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Dokumentenidentifikation DE10017365A1 12.10.2000
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Bildquantifizierung
Anmelder Fuji Photo Film Co. Ltd., Kanagawa, JP
Erfinder Mori, Keiji, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Anmeldedatum 07.04.2000
DE-Aktenzeichen 10017365
Offenlegungstag 12.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2000
IPC-Hauptklasse G06T 7/00
Zusammenfassung Ein Bildquantifizierverfahren und eine Bildquantifiziervorrichtung dienen zum Quantifizieren zweidimensionaler digitaler Bildinformation. Es wird eine Hintergrundzone eingesetzt, die eine von ihr umgebene interessierende Zone nicht beinhaltet, wobei die interessierende Zone in einem zweidimensionalen Bild basierend auf der zweidimensionalen digitalen Bildinformation zu quantifizieren ist. Es wird eine statistische Verteilung der pixelweisen Intensität für sämtliche Pixel in der Hintergrundzone ermittelt, außerdem eine Durchschnittsintensität der interessierenden Zone, die als eine Referenzgröße zum Erkennen der interessierenden Zone als Signifikant dient, wobei die Durchschnittsintensität aus einer statistischen Größe ermittelt wird, die ihrerseits aus der statistischen Verteilung gewonnen wird. Die interessierende Zone wird basierend auf der Referenz-Durchschnittsintensität auf ihre Signifikanz geprüft. Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung läßt sich sogar eine interessierende Zone mit geringer Intensität mit ausreichend vernünftiger und korrekter Aussagekraft auf ihre Signifikanz prüfen, so daß man korrekte quantitative Behandlungen und Analysen des Bildes in der interessierenden Zone erhält.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System zum Quantifizieren zweidimensionaler Bildinformation, insbesondere ein Bildquantifizierungsverfahren und eine Bildquantifizierungsvorrichtung, die einen Referenzwert einstellt, gemäß dem ein in einer interessierenden Zone enthaltenes Bild innerhalb eines zweidimensionalen digitalen Bildes bezüglich seiner Signifikanz geprüft wird.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Nachweis- oder Detektierverfahren bekannt. Darunter: i) ein autoradiographisches Nachweisverfahren, bei dem ein lebender Körper, dem eine radiographisch markierte Substanz zugeführt wurde, oder ein Teil eines Gewebes eines solchen lebenden Körpers einer Kontakt-Sensibilisierung unterzogen wurde, oder von dem eine Belichtung eines Röntgenfilms oder dergleichen über eine spezifizierte Zeitspanne vorgenommen wurde, um Lageinformation bezüglich der radiographischen Substanz in der Probe zu erhalten; ii) ein Chemolumineszenz-Nachweisverfahren, bei dem ein immobilisiertes Polymer, beispielsweise ein Protein oder eine Nucleinsäuresequenz, welche mit einem Chemolumineszenz-Markierstoff selektiv markiert wurde, von einer Chemolumineszenz-Substanz kontaktiert wird, um Chemolumineszenz im sichtbaren Bereich hervorzurufen, die dann detektiert wird, um polymerbezogene Information zu erhalten, beispielsweise genetische Information; iii) ein elektronenmikroskopisches Nachweisverfahren, bei dem eine metallische oder nicht metallische Probe Elektronenstrahlen ausgesetzt wird und die dadurch erhaltene Beugung oder ein Transmissionsbild der Probe detektiert wird, um eine Elementar-, Kompositionsoder Strukturanalyse durchzuführen, oder bei dem Gewebe eines lebenden Körpers Elektronenstrahlen ausgesetzt wird und das dadurch erhaltene Bild des Gewebes erfaßt wird; und iv) ein Strahlungs- Beugungsbild-Nachweisverfahren, bei dem eine Probe bestrahlt und das resultierende Strahlungs-Beugungsbild der Probe zum Analysieren der Probenstruktur detektiert wird. Bei all diesen Verfahren werden als Detektormaterial hochempfindliche Röntgenfilme verwendet, auf denen ein Strahlungsbild, ein Chemolumineszenzbild, ein elektronenmikroskopisches Bild, ein Strahlungs-Beugungsbild etc. in Form von sichtbarem Licht aufgezeichnet werden, das dann vom menschlichen Auge begutachtet werden kann.

Bei all diesen verschiedenen Detektier- oder Nachweisverfahren gab es in jüngerer Zeit den Vorschlag, die bislang als Detektiermaterial eingesetzten photographischen Filme zu ersetzen durch einen anregbaren Leuchtstoff, welcher bei Beaufschlagung mit Strahlung, sichtbarem Licht, Elektronenstrahlen etc. die daraus entstammende Energie kummulativ absorbiert, so daß der Leuchtstoff später mittels elektromagnetischer Wellen oder durch sichtbares Licht einer speziellen Wellenlänge angeregt werden kann, um stimuliertes Licht zu emittieren, dessen Menge proportional zu der akkumulierten Energie ist, die von dem Leuchtstoff bei der Beaufschlagung mit Strahlung, sichtbarem Licht oder Elektronenstrahl aufgenommen wurde. Das von dem Leuchtstoff stammende stimulierte Licht wird photoelektrisch erfaßt und in ein digitales Signal umgesetzt. Die daraus erhaltenen Bilddaten werden speziellen Bildverarbeitungen unterzogen, um ein Bild zu erhalten, welches auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt wird, beispielsweise auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, oder welches als photographisches Bild verfügbar gemacht wird. Der Einsatz von anregbarem Leuchtstoff erübrigt die chemische Behandlung, also die sogenannte "Entwicklung". Die Nachweisverfahren unter Einsatz von anregbarem Leuchtstoff haben weitere Vorteile, darunter die hohe Empfindlichkeit, die zu einer beträchtlich kürzeren Belichtungszeit und einer einfacheren Belichtung beiträgt, außerdem gute Linearität zwischen der Energie der aufgebrachten Strahlung, sichtbaren Lichts und Elektronenstrahlen einerseits und der resultierenden Bildintensität andererseits. Hinzu kommt ein größerer Umfang des linearen Bereichs; dies bedeutet einen größeren dynamischen Bereich und höhere Zuverlässigkeit bei der Quantifizierung. Als weiteren Vorteil kann die Bildintensität in Form eines digitalen Bildsignals (Datensignals) gewonnen werden, wobei die Umwandlung in das digitale Signal der Bildwiedergabe vorausgeht. Aus diesem Grund kann durch eine Signalverarbeitung basierend auf den gewonnenen digitalen Bilddaten ein gewünschtes Bild reproduziert werden, und man kann mit einem Computer eine quantitative Analyse vornehmen.

Eine Bilderzeugungs- und -analysevorrichtung für den Einsatz in Verbindung mit einem autoradiographischen Nachweisverfahren, einem Chemolumineszenz-Nachweisverfahren, einem elektronenmikrographischen Nachweisverfahren und einem Strahlungs-Beugungsbild-Nachweisverfahren, die sämtlich von dem gemeinsamen Merkmal des Einsatzes eines anregbaren Leuchtstoffblatts Gebrauch machen, um Bilddaten zu erzeugen und ein Bild anhand der generierten Bilddaten zu reproduzieren, ist in folgenden unveröffentlichten japanischen Patentanmeldungen (KOKAI) offenbart: 334662/1995; 43538/1996 und 247931/1996. Die dort offenbarten Bilderzeugungs- und Analysiervorrichtungen sind so ausgebildet, daß sie zum Vergleichen zwischen interessierenden Bildzonen eine solche interessierende oder gewünschte Zone von Bilddaten als interessierende Bildzone definieren und die Menge der Lichtemission aus dem anregbaren Leuchtstoffblatt digitalisiert wird als die Intensitäten (Dichten) der Bilderzeugungs-Pixel in dieser interessierenden Zone, wobei die Gesamtsumme der Intensitäten für die spätere quantitative Auswertung ermittelt wird. Die Vorrichtungen sind außerdem dazu ausgebildet, daß zwei oder mehr interessierende Zonen gemeinsam in einer Gruppe zusammengefaßt werden und einschlägige Parameter, so zum Beispiel die relativen Intensitäten der interessierenden Zonen innerhalb derselben Gruppe, berechnet werden, um eine daran anschließende quantitative Analyse zu ermöglichen. Um diese Funktionen der Vorrichtungen ausführen zu können, wird die interessierende Zone innerhalb eines zweidimensional dargestellten Bildes durch einen Kreis, ein Rechteck oder eine durch geknickte Linien umrandete graphische Figur umrissen, und es werden Graphikdaten als Koordinatendaten für solche Figuren als separate Einheit der Bilddaten abgespeichert, um so eine quantitative Behandlung oder Analyse der Intensitäten der Pixel innerhalb der interessierenden Zone zu ermöglichen. Die durch Detektieren eines anregbaren Leuchtstoffblatts gewonnenen Bilddaten enthalten nicht nur verschiedene Arten von Bilddaten, sondern außerdem verschiedene Formen von Hintergrundrauschen. Die an erster Stelle zu nennenden Rauschkomponenten sind solche, die während der Sensibilisierung oder Belichtung des anregbaren Leuchtstoffblatts mehr oder weniger gleichförmig auf dem Blatt in Erscheinung treten, bedingt durch kosmische Strahlen sowie Erdstrahlen oder Eigenstrahlung aus der Dünnschicht-Chromatographieplatte (TLC-Platte), welche die Entwicklung der TLC-Platte fördert, die häufig bei Studien von Arzneimetabolismus praktiziert wird. Andere Rauschkomponenten stammen aus dem anregbaren Leuchtstoffblatt, wenn aus diesem Strahlungsbildinformation ausgelesen wird. Um sicherzustellen, daß eine korrektere Berechnung der Intensitätsdaten für die einzelnen Pixel des von dem Leuchtstoffblatt gewonnenen Bildes durchgeführt werden kann, müssen die dem Hintergrund entsprechenden Daten, die Rauschkomponenten darstellen, aus den Intensitätsdaten für die individuellen Bildpixel beseitigt werden.

