JP3265044B2 - 角膜内皮細胞形態決定方法 - Google Patents

角膜内皮細胞形態決定方法

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JP3265044B2
JP3265044B2 JP08924493A JP8924493A JP3265044B2 JP 3265044 B2 JP3265044 B2 JP 3265044B2 JP 08924493 A JP08924493 A JP 08924493A JP 8924493 A JP8924493 A JP 8924493A JP 3265044 B2 JP3265044 B2 JP 3265044B2
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陽子 高橋
達也 笠原
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、医療の眼科領域で、
白内障手術前後に患者の経過を調べるとき、医師に判断
データを提供するために行われる角膜内皮細胞形態を定
量的に決定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高齢化社会が進み白内障患者の数も増加
している。ところで白内障手術前後には角膜内皮細胞を
検査することが、殆んど義務のように行われている。従
来、その検査法としてスペキュラー撮影(角膜に投射し
た反射光による角膜内皮細胞の撮影)が行われ、判断基
準データを得るために下記の方法が行われている。 1. グリッド法 角膜内皮拡大写真等にグリッド(格子)を重ね合せて、
所定間隔の格子の中の細胞の数をカウントし、1平方ミ
リ当たりの細胞数(細胞密度)に換算する。 2. セルサイザー法 予め、細胞密度及び変動係数(CV=coefficient vari
ation)の判ったモデルを用意しておき、角膜内皮写真等
と比較して細胞密度及び変動係数を求める。 3. ディジタイザー法 細胞の頂点の座標(例えば、図1に示す6角形の細胞の
輪郭の頂点である1,2,3,4,5,6等の座標)を
コンピュータ等に入力して、細胞個々の正確な形態を次
により求める。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】 4. 対辺入力方法 相互に隣接する細胞A,B,C,-----の対向する2辺の
中点ac,c,c,----(図2参照)を入力して2点を直
径とする円に外接する正6角形の面積で細胞面積を近似
的に求める。この場合、例えば、細胞Aの面積は次のよ
うになる。
【数7】
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方法では
次のような問題点がある。すなわち、 1.グリッド法は、細胞密度しか求められない。 2.セルサイザー法は、細胞密度,変動係数が求められる
が、比較する人によりばらつきが生じ、さらに、正確な
値が求められない。 3.ディジタイザー法は、臨床に必要な形態データは全て
得られるが、入力に多大の労力が必要で実用に向かな
い。 4.対辺入力法は、入力は非常に簡便であるが、角数(医
師の判断基準となる6角形細胞頻度)が求められない。
【0004】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あって、従来行われて来た方法の持つ種々の欠点を解消
して、入力方法として、単に2次元に連続した細胞像の
各細胞の中心を入力するだけで、細胞の輪郭を再現でき
るようにして、ディジタイザー法の入力労力より格段
少い労力でディジタイザー法と同等の臨床に必要な形態
データを全て得ることが可能な角膜内皮細胞形態決定
法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の角膜内皮細胞形態決定方法においては、角
膜内皮細胞写真など2次元に連続した角膜内皮細胞像の
各細胞中心を夫々コンピュータに入力し、入力した各細
胞の中心点において、ある中心点より一定距離以下の細
胞中心である周囲点を求める工程と、この工程により得
られた周囲点を時計回り若しくは反時計回りに並べ替え
る工程と、上記工程により得られた連続した2つの周囲
