JP2012255810A - Biochip - Google Patents

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敏樹 森田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biochip suitable for optically retrieving for a target cell, allowing a quick and effective collection of the target cell in combination with a target cell retrieval device.SOLUTION: A biochip has a channel in which blood specimen of either collected blood for examination or blood obtained by condensing the collected blood is injected. The channel includes: a target cell pass filter with an aperture allowing a target cell optically labeled for examination in the blood specimen to pass through while not allowing any cell larger than the target cell to pass through; a window part for optical observation disposed on the downstream side of the target cell pass filter which allows the target cell to be observed from the outside of the biochip; a branch channel for collection of the target cell branching from the channel on the downstream side of the window part for optical observation channel; and a valve disposed on the branch part of the branch channel for collection for guiding the target cell to the branch channel for collection.

Description

本発明は、出生前診断を行うために、採血した血液を用いて胎児由来細胞のような特定の標的細胞を検査する方法に用いる標的細胞検索装置と組み合わせる、バイオチップに関するものである。   The present invention relates to a biochip that is combined with a target cell search device used in a method for examining a specific target cell such as a fetus-derived cell using blood collected for prenatal diagnosis.

胎児の出生前診断として知られている羊水検査は、母体への侵襲が大きいばかりでなく、子宮や胎児を傷つけ流産や死産を招いてしまう恐れがある。   The amniotic fluid test, known as prenatal diagnosis of the fetus, not only has a large invasion to the mother's body, but can also damage the uterus and fetus, leading to miscarriage and stillbirth.

母体の血液1ml中に、胎児由来細胞、例えば有核赤血球が1個程度移行していることが知られている。そこで、非侵襲性の出生前診断としての臨床的有用性を検討するため、米国等で1995年から約5年間かけて、母体血液を用いた胎児の出生前診断に関する大規模な臨床研究(NIFTY study)が行われた。この臨床研究は、抗原抗体法を用いて標的細胞を特異的に蛍光標識してから液流に乗せて流しながらレーザー光源等で蛍光強度や標的細胞の大きさ等を高速に測定するフローサイトメトリーである蛍光活性化細胞選別法(FACS法:Fluorescence-activated cell sorting)や、細胞表面抗原と抗原抗体反応する抗体を介して磁性マイクロビーズをその標的細胞へ特異的に結合させ、磁力によって目的の細胞を回収する核磁気細胞分離法(MACS法:Magnetic-activated cell sorting)などの手法により、2744症例も実施された。   It is known that about 1 fetal cell, for example, nucleated red blood cells migrates in 1 ml of maternal blood. Therefore, in order to examine the clinical usefulness as a non-invasive prenatal diagnosis, a large-scale clinical study on fetal prenatal diagnosis using maternal blood in the United States and the like from 1995 to about five years (NIFTY study). This clinical study uses flow cytometry to measure fluorescence intensity, target cell size, etc. at high speed with a laser light source while the target cells are specifically fluorescently labeled using an antigen-antibody method and then placed in a liquid flow. Fluorescent activated cell sorting (FACS method) and magnetic microbeads are specifically bound to their target cells via antibodies that react with cell surface antigens and antigens, 2744 cases were also carried out by a technique such as nuclear magnetic cell sorting (MACS method) to collect cells.

これらのFACS法やMACS法などを利用した胎児細胞分離法を行った後、得られた細胞について、そのDNAを標識した蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH法:Fluorescence in situ hybridization)でXY細胞と診断できた細胞が高々41%でしかなく、しかも偽陽性率が11%にも達するという報告がなされている。   After performing fetal cell separation using these FACS and MACS methods, the obtained cells are diagnosed as XY cells by fluorescence in situ hybridization (FISH method: Fluorescence in situ hybridization) labeled with the DNA. It has been reported that only 41% of the cells were produced and that the false positive rate reached 11%.

このように、これらのFACS法、MACS法などの手法では、母体血液中から胎児由来細胞をロスなく確実に回収することは極めて困難である。   As described above, it is extremely difficult to reliably recover fetal-derived cells from maternal blood without loss by such methods as the FACS method and the MACS method.

これらの問題を解決するために、特許文献1に、XYステージを設けた光学顕微鏡及びCCDカメラを用いて、試料台に置かれた標的細胞のあるスライドガラスを、標的細胞の形態的な特長すなわち核領域と細胞膜領域と細胞質領域とに分けて色、形状、位置関係及び面積比などから画像処理を施すことによって、標的細胞を効果的に探索する方法が開示されている。しかし、検体がスライドガラス上に撒かれており、母体血液の1mlに1個程度、即ち血液中の雑多な約10個の細胞中に1個程度しか存在しない胎児由来有核赤血球のような標的細胞を母体血液全血から検索して見つけ出すには、くまなく全血検査して探索しなければならず、見つけ出すまでの時間が相当必要となる。仮に探索できても胎児由来有核赤血球のような極僅かの標的細胞を分離・回収するのは容易でない。 In order to solve these problems, Patent Document 1 describes a slide glass with target cells placed on a sample stage using an optical microscope and a CCD camera provided with an XY stage. A method of effectively searching for a target cell by performing image processing based on color, shape, positional relationship, area ratio, and the like divided into a nucleus region, a cell membrane region, and a cytoplasm region is disclosed. However, specimens are spread on a glass slide, such as fetal nucleated erythrocytes, which are about 1 in 1 ml of maternal blood, that is, only about 1 in about 10 8 cells in the blood. In order to search for and find target cells from maternal whole blood, it is necessary to perform a whole blood examination and search, and it takes a considerable amount of time to find them. Even if a search can be made, it is not easy to separate and collect a very small amount of target cells such as fetal nucleated red blood cells.

特許文献2に、対物レンズ及び撮像装置を備えた顕微鏡と、XY移動機構を有し標的対象物含有試料の載ったスライドガラスを顕微鏡で観察可能な位置に移動できる試料台と、試料から探索された標的対象物を回収するノズルと、撮像装置で取得した標的対象物及びノズルの画像データを解析する解析部及びそれらのデータ及びその位置を記憶する記憶部を有する画像処理ユニットと、焦点合わせ及びXY面内における試料板−ノズルの相対位置を制御する制御ユニットとを含む標的対象物の自動探索回収装置が開示されている。この装置では、焦点合わせの際に、顕微鏡のZ位置を移動させながら画像を取得する処理を繰り返し、得られた複数の画像のコントラスト強度を計算して、コントラスト強度が最も高い画像を合焦画像としている。しかし、複数の画像におけるコントラスト強度の計算は演算量が多いため時間が掛かってしまい、その結果、標的対象物の検索に時間がかかってしまう。   In Patent Document 2, a microscope equipped with an objective lens and an imaging device, a sample stage having an XY movement mechanism, on which a slide glass on which a target object-containing sample is placed can be moved to a position where it can be observed with a microscope, and a sample are searched for. An image processing unit having a nozzle that collects the target object, an analysis unit that analyzes image data of the target object and the nozzle acquired by the imaging apparatus, and a storage unit that stores the data and the position thereof, and focusing and A target object automatic search and recovery apparatus including a sample plate in a XY plane and a control unit for controlling the relative position of a nozzle is disclosed. In this apparatus, at the time of focusing, the process of acquiring images is repeated while moving the Z position of the microscope, the contrast intensity of the obtained images is calculated, and the image with the highest contrast intensity is focused. It is said. However, the calculation of contrast intensity in a plurality of images takes time because of a large amount of calculation, and as a result, it takes time to search for a target object.

特開2004−248619号公報JP 2004-248619 A 特開2005−207986号公報JP-A-2005-207986

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、標的細胞の光学検索に適しており、標的細胞検索装置と組み合わせて用いることで、標的細胞を迅速かつ効率的に回収できるバイオチップを提供することを第一の目的とする。さらに、非侵襲で安全に胎児の出生前診断を迅速かつ正確に行うために、採血した母体血液中に極僅かしか存在しない胎児由来標的細胞を適宜濃縮し、又は乳幼児乃至成人の血液中に存在する異常な標的細胞を適宜濃縮し、平面プレート上やバイオチップの流路内で、短時間で高精度に、検索し、その位置を特定してから、その標的細胞を確実に回収し、その細胞核内の染色体やDNAやRNAを正確に解析する簡易かつ効率的な血液中の標的細胞の検査方法を提供することを第二の目的とする。さらに、その方法に用いるのに適しており、多数の血液検体を迅速に検索できる簡素で高性能な標的細胞検索装置を提供することを第三の目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is suitable for optical search of target cells. A biochip capable of recovering target cells quickly and efficiently when used in combination with a target cell search device. The primary purpose is to provide it. Furthermore, in order to perform non-invasive and safe prenatal diagnosis of a fetus quickly and accurately, fetal-derived target cells that are present in a very small amount in the collected maternal blood are appropriately concentrated or present in the blood of infants or adults. Abnormal target cells are concentrated appropriately, searched on the flat plate or in the flow path of the biochip with high accuracy in a short time, and after identifying the position, the target cells are reliably recovered, It is a second object of the present invention to provide a simple and efficient method for examining target cells in blood that accurately analyzes chromosomes, DNA, and RNA in cell nuclei. Furthermore, it is a third object to provide a simple and high-performance target cell search apparatus that is suitable for use in the method and can quickly search a large number of blood samples.

前記の目的を達成するためになされた、請求の範囲の請求項1に記載されたバイオチップは、検査用に採血した血液とそれを濃縮した血液との何れかの血液検体が注入される流路を有するバイオチップであって、
前記流路は、前記血液検体中の検査すべき光学標識された標的細胞が通過可能であると共に前記標的細胞よりも大きな細胞が通過不可である隙間を有する標的細胞通過フィルターと、この標的細胞通過フィルターよりも下流に配されて前記標的細胞を前記バイオチップの外界から光学観察可能な光学観測用窓部と、この光学観測用窓部よりも下流で前記流路から分岐する前記標的細胞の回収用分岐路と、この回収用分岐路の分岐部分に配されて前記標的細胞を前記回収用分岐路に誘導するための弁とを備えることを特徴とする。
The biochip according to claim 1, which has been made to achieve the above object, is a flow into which any blood specimen of blood collected for testing and blood concentrated therein is injected. A biochip having a path,
The flow path includes a target cell passage filter having a gap through which optically labeled target cells to be examined in the blood sample can pass and cells larger than the target cells cannot pass, and the target cell passage An optical observation window disposed downstream of the filter and optically observing the target cell from the outside of the biochip, and recovery of the target cell branched from the flow path downstream of the optical observation window And a valve for guiding the target cell to the branch for recovery, which is arranged in a branch portion of the branch for recovery.

請求項2に記載のバイオチップは、請求項1に記載されたもので、前記標的細胞通過フィルターが前記流路に複数配されていることを特徴とする。   The biochip according to claim 2 is the biochip according to claim 1, wherein a plurality of the target cell passage filters are arranged in the flow path.

請求項3に記載のバイオチップは、請求項1〜2の何れかに記載されたもので、前記弁が、熱的に制御可能な熱制御弁、電気的に制御可能な電気制御弁、又は磁気的に制御可能な磁気制御弁であることを特徴とする   The biochip according to claim 3 is the biochip according to any one of claims 1 to 2, wherein the valve is a thermally controllable thermal control valve, an electrically controllable electrical control valve, or It is a magnetically controllable magnetic control valve.

請求項4に記載のバイオチップは、請求項1〜3の何れかに記載されたもので、前記光学観測窓部における前記流路が、前記標的細胞が重なり合うことなくその流路に沿って1列で通過可能な流路幅で形成されていることを特徴とする。   The biochip according to claim 4 is the biochip according to any one of claims 1 to 3, wherein the flow path in the optical observation window is 1 along the flow path without overlapping the target cells. It is formed with the flow path width which can pass in a row | line | column.

請求項5に記載のバイオチップは、請求項1〜4の何れかに記載されたもので、前記光学観測窓部よりも上流の前記流路に、前記標的細胞を光学標識する光学標識用薬液を外界から注入するための薬液注入路が合流していることを特徴とする。   The biochip according to claim 5 is the biochip according to any one of claims 1 to 4, wherein the target cell is optically labeled in the flow path upstream of the optical observation window. The chemical solution injection path for injecting the liquid from the outside is merged.

血液中の標的細胞の検査方法は、
辞書作成用サンプルとして採血した基準となる細胞が含まれる血液中の細胞を光学標識し、その光学標識に対応した光を照射してカラー撮像し、撮像したカラー画像データから前記基準となる細胞を複数個分選別し、選別した各細胞領域を標的辞書用画像データとして所定画像サイズで各々切り出し、切り出した各標的辞書用画像データを前記基準となる細胞に対応する所定色に基づいて2値化処理し、得られた複数個分の標的用2値化画像データを主成分分析してその固有ベクトルから得られた正規直交基底を予め標的辞書とする標的辞書作成工程、
前記カラー画像データの中から前記基準となる細胞以外の細胞を複数個分選別し、選別した各細胞領域を非標的辞書用画像データとして前記所定画像サイズで各々切り出し、切り出した各非標的辞書用画像データを前記所定色に基づいて2値化処理し、得られた複数個分の非標的用2値化画像データを主成分分析してその固有ベクトルから得られた正規直交基底を予め非標的辞書とする非標的辞書作成工程、
検査用に血液を採血し、又はその血液を濃縮して、検査すべき標的細胞が含まれている血液検体を取得する検体取得工程、
前記血液検体を、平面プレート上で膜化して固定した後、又はバイオチップの流路へ注入した前若しくは後に、前記標的細胞を前記光学標識と同様に光学標識する検体標識工程、
前記平面プレート、又は前記バイオチップの前記検体に前記光学標識に対応した光学標識発現光を照射する光学標識発現工程、
前記平面プレート、又は前記バイオチップで全反射可能な照射角度で焦点合わせ用の光を照射し、前記平面プレート、又は前記バイオチップにおける前記焦点合わせ用の光の反射位置に基づいて、前記血液検体に撮像カメラの焦点合わせをする焦点制御工程、
前記撮像カメラで前記血液検体を拡大して撮像してカラー画像データを得るカラー画像取得工程、
前記カラー撮像取得工程で撮像したカラー画像データを、前記所定色に基づいて2値化処理する2値化処理工程、
前記2値化処理した画像データを収縮膨張処理する収縮膨張処理工程、
前記収縮膨張処理した画像データの各連結画素領域にラベルを付与する1次候補検索工程、
前記ラベルのうちから前記所定画像サイズ内で近接する異なるラベルの連結画素領域同士に同一のラベルを再付与し直す2次候補検索工程、
前記2次候補検索工程後の各ラベルが示す前記連結画像領域を含む前記所定画像サイズの検査用画像データを順次切り出し、その検査用画像データと、前記標的辞書及び前記非標的辞書の各々とのベクトル距離を算出し、その両ベクトル距離を順次評価処理して、前記非標的辞書よりも前記標的辞書に所定評価値内で類似する検査用画像データを選定する3次候補検索工程、
前記選定された検査用画像データの前記連結画素領域を前記標的細胞であると判定してその位置を特定する標的細胞特定工程、
前記標的細胞を前記位置の情報に基づいて回収する標的細胞回収工程、
前記標的細胞の染色体、DNA及び/又はRNAを解析する標的細胞検査工程
を有することを特徴とする。
The test method of target cells in blood is
Optically label cells in blood containing reference cells collected as samples for dictionary creation, irradiate light corresponding to the optical label, color image, and extract the reference cells from the captured color image data A plurality of selected cell regions are cut out with a predetermined image size as target dictionary image data, and the extracted target dictionary image data is binarized based on a predetermined color corresponding to the reference cell. A target dictionary creating step in which the orthonormal basis obtained from the eigenvector is obtained by performing principal component analysis on the plurality of target binary image data obtained and processed in advance,
A plurality of cells other than the reference cells are selected from the color image data, and each selected cell region is cut out as the non-target dictionary image data at the predetermined image size, and each cut out non-target dictionary is used. The image data is binarized based on the predetermined color, and a plurality of non-target binarized image data obtained are subjected to principal component analysis, and orthonormal bases obtained from the eigenvectors are pre-determined into a non-target dictionary. Non-target dictionary creation process,
Collecting a blood sample for testing or concentrating the blood to obtain a blood sample containing target cells to be tested;
A sample labeling step for optically labeling the target cells in the same manner as the optical labeling, after the blood sample is formed into a film on a flat plate and fixed, or before or after being injected into the flow path of a biochip,
An optical label expression step of irradiating the specimen of the flat plate or the biochip with optical label expression light corresponding to the optical label;
The blood sample is irradiated with focusing light at an irradiation angle that can be totally reflected by the flat plate or the biochip, and the blood sample is based on the reflection position of the focusing light on the flat plate or the biochip. A focus control process for focusing the imaging camera on
A color image acquisition step of obtaining color image data by enlarging and imaging the blood sample with the imaging camera;
A binarization processing step of binarizing the color image data captured in the color imaging acquisition step based on the predetermined color;
A contraction / expansion process for contracting / expanding the binarized image data;
A primary candidate search step of assigning a label to each connected pixel region of the image data subjected to the contraction and expansion processing
A secondary candidate search step of re-assigning the same label to connected pixel regions of different labels that are close to each other within the predetermined image size among the labels,
The inspection image data of the predetermined image size including the connected image region indicated by each label after the secondary candidate search step is sequentially cut out, and the inspection image data and each of the target dictionary and the non-target dictionary A third candidate search step of calculating a vector distance, sequentially evaluating both vector distances, and selecting inspection image data that is similar to the target dictionary within a predetermined evaluation value rather than the non-target dictionary;
A target cell specifying step of determining the connected pixel region of the selected image data for examination as the target cell and specifying the position thereof;
A target cell recovery step of recovering the target cell based on the position information;
It has the target cell test | inspection process which analyzes the chromosome, DNA, and / or RNA of the said target cell.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記標的細胞が、胎児由来有核赤血球であることを特徴とする。   The method for examining target cells in blood is characterized in that the target cells are fetal nucleated red blood cells.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記検体取得工程中、比重遠心法により前記濃縮が行われ、そこから比重によって分離して前記取得することを特徴とする。   The method for examining target cells in blood is characterized in that, during the specimen obtaining step, the concentration is performed by a specific gravity centrifugation method, and then separated and obtained by specific gravity.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記検体標識工程中、前記血液検体を平面プレート上で膜化して固定し、そこから、前記標的細胞回収工程中、前記標的細胞を前記選別しつつ、吸い出し、掻き出し、又は掬い出して、前記回収することを特徴とする。   In the method for examining target cells in blood, the blood sample is formed into a film on a flat plate and fixed during the sample labeling step, and the target cells are sucked out while being selected during the target cell recovery step. , Scraping, or scooping out and collecting.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記検体標識工程中、前記バイオチップの流路に、前記血液検体を注入しつつ、前記標的細胞回収工程中、前記流路内で前記位置を特定することを特徴とする。   In the method for examining target cells in blood, the blood sample is injected into the flow path of the biochip during the sample labeling process, and the position is specified in the flow path during the target cell recovery process. It is characterized by.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記標的細胞回収工程中、前記流路から、前記選別した前記標的細胞を、前記回収する流路経路へ誘導することを特徴とする。   The method for examining target cells in blood is characterized in that, during the target cell recovery step, the selected target cells are guided from the flow channel to the flow channel path for recovery.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記標的細胞検査工程中、前記染色体、DNA及び/又はRNAを、その検出すべき染色体のセントロメア又は検出すべき遺伝子配列に結合する1本鎖の相補配列と蛍光色素とが結合した診断用蛍光プローブでハイブリダイゼーション反応させて検出して、前記解析することを特徴とする。   The target cell test method in blood comprises a single-stranded complementary sequence that binds the chromosome, DNA and / or RNA to the centromere of the chromosome to be detected or the gene sequence to be detected during the target cell test step. The analysis is carried out by detecting a hybridization reaction with a fluorescent probe for diagnosis combined with a fluorescent dye.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記診断用プローブの標識材は、蛍光、又は磁気を用いていることを特徴とする。   The method for examining target cells in blood is characterized in that the diagnostic probe is labeled with fluorescence or magnetism.

血液中の標的細胞の検査方法は、前記標的細胞検査工程中、前記標的細胞及び/又はそれに由来する組織の懸濁液からなる試料を、流路、区画、溝、キャピラリー、ファイバー及び/又ビーズからなるバイオチップ反応場に注入し、前記試料を前記細胞の染色体、DNA及び/又はRNAに反応する標識試薬と前記反応場で反応させてから、前記標識試薬の標識を、検出することを特徴とする。   In the method for examining target cells in blood, a sample comprising a suspension of the target cells and / or tissues derived therefrom is used as a flow path, compartment, groove, capillary, fiber and / or bead during the target cell examination step. The sample is injected into a biochip reaction field, and the sample is reacted with a labeling reagent that reacts with chromosomes, DNA and / or RNA of the cells in the reaction field, and then the label of the labeling reagent is detected. And

標的細胞検索装置は、
辞書作成用サンプルとして採血した基準となる細胞が含まれる血液中の細胞を光学標識し、その光学標識に対応した光を照射してカラー撮像し、撮像したカラー画像データから前記基準となる細胞を複数個分選別し、選別した各細胞領域を標的辞書用画像データとして所定画像サイズで各々切り出し、切り出した各標的辞書用画像データを前記基準となる細胞に対応する所定色に基づいて2値化処理し、得られた複数個分の標的用2値化画像データを主成分分析してその固有ベクトルから得られた正規直交基底が標的辞書として予め記憶されている標的辞書記憶部と、
前記カラー画像データの中から前記基準となる細胞以外の細胞を複数個分選別し、選別した各細胞領域を非標的辞書用画像データとして前記所定画像サイズで各々切り出し、切り出した各非標的辞書用画像データを前記所定色に基づいて2値化処理し、得られた複数個分の非標的用2値化画像データを主成分分析してその固有ベクトルから得られた正規直交基底が非標的辞書として予め記憶されている非標的辞書記憶部と、
検査用に血液が採血され又はその血液が濃縮され、検査すべき標的細胞が光学標識されている血液検体が、載せられた平面プレート、又は前記血液検体が注入されている流路を有するバイオチップを、保持可能であると共に、XYZ軸方向に移動制御可能なXYZステージと、
前記XYZステージで保持された前記平面プレート、又は前記バイオチップの前記血液検体を拡大してそのカラー画像を撮像可能な撮像カメラと、
前記光学標識に対応した光学標識発現光を前記平面プレート、又は前記バイオチップに照射する撮像用光源と、
前記平面プレート、又は前記バイオチップで全反射可能な照射角度で焦点制御用の光を照射する焦点制御用光源と、
前記平面プレート、又は前記バイオチップにおける前記焦点制御用の光の反射位置を検出する反射光検出器と、
前記反射光検出器の検出する前記反射位置に基づいて、前記XYZステージをZ軸方向に移動させて前記血液検体に前記撮像カメラの焦点合わせをする焦点制御手段と、
前記XYZステージをXY軸方向に移動させて前記撮像カメラの撮像位置を制御する撮像位置制御手段と、
前記撮像カメラに撮像させて前記血液検体のカラー画像データを取得するカラー画像取得手段と、
前記カラー画像データを前記所定色に基づいて2値化処理する2値化処理手段と、
前記2値化処理した画像データを収縮膨張処理する収縮膨張処理手段と、
前記収縮膨張処理した画像データの各連結画素領域に対応するラベルを付与する1次候補検索手段と、
前記ラベル記憶部に記憶されたラベルのうちから前記所定画像サイズ内で近接する異なるラベルの連結画素領域同士に同一のラベルを再付与し直す2次候補検索手段と、
前記2次候補検索工程後の各ラベルが示す前記連結画像領域を含む前記所定画像サイズの検査用画像データを順次切り出し、その検査用画像データと、前記標的辞書及び前記非標的辞書の各々とのベクトル距離を算出し、その両ベクトル距離を順次評価処理して、前記非標的辞書よりも前記標的辞書に所定評価値内で類似する検査用画像データを選定するする3次候補検索手段と、
前記選定された検査用画像データの前記連結画素領域が前記標的細胞であると判定してその位置を特定する標的細胞特定手段とを、
備えることを特徴とする。
Target cell search device
Optically label cells in blood containing reference cells collected as samples for dictionary creation, irradiate light corresponding to the optical label, color image, and extract the reference cells from the captured color image data A plurality of selected cell regions are cut out with a predetermined image size as target dictionary image data, and the extracted target dictionary image data is binarized based on a predetermined color corresponding to the reference cell. A target dictionary storage unit in which orthonormal bases obtained from the eigenvectors obtained by performing principal component analysis of the obtained binary image data for the target for processing are stored in advance as a target dictionary;
A plurality of cells other than the reference cells are selected from the color image data, and each selected cell region is cut out as the non-target dictionary image data at the predetermined image size, and each cut out non-target dictionary is used. The image data is binarized based on the predetermined color, and a plurality of obtained non-target binarized image data is subjected to principal component analysis, and an orthonormal basis obtained from the eigenvector is used as a non-target dictionary. A pre-stored non-target dictionary storage unit;
A blood chip in which blood is collected for testing or concentrated, and a blood sample on which target cells to be tested are optically labeled is placed on a flat plate or a biochip having a flow channel into which the blood sample is injected XYZ stage that can be held and can be moved and controlled in the XYZ axial directions,
An imaging camera capable of enlarging the blood sample of the planar plate held by the XYZ stage or the biochip and capturing a color image thereof;
An imaging light source that irradiates the planar plate or the biochip with optical label expression light corresponding to the optical label;
A light source for focus control that irradiates light for focus control at an irradiation angle that can be totally reflected by the planar plate or the biochip;
A reflected light detector for detecting a reflection position of the focus control light on the planar plate or the biochip;
Focus control means for moving the XYZ stage in the Z-axis direction based on the reflection position detected by the reflected light detector to focus the imaging camera on the blood sample;
An imaging position control means for controlling the imaging position of the imaging camera by moving the XYZ stage in the XY axis direction;
Color image acquisition means for acquiring color image data of the blood sample by causing the imaging camera to capture an image;
Binarization processing means for binarizing the color image data based on the predetermined color;
Contraction / expansion processing means for contracting / expanding the binarized image data;
Primary candidate search means for assigning a label corresponding to each connected pixel region of the image data subjected to the contraction and expansion processing;
Secondary candidate search means for re-assigning the same label to connected pixel regions of different labels that are close together within the predetermined image size among the labels stored in the label storage unit;
The inspection image data of the predetermined image size including the connected image region indicated by each label after the secondary candidate search step is sequentially cut out, and the inspection image data and each of the target dictionary and the non-target dictionary Tertiary candidate search means for calculating vector distance, sequentially evaluating both vector distances, and selecting inspection image data that is similar to the target dictionary within a predetermined evaluation value rather than the non-target dictionary;
Target cell specifying means for determining that the connected pixel region of the selected image data for examination is the target cell and specifying its position;
It is characterized by providing.

