(57)【要約】【課題】  ゲルなどの物体の分子量及び等電点を自動的に補正することができる位置決定方法を提供する。【解決手段】  物体の境界の位置を正確に決定する位置決定方法であって、中心領域と外部領域と物体の境界を有する境界領域とを備えた物体の２値画像が作製される第１ステップと、画素を取り除くことができなくなるまで２値画像のホモトピックな細線化が反復して行われる第２ステップとを含む位置決定方法を提供する。
2005527882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の境界の位置を正確に決定する位置決定方法であって、
前記物体がスキャンされた画像であるスキャン画像から、中心領域と外部領域と前記物体の前記境界を有する境界領域とを備えた物体の２値画像が作製される第１ステップと、
画素を取り除くことができなくなるまで前記２値画像のホモトピックな細線化が反復して行われる第２ステップと、
を含む、
位置決定方法。
【請求項２】
前記第２ステップでは、ホモトピックな前記細線化が前記物体のグレースケールの画像で前記物体を取り巻く領域において行われる、
請求項１に記載の位置決定方法。
【請求項３】
前記第２ステップでは、ホモトピックな前記細線化が前記物体のエッジ画像で行われる、
請求項２に記載の位置決定方法。
【請求項４】
前記第２ステップは、
局所的な強度の変化が前記スキャン画像内で最も高い所において高い応答値又は強度を有する前記物体のグレースケールのエッジ画像が生成される第２１ステップと、
グレースケールで制御された前記２値画像のホモトピックな前記細線化が行われる第２２ステップと、
を備え、
前記第２２ステップでは、前記２値画像からホモトピックに除去可能な画素が順序付けられ、除去される前記画素が、ゲルのグレースケールの前記エッジ画像中で最小のエッジ強度値を有する画素に位置的に対応する画素である、
請求項の１から３のいずれか１項に記載の位置決定方法。
【請求項５】
前記第２１ステップでは、前記物体の前記エッジ画像が、前記２値画像が膨張処理されたものから前記２値画像が収縮処理されたものを減ずることによって生成される、
請求項３又は請求項４に記載の位置決定方法。
【請求項６】
前記第２１ステップでは、前記物体のグレースケールの前記エッジ画像が、ソーベル法、膨張処理／収縮処理又はラプラシアン法によって生成される、
請求項４に記載の位置決定方法。
【請求項７】
前記第１ステップは、
前記物体の粗い前記２値画像が作製され、ノイズが削除されて前記２値画像がクリーニングされ、前記物体と前記物体の前記境界との領域を含む第１のグループへ前記物体が区分されて描かれるとともに前記物体の背景が第２のグループへ区分されて描かれた前記２値画像が提供される第１１ステップと、
前記２値画像が膨張処理されたものから前記２値画像が収縮処理されたものを減ずることが行われる第１２ステップと、
を備えた、
請求項１から６のいずれか１項に記載の位置決定方法。
【請求項８】
前記物体は、巨大分子のスポットを含むゲル厚片である、
請求項１から７のいずれか１項に記載の位置決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体のエッジを位置決定する方法に関する。好ましくは、２次元電気泳動ゲルのエッジの位置決定に適用される方法に関するが、それに適用される方法だけに限らない。
【背景技術】
【０００２】
１次元及び２次元（以下、２−Ｄとする）ゲル電気泳動は、血漿試料などの巨大分子の混合物から蛋白質などの巨大分子を分離するために使用される一般的な技術である。２−Ｄでは、ゲル電気泳動分離は直交軸の方向に順次行われる。第１の次元の分離は一般にＩＰＧストリップにおいて実施され、第２の次元の分離はゲルのスラブ（ｓｌａｂ）において実施される。蛋白質などの巨大分子はゲル中にスポットとして存在する。このスポットをゲルから取り出し、スポットを形成する蛋白質などの巨大分子を同定する必要がある。蛋白質などの巨大分子をゲル電気泳動により分離する場合、ゲル中の蛋白質などの個々のスポットは、白色光で視認できる染料を用いて染色されることにより、又は蛋白質自体の蛍光により可視化される。長年、ゲル内の蛋白質スポットの同定及び位置決定に努力が注がれてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ゲルのスラブ自体の境界の決定に関して公にされている承認された業績は１つもない。ゲルは極めて柔らかく可撓性があり容易に損傷を受け変形する。ゲルの境界は非常に不規則的になり得る。しかし、境界の位置決定はゲルのスポットの位置を登録するために重要である。さらに、ゲルの境界を正確に位置決定することができた場合、これによってゲルの分子量及び等電点の自動補正が可能となるはずである。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、ゲルなどの物体の分子量及び等電点を自動的に補正することができる位置決定方法を提供することにある。