点と中心点のなす角度が一定角度以下の場合、中心点と
2つの周囲点の距離が長い方を周囲点から取除く工程
と、上記工程により得られた連続した3つの周囲点の第
一点と第三点の距離が中心点と第二点の距離より短い場
合に第二点を周囲点から取除く工程と、上記工程により
得られた周囲点と中心点間の平均距離を求める工程と、
上記全ての工程を角膜内皮細胞の2次元に連続した複数
の中心点において夫々行った後、各中心点とその周囲点
間を夫々の周囲点との平均距離により比例分割する垂
線、すなわち比例分割した点を通って中心点と周囲点を
結ぶ線に垂直な直線を連続した周囲点につき夫々求め、
その垂線の交点を細胞の輪郭の頂点として求める工程
と、上記工程により得られた頂点の座標から角膜内皮細
胞形態データを算出する工程とを順次行って角膜内皮細
胞形態を定量的に決定するようにしている。
【0006】上記のある中心点より一定距離以下の周囲
点を求める工程では、一定以下の距離を、中心点から最
短の周囲点の距離の2.5 倍から3.5 倍の間のある距離と
するのが得策である。
【0007】上記連続した2つの周囲点と中心点のなす
角度が一定角度以下の場合、中心点と2つの周囲点との
距離が長い方を周囲点から取除く工程では、一定角度を
20度から40度の間のある値とするのが有利である。
【0008】また、連続した2つの周囲点と中心点のな
す角度が一定角度以下の場合、中心点と2つの周囲点の
距離が長い方を周囲点から取除く工程では、連続した2
つの周囲点と中心点のなす角度が90度から110 度のある
値以上の場合に、その中心点は外周の角膜内皮細胞の中
心点とする工程を含ませることが望ましい。
【0009】さらに、連続した3つの周囲点の第一点と
第三点の距離が中心点と第二点の距離より短い場合、第
二点を周囲点から除去する工程では、第一点と中心点と
第三点とのなす角度が120 度から140 度のある値以上の
場合に、第二点を周囲点から除去しないとする工程を含
ませることが有効である。
【0010】そして、中心点とその周囲点を夫々の周囲
点との平均距離により比例分割する垂線を連続した周囲
点につき夫々求め、その垂線の交点を細胞の輪郭の頂点
として求める工程では、比例配分に上記平均距離の2乗
から4乗のある値により重みづけを行い、その値により
比例分割を行なう工程を含ませることが効果的である。
【0011】
【作用】本発明の角膜内皮細胞形態決定方法において
は、角膜内皮細胞写真など2次元に連続した各細胞像の
中心をコンピュータ等に入力した各中心点にといて、あ
る中心点より一定距離以下の細胞中心である周囲点を求
めることにより実際の周囲細胞を必ず含むようにし、得
られた周囲点(実際の周囲点より外周の周囲点も含む)
を時計回り若しくは反時計回りに並べ替える工程によ
り、順番に周囲点をテストして以下の工程処理をスムー
スに行うことができるようにする。次に、上記工程によ
り得られた連続した2つの周囲点の中心点とのなす角度
が一定角度以下の場合に、中心点と2つの周囲点との距
離が長い方を周囲点から除く工程と、この工程により得
られた連続した3つの周囲点の第一点と第三点との距離
が第二点と中心点との距離より短い場合、第二点を周囲
点から除く工程とにより、実際の周囲点を得て、元来細
胞は正六角形でありそれがくずれて三角形〜十数角形に
なるが、細胞らしい形状を正しく求めることができるよ
うになる。そして、上記工程により得られた周囲点と中
心点間の平均距離を求め、中心点とその周囲点間をそれ
ぞれの周囲点との平均距離により比例分割した垂線を連
続した周囲点につき夫々求め、その交点を求めることに
より細胞輪郭の頂点が得られる。こうして得られた頂点
の座標から角膜内皮細胞の定量的な形態データを算出す
ることができる。
【0012】上記工程に於て、ある中心点より一定距離
以下の周囲点を求める工程で、該一定以下の距離を、中
心点から最短の周囲点の距離の2.5 倍から3.5 倍の間の
ある距離とすることは、実際の周囲細胞が必ず含まれる
最小値の距離であって、効率的にテストすることがで
き、連続した2つの周囲点と中心点のなす角度が一定角
度以下の場合に中心点と2つの周囲点の距離が長い方を
取除く工程で、一定角度を20度から40度の間のある値と
することや、連続した2つの周囲点が一定角度以下の場
