Разработка моделей, методов и программных средств анализа многоканальных люминесцентных изображений раковых клеток : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель В. В. Скакун

Abstract

Объекты исследования: многоканальные люминесцентные изображения раковых клеток. Цели работы: создание новых математических моделей и объектно-ориентированной методологии цифрового анализа изображений биологических объектов, а также комплекса программных средств, предназначенного для эффективного анализа люминесцентных многоканальных изображений раковых клеток. Методы НИР: биоинформационный анализ, мультивариантный анализ, моделирование. Использованные приборы: персональный компьютер Intel® Celeron™ CPU G530 2.4GHz CPU с операционной системой Windows 10 Pro. Основные итоги: разработано формализованное логическое представление люминесцентных изображений раковых клеток, построена имитационная модель, позволяющая моделировать многоканальные изображения с учетом степени сгруппированности клеток, их перекрытия, статистического шума; проведен анализ методов снижения шума в люминесцентных изображениях. Наилучшие результаты были получены для метода нелокальных усреднений NLM. Исследованы способы восстановления информации об интенсивности красителей по цветовым компонентам в люминесцентных изображениях раковых клеток на основе метода главных компонент; разработан алгоритм сегментации цитоплазмы в пространстве главных компонент, который позволяет автоматически оценивать размеры ядер. В основе алгоритма лежат следующие методы: пороговый метод Отцу и водораздельный метод с фильтрацией по методу Гаусса и использованием маркеров для нахождения границ между слившимися ядрами. Выполнен отбор наиболее информативных признаков сегментированных объектов. В результате из 59 геометрических признаков формы были отобраны 11 наиболее информативных признаков, а из 39 характеристик распределния интенсивности 2 с сохранением точности классификации; разработан программный пакет CellDataMiner для выделения клеток на люминесцентных изображениях; выполнен анализ биомедицинских изображений (137 единиц), полученных в ходе экспериментов по исследованию микрочипов тканей опухолей молочной железы; определено количество раковых и нераковых клеток на каждом из исследуемых изображений. Области применения: прикладная спектроскопия, медицина, микроскопия, гистология.