JP2011004638A - Mthod, program, and apparatus for processing images of observed fertilized egg - Google Patents

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正文 三村
Hiroshi Ito
啓 伊藤
Hideki Sasaki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide image processing means for rapidly and toughly detecting fertilized eggs.SOLUTION: The invention includes a step S1 for acquiring a low magnification image obtained by imaging objects positioned in a low magnification observation visual field by an imaging device, steps S3 and 4 for extracting a plurality of the objects in low magnification images, a step S6 for calculating the characteristic amount of low magnification image according to attribution of fertilized egg together with the plurality of the objects contained in the low magnification images and extracting a fertilized egg candidate on the base of the characteristic amount of the low magnification images, steps S7 and 8 for dividing the range in the low magnification observation visual field into a plurality of small ranges according to the size of high magnification observation visual field and successively imaging only small ranges containing the objects selected as a fertilized egg candidate to acquire a plurality of the high magnification image, a step S9 for calculating the characteristic amount of the high magnification image according to the attribution of fertilized egg for each of the objects of fertilized egg candidate contained in the plurality of high magnification images and identifying a fertilized egg from the objects of the fertilized egg candidate on the base of a characteristic amount of high magnification image, and a step S10 for outputting the identified results of the objects.

Description

本発明は、受精卵観察において取得された観察画像から受精卵と異物とを判別する画像処理手段に関する。   The present invention relates to an image processing means for discriminating a fertilized egg and a foreign substance from an observation image acquired in fertilized egg observation.

近年、生殖補助医療技術(ART)の発展に伴い、体外受精による受精卵を培養しながらその生育状態を観察することが行われている。受精卵などの培養物の状況を観察する装置の例として、培養顕微鏡が挙げられる(例えば、特許文献1を参照)。培養顕微鏡は、受精卵の培養に好適な環境を形成する培養装置(インベキュータ)と、培養装置に収容された培養容器内の受精卵の状態を顕微観察する顕微観察系とを備え、予め設定された一定時間ごとに受精卵の観察画像を取得し、ユーザが受精卵を目視により認識した上で、受精卵の生育状態の観察、記録、管理等を自動で行うことができるように構成される。   In recent years, with the development of assisted reproduction technology (ART), it has been practiced to observe the growth state of cultured fertilized eggs by in vitro fertilization. A culture microscope is mentioned as an example of the apparatus which observes the conditions of cultures, such as a fertilized egg (for example, refer patent document 1). The culture microscope includes a culture device (invecutor) that forms a suitable environment for culturing fertilized eggs, and a microscopic observation system that microscopically observes the state of the fertilized eggs in a culture container housed in the culture device. The observation image of the fertilized egg is acquired at regular intervals, and the user can recognize the fertilized egg by visual observation, and then automatically observe, record, and manage the fertilized egg growth state. The

特開2004−229619号公報JP 2004-229619 A

このような装置において、培養容器中の受精卵の生育状態を顕微観察する場合、まず、培地の中から観察対象である受精卵を検出しなければならないが、培地には受精卵の他にもゴミやオイル粒等の異物が混入しているため、受精卵とそれ以外の異物とを判別して受精卵を認識するには、できる限り高倍率での顕微観察が必要になる。しかしながら、高倍観察になるほど解像度の高い画像を取得することができるものの、高倍観察になるにつれて観察視野(観察範囲)が狭くなり視野内に受精卵の像が写し込まれる確率が低くなるため、受精卵を検出するのに広視野領域において多数の高倍画像の撮影が必要になるとともに、その多数の画像の中から受精卵を識別する複雑な処理が必要となり、受精卵の検出に長時間を要するという問題があった。   In such an apparatus, when the growth state of a fertilized egg in a culture container is to be microscopically observed, firstly, the fertilized egg to be observed must be detected from the medium. Since foreign matters such as dust and oil particles are mixed, in order to distinguish a fertilized egg from other foreign matters and recognize the fertilized egg, it is necessary to perform microscopic observation at a magnification as high as possible. However, although higher resolution images can be obtained with higher magnification observation, the observation field (observation range) becomes narrower with higher magnification observation, and the probability that an image of a fertilized egg is reflected in the field of view decreases. In order to detect an egg, it is necessary to take a large number of high-magnification images in a wide field of view, and a complicated process for identifying a fertilized egg from the large number of images is required. It takes a long time to detect a fertilized egg. There was a problem.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、受精卵とそれ以外の異物との判別を受精卵の属性に応じた特徴量に基づいて、低倍観察と高倍観察とで関連付けて行うことにより、受精卵を高速且つ頑健に検出することを可能にした画像処理手段を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and distinguishes between a fertilized egg and other foreign substances based on a feature amount according to the attribute of the fertilized egg by low magnification observation and high magnification observation. An object of the present invention is to provide an image processing means capable of detecting fertilized eggs at high speed and robustly by performing in association with each other.

本発明を例示する第1の態様に従えば、低倍観察視野内に位置する複数の物体を撮像装置により撮影した低倍画像を取得し、低倍画像に写し込まれた複数の物体を抽出し、低倍画像中に含まれる複数の物体ごとに、受精卵の属性に応じた低倍画像の特徴量を算出して、低倍画像の特徴量に基づいて複数の物体の中から受精卵候補を抽出し、低倍観察視野内の領域を高倍観察視野の大きさに応じた複数の小領域に区分けして、受精卵候補に選別された物体が含まれる小領域についてのみ、撮像装置により順次撮影を行って高倍画像を複数取得し、複数の高倍画像中に含まれる受精卵候補の物体ごとに、受精卵の属性に応じた高倍画像の特徴量を算出して、高倍画像の特徴量に基づいて受精卵候補の物体の中から受精卵を識別することを特徴とする受精卵観察の画像処理方法が提供される。   According to the first aspect illustrating the present invention, a low-magnification image obtained by photographing a plurality of objects located in a low-magnification observation visual field by an imaging device is acquired, and a plurality of objects imprinted on the low-magnification image are extracted. Then, for each of the plurality of objects included in the low-magnification image, the feature quantity of the low-magnification image is calculated according to the attribute of the fertilized egg, and the fertilized egg is selected from the plurality of objects based on the feature quantity of the low-magnification image. Candidates are extracted, and the area within the low-magnification observation field is divided into a plurality of small areas according to the size of the high-magnification observation field, and only for small areas that contain objects selected as fertilized egg candidates, Obtain multiple high-magnification images by performing sequential shooting, and calculate the feature quantity of the high-magnification image according to the fertilized egg attribute for each fertilized egg candidate object included in the multiple high-magnification images. To identify fertilized eggs from candidates for fertilized eggs based on The image processing method of the embryo observation is provided.

本発明を例示する第2の態様に従えば、コンピュータにより読み込み可能であり、撮像装置により撮影されて画像を取得して画像処理する画像処理装置としてコンピュータを機能させるための画像処理プログラムであって、撮像装置により低倍観察視野内に位置する複数の物体を撮影した低倍画像を取得するステップと、低倍画像に写し込まれた複数の物体を抽出するステップと、低倍画像中に含まれる複数の物体ごとに、受精卵の属性に応じた低倍画像の特徴量を算出して、低倍画像の特徴量に基づいて複数の物体の中から受精卵候補を抽出するステップと、低倍観察視野内の領域を高倍観察視野の大きさに応じた複数の小領域に区分けして、受精卵候補に選別された物体が含まれる小領域についてのみ、撮像装置により順次撮影を行って高倍画像を複数取得するステップと、複数の高倍画像中に含まれる受精卵候補の物体ごとに、受精卵の属性に応じた高倍画像の特徴量を算出して、高倍画像の特徴量に基づいて受精卵候補の物体の中から受精卵を識別するステップと、物体に対する識別結果を出力するステップとをコンピュータに実現させることを特徴とする受精卵観察の画像処理プログラムが提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an image processing program that causes a computer to function as an image processing apparatus that can be read by a computer, acquires an image captured by an imaging device, and performs image processing. Included in the low-magnification image are a step of acquiring a low-magnification image obtained by photographing a plurality of objects located in the low-magnification observation field by an imaging device, a step of extracting a plurality of objects imprinted in the low-magnification image, and Calculating a feature amount of a low-magnification image according to the attribute of the fertilized egg for each of the plurality of objects, extracting a fertilized egg candidate from the plurality of objects based on the feature amount of the low-magnification image, The area in the double observation field is divided into a plurality of small areas according to the size of the high magnification observation field, and only the small area including the object selected as a fertilized egg candidate is photographed sequentially by the imaging device. A step of acquiring a plurality of double images and a feature amount of the high magnification image corresponding to the fertilized egg attribute for each fertilized egg candidate object included in the plurality of high magnification images, and based on the feature amount of the high magnification image An image processing program for observing a fertilized egg is provided, which causes a computer to realize a step of identifying a fertilized egg from among fertilized egg candidate objects and a step of outputting an identification result for the object.

本発明を例示する第3の態様に従えば、複数の物体を低倍率及び高倍率で撮影可能な撮像装置と、撮像装置により撮影された低倍画像から複数の物体を抽出し、複数の物体の中から受精卵を識別する画像解析部と、画像解析部により判断された識別結果を外部に出力する出力部とを備え、画像解析部が、低倍画像中に含まれる複数の物体ごとに、受精卵の属性に応じた低倍画像の特徴量を算出して、低倍画像の特徴量に基づいて複数の物体の中から受精卵候補を抽出するとともに、低倍観察視野内の領域を高倍観察視野の大きさに応じた複数の小領域に区分けして、受精卵候補に選別された物体が含まれる小領域についてのみ、撮像装置により順次撮影を行わせて高倍画像を複数取得し、複数の高倍画像中に含まれる受精卵候補の物体ごとに、受精卵の属性に応じた高倍画像の特徴量を算出して、高倍画像の特徴量に基づいて受精卵候補の物体の中から受精卵を識別するように構成したことを特徴とする受精卵観察の画像処理装置が提供される。   According to the third aspect exemplifying the present invention, an imaging device capable of photographing a plurality of objects at a low magnification and a high magnification, a plurality of objects extracted from a low magnification image photographed by the imaging device, and a plurality of objects An image analysis unit that identifies a fertilized egg from the image, and an output unit that outputs the identification result determined by the image analysis unit to the outside, and the image analysis unit includes a plurality of objects included in the low-magnification image. , Calculate the feature quantity of the low-magnification image according to the attributes of the fertilized egg, extract fertilized egg candidates from a plurality of objects based on the feature quantity of the low-magnification image, and extract the region in the low-magnification observation field By dividing into a plurality of small regions according to the size of the high-magnification observation visual field, only a small region containing the object selected as a fertilized egg candidate is photographed sequentially by the imaging device to obtain a plurality of high-magnification images, For each fertilized egg candidate object included in multiple high-magnification images Fertilized egg observation characterized by calculating the feature quantity of the high-magnification image according to the attributes of the fertilized egg and identifying the fertilized egg from the fertilized egg candidate objects based on the feature quantity of the high-magnification image An image processing apparatus is provided.

