JP2004248619A - System for automatically searching target cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically carry out inspecting treatment of a target cell in good accuracy and remarkably shorten inspection time. <P>SOLUTION: An optical microscope 1 has an electric stage 17 having an XY stage mechanism and a objective lens control part 5 and a CCD camera 7. A PC for control has a stage (XY) moving part 53a for carrying out movement in the XY direction, an automatic focus-calculating part 53b for carrying out automatic focusing in the Z direction, an image input part 51a for inputting an image from a CCD camera 7, an image-recognizing part 51b and a result-storing database part 51c for storing image-treated result. The image photographed by the CCD camera 7 is input into an image input part 51a and displayed on a monitor 55 and fed to the image-recognizing part 51b and the automatic focus-calculating part 53b. The image recognized in the image-recognizing part 51b is memorized in the result-storing database 51c. The image input into the image input part 51a is also fed to the automatic focus-calculating part 53b and used for automatic focusing. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標的細胞の自動探索システムに関し、特に、胎児由来の有核赤血球の自動探索システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
出生前の診断を行う出生前診断技術としては、従来から、血清マーカーを使用したスクリーニング技術、羊水検査技術や絨毛検査技術などがある。最近、妊婦の血液中に胎児の血球が微量(例えば10の8乗分の1程度)に含まれることが明らかになってきた。母体血から上記の胎児由来の有核赤血球を回収し、DNA診断することにより、信頼性が高く、かつ、母児へのリスクを伴わない無侵襲胎児DNA診断が可能になりつつある。
【0003】
現在、母体血からの胎児由来の有核赤血球を回収するための技術に関して実用化を目指した研究が世界中において盛んに行われている。これらの研究のうち主要なものとして、アメリカの研究グループによるFACS(Fluorescence−Activated Cell Sorting)技術、ヨーロッパの研究グループによるMACS(Magnetic−Activated Cell Sorting)技術、金沢医科大学の高林助教授らのチームによるPercoll−micromanipulation技術(非特許文献1、以下、この技術を「パーコール技術」と略記する。)の3通りの技術が良く知られている。特に、米国においては、1994年頃から国立衛生研究所(NIH)の統括のもとでFACS法の研究開発が行われている。
【0004】
また、画像処理により胎児由来の有核赤血球を検出するための装置としては、カメラと顕微鏡とを用い、コンピュータ制御により試料を検査する装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。
【0005】
【非特許文献1】
高林晴夫、「出生前遺伝子検査の進歩:母体血による胎児DNA診断」、遺伝子医学Vol.5、No.3(2001)p410−416.
【特許文献1】
特表2002−514762号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術のうち、血清マーカースクリーニング技術は、胎児由来有核赤血球の回収に関する信頼性に問題がある。羊水検査及び絨毛検査は、母体、胎児への侵襲を伴い、母児へのリスクがあるため広範には普及していない。
【0007】
また、母体血液中に含まれる胎児由来の有核赤血球の存在率は非常に低いため、効率的に回収することは難しい。
【0008】
米国の研究グループによるFACS法及び欧州の研究グループによるMACS法は、胎児細胞特異的な抗体などでマーキングし、それらを指標に胎児細胞を選別する技術を用いているが、これらの技術を用いても、母体由来細胞の混入が多く実用化に関する大きな問題点となっている。
【0009】
これに対して、血液をスライドグラスに塗布し胎児細胞を形態により識別し個々に採取するパーコール技術は、図12に示すように、画像100内の胎児由来赤血球(有核)のみを確実に採取でき後工程であるDNA診断がやりやすいため有効かつ確実な技術である。しかしながら、この技術は、検査担当者が目視で判断を行う工程が入るため、スライドガラス全面を顕微鏡で探索するための処理に膨大な時間を要し、実用化に対して大きな問題となる。例えば、1つの有核赤血球当たりの探索に関して、20分から1時間程度の時間を要している。また、スライドグラス上における検査対象中には、胎児に由来する有核赤血球に形状が良く似たリンパ球なども多く存在し、熟練した経験者であっても有核赤血球との識別は難しく、実用化に対する大きなネックとなっていた。
【0010】
また、上記特許文献1の技術は、標的細胞の判定手法、検査技師への提示方法、複数プレパラートの交換、位置決めの画像処理機能が異なり、本装置の方が、効率良く胎児由来有核赤血球の回収が可能である。但し、上記装置においては、高精度なスライドグラス固定機構や高精度位置決めが可能な顕微鏡ステージが必要となり、数μm〜数10μm単位での物理的位置ずれ誤差は避けることができず、再現性が乏しいために再度探索が必要になるなど作業性が良くなかった。
【0011】
本発明の目的は、胎児由来の赤血球などの検査対象を精度良く検出することができるとともに、複数の検査対象を効率良く検査することができる自動検査装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、対象物を検査する対物レンズを備えるとともに、撮像装置と関連付けされた顕微鏡と、前記顕微鏡における検査可能領域内に配置された試料台であって、XY移動機構を有し、検査対象試料を載せた試料板を前記光学顕微鏡により観察できる位置に置くことができるように形成された試料台と、検査対象である標的細胞を探索済みの試料板と探索前の試料板とをそれぞれ複数枚収容できるストッカと、前記ストッカと試料台との間で前記試料板を搬送する搬送装置と、前記撮像装置から入力された試料の画像データを解析する解析部と、探索済みの標的細胞に関する画像データ及びその位置を記憶する記憶部と、を有する画像処理ユニットと、前記対物レンズによる焦点合わせと前記試料板の位置とを制御する制御ユニットと、観察画像と記憶画像とを表示する表示装置とを含む標的細胞自動探索システムが提供される。
【0013】
さらに、探索後に前記試料板を試料台に再ローディングする際に、任意の探索済み標的細胞を過去に探索した際の位置情報と、その場で再度画像処理を行って得た位置情報と、に関する標的細胞の位置情報を比較し、前記試料板又は前記試料台に関する位置ずれ誤差を補正する補正手段を有しているのが好ましい。
【0014】
上記標的細胞自動探索システムによれば、再ローディングした際における前記試料板の位置ずれが生じても、複数の任意の探索済み標的細胞を、直ちに顕微鏡の視野中心に移動でき、作業性が向上する。
【0015】
本発明の他の観点によれば、対象物を検査する対物レンズを備えるとともに、撮像装置と関連付けされた顕微鏡と、該顕微鏡における検査可能領域内に配置された試料台であって、XY移動機構を有し、検査対象試料を載せた試料板を前記光学顕微鏡により観察できる位置に置くことができるように形成された試料台と、検査前後の前記試料板を複数枚収容できるストッカと、該ストッカと試料台との間で前記試料板を搬送する搬送装置と、前記撮像装置カメラから入力された試料の画像データを解析する解析部と、画像データ及びその位置を記憶する記憶部と、を有する画像処理ユニットと、前記対物レンズによる焦点合わせと前記試料板の位置とを制御する制御ユニットと、観察画像と記憶画像とを表示する表示装置とを備えた標的細胞自動探索システムにおける探索方法であって、標的細胞の実質的な探索を行う前に、低倍率で前記試料板上に細胞が存在する位置と細胞の分布密度が適切な箇所とを画像処理により認識するステップを含む標的細胞自動探索方法が提供される。上記方法を用いると、探索エリアが限定されるため探索時間を大幅に短縮することができる。
【0016】
探索エリア内をあるピッチでスライドグラスをステップ送りしながら低倍率で探索を行い、標的細胞と思われる標的細胞候補を検出した時に前記標的細胞候補を高倍率で精密探索するのが好ましい。この方法を用いると、標的細胞をいち早く探索し確定することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る標的細胞自動探索システムは、標的細胞を探索し、探索後に再度顕微鏡上にローディングし、前に探索した標的細胞を自動的に顕微鏡視野中心に移動させることができるシステムである。細胞を比重分離する上記パーコール技術等を用いて分離した血液をスライドグラスに塗布し、胎児細胞を形態により識別し、個々に確実に胎児細胞のみを採取することを目的とする胎児由来有核細胞を探索する本発明に係る標的細胞自動探索システムの構成について、以下に簡単に説明する。
【0018】
本発明に係るシステムは、顕微鏡と、高精度デジタルカメラと、スライドグラスを載せるステージと、を備え、標的細胞の形態的な特徴を探索することができる。また短時間で標的細胞を探索可能な画像処理を含めた新たな探索アルゴリズムを有している。これらにより、短時間で信頼性の高い標的細胞の探索が可能となる。
【0019】
また、複数枚のスライドグラスについて処理が可能であり、それぞれのスライドグラスにおいて探索した所定の指定数の標的細胞に関する画像及び顕微鏡ステージ上の位置情報(X,Y)を記憶することにより、探索停止又は終了後に、所望のスライドグラスをステージ上に再ローディングし、指定した標的細胞を直ちに顕微鏡の視野中心に移動できるように構成した。
【0020】
