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生物芯片图象分析方法的研究与应用

作　者: 邓宁
导　师: 段会龙
学　校: 浙江大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 生物芯片图象处理投影算法自动网格定位能量谱密度图象分割邻域搜索算法基因表达
分类号: Q819
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 305次
引　用: 3次
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内容摘要

随着人类基因组计划的提出与开展，生物信息学在近20年内得到了迅猛的发展，作为生物信息学领域一个新分支的生物芯片技术由于能够同时对成千上万的基因和蛋白质片断进行表达分析，已经得到了越来越广泛的应用。图象分析是生物芯片技术的重要组成部分，分析过程中需要处理大量的数据信息。由于图象分析的性能优劣将对生物芯片分析造成潜在的巨大影响，因此如何建立高效、准确、快速的生物芯片图象分析方法已成为当前亟需解决的首要问题。本文通过分析当前生物芯片图象分析领域的发展现状认为建立全自动化的图象分析方法，是生物芯片图象分析的关键问题。本文对生物芯片图象的分析方法进行了具体的研究，包括：研究并建立了生物芯片图象分析和数据处理的工作流程。对生物芯片图象样品点阵列的定位方法进行了具体的分析，建立了基于投影的生物芯片图象样品点阵列自动定位算法。针对生物芯片扫描图象普遍存在的倾斜问题，利用图象投影的能量谱密度，实现对倾斜图象的自动校正。在分析并比较了现有生物芯片图象分割方法的基础上，采用自适应圆形分割法，结合邻域搜索算法，实现了对生物芯片图象的分割。对生物芯片图象数据处理中的两大问题，数据提取和数据分析，进行了研究，实现了蛋白质生物芯片数据处理的解决方案。对生物芯片图象自动分析软件和工作站进行了具体的设计，实现了基于PC机的生物芯片自动分析工作站和基于嵌入式系统自动分析软件的图象分析模块。经临床实验后的结果表明，本文的生物芯片图象分析方法不仅具有高效、准确、快速的特点，而且由于自动化的分析模式，使得实现流水化式的生物芯片分析成为可能。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-20
  1.1 引言  8
  1.2 生物芯片概述  8-11
    1.2.1 基因芯片  9-10
    1.2.2 蛋白质芯片  10-11
    1.2.3 蛋白质芯片与基因芯片的对比  11
  1.3 生物芯片的扫描与成像  11-16
    1.3.1 生物芯片的杂交信号检测  11-13
    1.3.2 激光共聚焦生物芯片扫描仪的成像原理  13
    1.3.3 激光共聚焦生物芯片扫描仪的性能与技术指标  13-16
  1.4 生物芯片图象的处理与数据分析  16-18
    1.4.1 样品点的定位  16-17
    1.4.2 图象分割  17-18
    1.4.3 数据提取和生物学分析  18
  1.5 研究目标和任务  18-20
    1.5.1 生物芯片图象分析的关键问题  18-19
    1.5.2 目标和任务  19-20
第二章生物芯片图象样品点阵列的定位  20-38
  2.1 引言  20-21
  2.2 定位参数的确定  21-22
  2.3 基于投影的生物芯片图象样品点阵列自动定位算法  22-27
    2.3.1 用投影法对样品点进行寻址  23-25
    2.3.2 实验结果  25-27
    2.3.3 讨论  27
  2.4 生物芯片图象的自动倾斜校正算法  27-37
    2.4.1 进行图象倾斜校正的必要性  27-28
    2.4.2 运用能量谱密度实现图象的自动倾斜校正  28-32
      2.4.2.1 图象相关性和能量谱的概念  29
      2.4.2.2 生物芯片图象的自动倾斜校正算法  29-30
      2.4.2.3 实验结果  30-32
    2.4.3 自动倾斜校正改进算法  32-37
      2.4.3.1 原有校正方法的不足  32-33
      2.4.3.2 对倾斜校正算法的改进  33-36
      2.4.3.3 实验结果  36-37
  2.5 小结  37-38
第三章生物芯片的图象分割  38-45
  3.1 引言  38-39
  3.2 生物芯片的图象分割方法概述  39-41
    3.2.1 固定圆形分割法  39
    3.2.2 自适应圆形分割法  39-40
    3.2.3 自适应形状分割法  40
    3.2.4 直方图分割法  40-41
  3.3 结合邻域搜索的自适应圆形分割算法  41-44
    3.3.1 分割过程  41-43
      3.3.1.1 样品点位置的精确定位  42
      3.3.1.2 样品点大小的调整  42-43
    3.3.2 实验结果  43-44
  3.4 小结  44-45
第四章生物芯片图象的数据提取与分析  45-54
  4.1 引言  45
  4.2 生物芯片图象的数据提取  45-47
    4.2.1 背景光密度值的确定  45-46
    4.2.2 样品点信号光密度值的确定  46-47
    4.2.3 实验结果  47
  4.3 生物芯片图象的数据分析  47-51
    4.3.1 丙型肝炎病毒检测芯片(HCV)的数据分析  48-49
    4.3.2 人类白细胞抗原芯片(HLA-DRB1)的数据分析  49-51
    4.3.3 实验结果  51
  4.4 小结  51-54
第五章生物芯片图象自动分析软件的设计与实现  54-63
  5.1 引言  54
  5.2 基于PC机的自动分析工作站设计与实现  54-60
    5.2.1 软件整体框架设计  55-56
    5.2.2 软件模块设计与实现  56-60
      5.2.2.1 图象显示模块  56-57
      5.2.2.2 图象分析模块  57-59
      5.2.2.3 数据处理模块  59
      5.2.2.4 结果输出模块  59-60
  5.3 基于嵌入式系统的自动分析软件设计与实现  60-62
    5.3.1 软件整体框架设计  60-61
    5.3.2 图象分析模块设计与实现  61-62
  5.4 小结  62-63
第六章总结与展望  63-66
  6.1 总结  63-65
    6.1.1 生物芯片图象分析方法的特点  63-64
    6.1.2 生物芯片图象分析方法的性能评价  64-65
      6.1.2.1 性能评价因素  64
      6.1.2.2 评估结果  64-65
  6.2 展望  65-66
参考文献  66-70
作者在攻读硕士学位期间完成的科研成果  70

生物芯片图象分析方法的研究与应用

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