生物细胞荧光图像的三维重构与淬灭性研究

论文摘要

生物医学领域的三维重构技术是计算机图形学和数字图像处理在生物医学领域中的重要应用,也是当今的研究热点之一。它是利用已知的二维平面信息恢复空间三维结构信息的技术,广泛地应用于细胞形态学、生物动力学、辅助医疗等领域。与二维平面相比,三维空间包含更多的信息,能更直观、更全面地为人们所接受。细胞的三维成像有助于更好地观测活细胞中各细胞器的活动,同时,还能通过对活细胞的实时监测,发现细胞中各类组织的变化过程。由于细胞极其微小并且测量难度较大,需要高精度的图像还原及误差补偿方法才能精准的重构细胞的三维形态。因此,关于生物细胞三维重构的研究具有重要意义和实用价值。本文使用激光共聚焦显微镜,以扫描方式获取细胞的断层图像,再运用数字图像处理技术实现细胞三维重构。首先,通过将传统图像预处理方法与偏微分方程去噪算法进行对比,结果表明在处理细胞断层荧光图像时,四阶方向偏微分算法具有更好的去噪效果和适用性。然后,对图像阈值分割和分水岭分割法进行研究,提出粗细分割相结合的算法,即针对预处理后的细胞图像先使用区域分割,再进行精细边缘分割的算法,这有效地保留了细胞及细胞器的边缘信息,取得良好的图像分割效果。最后,运用形态学插值算法,通过对像素点方向的标记结合形态学的膨胀与腐蚀运算进行插值层的填充,完成细胞的三维重构。在实验过程中发现,荧光淬灭性对二维断层图像的荧光强度有一定的影响,从而降低了三维重构的精度,因此,分别对在不同温度下荧光探针的淬灭性进行研究,绘制了淬灭特性曲线,并根据这条曲线将断层图像的实际灰度补偿到初始灰度值水平,再进行三维重构。这样提高了细胞三维重构的精准性,对实现细胞三维结构的可视化做出一定贡献。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 生物样品的三维重构技术
•     1.2.2 细胞三维重构的数字图像处理技术
•   1.3 本文主要研究内容
•   1.4 论文主要创新点
•   1.5 文章整体架构
• 第2章 图像采集与图像预处理
•   2.1 图像采集
•     2.1.1 细胞培养
•     2.1.2 工作原理
•     2.1.3 图像采集
•   2.2 图像预处理
•     2.2.1 传统去噪方法-中值滤波器
•     2.2.2 数学形态学去噪算法
•     2.2.3 偏微分方程去噪
•     2.2.4 图像去噪的质量评价方法
•   2.3 本章小结
• 第3章 图像分割
•   3.1 图像分割定义
•   3.2 传统图像分割算法
•     3.2.1 阈值分割
•     3.2.2 分水岭图像分割
•   3.3 组合分割算法
•     3.3.1 粗分割
•     3.3.2 精细分割
•   3.4 本章小结
• 第4章 细胞三维重构
•   4.1 传统插值法
•     4.1.1 灰度插值法
•     4.1.2 基于形状的插值
•   4.2 形态学方向标记插值法
•   4.3 实验结果
•   4.4 本章小结
• 第5章 荧光淬灭性分析及补偿
•   5.1 实验原理与方案
•   5.2 淬灭性研究
•   5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 主要工作内容总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间主要研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 唐伟健

导师: 付芸

关键词: 三维重构,细胞,偏微分方程,分水岭,形态学,荧光淬灭补偿

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,计算机软件及计算机应用

单位: 长春理工大学

分类号: Q2;TP391.41

总页数: 64

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