JPWO2017195794A1 - Cell observation device and program - Google Patents
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Abstract
【課題】培養細胞の状態を定量的に評価することが可能な細胞観察装置を提供する。【解決手段】細胞観察装置は、第1撮影条件に従って培地を撮影した第1写真を取得する第1撮影処理(S11)と、第2撮影条件に従って培地を撮影した第2写真を取得する第2撮影処理(S12)と、第1写真内において培養細胞が存在する領域と推定される細胞領域を特定する第1特定処理(S14、S15)と、第2写真内において培養細胞の細胞核の位置と推定される細胞位置を特定する第2特定処理(S17〜S20)と、第2特定処理で特定された細胞位置のうち、第1特定処理で特定された細胞領域内に位置する細胞位置の数を、培養細胞の細胞数としてカウントするカウント処理(S21)とを実行する。【選択図】図2The present invention provides a cell observation device capable of quantitatively evaluating the state of cultured cells. A cell observation device includes a first imaging process (S11) for acquiring a first photograph of the culture medium according to the first imaging condition, and a second imaging process for acquiring the second photograph of the culture medium according to the second imaging condition. A photographing process (S12), a first identification process (S14, S15) for identifying a cell area presumed to be an area in which the cultured cells are present in the first picture, a position of cell nucleus of the cultured cells in the second picture and Of the second identification process (S17 to S20) for identifying the estimated cell location and the cell location identified in the second identification process, the number of cell locations located in the cell area identified in the first identification process Are counted as the number of cells of cultured cells (S21). [Selected figure] Figure 2
Description
本発明は、培地内の細胞の状態を観察する細胞観察装置に関する。 The present invention relates to a cell observation device for observing the state of cells in a culture medium.
従来より、病気の治療或いは医薬品の生産や評価のために、細胞の培養が行われている。細胞の培養は、無菌室内に設置されたインキュベータ内において、温度及び湿度等を一定に保った状態で行われる。また、細胞の培養を行う作業者は、例えば継代のタイミングを見極めること等を目的として、培養中の細胞の状態を定期的に観察する必要がある。 Conventionally, cell culture has been performed for the treatment of diseases or for the production and evaluation of medicines. Culturing of cells is carried out in an incubator placed in a sterile room, with temperature and humidity kept constant. In addition, a worker performing cell culture needs to periodically observe the state of cells in culture for the purpose of, for example, determining the passage timing.
ここで、培養細胞の状態を観察する度にインキュベータからシャーレを取り出さなければならないとすると、培養細胞にダメージを与える可能性がある。そこで、例えば特許文献1には、培養細胞を撮影するためにインキュベータ内に設置された撮影手段と、撮影手段で撮影された培養細胞の画像を表示するためにインキュベータの外面に設置された表示手段とを備えるインキュベータが開示されている。これにより、インキュベータから培養細胞を取り出さずに観察することができる。 Here, if it is necessary to remove the petri dish from the incubator every time the state of the cultured cells is observed, the cultured cells may be damaged. Therefore, for example, in Patent Document 1, a photographing means provided in the incubator for photographing the cultured cells, and a display means provided on the outer surface of the incubator for displaying the image of the cultured cells photographed by the photographing means And an incubator comprising the This allows observation without removing cultured cells from the incubator.
培養細胞を観察する作業者は、例えば、シャーレ内における培養細胞の数、シャーレ内において培養細胞が占める面積等を割り出すことによって、継代のタイミングを判断する。しかしながら、特許文献1に記載のインキュベータでは、撮影手段で撮影された画像から培養細胞の状態を判断しなければならないので、その判断には熟練を要するという課題がある。 The worker who observes the cultured cells determines the passage timing, for example, by determining the number of cultured cells in the petri dish, the area occupied by the cultured cells in the petri dish, and the like. However, in the incubator described in Patent Document 1, since it is necessary to determine the state of the cultured cells from the image captured by the imaging means, there is a problem that the determination requires skill.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、培養細胞の状態を定量的に評価することが可能な細胞観察装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a cell observation device capable of quantitatively evaluating the state of cultured cells.
(1) 本発明の一形態に係る細胞観察装置は、写真を撮影する撮影部と、制御部とを備える。上記制御部は、培養細胞を含む培地を第1撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第1写真を取得する第1撮影処理と、上記培地を上記第1撮影条件と異なる第2撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第2写真を取得する第2撮影処理と、上記第1写真内において、上記培養細胞が存在する領域と推定される細胞領域を特定する第1特定処理と、上記第2写真内において、上記培養細胞の細胞核の位置と推定される細胞位置を特定する第2特定処理と、上記第2特定処理で特定された上記細胞位置のうち、上記第1特定処理で特定された上記細胞領域内に位置する上記細胞位置の数を、上記培養細胞の細胞数としてカウントするカウント処理とを実行する。 (1) A cell observation device according to an aspect of the present invention includes a photographing unit that takes a picture, and a control unit. The control unit causes the imaging unit to capture a culture medium containing cultured cells according to a first imaging condition, thereby performing a first imaging process for acquiring a first photograph, and a second imaging process in which the culture medium is different from the first imaging condition A second photographing process for acquiring a second photograph by causing the photographing unit to photograph according to the condition, and a first specifying process for specifying a cell area which is presumed to be an area in which the cultured cell is present in the first picture And a second specifying process for specifying a cell position estimated to be a position of a cell nucleus of the cultured cell in the second photograph, and the first specifying process among the cell positions specified in the second specifying process. The number of the cell positions located in the cell area identified by the treatment is counted as the number of cells of the cultured cells.
上記構成のように、培養細胞の細胞数をカウントすることによって、当該培養細胞の状態を定量的に評価することができる。その結果、培養細胞の状態の判断に熟練していない作業者であっても、例えば、継代のタイミングを適切に判断することができる。 As described above, by counting the number of cultured cells, the state of the cultured cells can be quantitatively evaluated. As a result, even a worker who is not skilled in the determination of the state of cultured cells can appropriately determine, for example, the timing of passage.
