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IMOD (software)

IMOD es un conjunto de programas de modelado, visualización y procesamiento de imágenes de código abierto y multiplataforma, utilizado para la reconstrucción y el modelado 3D de...

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IMOD es un conjunto de programas de modelado, visualización y procesamiento de imágenes de código abierto y multiplataforma, utilizado para la reconstrucción y el modelado 3D de imágenes de microscopía, con especial énfasis en datos de microscopía electrónica . IMOD se ha utilizado en una amplia gama de escalas, desde estructuras macromoleculares [ 1 ] hasta orgánulos [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] y células completas [ 5 ] , y también puede utilizarse para secciones ópticas [ 6 ] [ 7 ] . IMOD incluye herramientas para la reconstrucción de imágenes, la segmentación de imágenes , el modelado de mallas 3D y el análisis de datos 2D y 3D.

IMOD fue desarrollado en el Laboratorio Boulder para la Microscopía Electrónica 3D de Células . IMOD se lanzó por primera vez en 1995, [ 8 ] es gratuito para descargar y usar para cualquier propósito.

Programas principales

IMOD incluye más de 180 programas de línea de comandos que se enumeran aquí y tres programas principales con interfaz gráfica de usuario (GUI) :

  • 3dmod : la interfaz gráfica de usuario principal de IMOD, utilizada para visualizar y segmentar imágenes y modelos vectoriales 3D.
  • Midas : un programa que se utiliza para alinear imágenes superpuestas, normalmente para aplicar ajustes finos tras la correlación cruzada automática.
  • eTomo es un programa que se utiliza para reconstruir volúmenes 3D mediante la unión de volúmenes más pequeños y/o guiando al usuario a través del proceso de reconstrucción tomográfica de series de inclinación de uno o dos ejes. Durante este proceso, eTomo realiza numerosas llamadas a otros programas y, a menudo, ejecuta 3dmod y Midas para permitir a los usuarios realizar ajustes precisos.

Formatos de archivo compatibles

Formato de imagen : El formato de imagen principal compatible con IMOD es el formato de archivo MRC , que normalmente tiene las extensiones ".st", ".mrc" o ".rec" y representa varios tipos de "pilas de imágenes" que, en conjunto, pueden representar una serie de inclinación o un volumen 3D. IMOD también abre archivos TIF e incluye un conjunto de programas para convertir entre formatos de imagen, incluidos formatos de microscopía comunes como ".raw" y ".dm4". Formato vectorial : IMOD guarda y abre datos vectoriales en forma de contornos (polígonos) y mallas en un formato de archivo binario IMOD , normalmente con la extensión ".mod" o ".fid". Estos archivos de modelo IMOD se superponen normalmente a un archivo de imagen y se pueden utilizar para anotar y segmentar regiones de interés. Los modelos pueden constar de uno o más objetos, donde cada objeto puede contener "contornos" de puntos cerrados, abiertos o dispersos que se utilizan para generar una malla 3D.

