KR102628182B1 - Method and apparatus for multicolor unmixing by mutual information minimization - Google Patents

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Abstract

본 개시는 상호정보량 최소화를 통한 다색 분리 방법 및 장치를 제공한다. 본 개시에서는, 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수, 예컨대 n 개의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하고, 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 획득된 이미지들로부터 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리할 수 있다. 본 개시에 따르면, 하나의 파장대에서 각각의 발광 스펙트럼이 중첩되는 셋 이상의 형광 물질들의 신호들을 분리할 수 있다. 구체적으로, 형광 물질들의 각각의 발광 스펙트럼 측정 없이, 형광 물질들의 수와 동일한 개수의 검출 파장대에서 얻은 이미지들만으로도 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리할 수 있다. The present disclosure provides a method and device for multicolor separation through minimizing the amount of mutual information. In the present disclosure, a plurality of images are acquired for a plurality, for example, of n fluorescent substances, each labeled with a different biomolecule, and for each of the pairs each consisting of two of the acquired images, each of the pairs Images for each fluorescent material can be separated from the acquired images while reducing the amount of mutual information shared between the images. According to the present disclosure, signals of three or more fluorescent substances whose respective emission spectra overlap in one wavelength band can be separated. Specifically, without measuring the emission spectra of each fluorescent material, images for each fluorescent material can be separated using only images obtained in the same number of detection wavelength bands as the number of fluorescent materials.

Description

상호정보량 최소화를 통한 다색 분리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MULTICOLOR UNMIXING BY MUTUAL INFORMATION MINIMIZATION}METHOD AND APPARATUS FOR MULTICOLOR UNMIXING BY MUTUAL INFORMATION MINIMIZATION}

본 개시는 상호정보량 최소화를 통한 다색 분리 방법 및 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method and device for multicolor separation through minimizing the amount of mutual information.

최근 환자 암 조직 내에 존재하는 면역 세포를 활성화시켜 항암 효과를 내는 면역항암제가 크게 각광받고 있다. 면역항암제는 환자 암 조직 내에 어떤 면역 세포가 존재하는지에 따라 그 항암 효과에 큰 편차가 있다. 환자별 최적의 항암제를 선정하거나 새로운 기작의 면역항암제를 개발하기 위해서는, 환자 암 조직 내부에서 여러 면역 바이오 마커를 동시에 이미징해야 할 필요성이 있다. 기존의 여러 멀티 마커 동시 이미징 기술들은 고가의 특수 장비가 필요하거나, 과정이 복잡하고 이미징 속도가 느리거나, 이미징 과정에서 시료가 파괴되는 등, 여러 단점이 존재하여 면역항암제 개발, 새로운 바이오 마커 발굴, 면역항암제 반응성 예측에 널리 사용되고 있지 못하다. 따라서, 환자별 최적의 면역항암제 추천 및 새로운 면역항암제 개발을 위해서는, 저비용 고효율 무손상 멀티 마커 동시 이미징 기술이 필요하다. Recently, immunotherapy drugs that produce anti-cancer effects by activating immune cells present in the patient's cancer tissue have been receiving a lot of attention. Immunoanticancer drugs have large differences in their anticancer effects depending on which immune cells are present in the patient's cancer tissue. In order to select the optimal anticancer agent for each patient or develop an immunotherapy agent with a new mechanism, there is a need to simultaneously image multiple immune biomarkers within the patient's cancer tissue. Many existing multi-marker simultaneous imaging technologies have several disadvantages, such as requiring expensive special equipment, complicated processes and slow imaging speeds, and sample destruction during the imaging process. It is not widely used to predict immunotherapy reactivity. Therefore, in order to recommend optimal immuno-anticancer drugs for each patient and develop new immuno-anticancer drugs, low-cost, high-efficiency, and intact multi-marker simultaneous imaging technology is needed.

해결하고자 하는 과제는 상호정보량 최소화를 통한 다색 분리 방법 및 장치를 제공하는 것이다. The problem to be solved is to provide a multicolor separation method and device by minimizing the amount of mutual information.

본 개시에 따른 전자 장치의 동작 방법은, 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하는 단계; 및 상기 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 상기 획득된 이미지들로부터 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. A method of operating an electronic device according to the present disclosure includes acquiring a plurality of images for a plurality of fluorescent substances each labeling different biomolecules; And for each of the pairs each consisting of two of the acquired images, images for each of the fluorescent substances from the acquired images while reducing the amount of mutual information shared between each image of the pairs. A separation step may be included.

본 개시에 따른 전자 장치는, 메모리, 및 상기 메모리와 연결되고, 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 메모리, 및 상기 메모리와 연결되고, 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하고, 상기 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 상기 획득된 이미지들로부터 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하도록 구성될 수 있다. An electronic device according to the present disclosure includes a memory, and a processor connected to the memory and configured to execute at least one instruction stored in the memory, wherein the processor includes a memory and connected to the memory, and configured to execute at least one instruction stored in the memory. A processor configured to execute at least one stored instruction, wherein the processor acquires a plurality of images for a plurality of fluorescent substances each labeling a different biomolecule, and selects two of the acquired images. For each of the configured pairs, it may be configured to separate images for each of the fluorescent substances from the acquired images, while reducing the amount of mutual information shared between the images of each of the pairs.

본 개시에 따른 비-일시적인 컴퓨터-판독 가능 저장 매체는, 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하는 단계, 및 상기 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 상기 획득된 이미지들로부터 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계를 포함하는 방법을 실행하기 위한 하나 이상의 프로그램들을 저장할 수 있다. A non-transitory computer-readable storage medium according to the present disclosure includes acquiring a plurality of images for a plurality of fluorescent substances each labeled with a different biomolecule, and each of the acquired images with two of the acquired images. For each of the pairs being constructed, performing a method comprising separating images for each of the fluorescent substances from the acquired images while reducing the amount of mutual information shared between the respective images of the pairs. You can save one or more programs for

본 개시에 따르면, 이미지 분리 성능이 향상될 수 있다. 이 때, 본 개시에서는 하나의 파장대에서 각각의 발광 스펙트럼이 중첩되는 셋 이상의 형광 물질들의 신호들을 분리할 수 있다. 구체적으로, 본 개시에서는 형광 물질들의 각각의 발광 스펙트럼 측정 없이, 형광 물질들의 수와 동일한 개수의 검출 파장대에서 얻은 이미지들만으로도 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리할 수 있다. According to the present disclosure, image separation performance can be improved. At this time, in the present disclosure, signals of three or more fluorescent materials whose emission spectra overlap in one wavelength band can be separated. Specifically, in the present disclosure, images for each fluorescent material can be separated only from images obtained in the same number of detection wavelength bands as the number of fluorescent materials, without measuring the emission spectra of each fluorescent material.

도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 예시를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 상호정보량 최소화를 통한 다색 분리 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 획득된 이미지들로부터 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계를 구체적으로 도시하는 흐름도이다.
1 is a block diagram of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the operating principle of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 3 is an exemplary diagram for explaining an example operation of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
Figure 4 is a flowchart of a multi-color separation method through minimizing the amount of mutual information of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 5 is a flow chart specifically illustrating the steps of separating images for each fluorescent material from the acquired images of FIG. 4.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice them. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present disclosure in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "??부", "??기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "unit", "unit", and "module" used in the specification refer to a unit that processes at least one function or operation, which is implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software. It can be.

설명에서는 동작 주체가 생략될 수 있으나, 본 개시에서 설명하는 방법은 전자 장치, 예컨대 컴퓨팅 장치와 형광 현미경을 포함하는 장치에서 구현될 수 있다.Although the operating entity may be omitted in the description, the method described in the present disclosure may be implemented in an electronic device, such as a device including a computing device and a fluorescence microscope.

