乙型病毒性肝炎是威胁全人类健康的世界性疾病，我国的乙型肝炎病毒（HepatitisBvirus，HBV）感染者高达8600.7万，而目前已感染者难以彻底治愈，需终生服药，所以急需研制更有效的抗病毒药物或治疗性疫苗。乙肝表面抗原（HepatitisBVirussurfaceAntigen，HBsAg）是HBV的重要组成之一，不仅是临床上重要的诊疗标志物，也是乙肝疫苗的主要成分。深入探究HBsAg的工作机制，需要高分辨的三维结构信息，但由于HBsAg的结构均一性较差，目前仍未解析出其高分辨率三维结构。 冷冻电镜单颗粒重构技术，不仅能重构高分辨率的三维结构，并且在样本制备、可解析范围等方面具备极大优势，因此也成为了HBsAg结构解析的重要方法。单颗粒重构包括颗粒挑选、二维聚类和三维重构等环节，其中二维聚类能够生成高信噪比的类平均图像便于观察样品，发现形态特征、对称性等关键结构信息，对后续三维重构具有重要指导意义。 本文通过深入分析HBsAg结构解析的难点，结合单颗粒重构过程，重点围绕着聚类算法的探究、建立和初步应用，开展研究工作，具体内容有: (1)建立HBsAg的冷冻电镜单颗粒图像数据集，并应用主流聚类算法进行初步探究。制备了HBsAg冷冻样品，通过电镜图像采集、预处理和颗粒挑选，构建了67797张HBsAg颗粒图像的数据集;通过4种主流聚类算法对其进行聚类分析，初步了解HBsAg的形态特征，验证了数据集的可靠性;同时，对聚类结果进行分析，发现了类内误差大、类间颗粒分布失衡（前10类占据94％以上）等问题，生成的类平均图像质量较差; (2)基于前述聚类探究的问题分析和HBsAg形态理解，针对性地提出了HBsAg环形特征(HBsAgRingFeature，H-RF)、动态降噪变分自编码器（DynamicDenoisingVariationalAutoencoder,DDVAE）与平衡K-Means(BalancedK-Means,BK-Means)算法，而后结合三者提出一种面向HBsAg的冷冻电镜图像聚类方案H-RDK; (3)为客观评价H-RDK的可靠性和性能，首先对已知结构进行投影并加入随机噪声，构造了信噪比为0.5、0.1、0.05的模拟数据集进行验证测试，从而通过准确率与互信息对聚类结果进行直观评价，H-RDK在三个数据集上的性能均优于常用的三种聚类算法; (4)将H-RDK应用于前述构建的HBsAg图像数据集，得到了更清晰的降噪图像和类平均图像;结合图像质量与形态特征对类平均图像进行量化评价，其清晰度和边缘刺突分布较前述主流算法均有提升;结合H-RDK的聚类结果，通过主流重构软件EMAN2进行初步的重构测试，得到一个分辨率为16.89(A)的HBsAg三维结构，具有较好的探索潜力。
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