不确定性意识的拉力力显微镜

科学领域:

• 细胞力学和生物力学
• 定量显微镜和图像分析.
• 生物物理学和计算生物学

背景情况:

• 拉力力显微镜 (TFM) 使用基质变形量化细胞产生的力.
• 标准的TFM方法需要启发式规范化,对噪声敏感,缺乏错误估计.
• 现有的TFM方法很难解释基板变形中的测量误差及其传播到引应力.

研究的目的:

• 开发一种不确定性意识的TFM技术,用于对细胞施加力的可靠量化.
• 为了估计和传播基板变形的测量不确定性到引应力读取.
• 通过考虑输入数据质量,使客观参数选择和自动化TFM分析成为可能.

主要方法:

• 使用非参数引导式粒子图像速度测量与不确定性量化 (PIV-UQ) 来量化基质变形和不确定性.
• 实现一个层次化的贝叶斯框架,用于空间适应性规范化,条件是图像质量.
• 使用TFM与不确定性量化 (TFM-UQ) 技术从基板变形到引应力传播的不确定性.

主要成果:

• TFM-UQ在本地调整了平滑水平,优于传统的规范化方法.
• 开发的不确定性意识工具客观地指导图像分析参数的选择,例如PIV-UQ查询窗口大小.
• 使用合成和实验数据集的验证证明了PIV-UQ和TFM-UQ的可靠性和更好的性能.

结论:

• 不确定性意识TFM-UQ技术为量化细胞产生的力提供了更准确和可靠的方法.
• 这种方法有助于将生物变异性与测量错误脱,从而提高了TFM数据的解释能力.
• 开发的工具允许无参数,数据驱动的规范化,为自动分析大型TFM数据集铺平了道路.