형광 이미징은 시료 내부의 생체 분자를 다양한 형광 물질(fluorophore)로 표지하고 이를 빛으로 여기(excitation)시킨 후, 각 형광 물질에서 방출(emission)되는 빛을 광학현미경으로 탐지하여 시료 내부의 생체 분자를 간접적으로 관찰할 수 있는 기법이다. 형광 물질들은 고유의 화학 구조로 인해 각기 다른 여기 스펙트럼(excitation spectrum)과 방출 스펙트럼(emission spectrum)을 가지며, 이 때 항상 흡수한 빛보다 긴 파장의 빛을 방출하게 된다. 형광 물질들의 여기 및 방출 스펙트럼은 일반적으로 가시광선 범위(400 - 700 nm) 내에서 100 nm 정도의 넓은 너비를 가지고 있다. 하나의 시료에서 여러 생체 분자를 동시에 관찰하기 위해서는 여러 생체 분자를 서로 다른 형광 물질로 표지한 후, 각 형광 물질의 이미지를 선택적으로 얻는 것이 필요하다. 이를 위해, 여기 스펙트럼과 방출 스펙트럼이 겹치지 않는 형광 물질을 사용해야 하는데, 네 개 이상의 형광 물질을 동시에 사용할 시 방출 스펙트럼의 넓은 너비로 인해 형광 물질 간 방출 스펙트럼 겹침이 발생하게 되고 서로 구분할 수 없게 된다. 따라서, 일반적으로 표준 여기 파장(405, 488, 560, 633 nm) 하나 당 하나의 형광 물질 만을 여기시켜 최대 네 개의 생체 분자들을 탐지해 낸다. Fluorescence imaging labels biomolecules inside a sample with various fluorophores, excites them with light, and then detects the light emitted from each fluorophore using an optical microscope to identify biomolecules inside the sample. It is a technique that can be observed indirectly. Fluorescent substances have different excitation and emission spectra due to their unique chemical structures, and always emit light with a longer wavelength than the light they absorb. The excitation and emission spectra of fluorescent materials generally have a wide width of about 100 nm within the visible light range (400 - 700 nm). In order to observe multiple biomolecules simultaneously in one sample, it is necessary to label multiple biomolecules with different fluorescent substances and then selectively obtain images of each fluorescent substance. To achieve this, it is necessary to use fluorescent materials whose excitation and emission spectra do not overlap. When four or more fluorescent materials are used simultaneously, the emission spectra overlap between the fluorescent materials due to the wide width of the emission spectrum and they become indistinguishable from each other. Therefore, in general, up to four biomolecules can be detected by exciting only one fluorescent substance per standard excitation wavelength (405, 488, 560, 633 nm).

최근 의학 진단 및 연구 분야에서 하나의 시료에서 더 많은 생체 분자를 동시에 이미징해야 하는 필요성이 증가하고 있다. 하지만, 기존의 형광 현미경 기법으로는 한번에 최대 네 개의 형광 물질만을 동시에 사용할 수 있다는 한계가 있다. 이러한 한계를 뛰어 넘기 위해서, 다양한 기술들이 개발되었는데, 이 기술들은 크게 세 가지로 나눌 수 있다.Recently, the need to simultaneously image more biomolecules in a single sample has increased in the fields of medical diagnosis and research. However, existing fluorescence microscopy techniques have a limitation in that only up to four fluorescent substances can be used simultaneously at a time. To overcome these limitations, various technologies have been developed, and these technologies can be broadly divided into three categories.

첫 번째로, 반복 염색 기법(Multi-round staining)은, 방출 스펙트럼이 겹치지 않는 3개 혹은 4개의 형광 물질로 시료 내부의 생체 분자를 각각 표지하여 이미징 한 후, 화학적 처리를 통해 형광 물질을 비활성 시키거나 생체 분자에서 형광 물질을 떼어 낸다. 그 후 다시 다른 생체 분자를 동일한 3개 혹은 4개의 형광 물질로 표지하여 이미징한다. 이러한 방법을 반복하면 하나의 생체 시료에서 수십가지 생체 분자를 동시에 관찰하는 것이 가능하다. 하지만, 형광 물질 표지와 비활성 과정을 반복해야 하기 때문에 시간이 오래 걸리고, 반복되는 과정에서 얻은 각 이미지들을 서로 정합(image registration) 해줘야 하는 번거로움이 있다. 또한, 정합의 문제로 인해서 다분자의 분포를 삼차원으로 얻을 수 없다. 게다가, 화학적 처리 과정 중 시료가 손상되는 문제가 있다. First, multi-round staining involves imaging biomolecules inside a sample by labeling them with three or four fluorescent substances whose emission spectra do not overlap, and then deactivating the fluorescent substances through chemical treatment. Alternatively, fluorescent substances are removed from biomolecules. Afterwards, other biomolecules are labeled with the same three or four fluorescent substances and imaged. By repeating this method, it is possible to observe dozens of biomolecules simultaneously in one biological sample. However, it takes a long time because the fluorescent labeling and deactivation process must be repeated, and there is the inconvenience of having to register each image obtained during the repeated process. Additionally, due to matching problems, the distribution of multimolecules cannot be obtained in three dimensions. In addition, there is a problem of sample damage during the chemical treatment process.

두 번째로, 스펙트럼 이미징 후 신호 분리 기법(Spectral Imaging and Signal unmixing)은, 방출 스펙트럼이 겹치는 여러 형광 물질로 여러 생체 분자를 각각 표지 한 후, 여러 형광 물질을 동시에 여기시킨다. 그 후 여러 검출 파장대에서 시료의 이미지를 얻은 후 파장대별 각 형광 물질의 상대적 세기에 대한 정보를 바탕으로, 얻은 이미지를 각 형광 물질만의 이미지로 분리한다. 만약 다양한 생체분자를 표지한 각 형광 물질의 방출 스펙트럼을 알고 있다면, 형광 물질의 파장 별 방출 세기를 바탕으로 각 형광 물질의 이미지를 분리(unmixing)하는 것이 가능하다. 하지만, 형광 물질의 방출 스펙트럼을 정확히 측정(calibration)하기 위해 스펙트랄 디텍터(spectral detector)라는 고가의 특수 장비를 필요로 한다. 그리고, 각 형광 물질의 파장 별 세기는 현미경 내부의 광학적 특성과 카메라의 파장 별 감도, 시료의 화학적 조성 등에 따라서 달라지게 된다. 이에 따라, 매 현미경마다, 매 시료마다 각 형광 물질의 방출 스펙트럼을 매번 따로 측정해줘야 한다는 번거로움이 있어 실제로 조직 이미징에 사용되기 매우 어렵다. Second, in the spectral imaging and signal unmixing technique, several biomolecules are individually labeled with several fluorescent substances with overlapping emission spectra, and then several fluorescent substances are excited simultaneously. Afterwards, images of the sample are obtained in several detection wavelength bands, and the obtained images are separated into images of each fluorescent material only, based on information about the relative intensity of each fluorescent material in each wavelength band. If the emission spectrum of each fluorescent substance labeling various biomolecules is known, it is possible to separate (unmix) the images of each fluorescent substance based on the emission intensity for each wavelength of the fluorescent substance. However, to accurately calibrate the emission spectrum of a fluorescent material, expensive special equipment called a spectral detector is required. In addition, the intensity of each fluorescent material at each wavelength varies depending on the optical characteristics inside the microscope, the sensitivity of the camera at each wavelength, and the chemical composition of the sample. Accordingly, there is the inconvenience of having to measure the emission spectrum of each fluorescent substance separately for each microscope and each sample, making it very difficult to actually use it for tissue imaging.

세 번째로, 블라인드 신호 분리 기법(Blind Unmixing)은 형광 물질의 방출 스펙트럼을 모르는 상태에서 형광 물질 신호들을 분리해 내는 방법으로, 이를 위해서 독립 성분 분석(Independent Component Analysis; ICA) 혹은 음수 미포함 행렬 분석(Non-negative matrix factorization; NMF)이 사용되어 왔다. 하지만, 수백 만개에 달하는 원소들을 동시에 정확히 유추해야 하므로 신호 분리의 정확성이 크게 떨어져 매우 제한적으로 사용되어 왔다. 예를 들어, 방출 스펙트럼이 겹치는 세 가지 형광 물질 신호를 분리하기 위해서는 3,145,728(=3 x 1024 x 1024)개가 넘는 원소를 동시에 유추해내야 한다(1024 x 1024 해상도 기준). 또한, 기존의 ICA, NMF는 분리를 위해서 필요한 이미지의 수(IMG 행렬의 행의 수)가 반드시 형광 물질의 수(F 행렬의 행의 수)보다 많아야 한다는 조건이 있다. 즉, 8개의 형광 물질을 동시에 이미징 하기 위해서는 9장 이상의 이미지를 얻어야 하기 때문에 스펙트랄 디텍터(spectral detector)라는 고가의 특수 장비를 필요로 한다.Third, blind signal separation technique (Blind Unmixing) is a method of separating fluorescent material signals without knowing the emission spectrum of the fluorescent material. For this, Independent Component Analysis (ICA) or matrix analysis without negative values ( Non-negative matrix factorization (NMF) has been used. However, because millions of elements must be accurately inferred at the same time, the accuracy of signal separation is greatly reduced, and its use has been very limited. For example, to separate the signals of three fluorescent substances with overlapping emission spectra, more than 3,145,728 (=3 x 1024 x 1024) elements must be inferred simultaneously (based on 1024 x 1024 resolution). Additionally, existing ICA and NMF have a condition that the number of images (number of rows of the IMG matrix) required for separation must be greater than the number of fluorescent substances (number of rows of the F matrix). In other words, in order to simultaneously image eight fluorescent substances, more than nine images must be obtained, which requires expensive special equipment called a spectral detector.

