細胞收縮性量化分析系統

細胞收縮力和電生理學參數同步高通量量化分析的儀器設備

×通過使用捕獲與細胞收縮和松弛相關的細胞運動的方法來實現？

這些技術通常需要精密的儀器、經驗豐富的分析師、高額的財務投資和耗時的實驗。除了這些實際問題外，這些技術還有可能造成細胞損傷

×通過測量細胞邊界運動的邊緣檢測？

這種技術并不能捕獲整個細胞區域的運動，而只能分析用戶定義的特定感興趣區域，這可能會在采集和分析處理過程中給結果帶來偏差。

√應用密集光流在 CM 中訪問收縮周期的方法。通過同時測量細胞收縮力和電生理學參數

該系統通過對在明場顯微鏡下觀察到的單個 CM 進行延時圖像分析來測量收縮性。為了獲取細胞運動，系統根據光流原理計算生成圖像的收縮性，計算密集光流。

通過圖像捕獲和光流獲取、可視化、分析和量化不同發育階段的心肌細胞的收縮參數。高性能算法可以快速準確地自動處理大數據圖像文件。

此外，該系統還提供了一種創新方法，可以同時顯示在與運動矢量及其各自的圖形表示相關的收縮-松弛周期中獲得的細胞圖像。

因此，該系統將高處理能力和靈活性與專為非專業觀眾設計的界面相結合，提供了涉及藥物篩選和心臟病建模的實驗室和生物技術公司所需的解決方案。

  系統工作流程圖：

四個步驟：數據處理、數據分析、可視化和結果管理。

處理：能夠同時處理來自圖像或視頻的大量數據。

分析：用戶可以選擇背景噪聲，并將整個數據歸一化為新的調整后的基線。然后，軟件算法能夠自動識別收縮弛豫波，還允許進行微調。

隨后，可以選擇多個波進行進一步分析并保存進度。

可視化：可以對每個波形的參數進行可視化和選擇。細胞和圖形圖像可以同時可視化，并保存終結果。

組織：多個波的平均結果可以部合并到一個表中并保存。

從視頻文件中提取運動信息后，用戶通過點擊菜單“開始分析”開始收縮性分析（上圖A）。計算出的速度與時間的數據初顯示在對應于收縮-松弛周期（波）的圖中，可以通過點擊和拖動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） 基線調整；和（4）波頻檢測（見分析窗口，圖1）。

這些參數可在“波形檢測窗口”中找到（圖2A）。根據光流處理圖像生成的收縮-弛豫循環對應的典型速度-時間曲線如圖2A所示（上圖）。出于分析目的，為用戶提供了選擇單個收縮周期或多個周期平均值的選項。在波形檢測窗口中，一旦進行了選擇（頂部面板，橙色區域，圖2A），就會顯示二張圖，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。

基本功能和應用

（A）一個強大的分析窗口，允許用戶選擇多個基準間隔來提取收縮性參數。該程序可以自動檢測收縮-松弛平均速度波，還可以進行微調以找到正確的波峰（頂部）。

        黑色箭頭表示穩定狀態的開始。為了幫助選擇單個或多個峰值，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回歸擬合。

（B） 收縮波創新了細胞的可視化方式，同時顯示細胞圖像（頂部）和收縮波（底部面板）。此外，還可以對與收縮運動的幅度和運動矢量相協調的圖像序列進行動態分析

（底部面板上的橙色區域突出顯示了獲取上部細胞圖像的時間）。允許在“”選項（框）上進行檢測調整，還可以使用“屏蔽閾值”功能根據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-松弛循環期間CMs的膜動力學數據

（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字強度尺度檢測的膜運動檢測。比例尺，40μm。

（B） 左側，從電刺激CM中的一個收縮-松弛周期獲得的樣本平均速度波。（B）中用羅馬數字標識的所有點都對應于（A）中定義的收縮周期的相位。

右，收縮-松弛循環期間獲得的收縮波參數摘要。

密集光流法具有以定向矢量形式報告運動方向和以 um/s 為單位的校準速度測量值的優點

靈活地調整程序設置：具有可用于大多數細胞實驗的光流默認設置，但該程序允許用戶根據圖像質量或細胞類型調整和選擇佳實驗參數。

為了以物理單位（um/s）提供細胞運動的測量值，用戶需要插入實驗設置，如每秒幀數和像素大小（um）