Zu diesem Zweck zeichnet die Bilderzeugungs- und -analysiervorrichtung eine oder mehrere graphische Figuren innerhalb derjenigen Zone des angezeigten Bildes, die an sich eine Intensität von Null aufweisen sollte, und unter Verwendung dieser "Hintergrund"-Figuren wird ein Referenz- Hintergrundwert (das heißt eine Intensität pro Einheitsfläche) aus den Intensitäten dieser Bereiche errechnet. Um den korrekten Referenz-Hintergrundwert zu bestimmen, macht der Bildanalysator nach der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (KOKAI) 43538/1996, die oben bereits erwähnt wurde, von einer speziellen Methode Gebrauch, bei der mehrere Hintergrundzonen mit Figuren gleicher Größe und Form als interessierende Zone um die eigentliche interessierende Zone herum eingerichtet werden, die Intensitäten dieser Hintergrundzonen ermittelt werden, und schließlich ein Referenz-Hintergrundwert, bei dem es sich um einen Schwellenwert zum Auswerten der interessierenden Zone als eine "signifikante" Zone handelt, anhand der statistischen Verteilung dieser Intensitäten ermittelt wird. Beispielsweise werden die Intensitäten jener Hintergrundzonen einer Durchschnittswertbildung unterzogen, um die "durchschnittliche Intensität" zu ermitteln, die dann als Referenz- Hintergrundwert verwendet wird.

Wenn die Intensität einer einzelnen Hintergrundfigur als Referenz-Hintergrundwert verwendet wird, so ist die Richtigkeit dieses Werts deshalb nicht unbedingt garantiert, weil der Wert in starkem Maß von der Stelle abhängt, an der die Hintergrundfigur eingerichtet wird. Dieses Problem ist bei dem Bildanalysator nach der bereits erwähnten ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (KOKAI) 43538/1996 nicht gegeben; allerdings besteht das dort zur Lösung des Problems verwendete Verfahren darin, mehrere Hintergrundzonen mit Hintergrundfiguren gleicher Größe und Form einzurichten und den Referenz-Hintergrundwert aus der statistischen Verteilung ihrer durchschnittlichen Intensität zu ermitteln. Statistisch gesehen gibt es bei den gewonnenen Intensitätsdaten Abweichungen, so daß diese Werte ungeeignet sind zur Gewährleistung der Korrektheit beim Prüfen der interessierenden Zone hinsichtlich ihrer Signifikanz. Dieses Problem ist besonders dann ausgeprägt, wenn die interessierende Zone eine geringe Intensität aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Bildquantifizierung, mit dessen Hilfe sogar eine interessierende Zone mit geringer Intensität hinsichtlich ihrer Signifikanz in ausreichend vernünftiger und korrekter Weise geprüft werden kann, um eine korrekte quantitative Behandlung und Analyse des Bildes innerhalb der interessierenden Zone realisieren zu können.

Zudem soll die Erfindung eine Vorrichtung zum Implementieren dieses Verfahrens angeben.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Bildquantifizierverfahren zum Durchführen einer Quantifizierung anhand zweidimensionaler Digitalbildinformation, umfassend die Schritte: Einrichten einer Hintergrundzone um eine zu quantifizierende interessierende Zone in einem zweidimensionalen Bild, basierend auf der zweidimensionalen digitalen Bildinformation, wobei die Hintergrundzone die interessierende Zone nicht einschließt, Ermitteln einer statistischen Verteilung der pixelweisen Intensität für sämtliche Pixel innerhalb der Hintergrundzone, Ermitteln einer durchschnittlichen Intensität der interessierenden Zone anhand einer aus der statistischen Verteilung gewonnenen statistischen Größe, wobei die durchschnittliche Intensität als Referenzgröße beim Ermitteln der interessierenden Zone als signifikante Zone dient, und Prüfen der interessierenden Zone hinsichtlich ihrer Signifikanz auf der Grundlage der ermittelten Referenz-Durchschnittsintensität.

Bevorzugt wird die Referenz-Durchschnittsintensität ausgedrückt unter Zuhilfenahme eines repräsentativen Werts der statistischen Verteilung, die aus statistischen Größen der statistischen Verteilung, ausgewählt wird, wobei die statistische Verteilung ein Intensitätshistogramm für die Pixel innerhalb der Hintergrundzone ist.

Außerdem wird bevorzugt, daß das Histogramm zur Bestimmung des repräsentativen Werts geglättet wird.

Es ist außerdem bevorzugt, wenn der repräsentative Wert ein Durchschnittswert der statistischen Verteilung ist, wobei es sich auch um die Referenz-Durchschnittsintensität handelt.

Es ist weiterhin bevorzugt, daß der repräsentative Wert einen Durchschnittswert A und eine Standardabweichung S der statistischen Verteilung umfaßt, wobei die Referenz-Durchschnittsintensität A + kS lautet (wobei k eine positive Zahl von 0-5 ist).

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der repräsentative Wert ein Modus M und eine Standardabweichung S der statistischen Verteilung umfaßt, wobei die Referenz-Durchschnittsintensität M + kS lautet (mit k als positiver Zahl von 0-5).

Um ein weiteres, oben angesprochenes Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Bildquantifiziervorrichtung zum Durchführen einer Quantifizierung anhand zweidimensionaler digitaler Bildinformation, umfassend: eine Anzeigevorrichtung, die ein zweidimensionales Bild basierend auf zweidimensionaler digitaler Bildinformation anzeigt, eine Einstelleinrichtung, die eine Hintergrundzone um eine zu quantifizierende interessierende Zone innerhalb des angezeigten zweidimensionalen Bildes herum einrichtet oder einstellt, wobei die Hintergrundzone die interessierende Zone selbst nicht beinhaltet, eine statistische Behandlungseinrichtung, die eine statistische Verteilung pixelweiser Intensität für sämtliche Pixel innerhalb der Hintergrundzone ermittelt und eine statistische Größe aus der statistischen Verteilung ermittelt, eine Bestimmungseinrichtung, die eine durchschnittliche Intensität der interessierenden Zone aus der ermittelten statistischen Größe bestimmt, wobei die Durchschnittsintensität als Referenzwert zum Ermitteln der interessierenden Zone als signifikant dient, und eine Prüfeinrichtung, welche die interessierende Zone hinsichtlich ihrer Signifikanz basierend auf der ermittelten Referenz-Durchschnittsintensität prüft.

Es ist bevorzugt, wenn die Bestimmungseinrichtung die Referenz-Durchschnittsintensität unter Verwendung eines repräsentativen Werts der statistischen Verteilung ermittelt, der aus statistischen Größen der statistischen Verteilung ausgewählt ist, wobei die statistische Behandlungseinrichtung ein Intensitätshistogramm für die Pixel innerhalb der Hintergrundzone als die statistische Verteilung ermittelt.

Es ist außerdem bevorzugt, wenn die statistische Behandlungseinrichtung das Histogramm glättet, um den repräsentativen Wert zu ermitteln.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Bestimmungseinrichtung einen Durchschnittswert der statistischen Verteilung als den repräsentativen Wert auswählt, wobei dieser Durchschnittswert anstelle der Referenz- Durchschnittsintensität eingesetzt wird.

