KR20110072098A - 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법 - Google Patents

디지털 병리학의 이미지 표준화 방법 Download PDF

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Abstract

디지털 병리학의 이미지 표준화 방법에 관한 것으로, 이미지 표준화를 위한 샘플을 선정하는 단계와, 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집하는 단계와, 수집된 정보를 통해, 상관식을 구하는 단계와, 상관식을 이용하여, 샘플 전체 이미지를 보정하는 단계와, 보정된 이미지를 통해, 샘플의 이미지를 표준화하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
디지털, 병리학, 이미지, 표준화, 스펙트럼

Description

디지털 병리학의 이미지 표준화 방법{method for normalizing image in digital pathology}
본 발명은 디지털 병리학에 관한 것으로, 특히 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 현대인 건강의 가장 큰 적이라 할 수 있는 암을 진단하는데 있어서, 병리 시편은 결정적인 역할을 한다.
CT나 MRI 등의 촬영이나 혈액 검사, 내시경 등으로 암이 의심되는 조직의 샘플을 떼어내고, 떼어낸 조직의 샘플을 육안검사, 고정화, 탈수화 등의 과정을 거쳐 슬라이드 글래스(slide glass) 위에 얇은 시편으로 절단하여 올린 후, 이를 H&E, IHC 등의 염색을 통해 핵과 비핵물질, 혹은 특정 마커(marker)의 존재여부 및 그 양을 눈으로 가늠할 수 있도록 하여, 병리학자가 염색된 이미지(image)를 통해 병변을 현미경으로 관찰하고 판별하는 것이 일반적인 조직검사의 흐름이다.
현재는 디지털 카메라 기술의 발달과 더불어 현미경을 통해 눈으로 보면서 판독하는 방법으로부터 디지털 이미지를 찍어 컴퓨터 모니터 상에서 판별을 하는 단계로 발전하였으며, 이러한 방법으로 얻은 이미지를 여러 병리학자가 공유하여 원거리에서도 의견을 교환하여 판독의 정확성을 높이기 위한 노력을 하고 있다.
하지만, 과거나 현재 모두, 이미지를 현미경으로 보든 디지털 이미지로 얻든 간에 조직을 염색하여 보는 과정은 변함이 없다.
문제는 염색 시간, 시편의 두께, 염색 후 보관 시간 등 발색 및 색 유지에 영향을 주는 요인이 많아 이미지를 표준화 및 정량화하기가 어렵다는데 있다.
따라서, 향후, 염색된 이미지를 표준화하여 정확한 진단을 가능하게 하는 기술이 개발되어야 할 것이다.
본 발명의 목적은 샘플의 양과 색깔 사이의 상관식을 통해, 염색된 이미지를 표준화함으로써, 정확한 진단을 수행할 수 있는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법은, 이미지 표준화를 위한 샘플을 선정하는 단계와, 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집하는 단계와, 수집된 정보를 통해, 상 관식을 구하는 단계와, 상관식을 이용하여, 샘플 전체 이미지를 보정하는 단계와, 보정된 이미지를 통해, 샘플의 이미지를 표준화하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집하는 단계는 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하는 단계와, 스펙트럼의 분석을 통해, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질 중 특정 물질을 선정하는 단계와, 선정된 특정 물질의 제 1 정보를 수집하는 단계와, 선정된 샘플을 염색하는 단계와, 염색된 샘플을 통해, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 특정 물질의 제 2 정보를 수집하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 특정 물질의 제 1 정보는 특정 물질의 양일 수 있고, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 특정 물질의 제 2 정보는 제 1 정보로부터 얻은 특정 물질의 양에 대한 발색 정도일 수도 있다.
또한, 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집하는 단계는 선정된 샘플을 염색하는 단계와, 염색된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하는 단계와, 스펙트럼 분석을 통해, 염색을 위한 염료로부터 독립적인 물질을 선정하는 단계와, 선정된 물질의 제 1 정보와 제 2 정보를 수집하는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있다.
