Высокая пропускная анализ изображений опухолевых сфероидов: Программное обеспечение удобное приложение для измерения размера сфероидов автоматически и точно

SpheroidSizer предназначен для получения автоматического обнаружения, разграничение и измерение 3D-сфероидов, с удивительно сниженной труда и остро повышения эффективности для больших объемов изображений. Рис. 1А показывает рабочий процесс SpheroidSizer. Шаги основные вычислительные включают автоматизированную инициализацию, активный алгоритм контура и контура количественное. После автоматизированные вычисления, функция контроля качества использует комбинацию "Ручная Initialize" и "Рука ничья" инструментов, чтобы спасти любую несовершенную сегментацию. Рис. 1В иллюстрирует подробную автоматизированной активное алгоритм контура. Стадия инициализации (0-я итерация) использует основные шаги обработки изображений для создания приблизительный размер и расположение сфероида и генерировать сферическую инициации контур по оценкам, размер. Контур инициация каналы в активную алгоритма контура. В свою очередь он перебирает отрегулировать в соответствии с местным изображенияградиент и форма кривизны. Алгоритм активным контур заканчивается, когда контур стабилизирует (сходится), то есть 477 итераций этой фотографии, или когда предопределенные максимальное число итераций выполняется. В этом примере контур инициализации намеренно увеличена, чтобы лучше продемонстрировать алгоритм. В действительности, инициализация как правило, очень близко к фактической границе и гораздо меньшее число итераций, необходимых для алгоритма сходиться. Затем алгоритм принимает морфометрические измерения обнаруженного сфероида границы. Большая и малая оси сфероида оцениваются при помощи MATLAB для обработки изображений инструментов (рис. 1в). Большая ось определяется как отрезок прямой, соединяющей одну пару самых дальних точек на контуре, который называется длиной (L). Малая ось определяется как самой длинной линии, перпендикулярной главной оси, на который ссылается ширина (W). В этом случае значения L и W очень близки, так каксфероид является сферической. Объем сфероида рассчитывается как V = 0,5 * L * W 2. Одна из особенностей SpheroidSizer является его автоматическое обнаружение границы сфероидов даже на изображениях с неравномерным или шумный фон, используя активный алгоритм контура (рис. 2В-D). Вычислительная обработка изображений в светлом поле часто страдает от неравномерного фона, который вводит в заблуждение адаптивные методы порога основе, чтобы привести к нежелательным результатам порога. Вопрос особенно заметно при мульти-луночные планшеты используются и стенки колодцев может создать теневого влияния на изображениях. Тем не менее, поскольку активная алгоритм контур не чувствителен к постепенному изменению затенения в фоновом режиме, она способна определить сфероид сегментацию в этих ярких образов поля с правильной инициализации. Рисунок 2 показывает несколько примеров изображений с неровной или шумовом фоне, как неравномерное освещение (рис. 2Б </strОнг>), мусор (рис. 2С) или некротический сердечник (рис. 2D). С автоматизированной активного алгоритма контура, SpheroidSizer очерчивает эти сфероиды точно во всех этих изображений, как показано в красном контуре на нижней панели каждого рисунка. Функция контроля качества из SpheroidSizer является ключом к высокой пропускной процесса. "Руководство Initialize" и "Рука ничья" инструменты являются ценными бесплатные инструменты для этого приложения. Среди сотен и тысяч изображений, это неизбежно, что автоматизированная алгоритм не в состоянии правильно определить сфероидов в некоторых изображений. Как показано на рисунке 3А, когда неправильное обнаружение сфероида возникает из-за этапа инициализации, то есть неправильный размер или местонахождение инициации контура в изображении (верхняя панель), «Руководство Initialize" инструмент работает, позволяя пользователю правильно определять местоположение и размер сфеOID вручную (нижнюю панель). Это вызывает активный алгоритм контура инициировать с определенной вручную контура и выполнять сходятся на нужной схеме. Для этих жестких изображений, как исходного изображения на фиг.3В, сфероид расположен в отвлекает и шумовом фоне. SpheroidSizer не в состоянии правильно определить сфероид по автоматизированным методом (верхняя панель) или с помощью "Руководство Initialize" инструмент с надлежащей инициализации (средняя