(57)【要約】【課題】模式図から自動的に特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づき統計解析を行うことによって模式図同士を比較する有効なツールがなく、模式図の解析は、研究者の長年の経験により蓄積された知識に依存するものであった。【解決手段】染色体模式図上の閉じた多角形を染色体領域として認識し、認識した染色体領域における特徴量を自動的に抽出する特徴量抽出手段と、前記染色体模式図に前記抽出した特徴量を関連付けて染色体データベースに格納する格納手段と、前記染色体模式図とそれに関連付けられた特徴量をネットワークを介して前記ユーザ端末に送信する送信手段とを含む染色体模式図解析システムを提供する。本発明によれば、染色体の各種の特徴を表す特徴量を人手を介さずに自動的に高精度に抽出することが可能となり、遠隔地の研究者であっても容易かつ迅速に染色体模式図の特徴及びその統計情報を正確に得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
染色体模式図解析システムであって、
ユーザ端末から染色体模式図をネットワークを介して受信する受信手段と、
前記受信した染色体模式図上の閉じた多角形を染色体領域として認識し、認識した染色体領域における特徴量を自動的に抽出する特徴量抽出手段と、
前記染色体模式図に前記抽出した特徴量を関連付けて染色体データベースに格納する格納手段と、
前記染色体模式図とそれに関連付けられた特徴量をネットワークを介して前記ユーザ端末に送信する送信手段と、
を含むことを特徴とする染色体模式図解析システム。
【請求項２】
請求項１に記載の染色体模式図解析システムにおいて、
前記特徴量を統計解析して統計数値を算出する統計解析手段をも含み、
前記格納手段は、前記統計数値を前記染色体データベースに格納し、
前記送信手段は、前記統計数値をも送信する、
ことを特徴とする染色体模式図解析システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の染色体模式図解析システムにおいて、
前記受信手段は、前記ユーザから解析法、及び／または、表示フォーマットをも受信し、
前記統計解析手段は、前記受信した解析法で統計解析を行い、及び／または、前記送信手段は、前記受信した表示フォーマットでデータを送信する、
ことを特徴とする染色体模式図解析システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の染色体模式図解析システムにおいて、
前記特徴量は、染色体本数、この染色体本数から推定される各染色体番号、染色体模式図上の閉じた四角形領域の境界の間隔から算出される染色体の各腕の長さ、前記各腕の長さから算出される各染色体の長さ、前記各腕の長さから算出される腕比、及び前記各染色体の長さから算出される全染色体の総長、のうち少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする染色体模式図解析システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の染色体模式図解析システムにおいて、
前記統計解析は、複数の模式図の特徴量を変量とするクラスター分析、ヒストグラム作成、散布図作成、要約統計量表作成のうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする染色体模式図解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、染色体模式図解析システムに関するものであり、より詳細には、染色体模式図を受け取りこれに基づき各種の特徴量を抽出し統計処理を加える染色体模式図解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
染色体とは、生物の遺伝情報を記録している物質であるＤＮＡがヒストンという蛋白質に巻き付いた、非常に小さな複合体である。染色体は生物の種類によって本数や細胞分裂中期のときの形などの特徴が決まっているため、それらを比較することにより、進化に関する情報が得られると考えられてきた。染色体研究では、はじめに顕微鏡写真から染色体の大きさや縞模様の様子を単純化した模式図を作る。模式図の作成には、染色体写真を拡大し、糸やマップメータで１つ１つ計測したり、切り取った写真の並べ替えをしたりなどの手間のかかる煩雑な作業が多い。これらの作業は顕微鏡写真のデジタル化、自動計測プログラム、描画ソフトなどの発達により効率化が進んできた。
しかしながら、これまで模式図から自動的に特徴量を抽出し、抽出した特徴量に基づき統計解析を行うことによって模式図同士を比較する有効なツールは開発されておらず、研究者の長年の経験により蓄積された知識に頼るのみという現状であった。そのうえ、完成した模式図についての検討も、他の種と似ている、似ていないという記述的表現に留まり、染色体の特徴を表す数値情報を一連のコンピュータシステムの中で統計的に処理して活用するという試みなされていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上述した諸課題を解決した染色体模式図解析システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による染色体模式図解析システムは、
ユーザ端末から染色体模式図をネットワークを介して受信する受信手段と、
前記受信した染色体模式図上の閉じた多角形（各々を識別可能なように縞模様などで特徴付けられている四角形領域の各々）を染色体領域として認識し、認識した染色体領域における特徴量を自動的に抽出する特徴量抽出手段と、
前記染色体模式図に前記抽出した特徴量を関連付けて染色体データベースに格納する格納手段と、