合に中心点と2つの周囲点の距離の長い方を周囲点から
除く工程で、連続した2つの周囲点と中心点のなす角度
が90度から110 度のある値以上の場合に、その中心点は
外周細胞として細胞の再現は行わないとする工程を含ま
せること、及び連続した3つの周囲点の第一点と第三点
の距離が中心点と第二点の距離より短い場合に第二点を
周囲点から除去する工程で、第一点と中心点と第三点と
のなす角度が120 度から140 度のある値以上の場合に第
二点を周囲点から除かないとする工程を含ませること
は、それぞれ実験的に実際とよく適合し効果的に実際の
周囲点を求めることができるようにする。さらに、中心
点と周囲点間を夫々の周囲点との平均距離により比例分
割する垂線を連続した周囲点につき夫々求め、その垂線
の交点を細胞の輪郭の頂点として求める工程で、比例配
分に上記平均距離の2乗から4乗のある値により重みづ
けを行い、その値により比例分割を行う工程を含むこと
も、実験的に実際とよく適合し効果的である。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を添付の図面に基いて説明す
る。
【0014】図3に、角膜内皮細胞写真など2次元に連
続した角膜内皮細胞像の各細胞の中心点をコンピュータ
に入力するときの細胞像の模式図が示されている。元
来、細胞は正六角形であり、それがくずれて三角形〜十
数角形になるが(図9参照)、該図3は、正六角形の細
胞の集まりであるとした場合のそれぞれの入力点を黒点
で示したものである。
【0015】図4には、各細胞の中心点を入力するとき
のシステム図の実施例が示されている。この場合、角膜
内皮細胞写真であるスペキュラーマイクロスコピーをビ
デオカメラで撮影する。ビデオカメラからの角膜内皮細
胞像の映像信号は、スーパーインポーズ回路に入力さ
れ、モニターディスプレイにその細胞像が表示される。
一方、操作者はマウスを動かすとその移動信号はコンピ
ュータに入力され、マウスの移動による十字マークの移
動信号がコンピュータより上記スーパーインポーズ回路
に入力されてビデオカメラからの角膜内皮細胞の像信号
に重ねられる。従って、操作者はマウスを動かすことに
より、モニターディスプレイ上の角膜内皮細胞像上に十
字マークを移動せしめることができる。操作者が上記細
胞像の中心点(前述の黒点)に十字マーク中心をおいて
マウスの釦を押すことにより細胞中心座標をコンピュー
タに入力する。この入力は各細胞中心のすべて(200ケあ
れば200ケ)につき行う。このようにして細胞中心を入力
すると、コンピュータは組込まれたプログラムに従って
各細胞の輪郭の頂点を求め、得られた頂点の座標から前
述の数1〜数6に示す演算を行って細胞の定量的な形態
データを算出しプリンタより該データを打出す。
【0016】図5は、各細胞の中心点を入力するときの
システム図の他の実施例である。この場合は、ディジタ
イザーの上部板面に角膜内皮細胞写真であるスペキュラ
ーマイクロスコピーを載置する。操作者はディジタイザ
ーのカーソルを動かして、該カーソルの透明部にある十
字マークの中心を各細胞像の中心点におき、カーソルの
釦を押して中心点の座標をコンピュータに入力する。こ
の際、操作者に対する指示が、コンピュータに接続され
たモニターテレビに表示され、操作者はその指示に従っ
て操作する。このようにして各細胞中心に入力すると、
前述の実施例と同様にしてコンピュータは組込まれたプ
ログラムに従って作動して細胞の定量的な前述の形態デ
ータを算出し、プリンタより該データを打出す。
【0017】以下、コンピュータに角膜内皮細胞像の各
細胞の中心点を入力して、細胞の形態データを算出する
ときのプログラムにおける工程(ルーチン)を、フロー
チャート(図6〜図8)及び細胞入力図(図9)により
説明する。
【0018】先ず任意の細胞Aが最初(n=1)に選択
され(ステップ101)、n=1番目の中心点Pn としての
aから最短の中心点cまでの距離Lmin=距離acを算出
する(ステップ102)。 次に上記中心点aからLminの3倍
すなわち3×距離acを半径とする円Cr 内の中心点
b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,
