学科专业：信息与通信工程
论文题目：二维凝胶电泳图像中一致蛋白质斑点集检测技术研究
答 辩 人：欧巧凤
指导教师：张会生
时 间：2018年2月28日19:30
地 点：友谊校区毅字楼610
一、学位论文简介
蛋白质组学是在组织或细胞整体水平上探索蛋白质组动态变化与生理病理过程的关系，为临床诊治、新药开发和环境污染分析提供依据。二维凝胶电泳（two-dimensional gel electrophoresis, 2DGE）技术是目前最有应用价值的蛋白质组分离技术。一致蛋白质斑点集检测是2DGE技术的核心内容。本文以提高一致蛋白质斑点集检测准确率为目标，对2DGE图像配准和预处理方法，以及蛋白质斑点检测和匹配方法开展了一系列研究，主要工作及取得的创新性成果如下：
（1）为了提高一致蛋白质斑点集检测的准确度，提出了基于CSIFT（classifiedscale-invariant feature transform）的2DGE图像配准方法。首先，提取每张2DGE图像的双阈值SIFT特征点；再利用透视变换模型和几何相似度将图像的SIFT特征点分为内点、假外点和真外点三个子类；最后，将内点和假外点作为薄板样条（thin plate spline, TPS）变换的控制点，实现2DGE图像间的弹性配准，利用同一样品多张2DGE图像之间的冗余提高CPSS检测准确度。通过对不同来源的真实2DGE图像的配准实验，验证了本文方法的高准确度和高稳定性。
（2）针对脉冲噪声和人工干扰导致蛋白质斑点误检测的问题，提出了基于局部极小值分类的脉冲噪声和人工干扰去除方法。通过多组合成和真实2DGE图像的去噪实验表明，本文方法的开关滤波特性大幅度减小了对图像有用信息的损害；从mSSIM客观评价、蛋白质斑点中心极小值正确检测率和主观评价三个指标来看，本文方法综合优于现有方法。
针对2DGE图像整体或局部亮度差异导致蛋白质斑点量化不准确的问题，提出了邻域梯度区间直方图均衡（neighbouringgrad section histogram equalization, NGSHE）的图像亮度校正方法，克服了现有亮度校正方法存在2DGE图像背景区域过度增强的问题；提出了基于背景灰度曲面拟合的背景消减方法，减少了背景不均引起的蛋白质斑点量化误差。
（3）针对传统标记分水岭方法存在标记不准导致蛋白质斑点分割不准的问题，提出了一种改进的内外标记分水岭方法。该方法的蛋白质斑点正确检测率明显高于传统标记分水岭方法。上述改进分水岭方法对单个蛋白质斑点检测效果很好，但依然存在无法分离重度重叠蛋白质斑点的问题。因此，本文提出了一种基于山谷特征的重叠蛋白质斑点分离方法，以有效分离传统分离方法不能分离的重度重叠蛋白质斑点。
（4）为了提高蛋白质斑点匹配准确度，提出了渐进式协同蛋白质斑点匹配方法，有效克服了传统蛋白质斑点检测和匹配方法过早使用阈值引起的漏检。
二、攻读博士学位期间发表的与论文相关的学术论文及专著
[1] Qiaofeng Ou, Bangshu Xiong, Haodong Zhang, and Huisheng Zhang. Classified Scale-Invariant Feature Transform Feature Based Elastic Image Registration for 2-DE Gels，Journal of Medical Imaging and Health Informatics Vol. 5, 855–861, 2015.(SCI：000358625600031)
[2] Qiaofeng Ou, Huisheng Zhang, Bangshu Xiong, Lixin Li. Impulse Noise Removal in Two-dimensional Electrophoresis Images Based on Dome Recognition，2015 8th International Conference on BioMedical Engineering and Informatics，China Shenyang，2015(EI：20161702306877)
[3]欧巧凤,张会生,熊邦书.基于山谷特征的重叠蛋白质斑点分离算法，生物医学工程学杂志，31(5):1018-1022, 2014
[4]欧巧凤,张会生,熊邦书,李立欣.基于2DGE图像先验的蛋白质斑点检测方法,半导体光电，36(1):145-149,2015
[5]欧巧凤,张会生,熊邦书,李立欣.二维凝胶图像一致蛋白质斑点集提取方法，计算机应用研究，31(9):2850-2852, 2014
[6]熊邦书,叶毅嘉,欧巧凤,张郝东.基于CUDA的蛋白质斑点检测快速实现方法，生物医学工程学杂志，33(1):83-88,2016(EI：20161002049579)
[7]熊邦书,陈乐平,欧巧凤,张超.基于分层策略的凝胶图像间蛋白点匹配算法，中国生物医学工程学报，31(5):1018-1022, 2014
