JP6315655B2 - 細胞画像処理方法、細胞画像処理装置及び細胞画像処理プログラム - Google Patents
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Description
本発明の実施にあたっては、まず、細胞を準備する。細胞は「単一細胞又は細胞集団」を意味し、その限りにおいて特に制限はない。細胞はヒトだけでなく、マウス、サル、ウサギ、イヌ、ネコ等の細胞でもよい。また、細胞は、複数系統の細胞に分化する能力(多分化能)及び細胞分裂を経ても多分化能を維持できる能力(自己複製能)を有する細胞(幹細胞)でよく、分化細胞でもよい。幹細胞としては、例えばES細胞、iPS細胞等の多能性幹細胞が挙げられる。
次に、細胞を測定試料とする。測定試料は、例えば細胞を含む溶液をスライドチャンバに注入して準備する。
次に、使用する細胞観察システム1の構成について説明する。図1は細胞観察システム1の構成図である。
定量位相顕微鏡Aは、光の入射側に、図示しない光出射部からの照射光を導く光ファイバBの出射側端面B1に臨ませたレンズA2と、このレンズA2を透過する光を反射する反射部A3を具備する。一方、定量位相顕微鏡Aの光の出射側には、光干渉部A7で生成される干渉縞(図示せず、以下同様)を撮像して定量位相画像とするCCDカメラ等の撮像装置C1と、部分反射部A8で反射された被測定光を撮像して明視野画像とする撮像装置C2が設けられる。
次に、細胞画像処理装置Dの構成について説明する。図2は細胞画像処理装置Dのハードウェア的構成を示す概要図であり、図3は細胞画像処理装置Dの機能的構成を示す概要図である。
細胞画像処理プログラムは、コンピュータを、上述した第1の取得手段D1、第2の取得手段D2、設定手段D3、減算手段D4及び表示手段D5として機能させるものである。コンピュータに細胞画像処理プログラムを読み込ませることにより、コンピュータは細胞画像処理装置Dとして動作する。細胞画像処理プログラムは、例えば、記録媒体に格納されて提供される。なお、記録媒体としては、フレキシブルディスク、CD、DVD等の記録媒体、ROM等の記録媒体、または半導体メモリ等が例示される。
細胞画像処理装置Dにより行われる細胞画像処理方法について説明する。図4は細胞画像処理方法のフローチャートである。細胞画像処理装置Dにより行われる細胞画像処理方法により、空間分解能に優れた細胞の画像を取得することができる。
第1の取得手段D1は、撮像装置C1から定量位相画像を取得する。
第2の取得手段D2は、撮像装置C2から明視野画像を取得する。なお、第2の取得ステップS2は、第1の取得ステップS1よりも前に行ってもよいし、あるいは後で行ってもよい。
設定手段D3は、取得した定量位相画像及び明視野画像の輝度を設定する。その設定は、減算画像のDC成分が少なくなるように行われるのが通常である。
減算手段D4は、設定定量位相画像から設定高周波成分画像である設定明視野画像を減算して減算画像を取得する。取得された減算画像は、空間分解能に優れ、細胞内器官(オルガネラ)等の細胞の内部構造及び境界(輪郭)部分が明瞭である。
IQPM=ΔφLF
となる。これを模式的に示したのが図5(A)である。
IBF〜1−ΔφHF
の比例関係がある。ΔφHFを模式的に示したのが図5(B)である。
IQPM−IBF=ΔφLF+ΔφHF−1
となり、減算画像は高い空間周波数成分を含むものとなる。
表示手段D5は、減算ステップS4で取得された減算画像を表示する。表示に際し、減算画像は適当な画像処理が施されても差支えない。減算画像は、全部表示されるようにしてもよいし、一部だけ表示されるようにしてもよい。
IQPM=ΔφLF
である(図7(A))。
E=exp[i(φ+ΔφHF))=exp[iφ](1+iΔφHF)
と近似できる。
IPhC=|exp(iπ/2)+iΔφHF|2=1−2ΔφHF
が導かれ、位相差コントラスト画像IPhCと位相遅れΔφHFに比例関係が生じる。
IQPM−IPhC=ΔφLF+2ΔφHF−1
となり、減算画像は高い空間周波数成分を含むものとなる。
細胞画像処理装置により、ヒトiPS細胞(253G1。Nature Biotechnology,2008,Vol.21,No.1、p.101−106)の定量位相画像(図8(A))及び明視野画像(図8(B))から、減算画像(図8(C))を取得した例を示す。この例では、細胞画像処理装置は、定量位相画像及び明視野画像の輝度のヒストグラムを対比し、定量位相画像の輝度を自動変更して明視野画像と同じ最高輝度及び最低輝度に設定し、そして、設定定量位相画像から明視野画像を減算した。
細胞画像処理装置により、ヒトiPS細胞(253G1)の定量位相画像(図9(A))及び明視野画像(図9(B))から、減算画像(図9(C))を取得した例を示す。この例では、細胞画像処理装置は、定量位相画像の輝度を自動変更して明視野画像と同じ最高輝度及び最低輝度の設定定量位相画像(図9(A’))とした後、設定定量位相画像から明視野画像を減算した。
細胞画像処理装置により、ヒトiPS細胞(253G1)の定量位相画像(図10(A))及び明視野画像から、減算画像(図10(C))を取得した例を示す。
細胞画像処理装置により、ES細胞(khES3)の定量位相画像(図12(A))及び明視野画像から、減算画像(図12(C))を取得した例を示す。減算画像では、細胞核領域がより明瞭となっている。
細胞画像処理装置により、ヒトiPS細胞(253G1)の定量位相画像(図14の(A))及び位相差コントラスト画像(図14(B))から、減算画像(図14(C))を取得した例を示す。
Claims (5)
- 細胞の定量位相画像を取得する第1の取得ステップと、
細胞の高周波成分画像を取得する第2の取得ステップと、
前記定量位相画像及び前記高周波成分画像の輝度を設定する設定ステップと、
設定定量位相画像から設定高周波成分画像を減算して減算画像を取得する減算ステップと、
を備えることを特徴とする細胞画像処理方法。 - 前記設定ステップは、定量位相画像及び高周波成分画像の最高輝度及び最低輝度を同じに設定するステップである、請求項1に記載の細胞画像処理方法。
- 前記高周波成分画像は、明視野画像又は位相差コントラスト画像である、請求項1又は2に記載の細胞画像処理方法。
- 細胞の定量位相画像を取得する第1の取得手段と、
細胞の高周波成分画像を取得する第2の取得手段と、
前記定量位相画像及び前記高周波成分画像の輝度を設定する設定手段と、
設定定量位相画像から設定高周波成分画像を減算して減算画像を取得する減算手段と、
を備えることを特徴とする細胞画像処理装置。 - コンピュータを、
細胞の定量位相画像を取得する第1の取得手段、
細胞の高周波成分画像を取得する第2の取得手段、
前記定量位相画像及び前記高周波成分画像の輝度を設定する設定手段、
設定定量位相画像から設定高周波成分画像を減算して減算画像を取得する減算手段、
として機能させるための細胞画像処理プログラム。
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