شبه الآلي التحليل البصري نبضات القلوب الصغيرة

مرحبا ، أنا كارين. مرحبا ، أنا أنتوني كادو ونحن جزء من برنامج التنمية والشيخوخة في معهد بورنهام للبحوث الطبية. سنقوم بعرض برنامج تحليل ضربات القلب شبه الآلي الخاص بنا لفهم وقياس معلمات نبضات القلب في أنظمة النماذج ذات القلوب الصغيرة.

هذا فيلم عالي السرعة لقلب ذبابة الفاكهة النابض. يمكن الحصول على معلومات حول مورفولوجيا القلب وانقباضه عن طريق قياس أقطار القلب أثناء دورات الانقباض والاسترخاء. للقيام بذلك ، يجب تحديد حواف القلب وتمييزها أثناء الحد الأقصى من الانبساط والكيس.

في نافذة ما قبل العملية ، حدد الفيلم أو الأفلام التي ترغب في مشاهدتها. سنختار الفيلم الذي رأيته للتو لقلب من ذبابة صغيرة. يمكن تقديم التسجيلات البصرية بسرعات بطيئة وحتى إطار واحد في كل مرة للسماح بتحديد الإطارات بدقة ، حيث يحدث أقصى تقلص واسترخاء للقلب.

اصنع زوجا واحدا من العلامات لتحديد هذه الحواف. قم بتقديم الفيلم إلى إطار حيث يتم تقلص القلب إلى أقصى حد. اصنع زوجا آخر من العلامات لتحديد الحواف الانقباضية.

يمكن عمل العلامات في نسختين في مواقع أفقية مختلفة. على طول القلب ، سيتم استخدام أقطار القلب التي تم الحصول عليها هنا لحساب النسبة المئوية للتقصير الجزئي ، مما يوفر تقديرا لتقلص القلب. يمثل هذا المقياس مدى تحرك حواف القلب تجاه بعضها البعض أثناء الانكماش.

يتم حساب النسبة المئوية للتقصير الجزئي على أنه الفرق بين القطر الانبساطي والانقباضي مقسوما على القطر الانبساطي ، ويتم ضرب هذا الكسر في 100. بالنسبة لهذا النوع البري من الذبابة ، فإن النسبة المئوية للتقصير الجزئي هي 45٪ ، فيما يلي مثال على قلب من ذبابة بها طفرة في بروتين العضلات الميوسين مقارنة بقلب الذبابة البري الذي رأيته للتو. هذا القلب أضيق بشكل واضح.

بالإضافة إلى ذلك ، فإنه لا ينقبض بقدر القلب البري. يجب أن يكون واضحا من مواضع الحواف المحددة أن هذا القلب لا يستطيع الاسترخاء أيضا ، وكذلك القلب من الذبابة البرية الصغيرة. النسبة المئوية للتقصير الجزئي الذي يتم حسابه من الأقطار المقاسة هنا هو 15٪ فقط ، وهي قيمة أصغر بشكل كبير مما حصلنا عليه لقلب الذبابة من النوع البري.

النقاط المحددة في هذه الوحدة فقط لقياسات القطر والتقصير الجزئي ولا تستخدم لاكتشاف الحركة. يتم اكتشاف الحركة تلقائيا بواسطة البرنامج ويستخدم خوارزميتين مختلفتين لتحليل الحركة في كل فيلم. الخوارزمية الأولى هي خوارزمية متوسط ظلام الإطار ، والتي تستخدم نهج إطارا تلو الآخر.

يتم حساب شدة الظلام الإجمالية لإطار فيلم كامل. تتم تسوية القيم إلى فاصل زمني بين صفر وواحد، ويتم رسم القيم لكل إطار في الفيلم. الطريقة الثانية لاكتشاف الحركة هي خوارزمية البكسل بالبكسل ، والتي تحسب شدة الظلام لكل بكسل في إطار الفيلم ، ثم تقارن هذه القيم بتلك الموجودة في الإطار التالي.

هذا هو إخراج فيلم قلب من ذبابة صغيرة تبلغ من العمر أسبوعا واحدا. على الرغم من أن اكتشاف الحركة يتم إجراؤه تلقائيا ، إلا أنه يجب التحقق من دقة الإخراج. يتم عرض الإخراج من كل من خوارزميتين لاكتشاف الحركة في هذه الوحدة مع عرض متوسط إخراج الظلام فوق نافذة إخراج البكسل بواسطة البكسل.

