JP2007020449A - Screening method and screening apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out the screening of medicines in high accuracy by using a proper morphological character. <P>SOLUTION: The screening method comprises the analysis of cell images photographed by a microscope, the evaluation of the parameterized value of the deviation of the contour of the cell from circles C<SB>I</SB>and C<SB>O</SB>as a morphological character representing the morphological character of each cell in the cell images and the screening of medicines based on the evaluation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像処理を用いたスクリーニング方法およびスクリーニング装置に関し、特に、顕微鏡により取得された細胞画像に関して、細胞の形態的な変化を比較するスクリーニング方法およびスクリーニング装置に関するものである。   The present invention relates to a screening method and a screening apparatus using image processing, and more particularly to a screening method and a screening apparatus for comparing morphological changes of cells with respect to a cell image acquired by a microscope.

様々な薬剤の効果を評価し、特に有効な薬剤を探索することを一般に薬剤スクリーニングと称する。特に、生細胞を使った薬剤スクリーニングにおいては、薬剤を投与した後、適当な刺激を培養細胞に与え、刺激を与えていない細胞との差異を定量化することにより、薬剤効果を測定する。これら薬剤スクリーニングにおいて、各処理は人間により行われるのが通常である。   Evaluating the effects of various drugs and searching for particularly effective drugs is generally referred to as drug screening. In particular, in drug screening using living cells, after the drug is administered, an appropriate stimulus is applied to the cultured cells, and the difference in the cells from the cells that have not been stimulated is quantified to measure the drug effect. In these drug screenings, each treatment is usually performed by a human.

しかしながら、薬剤スクリーニングの、細胞の観察により薬効を評価する段階は、通常人間の作業によって実施されるが、大量の薬剤を探索するスクリーニングにおいては、実験者の負担がかなり大きいため、自動化することが課題となっている。細胞の画像を解析する方法については、例えば、特許文献1に開示されている。
特開2001−269195号公報
However, the stage of evaluating drug efficacy by observing cells in drug screening is usually carried out by human work. However, in screening that searches for a large amount of drugs, the burden on the experimenter is considerable, so it can be automated. It has become a challenge. A method for analyzing an image of a cell is disclosed in Patent Document 1, for example.
JP 2001-269195 A

自動化は、細胞画像を取得する段階と、取得した細胞画像を解析する段階に分けることができる。細胞画像の解析は、適当な画像処理方法を用いて、細胞の特徴量を抽出し、異なる条件下の細胞画像での特徴量値を比較することによって行われる。
しかしながら、プログラム処理過程でノイズの除去ができない場合が多いなどの理由で、薬剤効果の評価精度が高くない場合が多いという課題がある。
Automation can be divided into a step of acquiring a cell image and a step of analyzing the acquired cell image. The analysis of the cell image is performed by extracting the feature amount of the cell using an appropriate image processing method and comparing the feature amount values in the cell images under different conditions.
However, there is a problem that the evaluation accuracy of the drug effect is often not high because noise is often not removed during the program processing.

細胞形態の特徴量抽出においては、精度良く正確に特徴量を取得することが第一の課題である。精度とは、第一に取得のための解析段階の精度であり、これは、解析ソフトウェアのプログラムなどに原因がある場合が多く、また、薬効に対する精度という考えもあり、これは特徴量が薬効をうまく表現していないなどの場合である。本来薬の効果があるはずなのに、特徴量では効果の差が出ないなどの場合には、精度が低いといえるが、これは実験系の設定の仕方などに依存する精度である。   In the extraction of feature quantities of cell morphology, the first problem is to acquire feature quantities accurately and accurately. The accuracy is primarily the accuracy of the analysis stage for acquisition. This is often caused by analysis software programs, etc., and there is also an idea of accuracy for medicinal properties. Is not expressed well. In the case where there is no difference in the effect with the feature amount, although the effect should be originally a drug, it can be said that the accuracy is low, but this is the accuracy depending on how the experimental system is set.

形態特徴量の精度が低くなる原因としては、さらに、細胞画像中に含まれる生細胞以外の物質による画像ノイズを特徴量に含めてしまうということが第一の原因であり、特徴量の定義・選択が適切ではないことが次にあげられる。   The main reason for the low accuracy of morphological features is the inclusion of image noise due to substances other than living cells contained in the cell image in the features. The following are examples of inappropriate choices.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、適正な形態特徴量を用いてより精度の高い薬剤スクリーニングを行うことができるスクリーニング方法およびスクリーニング装置を提供することを目的としている。   This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, Comprising: It aims at providing the screening method and screening apparatus which can perform a more accurate chemical | medical agent screening using a suitable form feature-value.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、顕微鏡により取得した細胞画像を解析し、細胞画像中の各細胞の形態的な特徴を表す形態特徴量として、細胞の輪郭の円からのずれ量をパラメータ化した値を評価し、この評価に基づいて薬剤スクリーニングを行うスクリーニング方法を提供する。
また、本発明においては、前記形態特徴量として、細胞の輪郭の内接円または外接円の少なくともいずれかからのズレ量をパラメータ化した値を評価することとしてもよい。
これらにより、細胞の中心部分の大きさや、全体の形の歪み、さらに細胞の空間的な広がりなどを統一的に把握することができ、細胞の形態変化を効率的に精度良く表現することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention analyzes a cell image acquired by a microscope, evaluates a value obtained by parameterizing a deviation amount from a circle of a cell outline as a morphological feature amount representing a morphological feature of each cell in the cell image, A screening method for conducting drug screening based on this evaluation is provided.
In the present invention, as the morphological feature amount, a value obtained by parameterizing a deviation amount from at least one of an inscribed circle or a circumscribed circle of the outline of the cell may be evaluated.
By these, the size of the central part of the cell, the distortion of the whole shape, and the spatial spread of the cell can be grasped in a unified manner, and the morphological change of the cell can be expressed efficiently and accurately. .

また、本発明は、顕微鏡により取得した複数の細胞画像から構築した3次元画像を解析し、細胞画像中の各細胞の形態的な特徴を表す形態特徴量として、細胞の輪郭の球からのずれ量をパラメータ化した値を評価し、この評価に基づいて薬剤スクリーニングを行うスクリーニング方法を提供する。   In addition, the present invention analyzes a three-dimensional image constructed from a plurality of cell images acquired by a microscope, and uses a morphological feature amount representing a morphological feature of each cell in the cell image as a deviation from the sphere of the cell outline. Provided is a screening method for evaluating a value obtained by parameterizing an amount and performing drug screening based on the evaluation.

上記発明においては、前記形態特徴量として、細胞の輪郭の内接球または外接球の少なくともいずれかからのズレ量をパラメータ化した値を評価することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記形態特徴量に基づいて、画像中の細胞を生細胞または死細胞のいずれかに判定して評価に使用することが好ましい。
なお、この判定に際し、細胞は画像取得前に固定されていても良いことは言うまでもない。
さらに、上記発明においては、細胞画像中に選択されたいずれかの領域に対して解析を行い、パラメータ化した値に基づいて、これら領域を細胞体、環状構造をもつ細胞の突起、細胞以外の細胞の死骸または気泡に分類することが好ましい。
In the above invention, as the morphological feature amount, a value obtained by parameterizing a deviation amount from at least one of the inscribed sphere or the circumscribed sphere of the cell outline may be evaluated.
Moreover, in the said invention, based on the said morphological feature-value, it is preferable to determine the cell in an image as either a living cell or a dead cell, and to use for evaluation.
In this determination, it goes without saying that the cells may be fixed before image acquisition.
Furthermore, in the above invention, analysis is performed on any region selected in the cell image, and these regions are classified into cell bodies, cell protrusions having a cyclic structure, and cells other than cells based on the parameterized values. It is preferable to classify into cell dead bodies or bubbles.

また、上記発明においては、分類された細胞以外の画像情報を定量化し、定量化された細胞以外の画像情報を用いて、細胞に対する薬剤スクリーニングの統計結果を補正することが好ましい。
実際、細胞にダメージを与え、一部の細胞を死滅させるような系では、生きている細胞あるいは細胞としての形状をある程度保存している死細胞の総数などの量だけでなく、断片化した細胞の死骸など細胞画像中に存在する細胞以外の画像情報を定量化し、細胞のみを対象とした画像解析結果の付加情報として用いることで、細胞解析の精度があがる。
Moreover, in the said invention, it is preferable to quantify the image information other than the classified cell, and correct | amend the statistical result of the drug screening with respect to a cell using image information other than the quantified cell.
In fact, in a system that damages cells and kills some cells, not only the amount of living cells or the number of dead cells that preserve the shape of the cells to some extent, but also fragmented cells The accuracy of cell analysis is improved by quantifying image information other than cells existing in a cell image such as a dead body and using it as additional information for image analysis results targeting only cells.

