종양 상체의 높은 처리량의 이미지 분석 : 자동으로 정확하게 상체의 크기를 측정하는 사​​용자 친화적 인 소프트웨어 응용 프로그램

SpheroidSizer이 이미지의 많은 양에 대한 현저하게 감소 된 노동 및 급성 효율성 증가와 함께, 자동 감지, 묘사와 3D 상체를 측정 할 수 있도록 고안된 것입니다. 그림 1A는 SpheroidSizer의 흐름을 보여줍니다. 핵심 연산 단계는 자동 초기화, 활성 윤곽선 알고리즘과 윤곽 정량화 있습니다. 후 계산을 자동화, 품질 관리 기능은 불완전한 분할을 얻기 위해서 "수동 초기화"와 "손 그리기"도구의 조합을 사용합니다. 그림 1B는 자세한 자동화 된 활성 윤곽선 알고리즘을 보여줍니다. 초기화 단계 (제 0 반복)의 회전 타원체의 대략적인 크기 및 위치를 생성하고 예상 크기와 구형 개시 형상을 생성하는 기본적인 화상 처리 단계를 이용한다. 개시 윤곽은 활성 윤곽 알고리즘에 공급한다. 다시는 로컬 이미지에 따라 조정하는 반복그라데이션 모양의 곡률. 윤곽 (수렴)을 안정화 할 때 활성 윤곽 알고리즘이 완료, 즉 이미지, 또는 경우에 대한 477 반복은 반복의 미리 정의 된 최대 수는 실행됩니다. 이 예에서, 초기화 형상이 의도적으로 더 나은 알고리즘을 선보일 확대됩니다. 실제로, 초기화는 통상 실제 경계에 매우 가깝다 훨씬 적은 반복은 수렴 알고리즘에 필요하다. 그 후, 알고리즘은 상기 검출 된 회전 타원체 경계의 형태 계측 학적 측정 걸린다. 회전 타원체의 메이저와 마이너 축이 MATLAB 이미지 처리 도구 상자 (그림 1C)를 사용하여 측정된다. 장축은 길이 (L)로 언급된다 윤곽에 가장 먼 점의 단일 쌍을 연결하는 선분으로서 정의된다. 보조 축이 폭 (W)이라한다 장축에 수직 인 가장 긴 선으로 정의된다. 이 경우, L 및 W의 값은 이후 매우 가까운구형은 구형입니다. 회전 타원체의 부피는 V = 0.5 * 패 * 승 2로 계산됩니다. SpheroidSizer의 특징 중 하나는 고르지 또는 시끄러운 배경 활성 윤곽선 알고리즘 (그림 2B-D)를 이용와 이미지의 회전 타원체의 경계의 자동 감지합니다. 시야 이미지의 전산 처리는 종종 원치 않는 임계 결과를 생산하기 위해 적응 형 임계 값 기반의 방법을 잘못 인도하는 고르지 못한 배경에 시달리고있다. 멀티 웰 플레이트를 사용하고, 웰의 벽은 이미지에 그림자 효과를 생성 할 수있다 때 문제는 특히 명백하다. 활성 윤곽선 알고리즘은 배경에서 점진적으로 음영의 변화에 민감하지 않기 때문에 그러나,. 2 요철처럼 울퉁불퉁하거나 시끄러운 배경 이미지의 몇 가지 예를 보여줍니다 적절한 초기화 이러한 시야 이미지의 회전 타원체의 세그먼트를 식별 할 수 있습니다 조명 (그림 2B </str사연>), 이물질 (그림 2C) 또는 괴사 코어 (그림 2D). 각 그림의 하단 패널에 빨간색 윤곽과 같이 자동화 된 활성 윤곽선 알고리즘으로, SpheroidSizer이 모든 이미지에 정확하게이 상체를 묘사한다. SpheroidSizer의 품질 관리 기능은 높은 처리량 워크 플로우의 핵심입니다. "수동 초기화"와 "손 그리기"도구는이 응용 프로그램에 대한 가치있는 무료 도구입니다. 이미지의 수백 또는 수천 중에서, 자동화 알고리즘 올바르게 일부 이미지에서 상체를 감지 할 수없는 것을 피할 수 없다. 