KR20200066904A - A three dimensional image generation appratus of amino acid residues in protein context and thereof method - Google Patents

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KR20200066904A
KR20200066904A KR1020180153613A KR20180153613A KR20200066904A KR 20200066904 A KR20200066904 A KR 20200066904A KR 1020180153613 A KR1020180153613 A KR 1020180153613A KR 20180153613 A KR20180153613 A KR 20180153613A KR 20200066904 A KR20200066904 A KR 20200066904A
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for generating three dimensional images of surrounding environment of amino acid residues of proteins and a method thereof. According to the present invention, the apparatus comprises: a protein data input unit for receiving structure data of a protein; a group formation unit calculating the distance between atoms included in each residue constituting a protein using the inputted protein structure data, and forming a group of residues using the calculated distance value; a spatial coordinate display unit for displaying, on three dimensional spatial coordinates, atoms of C_α, N and C that are basic constituent of each residue and included in the formed group; and a three dimensional image conversion unit for displaying, on the three dimensional spatial coordinates, all atoms that constitute the group. As such, according to the present invention, a three dimensional image representing amino acid residues of a protein and surrounding environment thereof can be used as data for data analysis and artificial intelligence model learning, and therefore the present invention provides an effect of proving the three dimensional image as a raw material for pioneering a new possibility of artificial intelligence convergence.

Description

단백질의 아미노산 잔기 주변 환경을 3차원 이미지로 생성하는 장치 및 그 방법{A three dimensional image generation appratus of amino acid residues in protein context and thereof method}A three dimensional image generation appratus of amino acid residues in protein context and the method thereof

본 발명은 단백질의 아미노산 잔기 주변 환경을 3차원 이미지로 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단백질의 아미노산 잔기와 그 주변환경을 3차원 이미지 형태의 데이터로 생성하는 단백질의 아미노산 잔기 주변 환경을 3차원 이미지로 생성하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and a method for generating a three-dimensional image of an environment surrounding an amino acid residue of a protein, and more specifically, an amino acid residue of a protein that generates an amino acid residue of a protein and its surrounding environment as three-dimensional image data. It relates to a device and a method for generating a three-dimensional image of the surrounding environment.

제약 바이오산업에서는 신약 연구 개발 비용을 절감하고 임상시험에서의 실패율을 낮추기 위하여 인공지능 융합에 대한 높은 관심을 기울이고 있으며 인공지능을 통한 빅데이터 분석은 신약 개발의 모든 단계와 개발 과정에서의 혁신을 가져올 것으로 예상한다.The pharmaceutical bio industry is paying high attention to artificial intelligence convergence in order to reduce the cost of new drug research and development and lower the failure rate in clinical trials, and big data analysis through artificial intelligence will bring innovation in all stages of drug development and the development process. Expect.

인공지능 모델을 학습시키기 위해서는 화학적, 생물학적 빅데이터를 필요로 한다. 대표적인 빅데이터로 PDB(Protein Data Bank)를 포함한다. PDB는 실험으로 밝혀진 생체내의 거대 분자들의 3차 구조들에 대한 정보를 모아 놓은 곳으로 미국 Brookhaven National Laboratory에서 운영하는 단백질 데이터 베이스이다. 따라서, PDB는 원자좌표(Atomic coordinates), 참고 문헌 인용문(bibliographic citations), 일차 및 이차 구조 정보(primary, secondary structure information), 결정구조(crystallographic structures) 등에 관한 정보를 제공한다.In order to train artificial intelligence models, chemical and biological big data is required. Representative big data includes PDB (Protein Data Bank). PDB is a protein database operated by the Brookhaven National Laboratory in the United States, which collects information about tertiary structures of macromolecules in vivo that have been found in experiments. Thus, the PDB provides information on atomic coordinates, bibliographic citations, primary and secondary structure information, crystallographic structures, and the like.

최근에는 제약 바이오 산업에서도 인공지능 융합에 대한 필요성 증가로 인해 각종 특징(feature) 데이터를 생산하고 있으며, 딥러닝 등의 인공지능 분야에서 부상하고 있는 콘볼루션 신경망(Convolutional neural networks)에 적용 가능한 이미지 데이터에 대한 필요성이 증가하고 있다.Recently, the pharmaceutical bio industry is producing various feature data due to the increasing need for artificial intelligence convergence, and image data applicable to convolutional neural networks emerging in artificial intelligence fields such as deep learning. The need for is increasing.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0020443호(2001.03.15. 공개)에 개시되어 있다.The background technology of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2001-0020443 (published on March 15, 2001).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 단백질의 아미노산 잔기와 그 주변환경을 3차원 이미지 형태의 데이터로 생성하는 단백질의 아미노산 잔기 주변 환경을 3차원 이미지로 생성하는 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for generating an amino acid residue surrounding a protein as a three-dimensional image and a method for generating an amino acid residue surrounding a protein as three-dimensional image data. .

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 단백질의 아미노산 잔기 주변 환경을 3차원 이미지로 생성하는 장치에 있어서, 단백질에 대한 구조 데이터를 입력받는 단백질 데이터 입력부, 상기 입력된 단백질 구조 데이터를 이용하여 단백질을 구성하는 각각의 잔기에 포함된 원자간의 거리를 계산하고, 계산된 거리값을 이용하여 잔기에 대한 그룹을 형성하는 그룹형성부, 상기 형성된 그룹 내에 포함되며, 각각의 잔기의 기본 구성이 되는

Figure pat00001
, N, C의 원자를 3차원의 공간 좌표에 표시하는 공간좌표 표시부, 그리고 상기 3차원 공간 좌표에 상기 그룹을 형성하는 모든 원자들을 표시하는 3차원 이미지 변환부를 포함한다. According to an embodiment of the present invention for achieving such a technical problem, in a device for generating a three-dimensional image of the environment around the amino acid residue of a protein, the protein data input unit for receiving the structural data for the protein, the input protein structural data Using the calculated distance between atoms contained in each residue constituting the protein, and using the calculated distance value to form a group for the residue group forming unit, included in the formed group, the basic configuration of each residue Being
Figure pat00001
, A spatial coordinate display unit displaying atoms of N and C in three-dimensional spatial coordinates, and a three-dimensional image conversion unit displaying all atoms forming the group in the three-dimensional spatial coordinates.

상기 그룹형성부는, 상기 수신된 단백질 구조 데이터를 이용하여 잔기 별로 분해하고, 상기 분해한 잔기에 포함되는 모든 원자들간의 거리를 산출한 다음, 상기 해당 잔기에 포함된 특정 원자를 중심으로 기 설정한 컷오프(cutoff)값을 가진 반경 이내에 위치하는 모든 원자에 대한 정보를 획득 및 그룹화할 수 있다. The group forming unit decomposes for each residue using the received protein structure data, calculates a distance between all atoms included in the decomposed residue, and pre-sets a specific atom included in the corresponding residue. Information about all atoms located within a radius with a cutoff value can be obtained and grouped.

상기 그룹화되는 모든 원자는, 상기 중심점이 있는 해당 잔기에 포함된 원자와, 상기 설정된 반경 이내에 위치하는 주변 다른 잔기들의 원자를 포함할 수 있다. All atoms to be grouped may include atoms included in the corresponding residue having the center point and atoms of other residues located within the set radius.

상기 공간좌표 표시부는, 상기 그룹화된 잔기가 글라이신(GLY)인지 구분하고, 단백질 백본(backbone)에 위치하며 모든 잔기가 동일하게 가지고 있는

Figure pat00002
, N, C의 원자에 대한 정보를 획득하는 원자 정보 획득모듈, 그리고 상기 백본에서 획득한
Figure pat00003
, N, C의 원자가 이루는 평면이 3차원의 공간좌표의 XY축의 평면과 평행이 되도록 위치시키고, 상기 XY축과 평행하게 위치한
Figure pat00004
, N, C의 원자 중에서
Figure pat00005
을 원점에 위치시킨 다음, 상기
Figure pat00006
을 중심으로 N과 C를 좌표변환 및 회전처리를 이용하여 정규화하는 공간좌표 표준화 모듈을 포함할 수 있다. The spatial coordinate display unit distinguishes whether the grouped residue is glycine (GLY), is located in the protein backbone, and has all residues identically.
Figure pat00002
, N, C atomic information acquisition module for obtaining information about the atom, and obtained from the backbone
Figure pat00003
, N, C atoms are placed in a plane parallel to the plane of the XY axis of the three-dimensional spatial coordinates, located parallel to the XY axis
Figure pat00004
Among the atoms of, N, C
Figure pat00005
To the origin, then
Figure pat00006
A spatial coordinate standardization module that normalizes N and C using coordinate transformation and rotation processing may be included.