このような受精卵観察の画像処理方法、画像処理プログラム、及び画像処理装置によれば、観察対象の受精卵を観察者自らが目視で認識しなくても、複数の物体の中から観察対象の受精卵を高速且つ頑健に検出することが可能になる。   According to such an image processing method, an image processing program, and an image processing apparatus for observing a fertilized egg, even if the observer himself / herself does not visually recognize the fertilized egg to be observed, the object to be observed is selected from a plurality of objects. It becomes possible to detect a fertilized egg fast and robustly.

画像処理プログラムの概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of an image processing program. 本発明の適用例として示す培養観察システムの概要構成図である。It is a general | schematic block diagram of the culture observation system shown as an example of application of this invention. 上記培養観察システムのブロック図である。It is a block diagram of the said culture observation system. (A)は培養容器の平面図であり、(B)はディッシュを示す斜視図である。(A) is a top view of a culture container, (B) is a perspective view which shows a dish. 分散フィルタの適用によるオブジェクト抽出処理の状況を例示する図である。It is a figure which illustrates the condition of the object extraction process by application of a distributed filter. ラベリング処理の状況を例示する図である。オブジェクトの抽出を行う輪郭抽出処理の状況を例示する図である。It is a figure which illustrates the condition of a labeling process. It is a figure which illustrates the condition of the outline extraction process which extracts an object. 受精卵とそれ以外の異物との特徴を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characteristic of a fertilized egg and other foreign materials. 受精卵と異物との輪郭部の輝度値の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference of the luminance value of the outline part of a fertilized egg and a foreign material. (A)は低倍視野領域に高倍視野領域をタイリングした状態を例示する図であり、(B)は受精卵候補が含まれる高倍視野領域を例示する図である。(A) is a figure which illustrates the state which tiled the high magnification visual field area | region to the low magnification visual field area | region, (B) is a figure which illustrates the high magnification visual field area | region in which a fertilized egg candidate is contained. 画像処理装置の概要構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an image processing apparatus.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る画像処理装置を適用したシステムの一例として、培養観察システムの概要構成図及びブロック図を、それぞれ図2及び図3に示す。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As an example of a system to which the image processing apparatus according to the present embodiment is applied, a schematic configuration diagram and a block diagram of a culture observation system are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

培養観察システムBSは、大別的には、筐体1の上部に設けられた培養室2と、複数の培養容器10を収容保持する棚状のストッカー3と、培養容器10内の試料を観察する観察ユニット5と、培養容器10をストッカー3と観察ユニット5との間で搬送する搬送ユニット4と、システムの作動を統括的に制御する制御ユニット6と、画像表示装置を備えた操作盤7などから構成される。   The culture observation system BS roughly observes the culture chamber 2 provided in the upper part of the housing 1, the shelf-like stocker 3 that accommodates and holds a plurality of culture containers 10, and the sample in the culture container 10. An observation unit 5, a transfer unit 4 for transferring the culture vessel 10 between the stocker 3 and the observation unit 5, a control unit 6 for comprehensively controlling the operation of the system, and an operation panel 7 provided with an image display device. Etc.

培養室2は、培養環境を形成する部屋であり、環境変化やコンタミネーションを防止するためサンプル投入後は密閉状態に保持される。培養室2に付随して、培養室2内の温度を昇温・降温させる温度調整装置21、湿度を調整する加湿器22、COガスやNガス等のガスを供給するガス供給装置23、培養室2全体の環境を均一化させるための循環ファン24、培養室2の温度や湿度、二酸化炭素濃度等を検出する環境センサ25などが設けられている。各機器の作動は制御ユニット6により制御され、培養室2の温度や湿度、二酸化炭素濃度等により規定される培養環境が、操作盤7において設定された培養条件に合致した状態に維持される。 The culture chamber 2 is a chamber for forming a culture environment, and is kept sealed after the sample is charged in order to prevent environmental changes and contamination. Along with the culture chamber 2, a temperature adjustment device 21 that raises and lowers the temperature in the culture chamber 2, a humidifier 22 that adjusts humidity, and a gas supply device 23 that supplies a gas such as CO 2 gas or N 2 gas. A circulation fan 24 for making the entire environment of the culture chamber 2 uniform, an environmental sensor 25 for detecting the temperature, humidity, carbon dioxide concentration, etc. of the culture chamber 2 are provided. The operation of each device is controlled by the control unit 6, and the culture environment defined by the temperature, humidity, carbon dioxide concentration, etc. of the culture chamber 2 is maintained in a state that matches the culture conditions set on the operation panel 7.

ストッカー3は、図2における紙面直行の前後方向、及び上下方向にそれぞれ複数に仕切られた棚状に形成されている。各棚にはそれぞれ固有の番地が設定されており、例えば前後方向をA〜C列、上下方向を1〜7段とした場合に、A列5段の棚がA−5のように設定される。   The stocker 3 is formed in a shelf shape that is partitioned into a plurality of parts in the front-rear direction and the vertical direction in FIG. A unique address is set for each shelf. For example, when the front-rear direction is A to C rows and the vertical direction is 1 to 7 rows, the A-row 5 rows shelf is set as A-5. The

培養容器10は、培養物の種類や目的等に応じてフラスコやディッシュ、ウェルプレートなど適宜なものが選択され、本実施形態では、図4(A)に示すように、直径約35mmの5つのディッシュ10aと、ディッシュ10aを保持するホルダ10bとを備えた構成を例示しており、図4(B)に示すように、培養物たる受精卵aは、フェノールレッドなどのpH指示薬が入った培地ドロップDとともに各ディッシュ10aに注入される。ディッシュ10aの底面には、ピペット等により滴下された20μl程度の培地ドロップDが1〜複数個形成されており(図4(B)では1個のみを図示)、培地ドロップDはディッシュ10a内において無色透明のミネラルオイルOによって浸された状態となっている。それぞれの培地ドロップD内には、例えば対外受精のために同一母体から同時期に採卵された受精卵aが1個ずつ挿入されている。また、培養容器10にはコード番号が付与され、ストッカー3の指定番地に対応づけて収容される。   As the culture vessel 10, an appropriate one such as a flask, a dish, or a well plate is selected according to the type and purpose of the culture. In this embodiment, as shown in FIG. The structure provided with the dish 10a and the holder 10b which hold | maintains the dish 10a is illustrated, and as shown to FIG. 4 (B), the fertilized egg a which is a culture is a culture medium containing pH indicators, such as phenol red It is injected into each dish 10a together with the drop D. On the bottom surface of the dish 10a, one or more medium drops D of about 20 μl dropped by a pipette or the like are formed (only one is shown in FIG. 4B), and the medium drop D is contained in the dish 10a. It is in a state immersed in colorless and transparent mineral oil O. In each medium drop D, for example, one fertilized egg a collected from the same mother at the same time for external fertilization is inserted. The culture vessel 10 is assigned a code number and is stored in association with the designated address of the stocker 3.

搬送ユニット4は、培養室2の内部に上下方向に移動可能に設けられてZ軸駆動機構により昇降されるZステージ41、Zステージ41に前後方向に移動可能に取り付けられてY軸駆動機構により前後移動されるYステージ42、Yステージ42に左右方向に移動可能に取り付けられてX軸駆動機構により左右移動されるXステージ43などからなり、Xステージ43の先端側に培養容器10を持ち上げ支持する支持アーム45が設けられている。搬送ユニット4は、支持アーム45がストッカー3の全棚と観察ユニット5との間を移動可能な移動範囲を有して構成される。X軸駆動機構、Y軸駆動機構、Z軸駆動機構は、例えばボールネジとエンコーダ付きのサーボモータにより構成され、その作動が制御ユニット6により制御される。   The transfer unit 4 is provided inside the culture chamber 2 so as to be movable in the vertical direction and is moved up and down by the Z-axis drive mechanism. The transfer unit 4 is attached to the Z stage 41 so as to be movable in the front-rear direction and is moved by the Y-axis drive mechanism. The Y stage 42 that is moved back and forth, the X stage 43 that is attached to the Y stage 42 so as to be movable in the left-right direction and is moved left and right by the X-axis drive mechanism, and the like, is supported by lifting the culture vessel 10 to the tip side of the X stage 43 A support arm 45 is provided. The transport unit 4 has a moving range in which the support arm 45 can move between the entire shelf of the stocker 3 and the observation unit 5. The X-axis drive mechanism, the Y-axis drive mechanism, and the Z-axis drive mechanism are configured by, for example, a servo motor with a ball screw and an encoder, and the operation thereof is controlled by the control unit 6.

観察ユニット5は、試料台15の下側から試料を照明する第1照明部51、顕微観察系の光軸に沿って試料台15の上方から試料を照明する第2照明部52、下方から試料を照明する第3照明部53、試料のマクロ観察を行うマクロ観察系54、試料のミクロ観察を行う顕微観察系55、及び画像処理装置100(図10を参照)などから構成される。試料台15は、透光性を有する材質で構成されるとともに観察領域に透明な窓部16が設けられている。また、試料台15は、制御ユニット6からの作動制御によりXY方向(水平面内方向)およびZ方向(上下方向)に移動可能な微細駆動ステージからなり、その上面部に載置された培養容器10をXY方向に移動させることにより、培養容器10をマクロ観察系54の光軸上へ挿入したり、顕微観察系55の光軸上へ挿入したりすることが可能になっている。   The observation unit 5 includes a first illumination unit 51 that illuminates the sample from the lower side of the sample stage 15, a second illumination unit 52 that illuminates the sample from above the sample stage 15 along the optical axis of the microscopic observation system, and a sample from below. 3, a macro observation system 54 that performs macro observation of the sample, a micro observation system 55 that performs micro observation of the sample, an image processing apparatus 100 (see FIG. 10), and the like. The sample stage 15 is made of a light-transmitting material and has a transparent window 16 in the observation area. The sample stage 15 is composed of a fine drive stage that can be moved in the XY direction (horizontal plane direction) and the Z direction (vertical direction) by operation control from the control unit 6, and the culture vessel 10 placed on the upper surface thereof. Is moved in the XY directions, so that the culture vessel 10 can be inserted on the optical axis of the macro observation system 54 or on the optical axis of the microscopic observation system 55.

