KR20050048727A - 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법에 대한 것으로, 바이오칩 촬영영상 분석 시스템의 구성은, 두 영상을 하나의 영상으로 변환시키는 영상 합성모듈, 상기 합성 영상의 밝기값을 조절하거나 노이즈를 제거, 왜곡된 영상을 바로잡는 영상 전처리 모듈, 상기 영상 전처리 모듈에서 생성된 영상에서 스팟 영역을 검출하는 스팟 검출 모듈, 상기 스팟 검출 모듈에서 추출된 스팟 영역에서 스팟 서브그리드를 생성하는 서브그리드 형성 모듈, 상기 서브그리드 형성 모듈에서 서브그리드 내의 스팟에 대해서 인덱싱을 하는 스팟 인덱싱 모듈, 상기 스팟 검출 모듈과 서브그리드 형성 모듈에서 추출한 스팟에서 데이터를 추출하는 스팟 정보 검출 모듈, 상기 모듈에서 추출한 데이터를 사용자에게 친숙한 그래픽을 사용하여 시각화하는 시각화 모듈을 포함한다. 본 발명에 의한 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법은 바이오칩 영상에서 추출한 기하학적인 스팟정보를 바탕으로 정확한 발현 정보를 측정하여 사용자에게 신뢰성을 가지는 데이터를 제공하고, 영상 내 스팟 영역의 서브그리드를 통해서 스팟 인덱싱과 빈 스팟의 위치를 판별할 수 있는 기능을 제공한다.
Description
본 발명은 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 전체 영상에 존재하는 스팟의 기하학적 경계를 추출하고 이를 통해 얻게된 정보를 바탕으로 스팟 영역을 검출하여 서브그리드 분할 및 스팟 인덱싱, 빈 스팟을 검출하는 영상 분석 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 스팟은 특정 유전자가 작은 반점 형태로 기판 위에 올려져 있는 것을 의미하며 서브그리드는 이러한 스팟들이 모여 배열 형태를 이룬 것을 의미한다. 슬라이드는 이러한 서브그리드가 여러 개 모여있는 하나의 바이오칩을 의미한다.
바이오칩은 크게 DNA를 이용한 것과 단백질을 이용한 것으로 나눌 수 있다. DNA를 이용한 바이오칩은 크게 마이크로어레이(Microarray)칩과 올리고뉴클레오타이드(Oligonucleotide)칩으로 나눌 수 있다. 마이크로어레이 한 개의 유전자가 갖고 있는 1천 ~ 2천 개의 염기 전체를 비교하는 방식이다. 한번의 실험으로 한 환경에만 발현하는 유전자를 모두 찾을 수 있다. 이 방법은 인간의 새로운 암 유발 유전자를 찾을 때나 진단에 사용할 수 있다. 그러나 전체 염기의 80% 정도만 같아도 결합하는 경우가 발생해 정확도가 떨어지는 것이 흠이다. 올리고뉴클레오타이드는 20 ~ 25개의 염기로 이뤄져 있는데, 대상 유전자를 작게 조각 내서 결합하는 방법으로 유전자 발현 여부를 알아낸다. 올리고뉴클레오타이드칩은 매우 정밀한 결과를 산출하며 염색체의 돌연변이를 판별하는데 주로 사용된다. 대표적인 사용 예로는 하나의 염기 배열이 다른 사람과 다른 것을 판별하는 SNP(Single Nucleotide Polymorphism)이 있다. 현재 단백질을 이용한 칩은 개발 중이며 실용화될 경우 DNA를 이용한 칩과 동일한 방식으로 처리가 가능하다.
현재 사용되고 있는 바이오칩은 형광 물질(Cy3, Cy5)을 섞은 유전자를 배열 형태로 유리판 혹은 실리콘 위에 정렬해서 올려놓은 것으로 이것을 사용하여 실험을 수행한 후 CCD 카메라, non-confocal 레이저 스캐너, confocal 레이저 스캐너와 같은 장치로 유전자 발현 영상을 촬영한다. 이렇게 제작된 영상은 바이오칩 영상 분석 시스템에서 사용된다.
이러한 바이오칩의 특징으로는 한번의 실험으로 수백개 이상의 유전자를 검사할 수 있으며, 기존의 의학적인 방법과 비교하여 암이나 돌연변이 등 유전자의 변이와 관련된 질병 검색에 탁월한 성능을 보인다는 것을 들 수 있다. 또한 표준화된 결과 생성으로 자동화된 분석이 가능하며 다른 실험실과의 교류도 가능하여 대규모의 임상 분석이 가능하다는 장점이 있다.