標的細胞検索装置は、前記3次候補検索手段が、前記検査用画像データを切り出す位置を1画素ずつずらして前記所定画像サイズで複数回切り出して、そのずらして切り出した各々の前記検査用画像データごとに前記評価処理を行うことを特徴とする。   In the target cell search device, the tertiary candidate search means shifts the position where the inspection image data is cut out one pixel at a time, cuts out a plurality of times at the predetermined image size, and each of the inspection image data cut out at the shifted position The evaluation process is performed every time.

標的細胞検索装置は、前記標的細胞特定手段が、前記3次候補検索手段で選定された前記検査用画像データの前記連結画像領域の大きさ、及び/又は真円度が所定規定値内である前記連結画像領域を前記標的細胞であると判定してその標的細胞の位置を特定することを特徴とする。   In the target cell search device, the target cell specifying means has a size and / or roundness of the connected image area of the image data for examination selected by the tertiary candidate search means within a predetermined specified value. The connected image area is determined to be the target cell, and the position of the target cell is specified.

標的細胞検索装置は、前記焦点制御用光源が前記撮像用光源として兼用されていることを特徴とする。   The target cell search apparatus is characterized in that the focus control light source is also used as the imaging light source.

標的細胞検索装置は、前記標的細胞特定手段で前記標的細胞であると特定された前記検査用画像データと、前記標的辞書の作成に用いられた複数の前記標的用2値化画像データとを合わせて主成分分析して、その固有ベクトルから得られた正規直交基底を前記標的辞書として前記標的辞書記憶部に更新して記憶させる標的辞書学習手段をさらに備えることを特徴とする。   The target cell search device combines the examination image data identified as the target cell by the target cell identification means and the plurality of target binarized image data used for creating the target dictionary. And further comprising target dictionary learning means for performing principal component analysis and updating and storing the orthonormal basis obtained from the eigenvector as the target dictionary in the target dictionary storage unit.

標的細胞検索装置は、3次候補検索手段で前記選定されなかった前記検査用画像データ、又は前記標的細胞特定手段で前記標的細胞であると判定されなかった前記検査用画像データと、前記非標的辞書の作成に用いられた複数の前記非標的用2値化画像データとを合わせて主成分分析して、その固有ベクトルから得られた正規直交基底を非標的辞書として前記非標的辞書記憶部に更新して記憶させる非標的辞書学習手段をさらに備えることを特徴とする。   The target cell search device includes the test image data not selected by the tertiary candidate search means, or the test image data not determined to be the target cells by the target cell specifying means, and the non-target A principal component analysis is performed on a plurality of the non-target binarized image data used for creating the dictionary, and the orthonormal basis obtained from the eigenvector is updated to the non-target dictionary storage unit as a non-target dictionary. And non-target dictionary learning means for storing the information.

標的細胞検索装置は、さらにディスプレイを備え、前記標的細胞特定手段が位置を特定した前記標的細胞の前記類似度、前記検査用画像データの画像、前記検査用画像データと同範囲で切り出した前記カラー画像データの画像、及びカラー画像データ全体の画像の中から選ばれる少なくとも1つを前記ディスプレイに表示可能であることを特徴とする。   The target cell search device further includes a display, and the target cell specifying means specifies the similarity of the target cell, the image of the test image data, and the color cut out in the same range as the test image data At least one selected from an image of image data and an image of the entire color image data can be displayed on the display.

標的細胞検索装置は、前記標的細胞特定後の前記平面プレート、及び特定前の前記平面プレートを各々複数枚収容することが可能なストッカと、このストッカと前記XYZステージとの間で前記平面プレートを搬送する搬送機構とをさらに有することを特徴とする。   The target cell search device includes a stocker capable of accommodating a plurality of the planar plates after the target cell identification and the planar plates before the identification, and the planar plate between the stocker and the XYZ stage. It further has a conveyance mechanism for conveying.

本発明を用いる血液中の標的細胞の検査方法によれば、非侵襲であって母体・胎児に対して安全であり、検査を行う所為で流産や死産を誘発することがなく、胎児の出生前診断を迅速かつ正確に行うことができる。この検査方法は、採血した母体血液中に極僅かしか存在しない胎児由来標的細胞を遠心分離等で適宜濃縮し一検体当たりの容量を少なくして効率化を図ったものである。またこの検査方法によれば、出生後の乳幼児のような子供から成人までの老若を問わずその血液中に存在する異常な標的細胞の有無などの診断を迅速かつ正確に行うことができる。   According to the method for examining target cells in blood using the present invention, it is non-invasive and safe for the mother and the fetus, and does not induce miscarriage or stillbirth for the purpose of performing the examination. Diagnosis can be made quickly and accurately. In this test method, fetal-derived target cells, which are present in a very small amount in the collected maternal blood, are appropriately concentrated by centrifugation or the like to reduce the volume per sample and improve efficiency. Also, according to this test method, it is possible to quickly and accurately diagnose the presence or absence of abnormal target cells in the blood regardless of age or age from children such as infants after birth to adults.

この検査方法は、その母体血液から適宜濃縮した胎児由来標的細胞や乳幼児乃至成人の血液から適宜濃縮した異常な標的細胞を、平面プレート上やバイオチップの流路内で、短時間で高精度に、瞬時に検索して、その位置を光学的に測定して特定してから、その僅かな標的細胞を確実に捕捉して回収できるので、信頼性が高いものである。   In this test method, fetal-derived target cells that are appropriately concentrated from the maternal blood and abnormal target cells that are appropriately concentrated from blood of infants or adults can be accurately obtained in a short time on a flat plate or in the flow path of a biochip. Since it is possible to instantly search and optically determine the position and specify it, and then reliably capture and collect the few target cells, it is highly reliable.

しかも、その細胞核内の染色体やDNAやRNA等の遺伝子を、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)等により増幅したり、増幅せずに核細胞へのFISH法の操作を行ったりして、特異的な蛍光プローブで光学的に又は磁気プローブで磁気的に検出し、染色体診断・DNA診断をして、正確に解析して高信頼性の遺伝子診断をすることができるので、簡易かつ効率的に、胎児の出生前の高度な医療診断、乳幼児乃至成人の血液成分検査による精密で高度な医療診断に資する。   In addition, specific fluorescence can be obtained by amplifying genes such as chromosomes, DNA and RNA in the cell nucleus by polymerase chain reaction (PCR) or the like, or by performing the FISH method on the nuclear cells without amplification. Since it can detect optically with a probe or magnetically with a magnetic probe, perform chromosome diagnosis / DNA diagnosis, accurately analyze and perform highly reliable genetic diagnosis, fetal diagnosis can be performed easily and efficiently. Contributes to advanced medical diagnosis before birth and precise and advanced medical diagnosis based on blood component tests of infants and adults.

さらに、本発明を用いる血液中の標的細胞の検査方法、及び標的細胞検索装置によれば、標的細胞の基準となる細胞の画像を主成分分析して標的辞書を作成し、それ以外の細胞の画像を主成分分析して非標的辞書を作成しておいて、検査用に採血した血液の画像と、これら辞書及び検査用画像とのベクトル距離を計算し、辞書との類似度を評価するという僅かな計算量で標的細胞を検索できるので、高速で高効率な検索が可能である。しかも、カラー画像自体を画像処理して検索するのではなく、標的細胞に対応する所定色でカラー画像を2値化し、この2値化画像を画像処理して検索を行うので、カラー画像での画像処理よりも演算量が少なくなり一層高速な検索が可能である。また、焦点制御用の光を平面プレート等に全反射させ、その反射位置に基づき焦点合わせを行うことで、画像のコントラスト強度を演算する場合より、演算量が遥かに少なく高速に焦点合わせを行えるので、高速な検索が可能になる。また、撮像用の光を焦点制御用の光に兼用させる場合、簡便な構成とすることができる。   Furthermore, according to the method for examining target cells in blood and the target cell search device using the present invention, a target dictionary is created by principal component analysis of a cell image serving as a reference for target cells, and other cell A non-target dictionary is created by principal component analysis of the image, and the vector distance between the blood image collected for testing and the dictionary and the testing image is calculated, and the similarity to the dictionary is evaluated. Since a target cell can be searched with a small amount of calculation, a high-speed and highly efficient search is possible. In addition, the color image itself is not searched by image processing, but the color image is binarized with a predetermined color corresponding to the target cell, and the binarized image is processed and searched. The amount of calculation is smaller than that of image processing, and a higher-speed search is possible. Also, by focusing the light for focus control on a flat plate etc. and performing focusing based on the reflection position, the amount of calculation is far less than when calculating the contrast intensity of the image, and focusing can be performed at high speed. Therefore, high-speed search becomes possible. In addition, when the imaging light is also used as the focus control light, a simple configuration can be obtained.

また、本発明を用いる標的細胞検索装置は、血液検体を迅速に処理して高速で高効率に標的細胞を検索できるので、標的細胞を分離して確実に捕捉して回収し、またそれの細胞核内の染色体やDNAやRNA等の遺伝子を、正確に解析して高信頼性の遺伝子診断を行う非侵襲の診断システム用に適した簡素で高性能な標的細胞検索装置である。   In addition, the target cell search apparatus using the present invention can process a blood sample quickly and search for a target cell at high speed and with high efficiency, so that the target cell is separated, reliably captured and recovered, and its cell nucleus It is a simple and high-performance target cell search apparatus suitable for a non-invasive diagnostic system that accurately analyzes genes such as chromosomes, DNA, and RNA, and performs highly reliable genetic diagnosis.

また、本発明のバイオチップは、血液やそれの濃縮成分・分離成分のような血液検体中から標的細胞を検索するのに適しており、検索した標的細胞を直ちに分離回収し得るものである。   In addition, the biochip of the present invention is suitable for searching for target cells from blood samples such as blood and its concentrated / separated components, and can immediately separate and collect the searched target cells.

血液中の標的細胞の検査方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the test | inspection method of the target cell in blood. 標的辞書作成工程における主成分分析を詳細に説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the principal component analysis in a target dictionary preparation process in detail. 標的細胞検索装置のブロック図である。It is a block diagram of a target cell search device. 図3中の撮像部の概要を示す側面図(a)、及びその変形例を示す側面図(b)である。It is the side view (a) which shows the outline | summary of the imaging part in FIG. 3, and the side view (b) which shows the modification. 図4の撮像部の焦点合わせの動作の概要を説明する概要図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an overview of a focusing operation of the imaging unit in FIG. 4. 図1中の3次候補検索工程を詳細に説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the tertiary candidate search process in FIG. 1 in detail. 他の標的細胞検索装置における撮像部の概要を示す側面図である。It is a side view which shows the outline | summary of the imaging part in another target cell search device. 本発明を適用するバイオチップの模式的な平面図(a)、標的細胞通過フィルター部72の拡大平面図(b)、光学観察窓部73の拡大平面図(c)、光学観察窓部73における流路76の拡大側面断面図(d)である。A schematic plan view (a) of a biochip to which the present invention is applied, an enlarged plan view (b) of a target cell passage filter part 72, an enlarged plan view (c) of an optical observation window part 73, and an optical observation window part 73 It is an expanded side sectional view (d) of channel 76. 本発明を適用するバイオチップの張り合わせ法を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the bonding method of the biochip to which this invention is applied. 染色後の標的細胞画像(a)、赤血球画像(b)、白血球画像(c)である。These are the target cell image (a), red blood cell image (b), and white blood cell image (c) after staining. FISH後の正常細胞画像例(a)、21番染色体トリソミー細胞蛍光観察画像(b)である。It is the normal cell image example (a) after FISH, the chromosome 21 trisomy cell fluorescence observation image (b). 本発明を適用する染色体検査及び遺伝子検査用バイオチップの模式的な平面図である。1 is a schematic plan view of a biochip for chromosome testing and genetic testing to which the present invention is applied. 本発明を適用する染色体検査及び遺伝子検査用バイオチップでの染色後細胞観察画像(a)とFISH後蛍光観察画像(b)である。It is a cell observation image after staining (a) and a fluorescence observation image after FISH (b) on a biochip for chromosome inspection and genetic inspection to which the present invention is applied. 本発明を適用する染色体検査及び遺伝子検査用バイオチップでの遺伝子検査用DNAマイクロアレイ蛍光観察画像を示しており、夫々正常細胞DNAマイクロアレイ結果(a)と21トリソミー細胞DNAマイクロアレイ結果(b)とを示している。FIG. 5 shows DNA microarray fluorescence observation images for genetic testing on a biochip for chromosome testing and genetic testing to which the present invention is applied, showing normal cell DNA microarray results (a) and 21 trisomy cell DNA microarray results (b), respectively. ing. 標的辞書用画像データとして切り出したカラー画像例(a)、非標的辞書用画像データとして切り出したカラー画像例(b)である。It is a color image example (a) cut out as target dictionary image data, and a color image example (b) cut out as non-target dictionary image data. 濃縮した血液検体を撮像したカラー画像(a)、2値化処理後の2値化画像(b)、収縮膨張処理後の2値化画像(c)である。The color image (a) which imaged the concentrated blood sample (a), the binarized image (b) after the binarization process, and the binarized image (c) after the contraction and expansion process.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although embodiment of this invention is described in detail, the scope of the present invention is not limited to these forms.

本発明を用いる血液中の標的細胞の検査方法は、図1の標的辞書作成工程S1、及び非標的辞書作成工程S2を予め行っておく。その後、検査対象となる採血した血液に対して、同図の検体取得工程S11、検体標識工程S12を行って濃縮血液検体中の標的細胞を光学標識し、光学標識発現工程S13、焦点制御工程S14、カラー画像取得工程S15、2値化処理工程S16、収縮膨張工程S17、1次候補検索工程S18、2次候補検索工程S19、3次候補検索工程S20、標的細胞特定工程S21を行って標的細胞の位置を特定し、標的細胞回収工程S23、標的細胞検査工程S24を行って血液中の標的細胞を検査する。なお、平面プレートに濃縮血液検体を固定した場合、1度に撮像できる領域が平面プレートよりも狭いので、平面プレートの撮像領域を移動させて光学標識発現工程S13〜標的細胞特定工程S21までの処理を繰り返し行い、平面プレート全体についての標的細胞の探索を行う(ステップS22)。平面プレートの濃縮血液検体を1度で撮像できる場合には、ステップS22の繰り返しは不要である。   In the method for examining target cells in blood using the present invention, the target dictionary creation step S1 and the non-target dictionary creation step S2 of FIG. 1 are performed in advance. Thereafter, the collected blood sampled is subjected to the sample acquisition step S11 and the sample labeling step S12 in the figure to optically label the target cells in the concentrated blood sample, and the optical label expression step S13 and the focus control step S14. , Color image acquisition step S15, binarization processing step S16, contraction and expansion step S17, primary candidate search step S18, secondary candidate search step S19, tertiary candidate search step S20, and target cell specifying step S21 The target cell in the blood is examined by performing the target cell recovery step S23 and the target cell test step S24. When the concentrated blood sample is fixed to the flat plate, the area that can be imaged at one time is narrower than that of the flat plate. Therefore, the imaging area of the flat plate is moved to perform processing from the optical labeling step S13 to the target cell specifying step S21. Is repeated to search for target cells for the entire flat plate (step S22). If the concentrated blood sample on the flat plate can be imaged at one time, it is not necessary to repeat step S22.

以下では、検査すべき血液中の標的細胞が胎児由来有核赤血球(NRBC)である場合について詳細に説明するが、標的細胞はこれに限られず、未分化なNRBCのみならず非有核赤血球に限定されず、様々な血中細胞としてもよく、具体的には白血球、血小板などを検査対象としてもよい。例えば、NRBC以外の赤血球として、形態異常の赤血球、例えばマラリアに感染した患者の赤血球、鎌状赤血球(鎌状赤血球症)をはじめ、大赤血球(ビタミンB12欠乏症など)、小赤血球・低色素性(鉄欠乏症など)、球状赤血球(遺伝子性球状赤血球症など)、楕円赤血球(遺伝子性楕円赤血球症など)、口腔赤血球(溶血性貧血など)、涙滴状赤血球(骨髄線維症など)、標的赤血球(サラセミア)、有赫赤血球(先天性無β-リポプロテイン血症など)、三日月状赤血球(播種性血管内凝固など)のような、非有核赤血球を検査対象としてもよい。   In the following, the case where the target cells in the blood to be examined are fetal nucleated red blood cells (NRBC) will be described in detail. However, the target cells are not limited to this, and not only undifferentiated NRBC but also non-nucleated red blood cells. Without being limited, various blood cells may be used, and specifically, white blood cells, platelets, and the like may be examined. For example, as erythrocytes other than NRBC, abnormal erythrocytes such as erythrocytes of patients infected with malaria, sickle erythrocytes (sickle cell disease), large erythrocytes (vitamin B12 deficiency, etc.), small erythrocytes / hypochromic ( Iron deficiency), spherical red blood cells (such as genetic spherocytosis), elliptical red blood cells (such as genetic elliptical red blood cells), oral red blood cells (such as hemolytic anemia), teardrop red blood cells (such as myelofibrosis), target red blood cells (such as myelofibrosis) Non-nucleated red blood cells such as thalassemia), erythrocytes (such as congenital abeta-lipoproteinemia), and crescent red blood cells (such as disseminated intravascular coagulation) may be examined.

標的辞書作成工程S1では、辞書作成用サンプルとして採血した基準となるNRBCが含まれる母体血液中の細胞を光学標識し、その光学標識に対応した光を照射してカラー撮像してカラー画像データを得る。このようなカラー画像データは、後述する検体取得工程S11〜カラー画像取得工程S15までと同様に行うことで得ることができる。撮像したカラー画像データ中からオペレータが画像を見ながらNRBCを複数個分選別し、選別した各細胞領域を所定画像サイズで標的辞書用画像データとして各々切り出す。この所定画像サイズは、NRBCがちょうど1つ切り出せる(含まれる)程度の画像の大きさであり、撮像倍率により適宜調整する。一例として、所定画像サイズは52画素×52画素の大きさである。切り出した各々の標的辞書用画像データを基準となるNRBCに対応する所定色に基づいて2値化処理する。このような2値化処理は、後述する2値化処理工程S16と同様に行う。得られた複数個分の標的用2値化画像データを主成分分析してその固有ベクトルから得られた正規直交基底を予め標的辞書とする。   In the target dictionary creation step S1, cells in maternal blood containing the reference NRBC collected as a dictionary creation sample are optically labeled, and light corresponding to the optical label is irradiated for color imaging to obtain color image data. obtain. Such color image data can be obtained in the same manner as in the specimen acquisition step S11 to the color image acquisition step S15 described later. The operator sorts a plurality of NRBCs from the captured color image data while viewing the images, and cuts out each sorted cell region as target dictionary image data with a predetermined image size. This predetermined image size is the size of an image that allows just one NRBC to be cut out (included), and is appropriately adjusted depending on the imaging magnification. As an example, the predetermined image size is 52 pixels × 52 pixels. Each extracted target dictionary image data is binarized based on a predetermined color corresponding to the reference NRBC. Such binarization processing is performed in the same manner as the binarization processing step S16 described later. A plurality of obtained binarized target image data is subjected to principal component analysis, and orthonormal bases obtained from the eigenvectors are set as target dictionaries in advance.

図2に、主成分分析のフローチャートを示す。先ず、ステップS31で、複数(n個)のNRBCの各標的用2値化画像データD(p、q)を各々ベクトル化する。ここで、pは画素のX座標、qは画素のY座標を表し、例えば、標的用2値化画像データD(p、q)が52画素×52画素の場合、p、qは各々1〜52の値を取る。p、qの最大値をP,Qとすると、標的用2値化画像データD(p、q)はP行Q列の行列であるので、これをP×Q次元の1列の行列である標的辞書用ベクトルDv(m)で表すことができる。ここでmは、1〜P×Qの整数値であり、52画素×52画素の場合、1〜2704になる。   FIG. 2 shows a flowchart of principal component analysis. First, in step S31, a plurality of (n) NRBC target binarized image data D (p, q) are vectorized. Here, p represents the X coordinate of the pixel, and q represents the Y coordinate of the pixel. For example, when the target binarized image data D (p, q) is 52 pixels × 52 pixels, p and q are each 1 to Takes a value of 52. If the maximum values of p and q are P and Q, the binarized image data for target D (p, q) is a matrix of P rows and Q columns, so this is a matrix of one column of P × Q dimensions. It can be represented by a target dictionary vector Dv (m). Here, m is an integer value of 1 to P × Q, and is 1 to 2704 in the case of 52 pixels × 52 pixels.