第1照明部51は、下部フレーム1b側に設けられた面発光の光源からなり、試料台15の下側から培養容器10全体をバックライト照明する。第2照明部52は、LED等の光源と、位相リングやコンデンサレンズ等からなる照明光学系とを有して培養室2に設けられており、試料台15の上方から顕微観察系55の光軸に沿って培養容器10中の試料を照明する。第3照明部53は、それぞれ落射照明観察や蛍光観察に好適な波長の光を射出する複数のLEDや水銀等の光源と、各光源から射出された光を顕微観察系55の光軸に重畳させるビームスプリッタや蛍光フィルタ等からなる照明光学系とを有して、培養室2の下側に位置する下部フレーム1b内に配設されており、試料台15の下方から顕微観察系55の光軸に沿って培養容器10中の試料を照明する。   The first illumination unit 51 is a surface-emitting light source provided on the lower frame 1 b side, and backlight-illuminates the entire culture vessel 10 from the lower side of the sample stage 15. The second illumination unit 52 includes a light source such as an LED and an illumination optical system including a phase ring, a condenser lens, and the like. The second illumination unit 52 is provided in the culture chamber 2 and receives light from the microscopic observation system 55 from above the sample stage 15. The sample in the culture vessel 10 is illuminated along the axis. The third illumination unit 53 superimposes light emitted from each of the light sources, such as a plurality of LEDs and mercury that emit light having a wavelength suitable for epi-illumination observation and fluorescence observation, on the optical axis of the microscopic observation system 55. An illumination optical system composed of a beam splitter, a fluorescent filter, and the like to be disposed in the lower frame 1b located below the culture chamber 2, and the light of the microscopic observation system 55 from below the sample stage 15 The sample in the culture vessel 10 is illuminated along the axis.

マクロ観察系54は、観察光学系54aと、この観察光学系54aにより結像された試料の像を撮影するCCDカメラ等の撮像装置54cとを有し、第1照明部51の上方に位置して培養室2内に設けられている。マクロ観察系54は、第1照明部51によりバックライト照明された培養容器10の上方からの全体観察画像(マクロ画像)を撮影する。   The macro observation system 54 includes an observation optical system 54 a and an imaging device 54 c such as a CCD camera that captures an image of the sample imaged by the observation optical system 54 a and is positioned above the first illumination unit 51. Provided in the culture chamber 2. The macro observation system 54 captures an entire observation image (macro image) from above the culture vessel 10 that is backlit by the first illumination unit 51.

顕微観察系55は、対物レンズや中間変倍レンズ、蛍光フィルタ等からなる観察光学系55aと、観察光学系55aにより結像された試料の像を撮影する冷却CCDカメラ等の撮像装置55cとを有し、下部フレーム1bの内部に配設されている。上記の第2照明部52と顕微観察系55とにより位相差観察用の顕微鏡が構成される。対物レンズ及び中間変倍レンズは、それぞれ複数設けられるとともに、詳細図示を省略するレボルバやスライダなどの変位機構を用いて複数倍率に設定可能に構成されており、初期選択のレンズ設定に応じて、本実施形態では少なくとも低倍観察用(例えば2倍観察用)と高倍観察用(例えば10倍観察用)との2種類の倍率の間で変倍可能なように切り換えられる。顕微観察系55は、第2照明部52により照明された試料の透過光による位相差画像や、第3照明部53により照明されて試料が発する蛍光による蛍光画像など、培養容器10内の試料を顕微鏡観察した顕微観察画像(ミクロ画像)を撮影する。   The microscopic observation system 55 includes an observation optical system 55a composed of an objective lens, an intermediate zoom lens, a fluorescent filter, and the like, and an imaging device 55c such as a cooled CCD camera that takes an image of a sample imaged by the observation optical system 55a. And disposed inside the lower frame 1b. The second illumination unit 52 and the microscopic observation system 55 constitute a phase difference observation microscope. A plurality of objective lenses and intermediate zoom lenses are provided, and are configured to be set to a plurality of magnifications using a displacement mechanism such as a revolver or a slider (not shown in detail). In the present embodiment, at least two magnifications for low-magnification observation (for example, for double-magnification observation) and high-magnification observation (for example for ten-times observation) are switched so as to be variable. The microscopic observation system 55 displays the sample in the culture vessel 10 such as a phase difference image by the transmitted light of the sample illuminated by the second illumination unit 52 and a fluorescence image by the fluorescence emitted from the sample illuminated by the third illumination unit 53. A microscopic observation image (micro image) is taken.

画像処理装置100は、マクロ観察系54の撮像装置54c及び顕微観察系55の撮像装置55cから入力された信号をA/D変換するとともに、各種の画像処理を施して全体観察画像または顕微観察画像の画像データを生成する。また、画像処理装置100は、これらの観察画像(全体観察画像及び顕微観察画像)の画像データに対して画像解析を施し、画像中に存在するオブジェクトの特徴量算出や、各々の特徴量に応じたスコア算出、総合スコアに基づく受精卵の決定等の画像処理を行う。画像処理装置100は、具体的には、次述する制御ユニット6のROMに記憶された画像処理プログラムが実行されることにより構築される。なお、この画像処理装置100については、後に詳述する。   The image processing apparatus 100 performs A / D conversion on signals input from the imaging device 54c of the macro observation system 54 and the imaging device 55c of the microscopic observation system 55, and performs various image processes to perform an entire observation image or a microscopic observation image. Image data is generated. Further, the image processing apparatus 100 performs image analysis on the image data of these observation images (entire observation image and microscopic observation image), calculates the feature amount of an object present in the image, and responds to each feature amount. Image processing such as calculating the score and determining the fertilized egg based on the total score. Specifically, the image processing apparatus 100 is constructed by executing an image processing program stored in the ROM of the control unit 6 described below. The image processing apparatus 100 will be described in detail later.

制御ユニット6は、処理を実行するCPU61、培養観察システムBSの制御プログラムや制御データ等が設定記憶されたROM62、観察条件や画像データ等を一時記憶するRAM63などを有し、培養観察システムBSの作動を制御する。そのため、図3に示すように、培養室2、搬送装置4、観察ユニット5、操作盤7の各構成機器が制御ユニット6に接続されている。RAM63には、観察プログラムに応じた培養室2の環境条件や、観察スケジュール、観察ユニット5における観察種別や観察位置、観察倍率等が設定され記憶される。また、RAM63には、観察ユニット5により撮影された画像データを記録する画像データ記憶領域が設けられ、培養容器10のコード番号や撮影日時等を含むインデックス・データと画像データとが対応付けて記録される。   The control unit 6 includes a CPU 61 that executes processing, a ROM 62 that stores and stores control programs and control data of the culture observation system BS, a RAM 63 that temporarily stores observation conditions and image data, and the like. Control the operation. Therefore, as shown in FIG. 3, the constituent devices of the culture chamber 2, the transport device 4, the observation unit 5, and the operation panel 7 are connected to the control unit 6. In the RAM 63, the environmental conditions of the culture chamber 2 according to the observation program, the observation schedule, the observation type and observation position in the observation unit 5, the observation magnification, and the like are set and stored. Further, the RAM 63 is provided with an image data storage area for recording image data photographed by the observation unit 5, and index data including the code number of the culture vessel 10 and photographing date / time are associated with the image data and recorded. Is done.

操作盤7には、キーボードやスイッチ等の入出力機器が設けられた操作パネル71、操作画面や画像データ等を表示する表示パネル72が設けられ、操作パネル71において観察プログラムの設定や条件選択、動作指令等の入力が行われる。通信部65は有線または無線の通信規格に準拠して構成されており、この通信部65に外部接続されるコンピュータ等との間でデータの送受信が可能になっている。   The operation panel 7 is provided with an operation panel 71 provided with input / output devices such as a keyboard and a switch, and a display panel 72 for displaying an operation screen, image data, and the like. An operation command or the like is input. The communication unit 65 is configured in accordance with a wired or wireless communication standard, and data can be transmitted to and received from a computer or the like externally connected to the communication unit 65.

このように概要構成される培養観察システムBSでは、操作盤7において設定された観察プログラムの設定条件に従い、CPU61がROM62に記憶された制御プログラムに基づいて各部の作動を制御するとともに、培養容器10内の試料の撮影を自動的に実行する。すなわち、操作パネル71に対するパネル操作(または通信部65を介したリモート操作)によって観察プログラムがスタートされると、CPU61が、RAM63に記憶された環境条件の各条件値を読み込むとともに、環境センサ25から入力される培養室2の環境状態を検出し、条件値と実測値との差異に応じて温度調整装置21、加湿器22、ガス供給装置23、循環ファン24等を作動させて、培養室2の温度や湿度、二酸化炭素濃度などの培養環境についてフィードバック制御が行われる。   In the culture observation system BS schematically configured as described above, the CPU 61 controls the operation of each part based on the control program stored in the ROM 62 according to the setting conditions of the observation program set on the operation panel 7, and the culture vessel 10 The sample inside is automatically captured. That is, when the observation program is started by a panel operation on the operation panel 71 (or a remote operation via the communication unit 65), the CPU 61 reads each condition value of the environmental conditions stored in the RAM 63, and from the environment sensor 25. The environmental state of the culture chamber 2 to be input is detected, and the temperature adjustment device 21, the humidifier 22, the gas supply device 23, the circulation fan 24, etc. are operated according to the difference between the condition value and the actual measurement value. Feedback control is performed on the culture environment such as temperature, humidity, and carbon dioxide concentration.

また、CPU61は、RAM63に記憶された観察条件を読み込む、観察スケジュールに基づいて搬送ユニット4のX,Y,Zステージ41,42,43を作動させてストッカー3から観察対象の培養容器10を観察ユニット5の試料台15に搬送して、観察ユニット5による観察を開始させる。例えば、観察プログラムにおいて設定された観察がマクロ観察である場合には、搬送ユニット4によりストッカー3から搬送してきた培養容器10をマクロ観察系54の光軸上に位置決めして試料台15に載置し、第1照明部51の光源を点灯させて、バックライト照明された培養容器10の上方から撮像装置54cにより全体観察像を撮影する。撮像装置54cから制御ユニット6に入力された信号は、画像処理装置100により処理されて全体観察画像が生成され、その画像データが撮影日時等のインデックス・データなどとともにRAM63の画像データ記憶領域に記憶される。   Further, the CPU 61 reads the observation conditions stored in the RAM 63 and operates the X, Y, Z stages 41, 42, 43 of the transport unit 4 based on the observation schedule to observe the culture vessel 10 to be observed from the stocker 3. The sample is transported to the sample stage 15 of the unit 5 and observation by the observation unit 5 is started. For example, when the observation set in the observation program is macro observation, the culture vessel 10 transported from the stocker 3 by the transport unit 4 is positioned on the optical axis of the macro observation system 54 and placed on the sample stage 15. Then, the light source of the first illumination unit 51 is turned on, and the entire observation image is taken by the imaging device 54c from above the culture vessel 10 that is backlit. The signal input from the imaging device 54c to the control unit 6 is processed by the image processing device 100 to generate a whole observation image, and the image data is stored in the image data storage area of the RAM 63 together with index data such as the shooting date and time. Is done.

