Name: Przyspieszona biodozymetria promieniowania dzięki automatycznej identyfikacji chromosomów dicentrycznych (ADCI) i oszacowaniu dawki (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Poznaj automatyczną identyfikację chromosomów dicentrycznych i estymację dawki promieniowania za pomocą oprogramowania ADCI. Ta metoda uczenia maszynowego znacząco przyspiesza biodozymetrię w kryzysowych sytuacjach radiacyjnych.

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

Jesteśmy wdzięczni dr Ruth Wilkins, Wydziałowi Radiobiologii i Ochrony w Health Canada, oraz Farrah Flegal, Kanadyjskim Laboratoriom Jądrowym i ich personelowi laboratoryjnemu za dostęp do danych obrazowych metafazy z ich laboratoriów biodozymetrii cytogenetycznej. Artykuł ten został wsparty umową z Build in Canada Innovation Program dla CytoGnomix (nr seryjny. EN579-172270/001/SC). Pierwotna wersja ADCI i rozwój algorytmów były wspierane przez Western Innovation Fund; Kanadyjska Rada ds. Badań Przyrodniczych i Inżynieryjnych (NSERC Discovery Grant 371758-2009); Publiczna służba zdrowia Stanów Zjednoczonych (DART-DOSE CMCR, 5U01AI091173-0); Kanadyjska Fundacja na rzecz Innowacji; Kanadyjskie Katedry Badawcze oraz CytoGnomix Inc.

<ol><li>Brewen, J. G., Preston, R. J., Littlefield, L. G. <a target="_blank" href="http://www.rrjournal.org/doi/abs/10.2307/3573421?code=rrs-site&journalCode=rare">Radiation-Induced Human Chromosome Aberration Yields Following an Accidental Whole-Body Exposure to60 Co γ-Rays.</a> Radiat Res. 49 (3), 647-656 (1972).</li>
<li>Bender, M. A., Gooch, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Persistent+Chromosome+Aberrations+in+Irradiated+Human+Subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Radiat+Res%22%5BJournal%5D)">Persistent Chromosome Aberrations in Irradiated Human Subjects.</a> Radiat Res. 16 (1), 44-53 (1962).</li>
<li>INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Cytogenetic+Dosimetry%3A+Applications+in+Preparedness+for+and+Response+to+Radiation+Emergencies%22">Cytogenetic Dosimetry: Applications in Preparedness for and Response to Radiation Emergencies</a>. , IAEA: Vienna. (2011).</li>
<li>Rogan, P. K., Li, Y., Wilkins, R. C., Flegal, F. N., Knoll, J. H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiation+Dose+Estimation+by+Automated+Cytogenetic+Biodosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Radiat+Prot+Dosimetry%22%5BJournal%5D)">Radiation Dose Estimation by Automated Cytogenetic Biodosimetry.</a> Radiat Prot Dosimetry. 172 (1-3), 207-217 (2016).</li>
<li>Arachchige, A. S., Samarabandu, J., Knoll, J., Khan, W., Rogan, P. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/5652017/">An image processing algorithm for accurate extraction of the centerline from human metaphase chromosomes.</a> 2010 IEEE International Conference on Image Processing. , 3613-3616 (2010).</li>
<li>Arachchige, A. S., Samarabandu, J., Knoll, J., Khan, W., Rogan, P. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/5479183/">An Accurate Image Processing Algorithm for Detecting FISH Probe Locations Relative to Chromosome Landmarks on DAPI Stained Metaphase Chromosome Images.</a> 2010 Canadian Conference on Computer and Robot Vision. , 223-230 (2010).</li>
<li>Arachchige, A. S., Samarabandu, J., Rogan, P. K., Knoll, J. H. M. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6334866/">Intensity integrated Laplacian algorithm for human metaphase chromosome centromere detection.</a> 2012 25th IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). , 1-4 (2012).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6420039/">Towards large scale automated interpretation of cytogenetic biodosimetry data.</a> 2012 IEEE 6th International Conference on Information and Automation for Sustainability. , 30-35 (2012).</li>
<li>Ranjan, R., Arachchige, A. S., Samarabandu, J., Knoll, J. H. M., Rogan, P. K. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/260826538_Automatic_Detection_of_Pale_Path_and_Overlaps_in_Chromosome_Images_using_Adaptive_Search_Technique_and_Re-thresholding">Automatic Detection of Pale Path and Overlaps in Chromosome Images using Adaptive Search Technique and Re-thresholding.</a> International Conference on Computer Vision Theory and Applications. , 462-466 (2017).</li>
<li>Arachchige, A. S., Samarabandu, J., Knoll, J. H. M., Rogan, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intensity+Integrated+Laplacian-Based+Thickness+Measurement+for+Detecting+Human+Metaphase+Chromosome+Centromere+Location%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Intensity Integrated Laplacian-Based Thickness Measurement for Detecting Human Metaphase Chromosome Centromere Location.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 60 (7), 2005-2013 (2013).</li>
<li>Rogan, P. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automating+dicentric+chromosome+detection+from+cytogenetic+biodosimetry+data%5BTitle%5D)+AND+%22Radiat+Prot+Dosimetry%22%5BJournal%5D)">Automating dicentric chromosome detection from cytogenetic biodosimetry data.</a> Radiat Prot Dosimetry. 159 (1-4), 95-104 (2014).</li>
<li>Li, Y., Knoll, J. H., Wilkins, R. C., Flegal, F. N., Rogan, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+discrimination+of+dicentric+and+monocentric+chromosomes+by+machine+learning-based+image+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Microsc+Res+Tech%22%5BJournal%5D)">Automated discrimination of dicentric and monocentric chromosomes by machine learning-based image processing.</a> Microsc Res Tech. 79 (5), 393-402 (2016).</li>
<li>Subasinghe, A., et al. <a target="_blank" href="https://f1000research.com/articles/5-1565/v1">Centromere detection of human metaphase chromosome images using a candidate based method.</a> F1000Res. 5, 1565(2016).</li>
<li>Shirley, B. C., Li, Y., Knoll, J. H. M., Rogan, P. K. Online manual for the Automated Dicentric Chromosome Identifier and Dose Estimator, Version 1.2. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://adciwiki.cytognomix.com">http://adciwiki.cytognomix.com</a> (2017).</li>
<li>Wilkins, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+annual+Canadian+biodosimetry+network+intercomparisons%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Radiat+Biol%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the annual Canadian biodosimetry network intercomparisons.</a> Int J Radiat Biol. 91 (5), 443-451 (2015).</li>
<li>Liu, J., Li, Y., Wilkins, R., Flegal, F., Knoll, J. H. M., Rogan, P. K. <a target="_blank" href="https://f1000research.com/articles/6-1396/v1">Accurate Cytogenetic Biodosimetry Through Automation Of Dicentric Chromosome Curation And Metaphase Cell Selection.</a> F1000Research. 6, 1396(2017).</li>
<li>Schunck, C., Johannes, T., Varga, D., Lörch, T., Plesch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+developments+in+automated+cytogenetic+imaging%3A+unattended+scoring+of+dicentric+chromosomes%2C+micronuclei%2C+single+cell+gel+electrophoresis%2C+and+fluorescence+signals%5BTitle%5D)+AND+%22Cytogenet+Genome+Res%22%5BJournal%5D)">New developments in automated cytogenetic imaging: unattended scoring of dicentric chromosomes, micronuclei, single cell gel electrophoresis, and fluorescence signals.</a> Cytogenet Genome Res. 104 (1-4), 383-389 (2004).</li>
<li>Ramakumar, A., Subramanian, U., Prasanna, P. G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+sample+processing+and+sample+management%3B+the+functional+evolution+of+classical+cytogenetic+assay+towards+automation%5BTitle%5D)+AND+%22Mutat+Res+Genet+Toxicol+Environ+Mutagen%22%5BJournal%5D)">High-throughput sample processing and sample management; the functional evolution of classical cytogenetic assay towards automation.</a> Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2015, 132-141 (2015).</li>
<li>Deperas, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CABAS%3A+a+freely+available+PC+program+for+fitting+calibration+curves+in+chromosome+aberration+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Radiat+Prot+Dosimetry%22%5BJournal%5D)">CABAS: a freely available PC program for fitting calibration curves in chromosome aberration dosimetry.</a> Radiat Prot Dosimetry. 124 (2), 115-123 (2007).</li>
<li>Ainsbury, E. A., Lloyd, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dose+estimation+software+for+radiation+biodosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Health+Phys%22%5BJournal%5D)">Dose estimation software for radiation biodosimetry.</a> Health Phys. 98 (2), 290-295 (2010).</li>
</ol>

