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随着现代显微镜技术的快速蓬勃发展,使用全内反射荧光显微镜(TotalInternal Reflection Fluorescence Microscopy,TIRFM),能观察并记录活细胞内纳米级的囊泡的运动和各种状态变换,使用图像处理的工程手段对这些动态过程进行分析,得到对生物生理过程和现象的更深入透彻的解释。本研究通过应用TIRFM技术对运动的葡萄糖转运蛋白4(Glucose Transporter 4,GLUT4)囊泡进行图像的计算机定量分析与处理,为细胞内葡萄糖转运机制的研究提供客观依据。本研究是对活细胞内的大量运动囊泡的序列图像的处理与分析。首先对几百张序列图像进行荧光衰减的校正,联系实际应用背景,采用了稳健回归和贝叶斯统计推断相结合的方法来恢复图像信息,为下面的图像分析作预处理。其次,本研究进行了囊泡点的识别和运动的追踪,研究了特征点识别方法,使用高斯点扩散函数重构出囊泡内荧光团的分布参数,得到各个囊泡点的位置信息,然后,按照基于图论的最优匹配算法,在每个点的邻域内搜索,最优地连接序列图像之间的囊泡点,描绘出囊泡点的运动轨迹,达到多轨迹追踪的目的,也能计算出各种运动物理参数。同时荧光强度的变化即是囊泡在垂直方向Z轴上的运动,结合X-Y平面上的位移,建立三维运动轨迹。此外,除了囊泡长距离的跑动外,本研究还着重阐述了一种基于统计量和模板设计的,能自动识别囊泡融合事件和位置的方法。克服了目前国内外对融合点的识别基本上都是人工的不足,也克服了Fusion Assistant工具的太注重细节而缺乏推广性的缺点,所以本研究的自动识别融合点的方法是优于这些现有的方法的。最后,本研究还利用高斯混合模型(Gaussian Mixture Model),使用最大期望(Expectation-Maximum,EM)算法,从一个囊泡簇中重建出各个独立囊泡的各自参数。经过对实际数据的应用,以上算法都能得到比较满意的结果,这将有助于生物生理方面研究。