1. איסוף נתוני מיפוי אופטי ביצוע מיפוי אופטי לב באמצעות אחד ממגוון רחב של מודלים ניסיוניים כולל לבבות שלמים ומבודדים שלמים6,18, מבודדים אטריה14,19, המוח פרוסות20, פרוסות לב מיכל בן 21 , 22, ו-monolayers הסלולר23. ראה הפניות משויכות לעיצובים ניסיוניים כדי לאסוף נתוני מיפוי אופטי גולמיים מהכנות אלה. בתנאי שניתן להמיר נתונים שהושגו למחסנית tiff או לשמירה ב-. MAT, זה צריך להיות analyzable באמצעות האלקטרומגנט. זה כולל נתונים של ממדים שונים (מרובע/מלבני) ורזולוציות (מקסימום נבדק כעת 2048 פיקסלים x 2048 פיקסלים). 2. התקנת תוכנה וסטארט-up הערה: להלן מפורטים שתי השיטות להתקנה ולהפעלה של האלקטרומגנט – או בתוך MATLAB הפעלה מקוד המקור (. m) או כקובץ הפעלה עצמאי (. exe עבור חלונות). התוכנה הסופית והפונקציונליות שלה הם קבוע בין שתי אפשרויות ההתקנה (מלבד כמה הבדלים בניווט בספרייה). לכן, השיקולים העיקריים לבחירת גירסה להתקנה הם גישה לתיבות MATLAB וכלים נדרשות והאם הגישה לקוד המקור רצויה. במידת האפשר, מומלץ להשתמש בגירסת MATLAB לצורך התחלה מהירה יותר, זמני עיבוד קצרים יותר ודיווח שגיאות קל יותר. התקנה 1: הפעלת האלקטרומגנט בתוך MATLAB התקן MATLAB. האלקטרומגנט תוכנן ב-MATLAB 2017a, עם זאת, התוכנה נבדקה לשימוש בכל המהדורות הבאות של MATLAB (עד 2018b בזמן הכתיבה). תיבות הכלים הבאות נדרשות: עיבוד תמונה, עיבוד אותות, סטטיסטיקה ולמידה של מחשב והתאמת עקומות. הורד/שיבוט כל הקבצים מתוך ‘ קוד המקור ‘ העדכנית ביותר של מאלקטרומגנט מתוך מאגר GitHub (https://github.com/CXO531/ElectroMap). ביטול הדחיסה של התוכן שהורדת למיקום הרצוי. פתח את MATLAB ונווט אל מיקום התיקייה המארח את קוד המקור של האלקטרומגנט. לאחר מכן, פתח את הקובץ אלקטרומap. m ולחץ על הפעל בעורך, או לחילופין הקלד אלקטרומאפ בחלון הפקודה והקש RETURN. פעולה זו תפעיל את ממשק המשתמש מסוג אלקטרומאפ, איור 1A. תוכנית התקנה 2: קובץ. exe עצמאי הורד את קובץ ההתקנה: https://drive.google.com/open?id=1nJyI07w9WIt5zWcit0aEyIbtg31tANxI. בצע את ההוראות שבמתקין, שיוריד את הצורך בזמן הריצה MATLAB מהאינטרנט לצד תוכנת ה-אלקטרומאפ. הפעל את הרכיב אלקטרומגנט. exe.הערה: זמן ההפעלה של הגירסה העצמאית יכול להיות מספר דקות. 3. טעינת תמונה ועיבוד מקדים לחץ על בחירת תיקיה ונווט אל המיקום של קבצי הנתונים שיש לנתח. פעולה זו תאכלס את תיבת הרשימה השמאלית עם כל הקבצים בספריה המתאימה לסוג הקובץ (. tif או. MAT). . קובצי MAT חייבים להכיל רק את המשתנה של ערימת התמונות.