さらに、上記発明においては、細胞の形態の変化を、細胞がダメージを受けたことに起因すると推定し、薬剤による細胞保護作用を定量化することとしてもよい。
細胞を使った薬剤スクリーニングの対象となる薬剤の種類の主なものとしては、細胞を保護し細胞のダメージを軽減させるものや、細胞の活性化をコントロールし、分裂を抑制したりあるいは成長を促進させたりする作用のある薬剤などがある。
Furthermore, in the said invention, it is good also as estimating that the change of the form of a cell originates in that the cell received damage, and quantifying the cytoprotective effect by a chemical | medical agent.
The main types of drugs that are targeted for cell-based drug screening are those that protect cells and reduce cell damage, control cell activation, inhibit division, and promote growth. There are drugs that have the effect of letting go.

細胞はダメージを受け死に至る過程において、一般にその形状は丸くなり、突起などの外部器官は収縮する。さらに完全に死滅する段階においては、通常の細胞と比較してかなり小さくなる。
細胞を保護する薬剤の薬効は、一定のダメージに対して細胞の死んだ数と生き残っている細胞の数の比や、あるいは、さらに詳細な薬効を表現する特徴量として、細胞の真円度などがある。
In the process of damaging and dying cells, the shape generally becomes round and external organs such as protrusions contract. Furthermore, at the stage of complete death, it becomes considerably smaller than normal cells.
The medicinal properties of drugs that protect cells are the ratio of the number of dead cells to the number of surviving cells for a certain amount of damage, or the roundness of cells as a characteristic quantity that expresses more detailed medicinal effects. There is.

一方、薬剤のなんらかの効果により活性化されている細胞は、例えば、外節器官が増大し成長したり、培養プレート上での細胞自体の運動により形状が丸から楕円などの複雑な形状へと変化したりする状態が観察される。   On the other hand, cells activated by some effect of the drug, for example, the outer segment organ grows and grows, or the shape of the cell changes from a round shape to an ellipse shape due to the movement of the cell itself on the culture plate. A state of dripping is observed.

また、上記発明においては、細胞の形態の円からの歪みを細胞の運動に起因するものとして解釈し、前記形態特徴量を薬剤の細胞に対する活性化を測る指標として用いることとしてもよい。   Moreover, in the said invention, distortion from the circle | round | yen of a cell form may be interpreted as what originates in the motion of a cell, and it is good also as using the said form feature-value as a parameter | index which measures the activation with respect to the cell of a chemical | medical agent.

さらに、上記発明においては、神経細胞のスクリーニング方法において、分類された管状構造をもつ各細胞の突起の情報を形態特徴量として用い、管状構造の総量が細胞が受けたダメージと相関するということを推定し、薬剤効果の定量化を行うこととしてもよい。   Furthermore, in the above invention, in the screening method for nerve cells, information on the protrusions of each cell having a classified tubular structure is used as a morphological feature amount, and the total amount of the tubular structure correlates with damage taken by the cell. It is also possible to estimate and quantify the drug effect.

また、上記発明においては、複数の種類によって構成される細胞サンプルを用いることとしてもよい。   Moreover, in the said invention, it is good also as using the cell sample comprised by several types.

さらに、上記発明においては、注目する細胞種および他の細胞種について同様な評価を行うこととしてもよい。   Furthermore, in the said invention, it is good also as performing similar evaluation about the cell type of interest and other cell types.

また、本発明は、細胞に照明光を照射する照明手段と、細胞から発せられる光を検出して画像情報を取得する画像情報入力手段と、該画像情報入力手段により取得された画像情報において、各細胞の形態的な特徴を表す形態特徴量をパラメータ化する画像情報処理手段と、該画像情報処理手段によりパラメータ化された形態特徴量を評価し、細胞に対する薬剤スクリーニングを行う評価手段と、該評価手段による薬剤スクリーニングの結果を出力表示する出力手段とを備えるスクリーニング装置を提供する。   Further, the present invention provides an illumination unit that irradiates a cell with illumination light, an image information input unit that detects light emitted from the cell and acquires image information, and image information acquired by the image information input unit. Image information processing means for parameterizing morphological feature quantities representing morphological features of each cell; evaluation means for evaluating morphological feature quantities parameterized by the image information processing means and performing drug screening on the cells; and There is provided a screening apparatus comprising output means for outputting and displaying a result of drug screening by an evaluation means.

上記発明においては、前記評価手段が、前記形態特徴量として、円または球からの細胞の輪郭のズレ量を用いることが好ましい。
また、上記発明においては、前記評価手段が、前記形態特徴量に基づいて、各細胞の生死を判別することが好ましい。
さらに、上記発明においては、複数種の細胞サンプルを用い、注目する細胞種および他の細胞種について同様の評価を行うこととしてもよい。
In the above invention, it is preferable that the evaluation unit uses a deviation amount of a cell outline from a circle or a sphere as the morphological feature amount.
Moreover, in the said invention, it is preferable that the said evaluation means discriminate | determines the life or death of each cell based on the said form feature-value.
Furthermore, in the said invention, it is good also as performing the same evaluation about the cell type of interest and other cell types using a multiple types of cell sample.

本発明によれば、適正な形態特徴量を用いてより精度の高い薬剤スクリーニングを行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to perform drug screening with higher accuracy using an appropriate morphological feature amount.

以下、本発明の一実施形態に係るスクリーニング方法およびスクリーニング装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るスクリーニング方法および装置の説明を行う前に、細胞の画像解析方法について説明する。
Hereinafter, a screening method and a screening apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Before describing the screening method and apparatus according to this embodiment, a cell image analysis method will be described.

(細胞解析概要)
薬剤スクリーニングなどの細胞を観察する実験系で、細胞画像解析を自動化する方法について考える。
ここでの、画像解析の目的は、画像上の個々の細胞位置を特定し、各細胞の特徴量を抽出すること、さらにこれら特徴量に対し適切な統計的処理を施すことで、複数の細胞画像を比較する手段を提供することにある。
(Outline of cell analysis)
Consider a method of automating cell image analysis in an experimental system for observing cells such as drug screening.
The purpose of image analysis here is to identify the location of individual cells on the image, extract the feature quantities of each cell, and perform appropriate statistical processing on these feature quantities to create multiple cells. It is to provide means for comparing images.

解析処理の流れを図1を参照して説明する。まず、対象とする細胞を培養する(S1)。次に染色などの適当な前処理を行い可視化の準備を行う(S2)。なお、必要に応じて細胞の固定が行われる。これら細胞試料を顕微鏡などの光学系に設定し撮像を行う(S3)。撮像した細胞画像のデジタル化を行いコンピュータなどに保存する(S4)。これら画像をコンピュータ上で処理解析する(S5)。   The flow of analysis processing will be described with reference to FIG. First, target cells are cultured (S1). Next, an appropriate pretreatment such as staining is performed to prepare for visualization (S2). The cells are fixed as necessary. These cell samples are set in an optical system such as a microscope and imaged (S3). The captured cell image is digitized and stored in a computer or the like (S4). These images are processed and analyzed on the computer (S5).

次に各処理段階について説明する。
(前処理)
適当な方法で培養された細胞に、撮像のための処理を施す。
撮像のための処理とは、蛍光物質を投与するなどである。これらの処理により細胞の可視化が行われる。
Next, each processing stage will be described.
(Preprocessing)
The cells cultured by an appropriate method are subjected to processing for imaging.
The processing for imaging is administration of a fluorescent substance. The cells are visualized by these processes.

(光学系・撮像系・データ保存)
光学系においては、適当な波長の光を細胞に当てることにより観察を行う。このとき、適当なカメラを光学系に設定し、撮影を行う。撮像系は通常、CCDなどを使い像をデジタル化し、パソコンなどにデータとして保存しておく。
(Optical system, imaging system, data storage)
In an optical system, observation is performed by applying light of an appropriate wavelength to cells. At this time, an appropriate camera is set in the optical system and photographing is performed. The imaging system usually uses a CCD or the like to digitize the image and store it in a personal computer or the like as data.

