JP2006018394A - Cell identification device, cell identification method, program for cell identification, and cell analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像した細胞の画像から細胞の輪郭を抽出して細胞を識別する細胞識別装置、細胞識別方法、細胞識別用プログラム、および識別した細胞の画像を撮像し、撮像した画像を画像処理して解析する細胞解析装置に関する。 The present invention relates to a cell identification device, a cell identification method, a cell identification program, and a cell identification program for identifying a cell by extracting a cell outline from the captured cell image, and processing the captured image The present invention relates to a cell analysis apparatus that performs analysis.
細胞を撮像した画像を2値化することによって、細胞の輪郭を抽出する細胞画像処理方法が特許文献1によって知られている。 Patent Document 1 discloses a cell image processing method that extracts an outline of a cell by binarizing an image obtained by imaging a cell.
しかしながら、特許文献1に記載の細胞画像処理方法においては、画像上で隣同士つながった2つ以上の細胞は、1つの細胞として誤って抽出されてしまう可能性があるという問題が生じていた。 However, in the cell image processing method described in Patent Document 1, there has been a problem that two or more cells connected to each other on the image may be erroneously extracted as one cell.
請求項1に記載の細胞識別装置は、第1の撮像光学系で撮像した第1画像から一つの細胞として識別する細胞輪郭候補を抽出するとともに、第2の撮像光学系で撮像した第2画像から核を抽出する輪郭抽出手段と、輪郭抽出手段で抽出した細胞輪郭候補と核とに基づいて、一つの核が存在する細胞輪郭候補を一つの細胞として識別する識別手段とを備えることを特徴とする。
請求項2に記載の細胞識別装置は、請求項1に記載の細胞識別装置において、輪郭抽出手段で抽出した細胞輪郭候補と核とを重畳する画像重畳手段をさらに備え、識別手段は、画像重畳手段で重畳された画像に基づいて、一つの細胞輪郭候補内に核が一つだけ存在するか、複数個存在するかを判断する判断手段と、判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合、一つの細胞輪郭候補内に一つの核が存在するように該当する細胞輪郭候補を分割する分割手段とを含み、識別手段は、分割手段によって分割された一つの核を取り囲む一つの細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする。
請求項3に記載の細胞識別装置は、請求項2に記載の細胞識別装置において、分割手段は、判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合には、一つの細胞輪郭候補に含まれる核の重心同士を結ぶ直線の垂直二等分線により、一つの細胞輪郭候補の中に一つの核を含むように分割することを特徴とする。
請求項4に記載の細胞識別装置は、請求項2に記載の細胞識別装置において、輪郭抽出手段で抽出した細胞輪郭候補および核を表示する表示手段と、判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合に、使用者が細胞輪郭候補を分割するための分割線を入力する入力手段とをさらに有し、表示手段は、判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合には、当該細胞輪郭候補を表示し、分割手段は、使用者によって前記入力手段を介して入力された分割線と細胞輪郭候補の輪郭線とで囲まれた核を一つ含む領域を細胞輪郭候補として分割することを特徴とする。
請求項5に記載の細胞識別装置は、請求項4に記載の細胞識別装置において、表示手段は、判断手段により核が複数存在すると判断された細胞輪郭候補を拡大して表示することを特徴とする。
請求項6に記載の細胞識別装置は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の細胞識別装置において、第1の撮像光学系で撮像した第1画像は細胞の位相差画像または微分干渉画像であり、第2の撮像光学系で撮像した第2画像は核の蛍光画像であることを特徴とする。
請求項7に記載の細胞解析装置は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の細胞識別装置と、細胞の画像を所定時間間隔で複数枚撮像し、撮像した複数枚の画像に対して画像処理を実行して、個々の細胞の時系列変化を解析する解析手段とを有することを特徴とする。
請求項8に記載の細胞識別方法は、第1の撮像光学系で撮像した第1画像から一つの細胞として識別する細胞輪郭候補を抽出するとともに、第2の撮像光学系で撮像した第2画像から核を抽出し、抽出した細胞輪郭候補と核とに基づいて、一つの核が存在する細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする。
請求項9に記載の細胞識別方法は、請求項8に記載の細胞識別方法において、抽出した細胞輪郭候補と核とを重畳し、重畳された画像に基づいて、一つの細胞輪郭候補内に核が一つだけ存在するか、複数個存在するかを判断し、一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合、一つの細胞輪郭候補内に一つの核が存在するように該当する細胞輪郭候補を分割し、分割した一つの核を取り囲む一つの細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする。
請求項10に記載の細胞識別方法は、請求項9に記載の細胞識別方法において、一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合には、一つの細胞輪郭候補に含まれる核の重心同士を結ぶ直線の垂直二等分線により、一つの細胞輪郭候補の中に一つの核を含むように分割することを特徴とする。
請求項11に記載の細胞識別方法は、請求項9に記載の細胞識別方法において、一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合には、表示手段に表示されている当該細胞輪郭候補に対して使用者が入力手段を介して入力した分割線と細胞輪郭候補の輪郭線とで囲まれた核を一つ含む領域を細胞輪郭候補として分割することを特徴とする。
請求項12に記載の細胞識別方法は、請求項11に記載の細胞識別方法において、表示手段には核が複数存在すると判断された細胞輪郭候補を拡大して表示することを特徴とする。
請求項13に記載の細胞識別方法は、請求項8〜12のいずれか一項に記載の細胞識別方法において、第1の撮像光学系で撮像した第1画像は細胞の位相差画像または微分干渉画像であり、第2の撮像光学系で撮像した第2画像は核の蛍光画像であることを特徴とする。
請求項14に記載の細胞識別用プログラムは、第1の撮像光学系で撮像した第1画像から一つの細胞として識別する細胞輪郭候補を抽出するとともに、第2の撮像光学系で撮像した第2画像から核を抽出する輪郭抽出処理と、輪郭抽出処理で抽出した細胞輪郭候補と核とに基づいて、一つの核が存在する細胞輪郭候補を一つの細胞として識別する識別処理とを有することを特徴とする。
請求項15に記載の細胞識別用プログラムは、請求項14に記載の細胞識別用プログラムにおいて、輪郭抽出処理で抽出した細胞輪郭候補と核とを重畳する画像重畳処理をさらに有し、識別処理は、画像重畳処理で重畳された画像に基づいて、一つの細胞輪郭候補内に核が一つだけ存在するか、複数個存在するかを判断する判断処理と、判断処理で一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合、一つの細胞輪郭候補内に一つの核が存在するように該当する細胞輪郭候補を分割する分割処理とを含み、識別処理は、分割処理で分割した一つの核を取り囲む一つの細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする。