再ローディングする際に、任意の探索済み標的細胞を過去に探索して記憶した位置情報と、その場で再度画像処理を行って現在と過去の標的細胞の位置情報を比較し、スライドグラス又は顕微鏡ステージ等の物理的位置ずれ誤差を補正することにより、再ローディング時におけるスライドグラスの位置ずれがあっても複数の任意の探索済み標的細胞を直ちに顕微鏡の視野中心に標的細胞を移動できるようにした。高精度モニタによる画像表示又は顕微鏡像の観察を行うことにより、作業者による細胞の直接判断が可能となり、確実に標的細胞を選別することができる。血液をスライドグラスに塗布し、胎児細胞を形態により識別し、個々に確実に胎児細胞のみを採取することを目的とする有核細胞を探索する自動化装置を考案した。
【0021】
以下、本実施の形態による標的細胞自動探索システムについて、図面を参照しつつ説明を行う。図1及び図2は、本実施の形態による標的細胞自動探索システムの構成例を示す図である。
【0022】
図1及び図2に示す装置は、血液をスライドグラスに塗布し、胎児細胞を形態により識別し、個々に確実に胎児細胞のみを採取することを目的とする有核細胞を探索する自動化装置である。
【0023】
図1に示すように、本実施の形態による標的細胞自動探索システムは、光学搬送系Aと、画像処理系(画像処理PC)Bと、制御系(制御PC)Cと、出力系(高精度モニタディスプレイ)Dとを備えている。
【0024】
光学搬送系Aは、光学顕微鏡1であって、上部に形成された凹溝部3内に、その上方の対象物を検査する対物レンズ5を備えるとともに、CCDカメラ(撮像装置)7を備えた光学顕微鏡1と、光学顕微鏡1の上部に配置された試料台11であってXYステージ機構17を有する試料台11と、例えばスライドグラス23をその上面21に置くことができるように形成された試料配置部15と、を有しており、試料配置部15に配置されるスライドグラス23上の試料を、対物レンズ5とCCDカメラ7とを有する光学顕微鏡1により検査することができる。
【0025】
試料台11上には、検査前又は検査後のスライドグラス23を多数枚、例えば50枚程度収容できる収容部45を備えたストッカ41が設けられるとともに、スライドグラス23を試料台11に設置して検査可能な状態にしたり、ストッカ41の収容部45内に収容したりする動作を行うための作動アーム33を備えた搬送装置31が設けられている。
【0026】
画像処理系(画像処理PC)Bは、データ解析、ストレージ(データの記憶)などを行う画像処理ユニット51を含む。制御PC系Cは、X−Yステージ17などの位置制御や全体の処理シーケンスを制御する制御ユニット53を含む。出力系Dは、例えば、高精度モニタディスプレイ(表示装置)55を含む。
【0027】
複数のスライドグラス23を収納可能なストッカ41と自動搬送装置31とを備えることにより、夜間運転など連続的に大量の探索を行うことができる。光学顕微鏡1に設けられたXYステージ17は、高速、高精度の位置決め動作が可能な電動ステージであり、試料面内における短時間での高速ステップ送りが可能である。光学顕微鏡1に備えられた高精度デジタルカメラ(CCDカメラ)7と、標的細胞の形態的な特徴に応じた画像処理ソフトウェア(後述する)により、短時間で高精度な標的細胞の探索が可能となる。
【0028】
試料台11の中央付近には、内径が2段階に異なる(上の内径が大きい)開口部15が形成されている。スライドグラス23のサイズは、開口部15のうちの小さい方(下方)の開口径よりも大きくなっており、開口部15のうちの大きい方の開口径よりも小さくなっている。これにより、大きい方の開口部底面21上にスライドグラス23の例えば周辺部を載せることができる。
【0029】
それぞれのスライドグラス23において探索した指定数の標的細胞の画像、およびステージ上の位置座標(X,Y)を記憶装置(ストレージ)に記録することにより、探索後に任意のスライドグラスをステージ上に再ローディングし、指定した標的細胞を直ちに顕微鏡の視野中心に移動できる。探索後に、スライドグラス23を試料台11に再ローディングする際に、任意の探索済み標的細胞を過去に探索した際の位置情報と、その場で再度画像処理を行って得た位置情報との、現在と過去との標的細胞の位置情報とを比較し、スライドグラス23又はXYステージ機構17を有する試料台11等の物理的位置ずれ誤差を補正することにより、再ローディングした際におけるスライドグラス23の位置ずれが生じても、複数の任意の探索済み標的細胞を、直ちに顕微鏡の視野中心に移動でき、作業性が向上する。上記システムを用いると、高精度かつ高価なスライドグラスや顕微鏡ステージを使用しない場合でも、スライドグラス23の位置ずれを補正する機構(アルゴリズムを含む)を備えることにより、低コスト、かつ、高精密な検査対象の探索が可能となる。また、高精度モニタ55による画像表示又は顕微鏡像の観察により、作業者による細胞の直接判別が可能となり、確実に標的細胞を選別することができる。
【0030】
図2は、図1に示す本実施の形態による標的細胞自動探索システムの概略構成例を示す機能ブロック図であり、特に画像処理系に重点を置いて説明を行う。図2に示すように、光学顕微鏡1は、XYステージ機構17を有する電動ステージと対物レンズ制御部5と、CCDカメラ7とを有している。制御用PCは、XY方向の移動を行うステージ(XY)移動部53aと、Z方向の自動焦点合わせを行う自動焦点計算部53bと、CCDカメラ7からの画像を入力する画像入力部51aと、画像認識部51bと、画像処理結果を保存する結果保存用データベース部51cと、を有している。
【0031】
CCDカメラ7により撮影された画像は、画像入力部51aに入力され、モニタ55に表示されるとともに、画像認識部51bと自動焦点計算部53bとに送られる。画像認識部51bで認識された画像は、結果保存用データベース51cに記憶される。自動焦点計算部53bに送られた画像により、自動焦点合わせが行われる。
【0032】
以下の説明においても、図1及び図2を適宜参照する。
まず、標的細胞探索手順例について図3を参照して説明する。ステップS1に示すように、多数のスライドグラス(例えば50枚)23をストッカ(カセットホルダ)41内に収納する。ストッカ41をエレベータ(図示せず)に取り付ける(ステップS2)。高精度モニタディスプレイ55上においてステップS3に示すように標的の探索条件を入力し、搬送装置31を用いて自動的にスライドグラス23を、光学顕微鏡1上の試料台(XYステージ)17上にローディングする(ステップS4)。自動焦点機能によりスライドグラス23上の試料に焦点を合わせる(ステップS5)。光学顕微鏡1より得られるデジタル画像を取り込み(ステップS6)、画像処理により標的細胞を探索する(ステップS7)。標的細胞の特徴となる形状、色、サイズ等により画像処理を行い、標的細胞と他の細胞を選別する。ステップS7で、標的細胞検索ができた場合にはステップS9に進み、探索した標的細胞の画像と位置座標に関する情報を記憶装置(データベース)51c(図2)に記録する。
【0033】
電動ステージを微小ステップ送りし、スライドグラスを他の探索領域が検査できる位置まで移動し、次の探索を開始する。指定数の標的細胞の探索が完了すると(ステップS10)、スライドグラスをステージからアンローディングし(S11)、別のスライドグラス23をストッカ41よりローディングする(ストッカ41内の全てのスライドグラス23又は指定した複数(または単独)のスライドグラス23の探索が完了するまでこれを繰り返し(ステップS11からステップS4に戻るループ))。尚、ステップS7において、画像処理により標的細胞の探索ができなかった場合(NG)にはステップS8に進み、ステージ17を移動し他の探索領域にステージ17とともにスライドグラス23を移動させ、ステップS6に戻る。ステップS12において、指定したスライドグラスの全量の探索が終了すると、実際の探索は完了し(ステップS13)、探索結果をモニタディスプレイ55の表示画面上で確認し(ステップS15)、任意のスライドグラス23およびその上の標的細胞を表示画面上において指定し(ステップS17)、ステップS18において、ステップS17で指定した標的細胞に関連するスライドグラス23をXYステージ17上にローディングする(ステップS18)。次いで、ステップS19において、指定した標的細胞の位置情報に基づいて、XYステージ17により標的細胞を光学顕微鏡1の視野の中心又はその近傍まで移動させる。光学顕微鏡1により視野の中心にある細胞が標的細胞であることを確認する(ステップS20)。ステップS20において、標的細胞の最終確認であると判断された場合には、ステップS21に移る。ステップS20において最終確認ではないと判断された場合には、ステップS17に戻り、次の標的細胞を指定する。
【0034】
ステップS20において最終確認ができた場合には、マイクロマニピュレータ(図示せず)などを用いて、標的細胞をスライドグラス23から取り出す(ステップS21)。回収した標的細胞の核を用いて、染色体検査、遺伝子検査等へと進む(ステップS22)。
【0035】
次に説明する処理は、図9(A)から図9(D)までに示すように、光学顕微鏡に接続したCCDカメラより画像(図9(A)の符号103)の取得を行った後、核領域候補を抽出し(図9(B)の符号107、図9(C)の符号115)、細胞膜領域の抽出、細胞質領域の抽出より、標的細胞であるかを判断する(図9(D)、符号118)処理である。
【0036】
まず、図5を参照して核領域の抽出処理に関する説明を行う。ステップS31において、光学顕微鏡1に接続したCCDカメラ7より画像を取得する。この入力画像は、RGB成分を持つデジタル画像である。アナログ入力機器を使用した場合は、デジタル画像(RGBデジタル信号)に変換してから以後の処理を行う。
【0037】
ステップS32において、入力画像(RGB)から、濃度レベル画像1(L1= 1−R + 1−G)を作成する。ステップS33において、濃度レベル画像1より、濃度ヒストグラム1を作成する。濃度ヒストグラム1から、濃度基準値1を決定する。濃度レベル画像1のうち、濃度基準値1より高い画素を“1”(核を含む領域)、それ以外を“0”(背景)とする2値化画像を作成し、マスク画像1とする(ステップS34)。 マスク画像1により、入力画像のR成分をマスク処理し、R画像1を作成する(ステップS35)。ステップS36において、R画像1により、R値の平均値を算出する。R画像1のうち、平均値より小さい画素を“1”(核を含む領域)、それ以外を“0”(背景)とする。その画像をマスク画像2とする(ステップS37)。マスク画像2により、入力画像(RGB)をマスク処理し、核候補領域画像1(RGB)を作成する(ステップS38)。
【0038】
ステップS39において、作成した核候補領域画像1から濃度レベル画像2(L2 = (R + G + B)/3)を作成する。濃度レベル画像2において、“0”以外の領域の連結成分を探してラベリング処理を行う(ステップS40)。
【0039】
ステップS41において、各々その連結成分の面積が例えば基準値2より小さいか否かを判断し、連結成分の面積が基準値2より小さいものについては、その領域内に標的細胞は含まれないものと判断し(ステップS43)、領域内のピクセルを0(背景)に設定する。ここで、基準値2は画像内で標的細胞の核が占めると考えられる最低の面積とする。
【0040】
基準値2より大きい連結成分について、ステップS44において、連結部分を含む濃度レベル画像2を作成する。次いで、各々その連結成分を含む周辺領域を切り抜く(これを部分画像1と称する。図10(A)に示される。図10(A)において符号151が核候補、符号153がその他の構成要素である)。切り抜いた部分画像1内で、“0”(背景)以外の画素において、その値の最小値と最大値とを求め、ここで求めた最小値を、しきい値1とする(ステップS51)。部分画像1について、設定したしきい値により2値化画像を作成する(ステップS52)。2値化した部分画像において、値が“1”の画素を探して部分画像の連結成分をラベリングする(ステップS53)。ここで、「連結成分をラベリングする」とは、連結している画素(連結成分)を識別するため、連結する白(または黒)の画素の塊に対して、同じ値のラベルを割り当て、異なる連結成分同士は異なるラベルを割り当てる処理を指す。
