蛋白质凝胶电泳图像分析系统的设计

作     者：王华华 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯加林;李进京

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：凝胶电泳 图像增强 条带划分 积分光密度 分子量 

摘      要：本文设计了一款功能简明、方便实用的蛋白质凝胶图像分析系统，主要用于检测蛋白质凝胶的蛋白含量、百分数、分子量等参数，用于分子生物学的研究。 系统分为硬件设计与软件设计两部分。硬件部分主要由光源、暗箱、载物台、数码相机构成，在暗箱内通过光源照射凝胶片，再由数码相机采集凝胶图像传输到计算机分析系统。所做工作主要有光源和数码相机的选型，以及暗箱内部光路的设计。 软件部分主要完成了蛋白质凝胶图像分析软件的设计，包括图像预处理，凝胶图像泳道与条带划分，条带信息提取三大部分。其中，图像预处理部分的主要工作是对凝胶图像进行增强，抑制背景和噪音的同时，增强条带信息，本文采用小波域增强算法，即首先通过Mallat快速分解算法将图像信号分解为低频子带和高频子带，对低频子带进行基于B样条小波的边缘增强，同时对高频子带进行小波域Garrote阈值去噪，最后再通过小波重构得到增强后的图像。泳道与条带划分部分采用基于模极大值小波边缘检测与白点检测相结合的划分算法，首先通过模极大值小波边缘检测对增强后的图像进行处理，得到清晰的泳道分界线，再通过设置白点阈值进行白点检测，将每一条泳道划分出来，最后针对划分出的每一泳道进行白点检测，划分出每一个泳道上的条带。条带信息提取部分主要包括蛋白含量的提取和蛋白分子量的提取，其中蛋白含量的提取通过采用计算积分光密度值的方法，蛋白含量的大小正比于条带的积分光密度值，净光密度值的计算则可通过标准蛋白进行校正，另外，通过条带的光密度分布亦可得出每个泳道上蛋白含量的百分数;蛋白分子量的提取主要通过测定条带迁移率的方法实现，本文讨论了条带迁移率的起点与前缘确定方法，得到更可靠的迁移率，通过分子量标准条带上分子量与迁移率的关系，进而计算出凝胶图像上每一个条带的分子量。 由于本文软件设计具有连贯性，因此文章对软件设计的每一部分都分别进行了实验与结果分析，确保每一步的安全可靠，保证最终分析结果的准确性。通过对蛋白质凝胶图像样本进行分析可得，本文分析系统条带识别率高，漏带率小，条带划分位置准确，并且能够计算积分光密度、百分数、迁移率、分子量等多种参数，具有较高的准确性，有良好的推广价值。