기울기하강기법 개선을 통한 미세소관 형태 추출 및 성장 정량화

Abstract

공초점 현미경 세포 영상은 세포 내 단백질의 분포와 그 특성을 보여줌으로써 생명 현상 규명에 필수적인 역할을 하고 있다. 특히 공초점 현미경 영상을 사용한 미세소관의 연구는 알츠하이머와 같은 퇴행성 질환 및 종양 전이 와 관련 하여 중요한 의미를 가지기 때문에 활발히 진행되고 있다. 미세소관은 세포의 이동에 관여하는 단백질 요소이기 때문에 다이나믹스 분석을 필요로 한다. 따라서 시간 경과에 따른 변화를 인식하고 분석하기 위한 추출 및 추적 기법이 개발되고 있다. 하지만 미세소관의 다이나믹스를 분석하기 위한 기존 방법들은 사용자가 미세소관 몸체 내부에 두 개의 점을 입력하고 그 사이를 직선으로 근사한 수동기법이 대부분이며 그 또한 24μm에 불과한 가는 곡선 구조이기 때문에 사용자 입력과정에서 오류가 발생할 수 있다. 또한 공초점 현미경의 광학적 특성상 영상 내 번짐 현상이 심하고 대조도가 낮으므로 미세소관 영역 추출 시 부분적으로 영상의 화질이 저하된 영역에서 추출이 더 이상 진행되지 못하는 문제가 존재한다. 본 논문에서 미세소관 추출 시 미세소관 몸체 내부의 참조 점과 방향 점에 관한 수동 입력 오차 보정 및 미세소관의 정확한 길이 측정을 위한 곡선형태의 적응적인 측정 기법을 제안한다. 또한 기하특성 및 명암도 분포를 고려한 재 탐색 기법을 적용하여 미세소관 추출 시 발생하는 단절 현상을 복원한다. 미세소관의 평균적인 성장 및 감소 속도 분석을 위해 길이 증가 및 감소량을 계산하는 것이 필요하므로 수동 입력의 오차 보정 및 추출 복원을 통하여 얻은 추출 및 추적 결과로부터 미세소관의 길이변화 정량화 분석을 한다. 수동입력에서의 오차 보정 및 추출 시 단절 현상 복원 후 곡선형태의 적응적인 측정기법을 통한 미세소관의 추출 및 추적은 길이 측정의 정확성 향상을 가능하게 할 뿐만 아니라 이를 통해 올바르고 정확한 진단을 할 수 있게 한다.;Confocal microscopy cell images are essential for the examination of life phenomena by revealing the protein distribution and characteristics in a cell. Specially, research on microtubules using confocal microscopy images is actively performed because it is significantly related to degenerative diseases including Alzheimer’s disease and cancer transitions. The dynamics analysis of microtubules is necessary because microtubules participate in the cell transfer as protein elements. Therefore, the extraction and tracking algorithms have been developed to perceive and analyze the time change. However, previous approaches for the dynamics analysis of microtubules are manual line approximations between two manually identified points inside the microtubule body. The user can make an error to input because a microtubule is narrow as 24μm, and curved. In addition, the optical characteristics of confocal microscopy are severe image blurring, and low contrast so that the extraction of microtubules can't proceed in partially low-quality image area. In this paper, we propose the correction method of the manual input for the reference and direction points inside the microtubule during the extraction. In addition, we propose the adaptive curve-linear structure measurement method for the accurate microtubule measurement, and the re-tracking method considering the geometry and intensity distribution to recover the discontinuation during the extraction of the microtubule. From the extraction, and tracking result by our method, we perform the microtubule length quantitative analysis to calculate the growth and decrease length and the average change speed of the microtubule. Our proposed method including the correction, re-tracking, and adaptive measurement method improves the accuracy of the microtubule length measurement, and the diagnosis.