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摘要生物医学研究者多年来一直努力以不同视角分析解释细胞在生长、迁移、分化等方面的行为。随着生物力学交叉学科的发展和实验条件改善,特别是在弹性基底为基础的细胞牵引力显微镜技术出现后,定量测量细胞牵引力已经成为评价细胞行为特性的常用手段。随之也产生了多种针对从细胞位移场中反演牵引力的计算方法。本研究主要内容包括：<br>　　第一部分：对用于反演牵引力的位移场进行噪声状况的预评估,能够较准确分析出细胞位移场中真实信号和噪声信号的特性及强度,提升后续牵引力反演计算时方法的针对性。本文主要考虑位移场中的高斯白噪声和椒盐噪声,并利用细胞牵引力引起的位移信号同噪声信号在频域和空间域中的特征差异,提出对应检测方法,达到对混合噪声位移场中常见噪声准确稳定的预估。<br>　　第二部分：提出一套牵引力反演算法评估的参数化体系。目前牵引力反演算法众多,每种方法都有其理论基础和适用情况,但暂无统一情况下对各方法反演牵引力具体特点的定量评价比较。本文通过建立接近真实细胞牵引力测量的模拟环境,计算相同标准情况下不同方法计算结果的评价参数,从理论适用范围、网格加密能力、抗噪能力、稳定性、计算效率多个方面比较不同牵引力反演算法。<br>　　第三部分：目前已有牵引力反演算法中大部分未专门针对含噪位移场进行优化处理,抗噪能力普遍较弱。而实际细胞牵引力实验中往往由于观测手段等实验条件和DIC等位移场计算方法限制,难以避免地在位移场中引入误差的噪声信号。本文在总结频域反演法(FTTC)和空间域积分解反演法(BIS)基础上,对存在高斯白噪声和椒盐噪声的混合噪声位移场,提出了具有针对性的一系列优化手段,具体通过在FTTC方法中对频域下位移场进行高频截断滤波,在BIS方法中对离散格林函数矩阵进行特征值分解和截断,大幅提升噪声环境下牵引力反演的抗噪能力和稳定性。<br>　　第四部分：在牵引力反演方法中加入细胞边界等先验知识可以一定程度上提高牵引力反演效果。但实际计算中先验性知识在人为给定过程中存在误差,本文针对给定细胞边界和假设弹性基底杨氏模量均一的先验知识存在误差情况,讨论了真实牵引力部分位于细胞边界外和弹性基底杨氏模量波动对于牵引力反演的影响。<br>　　第五部分：总结了现有主要牵引力反演算法,针对位移场中可能存在高斯白噪声和椒盐噪声,通过引入先验知识,在频域或空间域下截断滤波等手段提出一套针对具体不同情况的牵引力反演方法,并给出各方法在统一问题中牵引力反演结果的参数评价,精细区分出不同牵引力方法的适用范围。本文作者尝试在这些基础上,结合实验数据处理经验,建立起一套更加全面、准确、稳定的牵引力反演流程。