Elektromap kullanarak optik haritalama verilerinin yüksek verim Analizi
4 Haziran 2019
Bu protokol, kardiyak optik haritalama verilerinin analizi için MATLAB tabanlı açık kaynaklı bir yazılım platformu olan ElectroMap 'in kurulumunu ve kullanımını açıklar. ElectroMap, çok çeşitli kardiyak deneysel modellerde optik haritalama voltajı ve kalsiyum veri kümeleri analizi için çok yönlü bir yüksek verimlilik aracı sağlar.
Kardiyak araştırmalarda çoklu dizi ve optik haritalama teknolojilerinin kullanımı genişlemektedir. Ancak, şu anda eksik olan elektrofizyoloji verilerinin analizi için sağlam, yüksek iş kaynağı açık kaynak yazılımdır. Bu nedenle araştırmacılara analizlerinde yardımcı olmak için ElectroMap adında yeni bir yazılım geliştirdik.
ElectroMap, birden fazla farklı kamera, birden fazla floresan boya ve optik haritalama ve çok elektrotlu dizi sistemleri de dahil olmak üzere farklı edinme yöntemleri kullanarak herhangi bir türden elde edilebilen kardiyak haritalama verilerini analiz etmek için yeni ve yerleşik yöntemler içermektedir. ElectroMap, eylem potansiyeli süresi, iletken tahlil ve morfoloji gibi standart AP parametrelerini ölçmenin yanı sıra, etkinliği analiz etmeyi ve ölçmeyi de sağlar. GitHub deposundan ElectroMap'in en son kaynak kodu sürümünden tüm dosyaları indirerek başlayın.
İndirilen içeriği istenilen konuma unzip. MATLAB'ı açın ve ElectroMap kaynak kodunu barındıran klasör konumuna gidin. Sonra dosya elektroharitasını açın.
m ve ElectroMap kullanıcı arabirimini başlatmak için editöre basın. Ardından, görüntüyü yüklemek için klasörü seçin ve analiz edilecek veri dosyasının veya dosyaların konumuna gidin. Arayüz içinden yüklenecek dosyayı seçin ve yükleme görüntülerine basın.
Yüklendikten sonra, ilk kare görüntülenir ve kırmızı bir anahat görüntünün otomatik eşiğini gösterir. İstenirse, eşik açılır menüsü için görüntüdeki seçeneği değiştirerek bunu sinyal saati ders genliğini temel alan bir eşiğe değiştirin. Eşik seçildiğinde, tüm görüntü yığını için uygulandığını unutmayın.
İstenirse, görüntü eşiğini el ile ayarlamak için kaydırıcıyı etkinleştirecek olan eşik seçeneğini kılavuza çevirin. Ayrıca, eşik seçeneklerinin altındaki uygun onay kutularını seçerek analiz için özel ilgi çekici bölge seçin. Üst menüden yg seçiminde alan sayısı gibi ilgi alanı seçimi için gelişmiş seçeneklerin mevcut olduğunu unutmayın.
Uygun bir eşik uygulandıktan sonra, işleme uygulamak için işlem görüntülerine basın. Bu noktada, doğru kamera ayarlarının mikrometrelerde kare hızı, kilohertz ve piksel boyutu ve pencere zaman çerçevesi, uzamsal ve zamansal filtreleme gibi sinyal işleme seçenekleri için girildiğinden emin olun. Dosya işlendikten sonra, kırmızı daireler tarafından etiketlenmiş doku ortalaması sinyalindeki zirveleri inceleyin.
Sinyali algılanan zirvelere göre segmente edin. Segment sinyaline basın. İstenirse, ilgi saatini yakınlaştırarak ve segment sinyalini seçerek sinyalin özel bölümlemini uygulayın.
Görüntüler işlendikten sonra, harita oluşturma düğmesi aktif hale gelecektir. Eylem potansiyeli süresi, etkinleştirme süresi, iletim hızı ve gürültü oranı analizini işaret etmek için haritalara basın. Analizleri her birine uygulamak için liste kutusundan istenen segmentleri seçin.
