DE4409211A1

DE4409211A1 - Verfahren zum Verarbeiten von Densitogrammen elektrophoretischer Bilder

Info

Publication number: DE4409211A1
Application number: DE4409211A
Authority: DE
Inventors: Hisamitsu Yokokawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2014-03-18
Also published as: ITMI940508A0; DE4409211C2; JP3402650B2; ITMI940508A1; JPH06273319A; IT1271765B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verar beiten von Densitogrammen von elektrophoretischen Bildern.

Fraktionen eines Serumproteins oder eines Plasmapro teins, die durch Elektrophorese erhalten wurden, stellen eine vielfältige pathologische Information bei einer einzi gen Analyse bereit. Daher wurde diese in breiten Umfang als eine der Maßnahmen primärer Abtastung bzw. einer ersten Un tersuchung eingesetzt.

Bei einem elektrophoretischen Gerät wird eine Testprobe mit Hilfe eines Applikators zu einem Substrat wie etwa ei ner Zelluloseacetat-Membran hinzugefügt und einem elektro phoretischen Prozeß in einem elektrophoretischen Gerät für ein vorbestimmtes Zeitintervall unterzogen. Danach wird das Substrat in einem Färbegefäß gefärbt, entfärbt und getrock net, wodurch eine elektrophoretisches Fraktionsbild auf dem Substrat sichtbar gemacht wird. Das erhaltene Fraktionsbild wird photoelektrisch mit Hilfe eines Densitometers abgeta stet, wodurch eine dekadische Extinktionskurve (Kurve des negativen dekadischen Logarithmus des Durchlaßgrads) erhal ten wird, die allgemein als ein Densitogramm bezeichnet wird. Ein Densitogramm eines menschlichen Serumproteins ist in Fig. 1 gezeigt. Das Serumprotein ist allgemein durch die Elektrophorese in Albumin (Alb), (α₁-Globulin (α₁-G), α₂- Globulin (α₂-G), β-Globulin (β-G) und γ-Globulin (γ-G) se pariert. In dem Densitogramm treten die diesen Komponenten entsprechenden Fraktionen aufeinanderfolgend bei vorbe stimmten Positionen auf. Die vier Fraktionen sind bei den vier Fraktionspunkten "m" voneinander getrennt.

Bei einer herkömmlichen elektrophoretischen Analyse werden minimale Punkte bzw. Minima in dem Densitogramm als Fraktionspunkte "m" bezeichnet. Der Flächenwert (integrale Wert) jeder Fraktion zwischen den benachbarten Fraktions punkten "m" wird berechnet. Aus den in dieser Weise erhal tenen Flächenwerten werden dann jeweils die absoluten Kon zentrationswerte der den Fraktionen entsprechenden Kompo nenten berechnet. Die Konzentrationswerte werden mit dem Densitogramm mitgeteilt bzw. angegeben.

Wenn die untersuchten Proben normale Proben sind, ist die Information hinsichtlich der Konzentrationswerte aus reichend gut, um zusammen mit einem Densitogramm dargeboten zu werden. Jedoch enthält ein Densitogramm häufig eine Vielzahl von pathologischen Informationen. Um die patholo gische Information durch Analysieren des Densitogramms und der jeweiligen Konzentrationswerte der Komponenten zu er halten, ist beträchtliche Erfahrung und Befähigung erfor derlich, die von den jeweiligen Ärzten und den Befundüber prüfern abhängt.

Insbesondere bei den Fraktionen des Serumproteins tritt manchmal eine Spitze, die als "kleineres Band" bezeichnet wird, aufgrund einer spezifischen Komponente auf, die in dem Serum in dem Fall eines spezifischen pathologischen Zu stands oder eines Analysezustands vorhanden ist. Beispiele dieser kleineren Bänder enthalten ein monoklonales Protein (M-Protein), ein Komplement oder komplementäres, faserbil dendes Fibrinogen und β-Lipoprotein. Da unter diesen das M- Protein als ein Anzeiger eines mehrfachen Myeloms herange zogen werden kann, muß ein durch M-Protein (Protein M) er zeugtes kleineres Band insbesondere hinsichtlich einer grö ßenmäßigen Veränderung überwacht werden, um ein mehrfaches bzw. multiples Myelom (multiple myeloma) zu erkennen. Das Densitogramm eines menschlichen Serumproteins, das M-Pro tein enthält, ist in Fig. 2 gezeigt.

