生物细胞荧光图像的三维重构与淬灭性研究

发布时间：2020-05-19 23:43

【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。
【图文】：

载物台,共焦,光学系统,标本

(2)增强有效的分辨率；(3)提高信噪比；(4)允许对厚的、散射光线严重的标本进行清晰观察；(5)x、y 方向的扫描可以扩大标本的测试范围；(6)放大倍数的电子调节；(7)尤其适合标本光学属性的量化研究；(8)使用暗视场光阑、环形像图等调节孔径，可以得到无穷孔径数值平面；(9)使用相对简单的设备可以得到复杂的对比效果；(10)允许使用低复杂度的物镜，例如，远工作距离、紫外线、红外线成像的物等，但需要严格校正在一个轴点上。

荧光图像,图像去噪,前后对比

包括荧光探针染色能力，背景荧光强度和细胞活性等多方面因素的影响，为结果，必须对各种不同噪声源进行系统表征研究[8]。Donoho[9]引入的一种阈可以有效的去除背景荧光所产生的噪声。在这种方法的基础上，，Luisier 等人langer 等人[11]开发了特别适用于显微镜应用的去噪算法(见图 1.2)，利用便捷值算法合理去除荧光图像中的噪声。此外，对使用非局部和多尺度方法估计景的方法做出了许多基本的贡献。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q2;TP391.41

【参考文献】