例えば、Dv(1)=D(1,1)、Dv(2)=D(1,2)、Dv(3)=D(1,3)・・・Dv(m)=D(P,Q)のようにベクトル化する。このような標的辞書用ベクトルがn個あるので、各ベクトルをDv1、Dv2・・・Dvnで表す。   For example, Dv (1) = D (1,1), Dv (2) = D (1,2), Dv (3) = D (1,3)... Dv (m) = D (P, Q ). Since there are n such target dictionary vectors, each vector is represented by Dv1, Dv2,... Dvn.

次に、ステップS32で、辞書用ベクトルDv1、Dv2・・・Dvnの平均ベクトルを下記(1)式で算出する。
Next, in step S32, an average vector of dictionary vectors Dv1, Dv2,... Dvn is calculated by the following equation (1).

次にステップS33で、平均ベクトルとの共分散行列Cpを下記(2)式で算出する。
Next, in step S33, a covariance matrix Cp with the average vector is calculated by the following equation (2).

次に、ステップS34で、共分散行列Cpを固有値分解する。続いて、ステップS35で、固有値の値の大きい上位から複数個(例えば40個)の固有値に対する固有ベクトルを求める。固有値の個数は、90%以上を表現できる個数とすることが好ましい。これらの固有ベクトルを並べた行列は、正規直交基底であり、これが標的辞書Bになる。   Next, in step S34, the covariance matrix Cp is subjected to eigenvalue decomposition. Subsequently, in step S35, eigenvectors for a plurality of (for example, 40) eigenvalues from the higher order of eigenvalues are obtained. The number of eigenvalues is preferably a number that can represent 90% or more. A matrix in which these eigenvectors are arranged is an orthonormal basis, and this is the target dictionary B.

後述する標的細胞検索装置1(図3参照)では、標的辞書作成手段9が上記のようにして標的辞書Bを作成して、標的辞書記憶部31に記憶させる。   In the target cell search device 1 (see FIG. 3) to be described later, the target dictionary creating means 9 creates the target dictionary B as described above and stores it in the target dictionary storage unit 31.

非標的辞書作成工程S2では、標的辞書作成工程S1で使用したカラー画像データ、又は同様にして得られたカラー画像データの中から基準となるNRBC以外の細胞を、オペレータが画像を見ながら複数個分選別し、選別したその各細胞領域を所定画像サイズで非標的辞書用画像データとして切り出す。切り出した各非標的辞書用画像データを所定色に基づいて2値化処理し、得られた複数個分の非標的用2値化画像データを主成分分析してその固有ベクトルから得られた正規直交基底を予め非標的辞書Cとする。   In the non-target dictionary creation step S2, a plurality of cells other than the reference NRBC are selected from the color image data used in the target dictionary creation step S1 or the color image data obtained in the same manner while viewing the image. The sorted cell regions are cut out as non-target dictionary image data with a predetermined image size. Each of the extracted non-target dictionary image data is binarized based on a predetermined color, and a plurality of obtained non-target binary image data are subjected to principal component analysis and orthonormal obtained from the eigenvectors. Let the base be a non-target dictionary C in advance.

非標的辞書を作成する際に、NRBC以外の細胞として、好中球などの白血球の他、NRBCではない赤芽球等の細胞を選択することが好ましい。   When creating a non-target dictionary, it is preferable to select cells such as erythroblasts that are not NRBC, as well as leukocytes such as neutrophils, as cells other than NRBC.

非標的辞書作成工程S2中の画像の切り出し方法、2値化処理や主成分分析の方法などは、対象とする細胞が異なるだけで、標的辞書作成工程S1と同様に行うことができるので、詳細な説明を省略する。後述する標的細胞検索装置1(図3参照)では、非標的辞書作成手段10が上記のようにして非標的辞書Cを作成して、非標的辞書記憶部32に記憶させる。また、標的辞書B及び非標的辞書Cは、標的細胞検索装置1で作成してもよいし、例えば、標的細胞検索装置1の製造メーカーが予め作成しておいて、それを装置とは別にデータで販売してもよい。   The image clipping method, binarization processing, principal component analysis method, and the like in the non-target dictionary creation step S2 can be performed in the same manner as the target dictionary creation step S1 except that the target cells are different. The detailed explanation is omitted. In the target cell search device 1 (see FIG. 3) described later, the non-target dictionary creating means 10 creates the non-target dictionary C as described above and stores it in the non-target dictionary storage unit 32. Further, the target dictionary B and the non-target dictionary C may be created by the target cell search device 1, for example, the manufacturer of the target cell search device 1 creates in advance, and it is data separately from the device. May be sold at.

図1に戻って、検体取得工程S11から説明する。   Returning to FIG. 1, the specimen acquisition step S11 will be described.

検体取得工程S11では、検査用に採血した母体血液を遠心分離等により所望の成分に濃縮して、検査すべき胎児由来の標的細胞が含まれている濃縮血液検体を取得する。例えば、赤血球や白血球よりも比重が大小の2種で互いに難混和性懸濁液である比重調整液、具体的にはポリビニルピロリドン被覆シリカゲル微細粉末懸濁液であるパーコール液(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)と共に母体血液を遠沈管に入れて、遠心分離する。より具体的には、ヘパリン採血した母体血液を、比重の異なる2層のパーコール液を入れた遠沈管に注入し、それを遠心分離器で高速回転させて比重の違いから遠心分離させ、比重に応じて複数層に分かれた母体血液中からNRBCの含まれる赤血球及び白血球含有層をピペットで採取して濃縮血液検体を取得する。複数の遠沈管を用いて同時に遠心分離することで、異なる母体血液から濃縮血液検体を並列的に高速に採取してもよい。このような比重調整液を用いた比重遠心分離法の他に、ナイロンウール法、糖鎖レクチンを用いたレクチン法、多孔質フィルターによる白血球及びNRBC捕捉法、遠心による血漿除去法、脱水法、限外濾過法、血液吸着法など公知の種々の方法によって濃縮血液検体を採取してもよい。   In the sample acquisition step S11, the maternal blood collected for testing is concentrated to a desired component by centrifugation or the like, and a concentrated blood sample containing fetal-derived target cells to be tested is acquired. For example, a specific gravity adjusting liquid that is a suspension of immiscible suspensions of two types having specific gravity larger than that of red blood cells or white blood cells, specifically, a Percoll liquid that is a fine suspension of polyvinylpyrrolidone-coated silica gel (GE Healthcare Japan) Maternal blood is put into a centrifuge tube together with the product made by Co., Ltd. and centrifuged. More specifically, maternal blood collected from heparin is injected into a centrifuge tube containing two layers of Percoll solution with different specific gravities, and is centrifuged at a high speed with a centrifuge and centrifuged from the difference in specific gravities. Correspondingly, erythrocyte and leukocyte-containing layers containing NRBC are collected from the maternal blood divided into a plurality of layers with a pipette to obtain a concentrated blood sample. Concentrated blood samples may be collected at high speed in parallel from different maternal blood by simultaneously centrifuging using a plurality of centrifuge tubes. In addition to the specific gravity centrifugation method using such a specific gravity adjusting solution, nylon wool method, lectin method using sugar chain lectin, leukocyte and NRBC capture method using a porous filter, plasma removal method using centrifugation, dehydration method, A concentrated blood sample may be collected by various known methods such as an external filtration method and a blood adsorption method.

検体標識工程S12では、濃縮血液検体を、平面プレート8(図3参照)上で膜化して固定した後、標的細胞全体を光学標識する。平面プレート8は、例えばスライドグラスなどの光学顕微鏡観察に適した試料台である。光学標識としては、一例として、ギムザ染色やヘマトキシリン染色やライト染色のような蛍光・染色標識;抗CD71抗体、抗CD36抗体、抗glycophorin A抗体のような抗体を用いたもので、緑色蛍光色素であるフルオレセインイソチオシアネート(FITC)標識モノクローナル抗体、オレンジ色蛍光色素であるフィコエリスリン(PE)標識モノクローナル抗体、テキサスレッド標識モノクローナル抗体、アロフィコシアニン標識モノクローナル抗体のような標識蛍光色素を用いた蛍光標識が挙げられる。NRBCを蛍光標識する場合、検体取得工程S11で得られた濃縮血液検体を平面プレート8上に滴下して、均一に広げて乾燥させ、ギムザ染色液などの蛍光染色液につけて乾燥させる。   In the sample labeling step S12, the concentrated blood sample is formed into a film on the flat plate 8 (see FIG. 3) and fixed, and then the entire target cell is optically labeled. The flat plate 8 is a sample stage suitable for optical microscope observation such as a slide glass. Examples of optical labels include fluorescent and staining labels such as Giemsa staining, hematoxylin staining, and light staining; antibodies using anti-CD71 antibody, anti-CD36 antibody, anti-glycophorin A antibody, and green fluorescent dye Fluorescent labeling using labeled fluorescent dyes such as certain fluorescein isothiocyanate (FITC) labeled monoclonal antibodies, orange fluorescent dyes phycoerythrin (PE) labeled monoclonal antibodies, Texas red labeled monoclonal antibodies, allophycocyanin labeled monoclonal antibodies Can be mentioned. When fluorescently labeling NRBC, the concentrated blood sample obtained in the sample acquisition step S11 is dropped on the flat plate 8, spread uniformly and dried, and then applied to a fluorescent staining solution such as Giemsa staining solution and dried.

このように細胞の全体を染色することによって光学標識した平面プレート8に対して、光学標識発現工程S13〜標的細胞特定工程S21を繰り返し行って、画像処理により標的細胞の位置を特定するが、先ずこれら工程S13〜S21を行うに適している本発明における標的細胞検索装置1の構成について説明を行ってから、工程S13〜S21について説明する。   The planar plate 8 optically labeled by staining the whole cell as described above is repeatedly subjected to the optical labeling expression step S13 to the target cell specifying step S21, and the position of the target cell is specified by image processing. Steps S13 to S21 will be described after the configuration of the target cell search device 1 in the present invention suitable for performing these steps S13 to S21 is described.

図3に示すように、標的細胞検索装置1は、一例として、撮像部2、処理部3、ディスプレイ4、ストッカ5、及び搬送機構6を備えている。   As illustrated in FIG. 3, the target cell search device 1 includes an imaging unit 2, a processing unit 3, a display 4, a stocker 5, and a transport mechanism 6 as an example.

撮像部2は、処理部3に制御されて動作して、濃縮血液検体を拡大したカラー画像を撮像するものであり、XYZステージ11、撮像カメラ15、撮像用光源14、レーザー光源12、及び焦点用カメラ13を備えている。この撮像部2の側面図を図4(a)に示す。   The imaging unit 2 operates under the control of the processing unit 3 to capture a color image obtained by enlarging the concentrated blood sample, and includes an XYZ stage 11, an imaging camera 15, an imaging light source 14, a laser light source 12, and a focal point. The camera 13 is provided. A side view of the imaging unit 2 is shown in FIG.

同図に示すように、XYZステージ11は、平面プレート8を位置決めして保持可能であると共に、XYZ軸方向に移動制御可能なものである。XYZステージ11は、平端な台であり、その上部(図の上側)に平面プレート8が載置され、位置決め機構(図示せず)で平面プレート8を位置決め固定する。また、XYZステージ11は、XYZ移動機構(図示せず)を有し、処理部3の撮像位置制御手段23(図3参照)に接続され、X軸方向(図の左右方向)及びY軸方向(図の表面裏面方向)の動きを制御され、処理部3の焦点制御手段22(図3参照)に接続され、Z軸方向(図の上下方向)の動きを制御される。このようなXYZステージ11は、公知のものを採用することができる。   As shown in the figure, the XYZ stage 11 can position and hold the flat plate 8 and can control movement in the XYZ axial directions. The XYZ stage 11 is a flat end, and the flat plate 8 is placed on the top (upper side in the figure), and the flat plate 8 is positioned and fixed by a positioning mechanism (not shown). The XYZ stage 11 has an XYZ moving mechanism (not shown), is connected to the imaging position control means 23 (see FIG. 3) of the processing unit 3, and is in the X-axis direction (left-right direction in the figure) and Y-axis direction. The movement in the direction (front and back in the figure) is controlled, connected to the focus control means 22 (see FIG. 3) of the processing unit 3, and the movement in the Z-axis direction (vertical direction in the figure) is controlled. As such an XYZ stage 11, a known one can be adopted.

撮像カメラ15は、一例として、カラーCCDカメラであり、その撮像方向に光学顕微鏡などの拡大レンズ16を有している。この撮像カメラ15は、XYZステージ11に保持された平面プレート8に対向する位置に配置されていて、平面プレート8上の濃縮血液検体中に含まれる標的細胞を識別可能な倍率で拡大して、そのカラー画像を撮像する。   The imaging camera 15 is a color CCD camera as an example, and has a magnifying lens 16 such as an optical microscope in the imaging direction. This imaging camera 15 is arranged at a position facing the flat plate 8 held by the XYZ stage 11, and expands the target cells contained in the concentrated blood sample on the flat plate 8 at a magnification that can be identified, The color image is taken.

撮像用光源14は、撮像用の光を平面プレート8に照射するものであり、濃縮血液検体の光学標識に対応して、光学標識を発現させる波長の光学標識発現光Lを照射する。例えば、光学標識が蛍光標識である場合、光学標識発現光Lは蛍光物質を励起可能な波長の光である。この場合、撮像用光源14として蛍光物質に対応した紫外や近紫外などの特定波長を発振する発光ダイオードが用いられる。また、光学標識が視認可能な染色標識である場合、光学標識発現光Lは可視光である。この場合、撮像用光源14として白色発光ダイオードやハロゲンランプなどが用いられる。 Imaging light source 14 is for irradiating the light for imaging the plane plate 8, corresponding to the optical labeling of concentrated blood sample, irradiating the optical indicator expressing light L T of the wavelength of expressing optical label. For example, if the optical label is a fluorescent label, an optical indicator expressing light L T is the light that can excite the fluorescent substance wavelength. In this case, a light emitting diode that oscillates at a specific wavelength such as ultraviolet or near ultraviolet corresponding to a fluorescent material is used as the imaging light source 14. Also, if the optical label is a dyed label visible, optical indicator expressing light L T is visible light. In this case, a white light emitting diode or a halogen lamp is used as the imaging light source 14.

撮像用光源14は、図4(a)に示すように平面プレート8に対して撮像カメラ15と同じ側に配置する構成(落射照明の構成)としてもよいし、図4(b)に示すように平面プレート8に対して撮像カメラ15と反対側に配置する構成(透過照明の構成)としてもよい。図4(a)の落射照明の場合、撮像カメラ15は濃縮血液検体の反射光を撮像し、図4(b)の透過照明の場合、撮像カメラ15は濃縮血液検体の透過光を撮像する。透過照明の場合には、XYZステージ11には、光学標識発現光Lの照射を妨げないように平面プレート8の縁部分を保持させる。標的細胞検索装置1は、撮像用光源14として、落射照明及び透過照明の両照明を有していて、いずれかを選択可能であることが好ましい。いずれの照明で撮像するかは、光学標識の発色具合、鮮明度などに基づき適宜選択する。 The imaging light source 14 may be configured to be disposed on the same side as the imaging camera 15 with respect to the flat plate 8 as shown in FIG. 4A (configuration of epi-illumination), or as shown in FIG. Alternatively, the flat plate 8 may be arranged on the opposite side of the imaging camera 15 (transmission illumination configuration). In the case of epi-illumination shown in FIG. 4A, the imaging camera 15 images the reflected light of the concentrated blood sample, and in the case of the transmitted illumination shown in FIG. 4B, the imaging camera 15 images the transmitted light of the concentrated blood sample. If the transmitted illumination is the XYZ stage 11, and holds the edge portions of the flat plate 8 so as not to interfere with the irradiation of the optical indicator expressing light L T. It is preferable that the target cell search apparatus 1 has both epi-illumination and transmitted illumination as the imaging light source 14 and can select either one. Which illumination is used to select an image is selected as appropriate based on the color of the optical marker, the sharpness, and the like.

レーザー光源12は、焦点制御用の光を照射する焦点制御用光源である。このレーザー光源12は、XYZステージ11上の平面プレート8に対して角度θでレーザー光Leを照射する位置に配置されている。この角度θは、レーザー光Leが平面プレート8で全反射する角度である。   The laser light source 12 is a focus control light source that emits focus control light. The laser light source 12 is disposed at a position where the flat plate 8 on the XYZ stage 11 is irradiated with the laser light Le at an angle θ. This angle θ is an angle at which the laser beam Le is totally reflected by the flat plate 8.

焦点用カメラ13は、本発明における反射光検出器に相当し、例えばモノクロCCDカメラである。この焦点用カメラ13は、同図に示すように、平面プレート8で反射したレーザー光Leの反射光Le´を検出可能となるように、平面プレート8に対して撮像方向を角度θで傾斜させてレーザー光源12に対向する位置に配置されている。   The focus camera 13 corresponds to the reflected light detector in the present invention, and is a monochrome CCD camera, for example. As shown in the figure, the focusing camera 13 tilts the imaging direction at an angle θ with respect to the plane plate 8 so that the reflected light Le ′ of the laser beam Le reflected by the plane plate 8 can be detected. Are disposed at positions facing the laser light source 12.

図3に戻って説明すると、標的細胞検索装置1の処理部3は、標的細胞検索装置1の動作を統括的に制御するものであり、図示しないが、各種演算や処理を行う中央処理装置(CPU)、ROM、RAM、ハードディスク、入出力インタフェースなどを有する1台又は複数台のコンピュータ、及びその動作用プログラムで構成されている。以下の各手段は、このコンピュータ及び動作用プログラムによって協働して実現されている。   Returning to FIG. 3, the processing unit 3 of the target cell search device 1 controls the operation of the target cell search device 1 in an integrated manner, and although not shown, a central processing unit (not shown) that performs various calculations and processing ( CPU), ROM, RAM, hard disk, one or a plurality of computers having an input / output interface, etc., and an operation program thereof. The following means are realized in cooperation with the computer and the operation program.

処理部3は、標的辞書作成手段9、非標的辞書作成手段10、画像取得手段21、焦点制御手段22、撮像位置制御手段23、搬送制御手段24、標的辞書記憶部31、非標的辞書記憶部32、検索用記憶部41、2値化処理手段42、収縮膨張処理手段43、1次候補検索手段44、2次候補検索手段45、3次候補検索手段46、標的細胞特定手段47、標的辞書学習手段51、及び非標的辞書学習手段52を有している。各記憶部31,32,41は、一例としてハードディスクである。   The processing unit 3 includes a target dictionary creation unit 9, a non-target dictionary creation unit 10, an image acquisition unit 21, a focus control unit 22, an imaging position control unit 23, a transport control unit 24, a target dictionary storage unit 31, and a non-target dictionary storage unit. 32, search storage unit 41, binarization processing means 42, contraction / expansion processing means 43, primary candidate search means 44, secondary candidate search means 45, tertiary candidate search means 46, target cell specifying means 47, target dictionary A learning unit 51 and a non-target dictionary learning unit 52 are included. Each storage unit 31, 32, 41 is a hard disk as an example.

ストッカ5は、標的細胞の検索前、及び検索後の平面プレート8を、複数枚(例えば80枚)収容して、各平面プレート8の出し入れが制御可能なものである。移動機構6は、ストッカ8と撮像部2との間で、平面プレート8を搬送する。   The stocker 5 accommodates a plurality (for example, 80) of flat plates 8 before and after the search for target cells, and can control the loading and unloading of each flat plate 8. The moving mechanism 6 conveys the flat plate 8 between the stocker 8 and the imaging unit 2.

検査方法に戻って説明を続けると、検体標識工程S12で検体標識した複数の平面プレート8を、オペレータがストッカ5に収容する。標的細胞検索装置1を作動させると、その搬送制御手段24がストッカ5及び搬送機構6を制御して、ストッカ5から1枚の平面プレート8をXYZステージ11にセットする。また、撮像位置制御手段23が、平面プレート8の所定の撮像位置が撮像カメラ15の撮像領域に入るように、XYZステージ11を制御する。   Returning to the inspection method and continuing the description, the operator accommodates the plurality of flat plates 8 labeled in the sample labeling step S12 in the stocker 5. When the target cell search device 1 is operated, the transport control unit 24 controls the stocker 5 and the transport mechanism 6 to set one flat plate 8 from the stocker 5 on the XYZ stage 11. Further, the imaging position control means 23 controls the XYZ stage 11 so that a predetermined imaging position of the flat plate 8 enters the imaging area of the imaging camera 15.

光学標識発現工程S13では、画像取得手段21が撮像用光源14に光学標識発現光Lを照射させる。これにより、濃縮血液検体の蛍光標識が励起されて、その細胞核が蛍光発色する。 In the optical label developing step S13, the image acquisition unit 21 to irradiate the optical indicator expressing light L T to the imaging light source 14. As a result, the fluorescent label of the concentrated blood sample is excited and the cell nucleus develops fluorescence.

焦点制御工程S14では、焦点制御手段22がレーザー光源12にレーザー光Le(図4参照)を照射させる。焦点制御手段22が、焦点用カメラ13から撮像画像を取得し、平面プレート8で反射したレーザー光Leの反射光Le´の反射位置に基づいて、XYZステージ11をZ軸方向に移動させて、平面プレート8と拡大レンズ16との距離を制御することで、濃縮血液検体に撮像カメラ15(拡大レンズ16)の焦点合わせを行う。   In the focus control step S14, the focus control means 22 irradiates the laser light source 12 with the laser light Le (see FIG. 4). The focus control means 22 acquires a captured image from the focus camera 13, moves the XYZ stage 11 in the Z-axis direction based on the reflection position of the reflected light Le ′ of the laser light Le reflected by the flat plate 8, By controlling the distance between the flat plate 8 and the magnifying lens 16, the imaging camera 15 (magnifying lens 16) is focused on the concentrated blood sample.

図5に、焦点用カメラ13の観察画像55を示す。焦点用カメラ13は、平面プレート8上の反射光Le´の反射位置を観察している。拡大レンズ16と平面プレート8(図4参照)との距離が、拡大レンズ16の焦点がちょうど平面プレート8に合う距離で、図5(b)に示すように、反射光Le´が観察画像55の画面中央の規定位置56に一致して観察されるように、焦点用カメラ13の撮像領域を予め調整しておく。このようにしておくと、平面プレート8が拡大レンズに14に近いときには、図5(a)に示すように、反射光Le´の反射位置がずれるので、規定位置56から一例として観察画像55中の左側にずれて観察される。逆に遠いときには、図5(c)に示すように、反射光Le´の反射位置が規定位置56から右側にずれて観察される。焦点制御手段22は、反射光Le´が規定位置56にちょうど重なって観察されるようにXYZステージ11をZ軸方向に移動させることで、焦点合わせが行われる。   FIG. 5 shows an observation image 55 of the focus camera 13. The focus camera 13 observes the reflection position of the reflected light Le ′ on the flat plate 8. The distance between the magnifying lens 16 and the plane plate 8 (see FIG. 4) is the distance at which the focal point of the magnifying lens 16 is exactly aligned with the plane plate 8, and the reflected light Le ′ is the observation image 55 as shown in FIG. The imaging area of the focusing camera 13 is adjusted in advance so that the image is observed in alignment with the prescribed position 56 at the center of the screen. In this way, when the flat plate 8 is close to the magnifying lens 14, the reflection position of the reflected light Le ′ is shifted as shown in FIG. Observed by shifting to the left side. On the contrary, when it is far away, the reflection position of the reflected light Le ′ is observed to be shifted from the specified position 56 to the right as shown in FIG. The focus control unit 22 performs focusing by moving the XYZ stage 11 in the Z-axis direction so that the reflected light Le ′ is observed just overlapping the specified position 56.