여기서, 선정된 물질의 제 1 정보는 해당 물질의 양이고, 선정된 물질의 제 2 정보는 해당 물질의 양에 대한 발색 정도일 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 샘플 염색 전에 스펙트럼을 통해 샘플의 일정부분 내의 특정 물질의 양에 대한 정보를 얻고, 염색을 통해 해당하는 물질 양에 따른 발색 정도를 얻어 상관식을 구하고, 이 상관식을 통해, 전체 샘플에 대한 이미지를 보정함으로써, 발색 정도로 이미지를 바로 표준화할 수 있고, 정확한 진단을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 염색한 샘플의 일정부분을 선정하고, 스펙트럼을 통해 염료와 무관한 특정 물질의 양과 발색 정도를 얻어 상관식을 구하고, 이 상관식을 통해 전체 샘플에 대한 이미지를 보정함으로써, 소정 시간이 지나 색이 바뀐 샘플의 경우에 있어서도, 이미지 표준화가 용이하여 정확한 진단을 수행할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명은 표준화 및 정량화된 이미지를 얻기 위하여, 스펙트로스코피(spectroscopy) 방법으로, 샘플 일부분의 양과 색깔 사이의 상관식을 구해, 이로부터 전체 이미지를 표준화(normalization)하는 방법을 제안하고자 한다.
본 발명은 크게 두 가지 방식으로 샘플의 이미지를 표준화할 수 있다.
먼저, 첫 번째 방식은 염색을 하기 전의 샘플로부터 일정부분의 스펙트럼 분석을 얻은 후에, 샘플의 일정부분에서 물질의 양에 대한 정보를 얻고, 샘플을 염색 한 다음, 해당 물질의 양에 대한 발색 정도에 대한 정보를 얻어서, 관계식을 통해 이미지를 표준화하는 방식이다.
그리고, 두 번째 방식은 이미 염색을 한 샘플로부터 일정부분의 스펙트럼 분석을 얻은 후에, 염료와 관련없는 물질의 양과 그의 발색 정도에 대한 정보를 얻어서, 관계식을 통해 이미지를 표준화하는 방식이다.
여기서, 첫 번째 방식은 발색 정도의 정보만으로 전체 샘플의 이미지를 바로 표준화할 수 있는 장점이 있고, 두 번째 방식은 시간이 지나 색이 바뀐 샘플의 경우에도, 용이하게 전체 셈플의 이미지를 표준화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 이미지 표준화를 위한 샘플을 선정한다.(S100)
여기서, 샘플은 검사하고자 하는 인체 또는 동물 등의 조직 샘플일 수 있다.
이어, 선정된 샘플 중에서, 전체 샘플 중 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집한다.(S300)
여기서, 물질의 정보를 수집할 때, 다음 2가지 방법으로 수집할 수 있다.
도 2는 본 발명 제 1 실시예에 따른 도 1의 물질 정보 수집 방법을 보여주는 상세 흐름도로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석한다.(S310)
그리고, 스펙트럼의 분석을 통해, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질 중 특정 물질을 선정한다.(S330)
여기서, 특정 물질은 핵과 비핵 물질 등과 같이, 샘플의 소정영역 내에 존재하는 물질 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
이어, 선정된 특정 물질의 제 1 정보를 수집한다.(S350)
이때, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 제 1 정보는 특정 물질의 양일 수 있다.
다음, 선정된 샘플의 전체를 염색한다.(S370)
여기서, 염색 방법은 H&E, IHC 등 다양한 방법으로 염색할 수 있다.
그리고, 염색된 샘플을 통해, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 특정 물질의 제 2 정보를 수집한다.(S390)
여기서, 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 제 2 정보는 제 1 정보로부터 얻은 특정 물질의 양에 대한 발색 정도일 수 있다.