また、観察プログラムにおいて設定された観察が、培養容器10内の特定位置の試料のミクロ観察である場合には、搬送ユニット4により搬送してきた培養容器10内の特定位置を顕微観察系55の光軸上に位置決めして試料台15に載置し、第2照明部52または第3照明部53の光源を点灯させて、透過照明、落射照明、蛍光による顕微観察像を撮像装置55cに撮影させる。撮像装置55cにより撮影されて制御ユニット6に入力された信号は、画像処理装置100により処理されて顕微観察画像(位相差画像、蛍光画像等)が生成され、その画像データが撮影日時等のインデックス・データなどとともにRAM63の画像データ記憶領域に記憶される。   In addition, when the observation set in the observation program is micro observation of the sample at a specific position in the culture vessel 10, the specific position in the culture vessel 10 that has been transported by the transport unit 4 is indicated by the light of the microscopic observation system 55. Position on the axis and place on the sample stage 15, turn on the light source of the second illumination unit 52 or the third illumination unit 53, and cause the imaging device 55c to take a microscopic observation image by transmitted illumination, epi-illumination, and fluorescence. . A signal photographed by the imaging device 55c and inputted to the control unit 6 is processed by the image processing device 100 to generate a microscopic observation image (phase difference image, fluorescent image, etc.), and the image data is an index such as a photographing date / time. Stored in the image data storage area of the RAM 63 together with the data.

CPU61は、上記のような全体観察像の撮影や顕微観察像の撮影を、観察プログラムに設定された観察スケジュールに基づいて順次実行する。RAM63に記憶された画像データは、操作パネル71から入力される画像表示指令に応じてRAM63から読み出され、例えば指定時刻の全体観察画像や顕微観察画像、画像解析の解析結果などが表示パネル72に表示される。   The CPU 61 sequentially executes the above-described whole observation image photographing and microscopic observation image photographing based on the observation schedule set in the observation program. The image data stored in the RAM 63 is read from the RAM 63 in response to an image display command input from the operation panel 71. For example, an entire observation image, a microscopic observation image at a specified time, an analysis result of image analysis, and the like are displayed on the display panel 72. Is displayed.

さて、このように構成される培養観察システムBSにおいて、培養容器10(ディッシュ10a)中の受精卵aの生育状態を顕微観察する場合、培地ドロップDの中から観察対象である受精卵をまず検出しなければならないが、培地ドロップDの中には受精卵aの他にもゴミやオイル粒等の異物が混入しているため、受精卵とそれ以外の異物とを判別して受精卵を認識するには、できる限り高倍率での顕微観察が必要になる。しかしながら、高倍観察になるほど解像度の高い画像を取得することができるものの、高倍観察になるにつれて観察視野(観察範囲)が狭くなって視野内に受精卵aの像が写し込まれる確率が低くなるため、受精卵aの像を検出するのに広視野領域において多数の高倍画像の撮影が必要になるとともに、その多数の画像の中から受精卵を識別する複雑な処理が必要となり、受精卵の検出に長時間を要するという問題があった。   In the culture observation system BS configured as described above, when the growth state of the fertilized egg a in the culture vessel 10 (dish 10a) is to be microscopically observed, the fertilized egg to be observed is first detected from the medium drop D. However, in the medium drop D, foreign matter such as dust and oil particles is mixed in addition to the fertilized egg a. Therefore, the fertilized egg is recognized by distinguishing the fertilized egg from other foreign matters. In order to achieve this, it is necessary to perform microscopic observation at as high a magnification as possible. However, an image with higher resolution can be acquired as the magnification is increased, but the observation field (observation range) is narrowed as the magnification is increased, and the probability that the image of the fertilized egg a is imprinted in the field decreases. In order to detect the image of the fertilized egg a, it is necessary to take a large number of high-magnification images in a wide field of view, and a complicated process for identifying the fertilized egg from the large number of images is required. There was a problem that it took a long time to complete.

このような不具合を是正するため、画像処理装置100は、受精卵の属性に応じた特徴量を低倍観察での受精卵候補の抽出と高倍観察での受精卵の識別との2段階の画像解析処理に利用して、観察対象である受精卵を自動で検出する機能を有している。それでは、以下にこの画像処理装置100が実行する画像処理方法について基本的な概念から説明する。なお、以降の説明では、第2照明部52及び顕微観察系55等によって構成される位相差顕微鏡によって撮影される位相差画像(顕微観察画像)に基づいて受精卵の観察を行う場合を例示する。このとき、顕微観察系55では、観察光学系55aの観察倍率を切り換えることにより低倍観察及び高倍観察が可能である。   In order to correct such a problem, the image processing apparatus 100 has two-stage images of extraction of fertilized egg candidates in low-magnification observation and identification of fertilized eggs in high-magnification observation with respect to feature amounts corresponding to the attributes of the fertilized egg. It has a function of automatically detecting a fertilized egg to be observed, which is used for analysis processing. Now, an image processing method executed by the image processing apparatus 100 will be described below from a basic concept. In the following description, a case where a fertilized egg is observed based on a phase contrast image (microscopic observation image) photographed by a phase contrast microscope configured by the second illumination unit 52, the microscopic observation system 55, and the like will be exemplified. . At this time, in the microscopic observation system 55, low magnification observation and high magnification observation are possible by switching the observation magnification of the observation optical system 55a.

(画像のムラ補正)
まず、顕微観察系55において低倍観察用の対物レンズ等を用いて撮影された低倍観察画像(低倍位相差画像)には、受精卵aの背景として写し込まれた培地ドロップDの像によって明度ムラが存在するため、低倍観察画像に対してムラ補正を行う。平滑化処理においては、取り込んだ低倍観察画像(入力画像)に対してガウシアンフィルタを適用し、画素単位で畳み込み演算を行うことで、入力画像に対する極端なボケ画像を作成する。そして、次式(1)に示すように、入力画像からボケ画像を対応する画素ごとに減算を行って、正値のみを採用した差分画像を生成する。ここで、入力画像をI(x,y)、ガウシアンフィルタによって平滑化されたボケ画像をB(x,y)、差分画像をI′(x,y)とすると、その差分画像I′(x,y)は、次式(1)により生成される。
I′(x,y)=I(x,y)−B(x,y) …(1)
但し、I(x,y)−B(x,y)<0の場合はI′(x,y)=0
(Image irregularity correction)
First, in the low-magnification observation image (low-magnification phase-contrast image) photographed using the objective lens for low-magnification observation in the microscopic observation system 55, an image of the medium drop D that is copied as the background of the fertilized egg a Therefore, unevenness correction is performed on the low-magnification observation image. In the smoothing process, an extremely blurred image with respect to the input image is created by applying a Gaussian filter to the captured low-magnification observation image (input image) and performing a convolution operation in units of pixels. Then, as shown in the following equation (1), a blurred image is subtracted from the input image for each corresponding pixel to generate a difference image that employs only positive values. Here, if the input image is I (x, y), the blurred image smoothed by the Gaussian filter is B (x, y), and the difference image is I ′ (x, y), the difference image I ′ (x , Y) is generated by the following equation (1).
I ′ (x, y) = I (x, y) −B (x, y) (1)
However, when I (x, y) −B (x, y) <0, I ′ (x, y) = 0

ここで、上記ガウシアンフィルタの重み付けは、注目画素の中心座標を(x,y)とすると、次式(2)で定義されるガウシアン関数G(x,y)によりレートが決定される。
G(x,y)=(1/(2πσ2))exp(−(x2+y2)/2σ2)…(2)
ここで、パラメータσはガウシアンフィルタの空間的な広がり幅を示す値であり、高値になるほど平滑化の度合いが高くなるので、極端なボケ画像を生成するためにはσを十分に大きくしておくことが望ましい。フィルタサイズは半径3σとし、フィルタを適用できない画像の端部に位置する画素については、例えば、フィルタ積分値の逆数を乗算したり、フィルタ処理を行わないこととする。このように、入力画像からガウシアンフィルタ等によって平滑化処理したボケ画像を差し引くことにより、入力画像における高周波数成分を抽出した差分画像を生成することができる。
Here, the weighting of the Gaussian filter is determined by the Gaussian function G (x, y) defined by the following equation (2), where the center coordinate of the pixel of interest is (x, y).
G (x, y) = (1 / (2πσ 2 )) exp (− (x 2 + y 2 ) / 2σ 2 ) (2)
Here, the parameter σ is a value indicating the spatial extent of the Gaussian filter, and the higher the value, the higher the degree of smoothing. Therefore, σ is sufficiently large to generate an extreme blurred image. It is desirable. The filter size is set to a radius of 3σ, and the pixel located at the end of the image to which the filter cannot be applied is, for example, not multiplied by the reciprocal of the filter integral value or subjected to filter processing. Thus, by subtracting the blurred image smoothed by a Gaussian filter or the like from the input image, it is possible to generate a difference image in which high frequency components in the input image are extracted.

(オブジェクトの抽出)
次に、上記で得られた差分画像に対して分散フィルタを適用して、分散値画像を生成する。分散フィルタとは、注目画素とその周辺画素との輝度値の分散値を求めて、その注目画素の輝度値(輝度分散値)とするものであり、輝度値のばらつきが大きいほど大きな値を返すようになっている。この分散値画像において、輝度分散値が大きい画素がエッジ点などに相当する。図5は、この分散フィルタ適用によるオブジェクト抽出処理の状況を示す図であり、低倍観察により取得され平滑化処理された差分画像(A)に対して分散フィルタを施すことにより、(B)に示す分散値画像のようにこれに写し込まれた物体(受精卵及びゴミ等の異物の領域、オブジェクトとも称する)らしき像を抽出する。
(Extract objects)
Next, a variance filter is applied to the difference image obtained above to generate a variance value image. The dispersion filter obtains the dispersion value of the luminance value of the pixel of interest and its surrounding pixels, and sets it as the luminance value (luminance dispersion value) of the pixel of interest, and returns a larger value as the variation of the luminance value increases. It is like that. In this variance value image, a pixel having a large luminance variance value corresponds to an edge point or the like. FIG. 5 is a diagram showing the state of object extraction processing by applying this dispersion filter. By applying a dispersion filter to the difference image (A) acquired by low magnification observation and smoothed, (B) is obtained. Like the variance value image shown, an image that appears to be an object (a region of a foreign object such as a fertilized egg and dust, or an object) is extracted.

そして、オブジェクトらしき像が抽出された分散値画像に対して、輪郭抽出手法として所定のしきい値による二値化処理を施す。二値化処理については、例えば、通常検出され得る所定の輝度値を基準とするしきい値、あるいは判別分析によって得られたしきい値に基づいて行う。このように分散フィルタを施した上で2値化処理を行うことで、画像内に含まれるオブジェクトの輪郭を抽出し、その輪郭に囲まれた閉じた領域をオブジェクトとして特定する。   Then, a binarization process using a predetermined threshold is performed as a contour extraction method on the variance value image from which an object-like image has been extracted. The binarization process is performed based on, for example, a threshold value based on a predetermined luminance value that can be normally detected or a threshold value obtained by discriminant analysis. By performing the binarization process after applying the dispersion filter in this way, the contour of the object included in the image is extracted, and the closed region surrounded by the contour is specified as the object.

