JPWO2020003456A1 - 装置、顕微鏡装置、方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る判定システムについて説明する。図1は、本実施形態に係る判定システム1を示す。判定システム1は、判定装置100と、表示装置200と、顕微鏡300とを備える。
顕微鏡300は、明視野顕微鏡及び位相差顕微鏡のいずれも適用できる。明視野顕微鏡は、被検体Sを均一な入射光で照らした時、被検体Sの各部分において光の吸収率が異なる為に透過光の像にコントラストが付くことを利用する。位相差顕微鏡は、光線の位相差をコントラストに変換して観察する光学顕微鏡である。本実施形態に係る判定システム1では一例として位相差顕微鏡が使用される場合について説明する。ただし、判定システム1に明視野顕微鏡が使用される場合にも適用できる。
図2は、位相差顕微鏡の構成を示す。図2には、位相差顕微鏡に加え、判定装置100、及び表示装置200も示されている。位相差顕微鏡装置は、観察対象である被検体Sに照明光Lを照射し、この被検体Sからの透過光Lpの位相差を明暗差に変換することによって得られた被検体Sの拡大像を得る。
ステージ36は、被検体Sが載置される載置面36aを有している。また、ステージ36は、その面内において互いに直交する2つの方向(図2に示すX軸方向及びY軸方向)に移動操作される。これにより、ステージ36は、被検体Sの観察位置を任意に変更することが可能となっている。さらに、ステージ36は、高さ方向(図2に示すZ軸方向)に移動操作される構成であってもよい。
顕微鏡300によって観察される被検体S、すなわち判定システム1の判定対象の細胞の具体例について説明する。被検体Sの一例は、メラニン顆粒を含む細胞であり、例えば、視細胞、網膜色素上皮(retinal pigment epithelium: RPE)細胞、皮膚細胞、メラニン細胞、赤血球(ヘモグロビンは赤血球細胞質の一つ)などの色調のある細胞(細胞種)である。例えば、このような色調を呈する細胞種は、幹細胞から目的の体細胞へと分化誘導、成熟工程で色調が変化する。
次に、判定装置100の構成について説明する。判定装置100は、制御部102と、記憶部112とを備える。
図3は、YCbCrで表される色空間のうち、輝度信号Yを除いた色相ベクトル(CbCr)で表現した色空間を示す。図3には、サンプル細胞が「播種した直後」あるいは「分化誘導直後」から分化誘導過程、細胞成熟過程へと成長の進行にともなって変化する色の領域(陽性領域)が示される。
図4は、L*a*b*色空間のうち、明度を表すL*を除き、色相と彩度を示す色度(a*、b*)で表現した色空間を示す。図4には、図3と同様に、サンプル細胞が「播種した直後」あるいは「分化誘導直後」から分化誘導過程、細胞成熟過程へと成長の進行に伴って変化する色の領域(陽性領域)が示される。
色相(Hue)、彩度(Saturation・Chroma)、明度(Value・Lightness・Brightness)の三つの成分からなるHSV色空間のうち、色相で色の範囲を表してもよい。
色情報としては、例えば、色相に関する情報、彩度に関する情報、明度に関する情報、輝度に関する情報、色差に関する情報などが挙げられるが、これらの組み合わせであってもよいし、またこれらに限られない。
また、例えば、被検体Sの色情報は、色相に関する情報、彩度に関する情報、明度に関する情報、輝度に関する情報、色差に関する情報の少なくとも1つに基づいて判断されてもよいし、これに限られない。
さらに、色基準情報120には、ある成長過程のサンプル細胞に含まれる1又は複数の細胞の各々の画像のCbに関する色情報及びCrに関する色情報を解析することによって得られた色情報をCb及びCrによって表される色空間にプロットした結果に基づいて設定される陽性範囲を示す情報が記憶される。
図5は、色基準情報120の設定方法(その1)を示す。図5(1)は、ある成長過程のサンプル細胞の画像の色情報を解析し、Cb及びCrによって表される色空間にプロットしたものである。ここで、成長過程とは、サンプル細胞が、「播種した直後」あるいは「分化誘導直後」から、分化誘導過程、細胞成熟過程へと変化することをいう。例えば、ある成長過程のサンプル細胞に含まれる1又は複数の細胞の各々の画像のCbに関する色情報及びCrに関する色情報を解析し、解析した色情報をCb及びCrによって表される色空間にプロットする。
