Segmenting 3D cell nuclei from microscopy image volumes is critical for biological and clinical analysis, enabling the study of cellular expression patterns and cell lineages. However, current datasets for neuronal nuclei usually contain volumes smaller than $10^{\text{-}3}\ mm^3$ with fewer than 500 instances per volume, unable to reveal the complexity in large brain regions and restrict the investigation of neuronal structures. In this paper, we have pushed the task forward to the sub-cubic millimeter scale and curated the NucMM dataset with two fully annotated volumes: one $0.1\ mm^3$ electron microscopy (EM) volume containing nearly the entire zebrafish brain with around 170,000 nuclei; and one $0.25\ mm^3$ micro-CT (uCT) volume containing part of a mouse visual cortex with about 7,000 nuclei. With two imaging modalities and significantly increased volume size and instance numbers, we discover a great diversity of neuronal nuclei in appearance and density, introducing new challenges to the field. We also perform a statistical analysis to illustrate those challenges quantitatively. To tackle the challenges, we propose a novel hybrid-representation learning model that combines the merits of foreground mask, contour map, and signed distance transform to produce high-quality 3D masks. The benchmark comparisons on the NucMM dataset show that our proposed method significantly outperforms state-of-the-art nuclei segmentation approaches. Code and data are available at https://connectomics-bazaar.github.io/proj/nucMM/index.html.


翻译:从显微镜图像量中3D细胞核的剖面 3D 细胞核是生物和临床分析的关键,有助于研究细胞表达模式和细胞线系。然而,目前神经核的数据集通常包含的体积小于10 ⁇ text{-}3 ⁇ 3 mm ⁇ 3美元,每体容量小于500美元,无法揭示大大脑区域的复杂程度并限制神经结构的调查。在本文中,我们把任务推向了次立方厘米尺度,并调整了NucMMM数据集,有两卷完全附加说明:1美元\ mm_3$ 电子显微镜(EM) 体积几乎包含整个斑马鱼大脑的体积约170 000 nucle;1 25\ mm_3 mm_3$ mc mic-CT(UCT) 体积,每体积小于500美元,无法揭示大大脑区域的复杂性,限制了神经皮质结构。我们发现在外表和密度方面现有神经核核质核的极极的极多样性,给实地带来了新的挑战。我们还进行了统计分析,我们还进行了统计模型分析,以展示了深度数据的模型的模型,并展示了我们所签的内基质数据。

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