上記の方法で取得した細胞画像は、カラーまたは単色の像である。像は、1000×1000などの上下左右に幅をもったデータとして保存される。像の上の各点には、位置を表す座標が振り分けられ、各点は、各色の輝度を持つ。
座標(x、y)の輝度は、例えば、「230」のように表現されデジタルデータとして保存される。
The cell image acquired by the above method is a color or monochromatic image. The image is stored as data having a width in the vertical and horizontal directions such as 1000 × 1000. The coordinates representing the position are assigned to each point on the image, and each point has the brightness of each color.
The brightness of the coordinates (x, y) is expressed as “230”, for example, and stored as digital data.

(画像解析の概要)
画像解析は、これらのデジタルデータをパソコン上のソフト・プログラムなどで適当な処理を行い解析する方法である。
特に、細胞を使った画像解析においては、細胞を認識することが第1の目的となるが、細胞の認識は、通常、実験者によって直接行われる。
(Outline of image analysis)
Image analysis is a method of analyzing these digital data by performing appropriate processing with a software program on a personal computer.
In particular, in image analysis using cells, the primary purpose is to recognize cells, but cell recognition is usually performed directly by an experimenter.

実験の種類によって異なるが、一般的には、顕微鏡画像(あるいは顕微鏡の視野)を観察しその画像中に「細胞が存在するかどうか」、「細胞が存在する場合、細胞の位置はどこにあるか」、「画像中に含まれる細胞の数はいくつか」、「画像中の細胞の種類はいくつあるか」、「特定の種類の細胞はいくつあるか」、「各細胞の大きさはどの程度あるか」などを認識し、記録し、実験のためのデータを提供する。   Although it depends on the type of experiment, in general, a microscope image (or field of view of the microscope) is observed, and in the image, “whether or not a cell is present”, “if a cell is present, where is the position of the cell? ”,“ The number of cells in the image ”,“ How many types of cells are in the image ”,“ How many cells of a particular type ”,“ How big are each cell? ” Recognize, record, and provide data for experiments.

これらデータに対し統計的処理を施し各細胞画像の撮像条件、細胞の培養条件と関連付け様々な解釈を行うことが可能である。特に、薬剤による形態の違いを検出することで、化合物を初めとする薬剤などのスクリーニングを行うことが可能である。   It is possible to perform statistical processing on these data and perform various interpretations in association with the imaging conditions of each cell image and the cell culture conditions. In particular, it is possible to screen for drugs such as compounds by detecting differences in form depending on drugs.

(化合物スクリーニング)
細胞を使った実験は様々な目的の元に行われるが、ここでは特に細胞をベースにした化合物スクリーニングを例にとって、実験の目的及び流れを簡単に説明する。
(Compound screening)
Experiments using cells are performed for various purposes. Here, the purpose and flow of the experiment will be briefly described, particularly using a cell-based compound screening as an example.

細胞ベースの化合物スクリーニングは、効果のある薬剤を見つけることを目的とするもので、適当な化合物などをターゲットにする細胞に投与し、これら化合物が細胞に及ぼす影響を定量化することにより行われる。
さらに、これらの定量化されたデータは、複数の化合物の場合と比較され、これらいくつかの化合物の中から、細胞に及ぼす影響の大きいもの、効果のあるものを発見することを目的として行われる。
Cell-based compound screening aims to find effective drugs, and is performed by administering an appropriate compound or the like to a target cell and quantifying the influence of these compounds on the cell.
Furthermore, these quantified data are compared with the case of multiple compounds, and the purpose is to find out some of these compounds that have a significant effect on the cells and which are effective. .

(スクリーニングの手順)
サンプルとなる細胞は、図2に示されるように、まず、通常いくつかのグループ(細胞群G1〜GN)に分類される(S11)。
例えば、化合物の細胞に及ぼす効果を測定する実験系においては、化合物を加えた細胞群G1等ものと、そうではない細胞群GNとに分けられる。
顕微鏡などの適当な光学系を用いて、これら分類されたグループごとに撮像される(S12)。
通常、各グループごとに複数枚の撮像を行い、また各画像には適当な数(数十程度)の細胞が含まれている。
(Screening procedure)
As shown in FIG. 2, the sample cells are usually classified into several groups (cell groups G1 to GN) (S11).
For example, in an experimental system for measuring the effect of a compound on a cell, the cell group G1 or the like to which a compound is added is divided into a cell group GN that is not.
An image is taken for each of these classified groups using an appropriate optical system such as a microscope (S12).
Usually, a plurality of images are taken for each group, and each image contains an appropriate number (several tens) of cells.

次に、上記方法で撮像し保存された細胞画像を解析する。
細胞画像の解析により画像中に存在している細胞の位置、また各細胞の発光量や大きさ突起の有無など特徴量を抽出する。
細胞の特徴量は、このグループごと、あるいは画像ごとに平均化されあるいは分布を解析され、グループ間の差異を検出し、化合物を導入された・導入されないなどのグループの条件と比較し検討される(S13)。
Next, the cell image imaged and stored by the above method is analyzed.
By analyzing the cell image, features such as the position of the cell present in the image, the amount of light emission of each cell, and the presence or absence of a size protrusion are extracted.
The cell features are averaged or analyzed for each group or image, and the difference between groups is detected and compared with the group conditions such as whether or not a compound is introduced. (S13).

(課題の詳細)
実際の薬剤スクリーニングにおいては、しかしながら、薬剤効果の評価精度が高くない場合が多いという課題がある。
(Details of the issue)
However, in the actual drug screening, however, there is a problem that the evaluation accuracy of the drug effect is often not high.

(特徴量抽出の定義、選択の間違い例)
この原因として第1に考えられることは、細胞形態の特徴量抽出処理じたいが精度の低い解析になっているなどである。
(Definition of feature extraction, examples of selection mistakes)
The first conceivable reason for this is that it is a low-accuracy analysis, although it is desired to perform a feature extraction process for cell morphology.

形態特徴量の精度が低くなる原因としては、細胞の形態の特徴を表す量として、設定された特徴量の定義・選択がそもそも適切ではないことがまず挙げられる。
例えば、細胞形態量として、細胞の大きさを抽出する場合を考え、特徴量が適切に細胞形態に対応していない例をあげる。
「細胞の大きさ」として、通常、細胞Aの境界上でもっとも距離の大きい2点間の距離Lを大きさとして定義する方法がある。この方法によれば、例えば、図3にあるような細胞Aが特定の方向に伸びている場合、適切に細胞Aの大きさを表現しているとは言えない。
The reason why the accuracy of the morphological feature amount is low is that the definition / selection of the set feature amount is not appropriate as an amount representing the feature of the cell morphology.
For example, considering the case where the cell size is extracted as the cell morphology amount, an example in which the feature amount does not appropriately correspond to the cell morphology is given.
As the “cell size”, there is usually a method in which the distance L between two points having the largest distance on the boundary of the cell A is defined as the size. According to this method, for example, when the cell A as shown in FIG. 3 extends in a specific direction, it cannot be said that the size of the cell A is appropriately expressed.

特に、細胞Aの形状が円に近くない、歪んだものが多い場合、細胞Aの大きさを正確に見積もることは難しい。上の例はこのような場合に該当すると考えられるが、この実験系では、細胞Aの大きさの定義が細胞の実際の形状と一致せず適切ではないといえる。   In particular, when the shape of the cell A is not close to a circle or many are distorted, it is difficult to accurately estimate the size of the cell A. Although the above example is considered to be applicable to such a case, in this experimental system, it can be said that the definition of the size of the cell A does not match the actual shape of the cell and is not appropriate.

(ノイズ除去方法など処理方法に起因する精度の問題)
細胞画像中に含まれる生細胞以外の物質による画像ノイズを特徴量に含めてしまうということが、細胞特徴量の測定精度を下げる第2の原因として挙げられる。このことを、特に、細胞を保護する作用のある薬剤を探すスクリーニングを例にとって説明する。
(Accuracy problems caused by processing methods such as noise removal methods)
The fact that image noise caused by substances other than living cells contained in the cell image is included in the feature amount is cited as a second cause of reducing the measurement accuracy of the cell feature amount. This will be explained by taking an example of screening for a drug having an action of protecting cells.

