Name: expedited radiation biodosimetry by automated dicentric chromosome identification (adci) and dose estimation
Uploaded: 2017-09-04T13:00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification ADCI and Dose Estimation at JoVE.com

نحن ممتنون للدكتورة روث ويلكنز، والبيولوجيا الإشعاعية وحماية شعبة في وزارة الصحة الكندية، وفرح Flegal والمختبرات النووية الكندية وعلى العاملين في المختبرات للوصول إلى بيانات الصورة الطورية من مختبراتها بيودوسيميتري الخلوية الوراثية. هذه الورقة وأيده عقدا من البناء في "كندا برنامج الابتكار" إلى سيتوجنوميكس (رقم تسلسلي EN579-172270/001/SC). النسخة الأولية من أدسي وتطوير خوارزميات كان يدعمها "صندوق الابتكار الغربية"؛ العلوم الطبيعية ومجلس البحوث الهندسية من كندا (مقدمة اكتشاف المنح 371758-2009)؛ دائرة الصحة العامة في الولايات المتحدة (DART-جرعة كمكر، 5U01AI091173-0)؛ المؤسسة الكندية للابتكار؛ الكراسي البحثية في كندا، وشركة سيتوجنوميكس

<ol>
	<li>Brewen, J. G., Preston, R. J., Littlefield, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation-Induced+Human+Chromosome+Aberration+Yields+Following+an+Accidental+Whole-Body+Exposure+to60+Co+&#947;-Rays.">Radiation-Induced Human Chromosome Aberration Yields Following an Accidental Whole-Body Exposure to60 Co &#947;-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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Persistent+Chromosome+Aberrations+in+Irradiated+Human+Subjects.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cytogenetic Dosimetry: Applications in Preparedness for and Response to Radiation Emergencies. , (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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation+Dose+Estimation+by+Automated+Cytogenetic+Biodosimetry.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+image+processing+algorithm+for+accurate+extraction+of+the+centerline+from+human+metaphase+chromosomes.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Accurate+Image+Processing+Algorithm+for+Detecting+FISH+Probe+Locations+Relative+to+Chromosome+Landmarks+on+DAPI+Stained+Metaphase+Chromosome+Images.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intensity+integrated+Laplacian+algorithm+for+human+metaphase+chromosome+centromere+detection.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+large+scale+automated+interpretation+of+cytogenetic+biodosimetry+data.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intensity+Integrated+Laplacian-Based+Thickness+Measurement+for+Detecting+Human+Metaphase+Chromosome+Centromere+Location.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automating+dicentric+chromosome+detection+from+cytogenetic+biodosimetry+data.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+discrimination+of+dicentric+and+monocentric+chromosomes+by+machine+learning-based+image+processing.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Centromere+detection+of+human+metaphase+chromosome+images+using+a+candidate+based+method.">Centromere detection of human metaphase chromosome images using a candidate based method.</a> F1000Res. 5, 1565 (2016).</li><li>Wilkins, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+the+annual+Canadian+biodosimetry+network+intercomparisons.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accurate+Cytogenetic+Biodosimetry+Through+Automation+Of+Dicentric+Chromosome+Curation+And+Metaphase+Cell+Selection.">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., L&#246;rch, T., Plesch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+developments+in+automated+cytogenetic+imaging:+unattended+scoring+of+dicentric+chromosomes,+micronuclei,+single+cell+gel+electrophoresis,+and+fluorescence+signals.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+sample+processing+and+sample+management;+the+functional+evolution+of+classical+cytogenetic+assay+towards+automation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CABAS:+a+freely+available+PC+program+for+fitting+calibration+curves+in+chromosome+aberration+dosimetry.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dose+estimation+software+for+radiation+biodosimetry.">Dose estimation software for radiation biodosimetry.</a> Health Phys. 98 (2), 290-295 (2010).</li></ol>

روبية باكستانية وجهمك تأسيسه سيتوجنوميكس، التي يتم تسويقها أدسي ويحمل براءات الاختراع ذات الصلة. يل و BCS موظفا سيتوجنوميكس. حقوق الطبع والنشر أدسي، وهو أسلوب الترجمة السنترومير في أدسي على براءة اختراع (بات لنا. رقم 8,605,981؛ بات الألماني. رقم 112011103687).

