Name: 작은 하트의 세미 - 자동 광학 도면 분석 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-09-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 10 s
Description: 배우세요 반자동 광학 심장 박동 분석(SOHA) 방법을 사용하여 초파리, 제브라피쉬, 태아 마우스의 심장 형태와 수축성을 정량화하는 기술을. 이 방법은 심장 기능 연구의 효율성을 높입니다.

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KO와 AC는 미국 심장 협회에서 부여하고 화목에 의해 지원됩니다. SIB와 RB는 NIH에서 교부금에 의해 지원됩니다.

<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1435/SOHA_overview.pdf">세미 자동 심장 박동 분석 (하) 프로 시저의 개요를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 세미 자동 광학 심장 박동 분석 1. Preprocess - 이 단계는 diastolic과 수축기 심장 직경에 대한 정보를 제공합니다. 심장 가장자리는 최대 심장 확장과 심장 수축 동안 식별 및 표시됩니다. 광학 녹음도 속도가 느린 속도와 마음의 최대한의 수축과 이완이 발생 프레임의 정확한 신분을 수 있도록 한 번에 하나의 프레임에 고급 수 있습니다. 수축기 가장자리를 식별 diastolic 가장자리 한 켤레를 식별할 수있는 표시 중 하나 쌍이 만들어집니다. 마크는 심장 따라 서로 다른 수평 위치에 중복에도 만들 수 있습니다. 이 단계에서 얻은 심장 지름도 심장의 수축성의 추정치를 제공하는 추가적인 측정을 계산하는 데 사용됩니다. 이 법안은 소수 퍼센트 단축 (% FS)이며 그것은 심장 모서리가 수축하는 동안 서로쪽으로 이동 범위를 나타냅니다. %의 FS를 계산에 사용되는 공식은 다음과 같습니다 : (((Diastolic 직경 - 수축기 직경) / Diastolic 직경) × 100) 참고 -이 세트의 식별 포인트는 직경 부분 단축 측정에만 사용되며 움직임 감지에 사용되지 않습니다. 예 : (. Cammarato, 동부 표준시 알 2008) Drosophila에서 포인트 돌연변이가 마이 오신 중쇄의 변환기 도메인에 알려진 지역 모터의 효소 활동, 그들이 마이 오신의 ATPase 활동을 억제 또는 개선 여부에 따라 확대 또는 제한됩니다 마음에 결과를 조절하는 . 그것은 표피와 지방을 통해 심장 튜브의 전체 길이를 따라 심장 가장자리를 식별하는 데 일반적으로 불가능으로 측정 이러한 종류 (Wildtype을 비교, D45 및 Mhc5 &quot;M - 모드에서 M - 모드, 손상 파리에서 만들 수 없습니다 일반적으로 심장을 둘러싸고있는 아래의 그림 &quot;). 기타 일반적으로 고용 방법으로 그대로 파리의 마음을 시각화 때 만든 측정은 일반적으로 심장의 가장 앞쪽에 부분, 원뿔 챔버 지역으로 제한되어 있습니다. 그것은 고정 조직이 역동적인 측정을 얻을 수도 없습니다. 2. 운동 감지 - 이 단계는 프로그램에 의해 자동으로 수행하고 각 영화에 움직임을 분석하는 두 개의 서로 다른 알고리즘을 사용합니다. 간단히, 첫 번째 알고리즘은 &quot;평균 프레임 암흑&quot;알고리즘은 프레임 방식으로 프레임을 사용합니다. 이 알고리즘의 평균 전체 영화 프레임에 대한 어둠의 강도는 0과 1 사이의 간격 값을 normalizes하고, 플롯 시간이 지남에 따라 영화의 모든 프레임에 대한 표준 평균. 두 번째 접근 알고리즘 &quot;픽셀의 픽셀은&quot;하나의 프레임에서 다음의 모든 개별 픽셀의 어둠의 변화를 분석합니다. 미리 임계값 이상의 강도 변화를 전시 픽셀은 각 프레임에 대한 표현하고 시간이 지남에 따라 영화의 모든 프레임 꾸몄다 있습니다. 3. 간격을 - 확인 두 운동 탐지 알고리즘의 출력은 출력 창에있는 &quot;픽셀의 픽셀&quot;위의 창에 표시 &quot;에 관한 어둠&quot;출력이 모듈에 표시됩니다. 검색 간격 우리가 직접 알고리즘 출력 창 아래에 분석되는 프레임에서 만든 모서리 추적하거나 M 모드를 표시합니다 실제 영화 운동에 동의하는지 확인하기 위해. M - 모드는 디지털 영화의 각 프레임에서 심장을 관통 조각에게 넓은 한 픽셀을 절단하고 시간이 지남에 심장 에지 운동의 스냅샷을 제공하기 위해 수평을 정렬하여 이루어집니다. 윈도우의 &quot;픽셀의 픽셀&quot;의 식별​​ diastolic 간격이 바로 위에 그 간격에 기여하는 프레임의 번호와 수평 녹색 라인으로 표시됩니다. 수축기 간격 두 연속 diastoles 사이의 간격으로 식별됩니다. 수축기의 시작은 수직 파란 선으로 M - 모드에서 표시됩니다 결국은 수직 빨간 선으로 표시됩니다. 이 디스플레이는 알고리즘 출력이 실제 심장의 움직임에 동의 있는지 확인하기 위해 상대적으로 쉽습니다. 동작 감지 기능이 자동으로 수행되지만 출력은 정확성을 위해 검사해야합니다. 이것에 대한 몇 가지 이유가 있습니다, 하나는 심장의 움직임과 관계없는 가벼운 수준의 기본, 느린 웨이브 변동이 자주있다는 것입니다. 이것은 일반적으로 하이 패스 필터의 내장의 사용에 의해 제거될 수 있습니다. 두 번째 이유는 접근 &quot;픽셀의 픽셀&quot;의 감도로 할 수있다. 이 알고리즘의 출력은 일반적으로 2 이동 추적, 수축 운동 한과 휴식을위한 운동입니다. 시간의 길이를 기존의 파리에서 일부 돌연변이의 두 동작 사이<html> 비교적 긴되고 프로그램은 두 개의 비트로 두 움직임을 해석하려고합니다. 