PKR i JHMK są współzałożycielami firmy CytoGnomix, która komercjalizuje ADCI i posiada powiązane patenty. YL i BCS są pracownikami firmy CytoGnomix. ADCI jest chroniony prawami autorskimi, a metoda lokalizacji centromerów w ADCI jest opatentowana (US Pat. No. 8,605,981; Niemiecki Pat. Nr 112011103687).

Możliwości i ograniczenia oprogramowania
Protokół opisany w tym artykule przedstawia typową procedurę krokową stosowaną w ADCI do importowania i przetwarzania obrazów metafazy cytogenetycznej, tworzenia krzywych kalibracji promieniowania i szacowania dawki biologicznej u osób lub próbek narażonych na nieznane poziomy promieniowania. Nie jest jednak konieczne sekwencyjne wykonywanie tych instrukcji. Na przykład wiele próbek testowych o nieznanej dawce może być przetwarzanych i analizowanych przy użyciu tej samej wstępnie obliczonej krzywej kalibracyjnej. Co więcej, po zakończeniu przetwarzania wybór obrazu i modele filtrowania DC mogą być iterowane przez użytkownika. Zastosowanie odpowiedniego modelu selekcji obrazu zależy od charakterystyki i jakości danych obrazowych metafazy, które z kolei opierają się zarówno na protokole laboratoryjnym użytym do przygotowania komórek, jak i na kryteriach rygorystyczności stosowanych do selekcji komórek za pomocą automatycznych systemów wychwytywania metafazy. Morfologie chromosomów będą się różnić w zależności od laboratoriów biodozymetrycznych i cytogenetycznych, a zatem modele wyboru obrazów powinny być oceniane przez użytkownika w celu określenia, czy predefiniowane modele wyboru obrazów dostarczone z oprogramowaniem będą odpowiednie do uzyskania dokładnych oszacowań dawki, czy też konieczne jest utworzenie niestandardowych modeli z progami zdefiniowanymi przez użytkownika. Z naszego doświadczenia wynika, że na skuteczność modeli selekcji obrazów ma wpływ źródło i jakość obrazów komórek. Użytkownicy mogą zaprojektować własne kryteria wyboru obrazu, korzystając z różnych kombinacji filtrów, aby wyeliminować fałszywie dodatnie DC i modele wyboru obrazów, a także odpowiednie wartości progowe, aby wybrać żądane obrazy. Istnieje elastyczność w wprowadzaniu krzywych kalibracyjnych i szacowaniu dawki, ponieważ współczynniki krzywej liniowo-kwadratowej i częstotliwości prądu stałego mogą być modyfikowane lub wprowadzane ręcznie.
Chociaż oprogramowanie jest w pełni zautomatyzowane, obrazy można ręcznie przeglądać i wybierać. Ta funkcja jest dostępna w celu dołączania lub usuwania indywidualnie przetworzonych obrazów za pomocą funkcji Microscope Viewer w głównym graficznym interfejsie użytkownika. Niemniej jednak, ze względu na automatyzację, oprogramowanie jest znacznie bardziej wydajne w porównaniu z ręcznym ocenianiem obrazów metafazowych i liczeniem DC. Próbka składająca się z 1000 obrazów może zostać przetworzona w ciągu 20 (tiff) do 40 (jpg) min na wielordzeniowej stacji roboczej. Oprogramowanie to będzie szczególnie przydatne w sytuacjach krytycznych czasowo lub pracochłonnych, takich jak zdarzenia, w których wiele osób było narażonych lub podejrzewano, że były narażone na promieniowanie, lub gdy kluczowe znaczenie mają wrażliwe na czas diagnozy i decyzje dotyczące leczenia.
Precyzyjna i dokładna detekcja prądów stałych o wysokiej przepustowości, jak również szacowanie dawki są niezbędne do oceny promieniowania bezobsługowego. Inne dostępne alternatywy dla oprogramowania nie spełniają obu tych wymagań. Wspomagany przez użytkownika, oparty na obrazie system analizy cytogenetycznej (DCScore, Metasystems17) wymaga ręcznej weryfikacji potencjalnych DC ze względu na wysoki poziom błędów, który można przypisać nieskorygowanemu nakładaniu się chromosomów, a system nie określa dawki promieniowania. DCScore nie byłby tak skuteczny jak ADCI w przypadku wystąpienia promieniowania obejmującego dużą liczbę potencjalnie narażonych osób. Systemy mikroskopów o dużej aperturze mogą zbierać obrazy wielu komórek metafazowych18, jednak ich nie analizują. Oprogramowanie "CABAS"19 i "Oszacowanie dawki"20 może generować krzywe kalibracyjne i szacować dawkę, ale nie ocenia DC. Inne testy biodozymetryczne, które nie są oparte na analizie DC, obejmują fluorescencję H2AX, fluorescencyjną hybrydyzację in situ z sondami DNA ukierunkowanymi na określone chromosomy, ekspresję genów, test mikrojądrowy oraz biomarkery moczu i układu oddechowego. Metody te są mniej specyficzne i mniej czułe na promieniowanie jonizujące, mogą być bardziej kosztowne, w niektórych przypadkach są bardziej czasochłonne i generalnie nie zostały ustandaryzowane w wielu laboratoriach referencyjnych. Większość z tych technik nie wykrywa stabilnych reakcji na promieniowanie, więc nie można ich stosować do długoterminowej oceny (>7 dni po ekspozycji) dawki promieniowania. Z drugiej strony, może oceniać osoby do 90 dni po ekspozycji i może przetwarzać dane z dowolnego systemu obrazowania mikroskopem laboratoryjnym cytogenetyki. Jeśli jednak próbka zostanie pobrana >4 tygodnie po ekspozycji, czułość jest zmniejszona z powodu zaniku aberracji dicentrycznych 1,2,3, a oprogramowanie obecnie nie koryguje częstotliwości prądu stałego pod kątem opóźnień w pobieraniu próbek narażonych osób.
To oprogramowanie ma pewne ograniczenia. Istniejące modele wyboru obrazów wybierają w większości akceptowalne obrazy metafazowe, ale w niektórych przypadkach nie eliminują niezadowalających obrazów, co może zmniejszyć dokładność wykrywania DC. Wciąż otwartym pozostaje pytanie, jak zaprojektować zadowalający model selekcji obrazów, który wyeliminuje wszystkie nieodpowiednie komórki metafazowe. Oprogramowanie zapewnia dokładne oszacowania dla próbek narażonych na wyższe dawki promieniowania (≥ 2 Gy). Pomimo znacznego postępu w zmniejszaniu liczby fałszywie dodatnichDC16, obiekty te nie zostały wyeliminowane. Ogniwa metafazowe o niższej jakości przy niskiej dawce promieniowania (zwłaszcza < 1 Gy) są bardziej podatne na fałszywie dodatnie wykrywanie DC. W związku z tym próbki o niskiej dawce nie zostały uwzględnione podczas generowania krzywej kalibracyjnej stosowanej do szacowania dawki próbek badanych HC. Jeśli jednak pożądana jest krzywa zawierająca próbki o niskiej dawce, niższa wartość SVM Sigma zmniejsza liczbę wyników fałszywie dodatnich w próbkach o niskiej dawce, ale może skutkować niższą wydajnością DC w próbkach o wysokiej dawce. Rysunek 8 porównuje krzywą HC używaną do szacowania dawki (Sigma = 1,5) z dopasowaniem krzywej kalibracyjnej z dodatkowymi próbkami o niskiej dawce przy niższej wartości SVM sigma (1,0). W próbkach z niewystarczającą liczbą komórek metafazowych i/lub obrazami metafazy o niskiej jakości może nie być możliwe precyzyjne oszacowanie narażenia biologicznego przy niskiej dawce, co może prowadzić do odchyleń od dawki fizycznej przekraczających 0,5 Gy.
Oprogramowanie może nie oceniać dokładnie typów promieniowania, jeśli ich krzywe dawka-odpowiedź najlepiej pasują do modelu liniowego lub prawie liniowego. Do tej pory testowano go tylko na próbkach wystawionych na działanie promieni X i Gamma. Jeśli badane jest inne źródło promieniowania, użytkownicy muszą upewnić się, że zarówno kalibracja, jak i próbki testowe są narażone na ten sam rodzaj promieniowania. Oprogramowanie wykorzystuje maksymalne prawdopodobieństwo lub dopasowanie metodą najmniejszych kwadratów do skonstruowania krzywej dawka-odpowiedź przy użyciu modelu liniowo-kwadratowego. Obecnie nie ma możliwości narzucenia ścisłego dopasowania krzywej liniowej, odpowiedniego dla ekspozycji na cząstki o wysokiej energii, jednak taka funkcja będzie dostępna w przyszłości.
Przyszły rozwój
Nasze nieustanne wysiłki koncentrują się na ulepszaniu modeli selekcji obrazów i dokładnym pomiarze dawek, w szczególności próbek narażonych na niskie dawki promieniowania. Kolejne wersje oprogramowania zapewnią pomiary błędu standardowego przy szacowaniu dawki i przedziały ufności na krzywych kalibracyjnych. Ponadto trwają prace nad wysokowydajną wersją oprogramowania obliczeniowego dla superkomputera Blue Gene (BG/Q, IBM) w celu szybkiej oceny osób narażonych na promieniowanie w wyniku masowych ofiar. Niektóre komponenty oprogramowania zostały już przetestowane i wdrożone na tej platformie11.

