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一种分析两个物体运动过程中接触情况的方法

编辑:    发布日期:2019/06/05

作者:代亚丽

Kiss and Run Analysis XTension

今天给大家介绍 Imaris 软件里特别有意思的一个插件 :Kiss and Run Analysis XTension,它可以计算两个个体运动过程中的接触情况。

先来看个例子帮助理解:



这个结果大概是这样的,37°下Tf-endosomal在早期内吞过程中具有高度的流动性,相比之下mitochondria体积较大、运动能力较弱。为了研究mitochondria与Tf-endosomal的相互作用对Tf-endosomal运动的影响,进行了活细胞长时程拍摄,利用MitoTracker orange标记MDCK-PTR细胞内的mitochondria,利用AF488-hTf pulse-chase assay 标记Tf-endosomal(A a)。采用Surface对mitochondria进行重构,spot标记Tf-endosomal (A b)。尽管所有Tf-endosomal都被spot标记,但是只有距离mitochondria surface表面为0的Tf-endosomal才会留下(kiss and run filter; A c )。B图时间序列图像很清楚的显示,在1386-2079ms期间,两者存在接触的现象,下方红色曲线进行了相应统计,证实这一现象。


软件分析方法和操作流程

接下来我们来看一下如何使用这个插件:

1. 按照上方例子的操作流程,我们首先需要对两个通道的信号分别构建surface和spot,当然,我们也可以用两个surface去识别我们的信号,关于如何构建surface和spot,如何选择构建surface-spot还是surface-surface,因篇幅有限,这里不做详细介绍。

2. 点击 tools-Kiss and Run Analysis,运行插件,出现下方显示框,这里给出了两种计算方法measurement ,下面会依次介绍。提前说明一下,为了区分和理解,这里两个通道的信号可以分别称之为target和tracked signal,对于上面的例子来说,mitochondria就是target,Tf-endosomal是 tracked signal 。


3.1 方法一 surface overlap(slower)

两个通道的信号都需用surface重构,对target和 tracked signal使用mask功能,构建出两个个体之间重合的区域,mask区域至少有一个重叠的体素,才会被认定为接触。这种方法的计算量非常大,计算的也比较慢。

Create ColocSurface如果勾选会计算出一个新的包含overlap区域的surface

3.2 方法二 Distance Transform(default)

以target信号构建出的surface边界为0点,向外进行距离变换(什么意思呢,这里要涉及到另一个插件Distance Transformation,它构建的新通道是以强度值来代表和surface表面距离的远近),然后根据这个新通道的信号值筛选一定距离范围之内的tracked signal,根据用户设定的距离Distance Threshold(um)判断什么情况属于接触。

Create distance transform channel 勾选的话会创建出这个新的通道

4. Track Statistics 中选择想要获得的参数,点击ANALYZE后,出现下面窗口,选择target surface,ok 即会开始分析。


5. 分析完成后,在数据窗口看结果,


以下是两种方法都可以得到的参数:


对于第一种方法,还多出了下面的两个参数,第一个是overlap区域的体积,第二个是target区域的体积


对于第二种方法,多的参数是指tracked signal到target的最短距离



实例展示

我们给大家举个例子来帮助理解以上的参数都是怎么计算的,我们以比较常用的第二种方法的分析过程展示,首先对信号进行三维重构。


运行插件,阈值设为0.1,分析完成的结果如下,

参数1 Distance to target,tracked signal到target表面的最短距离,曲线图纵坐标是距离值,横坐标表示时间;



参数2  Longest contact event(sec);


最长连续接触时间,在阈值设为0.1的情况下,整个时间序列有两段连续接触(见图中红色和紫色框),第一段17.751---75.984,这段的接触时间计算方法(90.378+75.984)/2-(17.751+0)/2=74.3055;第二段104.906---134.816,同样的计算方法结果为44.3215,所以最长的接触时间是第一段74.3055。


参数3  Mean length contact event  with target (sec) 

几个连续接触时间的平均值,经过上述计算得到两个分别是44.3215和74.3055,取平均即可;


参数4 Number of contacts with target 和 target 信号接触的帧数;


参数5  Number prolonged contacts events with target 接触时间大于一帧的区段,上面两段连续接触都大于两帧,所以结果是两个;


参数6 Percent Surface contact with target=Number of contacts with target /总帧数;


参数7 Total Time without Contact with target 总的非接触时间;


参数8 Total Time in Contact with target 总接触时间。


今天的内容就介绍到这里,谢谢大家!

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