FiNTA · Filament Network Tracing Algorithm
Misurare le reti di fibre.
FiNTA segue ogni singola fibra di una rete e trasforma l'immagine in numeri: lunghezze delle fibre, orientamenti, ampiezze delle maglie, lunghezze di persistenza. Da dove venga l'immagine è indifferente all'algoritmo — microscopia elettronica, fluorescenza, confocale, campo chiaro, AFM: bastano fibre visibili. Bitblade Group ha reso accessibile l'algoritmo pubblicato come interfaccia web insieme al team FiNTA — si carica un'immagine, si misura lo spessore delle fibre, si scarica il risultato come report o come dati grezzi.
ESECUZIONE DI ESEMPIO
Un'esecuzione completa da portare via
Calcolata sull'immagine del nucleo cellulare più in basso — esattamente con le impostazioni su cui si basa anche la clip lì. I sette grafici sono disegnati dai dati estratti.
metrics.json e il log dell'esecuzione.
ZIP · 63 MB · 37 file — di cui 33 MB di animazione e 26 MB di immagini delle fibre
PRIMA / DOPO
Lo stesso punto, prima e dopo
A sinistra l'immagine come è uscita dal microscopio elettronico. Trascina il bordo.
IMMAGINE
DOPO 536 ITERAZIONI
L'immagine mostra fibre di actina della corteccia di actina sopra il nucleo. Diametro delle fibre impostato a 4 pixel per questa esecuzione, soglia 1,3 · 536 iterazioni.
GRANDEZZE MISURATE
I dati che si possono estrarre
Ogni distribuzione è disponibile come grafico, come tabella e come file grezzo. La misura è più fine della risoluzione dell'immagine: FiNTA descrive una fibra non come una catena di pixel ma come una sequenza di vettori con coordinate in virgola mobile — posizione e direzione di una linea mediana non sono quindi legate alla griglia dei pixel.
Lunghezze delle fibre
Distribuzione su tutta la rete, a scelta anche solo sulle fibre che delimitano maglie chiuse. L'angolo di intersezione a partire dal quale, a una ramificazione, comincia una nuova fibra è regolabile. Vedi l'esempio.
Orientamenti come diagramma a rosa
Una fibra non ha né testa né coda, perciò FiNTA ripiega ogni collegamento in [0°, 180°). Su un asse lineare 179° e 1° starebbero agli estremi opposti, benché siano quasi paralleli. Per lo stesso motivo sulla rosa non compaiono né media, né mediana, né direzione prevalente. Vedi l'esempio.
Lunghezza di persistenza
Per la rete nel suo insieme, come nell'articolo — e in più per singola fibra, riportata in funzione della lunghezza della fibra. Nell'esecuzione di esempio sono 524 nm per la rete nel suo insieme.
Maglie e ramificazioni
Aree, perimetri e diametri delle maglie chiuse, e con essi le distanze tra i punti di ramificazione. Vedi l'esempio.
Mappa di densità
L'unica domanda a cui nessuna media risponde: dove si trovi davvero la rete nell'immagine. Con lisciatura regolabile e una scala di colori che segue la lisciatura.
Animazione del tracciamento
Un fotogramma per iterazione di tracciamento, transcodificato in H.264 e riproducibile direttamente nella vista del processo. Utile per vedere dove un tracciamento si interrompe o taglia una curva — gli esempi più in basso sono esattamente registrazioni di questo tipo.
PROCEDURA
Dall'immagine all'analisi
Carica un'immagine
Qualsiasi immagine in cui si riconoscano le singole fibre. Scala di grigi o colore — le immagini a colori vengono convertite internamente in scala di grigi, oppure si traccia deliberatamente un singolo canale di colore.
Misurare lo spessore delle fibre
Basta trascinare una volta di traverso su una fibra nell'immagine. Da questo numero si possono ricavare buoni parametri di tracciamento; indovinarlo correttamente è decisivo per un buon risultato.
Impostare la scala
Trascinare una volta lungo la barra di scala nell'immagine e inserirne la lunghezza — da lì in poi tutti i risultati arrivano in unità reali invece che in pixel.
Senza scala tutto resta in pixel; l'analisi funziona allo stesso modo.
Avviare il tracciamento
L'esecuzione avviene come processo in background sul binario FiNTA originale compilato, non su una reimplementazione. Su richiesta registra ogni iterazione di tracciamento come fotogramma.
Analizzare ed esportare
Grafici e indicatori direttamente nel browser, più un report PDF e uno ZIP con tutti gli artefatti, il log, il file di impostazioni usato e i numeri in CSV — entrambi scaricabili qui.
SCELTA DEL CANALE
Un'immagine, due risposte
Tre coppie, ciascuna da una sola immagine: a sinistra e a destra c'è la stessa fotografia, cambia solo il canale di colore analizzato. Che cosa venga misurato alla fine si decide qui. Il colore delle linee, del resto, è liberamente selezionabile e non dice nulla sul canale.
Sul canale blu stanno i nuclei. L'algoritmo ne trova subito i bordi — in modo pulito e completo. Mostra che FiNTA, pur essendo costruito per l'analisi delle fibre, si può usare anche per altro.