【0041】
ステップS54において、連結成分の面積が標的細胞の核と考えられる大きさの範囲内であった場合であって、かつ、円形度が例えば0.7以上か否かを判断し、0.7以上であればその領域を標的細胞の核と考える(円形度は、周囲長をP、面積をSとしたとき、4πS/Pにより定義される(最大値は1))。ステップS54において、標的細胞の核と考えられる領域が見つからなかった場合、ステップS56において、ステップS51で求めた最小値と最大値との範囲内でしきい値1を変化させて、ステップS52に戻り、ステップS52からステップS54までの処理を繰り返す。最大値まで変化させても標的細胞の核と考えられる領域が見つからなかった場合は(ステップS55のYES)、この範囲に標的細胞はないと判断し、他の探索領域を探索する(ステップS57)。
【0042】
ステップS54において、標的細胞の核と考えられる領域が見つかった場合には、ステップS58に進み、その重心座標を中心に周辺画像を切り出し、細胞周辺画像1を作成する。細胞周辺画像1に対し、核と考えられる領域を“1”、それ以外の領域を“0”としたマスク画像3(核領域マスク、図10(D))を作成する(ステップS59)。次に、ステップS60の細胞膜領域の抽出処理(図7)に移る。
【0043】
図7に示すように、ステップS61において、上記細胞周辺画像1内において、エッジ(境界線)検出フィルタを用いて、エッジ部を“1”、それ以外を“0”とした2値画像を作成する(図10(B))。この2値画像内でエッジの結線処理を行い、画像上で膜の欠けている部分を繋げる(図10(C)の膜画像)。ステップS62において、上記2値画像内でエッジ部の連結成分を探してラベリング処理を行う。連結成分の外周が、標的細胞の細胞膜と考えられる大きさの範囲内か否かを判断し(ステップS63)、範囲内であった場合には、その領域を穴埋め処理した画像を作成しマスク画像4(細胞膜内領域マスク)とする(ステップS65、図10(E))。範囲内でない場合には、ステップS64に進み、標的細胞の細胞膜ではないと判断し、他の探索領域を探索する。
【0044】
次いで、作成したマスク画像4(図10(E)の細胞膜内領域マスク)と、ステップS59(図6)において作成したマスク画像3(図10(D)の核抽出画像)と、に関してAND処理を行い(図10(F))、ステップS67において細胞膜内に核が存在するか否かを判定する。ステップS67において細胞膜内に核(図10(F)の符号155で示される。)が存在すると判断された場合には、ステップS69の細胞質の抽出処理に進む。ステップS67において細胞膜内に核が存在しないと判断された場合には、ステップS68に進み、標的細胞でないと判断され、他の探索領域に進む。
【0045】
図8は、細胞質の抽出工程に関するフローである。図8に示すように、ステップS67において細胞膜内に核が含まれていた場合、マスク画像4(細胞膜内マスク画像)からマスク画像3(核マスク画像)を引いた差分画像を作成し、マスク画像5(細胞質マスク画像)とする(ステップS71)。マスク画像5(細胞質マスク画像)と、ステップS59(図6)において作成したマスク画像3(核領域マスク)と、に基づいて、核領域と細胞質領域との面積の比率を計算する(ステップS72)。計算した比率が標的細胞の示す比率の範囲内であるか否かをステップS73において判定し、ステップS73において比率内ではないと判断された場合には、標的細胞でないと判断し(ステップS80)、他の探索領域へ移動する。
【0046】
ステップS73において比率内であると判断された場合には、マスク画像5(細胞質マスク画像)により入力画像(RGB)をマスク処理し、細胞質画像(RGB)を作成する(ステップS74)。次いで、ステップS75において、細胞質画像に対してR−Gのヒストグラムを作成する。R−Gヒストグラムのピークが基準値3よりも大きい否かを判断する(ステップS76)。R−Gヒストグラムのピークが基準値3よりも大きい場合、細胞質に赤みがかっており、この細胞は標的細胞でないと判断し(ステップS76のNO)、他の探索領域へ移動する。R−Gヒストグラムのピークが基準値3よりも小さい場合は、ステップS77に進み、細胞質画像からのグレーレベルヒストグラム(L3 = (R + G + B)/3)を作成する。
【0047】
ステップS78において、グレーレベルヒストグラムのピークが基準値4より大きいか否かを判断し、グレーレベルヒストグラムのピークが基準値4よりも小さい場合には細胞質の明度が低いため、ステップS80に進み、この細胞は標的細胞でないと判断し他の探索領域へ移動する。グレーレベルヒストグラムのピークが基準値4よりも大きい場合には、ステップS79に進み、最終的に残った細胞を標的細胞であると考え、ステップS9(図3)に進み、核領域の面積、核の円形度合い、核の明度、細胞膜の外周値、細胞質と核の面積比率、細胞質の赤み度合い、細胞質の明度などを、標的細胞であるかを示す確率要素として保存する。標的細胞が見つかった場合、入力画像(RGB)に対する標的細胞の重心座標を保存する。標的細胞が見つかった場合、入力画像(RGB)をデータベース51c(図2)に保存する。保存された標的細胞に関するデータは、ユーザからの要求に応じて、いつでもデータベース51cから取り出すことができる。S6からS9の処理を、標的細胞が指定数見つかるまで繰り返す。
【0048】
図11に、本実施の形態による標的細胞自動探索技術を用いて得られた検査結果に関するモニタ表示画面例を示す。図11に示すように、標的細胞自動探索結果の表示画面200は、運転開始ボタン201と、探索モードボタン203と、探索結果表示ボタン205と、メンテナンスボタン207と、終了ボタン209とを備えている。現在は、探索結果表示ボタン205が選択されており、画面にはその探索結果表示210が表示されている。探索結果表示210は、検体番号0005に関する表示であって、標的細胞候補1から5まで211a〜eまでが表示されている。現在選択されている標的細胞候補211aが大きく表示されており、この顕微鏡映像表示に関する各種情報も表示されている。
【0049】
加えて、探索結果一覧217には、検体221と、標的細胞数223と、探索開始日時225と、探索終了日時227とが、各検体No毎に表示されている。さらに、読み込みボタン231と、保存ボタン233と、削除ボタン235と、Exitボタン237とが設けられ、上記各検体に関して上記、読み込み、保存、削除、Exitの処理ができる。このような表示画面における各ボタンを選択すると、選択された処理が行われ、簡単なユーザインターフェイスが形成されている。
【0050】
以上に説明したように、本実施の形態による標的細胞自動探索システムによれば、母体から採取した血液に含まれる標的細胞、例えば、胎児由来の有核細胞を用い、信頼性が高く母児へのリスクが全くない出生前検査と診断とが可能になる。本実施の形態による胎児由来の有核細胞を利用した標的細胞自動探索システムによれば、従来、1有核赤血球あたりの探索時間として20分から1時間程度を要していた手作業を、1スライドグラス1枚あたり10分程度で5個の有核赤血球を探索することができた。すなわち、検体処理の自動化と長時間の無人運転とを上記装置と画像処理技術により可能とし、従来、検査技師による長時間の顕微鏡観察による負担を大幅に削減することができた。自動化された高精度な探索装置を用いることにより、終業前に装置をセットしそのまま夜間無人運転を行えば、翌朝には探索結果をディスプレイ上に表示することも可能となる。
【0051】
また、本実施の形態による標的細胞自動探索装置を用いると、スライドグラスの外形精度、顕微鏡ステージ上のスライドグラス固定機構、或いは、顕微鏡ステージの動作精度が特別に精密で無いものであっても、正常に動作させることができる。画像処理による顕微鏡ステージの位置補正を行えば、同一スライドグラス上の複数の任意の探索済み標的細胞を直ちに顕微鏡の視野中心に標的細胞を移動できるため、短時間での作業が可能になる。また高精度で高価なスライドグラスを使用しなくても良く、検査コストも下げることが可能となった。経験者であっても判断が難しかった無数の血球の中からの有核赤血球の判別に関しても、本実施の形態による装置を用いて探索した数個の細胞からの判断を行えば良く、作業者の負荷を大きく削減することが可能となる。
【0052】
以上、各実施の形態により本発明を説明したが、その他種々の変形・変更等が可能であることは、当業者は容易に理解できるであろう。例えば、上記探索方法をプログラムとして格納した装置、そのプログラム又はプログラムを記録した記録媒体も本発明の範疇に入ることは言うまでもない。また、標的細胞は、胎児由来の有核赤血球でなくても、他の特徴的な探索対象であれば、検査が可能である。例えば、ガン細胞やリンパ球を含む生体・生理物質を含む種々の対象である。
【0053】
【発明の効果】
本発明による標的細胞自動探索システムによれば、標的細胞の検査処理を自動的かつ精度良く行うことが可能であり、検査時間を大幅に短くすることができる。
【0054】
また、スライドグラスの外形精度、顕微鏡ステージ上のスライドグラス固定機構或いは顕微鏡ステージの動作精度などに関しては、画像処理による顕微鏡ステージの位置補正により特別な精度が要求されず、また、同一スライドグラス上の複数の任意の探索済み標的細胞を直ちに顕微鏡の視野中心に標的細胞を移動できるようになるなど、作業の効率化と検査コストの低減が可能となる。また、検査に熟練していない場合でも精度良く検査をすることができ、作業者の負荷を大きく削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による標的細胞自動検索システムの構成例を示す図である。
【図2】図1に示す標的細胞自動検索システムの構成例を示す機能ブロック図である。
【図3】本発明の一実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理の流れを示すフローチャート図である。
【図4】本発明の一実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理の流れを示すフローチャート図であり、図3に続く図である。
【図5】本発明の一実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理の流れを示すフローチャート図であり、核領域の抽出処理の流れを示す図である。
【図6】本発明の一実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理の流れを示すフローチャート図であり、図5に続く処理の流れを示す図である。
【図7】本発明の一実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理の流れを示すフローチャート図であり、膜領域の抽出処理の流れを示す図である。
【図8】本発明の一実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理の流れを示すフローチャート図であり、細胞質の抽出処理の流れを示す図である。
【図9】図9(A)から図9(D)までは、本実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理を行った後の各工程における画像例である。
