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

Vi er taknemmelige for Dr. Ruth Wilkins, radiobiologi og beskyttelse Division på Health Canada, og Farrah Flegal, canadiske nukleare laboratorier og deres laboratoriepersonalet adgang til metafase billeddata fra deres cytogenetisk biodosimetry laboratorier. Dette papir blev støttet af en kontrakt fra bygge i Canada Innovation Program til CytoGnomix (Serienr. EN579-172270/001/SC). Den oprindelige version af ADCI og udvikling af algoritmer blev støttet af den vestlige innovationsfond; Naturvidenskab og Engineering Research Council of Canada (NSERC opdagelse Grant 371758-2009); US Public Health Service (DART-dosis CMCR, 5U01AI091173-0); den canadiske Foundation for Innovation; Canada forskning stole og CytoGnomix Inc.

<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>

PKR og JHMK cofounded CytoGnomix, som kommercialisere ADCI og indehaver af relaterede patenter. YL og BCS er medarbejdere i CytoGnomix. ADCI er ophavsretligt beskyttet, og metoden centromer lokalisering i ADCI er patenteret (os Pat. Nr. 8,605,981; Tyske Pat. No. 112011103687).

Funktioner og begrænsninger i softwaren
Den protokol, der er beskrevet i dette papir introducerer den typiske trinvis fremgangsmåde, der anvendes i ADCI importere og behandle cytogenetisk metafase billeder, oprette stråling kalibreringskurver, og vurdere biologisk dosis i enkeltpersoner eller prøver udsat for ukendte strålingsniveauer. Det er dog ikke nødvendigt at foretage disse instruktioner sekventielt. For eksempel, mange prøver af ukendt dosis kan blive behandlet og analyseret ved hjælp af den samme precomputed kalibreringskurven. Desuden, når behandlingen er færdig, billede udvælgelse og DC filtrering modeller kan være itereret af brugeren. Anvendelsen af et passende billede valg model afhænger af egenskaberne og kvalitet af billeddata metafase, som igen bygger både på laboratoriet protokollen bruges til at forberede celler og strenghed kriterier bruges til at markere celler med automatiseret metafase capture systemer. Kromosom morfologier varierer blandt biodosimetry og cytogenetiske laboratorier, og dermed, billede valg modeller bør vurderes af brugeren til at afgøre, om de foruddefinerede billede valg modeller leveres med software vil være tilstrækkelig til at udarbejde præcise dosis skøn, eller om brugerdefinerede modeller med brugerdefinerede tærskler skal oprettes. Baseret på vores erfaringer, er effektiviteten af billede valg modeller påvirket af kilden og kvaliteten af billederne, celle. Brugere kan designe deres eget image udvælgelseskriterierne ved hjælp af forskellige kombinationer af filtre til at eliminere falske positive DCs og billede valg modeller, og de tilsvarende tærskelværdier for at vælge ønskede billeder. Der er fleksibilitet i input af kalibreringskurver og dosis skøn, som koefficienter af en lineær-kvadratisk kurve og DC frekvenser kan ændres eller manuelt indtastet.
Selvom softwaren er fuldautomatisk, kan billeder være manuelt gennemgået og valgt. Denne facilitet er tilgængelig til at medtage eller fjerne individuelt behandlede billeder via funktionen mikroskop seer i de vigtigste GUI. På grund af automatisering er softwaren dog betydeligt mere effektiv sammenlignet med den manuelle scoring af metafase billeder og tælle DCs. En stikprøve af 1000 billeder kan behandles i 20 (tiff) til 40 (jpg) min på en arbejdsstation med multi core-ydeevne. Denne software vil være særligt nyttige i tidskritiske eller arbejdskrævende situationer, som begivenheder, flere personer har været udsat eller var mistænkt for at have været udsat for stråling eller hvor tidsfølsomme diagnoser og behandling beslutninger er kritisk.