Bislang wurde eine Veränderung in der Spitze des M-Pro teins lediglich visuell in einem Densitogramm erfaßt. Ver suche wurden durchgeführt, um eine Veränderung der Spitze numerisch anzuzeigen, da das kleinere Band im allgemeinen auf der Wellenform der Fraktionen, die den vorstehend be schriebenen generellen Komponenten entsprechen, und insbe sondere bei der γ-Fraktion in überlappender Form auftritt. Jedoch waren die vorstehend angegebenen Versuche nicht er folgreich. Eine Veränderung der Spitze des M-Proteins kann auf der Grundlage einer Veränderung des Konzentrationswerts der gesamten Fraktion, die eine Spitze des M-Proteins ent hält, erkannt werden. Da sich jedoch die Spitze des M-Pro teins und diejenige der den Komponenten entsprechenden Fraktion im allgemeinen zum selben Zeitpunkt verändern, ist es schwierig, die Größe der Veränderung der Proteinspitze von derjenigen der Fraktion selbst zu unterscheiden. Dieses Problem war ein gemeinsames Hindernis bei der Erlangung an derer Information hinsichtlich des pathogenen Charakters aus den vorstehend erwähnten kleineren Bändern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Verarbeiten von Densitogram men von elektrophoretischen Bildern, das einen numerischen Spitzenwert einer spezifischen, in dem Densitogramm auftre tenden Komponenten erzeugen kann.

Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung ein Ver fahren zum Verarbeiten von Densitogrammen von elektrophore tischen Bildern, mit den Schritten:

Bestimmen eines anfänglichen Punkts P und eines End punkts Q einer Spitze, die von einer spezifischen Kompo nente erhalten wurde, die in einem Densitogramm auftritt, das durch photoelektrisches Abtasten des elektrophoreti schen Bilds eines Serumproteins oder eines Plasmaproteins erhalten wurde,
Berechnen einer Fläche S₁, die durch eine gekrümmte Linie, die sich von dem Punkt P zu dem Punkt Q erstreckt, die beide auf dem Densitogramm liegen, durch eine gerade Linie, die sich von dem Punkt Q zu einem Punkt Qx er streckt, der auf der Achse X liegt und dem Endpunkt Q ent spricht, durch eine gerade Linie auf der Achse X, die sich von dem Punkt Qx zu einem Punkt Px erstreckt, der auf der Achse X liegt und dem anfänglichen Punkt P entspricht, und durch eine gerade Linie, die sich von dem Punkt Px zu dem Punkt P erstreckt, umschlossen ist,
Berechnen einer Fläche S₂, die durch vier gerade Lini en umschlossen ist, die sich von dem anfänglichen Punkt P zu dem Endpunkt Q, von dem Punkt Q zum Punkt Qx, von dem Punkt Qx zu dem Punkt Px und von dem Punkt Px zu dem Punkt P erstrecken, und
Berechnen eines Unterschieds ΔS zwischen der Fläche S₁ und der Fläche S₂.

Die Erfindung wird nachstehend in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Densitogramm, das durch photoelektrische Abtastung eines elektrophoretischen Bilds eines Serumpro teins erhalten wurde,

Fig. 2 ein Densitogramm mit einer Spitze des M-Pro teins,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ana lysieren des Densitogramms des elektrophoretischen Bilds erläutert, wobei das Verfahren einem ersten Ausführungsbei spiel der vorliegenden Erfindung entspricht,

Fig. 4A einen Teil eines Densitogramms, das Fraktionen von β-Globulin bis γ-Globulin enthält, die eine Spitze des M-Proteins begleiten,

Fig. 4B eine Wellenform, die durch Auftragen von Spit zenwerten gezeichnet wurde, die von Flächenwerten jeweili ger Fraktionen erhalten wurden,

Fig. 5 einen Teil eines Densitogramms, der zur Erläu terung eines Verfahrens zur Berechnung eines Spitzenwerts dient,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, das zur Erläuterung eines ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellenden Verfahrens zum Analysieren des Densitogramms des elektrophoretischen Bilds dient,

Fig. 7 einen Teil eines Diagramms, das eine Spitze des M-Proteins mit klaren Fraktionspunkten enthält,

Fig. 8 Densitogramme der Testprobe (III) und der nor malen Probe (IV), die nach Durchführung einer Normalisie rung bezüglich der Achse X erhalten wurden,

Fig. 9 Densitogramme der Testprobe (III′) und der nor malen Probe (IV′), die erhalten wurden, nachdem die in Fig. 8 gezeigten Densitogramme weiterhin einer Normalisierung bezüglich der Achse Y unterzogen wurden, und

Fig. 10 eine Wellenform, die durch Auftragen des Un terschieds zwischen dem in Fig. 9 gezeigten Densitogramm der Testprobe (III′) und der normalen Probe (VI′ bzw. IV′) gezeichnet wurde.

