JP3686713B2 - Scanning cell measuring device - Google Patents

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JP3686713B2 JP27906895A JP27906895A JP3686713B2 JP 3686713 B2 JP3686713 B2 JP 3686713B2 JP 27906895 A JP27906895 A JP 27906895A JP 27906895 A JP27906895 A JP 27906895A JP 3686713 B2 JP3686713 B2 JP 3686713B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームを収束させたスポットにより細胞集団を走査し、自動的に細胞の小核等の検査を行なうことができる走査型細胞測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スライドグラス上の細胞集団を光ビーム(レーザ光線)を収束させたスポットで走査し、該細胞集団の個々の細胞が発する蛍光等を検出し、データ処理する“生物標本の複数の光学的特性を測定する方法および装置”(以下、走査型サイトメータと呼称する)が、特開平3−255365号公報に開示されている。
【0003】
走査型サイトメータは、レーザ及び該レーザビームを収束させたスポットが固定され、該スポット上を単離浮遊液状態の細胞がジェット水流として流れ出るフローサイトメータに対し、細胞はスライドグラス上に静置されており、レーザスポットが光学的および機械的に走査される点で、基本構成には差がある。
【0004】
しかし、走査型サイトメータは、蛍光色素で生化学的に標識された生物細胞集団にレーザスポットを照射・励起し、個々の細胞の発する蛍光を測光して高速に測定し、測定結果を細胞集団の免疫学的特性、遺伝学的特性、細胞増殖性等を表す統計的なデータとして提示することを目的としている点においては、フローサイトメータと同一である。
【0005】
走査型サイトメータは、フローサイトメータに比べて、以下の特長をもつ:
1. レーザスポットの二次元走査により蛍光量のほか、面積・形状など形態的な情報を得られる。
【0006】
2. スライドグラス上の各細胞の座標位置を記録し、かつ座標位置が再現可能であることにより、統計データの中の個々の細胞データを提示した細胞一個一個を顕微鏡視野内に位置再現し、顕微鏡観察像と細胞データとを対応付けすることができる。
【0007】
走査型サイトメータにおけるレーザ光源としては、通常、空冷アルゴンレーザの青色波長(488nm)が用いられる。また、標本を標識する蛍光色素としては、蛍光光抗体法と組み合わせた蛍光標識色素として、緑黄色蛍光を発するFITC(Fluorescein is othiocyanate )が一般的であり、核内または染色体内DNAの蛍光定量色素としては、燈色蛍光のPI(Propidium Iodide)が一般的である。
【0008】
また、AO(Acridine Orange )という色素があり、RNAとの結合では燈色蛍光を発し、DNAとの結合では緑黄色蛍光を発する。AOは一つの励起波長で異なる二色の蛍光を発し、フローサイトメータでは、RNAとDNAの2パラメータ測定に用いられる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
最近、薬品や食品の安全性試験として、小核検査による変異原性試験が行なわれている。この変異原性試験は、製造物責任の明確化などの情勢により、近年ますます重要視されている。
【0010】
小核検査には、培養細胞を用いる方法(in vitro) と、実験動物の血液を用いる方法(in vivo )があり、どちらかというと、前者は基礎実験的手法であり、後者のほうがより実用的手法とされている。
【0011】
実験動物の血液を用いる方法では、骨髄や末梢血をスメアしたスライド標本を用い、顕微鏡下で数百から千個の赤血球を肉眼観察し、赤血球内に小核の発現したものの比率を調べる。
【0012】
小核標本は、通常AO(Acridine Orange )で染色され、蛍光顕微鏡で観察される。このとき、赤血球(特に、幼若赤血球)内のRNA成分と結合した燈色蛍光で赤血球全体を確認し、小核のDNA成分と結合した緑黄色蛍光で赤血球内の小核の有無を目視して確認する。
【0013】
顕微鏡観察による小核検査では、手動でステージを動かしながら百個から千個の赤血球を肉眼で観察することになり、測定時間と操作者の苦痛がきわめて大きい。
【0014】
理論上、測定精度の向上のために、検体数、すなわち測定する赤血球の数を多くする必要があるが、顕微鏡観察による測定では、測定時間と操作者の苦痛を考えると、現実的には、測定細胞数を大幅に増やすことはできない。
【0015】
また、従来の目視観察では、形態を人間の目で観察して判断するため、客観的データとしての信頼性に欠ける。また、小核の蛍光量(すなわちDNA量)を定量することができなかった。
【0016】
また、スメア標本内に混在する種々の血球や血小板から、赤血球を選び出して、小核の有無を調べる測定作業は、顕微形態に依存しており、顕微形態情報の得られないフローサイトメーターは使用できない。
【0017】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、細胞の微細な構造またはその構造を構成する成分を自動的に計数・計測することのできる走査型細胞測定装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
したがって、まず、上記目的を達成するために請求項1に係る発明は、分光特性の異なる単一又は複数の蛍光色素で染色・標識された細胞集団に光ビームのスポットを二次元走査する光ビーム走査手段と、前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、細胞内の微細な構造またはその構造を構成する成分を標識する蛍光を検出する第1の蛍光検出手段と、前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、細胞全体を標識する蛍光を検出する第2の蛍光検出手段と、前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記光ビームのスポットを強調する空間フィルタリングを行なう空間フィルタリング手段と、前記第2の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像領域のうち、第1の閾値を超える第1画像領域を算出する第1画像領域算出手段と、前記第1画像領域算出手段により算出された第1画像領域内であって、前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記空間フィルタリング手段によるフィルタリングが行なわれた走査画像領域のうち、第2の閾値を超える第2画像領域を算出するとともに、前記空間フィルタリング手段によるフィルタリングが行なわれない前記走査画像について前記第2の閾値を超える第2画像領域を算出する第2画像領域算出手段とを具備し、前記空間フィルタリングが行なわれた走査画像に基づく第2画像領域を用いて前記光ビームと同程度以下である前記細胞内の微細な構造またはその構造を構成する成分の有無を検出し、前記空間フィルタリングが行なわれない走査画像に基づく第2画像領域を用いて当該第2画像領域の定量測定を行なうことを特徴とする走査型細胞測定装置、である。
【0019】
また、請求項2に係る発明は、分光特性の異なる単一又は複数の蛍光色素で染色・標識された細胞集団に光ビームのスポットを二次元走査する光ビーム走査手段と、前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、細胞核又は染色体の内部の微小な蛍光標識された部分からの蛍光を検出する第1の蛍光検出手段と、前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、前記細胞核又は染色体の全体を標識する蛍光を検出する第2の蛍光検出手段と、前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記光ビームのスポットを強調する空間フィルタリングを行なう空間フィルタリング手段と、前記第2の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像領域のうち、第1の閾値を超える第1画像領域を算出する第1画像領域算出手段と、前記第1画像領域算出手段により算出された第1画像領域内であって、前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記空間フィルタリング手段によりフィルタリングが行なわれた走査画像領域のうち、第2の閾値を超える第2画像領域を算出するとともに、前記空間フィルタリング手段によるフィルタリングが行なわれない前記走査画像について前記第2の閾値を超える第2画像領域を算出する第2画像領域算出手段とを具備し、前記空間フィルタリングが行なわれた走査画像に基づく第2画像領域を用いて前記光ビームと同程度以下である前記細胞内の微細な構造またはその構造を構成する成分の有無を検出し、前記空間フィルタリングが行なわれない走査画像に基づく第2画像領域を用いて当該第2画像領域の定量測定を行なうことを特徴とする走査型細胞測定装置、である。