상기 공간좌표 표준화 모듈은, 상기 3가지의 원자 중에서

Figure pat00007
의 좌표가 XY축의 원점에 위치하도록 좌표를 이동시키고, 상기
Figure pat00008
을 원점에 위치시킨 상태에서 N의 좌표를 XY축의 평면에 사영시킨 다음, XY축의 평면에 위치한 N의 좌표에 대한
Figure pat00009
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 N의 좌표가 YZ축의 평면에 닿도록 Z축을 회전시키며, 상기 회전된 N의 좌표에 대한
Figure pat00010
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 N의 좌표가 XY축의 평면에 닿도록 X축을 회전시키고, 그리고 상기 C의 좌표를 XZ축의 평면에 사영시킨 다음,
Figure pat00011
벡터와 X축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 C의 좌표가 XY축의 평면에 닿도록 Y축을 회전시킴으로써, 상기
Figure pat00012
, N, C의 원자가 XY축의 평면상에 평행하게 위치시킬 수 있다. The spatial coordinate standardization module, among the three atoms
Figure pat00007
Move the coordinates so that their coordinates are located at the origin of the XY axis, and
Figure pat00008
After projecting the coordinates of N on the plane of the XY axis while positioning at the origin, the coordinates of N on the plane of the XY axis
Figure pat00009
The Z-axis is rotated so that the coordinates of N contact the plane of the YZ axis by using the angle of incidence formed between the vector and the Y-axis.
Figure pat00010
The X-axis is rotated so that the coordinates of N touch the plane of the XY-axis using the angle formed between the vector and the Y-axis, and the coordinates of C are projected onto the plane of the XZ-axis,
Figure pat00011
By rotating the Y-axis so that the coordinates of C touch the plane of the XY-axis by using the angle of incidence formed between the vector and the X-axis,
Figure pat00012
, N, C atoms can be positioned parallel to the plane of the XY axis.

상기 공간좌표 표준화 모듈은, 상기

Figure pat00013
의 좌표를 원점에 위치시킨 상태에서
Figure pat00014
벡터는 y축과 평행하고, C의 좌표는
Figure pat00015
와 N의 좌표보다 큰 위치값을 가질 수 있다. The spatial coordinate standardization module, the
Figure pat00013
With the coordinates of
Figure pat00014
The vector is parallel to the y-axis, and the coordinates of C are
Figure pat00015
It may have a position value greater than the coordinates of and N.

상기 3차원 이미지 변환부는, 상기 XY축의 평면상에 정규화시킨

Figure pat00016
, N, C의 좌표를 잔기의
Figure pat00017
가 원점이 되는 좌표에 이동하여 위치시킨 다음, 상기
Figure pat00018
를 중심으로 상기
Figure pat00019
와의 거리가 컷오프(cutoff)값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시할 수 있다. The three-dimensional image conversion unit, normalized on the plane of the XY axis
Figure pat00016
, N, C coordinates of the residue
Figure pat00017
Is moved to the origin coordinate and positioned, and then
Figure pat00018
Centered on the above
Figure pat00019
You can display the coordinates of all atoms whose distance from and is less than the cutoff value.

상기 3차원 이미지 변환부는, 상기 그룹화된 잔기가 글라이신(GLY)일 경우, 상기 XY축의 평면상에 정규화시킨

Figure pat00020
, N, C의 좌표의
Figure pat00021
를 중심으로 상기
Figure pat00022
와의 거리가 컷오프(cutoff)값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시할 수 있다. The 3D image conversion unit, when the grouped residue is glycine (GLY), normalized on the plane of the XY axis
Figure pat00020
, N, C coordinates
Figure pat00021
Centered on the above
Figure pat00022
You can display the coordinates of all atoms whose distance from and is less than the cutoff value.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 이미지 생성장치를 이용한 단백질의 아미노산 잔기 주변 환경의 3차원 이미지 생성 방법에 있어서, 단백질에 대한 구조 데이터를 입력받는 단계, 상기 입력된 단백질 구조 데이터를 이용하여 단백질을 구성하는 각각의 잔기에 포함된 원자간의 거리를 계산하고, 계산된 거리값을 이용하여 잔기에 대한 그룹을 형성하는 단계, 상기 형성된 그룹 내에 포함되며, 각각의 잔기의 기본 구성이 되는

Figure pat00023
, N, C의 원자를 3차원의 공간 좌표로 정규화하는 단계, 그리고 상기 3차원 공간 좌표에 상기 그룹을 형성하는 모든 원자들을 표시하여 이미지화하는 단계를 포함한다. In addition, according to an embodiment of the present invention, in a method for generating a 3D image of an environment surrounding an amino acid residue of a protein using a 3D image generating apparatus, receiving structural data for a protein, and using the input protein structural data By calculating the distance between the atoms contained in each residue constituting the protein, forming a group for the residue using the calculated distance value, included in the formed group, the basic configuration of each residue
Figure pat00023
, Normalizing the atoms of N and C to three-dimensional spatial coordinates, and displaying and displaying all the atoms forming the group in the three-dimensional spatial coordinates.

이와 같이 본 발명에 따르면, 단백질의 아미노산 잔기와 그 주변환경을 표현하는 3차원 이미지를 생성하여 데이터 분석 및 인공지능 모델을 학습 할 수 있는 데이터로 사용할 수 있으므로 인공지능 융합의 새로운 가능성을 열어줄 원료로 제공될 수 있는 효과를 지닌다. As described above, according to the present invention, a three-dimensional image representing an amino acid residue of a protein and its surrounding environment can be generated and used as data for learning data analysis and artificial intelligence models, thereby opening new possibilities for artificial intelligence fusion. It has an effect that can be provided.

또한, 본 발명에 따르면, 3차원 이미지 생성을 수행할 때 동일한 위치선상으로의 정규화 과정을 포함하므로, 잔기의 종류 및 다른 잔기와의 접촉을 효과적으로 식별 가능하게 하고, 수소제거 및 채널증가 등을 통해 원하는 형태로의 확장이 가능한 효과를 도모할 수 있다. In addition, according to the present invention, when performing 3D image generation, since it includes a normalization process to the same position line, it is possible to effectively identify the type of residue and contact with other residues, and through hydrogen removal and channel increase, etc. The effect that can be extended to a desired shape can be achieved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 생성 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공간좌표 표시부를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 생성장치를 이용한 3차원 이미지 생성방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 S320단계에서 단백질을 잔기별로 분해한 상태를 나타내는 예시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 S330단계를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 도 3에 도시된 S340단계를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6에 도시된 S344단계에서 N을 YZ축의 평면에 위치시키는 방법을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 8은 도6에 도시된 S345단계에서 N을 XY축의 평면에 평면에 위치시켜 정규화하는 방법을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 9는 도6에 도시된 S346단계에서 C원자를 XY축의 평면에 위치시켜 정규화하는 방법을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 10은 도 3에 도시된 S350단계에서 그룹화된 모든 원소들을 3차원 좌표공간상에 표시한 상태를 나타내는 예시도이다.
1 is a configuration diagram showing a three-dimensional image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing the spatial coordinate display unit illustrated in FIG. 1.
3 is a flowchart schematically showing a 3D image generating method using a 3D image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view showing a state in which proteins are decomposed by residues in step S320 shown in FIG. 3.
FIG. 5 is a flowchart for schematically explaining step S330 illustrated in FIG. 3.
6 is a flowchart for schematically explaining step S340 illustrated in FIG. 3.
FIG. 7 is an exemplary view schematically showing a method of positioning N in the plane of the YZ axis in step S344 illustrated in FIG. 6.
FIG. 8 is an exemplary view schematically showing a method of normalizing by placing N on a plane of the XY axis in step S345 illustrated in FIG. 6.
FIG. 9 is an exemplary view schematically showing a method of normalizing by placing a C atom in the plane of the XY axis in step S346 illustrated in FIG. 6.
10 is an exemplary view showing a state in which all elements grouped in step S350 shown in FIG. 3 are displayed on a 3D coordinate space.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user or operator's intention or practice. Therefore, the definition of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

이하에서는 도 1 및 도2를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 생성 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, a 3D image generating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 생성 장치를 나타내는 구성도이다. 1 is a configuration diagram showing a three-dimensional image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 생성 장치(100)는 단백질 데이터 입력부(110), 그룹형성부(120), 공간좌표 표시부(130) 및 3차원 이미지 변환부(140)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the 3D image generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a protein data input unit 110, a group forming unit 120, a spatial coordinate display unit 130 and a 3D image conversion unit ( 140).