Bei einem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Er findung stehenden Verfahren zum Verarbeiten von Densito grammen von elektrophoretischen Bildern werden ein anfäng licher Punkt (Anfangspunkt) P und ein Endpunkt Q einer Spitze, die von einer spezifischen Komponente erhalten wurde, die in einem Densitogramm auftritt, das durch pho toelektrische Abtastung eines elektrophoretischen Bilds des Serumproteins erhalten wurde, unter Durchführung der nach stehenden Schritte bestimmt:
Berechnen von Spitzenwerten der jeweiligen Fraktionen des Densitogramms des Serumproteins,
Auftragen der erhaltenen Spitzenwerte, um eine Wellen form zu zeichnen, wie sie in Fig. 4B dargestellt ist,
Definieren eines rechtsseitigen minimalen Punkts und eines linksseitigen minimalen Punkts der Spitze der spezi fischen Komponente auf der Wellenform als m₁ und m₂, und
Definieren der Punkte auf dem Densitogramm, die m₁ und m₂ entsprechen, als der anfängliche Punkt P bzw. als der Endpunkt Q.

Hierbei besitzt die Wellenform maximale Punkte wie etwa "p1", die von der Achse X nach oben oder nach unten vorste hen. Daher treten die Spitzen auf der Wellenform klar und deutlich auf. Auf der Grundlage der Spitzen der Wellenform kann die Spitze, die der spezifischen bzw. bestimmten Kom ponente in dem Densitogramm entspricht, mit Sicherheit er faßt werden, auch wenn die Spitzen mit unbewaffnetem Auge kaum erfaßt werden konnten.

Ein weiteres, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehendes Verfahren zum Verarbeiten von Densito grammen elektrophoretischer Bilder enthält die Schritte:
Normalisieren von Densitogrammen, die durch photoelek trische Abtastung der elektrophoretischen Bilder eines Se rumproteins in einer Testprobe und in einer normalen Probe erhalten wurden,
Auftragen des Unterschieds oder des Verhältnisses zwi schen den normalisierten Densitogrammen der Testprobe und der normalen Probe, um eine Wellenform zu zeichnen,
Definieren eines rechtsseitigen minimalen Punkts und eines linksseitigen minimalen Punkts der Spitze einer be stimmten Komponente auf der Wellenform als m₁ und m₂, und
Definieren von Punkten auf dem Densitogramm, die m₁ und m₂ entsprechen, als der anfängliche Punkt P und der Endpunkt Q.

Der anfängliche Punkt P und der Endpunkt Q können unter Heranziehung jedes der vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt werden. Um die Zuverlässigkeit der Bestimmung zu erhöhen, werden bevorzugt beide Verfahren eingesetzt.

Bei dem Verfahren zum Verarbeiten von Densitogrammen elektrophoretischer Bilder gemäß der vorliegenden Erfindung werden zunächst ein anfänglicher Punkt P und ein Endpunkt Q einer Spitze einer bestimmten Komponente bestimmt, die in einem Densitogramm auftritt, das mit Hilfe einer photoelek trischen Abtastung eines elektrophoretischen Bilds des Se rumproteins erhalten wurde. Zwei Punkte auf der Achse X, die dem Punkt P bzw. dem Punkt Q entsprechen, werden als Px bzw. als Qx definiert. Dann werden die Fläche S₁, die durch eine gekrümmte, sich von dem Punkt P zum Punkt Q erstreckende Linie und drei gerade Linien, die sich vom Punkt Q zum Punkt Qx, vom Punkt Px zum Punkt Qx und vom Punkt Px zum Punkt P erstrecken, umschlossen ist, und die trapezför mige Fläche S₂ berechnet, die durch eine Linie umschlossen ist, die die Punkte P, Q, Qx und Px verbindet. Der Unter schied ΔS zwischen S₁ und S₂ ist äquivalent der Fläche der Spitze, die von einer bestimmten Komponente auf bzw. in dem Densitogramm gewonnen wurde, die die in Fig. 4A gezeigte schraffierte Fläche ist. Die Fraktionsprozentanteile der bestimmten Komponente werden durch Berechnen des Verhält nisses zwischen dem erhaltenen Spitzenflächenwert ΔS und der akkumulierten bzw. auf summierten gesamten Fraktionsflä che, die durch das Densitogramm des Serumproteins und die Achse X umschlossen ist, erhalten. Als Ergebnis kann die Spitze der bestimmten Komponente in dem Densitogramm zah lenmäßig ausgedrückt werden. Folglich können Veränderungen der kleineren Bänder leicht und genau überwacht werden.

Weiterhin wird das Verfahren zum Verarbeiten von Densi togrammen gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur bei einem Densitogramm eingesetzten, das von einem Serumprotein erhalten wird, sondern auch bei einem Densitogramm, das von einem Plasmaprotein erhalten wird, bzw. läßt sich hierbei einsetzen. In diesem Fall treten die sechs Fraktionen in dem Densitogramm auf, das weiterhin eine Fraktion enthält, die einer Φ-Fraktion entspricht, die von Fibrinogen (bzw. faserbildendem Material) erhalten wird. Somit tritt die Φ- Fraktion zwischen Fraktionen auf, die dem β-Globulin und dem γ-Globulin entsprechen.

