JP2011043350A - Cell image analyzer, cell image analyzing method, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
細胞の器官が蛍光物質で染色された細胞画像を解析する細胞画像解析装置、細胞画像解析方法、及びコンピュータープログラムに関する。 The present invention relates to a cell image analysis apparatus, a cell image analysis method, and a computer program for analyzing a cell image in which a cell organ is stained with a fluorescent substance.
従来から、細胞膜や細胞核などの細胞の器官を蛍光物質で染色し、顕微鏡にて撮像し、撮像された細胞画像を解析する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。従来の細胞画像解析技術では、画像に対して適当な輝度の閾値を設定し、閾値より輝度が高い点に1を設定し、それ以外の点に0を設定することによって二値化を行う。そして、1が設定された点の集合である領域を個々に分類することによって、個々の細胞の器官を認識していた。
例えば、細胞膜の表面に抗体を付けることによって細胞膜を蛍光物質で染色し、染色後の細胞を顕微鏡にて撮像し、撮像された細胞画像から細胞膜を検出する技術も提案されている。
Conventionally, a technique has been proposed in which cell organs such as cell membranes and cell nuclei are stained with a fluorescent substance, imaged with a microscope, and the captured cell image is analyzed (see, for example, Patent Document 1). In the conventional cell image analysis technique, binarization is performed by setting an appropriate luminance threshold for an image, setting 1 to a point where the luminance is higher than the threshold, and setting 0 to other points. Each cell organ is recognized by classifying a region that is a set of points set to 1 individually.
For example, a technique has been proposed in which a cell membrane is stained with a fluorescent substance by attaching an antibody to the surface of the cell membrane, the stained cells are imaged with a microscope, and the cell membrane is detected from the captured cell image.
しかしながら、染色の程度の差や複数種類の細胞の混在等の要因によって、同一の細胞画像に含まれる複数の細胞膜間で輝度が大きく異なることがある。特に、細胞膜はその性質上一様に染めることが困難であり、染色にムラが生じてしまうことが多い。このような場合、従来のように画像に対して設定された閾値を用いて細胞画像の解析を行う方法では、輝度が低い細胞膜の見落とし等の問題が生じていた。
また、染色方法によっては、細胞膜のみを精度良く染色することができずに細胞質までもが染色される場合があり、このような場合には細胞質と細胞膜との境界を認識することが困難であった。
However, the brightness may be greatly different between a plurality of cell membranes included in the same cell image due to factors such as a difference in the degree of staining and a mixture of a plurality of types of cells. In particular, it is difficult to uniformly dye cell membranes due to their properties, and uneven staining often occurs. In such a case, the conventional method of analyzing a cell image using a threshold value set for an image causes problems such as oversight of a cell membrane with low luminance.
In addition, depending on the staining method, only the cell membrane may not be stained with high accuracy, and even the cytoplasm may be stained. In such a case, it is difficult to recognize the boundary between the cytoplasm and the cell membrane. It was.
上記事情に鑑み、本発明は、細胞画像から細胞膜を精度良く検出することを可能とする細胞画像解析装置、細胞画像解析方法、及びコンピュータープログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a cell image analysis apparatus, a cell image analysis method, and a computer program that can accurately detect a cell membrane from a cell image.
[1]本発明の一態様は、細胞画像解析装置であって、蛍光物質で染色された細胞が撮像された細胞画像を入力する画像入力部と、入力された細胞画像から、細胞核領域を抽出する細胞核領域抽出部と、前記細胞画像の輝度値に基づき、前記細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出する細胞膜領域抽出部と、を備える。 [1] One aspect of the present invention is a cell image analysis device, which includes an image input unit that inputs a cell image obtained by imaging cells stained with a fluorescent substance, and a cell nucleus region extracted from the input cell image And a cell membrane region extraction unit that extracts a cell membrane region located outside the cell nucleus region based on the luminance value of the cell image.
[2]本発明の一態様は、上記の細胞画像解析装置であって、前記細胞膜領域抽出部は、前記細胞画像において周辺との輝度値変化が予め設定された所定条件を満たす画素の集合により構成される領域であって、前記細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出することを特徴とする。 [2] One aspect of the present invention is the above-described cell image analysis device, wherein the cell membrane region extraction unit is configured by a set of pixels satisfying a predetermined condition in which a change in luminance value with respect to a periphery in the cell image is set in advance. A cell membrane region located outside the cell nucleus region is extracted.