このようなスクリーニングの例としては、培養細胞に対して、細胞の半分程度が死滅するような刺激を与える系が考えられる。この培養細胞の系に薬剤投与することによって細胞の生存率がどれだけ上がるかによって細胞の保護作用を評価する方法が考えられる。ここで、細胞の生存率は、生きている細胞の数を直接比較することによって行われる。
この方法で問題になるのは、刺激によって一部死んだ細胞が培養プレートや培養液中に残っている場合があるということである。
As an example of such screening, a system that gives a stimulus to a cultured cell so that about half of the cells are killed can be considered. A method of evaluating the protective effect of the cells depending on how much the cell survival rate is increased by administering a drug to this cultured cell system is conceivable. Here, cell viability is performed by directly comparing the number of living cells.
The problem with this method is that some cells that have been killed by the stimulus may remain in the culture plate or medium.

これら細胞の死骸を除去するには、例えば培養細胞を顕微鏡で観察する前に洗浄するなどの操作が必要である。
実際の実験処理過程においては、このような1つの処理が付け加わることで時間とコストが増すことになる。このことは大量の薬剤サンプルを解析対象にするような薬剤スクリーニングにおいては好ましいことではない。
このような事情から、上のようなスクリーニング系では、細胞の画像中に生細胞と細胞の死骸が混在しているとして精度の高い解析処理方法を考えなくてはならない。
In order to remove the dead bodies of these cells, for example, an operation such as washing before observing the cultured cells with a microscope is necessary.
In the actual experimental process, time and cost increase by adding such one process. This is not preferable in drug screening in which a large amount of drug samples are analyzed.
Under such circumstances, in the screening system as described above, it is necessary to consider a highly accurate analysis processing method on the assumption that living cells and cell dead bodies are mixed in the cell image.

以上のような課題の解決方法として、本実施形態に係るスクリーニング方法を以下に説明する。
本実施形態に係るスクリーニング方法においては、まず、細胞Aの形態を表現する形態特徴量として、細胞Aの輪郭形状の円または球からのずれ量を使用する。
As a method for solving the above problems, the screening method according to the present embodiment will be described below.
In the screening method according to the present embodiment, first, as the morphological feature amount expressing the morphology of the cell A, the deviation amount of the contour shape of the cell A from the circle or sphere is used.

細胞Aは刺激を受けることによって、死滅するが、この過程は細胞Aの連続した形態的な変化を生じさせる。一般に刺激を受けて死滅に近づいた細胞Aは、活性を失うなどの理由により丸くなる。   Although cell A dies by being stimulated, this process results in a continuous morphological change of cell A. In general, the cells A that are close to death after being stimulated are rounded for reasons such as loss of activity.

逆に、活発に活動を行っている細胞Aの形は、通常、円形または球形を標準としてかなりの歪みを生じている。
よって、細胞Aの形態特徴量として、円または球からのずれ量を採用することにより、その生死判定、活性度の推定を行うことができると考える。
On the contrary, the shape of the actively active cell A usually has a considerable distortion with a circular or spherical shape as a standard.
Therefore, by adopting the deviation amount from the circle or sphere as the morphological feature amount of the cell A, it is considered that the life / death determination and the activity estimation can be performed.

具体的には以下のような方法で形態的特徴量の抽出を行う。
まず、画像処理により細胞Aの境界を抽出し、さらに、図4に示されるように、細胞Aの境界の最大半径の内接円Cおよび最小半径の外接円Cを取得する。ここで、円の半径、円に含まれる領域に対する細胞領域の面積比などを細胞Aの形態特徴量とする。
特に細胞が3次元的に重なっている場合を考える(図8参照)。この図の中で矢印をつけた細胞を取り出して解析する場合、細胞の3次元での解析が必要になる。
Specifically, morphological feature amounts are extracted by the following method.
First, the image processing to extract the boundary of the cell A, further, as shown in FIG. 4, to obtain the circumscribed circle C O of the maximum radius of the inscribed circle C I and the minimum radius of the boundary of the cell A. Here, the radius of the circle, the area ratio of the cell region to the region included in the circle, and the like are used as the morphological feature amount of the cell A.
In particular, consider the case where cells are three-dimensionally overlapped (see FIG. 8). When a cell with an arrow in the figure is taken out and analyzed, it is necessary to analyze the cell in three dimensions.

3次元で立体的に細胞Aを解析する場合、3次元の細胞A像は、撮像系で、プレートなど対象そのものを上下方向に微小に変化させ、ほぼ連続的に2次元画像を取得し、このデータをもとに構成される。
このような場合、図5に示されるように、細胞Aの各横断面A〜Aのうち、細胞Aの中心を通る断面に対して上記の方法で解析を行うことにより、ダメージなど上で説明したパラメータの定量化を行うことができる。
When analyzing a three-dimensional cell A in three dimensions, the three-dimensional cell A image is obtained by changing the object itself, such as a plate, in the up-and-down direction and acquiring a two-dimensional image almost continuously. Configured based on data.
In such a case, as shown in FIG. 5, among the cross sections A 1 to A N of the cell A, by analyzing the cross section passing through the center of the cell A by the above method, Quantification of the parameters described in (1) can be performed.

ここで、細胞Aの中心を通る断面とは、各細胞Aの上下方向に異なる位置の断面について得られた各2次元画像に対して、内接円CI1〜CINがもっとも大きい上下方向位置を通過する水平断面であると定義される。 Here, the cross section passing through the center of the cell A is the vertical position where the inscribed circles C I1 to C IN are the largest with respect to the two-dimensional images obtained for the cross sections at different positions in the vertical direction of each cell A. Is defined as the horizontal cross section passing through.

(円と細胞の特徴)
これらの形態特徴量からは、細胞Aの中心部分の大きさ、つまり実質的な細胞Aの大きさや、上記領域の面積比からは全体の形の歪み、さらに外接円の半径の大きさから細胞Aの空間的な広がりなどを統一的に把握することができ、細胞Aの形態変化を効率的に精度良く表現することができる。
(Characteristics of circles and cells)
From these morphological features, the size of the central portion of the cell A, that is, the size of the substantial cell A, the area ratio of the above area, the distortion of the overall shape, and the radius of the circumscribed circle The spatial extent of A can be grasped in a unified manner, and the morphological change of the cell A can be expressed efficiently and accurately.

この方法によって、例えば、図4のように歪んだ細胞Aに対してもその実質的な部分であると考えられる内接円C内に含まれる中心部分と特定することができ、単純に長さLを取った場合と比較して、細胞Aの活動などを実際により近い値で評価することができる。 This method, for example, can be identified as the central portion included in the inscribed circle C I believed also that substantial portion against distorted cell A as shown in FIG. 4, simply long Compared with the case where the length L is taken, the activity of the cell A and the like can be evaluated at a value closer to the actual value.

また、本実施形態に係るスクリーニング方法によれば、各細胞Aの生死を判断することができる。
さらにこの方法を使うことによって、突起などの特定の細胞器官の検出や、細胞の死骸や死骸断片、あるいは、気泡などノイズといわれるものなど、様々に分類することができる。
Moreover, according to the screening method which concerns on this embodiment, the life and death of each cell A can be judged.
Furthermore, by using this method, it is possible to classify various types such as detection of specific cell organs such as protrusions, dead bodies of cells, fragments of dead bodies, and so-called noise such as bubbles.

画像を上記方法から複数の領域に分割し、細胞体に対応した領域、細胞の突起に対応した領域、あるいは細胞の死骸など生細胞に含まれない領域などに分類する具体的な方法は、下記の通りである。   A specific method for dividing an image into a plurality of regions from the above method and classifying the region into a region corresponding to a cell body, a region corresponding to a cell protrusion, or a region not included in a living cell such as a cell dead body is as follows. It is as follows.

例えば、細胞体などは楕円に近い形態をとるものが多い。この場合、内接円Cと外接円Cの半径は、数倍程度におさまることから、判断できる。
また、例えば細胞の突起など、一般に管状構造をとる細胞の部分構造が多く見られるが、この場合、内接円Cが小さく、外接円Cは大きいので、これらの半径比率は大きい。
For example, many cell bodies have a shape close to an ellipse. In this case, the radius of the inscribed circle C I and the circumscribed circle C O can be determined because it falls within several times.
Further, for example, cells of the projections, generally although partial structure of a cell taking tubular structure more common, in this case, the inscribed circle C I is small, since the circumscribed circle C O is large, these radii ratio is large.