이것은 &quot;사용 어둠 &#39;상자를 클릭하여, 평균 프레임 암흑 알고리즘의와 픽셀 알고리즘에 의해 픽셀의 출력을 비교하는 프로그램을 요구하는 수정하실 수 있습니다. 예 (비디오 참조) : 이전 5-7주에서는 수축기 간격은 일반적으로 젊은 파리에서보다 훨씬 더 이상 날아. 이러한 긴 간격은 처음에는 짧은 음절 연장으로 구분된 두 개의 별도의 수축으로 감지됩니다. 이것은 &quot;사용 어둠&quot;확인란을 선택하여 수정하실 수 있습니다. 이 경우 프로그램은 평균 프레임 어둠은 출력 픽셀 알고리즘에 의해 픽셀로 식별 diastolic 간격을 비교합니다. 평균 프레임 암흑 출력 긍정적인 가치가있다면, 픽셀 알고리즘에 의해 픽셀에서 확인된 모든 diastolic 간격은 무시되고 간격이 올바르게 지정됩니다. 전체 영화가 10초 세그먼트에서 스캔하여 접수 ( &quot;OK 데이터&quot;를 클릭) 또는 ( &quot;데이터 삭제&quot;를 클릭) 거부하실 수 있습니다. 안녕과로 패스 필터 감성은 수동으로 어둠의 알고리즘을 채용하면 수축 간격을 정의할 수 있도록보다 정확하게 조정할 수 있습니다. 4. 출력 통계 - 특정 영화에 대한 출력이 수락된되면 프로그램이 자동으로 매개 변수의 수를 계산하는 정보를 사용합니다. 이들은 diastolic과 수축기 간격, 심장 기간 및 심장 박동, 방향 및 수축 파, 심장 직경, 그리고 % FS의 속도를 포함합니다. 또한, 프로그램이 아닌 균일한 수축과 이완의주기 (핑크 외, 2009 참조) 반영 arrhythmicity를 quantifying에 대해 여러 방법이 있습니다. 통계 출력은 개별적으로 각 영화 및 Microsoft Excel과 같은 스프레드 시트 프로그램에서 열 수있는 쉼표로 구분된 값 형식 (. CSV) 파일에 설정 전체 데이터 제공됩니다. 표 1 - <img src="/files/ftp_upload/1435/1435table1.jpg" alt="table1" /> 세미 자동 광학 심장 분석 프로그램에 의해 생성된 출력의 예입니다. 5. 업데이트 Histograms - 프로그램의이 부분은 막대 그래프 형식의 데이터 세트에 대한 마음의 간격에있는 모든 데이터를 표시합니다. 심장 요금 변수 때문에 우리는 히스토그램 출력 데이터를 정상화. 그러나, 간격의 분포는 주위에 대칭이 아니기 때문에 것은 우리의 정상화에 대한 중간 간격 값을 사용 의미합니다. 예 (비디오 참조) : KCNQ 칼륨 채널에 대한 돌연변이 아르 파리가 매우 불규칙 diastolic 및 수축기 간격을 보여줍니다. 일반적으로 수축기 간격이 훨씬 길고 연령 일치 wildtype의 파리보다 더 불규칙한 수 있습니다. 이것은 명확하게 (Ocorr 외도 참조하십시오. 2007) 히스토그램 형식으로 데이터를 표시하여 볼 수 있습니다. 6. M - 모드 이 모듈은 영화 프레임의 심장부에 따라 어떤 위치에서 만들 수있는 M - 모드 것을 생성합니다. M 모드의 길이도 지정할 수 있습니다. M - 모드는 심장이 영화에서 뭐하는 질적 보여 유용합니다. 예 (비디오 참조) : M - 모드를 생성하는 데 사용되는 앞쪽에 뇌실을 보여주는 삼일 오래된 zebrafish 애벌레 심장의 영화. 전자 각 영화 프레임 excised 될 픽셀의 수직 단면은 빨간색 선으로 표시됩니다. M - 모드 그림 : Drosophila와 zebrafish에서 M - 모드의 예. 빠른 심장 제한의 결과로 효소 반응 속도론 및 때때로 전도 블록과 분자 모터의 Preprocess 단계 결과에서 설명하는 마이 오신의 돌연변이 중 하나. 두 매개 변수가 질적 M - 모드를 사용하여 표시됩니다. <img src="/files/ftp_upload/1435/1435fig1.jpg" alt="M - 모드의 예" /> wildtype 및 돌연변이 파리가 모두 마음의 동일한 부분에서 만든 M - 모드는 명확하게 MHC 5 돌연변이와 열려진 직경과 (우울 효소 속도론과 마이 오신을 표현) D45 돌연변이의 arrhythmic 수축주기에 제한 표현형을 표시 (수정 Cammarato 동부 표준시. 알, 2008). 앞쪽에 뇌실 (데모, 핑크 et.al. 2009 년 그림과 같이 같은 심장 영화)를 보여주는 Zebrafish 애벌레 마음에서 만든 M - 모드를 사용합니다. 7. 레드 다트 영화 - 이 모듈은 자동으로 빨간색으로 변화로 식별되는 모든 픽셀을 보여주는 분석 영화의 둔화 (1시 4분), 20 번째 버전을 생산하고 있습니다. 이 기능은 주로 일러스트 목적으로 사용됩니다. 동영상 1 - 빨간색으로 프로그램 알고리즘에 의해 어둠의 강도를 변경 것으로 식별하는 픽셀을 보여주는 &quot;레드 도트 영화&quot;. 동영상 속도는 4 요인에 의해 원래의 둔화됩니다. w.jove.com/files/ftp_upload/1435/redmove.avi는 &quot;&gt; 영화 1 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오. 8. 추가 애플 리케이션 우리는 종종 전통적인 방법론을 사용하여 분석하기 어려운 작은 마음으로 다른 모델의 고속 동영상이 분석 시스템을 적용하기 시작했다. 우리는 성공적으로 zebrafish 애벌레 마음 배아 마우스 하트 (핑크 외, 2009) 모두에이 분석을 적용합니다. 영화 2 - 마우스 심장 플러스 동영상 데이터 출력 확인 간격과 수치. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1435/Mouse%20heart%20clip%201.avi">영화 2를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img src="/files/ftp_upload/1435/1435fig2.jpg" alt="마우스 심장 간격을 확인" />