【0020】
さらに、請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2記載の発明において、前記空間フィルタリングの演算子のサイズは、前記標本上で走査されるビームスポットと同じ程度のスポットにマッチングするサイズを下限とするものであり、前記第1画像領域算出手段により算出された第1の画像領域内の前記第2画像領域算出手段により算出された第2画像領域の数を記憶する記憶手段をさらに具備することを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る走査型細胞測定装置のマルチパラメータ蛍光測光光学系を示す図である。
【0025】
レーザー11より出射した光ビームは、主ダイクロイックミラー12で反射され、紙面に直交する図示されていない回転軸を中心に回動するガルバノメーターミラー13で反射・偏向される。
【0026】
ガルバノメーターミラー13で反射・偏向された光ビームは、瞳投影レンズ14で対物レンズ像画15上に結像され、紙面上左右方向に走査される走査スポットを形成する。
【0027】
該走査スポットは、対物レンズ16によって標本面17上に投影され、微小スポットとして標本上の細胞を走査する。該微小スポットによって励起された個々の細胞の蛍光標識からの蛍光は、ガルバノメーターミラー13まで光路を遡る。
【0028】
ここで、ガルバノメーターミラー13は、瞳投影レンズ14で対物レンズ16の瞳と共やくに結合されているため、標本からの蛍光は、ガルバノメーターミラー13の走査偏向角に依存することなく、レーザー光路を遡って行く。
【0029】
標本からの蛍光は、主ダイクロイックミラー12を透過し、副ダイクロイックミラー18に入射する。ここで、細胞からの蛍光のうち、短波長成分(例えば、緑黄色)は、副ダイクロイックミラー18で反射され、第1光電子増倍管19に入射し、光電検出される。細胞からの蛍光のうち、長波長成分(例えば、燈色)は副ダイクロイックミラー18を透過して第2光電子増倍管20に入射し、光電検出される。
【0030】
これにより、第1光電子増倍管19と、第2光電子増倍管20で同時に二つの蛍光成分を検出することができる。また、レーザをガルバノメータミラー13による光学偏向手段で左右方向に走査しながら、走査ステージで標本17を紙面に直交する方向に移動させることにより、標本面をレーザスポットで二次元走査することができ、分光学的に異なる二種類の蛍光色素標識を併用した2成分の走査測光が可能となる。
【0031】
図2は、同実施の形態における走査型細胞測定装置の電気系の構成を示す図である。
二本の光電子増倍管(PMT)21a、21bで検出した光電信号は、各々の検出信号(チャンネルと呼ぶ)ごとに設けられた信号処理系統で処理され、コンピュータ31内の拡張スロット上のメモリーボード32に設けられた各チャンネル毎のメモリー回路に転送・記憶される。
【0032】
すなわち、二本の光電子増倍管(PMT)21a、21bで検出された各々の光電信号は、ヘッドアンプ(Head Amp)22a,22bで増幅された後に、ミキサー23a,23bを介して、アナログ積分器(Analog Integ.)24a,24bによりノイズが除去され、アナログディジィタル変換器(A/D)25a,25bによって、12ビットディジタル信号に変換される。
【0033】
そして、ディジタルシグナルプロセッサ(DSP)27a,27bによって,信号処理が行なわれ、走査型細胞測定装置のコンピュータ31内の拡張スロット上のメモリーボード32に設けられた各チャンネル毎のメモリー回路に転送・記憶される。
【0034】
走査型細胞測定装置のコンピュータ31の拡張スロットには、IEEE−488規格に基づくGPIB(General Purpose Interface Bus )制御を行うGPIBボード33が設けられており、装置側のGPIBインターフェイス制御回路(GPIB I/F)34を介して、装置側のCPU(中央演算処理装置)37とコンピュータ31との間で通信を行なう。
【0035】
装置側のCPUバス(CPU Bus)には、走査ステージのX軸、Y軸をそれぞれ駆動する二つのステッピングモータ40a,40bの駆動制御を行なうモータコントローラ38a,38b、ガルバノメータミラー45を駆動する波形を生成する波形発生回路41、それぞれの光電子増倍管(PMT) 21a,21bの陰極への印可電圧を発生し増倍率を制御するディジタルアナログ変換器(D/A)、30a,30b、それぞれの光電子増倍管(PMT)21a,21bで検出した光電信号のオフセット調整電圧を発生するディジタルアナログ変換器(D/A)29a,29bが接続されている。
【0036】
上記モータコントローラ38a,38bには、それぞれステッピングモータ40a,40bを駆動するためのモータドライバ39a,39bが接続されている。波形発生回路41は、ディジタルアナログ変換器(D/A)42、オフセット調整電圧を発生するディジタルアナログ変換器(D/A)43、ミキサ44により構成されている。
【0037】
コンピュータ31は、IBM社PC/ATまたはそのコンパチブル機であり、コンピュータモニタディスプレイ用のビデオ・グラフティ・アダプター(VGA)ボード以下に少なくとも二つの、16ビットISA(Industry Standard Architecture)拡張スロットを有している。
【0038】
二つのスロットは1枚のメモリーカード32とGPIBボード33を実装する。本実施の形態に係る走査型細胞測定装置においては、コンピュータはGateway社(USA)の4DX−33V型(Intel社製CPU、80486DX−33を使用)PCコンピュータ、GPIBボードはNational Instruments社(USA)製のAT−GPIB型ボードを使用している。
【0039】
以上の光学系および電気系の構成により、走査型細胞測定装置のコンピュータ31からのGPIB制御コマンドによって、走査および信号処理等、装置の動作を包括的にコントロールし、標本をレーザで二次元走査して複数の蛍光を検出し、走査画像データを得ることができる。
【0040】
次に、走査型細胞測定装置の動作について説明する。
最初に、図3のフローチャートを参照して、走査型細胞測定装置の概略動作について説明する。
【0041】
まず、標本を走査型細胞測定装置のステージにセットする(step1)。次に、コンピュータ31のキーボード等の入力手段からコンピュータ31に標本走査領域、ゲイン、オフセット等の測定条件を入力する(step2)。そして、コンピュータ31により、画像データリストの初期化及び作成が行なわれる(step3)。
【0042】
次に、設定されたスライドグラス標本上の走査領域を走査画像メモリ1枚分のメモリ容量で限定される小走査領域ごとに区切って、二次元走査を行ないながら、光電信号をディジタル化して、コンピュータ31上のメモリボード32に走査画像データを転送する(step4)。
【0043】
各小走査領域ごとの走査画像データは、その都度コンピュータによって読みとられ、走査画像データがコンピュータで処理された後に(step5)、各細胞毎に相当する領域を抽出し、細胞情報を算出して、細胞データリストを作成、追記してゆく(step6)。
【0044】
そして、所定の走査領域全体の細胞データリストを作成し終わったところで測定は終了する(step7、step8)。測定の結果得られた細胞データリストは、データファイルとして保存され、ヒストグラム表示等、統計的な演算処理を受けながらコンピュータスクリーンに表示され検査が終了する(step9、stp10)。
【0045】
次に、走査画像データに対して適用する、各細胞領域・細胞情報を抽出する画像処理過程について、図4のフローチャートを参照して説明する。
ここで標本には、実験動物の血液による小核標本を用いるとする。すなわち、燈色蛍光を検出する第2チャンネルの走査画像では赤血球の全体像が得られ、緑黄色蛍光を検出する第1チャンネルの走査画像では赤血球内に出現する小核の像が得られている(step11)。
【0046】
次に、第2チャネルにおいてあらかじめ設定した閾値を越える領域を抽出し、“赤血球”として認識する(step12、step13)。ここでは、“赤血球”として認識された画像領域を領域Aとする。
【0047】
次に、“赤血球”として認識した範囲内で、今度は第1チャンネルにおいてあらかじめ設定した閾値を越える領域を抽出し、小核として認識する(step14)。ここでは、小核として認識された画像領域を領域Bとする。
【0048】