図9は、1又は複数の細胞の画像の色情報を解析し、Cb及びCrによって表される色空間にプロットしたものである。例えば、色情報変換部108は、1又は複数の細胞の画像の色情報を解析し、該1又は複数の細胞の画像の色情報をプロットする。色情報変換部108は、記憶部112の色基準情報120から陽性範囲を示す情報を取得し、取得した陽性範囲を示す情報に基づいて、陽性率を求める。図9のハッチングは、記憶部112の色基準情報120から取得された陽性範囲を示す情報に基づいて得られる陽性領域である。この陽性領域は、図5に示した陽性領域と同じである。
図10は、1又は複数の細胞の画像の色情報を解析することによって色相(H)を求め、その色相(H)をプロットすることによって、色情報の分布として色相(H)の分布(ヒストグラム)を求めたものである。例えば、色情報変換部108は、1又は複数の細胞の画像の色情報を解析し、該1又は複数の細胞の画像の色相(H)をプロットする。そして、色情報変換部108は、記憶部112の色基準情報120から陽性範囲を示す情報を取得する。図10において矢印によって示される範囲は陽性範囲を示す。
図11、図12を参照して、本実施形態に係る判定装置100の動作について説明する。図11は、本実施形態に係る判定装置100の動作の一例を示す。図11では、判定装置100が定期的に画像を取得する場合について説明する。しかし、この例に限らず、判定装置100が不定期的に画像を取得する場合についても適用できる。
ステップS1102では、画像取得部104は、画像を取得する時間が到来したか否かを判定する。画像を取得する時間が到来していない場合、到来するまで待機する。
図13は、本実施形態に係る判定装置100のグラフィカルユーザインタフェース(Graphical User Interface: GUI)の一例を示す図である。このGUIは、判定装置100に接続されている表示装置200に表示される。図13に示される例では、GUIには、画像一覧が表示される領域と、選択画像が表示される領域と、指標一覧が表示される領域とが含まれる。画像一覧が表示される領域には、記憶部112の画像情報116に含まれる画像のサムネイルが表示される。選択画像が表示される領域には、判定装置100の使用者が、画像一覧が表示されている領域に表示されている一又は複数の画像のサムネイルから選択した一又は複数の画像が表示される。指標一覧が表示される領域には、一又は複数の画像から導出できる指標が表示される。図11に戻り説明を続ける。
図14は、判定装置100のグラフィカルユーザインタフェースの一例を示す部分図である。図14は、図13に示したグラフィカルユーザインタフェースのうち、選択画像が表示される領域と指標一覧が表示される領域とが示される。図14に示される例では、単一画像から導出できる指標の一例として、色空間と、ヒストグラムとが示される。また、複数の画像から導出できる指標の一例として、色空間と、ヒストグラムとが示されている。また、時系列解析から導出できる指標の一例として、色空間と、ヒストグラムとが示される。さらに、図14に示される例では、各指標を選択するためのチェックボックスが示されている。
色情報変換部108は、記憶部112の色基準情報120から陽性範囲を示す情報を取得し、取得した陽性範囲を示す情報に基づいて、一又は複数の細胞を測色した値が陽性領域に含まれるか否かを判断する。色情報変換部108は、一又は複数の細胞を測色した値が陽性領域に含まれるか否かを判断した結果に基づいて、陽性率を求める。
図15は、本実施形態に係る判定システム2を示す。本実施形態に係る判定システム2は、第1の実施形態に係る判定システム1と、色基準情報の設定方法と、成長が正常に進行しているか否かを判定する方法とが異なる。本実施形態に係る判定システム2は、判定装置400と、表示装置200と、顕微鏡300とを備える。
次に、判定装置400の構成について説明する。判定装置400は、制御部402と、記憶部412とを備える。
色基準情報420は、サンプル細胞の1又は複数の成長過程における色情報を格納する。ここで、色基準情報420は、「播種した直後」あるいは「分化誘導直後」から所定の時間が経過したときのサンプル細胞の色情報であって、分化誘導過程、細胞成熟過程へと成長の進行にともなって変化するサンプル細胞の色情報である。色基準情報120に含まれる色情報は、陽性領域に関する情報を含む。色基準情報120には、例えば、「播種した直後」あるいは「分化誘導直後」からの経過時間と、該経過時間における色情報とを紐付けて格納する。
