FiNTA · Filament Network Tracing Algorithm
Fasernetzwerke vermessen.
FiNTA verfolgt jede einzelne Faser eines Netzwerks und macht aus dem Bild Zahlen: Faserlängen, Orientierungen, Maschenweiten, Persistenzlängen. Woher die Aufnahme stammt, ist dem Algorithmus gleich — Elektronenmikroskopie, Fluoreszenz, Konfokal, Hellfeld, AFM: sichtbare Fasern genügen. Bitblade Group hat den publizierten Algorithmus gemeinsam mit dem FiNTA-Team als Weboberfläche zugänglich gemacht — Bild hochladen, Faserdicke messen, Ergebnis als Report oder Rohdaten herunterladen.
BEISPIELLAUF
Ein vollständiger Lauf zum Mitnehmen
Gerechnet an der Aufnahme aus dem Zellkern weiter unten — mit genau den Einstellungen, die auch dem Clip dort zugrunde liegen. Die sieben Diagramme sind aus den ausgelesenen Daten gezeichnet.
metrics.json und das Log des
Laufs.
ZIP · 40 MB · 26 Dateien — davon 33 MB Animation
Ein Maßstab ist gemäß dem Maßstabsbalken gesetzt.
VORHER / NACHHER
Derselbe Bildpunkt, davor und danach
Links die Aufnahme, wie sie aus dem Elektronenmikroskop kam. Ziehen Sie die Kante.
AUFNAHME
NACH 536 ITERATIONEN
Das Bild zeigt Actinfasern des Actinkortex über dem Nukleus. Faserdurchmesser für diesen Lauf auf 4 Pixel gesetzt, Schwelle 1,3 · 536 Iterationen. Die Beschriftungen am unteren Bildrand sind von der Verfolgung ausgenommen.
ABLAUF
Von der Aufnahme zur Auswertung
Bild hochladen
Jede Aufnahme, auf der die einzelnen Fasern zu erkennen sind. Graustufen oder Farbe — farbige Aufnahmen werden intern in Graustufen umgerechnet, oder Sie tracen gezielt einen einzelnen Farbkanal.
Faserdicke messen
Im Bild einmal quer über eine Faser ziehen. Aus dieser Zahl lassen sich gute Tracing-Parameter erraten; sie richtig zu treffen ist für gute Ergebnisse entscheidend.
Ein Zug entlang des Maßstabsbalkens setzt zusätzlich den Bildmaßstab — danach kommen alle Ergebnisse in echten Einheiten statt in Pixeln.
Tracen lassen
Der Lauf läuft als Hintergrundjob gegen das original kompilierte FiNTA-Binary, nicht gegen eine Nachimplementierung. Auf Wunsch zeichnet er dabei jede Tracing-Iteration als Einzelbild mit.
Auswerten und exportieren
Diagramme und Kennzahlen direkt im Browser, dazu ein PDF-Report und ein ZIP mit allen Artefakten, dem Log, der verwendeten Settings-Datei und den Zahlen als CSV — beides hier zum Herunterladen.
KANALWAHL
Ein Bild, zwei Antworten
Drei Paare, jedes aus einer einzigen Aufnahme: links und rechts steht dasselbe Bild, nur der ausgewertete Farbkanal ist ein anderer. Was am Ende gemessen wird, entscheidet sich hier. Die Farbe der Linien ist übrigens frei wählbar und sagt nichts über den Kanal aus.
Auf dem blauen Kanal liegen die Zellkerne. Der Algorithmus findet prompt deren Ränder — sauber und vollständig. Das zeigt, dass FiNTA für die Faseranalyse gebaut ist, sich aber auch für anderes verwenden lässt.
Dasselbe Bild, roter Kanal: jetzt läuft die Verfolgung durch das Faserwerk der ganzen Zelle.
Grüner Kanal: Actinfasern.
Rot: Vimentinfasern.
TRACING
Zusehen, wie die Fasern gefunden werden
Sieben Läufe an rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen, je ein Einzelbild pro Tracing-Iteration. Rot ist immer dasselbe: die Mittellinien, die der Algorithmus bis zu diesem Bild gefunden hat. Dieselbe Aufzeichnung entsteht für jeden eigenen Lauf, wenn die Animation eingeschaltet ist.
Alle sechs Aufnahmen stammen aus der Arbeit des FiNTA-Teams. Die eingeblendeten Kennwerte sind vom Gerät ins Bild geschrieben; die Parameterwerte stehen in der Settings-Datei, mit der der jeweilige Lauf gerechnet wurde. Alle Clips sind stumm und enthalten gar keine Ton-Spur.
KEIN GERÄT VORAUSGESETZT
Es muss kein Mikroskop sein.
Keine Probenvorbereitung, kein Gerät — eine Nachtaufnahme mit der Kamera, und derselbe Algorithmus zieht dieselben Mittellinien, hier in Blau statt in Rot. Was FiNTA verlangt, ist keine bestimmte Aufnahmetechnik, sondern Fasern, die sich vom Hintergrund abheben.
GEGENPROBEN
Drei Aufnahmen, die keine Messreihe sind
Sie zeigen kein Ergebnis, sondern das Verfahren: was passiert, wenn man ihm etwas vorlegt, dessen Antwort man vorher kennt — und was, wenn Fasern schwarz vor hellem Grund liegen statt hell vor dunklem.
