WO2014007300A1

WO2014007300A1 - 細胞分裂過程追跡装置及びその方法、コンピュータにより処理可能な細胞分裂過程追跡プログラムを記憶する記憶媒体

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Publication number: WO2014007300A1
Application number: PCT/JP2013/068285
Authority: WO
Inventors: 新垣　英哉
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2014-01-09
Also published as: JP2014016666A; JP6000699B2; US20150111291A1; EP2871613B1; EP2871613A4; EP2871613A1; US9487746B2

Abstract

　細胞分裂過程追跡装置は、複数の細胞画像において細胞領域を検出する細胞認識部と、細胞分裂直前の母細胞の領域を検出する母細胞検出部と、前記母細胞の細胞分裂によって生じる娘細胞の領域の探索範囲を設定する探索範囲設定部と、前記母細胞領域が検出された時点以降に収集された前記細胞画像について、前記細胞領域と前記探索範囲とが重複している領域に基づいて前記細胞領域が前記娘細胞領域であるか否かを判定する娘細胞判定部とを含む。

Description

細胞分裂過程追跡装置及びその方法、コンピュータにより処理可能な細胞分裂過程追跡プログラムを記憶する記憶媒体

　本発明は、例えば顕微鏡を用いて収集された細胞画像群に基づいて、細胞分裂の過程を追跡する細胞分裂過程追跡装置及びその方法、コンピュータにより処理可能な細胞分裂過程追跡プログラムを記憶する記憶媒体に関する。

　所謂ライフサイエンス分野においては、従来から、顕微鏡を用いて撮影された細胞の画像（以降、細胞画像と称する）に基づいた種々の細胞解析が行われている。　
　例えばＥＳ細胞やｉＰＳ細胞等の幹細胞の研究においては、細胞分化メカニズムの解明及び創薬開発等を目的とした細胞解析が行われている。すなわち、当該研究では、微速度撮影により時系列で収集された複数の細胞画像（以降、細胞画像群と称する）に基づいて、細胞の分化過程及び形態的特徴変化を観察し、細胞毎の性質の違いを調べるといった解析（以降、細胞解析と称する）が行われている。

　上記細胞解析では、目視によって行われていた個々の細胞のスクリーニング等の煩雑な作業を、画像認識等の画像処理技術を応用することで自動化することが可能になりつつある。このような画像処理技術を応用すれば、細胞画像中に含まれる個々の細胞を認識し、細胞の形態的特徴、個体数及びその変化、並びに、個々の細胞を追跡することによって細胞の移動量及び活性度合い等を把握することができる。

　細胞分裂の過程を解析するためには、細胞画像中の細胞分裂現象を正確に検出すると共に、分裂前の細胞と、分裂により出現する２つの娘細胞との関連性を正確に把握することが求められる。関連性を正確に把握する作業を目視によって行うには、極めて煩雑な作業が必要となる。このため、画像認識技術及び画像追跡技術を応用した細胞解析の自動化が望まれている。

　このような事情から、細胞分裂を追跡処理するための技術として例えば特許文献１が提案されている。特許文献１に開示されている技術は、収拾した一連の細胞画像群の中から細胞認識処理によって個々の細胞領域を特定し、特定した細胞領域毎に細胞特徴量を計測し、この細胞特徴量に基づいて各細胞領域について、細胞画像群のフレーム間で同一の細胞を表す細胞領域を特定する。この処理の際に、細胞分裂の追跡処理、すなわち分裂前の母細胞と、分裂後の２個の娘細胞との関連付け処理が行われる。

　この追跡処理は、追跡対象となる細胞領域（以降、追跡対象細胞領域と称する）と、その周囲に位置する細胞領域（以降、近傍細胞領域と称する）との相対位置関係を示す情報（例えばそれぞれの領域重心間の距離等の情報；以降、相対位置情報と称する）に基づいて娘細胞である可能性がある近傍細胞領域を抽出し、各細胞領域の細胞特徴量及びその変化率等について、予め設定した判定条件に基づいて判定し、当該判定条件に適合する近傍細胞領域を娘細胞として特定する。