(2) 好ましくは、上記制御部は、上記第1特定処理において、上記第1写真を示す第1写真データのうち、第1閾値未満の画素値を第1値に置換し、上記第1閾値以上の画素値を第2値に置換した二値画像データを生成する生成処理と、上記二値画像データで示される二値画像のうち、上記第1値の画素の領域を上記細胞領域として特定する領域特定処理とを実行する。 (2) Preferably, in the first identification process, the control unit replaces a pixel value less than a first threshold value with a first value in the first photo data indicating the first photo, and the first threshold value. The generation process for generating binary image data in which the above pixel values are replaced with the second value, and the area of the pixel of the first value in the binary image represented by the binary image data is specified as the cell area To execute the area identification process.
上記構成によれば、画素値(典型的には、輝度値)の違いによって、培養細胞が存在する領域と、培地の領域とを区別することができる。 According to the above configuration, it is possible to distinguish the area in which the cultured cell is present from the area of the culture medium by the difference in pixel value (typically, the brightness value).
(3) 好ましくは、上記制御部は、上記領域特定処理において、上記第1値の画素が閾値数以上連続する領域を上記細胞領域として特定する。 (3) Preferably, in the area specifying process, the control unit specifies an area in which pixels of the first value continue a threshold number or more as the cell area.
生成処理によって、第1写真に含まれるノイズの位置に第1値が割り当てられる可能性がある。しかしながら、ノイズは細胞と比較して小さいので、第1値の画素が閾値数以上連続する領域を細胞領域とすることによって、ノイズの影響を低減することができる。 The generation process may assign the first value to the position of the noise included in the first photo. However, since noise is small compared to cells, the influence of noise can be reduced by making a region where pixels of the first value continue more than a threshold number as a cell region.
(4) 好ましくは、上記制御部は、上記第2特定処理において、上記第2写真を示す第2写真データから特定周波数成分を抽出する抽出処理と、上記特定周波数成分が抽出された上記第2写真の画素値を走査したときに、画素値の変化が減少及び増加の一方から他方に転じる境界の画素位置を上記細胞位置として特定する位置特定処理とを実行する。 (4) Preferably, in the second identification process, the control unit performs an extraction process of extracting a specific frequency component from second photo data indicating the second photo, and the second process in which the specific frequency component is extracted. When a pixel value of a photograph is scanned, a position specifying process is performed to specify, as the cell position, a pixel position at a boundary where a change in pixel value shifts from one of decrease and increase to the other.
特定周波数成分より周波数の高い成分は、例えば、細胞の輪郭、カメラの熱雑音によるノイズ、或いは小さなゴミ等の画像に対応する。一方、特定周波数成分より周波数の低い成分は、例えば、細胞質及び培地の領域の画像に対応する。そこで、これらを第2写真データから除去することによって、細胞核の画像を抽出することができるので、細胞数を正確にカウントすることができる。 The component higher in frequency than the specific frequency component corresponds to, for example, an outline of a cell, noise due to thermal noise of a camera, or an image such as small dust. On the other hand, components lower in frequency than the specific frequency component correspond to, for example, images of the cytoplasm and the area of the culture medium. Therefore, by removing these from the second photographic data, an image of cell nuclei can be extracted, so that the number of cells can be counted accurately.
(5) 好ましくは、上記制御部は、上記抽出処理において、上記第2写真データをFFT変換する変換処理と、上記変換処理後の上記第2写真データに上記特定周波数成分を通過させるフィルタを適用するフィルタ処理と、上記フィルタ処理後の上記第2写真データをFFT逆変換する逆変換処理とを実行する。 (5) Preferably, in the extraction process, the control unit applies a conversion process for FFT-converting the second picture data, and a filter for causing the specific frequency component to pass through the second picture data after the conversion process. Filter processing and inverse conversion processing for performing FFT inverse conversion on the second photo data after the filter processing are performed.
上記構成のように、FFT(Fast Fourier Transform)変換、バンドパスフィルタ、及びFFT逆変換を用いることにより、細胞核の画像を簡単且つ正確に抽出することができる。 As in the above configuration, by using FFT (Fast Fourier Transform) transform, band pass filter, and FFT inverse transform, an image of cell nucleus can be extracted simply and accurately.
(6) 好ましくは、上記制御部は、上記第1特定処理で特定された上記細胞領域の面積を算出する算出処理を実行する。 (6) Preferably, the control unit executes a calculation process for calculating the area of the cell area identified in the first identification process.
上記構成のように、細胞領域の面積を算出することによって、培養細胞の状態をさらに定量的に評価することができる。なお、算出処理で算出された面積は、シャーレ内において培養細胞が占める割合を評価するために用いてもよいし、当該面積を細胞数で除すことによって培養細胞の大きさの評価に用いてもよい。 As described above, by calculating the area of the cell region, the state of the cultured cell can be further quantitatively evaluated. The area calculated by the calculation process may be used to evaluate the proportion of cultured cells in a petri dish, or may be used to evaluate the size of cultured cells by dividing the area by the number of cells. It is also good.
(7) 好ましくは、該細胞観察装置は、出力部をさらに備える。上記制御部は、上記カウント処理でカウントされた細胞数を上記出力部に出力させる出力処理を実行する。 (7) Preferably, the cell observation device further includes an output unit. The control unit executes an output process to output the number of cells counted in the counting process to the output unit.
