小心脏半自动光学心跳分析

摘要

我们开发了一种半自动光学心跳分析方法（SOHA），用于分析来自高速光学记录的数据 果蝇斑马鱼和小鼠胚胎心脏。我们展示了本方法在果蝇和小鼠胚胎心脏功能分析中的应用。

摘要

我们开发了一种用于分析高速光学记录数据的方法Drosophila，斑马鱼和胚胎小鼠心脏（Fink 等，2009）。我们的半自动光学心跳分析（Semi-automatic Optical Heartbeat Analysis, SOHA）采用一种新颖的运动检测算法，能够检测与单个收缩和舒张事件相关的心脏运动。该程序提供一系列生理学上相关的重要读数，包括收缩期和舒张期时长、心率，以及心跳节律异常的定性和定量指标。程序还可测量舒张期和收缩期的心脏直径，并据此计算缩短分数和面积变化分数。输出结果以数字文件形式提供，兼容大多数电子表格软件。该系统对记录中的每一次心跳均进行测量，从而提高输出结果的统计效力。我们展示了用户需要输入操作的每一步骤，并演示了本方法在全部三种遗传学上可操作的心脏模型中心功能分析的应用。

方案

点击此处查看半自动化心跳分析（SOHA）流程的概述。

半自动光学心跳分析

1. 预处理 -

此步骤提供有关舒张期和收缩期心径的信息。

在心脏舒张末期和收缩末期识别并标记心缘。光学记录可缓慢推进，甚至逐帧播放，从而精确定位心脏最大收缩和最大舒张发生的帧图像。分别标记一对舒张期心缘和一对收缩期心缘。也可在心脏不同水平位置重复进行标记。

此步骤中获得的心脏直径还可用于计算另一项指标，以评估心脏的收缩功能。该指标为左室短轴缩短率（%FS），反映心脏收缩时心壁边缘相互靠近的程度。计算 %FS 的公式如下：

(((舒张期内径 - 收缩期内径) / 舒张期内径) × 100)

注意——本组中确定的点仅用于直径和缩短分数的测量，不用于运动检测。

示例：在果蝇（Drosophila）中，肌球蛋白重链的转导结构域（已知可调节该马达蛋白酶活性的区域）若发生....

讨论

果蝇模型已被证明是一种强大的遗传学工具，已被用于解决从胚胎发育到学习与记忆等多种科学问题。近年来，这种多功能的模式生物被用于研究心脏功能的遗传机制。目前已有多种尝试通过观察完整果蝇腹部体壁来量化成年果蝇的心脏生理活动。这些方法大多依赖于视觉观察或记录穿过腹部的光强变化，以量化单一参数——心率。尽管这一参数具有一定的应用价值，但它在反映心脏功能方面存在局限性。我们的半自动化光学心跳分析方法是一种可靠的技术，能够从心脏跳动的高速影像中精确提取多个重要参数的信息，并可对记录中的每一次心跳进行分析。

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材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
MatLab 软件	Mathworks		分析软件所需的运行环境。
EM-CCD 数字相机	Hamamatsu Corp.	9100 或 9300	其他高速数字相机也可使用。
HC 图像采集软件	Hamamatsu Corp.		其他可生成 avi 格式视频的图像采集软件也可使用。
配备 10x 物镜的显微镜	Leica Microsystems		使用浸水镜头消除空气-水界面可显著提高分辨率