JP2016001141A - Diagnosis support information generation method, image processing apparatus, diagnosis support information generation system, and image processing program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、診断支援情報生成方法、画像処理装置、診断支援情報生成システム及び画像処理プログラムに関する。 The present invention relates to a diagnosis support information generation method, an image processing apparatus, a diagnosis support information generation system, and an image processing program.
近年、抗体医薬を中心とした分子標的薬治療の広がりに伴い、分子標的薬をより効果的に設計するため、観察対象細胞上の生体物質の定量が求められている。生体物質の存在を確認する方法として、生体物質認識部位が結合された蛍光物質と、生体物質認識部位に対応した生体物質の結合に基づく、組織分析方法が知られている。 In recent years, with the spread of molecular targeted drug treatment centering on antibody drugs, in order to design molecular targeted drugs more effectively, quantification of biological substances on cells to be observed has been demanded. As a method for confirming the presence of a biological material, a tissue analysis method based on the binding of a fluorescent material to which a biological material recognition site is bound and a biological material corresponding to the biological material recognition site is known.
例えば、特許文献1では、組織切片の特定抗原を複数の蛍光物質を内包したナノ粒子を用いて染色し、ナノ粒子の蛍光シグナルに基づいて切片中の特定抗原の情報を生成する方法が記載されている。
特許文献1に記載の方法によれば、蛍光標識材料として高輝度の蛍光物質内包ナノ粒子を用いることにより、蛍光シグナルが組織の自家蛍光等に埋もれることなくドット状に観察される。これにより、ナノ粒子の蛍光シグナルに基づいて、生体物質の数を容易に計測可能である。
For example, Patent Document 1 describes a method in which a specific antigen of a tissue section is stained using nanoparticles containing a plurality of fluorescent substances, and information on the specific antigen in the section is generated based on the fluorescence signal of the nanoparticles. ing.
According to the method described in Patent Document 1, by using high-luminance fluorescent substance-containing nanoparticles as a fluorescent labeling material, a fluorescent signal is observed in a dot shape without being buried in the autofluorescence of the tissue or the like. Thereby, the number of biological substances can be easily measured based on the fluorescence signal of the nanoparticles.
しかし、実際のところ、取得した画像においては、複数の細胞或いは細胞核等の計測対象領域が重畳した重畳領域が多く観察される。特許文献1に記載の方法では、重畳領域に輝点が存在している場合には、重畳している細胞のいずれに輝点が所属しているかを判別することができないため、正確な診断情報が生成できず、誤診に繋がる可能性があった。 However, as a matter of fact, in the acquired image, a large number of overlapping regions in which measurement target regions such as a plurality of cells or cell nuclei are superimposed are observed. In the method described in Patent Document 1, when a bright spot is present in the overlapping region, it is impossible to determine which of the superimposed cells the bright spot belongs. Could not be generated and could lead to misdiagnosis.
本発明の主な目的は、重畳領域に存在する輝点がどの細胞に所属するかを判別し、正確な診断支援情報を生成することにある。 A main object of the present invention is to determine to which cell a bright spot existing in a superimposed region belongs, and to generate accurate diagnosis support information.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明によれば、
蛍光物質に特定の生体物質を認識する生体物質認識部位を結合したものを染色試薬として用いて染色された組織切片又は培養細胞の標本から、前記生体物質を定量して診断支援情報を生成する診断支援情報生成方法において、
前記標本における前記生体物質の発現を蛍光輝点で表す蛍光画像を入力する蛍光画像入力ステップと、
前記蛍光輝点を中心とした輝点領域の蛍光に基づいて、前記蛍光画像から前記生体物質の位置を算出する生体物質位置算出ステップと、
前記蛍光画像と同一視野範囲を撮影した明視野画像又は前記蛍光画像から、細胞の特定の部位を細胞領域として抽出する細胞領域抽出ステップと、
複数の細胞の前記細胞領域が重畳している重畳領域を抽出する重畳領域抽出ステップと、
前記重畳領域及び前記生体物質位置から、前記重畳領域に前記生体物質が存在するか否
かを判別する生体物質判別ステップと、
前記生体物質判別ステップにおいて前記重畳領域に前記生体物質が存在すると判別された場合に、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞に関する情報を重畳細胞情報として取得する重畳細胞情報取得ステップと、
前記生体物質位置及び前記重畳細胞情報から、前記重畳領域に存在する生体物質が、前記重畳領域において重畳している複数の細胞領域の何れに所属しているかを判別する所属判別ステップと、
を有することを特徴とする診断支援情報生成方法が提供される。
In order to solve the above problem, according to the invention described in claim 1,
Diagnosis of generating diagnostic support information by quantifying the biological material from a tissue section or cultured cell specimen stained using a fluorescent material combined with a biological material recognition site that recognizes a specific biological material as a staining reagent In the support information generation method,
A fluorescence image input step of inputting a fluorescence image representing the expression of the biological material in the specimen as a fluorescence bright spot;
A biological material position calculating step for calculating the position of the biological material from the fluorescent image based on the fluorescence of the bright spot region centered on the fluorescent bright spot;
A cell region extraction step for extracting a specific part of a cell as a cell region from a bright field image obtained by photographing the same visual field range as the fluorescent image or the fluorescent image;
A superimposed region extraction step for extracting a superimposed region in which the cell regions of a plurality of cells are superimposed;
A biological material determination step of determining whether or not the biological material exists in the superimposed region from the superimposed region and the biological material position;
When the biological material determination step determines that the biological material is present in the overlap region, the overlap cell information acquisition acquires, as overlap cell information, information related to a plurality of cells in which the cell region is overlapped in the overlap region. Steps,
From the biological material position and the superimposed cell information, an affiliation determination step of determining which of the plurality of cell regions superimposed in the superimposed region the biological material existing in the superimposed region belongs,
A diagnostic support information generation method characterized by comprising:
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の診断支援情報生成方法において、
前記生体物質位置算出ステップは、
前記輝点領域に存在する生体物質の高さを算出することを特徴とする診断支援情報生成方法が提供される。
According to the invention described in claim 2, in the diagnosis support information generation method according to claim 1,
The biological material position calculating step includes:
A diagnostic support information generation method is provided, which calculates the height of a biological substance existing in the bright spot region.
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2に記載の診断支援情報生成方法において、
前記生体物質位置算出ステップは、
前記輝点領域の輝度分布を示す輝度プロファイルを作成し、
前記輝度プロファイルと、予め作成された前記蛍光物質由来の蛍光の輝度分布及び蛍光物質の高さ方向の位置情報を備えた基準プロファイルとに基づいて、前記輝点領域に存在する生体物質の数及び高さを算出することを特徴とする診断支援情報生成方法が提供される。
According to the invention described in claim 3, in the diagnosis support information generation method according to claim 1 or 2,
The biological material position calculating step includes:
Create a brightness profile showing the brightness distribution of the bright spot area,
Based on the luminance profile and a reference profile having a fluorescence luminance distribution derived from the fluorescent material and position information in the height direction of the fluorescent material prepared in advance, the number of biological materials present in the bright spot region and A diagnostic support information generation method characterized by calculating a height is provided.
請求項4に記載の発明によれば、請求項2又は3に記載の診断支援情報生成方法において、
前記重畳細胞情報は、前記重畳領域において重畳している複数の前記細胞領域の高さ方向の相対位置情報を含み、
前記所属判別ステップは、前記生体物質の高さ及び前記細胞領域の高さ方向の相対位置情報から判別することを特徴とする診断支援情報生成方法が提供される。
According to the invention described in claim 4, in the diagnosis support information generating method according to claim 2 or 3,
The superimposed cell information includes relative position information in the height direction of the plurality of cell regions superimposed in the superimposed region,
In the affiliation determination step, a diagnosis support information generation method is provided in which the determination is performed based on the height of the biological material and relative position information in the height direction of the cell region.
請求項5に記載の発明によれば、請求項1〜4の何れか一項に記載の診断支援情報生成方法において、
前記重畳細胞情報は、前記重畳領域において重畳している複数の前記細胞領域の輪郭線の位置情報を含み、
前記所属判別ステップは、前記輝点領域に最も近接する前記輪郭線を持つ前記細胞領域に、前記生体物質が所属すると判別することを特徴とする診断支援情報生成方法が提供される。
According to the invention described in claim 5, in the diagnosis support information generation method according to any one of claims 1-4,
The superimposed cell information includes position information of contour lines of the plurality of cell regions that are superimposed in the superimposed region,
In the affiliation determination step, a diagnosis support information generation method is provided in which it is determined that the biological material belongs to the cell region having the contour line closest to the bright spot region.
請求項6に記載の発明によれば、請求項1〜5の何れか一項に記載の診断支援情報生成方法において、
前記重畳細胞情報は、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞の生理学的情報を含み、
前記所属判別ステップは、前記生理学的情報に基づいて前記生体物質が所属する可能性が高い細胞の前記細胞領域を特定し、特定した前記細胞領域に前記生体物質が所属すると判別することを特徴とする診断支援情報生成方法が提供される。
According to the invention described in claim 6, in the diagnosis support information generating method according to any one of claims 1 to 5,
The superimposed cell information includes physiological information of a plurality of cells on which the cell region is superimposed in the superimposed region,
The affiliation determining step identifies the cell region of a cell to which the biological material is likely to belong based on the physiological information, and determines that the biological material belongs to the specified cell region. A diagnostic support information generation method is provided.
請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載の診断支援情報生成方法において、
前記生理学的情報は、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞における、細胞質と核の面積比、細胞の円形度、細胞の面積、前記細胞領域内の輝点数、前記染色試薬による染色の不均一性、の何れか1つ又は複数であることを特徴とする診断支
援情報生成方法が提供される。
According to the invention described in claim 7, in the diagnosis support information generating method according to claim 6,
The physiological information includes the area ratio of cytoplasm and nucleus, cell circularity, cell area, number of bright spots in the cell region, the staining reagent in a plurality of cells in which the cell region is superimposed in the overlap region. There is provided a method for generating diagnosis support information, characterized in that any one or a plurality of non-uniformity of staining due to.
請求項8に記載の発明によれば、
蛍光物質に特定の生体物質を認識する生体物質認識部位を結合したものを染色試薬として用いて染色された組織切片又は培養細胞の標本から、前記生体物質を定量して診断支援情報を生成する画像処理装置において、
前記標本における前記生体物質の発現を蛍光輝点で表す蛍光画像を入力する蛍光画像入力手段と、
前記蛍光輝点を中心とした輝点領域の蛍光に基づいて、前記蛍光画像から前記生体物質位置を算出する生体物質位置算出手段と、
前記蛍光画像と同一視野範囲を撮影した明視野画像又は前記蛍光画像から、細胞の特定の部位を細胞領域として抽出する細胞領域抽出手段と、
複数の細胞の前記細胞領域が重畳している重畳領域を抽出する重畳領域抽出手段と、
前記重畳領域及び前記生体物質位置から、前記重畳領域に前記生体物質が存在するか否かを判別する生体物質判別手段と、
前記生体物質判別手段により、前記重畳領域に前記生体物質が存在すると判別された場合に、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞に関する情報を重畳細胞情報として取得する重畳細胞情報取得手段と、
前記生体物質位置及び前記重畳細胞情報から、前記重畳領域に存在する生体物質が、前記重畳領域において重畳している複数の細胞領域の何れに所属しているかを判別する所属判別手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置が提供される。
According to the invention described in claim 8,
An image for generating diagnostic support information by quantifying the biological material from a tissue section or cultured cell specimen stained using a fluorescent material combined with a biological material recognition site that recognizes a specific biological material as a staining reagent In the processing device,
A fluorescence image input means for inputting a fluorescence image representing the expression of the biological material in the specimen as a fluorescence bright spot;
A biological material position calculating means for calculating the biological material position from the fluorescent image based on the fluorescence of the bright spot region centered on the fluorescent bright spot;
A cell region extracting means for extracting a specific part of a cell as a cell region from a bright field image obtained by photographing the same visual field range as the fluorescent image or the fluorescent image;
A superimposed region extracting means for extracting a superimposed region where the cell regions of a plurality of cells are superimposed;
Biological material determination means for determining whether or not the biological material exists in the superimposed region from the superimposed region and the biological material position;
Superimposed cell information that acquires, as superimposed cell information, information related to a plurality of cells in which the cell region is superimposed in the superimposed region when the biological material determining unit determines that the biological material is present in the superimposed region. Acquisition means;
From the biological material position and the superimposed cell information, belonging determination means for determining which biological cells existing in the overlapping region belong to which of the plurality of cell regions superimposed in the overlapping region;
An image processing apparatus is provided.
請求項9に記載の発明によれば、
前記画像処理装置と、
前記画像処理装置で使用される、前記蛍光画像を取得する画像取得装置と、
を備えることを特徴とする診断支援情報生成システムが提供される。
According to the invention of claim 9,
The image processing device;
An image acquisition device for acquiring the fluorescent image used in the image processing device;
A diagnostic support information generation system is provided.
請求項10に記載の発明によれば、
蛍光物質に特定の生体物質を認識する生体物質認識部位を結合したものを染色試薬として用いて染色された組織切片又は培養細胞の標本から、前記生体物質を定量して診断支援情報を生成するコンピュータを、
前記標本における前記生体物質の発現を蛍光輝点で表す蛍光画像を入力する蛍光画像入力手段、
前記蛍光輝点を中心とした輝点領域の蛍光に基づいて、前記蛍光画像から前記生体物質位置を算出する生体物質位置算出手段、
前記蛍光画像と同一視野範囲を撮影した明視野画像又は前記蛍光画像から、細胞の特定の部位を細胞領域として抽出する細胞領域抽出手段、
複数の細胞の前記細胞領域が重畳している重畳領域を抽出する重畳領域抽出手段、
前記重畳領域及び前記生体物質位置から、前記重畳領域に前記生体物質が存在するか否かを判別する生体物質判別手段、
前記生体物質判別手段により前記重畳領域に前記生体物質が存在すると判別された場合に、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞に関する情報を重畳細胞情報として取得する重畳細胞情報取得手段、
前記生体物質位置及び前記重畳細胞情報から、前記重畳領域に存在する生体物質が、前記重畳領域において重畳している複数の細胞領域の何れに所属しているかを判別する所属判別手段、
として機能させるための画像処理プログラムが提供される。
According to the invention of claim 10,
A computer that generates diagnostic support information by quantifying the biological material from a tissue section or cultured cell specimen stained using a fluorescent material combined with a biological material recognition site that recognizes a specific biological material as a staining reagent The
Fluorescence image input means for inputting a fluorescence image representing the expression of the biological material in the specimen as a fluorescent luminescent spot,
A biological material position calculating means for calculating the biological material position from the fluorescent image based on the fluorescence of the bright spot region centered on the fluorescent bright spot;
A cell region extraction means for extracting a specific portion of a cell as a cell region from a bright field image obtained by photographing the same visual field range as the fluorescent image or the fluorescent image;
A superimposed region extracting means for extracting a superimposed region in which the cell regions of a plurality of cells are superimposed;
A biological material determination means for determining whether or not the biological material is present in the superimposed region from the superimposed region and the biological material position;
Superimposition cell information acquisition that acquires, as superimposed cell information, information related to a plurality of cells in which the cell region is superimposed in the overlap region when the biological material determination unit determines that the biological material exists in the overlap region means,
From the biological material position and the superimposed cell information, affiliation determination means for determining which biological cell existing in the superimposed region belongs to which of a plurality of cell regions superimposed in the superimposed region;
An image processing program for functioning as
本発明によれば、重畳領域に存在する輝点がどの細胞に所属しているかを判別することができるため、正確な診断支援情報を生成して、適切な治療が可能となる。 According to the present invention, it is possible to determine to which cell the bright spot existing in the superimposition region belongs, so that accurate diagnosis support information can be generated and appropriate treatment can be performed.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明するが、本発明はこれらに限定されない。 Hereinafter, although the form for implementing this invention with reference to figures is demonstrated, this invention is not limited to these.