Nachstehend wird das erste Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung in größeren Einzelheiten unter Bezug nahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Das erste Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 erör tert.

Zunächst wird in einem Schritt 11 ein Densitogramm I aus dem elektrophoretischen Bild eines Serumproteins mit Hilfe einer photoelektrischen Abtastung gewonnen.

Fig. 4A zeigt einen Teil des Densitogramms I, das die Fraktion des β-Globulins bis zum γ-Globulin einschließlich einer Spitze des M-Proteins enthält.

In einem Schritt 12 wird das Ausmaß des Vorstehens des Densitogramms I, bzw. anders ausgedrückt der Spitzenwert berechnet. Dar Spitzenwert kann nach den drei nachstehenden alternativen Verfahren berechnet werden, die in der DE 36 27 659 C2 beschrieben sind (im folgenden auch als "Druckschrift 1" bezeichnet).

Erstes Verfahren zur Berechnung eines Spitzenwerts

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird zunächst ein Datenpunkt i frei wählbar auf einer Achse X festgelegt. Dann wird ein Erfassungsbereich mit einer Erfassungsbreite 2k auf beiden Seiten des Datenpunkts i festgesetzt. Es sei angenommen, daß Punkte i - k, i und i + k jeweils Werte haben, die mit D_i-k, D_i bzw. D_i+k bezeichnet sind. Danach wird eine Fläche S eines Abschnitts berechnet, der durch das Densitogramm und eine gerade Linie umschlossen ist, die den Datenwert D_i-k und D_i+k verbindet. Der Wert S wird als ein Spitzen wert bei einem Datenpunkt i betrachtet. Der Spitzenwert stellt das Ausmaß des Vorspringens bereit bzw. dar.

Der Wert von K kann vorzugsweise auf 3 bis 6 festgelegt werden. Falls K kleiner als 3 ist, können kleine Schwankun gen in Spitzenwerten umgewandelt werden. Jedoch ist es nicht zweckmäßig, daß die Fläche S durch kleine Störungen der Spitzenwerte, die durch die kleine Schwankung gebildet werden, beeinflußt wird. Falls andererseits K größer als 6 ist, wird der Wert von S groß, wodurch ein Glättungseffekt geschaffen wird. Daher kann der Einfluß von Störungen ver ringert werden, jedoch kann die kleine Schwankung nicht in einen Spitzenwert umgewandelt werden. Der bevorzugte Be reich des Werts K von 3 bis 6 ist gleichwertig mit demjeni gen bei anderen, nachstehend erläuterten Berechnungsverfah ren.

Zweites Verfahren zur Berechnung eines Spitzenwerts

Bei diesem Verfahren wird ein Spitzenwert dadurch er halten, daß der bei dem ersten Berechnungsverfahren erhal tene Wert von S in eine Gleichung "S/2K" eingesetzt wird. Der in dieser Weise erhaltene Spitzenwert zeigt eine durch schnittliche Höhe innerhalb des Erfassungsbereichs mit der Breite von 2K. Daher ist die Abhängigkeit von S/2K von der Erfassungsbreite 2K kleiner als bei der Fläche S. Dies be deutet, daß sich die Fläche S dann, wenn die Erfassungs breite 2K variiert, dementsprechend verändert, wobei sich jedoch der Wert von S/2K (S/2k) nur geringfügig verändert. Jedoch wird der Wert von S/2K in Abhängigkeit von einer Veränderung des Ausmaßes des Vorspringens des Densitogramms beträchtlich verändert.

Drittes Verfahren zur Berechnung eines Spitzenwerts

Bei diesem Verfahren wird ein Spitzenwert dadurch er halten, daß der Wert von S aus dem ersten Berechnungsver fahren in eine Gleichung "S/(2k)²" eingesetzt wird. Der in dieser Weise erhaltene Wert zeigt ein Verhältnis der mitt leren Höhe S/2k zu der Erfassungsbreite 2K, der erhalten werden kann. Genauer gesagt zeigt dieser Wert das Ausmaß des Vorspringens je Einheitsbreite der Erfassung an. Falls die Spitzen analoge Gestalt haben, wird der Wert S/(2k)² selbst dann identisch, wenn die Erfassungsbreite 2K vari iert. In diesem Fall bestimmt die Erfassungsbreite 2K das Ausmaß der Glättung.

Viertes Verfahren zur Berechnung eines Spitzenwerts

Bei diesem Verfahren wird ein Spitzenwert durch die zweite Ableitung berechnet. In diesem Fall ist es notwen dig, das Densitogramm durch eine Funktion auszudrücken. Folglich wird eine angenäherte Funktion des Densitogramms beispielsweise durch das Verfahren des kleinsten Quadrats auf der Grundlage der Werte bei den beiden Datenwerten in dem Densitogramm erhalten. Eine Breite zwischen den beiden Datenwerten ist die Erfassungsbreite 2K. Der Spitzenwert wird dann durch zweite Ableitung der erhaltenen Gleichung der angenäherten Funktion erhalten. Der in dieser Weise be rechnete Spitzenwert hängt nicht immanent von der Erfas sungsbreite 2k ab. Daher bestimmt 2k das Ausmaß der Glät tung als dasselbe bzw. in der gleichen Weise wie bei dem dritten Berechnungsverfahren.