<ol><li>Cammarato, A., Dambacher, C. M., Reedy, M. C., Knowles, A. F., Kronert, W. A., Bodmer, R., Ocorr, K., Bernstein, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Myosin+Transducer+mutations+differentially+affect+motor+function%2C+myofibril+structure%2C+and+the+performance+of+skeletal+and+cardiac+muscles%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Biol+Cell%22%5BJournal%5D)">Myosin Transducer mutations differentially affect motor function, myofibril structure, and the performance of skeletal and cardiac muscles.</a> Mol Biol Cell. 19 (2), 553-562 (2008).</li>
<li>Ocorr, K., Reeves, N., Wessells, R. J., Fink, M., Chen, H. -S. V., Akasaka, T., Yasuda, S., Metzger, J., Giles, W., Posakony, J. W., Bodmer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((KCNQ+potassium+channel+mutations+cause+cardiac+arrhythmias+in+Drosophila+that+mimic+the+effects+of+aging%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">KCNQ potassium channel mutations cause cardiac arrhythmias in Drosophila that mimic the effects of aging.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 3943-3948 (2007).</li>
<li>Fink, M., Callol-Massot, C., Chu, A., Ruiz-Lozano, P., Izpisua Belmonte, J. C., Giles, W., Bodmer, R., Ocorr, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+method+for+the+detection+and+quantification+of+heartbeat+parameters+in+Drosophila%2C+zebrafish+and+embryonic+mouse+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechniques%22%5BJournal%5D)">A new method for the detection and quantification of heartbeat parameters in Drosophila, zebrafish and embryonic mouse hearts.</a> Biotechniques. 46, 101-113 (2009).</li>
</ol>