【図10】図10(A)から(F)までは、本実施の形態による標的細胞検索システムにおける処理を行った後の各工程における画像例であり、部分画像の抽出から最終的な核画像の抽出までのそれぞれの工程を行った後の画像である。
【図11】本実施の形態による標的細胞検索システムにおける表示画面例を示す図である。
【図12】胎児由来赤血球(有核)の画像である。
【符号の説明】
A…光学搬送系、B…画像処理系(画像処理PC)、C…制御系(制御PC)、D…出力系(高精度モニタディスプレイ)、1…光学顕微鏡、3…凹溝部、5…対物レンズ、7…CCDカメラ(撮像装置)、11…試料台、15…試料配置部、17…XYステージ機構、21…上面、23…スライドグラス、31…搬送装置、33…作動アーム、41…ストッカ、45…収容部、51…画像処理ユニット、53…制御ユニット、55…モニタディスプレイ(表示装置)。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic search system for target cells, and more particularly to an automatic search system for nucleated red blood cells derived from a fetus.
[0002]
[Prior art]
Conventional prenatal diagnostic techniques for performing prenatal diagnosis include screening techniques using serum markers, amniotic fluid testing techniques, and villus testing techniques. Recently, it has become clear that fetal blood cells are contained in a very small amount (for example, about 1 / 10th power) in the blood of pregnant women. By collecting the above-mentioned nucleated red blood cells derived from the fetus from maternal blood and performing DNA diagnosis, non-invasive fetal DNA diagnosis that is highly reliable and does not involve risk to the mother and baby is becoming possible.
[0003]
At present, research for practical use of a technique for recovering fetal nucleated red blood cells from maternal blood has been actively conducted worldwide. The main ones of these studies are Fluorescence-Activated Cell Sorting (FACS) technology by a research group in the United States, Magnetic-Activated Cell Sorting (MACS) technology by a research group in Europe, and a team of Dr. Takabayashi of Kanazawa Medical University. There are three well-known Percoll-micromanipulation technologies (Non-Patent Document 1, hereinafter, this technology is abbreviated as “Percoll technology”). In particular, in the United States, research and development of the FACS method has been underway since about 1994 under the control of the National Institutes of Health (NIH).
[0004]
Further, as an apparatus for detecting nucleated red blood cells derived from a fetus by image processing, an apparatus that uses a camera and a microscope to inspect a sample under computer control is disclosed (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Non-patent document 1]
Haruo Takabayashi, "Progress in prenatal genetic testing: fetal DNA diagnosis using maternal blood", Gene Medicine Vol. 5, no. 3 (2001) p410-416.
[Patent Document 1]
JP 2002-514762 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Among the above techniques, the serum marker screening technique has a problem in the reliability of collecting nucleated red blood cells derived from a fetus. Amniotic fluid tests and villus tests are not widely used because they involve the mother and fetus and pose risks to the mother.
[0007]
In addition, since the abundance of nucleated red blood cells derived from the fetus contained in maternal blood is extremely low, it is difficult to efficiently collect them.
[0008]
The FACS method by the U.S. research group and the MACS method by the European research group use a technique of marking fetal cells with an antibody specific to fetal cells and selecting fetal cells using these as indices. In addition, there are many contaminations with maternal cells, which is a serious problem for practical use.
[0009]
On the other hand, the Percoll technique in which blood is applied to a slide glass and fetal cells are identified by morphology and individually collected is used to reliably collect only fetal-derived red blood cells (nucleated) in the image 100 as shown in FIG. This is an effective and reliable technique because DNA diagnosis, which is a post-process, is easy to perform. However, since this technique involves a step in which a person in charge of inspection makes a visual judgment, it takes an enormous amount of time to perform a process of searching the entire surface of the slide glass with a microscope, which poses a serious problem for practical use. For example, it takes about 20 minutes to 1 hour to search for one nucleated red blood cell. In addition, among the test objects on the slide glass, there are many lymphocytes and the like that are similar in shape to nucleated red blood cells derived from the fetus, and it is difficult to discriminate from nucleated red blood cells even by a skilled person, This was a major bottleneck for practical use.
[0010]
In addition, the technique of Patent Document 1 is different in a method of determining a target cell, a method of presenting to a laboratory technician, exchanging a plurality of preparations, and an image processing function of positioning. Recovery is possible. However, in the above apparatus, a high-precision slide glass fixing mechanism and a microscope stage capable of high-precision positioning are required, and physical displacement errors in units of several μm to several tens of μm cannot be avoided, and the reproducibility is low. The workability was not good because the search was needed again because of the scarcity.