회전 타원체의 부적절한 검출 인해 초기화 단계로 발생도 3a에 도시 된 바와 같이, 즉 부적절한 크기 또는 이미지 (상단 패널)에서 개시 형상의 위치는 "수동 초기화"도구는 사용자가 적절하게 허용하는 방식으로 작동합니다 spher의 위치 및 크기를 정의하는수동 (아래 패널) OID. 수동으로 정의 된 윤곽으로 시작하고 원하는 윤곽선을 수렴하기 위해 실행할 수있는 활성 윤곽선 알고리즘을 트리거합니다. 그림 (b)에 원본 이미지와 같은 이러한 어려운 이미지의 회전 타원체는 산만하고 시끄러운 배경에 있습니다. SpheroidSizer 제대로 자동화 된 방법 (상단 패널) 또는 적절한 초기화 (중앙 패널)와 "수동 초기화"도구를 사용하여 회전 타원체를 식별 할 수 없습니다. 이 경우에는, 「손 그리기 "툴은 하부 패널에 나타낸 바와 같이 수동으로 회전 타원체의 윤곽을 그릴 수있다. 프로그램은 타원체의 주요 및 보조 축을 측정하고 양을 계산하기 위해 사용자 정의 된 경계를 사용한다. 모든 수정 된 결과는 즉시 "결과 표"에 통합하고 그에 따라 내보낼 수 있습니다. 큰 데이터 집합에 SpheroidSizer의 성능을 확인하기 위해, 우리가 처음으로 수술 시간을 비교현미경, 벤더가 제공하는 소프트웨어와 함께 1) 수동 측정을 사용하여 288 이미지의 집합을 분석하는 단계; 싱글 코어 일반 노트북 2) SpheroidSizer; 및 3) 멀티 코어 병렬 컴퓨팅 성능 워크 스테이션과 SpheroidSizer. 수동 측정 전에 소프트웨어를 개발하는 우리의 일반적인 프로토콜을 따르 각 회전 타원체의 길이와 폭은 손으로 그려진 및 공급 업체 프로그램 (그림 4A의 상단 패널에있는 빨간색 선을 볼 때)를 사용하여 측정된다; 다음 사용자 복사 측정 값 아래로. SpheroidSizer (그림 4A의 하단 패널에 빨간색 윤곽을 그림과 같이), 회전 타원체의 경계를 생성하는 축 메이저와 마이너의 길이를 측정하고, 스프레드 시트에 결과를 내보내는 방법으로 각각의 이미지를 처리합니다. 표 1에서 알 수있는 바와 같이, 이미지 (288)에서의 계산에 기초하여 수동으로 이미지 당 하나의 타원체를 측정하도록 31.67 초의 평균 소요된다; 그것은 단지 SpheroidSizer보다 2 초 &를 사용하는 동안 # 160; 싱글 코어 일반 노트북에서 실행하는 경우; 이하 1 초 12 코어 성능 워크 스테이션에서 실행하는 경우. 따라서, 이미지 분석은 수동 측정보다 SpheroidSizer를 사용하여 이미지 당 18 배 이상 빠르다. 이미지의 수천 이상을 분석 할 때 그것은 극적으로 노동을 줄일 수 있습니다. 다음으로, 우리는 수동 측정과 SpheroidSizer 사이도 4a에 도시 된 24 회전 타원체의 측정의 변화를 비교. (24) 상체는 두 가지 방법으로 세 번 측정; 그리고 각 회전 타원체의 표준 편차가 계산된다. 그림 (b), SpheroidSizer (녹색 선 및 점)의 표준 편차에서 보는 바와 같이 여전히 수동 측정 방법에서보다 더 작은 표준 편차를 표시 품질 관리 단계에서 수정 된 세 가지 상체를 제외하고 제로에 가깝습니다. 