次に、step15における処理について説明する。
step15においては、例えば、小核のサイズなどの形態情報が必要であれば、第1チャネルにおいて閾値を越えた領域の走査画像データの数(画素数)を測定データとする。
【0049】
また、赤血球内の小核のサイズの比率が必要な場合、第1チャンネルで抽出した領域の画素数を、第2チャンネルで抽出した領域の画素数で割る(除算)ことにより得る。
【0050】
小核のDNA量などの定量測光情報が必要であれば、第1チャネルにおいて閾値を越えた領域の走査画像データの総和をとる。このとき、バックグラウンド値の補正等については、特開平3−255365号公報に記述されている方法が適用可能であり、バックグラウンド値の補正等を追加することで、より正確に定量測定できる。
【0051】
一方、小核の存在の有無を知るだけであれば、“赤血球”として認識した範囲内で第1チャンネルにおいて閾値を越えるかどうかだけを検出すればよい。また、赤血球内の小核の数は、第1チャンネルのデータが閾値を越えた領域の数で表わされる。
【0052】
次に、step15において算出された計算結果を、各領域Aごとに、領域A、領域Bのデータを記録し、細胞データリストしてデータファイルに追記し(step16)、画像処理を終了する(step17)。
【0053】
ここで、小核標本測定の目的が、小核のDNA量などの定量情報や小核の大きさなどの形態情報を得ることではなく、小核の有無すなわち出現率を確認することであるならば、走査画像を用いた定量測定を行う必要はない。
【0054】
したがって、緑黄色蛍光検出する第1チャネルの走査画像においては、赤血球内に出現する小核の像がコントラストよく得られていることが必要であって、走査画像における各画素データの蛍光測光値としての定量性は必要でない。
【0055】
以下、このような場合における小核の有無や数の検出方法について、図5のフローチャートを参照して説明する。
まず、燈色蛍光を検出する第2チャンネルにおいて、赤血球全体の走査画像が得られ、緑黄色蛍光を検出する第1チャンネルにおいて、赤血球内に出現する小核の像が得られる(step21)。
【0056】
次に、第1チャンネル(緑黄色蛍光)の走査画像に対して、スポットを強調する空間フィルタを適用し、微少な小核を前処理で強調する(step22)。
ここで、スポットを強調する空間フィルタ処理は、二次元演算子のたたみ込み積分による。演算子のサイズは、標本上で走査するビームサイズと同等のスポットにマッチングするサイズを下限とし、その整数比、またはべき乗比でより大きなスポットにマッチングするよう設定するよう構成する。
【0057】
これにより、スポットサイズと同程度以下の大きさの小核に対して空間フィルタ処理を最適化して鋭敏に検出することができる一方、やや大きめの小核に対しては大きめの演算子を用いることで空間フィルタ処理を最適化し、鋭敏に検出することもできる。
【0058】
次に、第2チャンネル画像において所定の閾値を超える画像領域(領域Aとする)を抽出する(step23、step24)し、領域A内に相当する第1チャンネル画像領域内で所定の閾値を超える画像領域(領域Bとする)を抽出する(step25)。
【0059】
次に、各領域Aごとに、領域A内の領域Bの数を記録し、細胞リストとしてデータファイルに追記して画像処理を終了する(step26、step27)。
すなわち、第1チャンネルの走査画像に対して、スポットを強調する空間フィルタ処理を前処理として行ない、微小な小核を前処理で強調した後に、閾値を超える領域を小核として認識・抽出して、小核の有無、すなわち出現率、および/または、出現した小核の数を個々の赤血球毎の細胞データとして出力する。これにより、微小な小核の有無や数の検出率を上げることができる。
【0060】
また、微少な小核の有無や数の検出率を上げると同時に、ある程度大きめの小核のDNA量や大きさを測定する必要があれば、図4に示す処理を行ないながら、第1チャンネルの走査画像にスポットを強調する空間フィルタ処理を平行して行ない、両方の処理結果を出力する。
【0061】
以下、図6のフローチャートを参照して、スポット強調空間フィルタ処理を併用した場合の処理について説明する。
まず、燈色蛍光を検出する第2チャンネルにおいて、赤血球全体の走査画像を得て、緑黄色蛍光を検出する第1チャンネルにおいて、赤血球内に出現する小核の走査画像を得る(step31)。
【0062】
次に、スポット強調空間フィルタ処理を併用した画像処理が開始される。
すなわち、上述の図4に示したフローチャートにおいて述べたように、まず、第2チャネルにおいてあらかじめ設定した閾値を越える領域(領域Aとする)を抽出し、“赤血球”として認識する(step32、step33)。
【0063】
次に、“赤血球”として認識した範囲内で、今度は第1チャンネルにおいてあらかじめ設定した閾値を越える領域を抽出し、小核として認識する(step34)。すなわち、領域A内に相当する第1チャンネル画像領域内で閾値を超える画像領域(領域Bとする)を抽出する。
【0064】
次に、図4のフローチャートにおいて述べたように、領域A、領域Bにおける画素数(=面積)、測光値データ総和(=積算値)、領域Aと領域Bの面積比等を計算する(step35)。
【0065】
次に、step35において算出された計算結果を、各領域Aごとに、領域A、領域Bのデータを記録し、細胞データリストしてデータファイルに追記し(step36)、画像処理を終了する(step37)。
【0066】
一方、step33〜step36の処理と平行して、以下の処理が行なわれる。
まず、第1チャンネル(緑黄色蛍光)の走査画像に対して、スポットを強調する空間フィルタを適用し、微少な小核を前処理で強調する(step41)。ここで、スポットを強調する空間フィルタ処理は、図5の説明において述べた通りである。
【0067】
次に、step33において抽出された画像領域A内に相当する第1チャンネル画像領域内で所定の閾値を超える画像領域(領域Cとする)を抽出する(step42)。次に、各領域Aごとに、領域A内の領域Cの数を記録し、細胞リストとしてデータファイルに追記して画像処理を終了する(step43、step37)。
【0068】
そして、これら両方の処理結果がコンピュータ31のディスプレイ等に表示される。
本実施の形態の走査型顕微鏡測定装置においては、図4乃至図6に示した処理を任意に切り替えることができ、用途に応じて使いわけすることができるように構成されている。
【0069】
従って、本実施の形態にの走査型顕微鏡測定装置によれば、小核の有無・出現率を確認する用途においては、スポット強調用空間フィルターを適用して、小さな小核も漏れなく検出することができる。
【0070】
また、小核のDNA量などの定量情報や小核の大きさなどの形態情報を測定する用途においては、スポット強調用空間フィルターを適用しないで閾値処理した後、定量情報や、形態情報の抽出を行うことにより、より正確な測定データを得ることができる。
【0071】
すなわち、小核試験の小核の有無・出現率の検出、および、小核のDNA量などの定量情報や小核の大きさの測定用途に適した、細胞測定装置を提供することができる。
【0072】
なお、上述の実施の形態の説明においては、赤血球における小核試験標本に基づいて行った。しかしながら、本発明の主旨は、細胞、細胞核、または染色体などの生態構造の内部に出現する微小な蛍光標識の定量/形態測定と出現率/数のカウントとを併用するその他の用途、たとえば染色体標識やDNAの特定分子配列の標識、細胞内に局所的に発見する抗原・抗体物質の検出と定量測定などに対して、同様に適用可能であることはいうまでもない。
【0073】
また、小核検査における赤血球標本をPI(Propidium Jodide)にて単染色し、細胞の検出を蛍光の代わりに前方散乱光の検出によって行ない、小核の検出のみでPIの蛍光検出によって行なう場合でも、本実施の形態において述べた手法を用いて小核を検査することができる。
【0074】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、細胞の小核等の微細な構造またはその構造を構成する成分を自動的に観察することができる走査型細胞測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る走査型細胞測定装置のマルチパラメータ蛍光測光光学系を示す図である。
【図2】同実施の形態における走査型細胞測定装置の電気系の構成を示す図である。
【図3】同実施の形態における走査型細胞測定装置の動作の概略構成を説明するためのフローチャートである。
【図4】同実施の形態における走査型細胞測定装置の走査画像データに対して適用する、各細胞領域等を抽出する画像処理過程を説明するためのフローチャートである。
【図5】同実施の形態における走査型細胞測定装置における小核の有無や数の検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図6】同実施の形態における走査型細胞測定装置におけるスポット強調空間フィルタ処理を並列に行なう処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
