Name: Semi-automatische Optical Heartbeat Analyse van kleine hart (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-09-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 10 s
Description: Leer de semi-geautomatiseerde optische hartslaganalyse (SOHA) voor het kwantificeren van hartritme en contractiliteit bij kleine modelorganismen zoals Drosophila en embryonale muizen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

KO en AC worden ondersteund door een subsidie ​​en een fellowship van de American Heart Association. SIB en RB worden ondersteund door subsidies van NIH.

<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1435/SOHA_overview.pdf">Klik hier voor een overzicht van de semi-automatische hartslag analyse (Soha) procedure te bekijken.</a> Semi-automatische optische hartslag analyse 1. Preprocess - Deze stap geeft informatie over de diastolische en systolische hart diameters. Heart randen zijn geïdentificeerd en gemarkeerd tijdens maximale diastole en systole. Optische opnamen kunnen worden gevorderd bij lage snelheden en zelfs een frame tegelijk mogelijk maakt exacte identificatie van de frames waar de maximale samentrekking en ontspanning van het hart optreden. Een paar van merktekens die de diastolische randen en een paar identificeren van de systolische randen zijn gemaakt. Merken kunnen ook gemaakt worden in tweevoud op verschillende horizontale locaties langs het hart. Het hart diameters verkregen in deze stap worden ook gebruikt om een ​​extra meting die een schatting van de contractiliteit van het hart zorgt berekenen. Deze maatregel is het percentage fractionele verkorting (% FS) en het vertegenwoordigt de mate waarin het hart randen naar elkaar toe bewegen tijdens een contractie. De formule wordt gebruikt om% FS te berekenen is: (((Diastolische diameter - systolische diameter) / diastolische diameter) x 100) Opmerking - De punten die in deze set zijn alleen gebruikt voor diameter en de fractionele verkorting metingen en worden niet gebruikt voor bewegingsdetectie. Voorbeeld: (. Cammarato, et al. 2008) In Drosophila, puntmutaties in transducer myosine zware keten het domein, bekend een streek voor het moduleren van de motor enzymatische activiteit, resulteren in harten die zijn verwijde of beperkt, afhankelijk van of ze te onderdrukken of versterken myosine&#39;s ATPase activiteit . Deze soorten metingen kunnen niet worden gedaan in intact vliegt omdat het meestal niet mogelijk om het hart randen te identificeren over de gehele lengte van het hart buis door de cuticula en het vet, (vergelijk Wildtype, D45 en Mhc5 M-modes in de &quot;M-mode figuur &quot;hieronder), die normaliter rond het hart. Metingen bij het visualiseren van het hart in intacte vliegt met andere veel gebruikte methoden zijn meestal beperkt tot de meest voorste deel van het hart, de kegelvormige kamer regio. Het is ook niet mogelijk om deze dynamische meting in vaste weefsel. 2. Bewegingsdetectie- Deze stap gebeurt automatisch door het programma en maakt gebruik van twee verschillende algoritmen om bewegingen te analyseren in elke film. Kortom, de eerste algoritme, de &quot;gemiddelde frame Darkness&quot; algoritme maakt gebruik van een frame voor frame aanpak. Dit algoritme gemiddelde intensiteit van de duisternis voor een hele film frame, normaliseert de waarde voor een interval tussen 0 en 1, en plots de genormaliseerde gemiddelde voor elk frame in de film in de tijd. De tweede benadering, de &quot;pixel voor pixel&quot;-algoritme, analyseert de verandering in de duisternis van alle individuele pixels van het ene frame naar de volgende. Pixels die intensiteit verandert boven een vooraf ingestelde drempel vertonen worden opgeteld voor elk frame en uitgezet voor elk frame in de film in de tijd. 3. Check-intervallen