먼저, 단백질 데이터 입력부(110)는 단백질에 대한 구조 데이터를 입력받는다. 이때, 단백질 구조 데이터는 pdb파일 형식이며, 단백질에 포함된 아미노산에 대해 3차원 직각 좌표상의 좌표에 대한 정보를 포함한다. First, the protein data input unit 110 receives structural data for a protein. At this time, the protein structure data is in the form of a pdb file, and includes information on coordinates in three-dimensional rectangular coordinates with respect to amino acids contained in the protein.

그룹형성부(120)는 입력된 단백질 구조 데이터를 이용하여 잔기별로 분해하고, 잔기에 포함된 원자간의 거리값을 계산한다. 그 다음, 그룹형성부(120)는 거리값을 이용하여 잔기의 중심이 되는 원자로부터 일정간 반경내에 위치한 모든 원자들을 하나의 그룹으로 형성한다. The group forming unit 120 decomposes for each residue using the input protein structure data, and calculates a distance value between atoms contained in the residue. Then, the group forming unit 120 forms a group of all atoms located within a predetermined radius from the atom that is the center of the residue using the distance value.

부연하면, 단백질은 수 십개에서 수 천개 이상의 아미노산 즉, 잔기를 포함하고, 잔기는 복수개의 원자로 구성되어 있다. 따라서, 그룹형성부(120)는 잔기별로 분해하고, 단백질 구조 데이터에 포함된 원자좌표를 이용하여 잔기를 구성하고 있는 원자들 간의 거리값을 산출한다. 그 다음, 그룹형성부(120)는 잔기의 내측에 위치한 중심점 또는 중심 원자로부터 일정간 반경내에 위치하고 있는 모든 원자들에 대해 그룹을 형성한다. 즉, 그룹형성부(120)가 형성한 그룹에는 잔기와 주변에 위치하고 있는 다른 잔기의 원소도 포함할 수 있다. Incidentally, proteins contain dozens to thousands of amino acids, or residues, and residues are composed of multiple atoms. Therefore, the group forming unit 120 decomposes for each residue, and calculates a distance value between atoms constituting the residue using the atomic coordinates included in the protein structure data. Then, the group forming unit 120 forms a group for all atoms located within a predetermined radius from a central point or central atom located inside the residue. That is, the group formed by the group forming unit 120 may also include elements of residues and other residues located in the vicinity.

공간좌표 표시부(130)는 그룹화된 원자들 중에서 잔기의 백본(backbone)에 해당하는

Figure pat00024
, N, C의 원자를 3차원의 공간 좌표상에 표시 표시하며, 백본에 포함된
Figure pat00025
, N, C의 원자에 대한 정규화를 수행한다. The spatial coordinate display unit 130 corresponds to a backbone of a residue among grouped atoms
Figure pat00024
Atoms of N, C are displayed and displayed on three-dimensional spatial coordinates, and are included in the backbone.
Figure pat00025
, N, and C for normalization.

3차원 이미지 변환부(140)는

Figure pat00026
, N, C의 원자를 중심으로 그룹형성부(120)에서 그룹화한 모든 원자들을 3차원 공간좌표에 표시한다. The 3D image conversion unit 140
Figure pat00026
, All atoms grouped in the group forming unit 120 around the atoms of N and C are displayed in a 3D spatial coordinate.

도 2는 도 1에 도시된 공간좌표 표시부를 개략적으로 나타내는 구성도이다.FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing the spatial coordinate display unit illustrated in FIG. 1.

도 2에 도시된 바와 같이, 공간좌표 표시부(130)는 원자 정보 획득모듈(131)과 공간좌표 표준화 모듈(132)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the spatial coordinate display unit 130 includes an atomic information acquisition module 131 and a spatial coordinate standardization module 132.

먼저, 원자 정보 획득모듈(131)은 단백질 백본에 위치하며 모든 잔기가 동일하게 가지고 있는

Figure pat00027
, N, C의 원자에 대한 정보를 획득한다. First, the atomic information acquisition module 131 is located in the protein backbone and all residues have the same
Figure pat00027
Obtain information about the atoms of, N, C.

그리고, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 백본에서 획득한 정보를 이용하여

Figure pat00028
, N, C의 원자가 이루는 평면이 3차원의 공간좌표의 XY축의 평면과 평행이 되도록 위치시킨다. 그 다음, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 XY축과 평행하게 위치한
Figure pat00029
, N, C의 원자를 순서대로 좌표변환 및 회전 처리하여,
Figure pat00030
, N, C의 원자를 XY평면의 동일한 위치선상에 정규화시킨다. In addition, the spatial coordinate standardization module 132 uses information obtained from the backbone.
Figure pat00028
The planes formed by the atoms of,, N, and C are positioned to be parallel to the plane of the XY axis of the three-dimensional spatial coordinate. Next, the spatial coordinate standardization module 132 is located parallel to the XY axis
Figure pat00029
, N, C atoms in order of coordinate transformation and rotation processing,
Figure pat00030
, N, and C atoms are normalized on the same position line of the XY plane.

이하에서는 도 3 및 도10을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 생성장치를 이용한 3차원 이미지 생성방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method for generating a 3D image using a 3D image generating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 10.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 이미지 생성장치를 이용한 3차원 이미지 생성방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 3 is a flowchart schematically showing a 3D image generating method using a 3D image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 단백질 데이터 입력부(110)는 외부 서버로부터 단백질에 대한 구조데이터를 입력 받는다(S310). As shown in FIG. 3, first, the protein data input unit 110 receives structural data for proteins from an external server (S310).

다시 설명하면, 단백질 데이터 입력부(110)는 PDB(Protein Data Bank)로 부터 원자좌표(Atomic coordinates)에 관한 정보를 포함한 단백질 데이터를 입력받는다. 이때, PDB(Protein Data Bank)는 단백질 데이터를 PDB파일 형식으로 제공한다. In other words, the protein data input unit 110 receives protein data including information about atomic coordinates from a PDB (Protein Data Bank). At this time, the Protein Data Bank (PDB) provides protein data in a PDB file format.

그 다음, 그룹형성부(120)는 입력받은 단백질 구조 데이터에 포함된 구조 정보를 이용하여 단백질을 잔기별로 분해한다(S320). Then, the group forming unit 120 decomposes the protein for each residue by using the structural information included in the received protein structural data (S320).

도 4는 도 3에 도시된 S320단계에서 단백질을 잔기별로 분해한 상태를 나타내는 예시도이다. 4 is an exemplary view showing a state in which proteins are decomposed by residues in step S320 shown in FIG.

도 4에 도시된 바와 같이, 그룹형성부(120)는 단백질의 백본에 해당하며, 잔기의 기본 구성이 되는

Figure pat00031
, N, C를 중심으로 잔기를 분해한다.As shown in Figure 4, the group forming unit 120 corresponds to the backbone of the protein, which is the basic structure of the residue
Figure pat00031
Decomposes residues around N, C.