이러한 모든 SpheroidSizer보다 효율적이고 정확하게 이미지 분석을 수행하는 것을 나타낸다. e_content "> We는 생체 내에서 항 종양 효과를 시험하기위한 잠재적 인 후보들이다. 성격 BON-1 차원 종양 상체를 성장시켰다 HSP90 억제제와 조합하여 화합물 된 알 인간 BON-1 차원 종양 상체를 사용하여 약물 검사를 실시 이전 글 (15)에 설명 된대로 아가 로스 코팅 96 – 웰 플레이트에. 여섯 시리얼 희석 플러스 미디어 및 차량과 8 개의 서로 다른 화합물은 각각 10 nm의 중복에 20 nm의 HSP90 억제제와의 단일 및 조합의 효과에 대한 검사를했다. 두 상체가 있었다 개별 화합물 또는 결합 된 화합물의 각 농도에 사용됩니다. 총 384 상체와 4 개의 96 – 웰 플레이트를 사용 하였다. 모든 상체가 0에서 72, 144, 168, 192 시간을 몇 군데 있었다. 1,920 이미지의 총 생산되었다 이 실험에서. 그것은 품질 관리 및 데이터 수출을위한 추가 50 분에 1,920 이미지의 전산 분석을 완료 SpheroidSizer에게 30 분을했다. Sphero에게idSizer 엄청나게 이미지 분석 프로세스 속도가 빨라집니다. 그림 5A는 프로토콜의 단계 3.3에 대한 예를 들어이 실험의 폴더 배치 및 파일 이름의 스크린 샷을 보여줍니다. 피규어 5B-E는 이미지 분석 팝업 창 및 결과의 스크린 샷을 보여줍니다 . 치료의 시간에 대한 화합물의 처리에 따라 3D 종양 상체의 성장 – SpheroidSizer에서 내 보낸 형식의 결과 테이블에서 3D 상체의 볼륨을 촬영 프로토콜 단계 4 삽화, 5, 7로 SpheroidSizer를 사용하여, 우리는 그래프를했다. 이 실험에서 두 대표 그래프는 그림 5 층과 세대에 표시됩니다. 그림 5 층은 HSP90 억제제 및 클라 드리 빈 (녹색 선)의 결합 치료는 3D가 제안, HSP90 억제제 (퍼플 라인) 또는 클라 드리 빈 (오렌지 라인)의 단일 치료보다 상체의 성장을 억제하는 것을 보여줍니다 결합 된 HSP90 억제제의 치료와 클라 드리 빈은 항 종양 EF가있을 수 있습니다생체 내에서 fects. 그림 5G는 HSP90 억제제와 아드리아 마이신 (녹색 선)의 결합 치료가 3D의 성장이 제안, 아드리아 마이신 (오렌지 라인) 또는 HSP90 억제제 (퍼플 라인)의 단일 치료보다 상체 억제하지 않음을 보여줍니다 HSP90 억제제와 아드리아 마이신의 결합 치료는 생체 내에서 항 종양 효과가 없을 수 있습니다. 이 실험은 우리가 더 나은 생체 내에서 자신의 항 종양 효과를 테스트하는 화합물을 선택하고 SpheroidSizer가 빠른 실험 데이터 분석의 핵심입니다 도왔다. 표 1. 동작 시간의 비교 및 수동 측정 SpheroidSizer 288 이미지의 집합을 분석 할 때. 간의 화상 해석에 해주세요 C이 테이블의 더 큰 버전을 보려면 여기를 핥아. 그림 1 SpheroidSizer -… 반복의 다른 단계에서 활성 윤곽 알고리즘의 회전 타원체의 크기를 측정하기위한 오픈 소스 소프트웨어 응용 프로그램) 응용 프로그램의 핵심 워크 플로우 B) 그림. 