Biodozymetria radiacyjna wykorzystuje markery biologiczne, głównie aberracje chromosomowe, takie jak chromosomy dicentryczne (DCs) i translokacje chromosomowe, do pomiaru dawek promieniowania, na które wystawione są osoby. Dawka biologicznie pochłonięta może różnić się od dawki fizycznej mierzonej przyrządami ze względu na zmienność osobniczą. Podobnie, promieniowanie o określonej dawce fizycznej może wywołać różny stopień ekspozycji biologicznej w zależności od warunków fizjologicznych lub środowiskowych. Znajomość dawki biologicznej ma szczególne znaczenie zarówno dla diagnostyki, jak i leczenia.
Analiza DC jest złotym standardem Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) i Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (IAEA) w ocenie biologicznego narażenia ludzi na promieniowanie. Był to pierwszy test zalecany przez IAEA i WHO do oceny dawki promieniowania. Częstość występowania DC jest stosunkowo stabilna przez około 4 tygodnie po ekspozycji na promieniowanie1, a ich korelacja ilościowa z dawką emitowanego promieniowania jest dokładna, co czyni DC idealnym biomarkerem. Zależność między dawką promieniowania (podaną w jednostkach Gray [Gy]) a częstością DC (określaną jako liczba DC na komórkę) można wyrazić za pomocą funkcji liniowo-kwadratowej.
Cytogenetyczny test DC jest standardem w branży od około 55 lat2. Wykonywano go ręcznie, co wymagało 1–2 dni analizy danych mikroskopowych z jednej próbki krwi. W zależności od dawki, do dokładnej oceny ekspozycji na promieniowanie potrzeba od kilkuset do kilku tysięcy obrazów3. Przy dawkach przekraczających 1 Gy IAEA zaleca wykrycie minimum 10 DC. Powszechną praktyką w laboratoriach cytogenetycznych zajmujących się biodozymetrią jest badanie 250–50 obrazów metafaz. W przypadku próbek z ekspozycją &lt;1 Gy sugeruje się analizę 3 0–5 00 obrazów ze względu na niższe prawdopodobieństwo tworzenia się DC. W obu przypadkach jest to zadanie wymagające dużego nakładu pracy.
Laboratoria cytogenetycznej biodozymetrii tworzą własne krzywe kalibracyjne dla biodozymetrii radiacyjnej in vitro przed oceną dawek biologicznych w próbkach badawczych. Próbki krwi pobrane od zdrowych osób kontrolnych są poddawane napromieniowaniu, a następnie limfocyty są hodowane i przygotowywane do analizy chromosomów w metafazie. Na podstawie tych próbek dawki biologiczne są kalibrowane względem znanych dawek fizycznych emitowanych przez standardowe źródło promieniowania. Po zarejestrowaniu obrazów komórek w metafazie eksperci analizują zdjęcia, zliczają DC i obliczają częstotliwość występowania DC dla każdej próbki. Krzywa kalibracyjna jest budowana poprzez dopasowanie krzywej liniowo-kwadratowej do częstotliwości DC przy wszystkich dawkach. Następnie ekspozycję w próbkach badawczych osób można wywnioskować poprzez dopasowanie częstotliwości DC do skalibrowanych dawek na krzywej lub poprzez podstawienie ich do odpowiedniego wzoru liniowo-kwadratowego.
W celu przyspieszenia tej procedury zautomatyzowaliśmy za pomocą oprogramowania zarówno detekcję chromosomów dwicentrycznych (DCs), jak i wyznaczanie dawki. Automatyczny Identyfikator Chromosomów Dwicentrycznych i Estymator Dawki (ADCI) wykorzystuje techniki przetwarzania obrazów oparte na uczeniu maszynowym do wykrywania i odróżniania chromosomów dwicentrycznych (DCs) od chromosomów jednocentrycznych (MCs) oraz innych obiektów, a także automatyzuje szacowanie dawki promieniowania. Oprogramowanie ma na celu znaczące ograniczenie lub całkowite wyeliminowanie konieczności ręcznej weryfikacji liczby DCs oraz przyspieszenie estymacji dawki poprzez automatyzację. Zostało ono opracowane przy udziale referencyjnych laboratoriów biodozymetrycznych w Health Canada (HC) oraz Canadian Nuclear Laboratories (CNL). Ich uwagi zapewnią, że wydajność metody będzie nadal spełniać kryteria IAEA dla tego analizy.
Oprogramowanie wykonuje następujące funkcje: 1) filtrowanie DC i wybór optymalnych obrazów komórek w metafazie do analizy, 2) rozpoznawanie chromosomów, wykrywanie DC oraz określanie częstości występowania DC oraz 3) szacowanie dawki promieniowania na podstawie skalibrowanych cytogenetycznych danych radiacyjnych. Oprogramowanie to przetwarza grupy obrazów metafaz pochodzących od tej samej osoby (definiowanych jako próbka), zlicza liczbę DC w każdym z nich przy użyciu technik przetwarzania obrazu i zwraca szacowaną dawkę promieniowania otrzymaną przez każdą próbkę w jednostkach Grayów (Gy).
Oprogramowanie zostało zaprojektowane tak, aby obsługiwać szeroki zakres struktur, liczb i gęstości chromosomów. Jednak algorytm działa optymalnie w przypadku obrazów metafazy zawierających niemal kompletny zestaw dobrze rozdzielonych, liniowych chromosomów4. Obrazy zawierające silnie nakładające się zestawy chromosomów, wiele komórek, niekompletne komórki w metafazie, separację chromatyd siostrzanych, jądra komórkowe, obiekty niechromosomalne oraz inne defekty mogą obniżyć dokładność algorytmu. Dedykowane modele wyboru obrazów oraz inne progi segmentacji obiektów mogą odfiltrować większość obrazów nieoptymalnych oraz fałszywie dodatnich DC.
Wykrywanie chromosomów dicentrycznych jest przeprowadzane podczas przetwarzania obrazu. Algorytm próbuje określić, które obiekty na obrazie są chromosomami, a następnie lokalizuje na każdym z nich dwa obszary, które z największym prawdopodobieństwem są centromerami. Następnie seria różnych modeli uczenia maszynowego Support Vector Machine (SVM) klasyfikuje chromosomy jako DC lub normalne chromosomy monocentryczne. Modele SVM różnią się czułością i swoistością wykrywania DC (patrz krok 3.1.4 poniżej), co może wpływać na częstotliwość występowania DC wyznaczaną w próbce.
Oprogramowanie ADCI przetwarza zestawy cyfrowych obrazów metafazy barwionych giemsą (lub DAPI) w formacie TIFF lub JPG dla jednego lub większej liczby próbek. Oprogramowanie analizuje DC zarówno w próbkach kalibracyjnych, jak i badawczych. Dawki fizyczne (w Gy) próbek kalibracyjnych są znane i wykorzystywane do wygenerowania krzywej kalibracyjnej. Dawki fizyczne i biologiczne osób z nieznaną ekspozycją są wnioskowane przez oprogramowanie na podstawie wygenerowanej komputerowo krzywej kalibracyjnej. Chociaż laboratoria stosują porównywalne techniki, krzywe kalibracyjne z różnych placówek często się różnią3. Aby uzyskać dokładną ocenę dawki w próbkach badawczych, należy przetwarzać zarówno krzywą kalibracyjną, jak i próbki badawcze z tego samego laboratorium.