De output van de twee beweging detectie algoritmen wordt in deze module met de &quot;gemiddelde Darkness&quot; output weergegeven in een venster boven de &quot;pixel voor pixel&quot; output venster. Om zeker te zijn dat de detectie-intervallen eens zijn met beweging in de eigenlijke film hebben we weer een edge-trace of M-mode gemaakt van de frames wordt geanalyseerd direct onder het algoritme uitgang ramen. De M-mode wordt gemaakt door digitaal te snijden plakken een pixel breed door het hart van elk frame in de film en uitlijnen van hen horizontaal naar een momentopname van het hart rand bewegingen over tijd te geven. In de &quot;pixel per pixel&quot; venster de geïdentificeerde diastolische intervallen worden aangegeven met een horizontale groene lijn met het aantal frames bij te dragen aan dat interval direct boven. Systolische intervallen worden geïdentificeerd als het interval tussen twee opeenvolgende diastoles. Het begin van een systole wordt aangegeven in de M-modus door een verticale blauwe lijn en het einde wordt aangegeven door een verticale rode lijn. Met dit scherm is het relatief eenvoudig om te zien of het algoritme-uitgang is het eens met de werkelijke hart bewegingen. Hoewel de bewegingsdetectie wordt automatisch uitgevoerd de output moet worden gecontroleerd op juistheid. Er zijn verschillende redenen voor, een is dat er vaak een onderliggende, trage golf schommeling in het lichtniveau niet gerelateerd aan het hart beweging. Dit kan doorgaans worden geëlimineerd door het gebruik van een ingebouwde high pass filter. Een tweede reden heeft te maken met de gevoeligheid van de &#39;Pixel voor pixel &quot;-benadering. De uitvoer van dit algoritme is meestal twee beweging sporen, een voor de contractie beweging en een voor de ontspanning beweging. In oudere vliegen en in sommige mutanten de lengte van de tijd tussen deze twee bewegingen<html> wordt relatief lang en het programma probeert de twee bewegingen te interpreteren als twee afzonderlijke beats. Dit kan worden verholpen door te vragen het programma om de output van de Pixel vergelijken Pixel algoritme met die van de gemiddelde frame Darkness-algoritme, door te klikken op de &quot;Use duisternis&quot; box. Voorbeeld (zie video): in 5 tot 7 week oud vliegt de systolische intervallen zijn meestal veel langer dan bij jonge vliegen. Deze lange intervallen worden in eerste instantie herkend als twee afzonderlijke contracties van elkaar gescheiden door een korte diastole. Dit kan worden gecorrigeerd door het selecteren van de &quot;Use duisternis&quot; in. In dit geval zal het programma vergelijkt de diastolische interval vastgesteld door de pixel per pixel algoritme met de gemiddelde frame Duisternis output. Als de gemiddelde Frame Duisternis uitgang heeft een positieve waarde, dan is elke diastolisch interval vastgesteld in het pixel voor pixel-algoritme worden genegeerd en de intervallen correct worden gespecificeerd. De hele film kunnen worden gescand in 10 seconden segmenten en geaccepteerd (klik op &quot;Data OK&quot;) of verworpen (klik op &quot;Discard gegevens&quot;). De Hi en Lo-pass filter gevoeligheden kan handmatig worden aangepast om nauwkeuriger te helpen bij het bepalen samentrekking intervallen bij gebruik van de Duisternis algoritme. 4. Uitgang Statistiek- Zodra de uitgang voor een bepaalde film is aanvaard, het programma zal deze informatie gebruiken om automatisch te berekenen van een aantal parameters. Deze omvatten diastolische en systolische interval-, hart-periode en de hartslag, de richting en snelheid van de contractie golf, hart diameters, en% FS. Daarnaast heeft het programma meerdere methoden voor het kwantificeren van arrhythmicity weerspiegelt niet-uniforme samentrekking en ontspanning cycli (zie Fink et al., 2009). Statistische output is voorzien voor elke film afzonderlijk en voor de gehele dataset in de vorm van een door komma&#39;s gescheiden waarde (. Csv) bestand dat kan worden geopend in spreadsheet programma&#39;s zoals Microsoft Excel. Tabel 1 - <img src="/files/ftp_upload/1435/1435table1.jpg" alt="tabel1" /> Een voorbeeld van de output gegenereerd door de Semi-automatische Optical Heart Analysis programma. 