Method Article

用于图像分析的时钟扫描协议:ImageJ插件

DOI:

10.3791/55819

⸱

June 19th, 2017

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1Department of Anesthesiology, University of Arkansas for Medical Sciences, 2Department of Lymphocyte Development, Max Plank Institute for Infection Biology, 3Department of Neurobiology & Developmental Sciences, University of Arkansas for Medical Sciences

In This Article

Summary

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本文介绍了用于"时钟扫描"图像分析的两个新颖的ImageJ插件。这些插件扩展了原始视觉基础6程序的功能，最重要的是，通过将其与ImageJ免费图像分析软件包捆绑在一起，使程序可用于大型研究团体。

Abstract

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用于图像分析的时钟扫描协议是量化在边界内部和外部（背景）在关闭或分段的凸起的感兴趣区域内的平均像素强度的有效工具，导致产生平均的整体径向像素 - 强度分布。该协议最初是在2006年开发的，作为一个视觉基本的6脚本，但是它的分布有限。为了解决这个问题，并加入其他人近期的类似工作，我们将原始的时钟扫描协议代码转换为与NIH赞助和免费提供的图像分析程序（如ImageJ或Fiji ImageJ）兼容的两个基于Java的插件。此外，这些插件具有几个新功能，进一步扩展了原始协议的功能范围，如分析多个感兴趣区域和图像堆栈。程序的后一个特征在确定相关变更很重要的应用中特别有用到时间和位置。因此，生物图像堆叠的时钟扫描分析可能潜在地应用于单个细胞内Na +或Ca ++的扩散，以及对突触群体中扩散活性（ 例如 ，Ca ++波）的分析连接或间隙结耦合电池。在这里，我们将描述这些新的时钟扫描插件，并在图像分析中展示其应用的一些示例。

Introduction

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这项工作的目标是提供一个无平台的时钟扫描协议，并可免费向任何对这种图像分析感兴趣的研究人员提供。时钟扫描协议最初是在2006年开发的，目的是改进现有的凸型感兴趣区域（ROI）中的像素强度量化方法，一种具有更好的综合能力和改进的空间分辨率的方法。在采集期间，为了测量"背景"像素强度，协议顺序地收集从ROI中心扫描到其边界或ROI外的预定距离的多个径向像素强度分布。协议根据扫描方向测量的单元格半径来缩放这些轮廓。因此，从每个单独径向扫描的中心到ROI边界的距离总是X刻度的100％。最后，程序平均这些个人al轮廓成一个整体的径向像素强度分布。由于缩放，由"时钟扫描"协议产生的平均像素强度分布不依赖于ROI大小，也不在合理的限度内取决于ROI形状。该方法允许直接比较，或者如果需要，可以平均或减去不同ROI的配置文件。该协议还允许通过简单减去位于对象外部的像素的平均强度来校正任何对象的背景噪声的整体像素强度分布。虽然它只在生物样品中进行了测试，但是我们的协议为其他现有的图像分析工具提供了有价值的补充，这些工具用于研究物理或化学过程的图像，这些图像分布在原点附近（如从点源扩散物质） 1 。

然而，原始图像分析方法的主要限制是协议是dev作为Visual Basic 6（VB6）（代码，因此它依赖于平台，难以分发（需要VB6）。为了解决这个问题，并加入了其他调查人员近期的类似工作，我们转换了VB6时钟扫描程序代码转换为两个基于Java的插件，....

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Protocol

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软件安装

  1. 按照相应网站的推荐安装最新版本的捆绑Java和ImageJ或Fiji ImageJ（请参阅材料表，以获取相应网站的链接）。在下面的文本中，这两个程序都被称为"ImageJ"。
  2. 使用材料表中提供的链接复制"Clock_Scan-1.0.1。jar"和"Multi_Clock_Scan-1.0.1.jar"插件文件，并将其粘贴到ImageJ插件目录中。或者，使用"插件|安装插件"菜单选项将它们保存在计算机硬盘驱动器上之后安装这些文件。

2.时钟扫描分析

  1. 标准时钟扫描插件（ 图1 ）:
    1. 使用ImageJ"File | Open"菜单命令打开感兴趣的图像。
    2. 点击"多边形"工具，或"分割行选择"工具，然后绘制图像以概述整个投资回报率或该区域的一段。有关多边形选择（内部虚线轮廓）的示例，请参见图1A 。
      注意:也可以使用软件中提供的其他选择工具（矩形，椭圆形和手绘线选择）。
    3. 从菜单中选择"插件|时钟扫描"，打开标准时钟扫描协议弹出选项窗口。请注意，此命令还将打开ROI Manager窗口，其大纲自动添加到该窗口。
    4. 使用插件选项窗口执行以下操作。....