قدرات وقيود البرامج
ويدخل البروتوكول، المذكورة في هذه الورقة إجراء تدريجي النموذجية المستخدمة في أدسي لاستيراد ومعالجة الصور الطورية الخلوية الوراثية، وإنشاء الإشعاع منحنيات المعايرة وتقدير الجرعة البيولوجية في الأفراد أو عينات معرضة للمجهول مستويات الإشعاع. ومع ذلك، ليس ضروريا تنفيذ هذه التعليمات تسلسلياً. على سبيل المثال، العديد من عينات الاختبار من جرعة غير معروف يمكن معالجتها وتحليلها باستخدام منحنى المعايرة precomputed نفسه. وعلاوة على ذلك، بمجرد اكتمال التجهيز، يمكن تكراره اختيار الصورة والعاصمة تصفية نماذج المستخدم. تطبيق نموذج اختيار الصورة المناسبة يعتمد على الخصائص ونوعية البيانات صورة الطورية، الذي يعتمد بدوره على البروتوكول المختبرية المستخدمة في إعداد الخلايا وصرامة المعايير المستخدمة لتحديد الخلايا التي تحتوي على كل من الآلي أنظمة التقاط الطورية. مورفولوجيس كروموسوم ستختلف بين بيودوسيميتري ومختبرات الخلوية الوراثية، وهكذا، ينبغي تقييم نماذج اختيار الصورة من قبل المستخدم لتحديد ما إذا كانت النماذج اختيار صورة المعرفة مسبقاً المتوفرة مع البرنامج ستكون كافية إنتاج تقديرات الجرعات دقيقة، أو ما إذا كانت النماذج المخصصة مع المعرفة من قبل المستخدم عتبات تحتاج إلى إنشاء. استناداً إلى تجربتنا، يتأثر فعالية نماذج اختيار الصورة المصدر ونوعية الصور الخلية. يمكن للمستخدمين تصميم معايير اختيار الصورة الخاصة بهم باستخدام تركيبات مختلفة من المرشحات للقضاء على وحدات تحكم المجال Dc إيجابية زائفة ونماذج اختيار الصورة، والقيم المناظرة في عتبة لتحديد الصور المطلوبة. هناك مرونة في إدخال منحنيات المعايرة وتقدير الجرعة، كما يمكن تعديل معاملات منحنى الخطية التربيعية وترددات DC أو إدخال يدوياً.
على الرغم من أن البرنامج هو مؤتمتة بالكامل، الصور يمكن يدوياً مراجعتها وتحديدها. تتوفر هذه الإمكانية إدراج أو إزالة الصور المجهزة على حدة من خلال وظيفة "المجهر عارض" في واجهة المستخدم الرسومية الرئيسية. ومع ذلك، نظراً للأتمتة، البرنامج أكثر فعالية إلى حد كبير بالمقارنة مع دليل التسجيل من صور الطورية والعد وحدات تحكم المجال Dc. يمكن معالجة عينة تتألف من 1000 الصور في 20 (tiff) إلى 40 دقيقة (جي بي جي) على محطة أداء متعددة النواة. هذا البرنامج سيكون مفيداً بشكل خاص في حالات الوقت الحرج أو كثيفة العمالة، مثل الأحداث التي تعرضت عدة أفراد أو يشتبه في أنها قد تعرضت للإشعاع، أو حيث يشخص الحساسة للوقت والعلاج وتعد القرارات الحاسمة.
إنتاجية عالية الدقة ودقة الكشف عن وحدات تحكم المجال Dc، فضلا عن تقدير الجرعة ضرورية لتقييم الإشعاع غير المراقب. البدائل الأخرى المتاحة للبرنامج لا تفي كل من هذه المتطلبات. تحليل الخلوية الوراثية مساعدة المستخدم، والمستندة إلى الصور (دكسكوري، ميتاسيستيمس17) يتطلب نظام التحقق اليدوي من وحدات تحكم المجال Dc مرشحا، نتيجة لخطأ في ارتفاع معدل تعزى إلى التي لم يتم تصحيحها التداخل بين الكروموسومات، ولا يحدد النظام جرعة الإشعاع. دكسكوري لن يكون فعالاً بقدر أدسي في حدث إشعاع التي تنطوي على عدد كبير من الأفراد المعرضين محتملة. نظم مجهر فتحه كبيرة يمكن جمع صور متعددة الخلايا الطورية18، بيد أنهم لا تحليل لها. "كاباس"19 و20 "تقدير الجرعة" البرمجيات يمكن أن تولد معايرة المنحنيات وتقدير الجرعة، ولكن نقاط لا وحدات تحكم المجال Dc. تشمل فحوصات بيودوسيميتري الأخرى التي لا تستند إلى تحليل DC H2AX الأسفار، يسبر fluorescence في الموقع التهجين مع الحمض النووي الكروموسومات مستهدفة محددة، والتعبير الجيني، والانزيم