凝膠電泳圖像形變分析及校正算法研究.pdf

1、蛋白質(zhì)組學(xué)是當(dāng)前生物化學(xué)及生命科學(xué)等研究領(lǐng)域的前沿，雙向凝膠電泳技術(shù)作為蛋白質(zhì)組分析的核心技術(shù)發(fā)揮了重要作用。雙向凝膠電泳技術(shù)基于蛋白質(zhì)等電點和分子量的不同能夠同時分離數(shù)以千計的蛋白質(zhì)，把復(fù)雜蛋白質(zhì)混合物中的蛋白質(zhì)在二維平面上分開，對最終結(jié)果進(jìn)行掃描可視化就得到了雙向凝膠電泳圖像，在這幅圖像上，蛋白質(zhì)被描繪成不同形狀、不同大小和不同灰度的點。由于蛋白點數(shù)據(jù)量龐大，基于計算機的蛋白質(zhì)凝膠圖像分析是蛋白質(zhì)組學(xué)分析的重要步驟，主要包括圖像預(yù)處

2、理（噪聲去除、背景校正等）、蛋白點檢測及定量、凝膠匹配等步驟，它的目的是蛋白質(zhì)點特征的準(zhǔn)確檢測和定量，為下一步的藥物研發(fā)、疾病診斷及環(huán)境檢測提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中，對凝膠圖像的失真進(jìn)行形變校正是圖像預(yù)處理的關(guān)鍵一步。
　　在凝膠圖像的獲取過程中，由于蛋白質(zhì)樣本結(jié)構(gòu)的不同，例如在不同的鹽濃度中，會影響蛋白質(zhì)的遷移形勢，會造成同一個蛋白質(zhì)點在不同的凝膠圖像上可能出現(xiàn)在不同的位置，即所謂的“失真”。即使對一個特定的樣本進(jìn)行重復(fù)分析，也可能由

3、于凝膠的局部拉伸造成凝膠圖像失真。由于凝膠電泳技術(shù)本身的缺陷，凝膠圖像失真問題一直存在。為了提高凝膠圖像匹配的準(zhǔn)確率進(jìn)而提高凝膠圖像的分析結(jié)果，就必須對失真的圖像進(jìn)行形變校正。目前，二維凝膠電泳圖像的形變算法可以通過基于蛋白點的方法或基于像素的方法實現(xiàn)。
　　本論文對凝膠圖像的校正算法進(jìn)行研究。系統(tǒng)闡述了凝膠圖像形變校正的相關(guān)理論基礎(chǔ)知識，介紹了凝膠圖像失真產(chǎn)生的原因，數(shù)字圖像形變的概念及國內(nèi)外目前常用的兩種凝膠圖像形變的算法：基

4、于蛋白點的方法和基于像素的方法。基于像素的方法能夠充分利用圖像的原始數(shù)據(jù)，但是計算量較大，耗時較長；基于蛋白點的形變方法需要對凝膠圖像進(jìn)行蛋白點檢測，選出標(biāo)記點，因而不能直接利用凝膠圖像的原始數(shù)據(jù)，但其計算量小，耗時少，且形變效果較好。針對凝膠圖像失真的特點，重點研究了“笑臉”形變模型和薄板樣條函數(shù)（TPS）形變模型。由于凝膠圖像失真的軸對稱的特點，對原“笑臉”模型進(jìn)行了改進(jìn)。本論文在改進(jìn)的“笑臉”形變模型和薄板樣條函數(shù)模型的基礎(chǔ)上提出