Es ist außerdem bevorzugt, wenn die Bestimmungseinrichtung einen Durchschnittswert A und eine Standardabweichung S der statistischen Verteilung als repräsentativen Wert auswählt und die Referenz-Durchschnittsintensität zu A + kS bestimmt (wobei k eine positive Zahl von 0-5 ist).

Weiterhin bevorzugt ist, daß die Bestimmungseinrichtung einen Modus (häufigster Wert) M der statistischen Verteilung und eine Abweichung S von M als, den repräsentativen Wert auswählt und die Referenz-Durchschnittsintensität zu M + kS bestimmt (wobei k eine positive Zahl von 0-5 ist).

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Autoradiographiesystems, welches von der Bildquantifiziervorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zum Implementieren des erfindungsgemäßen Bildquantiiizierverfahrens Gebrauch macht;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Beispiel für die Bildlesevorrichtung zeigt, die in dem in Fig. 1 gezeigten Autoradiographiesystem verwendet wird; und

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels der quantitativen Bildanalyseeinheit, die in dem in Fig. 1 gezeigten Autoradiographiesystem eingsetzt wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Bildquantifizierverfahren sowie die erfindungsgemäße Bildquantifiziervorrichtung anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms exemplarisch ein Autoradiographiesystem, welches von der Bildquantifiziervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung Gebrauch macht, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Bildquantifizierverfahren implementiert wird. In der folgenden Beschreibung wird als repräsentatives Beispiel ohne Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung eine Ausführungsform eines Bildquantifizierverfahrens und einer Bildquantifizierungsvorrichtung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Autoradiographiesystem erläutert, mit dessen Hilfe die Bildinformation eines Autoradiographiebildes analysiert werden soll.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt das Autoradiographiesystem, welches von dem erfindungsgemäßen Konzept Gebrauch macht und allgemein mit 12 bezeichnet ist, eine Bildquantifiziervorrichtung 10 gemäß der Erfindung zum Ausführen einer quantitativen Behandlung und Analyse eines autoradiographischen Bildes, und eine Bildlesevorrichtung 14, die die Bildquantifiziervorrichtung 10 mit digitalen Bilddaten bezüglich des Autoradiographiebildes versorgt.

Es sei zunächst die Bildlesevorrichtung 14 beschrieben, die an die Autoradiographiebild-Quantifiziervorrichtung 10 angeschlossen ist, um diese mit digitalen Bilddaten bezüglich des Autoradiographiebildes zu versorgen.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Beispiel der Bildlesevorrichtung 14 zeigt, mit deren Hilfe das Autoradiographiebild, welches kummulativ auf einem anregbaren Leuchtstoffblatt Z aufgezeichnet wurde, in Form digitaler Bilddaten gelesen wird. Auf dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z ist Lageinformation bezüglich einer mit einer Röntgenmarkierungssubstanz versehenen Probe in Form von Strahlungsenergie angesammelt. Der Begriff "Lageinformation bezüglich einer röntgenmarkierten Substanz" bedeutet verschiedene Arten von Lagebezugsinformation für die röntgen- oder radiomarkierte Substanz oder deren Anhäufung innerhalb der Probe, wobei exemplarisch auf die Lage und die Gestalt der Ansammlung der röntgenmarkierten Substanz innerhalb der Probe hinzuweisen ist, außerdem auf die Konzentration der röntgenmarkierten Substanz innerhalb dieser Stelle sowie die Verteilung der Substanz. Diese Arten von Information lassen sich entweder individuell oder in gewünschten Kombinationen als Lageinformation für die röntgenmarkierte Substanz gewinnen. Beim hier betrachteten Ausführungsbeispiel werden einer Mehrzahl von Labortieren mehrere Medikamente mit unterschiedlichen Ingredienzien verabreicht, wobei der Tierurin nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne gesammelt und einer chromatographischen Entwicklung auf PLC-Platten unterzogen wird. Bilder der erhaltenen Proteinproben werden kummulativ auf dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z aufgezeichnet.

Das anregbare Leuchtstoffblatt Z mit der darauf befindlichen Lageinformation über die röntgenmarkierte Substanz innerhalb der Probe trägt also eine in kummulativer Weise erfolgte Aufzeichnung und wird an eine Leseeinheit 14a der Bildlesevorrichtung 14 gesendet, wo von einer Laserlichtquelle 16 stammendes Laserlicht L das Blatt Z rasternd abtastet, damit das Blatt dazu angeregt wird, stimuliertes Licht zu emittieren. Das von der Laserlichtquelle 16 kommende Laserlicht L durchläuft ein Filter 18, um den Wellenlängenbereich zu sperren, der dem Wellenlängenbereich der stimulierten Lichtemission aus dem angeregten Blatt Z entspricht. Dann läuft das Laserlicht L durch einen Strahlaufweiter 20, um eine korrekte Justierung der Strahlbündelgröße zu erreichen, bevor das Strahlbündel auf einen optischen Deflektor 22 trifft, beispielsweise auf einen Galvanometerspiegel. Das von dem optischen Deflektor 22 abgelenkte Laserlicht L durchsetzt eine fθ-Linse (Abtastlinse) 24 und wird von einem Planspiegel 26 reflektiert, so daß es eindimensional auf das anregbare Leuchtstoffblatt Z fällt. Die fθ-Linse 24 garantiert, daß das anregbare Leuchtstoffblatt Z mit dem Laserlicht L bei gleichmäßiger Strahlgeschwindigkeit abgetastet wird. Synchron mit dieser Laserstrahlabtastung wird das anregbare Leuchtstoffblatt Z in Pfeilrichtung A (siehe Fig. 2) bewegt, damit seine gesamte Oberfläche von dem Laserlicht L abgetastet wird. Bei der Beleuchtung mit dem Laserlicht L emittiert das anregbare Leuchtstoffblatt Z Licht in einer Menge, die proportional ist zu der kummulativ gespeicherten Strahlungsenergie, und das abgehende Anregungslicht wird in ein Lichtleitblatt 28 eingeleitet.

Das Lichtleitblatt 28 besitzt ein lineares Lichteingangsende und befindet sich eng an dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z, so daß das Lichteingangsende der Abtastzeile auf dem Blatt Z gegenübersteht. Das Austrittsende des Lichtleitblatts 28 besitzt Ringform und ist mit der Lichteingangsfläche eines Photodetektors 30 gekoppelt, der - zum Beispiel in Form eines Photoelektronenvervielfachers - eine photoelektrische Umwandlung ausführt. Das Lichtleitblatt 28 besteht aus einem transparenten Thermoplast, beispielsweise einem Acryl-Synthetikharz, und seine Form ist derart festgelegt, daß das in das Lichteintrittsende gelangende Licht durch wiederholte Totalreflexionen an den Innenflächen geleitet wird, bis es aus dem Austrittsende austritt und die Lichtempfangsfläche des Photodetektors 30 erreicht. Auf diese Weise wird das von dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z ansprechend auf die Beleuchtung mit dem Laserlicht L kommende Anregungslicht in das Lichtleitblatt 28 eingeleitet und läuft durch wiederholte Totalreflexion an den Innenflächen bis hin zu dem Austrittsende und anschließend zu dem Photodetektor 30. Die Lichtaufnahmefläche des Photodetektors 30 trägt ein Filter, welches Licht im Wellenlängenbereich der stimulierten Lichtemission aus dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z durchläßt, hingegen Licht mit Wellenlängen im Bereich des Laserlichts L sperrt. Deshalb gelangt nur Licht aus dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z zu dem Photodetektor 30 und wird von diesem photoelektrisch umgesetzt. Die Laserlichtquelle 16, das Filter 18, der Strahlaufweiter 20, der optische Deflektor 22, die fθ-Linse 24, der Planspiegel 26, das Lichtleitblatt 28 und der Photodetektor 30 bilden gemeinsam die Leseeinheit 14a.