なお、本発明の明細書に含まれている文書、行為、物質、装置、物品などのどんな考察も単に本発明の内容を提供することを目的としたものである。これらの事柄のどれも又は全てについて、従来技術の基礎の一部を形成することの自白であると受け取ったり、又は本出願の各請求項の優先日前に存在しているような本発明に関連する分野における通常の一般的な知識であることの自白であると受け取ってはならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の広義の態様では、物体の境界の位置を正確に決定する位置決定方法であって、物体がスキャンされた画像であるスキャン画像から、中心領域と外部領域と物体の境界を有する境界領域とを備えた物体の２値画像が作製される第１ステップと、画素を取り除くことができなくなるまで２値画像のホモトピックな細線化が反復して行われる第２ステップとを含む位置決定方法を提供する。
【０００６】
最適な結果ためには、物体はゲルであることが好ましい。また、ホモトピックな細線化の反復は、ゲルのエッジ及び周辺領域のグレースケールの画像に基づいて行われることが好ましく、エッジ画像に基づいて行われることが最も好ましい。従って本発明好ましい態様では、第２ステップは、局所的な強度の変化がスキャン画像内で最も高い所において高い応答値又は強度を有する物体のグレースケールのエッジ画像が生成される第２１ステップと、グレースケールで制御された２値画像のホモトピックな細線化が行われる第２２ステップとを備える。第２２ステップでは、２値画像からホモトピックに除去可能な画素が順序付けられ、除去される画素が、ゲルのグレースケールのエッジ画像中で最小のエッジ強度値を有する画素に位置的に対応する画素である。
【０００７】
第２２ステップは、それ以上の画素を取り除くことができなくなるまで反復して続けられる。
ソーベル法、膨張処理／収縮処理又はラプラシアン法を含め、様々な方法を使用してゲルのエッジ画像を生成することができる。
好ましい実施形態の１つでは、第１ステップは、物体の粗い２値画像が作製され、ノイズが削除されて２値画像がクリーニングされ、物体と物体の境界との領域を含む第１のグループへ物体が区分されて描かれるとともに物体の背景が第２のグループへ区分されて描かれた２値画像が提供される第１１ステップと、２値画像が膨張処理されたものから２値画像が収縮処理されたものを減ずることが行われる第１２ステップとを備える。
【０００８】
この方法は、ゲル電気泳動と称するクロマトグラフィ法に使用される型のゲルであるような物体のエッジの検出に特に適している。しかし、この方法は、画像の区分化又は物体の位置決定にエッジの検出が必要とされる他の分野に適用することも可能である。
第２ステップは、ソーベル法などエッジの検出に適した方法であればどんな方法を使用して行われてもよい。
【０００９】
次に、添付図面を参考に本発明の特定の実施形態をただ１つの例によって説明する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第一の広義の態様では、ゲルなどの物体のエッジの位置決定を正確に行うことができる。このため、ゲルなどの物体の分子量及び等電点を自動的に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図面に関して、本発明の方法では、ゲル画像の画像閾値設定が最初に行われて、粗い区分として画像の近似的な境界が得られる。図１ａでは、スキャナなどである背景１４を背にゲル１２をスキャンした画像１０が示される。閾値強度Ｔより暗い画像の部分は全て２値のうち１が割り当てられ、画像の他の部分全てには２値のうち０が割り当てられる。この粗い２値画像には、ゲル、分離した背景及びノイズが含まれる。次に、２値画像上のノイズがクリーニングされて図１ｂに示す２値画像１６を得る。この図１ｂは、基本的に、ゲルを第１のグループとして、背景を第２のグループとして区分して描かれている。ゲルを含む第１のグループ１８には、ゲル及びゲル周囲の境界領域が含まれる。この境界領域では、シャドーイング及び回折によって、ゲルのエッジに隣接する背景が残りの背景部分よりも暗く見える。この閾値Ｔは影になった境界領域を含むように設定されるので、第１のグループ１８がゲルのエッジを確実に含むようになる。
【００１２】
次いで、ノイズがクリーニングされた２値画像１６は、形態的なエッジ検出にかけられる。これは、特定の半径ｒの円又は正方形構造要素を使用して、ノイズ除去した２値画像が膨張処理されたものδｒ（Ｂ）から２値画像が収縮処理されたものεｒ（Ｂ）を差し引いたものとして定義される。ｒ値は、エッジ及びどんなシャドーイングをも含むのに十分な大きさであるがゲル中の多くのスポットを含まない程度の大きさになるように選択される。通常、ｒは１１〜２０画素である。
【００１３】
図１ｃは２２で図１ｂの２値画像１６が膨張処理されたもの（拡張されたもの）を示し、図１ｄは２４で図１ｂの２値画像１６が収縮処理されたものを示す。両図ともゲルの２値画像１８と同様な形をした２値画像である。膨張処理されたものから収縮処理されたものを減ずると幅２ｒの太い境界領域２８を有する２値画像２６が得られ、太い境界領域２８内に真の境界が位置する。次に、２値画像２６に示すこの太くした推定された境界領域２８を細線化するとゲルの推定境界として中央の又は骨格の境界を得ることができる。