ميكرونوكليوس، والبول والمؤشرات الحيوية التنفسية. هذه الأساليب أقل محددة وأقل حساسية للإشعاع المؤين، يمكن أن يكون أكثر تكلفة، وفي بعض الحالات، وهي أكثر استهلاكاً للوقت، وعموما ليست موحدة عبر مختبرات مرجعية متعددة. معظم هذه التقنيات لا يكشف استجابات الإشعاع مستقرة، حيث لا يمكن استخدامها لتقييم المدى الطويل (&#62; 7 أيام بعد التعرض) من الجرعة الإشعاعية. على النقيض من ذلك، وهذا يمكن تقييم الأفراد تصل إلى 90 يوما بعد التعرض، ويمكن معالجة البيانات من أي مجهر المختبرات cytogenetics نظام التصوير. ومع ذلك، إذا كان يتم رسمها على عينة &#62; ينخفض بعد التعرض، حساسية بسبب الانحلال من الانحرافات ديسينتريك1،،من23 4 أسابيع ولا يصحح البرنامج حاليا ترددات DC للتأخير في أخذ العينات الأفراد المعرضين.
هذا البرنامج لديه بعض القيود. نماذج اختيار الصورة الحالية حدد معظمها الطورية مقبولة الصور، ولكن في بعض الحالات، يفشل للقضاء على الصور غير المرضية، والتي يمكن أن تقلل من دقة الكشف عن DC. أنها لا تزال مسألة مفتوحة كيفية تصميم نموذج اختيار صورة مرضية أن يلغي جميع الخلايا الطورية غير مناسب. البرنامج يوفر تقديرات دقيقة للعينات التي تتعرض لجرعات الإشعاع (≥ 2 غراي). وعلى الرغم من التقدم الكبير في الحد من العدد من وحدات تحكم المجال Dc إيجابية زائفة16، لم يتم القضاء هذه الكائنات. انخفاض جودة الطورية الخلايا في الجرعات المنخفضة من الإشعاع (وبخاصة &#60; غراي 1) أكثر عرضه لاكتشاف DC إيجابية كاذبة. ولذلك، ليست مشمولة عينات جرعة منخفضة عند إنشاء منحنى المعايرة المستخدمة لتقدير الجرعة من عينات الاختبار المفوض السامي. بيد إذا كان المطلوب هو منحنى يحتوي على عينات جرعة منخفضة، انخفاض قيمة سيغما SVM يقلل من التهم إيجابية كاذبة في عينات جرعة منخفضة لكن قد يسفر عن تدني المحاصيل DC في عينات جرعة عالية. الشكل 8 يقارن المنحنى HC المستخدمة لتقدير الجرعة (سيجما = 1.5) مع منحنى معايرة تتناسب مع عينات إضافية من الجرعات المنخفضة في انخفاض قيمة سيغما SVM (1.0). في عينات مع عدم كفاية إعداد الخلايا الطورية و/أو سوء نوعية الطورية الصور، قد لا تكون ممكنة لدقة تقدير التعرض البيولوجي في الجرعات المنخفضة، يحتمل أن أسفر عن الانحرافات من الجرعة الفعلية تتجاوز 0.5 غراي.
البرنامج قد لا تقييم دقيق لأنواع الإشعاع إذا بهم منحنيات الاستجابة للجرعة أفضل تناسب نموذج خطي أو قرب الخطية. وحتى الآن، قد تم اختباره فقط مع عينات يتعرض إلى X وأشعة غاما. إذا كان يتم فحص مصدرا آخر من مصادر الإشعاع، يجب أن يتأكد المستخدمون المعايرة واختبار العينات ويتعرض لنفس النوع من الإشعاع. يستخدم البرنامج الحد الأقصى لاحتمال أو المربعات المناسب لإنشاء منحنى استجابة لجرعة باستخدام نموذج الخطية التربيعية. لا يوجد حاليا أي خيار فرض منحنى خطي صارمة تناسب، مناسبة للتعرض للجسيمات ذات الطاقة العالية، ولكن مثل هذه الوظائف سوف تكون متاحة في المستقبل.
مستقبل التنمية
تتركز جهودنا المستمرة في تحسين صورة اختيار النماذج وقياس الجرعة دقيقة، وبخاصة عينات التي تعرضت لجرعات منخفضة من الإشعاع. إصدارات البرامج اللاحقة سيتم توفير قياسات الخطأ القياسي على تقديرات الجرعات وفواصل الثقة في منحنيات المعايرة. وبالإضافة إلى ذلك، نسخة عالية الأداء الحوسبة من البرامج للحاسوب العملاق "الأزرق الجينات" (حرس الحدود/Q، وشركة أي بي أم) قيد التطوير للتقييم في الوقت المناسب للأفراد المعرضين في حدث إشعاع الإصابات الجماعية. بعض مكونات البرنامج فعلا تم اختبارها ونشرها على هذا النظام الأساسيمعشوقة = "xref" > 11.

