Frames Player and Analyzer for Optical Biological Ballistic Observations

This work addresses a Python application called Frames Player and Analyzer, that puts into practice the engineering and computer knowledge applied to a practical case related to physiological scientific research. In this context, it is studied the functioning of the sarcomere, which constitutes the anatomical-functional unit of the muscle. The sarcomere is the smallest muscular structure able to develop strength and shorten. It contains two microfilaments: thick filaments, composed of contractile myosin protein, and thin filaments composed mainly of a contractile protein (actin) and two regulatory proteins (troponin and tropomyosin). This physiological research deals with the study and analysis of some information related to the protein: speed, size, positions and trajectories along which the actin filaments that meet certain requirements move. For finding such information it has been necessary to develop a dedicated program that is able to evaluate the motion of these filaments within a sequence of frames, which means to observe the path that is traced by these protein filaments through the acquisition and processing of the images of an experiment, and to bring it back into the graphical interface of the program. Hence, the program gives the user the possibility to select the paths and filaments that are considered suitable and the possibility to save the data so that can be used for a subsequent statistical survey.

Visualizzatore e Analizzatore di Fotogrammi per Osservazioni Ottiche Balistiche in Ambito Biologico. Questa tesi propone lo sviluppo di un'applicazione Python che mette in pratica le conoscenze ingegneristiche e informatiche applicate a un caso pratico relativo a una ricerca scientifica fisiologica. In questo ambito vine studiato il funzionamento del sarcomero, che costituisce l’unità anatomico-funzionale del muscolo, cioè la più piccola struttura muscolare in grado di sviluppare forza e di accorciarsi. Il sarcomero contiene due microfilamenti; i filamenti spessi, composti da proteina contrattile miosina e i filamenti sottili composti prevalentemente da una proteina contrattile (actina) e due proteine regolatrici (troponina e tropomiosina). Questa ricerca fisiologica si occupa dello studio e analisi dei dati: velocità, dimensioni, posizioni e traiettorie lungo le quali si muovono i filamenti di actina che soddisfano alcuni requisiti. Per la generazione di tali informazioni è stato necessario sviluppare un software utilizzando il linguaggio Python. Questo programma è in grado di calcolare i dati di questi filamenti all’interno della successione di frame, ovvero osservare il percorso che viene tracciato da questi filamenti proteici, attraverso l’acquisizione e l’elaborazione delle immagini di un esperimento, e riportarlo all’interno dell’interfaccia grafica del programma. Questo software fornisce all’utente la possibilità di selezionare i percorsi e i filamenti che sono ritenuti adatti e la possibilità di salvare i dati in modo che siano utilizzabili per una successiva indagine statistica.