JP2005293045A - 二次元画像処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 経時変化を伴う特定対象を撮像した二次元画像に対するスポットの領域決定において、(1)経時画像の準備、(2)画像内の特定点あるいは特定領域の抽出、(3)特定点あるいは特定領域の画像強度の関数化、(4)バックグランドの認定、(5)バックグランドの画像強度の関数化、(6)補正関数の設定、のステップを有することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
(1)スポットの境界が元々不明瞭な場合の判断はコントラストだけでは正確な認定が困難である。具体的には、癌の病症診断における組織の確認などにおいては、スポットの領域は、細胞自体の造影手段によって表されることから、細胞の平面的な大きさ・高さを表示するとともに、細胞造影の濃淡の相違をも表示することから、画像全体における一律的な画像強度分割による境界の認定は、必ずしも正確な組織の境界を認定していることにならないことがある。
(2)画像自体に経時変化が生じる場合には、対比する画像が同等視できない。つまり、一般には、造影手段を用いて画像を作製するが、このとき組織との反応が安定するまでに所定の時間を要し、かつ組織ごとに安定時間が異なることが、その要因であるとの知見が得られた。
(3)スポット領域同士が重なりをもった場合においては、その境界が不明確になることから、やはり正確な対比が困難となる。特に現実の試料においては組織間の境自体が不明瞭であるため、正確な画像が得られないことから、コントラストだけではスポットの境界の明瞭化が図れない。
(4)画像の撮像時におけるゲルの条件あるいはゲルマップや電気泳動パターンと撮像装置との配置関係によって、画像におけるスポット位置のズレが生じることから、正確な対比が困難となる。
本発明の基本として、1つの対象物に対して複数の二次元画像があるときに、相互に比較し相違点確認するための画像処理を行う場合を例に挙げる。図1にそのフローを示す。ベースおよびスポットの画像強度の算定には、経時変化がある画像については、まず経時変化の補正を行い、次にバックグランドの経時変化量を補正した強度を用いて濃淡補正を行う。経時変化がない画像の場合には、まず、濃淡補正を行い、各スポットの画像領域の設定を行うことで補正した画像の作製ができる。なお、本願にいう「スポット」とは、二次元画像上に表された小領域あるいはその集合体であって、測定対象の特性を示すためにバックグランドと区分された領域をいう。
以下、そのフローに基き、各ステップを詳述する。
二次元画像の作製においては、例えば、造影時に図2(A)〜(H)に示すような画像の経時変化が生じることがある。これを、同図におけるa〜cのスポットおよびバックグランドgについての濃度の経時変化として捉えると、図3のような、バックグランドの上昇と各スポットの反応に伴う強度変化としての関係が得られる。このとき、各スポットの反応に伴う強度変化は、バックグランドの経時変化を補正すれば、ほぼ相似した曲線となり、近似した関数化が可能である。従って、経時変化の補正方法としては、バックグランドの経時変化量だけでなく、スポットの広がり(面積)の変化についても行うことが可能となる。また、各スポット単位での補正だけでなく、画像全体としての補正を行うことが、さらなる高精度化を図ることとなる。
具体的には、スポットの領域設定においては、次の方法が挙げられる。図4にそのフローを示す。
特定対象に対する任意の時間間隔の経時画像を複数準備する。ここでいう「特定対象」とは、時系列的に二次元画像を形成する対象物をいい、上記のように、二次元電気泳動によって二次元画像を形成する対象である細胞や蛋白質などの生体標本などが例示されるが、これに限定されるものではない。
各ポイントにおける経時変化の情報を得るために、各画像における任意に選択された特定のポイントの画像強度を抽出する。ポイントは画像を区分し順次スキャニングする方法などが採られる。