Oprogramowanie to oferuje szybkość, dokładność i skalowalność, co zapewnia wydajność niezbędną do obsługi zdarzeń, w których wiele osób musi zostać przebadanych jednocześnie. Zostało opracowane w latach 2008–20174,5,6,7,8,9,10,1,12,13. Wykorzystując współczesny sprzęt komputerowy, to oprogramowanie na komputer PC może przetworzyć i oszacować dawkę promieniowania w próbce pacjenta zawierającej 500 ekwiwalentów genomów w metafazie w czasie 10 - 20 min 4. Kod opiera się na zestawie zastrzeżonych algorytmów segmentacji obrazu i uczenia maszynowego do analizy chromosomów. Ekspercka analiza każdego chromosomu poddanego promieniowaniu 3 Gy wykazała dokładność porównywalną z ADCI. W zestawie 6 próbek o nieznanej ekspozycji (użytych wcześniej w międzynarodowym ćwiczeniu z biegłości), oprogramowanie oszacowało dawki z dokładnością do 0,5 Gy względem wartości uzyskanych poprzez ręczną analizę tych samych danych przez HC i CNL, spełniając wymagania MAEA dla biodozymetrii przesiewowej. Co więcej, standaryzacja międzylaboratoryjna, a w konsekwencji powtarzalność szacowania dawek, zyskują dzięki zastosowaniu wspólnego, zautomatyzowanego algorytmu zliczania DC. Niemniej jednak oprogramowanie pozwala na dostosowanie filtrowania obrazu i kryteriów selekcji, co umożliwia uwzględnienie różnic w metodach przygotowania chromosomów oraz źródłach kalibracji promieniowania.
Niniejsze oprogramowanie jest systemem opartym na graficznym interfejsie użytkownika (GUI), który analizuje zestawy obrazów chromosomów zawierających komórki w metafazie barwione giemsą (lub DAPI) pod kątem anomalii wynikających z ekspozycji na promieniowanie jonizujące. Zestawy obrazów są fotografowane cyfrowo za pomocą systemu mikroskopu świetlnego (lub epifluorescencyjnego), a każdy zestaw odpowiada innej próbce. Oprogramowanie wykorzystuje techniki przetwarzania obrazu do wykrywania i odróżniania DC od MC oraz innych obiektów. Następnie empirycznie opracowane filtry segmentacji automatycznie eliminują fałszywie dodatnie DC, nie wpływając na prawdziwe DC. Na koniec oprogramowanie automatycznie odfiltrowuje niepożądane obrazy na podstawie różnych właściwości obrazu, identyfikując obrazy metafaz słabej jakości za pomocą wstępnie obliczonych (lub określonych przez użytkownika) modeli selekcji obrazów. Obrazy te obejmują te, które zawierają nadmierną lub niewystarczającą liczbę „szumiących” obiektów, wiele nakładających się na siebie chromosomów, obrazy pozbawione chromosomów w metafazie oraz nadmierną liczbę chromatyd siostrzanych4. Automatycznie opracowane dane obrazowe są wykorzystywane do wygenerowania krzywej kalibracyjnej dawki z próbek o znanej dawce promieniowania oraz służą do szacowania ekspozycji próbek testowych poddanych działaniu nieznanych dawek.
Wyniki z oprogramowania można przeglądać i zapisywać jako: 1) wyjście tekstowe wyświetlane w konsoli, 2) wykresy, które można zapisać jako obrazy, oraz 3) raporty w formacie HTML. Wiele aspektów oprogramowania można dostosować do specyficznych potrzeb różnych laboratoriów. Poszczególne laboratoria zazwyczaj dostarczają zarówno próbki kalibracyjne, jak i testowe, przygotowane i zebrane zgodnie z protokołem cytogenetycznym zwalidowanym w danym laboratorium. Zapewnia to jednolitość przygotowania próbek i pozwala na sensowne zastosowanie krzywych kalibracyjnych wygenerowanych z próbek kalibracyjnych do próbek testowych uzyskanych przy użyciu tego samego protokołu. Krzywe kalibracyjne można również tworzyć na podstawie współczynników krzywej lub częstotliwości DC przy określonych dawkach. Najdokładniejsze szacunki dawki uzyskuje się poprzez odfiltrowanie obrazów o niższej jakości oraz fałszywie dodatnich DC (FPs). Wybór optymalnych podzbiorów obrazów w każdej próbce odbywa się przy użyciu „modeli wyboru obrazów” (Image selection models), które eliminują obrazy niskiej jakości, mające tendencję do wprowadzania FPs. Do oprogramowania dołączono serię wstępnie zwalidowanych modeli, jednak użytkownik może tworzyć i zapisywać dodatkowe modele z dostosowanymi progami i filtrami.
Po pomyślnym załadowaniu oprogramowania wyświetla się główny graficzny interfejs użytkownika (GUI) (patrz Rysunek 1). Z poziomu tego interfejsu można wybierać i przetwarzać próbki, z których każda składa się z folderu plików obrazów komórek w metafazie, w celu identyfikacji DC, tworzyć i porównywać krzywe kalibracyjne oraz określać dawkę promieniowania, na którą wystawione zostały próbki.
<img alt="oprogramowanie do analizy danych ACDI; wykres histogramowy; rozkład częstości; szczegóły próbki; wynik algorytmu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56245/56245fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rycina 1: Główne sekcje graficznego interfejsu użytkownika obejmują: lista próbek (1), lista krzywych kalibracyjnych (2), kolejka procesów (3), który monitoruje stan detekcji DC w każdym zestawie obrazów każdej próbki, wykres wyświetlający (4), która podsumowuje statystyczne lub inne właściwości ilościowe zestawu obrazów w próbkach lub krzywych kalibracyjnych, oraz konsola (5) który zawiera tekst opisowy jako wyniki każdej operacji wykonanej przez program. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56245/56245fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>Automatyczny dicentryczny identyfikator chromosomów i estymator dawki (ADCI)</td><td>Oprogramowanie CytoGnomix</td><td>NA</td><td>ADCI jest wydawane w binarnym pliku pakietu instalacyjnego dla systemu Microsoft Windows 7, 8, 8.1 i 10; do typowej instalacji wymagane jest 235 MB miejsca na dysku. Oprogramowanie zostało przetestowane z procesorami Intel lub AMD x86-64; zalecane jest co najmniej 1 GB pamięci RAM. Analizy zostały przeprowadzone na komputerze wyposażonym w procesor Intel I7 i 16 GB pamięci RAM. Działanie ADCI wymaga aktywnej licencji i sprzętowego klucza sprzętowego opartego na USB, który musi pozostać podłączony podczas uruchamiania oprogramowania. Klucz sprzętowy koduje datę wygaśnięcia oprogramowania. Za każdym razem, gdy oprogramowanie jest uruchamiane, ta data jest odczytywana. Oprogramowanie umożliwi dostęp do programu, jeśli bieżąca data i godzina poprzedza znacznik czasu wygaśnięcia. Przedłużenie wygasłej licencji na oprogramowanie można osiągnąć, uzyskując nowy klucz sprzętowy lub odnawiając licencję ze zaktualizowanym kluczem podczas uruchamiania.</td></tr><tr><td>Cyfrowe obrazy jąder komórkowych metafazy</td><td>Przykłady: Metasystemy, Leica Microsystems</td><td>M-Search (Metasystems), oprogramowanie Cytovision (Leica)</td><td>Format TIFF o wysokiej rozdzielczości; zwykle >250 obrazów cyfrowych generowanych za pomocą systemu obrazowania mikroskopowego (obiektyw o minimalnym powiększeniu 63x, okular o powiększeniu 10x).</td></tr><tr><td>MSI Leopard Pro (zalecane, opcjonalne)</td><td>Wielordzeniowa stacja robocza</td> <td>Micro-Star International</td><td>MSI GP62 6QF 480CA Leopard Pro</td>.</tr></tbody></table>