Das von dem Photodetektor 30 photoelektrisch erfaßte Anregungslicht wird in ein elektrisches Signal umgesetzt und zu einer Aufnahmesignal- Wandlereinheit 14b gesendet, wo es in ein Signal umgesetzt wird, welches sich zur Eingabe in die erfindungsgemäße Bildquantifiziervorrichtung 10 eignet. Genauer gesagt: zunächst wird das elektrische Signal einem Verstärker 32 mit vorbestimmtem Verstärkungsfaktor zugeführt und dort auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt, bevor es in einen A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) 34 eingegeben wird. In dem A/D-Wandler 34 wird das elektrische Signal in ein digitales Signal umgesetzt, und zwar mit einem Skalenfaktor, der an die Signalschwankungsbreite des digitalen Signals vorangepaßt ist, um anschließend in einen Zeilenpuffer 36 eingegeben zu werden. Der Zeilenpuffer 36 ist ein Zwischenspeicher für Bilddaten, die einer Abtastzeilenreihe entsprechen. Nach der Speicherung der Bilddaten für eine Abtastzeilenreihe sendet der Zeilenpuffer 36 die gespeicherten Bilddaten zu einem eine höhere Kapazität aufweisenden Sendepuffer 38. Wenn ein vorbestimmtes Volumen an Bilddaten gespeichert ist, sendet der Sendepuffer 38 die Daten an die Bildquantifiziervorrichtung 10 gemäß der Erfindung, die dazu ausgebildet ist, eine quantitative Behandlung und Analyse bezüglich des Autoradiographiebildes durchzuführen. Der vorerwähnte Verstärker 32, der A/D- Wandler 34, der Zeilenpuffer 36 und der Sendepuffer 38 bilden gemeinsam die Aufnahmesignal-Wandlereinheit 14b.

Zurückkehrend zu Fig. 1, enthält die Autoradiographiebild-Quantifiziervorrichtung 10 eine Signalverarbeitungseinrichtung 40, eine Bilddatenspeichereinrichtung 42 und eine Bildanzeigevorrichtung (eine Kathodenstrahlröhre; CRT) 44. Die Lageinformation für die röntgenmarkierte Substanz in der Probe enthaltenden Bilddaten, die kummulativ auf dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z aufgezeichnet waren und von der Bildlesevorrichtung 14 aufgenommen und in ein digitales Signal umgesetzt wurden, werden von der Signalverarbeitungseinrichtung 40 empfangen und zwecks Reproduktion eines sichtbaren Bildes einer geeigneten Signalverarbeitung unterzogen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 40 zeichnet außerdem gewünschte Zonen in einem Bereich der Bilddaten als interessierende Zone sowie umgebende Hintergrundzonen, sie berechnet verschiedene quantitative und analytische Werte, so zum Beispiel die Dichten der Pixel in jenen Zonen (die den Strahlungsintensitäten und mithin den Signalintensitäten entsprechen und im folgenden als " Intensität" oder "Intensitäten" bezeichnet werden, je nachdem, welcher Begriff am geeignetsten ist), und prüft die interessierende Zone hinsichtlich ihrer Signifikanz. Die Bilddatenspeichereinrichtung 42 enthält eine Zwischenbilddaten-Speichereinheit 42a, in der die von der Bildlesevorrichtung 14 in die Signalverarbeitungseinrichtung 40 eingegebenen Bilddaten vorübergehend gespeichert werden, außerdem eine Bilddatenspeichereinheit 42b zum Speichern der der Signalverarbeitung unterzogenen Bilddaten. Die Kathodenstrahlröhre 44 ist ein Gerät, auf dem die Lageinformation enthaltenden Bilddaten bezüglich der röntgenmarkierten Substanz innerhalb der Probe als Bild reproduziert wird.

Die Signalverarbeitungseinrichtung 40 besitzt einen Empfangspuffer 46, eine Steuereinheit 48 und eine Bildquantifizier- und Analysiereinheit 50. Der Empfangspuffer 46 empfängt die Bilddaten bezüglich des Autoradiographiebildes von dem Sendepuffer 38 in der Bildlesevorrichtung 14. Die Steuereinheit 48 steuert das Lesen der vorübergehend gespeicherten Bilddaten aus der Zwischen-Bilddaten-Speichereinheit 42a in der Bilddatenspeichereinrichtung 43, sie steuert außerdem das Lesen aus der und das Einschreiben in die Bilddatenspeichereinheit 42b. Ferner steuert die Steuereinheit 48 den Gesamtbetrieb der Bildquantifiziervorrichtung 10 gemäß der Erfindung. Die Bildquantifizier- und Analysiereinheit 50 ist der am meisten charakteristische Teil der Bildquantifiziervorrichtung 10 und weist folgende Funktionen auf: sie führt eine Signalverarbeitung bezüglich der Bilddaten von der Bilddatenspeichereinheit 42b aus, um die Reproduktion eines sichtbaren Bildes zu ermöglichen, welches passende Dichtewerte, passende Farbe und geeigneten Kontrast aufweist, wobei gute, zur Beobachtung geeignete analytische und quantitative Merkmale zum Ausdruck kommen; sie zeichnet außerdem gewünschte Zonen in einem Bereich der Bilddaten als interessierende Zone sowie umgebende Hintergrundzonen, und sie berechnet verschiedene quantitative und analytische Werte, so zum Beispiel die Dichten der Pixel in jenen Bereichen (die den Strahlungsintensitäten und mithin den Signalintensitäten entsprechen und im folgenden je nachdem als "Intensität" oder " Intensitäten" bezeichnet werden). Um ein Beispiel für die interessierende Zone zu geben, werden der durchschnittliche Intensität sowie für eine Hintergrundzone die statistische Verteilung der Intensitäten der Pixel in der Zone bestimmt, um einen Referenz-Hintergrundwert zu errechnen, bei dem es sich um ein besonderes Merkmal der Erfindung handelt, und der als Schwellenwert zur Auswertung der interessierenden Zone als signifikant dient. Die Bildquantifizier- und Analysiereinheit 50 prüft außerdem die interessierende Zone auf Signifikanz, und zwar auf der Basis des berechneten Referenz-Hintergrundwerts und der durchschnittlichen Intensität der interessierenden Zone.

Das vorübergehend in dem Sendepuffer 38 der Bildlesevorrichtung 14 gespeicherte Bild wird zur Zwischenspeicherung im Empfangspuffer 46 der Signalverarbeitung 40 innerhalb der Autoradiographiebild-Quantifiziereinrichtung 10 gesendet. Wenn eine vorbestimmte Menge von Bilddaten in dem Empfangspuffer 46 gespeichert ist, wird diese Datenmenge zur Zwischenspeicherung an die Zwischen-Bilddaten-Speichereinheit 42a der Bilddatenspeichereinrichtung 42 gesendet. Auf diese Weise werden die aus dem Sendepuffer 38 in der Bildlesevorrichtung 14 zur Zwischenspeicherung im Empfangspuffer 46 innerhalb der Signalverarbeitungseinrichtung 40 gesendeten Bilddaten zur Zwischenspeicherung an die Zwischen-Bilddaten-Speichereinheit 42a der Bilddatenspeichereinrichtung 42 geleitet. Wenn die durch Abtasten der gesamten Oberfläche des anregbaren Leuchtstoffblatts Z durch den Laserstrahl L erhaltenen Bilddaten auf diese Weise in der Zwischen-Bilddaten-Speichereinheit 42a der Bilddatenspeichereinrichtung 42 gespeichert sind, liest die Steuereinheit 48 in der Signalverarbeitungseinrichtung 40 vorbestimmte Bilddaten aus der Zwischen-Bilddaten-Speichereinheit 42a und speichert sie in der Bilddatenspeichereinheit 42b.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das Einzelheiten der Bildquantifizier- und -analysiereinheit 50 innerhalb der Autoradiographiebild-Quantifiziervorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der Erfindung sowie die dazugehörige Peripherieschaltung zeigt.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, enthält die Bildquantifizier- und Analysiereinheit 50 einen Anzeigebilddaten-Erzeugungsteil 42, einen Graphikdaten-Erzeugungsteil 54, einen Graphikdaten-Speicherteil 56, einen quantitativen Behandlungsteil 58, einen quantitativen Datenspeicherteil 60, einen Anzeigegraphikdaten-Erzeugungsteil 62, einen Bildsyntheseteil 64, einen Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66, einen Testteil 68, einen Resultatdaten-Erzeugungsteil 72 und einen Fensterspeicher 74. Ansprechend auf Manipulationen einer (nicht dargestellten) Eingabeeinrichtung durch den Benutzer führt der Anzeigebilddaten-Erzeugungsteil 42 vorbestimmte Verarbeitungen auf den Bilddaten aus der Bilddatenspeichereinheit 42b aus, um Anzeigebilddaten bezüglich des auf der CRT 44 anzuzeigenden Bildes zu generieren. Der Graphikdaten-Erzeugungsteil 54 generiert Graphikdaten, so zum Beispiel Kreise, Rechtecke sowie graphische Figuren, die durch geknickte, verbundene Linien gebildet sind, um vorbestimmte Zonen des auf dem Bildschirm der CRT 44 dargestellten Bildes zu umgeben, exemplarisch hier angeführt in Form einer interessierenden Zone sowie umgebenden Hintergrundzonen, und er gibt die generierten Graphikdaten an den Graphikdatenspeicherteil 56, der die eingegebenen Graphikdaten abspeichert. Der quantitative Behandlungsteil 58 vergleicht die in dem Graphikdaten-Speicherteil 56 abgespeicherten Graphikdaten mit den von dem Anzeigebildaten-Erzeugungsteil 52 generierten Anzeigebilddaten, und auf der Grundlage dieses Vergleichs generiert der Teil 58 quantitative Daten, die kennzeichnend sind für quantitative Parameter, so zum Beispiel für die Intensität des in der auf dem Bildschirm der CRT 44 dargestellten Figur enthaltenen Bildes. Der Speicherteil 60 für quantitative Daten speichert die von dem quantitativen Behandlungsteil 58 erzeugten quantitativen Daten. Auf der Grundlage der in dem Graphikdatenspeicherteil 56 abgespeicherten Graphikdaten erzeugt der Anzeige-Graphikdaten-Erzeugungsteil 62 Anzeigegraphikdaten bezüglich der auf der CRT 44 darzustellenden Figuren. Der Bildsyntheseteil 64 synthetisiert die Anzeigebilddaten mit den Anzeigegraphikdaten. Der Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66 führt eine statistische Behandlung unter Verwendung quantitativer Daten durch, die durch den quantitativen Behandlungsteil 58 auf der Grundlage der Graphikdaten für mehrere Figuren erzeugt werden, die von dem Bediener in den Hintergrundzonen um die interessierende Zone herum eingestellt werden, wobei diese Daten von dem Graphikdaten-Erzeugungsteil 54 erzeugt wurden. In dem hier betrachteten Fall handelt es sich bei den quantitativen Daten um Intensitätsdaten für sämtliche Pixel in sämtlichen Hintergrundzonen, die von der Bedienungsperson eingerichtet wurden. Als Ergebnis dieser statistischen Behandlung erzeugt der Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66 den Referenz-Hintergrundwert und speichert ihn ab, wobei der Referenz-Hintergrundwert ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Der Prüfteil 68 testet die interessierende Zone auf ihre Signifikanz, wozu er den Referenz-Hintergrundwert verwendet, der in der geschilderten Weise von dem Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66 erzeugt wurde. Die resultierenden Daten, so zum Beispiel das Ergebnis der Prüfung der interessierenden Zone, die durch den Testteil 68 als signifikant erkannt wurde, werden ebenso wie die dazugehörigen quantitativen und analytischen Werte in geeigneter Form, beispielsweise als Tabellen, von dem Resultat-Datenerzeugungsteil 72 auf der Grundlage der in dem quantitativen Datenspeicherteil 60, dem Hintergrunddaten- Verwaltungsteil 66 und dem Prüfteil 68 gespeicherten Daten generiert. Die von dem Bildsyntheseteil 64 erzeugten zusammengesetzten Bilddaten und die von dem Resultatdaten-Erzeugerteil 72 generierten Resultatdaten werden vorübergehend in den Fensterspeicher 74 abgespeichert, bis sie an die CRT 44 ausgegeben werden.