먼저, 아미노산에 대해 설명하면, 아미노산은 염기성 성질을 가진 아민기(-NH2)와 산성 성질을 가진 카르복실기(-COOH)가 공존하는 특정한 구조를 지닌 분자를 말한다. 아민기와 카르복실기는 동일한 탄소 원자에 결합되어 있으며, 이 탄소를 알파 탄소라 부른다. 아미노산은 백본을 형성하는 알파탄소(

Figure pat00032
)와 질소(N) 및 탄소(C)를 중심으로 수소(H), 산소(O) 또는 다른 사이드 체인을 포함한다. 따라서, 그룹형성부(120)는 아미노산 즉, 잔기마다 기본 원자로 포함되는 알파탄소(
Figure pat00033
)와 질소(N) 및 탄소(C)를 중심으로 단백질을 잔기별로 분해한다. First, when the amino acid is described, the amino acid refers to a molecule having a specific structure in which an amine group (-NH2) having basic properties and a carboxyl group (-COOH) having acidic properties coexist. The amine group and carboxyl group are bonded to the same carbon atom, and this carbon is called alpha carbon. Amino acids are alpha carbons that form the backbone (
Figure pat00032
) And nitrogen (N) and carbon (C), and hydrogen (H), oxygen (O), or other side chains. Therefore, the group forming unit 120 is an amino acid, that is, an alpha carbon contained as a basic atom for each residue (
Figure pat00033
) And nitrogen (N) and carbon (C), the protein is broken down into residues.

잔기 분해가 완료된 다음에, 그룹형성부(120)는 분해된 잔기내에 포함된 복수개의 원자들간의 거리값을 산출하고, 산출된 거리값을 이용하여 잔기의 중심점을 기준으로 일정한 거리내에 포함된 원자들을 그룹화한다(S330). After the residue decomposition is completed, the group forming unit 120 calculates a distance value between a plurality of atoms included in the decomposed residue, and uses the calculated distance value to include atoms included within a certain distance based on the center point of the residue. Group them (S330).

이하에서는 도 5를 이용하여 잔기에 대한 그룹을 형성하는 방법을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, a method of forming a group for residues will be described in more detail with reference to FIG. 5.

도 5는 도 3에 도시된 S330단계를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다. FIG. 5 is a flowchart for schematically explaining step S330 illustrated in FIG. 3.

도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 그룹형성부(120)는 분해된 잔기 내에 포함된 원자들간의 거리값을 산출한다(S331). 즉, 그룹형성부(120)는 입력받은 단백질 구조 데이터에 포함된 원좌좌표를 이용하여 원자들간의 거리값을 산출한다. As shown in FIG. 5, first, the group forming unit 120 calculates a distance value between atoms contained in the decomposed residue (S331). That is, the group forming unit 120 calculates the distance value between the atoms using the circular coordinates included in the input protein structure data.

부연하면, 그룹형성부(120)는 잔기가 글라이신(GLY)인지 아닌지 판단한다. 따라서, 그룹형성부(120)는 글라이신일 경우

Figure pat00034
와 다른 원자간의 거리를 산출하고, 글라이신이 아닌 경우에는
Figure pat00035
와 다른 원자간의 거리를 산출한다. In other words, the group forming unit 120 determines whether the residue is glycine (GLY) or not. Therefore, if the group forming unit 120 is glycine
Figure pat00034
Calculates the distance between and other atoms, and if not glycine
Figure pat00035
Calculates the distance between and other atoms.

그리고, 그룹형성부(120)는 원자간의 거리를 하기의 수학식 1을 이용하여 산출한다. Then, the group forming unit 120 calculates the distance between the atoms using Equation 1 below.

Figure pat00036
Figure pat00036

여기서, (x,y,z)는

Figure pat00037
또는
Figure pat00038
원자의 좌표이고, {(x',y',z'), (x",y",z")...}는 주변 원자의 좌표이다. Where (x,y,z) is
Figure pat00037
or
Figure pat00038
The coordinates of the atom, {(x',y',z'), (x",y",z")...} are the coordinates of the surrounding atoms.

그 다음, 그룹형성부(120)는 산출된 거리값을 이용하여 컷오프(cutoff)값을 설정한다(S332). 컷오프값은 잔기를 그룹화할 때 적용되는 반경에 대한 값으로써, 그룹형성부(120)는 잔기의 그룹화하는데 필요한 반경을 10Å으로 한정한다. 상기와 같이, 중심점으로부터의 반경에 대한 거리를 10Å으로 한정한 이유는 앞서 산출된 원자들의 거리에 대한 평균값이 3.63 Å으로 산출되고, 최대값은 6.10 Å으로 산출되었기 때문이다. 이와 같이, 그룹형성부(120)는 컷오프값을 10Å으로 설정함으로써, 분해된 잔기에 포함된 원자를 모두 그룹화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 해당 잔기와 주변 잔기들 간의 접촉정보를 얻을 수 있다. Then, the group forming unit 120 sets a cutoff value using the calculated distance value (S332). The cutoff value is a value for a radius applied when grouping residues, and the group forming unit 120 limits the radius required for grouping residues to 10 mm 2. As described above, the reason for limiting the distance to the radius from the center point to 10 이다 is that the average value for the distance of the previously calculated atoms is calculated as 3.63 Å, and the maximum value is calculated as 6.10 Å. As described above, the group forming unit 120 can not only group all the atoms included in the decomposed residue by setting the cutoff value to 10 kV, but also obtain contact information between the corresponding residue and surrounding residues.

S332단계와 같이 컷오프값에 대한 설정이 완료되면, 그룹형성부(120)는 반경이 10Å이내에 위치하고 있는 모든 원자들을 그룹화하기 위하여 잔기내에 중심이 되는 원자에 대한 정보를 획득한다(S333). When the setting for the cutoff value is completed as in step S332, the group forming unit 120 obtains information about the atom centered in the residue in order to group all the atoms located within 10 km of radius (S333).

즉, 그룹형성부(120)는 잔기내에 중심이 되는 원자를 중심점으로 설정한다. 여기서, 그룹형성부(120)는 잔기가 글라이신(GLY)일 경우에는 잔기의 원소 중에서

Figure pat00039
를 중심점으로 설정하고, 그 외의 잔기일 경우에는 원소 중에서
Figure pat00040
를 중심점으로 설정한다. That is, the group forming unit 120 sets the atom that is the center in the residue as the center point. Here, the group forming unit 120 is among the elements of the residue when the residue is glycine (GLY)
Figure pat00039
Set as the center point, and for other residues, among the elements
Figure pat00040
Set as the center point.

그 다음, 그룹형성부(120)는 획득한 중심점으로부터 반경 10Å이내에 위치하고 있는 모든 원자들을 그룹화한다(S334). 이때, 생성된 그룹은 중심점이 위치하고 있는 해당 잔기와 설정된 반경 이내에 위치하는 주변 다른 잔기들의 원자를 포함한다. Then, the group forming unit 120 groups all atoms located within a radius of 10 km from the obtained center point (S334). In this case, the generated group includes atoms of the corresponding residue at the center point and other residues located within a predetermined radius.

S334 단계와 같이 분해된 잔기별로 그룹이 완료된 다음에, 공간좌표 표시부(130)는 그룹화된 잔기에 포함되며 단백질의 백본에 해당하는

Figure pat00041
, N, C 원자를 3차원의 공간 좌표에 표시한다(S340). After the group is completed for each of the decomposed residues as in step S334, the spatial coordinate display unit 130 is included in the grouped residues and corresponds to the backbone of the protein.
Figure pat00041
, N, C atoms are displayed in three-dimensional spatial coordinates (S340).

이하에서는 도 6 내지 도 9를 이용하여 S340단계를 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, step S340 will be described in more detail with reference to FIGS. 6 to 9.

도 6은 도 3에 도시된 S340단계를 개략적으로 설명하기 위한 순서도이다. 6 is a flowchart for schematically explaining step S340 illustrated in FIG. 3.

