The KIPS Transactions:PartB (정보처리학회논문지B)

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Asymmetric Diffusion Model for Protein Spot Matching in 2-DE Image

2차원 전기영동 영상의 단백질 반점 정합을 위한 비대칭 확산 모형

  • 최관덕 (대구과학대학 의무기록정보과) ;
  • 윤영우 (영남대학교 전자정보공학부)
  • Published : 2008.12.31
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Abstract

The spot detection phase of the 2-DE image analysis program segments a gel image into spot regions by an image segmentation algorithm and fits the spot regions to a spot shape model and quantifies the spot informations for the next phases. Currently the watershed algorithm is generally used as the segmentation algorithm and there are the Gaussian model and the diffusion model for the shape model. The diffusion model is closer to real spot shapes than the Gaussian model however spots have very various shapes and especially an asymmetric formation in x-coordinate and y-coordinate. The reason for asymmetric formation of spots is known that a protein could not be diffused completely because the 2-DE could not be processed under the ideal environment usually. Accordingly we propose an asymmetric diffusion model in this paper. The asymmetric diffusion model assumes that a protein spot is diffused from a disc at initial time of diffusing process, but is diffused asymmetrically for x-axis and y-axis respectively as time goes on. In experiments we processed spot matching for 19 gel images by using three models respectively and evaluated averages of SNR for comparing three models. As averages of SNR we got 14.22dB for the Gaussian model, 20.72dB for the diffusion model and 22.85dB for the asymmetric diffusion model. By experimental results we could confirm the asymmetric diffusion model is more efficient and more adequate for spot matching than the Gaussian model and the diffusion model.

2차원 전기영동 영상 분석 프로그램의 반점 검출 단계는 영상 분할 알고리즘을 사용해서 겔 영상을 반점 영역으로 분할하고 각 반점 영역을 반점 형태 모형에 정합하여 다음 단계에 필요한 반점 정보를 정량화한다. 현재 영상 분할 알고리즘으로는 분수령 기법이 일반적으로 사용되며, 대표적인 반점 형태 모형으로는 가우스 모형, 확산 모형이 있다. 확산 모형이 가우스 모형보다 실제의 반점 형태에 좀 더 가깝기는 하지만, 반점 형태는 매우 다양하며 특히 x-축과 y-축에 대해서 비대칭적인 형태를 보인다. 반점이 비대칭적 형태인 이유는 2-DE 처리가 통상 이상적인 환경 하에서 이루어질 수 없기 때문에 단백질이 완전히 확산되지 못하기 때문으로 알려져 있다. 따라서 본 논문에서는 비대칭 확산 모형을 제안한다. 비대칭 확산 모형은 초기에는 단백질이 하나의 원으로부터 확산되지만, 시간이 흐름에 따라 x-축과 y-축에 대해서 비대칭적으로 확산된다고 가정한 모형이다. 실험으로서 19개의 겔 영상에 대해서 세 모형별로 반점 정합을 수행하고 세 모형의 비교를 위해서 SNR의 평균을 구하였다. 실험결과인 SNR의 평균은 가우스 모형이 14.22dB, 확산 모형이 20.72dB, 비대칭 확산 모형이 22.85dB이었다. 실험결과로써 비대칭 확산 모형이 가우스 모형과 확산 모형에 비해서 반점 정합에 보다 더 효율적이며 적합한 모형임을 확인하였다.

Keywords

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