n,o,p,q,r,sを準周囲点Sm として選択保存
する(ステップ103)。 そして、得られた上記準基準点を
時計回りに(角度により)並べ換え(ソーティング)を
行い、g,h,b,i,r,j,c,k,d,l,m,
s,e,n,o,p,f,qの順番に此等の周囲点をテ
ストできるようにする(ステップ104)。
【0019】続いて、上記工程により得られた連続した
2つの準周囲点の第一点であるm=1の周囲点を選び
(ステップ105)、該準周囲点Sm であるgと次の準周囲
点Sm+1であるhと中心点Pn であるaとのなす角度す
なわち∠gahが100 度以上か否かをチェックし(ステ
ップ106)、100 度以上の場合は外周細胞とするが(ステ
ップ107)、該角度∠gahは100 度以上でないので30度
以下かどうかをチェックし(ステップ108)、30度以上の
場合は両点を準周囲点として残すが、∠gahは30度以
下であるので中心点と2つの周囲点との距離、すなわち
距離Pnm である距離agと距離Pnm+1 である距
離ahとの比較を行う (ステップ109)。そして何れかの
準周囲点Sm 又はSm+1 と中心点Pn との距離の長い方
を準周囲点から除去する (ステップ110 、ステップ11
1)。この場合は距離ag<距離ahであるためhを除去
しgを準周囲点として残す。次に、残った準周囲点gと
次の準周囲点bとのなす角度は30度以上のためbを準周
囲点として残す。次に続く準周囲点iについては∠ba
i<30°で距離ab<距離aiのためiを除去しbを準
周囲点として残す。続いて∠ba>30°でr を残し、
∠raj<30°で距離aj<距離arのためrを除去し
jを残す。そして∠jac<30°で距離ac<距離aj
のためjを除去しcを準周囲点として残す。このように
順次ソーティングされた準周囲点をチェックし、全準周
囲点が終了するまで上記工程を行い(ステップ112,ステ
ップ113)、全準周囲点としてg,b,c,d,m,e,
o,fを得る。
【0020】このようにして得た準周囲点について、連
続した3つの準周囲点に関しては、第一点であるm=1
の準周囲点を選び(ステップ114)、 該準周囲点Sm と第
3番目の準周囲点Sm+2 と中心点Pn とのなす角度∠S
m n m+2 が128 度より大か否かを比較する。(ステッ
プ115)。 この場合該角度が128 度以上の場合は、第2番
目の準周囲点Sm+1 を実際の周囲点より除去しないが、
該角度が128 度以下の場合、第1番目の準周囲点Sm
第3番目の準周囲点Sm+2 間の距離Sm m+2が、中心
点Pn と第2番目の準周囲点Sm+1 との間の距離Pn
m+1 より短いか否かを比較し(ステップ116)、 短い場合
は第2番目の周囲点Sm+1 を実際の準周囲点から除外す
る(ステップ117)。上記の連続した3つの準周囲点g,
b,cの場合、∠gac<128 度であるため、距離gc
と距離abを比較して距離ab<距離gcであることか
らbは除外せず実際の周囲点として残す。次に∠bad
>128 度のためcは実際の周囲点として残し、∠cam
<128 度で距離ad<距離cmのためdは実際の周囲点
として残す。そして∠dae<128 度で距離am<距離
deのためmは周囲点より除外する。このようにして実
際の全周囲点が得られるまで上記工程(ルーチン)を繰
返し(ステップ118,119)、 Pn がaである場合の全周囲
点(b,c,d,e,f)が得られると該周囲点を保存
する(ステップ120)。 そして、外周細胞と判定したもの
(ステップ107)を含め、2次元に連続した各細胞の全中
心点について周囲点を保存せしめる(ステップ121,ステ
ップ122)。
【0021】次に、外周細胞以外の各細胞の全中心点に
おいて中心点と周囲点間の平均距離を算出し保存する
(ステップ123)。 そしてある細胞(n=1)から始めて
(ステップ124)、 その中心点Pn は外周細胞の中心点か
どうかを判定し(ステップ125)、 外周細胞の中心点でな
い場合のみ中心点Pn の或る周囲点(m=1)から始め
て(ステップ126)、 Pn m の中心点−周囲点間をそれ
ぞれの周囲点との平均距離で比例分割した点を通る垂線
と、Pn m+1 の中心点と次の周囲点間をそれぞれの周
囲点との平均距離で比例分割した点を通る垂線との交点