przyspieszona biodozymetria promieniowania dzięki automatycznej identyfikacji chromosomów dicentrycznych (adci) i oszacowaniu dawki

Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification (ADCI) and Dose Estimation

Dawka promieniowania biologicznego może być oszacowana na podstawie dicentrycznych częstości chromosomów w komórkach metafazy. Wykonywanie tych cytogenetycznych testów chromosomów dicentrycznych jest tradycyjnie ręcznym, pracochłonnym procesem, który nie jest dobrze przystosowany do radzenia sobie z ilością próbek, które mogą wymagać badania w następstwie masowego zdarzenia z ofiarami. Oprogramowanie Automated Dicentric Chromosome Identifier and Dose Estimator (ADCI) automatyzuje ten proces, badając zestawy obrazów metafazowych przy użyciu technik przetwarzania obrazów opartych na uczeniu maszynowym. Oprogramowanie wybiera odpowiednie obrazy do analizy, usuwając nieodpowiednie obrazy, klasyfikuje każdy obiekt jako chromosom zawierający centromery lub niechromosom, dalej rozróżnia chromosomy jako chromosomy monocentryczne (MC) lub chromosomy dicentryczne (DC), określa częstotliwość DC w próbce i szacuje dawkę promieniowania biologicznego, porównując częstotliwość DC próbki z krzywymi kalibracyjnymi obliczonymi przy użyciu próbek kalibracyjnych. Ten protokół opisuje użycie oprogramowania ADCI. Zazwyczaj importowane są zarówno zestawy kalibracyjne (znana dawka), jak i testowe (nieznana dawka) obrazów metafaz w celu dokładnego oszacowania dawki. Optymalne obrazy do analizy można znaleźć automatycznie za pomocą wstępnie ustawionych filtrów obrazu lub można je również przefiltrować za pomocą ręcznej kontroli. Oprogramowanie przetwarza obrazy w każdej próbce, a częstotliwości DC są obliczane na różnych poziomach rygorystyczności dla wywoływania DC, przy użyciu podejścia opartego na uczeniu maszynowym. Liniowo-kwadratowe krzywe kalibracyjne są generowane na podstawie częstotliwości prądu stałego w próbkach kalibracyjnych poddanych działaniu znanych dawek fizycznych. Dawki badanych próbek narażonych na niepewne poziomy promieniowania szacuje się na podstawie ich częstotliwości prądu stałego przy użyciu tych krzywych kalibracyjnych. Raporty mogą być generowane na żądanie i zawierać podsumowanie wyników jednej lub więcej próbek, jednej lub więcej krzywych kalibracyjnych lub oszacowania dawki.

Test cytogenetycznego chromosomu dicentrycznego (DC) określa ilościowo narażenie na promieniowanie jonizujące. Oprogramowanie Automated Dicentric Chromosome Identifier and Dose Estimator dokładnie i szybko szacuje dawkę biologiczną z DC w komórkach metafazy. Odróżnia monocentryczne chromosomy i inne obiekty od DC i szacuje dawkę promieniowania biologicznego na podstawie częstotliwości DC.

Przyspieszona biodozymetria promieniowania dzięki automatycznej identyfikacji chromosomów dicentrycznych (ADCI) i oszacowaniu dawki

Biological radiation dose can be estimated from dicentric chromosome frequencies in metaphase cells. Performing these cytogenetic dicentric chromosome ...