[3]本発明の一態様は、上記の細胞画像解析装置であって、前記細胞膜領域抽出部は、前記細胞核領域の境界線に基づいて所定の基準により設定される帯状領域内に存在する領域であって、周辺との輝度値変化が予め設定された所定条件を満たす画素の集合により構成される領域を細胞膜領域として抽出することを特徴とする。 [3] One aspect of the present invention is the above-described cell image analysis device, wherein the cell membrane region extraction unit is a region existing in a belt-like region set by a predetermined reference based on a boundary line of the cell nucleus region In this case, a region constituted by a set of pixels whose luminance value change with the surroundings satisfies a predetermined condition set in advance is extracted as a cell membrane region.
[4]本発明の一態様は、上記の細胞画像解析装置であって、前記細胞膜領域抽出部によって、互いに隣接する細胞の細胞膜領域が検出された場合に、各細胞の接していない部分の細胞膜領域の厚みをそれぞれ検出し、検出されたそれぞれの厚みにしたがって接している部分の細胞膜領域をそれぞれの細胞膜領域に切り分ける修正部をさらに備えることを特徴とする。 [4] One aspect of the present invention is the above-described cell image analysis apparatus, wherein when the cell membrane region of adjacent cells is detected by the cell membrane region extraction unit, the cell membrane of a portion that is not in contact with each cell It further includes a correction unit that detects the thickness of each region and cuts the cell membrane region in contact with each cell membrane region according to the detected thickness.
[5]本発明の一態様は、細胞画像解析方法であって、細胞画像解析装置が、蛍光物質で染色された細胞が撮像された細胞画像を入力する画像入力ステップと、前記細胞画像解析装置が、入力された細胞画像から、細胞核領域を抽出する細胞核領域抽出ステップと、前記細胞画像解析装置が、前記細胞画像の輝度値に基づき、前記細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出する細胞膜領域抽出ステップと、を備える。 [5] One aspect of the present invention is a cell image analysis method, in which the cell image analysis apparatus inputs a cell image obtained by imaging a cell stained with a fluorescent substance, and the cell image analysis apparatus A cell nucleus region extracting step for extracting a cell nucleus region from the input cell image, and a cell membrane for extracting a cell membrane region located outside the cell nucleus region based on a luminance value of the cell image by the cell image analyzer A region extraction step.
[6]本発明の一態様は、コンピュータープログラムであって、蛍光物質で染色された細胞が撮像された細胞画像を入力する画像入力ステップと、入力された細胞画像から、細胞核領域を抽出する細胞核領域抽出ステップと、前記細胞画像の輝度値に基づき、前記細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出する細胞膜領域抽出ステップと、を情報処理装置に対して実行させるためのものである。 [6] One embodiment of the present invention is a computer program, an image input step of inputting a cell image in which cells stained with a fluorescent material are imaged, and a cell nucleus that extracts a cell nucleus region from the input cell image The information processing apparatus is configured to execute a region extraction step and a cell membrane region extraction step of extracting a cell membrane region located outside the cell nucleus region based on the luminance value of the cell image.
本発明により、細胞画像から細胞膜を精度良く検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to accurately detect a cell membrane from a cell image.