上記の各画像の特定ポイントの画像強度を、時間をパラメータとして関数化し、順次、関数Giを作製する。ここで、「画像強度」とは、広く二次元画像の形成が可能なあらゆる対象を、その対象を表現しうる尺度あるいは単位で表したものをいい、具体的には、単色あるいは色彩の強度だけではなく、電荷や電気信号量などの物理量、さらには、化学量あるいはそれを変換した物理量などが該当する。また、「関数」は、特定の点に関する場合にあっては一次元関数で十分であるが、点ではなく特定の領域に関する場合には二次元以上の関数を必要とすることも含まれる。演算速度から低次が好ましく、必要とされる精度および曲線の特性に合った次数の選択が望ましい。また、設定される関数は、1つの式で表される関数だけではなく、時間を区分し2つ以上の関数を結合化したものとすることも可能である。さらに、本項の経時変化を関数化する場合には、時間がパラメータとなるが、位置補正など他項においては、位置つまり座標がパラメータとなることがあり、両方がパラメータとなる場合など、種々の要素がパラメータとなりうる。
バックグランドの認定は、画像条件などによって任意に認定方法の設定方法が可能である。例えば、前記(1−2)において取り出された画像強度のうち、経時的に最終画像における画像強度が基準値以下のポイントを、バックグランドと認定する方法が挙げられる。また、画像作製時に予め特定のポイントをバックグランドと認識できる場合には、そのポイントを認定することも可能である。さらに、経時的に最終画像において、画像強度の全平均を求め、それ以上の強度を有するポイントを平均強度に置き換え、さらに全平均を求め、これを繰り返すことでバックグランドとすることが可能なポイントを認定する方法がある。また、経時的に最終画像において、画像強度の高いレベルから低いレベルに段階的に変化させたときに、同一レベルで形成されるスポット領域が画像全体に急激に拡大する場合において、そのレベルまでをバックグランドと認定する方法なども可能である。むろん、バックグランドの認定方法は、これに限定されるものではないことはいうまでもない。
バックグランドと認定したポイントの画像強度を、時間をパラメータとして関数化し、関数Goを作製する。関数化は、各ポイントごとに行うことも可能であるが、本発明者の知見では、数ポイントにおける画像強度の経時データの平均によって代表させることで十分である。
上記のように補正方法としては、経時データの平均から得られたバックグランドについての関数Goを用い、下式1から、関数Giが作製されたポイントにおける補正関数Aiを求める方法がある。
Ai=Gi−Go ・・式1
Ai=Gi−Goi ・・式2
本発明者の研究によって、二次元画像のスポットの境界近傍における画像の濃淡(画像強度)を調べると、次の傾向があることの知見が得られた。つまり、図5に示すように、ベース領域を始点として、比較的フラットな領域Aから、急激に変化する領域Bを経て、濃度の高い領域Cに移行してスポットが形成されている。各スポットの濃淡の差(最高強度DとD’の差)はあっても、その曲線は非常に相似的なものとなる。従って、この曲線は、スポットの位置xをパラメータとする3次関数あるいは4次以上の関数で表現することができる。または、領域ごとに区分し2つ以上の3次以下の低次関数の結合化することも可能である。
具体的には、スポットの領域設定においては、次の方法が挙げられる。図6にそのフローを示す。
二次元画像の濃淡補正にあたり、スポット内外に、任意の距離を有する任意の2つのポイント(第1基準点)を選定する。2つのポイントは、中間に他のスポットが入り込まないようにできる限り近接することが好ましい一方、境界の判断が可能な所定の距離以上を必要とする。従って、画像全体の画像強度をデータ化してから図5の曲線部に相当する2点を自動的に選定する方法をとることも有効である。
位置をパラメータとして、2つの第1基準点間の画像強度を関数化し、関数F1を作製する。関数は上記のように、1つの式で表される関数だけではなく、位置を区分し2つ以上の関数を結合化したものとすることも可能である。
関数化された画像強度曲線F1の特異点を境界点K1と定める。ここで、「曲線の特異点」とは、予め設定可能な、境界決定の基準となりうる客観的条件を満たす点をいい、具体的には、ピーク値までの分割点(例えば5%立上り点など)や曲線上の変曲点または関数の微分値が基準値を超える点のように傾斜が変化する点などが該当する。手動あるいは自動的に設定することが可能である。
境界点K1を中心とする一定範囲を設定し、境界点K1と異なるポイントを任意に選定し、第2中心点とする。ここで、「一定範囲」とは、予め設定可能な、特定の点から原則等距離の範囲をいい、具体的には、設定距離は画像全体から分割される任意の距離(例えば100分割相当値など)や前記分割点の倍数値(例えば2倍の距離)などが該当する。
