JP5074513B2 - データセット間の相関 - Google Patents

Description

本発明は、正確な相関を、第１ソースから収集される第１データセットと、第２ソースから収集される第２データセットとの間で、第１及び第２データセットのうちの一方に、または両方にノイズが含まれる状態で行なう方法に関する。本発明はまた、利用することによって本発明による方法を実現することができるようなコンピュータプログラム製品、及びコンピュータ読み取り可能な媒体に関する。

ノイズが含まれる場合、２つのデータセット間の測定相関が正しくなく、不正確度がノイズの大きさに関連付けられることが知られている。顕微鏡による画像収集のようなデータ収集におけるノイズの大きさを低減するために、取得時間を長くする、隣接ピクセルを区分する、または複製画像の和を求めることが知られている。一つの画像に含まれるピクセル群が区分されて一つの新規画像を形成するが、１から４までの区分が使用される場合、最終画像には、元のピクセル群のうち２５％のピクセルしか含まれない。

図１は、平均の画像の数が増えるにつれて、測定される相関値ｒが大きくなり、既知の値１．００に近づく様子を示す図を示している。しかしながら、既知の値への接近は漸近的であり、相関を正確に、かつ高精度に測定するために十分高い信頼性を持つデータを取得することは難しい。

データセット群が画像であり、かつソース群が、例えば顕微鏡システムにおける異なるチャネルであり、各チャネルで、例えば異なる波長の光が使用される場合、コローカリゼーション測定（ｃｏｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）の形態の相関測定が２つのソース画像の間で行なわれることが知られている。このような画像にノイズが含まれる場合には必ず、相関測定またはコローカリゼーション測定を行なっても、同じ試料の２つの画像の間に完全な一致が全ての点で認められるということがなく、同じソースから、かつ同じ試料に関して収集される２つの画像を用いた場合でも、真の一致は、或る種類のノイズまたは歪みが収集データに含まれる場合には認められない。

これは、複製データセットを取得することが可能な場合の全てのデータセットに対して言えることであるので、複製データセットにおける各エントリは、元データにおける同じデータの第２測定値となる。ノイズが、データセットまたは他のいずれかの種類の歪みを収集するか、または取得する過程において生じると、絶対に、２つの画像が相関測定において完全に一致するということは起こり得ない。

２つのデータセット間の相関を測定する異なる方法が存在することも知られている。一つの方法がスピアマン順位相関（Ｓｐｅａｒｍａｎ ｒａｎｋ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）であり、別の方法がピアソン相関（Ｐｅａｒｓｏｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）である。これらの公知の方法の両方の精度は、入力データに含まれるノイズによって変わる。

技術分野及び背景技術の節に関連して、相関測定を２つのデータセット間で行なう過程において生じるノイズの影響を最小にすることが課題である。
時間の経過とともに変化する生体材料に関する画像を取得する過程におけるように、条件がデータ収集中に変化する場合、高信頼性データを十分速い速度で収集することが課題である。

また、正確な相関測定を不完全なデータセットに対して行なうことが課題である。
これらの課題の全ては、相関を使用して、蛍光材料の分布を示す細胞群または生体試料群のデジタル画像のコローカリゼーションを測定する場合において、存在する。コローカリゼーションについては、細胞及び組織の生物学に関する科学論文に広く記載されている。

上に説明したような本発明の分野の視点から、上述の問題のうちの一つ以上の問題が本発明による方法によって、第３データセットを第１ソースから第１データセットの収集条件と同じ条件で収集することにより、第４データセットを第２ソースから、第２データセットの収集条件と同じ条件で収集することにより解決される。

本発明は、第１ソースから収集されるデータと第２ソースから収集されるデータとの測定相関値ｒｍを、第１及び第２データセットの可能な組み合わせｒ１２、第１及び第４データセットの可能な組み合わせｒ１４、第３及び第２データセットの可能な組み合わせｒ３２、及び第３及び第４データセットの可能な組み合わせｒ３４からの複数の相関測定値のうちの一つの相関測定値として得ることを教示している。補正値Ｃ１２は、第１データセットと第３データセットとの相関測定値ｒ１３、及び第２データセットと第４データセットとの相関測定値ｒ２４に基づき、次の数式に従って計算される。