また、細胞死の過程で、細胞は突起が徐々に収縮し全体として真円に近づいていく。よって死んだ細胞あるいは死につつある細胞は上記内接円Cと外接円Cとの半径比率はほぼ1に近い値をとり、さらに内接円Cの半径も小さい。
以上のような方法により、これら内接円C、外接円Cを使って定義した特徴量により、細胞を分類することが可能になる。
Also, in the process of cell death, the process of the cells gradually contracts and approaches a perfect circle as a whole. Therefore, a dead cell or a dying cell has a radius ratio between the inscribed circle C I and the circumscribed circle C O of approximately 1, and the radius of the inscribed circle C I is also small.
By the method as described above, it becomes possible to classify the cells based on the feature amount defined using the inscribed circle C I and the circumscribed circle C O.

さらにこれらの特徴量は以下のように解釈することによって、直接薬剤の効果を表す指標として用いることができる。
細胞は刺激によるダメージを受けると、収縮するという特徴があることから、細胞の形態の円からの歪みを細胞が受けたダメージとして解釈すれば薬剤の保護作用の指標として用いることができる。
Furthermore, these feature quantities can be used as an index directly representing the effect of the drug by interpreting as follows.
Since cells have the characteristic of contracting when they are damaged by stimulation, if the distortion of the cell shape from the circle is interpreted as the damage received by the cells, it can be used as an indicator of the protective action of the drug.

また、細胞の運動活性が高い場合細胞の境界の形状の変化の度合いが大きいと考えられるので、細胞の形態の円からの歪みを細胞の運動に起因するものとして解釈した場合、薬剤の細胞に対する活性化を測る指標として用いることができる。   In addition, if the cell motility activity is high, it is considered that the degree of change in the shape of the cell boundary is large. Therefore, when the distortion of the cell shape from the circle is interpreted as being caused by cell movement, It can be used as an index for measuring activation.

薬剤スクリーニングは様々なカテゴリーが考えられる。例えば、細胞を保護する薬剤、あるいは細胞を活性化させ成長を促進したり分裂を促進させる薬剤などである。
これら薬剤の各カテゴリに対してスクリーニング方法、細胞解析方法は異なるが、いずれの場合にも本発明の解析方法を適用することができる。
There are various categories of drug screening. For example, an agent that protects cells, or an agent that activates cells to promote growth or promote division.
Although the screening method and the cell analysis method are different for each category of these drugs, the analysis method of the present invention can be applied in any case.

細胞を保護する薬剤の場合、生きている細胞の数と死んだ細胞の数の比率が、薬効を表現する第一の指標になる。これは、今回の方法により画像中の細胞の生死を判定し分類し、各細胞の数をカウントし、これらの比を取ることで測定することができる。   In the case of a drug that protects cells, the ratio between the number of living cells and the number of dead cells is the primary indicator of drug efficacy. This can be measured by determining the life and death of the cells in the image by this method, classifying the number of each cell, and taking the ratio thereof.

一方、細胞を活性化させるあるいは、細胞の活性化を抑える作用のある薬剤の場合、死ぬ細胞が多い場合そもそも薬剤としては適切ではなく候補から除外される。ここで例えば、細胞の活性を表現する指標は、細胞体や細胞核がどれだけ楕円に近づくかというようなものである。具体的には下記のような処理が考えられる。   On the other hand, in the case of a drug that activates cells or suppresses cell activation, if there are many cells that die, it is not appropriate as a drug in the first place and is excluded from candidates. Here, for example, an index expressing the activity of a cell is such as how close a cell body or cell nucleus approaches an ellipse. Specifically, the following processing can be considered.

この処理はまず、画像中の領域を細胞と推定される部分領域と細胞以外、細胞の死骸断片などと推定される領域に分類し、死骸領域が細胞領域と比較して大きい場合、薬剤候補から除かれ、さらに、細胞領域内で、細胞の中心に存在し大部分を構成している細胞体とその他突起などの外節領域とに分類し、特に細胞体領域の楕円度を求め、平均化などの作業で各画像、各実験条件ごとに定量化を行い、それぞれの薬効を数値化する。   This process first classifies the area in the image into a partial area that is estimated to be a cell and an area that is estimated to be a carcass fragment other than a cell, and if the dead body area is larger than the cell area, In the cell area, the cell body is classified into the cell body that exists at the center of the cell and constitutes the majority, and the outer segment area such as other protrusions. In particular, the ellipticity of the cell body area is obtained and averaged. Quantification is performed for each image and each experimental condition, and the efficacy of each is quantified.

よって、上記記載のスクリーニング方法は、細胞保護作用のある薬剤の薬効定量や、細胞活性化作用のある薬剤の薬効定量など様々な薬剤スクリーニング系に適用することができる。   Therefore, the screening method described above can be applied to various drug screening systems such as the quantification of drug efficacy with cytoprotective action and the drug efficacy quantification of drug with cell activation activity.

また、本実施形態においては、通常の細胞画像処理では考慮に入れられることのない、細胞以外の画像情報を使って、特徴量の補正を行う。   Further, in the present embodiment, the feature amount is corrected using image information other than cells that is not taken into consideration in normal cell image processing.

(ノイズ含有画像の処理方法)
前述の細胞にダメージを与える系においては、細胞の一部は死ぬことになるが、これら死細胞の死骸は画像中に残っている場合が多く、系に固有のノイズ発生要因となって、細胞特徴量解析の精度を下げる原因となっている。
(Noise-containing image processing method)
In the system that damages the aforementioned cells, some of the cells die, but the dead bodies of these dead cells often remain in the image, causing noise inherent to the system, This is a cause of reducing the accuracy of feature quantity analysis.

通常の解析においては、細胞の死骸などの細胞以外の画像情報は、適当な関数処理などにより除去されるのが普通である。   In normal analysis, image information other than cells, such as cell dead bodies, is usually removed by appropriate function processing or the like.

一方、本実施形態に係るスクリーニング方法においては、これら通常除去される画像情報を使って特徴量の補正を行う。
例えば、細胞の数をカウントし細胞保護作用の指標とするような前述した系においては、細胞の数があらかじめ厳密にコントロールされているとは限らない。そのため、同一カテゴリ内の、つまり似た条件の、細胞画像を多く観察することによって全体の細胞数を平均化させ、画像中の細胞数のばらつきを抑えるという方法が取られる。
On the other hand, in the screening method according to the present embodiment, the feature amount is corrected using the image information that is normally removed.
For example, in the above-described system in which the number of cells is counted and used as an index of cytoprotective action, the number of cells is not always strictly controlled in advance. For this reason, a method of averaging the total number of cells by observing many cell images in the same category, that is, under similar conditions, and suppressing variations in the number of cells in the image is taken.

しかしながら、細胞スクリーニングにおいてこのような方法で平均化し補正することは、実験の解析時間を増やすことになるので好ましい補正方法ではない。
本実施形態においては、例えば、細胞の死骸の数で細胞の総数を割ることによって、刺激を与える以前の細胞数に対して死滅あるいは生存している細胞の割合を正しく見積もることができる。
However, averaging and correcting by such a method in cell screening is not a preferable correction method because it increases the analysis time of the experiment.
In this embodiment, for example, by dividing the total number of cells by the number of dead cells, the proportion of cells that are dead or alive can be accurately estimated with respect to the number of cells before the stimulation.

また、このように数に関する補正だけでなく、例えば、形態の歪みを使って細胞のダメージを評価する場合、死滅した細胞の総数ないし死滅した細胞領域の総面積は、ともに細胞のダメージに対応した特徴量である。
よって、これらを比較、あるいは平均化することにより細胞の受けたダメージ量を補正し、実際の細胞ダメージにより近い値を与えることができる。
In addition to correcting for the number as described above, for example, when evaluating cell damage using morphological distortion, the total number of dead cells or the total area of the dead cell area both corresponded to cell damage. It is a feature quantity.
Therefore, the amount of damage received by the cells can be corrected by comparing or averaging them, and a value closer to the actual cell damage can be given.

以上のように、細胞以外の画像情報を定量化し、細胞のみを対象とした画像解析結果の付加情報として用いて、スクリーニングを行うことにより、細胞解析の精度があがることが期待できる。   As described above, it is expected that the accuracy of cell analysis can be improved by quantifying image information other than cells and using it as additional information of image analysis results targeting only cells.