第2中心点を含むが境界点K1を含まない直線上にあって、第2中心点を中心に略等距離離れた2つのポイント(第2基準点)を選定する。
位置をパラメータとして、2つの第2基準点間の画像強度を関数化し、関数F2を作製する。
関数化された画像強度曲線F2の特異点を境界点K2と定める。
境界点K2について、前記(2−4)〜(2−7)のステップを繰り返し順次画像強度曲線Fiおよび境界点Kiを確定する。
順次確定する境界点K(n+1)が、前記境界点K1〜Knのいずれかに一致あるいは前記一定範囲内にあるとき、該スポットの領域を決定する。スポットの境界線は、本来、閉曲線を形成することから、順次設定する境界点はいずれ一致点を有することになり、スポットの領域を決定することができる。こうした画像処理によって、スポットの形状に関係なくスポットの境界設定および領域決定が可能となる。
以上の画像処理を、画像上の各スポットについて行うことによって、各スポットの境界設定および領域決定ができ、二次元画像全体のスポット領域の決定を行うことができる。
対比する2以上の画像におけるスポットの位置補正は、両画像を重ね合せ、比較的相似形で領域の重なりが大きな任意の2以上のスポットを選定し、両画像の同一スポットの特定を行い、両スポットが重なるように、二次元補正を行う。また、位置補正は、基本的には上記の濃淡補正処理を行った後に行うことが好ましい。濃淡補正前では、スポットの領域が不明確であり、領域の重なりの割合を判断することが難しく、結果補正精度の悪化を招くおそれがあるためである。
具体的には、同一スポットの撮像を含む複数の二次元画像を比較し画像補正を行うに際し、以下のステップを有する。
対比する各画像について、前記(2)の画像処理によってスポットの領域決定を行う。領域のデータは、上記の通り2値画像データ、あるいは三次元画像データであることを問うものではない。
複数の画像の内から特定画像(基準画像)を選定し、その画像内の任意の2以上のスポットを選定し、該特定画像と比較する比較画像の同一スポットの特定を行う。このとき、基準画像は、対象となる複数の画像の内、画像上のスポットが明確なものを選定することが好ましい。選定するスポットは極力大きい方が、重ねたときと補正精度の向上が期待できることから好ましい。また、水平垂直関係にない2つのあるいはそれ以上の、各画像において対応するスポットを特定できれば、画像の平面的な補正が可能となる。つまり、2つ以上のスポットは、画像全体の補正精度が上がるように、画像の対角する端部近傍のスポットあるいはそれに相当するスポットを選択することが好ましい。適切なスポットが不明確な場合には、画像の上端部から対角する端部の点をスキャニングして関数化可能な点を選定することも好ましい。
両画像の同一スポットが重なるように、比較画像の二次元補正を行う。3以上のスポットを選定し、最も重なりの悪いスポットを選定からはずすことによって、補正精度の向上が期待できる。
上記(1)〜(3)の補正を行うことで、対比すべき二次元画像が完成し、各種の解析が可能となる。なお、上記の補正は、1度行うことで十分精度の向上を図ることができるが、これを繰り返すことで、さらに精度の高い補正が可能となる。また、(1)〜(3)の補正は必ずしもこの順である必要ではなく、任意に選択あるいは繰返しを行うことで、二次元画像の条件に合った補正が可能である。
上記の二次元画像の表示によって、各画像の対比を行うことができる。具体的には、図8(A)に示すように、両画像内の対応するスポット同士の照合によって行われる。例えば、癌組織標本から得られた二次元画像中のスポットxが、正常組織標本から得られた二次元画像中にはないことが判る。この例によれば、図8(B)のように、二次元画像の比較によって、スポットxに対応する組織あるいはたんぱく質が、発生した癌組織に関連する可能性を示していると判断され、係る部位を取出し、例えば、所定の前処理後にTOF−MASS(時間飛行式質量分析法)によって測定された結果と併せて、病症の判断が行われる。