出力処理の具体例は特に限定されないが、例えば、細胞数を表示部に表示させてもよいし、細胞数をプリンタに印字させてもよい。また、出力対象は細胞数のみに限定されず、算出処理で算出される細胞領域の面積がさらに出力されてもよい。 Although the specific example of the output process is not particularly limited, for example, the number of cells may be displayed on the display unit, or the number of cells may be printed on a printer. Further, the output target is not limited to only the number of cells, and the area of the cell area calculated by the calculation processing may be further output.
(8) 一例として、該細胞観察装置は、上記培地へ光を照射する照射部を備える。上記第1撮影条件は、上記照射部によって照射された光のうち、上記培地から出力された第1波長の光で上記第1写真を撮影することを示す。上記第2撮影条件は、上記培地から出力された上記第1波長より長い第2波長の光で上記第2写真を撮影することを示す。 (8) As one example, the cell observation device includes an irradiation unit that irradiates the culture medium with light. The first photographing condition indicates that the first photograph is photographed with the light of the first wavelength output from the culture medium among the light irradiated by the irradiation unit. The second photographing condition indicates that the second photograph is photographed with the light of the second wavelength longer than the first wavelength outputted from the culture medium.
(9) 例えば、上記第1波長は、400nm以上で700nm以下である。また、上記第2波長は、700nm以上であり、且つ上記第1波長より長い。 (9) For example, the first wavelength is 400 nm or more and 700 nm or less. The second wavelength is 700 nm or more and is longer than the first wavelength.
(10) 他の例として、上記撮影部は、焦点の位置を調整する調整手段を備える。上記第1撮影条件は、上記培養細胞の輪郭に焦点を合わせた状態で上記第1写真を撮影することを示す。上記第2撮影条件は、上記第1撮影条件より上記撮影部に近い位置に焦点を合わせた状態で第3写真を撮影し、且つ上記第1撮影条件より上記撮影部から離れた位置に焦点を合わせた状態で第4写真を撮影することを示す。そして、上記制御部は、上記第2撮影処理において、上記第3写真及び上記第4写真の画素値の差を、上記第2写真として取得する。 (10) As another example, the imaging unit includes an adjustment unit that adjusts the position of the focus. The first photographing condition indicates that the first photograph is photographed in a state in which the outline of the cultured cell is focused. The second photographing condition is photographing the third photograph in a state in which the second photographing condition is focused on a position closer to the photographing unit than the first photographing condition, and is focused on a position distant from the photographing unit than the first photographing condition. It shows taking the fourth picture in the combined state. Then, in the second photographing process, the control unit acquires a difference between pixel values of the third and fourth photographs as the second photograph.
(11) 本発明の他の形態に係る細胞観察装置は、写真を撮影する撮影部と、制御部とを備える。上記制御部は、培養細胞を含む培地を第1撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第1写真を取得する第1撮影処理と、上記培地を上記第1撮影条件と異なる第2撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第2写真を取得する第2撮影処理と、上記第1写真内において、上記培養細胞が存在する領域と推定される細胞領域を特定する第1特定処理と、上記第1特定処理で特定された上記細胞領域の面積を算出する算出処理とを実行する。 (11) A cell observation device according to another aspect of the present invention includes an imaging unit that takes a picture, and a control unit. The control unit causes the imaging unit to capture a culture medium containing cultured cells according to a first imaging condition, thereby performing a first imaging process for acquiring a first photograph, and a second imaging process in which the culture medium is different from the first imaging condition A second photographing process for acquiring a second photograph by causing the photographing unit to photograph according to the condition, and a first specifying process for specifying a cell area which is presumed to be an area in which the cultured cell is present in the first picture And a calculation process for calculating the area of the cell area identified in the first identification process.
(12) 本発明に係るプログラムは、コンピュータによって実行可能である。該プログラムは、培養細胞を含む培地を第1撮影条件に従って撮影した第1写真、及び上記培地を上記第1撮影条件と異なる第2撮影条件に従って撮影した第2写真を示す写真データを取得する取得処理と、上記第1写真内において、上記培養細胞が存在する領域と推定される細胞領域を特定する第1特定処理と、上記第2写真内において、上記培養細胞の細胞核の位置と推定される細胞位置を特定する第2特定処理と、上記第1特定処理で特定された上記細胞領域及び上記第2特定処理で特定された上記細胞位置の少なくとも一方に基づいて、上記培養細胞の細胞数或いは上記細胞領域の面積を算出する算出処理とを上記コンピュータに実行させる。 (12) The program according to the present invention is executable by a computer. The program acquires a first picture of a culture medium containing cultured cells according to a first photographing condition and a photographic data showing a second picture of the culture medium according to a second photographing condition different from the first photographing condition In the first picture, a first identification process for identifying the cell area presumed to be the area in which the cultured cell is present, and in the second picture, the position of the cell nucleus of the cultured cell is presumed The number of cells in the cultured cell or the number of cells in the cultured cell is determined based on at least one of a second identification process for identifying a cell position, the cell area identified in the first identification process, and the cell position identified in the second identification process. The computer is caused to execute calculation processing for calculating the area of the cell area.
本発明によれば、培養細胞の細胞数をカウントすることによって、当該培養細胞の状態を定量的に評価することができる。 According to the present invention, by counting the number of cultured cells, the state of the cultured cells can be quantitatively evaluated.
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、本実施形態は本発明の一実施態様にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様を変更できることは言うまでもない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It is needless to say that the present embodiment is only one embodiment of the present invention, and the embodiment can be modified without departing from the scope of the present invention.