請求項16に記載の細胞識別用プログラムは、請求項15に記載の細胞識別用プログラムにおいて、分割処理は、判断処理で一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合には、表示手段に表示されている当該細胞輪郭候補に対して使用者が入力手段を介して入力した分割線と細胞輪郭候補の輪郭線とで囲まれた核を一つ含む領域を細胞輪郭候補として分割することを特徴とする。
請求項17に記載の細胞識別用プログラムは、請求項14〜16のいずれか一項に記載の細胞識別用プログラムにおいて、第1の撮像光学系で撮像した第1画像は細胞の位相差画像または微分干渉画像であり、第2の撮像光学系で撮像した第2画像は核の蛍光画像であることを特徴とする。
The cell identification device according to claim 1 extracts a cell contour candidate to be identified as one cell from the first image captured by the first imaging optical system, and also the second image captured by the second imaging optical system. A contour extracting unit for extracting a nucleus from the cell, and an identifying unit for identifying a cell contour candidate having one nucleus as one cell based on the cell contour candidate and the nucleus extracted by the contour extracting unit. And
The cell identification device according to claim 2 further includes an image superimposing unit that superimposes the cell contour candidate extracted by the contour extraction unit and the nucleus in the cell identification device according to claim 1, wherein the identification unit includes image superimposition. Based on the image superimposed by the means, a judging means for judging whether there is only one nucleus or a plurality of nuclei in one cell contour candidate, and a nucleus in one cell contour candidate by the judging means. And dividing means for dividing the corresponding cell contour candidate so that one nucleus is present in one cell contour candidate, and the identifying means is one divided by the dividing means. One cell contour candidate surrounding the nucleus is identified as one cell.
According to a third aspect of the present invention, in the cell identification device according to the second aspect, when the dividing unit determines that a plurality of nuclei exist in one cell contour candidate by the determining unit, One cell contour candidate is divided so as to include one nucleus by a straight vertical bisector connecting centroids of nuclei included in one cell contour candidate.
A cell identification device according to
The cell identification device according to
The cell identification device according to
A cell analysis device according to
The cell identification method according to claim 8, wherein a cell contour candidate to be identified as one cell is extracted from a first image imaged by the first imaging optical system, and a second image imaged by the second imaging optical system. Nuclei are extracted from the cell contour candidates, and based on the extracted cell contour candidates and nuclei, a cell contour candidate in which one nucleus exists is identified as one cell.
The cell identification method according to
The cell identification method according to
The cell identification method according to
A cell identification method according to a twelfth aspect is the cell identification method according to the eleventh aspect, wherein the cell contour candidates determined to have a plurality of nuclei are enlarged and displayed on the display means.
The cell identification method according to claim 13 is the cell identification method according to any one of claims 8 to 12, wherein the first image captured by the first imaging optical system is a phase difference image or differential interference of a cell. The second image captured by the second imaging optical system is a nuclear fluorescence image.
The cell identification program according to claim 14 extracts a cell contour candidate to be identified as one cell from the first image captured by the first imaging optical system, and the second image captured by the second imaging optical system. A contour extraction process for extracting a nucleus from an image, and an identification process for identifying a cell contour candidate having one nucleus as one cell based on the cell contour candidate and the nucleus extracted by the contour extraction process. Features.
