JP2017150923A - Cell image analysis method and cell image analyzer - Google Patents

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祥一 田尾
Shoichi Tao
祥一 田尾
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell image analysis method and a cell image analyzer in which binarization of a cell image is adequately carried out and identification of cells in the cell image is performed, even when the cells are proximate and adjacent to each other and congested, and even when large variation in pixel intensity exists in the same cell group.SOLUTION: A cell image analysis method includes: a cell image acquisition step for acquiring a cell image in which specific cells are specifically dyed; and a cell region specification step for specifying cell regions on the basis of the cell image. The cell region specification step includes: setting peripheral regions of multiple different shapes for each binarization object pixel in the cell image; calculating a threshold for the peripheral regions on the basis of luminance of each pixel in the peripheral regions; subjecting the cell image to dynamic binarization processing on the basis of whether any pixel value of the object pixels in each peripheral region exceeds the threshold or not; and specifying the cell regions on the basis of the cell image subjected to the dynamic binarization processing.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数細胞腫を含む試料を撮影した細胞画像を解析し、目的の細胞を抽出する細胞画像解析方法および細胞画像解析装置に関し、特に、密集・凝集した複数の細胞群の細胞画像から、特定の細胞群の領域を特定する細胞画像解析方法および細胞画像解析装置に関する。   The present invention relates to a cell image analysis method and a cell image analysis apparatus for analyzing a cell image obtained by photographing a sample containing a plurality of cell tumors and extracting a target cell, and in particular, from cell images of a plurality of densely and aggregated cell groups. The present invention relates to a cell image analysis method and a cell image analysis apparatus for specifying a region of a specific cell group.

血液循環癌細胞(CTC:Circulating Tumor Cells)は、乳癌、肺癌、前立腺癌、膵臓癌などの患者の血中に見出される細胞であり、その数は癌の転移性を反映しているなど、臨床上の重要な情報になることで注目されている。   Circulating tumor cells (CTC) are found in the blood of patients with breast cancer, lung cancer, prostate cancer, pancreatic cancer, etc., and the number reflects the metastatic nature of cancer. It is attracting attention as it becomes important information above.

しかしながら、血液中のCTCの密度は極めて低く(少ない場合、全血10mLあたり1〜10個程度)、その検出および計数は容易ではない。
従来、このような希少細胞を複数細胞腫が混在した試料から識別するため、目的の希少細胞に特異的な染色を施した状態で複数細胞腫を含む試料を撮像し、得られた明視野像や蛍光画像などの細胞画像において特定の細胞腫のコントラストを上げるなどの画像処理をして、特異的な染色が施された希少細胞を検出している。
However, the density of CTC in blood is extremely low (in the case of low, about 1 to 10 per 10 mL of whole blood), and its detection and counting are not easy.
Conventionally, in order to distinguish such rare cells from a sample mixed with multiple cell tumors, a bright field image obtained by imaging a sample containing multiple cell tumors with specific staining of the target rare cells Image processing, such as increasing the contrast of specific cell tumors in cell images such as fluorescent images and fluorescent images, detects rare cells that have undergone specific staining.

具体的には、このような細胞画像から、細胞の領域を抽出する際には、例えば、細胞の蛍光画像では、画素強度に対して一定の閾値を設けて二値化画像を生成し、細胞の領域を特定している。   Specifically, when extracting a cell region from such a cell image, for example, in a fluorescence image of a cell, a binary image is generated with a certain threshold for pixel intensity, The area is specified.

しかしながら、細胞画像の背景の濃淡にムラがある場合や、目的の細胞群の画素強度のばらつきが大きい場合などには、1つの画像に対して1つの閾値では適切に二値化できない。   However, when the background density of the cell image is uneven, or when the variation in pixel intensity of the target cell group is large, binarization cannot be appropriately performed with one threshold value for one image.

このため、細胞画像の各画素に対してそれぞれ閾値を設定する動的二値化を用いて細胞画像を二値化することも行われている。
動的二値化では、例えば、目的の画素に隣接または近接する画素の平均強度をもとに閾値を設定することで、背景強度の影響を小さくすることができる。
For this reason, the cell image is also binarized using dynamic binarization in which a threshold value is set for each pixel of the cell image.
In dynamic binarization, for example, the influence of background intensity can be reduced by setting a threshold value based on the average intensity of pixels adjacent to or close to the target pixel.

しかしながら、細胞が密集し近接・隣接しているような場合や、同一の細胞群でも画素強度のばらつきが大きい場合などには、下記のような理由により、上述するような平均強度に基づく動的二値化を行っても、適切に細胞画像を二値化することができない。   However, when cells are closely packed and close to each other or adjacent, or even when the same cell group has a large variation in pixel intensity, the dynamic based on the average intensity as described above can be used for the following reasons. Even if binarization is performed, the cell image cannot be binarized appropriately.

上述するような場合、低強度の細胞の周囲を高強度の細胞に囲まれている状況では、低強度の細胞の画素強度は、周囲の細胞の平均画素強度よりも小さく、二値化の際に低輝度、すなわち、低強度の細胞が存在しないものとして扱われ、低強度の細胞の特定ができない。   In the case described above, in the situation where the low-intensity cells are surrounded by high-intensity cells, the pixel intensity of the low-intensity cells is smaller than the average pixel intensity of the surrounding cells, and the binarization is performed. Are treated as having no low intensity, that is, low-intensity cells, and low-intensity cells cannot be identified.

本発明では、このような現状に鑑み、細胞が密集し近接・隣接しているような場合や、同一の細胞群でも画素強度のばらつきが大きい場合などにも、適切に細胞画像の二値化を行うことができ、細胞画像において細胞の特定を行うことができる細胞画像解析方法および細胞画像解析装置を提供することを目的とする。   In the present invention, in view of such a current situation, binarization of a cell image is appropriately performed even when cells are densely adjacent or adjacent to each other or when the variation in pixel intensity is large even in the same cell group. It is an object of the present invention to provide a cell image analysis method and a cell image analysis apparatus that can perform identification of cells in a cell image.

本発明は、前述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した細胞画像解析方法は、
細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析方法であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得工程と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定工程と、
を備え、
前記細胞領域特定工程は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、複数の異なる形状を有する周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
各周辺領域における対象画素の画素値のいずれかが前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定する。
The present invention was invented in order to solve the problems in the prior art as described above, and in order to achieve at least one of the objects described above, a cell image analysis reflecting one aspect of the present invention. The method is
A cell image analysis method for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image acquisition step of acquiring a cell image that specifically stains a specific cell;
A cell region identification step for identifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying step includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region having a plurality of different shapes,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether any of the pixel values of the target pixel in each peripheral region exceeds the threshold, the cell image is subjected to dynamic binarization processing,
A cell region is specified based on the cell image subjected to the dynamic binarization process.

また、本発明の一側面を反映した細胞画像解析方法は、
細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析方法であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得工程と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定工程と、
を備え、
前記細胞領域特定工程は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
前記周辺領域における対象画素の画素値が前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定することを、
前記細胞画像において、細胞領域と特定されなかった画素に対して、前記周辺領域の形状を変えながら、所定回数繰り返す。
Further, a cell image analysis method reflecting one aspect of the present invention,
A cell image analysis method for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image acquisition step of acquiring a cell image that specifically stains a specific cell;
A cell region identification step for identifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying step includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether or not the pixel value of the target pixel in the peripheral region exceeds the threshold value, the cell image is dynamically binarized,
Identifying a cell region based on the dynamic binarized cell image;
The pixel image is repeated a predetermined number of times while changing the shape of the peripheral region for pixels that are not identified as a cell region.

また、本発明の一側面を反映した細胞画像解析装置は、
細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析装置であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得手段と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定手段と、
を備え、
前記細胞領域特定手段は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、複数の異なる形状を有する周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
各周辺領域における対象画素の画素値のいずれかが前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定する。
In addition, a cell image analysis apparatus reflecting one aspect of the present invention,
A cell image analysis device for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image obtaining means for obtaining a cell image obtained by specifically staining a specific cell;
Cell region specifying means for specifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying means includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region having a plurality of different shapes,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether any of the pixel values of the target pixel in each peripheral region exceeds the threshold, the cell image is subjected to dynamic binarization processing,
A cell region is specified based on the cell image subjected to the dynamic binarization process.

また、本発明の一側面を反映した細胞画像解析装置は、
細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析装置であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得手段と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定手段と、
を備え、
前記細胞領域特定手段は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
前記周辺領域における対象画素の画素値が前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定することを、
前記細胞画像において、細胞領域と特定されなかった画素に対して、前記周辺領域の形状を変えながら、所定回数繰り返す。
In addition, a cell image analysis apparatus reflecting one aspect of the present invention,
A cell image analysis device for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image obtaining means for obtaining a cell image obtained by specifically staining a specific cell;
Cell region specifying means for specifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying means includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether or not the pixel value of the target pixel in the peripheral region exceeds the threshold value, the cell image is dynamically binarized,
Identifying a cell region based on the dynamic binarized cell image;
The pixel image is repeated a predetermined number of times while changing the shape of the peripheral region for pixels that are not identified as a cell region.

本発明によれば、細胞画像の二値化対象画素に対して、複数の周辺領域を設定し、各周辺領域における閾値に基づいて動的に二値化処理しているため、細胞が密集し近接・隣接しているような場合や、同一の細胞群でも画素強度のばらつきが大きい場合などにも、適切に細胞画像の二値化を行うことができ、細胞画像において細胞の特定を行うことができる。   According to the present invention, since a plurality of peripheral regions are set for the binarization target pixels of the cell image and the binarization processing is dynamically performed based on the threshold value in each peripheral region, the cells are densely packed. Appropriate cell image binarization and identification of cells in cell images, even when they are close to each other or adjacent to each other, or when there is a large variation in pixel intensity even in the same cell group Can do.

図1は、本発明の一態様における細胞画像解析装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a cell image analysis apparatus according to an aspect of the present invention. 図2は、周辺領域の形状の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the shape of the peripheral region. 図3は、周辺領域の形状の他の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another example of the shape of the peripheral region. 図4は、一例として、被検試料として白血球のみが含まれる試料を撮影して得られた細胞画像(A)と、この細胞画像を二値化処理した画像(B)〜(F)とを示す画像である。FIG. 4 shows, as an example, cell images (A) obtained by photographing a sample containing only white blood cells as test samples, and images (B) to (F) obtained by binarizing the cell images. It is the image shown. 図5は、図4とは異なる被検試料について撮影した得られた細胞画像(A)について、同様の処理を施して得られた画像である。FIG. 5 is an image obtained by performing the same processing on a cell image (A) obtained by photographing a test sample different from that in FIG. 図6では、本実施例の細胞画像解析方法による二値化処理において、周辺領域のサイズによる二値化結果の比較を示す。FIG. 6 shows a comparison of binarization results based on the size of the peripheral region in the binarization processing by the cell image analysis method of this example. 図7は、目的細胞を検出する流れを示す工程図である。FIG. 7 is a process diagram showing a flow of detecting a target cell. 図8は、目的細胞検出工程において、中間画像の染色領域と第1細胞画像の染色領域が近接しているか否かを判断する方法を説明するための模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a method of determining whether or not the stained region of the intermediate image and the stained region of the first cell image are close to each other in the target cell detection step. 図9は、目的細胞検出工程において、中間画像の染色領域と第1細胞画像の染色領域が近接しているか否かを判断する別の方法を説明するための模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram for explaining another method for determining whether or not the stained region of the intermediate image and the stained region of the first cell image are close to each other in the target cell detection step.