Præcise og nøjagtige høj overførselshastighed påvisning af DCs samt dosis skøn er nødvendige for automatiseret stråling vurdering. Andre tilgængelige alternativer til softwaren opfylder ikke begge disse krav. En bruger-assisteret, image-baserede cytogenetiske analyser (DCScore, Metasystems17) system kræver manuel kontrol af kandidat DCs, på grund af en høj fejl sats tilskrives ukorrigeret overlapper mellem kromosomer, og systemet ikke bestemme stråledosis. DCScore ville ikke være så effektiv som ADCI i en stråling begivenhed der involverer et stort antal potentielt udsatte personer. Stor blænde mikroskop systemer kan indsamle billeder af flere metafase celler18, men de analysere ikke dem. "CABAS"19 og "Dosis skøn"20 software kan generere kalibrering kurver og skøn dosis, men ikke score DCs. Andre biodosimetry assays, der ikke er baseret på DC analyse omfatter H2AX fluorescens, fluorescens i situ hybridisering med DNA sonder målrettet til specifikke kromosomer, Gen-ekspression, mikronucleusundersøgelse assay, og urin og luftvejs biomarkører. Disse metoder er mindre specifikke og mindre følsomme for ioniserende stråling, kan være mere dyrt, i nogle tilfælde, er mere tidskrævende og ikke generelt er blevet standardiseret på tværs af flere laboratorier. De fleste af disse teknikker ikke afsløre stabil stråling svar, så de ikke kan bruges til langsigtet vurdering (&#62; 7 dage efter eksponering) af stråledosis. Derimod, dette kan vurdere personer op til 90 dage efter eksponering, og kan behandle data fra enhver cytogenetisk laboratorium mikroskop imaging system. Men hvis en stikprøve udtrækkes &#62; 4 uger efter eksponering, følsomhed er reduceret på grund af forfald af dicentric aberrationer1,2,3 og softwaren ikke i øjeblikket korrekt DC frekvenser for forsinkelser i prøvetagning eksponerede personer.
Denne software har visse begrænsninger. Eksisterende billede valg modeller Vælg det meste acceptabelt metafase billeder, men i nogle tilfælde undlader at fjerne utilfredsstillende billeder, som kan reducere nøjagtigheden af DC opdagelse. Det er stadig et åbent spørgsmål hvordan man designer et tilfredsstillende billede valg model, der fjerner alle uegnede metafase celler. Softwaren giver nøjagtige skøn for prøver udsat for højere doser (≥ 2 Gy). Trods betydelige fremskridt med at reducere antallet af falsk positive DCs16, har disse objekter ikke elimineret. Lavere kvalitet metafase celler på lav stråledosis (især &#60; 1 Gy) er mere tilbøjelige til falsk positive DC opdagelse. Derfor, lavdosis prøver var ikke medtages ved generering af kalibreringskurve anvendes til dosis estimering af HC-testprøver. Evt en kurve, der indeholder lav dosis prøver en lavere SVM Sigma værdi reducerer falske positive tæller i lav dosis prøver men kan resultere i lavere DC udbytter i høj dosis prøver. Figur 8 sammenligner HC kurven bruges til dosis skøn (Sigma = 1,5) med en kalibreringskurve fit med ekstra lav dosis prøver på lavere SVM sigma værdi (1,0). I prøver med et utilstrækkeligt antal metafase celler og/eller dårlig kvalitet metafase billeder, kan det ikke være muligt at præcist skøn biologiske engagementer på lav dosis, potentielt resulterer i afvigelser fra fysiske dosis overstiger 0,5 Gy.
Softwaren kan ikke præcist vurdere stråling typer hvis deres dosis-respons kurver bedst passe en lineær eller nær-lineær model. Hidtil er det blevet testet kun med prøver udsat for X- og Gamma stråler. Hvis en anden lyskilden er undersøgt, skal brugerne sikre både kalibrering og test prøver er udsat for den samme type af stråling. Softwaren bruger enten maksimale sandsynligheden eller mindste kvadraters montering for at konstruere en dosis-respons kurve ved hjælp af en lineær-kvadratisk model. Der er i øjeblikket ingen mulighed for at pålægge et strengt lineær kurve passer, passende for høj energi partikel engagementer, men sådan vil funktionen være tilgængelig i fremtiden.
Fremtidige udvikling
Vores igangværende indsats er fokuseret på at forbedre billedet udvalg modeller og nøjagtig dosis måling, især på prøverne udsat for lave strålingsdoser. Efterfølgende softwareversioner vil give standardfejl målinger på skøn over doser og konfidensintervaller på kalibreringskurver. Derudover er en high-performance computing version af softwaren til blå gen (BG/Q, IBM) supercomputeren under udvikling til rettidig evaluering af enkeltpersoners stråleudsættelse i en masse-casualty stråling begivenhed. Nogle komponenter af softwaren har allerede testet og indsat på denne platformLass = "xref" > 11.