La stessa immagine, canale rosso: ora il tracciamento attraversa l'intreccio di fibre di tutta la cellula.
Canale verde: fibre di actina.
Rosso: fibre di vimentina.
TRACCIAMENTO
Guardare come vengono trovate le fibre
Sette esecuzioni su immagini al microscopio elettronico a scansione, un fotogramma per ogni iterazione del tracciamento. Il rosso è sempre lo stesso: le linee mediane che l'algoritmo ha trovato fino a quel fotogramma. La stessa registrazione nasce per ogni esecuzione propria, se l'animazione è attiva.
Tutte e sei le immagini provengono dal lavoro del team FiNTA. I valori che vi compaiono sono stati scritti nell'immagine dallo strumento, tranne il nome del campione, che è coperto; i valori dei parametri sono presi dal file di impostazioni con cui è stata calcolata ciascuna esecuzione.
IMMAGINE DELLE FIBRE
Ogni fibra da sola
Un’immagine di esempio con alcune singole fibre estratte dalla rete tracciata. Come angolo limite sono stati usati 0,35 radianti (20°).
NESSUNO STRUMENTO RICHIESTO
Non deve per forza essere un microscopio.
Nessuna preparazione del campione, nessuno strumento — una fotografia notturna con la macchina fotografica, e lo stesso algoritmo traccia le stesse linee mediane, qui in blu invece che in rosso. Ciò che FiNTA richiede non è una determinata tecnica di ripresa, ma fibre che si stacchino dallo sfondo.
CONTROPROVE
Tre immagini che non sono una serie di misure
Non mostrano un risultato, ma il metodo: che cosa succede se gli si mette davanti qualcosa di cui si conosce già la risposta — e che cosa succede se le fibre sono nere su fondo chiaro invece che chiare su fondo scuro.
La pietra di paragone più semplice
Una griglia regolare, fotografata di sbieco. Qui si sa in anticipo che cosa deve venir fuori: linee dritte, distanze uguali, angoli retti — e si vede subito se le impostazioni scelte reggono.
Fibre scure, fondo chiaro
L'algoritmo cerca creste chiare. I rami contro il cielo sono l'opposto — perciò l'immagine viene invertita prima dell'esecuzione. Un'impostazione, non un trattamento speciale.
L'esecuzione intera, non tagliata
Oltre mille iterazioni su una betulla pendula, avviate da due punti posti a mano invece che automaticamente. Abbastanza lunga da vedere come il tracciamento afferri prima il tronco, poi i rami grossi e da ultimo l'intreccio sottile ai margini della chioma.
Il colore delle linee è un'impostazione
Qui lo stesso algoritmo disegna in blu — perché sulle scintille calde si vede meglio. Il rosso, su questa pagina, è solo la scelta più frequente, non una proprietà del metodo.
PUBBLICAZIONE
L'algoritmo è pubblicato — e citabile
L'algoritmo non viene da noi, ma dalle autrici e dagli autori indicati qui sotto. Conclusa la pubblicazione, Bitblade Group ha costruito questa interfaccia web insieme al team FiNTA — perché chi fa ricerca e chiunque altro sia interessato possa usare il software per una via semplice, senza compilarlo da sé, senza riga di comando e senza un proprio ambiente di calcolo. Il calcolo avviene, invariato, con il metodo di quel lavoro.
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.
Alla pubblicazione (DOI) Su PubMed Codice sorgente su GitHubCitazione nell'export
Ogni report PDF generato porta il riferimento completo su ogni pagina.
IL TEAM DIETRO L'ALGORITMO
Autrici e autori
Sviluppato alla Universität des Saarlandes e all'INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien, Saarbrücken, con la partecipazione di Sheffield e Funchal. L’algoritmo vero e proprio l’ha scritto e sviluppato Moritz Schu; ciò che hanno contribuito gli altri è indicato accanto ai loro nomi e segue la dichiarazione dei contributi della pubblicazione.
Affiliazioni come indicate nella pubblicazione. FiNTA è distribuito sotto la GNU General Public License v3.0; questa interfaccia web non cambia nulla al riguardo.
ACCESSO
Si comincia
Si crea un account, carica la sua immagine e avvia la prima elaborazione — senza installazione, senza riga di comando. L'applicazione è costruita a compartimenti separati: immagini, elaborazioni e risultati di uno spazio di lavoro non sono né visibili né raggiungibili da un altro.
Crea un account Fare una domanda
Che cosa succede alla registrazione. Indica nome e indirizzo e-mail, conferma l'indirizzo tramite un link che le inviamo e ottiene così uno spazio di lavoro che vede solo lei. Chi lavora in più persone sugli stessi dati riceve in aggiunta uno spazio condiviso — lo decide l'appartenenza a un gruppo nel servizio di accesso, non qualcosa che si possa digitare nel browser. Quali dati ne derivano è scritto nell'informativa sulla privacy.
IMMAGINE
LINEE MEDIANE
DENSITÀ