Ansprechend auf das Manipulieren einer Eingabevorrichtung durch den Benutzer generiert der Anzeigebilddatenerzeugungsteil 52 Anzeigebilddaten, die größer oder kleiner als die Bilddaten sind, die selektiv aus der Bilddatenspeichereinheit 42b ausgelesen wurden. Das Ausmaß der Vergrößerung oder Verkleinerung bestimmt sich durch ein durch den Bediener eingegebenes vorbestimmtes Skalierungsverhältnis. Um die interessierende Zone innerhalb des auf dem Bildschirm der CRT 44 angezeigten Bildes und die umgebenden Hintergrundzonen zu umschließen, manipuliert der Bediener die (nicht gezeigte) Maus, um geeignete Formen für Graphikdaten aus einem (nicht gezeigten) Speicher auszuwählen und Figuren der ausgewählten Gestalten auf dem Bildschirm der CRT 44 anzuordnen und damit Graphikdaten zu generieren, die dann in dem Graphikdatenspeicherteil 56 abgespeichert werden. Der Graphikdatenspeicherteil 56 besitzt eine Graphikdatenbank 76, welche Graphikdaten für jede der Figuren abspeichert, deren Formen von der Bedienungsperson ausgewählt und in gewünschten Positionen angeordnet wurden. Wenn die Bedienungsperson die ausgewählten Figuren auf den Bildschirm der CRT 44 angeordnet hat, werden Figuren-Speziesdaten, die die Spezies der ausgewählten Figuren angeben, und Koordinatendaten, die die Positionen angeben, in denen die ausgewählten Figuren auf den in der Bilddatenspeichereinheit 42b gespeicherten Bilddaten gelegen sind, von dem Graphikdatenspeicherteil 54 in vorbestimmten Zonen der Graphikdatenbank 76 gespeichert. Sämtliche der in der Graphikdatenbank 76 von dem Graphikdaten-Erzeugungsteil 54 abgespeicherten Graphikdaten umfaßt mindestens zwei Arten von Daten, nämlich Figurspeziesdaten, die die Art einer ausgewählten Figur angeben, und Koordinatendaten, die die Position eines Referenzpunkts innerhalb der Figur angeben. Bei der hier betrachteten Ausführungsform können die Figurspezies Kreise, Rechtecke und durch geknickte Linien verbundene graphische Figuren umfassen. Wenn die Figur auf den in der Bilddatenspeichereinheit 42b gespeicherten Bilddaten angeordnet wird, repräsentieren Koordinatendaten für einen Referenzpunkt innerhalb der Figur die Koordinaten des Punkts (x, y) von beispielsweise der oberen linken Ecke eines Rechtecks, welches von der Figur umschrieben wird. Werden mehr als eine Figur ausgewählt, damit die interessierende Zone und die Hintergrundzonen umschrieben werden, so werden den einzelnen Figuren vorzugsweise verschiedene Nummern als Verwaltungsschlüssel zugeordnet. Gleichzeitig werden die Figuren vorzugsweise zu Gruppen klassifiziert und gruppenweise verwaltet. Das Verfahren der Gruppenverwaltung ist in keiner speziellen Weise beschränkt, man kann von jedem bekannten Verfahren Gebrauch machen, beispielsweise von demjenigen, das in der oben bereits erwähnten ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (KOKAI) 43538/1996 offenbart ist.

Die in dem Graphikdatenspeicherteil 56 abgespeicherten Graphikdaten werden anschließend in den Anzeigegraphikdaten-Erzeugungsteil 62 eingelesen, wo die Daten einer vorbestimmten Verarbeitung unterzogen werden. Die verarbeiteten Graphikdaten werden an einen Bildsyntheseteil 64 ausgegeben und mit den Anzeigebilddaten zusammengesetzt. Die resultierenden zusammengesetzten Daten werden über den Fensterspeicher 74 an die CRT 44 ausgegeben. Der Speicherteil 60 für die quantitativen Daten besitzt eine Datenbank 78 für quantitative Daten, die Quantitätsdaten auf der Basis einzelner Figuren speichert. Die Quantitätsdaten bestehen aus PSL-Wert-Daten in Verbindung mit den Intensitäten der Bilderzeugungspixel in den auf dem Bildschirm der CRT 44 angeordneten Figuren, ferner aus Bereichsdaten, die die Flächenbereiche der Figuren angeben. Die PSL-Wert-Daten stellen das Integral der Strahlung dar, welche von einer Zone innerhalb des anregbaren Leuchtstoffblatts Z empfangen wurde, welche der von einer Figur begrenzten Bildzone entspricht. Es sei hier angenommen, daß der Bediener eine (nicht dargestellte) Eingabeeinrichtung betätige, um eine gewisse Figur festzulegen, und daß er einen Befehl eingebe, um eine quantitative Behandlung der Zone innerhalb der Figur auszuführen. Dann liest der quantitative Behandlungsteil 58 vorbestimmte Graphikdaten aus der Graphikdatenbank 76. Die in der den Graphikdaten entsprechenden Figur enthaltenden Bilddaten werden ebenfalls aus dem Anzeigebilddaten-Erzeugungsteil 52 ausgelesen, und die Fläche der Figur sowie die Intensitäten der Bilderzeugungspixel innerhalb der Figur werden von dem Teil 58 berechnet. Diese Parameter bilden quantitative Daten, und der Teil 58 speichert sie in einer vorbestimmten Zone innerhalb der Quantitätsdatenbank 78, das heißt in derjenigen Zone, die den Graphikdaten entspricht, welche aus der Graphikdatenbank 76 geholt wurden.