바이오칩 영상 처리를 통해서 얻게 되는 자료는 암, 에이즈 등과 관련한 유전자 돌연변이 검출, 병원성 세균 진단 시 검사의 정확도를 획기적으로 높일 수 있으며 중복 감염의 진단 가능, 개인별 유전적 차이 감별 및 맞춤 의약, 작물 생산성 및 품질 향상, 환경 보전, 기능성 화장품 개발과 같은 응용분야에 사용된다.
일반적으로 바이오칩 영상 분석 시스템에는 다음의 기술들이 있다.
우선, 영상의 전처리 과정은 영상의 밝기값을 조절하거나 노이즈를 제거, 왜곡된 영상을 바로잡는 역할을 한다. 바이오칩을 제작할 때, 생물학적인 데이터의 특성, 또한 영상을 스캔할 때의 기계적인 노이즈로 인해서 이러한 영상 보정 과정이 필요하기도 하다.
상기 발명과 유사한 발명 중 하나가 국내 특허 제2003-0037315호에 세그멘테이션 이후, 렌즈의 특성에 의한 왜곡된 영상을 보정하는 영상 보정 방법이다. 그러나 본 발명에서는, 세그멘테이션 이전 단계에서 이미지 전체에 대한 수동적인 전처리 단계를 둠으로써, 렌즈의 특성에 의한 왜곡 뿐만 아니라 생물학적인 노이즈도 제거할 수 있다는 장점이 있다.
다음 단계는 영상 내 스팟 영역을 검출하는 것이다. 이는 발현 정도에 따라 유용한 유전 정보를 가지고 있는 스팟을 검출하는 것으로 바이오칩 영상에서 추출하는 데이터가 신뢰성을 갖도록 하는 중요한 부분이다.
마지막으로 발현 데이터 정량화 과정은 스팟이 추출된 영상에서 각 유전자의 발현값을 정확하게 측정하는 단계이다. 이때, 사용되는 염료나 촬영 조건, 위치 등에 관계없이 정확한 발현 값 측정 기술이 필요하다.
이러한 과정으로 사용자가 바이오칩 영상에서 추출한 데이터를 사용하는데 있어서, 스팟의 크기나 모양이 다르게 발현, 형성되기 때문에 의미있는 스팟을 추출하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 스팟 어레이들 사이의 생물학적 혹은 기계적인 노이즈와 발현이 안 된 스팟을 구분해야되는 문제점이 있다.
상기 발명과 유사한 발명 중 하나가 국내 특허 제2003-0044162호에 이미지의 세그멘테이션, 스팟 및 백그라운드 에지 검출, 템플릿 생성, 데이터 산출이라는 일련의 방법이다. 그러나 본 발명의 경우, 스팟 영역의 세그멘테이션 후, 서브그리드를 생성하고, 스팟 인덱싱을 하여 노이즈를 제거한 후에 정보를 검출하는 방법을 사용한다. 이는 노이즈가 존재할 수 있는 서브그리드 밖의 영역을 제외함으로써 스팟이 존재하는 영역을 신뢰성 있게 추출할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 바이오칩 촬영영상의 생물학적 혹은 기계적인 노이즈를 제거하고 밝기 값을 보정하여 영상에 존재하는 스팟의 기하학적 경계를 추출하고 의미 있는 스팟 영역을 검출하기 위한 것이다. 또한 스팟 영역의 서브그리드 분할을 통해서 빈 스팟을 탐색하고 스팟 인덱싱을 하는 영상 처리 시스템 및 분석 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법은 두 가지 형광 물질로 유전자를 염색, 발현한 후 바이오칩 스캐너로 촬영한 두 영상에서 스팟 추출, 스팟 영역 내 서브그리드 생성, 스팟 인덱싱하는 것을 포함하고 있다.
