انجمن مهندسی پزشکی ایران نشریه علمی مهندسی پزشکی زیستی 2008-5869 8 2 2014 06 22 Development of a new filter for Protein Spot Segmentation in Two Dimensional Gel Electrophoresis Images توسعه‌ی فیلتری جدید برای استخراج لکّه‌های پروتیینی در تصاویر الکتروفورز ژل دو بعدی 183 202 13049 10.22041/ijbme.2014.13049 FA سینا شامخی دانشجوی دکتری مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمدحسین میران‌بیگی دانشیار دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران علی گویا استادیار دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران بهاره آذریان آزمایشگاه پروتیین/شیمی‌مرکز تحقیقات بیوتکنولوژی، انستیتو پاستور ایران Journal Article 2015 06 11 Two-dimensional gel electrophoresis (2DGE) is a basic and widely used method in proteomics. In this method, mixtures of proteins are separated due to the differences in their molecular weight and isoelectric points and a final image obtained from the separated protein spots is created. Due to the large number of the protein spots in a 2DGE image and the importance of separation of overlapping proteins, the image processing of these images is a complex process. 2DGE images pose various noises and artifacts such as cracks, staining artifacts, and streaks that affect the reliability of the analysis. In this work, we have proposed a novel spots filter based on the scale-space second order structural Hessian and its eigenvalues for enhancing and separating the spots from the background. Furthermore, in this work, 2DGE images have been segmented and the locations of the spots have been detected. To evaluate and compare the proposed method, we have implemented three methods: Otsu thresholding, Watershed transform, and the method proposed by Mylona et al. Based on the regional spot volume evaluation, the TPR and FPR of the proposed method are 78.6 and 14.9, the TPR and FPR of the Otsu method are equal to 71.4 and 25.7 percent, and the TPR and FPR of the Watershed algorithm are 53.9 and 8.1 percent, respectively. Also, in the spot counts evaluation, the Precision and TPR of the proposed method are equal to 83.6 and 81.1 percent, and the Precision and TPR of Otsu method are 65.4 and 78.3, respectively. The Watershed transform has detected the spots with Precision and TPR equal to 27.7 and 68.2 percent, and the Precision and TPR of the method proposed by Mylona et al. are 74.0 and 72.7 percent, respectively. The results reveal the accuracy and superiority of the proposed method. الکتروفورز ژل دو بعدی یکیاز روش‌های پایه و پرکاربرد در علم پروتئومیک است. درین روش، پروتیین‌های موجود در نمونهی اوّلیه براساس دو ویژگی وزن مولکولی و بار الکتریکی در دو بعد ازهم جدا شده و تصویری از لکّههای پروتیینی میدهد. به دلیل تعداد زیاد لکّه‌های پروتیینی موجود دریک ژل نمونه که نزدیک به هم قرار دارند، پردازش تصاویر فرآیندی پیچیده است. وجود منابع نویز و آرتیفکت همچون شکستگی‌ها، آرتیفکت‌های ناشیاز رنگ‌آمیزی، رگه‌ها و موارد دیگر، جداسازی نواحی تصاویر با چالش‌های گوناگونی مواجه است. درین پژوهش، برپایهی ویژگی‌های مکان/مقیاس، مشتقّات مرتبهی دوم و مقادیر ویژهی هیشین تصویر، برای بهبود لکّههای پروتیینی و جداسازی نواحی لکّه از پسزمینه، فیلتری جدید ارائه شد. تصاویر الکتروفورز ژل دو بعدی ناحیهبندی شده و مکان و تعداد لکّههای موجود در تصاویر، با این فیلتر بهتر تشخیص دادهشد. الگوریتم پیشنهادی توانایی جداسازی نواحی لکّهی پروتیینی را با نرخ TPR برابر 6/78 درصد و با نرخ FPR برابر 9/14 درصد از نواحی پسزمینه دارد. درحالی که آستانه گذاری اوتسو و حوضچهی آبریز به ترتیب: با نرخهای 4/71 درصد و 7/25 درصد، و با نرخهای 9/53 درصد و 1/8 درصد جداسازی می‌نمایند. بررسی تعداد لکّههای صحیح استخراج شده در روش پیشنهادی، میتواند با دقّت 6/83 درصد و با نرخ TPR برابر 1/81 درصد محل قرار‌گیری لکّهها را تشخیص دهد. در صورتی که روشهای اوتسو، حوضچهی آبریز و مایلون به ترتیب: با دقّت 4/65 درصد و با نرخ برابر 3/78 درصد، دقّت 7/27 درصد و با نرخ 2/68 در‌صد، دقّت 0/74 درصد و با نرخ 7/72 در‌صد، مکان لکّهها را تشخیص می‌دهد. نتایج روش پیشنهادی، دقّت و توانایی بالاتری را در ناحیه‌بندی تصویر، نسبت به روشهای دیگر نشان داد.

https://www.ijbme.org/article_13049_81bd84c896e453d8b6292072257c75c1.pdf