<診断支援情報生成システム100の構成>
図1に、本発明の蛍光物質の定量方法を用いた診断支援情報生成システム100の全体構成例を示す。診断支援情報生成システム100は、所定の染色試薬で染色された人体の組織標本の顕微鏡画像を取得し、取得された顕微鏡画像を解析することにより、観察対象の組織標本における特定の生体物質の発現を定量的に表す特徴量を出力するシステムである。
<Configuration of Diagnosis Support Information Generation System 100>
FIG. 1 shows an example of the overall configuration of a diagnostic support information generation system 100 using the fluorescent substance quantification method of the present invention. The diagnosis support information generation system 100 acquires a microscopic image of a human tissue sample stained with a predetermined staining reagent, and analyzes the acquired microscopic image, thereby expressing a specific biological substance in the tissue sample to be observed. This is a system that outputs a feature quantity that quantitatively represents.
図1に示すように、診断支援情報生成システム100は、顕微鏡画像取得装置1Aと、画像処理装置2Aと、がケーブル3A等のインターフェースを介してデータ送受信可能に接続されて構成されている。なお、顕微鏡画像取得装置1Aと画像処理装置2Aとの接続方式は特に限定されない。例えば、顕微鏡画像取得装置1Aと画像処理装置2AはLAN(Local Area Network)により接続されることとしてもよいし、無線により接続される構成としてもよい。 As shown in FIG. 1, the diagnostic support information generation system 100 is configured by connecting a microscope image acquisition device 1A and an image processing device 2A so that data can be transmitted and received via an interface such as a cable 3A. The connection method between the microscope image acquisition device 1A and the image processing device 2A is not particularly limited. For example, the microscope image acquisition apparatus 1A and the image processing apparatus 2A may be connected via a LAN (Local Area Network) or may be connected wirelessly.
顕微鏡画像取得装置1Aは、公知のカメラ付き光学顕微鏡であり、スライド固定ステージ上に載置されたスライド上の組織標本の顕微鏡画像を取得し、画像処理装置2Aに送信
するものである。
顕微鏡画像取得装置1Aは、照射手段、結像手段、撮像手段、通信I/F等を備えて構成されている。照射手段は、光源、フィルター等により構成され、スライド固定ステージに載置されたスライド上の組織標本に光を照射する。結像手段は、接眼レンズ、対物レンズ等により構成された正立型、倒立型の何れでも良く、照射した光によりスライド上の組織標本から発せられる透過光、反射光、又は蛍光を結像する。撮像手段は、CCD(Charge Coupled Device)センサー等を備え、結像手段により結像面に結像される像を撮像して顕微鏡画像のデジタル画像データを生成する顕微鏡設置カメラである。通信I/Fは、生成された顕微鏡画像の画像データを画像処理装置2Aに送信する。
本実施の形態において、顕微鏡画像取得装置1Aは、明視野観察に適した照射手段及び結像手段を組み合わせた明視野ユニット、蛍光観察に適した照射手段及び結像手段を組み合わせた蛍光ユニットが備えられており、ユニットを切り替えることにより明視野/蛍光を切り替えることが可能である。蛍光観察時の光源としては、水銀ランプ、キセノンランプ、LED、レーザー光など、任意のものが使用できる。
The microscope image acquisition apparatus 1A is a known optical microscope with a camera, and acquires a microscope image of a tissue specimen on a slide placed on a slide fixing stage, and transmits the microscope image to the image processing apparatus 2A.
The microscope image acquisition apparatus 1A includes an irradiation unit, an imaging unit, an imaging unit, a communication I / F, and the like. The irradiation means includes a light source, a filter, and the like, and irradiates the tissue specimen on the slide placed on the slide fixing stage with light. The imaging means may be either an upright type or an inverted type constituted by an eyepiece, an objective lens, etc., and forms an image of transmitted light, reflected light, or fluorescence emitted from the tissue specimen on the slide by the irradiated light. . The imaging means is a microscope-installed camera that includes a CCD (Charge Coupled Device) sensor and the like, captures an image formed on the imaging surface by the imaging means, and generates digital image data of the microscope image. The communication I / F transmits image data of the generated microscope image to the image processing apparatus 2A.
In the present embodiment, the microscope image acquisition apparatus 1A includes a bright field unit that combines an irradiation unit and an imaging unit suitable for bright field observation, and a fluorescence unit that combines an irradiation unit and an imaging unit suitable for fluorescence observation. It is possible to switch between bright field / fluorescence by switching units. Any light source such as a mercury lamp, a xenon lamp, an LED, or a laser beam can be used as a light source for fluorescence observation.
なお、顕微鏡画像取得装置1Aとしては、カメラ付き顕微鏡に限定されず、例えば、顕微鏡のスライド固定ステージ上のスライドをスキャンして組織標本全体の顕微鏡画像を取得するバーチャル顕微鏡スライド作成装置(例えば、特表2002−514319号公報参照)等を用いてもよい。バーチャル顕微鏡スライド作成装置によれば、スライド上の組織標本全体像を表示部で一度に閲覧可能な画像データを取得することができる。 Note that the microscope image acquisition apparatus 1A is not limited to a microscope with a camera. For example, a virtual microscope slide creation apparatus (for example, a special microscope microscope) that acquires a microscope image of an entire tissue specimen by scanning a slide on a microscope slide fixing stage. Table 2002-514319 gazette) etc. may be used. According to the virtual microscope slide creation device, it is possible to acquire image data that allows the entire tissue specimen image on the slide to be viewed on the display unit at a time.
画像処理装置2Aは、顕微鏡画像取得装置1Aから送信された顕微鏡画像を解析することにより、観察対象の組織標本における特定の生体物質の発現分布を算出する。
図2に、画像処理装置2Aの機能構成例を示す。図2に示すように、画像処理装置2Aは、制御部21、操作部22、表示部23、通信I/F24、記憶部25等を備えて構成され、各部はバス26を介して接続されている。
The image processing apparatus 2A calculates the expression distribution of a specific biological substance in the tissue specimen to be observed by analyzing the microscope image transmitted from the microscope image acquisition apparatus 1A.
FIG. 2 shows a functional configuration example of the image processing apparatus 2A. As shown in FIG. 2, the image processing apparatus 2 </ b> A includes a control unit 21, an operation unit 22, a display unit 23, a communication I / F 24, a storage unit 25, and the like, and each unit is connected via a bus 26. Yes.
制御部21は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等を備えて構成され、記憶部25に記憶されている各種プログラムとの協働により各種処理を実行し、画像処理装置2Aの動作を統括的に制御する。例えば、制御部21は、記憶部25に記憶されているプログラムとの協働により画像解析処理(図5参照)を実行し、画像入力手段、生体物質位置算出手段、細胞領域及び重畳領域抽出手段、重畳領域の生体物質判別手段、重畳細胞情報取得手段、所属判別手段、としての機能を実現する。 The control unit 21 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and the like. The control unit 21 executes various processes in cooperation with various programs stored in the storage unit 25, and performs image processing 2A. Overall control of the operation. For example, the control unit 21 executes image analysis processing (see FIG. 5) in cooperation with a program stored in the storage unit 25, and performs image input means, biological material position calculation means, cell region and superimposed region extraction means. The function as the biological material discrimination means, the superposition cell information acquisition means, and the affiliation discrimination means in the superposition region is realized.
操作部22は、文字入力キー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードと、マウス等のポインティングデバイスを備えて構成され、キーボードで押下操作されたキーの押下信号とマウスによる操作信号とを、入力信号として制御部21に出力する。 The operation unit 22 includes a keyboard having character input keys, numeric input keys, various function keys, and the like, and a pointing device such as a mouse, and a key pressing signal pressed by the keyboard and an operation signal by the mouse. Are output to the control unit 21 as an input signal.
表示部23は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)等のモニタを備えて構成されており、制御部21から入力される表示信号の指示に従って、各種画面を表示する。本実施の形態において、表示部23は、画像解析結果を出力するための出力手段として機能する。 The display unit 23 includes a monitor such as a CRT (Cathode Ray Tube) or an LCD (Liquid Crystal Display), for example, and displays various screens according to instructions of a display signal input from the control unit 21. In the present embodiment, the display unit 23 functions as an output unit for outputting an image analysis result.
通信I/F24は、顕微鏡画像取得装置1Aをはじめとする外部機器との間でデータ送受信を行なうためのインターフェースである。通信I/F24は、明視野画像と蛍光画像の入力手段として機能する。 The communication I / F 24 is an interface for transmitting and receiving data to and from external devices such as the microscope image acquisition apparatus 1A. The communication I / F 24 functions as a bright field image and fluorescent image input unit.
記憶部25は、例えばHDD(Hard Disk Drive)や半導体の不揮発性メモリー等で構成されている。記憶部25には、前述のように各種プログラムや各種データ等が記憶されている。
その他、画像処理装置2Aは、LANアダプターやルーター等を備え、LAN等の通信ネットワークを介して外部機器と接続される構成としてもよい。
The storage unit 25 includes, for example, an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor nonvolatile memory, or the like. As described above, the storage unit 25 stores various programs, various data, and the like.
In addition, the image processing apparatus 2A may include a LAN adapter, a router, and the like and be connected to an external device via a communication network such as a LAN.
本実施の形態における画像処理装置2Aは、顕微鏡画像取得装置1Aから送信された明視野画像及び蛍光画像を用いて解析を行うことが好ましい。
明視野画像は、H(ヘマトキシリン)染色試薬、HE(ヘマトキシリン−エオジン)染色試薬を用いて染色された組織標本を、顕微鏡画像取得装置1Aにおいて明視野で拡大結像及び撮影することにより得られる顕微鏡画像であって、当該組織標本における細胞の形態を表す細胞形態画像である。ヘマトキシリンは青紫色の色素であり、細胞核、骨組織、軟骨組織の一部、漿液成分など(好塩基性の組織等)を染色する。エオジンは赤〜ピンク色の色素であり、細胞質、軟部組織の結合組織、赤血球、線維素、内分泌顆粒など(好酸性の組織等)を染色する。図3に、HE染色を行った組織標本を撮影した明視野画像の一例を示す。
蛍光画像は、特定の生体物質と特異的に結合及び/又は反応する生体物質認識部位が結合した蛍光物質を内包したナノ粒子(蛍光物質内包ナノ粒子と呼ぶ)を含む染色試薬を用いて染色された組織標本に対し、顕微鏡画像取得装置1Aにおいて所定波長の励起光を照射して蛍光物質内包ナノ粒子を発光(蛍光)させ、この蛍光を拡大結像及び撮影することにより得られる顕微鏡画像である。即ち、蛍光画像に現れる蛍光は、組織標本における、生体物質認識部位に対応する特定の生体物質の発現を示すものである。図4に、蛍光画像の一例を示す。
The image processing apparatus 2A in the present embodiment preferably performs analysis using the bright field image and the fluorescence image transmitted from the microscope image acquisition apparatus 1A.
The bright field image is a microscope obtained by enlarging and photographing a tissue specimen stained with an H (hematoxylin) staining reagent and an HE (hematoxylin-eosin) staining reagent in a bright field in the microscope image acquisition apparatus 1A. It is an image and is a cell form image showing the form of the cell in the tissue specimen. Hematoxylin is a blue-violet pigment that stains cell nuclei, bone tissue, part of cartilage tissue, serous components, etc. (basophilic tissue, etc.). Eosin is a red to pink pigment that stains cytoplasm, soft tissue connective tissue, red blood cells, fibrin, endocrine granules, and the like (eosinophilic tissue, etc.). FIG. 3 shows an example of a bright field image obtained by photographing a tissue specimen subjected to HE staining.
The fluorescent image is stained using a staining reagent including nanoparticles (referred to as fluorescent substance-containing nanoparticles) encapsulating a fluorescent substance bound with a biological substance recognition site that specifically binds and / or reacts with a specific biological substance. This is a microscope image obtained by irradiating the tissue specimen with excitation light of a predetermined wavelength in the microscope image acquisition device 1A to emit fluorescent substance-containing nanoparticles (fluorescence), and enlarging and photographing this fluorescence. . That is, the fluorescence appearing in the fluorescence image indicates the expression of a specific biological material corresponding to the biological material recognition site in the tissue specimen. FIG. 4 shows an example of the fluorescence image.
<蛍光画像の取得>
ここで、蛍光画像の取得方法について、この蛍光画像の取得に際して用いられる染色試薬(蛍光物質内包ナノ粒子)、染色試薬による組織標本の染色方法等も含めて詳細に説明する。
<Acquisition of fluorescence image>
Here, a method for acquiring a fluorescent image will be described in detail, including a staining reagent (fluorescent substance-containing nanoparticles) used for acquiring the fluorescent image, a staining method for a tissue specimen using the staining reagent, and the like.
〔蛍光物質〕
蛍光画像の取得のための染色試薬に用いられる蛍光物質としては、蛍光有機色素及び量子ドット(半導体粒子)を挙げることができる。200〜700nmの範囲内の波長の紫外〜近赤外光により励起されたときに、400〜1100nmの範囲内の波長の可視〜近赤外光の発光を示すことが好ましい。
[Fluorescent substance]
Examples of the fluorescent substance used in the staining reagent for obtaining a fluorescent image include fluorescent organic dyes and quantum dots (semiconductor particles). When excited by ultraviolet to near infrared light having a wavelength in the range of 200 to 700 nm, it preferably emits visible to near infrared light having a wavelength in the range of 400 to 1100 nm.
蛍光有機色素としては、フルオレセイン系色素分子、ローダミン系色素分子、Alexa Fluor(インビトロジェン社製)系色素分子、BODIPY(インビトロジェン社製)系色素分子、カスケード系色素分子、クマリン系色素分子、エオジン系色素分子、NBD系色素分子、ピレン系色素分子、シアニン系色素分子、芳香族炭化水素系分子等を挙げることができる。 Fluorescent organic dyes include fluorescein dye molecules, rhodamine dye molecules, Alexa Fluor (Invitrogen) dye molecules, BODIPY (Invitrogen) dye molecules, cascade dye molecules, coumarin dye molecules, and eosin dyes. Examples include molecules, NBD dye molecules, pyrene dye molecules, cyanine dye molecules, aromatic hydrocarbon molecules, and the like.