바이오칩 촬영영상 분석 시스템의 구성은, 두 가지 형광 물질(Cy3, Cy5)로 유전자를 염색, 발현한 후 바이오칩 스캐너로 촬영한 두 영상을 하나의 영상으로 변환시키는 영상 합성 모듈, 상기 합성 영상의 밝기값을 조절하거나 노이즈를 제거, 왜곡된 영상을 바로잡는 영상 전처리 모듈, 상기 영상 전처리 모듈에서 생성된 영상에서, 유전 정보를 가지고 있는 스팟 영역을 검출하는 스팟 검출 모듈, 상기 스팟 검출 모듈에서 추출된 스팟 영역에서 스팟 서브그리드를 생성하는 서브그리드 형성 모듈, 상기 서브그리드 형성 모듈에서 서브그리드를 형성하고 빈 스팟의 위치를 탐색한 후 전체 서브그리드 내의 스팟에 대해서 인덱싱을 하는 스팟 인덱싱 모듈, 상기 스팟 검출 모듈과 서브그리드 형성 모듈에서 추출한 스팟에서 스팟의 지름, 스팟의 발현값을 측정하는 스팟 정보 검출 모듈, 상기 모듈에서 추출한 데이터를 사용자에게 친숙한 그래픽을 사용하여 시각화하는 시각화 모듈을 포함한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오칩 촬영영상 분석 시스템의 구성이 도시된 블록도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 바이오칩 촬영영상 분석 시스템은 사용자 인터페이스(120)를 통해서 영상을 입력 받고, 두 가지 형광 물질(Cy3, Cy5)로 유전자를 염색, 발현한 후 바이오칩 스캐너로 촬영한 두 영상을 하나의 영상으로 변환시키는 영상 합성 모듈(130),
상기 합성 영상의 밝기값을 조절하거나 노이즈를 제거, 왜곡된 영상을 바로잡는 영상 전처리 모듈(140),
상기 영상 전처리 모듈에서 생성된 영상에서, 유전 정보를 가지고 있는 스팟 영역을 검출하는 스팟 검출 모듈(150),
상기 스팟 검출 모듈에서 추출된 스팟 영역에서 스팟 서브그리드를 생성하는 서브그리드 형성 모듈(160),
상기 서브그리드 형성 모듈에서 서브그리드를 형성하고 빈 스팟의 위치를 탐색한 후 전체 서브그리드 내의 스팟에 대해서 인덱싱을 하는 스팟 인덱싱 모듈(170),
상기 스팟 검출 모듈과 서브그리드 형성 모듈에서 추출한 스팟에서 스팟의 지름, 스팟의 발현값을 측정하여 하드디스크(110)에 저장하는 스팟 정보 검출 모듈(180),
상기 모듈에서 추출한 데이터를 사용자에게 친숙한 그래픽을 사용하여 시각화하는 시각화 모듈(190)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바이오칩 촬영영상 분석 방법이 도시된 순서도이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 영상합성 모듈(130)은, 사용자 인터페이스(120)를 통해서 영상을 입력 받고, 두 가지 형광 물질(Cy3, Cy5)로 유전자를 염색, 발현한 후 바이오칩 스캐너로 촬영한 두 영상을 하나의 영상으로 합성하는 방법(210)을 사용하는 모듈이고 이 영상이 시스템의 각 모듈에서 사용된다.
전처리 모듈(140)은 상기 합성 영상의 밝기값을 조절하거나 노이즈를 제거, 왜곡된 영상을 바로잡는 방법(220)을 사용하는 모듈이다.
스팟 검출 모듈(150)은 상기 영상에서, 유전 정보를 가지고 있는 스팟 영역을 검출는 방법(230)을 사용하는 모듈이다.
서브그리드 형성 모듈(160)은 상기 스팟 영역이 검출된 영상에서 추출된 스팟 영역에 스팟 서브그리드를 형성하는 방법(240)을 사용하는 모듈이다.
스팟 인덱싱 모듈(170)은 상기 서브그리드를 형성하고 빈 스팟의 위치를 탐색한 후 전체 서브그리드 내의 스팟에 대해서 인덱싱하는 방법(250)을 사용하는 모듈이다.
스팟 정보 검출 모듈(180)은 상기 스팟이 검출된 영상에서, 추출된 스팟에서 스팟의 지름, 스팟의 발현값을 측정 및 스팟 서브그리드 형성 모듈에서 서브그리드의 개수, 좌표, 폭, 높이를 측정하여 하드디스크(110)에 저장하고 스팟 및 서브그리드 정보를 검출하는 방법(260)을 사용하는 모듈이다.
시각화 모듈(190)은 상기의 방법으로 추출한 데이터를 사용자에게 친숙한 그래픽을 사용하여 시각화하는 방법(270)을 사용하는 모듈이다.
도 3은 스팟의 기하학적인 경계를 추출한 영상이다.
스팟을 추출할 때, 백그라운드(Background)가 포함되지 않도록 스팟의 경계를 정하는 것이 중요한데, 원형으로 spot이 잘 찾아진 경우(3a)와 스팟의 한 부분만 발현된 경우에는 기하학적 모양의 경계(3b)를 추출해야한다.
도 4는 영상에서 추출된 스팟, 빈 스팟, 노이즈를 표시한 결과를 나타내는 영상이다.
상기한 시스템을 이용하여 바이오칩 촬영영상에서 스팟을 추출한 결과 영상을 살펴보면, 존재하는 스팟이 추출된 경우(430), 빈 스팟이 추출된 경우(410), 스팟들 사이에 존재하는 노이즈가 추출된 경우(420)를 볼 수 있다.
상기 도면과 본 발명의 상세한 영상 처리 및 분석 방법에 대한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 즉, 아래의 특허청구범위에 정의된 발명의 정의를 벗어나지 않는 한도에서 다양한 변경이 가능할 것이다.
본 발명에 의한 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법은 바이오칩 촬영영상에서 기하학적인 스팟을 추출함으로써 사용자에게 신뢰성을 가지는 데이터를 제공하고, 영상 내 스팟 영역의 서브그리드를 통해서 스팟 인덱싱과 빈 스팟의 위치를 판별할 수 있는 기능을 제공한다.
