Name: quantifying intermembrane distances with serial image dilations
Uploaded: 2018-09-28T13:30:00
Duration: 7 min 45 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Intermembrane Distances with Serial Image Dilations at JoVE.com

המחברים רוצה להודות קטי לאו-וירג'יניה-מרילנד במכללה לרפואה וטרינרית עבור עיבוד וצביעת דגימות TEM. מימון: המכונים הלאומיים לבריאות R01-HL102298 המכונים הלאומיים לבריאות F31-HL140873-01

הערה: התוכנה נדרש ImageJ (או תוכנה דומה שינוי תמונה) ו- Matlab R2015. המשתמש עלול להיתקל בבעיות תאימות עם גירסאות אחרות של Matlab.
1. מראש עיבוד תמונות
<ol><li>עבור כל תמונה בגווני אפור, ודא שהערך העוצמה המקסימלית של כל פיקסל נתון < 255. פעולה זו מתבצעת בדרך כלל על-ידי חיסור הערך 1 מתוך התמונה תוכנית Matlab מותאמות אישית "ImageSub.m", נכללים בקובץ משלימה S1.</li>
</ol>2. חלוקה לרמות של Perinexus
<ol><li>חלוקה לרמות של perinexus ImageJ או תוכנת עיבוד תמונה אחרת.</li>
	<li>ודא לרמות של פיקסל אחד עבה מוגדר בערך העוצמה הגבוהה ביותר בתמונה (255 תמונה בגווני אפור מ- 0 עד 255).</li>
	<li>לזהות את GJ-11,שלה מבנה pentalaminar12, מגדירים את תחילת perinexus הנקודה שבה השניים מנוגדים קרום התא bilayers מתפצלות, כפי שמוצג באיור 1א. בגין ~ 200 ננומטר מהקצה של GJ, מעקב לאורך את הקרום הפנימי של התא הראשון ולאורך בחזרה את הקרום הפנימי של התא השני. ב- ImageJ, לשחרר את העט לסגור באופן אוטומטי את קווי המתאר. זה סוגר מלאכותי תיחתך מאוחר יותר. הערה: חשוב לחלק לרמות perinexus באהבה רבה-כמו גבוהה של הגדלה ככל האפשר, כפי קטן אפילו יישומים שגויה של החלוקה לרמות יכול לגרום ננומטרים של שגיאה במדידה הסופית.</li>
</ol>3. הגדרת האלגוריתם, בחירת Perinexus של עניין
הערה: האלגוריתם pathfinding מחייבת את החתימה, קצה, גרף, צומת ו Pathfinding פונקציות9 להיות באותה ספריה כמו MembraneSepDist m-הקובץ. כל הקבצים ניתן למצוא בקובץ משלימה S1.
<ol><li>בחר שמור מיקומים עבור נתונים וחישובים. אלה הם כיום קשיח לתוך קובץ ה-m-... הערה: השורה הראשונה של התוכנית היא פונקציה כדי לנקות את כל המשתנים, סגור את כל החלונות לנקות חלון הפקודה. שמור את כל המשתנים הרצוי או דמויות לפני הפעלת m-הקובץ. הערה: צילומי מסך התוכנה כלולים בקובץ משלימה S2 עבור כל הערכים קשיח.</li>
	<li>הפעל את התוכנית "MembraneSepDist.m".</li>
	<li>להגדיר פרמטרים. הערה: GUI יופיע עם פרמטרים ברירת המחדל סף מעבר צבע, מידה, אזור של הריבית, ולהתחיל ידנית. ניתן לשנות את ערכי ברירת המחדל בקובץ ה-m, או ניתן להחליפם עבור כל תמונה בנפרד.<ol>
<li>הגדרת מרחבית הסף הדרגתיות נגזרות. הערה: ערכים גבוהים לגרום יותר נקודות שנבחרו בבידוד האמצע. ערכים גבוה מדי או נמוך מדי (מחוץ מגוון של-3.0-7.9) עלול לגרום חישובית או מבחר מדויק של נקודות האמצע מניב האמצע מדויק בידוד (ראה איור 2A-C).</li>
		<li>הגדר בקנה מידה ביחידות של פיקסלים/קנה מידה.</li>
		<li>מציבה את הגבולות המרחבי של העליון והתחתון עבור האזור של עניין. הערה: לפי המוסכמות של המעבדה שלנו, האזור המוגדר של עניין הוא בין 30 ל 105 nm מהקצה של3,2,10GJ.</li>
		<li>להגדיר התחלה אוטומטי/ידני. ברוב המכריע של המקרים, האלגוריתם מזהה במדויק את נקודת ההתחלה לאן הפער צומת מסתיים perinexus ומתחיל. עם זאת, במקרים מסוימים של perinexi בצורת ומתפשטים, המשתמש עליך לזהות נקודת ההתחלה באופן ידני. הגדר את הערך 0 עבור אוטומטי, 1 ידני.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בחר את התמונה הרצויה. הערה: ניתן לשנות את הקובץ בתיקייה בחר בקובץ ה-m.</li>
	<li>לחתוך את התמונה כדי לבחור את perinexus של עניין.<ol>
<li>התמונה עולה, שהסמן ישתנה באופן אוטומטי לצורת צלב דק. לחתוך את התמונה על-ידי גרירת תיבה מסביב perinexus עניין (ראה איור 3). יכול להיות מותאם תיבת החיתוך על-ידי שימוש הריבועים בפינות ובצדדים לעשות את זה גדול או קטן יותר.</li>
		<li>בעת חיתוך, ודא בסוף perinexus "פתוח" (וביזמות, GJ ראה איור 3) חתוכה כך קווי המתאר שני ממברנה להגיע לקצה של התמונה החתוכה. הערה: מומלץ להכין את תמונת מסך המלא בקלות רבה יותר לראות את perinexus של עניין, לחתוך כראוי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בחר את היבול האחרון על-ידי לחיצה כפולה עם בסמן בין הקצוות המנוגדים שברצונך למדוד. הערה: זה קריטי כי פעמיים לבצע בתוך perinexus. אם התוכנית לא יצליח לזהות את האמצע, הפעל מחדש את התוכנית ולוודא שלחץ מתבצע בתוך perinexus.</li>
	<li>להתבונן האמצע הסופי לאחר כל dilations של ארוזיות פופ בשביל הערכה המשתמש הסופי של היעילות של התוכנית. הערה: תיבת דו-שיח תופיע על המסך בזמן התוכנית פועלת כדי ליידע את המשתמש כי Matlab תהיה אפשרות לעבד פקודות נוספות עד סיום התוכנית. כמה זמן לוקח תהליך זה תלוי גודל המערך (תמונה) והמחשב כוח עיבוד.</li>
	<li>אם נקודת ההתחלה ידנית זמינה, להתבונן בתמונה של האמצע צצים על התמונה המקורית אנטומיים, יחד עם סמן צלב דק (ראה איור 2E). בחר נקודה מחוץ perinexus בקרבת נקודת ההתחלה הרצויה. הערה: התוכנית למצוא את נקודת האמצע קרוב לצבע הפיקסל הנבחר ועושים שימוש זה נקודת ההתחלה.</li>
	<li>נתוני הרשומה. הערה: לאחר סיום התוכנית, התוכנית יחזיר את האמצע ממופה, העלילה של perinexal רוחב כפונקציה של המרחק בין קצה GJ. בנוסף, התוכנית יחזור הרוחב הממוצע perinexal עד 150 nm מהקצה של ושחבר המושבעים הגדול, כמו גם את הממוצע מ בתוך אזור מוגדר של עניין בשורת הפקודה Matlab. Wp וערכים מרחקים GJ מאוחסנת במשתנה "WpList" או המשתמש באופן ידני יכול להקליט אותם בנפרד.</li>
</ol>4. אלגוריתם לפתרון בעיות
<ol><li>אם האמצע אינו מוגדר כראוי המזוהים (איור 2א), לפתוח את דמות "Gmag" והשתמש המדד לזיהוי של סף מעבר הצבע המתאים (איור 2C).</li>
	<li>אם נקודת ההתחלה לא מזוהים כהלכה, להגדיר את נקודת ההתחלה באופן ידני (ראה פרוטוקול 3.8).</li>
</ol>