Ardından, görüntüdeki herhangi bir pikselden gelen sinyalin ayrıntılı bir görüntüsünü görmek için piksel bilgilerini alın ve pikselleri altı konuma kadar aynı anda işaretlerle karşılaştırın. İletim hızının daha ayrıntılı analizine erişmek için iletim tuşuna basın. Daha sonra, degrade vektörün iki nokta arasındaki gecikme inaktivasyon süresinden hesaplandığı tek vektör yöntemini kullanarak iletimi analiz etmek için tek vektöre basın.
Son olarak, çoklu vektör yöntemini ana arabirimdekilerle eşleşen ayarlarla uygulamak için yerel vektöre basın. Zaman fonksiyonu olarak aktive doku yüzdesini çizmek için aktivasyon eğrisi basın. ElectroMap kullanarak diğer parametreleri ölçmek için, ekran haritasının üzerindeki açılır menüden istenen diğer analizlerden birini seçin.
Bir dosyada tanımlanan her kesimin yüksek iş yapma süresi ve iletim analizi için özel bir modül açmak için tek dosya analizine basın. Görüntüyün tamamı nda veya seçili bölgelerde veya ilgi çekici noktalarda çözümleme yapın. ElectroMap'ten veri aktarmak için, ana kullanıcı arabiriminde görüntülenen haritanın değerlerini kaydetmek için dışa aktarma değerlerine basın.
Ardından, görüntülenen haritayı içeren ve daha sonra çeşitli görüntü biçimlerinde kaydedilebilen bir açılır pencereyi getirmek için dışa aktarma haritasına basın. İstenirse, renk çubuğu simgesini seçerek bir renk çubuğu ekleyin. Düzenleme sonra renk eşlemi seçerek ölçeği ayarlayın.
Son olarak, animasyonlu GIF dosyası olarak kaydedilebilen etkinleştirme dizisinin animasyonunu işlemek için etkinleştirme videosuna basın. Bu daha önce bildirildiği gibi voltaj duyarlı boyalar kullanılarak kaydedilen kobay ventrikül ile karşılaştırıldığında murine atria eylem potansiyel morfolojisi gösterir. Eylem potansiyelinin farklı şekline ve farklı kare hızlarına ve piksel boyutlarına sahip iki ayrı optik haritalama kamerasının kullanımına rağmen, ElectroMap uygun parametreleri seçerek her iki veri kümesini de başarılı bir şekilde analiz etmek için kullanılabilir.
Diğer yöntemler yerine topluluk ortalama uygulama izole murine sol atria SNR artırabilir. Üç hertz'den 10 hertz'e kadar olan tempo frekansında bir değişiklik, topluluk ortalaması yapılmadığında APD'yi değiştirmedi, ancak topluluk ortalaması veriden ölçüldüğünde 10 hertz pacing'de BEKLENEN BIR AZALMA GÖZlendi. Ayrıca, fare sol atria 120 milisaniyelik bir döngü uzunluğu tempolu ve döngü uzunluğu kademeli olarak 10 milisaniye kadar kısaltılmış oldu 50 milisaniye ulaştı.
ElectroMap otomatik olarak buna göre pacing döngüsü uzunluğu ve grup doku ortalama zirveleri belirlemek. APD ve diyastolik aralık kısaltılmış. Optik olarak ölçülen zirvelerin genliği azalırken, zirveye doğru zaman arttı.
Bu protokol, eylem potansiyelinin süresini, iletim hızını, tepeden tırnağına değişkenliği hızlı bir şekilde analiz etmek için ElectroMap'teki ayarları nasıl yükleyebileceğinizi ve ayarlayabileceğinizi ve ayrıca sinyalin gürültü oranını artırmak için ortalamayı nasıl oluşturabileceğinizi gösterir. Bu serbest çesitli yazilimin yayinlaþmasinun, araþtırma larının analiz ihtiyaçlarında araştırıcılara yardımcı olacak ve kardiyak araştırmalarda bazı büyük keşiflere yol açmasınğ Geliştirdiğimiz algoritmaları oluşturmaya devam edeceğiz ve ElectroMap yeteneklerini daha da genişletmemize yardımcı olması için başkalarını teşvik edeceğiz.
