位移分析法揭示胚胎斑马鱼心脏功能的节段性异质性（DIAMOND）

Diamond 是首个用于斑马鱼胚胎四维节段性心脏功能定量评估的开源方法。该方法具有微米级分辨率，可在三维空间中量化局部心脏力学。目前尚无其他方法能够实现这一功能。

Diamond 揭示了多柔比星诱导的心脏毒性中的新型损伤模式。因此，我们认为该方法可作为化疗诱导心脏毒性的高通量体内筛选平台。目前，我们正在致力于将 Diamond 技术应用于哺乳动物心脏。

然而，仍需进一步的工作来考虑哺乳动物心肌纤维的取向以及心脏的旋转和扭转运动。在尝试该方法时，用户必须清晰地了解斑马鱼心脏的解剖结构，以准确定位水平轴和垂直轴，并对心室进行分割，这一点至关重要。要重建三维收缩期和舒张期心脏图像，首先打开由后同步算法生成的文件夹，然后打开输出文件夹。

找到第一个收缩期和舒张期，并记录帧编号。然后打开按状态划分的输出文件夹，找到与所记录帧编号相同的文件夹。将文件夹中的图像转换为3D TIF文件，并将其命名为舒张期。

舒张期.tif 和收缩期.tif。要对心室进行分割，请单击“文件”并选择“打开数据”，以打开图像分析软件，然后加载舒张期图像。

舒张期和收缩期。根据图像设置输入体素大小。点击分割面板，使用内置的阈值工具手动分割心脏的心室部分。

然后去除分段后心室中的房室管和流出道，因为这会影响位移分析。完成分割后，单击项目面板，右键点击 diastole.labels.tif 和 systole.labels.tif。

在控制台中选择 tif 选项卡，然后单击“导出数据为”以将数据保存为 3D TIF 文件。在编程环境中打开 prepimage_1.m，确保第五行 InPath 中的文件夹包含原始和已分割的 TIF 文件，并将第四行的 slice 更改为 3D TIF 文件的切片数量。

运行代码后，将生成五个新的三维 TIF 文件和两个新文件夹。将全部五个三维 TIF 文件导入图像分析软件中。进入多平面面板，选择 diastole_200。

以tif作为主要数据。将x轴与心室的垂直长轴对齐，z轴与心室的水平长轴对齐。接着，从斜向YZ平面中按逆时针方向随机选择三个点，并记录其三维位置坐标。

对 systole_200.tif 重复此过程。在项目面板中单击，然后右键点击 diastole_200.tif 以创建其切片对象。

单击 tif 并搜索切片对象。左键单击已创建的切片对象，在属性面板选项中勾选“设置平面”，在平面定义中选择三个点，并输入先前记录的坐标。右键单击 diastole_200。

tif，搜索重采样变换后的图像并创建对象。在属性面板中，选择切片作为参考，然后点击应用，这将生成一个名为 diastole_200.transformed 的对象。接下来，右键点击 diastole_200。

转化后，搜索重采样并创建对象。在属性面板中选择体素大小作为模式，并将其更改为 x 等于 1，y 等于 1，z 等于 1。点击应用，然后保存生成的 diastole_200。

将重采样后的对象保存为 3D TIF 文件。对 dialabel.tif、test 重复此过程。

tif、systole_200.tif、syslabel.tif 和 test。

根据文稿说明进行tif格式转换。将全部六个重采样文件导入ImageJ，并选择能够清晰显示房室管的收缩期_200重采样切片，同时务必记录该切片的编号。

使用图像变换旋转功能将房室管垂直定位。对所有文件应用相同的旋转，然后关闭所有窗口并保存更改。接下来，移动 systole_200。

重采样，syslabel。resampled 以及 test2 被重采样至 resample_sys 文件夹。

移动 diastole_200.resampled、dialabel.resampled 和 test。

重采样至 resample_dia 文件夹。打开 divider_2_8_pieces.m，将第五行中的 InPath 修改为图像目录。

将第22行中的变量 middle 更改为能够清晰显示房室管的切片编号。对第394行和第411行中重采样的 diastole_200 重复此过程。

运行代码。当出现提示时，分别在心室中心和房室管中心各单击一次。要登记收缩期和舒张期图像矩阵，请打开 register_3。

打开 displacement_3.m，将第四行中的 InPath 更改为图像文件夹路径。然后打开 displacement_4.m，将其中的 InPath 更改为图像文件夹路径。

运行程序以生成一个名为 vector8.txt 的文件，其中包含一个 8 行 4 列的矩阵。该矩阵的每一行包含心室某一特定节段位移矢量的 x 分量、y 分量、z 分量的大小以及合矢量的大小。

这些数值随后可导入电子表格。该方案已被用于揭示斑马鱼心脏功能的节段性异质性以及对阿霉素诱导心肌损伤的易感性差异。在受精后3至4天进行24小时阿霉素处理后，比较对照组与处理组间心室节段的位移情况。

在对照条件下，基底段一和六发生最大的位移，且最易受到阿霉素诱导的心脏损伤。在受精后6天（6 dpf），对照组斑马鱼节段位移向量的平均L2范数在归一化后介于3.9%至8%之间。基底段一和六的Diamond位移恢复至对照组水平，提示节段性再生。

与此同时，在阿霉素处理后，二维基底应变立即从-53%恶化至-38%，随后在48小时后恢复至对照水平，这一结果与Diamond位移数据一致。在治疗过程中，整体射血分数（EF）也表现出平行的下降和恢复趋势。随后，在阿霉素处理期间应用Diamond技术，并结合使用Notch通路抑制剂DAPT以及下游效应分子NICD和NRG1 mRNA对Notch通路进行调控。

mRNA 显微注射挽救了急性化疗诱导损伤后钻石位移和射血分数的下降。此外，化疗后抑制 Notch 通路会阻碍基底段钻石位移和治疗后 48 小时射血分数的恢复，但这种抑制作用可被 Notch 下游效应分子所逆转。传统的射血分数被认为是心肌损伤的一种不敏感且滞后的指标。

Diamond 可使研究人员量化斑点状心脏功能，并协助分析斑马鱼胚胎心肌损伤的异质性。