このように焦点合わせを行うと、反射光Le´が規定位置56に合うようにXYZステージ11を移動させるだけなので、例えば、XYZステージ11をZ軸方向に徐々に移動させながら撮像カメラ15の撮像した画像のコントラストを演算し、コントラストが最も高くなる位置を見つけ出すように制御する場合よりも、遥かに演算量が少ないので、高速に焦点合わせを行うことができる。   When focusing is performed in this manner, the XYZ stage 11 is only moved so that the reflected light Le ′ is aligned with the specified position 56. For example, the imaging camera 15 performs imaging while gradually moving the XYZ stage 11 in the Z-axis direction. Since the amount of calculation is much smaller than that in the case of calculating the contrast of the image and controlling to find the position where the contrast becomes the highest, focusing can be performed at high speed.

カラー画像取得工程S15では、カラー画像取得手段21が撮像カメラ15に撮像させて、カラー画像データX(i,j)を取得し、平面プレート8におけるX,Y情報(位置情報)と共に、検索用記憶部41に記憶させる。撮像カメラ15が一度に撮像できる平面プレート8の領域は通常狭い領域であるので、撮像したカラー画像データX(i,j)は平面プレート8の一部の画像データになる。ここで、iは画像データにおけるX軸方向の位置、jはY軸方向の位置を示し、例えばカラー画像データX(i,j)が2000画素×1000画素のサイズであれば、iは1〜2000の整数値、jは1〜1000の整数値である。平面プレート8はXYZステージ11に位置決めされているので、得られたカラー画像データX(i,j)中の位置i,jを特定し、撮像したカラー画像データX(i,j)の平面プレート8における位置を参照することで、平面プレート8における位置の特定が可能である。   In the color image acquisition step S15, the color image acquisition unit 21 causes the imaging camera 15 to capture the image and acquire the color image data X (i, j), along with the X and Y information (position information) on the plane plate 8, for search. The data is stored in the storage unit 41. Since the area of the plane plate 8 that can be imaged at once by the imaging camera 15 is usually a narrow area, the captured color image data X (i, j) is a part of the plane plate 8 image data. Here, i represents the position in the X-axis direction in the image data, and j represents the position in the Y-axis direction. For example, if the color image data X (i, j) is 2000 pixels × 1000 pixels in size, i is 1 to 1 An integer value of 2000, j is an integer value of 1-1000. Since the flat plate 8 is positioned on the XYZ stage 11, the position i, j in the obtained color image data X (i, j) is specified, and the flat plate of the color image data X (i, j) obtained is captured. By referring to the position at 8, the position on the plane plate 8 can be specified.

2値化処理工程S16では、2値化処理手段42が、検索用記憶部41に記憶されたカラー画像データX(i,j)を読み出して、基準となる細胞に対応する所定色に基づいて2値化処理して、検索用記憶部41に記憶させる。この所定色とは、この場合、標的とするNRBCの蛍光標識された細胞核の色であり、予め、サンプルから得られた基準となる複数のNRBCの色を平均化して求めている。ここでは、演算に用いるために、この所定色の赤色(R)成分、緑色(G)成分、青色(B)成分は、各々の色の階調の最大値(例えば、8ビット階調の場合255)で除算することで、最大値を1とするように、正規化されている。正規化された所定色のR成分をXr、G成分をXg、B成分をXbとする。このXr,Xg,Xbは検索用記憶部41に予め記憶させておく。   In the binarization processing step S16, the binarization processing means 42 reads the color image data X (i, j) stored in the search storage unit 41, and based on a predetermined color corresponding to the reference cell. The binarization process is performed and the search storage unit 41 stores the binarization process. In this case, the predetermined color is a color of a cell nucleus that is fluorescently labeled with the target NRBC, and is obtained in advance by averaging the colors of a plurality of NRBCs as a reference obtained from the sample. Here, the red (R) component, the green (G) component, and the blue (B) component of the predetermined color are used for the calculation, and the maximum value of the gradation of each color (for example, in the case of 8-bit gradation) It is normalized so that the maximum value is 1 by dividing by 255). The normalized R component of the predetermined color is Xr, the G component is Xg, and the B component is Xb. Xr, Xg, and Xb are stored in advance in the search storage unit 41.

2値化処理は、2値化処理手段42がカラー画像データX(i,j)の各画素のRGB成分を、各々色の階調の最大値で正規化してから、画素ごとに下記(3)式を算出する。ここで正規化後の画素のR成分をr、G成分をg、B成分をbとする。
In the binarization processing, the binarization processing unit 42 normalizes the RGB component of each pixel of the color image data X (i, j) with the maximum value of the gradation of each color, and then performs the following (3 ) Formula is calculated. Here, the normalized R component of the pixel is r, the G component is g, and the B component is b.

C>0.99となった画素、つまり所定色に近似する色の画素を例えば1とし、それ以外の画素を例えば0として全ての画素について2値化する。2値化処理手段42は、2値化した2値化画像データIR(i、j)を、カラー画像データX(i,j)とは別に検索用記憶部41に記憶させる。   Pixels for which C> 0.99, that is, pixels having a color approximating a predetermined color are set to 1, for example, and other pixels are set to 0, for example, to binarize all pixels. The binarization processing unit 42 stores the binarized binarized image data IR (i, j) in the search storage unit 41 separately from the color image data X (i, j).

このようにNRBC細胞核の色情報に基づいて2値化処理すると、カラー画像よりもデータ量が少なくなるため、以下の各工程で高速に検索することができる。   If the binarization process is performed based on the color information of the NRBC cell nucleus in this way, the data amount is smaller than that of the color image, and therefore the search can be performed at high speed in the following steps.

収縮膨張工程S17では、収縮膨張処理手段43が、検索用記憶部41から2値化画像データIR(i、j)を読み込んで、注目画素の周囲を取り囲む8画素の中に0が有ればその注目画素を0とする収縮処理を全画素について処理後、注目画素の周囲を取り囲む8画素の中に1が有れば注目画素を1とする膨張処理を全画素について行い、その処理結果で2値化画素データIR(i,j)を置き換えて、検索用記憶部41に記憶させる。収縮膨張処理により、ノイズが除去される。収縮膨張処理は、必要に応じて複数回行ってもよい。   In the contraction / expansion step S17, the contraction / expansion processing unit 43 reads the binarized image data IR (i, j) from the search storage unit 41, and if there is 0 among the eight pixels surrounding the pixel of interest. After performing the contraction process for setting the target pixel to 0 for all the pixels, if there is 1 in 8 pixels surrounding the target pixel, the expansion process for setting the target pixel to 1 is performed for all the pixels. The binarized pixel data IR (i, j) is replaced and stored in the search storage unit 41. Noise is removed by the contraction and expansion processing. The contraction / expansion process may be performed a plurality of times as necessary.

1次候補検索工程S18では、1次候補検索手段44が、2値化画像データIR(i,j)の中で、1である画素が隣接し合って塊となっている連結画素領域に対して、各連結画素領域を識別できるようにラベルを付与するラベリング処理を行い、付与したラベルをその連結画素領域に対応付けて、検索用記憶部41に記憶させる。なお、ラベリング処理は公知の方法で行うことができる。   In the primary candidate search step S18, the primary candidate search means 44 applies to a connected pixel area in which pixels 1 are adjacent to each other in the binarized image data IR (i, j). Then, a labeling process for assigning a label is performed so that each connected pixel region can be identified, and the assigned label is stored in the search storage unit 41 in association with the connected pixel region. The labeling process can be performed by a known method.

2次候補検索工程S19では、2次候補検索手段45が、検索用記憶部41に記憶されたラベルを読み込んで、所定画像サイズ内で近接する異なるラベルの連結画素領域同士に同一のラベルを再付与し直して検索用記憶部41に記憶させる。つまり、次の3次候補検索工程S20で検査用画像データを切り出す際に、所定画像サイズ内に入って同時に切り出せる異なるラベルの連結画素領域に対して、同一のラベルを再付与する。この所定画像サイズは、標的辞書Bや非標的辞書Cを作成する際の標的辞書用画像データや非標的辞書用画像データと同じ画像サイズである。例えば、切り出す所定画像サイズが52画素×52画素である場合、異なる連結画素領域がこの52画素×52画素内に入っているときには、同一のラベルを再付与する。   In the secondary candidate search step S19, the secondary candidate search means 45 reads the label stored in the search storage unit 41, and re-applies the same label to the connected pixel regions of different labels that are close within a predetermined image size. It is reassigned and stored in the search storage unit 41. That is, when the inspection image data is cut out in the next tertiary candidate search step S20, the same label is re-assigned to the connected pixel regions of different labels that fall within a predetermined image size and can be cut out simultaneously. This predetermined image size is the same image size as the target dictionary image data and the non-target dictionary image data when the target dictionary B and the non-target dictionary C are created. For example, when the predetermined image size to be cut out is 52 pixels × 52 pixels, when different connected pixel regions are included in the 52 pixels × 52 pixels, the same label is given again.

このように近接する連結画素領域に同一のラベルを付与することで、次の3次候補検索工程S20で処理する計算量が少なくなるので、高速に検索することができる。   By assigning the same label to the adjacent connected pixel regions in this way, the calculation amount to be processed in the next tertiary candidate search step S20 is reduced, so that the search can be performed at high speed.

また、2次候補検索手段45は、同一のラベルの連結画素領域のX座標、Y座標を平均化して、その連結画素領域の重心座標Lx,Lyを求め、そのラベルに対応付けて、検索用記憶部41に記憶させる。   Further, the secondary candidate search means 45 averages the X coordinate and Y coordinate of the connected pixel area of the same label, obtains the barycentric coordinates Lx and Ly of the connected pixel area, and associates them with the label for search. The data is stored in the storage unit 41.

3次候補検索工程S20では、3次候補検索手段46が、2次候補検索工程後の各ラベルが示す連結画像領域を含む所定画像サイズの検査用画像データを順次切り出し、その検査用画像データと、標的辞書B及び非標的辞書Cの各々とのベクトル距離を算出し、その両ベクトル距離を順次評価処理して、非標的辞書よりも標的辞書に所定評価値内で類似する検査用画像データを選定する。この3次候補検索工程S20を図6のフローチャートに沿って詳細に説明する。   In the tertiary candidate search step S20, the tertiary candidate search means 46 sequentially cuts out inspection image data having a predetermined image size including the connected image region indicated by each label after the secondary candidate search step, and the inspection image data and Then, the vector distance between each of the target dictionary B and the non-target dictionary C is calculated, and both vector distances are sequentially evaluated to obtain test image data that is similar to the target dictionary within the predetermined evaluation value than the non-target dictionary. Select. This tertiary candidate search step S20 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.

先ずステップS41で、3次候補検索手段46が、検索用記憶部41から1つのラベルの重心座標Lx,Lyを読み込んで、所定画像サイズの検査用画像データの切り出し位置を決定する。標的細胞が歪んでいる場合には、重心が偏るため、重心座標Lx,Lyを中心として検査用画像データを切り出したときに、標的細胞が偏って切り出されてしまい、検査用画像データからはみ出してしまう場合がある。そのため、重心座標Lx,Lyを中心座標として検査用画像データを切り出して評価するだけでなく、切り出す中心座標を重心座標Lx,Lyから1画素ずつずらして検査用画像データを切り出して評価処理を行うことが好ましい。画素をずらす最大の範囲は、所定画像サイズの縦や横の1/8〜1/20の範囲程度とすることが好ましい。ここでは、一例として、重心座標Lx,Lyから±4画素までずらして評価するものとする。この場合、1つのラベルについて、計81回切り出して評価処理を行うことになる。このように1画素ずつずらして探索を行うと、標的細胞を高精度に検索することができる。なお、標的細胞の形状に歪みが無い場合や、検査用画像データから標的細胞がはみ出さないように切り出せる場合には、1画素ずつずらす処理は行わなくてもよい。   First, in step S41, the tertiary candidate search means 46 reads the barycentric coordinates Lx and Ly of one label from the search storage unit 41, and determines the cut-out position of the inspection image data having a predetermined image size. When the target cell is distorted, the center of gravity is biased. Therefore, when the inspection image data is cut out around the center of gravity coordinates Lx and Ly, the target cell is biased out and protrudes from the inspection image data. May end up. For this reason, not only the inspection image data is cut out and evaluated with the center-of-gravity coordinates Lx and Ly as the center coordinates, but the inspection image data is cut out by shifting the center coordinates to be cut out from the center-of-gravity coordinates Lx and Ly one pixel at a time. It is preferable. The maximum range for shifting the pixels is preferably about 1/8 to 1/20 in the vertical and horizontal directions of a predetermined image size. Here, as an example, it is assumed that the evaluation is performed by shifting from the center-of-gravity coordinates Lx, Ly to ± 4 pixels. In this case, the evaluation process is performed by cutting out a total of 81 times for one label. If the search is performed by shifting one pixel at a time, the target cell can be searched with high accuracy. In addition, when there is no distortion in the shape of the target cell, or when the target cell can be cut out from the inspection image data so as not to protrude, the process of shifting by one pixel may not be performed.

このように1画素ずつずらして検査用画像データを切り出すために、ステップS41では、3次候補検索手段46が、重心座標Lx,Lyから±4画素の範囲内の切り出す中心座標を順番に1つ指定する。   In this way, in order to cut out the inspection image data by shifting one pixel at a time, in step S41, the tertiary candidate search means 46 sequentially selects one center coordinate to be cut out within the range of ± 4 pixels from the barycentric coordinates Lx and Ly. specify.

次にステップS42で、3次候補検索手段46が、ステップS41で指定された座標を中心とする所定画像サイズ(52画素×52画素)の検査用画像データK(p、q)を、2値化画像データIR(i,j)から切り出して検索用記憶部41から読み込む。ここで、pはX軸方向の画素を表し、qはY軸方向の画素を表す。所定画像サイズが52画素×52画素の場合、p、qは、1〜52の整数値である。   Next, in step S42, the tertiary candidate search means 46 binarizes the inspection image data K (p, q) having a predetermined image size (52 pixels × 52 pixels) centered on the coordinates specified in step S41. The cut-out image data IR (i, j) is cut out and read from the search storage unit 41. Here, p represents a pixel in the X-axis direction, and q represents a pixel in the Y-axis direction. When the predetermined image size is 52 pixels × 52 pixels, p and q are integer values of 1 to 52.

3次候補検索手段46は、この検査用画像データK(p、q)をベクトル化する。すなわち、P×Q次元の検査用ベクトルA、つまり1列の行列A(m)で表現する。このベクトル化は、標的辞書作成工程S1で行ったベクトル化と同様に行う。   The tertiary candidate search means 46 vectorizes the inspection image data K (p, q). That is, it is expressed by a P × Q-dimensional inspection vector A, that is, a one-column matrix A (m). This vectorization is performed in the same manner as the vectorization performed in the target dictionary creation step S1.

例えば、検査用ベクトルA(m)は、A(1)がK(1,1)、A(2)がK(1,2)、・・・A(m)がK(P,Q)のように、検査用画像データK(p、q)が52画素×52画素の場合、その2704個の画素値を順に並べた1列の行列である。   For example, the inspection vector A (m) is such that A (1) is K (1,1), A (2) is K (1,2),... A (m) is K (P, Q). Thus, when the inspection image data K (p, q) is 52 pixels × 52 pixels, it is a matrix of one column in which 2704 pixel values are arranged in order.

ステップS43で、3次候補検索手段46は、検査用ベクトルA(m)の各要素(各画素)の加算平均値hを下記(4)式で算出する。
In step S43, the tertiary candidate search means 46 calculates the addition average value h of each element (each pixel) of the inspection vector A (m) by the following equation (4).

ステップS44で、3次候補検索手段46は、検査用ベクトルA(m)のノルム計算を行う。検査用ベクトルA(m)のノルムVrの計算は、以下の(5)式で算出する。
In step S44, the tertiary candidate search means 46 performs norm calculation of the inspection vector A (m). The norm Vr of the inspection vector A (m) is calculated by the following equation (5).

ステップS45で、3次候補検索手段46は、算出した加算平均値h及びノルムVrで検査用ベクトルA(m)を正規化する。具体的には、検査用正規化ベクトルAv(m)は、次の(6)式で算出される。
In step S45, the tertiary candidate search means 46 normalizes the inspection vector A (m) with the calculated addition average value h and norm Vr. Specifically, the inspection normalization vector Av (m) is calculated by the following equation (6).

ステップS46で、3次候補検索手段46は、検査用正規化ベクトルAvと標的辞書Bとの距離Gbを算出すると共に、検査用正規化ベクトルAvと非標的辞書Cとの距離Gcを算出する。   In step S46, the tertiary candidate search means 46 calculates the distance Gb between the test normalization vector Av and the target dictionary B, and calculates the distance Gc between the test normalization vector Av and the non-target dictionary C.

検査用正規化ベクトルAvと標的辞書Bとの距離Gbは両ベクトル同士の内積A・Bを算出する。また、検査用正規化ベクトルAvと非標的辞書Cとの距離Gcは両ベクトル同士の内積A・Cを算出する。   As the distance Gb between the inspection normalization vector Av and the target dictionary B, an inner product A · B between the vectors is calculated. Further, the distance Gc between the test normalization vector Av and the non-target dictionary C calculates the inner product A · C between the vectors.

ステップS47で、3次候補検索手段46は、式(7)で示す評価関数Sで類似度を算出して、検索用記憶部41に記憶させる。
In step S <b> 47, the tertiary candidate search unit 46 calculates the similarity with the evaluation function S represented by Expression (7), and stores it in the search storage unit 41.

この評価関数Sは、検査用正規化ベクトルAv(検査用ベクトルA)が非標的辞書Cよりも標的辞書Bに近い場合に負の値になり、標的辞書Bに近いほど値が−1に近づく。   This evaluation function S takes a negative value when the test normalization vector Av (test vector A) is closer to the target dictionary B than the non-target dictionary C, and the value approaches -1 as the target dictionary B is closer. .

ステップS48で、3次候補検索手段46は、ステップS46で算出した値Sが負の場合、つまり所定評価値(値0)よりも小さい範囲内の場合に、その検査用ベクトルAが、非標的辞書Cよりも標的辞書Bに類似するものとして選定し、選定したことが分かるようにフラグ等を検索用記憶部41に記憶させる。   In step S48, the tertiary candidate search unit 46 determines that the inspection vector A is a non-target when the value S calculated in step S46 is negative, that is, in a range smaller than the predetermined evaluation value (value 0). It is selected as being similar to the target dictionary B rather than the dictionary C, and a flag or the like is stored in the search storage unit 41 so that the selection can be understood.

ステップS49で、3次候補検索手段46は、重心座標Lx,Lyの±4画素の範囲について全て評価が終了していないときには、ステップS41に戻り、1画素ずらした検査用画像データを切り出してS42〜S48を行う。3次候補検索手段46は、中心位置を1画素ずつずらして評価した中で、最も評価関数Sの値が−1に近い中心位置を重心座標Lx,Lyとして更新し、そのときの類似度を、ラベルに対応させて検索用記憶部41に上書きして記憶させる。   In step S49, the tertiary candidate search means 46 returns to step S41 when the evaluation has not been completed for the range of ± 4 pixels of the barycentric coordinates Lx, Ly, and cuts out the inspection image data shifted by one pixel and performs S42. -S48 is performed. The tertiary candidate search means 46 updates the center position where the value of the evaluation function S is closest to −1 as the center of gravity coordinates Lx and Ly, while evaluating the center position by shifting one pixel at a time, and the similarity at that time is updated. The search storage unit 41 is overwritten and stored in correspondence with the label.

ステップS50で、3次候補検索手段46は、全てのラベルについて類似度を算出したか判別し、まだ全ての算出が終了していないときには、別のラベルについてステップS41〜S49を繰り返す。全てのラベルについて終了すると、3次候補検索工程S20を終了する。   In step S50, the tertiary candidate search means 46 determines whether or not the similarity has been calculated for all labels, and when all the calculations have not been completed yet, repeats steps S41 to S49 for another label. When all the labels are finished, the tertiary candidate search step S20 is finished.

標的細胞特定工程S21では、標的細胞特定手段47が、3次候補検索工程S20で選定された検査用画像データの連結画素領域が標的細胞であるものと判定し、その位置を特定して出力する。なお、3次候補検索工程S20で標的細胞と判定される連結画素領域が複数あった場合、類似度が高い(Sが−1に近い)ものから所定数(例えば3つ)の連結画素領域を標的細胞と判定してそれら位置を特定して出力するようにしてもよい。   In the target cell specifying step S21, the target cell specifying means 47 determines that the connected pixel region of the test image data selected in the tertiary candidate search step S20 is a target cell, specifies its position, and outputs it. . When there are a plurality of connected pixel areas determined as target cells in the tertiary candidate search step S20, a predetermined number (for example, three) of connected pixel areas are selected from those having a high similarity (S is close to -1). The target cells may be determined and their positions may be specified and output.

さらに、必要に応じて、標的細胞特定手段47が、3次候補検索工程S20で選定された検査用画像データの連結画像領域の大きさ、及び/又は真円度が各々所定規定値内である連結画像領域を標的細胞の細胞核であると判定する処理を行ってもよい。   Furthermore, as necessary, the target cell specifying means 47 has the size and / or roundness of the connected image region of the test image data selected in the tertiary candidate search step S20 within predetermined specified values. You may perform the process which determines that a connection image area | region is a cell nucleus of a target cell.

具体的には、標的細胞特定手段47は、連結画素領域の大きさとして、そのX軸方向の幅、及びY軸方向の幅を判定し、両幅が大きさ判別用の所定規定値内(例えば、細胞の画素数が52画素×52画素の場合、20〜40画素の範囲内)であるものを標的細胞と判定する。この大きさ判別用の所定規定値は、検査用画像データにおいてNRBCの細胞核が取りうる大きさの範囲を、画素数に置き換えたものである。   Specifically, the target cell specifying unit 47 determines the width in the X-axis direction and the width in the Y-axis direction as the size of the connected pixel region, and both widths are within predetermined predetermined values for size determination ( For example, when the number of pixels of a cell is 52 pixels × 52 pixels, a cell within a range of 20 to 40 pixels) is determined as a target cell. The predetermined predetermined value for size determination is obtained by replacing the size range that can be taken by the cell nucleus of the NRBC in the inspection image data with the number of pixels.

また、標的細胞特定手段47は、連結画素領域の真円度を以下の(8)式で算出し、この真円度が、真円度判別用の所定規定値内(例えば、0.5〜1.5の範囲内)であるものを標的細胞であると判定する。
ここで、R=L÷π÷2
Lは連結画素領域の周囲長である。
Further, the target cell specifying means 47 calculates the roundness of the connected pixel region by the following equation (8), and this roundness is within a predetermined prescribed value for roundness discrimination (for example, 0.5 to 0.5). 1.5) is determined to be a target cell.
Where R = L ÷ π ÷ 2
L is the perimeter of the connected pixel region.