を求め、該交点Pn を中心とする細胞の頂点として保存
する(ステップ127)。 この場合、Pn を細胞Aの中心点
aとすれば、該中心点aの或る周囲点bとの間隔abを
それぞれの周囲点との平均距離で比例分割すなわちa':
b’の比率で分割した点を通る垂線と、中心点aの次の
周囲点cとの間隔acをそれぞれの周囲点との平均距離
で比例分割すなわちa":c”の比率で分割した点を通る
垂線との交点a1 が、細胞Aの輪郭の一つの頂点として
求められ保存される。なお、比例分割に際しては、実験
的に平均距離の2乗から4乗の間の或る値とする(例え
ば平均距離が5:6とすると2乗では25:36とな
る)と、実際とよく適合させることができる。この細胞
輪郭の頂点を求める工程を中心点aの全周囲点につき求
め(ステップ128,ステップ129)、 aを中心点とする細胞
Aの五角形の細胞形態を得ることができる。
【0022】上記細胞の輪郭の頂点を求めて細胞の形態
を決定する工程を、2次元に連続する各細胞の全中心点
について求め(ステップ130、ステップ131)、 外周点を除
いた全中心点において得られた頂点から、前述の数1〜
数6に示す数式により、平均細胞面積、細胞密度、6角
形細胞頻度などのすべての形態データを算出する。
【0023】上記実施例では、角膜内皮細胞写真である
スペキュラーマイクロスコピーをビデオカメラやディジ
タイザーを用いて解析を行い角膜内皮細胞の形態データ
を算出するようにしたが、眼球顕微鏡であるスペキュラ
ーマイクロスコープに直接ビデオカメラを装着してカメ
ラからの影像信号をフレームメモリーに記憶せしめて解
析を行い、上記形態データを算出することも可能で、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うこと
ができる。
【0024】
【発明の効果】請求項1記載の本発明の角膜内皮細胞形
決定方法によれば、白内障手術前後に行われる角膜内
皮細胞検査に際して角膜内皮細胞形態を定量的に決定
る場合、従来の算出方法の持つ全ての欠点を解消して、
特に精密な判断データが得られるデジタイザー法の労力
より格段に少ない労力で、スペキュラーマイクロスコピ
ー等の角膜内皮細胞像から、単に各細胞の中心をコンピ
ュータに入力するだけで、各細胞の輪郭を再現して、臨
床に必要な全ての形態データを容易に得ることができ
る。
【0025】請求項2記載の本発明によれば、上記コン
ピュータに入力した各細胞の中心点より一定の距離以下
の外周の細胞中心である周囲点を洩れなく効率的に求め
ることができ、細胞形態を定量的に決定するに際し計算
時間を短縮することができる。
【0026】請求項3記載の本発明によれば、ある細胞
の中心点の外周の実際の周囲点を含む多数の周囲点か
ら、不要な周囲点の除去を実際とよく適合して行うこと
ができる。
【0027】請求項4記載の本発明によれば、上記ある
細胞の中心点の外周の多数の周囲点から不要な周囲点の
除去を行う場合、該ある細胞の中心点が外周細胞の中心
点の場合、実際とよく適合して選ぶことができ、該中心
点に関する上記除去作業を省略せしめて不要な周囲点の
除去を効率的に行ことができる。
【0028】請求項5記載の発明によれば、ある細胞の
中心点外周の連続した3つの周囲点から不要な周囲点を
除去して実際の周囲点を求めるに際し、実際とよく適合
して効率的に容易に実際の周囲点を求めることができ
る。
【0029】請求項6記載の発明によれば、ある細胞の
中心点とその周囲点間を夫々の周囲点との平均距離によ
り比例分割する垂線を連続した周囲点につき求めて該垂
線の交点を細胞の輪郭の頂点として求めるに際し、実際
とよく適合するごとく頂点を求めて細胞の形態を決定す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ディジタイザー法により細胞の輪郭の頂点を入
力するときの説明図、
【図2】対辺入力法により細胞の対向する2辺の中点を
入力するときの説明図、
【図3】2次元に連続した角膜内皮細胞像の各細胞の中
心点を入力するときの模式図、
【図4】各細胞の中心点を入力するときのシステム図、
【図5】各細胞の中心点を入力するときの他のシステム
図、
【図6】コンピュータで行われている工程(ルーチン)
を示すフローチャート、