以下、本発明の実施の形態(実施例)を図面に基づいて、より詳細に説明する。
図1は、本発明の一態様における細胞画像解析装置の概略構成を示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a cell image analysis apparatus according to an aspect of the present invention.

図1に示すように、本実施例の細胞画像解析装置10は、複数種類の細胞を含む試料(以下、「被検試料」と呼ぶ。)についての細胞画像を取得する細胞画像取得手段12と、細胞画像取得手段12で取得した細胞画像から後述するように細胞領域を特定する細胞領域特定手段14とを備えている。   As shown in FIG. 1, the cell image analysis apparatus 10 of the present embodiment includes a cell image acquisition unit 12 that acquires a cell image of a sample including a plurality of types of cells (hereinafter referred to as “test sample”). The cell area specifying means 14 for specifying the cell area from the cell image acquired by the cell image acquiring means 12 is provided as will be described later.

なお、細胞画像解析装置10は、コンピュータなどによって構成することができ、細胞画像取得手段12、細胞領域特定手段14は、コンピュータにより実行されるソフトウェアであってもよい。   The cell image analysis device 10 can be configured by a computer or the like, and the cell image acquisition unit 12 and the cell region specifying unit 14 may be software executed by a computer.

また、細胞画像取得手段12は、任意の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得するように構成されており、具体的には、事前に撮影されデータ化された細胞画像を細胞画像解析装置10に取り込むためのソフトウェアのみによって構成することもできるし、図1に示すように、さらに、細胞画像を撮影するためのデジタルカメラなどの画像撮影装置13も含む構成とすることもできる。   In addition, the cell image acquisition means 12 is configured to acquire a cell image obtained by specifically staining an arbitrary cell. Specifically, the cell image analysis device converts a cell image captured in advance into data. 10 may be configured only by software for capturing the image, or may further include an image capturing device 13 such as a digital camera for capturing a cell image as shown in FIG.

なお、本実施例において被検試料に含まれる細胞としては、「目的細胞」、「非目的細胞」、「残余細胞」が含まれるものとして説明する。
本明細書において、「目的細胞」とは、被検試料中から検出すべき任意の細胞、例えば、血液循環癌細胞(CTC:Circulating Tumor Cells)などの希少細胞とすることができる。
In the present example, the cells included in the test sample will be described as including “target cells”, “non-target cells”, and “residual cells”.
In the present specification, the “target cell” can be any cell to be detected from a test sample, for example, a rare cell such as a blood circulating cancer cell (CTC).

また、「非目的細胞」とは、被検試料中に含まれる細胞のうち「目的細胞」以外の細胞であって、比較的、被検試料中の含有量が多い、例えば、白血球などの非希少細胞とすることができる。なお、「非目的細胞」には、複数種類の細胞が含まれていてもよい。   The “non-target cell” is a cell other than the “target cell” among the cells contained in the test sample and has a relatively high content in the test sample, for example, non-white blood cells and the like. It can be a rare cell. The “non-target cell” may include a plurality of types of cells.

また、「残余細胞」とは、被検試料中に含まれる「目的細胞」でも「非目的細胞」でもない細胞を意味する。すなわち、通常であれば、目的細胞を特異的に染色する抗体にも、非目的細胞を特異的に染色する抗体にも染色されない細胞である。なお、本実施例では残余細胞が存在するものとして説明するが、残余細胞が存在しない場合もある。   Further, “residual cells” mean cells that are neither “target cells” nor “non-target cells” contained in a test sample. That is, normally, cells that are not stained by antibodies that specifically stain target cells or antibodies that specifically stain non-target cells. In addition, although the present Example demonstrates as what a residual cell exists, there may be no residual cell.

このような、目的細胞、非目的細胞、残余細胞が含まれる被検試料としては、特に限定されるものではないが、例えば、血液、尿、リンパ液、組織液、体腔液など、ヒトまたはその他の動物から採取された検体などが挙げられる。   Such a test sample containing target cells, non-target cells, and residual cells is not particularly limited, and examples thereof include humans or other animals such as blood, urine, lymph, tissue fluid, and body cavity fluid. Samples collected from

また、細胞画像は、以下のようにして撮影することができる。
1.染色工程
まず、被検試料について、特定の細胞に対して特異的に染色を施す。
なお、目的細胞を特異的に染色する方法としては、検出対象となる細胞が有する抗原に結合する標識抗体を含む溶液と、被検試料とを接触させることで行うことができる。
検出対象となる細胞が有する抗原と特異的な反応を示す抗体としては、特に限定されるものではないが、例えば、抗CK抗体、抗β-アクチン抗体、抗α-チューブリン抗体、抗β-チューブリン抗体、抗ビメンチン抗体などを用いることができる。
The cell image can be taken as follows.
1. Staining Step First, specific staining is performed on specific cells of the test sample.
In addition, as a method of specifically staining the target cell, it can be performed by contacting a test sample with a solution containing a labeled antibody that binds to an antigen of a cell to be detected.
The antibody that shows a specific reaction with the antigen of the cell to be detected is not particularly limited. For example, anti-CK antibody, anti-β-actin antibody, anti-α-tubulin antibody, anti-β- Tubulin antibodies, anti-vimentin antibodies and the like can be used.

また、非目的細胞を特異的に染色する方法としては、細胞膜全域を染色するような標識抗体を含む溶液と、被検試料とを接触させることで行うことができる。
細胞膜全域を染色するような抗体としては、特に限定されるものではないが、例えば、抗CD45抗体、抗CD2抗体、抗CD13抗体、抗CD14抗体、抗CD15抗体、抗CD19抗体、抗CD203c抗体などを用いることができる。
In addition, a method for specifically staining non-target cells can be performed by bringing a solution containing a labeled antibody that stains the entire cell membrane into contact with a test sample.
The antibody that stains the entire cell membrane is not particularly limited, and examples thereof include an anti-CD45 antibody, an anti-CD2 antibody, an anti-CD13 antibody, an anti-CD14 antibody, an anti-CD15 antibody, an anti-CD19 antibody, and an anti-CD203c antibody. Can be used.

なお、非目的細胞を特異的に染色する場合には、複数の染色剤によって染色を施し、細胞画像において、非目的細胞の輪郭が識別可能な程度に、非目的細胞全体を染色することが好ましい。   In addition, when specifically staining non-target cells, it is preferable to stain the whole non-target cells so that the outline of the non-target cells can be identified in the cell image by staining with a plurality of stains. .

また、このような標識抗体としては、公知の蛍光色素によって標識された抗体や、色素によって標識された抗体などによって標識された抗体などを用いることができる。なお、蛍光色素を用いる場合には、目的細胞を染色する標識抗体の蛍光色素と、非目的細胞を染色する標識抗体の蛍光色素とを分離して測定できるように、それぞれ異なる励起波長、蛍光波長を有する蛍光色素を用いればよい。   As such a labeled antibody, an antibody labeled with a known fluorescent dye, an antibody labeled with an antibody labeled with a dye, or the like can be used. When using fluorescent dyes, different excitation wavelengths and fluorescent wavelengths are used so that the fluorescent dye of the labeled antibody that stains the target cell and the fluorescent dye of the labeled antibody that stains the non-target cell can be measured separately. A fluorescent dye having the following may be used.

また、細胞全てに対して染色を施す方法としては、細胞核を染色することで行うことができ、例えば、DAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole)、Hoechst系色素(Hoechst 33342, Hoechst 33258等)、Acridine Orange、DAMO、Ethidium Bromide(臭化エチジウム)、Ethidium Homodimer、Propidium Iodideなどを用いることができる。   As a method for staining all cells, staining can be performed by staining the cell nucleus. For example, DAPI (4 ′, 6-diamidino-2-phenylindole), Hoechst dye (Hoechst 33342, Hoechst 33258) Etc.), Acridine Orange, DAMO, Ethidium Bromide (Ethidium bromide), Ethidium Homodimer, Propidium Iodide and the like.

このように染色を施しているため、細胞全てに対して染色を施す場合には、細胞それぞれについて、局所的に染色が行われることになる。
なお、このように被検試料に対して染色を施す前に、適切な前処理を行うことが好ましい。以下、被検試料として代表的な検体である血液を用いた場合の前処理方法について説明する。
Since staining is performed in this manner, when all cells are stained, each cell is locally stained.
In addition, it is preferable to perform an appropriate pretreatment before staining the test sample in this way. Hereinafter, a pretreatment method when blood, which is a representative sample, is used as a test sample will be described.

・抗凝固処理
採取されて体外に取り出された血液(全血)は、そのまま空気に触れさせると時間の経過と共に凝固し、そこに含まれる細胞を回収して観察することができなくなる。そのため、採取された血液は直ちに抗凝固処理することが好ましい。
-Anticoagulation treatment Blood (whole blood) collected and taken out of the body will coagulate over time if exposed to air as it is, and the cells contained therein cannot be recovered and observed. Therefore, it is preferable that the collected blood is immediately subjected to anticoagulation treatment.

全血用の抗凝固剤としては様々なものが公知であり、一般的な濃度、処理時間等の条件に従って用いることができる。例えば、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)やクエン酸(ナトリウム塩等の塩を含む)に代表される、キレート作用によりカルシウムイオンと結合し、反応系から除去することによって凝固を阻止するタイプの抗凝固剤や、ヘパリンに代表される、血漿中のアンチトロンビンIIIと複合体を形成してトロンビンの産生を抑制することにより凝固を阻止するタイプの抗凝固剤が挙げられる。このような抗凝固剤があらかじめ収容された採血管を利用してもよい。   Various anticoagulants for whole blood are known and can be used in accordance with conditions such as general concentration and treatment time. For example, anticoagulant of the type that inhibits coagulation by binding to calcium ion by chelating action and removing it from the reaction system, represented by ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and citric acid (including salts such as sodium salt) And anticoagulant of the type that inhibits coagulation by forming a complex with antithrombin III in plasma, represented by heparin, and suppressing the production of thrombin. A blood collection tube in which such an anticoagulant is previously stored may be used.