また、特に神経細胞を使ったスクリーニングを行う場合、通常の細胞に比べ、より特異な形態をしていることから、スクリーニングが難しくなる場合がある。
例えば、神経細胞の管状構造をもつ突起の総延長を形態を表現する特徴量とする系を考える場合、突起の総延長は細胞によってばらつきが大きい、あるいは、薬剤などの影響を受けやすい、あるいは細胞体に比べて画像解析的に検出しにくいなどの特徴があるため、解析処理の結果には大きな誤差が含まれている場合が多いと考えられる。
In particular, when screening is performed using nerve cells, screening may be difficult because of the more specific form compared to normal cells.
For example, when considering a system in which the total length of protrusions having a tubular structure of nerve cells is a feature quantity expressing the form, the total length of protrusions varies greatly depending on the cell, or is easily affected by drugs, etc. It is considered that there are many cases where a large error is included in the result of the analysis process because it is difficult to detect in terms of image analysis compared to the body.

このような場合に対して、細胞の死骸などの情報を用いることにより、二つの細胞ダメージ指標を得ることになり、より適切な値を導き出すことができ、全体としてスクリーニングの精度が上がると期待できる。   In such a case, by using information such as cell dead bodies, two cell damage indices can be obtained, more appropriate values can be derived, and overall screening accuracy can be expected to increase. .

また、薬剤投与などの適当な処理を施した細胞を観察するこのような実験系において、は、薬剤の種類、量などだけでなく、培養条件も結果を左右する重要な要因になる場合が多いと考えられる。
細胞は一般的に、相互作用を行っていると考えられ、またこの相互作用は同一の細胞種間だけにとどまらず、異なる複数細胞種間でも行われていると考えられる。
In such an experimental system for observing cells subjected to appropriate treatment such as drug administration, not only the type and amount of the drug, but also the culture conditions are often important factors affecting the results. it is conceivable that.
Cells are generally considered to be interacting with each other, and this interaction is considered not only between the same cell types but also between different cell types.

ところで、複数細胞種を一緒に培養したサンプルを観察する場合、まず複数の細胞種を見分ける処理を行う必要がある。
細胞種を分類する方法としては、各細胞の形態の違いや染色の違いなどの定性的なものから、あるいは蛍光量などの定量的な違いなどから判断する方法などが考えられる。
By the way, when observing a sample in which a plurality of cell types are cultured together, it is necessary to first perform a process of identifying the plurality of cell types.
As a method of classifying the cell type, a method of judging from a qualitative one such as a difference in the morphology or staining of each cell or a quantitative difference such as a fluorescence amount can be considered.

これらの処理を行った後、上記、単一の細胞種を対象として行っている解析と同じ手順で特徴量抽出などを行い、薬剤に対する変化などを定量化する。
サンプルの細胞を、細胞種などのカテゴリ分類して、各カテゴリの特徴量の変化などを記録することにより、より詳細にデータの解釈を行うことができ、たとえば有効な薬剤の探索により効果を発揮すると期待できる。
After performing these processes, feature amount extraction and the like are performed by the same procedure as the analysis performed on the single cell type described above, and changes to the drug are quantified.
By classifying sample cells into cell types, etc., and recording changes in the amount of features in each category, the data can be interpreted in more detail. For example, it can be effective by searching for effective drugs. Then you can expect.

また、複数細胞種を培養する際、細胞の混在比率などによって結果が異なることも予想されるので、これらの情報、混在比率などもあわせて利用する。
また、細胞の比率だけでなく、各細胞種の薬剤への反応の違いを比較することにより、たとえばより正確な薬剤の探索を行うことができると期待できる。
In addition, when culturing a plurality of cell types, it is expected that the results will differ depending on the mixing ratio of the cells. Therefore, the information and the mixing ratio are also used.
Moreover, it can be expected that, for example, a more accurate drug search can be performed by comparing not only the cell ratio but also the difference in the response of each cell type to the drug.

これらの情報の利用方法は、たとえば細胞の死骸を使って補正する方法と同様なものである。
例えば、細胞群G1と細胞群G2の二つの細胞種を含む系で、薬剤投与後一定刺激を与えることにより、細胞群G1の60%が死滅し、細胞群G2の10%が死滅したという結果を得たとする。この場合、例えば、この薬剤は細胞群G2を選択的に保護する役割がある、などと解釈することができる。
一般には、このように、異なる細胞種間の結果を比較することにより、より詳細な解析を行うことができると期待できる。
The method of using these pieces of information is the same as the method of correcting using, for example, cell dead bodies.
For example, in a system including two cell types of the cell group G1 and the cell group G2, a result that 60% of the cell group G1 is killed and 10% of the cell group G2 is killed by applying a constant stimulus after drug administration. Suppose that In this case, for example, it can be interpreted that this drug has a role of selectively protecting the cell group G2.
In general, it can be expected that more detailed analysis can be performed by comparing results between different cell types.

次に、本発明の一実施形態に係るスクリーニング装置について図6を参照して説明する。
図6に本実施形態に係るスクリーニング装置1の全体構成を示す。本実施形態に係るスクリーニング装置1は、励起光を発生する光源2を含む照明光学系3と、観察対象の動植物等の細胞を含む試料Bを配置したプレート4を載置する位置決めステージ5と、試料Bから発せられた蛍光を撮像するCCDカメラ6を含む受光光学系7と、CCDカメラ6により取得された画像を処理して形態的特徴量を抽出する画像処理部と、抽出された形態的特徴量を用いて薬剤スクリーニングを行うスクリーニング部とを備えている。
Next, a screening apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows the overall configuration of the screening apparatus 1 according to this embodiment. The screening apparatus 1 according to the present embodiment includes an illumination optical system 3 including a light source 2 that generates excitation light, a positioning stage 5 on which a plate 4 on which a sample B including cells such as animals and plants to be observed is disposed, A light receiving optical system 7 including a CCD camera 6 that captures fluorescence emitted from the sample B, an image processing unit that processes an image acquired by the CCD camera 6 and extracts morphological features, and an extracted morphological And a screening unit that performs drug screening using the feature amount.

照明光学系3には、光源2からの励起光を試料Bに照射するコンデンサレンズ9が備えられている。
位置決めステージ5は、試料Bに焦点を合わせるようにプレート4を移動させることができるようになっている。
The illumination optical system 3 includes a condenser lens 9 that irradiates the sample B with excitation light from the light source 2.
The positioning stage 5 can move the plate 4 so as to focus on the sample B.

受光光学系7には、特定の波長帯域の蛍光を透過させる光学特性を有するフィルタ8が備えられている。フィルタ8は交換可能となっており、透過させる波長帯域に応じて交換することができるようになっている。   The light receiving optical system 7 is provided with a filter 8 having optical characteristics that transmits fluorescence in a specific wavelength band. The filter 8 can be exchanged, and can be exchanged according to the wavelength band to be transmitted.

画像処理部およびスクリーニング部は、コンピュータ10のようにコンピュータプログラムによって作動する汎用的な処理装置が用いられている。コンピュータ10には、画像処理部として機能させるためのコンピュータプログラム、例えば、細胞中心抽出処理、中心点吟味処理、細胞境界抽出処理、個々の細胞の特徴量抽出処理、細胞の総数抽出処理などの機能を実現させるものがインストールされている。また、コンピュータ10には、スクリーニング部として機能させるために、本実施形態に係るスクリーニング方法を実施するコンピュータプログラムもインストールされている。   As the image processing unit and the screening unit, a general-purpose processing device that is operated by a computer program, such as the computer 10, is used. The computer 10 has a computer program for causing it to function as an image processing unit, such as cell center extraction processing, center point examination processing, cell boundary extraction processing, individual cell feature extraction processing, total cell number extraction processing, and the like. The thing that realizes is installed. The computer 10 is also installed with a computer program for executing the screening method according to the present embodiment in order to function as a screening unit.