標的細胞特定手段47は、大きさ、及び/又は真円度が所定規定値内のものを、標的細胞の細胞核であると特定し、特定したものであることが分かるようにフラグ等を検索用記憶部41に記憶させる。なお、大きさ及び真円度の両方から標的細胞の判定を行うことが好ましい。   The target cell specifying means 47 specifies that the size and / or roundness is within a predetermined specified value as the cell nucleus of the target cell, and searches for a flag or the like so that it can be identified. The data is stored in the storage unit 41. It is preferable to determine the target cell from both the size and the roundness.

標的細胞特定手段47は、3次候補検索工程S20で選定された全てのラベルについて判定し、その後、NRBCであると特定したその位置Lx,Lyや平面プレート8上の位置を細胞回収装置(図示せず)に出力する。   The target cell specifying means 47 determines all the labels selected in the tertiary candidate search step S20, and then specifies the positions Lx, Ly and the position on the flat plate 8 specified as NRBC as a cell recovery device (FIG. (Not shown).

以上で、平面プレート8の一部の領域の標的細胞の検索が終了する。続いて撮像位置制御手段11が、XYZステージ11を撮像領域ずつ、又は多少撮像領域が重なり合うように、X軸方向やY軸方向に移動させて、上記の光学標識発現工程S13から標的細胞特定工程S21までの工程を繰り返すことで、1枚の平面プレート8の検索が終了する。   This completes the search for target cells in a partial region of the flat plate 8. Subsequently, the imaging position control unit 11 moves the XYZ stage 11 in the X-axis direction and the Y-axis direction so that the imaging regions overlap each other or slightly, and the target cell specifying step from the optical label expression step S13 described above. By repeating the steps up to S21, the search for one flat plate 8 is completed.

なお、カラー画像取得工程S15で、XYZステージ11をXY方向に撮像領域ずつ移動させて繰り返し撮像を行い、1枚の平面プレート8の全体のカラー画像データを取得しておいてから2値化処理工程16〜標的細胞特定工程S21までを行ってもよい。   In the color image acquisition step S15, the XYZ stage 11 is moved in the XY directions for each imaging region to repeatedly perform imaging, and after acquiring the entire color image data of one flat plate 8, binarization processing is performed. You may perform from step 16 to target cell specific process S21.

検索が終了した平面プレート8を、搬送機構6がストッカ5に収容し、検索前の他の平面プレート8をストッカ5からXYZステージ11にセットして、同様に検索を開始する。このようにして標的細胞検索装置1は、ストッカ5に収容された全ての平面プレート8の検索を自動的に行う。   The planar plate 8 for which the search has been completed is accommodated in the stocker 5 by the transport mechanism 6, the other plane plate 8 before the search is set from the stocker 5 to the XYZ stage 11, and the search is similarly started. In this way, the target cell search device 1 automatically searches all the flat plates 8 accommodated in the stocker 5.

標的細胞検索装置1は、標的細胞を特定した位置、その類似度、検査用画像データの画像、検査用画像データと同範囲で切り出したカラー画像データの画像、及びカラー画像データ全体の画像の中から選ばれる少なくとも1つを、ディスプレイ4に表示可能であることが好ましい。検査用画像データの画像やカラー画像データの画像をディスプレイ4に表示させる場合、特定したNRBCの位置に、赤丸や矢印等の指示画像を表示させることが好ましい。   The target cell search device 1 includes a position where a target cell is specified, a degree of similarity thereof, an image of test image data, an image of color image data cut out in the same range as the test image data, and an image of the entire color image data. It is preferable that at least one selected from can be displayed on the display 4. When an image of inspection image data or an image of color image data is displayed on the display 4, it is preferable to display an instruction image such as a red circle or an arrow at the specified NRBC position.

また、標的細胞検索装置1は、標的細胞特定手段S21がNRBCの細胞核であると判定した検査用画像データK(p、q)と、標的辞書の作成に用いられた複数の標的用2値化画像データD(p、q)とを合わせて主成分分析して、その固有ベクトルから得られた正規直交基底を標的辞書Bとして標的辞書記憶部31に更新して記憶させる標的辞書学習手段51(図3参照)をさらに備えてもよい。このように標的辞書Bを学習して更新することで、標的辞書Bがより正確になるため、NRBCの検索精度を向上させることができる。   In addition, the target cell search device 1 uses the test image data K (p, q) determined by the target cell specifying unit S21 to be an NRBC cell nucleus and a plurality of binarizations for targets used for creating the target dictionary. A target dictionary learning means 51 (FIG. 5) that performs principal component analysis together with the image data D (p, q) and updates and stores the orthonormal basis obtained from the eigenvector as the target dictionary B in the target dictionary storage unit 31. 3) may be further provided. By learning and updating the target dictionary B in this way, the target dictionary B becomes more accurate, so that the NRBC search accuracy can be improved.

また、標的細胞検索装置1は、3次候補検索手段46が選定しなかった検査用画像データK(p、q)、又は標的細胞特定手段がNRBCであると判定しなかった検査用画像データK(p、q)と、非標的辞書Cの作成に用いられた複数の非辞書用画像データとを合わせて主成分分析して、その固有ベクトルから得られた正規直交基底を非標的辞書Cとして非標的辞書記憶部32に更新して記憶させる非標的辞書学習手段10をさらに備えてもよい。このように非標的辞書Cを学習して更新することで、非標的辞書Cがより正確になるため、NRBCの検索精度を向上させることができる。   Further, the target cell search device 1 has the test image data K (p, q) that the tertiary candidate search means 46 did not select, or the test image data K that has not been determined that the target cell specifying means is NRBC. (P, q) and a plurality of non-dictionary image data used to create the non-target dictionary C are subjected to principal component analysis, and the orthonormal basis obtained from the eigenvector is set as the non-target dictionary C. You may further provide the non-target dictionary learning means 10 to update and memorize | store in the target dictionary memory | storage part 32. FIG. By learning and updating the non-target dictionary C in this way, the non-target dictionary C becomes more accurate, so that the NRBC search accuracy can be improved.

以上で、標的細胞検索装置1を用いたNRBCの細胞検索が終了する。   This completes the NRBC cell search using the target cell search device 1.

標的細胞回収工程S22では、標的細胞検索装置1から出力された標的細胞の位置に基づいて、記標的細胞を回収する。例えば、倒立顕微鏡のXYステージに平面プレート8をセットして、標的細胞が特定された位置Lx,Lyを観察するように、XYステージを移動させる。オペレータは、倒立顕微鏡を確認しつつ、標的細胞よりも幾分大きな内腔を有する細胞回収用ガラスキャピラリーの先端が標的細胞の位置Lx,Lyにくるようにモーターで大まかに位置移動し圧電素子で微小な位置移動するマイクロマニピュレーターを操作して、標的細胞を回収する。標的細胞の回収は、公知の種々の方法で行うことができる。例えば、細胞回収用ガラスキャピラリーで所望の標的細胞に、生理食塩水、リンゲル液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、又はプロテインキナーゼKのような酵素含有溶液を垂らして、暫く放置してスライドガラスに固定された標的細胞を取り出し易くしてから、同一なガラスキャピラリー又は別な細胞回収用ガラスキャピラリーで、陰圧にして標的細胞を選択的に吸い出して、標的細胞を得る。スパーテルで標的細胞を掻き出したり、掬い出したりしてもよい。   In the target cell recovery step S22, the target cell is recovered based on the position of the target cell output from the target cell search device 1. For example, the flat plate 8 is set on the XY stage of an inverted microscope, and the XY stage is moved so as to observe the positions Lx and Ly where the target cells are specified. While confirming the inverted microscope, the operator moves the position roughly with a motor so that the tip of the glass capillary for cell recovery having a slightly larger lumen than the target cell is located at the position Lx, Ly of the target cell. Manipulate a micromanipulator that moves a minute position to collect target cells. Target cells can be collected by various known methods. For example, an enzyme-containing solution such as physiological saline, Ringer's solution, phosphate buffered saline (PBS), or protein kinase K is dropped on a desired target cell with a glass capillary for cell recovery, and left for a while to slide glass. After the target cells fixed to the cell are easily removed, the target cells are selectively sucked out by using the same glass capillary or another cell recovery glass capillary under negative pressure to obtain the target cells. The target cells may be scraped or scooped with a spatula.

標的細胞検査工程S24では、回収した標的細胞の細胞核内の染色体、DNA及び/又はRNAを解析する。そのためには高感度の分析法が必要であり、例えば、得られた細胞について、細胞核の中にある染色体やそのRNAを標識する蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH法:Fluorescence in situ hybridization)、DNA等を増幅するポリメラーゼ連鎖反応(PCR法:polymerase chain reaction)、ゲノムを通じてのコピーを開始させるためにTaq DNAポリメラーゼと組み合せてランダム15−量体を用いてゲノムDNAを増幅するプライマー伸長プレ増幅(PEP法:primer extension preamplification)、全染色体を対象にしてゲノムDNAの過剰、欠失、増幅などのコピー数異常を検出する比較ゲノムハイブリダイゼーション(CGH法:comparative genomic hybridization)、in situ PCR法、変性オリゴヌクレオチド起点ポリメラーゼを利用してDNA等を増幅する(DOP−PCR法:Degenerated Oligonucleotide Primer PCR)などの分析法が挙げられる。このような検査工程は、プレートのウェル、マイクロチューブ等で行われてもよいが、貴重な試料を無駄なく確実に検査処理するため、検出用バイオチップを用いてもよい。検出用バイオチップは、例えば流路、区画、溝、キャピラリー、ファイバー及び/又ビーズからなる反応場を有しており、必要に応じて標識試薬を注入できる経路、余分な試薬や副生成物や不要な薬液を排出できる経路を有し、反応場内で、これらの分析法を、微量で行うことができるものである。   In the target cell inspection step S24, the chromosomes, DNA and / or RNA in the cell nucleus of the collected target cells are analyzed. For this purpose, a highly sensitive analysis method is required. For example, fluorescence in situ hybridization (FISH method: Fluorescence in situ hybridization), DNA, etc., for labeling the chromosomes and RNA in the cell nucleus of the obtained cells. Polymerase chain reaction (PCR method) that amplifies DNA, primer extension preamplification (PEP method) that amplifies genomic DNA using random 15-mer in combination with Taq DNA polymerase to initiate copying through the genome : Primer extension preamplification), comparative genomic hybridization (CGH method: comparative genomic hybridization), in situ PCR method, denatured oligonucleotide to detect genomic DNA excess, deletion, amplification, etc. Amplify DNA etc. using origin polymerase ( An analysis method such as DOP-PCR (Degenerated Oligonucleotide Primer PCR) can be mentioned. Such an inspection process may be performed in a plate well, a microtube, or the like, but a detection biochip may be used in order to reliably inspect a valuable sample without waste. The detection biochip has a reaction field composed of, for example, a flow path, a compartment, a groove, a capillary, a fiber, and / or a bead, and a path through which a labeling reagent can be injected as necessary, an extra reagent, a by-product, It has a route through which unnecessary chemicals can be discharged, and these analysis methods can be carried out in minute amounts in the reaction field.

例えば、得られた細胞について、CD71とglycophorin Aに対するモノクロナール抗体を使ったりするFISH法で調べることにより、染色体の異常、XY染色体数の異常、21・18又は13トリソミーの異常を検査することができ、PCR法で性別判定、個人識別、Rh(D)型を検査することができ、PEP法により複数の遺伝子異常の診断ができる。   For example, by examining the obtained cells by the FISH method using monoclonal antibodies against CD71 and glycophorin A, it is possible to examine abnormalities in chromosomes, abnormal numbers in XY chromosomes, abnormalities in 21 · 18 or 13 trisomy In addition, sex determination, individual identification, and Rh (D) type can be examined by PCR, and a plurality of gene abnormalities can be diagnosed by PEP.

標的細胞検査工程S24中、染色体、DNA及び/又はRNAを、染色体に特異的な遺伝子と蛍光色素とが結合した診断用蛍光プローブ、例えばセントロメアに特異的に結合する蛍光標識されたプローブを用いてハイブリダイゼーション反応させて検出して、解析してもよい。例えば、Abbott社製のCEPシリーズ(CEPは登録商標)であるCEP DNA FISHプローブ、CEP Chromosome Enumeration DNA FISH Probes、CEPプローブキットが挙げられる。診断用プローブの標識材は、蛍光、又は磁気を用いていてもよい。   During the target cell inspection step S24, a chromosome, DNA and / or RNA is used to detect a diagnostic fluorescent probe in which a chromosome-specific gene and a fluorescent dye are bound, for example, a fluorescently labeled probe that specifically binds to a centromere. A hybridization reaction may be detected and analyzed. For example, CEP DNA FISH probes, CEP Chromosome Enumeration DNA FISH Probes, and CEP probe kits, which are CEP series (CEP is a registered trademark) manufactured by Abbott. The labeling material for the diagnostic probe may use fluorescence or magnetism.

以上で、血液中の標的細胞の検査方法が終了する。   This completes the method for examining target cells in blood.

なお、図7に示すように、光学標識した濃縮血液検体をバイオチップ70の流路71に注入して、標的細胞検索装置1でNRBCを検索するようにしてもよい。同図では、すでに説明した構成と同様の構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。   As shown in FIG. 7, the optically labeled concentrated blood sample may be injected into the flow channel 71 of the biochip 70 and the target cell search device 1 may search for the NRBC. In the figure, components similar to those already described are assigned the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

同図では、標的細胞検索装置1のXYZステージ11にバイオチップ70が保持されている。このバイオチップ70は、1本の流路71を有しているものである。バイオチップ70の流路71の入力側には、濃縮血液検体を入れた検体用容器61が管路を介して繋がり、さらにこの検体用容器61には開閉制御可能な制御弁62を介して加圧ポンプ63が繋がっている。また、流路71の出力側には、三方開閉制御弁64が繋がり、三方開閉制御弁64の一方の出力管67(回収する流路経路)には回収用容器65が繋がり、他方の出力管68には、廃棄用容器66が繋がっている。三方開閉制御弁64は、1入力ポート、2出力ポートを有して、各出力ポートを開閉制御可能な開閉制御弁である。この場合、三方開閉制御弁64は、出力管67側と出力管68側とを各々開閉制御する。なお、出力管67、出力管68の各々に別個の開閉制御弁を配してもよい。バイオチップ70は、その外界から流路71を流れるNRBCの光学観察が可能なように、透明な材質、例えば耐圧性の樹脂、具体的にはポリエチレンテレフタレート(PET)のようなポリエステル樹脂、アクリル樹脂、環状ポリオレフィン、シリコーン樹脂などのプラスチック樹脂で形成されている。   In the figure, a biochip 70 is held on the XYZ stage 11 of the target cell search device 1. This biochip 70 has one flow path 71. A sample container 61 containing a concentrated blood sample is connected to the input side of the flow channel 71 of the biochip 70 via a conduit, and the sample container 61 is connected via a control valve 62 that can be controlled to open and close. The pressure pump 63 is connected. Further, a three-way opening / closing control valve 64 is connected to the output side of the flow path 71, a collection container 65 is connected to one output pipe 67 (recovery flow path) of the three-way opening / closing control valve 64, and the other output pipe. 68 is connected to a disposal container 66. The three-way opening / closing control valve 64 is an opening / closing control valve having one input port and two output ports and capable of opening / closing each output port. In this case, the three-way opening / closing control valve 64 controls opening / closing of the output pipe 67 side and the output pipe 68 side. A separate opening / closing control valve may be provided for each of the output pipe 67 and the output pipe 68. The biochip 70 is made of a transparent material such as a pressure resistant resin, specifically a polyester resin such as polyethylene terephthalate (PET) or an acrylic resin so that the NRBC flowing through the channel 71 from the outside can be optically observed. It is made of plastic resin such as cyclic polyolefin and silicone resin.

流路は、NRBCが約10μmの大きさであるので、管路幅が10μm〜20μm、好ましくは10μm〜15μmで形成されている。   Since the NRBC has a size of about 10 μm, the flow path is formed with a pipe width of 10 μm to 20 μm, preferably 10 μm to 15 μm.

制御弁62及び三方開閉制御弁64の出力管68側を開放し、出力管67側を閉じて、濃縮血液検体が流路71に流れ込んでから各弁を閉じ、既に説明した光学標識発現工程S13〜標的細胞特定工程S21を行う。NRBCを特定した場合、制御弁62及び三方開閉制御弁64を制御して、そのNRBCが回収用容器65に流れるように誘導し、NRBC以外は廃棄用容器66に流れるように制御する。この処理を繰り返すことで、NRBCを回収する(標的細胞回収工程S22)。   The output pipe 68 side of the control valve 62 and the three-way opening / closing control valve 64 is opened, the output pipe 67 side is closed, each valve is closed after the concentrated blood sample flows into the flow path 71, and the optical labeling expression step S13 already described. -Target cell specific process S21 is performed. When the NRBC is specified, the control valve 62 and the three-way opening / closing control valve 64 are controlled to guide the NRBC to flow into the recovery container 65, and control is performed so that other than the NRBC flows into the disposal container 66. By repeating this process, NRBC is recovered (target cell recovery step S22).

又は、制御弁62及び三方開閉制御弁64の出力管68側を開放し、出力管67側を閉じて、濃縮血液検体を流路71にゆっくりと流しながら、光学標識発現工程S13〜標的細胞特定工程S21を繰り返し行い、NRBCを特定した場合、そのNRBCが回収用容器65に流れるように三方開閉制御弁64を制御して誘導し、NRBC以外は廃棄用容器66に流れるように三方開閉制御弁64を制御する(標的細胞回収工程S22)。流路71は平面プレート8よりも狭いので、画像処理する画像データのサイズが小さくなるため、画像処理を高速に行えて、NRBCを高速に特定することができる。このため、三方開閉制御弁64を通りすぎる前にNRBCを特定でき、そのNRBCを回収することができる。   Alternatively, the output pipe 68 side of the control valve 62 and the three-way opening / closing control valve 64 is opened, the output pipe 67 side is closed, and the concentrated blood sample is slowly allowed to flow through the flow path 71 while the optical label expression step S13 to target cell identification. When step S21 is repeated and NRBC is specified, the three-way opening / closing control valve 64 is guided to control the three-way opening / closing control valve 64 so that the NRBC flows into the recovery container 65, and the three-way opening / closing control valve is flowed so as to flow into the disposal container 66 other than NRBC. 64 is controlled (target cell recovery step S22). Since the flow path 71 is narrower than the flat plate 8, the size of the image data to be image-processed is small, so that the image processing can be performed at high speed and the NRBC can be specified at high speed. Therefore, the NRBC can be specified before passing the three-way opening / closing control valve 64, and the NRBC can be recovered.

このようなバイオチップ70を用いることで、平面プレート8に濃縮血液検体を固定したり、平面プレート8からNRBCを剥離、回収したりする手間が不要になるため、作業効率が向上し、NRBCを迅速に回収することができる。したがって、検査効率を向上させることができる。   Using such a biochip 70 eliminates the need to fix the concentrated blood sample on the flat plate 8 and to remove and collect the NRBC from the flat plate 8, thereby improving work efficiency and reducing the NRBC. It can be collected quickly. Therefore, inspection efficiency can be improved.

また、図7のバイオチップ70を、図8に示すバイオチップ75に換えて標的細胞の検索、回収を行うようにしてもよい。この場合、図7の三方開閉制御弁64は不要であり、バイオチップ75に回収用容器65及び廃棄用容器66を接続する。   Further, the biochip 70 of FIG. 7 may be replaced with the biochip 75 shown in FIG. 8 to search and collect target cells. In this case, the three-way opening / closing control valve 64 shown in FIG. 7 is unnecessary, and the collection container 65 and the disposal container 66 are connected to the biochip 75.

図8に示すバイオチップ75は、一例として、シリコーン樹脂(例えばポリジメチルシロキサン:PDMS)やPETやアクリル樹脂や環状ポリオレフィンのようなプラスチック樹脂やガラス、で形成されており、検査用に採血した血液を濃縮し濃縮血液検体が注入される流路76を有している。この流路76には、標的細胞通過フィルター72、光学観察窓部73、回収用分岐路78、及び開閉制御弁79が設けられている。なお、同図では、これら流路76や標的細胞通過フィルター72等の位置関係を模式的に表している。   The biochip 75 shown in FIG. 8 is formed of, for example, a silicone resin (for example, polydimethylsiloxane: PDMS), a plastic resin such as PET, acrylic resin, or cyclic polyolefin, or glass, and blood collected for testing. And a flow path 76 into which the concentrated blood sample is injected. The channel 76 is provided with a target cell passage filter 72, an optical observation window 73, a recovery branch 78, and an open / close control valve 79. In the figure, the positional relationship between the flow path 76 and the target cell passage filter 72 is schematically shown.

標的細胞通過フィルター72は、同図(b)に拡大して示すように、濃縮血液検体中の検査すべき標的細胞91が通過可能であると共に標的細胞91よりも大きな細胞(非標的細胞)92が通過不可である隙間82を有している。例えば標的細胞91は、NRBCのような赤血球であり、非標的細胞92は、赤血球より大きな白血球である。非標的細胞92は、隙間82のすぐ上流側で流路76から分岐する廃棄路77を通ってバイオチップ75の外部に排出される。なお、非標的細胞92が少ない場合、バイオチップ75内に非標的細胞92の貯留槽を形成して、標的細胞通過フィルター72で除去される非標的細胞92を外部に廃棄せず貯留槽内に収容する構造としてもよい。   The target cell passage filter 72 is a cell (non-target cell) 92 larger than the target cell 91 and capable of passing the target cell 91 to be examined in the concentrated blood sample as shown in FIG. Has a gap 82 that cannot pass through. For example, the target cell 91 is a red blood cell such as NRBC, and the non-target cell 92 is a white blood cell larger than the red blood cell. The non-target cells 92 are discharged to the outside of the biochip 75 through the disposal path 77 branched from the flow path 76 immediately upstream of the gap 82. When the number of non-target cells 92 is small, a storage tank for non-target cells 92 is formed in the biochip 75, and the non-target cells 92 removed by the target cell passage filter 72 are not discarded outside and stored in the storage tank. It is good also as a structure to accommodate.

このような標的細胞通過フィルター72を、流路76に沿って複数配してもよい。複数の標的細胞通過フィルター72を配することで、標的細胞91と非標的細胞92との分離精度が向上するため、標的細胞91の検索が一層高速になる。   A plurality of such target cell passage filters 72 may be arranged along the flow path 76. By arranging the plurality of target cell passage filters 72, the separation accuracy between the target cells 91 and the non-target cells 92 is improved, so that the search for the target cells 91 is further accelerated.

この標的細胞通過フィルター72の下流に、光学観察窓部73が配されている。その拡大平面図を同図(c)に、その拡大側面断面図を同図(d)に示す。光学観察窓部73は、バイオチップ75の外界から流路76を流れる標的細胞91の光学観察が可能なように、透明な材質で形成されている。標的細胞検索装置1の撮像カメラ15がこの光学観察窓部73を撮像するように、XYZステージ11を位置制御する。   An optical observation window 73 is disposed downstream of the target cell passage filter 72. The enlarged plan view is shown in FIG. 2C, and the enlarged side sectional view is shown in FIG. The optical observation window 73 is formed of a transparent material so that optical observation of the target cell 91 flowing through the flow path 76 from the outside of the biochip 75 is possible. The position of the XYZ stage 11 is controlled so that the imaging camera 15 of the target cell search device 1 images the optical observation window 73.