・密度勾配遠心処理
密度勾配遠心処理は、細胞を含む血液中の成分を比重に従って分画することができ、特に血液中に多量に含まれている赤血球を除去して、CTC等の目的細胞を含む白血球のみを細胞観察の対象とするために用いることができる。
-Density gradient centrifugation The density gradient centrifugation can fractionate the components in the blood containing cells according to the specific gravity. In particular, it removes erythrocytes contained in a large amount in the blood and removes target cells such as CTC. Only white blood cells can be used for cell observation.

密度勾配遠心法に用いられる分離液は、血液中の細胞の分画に適した比重を有し、また細胞を破壊することのない浸透圧およびpHを有するよう溶接できるものであればよいが、例えば、市販されているフィコール(登録商標)、パーコール(登録商標)などのショ糖溶液を用いることができる。   The separation liquid used for the density gradient centrifugation may be any material that has a specific gravity suitable for the fractionation of cells in blood and can be welded so as to have an osmotic pressure and pH that do not destroy the cells. For example, commercially available sucrose solutions such as Ficoll (registered trademark) and Percoll (registered trademark) can be used.

この分離液の比重を、赤血球の比重よりも小さく、白血球の比重よりも大きくなるよう調節した上で密度勾配遠心処理を行うと、血液検体を「赤血球が多く含まれる画分」と「赤血球以外の細胞が多く含まれる画分」の少なくとも二層に分離することができる。   When density gradient centrifugation is performed after adjusting the specific gravity of this separated liquid to be smaller than the specific gravity of red blood cells and larger than the specific gravity of white blood cells, the blood sample is divided into `` a fraction rich in red blood cells '' and `` other than red blood cells '' Can be separated into at least two layers.

例えば、分離液の比重を好ましくは1.113以下、より好ましくは1.085以下にすると、「赤血球以外の細胞が多く含まれる画分」への赤血球の混入率を2〜6%またはそれ以下に抑えることができる。「赤血球以外の細胞が多く含まれる画分」を用いて細胞
観察を行うと、CTC等の目的細胞が赤血球に紛れて検出し損ねる危険性が低下し、診断の精度を高めることができるため好ましい。
For example, when the specific gravity of the separation liquid is preferably 1.113 or less, more preferably 1.085 or less, the mixing rate of erythrocytes in the “fraction containing many cells other than erythrocytes” is 2 to 6% or less. Can be suppressed. Cell observation using “a fraction containing a large amount of cells other than erythrocytes” is preferable because the risk of failure to detect target cells such as CTC due to erythrocytes is reduced and the accuracy of diagnosis can be increased. .

また、被検試料に含まれる細胞に対して必要に応じて、固定化処理、浸透化処理、ブロッキング処理、その他の前処理を行うこともできる。これらの前処理は、所期の効果が発揮される限り、任意の時点で、任意の順序で行うことができる。   In addition, immobilization treatment, permeabilization treatment, blocking treatment, and other pretreatments can be performed on the cells contained in the test sample as necessary. These pretreatments can be performed at any time and in any order as long as the desired effect is exhibited.

例えば、密度勾配遠心処理で細胞画分を得た後、観察用基板に固相化する前に、細胞の固定化処理をし、観察用基板に固相化した後、浸透化処理およびブロッキング処理を同時に行う(つまり浸透化剤およびブロッキング剤の両方を含む溶液で細胞を処理する)ようにしてもよい。   For example, after obtaining the cell fraction by density gradient centrifugation, immobilize cells before immobilizing on the observation substrate, immobilize on the observation substrate, and then permeabilize and block. May be performed simultaneously (ie, the cells are treated with a solution containing both a penetrant and a blocking agent).

なお、観察用基板に固相化する前に細胞を固定化する場合、固定化によっても細胞は観察用基板に吸着する能力を失っていないので、固相化の際には細胞の吸着(細胞と基板との物理的(分子間)相互作用)を利用することができる。   When cells are immobilized before immobilization on the observation substrate, the cells do not lose their ability to adsorb to the observation substrate even after immobilization. (Physical (intermolecular) interaction) between the substrate and the substrate.

また、観察用基板に固相化した後に細胞を固定化する場合、すでに細胞が観察用基板に吸着していれば、その後に固定化しても吸着による固相化を保持することができる。
また、場合によっては、細胞に対する前処理を、血液等の検体から細胞画分を分離する前に行う(例えば血液検体を採取した直後に血液の抗凝固処理とともに細胞の固定化処理等を行い、その後密度勾配遠心処理を行って細胞画分を得る)ようにすることも可能である。
When cells are immobilized after being immobilized on the observation substrate, if the cells have already been adsorbed on the observation substrate, the immobilization by adsorption can be maintained even after immobilization.
Further, in some cases, pretreatment for cells is performed before separating a cell fraction from a sample such as blood (for example, immediately after collecting a blood sample, cell anti-coagulation treatment and cell immobilization treatment are performed, Thereafter, density gradient centrifugation is performed to obtain a cell fraction).

・固定化処理
固定化処理は、細胞の自己分解や腐敗を遅延させ、その形態や抗原性を保持するために行われる処理であり、本発明では、CTC等の目的細胞の検出性を高めるとともに、抗原抗体解離工程で用いる酸等の解離剤が細胞または抗原に与えるダメージを抑えることが可能となる。
-Immobilization treatment Immobilization treatment is a treatment performed to delay cell autolysis and spoilage and maintain its morphology and antigenicity. In the present invention, the detection of target cells such as CTC is enhanced. In addition, it is possible to suppress damage to cells or antigens by a dissociating agent such as an acid used in the antigen-antibody dissociation step.

特に結合と解離を複数回繰り返して実験を行うような場合、解離剤のダメージが細胞に与える影響は格段に大きくなるため、通常であれば細胞劣化が大きくなり実験が継続出来ないこともあり得る。   In particular, when an experiment is performed by repeating the binding and dissociation multiple times, the effect of the dissociation agent on the cells is greatly increased, so cell deterioration may increase and the experiment may not continue normally. .

しかし本工程のように固定化処理を行うことで細胞が形態や抗原性の保持力が高まり、複数回繰り返して実験を行うような場合であっても免疫染色性が劣化しにくくなるという効果をもたらす。   However, the immobilization treatment as in this step increases the retention of cells in form and antigenicity, and the effect of making immunostaining less likely to deteriorate even when the experiment is repeated multiple times. Bring.

固定化剤としては様々なものが公知であるが、例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒド、グリオキサール等のアルデヒド類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;エタノール、メタノール等のアルコール類が挙げられる。このうち、ホルムアルデヒド等のアルデヒド類およびアセトン等のケトン類は、アルデヒド基およびケトン基が特定のアミノ酸残基と反応して共有結合を形成し、架橋剤として作用する固定化剤であり、タンパク質構造を安定化すると共に細胞の原形質をゲル化して酵素活性を抑えることができるため、本発明における好ましい固定化剤である。   Various fixing agents are known, and examples thereof include aldehydes such as formaldehyde, glutaraldehyde and glyoxal; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; and alcohols such as ethanol and methanol. Among these, aldehydes such as formaldehyde and ketones such as acetone are immobilizing agents that act as a cross-linking agent by reacting an aldehyde group and a ketone group with a specific amino acid residue to form a covalent bond. It is a preferred immobilizing agent in the present invention because it can gel the cell protoplasm and suppress enzyme activity.

また、それ自体が固定化剤として直接作用するものではないが、加水分解等を受けることによって固定化剤を遊離する供与体、たとえばホルムアルデヒド供与体も固定化剤の一形態として用いることができる。これらの固定化剤をPBS等の適切な溶媒に溶解した(あるいはホルマリンのようにもとから水溶液で市販されているものを希釈した)水溶液を固定化処理液として用いることができる。   In addition, although it does not act directly as a fixing agent, a donor that liberates the fixing agent upon hydrolysis or the like, such as a formaldehyde donor, can also be used as one form of the fixing agent. An aqueous solution obtained by dissolving these immobilizing agents in an appropriate solvent such as PBS (or diluting a commercially available solution such as formalin from the beginning) can be used as an immobilization treatment solution.

固定化処理は、適切な濃度の固定化処理液を適切な時間、細胞に接触させることで行うことができる。固定化処理液中の固定化剤の濃度は適宜調節することができるが、たとえばアルデヒド類の場合は0.1〜10w/w%程度、アルコール類の場合は70〜100v/v%程度である。固定化処理液と細胞との接触時間(固定化処理時間)も適宜調節することができるが、例えば、室温で、10分間〜1時間程度である。   The immobilization treatment can be performed by bringing the immobilization treatment solution having an appropriate concentration into contact with the cells for an appropriate time. The concentration of the immobilizing agent in the immobilizing treatment liquid can be adjusted as appropriate. For example, in the case of aldehydes, it is about 0.1 to 10 w / w%, and in the case of alcohols, it is about 70 to 100 v / v%. . The contact time between the immobilization treatment solution and the cells (immobilization treatment time) can be adjusted as appropriate, and is, for example, about 10 minutes to 1 hour at room temperature.

固定化処理は、染色工程前または工程中に実施することができ、1回目の染色工程前または工程中の1回だけであってもよいし、第N回の解離工程後かつ第(N+1)回の染色工程前または工程中に繰り返し実施してもよい。   The immobilization treatment may be performed before or during the staining step, and may be performed before or during the first staining step, or after the Nth dissociation step and (N + 1) th. It may be repeated before or during the dyeing process.

・浸透化処理
浸透化処理は、細胞膜の透過性を向上させて細胞の外部から細胞の内部に物質が浸透しやすくするための処理であり、本発明では、細胞内(原形質)にある抗原に対して蛍光標識抗体を結合させやすくして免疫染色性を向上させるという効果をもたらす。
-Permeabilization treatment The permeabilization treatment is a treatment for improving the permeability of the cell membrane to facilitate the penetration of substances from the outside of the cell into the inside of the cell. In the present invention, the antigen in the cell (protoplasm) The effect of improving the immunostaining by facilitating the binding of a fluorescent-labeled antibody to the antibody.

浸透化剤としては様々なものが公知であるが、例えば、Triton X−100(ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル)、Tween20(ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート)、サポニン、ジギトニン、Leucoperm、NP−40などの界面活性剤(商品)が挙げられる。これらの浸透化剤をPBS等の適切な溶媒に溶解させた水溶液を浸透化処理液として用いることができる。   Various penetrants are known. For example, Triton X-100 (polyoxyethylene alkylphenyl ether), Tween 20 (polyoxyethylene sorbitan monolaurate), saponin, digitonin, Leukoperm, NP-40, etc. Surfactants (commercial products). An aqueous solution in which these permeabilizing agents are dissolved in an appropriate solvent such as PBS can be used as the permeation treatment liquid.