도 6에 도시된 바와 같이, 공간좌표 표시부(130)는 모든 잔기가 동일하게 가지고 있는

Figure pat00042
, N, C원자에 대한 정보를 획득한다(S341). 부연하면, 원자 정보 획득모듈(131)은 단백질 백본(backbone)에 위치하며 모든 잔기가 동일하게 가지고 있는
Figure pat00043
, N, C의 원자에 대한 정보를 획득한다. 여기서,
Figure pat00044
, N, C의 원자에 대한 정보는 원자 좌표 및 원자간의 거리에 정보를 포함한다. As illustrated in FIG. 6, the spatial coordinate display unit 130 has all the residues identically.
Figure pat00042
, N, C to obtain information about the atom (S341). In other words, the atomic information acquisition module 131 is located in the protein backbone and all residues have the same
Figure pat00043
Obtain information about the atoms of, N, C. here,
Figure pat00044
The information on the atoms of, N, C includes information on atomic coordinates and distances between atoms.

그 다음, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 획득한

Figure pat00045
, N, C원자를 3차원 공간좌표의 XY축의 평면과 평행이 되도록 위치시킨다(S342). 이를 다시 설명하면, 공간좌표 표준화 모듈(132)은
Figure pat00046
, N, C원자 중에서
Figure pat00047
를 3차원 공간좌표의 원점과 동일한 위치선상에 위치시킨다. 그 후, 공간좌표 표준화 모듈(132)은
Figure pat00048
, N, C원자를 3차원 공간좌표의 XY축의 평면과 평행하도록 위치시킨다. Then, the spatial coordinate standardization module 132 is acquired
Figure pat00045
, N, C atoms are positioned to be parallel to the plane of the XY axis of the 3D spatial coordinates (S342). In other words, the spatial coordinate standardization module 132
Figure pat00046
, N, C atoms
Figure pat00047
Is placed on the same position line as the origin of the 3D spatial coordinate. Then, the spatial coordinate standardization module 132
Figure pat00048
, N and C atoms are placed parallel to the plane of the XY axis of the 3D spatial coordinate.

이와 같이

Figure pat00049
, N, C원자와 XY축의 평면이 평행한 상태에서, 공간좌표 표준화 모듈(132)은
Figure pat00050
원자를 XY축의 원점에 위치시킨다(S343).like this
Figure pat00049
, N, C atom and the XY axis in parallel, the spatial coordinate standardization module 132
Figure pat00050
The atom is positioned at the origin of the XY axis (S343).

그리고, 공간좌표 표준화 모듈(132)은

Figure pat00051
을 원점에 위치시킨 상태에서 N을 XY축의 평면에 사영시키고, Z축을 중심으로 회전시켜 N을 YZ축의 평면에 위치시킨다(S344). And, the spatial coordinate standardization module 132
Figure pat00051
In the state where is located at the origin, N is projected onto the plane of the XY axis, and rotated around the Z axis to locate N on the plane of the YZ axis (S344).

이하에서는 도 7을 이용하여 S344단계에 대해 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, step S344 will be described in more detail with reference to FIG. 7.

도 7은 도6에 도시된 S344단계에서 N을 YZ축의 평면에 위치시키는 방법을 개략적으로 도시한 예시도이다. 7 is an exemplary view schematically showing a method of positioning N in the plane of the YZ axis in step S344 illustrated in FIG. 6.

도 7에 도시된 바와 같이, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 N을 XY축의 평면에 사영시킨 다음, 사영되어 XY축의 평면에 위치한 N의 좌표에 대하여

Figure pat00052
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 추출한다.As shown in FIG. 7, the spatial coordinate standardization module 132 projects N to the plane of the XY axis, and then projects the coordinates of N located in the plane of the XY axis.
Figure pat00052
The angle between the vector and the Y axis is extracted.

이때, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 하기의 수학식 2를 이용하여 N의 좌표에 대하여

Figure pat00053
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 산출한다. At this time, the spatial coordinate standardization module 132 uses the following Equation 2 for N coordinates.
Figure pat00053
Calculate the angle between the vector and the Y axis.

Figure pat00054
Figure pat00054

여기서,

Figure pat00055
는 양의 Y축 벡터값으로서 (0, 1, 0)의 좌표값으로 나타내고,
Figure pat00056
는 N을 XY평면에 사영 시켰을 때의 벡터값으로 (
Figure pat00057
,
Figure pat00058
, 0)의 좌표값으로 나타낸다. here,
Figure pat00055
Is a positive Y-axis vector value represented by (0, 1, 0) coordinate values,
Figure pat00056
Is the vector value when N is projected on the XY plane (
Figure pat00057
,
Figure pat00058
, 0).

따라서,

Figure pat00059
의 값은
Figure pat00060
이 되고, |
Figure pat00061
||
Figure pat00062
| 는 1 ×
Figure pat00063
의 값을 통해 산출된다. therefore,
Figure pat00059
The value of
Figure pat00060
Become, |
Figure pat00061
||
Figure pat00062
| 1 ×
Figure pat00063
Is calculated through the value of

그 다음, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 N이 YZ축의 평면에 닿도록 Z축을 중심으로 사잇각 만큼 회전시킨다. Then, the spatial coordinate standardization module 132 rotates the Z-axis around the Z-axis so that N touches the YZ-axis plane.

다음으로, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 YZ축의 평면에 위치한 N을 XY축의 평면에 위치하고 있는

Figure pat00064
와 동일 선상에 위치하도록 이동시켜 정규화한다(S345). Next, the spatial coordinate standardization module 132 locates N located in the plane of the YZ axis and located in the plane of the XY axis.
Figure pat00064
It is normalized by moving to be on the same line as (S345).

이하에서는 도 8을 이용하여 S345단계에 대해 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, step S345 will be described in more detail with reference to FIG. 8.

도 8은 도6에 도시된 S345단계에서 N을 XY축의 평면에 평면에 위치시켜 정규화하는 방법을 개략적으로 도시한 예시도이다. FIG. 8 is an exemplary view schematically showing a method of normalizing by placing N on a plane of the XY axis in step S345 illustrated in FIG. 6.

도 8에 도시된 바와 같이, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 YZ축의 평면에 위치한 N의 좌표에 대한

Figure pat00065
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 추출한다. 8, the spatial coordinate standardization module 132 is for the coordinates of N located in the plane of the YZ axis
Figure pat00065
The angle between the vector and the Y axis is extracted.

이때, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 하기의 수학식 3을 이용하여 N의 좌표에 대한

Figure pat00066
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 산출한다. At this time, the spatial coordinate standardization module 132 uses the following Equation 3 for N coordinates.
Figure pat00066
Calculate the angle between the vector and the Y axis.

Figure pat00067
Figure pat00067

여기서,

Figure pat00068
는 양의 Y축 벡터값으로서 (0, 1, 0)의 좌표값으로 나타내고,
Figure pat00069
는 N좌표의 벡터값으로 (0,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
)의 좌표값으로 나타낸다. here,
Figure pat00068
Is a positive Y-axis vector value represented by (0, 1, 0) coordinate values,
Figure pat00069
Is the vector of N coordinates (0,
Figure pat00070
,
Figure pat00071
).

따라서,

Figure pat00072
의 값은
Figure pat00073
이 되고, |
Figure pat00074
||
Figure pat00075
| 는 1 ×
Figure pat00076
의 값을 통해 산출된다. therefore,
Figure pat00072
The value of
Figure pat00073
Become, |
Figure pat00074
||
Figure pat00075
| 1 ×
Figure pat00076
Is calculated through the value of

그 다음, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 N이 XY축의 평면에 닿도록 X축을 중심으로 사잇각 만큼 회전시킨다. Next, the spatial coordinate standardization module 132 rotates the X-axis around the X-axis so that the N contacts the plane of the XY-axis.

상기와 같이,

Figure pat00077
와 N를 정규화 한 다음, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 C원자를 XZ축의 평면에 사영시킨 후, 좌표변환 및 회전처리를 이용하여 C원자를 정규화시킨다(S346). As above,
Figure pat00077
After normalizing and N, the spatial coordinate normalization module 132 projects the C atom onto the plane of the XZ axis, and then normalizes the C atom using coordinate transformation and rotation processing (S346).

이하에서는 도 9를 이용하여 S346단계에 대해 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, step S346 will be described in more detail with reference to FIG. 9.