<ol>
	<li>Rhett, J. M., Gourdie, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+perinexus:+a+new+feature+of+Cx43+gap+junction+organization.">The perinexus: a new feature of Cx43 gap junction organization.</a> Heart Rhythm. 9 (4), 619-623 (2012).</li><li>Veeraraghavan, R., 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=Sodium+channels+in+the+Cx43+gap+junction+perinexus+may+constitute+a+cardiac+ephapse:+an+experimental+and+modeling+study.">Sodium channels in the Cx43 gap junction perinexus may constitute a cardiac ephapse: an experimental and modeling study.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. , (2015).</li><li>George, S. 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=Extracellular+sodium+dependence+of+the+conduction+velocity-calcium+relationship:+evidence+of+ephaptic+self-attenuation.">Extracellular sodium dependence of the conduction velocity-calcium relationship: evidence of ephaptic self-attenuation.</a> American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 310 (9), 1129-1139 (2016).</li><li>Veeraraghavan, R., 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=Potassium+channels+in+the+Cx43+gap+junction+perinexus+modulate+ephaptic+coupling:+an+experimental+and+modeling+study.">Potassium channels in the Cx43 gap junction perinexus modulate ephaptic coupling: an experimental and modeling study.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. , (2016).</li><li>Rhett, J. M., 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=Cx43+associates+with+Na(v)1.5+in+the+cardiomyocyte+perinexus.">Cx43 associates with Na(v)1.5 in the cardiomyocyte perinexus.</a> Journal of Membrane Biology. 245 (7), 411-422 (2012).</li><li>Raisch, T. B., 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=Intercalated+Disc+Extracellular+Nanodomain+Expansion+in+Patients+with+Atrial+Fibrillation.">Intercalated Disc Extracellular Nanodomain Expansion in Patients with Atrial Fibrillation.</a> Frontiers in Physiology. , (2018).</li><li>Yan, 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=Novel+methods+of+automated+quantification+of+gap+junction+distribution+and+interstitial+collagen+quantity+from+animal+and+human+atrial+tissue+sections.">Novel methods of automated quantification of gap junction distribution and interstitial collagen quantity from animal and human atrial tissue sections.</a> PLoS One. 9 (8), 104357 (2014).</li><li>Papari, G., Petkov, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+pseudo+dilation+for+gestalt+edge+grouping+and+contour+detection.">Adaptive pseudo dilation for gestalt edge grouping and contour detection.</a> IEEE Transactions on Image Processing. 17 (10), 1950-1962 (2008).</li><li>George, S. 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=Extracellular+sodium+and+potassium+levels+modulate+cardiac+conduction+in+mice+heterozygous+null+for+the+Connexin43+gene.">Extracellular sodium and potassium levels modulate cardiac conduction in mice heterozygous null for the Connexin43 gene.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. , (2015).</li><li>Revel, J. P., Karnovsky, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hexagonal+array+of+subunits+in+intercellular+junctions+of+the+mouse+heart+and+liver.">Hexagonal array of subunits in intercellular junctions of the mouse heart and liver.</a> Journal of Cell Biology. 33 (3), 7-12 (1967).</li><li>Huttner, I., Boutet, M., More, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gap+junctions+in+arterial+endothelium.">Gap junctions in arterial endothelium.</a> Journal of Cell Biology. 57 (1), 247-252 (1973).</li><li>Makowski, L., 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=Gap+junction+structures.+II.+Analysis+of+the+x-ray+diffraction+data.">Gap junction structures. II. Analysis of the x-ray diffraction data.</a> Journal of Cell Biology. 74 (2), 629-645 (1977).</li><li>Entz, M., 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=Heart+Rate+and+Extracellular+Sodium+and+Potassium+Modulation+of+Gap+Junction+Mediated+Conduction+in+Guinea+Pigs.">Heart Rate and Extracellular Sodium and Potassium Modulation of Gap Junction Mediated Conduction in Guinea Pigs.</a> Frontiers in Physiology. 7, 16 (2016).</li><li>Sild, M., Chatelain, R. P., Ruthazer, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+method+for+the+quantification+of+motility+in+glia+and+other+morphologically+complex+cells.">Improved method for the quantification of motility in glia and other morphologically complex cells.</a> Neural Plasticity. 2013, 853727 (2013).</li><li>Rhett, J. M., 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=The+perinexus:+Sign-post+on+the+path+to+a+new+model+of+cardiac+conduction.">The perinexus: Sign-post on the path to a new model of cardiac conduction.</a> Trends in Cardiovascular Medicine. , (2013).</li><li>Lang, R. M., 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=Recommendations+for+cardiac+chamber+quantification+by+echocardiography+in+adults:+an+update+from+the+American+Society+of+Echocardiography+and+the+European+Association+of+Cardiovascular+Imaging.">Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging.</a> Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).</li><li>Kawai, 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=Left+ventricular+volume+and+ejection+fraction+by+the+axius+auto+ejection+fraction+method:+comparison+with+manual+trace+method+and+visual+assessment+of+ejection+fraction.">Left ventricular volume and ejection fraction by the axius auto ejection fraction method: comparison with manual trace method and visual assessment of ejection fraction.</a> Journal of Cardiology. 49 (3), 125-134 (2007).</li><li>Frederiksen, C. 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=Clinical+utility+of+semi-automated+estimation+of+ejection+fraction+at+the+point-of-care.">Clinical utility of semi-automated estimation of ejection fraction at the point-of-care.</a> Heart, Lung and Vessels. 7 (3), 208-216 (2015).</li><li>Foster, F. S., 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=A+new+ultrasound+instrument+for+in+vivo+microimaging+of+mice.">A new ultrasound instrument for in vivo microimaging of mice.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 28 (9), 1165-1172 (2002).</li><li>Moran, C. M., 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=A+comparison+of+the+imaging+performance+of+high+resolution+ultrasound+scanners+for+preclinical+imaging.">A comparison of the imaging performance of high resolution ultrasound scanners for preclinical imaging.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 37 (3), 493-501 (2011).</li><li>Papademetris, X., 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=Estimation+of+3D+left+ventricular+deformation+from+echocardiography.">Estimation of 3D left ventricular deformation from echocardiography.</a> Medical Image Analysis. 5 (1), 17-28 (2001).</li><li>Hosny, 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=Unlocking+vendor-specific+tags:+Three-dimensional+printing+of+echocardiographic+data+sets.">Unlocking vendor-specific tags: Three-dimensional printing of echocardiographic data sets.</a> Journal of Thoracic Cardiovascular Surgery. 155 (1), 143-145 (2018).</li><li>Cretoiu, D., 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=Human+cardiac+telocytes:+3D+imaging+by+FIB-SEM+tomography.">Human cardiac telocytes: 3D imaging by FIB-SEM tomography.</a> Journal of Cellular and Molecular Medicine. 18 (11), 2157-2164 (2014).</li><li>Risi, 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=Ca(2+)-induced+movement+of+tropomyosin+on+native+cardiac+thin+filaments+revealed+by+cryoelectron+microscopy.">Ca(2+)-induced movement of tropomyosin on native cardiac thin filaments revealed by cryoelectron microscopy.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (26), 6782-6787 (2017).</li><li>Dhindwal, S., 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=A+cryo-EM-based+model+of+phosphorylation-+and+FKBP12.6-mediated+allosterism+of+the+cardiac+ryanodine+receptor.">A cryo-EM-based model of phosphorylation- and FKBP12.6-mediated allosterism of the cardiac ryanodine receptor.</a> Science Signaling. 10 (480), (2017).</li><li>Reddy, V. 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=Integration+of+cardiac+magnetic+resonance+imaging+with+three-dimensional+electroanatomic+mapping+to+guide+left+ventricular+catheter+manipulation:+feasibility+in+a+porcine+model+of+healed+myocardial+infarction.">Integration of cardiac magnetic resonance imaging with three-dimensional electroanatomic mapping to guide left ventricular catheter manipulation: feasibility in a porcine model of healed myocardial infarction.</a> Journal of the American College of Cardiology. 44 (11), 2202-2213 (2004).</li><li>van Heeswijk, R. B., 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=Three-Dimensional+Self-Navigated+T2+Mapping+for+the+Detection+of+Acute+Cellular+Rejection+After+Orthotopic+Heart+Transplantation.">Three-Dimensional Self-Navigated T2 Mapping for the Detection of Acute Cellular Rejection After Orthotopic Heart Transplantation.</a> Transplant Direct. 3 (4), 149 (2017).</li><li>Valinoti, M., 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=3D+patient-specific+models+for+left+atrium+characterization+to+support+ablation+in+atrial+fibrillation+patients.">3D patient-specific models for left atrium characterization to support ablation in atrial fibrillation patients.</a> Magnetic Resonance Imaging. 45, 51-57 (2018).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