بيودوسيميتري الإشعاع يستخدم علامات بيولوجية، معظمها الكروموزومي مثل الكروموسومات ديسينتريك (DCs) والكروموسوم المولدة لقياس جرعات الإشعاع التي يتعرض لها الأفراد. قد تكون جرعة الممتصة بيولوجيا مختلفة من الجرعة الفعلية يقاس بالصكوك بسبب التباين بين الأفراد. وبالمثل، يمكن أن تنتج الإشعاع جرعة الجسدية معينة التعرض البيولوجي مختلفة بسبب الظروف الفيزيولوجية أو البيئية الأساسية. المعرفة بالجرعة البيولوجي لها أهمية خاصة للتشخيص والعلاج.
والرزن DC هو معيار الذهب لمنظمة الصحة العالمية (WHO) والوكالة الدولية "الطاقة الذرية" (الوكالة) لتقييم التعرض للإشعاع البيولوجي في الناس. وكان الفحص الأول الذي أوصت به الوكالة الدولية ومنظمة الصحة العالمية لتقييم الجرعات الإشعاعية. تردد DC مستقر نسبيا لمدة 4 أسابيع تقريبا بعد التعرض للإشعاع1 وارتباطها الكمية مع جرعة الإشعاع المنبعثة دقيقة، مما جعل وحدات تحكم المجال Dc العلامات البيولوجية مثالية. يمكن التعبير عن العلاقة بين جرعة الإشعاع (المشار إليها باللون الرمادي [غراي] وحدات)، وتردد DC (المشار إليها كعدد وحدات تحكم المجال Dc في الخلية) كدالة خطية تربيعية.
وكانت المقايسة DC الخلوية الوراثية معيار الصناعة لحوالي 55 سنة2. وقد أجريت يدوياً، تتطلب أيام 1-2 تحليل البيانات المجهر من عينة دم واحدة. عدة مئات إلى عدة آلاف من الصور ضرورية لدقة تقدير التعرض للإشعاع تبعاً للجرعات3. عند التعرض لجرعات تتجاوز 1 غراي، توصي الوكالة يمكن الكشف عنها بحد أدنى من 100 وحدات تحكم المجال Dc. فحص الصور الطورية 250-500 ممارسة شائعة في المختبرات بيودوسيميتري الخلوية الوراثية. لعينات مع التعرض &#60; 1 غراي، 3,000-5,000 الصور المقترحة بسبب احتمالات أقل لتكوين DC. وفي كلتا الحالتين، أنها مهمة عمل مكثف.
إنشاء مختبرات بيودوسيميتري الخلوية الوراثية الخاصة بهم في المختبر منحنيات المعايرة بيودوسيميتري الإشعاع قبل تقييم الجرعات البيولوجية في عينات الاختبار. عينات دم من العادي، مراقبة الأفراد يتعرضون للإشعاع والخلايا الليمفاوية ثم مثقف وعلى استعداد لتحليل الكروموسومات الطورية. استخدام هذه العينات، هي معايرة الجرعات البيولوجية الواردة للجرعات البدنية المعروفة المنبعثة من مصدر إشعاع قياسية. بعد أن يتم تسجيل الصور خلية الطورية، الخبراء دراسة الصور وعدد وحدات تحكم المجال Dc وحساب الترددات DC لكل عينة. منحنى معايرة بنيت باحتواء منحنى الخطية التربيعية للترددات DC في كل جرعة. ثم، يمكن الاستدلال على التعرض في اختبار عينة من الأفراد ما يناسبها من الترددات DC لجرعات محسوبة على المنحنى أو عن طريق تحديد لهم في الصيغة الخطية التربيعية المقابلة.
ونحن قد الآلي كلا الكشف عن وحدات تحكم المجال Dc وجرعة عزم للإسراع بهذا الإجراء باستخدام البرمجيات. الآلي "ديسينتريك كروموسوم المعرف" ومقدر الجرعة (ADCI) بأتمتة الإشعاع ويستخدم تقنيات معالجة الصور المستندة إلى التعلم آلة لكشف وتميز الكروموزومات ديسينتريك (DCs) من الكروموزومات مونوسينتريك (MCs) والكائنات الأخرى تقدير الجرعات. البرنامج يهدف إلى إلى حد كبير في خفض أو القضاء على ضرورة التحقق اليدوي من التهم DC والتعجيل بتقدير الجرعة من خلال التشغيل الآلي. وقد وضعت بالمشاركة من المختبرات المرجعية بيودوسيميتري في صحة كندا (المفوض السامي) والمختبرات النووية الكندية (CNL). ردود فعلهم سيكفل استمرار الأداء للوفاء بمعايير الوكالة لهذا التحليل.
يقوم البرنامج بالوظائف التالية: 1) تصفية وحدات تحكم المجال Dc واختيار الصور خلية الطورية الأمثل للاعتراف 2) كروموسوم واكتشاف DC، تحليل وتحديد تردد DC، و 3) تقدير الجرعات الإشعاعية من معايرة الجرعات، بيانات الإشعاع الخلوية الوراثية. هذا البرنامج عمليات مجموعات من الصور الطورية من نفس الفرد (يطلق عليها عينة)، وتهم بالصورة عدد وحدات تحكم المجال Dc في كل استخدام تقنيات المعالجة، وإرجاع جرعة الإشعاع المقدرة التي تلقاها كل عينة في وحدات رماديات (غراي).
