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| Master Thesis | FZJ-2025-00322 |
2024
Abstract: Zur Untersuchung der Verteilung und des Transportes von Kohlenhydraten in Zuckerrübenwird am Institut IBG-2 des Forschungszentrums Jülich die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) als bildgebendes Verfahren eingesetzt. Die Kurzlebigkeit des dabei alsTracer verwendeten Kohlenstoffisotops 11C ermöglicht vielfach wiederholte nicht-invasiveMessungen an der gleichen Pflanze. Allerdings lässt sich in den 11C-PET-Messungen wegenderen begrenzter Auflösung die detaillierte Gewebestruktur der Zuckerrübe nicht sichtbarmachen. Insbesondere die konzentrisch angeordneten Schichten des kohlenhydratleitendenPhloem-Gewebes können allein aus der PET-Messung nicht separiert werden.Zur Optimierung der Analyse des Kohlenstofftransports sollen deshalb Strukturinformationenüber das Phloem aus Magnetresonanz-Tomographie (MRI)-Messungen in die PETAuswertungintegriert werden. Als erster Teilschritt wurden in der vorliegenden Arbeitdiverse Algorithmen zur automatisierten Segmentierung der die Phloem-Schichten trennendenCambium-Ringe auf den 2D-Höhenebenen des 3D-MRI Bildes getestet. Die ausgewähltenAlgorithmen wurden anschließend mit neu entwickelten Algorithmen zu einerPipeline verbunden.Die Pipeline beginnt mit der Isolierung des Cambium-Gewebes in Form einzelner Segmentedurch Kombination des Meijering-Gratdetektors mit einer Skelettierung. Die Cambium-Segmente werden anschließend durch Einsatz bekannter und neu entwickelten Graphen-Algorithmen erst von Artefakten bereinigt und anschließend so weit wie möglich zu geschlossenenTrennschichten verbunden. Werden geschlossenen Trennschichten identifiziertnutzt die Pipeline diese im letzten Schritt als Ansatzpunkt zur Verfolgung der 2DTrennschichtenüber Höhenebenen, solange eine ausreichender optischer Differenzierbarkeitder Gewebe gegeben ist. Liegen keine geschlossenen Trennschichten vor, kann alternativmanuell eine Liste von Segmenten als erste Trennschicht vorgegeben werden.In den Höhenschichten nahe der Schicht mit größtem Umfang können im Durchschnittüber die Hälfte der differenzierbaren Cambium-Ringe erfasst werden. Entsprechend derabnehmenden optischen Differenzierbarkeit sowie zunehmender Deformationen nimmt dieseErfolgsquote in tieferen Höhenschichten ab. Um die Erfolgsquote zu steigern, wurdenmehrere Optimierungsmöglichkeiten, wie die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer benachbarterHöhenschichten identifiziert und teilweise implementiert.Somit wurden in dieser Arbeit erste wichtige Werkzeuge für die automatische Segmentierung der Leitgewebe in MRI-Bildern von Rüben entwickelt, auf dessen Basis in Zukunftdie automatische Erzeugung virtueller Detektoren für die Phloem-Ringe entwickelt werdensoll.
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