האלגוריתם משתמש התמונה טורי dilations כדי לספור את מספר הפיקסלים בין שני קצוות מנוגדים 2D תמונה בינארי, אשר במקרה הזה הוא ההפרדה בין קרום של3,2,perinexus14. נגזרת המרחבי, אלגוריתם pathfinding משמשות לאחר מכן לבודד את האמצע, ולאחריו רצף התארכות ושחיקה משני כדי למלא פערים האמצע, הדומה מה היה בעבר15. האמצע ואז בשילוב עם התמונה התארכות הסופי-count כדי לייצג perinexal רוחב כפונקציה של המרחק מתחילת הפרדת קצה, במקרה זה סוף ושחבר המושבעים הגדול ותחילת ה perinexus16.
ארבעת הפרמטרים העיקריים הם על-ידי המשתמש ב- GUI בתחילת התוכנית:
<ol><li>סף מעבר צבע</li>
	<li>סולם</li>
	<li>אזור של עניין טווח</li>
	<li>להתחיל את נקודת הבחירה בשיטה (אוטומטית או ידנית)</li>
</ol>המנגנון הנפוץ ביותר של כישלון עבור האלגוריתם הוא הכישלון של האמצע להגיע לקצה של התמונה, אשר הוא איך נקודת הקצה של נקבעת עבור אלגוריתם ה-pathfinding. על מנת לתקן על נושא כזה, המשתמש יכול להגדיל את סף הדרגתיות שמתואר בשלב 3.3.1, אשר תגרום התוכנית לבחור יותר נקודות מחוץ לתמונה נגזרות המרחבי, אשר יגדיל את חישוב הזמן הנדרש על ידי האלגוריתם pathfinding. לכן, אלגוריתם זה מחייב פשרה בין מהירות חישוב ותקינות האמצע. חשוב לציין כי כל עוד כל הנקודות של האמצע מזוהים של הנגזרת המרחבי, יחד עם נקודת התחלה המתאים, יהיה הסף נגזרות מרחבית לא ישפיע על המדידה ההפרדה קצה.
כיוון תמונה מופיעה כדי להשפיע על התארכות ערכים, כי הקרנל dilates בשלבים 90 מעלות, אשר יכול להציג הודעת שגיאה אם הרוב של האזור של הריבית היא בזווית 45 מעלות כדי הצירים של התרחבות מטריצות. לכן, הרוזן התארכות לא ניתן תמיד ייצוג מדויק של הרווח בין הקצוות. מגבלה זו טופלה על ידי גורם תיקון טריגונומטריות, אך יכול להתעלם פוטנציאל אם כל התמונות ב- dataset מיושרים באותו הכיוון. יתר על כן, זהירות אמור לשמש לפרש תוצאות, ככל האפשר כי סעיף המטוסים אינם לגמרי בניצב שתי הממברנות. איור 9ב', אנו משתמשים GJW להציע כי תמונות perinexus שלנו היו בתוך המטוס. . עדיין, זה הכרחי כי גודל מדגם להיות גדול מספיק לחשבון עבור כל הווריאציות אופטים בין תמונות. בנוסף, מידות רוחב perinexal שלנו אין לפרש כך שישקפו רווחים ויוו , אך גישה זו משמשת למדידת הבדלים רשע ברוחב perinexal ביחס המדינה התערבות או מחלה כלשהי.
האלגוריתם הנוכחי דורש גם קו מיתאר לאתר באופן ידני את הקצוות כקלט. חשוב לציין כי כל עוד היקף מוגדר כיאות, רזולוציה מרחבית אינה משפיעה על המידות של האלגוריתם, כפי שמתואר על ידי בדרגות שונות של תמונות באיור 6 תמונה ברזולוציה נמוכה נוספים ב משלימה קובץ S6. השלב הבא שיפור האלגוריתם הוא הסרת התערבות אנושית חלוקה לרמות לדור יחד עם כלי שבו ניתן לבחור את תחום העניין. תכונות אלה סביר לשפר את דיוק המדידה ולהפחית משתמש הטיה.
אלגוריתם יעיל שהמפתחות זה מספק שיטה מהירה יותר, הדורשים בערך חמישית את כח האדם, לכמת את perinexus עם אין עונש לזיהוי כדי הפארמצבטית בהשוואה לתהליך פילוח ידנית. בנוסף, תהליך ידני פילוח מנצל מדידה אחת בכל 15 ננומטר לכמת perinexal רוחב, אשר יכול להוביל תחת דגימה כמו הפרדת ממברנה perinexus יכול לשנות באופן משמעותי בתוך הטווח 15 ננומטר. לעומת זאת, התוכנית האוטומטית בעלת רזולוציה מרחבית שווה לזה של המודאליות הדמיה, במקרה זה 2.9 פיקסלים ננומטר לאורכו של perinexus, לכן מתן ממוצע לזהות יותר דק של רוחב perinexal.
בעוד יישומים בתחום של ביולוגיה מבנית הלב הם מבטיחים ומרגש, השימושים של אלגוריתם זה שאינך מוגבל לתמונות TEM. כל שדה הדורשים מדידה מדויקים, ברזולוציה גבוהה של שני קצוות 2D ומעין מקבילה יכול לעשות שימוש באלגוריתם זה. האלגוריתם יכול לשמש כדי לעקוב אחרי כל דבר riverbank שחיקה, הצפה דפוסי מתמונות לווין לפיתוח כלי הדם עם מיקרוסקופ brightfield או פלורסנט. אחד היישומים פוטנציאליים המבטיחים ביותר היא בתחום קרדיולוגיה ומדידת שבריר פליטה חדרית (EF) עם אקו לב בשלב של טיפול. כיום, טכניקה סטנדרטית היא השיטה כנפי של דיסקים17, למרות אלגוריתם חדש, AutoEF, הוא כיום חוד החנית לכימות EF שיטת18,19. כנפי בשיטה של דיסקים, תא הנדון נמצא במעקב ידני, לכמת בשיטה שונה של משפחת סימפסון, לפיה ששכיחותו מחושב באופן אוטומטי על-ידי הסיכום של דיסקים אליפטית מוערמים. המגבלה העיקרית בשיטה זו היא כי זה יכול להחזיר רק שטח חתך הרוחב של התא הרצוי, עם רזולוציה לא כדי לזהות אזורים ספציפיים של עניין, גם דורש קלט האדם ניכר ומומחיות. שיטת חדשה יותר, AutoEF, מזהה מתווה את הקצה של הנוזלים באמצעות אלגוריתם speckling 2D ולאחר מכן מחשבת את האזור חתך הרוחב חדרית. תהליך זה, בעוד מדויקת ויעילה למדידת שטח ברוטו חדרית, גם יש מגבלה הגלום דומה של רק מדידת שטח חתך הרוחב. החיסרון העיקרי זה מגביל יכולות clinicians' אבחון וטיפול. לעומת זאת, האלגוריתם שהוצג בכתב היד ניתן לזהות את קו האמצע ויש לו רזולוציה שווה הרזולוציה של המודאליות הדמיה לאתר אזורים ספציפיים של עניין. זה חשוב כי סורקי אולטראסאונד עם רזולוציה מרחבית מיקרומטר הינם זמינים מסחרית20,21, רומז כי אלגוריתם זה יכול לאתר את הקיר מקומי העיוותים תנועה ברזולוציה של מיקרומטר במקום בסנטימטרים. בעת יישום זה צריך לאמת ניסיוניים, זה אחד היישומים מבטיח באופן מיידי של אלגוריתם זה. למעשה, זה בקלות יכול להיות משולב עם חודרני יכולות של AutoEF מעקב או עקבות ידנית מנוצל planimetry ידנית לספק רזולוציה גבוהה יותר מידע במקביל עם נתונים EF קונבנציונלי.
כמו רב תכליתי וישימים כפי האלגוריתם הנוכחי, היא פותחה עבור תמונות דו-ממד. עם זאת, כפי טכנולוגיות הדמיה להמשיך ולשפר, יש לדרישה גוברת לטכנולוגיות כימות D 3 ו 4. לכן, כדלהלן של האלגוריתם הוא להתאים אותה גישה באופן סדרתי להרחבת תמונה בינארי, על עצם תלת-ממדי, שבו מגדיר באופן אוטומטי את האמצע נמצא כעת מעבר ליכולתן של תוכניות הדמיה הנוכחי. אלגוריתם כזה שיהיה יישומים רחב הן מבחינה רפואית והן מבחינה השפעול בשדה הלב לבד, כולל22,echocardiograms לב תלת-ממד23, 3D מיקרוסקופ אלקטרונים24,25, 26, דימות27,28,29תהודה מגנטית תלת-ממד.