결론적으로, 기존 다분자 동시 이미징 기법은 실험과정 및 이미징 과정의 번거로움과 복잡성, 신호 분리 부정확도, 특수 장비 요구 등의 문제점으로 인해 실질적으로 연구 및 진단에 활용하기 어려워 활발하게 사용되지 않고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 최근 새로운 블라인드 신호 분리 기반 다분자 동시 이미징 기법(Process of ultra-multiplexed Imaging of biomoleCules viA the unmixing of the Signals of Spectrally Overlapping fluorophores; PICASSO) v1.0 및 v2.0이 개발되었다. PICASSO v1.0 및 v2.0은 두 형광 물질의 신호가 섞여 있는 이미지를 각 형광 물질의 신호만을 담고 있는 이미지들로 분리하는 기술로, 상호정보량 최소화 기법을 이용한다. In conclusion, existing multi-molecule simultaneous imaging techniques are difficult to practically utilize for research and diagnosis due to problems such as the inconvenience and complexity of the experimental and imaging process, signal separation inaccuracy, and the requirement for special equipment, so they are not actively used. To solve this problem, a new blind signal separation-based multimolecular simultaneous imaging technique (Process of ultra-multiplexed Imaging of biomoleCules viA the unmixing of the Signals of Spectrally Overlapping fluorophores; PICASSO) v1.0 and v2.0 was developed. . PICASSO v1.0 and v2.0 are technologies that separate images containing mixed signals of two fluorescent substances into images containing only the signals of each fluorescent substance, using mutual information minimization techniques.

PICASSO v1.0에서는, 첫번째 검출 파장대는 첫번째 형광 물질의 신호만이 포함되도록 설정하고, 두번째 검출 파장대에서는 두 형광 물질의 신호가 모두 포함되도록 설정하여 두 이미지 IMG1과 IMG2를 얻는다. IMG1에는 첫번째 형광 물질의 신호만이 포함되어 있고, IMG2에는 두 형광 물질의 신호가 모두 포함되어 있기 때문에 IMG2에서 IMG1을 빼 주면 두 번째 형광 물질의 신호만을 포함하고 있는 이미지를 얻을 수 있다. 이 때, IMG1을 얼마나 빼 주는지 결정하는 것이 중요한데, PICASSO v1.0에서는 IMG2 - α x IMG1과 IMG1 사이의 상호정보량을 최소화하는 α를 찾아냈다. 이 방법은 IMG2에서 IMG1의 신호가 완벽히 제거되어 두 번째 형광 물질의 신호만이 포함되는 경우, 이 이미지와 첫번째 형광 물질의 신호만을 포함하고 있는 IMG1 사이의 상호정보량이 최소화된다는 가정을 바탕으로 한다. In PICASSO v1.0, the first detection wavelength band is set to include only the signal of the first fluorescent material, and the second detection wavelength band is set to include the signals of both fluorescent materials to obtain two images, IMG1 and IMG2. Since IMG1 contains only the signal of the first fluorescent substance, and IMG2 contains the signals of both fluorescent substances, by subtracting IMG1 from IMG2, an image containing only the signal of the second fluorescent substance can be obtained. At this time, it is important to determine how much IMG1 is to be subtracted. In PICASSO v1.0, α was found that minimizes the amount of mutual information between IMG2 - α x IMG1 and IMG1. This method is based on the assumption that when the signal of IMG1 is completely removed from IMG2 and only the signal of the second fluorescent substance is included, the amount of mutual information between this image and IMG1, which contains only the signal of the first fluorescent substance, is minimized.

PICASSO v2.0(다른 이름으로는 iterative PICASSO)은 PICASSOR v1.0을 개량한 것으로, 첫번째 검출 파장대에 두 형광 물질의 신호가 모두 포함되는 경우에도 두 이미지 IMG1, IMG2를 각각의 형광 물질의 신호만 포함되어 있는 두 이미지로 분리할 수 있는 기술이다. PICASSO v2.0에서는, 첫번째 검출 파장대를 좀 더 넓게 사용할 수 있어서 IMG1의 신호대잡음비가 높아진다는 장점이 있다. 또한, 첫번째 형광 물질로 표지된 마커가 거의 존재하지 않는 경우에도 잘 작동한다는 장점이 있다.PICASSO v2.0 (also known as iterative PICASSO) is an improved version of PICASSOR v1.0. Even when the signals of both fluorescent substances are included in the first detection wavelength, the two images IMG1 and IMG2 are converted to only the signals of each fluorescent substance. This is a technology that can separate the two images it contains. In PICASSO v2.0, the first detection wavelength band can be used more broadly, which has the advantage of increasing the signal-to-noise ratio of IMG1. Additionally, it has the advantage of working well even when there are almost no markers labeled with the first fluorescent substance.

PICASSO v1.0 및 v2.0은 기존의 신호 분리 기법(spectral unmixing)과 비교해서 여러 장점이 있는데, 먼저 분리하고자 하는 형광 물질의 수와 같은 숫자의 이미지만을 필요로 하기 때문에 스펙트랄 디텍터와 같은 특수 장비 없이, 필터 방식으로도 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 기존의 신호 분리 기법이 분리하려고 하는 형광 물질의 발광 스펙트럼을 따로 측정해야 하는 과정이 필요했다면, PICASSO v1.0 및 v2.0은 이런 별도의 측정이 필요 없다는 장점이 있다. 많은 형광 물질의 경우, 시료 내부의 화학적 환경에 따라서 발광 스펙트럼이 달라지기 때문에 실제로 형광 물질의 발광 스펙트럼이 정확하게 측정하는 것이 매우 어렵다. PICASSO v1.0 및 2.0은 이런 측정 과정이 필요 없기 때문에, 다양한 시료에서 모두 잘 작동하는 장점이 있다. PICASSO v1.0 및 v2.0 기술을 일반적으로 많이 사용하는 5개의 파장대(UV, blue, green, red, IR)에 적용하는 경우, 각 파장대별로 2개의 형광 물질을 사용할 수 있어서 총 10개의 형광 물질을 동시에 사용할 수 있다. 또한, 각 파장대별로 large Stokes shift 형광 물질을 추가하는 경우, 총 15개의 형광 물질을 동시에 사용할 수 있다.PICASSO v1.0 and v2.0 have several advantages compared to existing signal separation techniques (spectral unmixing). First, since they only require the same number of images as the number of fluorescent substances to be separated, special devices such as spectral detectors are used. It has the advantage of being able to be implemented without equipment and using a filter method. Additionally, while existing signal separation techniques required a separate process to measure the emission spectrum of the fluorescent material being separated, PICASSO v1.0 and v2.0 have the advantage of not requiring such separate measurement. In the case of many fluorescent substances, the emission spectrum varies depending on the chemical environment inside the sample, so it is very difficult to accurately measure the emission spectrum of the fluorescent substance. PICASSO v1.0 and 2.0 do not require this measurement process, so they have the advantage of working well with a variety of samples. When PICASSO v1.0 and v2.0 technologies are applied to five commonly used wavelength bands (UV, blue, green, red, IR), two fluorescent materials can be used for each wavelength band, for a total of 10 fluorescent materials. can be used simultaneously. Additionally, if large Stokes shift fluorescent materials are added for each wavelength band, a total of 15 fluorescent materials can be used simultaneously.

이하에서, 본 개시는 PICASSO v1.0 및 v2.0로부터 개량된 PICASSO v3.0을 제안한다. PICASSOR v3.0은 발광 스펙트럼이 겹치는 3개 이상의 형광 물질의 신호를 별도의 형광 물질 발광 스펙트럼 측정 없이, 형광 물질의 수와 동일한 개수의 검출 파장대에서 얻은 이미지만으로 분리할 수 있는 기술이다. Below, this disclosure proposes PICASSO v3.0, which is improved from PICASSO v1.0 and v2.0. PICASSOR v3.0 is a technology that can separate the signals of three or more fluorescent substances with overlapping emission spectra using only images obtained in the same number of detection wavelength bands as the number of fluorescent substances without measuring the emission spectra of the fluorescent substances separately.

도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 블록도이다. 도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 동작 원리를 설명하기 위한 개략도이다. 1 is a block diagram of an electronic device 100 according to various embodiments of the present disclosure. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the operating principle of the electronic device 100 according to various embodiments of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)는 디텍터(110), 입력 모듈(120), 출력 모듈(130), 메모리(140) 또는 프로세서(150) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는 전자 장치(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 하나가 생략되거나, 전자 장치(100)에 하나 이상의 다른 구성 요소들이 추가될 수 있다.Referring to FIG. 1, the electronic device 100 according to various embodiments of the present disclosure includes at least one of a detector 110, an input module 120, an output module 130, a memory 140, and a processor 150. It can contain one. In some embodiments, at least one of the components of the electronic device 100 may be omitted, or one or more other components may be added to the electronic device 100.

