JPH05180832A - 染色体異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小さい染色体およびフラグメントを正確に認
識することができる染色体異常検出装置を提供すること
を目的とする。 【構成】 撮像した染色体標本の画像の面積を算出し
（算出された面積を第１の面積とする）、次に、ある閾
値で画像の各画素の濃度を二値化する。閾値をある程度
大きくして二値化すると、画像の濃度の低い画素部分が
消えるため、画像が２つ以上に分離することになる。こ
のように、画像が２つ以上に分離するような閾値を用い
て画像の二値化を行う。そして、分離された画像のそれ
ぞれの面積算出する。分離された画像のそれぞれの面積
の和と第１の面積との比率および分離された画像のそれ
ぞれの面積の相違率に基づいて染色体異常の有無を判断
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放射線被曝等により生
ずる染色体異常を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】染色体に放射線が照射されるとその部分
で染色体は切断されるが、染色体自身が自己修復機能を
有しているため、切断された染色体はその後元の形状に
復帰する。しかしながら、切断された２本の染色体どう
しが接合修復される際に、これらが誤って接合される
と、染色体は元の形状に復活せず、染色体異常が生ず
る。

【０００３】図７〜図１２は、染色体異常が生ずる過程
を説明するための図である。これらの図において、１は
染色体であり、この染色体１は動原体３と腕２とからな
る。

【０００４】図７（イ）に示すように、染色体１は分裂
間期の通常のリンパ球内においては、二重らせん構造を
持つ一本の糸状になっている。ところが、分裂中期にお
いては、二重らせんのそれぞれが倍化して（図７
（ロ））、さらにこれが折りたたまれて図７（ハ）に示
すようなＸ字形やＶ字形になる。

【０００５】たとえば、図８および図９に示すように、
通常の間期にあるリンパ球に放射線が照射され、染色体
１に放射線４が照射される（図８（ｂ）、図９（ｂ））
と、腕２が切断される（図８（ｃ）、図９（ｃ））。多
くの場合、切断された箇所同志は再接続される。しかし
ながら、染色体同志が誤って接続されてしまうこともあ
る（図８（ｄ）、図９（ｄ））。図８（ｅ）、図９
（ｅ）は、図８（ｄ）、図９（ｄ）のように誤って接続
されたものが倍化した状態であり、図１０（ａ）（ｂ）
は、図８（ｅ）、図９（ｅ）のそれぞれに対応する中期
での表現形態を示す。

【０００６】今、図１１（イ）に示すように、動原体３
を中部に持つ染色体ａとｂに放射線４が照射され、図１
１（ロ）のように切断されたとする。図１１（ロ）に示
すように、切断された後の各部分をａ１，ａ２，ｂ１，
ｂ２とする。図１１（ハ）は正常に再接続された場合を
示している。図１２（イ）は、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２
が切断されたまま再接続されなかった場合、図１２
（ロ）（ハ）は誤って接続された場合を示している。

【０００７】図１０および図１２は、いずれも染色体異
常を生じた例であり、図１０（ａ）、図１２（ハ）のよ
うに、動原体を２つ有するものをダイセントリック、動
原体を有しないものをフラグメントと称する。図１０
（ｂ）のように、動原体を有する環状の染色体をセント
リックリングという。また、誤って図１２（ロ）のよう
に接続される異常を転座という。

【０００８】従来、染色体異常の検出は、熟練した観察
者が被検者の培養血液の染色体標本を顕微鏡下で分析
し、形状異常を有する染色体の個数を計数することによ
り行われていた。

【０００９】しかしながら、図７に示すような染色体異
常の出現頻度は通常の成人の場合において1,000細胞に
１個程度の割合で出現する。被曝線量が低くなるに連れ
て染色体異常の出現頻度は低くなるため、低線量被曝の
場合に統計的に有意な値を得るためには数千から数万細
胞の観察、分析が必要となる。