本実施形態に係るスクリーニング装置1を用いて薬剤スクリーニングを行うには、図7に示されるように、まず、プレート4上に細胞サンプル等の試料Bを用意する。細胞サンプル準備工程S21においては、観察の対象となる各種条件下で試料Bを準備する。次いで、染色、発光のためのサンプル操作工程S22において、適当な染色方法、発光させる操作を試料Bに対して行う。そして、サンプル設置工程S23においては、このようにして準備されたプレート4を位置決めステージ5に固定し、位置決めステージ5の作動により、観察位置合わせおよび焦点位置合わせ操作を行い、光源2から励起光を細胞サンプルBに向けて照射する。   In order to perform drug screening using the screening apparatus 1 according to the present embodiment, first, a sample B such as a cell sample is prepared on the plate 4 as shown in FIG. In the cell sample preparation step S21, the sample B is prepared under various conditions to be observed. Next, in the sample operation step S22 for staining and light emission, an appropriate staining method and an operation for causing light emission are performed on the sample B. In the sample setting step S23, the plate 4 prepared in this way is fixed to the positioning stage 5, and the positioning stage 5 is operated to perform observation position alignment and focus position alignment operation. Irradiate towards cell sample B.

励起光を照射された試料Bからは、蛍光が発せられるので、発せられた蛍光を対物レンズ11で集め、所定の波長帯域の蛍光のみをフィルタ8によって選別し、画像撮像工程S24において、CCDカメラ6によって撮像する。また、必要に応じて、試料Bを固定したままフィルタ8を交換するなど種々の撮像条件を変更し(S25)で撮像を行う。あるいは、必要に応じて撮像位置を変更して(S26)撮像を行う。   Since fluorescence is emitted from the sample B irradiated with the excitation light, the emitted fluorescence is collected by the objective lens 11, and only the fluorescence in a predetermined wavelength band is selected by the filter 8. In the image capturing step S24, the CCD camera 6 to take an image. Further, if necessary, various imaging conditions such as exchanging the filter 8 while the sample B is fixed are changed (S25) to perform imaging. Alternatively, the imaging position is changed as necessary (S26) and imaging is performed.

CCDカメラにより取得された蛍光画像情報は、画像処理部に送られ、画像処理工程S27が行われる。
画像処理工程S27においては、まず、各画像の個々の細胞の中心となる点が抽出される(S271)。また、抽出された中心点が吟味され、細胞の中心点として不適切なものが除かれた、適切な細胞中心点が抽出される(S272)。続いて、これらの細胞中心点を囲む最も適切な細胞の境界を抽出する(S273)。そして、得られた細胞境界を用いて、上述したスクリーニング方法、すなわち、個々の細胞の形態的特徴量の抽出や細胞の総数を算出を行い(S28)、これに基づいて薬剤スクリーニングを実施する(S29)。
The fluorescence image information acquired by the CCD camera is sent to the image processing unit, and an image processing step S27 is performed.
In the image processing step S27, first, a point that becomes the center of each cell of each image is extracted (S271). Further, the extracted center point is examined, and an appropriate cell center point from which the inappropriate center point of the cell is removed is extracted (S272). Subsequently, the most appropriate cell boundary surrounding these cell center points is extracted (S273). Then, using the obtained cell boundary, the screening method described above, that is, extraction of the morphological feature amount of each cell and calculation of the total number of cells are performed (S28), and drug screening is performed based on this (S28). S29).

このように、本実施形態に係るスクリーニング方法および装置によれば、細胞を使った薬剤スクリーニングを高い精度で実現することができるという効果を奏する。   Thus, according to the screening method and apparatus according to the present embodiment, there is an effect that drug screening using cells can be realized with high accuracy.

画像解析処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an image analysis process. スクリーニングの手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a screening. 従来のスクリーニングにおける特徴量の抽出方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the extraction method of the feature-value in the conventional screening. 本発明の一実施形態に係るスクリーニング方法における特徴量の抽出方法を説明する図である。It is a figure explaining the extraction method of the feature-value in the screening method which concerns on one Embodiment of this invention. 図4のスクリーニング方法において、3次元的な解析を行う場合の特徴量の抽出方法を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a feature amount extraction method when performing a three-dimensional analysis in the screening method of FIG. 4. 本発明の一実施形態に係るスクリーニング装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the screening apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図6のスクリーニング装置を用いたスクリーニング手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the screening procedure using the screening apparatus of FIG. 図4のスクリーニング方法において、3次元的な解析を行う必要がある場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where it is necessary to perform a three-dimensional analysis in the screening method of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

A 細胞
,CI1〜CIN 内接円
,CO1〜CON 外接円
1 スクリーニング装置
3 照明光学系(照明手段)
6 CCDカメラ(画像情報入力手段)
10 コンピュータ(スクリーニング部、評価手段、画像処理部、画像情報処理手段)
A cell C I, C I1 ~C IN inscribed circle C O, C O1 ~C ON circumcircle 1 screening device 3 illumination optical system (illumination means)
6 CCD camera (image information input means)
10 Computer (screening unit, evaluation unit, image processing unit, image information processing unit)

Claims (16)