[0011]
An object of the present invention is to provide an automatic test apparatus that can accurately detect a test object such as a red blood cell derived from a fetus and can efficiently test a plurality of test objects.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a microscope provided with an objective lens for inspecting an object, a microscope associated with an imaging device, and a sample stage arranged in an inspectable area of the microscope, wherein an XY moving mechanism is provided. A sample table formed so that a sample plate on which a sample to be tested is mounted can be placed at a position observable by the optical microscope, a sample plate in which target cells to be tested have been searched, and a sample before searching. A stocker capable of accommodating a plurality of plates, a transport device for transporting the sample plate between the stocker and the sample table, an analysis unit for analyzing image data of the sample input from the imaging device, and An image processing unit having a storage unit for storing image data and its position of a target cell, and control for controlling focusing by the objective lens and the position of the sample plate. And knitting, the target cells automatic search system including a display device for displaying the observation image and the stored image is provided.
[0013]
Further, when reloading the sample plate to the sample stage after the search, position information when previously searched for any searched target cells, and position information obtained by performing image processing again on the spot, It is preferable to have a correction unit that compares the positional information of the target cells and corrects a positional deviation error relating to the sample plate or the sample table.
[0014]
According to the target cell automatic search system, even if the sample plate shifts during reloading, a plurality of searched target cells can be immediately moved to the center of the field of view of the microscope, and workability is improved. .
[0015]
According to another aspect of the present invention, there is provided a microscope provided with an objective lens for inspecting an object, associated with an imaging device, and a sample stage arranged in an inspectable area of the microscope, comprising: an XY moving mechanism A sample table formed so that a sample plate on which a sample to be inspected is placed can be placed at a position observable by the optical microscope, a stocker capable of accommodating a plurality of the sample plates before and after inspection, and the stocker A transport device that transports the sample plate between the sample and the sample table, an analysis unit that analyzes the image data of the sample input from the imaging device camera, and a storage unit that stores the image data and its position. Target cell including an image processing unit, a control unit for controlling focusing by the objective lens and a position of the sample plate, and a display device for displaying an observation image and a stored image A search method in a dynamic search system, wherein before performing a substantial search for a target cell, a position where cells are present on the sample plate and a position where the cell distribution density is appropriate are recognized by image processing at a low magnification. A method for automatically searching for target cells is provided. When the above method is used, the search area is limited, so that the search time can be significantly reduced.
[0016]
It is preferable that a search is performed at a low magnification while stepping the slide glass at a certain pitch in the search area, and when a candidate for a target cell considered to be a target cell is detected, the target cell candidate is precisely searched at a high magnification. Using this method, a target cell can be quickly searched and determined.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The target cell automatic search system according to the present invention is a system capable of searching for a target cell, loading the target cell again on the microscope after the search, and automatically moving the previously searched target cell to the center of the visual field of the microscope. Blood separated using the Percoll technique or the like that separates cells is applied to a slide glass, fetal cells are identified by morphology, and fetal-derived nucleated cells whose purpose is to reliably collect only fetal cells individually The configuration of the automatic target cell search system according to the present invention for searching for a target is briefly described below.
[0018]
The system according to the present invention includes a microscope, a high-precision digital camera, and a stage on which a slide glass is mounted, and can search for morphological characteristics of target cells. It also has a new search algorithm including image processing that can search for target cells in a short time. As a result, it is possible to search for a target cell with high reliability in a short time.
[0019]
In addition, processing can be performed on a plurality of slide glasses, and the search is stopped by storing an image of a predetermined number of target cells searched in each slide glass and position information (X, Y) on the microscope stage. Alternatively, after completion, the desired slide glass was reloaded on the stage, and the designated target cells were configured to be immediately moved to the center of the field of view of the microscope.
[0020]
At the time of reloading, any searched target cells were searched and stored in the past, and the stored position information was compared with the current and past target cells by performing image processing again on the spot, and the slide glass or microscope was used. By correcting the physical displacement error of the stage etc., even if there is a displacement of the slide glass during reloading, the target cells can be moved to the center of the field of view of the microscope any number of searched target cells immediately. . By displaying an image on a high-precision monitor or observing a microscope image, it is possible for an operator to directly determine cells, and to reliably sort out target cells. Blood was applied to a slide glass, fetal cells were discriminated by morphology, and an automated device for searching for nucleated cells for the purpose of individually collecting only fetal cells was devised.
[0021]
Hereinafter, the target cell automatic search system according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing a configuration example of a target cell automatic search system according to the present embodiment.
[0022]
The apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is an automated apparatus that applies blood to a slide glass, identifies fetal cells by morphology, and searches for nucleated cells for the purpose of reliably collecting only fetal cells individually. is there.
[0023]
As shown in FIG. 1, the automatic target cell search system according to the present embodiment includes an optical transport system A, an image processing system (image processing PC) B, a control system (control PC) C, and an output system (high precision). Monitor display) D.
[0024]
The optical transport system A is an optical microscope 1 which includes an objective lens 5 for inspecting an object above the concave groove 3 formed in the upper portion, and an optical microscope 1 having a CCD camera (imaging device) 7. The microscope 1, a sample stage 11 disposed above the optical microscope 1 and having an XY stage mechanism 17, and a sample stage formed so that, for example, a slide glass 23 can be placed on its upper surface 21. The sample on the slide glass 23 provided in the sample placement unit 15 can be inspected by the optical microscope 1 having the objective lens 5 and the CCD camera 7.
[0025]
On the sample stand 11, a stocker 41 having a storage part 45 capable of accommodating a large number of slide glasses 23 before or after the inspection, for example, about 50, is provided. A transport device 31 provided with an operation arm 33 for performing an operation of making it possible to perform an inspection or to be stored in the storage portion 45 of the stocker 41 is provided.
[0026]
The image processing system (image processing PC) B includes an image processing unit 51 that performs data analysis, storage (data storage), and the like. The control PC system C includes a control unit 53 that controls the position of the XY stage 17 and the like and controls the entire processing sequence. The output system D includes, for example, a high-precision monitor display (display device) 55.
[0027]
By including the stocker 41 capable of storing a plurality of slide glasses 23 and the automatic transport device 31, a large amount of search can be continuously performed such as at night. The XY stage 17 provided in the optical microscope 1 is an electric stage capable of performing a high-speed and high-accuracy positioning operation, and is capable of performing a high-speed step feed in a short time within the sample surface. The high-precision digital camera (CCD camera) 7 provided in the optical microscope 1 and image processing software (to be described later) corresponding to the morphological characteristics of the target cells enable a highly accurate search for the target cells in a short time. Become.
[0028]
In the vicinity of the center of the sample stage 11, an opening 15 whose inner diameter is different in two steps (the upper inner diameter is large) is formed. The size of the slide glass 23 is larger than the smaller (lower) opening diameter of the openings 15, and smaller than the larger opening diameter of the openings 15. Thus, for example, the peripheral portion of the slide glass 23 can be placed on the larger bottom surface 21 of the opening.
[0029]
By recording the images of the designated number of target cells searched in each slide glass 23 and the position coordinates (X, Y) on the stage in a storage device, any slide glass can be relocated on the stage after the search. Once loaded, the designated target cells can be immediately moved to the center of the microscope field of view. After the search, when reloading the slide glass 23 onto the sample stage 11, the position information obtained by searching for any searched target cells in the past and the position information obtained by performing image processing again on the spot, By comparing the position information of the target cell between the present and the past and correcting the physical displacement error of the slide glass 23 or the sample stage 11 having the XY stage mechanism 17, the slide glass 23 at the time of reloading is corrected. Even if displacement occurs, a plurality of searched target cells can be immediately moved to the center of the field of view of the microscope, and workability is improved. With the use of the above system, even when a high-precision and expensive slide glass or microscope stage is not used, a mechanism (including an algorithm) for correcting the positional shift of the slide glass 23 is provided, so that low cost and high precision can be achieved. It is possible to search for an inspection object. Further, by displaying an image on the high-accuracy monitor 55 or observing the microscope image, the operator can directly discriminate the cells, and the target cells can be reliably selected.
[0030]
FIG. 2 is a functional block diagram showing a schematic configuration example of the automatic target cell search system according to the present embodiment shown in FIG. 1, and the description will be given with particular emphasis on the image processing system. As shown in FIG. 2, the optical microscope 1 has an electric stage having an XY stage mechanism 17, an objective lens control unit 5, and a CCD camera 7. The control PC includes a stage (XY) moving unit 53a that moves in the XY directions, an automatic focus calculating unit 53b that performs automatic focusing in the Z direction, an image input unit 51a that inputs an image from the CCD camera 7, It has an image recognition unit 51b and a result storage database unit 51c for storing image processing results.