Nach der Berechnung der Spitzenwerte bei jeweiligen Da tenpunkten auf dem Densitogramm I mit Hilfe einer der vor stehend angegebenen Methoden werden in einem Schritt 13 je weilige Datenpunkte auf der Achse X aufgetragen und jewei lige Spitzenwerte, die den Datenpunkten entsprechen, werden auf der Achse Y aufgetragen, wodurch eine in Fig. 4B ge zeigte Wellenform II gezeichnet wird. Die Form der Wellen form II ist analog derjenigen, die durch Auftragen der Da ten gezeichnet wurde, die durch Multiplizieren der zweiten Ableitung des Densitogramms I mit -1 erhalten wurden.

In einem Schritt 14 wird dann bestimmt, ob die einer Spitze des M-Proteins entsprechende Spitze in der erhalte nen Wellenform II vorhanden ist oder nicht. Falls keine Spitze vorhanden ist, die der Spitze des M-Proteins in der Wellenform II entspricht, springt der Verarbeitungsablauf zu einem Schritt 20 zur Aufzeichnung und Anzeige weiter.

Falls andererseits, wie in Fig. 4B gezeigt ist, eine Spitze P₁ erfaßt wird, die der Spitze des M-Proteins ent spricht, werden in einem Schritt 15 zwei Punkte auf dem Densitogramm (Dichtekurve) I, die einem rechtseitigen mini malen Punkt m₁ und einem linksseitigen minimalen Punkt m₂ der erfaßten Spitze P₁ entsprechen, als ein anfänglicher Punkt P bzw. als ein Endpunkt Q definiert.

Danach werden jeweils die beiden Punkte auf der Achse X, die P und Q entsprechen, als Px bzw. Qx definiert. Die Fläche S1, die durch eine gekrümmte, sich von P zu Q auf dem Densitogramm I erstreckende Linie und drei geraden, sich von Q zu Qx, von Qx zu Px und von Px zu P erstrecken den Linien umschlossen ist, wird berechnet. In einem Schritt 16 wird die trapezförmige Fläche S2 berechnet, die durch vier gerade Linien umschlossen ist, die sich von P bis Q, von Q bis Qx, von Qx bis Px und von Px zu P erstrecken.

In einem Schritt 17 wird der Unterschied ΔS zwischen der Fläche S₁ (S1) und der trapezförmigen Fläche S₂ (S1) berechnet. Dieser Unterschied ΔS ist äquivalent bzw. gleich groß wie die Spitzenfläche des M-Proteins allein. Wenn der Unterschied ΔS durch die aufsummierte, gesamte Fraktions fläche S₀ von einer Albumin-Fraktion zur γ-Globulin-Frakti on auf dem Densitogramm I dividiert wird, kann in einem Schritt 18 ein Fraktions-Prozentanteil des M-Proteins er halten werden.

Die in dieser Weise erhaltenen Fraktions-Prozentanteile werden zusammen mit anderen Daten aufgezeichnet oder ange zeigt. In dem Fall, daß in dem Schritt 14 keine dem M-Pro tein entsprechende Spitze erfaßt wird, wird eine Anzeige aufgezeichnet oder angezeigt, die lautet: "M-Protein wurde nicht erfaßt".

Wie vorstehend erläutert, kann die Spitze des M-Pro teins in dem Densitogramm I in Übereinstimmung mit dem bei diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren zum Ver arbeiten des Densitogramms (Dichtekurve) des elektrophore tischen Bilds erfaßt und numerisch prozentual ausgedrückt werden. Es sei angemerkt, daß die in Fig. 3 gezeigten Ver arbeitungsschritte 15 bis 18 für den numerischen Ausdruck der Spitze des M-Proteins lediglich bezüglich einer nicht normalen Testprobe durchgeführt werden. Aufgrund dieses Merkmals wird bei der vorliegenden Erfindung realisiert, daß die Veränderung der Größe des M-Proteins in einer Test probe leicht und genau durch den Fraktions-Prozentanteil des M-Proteins bestimmt wird.

