ImageJ软件在检验医学图像分析处理中的应用

(2010-08-11 14:41:38)   

　　ImageJ是一个用Java语言开发的图像处理和分析平台,具备多种图像处理和分析功能, 下载地址: http: / /rsb1info1nih1gov/ ij/download /win32 / ij1332setup1exe 。该软件是一个免费软件,支持插件技术,而且开放源代码。基于以上原因, ImageJ在医学影像学诊断领域的应用非常广泛,基于该平台的二次开发十分热门,互联网上针对该软件的免费插件很多(下载地址: http: / / rsb1info1nih1gov/ ij/p lugins/index1html) 。笔者查阅大量文献资料,发现有关ImageJ 在检验医学领域应用的资料非常稀少,可见大家对这一优秀的图像处理和分析软件还比较陌生,下面就笔者使用该软件的心得做一总结,并着重就ImageJ 在医学显微图像处理方面(血清蛋白电图谱分析)的应用进行探讨,与同道们交流。

　　一、软件准备

　　下载并安装ImageJ: 得益于Java 的跨平台性优势,ImageJ可以运行在L inux、Mac OS和Windows等平台上,这也是该软件的一大优势,是其得以广泛应用的原因之一。ImageJ的运行需要JAVA运行环境(JRE11311或Java 11411SDK)的支持,从官方网站上下载的压缩包中已包含JRE11311。此外, 从SUN 的官方网站(下载地址: http: / /java1sun1com / j2 se / )还可以免费下载各种版本的JAVA运行

　　环境。运行ImageJ 最少需要64M内存,建议配置256M内存,这样在处理大幅图像或序列图像时就不会有停顿感。

　　二、实验室准备

　　11仪器及试剂: BS423型电泳仪(北京生化仪器厂) ;醋酸纤维薄膜(浙江黄岩四青生化材料厂) ;巴比妥2巴比妥钠缓冲液、氨基黑10B染色液、漂洗液和透明液均按全国临床检验操作规程配制; 血清白蛋白标准品( 40g/L, 批号:150081,中生北控生物科技股份有限公司) ;USB摄像头(数码相机或扫描仪成像质量更好)和相应驱动软件。

　　21方法:制作电泳图谱:电泳方法按照全国临床检验操作规程[ 1 ]进行,电泳完成后以滚动方式将薄膜平贴于洁净无划痕的载玻片上(薄膜较多时可贴在大块无色玻璃板上) ,将此载玻片衬以白纸置于USB摄像头前采集图谱(灰度图像即可) ,存入微机备用。

　　三、实验分析:

　　分析电泳图谱: (1)启动ImageJ ,打开采集的图像。用方形图像选择工具在图像上圈定一个电泳图谱(注意要将各个条带都全部框住) , 然后按1 键(相应的菜单操作为:Analyze→Gels→Select First Lane) ,标记和选定该电泳图谱。如果一幅图像上有多个电泳图谱,将鼠标放在该方框的中央,按住鼠标拖动方框(注意不要改变方框大小)将其放在下一个电泳图谱上,按2键(相应的菜单操作为: Analyze→Gels→Select Next Lane) ,分别标记和选定这些电泳图谱。(2)所有电泳图谱都标记完毕后,按3键(相应的菜单操作

　　为:Analyze→Gels→Plot Lanes)生成所有选定电泳图谱的光密度分布曲线。用直线工具在每一条曲线上划一条基线,使得曲线上的每一个波峰都能与基线围成一个封闭区域。如果生成的曲线较多,可以用手形工具上下移动图像执行此操作。(3)选用魔术棒工具,在曲线上的每一个波峰的封闭区域内单击鼠标,程序自动计算该封闭区域的面积,一个曲线上的所有波峰的面积都计算完毕后执行Analyze →Gels→Label Peaks,程序自动计算每一波峰的面积百分比,并标记在曲线上。此值即为该电泳图谱上各个条带的含量百分比。(4)一个电泳图谱分析完毕后,执行Analyze→Gels→ResetCounter将计数器回零,重复第3步操作,分析下一个电泳图谱的光密度曲线。统计学处理:用Excel 2000进行t检验。