הערה: רק תיקיות ולא קבצים בודדים יופיעו כאשר תנווט דרך בורר הספריות. בחר קובץ שייטען מתוך הממשק ולחץ על טען תמונות. לאחר הטעינה, המסגרת הראשונה תופיע והחלוקה לרמות האדומה תציין סף אוטומטית של התמונה. במקרה הצורך, טען מחדש את השימוש בעבר ROIs על ידי בחירת שמירה/טעינת ROI. במקרה זה, דלג על שלב 3.3. כברירת מחדל, סף מבוססת על עוצמות הפיקסלים במסגרת הראשונה. אם רצונך בכך, שנה זאת לסף המבוסס על משרעת קורס השידור באמצעות שינוי האפשרות בתמונה עבור התפריט הנפתח של הסף . שים לב שברגע שסף נבחר, הוא יוחל לאחר מכן עבור מחסנית התמונה כולה. אם תרצה, שנה את אפשרות הסף לידני, שיפעיל את המחוון כדי לכוונן באופן ידני את סף התמונה. בנוסף, לחתוך תמונות (חיתוך תמונה) ו/או לצייר אזור מותאם אישית של עניין (ROI מותאם אישית) לניתוח על ידי בחירת תיבות השנתות המתאימות מתחת לאפשרויות הסף. שים לב לכך שאפשרויות מתקדמות עבור אזור של בחירת ריבית, כגון מספר האזורים זמינים מתוך ROI בחירה מהתפריט העליון. לאחר החלת הסף המתאים, לחץ על הדפסת תמונות כדי להחיל את העיבוד. הגדרות לעיבוד מפורטות להלן (step 3.4.1-3.4.5). בשלב זה, ודא שהגדרות המצלמה הנכונות הוזנו. אלה הם גודל פיקסל ב-יקרומטר (חשוב: זהו גודל התמונה פיקסל, ולא את גודל הפיקסלים העושים את השבב או חומרה שווה ערך במכשיר הדמיה) ו framerate ב kHz. להיפוך אות, סמן את תיבת הסימון ‘ היפוך נתונים ‘ כדי להפוך לזמינה. אם מדווחים על אות פלורסנט ביחס הפוך לפרמטר הריבית (כמו בצבעים בעלי פוטנציאל שימוש נפוץ) האות יכול להיות הפוך. לסינון מרחבי, בחרו ‘ גאוסיאני ‘ או ‘ ממוצע ‘ מתפריט הליבה. הגודל של אזור ממוצעים מרחב נשלט על ידי קלט גודל סמוך לתפריט הנפתח ליבה (כלומר 3 התוצאות 3 פיקסל x 3 פיקסלים ליבה מסנן). בעת החלת מסנן גאוס, ניתן להגדיר את סטיית התקן גם מקלט סיגמא . עבור תיקון בסיסי, בחר את האפשרות העליונה24 או פולינומיאלית ( מדרגה 4 או 11) תיקון25 מהתפריט הבסיסי. ניתן להחיל תיקון על כל פיקסל בנפרד (זמן עיבוד ארוך) או כממוצע של התמונה כולה (מהיר יותר אך מניח שינויים הומוגניים בסיסיים). תיקון מלמעלה-האט יכול גם להיות שונה על ידי הגדרת אורך העליון-hat באלפיות שניה, בסמוך לתפריט הנפתח בחירה בסיסית. אורכו של הקרנל העליון-Hat צריך להיות גדול יותר מציר הזמן של הפעולה האינדיבידואלית הפוטנציאלים/מעבר סידן. לסינון זמני, בחר בסינון Savitzky-Goaly או באמצעות מסנן דחף אינסופי ( iir) מתפריט הסינון.הערה: מלבד עבור האות בממוצע רקמות המופיע בתחתית שמאל, סינון זמני מוחל על כל פיקסל בנפרד בזמן של כימות הפרמטר מטווח תמונה בממוצע האנסמבל. פעולה זו יושמה כדי להפחית את זמן העיבוד על-ידי סינון מקטעים קטנים של נתונים כאשר נדרשים במקום קבצים שלמים. להסרת מסגרות, שים לב שאם נבחרה האפשרות ‘ הסר מסגרות ‘, ניתן להסיר פסגות גדולות עם משרעת גדולה יותר מאות הריבית הניתנת להסרה מערכת התמונה. הדבר עשוי להיות שימושי בערכות נתונים בקצב אופטי, כגון הצעדים האופטיים שבהם יוזם ההפעלה האופטית של האופינים כגון מתעל הפדופסין 211,12.