冷冻电镜单颗粒重构病毒的三维显示与三维任意区域交互分割

摘要

病毒给予人类极大的伤害，防治病毒病是人类重要任务。根据部分球病毒结构上的二十面体对称的特性，三维重构与冷冻电镜技术相结合产生冷冻电镜单颗粒技术(CryoEM)成为研究病毒三维结构功能的重要手段。二十面体对称三维重构方法，最早是Crowther提出的。该技术利用二十面体的对称性确定二维投影图像中病毒颗粒的空间取向和中心位置，依据中心截面定理，把大量的确定了取向和中心位置的病毒颗粒空间叠加，重构出病毒的三维结构。至今已经用这项技术得到了大量病毒的三维结构。对三维体数据做出快速正确的三维显示，对解释生物结构的是至关重要的关键环节。因此，近年来出现了针对三维重构体数据的后处理研究。出现的软件包括IRISexplorer，SPIDER与WEB。它们均是基于UNIX下开发的应用软件，这些软件的共同特点包括：显示参数多，参数设定不便，需要在工作站上运行，不能进行任意区域的交互分割。为此，本文应用可视化技术，首先对体数据进行归并，继而分析了显示平滑度和显示细节之间的关系，建立了新的显示域值体系。对高分辨率的重建数据BmCPV;BmCPV/mab；CSBV；C6/36DNV进行了三维显示，并用基于空间的分割方法,对BmCPV进行了任意区域分割。这些功能组成了一个软件包，称为3DVDSS(3Dvirusdisplay&segmentationsystem)，软件包基于WindonsXP下，VisualC++进行结合OPGL开发。它具有：在PC机上运行，显示速度快，显示操作简便的特点。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1研究的背景，内容与目的

1.2研究的方法，结果与意义

1.3研究的主要创新点

1.4参考文献

第2章冷冻电镜单颗粒三维重构的原理

2.1冷冻电镜单颗粒技术原理

2.1.1中央截面定理

2.1.2二十面体取向的定义

2.1.3中心和取向的估计原理

2.1.4三维图像的插值算法

2.2三维重构的过程

2.2.1大欠焦图像的处理

2.2.2小久焦图像的处理

2.3参考文献

2.4附录

第3章 冷冻电镜单颗粒重构病毒的三维显示

3.1显示方法

3.1.1表面绘制法

3.1.2体绘制法

3.2可视化系统与显示流程

3.2.1可视化系统

3.2.2显示的过程

3.3参考文献

第4章冷冻电镜单颗粒重构病毒的三维交互分割

4.1三维图像分析技术中的任意区域交互分割

4.1.1四种坐标系

4.1.2前期工作

4.1.3理论推导

4.1.4算法描述

4.1.5实验结果与讨论

4.2三维图像分析中的精确测量

4.2.1测量的内容

4.2.2线段的测量

4.2.3角度的测量

4.2.4体数据模型

4.2.5面积的计算

4.2.6体积的计算

4.3参考文献

第5章 病毒的三维结构显示与分割结果

5.1材料的准备

5.1.1浓核病毒数据收集

5.1.2家蚕质多角体病毒数据收集

5.1.3中锋囊状幼虫病毒数据收集

5.1.4质多角体病毒单克隆抗体复合物数据收集

5.2显示结果

5.3显示结构的观察

5.3.1 DNV三维结观察

5.3.2 CPV三维结观察

5.3.3 BmCPV-MAb三维结构观察

5.3.4 CSBV三维结构观察

5.4显示系统讨论

5.4.1阈值的确定

5.4.2显示的交互性

5.4.3内部结构显示

5.5小结

5.6参考文献

研究论文

附件

1个人简历

2在站期间发表的论文和论著

3在站期间获得的科研基金及承担的其它课题

4在站期间参加国内外学术会议情况

致谢