도 9는 도6에 도시된 S346단계에서 C원자를 XY축의 평면에 위치시켜 정규화하는 방법을 개략적으로 도시한 예시도이다. FIG. 9 is an exemplary view schematically showing a method of normalizing by placing a C atom in the plane of the XY axis in step S346 illustrated in FIG. 6.

도 9에 도시된 바와 같이, C원자가 XY축의 평면과 평행하게 위치한 상태에서, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 C 원자를 XZ축의 평면에 사영시킨다. 공간좌표 표준화 모듈(132)은 XZ축의 평면에 사영된 C 원자의 좌표를 이용하여

Figure pat00078
벡터와 X축의 사이에 형성된 사잇각을 추출한다. As shown in FIG. 9, in the state in which the C atom is positioned parallel to the plane of the XY axis, the spatial coordinate standardization module 132 projects the C atom onto the plane of the XZ axis. The spatial coordinate standardization module 132 uses coordinates of C atoms projected on the plane of the XZ axis
Figure pat00078
Between the vector and the X-axis, the angle of incidence formed is extracted.

이때, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 하기의 수학식 4를 이용하여

Figure pat00079
벡터와 X축의 사이에 형성된 사잇각을 산출한다. At this time, the spatial coordinate standardization module 132 uses Equation 4 below.
Figure pat00079
Calculate the angle between the vector and the X axis.

Figure pat00080
Figure pat00080

여기서,

Figure pat00081
는 양의 x축 벡터값으로서 (1, 0, 0)의 좌표값으로 나타내고,
Figure pat00082
는 C좌표를 XZ평면에 사영시켰을 때의 벡터값으로 (
Figure pat00083
, 0,
Figure pat00084
)의 좌표값으로 나타낸다. here,
Figure pat00081
Is a positive x-axis vector value represented by (1, 0, 0) coordinate values,
Figure pat00082
Is the vector value when projecting the C coordinate onto the XZ plane (
Figure pat00083
, 0,
Figure pat00084
).

따라서,

Figure pat00085
의 값은
Figure pat00086
이 되고, |
Figure pat00087
||
Figure pat00088
| 의 값은 1 ×
Figure pat00089
을 통해 산출된다. therefore,
Figure pat00085
The value of
Figure pat00086
Become, |
Figure pat00087
||
Figure pat00088
| The value of 1 ×
Figure pat00089
Is calculated through

그 다음, 공간좌표 표준화 모듈(132)은 C의 좌표가 XY축의 평면에 닿도록 사잇각만큼 Y축을 회전시킨다. 그러면, C원자는

Figure pat00090
와 N와 동일한 위치 선상에 위치하되, C의 좌표는
Figure pat00091
와 N의 좌표보다 큰 위치값을 가진다. Then, the spatial coordinate standardization module 132 rotates the Y axis by a four angle so that the coordinates of C touch the plane of the XY axis. Then, atom C is
Figure pat00090
And N on the same position line, but the coordinates of C are
Figure pat00091
It has a position value greater than the coordinates of and N.

S340단계와 같이,

Figure pat00092
, N, C원자를 XY축의 평면상에 정규화 시킨 다음, 3차원 이미지 변환부(140)는
Figure pat00093
, N, C원자의 주변에 위치하며 그룹형성부(120)을 통해 그룹화되었던 모든 원자들을 3차원 공간좌표상에 표시하여 이미지화시킨다(S350).As in step S340,
Figure pat00092
After normalizing the N, C atoms on the plane of the XY axis, the 3D image conversion unit 140
Figure pat00093
, N and C atoms are located around the atoms and grouped through the group forming unit 120 to display images on the 3D spatial coordinates (S350).

3차원 이미지 변환부(140)는 XY축의 평면상에 정규화시킨

Figure pat00094
, N, C의 좌표를 잔기의
Figure pat00095
가 원점이 되도록 좌표를 이동하여 위치시킨 다음,
Figure pat00096
를 중심으로
Figure pat00097
와의 거리가 컷오프 값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시한다. The 3D image conversion unit 140 is normalized on the plane of the XY axis
Figure pat00094
, N, C coordinates of the residue
Figure pat00095
Move the position so that is the origin, and then
Figure pat00096
Centered on
Figure pat00097
Displays the coordinates of all atoms whose distance is less than the cutoff value.

한편, 이미지화되는 잔기가 글라이신일 경우에는

Figure pat00098
대신에
Figure pat00099
를 중심으로
Figure pat00100
와의 거리가 컷오프 값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시한다.On the other hand, when the residue to be imaged is glycine,
Figure pat00098
Instead of
Figure pat00099
Centered on
Figure pat00100
Displays the coordinates of all atoms whose distance is less than the cutoff value.

도 10은 도 3에 도시된 S350단계에서 그룹화된 모든 원소들을 3차원 좌표공간상에 표시한 상태를 나타내는 예시도이다. 10 is an exemplary view showing a state in which all elements grouped in step S350 shown in FIG. 3 are displayed on a 3D coordinate space.

3차원 이미지 변환부(140)는 도 10에 도시된 바와 같이, 잔기의

Figure pat00101
또는
Figure pat00102
를 중심으로
Figure pat00103
, N, C의 좌표를 위치시키고, 그룹화된 모든 원자들을
Figure pat00104
, N, C의 주변에 위치하며 3차원 이미지를 생성한다. 3D image conversion unit 140, as shown in Figure 10, of the residue
Figure pat00101
or
Figure pat00102
Centered on
Figure pat00103
Position the coordinates of,, N, C, and all the grouped atoms
Figure pat00104
It is located around, N, C and creates a 3D image.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 단백질의 아미노산 잔기와 그 주변환경을 표현하는 3차원 이미지를 생성함으로써, 데이터 분석 및 인공지능 모델을 학습 할 수 있는 데이터로 사용할 수 있으므로 인공지능 융합의 새로운 가능성을 열어줄 원료로 제공될 수 있는 효과를 지닌다. As described above, according to an embodiment of the present invention, by generating a three-dimensional image representing the amino acid residues of a protein and its surroundings, data analysis and artificial intelligence models can be used as data to learn, so new possibilities for artificial intelligence fusion It has the effect that can be provided as a raw material to open.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 이미지 생성을 수행할 때 동일한 위치선상으로의 정규화 과정을 포함하므로, 잔기의 종류 및 다른 잔기와의 접촉을 효과적으로 식별 가능하게 하고, 수소제거 및 채널증가 등을 통해 원하는 형태로의 확장이 가능한 효과를 도모할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, when performing 3D image generation, since it includes a normalization process on the same position line, it is possible to effectively identify the type of residue and contact with other residues, and remove hydrogen and increase channels. It is possible to promote an effect that can be expanded to a desired shape through the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims below.

100 : 3차원 이미지 생성 장치
110 : 단백질 데이터 입력부
120 : 그룹형성부
130 : 공간좌표 표시부
131 : 원자 정보 획득모듈
132 : 공간좌표 표준화 모듈
140 : 3차원 이미지 변환부
100: 3D image generating device
110: protein data input unit
120: group forming unit
130: spatial coordinate display unit
131: Atomic information acquisition module
132: spatial coordinate standardization module
140: 3D image conversion unit

Claims (16)

