Joint registration of a stack of 2D histological sections to recover 3D structure (``3D histology reconstruction'') finds application in areas such as atlas building and validation of \emph{in vivo} imaging. Straightforward pairwise registration of neighbouring sections yields smooth reconstructions but has well-known problems such as ``banana effect'' (straightening of curved structures) and ``z-shift'' (drift). While these problems can be alleviated with an external, linearly aligned reference (e.g., Magnetic Resonance (MR) images), registration is often inaccurate due to contrast differences and the strong nonlinear distortion of the tissue, including artefacts such as folds and tears. In this paper, we present a probabilistic model of spatial deformation that yields reconstructions for multiple histological stains that that are jointly smooth, robust to outliers, and follow the reference shape. The model relies on a spanning tree of latent transforms connecting all the sections and slices of the reference volume, and assumes that the registration between any pair of images can be see as a noisy version of the composition of (possibly inverted) latent transforms connecting the two images. Bayesian inference is used to compute the most likely latent transforms given a set of pairwise registrations between image pairs within and across modalities. The framework is used for accurate 3D reconstruction of two stains (Nissl and parvalbumin) from the Allen human brain atlas, showing its benefits on real data with severe distortions. Moreover, we also provide the registration of the reconstructed volume to MNI space, bridging the gaps between two of the most widely used atlases in histology and MRI. The 3D reconstructed volumes and atlas registration can be downloaded from https://openneuro.org/datasets/ds003590. The code is freely available at https://github.com/acasamitjana/3dhirest.


翻译:用于恢复 3D 结构( “ 3D 组织重建 ” ) 的堆叠2D 直系图解部分的联合注册在地图类的构建和验证 emph{ in vivo} 成像 中发现应用。 相邻部分的直向双向登记可以带来平稳的重建, 但有众所周知的问题, 如“ Baanana 效果 ” ( 曲线结构的冲击 ) 和“ z- tray ” (drft) 。 这些问题可以通过外部的线性一致参考( 例如, Magnic Resonance (MR) 图像) 得到缓解, 注册往往不准确, 因为对比差异以及组织( 包括折叠和眼泪等手工艺) 的强烈非线性扭曲。 在本文中,我们提出了一个空间变形图解的概率模型, 也可以在双向的服务器上看到其变形图解, 在两版的图像中, 其变形中, 其变形的变形的模型可以显示 。 在两版的图像中, 正在变现的图像中, 正在变现的图像中, 将使用 正在变现的变现的变现的 。 。

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