이와 같이, 본 발명 제 1 실시예는 샘플 염색 전에, 샘플의 스펙트럼 분석을 통해 물질의 양에 대한 정보를 수집하고, 샘플 염색 후에, 물질의 양에 대한 발색 정도 관련 정보를 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명 제 2 실시예에 따른 도 1의 물질 정보 수집 방법을 보여주는 상세 흐름도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 선정된 샘플을 염색한다.(S320)
여기서도, 염색 방법은 H&E, IHC 등 다양한 방법으로 염색할 수 있다.
이어, 염색된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석한다.(S340)
그리고, 스펙트럼 분석을 통해, 염색을 위한 염료로부터 독립적인 물질을 선정한다.(S360)
다음, 염료와 관계 없는 물질에 의한 스펙트럼 영역을 통해, 선정된 물질의 제 1 정보와 제 2 정보를 수집한다.(S380)
여기서, 선정된 물질의 제 1 정보는 해당 물질의 양이고, 선정된 물질의 제 2 정보는 해당 물질의 양에 대한 발색 정도일 수 있다.
이와 같이, 본 발명 제 2 실시예는 이미 염색된 샘플로부터 스펙트럼 분석을 통해, 염료와 관련 없는 독립적인 물질을 선택하여 그 물질의 양과 해당 발색 정도 관련 정보를 얻을 수 있다.
다음으로는, 도 1과 같이, 상기 2가지 방식으로 수집된 정보를 통해, 상관식을 구할 수 있다.(S500)
여기서, 상관식은 특정 물질 스펙트럼 = a × 특정 물질의 컬러 기준값 + c (여기서, 상기 a는 상기 컬러 기준값에 해당하는 특정 물질의 양에 대한 배수이고, 상기 특정 물질의 컬러 기준값은 상기 특정 물질의 양에 대한 컬러 기준값이며, 상기 c는 소정 조건에 따른 변수)일 수 있다.
이어, 상관식을 이용하여, 샘플 전체 이미지를 보정한다.(S700)
그리고, 마지막으로, 보정된 이미지를 통해, 샘플의 이미지를 표준화한다.(S900)
이와 같이, 본 발명은 샘플 염색 전에 스펙트럼을 통해 샘플의 일정부분 내의 특정 물질의 양에 대한 정보를 얻고, 염색을 통해 해당하는 물질 양에 따른 발색 정도를 얻어 상관식을 구하고, 이 상관식을 통해, 전체 샘플에 대한 이미지를 보정함으로써, 발색 정도로 이미지를 바로 표준화할 수 있고, 정확한 진단을 수행 할 수 있다.
또한, 본 발명은 염색한 샘플의 일정부분을 선정하고, 스펙트럼을 통해 염료와 무관한 특정 물질의 양과 발색 정도를 얻어 상관식을 구하고, 이 상관식을 통해 전체 샘플에 대한 이미지를 보정함으로써, 소정 시간이 지나 색이 바뀐 샘플의 경우에 있어서도, 이미지 표준화가 용이하여 정확한 진단을 수행할 수 있다.
본 발명 제 1 실시예에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 도 6은 본 발명 제 1 실시예에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4는 염색 전의 샘플을 보여주는 사진이고, 도 5는 도 4의 샘플의 일부분에 대한 스펙트럼 분석을 보여주는 그래프이며, 도 6은 염색 후의 샘플을 보여주는 사진이다.
본 발명 제 1 실시예는, 먼저, 이미지 표준화를 위한 샘플을 선정한다.
그리고, 도 4와 같이, 염색 전의 샘플로부터 일부분을 선정한다.
여기서, 선정된 샘플의 일부분은 도 4의 점선 부분을 의미한다.
이어, 도 5와 같이, 선정된 샘플의 일부분을 스펙트럼 분석한다.
다음, 샘플의 일부분 내에 존재하는 물질 중 특정 물질을 선정한다.
본 발명은 일 실시예로서, 샘플의 일부분 내에 존재하는 핵과 비핵물질을 선정한다.
그리고, 도 5와 같이, 선정된 특정 물질의 스펙트럼 분석을 통해, 제 1 정보를 수집한다.