次に、この補正値Ｃ１２を測定相関値ｒｍに適用して、数式ｒｃ＝ｒｍ×Ｃ１２に従った補正済み相関値ｒｃを生成する。

補正値は、互いの複製であるデータセット群の相関測定値に基づいて得られ、第３データセットは、第４データセットが第２データセットの条件と同じ条件で同じソースから収集されるのと全く同じようにして、第１データセットの条件と同じ条件で同じソースから収集され、これは、これらの相関測定値が、第２データセットが同じ、またはほぼ同じ条件で採取されるという条件で少なくとも、これらのデータセットに含まれるノイズの大きさを実際に示していることを意味する。これはまた、補正値Ｃ１２を、補正済み相関値ｒｃの数式に示すように、データセット群に含まれるノイズの補正値として使用することができることを意味する。

従って、本発明は、第１データセットにおける各エントリが、第１ソースからの元データの第１測定値または第１収集値である場合に、第３データセットにおける各エントリは、第１ソースからの同じ元データの第２収集値または第２測定値であることを教示し、第２データセットにおける各エントリが、第２ソースからの元データの第１測定値または第１収集値である場合に、第４データセットにおける各エントリは、第２ソースからの同じ元データの第２収集値または第２測定値であることを教示している。

データセット群の相関測定値の精度を更に一層高めるために、測定相関値ｒｍを、第１データセットと第２データセットとの相関測定値ｒ１２、第１データセットと第４データセットとの相関測定値ｒ１４、第３データセットと第２データセットとの相関測定値ｒ３２、及び第３データセットと第４データセットとの相関測定値ｒ３４のうちの少なくとも２つの相関測定値の平均値とすることを提案する。最高の精度は、２つのソースからのデータセット群の相関測定値の４つの可能な組み合わせから得られる全ての４つの測定値の平均値を求めることにより実現する。

異なる相関測定法を使用することができ、可能な相関法は、スピアマン順位相関法及びピアソン相関法であり、これらの方法は共に、相関測定に使用することができる。
本発明の特定の顕微鏡形態では、第１及び第２ソースは顕微鏡システムにおける異なるチャネルとすることができ、各チャネルで異なる波長の光を使用し、従って第１、第２、第３、及び第４データセットは、顕微鏡システムから収集される第１、第２、第３、及び第４ソース画像となる。２つの、または４つのデータセットを同時に取得することもできる。

本発明による方法、コンピュータプログラム製品、またはコンピュータ読み取り可能な媒体の利点は、本発明が、正しい相関測定を信頼性の低いデータセット群に基づいて行なう可能性を提供することである。本発明はまた、非常に高速に収集されるために十分高い信頼性を持つことができないようなデータを利用して正確な相関測定を行なう方法を提供する。本明細書において提案されるような補正が行なわれない状態では、高信頼性データを収集するためには、取得時間を長くするか、または複製データセット群の和を求める必要がある。データに要求される信頼性を低くするということは、画像を更に高速に、従って相対的に高い周波数で取得することができて、後続イベントを更に高速に発生させることができることも意味する。正確な測定を、ノイズを含むデータに基づいて行なうことにより、更に、さほど高い機能を必要としない、従ってより安価な検出機器を使用することが可能になる。これらの利点は、生きた細胞または組織のデジタル画像の顕微鏡検査、及び蛍光材料間の相関測定において特に重要となる。

公知の技術による、平均される画像の数が増えるにつれて相関値が大きくなり、既知の値に近づく様子を描いたグラフを示している。 データセットを２つのソースから収集する様子、及びこれらのデータセットを本発明に従って使用することができる方法を模式的に、かつ非常に簡易化して示している。 本発明による補正済みの相関値を示すグラフを示している。 本発明によるコンピュータプログラム製品を模式的に示している。 本発明によるコンピュータ読み取り可能な媒体を模式的に示している。