Stråling biodosimetry bruger biologiske markører, for det meste kromosomforandringer som dicentric kromosomer (DCs) og kromosom omplantninger til at måle strålingsdoser, at individer er udsat for. En biologisk absorberede dosis kan være forskellig fra den fysiske dosis målt af instrumenter som følge af variabiliteten mellem enkeltpersoner. Tilsvarende kan stråling af en visse fysiske dosis producere forskellige biologiske engagementer, der skyldes underliggende fysiologiske eller miljømæssige forhold. Kendskab til de biologiske dosis er af særlig betydning for både diagnose og behandling.
DC assay er guldstandarden af World Health Organization (WHO) og Internationale Atomenergiagentur (IAEA) for at vurdere biologisk stråling i mennesker. Det var første analysen anbefalet af IAEA og der for stråling dosis vurdering. DC frekvens er relativt stabilt for ca. 4 uger efter stråling eksponering1 og deres kvantitative korrelation med udsendte stråledosis er præcis, som gør DCs den ideelle biomarkør. Forholdet mellem strålingsdosis (refereret i grå [Gy] enheder) og DC frekvens (henvises til som antallet af DCs pr. celle) kan udtrykkes som en lineær-kvadratisk funktion.
Cytogenetisk DC analysen har været branchens standard for omkring 55 år2. Det er udført manuelt, der kræver 1-2 dage til at analysere mikroskop data fra en enkelt blodprøve. Flere hundrede til flere tusinde billeder er nødvendige for at præcist skøn stråling afhængig af dosis3. Ved doser over 1 Gy, anbefaler IAEA mindst 100 DCs påvises. Undersøgelse af 250-500 metafase billeder er almindelig praksis i biodosimetry cytogenetisk laboratorier. For prøver med engagementer &#60; 1 Gy, 3.000-5.000 billeder er foreslået på grund af de lavere sandsynligheder for DC dannelse. I begge tilfælde er det en labor-intens hverv.
Cytogenetisk biodosimetry laboratorier oprette deres egen in vitro- stråling biodosimetry kalibreringskurverne før vurderingen af biologiske doser i analyseprøverne. Blodprøver fra normal, kontrol personer udsættes for stråling og lymfocytter er derefter kulturperler og forberedt til metafase kromosomanalyse. Ved hjælp af disse prøver, er biologiske doser modtaget kalibreret til de kendte fysiske doser udsendes af en standard lyskilden. Efter at metafase celle billeder er optaget, eksperter undersøge billeder, tælle DCs og beregne DC frekvenser for hver prøve. En kalibreringskurve er bygget ved at montere en lineær-kvadratisk kurve til DC frekvenser på alle doser. Derefter, engagementer i prøven fra enkeltpersoner kan udledes ved at matche DC frekvenserne til de kalibrerede doser på kurven eller ved at angive dem i den tilsvarende lineære kvadratiske formel.
Vi har Automatiseret påvisning af DCs og dosis vilje til at fremskynde denne procedure ved hjælp af software. Automatiseret Dicentric kromosom id og dosis Estimator (ADCI) bruger maskinen læring-baseret billed oparbejdelse teknikker til at opdage og diskriminerer dicentric kromosomer (DCs) fra monocentric kromosomer (MCs) og andre objekter og automatiserer stråling dosis skøn. Programmet sigter mod at betydeligt reducere eller eliminere behovet for manuel kontrol af DC tæller og fremskynde dosis skøn gennem automatisering. Det er blevet udviklet med inddragelse af biodosimetry laboratorier på Health Canada (HC) og canadiske nukleare laboratorier (CNL). Deres feedback vil sikre, at ydeevnen vil fortsat opfylde IAEA kriterier for denne analyse.
Softwaren udfører følgende funktioner: 1) filtrering DCs og valg af optimale metafase celle billeder til analyse, 2) kromosom anerkendelse, DC opdagelse og DC frekvens bestemmelse, og 3) estimering stråledosis fra dosis-kalibreret, cytogenetisk stråling data. Denne software behandler grupper af metafase billeder fra den samme individuelle (kaldes en prøve), tæller antallet af DCs i hver bruger image databehandling, og returnerer den anslåede strålingsdosis modtaget af hver prøve i enheder af grå (Gy).
Softwaren er blevet designet til at håndtere en række kromosom strukturer, tæller og tætheder. Men algoritmen, der udfører optimalt i metafase aftryk indeholdende en i nærheden af komplet supplement af godt adskilt, lineær kromosomer4. Billeder, der indeholder yderst overlappende sæt af kromosomer, flere celler, ufuldstændige metafase celler, søster chromatid adskillelse, kerner, ikke-kromosomale objekter og andre defekter kan reducere nøjagtigheden af algoritmen. Dedikeret billede valg modeller og andre objekt segmentering tærskler kan bortfiltrere fleste sub-optimale billeder og falsk positive DCs.
Dicentric kromosom detektion udføres, når et billede behandles. Algoritmen forsøger at afgøre, hvilke objekter i et billede er kromosomer og så lokaliserer de to regioner, der er mest sandsynligt at være centromeres på hvert kromosom. Derefter, en serie af forskellige støtte vektor maskine (SVM) læring modeller skelne kromosomer som enten DCs eller normal, monocentric kromosomer. SVM modeller varierer i følsomheden og specificiteten af DC opdagelse (Se trin 3.1.4 nedenfor), som kan påvirke de DC frekvenser, der bestemmes i en prøve.
