Recent advances in bioimaging have provided scientists a superior high spatial-temporal resolution to observe dynamics of living cells as 3D volumetric videos. Unfortunately, the 3D biomedical video analysis is lagging, impeded by resource insensitive human curation using off-the-shelf 3D analytic tools. Herein, biologists often need to discard a considerable amount of rich 3D spatial information by compromising on 2D analysis via maximum intensity projection. Recently, pixel embedding-based cell instance segmentation and tracking provided a neat and generalizable computing paradigm for understanding cellular dynamics. In this work, we propose a novel spatial-temporal voxel-embedding (VoxelEmbed) based learning method to perform simultaneous cell instance segmenting and tracking on 3D volumetric video sequences. Our contribution is in four-fold: (1) The proposed voxel embedding generalizes the pixel embedding with 3D context information; (2) Present a simple multi-stream learning approach that allows effective spatial-temporal embedding; (3) Accomplished an end-to-end framework for one-stage 3D cell instance segmentation and tracking without heavy parameter tuning; (4) The proposed 3D quantification is memory efficient via a single GPU with 12 GB memory. We evaluate our VoxelEmbed method on four 3D datasets (with different cell types) from the ISBI Cell Tracking Challenge. The proposed VoxelEmbed method achieved consistent superior overall performance (OP) on two densely annotated datasets. The performance is also competitive on two sparsely annotated cohorts with 20.6% and 2% of data-set having segmentation annotations. The results demonstrate that the VoxelEmbed method is a generalizable and memory-efficient solution.


翻译:生物成像的最近进步为科学家提供了高超的空间时空分辨率,以观察活细胞的动态,作为3D体积视频。 不幸的是,3D生物医学视频分析落后,因为使用现成的3D分析工具进行对资源不敏感的人体曲解,使用现成的3D分析工具。在这里,生物学家往往需要丢弃大量丰富的3D空间信息,通过最大强度预测破坏2D分析。最近,像素嵌入基细胞实例的分解和跟踪为理解细胞动态提供了一个清晰和可通用的计算模型。在这项工作中,我们提出了一个新的空间-时空蒸汽反渗透(VoxelEmbrebed)基于资源不敏感的人类曲解的学习方法。我们的贡献是四倍:(1) 将像素嵌入一般嵌入3D背景信息;(2) 提出一个简单的多流学习方法,允许有效的空间-情感内嵌入。(3) 在一阶段的3DOVS-Scialal-deal-heal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-demodeal-deal-deal-deal-deal-deal-deal-deal dal-d dal-d dal-xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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