浸透化処理は、適切な濃度の浸透化処理液を適切な時間、細胞に接触させることで行うことができる。浸透化処理液中の浸透化剤の濃度は適宜調節することができるが、例えば上記のような界面活性剤であれば、0.01〜1.0v/v%程度である。浸透化処理液と細胞との接触時間(浸透化処理時間)も適宜調節することができるが、例えば、室温で、10分間〜1時間程度である。   The permeabilization treatment can be performed by bringing the permeabilization treatment solution having an appropriate concentration into contact with the cells for an appropriate time. The concentration of the permeabilizing agent in the permeabilizing liquid can be adjusted as appropriate. For example, in the case of the surfactant as described above, it is about 0.01 to 1.0 v / v%. The contact time between the permeabilization solution and the cells (permeabilization time) can be adjusted as appropriate, and is, for example, about 10 minutes to 1 hour at room temperature.

・ブロッキング処理
ブロッキング剤は、細胞の目的抗原以外の部位が非特異的に染色されるのを防ぐために用いられる。細胞のブロッキング処理は、染色工程前あるいは染色工程中に実施すればよく、いずれか一方で実施しても、両方で実施してもよい。
-Blocking treatment The blocking agent is used to prevent non-specific staining of the cells other than the target antigen. The cell blocking treatment may be performed before or during the staining step, and may be performed either or both.

ブロッキング剤を入れた細胞を固相化する場合は、上述したように観察用基板にマイクロチャンバー等を形成しておく(後述する細胞の固相化方法に関する構造的手法を用いる)必要がある。   In the case of immobilizing a cell containing a blocking agent, it is necessary to form a microchamber or the like on the observation substrate as described above (using a structural method relating to the method of immobilizing a cell described later).

また、細胞表面の観察用基板との吸着(相互作用)を起こしやすい部位を被覆することにより、マイクロチャンバー等の細胞の固相化に関与する部位以外に細胞が吸着してしまうことを防止し、所定の部位に細胞を収容されるようにするためにも用いられる。   In addition, by covering the part that is likely to cause adsorption (interaction) with the observation substrate on the cell surface, it is possible to prevent the cells from adsorbing to parts other than the part related to the solid phase of the cell such as a micro chamber. It is also used for accommodating cells in a predetermined site.

ブロッキング剤としては様々なものが公知であるが、例えば、カゼイン、スキムミルク、ウシ血清アルブミン(BSA)、ポリエチレングリコール等の親水性高分子、リン脂質、エチレンジアミン、アセトニトリル等の低分子化合物が挙げられる。これらのブロッキング剤をPBS等の適切な溶媒で希釈した水溶液をブロッキング処理液として用いることができる。   Various blocking agents are known, and examples include hydrophilic polymers such as casein, skim milk, bovine serum albumin (BSA), and polyethylene glycol, and low molecular compounds such as phospholipid, ethylenediamine, and acetonitrile. An aqueous solution obtained by diluting these blocking agents with an appropriate solvent such as PBS can be used as a blocking treatment solution.

ブロッキング処理は、適切な濃度のブロッキング処理液を適切な時間、細胞あるいは観察用の基板に接触させることで行うことができる。ブロッキング処理液中のブロッキング剤の濃度は適宜調節することができるが、例えば、0.01〜20w/v%程度である。ブロッキング処理液と細胞との接触時間(ブロッキング処理時間)も適宜調節することができるが、例えば、室温で、5〜120分間程度である。   The blocking treatment can be performed by bringing a blocking treatment solution having an appropriate concentration into contact with cells or an observation substrate for an appropriate time. Although the density | concentration of the blocking agent in a blocking process liquid can be adjusted suitably, it is about 0.01-20 w / v%, for example. The contact time between the blocking treatment solution and the cells (blocking treatment time) can be adjusted as appropriate, and is, for example, about 5 to 120 minutes at room temperature.

2.撮影工程
上述する染色工程において、3種類の染色が施された被検試料について画像撮影装置13を用いて細胞画像の撮影を行う。
2. Imaging Step In the staining step described above, a cell image is captured using the image capturing device 13 for the test sample subjected to the three types of staining.

なお、蛍光色素による標識を行っている場合には、目的細胞を染色する標識抗体の蛍光色素、非目的細胞を染色する標識抗体の蛍光色素、細胞全てを標識する蛍光色素のそれぞれを励起する励起光を順次照射し、それぞれの蛍光色素から発光する蛍光に基づく細胞画像を撮影すればよい。   When labeling with a fluorescent dye, excitation that excites the fluorescent dye of the labeled antibody that stains the target cells, the fluorescent dye of the labeled antibody that stains non-target cells, and the fluorescent dye that labels all cells. What is necessary is just to image | photograph the cell image based on the fluorescence which light is irradiated sequentially and light-emitted from each fluorescent dye.

このような細胞画像を撮影する画像撮影装置13としては、特に限定されるものではないが、コンピュータで実行されるソフトウェアにより取り扱うことが可能な画像データとして細胞画像を撮影する装置であることが好ましく、例えば、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどを用いたデジタルカメラとすることができる。   The image capturing device 13 that captures such a cell image is not particularly limited, but is preferably a device that captures a cell image as image data that can be handled by software executed by a computer. For example, a digital camera using a CCD image sensor or a CMOS image sensor can be used.

画像撮影装置13により撮影された細胞画像の画像データは、細胞画像取得手段12により細胞画像解析装置10に読み込まれ、細胞領域特定手段14において細胞画像の画像解析が行われる。   The image data of the cell image photographed by the image photographing device 13 is read into the cell image analyzing device 10 by the cell image acquiring means 12 and the cell region specifying means 14 performs the image analysis of the cell image.

細胞領域特定手段14では、以下のようにして、細胞画像から任意の細胞の領域を特定する。
3.細胞領域特定工程
細胞領域の特定は、細胞画像の各画素に対して、以下のように、動的に二値化処理することにより行われる。なお、本実施例における二値化処理では、閾値よりも小さい輝度の画素の値を0、閾値よりも大きい輝度の画素の値を1としている。
The cell area specifying means 14 specifies an area of an arbitrary cell from the cell image as follows.
3. Cell area specifying step The cell area is specified by dynamically binarizing each pixel of the cell image as follows. In the binarization processing in this embodiment, the value of a pixel having a luminance smaller than the threshold is set to 0, and the value of a pixel having a luminance higher than the threshold is set to 1.

まず、細胞画像の任意の対象画素(二値化対象画素)に対して、複数の異なる形状を有する周辺領域を設定する。
本明細書において、「周辺領域」とは、任意の対象画素についての閾値を決定する際に用いる該対象画素の周辺の領域のことを意味する。すなわち、従来の動的二値化であれば、閾値を決定するための対象画素に隣接または近接する画素群の領域を意味する。
First, a peripheral region having a plurality of different shapes is set for an arbitrary target pixel (binarization target pixel) of a cell image.
In this specification, the “peripheral region” means a region around the target pixel used when determining a threshold value for an arbitrary target pixel. That is, the conventional dynamic binarization means a region of a pixel group adjacent to or close to the target pixel for determining the threshold value.

周辺領域の形状としては、複数の周辺領域がそれぞれ異なる形状であれば、特に限定されるものではないが、以下のように、複数の周辺領域を設定することができる。
第1の周辺領域:任意の対象画素を中心として、4回対称であり、かつ、対象画素を含む直線を対称軸とする線対称の領域
第2の周辺領域:任意の対象画素を中心として、2回対称であり、かつ、4回対称ではなく、かつ、対象画素を含む直線を対称軸とする線対称の領域
なお、本明細書において、n回対称とは、中心軸の周りを(360/n)°回転させると自らと重なる形状のことをいう。
The shape of the peripheral region is not particularly limited as long as the plurality of peripheral regions have different shapes, but a plurality of peripheral regions can be set as follows.
First peripheral region: four-fold symmetry with respect to an arbitrary target pixel and a line-symmetric region with a straight line including the target pixel as a symmetry axis Second peripheral region: with respect to an arbitrary target pixel, An area that is two-fold symmetric and that is not four-fold symmetric and that has a line of symmetry that includes a straight line including the target pixel as an axis of symmetry In this specification, n-fold symmetry is defined as (360) around the central axis. / N) A shape that overlaps itself when rotated.

具体的には、第1の周辺領域17としては、図2(a)に示すように、画素15の配列に対して各辺が平行となる正方形、図2(b)に示すように、画素15の配列に対して各対角線が平行となる略正方形、図2(c)に示す略円形などが挙げられる。なお、符号16は、二値化処理を施す任意の対象画素である。   Specifically, as the first peripheral region 17, as shown in FIG. 2A, a square whose sides are parallel to the arrangement of the pixels 15, and as shown in FIG. Examples include a substantially square in which each diagonal line is parallel to the 15 arrays, a substantially circular shape shown in FIG. Reference numeral 16 denotes an arbitrary target pixel on which binarization processing is performed.

また、第2の周辺領域18としては、図3(a)に示すように、画素15の配列に対して各辺が平行となる長方形、図3(b)に示すように、画素15の配列に対して各対角線が平行となる略菱形、図3(c)に示す長方形、図3(d)に示す略楕円形などが挙げられる。   Further, as the second peripheral area 18, as shown in FIG. 3A, a rectangle whose sides are parallel to the arrangement of the pixels 15, and as shown in FIG. Are substantially rhombuses whose diagonals are parallel to each other, a rectangle shown in FIG. 3C, a substantially ellipse shown in FIG.

また、図示しないが、第3の周辺領域として、例えば、第2の周辺領域を±90°回転させた形状の領域を設定することもでき、さらには、4つ以上の周辺領域を設定することも可能である。また、周辺領域としては、任意の対象画素を中心として、6回以上の対称性を有するものであってもよい。すなわち、周辺領域は、任意の対象画素を中心として、n回対象(nは偶数)であり、かつ、対象画素を含む直線を対称軸とする線対称の形状とすることができる。   Although not shown, for example, an area having a shape obtained by rotating the second peripheral area by ± 90 ° can be set as the third peripheral area, and more than four peripheral areas can be set. Is also possible. Further, the peripheral region may have a symmetry of 6 times or more about an arbitrary target pixel. That is, the peripheral region can be an object of n times (n is an even number) with an arbitrary target pixel as the center, and can have a line-symmetric shape with a straight line including the target pixel as a symmetry axis.

また、各周辺領域の大きさは、同程度であることが好ましく、例えば、第1の周辺領域17がm×mピクセルの領域である場合、第2の周辺領域18は、n×mピクセル(n<m)の領域、第3の周辺領域は、m×nピクセル(n<m)の領域のように設定することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the size of each peripheral region is substantially the same. For example, when the first peripheral region 17 is a region of m × m pixels, the second peripheral region 18 is n × m pixels ( The region of n <m) and the third peripheral region are preferably set like a region of m × n pixels (n <m).