ADCI processer sæt af Giemsa - (eller DAPI-) farvede metafase digitale billeder (i TIFF eller JPG format) for en eller flere prøver. Programmet analyserer DCs i både kalibrering prøver og prøveemner. De fysiske doser (i Gy) af kalibrering prøver er kendt og anvendes i generation af en kalibreringskurve. De fysiske og biologiske doser af personer med ukendte engagementer er udledes af software fra maskin-genereret kalibreringskurven. Selv om laboratorier anvender sammenlignelige teknikker, varierer kalibreringskurver fra forskellige laboratorier ofte3. Begge kalibrering kurve og test prøver fra samme laboratorium skal behandles til nøjagtig dosis estimering i analyseprøverne.
Denne software tilbyder hastighed, nøjagtighed og skalerbarhed som adresser produktivitet forpligtet til at håndtere en begivenhed, hvor mange personer skal samtidig afprøves. Det var udviklet fra 2008-20174,5,6,7,8,9,10,11,12 ,13. Ved hjælp af de seneste computerhardware, dette desktopPC-software kan behandle og skøn strålingsdosis i en patient prøve 500 metafase genom ækvivalenter i 10-20 min. 4. Koden er baseret på et sæt af proprietære billedsegmentering og machine learning algoritmer til kromosomanalyse. Ekspert analyse af hvert kromosom udsat til 3 Gy stråling gav sammenlignelige nøjagtigheder til ADCI. I et sæt af 6 prøver af ukendte engagementer (tidligere anvendte i en internationale færdighed øvelse), anslået softwaren doser inden for 0,5 Gy af de værdier, der er fremstillet ved manuel gennemgang af de samme data af HC og CNL, opfylder IAEAS krav til triage biodosimetry. Derudover skøn sammenlignende standardisering og i sidste ende reproducerbarhed af dosis drage fordel af at have en fælles, automatiseret DC scoring algoritme. Ikke desto mindre, softwaren tillader tilpasning af billede filtrering og udvælgelse kriterier, gør det muligt for forskelle i kromosom præparationsmetoder og kalibrering strålekilder skal tages i betragtning.
Denne software er en grafisk brugergrænseflade (GUI) - baseret system, som analyserer sæt af kromosom aftryk indeholdende Giemsa (eller DAPI) - farves metafase dataceller ved abnormaliteter, der skyldes udsættelse for ioniserende stråling. Billede sæt er digitalt fotograferet med en lys (eller epifluorescerende) mikroskop system og hvert sæt svarer til en anden prøve. Softwaren benytter billedbehandling teknikker til at opdage og diskriminere DCs fra MCs og andre objekter. Empirisk afledte segmentering filtre derefter fjerne automatisk falsk positive DCs uden at påvirke sande DCs. Endelig, programmet automatisk filtrerer uønskede billeder baseret på forskellige egenskaber for billede fundet dårlig kvalitet metafase billeder med precomputed (eller bruger-specificeret) billede valg modeller. Disse billeder omfatter dem, der indeholder overdreven eller utilstrækkelige antal "støjende" objekter, flere overlappende kromosomer, billeder mangler metafase kromosomer, overdreven numre af Søster kromatider4. Automatisk kurateret billeddata, der bruges til at generere dosis kalibreringskurven fra prøver af kendte stråledosis og bruges til at beregne engagementer af prøveopløsninger udsat for ukendte doser.
Output af softwaren kan ses og gemt som: 1) tekst-baseret produktion set i konsollen, 2) plots, som kan gemmes som billeder og 3) rapporter i HTML-format. Mange aspekter af softwaren kan tilpasses til de specifikke behov af forskellige laboratorier. Enkelte laboratorier giver normalt både kalibrering og test prøver forberedt og indsamlet baseret på cytogenetisk protokollen valideret på dette laboratorium. Dette fastholder ensartethed til forberedelse af prøven og giver kalibreringskurverne genereret fra kalibrering prøver anvendes meningsfuldt for at teste prøver fremstillet ved hjælp af den samme protokol. Kalibreringskurverne kan også oprettes fra enten kurve koefficienter eller DC frekvenser på definerede doser. De mest præcise skøn over doser opnås ved at frafiltrere lavere kvalitetsbilleder og falsk positive DCs (FPs). Valg af optimal billede delmængder inden for hver prøve er udført ved hjælp af 'Billede valg modeller', der eliminerer subpar billeder, som har tendens til at indføre FPs. En serie af forud validerede modeller er inkluderet i softwaren, men yderligere modeller med tilpassede tærskler og filtre kan oprettet og gemt af brugeren.
Når softwaren held belastninger, de vigtigste grafiske brugergrænseflade (GUI) præsenteres (Se figur 1). Fra denne grænseflade, prøver, hver består af en mappe i metafase celle billedfiler, kan være udvalgt og behandlet for at identificere DCs kalibreringskurverne kan skabt og sammenlignet og eksponering strålingsdosis prøver kan bestemmes.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56245/56245fig1.jpg"> 
Figur 1: Den store sektorer af det grafiske bruger Interface omfatter: en liste over prøver (1), en liste over kalibrering kurver (2), processen kø (3), som overvåger status for DC påvisning i hvert sæt af billeder af hver prøve, et plot display (4), som opsummerer statistiske eller andre kvantitative egenskaber af et sæt af billeder i prøver eller kalibreringskurverne og en konsol (5) , som indeholder beskrivende tekst som output for hver operation, som udføres af programmet. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56245/56245fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</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