(オブジェクトのラベリング)
こうしてセグメント化された各オブジェクトに対して、固有のラベルを付与するラベリングを施す。図6は、ラベリング処理の状況を示す図であり、輪郭が抽出された二値画像(A)のオブジェクトに対して、(B)に示すようにラベリング番号を最初は1とし、次から1ずつ増やして識別する。ラベリング処理では、ラベル付けとともにオブジェクト(抽出した輪郭に囲まれた領域)の面積が算出される。そこで、観察画像に写し込まれる受精卵(例えば、人間の受精卵の場合には直径約100μm)の像の大きさは画像取得条件(観察倍率等)によりほぼ決まっていることから、判別の対象となり得るオブジェクトの面積の上限値と下限値とを予め設定しておき、この設定範囲から外れるオブジェクトについてはラベル付けの対象(受精卵の判別候補)から除外する。但し、受精卵の大きさは一定であるもの、抽出されるオブジェクト自体はゴミやオイル粒等の異物に近接することで、その面積が変動するため、不要なオブジェクトをリジェクトするための上記設定範囲は大きめに設定しておくことが望ましい。
(Object labeling)
Each object thus segmented is labeled to give a unique label. FIG. 6 is a diagram showing the status of the labeling process. As shown in FIG. 6B, the labeling number is set to 1 for the object of the binary image (A) from which the contour is extracted, and the next is set to 1 from the next. Increase and identify. In the labeling process, the area of the object (area surrounded by the extracted contour) is calculated together with labeling. Therefore, the size of an image of a fertilized egg (for example, a diameter of about 100 μm in the case of a human fertilized egg) is almost determined by the image acquisition conditions (observation magnification, etc.), and is therefore subject to discrimination. An upper limit value and a lower limit value of a possible area of the object are set in advance, and an object outside the set range is excluded from a labeling target (fertilized egg discrimination candidate). However, since the size of the fertilized egg is constant and the area of the object to be extracted is close to foreign objects such as dust and oil particles, the area changes, so the above setting range for rejecting unnecessary objects It is desirable to set a large value.

(受精卵候補の抽出)
ラベリングされた複数のオブジェクトについて受精卵の属性に応じた特徴量を算出し、この特徴量に基づいて受精卵の候補となり得るオブジェクトを抽出する。前述したように、培地ドロップDの中には観察対象である受精卵の他にも異物が存在している。そのため、ラベリングを施したオブジェクトの実体については、大別すると以下のように分類される。1つは受精卵であり、それ以外に、ゴミ(培地の残りかす)、オイル粒(ディッシュ10a内に充填されるミネラルオイルOが培地に入り込んだもの)、及び気泡(ガス)に大別される。このとき、図7にも示すように、受精卵、ゴミ、オイル粒、及び気泡の各々は次のような特徴を持っている。
(Extraction of fertilized egg candidate)
A feature amount corresponding to the fertilized egg attribute is calculated for a plurality of labeled objects, and an object that can be a fertilized egg candidate is extracted based on the feature amount. As described above, the medium drop D contains foreign matters in addition to the fertilized egg to be observed. For this reason, the substance of the labeled object is roughly classified as follows. One is a fertilized egg, and in addition to that, it is roughly divided into garbage (remaining residue of the medium), oil grains (the mineral oil O filled in the dish 10a enters the medium), and bubbles (gas). The At this time, as shown in FIG. 7, each of the fertilized egg, dust, oil particles, and bubbles has the following characteristics.

<受精卵の特徴>
受精卵は、その輪郭部に膜(透明帯)が存在する、外形が球形状を有している、輪郭内部に卵細胞が存在している、という特徴を持つ。
<ゴミの特徴>
ゴミは、その輪郭部に透明帯が存在しない、位相差画像では輪郭部にハロが現れる、輪郭内部の構造は不定である、という特徴を持つ。
<オイル粒、気泡の特徴>
オイル粒および気泡は、位相差画像では輪郭部が暗く内部は明るい、外形が球形状や楕円形状である、輪郭内部の構造が少ない、という特徴を持つ。
<Characteristics of fertilized eggs>
A fertilized egg has a feature that a contour (a zona pellucida) is present in the contour, the outer shape is spherical, and an egg cell is present in the contour.
<Characteristics of garbage>
The dust has the characteristics that there is no transparent band in the outline, halo appears in the outline in the phase difference image, and the structure inside the outline is indefinite.
<Features of oil particles and bubbles>
In the phase difference image, the oil particles and bubbles have the characteristics that the contour portion is dark and the inside is bright, the outer shape is spherical or elliptical, and the structure inside the contour is small.

これらの特徴を簡単にまとめると、受精卵と異物との属性の差異として、受精卵は異物よりも円形度が高い、受精卵は輪郭部に透明帯を持っている、受精卵には内部構造(卵細胞)が必ず存在する、という特徴がある。   To summarize these characteristics, the fertilized egg has a higher degree of circularity than the foreign object, the fertilized egg has a zona pellucida in the contour, the internal structure of the fertilized egg (Egg cells) are always present.

ここで、これらの属性を基に高倍観察および低倍観察においてそれぞれ顕著に変化が現れる画像特徴を以下に挙げる。高倍観察では、高解像度の画像が得られるため、画像特徴を数値化し易く、外形特徴量やテクスチャ特徴量などに基づいて定量的な受精卵の識別に適するという利点がある。これに対して、低倍観察では画像の解像度が低いものの広範囲の観察視野を持っており、輝度変化が顕著に現れるため、オブジェクトを輝度により判別し易いという利点がある。オブジェクトの輪郭部の輝度については、図8に示すように、高倍観察したときに比べて、ゴミの輪郭部はハロによってより明るく、オイル粒及び気泡の輪郭部はより暗く(真っ黒に)なる傾向で、受精卵の輪郭部(透明帯)については高倍観察のときと同様に背景(培地ドロップD)に近い輝度となる傾向がある。   Here, the image features in which changes are remarkably observed in the high magnification observation and the low magnification observation based on these attributes are listed below. The high-magnification observation has an advantage that since a high-resolution image is obtained, the image feature is easily digitized and suitable for quantitatively identifying a fertilized egg based on the outer shape feature amount, the texture feature amount, and the like. On the other hand, low-magnification observation has an advantage that the object can be easily discriminated by luminance because it has a wide observation field of view although the resolution of the image is low and changes in luminance appear remarkably. As shown in FIG. 8, the brightness of the outline of the object tends to be brighter due to the halo and the outline of the oil particles and bubbles are darker (black) than when observed at a high magnification. Thus, the outline of the fertilized egg (the zona pellucida) tends to have a brightness close to that of the background (medium drop D) as in the case of high magnification observation.

そこで、ここでは低倍観察によって顕著に変化が現れる特徴量、すなわちオブジェクトの輪郭部の輝度値に基づいて、広範囲な低倍視野中から受精卵候補となるオブジェクトを効率的に絞り込む。特徴量となる輪郭部の輝度値については、二値化処理によって抽出された輪郭部を対象領域として、原画像(低倍観察画像)における各オブジェクトの当該対象領域内の輝度値(輝度平均値や輝度分散値など)を算出して、明らかに輝度値の低いもの及び高いものについては、予めしきい値等を設定しておき、受精卵候補からリジェクトする。なお、低倍観察での特徴量としては、上述の輪郭部自体の輝度値に限定されず、例えば、オブジェクト領域全体の輝度値や、輪郭線内外の輝度値の差などを用いてもよい。   Therefore, here, objects that are candidates for fertilized eggs are efficiently narrowed down from a wide range of low-magnification visual fields based on feature quantities that change markedly by low-magnification observation, that is, brightness values of the contours of the objects. As for the brightness value of the contour portion as a feature amount, the brightness value (luminance average value) in the target region of each object in the original image (low-magnification observation image) with the contour portion extracted by binarization processing as the target region. Threshold values are set in advance and rejected from the fertilized egg candidate. Note that the feature amount in low-magnification observation is not limited to the luminance value of the above-described contour portion itself, and for example, the luminance value of the entire object region or the difference between the luminance values inside and outside the contour line may be used.

このように低倍観察に適した特徴量を用いて受精卵候補を抽出するだけでなく、低倍観察では解像度が低いために検出精度は劣るが、高倍観察に適した特徴量を用いて、更に受精卵候補の絞り込みを行うこととしてもよい。例えば、観察対象の受精卵が球形状(真円に近い)であることを利用して、各オブジェクトの円形度を算出し、円形度の低いオブジェクトについては、予めしきい値を設定しておき、受精卵候補からリジェクトする。ここで、オブジェクトの円形度とは、オブジェクトの円形の度合いを判定するための尺度である。円形度は、例えば、取得した2値画像の画像平面内における各々のオブジェクトの重心を決定するとともに各々のオブジェクトの輪郭を示すエッジを検出した後、オブジェクトごとに自身の重心から輪郭までの距離の最大値に対する最小値の割合として算出したり、画像平面内における2次元オブジェクトと考えた場合のモーメントとして算出したりすることで得られる。なお、低倍画像においては解像度が劣るため、円形度の検出精度も低くなるが、しきい値レベルを粗めな感度で設定しておくことで、受精卵候補に相応しくない外形形状のオブジェクトを十分に排除することができる。   In addition to extracting fertilized egg candidates using feature quantities suitable for low-magnification observation in this way, detection accuracy is inferior due to low resolution in low-magnification observation, but using feature quantities suitable for high-magnification observation, Furthermore, it is good also as narrowing down a fertilized egg candidate. For example, using the fact that the fertilized egg to be observed has a spherical shape (close to a perfect circle), the circularity of each object is calculated, and a threshold value is set in advance for an object with a low circularity. , Reject from fertilized egg candidate. Here, the circularity of the object is a scale for determining the circularity of the object. The circularity is determined by, for example, determining the center of gravity of each object in the image plane of the acquired binary image and detecting the edge indicating the contour of each object, and then detecting the distance from the center of gravity to the contour for each object. It is obtained by calculating as a ratio of the minimum value to the maximum value, or by calculating as a moment when it is considered as a two-dimensional object in the image plane. Note that the low-magnification image has poor resolution, so the accuracy of circularity detection is also low, but by setting the threshold level with coarse sensitivity, an object with an outer shape that is not suitable for a fertilized egg candidate can be obtained. It can be eliminated sufficiently.

このように、低倍観察画像からラベリングオブジェクトのうち受精卵候補となり得るオブジェクトのみを選別ことにより、高倍観察時における受精卵の判別対象を減らし、高倍観察時の受精卵の識別処理を容易化する。   In this way, by selecting only those objects that can be fertilized egg candidates from the low-magnification observation images, the number of discriminating targets for fertilized eggs during high-magnification observation is reduced, and the fertilized egg identification process during high-magnification observation is facilitated. .