The cell identification program according to claim 15 further includes an image superimposing process for superimposing the cell contour candidate and the nucleus extracted by the contour extraction process in the cell identification program according to claim 14, wherein the identification process includes: Based on the image superimposed in the image superimposition process, a determination process for determining whether there is only one nucleus or a plurality of nuclei in one cell contour candidate, and within one cell contour candidate in the determination process And dividing the corresponding cell contour candidate so that one nucleus exists in one cell contour candidate. One cell contour candidate surrounding one nucleus is identified as one cell.
The cell identification program according to claim 16, in the cell identification program according to claim 15, when the division processing determines that a plurality of nuclei exist in one cell contour candidate in the determination processing, A region including one nucleus surrounded by the dividing line input by the user via the input unit and the contour of the cell contour candidate for the cell contour candidate displayed on the display unit is divided as the cell contour candidate. It is characterized by doing.
The cell identification program according to claim 17 is the cell identification program according to any one of claims 14 to 16, wherein the first image captured by the first imaging optical system is a phase difference image of a cell or It is a differential interference image, and the second image captured by the second imaging optical system is a nuclear fluorescence image.
本発明によれば、隣接する2つの細胞を個々の2つの細胞として識別することができる。 According to the present invention, two adjacent cells can be identified as two individual cells.
図1は、本発明による細胞識別装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。細胞識別装置100は、入力装置110と、制御装置120と、モニタ130と、画像メモリ140とを備えている。また、細胞識別装置100には細胞の拡大画像を撮像するカメラ付き顕微鏡200が接続されており、使用者によって観察され、顕微鏡200で撮像された細胞の画像は、制御装置120へ転送され、画像メモリ140に格納されるとともにモニタ130に表示される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a cell identification device according to the present invention. The
顕微鏡200は、CCD210を撮像素子とし、透過光による位相差観察光学系と、落射蛍光による蛍光観察光学系とを有する。本実施の形態では、位相差観察光学系で撮像した位相差画像と、蛍光観察光学系で撮像した核の蛍光画像とに基づいて細胞を識別し、識別した細胞を蛍光観察光学系で観察する。
The
本実施の形態における細胞識別装置100は、顕微鏡200で撮像した細胞の画像内に含まれる個々の細胞を識別する。顕微鏡200で細胞を撮像するに当たっては、あらかじめ細胞の核を蛍光染色するための蛍光色素、例えばHoechstと、細胞を蛍光染色するため蛍光色素、例えばDiBACで細胞を染色しておく。そして、これらの色素で染色した細胞の拡大画像を顕微鏡200で撮像する。このとき、照明光学系や細胞に照射する励起光の波長を変化させることによって、位相差画像、あらかじめ加えた蛍光色素により細胞を蛍光染色した蛍光画像、および核を蛍光染色した蛍光画像のいずれかを撮像することができる。
本実施の形態では、顕微鏡200として倒立顕微鏡を使用し、上部の照明系から所定波長の光を照射し、図2に示すように細胞の位相差画像を撮像する。その後、照明を落射蛍光照明に変更して細胞の核を蛍光染色している色素を励起する波長の光を照射し、図3に示す細胞の核の蛍光画像を撮像する。このとき、図2に示す細胞の位相差画像と、図3に示す核の蛍光画像とは、その視野が同一になるように撮像する。
In the present embodiment, an inverted microscope is used as the
顕微鏡200で撮像した細胞の位相差画像、および核の蛍光画像の画像データは、制御装置120へ転送され、画像メモリ140へ格納される。制御装置120においては、細胞の位相差画像、および核の蛍光画像を画像処理して、以下に説明するように画像内に存在する個々の細胞を識別する。細胞の位相差画像に対してエッジ抽出処理を行い、抽出したエッジの隣り合うもの同士を直線で結ぶことによって細胞の輪郭を抽出する。ここで抽出した細胞の輪郭を1つの細胞の輪郭候補として、後述するように個々の細胞を識別する。
The phase difference image of the cell imaged by the
図4は、エッジ抽出処理を行った結果に基づいて、細胞の輪郭を抽出するアルゴリズムの具体例を図示したものである。図4における各点は、エッジ抽出処理によって抽出されたエッジを表している。図4(a)において、任意の2つのエッジAおよびBを直線4aで結び、直線4aから垂直方向に最も離れたエッジCと、直線4aの端点、すなわちエッジAおよびBとをそれぞれ直線4bおよび4cで結ぶ。 FIG. 4 shows a specific example of an algorithm for extracting the outline of a cell based on the result of the edge extraction process. Each point in FIG. 4 represents an edge extracted by the edge extraction process. In FIG. 4 (a), arbitrary two edges A and B are connected by a straight line 4a, and an edge C farthest from the straight line 4a in the vertical direction and an end point of the straight line 4a, that is, the edges A and B are respectively connected to the straight line 4b and Tie with 4c.