【図7】コンピュータで行われている工程の図6に続く
フローチャート、
【図8】コンピュータで行われている工程の図7に続く
フローチャート、
【図9】各細胞の中心点を入力して細胞の輪郭を決定す
るときの説明図である。
【符号の説明】
A…角膜内皮細胞、 a…A細胞の中心点、 a1 …a
b間をa,b夫々の周囲点との平均距離により比例分割
する垂線とac間を同じく比例分割する垂線との交点、
b,c, d,e,f,g,h,i,j,k,l,
m,n,o,p,q,r,s…細胞の中心点、 Cr
…3×間隔abを半径とする円。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 1/00 G06T 7/00 - 7/60 A61B 3/00 - 3/16

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】角膜内皮細胞像より角膜内皮細胞形態を定
    量的に決定する方法であって、2次元に連続した角膜内
    皮細胞像の各細胞中心を夫々コンピュータに入力し、入
    力した各細胞の中心点において、 ある中心点より一定距離以下の細胞中心である周囲点を
    求める工程と、 上記工程により得られた周囲点を時計回り若しくは反時
    計回りに並べ替える工程と、 上記工程により得られた連続した2つの周囲点と中心点
    のなす角度が一定角度以下の場合、中心点と2つの周囲
    点の距離が長い方を周囲点から除去する工程と、 上記工程により得られた連続した3つの周囲点の第一点
    と第三点の距離が中心点と第二点の距離より短い場合、
    第二点を周囲点から除去する工程と、 上記工程により得られた周囲点と中心点間の平均距離を
    もとめる工程と、 上記全工程を角膜内皮細胞の2次元に連続した複数の
    中心点において夫々行った後、中心点と周囲点間を夫々
    の周囲点との平均距離により比例分割する垂線を連続し
    た周囲点につき夫々求め、その垂線の交点を細胞の輪郭
    の頂点として求める工程と、 上記工程により得られた頂点の座標から角膜内皮細胞デ
    ータを算出する工程とからなることを特徴とする角膜内
    皮細胞形態決定方法。
  2. 【請求項2】ある中心点より一定距離以下の周囲点を求
    める工程において、 一定以下の距離を、中心点から最短の周囲点の距離の2.
    5 倍から3.5 倍のある距離とする請求項1記載の角膜内
    皮細胞形態決定方法。
  3. 【請求項3】連続した2つの周囲点と中心点のなす角度
    が一定角度以下の場合、中心点と2つの周囲点の距離が
    長い方を周囲点から除去する工程において、 一定角度を20度から40度のある値とする請求項1又は2
    記載の角膜内皮細胞形態決定方法。
  4. 【請求項4】連続した2つの周囲点と中心点のなす角度
    が一定角度以下の場合、中心点と2つの周囲点の距離が
    長い方を周囲点から除去する工程において、 連続した2つの周囲点と中心点のなす角度が90度から11
    0 度のある値以上の場合、その中心点は外周の角膜内皮
    細胞の中心点とする工程を含む請求項1又は2又は3記
    載の角膜内皮細胞形態決定方法。
  5. 【請求項5】連続した3つの周囲点の第一点と第三点の
    距離が中心点と第二点の距離より短い場合、第二点を周
    囲点から除去する工程において、 第一点と中心点と第三点のなす角度が120 度から140 度
    のある値以上の場合、第二点を周囲点から除去しないと
    する工程を含む請求項1ないし4のいずれかに記載の角
    膜内皮形態決定方法。
  6. 【請求項6】中心点と周囲点間を夫々の周囲点との平均
    距離により比例分割する垂線を連続した周囲点につき夫
    々求め、その垂線の交点を細胞の輪郭の頂点として求め
    る工程において、 比例配分に上記平均距離の2乗から4乗のある値により
    重みづけを行い、その値により比例分割を行う工程を含
    む請求項1ないし5のいずれかに記載の角膜内皮細胞形
    決定方法。
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