Ogólnym celem niniejszego protokołu opartego na oprogramowaniu jest dokładna i szybka ocena całkowitej dawki promieniowania biologicznego dla całego organizmu na podstawie chromosomów dicentrycznych znalezionych w zestawach automatycznie przefiltrowanych obrazów komórek w metafazie, z wykorzystaniem technik przetwarzania obrazu opartych na uczeniu maszynowym. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące reakcji na zdarzenie związane z masową ekspozycją na promieniowanie. Terminowe badanie dużej liczby próbek będzie niezbędne do określenia dawki promieniowania.Główną zaletą tego oprogramowania jest automatyzacja filtrowania obrazów, generowania krzywych kalibracyjnych, wykrywania chromosomów dicentrycznych oraz szacowania dawki promieniowania. Są to zadania, które tradycyjnie wymagają dużych nakładów czasu i pracy. Chociaż metoda ta może dostarczać cennych informacji w cytogenetycznej biodozymetrii radiacyjnej, może ona zostać zastosowana również do wyboru najlepszych obrazów chromosomowych do analiz diagnostycznych dziedzicznych i nabytych chorób genetycznych.Pomysł na tę metodę pojawił się, gdy zaczęliśmy opracowywać metody analizy obrazów chromosomów do automatycznego scoringu fluorescencji w obrazach dwubarwnej hybrydyzacji. Koledzy wskazali również, że aktualne możliwości testowania wielu osób narażonych na działanie czynników są bardzo ograniczone. Otwórz oprogramowanie i utwórz nową próbkę z menu.Następnie należy wybrać folder zawierający obrazy metafaz do analizy. Po wyświetleniu monitu należy podać unikalny identyfikator w celu oznaczenia próbki. Można używać wyłącznie znaków alfanumerycznych, podkreślników i myślników.Następnie, jeśli jest to pożądane, należy podać opis próbki. Powtórz ten proces, aby dodać kolejne zestawy obrazów próbek. Do analizy wymagane są co najmniej trzy zestawy próbek kalibracyjnych, jednak dla uzyskania dobrych wyników należy użyć siedmiu lub więcej.Powinny one obejmować zakres ekspozycji na promieniowanie od 0 do 5 Gy. Po załadowaniu wszystkich próbek, należy zaznaczyć je na liście próbek i dodać do kolejki procesowania. Następnie należy przetworzyć wszystkie próbki, aby zidentyfikować różne właściwości na każdym obrazie.Wyświetlany jest postęp przetwarzania. Po zakończeniu przetwarzania kliknij zielony znacznik wyboru i zapisz przetworzone próbki jako pliki próbek. Przed kontynuacją zaleca się przejrzenie przetworzonych obrazów w programie Metaphase Image Viewer.Zaznacz próbki z listy i otwórz przeglądarkę. Następnie przejdź przez obrazy. Wewnątrz przeglądarki obrazów można zastosować filtry.Oprogramowanie zawiera kilka wbudowanych modeli wyboru obrazów. Filtrowanie pozwoli na przesiewanie właściwości zidentyfikowanych podczas przetwarzania. W razie potrzeby można stworzyć własny, spersonalizowany model od podstaw i zapisać go do ponownego użycia.W przypadku użycia Kreatora Kalibracji Krzywej opisanego w następnej sekcji, model jest stosowany podczas tego kroku. Należy użyć Kreatora Kalibracji Krzywej do analizy plików próbek procesowych. Aby uzyskać dobre dopasowanie krzywej, należy uwzględnić co najmniej siedem próbek kalibracyjnych w zakresie od zera do pięciu odcieni szarości.Na pierwszej stronie makra Wizard zaznacz pole wyboru obok każdej pożądanej próbki kalibracyjnej. Dla każdej próbki kalibracyjnej określ dawkę promieniowania w sąsiednim polu tekstowym. Na następnej stronie wybierz predefiniowany model wyboru obrazu.Na następnej stronie wybierz wartość SVM Sigma z rozwijanego menu. W przypadku szacowanych dawek przekraczających 1 Gy zaleca się wartość 1,4 lub 1,5. W przeciwnym razie należy użyć wartości 1,0.Na ostatniej stronie sprawdź wszystkie wybrane opcje. Jeśli są poprawne, zakończ proces wyboru. Pojawi się wówczas wypełniony automatycznie dialog tworzenia krzywej.Wpisz unikalny identyfikator krzywej w polu tekstowym, a następnie naciśnij Validate data, aby upewnić się, że zawartość listy dawek odpowiedzi jest sformatowana prawidłowo. Sprawdź, czy wszystkie pola na liście dawek odpowiedzi są podświetlone na zielono, co oznacza poprawne dane. Następnie prześlij dane do analizy, używając przycisku OK, i postępuj zgodnie z instrukcjami, aby zapisać wyniki.Aby przeprowadzić analizę szacowania dawki, uruchom makro Wizard znajdujące się w menu Dose Estimation. Najpierw wybierz z rozwijanego pola wcześniej utworzoną krzywą kalibracyjną. Jej właściwości zostaną wyświetlone poniżej.Na następnej stronie