【００１４】
推定された境界領域が生じると同時に、従来の局所的なエッジ検出法（エッジ（ｆ）＝δｒ１（ｆ）−εｒ１（ｆ））を使用して、エッジで起きる画像内の局所的な強度の変化がスキャンされた画像１０において最高でありゲル中にスポットが存在するような応答性の高い画像を生成する。この画像を図１ｅに３０として示す。画像には、スポットがある箇所３２と、並びに例えばゲルの境界の箇所３４及び３６とに、強度変化の高い領域がある。ソーベル法、膨張処理、収縮処理、ラプラシアン法などの様々な公知のエッジ検出法を使用することができる。例えば、ラプラシアン法では、特定の画素（「中央の」画素）のエッジ値を生成するために、隣接する画素の強度値が合計され平均化され、その平均化された強度値がその中央の画素の強度値から引かれる。本質的に、高い値は、強度の変化が最も高い場所−境界すなわちエッジを示す場所に生じる。
【００１５】
次いで、ホモトピックな細線化が２値画像２６で実施される。具体的には、このホモトピックな細線化手法は境界の細線化において画像中の領域数を変化させないので、確実に閉鎖境界が保持される。例えば、図１ｅには、中心領域４０、太い境界領域２８、及び外部領域４２の３つの領域がある。ホモトピックな細線化に使用されたアルゴリズムにより、太くされた境界領域内の各画素が検証されて、画像のホモトピーを変化させずに画素を除去することができるかどうかが検査される。以下に記述するように画素を除去することができる場合は画素が除去される。ホモトピーを破壊することなくそれ以上の画素を除去することができなくなるまでこのステップが繰り返される。
【００１６】
図２Ａ及び図２Ｂはホモトピックな細線化を例示している。図２ａでは、太くされた境界領域の境界の内側エッジの一断面が示されているが、×印を付した画素又は５０で示した画素のいずれも理論上新規な領域を作製することなくそしてホモトピーを破壊することなく境界領域から除去され得る。画素５０が除去される（すなわち、２値の値を１から０に変化させる）場合、次に画素５２が除去の候補上がる（図２Ｂ参照）。そして、画素５２が除去された場合、それを囲む７つの画素のどれも新規な領域を作製することなく除去することができる。
【００１７】
さらに正確にエッジ位置を決定するために、繰り返される各ステップでホモトピックに除去され得る全ての画素は、エッジ画像から得られたエッジ要素値に従って順序づけられている。ここで、エッジ要素値は、グレースケールのエッジ画像３０において対応する位置から決定されている。図１ｆでは、太くされた境界領域２８’が、エッジ画像３０に重なっているように示されている。繰り返される各ステップにおいて、エッジ値が最小の画素だけが除去される。この画素は最も暗い画素である。各画素が２値画像２６から除去された後、ホモトピックに新たに除去され得るどんな画素も順序づけられている。
【００１８】
この方法によって検出した境界は、輪郭に沿う最小値を最大化し、ゲルの境界に関する最も強いエッジ要素に沿って並ぶように輪郭を形成するものである。ホモトピックな細線化の方法により連続する経路が確実に形成されるので連続性は保証される。このようにして、最適の輪郭位置が形成される。このゲルが縁取る境界の決定は、エッジ要素の画像から決定されるものなので、エッジ画像の最も応答性の高い部分に自然に並ぶものとなる。
【００１９】
この方法は、大規模解析のように見えるが、優先キュー及び近傍解析を使用して極めて迅速に実施することができる。従って本発明の方法は、ゲルのエッジ閉境界を決定するための高速かつ反復可能な手法を提供する。さらに精巧にするためにコントロールスムージングを適用する。
ゲルのエッジの正確な決定には多くの用途及び利点がある。一旦、ゲルの境界がコンピュータによって正確に位置決定することができれば、これによりゲルの分子量及び等電点の自動補正が可能となる。ゲル上の蛋白質などのスポットの分子量は、蛋白質がゲルの一エッジ境界である開始点から移動した距離に相関する。図１に示すように頂部エッジが開始点である場合、ゲルを横断して、すなわち左から右へ測定したスポットの位置は蛋白質の等電点示す。
【００２０】
本方法は、このゲルの境界の同定のためにのみよりも、より全般的に適用することができることは当業者には明らかであろう。特に、この方法は、巨大分子スポットの配列が電気的ブロッティングなどによって移動する膜の境界を決定するために適用することができるであろう。この方法は、組立ライン検査、不規則な粒度分布、医療用イメージングなどにおける複数の部分の確認など、境界の検出が必要とされる他の画像解析の諸問題により広く適用することができるであろう。
【００２１】