من أجل التأكد من أن فترات الكشف تتفق مع الحركة التي شوهدت في الفيلم الفعلي ، يعرض البرنامج تتبع الحافة أو وضع M المصنوع من الإطارات التي يتم تحليلها مباشرة أسفل نوافذ إخراج الخوارزمية. يتم إنشاء الوضع M عن طريق قص شرائح رقميا بعرض بكسل واحد عبر القلب من كل إطار في الفيلم ، ومحاذاة أفقيا لتوفير لقطة لحركات حافة القلب بمرور الوقت. في نافذة البكسل تلو الآخر ، يشار إلى الفواصل الانبساطي المحددة بخط أخضر أفقي مع عدد الإطارات التي تساهم في تلك الفترة.

تحديد الفواصل الانقباضية مباشرة على أنها الفترة الفاصلة بين انبساط متتالي. يشار إلى بداية الانقباض في الوضع M بخط أزرق عمودي ، ويشار إلى النهاية بخط أحمر عمودي. باستخدام هذه الشاشة ، من السهل نسبيا معرفة ما إذا كان إخراج الخوارزمية يتوافق مع حركات القلب الفعلية.

بالنسبة لهذا القلب ، تتفق فترات الانكماش التي يحددها البرنامج مع الانكماش الذي يظهر في تتبع الوضع M ، لذلك يتم قبول هذا الإخراج. إليكم إخراج فيلم مأخوذ من قلب من ذبابة قديمة نسبيا. لا يتفق الإخراج من خوارزمية البكسل بواسطة البكسل مع نمط الانكماش الذي يظهر في الوضع M.

وذلك لأن تقلصات القلب تكون أكثر استدامة من الذباب الأصغر سنا. تكتشف الخوارزمية كلا من حركة الانكماش وكذلك حركة الاسترخاء وتفسر هاتين الحركتين على أنهما إيقاعات منفصلة. في هذه الحالة ، يمكننا إضافة معلومات من خوارزمية متوسط ظلام الإطار بالنقر فوق مربع الاختيار الظلام المستخدم.

يسمح هذا للبرنامج بتحديد الفاصل الزمني للانكماش بالكامل كحدث واحد باستخدام معلومات من خوارزمية متوسط الظلام للإطار بشكل صحيح ، وتحديد بعض أحداث الانكماش وليس كلها. وذلك لأن التذبذب الأساسي للتردد المنخفض في الظلام يضع بعض قمم الانكماش خارج النافذة المستخدمة لتحديد القمم. يمكن التخلص من هذه الموجة البطيئة باستخدام مرشح تمرير عالي مدمج.

بمجرد أن تكون جميع القمم داخل النافذة ، يحدد البرنامج بشكل صحيح جميع فترات الانكماش. في هذه المرحلة ، يمكنك قبول إخراج الخوارزمية بالنقر فوق البيانات. حسنًا. إذا تعذر التوفيق بين إخراج الخوارزمية ووظيفة القلب الفعلية كما هو معروض في الوضع M بعد تحديد مربع الظلام المستخدم وتطبيق المرشحات.

تأكد من النقر فوق تجاهل البيانات. هذا يمنع تضمين الأرقام الخاطئة في مجموعة البيانات الخاصة بك. بمجرد قبول إخراج فيلم معين ، يمكن توجيه البرنامج لاستخدام هذه المعلومات لحساب عدد من المعلمات تلقائيا.

يتم توفير المخرجات الإحصائية لكل فيلم على حدة، وتوجد هذه البيانات في مجلد إحصائيات FHM. في ملف الفيلم. يتم أيضا إنشاء إحصائيات الدليل الفرعي للبيانات بأكملها، وتوجد هذه المعلومات في مجلد نظرة عامة على FHM.

يتم توفير هذه المعلومات في شكل ملف قيمة مفصول بفواصل يسمى نظرة عامة csv. يمكن فتح هذا الملف في معظم برامج جداول البيانات مثل Microsoft Excel. تشمل إحصائيات الإخراج معدل ضربات القلب ، والفترات الانبساطي والانقباضي في فترة القلب ، وأقطار القلب أثناء الانبساطي والانقباضي ، والنسبة المئوية للتقصير الجزئي.