次に、本発明による方法、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータ読み取り可能な媒体について、添付の図面を参照しながら更に詳細に説明することとする。
次に、本発明について図２を参照しながら説明するが、図２は、第１データセット１及び第２データセット２のうちの一方または両方にノイズが含まれている状態で第１データセット１が第１ソースＡ１から収集され、第２データセット２が第２ソースＡ２から収集される様子を模式的に示している。

図２は模式図であり、本発明を、対象物Ａからデータが２つのソースＡ１及びＡ２を通して収集される構成として例示している。本発明の実用上の形態は顕微鏡検査であり、この場合、対象物Ａが検査対象の試料であり、第１ソースＡ１は第１チャネルとすることができ、第１チャネルを通して、対象物に関するデータが第１画像として収集され、第２ソースＡ２は第２チャネルとすることができ、第２チャネルを通して、対象物Ａに関するデータが第２画像として収集される。２つのチャネルでは、例えば異なる波長の光を使用し、対象物は、顕微鏡からの光の波長によって変わる異なる特性を示すこともできる。従って、２つの画像間の相関は、これらの異なる特性の間の相関を表わすことになる。

しかしながら、２つの画像またはデータセット１，２のうちの一方または両方にノイズが含まれる場合、相関測定は、真の相関を正しく表わすことがなく、相関測定では、ノイズに起因して極めて低い相関値が現われることになる。

ノイズを補正するために、またはデータ取得時間が短い状態でも、またはデータセットの精度が低い状態でも真の相関を測定するために、本発明は、第３データセット３を第１ソースＡ１から、第１データセット１の収集条件と同じ条件で収集することを教示し、第４データセット４を第２ソースＡ２から、第２データセット２の収集条件と同じ条件で収集することを教示している。

データ収集の条件が変化する場合、同じ条件を実現するための一つの方法では、第３データセットを第１データセットの直後に収集し、第４データセットを第２データセットの直後に収集する。これにより、データ収集条件が、それぞれのソースＡ１，Ａ２からのデータ収集におけるのと同じ条件に維持される確率が最も高くなる状態でデータを収集する可能性を実現することができ、第３データセット３及び第４データセット４は、それぞれ第１データセット１及び第２データセット２のコピーと見なすことができる。

本発明による方法は更に、第１ソースＡ１及び第２ソースＡ２から収集されるデータの間の測定相関値ｒｍは、相関値ｒ１２を生成することになる第１データセット１及び第２データセット２の可能な組み合わせ、相関値ｒ１４を生成することになる第１データセット１及び第４データセット４の可能な組み合わせ、相関値ｒ３２を生成することになる第３データセット３及び第２データセット２の可能な組み合わせ、及び相関値ｒ３４を生成することになる第３データセット３及び第４データセット４の可能な組み合わせからの複数の相関測定値のうちの一つの相関測定値として得ることができることを教示している。

次の段階として、本発明による方法は、第１データセット１と第３データセット３との間の測定相関から相関値ｒ１３が生成され、第２データセット２と第４データセット４との間の測定相関から相関値ｒ２４が生成されることを教示している。これらの２つの測定相関値は、これらのデータセットの間の実際の差がノイズに起因する構成の複数のデータセットに基づいて計算されるので、結果として得られる相関値ｒ１３，ｒ２４は、それぞれのデータセットに含まれるノイズを正しく表わしている。

補正値Ｃ１２は、相関値ｒ１３及びｒ２４に基づき、次の数式に従って計算される。

本発明による方法は、計算されるこの補正値Ｃ１２を測定相関値ｒｍに適用することにより、数式ｒｃ＝ｒｍ×Ｃ１２に従った補正済み相関値ｒｃが得られることを教示している。

本発明は、上に示す数式に限定されることがなく、かつ他の補正を用いることもできることに注目されたい。これは、数式はｒｃ＝ｋ×ｒｍ×Ｃ１２とすることができることを意味し、この場合、ｋは、補正済み相関値ｒｃに対する微小な調整のような、適用することができる他のいずれかの補償または補正を表わす。