панель). В этом случае, "Рука ничья" инструмент может быть использован, чтобы вручную нарисовать контур сфероида, как показано на нижней панели. Программа использует определенный пользователем границу для измерения старший и младший оси сфероида и рассчитать объем. Все скорректированные результаты сразу же включается в "Таблице Результатов" и может быть соответствующим образом на экспорт. Для определения производительности SpheroidSizer в больших наборов данных, мы впервые сравнить время работы поАнализируя тот же набор 288 изображений с помощью 1) ручные измерения с микроскопа поставщиков прилагаемого программного обеспечения; 2) SpheroidSizer с одноядерным обычный ноутбук; и 3) SpheroidSizer с рабочей станции параллельно производительности вычислений с многоядерной. Ручные измерения следовать наш типичный протокол до разработки программного обеспечения: длина и ширина каждой сфероида нарисованы от руки и измеряется с помощью программы поставщика (как видно красные линии в верхней панели рисунке 4A); Затем пользователь копирует вниз значений измерений. SpheroidSizer обрабатывает каждый файл, генерируя сфероида границу (как показано красный контур в нижней панели фиг.4А), измерение осевого основными и вспомогательными длину и экспорта результатов в таблицах. Как видно из таблицы 1, на основе расчета от 288 изображений, она занимает в среднем 31,67 сек измерить один сфероид каждого изображения вручную; в то время как это займет всего SpheroidSizer менее 2 сек & # 160; при работе на одноядерном обычный ноутбук; и менее 1 сек при работе на рабочей станции производительности 12-основной. Таким образом, анализ изображений составляет более 18x быстрее на изображение с помощью SpheroidSizer чем ручных измерений. Это значительно сокращает труд, когда более тысячи изображений анализируются. Далее, мы сравним изменчивость в измерениях 24 сфероидах показанных на рисунке 4A между ручных измерений и SpheroidSizer. В 24 Сфероиды измеряются три раза обоими методами; и стандартное отклонение каждого отдельного сфероида рассчитывается. Как видно на рисунке 4В, стандартного отклонения от SpheroidSizer (зеленая линия и точками) близка к нулю за три сфероидах, которые были исправлены на этапе контроля качества, которые до сих пор показывают меньшую стандартное отклонение, чем те, от метода ручного измерения исключением. Все это означает, что SpheroidSizer более эффективно и точно выполняет анализ изображения. e_content "> Мы провели экран наркотиков использованием человеческих сфероидов БОН-1 3D опухолевые чтобы выяснить, какие соединения в сочетании с hsp90 ингибитора являются потенциальными кандидатами для тестирования эффектов противоопухолевых в естественных условиях. человека БОН-1 3D опухолевые сфероиды были выращены на агарозных покрытием 96-луночных планшетах, как описано в предыдущей статье 15. Восемь различных соединений с шести последовательных разведений плюс СМИ и автомобиля были обследованы на их одно-и комбинаторных эффектов с 10 нМ и 20 нМ hsp90 ингибитора в дубликатов соответственно. Две сферические были использовали для каждой концентрации индивидуального соединения или комбинированных соединений. Были использованы четыре 96-луночных планшетах с суммарными 384 сфероидов. Все сфероиды были обследованы на 0, 72, 144, 168 и 192 ч. В общей сложности 1920 изображений были получены Из этого эксперимента. Потребовалось SpheroidSizer всего 30 минут, чтобы завершить вычислительную анализ 1920 изображений с еще 50 мин для контроля качества и экспорта данных. SPHEROidSizer ускоряет процесс анализа изображений чрезвычайно. 5А показан снимок экрана договоренностей папок и файлов для этого эксперимента в качестве примера для протокола шаге 3.3. Цифры 5B-E показывает скриншоты анализа изображения всплывающих окон и результатов . используя SpheroidSizer качестве иллюстраций для протокола шаги 4, 5, и 7 Принимая объемы 3D-сфероидов с отформатированных таблице результатов, экспортируемой из SpheroidSizer, мы сделали графики – рост 3D опухолевых сфероидов на сложных процедур в зависимости от времени лечения. Два представительных графы из этого эксперимента представлены на рис 5F и 5G. Рисунок 5F показывает, что объединенные лечения ингибитора hsp90 и кладрибином (зеленая линия) подавляют рост 3D сфероидов более одного лечения ингибитора hsp90 (фиолетовая линия) или кладрибина (оранжевая линия), предполагая, что объединенные лечения ингибитора