[0031]
The image captured by the CCD camera 7 is input to the image input unit 51a, displayed on the monitor 55, and sent to the image recognition unit 51b and the automatic focus calculation unit 53b. The image recognized by the image recognition unit 51b is stored in the result storage database 51c. Automatic focusing is performed based on the image sent to the automatic focus calculation unit 53b.
[0032]
In the following description, FIG. 1 and FIG.
First, an example of a target cell search procedure will be described with reference to FIG. As shown in step S1, a large number of slide glasses (for example, 50) are stored in a stocker (cassette holder) 41. The stocker 41 is attached to an elevator (not shown) (step S2). As shown in step S3, target search conditions are input on the high-precision monitor display 55, and the slide glass 23 is automatically loaded on the sample stage (XY stage) 17 on the optical microscope 1 using the transport device 31. (Step S4). The sample on the slide glass 23 is focused by the automatic focusing function (step S5). A digital image obtained from the optical microscope 1 is captured (step S6), and a target cell is searched for by image processing (step S7). Image processing is performed according to the shape, color, size, and the like, which are characteristics of the target cells, to select target cells from other cells. If the target cell search is successful in step S7, the process proceeds to step S9, and information on the searched target cell image and position coordinates is recorded in the storage device (database) 51c (FIG. 2).
[0033]
The motorized stage is moved by a small step, the slide glass is moved to a position where another search area can be inspected, and the next search is started. When the search for the specified number of target cells is completed (step S10), the slide glass is unloaded from the stage (S11), and another slide glass 23 is loaded from the stocker 41 (all the slide glasses 23 in the stocker 41 or designated). This is repeated until the search for the plurality of (or single) slide glasses 23 is completed (loop returning from step S11 to step S4). In step S7, if the target cell cannot be searched for by the image processing (NG), the process proceeds to step S8, where the stage 17 is moved, and the slide glass 23 is moved together with the stage 17 to another search area. Return to When the search for the entire amount of the designated slide glass is completed in step S12, the actual search is completed (step S13), and the search result is confirmed on the display screen of the monitor display 55 (step S15). And the target cell on it is specified on the display screen (step S17), and in step S18, the slide glass 23 related to the target cell specified in step S17 is loaded on the XY stage 17 (step S18). Next, in step S19, the target cell is moved by the XY stage 17 to the center of the visual field of the optical microscope 1 or its vicinity based on the position information of the specified target cell. It is confirmed by the optical microscope 1 that the cell at the center of the visual field is the target cell (step S20). If it is determined in step S20 that this is the final confirmation of the target cell, the process proceeds to step S21. If it is determined in step S20 that the confirmation is not final, the process returns to step S17, and the next target cell is designated.
[0034]
If the final confirmation is made in step S20, the target cells are taken out of the slide glass 23 using a micromanipulator (not shown) or the like (step S21). Using the nuclei of the collected target cells, the process proceeds to a chromosome test, a genetic test, and the like (step S22).
[0035]
9A to 9D, after acquiring an image (reference numeral 103 in FIG. 9A) from a CCD camera connected to an optical microscope, as shown in FIGS. A nuclear region candidate is extracted (reference numeral 107 in FIG. 9 (B), reference numeral 115 in FIG. 9 (C)), and it is determined whether the target cell is a target cell by extracting a cell membrane region and a cytoplasmic region (FIG. 9 (D)). ), Reference numeral 118).
[0036]
First, a description will be given of the process of extracting a nucleus region with reference to FIG. In step S31, an image is obtained from the CCD camera 7 connected to the optical microscope 1. This input image is a digital image having RGB components. When an analog input device is used, the digital image is converted into a digital image (RGB digital signal) and the subsequent processing is performed.
[0037]
In step S32, a density level image 1 (L1 = 1-R + 1-G) is created from the input image (RGB). In step S33, a density histogram 1 is created from the density level image 1. From the density histogram 1, a density reference value 1 is determined. In the density level image 1, a binarized image in which pixels higher than the density reference value 1 are set to “1” (area including a nucleus) and the other pixels are set to “0” (background) is created as a mask image 1 ( Step S34). The R component of the input image is masked by the mask image 1 to create an R image 1 (step S35). In step S36, the average value of the R values is calculated from the R image 1. In the R image 1, a pixel smaller than the average value is set to “1” (area including a nucleus), and the other pixels are set to “0” (background). The image is set as a mask image 2 (step S37). The input image (RGB) is masked by the mask image 2 to generate a nucleus candidate region image 1 (RGB) (step S38).
[0038]
In step S39, a density level image 2 (L2 = (R + G + B) / 3) is created from the created nucleus candidate area image 1. In the density level image 2, a connected component in an area other than “0” is searched to perform a labeling process (step S40).
[0039]
In step S41, it is determined whether or not the area of the connected component is smaller than the reference value 2, for example. If the area of the connected component is smaller than the reference value 2, it is determined that the target cell is not included in the region. A determination is made (step S43), and the pixels in the area are set to 0 (background). Here, the reference value 2 is a minimum area that is considered to be occupied by the nucleus of the target cell in the image.
[0040]
For the connected component larger than the reference value 2, in step S44, a density level image 2 including a connected portion is created. Next, a peripheral region including each of the connected components is cut out (this is referred to as a partial image 1. This is shown in FIG. 10A. In FIG. 10A, reference numeral 151 denotes a kernel candidate, and reference numeral 153 denotes other components. is there). In the cut-out partial image 1, the minimum value and the maximum value of the pixels other than “0” (background) are obtained, and the minimum value obtained here is set as the threshold 1 (step S51). For the partial image 1, a binarized image is created according to the set threshold value (step S52). In the binarized partial image, a pixel having a value of "1" is searched for, and connected components of the partial image are labeled (step S53). Here, “labeling a connected component” means assigning a label of the same value to a cluster of connected white (or black) pixels to identify connected pixels (connected components), The connected components indicate a process of assigning different labels.
[0041]
In step S54, it is determined whether or not the area of the connected component is within the range of the size considered to be the nucleus of the target cell, and whether the circularity is, for example, 0.7 or more. If so, consider that area as the nucleus of the target cell (the circularity is 4πS / P, where P is the perimeter and S is the area). 2 (The maximum value is 1). In step S54, if no region considered as the nucleus of the target cell is found, in step S56, the threshold value 1 is changed within the range between the minimum value and the maximum value obtained in step S51, and the process returns to step S52. , The processing from step S52 to step S54 is repeated. If an area that is considered to be the nucleus of the target cell is not found even after changing to the maximum value (YES in step S55), it is determined that there is no target cell in this range, and another search area is searched (step S57). .
[0042]
In step S54, when a region considered to be a nucleus of the target cell is found, the process proceeds to step S58, in which a peripheral image is cut out centering on the barycentric coordinates, and a cell peripheral image 1 is created. With respect to the cell peripheral image 1, a mask image 3 (nuclear region mask, FIG. 10D) in which the region considered to be a nucleus is “1” and the other regions are “0” is created (step S59). Next, the process proceeds to the cell membrane region extraction process (FIG. 7) in step S60.
[0043]
As shown in FIG. 7, in step S61, a binary image in which the edge portion is "1" and the other portions are "0" is created in the cell peripheral image 1 by using an edge (boundary line) detection filter. (FIG. 10B). Edge connection processing is performed in this binary image, and the portions where the film is missing are connected on the image (the film image in FIG. 10C). In step S62, a labeling process is performed by searching for a connected component of an edge portion in the binary image. It is determined whether or not the outer periphery of the connected component is within a range that is considered to be the cell membrane of the target cell (step S63). If the outer periphery is within the range, an image in which the region is filled is created and a mask image is created. 4 (area mask in cell membrane) (step S65, FIG. 10E). If it is not within the range, the process proceeds to step S64, where it is determined that the target cell is not the cell membrane, and another search area is searched.
[0044]
Next, AND processing is performed on the created mask image 4 (the intra-cell membrane region mask in FIG. 10E) and the mask image 3 (the nucleus extraction image in FIG. 10D) created in step S59 (FIG. 6). This is performed (FIG. 10F), and it is determined in step S67 whether a nucleus exists in the cell membrane. If it is determined in step S67 that a nucleus (indicated by reference numeral 155 in FIG. 10F) exists in the cell membrane, the process proceeds to the cytoplasm extraction process in step S69. If it is determined in step S67 that no nucleus exists in the cell membrane, the process proceeds to step S68, where it is determined that the cell is not a target cell, and the process proceeds to another search area.
[0045]
FIG. 8 is a flow relating to a cytoplasm extraction step. As shown in FIG. 8, when a nucleus is included in the cell membrane in step S67, a difference image is created by subtracting the mask image 3 (nuclear mask image) from the mask image 4 (mask image in the cell membrane), and the mask image 5 (cytoplasmic mask image) (step S71). Based on the mask image 5 (cytoplasmic mask image) and the mask image 3 (nuclear region mask) created in step S59 (FIG. 6), the ratio of the area between the nuclear region and the cytoplasmic region is calculated (step S72). . In step S73, it is determined whether the calculated ratio is within the range of the ratio indicated by the target cell. If it is determined in step S73 that the ratio is not within the ratio, it is determined that the cell is not a target cell (step S80). Move to another search area.