良好な結果を本発明による補正によって実現するために、第１データセット１における各エントリが、第１ソースＡ１からの元データの第１測定値または第１収集値である場合に、第３データセット３における各エントリを、第１ソースからの同じ元データの第２収集値または第２測定値とすることにより、第３データセット３を第１データセット１のコピーとすることが重要であり、この場合、これらのコピーの差はノイズにある。

同じようにして、第２データセット２における各エントリが、第２ソースＡ２からの元データの第１測定値または第１収集値である場合に、第４データセット４における各エントリを、第２ソースＡ２からの同じ元データの第２収集値または第２測定値とすることが重要である。

本発明はまた、本発明によって、２つのデータセットが各ソースＡ１，Ａ２からのものである４つのデータセット１，２，３，４が提供されるので、データセットを２つしか用いない場合に得られるよりも正しい測定相関値ｒｍを測定することが可能になることを教示している。このようにして、本発明は、測定相関値ｒｍを、相関値ｒ１２を生成することになる第１データセット１及び第２データセット２との相関測定値、相関値ｒ１４を生成することになる第１データセット１と第４データセット４との相関測定値、相関値ｒ３２を生成することになる第３データセット３と第２データセット２との相関測定値、及び相関値ｒ３４を生成することになる第３データセット３と第４データセット４との相関測定値の可能な組み合わせのうちの少なくとも２つの可能な組み合わせの平均値として得ることができることを教示している。例えば、測定相関値ｒｍを、全ての４つの利用可能な相関値ｒ１２、ｒ１４、ｒ３２、ｒ３４の平均値として得ることができる。

図３は、ポアソンノイズ（Ｐｏｉｓｓｏｎ ｎｏｉｓｅ）を含むデータセットに適用される補正値Ｃ１２を示す図を示している。図に示す例では、第１ソースＡ１から送出されるデータセットと、第２ソースＡ２から送出されるデータセットとの相関値が０．７５であることが分かる。

第１ソースＡ１及び第２ソースＡ２の品質（量（ｑｕａｎｔａ））が徐々に上昇するにつれて、ソースＡ１が２倍になり、ソースＡ２が５０％だけ増え、図は、ｒ１３及びｒ２４の相関値がそれに応じるようにして大きくなることを示している。第１ソースＡ１と第２ソースＡ２との測定相関値ｒｍは、これらのソースの品質が上昇するので、既知の相関値０．７５に近付き、本発明による補正値Ｃ１２は、第１ソースＡ１及び第２ソースＡ２の品質が上昇するにつれてほぼ１に低下することも分かる。

しかしながら、かつ最も重要なことであるが、補正値Ｃ１２が測定相関値ｒｍに適用される場合、補正済み相関値ｒｃが真の相関値０．７５に、データの信頼性が最も低い状態でも近付くことも分かる。

図３では、スピアマン順位相関が相関測定に使用されており、測定相関値群の全ての４つの可能な組み合わせに基づく平均値が測定相関値ｒｍとして使用されている。
ピアソン相関のような他の方法を相関測定に使用することができることを認識されたい。

本発明の上首尾の成果は、第１ソースＡ１及び第２ソースＡ２が顕微鏡システムにおける異なるチャネルであり、各チャネルで異なる波長の光を使用し、かつ第１、第２、第３、及び第４データセットが、顕微鏡システムから収集される第１、第２、第３、及び第４ソース画像である設定において得られることが判明している。しかしながら、本発明は、ノイズが、異なるデータセットの間の相関測定において問題となる全てのアプリケーションにおいて用いることができる。

本発明はまた、コンピュータプログラムコード５１を含むコンピュータプログラム製品５に関するものであり、コンピュータプログラムコードがコンピュータ６によって実行されると、コンピュータプログラムコードによってコンピュータ６が、図４に模式的に示すように、本発明による相関処理をデータセットに対して行なう。

図５は、本発明によるコンピュータプログラムコード５１を格納するコンピュータ読み取り可能な媒体を示し、コンピュータ読み取り可能な媒体はコンパクトディスクによって模式的に例示される。