hsp90 и кладрибин может иметь противоопухолевую EFдефектов в естественных условиях. Рисунок 5G показывает, что объединенные лечения ингибитора hsp90 и адриамицин (зеленая линия) не ингибирует рост 3D сфероидов более одного лечения адриамицин (оранжевая линия) или ингибитора Hsp90 (фиолетовая линия), предполагая, что комбинированного лечения ингибитора hsp90 и адриамицин не может оказывать действие противоопухолевых в естественных условиях. Этот эксперимент помог нам лучше выбрать соединений, чтобы проверить свои противоопухолевые эффекты в естественных условиях и SpheroidSizer является ключом к скорейшему анализа экспериментальных данных. Таблица 1. Сравнение времени работы на анализе изображений между ручных измерений и SpheroidSizer при анализе и тот же набор 288 изображений. Пожалуйста, Cлизать здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой таблице. Рисунок 1 SpheroidSizer -… Приложение с открытым исходным кодом программное обеспечение для измерения размера сфероида в) Ядро документооборота приложения Б) Иллюстрация активного алгоритма контура на разных этапах итерации. Пожалуйста, обратите внимание, что контур инициализации (итерация 0) намеренно увеличены для того, чтобы продемонстрировать алгоритм. C) Старший и младший измерения длины осевого и расчет объема по SpheroidSizer. L – большая ось: отрезок, соединяющий одну пару дальних точек на контуре (называемый длины); W – малая ось: самой длинной линией, перпендикулярной главной оси (упомянутой ширины). <p класс = "jove_content" fo: держать-together.within-страницу = "всегда"> Рисунок 2. Представитель результаты от автоматизированной сегментации SpheroidSizer, показывая устойчивость к различным условиям изображений.) Типичный хорошее качество изображения. B) изображения с различной яркостью и контрастностью. C) Изображения с отвлекающей мусора. D) Изображения сфероидах с некротической ядра . Изображения на верхней панели каждого рисунка являются источником / оригинальные изображения; изображения на нижней панели каждой фигуры являются контроля качества изображения; и красный контур является сфероид сегментация запряженной автоматизированный расчет. hres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/51639/51639fig3.jpg "/> Рисунок 3. Иллюстрация "Ручная Initialize" и "Рука ничья" инструменты. A) "Руководство Initialize" инструмент позволяет нарисовать примерочной форме эллипса через сфероида для инициализации, когда неточно сфероид сегментация происходит после автоматизированной инициализации. B ) "Рука ничья" инструмент позволяет точной ручной рисунок сфероида границе, когда неточные сферические сегментации произойти как с автоматизированной и ручной инициализации. Синяя линия вокруг сфероида показывает контур инициализации; красный контур является выявлены сфероид граница. Обратите внимание, что сфероид в "Ручная Initialize" в А) и сфероида в "Рука ничья" в B) намеренно увеличены, чтобы лучше продемонстрировать инструменты. <img alt="Рисунок 4" fo:content-ширина = "5 дюймов" fo: Пребывание "> Рисунок 4. Сравнение производительности анализа изображения между SpheroidSizer и ручных измерений при анализе и тот же набор 24 изображений. A) Характерные сфероиды чтобы показать, как длина и ширина сфероидов определяются ручных измерений и SpheroidSizer. Топ 24 изображения содержат рисованной длина / ширина каждого сфероида в красных линий с использованием ручных измерений; нижние 24 изображений (те же 24 изображений) содержат компьютерную тяге сфероид границу в красным контуром использованием SpheroidSizer. B) Стандартное отклонение длины или ширины от трех измерений на каждой отдельной сфероида. Рисунок 5. Типичный пример использования сфероидаДробилка в экране наркотиков – анализ изображений картинки Сфероиды ", которые были собраны с экрана наркотиков с использованием БОН-1 3D опухолевые сфероиды) Снимок экрана договоренностей папок и файлов для этого проекта Б) снимок экрана расширенный.. Окно конфигурации в SpheroidSizer. C) Снимок экрана окна SpheroidSizer1.0 с отображаемой таблицы результатов. D) Снимок экрана выходного файла формата экспортируемого из SpheroidSizer. Е) Снимок экрана выходного файла список экспортируемых из SpheroidSizer. F) Рост 3D опухолевых сфероидов на вариантах с ингибитором hsp90 и кладрибином. G) роста 3D-опухолевых сфероидов на вариантах с ингибитором hsp90 и адриамицин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры. </Р>