一种蛋白质分布提取量化方法

本发明属于图像生物识别，涉及一种蛋白质分布提取量化方法。

背景技术：

1、在过去的几十年中，图像处理技术已经广泛应用于生物医学图像处理领域。其中，图像分割和形态学骨架提取是两个关键技术。图像分割可以将图像中的目标区域与背景区域进行分离，从而提取出感兴趣的蛋白质部分。为了进一步提取蛋白质分布的拓扑结构信息，形态学骨架提取技术被引入到本专利中。形态学骨架提取是一种可以将目标区域表示为一维结构的方法，通过提取主要的中轴线或骨架来描述物体的拓扑特征。形态学骨架提取不仅可以减少数据维度，还能够保留蛋白质分布的形态信息，为后续的拓扑分析和特征信息提取量化提供了便利。

2、在生物医学研究和临床诊断中，对蛋白质分布的准确分析和定量评估对于了解细胞结构、研究疾病机制、食品的配料以及药物研发具有重要意义。然而，传统的手工分析方法通常耗时且主观性较强，无法满足高效和精确的需求。因此，开发一种自动化且可靠的蛋白质分布分析方法具有迫切的需求。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供了一种蛋白质图像分布特征量化的方法。

2、本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

3、步骤(1).图像的采集；

4、步骤(2).采用hsv空间阈值分割方式，提取蛋白质分布区域；

5、步骤(3).改进细化算法，获取蛋白质分布拓扑结构图；

6、步骤(4).连通域分析，量化蛋白质分布信息。

7、进一步地，所述步骤(1)图像采集具体方法如下：

8、实验采集仪器为浙江省农科院fv 3000激光共聚焦显微镜，采用金龙鱼高筋麦芯小麦粉制备面团。根据aacci 54-70.01检测面团吸水率和形成时间，并参照面团吸水率和形成时间确定加水量，即面团达到500fu稠度时停止和面。用0.01％(w/v)罗丹明b溶液替代8ml水加到和面机中和面，对面团中蛋白质进行染色。取适量染色的面团用包埋剂包埋后放在-20℃冰箱中冷冻固定，再用切片机切成若干个12μm、30μm的薄片，使其吸附在载玻片上，依次做好标记以备激光共聚焦显微镜采集图像使用。将厚度为12μm的面团切片样品倒置于激光共聚焦显微镜，使用波长为561nm的激光进行激发，在570-670nm处检测到发射，获取影像的x/y分辨率为1024×1024像素。

9、进一步地，所述步骤(2)采用hsv空间阈值分割方式，提取蛋白质分布区域具体方法如下：

10、将采集的rgb图像转至hsv空间，提取色相、饱和度、亮度分量，分析各分量直方图，分析直方图可知，图像的色相饱和度均为定值，通过设置亮度阈值的方式将蛋白质图像，以及淀粉区域分割出来。分割后的结果为二值图像，通过统计前景像素(像素值为1)的像素点数目，可以得到蛋白质面积占比

11、进一步地，所述步骤(3)改进细化算法，获取蛋白质分布拓扑结构图具体方法如下：

12、(3.1)定义3*3的矩形结构元素对分割出的蛋白质二值图像进行膨胀操作。

13、(3.2)针对膨胀后的图像，采用zs细化算法，通过迭代删除的形式获取蛋白质分布骨架图像。

14、(3.3)针对上述骨架图像边界细化不完全的情况，设计消除模板进行二次细化，最终获得蛋白质分布的拓扑结构图。

15、进一步地，所述步骤(4).连通域分析，量化蛋白质分布信息具体方法如下：

16、根据细化后的单像素二值拓扑蛋白质图像，通过连通域分析的方式，找到图像的的每一个连通域，针对每个连通域，假定当前像素为x,当前像素八邻域中前景像素个数为n(x)，遍历前景像素

17、(4.1)，若n(x)大于等于3，则认定该点为交点，统计交点个数。

18、(4.2)，若n(x)＝1，则认定该点为端点，统计端点个数。

19、(4.3)，针对每一个连通域，将交点和端点都作为特殊点，采用深度优先算法搜索路径，并记录路径上像素点个数，统计出相邻特殊点之间前景像素个数即可得到蛋白质分布每个分支长度。

20、本发明的有益效果：

21、(1)采用基于hsv空间阈值分割的方法，有效提取出采集图像中蛋白质分布情况以及面积占比。

22、(2)改进一种基于迭代的图像细化方法，获取了蛋白质分布的拓扑图，根据拓补图，量化出不同连通域内，蛋白质分布的交点个数、端点个数、分支长度等具体信息。

23、(3)本发明根据采集图像，成功量化出蛋白质面积占比、交点数量、端点数量、分支长度信息，可以为食品配料、药物分子的设计和优化等领域提供有力指导。

技术特征：

1.一种蛋白质分布提取量化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种蛋白质分布提取量化方法，其特征在于：步骤(3)中改进细化算法，获取蛋白质分布拓扑结构图，其具体为：

3.根据权利要求1所述的一种蛋白质分布特征提取量化方法，其特征在于：步骤(4)中连通域分析，量化蛋白质分布信息，其具体为：

技术总结
本发明提出了一种蛋白质分布提取量化方法。本发明首先对荧光染色的蛋白质图像采用HSV空间图像分割的方法，对图像色相、饱和度、亮度三个维度进行直方图分析，选定合适阈值分割得到蛋白质部分的二值图像；其次，遍历图像像素点，将符合给定条件的像素点加入删除列表，采用迭代删除的方式，得到蛋白质分布的拓扑图；之后针对图像边缘处存在删除不完全的情况，设计了一套删除模板，确保蛋白质拓扑图有更好的拓扑性、细化性；最后通过对拓扑图的分析，能够获得蛋白质分布的关键信息，例如分支数量、交点个数、连接情况等。本发明有助于深入理解蛋白质分布的特征，并在食品科学和生物医学研究中具有广泛的应用前景。

技术研发人员：周计龙,王效灵
受保护的技术使用者：浙江工商大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17