Ein Ablaufdiagramm, das die Schritte zur Verarbeitung des Densitogramms des elektrophoretischen Bilds zeigt, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung durchgeführt werden, ist in Fig. 6 dargestellt.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Densito gramm I, das in einem Schritt 31 durch eine photoelektri sche Abtastung des elektrophoretischen Bilds eines Serum- Proteins erhalten wurde, einer Normalisierung bzw. Standar disierung der Konzentration in einem Schritt 32 unterzogen. Die Normalisierung bzw. Standardisierung der Konzentration ist ein Vorgang, bei dem der Akkumulationswert (aufsummierte Wert) von jeweiligen Fraktionsbildern mit ab soluten Konzentrationswerten von jeweiligen Proteinen in der Serumprobe in Bezug gebracht werden. Dieser Normalisie rungsvorgang kann in Übereinstimmung mit einem Verfahren durchgeführt werden, das in Druckschrift 1, DE-36 27 659 C2, beschrieben ist. Gemäß der vorstehend beschriebenen Me thode wird eine gesamte Menge der in der Testprobe enthal tenen Proteine durch ein biochemisches Analysegerät gemes sen. Der Akkumulationswert von jeweiligen Fraktionsbildern entsprechend der Gesamtmenge von Proteinen wird als ein Re ferenz-Akkumulationswert betrachtet. Dann wird der Akkumu lationswert von jeweiligen Fraktionsbildern des Densito gramms durch Berechnung erhalten. Ein Verhältnis zwischen dem berechneten Akkumulationswert und dem Referenz-Akkumu lationswert wird gebildet. Das in dieser Weise erhaltene Verhältnis wird mit jeweiligen Werten der Datenpunkte auf bzw. in dem Densitogramm multipliziert. Auf diese Weise wird ein hinsichtlich der Konzentration normalisiertes bzw. standardisiertes Densitogramm I erhalten.

Nach der Bildung des Densitogramms I werden dieselben Schritte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel einschließ lich der Berechnung eines Spitzenwerts (Schritt 33), der Bildung einer Wellenform durch Auftragen der Spitzenwerte (Schritt 34) und der Erfassung einer Spitze des M-Proteins (Protein M) (Schritt 35) wiederholt. Falls eine Spitze, die dem Protein M entspricht, in der Wellenform II erfaßt wird, werden in einem Schritt 36 ein anfänglicher Punkt P und ein Endpunkt Q der Spitze des Proteins M bestimmt, in einem Schritt 37 S₁ und S₂ berechnet und der Unterschied ΔS in einem Schritt 38 erhalten.

Dann kann die absolute Konzentration (g/dl) der Spitze des Proteins M in einem Schritt 39 durch proportionales Be rechnen des erhaltenen Unterschieds ΔS gebildet werden.

Beispielsweise ist bei dem Densitogramm I, das hin sichtlich der Konzentration normalisiert ist, um eine ge samte Proteinkonzentration von 7g/dl zu erhalten, das Ver hältnis zwischen dem Referenz-Akkumulationswert und dem Un terschied ΔS dann, wenn der Referenz-Akkumulationswert 100.000 und der in vorstehender Weise erhaltene Unterschied ΔS 10.000 ist, 100.000 : 10.000. Daher wird die Konzentra tion des Proteins M zu 0,7 g/dl berechnet.

Auf diese Weise kann die Menge des Proteins M als eine absolute Konzentration angezeigt werden. Daher kann die mengenmäßige Veränderung des Proteins M leicht und genau überwacht werden.

Die Bestimmung des anfänglichen Punkts P und des End punkts Q der Spitze des Proteins M ist nicht auf ein Ver fahren beschränkt, bei dem Spitzenwerte eingesetzt werden, die aus dem Densitogramm I erhalten wurden. Beispielsweise können dann, wenn die Spitze des Proteins M klare Frakti onspunkte m₃ und m₄ besitzt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, m₃ und m₄ direkt als ein anfänglicher Punkt P und ein Endpunkt Q benutzt werden.

Alternativ können der anfängliche Punkt P und der End punkt Q durch Anwendung bzw. Durchführung der Normalisie rung bei dem Densitogramm (D1) des elektrophoretischen Bilds der Testprobe und auch bei dem Densitogramm (D2) des elektrophoretischen Bilds der normalen Probe ohne Protein M, und durch Berechnung des Unterschieds zwischen D1 und D2 oder des Verhältnisses von D1 zu D2 bestimmt werden.

Genauer gesagt wird das Densitogramm des elektrophore tischen Bilds aufeinanderfolgend einer Normalisierung bzw. Standardisierung auf der Achse X und der Achse Y unterzo gen. In Übereinstimmung mit diesem in der Druckschrift 1 beschriebenen Normalisierungsverfahren wird die Normalisie rung auf der Achse X in folgender Weise durchgeführt:

Zunächst werden zumindest zwei vorbestimmte Referenz punkte erfaßt, die mit der Ausdehnungslänge des Densito gramms in Beziehung stehen. Dann werden diese Referenzpunk te zur Übereinstirninung mit vorbestimmten Datenpunkten auf der Achse X gebracht, die mit den vorbestimmten Ausdeh nungslängen in Beziehung stehen. Andere Datenpunkte auf der Achse X, die dem Densitogramm entsprechen, werden in Über einstimmung mit dem Verhältnis zwischen der Anzahl von Da tenabtastwerten zwischen den beiden Referenzpunkten und der Anzahl von Daten zwischen den vorbestimmten Datenpunkten, bezogen auf die vorbestimmte Ausdehnungslänge, verschoben.