[0046]
If it is determined in step S73 that the ratio is within the ratio, the input image (RGB) is masked with the mask image 5 (cytoplasm mask image) to create a cytoplasm image (RGB) (step S74). Next, in step S75, an RG histogram is created for the cytoplasm image. It is determined whether the peak of the RG histogram is larger than the reference value 3 (step S76). If the peak of the RG histogram is larger than the reference value 3, the cytoplasm is reddish, it is determined that the cell is not a target cell (NO in step S76), and the cell moves to another search area. If the peak of the RG histogram is smaller than the reference value 3, the process proceeds to step S77 to create a gray level histogram (L3 = (R + G + B) / 3) from the cytoplasm image.
[0047]
In step S78, it is determined whether the peak of the gray level histogram is larger than the reference value 4. If the peak of the gray level histogram is smaller than the reference value 4, the lightness of the cytoplasm is low. The cell is determined not to be a target cell and moves to another search area. If the peak of the gray level histogram is larger than the reference value 4, the process proceeds to step S79, where the finally remaining cells are considered to be target cells, and the process proceeds to step S9 (FIG. 3). The degree of circularity, the lightness of the nucleus, the outer peripheral value of the cell membrane, the area ratio between the cytoplasm and the nucleus, the degree of redness of the cytoplasm, the lightness of the cytoplasm, and the like are stored as probability elements indicating whether the cell is a target cell. When the target cell is found, the barycentric coordinates of the target cell with respect to the input image (RGB) are stored. When the target cell is found, the input image (RGB) is stored in the database 51c (FIG. 2). The stored data on the target cells can be retrieved from the database 51c at any time in response to a request from the user. The processes from S6 to S9 are repeated until a specified number of target cells are found.
[0048]
FIG. 11 shows an example of a monitor display screen relating to the test results obtained by using the target cell automatic search technology according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, the target cell automatic search result display screen 200 includes an operation start button 201, a search mode button 203, a search result display button 205, a maintenance button 207, and an end button 209. . At present, the search result display button 205 is selected, and the search result display 210 is displayed on the screen. The search result display 210 is a display related to the sample number 0005, and displays target cell candidates 1 to 5 211a to 211e. The currently selected target cell candidate 211a is displayed in a large size, and various information related to the microscope image display is also displayed.
[0049]
In addition, the search result list 217 displays a sample 221, a target cell number 223, a search start date and time 225, and a search end date and time 227 for each sample No. Further, a read button 231, a save button 233, a delete button 235, and an Exit button 237 are provided, and the above-described read, save, delete, and Exit processes can be performed on each sample. When each button on such a display screen is selected, the selected processing is performed and a simple user interface is formed.
[0050]
As described above, according to the automatic target cell search system according to the present embodiment, target cells contained in blood collected from the mother, for example, using nucleated cells from the fetus, highly reliable to the mother and child Prenatal testing and diagnosis is possible without any risk of illness. According to the automatic target cell search system using nucleated cells derived from the fetus according to the present embodiment, a manual operation that conventionally required about 20 minutes to 1 hour as a search time per nucleated red blood cell is reduced to one slide. Five nucleated red blood cells could be searched for in about 10 minutes per glass. That is, automation of sample processing and long-time unmanned operation are made possible by the above-described apparatus and image processing technology, and conventionally, the burden of a laboratory technician for long-term microscopic observation has been greatly reduced. By using an automated high-precision search device, if the device is set before the end of work and unmanned operation is performed as it is at night, the search result can be displayed on the display the next morning.
[0051]
In addition, using the target cell automatic search device according to the present embodiment, even if the external accuracy of the slide glass, the slide glass fixing mechanism on the microscope stage, or the operation accuracy of the microscope stage is not particularly precise, It can operate normally. If the position of the microscope stage is corrected by image processing, a plurality of arbitrarily searched target cells on the same slide glass can be immediately moved to the center of the field of view of the microscope, so that work can be performed in a short time. In addition, it is not necessary to use a high-precision and expensive slide glass, and the inspection cost can be reduced. Regarding the determination of nucleated red blood cells from countless blood cells that were difficult to determine even by an experienced person, it is sufficient to make a determination from several cells searched using the apparatus according to the present embodiment. Can be greatly reduced.
[0052]
Although the present invention has been described with reference to each embodiment, those skilled in the art can easily understand that various other modifications and changes are possible. For example, it goes without saying that an apparatus storing the above search method as a program, a program thereof, or a recording medium storing the program are also included in the scope of the present invention. In addition, even if the target cell is not a nucleated red blood cell derived from a fetus, it can be tested as long as it is another characteristic search target. For example, various objects including living organisms and physiological substances including cancer cells and lymphocytes.
[0053]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the target cell automatic search system by this invention, test processing of a target cell can be performed automatically and accurately, and a test time can be shortened significantly.
[0054]
In addition, regarding the external accuracy of the slide glass, the operation accuracy of the slide glass fixing mechanism on the microscope stage or the operation accuracy of the microscope stage, etc., no special accuracy is required due to the position correction of the microscope stage by image processing. For example, it is possible to move the target cells to the center of the visual field of the microscope with a plurality of arbitrary searched target cells immediately, so that the work efficiency can be improved and the inspection cost can be reduced. In addition, even if the user is not skilled in the inspection, the inspection can be performed with high accuracy, and the load on the operator can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a target cell automatic search system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of a target cell automatic search system shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing flow in the target cell search system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a flow of a process in the target cell search system according to the embodiment of the present invention, and is a view subsequent to FIG. 3;
FIG. 5 is a flowchart showing a processing flow in the target cell search system according to one embodiment of the present invention, and is a drawing showing a flow of a nuclear region extraction process.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing flow in the target cell search system according to one embodiment of the present invention, and is a view showing a processing flow following FIG. 5;
FIG. 7 is a flowchart illustrating a flow of a process in the target cell search system according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a flow of a process of extracting a membrane region.
FIG. 8 is a flowchart showing a process flow in the target cell search system according to the embodiment of the present invention, and is a diagram showing a flow of a cytoplasm extraction process.
FIGS. 9 (A) to 9 (D) are examples of images in each step after performing processing in the target cell search system according to the present embodiment.
FIGS. 10A to 10F are examples of images in each step after processing in the target cell search system according to the present embodiment, from partial image extraction to final nuclear image; 5 is an image after each step up to the extraction of.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a display screen in the target cell search system according to the present embodiment.
FIG. 12 is an image of fetal-derived red blood cells (nucleated).
[Explanation of symbols]
A: optical transport system, B: image processing system (image processing PC), C: control system (control PC), D: output system (high-precision monitor display), 1: optical microscope, 3: concave groove portion, 5: objective Lens, 7: CCD camera (imaging device), 11: sample stage, 15: sample placement unit, 17: XY stage mechanism, 21: upper surface, 23: slide glass, 31: transport device, 33: operating arm, 41: stocker , 45 ... accommodation unit, 51 ... image processing unit, 53 ... control unit, 55 ... monitor display (display device).

Claims (16)

対象物を検査する対物レンズを備えるとともに、撮像装置と関連付けされた顕微鏡と、
前記顕微鏡における検査可能領域内に配置された試料台であって、XY移動機構を有し、検査対象試料を載せた試料板を前記光学顕微鏡により観察できる位置に置くことができるように形成された試料台と、
検査対象である標的細胞を探索済みの試料板と探索前の試料板とをそれぞれ複数枚収容できるストッカと、
前記ストッカと試料台との間で前記試料板を搬送する搬送装置と、
前記撮像装置から入力された試料の画像データを解析する解析部と、探索済みの標的細胞に関する画像データ及びその位置を記憶する記憶部と、を有する画像処理ユニットと、
前記対物レンズによる焦点合わせと前記試料板の位置とを制御する制御ユニットと、
観察画像と記憶画像とを表示する表示装置と
を含む標的細胞自動探索システム。
With an objective lens for inspecting the object, and a microscope associated with the imaging device,
A sample stage arranged in an inspectable area of the microscope, the sample stage having an XY moving mechanism, and formed so that a sample plate on which a sample to be inspected is placed can be placed at a position observable by the optical microscope. A sample stage,
A stocker capable of accommodating a plurality of sample plates in which target cells to be examined have been searched and a sample plate before search,
A transfer device for transferring the sample plate between the stocker and the sample table,
An analysis unit that analyzes the image data of the sample input from the imaging device, and a storage unit that stores the image data and the position of the searched target cells, and an image processing unit that has
A control unit for controlling the focusing by the objective lens and the position of the sample plate,
An automatic target cell search system including a display device that displays an observation image and a stored image.