[第一実施形態]
図1は、細胞画像解析装置の第一実施形態である細胞画像解析装置1aの機能構成を表す概略ブロック図である。細胞画像解析装置1aは、画像入力部101、細胞核領域抽出部102、細胞膜領域抽出部103を備える。細胞画像解析装置1aは、パーソナルコンピューターやワークステーション等の情報処理装置を用いて構成されても良いし、顕微鏡などに組み込まれた専用装置として構成されても良い。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a functional configuration of a cell
画像入力部101は、蛍光物質で染色された細胞が顕微鏡にて撮像された細胞画像のデジタルデータを細胞画像解析装置1に入力する。
細胞核領域抽出部102は、入力された細胞画像から細胞核が存在する領域(以下、「細胞核領域」という)を抽出し、細胞核領域の位置と範囲を表す情報を取得する。
The
The cell nucleus
細胞膜領域抽出部103は、入力された細胞画像から細胞膜の領域(以下、「細胞膜領域」という)を抽出し、細胞膜領域の位置と範囲を表す情報を取得する。
具体的には、細胞膜領域抽出部103は、細胞画像の輝度の値(以下、「輝度の値」を「輝度値」という)に基づき、細胞核領域抽出部102によって抽出された細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出する。なお、ここでいう輝度とは、例えば濃淡画像においては濃淡を表す値であり、画像中の各画素(画素)の明るさを表す値である。
The cell membrane
Specifically, the cell membrane
図2は、細胞画像解析装置1aの動作例を表すフローチャートである。以下、図2を用いて細胞画像解析装置1aの動作例について説明する。まず、画像入力部101が細胞画像のデジタルデータを細胞画像解析装置1aに入力する(ステップS101)。次に、細胞核領域抽出部102が細胞核領域抽出処理を行い、細胞核領域を抽出する(ステップS102)。細胞核領域抽出処理の実行によって、細胞画像内に存在する細胞の数、すなわち細胞膜の数が明らかになる。次に、細胞膜領域抽出部103が細胞膜領域抽出処理を行い、細胞膜領域を抽出する(ステップS103)。そして、細胞膜領域抽出部103が細胞膜領域情報を出力する(ステップS104)。細胞膜領域情報とは、抽出された各細胞膜の位置と範囲を表す情報や、抽出された細胞膜の数を表す情報などを含む。
FIG. 2 is a flowchart showing an operation example of the cell
〔〔細胞核領域抽出処理〕〕
ステップS102において、細胞核領域抽出処理は以下に示す4つの処理のうちどの処理によって実現されても良い。どの処理を用いるかはユーザーによって選択されても良い。以下、細胞核領域抽出処理の具体的な処理内容について4つのパターンをそれぞれ説明する。
[[Nuclear region extraction processing]]
In step S102, the cell nucleus region extraction process may be realized by any of the following four processes. Which process is used may be selected by the user. Hereinafter, four patterns will be described for specific processing contents of the cell nucleus region extraction processing.
〔第一の細胞核領域抽出処理〕
第一の細胞核領域抽出処理では、細胞核染色画像が用いられる。細胞核染色画像は細胞画像として画像入力部101によって入力される。図3は、細胞核染色画像の輝度値の概要を表す図である。細胞核染色画像では、細胞核を選択的に染色する蛍光物質を用いて細胞核の染色が行われている。そのため、細胞核染色画像では、細胞核が存在していない領域(A1の領域)は低い輝度値で撮像されており、細胞核が存在する領域(A2の領域)は高い輝度値で撮像されている。
[First nuclear region extraction process]
In the first cell nucleus region extraction process, a cell nucleus stained image is used. The cell nucleus stained image is input by the
細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞核用第一閾値を記憶している。細胞核領域抽出部102は、細胞核染色画像中で、細胞核用第一閾値よりも高い輝度値を有する領域を全て細胞核領域として抽出する。なお、細胞核用第一閾値の値は、予め複数の実験を行い、細胞核染色画像において細胞核が存在する領域の輝度値の統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。
The cell nucleus
このとき、細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞核面積用第一閾値を記憶しても良い。この場合、細胞核領域抽出部102は、細胞核染色画像中で、細胞核用第一閾値よりも高い輝度値を有する領域であって、細胞核面積用第一閾値よりも大きな面積を有する領域を全て細胞核領域として抽出する。この場合も、細胞核面積用第一閾値の値は、予め複数の実験を行い、細胞核染色画像において細胞核が存在する領域の面積の大きさの統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。
細胞核染色画像では、一般的に細胞核領域は定型的であり統計値が有効に働くため、上記のように細胞核用第一閾値を用いた方法が有効である。
At this time, the cell nucleus
In the cell nucleus staining image, the cell nucleus region is typically fixed, and the statistical value works effectively. Therefore, the method using the first threshold for cell nucleus as described above is effective.
