Wysokoprzepustowa analiza obrazu sferoid nowotworowych: przyjazna dla użytkownika aplikacja do automatycznego i dokładnego pomiaru wielkości sferoid

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest wykorzystanie oprogramowania do wysokoprzepustowej analizy obrazu w celu pomiaru rozmiaru trójwymiarowych sferoidów nowotworowych obrazowanych za pomocą mikroskopii w świetle przechodzącym. Osiąga się to poprzez uprzednie uporządkowanie wszystkich obrazów z 3D sferoidami nowotworowymi w odpowiedniej strukturze katalogów i nazwach plików wymaganych przez program do pomiaru sferoidów. W drugim kroku program automatycznie wyznacza obrys sferoidu w oparciu o algorytm aktywnych konturów i mierzy jego rozmiar.

Następnie przeprowadza się starannie zaprojektowaną kontrolę jakości, aby zapewnić optymalne wyniki dla każdego obrazu. Po przeanalizowaniu uzyskanych danych można wyjaśnić wzrost steroidu 3D poddawanego badanej terapii. Główną zaletą tego programu komputerowego jest integracja potężnego zautomatyzowanego algorytmu analizy obrazu z procesem kontroli jakości, co umożliwia wysokoprzepustową analizę obrazów.

Oprogramowanie toleruje nierównomierne lub zaszumione tło obrazu. Znacznie redukuje ono nakład pracy i przyspiesza proces analizy. Wdrożenie tego oprogramowania sprzyja przekształceniu trójwymiarowych sferoidów nowotworowych w rutynowy model in vitro do badań przesiewowych leków zarówno w przemyśle, jak i w nauce.

Sphe sizer wymaga oprogramowania MATLAB z bibliotekami signal processing i image processing. Opcjonalną biblioteką do wykorzystania jest parallel processing. Pobierz program OID sizer z serwera Rutgers i rozpakuj go w katalogu instalacyjnym, który będzie potrzebny w kolejnych krokach. Teraz przygotuj obrazy.

W pierwszej kolejności należy określić rozdzielczość obrazu systemu obrazowania oraz bezwzględną skalę obrazu w mikronach na piksel. Ostatecznie skala każdego obrazu w eksperymencie musi być taka sama. Należy pamiętać o konwersji wszelkich zastrzeżonych formatów plików obrazów na zaakceptowany format pliku, taki jak TIFF lub jpeg.

Teraz należy zapisać pliki, stosując nazewnictwo i strukturę katalogów wymaganą przez oprogramowanie; nazwy plików muszą uwzględniać płytkę, wiersz i kolumnę, a katalogi plików muszą być zorganizowane tak, aby w każdym katalogu znajdował się jeden eksperyment z pojedynczym podkatalogiem dla każdego punktu czasowego w eksperymencie. Wszystkie obrazy z każdej płytki w danym punkcie czasowym powinny znajdować się w jednym podkatalogu. Należy rozpocząć od uruchomienia programu MATLAB, a następnie w oknie poleceń przejść do katalogu instalacyjnego sphe sizer.

Następnie wpisz Sphe sizer one zero i naciśnij enter, aby uruchomić program OID sizer. Teraz kliknij przycisk Przeglądaj w nowym oknie i wybierz katalog zawierający wszystkie obrazy z eksperymentu. Następnie w polu tekstowym folderu zaznacz przełącznik dołącz podfoldery w celu kontroli jakości.

Wybierz opcję wyświetlania w czasie rzeczywistym (on the fly). Następnym krokiem jest określenie rozdzielczości obrazów, co jest niezbędne do prawidłowej konwersji pikseli na milimetry przez program. W tym momencie użytkownik może wejść do menu zaawansowanego, aby uzyskać dostęp do dodatkowych ustawień w tym specjalnym polu kolorów.

Pozostaw tę opcję ustawioną na „none” dla obrazów 8-bitowych lub 16-bitowych. Jeśli obrazy zostały zarejestrowane w formacie 12-bitowym, wybierz 12 bit.