上記例では、同一対象に対する経時変化のある場合について説明したが、経時変化のない複数の実測画像による画像処理としては、まず、最初に濃淡補正を行い、以下同様のプロセスによって各スポットの画像領域の設定および補正した画像の作製を行い、二次元画像の表示および対比を行うことができる。つまり、上記の画像処理例1の処理プロセスから、(1)経時変化の補正プロセスを省略して処理することで、同様の客観的な判断の指標を提供することができる。
上記例では、同一対象に対する複数の実測画像による画像処理について説明したが、予め外部標準を加えた標本を用い、複数の実測画像による画像処理を行うことも客観的な判断の指標を得る点において好適である。
具体的には、図1に示すフローを基本として、各プロセスにおいて以下のような優れた画像処理が可能となる。
予め外部標準を加えた標本を用いた場合には、画像データに対し外部標準に対応したスポットにおいては経時変化つまり画像強度の変化がないことから、該スポットの画像強度の変化をバックグランドの変化とすることができる。つまり、該スポットの画像強度の変化を関数化し、これに基準として他のポイントの画像強度の経時変化を補正することが可能となり、より簡便に精度よく補正することができる。
予め外部標準を加えた標本を用いた場合には、画像データに対し外部標準に対応したスポットの形状および濃淡は一定であることから、該スポットの画像強度を基準値として外部標準に対応しないポイントの画像強度を補正することが可能となり、より簡便に精度よく補正することができる。
予め外部標準を加えた標本を用いた場合には、画像データに対し外部標準に対応したスポットの位置および大きさは一定であることから、該スポットの位置および大きさを基準値として他のポイントの位置および大きさを補正することが可能となり、より簡便に精度よく補正することができる。特に、例えば、二次元電気泳動法によって分離可能な物質と分離しない物質を添加することが可能な場合には、2つの標準点による補正ができ、さらに精度の向上を図ることができる。
予め外部標準を加えた標本を用いた場合には、画像データに対し外部標準を明示することで、それを基準として対比することが可能となり、より正確かつ迅速に判断することができる。
上記例では、同一対象(外部標準を加えた標本を含む)に対する複数の実測画像による画像処理について説明したが、画像処理に際して、予め正規化された関数の準備が可能な場合にあっては、複数の実測画像による画像処理を正規化された関数によって行い、あるいは実測画像による画像処理関数を正規化された関数によって補正することによって、客観的な判断の指標を得る点において好適である。
具体的には、図1に示すフローを基本として、各プロセスにおいて以下のような優れた画像処理が可能となる。
予め造影処理あるいは撮像処理に伴う画像強度の経時変化に対する正規化された関数が準備可能で適用できる場合には、実測画像から個別の補正用関数を演算処理する必要がない。また、正規化された関数をもとに小数の画像データから補正用関数の係数を外挿することが可能となることから、経時画像の数を大幅に減少されることができる。さらに、予め外部標準を加えた標本を用い、外部標準を基準値として画像情報を規格化することができる場合には、規格化された二次元画像情報をもとに、各種の標本を補正することも可能となる。
予め二次元画像におけるスポットの境界点の決定において、特異点設定のための画像強度に対する関数として、正規化された関数が準備可能で適用できる場合には、実測画像から個別の関数を演算処理する必要がないことから、迅速に濃淡補正を行う画像処理が可能となる。さらに、予め外部標準を加えた標本を用い、外部標準を基準値として画像情報を規格化することができる場合には、規格化された二次元画像情報をもとに、各種の標本を補正することも可能となる。つまり、画像データに対し外部標準に対応したスポットの形状および濃淡は一定であることから、該スポットの画像強度を基準値として外部標準に対応しないポイントの画像強度を補正することが可能となり、より簡便に精度よく補正することができる。
予め生体標本などについての二次元画像の位置情報に対して正規化が可能な場合には、画像データに対応したスポットの位置および大きさに関する正規化された関数が準備することができることから、迅速に位置補正を行う画像処理が可能となる。特に、図2における(E)や(F)あるいは(G)に相当する画像しかない場合であっても、正規化された関数を適用することができる場合には(A)や(B)に相当する各スポットを想定することができ、上記画像のみでは判断できない複数のスポットが重なりを分離し判断することができる。
