초록 ▼

연구개발 목표
바이오칩을 촬영한 영상을 분석하여 부가적인 정보를 얻고자 할 때, 다양한 특성을 가진 여러 종류의 바이오칩을 촬영한 영상에 대해 실험이나 스캐닝 과정에서 생기는 영향을 반영하여 처리하고 최소한의 부가적인 사용자의 입력으로 실험에서 발생한 대량의 데이터를 자동으로 분석하는 기능을 지원하는 라이브러리를 제작하여 실험 결과 분석, 실험 결과 탐색, 유전자 발현 데이터 분석 등에 활용할 수 있는 기반 기술 구축
연구개발 동기
${\cdot}$ 현재 다양한 종류의 바이오칩이 개발되어 사용되고

연구개발 목표
바이오칩을 촬영한 영상을 분석하여 부가적인 정보를 얻고자 할 때, 다양한 특성을 가진 여러 종류의 바이오칩을 촬영한 영상에 대해 실험이나 스캐닝 과정에서 생기는 영향을 반영하여 처리하고 최소한의 부가적인 사용자의 입력으로 실험에서 발생한 대량의 데이터를 자동으로 분석하는 기능을 지원하는 라이브러리를 제작하여 실험 결과 분석, 실험 결과 탐색, 유전자 발현 데이터 분석 등에 활용할 수 있는 기반 기술 구축
연구개발 동기
${\cdot}$ 현재 다양한 종류의 바이오칩이 개발되어 사용되고 있는데 제작 방식이나 회사, 실험 프로토콜 및 실험 환경에 의해 민감하게 반응하는 바이오칩의 특성 때문에 제품화된 소프트웨어보다는 사용자가 정밀하게 제어할 수 있거나 맞춤 소프트웨어 필요
${\cdot}$ 따라서, 제품화된 소프트웨어보다는 사용자가 자유롭게 자신이 필요한 기능을 선택하여 구성할 수 있는 라이브러리의 개발이 시급함
${\cdot}$ 기존 프로그램을 분석하고 실제 현장에서 바이오칩을 사용하는 사람들의 의견을 청취한 결과를 바탕으로 아래 그림에 표시된 바이오칩 영상분석에 필수적인 기능들을 라이브러리 로 개발
연구개발 방법
${\cdot}$ 다양한 운영체제를 사용하는 생물학 실험 환경을 고려하여 플랫폼에 상관없이 동작하도록 Java로 구현
${\cdot}$ 바이오칩 영상분석에 필수적인 기능들을 그 특성에 따라 다음과 같이 6개의 라이브러리로 나누어서 구성
1) 포맷변환 및 전처리 라이브러리
- 영상분석 단계에서의 효율적인 처리를 위해 요구되는 전처리 기술
2) 영상합성 및 분리 라이브러리
- 입력된 조건에 따라 여러 영상을 하나로 합성하는 기술
- 실험의 의도에 맞게 하나의 영상을 여러 영상으로 분할
3) 바이오 객체 검출 라이브러리
- 촬영된 영상에서 subarray나 spot 등 관심있는 영역을 자동으로 검출 및 보정
4) 바이오 객체 분석 라이브러리
- 분석이 끝난 영상에 대해 원하는 특징값을 자동으로 추출
- 객체의 수와 형태 둥의 정보에 대해 분석하는 기술 개발
5) 기하 질의 처리 라이브러리
- 실험과 관련된 모든 정보를 데이터베이스에 통합하여 저장, 분석, 질의 하는 기술
6) 사용자 인터페이스 및 대화형 가시화 라이브러리
- 사용자가 원하는 정보를 쉽게 볼 수 있는 대화형 2D/3D 가시화 기술
- 유전자 발현 데이터 분석 결과 가시화
연구개발 성과
${\cdot}$ 100 여개가 넘는 다양한 기능의 함수를 제공하는 바이오칩 영상분석 라이브러리 개발
${\cdot}$ 기존 소프트웨어가 제공하지 못했던 바이오칩 영상분석에서 가장 중요한 핵심기술인 전자동 스팟 검출 기능을 독자기술로 개발
${\cdot}$ 전자동 스팟 검출 기술의 개발로 바이오칩의 실용화를 앞당기고 향후 바이오칩 분석 소프트웨어 시장에서 기술적 우위 점유 예상
${\cdot}$ 수동, 반자동, 전자동의 다양한 수준의 스팟 검출 기능 제공
${\cdot}$ 전자동 스팟 검출 시스템에서 가장 문제가 되고 있는 사항은 자동화된 처리가 불가능한 영상에 대해 자동화된 처리를 수행하여 결과의 신뢰성이 많이 떨어지는 것인데 이러한 점을 개선하기 위해 자동화된 처리가 가능한 영상과 그렇지 못한 영상을 영상의 품질을 이용하여 미리 판단한 후 자동화된 처리를 하는 방식을 제안하고 이를 위해 영상의 특징을 이용하여 영상의 품질을 측정하는 기술 개발
${\cdot}$ 바이오칩이 실제로 의료나 생물학 분야에서 실용화되어 대량으로 사용되기 위해서는 영상분석 과정을 통해 얻은 유전자 발현 데이터를 컴퓨터공학 기술을 이용하여 자동으로 질병의 유무를 판판해주는 기술의 개발이 반드시 필요하므로 자기 조직화 지도와 계층적 군집화 기법을 결합한 새로운 발현 데이터 분석 기술특허 3건 출원중