(受精卵候補に対する高倍視野位置の特定)
ここでは低倍視野領域に写し込まれた受精卵候補のオブジェクトを高倍観察するための高倍視野位置を特定する。前述のように低倍観察での観察倍率が2倍に対して高倍観察での観察倍率が10倍である場合には、低倍視野領域のサイズに対して高倍視野領域のサイズは1/5になるため、低倍視野領域を縦横に5×5個の高倍視野領域に分割してタイリングすることでもよいが、本実施形態では、受精卵候補の取りこぼしを防ぐため、マージンをとって隣接する高倍視野領域についてオーバーラップする領域を設け、6×6個の高倍視野領域に基づいてタイリングを行っている。
(Identification of high magnification field position for fertilized egg candidate)
Here, a high-magnification visual field position for observing a fertilized egg candidate object imaged in the low-magnification visual field area at a high magnification is specified. As described above, when the observation magnification in low magnification observation is 2 times and the observation magnification in high magnification observation is 10 times, the size of the high magnification field region is 1/5 with respect to the size of the low magnification field region. Therefore, the low-magnification field area may be divided into 5 × 5 high-magnification field areas vertically and horizontally, and tiling may be performed. However, in this embodiment, in order to prevent a fertilized egg candidate from being overlooked, a margin is provided and adjacent to it. An overlapping region is provided for the high-magnification visual field area to be tiled based on 6 × 6 high-magnification visual field areas.

図9は低倍視野領域に高倍視野領域をタイリングした状態を示しており、同図に示す低倍視野領域T内で[m,n]番目(1≦m≦6,1≦n≦6)の各タイル領域(高倍視野領域)Kについて左上隅の座標(PosXm,PosYn)が与えられている。受精卵候補に選別されたオブジェクトが含まれるタイル領域Kについては、識別子としてオブジェクト有りを示すフラグを立てる。そして、フラグがセットされたタイル領域の左上隅座標(PosXm,PosYn)に基づいて試料台(微細駆動ステージ)15を水平面内方向に移動させて、このフラグが設定されたタイル領域Kについてのみ撮像装置55によって高倍観察画像(高倍位相差画像)を順次取得し、次述する高倍観察アルゴリズムに適用させるようにする。   FIG. 9 shows a state where the high-magnification field area is tiled on the low-magnification field area, and [m, n] -th (1 ≦ m ≦ 6, 1 ≦ n ≦ 6) in the low-magnification field area T shown in FIG. ), The coordinates (PosXm, PosYn) of the upper left corner are given for each tile area (high magnification visual field area) K. For the tile area K in which the object selected as a fertilized egg candidate is included, a flag indicating the presence of an object is set as an identifier. Then, based on the upper left corner coordinates (PosXm, PosYn) of the tile area for which the flag is set, the sample stage (fine drive stage) 15 is moved in the horizontal plane, and only the tile area K for which this flag is set is imaged. A high-magnification observation image (high-magnification phase difference image) is sequentially acquired by the device 55 and applied to the high-magnification observation algorithm described below.

(受精卵の判別)
高倍観察アルゴリズムでは、高倍観察画像に基づいて受精卵候補の各オブジェクトに対して、上記した受精卵の属性に応じた特徴量(高倍観察に適した特徴量)を算出して得点付け(スコア算出)を行い、スコアの最も高いオブジェクトを受精卵と認識する。
(Determination of fertilized eggs)
In the high-magnification observation algorithm, for each object of a fertilized egg candidate based on the high-magnification observation image, a feature amount (feature amount suitable for high-magnification observation) corresponding to the above-described fertilized egg attribute is calculated and scored (score calculation) ) And recognize the object with the highest score as a fertilized egg.

受精卵の判別処理に先立って、高倍観察画像においても、二値化処理等の輪郭抽出手法により受精卵候補となったオブジェクトの輪郭が抽出される。高倍観察で適用される特徴量については、輪郭部の円形度及び輪郭内部のテクスチャ特徴量などが例示され、解像度の高い画像に基づいて受精卵の属性に応じた特徴をより定量的に判断するのに適したものが選択される。   Prior to the fertilized egg discrimination process, the contour of an object that has become a fertilized egg candidate is extracted from the high-magnification observation image by a contour extraction method such as binarization. The feature amount applied in the high magnification observation includes, for example, the circularity of the contour portion and the texture feature amount inside the contour. The feature corresponding to the attribute of the fertilized egg is more quantitatively determined based on the high-resolution image. A suitable one is selected.

ここで、輪郭部の円形度とは、既述した円形度と同義であり、受精卵が球形状を有することに基づく外形特徴量である。この特徴量については、円形度の高い輪郭を持つオブジェクトほど、受精卵としてのスコアを高く設定する。また、輪郭内部のテクスチャ特徴量とは、受精卵が内部構造(受精卵)を持つことで、画像的に内部テクスチャが存在することを利用した特徴量である。テクチャ特徴量としては、受精卵候補となったオブジェクトごとに、二値化処理によって抽出された輪郭内部を対象領域として、原画像(高倍観察画像)における当該対象領域内のエッジ強度(階調変化の強度)の平均値などを用いる。この特徴量については、輪郭内部のエッジ強度が高いオブジェクトほど、受精卵としてのスコアを高く設定する。このように、解像度の高い高倍観察画像を用いることで、受精卵の特徴をより定量的に捉えることができ、受精卵とそれ以外の異物とを的確に識別することができる。   Here, the circularity of the contour portion is synonymous with the circularity described above, and is an external feature based on the fact that the fertilized egg has a spherical shape. For this feature amount, the higher the score as a fertilized egg is set for an object having a contour with higher circularity. Further, the texture feature amount inside the contour is a feature amount utilizing the fact that the fertilized egg has an internal structure (fertilized egg) and thus the internal texture exists on the image. As the texture feature amount, for each object that becomes a fertilized egg candidate, the inside of the contour extracted by the binarization process is used as the target region, and the edge strength (gradation change) in the target region in the original image (high magnification observation image) Average value) is used. For this feature quantity, the higher the edge strength inside the contour, the higher the score as a fertilized egg. Thus, by using a high-resolution observation image with high resolution, the characteristics of the fertilized egg can be captured more quantitatively, and the fertilized egg and other foreign matters can be accurately identified.

また、高倍観察においてもオブジェクトごとに輪郭部の輝度値(輝度平均値や輝度分散値など)を算出し、既に低倍観察において算出しておいた同一ラベルのオブジェクトの輪郭部の輝度値との差分値を求めて、この差分値を高倍観察の特徴量として適用してもよい。これによれば、低倍観察と高倍観察とにおける輝度の現われ方の違いに基づいて、低倍観察の特徴量を高倍観察の特徴量に利用することができ、一貫した画像特徴の基で受精卵の識別を行うことができる。   Also, in high magnification observation, the brightness value of the contour part (luminance average value, brightness dispersion value, etc.) is calculated for each object, and the brightness value of the contour part of the object of the same label that has already been calculated in low magnification observation. You may obtain | require a difference value and apply this difference value as a feature-value of high magnification observation. According to this, based on the difference in brightness between low-magnification observation and high-magnification observation, the feature quantity of low-magnification observation can be used as the feature quantity of high-magnification observation, and fertilization based on consistent image features. Egg identification can be performed.

このようにして得られた各特徴量に基づいて、受精卵を決定する。具体的な手法としては、例えば、各特徴量を共通のスケールに変換する正規化を行って各スコアとして求め、各スコアの総和から総合スコアを算出して、受精卵候補のオブジェクトのうちで総合スコアが最大となるオブジェクトを受精卵であると決定する。   A fertilized egg is determined on the basis of each characteristic quantity obtained in this way. As a specific method, for example, normalization that converts each feature value to a common scale is performed to obtain each score, a total score is calculated from the sum of each score, and the total of the fertilized egg candidate objects The object with the highest score is determined to be a fertilized egg.

以上説明したような受精卵観察の画像処理方法によれば、低倍観察に基づいて予め低倍視野領域内における受精卵候補のオブジェクトを抽出し、仮想的に低倍視野領域の全域を高倍視野領域に対応する領域に分割したときに受精卵候補のオブジェクトが含まれる分割領域についてのみ高倍観察画像を撮影し、最終的には高倍観察に基づいて受精卵候補のオブジェクトの中から受精卵を識別するため、受精卵候補の含まれない無用な領域に対する高倍観察画像の取得などを省略して受精卵を効率良く短時間で検出することができる。その際、低倍観察において顕著に現れる特徴量と、高倍観察において顕著に現れる特徴量との双方に基づいて受精卵を決定するため、受精卵の検出精度を高めることができる。   According to the image processing method for fertilized egg observation as described above, fertilized egg candidate objects in the low-magnification field area are extracted in advance based on the low-magnification observation, and the entire low-magnification field area is virtually expanded into the high-magnification field of view. Take a high-magnification observation image only for the divided areas that contain the fertilized egg candidate object when it is divided into areas corresponding to the area, and finally identify the fertilized egg from the fertilized egg candidate objects based on the high-magnification observation Therefore, it is possible to efficiently detect a fertilized egg in a short time by omitting acquisition of a high-magnification observation image for a useless area that does not include a fertilized egg candidate. At this time, since the fertilized egg is determined based on both the feature quantity that appears prominently in the low magnification observation and the feature quantity that appears prominently in the high magnification observation, the detection accuracy of the fertilized egg can be increased.

(アプリケーション)
次に、培養観察システムBSの画像処理装置100において実行される画像解析の具体的なアプリケーションについて図1及び図10を併せて参照しながら説明する。ここで、図1は受精卵観察の画像処理プログラムGPにおける処理の概要を示すフローチャート、図10は受精卵観察の画像処理を実行する画像処理装置100の概要構成を示すブロック図である。
(application)
Next, a specific application of image analysis executed in the image processing apparatus 100 of the culture observation system BS will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a flowchart showing an outline of processing in an image processing program GP for fertilized egg observation, and FIG. 10 is a block diagram showing an outline configuration of an image processing apparatus 100 that executes image processing for fertilized egg observation.

画像処理装置100は、撮像装置55cにより観察対象の受精卵が撮影された観察画像(低倍観察画像及び高倍観察画像)を取得して記憶する画像記憶部110と、観察画像を解析して観察画像に写し込まれたオブジェクトの中から受精卵を識別する画像解析部120と、画像解析部120によりオブジェクトごとに算出された特徴量を各オブジェクトに付与されるラベルと対応付けて記憶する特徴量記憶部130と、低倍視野領域内においてタイル領域ごとに割り当てられるフラグを有するデータテーブル140と、画像解析部120により解析された判断結果を外部に出力する出力部150とを備え、画像解析部120により判断されたオブジェクトが受精卵であるか否かの識別結果を、例えば表示パネル72に出力して表示させるように構成される。画像処理装置100は、ROM62に予め設定記憶された画像処理プログラムGPがCPU61に読み込まれ、CPU61によって画像処理プログラムGPに基づく処理が順次実行されることによって構成される。   The image processing apparatus 100 acquires and stores an observation image (low-magnification observation image and high-magnification observation image) obtained by photographing the fertilized egg to be observed by the imaging device 55c, and analyzes and observes the observation image. An image analysis unit 120 that identifies a fertilized egg from among objects copied in an image, and a feature amount that is stored for each object by the image analysis unit 120 in association with a label that is assigned to each object. A storage unit 130; a data table 140 having a flag assigned to each tile area within the low-magnification visual field area; and an output unit 150 that outputs the determination result analyzed by the image analysis unit 120 to the outside. The identification result of whether or not the object determined by 120 is a fertilized egg is output on the display panel 72 and displayed, for example. Constructed. The image processing apparatus 100 is configured such that an image processing program GP preset and stored in the ROM 62 is read by the CPU 61 and processing based on the image processing program GP is sequentially executed by the CPU 61.