도 1은 본 발명의 구성이 도시된 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 순서도.
도 3은 스팟의 기하학적인 경계를 추출한 영상.
도 4는 영상에서 추출된 스팟, 빈 스팟, 노이즈를 표시한 결과를 나타내는 영상.
Claims (5)
- 두 가지 형광 물질(Cy3, Cy5)로 유전자를 염색, 발현한 후 바이오칩 스캐너로 촬영한 두 영상을 하나의 영상으로 변환시키는 영상 합성 모듈;상기 합성 영상의 밝기값을 조절하거나 노이즈를 제거, 왜곡된 영상을 바로잡는 영상 전처리 모듈;상기 영상 전처리 모듈에서 생성된 영상에서, 유전 정보를 가지고 있는 스팟 영역을 검출하는 스팟 검출 모듈;상기 스팟 검출 모듈에서 추출된 스팟 영역에서 스팟 서브그리드를 생성하는 서브그리드 형성 모듈;상기 서브그리드 형성 모듈에서 서브그리드를 형성하고 빈 스팟의 위치를 탐색한 후 전체 서브그리드 내의 스팟에 대해서 인덱싱을 하는 스팟 인덱싱 모듈;상기 스팟 검출 모듈과 서브그리드 형성 모듈에서 추출한 스팟에서 스팟의 지름, 스팟의 발현값을 측정하는 스팟 정보 검출 모듈;상기 모듈에서 추출한 데이터를 사용자에게 친숙한 그래픽을 사용하여 시각화하는 시각화 모듈을 포함하는 바이오칩 촬영영상 분석 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 스팟 검출 모듈에서, 바이오칩 촬영영상에 존재하는 스팟을 추출하는데 있어서 기하학적인 모양의 스팟 경계를 추출하는 단계를 포함하는 바이오칩 촬영영상 분석 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 스팟 및 서브그리드 정보 검출 모듈에서, 서브그리드의 행, 열 개수, 서브그리드 내 스팟의 행, 열 개수, 스팟 간의 간격, 서브그리드 간의 간격을 추출하는 것을 특징으로 하는 바이오칩 촬영영상 분석 시스템.
- 두 가지 형광 물질(Cy3, Cy5)로 유전자를 염색, 발현한 후 바이오칩 스캐너로 촬영한 두 영상을 하나의 영상으로 합성하는 방법;상기 합성 영상의 밝기값을 조절하거나 노이즈를 제거, 왜곡된 영상을 바로잡는 방법;상기 영상에서, 유전 정보를 가지고 있는 스팟 영역을 검출하는 방법;상기 스팟 영역이 검출된 영상에서 추출된 스팟 영역에 스팟 서브그리드를 생성하는 방법;상기 서브그리드를 형성하고 빈 스팟의 위치를 탐색한 후 전체 서브그리드 내의 스팟에 대해서 인덱싱하는 방법;상기 스팟이 검출된 영상에서, 추출된 스팟에서 스팟의 지름, 스팟의 발현값을 측정 및 스팟 서브그리드 형성 모듈에서 서브그리드의 개수, 좌표, 폭, 높이를 측정하는 스팟 및 서브그리드 정보를 검출 방법;상기의 방법으로 추출한 데이터를 사용자에게 친숙한 그래픽을 사용하여 시각화하는 방법을 포함하는바이오칩 촬영영상 분석 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 스팟 영상에 대해서 서브그리드를 생성하고 서브그리드 내 스팟에 대한 상기의 정보를 이용하여 빈 스팟을 탐색하고, 스팟 인덱싱을 하는 단계를 포함하는 영상 분석 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030082412A KR20050048727A (ko) | 2003-11-19 | 2003-11-19 | 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030082412A KR20050048727A (ko) | 2003-11-19 | 2003-11-19 | 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050048727A true KR20050048727A (ko) | 2005-05-25 |
Family
ID=37247358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020030082412A KR20050048727A (ko) | 2003-11-19 | 2003-11-19 | 바이오칩 촬영영상 분석 시스템 및 그 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20050048727A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100902263B1 (ko) * | 2007-07-03 | 2009-06-10 | 주식회사 마크로젠 | 스팟 영역 검출 방법, ｄｎａ 마이크로어레이 분석 방법 및그 시스템 |
| CN115323019A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-11 | 深圳市曙芯生物科技有限公司 | 一种高通量基因合成方法 |
-
2003
- 2003-11-19 KR KR1020030082412A patent/KR20050048727A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100902263B1 (ko) * | 2007-07-03 | 2009-06-10 | 주식회사 마크로젠 | 스팟 영역 검출 방법, ｄｎａ 마이크로어레이 분석 방법 및그 시스템 |
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