June 4th, 2019
Ten protokół opisuje konfigurację i korzystanie z ElectroMap, opartej na MATLAB platformy oprogramowania open source do analizy danych mapowania optycznego serca. ElectroMap zapewnia wszechstronne, wysokowydajne narzędzie do analizy zestawów danych dotyczących napięcia i wapnia w mapowaniu optycznym w szerokim zakresie eksperymentalnych modeli serca.
Wykorzystanie technologii mapowania wielomatrycowego i optycznego w badaniach kardiologicznych rozwija się. Jednak obecnie brakuje solidnego, wysokowydajnego oprogramowania opensource do analizy danych elektrofizjologicznych. Dlatego opracowaliśmy nowatorskie oprogramowanie o nazwie ElectroMap, aby pomóc naukowcom w ich analizie.
ElectroMap zawiera nowe i sprawdzone metody analizy danych mapowania serca, które można uzyskać od dowolnego gatunku przy użyciu wielu różnych kamer, wielu różnych barwników fluorescencyjnych i różnych modalności akwizycji, w tym mapowania optycznego i systemów wieloelektrodowych. Oprócz pomiaru standardowych parametrów AP, takich jak czas trwania potencjału czynnościowego, test przewodzący i morfologia, ElectroMap umożliwia analizę i ilościowe określanie aktywności. Zacznij od pobrania wszystkich plików z najnowszej wersji kodu źródłowego ElectroMap z repozytorium GitHub.
Rozpakuj pobraną zawartość w żądane miejsce. Otwórz program MATLAB i przejdź do lokalizacji folderu, w której znajduje się kod źródłowy ElectroMap. Następnie otwórz plik electromap.
m i naciśnij uruchom w edytorze, aby uruchomić interfejs użytkownika ElectroMap. Następnie, aby załadować obraz, naciśnij wybierz folder i przejdź do lokalizacji pliku lub plików danych, które mają zostać przeanalizowane. Wybierz plik do załadowania z poziomu interfejsu i naciśnij załaduj obrazy.
Po załadowaniu pojawi się pierwsza klatka, a czerwony kontur wskaże automatyczne progowanie obrazu. W razie potrzeby zmodyfikuj to na próg oparty na amplitudzie przebiegu czasu sygnału, zmieniając opcję w menu rozwijanym obrazu dla progu. Należy pamiętać, że po wybraniu progu jest on stosowany do całego stosu obrazów.
W razie potrzeby zmień opcję progu na ręczny, co uaktywni suwak w celu ręcznego dostosowania progu obrazu. Ponadto wybierz niestandardowy obszar zainteresowania do analizy, zaznaczając odpowiednie pola wyboru poniżej opcji progowych. Należy pamiętać, że zaawansowane opcje wyboru obszaru zainteresowania, takie jak liczba obszarów, są dostępne w wyborze ROI z górnego menu.
Po zastosowaniu odpowiedniego progu naciśnij przycisk Przetwarzaj obrazy, aby zastosować przetwarzanie. W tym momencie upewnij się, że wprowadzono prawidłowe ustawienia kamery dla liczby klatek na sekundę oraz kiloherców i rozmiaru pikseli w mikrometrach oraz opcji przetwarzania sygnału, takich jak ramy czasowe okna, filtrowanie przestrzenne i czasowe. Po przetworzeniu pliku sprawdź piki w sygnale średniej tkankowej oznaczone czerwonymi kółkami.
Segmentacja sygnału na podstawie wykrytych szczytów. Naciśnij sygnał segmentu. W razie potrzeby zastosuj niestandardową segmentację sygnału, przybliżając interesujący Cię czas i wybierając sygnał segmentu.
Po przetworzeniu obrazów przycisk tworzenia map stanie się aktywny. Naciśnij przycisk twórz mapy, aby zastosować czas trwania potencjału czynnościowego, czas aktywacji, prędkość przewodzenia i analizę stosunku sygnału do szumu. Wybierz żądane segmenty z listy, aby zastosować analizę do każdego z nich.
Następnie wybierz opcję Pobierz informacje o pikselach, aby wyświetlić szczegółowe wyświetlanie sygnału z dowolnego piksela na obrazie i porównać piksele, aby jednocześnie wykreślić sygnały z maksymalnie sześciu lokalizacji. Aby uzyskać dostęp do bardziej szczegółowej analizy prędkości przewodzenia, naciśnij przewodzenie. Następnie naciśnij pojedynczy wektor, aby przeanalizować przewodzenie przy użyciu metody pojedynczego wektora, w której wektor gradientu jest obliczany na podstawie czasu inaktywacji opóźnienia między dwoma punktami.