단백질의 아미노산 잔기 주변 환경을 3차원 이미지로 생성하는 장치에 있어서,
단백질에 대한 구조 데이터를 입력받는 단백질 데이터 입력부,
상기 입력된 단백질 구조 데이터를 이용하여 단백질을 구성하는 각각의 잔기에 포함된 원자간의 거리를 계산하고, 계산된 거리값을 이용하여 잔기에 대한 그룹을 형성하는 그룹형성부,
상기 형성된 그룹 내에 포함되며, 각각의 잔기의 기본 구성이 되는
Figure pat00105
, N, C의 원자를 3차원의 공간 좌표에 표시하는 공간좌표 표시부, 그리고
상기 3차원 공간 좌표에 상기 그룹을 형성하는 모든 원자들을 표시하는 3차원 이미지 변환부를 포함하는 3차원 이미지 생성 장치.
In the device for generating a three-dimensional image of the environment surrounding the amino acid residues of the protein,
Protein data input unit that receives the structural data for the protein,
Group forming unit for calculating the distance between atoms contained in each residue constituting the protein using the input protein structure data, and forming a group for the residue using the calculated distance value,
It is included in the formed group, and is the basic structure of each residue
Figure pat00105
Spatial coordinate display unit that displays atoms of, N, and C in three-dimensional spatial coordinates, and
And a 3D image conversion unit displaying all atoms forming the group in the 3D spatial coordinates.
제1항에 있어서,
상기 그룹형성부는,
상기 수신된 단백질 구조 데이터를 이용하여 잔기 별로 분해하고, 상기 분해한 잔기에 포함되는 모든 원자들간의 거리를 산출한 다음, 상기 해당 잔기에 포함된 특정 원자를 중심으로 기 설정한 컷오프(cutoff)값을 가진 반경 이내에 위치하는 모든 원자에 대한 정보를 획득 및 그룹화하는 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The group forming unit,
Decomposition is performed for each residue using the received protein structure data, a distance between all atoms included in the decomposed residue is calculated, and a preset cutoff value is centered around a specific atom included in the corresponding residue. 3D image generating apparatus for acquiring and grouping information about all atoms located within a radius having a.
제2항에 있어서,
상기 그룹화되는 모든 원자는,
상기 중심점이 있는 해당 잔기에 포함된 원자와, 상기 설정된 반경 이내에 위치하는 주변 다른 잔기들의 원자를 포함하는 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 2,
All atoms grouped above,
A device for generating a 3D image including an atom contained in a corresponding residue having the center point and an atom of other surrounding residues located within the set radius.
제1항에 있어서,
상기 공간좌표 표시부는,
상기 단백질 백본(backbone)에 위치하며 모든 잔기가 동일하게 가지고 있는
Figure pat00106
, N, C의 원자에 대한 정보를 획득하는 원자 정보 획득모듈, 그리고
상기 백본에서 획득한
Figure pat00107
, N, C의 원자가 이루는 평면이 3차원의 공간좌표의 XY축의 평면과 평행이 되도록 위치시키고, 상기 XY축과 평행하게 위치한
Figure pat00108
, N, C의 원자 중에서
Figure pat00109
을 원점에 위치시킨 다음, 상기
Figure pat00110
을 중심으로 N과 C를 좌표변환 및 회전처리를 이용하여 정규화하는 공간좌표 표준화 모듈을 포함하는 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The spatial coordinate display unit,
Located in the protein backbone and all residues have the same
Figure pat00106
Atomic information acquisition module to obtain information on atoms of, N, C, and
Obtained from the above backbone
Figure pat00107
, N, C atoms are placed in a plane parallel to the plane of the XY axis of the three-dimensional spatial coordinates, located parallel to the XY axis
Figure pat00108
Among the atoms of, N, C
Figure pat00109
To the origin, then
Figure pat00110
A 3D image generating apparatus including a spatial coordinate standardization module that normalizes N and C by using coordinate transformation and rotation processing.
제4항에 있어서,
상기 공간좌표 표준화 모듈은,
상기 3가지의 원자 중에서
Figure pat00111
의 좌표가 XY축의 원점에 위치하도록 좌표를 이동시키고,
상기
Figure pat00112
을 원점에 위치시킨 상태에서 N의 좌표를 XY축의 평면에 사영시킨 다음, XY축의 평면에 위치한 N의 좌표에 대한
Figure pat00113
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 N의 좌표가 YZ축의 평면에 닿도록 Z축을 회전시키며,
상기 회전된 N의 좌표에 대한
Figure pat00114
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 N의 좌표가 XY축의 평면에 닿도록 X축을 회전시키고, 그리고
상기 C의 좌표를 XZ축의 평면에 사영시킨 다음,
Figure pat00115
벡터와 X축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 C의 좌표가 XY축의 평면에 닿도록 Y축을 회전시킴으로써, 상기
Figure pat00116
, N, C의 원자가 XY축의 평면상에 평행하게 위치하는 3차원 이미지 생성 장치.
The method of claim 4,
The spatial coordinate standardization module,
Among the three atoms
Figure pat00111
Move the coordinates so that their coordinates are at the origin of the XY axis,
remind
Figure pat00112
After projecting the coordinates of N on the plane of the XY axis while positioning at the origin, the coordinates of N on the plane of the XY axis
Figure pat00113
Rotate the Z-axis so that the coordinates of N touch the plane of the YZ-axis by using the angle formed between the vector and the Y-axis,
For the coordinates of the rotated N
Figure pat00114
Rotate the X-axis so that the coordinates of N touch the plane of the XY-axis using the angle formed between the vector and the Y-axis, and
After projecting the coordinates of C onto the plane of the XZ axis,
Figure pat00115
By rotating the Y-axis so that the coordinates of C touch the plane of the XY-axis by using the angle of incidence formed between the vector and the X-axis,
Figure pat00116
, N, C atoms are located in parallel on the plane of the XY axis.
제4항에 있어서,
상기 공간좌표 표준화 모듈은,
상기
Figure pat00117
의 좌표를 원점에 위치시킨 상태에서
Figure pat00118
벡터는 y축과 평행하고, C의 좌표는
Figure pat00119
와 N의 좌표보다 큰 위치값을 갖는 3차원 이미지 생성 장치.
The method of claim 4,
The spatial coordinate standardization module,
remind
Figure pat00117
With the coordinates of
Figure pat00118
The vector is parallel to the y-axis, and the coordinates of C are
Figure pat00119
3D image generating apparatus having a position value greater than the coordinates of and N.
제1항에 있어서,
상기 3차원 이미지 변환부는,
상기 XY축의 평면상에 정규화시킨
Figure pat00120
, N, C의 좌표를 잔기의
Figure pat00121
가 원점이 되는 좌표에 이동하여 위치시킨 다음, 상기
Figure pat00122
를 중심으로 상기
Figure pat00123
와의 거리가 컷오프(cutoff)값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시하는 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The 3D image conversion unit,
Normalized on the plane of the XY axis
Figure pat00120
, N, C coordinates of the residue
Figure pat00121
Is moved to the origin coordinate and positioned, and then
Figure pat00122
Centered on the above
Figure pat00123
A 3D image generating device that displays the coordinates of all atoms whose distance to and from is less than the cutoff value.
제1항에 있어서,
상기 3차원 이미지 변환부는,
상기 그룹화된 잔기가 글라이신(GLY)일 경우, 상기 XY축의 평면상에 정규화시킨
Figure pat00124
, N, C의 좌표의
Figure pat00125
를 중심으로 상기
Figure pat00126
와의 거리가 컷오프(cutoff)값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시하는 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The 3D image conversion unit,
When the grouped residue is glycine (GLY), normalized on the plane of the XY axis
Figure pat00124
, N, C coordinates
Figure pat00125
Centered on the above
Figure pat00126
A 3D image generating device that displays the coordinates of all atoms whose distance to and from is less than the cutoff value.
3차원 이미지 생성장치를 이용한 단백질의 아미노산 잔기 주변 환경의 3차원 이미지 생성 방법에 있어서,
단백질에 대한 구조 데이터를 입력받는 단계,
상기 입력된 단백질 구조 데이터를 이용하여 단백질을 구성하는 각각의 잔기에 포함된 원자간의 거리를 계산하고, 계산된 거리값을 이용하여 잔기에 대한 그룹을 형성하는 단계,
상기 형성된 그룹 내에 포함되며, 각각의 잔기의 기본 구성이 되는
Figure pat00127
, N, C의 원자를 3차원의 공간 좌표로 정규화하는 단계, 그리고
상기 3차원 공간 좌표에 상기 그룹을 형성하는 모든 원자들을 표시하여 이미지화하는 단계를 포함하는 3차원 이미지 생성 방법.
