一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法及系统

本发明涉及图像分析，尤其涉及的是挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、冷冻电镜单颗粒技术是目前结构生物学领域最流行的结构解析方法，该方法基于中央截面定理，从生物大分子不同角度的二维投影图片(颗粒)出发，挑选出蛋白质颗粒，并对蛋白质颗粒进行对齐、分类、平均和反向投影，从而得到其三维密度图。可以看出，该方法中从冷冻电镜图片中定义和挑选颗粒是非常重要的步骤，是决定最终重构成功与否的关键。

2、随着技术的发展，自“分辨率革命”发生以来，冷冻电镜单颗粒技术经过十多年的高速发展，目前半自动的模板匹配，以及利用机器学习开发的全自动的颗粒挑选方法被广泛使用，但是由于生物样品在天然状态下，自身拥有不同的构象变化，并且为了减少电子的辐照损伤，用低电子剂量成像的冷冻电镜图片的信噪比是较低的，现有的两种方法仍然无法做到较好的处理。

3、其中，模板匹配方法使用过程中，需要手动选择部分重构所需颗粒，生成模板，然后通过计算原始图片与模板的相关性确定每个颗粒的位置；这种方法高度依赖高信噪比和高对比度的原始图片，而且对于异质性较大，并且连续不规则的生物样品，此方法会存在明显的无法识别所有颗粒的现象，以上两种原因导致，使用半自动的模板匹配法挑选的颗粒，需要用户花费大量的时间和精力进行模板的挑选和颗粒的筛选，进而容易引入人为的错误。

4、而机器学习的颗粒挑选方法基于卷积神经网络、区域卷积神经网络、互相关以及图像分割等方法，其通过区分生物样品与背景噪音，从而挑选出颗粒，但这种方法对于低信噪比以及连续不规则样品，仍然无法做到全面且精准的颗粒挑选。

5、综上，现有技术仍旧缺乏一种高效、准确的挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法及系统，旨在解决现有技术中对于连续不规则冷冻电镜图片挑选单颗粒缺乏高效准确手段的问题。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，所述挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，具体包括：

4、获取冷冻电镜图片，对所述冷冻电镜图片进行分析，获取初步标记轨迹；

5、对所述初步标记轨迹进行校正，得到校正标记轨迹；

6、根据所述校正标记轨迹生成多个蛋白质颗粒数据，将所述蛋白质颗粒数据进行输出。

7、进一步地，所述获取冷冻电镜图片，对所述冷冻电镜图片进行分析，获取初步标记轨迹，具体包括：

8、获取冷冻电镜图片，对所述冷冻电镜图片进行预处理，得到预处理图片；

9、对所述预处理图片进行分析，获取所述初步标记轨迹。

10、进一步地，所述对所述预处理图片进行分析，获取所述初步标记轨迹，具体是：

11、获取在所述预处理图片上的多个标记点作为所述初步标记轨迹。

12、进一步地，所述对所述初步标记轨迹进行校正，得到校正标记轨迹，具体包括：

13、利用贝塞尔曲线插值法对所述初步轨迹进行插值，得到多个插值点

14、根据各个所述插值点拟合得到所述校正标记轨迹。

15、进一步地，所述根据所述校正标记轨迹生成多个蛋白质颗粒数据，具体包括：

16、根据所述校正标记轨迹得到多个蛋白质颗粒；

17、计算各个蛋白质颗粒的中心坐标，得到多个蛋白质颗粒坐标作为所述蛋白质颗粒数据。

18、进一步地，所述根据所述校正标记轨迹得到多个蛋白质颗粒，具体包括：

19、根据所述冷冻电镜图片，测量组成不规则连续多聚体的相邻亚基的距离，得到蛋白质颗粒间距；

20、根据所述蛋白质颗粒间距，对所述校正标记轨迹进行均分，得到多个蛋白质颗粒。

21、进一步地，所述将所述蛋白质颗粒数据进行输出，具体包括：

22、将所述蛋白质颗粒数据转换成冷冻电镜分析软件格式，得到转换数据；

23、将所述转换数据输出。

24、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的系统，所述挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的系统包括：

25、轨迹获取模块，用于获取冷冻电镜图片，并对所述冷冻电镜图片进行分析，获取初步标记轨迹；

26、轨迹校正模块，用于对所述初步标记轨迹进行校正，得到校正标记轨迹；

27、颗粒选取模块，用于根据所述校正标记轨迹生成多个蛋白质颗粒数据，并将所述蛋白质颗粒数据进行输出。

28、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种终端，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序，所述一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序被所述处理器执行时控制终端实现如上所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒方法的步骤。

29、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序，所述一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序被处理器执行时实现如上所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒方法的步骤。

30、本发明采用上述技术方案具有以下效果：

31、本发明针对目前冷冻电镜单颗粒技术中无法准确挑选低信噪比以及连续不规则颗粒的缺点，通过初步对冷冻电镜图片进行分析，得到少量的标记点作为初步轨迹，然后对初步标记轨迹进行插值校正，最后生成蛋白质颗粒数据文件，快速准确地完成蛋白质颗粒的挑选。

技术特征：

1.一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，其特征在于，所述挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，具体包括：

2.根据权利要求1所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，其特征在于，所述获取冷冻电镜图片，对所述冷冻电镜图片进行分析，获取初步标记轨迹，具体包括：

3.根据权利要求2所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，其特征在于，所述对所述预处理图片进行分析，获取所述初步标记轨迹，具体是：

4.根据权利要求3所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，其特征在于，所述对所述初步标记轨迹进行校正，得到校正标记轨迹，具体包括：

5.根据权利要求1所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，其特征在于，所述根据所述校正标记轨迹生成多个蛋白质颗粒数据，具体包括：

6.根据权利要求5所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，其特征在于，所述根据所述校正标记轨迹得到多个蛋白质颗粒，具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法，其特征在于，所述将所述蛋白质颗粒数据进行输出，具体包括：

8.一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的系统，其特征在于，所述挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的系统包括：

9.一种终端，其特征在于，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序，所述挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序被所述处理器执行时控制终端实现如权利要求1-7任一项所述的挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序，所述挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒方法的步骤。

技术总结
本发明涉及图像分析技术领域，公开了一种挑选连续不规则冷冻电镜单颗粒的方法及系统，所述方法包括：获取冷冻电镜图片，对所述冷冻电镜图片进行分析，获取初步标记轨迹；对所述初步标记轨迹进行插值校正，得到校正标记轨迹；根据所述校正标记轨迹生成多个蛋白质颗粒数据，将所述蛋白质颗粒数据进行输出。可以看出，本发明针对目前冷冻电镜单颗粒技术中无法准确挑选低信噪比以及连续不规则颗粒的缺点，通过初步对冷冻电镜图片进行分析，得到少量的标记点作为初步轨迹，然后对初步标记轨迹进行插值校正，最后生成蛋白质颗粒数据文件，快速准确地完成蛋白质颗粒的挑选。

技术研发人员：沈庆涛,刘蕴辉,刘明栋
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10