여기서, 제 1 정보는 샘플 일부분 내에 존재하는 핵과 비핵물질의 양에 대한 정보일 수 있다.
다음, 샘플 전체를 염색한다.
이어, 염색된 샘플을 통해, 도 6과 같이, 샘플의 일부분 내에 존재하는 특정 물질의 제 2 정보를 수집한다.
여기서, 제 2 정보는 샘플의 일부분에 대한 발색 정도일 수 있다.
즉, 상기 샘플의 일부분과 동일한 부분(도 6의 점선 부분)에 대해 발색 정도를 컬러메터(colormeter) 등으로 측정할 수 있다.
그리고, 상기 선정된 샘플 일부분의 제 1 정보와 제 2 정보를 이용하여 상관식을 구한다.
예를 들면, 스펙트럼 분석을 통한, 샘플 일부분 내에 존재하는 핵과 비핵 물질의 양과 그에 해당하는 발색 정보를 이용하여 상관식을 구할 수 있다.
핵의 스펙트럼 ∝ 청색값
비핵물질의 스펙트럼 ∝ 적색값
핵의 스펙트럼 = a × 청색 기준값 + c1
여기서, 상기 a는 청색 기준값에 해당하는 핵의 양에 대한 배수이고, 상기 청색 기준값은 핵의 양에 대한 청색 기준값이며, 상기 c1는 소정 조건에 따른 변수이다.
비핵물질의 스펙트럼 = b× 적색 기준값 + c2
여기서, 상기 b는 적색 기준값에 해당하는 비핵물질의 양에 대한 배수이고, 상기 적색 기준값은 비핵물질의 양에 대한 적색 기준값이며, 상기 c2는 소정 조건에 따른 변수이다.
다음, 이와 같이, 구해진 상관식을 이용하여, 샘플 전체 이미지의 발색 정도를 보정한다.
예를 들면, 상기 상관식을 통해, 샘플의 양이 1 일 때의 발색 정도를 얻고, 이를 발색 레벨 1로 하여 전체 이미지를 보정할 수 있다.
그리고, 보정된 이미지를 통해, 샘플의 이미지를 표준화한다.
이와 같이, 본 발명 제 1 실시예는 샘플 일부분의 발색 정도를 통해 바로 표준화 정보를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명 제 2 실시예에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7 내지 도 8은 본 발명 제 2 실시예에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 7은 염색된 샘플을 보여주는 사진이고, 도 8은 도 7의 샘플의 일부분에 대한 스펙트럼 분석을 보여주는 그래프이다.
본 발명 제 2 실시예는, 먼저, 이미지 표준화를 위한 샘플을 선정한다.
그리고, 도 7과 같이, 이미 염색된 샘플로부터 일부분을 선정한다.
여기서, 선정된 샘플의 일부분은 도 7의 점선 부분을 의미한다.
이어, 도 8과 같이, 선정된 샘플의 일부분을 스펙트럼 분석한다.
다음, 스펙트럼 분석을 통해, 염료로부터 독립적인 스펙트럼을 선정한다.
예를 들면, 도 8의 스펙트럼으로부터 염료와 관계없는 핵과 비핵물질에 대한 스펙트럼 영역(도 8의 점선부분)을 선택한다.
그리고, 선택된 스펙트럼 영역으로부터 핵의 양과 비핵물질의 양에 대한 정보와 그들의 발색 정도에 대한 정보를 얻은 다음, 이 정보들을 이용하여 상관식을 구한다.
예를 들면, 스펙트럼 분석을 통한, 샘플 일부분 내에 존재하는 핵과 비핵 물질의 양과 그에 해당하는 발색 정보를 이용하여 상관식을 구할 수 있다.
핵의 스펙트럼 ∝ 청색값
비핵물질의 스펙트럼 ∝ 적색값
핵의 스펙트럼 = a × 청색 기준값 + c1
여기서, 상기 a는 청색 기준값에 해당하는 핵의 양에 대한 배수이고, 상기 청색 기준값은 핵의 양에 대한 청색 기준값이며, 상기 c1는 소정 조건에 따른 변수이다.