Biologiske strålingsdosis kan estimeres ud fra dicentric kromosom frekvenser i metafase celler. Udfører disse cytogenetisk dicentric kromosom assays er traditionelt en manuel, arbejdskrævende proces ikke velegnet til at håndtere mængden af prøver, som kan kræve undersøgelse i kølvandet af en masse casualty begivenhed. Automatiseret Dicentric kromosom id og dosis Estimator (ADCI) software automatiserer denne proces ved at undersøge sæt af metafase billeder ved hjælp af machine learning-baseret afbildning forarbejdningsteknik. De software vælger passende billeder i analyse ved at fjerne upassende billeder, klassificerer hvert objekt enten som en centromer-holdige kromosom eller ikke-kromosom, yderligere adskiller kromosomer som monocentric kromosomer (MCs) eller dicentric kromosomer (DCs), bestemmer DC frekvens i en prøve, og skøn biologiske strålingsdosis ved at sammenligne samplefrekvens DC med kalibreringskurverne er beregnet ved hjælp af kalibrering prøver. Denne protokol beskriver brugen af ADCI software. Typisk, både kalibrering (kendte dosis) og test (ukendt dosis) sæt af metafase billeder importeres til at udføre nøjagtig dosis skøn. Optimale billeder for analyse kan findes automatisk ved hjælp af forudindstillede billede filtre eller kan også blive filtreret gennem manuel kontrol. Softwaren behandler billeder i hver prøve og DC frekvenser er beregnet på forskellige niveauer af strenghed for at kalde DCs, ved hjælp af en maskine lære tilgang. Lineær-kvadratisk kalibreringskurverne genereres baseret på DC frekvenser i kalibrering prøver udsat for kendte fysiske doser. Doser af prøveemner, udsat for usikre strålingsniveauer er anslået fra deres DC frekvenser ved hjælp af disse kalibreringskurver. Rapporter kan oprettes efter anmodning og give Resumé af resultaterne af en eller flere prøver, én eller flere kalibreringskurverne eller dosis skøn.