次に、図4(b)に示すように、直線4bと直線4cのそれぞれから垂直方向に最も離れたエッジDおよびEと、直線4bと直線4cのそれぞれの端点とを直線で結ぶ。これによって、エッジA,D,C、EおよびBが直線で結ばれ、その輪郭が抽出されていく。そして、図4(c)において、上述した図4(b)で示したのと同じ処理を行い、その後、全ての点が直線で結ばれるまで処理を繰り返すことによって、細胞の輪郭を抽出することができる。 Next, as shown in FIG. 4B, the edges D and E that are farthest in the vertical direction from the straight lines 4b and 4c and the end points of the straight lines 4b and 4c are connected by straight lines. As a result, the edges A, D, C, E, and B are connected by straight lines, and the contours are extracted. Then, in FIG. 4 (c), the same process as shown in FIG. 4 (b) is performed, and then the process is repeated until all the points are connected by straight lines, thereby extracting the outline of the cell. Can do.
次に、核の蛍光画像に対して行う画像処理について説明する。まず、核の蛍光画像を2値化する。そして、2値化した核の蛍光画像に対して、細胞の位相差画像に対して行ったのと同様にエッジ抽出を行い、核の輪郭を得る。 Next, image processing performed on the nuclear fluorescence image will be described. First, the fluorescence image of the nucleus is binarized. Then, edge extraction is performed on the binarized fluorescence image of the nucleus in the same manner as performed on the phase difference image of the cell to obtain the contour of the nucleus.
その後、抽出した細胞の輪郭に、抽出した核の輪郭を重ねあわせて(重畳して)、図5に示す細胞の輪郭5aおよび核の輪郭5bを表示した画像を生成する。そして、生成した画像内において、1つの細胞の輪郭5a内に核の輪郭5bが2つ以上存在している細胞の輪郭5aを抽出する。1つの細胞の輪郭5a内に核の輪郭5bが2つ以上存在している場合、2つの細胞が隣接した状態で細胞の位相差画像が撮像されており、エッジ抽出した結果、1つの細胞として輪郭が抽出されてしまったと考えられる。よって、1つの細胞の輪郭5a内に核の輪郭5bが2つ以上存在している場合には、1つの細胞の輪郭5a内に1つの核の輪郭5bが存在するように、細胞の輪郭5aを分割する。
Thereafter, the extracted outline of the cell is overlapped (superposed) with the extracted outline of the cell to generate an image displaying the
細胞の輪郭5aを分割するに当たっては、例えば図6に示すように、1つの細胞の輪郭5a内に含まれる核の輪郭5bの重心同士を直線6aで結び、その直線の垂直二等分線6bにより細胞の輪郭5aを分割する。図5に示した細胞の輪郭5aおよび核の輪郭5bを表示した画像に対して、細胞の輪郭5aの分割処理を行った結果を図7に示す。これにより、1つの細胞の輪郭5a内に1つの核の輪郭5bが存在するよう細胞の輪郭5aを分割することができる。そして、分割処理を行った結果得られた画像において、核の輪郭5bを1つ含む細胞の輪郭5aを1つの細胞と認識して、個々の細胞を識別する。
In dividing the
すなわち、垂直二等分線(分割線)6bで分割した1つの核輪郭候補を取り囲む1つの細胞輪郭候補を1つの細胞として識別することによって、1つの核輪郭候補が存在する細胞輪郭候補を1つの細胞として識別する。なお、識別した個々の細胞には、個々の細胞を一意に識別するためのID(識別符号)が付与され、付与されたIDは、識別した細胞の輪郭、すなわち形状、および画像内における細胞の位置、例えば画像内をXY座標系としたときの核の重心の座標値とともに個々の細胞の識別データとして不図示のメモリに格納される。そして識別した個々の細胞の観察画像は、細胞の識別データに基づいて細胞単位に画像処理することができる。 That is, by identifying one cell contour candidate surrounding one nuclear contour candidate divided by a vertical bisector (partition line) 6b as one cell, one cell contour candidate having one nuclear contour candidate is defined as one cell contour candidate. Identify as one cell. Each identified cell is given an ID (identification code) for uniquely identifying the individual cell, and the given ID indicates the outline of the identified cell, that is, the shape of the cell in the image. The position, for example, the coordinate value of the center of gravity of the nucleus when the inside of the image is an XY coordinate system is stored in a memory (not shown) as identification data of each cell. Then, the observed images of the identified individual cells can be image-processed in units of cells based on the cell identification data.
本実施の形態においては、例えば図8および図9に示すように、顕微鏡200を使用して個々の細胞の観察画像に対して画像処理を行い、その観察結果を得る。すなわち、顕微鏡200において、細胞に照射する励起光の波長を、細胞を蛍光染色している色素(例えばDiBAC)を励起する波長に変化させ、図8に示す細胞の蛍光画像を所定の時間間隔で撮像する。そして、蛍光画像における各細胞の蛍光強度を計測して、図9に示すようにその時系列変化を示すグラフをモニタ130に表示する。
In the present embodiment, for example, as shown in FIGS. 8 and 9, image processing is performed on an observation image of each cell using a
なお、図9は、図8で識別した2つの細胞8aおよび8bの輪郭内における蛍光強度の平均値の時系列変化を示すグラフを示す図である。図9においては、時点t1で試薬を添加すると、細胞8aおよび8bの輪郭内における蛍光強度の平均値が増加していることがわかる。例えば細胞を蛍光染色している色素がDiBACの場合には、細胞の膜電位が変化していることがわかる。 FIG. 9 is a graph showing a time-series change in the average value of the fluorescence intensity in the contours of the two cells 8a and 8b identified in FIG. In FIG. 9, it can be seen that when the reagent is added at time t1, the average value of the fluorescence intensity within the contours of the cells 8a and 8b increases. For example, when the dye that fluorescently stains cells is DiBAC, it can be seen that the membrane potential of the cells changes.