비핵물질의 스펙트럼 = b× 적색 기준값 + c2
여기서, 상기 b는 적색 기준값에 해당하는 비핵물질의 양에 대한 배수이고, 상기 적색 기준값은 비핵물질의 양에 대한 적색 기준값이며, 상기 c2는 소정 조건에 따른 변수이다.
다음, 이와 같이, 구해진 상관식을 이용하여, 샘플 전체 이미지의 발색 정도를 보정한다.
예를 들면, 상기 상관식을 통해, 샘플의 양이 1 일 때의 발색 정도를 얻고, 이를 발색 레벨 1로 하여 전체 이미지를 보정할 수 있다.
그리고, 보정된 이미지를 통해, 샘플의 이미지를 표준화한다.
이와 같이, 본 발명 제 2 실시예는 시간이 지나 색이 바뀐 샘플의 경우에 있어서도 이미지 표준화가 용이하다는 장점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 설명하기 위한 흐름도
도 2는 본 발명 제 1 실시예에 따른 도 1의 물질 정보 수집 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 3은 본 발명 제 2 실시예에 따른 도 1의 물질 정보 수집 방법을 보여주는 상세 흐름도
도 4 내지 도 6은 본 발명 제 1 실시예에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 설명하기 위한 도면
도 7 내지 도 8은 본 발명 제 2 실시예에 따른 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법을 설명하기 위한 도면

Claims (7)

  1. 이미지 표준화를 위한 샘플을 선정하는 단계;
    상기 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 상기 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집하는 단계;
    상기 수집된 정보를 통해, 상관식을 구하는 단계;
    상기 상관식을 이용하여, 상기 샘플 전체 이미지를 보정하는 단계; 그리고,
    상기 보정된 이미지를 통해, 상기 샘플의 이미지를 표준화하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 상기 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집하는 단계는,
    상기 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하는 단계;
    상기 스펙트럼의 분석을 통해, 상기 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질 중 특정 물질을 선정하는 단계;
    상기 선정된 특정 물질의 제 1 정보를 수집하는 단계;
    상기 선정된 샘플을 염색하는 단계;
    상기 염색된 샘플을 통해, 상기 샘플의 소정부분 내에 존재하는 상기 특정 물질의 제 2 정보를 수집하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 샘플의 소정부분 내에 존재하는 특정 물질의 제 1 정보는 상기 특정 물질의 양인 것을 특징을 하는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 샘플의 소정부분 내에 존재하는 특정 물질의 제 2 정보는 상기 제 1 정보로부터 얻은 특정 물질의 양에 대한 발색 정도인 것을 특징을 하는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 선정된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하여, 상기 샘플의 소정부분 내에 존재하는 물질의 정보를 수집하는 단계는,
    상기 선정된 샘플을 염색하는 단계;
    상기 염색된 샘플의 소정부분을 스펙트럼 분석하는 단계;
    상기 스펙트럼 분석을 통해, 상기 염색을 위한 염료로부터 독립적인 물질을 선정하는 단계;
    상기 선정된 물질의 제 1 정보와 제 2 정보를 수집하는 단계를 포함하여 이루어지는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 선정된 물질의 제 1 정보는 해당 물질의 양이고, 상기 선정된 물질의 제 2 정보는 해당 물질의 양에 대한 발색 정도인 것을 특징을 하 는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 상관식은,
    특정 물질 스펙트럼 = a × 특정 물질의 컬러 기준값 + c (여기서, 상기 a는 상기 컬러 기준값에 해당하는 특정 물질의 양에 대한 배수이고, 상기 특정 물질의 컬러 기준값은 상기 특정 물질의 양에 대한 컬러 기준값이며, 상기 c는 소정 조건에 따른 변수)인 것을 특징으로 하는 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법.
KR1020090128898A 2009-12-22 2009-12-22 디지털 병리학의 이미지 표준화 방법 KR101559798B1 (ko)

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