Clock Scan Protocol für Bildanalyse: ImageJ Plugins
Summary
In diesem Beitrag werden zwei neue ImageJ-Plugins für die "Clock Scan" -Bildanalyse beschrieben. Diese Plugins erweitern die Funktionalität des ursprünglichen Visual Basic 6 Programms und stellen vor allem das Programm einer großen Forschungsgemeinschaft zur Verfügung, indem sie es mit dem ImageJ Free Image Analysis Softwarepaket bündeln.
Abstract
Das Taktabtastprotokoll für die Bildanalyse ist ein effizientes Werkzeug, um die durchschnittliche Pixelintensität innerhalb, an der Grenze und außerhalb (Hintergrund) eines geschlossenen oder segmentierten konvexen Bereichs von Interesse zu quantifizieren, was zur Erzeugung eines gemittelten integralen radialen Pixel- Intensitätsprofil. Dieses Protokoll wurde ursprünglich im Jahr 2006 als visuelles Basic 6-Skript entwickelt, aber als solches hatte es eine begrenzte Verteilung. Um dieses Problem zu lösen und ähnliche jüngsten Bemühungen von anderen zu verknüpfen, haben wir den ursprünglichen Taktsuchprotokollcode in zwei Java-basierte Plugins umgewandelt, die mit NIH-gesponserten und frei verfügbaren Bildanalyseprogrammen wie ImageJ oder Fiji ImageJ kompatibel sind. Darüber hinaus haben diese Plugins mehrere neue Funktionen, die den Umfang der Fähigkeiten des ursprünglichen Protokolls weiter ausbauen, wie etwa die Analyse mehrerer interessanter Bereiche und Bildstapel. Das letztere Merkmal des Programms ist besonders nützlich bei Anwendungen, bei denen es wichtig ist, Änderungen zu ermittelnZu Zeit und Ort. So kann die Taktsuchanalyse von Stapeln biologischer Bilder potentiell auf die Ausbreitung von Na + oder Ca ++ innerhalb einer einzelnen Zelle sowie auf die Analyse der Ausbreitungsaktivität ( z. B. Ca ++ – Wellen) in Populationen synaptisch angewendet werden Zusammengesetzte oder spaltübergreifende Zellen. Hier beschreiben wir diese neuen Uhren-Scan-Plugins und zeigen einige Beispiele für ihre Anwendungen in der Bildanalyse.
Introduction
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Clock Scan-Protokoll zu präsentieren, das plattformfrei und frei verfügbar für jeden Forscher ist, der an dieser Art von Bildanalyse interessiert ist. Das Clock Scan-Protokoll wurde ursprünglich im Jahr 2006 entwickelt, mit dem Ziel, bestehende Methoden der Pixelintensitätsquantifizierung in konvex-förmigen Regionen von Interesse (ROI) zu verbessern, ein Verfahren, das eine bessere Integrationsfähigkeit und eine verbesserte räumliche Auflösung aufweist. Während der Erfassung sammelt das Protokoll sequentiell mehrere radiale Pixelintensitätsprofile, die vom ROI-Zentrum bis zu seinem Rand abgetastet werden, oder auf eine vorbestimmte Distanz außerhalb des ROI zum Zwecke der Messung der "Hintergrund" -Pixelintensität. Das Protokoll skaliert diese Profile nach dem Zellenradius, gemessen in Richtung des Scans. Somit ist der Abstand von der Mitte zur ROI-Grenze jedes einzelnen radialen Scans immer 100% der X-Skala. Schließlich übertrifft das Programm diese IndividuenAl-Profilen zu einem integralen radialen Pixel-Intensitäts-Profil. Wegen der Skalierung hängt das mittlere Pixel-Intensitätsprofil, das durch das "Clock Scan" -Protokoll erzeugt wird, weder von der ROI-Größe noch von vernünftigen Grenzen auf die ROI-Form ab. Diese Methode ermöglicht einen direkten Vergleich oder, falls erforderlich, Mittelwertbildung oder Subtraktion von Profilen unterschiedlicher ROIs. Das Protokoll erlaubt auch eine Korrektur der integralen Pixelintensitätsprofile, eines beliebigen Objekts für Hintergrundrauschen, durch eine einfache Subtraktion der durchschnittlichen Intensität von Pixeln, die sich außerhalb des Objekts befinden. Obwohl es nur in biologischen Proben getestet wurde, bietet unser Protokoll eine wertvolle Ergänzung zu anderen vorhandenen Bildanalyse-Werkzeugen, die in Studien von Bildern von physikalischen oder chemischen Prozessen verwendet werden, die um einen Ursprungsort herum angeordnet sind (wie die Diffusion von Substanzen aus einer Punktquelle ) 1 .
Allerdings war die Hauptbeschränkung der ursprünglichen Bildanalyse Methode, dass das Protokoll dev warAls ein Visual Basic 6 (VB6) (Code, und daher war es plattformabhängig und schwer zu verteilen (erfordern VB6). Um dieses Problem zu lösen und um ähnliche jüngsten Bemühungen von anderen Forschern 2 beitreten, konvertierten wir die VB6 Clock Scan Programmcode in zwei Java-basierte Plugins, kompatibel mit den NIH-geförderten und frei verfügbaren Open-Source- und plattformunabhängigen Bildanalyseprogrammen, ImageJ 3 und Fiji ImageJ 4. Darüber hinaus haben diese Plugins nun mehrere neue Funktionen, die die Leistungsfähigkeit erweitern Des ursprünglichen Protokolls, um mehrere ROIs und Bildstapel zu verarbeiten Viele Bildanalyseanwendungen sind nicht benutzerfreundlich, was die statistische Auswertung mehrerer Objekte anbelangt und so werden oft nur repräsentative Daten angezeigt. Mit dem Multi Clock Scan ImageJ Plugin, Es ist möglich, die Analyse mehrerer Objekte gleichzeitig zu erleichtern. Eine robuste statistische Auswertung von Mikroskopiedaten,In Bezug auf die Signalintensitätsverteilung in einzelnen Zellen / Objekten ist nun mit dieser Plugin-Erweiterung möglich. Hier beschreiben wir die Clock Scan Plugins und zeigen Beispiele für ihre Anwendungen in der Bildanalyse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Clock Scan Protocol: Das Clock Scan Protokoll ist ein schnelles und einfaches Werkzeug der Bildanalyse. Die Vorteile dieses Protokolls im Vergleich zu bestehenden gemeinsamen Ansätzen der Bildanalyse (wie z. B. lineare Pixelintensitätsscans oder Berechnung der mittleren Pixelintensität des ROI) wurden in den vorangegangenen Publikationen 1 , 9 ausführlich beschrieben. Kurz gesagt ermöglicht dieses Protokoll die Erzeugung von integralen radi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Dr. Tanja Maritzen und Dr. Fabian Feutlinske (Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie, Berlin, Deutschland), um mit uns ihre Version des Fuji ImageJ Clock Scan Plugins zu teilen und uns zu inspirieren, diese Version des Programms zu entwickeln. Wir danken Dr. Fritz Melchers (Abteilung für Lymphozytenentwicklung, Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie) für seine freundliche Erlaubnis, die Bilder aus der Datenbank seiner Abteilung zum Zwecke der Prüfung und Verbesserung des Plugins zu nutzen. Unterstützung: Zentrum für Translationsneurowissenschaften; NIH bewilligen: 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).