図10は、本実施の形態における細胞識別装置100の動作を示すフローチャートである。顕微鏡200を使用して細胞の観察を開始するにあたり、使用者は観察対象の細胞に上述した蛍光色素を加えて予め蛍光染色した細胞を含むシャーレを顕微鏡200にセットし、観察倍率の設定などの前準備を行う。図10に示す処理は、これらの前準備が完了し、使用者によって細胞識別処理の実行が指示されると起動するプログラムとして制御装置120により実行される。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the
ステップS10において、顕微鏡200で拡大撮像された画像を画像メモリ140に格納するとともにモニタ130に表示する。その後、ステップS11へ進み、顕微鏡200で撮像された画像が細胞の位相差画像であるか、あるいは核の蛍光画像であるかを判断する。顕微鏡200で撮像された画像が細胞の位相差画像である場合には、ステップS20へ進む。ステップS20では、細胞の位相差画像に対してエッジ抽出処理を行う。その後、ステップS30へ進み、抽出したエッジをつなぎ合わせて細胞の輪郭5aを得る。その後、ステップS61へ進む。
In step S <b> 10, an enlarged image captured by the
一方、顕微鏡200で撮像された画像が核の蛍光画像であると判断した場合には、ステップS40へ進む。ステップS40では、核の蛍光画像を2値化した後、ステップS50へ進み、2値化した結果得られた画像に対してエッジ抽出処理を行い核のエッジを抽出する。その後、ステップS60へ進み、抽出したエッジをつなぎ合わせて核の輪郭5bを得る。その後、ステップS61へ進む。
On the other hand, if it is determined that the image captured by the
ステップS61では、撮像された細胞の位相差画像、および核の蛍光画像に対する画像処理が完了したか否かを判断する。画像処理が完了したと判断した場合には、ステップS70へ進む。ステップS70では、細胞の位相差画像から抽出した細胞の輪郭5aと、核の蛍光画像から抽出した核の輪郭5bとを重畳して、図5に示したように細胞および核の輪郭を表示した画像を生成して、ステップS71へ進み、生成した画像をモニタ130に表示する。
In step S61, it is determined whether or not the image processing for the imaged phase difference image of the cell and the fluorescence image of the nucleus has been completed. If it is determined that the image processing has been completed, the process proceeds to step S70. In step S70, the
その後、ステップS80へ進み、1つの細胞の輪郭5a内に核の輪郭5bが2つ以上存在している細胞の輪郭5aを抽出して、ステップS90へ進む。ステップS90では、1つの細胞内に核が2つ以上存在している細胞の輪郭5aを上述したように1つの輪郭の輪郭5a内に含まれる核の輪郭5bの重心同士を直線で結び、その直線の垂直二等分線6bにより、1つの細胞の輪郭5a内に1つの核の輪郭5bが含まれるように分割する。
Thereafter, the process proceeds to step S80, where a
その後、ステップS100へ進み、抽出した1つの細胞の輪郭5a内に核の輪郭5bが2つ以上存在している全ての細胞の輪郭5aに対して分割処理が完了したか否かを判断する。抽出した全ての細胞の輪郭5aに対して分割処理が完了していないと判断した場合には、全て完了するまで分割処理を繰り返す。抽出した全ての細胞の輪郭5aに対して分割処理が完了したと判断した場合には、ステップS110へ進む。ステップS110では、核の輪郭を1つ含む細胞の輪郭5aを1つの細胞と認識して、認識した個々の細胞にID番号を付与して、上述した細胞の識別データをメモリに記憶する。その後、処理を終了する。
Thereafter, the process proceeds to step S100, and it is determined whether or not the division process has been completed for all the cell outlines 5a in which two or more nucleus outlines 5b exist within the extracted
以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果が得られる。
(1)抽出した細胞の輪郭と抽出した核の輪郭とを重畳して、細胞および核の輪郭を表示した画像を生成し、生成した画像内から1つの細胞の輪郭内に核の輪郭が2つ以上存在している細胞の輪郭を抽出して分割することとした。これによって、抽出した1つの細胞の輪郭が、実際には複数の細胞により構成されていることを正確に判定することができ、細胞の輪郭の分割を適切に行うことができる。
(2)1つの細胞内に核が2つ以上存在している場合には、1つの輪郭内に含まれる核の重心同士を直線で結び、その直線の垂直2等分線により、1つの細胞の輪郭内に1つの核が含まれるように分割して、核の輪郭を1つ含む細胞の輪郭を1つの細胞と認識することとした。これによって、同一視野で撮像した細胞の位相差画像、および核の蛍光画像内に存在する個々の細胞を的確に認識することができる。
According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) An image displaying the outlines of cells and nuclei is generated by superimposing the extracted cell outlines and the extracted nucleus outlines, and 2 nuclei outlines are included in one cell outline from the generated image. It was decided to extract and divide the outline of two or more existing cells. This makes it possible to accurately determine that the extracted outline of one cell is actually composed of a plurality of cells, and to appropriately divide the outline of the cell.