Genel Bakış
Bu protokol, kardiyak optik haritalama verilerinin analizi için MATLAB tabanlı, açık kaynaklı bir yazılım platformu olan ElectroMap'in kurulumunu ve kullanımını açıklamaktadır. ElectroMap, çok çeşitli kardiyak deneysel modellerdeki optik haritalama voltaj ve kalsiyum veri setlerinin analizi için çok yönlü ve yüksek kapasiteli bir araç sunar.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kardiyak elektrofizyoloji
- Optik haritalama
- Yazılım geliştirme
Arka Plan
- Çoklu dizi ve optik haritalama teknolojileri, kardiyak araştırmalarda giderek daha fazla kullanılmaktadır.
- Elektrofizyoloji veri analizi için sağlam, yüksek kapasiteli ve açık kaynaklı yazılımlara ihtiyaç duyulmaktadır.
- ElectroMap, kardiyak haritalama verilerini analiz etmek için hem yeni hem de yerleşik yöntemleri bünyesinde barındırır.
- Yazılım, çeşitli türlerden ve veri toplama yöntemlerinden elde edilen verileri desteklemektedir.
Çalışmanın Amacı
- Kardiyak optik haritalama verilerini analiz etmek için kullanıcı dostu bir araç sağlamak.
- Aksiyon potansiyeli parametrelerinin ölçümünü ve iletim analizini kolaylaştırmak.
- Elektrofizyolojik veri analizindeki sinyal-gürültü oranını iyileştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- GitHub deposundan ElectroMap'i indirin ve kurun.
- Optik haritalama görüntülerini MATLAB kullanarak yükleyin ve işleyin.
- Görüntü analizi için otomatik ve manuel eşikleme uygulayın.
- Segmentasyon gerçekleştirin ve aksiyon potansiyeli analizi için haritalar oluşturun.
Temel Sonuçlar
- ElectroMap, farklı optik haritalama düzeneklerinden gelen verileri başarıyla analiz eder.
- Aksiyon potansiyeli süresi ve iletim hızı etkili bir şekilde nicelendirilebilir.
- Topluluk ortalaması (ensemble averaging), veri analizindeki sinyal-gürültü oranını iyileştirir.
- Özel segmentasyon ve detaylı piksel analizi desteklenmektedir.
Sonuçlar
- ElectroMap, kardiyak elektrofizyoloji alanındaki araştırmacılar için değerli bir araçtır.
- Yazılım, karmaşık optik haritalama veri setlerinin analizini iyileştirir.
- Açık kaynaklı yapısı, araştırmalarda erişilebilirliği ve iş birliğini teşvik eder.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önemi
ElectroMap, kardiyak elektrofizyoloji araştırmalarında sağlam, yüksek kapasiteli ve açık kaynaklı yazılım ihtiyacını karşılayarak, farklı türler ve deneysel modeller genelinde karmaşık optik haritalama verilerinin standardize edilmiş analizine olanak tanır. Topluluk ortalaması yoluyla sinyal-gürültü oranını iyileştiren ve otomatik çoklu vuruş analizini destekleyen platform, kardiyovasküler ilaç keşfi için hedef doğrulama ve mekanistik risk azaltma süreçlerindeki öngörü güvenilirliğini artırır. Modüler tasarımı, keşif iş akışlarına entegrasyonu kolaylaştırarak preklinik modellerde assay geliştirme ve translasyonel biyobelirteç uyumunu destekler.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Çok hücreli kardiyak preparasyonlarda aksiyon potansiyeli süresinin, iletim hızının ve sinyal-gürültü oranının kantifikasyonu yoluyla terapötik hipotezlerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Fonksiyonel hedef doğrulaması için tekrarlanabilir, kantitatif elektrofizyolojik çıktılar sağlayarak biyolojik risklerin azaltılmasını destekler.
- Öngörücü Değer: Topluluk ortalaması (ensemble averaging) yoluyla, tek vuruşlu analizlerde gözden kaçabilecek elektrofizyolojik değişiklikleri belirleyerek portföy önceliklendirmesini kolaylaştırır.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Optik haritalama veri işlemeyi standartlaştırarak ve tüm deneysel kayıtların yüksek kapasiteli analizini mümkün kılarak, onaylanmış biyolojik sistemleri sonraki iş akışlarına hazırlar.
- Operasyonel Değer: Otomatik hız frekansı tespiti, sinyal segmentasyonu ve özelleştirilebilir ön işleme parametreleri aracılığıyla analiz standartlaştırması ve tekrarlanabilirlik sorunlarını çözer.