具体的には、5−カルボキシ−フルオレセイン、6−カルボキシ−フルオレセイン、5,6−ジカルボキシ−フルオレセイン、6−カルボキシ−2’,4,4’,5’,7,7’−ヘキサクロロフルオレセイン、6−カルボキシ−2’,4,7,7’−テトラクロロフルオレセイン、6−カルボキシ−4’,5’−ジクロロ−2’,7’−ジメトキシフルオレセイン、ナフトフルオレセイン、5−カルボキシ−ローダミン、6−カルボキシ−ローダミン、5,6−ジカルボキシ−ローダミン、ローダミン 6G、テトラメチルローダミン、X−ローダミン、スルホローダミンB、スルホローダミン101、及びAlexa Fluor
350、Alexa Fluor 405、Alexa Fluor 430、Alexa Fluor 488、Alexa Fluor 500、Alexa Fluor 514、Alexa Fluor 532、Alexa Fluor 546、Alexa Fluor 555、Alexa Fluor 568、Alexa Fluor 594、Alexa Fluor 610、Alexa Fluor 633、Alexa Fluor 635、Alexa Fluor 647、Alexa Fluor 660、Alexa Fluor 680、Alexa Fluor 700、Alexa Fluor 750、BODIPY FL、BODIPY TMR、BODIPY 493/503、BODIPY 530/550、BODIPY 558/568、BODIPY 564/57
0、BODIPY 576/589、BODIPY 581/591、BODIPY 630/650、BODIPY 650/665(以上インビトロジェン社製)、メトキシクマリン、エオジン、NBD、ピレン、Cy5、Cy5.5、Cy7、HiLyte Fluor 594(登録商標、アナスペック社製)、DyLight 594(登録商標、サーモサイエンティフィック社製)系色素分子、ATTO 594(登録商標、ATTO-TEC社製)、MFP 594(登録商標、Mobitec社製)、5,10,15,20-テトラフェニルポルフィンテトラスルホン酸、亜鉛5,10,15,20-テトラフェニルポルフィンテトラスルホン酸、フタロシアニンテトラスルホン酸、亜鉛フタロシアニンテトラスルホン酸、N,N-Bis-(2,6-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-(4-tert-butylphenoxy)-perylen-3,4,9,10-tetracarbonacid diimide、N,N’-Bis(N,N’-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-tetraphenoxyperylene-3,4:9,10-tetracarboxdiimide、Benzenesulfonic acid 4,4',4'',4'''-[(1,3,8,10-tetrahydro-1,3,8,10-tetraoxoperylo[3,4-cd:9,10-c'd']dipyran-5,6,12,13-tetrayl)tetralis(oxy)]tetrakis-等を挙げることができる。単独でも複数種を混合したものを用いてもよい。
Specifically, 5-carboxy-fluorescein, 6-carboxy-fluorescein, 5,6-dicarboxy-fluorescein, 6-carboxy-2 ′, 4,4 ′, 5 ′, 7,7′-hexachlorofluorescein, 6 -Carboxy-2 ', 4,7,7'-tetrachlorofluorescein, 6-carboxy-4', 5'-dichloro-2 ', 7'-dimethoxyfluorescein, naphthofluorescein, 5-carboxy-rhodamine, 6-carboxy Rhodamine, 5,6-dicarboxy-rhodamine, rhodamine 6G, tetramethylrhodamine, X-rhodamine, sulforhodamine B, sulforhodamine 101, and Alexa Fluor
350, Alexa Fluor 405, Alexa Fluor 430, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 500, Alexa Fluor 514, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 555, Alexa Fluor 568, Alexa Fluor 594, Alexa Fluor 610, Alexa Fluor 633, Alexa Fluor 635, Alexa Fluor 647, Alexa Fluor 660, Alexa Fluor 680, Alexa Fluor 700, Alexa Fluor 750, BODIPY FL, BODIPY TMR, BODIPY 493/503, BODIPY 530/550, BODIPY 558/568, BODIPY 564/57
0, BODIPY 576/589, BODIPY 581/591, BODIPY 630/650, BODIPY 650/665 (manufactured by Invitrogen), methoxycoumarin, eosin, NBD, pyrene, Cy5, Cy5.5, Cy7, HiLyte Fluor 594 (registered) Trademark, manufactured by Anaspec), DyLight 594 (registered trademark, manufactured by Thermo Scientific), dye molecule, ATTO 594 (registered trademark, manufactured by ATTO-TEC), MFP 594 (registered trademark, manufactured by Mobitec), 5 , 10,15,20-tetraphenylporphine tetrasulfonic acid, zinc 5,10,15,20-tetraphenylporphine tetrasulfonic acid, phthalocyanine tetrasulfonic acid, zinc phthalocyanine tetrasulfonic acid, N, N-Bis- (2, 6-diisopropylphenyl) -1,6,7,12- (4-tert-butylphenoxy) -perylen-3,4,9,10-tetracarbonacid diimide, N, N'-Bis (N, N'-diisopropylphenyl) -1 , 6,7,12-tetraphenoxyperylene-3,4: 9,10-tetracarboxdiimide, Benzenesulfonic acid 4,4 ', 4``, 4'''-[(1,3,8,10-tetrahydro-1,3 , 8,10-tetraoxoperylo [3,4-cd: 9,10-c 'd'] dipyran-5,6,12,13-tetrayl) tetralis (oxy)] tetrakis- and the like. You may use individually or what mixed multiple types.
量子ドットとしては、II−VI族化合物、III−V族化合物、又はIV族元素を成分として含有する量子ドット(それぞれ、「II−VI族量子ドット」、「III−V族量子ドット」、「IV族量子ドット」ともいう。)のいずれかを用いることができる。単独でも複数種を混合したものを用いてもよい。 Quantum dots include II-VI group compounds, III-V group compounds, or quantum dots containing group IV elements as components ("II-VI group quantum dots", "III-V group quantum dots", " Or “Group IV quantum dots”). You may use individually or what mixed multiple types.
具体的には、CdSe、CdS、CdTe、ZnSe、ZnS、ZnTe、InP、InN、InAs、InGaP、GaP、GaAs、Si、Geが挙げられるが、これらに限定されない。 Specific examples include, but are not limited to, CdSe, CdS, CdTe, ZnSe, ZnS, ZnTe, InP, InN, InAs, InGaP, GaP, GaAs, Si, and Ge.
上記量子ドットをコアとし、その上にシェルを設けた量子ドットを用いることもできる。以下、本明細書中シェルを有する量子ドットの表記法として、コアがCdSe、シェルがZnSの場合、CdSe/ZnSと表記する。例えば、CdSe/ZnS、CdS/ZnS、InP/ZnS、InGaP/ZnS、Si/SiO2、Si/ZnS、Ge/GeO2、Ge/ZnS等を用いることができるが、これらに限定されない。
量子ドットは必要に応じて、有機ポリマー等により表面処理が施されているものを用いてもよい。例えば、表面カルボキシ基を有するCdSe/ZnS(インビトロジェン社製)、表面アミノ基を有するCdSe/ZnS(インビトロジェン社製)等が挙げられる。
It is also possible to use a quantum dot having the above quantum dot as a core and a shell provided thereon. Hereinafter, as a notation of a quantum dot having a shell in this specification, when the core is CdSe and the shell is ZnS, it is expressed as CdSe / ZnS. For example, CdSe / ZnS, CdS / ZnS, InP / ZnS, InGaP / ZnS, Si / SiO2, Si / ZnS, Ge / GeO2, Ge / ZnS, and the like can be used, but not limited thereto.
As the quantum dots, those subjected to surface treatment with an organic polymer or the like may be used as necessary. Examples thereof include CdSe / ZnS having a surface carboxy group (manufactured by Invitrogen), CdSe / ZnS having a surface amino group (manufactured by Invitrogen), and the like.
〔蛍光物質内包ナノ粒子〕
本実施の形態において蛍光物質内包ナノ粒子とは、蛍光物質がナノ粒子内部に分散されたものをいい、蛍光物質とナノ粒子自体とが化学的に結合していても、結合していなくてもよい。
ナノ粒子を構成する素材は特に限定されるものではなく、ポリスチレン、ポリ乳酸、シリカ、メラミン等を挙げることができる。
[Fluorescent substance-containing nanoparticles]
In the present embodiment, the fluorescent substance-encapsulating nanoparticles are those in which the fluorescent substance is dispersed inside the nanoparticles, whether the fluorescent substance and the nanoparticles themselves are chemically bonded or not. Good.
The material constituting the nanoparticles is not particularly limited, and examples thereof include polystyrene, polylactic acid, silica, and melamine.
本実施の形態で用いられる蛍光物質内包ナノ粒子は、公知の方法により作製することが可能である。例えば、蛍光有機色素を内包したシリカナノ粒子は、ラングミュア 8巻 2921ページ(1992)に記載されているFITC内包シリカ粒子の合成を参考に合成することができる。FITCの代わりに所望の蛍光有機色素を用いることで種々の蛍光有機色素内包シリカナノ粒子を合成することができる。 The fluorescent substance-containing nanoparticles used in the present embodiment can be produced by a known method. For example, silica nanoparticles encapsulating a fluorescent organic dye can be synthesized with reference to the synthesis of FITC-encapsulated silica particles described in Langmuir 8, Vol. 2921 (1992). Various fluorescent organic dye-containing silica nanoparticles can be synthesized by using a desired fluorescent organic dye instead of FITC.
量子ドットを内包したシリカナノ粒子は、ニュー・ジャーナル・オブ・ケミストリー 33巻 561ページ(2009)に記載されているCdTe内包シリカナノ粒子の合成を参考に合成することができる。 Silica nanoparticles encapsulating quantum dots can be synthesized with reference to the synthesis of CdTe-encapsulated silica nanoparticles described in New Journal of Chemistry, Vol. 33, p. 561 (2009).
蛍光有機色素を内包したポリスチレンナノ粒子は、米国特許4326008(1982)に記載されている重合性官能基をもつ有機色素を用いた共重合法や、米国特許5326
692(1992)に記載されているポリスチレンナノ粒子への蛍光有機色素の含浸法を用いて作製することができる。
Polystyrene nanoparticles encapsulating a fluorescent organic dye can be obtained by copolymerization using an organic dye having a polymerizable functional group described in US Pat. No. 4,326,008 (1982), or US Pat.
692 (1992), and can be prepared by using a method of impregnating polystyrene nanoparticles with a fluorescent organic dye.
量子ドットを内包したポリマーナノ粒子は、ネイチャー・バイオテクノロジー19巻631ページ(2001)に記載されているポリスチレンナノ粒子への量子ドットの含浸法を用いて作製することができる。 The polymer nanoparticles encapsulating the quantum dots can be prepared by using the method of impregnating the quantum nanoparticles into polystyrene nanoparticles described in Nature Biotechnology, Vol. 19, page 631 (2001).
本実施の形態で用いられる蛍光物質内包ナノ粒子の平均粒径は特に限定されないが、抗原へのアクセスのしやすさや、蛍光粒子の信号がバックグラウンドノイズ(カメラのノイズや細胞の自家蛍光)に埋もれない範囲として、通常は30〜800nm程度である。
また、粒径のばらつきを示す変動係数も特に限定されないが、通常は20%以下のものを用いることが好ましい。
平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて電子顕微鏡写真を撮影し1000個の粒子について断面積を計測し、各計測値を円の面積としたときの円の直径を粒径としてその算術平均を平均粒径とした。変動係数も、1000個の粒子の粒径分布から算出した値とした。
The average particle diameter of the fluorescent substance-containing nanoparticles used in this embodiment is not particularly limited, but the accessibility of the antigen and the signal of the fluorescent particles are background noise (camera noise and cell autofluorescence). The range that is not buried is usually about 30 to 800 nm.
Also, the coefficient of variation indicating the variation in particle diameter is not particularly limited, but it is usually preferable to use a coefficient of 20% or less.
The average particle size is obtained by taking an electron micrograph using a scanning electron microscope (SEM), measuring the cross-sectional area of 1000 particles, and taking each measured value as the area of the circle as the diameter of the circle. The arithmetic average was taken as the average particle size. The coefficient of variation was also a value calculated from the particle size distribution of 1000 particles.
〔生体物質認識部位と蛍光物質内包ナノ粒子との結合〕
本実施の形態に係る生体物質認識部位とは、目的とする生体物質と特異的に結合及び/又は反応する部位である。目的とする生体物質は、それと特異的に結合する物質が存在するものであれば特に限定されるものではないが、代表的にはタンパク質(ペプチド)および核酸(オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド)、抗体等が挙げられる。したがって、そのような目的とする生体物質に結合する物質としては、前記タンパク質を抗原として認識する抗体やそれに特異的に結合する他のタンパク質等、および前記核酸にハイブリタイズする塩基配列を有する核酸等が挙げられる。具体的には、細胞表面に存在するタンパク質であるHER2に特異的に結合する抗HER2抗体、細胞核に存在するエストロゲン受容体(ER)に特異的に結合する抗ER抗体、細胞骨格を形成するアクチンに特異的に結合する抗アクチン抗体等があげられる。中でも抗HER2抗体及び抗ER抗体を蛍光物質内包ナノ粒子に結合させたものは、乳癌の投薬選定に用いることができ、好ましい。
[Bonding of biological substance recognition sites and fluorescent substance-containing nanoparticles]
The biological material recognition site according to the present embodiment is a site that specifically binds and / or reacts with the target biological material. The target biological substance is not particularly limited as long as a substance that specifically binds to the target biological substance exists, but typically, protein (peptide), nucleic acid (oligonucleotide, polynucleotide), antibody, etc. Is mentioned. Accordingly, substances that bind to the target biological substance include antibodies that recognize the protein as an antigen, other proteins that specifically bind to the protein, and nucleic acids having a base sequence that hybridizes to the nucleic acid. Is mentioned. Specifically, an anti-HER2 antibody that specifically binds to HER2, which is a protein present on the cell surface, an anti-ER antibody that specifically binds to an estrogen receptor (ER) present in the cell nucleus, and actin that forms a cytoskeleton And an anti-actin antibody that specifically binds to. Among them, those in which anti-HER2 antibody and anti-ER antibody are bound to fluorescent substance-containing nanoparticles can be used for selection of breast cancer medication, and are preferable.
生体物質認識部位と蛍光物質内包ナノ粒子の結合の態様としては特に限定されず、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合、物理吸着及び化学吸着等が挙げられる。結合の安定性から共有結合等の結合力の強い結合が好ましい。 The mode of binding between the biological substance recognition site and the fluorescent substance-encapsulating nanoparticles is not particularly limited, and examples thereof include covalent bonding, ionic bonding, hydrogen bonding, coordination bonding, physical adsorption, and chemical adsorption. A bond having a strong bonding force such as a covalent bond is preferred from the viewpoint of bond stability.