초기화 윤곽 (반복 0) 의도적으로 알고리즘. C) 메이저와 마이너 축 길이 측정 및 SpheroidSizer이 볼륨의 계산을 소개하기 위해 확대 된 것을 양해 해 주시기 바랍니다. L – 장축 (길이 함) 형상의 가장 먼 점의 단일 쌍을 연결하는 선분; W – 보조 축 (폭이라 함)의 장축에 수직 인 가장 긴 선. <p 클래스 = "jove_content"fo : 유지 – together.within 페이지를 = "항상"> 괴사 코어와 상체의 산만 한 파편과 다른 밝기와 콘트라스트 그림 2. 다양한 이미지의 조건에 대한 견고성을 보여주는 SpheroidSizer의 자동 분할, 대표 결과.) 전형적인 좋은 품질의 이미지. B) 이미지. C) 이미지. D) 이미지 . 각 그림의 상단 패널의 이미지는 소스 / 원본 이미지입니다; 각 그림의 하단 패널에서 이미지 품질 관리 이미지입니다; 그리고 붉은 윤곽이 자동 계산에 의해 도출 된 회전 타원체의 분할이다. hres.jpg "SRC ="/ files/ftp_upload/51639/51639fig3.jpg "/> 도구를 제공합니다.) "수동 초기화"도구를 초기화 구형에 걸쳐 피팅 타원 모양의 드로잉을 할 수 있습니다 "를 손 그리기" "수동 초기화"와 그림 3. 그림, 부정확 한 구형 분할이 자동으로 초기화 한 후 발생합니다. B ) "손 그리기"도구는 구형 경계의 정확한 손 그리기, 부정확 한 구형의 세분화가 모두 자동 및 수동 초기화가 발생할 수 있습니다. 구형 주위의 파란 선은 초기화 윤곽을 보여줍니다; 적색 윤곽 식별 타원체 경계이다. 의 "수동 초기화")와 B에서 "손 그리기"에있는 회전 타원체)의 회전 타원체가 의도적으로 더 나은 도구를 소개하기 위해 확대된다는 점에 유의하시기 바랍니다. <img alt="그림 4" fo:content 폭 fo = "5 인치"src = "/ files/ftp_upload/51639/51639fig4highres.jpg""> 도 4. 24 이미지의 동일한 세트를 분석 SpheroidSizer 수동 측정 사이 이미지 분석 성능의 비교. A) 대표 상체는 상체의 길이와 너비는 수동 측정과 SpheroidSizer에 의해 결정하는 방법을 표시합니다. 최고 24 이미지는 수동 측정을 사용하여 레드 라인의 각 회전 타원체의 손으로 그린​​ 길이 / 너비를 포함; 낮은 24 이미지 (같은 24 이미지) SpheroidSizer. B) 각각의 회전 타원체에 세 개의 측정에서 길이 또는 폭의 표준 편차를 사용하여 붉은 개요에서 컴퓨터 그린 회전 타원체의 경계가 포함되어 있습니다. 그림 5. 회전 타원체의 활용의 대표적인 예약물 검사에 사이 저 -..)이 프로젝트 고급의 B) 스크린 샷의 폴더 배치 및 파일 이름의 스크린 샷 BON-1 3D 종양 구형 체를 사용하여 약물 검사에서 수집 된 회전 타원체 '이미지에 대한 이미지 분석 SpheroidSizer. C)의 구성 창이 표시 결과 표. D와 SpheroidSizer1.0 창의 스크린 샷) SpheroidSizer. E)에서 내 보낸 형식 출력 파일의 스크린 샷 화면 SpheroidSizer. F에서 내 보낸 목록 출력 파일의 총) HSP90 억제제 및 클라 드리 빈 HSP90 억제제와 아드리아 마이신과 치료에 따라 3D 종양 상체의. G) 성장과 치료에 따라 3D 종양 구형 체의 성장. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. </p>