디텍터(110)는 시료에 대한 이미지를 촬영할 수 있다. 이 때 디텍터(110)은 전자 장치(100)의 미리 정해진 위치에 설치되어, 이미지를 촬영할 수 있다. 예를 들면, 디텍터(110)는 sCMOS(scientific complementary metal-oxide-semiconductor) 카메라, PMT(photo multiplier tube), 혹은 그 이외에 빛의 세기를 측정하여 이를 이미지로 표현할 수 있는 장비 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The detector 110 can capture images of a sample. At this time, the detector 110 is installed at a predetermined location of the electronic device 100 and can capture an image. For example, the detector 110 includes at least one of a scientific complementary metal-oxide-semiconductor (sCMOS) camera, a photo multiplier tube (PMT), or other equipment that can measure the intensity of light and express it as an image. can do.

입력 모듈(120)은 전자 장치(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 하나에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(100)의 외부로부터 수신할 수 있다. 이 때 입력 모듈(120)은 입력 장치 또는 수신 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 입력 장치는 마이크(microphone), 마우스 또는 키보드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 입력 장치는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry) 또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 수신 장치는 무선 수신 장치 또는 유선 수신 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The input module 120 may receive a command or data to be used for at least one of the components of the electronic device 100 from outside the electronic device 100. At this time, the input module 120 may include at least one of an input device or a receiving device. For example, the input device may include at least one of a microphone, mouse, or keyboard. In some embodiments, the input device may include at least one of touch circuitry configured to detect a touch or a sensor circuit configured to measure the intensity of force generated by the touch. The receiving device may include at least one of a wireless receiving device or a wired receiving device.

출력 모듈(130)은 전자 장치(100)의 외부로 정보를 제공할 수 있다. 이 때 출력 모듈(130)은 표시 장치 또는 송신 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 표시 장치는 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 표시 장치는 입력 모듈(120)의 터치 회로 또는 센서 회로 중 적어도 어느 하나와 조립되어, 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 송신 장치는 무선 송신 장치 또는 유선 송신 장치 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The output module 130 may provide information to the outside of the electronic device 100. At this time, the output module 130 may include at least one of a display device or a transmission device. For example, the display device may include at least one of a display, a hologram device, or a projector. In some embodiments, the display device may be implemented as a touch screen by being assembled with at least one of the touch circuit or the sensor circuit of the input module 120. The transmission device may include at least one of a wireless transmission device or a wired transmission device.

일 실시예에 따르면, 수신 장치와 송신 장치는 하나의 통신 모듈로 통합될 수 있다. 통신 모듈은 전자 장치(100)와 외부 장치(미도시) 간 통신을 지원할 수 있다. 이러한 통신 모듈은 무선 통신 모듈 또는 유선 통신 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 때 무선 통신 모듈은 무선 수신 장치 또는 무선 송신 장치 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 그리고, 무선 통신 모듈은 원거리 통신 방식 또는 근거리 통신 방식 중 적어도 어느 하나를 지원할 수 있다. 근거리 통신 방식은, 예컨대 블루투스(Bluetooth), 와이파이 다이렉트(WiFi direct), 또는 적외선 통신(IrDA; infrared data association) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 무선 통신 모듈은 네트워크를 통해 원거리 통신 방식으로 통신할 수 있으며, 네트워크는, 예컨대 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 LAN(local area network)이나 WAN(wide area network)과 같은 컴퓨터 네트워크 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, 유선 통신 모듈은 유선 수신 장치 또는 유선 송신 장치 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. According to one embodiment, the receiving device and the transmitting device may be integrated into one communication module. The communication module may support communication between the electronic device 100 and an external device (not shown). This communication module may include at least one of a wireless communication module or a wired communication module. At this time, the wireless communication module may be comprised of at least one of a wireless receiving device or a wireless transmitting device. Additionally, the wireless communication module may support at least one of a long-distance communication method or a short-distance communication method. The short-range communication method may include, for example, at least one of Bluetooth, WiFi direct, or infrared data association (IrDA). The wireless communication module may communicate in a long-distance communication manner through a network, and the network may include, for example, at least one of a cellular network, the Internet, or a computer network such as a local area network (LAN) or a wide area network (WAN). You can. Meanwhile, the wired communication module may be comprised of at least one of a wired receiving device or a wired transmitting device.

메모리(140)는 전자 장치(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 하나에 의해 사용되는 프로그램 또는 데이터 중 적어도 어느 하나를 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(140)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The memory 140 may store at least one of programs or data used by at least one of the components of the electronic device 100. For example, the memory 140 may include at least one of volatile memory and non-volatile memory.

프로세서(150)는 메모리(140)의 프로그램을 실행하여, 전자 장치(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있고, 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 프로세서(150)는 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수, 예컨대 n 개의 형광 물질들에 대해, 복수, 예컨대 n 개의 이미지들을 획득할 수 있다. 이 때, 프로세서(150)는 서로로부터 구분되는 상이한 검출 파장대들에서 복수의 이미지들을 각각 획득할 수 있다. 검출 파장대들의 각각에서는, 형광 물질들 중 적어도 두 개의 방출 스펙트럼들이 중첩될 수 있다. 여기서, n은 3 이상의 숫자일 수 있으며, 바꿔 말하면, 프로세서(150)는 셋 이상의 형광 물질들에 대해, 셋 이상의 이미지들을 획득할 수 있다. 그리고, 프로세서(150)는 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 획득된 이미지들로부터 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리할 수 있다. The processor 150 may execute a program in the memory 140 to control at least one of the components of the electronic device 100 and perform data processing or calculation. The processor 150 may acquire a plurality of images, for example, n, for a plurality of, for example, n fluorescent substances each labeled with different biomolecules. At this time, the processor 150 may acquire a plurality of images in different detection wavelength bands that are distinct from each other. In each of the detection wavelength bands, the emission spectra of at least two of the fluorescent substances may overlap. Here, n may be a number of 3 or more. In other words, the processor 150 may acquire three or more images for three or more fluorescent substances. And, for each pair consisting of two of the acquired images, the processor 150 reduces the amount of mutual information shared between each image of the pairs, while reducing the amount of mutual information shared between each image of the pairs. Images can be separated.

예를 들면, 하나의 레이저로 n 개의 형광 물질을 동시에 여기하여, 검출 파장대가 상이한 n 개의 이미지들을 얻게 되면, 각 이미지에는 n 종류의 형광 물질들의 이미지들이 선형적으로 더해져 나타나게 된다(

Figure 112021079180978-pat00001
). 이 때, 각 이미지별로 여러 형광 물질의 이미지가 선형적으로 더해지는 변수(α)는 다르게 된다. 검출 파장대를 선정함에 있어, 각 파장대별로 하나의 형광 물질의 방출 스펙트럼의 고점을 포함하도록 설계된다. 검출 파장대별로 하나의 형광 물질의 고점을 포함함이 보장될 경우, 이 이미지에서 다른 나머지 n-1 개의 이미지를 선형적으로 감하는 연산을 수행할 경우, 해당 대역에서 고점을 가지는 형광 물질에 비해 다른 분자로 인한 성분이 우선적으로 제거됨이 보장된다. 모든 m과 k에 대해 αkm, IMGch,m, IMGF,k, 모두 양의 실수를 유지하는 범위 내에서 해당 성분의 크기를 정확히 추론하여 제거하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같은 이중 루프 구조의 반복 업데이트 알고리즘(iterative update algorithm)이 제시된다.For example, if n images of different detection wavelengths are obtained by simultaneously exciting n fluorescent substances with one laser, the images of n types of fluorescent substances are linearly added to each image.
Figure 112021079180978-pat00001
). At this time, the variable (α) to which the images of various fluorescent substances are linearly added is different for each image. When selecting a detection wavelength band, each wavelength band is designed to include the high point of the emission spectrum of one fluorescent material. If it is guaranteed to include the high point of one fluorescent material in each detection wavelength band, if an operation is performed to linearly subtract the remaining n-1 images from this image, the It is ensured that molecular components are preferentially removed. For all m and k, α km , IMG ch,m , and IMG F,k , all within the range of keeping positive real numbers, accurately infer and remove the magnitude of the corresponding components, a double loop as shown in Figure 2. An iterative update algorithm of the structure is presented.

프로세서(150)는 n 장의 이미지 중 두 장을 선정하고, 각 두 장을 X, Y라고 한다(단계 i). 그리고, 프로세서(150)는 X와 Y - αX의 상호정보량 I(X; Y - αX)을 최소화할 수 있는 α를 찾아 Y를 하기 [수학식 1]과 같이 갱신한다(단계 ii). 여기서, 프로세서(150)는 상호정보량을 계산하고, 갱신은 다운샘플링, 양자화되지 않은 Y를 사용한다. 프로세서(150)은 상호정보량을 계산하기 전, 필요한 경우, 획득된 이미지들을 다운샘플링 및 양자화(quantization)할 수 있다. The processor 150 selects two of the n images, and calls the two images X and Y (step i). Then, the processor 150 finds α that can minimize the mutual information amount I (X; Y - αX) of X and Y - αX and updates Y as shown in Equation 1 below (step ii). Here, the processor 150 calculates the mutual information amount, and updates use downsampling and unquantized Y. The processor 150 may downsample and quantize the acquired images, if necessary, before calculating the mutual information amount.