本実施形態に係る細胞観察装置10は、図1に示されるように、照射部11と、第1偏光板12A及び第2偏光板12B(これらを総称して、「偏光板12」と表記することがある。)と、撮影部13と、制御部14と、表示部15とを主に備える。また、照射部11から偏光板12を経て撮影部13に至る光路上には、図示しないコリメートレンズや結像レンズ等の光学系が適宜配置される。図1において、破線の矢印は光の進行方向を示し、実線の矢印は信号の進行方向を示す。
As shown in FIG. 1, the
照射部11は、第1波長及び第1波長より長い第2波長の光を少なくとも含む白色光を出力する。照射部11の具体例は特に限定されないが、例えば、LED(Light Emitting Diode)等を用いることができる。第1波長は、例えば、400nm以上で700nm以下の中から選択される。望ましくは、第1波長は、500nm以上で550nm以下の中から選択される。第2波長は、例えば、700nm以上で且つ第1波長より長い波長が選択される。望ましくは、第2波長は、700nm以上で900nm以下の中から選択される。
The
第1偏光板12Aは、照射部11から照射された白色光のうちの第1波長の光のみを通過させ、その他の波長の光を遮断する。第2偏光板12Bは、照射部11から照射された白色光のうちの第2波長の光のみを通過させ、その他の波長の光を遮断する。偏光板12の具体的な構造は特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール主体にヨウ素化合物分子を吸着配向させた一般的な偏光フィルムを用いることができる。
The first
撮影部13は、照射部11から照射され且つ偏光板12を通過した光で写真を撮影する。より詳細には、撮影部13は、偏光板12を通過した光を受光し、光電変換によって写真データを生成する。そして、撮影部13は、生成した写真データを制御部14に出力する。撮影部13の具体例は特に限定されないが、例えば、CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子と、焦点の位置を調整するレンズユニット(調整手段の一例)とを備えるカメラである。また、本実施形態に係る撮影部13は、カラーの写真を撮影することができるものとする。
The photographing
制御部14は、照射部11、偏光板12、撮影部13、及び表示部15の動作を制御すると共に、撮影部13から取得した写真データに対する画像処理を実行する。制御部14の動作は、図2を参照して後述される。制御部14は、例えば、プログラムを記憶する記憶部と、記憶部からプログラムを読み出して実行するCPU(Central Processing Unit)とで構成される。
The
表示部15は、制御部14の制御に従って情報を表示する。表示部15の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Displayの略)、有機ELディスプレイ(Organic Electro−Luminescence Displayの略)等を採用することができる。表示部15は、出力部の一例である。
The
[細胞観察処理]
図2〜図8を参照して、細胞観察処理を説明する。なお、以下の各処理は、CPUが実行するプログラムによって実現されてもよいし、制御部14に搭載されたハードウェア回路によって実現されてもよいし、これらを組み合わせて実現されてもよい。[Cell observation processing]
The cell observation process will be described with reference to FIGS. The following processing may be realized by a program executed by the CPU, may be realized by a hardware circuit mounted in the
まず、細胞観察装置10の照射部11から撮影部13に至る光路上に、細胞を培養するための培地21を含むシャーレ20が配置される。これにより、照射部11から照射された光の一部は、培地21を透過して撮影部13に到達する。なお、シャーレ20は、作業者によって細胞観察装置10にセットされてもよい。または、インキュベータに組み込まれた細胞観察装置10の照射部11及び撮影部13が、シャーレ20の載置部を挟んで対向配置されていてもよい。
First, on the light path from the
制御部14は、照射部11に白色光を照射させ、撮影部13に第1写真を撮影させる(S11)。第1写真は、培地21を透過した光のうち、第1偏光板12Aを通過した第1波長の光で撮影部13が撮影した写真である。すなわち、ステップS11において、照射部11から撮影部13に至る光路上には、第1偏光板12Aが配置される。そして、制御部14は、当該第1写真を示す第1写真データを撮影部13から取得する。ステップS11は、第1撮影処理及び取得処理の一例である。また、ステップS11において撮影部13に入射させる光の波長は、第1撮影条件の一例である。
The
次に、制御部14は、照射部11に白色光を照射させ、撮影部13に第2写真を撮影させる(S12)。第2写真は、培地21を透過した光のうち、第2偏光板12Bを通過した第2波長の光で撮影部13が撮影した写真である。すなわち、ステップS12において、照射部11から撮影部13に至る光路上には、第2偏光板12Bが配置される。そして、制御部14は、当該第2写真を示す第2写真データを撮影部13から取得する。ステップS12は、第2撮影処理及び取得処理の一例である。また、ステップS12において撮影部13に入射させる光の波長は、第2撮影条件の一例である。
Next, the
図3は、ステップS11、S12で撮影された第1写真及び第2写真の一例である。第1写真及び第2写真は、視野、画角、及び倍率等の撮影条件は同一であり、撮影時に撮影部13に到達する光の波長が異なる。第1写真及び第2写真には、培地21内で培養された細胞30が写っている。細胞30は、細胞核31と、細胞核31の周りを囲む細胞質32と、細胞30の輪郭を形成する細胞壁33とで構成される。また、第1写真及び第2写真には、ノイズ34が含まれている。ノイズ34の原因は特に限定されないが、例えば、撮影部13の熱雑音によるノイズ、撮影部13のレンズ等に付着した小さなゴミによるノイズ等が考えられる。
FIG. 3 shows an example of the first and second photographs taken in steps S11 and S12. The first photograph and the second photograph have the same shooting conditions such as the field of view, the angle of view, and the magnification, and have different wavelengths of light reaching the
次に、制御部14は、カラーの第1写真データ及び第2写真データ(以下、これらを総称して、「写真データ」と表記することがある。)を、グレースケールの写真データに変換する(S13)。なお、ステップS13で生成される写真データは、各画素が輝度値の大小を表すものであればグレースケールに限定されない。例えば、写真データをRGB色空間からYUV色空間に変換し、輝度信号のみを抽出した輝度画像であってもよい。また、ステップS11、S12において、撮影部13がグレースケールの写真データを生成する場合、ステップS13は省略することができる。
Next, the
