回到首頁

多通道影像分析

簡介

多通道（Multi-channel）影像分析是現代生物醫學研究中的重要工具，能夠同時觀察多個目標分子或結構的分布與相互關係。本章將介紹多通道影像的處理技術，特別是共定位分析與ROI分析方法。

基本概念

影像強度

• 灰度值定義
• 像素強度範圍
• 背景與訊號
• 飽和與線性範圍

多通道影像

• 通道類型
• 通道分離
• 通道對應
• 光譜重疊

單通道分析

基本測量

• 平均強度
• 積分密度
• 最大/最小值
• 標準差

背景校正

• 背景定義
• 減去背景
• Rolling ball法
• 局部背景

多通道分析

通道準備

1. 通道分離
2. Image > Color > Split Channels
3. 通道命名

4. 通道對齊

5. 通道校正

6. 漂白校正
7. 串擾校正
8. 背景校正

共定位分析

• Pearson相關係數
• Manders重疊係數
• 共定位面積
• 強度相關性

定量分析方法

ROI分析

• 選擇感興趣區域
• 多通道測量
• 數據比較
• 統計分析

線掃描分析

• 強度剖面
• 多通道比較
• 峰值分析
• 訊號分布

多通道影像基礎

通道類型

1. 螢光通道

   • DAPI：細胞核標記
   • GFP：綠色螢光蛋白
   • RFP：紅色螢光蛋白
   • 其他螢光染料

2. 透射光通道

   • 明場（Brightfield）
   • 相差（Phase Contrast）
   • DIC（Differential Interference Contrast）

基本操作

1. 通道分離

    run("Split Channels");

1. 通道合併

    run("Merge Channels...", "c1=[Channel1] c2=[Channel2] c3=[Channel3] create");

1. 通道轉換
   • RGB轉HSB
   • 複合通道轉單通道
   • 偽彩色設定

共定位分析

基本概念

• 共定位（Colocalization）定義
• 空間重疊（Spatial Overlap）
• 強度相關（Intensity Correlation）
• 分析意義與限制

分析方法

1. 定性分析

   • 通道疊加
   • 散點圖（Scatter Plot）
   • RGB合成

2. 定量分析

   • Pearson相關係數
   • Manders重疊係數
   • Costes方法
   • Li強度相關商

實作步驟

1. 影像預處理

    // 背景校正
    run("Subtract Background...", "rolling=50");

    // 通道對齊
    run("Align Channels");

    // 雜訊過濾
    run("Gaussian Blur...", "sigma=1");

1. 共定位分析

    // 使用JACoP插件
    run("JACoP", "img1=[Channel1] img2=[Channel2] pearson manders li");

1. 結果可視化

    // 生成共定位圖
    run("Colocalization Highlighter");

ROI分析

ROI操作基礎

1. ROI選擇工具

   • 矩形選擇
   • 橢圓選擇
   • 多邊形選擇
   • 自由手繪

2. ROI管理器

    run("ROI Manager...");
    roiManager("Add");
    roiManager("Select", 0);

多通道ROI分析

1. 交集分析

    // ROI交集
    roiManager("AND");

1. 聯集分析

    // ROI聯集
    roiManager("OR");

1. 排除分析

    // ROI排除
    roiManager("XOR");

定量分析

1. 基本測量

    // 設置測量參數
    run("Set Measurements...", 
       "area mean standard integrated display redirect=None decimal=3");

    // 執行測量
    roiManager("Multi Measure");

1. 通道間比較
   • 強度比率
   • 面積重疊
   • 形態相關性

應用實例

案例 1：蛋白質共定位分析

1. 實驗設置

   • 雙重免疫螢光染色
   • 共聚焦顯微鏡成像
   • 多視野採集

2. 分析流程

    // 通道分離
    run("Split Channels");

    // 背景校正
    selectWindow("C1-Image");
    run("Subtract Background...", "rolling=50");
    selectWindow("C2-Image");
    run("Subtract Background...", "rolling=50");

    // 共定位分析
    run("Coloc 2", "channel_1=[C1-Image] channel_2=[C2-Image]");

案例 2：細胞器分布分析

1. 數據採集

   • 多重標記
   • Z-stack掃描
   • 時序觀察

2. ROI分析步驟

    // ROI選擇
    roiManager("Add");

    // 多通道測量
    roiManager("Multi Measure");

    // 結果輸出
    saveAs("Results", "measurements.csv");

進階技術

3D共定位

1. Z-stack處理

   • 體積重建
   • 3D ROI
   • 立體可視化

2. 分析方法

   • 體積重疊
   • 3D強度相關
   • 距離分析

時序分析

1. 動態共定位

   • 時間序列追蹤
   • 相關性變化
   • 事件檢測

2. ROI追蹤

   • 運動分析
   • 形態變化
   • 強度動態

實作練習

練習 1：基本強度分析

1. 通道分離與處理
2. ROI強度測量
3. 背景校正
4. 數據分析

練習 2：多通道分析

1. 共定位分析
2. 時間序列分析
3. 數據標準化
4. 結果可視化