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Título:
Reconstrucción, visualización y parametrización tridimensional de estructuras biológicas a través de imágenes confocales de fluorescencia
Autor:
Verdugo Ruiz, Etiene Valentino
Profesor Patrocinante:
Härtel Gründler, Steffen
Grado a Optar:
Ingeniero Civil en Informática - Licenciado en Ciencias de la Ingeniería, mención en Informática
Materia:
imagen digital; microscopía confocal; microscopía fluorescente; objetos gráficos tridimensionales
Universidad:
Universidad Austral de Chile
Facultad:
Facultad de Ciencias de la Ingeniería
Escuela:
Escuela de Ingeniería Civil en Informática
Año de Aceptación:
2005
Resumen:
En la última década, el procesamiento de imágenes ha llegado a ser una herramienta imponderable para diversas áreas de investigación. Gracias a los avances tecnológicos de los microscopios, capacidades computacionales y sofisticadas rutinas de procesamiento de imágenes, investigadores en el área de la biología celular empezaron a visualizar y analizar la morfología de diferentes estructuras celulares en tres dimensiones. Un método multidimensional es la microscopía confocal de fluorescencia (Laser Scanning Microscopy, LSM). LSM complementa otras técnicas como la microscopía óptica convencional o la microscopía electrónica por su capacidad de monitorear la intensidad (I) de fotones dentro de una muestra en tres dimensiones I(x,y,z). Aplicando técnicas de fluorescencia, las intensidades se pueden medir en diferentes bandas o canales (c) del espectro visible, monitoreando el comportamiento celular en un determinado tiempo (t) en múltiples colores. El presente trabajo implementó algoritmos para reconstruir, visualizar y parametrizar estructuras biológicas, convirtiendo datos I(x,y,z,c,t) en objetos gráficos en el entorno del lenguaje computacional científico IDL® (Interactive Data Language). Los objetos gráficos fueron diseñados con gran flexibilidad para la selección de diferentes escalas de color y diferentes grados de opacidad para brindar la mejor resolución visual en el proceso del modelamiento tridimensional. Se realizaron calibraciones para optimizar la frecuencia del muestreo en xyz con el propósito de establecer condiciones ideales para el análisis de la morfología y del volumen celular en diferentes condiciones experimentales. Las primeras aplicaciones de las técnicas desarrolladas permitieron visualizaciones de diferentes estructuras celulares como filopodias, perturbaciones de la membrana o tunneling nanotubes en el margen de la resolución teórica de la microscopía confocal. Además, la regulación del volumen celular fue monitoreada por primera vez a nivel de células únicas durante la muerte inducida (apoptosis y necrosis). Diversos resultados de este trabajo fueron presentados en congresos nacionales e internacionales.
Abstract:
In the last decade, the image processing has becomed to be an imponderable tool for diverse areas of investigation. Thanks to the technological advances of the microscopes, computational capacities, and sophisticated routines of image processing, investigators in the area of cellular biology began to visualize and to analyze the morphology of different cellular structures in three dimensions. A multidimensional method is the confocal fluorescence microscopy (Laser Scanning Microscopy, LSM). LSM complements other techniques like the conventional optical microscopy or the electronic microscopy for their capacity to monitor the intensity (i) of photons within a sample in three dimensions I(x,y,z). By applying the fluorescence technique, intensities can be measured in different bands or channels (c) from the visible spectrum, monitoring the cellular behavior in a certain time (t) in multiple colors. This work implemented algorithms to reconstruct, visualize and parameter biological structures, converting data I(x,y,z,c,t) into graphical objects in the environment of the scientific computer language IDL® (Interactive Data Language). The graphical objects were designed with great flexibility for the selection of different color scales and opacity degrees to offer the best visual resolution in the process of the three-dimensional modeling. Calibrations were made to optimize the frequency of the sampling in xyz in order to establish ideal conditions for the analysis of the morphology and the cellular volume in different experimental conditions. The first applications of the developed techniques allowed visualizations of different cellular structures like filopodias, disturbances of the membrane or tunneling nanotubes in the margin of the theoretical resolution of confocal microscopy. In addition, the regulation of the cellular volume was monitored for the first time a level of unique cells during the induced death (apoptosis and necrosis). Diverse results of this work had been presented in national and international congresses.
Palabras Clave:
imagen digital; microscopía confocal; microscopía fluorescente; objetos gráficos tridimensionales
Editor:
Universidad Austral de Chile - Sistema de Bibliotecas - Programa Cybertesis
Formato:
text/pdf
Idioma:
es
Copyright:
Verdugo Ruiz, Etiene Valentino
Dirección Electrónica:
http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2005/bmfciv453r/doc/bmfciv453r.pdf