صمم البرنامج للتعامل مع مجموعة من الهياكل كروموسوم، التهم الموجهة إليه، وكثافة. ومع ذلك، يؤدي الخوارزمية على النحو الأمثل في الطورية الصور التي تحتوي على تكملة كامل قريب من الكروموسومات جيدا المنفصلين عن ذويهم، وخطي4. الصور التي تحتوي على مجموعات المتراكبة شديدة من الكروموسومات، متعددة الخلايا، خلايا الطورية غير مكتملة، وشقيقه نوى والكائنات غير كروموسومية، فصل تشروماتيد وعيوب أخرى يمكن أن تقلل من دقة الخوارزمية. تخصيص نماذج اختيار الصورة وأخرى كائن تجزئة عتبات يمكن تصفية معظم الصور دون المستوى الأمثل ووحدات تحكم المجال Dc إيجابية كاذبة.
يتم تنفيذ اكتشاف كروموسوم ديسينتريك عند معالجة صورة. محاولات لتحديد الكائنات التي في صورة هي الكروموسومات الخوارزمية وثم يحدد موقع المنطقتين الأكثر احتمالاً أن يكون centromeres على كل كروموسوم. ثم، تميز سلسلة من مختلف دعم مكافحة ناقلات آلة (SVM) تعلم نماذج الكروموسومات كوحدات تحكم المجال Dc أو عادي، مونوسينتريك الكروموسومات. نماذج SVM تختلف في الحساسية والنوعية للكشف عن العاصمة (راجع الخطوة 3.1.4 أدناه)، التي يمكن أن تؤثر على الترددات DC التي تتحدد في عينة.
ADCI عمليات مجموعات من جيمسى (أو DAPI-) الملون الطورية الصور الرقمية (في تنسيق TIFF أو JPG) لعينات واحد أو أكثر. ويحلل البرنامج وحدات تحكم المجال Dc في معايرة العينات وعينات الاختبار. جرعة المادية (في غراي) من عينات المعايرة معروفة، وتستخدم في توليد منحنى المعايرة. هي استنتاج الجرعات الفيزيائية والبيولوجية للأفراد مع التعرض غير معروف قبل البرنامج من منحنى المعايرة المولدة آليا. على الرغم من أن استخدام مختبرات تقنيات قابلة للمقارنة، منحنيات المعايرة من مختبرات مختلفة غالباً ما تختلف3. ينبغي معالجة كلا المعايرة منحنى واختبار العينات من نفس المختبر لتقدير الجرعة دقيقة في عينات الاختبار.
ويقدم هذا البرنامج السرعة والدقة وقابلية الذي يتناول الإنتاجية المطلوبة لمعالجة حدث فيها العديد من الأفراد يجب اختبار في نفس الوقت. وقد وضعت من 2008-20174،5،،من67،،من89،10،11،12 ،13. استخدام أجهزة الكمبيوتر الحديثة، سطح المكتب هذايمكن معالجة برامج الكمبيوتر وتقدير الجرعات الإشعاعية في عينة المرضى من 500 مكافئات الجينوم الطورية في 4من 10-20 دقيقة. الرمز يستند إلى مجموعة من تجزئة الصورة الملكية وآله التعلم خوارزميات لتحليل الكروموسومات. وأعطى تحليل الخبراء من كل كروموسوم تعرضوا للإشعاع غراي 3 دقة قابلة للمقارنة ل ADCI. في مجموعة من 6 عينات من التعرض غير معروف (التي كانت تستخدم سابقا في ممارسة كفاءة دولية)، يقدر البرنامج جرعات داخل غراي 0.5 من القيم التي تم الحصول عليها من استعراض البيانات نفس المفوض السامي وكنل، الوفاء بمتطلبات الوكالة للفرز اليدوي بيودوسيميتري. وعلاوة على ذلك، توحيد المختبرات، وفي نهاية المطاف إمكانية تكرار نتائج الجرعة تقدر تستفيد من وجود DC المشتركة، الآلي التهديف الخوارزمية. على الرغم من ذلك، يسمح البرنامج التخصيص للصورة معايير الترشيح والاختيار، وتمكين الاختلافات في أساليب إعداد كروموسوم ومصادر الإشعاع المعايرة أن تؤخذ في الاعتبار.
هذا البرنامج هو واجهة مستخدم رسومية (GUI)-استناداً إلى النظام الذي يحلل مجموعات من الصور الكروموسومات التي تحتوي على جيمسى (أو DAPI)-الملون الخلايا الطورية للتشوهات التي تنجم عن التعرض للإشعاع المؤين. مجموعات الصور يتم تصويرها رقمياً مع نظام مجهر الضوء (أو ابيفلوريسسينت)، وكل مجموعة يتوافق مع عينة مختلفة. ويستخدم البرنامج تقنيات كشف وتمييز وحدات تحكم المجال Dc من الأسماك والكائنات الأخرى ومعالجة الصور. ثم إزالة عوامل التصفية تجزئة المستمدة من التجربة العملية تلقائياً DCs إيجابية كاذبة دون التأثير على وحدات تحكم المجال Dc الحقيقي. وأخيراً، يصفي البرنامج تلقائياً الصور غير مرغوب فيه استناداً إلى مختلف خصائص الصورة العثور على نوعية رديئة الطورية الصور مع نماذج مختارة الصورة precomputed (أو المحددة من قبل المستخدم). وتشمل هذه الصور التي تحتوي على الإفراط أو إعداد غير كافية من "صاخبة" الكائنات، الكروموسومات متداخلة متعددة، الصور تفتقر إلى الكروموسومات الطورية، إعداد مفرطة من أخت شقاً الصبغي4. بيانات الصورة تلقائياً المنسق المستخدمة لإنشاء منحنى معايرة الجرعات من عينات جرعة الإشعاعية المعروفة والمستخدمة لتقدير التعرض لاختبار عينات يتعرضون لجرعات غير معروف.