本発明は、デジタル化画像及びデジタルデータに広く適用することができる。本発明は、基礎信号の品質、及び検出及びデジタル化において生じる更に別のノイズの両方を補正する。例えば、本方法は、蛍光材料の顕微鏡画像に適用することができ、顕微鏡画像からは、ピクセルに関して比較的少ない光子しか検出することができず、かつ顕微鏡画像は検出器群からのノイズを含む可能性もある。

本発明は、前述の、かつ例示される本発明の例示的な実施形態に制限されることがなく、変形を、添付の請求項に示される発明のコンセプトの範囲内で加えることができることを理解されたい。

Claims (8)

1. 正確な相関を、第１ソースから収集される第１データセットと第２ソースから収集される第２データセットとの間で、前記第１及び第２データセットのうちの一方に、または両方にノイズが含まれる状態で行なう方法であって、前記データはデジタル化画像からのデータであり、前記ノイズは基礎信号の品質、及び該基礎信号の検出及びデジタル化において生じるノイズであり、第３データセットを前記第１ソースから、前記第１データセットの収集条件と同じ条件で収集し、第４データセットを前記第２ソースから、前記第２データセットの収集条件と同じ条件で収集し、ここで前記第３データセットは、前記第１データセットの収集直後に収集され、前記第４データセットは、前記第２データセットの収集直後に収集され、前記第１ソースから収集されるデータと前記第２ソースから収集されるデータとの測定相関値（ｒｍ）を、前記第１データセット及び前記第２データセットの可能な組み合わせ（ｒ１２）、前記第１データセット及び前記第４データセットの可能な組み合わせ（ｒ１４）、前記第３データセット及び前記第２データセットの可能な組み合わせ（ｒ３２）、及び前記第３データセット及び前記第４データセットの可能な組み合わせ（ｒ３４）からの複数の相関測定値のうちの一つの相関測定値として得て、補正値（Ｃ１２）を前記第１データセットと前記第３データセットとの相関測定値（ｒ１３）、及び前記第２データセットと前記第４データセットとの相関測定値（ｒ２４）に基づき、次の数式に従って計算し、
   前記補正値（Ｃ１２）を前記測定相関値（ｒｍ）に適用して、数式ｒｃ＝ｒｍ×Ｃ１２に従った補正済み相関値（ｒｃ）を生成することを特徴とする方法。
2. 前記第１データセットにおける各エントリは、前記第１ソースからの元データの第１測定値または第１収集値であり、前記第３データセットにおける各エントリは、前記第１ソースからの同じ元データの第２収集値または第２測定値であり、前記第２データセットにおける各エントリは、前記第２ソースからの元データの第１測定値または第１収集値であり、前記第４データセットにおける各エントリは、前記第２ソースからの同じ元データの第２収集値または第２測定値であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記測定相関値（ｒｍ）を、前記第１データセットと前記第２データセットとの相関測定値（ｒ１２）、前記第１データセットと前記第４データセットとの相関測定値（ｒ１４）、前記第３データセットと前記第２データセットとの相関測定値（ｒ３２）、及び前記第３データセットと前記第４データセットとの相関測定値（ｒ３４）のうちの少なくとも２つの相関測定値の平均値とすることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記第１及び第２ソースは、顕微鏡システムにおける異なるチャネルであり、各チャネルでは異なる波長の光を使用し、前記第１、第２、第３、及び第４データセットは、前記顕微鏡システムから収集される第１、第２、第３、及び第４ソース画像であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. スピアマン順位相関を前記相関測定に使用することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. ピアソン相関を前記相関測定に使用することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
7. コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムはコンピュータプログラムコードを含み、該コンピュータプログラムコードがコンピュータによって実行されると、該コンピュータプログラムコードによって前記コンピュータが、請求項１乃至６のいずれか一項によるデータセットの相関を実行することが可能であることを特徴とする、コンピュータプログラム。
8. コンピュータ読み取り可能な媒体であって、請求項７に記載のコンピュータプログラムコードは、前記コンピュータ読み取り可能な媒体に格納されることを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な媒体。