【００１０】ところが、観察者が１日に分析しうる細胞
数は200〜300個程度が限界であり、これ以上の個数を観
察、分析した場合には疲労による染色体異常の見落とし
の可能性が高くなるといわれている。従って、集団検診
等による大量の染色体標本を迅速に分析するためには多
大な時間を要し、事実上不可能に近い、という問題があ
った。

【００１１】また、許容範囲内の個数の分析であって
も、見落としなくすべての染色体異常を検出するために
は相当の技術と経験が必要であり、技量自体が観察者の
能力に左右されるため、観察者間や研究所間での異常検
出率が必ずしも一定にならない、という問題もあった。

【００１２】このような問題に鑑み、近年、染色体異常
の自動検出を行う技術が提案されている。たとえば、染
色体標本の顕微鏡像を画像として取り込み、その画像を
解析して染色体異常を識別する装置が考えられている。

【００１３】このような染色体異常の識別においては、
染色体の画像を対称に２つに分離する対称軸（以下、主
軸という）を決定し、この主軸に基づく特徴量を求め、
この特徴量によって識別するということが行われる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、染色体異常
の１つであるフラグメント（図１２（ハ））は、一般に
小さいために上記のように主軸を正確に求めることが困
難である。このことは、フラグメントに限らず、正常で
あって小さい染色体に対しても主軸を正確に求めること
が困難である。

【００１５】ここで、主軸の求め方を図６を参照して説
明する。図６に示すように、主軸ａは対象物６１の重心
Ｇを通り、Ｘ軸（水平方向）に対して角度θをもって交
わるものと仮定する。Ｍｐｑを次式のように仮定する
と、

【数１】 主軸ａの方向は次式の解として求められる。

【数２】 これを解くと、

【数３】 となる。以上により、主軸ａの方向が求められる。

【００１６】しかしながら、このような方法で主軸を求
める場合、染色体の形状が長円形に近い形状やあるいは
長方形に近い形状である場合等は主軸は正確に求められ
るのであるが、小さい染色体の場合は、その形状が円形
や正方形に近い場合が多く、上記方法で主軸が正確に求
められない場合が多い。

【００１７】したがって、小さい染色体に対しては、主
軸が正確に求められない場合が多いのであるから染色体
異常の認識が困難である。すなわち、その小さい染色体
がフラグメントであるのか正常な小さい染色体であるの
かの認識が難しい。

【００１８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、小さい染色体およびフラグメントを正確に認識
することができる染色体異常検出装置を提供することを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決のため本
発明の染色体異常検出装置は、染色体標本を各画素ごと
に濃度を持った画像として入力する撮像手段と、前記画
像の面積を算出する第１の面積算出手段と、前記画像の
各画素の濃度をある閾値で二値化する二値化手段と、二
値化された画像が２つ以上に分離するように前記閾値を
変化させる閾値設定手段と、２つ以上に分離された画像
のそれぞれの面積を算出する第２の面積算出手段と、前
記第２の面積算出手段で算出されたそれぞれの面積と前
記第１の面積算出手段で算出された面積とに基づいて染
色体異常の有無を判断する判断手段とからなる構成とし
た。

【００２０】

【作用】上記のような構成により、撮像した染色体標本
の画像の面積を、まず第１の面積算出手段で算出し（算
出された面積を第１の面積とする）、次に、ある閾値で
画像の各画素の濃度を二値化する。閾値をある程度大き
くして二値化すると、画像の濃度の低い画素部分が消え
るため、画像が２つ以上に分離することになる。このよ
うに、画像が２つ以上に分離するような閾値を用いて画
像の二値化を行う。そして、分離された画像のそれぞれ
の面積を第２の面積算出手段で算出する（算出された面
積を第２の面積とする）。第２の面積と第１の面積を比
較して染色体異常の有無を判断する。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明の実施例による染色体異常検
出装置の構成を示すブロック図である。図１において、
１０はマイクロコンピュ−タ等を備えた演算処理装置、
１１は後述する画像の二値化のための閾値や面積比率お
よび面積相違率の閾値などが予め格納された記憶装置、
１２はキ−ボ−ド等の入力装置、１３はＣＲＴ等の表示
装置、１４はプリンタ等の出力装置である。

