細(xì)胞收縮性量化分析系統(tǒng)

細(xì)胞收縮力和電生理學(xué)參數(shù)同步高通量量化分析的儀器設(shè)備

×通過使用捕獲與細(xì)胞收縮和松弛相關(guān)的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的方法來實(shí)現(xiàn)？

這些技術(shù)通常需要精密的儀器、經(jīng)驗(yàn)豐富的分析師、高額的財(cái)務(wù)投資和耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)。除了這些實(shí)際問題外，這些技術(shù)還有可能造成細(xì)胞損傷

×通過測量細(xì)胞邊界運(yùn)動(dòng)的邊緣檢測？

這種技術(shù)并不能捕獲整個(gè)細(xì)胞區(qū)域的運(yùn)動(dòng)，而只能分析用戶定義的特定感興趣區(qū)域，這可能會(huì)在采集和分析處理過程中給結(jié)果帶來偏差。

√應(yīng)用密集光流在 CM 中訪問收縮周期的方法。通過同時(shí)測量細(xì)胞收縮力和電生理學(xué)參數(shù)

該系統(tǒng)通過對(duì)在明場顯微鏡下觀察到的單個(gè) CM 進(jìn)行延時(shí)圖像分析來測量收縮性。為了獲取細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)根據(jù)光流原理計(jì)算生成圖像的收縮性，計(jì)算密集光流。

通過圖像捕獲和光流獲取、可視化、分析和量化不同發(fā)育階段的心肌細(xì)胞的收縮參數(shù)。高性能算法可以快速準(zhǔn)確地自動(dòng)處理大數(shù)據(jù)圖像文件。

此外，該系統(tǒng)還提供了一種創(chuàng)新方法，可以同時(shí)顯示在與運(yùn)動(dòng)矢量及其各自的圖形表示相關(guān)的收縮-松弛周期中獲得的細(xì)胞圖像。

因此，該系統(tǒng)將高處理能力和靈活性與專為非專業(yè)觀眾設(shè)計(jì)的界面相結(jié)合，提供了涉及藥物篩選和心臟病建模的實(shí)驗(yàn)室和生物技術(shù)公司所需的解決方案。

  系統(tǒng)工作流程圖：

四個(gè)步驟：數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、可視化和結(jié)果管理。

處理：能夠同時(shí)處理來自圖像或視頻的大量數(shù)據(jù)。

分析：用戶可以選擇背景噪聲，并將整個(gè)數(shù)據(jù)歸一化為新的調(diào)整后的基線。然后，軟件算法能夠自動(dòng)識(shí)別收縮弛豫波，還允許進(jìn)行微調(diào)。

隨后，可以選擇多個(gè)波進(jìn)行進(jìn)一步分析并保存進(jìn)度。

可視化：可以對(duì)每個(gè)波形的參數(shù)進(jìn)行可視化和選擇。細(xì)胞和圖形圖像可以同時(shí)可視化，并保存終結(jié)果。

組織：多個(gè)波的平均結(jié)果可以部合并到一個(gè)表中并保存。

從視頻文件中提取運(yùn)動(dòng)信息后，用戶通過點(diǎn)擊菜單“開始分析”開始收縮性分析（上圖A）。計(jì)算出的速度與時(shí)間的數(shù)據(jù)初顯示在對(duì)應(yīng)于收縮-松弛周期（波）的圖中，可以通過點(diǎn)擊和拖動(dòng)間隔來選擇該周期以開始分析（圖S2A）。分析工作流程分為：

（1）顯示收縮-松弛周期的波形；（2） 噪聲濾波；（3） 基線調(diào)整；和（4）波頻檢測（見分析窗口，圖1）。

這些參數(shù)可在“波形檢測窗口”中找到（圖2A）。根據(jù)光流處理圖像生成的收縮-弛豫循環(huán)對(duì)應(yīng)的典型速度-時(shí)間曲線如圖2A所示（上圖）。出于分析目的，為用戶提供了選擇單個(gè)收縮周期或多個(gè)周期平均值的選項(xiàng)。在波形檢測窗口中，一旦進(jìn)行了選擇（頂部面板，橙色區(qū)域，圖2A），就會(huì)顯示二張圖，顯示所選間隔的縮放版本（底部面板，圖2A，以幫助用戶選擇要分析的感興趣的檢測波形。

基本功能和應(yīng)用

（A）一個(gè)強(qiáng)大的分析窗口，允許用戶選擇多個(gè)基準(zhǔn)間隔來提取收縮性參數(shù)。該程序可以自動(dòng)檢測收縮-松弛平均速度波，還可以進(jìn)行微調(diào)以找到正確的波峰（頂部）。

        黑色箭頭表示穩(wěn)定狀態(tài)的開始。為了幫助選擇單個(gè)或多個(gè)峰值，還顯示了繪圖的縮放版本（底部）。紫線表示弛豫速度衰減階段的指數(shù)回歸擬合。

（B） 收縮波創(chuàng)新了細(xì)胞的可視化方式，同時(shí)顯示細(xì)胞圖像（頂部）和收縮波（底部面板）。此外，還可以對(duì)與收縮運(yùn)動(dòng)的幅度和運(yùn)動(dòng)矢量相協(xié)調(diào)的圖像序列進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析

（底部面板上的橙色區(qū)域突出顯示了獲取上部細(xì)胞圖像的時(shí)間）。允許在“”選項(xiàng)（框）上進(jìn)行檢測調(diào)整，還可以使用“屏蔽閾值”功能根據(jù)給定的速度閾值過濾顯示的幅度。

使用戶能夠通過圖像捕獲獲取收縮-松弛循環(huán)期間CMs的膜動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)

（A） 樣本圖像顯示了在成人CM的收縮-松弛周期期間，通過幅度場和矢量場以及視覺和數(shù)字強(qiáng)度尺度檢測的膜運(yùn)動(dòng)檢測。比例尺，40μm。

（B） 左側(cè)，從電刺激CM中的一個(gè)收縮-松弛周期獲得的樣本平均速度波。（B）中用羅馬數(shù)字標(biāo)識(shí)的所有點(diǎn)都對(duì)應(yīng)于（A）中定義的收縮周期的相位。

右，收縮-松弛循環(huán)期間獲得的收縮波參數(shù)摘要。

密集光流法具有以定向矢量形式報(bào)告運(yùn)動(dòng)方向和以 um/s 為單位的校準(zhǔn)速度測量值的優(yōu)點(diǎn)

靈活地調(diào)整程序設(shè)置：具有可用于大多數(shù)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的光流默認(rèn)設(shè)置，但該程序允許用戶根據(jù)圖像質(zhì)量或細(xì)胞類型調(diào)整和選擇佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

為了以物理單位（um/s）提供細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的測量值，用戶需要插入實(shí)驗(yàn)設(shè)置，如每秒幀數(shù)和像素大�。╱m）