Der einfachste Prüfstein
Ein regelmäßiges Gitter, schräg fotografiert. Hier weiß man vorher, was herauskommen muss: gerade Linien, gleiche Abstände, rechte Winkel — und man sieht sofort, ob die gewählten Einstellungen taugen.
Dunkle Fasern, heller Grund
Der Algorithmus sucht helle Grate. Äste vor dem Himmel sind das Gegenteil — also wird das Bild vor dem Lauf umgekehrt. Eine Einstellung, keine Sonderbehandlung.
Der ganze Lauf, ungekürzt
Über tausend Iterationen an einer Hängebirke, gestartet an zwei von Hand gesetzten Punkten statt automatisch. Lang genug, um zu sehen, wie die Verfolgung erst den Stamm greift, dann die starken Äste und zuletzt das feine Geflecht am Rand der Krone.
Die Linienfarbe ist eine Einstellung
Hier zeichnet derselbe Algorithmus in Blau — weil es über den warmen Funken besser zu sehen ist. Rot ist auf dieser Seite nur die häufigste Wahl, keine Eigenschaft des Verfahrens.
MESSGRÖSSEN
Die Daten, die sich auslesen lassen
Jede Verteilung kommt als Diagramm, als Tabelle und als Rohdatei.
Faserlängen
Verteilung über das gesamte Netzwerk, wahlweise auch nur über die Fasern, die geschlossene Maschen begrenzen. Der Schnittwinkel, ab dem an einer Verzweigung eine neue Faser beginnt, ist einstellbar. Beispiel ansehen.
Orientierungen als Rosendiagramm
Eine Faser hat keinen Kopf und kein Ende, deshalb faltet FiNTA jede Verbindung nach [0°, 180°). Auf einer linearen Achse lägen 179° und 1° an entgegengesetzten Enden, obwohl sie nahezu parallel sind. Aus demselben Grund steht an der Rose weder ein Mittelwert noch ein Median noch eine Vorzugsrichtung. Beispiel ansehen.
Persistenzlänge
Für das Netzwerk als Ganzes, wie im Paper — und zusätzlich pro Faser, gegen die Faserlänge aufgetragen. Im Beispiellauf sind es 524 nm für das Netzwerk als Ganzes.
Maschen und Verzweigungen
Flächen, Umfänge und Durchmesser der geschlossenen Maschen, dazu die Abstände zwischen Verzweigungspunkten. Beispiel ansehen.
Dichtekarte
Die eine Frage, die kein Mittelwert beantwortet: wo im Bild das Netzwerk überhaupt liegt. Mit einstellbarer Glättung und einer Farbskala, die der Glättung folgt.
Animation des Tracings
Ein Einzelbild pro Tracing-Iteration, zu H.264 transkodiert und direkt in der Job-Ansicht abspielbar. Nützlich, um zu sehen, wo eine Verfolgung abbricht oder eine Kurve abschneidet — die Beispiele weiter oben sind genau solche Aufzeichnungen.
PUBLIKATION
Der Algorithmus ist publiziert — und zitierbar
Der Algorithmus stammt nicht von uns, sondern von den unten genannten Autorinnen und Autoren. Nach Abschluss der Publikation hat Bitblade Group gemeinsam mit dem FiNTA-Team diese Weboberfläche gebaut — damit Forschende und alle anderen Interessierten die Software auf einfachem Weg nutzen können, ohne sie selbst zu übersetzen, ohne Kommandozeile und ohne eigene Rechenumgebung. Gerechnet wird unverändert mit dem Verfahren aus dieser Arbeit.
Flormann DAD, Schu M, Terriac E, Thalla D, Kainka L, Koch M, Gad AKB, Lautenschläger F. A novel universal algorithm for filament network tracing and cytoskeleton analysis. FASEB J. 2021 May;35(5):e21582. doi: 10.1096/fj.202100048R. PMID: 33835502.
Zur Publikation (DOI) Auf PubMed Quellcode auf GitHubZitation im Export
Jeder erzeugte PDF-Report trägt die vollständige Referenz auf jeder Seite.
TEAM HINTER DEM ALGORITHMUS
Autorinnen und Autoren
Entwickelt an der Universität des Saarlandes und am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien, Saarbrücken, mit Beteiligung aus Sheffield und Funchal. Den Algorithmus selbst geschrieben und entwickelt hat Moritz Schu; was die übrigen beigetragen haben, steht bei ihren Namen und folgt der Beitragserklärung der Publikation.
Zugehörigkeiten wie in der Publikation angegeben. FiNTA steht unter der GNU General Public License v3.0; diese Weboberfläche ändert daran nichts.
ZUGANG
Jetzt loslegen
Sie legen sich ein Konto an, laden Ihre Aufnahme hoch und starten den ersten Lauf — ohne Installation, ohne Kommandozeile. Die Anwendung ist mandantengetrennt aufgebaut: Bilder, Läufe und Ergebnisse eines Arbeitsbereichs sind aus keinem anderen sichtbar oder adressierbar.
Was beim Anlegen passiert. Sie geben Namen und E-Mail-Adresse an, bestätigen die Adresse über einen zugeschickten Link und haben damit einen Arbeitsbereich, den nur Sie sehen. Wer zu mehreren an denselben Daten arbeitet, bekommt einen gemeinsamen Arbeitsbereich dazu — darüber entscheidet die Gruppenzugehörigkeit im Anmeldedienst und nichts, was sich im Browser eintippen ließe. Welche Daten dabei anfallen, steht in der Datenschutzerklärung.
AUFNAHME
MITTELLINIEN
DICHTE