Web tools for large-scale 3D biological images and atlases

doi:10.1186/1471-2105-13-122

.2012年6月7:13:122。

doi:10.1186/1471-2105-13-122。

用于大规模3D生物图像和地图集的Web工具

Zsolt L Husz公司¹, 尼古拉斯·伯顿, 比尔·希尔, 内斯托尔·米利亚耶夫, 理查德·鲍多克

附属公司

PMID： 22676296
预防性维修识别码：项目经理3412715
内政部： 10.1186/1471-2105-13-122

用于大规模3D生物图像和地图集的Web工具

Zsolt L Husz公司等。 BMC生物信息学. 2012.

.2012年6月7日：13:122。

doi:10.1186/1471-2105-13-122。

作者

Zsolt L Husz公司¹, 尼古拉斯·伯顿, 比尔·希尔, 内斯托尔·米利亚耶夫, 理查德·鲍多克

附属

¹英国克鲁路西部综合医院遗传与分子医学研究所人类遗传学研究室。

PMID： 22676296
预防性维修识别码：项目经理3412715
内政部： 10.1186/1471-2105-13-122

摘要

背景：三维或三维以上的大尺度三维生物医学图像数据是分布式浏览和可视化的一个重大挑战。现在，许多图像超过10GB，对于大多数用户来说，这对于计算机RAM和网络带宽来说太大了，无法处理。当用户需要从存档中访问数十或数百个这样的图像时，这种情况会更加严重。在这里，我们通过存档数据来解决二维剖面视图的问题，提供压缩平铺图像，使用户能够在标准网络浏览器的上下文中浏览超大容量数据。该系统为灰度和彩色3D图像提供了交互式可视化，包括多个图像层和空间数据叠加。

结果：标准互联网成像协议（IIP）已经扩展，可以对3D数据进行任意2D切片，以及多层图像和索引覆盖。扩展协议被称为IIP3D，我们实现了一个匹配的服务器来交付协议和一系列将在Internet浏览器中运行的Ajax/Javascript客户端代码。我们已经在一个低成本的基于linux的服务器上测试了该服务器软件，用于高达135GB的映像卷和64个并发用户。剖面视图的响应时间与比例和方向无关。示例客户端提供了多层图像视图以及用户控制的颜色过滤和覆盖。

结论：通过使用扩展的互联网协议和高效的基于服务器的图像拼接，可以通过大型生物医学图像卷交互式浏览任意截面。这些工具为快速访问大型图像档案提供了可能，无需下载整个图像，也无需使用具有超大内存配置的客户端计算机。该系统使用一系列医学和生物医学图像数据进行演示，这些数据可扩展到135GB，用于单个图像体积。

PubMed免责声明

数字

图1
**剖切平面定义。**观察平面在远处d日从固定点**（f）**并且垂直于由角度定义的方向抛和*偏航，偏航*.角度卷定义投影到视图窗口（在我们的示例中是用户的屏幕）上时截面图像的方向。

图2
IIP3D查看器的控件示例：a-图像定位器，蓝色矩形指示当前可见区域，可以拖动到完整图像中的任何所需位置；b&c-图像选择，拖动红线选择新的截面图像；d-3D剖面控制，顶部有角度反馈，以及用于俯仰、偏航、滚动、缩放和距离的特定滑块。电子-图层控制选择可见性、不透明度和颜色过滤器（如果需要），以区分多个灰度图像叠加；**（f）**-在这种情况下，用于解剖区域的图形覆盖控件具有控制可见性和颜色的选项。

图3
**IIP3D查看器设计基于MVC设计模式：（a）网页请求的序列是由实现MVC的php和JavaScript页面序列服务器。**AJAX提供异步磁贴图像加载；(b)控制器通过Mootols库的UI提供控制。该模型对控制器设置的当前查看参数进行编码，并通过tileImageView进行可视化。

图4
**使用代理服务器的IIP3D服务器的体系结构。**web服务器将用户请求传递给代理，代理将其转发给各个IIP服务器。这些服务器可以直接访问Woolz对象并返回请求的数据。编号行显示了请求（连续行）和回复（虚线）的顺序。

图5
**由2×3块瓷砖组成的剖面图。**瓦片是通过6个相同的请求获得的，除了命令所需的瓦片编号。

图6
**多通道请求*SEL公司***。复合Woolz对象由多个具有多个域的通道组成，每个域都被单独分割。它们可以单独查询，也可以按命令的顺序组合成一个单独的层。每个层的颜色和透明度值是独立选择的。

图7
四个测试用例的性能评估：直接设置复制用户手动执行的浏览模式超过273秒；对每个客户端的随机请求会在请求的偏航角上添加一个随机的[0.0；1.0]值，因此它会强制重新计算截面，而不使用缓存。直接请求和随机请求都有等待（W）和无等待（NW）版本，这两种版本要么尊重手动请求的时间安排（例如，连续请求之间的等待），要么会逐个请求平铺。一)每个并发客户端的平均请求时间，其中点显示每个客户端的单个请求时间b)客户端上测试集的平均运行时间。

图8
**使用IIP3D网络浏览器界面浏览3D数据。**(一)eMouseAtlas.org E14.5小鼠胚胎模型视图。左侧面板提供了滑块控件，用于调整3D渲染所指示的剖切方向。在主区域中，虚拟剖切显示在上下文菜单中，该菜单指示可用的模式。在该视图中，选择了测量模式，两个青色十字表示通过肝脏视图的横向距离。(b)Waxholm空间P56小鼠大脑。在此视图中，选择了5种可能的模式中的两种，并显示为两层。灰色的T2*MR图像与组织学重建重叠，显示为部分透明的洋红色重叠。

图9
**大型图像对象的示例。**可见的男性140GB数据集，工具定位在左侧区域，查看区域位于右侧。该图还说明了IIP3D服务器可以通过彩色体积图像提供剖面视图。

**图10**
**分层浏览。**(一)显示了HUDSEN CS17人类胚胎的矢状图，具有解剖轮廓和原位基因表达覆盖。将光标停在绘制的区域上将显示基础区域的名称，双击鼠标将在本体显示工具中选择匹配的术语。(b)显示了虚拟flybrain界面，该界面已被进一步开发，可以查询解剖术语定义以及相关的基因表达和连接数据库。

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[7] I3A。互联网图像协议。1997

[8] I3A。互联网图像协议。1997

[9] della Mea V、Roberto V、Beltrami CA.第五届信息可视化国际会议；2001.远程病理学中的可视化问题：互联网成像协议的作用；第717-722页。

[10] della Mea V、Roberto V、Beltrami CA.第五届信息可视化国际会议；2001.远程病理学中的可视化问题：互联网成像协议的作用；第717-722页。

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