このように設定した複数の周辺領域からそれぞれの閾値を決定するためには、各周辺領域の輝度の代表値を用いることができる。ここで、輝度の代表値としては、例えば、平均値や中央値、またはこれらに所定の定数を加算したものを用いることができ、より一般的には、下記式(1)で表される値を用いることができる。   In order to determine each threshold value from the plurality of peripheral areas set in this way, a representative value of the luminance of each peripheral area can be used. Here, as the representative value of luminance, for example, an average value, a median value, or a value obtained by adding a predetermined constant to these can be used, and more generally a value represented by the following formula (1): Can be used.

ここで、(x,y)は、周辺領域における画素の座標、h(x,y)は、座標(x,y)における重み係数、I(x,y)は、座標(x,y)における輝度、αは所定の定数である。   Here, (x, y) is the coordinate of the pixel in the peripheral region, h (x, y) is the weighting factor at the coordinate (x, y), and I (x, y) is at the coordinate (x, y). Luminance and α are predetermined constants.

ただし、Σh(x,y)=1であり、周辺領域外においてはh=0である。例えば、周辺領域が11×11ピクセルの正方形である場合、周辺領域における各画素の重み係数h(x,y)=1/121とすれば、閾値として周辺領域の輝度の平均値が求められる。   However, Σh (x, y) = 1, and h = 0 outside the peripheral region. For example, when the peripheral area is a square of 11 × 11 pixels, the average value of the luminance of the peripheral area can be obtained as a threshold if the weighting coefficient h (x, y) of each pixel in the peripheral area is 1/121.

このようにして得られた各周辺領域それぞれの閾値を用いて、各周辺領域において対象画素の二値化を行い、すべての周辺領域における結果が0の場合には、対象画素の画素値を0とし、いずれかの周辺領域における結果が1の場合には、対象画素の画素値を1とする。   Binarization of the target pixel is performed in each peripheral region using the threshold value of each peripheral region obtained in this manner, and when the result in all the peripheral regions is 0, the pixel value of the target pixel is set to 0. When the result in any peripheral region is 1, the pixel value of the target pixel is set to 1.

なお、本実施例では、上述するように、周辺領域から対象画素の閾値を決定しているが、これに限定されるものではなく、既知の様々な手法を適宜用いることもできる。
このような二値化処理を細胞画像のすべての画素に対して行った結果、画素値が1、すなわち、画像において白く表現された箇所が細胞領域となる。
In the present embodiment, as described above, the threshold value of the target pixel is determined from the peripheral region. However, the present invention is not limited to this, and various known methods can be used as appropriate.
As a result of performing such binarization processing on all the pixels of the cell image, a pixel value is 1, that is, a portion expressed in white in the image becomes a cell region.

本実施例のような細胞画像解析方法を用いることによって、単純二値化や従来の動的二値化を施した場合には、適切に細胞領域を特定することが困難な細胞が密集し近接・隣接していたり、同一の細胞群でも画素強度のばらつきが大きかったりする細胞画像であっても、適切に細胞領域を特定することができる。   When simple binarization or conventional dynamic binarization is performed by using a cell image analysis method such as this example, cells that are difficult to properly identify cell areas are densely packed and close to each other. -Even in the case of cell images that are adjacent or have a large variation in pixel intensity even in the same cell group, a cell region can be appropriately specified.

なお、細胞領域特定工程においては、上述する二値化処理だけではなく、後述するように、複数の二値化処理や他の画像処理を組み合わせて施すことも可能である。
図4では、一例として、被検試料として白血球のみが含まれる試料を撮影して得られた細胞画像(A)と、この細胞画像を二値化処理した画像(B)〜(F)とを示す。
In the cell region specifying step, not only the above-described binarization processing but also a plurality of binarization processing and other image processing can be performed in combination as will be described later.
In FIG. 4, as an example, a cell image (A) obtained by photographing a sample containing only white blood cells as a test sample, and images (B) to (F) obtained by binarizing the cell image are shown. Show.

なお、細胞画像(A)は、基板上に並べた白血球を抗CD45抗体で標識した蛍光色素で染色し、5倍の対物レンズを用いて撮影した画像の一部をトリミングしたものである。この細胞画像(A)における最大輝度は0.45であった。また、細胞画像(A)について、目視にて細胞数を計数したところ、66個を識別することができた。   The cell image (A) is obtained by staining the white blood cells arranged on the substrate with a fluorescent dye labeled with an anti-CD45 antibody, and trimming a part of the image photographed using a 5 × objective lens. The maximum luminance in this cell image (A) was 0.45. Further, regarding the cell image (A), when the number of cells was visually counted, 66 cells could be identified.

画像(B)〜(D)は、細胞画像(A)に対して従来の二値化処理を施した画像であって、画像(B)は、大津の二値化法を用いて閾値を設定して単純二値化処理した画像、画像(C)は、画像(B)における閾値よりも小さい閾値を設定して単純二値化処理した画像、画像(D)は、21×21ピクセルの周辺領域の平均輝度値+0.003を閾値として動的二値化処理した画像である。   Images (B) to (D) are images obtained by subjecting the cell image (A) to conventional binarization processing, and the image (B) sets a threshold value using the Otsu binarization method. Then, the image subjected to simple binarization processing, the image (C) is set to a threshold smaller than the threshold value in the image (B), and the image subjected to simple binarization processing, the image (D) is a periphery of 21 × 21 pixels. It is an image that has been subjected to dynamic binarization processing using the average luminance value of the region +0.003 as a threshold value.

画像(B)のように、大津の二値化法を用いて閾値を設定し単純二値化を施した場合には、低強度の細胞を検出できないことがある。なお、画像(B)について、目視にて細胞数を計数したところ、44個を識別することができた。   As shown in the image (B), when a threshold is set using the binarization method of Otsu and simple binarization is performed, low intensity cells may not be detected. Regarding the image (B), when the number of cells was visually counted, 44 cells could be identified.

一方で、このような低強度の細胞を検出しようと、閾値を小さく設定(本実施例では、閾値を0.035と設定)した場合には、画像(C)のように、細胞間の隙間、すなわち、細胞が存在しない箇所まで細胞領域と特定してしまうことになる。なお、画像(C)について、目視にて細胞数を計数することは困難である。   On the other hand, in order to detect such low-intensity cells, when the threshold value is set small (in this embodiment, the threshold value is set to 0.035), the gap between the cells as in the image (C). That is, the cell region is specified up to the place where the cell does not exist. Note that it is difficult to visually count the number of cells in the image (C).

また、画像(D)のように、従来の動的二値化処理を施した場合には、画像(B)と比べて、低強度の細胞も検出することができるが、細胞画像(A)のように、低強度の細胞と高強度の細胞が混在する場合には、低強度の細胞の周囲に高強度の細胞が存在することが少なくなく、動的二値化であっても、検出できない低強度の細胞が存在する。なお、画像(D)について、目視にて細胞数を計数したところ、46個を識別することができた。   In addition, when the conventional dynamic binarization process is performed as in the image (D), low-intensity cells can be detected as compared with the image (B), but the cell image (A) As shown in the figure, when low-intensity cells and high-intensity cells coexist, high-intensity cells often exist around low-intensity cells. There are low-strength cells that cannot. As for the image (D), when the number of cells was visually counted, 46 cells could be identified.

画像(E)は、細胞画像(A)に対して、本実施例の細胞画像解析方法による動的二値化処理を施した画像であり、21×21ピクセル、21×7ピクセル、7×21ピクセルの3つの周辺領域を用いて上述するように二値化処理している。なお、各周辺領域において、周辺領域の平均輝度値+0.003を閾値として設定している。   The image (E) is an image obtained by subjecting the cell image (A) to dynamic binarization processing by the cell image analysis method of the present embodiment, and is 21 × 21 pixels, 21 × 7 pixels, 7 × 21. As described above, binarization processing is performed using three peripheral regions of pixels. In each peripheral area, the average luminance value of the peripheral area +0.003 is set as a threshold value.

このように、本実施例の細胞画像解析方法を用いることにより、従来の単純二値化、動的二値化では検出できなかった低強度の細胞も検出することができる。なお、画像(E)について、目視にて細胞数を計数したところ、53個を識別することができた。   Thus, by using the cell image analysis method of the present embodiment, low-intensity cells that could not be detected by conventional simple binarization and dynamic binarization can also be detected. In addition, regarding the image (E), when the number of cells was visually counted, 53 cells could be identified.

画像(F)は、細胞画像(A)に対して、所定値以上の画素値を所定値に置換した後に本実施例の細胞画像解析方法による動的二値化処理を施した結果と、閾値を0.02として単純二値化処理を施した結果とに基づいて生成した画像である。   The image (F) includes a result obtained by performing dynamic binarization processing by the cell image analysis method of the present embodiment after substituting a predetermined value or more for a pixel value on the cell image (A), and a threshold value Is an image generated on the basis of the result of simple binarization processing with 0.02.

具体的には、細胞画像(A)において、画素値が0.025以上の画素を0.025で置換した後、画像(E)と同様に二値化処理した動的二値化画像を得る。次いで、閾値を高めに設定として単純二値化処理を施した単純二値化画像を得る。   Specifically, in the cell image (A), after replacing a pixel having a pixel value of 0.025 or more with 0.025, a dynamic binarized image obtained by binarization in the same manner as the image (E) is obtained. . Next, a simple binarized image that has been subjected to simple binarization processing with a higher threshold value is obtained.

そして、動的二値化画像と単純二値化画像とを画素ごとに比較し、両方とも画素値が0であれば、対象画素の画素値を0とし、いずれか一方でも値が1であれば、対象画素の画素値を1として生成した画像が画像(F)である。   Then, the dynamic binarized image and the simple binarized image are compared for each pixel. If both have a pixel value of 0, the pixel value of the target pixel is set to 0. For example, an image generated with the pixel value of the target pixel as 1 is the image (F).

このように、複数の二値化処理や他の画像処理を組み合わせて施すことによって、画像(F)のように、低強度の細胞の多くを検出することができる。なお、画像(F)について、目視にて細胞数を計数したところ、63個を識別することができた。   In this way, by performing a combination of a plurality of binarization processes and other image processes, it is possible to detect many low-intensity cells as in the image (F). As for the image (F), when the number of cells was visually counted, 63 cells could be identified.

なお、このような画像処理の組合せとしては、上述するように、本実施例の細胞画像解析方法による動的二値化処理と既知の画像処理とを適宜組み合わせることができるが、例えば、本実施例の細胞画像解析方法による動的二値化処理を施した結果と、閾値を低めに設定して単純二値化処理を施した結果とを画素ごとに比較し、両方とも画素値が1であれば、対象画素の画素値を1とし、いずれか一方でも値が0であれば、対象画素の画素値を0として細胞領域の特定を行うこともできる。   As a combination of such image processing, as described above, dynamic binarization processing by the cell image analysis method of this embodiment and known image processing can be appropriately combined. Compare the result of the dynamic binarization processing by the cell image analysis method of the example and the result of the simple binarization processing by setting a lower threshold value for each pixel. If there is, the pixel value of the target pixel is set to 1, and if any one of the values is 0, the pixel value of the target pixel can be set to 0 to specify the cell region.

