Hochdurchsatz-Analyse von Bild Tumorsphäroide: Eine benutzerfreundliche Software-Anwendung, um die Größe der Sphäroide automatisch und präzise messen

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, mit Hilfe einer Hochdurchsatz-Bildanalysesoftware die Größe von dreidimensionalem Tumor S zu messen, der mit Hellfeldmikroskopie abgebildet wurde. Dies wird erreicht, indem zunächst alle Bilder mit 3D Tumor Steroid in der richtigen Verzeichnisstruktur und Dateinamen für dieses Steroid Sizer-Programm angeordnet werden. Als zweiten Schritt berechnet Steroid sizer automatisch die Grenze dieses Steroids basierend auf dem aktiven Konturalgorithmus und misst die Größe dieses Steroids.

Als nächstes wird ein gut konzipierter Qualitätskontroll-Sweep durchgeführt, um optimale Ergebnisse für jedes Bild zu gewährleisten. Nach der Analyse des Ergebnisses in Daten kann das Wachstum des 3D-Steroids unter experimenteller Behandlung geklärt werden. Der Hauptvorteil dieses Computerprogramms besteht darin, dass es einen leistungsstarken automatisierten Bildanalysealgorithmus und einen Qualitätskontroll-Workflow integriert, um die Bildanalyse mit hohem Durchsatz zu unterstützen.

Die Software toleriert einen unebenen oder verrauschten Bildhintergrund. Es reduziert den Arbeitsaufwand erheblich und beschleunigt den Analyseprozess. Die Implementierung der Software ist vorteilhaft für 3D-Tumorsteroide, um ein routinemäßiges In-vitro-Modell für Arzneimittelscreenings sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft zu werden.

Sphe sizer erfordert MATLAB mit den Toolboxen Signalverarbeitung und Bildverarbeitung. Eine optionale Toolbox, die verwendet werden kann, ist die parallele Verarbeitung, die den OID-Sizer vom Rutgers-Server herunterlädt und in ein Installationsverzeichnis entpackt, das in den nachfolgenden Schritten benötigt wird. Bereiten Sie nun Ihre Bilder vor.

Bestimmen Sie zunächst die Bildauflösung des Bildgebungssystems und den absoluten Maßstab des Bildes in Mikrometern pro Pixel. Letztendlich muss der Maßstab jedes Bildes im Experiment gleich sein. Achten Sie darauf, alle proprietären Bilddateiformate in ein akzeptiertes Dateiformat wie TIFF oder JPEG zu konvertieren.

Speichern Sie nun die Dateien unter bestimmten Dateinamen und Verzeichnisstrukturen, die für die Software erforderlich sind. Dateinamen müssen nach Platten-, Zeilen- und Spaltendateiverzeichnissen benannt werden. Dateiverzeichnisse müssen als ein Experiment pro Verzeichnis mit einem einzelnen Unterverzeichnis für jeden Zeitpunkt des Experiments angeordnet werden. Jedes Bild von jeder Platte zu einem bestimmten Zeitpunkt sollte sich ein Unterverzeichnis teilen. Beginnen Sie mit dem Öffnen von MATLAB und orientieren Sie sich im Befehlsfenster an dem Installationsverzeichnis von sphe sizer.

Geben Sie dann Sphe sizer one zero ein und drücken Sie die Eingabetaste, um dieses OID-Sizer-Programm zu starten. Klicken Sie nun im neuen Fenster auf die Schaltfläche "Durchsuchen" und wählen Sie das Verzeichnis aus, das mit allen Bildern aus dem Experiment vorbereitet wurde. Wählen Sie dann unter dem Ordnertextfeld die Umschalter Unterordner einschließen für die Qualitätskontrolle aus.

Wählen Sie die Option "On-the-fly-Anzeige" aus. Der nächste Schritt besteht darin, die Auflösung der Bilder anzugeben, was getan werden muss, damit das Programm Pixel korrekt in Millimeter umwandelt. An dieser Stelle kann der Benutzer das erweiterte Menü aufrufen, um auf weitere Einstellungen in diesem speziellen Farbfeld zuzugreifen.

Belassen Sie es bei keiner für Acht-Bit- oder 16-Bit-Bilder. Wenn die Bilder mit 12 Bit aufgenommen werden. Wählen Sie 12 Gebote.