広く記載した本発明の精神又は範囲から逸脱することなしに、本明細書の実施形態に示すように本発明には多数の変形例及び／又は変更例を含ませることができることは当業者には理解されよう。従って、本発明の実施形態は全ての点で例示であり本発明の実施形態に制限されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明にかかる物体のエッジを位置決定する方法は、ゲルなどの物体の分子量及び等電点を自動的に補正することができるという効果を有し、物体のエッジを位置決定する方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１ａ】本発明の実施形態における方法の様々なステップを例示する概略図である。
【図１ｂ】本発明の実施形態における方法の様々なステップを例示する概略図である。
【図１ｃ】本発明の実施形態における方法の様々なステップを例示する概略図である。
【図１ｄ】本発明の実施形態における方法の様々なステップを例示する概略図である。
【図１ｅ】本発明の実施形態における方法の様々なステップを例示する概略図である。
【図１ｆ】本発明の実施形態における方法の様々なステップを例示する概略図である。
【図２Ａ】ホモトピックなエッジの細線化の方法を例示する図である。
【図２Ｂ】ホモトピックなエッジの細線化の方法を例示する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  スキャンされた画像
１２  ゲル
１４  背景
１６  ２値画像
１８  第１のグループ（ゲルの２値画像）
２０  第２のグループ（背景の２値画像）
２２  ２値画像が膨張処理されたもの
２４  ２値画像が収縮処理されたもの
２６  ２値画像
２８、２８’  境界領域
３０  エッジ画像
３２  スポットがある箇所
３４，３６  ゲルの境界の箇所
４０  中心領域
４２  外部領域
【図１ａ】
2005527882.tif 000003
【図１ｂ】
2005527882.tif 000004
【図１ｃ】
2005527882.tif 000005
【図１ｄ】
2005527882.tif 000006
【図１ｅ】
2005527882.tif 000007
【図１ｆ】
2005527882.tif 000008
【図２Ａ】
2005527882.tif 000009
【図２Ｂ】
2005527882.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月20日(2003.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）物体の２値画像を作製するステップであって、該２値画像が中心領域、境界領域、及び外部領域を含み、該境界領域が物体の境界を包含するステップ、並びに
ｂ）それ以上の画素を取り除くことができなくなるまで前記２値画像のホモトピー細線化の反復を実施するステップ、を含む物体の境界を正確に決定する方法。
【請求項２】
前記ホモトピー細線化の反復を実施するステップが、物体及び物体を取り巻く領域のグレースケール画像の情報を使用して２値で実施される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グレースケールが、物体のエッジ閾値画像である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）が
ｂｉ）局所強度変化が前記画像内で最も高い所で、高い応答値又は強度を有する前記物体のグレースケールのエッジ画像を生成するステップ、及び
ｂｉｉ）グレースケールで制御した前記２値画像のホモトピー細線化を実施するステップであって、２値画像からホモトピー的に除去することができる画素を順序付け、かつ除去される画素が、前記ゲルのグレースケールのエッジ画像中で最小のエッジ／強度値を有する画素に位置的に対応する画素であるステップ、を含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記物体のエッジ閾値画像が、前記２値画像の膨張から前記２値画像の収縮を減ずることによって生成される請求項３又は請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記物体のグレースケールのエッジ画像が、ソーベル、膨張／収縮、又はラプラシアン法によって生成される請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップａ）が
ａｉ）前記物体の粗２値画像を作製し、かつノイズを除去するために画像を掃除して第２グループとしての背景を有する、１つのグループに区分化された物体を描く画像を提供し、該１つのグループが物体及び物体境界領域を含むステップ、及び
ａｉｉ）前記２値画像の膨張から前記２値画像の収縮を減ずるステップ、を含む前記請求項のいずれかに１項に記載の方法。
【請求項８】
前記物体が巨大分子スポットを含むゲル厚片である、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。


【国際調査報告】
2005527882.tif 000011
2005527882.tif 000012