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Results

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这里用于说明目的的图像取自我们之前的细胞和组织生物学研究5,6,7和从Allen Mouse Brain Atlas 8中创建的数据库。这两个插件都使用ImageJ 1.50i / Java 1.8.0_77，ImageJ 2.0.0-rc-44 / 1.50e / Java 1.8.9_66和Fiji ImageJ 2.0.0-rc54 / 1.51g / Java 1.8.0_66程序环境成功测试。

图1显示了使用标准时钟扫描插件的图像分析的代表性结果。对于两个插件，时钟扫描过程的基本代码和主要步骤基本上与原始协议1中描述的相同。简单地说，在投资回报率或ROI的一部分在图像上概述之后（ 图1）

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Discussion

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时钟扫描协议:时钟扫描协议是一种快速简单的图像分析工具。与现有的图像分析方法（例如线性像素强度扫描或ROI的平均像素强度的计算）相比，该协议的优点已经在先前的出版物1,9中进行了详细描述。简而言之，该协议允许通过量化位于与ROI中心不同距离（例如对象的边界）或物体外部的预定位置（背景）的像素的强度来生成整体的径向像素强度分布。由于后者，每个ROI的时钟扫描配置文件可以随时校正其直接背景，这在生物应用中使得该配置文件更少地依赖于本地，样本内或样本到样本之间的非均匀性标签/染色，以及不稳定性显微镜光源的强度或荧光灯曝光次数。时钟扫描配置文件的对象尺寸和形状独立性进一步扩大了该协议的应用范围，通过启用不同对象的比较，以及通过逐点减法"正"和"负"控制的配置文件进行校正对象。

时钟扫描插件:分发和共享原始协议的主要限制是使用Visual Basic 6.0（VB）1,9开发的代码的平台依赖性。这个问题最近由德国莱布尼兹分子药理学研究组织的一个研究小组通过开发出类似的富士ImageJ时钟扫描插件

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Disclosures

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作者宣称他们没有竞争的经济利益或其他利益冲突。

Acknowledgements

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我们感谢Tanja Maritzen博士和Fabian Feutlinske博士（莱布尼兹德国柏林分子药理学研究所）与我们分享了他们的Fuji ImageJ Clock Scan插件版本，并激励我们开发此版本的程序。我们也非常感谢弗里茨·梅尔切斯博士（Max Planck感染生物学研究所淋巴细胞发育系）对他部门的数据库使用图像进行测试和改进插件的许可。支持:翻译神经科学中心; NIH授权:P30-GM110702-03。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
电脑任何与下面列出的软件兼容
ImageJ 或 Fiji ImageJ NIHhttps://imagej.nih.gov/ij/ 或 https://fiji.sc/捆绑 Java 1.8 或更高版本
时钟扫描插件免费软件https://sourceforge.net/projects/clockscan/Clock_Scan-1.0.1 jar 和 Multi_Clock_Scan-1.0.1/ jar
Origin 9.0OriginLab美国马萨诸塞州北安普敦该程序用于生成原始 Clock Scan 数据的一些图表。任何其他图形软件都可用于执行此功能

References

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  1. Dobretsov, M., Romanovsky, D. "Clock-scan" protocol for image analysis. Am J Physiol Cell Physiol. 291, 869-879 (2006).
  2. Feutlinske, F., Browarski, M., Ku, M. C., et al. Stonin1 mediates endocytosis of the proteoglycan NG2 and regulates focal adhesion dynamics and cell motility. Nat Commun. 6, 8535(2015).
  3. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W.

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