対比する二次元画像が予め正規化された画像として準備可能な場合には、それを基準として対比することが可能となり、より迅速に判断することができる。また、予め外部標準を加えた標本を用い、外部標準を基準値として画像情報を規格化することが可能となる場合には、規格化された二次元画像情報をもとに、各種の標本と比較することも可能となるという技術的効果を得ることができる。さらに、こうした画像情報をデータベース化しておくことで、標本の適正などの解析プロセスの検証を行うことも可能となる。
g バックグランド
Claims (7)
- 経時変化を伴う特定対象を撮像した二次元画像に対するスポットの領域決定において、(1)経時画像の準備、(2)画像内の特定点あるいは特定領域の抽出、(3)特定点あるいは特定領域の画像強度の関数化、(4)バックグランドの認定、(5)バックグランドの画像強度の関数化、(6)補正関数の設定、のステップを有することを特徴とする画像処理システム。
- 二次元画像に対するスポットの領域決定において、
(1)任意の第1基準点あるいは基準領域の選定、(2)第1基準点あるいは基準領域間の画像強度を関数化、(3)第1境界点の設定、(4)中心点の設定、(5)第2基準点あるいは基準領域の選定、(6)第2基準点あるいは基準領域間の画像強度を関数化、(7)第2境界点の設定、(8)前記(4)〜(7)のステップを繰り返しによる第i境界点の設定、(9)スポットの領域の決定、のステップを有することを特徴とする画像処理システム。 - 二次元画像に対するスポットの領域決定において、請求項1あるいは2において設定された関数に対し、予め外部のあるいは内蔵の、前記関数に相当する正規化された関数を用意し、該正規化された関数をもとに補正あるいは置換する、ステップを有することを特徴とする画像処理システム。
- 同一スポットの撮像を含む複数の二次元画像を比較し画像補正を行うに際し、
(1)スポットの領域決定、(2)比較するスポットの選定、(3)同一スポットの重ね合わせによる位置補正、のステップを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像処理システム。 - 予め1以上の外部標準に対応するスポットの撮像を含む複数の二次元画像を比較し画像補正を行うに際し、前記外部標準に対応するスポットが重なるように、前記比較画像の二次元補正を行う、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像処理システム。
- 前記スポットを重ねあわせにおいて、スポットの重なり状態に応じて区分を行い、同一スポットにはその間に跨る記号を表示することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の画像処理システム。
- 前記の各ステップにおいて、(1)各画像の全体画面、(2)比較する画像の任意の範囲の原画面、(3)比較する画像を重ね合わせた画面、(4)特定部位の拡大原画面、(5)特定部位を拡大し、比較する画像を重ね合わせた画面、のうちのいずれかの画面を並列的に表示するとともに、各画面間の関連を表記することを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載の画像処理システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014153172A (ja) * | 2013-02-07 | 2014-08-25 | Sharp Corp | 画像解析装置、画像解析方法およびプログラム |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11183435A (ja) * | 1997-12-20 | 1999-07-09 | Horiba Ltd | 光走査型二次元濃度分布測定装置における画像処理方法 |
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2004
- 2004-03-31 JP JP2004105048A patent/JP2005293045A/ja active Pending
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