Na koniec naciśnij wektor lokalny, aby zastosować metodę wielowektorową z ustawieniami pasującymi do ustawień z głównego interfejsu. Naciśnij krzywą aktywacji, aby wykreślić procent tkanki aktywowanej w funkcji czasu. Aby określić ilościowo inne parametry za pomocą ElectroMap, wybierz jedną z pozostałych żądanych analiz z menu rozwijanego nad wyświetlaną mapą.
Naciśnij przycisk analizy pojedynczego pliku, aby otworzyć dedykowany moduł do analizy czasu trwania i przewodzenia każdego zidentyfikowanego segmentu w pliku. Wykonaj analizę na całym obrazie lub na wybranych obszarach lub punktach szczególnych. Aby wyeksportować dane z ElectroMap, naciśnij przycisk Eksportuj wartości, aby zapisać wartości aktualnie wyświetlanej mapy w głównym interfejsie użytkownika.
Następnie naciśnij przycisk eksportuj mapę, aby wyświetlić wyskakujące okienko zawierające aktualnie wyświetlaną mapę, którą można następnie zapisać w różnych formatach graficznych. W razie potrzeby dodaj pasek kolorów, wybierając ikonę paska kolorów. Ustaw skalę, wybierając opcję edytuj, a następnie mapę kolorów.
Na koniec naciśnij wideo aktywacyjne, aby wyrenderować animację sekwencji aktywacji, którą można zapisać jako animowany plik GIF. Pokazuje to morfologię potencjału czynnościowego mysich przedsionków w porównaniu z komorą świnki morskiej zarejestrowaną przy użyciu barwników wrażliwych na napięcie, jak wcześniej informowano. Pomimo wyraźnego kształtu potencjału czynnościowego i zastosowania dwóch oddzielnych kamer do mapowania optycznego o różnej liczbie klatek na sekundę i rozmiarach pikseli, ElectroMap może być wykorzystany do skutecznej analizy obu zestawów danych poprzez dobór odpowiednich parametrów.
Zastosowanie uśredniania zespołowego zamiast innych metod może poprawić SNR z izolowanych mysich lewych przedsionków. Zmiana częstotliwości stymulacji z trzech herców na 10 herców nie zmieniła APD, gdy nie przeprowadza się uśredniania zespołu, jednak zaobserwowano oczekiwany spadek APD przy tempie 10 Hz, gdy mierzono je na podstawie uśrednionych danych zespołu. Co więcej, lewe przedsionki myszy były poruszane w tempie 120 milisekund cyklu, a długość cyklu była stopniowo skracana o 10 milisekund, aż osiągnęła 50 milisekund.
ElectroMap automatycznie identyfikuje długość cyklu stymulacji i odpowiednio grupuje średnie piki tkankowe. Skrócenie APD i odstępu rozkurczowego. Amplituda optycznie mierzonych pików zmniejszyła się, podczas gdy czas do szczytu wydłużył się.
Protokół ten pokazuje, w jaki sposób można zainstalować i skonfigurować ustawienia w ElectroMap, aby szybko przeanalizować czas trwania potencjału czynnościowego, prędkość przewodzenia, zmienność między szczytami, a także jak można uśrednić grupowo w celu poprawy stosunku sygnału do szumu. Mamy nadzieję, że wydanie tego bezpłatnego oprogramowania pomoże naukowcom w zaspokojeniu ich potrzeb analitycznych i doprowadzi do kilku ważnych odkryć w badaniach kardiologicznych. Będziemy nadal rozwijać wszystkie opracowane przez nas algorytmy i zachęcamy innych do pomocy w dalszym rozszerzaniu możliwości ElectroMap.
Ten protokół opisuje konfigurację i użycie ElectroMap, oprogramowania open-source opartego na MATLAB do analizy danych z optycznego mapowania elektrycznego serca. ElectroMap zapewnia wszechstronne narzędzie o wysokiej wydajności do analizy danych z optycznego mapowania napięcia i wapnia w szerokim zakresie modeli eksperymentalnych serca.
ElectroMap addresses the need for robust, high-throughput open-source software in cardiac electrophysiology research, enabling standardized analysis of complex optical mapping data across species and experimental models. By improving signal-to-noise ratio through ensemble averaging and supporting automated multi-beat analysis, the platform enhances predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking for cardiovascular drug discovery. Its modular design facilitates integration into discovery workflows, supporting assay development and translational biomarker alignment in preclinical models.
ElectroMap integrates into the discovery continuum from Early Discovery to Lead Identification and Preclinical work by providing quantitative electrophysiological measurements that support hypothesis testing and biological de-risking.