إخراج البرنامج يمكن عرضها وحفظها ك: 1) يستند إلى نص الإخراج عرضها في وحدة التحكم، 2) المؤامرات التي يمكن حفظها كصور، و 3) التقارير في تنسيق HTML. جوانب عديدة من البرامج قابلة للتخصيص لتناسب الاحتياجات المحددة لمختلف المختبرات. عادة توفير مختبرات الفردية المعايرة واختبار العينات أعدت وجمعت استناداً إلى البروتوكول الخلوية الوراثية بالتحقق من صحة في هذا المختبر. وهذا يحافظ على التوحيد لإعداد نموذج ويسمح منحنيات المعايرة الناتجة من عينات المعايرة تطبق مجدية لاختبار العينات المستمدة باستخدام البروتوكول نفسه. يمكن أيضا إنشاء منحنيات المعايرة من معاملات منحنى أو ترددات DC في جرعات محددة. يتم الحصول على تقديرات الجرعات الأكثر دقة عن طريق تصفية أقل جودة الصور ووحدات تحكم المجال Dc إيجابية كاذبة (FPs). يتم إنجاز التحديد للصورة المثلى مجموعات فرعية داخل كل عينة باستخدام 'نماذج اختيار الصورة' التي تقضي على الصور سوببر التي تميل إلى إدخال FPs. مجموعة من نماذج تم التحقق من صحتها قبل مدرجة مع البرنامج، يمكن إنشاء نماذج إضافية ولكن مع عتبات مخصصة وعوامل التصفية وحفظها، من قبل المستخدم.
عندما يتم تحميل البرنامج بنجاح، يتم تقديم واجهة المستخدم الرسومية الرئيسية (واجهة المستخدم الرسومية) (انظر الشكل 1). من هذه الواجهة، عينات، يتألف كل منهما من مجلد لملفات الصور خلية الطورية، قد يكون تحديد ومعالجة لتحديد وحدات تحكم المجال Dc وقد يكون إنشاء منحنيات المعايرة ومقارنة ويمكن تحديد جرعة التعرض للإشعاع من العينات.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56245/56245fig1.jpg"> 
رقم 1: "القطاعات الرئيسية" "تتضمن واجهة المستخدم الرسومية": قائمة بالعينات (1)، قائمة بمعايرة المنحنيات (2)، والعملية في قائمة الانتظار (3)، الذي يرصد حالة اكتشاف DC في كل مجموعة من الصور لكل عينة، مؤامرة عرض (4)، الذي يلخص الخصائص الكمية الإحصائية أو غيرها من مجموعة من الصور في عينات أو منحنيات المعايرة، ووحدة تحكم (5) الذي يحتوي على نص وصفي كنواتج لكل عملية يقوم بها البرنامج. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56245/56245fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Automated Dicentric Chromosome Identifier and Dose Estimator (ADCI)</td>
			<td>CytoGnomix</td>
			<td>NA</td>
			<td>ADCI software is released in a binary installation package file for Microsoft Windows 7, 8, 8.1 and 10; 235 Mb of disk storage are required for a typical installation. The software has been tested with Intel or AMD x86-64 processors; at least 1 Gb RAM is recommended. Analyses have been benchmarked on a computer configured with an Intel I7 processor and 16 Gb RAM. Operation of ADCI requires an active license and a USB-based hardware dongle, which must remain plugged in while the software is executing. The dongle encodes the software expiry date. Each time the software is started, this date is read. The software will allow access to the program if the current date and time precedes the expiration time-date stamp. Extending an expired software license can be accomplished by obtaining a new dongle or by renewing the license with an updated key at startup.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital images of metaphase cell nuclei</td>
			<td>Examples: Metasystems, Leica Microsystems</td>
			<td>M-Search (Metasystems), Cytovision (Leica) software</td>
			<td>High resolution TIFF format; typically &#62;250 digital images generated with a microscope imaging capture system (minimum 63x magnification objective, 10x magnification ocular).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MSI Leopard Pro (recommended, optional)</td>
			<td>Micro-Star International</td>
			<td>MSI GP62 6QF 480CA Leopard Pro</td>
			<td>Multi-core performance workstation.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

