Method Article

画像解析のためのクロックスキャンプロトコル：ImageJ Plugins

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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本稿では、「クロックスキャン」画像解析用の2つの新しいImageJプラグインについて説明します。これらのプラグインは、オリジナルのビジュアルベーシック6プログラムの機能を拡張し、ImageJフリー画像解析ソフトウェアパッケージにバンドルすることで、大規模な研究コミュニティでプログラムを利用できるようにします。

Abstract

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画像解析のためのクロックスキャンプロトコルは、関心のある閉じられたまたはセグメント化された凸状の関心領域内で、境界内および外側（背景）内の平均ピクセル強度を定量化するための効率的なツールであり、強度プロファイル。このプロトコルはもともとは視覚的な基本6スクリプトとして2006年に開発されましたが、そのようなものとしては配布が限られていました。この問題に対処し、他の人たちによる同様の最近の取り組みに参加するために、オリジナルのクロックスキャンプロトコルコードを、ImageJやFiji ImageJのようなNIHが提供する自由に利用可能な画像分析プログラムと互換性のある2つのJavaベースのプラグインに変換しました。さらに、これらのプラグインには、複数の関心領域や画像スタックの分析など、元のプロトコルの機能の範囲をさらに広げるいくつかの新しい機能があります。プログラムの後者の機能は、アプリケーションに関連する変更を決定することが重要であるアプリケーション時間と場所へ。したがって、生物学的画像のスタックのクロックスキャン分析は、単一細胞内のNa +またはCa ++の広がり、ならびにシナプス的集団における拡散活性（ 例えば 、Ca ++波）の分析に潜在的に適用され得る結合またはギャップジャンクション結合細胞である。ここでは、これらの新しいクロックスキャンプラグインについて説明し、画像解析におけるアプリケーションのいくつかの例を示します。

Introduction

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この作業の目的は、このタイプの画像解析に関心を持つ研究者にとって、プラットフォームフリーで、自由に利用できるクロックスキャンプロトコルを提示することです。クロックスキャンプロトコルは、2006年1月に開発されたもので、凸面形状領域（ROI）内のピクセル強度定量化の既存の方法を改善する目的で開発されました。取得中、プロトコルは、「バックグラウンド」ピクセル強度を測定する目的で、ROI中心からその境界にスキャンされた複数の放射状のピクセル強度プロファイル、またはROI外の所定の距離を順次収集する。プロトコルは、スキャンの方向に測定されたセル半径に従って、これらのプロファイルをスケーリングする。したがって、個々のラジアルスキャンの中心からROI境界までの距離は、常にXスケールの100％です。最後に、プログラムはこれらの個体を平均化する1つの積分放射状ピクセル強度プロファイルに変換する。スケーリングのために、「クロックスキャン」プロトコルによって生成される平均ピクセル強度プロファイルは、ROIサイズにも、妥当な限度内でもROI形状には依存しません。この方法では、異なるROIのプロファイルを直接比較したり、必要に応じて平均化または減算を行うことができます。また、このプロトコルは、物体の外側に位置する画素の平均強度の簡単な減算によって、背景雑音に対する任意の物体の積分画素強度プロファイルの補正を可能にする。生物学的試料中でのみ試験されているが、本発明者らのプロトコールは、原点（例えば、点源からの....

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Protocol

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1.ソフトウェアのインストール

  1. バンドルされたJavaの最新バージョンと、ImageJまたはFiji ImageJのいずれかをそれぞれのWebサイトにインストールしてください（対応するWebサイトへのリンクはマテリアル表を参照してください）。以下のテキストでは、両方のプログラムを「ImageJ」と呼びます。
  2. マテリアル表で提供されるリンクを使用して、 "Clock_Scan-1.0.1。jar"と "Multi_Clock_Scan-1.0.1.jar"プラグインファイルをコピーし、ImageJプラグインディレクトリに貼り付けます。または、「プラグイン|プラグインのインストール」メニューオプションを使用して、これらのファイルをコンピュータのハードドライブに保存した後にインストールします。

2.クロックスキャン解析

  1. 標準クロックスキャンプラグイン（ 図1 ）：
    1. 関心のある画像を開くには、ImageJ "File | Open"メニューコマンドを使用します。
    2. 'ポリゴン'ツール、または '線分の分割'をクリックします。ツールを使用して、イメージを描画して、ROI全体またはこの領域の一部を概説します。ポリゴン選択の例に....