przełącz próbki testowe o nieznanym stopniu ekspozycji, aby uwzględnić je w szacowaniu dawki. Na kolejnej stronie przejrzyj opis i właściwości modelu selekcji obrazów zastosowanego podczas generowania krzywej kalibracyjnej. Każda próbka powinna zostać przeanalizowana przy użyciu tego samego modelu.Przy szacowaniu dawki w próbce narażonej na nieznaną ilość promieniowania, zdecydowanie zalecamy zastosowanie do tych danych tego samego modelu wyboru obrazów, który odpowiada modelowi użytemu podczas generowania krzywej kalibracji dawki. Na następnej stronie należy upewnić się, że w polach wprowadzono tę samą wartość SVM Sigma, która była stosowana podczas generowania krzywej kalibracji. W razie potrzeby należy wprowadzić poprawki.Na ostatniej stronie należy przejrzeć wszystkie wybrane opcje. Jeśli są one prawidłowe, należy zakończyć proces wyboru i zatwierdzić przyciskiem OK w wyświetlonym oknie kalkulatora dawek w celu przeprowadzenia szacowania dawki. Wyniki szacowania dawki dla każdej próbki testowej są wyświetlane w konsoli w formacie tabelarycznym w geyach.Do danych tabelarycznych dołączone zostaną wykresy danych wyświetlane w obszarze wykresu. Po wprowadzeniu próbki, przygotowaniu krzywej kalibracyjnej lub oszacowaniu dawki zaleca się wygenerowanie raportu z próbki, krzywej lub dawki, aby stworzyć pełną dokumentację przeprowadzonej analizy. Teraz wygeneruj Raport z Oszacowania Dawki.Po wyświetleniu odpowiedniego komunikatu należy podać nazwę raportu lub skorzystać z opcji przeglądania, aby zmodyfikować istniejący folder z raportami. Możliwości audytu, problemy z integralnością plików dziennika oraz opcje statystyczne są omówione w protokole tekstowym. Oprogramowanie zostało przetestowane przy użyciu próbek obrazów cytogenetycznych poddanych promieniowaniu jonizującemu, które pozyskano z laboratoriów biodozymetrii w Health Canada oraz Canadian Nuclear Laboratories.Próbki te zostały przygotowane i przeanalizowane ręcznie przez ekspertów w obu laboratoriach. Oprogramowanie zastosowało zautomatyzowane filtry wyboru obrazów w próbkach, aby wyeliminować szeroką gamę nieużytecznych zdjęć. W niniejszym przykładzie dla każdej próbki automatycznie wybrano 250 najlepszych obrazów.Próbkę C wykluczono, ponieważ zawierała zbyt wiele nakładających się chromosomów, natomiast próbka D wykazuje nadmierną liczbę rozdzielonych chromatyd siostrzanych. Oprogramowanie może błędnie oznaczać niektóre obiekty jako chromosomy dicentryczne, czego przykładem jest obiekt drugi. Powoduje to zawyżenie liczby chromosomów dicentrycznych w próbkach.Filtry wyników fałszywie dodatnich wykluczają te obiekty z obliczeń częstości chromosomów dicentrycznych. Po filtrowaniu występowanie chromosomów dicentrycznych w populacji komórek z naświetlonej próbki wykazuje rozkład Poissona, w przeciwieństwie do niefiltrowanego zestawu danych. Statystyki chi-kwadrat dla dobroci dopasowania wykazały, że wyniki z danych przefiltrowanych są znacznie bardziej wiarygodne.Ostatecznie pomiary zautomatyzowane mieściły się w granicach 0,3 gray w stosunku do dawek ocenianych ręcznie, z kilkoma wyjątkami. Jedna próbka, która wykazała słabe dopasowanie do rozkładu Poissona, nie była dokładna. Była to próbka niższej jakości.Zawierało ono zbyt wiele obrazów z błędnie sklasyfikowanymi chromosomami dicentrycznymi, wynikającymi z separacji chromatyd siostrzanych. Niemniej jednak wyniki zautomatyzowanej analizy nadal mieściły się w granicach segregacji określonych przez IAEA. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak używać oprogramowania do automatycznego wyboru optymalnych obrazów za pomocą modeli selekcji obrazów, tworzenia krzywych kalibracyjnych, przeprowadzania zautomatyzowanej detekcji chromosomów dicentrycznych w celu szacowania dawki promieniowania oraz sporządzania raportów.Po opanowaniu ta technika pozwala na oszacowanie dawki w próbce zawierającej 500 obrazów metafazy w czasie od 10 do 20 minut, korzystając z istniejącego zestawu obrazów komórek w metafazie. Ważne jest, aby korzystać z automatycznych funkcji oferowanych przez oprogramowanie. Możliwy jest również ręczny wybór obrazów.Jednakże takie podejście obniża wydajność i może nie być tak powtarzalne jak procedury zautomatyzowane. Technika ta umożliwi badaczom z zakresu biodozymetrii zgłębianie nowych zagadnień w badaniach nad promieniowaniem, obejmujących badania populacyjne, których przeprowadzenie w przeszłości nie było praktycznie możliwe.