【００２２】１５は顕微鏡であり、この顕微鏡１５は、
検査対象である染色体標本が載せられるＸＹステ−ジ１
６が設けられている。顕微鏡１５の種類は周知のもので
よいが、染色体のサイズ、特性等を考慮すれば光学顕微
鏡が好適である。１７はＸＹステ−ジ１６の移動を制御
するステ−ジコントロ−ラであり、このコントロ−ラ１
７は演算処理装置１０の制御下にある。１８は顕微鏡１
５の鏡筒１９の接眼レンズ側に取り付けられたＴＶカメ
ラである。２０はＴＶカメラ１８のコントロ−ラ、２１
はＴＶカメラ１８の出力をデジタル化するＡ／Ｄコンバ
−タであり、これらコントロ−ラ２０およびＡ／Ｄコン
バ−タ２１はともに演算処理装置１０の制御下にあると
ともに、Ａ／Ｄコンバ−タ２１からは演算処理装置１０
に向けて画像デ−タであるデジタル信号が送出される。
なお、本実施例では、ＴＶカメラ１８の走査線の本数は
1,024本であり、Ａ／Ｄコンバ−タ２１のビット数は８
ビット（モノクロ256階調）である。

【００２３】次に、図２のフロ−チャ−トおよび図３〜
図５を参照して、本実施例の装置の動作について説明す
る。

【００２４】被検者の分裂中期にあるリンパ球の標本を
準備し、これを顕微鏡１５のＸＹステ−ジ１６上にの
せ、顕微鏡１５下において分裂中期にあるリンパ球細胞
の位置を目視により確認する。分裂中期細胞が観察され
たときのＸＹステ−ジ１６の座標値は、演算処理装置１
０を介して記憶装置１１内に一時的に格納される。

【００２５】以上の準備処理が終わった後に、染色体の
画像取り込みが行われる。まず、ステップＳ１では、記
憶装置１１に格納された分裂中期細胞の座標値をもと
に、ＴＶカメラ１８の視野内に分裂中期細胞が入るよう
にステ−ジコントロ−ラ１７を介してＸＹステ−ジ１６
の位置が調整、制御され、ＴＶカメラ１８により分裂中
期細胞が据えられた段階でこのＴＶカメラ１８により画
像が取り込まれる。ステップＳ２では、ＴＶカメラ１８
により取り込まれた画像が、Ａ／Ｄコンバ−タ２１によ
り８ビットのデジタル信号に変換される。変換されたデ
ジタル信号（画像デ−タ）は、記憶装置１１内に一時的
に格納される。

【００２６】ステップＳ３では、記憶装置１１内の画像
デ−タ全体の濃度ヒストグラムが演算処理装置１０によ
り演算される。ついでステップＳ４では、ステップＳ３
で得られた濃度ヒストグラムに基づいて、判別分析法に
より定められた閾値による画像デ−タの二値化処理が行
なわれる。二値化処理された画像デ−タも記憶装置１１
内に一時的に格納される。さらに、ステップＳ５では、
セグメンテ−ションおよびラベリングを行なって、画像
デ−タから各染色体および染色体断片のデ−タを分離
し、それぞれにラベル番号を付与する。以下、各染色体
（断片）の画像デ−タをラベルと称する。