여기서, ζ는 갱신 속도를 나타내며, 0과 1 사이의 실수이다. Here, ζ represents the update rate and is a real number between 0 and 1.

이 때, 프로세서(150)는 n 장의 이미지 중 가능한 모든 순열 조합(nP2)에 따라 두 장을 선정하여, 상기의 과정(단계 i 및 단계 ii)을 반복한다(단계 iii). 여기서, 프로세서(150)는 상기의 과정(단계 i, 단계 ii 및 단계 iii)을 정해진 횟수(p)만큼 반복한다. 이 때, 횟수(p)는 목표 정확도(ε)와 갱신 속도(ζ)에 따라 하기 [수학식 2]를 만족하는 양의 정수로 정해진다. At this time, the processor 150 selects two of the n images according to all possible permutation combinations ( n P 2 ) and repeats the above processes (steps i and step ii) (step iii). Here, the processor 150 repeats the above processes (step i, step ii, and step iii) a predetermined number of times (p). At this time, the number of times (p) is set as a positive integer that satisfies the following [Equation 2] according to the target accuracy (ε) and update rate (ζ).

도 3은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 동작 예시를 설명하기 위한 예시도이다. 도 3에서, (a)는 전자 장치(100)에서 검출되는 검출 파장대의 예시에 대한 그래프로서, 각 검출 파장대에는, 488 nm 레이저만을 사용하여 여기된 세 개의 형광 물질(CF488, ATTO514, ATTO532)의 방출 스펙트럼들이 중첩되어 있고, (b)는 NeuN 기니피그 항체와 GFAP 쥐 항체 대조군의 염색 이미지이고, (c)는 세 개의 검출 파장대로 얻은 신호 분리 전 이미지이고, (d)는 신호 분리 후 이미지이며, 빨간색은 PV를 나타내고, 초록색은 NeuN을 나타내며, 파란색은 GFAP을 나타낸다. FIG. 3 is an exemplary diagram for explaining an example operation of the electronic device 100 according to various embodiments of the present disclosure. In FIG. 3, (a) is a graph of an example of the detection wavelength band detected by the electronic device 100. In each detection wavelength band, three fluorescent substances (CF488, ATTO514, ATTO532) excited using only a 488 nm laser are displayed. The emission spectra are superimposed, (b) is the staining image of NeuN guinea pig antibody and GFAP rat antibody control, (c) is the image before signal separation obtained at three detection wavelengths, (d) is the image after signal separation, Red represents PV, green represents NeuN, and blue represents GFAP.

도 3을 참조하면, 반복 업데이트 알고리즘의 유효성을 검증하기 위하여, 쥐 뇌 절편 내부의 NeuN, GFAP, PV 3가지 단백질을 방출 스펙트럼이 겹치는 세 개의 형광 물질로 표지하고 반복 업데이트 알고리즘을 사용하여 신호 분리하였다. 이렇게 분리된 이미지가 실제로 하나의 형광 물질의 신호만을 포함하고 있는지 확인하기 위하여 NeuN과 GFAP를 다른 파장대의 형광 물질로 동시에 염색하였다. (b)의 두 이미지는 이렇게 다른 파장대 형광 물질로 표지된 NeuN과 GFAP의 이미지이다. 그 후 서로 발광 스펙트럼이 겹치는 세 형광 물질의 신호를 (a)에 표시된 세 검출 파장대에서 얻었다. (c)에 나온 것처럼, 세 검출 파장대에서 얻은 세 이미지는 모두 세 단백질(NeuN, GFAP, PV)을 포함하고 있었다. 이 세 이미지에 PICASSO v3.0의 반복 업데이트 알고리즘을 적용하여 분리한 결과가 (d)에 표시되어 있다. (d)의 channel 2,3의 이미지를 (b)의 두 이미지와 비교해보면, PICASSO v3.0 기술로 분리된 세 이미지 중 두 이미지가 각각 NeuN과 GFAP만을 포함하고 있는 것을 알 수 있다. 이처럼 PICASSO v3.0을 통해 신호 분리한 이미지는 세 단백질을 명확히 구분할 수 있었다. 이를 통해, PICASSO v1.0 및 v2.0보다 PICASSO v3.0이 향상된 다분자 형광 이미징 능력을 갖추었음을 입증하였다. PICASSO v3.0을 사용하면, 하나의 파장대에서 세 개 이상의 형광 물질을 동시에 사용할 수 있고, large Stokes shift 형광 물질을 추가하면 네 개 이상의 형광 물질을 동시에 사용할 수 있다. 따라서, 일반적으로 많이 사용하는 5 개의 파장대에 PICASSO v3.0을 적용하는 경우, 총 20개 이상의 형광 물질을 동시에 사용할 수 있다Referring to Figure 3, in order to verify the effectiveness of the iterative update algorithm, three proteins, NeuN, GFAP, and PV, inside rat brain slices were labeled with three fluorescent substances with overlapping emission spectra, and the signals were separated using the iterative update algorithm. . To confirm that the separated image actually contained only the signal of one fluorescent substance, NeuN and GFAP were simultaneously stained with fluorescent substances of different wavelengths. The two images in (b) are images of NeuN and GFAP labeled with fluorescent substances of different wavelengths. Afterwards, signals of three fluorescent substances with overlapping emission spectra were obtained in the three detection wavelength bands shown in (a). As shown in (c), all three images obtained at three detection wavelengths contained three proteins (NeuN, GFAP, and PV). The separation result of applying the iterative update algorithm of PICASSO v3.0 to these three images is shown in (d). Comparing the images of channels 2 and 3 in (d) with the two images in (b), it can be seen that two of the three images separated using PICASSO v3.0 technology contain only NeuN and GFAP, respectively. In this way, the three proteins could be clearly distinguished in the signal-separated image using PICASSO v3.0. Through this, it was demonstrated that PICASSO v3.0 has improved multimolecular fluorescence imaging capabilities compared to PICASSO v1.0 and v2.0. Using PICASSO v3.0, three or more fluorescent materials can be used simultaneously in one wavelength band, and by adding a large Stokes shift fluorescent material, four or more fluorescent materials can be used simultaneously. Therefore, when PICASSO v3.0 is applied to the five commonly used wavelength bands, a total of 20 or more fluorescent substances can be used simultaneously.

도 4는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 상호정보량 최소화를 통한 다색 분리 방법의 흐름도이다. FIG. 4 is a flowchart of a multi-color separation method through minimizing the amount of mutual information of the electronic device 100 according to various embodiments of the present disclosure.

도 4를 참조하면, 전자 장치(100)는 410 단계에서 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수, 예컨대 n 개의 형광 물질들에 대해, 복수, 예컨대 n 개의 이미지들을 획득할 수 있다. 이 때, 프로세서(150)는 서로로부터 구분되는 상이한 검출 파장대들에서 복수의 이미지들을 각각 획득할 수 있다. 검출 파장대들의 각각에서는, 형광 물질들 중 적어도 두 개의 방출 스펙트럼들이 중첩될 수 있다. 여기서, n은 3 이상의 숫자일 수 있으며, 바꿔 말하면, 프로세서(130)는 셋 이상의 형광 물질들에 대해, 셋 이상의 이미지들을 획득할 수 있다.Referring to FIG. 4 , in step 410, the electronic device 100 may acquire a plurality, for example, n images of a plurality of, for example, n fluorescent substances each labeled with different biomolecules. At this time, the processor 150 may acquire a plurality of images in different detection wavelength bands that are distinct from each other. In each of the detection wavelength bands, the emission spectra of at least two of the fluorescent substances may overlap. Here, n may be a number of 3 or more. In other words, the processor 130 may acquire three or more images for three or more fluorescent substances.

다음으로, 전자 장치(100)는 420 단계에서 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 획득된 이미지들로부터 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(150)는 쌍들의 각각의 이미지들에 대해 계산되는 상호정보량 최소화를 위한 변수(α)를 적용하여, 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 이로써, 획득된 이미지들이 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득될 수 있다. 이 때, 프로세서(150)는 미리 정해진 갱신 속도(ζ)에 따라, 이러한 동작을 수행할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이러한 동작은, 미리 정해진 횟수(p)만큼 반복될 수 있다. 이러한 동작의 반복이 완료되면, 프로세서(150)는 최종적으로 획득된 이미지들이 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득될 수 있다. 예를 들면, 이러한 동작은, 도 2에 도시된 바와 같은 이중 루프 구조의 반복 업데이트 알고리즘에 따라 반복될 수 있다. 이에 대해, 도 5를 참조하여, 보다 상세하게 후술될 것이다. Next, the electronic device 100 reduces the amount of mutual information shared between each image of the pairs for each pair consisting of two of the images acquired in step 420, while reducing the amount of mutual information shared between the images of the pairs. Images for each fluorescent substance can be separated. To this end, the processor 150 is configured to perform an operation to obtain a plurality of new images that are updated with the acquired images by applying a variable (α) for minimizing the amount of mutual information calculated for each image of the pair. It can be. As a result, the acquired images can be obtained as images for each of the fluorescent substances. At this time, the processor 150 may perform this operation according to a predetermined update rate (ζ). In some embodiments, this operation may be repeated a predetermined number of times (p). When the repetition of this operation is completed, the processor 150 can acquire the finally obtained images as images for each of the fluorescent substances. For example, this operation may be repeated according to an iterative update algorithm with a double loop structure as shown in FIG. 2. This will be described in more detail later with reference to FIG. 5 .