記述したように、培養観察システムBSでは、観察プログラムにおいて設定された観察条件に従って、所定時間ごとに指定された培養容器10内の受精卵観察が行われる。具体的には、CPU61は、搬送ユニット4の各ステージを作動させてストッカー3から観察対象の培養容器10を観察ユニット5に搬送(本実施形態では顕微観察系55の光軸上に配置)し、観察光学系55aの対物レンズ等を低倍観察用に設定した上で、第2照明部52を用いた顕微観察系55による低倍観察画像を撮像装置55cにより撮影させる。   As described, in the culture observation system BS, fertilized eggs in the culture vessel 10 designated every predetermined time are observed according to the observation conditions set in the observation program. Specifically, the CPU 61 operates each stage of the transport unit 4 to transport the culture vessel 10 to be observed from the stocker 3 to the observation unit 5 (in this embodiment, it is arranged on the optical axis of the microscopic observation system 55). The objective lens of the observation optical system 55a is set for low-magnification observation, and a low-magnification observation image by the microscopic observation system 55 using the second illumination unit 52 is taken by the imaging device 55c.

画像処理装置100は、始めに撮像装置55cにより撮影された低倍観察画像をステップS1において取得し、この取得した低倍観察画像を、培養容器10のコード番号や観察位置、観察時刻などのインデックス・データとともに画像記憶部110に保存する。   The image processing apparatus 100 first acquires the low-magnification observation image captured by the imaging device 55c in step S1, and uses the acquired low-magnification observation image as an index such as the code number, observation position, and observation time of the culture vessel 10. Save together with the data in the image storage unit 110.

ステップS2では、撮像装置55cから取得された低倍観察画像に対し、画像解析部120においてガウシアンフィルタ等を用いて平滑化処理を施したボケ画像が生成された上で、画像のムラ補正を行うべく入力画像(低倍観察画像)とボケ画像との差分画像が生成される。   In step S2, a blur image obtained by performing a smoothing process on the low-magnification observation image acquired from the imaging device 55c using a Gaussian filter or the like is generated in the image analysis unit 120, and image unevenness correction is performed. Accordingly, a difference image between the input image (low-magnification observation image) and the blurred image is generated.

ステップS3では、ムラ補正された差分画像に対して分散フィルタを施すことにより画像内のエッジ等を強調させた分散値画像を生成し、これに写し込まれた複数のオブジェクトらしき像を抽出する。   In step S3, a dispersion value image in which edges and the like in the image are emphasized is generated by applying a dispersion filter to the unevenness-corrected difference image, and a plurality of images that appear to be objects are extracted.

ステップS4では、分散フィルタを適用させて得られたオブジェクトらしき抽出画像に対して、所定のしきい値による2値化処理等の輪郭抽出処理が実行され、各オブジェクトの輪郭が抽出される。   In step S4, contour extraction processing such as binarization processing using a predetermined threshold is performed on the extracted image that looks like an object obtained by applying the dispersion filter, and the contour of each object is extracted.

ステップS5では、輪郭が抽出された2値画像の各オブジェクトに対して、ラベリングが施される。ラベリング処理においては、受精卵の像の面積として適正な範囲(上下限値)が設定されており、輪郭が抽出されたオブジェクトの領域ごとに面積が算出され、この設定範囲を超える領域面積を持つオブジェクトについては受精卵の判別候補から除外し、この設定範囲内に収まる領域面積を持つオブジェクトのみについて固有のラベルをそれぞれ付与する。   In step S5, labeling is performed on each object of the binary image from which the contour has been extracted. In the labeling process, an appropriate range (upper and lower limit values) is set as the area of the image of the fertilized egg, and the area is calculated for each object region from which the contour is extracted, and has a region area that exceeds this set range. The object is excluded from the fertilized egg discrimination candidates, and a unique label is assigned only to an object having a region area that falls within the set range.

次いで、画像解析部120により、ラベリングされた各オブジェクトについて、受精卵の属性に応じた特徴量がそれぞれ算出され、この特徴量に基づいて受精卵候補のオブジェクトが抽出される(ステップS6)。特徴量として、低倍観察において変化が顕著に現れる画像特徴量、すなわち、輪郭部の輝度値(輝度平均値や輝度分散値など)が例示される。画像解析部120は、オブジェクトごとに付与した固有のラベルと上記特徴量とを対応付けて特徴量記憶部130に記録する。また、画像解析部120は、オブジェクトごとに算出して特徴量記憶部130に記録した特徴量と予め設定されたしきい値とを比較して、しきい値によるリジェクトを行い、しきい値を満足する特徴量を持つラベルのオブジェクトのみについて受精卵候補として抽出する。   Next, the feature amount corresponding to the attribute of the fertilized egg is calculated for each labeled object by the image analysis unit 120, and a fertilized egg candidate object is extracted based on the feature amount (step S6). Examples of the feature amount include an image feature amount that changes significantly in low-magnification observation, that is, a luminance value (luminance average value, luminance dispersion value, etc.) of the contour portion. The image analysis unit 120 records the unique label assigned to each object and the feature amount in the feature amount storage unit 130 in association with each other. Further, the image analysis unit 120 compares the feature amount calculated for each object and recorded in the feature amount storage unit 130 with a preset threshold value, rejects the threshold value, and sets the threshold value. Only objects with labels having satisfactory feature quantities are extracted as fertilized egg candidates.

画像解析部120は、低倍視野領域を高倍視野に応じた領域に分割して得られたタイル領域に対して、受精卵候補のオブジェクトを含むタイル領域についてのみデータテーブル140のフラグをセットし、受精卵候補のオブジェクトを高倍観察するための高倍視野位置を特定する(ステップS7)。   The image analysis unit 120 sets the flag of the data table 140 only for the tile area including the fertilized egg candidate object for the tile area obtained by dividing the low-magnification visual field area into the area corresponding to the high-magnification visual field, A high-magnification visual field position for observing a fertilized egg candidate object at a high magnification is specified (step S7).

CPU61は、データテーブル140にアクセスして、データテーブル140のフラグにより特定された高倍視野領域の左上隅座標を取り込んで、撮像装置55cの高倍視野が受精卵候補のオブジェクトが存在するタイル領域に合致するように試料台15を位置決めし、観察光学系55aの対物レンズ等を高倍観察用に設定した上で、高倍観察画像を撮像装置55cにより順次撮影させる。   The CPU 61 accesses the data table 140 and captures the upper left corner coordinates of the high-magnification field area specified by the flag of the data table 140, and the high-magnification field of the imaging device 55c matches the tile area where the fertilized egg candidate object exists. The sample stage 15 is positioned so that the objective lens of the observation optical system 55a is set for high-magnification observation, and high-magnification observation images are sequentially taken by the imaging device 55c.

ステップS8では、画像処理装置100は、撮像装置55cにより撮影された高倍観察画像(受精卵候補が含まれる高倍観察画像)を取得し、この取得した観察画像を、培養容器10のコード番号や観察位置、観察時刻などのインデックス・データとともに画像記憶部110に保存する。   In step S8, the image processing apparatus 100 acquires a high-magnification observation image (high-magnification observation image including a fertilized egg candidate) photographed by the imaging device 55c, and uses the acquired observation image as a code number or an observation of the culture vessel 10. It is stored in the image storage unit 110 together with index data such as position and observation time.

続いて、画像解析部120により高倍観察アルゴリズムが適用され、受精卵候補となる各オブジェクトに対し、高倍観察画像において顕著に変化が現れる特徴量として、例えば、輪郭の円形度、及び内部テクスチャ特徴量などを算出し、オブジェクトごとに付与された固有のラベルとこの特徴量とを対応付けて特徴量記憶部に記録する。画像解析部120は、各特徴量に基づいてスコアを算出して、総合スコアの最も高いラベルを持つオブジェクトを観察対象の受精卵であると決定し(ステップS9)、最終的には、このラベルを持つオブジェクトが受精卵であるとの判定結果が出力部から出力される(ステップS10)。   Subsequently, the image analysis unit 120 applies a high-magnification observation algorithm, and for each object that is a fertilized egg candidate, as feature quantities that change significantly in the high-magnification observation image, for example, the circularity of the contour and the internal texture feature quantity Etc., and a unique label assigned to each object is associated with this feature quantity and recorded in the feature quantity storage unit. The image analysis unit 120 calculates a score based on each feature amount, determines that an object having a label with the highest overall score is a fertilized egg to be observed (step S9), and finally the label. A determination result that the object having the symbol is a fertilized egg is output from the output unit (step S10).

出力部130から出力された判定結果は、操作盤7の表示パネル72に表示され、観察画像中で受精卵であると識別されたオブジェクトに受精卵を示す表示がされる。   The determination result output from the output unit 130 is displayed on the display panel 72 of the operation panel 7, and a display indicating a fertilized egg is displayed on an object identified as a fertilized egg in the observation image.

具体的な手法として、例えば、受精卵であることを示す記号(例えば「J」)を付加して表示したり、受精卵とそれ以外の異物とを異なる色相や輝度で表示したり、異物を塗りつぶして表示したり、異物を除去した画像を表示する等により、受精卵とそれ以外の異物とを判別して表示する、などのインターフェースが例示される。なお、出力部150から出力される上記のような判別データを、通信部を介して外部接続されるコンピュータ等に送信して、同様の画像を表示させたり、受精卵の生育状態を観察するための基礎データとして用いたりするように構成することができる。   As a specific method, for example, a symbol indicating that the egg is a fertilized egg (for example, “J”) is added, the fertilized egg is displayed with a different hue or luminance, and a foreign object is displayed. Examples of the interface include discriminating and displaying a fertilized egg and other foreign matters by displaying them in a solid color or by displaying an image from which foreign matters have been removed. In order to transmit the discrimination data output from the output unit 150 to an externally connected computer or the like via the communication unit to display a similar image or observe the growth state of a fertilized egg It can be configured to be used as basic data.

これにより、観察者は、表示パネル72に表示された画像や外部接続されたコンピュータ等のモニタに表示された画像を参照することにより、観察中の(または既に観察画像の取得を終了した)各画像に含まれるオブジェクトが受精卵であるか否かを直ちに判断することができる。また、このようにして受精卵とそれ以外の異物とが判別されたデータを用いることにより、受精卵の生育状態を効率的に観察することが可能になる。   Thus, the observer refers to the image displayed on the display panel 72 and the image displayed on a monitor such as an externally connected computer, so that each of the observers who are observing (or that has already finished obtaining the observed image) It is possible to immediately determine whether or not the object included in the image is a fertilized egg. In addition, by using the data in which the fertilized egg and other foreign matters are discriminated in this way, the growth state of the fertilized egg can be efficiently observed.