また、生体物質認識部位と蛍光物質内包ナノ粒子の間を連結する有機分子があってもよい。例えば、生体物質との非特異的吸着を抑制するため、ポリエチレングリコール鎖を用いることができ、Thermo Scientific社製SM(PEG)12を用いることができる。 Moreover, there may be an organic molecule that connects between the biological substance recognition site and the fluorescent substance-encapsulating nanoparticles. For example, in order to suppress non-specific adsorption with a biological substance, a polyethylene glycol chain can be used, and SM (PEG) 12 manufactured by Thermo Scientific can be used.
蛍光物質内包シリカナノ粒子へ生体物質認識部位を結合させる場合、蛍光物質が蛍光有機色素の場合でも、量子ドットの場合でも同様の手順を適用することができる。例えば、無機物と有機物を結合させるために広く用いられている化合物であるシランカップリング剤を用いることができる。このシランカップリング剤は、分子の一端に加水分解でシラノール基を与えるアルコキシシリル基を有し、他端に、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、アルデヒド基等の官能基を有する化合物であり、上記シラノール基の酸素原子を介して無機物と結合する。具体的には、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、ポリエチレングリコール鎖をもつシランカップリング剤(例えば、Gelest社製PEG-silane no. SIM6492.7)等が挙げられる。シランカップリング剤を用いる場合、2種以上を併用してもよい。 When the biological substance recognition site is bound to the fluorescent substance-encapsulating silica nanoparticles, the same procedure can be applied regardless of whether the fluorescent substance is a fluorescent organic dye or a quantum dot. For example, a silane coupling agent that is a compound widely used for bonding an inorganic substance and an organic substance can be used. This silane coupling agent is a compound having an alkoxysilyl group that gives a silanol group by hydrolysis at one end of the molecule and a functional group such as a carboxyl group, an amino group, an epoxy group, an aldehyde group at the other end, Bonding with an inorganic substance through an oxygen atom of the silanol group. Specifically, mercaptopropyltriethoxysilane, glycidoxypropyltriethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, silane coupling agent having a polyethylene glycol chain (for example, PEG-silane no. SIM6492.7 manufactured by Gelest), etc. Is mentioned. When using a silane coupling agent, you may use 2 or more types together.
蛍光有機色素内包シリカナノ粒子とシランカップリング剤との反応手順は、公知の手法
を用いることができる。例えば、得られた蛍光有機色素内包シリカナノ粒子を純水中に分散させ、アミノプロピルトリエトキシシランを添加し、室温で12時間反応させる。反応終了後、遠心分離又はろ過により表面がアミノプロピル基で修飾された蛍光有機色素内包シリカナノ粒子を得ることができる。続いてアミノ基と抗体中のカルボキシル基とを反応させることで、アミド結合を介し抗体を蛍光有機色素内包シリカナノ粒子と結合させることができる。必要に応じて、EDC(1-Ethyl-3-[3-Dimethylaminopropyl]carbodiimide Hydrochloride:Pierce(登録商標)社製)のような縮合剤を用いることもできる。
A known procedure can be used for the reaction procedure of the fluorescent organic dye-encapsulated silica nanoparticles and the silane coupling agent. For example, the obtained fluorescent organic dye-encapsulated silica nanoparticles are dispersed in pure water, aminopropyltriethoxysilane is added, and the mixture is reacted at room temperature for 12 hours. After completion of the reaction, fluorescent organic dye-encapsulated silica nanoparticles whose surface is modified with an aminopropyl group can be obtained by centrifugation or filtration. Subsequently, by reacting an amino group with a carboxyl group in the antibody, the antibody can be bound to the fluorescent organic dye-encapsulated silica nanoparticles via an amide bond. If necessary, a condensing agent such as EDC (1-Ethyl-3- [3-Dimethylaminopropyl] carbodiimide Hydrochloride: manufactured by Pierce (registered trademark)) can also be used.
必要により、有機分子で修飾された蛍光有機色素内包シリカナノ粒子と直接結合しうる部位と、分子標的物質と結合しうる部位とを有するリンカー化合物を用いることができる。具体例として、アミノ基と選択的に反応する部位とメルカプト基と選択的に反応する部位の両方をもつsulfo-SMCC(Sulfosuccinimidyl 4[N-maleimidomethyl]-cyclohexane-1-carboxylate:Pierce社製)を用いると、アミノプロピルトリエトキシシランで修飾した蛍光有機色素内包シリカナノ粒子のアミノ基と、抗体中のメルカプト基を結合させることで、抗体結合した蛍光有機色素内包シリカナノ粒子ができる。 If necessary, a linker compound having a site capable of directly binding to a fluorescent organic dye-encapsulated silica nanoparticle modified with an organic molecule and a site capable of binding to a molecular target substance can be used. As a specific example, sulfo-SMCC (Sulfosuccinimidyl 4 [N-maleimidomethyl] -cyclohexane-1-carboxylate: manufactured by Pierce) having both a site that selectively reacts with an amino group and a site that reacts selectively with a mercapto group When used, by binding the amino group of the fluorescent organic dye-encapsulated silica nanoparticles modified with aminopropyltriethoxysilane and the mercapto group in the antibody, antibody-bound fluorescent organic dye-encapsulated silica nanoparticles can be produced.
蛍光物質内包ポリスチレンナノ粒子へ生体物質認識部位を結合させる場合、蛍光物質が蛍光有機色素の場合でも、量子ドットの場合でも同様の手順を適用することができる。すなわち、アミノ基等の官能基をもつポリスチレンナノ粒子へ蛍光有機色素、量子ドットを含浸することにより、官能基もつ蛍光物質内包ポリスチレンナノ粒子を得ることができ、以降EDC又はsulfo-SMCCを用いることで、抗体結合した蛍光物質内包ポリスチレンナノ粒子ができる。
蛍光物質内包メラミンナノ粒子へ生体物質認識部位を結合させる場合、蛍光物質内包シリカナノ粒子と同様の手順を適用することができる。また、より反応性を向上させるため、メラミンナノ粒子と多官能性アミン化合物をあらかじめ反応させて表面アミノ基数を増やしても良い。
When the biological substance recognition site is bound to the fluorescent substance-encapsulated polystyrene nanoparticles, the same procedure can be applied regardless of whether the fluorescent substance is a fluorescent organic dye or a quantum dot. That is, by impregnating polystyrene nanoparticles having functional groups such as amino groups with fluorescent organic dyes and quantum dots, it is possible to obtain polystyrene nanoparticles encapsulating functional groups with fluorescent substances, and thereafter using EDC or sulfo-SMCC. Thus, antibody-bound fluorescent substance-encapsulated polystyrene nanoparticles can be produced.
When the biological substance recognition site is bound to the fluorescent substance-encapsulated melamine nanoparticles, the same procedure as that for the fluorescent substance-encapsulated silica nanoparticles can be applied. In order to further improve the reactivity, the number of surface amino groups may be increased by reacting melamine nanoparticles with a polyfunctional amine compound in advance.
特定抗原を認識する抗体としては、M.アクチン、M.S.アクチン、S.M.アクチン、ACTH、Alk-1、α1-アンチキモトリプシン、α1-アンチトリプシン、AFP、bcl-2、bcl-6、β-カテニン、BCA 225、CA19-9、CA125、カルシトニン、カルレチニン、CD1a、CD3、CD4、CD5、CD8、CD10、CD15、CD20、CD21、CD23、CD30、CD31、CD34、CD43、CD45、CD45R、CD56、CD57、CD61、CD68、CD79a、"CD99、MIC2"、CD138、クロモグラニン、c-KIT、c-MET、コラーゲン タイプIV、Cox-2、サイクリンD1、ケラチン、サイトケラチン(高分子量)、パンケラチン、パンケラチン、サイトケラチン5/6、サイトケラチン 7、サイトケラチン 8、サイトケラチン8/18、サイトケラチン 14、サイトケラチン 19、サイトケラチン 20、CMV、E-カドヘリン、EGFR、ER、EMA、EBV、第VIII因子関連抗原、ファッシン、FSH、ガレクチン-3、ガストリン、GFAP、グルカゴン、グリコフォリン A、グランザイムB、hCG、hGH、ヘリコバクターピロリ、HBc 抗原、HBs 抗原、ヘパトサイト特異抗原、HER2、HSV -I、HSV -II、HHV-8、IgA、IgG、IgM、IGF-1R、インヒビン、インスリン、カッパ L鎖、Ki67、ラムダ L鎖、LH、リゾチーム、マクロファージ、メランA、MLH-1、MSH-2、ミエロパーオキシダーゼ、ミオゲニン、ミオグロビン、ミオシン、ニューロフィラメント、NSE、p27
(Kip1)、p53、p53、P63、PAX 5、PLAP、ニューモシスティス カリニ、ポドプラニン(D2-40)、PGR、プロラクチン、PSA、前立腺酸性フォスファターゼ、Renal Cell Carcinoma、S100、ソマトスタチン、スペクトリン、シナプトフィジン、TAG-72、TdT、サイログロブリン、TSH、TTF-1、TRAcP、トリプターゼ、ビリン、ビメンチン、WT1、Zap-70が挙げられる。
Antibodies that recognize specific antigens include M. actin, MS actin, SM actin, ACTH, Alk-1, α1-antichymotrypsin, α1-antitrypsin, AFP, bcl-2, bcl-6, β-catenin, BCA 225, CA19-9, CA125, calcitonin, calretinin, CD1a, CD3, CD4, CD5, CD8, CD10, CD15, CD20, CD21, CD23, CD30, CD31, CD34, CD43, CD45, CD45R, CD56, CD57, CD61, CD68, CD79a, "CD99, MIC2", CD138, chromogranin, c-KIT, c-MET, collagen type IV, Cox-2, cyclin D1, keratin, cytokeratin (high molecular weight), pankeratin, pankeratin, cytokeratin 5/6, cytokeratin 7, cytokeratin 8, cytokeratin 8/18, cytokeratin 14, cytokeratin 19, cytokeratin 20, CMV, E-cadherin, EGFR, ER, EMA, EBV, factor VIII related antigen, Fassin, FSH, galectin-3, gastrin, GFAP, guru Gon, glycophorin A, granzyme B, hCG, hGH, Helicobacter pylori, HBc antigen, HBs antigen, hepatocyte specific antigen, HER2, HSV-I, HSV-II, HHV-8, IgA, IgG, IgM, IGF-1R, Inhibin, insulin, kappa light chain, Ki67, lambda light chain, LH, lysozyme, macrophage, melan A, MLH-1, MSH-2, myeloperoxidase, myogenin, myoglobin, myosin, neurofilament, NSE, p27
(Kip1), p53, p53, P63, PAX 5, PLAP, Pneumocystis carini, podoplanin (D2-40), PGR, prolactin, PSA, prostatic acid phosphatase, Renal Cell Carcinoma, S100, somatostatin, spectrin, synaptophysin, TAG-72, TdT, thyroglobulin, TSH, TTF-1, TRAcP, tryptase, villin, vimentin, WT1, and Zap-70.
〔染色方法〕
以下、組織標本の染色方法について述べるが、本願発明は組織標本に限定されるものではなく、基板上に固定した細胞等の標本にも適用可能である。
また、以下に説明する染色方法が適用できる組織標本の作製法は特に限定されず、公知の方法により作製されたものを用いることができる。
[Dyeing method]
Hereinafter, a method for staining a tissue specimen will be described, but the present invention is not limited to a tissue specimen, and can also be applied to a specimen such as a cell fixed on a substrate.
Moreover, the preparation method of the tissue specimen which can apply the dyeing | staining method demonstrated below is not specifically limited, What was produced by the well-known method can be used.
1)脱パラフィン工程
キシレンを入れた容器に組織標本を浸漬させ、パラフィンを除去する。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また、必要により浸漬途中でキシレンを交換してもよい。
次いで、エタノールを入れた容器に組織標本を浸漬させ、キシレンを除去する。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また、必要により浸漬途中でエタノールを交換してもよい。
次いで、水を入れた容器に組織標本を浸漬させ、エタノールを除去する。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また、必要により浸漬途中で水を交換してもよい。
1) Deparaffinization process The tissue specimen is immersed in a container containing xylene to remove paraffin. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or longer and 30 minutes or shorter. If necessary, xylene may be exchanged during the immersion.
Next, the tissue specimen is immersed in a container containing ethanol to remove xylene. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or longer and 30 minutes or shorter. Further, if necessary, ethanol may be exchanged during the immersion.
Next, the tissue specimen is immersed in a container containing water to remove ethanol. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or longer and 30 minutes or shorter. Moreover, you may exchange water in the middle of immersion as needed.
2)賦活化処理
公知の方法にならい、目的とする生体物質の賦活化処理を行う。賦活化条件に特に定めはないが、賦活液としては、0.01M クエン酸緩衝液(pH6.0)、1mM EDTA溶液(pH8.0)、5% 尿素、0.1M トリス塩酸緩衝液等を用いることができる。加熱機器は、オートクレーブ、マイクロウェーブ、圧力鍋、ウォーターバス等を用いることができる。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。温度は50〜130℃、時間は5〜30分で行うことができる。
次いで、PBS(Phosphate Buffered Saline:リン酸緩衝生理食塩水)を入れた容器に、賦活化処理後の組織標本を浸漬させ、洗浄を行う。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また、必要により浸漬途中でPBSを交換してもよい。
2) Activation process The activation process of the target biological substance is performed according to a known method. The activation conditions are not particularly defined, but as the activation liquid, 0.01 M citrate buffer (pH 6.0), 1 mM EDTA solution (pH 8.0), 5% urea, 0.1 M Tris-HCl buffer, etc. Can be used. As the heating device, an autoclave, a microwave, a pressure cooker, a water bath, or the like can be used. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The temperature can be 50 to 130 ° C. and the time can be 5 to 30 minutes.
Next, the tissue specimen after the activation treatment is immersed in a container containing PBS (Phosphate Buffered Saline) and washed. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or longer and 30 minutes or shorter. If necessary, PBS may be exchanged during the immersion.