도 5는 도 4의 획득된 이미지들로부터 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계(420 단계)를 구체적으로 도시하는 흐름도이다. FIG. 5 is a flowchart specifically illustrating the step 420 of separating images for each fluorescent material from the acquired images of FIG. 4 .

도 2와 함께, 도 5를 참조하면, 전자 장치(100)는 521 단계에서 n 개의 획득된 이미지들 중 두 개(X, Y)로 각각 구성되는 쌍들을 결정할 수 있다. 이 때, 프로세서(150)는 n 개의 획득된 이미지들로부터 가능한 모든 순열 조합(nP2)에 따라 쌍들을 결정할 수 있다. Referring to FIG. 5 along with FIG. 2 , the electronic device 100 may determine pairs each consisting of two (X, Y) among the n acquired images in step 521. At this time, the processor 150 may determine pairs according to all possible permutation combinations ( n P 2 ) from the n acquired images.

전자 장치(100)는 523 단계에서 쌍들의 각각에 대해 변수(α)를 계산할 수 있다. 이 때, 프로세서(150)는 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들을 기반으로, 쌍들의 각각에 대한 상호정보량을 계산할 수 있다. 여기서, 상호정보량은 하기 [수학식 3]과 같이 정의될 수 있다. 이를 통해, 프로세서(150)는 계산되는 상호정보량으로부터, 변수(α)를 계산할 수 있다. 다시 말해, 프로세서(150)는 이미지(X, Y)들로부터 상호정보량을 계산할 수 있다. 프로세서(150)은 상호정보량을 계산하기 전, 필요한 경우, 획득된 이미지들을 다운샘플링 및 양자화(quantization)할 수 있다. The electronic device 100 may calculate the variable α for each pair in step 523. At this time, the processor 150 may calculate the amount of mutual information for each pair based on the images (X, Y) of each pair. Here, the amount of mutual information can be defined as follows [Equation 3]. Through this, the processor 150 can calculate the variable α from the calculated amount of mutual information. In other words, the processor 150 can calculate the amount of mutual information from the images (X, Y). The processor 150 may downsample and quantize the acquired images, if necessary, before calculating the mutual information amount.

전자 장치(100)는 525 단계에서 쌍들의 각각에 변수(α)를 적용하여, 획득된 이미지(X, Y)들로 갱신되는 새로운 이미지(X, Y)들을 획득할 수 있다. 이 때, 프로세서(150)는 하기 [수학식 4]와 같이, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들 중 하나(Y)에 변수(α)와 함께 갱신 속도(ζ)를 적용하여, 쌍들의 각각에 대해, 이미지(X, Y)들 중 하나(Y)를 갱신할 수 있다. 여기서, 프로세서(150)는 획득된 이미지(Y)들, 즉 다운샘플링 및 양자화되지 않은 고해상도 이미지(Y)들을 갱신할 수 있다. The electronic device 100 may apply the variable α to each of the pairs in step 525 to obtain new images (X, Y) that are updated with the acquired images (X, Y). At this time, the processor 150 applies the update rate (ζ) along with the variable (α) to one (Y) of each image (X, Y) of the pair, as shown in [Equation 4] below, For each of the images (X, Y), one (Y) of the images (X, Y) can be updated. Here, the processor 150 may update the acquired images (Y), that is, high-resolution images (Y) that are not downsampled and quantized.

전술된 설명에서, 521 단계에서 결정된 쌍들의 각각에 대해서 523 단계 및 525 단계가 실행되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 하나의 쌍에 대해서 523 단계 및 525 단계를 수행하여 갱신된 새로운 이미지의 결과가 다른 쌍의 523 단계 및 525 단계에 활용될 수 있다. 예를 들어, 세 개의 획득된 이미지들, 즉 IMG1, IMG2, 및 IMG3이 있을 때, 521 단계에서 여섯 개의 쌍들, 즉 (IMG1, IMG2), (IMG2, IMG1), (IMG1, IMG3), (IMG3, IMG1), (IMG2, IMG3), 및 (IMG3, IMG2)가 결정될 수 있다. 이러한 경우, 먼저 (IMG1, IMG2)에 대해 523 단계 및 525 단계가 수행되어, IMG1이 갱신되어, IMG1'이 획득될 수 있다. 이를 통해, (IMG2, IMG1), (IMG1, IMG3), 및 (IMG3, IMG1)이 (IMG2, IMG1'), (IMG1', IMG3), 및 (IMG3, IMG1')로 각각 전환될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 모든 쌍들에 대해 동시에 523 단계 및 525 단계가 수행되거나, 쌍들의 각각에 대해 순차적으로 523 단계 및 525 단계가 진행되어, 쌍들 중 하나에 대한 523 단계 및 525 단계의 결과가 쌍들 중 다른 하나에 대한 523 단계 및 525 단계를 위해 활용될 수 있다. 그리고, 순차적 진행 후, 527 단계로 진행될 수 있다. In the above description, steps 523 and 525 are executed for each of the pairs determined in step 521, but are not limited thereto. That is, the result of a new image updated by performing steps 523 and 525 for one pair can be used in steps 523 and 525 of another pair. For example, given three acquired images, IMG1, IMG2, and IMG3, in step 521, six pairs are created, namely (IMG1, IMG2), (IMG2, IMG1), (IMG1, IMG3), (IMG3). , IMG1), (IMG2, IMG3), and (IMG3, IMG2) can be determined. In this case, steps 523 and 525 are first performed for (IMG1, IMG2), IMG1 is updated, and IMG1' can be obtained. Through this, (IMG2, IMG1), (IMG1, IMG3), and (IMG3, IMG1) can be converted to (IMG2, IMG1'), (IMG1', IMG3), and (IMG3, IMG1'), respectively. In this way, steps 523 and 525 may be performed simultaneously for all pairs, or steps 523 and 525 may be performed sequentially for each of the pairs, such that the result of steps 523 and 525 for one of the pairs is one of the pairs. It can be utilized for steps 523 and 525 on the other. And, after sequential progress, it can proceed to step 527.

전자 장치(100)는 527 단계에서 이전의 단계들을 반복할 지의 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 프로세서(150)는, 521 단계 내지 525 단계의 반복 횟수가 미리 정해진 횟수(p)에 도달했는 지의 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 반복 횟수가 정해진 횟수(p)에 도달하지 않은 것으로 판단되면, 프로세서(150)는 이전 단계들을 반복해야 하는 것으로 판단하고, 521 단계로 복귀하여, 521 단계 내지 525 단계를 반복하여 수행할 수 있다. 한편, 반복 횟수가 정해진 횟수(p)에 도달한 것으로 판단되면, 프로세서(150)는 이전 단계들을 반복하지 않아도 되는 것으로 판단하고, 529 단계로 진행할 수 있다. 여기서, 횟수(p)는 하기 [수학식 5]와 같이 목표 정확도(ε)와 갱신 속도(ζ)에 따라 만족하는 양의 정수로 정해질 수 있다.The electronic device 100 may determine whether to repeat previous steps in step 527. At this time, the processor 150 may determine whether the number of repetitions of steps 521 to 525 has reached a predetermined number (p). Here, if it is determined that the number of repetitions has not reached the set number (p), the processor 150 determines that the previous steps must be repeated, returns to step 521, and repeats steps 521 to 525. there is. Meanwhile, if it is determined that the number of repetitions has reached the predetermined number (p), the processor 150 determines that there is no need to repeat the previous steps and may proceed to step 529. Here, the number of times (p) can be set as a positive integer that satisfies the target accuracy (ε) and update rate (ζ) as shown in [Equation 5] below.

이를 통해, 전자 장치(100)는 529 단계에서 최종적으로 획득된 이미지들을 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득할 수 있다. Through this, the electronic device 100 can acquire the images finally obtained in step 529 as images for each of the fluorescent substances.