また、細胞画像の各画素に対して、第1の周辺領域により二値化処理を施し、この結果、細胞領域と特定されなかった、すなわち、画素値が0とされた各画素についてのみ、第2の周辺領域を用いて二値化処理を施すようにしてもよい。   In addition, binarization processing is performed on each pixel of the cell image by the first peripheral region, and as a result, only for each pixel that is not identified as the cell region, that is, the pixel value is 0. The binarization process may be performed using two peripheral areas.

このように、細胞画像において、細胞領域と特定されなかった画素に対して、周辺領域の形状を変えながら、逐次的に二値化処理を所定回数繰り返すことによって、コンピュータを用いて細胞領域を特定するのに要する時間を短縮することができる。なお、繰り返す回数は適宜設定することができる。   In this way, the cell region is identified using a computer by sequentially repeating the binarization process a predetermined number of times while changing the shape of the peripheral region for pixels that have not been identified as a cell region in the cell image. The time required to do so can be shortened. Note that the number of repetitions can be set as appropriate.

図5は、図4とは異なる被検試料について撮影した得られた細胞画像(A)について、同様の処理を施して得られた画像である。
図4の場合と同様に、従来の二値化処理を施した画像と比べて、本実施例の細胞画像解析方法による二値化処理を施した画像では、より多くの細胞を検出することができた。
FIG. 5 is an image obtained by performing the same processing on a cell image (A) obtained by photographing a test sample different from that in FIG.
As in the case of FIG. 4, it is possible to detect more cells in the image subjected to the binarization processing by the cell image analysis method of the present embodiment than the image subjected to the conventional binarization processing. did it.

図6では、本実施例の細胞画像解析方法による二値化処理において、周辺領域のサイズによる二値化結果の比較を示す。
細胞画像(A)は、基板上に並べた白血球を抗CD45抗体で標識した蛍光色素で染色し、5倍の対物レンズで撮影した画像の一部をトリミングしたものである。撮影には、CCDイメージセンサを用いたデジタルカメラを用い、CCDの画素サイズは、6.45μm×6.45μmである。また、細胞画像(A)における画素ピッチは1.3μmであり、白血球の直径は、約9ピクセルである。
FIG. 6 shows a comparison of binarization results based on the size of the peripheral region in the binarization processing by the cell image analysis method of this example.
The cell image (A) is obtained by staining white blood cells arranged on a substrate with a fluorescent dye labeled with an anti-CD45 antibody and trimming a part of an image taken with a 5 × objective lens. For photographing, a digital camera using a CCD image sensor is used, and the pixel size of the CCD is 6.45 μm × 6.45 μm. Further, the pixel pitch in the cell image (A) is 1.3 μm, and the white blood cell diameter is about 9 pixels.

この細胞画像(A)に対して、それぞれ周辺領域のサイズを、(B)7×7ピクセル、(C)9×9ピクセル、(D)19×19ピクセル、(E)29×29ピクセル、(F)36×36ピクセル、(G)61×61ピクセルとして、動的二値化処理を行った。   For this cell image (A), the sizes of the surrounding areas are (B) 7 × 7 pixels, (C) 9 × 9 pixels, (D) 19 × 19 pixels, (E) 29 × 29 pixels, ( F) Dynamic binarization processing was performed as 36 × 36 pixels and (G) 61 × 61 pixels.

(B)のように、周辺領域のサイズが、細胞(白血球)の直径よりも小さい場合には、細胞領域の中心部が黒く、すなわち、細胞領域ではないことになってしまい、正確に細胞領域の特定ができない。   When the size of the peripheral region is smaller than the diameter of the cell (white blood cell) as in (B), the central portion of the cell region is black, that is, it is not a cell region. Cannot be identified.

これは、周辺領域のサイズが細胞直径よりも小さいために、同一細胞内での輝度ムラを反映してしまった結果である。
なお、(C)のように、周辺領域のサイズを細胞直径と同程度にすることで、細胞領域の特定を概ね正確に行うことができる。
This is a result of reflecting uneven brightness in the same cell because the size of the peripheral region is smaller than the cell diameter.
In addition, as shown in (C), by specifying the size of the peripheral region to be approximately the same as the cell diameter, the cell region can be specified almost accurately.

一方で、(G)のように、周辺領域のサイズが、細胞の直径よりも大幅に大きい場合には、細胞が存在しない箇所が白く、すなわち、細胞領域であることになってしまい、正確に細胞領域の特定ができない。   On the other hand, as shown in (G), when the size of the peripheral region is significantly larger than the diameter of the cell, the portion where the cell does not exist is white, that is, the cell region, The cell area cannot be specified.

これは、周辺領域のサイズが細胞直径に対して大きすぎることから、周辺領域の中で細胞がしめる割合が小さくなってしまった結果、周辺領域内での輝度平均値が小さくなり、低い閾値で二値化処理が行われるため、背景に比べて輝度が高くなっている細胞間の隙間の領域までも細胞領域と特定してしまうことになる。   This is because the size of the surrounding area is too large for the cell diameter, and as a result, the proportion of cells in the surrounding area is reduced. As a result, the luminance average value in the surrounding area is reduced, and the threshold value is low. Since binarization processing is performed, even a region of a gap between cells having higher brightness than the background is specified as a cell region.

なお、(F)のように、周辺領域のサイズが細胞直径の4倍程度であれば、細胞領域の特定を概ね正確に行うことができる。
以上のことより、周辺領域のサイズとしては、長軸が細胞直径の1〜4倍であることが好ましい。
In addition, as shown in (F), when the size of the peripheral region is about four times the cell diameter, the cell region can be specified almost accurately.
From the above, as the size of the peripheral region, the long axis is preferably 1 to 4 times the cell diameter.

なお、本明細書において、「長軸」とは、例えば、正方形の1辺、長方形の長辺、円形の直径、楕円形の長軸、菱形の対角線などを含んだ意味である。
また、周辺領域のサイズとして、短軸は細胞直径の0.5〜1倍であることが好ましい。
In this specification, “long axis” means, for example, one side of a square, a long side of a rectangle, a circular diameter, an elliptical long axis, a diagonal line of a rhombus, and the like.
Further, as the size of the peripheral region, the short axis is preferably 0.5 to 1 times the cell diameter.

なお、本明細書において、「短軸」とは、例えば、長方形の短辺、楕円形の短軸などを含んだ意味である。
なお、本実施例では、細胞画像(A)の画素ピッチを1.3μmと、細胞直径の1/9程度にしているが、細胞が画像上でその形状を認識可能な程度の解像度が得られればよく、画素ピッチは細胞直径の1/5以下であることが好ましい。
In the present specification, the “short axis” means, for example, a rectangular short side, an elliptical short axis, and the like.
In this embodiment, the pixel pitch of the cell image (A) is set to 1.3 μm, which is about 1/9 of the cell diameter. However, a resolution that allows the cell to recognize its shape on the image can be obtained. The pixel pitch is preferably 1/5 or less of the cell diameter.

以下、本実施例の細胞画像解析方法を用いて、血液細胞の細胞画像から、血中循環癌細胞(CTC)を検出する流れを説明する。なお、血液細胞には、目的細胞としてCTC、非目的細胞として白血球が含まれている。   Hereinafter, the flow of detecting circulating cancer cells (CTC) in blood from a cell image of blood cells using the cell image analysis method of the present embodiment will be described. The blood cells contain CTC as target cells and leukocytes as non-target cells.

このように、目的細胞と非目的細胞が混在する被検試料から、目的細胞を検出するためには、一般的に、以下の3種類の染色を施した細胞画像を用いる。
(1)目的細胞(CTC)に特異的に反応する抗体を用いた染色1
(2)非目的細胞(白血球)に特異的に反応する抗体を用いた染色2
(3)すべての細胞(目的細胞、非目的細胞、残余細胞)に施す染色3
染色1を施した細胞画像である第1細胞画像22と、染色2を施した細胞画像である第2細胞画像24と、染色3を施した細胞画像である第3細胞画像26とに基づいて、被検試料中の目的細胞(CTC)を検出する。
As described above, in order to detect a target cell from a test sample in which target cells and non-target cells are mixed, generally, cell images subjected to the following three types of staining are used.
(1) Staining using an antibody that specifically reacts with a target cell (CTC) 1
(2) Staining with an antibody that reacts specifically with non-target cells (white blood cells) 2
(3) Staining 3 for all cells (target cells, non-target cells, residual cells)
Based on a first cell image 22 that is a cell image that has been stained 1, a second cell image 24 that is a cell image that has been stained 2, and a third cell image 26 that is a cell image that has been stained 3. The target cell (CTC) in the test sample is detected.

図7は、目的細胞を検出する流れを示す工程図である。
まず、第3細胞画像26から第2細胞画像24の重畳部分を除去することで中間画像28を生成する。
FIG. 7 is a process diagram showing a flow of detecting a target cell.
First, the intermediate image 28 is generated by removing the overlapping portion of the second cell image 24 from the third cell image 26.

具体的には、第2細胞画像24を本実施例の細胞画像解析方法による二値化処理をし、第3細胞画像26を本実施例の細胞画像解析方法による二値化若しくは従来の単純二値化や動的二値化によって二値化処理し、それぞれ二値化処理された第3細胞画像26から第2細胞画像24を減算処理すればよい。   Specifically, the second cell image 24 is binarized by the cell image analysis method of the present embodiment, and the third cell image 26 is binarized by the cell image analysis method of the present embodiment or the conventional simple binary. The binarization process may be performed by binarization or dynamic binarization, and the second cell image 24 may be subtracted from the binarized third cell image 26.

なお、本明細書において「減算処理」とは、画像処理における減算を意味し、一方の細胞画像の画素の値から、他方の細胞画像の同じ位置の画素の値を引くことを全ての位置の画素において行うことにより求めることができる。なお、画素の値は通常、最低値を0とし、減算処理の結果、画素の値が負となった場合には、0とすることが好ましい。   In this specification, “subtraction processing” means subtraction in image processing, and subtracting the value of the pixel at the same position in the other cell image from the value of the pixel in one cell image It can be obtained by performing it in the pixel. In general, the pixel value is preferably set to 0 when the minimum value is 0, and when the pixel value becomes negative as a result of the subtraction process.