Po prawidłowym ustawieniu wszystkich konfiguracji rozpoczyna się obliczenia, klikając przycisk compute, gdyż operacja jest wykonywana dla całego zestawu obrazów. Poszczególne wyniki segmentacji są wyświetlane w oprogramowaniu na bieżąco; po zakończeniu obliczeń tabela wyników prezentuje objętość, długość i szerokość plików w folderze oraz przełącznik valid dla wszystkich analizowanych sfer. Przełącznik valid służy do kontroli jakości.

Po kliknięciu przez użytkownika dowolnej komórki w tabeli wyników, po prawej stronie zostaną wyświetlone do wglądu obraz oryginalny oraz obraz kontroli jakości; należy kolejno analizować wszystkie obrazy, korzystając ze strzałki w dół na klawiaturze. W przypadku napotkania podejrzanej granicy sferoidu, należy ją skorygować, klikając opcję manual initialize na obrazie oryginalnym. Przesuń narzędzie elipsy tak, aby dokładniej pokryło sferoid.

Tabela wyników zaktualizuje pomiary w odpowiedni sposób. Jeśli ręczna inicjalizacja nie pozwoli na znalezienie optymalnej granicy wybranego steroidu, należy użyć przycisku rysowania ręcznego, aby wyświetlić oryginalny obraz i obrysować granicę steroidu. Jeśli obraz nie zawiera prawidłowego steroidu, należy po prostu odznaczyć przełącznik ważności dla tego obrazu.

Po zakończeniu kontroli jakości kliknij pole formatowania wyników, aby zapisać dane. Nazwy eksportowanych plików można skonfigurować w oknie opcji zaawansowanych. Plik wyjściowy z listą jest tabelą z rozdzielaczem tabulatorów, która może zawierać wszystkie pomiary.

Plik wyjściowy w tym formacie jest tabelą rozdzielaną tabulatorami, która organizuje wartości objętości zgodnie z oryginalnym formatem płytki, co ułatwia wizualną oraz dalszą analizę danych. Sphe sizer potrafi w sposób stabilny wykrywać granice sfer na obrazach, nawet w różnych niekorzystnych warunkach obrazowania. W przypadku sporadycznego wystąpienia błędnej detekcji tego OID, możliwe jest zastosowanie narzędzia do inicjalizacji ręcznej, które pozwala użytkownikowi samodzielnie i prawidłowo zdefiniować położenie oraz rozmiar tej sfery.

W ekstremalnych przypadkach steroid może nie zostać poprawnie wysegmentowany z rozpraszającego i zaszumionego tła automatycznie ani za pomocą narzędzia z inicjacją ręczną. W takich sytuacjach program umożliwia użytkownikowi ręczne wyrysowanie granicy steroidu w celu uzyskania dokładnych pomiarów podłużnych i objętościowych. Efektywność oprogramowania została zweryfikowana poprzez analizę tego samego zestawu 288 obrazów za pomocą analizy ręcznej w porównaniu z komputerami jednordzeniowymi i wielordzeniowymi.

Analiza obrazów przy użyciu programu steroid sizer jest ponad 18 razy szybsza na jeden obraz niż pomiary manualne, co demonstruje powtarzalność oprogramowania. Zestaw 24 steroidów został przeanalizowany trzykrotnie każdą z metod. Program steroid sizer, zaznaczony na zielono, wykazał mniejsze odchylenie standardowe pomiarów niż analiza manualna.

W eksperymencie, który stał się możliwy dzięki zastosowaniu sferoidów nowotworowych, badano wzrost sferoidów poddanych działaniu inhibitora HSP 90 oraz kladrybiny. Wyniki wykazały, że terapia skojarzona może wywoływać efekt przeciwnowotworowy in vivo. Niniejsze badanie przedstawia szybki, elastyczny i skuteczny program do dokładnego określania rozmiaru trójwymiarowych sferoidów nowotworowych.

Program ster size jest łatwy w obsłudze i wymaga minimalnych danych wejściowych od użytkownika. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, że steroidy są obrazowane w centrum pola widzenia, bez dotykania krawędzi ścianki. Wszystkie obrazy powinny zostać zarejestrowane przy użyciu tego samego obiektywu, a wszystkie pliki muszą być poprawnie nazwane i uporządkowane zgodnie ze wskazówkami zawartymi w protokole.