前記染色体模式図とそれに関連付けられた特徴量をネットワークを介して前記ユーザ端末に送信する送信手段と、
を含むことを特徴とする。
本発明によれば、染色体の各種の特徴を表す特徴量を人手を介さずに自動的に高精度に抽出することが可能となり、遠隔地のユーザ（研究者）であっても容易かつ迅速に染色体模式図の特徴及びその統計情報を正確に得ることができるようになる。また、染色体データベースに格納されたデータを多数のユーザで共有することが可能となり、研究者の利便性が格段に向上する。即ち、本発明によればインターネットなどのネットワークを介して複数のユーザ端末から利用できるようにすることによって、染色体模式図を表す複数のデジタル画像が持つ特徴量（即ち数値情報）を同一の計測条件で迅速に相互比較することを実現することが可能となる。
【０００５】
また、本発明による染色体模式図解析システムは、
前記特徴量を統計解析して統計数値を算出する統計解析手段をも含み、
前記格納手段は、前記統計数値を前記染色体データベースに格納し、
前記送信手段は、前記統計数値をも送信する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、遠隔地のユーザがネットワークを介して染色体の特徴量を統計数値を容易かつ迅速に得ることが可能となる。
【０００６】
さらにまた、本発明による染色体模式図解析システムは、
前記受信手段は、前記ユーザから解析法、及び／または、表示フォーマットをも受信し、
前記統計解析手段は、前記受信した解析法で統計解析を行い、及び／または、前記送信手段は、前記受信した表示フォーマットでデータを送信する、
ことを特徴とする。
【０００７】
さらにまた、本発明による染色体模式図解析システムは、
前記特徴量は、染色体本数、この染色体本数から推定される各染色体番号、染色体模式図上の閉じた四角形領域の境界の間隔から算出される染色体の各腕の長さ、前記各腕の長さから算出される各染色体の長さ、前記各腕の長さから算出される腕比、及び前記各染色体の長さから算出される全染色体の総長、のうち少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする。
【０００８】
さらにまた、本発明による染色体模式図解析システムは、
前記統計解析は、複数の模式図の特徴量を変量とするクラスター分析、ヒストグラム作成、散布図作成、要約統計量表作成のうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的な実施態様を諸図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明による染色体模式図解析システムの基本的な構成を示すブロック図である。
図に示すように、本発明による染色体模式図解析システム１００は、ユーザ端末２１０から染色体模式図をネットワーク２００を介して受信する受信手段１１０と、前記受信した染色体模式図上の染色体領域を認識し、認識した染色体領域における特徴量を自動的に抽出する特徴量抽出手段１２０と、前記染色体模式図に前記抽出した特徴量を関連付けて、システムサーバ１３５内の染色体データベース（記憶装置）に格納する格納手段１３０と、演算手段（CPU）を使用して前記特徴量を統計解析（例えば多変量解析など）して統計数値を算出する統計解析手段１４０をも含み、前記染色体模式図とそれに関連付けられた特徴量と統計数値とをネットワークを介して前記ユーザ端末に送信する送信手段１５０とを具える。
【００１０】
図２は、染色体を模式的に示した染色体式図である。図２のような染色体模式図から染色体の各部位を識別する仕方は、模式図の中で明るさが最大（白）の画素が閉じた多角形を形成している外側を重複しない四角形で近似してある色（この場合は橙色）で囲む方法による。この縦方向の画素をカウントして特徴量の基礎数値として使う。この橙色の枠が縦に連続している部分の外をある色（この場合は緑色）の枠で囲み「腕」として認識する。そして、緑の枠内の橙色の枠の縦軸の長さの和を「腕の長さ」という特徴量として得る。橙色の枠が縦に連続または不連続している部分の外をある色（この場合は青色）の枠で囲み「１本の染色体」として認識し、青の枠内の橙色の枠の縦軸の長さの和を１本の染色体の「全体長」という特徴量として得る。青色の枠の数を「染色体本数」という特徴量として得る。これらの情報を模式図と関連付けて処理した模式図の順に識別番号を付けて、本システム内の記憶装置、或いは、別個のシステムサーバ内の記憶装置などに格納する。
【００１１】
図３は、本システムによって図２の模式図から染色体領域を自動認識した結果を示す図である。図に示すように、領域１０A、１０Bが自動認識（模式図画像上の各領域の輝度値または画像パターン（縞、ハッチング、色など）などの差異に基づき認識したもの）した四角形であり、この四角形が連続するもの同士を１つにまとめたものが２０Aや２０Bであり、これらが染色体の「腕」である。そして、腕が縦に並んでいるものが３０Aであり、これが染色体である。この例では、No.1−3の合計３本の染色体が自動的に検出されている。このようにして、認識した各四角形の縦方向の長さを染色体の特徴量とする。
【００１２】
下記の表は、本システムによって抽出された特徴量及びその統計数値を示してある。左から染色体本数と、染色体本数から推定される各染色体番号、染色体模式図上の閉じた四角形領域の境界の間隔から算出される染色体の各腕の長さ、腕の長さから算出される各染色体の長さ、腕の長さから算出される腕比、各染色体の長さから算出される全染色体の総長が計算され表示されている。
【表１】
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【００１３】