〔第二の細胞核領域抽出処理〕
第二〜第四の細胞核領域抽出処理では、細胞核染色画像は用いられず、細胞膜染色画像が用いられる。細胞膜染色画像は細胞画像として画像入力部101によって入力される。図4は、細胞膜染色画像の輝度値の概要を表す図である。細胞膜染色画像では、細胞膜を選択的に染色する蛍光物質を用いる方法や、細胞膜の表面に抗体を付ける方法などによって細胞膜の染色が行われている。そのため、細胞膜染色画像では、細胞膜が最も高い輝度値で撮像されており、細胞質や焦点面からずれた細胞膜が次に高い輝度値で撮像されており、細胞核が存在している領域が次に高い輝度値で撮像されており、細胞が存在していない領域が最も低い輝度値で撮像されている。
[Second nuclear region extraction process]
In the second to fourth cell nucleus region extraction processes, cell nucleus stained images are not used, but cell membrane stained images are used. The cell membrane stained image is input by the
第二の細胞核領域抽出処理では、細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞用閾値を記憶している。細胞用閾値の値は、予め複数の実験を行い細胞が存在する領域の輝度値の統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。細胞領域とは、細胞膜、細胞質、細胞核を含む細胞が存在する領域である。また、細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞核用第二閾値を記憶している。細胞核用第二閾値の値は、予め複数の実験を行い、細胞膜染色画像において細胞核が存在する領域の輝度値の統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。
In the second cell nucleus region extraction process, the cell nucleus
細胞核領域抽出部102は、細胞膜染色画像中で、細胞用閾値よりも高く且つ細胞核用第二閾値よりも低い輝度値を有する領域を全て細胞核領域として抽出する。
このとき、細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞核面積用第一閾値を記憶しても良い。この場合、細胞核領域抽出部102は、細胞膜染色画像中で、細胞用閾値よりも高く且つ細胞核用第二閾値よりも低い輝度値を有する領域であって、細胞核面積用第一閾値よりも大きな面積を有する領域を全て細胞核領域として抽出する。この場合も、細胞核面積用第一閾値の値は、予め複数の実験を行い、細胞膜染色画像において細胞核が存在する領域の面積の大きさの統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。
The cell nucleus
At this time, the cell nucleus
〔第三の細胞核領域抽出処理〕
第三の細胞核領域抽出処理では、細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞用閾値を記憶している。細胞用閾値の値は、予め複数の実験を行い細胞が存在する領域の輝度値の統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。細胞領域とは、細胞膜、細胞質、細胞核を含む細胞が存在する領域である。
[Third nuclear region extraction process]
In the third cell nucleus region extraction process, the cell nucleus
細胞核領域抽出部102は、細胞膜染色画像中で、細胞用閾値よりも高い輝度値を有する領域内から、周辺との輝度値変化が極大値となる画素(以下、「極大値画素」という)によって囲まれる領域を細胞核領域として抽出する。図4からも明らかなように、細胞膜染色画像では、細胞核領域と細胞質領域とではそれぞれの輝度値が異なるため、その境界に位置する画素は周辺との輝度値変化が極大値となる。そこで、極大値画素を抽出することによって、細胞核領域の境界を抽出することが可能である。
The cell nucleus
より具体的には、細胞核領域抽出部102は、例えばエッジ検出フィルタを細胞膜染色画像に適用し、フィルタ後の画像中で輝度値がピークとなる輝度の画素を、極大値画素として抽出しても良い。
More specifically, the cell nucleus
また、図4からも明らかなように、細胞膜染色画像では、細胞質領域と細胞膜領域とではそれぞれの輝度値が異なるため、その境界に位置する画素も周辺との輝度値変化が極大値となる。そのため、細胞核領域抽出部102は、細胞核領域を抽出するに際し、細胞質領域と細胞膜領域との境界に位置する画素によって囲まれる領域を誤って抽出しないようにする必要がある。このような判断処理の具体例を二つ示すが、判断処理は以下の二つの処理に限定されない。
In addition, as apparent from FIG. 4, in the cell membrane stained image, the luminance values of the cytoplasm region and the cell membrane region are different from each other, so that the luminance value change between the pixel located at the boundary and the surrounding area becomes the maximum value. Therefore, when the cell nucleus region is extracted, it is necessary for the cell nucleus
第一の方法では、細胞核領域抽出部102は、抽出された領域の面積を算出し、算出された面積が予め設定された細胞核面積用第二閾値よりも小さい場合に、抽出された領域が細胞核領域であると判断する。この場合、細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞核面積用第二閾値を記憶している。細胞核面積用第二閾値の値は、予め複数の実験を行い、細胞膜染色画像において細胞核が存在する領域の面積の大きさの統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。
In the first method, the cell nucleus
第二の方法では、細胞核領域抽出部102は、抽出された領域の内側に、極大値画素が所定画素数以上存在しない場合に、抽出された領域が細胞核領域であると判断する。この場合、所定画素数は1でも良いし2以上であっても良い。
In the second method, the cell nucleus
第三の細胞核領域抽出処理では、輝度値に関する絶対的な閾値を用いずに輝度値変化に基づいて細胞核領域が抽出されるため、細胞毎に輝度が異なる場合などでも精度良く抽出を行うことができる。 In the third cell nucleus region extraction process, a cell nucleus region is extracted based on a change in luminance value without using an absolute threshold relating to the luminance value, so that extraction can be performed with high accuracy even when the luminance differs from cell to cell. it can.