3)生体物質認識部位が結合された蛍光物質内包ナノ粒子を用いた染色
生体物質認識部位が結合された蛍光物質内包ナノ粒子のPBS分散液を組織標本に載せ、目的とする生体物質と反応させる。蛍光物質内包ナノ粒子と結合させる生体物質認識部位を変えることにより、さまざまな生体物質に対応した染色が可能となる。数種類の生体物質認識部位が結合された蛍光物質内包ナノ粒子を用いる場合には、それぞれの蛍光物質内包ナノ粒子PBS分散液を予め混合しておいてもよいし、別々に順次組織標本に載せてもよい。
温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。反応時間は、30分以上24時間以下であることが好ましい。
蛍光物質内包ナノ粒子による染色を行う前に、BSA含有PBS等、公知のブロッキング剤を滴下することが好ましい。
次いで、PBSを入れた容器に、染色後の組織標本を浸漬させ、未反応蛍光物質内包ナノ粒子の除去を行う。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また、必要により浸漬途中でPBSを交換してもよい。カバーガラスを組織標本に載せ、封入する。必要に応じて市販の封入剤を使用してもよい。
なお、HE染色試薬を用いて染色を行う場合、カバーガラスによる封入前にHE染色を行う。
3) Staining using fluorescent substance-encapsulating nanoparticles combined with biological substance recognition sites Place PBS dispersion of fluorescent substance-encapsulating nanoparticles combined with biological substance recognition sites on a tissue specimen and react with the target biological substance . By changing the biological material recognition site to be combined with the fluorescent substance-containing nanoparticles, staining corresponding to various biological materials becomes possible. When using fluorescent substance-encapsulated nanoparticles to which several types of biological substance recognition sites are bound, each fluorescent substance-encapsulated nanoparticle PBS dispersion may be mixed in advance or separately placed on a tissue specimen separately. Also good.
The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The reaction time is preferably 30 minutes or more and 24 hours or less.
It is preferable to drop a known blocking agent such as BSA-containing PBS before staining with fluorescent substance-encapsulating nanoparticles.
Next, the stained tissue specimen is immersed in a container containing PBS to remove unreacted fluorescent substance-containing nanoparticles. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or longer and 30 minutes or shorter. If necessary, PBS may be exchanged during the immersion. Place the cover glass on the tissue specimen and enclose it. A commercially available encapsulant may be used as necessary.
In addition, when dyeing | staining using HE dyeing reagent, HE dyeing is performed before enclosure with a cover glass.
〔蛍光画像の取得〕
染色した組織標本に対し顕微鏡画像取得装置1Aを用いて、広視野の顕微鏡画像(蛍光画像)を取得する。顕微鏡画像取得装置1Aにおいて、染色試薬に用いた蛍光物質の吸収極大波長及び蛍光波長に対応した励起光源及び蛍光検出用光学フィルターを選択する。
(Fluorescence image acquisition)
A microscope image (fluorescence image) with a wide field of view is acquired from the stained tissue specimen using the microscope image acquisition device 1A. In the microscope image acquisition apparatus 1A, an excitation light source and a fluorescence detection optical filter corresponding to the absorption maximum wavelength and fluorescence wavelength of the fluorescent material used for the staining reagent are selected.
<診断支援情報生成システム100の動作(画像処理方法を含む。)>
以下、診断支援情報生成システム100において、上記説明した蛍光画像及び明視野画像を取得して解析を行う動作について具体的な実施形態を挙げて説明する。ここでは、特定のタンパク質(ここでは、乳癌組織におけるHER2タンパクとする。以下、特定タンパクと呼ぶ。)を認識する生体物質認識部位が結合した蛍光物質内包ナノ粒子を含む染色試薬を用いて染色された組織標本を観察対象とする場合を例にとり説明するが、これに限定されるものではない。
<Operation of Diagnosis Support Information Generation System 100 (Including Image Processing Method)>
Hereinafter, an operation of acquiring and analyzing the above-described fluorescence image and bright field image in the diagnosis support information generation system 100 will be described with specific embodiments. Here, staining is performed using a staining reagent containing fluorescent substance-encapsulating nanoparticles bound to a biological substance recognition site that recognizes a specific protein (here, HER2 protein in breast cancer tissue, hereinafter referred to as a specific protein). However, the present invention is not limited to this example.
(第一実施形態)
まず、操作者は、HE染色試薬と、特定タンパクを認識する生体物質認識部位が結合した蛍光物質内包ナノ粒子を蛍光標識材料とした染色試薬との、2種の染色試薬を用いて組織標本を染色する。
その後、顕微鏡画像取得装置1Aにおいて、(a1)〜(a5)の手順により明視野画像及び蛍光画像が取得される。なお、第一実施形態において、顕微鏡画像取得装置1Aは、標本を上方から観察する正立型の顕微鏡とし、標本の厚み方向(顕微鏡の焦点深度が移動する方向)を高さ方向、取得した画像の二次元座標をX座標及びY座標とする。
(a1)操作者は、ヘマトキシリン染色試薬と蛍光物質内包ナノ粒子を含む染色試薬とにより染色された組織標本をスライドに載置し、そのスライドを顕微鏡画像取得装置1Aのスライド固定ステージに設置する。
(a2)明視野ユニットに設定し、撮影倍率、ピントの調整を行い、組織標本上の観察対象の領域を視野に納める。
(a3)撮像手段で撮影を行って明視野画像の画像データを生成し、画像処理装置2Aに画像データを送信する。
(a4)ユニットを蛍光ユニットに変更する。
(a5)視野及び撮影倍率を変えずに撮像手段で撮影を行って蛍光画像の画像データを生成し、画像処理装置2Aに画像データを送信する。
(First embodiment)
First, the operator uses two types of staining reagents, an HE staining reagent and a staining reagent using fluorescent substance-encapsulated nanoparticles bound with a biological substance recognition site that recognizes a specific protein as a fluorescent labeling material. Stain.
Thereafter, in the microscope image acquisition apparatus 1A, a bright field image and a fluorescence image are acquired by the procedures (a1) to (a5). In the first embodiment, the microscope image acquisition apparatus 1A is an upright microscope that observes the specimen from above, and the acquired image has the thickness direction (the direction in which the depth of focus of the microscope moves) in the height direction. These two-dimensional coordinates are defined as an X coordinate and a Y coordinate.
(A1) An operator places a tissue specimen stained with a hematoxylin staining reagent and a staining reagent containing fluorescent substance-containing nanoparticles on a slide, and places the slide on a slide fixing stage of the microscope image acquisition apparatus 1A.
(A2) Set to the bright field unit, adjust the imaging magnification and focus, and place the observation target region on the tissue specimen in the field of view.
(A3) Shooting is performed by the imaging unit to generate bright field image data, and the image data is transmitted to the image processing apparatus 2A.
(A4) Change the unit to a fluorescent unit.
(A5) Shooting is performed by the imaging means without changing the field of view and the shooting magnification to generate image data of a fluorescent image, and the image data is transmitted to the image processing apparatus 2A.
画像処理装置2Aにおいては、明視野画像及び蛍光画像に基づき画像解析処理が実行される。
図5に、画像処理装置2Aにおける画像解析処理のフローチャートを示す。図5に示す画像解析処理は、制御部21と記憶部25に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
In the image processing apparatus 2A, image analysis processing is executed based on the bright field image and the fluorescence image.
FIG. 5 shows a flowchart of image analysis processing in the image processing apparatus 2A. The image analysis processing shown in FIG. 5 is executed in cooperation with the control unit 21 and the program stored in the storage unit 25.
まず、通信I/F24により顕微鏡画像取得装置1Aからの明視野画像が入力されると(ステップS1)、明視野画像から細胞の特定の部位(細胞領域)が抽出される(ステップS2)。細胞の特定の部位とは、例えば、細胞核、細胞の全体などであり、特定タンパクの種類に応じて任意に決められる。第一実施形態においては、細胞膜に囲まれた細胞全体を、細胞領域として抽出することとする。
図6に、ステップS2における処理の詳細フローを示す。ステップS2の処理は、制御部21と記憶部25に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
First, when a bright field image is input from the microscope image acquisition device 1A through the communication I / F 24 (step S1), a specific part (cell region) of a cell is extracted from the bright field image (step S2). The specific part of the cell is, for example, the cell nucleus, the whole cell, etc., and is arbitrarily determined according to the type of the specific protein. In the first embodiment, the entire cell surrounded by the cell membrane is extracted as a cell region.
FIG. 6 shows a detailed flow of the process in step S2. The process of step S2 is executed in cooperation with the control unit 21 and the program stored in the storage unit 25.
ステップS2においては、まず、明視野画像のモノクロ画像への変換が行われる(ステップS201)。図7(a)に、明視野画像の一例を示す。
次いで、モノクロ画像に対し予め定められた閾値を用いて閾値処理が施され、各画素の値が二値化される(ステップS202)。
In step S2, first, a bright-field image is converted into a monochrome image (step S201). FIG. 7A shows an example of a bright field image.
Next, threshold processing is performed on the monochrome image using a predetermined threshold, and the value of each pixel is binarized (step S202).
次いで、ノイズ処理が行われる(ステップS203)。ノイズ処理は、具体的には、二値画像にクロージング処理が施されることにより行うことができる。クロージング処理は、膨張処理を行ってから同じ回数分だけ収縮処理を行う処理である。膨張処理は、注目画素からn×n画素(nは2以上の整数)の範囲内にある画素に1つでも白が含まれている
場合に注目画素を白に置き換える処理である。収縮処理は、注目画素からn×n画素の範囲内にある画素に1つでも黒が含まれている場合に注目画素を黒に置き換える処理である。クロージング処理により、ノイズ等の小さい領域を除去することができる。図7(b)に、ノイズ処理後の画像の一例を示す。図7(b)に示すように、ノイズ処理後には、細胞が抽出された画像(細胞画像)が生成される。
Next, noise processing is performed (step S203). Specifically, the noise process can be performed by performing a closing process on the binary image. The closing process is a process in which the contraction process is performed the same number of times after the expansion process is performed. The expansion process is a process of replacing a target pixel with white when at least one pixel in the range of n × n pixels (n is an integer of 2 or more) from the target pixel is white. The contraction process is a process of replacing a target pixel with black when at least one pixel in the range of n × n pixels from the target pixel contains black. By the closing process, a small area such as noise can be removed. FIG. 7B shows an example of an image after noise processing. As shown in FIG. 7B, after noise processing, an image (cell image) from which cells are extracted is generated.
次いで、ノイズ処理後の画像にラベリング処理が施され、抽出された細胞のそれぞれにラベルが付与される(ステップS204)。ラベリング処理とは、連結している画素に同じラベル(番号)を付与していくことで画像内のオブジェクトを識別する処理である。ラベリング処理により、ノイズ処理後の画像から各細胞を識別してラベルを付与することができる。 Next, a labeling process is performed on the image after the noise process, and a label is assigned to each of the extracted cells (step S204). The labeling process is a process for identifying an object in an image by assigning the same label (number) to connected pixels. By the labeling process, each cell can be identified from the image after the noise process and a label can be applied.
次いで、ステップS3において、複数の細胞が重畳している重畳領域が抽出される。重畳領域の抽出方法は任意であるが、例えば、特開2000−321031号公報に記載の方法を用いることができる。具体的には、まず、入力画像から細胞中心となる画素を所定の基準に従って選択し、選択されたすべての細胞中心画素の周辺画素の濃度勾配の方向から、細胞の輪郭を形成する画素が選択され、重畳領域の有無が判別される。重畳領域が存在する場合には、重畳領域において重畳している細胞の数及び重畳領域の輪郭を構成する輪郭線が抽出される。 Next, in step S3, a superimposed region where a plurality of cells are superimposed is extracted. Although the method for extracting the overlapping region is arbitrary, for example, the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-321031 can be used. Specifically, first, a pixel that is the cell center is selected from the input image according to a predetermined criterion, and pixels that form the outline of the cell are selected from the direction of the density gradient of the peripheral pixels of all the selected cell center pixels. The presence / absence of the overlapping region is determined. When there is an overlapping area, the number of cells superimposed in the overlapping area and the outline that forms the outline of the overlapping area are extracted.
一方、通信I/F24により顕微鏡画像取得装置1Aからの蛍光画像が入力されると(ステップS4)、蛍光画像から蛍光物質内包ナノ粒子(本実施形態では以下単に「蛍光粒子」という。)の蛍光に由来する輝点領域が抽出される(ステップS5)。
ステップS5の処理は、制御部21と記憶部25に記憶されているプログラムとの協働により実行される。
ステップS5においては、まず、図8(a)に示されるような蛍光画像から蛍光輝点の波長に応じた色成分の抽出が行われる。たとえば、蛍光粒子の発光波長が550nmである場合には、その波長成分を有する蛍光輝点のみが画像として抽出される。
On the other hand, when a fluorescence image is input from the microscope image acquisition apparatus 1A through the communication I / F 24 (step S4), fluorescence of fluorescent substance-containing nanoparticles (hereinafter simply referred to as “fluorescent particles”) from the fluorescence image. A bright spot region derived from is extracted (step S5).
The process of step S5 is executed in cooperation with the control unit 21 and the program stored in the storage unit 25.
In step S5, first, a color component corresponding to the wavelength of the fluorescent bright spot is extracted from the fluorescent image as shown in FIG. For example, when the emission wavelength of the fluorescent particles is 550 nm, only the fluorescent bright spot having the wavelength component is extracted as an image.
次いで、抽出された画像に閾値処理が施され、二値化画像が生成され、輝点領域が抽出される。図8(b)に、輝点領域が抽出された画像の一例を示す。
なお、閾値処理の前に細胞自家蛍光や他の不要信号成分等のノイズ除去処理が施されてもよく、ガウシアンフィルタ等のローパスフィルタや二次微分等のハイパスフィルタが好ましく用いられる。
Next, threshold processing is performed on the extracted image, a binary image is generated, and a bright spot region is extracted. FIG. 8B shows an example of an image from which the bright spot area is extracted.
Note that noise removal processing such as cell autofluorescence and other unnecessary signal components may be performed before the threshold processing, and a low-pass filter such as a Gaussian filter or a high-pass filter such as a second derivative is preferably used.
ステップS3とステップS5の処理の終了後、細胞画像(図7(b))と輝点領域画像(図8(b))の加算処理が行われ(ステップS6)、細胞上における輝点領域の分布が画像処理装置2Aの表示部23に表示される。 After the processing of step S3 and step S5 is completed, addition processing of the cell image (FIG. 7B) and the bright spot area image (FIG. 8B) is performed (step S6), and the bright spot area on the cell is determined. The distribution is displayed on the display unit 23 of the image processing apparatus 2A.
次いで、抽出された各輝点領域について、細胞の重畳領域と重なっているか否かが判別される(ステップS7)。輝点領域が重畳領域と重なっていないと判別された場合には、ステップS9の工程に移行し、公知の方法によって輝点領域内の蛍光粒子の数及び位置が算出される。
輝点領域が重畳領域と重なっていると判別された場合には、ステップS8の工程に移行し、以下に述べるような方法によって、重畳領域に存在する蛍光粒子が所属する細胞が判別される。
Next, it is determined whether or not each of the extracted bright spot areas overlaps with the overlapping area of cells (step S7). If it is determined that the bright spot area does not overlap with the overlapping area, the process proceeds to step S9, and the number and position of fluorescent particles in the bright spot area are calculated by a known method.
If it is determined that the bright spot region overlaps the overlapping region, the process proceeds to step S8, and the cells to which the fluorescent particles existing in the overlapping region belong are determined by the method described below.