11…レーザー、12…主ダイクロイックミラー、13…ガルバノメーターミラー、14…瞳投影レンズ、15…対物レンズ像画、16…対物レンズ、17…標本面、18…副ダイクロイックミラー、19…第1光電子増倍管、20…第2光電子増倍管、21a,21b…光電子増倍管(PMT)、22a,22b…ヘッドアンプ、23a,23b…ミキサー、24a,24b…アナログ積分器、25a,25b…アナログディジィタル変換器、27a,27b…ディジタルシグナルプロセッサ、31…コンピュータ、32…メモリーボード、33…GPIBボード、34…GPIBインターフェイス制御回路、37…CPU、40a,40b…ステッピングモータ、45…ガルバノメータミラー。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning cell measuring apparatus capable of scanning a cell population with a spot converged with a light beam and automatically inspecting micronuclei of cells.
[0002]
[Prior art]
A cell population on a slide glass is scanned with a spot focused with a light beam (laser beam), and fluorescence or the like emitted from individual cells of the cell population is detected and data processed. A measuring method and apparatus "(hereinafter referred to as a scanning cytometer) is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-255365.
[0003]
In the scanning cytometer, the spot where the laser and the laser beam are focused is fixed, and the cell in the state of isolated suspended liquid flows on the spot as a jet water flow. There are differences in the basic configuration in that the laser spot is scanned optically and mechanically.
[0004]
However, a scanning cytometer irradiates and excites a laser spot onto a biological cell population biochemically labeled with a fluorescent dye, and measures the fluorescence emitted by each cell at high speed, and the measurement result is measured by the cell population. The flow cytometer is the same as the flow cytometer in that it is intended to be presented as statistical data representing the immunological characteristics, genetic characteristics, cell proliferation, and the like.
[0005]
Scanning cytometers have the following features compared to flow cytometers:
1. In addition to the amount of fluorescence, morphological information such as area and shape can be obtained by two-dimensional scanning of the laser spot.
[0006]
2. The coordinate position of each cell on the slide glass is recorded and the coordinate position can be reproduced, so that each cell presenting individual cell data in the statistical data is reproduced in the microscope field for microscopic observation. Images and cell data can be associated with each other.
[0007]
As a laser light source in a scanning cytometer, the blue wavelength (488 nm) of an air-cooled argon laser is usually used. In addition, as a fluorescent dye for labeling a specimen, FITC (Fluorescein is othiocyanate) emitting green-yellow fluorescence is generally used as a fluorescent labeling dye combined with a fluorescent photo antibody method, and as a fluorescent quantitative dye for intranuclear or intrachromosomal DNA. Is generally PI (Propidium Iodide) of amber fluorescence.
[0008]
In addition, there is a pigment called AO (Acridine Orange), which emits amber fluorescence when bound to RNA and emits green-yellow fluorescence when bound to DNA. AO emits two different colors of fluorescence at one excitation wavelength, and is used for two-parameter measurement of RNA and DNA in a flow cytometer.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, a mutagenicity test by a micronucleus test has been conducted as a safety test for drugs and foods. This mutagenicity test has become more and more important in recent years due to circumstances such as clarification of product liability.
[0010]
There are two types of micronucleus tests: cultured cells (in vitro) and laboratory animal blood (in vivo). The former is a basic experimental method, and the latter is more practical. Method.
[0011]
In the method using blood from experimental animals, a slide specimen smeared from bone marrow or peripheral blood is used, and several hundred to thousands of red blood cells are visually observed under a microscope, and the ratio of those in which the micronuclei are expressed in the red blood cells is examined.