הערה: כאשר הסרת מסגרת עשויה להציג שינויים בשלבים שאינם פיסיולוגיים לאותות התמונה, סינון זמני עשוי להציג ממצאים לנתונים ולכן אינו מומלץ כאן. שים לב כי האות יהיה מקוטע פעם אחת הדפסת תמונות נבחרה בהתאם לאפשרויות תחת אפשרויות פילוח, אולם ניתן לשנות במהירות מבלי לעבד מחדש את כל ערכת הנתונים (ראה סעיף 4). 4. מקטעי נתונים ואנסמבל בממוצע הערה: ברגע שהקובץ מעובד, הפסגות באות הממוצע של הרקמה (הסימן הימני התחתון, איור 1A) יזוהו ומתויג על-ידי עיגולים אדומים. רק פסגות מעל לסף מוגדר (קו כחול במעקב המוגדר על-ידי שיא הסף) נספרות. בנוסף, הפסגות נספרות רק אם הן מתעכבות במידה מספקת בהשוואה לפסגות הקודמות, שנקבעו על-ידי הקלט ‘ מרחק שיא של מינימום ‘. האות מחולקת לאחר מכן על בסיס הפסגות שזוהו. ראשית, אורך המחזור האפקטיבי (CL) של כל שיא מחושב על ידי מדידת הזמן בינו לבין הפסגה הבאה. אם מספר פסגות (המוגדר על-ידי מספר מזערי של פסגות ) כוללים CLs (סף שנקבע על-ידי קלט גבול מינימלי ) ולאחר מכן הם מקובצים ואת ה-CL הממוצעת עבור פסגות אלה מחושבות. לפילוח נוסף של הנתונים, הקש על אות מקטע. אפשרויות חלוקת משנה הן: None – כל הפסגות עם אותו CL מקובצים יחד; כל – קטעים של nפסגות בתוך המועדים הקבועים של CL (nפסגות נקבע על ידי הקלט גודל הקטע ) מזוהים; אחרון – סופי nפסגות לפני שינוי CL מזוהים ומקובצים, וכל האחרים אינם מנותח; ו- ביט אחד – זה שווה ערך להחלת כל פילוח עם nפסגות = 1, ולכן אין קיבוץ או הרכב בממוצע (ראה 4.5) מוחלים. ניתן להחיל אפשרות זו על- ידי בחירת לחצן הפעימה היחידה. החלת פילוח מותאם אישית של האות על-ידי התקרבות לזמן עניינים ובחירה באפשרות ‘ אות מקטע’. פעולה זו תוסיף אפשרות נוספת שכותרתה מקטע מוגדלת לתיבת הרשימה מקטע, המתאימה לנקודות הזמן שנבחרו. התוצאות של הפילוח יופיעו בתיבת הרשימה הסמוכה לאות בממוצע הרקמה, ותציג את מספר המקטע ואת ה-CL המשוער. כל מקטעי הזמן מקוטע מסומנים בצבעים שונים. בחר מקטע מתוך תיבת הרשימה כדי להאיר את המקטע באדום. פעולה זו גם תפעיל באופן אוטומטי את הניתוח של סעיף זה , כאילו לחצן ‘ הפקת מפות ‘ נבחר (ראה סעיף 5). ניתוחים של פסגות מקובצות יבוצעו על הנתונים של ‘ ההרכב הממוצע ‘. זה כולל בממוצע את הפסגות בקטע יחד, עם זמני הייחוס להיות הפסגות שזוהו בשלב 4.2. עדכן את חלון הזמן לממוצע על-ידי שינוי הקלט לפני ואחרי הכניסות וההקשה על אות המקטע. 5. פעולה פוטנציאלית/סידן המשך חולף ניתוח מהירות ההולכה לאחר עיבוד תמונות, לחצן הפקת מפות יהפוך פעיל. הקש להפיק מפות כדי להחיל משך פוטנציאלי פעולה (apd), זמן ההפעלה, מהירות ההולכה וניתוח SNR. כברירת מחדל, הניתוח יוחל על מקטע האות הראשון. בחר מקטעים אחרים מתוך תיבת הרשימה יחיל ניתוח על המקטע שנבחר.