次に、制御部14は、グレースケールの第1写真データから二値画像データを生成する(S14)。具体的には、制御部14は、グレースケールの第1写真データのうち、第1閾値未満の画素値を第1値(例えば、“0”)41に置換し、第1閾値以上の画素値を第2値(例えば、“1”)42に置換することによって、二値画像データを生成する。ステップS14の処理は、生成処理の一例である。
Next, the
図4は、ステップS14で生成される二値画像データで示される二値画像の一例である。図4に示される二値画像は、第1写真の細胞30及びノイズ34の位置に対応する画素値が第1値(図4における白色の領域)41となり、培地21の位置に対応する画素値が第2値(図4における黒色の領域)42となる。すなわち、図4に示される二値画像では、培地21及び細胞30が区別され、細胞核31、細胞質32、及び細胞壁33が区別されない。
FIG. 4 is an example of a binary image represented by binary image data generated in step S14. In the binary image shown in FIG. 4, the pixel value corresponding to the position of the
なお、本実施形態では、細胞30及びノイズ34の画素が培地21の画素より画素値が小さいことを前提としている。しかしながら、この画素値の関係が逆転する場合、制御部14は、ステップS14において、第1閾値以上の画素値を第1値に置換し、第1閾値未満の画素値を第2値に置換すればよい。
In the present embodiment, it is assumed that the pixel of the
次に、制御部14は、ステップS14で生成された二値画像データからノイズ34を除去する(S15)。具体的には、制御部14は、連続する第1値の画素が閾値数未満であることに応じて、当該画素の画素値を第1値41から第2値42に変更する。換言すれば、制御部14は、細胞30の一般的な大きさより充分に小さい第1値41の画素の塊を第2値42の画素に置換する。
Next, the
図5は、ノイズ34に対応する画素に第2値42が設定された二値画像の一例である。図5に示される二値画像は、ノイズ34の位置の画素に第2値42が設定されている点において、図4に示される二値画像と相違する。そして、制御部14は、図5に示される二値画像のうち、第1値41が設定された画素の領域を、細胞30が存在すると推定される領域(以下、「細胞領域」と表記する。)として特定する。ステップS15の処理は、領域特定処理の一例である。ステップS14、S15は、第1特定処理の一例である。
FIG. 5 is an example of a binary image in which the
次に、制御部14は、図5に示される二値画像のうち、第1値41の画素の面積を算出する(S16)。具体的には、制御部14は、二値画像に含まれる第1値41の画素数をカウントし、当該画素数に1画素の面積を乗じることによって、第1値41の画素の面積を算出する。ステップS16で算出された面積は、第1写真に含まれる細胞領域の面積に相当する。ステップS16の処理は、算出処理の一例である。
Next, the
次に、制御部14は、グレースケールの第2写真データをFFT(Fast Fourier Transform)変換する(S17)。すなわち、制御部14は、空間領域の第2写真データを、周波数領域の第2写真データに変換する。ステップS17の処理は、変換処理の一例である。なお、ステップS17で第2写真データに適用される処理の具体例はFFTに限定されず、例えば、離散コサイン変換(Discrete Cosine Transform)等であってもよい。
Next, the
次に、制御部14は、FFT変換された第2写真データにバンドパスフィルタを適用する(S18)。バンドパスフィルタは、変換処理後の第2写真データの周波数成分のうち、特定周波数成分を通過させ、特定周波数成分より高い周波数成分(以下、「高周波数成分」と表記する。)及び特定周波数成分より低い周波数成分(以下、「低周波数成分」と表記する。)を遮断(減衰)するフィルタである。ステップS18の処理は、フィルタ処理の一例である。
Next, the
なお、特定周波数成分とは、例えば、細胞核31を表す画像の複雑さに対応する予め定められた範囲の周波数である。また、高周波成分は、例えば、細胞30の輪郭(すなわち、細胞壁33)及びノイズ34等を表す画像の複雑さに対応する。さらに、低周波成分は、例えば、培地21、細胞質32、及び照射部11から照射される光の偏りによる輝度ムラ等を表す画像の複雑さに対応する。
The specific frequency component is, for example, a frequency in a predetermined range corresponding to the complexity of the image representing the
次に、制御部14は、バンドパスフィルタが適用された第2写真データをFFT逆変換する(S19)。すなわち、制御部14は、周波数領域の第2写真データを、空間領域の第2写真データに変換する。但し、ステップS17で第2写真データが離散コサイン変換された場合、ステップS19で第2写真データが離散コサイン逆変換される。ステップS19の処理は、逆変換処理の一例である。ステップS17〜S19の処理は、第2写真データから特定周波数成分を抽出する抽出処理の一例である。
Next, the
図6は、抽出処理後の第2写真データで示される第2写真の一例である。図6に示される第2写真は、培地21、細胞質32、細胞壁33、及びノイズ34の一部を示す画像を、図3に示される第2写真から除去したものに相当する。但し、図6に示される第2写真には、ノイズ34の一部が未だ含まれている可能性がある。また、図6に示される第2写真において、細胞核31及びノイズ34の位置の画素は、その他の位置の画素より画素値が小さい。
FIG. 6 is an example of the second photograph indicated by the second photograph data after the extraction processing. The second picture shown in FIG. 6 corresponds to an image showing a part of the
次に、制御部14は、FFT逆変換後の第2写真内において、極値画素の画素位置にプロット50を設定する(S20)。極値画素は、例えば、第2写真の画素を左右方向(或いは、上下方向)に走査したときに、輝度値の変化が減少及び増加の一方から他方に転じる境界の画素を指す。例えば図7に示されるように、細胞核31及びノイズ34の位置の画素がその他の位置の画素より画素値が小さい場合の極値画素は、輝度値の変化が減少から増加に転じる境界の画素(すなわち、画素値が極小となる極小画素)を指す。一方、細胞核31及びノイズ34の位置の画素がその他の位置の画素より画素値が大きい場合の極値画素は、輝度値の変化が増加から減少に転じる境界の画素(すなわち、画素値が極大となる極大画素)を指す。
Next, the
図7は、FFT変換後の第2写真内において一列に並んだ画素の輝度値の変化を模式的に表した図である。制御部14は、ステップS20において、図7に示される画素のうちの輝度値が第2閾値未満の画素(実線部分)のみを走査対象にする。そして、制御部14は、連続する走査対象画素列Aのうちの輝度値が最小になる極小画素A1の画素位置にプロット50を設定する。また、制御部14は、連続する走査対象画素列Bに極大画素B1が存在する場合、極大画素B1より走査方向の一方側において輝度値が最小となる極小画素B2の画素位置と、極大画素B1より走査方向の他方側において輝度値が最小となる極小画素B3の画素位置とに、プロット50を設定する。