Nachdem alle Konfigurationen ordnungsgemäß eingerichtet wurden, starten Sie die Berechnung, indem Sie auf Berechnen klicken, da die Berechnung für den gesamten Satz von Bildern ausgeführt wird. Einzelne Segmentierungsergebnisse werden in der Software on-the-fly angezeigt, wenn die Berechnung abgeschlossen ist, zeigt die Ergebnistabelle das Volumen, die Länge, die Breite und einen gültigen Umschalter für alle analysierten Kugeln an. Der gültige Umschalter dient der Qualitätskontrolle.

Wenn der Benutzer auf eine beliebige Zelle in der Ergebnistabelle klickt, werden das Original und die Bilder für die Qualitätskontrolle auf der rechten Seite zur Überprüfung angezeigt. Untersuchen Sie alle Bilder nacheinander mit dem Abwärtspfeil auf der Tastatur. Wenn eine verdächtige Sphäroidgrenze gefunden wird, verfeinern Sie sie, indem Sie auf dem Originalbild auf Manuelle Initialisierung klicken. Ziehen Sie das Ellipsenwerkzeug, um das Steroid genauer abzudecken.

In der Ergebnistabelle werden die Messungen entsprechend aktualisiert. Wenn die manuelle Initialisierung die optimale Grenze des gewünschten Steroids nicht findet, verwenden Sie die Handzeichentaste, um das Originalbild anzuzeigen und die Grenze des Steroids nachzuzeichnen. Wenn das Bild kein gültiges Steroid enthält, deaktivieren Sie einfach den gültigen Schalter für dieses Bild.

Wenn die Qualitätskontrolle abgeschlossen ist, klicken Sie auf das Feld Ergebnisse formatieren, um die Ergebnisse zu speichern. Die exportierten Dateinamen können im Optionsfenster "Erweitert zu" konfiguriert werden. Bei der Listenausgabedatei handelt es sich um eine Tabelle, die alle Messungen enthalten kann.

Die Formatausgabedatei ist eine tabulatorgetrennte Tabelle und organisiert den Volumenwert im ursprünglichen Plattenformat für eine einfache, visuelle und nachgelagerte Datenanalyse. Der Sphe-Sizer kann die Begrenzung der Kugeln auf Bildern auch unter verschiedenen ungünstigen Bildbedingungen robust erkennen. Gelegentlich kommt es zu einer unsachgemäßen Erkennung dieser OID, dann funktioniert das manuell initialisierte Tool, indem es dem Benutzer ermöglicht, die Position und Größe dieses Steroids manuell richtig zu definieren.

In extremen Fällen kann es sein, dass das Steroid nicht automatisch oder mit dem manuell initialisierten Tool korrekt von störenden und lauten Hintergründen segmentiert wird. In solchen Fällen ermöglicht das Programm dem Benutzer, die Steroidgrenze von Hand zu zeichnen, um genaue Längs- und Volumenmessungen zu erzeugen. Die Effizienz der Software wird durch die Analyse des gleichen Satzes von 288 Bildern durch manuelle Analyse im Vergleich zu Single-Core- und Multi-Core-Computern validiert.

Bildanalyse ist mit dem Steroid-Sizer mehr als 18-mal schneller pro Bild als bei manuellen Messungen, um die Wiederholbarkeit der Software zu demonstrieren. Ein Satz von 24 Steroiden wurde mit jeder Methode dreimal analysiert. Der grün dargestellte Steroidgrößenmesser zeigte bei den Messungen eine geringere Standarddatierung als die manuelle Analyse.

In einem Experiment, das mit Hilfe von Steroidsizern durchführbar wurde, wurde das als Steroid angesehene Tumorwachstum mit HSP 90-Inhibitoren und Cladribin-Behandlungen getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass eine kombinierte Behandlung in vivo eine Anti-Tumor-Wirkung haben kann. Diese Studie stellt ein schnelles, flexibles und effektives Programm zur genauen Bestimmung der Größe von 3D-Tumorsteroiden vor.

Das Größenprogramm ist einfach zu bedienen und erfordert nur minimale Benutzereingaben. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Steroide in der Mitte des Feldes abgebildet werden, ohne den Rand der Wand zu berühren. Alle Bilder sollten unter dem gleichen Objektiv aufgenommen werden und dass alle Dateien korrekt benannt und angeordnet sind, wie im Protokoll angegeben.