次いで、中間画像28と第1細胞画像22とを比較することによって、目的細胞を検出する。
具体的には、本実施例の細胞画像解析方法により二値化若しくは従来の単純二値化や動的二値化によって第1細胞画像22を二値化処理した後、以下のようにして、中間画像28の染色領域29(目的細胞と残余細胞の一部が染色された領域)と、第1細胞画像22の染色領域23(目的細胞、非目的細胞、細胞でない異物の一部が染色された領域)とを比較し、両方の染色領域が重畳または近接する領域を目的細胞として検出している。なお、検出画像において白く表現された領域を含む細胞が、目的細胞(CTC)の領域と判断することができる。
Next, the target cell is detected by comparing the intermediate image 28 with the first cell image 22.
Specifically, after binarizing the first cell image 22 by binarization or conventional simple binarization or dynamic binarization by the cell image analysis method of the present embodiment, as follows, Stained region 29 in intermediate image 28 (region in which target cells and a part of residual cells are stained) and stained region 23 in first cell image 22 (target cells, non-target cells, and part of non-cellular foreign matter are stained. And a region where both stained regions overlap or are close to each other is detected as a target cell. A cell including a region expressed in white in the detection image can be determined as a region of the target cell (CTC).

両方の染色領域が近接しているか否かの判定は、例えば、以下のように行うことができる。
中間画像28と第1細胞画像22を重ね合わせた状態で、図8に示すように、両方の染色領域の各画素同士の距離の最小値tを算出し、この最小値tを中間画像28の染色領域29と第1細胞画像22の染色領域23との最短距離とする。この最短距離が所定の近接判定値j以下であれば近接していると判断することができる。
The determination whether or not both staining regions are close to each other can be performed as follows, for example.
In a state where the intermediate image 28 and the first cell image 22 are overlapped, as shown in FIG. 8, the minimum value t of the distance between the pixels of both stained regions is calculated, and this minimum value t is calculated from the intermediate image 28. The shortest distance between the stained region 29 and the stained region 23 of the first cell image 22 is set. If the shortest distance is equal to or smaller than a predetermined proximity determination value j, it can be determined that the shortest distance is close.

なお、近接判定値jは、検出対象とする細胞に応じて任意の値とすることができ、例えば、目的細胞の平均的な大きさが白血球と同等と考えられる場合には、白血球の半径が7μm程度であると想定する場合には、近接判定値を7μmとすることが望ましい。また、白血球の半径が15μm程度であると想定する場合には、近接判定値を15μmとすることが望ましい。これは白血球などの半径の範囲にお互いの細胞が位置していれば、細胞同士が上下方向に重複していない限り1つの細胞であると判断できるからである。   Note that the proximity determination value j can be an arbitrary value depending on the cell to be detected. For example, when the average size of the target cell is considered to be equal to that of the white blood cell, the radius of the white blood cell is When it is assumed that it is about 7 μm, it is desirable that the proximity determination value is 7 μm. In addition, when it is assumed that the radius of white blood cells is about 15 μm, it is desirable that the proximity determination value be 15 μm. This is because if the cells are located within a radius range such as leukocytes, it can be determined that the cells are one cell unless the cells overlap in the vertical direction.

また、中間画像28と第1細胞画像22を重ね合わせた状態で、図9に示すように、両方の染色領域を既知の画像処理アルゴリズム(例えば、最近傍法、バイリニア補間法、バイキュービック補間法、Lanczos補間法等)に基づいて所定の膨張値dだけ膨張させ、膨張後の染色領域29a,23aが重畳する場合に近接していると判断することもできる。   In addition, with the intermediate image 28 and the first cell image 22 superimposed, as shown in FIG. 9, both staining regions are processed with known image processing algorithms (for example, nearest neighbor method, bilinear interpolation method, bicubic interpolation method). , Lanczos interpolation method or the like), and it is possible to determine that they are close to each other when the inflated dyeing regions 29a and 23a are superposed.

なお、膨張値dは、検出対象とする細胞に応じて任意の値とすることができ、近接判定値jの半分よりやや大きい値とすることができる。例えば、目的細胞の大きさが白血球と同等と想定される場合、染色対象同士が白血球の直径の範囲内に存在すれば同一の可能性があるため、白血球の直径が15μm程度であると想定する場合には、膨張値を8μmとすることができる。   The expansion value d can be an arbitrary value depending on the cell to be detected, and can be a value slightly larger than half of the proximity determination value j. For example, when the size of the target cell is assumed to be the same as that of the white blood cell, it is assumed that the diameter of the white blood cell is about 15 μm because there is a possibility that the objects to be stained exist within the range of the white blood cell diameter. In this case, the expansion value can be 8 μm.

また、染色対象同士が白血球の半径の範囲内に存在すれば上記以上に同一の可能性が高いと判断することができ、白血球の半径が7μm程度であると想定する場合には、膨張値dを4μmとすることができる。   Further, if the objects to be stained are within the radius range of leukocytes, it can be determined that the possibility of the same is higher than the above, and if the radius of leukocytes is assumed to be about 7 μm, the expansion value d Can be 4 μm.

また、上述する近接判定を組み合わせて行うことにより、より正確に、両方の染色領域が近接しているか否かを判定することができる。
また、一方の染色領域の中心(重心)位置と、他方の染色領域の中心(重心)位置との距離が、所定の近接判定値よりも小さい場合に、両染色領域が近接していると判定するようにしてもよい。
Further, by performing a combination of the above-described proximity determinations, it is possible to determine more accurately whether or not both staining regions are close to each other.
Further, when the distance between the center (centroid) position of one staining region and the center (centroid) position of the other staining region is smaller than a predetermined proximity determination value, it is determined that both staining regions are close to each other. You may make it do.

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、上記実施例では、目的細胞としてCTC等の希少細胞を検出するようにしているが、目的細胞としては希少細胞に限定されるわけではなく、任意の細胞を検出するために用いることができるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to this, and in the above embodiment, a rare cell such as CTC is detected as the target cell. The cells are not limited to rare cells, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention, such as use for detecting any cell.

また、上述する細胞画像解析方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム及び該プログラムを記録した、例えば、磁気テープ(デジタルデータストレージ(DSS)など)、磁気ディスク(ハードディスクドライブ(HDD)、フレキシブルディスク(FD)など)、光ディスク(コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、ブルーレイディスク(BD)など)、光磁気ディスク(MO)、フラッシュメモリ(SSD(Solid State Drive)、メモリーカード、USBメモリなど)などのコンピュータ可読記録媒体も本発明の一態様として含まれる。   In addition, a program for causing the above-described cell image analysis method to be executed by a computer and the program recorded therein, for example, a magnetic tape (digital data storage (DSS), etc.), a magnetic disk (hard disk drive (HDD), a flexible disk (FD) )), Optical disc (compact disc (CD), digital versatile disc (DVD), Blu-ray disc (BD), etc.), magneto-optical disc (MO), flash memory (SSD (Solid State Drive), memory card, USB memory, etc.) And the like are also included as one embodiment of the present invention.

本発明は、多数の非目的細胞の中から極少数の目的細胞を検出する場合に特に有効である。例えば、血液細胞から血中循環癌細胞(CTC)を検出する場合には、目的細胞であるCTCを非目的細胞である多数の白血球から分離する必要がある。   The present invention is particularly effective when detecting a very small number of target cells from a large number of non-target cells. For example, when circulating blood cancer cells (CTC) are detected from blood cells, it is necessary to separate CTCs, which are target cells, from many white blood cells, which are non-target cells.

CTCを検出する方法として、細胞展開用基板上に白血球とCTCの懸濁液を流し、基板上に細胞を並べ、適切な蛍光染色をして蛍光画像を取得し、蛍光画像中のCTC数を計数する。   As a method for detecting CTC, a suspension of leukocytes and CTC is poured on a cell development substrate, cells are arranged on the substrate, and a fluorescent image is obtained by appropriate fluorescent staining, and the number of CTCs in the fluorescent image is determined. Count.

この際に、CTCに特異的な染色1と、白血球に特異的な染色2の2通りの染色をして、染色1で染められて、かつ、染色2で染められていない細胞をCTCと判断する。例えば、染色1には抗サイトケラチン(CK)抗体を、染色2には抗CD45抗体を使用する。染色1、染色2ともに非特異染色される細胞があるため、2種類の特異的な染色を組み合わせてCTCを特定する。   At this time, two types of staining, CTC-specific staining 1 and leukocyte-specific staining 2, were performed, and a cell that was stained with staining 1 and not stained with staining 2 was determined to be CTC. To do. For example, anti-cytokeratin (CK) antibody is used for staining 1 and anti-CD45 antibody is used for staining 2. Since both staining 1 and staining 2 are nonspecifically stained, CTC is specified by combining two types of specific staining.

この際、白血球のCD45強度は同一検体においてもバラツキがあり、明るく光る白血球と暗く光る白血球が混在する。また、細胞展開用基板に多数の細胞を高密度に展開するため、各々の細胞は近接した状態にある。   At this time, the CD45 intensity of white blood cells varies even in the same specimen, and white blood cells that shine brightly and white blood cells that shine darkly are mixed. Further, in order to develop a large number of cells on the cell development substrate with high density, the cells are in close proximity.

ここで、抗CD45抗体で染色した血液細胞の蛍光画像から白血球を識別する際に、CD45強度の高い白血球に挟まれたCD45強度の低い白血球を検出し逃すと、CTCの過検出につながる。   Here, when white blood cells are identified from a fluorescent image of blood cells stained with an anti-CD45 antibody, if white blood cells with low CD45 intensity sandwiched between white blood cells with high CD45 intensity are detected and missed, CTC is overdetected.

逆に、CD45強度の高い白血球に隣接するCTCがある場合、白血球の蛍光がCTCの領域にも広がりを持って検出されることがあり、これは、CTCの検出ロスにつながる。したがって、抗CD45抗体で染色した血液細胞の蛍光画像から、白血球を過不足なく正確に特定することが重要である。   On the other hand, when there is a CTC adjacent to a white blood cell having a high CD45 intensity, the fluorescence of the white blood cell may be detected in a broad manner in the CTC region, leading to a CTC detection loss. Therefore, it is important to accurately identify white blood cells without excess or deficiency from fluorescent images of blood cells stained with anti-CD45 antibodies.