[0012]
Micronucleus specimens are usually stained with AO (Acridine Orange) and observed with a fluorescence microscope. At this time, the whole red blood cell is confirmed by the amber fluorescence combined with the RNA component in the red blood cell (especially the young red blood cell), and the presence or absence of the micronucleus in the red blood cell is visually confirmed by the green-yellow fluorescence combined with the DNA component of the micronucleus. Confirm.
[0013]
In the micronucleus inspection by microscopic observation, 100 to 1000 red blood cells are observed with the naked eye while moving the stage manually, and the measurement time and the pain of the operator are extremely large.
[0014]
Theoretically, in order to improve measurement accuracy, it is necessary to increase the number of specimens, that is, the number of red blood cells to be measured, but in the measurement by microscopic observation, considering the measurement time and the pain of the operator, in reality, The number of measured cells cannot be increased significantly.
[0015]
Further, in the conventional visual observation, since the form is observed and judged by the human eye, the reliability as objective data is lacking. In addition, the fluorescence amount of micronuclei (that is, the amount of DNA) could not be quantified.
[0016]
In addition, the measurement work to select the red blood cells from the various blood cells and platelets mixed in the smear specimen to check for the presence of micronuclei depends on the micromorphology, and a flow cytometer where micromorphological information cannot be obtained is used. Can not.
[0017]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a scanning cell measuring apparatus capable of automatically counting and measuring a fine structure of a cell or a component constituting the structure. To do.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  Accordingly, first, in order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a light beam for two-dimensionally scanning a light beam spot on a cell population stained and labeled with single or plural fluorescent dyes having different spectral characteristics. Scanning means and first fluorescence for detecting fluorescence that labels a minute structure in the cell or a component constituting the structure, from fluorescence excited by the light beam scanned by the light beam scanning means Detection means; second fluorescence detection means for detecting fluorescence that labels the entire cell out of fluorescence from the cells excited by the light beam scanned by the light beam scanning means; and the first fluorescence detection means For scanned images obtained by fluorescence detected byOf the light beamSpatial filtering means for performing spatial filtering to emphasize a spot, and a first image that calculates a first image area that exceeds a first threshold among scanning image areas obtained by fluorescence detected by the second fluorescence detection means An area calculation unit and a scanning image obtained by fluorescence detected by the first fluorescence detection unit within the first image area calculated by the first image region calculation unit by the spatial filtering unit A second image region that exceeds the second threshold is calculated from the scanned image regions that have been filtered.And calculating a second image region that exceeds the second threshold for the scanned image that is not filtered by the spatial filtering means.Second image area calculation meansDetecting the presence or absence of a minute structure in the cell or a component constituting the structure, which is equal to or less than that of the light beam, using a second image region based on the scanned image on which the spatial filtering has been performed, Quantitative measurement of the second image region is performed using the second image region based on the scanned image that is not filtered.This is a scanning cell measuring apparatus.
[0019]
  Further, the invention according to claim 2 comprises: a light beam scanning means for two-dimensionally scanning a light beam spot on a cell population stained and labeled with a single or a plurality of fluorescent dyes having different spectral characteristics; and the light beam scanning means First fluorescence detection means for detecting fluorescence from a minute fluorescence-labeled portion inside a cell nucleus or chromosome among fluorescence excited by a light beam scanned by the light beam, and the light beam scanning means Of the fluorescence from the cells excited by the scanned light beam, second fluorescence detection means for detecting fluorescence that labels the whole cell nucleus or chromosome, and fluorescence detected by the first fluorescence detection means For the resulting scanned imageOf the light beamSpatial filtering means for performing spatial filtering to emphasize a spot, and a first image that calculates a first image area that exceeds a first threshold among scanning image areas obtained by fluorescence detected by the second fluorescence detection means An area calculation unit and a scanning image obtained by fluorescence detected by the first fluorescence detection unit within the first image area calculated by the first image region calculation unit by the spatial filtering unit. A second image region that exceeds the second threshold is calculated from the scanned image regions that have been filtered.And calculating a second image region that exceeds the second threshold for the scanned image that is not filtered by the spatial filtering means.Second image area calculation meansDetecting the presence or absence of a minute structure in the cell or a component constituting the structure, which is equal to or less than that of the light beam, using a second image region based on the scanned image on which the spatial filtering has been performed, Quantitative measurement of the second image region is performed using the second image region based on the scanned image that is not filtered.This is a scanning cell measuring apparatus.
[0020]
  Furthermore, the invention according to claim 3In the invention according to claim 1 or 2, the size of the spatial filtering operator is a size that matches a spot of the same degree as a beam spot scanned on the specimen, and has a lower limit. The image processing apparatus further comprises storage means for storing the number of second image areas calculated by the second image area calculation means in the first image area calculated by one image area calculation means.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a multi-parameter fluorescence photometric optical system of a scanning cell measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0025]
The light beam emitted from the laser 11 is reflected by the main dichroic mirror 12 and reflected / deflected by a galvanometer mirror 13 that rotates about a rotation axis (not shown) orthogonal to the paper surface.
[0026]
The light beam reflected and deflected by the galvanometer mirror 13 is imaged on the objective lens image 15 by the pupil projection lens 14 to form a scanning spot scanned in the left-right direction on the paper surface.
[0027]
The scanning spot is projected onto the specimen surface 17 by the objective lens 16, and scans the cells on the specimen as a minute spot. Fluorescence from the fluorescent label of individual cells excited by the microspots goes back to the galvanometer mirror 13 to the optical path.
[0028]
Here, since the galvanometer mirror 13 is coupled with the pupil of the objective lens 16 by the pupil projection lens 14, the fluorescence from the specimen does not depend on the scanning deflection angle of the galvanometer mirror 13, and the laser Go up the light path.
[0029]
The fluorescence from the specimen passes through the main dichroic mirror 12 and enters the sub dichroic mirror 18. Here, of the fluorescence from the cells, the short wavelength component (for example, greenish yellow) is reflected by the sub dichroic mirror 18 and enters the first photomultiplier tube 19 to be detected photoelectrically. Of the fluorescence from the cell, a long wavelength component (for example, amber color) is transmitted through the sub-dichroic mirror 18 and incident on the second photomultiplier tube 20 to be detected photoelectrically.
[0030]
Thereby, two fluorescent components can be detected simultaneously by the first photomultiplier tube 19 and the second photomultiplier tube 20. Further, the sample surface can be scanned two-dimensionally with a laser spot by moving the sample 17 in the direction orthogonal to the paper surface on the scanning stage while scanning the laser in the left-right direction with the optical deflection means by the galvanometer mirror 13, Two-component scanning photometry using a combination of two different fluorescent dye labels spectroscopically becomes possible.
[0031]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the electrical system of the scanning cell measuring apparatus according to the same embodiment.