5. Update-histogrammen- Dit gedeelte van het programma toont alle gegevens op hart-intervallen voor een dataset in histogram-formaat. Aangezien de hartslag variabel zijn we normaliseren het histogram output data. Echter, omdat de verdeling van de intervallen is niet symmetrisch rond een gemiddelde gebruiken we de mediaan interval waarde voor onze normalisatie. Voorbeeld (zie video): Vliegen die mutant zijn voor de KCNQ kaliumkanaal tonen zeer onregelmatige diastolische en systolische intervallen. Typisch de systolische intervallen zijn veel langer en meer onregelmatige dan in de leeftijd gematchte wildtype vliegen. Dit is duidelijk te zien door het tonen van de gegevens in histogram-formaat (zie ook Ocorr et al. 2007).. 6. M-mode- Deze module genereert M-modes die gemaakt kunnen worden vanuit elke positie langs het hart in de film frame. De lengte van de M-modus kan ook worden gespecificeerd. M-modes zijn nuttig om kwalitatief laten zien wat het hart doet in een film. Voorbeeld (zie video): Filmpje van een drie dagen oude zebravis larvale hart met de voorste hartkamer die wordt gebruikt om een M-mode te genereren. De verticale doorsnede van de pixels die elektronisch zullen worden uitgesneden uit elke film frame wordt aangegeven door een rode lijn. M-mode Figuur: Voorbeelden van M-modes van Drosophila en zebravis. Een van de myosine mutaties besproken in de Preprocessen stap resulteert in een moleculaire motor met snellere enzymkinetiek wat resulteert in het hart beperking en af ​​en toe een geleiding blok. Beide parameters kunnen worden aangetoond met behulp van kwalitatief M-modes. <img src="/files/ftp_upload/1435/1435fig1.jpg" alt="M-modes Voorbeelden" /> M-modes die in hetzelfde deel van het hart, zowel in wildtype en mutante vliegen duidelijk de beperkte fenotype in de MHC 5 mutant en de verwijde diameters en aritmische samentrekking cycli van de D45 mutant (die myosine uitdrukt met depressieve enzymkinetiek) (gewijzigd van Cammarato et. al., 2008). M-mode gemaakt van een zebravis larvale hart met de voorste ventrikel (hetzelfde hart film, zoals aangegeven in de demonstratie, Fink et.al. 2009). 7. Red Dot Movie- Deze module produceert automatisch een vertraagde (1:04), 20 tweede versie van een film waarin alle geanalyseerde de pixels die worden geïdentificeerd als het wijzigen van in het rood. Deze functie wordt vooral gebruikt ter illustratie. Film 1 - Een &quot;red dot film&quot; waarin de pixels die worden geïdentificeerd als zijnde de duisternis intensiteit verandert met het programma algoritmen in het rood. De film snelheid is vertraagd van het origineel met een factor 4. w.jove.com/files/ftp_upload/1435/redmove.avi &quot;&gt; Klik hier om een ​​film te downloaden. 8. Extra toepassingen- We zijn begonnen met deze analytische systeem toe te passen op hoge snelheid films van andere modellen met kleine hartjes die vaak moeilijk te analyseren met behulp van traditionele methodologie. We hebben met succes toegepast deze analyse voor zowel zebravis larvale harten en embryonale harten muis (Fink et al., 2009). Movie 2 - Muis hart movie plus figuur met check intervallen met data-uitgang. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/1435/Mouse%20heart%20clip%201.avi">Klik hier om Movie 2 te downloaden.</a> <img src="/files/ftp_upload/1435/1435fig2.jpg" alt="Controleer Mouse Heart Intervals" />