光学観察窓部73の流路76は、NRBCが重なり合うことなく流路76に沿って1列で通過可能な流路幅で形成されていることが好ましい。具体的には、NRBCは、略円盤形状であるので、その平たい面を光学観察窓部73から観察できるように、円盤が1列で面の向きも整列して通過可能な断面が長方形状の穴で流路76を形成することが好ましい。例えば、光学観察窓部73に平行な流路76の幅を、中央で窪んだ円盤状のNRBC外形の円盤(直径約10μm)が通る程度の幅L1(例えば10μm〜15μm)で形成し、光学観察窓部73に対して垂直な流路76の幅を、円盤(厚み約3μm)が通る程度の幅L2(例えば3μm〜4μm)で形成する。このように流路76を形成すると、NRBCが重なり合うことなく、さらにその平たい面を確実に観察できるので、脱核した通常の赤血球とNRBCとを精度よく区別でき、NRBCの検索効率を一層向上することができる。同図では、標的細胞通過フィルター72を過ぎたところから、このような狭い流路幅で流路76が形成されている例を図示している。   The channel 76 of the optical observation window 73 is preferably formed with a channel width that allows the NRBC to pass in one row along the channel 76 without overlapping. Specifically, since the NRBC has a substantially disk shape, the cross section that can pass through the disks in a single row and aligned in the direction of the surface is rectangular so that the flat surface can be observed from the optical observation window 73. It is preferable to form the flow path 76 with a hole. For example, the width of the flow path 76 parallel to the optical observation window 73 is formed with a width L1 (for example, 10 μm to 15 μm) such that a disk having a disk-like NRBC shape (diameter of about 10 μm) recessed at the center passes. The width of the flow path 76 perpendicular to the observation window 73 is formed with a width L2 (for example, 3 μm to 4 μm) that allows a disk (thickness of about 3 μm) to pass through. When the flow path 76 is formed in this manner, the flat surface can be reliably observed without overlapping the NRBCs, so that it is possible to accurately distinguish between normal enucleated erythrocytes and NRBCs and further improve the NRBC search efficiency. be able to. In the figure, an example is shown in which the flow path 76 is formed with such a narrow flow path width from the place past the target cell passage filter 72.

この光学観測用窓部73よりも下流では、流路76からNRBCを回収するための回収用分岐路78(回収する流路経路)が分岐している。この回収用分岐路78の分岐部分には、分岐制御が可能な開閉制御弁79が配されている。この開閉制御弁79は、既に説明した開閉制御弁64と同様の機能のものであり、回収用分岐路78、流路76を各々開閉制御可能なものである。開閉制御弁79は、制御用電極85に制御信号を入力することで、開閉制御が可能になっている。   Downstream of the optical observation window 73, a recovery branch path 78 (recovery flow path path) for recovering NRBC from the flow path 76 is branched. An opening / closing control valve 79 capable of branch control is disposed at a branch portion of the recovery branch path 78. This open / close control valve 79 has the same function as the open / close control valve 64 already described, and can open and close the recovery branch 78 and the flow path 76 respectively. The open / close control valve 79 can perform open / close control by inputting a control signal to the control electrode 85.

この開閉制御弁79は、熱的に制御可能な熱制御弁、電気的に制御可能な電気制御弁、磁気的に制御可能な磁気制御弁、又は空圧で制御可能な空圧式制御弁であることが好ましい。開閉制御弁79が熱制御弁の場合、例えば、熱膨張率が異なる2枚の金属板を重ね合わせたバイメタル、形状記憶合金、又はポリ-N-イソプロピルアミドなどの熱応答性ポリマーで弁が形成されていて、熱を加えることで弁が作動する。例えば熱制御弁にレーザー光を照射することで発熱させ、この熱で熱制御弁を作動させる。開閉制御弁79が電気制御弁の場合、例えば、電磁コイルに通電することで作動する電磁制御弁や圧電素子で弁が形成されている。電気制御弁に電気的に繋がる金属製の端子をバイオチップ75の表面に形成しておき、この端子に制御電気信号を加えて電気制御弁を作動させる。開閉制御弁79が磁気制御弁の場合、例えば、磁歪素子で弁が形成されている。磁気制御弁に磁石を近づけるなどして磁界を印加することで、磁気制御弁を作動させる。開閉制御弁79が空圧式制御弁の場合、バイオチップ内にPDMSなどの弾性素材で作られたエアバルブが形成されておりエアの加圧・減圧により空圧式制御弁を作動させる。熱制御弁や磁気制御弁の場合、バイオチップ75に非接触で弁を作動させることができるので、接触不良を考慮する必要が無く、高い信頼性で作動させることができるため好ましい。   The on-off control valve 79 is a thermally controllable thermal control valve, an electrically controllable electrical control valve, a magnetically controllable magnetic control valve, or a pneumatic control valve that can be controlled by air pressure. It is preferable. When the open / close control valve 79 is a thermal control valve, for example, the valve is formed of a bimetallic material in which two metal plates having different thermal expansion coefficients are stacked, a shape memory alloy, or a thermoresponsive polymer such as poly-N-isopropylamide. The valve is activated by applying heat. For example, the heat control valve is irradiated with laser light to generate heat, and the heat control valve is operated with this heat. When the open / close control valve 79 is an electric control valve, for example, the valve is formed of an electromagnetic control valve or a piezoelectric element that operates by energizing an electromagnetic coil. A metal terminal electrically connected to the electric control valve is formed on the surface of the biochip 75, and a control electric signal is applied to this terminal to operate the electric control valve. When the open / close control valve 79 is a magnetic control valve, for example, the valve is formed of a magnetostrictive element. The magnetic control valve is operated by applying a magnetic field by bringing a magnet close to the magnetic control valve. When the open / close control valve 79 is a pneumatic control valve, an air valve made of an elastic material such as PDMS is formed in the biochip, and the pneumatic control valve is operated by pressurization / decompression of air. In the case of a heat control valve or a magnetic control valve, since the valve can be operated without contact with the biochip 75, it is not necessary to consider contact failure, and it is preferable because it can be operated with high reliability.

回収用分岐路78には、図7の回収容器65を繋げ、流路76の出力には同図の廃棄用容器66を繋げる。   The recovery container 65 of FIG. 7 is connected to the recovery branch 78, and the waste container 66 of FIG.

開閉制御弁79を作動させるための制御機構(例えば熱制御弁の場合レーザー光源及びその制御手段)は、図示しないが標的細胞検索装置1が有している。バイオチップ75内に開閉制御弁79を有し、この制御を標的細胞検索装置1が行うことで、特定したNRBCを確実に回収することができる。また、外部に三方開閉制御弁64を配する必要が無く、複数の検体を検査する場合、三方開閉制御弁64を検体ごとに交換する手間がかからず、迅速に多数の検体からNRBCを回収することができる。   Although not shown, the target cell search device 1 has a control mechanism for operating the open / close control valve 79 (for example, a laser light source and its control means in the case of a thermal control valve). The open / close control valve 79 is provided in the biochip 75 and the target cell search device 1 performs this control, whereby the specified NRBC can be reliably recovered. Further, there is no need to provide the three-way opening / closing control valve 64 outside, and when testing a plurality of specimens, there is no need to replace the three-way opening / closing control valve 64 for each specimen, and NRBC is quickly collected from a large number of specimens. can do.

なお、図8中に示すように、光学観測窓部73よりも上流の流路76に、NRBCを光学標識する光学標識用薬液を外界から注入するための薬液注入路80を合流させてもよい。この場合、流路76に光学標識していない濃縮血液検体を注入し、薬液注入路80から光学標識薬液を注入することで、流路76内でNRBCを光学標識することができる(検体標識工程S12)。染色後の細胞画像例を図10に示す。図10(a)は標的細胞であるNRBCの典型的な画像である。なお、図10(b)は非標的細胞の一例である通常の赤血球(RBC)の典型的な画像であり、図10(c)は別な非標的細胞の一例である白血球(WBC)の典型的な画像である。   As shown in FIG. 8, a chemical solution injection path 80 for injecting an optical labeling chemical solution for optically labeling NRBC from the outside may be joined to the flow channel 76 upstream of the optical observation window 73. . In this case, NRBC can be optically labeled in the flow channel 76 by injecting a concentrated blood sample that is not optically labeled into the flow channel 76 and injecting an optically labeled chemical solution from the chemical solution injection path 80 (specimen labeling step). S12). An example of the cell image after staining is shown in FIG. FIG. 10 (a) is a typical image of the target cell NRBC. FIG. 10B is a typical image of normal red blood cells (RBC), which is an example of a non-target cell, and FIG. 10C is a typical image of white blood cells (WBC), which is an example of another non-target cell. It is a typical image.

また、開閉制御弁79に換えて、回収用分岐路78、流路76の分岐箇所に三方開閉制御弁を配してもよいし、回収用分岐路78及び流路76のいずれの流路に流れるかを制御可能な方向切換弁を配してもよい。   Instead of the opening / closing control valve 79, a three-way opening / closing control valve may be arranged at a branching point of the recovery branch 78 and the flow path 76. A direction switching valve that can control whether it flows may be provided.

また、開閉制御弁79に換えて、開閉操作可能な手動式の弁を配してもよい。この場合、NRBCが特定されたときに、例えば、撮像カメラ15でNRBCを追跡して撮像して、その画像を見ながらオペレータが手動で弁を操作してNRBCを回収容器65に回収する(標的細胞回収工程S22)。   Instead of the opening / closing control valve 79, a manual valve that can be opened and closed may be provided. In this case, when the NRBC is specified, for example, the NRBC is tracked and imaged by the imaging camera 15, and the operator manually operates the valve while viewing the image to collect the NRBC in the collection container 65 (target Cell recovery step S22).

バイオチップ75は、一例として、図9に側面図で示すように、2枚の板材であるベース板材86とカバー板材87とを貼り合わせて形成する。ベース板材86は、流路76、標的細胞通過フィルター72、廃棄路77、及び回収用分岐路78となる溝や、開閉制御弁79を嵌め込む溝を有し、一体成型で形成されている。このベース板材86は透明な樹脂やガラスでできており、硬質樹脂を用いる場合には金型やSi型を用いたナノインプリンティングや転写成型、切削加工、金型を用いたインジェクション成型などにより製作することができる。PDMSやエラストマーなどの軟質樹脂を用いる場合には金型やSi型を用いたナノインプリンティングや転写成型、金型を用いたインジェクション成型などにより製作することができる。ガラスを用いる場合には、ドライエッチング、ウエットエッチングなどにより製作することができる。電気配線が必要な場合にはCr、Auなどの配線を真空蒸着やスパッタにより製作する。このベース板材86に開閉制御弁79を組み込んでから、透明な樹脂平板であるカバー板材87を接着や熱接合、物理吸着により接合しバイオチップ75が完成する。光学観測窓部73には、その位置を示すような例えば枠状の指示表示を、印刷、彫り込み等で付してもよい。また、必要に応じてカバー板材86に流路を製作したり、3層以上の重ね合わせでバイオチップを製作したりすることも可能である。   As an example, the biochip 75 is formed by bonding a base plate member 86 and a cover plate member 87, which are two plate members, as shown in a side view in FIG. The base plate 86 has a groove that becomes a flow path 76, a target cell passage filter 72, a disposal path 77, and a collection branch path 78, and a groove into which the opening / closing control valve 79 is fitted, and is formed by integral molding. This base plate material 86 is made of transparent resin or glass. When a hard resin is used, it is manufactured by nanoimprinting, transfer molding, cutting using a mold or Si mold, or injection molding using a mold. can do. When a soft resin such as PDMS or elastomer is used, it can be manufactured by nanoimprinting or transfer molding using a mold or Si mold, or injection molding using a mold. When glass is used, it can be manufactured by dry etching, wet etching, or the like. When electrical wiring is required, wiring such as Cr and Au is manufactured by vacuum deposition or sputtering. After the opening / closing control valve 79 is incorporated into the base plate 86, the cover plate 87, which is a transparent resin flat plate, is bonded by bonding, thermal bonding, or physical adsorption, thereby completing the biochip 75. For example, a frame-shaped instruction display indicating the position may be attached to the optical observation window 73 by printing, engraving, or the like. Moreover, it is also possible to manufacture a flow path in the cover plate material 86 as necessary, or to manufacture a biochip by superposing three or more layers.

バイオチップ75で回収された標的細胞(図1のS23)に対して、前記の標的細胞検査工程S24のような処理が施される。   The target cells (S23 in FIG. 1) collected by the biochip 75 are subjected to processing such as the target cell inspection step S24.

なお、標的細胞検索装置1において、焦点制御用のレーザー光源12が、撮像用光源14として兼用されていてもよい。具体的には、図4(a)や図7の撮像用光源14を配さずに、レーザー光源12から、焦点合わせ用の光Leとして光学標識発現光Lを照射させる。このようにすると、簡便な構成になる。レーザー光Leの照射範囲(照射エリア)は狭いので、この構成は、撮像範囲が狭い図7の流路71や図8の流路76を撮像するときに特に好ましく採用することができる。 In the target cell search device 1, the focus control laser light source 12 may also be used as the imaging light source 14. More specifically, without placed the imaging light source 14 in FIGS. 4 (a) and 7, the laser light source 12 to irradiate the optical indicator expressing light L T as light Le for focusing. If it does in this way, it will become a simple structure. Since the irradiation range (irradiation area) of the laser beam Le is narrow, this configuration can be particularly preferably employed when imaging the channel 71 in FIG. 7 and the channel 76 in FIG. 8 where the imaging range is narrow.

本発明を用いる血液中の細胞の検査方法を行い、母体血中の胎児由来有核赤血球(NRBC)によって出生前診断に利用した例を、以下に示す。   An example in which the method for examining cells in blood using the present invention is performed and used for prenatal diagnosis using fetal nucleated red blood cells (NRBC) in maternal blood is shown below.

(実施例1)
胎児由来細胞の検査方法は、〔1〕母体血液の密度勾配遠心法によるNRBCの濃縮により濃縮血液検体を取得する検体取得工程、〔2〕濃縮血液検体を平面プレート上で塗抹して膜化し血液塗抹標本を作製し、ギムザ染色して光学標識する検体標識工程、〔3〕光学標識された検体を発現させそのカラー画像を撮像する光学標識発現工程、焦点制御工程、カラー画像取得工程、〔4〕カラー画像を2値化してノイズ除去する2値化処理工程、収縮膨張工程、〔5〕NRBCの位置を検索し特定する1次候補検索工程、2次候補検索工程、3次候補検索工程、標的細胞特定工程、〔6〕その位置情報に基づいてプレート上のNRBCを捕捉して回収する標的細胞回収工程、〔7〕回収した標的細胞の細胞核内の遺伝子情報を、FISH法のような染色体検査法である生物学的手法によって解析する標的細胞検査工程とにより、行われる。
Example 1
The test method for fetal cells is as follows: [1] Specimen acquisition step for acquiring a concentrated blood sample by concentration of NRBC by density gradient centrifugation of maternal blood; [2] Blood is formed by smearing the concentrated blood sample on a flat plate. Specimen labeling step of preparing a smear, optically labeling with Giemsa staining, [3] Optical labeling step of expressing an optically labeled sample and capturing the color image, focus control step, color image acquisition step, [4 A binarization process for binarizing the color image to remove noise, a contraction / expansion process, [5] a primary candidate search process for searching and specifying the position of the NRBC, a secondary candidate search process, a tertiary candidate search process, Target cell identification step, [6] Target cell recovery step of capturing and recovering NRBC on the plate based on the position information, [7] Gene information in the nucleus of the recovered target cell The target cells inspection step of analyzing the biological technique is chromosomal tests are performed.

以下に、各工程〔1〕〜〔7〕の基本的な操作手順を詳細に説明する。   Below, the basic operation procedure of each process [1]-[7] is demonstrated in detail.

〔1〕検体取得工程
ポリビニルピロリドン被覆シリカゲル微細粉末の原液(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製:パーコール)を生理食塩水(0.15MのNaCl水溶液:0.9%NaCl水溶液)で希釈し、比重1.085g/mlと1.075g/mlとのパーコール希釈液を調製した。
[1] Specimen acquisition process A stock solution of polyvinylpyrrolidone-coated silica gel fine powder (GE Healthcare Japan Co., Ltd .: Percoll) is diluted with physiological saline (0.15M NaCl aqueous solution: 0.9% NaCl aqueous solution) to obtain a specific gravity. Percoll dilutions of 1.085 g / ml and 1.075 g / ml were prepared.

比重1.085g/mlのパーコール希釈液の5mlを15ml遠沈管に注入した後、その遠沈管に、比重1.075g/mlパーコール希釈液の5mlを、ゆっくりと注入し、積層させた。妊婦からヘパリン採血した母体血液を、生理食塩水で2倍に希釈した。希釈した母体血液5mlを、先の15ml遠沈管にゆっくりと注入し積層させた。なお、さらに多めの母体血液を用いる場合は遠沈管数を増やしてもよく50ml遠沈管を用いてもよい。   After injecting 5 ml of Percoll diluted solution with a specific gravity of 1.085 g / ml into a 15 ml centrifuge tube, 5 ml of Percoll diluted solution with a specific gravity of 1.075 g / ml was slowly injected and laminated. Maternal blood collected from a pregnant woman with heparin was diluted 2-fold with physiological saline. 5 ml of diluted maternal blood was slowly injected into the 15 ml centrifuge tube and laminated. If a larger amount of maternal blood is used, the number of centrifuge tubes may be increased or a 50 ml centrifuge tube may be used.

この遠沈管を、30分間遠心した。下から順に、赤血球層、比重1.085g/mlのパーコール希釈液層、NRBC及び白血球含有層、比重1.075g/mlパーコール希釈液、リンパ球層、血漿層に、分離した。血漿層を、ディスポーザブルピペットで除去した。次いで、リンパ球層、比重1.075g/mlパーコール希釈液層も同様に、除去した。   The centrifuge tube was centrifuged for 30 minutes. In order from the bottom, the erythrocyte layer, the Percoll diluent layer having a specific gravity of 1.085 g / ml, the NRBC and leukocyte-containing layer, the specific gravity of 1.075 g / ml Percoll diluent, the lymphocyte layer, and the plasma layer were separated. The plasma layer was removed with a disposable pipette. Subsequently, the lymphocyte layer and the specific gravity 1.075 g / ml Percoll dilution layer were also removed.

NRBC及び白血球が存在する目的層が、表層に現れるので、それを注意深くピペットで採取した。   The target layer, in which NRBC and leukocytes are present, appears on the surface layer and was carefully pipetted.

採取した目的層の回収液を25ml遠沈管に入れ、そこへ生理食塩水又はpH7.2のリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を加え、10分間遠心し、上澄みを除去する操作を、3回繰り返すことによって、洗浄を行った。   The collected recovery solution of the target layer is placed in a 25 ml centrifuge tube, and then physiological saline or phosphate buffered saline (PBS) pH 7.2 is added thereto, followed by centrifugation for 10 minutes, and the supernatant is removed three times. Washing was performed by repeating.

そこへ、PBSを加えて10μlに希釈してNRBC含有細胞懸濁液を得た。   Thereto, PBS was added and diluted to 10 μl to obtain a cell suspension containing NRBC.

〔2〕検体標識工程
メチレンブルー、エオシン、アズールIIを含むギムザ液原液を、PBSで希釈して1%ギムザ液希釈溶液にした。
[2] Sample labeling step A Giemsa stock solution containing methylene blue, eosin and Azure II was diluted with PBS to give a 1% Giemsa solution dilution.

前記の検体取得工程で得たNRBC含有細胞懸濁液2μlをスライドガラス上に滴下した後、カバーガラスを用いてその懸濁液をスライドガラス上で均一に塗抹し膜にした。必要に応じその塗抹膜に冷風を当てて、塗抹膜を乾燥させた。その乾燥した塗抹膜ごとスライドガラスを、パッド中でメタノールに10分間漬け、塗抹膜を固定化した。必要に応じ冷風を当てながら塗抹膜を乾燥させた。   After 2 μl of the NRBC-containing cell suspension obtained in the above-described specimen acquisition step was dropped on a slide glass, the suspension was uniformly smeared on the slide glass using a cover glass to form a membrane. If necessary, cold air was applied to the smear to dry the smear. The slide glass together with the dried smear film was immersed in methanol in a pad for 10 minutes to immobilize the smear film. The smear film was dried while applying cold air as necessary.

次いで、その乾燥した塗抹膜ごとスライドガラスを、別なパッド中で2%ギムザ液希釈溶液に、10分間漬け、染色した。その染色した塗抹膜ごとスライドガラスを、別なパッド中で、超純水で2回洗浄した。必要に応じ冷風を当てながら塗抹膜を乾燥させて、検体標識した血液塗抹サンプルを作製した。   Next, the slide glass together with the dried smear was immersed in a 2% Giemsa solution diluted solution in another pad for 10 minutes and stained. The slide glass together with the stained smear was washed twice with ultrapure water in another pad. The smear film was dried while applying cold air as needed to prepare a specimen-labeled blood smear sample.

実施形態で説明した標的細胞検索装置を試作した。標的辞書や非標的辞書を予め作成した。標的辞書の作成に使用した標的辞書用画像データの1つを拡大して図15(a)に示す。また、非標的辞書の作成に使用した非標的辞書用画像データの1つを拡大して図15(b)に示す。これらの画像は52画素×52画素の大きさである。
〔3〕光学標識発現工程、焦点制御工程、カラー画像取得工程
試作した標的細胞検索装置のストッカに、前記の検体標識工程で作成したスライドガラスをセットした。標的細胞検索装置1を作動させると、標的細胞検索装置1は、このスライドガラスをXYZステージに搬送し、血液塗抹サンプルに撮像用光源を照射すると共に、焦点合わせしてカラー画像を自動で撮像した。撮像したカラー画像の一例を図16(a)に示す。このカラー画像は、2448画素×2050画素の大きさである。
The target cell search device described in the embodiment was prototyped. Target dictionaries and non-target dictionaries were created in advance. One of the target dictionary image data used for the creation of the target dictionary is enlarged and shown in FIG. FIG. 15B is an enlarged view of one of the non-target dictionary image data used for creating the non-target dictionary. These images are 52 pixels × 52 pixels in size.
[3] Optical labeling step, focus control step, color image acquisition step The slide glass prepared in the specimen labeling step was set in the stocker of the prototype target cell search device. When the target cell search device 1 is operated, the target cell search device 1 transports the slide glass to the XYZ stage, irradiates the blood smear sample with the imaging light source, and automatically focuses and color images. . An example of the captured color image is shown in FIG. This color image has a size of 2448 pixels × 2050 pixels.

〔4〕2値化処理工程、収縮膨張工程
続いて、標的細胞検索装置は、カラー画像データを2値化処理し、収縮膨張処理した。図16(a)のカラー画像を2値化処理した2値化画像を図16(b)に示し、それを収縮膨張処理した2値化画像を図16(c)に示す。各画像中に、後述する標的細胞特定工程で特定されたNRBCの位置を、矢印で示す。
[4] Binarization processing step and contraction / expansion step Subsequently, the target cell search device binarizes the color image data and performs contraction / expansion processing. FIG. 16B shows a binarized image obtained by binarizing the color image of FIG. 16A, and FIG. 16C shows a binarized image obtained by contracting and expanding the color image. In each image, the position of the NRBC specified in the target cell specifying step described later is indicated by an arrow.