הערה: תוצאות הניתוח מוצגות בטבלת התוצאות, כולל ממוצע, סטיית תקן, שגיאה סטנדרטית, סטיה וניתוח האחוזון החמישי ל95th. מפות משך מכונים ‘ APD ‘ מפות עם זאת, אותות סידן מעובד באמצעות אותן הגדרות יהיה למדוד זמן חולף סידן. בחרו ‘ קבל מידע פיקסל ‘ כדי לראות תצוגה מפורטת של האות מכל פיקסל בתמונה, והשוו פיקסלים לאותות בו של עד 6 מיקומים. השתמש בחלונית ‘ עיבוד אות ‘ כדי לכוונן הגדרות עבור ניתוח משך. אלה הם: משך – זמן של אחוזי התגובה/הדעיכה למדידה מהשיא; ‘ Apd ‘ בסיס -פרק זמן של אות המוגדר כבסיס להפניה למדידות משרעת; ו- ‘ Apd ‘ זמן התחלה -זמן התחלה עבור מדידות משך זמן. אלה הן אותן אפשרויות להחליט את זמן ההפעלה עבור מפות איזוכרום (דנו להלן) והם מכונים: להתחיל (d2F/dt2מקסימום), upstroke (dF/dt מקסימום), נקודת אמצע של הקיטוב (זמן של 50% משרעת), שיא (זמן משרעת מקסימלית). הגדרות אלה להחיל על העכבר וניסיונות הפעולה של חזיר מוצגים באיור 2A.הערה: שינוי כל אחת מאפשרויות אלה יעדכן באופן אוטומטי את מפת המשך וטבלת התוצאות. קנה מידה ואפשרויות הסרה חריג חשוד טעות זמינים גם. מהירות ההולכה מוערכת גם באופן אוטומטי בתוך ממשק התוכנה הראשי. זה מושגת באמצעות שיטה רב וקטורית של Bayly ואח ’26 מן המפה האיזוכרום שהוגדרו על ידי מדד ההפעלה הנבחר (שנדונו בשלב 5.4). לחץ על נקודות הפעלה כדי לעבד ייצוג תלת-ממדי של מפת ההפעלה. Multi-וקטור מהירות ההולכה שיטת המדידה מרחב מחלקים את המפה איזוכרום לאזורים של n x n פיקסלים. הגדר את הערך n באמצעות הקלט גודל החלון המקומי והגדר את טווח זמני ההפעלה כדי להחיל ניתוח על שימוש בזמני ההפעלה המתאימים. הערה: עבור כל אזור מקומי, משטח פולינומיאלי, f, מותאם בצורה הטובה ביותר לתיאור הקשר בין זמן ההפעלה למיקום המרחבי, (x,y). וקטור מעבר הצבע, CVlocal, של משטח זה מחושב בתור:1כאשר מציינת את האופרטור הדיפרנציאלי הדו-מימדי הקרטשני26. עבור כל פיקסל במפה האיזוכרום, מחושב וקטור מקומי המייצג מהירות וכיוון הולכה. בחר באפשרות ‘ מפה איזוכרום ‘ עם וקטורים מהתפריט הנפתח תצוגה כדי להציג ניתוח זה. SNR מחושבת כיחס של משרעת המקסימום בהשוואה לסטיית התקן של האות בתוכנית הבסיסית. ניתוח זה מבוצע לפרסום כל שלבי העיבוד. הקש SNR חישוב בתפריט העליון כדי לערוך הגדרות עבור תקופת האות המוגדרת כתוכנית בסיסית. 6. מודול ניתוח הולכה לחץ על הולכה כדי לגשת לניתוח מפורט יותר של מהירות ההולכה. זה פותח מודול נפרד שבו ההולכה ניתן לכמת באמצעות שיטת Bayly רב וקטורית כמו בממשק הראשי, שיטות וקטוריות יחיד, כמו עקומת הפעלה. לחץ על וקטור יחיד כדי לנתח הולכה באמצעות שיטה וקטורית יחידה, שבו CV מחושב מפני עיכוב זמן ההפעלה בין שתי נקודות. ניתן לעשות זאת באמצעות שיטות אוטומטיות או ידניות , הניתנות לבחירה מתחת ללחצן הווקטור היחיד. לשיטת וקטור בודדת אוטומטית, בחרו מרחק ונקודת