Der Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66 enthält einen Statistikbehandlungs-Unterabschnitt 80 und einen Referenz-Hintergrundwert-(BG-) Erzeugungsunterabschnitt 82 (der im folgenden als Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt bezeichnet wird). Der Statistikbehandlungs-Unterabschnitt 80 führt eine statistische Behandlung unter Verwendung von Intensitätsdaten für sämtliche Pixel in der vom Bediener eingestellten Hintergrundzone aus (ist mehr als eine Hintergrundzone eingerichtet, so liegen die Pixel in sämtlichen dieser Hintergrundzonen). Der Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 82 generiert einen Referenz-Hintergrundwert aus den statistischen Werten, die in dem Statistikbehandlungs-Unterabschnitt 80 gewonnen wurden.

Der Statistikbehandlungs-Unterabschnitt 80 erfaßt zunächst Graphikdaten bezüglich einer Mehrzahl von Figuren, die von der Bedienungsperson in den Hintergrundzonen um die interessierende Zone herum eingerichtet wurden, wobei die interessierende Zone in dem Graphikdaten-Erzeugungsteil 54 erzeugt und in der Graphikdatenbank 76 innerhalb des Graphikdaten-Speicherteils 56 gespeichert wurden. Der Statistiktbehandlungs- Unterabschnitt 80 erfaßt außerdem die quantitativen Daten innerhalb einer entsprechenden Figur, die in den Quantitätsbehandlungsabschnitt 58 auf der Grundlage der erfaßten Graphikdaten erzeugt wurden, und die in der Quantitätsdatenbank 58 innerhalb des Quantitätsdaten-Speicherteils 60 gespeichert wurden. In dem hier betrachteten Fall handelt es sich bei den Quantitätsdaten um Intensitätsdaten für sämtliche Pixel in sämtlichen Hintergrundzonen, die von dem Bediener eingerichtet wurden. Unter Verwendung sämtlicher aufgenommenen Intensitätsdaten bestimmt der Statistikbehandlungs-Unterabschnitt 80 statistische Verteilungen, beispielsweise Form von Histogrammen. Aus den so ermittelten statistischen Verteilungen, beispielsweise Histogrammen, berechnet der Statistikbehandlungs-Unterabschnitt 80 mindestens eine statistische Größe, so zum Beispiel den Durchschnittswert, die Standardabweichung und den. Modus (den häufigsten Wert), und sendet diesen Wert an den Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 82. Um eine statistische Größe zu berechnen, die als repräsentativer Wert hergenommen werden kann, werden vorzugsweise die als statistische Verteilungen ermittelten Histogramme einer Glättung unterzogen. Unter Verwendung der empfangenen statistischen Größe als repräsentativen Wert der in dem Statistikbehandlungs- Unterabschnitt 80 erzeugten statistischen Verteilungen berechnet der Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 82 den Referenz-Hintergrundwert, speichert den berechneten Referenz-Hintergrundwert und sendet ihn an den Prüfabschnitt 68.

Der in diesem Schritt ermittelte Referenz-Hintergrundwert bedeutet eine durchschnittliche Referenz-Intensität oder die durchschnittliche Intensität der interessierenden Zone, die als Referenzgröße dazu dient, herauszufinden, daß die von dem Bediener eingerichtete interessierende Zone eine signifikante Zone ist. Folglich kann der Referenz-Hintergrundwert mit Sicherheit als die Untergrenze der durchschnittlichen Intensität der interessierenden Zone betrachtet werden, oberhalb von dem die interessierende Zone als "signifikant" ermittelt wird.

Als repräsentativen Wert der statistischen Verteilungen wählt der Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 82 vorzugsweise den Durchschnitt A aus den oben angesprochenen statistischen Größen aus und verwendet diesen Wert als Referenz-Hintergrundwert.

Vorzugsweise wählt der Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 82 den Durchschnittswert A und die Standardabweichung S als zwei repräsentative Werte für die statistischen Verteilungen aus und definiert den Referenz-Hintergrundwert durch A + kS, wobei k eine positive ganze Zahl von 0-5, das heißt 0, 1, 2, 3, 4 oder 5 ist.

Der Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 82 kann den Modus M anstelle des Durchschnittswerts A auswählen, und er definiert dann den Referenz-Hintergrundwert durch M + kS (wobei k eine positive ganze Zahl von 0-5 ist).

Oben wurde der grundlegende Aufbau des Hintergrunddaten-Verwaltungsteils 66 erläutert, der eine statistische Behandlung der Hintergrundzonen gemäß der Erfindung durchführt und den Referenz-Hintergrundwert erzeugt und abspeichert.

Der Prüfteil 68 testet die interessierende Zone auf Signifikanz unter Heranziehung des Referenz-Hintergrundwerts, der von dem Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 42 des Hintergrunddaten-Verwaltungsteils 66 erzeugt wurde. Genauer gesagt: der Prüfteil 68 führt folgende Operationen aus: Erfassen der Graphikdaten, die von dem Bediener als interessierende Zone eingerichtet wurden, die in dem Graphikdaten-Erzeugungsteil 54 generiert und in der Graphikdatenbank 76 innerhalb des Graphikdaten-Speicherteils 56 gespeichert wurden; Erfassen der Quantitätsdaten oder quantitativen Daten innerhalb der entsprechenden Figur der interessierenden Zone, die in dem Quantitätsbehandlungsteil 58 auf der Grundlage der erfaßten Graphikdaten erzeugt wurden und in der Quantitätsdatenbank 78 des Quantitätsdatenspeicherteils 60 gespeichert wurden (beim hier betrachteten Fall sind die zu erfassenden quantitativen Daten durchschnittliche Intensitätsdaten oder der Durchschnittswert der Intensitätsdaten für sämtliche Pixel in der vom Bediener eingerichteten interessierenden Zone); Vergleichen der erfaßten durchschnittlichen Intensitätsdaten für die interessierende Zone mit dem in dem Referenzwert-Erzeugungsunterabschnitt 82 erzeugten Referenz-Hintergrundwert; und Ermitteln der interessierenden Zone als "signifikant" dann, wenn die durchschnittlichen Intensitätsdaten größer sind als der Referenz-Hintergrundwert, und Einstufen der interessierenden Zone als "nicht signifikant", falls die durchschnittlichen Intensitätsdaten gleich oder kleiner als der Referenz-Hintergrundwert sind.

Der Prüfteil 68 sendet das Prüfergebnis an den Resultatdaten-Erzeugungsteil 72. Hat sich die interessierende Zone als "signifikant" erwiesen, so generiert der Resultatdaten-Erzeugungsteil 72 die resultierenden Daten, beispielsweise in Form des Prüfergebnisses sowie dazugehöriger quantitativer und analytischer Werte auf der Grundlage der Daten, die in der Quantitätsdatenbank 78 innerhalb des Quantitätsdaten-Speicherteils 60, des Hintergrunddaten-Verwaltungsteils 66 und des Prüfteils 68 gespeichert sind. In einem typischen Fall können die Resultatdaten in der Form von Tabellen erstellt werden. Im folgenden werden Schritte des Prozesses vorgestellt, mit welchem der Resultatdaten-Erzeugungsteil 72 die Resultatdaten generiert: er berechnet den entsprechenden Referenz- Hintergrundwert von dem Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66; anschließend berechnet er das Produkt der Fläche der Figur der signifikanten interessierenden Zone und des Referenz-Hintergrundwerts; er berechnet außerdem die Differenz zwischen dem PSL-Wert für die Figur der interessierenden Zone und dem berechneten Produkt, um den korrigierten PSL-Wert festzulegen; er generiert die Resultatdaten unter Verwendung dieser berechneten Werte. Die generierten Resultatdaten werden in einer vorbestimmten Zone des Fensterspeichers 74 ausgebreitet, der die ausgebreiteten Resultatdaten mit vorbestimmtem zeitlichen Ablauf an die CRT 44 ausgibt.