expedited radiation biodosimetry by automated dicentric chromosome identification (adci) and dose estimation

ويمكن تقدير جرعة الإشعاع البيولوجي من ترددات كروموسوم ديسينتريك في خلايا الطورية. إجراء فحوصات كروموسوم ديسينتريك الخلوية الوراثية هذه هو عادة عملية كثيفة العمالة اليدوية غير مؤهلة للتعامل مع حجم العينات التي قد تحتاج إلى فحص في أعقاب حدث الإصابات الجماعية. البرنامج الآلي "ديسينتريك كروموسوم المعرف" ومقدر الجرعة (ADCI) بأتمتة هذه العملية بفحص مجموعات من الصور الطورية باستخدام تقنيات تجهيز صورة تستند إلى التعلم آلة. يحدد برنامج الصور المناسبة للتحليل عن طريق إزالة الصور غير ملائمة، ويصنف كل كائن المحتوية على السنترومير كروموسوم أو غير كروموسوم، كذلك يميز الكروموسومات الكروموزومات مونوسينتريك (MCs) أو ديسينتريك الكروموسومات (DCs)، يحدد تردد DC في عينة، وتقدر الجرعة الإشعاعية البيولوجية بمقارنة عينة تردد DC مع منحنيات المعايرة باستخدام عينات المعايرة. ويصف هذا البروتوكول استخدام برمجيات ADCI. عادة، يتم استيراد المعايرة (الجرعة المعروفة) واختبار (الجرعة غير معروف) مجموعات من الصور الطورية لإجراء تقدير الجرعة دقيقة. الصور المثلى لتحليل يمكن العثور عليها تلقائياً باستخدام عوامل التصفية الصورة مسبقاً، أو يمكن أيضا تصفية عن طريق التفتيش اليدوي. البرنامج يعالج الصور داخل كل عينة وتحسب ترددات DC في مستويات مختلفة من التقشف للاتصال بوحدات تحكم المجال Dc، استخدام آلة تعلم النهج. يتم إنشاء منحنيات المعايرة الخطية التربيعية استناداً إلى الترددات DC في عينات المعايرة يتعرضون لجرعات المادية المعروفة. وتقدر جرعة من عينات الاختبار التي تتعرض لمستويات الإشعاع غير مؤكد من ترددات DC استخدام منحنيات المعايرة هذه. التقارير يمكن أن تتولد عند الطلب، وتقديم موجز لنتائج عينات واحد أو أكثر، ومنحنيات المعايرة واحد أو أكثر، أو لتقدير الجرعات.