(2) When two or more nuclei exist in one cell, the centroids of the nuclei contained in one outline are connected with a straight line, and one cell is formed by the perpendicular bisector of the straight line. The outline of the cell is divided so that one nucleus is included, and the outline of the cell including one outline of the nucleus is recognized as one cell. This makes it possible to accurately recognize individual cells present in the phase difference image of the cells imaged in the same visual field and the fluorescence image of the nucleus.
なお、上述した本実施の形態においては、抽出した細胞の輪郭と核の輪郭とを重畳して生成した画像に基づいて、1つの細胞の輪郭内に核の輪郭が2つ以上存在している細胞の輪郭を抽出し、制御装置120が抽出した細胞の輪郭を核の輪郭の重心同士を結ぶ直線の垂直二等分線により分割することとした。しかし、抽出した1つの細胞の輪郭内に核の輪郭が2つ以上存在している細胞をモニタ140に拡大表示し、入力装置110を使用して使用者が細胞の分割線を例えばドラッグ操作によって入力できるようにしてもよい。この場合、制御装置120は、使用者によって入力された分割線と細胞の輪郭線とで囲まれた核を1つ含む領域を1つの細胞として識別する。
In the present embodiment described above, there are two or more nucleus contours in one cell contour based on an image generated by superimposing the extracted cell contour and nucleus contour. The outline of the cell is extracted, and the outline of the cell extracted by the
上述した実施の形態では、エッジ抽出処理によって抽出したエッジを図4にて説明したアルゴリズムによってつなぎ合わせて、細胞、および核の輪郭を得ることとしたが、これに限定されず、その他のアルゴリズムによってエッジをつなぎ合わせてもよい。 In the embodiment described above, the edges extracted by the edge extraction process are connected by the algorithm described in FIG. 4 to obtain the outline of the cell and the nucleus. However, the present invention is not limited to this, and other algorithms are used. Edges may be joined together.
上述した実施の形態では、顕微鏡200で撮像した拡大画像を細胞識別装置100へ取り込んで画像処理を行い、画像内に存在する個々の細胞を識別することとしたが、顕微鏡200で撮像した拡大画像を細胞識別プログラムを備えた汎用PCへ取り込んで、汎用PC上で画像内に存在する個々の細胞を識別してもよい。
In the above-described embodiment, the enlarged image captured by the
上述した実施の形態では、顕微鏡200で撮像した細胞の位相差画像に基づいて細胞の輪郭を抽出することとした。しかし、顕微鏡200によって細胞の微分干渉画像を撮像し、撮像した細胞の微分干渉画像に基づいて細胞の輪郭を抽出してもよい。
In the embodiment described above, the outline of the cell is extracted based on the phase difference image of the cell imaged by the
上述した実施の形態では、細胞の位相差画像から抽出した細胞の輪郭に、核の蛍光画像から抽出した核の輪郭を重ねあわせて生成した画像に基づいて個々の細胞を識別することとした。しかし、画像の重ねあわせをせずに、例えば、画像内をXY座標系としたときの細胞の輪郭を構成する各点の座標値と、核の重心の座標値とに基づいて、細胞の輪郭内に核が1つ存在する細胞の輪郭を判別し、当該核を1つ含む細胞の輪郭を1つの細胞として識別してもよい。また、その他のアルゴリズムにより個々の細胞を識別してもよい。 In the above-described embodiment, individual cells are identified based on an image generated by superimposing the outline of the nucleus extracted from the fluorescence image of the nucleus on the outline of the cell extracted from the phase difference image of the cell. However, without superimposing the images, for example, based on the coordinate values of each point constituting the contour of the cell when the inside of the image is an XY coordinate system and the coordinate value of the center of gravity of the nucleus, The outline of a cell in which one nucleus is present may be determined, and the outline of a cell containing one nucleus may be identified as one cell. Individual cells may be identified by other algorithms.
特許請求の範囲の構成要素と実施の形態との対応関係について説明する。制御装置120は輪郭抽出手段、画像重畳手段、識別手段、判断手段、および分割手段に相当する。入力装置110は入力手段に、モニタ130は表示手段に相当する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。
The correspondence between the constituent elements of the claims and the embodiment will be described. The
100 細胞識別装置
110 入力装置
120 制御装置
130 モニタ
140 画像メモリ
200 顕微鏡
210 CCD
100
Claims (17)
前記輪郭抽出手段で抽出した細胞輪郭候補と核とに基づいて、一つの核が存在する細胞輪郭候補を一つの細胞として識別する識別手段とを備えることを特徴とする細胞識別装置。 A contour extracting means for extracting a cell contour candidate to be identified as one cell from the first image captured by the first imaging optical system, and extracting a nucleus from the second image captured by the second imaging optical system;
A cell identification device comprising: identification means for identifying a cell contour candidate having one nucleus as one cell based on the cell contour candidate and the nucleus extracted by the contour extraction means.
