Протокол сканирования часов для анализа изображений: плагины ImageJ
Summary
В этом документе описываются два новых плагина ImageJ для анализа изображений «Clock Scan». Эти плагины расширяют функциональность исходной визуальной базовой программы 6 и, самое главное, делают эту программу доступной для большого исследовательского сообщества, объединив ее с программным пакетом для анализа изображений ImageJ.
Abstract
Протокол сканирования часов для анализа изображений является эффективным инструментом для количественной оценки средней интенсивности пикселей внутри, на границе и вне (фоном) замкнутой или сегментированной области выпуклой формы, что приводит к генерации усредненного интегрального радиального пиксельно- Профиль интенсивности. Этот протокол был первоначально разработан в 2006 году как визуальный базовый сценарий 6, но как таковой он имел ограниченное распространение. Чтобы решить эту проблему и присоединиться к аналогичным недавним усилиям других, мы преобразовали исходный код протокола сканирования часов в два плагина на основе Java, совместимых с NIH-спонсируемыми и свободно доступными программами анализа изображений, такими как ImageJ или Fiji ImageJ. Кроме того, у этих плагинов есть несколько новых функций, которые расширяют возможности оригинального протокола, такие как анализ нескольких областей интересов и стеков изображений. Последняя особенность программы особенно полезна в приложениях, в которых важно определить изменения, связанные сВремени и местоположения. Таким образом, анализ сканирования часов стеков биологических изображений может потенциально применяться для распространения Na + или Ca ++ в пределах одной клетки, а также для анализа активности распространения ( например , волн Ca ++ ) в популяциях синаптически Соединенных или связанных щелевыми ячейками. Здесь мы описываем эти новые плагины сканирования часов и показываем некоторые примеры своих приложений при анализе изображений.
Introduction
Цель этой работы – представить протокол сканирования часов, который не требует платформы и свободно доступен любому исследователю, заинтересованному в этом типе анализа изображений. Протокол часового сканирования был первоначально разработан в 2006 году 1 , с целью улучшения существующих методов количественной оценки интенсивности пикселей в интересующих областях с выпуклой формой (ROI), метод, который обладает лучшей интегративной способностью и улучшенным пространственным разрешением. Во время сбора данных протокол последовательно собирает несколько профилей интенсивности радиального пикселя, отсканированных от центра ROI до его границы или до заданного расстояния вне ROI для измерения интенсивности «фонового» пикселя. Протокол масштабирует эти профили в соответствии с радиусом ячейки, измеренным в направлении сканирования. Таким образом, расстояние от центра до границы ROI каждого отдельного радиального сканирования всегда составляет 100% от шкалы X. Наконец, программа усредняет эти индивидуумыAl профилей в один интегральный профиль интенсивности радиального пикселя. Из-за масштабирования средний профиль интенсивности пикселя, создаваемый протоколом «Сканирование часов», не зависит ни от размера ROI, ни от допустимых пределов от формы ROI. Этот метод позволяет прямое сравнение или, при необходимости, усреднение или вычитание профилей разных ROI. Протокол также позволяет корректировать интегральные профили интенсивности пикселей любого объекта для фонового шума простым вычитанием средней интенсивности пикселей, расположенных вне объекта. Несмотря на то, что он был протестирован только в биологических образцах, наш протокол обеспечивает ценное дополнение к другим существующим инструментам анализа изображений, используемым при исследованиях изображений физических или химических процессов, расположенных вокруг точки происхождения (таких как диффузия веществ из точечного источника ) 1 .
