染色体图像信息处理方法研究

论文摘要

染色体是遗传物质的载体,它上面带有遗传因子,决定人体的形态特征和生理机能。无论是动物还是植物,其细胞核内的染色体,不仅具有一定的数目,而且还有一定的形状。染色体核型分析,是染色体遗传分析技术的经典方法,是遗传学科学研究和辅助临床诊断的重要手段之一,是分析染色体易位、缺失、诊断各种遗传病变的关键指标。现代遗传学、优生学、临床检验等都需要进行染色体的核型分类,但是这项工作是繁琐、费时的、一直以来都依靠目视、手贴完成。本文以人体染色体图像模式识别为背景,研究生物学图像的分析与处理方法,结合图像处理与模式识别技术,全面介绍了人类染色体自动分析系统的核心技术和关键算法,包括染色体图像分割、特征提取与分类器设计等。主要研究内容如下:1、染色体图像分割:采用基于边界灰度的门限算法和基于遗传算法的熵算法来寻找染色体图像二值化需要的分割阈值,对分割后的图像存在的噪声分别采用内插来置换和边界跟踪来消除;2、染色体特征提取:采用细化技术将染色体细化一些离散的骨架点,用插值方法获得平滑的曲线染色体中线。利用染色体的中线等步长提取平均积分轮廓和宽度轮廓;3、染色体的核型分类:利用染色体结构参数即其灰度轮廓通过正态贝叶斯分类器或采用模糊聚类的方法来实现染色体的对号分类。本论文的研究可为我国以后的遗传研究和计划生育临床检验供了有效的检验手段,同时它符合我国国情,必将有着广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 染色体分析及其重要意义
• 1.1.1 染色体形态和结构特征
• 1.1.2 染色体显带技术
• 1.1.3 人类染色体与染色体疾病
• 1.2 人类染色体研究历史背景和现状
• 1.2.1 人类染色体研究的历史背景
• 1.2.2 人类染色体自动分析系统的研究现状
• 1.2.3 用于核型分类的染色体特征
• 1.3 图像处理技术应用于染色体自动分析
• 1.4 本论文的意义和主要研究内容
• 1.4.1 本论文的意义
• 1.4.2 本论文的研究内容
• 第2章 染色体图像分割
• 2.1 引言
• 2.2 染色体图像预处理
• 2.3 门限算法
• 2.3.1 二值图像
• 2.3.2 门限算法
• 2.3.3 边界灰度门限法
• 2.4 基于遗传算法的熵分割
• 2.4.1 图像分割中的灰度直方图熵法
• 2.4.1.1 一维灰度直方图熵法（MEC）
• 2.4.1.2 二维灰度直方图熵法
• 2.4.2 遗传算法
• 2.4.3 基于遗传算法的灰度直方图熵分割
• 2.4.3.1 基于遗传算法的一维灰度直方图熵阈值分割
• 2.4.3.2 基于遗传算法的二维熵阈值分割
• 2.5 分割实验结果
• 2.6 边缘平滑
• 2.7 小结
• 第3章 染色体特征提取
• 3.1 染色体的边缘检测与边界跟踪
• 3.1.1 Sobel 算子边缘检测
• 3.1.2 Prewitt 算子边缘检测
• 3.1.3 Freeman 链码跟踪算法
• 3.2 染色体特征提取
• 3.2.1 染色体的形态特征
• 3.2.2 染色体特征提取
• 3.2.3 利用中轴变换技术将染色体细化
• 3.2.4 染色体中线拟合
• 3.2.5 染色体特征轮廓的提取
• 3.3 小结
• 第4章 染色体自动核型分类
• 4.1 染色体的模式识别
• 4.2 贝叶斯分类器
• 4.2.1 贝叶斯法则
• 4.2.2 贝叶斯风险
• 4.2.3 基于贝叶斯法则的分类器
• 4.3 用 Denver 体制和正态贝叶斯分类器对染色体分类
• 4.3.1 染色体的预分类
• 4.3.2 染色体核型再分类
• 4.4 模糊聚类
• 4.5 实验结果与讨论
• 4.6 小结
• 第5章 自动核型分析软件系统
• 5.1 引言
• 5.2 软件开发工具
• 5.3 软件系统设计
• 5.3.1 系统概述
• 5.3.2 系统框架
• 5.4 用户图形界面的总体设计
• 5.4.1 系统软件的矢量制图
• 5.4.2 矢量图形系统的文档的设计
• 5.4.3 实现矢量图形系统的视图
• 5.5 小结
• 结论
• 1. 论文的主要工作和创新点
• 2. 研究工作的总结和展望
• 参考文献
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