האלגוריתם הבא פותחה כדי למדוד את המרחק intermembrane בין שני cardiomyocytes מבנית בשילוב בנקודת שהם נפרדים אחד מהשני בקצה של שלט צומת הפער ב nanodomain קרא את perinexus1, שבו יש היה מעורב ephaptic זיווגים2,3,4,5. בתהליך ניתוח מאות תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) שידור של perinexi באמצעות שיטת פילוח ידנית המחקר הקודם6, הצורך היה מזוהה עבור פעולת שירות תפוקה גבוהה יותר לטעום perinexal רוחב גבוה יותר רזולוציה מרחבית תוך שמירה על הדיוק של תהליך ידני פילוח הקודם במהלך פילוח ידנית, קווים נמתחים במרווחים של 15 ננומטר, כ אורתוגונלית אל האמצע, על מנת למדוד את רוחב perinexal. האלגוריתם החדש לוקח מתווה בעובי פיקסל אחד בינארי של שני קווים מקבילים ומשתמש התמונה טורי dilations כדי לספור את מספר הפיקסלים בין שתי הממברנות. בעוד dilations התמונה בדרך כלל שימשו מספר עצום של יישומים לעיבוד התמונה, כולל קו מתאר או קצה זיהוי7,8, אלגוריתם זה משתמש dilations בתור מנגנון הספירה. האמצע הוא ואז מבודדים באמצעות pathfinding אלגוריתם רוחב9 ו- perinexal נמדד ואז ברזולוציה לאורכו של perinexus שווה הרזולוציה של התמונה. ההבדל ברזולוציה במקרה זה היא מדידה 1 לכל 15 ננומטר על פילוח ידנית או מידה 1 לכל 0.34 nm עם האלגוריתם החדש, עלייה בתדירות הדגימה מרחבית 44-fold. יתר על כן, בתדר דגימה מוגבר זה מתבצע 1/5 כth והספיגה פילוח ידנית.
אלגוריתם זה ישמש במתכונתה הנוכחית כדי למדוד את רוחב perinexal ב 150-0 קונבנציונאלי nm מהקצה של gap junction רובד5 (GJ), כמו גם בתוך אזור המצוין של עניין, איפה perinexus מישורים בין 30 ו 105 nm2 , 3 , 10. תדירות הדגימות מוגברת מפחית את מידת ההשתנות במדידות perinexus בודדים בהשוואה פילוח ידנית, מתקצר באופן משמעותי זמן ניתוח, המאפשרות עיבוד יעיל של ערכות נתונים גדולות. עם זאת, תוכנית זו אינה מוגבלת לתמונות TEM הננומטרי של הדיסקים intercalated הלב. אותה גישה יכול לשמש כדי לכמת קוטר כלי הדם, שבריר פליטה חדרית או הלא-ביולוגיים אפילו תופעות כמו נחל סחף או הצפה. אלגוריתם זה מתאים לכימות את המרחק בין כל שני קצוות ומעין מקבילה.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:867px;" width="866">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Touchscreen Monitor</td>
			<td style="width:79px;">Dell</td>
			<td style="width:119px;">S2240T</td>
			<td style="width:453px;">Needs soft-tipped stylus</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Desktop</td>
			<td style="width:79px;">Dell</td>
			<td style="width:119px;">Precision T1650</td>
			<td>8GB RAM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Operating System</td>
			<td style="width:79px;">Microsoft</td>
			<td style="width:119px;">Windows 7 Enterprise</td>
			<td>64-bit OS</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Program platform</td>
			<td style="width:79px;">Mathworks</td>
			<td style="width:119px;">Matlab R2015b</td>
			<td>Program may be incompatible with newer/older versions of Matlab</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantifying intermembrane distances with serial image dilations