〔第四の細胞核領域抽出処理〕
第四の細胞核領域抽出処理では、細胞核領域抽出部102は、予め設定された細胞用閾値を記憶している。細胞用閾値の値は、予め複数の実験を行い細胞が存在する領域の輝度値の統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。細胞領域とは、細胞膜、細胞質、細胞核を含む細胞が存在する領域である。
[Fourth nuclear region extraction process]
In the fourth cell nucleus region extraction process, the cell nucleus
細胞核領域抽出部102は、細胞膜染色画像中で、細胞用閾値よりも高い輝度値を有する領域内で、輝度値が最も低い画素を検出し、この画素の輝度値から所定の範囲の輝度値を有する画素の集合を細胞核領域として抽出する。図4からも明らかなように、細胞膜染色画像では、細胞核領域の輝度値が他の領域の輝度値に比べて最も低い。そのため、輝度値が最も低い画素は細胞核領域内の画素であり、この画素に近い輝度値を有する画素の集合を抽出することによって細胞核領域を抽出することが可能となる。
The cell nucleus
第四の細胞核領域抽出処理では、輝度値に関する絶対的な閾値を用いずに、細胞領域内での相対的な輝度値の差に基づいて細胞核領域が抽出されるため、細胞毎に輝度が異なる場合などでも精度良く抽出を行うことができる。 In the fourth cell nucleus region extraction process, the cell nucleus region is extracted based on the difference in relative brightness value in the cell region without using an absolute threshold value for the brightness value, and thus the brightness differs for each cell. Even in cases, extraction can be performed with high accuracy.
〔〔細胞膜領域抽出処理〕〕
ステップS103において、細胞膜領域抽出処理は以下に示す2つの処理のうちどちらの処理によって実現されても良い。どちらの処理を用いるかはユーザーによって選択されても良い。以下、細胞膜領域抽出処理の具体的な処理内容について2つのパターンをそれぞれ説明する。
[[Cell membrane region extraction processing]]
In step S103, the cell membrane region extraction process may be realized by either of the following two processes. Which process is used may be selected by the user. In the following, two specific patterns of the cell membrane region extraction process will be described.