Das Ergebnis der Prüfung ist nicht das einzige Beispiel für Resultatdaten, weitere Beispiele enthalten den PLS-Wert für die signifikante interessierende Zone, deren Fläche, den PSL-Wert pro Flächeneinheit, das Produkt des Referenz-Hintergrundwerts und die Fläche einer Figur, der korrigierte PSL-Wert (die Differenz zwischen dem PSL-Wert und dem Produkt) und der korrigierte PSL-Wert pro Flächeneinheit. Zusätzlich zu diesen Teilen der Resultatdaten werden auf der CRT 44 auch noch die Figuren-Nummer und die Hintergrund-Nummer angezeigt. Der Resultatdatenerzeugungsteil 72 ist derart ausgebildet, daß er eine quantitative Analyse bezüglich Gruppen von Figuren nach Bediener-Befehl ausführen kann. Genauer gesagt: der Resultatdatenerzeugungsteil 72 berechnet einen quantitativen analytischen Wert, so zum Beispiel den Anteil der Gesamtheit der PSL-Werte für die Figuren innerhalb einer gewissen Gruppe, der von dem PSL belegt wird, oder einen korrigierten PSL-Wert für jede Figur innerhalb der Gruppe oder den Anteil des PSL- oder korrigierten PSL-Werts pro Flächeneinheit einer gewissen Figur innerhalb einer gewissen Gruppe, die von dem PSL- oder dem korrigierten PSL-Wert pro Flächeneinheit einer anderen Figur in der Gruppe belegt wird; der quantitative analytische Wert wird über den Fensterspeicher 74 auf dem Bildschirm der CRT 44 angezeigt.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet der Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66 die gleichen quantitativen Daten sowohl für die interessierende Zone als auch die Hintergrundzone, exemplarisch hier gebildet durch die Intensitätsdaten auf Pixelbasis, welche von dem Quantitätsbehandlungsteil 58 aus den von dem Graphikdatenerzeugungsteil 54 generierten Graphikdaten, die als Graphikdatenbank 76 in dem Graphikdatenspeicherteil 56 gespeichert werden, und die Bilddaten, die von dem Anzeigebilddaten-Erzeugungsteil 52 erzeugt wurden und in der Quantitätsdatenbank 78 innerhalb des Quantitätsdaten-Speicherteils 60 abgespeichert worden waren. Es handelt sich hierbei nicht um den einzigen Fall der Erfindung, es sind folgende Alternativen möglich: der Bediener manipuliert die Eingabeeinrichtung, um den Hintergrunddaten- Verwaltungsteil 66 zu aktivieren, anschließend wählt er eine Hintergrundfigur aus und richtet diese Figur ein, um den Referenz-Hintergrundwert zu berechnen, und es werden Intensitätsdaten für die Pixel innerhalb der so eingerichteten Hintergrundfigur aus den Bilddaten errechnet, die in der Bilddatenspeichereinheit 42b gespeichert sind. Es sei daran erinnert, daß der Hintergrund durch die Rauschkomponente gebildet wird, die durch kosmische Strahlen oder Strahlungen im Erdbereich hervorgerufen wird und die im wesentlichen gleichförmig bei der Belichtung auf dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z in Erscheinung tritt, außerdem durch die Rauschkomponente, die ihren Ursprung in dem anregbaren Leuchtstoffblatt, wenn von dem Blatt die darin enthaltene Strahlungsbildinformation gelesen wird. Bei der Ausführung einer quantitativen Behandlung bezüglich der Bilddaten, die auf der Grundlage dieses anregbaren Leuchtstoffblatts Z generiert wurden, muß die Dichte der Bilderzeugungspixel in einer Figur in Abwesenheit des oben erwähnten Rauschens pro Flächeneinheit geprüft werden, außerdem das Produkt des Referenz-Hintergrundwerts und der Fläche einer Figur, der korrigierte PSL-Wert (die Differenz zwischen dem PSL-Wert und dem Produkt) und der korrigierte PSL-Wert pro Flächeneinheit. Zusätzlich zu diesen Teilen der resultierenden Daten kann auf der CRT 44 auch noch die Figurennummer sowie die Nummer des Hintergrunds dargestellt werden. Der Resultatdatenerzeugungsteil ist dazu ausgebildet, eine quantitative Analyse bezüglich Gruppen von Figuren gemäß Befehl seitens der Bedienungsperson auszuführen. Genauer gesagt, der Resultatdatenerzeugungsteil 72 berechnet einen quantitativen analytischen Wert, so zum Beispiel den Anteil der Gesamtheit der PSL-Werte für die Figuren in einer gewissen Gruppe, die von dem PSL-Wert oder einem korrigierten PSL-Wert für jede Figur in der Gruppe belegt wird, oder den Anteil des PSL- oder korrigierten PSL-Werts pro Flächeneinheit einer gewissen Figur innerhalb einer gewissen Gruppe, die von dem PSL- oder dem korrigierten PSL-Wert pro Flächeneinheit einer anderen Figur in der Gruppe belegt wird; der quantitative analytische Wert wird auf dem Bildschirm der CRT 44 über den Fensterspeicher 74 dargestellt.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet der Hintergrunddaten-Verwaltungsteil 66 die gleichen quantitativen Daten sowohl für die interessierende Zone als auch für die Hintergrundzone, wie dies exemplarisch belegt wird durch die pixelbezogenen Intensitätsdaten, die von dem Quantitätsbehandlungsteil 58 aus den Graphikdaten erzeugt wurden, welche von dem Graphikdatenerzeugungsteil 54 erzeugt und als Graphikdatenbank 76 in dem Graphikdaten-Speicherteil 56 gespeichert wurden, sowie aus den von dem Anzeigebilddaten-Erzeugungsteil 52 erzeugten Bilddaten, die als Quantitätsdatenbank 78 in dem Quantitätsdaten-Speicherteil 60 abgespeichert wurden. Es ist dies nicht die einzige Möglichkeit der Ausführung der Erfindung, ersatzweise sind die folgenden Alternativen möglich: die Bedienungsperson manipuliert die Eingabeeinrichtung zum Aktivieren des Hintergrunddaten-Verwaltungsteils 66; sie wählt dann eine Hintergrundfigur aus und richtet sie ein, um den Referenz-Hintergrundwert zu errechnen, und es werden die Intensitätsdaten für die Pixel in der so eingerichteten Hintergrundfigur aus den Bilddaten errechnet, die in der Bilddatenspeichereinheit 42b abgespeichert sind. Es sei daran erinnert, daß der Hintergrund beispielsweise durch die Rauschkomponente gebildet wird, welche durch kosmische Strahlen oder Strahlungen aus dem Boden hervorgerufen wird, und die im wesentlichen gleichförmig über das gesamte anregbare Leuchtstoffblatt Z während des Belichtungsvorgangs in Erscheinung tritt, außerdem durch die Rauschkomponente, die ihren Ursprung in dem anregbaren Leuchtstoffblatt hat, wenn von diesem Blatt die Strahlungsbildinformation gelesen wird. Wird eine quantitative Behandlung bezüglich der Bilddaten durchgeführt, die auf der Grundlage dieses anregbaren Leuchtstoffblatts Z generiert wurden, so muß die Dichte der Bilderzeugungspixel innerhalb einer Figur bei Abwesenheit der genannten Rauschkomponenten überprüft werden. Wie bereits oben erwähnt, müssen, um zu garantieren, daß die Intensitätsdaten für die Pixel in dem von dem anregbaren Leuchtstoffblatt aufgenommenen Bild genauer berechnet werden können, Daten, die Hintergrundrauschen repräsentieren, aus den Intensitätsdaten für die Pixel des aufgenommenen Bildes entfernt werden.

Die vorliegende Erfindung ist keineswegs beschränkt auf das obige Beispiel, es sind verschiedene Verbesserungen und Modifikationen möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Derartige Verbesserungen und Modifikationen im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung werden im folgenden angesprochen: bei der obigen Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung wird als typisches Beispiel für zweidimensionale Bilder auf ein Autoradiographiebild verwiesen, welches durch Dünnschichtchromatographie (TLC) eines Proteins erzeugt wird. Die Erfindung ist aber keineswegs beschränkt auf das Autoradiographiebild auf TLC-Basis und läßt sich in großem Umfang anwenden bei Analysen folgender Bilder: i) Autoradiographiebilder von beispiels-Weise Genen zur Verwendung bei der sogenannten Southern Hybridisierung, einem Autoradiographiebild zur Verwendung bei der Protein- Separierung oder der Identifizierung oder Auswertung von dem Molekulargewicht des Proteins sowie charakteristischer Merkmale durch Polyacrylamidgel-Elektrophorese, außerdem ein Autoradiographiebild zur Verwendung bei der Untersuchung von Wegen und Bedingungen für Metabolismus, Absorption und Ausscheidung von Medikamenten, die einer Maus oder anderen Labortieren verabreicht wurden; ii) Chemolumineszenz-Bildern, die auf Chemolumineszenz basieren, beispielsweise ein Chemolumineszenz-Bild eines Gens zur Verwendung bei der Southern-Hybridisierung, ein Chemolumineszenz-Bild, welches durch Dünnschicht-Chromatographie eines Proteins erzeugt wird, und ein Chemolumineszenz-Bild zur Verwendung bei der Protein-Separierung oder Identifizierung oder Auswertung von dessen Molekulargewicht sowie charakteristischer Größen durch Polyacrylamidgel-Elektrophorese; iii) Elektronenstrahl-Transmissions- oder -Beugungsbilder von metallischen oder nicht-metallischen Proben, die mit einem Elektronenmikroskop erzeugt werden, elektronenmikrographische Bilder lebender Gewebe sowie Strahlungsbeugungsbilder metallischer oder nicht-metallischer Proben. Überflüssig zu sagen, daß das erfindungsgemäße Konzept anwendbar ist bei Bildinformations-Analysesystemen (Bildanalyseverfahren und -vorrichtungen), die den Zweck haben, eine allgemeine Klasse zweidimensionaler Bilder zu behandeln, so zum Beispiel übliche Strahlungsbilder, Elektronenmikroskop-Bilder sowie Chemolumineszenz-Bilder, außerdem weitere zweidimensionale Bilder, beispielsweise photographische Luftaufnahmen, photographische Satellitenbilder sowie astrophotographische Bilder, die bezüglich der Signifikanz, das heißt Aussagekraft, des Bildes in einer interessierenden Zone geprüft werden müssen.