תיאר לאחרונה חוץ-תאית nanodomain, כינה את perinexus, היה מעורב ephaptic זיווגים, אשר מהווה מנגנון חלופי עבור וההולכה בין cardiomyocytes. השיטה הנוכחית עבור לכימות המרחב הזה על ידי פילוח ידני איטי ויש לו רזולוציה מרחבית נמוכה. פיתחנו אלגוריתם אשר משתמש התמונה טורי dilations של קו מיתאר בינארי כדי לספור את מספר הפיקסלים בין שני מנוגדים 2 קצוות תלת-ממדי. אלגוריתם זה דורש פחות שעות ויש לו רזולוציה מרחבית גבוהה יותר מאשר השיטה הידנית תוך שמירה על הפארמצבטית של תהליך ידני. למעשה, מנוסה, המתחיל החוקרים הצליחו לסכם את התוצאות של מחקר קודם עם אלגוריתם חדש זה. האלגוריתם הוא מוגבל על ידי קלט האדם זקוק לרמות באופן ידני את perinexus ואת הכוח חישובית בעיקר לתענוגות באלגוריתם pathfinding הקיימת מראש. עם זאת, האלגוריתם תפוקה גבוהה, רזולוציה מרחבית גבוהה ויכולות הפארמצבטית שזה כלי מדידה רב תכליתי, עמיד לשימוש במגוון יישומים המחייבים מדידת המרחק בין כל 2-מימד (2D ) קצוות.

Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Intermembrane Distances with Serial Image Dilations at JoVE.com

Quantifying Intermembrane Distances with Serial Image Dilations

לכימות מרחקים Intermembrane עם תמונות טורי Dilations

מטרת אלגוריתם זה היא למדוד באופן רציף את המרחק בין שני קצוות 2-ממדי באמצעות תמונות טורי dilations ו- pathfinding. אלגוריתם זה ניתן ליישם במגוון תחומים כגון ביולוגיה מבנית הלב, כלי הדם ביולוגיה הנדסה אזרחית.

A recently-described extracellular nanodomain, termed the perinexus, has been implicated in ephaptic coupling, which is an alternative mechanism for ...

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום האלקטרופיזיולוגי הלבבי, על מבנה המרחב החוץ-תאי ומנגנוני התקשורת התאית. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם שיש לה יכולות תפוקה גבוהות, ותדירות דגימה מרחבית משופרת. בעיקרו של דבר, אנו יכולים להשיג מדידות מהר יותר עם ביטחון גבוה יותר מאשר בעבר.זיהוי Perinexus ופתרון בעיות תוכנית קשה ללמוד ללא הדגמה חזותית, כי perinexus הוא מבנה חדש יחסית מוגדר, פתרון בעיות לא יכול להיות אינטואיטיבי עבור חוקרים שאינם מכירים את MATLAB. לתמונות בגווני אפור, השתמשו בתוכנת מחשוב מספרית כדי להבטיח שלאף פיקסל לא תהיה עוצמה הגדולה מ- 255. לאחר מכן, פתחו את התמונה הזוגית שלנו בתוכנה לעיבוד תמונה, והגדילו את התצוגה של ה-perinexus.זה קריטי כדי לזהות כראוי את perinexus. השלב הראשון הוא לזהות לוחית צומת פער, אשר יש מראה פסים. לאחר מכן, אנו מחפשים שני ממברנות מנוגדות, במטוס, החוצה על 200 ננומטר.זהה את לוחית צומת הפער ממבנה הפנטלמידר שלו. תחילתו של פרינקסוס, היא הנקודה שבה שני bilayers קרום התא הנגדי לסטות. הצג סרגל קנה מידה בננומטרים.נקודות ההתחלה והסיום של קווי המתאר של פרינקסוס יהיו 200 ננומטר מתחילת פרינקסוס. לאחר מכן, בחרו בכלי הבחירה ביד חופשית. לחץ וגרור, או להשתמש עט אלקטרוני כדי לעקוב בזהירות לאורך הממברנה הפנימית של תא אחד, לתחילת perinexus, ובחזרה לאורך הממברנה הפנימית של התא השני.סגור את האזור הנבחר על-ידי שחרור לחצן העכבר או הרמת העט. לאחר מכן, הגדר את רוחב הקו לפיקסל אחד ואת צבע הקידמה לערך העוצמה הגבוה ביותר עבור סוג התמונה. כגון לבן, לתמונה בגווני אפור.צור חלוקה לרמות עם מעקב מהבחירה ושמור את התמונה המתקבלת כסוג קובץ התואם לתוכנה לניתוח, כגון JPEG או TIFF. במידת הצורך, פתח את תוכנת ניתוח מרחק ההפרדה של הממברנה ושנה את מיקומי השמירה כדי שהנתונים והמספרים ייווצרו. שמור את הקובץ וסגור אותו.לאחר מכן, הפעל את התוכנית. הגדר את סף מעבר הצבע הנגזר המרחבי כראוי לזיהוי קו מרכז. הגדר את קנה המידה והפיקסלים לכל אורך יחידה.הגדר את הגבולות התחתונים והגבוהים המרחביים לאזור העניין, ביחס לקצה צומת הפער. בחר זיהוי אוטומטי או ידני של נקודת התחלה. זיהוי נקודת התחלה ידני עשוי להיות נחוץ עבור פרקיקסי בצורה לא סדירה.לאחר מכן, פתחו את התמונה בעזרת פרינקסוס עם קווי המתאר. לחץ וגרור כדי לצייר תיבה מסביב ל- perinexus, למעט הקצה הסגור. לחצו פעמיים בתוך קו המיתאר של חיץ הדרך למעקב כדי לחתוך את התמונה ולזהות את הקו המרכזי.