前記輪郭抽出手段で抽出した細胞輪郭候補と核とを重畳する画像重畳手段をさらに備え、
前記識別手段は、
前記画像重畳手段で重畳された画像に基づいて、一つの細胞輪郭候補内に核が一つだけ存在するか、複数個存在するかを判断する判断手段と、
前記判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合、一つの細胞輪郭候補内に一つの核が存在するように該当する細胞輪郭候補を分割する分割手段とを含み、
前記識別手段は、前記分割手段によって分割された一つの核を取り囲む一つの細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする細胞識別装置。 The cell identification device according to claim 1,
Further comprising image superimposing means for superimposing the cell contour candidate and the nucleus extracted by the contour extracting means,
The identification means includes
Based on the image superimposed by the image superimposing means, a determination means for determining whether there is only one nucleus or a plurality of nuclei in one cell contour candidate;
Dividing means for dividing the corresponding cell contour candidate so that one nucleus exists in one cell contour candidate when it is determined by the determining means that there are a plurality of nuclei in one cell contour candidate. ,
The cell identification device characterized in that the identification means identifies one cell contour candidate surrounding one nucleus divided by the division means as one cell.
前記分割手段は、前記判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合には、一つの細胞輪郭候補に含まれる核の重心同士を結ぶ直線の垂直二等分線により、一つの細胞輪郭候補の中に一つの核を含むように分割することを特徴とする細胞識別装置。 The cell identification device according to claim 2,
When the determining unit determines that there are a plurality of nuclei in one cell contour candidate, the dividing unit is a straight vertical bisector that connects the centroids of the nuclei included in one cell contour candidate. By this, the cell identification device is divided so as to include one nucleus in one cell contour candidate.
前記輪郭抽出手段で抽出した細胞輪郭候補および核を表示する表示手段と、
前記判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合に、使用者が細胞輪郭候補を分割するための分割線を入力する入力手段とをさらに有し、
前記表示手段は、前記判断手段により一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断された場合には、当該細胞輪郭候補を表示し、
前記分割手段は、使用者によって前記入力手段を介して入力された分割線と細胞輪郭候補の輪郭線とで囲まれた核を一つ含む領域を細胞輪郭候補として分割することを特徴とする細胞識別装置。 The cell identification device according to claim 2,
Display means for displaying cell contour candidates and nuclei extracted by the contour extraction means;
When it is determined by the determining means that there are a plurality of nuclei in one cell contour candidate, the user further has an input means for inputting a dividing line for dividing the cell contour candidate,
When the determining means determines that a plurality of nuclei are present in one cell contour candidate, the display means displays the cell contour candidate,
The dividing unit divides a region including one nucleus surrounded by a dividing line input by a user through the input unit and a contour of a cell contour candidate as a cell contour candidate. Identification device.
前記表示手段は、前記判断手段により核が複数存在すると判断された細胞輪郭候補を拡大して表示することを特徴とする細胞識別装置。 The cell identification device according to claim 4, wherein
The cell identification apparatus characterized in that the display means enlarges and displays cell contour candidates determined by the determination means as having a plurality of nuclei.
前記第1の撮像光学系で撮像した第1画像は細胞の位相差画像または微分干渉画像であり、前記第2の撮像光学系で撮像した第2画像は核の蛍光画像であることを特徴とする細胞識別装置。 In the cell identification device according to any one of claims 1 to 5,
The first image captured by the first imaging optical system is a phase difference image or differential interference image of a cell, and the second image captured by the second imaging optical system is a nuclear fluorescence image, Cell identification device.
細胞の画像を所定時間間隔で複数枚撮像し、撮像した複数枚の画像に対して画像処理を実行して、個々の細胞の時系列変化を解析する解析手段とを有することを特徴とする細胞解析装置。 The cell identification device according to any one of claims 1 to 6,
A cell having a plurality of images of a cell at a predetermined time interval, and performing analysis on the captured images to analyze a time-series change of each cell. Analysis device.
抽出した細胞輪郭候補と核とに基づいて、一つの核が存在する細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする細胞識別方法。 Extracting a cell contour candidate identified as one cell from the first image captured by the first imaging optical system, and extracting a nucleus from the second image captured by the second imaging optical system;
A cell identification method, wherein a cell contour candidate in which one nucleus exists is identified as one cell based on the extracted cell contour candidate and the nucleus.
抽出した細胞輪郭候補と核とを重畳し、
重畳された画像に基づいて、一つの細胞輪郭候補内に核が一つだけ存在するか、複数個存在するかを判断し、
一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合、一つの細胞輪郭候補内に一つの核が存在するように該当する細胞輪郭候補を分割し、
分割した一つの核を取り囲む一つの細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする細胞識別方法。 The cell identification method according to claim 8, wherein
The extracted cell contour candidate and the nucleus are superimposed,
Based on the superimposed image, determine whether there is only one nucleus or multiple nuclei in one cell contour candidate,
If it is determined that there are multiple nuclei in one cell contour candidate, the corresponding cell contour candidate is divided so that one nucleus exists in one cell contour candidate,
A cell identification method characterized in that one cell contour candidate surrounding one divided nucleus is identified as one cell.