- Ölçeklenebilirlik: Birden fazla floresan boyaya, veri toplama yöntemine ve türe özgü verilere verilen destek ile tarama hazırlığını ve platformun yeniden kullanımını vurgular.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Translasyonel Süreklilik: Kardiyak modellerde iletim, alternans ve tek sıra analizinin ayrıntılı incelemesine olanak tanıyarak hastalıkla olan ilişkiyi ve translasyonel biyobelirteç uyumunu ele alır.
- Preklinik Doğrulama: Değişen hız belirleme (pacing) frekansları altında akut yanıtları ve atımdan atıma değişkenliği nicelleştirerek, keşif aşamasından preklinik doğrulamaya kadar olan sürekliliği tanımlar.
- Risk Ayarlı İlerleme: Gürültülü veri setlerinde sinyal kalitesini artıran elektrofizyolojik değişiklikleri tespit ederek, riske göre ayarlanmış ilerleme kararlarını değerlendirir.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
ElectroMap, hipotez testini ve biyolojik risk azaltmayı destekleyen kantitatif elektrofizyolojik ölçümler sağlayarak, Erken Keşif aşamasından Lider Bileşik Belirleme ve Preklinik çalışmalara kadar olan keşif sürecine entegre olur.
- Keşif Biyolojisi: Yöntemin, kardiyak dokudaki voltaj ve kalsiyum dinamiklerinin analizi yoluyla hipotez testlerini, yolak açıklığa kavuşturulmasını veya biyolojik risk azaltmayı nasıl desteklediğini açıklar.
- Tarama: Makale tarafından desteklendiği takdirde; aksiyon potansiyeli süresi, iletim hızı ve sinyal-gürültü oranı haritalaması dahil olmak üzere assay hazırlığını, tekrarlanabilirliği veya kantitatif çıktıları tanımlar.
- Analitik: Farklı pacing frekansları altında pikten pike değişkenlik ve diyastolik aralık değişiklikleri gibi, ekiplerin koşulları karşılaştırmasına yardımcı olan ölçümleri, okumaları veya istatistiksel çıktıları vurgular.
- Translasyonel Araştırma: Yalnızca kaynağın desteklediği durumlarda, iletim ve alternans analizi için özel modüller aracılığıyla yöntemi preklinik sürekliliğe veya biyobelirteç uyumuna bağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Yöntemi tek kullanımlık bir teknikten ziyade yeniden kullanılabilir bir yetkinlik olarak çerçeveler; açık kaynaklı doğasını ve deneysel modeller genelindeki uyarlanabilirliğini vurgular.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Öngörücü güven, hedef doğrulama, kardiyak elektrofizyolojideki mekanistik belirsizliğin azaltılması.
- Operasyonel Değer: Optik haritalama veri analizinin laboratuvarlar ve modeller arasında standartlaştırılması, tekrarlanabilirliği ve ölçeklenebilirliği.
- Stratejik Değer: İyileştirilmiş sinyal kalitesi ve ince elektrofizyolojik değişikliklerin tespit edilmesi yoluyla daha iyi devam/durdur kararları, sermaye verimliliği ve azaltılmış geç evre biyolojik risk.
- Portföy Etkisi: Tekrarlanabilir, yüksek kapasiteli elektrofizyolojik profillemeye dayalı, riske göre ayarlanmış önceliklendirme ve geliştirme kararları.
Uygulama Hususları
- MATLAB tabanlı yazılım ortamları ve kardiyak elektrofizyoloji prensipleri konusunda gerekli bilimsel uzmanlık.
- Enstrümantasyon ve analitik altyapı ihtiyaçları arasında optik haritalama sistemleri, floresan boyalar ve uyumlu veri toplama donanımları yer almaktadır.
- Kullanıcılar ve merkezler arasında tutarlı eşikleme, ilgi alanı seçimi ve parametre tanımlamaları için ekipler arası standardizasyon gereksinimleri.
- Türe özgü kare hızları, piksel boyutları ve sinyal işleme seçenekleri dahil olmak üzere model sistemler arası adaptasyon hususları.
- Kaynak materyal tarafından desteklenen pratik kısıtlamalar: kare hızı ve kilohertz için doğru kamera ayarlarına bağımlılık ve otomatik yöntemlerin yetersiz kaldığı durumlarda manuel eşik ayarı gereksinimi.
