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(diǎn)和分子量的不同能夠同時(shí)分離數(shù)以千計(jì)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(kāi)，對(duì)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(diǎn)。由于蛋白點(diǎn)數(shù)據(jù)量龐大，基于計(jì)算機(jī)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(diǎn)檢測(cè)及定量、凝膠匹配等步驟，它的目的是蛋白質(zhì)點(diǎn)特征的準(zhǔn)確檢測(cè)和定量，為下一步的藥物研發(fā)、疾病診斷及環(huán)境檢測(cè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中，對(duì)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(guò)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(huì)影響蛋白質(zhì)的遷移形勢(shì)，會(huì)造成同一個(gè)蛋白質(zhì)點(diǎn)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(duì)一個(gè)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(wèn)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(duì)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(guò)基于蛋白點(diǎn)的方法或基于像素的方法實(shí)現(xiàn)。
　　本論文對(duì)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(shí)，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(guó)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(diǎn)的方法和基于像素的方法?；谙袼氐姆椒軌虺浞掷脠D像的原始數(shù)據(jù)，但是計(jì)算量較大，耗時(shí)較長(zhǎng)；基于蛋白點(diǎn)的形變方法需要對(duì)凝膠圖像進(jìn)行蛋白點(diǎn)檢測(cè)，選出標(biāo)記點(diǎn)，因而不能直接利用凝膠圖像的原始數(shù)據(jù)，但其計(jì)算量小，耗時(shí)少，且形變效果較好。針對(duì)凝膠圖像失真的特點(diǎn)，重點(diǎn)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(duì)稱的特點(diǎn)，對(duì)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