FIG. 7 is a diagram schematically showing changes in luminance values of pixels arranged in a line in the second photograph after FFT conversion. In step S20, the
図8は、プロット50が設定された第2写真の一例である。図8に示される第2写真には、図6に示される第2写真に含まれる細胞核31及びノイズ34の位置に、プロット50が設定される。また、図8では、細胞核31及びノイズ34の図示は省略されている。ステップS20の処理は、位置特定処理の一例である。ステップS17〜S20の処理は、細胞核31の位置と推定される位置(以下、「細胞位置」と表記する。)を特定する第2特定処理の一例である。すなわち、プロット50の位置が細胞位置に相当する。
FIG. 8 is an example of the second photograph in which the
次に、制御部14は、図9に示されるように、図4に示される第1写真に図8に示されるプロット50を重ねる。そして、制御部14は、図9に示される画像において、第1値41の領域に重なるプロット50の数を、細胞30の数(以下、「細胞数」と表記する。)としてカウントする(S21)。すなわち、制御部14は、図9に示される画像において、第1値41の領域に重なるプロット50は細胞核31の位置を示し、第2値42の領域に重なるプロット50はノイズ34の位置を示していると判断する。ステップS21は、カウント処理の一例である。
Next, the
次に、制御部14は、ステップS16で算出した細胞領域の面積と、ステップS21でカウントした細胞数とを表示部15に表示させる(S22)。また、制御部14は、細胞領域の面積を細胞数で除した細胞30の面積の平均値を、表示部15にさらに表示させてもよい。ステップS22の処理は、出力処理の一例である。
Next, the
[本実施形態の作用効果]
上記の実施形態のように、波長が異なる2つ光を用いて撮影した第1写真及び第2写真を画像処理することによって、細胞領域の面積を算出し、細胞30の細胞数をカウントすることができる。その結果、熟練した作業者でなくても当該細胞30の状態を定量的に評価することができるので、例えば、継代のタイミングや当該培地の倍加時間を適切に判断することができる。なお、上記の実施形態では、面積の算出及び細胞数のカウントの両方を実行する例を説明したが、いずれか一方のみが実行されてもよい。細胞数のカウントを省略する場合、ステップS17〜S21の処理が省略される。[Operation and effect of this embodiment]
As in the above embodiment, the area of the cell area is calculated and the number of cells of the
なお、継代のタイミングや倍加時間の判断は、作業者にではなく、制御部14に実行させてもよい。一般的に、細胞の数が所定の数に達したことによって継代が行われる。また、細胞の面積が大きいほど倍加時間が長くなり、細胞の面積が小さいほど倍加時間が短くなる傾向がある。そこで、継代を実行するときの細胞の数や、細胞の面積と倍加時間との関係等をデータベースとして制御部14に予め与えておくことによって、培養のスケジュールを制御部14に立案させることができる。そして、立案されたスケジュールは、ステップS22において、表示部15に表示されてもよい。
The determination of the pass-through timing and the doubling time may be performed by the
また、上記の実施形態によれば、第1写真内における画素値の違いによって培地21と細胞30とが区別され(S14)、第1値41の画素の塊の大きさによって細胞30とノイズ34とが区別される(S15)。これにより、第1写真内における細胞領域を適切に特定することができる。
Further, according to the above embodiment, the
また、上記の実施形態によれば、バンドパスフィルタによって第1写真から特定周波数成分(すなわち、細胞核31を示す画像)が抽出され(S17〜S19)、二値画像と重ね合わせることによってノイズ34が除去される(S21)。これにより、第2写真内における細胞位置を適切に特定することができる。
Further, according to the above-described embodiment, the band pass filter extracts the specific frequency component (that is, the image indicating the cell nucleus 31) from the first photograph (S17 to S19), and the
なお、上記の実施形態に係る細胞観察処理は、シャーレ20上の複数の箇所それぞれに対して実行されてもよい。より詳細には、制御部14は、シャーレ20上の互いに異なる撮影範囲に対してステップS11〜S21の処理を実行してもよい。そして、制御部14は、ステップS22において、ステップS16で算出された面積の合計値(或いは、平均値)と、ステップS21でカウントされた細胞数の合計値(或いは、平均値)とを、表示部15に表示させてもよい。
In addition, the cell observation process which concerns on said embodiment may be performed with respect to the some location on the
また、図1に示される細胞観察装置10の具体的な構成は、前述の例に限定されない。例えば、照射部11は、制御部14の制御に従って、第1波長の単色光と、第2波長の単色光とを選択的に出力してもよい。この場合、偏光板12は省略することができる。また、照射部11から培地21を経由して撮影部13に到達する光は、培地21を透過することに限定されず、培地21で反射されたものであってもよい。また、出力部の具体例は表示部15に限定されず、情報をシートに記録するプリンタ等であってもよい。
Moreover, the specific structure of the
また、ステップS11、S12における撮影条件は、撮影部13に入射させる光の波長が異なることに限定されず、焦点の位置が異なることであってもよい。焦点の位置は、レンズユニットを操作することによって変更される。レンズユニットは、細胞観察装置10の作業者によって手動で操作されてもよいし、制御部14によって制御される不図示のアクチュエータによって操作されてもよい。さらに他の例として、ステップS11、S12において、光の波長及び焦点の位置の両方が異なる撮影条件を採用してもよい。なお、ステップS13以降の処理は、前述の例と共通する。
Moreover, the imaging conditions in steps S11 and S12 are not limited to the difference in the wavelength of light to be incident on the
より詳細には、制御部14は、ステップS11において、細胞30の輪郭に焦点を合わせた状態で、撮影部13に第1写真を撮影させてもよい。このときの焦点の位置(以下、「第1焦点位置」と表記する。)は、第1撮影条件の一例である。この場合の第1写真は、細胞30の輪郭が鮮明に写った写真となる。
More specifically, in step S11, the