【００２７】なお、以上の画像処理自体は周知の処理で
あり、その細部については説明を省略する。

【００２８】ステップＳ６では、新たなラベルが選択さ
れ、以降の染色体形状認識パラメ−タ算出作業の対象と
なる。なお、以下の説明において、各ラベルは水平（Ｘ
軸）方向にｍ個、垂直（Ｙ軸）方向にｎ個の画素（ピク
セル）を有し、各画素はｉ，ｊ（０≦ｉ≦ｍ−１，０≦
ｊ≦ｎ−１）の引数で代表されるものとする。

【００２９】ステップＳ７では、ラベル内においてデ−
タ“１”を有する画素（ピクセル）数が計数されてこの
ラベル内の染色体の面積Ｓが算出される。

【００３０】ステップＳ８では、ステップＳ４での二値
化処理時の閾値を設定し直す。すなわち、ステップＳ４
で行った二値化処理のときよりも閾値を大きくする。

【００３１】ステップＳ９では、記憶装置１１内に格納
されている画像デ−タ（二値化処理をする前の画像デ−
タ）を読み出し、二値化処理を行う。このとき、ステッ
プＳ８で設定し直した閾値で行う。したがって、ステッ
プＳ４での二値化処理と比べて、濃度の小さい画素のデ
−タが“０”となるものが出てくる。閾値をある程度大
きくすると、画素のデ−タが“０”となるものが増える
ため、二値化された画像が２つ以上に分離する状況が現
れる。

【００３２】図３〜図５は閾値を大きくして二値化した
場合の画像の変化を示した図である。図３（ａ）は二値
化される前のフラグメントの画像の例を示している。図
３（ｂ）は一段階大きい閾値で二値化された後のフラグ
メントの画像の例である。そして図３（ｃ）はさらにも
う一段階大きい閾値で二値化された後のフラグメントの
画像の例である。

【００３３】図４（ａ）、図５（ａ）は二値化される前
の動原体を持つ染色体の画像の例を示している。図４
（ｂ），（ｃ），（ｄ）、図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）
は、閾値を大きくしてそれぞれの動原体を持つ染色体の
画像を２値化した後の画像の例である。（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の順に閾値を一段階ずつ大きくしてい
る。また、図３（ｂ）と図４（ｂ）と図５（ｂ）、図３
（ｃ）と図４（ｃ）と図５（ｃ）、図４（ｄ）と図５
（ｄ）はそれぞれ同じ閾値で二値化した画像である。

【００３４】ステップＳ１０では、画像が２つ以上に分
離したか否かを判定する。２つ以上に分離したというの
は、たとえば図３（ｃ）、図４（ｄ）、図５（ｄ）のよ
うになったことをいう。分離していなければ、ステップ
Ｓ８にもどり、閾値をさらに大きくして二値化処理をし
直す。画像が２つ以上に分離したら、ステップＳ１１で
画像がいくつに分離したかを算出する。

【００３５】画像が分離したか否かの判定は、周知の画
像処理技術を用いて行うことができる。すなわち、二値
化された画像の黒の部分の領域が連結しているか否かを
判定すればよい。画像がいくつに分離したかの算出は、
ある程度大きな黒の部分の領域がいくつあるかを算出す
る。たとえば、３つに分離した場合でも、そのうちの１
つが他の２つに比べて十分小さいならば、２つに分離し
たと認識する。

【００３６】次に、ステップＳ１２およびステップＳ１
３では、それぞれ次に示すような面積比率Ｓｈと面積相
違率Ｄａを求める。 Ｓｈ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／Ｓ Ｄａ＝｜Ｓ１−Ｓ２｜／（Ｓ１＋Ｓ２） Ｓ１、Ｓ２は分離した画像のそれぞれの面積である。面
積の算出はステップＳ７で行ったのと同様に行えばよ
い。ＳはステップＳ７で算出した面積である。

【００３７】図３よりわかるように、図３（ａ）のよう
に見えていたフラグメントの画像は、ある程度閾値を大
きくして二値化処理をすると、比較的容易に図３（ｃ）
のように画像が２つの部分に分離する。