본 개시에 따르면, 이미지 분리 성능이 향상될 수 있다. 이 때, 본 개시에서는 하나의 파장대에서 각각의 발광 스펙트럼이 중첩되는 셋 이상의 형광 물질들의 신호들을 분리할 수 있다. 구체적으로, 본 개시에서는 형광 물질들의 각각의 발광 스펙트럼 측정 없이, 형광 물질들의 수와 동일한 개수의 검출 파장대에서 얻은 이미지들만으로도 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리할 수 있다. According to the present disclosure, image separation performance can be improved. At this time, in the present disclosure, signals of three or more fluorescent materials whose emission spectra overlap in one wavelength band can be separated. Specifically, in the present disclosure, without measuring the emission spectra of each fluorescent material, images for each fluorescent material can be separated only from images obtained in the same number of detection wavelength bands as the number of fluorescent materials.

본 개시에 따른 전자 장치(100)의 상호정보량 최소화를 통한 다색 분리 방법은, 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하는 단계(410 단계), 및 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 획득된 이미지들로부터 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계(420 단계)를 포함할 수 있다. The multicolor separation method by minimizing the amount of mutual information of the electronic device 100 according to the present disclosure includes the steps of acquiring a plurality of images for a plurality of fluorescent substances each labeled with different biomolecules (step 410), and For each pair consisting of two of the acquired images, images for each of the fluorescent substances are generated from the acquired images, while reducing the amount of mutual information shared between each image (X, Y) of the pairs. It may include a separation step (step 420).

본 개시에 따르면, 복수의 이미지들을 획득하는 단계(410 단계)는, 서로로부터 구분되는 상이한 검출 파장대들에서 복수의 이미지들을 각각 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to the present disclosure, the step of acquiring a plurality of images (step 410) may include acquiring a plurality of images each in different detection wavelength bands that are distinct from each other.

본 개시에 따르면, 검출 파장대들의 각각에서는, 형광 물질들 중 적어도 두 개의 방출 스펙트럼들이 중첩될 수 있다. According to the present disclosure, in each of the detection wavelength bands, the emission spectra of at least two of the fluorescent substances may overlap.

본 개시에 따르면, 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계(420 단계)는, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들에 대해 계산되는 상호정보량 최소화를 위한 변수(α)를 적용하여, 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계를 포함하고, 이로써 획득된 이미지들이 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득될 수 있다. According to the present disclosure, the step of separating images for each of the fluorescent substances (step 420) is to apply a variable (α) for minimizing the amount of mutual information calculated for each image (X, Y) of the pair, and acquiring a plurality of new images that are updated with the acquired images, so that the acquired images can be obtained as images for each of the fluorescent substances.

본 개시에 따르면, 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계는, 미리 정해진 갱신 속도(ζ)에 따라, 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하도록 구성될 수 있다. According to the present disclosure, the step of acquiring a plurality of new images that are updated with the acquired images may be configured to acquire a plurality of new images that are updated with the acquired images according to a predetermined update rate (ζ). .

본 개시에 따르면, 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계는, 미리 정해진 횟수(p)만큼 반복되며, 획득된 이미지들로부터 새로운 이미지들을 획득하는 단계의 반복이 완료되면, 획득된 이미지들이 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득될 수 있다. According to the present disclosure, the step of acquiring a plurality of new images updated with the acquired images is repeated a predetermined number of times (p), and when the repetition of the step of acquiring new images from the acquired images is completed, Images can be obtained for each of the fluorescent substances.

본 개시에 따르면, 횟수(p)는, 형광 물질들 각각에 대한 이미지들에 대한 목표 정확도 및 갱신 속도를 기반으로, 결정될 수 있다. According to the present disclosure, the number p can be determined based on the target accuracy and update rate for images for each of the fluorescent materials.

본 개시에 따르면, 횟수(p)는, 하기 [수학식 6]과 같이 결정될 수 있다. According to the present disclosure, the number of times (p) can be determined as shown in [Equation 6] below.

여기서, p는 횟수를 나타내고, ε는 목표 정확도를 나타내고, ζ는 갱신 속도를 나타내며, 갱신 속도는 0과 1 사이의 실수일 수 있다. Here, p represents the number of times, ε represents the target accuracy, and ζ represents the update rate, and the update rate may be a real number between 0 and 1.

본 개시에 따르면, 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계는, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들로부터 변수(α)를 계산하는 단계(523 단계), 및 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들 중 하나(Y)에 변수(α)를 적용하여, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들 중 하나(Y)를 갱신하는 단계(525 단계)를 포함할 수 있다. According to the present disclosure, the step of acquiring a plurality of new images that are updated with the acquired images includes calculating a variable (α) from each of the images (X, Y) of the pairs (step 523), and A step (step 525) of updating one (Y) of each image (X, Y) of the pair by applying a variable (α) to one (Y) of each image (X, Y). You can.

본 개시에 따른 전자 장치(100)는, 메모리(140), 및 메모리(140)와 연결되고, 메모리(140)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하도록 구성된 프로세서(150)를 포함할 수 있다. The electronic device 100 according to the present disclosure may include a memory 140 and a processor 150 connected to the memory 140 and configured to execute at least one command stored in the memory 140.

본 개시에 따르면, 프로세서(150)는, 상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하고, 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 획득된 이미지들로부터 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하도록 구성될 수 있다. According to the present disclosure, the processor 150 acquires a plurality of images for a plurality of fluorescent substances each labeled with different biomolecules, and for each pair consisting of two of the acquired images. , may be configured to separate images for each of the fluorescent substances from the acquired images, while reducing the amount of mutual information shared between each image (X, Y) of the pair.

본 개시에 따르면, 프로세서(150)는, 서로로부터 구분되는 상이한 검출 파장대들에서 복수의 이미지들을 각각 획득하도록 구성될 수 있다. According to the present disclosure, the processor 150 may be configured to each acquire a plurality of images at different detection wavelength bands distinct from each other.

본 개시에 따르면, 검출 파장대들의 각각에서는, 형광 물질들 중 적어도 두 개의 방출 스펙트럼들이 중첩될 수 있다. According to the present disclosure, in each of the detection wavelength bands, the emission spectra of at least two of the fluorescent substances may overlap.

본 개시에 따르면, 프로세서(150)는, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들에 대해 계산되는 상호정보량 최소화를 위한 변수(α)를 적용하여, 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 동작을 수행하도록 구성되고, 이로써 획득된 이미지들이 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득될 수 있다.According to the present disclosure, the processor 150 applies a variable (α) for minimizing the amount of mutual information calculated for each pair of images (X, Y) to generate a plurality of new images that are updated with the acquired images. It is configured to perform an operation of acquiring the fluorescent substances, and the obtained images can be obtained as images for each of the fluorescent substances.

본 개시에 따르면, 프로세서(150)는, 미리 정해진 갱신 속도(ζ)에 따라, 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. According to the present disclosure, the processor 150 may be configured to perform an operation according to a predetermined update rate (ζ).

본 개시에 따르면, 프로세서(150)는, 상기 동작을 미리 정해진 횟수(p)만큼 반복하도록 구성되고, 상기 동작의 반복이 완료되면, 획득된 이미지들이 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득될 수 있다. According to the present disclosure, the processor 150 is configured to repeat the operation a predetermined number of times (p), and when the repetition of the operation is completed, the acquired images can be obtained as images for each of the fluorescent materials. there is.

본 개시에 따르면, 상기 횟수(p)는, 형광 물질들 각각에 대한 이미지들에 대한 목표 정확도(ε) 및 갱신 속도(ζ)를 기반으로, 결정될 수 있다. According to the present disclosure, the number of times (p) can be determined based on the target accuracy (ε) and update rate (ζ) for images for each of the fluorescent materials.

본 개시에 따르면, 상기 횟수(p)는, 하기 [수학식 7]과 같이 결정될 수 있다. According to the present disclosure, the number of times (p) can be determined as shown in [Equation 7] below.

여기서, p는 횟수를 나타내고, ε는 목표 정확도를 나타내고, ζ는 갱신 속도를 나타내며, 갱신 속도는 0과 1 사이의 실수일 수 있다. Here, p represents the number of times, ε represents the target accuracy, and ζ represents the update rate, and the update rate may be a real number between 0 and 1.

본 개시에 따르면, 프로세서(150)는, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들로부터 변수(α)를 계산하고, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들 중 하나(Y)에 변수(α)를 적용하여, 쌍들의 각각의 이미지(X, Y)들 중 하나(Y)를 갱신하도록 구성될 수 있다. According to the present disclosure, the processor 150 calculates a variable (α) from each of the images (X, Y) of the pair, and assigns the variable ( may be configured to update one (Y) of each pair of images (X, Y) by applying α).

이상에서 설명한 본 개시의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 개시의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present disclosure described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through programs that implement functions corresponding to the configurations of the embodiments of the present disclosure or recording media on which the programs are recorded.