אם יש לבחור את נקודת ההתחלה באופן ידני, יופיעו סמן הצלבות וקו מרכזי מעל התמונה המקורית. בחר נקודה מחוץ לנקודת ההתחלה הרצויה כדי להמשיך בתהליך. לאחר סיום התהליך, ודא כי קו המרכז נשאר בתוך ה- perinexus, וגם מצטלב כראוי עם נקודת ההתחלה.סקור את הנתונים שנוצרו והתוות את הרוחב המזנון. אם קו המרכז לא זוהה כראוי ובודד, פתח את מערך התמונות g-mag כדי לקבוע סף מעבר צבע מתאים. אנו משתמשים בכלי האינדקס כדי ללחוץ מסביב לקו המרכז, ובמערך g-mag כדי לקבל מושג איזה פיקסל אנחנו רוצים שאלגוריתם חיפוש קו המרכז יבחר.לאחר מכן יש להגדיר את סף מעבר הצבע מעט מעל ערך העוצמה של פיקסלים אלה. בחרו בכלי האינדקס ולחצו על קו המרכז שסביבו כדי להציג את ערך האינדקס של הפיקסלים שיש לבחור. הגדר את סף מעבר הצבע הנגזר המרחבי ממש מעל ערך האינדקס והפעל שוב את התהליך.אם נקודת ההתחלה לא זוהתה כראוי בתהליך האוטומטי, הפעל שוב את התוכנית באמצעות זיהוי ידני של נקודת התחלה. בתהליך זה, קווי מתאר ידניים גדלים במרווחי פיקסל אחד כדי לספור את מספר הפיקסלים בין שני הקצוות. כל תוספת קבועה נוספת לתמונה עובדת כדי ליצור נגזרת מרחבית.קווי המתאר המקוריים והקו המרכזי הם אי-רציפות בסדר גודלו. לאחר בידוד קו המרכז, הוא מעודן על ידי תלילות, שחיקה ואלגוריתם לסיום נתיב. רוחב perinexal מוצג כפונקציה של מרחק מתחילת perinexus, או בתוך אזור של עניין, וכממוצע של שתי פונקציות אלה.כאשר כיוון perinexus השתנה, מעל או ממעיט ברוחב perinexus נצפו, בהתאם לתבנית תליל. תיקון טריגונומטרי הניב תוצאות מתואמות היטב עם תמונות מסובבים כדי לכוון את perinexus אופקית. האלגוריתם אומת עבור רזולוציות מרחביות שונות, יחידות ייחוס וגדלי תמונה שונים.הן משתמשים מנוסים והן משתמשים לא מנוסים עקבו אחר החלוקה לרמות מהר יותר מאשר הם פילחו את התמונה באופן ידני. ולתהליך האוטומטי הייתה רזולוציה מרחבית גדולה יותר באופן משמעותי. משקיפים מנוסים ולא מנוסים זיהו במדויק הבדלים משמעותיים ברוחב הקדם-לידתי בין מטופלים עם ובלי פרפור פרוזדורים קיים.משקיפים אלה גם לא זיהו במדויק הבדל משמעותי בין רוחב צומת הפער המוחלט באותה אוכלוסייה. רוחב צומת פרינקסל והפער תאם את הדוחות הקודמים. בעת ניסיון הליך זה, זכור לקחת את הזמן שלך עם קווי המתאר, כמו אפילו סטיות קטנות מן הממברנה יכול לייצר שגיאות משמעותיות בקנה מידה זה.באופן כללי, אנשים חדשים בשיטה זו נאבקים מכיוון שהם אינם מכירים את המבנה שהם מודדים, או שאינם בטוחים כיצד לפתור בעיות כדי להתחיל בזיהוי נקודתי או בסטיית קו מרכזי. לראות את שיטת עיבוד התמונה הזו מבוצעת היא קריטית. כמו זיהוי perinexus ופתרון בעיות אלגוריתם קשה ללמוד בלעדיו.ואנחנו רוצים לוודא שאנחנו מכמתים את מה שאנחנו אומרים שאנחנו מודדים. טכניקה זו סוללת את הדרך לחוקרים בתחום בריאות הלב, לחקור כימות ברזולוציה גבוהה יותר של רמות רבות של תפקוד הלב. החל ממרחבים ננומטריים, חוץ-תאיים, לקביעה קלינית של יעילות חדרית או חוסר תפוקה.למרות שיטה זו הודגם עם תמונות electromicroscopy, זה יכול להיות מיושם גם על טכניקות הדמיה אחרות, כגון אקו קרדיוגרפיה לב כדי לכמת בצורה מדויקת יותר את הפונקציה המכנית של הלב. שיטה זו עשויה למצוא יישומים בכל שדה דימות מכיוון שהתוכנית יכולה למדוד את הרווח בין שני קצוות מוגדרים, אם קנה המידה מוגדר כראוי והקצוות כמעט מקבילים.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Preparation of Complaint Matrices for Quantifying Cellular Contraction