顕微鏡により取得した細胞画像を解析し、
細胞画像中の各細胞の形態的な特徴を表す形態特徴量として、細胞の輪郭の円からのずれ量をパラメータ化した値を評価し、
この評価に基づいて薬剤スクリーニングを行うスクリーニング方法。
Analyzing cell images acquired with a microscope,
As a morphological feature amount representing the morphological feature of each cell in the cell image, a value obtained by parameterizing the amount of deviation from the circle of the cell outline is evaluated,
A screening method for performing drug screening based on this evaluation.
前記形態特徴量として、細胞の輪郭の内接円または外接円の少なくともいずれかからのズレ量をパラメータ化した値を評価する請求項1に記載のスクリーニング方法。   The screening method according to claim 1, wherein a value obtained by parameterizing a deviation amount from at least one of an inscribed circle or a circumscribed circle of a cell outline is evaluated as the morphological feature amount. 顕微鏡により取得した複数の細胞画像から構築した3次元画像を解析し、
細胞画像中の各細胞の形態的な特徴を表す形態特徴量として、細胞の輪郭の球からのずれ量をパラメータ化した値を評価し、
この評価に基づいて薬剤スクリーニングを行うスクリーニング方法。
Analyzing a three-dimensional image constructed from a plurality of cell images acquired by a microscope,
As a morphological feature amount representing the morphological feature of each cell in the cell image, a value obtained by parameterizing the deviation amount of the cell outline from the sphere is evaluated,
A screening method for performing drug screening based on this evaluation.
前記形態特徴量として、細胞の輪郭の内接球または外接球の少なくともいずれかからのズレ量をパラメータ化した値を評価する請求項3に記載のスクリーニング方法。   The screening method according to claim 3, wherein a value obtained by parameterizing a deviation amount from at least one of an inscribed sphere or an circumscribed sphere of a cell outline is evaluated as the morphological feature amount. 前記形態特徴量に基づいて、画像中の細胞を生細胞または死細胞のいずれかに判定して評価に使用する請求項1から請求項4のいずれかに記載のスクリーニング方法。   The screening method according to any one of claims 1 to 4, wherein a cell in an image is determined as either a living cell or a dead cell based on the morphological feature amount and used for evaluation. 細胞画像中に選択されたいずれかの領域に対して解析を行い、
パラメータ化した値に基づいて、これら領域を細胞体、環状構造をもつ細胞の突起、細胞以外の細胞の死骸または気泡に分類する請求項1から請求項5のいずれかに記載のスクリーニング方法。
Analyze one of the selected areas in the cell image,
6. The screening method according to claim 1, wherein these regions are classified into cell bodies, cell protrusions having a cyclic structure, dead bodies of cells other than cells, or bubbles based on parameterized values.
分類された細胞以外の画像情報を定量化し、
定量化された細胞以外の画像情報を用いて、細胞に対する薬剤スクリーニングの統計結果を補正する請求項6に記載のスクリーニング方法。
Quantify image information other than the classified cells,
The screening method according to claim 6, wherein the statistical result of drug screening for cells is corrected using image information other than the quantified cells.
細胞の形態の変化を、細胞がダメージを受けたことに起因すると推定し、薬剤による細胞保護作用を定量化する請求項7に記載のスクリーニング方法。   The screening method according to claim 7, wherein the change in cell morphology is estimated to be caused by damage of the cells, and the cytoprotective action by the drug is quantified. 細胞の形態の円からの歪みを細胞の運動に起因するものとして解釈し、
前記形態特徴量を薬剤の細胞に対する活性化を測る指標として用いる請求項1から請求項4のいずれかに記載のスクリーニング方法。
Interpret the distortion of the cell shape from the circle as a result of cell movement,
The screening method according to any one of claims 1 to 4, wherein the morphological feature amount is used as an index for measuring activation of a drug to cells.
神経細胞のスクリーニング方法において、
分類された管状構造をもつ各細胞の突起の情報を形態特徴量として用い、
管状構造の総量が細胞が受けたダメージと相関するということを推定し、
薬剤効果の定量化を行う請求項6に記載のスクリーニング方法。
In the screening method for nerve cells,
Using information on the protrusions of each cell with a classified tubular structure as a morphological feature,
Estimating that the total amount of tubular structure correlates with the damage taken by the cells,
The screening method according to claim 6, wherein the drug effect is quantified.
複数の種類によって構成される細胞サンプルを用いる請求項1から請求項10のいずれかに記載のスクリーニング方法。   The screening method according to any one of claims 1 to 10, wherein a cell sample composed of a plurality of types is used. 注目する細胞種および他の細胞種について同様な評価を行う請求項11に記載のスクリーニング方法。   The screening method according to claim 11, wherein the same evaluation is performed for the cell type of interest and other cell types. 細胞に照明光を照射する照明手段と、
細胞から発せられる光を検出して画像情報を取得する画像情報入力手段と、
該画像情報入力手段により取得された画像情報において、各細胞の形態的な特徴を表す形態特徴量をパラメータ化する画像情報処理手段と、
該画像情報処理手段によりパラメータ化された形態特徴量を評価し、細胞に対する薬剤スクリーニングを行う評価手段と、
該評価手段による薬剤スクリーニングの結果を出力表示する出力手段とを備えるスクリーニング装置。
Illumination means for illuminating cells with illumination light;
Image information input means for detecting light emitted from cells and acquiring image information;
In the image information acquired by the image information input means, an image information processing means for parameterizing a morphological feature amount representing a morphological characteristic of each cell;
An evaluation means for evaluating a morphological feature parameterized by the image information processing means, and performing drug screening on cells;
A screening apparatus comprising: output means for outputting and displaying a result of drug screening by the evaluation means.
前記評価手段が、前記形態特徴量として、円または球からの細胞の輪郭のズレ量を用いる請求項13に記載のスクリーニング装置。   The screening apparatus according to claim 13, wherein the evaluation unit uses a deviation amount of a cell outline from a circle or a sphere as the morphological feature amount. 前記評価手段が、前記形態特徴量に基づいて、各細胞の生死を判別する請求項13または請求項14に記載のスクリーニング装置。   The screening apparatus according to claim 13 or 14, wherein the evaluation unit determines whether each cell is live or dead based on the morphological feature amount. 複数種の細胞サンプルを用い、注目する細胞種および他の細胞種について同様の評価を行う請求項13から請求項15のいずれかに記載のスクリーニング装置。   The screening apparatus according to any one of claims 13 to 15, wherein a plurality of types of cell samples are used and the same evaluation is performed for a cell type of interest and other cell types.
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013517460A (en) * 2010-01-12 2013-05-16 バイオ−ラド ラボラトリーズ インコーポレイテッド Cell characterization using multiple focal planes
JP2013236564A (en) * 2012-05-11 2013-11-28 Nikon Corp Cell evaluation device, cell evaluation method and program
JP2013254314A (en) * 2012-06-06 2013-12-19 Ricoh Co Ltd Image recognition device, image recognition method and program
US9336429B2 (en) 2012-07-31 2016-05-10 Olympus Corporation Necrotic cell region detection apparatus and method of the same, and non-transitory computer readable storage medium to store a necrotic cell region detection program
WO2016117460A1 (en) * 2015-01-21 2016-07-28 ウシオ電機株式会社 Water quality inspection system
JP2016214269A (en) * 2016-09-29 2016-12-22 株式会社ニコン Cell evaluation device, cell evaluation method, and program
JP2018061511A (en) * 2013-02-14 2018-04-19 ソニー株式会社 Nerve cell evaluation method, nerve cell evaluation program and nerve cell evaluation method
WO2018189877A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device and cell evaluation method
JP2018198605A (en) * 2018-07-26 2018-12-20 株式会社ニコン Device, method, and program for evaluating cells
JP2019088200A (en) * 2017-11-10 2019-06-13 オリンパス株式会社 Method of evaluating protrusion-forming ability of cell cluster
US10891734B2 (en) 2013-02-14 2021-01-12 Sony Corporation Information processing apparatus, information processing method, and cell analysis system
JP2021027836A (en) * 2020-11-16 2021-02-25 株式会社ニコン Cell evaluation device, incubator and program
CN115741690A (en) * 2022-11-14 2023-03-07 中冶赛迪技术研究中心有限公司 Material bag grabbing method and system, electronic equipment and storage medium

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0227977A (en) * 1988-07-18 1990-01-30 Hitachi Ltd Device, method and examination method for culturing animal cell
JP2001330604A (en) * 2000-05-18 2001-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd System and method for detecting drug candidate substance
JP2002312761A (en) * 2001-04-12 2002-10-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image processing method for cell image
JP2003500664A (en) * 1999-05-24 2003-01-07 セロミックス インコーポレイテッド Methods and systems for universal analysis of experimental data
JP2004054347A (en) * 2002-07-16 2004-02-19 Fujitsu Ltd Image processing method, image processing program, and image processing apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0227977A (en) * 1988-07-18 1990-01-30 Hitachi Ltd Device, method and examination method for culturing animal cell
JP2003500664A (en) * 1999-05-24 2003-01-07 セロミックス インコーポレイテッド Methods and systems for universal analysis of experimental data
JP2001330604A (en) * 2000-05-18 2001-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd System and method for detecting drug candidate substance
JP2002312761A (en) * 2001-04-12 2002-10-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image processing method for cell image
JP2004054347A (en) * 2002-07-16 2004-02-19 Fujitsu Ltd Image processing method, image processing program, and image processing apparatus

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9001200B2 (en) 2010-01-12 2015-04-07 Bio-Rad Laboratories, Inc. Cell characterization using multiple focus planes
JP2013517460A (en) * 2010-01-12 2013-05-16 バイオ−ラド ラボラトリーズ インコーポレイテッド Cell characterization using multiple focal planes
JP2013236564A (en) * 2012-05-11 2013-11-28 Nikon Corp Cell evaluation device, cell evaluation method and program
JP2013254314A (en) * 2012-06-06 2013-12-19 Ricoh Co Ltd Image recognition device, image recognition method and program
US9336429B2 (en) 2012-07-31 2016-05-10 Olympus Corporation Necrotic cell region detection apparatus and method of the same, and non-transitory computer readable storage medium to store a necrotic cell region detection program
JP2019195337A (en) * 2013-02-14 2019-11-14 ソニー株式会社 Nerve cell evaluation method, nerve cell evaluation program and nerve cell evaluation method
JP2018061511A (en) * 2013-02-14 2018-04-19 ソニー株式会社 Nerve cell evaluation method, nerve cell evaluation program and nerve cell evaluation method
US10891734B2 (en) 2013-02-14 2021-01-12 Sony Corporation Information processing apparatus, information processing method, and cell analysis system
WO2016117460A1 (en) * 2015-01-21 2016-07-28 ウシオ電機株式会社 Water quality inspection system
JP2016214269A (en) * 2016-09-29 2016-12-22 株式会社ニコン Cell evaluation device, cell evaluation method, and program
WO2018189877A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device and cell evaluation method
JPWO2018189877A1 (en) * 2017-04-14 2020-02-20 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device and cell evaluation method
JP2019088200A (en) * 2017-11-10 2019-06-13 オリンパス株式会社 Method of evaluating protrusion-forming ability of cell cluster
JP7044518B2 (en) 2017-11-10 2022-03-30 オリンパス株式会社 Method for evaluating the ability of cell clumps to form protrusions
JP2018198605A (en) * 2018-07-26 2018-12-20 株式会社ニコン Device, method, and program for evaluating cells
JP2021027836A (en) * 2020-11-16 2021-02-25 株式会社ニコン Cell evaluation device, incubator and program
JP7235027B2 (en) 2020-11-16 2023-03-08 株式会社ニコン Cell evaluation instruments, incubators and programs
CN115741690A (en) * 2022-11-14 2023-03-07 中冶赛迪技术研究中心有限公司 Material bag grabbing method and system, electronic equipment and storage medium
CN115741690B (en) * 2022-11-14 2024-06-07 中冶赛迪技术研究中心有限公司 Material bag grabbing method, system, electronic equipment and storage medium

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