　　四、结果分析

　　1. 蛋白含量与波峰面积的线性关系:将白蛋白标准品分别稀释成低浓度( 011、012、013、014、015、016、017、018、019、110 g/L)和高浓度(5、10、15、20、25、30、35、40 g/L)两个系列的应用液,分别取3μl点在不同的醋酸纤维薄膜上,电泳、染色、脱色并透明后平贴在玻璃板上采集图谱,用ImageJ分别分析白蛋白区带的波峰面积,并分析蛋白含量(X)与波峰面积(Y)的直线相关性。其中,低浓度系列的直线回归方程为Y = - 8 06816 + 539 44919X, r = 019991, P <0101;高浓度系列的直线回归方程为Y = 17 009135 + 2970125X, r = 01980 0,P <0101。

　　21重复性: (1)软件重复性:对同一图谱上的同一电泳图谱上的白蛋白条带重复测定20次,其波峰面积( x ±s)统计结果为: 5266 ±0, CV = 0%。(2)系统重复性:重复20次,每次间隔5 min,采集同一图谱并分别以不同图像文件保存,对不同图像上的白蛋白条带进行分析,其波峰面积( x ±s)统计结果为34354 ±253, CV = 0174%。(3)整体重复性:随机抽取一份血清标本,分别取3μl点在10个醋酸纤维薄膜上,电泳、染色、脱色并透明后平贴在玻璃板上采集图谱, 用ImageJ对10幅图谱进行分析,其区带的波峰面积( x ±s)统计结果分别为:白蛋白3469 ±33, CV = 0195%;α1 球蛋白307±12, CV = 3191%;α2 球蛋白611 ±28, CV = 4158%;β球蛋白957 ±18, CV = 1188%;γ球蛋白1496 ±17, CV = 1114%。

　　五、讨论

　　以计算机技术直接分析电泳图谱不仅是今后检测技术的发展方向,也是现代化高科技检测手段的标志。用ImageJ分析电泳图谱具有以下几个方面的优点: (1)该软件为免费软件,无需注册费用,可以为用户节约一笔开支。( 2)软件开放源代码,用户如具备一定的Java编程能力,可以在此基础上修改或添加某些功能模块,以满足本单位的特殊需求,具有极大的灵活性。(3)该软件支持插件技术,互联网上有大量针对某些特殊应用领域的免费插件可供下载使用,因此本软件的功能在不断地加强和扩充,升级潜力巨大。(4)系统具有良好的剂量2密度/亮度线性关系、灵敏度高、重复性好、操作简捷、测定无损、取样量少和电泳图谱可长久保存等优点。(5)图像分析准确迅速,而且可以集中分析多个电泳图谱,可大大降低工作人员的劳动强度,提高工作效率。ImageJ 图像处理功能十分强大,除了蛋白电泳图谱分析功能外,对检验医学领域有用的功能还包括目标计数和分类、目标测量、运动轨迹捕捉和标准曲线拟合与回归方程优选等,在细胞形态学和临床生化检验中具有一定价值。当然,该软件也存在不足之处。表现在: ( 1)目前尚不支持USB设备,因此还不能直接从摄像头获取图像,只能利用其他软件先将图像采集下来再进行分析与处理。( 2)由于Java本身对汉字支持欠佳,给软件的汉化造成一定不便。笔者曾尝试对软件进行汉化,结果造成一部分菜单无法使用。(3)目前图像分析结果尚不能直接打印输出,但可以文件形式保存。因此可以借助其他软件如Word预先设计成报告模板,将分析结果插入模板打印输出。(4)曲线拟合方面支持的曲线类型仅有10种,而且不能自动进行曲线拟合,这些方面与专业的曲线拟合软件如CurvExpert (下载地址:http: / / curveexpert1webhop1net/ )相比尚有一定差距。(5)目标分类方面目前仅能根据大小来分,尚不能根据目标特征进行分类。(6)重叠目标须人工分割,否则软件将按一个目标对待。相信随着软件的不断改进和升级,这些问题很快就会得到解决。