expedited-radiation-biodosimetry-automated-dicentric-chromosome

Research

JoVE Journal

Genetics

Genetyka

Opracowujemy technikę dynamicznej adaptacyjnej ekspozycji z wykorzystaniem naszego cyfrowego systemu rentgenowskiego z wiązką skanującą. Zamiast jednorodnego naświetlania obiektu, ekspozycja jest dostosowywana w zależności od jego nieprzezroczystości. Przedstawiamy tutaj eksperyment na fantomie antropomorficznym, który pozwolił na redukcję dawki o 30%.

Redukcja dawki promieniowania rentgenowskiego poprzez adaptacyjną ekspozycję w obrazowaniu fluoroskopowym

Rosnąca liczba urządzeń do radioterapii oferuje tę zaletę, że dostarcza dawkę przez bardzo małe wiązki do guza, co pozwala na większą zgodność i wyższe dawki na frakcję. Do dozymetrii tych małych pól można użyć wielu różnych detektorów. W niniejszym badaniu badany jest wpływ rekombinacji jonów w komorze jonizacyjnej z cieczą przy użyciu systemu radioterapii stereotaktycznej.

Charakterystyka efektów rekombinacji w ciekłej komorze jonizacyjnej wykorzystywanej do dozymetrii akceleratora radiochirurgicznego

Szlaki naprawy DNA są niezbędne do utrzymania integralności genomu oraz zapobiegania mutacjom i nowotworom. Celem tego protokołu jest ilościowe określenie niestabilności genomu poprzez bezpośrednią obserwację aberracji chromosomowych w rozprzestrzenianiu się metafazy z mysich komórek B przy użyciu fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) dla powtórzeń telomerowego DNA.

Szybka analiza aberracji chromosomowych w mysich limfocytach B przez PNA-FISH

Niniejszy protokół opisuje przydatność wielokrotnej fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (mFISH) i kariotypowania spektralnego (SKY) w identyfikacji stabilnych międzychromosomowych aberracji w komórkach szpiku kostnego myszy po ekspozycji na promieniowanie całego ciała.

Wykrywanie stabilnych aberracji międzychromosomowych za pomocą wielokrotnej fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (mFISH) i kariotypowania spektralnego (SKY) u napromieniowanych myszy

Ten protokół szczegółowo opisuje klinicznie możliwe do wdrożenia przygotowanie wysokiej jakości PBMC i biopróbek osocza w ośrodku badań klinicznych, które mogą być wykorzystane do translacyjnej analizy biomarkerów.

Przygotowanie granulek komórek jednojądrzastych krwi obwodowej i osocza z pojedynczego pobrania krwi w ośrodkach badań klinicznych do analizy biomarkerów

Ten dokument opisuje nowy protokół dozymetryczny dla napromieniania komórek za pomocą niskoenergetycznego sprzętu rentgenowskiego. Pomiary wykonywane są w warunkach w miarę możliwości symulujących rzeczywiste warunki napromieniowania komórek.

Dozymetria do napromieniania komórek przy użyciu aparatury rentgenowskiej o ortonapięciu (40-300 kV)

Dozymetria promieniowania dostarcza techniki zwiększającej dokładność eksperymentów przedklinicznych i zapewniającej, że dostarczane dawki promieniowania są ściśle związane z parametrami klinicznymi. Protokół ten opisuje kroki, które należy podjąć w każdej fazie podczas przedklinicznych eksperymentów radiacyjnych, aby zapewnić prawidłowy projekt eksperymentu.

Uruchomienie promiennika i dozymetria do oceny parametrów α i β LQ, schematu dawkowania promieniowania oraz depozycji dawki in vivo

W obecnym protokole pokazujemy, jak wizualizować dwuniciową resekcję końca DNA podczas fazy S/G2 cyklu komórkowego przy użyciu metody opartej na immunofluorescencji.

Ocena globalnej resekcji końca dwuniciowego DNA przy użyciu znakowania BrdU-DNA w połączeniu z obrazowaniem dyskryminacji cyklu komórkowego

Ten protokół przedstawia przygotowanie preparatu i automatyczną ocenę testu ognisk γ-H2AX na limfocytach krwi obwodowej. Aby zilustrować metodę i czułość testu, izolowane limfocyty napromieniano in vitro. Ta zautomatyzowana metoda wykrywania DNA DSB jest przydatna w szybkich i wysokowydajnych zastosowaniach dozymetrii biologicznej.

Zautomatyzowana mikroskopowa metoda oceny ognisk γ-H2AX w ludzkich limfocytach krwi obwodowej

Opisano przepływ pracy zautomatyzowanej cytomorfologii krwi obwodowej i szpiku kostnego. Po standaryzowanym przygotowaniu wymazów i barwieniu skaner rejestruje obrazy próbek. Oprogramowanie zasilane przez sztuczną inteligencję lokalizuje, rejestruje i wstępnie klasyfikuje komórki z jądrem, a następnie przegląda je ekspert. Skupia się się na krytycznych niewłaściwych klasyfikacjach komórek, które mogą prowadzić do błędnej diagnozy.

Przepływ pracy dla zautomatyzowanej cytomorfologii krwi obwodowej i szpiku kostnego, z uwzględnieniem krytycznych błędów klasyfikacyjnych komórek

Poznaj automatyczną identyfikację chromosomów dicentrycznych i estymację dawki promieniowania za pomocą oprogramowania ADCI. Ta metoda uczenia maszynowego znacząco przyspiesza biodozymetrię w kryzysowych sytuacjach radiacyjnych.

Przyspieszona biodozymetria promieniowania dzięki automatycznej identyfikacji chromosomów dicentrycznych (ADCI) i oszacowaniu dawki (Wideo) | JoVE Journal

Przyspieszona biodozymetria promieniowania dzięki automatycznej identyfikacji chromosomów dicentrycznych (ADCI) i oszacowaniu dawki

Przeglądaj więcej filmów