Abstract ▼

Research Goal
${\cdot}$ Our research goal is to make a powerful biochip image analysis library to draw meaningful information from biochip images. We developed a fully automated subgrid and spot segmentation algorithm to measure the expression levels of each gene and relative ratios of

Research Goal
${\cdot}$ Our research goal is to make a powerful biochip image analysis library to draw meaningful information from biochip images. We developed a fully automated subgrid and spot segmentation algorithm to measure the expression levels of each gene and relative ratios of genes in different situations without user intervention. Our library can be used in biochip image analysis, experimental result management, gene expression data analysis and data visualization.
Research Motivation
${\cdot}$ Now many kind of biochips are widely used in medical school and biological laboratories, and they have different characteristics.. But, most of biochip image analysis software support only a few biochip models. So, it is essential to develop biochip image analysis libraries with which people can make their own biochip image analysis software that is customized to their experimental condition.
${\cdot}$ We develop a biochip image analysis library after a long investigation on previous biochip image software and the needs of biologists.
Library Configuration
${\cdot}$ Various biochip image analysis functions are classified into following 6 libraries.
1) Format Conversion and Preprocessing Library
- Preprocess biochip images
2) Image Synthesis and Split Library
- Merge some images according to input condition
- Split an image in two or more images
3) Bio Object Detection Library
- Detect and adjust interesting areas of images such as subarray and spot
4) Bio Object Analysis Library
- Extract image features after bio object detection
5) Database and Query Library
- Manage all experimental information in integrated Databases
6) User Interface and Interactive Visualization Library
- User-friendly 2D/3D visualization techniques
Research Achievement
${\cdot}$ We developed over one hundred biochip image analysis functions.
${\cdot}$ No previous biochip image analysis software support full automatic spot segmentation function, but our library support original full automatic spot segmentation function.
${\cdot}$ We propose an image quality measurement method to test if a biochip image can be processed automatically or needs some user intervention.
${\cdot}$ Publication
1) Changbeom Park, Donghwan Lee, Seongwhan Lee, “Hierarchical Clustering of Gene Expression Data Based on Self Organizing Map,” Proc of the 2nd Annual Conference of KSBI, Daejeon, 2003, Oct, pp. 170-177.
2) Changbeom Park, Donghwan Lee, Seongwhan Lee, “Clustering of Gene Expression Data by using SOM and Hierarchical Clustering,” Proc of the 30th fall Conference of Korea Information Science Society, Seoul, 2003, Oct, pp. 784-787.
3) PanGyu Kim, HeeJeong Jin and HwanGue Cho, “Two Quality Measures for Microarray Design and Experiment,” WABI 2003, Budapest, Hungary, 2003, Sep,
4) PanGyu Kim, HeeJeong Jin and HwanGue Cho, “Quality Measures for Microarray Design and Experiment,” Proc of the 2nd Annual Conference of KSBI, Daejeon, 2003, Oct, pp. 155-163.
${\cdot}$ Patents
1) (No.10-2003-82412) System and Method for Automatic Biochip Image Analysis
2) (No.10-2003-82413) System and Method for Exploration of Specific Expression of Gene Expression Data
3) (No.10-2003-82414) System and Method for Automatic Biochip Image Quality Analysis

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 목차...3
• I. 연구개발결과 요약문...4
• 요약문...4
• SUMMARY...6
• II. 총괄연구개발과제 연구결과...8
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표...8
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과...17
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...36
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...43
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획...46
• 6. 첨부서류...49
• Ⅲ. 제 1 세부연구개발과제 연구결과 (세부과제별로 작성)...50
• 1. 제 1 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표...51
• 2. 제 1 세부연구개발과제의 연구대상 및 방법...64
• 3. 제 1 세부연구개발과제의 최종 연구개발결과...70
• 4. 제 1 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...102
• 5. 제 1 세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...112
• 6. 제 1 세부연구개발과제의 활용계획...113
• 7. 참고문헌...117