〔5〕1次候補検索工程、2次候補検索工程、3次候補検索工程、標的細胞特定工程
次いで、標的細胞検索装置は、1次検索工程〜標的細胞特定工程を行い、図16(c)の画像中から自動的に標的細胞を1個特定した。標的細胞特定工程では、3次候補検索工程で選定された検査用画像データの連結画像領域の大きさが20〜40画素の範囲内、及びは真円度が0.5〜1.5の範囲内である連結画像領域を標的細胞の細胞核であると判定した。特定したNRBCの画像を、オペレータが目視で、NRBCであることを確認した。
[5] Primary candidate search step, secondary candidate search step, tertiary candidate search step, target cell specifying step Next, the target cell search device performs a primary search step to a target cell specifying step, and FIG. One target cell was automatically identified from the image of. In the target cell specifying step, the size of the connected image region of the test image data selected in the tertiary candidate search step is in the range of 20 to 40 pixels, and the roundness is in the range of 0.5 to 1.5. The connected image area inside was determined to be the nucleus of the target cell. The identified NRBC image was visually confirmed by the operator to be NRBC.

図16に示したNRBCは、3次候補検索工程において、
標的辞書Bとの距離Gb=44.004847
非標的辞書Cとの距離Gc=29.512506
評価関数S=−0.197128166
であり、標的細胞特定工程において、
X軸方向の幅(最大値)=25画素
Y軸方向の幅(最大値)=24画素
面積=463
周囲長L=82
半径R=周囲長÷π÷2=13.050705
真円度=0.865293
であった。
In the tertiary candidate search step, the NRBC shown in FIG.
Distance Gb = 44.004847 with target dictionary B
Distance Gc = 29.512506 with non-target dictionary C
Evaluation function S = −0.197128166
In the target cell identification step,
X-axis direction width (maximum value) = 25 pixels Y-axis direction width (maximum value) = 24 pixels Area = 463
Perimeter L = 82
Radius R = Perimeter length ÷ π ÷ 2 = 13.050705
Roundness = 0.865293
Met.

〔6〕標的細胞回収工程
標的細胞検索装置で見つけたNRBCが存在する血液塗末サンプルをマイクロマニピュレーター付き倒立顕微鏡のステージ上にセットした。標的細胞特定工程で特定された位置にステージを動かしNRBCの存在する位置に、顕微鏡に装着されたメジャーを見ながら手動で合わせた。
[6] Target cell recovery step A blood smear sample containing NRBC found by a target cell search apparatus was set on the stage of an inverted microscope equipped with a micromanipulator. The stage was moved to the position specified in the target cell identification step, and manually adjusted to the position where NRBC was present while looking at the measure attached to the microscope.

次いで、マイクロマニピュレーターを用いつつ、細胞回収用ガラスキャピラリーに100μg/mlのプロテイナーゼK溶液(和光純薬工業株式会社製 164−14004をTE緩衝液に溶解したもの)を吸引し、回収用キャピラリーからプロテイナーゼK溶液を、標的のNRBCに向け吐出してから室温で5分間放置した。暫くして標的のNRBC近傍がプロテイナーゼK溶液により剥離しやすくなったら、標的のNRBCを細胞剥離用ガラスキャピラリーでつついて剥がし、細胞回収用ガラスキャピラリーでNRBCを吸引し、捕捉して回収した。回収したNRBCを、600μlマイクロチューブに入れ、PBSで2回洗浄し、最終的に2μl程度の容量に調整し、回収したNRBC懸濁液を得た。なお、マイクロマニピュレーターで回収したNRBCはマイクロチューブに回収するのではなく、直接染色体検査用スライドガラス上に移してカルノア固定することも可能である。   Next, using a micromanipulator, a 100 μg / ml proteinase K solution (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 164-14004 dissolved in TE buffer) is sucked into a glass capillary for cell recovery, and the proteinase is recovered from the recovery capillary. The solution K was discharged toward the target NRBC and allowed to stand at room temperature for 5 minutes. When the vicinity of the target NRBC was easily peeled off by the proteinase K solution for a while, the target NRBC was peeled off with the cell peeling glass capillary, and the NRBC was sucked with the cell collecting glass capillary, captured and collected. The recovered NRBC was put in a 600 μl microtube, washed twice with PBS, and finally adjusted to a volume of about 2 μl to obtain a recovered NRBC suspension. The NRBC collected by the micromanipulator can be directly transferred onto a slide glass for chromosome examination and fixed to Carnoy instead of being collected in a microtube.

〔7〕標的細胞検査工程(染色体検査:FISH法)
先ず、カルノア液として、エタノール:酢酸=3:1の液を、調製した。エージング溶液として、2×SSC(標準クエン酸添加生理食塩水)/0.1%NP−40(Nonidet−40)溶液を、調製した。エタノール洗浄液として、70%エタノール水溶液、85%エタノール水溶液、100%エタノールを、調製した。変性溶液として、70%ホルムアミド/2×SSC溶液を、調製した。ホルムアミド洗浄液として、50%ホルムアミド/2×SSC溶液を、調製した。
[7] Target cell test process (chromosome test: FISH method)
First, a solution of ethanol: acetic acid = 3: 1 was prepared as a Carnoy liquid. As an aging solution, a 2 × SSC (standard citric acid-added physiological saline) /0.1% NP-40 (Nonidet-40) solution was prepared. As the ethanol washing solution, 70% ethanol aqueous solution, 85% ethanol aqueous solution, and 100% ethanol were prepared. A 70% formamide / 2 × SSC solution was prepared as a denaturing solution. A 50% formamide / 2 × SSC solution was prepared as a formamide washing solution.

次に、ハイブリダイゼーションバッファー(Abbott製、FISHプローブに添付されているもの)7μlと、蛍光物質で標識したオリゴヌクレオチドプローブであるFISHプローブ(Abbott製 32−190002、32−190001、32−192018、32−130018、32−131018、32−132023、32−131024など)1μlと、超純水2μlとをマイクロチューブに調合した。調合比率は、使用するFISHプローブの数により異なる。上記の例は、1種類のFISHプローブを使用する場合の例これを、攪拌後数秒間、遠心した後、73℃のブロックヒーターで5分間加熱してプローブを変性させた。このプローブ液は、使用直前まで45℃に保温しておいた。   Next, 7 μl of hybridization buffer (Abbott, attached to the FISH probe) and FISH probe (Abbott 32-190002, 32--190001, 32-192018, 32) -130018, 32-131018, 32-1332023, 32-131024, etc.) 1 μl and 2 μl of ultrapure water were prepared in a microtube. The mixing ratio varies depending on the number of FISH probes used. The above example is an example in the case of using one type of FISH probe. This was centrifuged for several seconds after stirring, and then heated with a block heater at 73 ° C. for 5 minutes to denature the probe. This probe solution was kept at 45 ° C. until just before use.

回収したNRBC懸濁液に、カルノア液5μlを加え、1500rpmで5分間遠心した後、上澄みを除去し、さらにカルノア液2μlを加えた。以上の遠心、上澄み除去、カルノア液2μl添加という操作を3回繰り返す。   To the recovered NRBC suspension, 5 μl of Carnoy's solution was added, and after centrifugation at 1500 rpm for 5 minutes, the supernatant was removed, and 2 μl of Carnoy's solution was further added. The above operations of centrifugation, removal of supernatant, and addition of 2 μl of Carnoy's solution are repeated three times.

このNRBCを含むカルノア液を、細胞固定化コートスライドガラスであるフロンティア(松波硝子工業株式会社製 FRC−05)の中央に滴下し、それを、加湿したタッパーに入れて67℃で10分間放置した後、冷風で乾燥し、NRBC固定化スライドを得た。   This Carnoy's solution containing NRBC was dropped onto the center of the frontier (FRC-05, Matsunami Glass Industrial Co., Ltd.), which is a cell-immobilized coated slide glass, and placed in a humidified tapper and left at 67 ° C. for 10 minutes. Then, it dried with cold air and obtained the NRBC fixed slide.

染色パッド中で、エージング溶液(2×SSC/0.1%NP−40)を37℃に加熱し、そこへ、NRBC固定化スライドを30分間浸漬した。次いで、NRBC固定化スライドを、別な染色パッド中、エタノール洗浄液である70%エタノール水溶液、85%エタノール水溶液、100%エタノールの順で、1分間ずつ浸漬して洗浄・脱水を行った後、冷風で乾燥した。   In the staining pad, the aging solution (2 × SSC / 0.1% NP-40) was heated to 37 ° C., and the NRBC-immobilized slide was immersed therein for 30 minutes. Next, the NRBC-immobilized slide was washed and dehydrated in a separate staining pad in the order of 70% ethanol aqueous solution, 85% ethanol aqueous solution, and 100% ethanol in order, followed by washing and dehydration. And dried.

サンプル細胞の状態により、必要に応じて、硫酸リチウムドデシル(Lithium Dodecyl Sulfate:LIS)溶液処理とペプシン溶液処理を行うとFISH成功率が向上する。   Depending on the state of the sample cells, the FISH success rate is improved by performing lithium dodecyl sulfate (LIS) solution treatment and pepsin solution treatment as necessary.

NRBC固定化スライドを染色パッド中で室温のLIS溶液(10〜100mMのLIS/0.1MのTris(トリス ヒドロキシメチル アミノメタン)、pH7.4)に30分間浸漬した。次いで、NRBC固定化スライドを、別な染色パッド中、2×SSC溶液に室温で1分間浸漬する洗浄を3回行う。次に染色パッド中で37℃に加熱したペプシン溶液(10〜100μg/mlのペプシン/0.01MのHCl、pH2)に10分間浸漬した。次いで別の染色パッド中の室温の酵素反応停止溶液(50mMのMgCl/PBS溶液、pH7.4)に5分間、別の染色パッド中の室温ホルマリン再固定液(1%ホルムアルデヒド/50mMのMgCl/PBS溶液、pH7.4)に10分間浸漬した。さらに室温のPBSに5分間浸漬し、エタノール洗浄液である70%エタノール水溶液、85%エタノール水溶液、100%エタノールの順で、1分間ずつ浸漬して洗浄・脱水を行った後、冷風で乾燥した。 NRBC-immobilized slides were immersed in a room temperature LIS solution (10-100 mM LIS / 0.1 M Tris (tris hydroxymethylaminomethane), pH 7.4) for 30 minutes in a staining pad. The NRBC-immobilized slide is then washed three times in a separate staining pad for 1 minute immersion in 2 × SSC solution at room temperature. Next, it was immersed in a pepsin solution (10-100 μg / ml pepsin / 0.01 M HCl, pH 2) heated to 37 ° C. in a staining pad for 10 minutes. The room temperature formalin refix solution (1% formaldehyde / 50 mM MgCl 2 ) in another staining pad was then added to the room temperature enzyme quenching solution (50 mM MgCl 2 / PBS solution, pH 7.4) in another staining pad for 5 minutes. / PBS solution, pH 7.4) for 10 minutes. Further, the sample was immersed in PBS at room temperature for 5 minutes, and washed and dehydrated in the order of 70% ethanol aqueous solution, 85% ethanol aqueous solution, and 100% ethanol as an ethanol cleaning solution, followed by drying with cold air.

染色パッド中で、変性溶液(70%ホルムアミド/2×SSC溶液)を73℃に加熱し、そこへ、NRBC固定化スライドを5分間浸漬した。次いで、NRBC固定化スライドを、別な染色パッド中、エタノール洗浄液である70%エタノール水溶液、85%エタノール水溶液、100%エタノールの順で、1分間ずつ浸漬して洗浄・脱水を行った後、冷風で乾燥した。   In the staining pad, the denaturing solution (70% formamide / 2 × SSC solution) was heated to 73 ° C., and the NRBC-immobilized slide was immersed therein for 5 minutes. Next, the NRBC-immobilized slide was washed and dehydrated in a separate staining pad in the order of 70% ethanol aqueous solution, 85% ethanol aqueous solution, and 100% ethanol in order, followed by washing and dehydration. And dried.

NRBC固定化スライドを、ヒーターで45℃に加熱した後、45℃で保存しておいたプローブ液10μlを、NRBC固定化スライドに滴下し、カバーガラスを被せ、気泡を追い出した後、ペーパーボンド(コクヨ株式会社製)でシールする。もしくは、NRBC固定化スライド上の細胞固定化位置にハイブリダイゼーション用マスクシール(エスシーワールド株式会社製)を貼り、ヒーターで45℃に加熱した後、45℃で保存しておいたプローブ液2μlを、NRBC固定化スライド上でハイブリダイゼーション用マスクシールで土手の如く形作られたウェルに滴下し、気泡が入らないように封印用シールを貼った。   After the NRBC-immobilized slide was heated to 45 ° C. with a heater, 10 μl of the probe solution stored at 45 ° C. was dropped onto the NRBC-immobilized slide, covered with a cover glass, and air bubbles were expelled. Sealed with KOKUYO Co., Ltd. Alternatively, a hybridization mask seal (manufactured by SC World Co., Ltd.) is attached to the cell immobilization position on the NRBC-immobilized slide, heated to 45 ° C. with a heater, and 2 μl of the probe solution stored at 45 ° C. is then added. The solution was dropped on a well formed like a bank with a hybridization mask seal on an NRBC-immobilized slide, and a sealing seal was affixed to prevent bubbles from entering.

このプローブ液を滴下したNRBC固定化スライドを、37℃に調整したインキュベーター中の加湿したタッパーに入れ、4〜18時間ハイブリダイゼーションを行った。   The NRBC-immobilized slide to which the probe solution was dropped was placed in a humidified tapper in an incubator adjusted to 37 ° C., and hybridization was performed for 4 to 18 hours.

カバーガラスあるいはハイブリダイゼーション用マスクシールを外し、ハイブリダイゼーションの終了したNRBC固定化スライドを、室温にて2×SSC溶液で洗浄した。   The cover glass or the mask mask for hybridization was removed, and the NRBC-immobilized slide after hybridization was washed with 2 × SSC solution at room temperature.

このNRBC固定化スライドを、染色パッド中で室温の2×SSC/0.3%NP−40溶液に5分間浸けて洗浄し、別の染色パッド中で73℃の2×SSC/0.3%NP−40溶液に2分間浸けて洗浄し、次いで別な染色パッド中で室温にて2×SSCに1分間浸けて洗浄した。   The NRBC-fixed slide was washed by soaking in a 2 × SSC / 0.3% NP-40 solution at room temperature for 5 minutes in a staining pad, and 2 × SSC / 0.3% at 73 ° C. in another staining pad. Washed by soaking in NP-40 solution for 2 minutes, then soaked in 2 × SSC for 1 minute at room temperature in a separate staining pad.

このNRBC固定化スライドに、2.3%DABCO(1,4-diazabicyclo[2,2,2]octan、和光純薬工業株式会社製;049-25712)を含む150μg/mlのDAPI(4’,6-diamidino-2-phenylindole、株式会社同仁化学研究所製;340-07971)溶液もしくは蛍光退色防止剤入りDAPI溶液(invitorogen製;SlowFade(登録商標) Gold Antifade Reagent with DAPI S36938 など)10μlを滴下し、カバーガラスを被せ、カバーガラスのずれやDAPI溶液の乾燥を防ぐため、無蛍光かつ無色のマニキュアでカバーガラスをシールした。   On this NRBC-immobilized slide, 150 μg / ml DAPI (4 ′, 4%, 4%, DABCO (1,4-diazabicyclo [2,2,2] octan, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; 049-25712)) is contained. 6-diamidino-2-phenylindole, manufactured by Dojindo Laboratories Co., Ltd .; 340-07971) or DAPI solution containing a fluorescent fading inhibitor (manufactured by Invitrogen; SlowFade (registered trademark) Gold Antifade Reagent with DAPI S36938, etc.) The cover glass was covered, and the cover glass was sealed with non-fluorescent and colorless nail polish to prevent the cover glass from slipping and the DAPI solution from drying.

蛍光顕微鏡で適切なフィルターを用いて、このNRBC固定化スライドを、観察し、画像撮像を行った。このNRBC固定化スライド上のNRBCの核は、蛍光標識したFISHプローブとのハイブリダイゼーションにより、染色体数に応じた数の蛍光のスポットが観察される状態となっていた。図11に正常細胞と21染色体トリソミー細胞の画像例を示す。図11(a)は正常細胞のFISH後の蛍光画像の顕微鏡写真であり、図11(b)は21染色体トリソミー細胞のFISH後の蛍光画像の顕微鏡写真であり、夫々XはX染色体、YはY染色体である。   The NRBC-immobilized slide was observed and imaged using an appropriate filter with a fluorescence microscope. The NRBC nucleus on the NRBC-immobilized slide was in a state where a number of fluorescent spots corresponding to the number of chromosomes were observed by hybridization with a fluorescently labeled FISH probe. FIG. 11 shows examples of images of normal cells and chromosome 21 trisomy cells. FIG. 11 (a) is a photomicrograph of a fluorescence image after FISH of a normal cell, FIG. 11 (b) is a photomicrograph of a fluorescence image after FISH of a 21-chromosome trisomy cell, where X is the X chromosome, and Y is Y chromosome.

撮像した画像を用いて蛍光スポット数による染色体数に関するデータ解析を行ったところ、染色体数異常による先天性異常の判定が可能であった。   Data analysis on the number of chromosomes based on the number of fluorescent spots was performed using the captured images, and it was possible to determine a congenital abnormality due to an abnormal number of chromosomes.

(実施例2)
必要に応じて染色体検査(FISH)後の核を回収してDNAマイクロアレイによる遺伝子検査を行うことも可能である。DNAマイクロアレイを用いることにより、1つの細胞で多数の疾病に関する検査を行うことができる。その基本的な操作手順を詳細に説明する。
(Example 2)
If necessary, it is possible to collect nuclei after chromosome examination (FISH) and perform genetic examination using a DNA microarray. By using a DNA microarray, a single cell can be used to test for many diseases. The basic operation procedure will be described in detail.

実施例1の〔1〕〜〔7〕のようにした染色体検査(FISH)後のNRBC固定化スライドを用いた。   NRBC-immobilized slides after chromosome examination (FISH) as in [1] to [7] of Example 1 were used.

〔7’〕標的細胞検査工程(遺伝子検査:DNAマイクロアレイ法)
FISH後のNRBC固定化スライドから、倒立顕微鏡に付いているマイクロマニピュレーターを用いて、NRBC若しくはNRBCの核を、マイクロチューブに回収した。
[7 '] Target cell test process (gene test: DNA microarray method)
From the NRBC-immobilized slide after FISH, NRBC or NRBC nuclei were collected in a microtube using a micromanipulator attached to an inverted microscope.

NRBCを回収したマイクロチューブに、ランダムプライマー(オペロンバイオテクノロジー株式会社製 SP180−1)とPCR酵素(タカラバイオ株式会社製 EX Taq DNA Polymerase RR001A)、バッファー(PCR酵素に添付されているもの)、dNTPPmix等(PCR酵素に添付されているもの)を加えPCR増幅反応を行った。   In a microtube from which NRBC was collected, a random primer (SP180-1 manufactured by Operon Biotechnology Co., Ltd.), PCR enzyme (EX Taq DNA Polymerase RR001A manufactured by Takara Bio Inc.), buffer (attached to the PCR enzyme), dNTPPmix Etc. (attached to the PCR enzyme) were added to carry out a PCR amplification reaction.

PCR反応後の溶液からPCR産物精製キット(株式会社キアゲン製 28104)を用いて増幅した遺伝子の精製を行ない、UULISYS Nucleic Acid Labeling Kits、Alexa Flour 546(Molecular Probe製 U-21652)を用いてPCR反応で増幅した遺伝子の蛍光ラベル化を行ない、Microcon YM-30(Millipore製 42409)で精製を行い、蛍光ラベル化したPCR産物を得た。その他の蛍光ラベル化したPCR産物を得る方法として、PCR反応時にCy3-dUTP(GE Healthcare製 PA55021)を反応溶液中に添加してPCR反応時に直接ラベル化を行い、PCR産物精製キットで精製を行うという方法もある。   From the solution after the PCR reaction, the amplified gene is purified using a PCR product purification kit (Qiagen 28104), and the PCR reaction is performed using UULISYS Nucleic Acid Labeling Kits, Alexa Flour 546 (Molecular Probe U-21652). The gene amplified in step 1 was fluorescently labeled and purified with Microcon YM-30 (Millipore 42409) to obtain a fluorescently labeled PCR product. As another method for obtaining fluorescent-labeled PCR products, Cy3-dUTP (GE Healthcare PA55021) is added to the reaction solution during PCR reaction, directly labeled during PCR reaction, and purified with PCR product purification kit. There is also a method.

この蛍光ラベル化したPCR産物と2×ハイブリダイゼーションバッファー(12 × SSC、0.4% SDS、10 × Denhardt’s溶液、0.2 mg/ml denatured salmon sperm DNA)とを等量混合し、94℃で1分間熱変性を行った後、氷上で急冷した。   This fluorescently labeled PCR product and 2x hybridization buffer (12 x SSC, 0.4% SDS, 10 x Denhardt's solution, 0.2 mg / ml denatured salmon sperm DNA) are mixed in equal amounts and heat-denatured at 94 ° C for 1 minute. And then cooled rapidly on ice.

それを、先天性異常に関連するDNAの部分配列を配置し固定化したDNAチップとも呼ばれるDNAマイクロアレイ(タカラバイオ株式会社製 DNAチップ用スライドガラス Takara-Hubble Slide Glass TX720や、住友ベークライト株式会社製 オリゴDNA用固定化基板 BS-11607を用いてエスシーワールド株式会社にてプローブDNAの固定化を行ったもの)上に10μl滴下し、カバーガラスを被せた。もしくは、DNAマイクロアレイ上にハイブリダイゼーション用マスクシール(エスシーワールド株式会社製)を貼り、ウェル内にハイブリダイゼーション溶液を2μl滴下し、シールをした。   A DNA microarray (also called a DNA chip slide glass Takara-Hubble Slide Glass TX720 manufactured by Takara Bio Inc., Oligo manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), which is also called a DNA chip in which partial sequences of DNA related to congenital anomalies are arranged and immobilized. 10 μl was dropped on a DNA immobilization substrate BS-11607, which was immobilized on probe DNA by SC World Co., Ltd., and covered with a cover glass. Alternatively, a hybridization mask seal (manufactured by SC World Co., Ltd.) was attached on the DNA microarray, and 2 μl of the hybridization solution was dropped into the well and sealed.

ハイブリダイゼーション温度(45〜60℃)に設定したインキュベーター内の加湿したタッパーに、このDNAマイクロアレイを入れ、4〜18時間ハイブリダイゼーションを行った。   The DNA microarray was placed in a humidified tapper in an incubator set to a hybridization temperature (45 to 60 ° C.), and hybridization was performed for 4 to 18 hours.

そのDNAマイクロアレイからカバーガラスやシールを外し、室温の2 × SSC溶液と65℃の2 × SSC/0.2% SDS溶液と室温の0.05 × SSC溶液の3種の洗浄液に、順番に5分間ずつ浸けて洗浄を行った。   Remove the cover glass and seal from the DNA microarray and immerse in 5 minutes each in 3 different washing solutions: 2 x SSC solution at room temperature, 2 x SSC / 0.2% SDS solution at 65 ° C and 0.05 x SSC solution at room temperature. Washing was performed.

DNAチップスキャナーもしくは蛍光顕微鏡にて、蛍光観察し、撮像を行った。ハイブリダイゼーション液中に、DNAマイクロアレイ上にスポットしたDNAに対応するDNAが存在した場合には、その箇所でDNAのハイブリダイゼーション反応が起こるため、ハイブリダイゼーション液中DNAにラベルした蛍光が観察される。   Fluorescence was observed and imaged with a DNA chip scanner or a fluorescence microscope. When DNA corresponding to the DNA spotted on the DNA microarray is present in the hybridization solution, a DNA hybridization reaction occurs at that location, and thus fluorescence labeled on the DNA in the hybridization solution is observed.