10 細胞画像解析装置
12 細胞画像取得手段
13 画像撮影装置
14 細胞領域特定手段
15 画素
16 二値化対象画素
17 第1の周辺領域
18 第2の周辺領域
22 第1細胞画像
23 染色領域
23a 膨張後の染色領域
24 第2細胞画像
26 第3細胞画像
28 中間画像
29 染色領域
29a 膨張後の染色領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cell image analyzer 12 Cell image acquisition means 13 Image capturing device 14 Cell area specifying means 15 Pixel 16 Binarization target pixel 17 First peripheral area 18 Second peripheral area 22 First cell image 23 Stained area 23a After expansion Stained region 24 Second cell image 26 Third cell image 28 Intermediate image 29 Stained region 29a Stained region after expansion

Claims (24)

細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析方法であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得工程と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定工程と、
を備え、
前記細胞領域特定工程は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、複数の異なる形状を有する周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
各周辺領域における対象画素の画素値のいずれかが前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定する細胞画像解析方法。
A cell image analysis method for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image acquisition step of acquiring a cell image that specifically stains a specific cell;
A cell region identification step for identifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying step includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region having a plurality of different shapes,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether any of the pixel values of the target pixel in each peripheral region exceeds the threshold, the cell image is subjected to dynamic binarization processing,
A cell image analysis method for identifying a cell region based on the cell image subjected to the dynamic binarization process.
細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析方法であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得工程と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定工程と、
を備え、
前記細胞領域特定工程は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
前記周辺領域における対象画素の画素値が前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定することを、
前記細胞画像において、細胞領域と特定されなかった画素に対して、前記周辺領域の形状を変えながら、所定回数繰り返す細胞画像解析方法。
A cell image analysis method for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image acquisition step of acquiring a cell image that specifically stains a specific cell;
A cell region identification step for identifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying step includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether or not the pixel value of the target pixel in the peripheral region exceeds the threshold value, the cell image is dynamically binarized,
Identifying a cell region based on the dynamic binarized cell image;
A cell image analysis method that repeats a predetermined number of times while changing the shape of the peripheral region for pixels that are not identified as cell regions in the cell image.
前記周辺領域が、前記二値化対象画素を中心として、n回対称(nは偶数)であり、かつ、前記二値化対象画素を含む直線を対称軸とする線対称の形状である請求項1または2に記載の細胞画像解析方法。   The peripheral region has n-fold symmetry (n is an even number) around the binarization target pixel, and has a line-symmetric shape with a straight line including the binarization target pixel as a symmetry axis. 3. The cell image analysis method according to 1 or 2. 前記周辺領域の長軸が、前記細胞の直径の1〜4倍である請求項1から3のいずれかに記載の細胞画像解析方法。   The cell image analysis method according to any one of claims 1 to 3, wherein a major axis of the peripheral region is 1 to 4 times a diameter of the cell. 前記周辺領域の短軸が、前記細胞の直径の0.5〜1倍である請求項4に記載の細胞画像解析方法。   The cell image analysis method according to claim 4, wherein the short axis of the peripheral region is 0.5 to 1 times the diameter of the cell. 前記閾値が、前記周辺領域の各画素の輝度の平均値、中央値、またはこれらに所定の定数を加算したものである請求項1から5のいずれかに記載の細胞画像解析方法。   The cell image analysis method according to any one of claims 1 to 5, wherein the threshold value is an average value, a median value, or a predetermined constant added to a luminance value of each pixel in the peripheral region. 前記閾値が、下記式(1)で表される請求項1から5のいずれかに記載の細胞画像解析方法。
ここで、(x,y)は、周辺領域における画素の座標、h(x,y)は、座標(x,y)における重み係数、I(x,y)は、座標(x,y)における輝度、αは所定の定数であり、Σh(x,y)=1である。
The cell image analysis method according to any one of claims 1 to 5, wherein the threshold value is represented by the following formula (1).
Here, (x, y) is the coordinate of the pixel in the peripheral region, h (x, y) is the weighting factor at the coordinate (x, y), and I (x, y) is at the coordinate (x, y). The luminance and α are predetermined constants, and Σh (x, y) = 1.
前記細胞領域特定工程は、前記動的二値化処理した細胞画像と、所定の閾値によって単純二値化処理した細胞画像とに基づき、前記細胞領域を特定する請求項1から7のいずれかに記載の細胞画像解析方法。   The cell region specifying step specifies the cell region based on the cell image subjected to the dynamic binarization process and the cell image subjected to the simple binarization process using a predetermined threshold value. The cell image analysis method described. 前記動的二値化処理した細胞画像と、前記単純二値化処理した細胞画像の少なくとも一方で前記細胞領域と特定された領域を細胞領域と特定する請求項8に記載の細胞画像解析方法。   The cell image analysis method according to claim 8, wherein an area specified as the cell area is specified as a cell area at least one of the cell image subjected to the dynamic binarization process and the cell image subjected to the simple binarization process. 前記動的二値化処理した細胞画像と、前記単純二値化処理した細胞画像の両方で前記細胞領域と特定された領域を細胞領域と特定する請求項8に記載の細胞画像解析方法。   The cell image analysis method according to claim 8, wherein a region identified as the cell region in both the dynamic binarized cell image and the simple binarized cell image is identified as a cell region. 前記細胞領域特定工程が、前記細胞画像の各画素について、所定値以上の画素値を所定値に置換することをさらに含む請求項1から10のいずれかに記載の細胞画像解析方法。   The cell image analysis method according to any one of claims 1 to 10, wherein the cell region specifying step further includes, for each pixel of the cell image, replacing a pixel value greater than or equal to a predetermined value with a predetermined value. 細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析装置であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得手段と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定手段と、
を備え、
前記細胞領域特定手段は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、複数の異なる形状を有する周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
各周辺領域における対象画素の画素値のいずれかが前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定する細胞画像解析装置。
A cell image analysis device for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image obtaining means for obtaining a cell image obtained by specifically staining a specific cell;
Cell region specifying means for specifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying means includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region having a plurality of different shapes,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether any of the pixel values of the target pixel in each peripheral region exceeds the threshold, the cell image is subjected to dynamic binarization processing,
A cell image analysis apparatus for identifying a cell region based on the cell image subjected to the dynamic binarization process.
細胞を含む試料についての細胞画像において、細胞が存在する細胞領域を特定するための細胞画像解析装置であって、
特定の細胞を特異的に染色した細胞画像を取得する細胞画像取得手段と、
前記細胞画像に基づいて細胞領域を特定する細胞領域特定手段と、
を備え、
前記細胞領域特定手段は、
前記細胞画像の各二値化対象画素に対して、周辺領域を設定し、
前記周辺領域の各画素の輝度に基づいて、該周辺領域における閾値を算出し、
前記周辺領域における対象画素の画素値が前記閾値を超えたか否かに基づき、前記細胞画像を動的二値化処理し、
前記動的二値化処理した細胞画像に基づいて、細胞領域を特定することを、
前記細胞画像において、細胞領域と特定されなかった画素に対して、前記周辺領域の形状を変えながら、所定回数繰り返す細胞画像解析装置。
A cell image analysis device for identifying a cell region in which a cell exists in a cell image of a sample containing cells,
A cell image obtaining means for obtaining a cell image obtained by specifically staining a specific cell;
Cell region specifying means for specifying a cell region based on the cell image;
With
The cell region specifying means includes
For each binarization target pixel of the cell image, set a peripheral region,
Based on the luminance of each pixel in the peripheral area, calculate a threshold value in the peripheral area,
Based on whether or not the pixel value of the target pixel in the peripheral region exceeds the threshold value, the cell image is dynamically binarized,
Identifying a cell region based on the dynamic binarized cell image;
A cell image analysis apparatus that repeats a predetermined number of times while changing a shape of the peripheral region for a pixel that is not specified as a cell region in the cell image.
前記周辺領域が、前記二値化対象画素を中心として、n回対称(nは偶数)であり、かつ、前記二値化対象画素を含む直線を対称軸とする線対称の形状である請求項12または13に記載の細胞画像解析装置。   The peripheral region has n-fold symmetry (n is an even number) around the binarization target pixel, and has a line-symmetric shape with a straight line including the binarization target pixel as a symmetry axis. The cell image analysis apparatus according to 12 or 13. 前記周辺領域の長軸が、前記細胞の直径の1〜4倍である請求項12から14のいずれかに記載の細胞画像解析装置。   The cell image analyzer according to any one of claims 12 to 14, wherein a major axis of the peripheral region is 1 to 4 times a diameter of the cell. 前記周辺領域の短軸が、前記細胞の直径の0.5〜1倍である請求項15に記載の細胞画像解析装置。   The cell image analysis apparatus according to claim 15, wherein a short axis of the peripheral region is 0.5 to 1 times the diameter of the cell. 前記閾値が、前記周辺領域の各画素の輝度の平均値、中央値、またはこれらに所定の定数を加算したものである請求項12から16のいずれかに記載の細胞画像解析装置。   The cell image analysis device according to any one of claims 12 to 16, wherein the threshold value is an average value, a median value, or a predetermined constant added to the luminance value of each pixel in the peripheral region. 前記閾値が、下記式(1)で表される請求項12から16のいずれかに記載の細胞画像解析装置。
ここで、(x,y)は、周辺領域における画素の座標、h(x,y)は、座標(x,y)における重み係数、I(x,y)は、座標(x,y)における輝度、αは所定の定数であり、Σh(x,y)=1である。
The cell image analyzer according to any one of claims 12 to 16, wherein the threshold value is represented by the following formula (1).
Here, (x, y) is the coordinate of the pixel in the peripheral region, h (x, y) is the weighting factor at the coordinate (x, y), and I (x, y) is at the coordinate (x, y). The luminance and α are predetermined constants, and Σh (x, y) = 1.
前記細胞領域特定手段は、前記動的二値化処理した細胞画像と、所定の閾値によって単純二値化処理した細胞画像とに基づき、前記細胞領域を特定する請求項12から18のいずれかに記載の細胞画像解析装置。   The cell region specifying means specifies the cell region based on the cell image subjected to the dynamic binarization process and the cell image subjected to the simple binarization process using a predetermined threshold. The cell image analysis apparatus described. 前記動的二値化処理した細胞画像と、前記単純二値化処理した細胞画像の少なくとも一方で前記細胞領域と特定された領域を細胞領域と特定する請求項19に記載の細胞画像解析装置。   The cell image analysis apparatus according to claim 19, wherein an area specified as the cell area is specified as a cell area at least one of the cell image subjected to the dynamic binarization process and the cell image subjected to the simple binarization process. 前記動的二値化処理した細胞画像と、前記単純二値化処理した細胞画像の両方で前記細胞領域と特定された領域を細胞領域と特定する請求項19に記載の細胞画像解析装置。   The cell image analysis apparatus according to claim 19, wherein an area identified as the cell area in both the cell image subjected to the dynamic binarization process and the cell image subjected to the simple binarization process is identified as a cell area. 前記細胞領域特定工程が、前記細胞画像の各画素について、所定値以上の画素値を所定値に置換することをさらに含む請求項12から21のいずれかに記載の細胞画像解析装置。   The cell image analysis device according to any one of claims 12 to 21, wherein the cell region specifying step further includes, for each pixel of the cell image, replacing a pixel value greater than or equal to a predetermined value with a predetermined value. 請求項1から11のいずれかに記載の細胞画像解析方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。   A program for causing a computer to execute the cell image analysis method according to any one of claims 1 to 11. 請求項23に記載のプログラムを記録したコンピュータ可読記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the program according to claim 23 is recorded.
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JP2019158352A (en) * 2018-03-07 2019-09-19 株式会社島津製作所 Particle image analyzer and particle image analysis method
CN116071746A (en) * 2023-04-06 2023-05-05 北京寻因生物科技有限公司 Cell image recognition analysis method

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