一方、制御部14は、ステップS12において、第1焦点位置より撮影部13に近い位置(以下、「第2焦点位置」と表記する。)に焦点を合わせた状態で、撮影部13に第3写真を撮影させ、且つ第1焦点位置より撮影部13から離れた位置(以下、「第3焦点位置」と表記する。)に焦点を合わせた状態で、撮影部13に第4写真を撮影させてもよい。このときの焦点の位置は、第2撮影条件の一例である。すなわち、第1焦点位置は、第2焦点位置及び第3焦点位置の間に位置する。第1焦点位置及び第2焦点位置の距離、及び第1焦点位置及び第3焦点位置の距離は、例えば、10μm〜30μmである。
On the other hand, in step S12, the
第3写真及び第4写真を比較すると、細胞核31の位置のコントラストが相対的に高く、細胞核31と異なる位置のコントラストが相対的に低くなる。そこで、制御部14は、ステップS12において、第3写真及び第4写真の画素値の差を、第2写真として取得してもよい。より詳細には、制御部14は、第3写真及び第4写真の同一の位置(例えば、左端)の画素値の差を、第2写真における当該位置(例えば、左端)の画素値とすればよい。この場合の第2写真は、細胞核31がはっきり写った写真となる。
When the third and fourth photographs are compared, the contrast of the position of the
また、上記の実施形態に係る細胞観察装置10は、図1に示される全ての構成要素を一体化したものに限定されない。細胞観察装置10は、例えば、照射部11、偏光板12、及び撮影部13を備える撮影装置と、制御部14及び表示部15を備える画像処理装置とが通信ネットワークを通じて接続されていてもよい。この場合の画像処理装置は、例えば、一般的なPC(Personal Computer)であってもよい。
In addition, the
さらに、細胞観察処理の各ステップの実行順序は、図2の例に限定されない。例えば、ステップS12の処理は、ステップS16、S17の間で実行されてもよい。但し、ステップS11、S13、S14、S15、S16はこの順に実行され、ステップS12、S13、S17、S18、S19、S20、S21はこの順に実行される。 Furthermore, the execution order of each step of the cell observation process is not limited to the example of FIG. For example, the process of step S12 may be performed between steps S16 and S17. However, steps S11, S13, S14, S15, and S16 are performed in this order, and steps S12, S13, S17, S18, S19, S20, and S21 are performed in this order.
10・・・細胞観察装置
11・・・照射部
12A,12B・・・偏光板
13・・・撮影部
14・・・制御部
15・・・表示部DESCRIPTION OF
Claims (12)
制御部と、を備えており、
上記制御部は、
培養細胞を含む培地を第1撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第1写真を取得する第1撮影処理と、
上記培地を上記第1撮影条件と異なる第2撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第2写真を取得する第2撮影処理と、
上記第1写真内において、上記培養細胞が存在する領域と推定される細胞領域を特定する第1特定処理と、
上記第2写真内において、上記培養細胞の細胞核の位置と推定される細胞位置を特定する第2特定処理と、
上記第2特定処理で特定された上記細胞位置のうち、上記第1特定処理で特定された上記細胞領域内に位置する上記細胞位置の数を、上記培養細胞の細胞数としてカウントするカウント処理と、を実行する細胞観察装置。A shooting unit that takes a picture,
And a control unit,
The control unit
A first imaging process for acquiring a first picture by causing the imaging unit to capture a culture medium containing cultured cells according to a first imaging condition;
Second imaging processing for acquiring a second photograph by causing the imaging unit to capture the culture medium according to a second imaging condition different from the first imaging condition;
A first identification process for identifying a cell area presumed to be an area in which the cultured cell is present in the first picture;
A second identification process for identifying the position of the cell nucleus of the cultured cell and the estimated cell position in the second photograph;
And counting the number of cell positions located in the cell area specified in the first specific process among the cell positions specified in the second specific process as the cell number of the cultured cells , To perform cell observation equipment.
上記第1写真を示す第1写真データのうち、第1閾値未満の画素値を第1値に置換し、上記第1閾値以上の画素値を第2値に置換した二値画像データを生成する生成処理と、
上記二値画像データで示される二値画像のうち、上記第1値の画素の領域を上記細胞領域として特定する領域特定処理と、を実行する請求項1に記載の細胞観察装置。The control unit is configured to:
In the first photograph data indicating the first photograph, pixel values less than the first threshold are replaced with the first value, and pixel values equal to or more than the first threshold are replaced with the second value to generate binary image data Generation process,
The cell observation device according to claim 1, wherein an area identification process of identifying an area of a pixel of the first value as the cell area in the binary image represented by the binary image data is executed.
