使用 ElectroMap 进行光学标测数据的高通量分析

多阵列和光学标测技术在心脏研究中的应用正在不断拓展。然而，目前尚缺乏用于电生理数据处理的可靠、高通量的开源软件。为此，我们开发了一款名为 ElectroMap 的新型软件，以帮助研究人员开展数据分析工作。

ElectroMap 整合了多种新方法与成熟方法，用于分析心脏标测数据，这些数据可通过多种不同的相机、多种不同的荧光染料，以及包括光学标测和多电极阵列系统在内的不同采集模式，从任意物种中获取。除了测量动作电位时程、传导分析和形态学等标准动作电位参数外，ElectroMap 还能够分析并量化电活动。首先，从 GitHub 代码仓库下载 ElectroMap 最新源代码版本中的所有文件。

将下载的文件解压至目标位置。打开 MATLAB，导航至包含 ElectroMap 源代码的文件夹，然后打开文件 electromap。

米，并在编辑器中点击运行以启动 ElectroMap 用户界面。接下来，要加载图像，请点击选择文件夹，并导航至待分析数据文件所在的位置。在界面中选择要加载的文件，然后点击加载图像。

加载后，第一帧将显示，红色轮廓将指示图像的自动阈值设定。如有需要，可通过更改图像中“阈值”下拉菜单的选项，将阈值设定为基于信号时间过程幅度的阈值。请注意，一旦选定阈值设定，该设定将应用于整个图像堆栈。

如有需要，可将阈值选项更改为手动模式，以激活滑块来手动调整图像阈值。此外，通过在阈值选项下方选择相应的复选框，可自定义分析的兴趣区域。请注意，可通过顶部菜单中的“兴趣区域选择”获取更高级的选项，例如区域数量等。

应用适当的阈值后，点击“处理图像”以执行图像处理。此时，请确保已正确输入相机设置参数，包括帧率（kilohertz）、像素尺寸（微米）以及信号处理选项，如时间窗范围、空间滤波和时间滤波。文件处理完成后，检查组织平均信号中标记为红色圆圈的峰值。

根据检测到的峰对信号进行分段。点击“分段信号”。如需要，可通过放大至感兴趣的时间区域并选择“分段信号”，对信号应用自定义分段。

图像处理完成后，“生成图谱”按钮将变为可用状态。点击“生成图谱”以应用动作电位时程、激活时间、传导速度和信噪比分析。从列表框中选择所需的片段，以对每个片段应用相应的分析。

接下来，选择“获取像素信息”以查看图像中任意像素信号的详细显示，并可比较像素，在同一图表中绘制最多六个位置的信号。如需进行更详细的传导速度分析，请点击“传导”按钮，然后选择“单向量法”以分析传导，该方法通过计算两点间失活时间的延迟来获得梯度向量。

最后，按下局部向量按钮，以应用多向量方法，并使用与主界面设置相匹配的参数。按下激活曲线按钮，绘制随时间变化的组织激活百分比曲线。若要使用 ElectroMap 量化其他参数，请从显示图上方的下拉菜单中选择所需的其他分析选项。

单击“单文件分析”以打开专用模块，用于对文件中每个已识别片段进行高通量的动作电位时程和传导分析。可在整幅图像或选定的兴趣区域或兴趣点上执行分析。如需从 ElectroMap 导出数据，请单击“导出数值”，以保存主用户界面中当前显示图谱的数值。

然后点击导出地图，弹出当前显示的地图窗口，可将其保存为多种图像格式。如有需要，可通过选择色标图标添加颜色标尺。通过选择编辑，然后选择颜色映射，设置比例尺。

最后，按下激活视频按钮以生成激活序列的动画，该动画可保存为动态GIF文件。此动画展示了先前报道中使用电压敏感染料记录的小鼠心房与豚鼠心室动作电位形态的对比。尽管动作电位形态存在明显差异，且两组数据采用不同帧率和像素尺寸的独立光学标测相机获取，但通过选择适当的参数，ElectroMap仍可成功用于分析这两组数据集。

使用集合平均法替代其他方法可改善从小鼠左心房分离出的信号的信噪比。当未采用集合平均时，起搏频率从3赫兹增加到10赫兹并未改变动作电位时程（APD）；然而，在使用集合平均数据进行测量时，观察到了10赫兹起搏下APD预期的缩短。此外，对小鼠左心房以120毫秒的周长进行起搏，并将周长逐步缩短10毫秒，直至达到50毫秒。

ElectroMap 可自动识别起搏周期长度，并相应地对组织平均峰值进行分组。动作电位时程和舒张间期缩短。光学测量峰值的幅度降低，而达峰时间延长。

本方案展示了如何安装并设置 ElectroMap 中的参数，以快速分析动作电位时程、传导速度、峰峰值变异性，以及如何进行信号叠加平均以提高信噪比。我们希望这款免费软件的发布能够帮助研究人员满足其分析需求，并推动心脏研究领域取得一些重要发现。我们将持续集成所开发的各类算法，同时也鼓励其他研究者协助我们进一步拓展 ElectroMap 的功能。