〔第一の細胞膜領域抽出処理〕
第一の細胞膜領域抽出処理では、細胞膜領域抽出部103は、細胞膜染色画像中で、細胞核領域抽出部102によって記憶される細胞用閾値よりも高い輝度値を有する領域内から、極大値画素の集合によって構成される領域を細胞膜領域として抽出する。図4からも明らかなように、細胞膜染色画像では、細胞膜領域と細胞質領域とではそれぞれの輝度値が異なるため、その境界に位置する画素は周辺との輝度値変化が極大値となる。そこで、極大値画素を抽出することによって、細胞膜領域を抽出することが可能である。
[First cell membrane region extraction process]
In the first cell membrane region extraction process, the cell membrane
より具体的には、細胞膜領域抽出部103は、例えばエッジ検出フィルタを細胞膜染色画像に適用し、フィルタ後の画像中で輝度値がピークとなる輝度の画素を、極大値画素として抽出しても良い。
More specifically, the cell membrane
また、図4からも明らかなように、細胞膜染色画像では、細胞核領域と細胞質領域とではそれぞれの輝度値が異なるため、その境界に位置する画素も周辺との輝度値変化が極大値となる。そのため、細胞膜領域抽出部103は、細胞膜領域を抽出するに際し、細胞質領域と細胞核領域との境界に位置する画素の集合によって構成される領域を誤って抽出しないようにする必要がある。そこで、細胞膜領域抽出部103は、細胞核領域抽出部102によって抽出された細胞核領域の外側に位置する極大値画素の集合によって構成される領域を細胞膜領域として抽出する。このとき、細胞膜領域抽出部103は、細胞核領域の境界から所定距離以上離れて位置する極大値画素の集合によって構成される領域を細胞膜領域として抽出しても良い。
Further, as is clear from FIG. 4, in the cell membrane stained image, the luminance values are different between the cell nucleus region and the cytoplasm region, and therefore, the luminance value change between the pixels located at the boundary and the surroundings becomes the maximum value. Therefore, when extracting the cell membrane region, the cell membrane
第一の細胞膜領域抽出処理では、細胞核領域の外側に位置することを条件に細胞膜領域を抽出するため、誤って細胞核領域の境界線が細胞膜領域として抽出されることを防止できる。また、輝度値に関する絶対的な閾値を用いずに輝度値変化に基づいて細胞膜領域が抽出されるため、細胞毎に輝度が異なる場合などでも精度良く抽出を行うことができる。また、一つの細胞の細胞膜が一様な輝度を有していない細胞画像の解析にも有効である。 In the first cell membrane region extraction process, since the cell membrane region is extracted on the condition that it is located outside the cell nucleus region, it is possible to prevent the boundary line of the cell nucleus region from being erroneously extracted as the cell membrane region. In addition, since the cell membrane region is extracted based on the change in the brightness value without using an absolute threshold value for the brightness value, the extraction can be performed with high accuracy even when the brightness is different for each cell. It is also effective for analysis of cell images in which the cell membrane of one cell does not have uniform brightness.
〔第二の細胞膜領域抽出処理〕
第二の細胞膜領域抽出処理では、細胞膜領域抽出部103は、細胞膜染色画像中で、まず細胞核領域の境界線の外側に、所定の基準により帯状領域を設定する。図5は、帯状領域の概略を示す概略図である。図5において、A2の領域は細胞核領域を表し、A0は帯状領域を表す。図示されるように、帯状領域は、細胞核領域の境界線の各点から距離W1離れた点の集合によって表される境界線L1と、細胞核領域の境界線の各点から距離(W1+W2)離れた点の集合によって表される境界線L2との間の領域として定義される。なお、上記の帯状領域の設定方法は所定の基準の一例であり、帯状領域を細胞核領域の境界線に基づいて設定するための所定の基準は他の基準が適用されても良い。また、W1及びW2の値は、予め複数の実験を行い、細胞膜を検出しようとする対象となる細胞において細胞膜が存在する領域と細胞核との距離の統計をとることによって、実験環境に応じて最適に決定される。
[Second cell membrane region extraction process]
In the second cell membrane region extraction process, the cell membrane
そして、細胞膜領域抽出部103は、設定された帯状領域内に位置する極大値画素の集合によって構成される領域を細胞膜領域として抽出する。
第二の細胞膜領域抽出処理でも、細胞核領域の外側に設定された帯状領域内に位置することを条件に細胞膜領域を抽出するため、誤って細胞核領域の境界線が細胞膜領域として抽出されることを防止できるとともに、細胞核領域から離れすぎた位置のノイズを誤って細胞膜領域として抽出してしまうことを防止することができる。
Then, the cell membrane
Even in the second cell membrane region extraction process, the cell membrane region is extracted on the condition that it is located within the belt-like region set outside the cell nucleus region, so that the boundary line of the cell nucleus region is erroneously extracted as the cell membrane region. In addition to being able to prevent, it is possible to prevent the noise at a position too far from the cell nucleus region from being erroneously extracted as a cell membrane region.