上記第2写真を示す第2写真データから特定周波数成分を抽出する抽出処理と、
上記特定周波数成分が抽出された上記第2写真の画素値を走査したときに、画素値の変化が減少及び増加の一方から他方に転じる境界の画素位置を上記細胞位置として特定する位置特定処理と、を実行する請求項1から3のいずれかに記載の細胞観察装置。The control unit is configured to:
An extraction process for extracting a specific frequency component from second picture data representing the second picture;
A position specifying process of specifying, as the cell position, a pixel position at a boundary where a change in pixel value changes from one of decrease and increase to the other when scanning the pixel value of the second photo from which the specific frequency component is extracted; The cell observation device according to any one of claims 1 to 3, wherein
上記第2写真データをFFT変換する変換処理と、
上記変換処理後の上記第2写真データに上記特定周波数成分を通過させるフィルタを適用するフィルタ処理と、
上記フィルタ処理後の上記第2写真データをFFT逆変換する逆変換処理と、を実行する請求項4に記載の細胞観察装置。In the extraction process, the control unit
Conversion processing for FFT converting the second picture data;
A filter process for applying a filter that passes the specific frequency component to the second photo data after the conversion process;
The cell observation device according to claim 4, wherein an inverse conversion process is performed to perform an FFT inverse conversion on the second photographic data after the filtering process.
上記制御部は、上記カウント処理でカウントされた細胞数を上記出力部に出力させる出力処理を実行する請求項1から6のいずれかに記載の細胞観察装置。It further comprises an output unit,
The cell observation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit executes an output process to output the number of cells counted in the counting process to the output unit.
上記第1撮影条件は、上記照射部によって照射された光のうち、上記培地から出力された第1波長の光で上記第1写真を撮影することを示し、
上記第2撮影条件は、上記培地から出力された上記第1波長より長い第2波長の光で上記第2写真を撮影することを示す請求項1から7のいずれかに記載の細胞観察装置。The cell observation apparatus includes an irradiation unit that irradiates the culture medium with light,
The first photographing condition indicates that the first photograph is photographed with the light of the first wavelength output from the culture medium among the light irradiated by the irradiation unit,
The cell observation device according to any one of claims 1 to 7, wherein the second photographing condition indicates that the second photograph is photographed with the light of the second wavelength longer than the first wavelength outputted from the culture medium.
上記第2波長は、700nm以上であり、且つ上記第1波長より長い請求項8に記載の細胞観察装置。The first wavelength is 400 nm or more and 700 nm or less,
The cell observation device according to claim 8, wherein the second wavelength is 700 nm or more and is longer than the first wavelength.
上記第1撮影条件は、上記培養細胞の輪郭に焦点を合わせた状態で上記第1写真を撮影することを示し、
上記第2撮影条件は、上記第1撮影条件より上記撮影部に近い位置に焦点を合わせた状態で第3写真を撮影し、且つ上記第1撮影条件より上記撮影部から離れた位置に焦点を合わせた状態で第4写真を撮影することを示し、
上記制御部は、上記第2撮影処理において、上記第3写真及び上記第4写真の画素値の差を、上記第2写真として取得する請求項1から9のいずれかに記載の細胞観察装置。The imaging unit includes an adjustment unit that adjusts the position of the focal point,
The first photographing condition indicates that the first picture is photographed while focusing on the contour of the cultured cell,
The second photographing condition is photographing the third photograph in a state in which the second photographing condition is focused on a position closer to the photographing unit than the first photographing condition, and is focused on a position distant from the photographing unit than the first photographing condition. Indicates that the fourth photo is taken in the combined state,
The cell observation device according to any one of claims 1 to 9, wherein the control unit acquires a difference between pixel values of the third photograph and the fourth photograph in the second photographing process as the second photograph.
制御部と、を備えており、
上記制御部は、
培養細胞を含む培地を第1撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第1写真を取得する第1撮影処理と、
上記培地を上記第1撮影条件と異なる第2撮影条件に従って上記撮影部に撮影させることによって、第2写真を取得する第2撮影処理と、
上記第1写真内において、上記培養細胞が存在する領域と推定される細胞領域を特定する第1特定処理と、
上記第1特定処理で特定された上記細胞領域の面積を算出する算出処理と、を実行する細胞観察装置。A shooting unit that takes a picture,
And a control unit,
The control unit
A first imaging process for acquiring a first picture by causing the imaging unit to capture a culture medium containing cultured cells according to a first imaging condition;
Second imaging processing for acquiring a second photograph by causing the imaging unit to capture the culture medium according to a second imaging condition different from the first imaging condition;
A first identification process for identifying a cell area presumed to be an area in which the cultured cell is present in the first picture;
A cell observation device that executes a calculation process of calculating an area of the cell area identified in the first identification process;
培養細胞を含む培地を第1撮影条件に従って撮影した第1写真、及び上記培地を上記第1撮影条件と異なる第2撮影条件に従って撮影した第2写真を示す写真データを取得する取得処理と、
上記第1写真内において、上記培養細胞が存在する領域と推定される細胞領域を特定する第1特定処理と、
上記第2写真内において、上記培養細胞の細胞核の位置と推定される細胞位置を特定する第2特定処理と、
上記第1特定処理で特定された上記細胞領域及び上記第2特定処理で特定された上記細胞位置の少なくとも一方に基づいて、上記培養細胞の細胞数或いは上記細胞領域の面積を算出する算出処理と、を上記コンピュータに実行させるプログラム。A computer executable program,
An acquisition process for acquiring photographic data indicating a first photograph of the culture medium containing cultured cells according to a first imaging condition, and a second photograph of the culture medium according to a second imaging condition different from the first imaging condition;
A first identification process for identifying a cell area presumed to be an area in which the cultured cell is present in the first picture;
A second identification process for identifying the position of the cell nucleus of the cultured cell and the estimated cell position in the second photograph;
Calculating the number of cells of the cultured cell or the area of the cell area based on at least one of the cell area specified in the first specific process and the cell position specified in the second specific process; , A program that causes the above computer to execute.
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