התחלה שממנה יש למדוד הולכה. לאחר מכן, התוכנה תבצע סריקה של 360 מעלות מהנקודה שנבחרה, מדידת ההשהיה בזמן וחישוב מהירות ההולכה המשויכת לאורך כל הכיוונים בהפרשים של 1 מעלות. התוצאות של ניתוח זה מוצגות בגרף הסמוך למפה, וכיוון ההולכה האיטית ביותר מוצגת באדום. לשיטת וקטורית בודדת ידנית, בחרו בנקודת ההתחלה והסיום מהמפה האיזוכרום לחישוב מהירות ההולכה. כדי לבחור נקודת התחלה חדשה, לחץ על נקה נקודת התחלה. הקש על וקטור מקומי כדי להחיל את השיטה הווקטורית המרובה, עם ההגדרות המתאימות לאלה מהממשק הראשי. בתוך מודול ההולכה, הפצת מהירויות ההולכה, כמו גם התפלגות זוויתית של וקטורים מחושבים ותלות זוויתית של מהירות ההולכה ניתן להציג. לחץ על עקומת ההפעלה כדי להתוות את אחוז הרקמה המופעלת כפונקציה של זמן. זמן להפעלה של 100% מוצג באופן אוטומטי, בעוד שניתן לבחור בערכים מותאמים אישית עבור אחוזי הפעלה מינימליים (כחול) ומקסימום (אדום). 7. ניתוחים ומודולים נוספים מלבד המשך ביצוע אוטומטי ניתוח מהירות ההולכה, מספר פרמטרים אחרים ניתן לכמת באמצעות האלקטרומגנט. ניתוחים אלה ניתנים לבחירה מהתפריט הנפתח מעל מפת התצוגה. בחר אחת מהאפשרויות הבאות כדי לבצע את הניתוח, והתוצאות יופיעו בשורהה -4 של טבלת התוצאות: 1 ) מרווח זמן של הזמן מ-90% רה-פולריזציה ועד ההפעלה של הפוטנציאל הפעולה הבא; 2) התדר הדומיננטי – ספקטרום תדירות של כל פיקסל מחושב באמצעות התמרת פורייה מהירה, והתדר עם רוב הכוח מוגדר כתדר דומיננטי. הגדרות טווח וחלון מתקדמות עבור ניתוח תדרים דומיננטי זמינות על-ידי בחירה במיפוי תדירות; 3) זמן לשיא – זמן העלייה בין שני משתמשים באחוזים שנבחרו (ברירת מחדל של 10 עד 90%) של השלב הדפולריזציה של הפוטנציאל הפעולה או שחרור הסידן. ניתן לשנות את ערכי האחוזים על-ידי בחירה בהגדרות טרומבוציטופניה. ו-4) קבוע הרפיה (τ) – קבוע הרפיה מחושב על ידי התאמת מונו-מעריכי הדעיכה של צורת הטופס:2כאשר רמת הקרינה הפלואורסצנטית בזמן t תלויה בשיא הזריחה, F0, והדעיכה הבאה (C היא קבועה)27. הערך שביניהם ניתן להתאים את המשוואה 2 ניתן לבחירה בתוך ממשקי המשתמש הראשי של המחשב החשמלי, כמו גם הטוב ביותר של קריטריונים של אי הכללה להתאמה בהתבסס על ערך r2 . לחץ על ניתוח קבצים בודדים כדי לפתוח מודול ייעודי עבור משך התפוקה הגבוהה וניתוח ההולכה של כל קטע מזוהה בקובץ. ניתן לבצע ניתוח בתמונה כולה (משך זמן, הולכה והפעלה) או באזורים נבחרים או נקודות עניין (כרגע בלבד). התוצאות מפושוב לקובץ csv.הערה: עבור ערכי APD מהתמונה כולה, העמודה הראשונה בקובץ ה-csv היא הממוצע, בעוד שהעמודה השניה היא סטיית התקן. לחץ על הסירוגין כדי ליזום מודול עצמאי לניתוח ייעודי ומיפוי של השתנות מפעימה לפעימה. ראו או’שיי ואח ‘ 201913 לפרטים על אפשרויות העיבוד והניתוח של הסירוגין. באופן ספציפי, מודול זה נועד לזהות שני תנודות בתקופה, המכונה לסירוגין. שני המשך ומשרעת הסירוגין מחושבים ומפויינים.