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你不得不知道的 ImageJ 图像处理工具——Plot Profile

ImageJ( https://imagej.nih.gov/ij/)是一个基于 java 的公共的图像处理软件,它是由 National Institutes of Health(NIH)开发的一款功能强大的免费软件,在生物及医学图像分析中起着非常重要的作用。


下图是 ImageJ 官网的界面。在 Download 下根据自己系统选择对应的软件下载,ImageJ 可以适用于 Mac OS X,Linux 以及  Windows 系统(不受电脑系统及版权限制)。


  

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今天来给大家介绍 ImageJ 中 Analyze 菜单下的一个实用工具——Plot Profile。Plot Profile 可以实现以下 4 类操作,接下来将一一讲解。


  • 定性表达共定位

  • 三维图像的共定位

  • 测量长度

  • 矩形范围内荧光强度变化



定性表达共定位



上图是 Journal of Cell Biology 发表的文献中,使用 Plot Profile 工具来表示 X103 与 NDH II 存在部分共定位。


不同荧光在同一空间分布,例如两个蛋白都定位在核内或胞浆,可以通过 Plot Profile 工具得到的随着划线 distance 的荧光的灰度值来实现。


具体步骤如下:


Step 1:


打开 ImageJ 软件 >> File >> Open打开待分析图片(RGB格式):



使用划线工具,划线如下:


点击 Analyze,Plot Profile(快捷键 Ctrl+K),得到如下结果:



Step 2:


如何得到 RGB 三个不同荧光通道的 GrayValue 呢?


首先点击 Image >> Color >> Split Channels,得到 Red,Green,Blue 三通道的图片:



Image >> Color >> Merge Channels:



点击 OK,此时可以看见图片左上角有三个通道,c:1/3 红色,c:2/3 绿色,c:3/3 蓝色,左下角有 C 通道,可以根据鼠标滚轮选择:




此时再使用使用划线工具,重复 Step1 中步骤,此时通道为蓝色通道:



点击 list 导出数据:



将通道换到绿色通道,点击 Live 得到绿色通道荧光分布,点击 list,导出数据。



最后以同样的方法得到红色通道数据:



将导出数据导入 Excel 表格或者 Origin 进行绘图即可,打开 Origin,输入数据,如下:


 


Step 3:


如何直接一次性获取RGB格式图像的各通道荧光分布呢?


首先打开RGB格式图形,划线,如下图:



点击 Analyze,Tools,Color profile,得到如下结果,List 导出数据即可。


 


如何表示三维图像共定位?


下图是 2017 年发表在 Circulation Research 上的一篇文章中的图。


红色 DiO 是用亲脂性染料标记的血管,绿色是吞噬了 Dextran 的血管周巨噬细胞,蓝色是颈动脉注入的荧光标记的 Aβ1-40。作者通过 XY、YZ、XZ 三个面显来表示共聚焦拍摄三维图片中三者共定位(图中虚线交叉点)。


(DOI:10.1161/CIRCRESAHA.117.311054)


如何使用 Imagej 软件实现,且听我一一道来。


Step 1:


打开 Imagej 软件 >> File >> Open,打开一张蔡司共聚焦拍摄的层扫了 Z 轴的图片:



我们可以看到这张图片有三个通道,分别为 R、G、B 每个通道层扫了 5 层,滑动滚轮可以展示不同通道,拖动 Z 可以观察不同层面。



点击 Image >> Clolor >> Split Channels,可以看见 R、G、B 三个通道的图片:



Step 2:


点击 Image >> Color >> Merge Channels >> 点击 OK



可以看见 Merge 以后的图片,滑动滚轮可以展示不同通道,拖动 Z 可以观察不同层面。

 


Step 3:


点击 Image >> Stacks >> Orthogonal views,就可以看见和文献中相同的正交视图,即显示 XY, XZ, YZ 视图,XY  视图中的黄色十字可以用鼠标拖动。



Step 4:


保存 >> 选择 YZ 视图 >> 点击 File >> Save as >> 保存为 tiff 格式:



同样方法保存 XZ 视图。


对于 XY 视图,点击 Image >> Color >> Stack to RGB



此时图片变为 RGB 格式:



点击 Image >> Stacks >> Z project,对 Z 轴 5 张图片进行最大密度投影:



File >> Save as >> 保存为 tiff 格式。


打开 PS 软件,导入刚刚保存的 XY, XZ, YZ 的图片,进行美化即可。


 


测量长度


如何实现测量这些空隙时间(红色圈内)的长度?手动划线测量确定起点和终点很容易有误差,Plot Profile 就能很好进行此类问题的长度测量。




打开 ImageJ, 打开图片,使用划线工具,按住 shift 划直线如下:



点击 Analyze,Plot Profile(快捷键 Ctrl+K),得到如下结果:



黄色线所示的长度即为空隙时间(红色圈内)的长度:



此时得到的为 Distance,如何转换为原图对应的时间?


在原图上,使用划线工具,按住 shift 划直线如下:



此时的时间长度为 20 min,点击 Analyze >> Set Scale



点击 Click to Remove Scale,Known distance 填入 20,Unit of length 为min,勾上 Global。


此时再进行上述画直线的操作,得到其中间时间间隔为 3 min。




矩形范围内荧光强度变化


Plot Profile 只适用于线和矩形选框,表示线段和矩形选框所经过的范围内的灰度变化(荧光强度),如下图:



下图是 Cell Reports 2015 年发表的一篇文章,作者使用 Plot Profile 工具表示轴突前特定区域(白色箭头)存在 TfR 红色荧光与 AnkG 绿色荧光的急剧变化。




与前述方法一致,先得到不同荧光通道的图片,此时我们只需要将 line 变换为矩形选框,选中白色箭头所指的地方即可。


我们可以发现在白色箭头画一矩形选框,分别对 R 红色通道,G 绿色通道进行 Plot Profile,分别得到矩形范围内荧光强度变化(上面为红色荧光通道,下面为绿色荧光通道):


参考文献


  1. Nuclear DNA helicase II is recruited to IFN-alpha-activated transcription sites at PML nuclear bodies. Fuchsová B, Novák P, Kafková J, Hozák P - J.Cell Biol. (2002).

  2. BrainPerivascular Macrophages Initiate the Neurovascular Dysfunction of Alzheimer AβPeptides.

    Circ Res. 2017Jul 21;121(3):258-269. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.117.311054.

  3. Sorting of Dendritic and Axonal Vesicles at the Pre-axonal Exclusion Zone. Cell Rep. 2015Nov 10;13(6):1221-1232. doi: 10.1016/j.celrep.2015.09.074


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