Photoelectric signals detected by two photomultiplier tubes (PMT) 21a and 21b are processed by a signal processing system provided for each detection signal (referred to as a channel), and a memory board on an expansion slot in the computer 31 32 is transferred to and stored in a memory circuit for each channel provided in 32.
[0032]
That is, the respective photoelectric signals detected by the two photomultiplier tubes (PMT) 21a and 21b are amplified by the head amplifiers (Head Amps) 22a and 22b, and then analog integrated via the mixers 23a and 23b. The noise is removed by analog (Analog Integ.) 24a and 24b, and converted into 12-bit digital signals by analog / digital converters (A / D) 25a and 25b.
[0033]
Then, signal processing is performed by digital signal processors (DSPs) 27a and 27b, which are transferred and stored in the memory circuit for each channel provided in the memory board 32 on the expansion slot in the computer 31 of the scanning cell measuring apparatus. The
[0034]
A GPIB board 33 that performs GPIB (General Purpose Interface Bus) control based on the IEEE-488 standard is provided in the expansion slot of the computer 31 of the scanning cell measurement device, and a GPIB interface control circuit (GPIB I / O) on the device side is provided. F) Communication is performed between the CPU 31 (central processing unit) 37 on the apparatus side and the computer 31 via the 34.
[0035]
The CPU bus (CPU Bus) on the apparatus side has waveforms for driving the motor controllers 38a and 38b for controlling the drive of the two stepping motors 40a and 40b for driving the X axis and the Y axis of the scanning stage, respectively, and the galvanometer mirror 45. Waveform generation circuit 41 to be generated, digital / analog converters (D / A) 30a and 30b for generating the applied voltage to the cathodes of the respective photomultiplier tubes (PMT) 21a and 21b and controlling the multiplication factor, and the respective photoelectrons Digital / analog converters (D / A) 29a and 29b for generating offset adjustment voltages of photoelectric signals detected by multipliers (PMT) 21a and 21b are connected.
[0036]
Motor drivers 39a and 39b for driving the stepping motors 40a and 40b are connected to the motor controllers 38a and 38b, respectively. The waveform generation circuit 41 includes a digital / analog converter (D / A) 42, a digital / analog converter (D / A) 43 that generates an offset adjustment voltage, and a mixer 44.
[0037]
The computer 31 is an IBM PC / AT or a compatible machine having at least two 16-bit ISA (Industry Standard Architecture) expansion slots below a video graffiti adapter (VGA) board for computer monitor display. Yes.
[0038]
Two slots mount a single memory card 32 and a GPIB board 33. In the scanning cell measuring apparatus according to the present embodiment, the computer is a 4DX-33V type (using Intel CPU, 80486DX-33) PC computer from Gateway (USA), and the GPIB board is National Instruments (USA). A manufactured AT-GPIB type board is used.
[0039]
With the above optical system and electrical system configuration, the operation of the apparatus, such as scanning and signal processing, is comprehensively controlled by the GPIB control command from the computer 31 of the scanning cell measuring apparatus, and the specimen is two-dimensionally scanned with a laser. Thus, a plurality of fluorescence can be detected to obtain scanned image data.
[0040]
Next, the operation of the scanning cell measurement device will be described.
First, the schematic operation of the scanning cell measuring apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0041]
First, the specimen is set on the stage of the scanning cell measuring apparatus (step 1). Next, measurement conditions such as a specimen scanning region, gain, and offset are input to the computer 31 from input means such as a keyboard of the computer 31 (step 2). Then, the computer 31 initializes and creates an image data list (step 3).
[0042]
Next, the scanning area on the set slide glass specimen is divided into small scanning areas limited by the memory capacity of one scanning image memory, and the photoelectric signal is digitized while performing two-dimensional scanning, and the computer The scanned image data is transferred to the memory board 32 on 31 (step 4).
[0043]
Scanned image data for each small scanning region is read by the computer each time, and after the scanned image data is processed by the computer (step 5), the region corresponding to each cell is extracted, and cell information is calculated. Then, a cell data list is created and added (step 6).
[0044]
Then, the measurement ends when the cell data list for the entire predetermined scanning area is created (step 7, step 8). The cell data list obtained as a result of the measurement is saved as a data file, displayed on the computer screen while being subjected to statistical calculation processing such as histogram display, and the examination is completed (step 9, step 10).
[0045]
Next, an image processing process for extracting each cell region / cell information applied to the scanned image data will be described with reference to the flowchart of FIG.
Here, it is assumed that a micronucleus specimen made of blood from an experimental animal is used as the specimen. That is, the entire image of red blood cells is obtained in the scanned image of the second channel that detects amber fluorescence, and the image of micronuclei that appears in the red blood cells is obtained in the scanned image of the first channel that detects green-yellow fluorescence ( step 11).
[0046]
Next, a region exceeding a preset threshold value is extracted in the second channel and recognized as “red blood cells” (step 12, step 13). Here, the image area recognized as “red blood cells” is defined as area A.
[0047]
Next, within the range recognized as “red blood cells”, an area exceeding a preset threshold value in the first channel is extracted and recognized as a micronucleus (step 14). Here, an image region recognized as a micronucleus is referred to as region B.
[0048]
Next, the process in step 15 will be described.
In step 15, for example, if morphological information such as the size of the micronuclei is necessary, the number of scanned image data (number of pixels) in the area exceeding the threshold in the first channel is used as measurement data.
[0049]
When the ratio of the size of micronuclei in erythrocytes is required, it is obtained by dividing (dividing) the number of pixels in the region extracted in the first channel by the number of pixels in the region extracted in the second channel.
[0050]
If quantitative photometric information such as the amount of DNA in the micronuclei is necessary, the sum of the scanned image data of the area exceeding the threshold in the first channel is taken. At this time, for the correction of the background value and the like, the method described in JP-A-3-255365 can be applied, and by adding the correction of the background value and the like, quantitative measurement can be performed more accurately.
[0051]
On the other hand, if only the presence or absence of micronuclei is known, it is only necessary to detect whether or not the threshold is exceeded in the first channel within the range recognized as “red blood cells”. The number of micronuclei in the red blood cell is represented by the number of regions where the data of the first channel exceeds the threshold value.
[0052]
Next, the data of the area A and the area B are recorded for each area A for the calculation result calculated in step 15, the cell data list is added to the data file (step 16), and the image processing is ended (step 17). ).
[0053]
Here, if the purpose of micronucleus specimen measurement is not to obtain quantitative information such as the amount of micronucleus DNA or morphological information such as the size of micronuclei, but to confirm the presence or absence of micronuclei, that is, the appearance rate. For example, it is not necessary to perform quantitative measurement using a scanned image.
[0054]
Therefore, in the scanned image of the first channel for detecting green-yellow fluorescence, it is necessary that the image of the micronuclei appearing in the red blood cells is obtained with good contrast, and as the fluorescence photometric value of each pixel data in the scanned image Quantification is not necessary.