הערה: משכי זמן לסירוגין נמדדים על-ידי השוואת מידת המשך מפסגה אחת לבאה; כלומר אם השיא אחד ושתיים ו-apd1 ו-apd2 בהתאמה, אז המשך אלבנן (ΔAPD) מחושב כ3מידת המשך מבוצעת באמצעות ההגדרות בממשק הראשי. בינתיים, משרעת לסירוגין ניתן לכמת וממופה על פני ההכנות multi-סלולריים כשינוי מוחלט (מוגדר כאחוז שבו 0% = משרעת זהה בין פעימה אחת והבאה). יתר על כן, את ההשפעות של תופעות כמו לטעון סידן ניתן לחקור עוד על ידי מדידת והשוואת עומס ושחרור לסירוגין, כפי שדווחו בעבר28. אם L מוגדר משרעת שיא של פעימות גדולות (כלומר איפה משרעת גדול יותר מאשר היכו הקודם), S משרעת של פעימות קטנות, וD העומס דיאסטולי של פעימות קטנות, לסירוגין משחררים ans ( ) מוגדרים כ:4לעומת זאת, מוגדרותהמטען לסירוגין () בתור:(5)מדידות לסירוגין ניתן לעשות על פני הרקמה כולה, ואת תוצאות הניתוח מוצגים בחלק הימני התחתון של המודול. בעת השימוש הראשון במודול, הניתוח מבוצע על-פני הקובץ הניסיוני כולו, והתוצאות המוצגות הן הבדל ממוצע של קצב פעימה על-פני כל הקובץ. עם זאת, ניתן להגביל את הניתוח למועדים מסוימים בקובץ על-ידי בחירה באפשרות ‘ החזק זום ‘, התקרבות בפרק זמן מסוים ובחירה באפשרות ‘ נתח תצוגהמוגדלת ‘. פעולה זו תעדכן את לוח התוצאות כדי להציג ניתוח מתקופת הזמן שנבחרה. בחר לשחק כדי להציג וידאו מביט לקצב של ניתוח הסירוגין. בנוסף, בחר באפשרות ‘ צור מפת ממוצע ‘ כדי לייצא מפה של התנהגות הסירוגין הממוצע מנקודות הזמן הנבחרות, שהוגדרו בתפריט הנפתח בעת שימוש בתכונה זו. הקש שלב מפה כדי ליזום את מודול מיפוי שלב. המרה של הילברט מבוצעת כדי לחשב את שלב מיידי (בין-π ו-+ π) של האותות בכל נקודת זמן. לחץ על הפעל או גרור את המחוון כדי להמחיש את התנהגות הפאזה לאורך זמן ולחץ על פיקסל לעיבוד דיאגרמת פאזה. 8. ייצוא נתונים נתונים מיוצאים מ-אלקטרומאפ במגוון טפסים. הקש על ‘ ערכי ייצוא ‘ כדי לשמור את הערכים של המפה המוצגת כעת בממשק הראשי שבשימוש. ניתן לשמור ערכים מדודים כמפה (שמירה על מיקומי פיקסלים) או לדחוס לתוך רשימה אחת, וניתן לשמור אותם כ-csv,. txt או. קבצי MAT. לחצו על ‘ ייצוא מפה ‘ כדי להעלות מוקפץ המכיל את המפה המוצגת כעת, אשר ניתן לשמור במגוון תבניות תמונה. אפשרויות התצוגה עבור המפה נשלטות על-ידי בחירה באפשרות ‘ מפה הגדרות ‘ אך ניתן גם לערוך אותם לאחר שנבחרה מפת הייצוא . לדוגמה, ניתן להוסיף סרגל צבעים על-ידי בחירת סמל זה מהתפריט העליון, וניתן להגדיר את קנה המידה על-ידי בחירה באפשרות ‘ עריכת מפת צבע> ‘. לחץ על הפעלת וידאו כדי לעבד הנפשה של רצף ההפעלה, שניתן לשמור כקובץ gif מונפש. הקש על פלח וידאו כדי לשמור קובץ וידאו. avi של הפרמטר המוצג כעת של כל מקטע שזוהה.