図9に、第一実施形態のステップS8における処理の詳細フローを示す。ステップS8においては、まず、重畳領域に存在する複数の細胞の情報(重畳細胞情報)が抽出される。第一実施形態においては、重畳領域に存在する細胞の高さ方向の相対位置関係(細胞の
相対高さ)が重畳細胞情報として抽出される(ステップS801)。
FIG. 9 shows a detailed flow of the process in step S8 of the first embodiment. In step S8, first, information of a plurality of cells (superimposed cell information) existing in the superimposed region is extracted. In the first embodiment, the relative positional relationship (relative height of the cells) in the height direction of the cells existing in the overlap region is extracted as the overlap cell information (step S801).
細胞の相対高さの判別方法は任意であるが、例えば、組織標本の下面近くにある細胞は、細胞と対物レンズの間に別の細胞等の組織が存在するため、光の散乱や吸収によって像がボケることを利用して判別することができる。具体的には、例えば、図10(a)の組織標本の断面の模式図で示されるように、重畳領域において2つの細胞40、41が重なっている場合には、重畳領域の輪郭線のうち、上側の細胞40の輪郭による線は下側の細胞41の輪郭による線と比べて明確に観察され、また、輪郭線を挟んだ重畳領域の内外のコントラストが高いことから、細胞の相対高さが判断できる。
図10(b)及び(c)に、2つの細胞が重畳している例を示す。図10(b)の細胞42、43が重畳した重畳領域においては、細胞42の輪郭線は細胞43の輪郭線と比べて明確であり、輪郭線を挟んだ重畳領域の内外のコントラストが高いことから、細胞42が上にあると判断される。図10(c)の細胞44、45が重畳した重畳領域においては、細胞44の輪郭線は明確に観察されるが、細胞45の輪郭線は非常に薄く、輪郭線を挟んだ重畳領域の内外のコントラストが低いことから、細胞44が上側にあると判断される。
The method for determining the relative height of the cells is arbitrary, but for example, cells near the lower surface of the tissue specimen have another cell or other tissue between the cells and the objective lens. This can be determined by utilizing the blurring of the image. Specifically, for example, as shown in the schematic diagram of the cross section of the tissue specimen in FIG. 10A, when two cells 40 and 41 overlap in the overlapping region, The line due to the outline of the upper cell 40 is clearly observed as compared with the line due to the outline of the lower cell 41, and the contrast between the inside and outside of the overlapping region sandwiching the outline is high. Can be judged.
FIGS. 10B and 10C show an example in which two cells are superimposed. In the overlapping region where the cells 42 and 43 in FIG. 10B are superimposed, the outline of the cell 42 is clearer than the outline of the cell 43, and the contrast inside and outside the overlapping region across the outline is high. From this, it is determined that the cell 42 is on the top. In the overlapping region where the cells 44 and 45 in FIG. 10C are superimposed, the outline of the cell 44 is clearly observed, but the outline of the cell 45 is very thin, and the inside and outside of the overlapping region sandwiching the contour line. Therefore, it is determined that the cell 44 is on the upper side.
次いで、輝点領域が抽出された蛍光画像から、輝点領域内の輝度信号値情報をマップ化した輝度プロファイルが作成され、その輝度プロファイルから各輝点領域における蛍光粒子の数と各蛍光粒子の位置とが算出される(ステップS802)。
「輝度プロファイル」とは、輝点領域が抽出された画像をマスクとして蛍光画像から抽出された画像とに基づき作成される輝度信号値の2次元分布情報であり、輝点領域における輝度信号値とその範囲(輝度分布の広がり)とを示すものである。
Next, a brightness profile is created by mapping the brightness signal value information in the bright spot area from the fluorescent image from which the bright spot area is extracted. From the brightness profile, the number of fluorescent particles in each bright spot area and each fluorescent particle The position is calculated (step S802).
The “luminance profile” is two-dimensional distribution information of luminance signal values created based on an image extracted from a fluorescence image using an image from which the luminescent spot region is extracted as a mask. This range (brightness distribution spread) is shown.
すなわち、図11(a)に示すように、蛍光画像から輝点領域が抽出された画像が生成されると、輝点領域ごとに、輝点領域が抽出された画像(図11(b))と、その輝点領域に対応する部位の蛍光画像(図11(c))とが重ね合わされ、輝点領域が抽出された画像をマスクとして、蛍光画像から輝点領域に対応する輝点画像が生成され(図11(d))、その輝点画像に基づき、XY座標平面上における輝度の分布が作成され(図11(e))、これが輝度プロファイルとなる。 That is, as shown in FIG. 11A, when an image in which a bright spot area is extracted from a fluorescence image is generated, an image in which a bright spot area is extracted for each bright spot area (FIG. 11B). And a fluorescent image (FIG. 11C) of a part corresponding to the bright spot region are overlaid, and the bright spot image corresponding to the bright spot region is obtained from the fluorescent image using the image from which the bright spot region is extracted as a mask. Generated (FIG. 11 (d)), a luminance distribution on the XY coordinate plane is created based on the bright spot image (FIG. 11 (e)), and this becomes a luminance profile.
なお、輝度プロファイルは、図11(e)に示すように、XY座標平面上における輝度値が2次元的に表現されたものであってもよいし、図11(f)に示すように、各XY座標位置における輝度値(高さ)が3次元的に表現されたものであってもよい。 The luminance profile may be a two-dimensional representation of the luminance value on the XY coordinate plane as shown in FIG. 11 (e), and each luminance profile as shown in FIG. 11 (f). The luminance value (height) at the XY coordinate position may be expressed three-dimensionally.
そして実際のところ、1つの輝点領域には1個または複数個の蛍光粒子が含まれ、かかる輝度プロファイルには蛍光粒子の数と各蛍光粒子の位置に応じた輝度値とその分布が示される。図12〜15の模式図において、左図は蛍光粒子の位置、右図は蛍光粒子が左図の位置にある場合の輝度プロファイルの形状を示す。 Actually, one bright spot region includes one or a plurality of fluorescent particles, and the luminance profile shows the luminance value and its distribution according to the number of fluorescent particles and the position of each fluorescent particle. . 12 to 15, the left figure shows the position of the fluorescent particles, and the right figure shows the shape of the luminance profile when the fluorescent particles are at the position shown in the left figure.
例えば、図12(a)に示されるように、1つの輝点領域において、1つの蛍光粒子が組織標本の上側にある場合の輝度プロファイルは、輝度の最大値が大きく、分布範囲が狭いという特徴がある。そして、図12(b)及び(c)に示されるように、蛍光粒子が組織標本の下面近くにあるほど、蛍光粒子の蛍光シグナルが組織を透過する間に散乱するため、輝度の最大値が小さくなり、分布範囲が広がる。 For example, as shown in FIG. 12A, the luminance profile in the case where one fluorescent particle is on the upper side of the tissue sample in one bright spot region has a feature that the maximum luminance value is large and the distribution range is narrow. There is. Then, as shown in FIGS. 12B and 12C, the closer the fluorescent particle is to the lower surface of the tissue specimen, the more the fluorescent signal of the fluorescent particle is scattered while passing through the tissue. Smaller and wider distribution range.
また、同じ高さに近接して存在する複数の蛍光粒子が1つの輝点領域として計測される場合もあり、蛍光粒子の高さ方向位置及び蛍光粒子間の距離に応じて、輝度プロファイルの形状は変化する。例えば、図13(a)に示されるように、2つの蛍光粒子が組織標本の上側に隣接している場合には、蛍光粒子が1つの場合の輝度プロファイルと比較して、
輝度の最大値が大きく、分布範囲は若干広がる。また、図13(b)に示されるように、蛍光粒子が少し離れている場合には、図13(a)と比べて輝度の最大値はやや小さくなり、分布範囲が広がる。蛍光粒子がさらに離れている場合には、図13(c)に示されるように2つのピークが見られ、それぞれのピークの輝度の最大値は蛍光粒子が上面側に1つある場合(図12(a))とほぼ同じである。
In addition, a plurality of fluorescent particles that are close to the same height may be measured as one bright spot region, and the shape of the luminance profile depends on the height direction position of the fluorescent particles and the distance between the fluorescent particles. Will change. For example, as shown in FIG. 13 (a), when two fluorescent particles are adjacent to the upper side of the tissue specimen, compared with the luminance profile in the case of one fluorescent particle,
The maximum luminance value is large, and the distribution range is slightly widened. Further, as shown in FIG. 13B, when the fluorescent particles are slightly apart, the maximum luminance value is slightly smaller than that in FIG. 13A, and the distribution range is widened. When the fluorescent particles are further apart, two peaks are seen as shown in FIG. 13C, and the maximum luminance value of each peak is when there is one fluorescent particle on the upper surface side (FIG. 12). It is almost the same as (a)).
また、同一のXY座標位置且つ異なる高さに存在する複数の蛍光粒子が1つの輝点領域として計測される場合もあり、蛍光粒子の位置及び蛍光粒子間の距離に応じて、輝度プロファイルの形状は変化する。例えば、図14(a)に示されるように、2つの蛍光粒子が組織標本の上側に存在している場合には、図12(a)の蛍光粒子の輝度プロファイルと比較して、輝度の最大値は大きくなり、分布範囲の広がりは変化しない。また、図14(b)に示されるように、2つの蛍光粒子が組織標本の上側と下側に離れて存在している場合には、図14(a)と比べて輝度の最大値はやや低くなり、高い輝度の分布範囲はほぼ変わらないが、低い輝度の分布範囲が広がる。また、図14(c)に示されるように、2つの蛍光粒子が組織標本の下側に存在している場合には、輝度の最大値は図14(b)より小さいが、蛍光粒子が組織標本の下側に1つある場合(図12(c))よりは大きい。 In addition, a plurality of fluorescent particles that exist at the same XY coordinate position and at different heights may be measured as one bright spot region, and the shape of the luminance profile depends on the position of the fluorescent particles and the distance between the fluorescent particles. Will change. For example, as shown in FIG. 14A, when two fluorescent particles are present on the upper side of the tissue specimen, the maximum luminance is compared with the luminance profile of the fluorescent particles in FIG. The value increases and the spread of the distribution range does not change. In addition, as shown in FIG. 14B, when two fluorescent particles are present apart on the upper side and the lower side of the tissue specimen, the maximum value of luminance is slightly higher than that in FIG. 14A. The distribution range of high luminance is almost unchanged, but the distribution range of low luminance is widened. In addition, as shown in FIG. 14C, when two fluorescent particles are present on the lower side of the tissue specimen, the maximum value of luminance is smaller than that in FIG. It is larger than the case where there is one below the specimen (FIG. 12C).
また、XY座標位置及び高さが共にずれて近接した複数の蛍光粒子が1つの輝点領域として計測される場合もあり、蛍光粒子の位置及び蛍光粒子間の距離に応じて、輝度プロファイルの形状は変化する。例えば、図15(a)に示されるように、2つの蛍光粒子が組織標本の上側と高さ方向中央に存在している場合には、高さの異なる2つのピークが見られる。また、図15(b)に示されるように、2つの蛍光粒子が組織標本の上側と下側に存在している場合には、図15(a)と比べて2つのピークの高さの差が大きくなり、低輝度領域の分布範囲が広がる。 In addition, a plurality of fluorescent particles that are close to each other with their XY coordinate positions and heights shifted may be measured as one bright spot region, and the shape of the luminance profile is determined according to the position of the fluorescent particles and the distance between the fluorescent particles. Will change. For example, as shown in FIG. 15A, when two fluorescent particles are present on the upper side of the tissue specimen and in the center in the height direction, two peaks having different heights are seen. In addition, as shown in FIG. 15B, when two fluorescent particles are present on the upper side and the lower side of the tissue specimen, the difference in height between the two peaks compared to FIG. 15A. Increases, and the distribution range of the low-brightness region widens.
第一実施形態では、以上のような輝度プロファイルのデータを、基準プロファイルとして予め記憶部25に記憶させておく。組織標本の蛍光画像から得られた輝度プロファイルを基準プロファイルに基づいて解析することで、ステップS802においては、各輝点領域に含まれる蛍光粒子の数及び位置(XY座標位置及び高さ)が算出される。 In the first embodiment, the brightness profile data as described above is stored in the storage unit 25 in advance as a reference profile. By analyzing the luminance profile obtained from the fluorescence image of the tissue specimen based on the reference profile, the number and position (XY coordinate position and height) of the fluorescent particles included in each bright spot region are calculated in step S802. Is done.
次いで、ステップS803において、ステップS801で抽出された細胞の相対高さの情報と、ステップS802で算出された蛍光粒子の数及び位置の情報が比較され、重畳領域に存在する蛍光粒子が所属する細胞が判別される。
例えば、細胞が2つ重畳している重畳領域において、ステップS802で蛍光粒子が組織標本の上側に2つあると算出された場合には、2つの蛍光粒子が上側の細胞に所属すると判別される。
こうしてステップS8において判別された重畳領域に存在する蛍光粒子の所属細胞情報及び、ステップS9において算出された、細胞が重畳していない領域における蛍光粒子の数及び位置の情報から、細胞上での蛍光粒子の分布が診断支援情報として生成される(ステップS10)。
Next, in step S803, the information on the relative height of the cells extracted in step S801 is compared with the information on the number and position of the fluorescent particles calculated in step S802, and the cells to which the fluorescent particles present in the overlapping region belong are compared. Is determined.
For example, if it is calculated in step S802 that there are two fluorescent particles on the upper side of the tissue sample in the overlapping region where two cells are superimposed, it is determined that the two fluorescent particles belong to the upper cell. .
Thus, fluorescence on the cell is determined based on the belonging cell information of the fluorescent particles existing in the overlapping region determined in step S8 and the information on the number and position of the fluorescent particles in the region where the cells are not superimposed calculated in step S9. Particle distribution is generated as diagnosis support information (step S10).
(第二実施形態)
以下、第二実施形態の診断支援情報生成システム100の動作について説明する。顕微鏡画像の取得及び図5のステップS1〜ステップS7、ステップS9〜ステップS10の工程は、上述した第一実施形態と同様に行う。
図16に、第二実施形態のステップS8における処理の詳細フローを示す。第二実施形態のステップS8においては、まず、各輝点領域と、輝点領域が存在する重畳領域の輪郭線との距離が算出され(ステップS811)、輝点領域に最も近い輪郭線が属する細胞が判別される(ステップS812)。
次いで、ステップS813において、第一実施形態のステップS802と同様の工程に
より、各輝点領域における蛍光粒子の数と位置が算出される。
ステップS812で判別された輝点領域に最も近い輪郭線が属する細胞に、ステップS813で算出された数の蛍光粒子が所属していると判別される。
こうしてステップS8において判別された重畳領域に存在する蛍光粒子の所属細胞情報及び、ステップS9において算出された、細胞が重畳していない領域における蛍光粒子の数及び位置の情報から、細胞上での蛍光粒子の分布が診断支援情報として生成される(ステップS10)。
(Second embodiment)
Hereinafter, the operation of the diagnosis support information generation system 100 of the second embodiment will be described. Microscope image acquisition and steps S1 to S7 and steps S9 to S10 in FIG. 5 are performed in the same manner as in the first embodiment described above.