図16は、色基準情報420の設定方法(その3)を示す。図16(1)は、ある成長過程のサンプル細胞の画像の色情報を解析し、Cb及びCrによって表される色空間にプロットしたものである。ここで、成長過程とは、サンプル細胞が、「播種した直後」あるいは「分化誘導直後」から、分化誘導過程、細胞成熟過程へと変化することをいう。例えば、ある成長過程のサンプル細胞に含まれる1又は複数の細胞の各々の画像のCbに関する色情報及びCrに関する色情報を解析し、解析した色情報をCb及びCrによって表される色空間にプロットする。
図18によれば、時間の経過(t=0、1、2、3)にともなって、1又は複数のサンプル細胞の画像の色情報の重心と陽性と判断する基準値との間の距離が次第に短くなっているのが分かる。この場合、判定部410は、被検体Sが正常に成長していると判断する。
図19によれば、時間の経過(t=0、1、2、3)にともなって、1又は複数のサンプル細胞の各々の画像の色情報の重心と陽性と判断する基準値との間の距離が、陽性と判断する基準値に近づいている。この場合、判定部410は、被検体Sが正常に成長していると判断する。
図20は、本実施形態に係る判定装置400の動作の一例を示す。図20では、判定装置400が定期的に画像を取得する場合について説明する。しかし、この例に限らず、判定装置400が不定期的に画像を取得する場合についても適用できる。
ステップS1802−S1806は、図11のステップS1102−S1106を適用できる。
判定装置400のグラフィカルユーザインタフェースの一例は、図14を適用できる。図14に示される例では、単一画像から導出できる指標の一例として、色空間と、ヒストグラムとが示される。また、複数の画像から導出できる指標の一例として、色空間と、ヒストグラムとが示されている。また、時系列解析から導出できる指標の一例として、色空間と、ヒストグラムとが示される。さらに、図14に示される例では、各指標を選択するためのチェックボックスが示されている。
判定装置400の使用者は、図14に示されるGUIにおいて、表示したい指標に該当するチェックボックスにチェックマークを表示させる。例えば、判定装置400の使用者が、複数画像のチェックボックスと色空間のチェックボックスとヒストグラムのチェックボックスとにチェックマークを表示させ、実行釦を押した場合、図13の右下のグラフのプロットに示されるように、複数の画像の色情報を色空間に示したグラフと、複数の画像の色情報をヒストグラムに示したグラフとが表示される。
色情報変換部408は、該1又は複数の細胞の各々の画像を測色することによって得られる1又は複数の色情報の各々に基づいて、色情報の重心を求める。色情報変換部408は、色情報の重心を表す情報を判定部410へ出力する。図20に戻り、説明を続ける。
本実施形態に係る判定装置は、細胞の成長が進行するにしたがって統計値と陽性と判断する基準値との間の距離が短くなる場合には正常に成長していると判定し、短くならない場合には正常に成長していないと判定する。このように構成することによって、本実施形態に係る判定装置は、細胞の培養の過程で細胞の成長が正常であるか否かを判定できる。
図21は、本実施形態に係る判定システム3を示す。本実施形態に係る判定システム3は、第1の実施形態に係る判定システム1と、色基準情報の設定方法と、成長が正常に進行しているか否かを判定する方法とが異なる。本実施形態に係る判定システム3は、判定装置500と、表示装置200と、顕微鏡300とを備える。
次に、判定装置500の構成について説明する。判定装置500は、制御部502と、記憶部512とを備える。
図22は、色基準情報520の設定方法(その5)を示す。図22(1)は、ある成長過程のサンプル細胞の画像の色情報を解析し、Cb及びCrによって表される色空間にプロットしたものである。ここで、成長過程とは、サンプル細胞が、「播種した直後」あるいは「分化誘導直後」から、分化誘導過程、細胞成熟過程へと変化することをいう。例えば、ある成長過程のサンプル細胞に含まれる1又は複数の細胞の各々の画像のCbに関する色情報及びCrに関する色情報を解析した結果に基づいて、1又は複数の細胞の各々の画像の色情報の重心を求め、求めた色情報の重心をプロットする。ここで、色情報の重心は一例であり、判定装置500は、色情報の平均値、色情報の中央値、色情報の最頻値などの統計値を適用できる。
図24は、本実施形態に係る判定装置500の動作の一例を示す。図24では、判定装置500が定期的に画像を取得する場合について説明する。しかし、この例に限らず、判定装置500が不定期的に画像を取得する場合についても適用できる。
ステップS2202−S2208は、図20のステップS1802−S1808を適用できる。
