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

背景及系統重要性

心血管疾病是球死亡的重要原因。為了開發新的治療策略，許多研究將分離的心肌細胞（CM）作為藥物發現的平臺或作為研究心臟病潛在機制的體外模型。

分離的心肌細胞也被廣泛用于回答有關心臟細胞生理學的基本問題，并表征疾病發展過程中發生的興奮-收縮耦合的變化。

分析分離CM的一個重要參數是收縮性，它提供了反映其細胞功能的信息。收縮力的測量已被廣泛用于成人和新生兒肌細胞的研究

細胞膜變形是許多生理過程中發生的重要特征，其研究已被很好地用于研究心肌細胞功能。目前市面上沒單一平臺設備上提供一種直接的方法來獲取、處理和量化這種類型的細胞動力學。

我們引進歐美進口的CMWave系統在單個平臺中結合了一種強大的方法，內置的用戶友好、簡潔直觀的界面，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， 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用戶友好界面相結合，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。

用戶能夠通過圖像捕獲和密集光流算法在收縮-松弛循環期間獲取細胞收縮性的膜動力學數據�？捎糜跈z查疾病動物模型中心肌細胞收縮力的變化以及藥物發現期間的藥理學和毒理學篩選。

該系統可以讓用戶以簡單直觀的格式可視化、量化和分析細胞收縮參數。應用密集光流同時測量細胞收縮力和電生理學參數。

系統特性：

1、使用密集光流量化細胞收縮性-精準、快速、信息豐富：

      光流是物體在連續序列幀之間的運動，由物體和相機之間的相對運動引起，密集光流為每幀的每個像素計算光流矢量，提供了更準確的結果和更密集的結果。

       光流標記視頻素材準確計算出圖像中每個點的運動，達到亞像素精度，光流場是所觀察場景的巨大信息寶庫，看到光流與計算機視覺任務的應用很有趣、很豐富。

光流技術可以準確量化與電生理學結果密切相關的 CM 收縮力參數。隨后基于圖像的研究通過使用基于光流的不同算法來表征 CM 收縮參數。

 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。

該系統的密集光流方法具有以定向矢量的形式報告運動方向和以um/s為單位的速度校準測量的優點。不需要高斯濾波器來獲取細胞位移，并且與像素強度原理相比，該分析對光照條件的敏感性較低，后者可以影響收縮幅度參數。

2、不同于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，該系統無需精密的儀器、經驗豐富的分析師、高額的財務投資和耗時的實驗。以更準確和非侵入性地評估細胞收縮力，細胞無損傷。

3、不同于通過測量細胞邊界運動的邊緣檢測法，該系統能捕獲整個細胞區域的運動，而不只是分析用戶定義的特定感興趣區域，在采集和分析處理過程中給結果無偏差。

4、 多線程允許同時處理多個大型數據集。此外，可以實時跟蹤圖像處理的進度，并且可以在處理新數據集的同時進行數據分析。

5、可以靈活調整設置：

      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蕞佳實驗參數 。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，例如每秒幀數和像素大小 (um)。

6、讓用戶可以選擇單個收縮周期或多個周期的平均值。在波檢測窗口中，一旦做出選擇，將顯示二個顯示所選間隔的縮放版本的圖以幫助用戶選擇檢測到的感興

      趣的波進行分析。

7、細胞收縮力和電生理學參數同步高通量量化分析：

8、使用戶能夠通過圖像捕獲在收縮-松弛循環期間獲取有關 心肌細胞CM 膜動力學的數據

(A) 樣本圖像顯示在成人 CM 的收縮-松弛周期中，通過視覺和數字強度尺度檢測的幅度和矢量場檢測膜運動。比例尺，40 微米。

(B) 左側，從電刺激 CM 中的一個收縮-松弛周期中獲取的樣本平均速度波。(B) 中用羅馬數字標識的所有點對應于 (A) 中定義的收縮周期的階段。

右圖是在收縮-放松周期中獲得的收縮波形參數總結。

9、可以獲取成人 CM 細胞長度的縮短百分比

10、提供了一種創新的解決方案，可滿足在收縮-松弛周期中量化心臟細胞生物力學和運動動力學所需的高處理能力和靈活性。

使用密集光流算法，與舊的光流方法相比，它對“窗口大小”的選擇不太敏感。這意味著不需要為每個類似的應用程序優化光流參數的顯著變化。

此外，該算法的二個優點是它計算圖像中所有像素的位移，從而提高靈敏度。