Características principales

  • Reconstrucción:
    • Reconstrucción de series de inclinación de eje simple y doble combinado mediante técnicas de reconstrucción tomográfica .
    • Seguimiento y registro automático de partículas de referencia para mejorar la alineación de series de inclinación.
    • Capacidad para procesar en paralelo reconstrucciones costosas de series de inclinación en múltiples máquinas.
    • Combinación de conjuntos de datos ensamblados.
    • Posibilidad de alinear y luego deformar imágenes mediante correlación cruzada y la interfaz gráfica de usuario Midas para la alineación manual.
    • Capacidad para alinear y unir varios volúmenes, como secciones seriales.
    • Reconstrucción automatizada y procesamiento por lotes de series de inclinación.
  • Visualización de imágenes y creación de películas:
    • Visualización de imágenes 3D de gran tamaño, sección por sección, dentro de la interfaz de 3dmod.
    • La posibilidad de visualizar imágenes y modelos 3D en orientaciones arbitrarias mediante la ventana de segmentación de 3dmod.
    • La capacidad de crear películas de alta resolución a partir de cortes de imágenes 2D y/o modelos de malla 3D.
  • Procesamiento de imágenes:
    • El paquete IMOD incluye varios programas de segmentación automática.
    • La interfaz 3dmod proporciona algoritmos comunes de filtrado y detección de bordes.
    • Capacidad para dividir el volumen en fragmentos y luego volver a unirlos para su procesamiento paralelo por lotes.
    • Isosuperficie automática mediante un sistema de umbral.
    • Conversión de imágenes a contornos (formato vectorial) y viceversa.
  • Segmentación:
    • Permite el trazado manual de regiones de interés mediante contornos cerrados, contornos abiertos (para tubos) y puntos dispersos (para esferas).
    • Proporciona un conjunto de herramientas de dibujo manuales y semiautomáticas para el trazado y el refinamiento rápidos de los límites de los orgánulos.
    • Permite la interpolación inteligente de contornos a través de múltiples cortes mediante una interfaz de interpolación especial.
    • Incluye un complemento para estereología .
  • Mallado
    • Genera rápidamente contornos en mallas para películas finales y análisis.
    • Permite varias opciones de mallado diferentes para tubos y mallas arbitrarias.
    • Suavizado de superficies y generación de mallas de baja resolución para una renderización más rápida.
  • Análisis
    • Análisis de archivos de modelos para obtener información cuantitativa básica como: volumen, número de superficies, volumen, área de superficie más el diámetro de las esferas y longitud de los contornos abiertos.
    • Análisis de la densidad de la imagen y generación de histogramas.
    • Una serie de programas específicos para el análisis de microtúbulos.
    • Análisis espacial para determinar la distribución y proximidad de diferentes superficies.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Nicastro, Daniela; Schwartz, Cindi; Pierson, Jason; Gaudette, Richard; Porter, Mary E.; McIntosh, J. Richard (2006). "La arquitectura molecular de los axonemas revelada por la tomografía crioelectrónica". Science . 313 (5789): 944– 948. Bibcode : 2006Sci...313..944N . doi : 10.1126/science.1128618 . PMID 16917055 . S2CID 43436284 .  
  2. ↑ Pelletier, Laurence; O'Tool, Eileen; Schwager, Anne; Hyman, Anthony A.; Müller-Reichert, Thomas (2006). "Ensamblaje de centriolos en Caenorhabditis elegans". Nature . 444 (7119): 619– 623. Bibcode : 2006Natur.444..619P . doi : 10.1038/nature05318 . PMID 17136092 . S2CID 30451935 .  
  3. ↑ Marsh, Brad J.; Mastronarde, David N.; Buttle, Karolyn F.; Howell, Kathryn E.; McIntosh, J. Richard (2001). "Relaciones organelares en la región de Golgi de la línea celular beta pancreática, HIT-T15, visualizadas mediante tomografía electrónica de alta resolución" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 98 (5): 2399– 2406. doi : 10.1073/pnas.051631998 . PMC 30150. PMID 11226251 .  
  4. ↑ Hayashi, Mitsuko; Andrea, Raimondi; O'Toole, Eileen; Summer, Paradise; Chiara, Collesi; Ottavio, Cremona; Shawn M., Ferguson; De Camilli, Pietro (2008). "Heterogeneidad dependiente de la célula y del estímulo de los mecanismos de reciclaje endocítico de vesículas sinápticas revelada por estudios de neuronas nulas de dinamina 1" . PNAS . 105 (6): 2175– 2180. Bibcode : 2008PNAS..105.2175H . doi : 10.1073/pnas.0712171105 . PMC 2538894. PMID 18250322 .  
  5. ↑ Höög, Johanna L.; Schwartz, Cindi; Noon, Angela T.; O'Toole, Eileen T.; Mastronarde, David N.; McIntosh, J. Richard; Antony, Claude (2007). "Organización de los microtúbulos en interfase en la levadura de fisión analizada mediante tomografía electrónica" . Developmental Cell . 12 (3): 349– 361. doi : 10.1016/j.devcel.2007.01.020 . PMID 17336902 . 
  6. ↑ Haber, SN; Kim KS; Mailly P; Calzavara R (2006). "Las entradas corticales relacionadas con la recompensa definen una gran región estriatal en primates que interactúa con conexiones corticales asociativas, proporcionando un sustrato para el aprendizaje basado en incentivos" . J. Neurosci . 26 (32): 8368– 8376. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0271-06.2006 . PMC 6673798. PMID 16899732 .  
  7. ↑ Mailly, P; Haber SN; Groenewegen HJ; Deniau JM (2010). "Un modelo cerebral digital multimodal y multidimensional 3D como marco para el intercambio de datos". J Neurosci Methods . 194 (1): 56– 63. doi : 10.1016/j.jneumeth.2009.12.014 . PMID 20043949 . S2CID 11286012 .  
  8. ↑ Kremer, James R.; Mastronarde, David N.; McIntosh, J. Richard (1996). "Visualización por computadora de datos de imágenes tridimensionales usando IMOD". Journal of Structural Biology . 116 (1): 71– 76. doi : 10.1006/jsbi.1996.0013 . PMID 8742726 . 
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  • Visualización por ordenador de datos de imágenes tridimensionales mediante IMOD - artículo original de IMOD
  • Universidad de Colorado, Boulder