[0055]
Hereinafter, a method for detecting the presence or number of micronuclei in such a case will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, a scanned image of the whole red blood cell is obtained in the second channel for detecting amber fluorescence, and an image of micronuclei appearing in the red blood cell is obtained in the first channel for detecting green-yellow fluorescence (step 21).
[0056]
Next, a spatial filter for emphasizing the spot is applied to the scanned image of the first channel (green-yellow fluorescence), and minute micronuclei are enhanced by preprocessing (step 22).
Here, the spatial filter processing for emphasizing the spot is based on a convolution integral of a two-dimensional operator. The size of the operator is set so as to match a spot that is equal to the spot size equivalent to the beam size scanned on the sample, and to match a larger spot with an integer ratio or a power ratio.
[0057]
This makes it possible to optimize spatial filtering for small nuclei that are about the same size as the spot size and detect them sharply, while using a larger operator for slightly larger nuclei. Can optimize spatial filtering and detect sensitively.
[0058]
Next, an image region (referred to as region A) that exceeds a predetermined threshold in the second channel image is extracted (step 23, step 24), and an image that exceeds the predetermined threshold in the first channel image region corresponding to region A A region (referred to as region B) is extracted (step 25).
[0059]
Next, for each area A, the number of areas B in area A is recorded, added to the data file as a cell list, and the image processing ends (step 26, step 27).
That is, a spatial filter process for emphasizing a spot is performed as a pre-process on the scanned image of the first channel, and after the micro-nuclei are emphasized by the pre-process, a region exceeding the threshold is recognized and extracted as a micro-nuclei. The presence or absence of micronuclei, that is, the appearance rate and / or the number of micronuclei that have appeared are output as cell data for each individual red blood cell. Thereby, the presence / absence of minute micronuclei and the detection rate of the number can be increased.
[0060]
In addition, if it is necessary to increase the detection rate of the presence or number of micronuclei and at the same time to measure the DNA amount and size of a somewhat larger micronucleus, while performing the process shown in FIG. A spatial filter process for emphasizing the spot is performed in parallel with the scanned image, and both processing results are output.
[0061]
Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG. 6, processing when spot enhancement spatial filter processing is used in combination will be described.
First, a scanned image of the whole red blood cell is obtained in the second channel for detecting amber fluorescence, and a scanned image of micronuclei appearing in the red blood cell is obtained in the first channel for detecting green-yellow fluorescence (step 31).
[0062]
Next, image processing using spot enhancement spatial filter processing is started.
That is, as described in the flowchart shown in FIG. 4 described above, first, an area exceeding the preset threshold value in the second channel (referred to as area A) is extracted and recognized as “red blood cells” (step 32, step 33). .
[0063]
Next, within the range recognized as “red blood cells”, an area exceeding a preset threshold value in the first channel is extracted and recognized as a micronucleus (step 34). That is, an image area (referred to as area B) exceeding the threshold in the first channel image area corresponding to area A is extracted.
[0064]
Next, as described in the flowchart of FIG. 4, the number of pixels (= area) in the region A and the region B, the photometric value data sum (= integrated value), the area ratio between the region A and the region B, etc. are calculated (step 35). ).
[0065]
Next, the calculation results calculated in step 35 are recorded for each region A, the data of region A and region B, the cell data list is added to the data file (step 36), and the image processing is ended (step 37). ).
[0066]
On the other hand, the following processing is performed in parallel with the processing of step 33 to step 36.
First, a spatial filter for emphasizing a spot is applied to the scanned image of the first channel (green-yellow fluorescence), and minute micronuclei are enhanced by preprocessing (step 41). Here, the spatial filter processing for emphasizing the spot is as described in the description of FIG.
[0067]
Next, an image area (referred to as area C) exceeding a predetermined threshold is extracted in the first channel image area corresponding to the image area A extracted in step 33 (step 42). Next, for each area A, the number of areas C in area A is recorded, added to the data file as a cell list, and image processing ends (step 43, step 37).
[0068]
Both processing results are displayed on the display of the computer 31 or the like.
The scanning microscope measuring apparatus according to the present embodiment is configured so that the processing shown in FIGS. 4 to 6 can be arbitrarily switched and can be used depending on the application.
[0069]
Therefore, according to the scanning microscope measurement apparatus of the present embodiment, in the application for confirming the presence / absence rate of small nuclei, the spot emphasis spatial filter is applied to detect small nuclei without omission. Can do.
[0070]
In addition, in applications that measure quantitative information such as micronucleus DNA amount and morphological information such as micronucleus size, extraction of quantitative information and morphological information is performed after threshold processing without applying a spot enhancement spatial filter. By performing the above, more accurate measurement data can be obtained.
[0071]
That is, it is possible to provide a cell measuring apparatus suitable for use in detecting the presence / absence rate of micronuclei in a micronucleus test, and for measuring quantitative information such as the amount of DNA in the micronucleus and the size of the micronuclei.
[0072]
In the description of the above-described embodiment, it was performed based on a micronucleus test specimen in erythrocytes. However, the gist of the present invention is that other uses that combine the quantification / morphometry of the minute fluorescent label appearing inside an ecological structure such as a cell, cell nucleus, or chromosome and the count of appearance rate / number, such as chromosome labeling. Needless to say, the present invention can be similarly applied to the labeling of specific molecular sequences of DNA and DNA, the detection and quantitative measurement of antigens and antibody substances locally found in cells.
[0073]
In addition, even when a red blood cell sample in a micronucleus test is simply stained with PI (Propidium Jodide), detection of cells is performed by detection of forward scattered light instead of fluorescence, and detection of PI is performed only by detection of micronuclei. The micronucleus can be inspected using the method described in this embodiment.
[0074]
【The invention's effect】
As detailed above, according to the present invention, micronuclei of cellsSuch as fine structure or components constituting the structureIt is possible to provide a scanning cell measuring apparatus capable of automatically observing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a multi-parameter fluorescence photometric optical system of a scanning cell measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an electric system of the scanning cell measuring apparatus in the same embodiment.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a schematic configuration of an operation of the scanning cell measuring apparatus according to the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart for explaining an image processing process for extracting each cell region and the like applied to the scanned image data of the scanning cell measuring apparatus according to the embodiment;
FIG. 5 is a flowchart for explaining a method of detecting the presence / absence of micronuclei and the number in the scanning cell measuring apparatus according to the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart for explaining processing for performing spot enhancement spatial filter processing in parallel in the scanning cell measurement apparatus according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Laser, 12 ... Main dichroic mirror, 13 ... Galvanometer mirror, 14 ... Pupil projection lens, 15 ... Objective lens image, 16 ... Objective lens, 17 ... Sample surface, 18 ... Sub dichroic mirror, 19 ... First photoelectron Multiplier tube, 20 ... second photomultiplier tube, 21a, 21b ... photomultiplier tube (PMT), 22a, 22b ... head amplifier, 23a, 23b ... mixer, 24a, 24b ... analog integrator, 25a, 25b ... Analog digital converter, 27a, 27b ... digital signal processor, 31 ... computer, 32 ... memory board, 33 ... GPIB board, 34 ... GPIB interface control circuit, 37 ... CPU, 40a, 40b ... stepping motor, 45 ... galvanometer mirror.