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

Fremskyndet stråling Biodosimetry automatiseret ved Dicentric kromosom identifikation (ADCI) og dosis estimering

Cytogenetisk dicentric kromosom (DC) analysen kvantificerer udsættelse for ioniserende stråling. Den automatiserede Dicentric kromosom id og dosis Estimator software skøn hurtigt og præcist biologiske dosis fra DCs i metafase celler. Det adskiller monocentric kromosomer og andre objekter fra DCs og skøn biologiske stråledosis fra hyppigheden af DCs.

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

Påvisning af Inter-kromosomale Stabil Afvigelser fra Multiple Fluorescens<em&gt; In Situ</em&gt; Hybridisering (MFISH) og Spectral Karyotyping (SKY) i bestrålede mus

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

Poolet shRNA skærmen for reaktivering af MeCP2 på det inaktive X kromosom

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

Høj overførselshastighed identifikation af synergistiske Drug kombinationer af overlapning2 metode

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

Høj overførselshastighed identifikation af regulerende gensekvenser ved hjælp af næste generations sekventering af cirkulære kromosom kropsbygning Capture (4C-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

Identifikation af fodspor af RNA: protein komplekser via RNA Immunopræcipitation i tandem efterfulgt af sekventering (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

Identifikation af værts veje, som er målrettet mod bakterielle Effector-proteiner ved hjælp af gær toksicitet og suppressor skærme

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

Forberedelse af meiotiske kromosomspreads fra zebrafisk spermatocytter

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

Inducerende Hairy Roots af Agrobacterium rhizogenes-MedieretTransformation i Tartary Boghvede (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

Identifikation af forstærker-promotor kontakter i embryolede organer ved kvantitative kromosom kropsbygning Capture (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

Kromosomscreening af humane præimplantationsembryoner ved hjælp af brugt dyrkningsmedium: prøveindsamling og kromosomal ploidianalyse

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 ...