Protokół skanowania zegara do analizy obrazu: wtyczki ImageJ

Maxim Dobretsov; Georg Petkau; Abdallah Hayar; Eugen Petkau

doi:10.3791/55819

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Protokół skanowania zegara do analizy obrazu: wtyczki ImageJ

17.4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/55819

⸱

19 czerwca 2017

Maxim Dobretsov¹ , Georg Petkau² , Abdallah Hayar³ , Eugen Petkau¹

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

W tym artykule

Podsumowanie

Ten artykuł opisuje dwie nowatorskie wtyczki ImageJ do analizy obrazów 'Clock Scan'. Wtyczki te rozszerzają funkcjonalność oryginalnego programu Visual Basic 6 i, co najważniejsze, udostępniają program dużej społeczności badawczej, łącząc go z bezpłatnym pakietem oprogramowania do analizy obrazu ImageJ.

Streszczenie

Protokół skanowania zegara do analizy obrazu jest skutecznym narzędziem do ilościowego określania średniej intensywności pikseli wewnątrz, na granicy i na zewnątrz (tło) zamkniętego lub segmentowanego obszaru zainteresowania w kształcie wypukłym, co prowadzi do wygenerowania uśrednionego profilu integralnej intensywności piksela radialnego. Protokół ten został pierwotnie opracowany w 2006 roku jako skrypt Visual Basic 6, ale jako taki miał ograniczoną dystrybucję. Aby rozwiązać ten problem i dołączyć do podobnych niedawnych wysiłków innych, przekształciliśmy oryginalny kod protokołu skanowania zegara w dwie wtyczki oparte na Javie, kompatybilne ze sponsorowanymi przez NIH i swobodnie dostępnymi programami do analizy obrazów, takimi jak ImageJ lub Fiji ImageJ. Co więcej, wtyczki te mają kilka nowych funkcji, które jeszcze bardziej rozszerzają zakres możliwości oryginalnego protokołu, takich jak analiza wielu obszarów zainteresowania i stosów obrazów. Ta ostatnia funkcja programu jest szczególnie przydatna w aplikacjach, w których ważne jest określenie zmian związanych z czasem i lokalizacją. W związku z tym analiza skanowania zegara stosów obrazów biologicznych może być potencjalnie zastosowana do rozprzestrzeniania się Na⁺ lub Ca⁺⁺ w obrębie pojedynczej komórki, a także do analizy aktywności rozprzestrzeniania się (np. fal Ca⁺⁺) w populacjach komórek połączonych synaptycznie lub sprzężonych ze złączami szczelinowymi. Tutaj opisujemy te nowe wtyczki do skanowania zegara i pokazujemy kilka przykładów ich zastosowań w analizie obrazu.

Wprowadzenie

Celem tej pracy jest przedstawienie protokołu skanowania zegara, który jest niezależny od platformy i dostępny dla każdego badacza zainteresowanego tego typu analizą obrazu. Protokół Clock Scan został pierwotnie opracowany w 2006 roku¹, w celu ulepszenia istniejących metod kwantyfikacji intensywności pikseli w wypukłych obszarach zainteresowania (ROI), metody, która ma lepszą zdolność integracji i lepszą rozdzielczość przestrzenną. Podczas akwizycji protokół sekwencyjnie zbiera wiele promieniowych profili intensywności pikseli, skanowanych od centrum ROI do jego granicy lub do z góry określonej odległości poza ROI w celu zmierzenia intensywności pikseli "tła". Protokół skaluje te profile zgodnie z promieniem komórki, mierzonym w kierunku skanowania. W związku z tym odległość od środka do granicy ROI każdego pojedynczego skanu promieniowego wynosi zawsze 100% skali X. Na koniec program uśrednia te poszczególne profile w jeden integralny profil intensywności pikseli promieniowych. Ze względu na skalowanie, średni profil intensywności pikseli, generowany przez protokół "Clock Scan", nie zależy ani od wielkości ROI, ani też, w rozsądnych granicach, od kształtu ROI. Ta metoda umożliwia bezpośrednie porównanie lub, w razie potrzeby, uśrednienie lub odjęcie profili o różnych ROI. Protokół umożliwia również korekcję integralnych profili intensywności pikseli dowolnego obiektu pod kątem szumu tła poprzez proste odjęcie średniej intensywności pikseli znajdujących się na zewnątrz obiektu. Chociaż został przetestowany tylko na próbkach biologicznych, nasz protokół stanowi cenne uzupełnienie innych istniejących narzędzi do analizy obrazu używanych w badaniach obrazów procesów fizycznych lub chemicznych, które są rozmieszczone wokół punktu początkowego (takich jak dyfuzja substancji ze źródła punktowego)¹.

Jednak głównym ograniczeniem oryginalnej metody analizy obrazu było to, że protokół został opracowany jako Visual Basic 6 (VB6) (kod), a zatem był zależny od platformy i trudny do dystrybucji (wymagał VB6). Aby rozwiązać ten problem i dołączyć do podobnych niedawnych wysiłków innych badaczy², przekształciliśmy kod programu VB6 Clock Scan na dwie wtyczki oparte na Javie, kompatybilne ze sponsorowanymi przez NIH i swobodnie dostępnymi programami do analizy obrazów o otwartym kodzie źródłowym i niezależnymi od platformy, ImageJ³ i Fiji ImageJ⁴. Co więcej, wtyczki te mają teraz kilka nowych funkcji, które rozszerzają możliwości oryginalnego protokołu do przetwarzania wielu zwrotów z inwestycji i stosów obrazów. Wiele aplikacji do analizy obrazu nie jest przyjaznych dla użytkownika, jeśli chodzi o przeprowadzanie analizy statystycznej wielu obiektów, a co za tym idzie, często wyświetlane są tylko reprezentatywne dane. Dzięki wtyczce Multi Clock Scan ImageJ możliwe jest ułatwienie analizy wielu obiektów jednocześnie. Dzięki temu rozszerzeniu wtyczki możliwa jest teraz solidna ocena statystyczna danych mikroskopowych w odniesieniu do rozkładu intensywności sygnału w pojedynczych komórkach/obiektach. W tym miejscu opisujemy wtyczki Clock Scan i pokazujemy przykłady ich zastosowań w analizie obrazu.