저자들은 공개할 이해관계가 없습니다.

Drosophila 모델 embryological 개발에서 학습 및 메모리에 이르기까지 과학 질문 다양한 주소로 사용되었습니다 강력한 유전자 도구로 입증되었습니다. 최근이 다양한 모델 생물은 심장 기능의 유전자를 조사하는 데 사용되었습니다. 성인 Drosophila의 심장 생리를 정할 시도의 숫자가 복부 표피를 통해 그대로 파리에서 만들어진 관측에 의존합니다. 이러한 방식의 대부분은 시각적 관찰을하거나 하나의 매개 변수, 심장 박동수를 정할 수있는 복부를 통해 전송되는 빛의 강도의 변화 기록에 따라 다릅니다. 이것은 유용한 매개 변수이지만 그것은 그것이 심장 기능에 대한 정보를 알려줍니다 무엇에 제한됩니다. 저희 세미 자동 광학 도면 분석 방법은 마음을 가면서 고속 영화에서 중요한 추가 매개 변수의 수에 대한 정확한 정보를 파생하고 기록의 모든 하트 비트에 대해 그렇게 할 수있는 강력한 방법이다.

<table><tbody><tr><td>MatLab 소프트웨어</td><td>Mathworks</td><td></td><td>분석 소프트웨어 실행을 위한 필수 환경.</td></tr><tr><td>EM-CCD 디지털 카메라</td><td>Hamamatsu Corp.</td><td>9100 또는 9300</td><td>다른 고속 디지털 카메라로도 대체 가능합니다.</td></tr><tr><td>HC 이미지 데이터 캡처 소프트웨어</td><td>Hamamatsu Corp.</td><td></td><td>avi 형식의 동영상을 생성하는 다른 이미지 캡처 소프트웨어로도 대체 가능합니다.</td></tr><tr><td>10x 대물렌즈가 장착된 광학 현미경</td><td>Leica Microsystems</td><td></td><td>공기-물 계면을 제거하는 침수 렌즈를 사용하면 해상도를 크게 향상시킬 수 있습니다.</td></tr></tbody></table>

