giacomo veneri thesis
DESCRIPTION
In proteomics, two dimensional gel electrophoresis (2–DE) is a separation technique for proteins. Gel electrophoresis is registered and the final digital image is computer analyzed for protein spots finding; the protein spots can be detected by visual inspection of a digital gel image or by image processing algorithm. On computer image analysis, difficulties arise from image noise, spot saturation and irregular geometric distortions. Aiming at the automated analysis of large series of 2–DE images, the bottleneck is to solve the two most basic algorithmic problems: identifying protein spots and computing the protein spots map in order to compare it to database or different image. We developed a robust Analysis of Variance (ANOVA) based algorithm able to excite spot in order to be easy found and separated by classic algorithm as edge detection or watershed. The implementation is done in a client standalone application called VisualBio.TRANSCRIPT
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Sistema per l’identificazione automatica di gruppi proteici
nelle immagini elettroforetiche bidimensionali
Prof. Alessandro MecocciProf. Alessandro Mecocci
Ing. Paolo BussottiIng. Paolo Bussotti Giacomo VeneriGiacomo Veneri
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Processo elettroforetico
Spot matchingGel preparation
Classification
Person
Person
Person
Person
Spot classification
A11
AqR
A11
A17
Mel1AQS
A11Z1X
A11
AqR
A11
A17
Mel1AQS
A11Z1X
(1)(2)
(3)
(4)
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Gel Elettroforetico
Peso Molecolare
Punto isoelettrico
Problemi nel gelProblemi nel gel
•Streaks :rumore correlato
•Saturazione grigi
•Spot overlapping
Problemi nel gelProblemi nel gel
•Streaks :rumore correlato
•Saturazione grigi
•Spot overlapping
EterogeneitàEterogeneitàEterogeneitàEterogeneità
AffidabilitàAffidabilitàAffidabilitàAffidabilità
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Informazioni note a priori
Spot = Distribuzione GaussianaSpot = Distribuzione GaussianaSpot = Distribuzione GaussianaSpot = Distribuzione Gaussiana
Spot Grandi = Spot MarcatiSpot Grandi = Spot MarcatiSpot Grandi = Spot MarcatiSpot Grandi = Spot Marcati
Streaks costanti lungo le YStreaks costanti lungo le YStreaks costanti lungo le YStreaks costanti lungo le Y
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Scopo
1. 1. Preelaborazione: Preelaborazione: Rimozione delle streaksRimozione delle streaks
1.a Massima Rimozione1.a Massima Rimozione
1.b Minima perdita1.b Minima perdita
2. 2. Spot Matching: Spot Matching: individuazione degli spotsindividuazione degli spots
2.a Risoluzione dello spot overlapping2.a Risoluzione dello spot overlapping
2.b Estrazione degli spots dalle streaks2.b Estrazione degli spots dalle streaks
2.c Massima sensibilità verso gli spots più piccoli2.c Massima sensibilità verso gli spots più piccoli
WatershedWatershed
GeodesicGeodesic
Anova CWAnova CW
SnakeSnake
FFTFFT
MinimumMinimum
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FFTFFT
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FFTFFT
Elimina le streaks
Mantiene intatti gli edge
Data l’eterogeneità del gel si richiede un algoritmo più leggero
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MinMin
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MinMin
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Perdita minimaPerdita minima
MinMin
Elimina in modo efficiente le streaks
Mantiene intatti gli spots più piccoli
Elimina lo sfondo
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Profilo
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Riconoscimento degli Spot
WatershedWatershedDigaDiga
Spot overlapping a sopraffazioneSpot overlapping a sopraffazione
•Thresholding ai vari livelli
• Se il livello superiore contiene due insiemi viene eratta una diga
•Thresholding ai vari livelli
• Se il livello superiore contiene due insiemi viene eratta una diga
spotsspots
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Watershed Segmentazione delle streaks
Risolve lo spot overlapping
Non risolve lo spot overlapping a sopraffazione
Segmenta le streaks e descrive male i contorni
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Geodesic
Max. descrizione dei contorni
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Sensitività massima
GeodesicGeodesic
Risolve lo spot overlapping
Non risolve lo spot overlapping a sopraffazione
Descrive efficientemente i contorni estraendo gli spots dalle streaks
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Cartesiane
Polari
n
i
m
jjij
m
jj
mnyy
myyn
F
1 1
2.