一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合には、一つの細胞輪郭候補に含まれる核の重心同士を結ぶ直線の垂直二等分線により、一つの細胞輪郭候補の中に一つの核を含むように分割することを特徴とする細胞識別方法。 The cell identification method according to claim 9, wherein
If it is determined that there are multiple nuclei in a single cell contour candidate, a straight vertical bisector connecting the centroids of the nuclei contained in one cell contour candidate will be included in one cell contour candidate. A cell identification method characterized by dividing so as to include one nucleus.
一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合には、表示手段に表示されている当該細胞輪郭候補に対して使用者が入力手段を介して入力した分割線と細胞輪郭候補の輪郭線とで囲まれた核を一つ含む領域を細胞輪郭候補として分割することを特徴とする細胞識別方法。 The cell identification method according to claim 9, wherein
When it is determined that there are a plurality of nuclei in one cell contour candidate, the dividing line and the cell contour candidate entered by the user via the input unit with respect to the cell contour candidate displayed on the display unit A cell identification method, wherein a region including one nucleus surrounded by a contour line is divided as a cell contour candidate.
前記表示手段には核が複数存在すると判断された細胞輪郭候補を拡大して表示することを特徴とする細胞識別方法。 The cell identification method according to claim 11, wherein
A cell identification method characterized by enlarging and displaying cell contour candidates determined to have a plurality of nuclei on the display means.
前記第1の撮像光学系で撮像した第1画像は細胞の位相差画像または微分干渉画像であり、前記第2の撮像光学系で撮像した第2画像は核の蛍光画像であることを特徴とする細胞識別方法。 In the cell identification method according to any one of claims 8 to 12,
The first image captured by the first imaging optical system is a phase difference image or differential interference image of a cell, and the second image captured by the second imaging optical system is a nuclear fluorescence image, Cell identification method.
前記輪郭抽出処理で抽出した細胞輪郭候補と核とに基づいて、一つの核が存在する細胞輪郭候補を一つの細胞として識別する識別処理とを有することを特徴とするコンピュータで実行される細胞識別用プログラム。 A contour extraction process for extracting a cell contour candidate to be identified as one cell from the first image captured by the first imaging optical system, and extracting a nucleus from the second image captured by the second imaging optical system;
A computer-executed cell identification comprising: identifying processing for identifying a cell contour candidate having one nucleus as one cell based on the cell contour candidate and the nucleus extracted by the contour extraction processing Program.
前記輪郭抽出処理で抽出した細胞輪郭候補と核とを重畳する画像重畳処理をさらに有し、
前記識別処理は、
前記画像重畳処理で重畳された画像に基づいて、一つの細胞輪郭候補内に核が一つだけ存在するか、複数個存在するかを判断する判断処理と、
前記判断処理で一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合、一つの細胞輪郭候補内に一つの核が存在するように該当する細胞輪郭候補を分割する分割処理とを含み、
前記識別処理は、前記分割処理で分割した一つの核を取り囲む一つの細胞輪郭候補を一つの細胞として識別することを特徴とする細胞識別用プログラム。 In the cell identification program according to claim 14,
Further comprising an image superimposing process for superimposing the cell contour candidate and the nucleus extracted in the contour extracting process;
The identification process includes
Based on the image superimposed in the image superimposition process, a determination process for determining whether there is only one nucleus or a plurality of nuclei in one cell contour candidate;
If it is determined in the determination process that there are a plurality of nuclei in one cell contour candidate, a division process for dividing the corresponding cell contour candidate so that one nucleus exists in one cell contour candidate,
The identification process identifies a single cell contour candidate surrounding a single nucleus divided by the division process as a single cell.
前記分割処理は、前記判断処理で一つの細胞輪郭候補内に核が複数個存在すると判断した場合には、表示手段に表示されている当該細胞輪郭候補に対して使用者が入力手段を介して入力した分割線と細胞輪郭候補の輪郭線とで囲まれた核を一つ含む領域を細胞輪郭候補として分割することを特徴とする細胞識別用プログラム。 In the cell identification program according to claim 15,
In the dividing process, when it is determined in the determination process that a plurality of nuclei exist in one cell contour candidate, the user can input the cell contour candidate displayed on the display unit via the input unit. A cell identification program characterized by dividing a region including one nucleus surrounded by an input dividing line and a contour of a cell contour candidate as a cell contour candidate.
前記第1の撮像光学系で撮像した第1画像は細胞の位相差画像または微分干渉画像であり、前記第2の撮像光学系で撮像した第2画像は核の蛍光画像であることを特徴とする細胞識別用プログラム。 In the cell identification program according to any one of claims 14 to 16,
The first image captured by the first imaging optical system is a phase difference image or differential interference image of a cell, and the second image captured by the second imaging optical system is a nuclear fluorescence image, Cell identification program.
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