曲線結(jié)構(gòu)檢測(cè)在斑馬魚生物圖像研究中的應(yīng)用.pdf

1、隨著后基因組時(shí)代的到來(lái)，為了研究基因組的功能、基因與顯形之間的關(guān)系、生物藥物的開發(fā)以及系統(tǒng)生物學(xué)等，現(xiàn)代生物學(xué)實(shí)驗(yàn)需要通過高通量高內(nèi)涵的生物成像設(shè)備產(chǎn)生海量圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析和統(tǒng)計(jì)才能回答特定的生物學(xué)問題。因此圖像自動(dòng)分析及系統(tǒng)建模方法將成為必須的手段。 斑馬魚是疾病建模和藥物開發(fā)的重要生物模型。斑馬魚圖像處理和分析對(duì)于大范圍、高通量成像的可再生性定量分析具有重大意義。本論文作為哈佛醫(yī)學(xué)院與西北工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)

2、成像與分析聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室ZFIQ(斑馬魚圖像自動(dòng)分析系統(tǒng))項(xiàng)目的一部分，針對(duì)斑馬魚axon對(duì)衡量基因與顯型之間關(guān)系的重要性，分別提出了半自動(dòng)的和自動(dòng)的曲線檢測(cè)方法。本文主要工作如下： 1．對(duì)目前存在的曲線結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法進(jìn)行分類，并重點(diǎn)介紹了模式識(shí)別技術(shù)、基于模型的方法和基于跟蹤的方法。最后簡(jiǎn)單介紹了曲線檢測(cè)方法在生物醫(yī)學(xué)研究，尤其在斑馬魚axon的檢測(cè)，熒光顯微鏡neurite圖像的檢測(cè)以及血管的分割上的應(yīng)用和意義。 2．提出

3、一種基于Diikstra最短路徑的半自動(dòng)的曲線檢測(cè)方法。首先構(gòu)造修正的Hessian矩陣，計(jì)算其特征值和特征向量。然后由其特征值和特征向量構(gòu)造最小權(quán)值函數(shù)。在由人工確定起始點(diǎn)及終止點(diǎn)后，由Dijkstra最短路徑算法按照起點(diǎn)生成其對(duì)應(yīng)的direction map，然后由終點(diǎn)反方向追蹤直至起點(diǎn)，從而確定路徑，完成對(duì)曲線的檢測(cè)。對(duì)不同形態(tài)斑馬魚axon圖像的試驗(yàn)結(jié)果表明陔方法能夠精確地檢測(cè)出曲線的主要分支結(jié)構(gòu)，并確定線長(zhǎng)。 3．提出

4、了一種全自動(dòng)的曲線檢測(cè)方法。由Hessian矩陣的特征值確定曲線搜索的起始點(diǎn)和候選點(diǎn)，在八鄰域內(nèi)按兩點(diǎn)之間距離和法線夾角之和最小的準(zhǔn)則確定連接點(diǎn)進(jìn)行連線。在垂直于脊線的兩個(gè)方向不進(jìn)行搜索，從而避免并行點(diǎn)的產(chǎn)生，消除了多響應(yīng)。針對(duì)初步連接候選點(diǎn)后存在斷點(diǎn)的問題，提出一種以終點(diǎn)為圓心畫圓在圓內(nèi)沿脊線方向搜索連接點(diǎn)的方法，能有效的連接斷丌處。將曲線細(xì)化為單像素寬，避免對(duì)曲線中心線長(zhǎng)度的錯(cuò)誤計(jì)算。該方法可自動(dòng)有效地提取曲線。對(duì)斑馬魚不同形態(tài)ax