In the method of generating a three-dimensional image of the surrounding environment of amino acid residues of proteins using a three-dimensional image generating device,
Receiving structural data for a protein,
Computing the distance between atoms contained in each residue constituting the protein using the input protein structure data, and forming a group for the residue using the calculated distance value,
It is included in the formed group, and is the basic structure of each residue
Figure pat00127
, Normalizing the atoms of N, C to three-dimensional spatial coordinates, and
And displaying all the atoms forming the group in the 3D spatial coordinates and imaging the 3D image.
제9항에 있어서,
상기 잔기에 대한 그룹을 형성하는 단계는,
상기 수신된 단백질 데이터를 이용하여 단백질을 잔기별로 분해하고, 분해한 잔기에 포함되는 원자들간의 거리값을 산출하는 단계,
상기 산출된 거리값을 이용하여 컷오프(cutoff)값을 설정하는 단계,
상기 잔기에 포함된 복수개의 원자 중에서 중심이 되는 원자를 획득하는 단계, 그리고
상기 계산된 원자들간의 거리값과 컷오프(cutoff)값을 비교하여, 상기 설정한 컷오프(cutoff)값을 가진 반경 이내에 위치하는 모든 원자들을 그룹화하며, 상기 형성된 그룹내의 원자에 대한 정보를 획득하는 단계를 포함하는 3차원 이미지 생성 방법.
The method of claim 9,
Forming a group for the residue,
Decomposing the protein for each residue using the received protein data, and calculating a distance value between atoms included in the decomposed residue,
Setting a cutoff value using the calculated distance value,
Obtaining a central atom among a plurality of atoms included in the residue, and
Comparing the distance value between the calculated atoms and the cutoff (cutoff) value, grouping all the atoms located within a radius with the set cutoff (cutoff) value, and obtaining information about the atoms in the formed group 3D image generation method comprising a.
제10항에 있어서,
상기 그룹화되는 모든 원자는,
상기 중심점이 있는 해당 잔기에 포함된 원자와, 상기 설정된 반경 이내에 위치하는 주변 다른 잔기들의 원자를 포함하는 3차원 이미지 생성 방법
The method of claim 10,
All atoms grouped above,
A method for generating a 3D image including an atom contained in a corresponding residue having the center point and an atom of other residues located within the set radius
제9항에 있어서,
상기 3차원의 공간 좌표로 정규화하는 단계는,
상기 단백질 백본(backbone)에 위치하며 모든 잔기가 동일하게 가지고 있는
Figure pat00128
, N, C의 원자에 대한 정보를 획득하는 단계,
상기 획득한
Figure pat00129
, N, C의 원자가 이루는 평면이 3차원의 공간좌표의 XY축의 평면과 평행이 되도록 위치시키는 단계, 그리고
상기 XY축과 평행하게 위치한
Figure pat00130
, N, C의 원자 중에서
Figure pat00131
을 원점에 위치시킨 다음, 상기
Figure pat00132
을 중심으로 N과 C를 좌표변환 및 회전처리를 이용하여 공간 좌표를 정규화하는 단계를 포함하는 3차원 이미지 생성 방법.
The method of claim 9,
The step of normalizing to the three-dimensional spatial coordinates,
Located in the protein backbone and all residues have the same
Figure pat00128
Obtaining information about atoms of, N, C,
Obtained above
Figure pat00129
, Positioning the plane formed by the atoms of N and C to be parallel to the plane of the XY axis of the three-dimensional spatial coordinate, and
Located parallel to the XY axis
Figure pat00130
Among the atoms of, N, C
Figure pat00131
To the origin, then
Figure pat00132
A method of generating a 3D image, comprising normalizing spatial coordinates using coordinate transformation and rotation processing of N and C as a center.
제12항에 있어서,
상기 공간 좌표를 정규화하는 단계는,
상기 3가지의 원자 중에서
Figure pat00133
의 좌표가 XY축의 원점에 위치하도록 좌표를 이동시키는 단계,
상기
Figure pat00134
을 원점에 위치시킨 상태에서 N의 좌표를 XY축의 평면에 사영시킨 다음, XY축의 평면에 위치한 N의 좌표에 대한
Figure pat00135
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 N의 좌표가 YZ축의 평면에 닿도록 Z축을 회전시키는 단계,
상기 회전된 N의 좌표에 대한
Figure pat00136
벡터와 Y축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 N의 좌표가 XY축의 평면에 닿도록 X축을 회전시키는 단계, 그리고
상기 C의 좌표를 XZ축의 평면에 사영시킨 다음,
Figure pat00137
벡터와 X축의 사이에 형성된 사잇각을 이용하여 C의 좌표가 XY축의 평면에 닿도록 Y축을 회전시키는 단계를 포함하는 3차원 이미지 생성 방법.
The method of claim 12,
Normalizing the spatial coordinates,
Among the three atoms
Figure pat00133
Moving the coordinates so that their coordinates are located at the origin of the XY axis,
remind
Figure pat00134
After projecting the coordinates of N on the plane of the XY axis while positioning at the origin, the coordinates of N on the plane of the XY axis
Figure pat00135
Rotating the Z-axis so that the coordinates of N touch the plane of the YZ-axis using the angle of incidence formed between the vector and the Y-axis,
For the coordinates of the rotated N
Figure pat00136
Rotating the X-axis so that the coordinates of N touch the plane of the XY-axis by using the sway angle formed between the vector and the Y-axis, and
After projecting the coordinates of C onto the plane of the XZ axis,
Figure pat00137
A method of generating a three-dimensional image, comprising rotating the Y-axis so that the coordinates of C contact the plane of the XY-axis using the angle of incidence formed between the vector and the X-axis.
제12항에 있어서,
상기 공간 좌표를 정규화하는 단계는,
상기
Figure pat00138
의 좌표를 원점에 위치시킨 상태에서
Figure pat00139
벡터는 y축과 평행하며, C의 좌표는
Figure pat00140
와 N의 좌표보다 크게 위치하는 3차원 이미지 생성 방법.
The method of claim 12,
Normalizing the spatial coordinates,
remind
Figure pat00138
With the coordinates of
Figure pat00139
The vector is parallel to the y-axis, and the coordinates of C are
Figure pat00140
A method of generating a 3D image positioned larger than the coordinates of and N.
제9항에 있어서,
상기 이미지화하는 단계는,
상기 XY축의 평면상에 정규화시킨
Figure pat00141
, N, C의 좌표를 잔기의
Figure pat00142
가 원점이 되는 좌표에 이동하여 위치시킨 다음, 상기
Figure pat00143
를 중심으로 상기
Figure pat00144
와의 거리가 컷오프(cutoff)값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시하는 3차원 이미지 생성 방법.
The method of claim 9,
The imaging step,
Normalized on the plane of the XY axis
Figure pat00141
, N, C coordinates of the residue
Figure pat00142
Is moved to the origin coordinate and positioned, and then
Figure pat00143
Centered on the above
Figure pat00144
A method of generating a 3D image that displays the coordinates of all atoms whose distance to and is less than the cutoff value.
제9항에 있어서,
상기 이미지화하는 단계는,
상기 그룹화된 잔기가 글라이신(GLY)일 경우,
상기 XY축의 평면상에 정규화시킨
Figure pat00145
, N, C의 좌표의
Figure pat00146
를 중심으로 상기
Figure pat00147
와의 거리가 컷오프(cutoff)값보다 작은 모든 원자의 좌표를 표시하는 3차원 이미지 생성 방법.
The method of claim 9,
The imaging step,
When the grouped residue is glycine (GLY),
Normalized on the plane of the XY axis
Figure pat00145
, N, C coordinates
Figure pat00146
Centered on the above
Figure pat00147
A method of generating a 3D image that displays the coordinates of all atoms whose distance to and is less than the cutoff value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998048270A1 (en) * 1997-04-22 1998-10-29 California Institute Of Technology Method of determining three-dimensional protein structure from primary protein sequence
KR20110089951A (en) * 2010-02-02 2011-08-10 서울대학교산학협력단 Process for selecting representative structures of active sites of protein
KR20200025033A (en) * 2018-08-29 2020-03-10 삼성중공업 주식회사 3D image viewer and model rotating method

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Peng et al. BMC Structural Biology (2014) 14:27, DOI 10.1186/s12900-014-0027-8. 1부.* *

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