また、輝度値に関する絶対的な閾値を用いずに輝度値変化に基づいて細胞膜領域が抽出されるため、細胞毎に輝度が異なる場合などでも精度良く抽出を行うことができる。また、一つの細胞の細胞膜が一様な輝度を有していない細胞画像の解析にも有効である。また、細胞核検出は精度良く可能であるが細胞膜があまりはっきりしない場合にも有効である。 In addition, since the cell membrane region is extracted based on the change in the brightness value without using an absolute threshold value for the brightness value, the extraction can be performed with high accuracy even when the brightness is different for each cell. It is also effective for analysis of cell images in which the cell membrane of one cell does not have uniform brightness. Cell nucleus detection is possible with high accuracy, but is also effective when the cell membrane is not very clear.
<変形例>
第三の細胞核領域抽出処理、第一の細胞膜領域抽出処理、第二の細胞膜領域抽出処理において、細胞核領域抽出部102又は細胞膜領域抽出部103は、極大値画素に代えて、周辺との輝度値変化が閾値を超えている画素を検出し、このような画素によって囲まれる領域を細胞核領域又は細胞膜領域として抽出しても良い。この場合の閾値は、細胞核領域抽出部102又は細胞膜領域抽出部103に対して予め設定される。
<Modification>
In the third cell nucleus region extraction process, the first cell membrane region extraction process, and the second cell membrane region extraction process, the cell nucleus
また、細胞膜領域抽出処理において、細胞膜領域抽出部103は極大値画素又は周囲との輝度値変化が閾値を超えている画素を検出した後、この画素を基準として所定の条件を満たす画素を全て、細胞膜領域を構成する画素として検出し、検出された全ての画素を含む細胞膜領域を抽出しても良い。図6は、このような処理によって検出される細胞膜領域の例を示す図である。図6の上方は、細胞膜染色画像における細胞膜の画像の一部と、細胞膜染色画像における画素の一部(a1〜h8の64個の画素)と、を表す。図6の下方は、h1〜h8の各画素の輝度値を表す。
Further, in the cell membrane region extraction process, the cell membrane
例えばh2の画素が極大値画素又は周囲との輝度値変化が閾値を超えている画素となった場合、h2の画素を基準として所定条件を満たす画素が細胞膜領域の画素として細胞膜領域抽出部103によって検出される。所定条件とは、実験環境に応じて検出されるべき細胞膜を精度良く検出できるように適宜設定される。例えば、基準となった画素又は所定条件を満たした画素のいずれかに隣接し、基準となった画素の輝度値よりも大きい輝度値を有することが所定条件として設定されても良い。この条件の場合、図6ではh2を基準とした後にh3及びh4の画素が細胞膜領域の画素として細胞膜領域抽出部103によって検出される。このような処理を行うことにより、細胞膜が厚み(幅)を有している場合に、細胞膜領域を正確に抽出することが可能となる。
For example, when the pixel of h2 becomes a maximum value pixel or a pixel whose luminance value change with the surroundings exceeds the threshold, the pixel satisfying a predetermined condition with the pixel of h2 as a reference is regarded as a pixel of the cell membrane region by the cell membrane
[第二実施形態]
図7は、細胞画像解析装置の第二実施形態である細胞画像解析装置1bの機能構成を表す概略ブロック図である。細胞画像解析装置1bは、画像入力部101、細胞核領域抽出部102、細胞膜領域抽出部103、修正部104を備える。細胞画像解析装置1bが備える細胞画像解析装置1bは、パーソナルコンピューターやワークステーション等の情報処理装置を用いて構成されても良いし、顕微鏡などに組み込まれた専用装置として構成されても良い。
画像入力部101、細胞核領域抽出部102、細胞膜領域抽出部103の構成は第一実施形態の細胞画像解析装置1aの各構成と同じであるため説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a schematic block diagram showing a functional configuration of a cell
Since the configuration of the
修正部104は、隣接する細胞において接している部分のそれぞれの細胞膜領域の厚みを検出し、検出された厚みに基づいて接している部分を二つの細胞膜領域を切り分ける。図8は、修正部104の処理の概略を表す図である。隣接する細胞がある場合、修正部104は、隣接する各細胞の接していない部分の細胞膜領域に基づいてその厚みを認識する。図8において、W11が左側の細胞において接していない部分の細胞膜領域の厚みを表し、W12が右側の細胞において接していない部分の細胞膜領域の厚みを表す。また、修正部104は、細胞膜領域のうち接している部分の厚みW13を検出する。そして、修正部104は、厚みW13を、W11とW12との比にしたがって切り分ける。例えば、修正部104は、左側の細胞の細胞膜領域に対してW13×W11/(W11+W12)の厚みを割り当て、右側の細胞の細胞膜領域に対してW13×W12/(W11+W12)の厚みを割り当て、それぞれ厚みにしたがって細胞膜領域を切り分ける。
The
このように構成された第二実施形態の細胞画像解析装置1bによれば、細胞同士が隣接して存在することによって接している部分の細胞膜領域をそれぞれの細胞の細胞膜領域として切り分けて認識することが可能となる。