1
2...
))1(/()(
)1/()(
n
i
m
jjij
m
jj
mnyy
myyn
F
1 1
2.
1
2...
))1(/()(
)1/()(
Riconoscimento degli Spot Riconoscimento degli Spot Anova CWAnova CW
Ogni pixel (x,y)
Ogni pixel (x,y)
Probabiltà che in (x,y) sia centrato uno spot
Probabiltà che in (x,y) sia centrato uno spot
mjH
ey
j
ijjij
..10:0
mjH
ey
j
ijjij
..10:0
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Riconoscimento degli Spot Riconoscimento degli Spot Anova CW con Maschera adattivaAnova CW con Maschera adattiva
Come scegliere R?Come scegliere R?
Adattivo con il livello di grigio del centro (x,y)Adattivo con il livello di grigio del centro (x,y)
R=50 log(0.31 I(x,y))R=50 log(0.31 I(x,y))
Adattivo con il livello di grigio del centro (x,y)Adattivo con il livello di grigio del centro (x,y)
R=50 log(0.31 I(x,y))R=50 log(0.31 I(x,y))
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Anova CW + Edge Anova CW + Edge LogLog
Spot overlapping a sopraffazione
WatershedWatershed
Anova CWAnova CWAnova CWAnova CW
![Page 19: Giacomo Veneri Thesis](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062705/5563a3f1d8b42a2d538b5472/html5/thumbnails/19.jpg)
Anova CW + Anova CW + watershedwatershed
Risolve lo spot overlapping
Risolve lo spot overlapping a sopraffazione
Descrive efficientemente i contorni
Tempi più lunghi
![Page 20: Giacomo Veneri Thesis](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062705/5563a3f1d8b42a2d538b5472/html5/thumbnails/20.jpg)
Gellab II +Melanie
VComputPhoretix
Confronto con altro software
Migliore descrizione dei contorniMigliore descrizione dei contorniMigliore descrizione dei contorniMigliore descrizione dei contorni
Nessuna perdita (99.6%)Nessuna perdita (99.6%)Nessuna perdita (99.6%)Nessuna perdita (99.6%)
Maggior tempo di elaborazioneMaggior tempo di elaborazioneMaggior tempo di elaborazioneMaggior tempo di elaborazione
![Page 21: Giacomo Veneri Thesis](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062705/5563a3f1d8b42a2d538b5472/html5/thumbnails/21.jpg)
Visual Bio1 Background
2 Rest Sat.
3 Rest FFT
4 Rest Min
5 Edge Mask
6 Edge LoG
7 Watershed
8 Snake
9 Anova CW
10 Geodesic
E Equalize
1 Background
2 Rest Sat.
3 Rest FFT
4 Rest Min
5 Edge Mask
6 Edge LoG
7 Watershed
8 Snake
9 Anova CW
10 Geodesic
E Equalize
![Page 22: Giacomo Veneri Thesis](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062705/5563a3f1d8b42a2d538b5472/html5/thumbnails/22.jpg)
Sviluppi Futuri
• Incremento Incremento velocità velocità ottimizzando il codiceottimizzando il codice
• Creazione di un Creazione di un software professionalesoftware professionale
•ClassificazioneClassificazione degli spots degli spots
• Comunicazione di Comunicazione di nuovi spotsnuovi spots mai classificato mai classificato
• Classificazione del gelClassificazione del gel
• Ricerca di Ricerca di nuove configurazioninuove configurazioni sfruttando sfruttando algoritmi geneticialgoritmi genetici
• Incremento Incremento velocità velocità ottimizzando il codiceottimizzando il codice
• Creazione di un Creazione di un software professionalesoftware professionale
•ClassificazioneClassificazione degli spots degli spots
• Comunicazione di Comunicazione di nuovi spotsnuovi spots mai classificato mai classificato
• Classificazione del gelClassificazione del gel
• Ricerca di Ricerca di nuove configurazioninuove configurazioni sfruttando sfruttando algoritmi geneticialgoritmi genetici
![Page 23: Giacomo Veneri Thesis](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062705/5563a3f1d8b42a2d538b5472/html5/thumbnails/23.jpg)
Creazione del gel
EyEy
t2t2
ExEx
t1t1
Punto isoelettrico
Peso molecolare