Bei der obigen Ausführungsform berechnet der Quantitätsbehandlungsabschnitt 58 quantitative Daten unter Verwendung der Anzeigebilddaten, die von dem Anzeigebilddaten-Erzeugungsteil 52 gebildet werden. Es ist dies allerdings nicht der einzige Fall im Rahmen der Erfindung, die in der Bilddatenspeichereinheit 42b abgespeicherten Bilddaten können dazu herangezogen werden, quantitative Daten für sämtliche Zonen zu berechnen, unabhängig davon, ob es sich um eine interessierende Zone oder um Hintergrundzonen handelt.

Bei der obigen Ausführungsform ist die Quantitätsdatenbank 78 zur Speicherung von Daten ausgebildet, die den PSL-Wert und die Flächengröße einer Figur darstellen. Auf Wunsch kann man die Anordnung auch so modifizieren, daß der PSL- oder korrigierte PSL-Wert pro Flächeneinheit gespeichert wird. Bei der obigen Ausführungsform werden Bilddaten, die durch Umwandeln der Lageinformation für eine röntgenmarkierte Substanz in der Probe in ein elektrisches Signal erhalten wurde, als sichtbares Bild auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 44 dargestellt. Alternativ kann ein sichtbares Bild auch auf einem photographischen Film anstatt auf dem anregbaren Leuchtstoffblatt Z gebildet werden, um anschließend photoelektrisch gelesen und in ein elektrisches Signal umgewandelt zu werden, damit Bilddaten zur Verfügung stehen für die spätere Behandlung durch die oben geschilderte Prozedur.

Der Begriff "Vorrichtung", "Einrichtung" oder ähnliches bedeutet hier nicht notwendigerweise ein bauliches Gerät, abgedeckt mit dem Begriff ist auch der Fall, daß entsprechende Funktionen eines individuellen Geräts durch Software realisiert werden. Die Funktion eines Geräts läßt sich durch zwei oder mehr bauliche Geräte ausführen, oder, alternativ, die Funktionen von zwei oder mehr Geräten lassen sich auch durch ein einziges bauliches Gerät realisieren. Erfindungsgemäß läßt sich die interessierende Zone eines Bildes bezüglich ihrer Signifikanz in einer rationaleren und korrekteren Weise prüfen, und das in einer durch die interessierende Zone gebildeten Figur enthaltene Bild läßt sich in korrekter Weise quantitativ behandeln und analysieren. Im Ergebnis läßt sich sogar eine interessierende Zone mit einer geringeren Intensität bezüglich ihrer Signifikanz in rationalerer und korrekterer Weise prüfen, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, die schwache interessierende Zone wirksam zu vermessen. Die Erfindung schafft außerdem ein objektives Kriterium für das Löschen von Daten bezüglich eines falschen Bildes, welches durch Hintergrundeffekte verfälscht wird, welche in einem Bild gemäß dem Stand der Technik nicht nachweisbar sind, so daß die Erfindung dazu beiträgt, die Objektivität bei dem Gesamtprozeß der Quantifizierung zu steigern.


Anspruch[de]
  1. 1. Bildquantifizierverfahren zum Durchführen einer Quantifizierung anhand zweidimensionaler digitaler Bildinformation, umfassend die Schritte:

    Einrichten einer Hintergrundzone in der Umgebung einer interessierenden Zone, welche in einem zweidimensionalen Bild basierend auf der zweidimensionalen digitalen Bildinformation zu quantifizieren ist, wobei die Hintergrundzone die interessierende Zone nicht einschließt;

    Ermitteln einer statistischen Verteilung von pixelweiser Intensität für sämtliche Pixel innerhalb der Hintergrundzone;

    Ermitteln einer durchschnittlichen Intensität der interessierenden Zone aus einer statistischen Größe, welche ihrerseits aus der statistischen Verteilung erhalten wurde, wobei die durchschnittliche Intensität als Referenzgröße zum Erkennen der interessierenden Zone als signifikant dient; und

    Prüfen der interessierenden Zone auf ihre Signifikanz, basierend auf der ermittelten Referenz-Durchschnittsintensität.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei der die Referenz-Durchschnittsintensität unter Verwendung eines repräsentativen Werts der statistischen Verteilung ausgedrückt wird, welcher ausgewählt wird aus statistischen Größen der statistischen Verteilung, wobei die statistische Verteilung ein Intensitätshistogramm für die Pixel innerhalb der Hintergrundzone ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Histogramm geglättet wird, um den repräsentativen Wert zu bestimmen.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der repräsentative Wert ein Durchschnittswert der statistischen Verteilung ist, bei dem es sich auch um die Referenz-Durchschnittsintensität handelt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der repräsentative Wert einen Durchschnittswert A und eine Standardabweichung S der statistischen Verteilung umfaßt, wobei die Referenz-Durchschnittsintensität A + kS beträgt (mit k als positiver Zahl von 0-5).
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der repräsentative Wert einen Modus M und eine Standardabweichung S der statistischen Verteilung umfaßt, wobei die Referenz-Durchschnittsintensität M + kS beträgt (mit k als positiver Zahl von 0-5).
  7. 7. Bildquantifiziervorrichtung zum Durchführen einer Quantifizierung anhand zweidimensionaler digitaler Bildinformation, umfassend:

    eine Anzeigevorrichtung (44), die basierend auf der zweidimensionalen digitalen Bildinformation ein zweidimensionales Bild darstellt;

    eine Einstelleinrichtung, die eine Hintergrundzone in der Umgebung einer interessierenden Zone einrichtet, welche in dem angezeigten zweidimensionalen Bild quantifiziert werden soll, wobei die Hintergrundzone die interessierende Zone nicht beinhaltet;

    eine statistische Behandlungseinrichtung (66), die eine statistische Verteilung der pixelweisen Intensität für sämtliche Pixel in der Hintergrundzone bestimmt und außerdem eine statistische Größe aus der statistischen Verteilung ermittelt;

    eine Bestimmungseinrichtung, die eine Durchschnittsintensität der interessierenden Zone aus der ermittelten statistischen Größe bestimmt, wobei die Durchschnittsintensität als eine Referenzgröße zum Erkennen der interessierenden Zone als signifikant dient; und

    eine Prüfeinrichtung (68), die die interessierende Zone basierend auf der ermittelten Referenz-Durchschnittsintensität auf ihre Signifikanz prüft.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Bestimmungseinrichtung die Referenz-Durchschnittsintensität unter Verwendung eines repräsentativen Werts für die statistische Verteilung ermittelt, der aus statistischen Größen der statistischen Verteilung ausgewählt wird, wobei die statistische Behandlungseinrichtung ein Intensitätshistogramm für die Pixel der Hintergrundzone als die statistische Verteilung ermittelt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei dem die statistische Behandlungseinrichtung das Histogramm glättet, um den repräsentativen Wert zu ermitteln.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei dem die Bestimmungseinrichtung einen Durchschnittswert der statistischen Verteilung als den repräsentativen Wert auswählt, wobei dieser Durchschnittswert die Referenz-Durchschnittintensität ersetzt.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Bestimmungseinrichtung einen Durchschnitt A und eine Standardabweichung S der statistischen Verteilung als den repräsentativen Wert auswählt und die Referenz- Durchschnittsintensität als A + kS ermittelt (wobei k eine positive Zahl von 0-5 ist).
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Bestimmungseinrichtung einen Modus M der statistischen Verteilung sowie eine Abweichung S von M als den repräsentativen Wert auswählt und die Referenz- Durchschnittsintensität zu M + kS ermittelt (wobei k eine positive Zahl von 0-5 ist).






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