Watch this Scientific Journal Video about Expedited Radiation Biodosimetry by Automated Dicentric Chromosome Identification ADCI and Dose Estimation at JoVE.com

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

بيودوسيميتري الإشعاع المعجل الآلي تحديد الكروموسوم ديسينتريك (أدسي) وتقدير الجرعة

يقد المقايسة الخلوية الوراثية كروموسوم ديسينتريك (DC) التعرض للإشعاعات المؤينة. البرنامج الآلي المعرف كروموسوم ديسينتريك ومقدر الجرعة بدقة وسرعة تقدر الجرعة البيولوجية من وحدات تحكم المجال Dc في الخلايا الطورية. أنه يميز بين الكروموزومات مونوسينتريك والكائنات الأخرى من وحدات تحكم المجال Dc، وتقديرات الجرعات الإشعاعية البيولوجية من التردد من وحدات تحكم المجال Dc.

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

Research

JoVE Journal

Genetics

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

Detection of Inter-chromosomal Stable Aberrations by Multiple Fluorescence In Situ Hybridization (mFISH) and Spectral Karyotyping (SKY) in Irradiated Mice

Detection of Inter-chromosomal Stable Aberrations by Multiple Fluorescence In Situ Hybridization mFISH and Spectral Karyotyping SKY in Irradiated Mice

الكشف عن المشترك بين الكروموسومات الزيغ مستقرة من قبل الإسفار متعددة<em&gt; في الموقع</em&gt; التهجين (mFISH) والطيفية تنميط نووي (سكاى) في الفئران المشعع

Ionizing radiation (IR) induces numerous stable and unstable chromosomal aberrations. Unstable aberrations, where chromosome morphology is substantially ...

Pooled shRNA Screen for Reactivation of MeCP2 on the Inactive X Chromosome

شرنا المجمعة الشاشة لإعادة تنشيط MeCP2 على كروموسوم X غير نشط

Forward genetic screens using reporter genes inserted into the heterochromatin have been extensively used to investigate mechanisms of epigenetic control ...

High-throughput Identification of Synergistic Drug Combinations by the Overlap2 Method

High-throughput Identification of Synergistic Drug Combinations by the Overlap2 Method

تحديد تركيبات المخدرات التآزر بواسطة الأسلوب2 تداخل الفائق

Although antimicrobial drugs have dramatically increased the lifespan and quality of life in the 20th century, antimicrobial resistance threatens our ...

High-throughput Identification of Gene Regulatory Sequences Using Next-generation Sequencing of Circular Chromosome Conformation Capture (4C-seq)

High-throughput Identification of Gene Regulatory Sequences Using Next-generation Sequencing of Circular Chromosome Conformation Capture 4C-seq

تحديد تسلسل الجينات التنظيمية استخدام تسلسل الجيل المقبل من تكيف كروموسوم دائرية الفائق التقاط (ج 4-seq)

The identification of regulatory elements for a given target gene poses a significant technical challenge owing to the variability in the positioning and ...

Identification of Footprints of RNA:Protein Complexes via RNA Immunoprecipitation in Tandem Followed by Sequencing (RIPiT-Seq)

Identification of Footprints of RNA:Protein Complexes via RNA Immunoprecipitation in Tandem Followed by Sequencing RIPiT-Seq

تحديد آثار أقدام RNA: مجمعات البروتين عن طريق الحمض النووي الريبي المناعيفية جنبا إلى جنب تليها التسلسل (RIPiT-Seq)

RNA immunoprecipitation in tandem (RIPiT) is a method for enriching RNA footprints of a pair of proteins within an RNA:protein (RNP) complex. RIPiT ...

Identification of Host Pathways Targeted by Bacterial Effector Proteins using Yeast Toxicity and Suppressor Screens

تحديد المسارات المضيفة التي تستهدفها البروتينات البكتيرية باستخدام سميه الخميرة والشاشات المثبطة

Intracellular bacteria secrete virulence factors called effector proteins into the host cytosol that act to subvert host proteins and/or their associated ...

Preparation of Meiotic Chromosome Spreads from Zebrafish Spermatocytes

إعداد ينتشر كروموسوم Meiotic من الحيوانات المنوية زيبرافيش

Meiosis is the key cellular process required to create haploid gametes for sexual reproduction. Model organisms have been instrumental in understanding ...

Inducing Hairy Roots by Agrobacterium rhizogenes-Mediated Transformation in Tartary Buckwheat (Fagopyrum tataricum)

Inducing Hairy Roots by Agrobacterium rhizogenes-Mediated Transformation in Tartary Buckwheat Fagopyrum tataricum

تحريض جذور شعر من قبل Agrobacterium rhizogenes-بوساطة التحول في الحنطة السوداء التارتية(Fagopyrum tataricum)

Tartary buckwheat (TB) [Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn] possesses various biological and pharmacological activities because it contains abundant ...

Identification of Enhancer-Promoter Contacts in Embryoid Bodies by Quantitative Chromosome Conformation Capture (4C)

Identification of Enhancer-Promoter Contacts in Embryoid Bodies by Quantitative Chromosome Conformation Capture 4C

تحديد جهات اتصال محسن-المروج في الأجسام الجنينية من خلال التقاط تثبيت الكروموسومات الكمية (4C)

During mammalian development, cell fates are determined through the establishment of regulatory networks that define the specificity, timing, and spatial ...

Chromosome Screening of Human Preimplantation Embryos by Using Spent Culture Medium: Sample Collection and Chromosomal Ploidy Analysis

فحص الكروموسومات للأجنة البشرية قبل الزرع باستخدام وسط الثقافة المستهلكة: جمع العينات وتحليل الصيغة الصبغية الكروموسومية

In clinical in vitro fertilization (IVF), the prevailing method for PGT-A requires biopsy of a few cells from the trophectoderm (TE). This is the lineage ...