<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>

De auteurs hebben niets te melden.

Het Drosophila model heeft bewezen een krachtig instrument dat genetische is gebruikt om een ​​verscheidenheid aan wetenschappelijke vragen, variërend van embryonale ontwikkeling tot leren en geheugen adres. Onlangs is dit veelzijdige model organisme is gebruikt om de genetica van de hartfunctie te onderzoeken. Een aantal pogingen om het hart fysiologie kwantificeren bij volwassen Drosophila hebben vertrouwd op de waarnemingen in intacte vliegt door de buik cuticula. De meeste van deze benaderingen zijn afhankelijk van ...

<table><tbody><tr><td>MatLab-software</td><td>Mathworks</td><td></td><td>Vereiste omgeving voor de analysesoftware.</td></tr><tr><td>EM-CCD-digitale camera</td><td>Hamamatsu Corp.</td><td>9100 of 9300</td><td>Andere digitale camera's met hoge snelheid zijn ook geschikt.</td></tr><tr><td>HC-software voor beeldgegevensvastlegging</td><td>Hamamatsu Corp.</td><td></td><td>Andere software voor beeldvastlegging die video's in avi-formaat produceert, is ook geschikt.</td></tr><tr><td>Lichtmicroscoop met 10x objectief</td><td>Leica Microsystems</td><td></td><td>Een dompellens die de lucht-waterinterface elimineert, verbetert de resolutie aanzienlijk</td></tr></tbody></table>

semi-automatische optical heartbeat analyse van kleine hart

Semi-automated Optical Heartbeat Analysis of Small Hearts

We hebben een methode ontwikkeld voor het analyseren van snelle optische opnamen van<em&gt; Drosophila</em&gt;, Zebravis en muis embryonale harten (Fink, et. Al.., 2009). Onze Semi-automatische Optical Heartbeat Analyse (Soha) maakt gebruik van een nieuwe beweging detectie-algoritme, dat in staat is om cardiale bewegingen verband gebracht met individuele contractiele en ontspanning bijwerkingen te kunnen waarnemen. Het programma biedt een scala van fysiologisch relevante uitlezingen waaronder de systolische en diastolische intervallen, hartslag, maar ook kwalitatieve en kwantitatieve metingen van hartslag arrhythmicity. Het programma berekent ook het hart een diameter van metingen tijdens zowel de diastole en systole van waaruit fractionele verkorting en fractionele gebied verandert worden berekend. Uitgang wordt geleverd als een digitaal bestand compatibel met de meeste spreadsheetprogramma&#39;s. De metingen worden gemaakt voor iedere hartslag in een recordtijd het verhogen van de statistische power van de output. Tonen we elk van de stappen waar de input van de gebruiker nodig is en tonen de toepassing van onze methodologie voor de analyse van de hartfunctie bij alle drie genetisch handelbaar hart-modellen.

Hebben we een semi-automatische Optical Heartbeat Analysis-methode (Soha) voor het analyseren van snelle optische opnamen van<em&gt; Drosophila</em&gt;, Zebravis en embryonale muis harten. We tonen de toepassing van onze methodologie voor de analyse van de hartfunctie in fruitvlieg en embryonale muis harten.

Semi-automatische Optical Heartbeat Analyse van kleine hart

We hebben een methode ontwikkeld voor het analyseren van optische opnamen met hoge snelheid van harten van Drosophila, zebravis en embryonale muizen (Fink, et al., 2009). Onze ...

Hallo, ik ben Karen er. Hallo, ik ben Anthony Kado en wij maken deel uit van het programma Ontwikkeling en Veroudering aan het Burnham Institute for Medical Research. We gaan ons semi-geautomatiseerde programma voor hartslaganalyse demonstreren voor het begrijpen en kwantificeren van hartslagparameters in modelsystemen met kleine harten.Dit is een hogesnelheidsopname van een kloppend hart van een fruitvlieg. Informatie over de hartmorfologie en contractiliteit kan worden verkregen door de hartdiameters te meten tijdens contractie- en relaxatiecycli. Om dit te doen, moeten de randen van het hart worden geïdentificeerd en gemarkeerd tijdens de maximale diastole en systole.Selecteer in het pre-process-venster de film of films die u wilt bekijken. We selecteren de film van het hart van een jonge vlieg die u zojuist heeft gezien. Optische opnames kunnen met lage snelheden worden afgespeeld, of zelfs frame voor frame, om een nauwkeurige identificatie van de frames mogelijk te maken waarin de maximale contractie en relaxatie van het hart plaatsvinden.Zet één paar markeringen om deze randen te identificeren. Ga in de video verder naar een frame waarin het hart maximaal is gecontracteerd. Z

semi-automated-optical-heartbeat-analysis-of-small-hearts

Research

JoVE Journal

Biology

Biologie

Dit artikel beschrijft een hoge temporele en ruimtelijke resolutie techniek om optisch image actie potentiaal beweging op het oppervlak van de Langendorff-geperfuseerde rattenharten met behulp van een potentiometrische kleurstof (di-8-ANEPPS).