FIG. 16 shows a detailed flow of the process in step S8 of the second embodiment. In step S8 of the second embodiment, first, the distance between each bright spot area and the outline of the overlapping area where the bright spot area exists is calculated (step S811), and the outline closest to the bright spot area belongs. A cell is discriminated (step S812).
Next, in step S813, the number and position of fluorescent particles in each bright spot region are calculated by the same process as step S802 of the first embodiment.
It is determined that the number of fluorescent particles calculated in step S813 belongs to the cell to which the contour line closest to the bright spot region determined in step S812 belongs.
Thus, fluorescence on the cell is determined based on the belonging cell information of the fluorescent particles existing in the overlapping region determined in step S8 and the information on the number and position of the fluorescent particles in the region where the cells are not superimposed calculated in step S9. Particle distribution is generated as diagnosis support information (step S10).
第二実施形態の診断支援情報生成システム100は、以下に述べる理由により、細胞膜上に特異的に発現する生体物質の定量において、特に好適である。 The diagnosis support information generation system 100 of the second embodiment is particularly suitable for quantifying biological substances that are specifically expressed on the cell membrane for the reasons described below.
図17(a)は、略球形状の細胞42、43が重畳した重畳領域の左端に面積Sの輝点領域5が観察される二次元画像の模式図を示す。図17(b)は、(a)の断面の模式図を示し、2本の点線に挟まれた領域は輝点領域5の範囲を示すものとする。
蛍光粒子が細胞膜上に存在すると仮定すると、輝点領域5が輪郭線付近に観察される細胞42において、蛍光粒子が存在し得る領域は、高さ方向に大きく広がっており(図17(b)、黒の太線)、その面積TはSの約4〜5倍となる。一方、輝点領域5が中央付近に観察される細胞43において、蛍光粒子が存在し得る領域は、高さ方向にほとんど広がりがなく(図17(b)、灰色の太線)、面積Tは細胞43の上側と下側を合わせてSの約2倍となる。従って、図17においては、細胞42は細胞43と比べて蛍光粒子が存在し得る領域の面積Tが大きいことから、蛍光粒子は細胞42に存在する確率が高い。
FIG. 17A is a schematic diagram of a two-dimensional image in which the bright spot region 5 having the area S is observed at the left end of the overlap region where the substantially spherical cells 42 and 43 are overlapped. FIG. 17B is a schematic diagram of the cross section of FIG. 17A, and the region sandwiched between two dotted lines indicates the range of the bright spot region 5.
Assuming that the fluorescent particles are present on the cell membrane, in the cell 42 where the bright spot region 5 is observed in the vicinity of the outline, the region where the fluorescent particles can exist is greatly expanded in the height direction (FIG. 17B). , Black thick line), and its area T is about 4 to 5 times S. On the other hand, in the cell 43 in which the bright spot region 5 is observed near the center, the region where the fluorescent particles can be present hardly expands in the height direction (FIG. 17 (b), gray thick line), and the area T is the cell. The upper side and the lower side of 43 are combined and become about twice as large as S. Accordingly, in FIG. 17, the area 42 where the fluorescent particles can exist is larger than that of the cells 43 in the cell 42, and thus the probability that the fluorescent particles exist in the cell 42 is high.
つまり、蛍光粒子が細胞膜上に特異的に存在している場合には、輝点領域に近い輪郭線をもつ細胞ほど、蛍光粒子が存在し得る領域の面積が広いため、蛍光粒子が所属している確率が高いと考えられる。
なお、1つの輝点領域に蛍光粒子が複数含まれる場合には、重畳領域において重畳している複数の細胞のそれぞれについて面積Tを算出し、面積Tの比に基づいて、各細胞に所属する蛍光粒子数を決定しても良い。
In other words, when fluorescent particles are specifically present on the cell membrane, cells with a contour line closer to the bright spot region have a larger area where fluorescent particles can exist, so the fluorescent particles belong to them. It is thought that there is a high probability.
When a plurality of fluorescent particles are included in one bright spot region, the area T is calculated for each of the plurality of cells superimposed in the overlapping region, and belongs to each cell based on the ratio of the area T. The number of fluorescent particles may be determined.
重畳領域の輪郭線と輝点領域の距離から蛍光粒子の所属する細胞を判別する第二実施形態は、重畳している細胞の相対高さを算出する第一実施形態に比して計測が容易であるという利点がある。また、輪郭線の情報だけでなく輝度プロファイルを用いることにより、蛍光粒子数を正確に算出可能である。 The second embodiment for discriminating cells to which fluorescent particles belong based on the distance between the contour line of the overlapping region and the bright spot region is easier to measure than the first embodiment for calculating the relative height of the overlapping cells. There is an advantage of being. Moreover, the number of fluorescent particles can be accurately calculated by using not only the information on the contour line but also the luminance profile.
なお、第二実施形態において、輝点領域と重畳領域の輪郭線の距離の計測方法は任意である。例えば、輝点領域の中で最も高輝度の座標位置を輝点領域の中心点と設定して、中心点から輪郭線までの距離を計測しても良いし、また、輝点領域の外縁から輪郭線までの距離としても良い。
また、ステップS811の処理の前にステップ813の処理を行って、輝点領域と輪郭線の距離の代わりに、各蛍光粒子と輪郭線の距離を計測して、蛍光粒子に最も近い輪郭線が属する細胞を蛍光粒子の所属細胞と判別しても良い。
In the second embodiment, the method for measuring the distance between the bright spot area and the outline of the overlapping area is arbitrary. For example, the coordinate position with the highest luminance in the bright spot area may be set as the center point of the bright spot area, and the distance from the center point to the contour line may be measured, or from the outer edge of the bright spot area It may be the distance to the contour line.
In addition, the process of step 813 is performed before the process of step S811, and the distance between each fluorescent particle and the contour line is measured instead of the distance between the bright spot region and the contour line, and the contour line closest to the fluorescent particle is determined. The cell to which it belongs may be determined as the cell to which the fluorescent particle belongs.
(第三実施形態)
以下、第三実施形態の診断支援情報生成システム100の動作について説明する。顕微鏡画像の取得及び図5のステップS1〜ステップS7、ステップS9〜ステップS10の工程は、上述した第一実施形態と同様に行う。
図18に、第三実施形態のステップS8における処理の詳細フローを示す。第三実施形態のステップS8においては、まず、重畳領域において重畳している細胞の生理学的情報が抽出され(ステップS821)、次いで、細胞の生理学的情報に基づいて、蛍光粒子が所属する可能性が高い細胞が判別される(ステップS822)。
(Third embodiment)
Hereinafter, the operation of the diagnosis support information generation system 100 of the third embodiment will be described. Microscope image acquisition and steps S1 to S7 and steps S9 to S10 in FIG. 5 are performed in the same manner as in the first embodiment described above.
FIG. 18 shows a detailed flow of the process in step S8 of the third embodiment. In step S8 of the third embodiment, first, physiological information of cells superimposed in the overlapping region is extracted (step S821), and then the possibility that fluorescent particles belong based on the physiological information of cells. A cell having a high value is discriminated (step S822).
ステップS821において抽出される細胞の生理学的情報及び、ステップS822における蛍光粒子が所属する可能性が高い細胞の判別方法は、定量する生体物質や組織標本の種類に応じて、任意の生理学的情報が一つ又は複数抽出され、抽出された生理学的情報の一つ又は複数の組み合わせに基づいて判別されることとすれば良い。例えば、乳癌組織におけるHER2タンパク質を定量する場合には、以下のような例が挙げられる。 The physiological information of the cells extracted in step S821 and the method of identifying the cells to which the fluorescent particles are likely to belong in step S822 are based on the arbitrary physiological information depending on the type of biological material or tissue specimen to be quantified. One or more may be extracted and determined based on one or more combinations of the extracted physiological information. For example, when HER2 protein in breast cancer tissue is quantified, the following examples are given.
一般的に、癌の悪性度が高い細胞ほど、細胞質の面積に対する細胞核の面積比(N/C比)が大きくなることが知られている。そこで、ステップS821において細胞のN/C比が算出され、ステップS822においてN/C比が最大である細胞が判別される。 In general, it is known that the higher the malignancy of cancer, the larger the cell nucleus area ratio (N / C ratio) to the cytoplasm area. Therefore, the N / C ratio of the cell is calculated in step S821, and the cell having the maximum N / C ratio is determined in step S822.
また、二次元画像上での面積が異なる細胞が観察された場合には、面積が大きい細胞ほど高さ方向にも大きいと考えられる。従って、大きさが異なる細胞が重畳した重畳領域に輝点領域がある場合には、大きい細胞ほど、蛍光粒子が存在し得る領域が大きいため、蛍光粒子が存在する可能性が高いと考えられる。そこで、ステップS821において細胞の面積が抽出され、ステップS822において最も面積が大きい細胞が判別される。 In addition, when cells having different areas on the two-dimensional image are observed, it is considered that the larger the area, the larger the height direction. Therefore, when there is a bright spot region in the overlapping region where cells of different sizes are superimposed, it is considered that the larger the cell, the larger the region where the fluorescent particle can exist, and thus the higher the possibility that the fluorescent particle exists. Therefore, the area of the cell is extracted in step S821, and the cell having the largest area is determined in step S822.
また、一般的に、癌の悪性度が高い細胞ほど、形状が円形でない(円形度が低い)ことが知られている。そこで、ステップS821において細胞の円形度が抽出され、ステップS822において円形度が最も低い細胞が判別される。
円形度の定義は任意であるが、例えば、細胞の面積をS、周囲長をLとした場合に、4πS/L2の式で算出される値が1に近いほど、円形に近く、円形度が高いと定義することができる。
In general, it is known that cells with higher malignancy of cancer are not circular (low circularity). Therefore, the circularity of the cell is extracted in step S821, and the cell having the lowest circularity is determined in step S822.
The definition of the circularity is arbitrary. For example, when the cell area is S and the perimeter is L, the closer the value calculated by the formula of 4πS / L 2 is to 1, the closer to the circularity, the circularity Can be defined as high.
また、癌の悪性度が高い細胞ほど、蛍光粒子数が多いと考えられる。そこで、ステップS821において細胞が重畳していない領域の蛍光粒子数が抽出され、ステップS822において最も蛍光粒子数が多い細胞が判別される。 In addition, it is considered that the higher the malignancy of cancer, the greater the number of fluorescent particles. Therefore, the number of fluorescent particles in the region where the cells are not superimposed is extracted in step S821, and the cell having the largest number of fluorescent particles is determined in step S822.
また、一般的に、癌の悪性度が高い細胞ほど、染色が不均一となって染色ムラが生じ易いことが知られている。そこでステップS821において染色ムラの程度が定量化して抽出され、ステップS822において染色ムラが多い細胞が判別される。 In general, it is known that cells with higher malignancy of cancer tend to have uneven staining and uneven staining. Therefore, in step S821, the degree of staining unevenness is quantified and extracted, and in step S822, cells with large staining unevenness are determined.
ステップS822の処理の後、第一実施形態のステップS802と同様の工程により、各輝点領域における蛍光粒子の数と各蛍光粒子の位置とが算出され(ステップS823)、ステップS822で判別された細胞に、ステップS823で算出された数の蛍光粒子が所属すると判別される。 After the process of step S822, the number of fluorescent particles and the position of each fluorescent particle in each bright spot region are calculated by the same process as step S802 of the first embodiment (step S823), and determined in step S822. It is determined that the number of fluorescent particles calculated in step S823 belongs to the cell.
こうしてステップS8において判別された重畳領域に存在する蛍光粒子の所属細胞情報及び、ステップS9において算出された、細胞が重畳していない領域における蛍光粒子の数及び位置の情報から、細胞上での蛍光粒子の分布が診断支援情報として生成される(ステップS10)。 Thus, fluorescence on the cell is determined based on the belonging cell information of the fluorescent particles existing in the overlapping region determined in step S8 and the information on the number and position of the fluorescent particles in the region where the cells are not superimposed calculated in step S9. Particle distribution is generated as diagnosis support information (step S10).
上述した第一〜第三実施形態によれば、ステップS1〜ステップS3の処理により細胞の重畳領域が抽出され、ステップS4〜ステップS5の処理により輝点領域が抽出され、その後、ステップS6〜ステップS10の処理により、細胞の重畳領域に存在する蛍光粒子の所属細胞が判別され、各細胞に所属する蛍光粒子の分布が表示されるようになっている。
これにより、重畳領域に存在する蛍光粒子が所属する細胞を判別可能であるため、取得した画像上で細胞が重畳している場合でも、観察対象細胞ごとの特定タンパク質の発現数を正確に定量可能であり、診断の精度が向上する。
According to the first to third embodiments described above, the overlapping region of cells is extracted by the processing of Steps S1 to S3, the bright spot region is extracted by the processing of Steps S4 to S5, and then Steps S6 to Step S3. By the process of S10, the belonging cells of the fluorescent particles existing in the overlapping region of the cells are discriminated, and the distribution of the fluorescent particles belonging to each cell is displayed.
This makes it possible to identify the cells to which the fluorescent particles in the overlapping region belong, so that even if the cells are superimposed on the acquired image, the number of specific proteins expressed for each observation target cell can be accurately quantified This improves the accuracy of diagnosis.
なお、上記実施形態における記述内容は、本発明の好適な一例であり、これに限定されるものではない。 In addition, the description content in the said embodiment is a suitable example of this invention, and is not limited to this.
上記実施形態においては、ステップS1で入力した明視野画像に対してステップS2〜ステップS3の処理を行って細胞領域及び重畳領域を抽出したが、細胞領域を蛍光物質で染色し、ステップS4で入力する蛍光画像と同じ画像に対して図5のステップS2〜ステップS3の処理を行っても良い。 In the above-described embodiment, the cell region and the overlap region are extracted by performing the processing of step S2 to step S3 on the bright field image input in step S1, but the cell region is stained with a fluorescent substance and input in step S4. The processing in steps S2 to S3 in FIG. 5 may be performed on the same image as the fluorescent image to be performed.
また、上記実施形態では、1種の特定タンパクのみを定量の対象としたが、複数の特定タンパクに対し、発光波長が互いに異なる2種以上の蛍光粒子を用いてもよい。
かかる場合、ステップS5においてフィルターワーク等を用いてそれぞれの色成分を抽出し、その抽出した色成分(波長成分)ごとにステップS6〜ステップS9の処理を実行すればよい。なお、複数の蛍光物質を用いて染色を行う場合には、蛍光物質の励起光及び蛍光波長が互いに干渉しないような組み合わせを選択する。
In the above embodiment, only one type of specific protein is targeted for quantification, but two or more types of fluorescent particles having different emission wavelengths may be used for a plurality of specific proteins.