このように構成することによって、測色結果に基づいて、成長過程における色情報と、陽性領域を示す情報とを蓄積または更新できる。この場合、蓄積する処理と、更新する処理とは、制御部502によって実行されてもよい。
本実施形態に係る判定システムについて説明する。本実施形態に係る判定システムは、インキュベータ(観察装置)に、上述した判定装置100と判定装置400と判定装置500とのいずれかを適用したものである。本実施形態に係るインキュベータの構成の概要について説明する。図25は、本実施形態に係るインキュベータ600の構成の一例を示すブロック図である。図26、及び図27は、本実施形態に係るインキュベータ600の正面図および平面図である。
記憶部712には、プログラム714の他に、画像情報716、及び色基準情報720が記憶される。
図29を参照して、本実施形態に係るインキュベータ600の動作について説明する。図29は、本実施形態に係るインキュベータ600の動作の一例を示す。図29では、インキュベータ600に搭載された判定装置700が定期的に被検体Sの画像を取得し、正常に成長しているか否かを判定する場合について説明する。しかし、この例に限らず、判定装置700が不定期的に被検体Sの画像を取得し、正常に成長しているか否かを判定する場合についても適用できる。
ここで、染色処理される細胞が色素を持たない細胞であれば、細胞の色相を判定することにより、生細胞か、死細胞かを判定することが容易にできる。
Claims (16)
- 撮像された画像において、少なくとも1つの細胞の色情報を算出する画像処理部と、
前記画像処理部により算出された色情報に基づいて、前記細胞の培養状態を判断する判定部と
を有する装置。 - 前記判定部は、細胞の培養状態を示す情報と、前記画像処理部により算出された色情報とに基づいて、前記細胞の培養状態を判断する、請求項1に記載の装置。
- 前記細胞の培養状態を示す情報は、複数の細胞の色情報の分布に関する情報を含む、請求項2に記載の装置。
- 前記細胞の培養状態を示す情報は、前記色情報の分布の所定の色情報の範囲に関する情報を含む、請求項3に記載の装置。
- 前記画像処理部は、複数の細胞の色情報を算出し、
前記判定部は、前記所定の色情報の範囲に含まれる前記細胞数の割合に基づいて前記培養状態を判定する、請求項4に記載の装置。 - 前記細胞の培養状態を示す情報は、色空間に関する情報を含む、請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記細胞の培養状態を示す情報は、前記色空間の所定の領域に関する情報を含む、請求項6に記載の装置。
- 前記画像処理部は、複数の細胞の色情報を算出し、
前記判定部は、前記色空間の所定の領域に含まれる前記細胞数の割合に基づいて前記細胞の培養状態を判定する
請求項6又は請求項7に記載の装置。 - 前記細胞の培養状態を示す情報は、色空間の所定の値に関する情報を含む、請求項2から請求項8のいずれか一項に記載の装置。
- 前記画像処理部は、複数の細胞の色情報を算出し、
前記判定部は、前記色空間の所定の値と、複数の前記細胞の色情報から求められる値とに基づいて前記細胞の培養状態を判定する
請求項9に記載の装置。 - 前記細胞の培養状態を示す情報は、色空間の所定の値の軌跡に関する情報を含む、請求項2から請求項10のいずれか一項に記載の装置。
- 前記画像処理部は、複数の細胞の色情報を算出し、
前記判定部は、前記色空間の所定の値の軌跡と、複数の前記細胞の色情報から求められる値とに基づいて前記細胞の培養状態を判定する
請求項11に記載の装置。 - 前記細胞の培養状態は、細胞の分化状態または成熟状態である
請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の装置。 - 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の装置と、
該装置に撮像された前記画像を提供する顕微鏡と
を備える顕微鏡装置。 - 処理によって実行される方法であって、
撮像された画像において、少なくとも1つの細胞の色情報を算出し、
算出された色情報に基づいて、前記細胞の培養状態を判断する
方法。 - 装置に、
撮像された画像において、少なくとも1つの細胞の色情報を算出させ、
算出された色情報に基づいて、前記細胞の培養状態を判断させる
プログラム。
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