작은 하트의 세미 - 자동 광학 도면 분석

Semi-automated Optical Heartbeat Analysis of Small Hearts

우리는에서 고속 광학 녹음을 분석하는 방법을 개발했습니다<em&gt; Drosophila</em&gt; zebrafish 및 배아 마우스 하트 (핑크, 동부 표준시. 알., 2009). 우리 반자동 광학 도면 분석 (하)는 개인의 수축성 및 휴식 행사와 관련된 심장 움직임을 감지할 수있는 새로운 움직임 감지 알고리즘을 사용합니다. 이 프로그램은 수축기 및 diastolic 간격, 심장 박동,뿐만 아니라 심장 박동의 arrhythmicity의 질적 및 양적 조치를 포함한 생리학 관련 설치 했어요의 호스트를 제공합니다. 프로그램은 또한 부분 단축과 분수 영역 변경이 계산하는 심장 확장과 심장 수축을 모두하는 동안 심장 직경 측정을 계산합니다. 출력은 대부분의 스프레드 시트 프로그램과 호환 디지털 파일로 제공됩니다. 측정은 출력의 통계 능력을 증가 기록의 모든 하트 비트에 대해 만들어집니다. 우리는 사용자의 입력이 필요한 각 단계를 설명하고 세 가지 유전적으로 다루기 쉬운 심장 모델로 심장 기능의 분석을 위해 방법론의 응용 프로그램을 보여줍니다.

우리는에서 고속 광학 녹음을 분석을위한 세미 자동 광학 도면 해석 방법 (하)를 개발<em&gt; Drosophila</em&gt; zebrafish 및 배아 마우스 심장. 우리는 과일 비행 및 배아 마우스 마음에 심장 기능의 분석을 위해 방법론의 응용 프로그램을 보여줍니다.

우리는 초파리, 제브라피시 및 생쥐 배아 심장에서 얻은 고속 광학 기록을 분석하는 방법을 개발하였습니다(Fink, et. al., 2009). 우리의...

안녕하세요, Karen입니다. 안녕하세요, Anthony Kado입니다. 저희는 Burnham 의학 연구소(Burnham Institute for Medical Research)의 발달 및 노화 프로그램 팀 소속입니다. 이번 영상에서는 작은 심장을 가진 모델 시스템에서 심박수 파라미터를 이해하고 정량화하기 위한 저희의 반자동 심박수 분석 프로그램을 시연하도록 하겠습니다.이 영상은 박동하는 초파리 심장을 촬영한 고속 영화입니다. 수축 및 이완 주기 동안 심장 직경을 측정함으로써 심장 형태 및 수축력에 관한 정보를 얻을 수 있습니다. 이를 위해 최대 이완기 및 수축기 동안 심장의 가장자리를 식별하고 표시해야 합니다.전처리 창에서 확인하려는 동영상을 선택하십시오. 여기서는 방금 시청한 어린 파리의 심장 동영상을 선택하겠습니다. 광학 기록물은 저속으로 재생하거나 한 프레임씩 이동할 수 있어, 심장의 최대 수축과 이완이 일어나는 프레임을 정밀하게 식별할 수 있습니다.이 가장자리들을 식별하기 위해 표시를 한 쌍 만듭니다. 심장이 최대로 수축한 프레임으로 영상을 이동시킵니다. 수축기 가장자리를 식별하기 위해 표시를 또 한 쌍 만듭니다.표식은 서로 다른 수평 위치에 중복으로 표시할 수 있습니다. 심장을 따라 이곳에서 얻은 심장 직경은 심장의 수축력을 추정하는 지표인 분획 단축률(percent fractional shortening)을 계산하는 데 사용됩니다. 이 측정값은 수축 중에 심장의 가장자리가 서로를 향해 얼마나 이동하는지를 나타냅니다.분획 단축률(percent fractional shortening)은 이완기 직경과 수축기 직경의 차이를 이완기 직경으로 나눈 후, 그 값에 100을 곱하여 계산합니다. 이 야생형 초파리의 경우, 분획 단축률은 45%입니다. 방금 보신 야생형 초파리 심장과 비교하여, 근육 단백질인 myosin에 돌연변이가 있는 초파리의 심장 예시가 여기 있습니다. 이 심장은 육안으로 보기에 더 좁습니다.또한, 이 심장은 야생형 심장만큼 수축하지 않습니다. 표시된 가장자리의 위치를 통해, 이 심장 역시 어린 야생형 초파리 심장과 마찬가지로 이완되지 못한다는 점이 분명해질 것입니다. 여기서 측정된 직경으로 계산한 분획 단축률(percent fractional shortening)은 단 15%이며, 이는 야생형 초파리 심장에서 얻은 값보다 현저히 낮은 수치입니다.이 모듈에서 지정된 포인트들은 직경 및 분획 단

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