Введение к работе
з
Актуальность темы. Проблемы сохранения здоровья человека, его развития и наследственности неразрывно связаны с относительно молодой биологической дисциплиной - цитогенстикой, изучающей строение и жизнедеятельность клетки.
Исследования последних лет показали, что многие болезни, не только наследственные, в известной мере зависят от генетических особенностей. Возможность возникновения, течение, симптоматика и исход каждого заболевания обусловлены взаимодействием среды и генетических факторов.
Значительные объемы информации, анализируемой в ходе цитологических исследований, привели к появлению компьютерных систем хромосомного анализа, которые, однако, не могли полностью удовлетворить потребности цитогенети-ков из-за низкого качества распознавания. С появлением принципиально новых методов приготовления и анализа цитогенетических препаратов, а также благодаря развитию методологии машинного зрения (МЗ) появилась возможность улучшить качество автоматизированного распознавания хромосом путем использования комплексных методов анализа видеоинформации.
В связи с большим ростом числа генетических заболеваний, который наблюдается в последние годы, проблема автоматизации хромосомного анализа приобрела особую актуальность.
Цель работы. Целью диссертационной работы являлась разработка модели, адекватно описывающей цитогенетическое изображение. На ее основе требовалось разработать методы и алгоритмы обработки визуальной и фактоірафической информации для создания двух программных систем:
-
автоматизированного хромосомного анализа метафазных изображений, содержащих структурно-перестроенные хромосомы;
-
управления базами данных по постоянным клеточным линиям человека и животных.
Работа проводилась в рамках Государственной научно-технической программы «Геном человека».
Научная новизна работы.
-
Разработана четырехуровневая модель цитогенетических изображений для задачи классификации серий метафазных изображений. Для каждого из уровней модели описаны содержание и структура информации.
-
Разработан алгоритм анализа серий метафазных изображений, содержащих структурно-перестроенные хромосомы.
-
На основе полученных математических соотношений разработан алгоритм формирования модельных метафазных изображений.
4. Разработаны алгоритмы построения признакового описания обьектої хромосом и на их основе предложена методика формирования эталонных ониа ний.
Методы исследования. В диссертации использовались методы и технологи искусственного интеллекта (ИИ), применяемые в машинном зрении, а также пра вила построения реляционных баз данных.
Обоснованность и достоверность выдвигаемых и использованных в диссер тации научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
теоретическим обоснованием,
апробированием программной реализации,
опытом внедрения разработанных систем,
перспективой дальнейшего применения разработанных методов и алгорит мов,
перспективой дальнейшего совершенствования разработанных систем.
Практическая ценность.
-
Создана система автоматизированного анализа серий метафазных изобра^ жений, содержащих структурно-перестроенные хромосомы.
-
Создана система управления базами данных клеточных линий человека е животных, позволяющая осуществлять научные исследования в области цитоге-нетического анализа.
Внедрение систем подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на международных, всероссийских и всесоюзных семинарах, симпозиумах и конференциях, в их числе:
41-й международный конгресс европейского общества клеточных культур, Италия, Верона, 1994;
Всесоюзные конференции "Геном человека - 90, 91", Переславль-Залесский, 1990, 1991;
Всесоюзная конференция АСОИЗ-89, Ленинград, 1989;
Советско-британский семинар "Medical Diagnostic and Population Screening using modern Electronic Imaging techniques", Москва, 1991;
Советско-болгарский научно-технический семинар « Микропроцессорная и компьютерная техника в машино- и приборостроении», Абакан, 1990.
Программные системы демонстрировались на научных семинарах Института цитологии РАН, в международном центре программы «Геном человека» HUGO centre, информационном центре Института молекулярной генетики РАН и на указанных ранее конференциях и семинарах.
Работа докладывалась на объединенном научном семинаре Вычислительного центра СО РАН в г. Красноярске и кафедры «Математическое обеспечение ЭВМ» Красноярского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит списка принятых сокращений, введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и одного приложения. Работа содержит 156 страниц машинописного текста, 64 рисунка и 10 таблиц . Список литературы включает 228 наименований.