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Results

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説明目的でここで使用されている画像は、以前の細胞および組織の生物学的研究5,6,7およびAllen Mouse Brain Atlas 8から作成されたデータベースから取得されています。どちらのプラグインも、ImageJ 1.50i / Java 1.8.0_77、ImageJ 2.0.0-rc-44 / 1.50e / Java 1.8.9_66、およびFiji ImageJ 2.0.0-rc54 / 1.51g / Java 1.8.0_66プログラム環境を使用して正常にテストされました。

図1は、標準のClock Scanプラグインによる画像解析の代表的な結果を示しています。両方のプラグインで、クロックスキャン手順の基本コードと主要なステップは、元のプロトコル

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Discussion

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クロックスキャンプロトコル：クロックスキャンプロトコルは、画像解析の迅速かつ簡単なツールです。画像解析の既存の一般的なアプローチ（線形ピクセル強度スキャンまたはROIの平均ピクセル強度の計算など）と比較して、このプロトコルの利点は、先の刊行物1,9に詳細に記載されている。手短に言えば、このプロトコルは、対象物の境界線または対象外の所定の位置（背景）などのROI中心からの異なる距離に位置するピクセルの強度を定量化することによって積分放射状ピクセル強度プロファイルを生成することを可能にする。後者のために、各ROIのクロックスキャンプロファイルは、（生物学的用途で）このプロファイルをローカル、サンプル内、またはサンプル間の不均一性標識/染色において、ならびに顕微鏡の光源の強度または蛍光暴露時間。クロックスキャンプロファイルのオブジェクトサイズと形状の独立性により、さまざまなオブジェクトの比較を可能にし、「ポジティブ」および「ネガティブ」コントロールのプロファイルのポイントごとの減算による補正を有効にすることによって、このプロトコルの適用範囲がさらに拡大されますオブジェクト。

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Disclosures

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著者らは、競合する金銭的利益やその他の利益相反はないと宣言している。

Acknowledgements

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我々はFuji ImageJ Clock Scanプラグインのバージョンを私たちと共有し、このバージョンのプログラムを開発するよう促したTanja Maritzen博士とFabian Feutlinske博士（Leibniz Institute of Molecular Pharmacology、Berlin、Germany）に感謝します。我々はまた、プラグインのテストと改善を目的として、彼の部署のデータベースから画像を使用する親類の許可を得て、フリッツ・メルチャーズ博士（リンパ球発生部、マックスプランク研究所感染生物学研究所）に感謝しています。サポート：Translational Neurosciencesのセンター; NIH付与：P30-GM110702-03。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
コンピュータ
ImageJまたはFiji、ImageJNIHhttps://imagej.nih.gov/ij/、またはJava 1.8以降に https://fiji.sc/ バンドルされている
と互換性があります。クロックスキャンプラグイン、フリーウェアhttps://sourceforge.net/projects/clockscan/Clock_Scan-1.0.1 jarおよびMulti_Clock_Scan-1.0.1 / jar
Origin 9.0OriginLab米国マサチューセッツ州ノーサンプトンこのプログラムは、元のクロックスキャンデータのいくつかのグラフを生成するために使用されました。この機能を実行するために、他のグラフィックソフトウェアを使用することができます
、ソフトウェア、、

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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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Clock Scan ProtocolImageJ PluginsPixel Intensity AnalysisRegion of InterestImage Stack AnalysisRadial Pixel IntensityMulti Clock ScanBackground SubtractionStandard Deviation PlotROI Manager

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