特開２００７－３２７８４３号公報

　細胞分裂する前後期間においては、一般に当該分裂に係る細胞は形態的に大きく変化し、さらに分裂直後には、分裂によって生じた娘細胞がランダムな動きをするため、細胞画像のフレーム間で同一の細胞領域を特定して追跡することは困難である。　
　また、個々の細胞を認識する手法として、細胞の境界（細胞領域と非細胞領域（例えば背景領域）との境界）線上において輝度差が大きいという前提のもと、はじめに細胞領域境界上のエッジ成分を所定のエッジ抽出手段で抽出してから、抽出したエッジに基づき個々の細胞を切り分けることで細胞の認識が行われることが多い。

　しかし、特に位相差顕微鏡を用いて収集した細胞画像に顕著であるが、細胞領域の境界上のエッジ成分とは別に、細胞の内部構造等に起因するエッジ成分が細胞画像中に混在して存在することが多い。この場合、細胞領域境界だけを安定して抽出することは困難である。　
　分裂途中の母細胞が２個の娘細胞に分裂しきっていない状態、及び分裂直後の極初期の段階では、エッジ成分が細胞境界上に不規則、かつ曖昧にしか存在しない場合がある。この場合も細胞領域の境界線を安定して抽出することができない。

　従って誤って抽出された細胞領域境界線（エッジ成分）の影響により、例えば一つの細胞領域が複数の細胞領域として誤認識されてしまったり、または複数の細胞領域が一つの細胞領域として誤認識されてしまったり等の種々の誤認識が生じる可能性がある。このような場合には、当然ながら正確な細胞特徴量や相対位置情報を得ることは難しく、それらに基づく細胞分裂の過程の追跡も困難である。

　さらに言えば、多数の細胞が凝集して存在している場合であって更に細胞分裂直後でランダムに移動する娘細胞が混在する場合、画像取得サンプリング時間の間隔が長い等の理由で個々の細胞の移動距離が長い場合、及び細胞の移動が不規則な場合等においては、細胞領域間の相対位置情報を正確に取得できたとしても、その情報だけに基づいて娘細胞の細胞領域を精度良く抽出できるとは限らない。

　上述したような事情から、顕微鏡を用いて収集した細胞画像群に基づいて、細胞分裂の過程を高精度に追跡することを可能とする技術が期待されている。

　本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、例えば顕微鏡等を用いて収集した細胞画像群に示されている細胞分裂の過程を高精度に追跡可能な細胞分裂過程追跡装置及びその方法、コンピュータにより処理可能な細胞分裂過程追跡プログラムを記憶する記憶媒体を提供することを目的とする。

　本発明の主要な局面に係る細胞分裂過程追跡装置は、細胞を撮像する撮像部と、複数の時点において前記撮像部により前記細胞を撮像して複数の細胞画像を取得し、前記複数の細胞画像から成る細胞画像群に基づいて前記細胞の分裂過程を追跡する制御部と、前記複数の細胞画像において前記細胞が示されている領域である細胞領域をそれぞれ検出する細胞認識部と、前記複数の細胞画像において細胞分裂直前の母細胞に対応する母細胞領域をそれぞれ検出する母細胞検出部と、前記母細胞検出部によって検出された前記母細胞領域に基づいて前記母細胞の細胞分裂によって生じる娘細胞に対応する娘細胞領域を探索する探索範囲を設定する探索範囲設定部と、前記母細胞領域が検出された時点以降に収集された前記細胞画像について、前記細胞領域と前記探索範囲とが重複している領域に基づいて前記細胞領域が前記娘細胞領域であるか否かを判定する娘細胞判定部とを具備する。

　本発明の主要な局面に係る細胞分裂過程追跡方法は、コンピュータの処理によって、細胞を撮像部により撮像し、複数の時点において前記撮像部により前記細胞を撮像して複数の細胞画像を取得し、前記複数の細胞画像から成る細胞画像群に基づいて前記細胞の分裂過程を追跡し、前記複数の細胞画像において前記細胞が示されている領域である細胞領域をそれぞれ検出し、前記複数の細胞画像において細胞分裂直前の母細胞に対応する母細胞領域をそれぞれ検出し、前記検出された前記母細胞領域に基づいて前記母細胞の細胞分裂によって生じる娘細胞に対応する娘細胞領域を探索する探索範囲を設定し、前記母細胞領域が検出された時点以降に収集された前記細胞画像について、前記細胞領域と前記探索範囲とが重複している領域に基づいて前記細胞領域が前記娘細胞領域であるか否かを判定する。