以上説明したように、本実施形態の画像処理プログラムGP、この画像処理プログラムGPが実行されることにより構成される受精卵観察の画像処理方法及び画像処理装置100によれば、観察対象である受精卵を高速かつ頑健に検出することを可能とした画像処理手段を提供することができる。   As described above, according to the image processing program GP of the present embodiment, the image processing method for fertilized egg observation configured by executing the image processing program GP, and the image processing apparatus 100, fertilization that is an observation target. It is possible to provide an image processing means capable of detecting an egg at high speed and robustly.

BS 培養観察システム GP 画像処理プログラム
a 受精卵 5 観察ユニット
6 制御ユニット 7 操作盤
54 マクロ観察系 54c 撮像装置
55 顕微観察系 55c 撮像装置
61 CPU 62 ROM
63 RAM 100 画像処理装置
120 画像解析部 140 出力部
BS culture observation system GP image processing program a fertilized egg 5 observation unit 6 control unit 7 operation panel 54 macro observation system 54c imaging device 55 micro observation system 55c imaging device 61 CPU 62 ROM
63 RAM 100 Image Processing Device 120 Image Analysis Unit 140 Output Unit

Claims (9)

低倍観察視野内に位置する複数の物体を撮像装置により撮影した低倍画像を取得し、
前記低倍画像に写し込まれた前記複数の物体を抽出し、
前記低倍画像中に含まれる前記複数の物体ごとに、受精卵の属性に応じた前記低倍画像の特徴量を算出して、前記低倍画像の特徴量に基づいて前記複数の物体の中から受精卵候補を抽出し、
前記低倍観察視野内の領域を高倍観察視野の大きさに応じた複数の小領域に区分けして、前記受精卵候補に選別された物体が含まれる前記小領域についてのみ、前記撮像装置により順次撮影を行って高倍画像を複数取得し、
前記複数の高倍画像中に含まれる前記受精卵候補の物体ごとに、受精卵の属性に応じた前記高倍画像の特徴量を算出して、前記高倍画像の特徴量に基づいて前記受精卵候補の物体の中から受精卵を識別することを特徴とする受精卵観察の画像処理方法。
Acquire a low-magnification image obtained by photographing multiple objects located in the low-magnification observation field with an imaging device,
Extracting the plurality of objects imprinted in the low-magnification image;
For each of the plurality of objects included in the low-magnification image, a feature amount of the low-magnification image corresponding to an attribute of a fertilized egg is calculated, and among the plurality of objects based on the feature amount of the low-magnification image Extract fertilized egg candidates from
By dividing the region in the low-magnification observation field into a plurality of small regions according to the size of the high-magnification observation field, only the small region including the object selected as the fertilized egg candidate is sequentially used by the imaging device. Take multiple high-resolution images by shooting,
For each object of the fertilized egg candidate included in the plurality of high-magnification images, calculate a feature amount of the high-magnification image according to an attribute of the fertilized egg, and determine the fertilized egg candidate based on the feature amount of the high-magnification image An image processing method for fertilized egg observation characterized by identifying a fertilized egg from an object.
前記低倍画像の特徴量は、低倍観察において顕著に変化が現れる画像の特徴量であり、
前記高倍画像の特徴量は、高倍観察において顕著に変化が現れる画像の特徴量であることを特徴とする請求項1に記載の受精卵観察の画像処理方法。
The feature amount of the low-magnification image is a feature amount of an image in which a remarkable change appears in low-magnification observation,
The fertilized egg observation image processing method according to claim 1, wherein the feature amount of the high-magnification image is a feature amount of an image that significantly changes during high-magnification observation.
同一対象の前記特徴量について、低倍画像に基づいて算出したときの特徴量算出値と高倍画像に基づいて算出したときの特徴量算出値との差分値を、前記高倍画像の特徴量として用いることを特徴とする請求項1に記載の受精卵観察の画像処理方法。   For the feature quantity of the same target, the difference value between the feature quantity calculation value calculated based on the low-magnification image and the feature quantity calculation value calculated based on the high-magnification image is used as the feature quantity of the high-magnification image. The image processing method for fertilized egg observation according to claim 1. コンピュータにより読み込み可能であり、撮像装置により撮影されて画像を取得して画像処理する画像処理装置として前記コンピュータを機能させるための画像処理プログラムであって、
前記撮像装置により低倍観察視野内に位置する複数の物体を撮影した低倍画像を取得するステップと、
前記低倍画像に写し込まれた前記複数の物体を抽出するステップと、
前記低倍画像中に含まれる前記複数の物体ごとに、受精卵の属性に応じた前記低倍画像の特徴量を算出して、前記低倍画像の特徴量に基づいて前記複数の物体の中から受精卵候補を抽出するステップと、
前記低倍観察視野内の領域を高倍観察視野の大きさに応じた複数の小領域に区分けして、前記受精卵候補に選別された物体が含まれる前記小領域についてのみ、前記撮像装置により順次撮影を行って高倍画像を複数取得するステップと、
前記複数の高倍画像中に含まれる前記受精卵候補の物体ごとに、受精卵の属性に応じた前記高倍画像の特徴量を算出して、前記高倍画像の特徴量に基づいて前記受精卵候補の物体の中から受精卵を識別するステップと、
前記物体に対する識別結果を出力するステップとを
前記コンピュータに実現させることを特徴とする受精卵観察の画像処理プログラム。
An image processing program that can be read by a computer and that causes the computer to function as an image processing device that acquires an image captured by an imaging device and performs image processing,
Acquiring a low-magnification image obtained by photographing a plurality of objects located in the low-magnification observation visual field by the imaging device;
Extracting the plurality of objects imprinted in the low-magnification image;
For each of the plurality of objects included in the low-magnification image, a feature amount of the low-magnification image corresponding to an attribute of a fertilized egg is calculated, and among the plurality of objects based on the feature amount of the low-magnification image Extracting fertilized egg candidates from
By dividing the region in the low-magnification observation field into a plurality of small regions according to the size of the high-magnification observation field, only the small region including the object selected as the fertilized egg candidate is sequentially used by the imaging device. Taking multiple high-magnification images by shooting,
For each object of the fertilized egg candidate included in the plurality of high-magnification images, calculate a feature amount of the high-magnification image according to an attribute of the fertilized egg, and determine the fertilized egg candidate based on the feature amount of the high-magnification image Identifying a fertilized egg from within the object;
An image processing program for observing a fertilized egg, wherein the computer realizes the step of outputting the identification result for the object.
前記低倍画像の特徴量は、低倍観察において顕著に変化が現れる画像の特徴量であり、
前記高倍画像の特徴量は、高倍観察において顕著に変化が現れる画像の特徴量であることを特徴とする請求項4に記載の受精卵観察の画像処理プログラム。
The feature amount of the low-magnification image is a feature amount of an image in which a remarkable change appears in low-magnification observation,
The image processing program for fertilized egg observation according to claim 4, wherein the feature amount of the high-magnification image is a feature amount of an image in which a significant change occurs during high-magnification observation.
同一対象の前記特徴量について、低倍画像に基づいて算出したときの特徴量算出値と高倍画像に基づいて算出したときの特徴量算出値との差分値を、前記高倍画像の特徴量として用いることを特徴とする請求項4に記載の受精卵観察の画像処理プログラム。   For the feature quantity of the same target, the difference value between the feature quantity calculation value calculated based on the low-magnification image and the feature quantity calculation value calculated based on the high-magnification image is used as the feature quantity of the high-magnification image. The image processing program for fertilized egg observation according to claim 4. 複数の物体を低倍率及び高倍率で撮影可能な撮像装置と、
前記撮像装置により撮影された低倍画像から前記複数の物体を抽出し、前記複数の物体の中から受精卵を識別する画像解析部と、
前記画像解析部により判断された識別結果を外部に出力する出力部とを備え、
前記画像解析部が、
低倍画像中に含まれる前記複数の物体ごとに、受精卵の属性に応じた前記低倍画像の特徴量を算出して、前記低倍画像の特徴量に基づいて前記複数の物体の中から受精卵候補を抽出するとともに、
前記低倍観察視野内の領域を高倍観察視野の大きさに応じた複数の小領域に区分けして、前記受精卵候補に選別された物体が含まれる前記小領域についてのみ、前記撮像装置により順次撮影を行わせて高倍画像を複数取得し、
前記複数の高倍画像中に含まれる前記受精卵候補の物体ごとに、受精卵の属性に応じた前記高倍画像の特徴量を算出して、前記高倍画像の特徴量に基づいて前記受精卵候補の物体の中から受精卵を識別するように構成したことを特徴とする受精卵観察の画像処理装置。
An imaging device capable of photographing a plurality of objects at a low magnification and a high magnification;
Extracting the plurality of objects from the low-magnification image captured by the imaging device, an image analysis unit for identifying a fertilized egg from the plurality of objects,
An output unit for outputting the identification result determined by the image analysis unit to the outside,
The image analysis unit
For each of the plurality of objects included in the low-magnification image, calculate a feature amount of the low-magnification image according to an attribute of a fertilized egg, and select from the plurality of objects based on the feature amount of the low-magnification image While extracting fertilized egg candidates,
By dividing the region in the low-magnification observation field into a plurality of small regions according to the size of the high-magnification observation field, only the small region including the object selected as the fertilized egg candidate is sequentially used by the imaging device. Take multiple high-resolution images by shooting,
For each object of the fertilized egg candidate included in the plurality of high-magnification images, calculate a feature amount of the high-magnification image according to an attribute of the fertilized egg, and determine the fertilized egg candidate based on the feature amount of the high-magnification image An image processing apparatus for observing a fertilized egg, characterized in that the fertilized egg is identified from an object.
前記低倍画像の特徴量は、低倍観察において顕著に変化が現れる画像の特徴量であり、
前記高倍画像の特徴量は、高倍観察において顕著に変化が現れる画像の特徴量であることを特徴とする請求項7に記載の受精卵観察の画像処理装置。
The feature amount of the low-magnification image is a feature amount of an image in which a remarkable change appears in low-magnification observation,
The image processing apparatus for fertilized egg observation according to claim 7, wherein the feature amount of the high-magnification image is a feature amount of an image in which a significant change occurs during high-magnification observation.
同一対象の前記特徴量について、低倍画像に基づいて算出したときの特徴量算出値と高倍画像に基づいて算出したときの特徴量算出値との差分値を、前記高倍画像の特徴量として用いることを特徴とする請求項7に記載の受精卵観察の画像処理装置。   For the feature quantity of the same target, the difference value between the feature quantity calculation value calculated based on the low-magnification image and the feature quantity calculation value calculated based on the high-magnification image is used as the feature quantity of the high-magnification image. The image processing apparatus for fertilized egg observation according to claim 7.
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