さらに、探索後に前記試料板を試料台に再ローディングする際に、任意の探索済み標的細胞を過去に探索した際の位置情報と、その場で再度画像処理を行って得た位置情報と、に関する標的細胞の位置情報を比較し、前記試料板又は前記試料台に関する位置ずれ誤差を補正する補正手段を有していることを特徴とする請求項1に記載の標的細胞自動探索システム。Further, when reloading the sample plate to the sample stage after the search, position information when previously searched for any searched target cells and position information obtained by performing image processing again on the spot, 2. The automatic target cell search system according to claim 1, further comprising a correction unit configured to compare positional information of the target cells and correct a positional error with respect to the sample plate or the sample table. 3. 顕微鏡による検査画像の画像処理を行い、試料板に載せられた標的細胞を自動的に探索する標的細胞自動探索システムであって、
前記標的細胞の形態的特徴を、核領域と細胞膜領域と細胞質領域とに分けて前記検査画像の画像処理を行うことを特徴とする標的画像自動探索システム。
A target cell automatic search system that performs image processing of an inspection image by a microscope and automatically searches for a target cell placed on a sample plate,
An automatic target image search system, wherein the morphological characteristics of the target cells are divided into a nucleus region, a cell membrane region, and a cytoplasm region, and the image processing of the inspection image is performed.
前記標的細胞とそれ以外の細胞とを、色、形状、位置関係及び面積比のうち少なくともいずれかに基づいて区別することを特徴とする請求項3に記載の標的細胞自動探索システム。4. The automatic target cell search system according to claim 3, wherein the target cell is distinguished from other cells based on at least one of a color, a shape, a positional relationship, and an area ratio. 細胞の核領域の面積と、核の円形度合いと、核の色と、細胞膜の外周値と、細胞質と核の面積比率と、細胞質の赤み度合いと、細胞質の明度と、を含む群中から選択される特性に基づいて、前記標的細胞であるか否かに関する確率値を計算することを特徴とする請求項3又は4に記載の標的細胞自動探索システム。Select from a group that includes the area of the nucleus area of the cell, the degree of circularity of the nucleus, the color of the nucleus, the peripheral value of the cell membrane, the area ratio of the cytoplasm and the nucleus, the degree of redness of the cytoplasm, and the brightness of the cytoplasm The target cell automatic search system according to claim 3, wherein a probability value regarding whether or not the cell is the target cell is calculated based on the characteristic to be performed. さらに、前記確率値を順列化し、該確率値の高い順を表示するように制御する表示制御部を備えることを特徴とする請求項3から5までのいずれか1項に記載の標的細胞自動探索システム。The target cell automatic search according to any one of claims 3 to 5, further comprising: a display control unit configured to permutate the probability values and display the probability values in descending order. system. 前記画像処理による前記標的細胞であるか否かの判別レベルに関するしきい値が、調節可能なパラメータ値として定められていることを特徴とする請求項3から6までのいずれか1項に記載の標的細胞自動探索システム。The threshold according to the image processing for determining whether or not the target cell is the target cell is set as an adjustable parameter value, wherein the threshold value is determined as an adjustable parameter value. Automatic target cell search system. さらに、探索処理時に前記標的細胞と判断された複数の細胞の位置情報を記憶し、検索処理後に指定された前記試料板を再ローディングした際に指定された前記標的細胞を前記顕微鏡の視野中心に自動的に移動される自動位置合わせ機構を有することを特徴とする請求項3から7までのいずれか1項に記載の標的細胞自動探索システム。Furthermore, the position information of the plurality of cells determined to be the target cells during the search processing is stored, and the target cells specified when the sample plate specified after the search processing is reloaded are located at the center of the visual field of the microscope. The target cell automatic search system according to any one of claims 3 to 7, further comprising an automatic positioning mechanism that is automatically moved. 前記自動位置合わせ機構は、探索後に指定したスライドグラスを再ローディングし、指定した前記標的細胞の過去に探索した際の位置情報から前記顕微鏡の視野中心に標的細胞を移動させた後に、その場で再度画像処理を行うことにより、現在と過去との前記標的細胞の位置情報を比較することにより、前記試料板と前記顕微鏡との物理的位置ずれ誤差を補正する補正手段を有していることを特徴とする請求項3から7までのいずれか1項に記載の標的細胞自動探索システム。The automatic positioning mechanism reloads the designated slide glass after the search, and moves the target cell to the center of the field of view of the microscope from the position information obtained when the specified target cell was searched in the past. By performing image processing again, by comparing positional information of the target cell between the present and the past, it is possible to have a correction means for correcting a physical displacement error between the sample plate and the microscope. The target cell automatic search system according to any one of claims 3 to 7, characterized in that: 前記自動位置合わせは、標的細胞を基準として行われることを特徴とする請求項8又は9に記載の標的細胞自動探索システム。10. The automatic target cell search system according to claim 8, wherein the automatic positioning is performed based on a target cell. 前回の検査結果に基づいて、標的画像の判断基準となる形態的特徴のしきい値又は重要度の少なくとも一方を調整する調整手段を有することを特徴とする請求項3から10までのいずれか1項に記載の標的細胞自動探索システム。11. The image forming apparatus according to claim 3, further comprising an adjusting unit configured to adjust at least one of a threshold value and an importance level of a morphological feature serving as a criterion of a target image based on a previous inspection result. Item 6. The automatic target cell search system according to Item 1. 対象物を検査する対物レンズを備えるとともに、撮像装置と関連付けされた顕微鏡と、該顕微鏡における検査可能領域内に配置された試料台であって、XY移動機構を有し、検査対象試料を載せた試料板を前記光学顕微鏡により観察できる位置に置くことができるように形成された試料台と、検査前後の前記試料板を複数枚収容できるストッカと、前記ストッカと試料台との間で前記試料板を搬送する搬送装置と、前記撮像装置から入力された試料の画像データを解析する解析部と、画像データ及びその位置を記憶する記憶部と、を有する画像処理ユニットと、前記対物レンズによる焦点合わせと前記試料板の位置とを制御する制御ユニットと、観察画像と記憶画像とを表示する表示装置とを備えた標的細胞自動探索システムにおける探索方法であって、
標的細胞の実質的な探索を行う前に、低倍率で前記試料板上に細胞が存在する位置と細胞の分布密度が適切な箇所とを画像処理により認識するステップを含む標的細胞自動探索方法。
A microscope provided with an objective lens for inspecting an object, a microscope associated with an imaging device, and a sample table arranged in an inspectable area of the microscope, having an XY moving mechanism, and on which a sample to be inspected is placed. A sample table formed so that a sample plate can be placed at a position observable by the optical microscope, a stocker capable of accommodating a plurality of the sample plates before and after inspection, and the sample plate between the stocker and the sample table. An image processing unit having a transport device that transports the image data, an analysis unit that analyzes image data of the sample input from the imaging device, and a storage unit that stores the image data and its position, and focusing by the objective lens. And a control unit for controlling the position of the sample plate and a display device for displaying an observation image and a stored image. There is,
A method for automatically searching for target cells, comprising the step of recognizing at a low magnification a position where cells are present on the sample plate and a position where the cell distribution density is appropriate by image processing before substantially searching for target cells.
探索エリア内をあるピッチでスライドグラスをステップ送りしながら低倍率で探索を行い、標的細胞と思われる標的細胞候補を検出した時に前記標的細胞候補を高倍率で精密探索するステップを含む
請求項12に記載の標的細胞自動探索方法。
13. A step of performing a search at a low magnification while stepping a slide glass at a certain pitch in a search area, and precisely detecting the target cell candidate at a high magnification when detecting a target cell candidate considered to be a target cell. 3. The method for automatically searching for target cells according to 1.
探索エリア内を第1のピッチでスライドグラスをステップ送りしながら低倍率で探索を行い、探索を行ったエリア内において標的細胞候補が検出されなかった場合に、第1のピッチとは異なる第2のピッチであって、前記第1のピッチにおける探索位置と重複しない第2のピッチで探索を行うことを特徴とする請求項13に記載の標的細胞自動探索方法。A search is performed at a low magnification while stepping the slide glass in the search area at a first pitch, and when a target cell candidate is not detected in the searched area, a second different from the first pitch is used. The target cell automatic search method according to claim 13, wherein the search is performed at a second pitch that does not overlap the search position at the first pitch. さらに、探索した標的細胞を切出し、染色体又は遺伝子の検査の少なくとも一方を行うステップを含む請求項13又は14に記載の標的細胞自動探索方法。The method for automatically searching for target cells according to claim 13 or 14, further comprising cutting out the searched target cells and performing at least one of chromosome and gene tests. 前記標的細胞が妊婦血液中に含まれる胎児由来の有核赤血球であることを特徴とする請求項3から15までのいずれか1項に記載の標的細胞自動探索方法。The method according to any one of claims 3 to 15, wherein the target cells are nucleated red blood cells derived from a fetus contained in pregnant woman's blood.
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