(Image Analysis of Electrophoresis Gels by using Region Growing with Multiple Peaks)

Recently, a great interest of bio-technology(BT) is concentrated and the image analysis technique for electrophoresis gels is highly requested to analyze genetic information or to look for some new bio-activation materials. For this purpose, the location and quantity of each band in a lane should be measured. In most of existing techniques, the approach of peak searching in a profile of a lane is used. But this peak is improper as the representative of a band, because its location does not correspond to that of the brightest pixel or the center of gravity. Also, it is improper to measure band quantity in most of these approaches because various enhancement processes are commonly applied to original images to extract peaks easily. In this paper, we adopt an approach to measure accumulated brightness as a band quantity in each band region, which Is extracted by not using any process of changing relative brightness, and the gravity center of the region is calculated as a band location. Actually, we first extract lanes with an entropy-based threshold calculated on a gel-image histogram. And then, three other methods are proposed and applied to extract bands. In the MER method, peaks and valleys are searched on a vertical search line by which each lane is bisected. And the minimum enclosing rectangle of each band is set between successive two valleys. On the other hand, in the RG-1 method, each band is extracted by using region growing with a peak as a seed, separating overlapped neighbor bands. In the RG-2 method, peaks and valleys are searched on two vertical lines by which each lane is trisected, and the left and right peaks nay be paired up if they seem to belong to the same band, and then each band region is grown up with a peak or both peaks if exist. To compare above three methods, we have measured the location and amount of bands. As a result, the average errors in band location of MER, RG-1, and RG-2 were 6%, 3%, and 1%, respectively, when the lane length is normalized to a unit value. And the average errors in band amount were 8%, 5%, and 2%, respectively, when the sum of band amount is normalized to a unit value. In conclusion, RG-2 was shown to be more reliable in the accuracy of measuring the location and amount of bands.

다중 피크의 영역 성장 기법에 의한 전기영동 젤의 영상 분석

최근 생명공학(BT)에 대한 관심이 집중되면서, 새로운 생리활성 물질을 찾거나 유전자 정보를 분석하기 위한 목적으로 전기영동 젤의 영상 분석 기술에 대한 요구가 급증하고 있다. 이를 위해서는 젤 영상의 레인에서 각 밴드의 위치와 양을 정확히 측정해야 한다. 기존 연구에서는 주로 레인의 프로파일에서 피크를 탐색하는 접근방법을 사용하는데, 이 피크의 위치는 밴드에 있는 최대 자기 화소의 위치도 아니고 더욱이 밴드 무게중심의 위치도 아니기 때문에 밴드의 대표 위치로 인정하기 어렵다. 또한, 피크 추출을 쉽게 하기 위해 다양한 영상 향상 처리를 적용하기 때문에 밴드의 양을 측정하기에는 부적절한 경우가 많다. 본 논문에서는 영상의 상대적인 밝기를 변화시키지 않으면서 먼저 밴드의 영역을 추출한 후, 밴드 영역의 밝기 합으로 양을 구하고 이의 무게중심을 밴드 위치로 정하는 방식을 채택한다. 실제로, 먼저 젤 영상 히스토그램에 엔트로피기반 임계치를 설정하여 레인을 추출한 후, 밴드 영역 추출을 위해 서로 다른 세 가지 방법을 시도한다. 첫째, 추출된 레인을 이등분하는 중심선을 탐색하여 피크와 밸리를 찾고, 피크의 상하 밸리를 각 밴드의 최소 포함 박스영역으로 지정하는 방법(MER), 둘째, 앞의 방법에서와 같이 구한 피크를 영역 성장의 시드로 사용하여 이웃하는 밴드와의 중첩을 해결하면서 밴드 영역을 추출하는 방법(RG-1), 셋째, 이와 달리 레인을 삼등분하는 두 탐색선에서 피크를 찾고 동일한 밴드에 속하는 피크 쌍을 결정한 후 영역을 성장하는 방법(RG-2)을 제안한다. 이상의 세 방법을 비교하기 위해 밴드의 위치 및 양을 측정한 결과, 밴드 위치의 평균 오차는 레인의 길이를 단위 크기로 정규화 할 때, MER 방법이 6%, RG-1 방법이 3%, RG-2 방법이 1%로 나타났다. 또한, 밴드 양의 평균 오차는 레인 내 밴드들의 양의 합을 단위 크기로 정규화 할 때, MER 방법이 8%, RG-1 방법이 5%, RG-2 방법이 2%로 나타났다. 결과적으로, RG-2 방법이 밴드의 위치 및 양 추출에 있어서 정확도가 가장 높은 것으로 판명되었다.