Optisch in kaart brengen van Langendorff-geperfuseerde Rat Hearts

Dit artikel beschrijft de basisprocedures voor het uitvoeren van optische in kaart brengen van experimenten in de Langendorff-geperfuseerde konijn hart met behulp van het panoramische imaging systeem, en de dubbele (spanning en calcium) beeldvormende modaliteit.

Multiparametrische Optische kaart brengen van de Langendorff-geperfuseerde Rabbit Heart

Dit document beschrijft de dissectie procedure, instrumentale setup, en de experimentele omstandigheden tijdens de optische in kaart brengen van de transmembraan potentiaal (Vm) en intracellulair calcium van voorbijgaande aard (CAT) in intacte geïsoleerde Langendorff doorbloed muis harten.

Optische kaart brengen van actiepotentialen en Calcium Transiënten in de muis Hart

In het hart, moleculaire gebeurtenissen coördineren van de elektrische en contractiele functie van het orgel. Een set van de lokale veld fluorescentiemicroscopie technieken hier gepresenteerde maakt de registratie van cellulaire variabelen in intacte harten. Het identificeren van mechanismen voor het definiëren van de hartfunctie is van cruciaal belang in het begrijpen hoe het hart werkt onder pathologische situaties.

Lokale Field fluorescentiemicroscopie: Beeldvorming van cellulaire signalen in Intact Hearts

Hier introduceren we een methode voor het gebruik van een intra-ventrikel optische katheter in geperfundeerd harten om Absorptie spectroscopie uit te voeren over de hart muur. De verkregen gegevens bieden robuuste informatie over de zuurstofspanning van het weefsel, evenals substraat gebruik en membraanpotentiaal gelijktijdig met cardiale prestatie maatregelen in deze alomtegenwoordige voorbereiding.

Intra-cardiale side-afvuren licht katheter voor het monitoren van cellulaire metabolisme met behulp van Transmural extinctie spectroscopie van Geperfectiongebruikt zoogdieren harten

Het doel van deze studie was het vaststellen van een methode voor het onderzoeken van de cardiale dynamiek met behulp van een translationeel diermodel. De beschreven experimentele aanpak omvat Dual-emission optocardiografie in combinatie met een elektrofysiologisch onderzoek om elektrische activiteit te beoordelen in een geïsoleerd, intact varkens hart model.

Optocardiografie en elektrofysiologie studies van ex vivo Langendorff-perfused Hearts

We rapporteren een methode voor mesoscopische reconstructie van het hele muizenhart door nieuwe ontwikkelingen in weefseltransformatie en kleuring te combineren met de ontwikkeling van een axiaal gescande lichtplaatmicroscoop.

Mesoscopische optische beeldvorming van het hele muizenhart

Dit protocol introduceert dual-dye optische mapping van muizenharten verkregen van wildtype en knock-in dieren die zijn aangetast door catecholaminerge polymorfe ventriculaire tachycardie, inclusief elektrofysiologische metingen van transmembraanspanning en intracellulaire Ca2+ transiënten met hoge temporele en ruimtelijke resolutie.

Dual-Dye optische mapping van harten van RyR2R2474S Knock-in muizen van catecholaminerge polymorfe ventriculaire tachycardie

Het protocol maakt gebruik van geavanceerde light-sheet microscopie samen met aangepaste methoden voor het opruimen van weefsel om ingewikkelde hartstructuren in knaagdierharten te onderzoeken, met een groot potentieel voor het begrijpen van cardiale morfogenese en remodellering.

Light-sheet beeldvorming om de hartstructuur in knaagdierharten te onthullen

Dit protocol presenteert een uitgebreide pijplijn voor het analyseren van monsters die zijn verkregen uit menselijke harten die de microscopische en macroscopische schaal overspannen.

Pijplijn voor driedimensionale anatomische studie op meerdere schaal van het menselijk hart

Leer de semi-geautomatiseerde optische hartslaganalyse (SOHA) voor het kwantificeren van hartritme en contractiliteit bij kleine modelorganismen zoals Drosophila en embryonale muizen.

Semi-automatische Optical Heartbeat Analyse van kleine hart

Meer video's verkennen