Als ein nächster Schritt werden Datenpunkte auf der Achse Y des Densitogramms, dessen Achse X in der vorstehend beschriebenen Weise normalisiert wurde, weiterhin in Über einstimmung mit einem Verhältnis zwischen der Anzahl von Datenabtastwerten zwischen Referenzpunkten und der Anzahl von Datenabtastwerten zwischen zwei Punkten auf der Achse X entsprechend den Referenzpunkten normalisiert. Als ein Er gebnis ist der Flächenwert der Fraktion auf bzw. in dem Densitogramm im wesentlichen gleich dem Akkumulationswert des Densitogramms zwischen den beiden Datenpunkten gemacht.

Die Fraktionspunkte und Spitzenpunkte des in dieser Weise normalisierten Densitogramms sind frei von dem Ein fluß der elektrophoretischen Ausdehnungslänge und der elek trophoretischen Beweglichkeit. Wenn die Normalisierung auf der Achse X durchgeführt wird, werden die Fraktionspunkte des Densitogramms der Testprobe (III) mit denjenigen der normalen Probe (IV) in Übereinstimmung gebracht, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Wenn weiterhin die Densitogramme (III) und (IV) der Normalisierung auf der Achse Y unterzogen wer den, können die Densitogramme der Testprobe (III′) und der normalen Probe (IV′) mit einer gleichen Menge an γ-Globu lin-Fraktion, die in Fig. 9 gezeigt ist, erhalten werden.

Die Unterschiede zwischen dem Densitogramm III′ und IV′ werden aufgetragen, wodurch sich eine Wellenform V ergibt, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist. Die Wellenform V entspricht der aus dem Densitogramm heraus gezogenen Spitze des Pro teins M. Die Punkte auf dem Densitogramm I entsprechen ei nem rechtsseitigen minimalen Punkt m 5 und einem linkssei tigen minimalen Punkt m 6 der Wellenform V und werden als der anfängliche Punkt P und der Endpunkt Q der Spitze des Proteins M definiert.

Wie bei dem Densitogramm der normalen Probe kann ein elektrophoretisches Bild eines im Handel erhältlichen Steu erserums eingesetzt werden. Alternativ wird auch das Densi togramm eingesetzt, das von einem normal fraktionierten elektrophoretischen Bild erhalten wurde, das nach Untersu chung verschiedener Densitogramme von Testproben ausgewählt wurde.

In Übereinstimmung mit dem Analyseverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es vorstehend erläutert wurde, wird der Flächenunterschied ΔS auf der Grundlage des Unter schieds zwischen dem Densitogramm einer normalen Probe und demjenigen einer Testprobe berechnet. Aufgrund von ΔS kann eine abnormale Spitze in dem gesamten Densitogramm ein schließlich einer Spitze wie etwa einer Spitze des Proteins M in numerischen Werten ausgedrückt werden.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorstehend angegebenen Beispiele beschränkt. Das Verfahren kann in vielfältiger Weise modifiziert wer den. Beispielsweise wurde bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel die Normalisierung sowohl bei der Achse X als auch bei der Achse Y durchgeführt. Wenn je doch mitten während der Datenverarbeitung bestätigt wird, daß die Position der Testprobe auf dem Substrat und/oder ihre Ausdehnungslänge im wesentlichen dieselben wie dieje nigen der normalen Probe ist/sind, kann die Verarbeitungs prozedur zu einem nächsten Schritt ohne Durchführung der Normalisierung bezüglich der Achse X und der Achse Y sprin gen.

Bei dem vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsbei spiel wird der absolute Konzentrationswert des Proteins M berechnet. Eine spezifische Komponente kann zumindest eine solche sein, die aus der Gruppe ausgewählt wurde, die aus dem Protein M, dem Komplement, Fibrinogen und β-Lipoprotein besteht. Die Veränderung in anderen beliebigen kleineren Bändern kann ebenfalls numerisch durch diese selbst oder in Kombination ausgedrückt werden, in derselben Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel.