이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속하는 것이다. Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the scope of the rights of the present disclosure is not limited thereto, and various modifications and improvements using the basic concept of the present disclosure defined in the following claims are also included in the scope of the rights of the present disclosure. belongs to

Claims (20)

전자 장치의 방법에 있어서,
상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하는 단계; 및
상기 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 상기 획득된 이미지들로부터 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계
를 포함하고,
상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계는,
상기 쌍들의 각각의 이미지들에 대해 계산되는 상호정보량 최소화를 위한 변수와 미리 정해진 갱신 속도의 곱을 적용하여, 상기 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계
를 포함하고, 이로써 상기 획득된 이미지들이 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득되는,
방법.
In the method of the electronic device,
Acquiring a plurality of images for a plurality of fluorescent substances each labeled with a different biomolecule; and
For each of the pairs, each consisting of two of the acquired images, separating the images for each of the fluorescent substances from the acquired images, while reducing the amount of mutual information shared between the images of each of the pairs. steps to do
Including,
The step of separating images for each of the fluorescent substances is,
Obtaining a plurality of new images updated with the acquired images by applying a product of a variable for minimizing the amount of mutual information calculated for each image of the pair and a predetermined update rate
Includes, whereby the acquired images are obtained as images for each of the fluorescent substances,
method.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 이미지들을 획득하는 단계는,
서로로부터 구분되는 상이한 검출 파장대들에서 상기 복수의 이미지들을 각각 획득하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
The step of acquiring the plurality of images is,
Acquiring each of the plurality of images in different detection wavelength bands distinct from each other.
Including,
method.
제 2 항에 있어서,
상기 검출 파장대들의 각각에서는,
상기 형광 물질들 중 적어도 두 개의 방출 스펙트럼들이 중첩되는,
방법.
According to claim 2,
In each of the above detection wavelength bands,
wherein the emission spectra of at least two of the fluorescent substances overlap,
method.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계는,
미리 정해진 횟수만큼 반복되며,
상기 획득된 이미지들로부터 새로운 이미지들을 획득하는 단계의 반복이 완료되면, 상기 획득된 이미지들이 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득되는,
방법.
According to claim 1,
The step of acquiring a plurality of new images updated with the acquired images,
Repeated a predetermined number of times,
When the repetition of acquiring new images from the acquired images is completed, the acquired images are obtained as images for each of the fluorescent substances,
method.
제 6 항에 있어서,
상기 횟수는,
상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들에 대한 목표 정확도 및 상기 갱신 속도를 기반으로, 결정되는,
방법.
According to claim 6,
The number of times is,
determined based on the target accuracy and the update rate for images for each of the fluorescent materials,
method.
제 7 항에 있어서,
상기 횟수는,
하기 [수학식 i]과 같이 결정되는,
[수학식 i]

여기서, 상기 p는 상기 횟수를 나타내고, 상기 ε는 상기 목표 정확도를 나타내고, 상기 ζ는 상기 갱신 속도를 나타내며, 상기 갱신 속도는 0과 1 사이의 실수임.
방법.
According to claim 7,
The number of times is,
Determined as in [Equation i] below,
[Equation i]

Here, p represents the number of times, ε represents the target accuracy, and ζ represents the update rate, and the update rate is a real number between 0 and 1.
method.
제 1 항에 있어서,
상기 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계는,
상기 쌍들의 각각의 이미지들로부터 상기 변수를 계산하는 단계; 및
상기 쌍들의 각각의 이미지들 중 하나에 상기 변수와 상기 갱신 속도의 곱을 적용하여, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 중 하나를 갱신하는 단계
를 포함하는,
방법.
According to claim 1,
The step of acquiring a plurality of new images updated with the acquired images,
calculating the variable from each image of the pairs; and
updating one of the respective images of the pair by applying the product of the variable and the update rate to one of the respective images of the pair.
Including,
method.
전자 장치에 있어서,
메모리; 및
상기 메모리와 연결되고, 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하고,
상기 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 상기 획득된 이미지들로부터 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하도록 구성되고,
상기 프로세서는,
상기 쌍들의 각각의 이미지들에 대해 계산되는 상호정보량 최소화를 위한 변수와 미리 정해진 갱신 속도의 곱을 적용하여, 상기 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 동작을 수행하도록 구성되고,
이로써 상기 획득된 이미지들이 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득되는,
전자 장치.
In electronic devices,
Memory; and
a processor coupled to the memory and configured to execute at least one instruction stored in the memory;
The processor,
Obtaining multiple images for multiple fluorescent substances each labeled with different biomolecules,
For each of the pairs, each consisting of two of the acquired images, separating the images for each of the fluorescent substances from the acquired images, while reducing the amount of mutual information shared between the images of each of the pairs. It is configured to
The processor,
Configured to perform an operation of acquiring a plurality of new images updated with the acquired images by applying a product of a variable for minimizing the amount of mutual information calculated for each image of the pair and a predetermined update rate,
As a result, the acquired images are obtained as images for each of the fluorescent substances,
Electronic devices.
제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는,
서로로부터 구분되는 상이한 검출 파장대들에서 상기 복수의 이미지들을 각각 획득하도록 구성되는,
전자 장치.
According to claim 10,
The processor,
configured to each acquire the plurality of images at different detection wavelength bands distinct from each other,
Electronic devices.
제 11 항에 있어서,
상기 검출 파장대들의 각각에서는,
상기 형광 물질들 중 적어도 두 개의 방출 스펙트럼들이 중첩되는,
전자 장치.
According to claim 11,
In each of the above detection wavelength bands,
wherein the emission spectra of at least two of the fluorescent substances overlap,
Electronic devices.
삭제delete 삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 동작을 미리 정해진 횟수만큼 반복하도록 구성되고,
상기 동작의 반복이 완료되면, 상기 획득된 이미지들이 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득되는,
전자 장치.
According to claim 10,
The processor,
Configured to repeat the operation a predetermined number of times,
When the repetition of the operation is completed, the obtained images are obtained as images for each of the fluorescent substances,
Electronic devices.
제 15 항에 있어서,
상기 횟수는,
상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들에 대한 목표 정확도 및 상기 갱신 속도를 기반으로, 결정되는,
전자 장치.
According to claim 15,
The number of times is,
determined based on the target accuracy and the update rate for images for each of the fluorescent materials,
Electronic devices.
제 16 항에 있어서,
상기 횟수는,
하기 [수학식 ii]와 같이 결정되는,
[수학식 ii]

여기서, 상기 p는 상기 횟수를 나타내고, 상기 ε는 상기 목표 정확도를 나타내고, 상기 ζ는 상기 갱신 속도를 나타내며, 상기 갱신 속도는 0과 1 사이의 실수임.
전자 장치.
According to claim 16,
The number of times is,
Determined as in [Equation ii] below,
[Equation ii]

Here, p represents the number of times, ε represents the target accuracy, and ζ represents the update rate, and the update rate is a real number between 0 and 1.
Electronic devices.
제 10 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 쌍들의 각각의 이미지들로부터 상기 변수를 계산하고,
상기 쌍들의 각각의 이미지들 중 하나에 상기 변수와 상기 갱신 속도의 곱을 적용하여, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 중 하나를 갱신하도록 구성되는,
전자 장치.
According to claim 10,
The processor,
Calculate the variable from each image of the pair,
configured to update one of the respective images of the pair by applying a product of the variable and the update rate to one of the respective images of the pair,
Electronic devices.
전자 장치에서 방법을 실행하기 위한 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 비-일시적인 컴퓨터-판독 가능 저장 매체에 있어서,
상기 방법은,
상이한 생체 분자들에 각각 표지되어 있는 복수의 형광 물질들에 대해, 복수의 이미지들을 획득하는 단계; 및
상기 획득된 이미지들 중 두 개로 각각 구성되는 쌍들의 각각에 대해, 상기 쌍들의 각각의 이미지들 사이에서 공유되는 상호정보량을 감소시키면서, 상기 획득된 이미지들로부터 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계
를 포함하고,
상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들을 분리하는 단계는,
상기 쌍들의 각각의 이미지들에 대해 계산되는 상호정보량 최소화를 위한 변수와 미리 정해진 갱신 속도의 곱을 적용하여, 상기 획득된 이미지들로 갱신되는 복수의 새로운 이미지들을 획득하는 단계
를 포함하고, 이로써 상기 획득된 이미지들이 상기 형광 물질들 각각에 대한 이미지들로 획득되는,
비-일시적인 컴퓨터-판독 가능 저장 매체.
1. A non-transitory computer-readable storage medium storing one or more programs for executing a method on an electronic device, comprising:
The above method is,
Acquiring a plurality of images for a plurality of fluorescent substances each labeled with a different biomolecule; and
For each of the pairs, each consisting of two of the acquired images, separating the images for each of the fluorescent substances from the acquired images, while reducing the amount of mutual information shared between the images of each of the pairs. steps to do
Including,
The step of separating images for each of the fluorescent substances is,
Obtaining a plurality of new images updated with the acquired images by applying a product of a variable for minimizing the amount of mutual information calculated for each image of the pair and a predetermined update rate
Includes, whereby the acquired images are obtained as images for each of the fluorescent substances,
Non-transitory computer-readable storage media.
삭제delete
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