הכנת מטריצות תלונה לכימות התכווצות נייד

The regulation of cellular adhesion to the extracellular matrix (ECM) is essential for cell migration and ECM remodeling.  Focal adhesions are ...

Quantifying the Mechanical Properties of the Endothelial Glycocalyx with Atomic Force Microscopy

כימות תכונות המכאניות של Glycocalyx האנדותל עם מיקרוסקופי כוח אטומי

Our  understanding of the interaction of leukocytes and the vessel wall during  leukocyte capture is limited by an incomplete understanding of the ...

Observing and Quantifying Fibroblast-mediated Fibrin Gel Compaction

התבוננות וכימות דחיסה של ג'ל פיברובלסט בתיווך פיברין

Cells embedded in collagen and fibrin gels attach and exert traction forces on the fibers of the gel. These forces can lead to local and global ...

Manufacture of Concentrated, Lipid-based Oxygen Microbubble Emulsions by High Shear Homogenization and Serial Concentration

ייצור מרוכז, חמצן שומנים מבוסס microbubble אמולסיות ידי הגזירה גבוהה Homogenization וריכוז סידורי

Gas-filled microbubbles have been developed as ultrasound contrast and drug delivery agents. Microbubbles can be produced by processing surfactants using ...

Hybrid &#181;CT-FMT imaging and image analysis

Hybrid Ãƒâ€šÃ‚ÂµCT-FMT imaging and image analysis

הדמיה μCT-FMT היברידי וניתוח תמונה

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to ...

Custom-designed Laser-based Heating Apparatus for Triggered Release of Cisplatin from Thermosensitive Liposomes with Magnetic Resonance Image Guidance

מכשירי חימום המבוסס על לייזר מותאם אישית המיועדים לשחרור עורר, ציספלטין מThermosensitive יפוזומים עם הדרכת תמונת תהודה מגנטית

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect ...

Image-guided, Laser-based Fabrication of Vascular-derived Microfluidic Networks

תמונה מונחה, ייצור מבוסס-לייזר של רשתות Microfluidic הנגזרות דם

This detailed protocol outlines the implementation of image-guided, laser-based hydrogel degradation for the fabrication of vascular-derived microfluidic ...

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

לכימות מיקרואורגניזמים בריכוזים נמוכים באמצעות מיקרוסקופ דיגיטלי הולוגרפי (סוג התושבות שלהם. מופיעים)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...

A Rapid Image-based Bacterial Virulence Assay Using Amoeba

וזמינותו התקפה אלימה חיידקי מהירה מבוססת תמונה באמצעות אמבה

Traditional bacterial virulence assays involve prolonged exposure of bacteria over the course of several hours to host cells. During this time, bacteria ...

Meso-Scale Particle Image Velocimetry Studies of Neurovascular Flows In Vitro

Meso-Scale Particle Image Velocimetry Studies of Neurovascular Flows In Vitro

Meso-גודל החלקיקים תמונה Velocimetry מחקרים של נוירו-וסקולריים זורם במבחנה

Particle image velocimetry (PIV) is used in a wide variety of fields, due to the opportunity it provides for precisely visualizing and quantifying flows ...