撮像した画像を用いてデータ解析を行ったところ、先天性異常に関係する遺伝子の配列の異常があった場合には、関連するプローブをスポットした箇所で蛍光が観察された。   When data analysis was performed using the captured image, when there was a gene sequence abnormality related to a congenital abnormality, fluorescence was observed at the spot where the relevant probe was spotted.

なお、遺伝子検査の手法によってはPCR増幅時にCy3-dUTP(GE Healthcare社製 PA55021)などの蛍光標識した核酸を用いてPCR反応時に直接ラベル化を行い、PCR産物精製キットで精製を行うことにより、PCR後の蛍光ラベル化操作が必要ない場合がある。   Depending on the method of genetic testing, direct labeling during PCR reaction using fluorescently labeled nucleic acids such as Cy3-dUTP (GE Healthcare PA55021) during PCR amplification, and purification with a PCR product purification kit, In some cases, fluorescent labeling operation after PCR is not necessary.

(実施例3)
(3−1)バイオチップ上でのFISHによる染色体検査
(Example 3)
(3-1) Chromosome inspection by FISH on biochip

パーコール法により得られた濃縮血液検体に0.15M KCl低膨張液を加え、室温で、10分間置き核の無い赤血球の破壊を行った(全ての無核赤血球が破壊されず残るものもあった)。次に1500rpmで5分間遠心を行い上澄みを除去した。さらに、PBSを添加し遠心、上澄み除去という操作を3回繰り返し無核赤血球量を削減した濃縮血液検体とした。   A 0.15M KCl low expansion solution was added to the concentrated blood sample obtained by the Percoll method, and erythrocytes without nuclei were destroyed at room temperature for 10 minutes (some anucleated erythrocytes remained unbroken). ). Next, the supernatant was removed by centrifugation at 1500 rpm for 5 minutes. Furthermore, the operation of adding PBS, centrifuging, and removing the supernatant was repeated three times to obtain a concentrated blood sample in which the amount of nucleated red blood cells was reduced.

この無核赤血球量を削減した濃縮血液検体を用いたこと以外は、実施例1の〔2〕〜〔6〕と同様にして、標的細胞を回収し、NRBC懸濁液を得た。それにPBSを加え、白血球除去フィルターを通す、若しくはCD45標識磁気ビーズを用いて白血球を除去した濃縮血液検体を図12に示すバイオチップ反応検出装置上のバイオチップへ注入した。同図では、液流路101を実線で示し、各液流路101の途中に配置した開閉制御弁102の制御用パターン配線を破線で示している。同図に示すように、バイオチップ反応検出装置は、細胞固定化フィルター104を内蔵するFISHチャンバー103、PCRチャンバー105、及びDNAマイクロアレイチャンバー(遺伝子検査用チャンバー)106を有している。   Target cells were collected and NRBC suspension was obtained in the same manner as in [2] to [6] of Example 1 except that this concentrated blood sample with a reduced amount of nucleated red blood cells was used. PBS was added thereto, passed through a leukocyte removal filter, or a concentrated blood sample from which leukocytes were removed using CD45-labeled magnetic beads was injected into the biochip on the biochip reaction detection apparatus shown in FIG. In the figure, the liquid flow path 101 is indicated by a solid line, and the control pattern wiring of the open / close control valve 102 disposed in the middle of each liquid flow path 101 is indicated by a broken line. As shown in the figure, the biochip reaction detection apparatus has a FISH chamber 103 containing a cell immobilization filter 104, a PCR chamber 105, and a DNA microarray chamber (gene testing chamber) 106.

バイオチップ反応検出装置に調合した各反応液をセットした(各溶液の組成・調合等の詳細は前述したFISH、DNAマイクロアレイと同様である)。   Each reaction solution prepared in the biochip reaction detection apparatus was set (the details of the composition and preparation of each solution are the same as those of the FISH and DNA microarray described above).

白血球除去フィルターを通過させた濃縮血液検体液5〜10μl、もしくは血液塗抹サンプルスライドから回収したNRBC懸濁液5μlをバイオチップ内FISH用チャンバー103に送液し、細胞固定化フィルター104上に細胞を固定化させた。   5-10 μl of the concentrated blood sample solution that has passed through the leukocyte removal filter or 5 μl of the NRBC suspension collected from the blood smear sample slide is sent to the FISH chamber 103 in the biochip, and the cells are placed on the cell immobilization filter 104. Immobilized.

エージング溶液5μl(2×SSC/0.1%NP−40)をバイオチップ内FISH用チャンバー103に送液し装置で37℃にバイオチップを加熱し、30分間置いた。次いで、室温で70%エタノール水溶液10μl、85%エタノール水溶液10μl、100%エタノール10μlの順でゆっくり送液して洗浄を行い、FISH用チャンバー103にエアを送り風乾させた。   5 μl of aging solution (2 × SSC / 0.1% NP-40) was fed to the FISH chamber 103 in the biochip, and the biochip was heated to 37 ° C. with the apparatus and placed for 30 minutes. Next, washing was performed by slowly feeding 10 μl of 70% ethanol aqueous solution, 10 μl of 85% ethanol aqueous solution, and 10 μl of 100% ethanol at room temperature in this order, and air was sent to the FISH chamber 103 and air dried.

変性溶液(70%ホルムアミド/2×SSC溶液)5μl(2×SSC/0.1%NP−40)をバイオチップ内FISH用チャンバー103に送液し、装置で73℃にバイオチップを加熱し、5分間置く。次いで、装置でバイオチップを4℃に冷却をしてから、4℃に冷却した70%エタノール水溶液10μlで洗浄した。次に装置を室温に戻し85%エタノール水溶液10μl、100%エタノール10μlの順でゆっくり送液して洗浄を行い、FISH用チャンバーにエアを送り風乾させた。   5 μl (2 × SSC / 0.1% NP-40) of a denaturing solution (70% formamide / 2 × SSC solution) is fed to the FISH chamber 103 in the biochip, and the biochip is heated to 73 ° C. with the apparatus. Let sit for 5 minutes. Next, the biochip was cooled to 4 ° C. with an apparatus, and then washed with 10 μl of a 70% ethanol aqueous solution cooled to 4 ° C. Next, the apparatus was returned to room temperature and slowly washed in the order of 10 μl of 85% ethanol aqueous solution and 10 μl of 100% ethanol for washing, and air was sent to the FISH chamber and air dried.

調整済みのハイブリダイゼーション用プローブ液2μlを流路チップのFISHチャンバー103に入れ、装置で73℃にバイオチップを加熱し、5分間加熱変性を行なった後、37℃で4〜16時間置き、ハイブリダイゼーション反応をさせた(必要に応じ振動を与えてハイブリダイゼーション反応を促進させた)。   Place 2 μl of the prepared hybridization probe solution in the FISH chamber 103 of the flow path chip, heat the biochip to 73 ° C. with the apparatus, heat denature for 5 minutes, and then place at 37 ° C. for 4 to 16 hours. A hybridization reaction was carried out (vibration was applied as necessary to promote the hybridization reaction).

室温で2×SSC/0.3%NP−40 10μlをFISHチャンバーに流し、5分間置いた。   At room temperature, 10 μl of 2 × SSC / 0.3% NP-40 was poured into the FISH chamber and left for 5 minutes.

2×SSC/0.3%NP−40 10μlをFISHチャンバーに流し、装置で73℃にバイオチップを加熱して2分間置いた。   10 μl of 2 × SSC / 0.3% NP-40 was poured into the FISH chamber, and the biochip was heated to 73 ° C. with the apparatus and placed for 2 minutes.

室温で2×SSC 20μlをFISHチャンバーに流し洗浄した。   At room temperature, 20 μl of 2 × SSC was poured into the FISH chamber and washed.

2.3% DABCOを含む対比色染色液150μg/ml DAPI 2μlをFISHチャンバーに入れた。   2. 2 μl of 150 μg / ml DAPI contrasting staining solution containing 3% DABCO was placed in the FISH chamber.

装置に搭載された適切なフィルターを用いて、このチャンバー内固定化細胞を、観察し、画像撮像を行った。   The chamber-immobilized cells were observed and imaged using an appropriate filter mounted on the apparatus.

撮像した画像の細胞形状から、NRBCの判別を行い、NRBCのFISHの結果より、染色体数異常による先天性異常についての判定を行った。正常細胞観察結果例を図13に示す。図13(a)は標的細胞であるNRBCの顕微鏡写真である。図13(b)はFISH後における標的細胞であるNRBCの顕微鏡写真であり、21は21染色体であり、XはX染色体、YはY染色体である。図13から明らかな通り、評価した標的NRBCには染色体数異常は見られず正常であることが分かった。   NRBC was determined from the cell shape of the captured image, and a congenital abnormality due to an abnormal number of chromosomes was determined from the FISH result of NRBC. An example of normal cell observation results is shown in FIG. FIG. 13 (a) is a photomicrograph of NRBC, which is a target cell. FIG. 13 (b) is a micrograph of NRBC, which is a target cell after FISH, 21 is 21 chromosomes, X is X chromosome, and Y is Y chromosome. As is clear from FIG. 13, the evaluated target NRBC was normal with no chromosome number abnormality.

(3−2)バイオチップ上でのDNAマイクロアレイによる遺伝子検査
染色体検査後のバイオチップのFISHチャンバー103内NRBCから直接、もしくは別途回収したNRBCからバイオチップ内で遺伝子検査を行った。染色体検査後のバイオチップ内FISHチャンバー103内NRBCを用いる場合には、FISHチャンバー103内に低張液(75mM KCl)5μl、室温で5分間置く。次に、細胞破砕液(100μg/mlプロテイナーゼK/0.01 M EDTA/0.5% SDS/TE緩衝液)5μlを注入し、装置で37℃に加熱して10分間置き細胞を破砕した。
(3-2) Genetic test using DNA microarray on biochip A genetic test was performed in the biochip directly from the NRBC in the FISH chamber 103 of the biochip after the chromosome test or from the separately collected NRBC. When using the NRBC in the FISH chamber 103 in the biochip after the chromosome test, 5 μl of hypotonic solution (75 mM KCl) is placed in the FISH chamber 103 for 5 minutes at room temperature. Next, 5 μl of cell disruption solution (100 μg / ml proteinase K / 0.01 M EDTA / 0.5% SDS / TE buffer solution) was injected, and the cells were heated to 37 ° C. with an apparatus for 10 minutes to disrupt the cells.

バイオチップのFISHチャンバー103から細胞破砕液をPCR反応用チャンバー105へ移動させ、PCRミックス液(プライマー/PCR酵素/PCRバッファー/Cy3−dUTP/dNTPmix)5μlを加え、装置でバイオチップの温度をコントロール(94℃1分→37℃2分→72℃1分というサイクルを繰り返す)してPCR反応を行った。   The cell disruption solution is transferred from the FISH chamber 103 of the biochip to the PCR reaction chamber 105, 5 μl of PCR mix solution (primer / PCR enzyme / PCR buffer / Cy3-dUTP / dNTPmix) is added, and the temperature of the biochip is controlled by the device. (The cycle of 94 ° C. for 1 minute → 37 ° C. for 2 minutes → 72 ° C. for 1 minute was repeated) to carry out the PCR reaction.

PCR反応後の反応液を検査対象のプローブDNAを固定化したDNAマイクロアレイを内蔵した遺伝子検査用チャンバー106へ送液し、2×ハイブリダイゼーションバッファー2μlを加え、装置で94℃にバイオチップを加熱し、2分間加熱変性を行なった後、37℃まで急冷させ、37℃で4〜16時間置き、ハイブリダイゼーション反応をさせた(必要に応じ振動を与えてハイブリダイゼーション反応を促進させた)。   The reaction solution after the PCR reaction is sent to the genetic testing chamber 106 containing the DNA microarray in which the probe DNA to be tested is immobilized, 2 μl of 2 × hybridization buffer is added, and the biochip is heated to 94 ° C. with the apparatus. After heat denaturation for 2 minutes, the mixture was rapidly cooled to 37 ° C. and allowed to stand at 37 ° C. for 4 to 16 hours to allow hybridization reaction (vibration was applied as necessary to promote the hybridization reaction).

ハイブリダイゼーション反応終了後、遺伝子検査用チャンバー106を、室温の2×SSC 10μlで洗浄し、次に2×SSC/0.2% SDS溶液10μlを注入して装置で65℃に加熱して5分間置いた。次に、室温の0.05×SSC 20μlで洗浄を行った。   After completion of the hybridization reaction, the gene testing chamber 106 is washed with 10 μl of 2 × SSC at room temperature, and then 10 μl of 2 × SSC / 0.2% SDS solution is injected and heated to 65 ° C. with the apparatus for 5 minutes. placed. Next, washing was performed with 20 μl of 0.05 × SSC at room temperature.

装置に搭載された適切なフィルターを用いて、遺伝子検査用チャンバー106のDNAマイクロアレイを蛍光観察し、画像撮像を行った。   Using an appropriate filter mounted on the apparatus, the DNA microarray in the gene testing chamber 106 was observed with fluorescence, and images were taken.

DNAマイクロアレイの配置を、表1に示す。表1中、ポジティブコントロールとして各濃度のヒトの遺伝子配列とマッチングしない30塩基の合成オリゴDNA(特注品)を用い、検査用プローブとして株式会社GSP研究所製のX,Y,13,18,21の各染色体のセントロメア近傍FISHプローブを基にDNAマイクロアレイ用プローブとしたもの(濃度10μM:特注品)である。13トリソミーは所謂パトー症候群、18トリソミーは所謂エドワード症候群、21トリソミーは所謂ダウン症候群の各障害の原因となる染色体異常を検査するものである。   The arrangement of the DNA microarray is shown in Table 1. In Table 1, a 30 base synthetic oligo DNA (custom product) that does not match the human gene sequence at each concentration is used as a positive control, and X, Y, 13, 18, 21 manufactured by GSP Laboratory Co., Ltd. are used as test probes. A DNA microarray probe based on the FISH probe near the centromere of each chromosome (concentration: 10 μM: custom-made product). Trisomy 13 is a so-called Patou syndrome, Trisomy 18 is a so-called Edward syndrome, and Trisomy 21 is a test for chromosomal abnormalities that cause so-called Down syndrome.

撮像した画像の蛍光箇所と蛍光値から、遺伝子異常による先天性異常についての判定を行った。正常細胞観察結果と21トリソミー観察結果を示す表1と2及び図14にから明らかな通り、染色体数が異常な場合は検出される蛍光値に違いが現れ、トリソミーの場合には正常の場合と比較して蛍光値が約1.5倍に明るく観察されることが分かった。   Judgment of congenital anomalies due to gene anomalies was made from the fluorescence locations and the fluorescence values of the captured images. As is apparent from Tables 1 and 2 showing the normal cell observation results and the 21 trisomy observation results and FIG. 14, when the number of chromosomes is abnormal, a difference appears in the detected fluorescence value. In comparison, it was found that the fluorescence value was observed about 1.5 times brighter.

このように、21トリソミー細胞では、21番染色体プローブの蛍光値が通常細胞より約1.5倍高く染色体数異常の判定が可能であった。このように染色体数の異常の判定では、蛍光数値の大小の比較を定量的行い、遺伝子異常の判定ではプローブとのハイブリダイゼーション結果から、検知すべき所期の染色体とのハイブリダイゼーションが行われたかどうか定性的に行い、診断に用いられることが示された。   Thus, in the trisomy 21 cell, the fluorescence value of the chromosome 21 probe was about 1.5 times higher than that of the normal cell, and it was possible to determine the abnormal number of chromosomes. In this way, the determination of the number of chromosomes is quantitatively compared with the magnitude of the fluorescence value, and the determination of genetic abnormality is based on the hybridization results with the probe. It was qualitatively shown to be used for diagnosis.

本発明を用いる血液中の標的細胞の検査方法は、出生前診断を行うために、採血した母体血液を用いて、胎児由来細胞のような特定の標的細胞を検査して、非侵襲で安全に胎児の出生前診断するのに有用である。また乳幼児乃至成人の血液中に存在する異常な標的細胞を検査して診断や治療を行うのに有用である。本発明を用いる標的細胞検索装置やそれに装着されるバイオチップは、この血液中の標的細胞の検査方法を正確かつ迅速に行うのに使用される。   The method for examining target cells in blood using the present invention is a non-invasive and safe method for examining pre-natal diagnosis of specific target cells such as fetal cells using maternal blood. Useful for prenatal diagnosis of the fetus. In addition, it is useful for diagnosis and treatment by examining abnormal target cells present in the blood of infants and adults. The target cell search apparatus using the present invention and the biochip attached thereto are used to accurately and quickly perform the method for examining target cells in blood.

1は標的細胞検索装置、2は撮像部、3は処理部、4はディスプレイ、5はストッカ、6は搬送機構、8は平面プレート、9は標的辞書作成手段、10は非標的辞書作成手段、11はXYZステージ、12はレーザー光源、13は焦点用カメラ、14は撮像用光源、15は撮像カメラ、16は拡大レンズ、21は画像取得手段、22は焦点制御手段、23は撮像位置制御手段、24は搬送制御手段、31は標的辞書記憶部、32は非標的辞書記憶部、41は検索用記憶部、42は2値化処理手段、43は収縮膨張処理手段、44は1次候補検索手段、45は2次候補検索手段、46は3次候補検索手段、47は標的細胞特定手段、51は標的辞書学習手段、52は非標的辞書学習手段、55は観察画像、56は規定位置、61は検体用容器、62は制御弁、63は加圧ポンプ、64は三方開閉制御弁、65は回収用容器、66は廃棄用容器、67は一方の出力管、68は他方の出力管、70・75はバイオチップ、71・76は流路、72は標的細胞通過フィルター、73は光学観察窓部、77は廃棄路、78は回収用分岐路、79は三方開閉制御弁、80は薬液注入路、82は隙間、85は制御用電極、86はベース板材、87はカバー板材、91は標的細胞、92は非標的細胞、101は液流路、102は開閉制御弁、103はFISHチャンバー、104は細胞固定化フィルター、105はPCRチャンバー、106はDNAマイクロアレイチャンバー、L1・L2は幅、Leは焦点制御用のレーザー光、Le´は反射光、Lは光学標識発現光、θは角度、S1は標的辞書作成工程、S2は非標的辞書作成工程、S11は検体取得工程、S12は検体標識工程、S13は光学標識発現工程、S14は焦点制御工程、S15はカラー画像取得工程、S16は2値化処理工程、S17は収縮膨張工程、S18は1次候補検索工程、S19は2次候補検索工程、S20は3次候補検索工程、S21は標的細胞特定工程、S22はステップ、S23は標的細胞回収工程、S24は標的細胞検査工程、S22・S31〜S35・S41〜S50はフローチャートにおけるステップである。 1 is a target cell search device, 2 is an imaging unit, 3 is a processing unit, 4 is a display, 5 is a stocker, 6 is a transport mechanism, 8 is a flat plate, 9 is a target dictionary creation means, 10 is a non-target dictionary creation means, 11 is an XYZ stage, 12 is a laser light source, 13 is a focusing camera, 14 is an imaging light source, 15 is an imaging camera, 16 is a magnifying lens, 21 is an image acquisition means, 22 is a focus control means, and 23 is an imaging position control means. , 24 is a transport control unit, 31 is a target dictionary storage unit, 32 is a non-target dictionary storage unit, 41 is a search storage unit, 42 is a binarization processing unit, 43 is a contraction / expansion processing unit, and 44 is a primary candidate search Means 45, secondary candidate search means 46, tertiary candidate search means 47, target cell specifying means 47, target dictionary learning means 51, non-target dictionary learning means 52, observation image 55, observation position 56, 61 is a sample container, 2 is a control valve, 63 is a pressure pump, 64 is a three-way opening / closing control valve, 65 is a collection container, 66 is a disposal container, 67 is one output pipe, 68 is the other output pipe, and 70 and 75 are biochips. , 71 and 76, a flow path, 72 a target cell passage filter, 73 an optical observation window, 77 a discard path, 78 a recovery branch path, 79 a three-way open / close control valve, 80 a chemical solution injection path, and 82 a gap 85 is a control electrode, 86 is a base plate material, 87 is a cover plate material, 91 is a target cell, 92 is a non-target cell, 101 is a liquid flow path, 102 is an open / close control valve, 103 is a FISH chamber, and 104 is cell immobilization filter, 105 PCR chamber, the DNA microarray chamber 106, L1 · L2 width, Le laser beam for focus control, Le' reflected light, L T is an optical indicator expressing light, theta is the angle, S1 is the target dictionary Product Step S11 is a non-target dictionary creation step, S11 is a sample acquisition step, S12 is a sample labeling step, S13 is an optical label expression step, S14 is a focus control step, S15 is a color image acquisition step, and S16 is a binarization processing step. , S17 is a contraction / expansion step, S18 is a primary candidate search step, S19 is a secondary candidate search step, S20 is a tertiary candidate search step, S21 is a target cell specifying step, S22 is a step, S23 is a target cell recovery step, S24 Is a target cell inspection step, and S22, S31 to S35 and S41 to S50 are steps in the flowchart.

Claims (5)

検査用に採血した血液とそれを濃縮した血液との何れかの血液検体が注入される流路を有するバイオチップであって、
前記流路は、前記血液検体中の検査すべき光学標識された標的細胞が通過可能であると共に前記標的細胞よりも大きな細胞が通過不可である隙間を有する標的細胞通過フィルターと、この標的細胞通過フィルターよりも下流に配されて前記標的細胞を前記バイオチップの外界から光学観察可能な光学観測用窓部と、この光学観測用窓部よりも下流で前記流路から分岐する前記標的細胞の回収用分岐路と、この回収用分岐路の分岐部分に配されて前記標的細胞を前記回収用分岐路に誘導するための弁とを備えることを特徴とするバイオチップ。
A biochip having a flow path into which a blood sample of blood collected for testing and blood concentrated from the blood is injected,
The flow path includes a target cell passage filter having a gap through which optically labeled target cells to be examined in the blood sample can pass and cells larger than the target cells cannot pass, and the target cell passage An optical observation window disposed downstream of the filter and optically observing the target cell from the outside of the biochip, and recovery of the target cell branched from the flow path downstream of the optical observation window A biochip comprising: a branch path; and a valve arranged at a branch portion of the recovery branch path to guide the target cell to the recovery branch path.
前記標的細胞通過フィルターが前記流路に複数配されていることを特徴とする請求項1に記載のバイオチップ。   The biochip according to claim 1, wherein a plurality of the target cell passage filters are arranged in the flow path. 前記弁が、熱的に制御可能な熱制御弁、電気的に制御可能な電気制御弁、又は磁気的に制御可能な磁気制御弁であることを特徴とする請求項1〜2の何れかに記載のバイオチップ。   3. The valve according to claim 1, wherein the valve is a thermally controllable thermal control valve, an electrically controllable electric control valve, or a magnetically controllable magnetic control valve. The biochip described. 前記光学観測窓部における前記流路が、前記標的細胞が重なり合うことなくその流路に沿って1列で通過可能な流路幅で形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のバイオチップ。   The flow path in the optical observation window is formed with a flow path width that allows the target cells to pass in one row along the flow path without overlapping. The biochip according to crab. 前記光学観測窓部よりも上流の前記流路に、前記標的細胞を光学標識する光学標識用薬液を外界から注入するための薬液注入路が合流していることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のバイオチップ。   5. A chemical solution injection path for injecting an optical labeling chemical solution for optically labeling the target cell from the outside into the flow channel upstream of the optical observation window portion. The biochip according to any one of the above.
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