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

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)

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

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

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

FFTFFT

FFTFFT

Elimina le streaks

Mantiene intatti gli edge

Data l’eterogeneità del gel si richiede un algoritmo più leggero

MinMin

MinMin

Perdita minimaPerdita minima

MinMin

Elimina in modo efficiente le streaks

Mantiene intatti gli spots più piccoli

Elimina lo sfondo

Profilo

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

Watershed Segmentazione delle streaks

Risolve lo spot overlapping

Non risolve lo spot overlapping a sopraffazione

Segmenta le streaks e descrive male i contorni

Geodesic

Max. descrizione dei contorni

Sensitività massima

GeodesicGeodesic

Risolve lo spot overlapping

Non risolve lo spot overlapping a sopraffazione

Descrive efficientemente i contorni estraendo gli spots dalle streaks

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

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))

Anova CW + Edge Anova CW + Edge LogLog

Spot overlapping a sopraffazione

WatershedWatershed

Anova CWAnova CWAnova CWAnova CW

Anova CW + Anova CW + watershedwatershed

Risolve lo spot overlapping

Risolve lo spot overlapping a sopraffazione

Descrive efficientemente i contorni

Tempi più lunghi

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

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

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

Creazione del gel

EyEy

t2t2

ExEx

t1t1

Punto isoelettrico

Peso molecolare