本システムの統計解析機能は、複数の模式図の特徴量を変量とするクラスター分析、ヒストグラム、散布図、要約統計量を含む。クラスター分析は、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、染色体の本数、の少なくとも１つを変量とし、複数の染色体模式図を対象物として集落分けしデンドログラム表示できる機能などである。即ち、本システムは、ユーザが所望するクラスター分析やヒストグラム分析などの解析法や表示フォーマットなど受信し、それに応じて解析を行って、様々な解析結果を所望のフォーマットで表示したり、ユーザに送信したりする機能を有する。
【００１４】
例えば、ヒストグラムは、１つの染色体模式図を対象物として、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比のいずれかに関する度数分布に対するヒストグラムを表示したり、それをユーザに送信したりする機能を持つ。散布図は、染色体本数、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、模式図の識別番号のいずれか２つに関する関係をX軸またはY軸とする散布図として表示する機能を持つ。要約統計量としては、染色体本数、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長の少なくとも１つに関する、最小値、第１四分位数、中央値、平均値、第３四分位数、最大値、分散、標準偏差を計算し、表として表示する機能を持つ。
【００１５】
上述したように本システムは、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、染色体の本数、の少なくとも１つを変量とし、複数の染色体模式図を対象物として集落分けするクラスター分析を行いその結果を表示したりユーザに送信したりする機能をも持つ。図４は、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、染色体の本数、の少なくとも１つを変量とし、５枚の染色体模式図を対象物としてクラスター分析をした結果を示すデンドログラムである。
従来方法では、研究者による模式図の描画方法や計測方法に統一性がなく、再現性や標準性が低いため、厳密にはすべて生の写真の計測から模式図作成からグルーピングまで１人の研究者がやり直さなければクラスター分析などは困難であったが、本システムによれば容易かつ正確なクラスター分析が可能となる。
【００１６】
図５は、図２の染色体模式図の腕の長さに関するヒストグラムである。本発明によるシステムでは、ヒストグラムに関し、１つの染色体模式図を対象物として、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比のいずれかに関する度数分布に対するヒストグラムを表示したり、ユーザに送信したりできる機能を持つ。散布図は、染色体本数、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、模式図の識別番号のいずれか２つに関する関係をX軸またはY軸とする散布図として表示する機能を持つ。要約統計量としては、染色体本数、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長の少なくとも１つに関する、最小値、第１四分位数、中央値、平均値、第３四分位数、最大値、分散、標準偏差を計算し、表として表示する機能を持つ。
【００１７】
図６は、３枚の染色体模式図の識別番号をY軸、腕の長さをX軸とした散布図である。このように本システムは、散布図作成機能を有し、染色体本数、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、模式図の識別番号のいずれかをX軸またはY軸とする散布図などを自動的に作成することが可能である。
【００１８】
また、本システムは、統計情報を算出し、所望の表を作成し表示したりユーザに送信したりする機能をも有する。例えば、下記の表では、５枚の染色体模式図を対象物とした時の、染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、染色体の本数について、最小値、第１四分位数、中央値、平均値、第３四分位数、最大値、分散、標準偏差を示してある。
【表２】
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【００１９】
本明細書では、様々な実施態様で本発明の原理を説明してきたが、本発明は上述した実施例に限定されず幾多の変形および修正を施すことが可能であり、これら変形および修正されたものも本発明に含まれることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による染色体模式図解析システムの基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】染色体を模式的に示した染色体式図である。
【図３】本システムによって図２の模式図から染色体領域を自動認識した結果を示す図である。
【図４】染色体の各腕の長さ、各染色体の長さ、腕比、全染色体の総長、染色体の本数、の少なくとも１つを変量とし、５枚の染色体模式図を対象物としてクラスター分析をした結果を示すデンドログラムである。
【図５】図２の染色体模式図の腕の長さに関するヒストグラムである。
【図６】３枚の染色体模式図の識別番号をY軸、腕の長さをX軸とした散布図である。
【符号の説明】
【００２１】
１００  染色体模式図解析システム
１１０  受信手段
１２０  特徴量抽出手段
１３０  格納手段
１３５  システムサーバ
１４０  統計解析手段
１５０  送信手段
２００  ネットワーク
２１０  ユーザ端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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