【００３８】動原体を持つ染色体の場合は、ある程度閾
値を大きくして二値化処理をすると、２つあるいはそれ
以上の画像に分離をするが、分離された画像は図４
（ｄ）、図５（ｄ）のような形態となることが多い。図
４（ｄ）図５（ｄ）の場合は、図３（ｃ）に比べて、分
離された２つの画像の面積が異なり、分離された画像の
面積も小さい。これは、フラグメントの場合より、画像
が分離しにくいため、閾値を大きくしなければならない
からである。図５（ｄ）の場合は、４つに分離している
が、３つ以上に分離することや、まったく分離しないこ
ともある。

【００３９】以上の二値化処理において、フラグメント
の画像は動原体を持つ染色体の画像と比べて、２つに分
離しやすく、面積比率Ｓｈが大きく、面積相違率Ｄａが
小さいことがわかる。

【００４０】ステップＳ１５では、ラベル内の染色体が
フラグメントであるか否かが判定される。前述のよう
に、フラグメントである場合は、面積比率Ｓｈが大き
く、面積相違率Ｄａが小さいのであるから、算出したＳ
ｈおよびＤａの値のそれぞれに対してある閾値（Ｓｈの
閾値をおよびＤａの閾値）を決めておき、Ｓｈの値がＳ
ｈの閾値よりも大きくかつＤａの値がＤａの閾値よりも
小さければラベル内の染色体はフラグメントであると判
定する。

【００４１】また、本実施例においては、ステップＳ１
２において画像が３つ以上に分離されたことが算出され
た場合または分離できなかった場合（すなわち、閾値を
小さくしていってもなかなか分離せずに画像が小さくな
ってしまう場合）は、フラグメントではない（すなわ
ち、動原体を持つ染色体である）と判断することとす
る。ステップＳ１６では、上記の判定結果が出力され
る。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、小さくて
主軸を正確に求めることが困難な染色体に対しても、そ
の染色体の異常の検出が容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による染色体異常検出装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例による染色体異常検出装置の動
作を説明するための図である。

【図３】閾値を大きくしてフラグメントの画像を二値化
した際の画像の変化を示す図である。

【図４】閾値を大きくして動原体を持つ染色体の画像を
二値化した際の画像の変化を示す図である。

【図５】閾値を大きくして動原体を持つ染色体の画像を
二値化した際の画像の変化を示す図である。

【図６】主軸の方向を算出する方法を説明するための図
である。

【図７】染色体異常が生ずる過程を示す図である。

【図８】染色体異常が生ずる過程を示す図である。

【図９】染色体異常が生ずる過程を示す図である。

【図１０】染色体異常が生ずる過程を示す図である。

【図１１】染色体異常が生ずる過程を示す図である。

【図１２】染色体異常が生ずる過程を示す図である。

【符号の説明】

１ 染色体 ２ 腕 ３ 動原体 １０ 演算処理装置 １１ 記憶装置 １２ 入力装置 １４ 出力装置 １５ 顕微鏡 １８ ＴＶカメラ ２１ Ａ／Ｄコンバ−タ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古田 伸一 東京都品川区西大井１丁目６番３号 株式 会社ニコン大井製作所内 (72)発明者 角田 みすず 東京都品川区西大井１丁目６番３号 株式 会社ニコン大井製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 染色体標本を各画素ごとに濃度を持った
   画像として入力する撮像手段と、 前記画像の面積を算出する第１の面積算出手段と、 前記画像の各画素の濃度をある閾値で二値化する二値化
   手段と、 二値化された画像が２つ以上に分離するように前記閾値
   を変化させる閾値設定手段と、 ２つ以上に分離された画像のそれぞれの面積を算出する
   第２の面積算出手段と、 前記第２の面積算出手段で算出されたそれぞれの面積と
   前記第１の面積算出手段で算出された面積とに基づいて
   染色体異常の有無を判断する判断手段とからなる染色体
   異常検出装置。