According to the cell
<変形例>
図9は、複数個の細胞が互いに隣接して一つの塊を形成している場合の細胞画像の例を示す図である。この場合、修正部104は、まず塊の外郭を成す線LLを検出する。次に、修正部104は、塊に含まれる細胞のうち、外郭を成す線LLに接する部分の長さが最も長い細胞を検出する。次に、修正部104は、検出された細胞について、隣接する他の細胞との細胞膜領域の切り分けの処理を繰り返し行う。修正部104は、検出された細胞について隣接する全ての他の細胞との切り分け処理が完了すると、この細胞を上記塊に含まれない細胞として認識し、改めて塊の外郭を成す線LLを検出する。そして、修正部104は、塊に含まれる細胞のうち、外郭を成す線LLに接する部分の長さが最も長い細胞を検出し、上記の処理を繰り返す。
<Modification>
FIG. 9 is a diagram showing an example of a cell image when a plurality of cells are adjacent to each other to form one lump. In this case, the
このように修正部104が構成されることにより、塊の内側に位置する細胞などから切り分け処理を実行する場合に比べて効率的に精度良く切り分け処理を行うことが可能となる。すなわち、外郭に接している細胞について切り分け処理を行うことにより、この細胞についての細胞膜領域の厚み(図8におけるW11やW12)を正確に検出することが可能となり、接している部分の細胞膜領域を切り分ける処理を正確に行うことが可能となる。
By configuring the
上述した実施形態における細胞画像解析装置1a、1bの機能をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、各機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
You may make it implement | achieve the function of the
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
1…細胞画像解析装置, 101…画像入力部, 102…細胞核領域抽出部, 103…細胞膜領域抽出部, 104…修正部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
入力された細胞画像から、細胞核領域を抽出する細胞核領域抽出部と、
前記細胞画像の輝度値に基づき、前記細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出する細胞膜領域抽出部と、
を備える細胞画像解析装置。 An image input unit for inputting a cell image obtained by imaging cells stained with a fluorescent substance;
A cell nucleus region extraction unit for extracting a cell nucleus region from the input cell image;
A cell membrane region extraction unit that extracts a cell membrane region located outside the cell nucleus region based on the luminance value of the cell image;
A cell image analysis apparatus comprising:
前記細胞画像解析装置が、入力された細胞画像から、細胞核領域を抽出する細胞核領域抽出ステップと、
前記細胞画像解析装置が、前記細胞画像の輝度値に基づき、前記細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出する細胞膜領域抽出ステップと、
を備える細胞画像解析方法。 An image input step in which the cell image analyzer inputs a cell image in which cells stained with a fluorescent material are imaged;
A cell nucleus region extraction step in which the cell image analyzer extracts a cell nucleus region from the input cell image;
A cell membrane region extraction step in which the cell image analysis device extracts a cell membrane region located outside the cell nucleus region based on a luminance value of the cell image;
A cell image analysis method comprising:
入力された細胞画像から、細胞核領域を抽出する細胞核領域抽出ステップと、
前記細胞画像の輝度値に基づき、前記細胞核領域の外側に位置する細胞膜領域を抽出する細胞膜領域抽出ステップと、
を情報処理装置に対して実行させるためのコンピュータープログラム。 An image input step for inputting a cell image in which cells stained with a fluorescent material are imaged;
A cell nucleus region extraction step for extracting a cell nucleus region from the input cell image;
A cell membrane region extraction step for extracting a cell membrane region located outside the cell nucleus region based on the luminance value of the cell image;
Is a computer program for causing an information processing apparatus to execute.
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