Claims (3)

分光特性の異なる単一又は複数の蛍光色素で染色・標識された細胞集団に光ビームのスポットを二次元走査する光ビーム走査手段と、
前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、細胞内の微細な構造またはその構造を構成する成分を標識する蛍光を検出する第1の蛍光検出手段と、
前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、細胞全体を標識する蛍光を検出する第2の蛍光検出手段と、
前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記光ビームのスポットを強調する空間フィルタリングを行なう空間フィルタリング手段と、
前記第2の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像領域のうち、第1の閾値を超える第1画像領域を算出する第1画像領域算出手段と、
前記第1画像領域算出手段により算出された第1画像領域内であって、前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記空間フィルタリング手段によるフィルタリングが行なわれた走査画像領域のうち、第2の閾値を超える第2画像領域を算出するとともに、前記空間フィルタリング手段によるフィルタリングが行なわれない前記走査画像について前記第2の閾値を超える第2画像領域を算出する第2画像領域算出手段と
を具備し、前記空間フィルタリングが行なわれた走査画像に基づく第2画像領域を用いて前記光ビームと同程度以下である前記細胞内の微細な構造またはその構造を構成する成分の有無を検出し、前記空間フィルタリングが行なわれない走査画像に基づく第2画像領域を用いて当該第2画像領域の定量測定を行なうことを特徴とする走査型細胞測定装置。
A light beam scanning means for two-dimensionally scanning a light beam spot on a cell population stained and labeled with a single or a plurality of fluorescent dyes having different spectral characteristics;
First fluorescence detection means for detecting fluorescence that labels a minute structure in the cell or a component constituting the structure, out of fluorescence from the cell excited by the light beam scanned by the light beam scanning means;
Second fluorescence detection means for detecting fluorescence that labels the whole cell among fluorescence from cells excited by the light beam scanned by the light beam scanning means;
Spatial filtering means for performing spatial filtering to emphasize the spot of the light beam with respect to the scanned image obtained by the fluorescence detected by the first fluorescence detection means;
First image area calculation means for calculating a first image area that exceeds a first threshold among the scanned image areas obtained by the fluorescence detected by the second fluorescence detection means;
The scanned image obtained by the fluorescence detected by the first fluorescence detecting means within the first image area calculated by the first image area calculating means is filtered by the spatial filtering means. A second image area that exceeds a second threshold is calculated out of the scanned image areas, and a second image area that exceeds the second threshold is calculated for the scanned image that is not filtered by the spatial filtering means . A second image area based on the scanned image on which the spatial filtering has been performed, and a fine structure in the cell that is less than or equal to the light beam or a structure thereof is configured. The second image region is detected using a second image region based on a scanned image that is detected for the presence or absence of the component and is not subjected to the spatial filtering. Scanning cells measuring apparatus and carrying out a quantitative measurement of the image area.
分光特性の異なる単一又は複数の蛍光色素で染色・標識された細胞集団に光ビームのスポットを二次元走査する光ビーム走査手段と、
前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、細胞核又は染色体の内部の微小な蛍光標識された部分からの蛍光を検出する第1の蛍光検出手段と、
前記光ビーム走査手段により走査される光ビームにより励起された細胞からの蛍光のうち、前記細胞核又は染色体の全体を標識する蛍光を検出する第2の蛍光検出手段と、
前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記光ビームのスポットを強調する空間フィルタリングを行なう空間フィルタリング手段と、
前記第2の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像領域のうち、第1の閾値を超える第1画像領域を算出する第1画像領域算出手段と、
前記第1画像領域算出手段により算出された第1画像領域内であって、前記第1の蛍光検出手段により検出された蛍光により得られる走査画像に対して前記空間フィルタリング手段によりフィルタリングが行なわれた走査画像領域のうち、第2の閾値を超える第2画像領域を算出するとともに、前記空間フィルタリング手段によるフィルタリングが行なわれない前記走査画像について前記第2の閾値を超える第2画像領域を算出する第2画像領域算出手段と
を具備し、前記空間フィルタリングが行なわれた走査画像に基づく第2画像領域を用いて前記光ビームと同程度以下である前記細胞内の微細な構造またはその構造を構成する成分の有無を検出し、前記空間フィルタリングが行なわれない走査画像に基づく第2画像領域を用いて当該第2画像領域の定量測定を行なうことを特徴とする走査型細胞測定装置。
A light beam scanning means for two-dimensionally scanning a light beam spot on a cell population stained and labeled with a single or a plurality of fluorescent dyes having different spectral characteristics;
First fluorescence detection means for detecting fluorescence from a minute fluorescence-labeled portion inside a cell nucleus or a chromosome among fluorescence excited by a light beam scanned by the light beam scanning means;
Second fluorescence detection means for detecting fluorescence that labels the whole of the cell nucleus or chromosome among the fluorescence from the cells excited by the light beam scanned by the light beam scanning means;
Spatial filtering means for performing spatial filtering to emphasize the spot of the light beam with respect to the scanned image obtained by the fluorescence detected by the first fluorescence detection means;
First image area calculation means for calculating a first image area that exceeds a first threshold among the scanned image areas obtained by the fluorescence detected by the second fluorescence detection means;
The scanned image obtained by the fluorescence detected by the first fluorescence detecting means within the first image area calculated by the first image area calculating means is filtered by the spatial filtering means. A second image area that exceeds a second threshold is calculated out of the scanned image areas, and a second image area that exceeds the second threshold is calculated for the scanned image that is not filtered by the spatial filtering means . A second image area based on the scanned image on which the spatial filtering has been performed, and a fine structure in the cell that is less than or equal to the light beam or a structure thereof is configured. The second image region is detected using a second image region based on a scanned image that is detected for the presence or absence of the component and is not subjected to the spatial filtering. Scanning cells measuring apparatus and carrying out a quantitative measurement of the image area.
前記空間フィルタリングの演算子のサイズは、前記標本上で走査されるビームスポットと同じ程度のスポットにマッチングするサイズを下限とするものであり、
前記第1画像領域算出手段により算出された第1の画像領域内の前記第2画像領域算出手段により算出された第2画像領域の数を記憶する記憶手段をさらに具備することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の走査型細胞測定装置。
The size of the spatial filtering operator is a size that matches the same spot size as the beam spot scanned on the specimen, and has a lower limit.
The apparatus further comprises storage means for storing the number of second image areas calculated by the second image area calculation means in the first image area calculated by the first image area calculation means. Item 3. A scanning cell measuring apparatus according to item 1 or 2.
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