Однако основным ограничением исходного метода анализа изображений было то, что протокол был devБыл исключен как Visual Basic 6 (VB6) (и, следовательно, он зависел от платформы и был трудно распространяться (требуя VB6). Чтобы решить эту проблему и присоединиться к аналогичным недавним усилиям других исследователей 2 , мы преобразовали VB6 Clock Scan Программный код на два плагина на основе Java, совместимый с NIH-спонсируемыми и свободно доступными программами анализа изображений с открытым исходным кодом и платформой, ImageJ 3 и Fiji ImageJ 4. Кроме того, у этих плагинов есть несколько новых функций, расширяющих возможности Первоначального протокола для обработки нескольких ROI и стеков изображений. Многие приложения для анализа изображений не являются удобными для пользователя в отношении выполнения статистического анализа нескольких объектов, и поэтому часто отображаются только репрезентативные данные. С плагином Multi Clock Scan ImageJ, Можно упростить анализ нескольких объектов одновременно. Прочная статистическая оценка данных микроскопии,В отношении распределения интенсивности сигнала в отдельных ячейках / объектах, теперь возможно с этим расширением плагина. Здесь мы описываем плагины Clock Scan и показываем примеры их приложений при анализе изображений.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол сканирования часов: протокол сканирования часов – это быстрый и простой инструмент анализа изображений. Преимущества этого протокола по сравнению с существующими общими подходами анализа изображений (такими как сканирование интенсивности линейных пикселов или выч…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим доктора Танью Маритцен и доктора Фабиана Фютлинского (Институт молекулярной фармакологии им. Лейбница, Берлин, Германия) за то, что вы ознакомились с нашей версией плагина Fuji ImageJ Clock Scan и вдохновили нас на разработку этой версии программы. Мы также благодарны доктору Фрицу Мелчерсу (Отдел развития лимфоцитов, Институт биологии макса Планка) за его любезное разрешение использовать изображения из базы данных своего отдела с целью тестирования и улучшения плагина. Поддержка: Центр трансляционных нейронаук; Грант NIH: P30-GM110702-03.
Materials
| Computer | Any | compatible with software listed below | |
| ImageJ or Fiji ImageJ | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ or https://fiji.sc/ | bundled with Java 1.8 or higher |
| Clock-scan plugins | freeware | https://sourceforge.net/projects/clockscan/ | Clock_Scan-1.0.1 jar and Multi_Clock_Scan-1.0.1/ jar |
| Origin 9.0 | OriginLab | Northampton, MA, USA | This program was used to generate some graphs of the original Clock Scan data. Any other graphic software can be used to perform this function |
References
- Dobretsov, M., Romanovsky, D. “Clock-scan” protocol for image analysis. Am J Physiol Cell Physiol. 291, 869-879 (2006).
- Feutlinske, F., Browarski, M., Ku, M. C., et al. Stonin1 mediates endocytosis of the proteoglycan NG2 and regulates focal adhesion dynamics and cell motility. Nat Commun. 6, 8535 (2015).
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods. 9, 671-675 (2012).
- Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat Methods. 9, 676-682 (2012).
- Dobretsov, M., Hastings, S. L., Stimers, J. R. Non-uniform expression of alpha subunit isoforms of the Na+/K+ pump in rat dorsal root ganglia neurons. Brain Res. 821, 212-217 (1999).
- Hayar, A., Gu, C., Al-Chaer, E. D. An improved method for patch clamp recording and calcium imaging of neurons in the intact dorsal root ganglion in rats. J Neurosci Methods. 173, 74-82 (2008).
- Dobretsov, M., Pierce, D., Light, K. E., Kockara, N. T., Kozhemyakin, M., Wight, P. A. Transgenic mouse model to selectively identify alpha3 Na,K-ATPase expressing cells in the nervous system. Society for Neuroscience. , 1 (2015).
- Lein, E. S., Hawrylycz, M. J., Ao, N., et al. Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain. Nature. 445, 168-176 (2007).
- Romanovsky, D., Mrak, R. E., Dobretsov, M. Age-dependent decline in density of human nerve and spinal ganglia neurons expressing the alpha3 isoform of Na/K-ATPase. Neurosciences. 310, 342-353 (2015).
- Campbell, J., Singh, D., Hollett, G., et al. Spatially selective photoconductive stimulation of live neurons. Front Cell Neurosci. 8, 142 (2014).
- Yuryev, M., Pellegrino, C., Jokinen, V., et al. In vivo Calcium Imaging of Evoked Calcium Waves in the Embryonic Cortex. Front Cell Neurosci. 9, 500 (2015).
- Qiao, M., Sanes, J. R. Genetic Method for Labeling Electrically Coupled Cells: Application to Retina. Front Mol Neurosci. 8, 81 (2015).
