Integration of cloud services for storage and processing of cryomicroscopic images: practical experience using MINIO and CVAT
DOI:
https://doi.org/10.30837/rt.2025.2.221.11Keywords:
cryomicroscopy, image processing, human health, segmentation, cloud servicesAbstract
In modern biomedical science, the efficient processing of large volumes of visual data is critically important for analyzing cellular structures. This abstract describes practical experience integrating the MinIO and CVAT cloud services to automate the processes of storage, annotation, and analysis of cryo-microscopy images. The application of these tools enhances the accuracy of cell segmentation, ensures scalability, and improves the reproducibility of research.
Cryo-microscopy is a powerful method for visualizing biological samples at the nanoscale. However, processing the resulting images requires significant computational resources and effective tools for data storage and analysis. Integrating cloud services, such as the MinIO for data storage and the CVAT for annotation, optimizes these processes.
Cryo-microscopy images were collected from various sources and stored in the MinIO cloud storage, providing reliable and scalable access to the data. The CVAT tool was used for precise delineation of cellular structures. The annotation process involved manual or semi-automatic marking of regions of interest in the images, which is critically important for training artificial intelligence models. The annotated images were prepared for training deep learning models, such as the U-Net and Mask R-CNN, which have proven effective in image segmentation tasks. The models were trained on the annotated data using the TensorFlow and PyTorch libraries. After training, the models were applied to automatic segmentation of new cryo-microscopy images. The inference results were compared with manual annotations to assess the accuracy and reliability of the models.
Integration with the Jupyter Notebook enabled researchers to interactively analyze inference results and generate analytical reports. Integrating the MinIO and CVAT cloud services into the cryo-microscopy image processing workflow significantly enhances the efficiency and accuracy of cellular structure analysis. The use of modern technologies and tools facilitates the process automation, ensures scalability and reproducibility of research, which is an important step in advancing biomedical research and improving diagnostics.
References
Самохін Ю. В. Алгоритми проходження контуру на кріомікроскопічних зображень // Радіоелектроніка та молодь у XXI ст. : тези доповідей 27-го Міжнар. молодіж. форуму, 10–12 травня 2023 р. Харків : ХНУРЕ, 2023. Т. 1. С. 99–100.
Самохін Ю. В. Алгоритми проходження контуру на кріомікроскопічних зображень // Тематична конфе-ренція «Актуальні питання біомедичної інженерії» в рамках 26-го Міжнар. молодіж. форуму «Радіоелектроніка та молодь в ХХІ ст.». Зб. мат. конф. Т. 1. Харків : ХНУРЕ, 2022. С. 86–87.
Самохін Ю. В. Аспекти сегментації кріомікроскопічних зображень // Сучасні технології біомедичної інженерії : мат. ІІ міжнар. наук.-техн. конф. 17−19 травня 2023 р. ; за заг. ред. І. В. Прокоповича, Н. В. Маніче-вої ; Нац. ун-т «Одеська політехніка». Вінниця : ТОВ «Торговий дім «Альфа і Омега», 2023. С. 110–112.
Самохін Ю. В. Виявлення клітин на зображенні за допомогою CVAT AI // Сучасні технології біомедич-ної інженерії : мат. ІІІ міжнар. наук.-техн. конф., 8−10 травня 2024 р. Вінниця : ВНТУ, 2024. C. 24–26.
Самохін Ю. В. Знаходження зображень клітин на крімікроскопічних зображеннях за допомогою згорт-кових нейронних мереж // Сучасний стан та перспективи біомедичної інженерії : мат. міжнар. наук.-практ. конф., присвяченої 125-річному ювілею НТУ України «Київ. політехн. ін-т ім. Ігоря Сікорського», 13–14 грудня 2023 р. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023. С. 194–195.
Tymkovych M., Avrunin O., Gryshkov O., Semenets V. and Glasmacher B. Ice crystals microscopic images segmentation based on active contours // IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). 2019. Р. 493–496.
Tymkovych M., Gryshkov O., Avrunin O., Selivanova K., Nosova Y., Mutsenko V., et al. Application of SOFA framework for physics-based simulation of deformable human anatomy of nasal cavity // IFMBE Proceedings. 2021. Vol. 80. Р. 112–120.
Tymkovych M., Gryshkov O., Avrunin O., Semenets V. and Glasmacher B. Ice crystals microscopic images segmentation based on active contours // IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). 2019. Р. 493–496.
Samokhin Y., Avrunin O. and Yavtushenko V. Cell Detection Model on Cryomicroscopic Images Using MinIO and CVAT // IEEE 17th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). Lviv, Ukraine. 2024. Р. 514–519. doi: 10.1109/TCSET64720.2024.10755563.
Tymkovych M., Gryshkov O., Selivanova K., Mutsenko V., Avrunin O. and Glasmacher B. Application of artificial neural networks for analysis of ice recrystallization process for cryopreservation // 8th European Medical and Biological Engineering Conference (EMBEC 2021). Nov. 29 – Dec. 3, 2021. Р. 102–111.
Gryshkov O. Advances in cryopreservation of alginate-encapsulated stem cells and analysis of cryopreservation outcome / O. Gryshkov, V. Mutsenko, M. Tymkovych, D. Tarusin, V.Sirotinskaya, I. Braslavsky, O. Avrunin, B. Glasmacher // Cryobiology. Vol. 85. P. 156.
Prykhodko M.V. Image processing for automated microscopic analysis of ice recrystallization process during isothermal annealing / M.V. Prykhodko, M.Y. Tymkovych, O.G. Avrunin, V.V. Mutsenko, O. Gryshkov, B. Glasmacher // Bioelectromagnetism. 2018. Vol. 20(1). P. 72–75.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
1. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
2. Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
3. Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).