يحتوي البرنامج على وحدة مخطط تكراري محدثة ، والتي ستعرض جميع البيانات الموجودة على فترات القلب لمجموعة بيانات بتنسيق الرسم البياني. نظرا لأن معدلات ضربات القلب تميل إلى الاختلاف من لآخر ، يتم تطبيع البيانات. نظرا لأن توزيع فترات القلب ليس متماثلا حول المتوسط ، فإننا نستخدم متوسط قيمة الفاصل الزمني للتطبيع.

يتم أيضا توفير قيم جميع فترات نبضات القلب في مجموعة البيانات كملف TXT يمكن استيراده إلى جدول بيانات. أثبتت هذه القدرة أنها مفيدة جدا في إظهار الاختلافات في الإيقاع بين قلوب الذباب البرية وقلوب الذباب التي بها طفرات في قناة البوتاسيوم. كان توزيع جميع الفترات المقاسة مشتتا جدا في الطفرات مقارنة بالضوابط.

هذه إحدى الطرق العديدة التي حاولنا بها تحديد عدم انتظام ضربات القلب في برنامجنا. تنشئ وحدة الوضع M تتبع الحافة ، ويسمى أيضا الوضع M الذي يظهر حركة حواف القلب بمرور الوقت. نعرض هنا آثار وضع M لمدة خمس ثوان من قلب ذبابة الفاكهة من النوع البري ، وقلبين للذبابة مع طفرات في بروتين العضلات ، والميوسين ، وقلب يرقات سمك الزرد.

تعد أوضاع M مفيدة لإظهار نمط انقباض القلب نوعيا. بمرور الوقت. هنا ، يتم إنشاء وضع M من فيلم مأخوذ من قلب.

في يرقات الزرد النامية ، يمكننا تغيير خط وحدات البكسل التي سيتم استخدامها لإنتاج الوضع M من خلال النقر على مواقع مختلفة في الإطار. ثم يتم عرض معاينة للوضع M في هذا الموقع. بمجرد تحديد موقع مناسب ، يمكنك اختيار عدد الإطارات التي تريد تضمينها أو ببساطة اختيار طول الوقت.

هنا سنختار 10 ثوان. يتم إنتاج الوضع M كملف TIFF موجود في الدليل الفرعي لوضع FHMM. تنتج وحدة فيلم الحركة تلقائيا إصدارا 22 بطيئا من أي فيلم تم تحليله يعرض جميع وحدات البكسل التي تم تحديدها على أنها متغيرة باللون الأحمر.

تستخدم هذه الميزة بشكل أساسي لأغراض التوضيح. توجد هذه الأفلام في الدليل الفرعي لأفلام حركة FHM. هذا هو فيلم الحركة المصنوع من قلب الذبابة الشاب الأصلي الذي استخدمناه في بداية هذا الفيديو.

يمكن تطبيق هذا النظام التحليلي على الأفلام عالية السرعة لنماذج أخرى ذات قلوب صغيرة مثل قلب الفأر الجنيني. هذا فيلم لقلب من جنين فأر يبلغ من العمر ثمانية أيام. الحجم الصغير يجعل من الصعب التحليل باستخدام المنهجيات التقليدية مع منهجيتنا.

يمكن أيضا الحصول على نفس المعلمات التي تم تحديدها كميا لقلب الذبابة لقلب الفأر. لقد أوضحنا لك للتو كيفية استخدام برنامج تحليل القلب البصري شبه الآلي. تذكر ، عند إجراء هذا التحليل النقر فوق تجاهل البيانات إذا لم يحدد البرنامج بدقة جميع دقات قلبك في فيلمك ، ولكن بالنسبة لتلك التي تم تحديدها بدقة ، سيقوم البرنامج بحساب المعلمات لكل نبضة في الفيلم ، وسنزودك بثروة من المعلومات المتعلقة بوظيفة القلب في نظام النموذج الخاص بك.

هذا كل شيء. شكرا للمشاهدة. حظا سعيدا في تحليلك.