In such a case, each color component is extracted using a filter work or the like in step S5, and the processing in steps S6 to S9 may be executed for each extracted color component (wavelength component). In addition, when dyeing | staining using a some fluorescent substance, the combination from which the excitation light and fluorescence wavelength of a fluorescent substance do not interfere mutually is selected.
また、ステップS8における処理は、第一〜第三実施形態に記載の方法を組み合わせて行っても良い。例えば、第一実施形態に記載の細胞の相対位置情報と、第三実施形態に記載の細胞の大きさの情報を合わせることにより、重畳している細胞の高さ方向位置を詳細に算出でき、蛍光粒子が所属する細胞をより正確に判別可能となる。 Moreover, you may perform the process in step S8 combining the method as described in 1st-3rd embodiment. For example, by combining the relative position information of the cells described in the first embodiment and the information on the size of the cells described in the third embodiment, the height direction position of the superimposed cells can be calculated in detail, It becomes possible to more accurately determine the cell to which the fluorescent particle belongs.
また、ステップS802においては、蛍光粒子の数と位置に応じた輝度プロファイルを基準プロファイルとして予め作成して、蛍光画像から作成された輝度プロファイルと照合することで蛍光粒子の数と位置を算出したが、例えば、蛍光粒子1個分の蛍光に基づく基準プロファイルのみを予め作成して、蛍光画像から作成された輝度プロファイルに対して2次元フーリエ変換等の処理を施して波形を分解し、基準プロファイルと比較して、蛍光粒子の数と位置を算出してもよい。
また、蛍光粒子の数と位置だけでなく、例えば蛍光粒子の上方における細胞等の組織の有無を加味した輝度プロファイルを基準プロファイルとして用いても良い。
In step S802, the luminance profile corresponding to the number and position of the fluorescent particles is created in advance as a reference profile, and the number and position of the fluorescent particles are calculated by collating with the luminance profile created from the fluorescent image. For example, only a reference profile based on the fluorescence of one fluorescent particle is created in advance, the luminance profile created from the fluorescence image is subjected to processing such as two-dimensional Fourier transform, and the waveform is decomposed. In comparison, the number and position of fluorescent particles may be calculated.
Further, not only the number and position of the fluorescent particles but also a luminance profile that takes into account the presence or absence of tissues such as cells above the fluorescent particles may be used as the reference profile.
また、上記実施形態では、特定タンパクの例として乳癌におけるHER2タンパクを挙げたが、これに限定されない。診断対象となる病変(がん)種に応じて、蛍光画像を取得する際の生体物質認識部位を異なるものとすれば、病変種に応じた特定タンパクの発現量を定量的に示す特徴量を医師に提供することが可能となる。 Moreover, in the said embodiment, although the HER2 protein in a breast cancer was mentioned as an example of a specific protein, it is not limited to this. Depending on the type of lesion (cancer) to be diagnosed, if the biological material recognition site when acquiring a fluorescence image is different, the feature quantity that quantitatively indicates the expression level of the specific protein corresponding to the lesion type It can be provided to a doctor.
また、上記の説明では、本発明に係るプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体としてHDDや半導体の不揮発性メモリー等を使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、CD-ROM等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを、通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も適用される。
その他、診断支援情報生成システム100を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
In the above description, an example in which an HDD, a semiconductor nonvolatile memory, or the like is used as a computer-readable medium for the program according to the present invention is disclosed, but the present invention is not limited to this example. As other computer-readable media, a portable recording medium such as a CD-ROM can be applied. Further, a carrier wave (carrier wave) is also applied as a medium for providing program data according to the present invention via a communication line.
In addition, the detailed configuration and detailed operation of each device constituting the diagnosis support information generating system 100 can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
1A 顕微鏡画像取得装置
2A 画像処理装置
21 制御部
22 操作部
23 表示部
24 通信I/F
25 記憶部
26 バス
3A ケーブル
40、41、42、43、44、45 細胞
100 診断支援情報生成システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A Microscope image acquisition apparatus 2A Image processing apparatus 21 Control part 22 Operation part 23 Display part 24 Communication I / F
25 storage unit 26 bus 3A cable 40, 41, 42, 43, 44, 45 cell 100 diagnosis support information generation system
Claims (10)
前記標本における前記生体物質の発現を蛍光輝点で表す蛍光画像を入力する蛍光画像入力ステップと、
前記蛍光輝点を中心とした輝点領域の蛍光に基づいて、前記蛍光画像から前記生体物質の位置を算出する生体物質位置算出ステップと、
前記蛍光画像と同一視野範囲を撮影した明視野画像又は前記蛍光画像から、細胞の特定の部位を細胞領域として抽出する細胞領域抽出ステップと、
複数の細胞の前記細胞領域が重畳している重畳領域を抽出する重畳領域抽出ステップと、
前記重畳領域及び前記生体物質位置から、前記重畳領域に前記生体物質が存在するか否かを判別する生体物質判別ステップと、
前記生体物質判別ステップにおいて前記重畳領域に前記生体物質が存在すると判別された場合に、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞に関する情報を重畳細胞情報として取得する重畳細胞情報取得ステップと、
前記生体物質位置及び前記重畳細胞情報から、前記重畳領域に存在する生体物質が、前記重畳領域において重畳している複数の細胞領域の何れに所属しているかを判別する所属判別ステップと、
を有することを特徴とする診断支援情報生成方法。 Diagnosis of generating diagnostic support information by quantifying the biological material from a tissue section or cultured cell specimen stained using a fluorescent material combined with a biological material recognition site that recognizes a specific biological material as a staining reagent In the support information generation method,
A fluorescence image input step of inputting a fluorescence image representing the expression of the biological material in the specimen as a fluorescence bright spot;
A biological material position calculating step for calculating the position of the biological material from the fluorescent image based on the fluorescence of the bright spot region centered on the fluorescent bright spot;
A cell region extraction step for extracting a specific part of a cell as a cell region from a bright field image obtained by photographing the same visual field range as the fluorescent image or the fluorescent image;
A superimposed region extraction step for extracting a superimposed region in which the cell regions of a plurality of cells are superimposed;
A biological material determination step of determining whether or not the biological material exists in the superimposed region from the superimposed region and the biological material position;
When the biological material determination step determines that the biological material is present in the overlap region, the overlap cell information acquisition acquires, as overlap cell information, information related to a plurality of cells in which the cell region is overlapped in the overlap region. Steps,
From the biological material position and the superimposed cell information, an affiliation determination step of determining which of the plurality of cell regions superimposed in the superimposed region the biological material existing in the superimposed region belongs,
A diagnostic support information generating method characterized by comprising:
前記生体物質位置算出ステップは、
前記輝点領域に存在する生体物質の高さを算出することを特徴とする診断支援情報生成方法。 The diagnostic support information generation method according to claim 1,
The biological material position calculating step includes:
A method for generating diagnosis support information, comprising calculating a height of a biological substance existing in the bright spot region.
前記生体物質位置算出ステップは、
前記輝点領域の輝度分布を示す輝度プロファイルを作成し、
前記輝度プロファイルと、予め作成された前記蛍光物質由来の蛍光の輝度分布及び蛍光物質の高さ方向の位置情報を備えた基準プロファイルとに基づいて、前記輝点領域に存在する生体物質の数及び高さを算出することを特徴とする診断支援情報生成方法。 The diagnostic support information generation method according to claim 1 or 2,
The biological material position calculating step includes:
Create a brightness profile showing the brightness distribution of the bright spot area,
Based on the luminance profile and a reference profile having a fluorescence luminance distribution derived from the fluorescent material and position information in the height direction of the fluorescent material prepared in advance, the number of biological materials present in the bright spot region and A diagnostic support information generation method characterized by calculating a height.
前記重畳細胞情報は、前記重畳領域において重畳している複数の前記細胞領域の高さ方向の相対位置情報を含み、
前記所属判別ステップは、前記生体物質の高さ及び前記細胞領域の高さ方向の相対位置情報から判別することを特徴とする診断支援情報生成方法。 The diagnostic support information generation method according to claim 2 or 3,
The superimposed cell information includes relative position information in the height direction of the plurality of cell regions superimposed in the superimposed region,
The diagnosis determination information generation method according to claim 1, wherein the affiliation determination step determines from the relative position information in the height direction of the biological material and the height direction of the cell region.
前記重畳細胞情報は、前記重畳領域において重畳している複数の前記細胞領域の輪郭線の位置情報を含み、
前記所属判別ステップは、前記輝点領域に最も近接する前記輪郭線を持つ前記細胞領域に、前記生体物質が所属すると判別することを特徴とする診断支援情報生成方法。 In the diagnostic assistance information generation method according to any one of claims 1 to 4,
The superimposed cell information includes position information of contour lines of the plurality of cell regions that are superimposed in the superimposed region,
The affiliation determination step determines that the biological material belongs to the cell region having the contour line closest to the bright spot region.
前記重畳細胞情報は、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞の生理学的情報を含み、
前記所属判別ステップは、前記生理学的情報に基づいて前記生体物質が所属する可能性が高い細胞の前記細胞領域を特定し、特定した前記細胞領域に前記生体物質が所属すると判別することを特徴とする診断支援情報生成方法。 In the diagnostic support information generation method according to any one of claims 1 to 5,
The superimposed cell information includes physiological information of a plurality of cells on which the cell region is superimposed in the superimposed region,
The affiliation determining step identifies the cell region of a cell to which the biological material is likely to belong based on the physiological information, and determines that the biological material belongs to the specified cell region. To generate diagnosis support information.
前記生理学的情報は、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞における、細胞質と核の面積比、細胞の円形度、細胞の面積、前記細胞領域内の輝点数、前記染色試薬による染色の不均一性、の何れか1つ又は複数であることを特徴とする診断支援情報生成方法。 The diagnostic support information generation method according to claim 6,
The physiological information includes the area ratio of cytoplasm and nucleus, cell circularity, cell area, number of bright spots in the cell region, the staining reagent in a plurality of cells in which the cell region is superimposed in the overlap region. Any one or a plurality of non-uniformity of staining due to the above.
前記標本における前記生体物質の発現を蛍光輝点で表す蛍光画像を入力する蛍光画像入力手段と、
前記蛍光輝点を中心とした輝点領域の蛍光に基づいて、前記蛍光画像から前記生体物質位置を算出する生体物質位置算出手段と、
前記蛍光画像と同一視野範囲を撮影した明視野画像又は前記蛍光画像から、細胞の特定の部位を細胞領域として抽出する細胞領域抽出手段と、
複数の細胞の前記細胞領域が重畳している重畳領域を抽出する重畳領域抽出手段と、
前記重畳領域及び前記生体物質位置から、前記重畳領域に前記生体物質が存在するか否かを判別する生体物質判別手段と、
前記生体物質判別手段により、前記重畳領域に前記生体物質が存在すると判別された場合に、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞に関する情報を重畳細胞情報として取得する重畳細胞情報取得手段と、
前記生体物質位置及び前記重畳細胞情報から、前記重畳領域に存在する生体物質が、前記重畳領域において重畳している複数の細胞領域の何れに所属しているかを判別する所属判別手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 An image for generating diagnostic support information by quantifying the biological material from a tissue section or cultured cell specimen stained using a fluorescent material combined with a biological material recognition site that recognizes a specific biological material as a staining reagent In the processing device,
A fluorescence image input means for inputting a fluorescence image representing the expression of the biological material in the specimen as a fluorescence bright spot;
A biological material position calculating means for calculating the biological material position from the fluorescent image based on the fluorescence of the bright spot region centered on the fluorescent bright spot;
A cell region extracting means for extracting a specific part of a cell as a cell region from a bright field image obtained by photographing the same visual field range as the fluorescent image or the fluorescent image;
A superimposed region extracting means for extracting a superimposed region where the cell regions of a plurality of cells are superimposed;
Biological material determination means for determining whether or not the biological material exists in the superimposed region from the superimposed region and the biological material position;
Superimposed cell information that acquires, as superimposed cell information, information related to a plurality of cells in which the cell region is superimposed in the superimposed region when the biological material determining unit determines that the biological material is present in the superimposed region. Acquisition means;
From the biological material position and the superimposed cell information, belonging determination means for determining which biological cells existing in the overlapping region belong to which of the plurality of cell regions superimposed in the overlapping region;
An image processing apparatus comprising:
前記画像処理装置で使用される、前記蛍光画像を取得する画像取得装置と、
を備えることを特徴とする診断支援情報生成システム。 The image processing device;
An image acquisition device for acquiring the fluorescent image used in the image processing device;
A diagnostic support information generation system comprising:
前記標本における前記生体物質の発現を蛍光輝点で表す蛍光画像を入力する蛍光画像入力手段、
前記蛍光輝点を中心とした輝点領域の蛍光に基づいて、前記蛍光画像から前記生体物質位置を算出する生体物質位置算出手段、
前記蛍光画像と同一視野範囲を撮影した明視野画像又は前記蛍光画像から、細胞の特定の部位を細胞領域として抽出する細胞領域抽出手段、
複数の細胞の前記細胞領域が重畳している重畳領域を抽出する重畳領域抽出手段、
前記重畳領域及び前記生体物質位置から、前記重畳領域に前記生体物質が存在するか否かを判別する生体物質判別手段、
前記生体物質判別手段により前記重畳領域に前記生体物質が存在すると判別された場合に、前記重畳領域において前記細胞領域が重畳している複数の細胞に関する情報を重畳細胞情報として取得する重畳細胞情報取得手段、
前記生体物質位置及び前記重畳細胞情報から、前記重畳領域に存在する生体物質が、前
記重畳領域において重畳している複数の細胞領域の何れに所属しているかを判別する所属判別手段、
として機能させるための画像処理プログラム。 A computer that generates diagnostic support information by quantifying the biological material from a tissue section or cultured cell specimen stained using a fluorescent material combined with a biological material recognition site that recognizes a specific biological material as a staining reagent The
Fluorescence image input means for inputting a fluorescence image representing the expression of the biological material in the specimen as a fluorescence bright spot
A biological material position calculating means for calculating the biological material position from the fluorescent image based on the fluorescence of the bright spot region centered on the fluorescent bright spot;
A cell region extraction means for extracting a specific portion of a cell as a cell region from a bright field image obtained by photographing the same visual field range as the fluorescent image or the fluorescent image;
A superimposed region extracting means for extracting a superimposed region in which the cell regions of a plurality of cells are superimposed;
A biological material determination means for determining whether or not the biological material is present in the superimposed region from the superimposed region and the biological material position;
Superimposition cell information acquisition that acquires, as superimposed cell information, information related to a plurality of cells in which the cell region is superimposed in the overlap region when the biological material determination unit determines that the biological material exists in the overlap region means,
From the biological material position and the superimposed cell information, affiliation determination means for determining which biological cell existing in the superimposed region belongs to which of a plurality of cell regions superimposed in the superimposed region;
Image processing program to function as
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