细胞收缩性量化分析系统

细胞收缩力和电生理学参数同步高通量量化分析的仪器设备

×通过使用捕获与细胞收缩和松弛相关的细胞运动的方法来实现？

这些技术通常需要精密的仪器、经验丰富的分析师、高额的财务投资和耗时的实验。除了这些实际问题外，这些技术还有可能造成细胞损伤

×通过测量细胞边界运动的边缘检测？

这种技术并不能捕获整个细胞区域的运动，而只能分析用户定义的特定感兴趣区域，这可能会在采集和分析处理过程中给结果带来偏差。

√应用密集光流在 CM 中访问收缩周期的方法。通过同时测量细胞收缩力和电生理学参数

该系统通过对在明场显微镜下观察到的单个 CM 进行延时图像分析来测量收缩性。为了获取细胞运动，系统根据光流原理计算生成图像的收缩性，计算密集光流。

通过图像捕获和光流获取、可视化、分析和量化不同发育阶段的心肌细胞的收缩参数。高性能算法可以快速准确地自动处理大数据图像文件。

此外，该系统还提供了一种创新方法，可以同时显示在与运动矢量及其各自的图形表示相关的收缩-松弛周期中获得的细胞图像。

因此，该系统将高处理能力和灵活性与专为非专业观众设计的界面相结合，提供了涉及药物筛选和心脏病建模的实验室和生物技术公司所需的解决方案。

  系统工作流程图：

四个步骤：数据处理、数据分析、可视化和结果管理。

处理：能够同时处理来自图像或视频的大量数据。

分析：用户可以选择背景噪声，并将整个数据归一化为新的调整后的基线。然后，软件算法能够自动识别收缩弛豫波，还允许进行微调。

随后，可以选择多个波进行进一步分析并保存进度。

可视化：可以对每个波形的参数进行可视化和选择。细胞和图形图像可以同时可视化，并保存终结果。

组织：多个波的平均结果可以部合并到一个表中并保存。

从视频文件中提取运动信息后，用户通过点击菜单“开始分析”开始收缩性分析（上图A）。计算出的速度与时间的数据初显示在对应于收缩-松弛周期（波）的图中，可以通过点击和拖动间隔来选择该周期以开始分析（图S2A）。分析工作流程分为：

（1）显示收缩-松弛周期的波形；（2） 噪声滤波；（3） 基线调整；和（4）波频检测（见分析窗口，图1）。

这些参数可在“波形检测窗口”中找到（图2A）。根据光流处理图像生成的收缩-弛豫循环对应的典型速度-时间曲线如图2A所示（上图）。出于分析目的，为用户提供了选择单个收缩周期或多个周期平均值的选项。在波形检测窗口中，一旦进行了选择（顶部面板，橙色区域，图2A），就会显示二张图，显示所选间隔的缩放版本（底部面板，图2A，以帮助用户选择要分析的感兴趣的检测波形。

基本功能和应用

（A）一个强大的分析窗口，允许用户选择多个基准间隔来提取收缩性参数。该程序可以自动检测收缩-松弛平均速度波，还可以进行微调以找到正确的波峰（顶部）。

        黑色箭头表示稳定状态的开始。为了帮助选择单个或多个峰值，还显示了绘图的缩放版本（底部）。紫线表示弛豫速度衰减阶段的指数回归拟合。

（B） 收缩波创新了细胞的可视化方式，同时显示细胞图像（顶部）和收缩波（底部面板）。此外，还可以对与收缩运动的幅度和运动矢量相协调的图像序列进行动态分析

（底部面板上的橙色区域突出显示了获取上部细胞图像的时间）。允许在“”选项（框）上进行检测调整，还可以使用“屏蔽阈值”功能根据给定的速度阈值过滤显示的幅度。

使用户能够通过图像捕获获取收缩-松弛循环期间CMs的膜动力学数据

（A） 样本图像显示了在成人CM的收缩-松弛周期期间，通过幅度场和矢量场以及视觉和数字强度尺度检测的膜运动检测。比例尺，40μm。

（B） 左侧，从电刺激CM中的一个收缩-松弛周期获得的样本平均速度波。（B）中用罗马数字标识的所有点都对应于（A）中定义的收缩周期的相位。

右，收缩-松弛循环期间获得的收缩波参数摘要。

密集光流法具有以定向矢量形式报告运动方向和以 um/s 为单位的校准速度测量值的优点

灵活地调整程序设置：具有可用于大多数细胞实验的光流默认设置，但该程序允许用户根据图像质量或细胞类型调整和选择佳实验参数。

为了以物理单位（um/s）提供细胞运动的测量值，用户需要插入实验设置，如每秒帧数和像素大小（um）