Wenn normalisierte Densitogramme, die aus einer Mehr zahl von Testproben erhalten wurden, mit normalisierten Densitogrammen, die von normalen Proben erhalten wurden, verglichen werden, kann zusätzlich der Unterschied zwischen Patienten in einfacher Weise verglichen bzw. erhalten wer den und ein zeitliche Veränderung eines Patienten kann in einfacher Weise überwacht werden. In diesem Fall ist es be vorzugt, den Unterschied zwischen dem Flächenwert einer Fraktion und dem Referenz-Flächenwert dadurch zu berechnen, daß der Referenz-Flächenwert auf 0 gesetzt wird, um hier durch in einfacher und klarer Weise die Veränderung der Menge der spezifischen Komponente zu zeigen. Die zeitliche Veränderung des Werts von ΔS bei einem bestimmten Patienten kann in einfacher Weise durch Festlegen eines ersten vorbe stimmten Differenzwerts ΔS auf einen vorbestimmten Wert, beispielsweise 0 oder 100, überwacht werden.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann die absolute Konzentration ohne Durchführung der Berechnung der Frakti onsprozentanteile in derselben Weise wie beim zweiten Aus führungsbeispiel bestimmt werden. Im Gegenteil können bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Fraktionsprozentanteile auf der Grundlage des Werts von ΔS in derselben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel berechnet werden.

Claims

1. Verfahren zum Verarbeiten von Densitogrammen von elek trophoretischen Bildern, mit den Schritten:
Bestimmen eines anfänglichen Punkts P und eines End punkts Q einer Spitze, die von einer spezifischen Kompo nente erhalten wurde, die in einem Densitogramm auftritt, das durch photoelektrische Abtastung eines elektrophoreti schen Bilds eines Serumproteins gewonnen wurde,
Berechnen einer Fläche S₁, die durch eine gekrümmte Linie, die sich von dem Punkt P zum Punkt Q, die beide auf dem Densitogramm liegen, erstreckt, durch eine gerade Li nie, die sich von dem Punkt Q zu einem Punkt Qx erstreckt, der auf der Achse X liegt und dem Endpunkt Q entspricht, durch eine gerade Linie auf der Achse X, die sich von dem Punkt Qx zu einem Punkt Px erstreckt, der auf der Achse X liegt und dem anfänglichen Punkt P entspricht, und durch eine gerade Linie umgrenzt ist, die sich von dem Punkt Px zum Punkt P erstreckt,
Berechnen einer Fläche S₂, die durch vier gerade Lini en begrenzt ist, die sich von dem anfänglichen Punkte P zum Endpunkt Q, von dem Punkt Q zu dem Punkt Qx, von dem Punkt Qx zum Punkt Px und von dem Punkt Px zu dem Punkt P er strecken, und
Berechnen des Unterschieds ΔS zwischen der Fläche S₁ und der Fläche S₂.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung des anfänglichen Punkts P und des Endpunkts Q der von der spezifischen, in dem Densito gramm auftretenden Komponente erhaltenen Spitze weiterhin die Schritte enthält:
Berechnen von Spitzenwerten der jeweiligen Fraktionen des Densitogramms,
Auftragen der erhaltenen Spitzenwerte, um eine Wellen form zu ziehen, und
Definieren der Punkte auf dem Densitogramm entspre chend benachbarten minimalen Punkten m₁ und m₂ auf der Wel lenform als den anfänglichen Punkt P bzw. den Endpunkt Q.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung des anfänglichen Punkts P und des Endpunkts Q weiterhin die Schritte enthält:
Normalisieren von Densitogrammen, die durch photoelek trische Abtastung der elektrophoretischen Bilder eines Se rumproteins in einer Testprobe und in einer normalen Probe erhalten wurden,
Auftragen des Unterschieds des Verhältnisses zwischen den normalisierten Densitogrammen der Testprobe und der normalen Probe zur Zeichnung einer Wellenform, und Definieren von Punkten auf dem Densitogramm entspre chend benachbarten minimalen Punkten m₁ und m₂ auf der Wel lenform als den anfänglichen Punkt P und den Endpunkt Q.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Messen einer Konzentration eines gesamten Proteins in einer Testprobe,
Berechnen eines Referenz-Akkumulationswerts des Densi togramms entsprechend der Konzentration des gesamten Pro teins, und
Berechnen eines Absolutwerts der spezifischen Kompo nente durch Multiplizieren der Konzentration des gesamten Proteins mit dem Verhältnis zwischen dem Referenz-Akkumula tionswert und dem Unterschied ΔS.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch die weiteren Schritte:
Erhalten von Unterschieden ΔS aus einer Mehrzahl von Testproben von demselben Patienten zu jeweils unterschied lichen Zeiten, und
Überwachen einer Veränderung der Menge der spezifi schen Komponente durch Vergleich zwischen den Unterschieden ΔS.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß beim Schritt der Bestimmung des anfänglichen Punkts P und des Endpunkts Q der von der spe zifischen, in dem Densitogramm auftretenden Komponente er haltenen Spitze, die spezifische Komponente zumindest eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus M-Protein, Komplement, Fibrinogen und β-Lipoprotein besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Komponente M-Protein ist und daß die Spitze, die von der spezifischen Komponente abgeleitet bzw. gewonnen ist, auf einer γ-Globulin-Fraktion auftritt.