　本発明の主要な局面に係る細胞分裂過程追跡プログラムを記憶するコンピュータにより処理可能な記憶媒体は、細胞を撮像させる撮像機能と、複数の時点において前記撮像機能により前記細胞を撮像して複数の細胞画像を取得させ、前記複数の細胞画像から成る細胞画像群に基づいて前記細胞の分裂過程を追跡させる制御機能と、前記複数の細胞画像において前記細胞が示されている領域である細胞領域をそれぞれ検出させる細胞認識機能と、前記複数の細胞画像において細胞分裂直前の母細胞に対応する母細胞領域をそれぞれ検出させる母細胞検出機能と、前記母細胞検出機能によって検出された前記母細胞領域に基づいて前記母細胞の細胞分裂によって生じる娘細胞に対応する娘細胞領域を探索する探索範囲を設定させる探索範囲設定機能と、前記母細胞領域が検出された時点以降に収集された前記細胞画像について、前記細胞領域と前記探索範囲とが重複している領域に基づいて前記細胞領域が前記娘細胞領域であるか否かを判定させる娘細胞判定機能とを実現させる。

　本発明によれば、例えば明視野顕微鏡等を用いて収集した細胞画像群に示されている細胞分裂の過程を高精度に追跡可能な細胞分裂過程追跡装置及びその方法、コンピュータにより処理可能な細胞分裂過程追跡プログラムを記憶する記憶媒体を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る細胞分裂追跡装置の一構成例を示す図である。図２は、明視野顕微鏡を利用した撮影で収集した細胞分裂の過程にある細胞画像を示す図である。図３は、明視野顕微鏡を利用した撮影で収集した細胞分裂の過程にある細胞画像を示す図である。図４は、明視野顕微鏡を利用した撮影で収集した細胞分裂の過程にある細胞画像を示す図である。図５は、明視野顕微鏡を利用した撮影で収集した細胞分裂の過程にある細胞画像を示す図である。図６は、明視野顕微鏡を利用した撮影で収集した細胞分裂の過程にある細胞画像を示す図である。図７は、明視野顕微鏡を利用した撮影で収集した細胞分裂の過程にある細胞画像を示す図である。図８は、母細胞領域の検出の為のフィルタ処理において利用する円形状カーネルの一例を示す図である。図９は、母細胞領域の寸法を特定する為のフィルタ処理において利用する円形状カーネルの一例を示す図である。図１０は、本発明の第１実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置による細胞分裂過程追跡処理のフローチャートを示す図である。図１１は、本発明の第２実施形態に係る細胞分裂追跡装置の一構成例を示す図である。図１２Ａは、本発明の第２実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置の制御部の制御による細胞分裂過程追跡処理のフローチャートを示す図である。図１２Ｂは、本発明の第２実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置の制御部の制御による細胞分裂過程追跡処理のフローチャートを示す図である。図１３は、探索範囲の一設定例を示す図である。図１４は、探索範囲の一設定例を示す図である。

［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置及び細胞分裂過程追跡プログラムについて図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る細胞分裂追跡装置の一構成例を示す。図２乃至図７は明視野顕微鏡を利用した撮影で収集した細胞分裂の過程にある細胞画像を示す。

　細胞分裂追跡装置（以下、本装置と称する）１は、細胞認識部１１０と、母細胞検出部１２０と、探索範囲初期設定部（探索範囲設定部）１３０と、重複領域面積算出部１４０と、探索範囲記録部１５０と、母・娘細胞関連付け判定部（娘細胞判定部）１６０と、制御部５０と、を含む。本装置１には、撮像部１００と、関連付け記録部１７０と、が接続されている。　
　制御部５０は、当該本装置１の各部に接続され、それらを統括的に制御するシステムコントローラである。

　撮像部１００は、例えばＣＣＤ等の撮像素子とＡ／Ｄ変換器とを含み、例えば位相差顕微鏡（Ｐｈａｓｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）に取り付けられたカメラである。このカメラは、例えば位相差顕微鏡を利用した撮影で取得した細胞の位相差像をデジタル信号に変換し、例えば８ビット（２５６階調）のモノクロ原画像信号として出力する。

　撮像部１００は、微速度撮影によって、複数の時点において観察対象の細胞群を撮像する。この撮像によって、撮像部１００は、時系列で収集された複数の細胞画像から成る細胞画像群を本装置１に出力する。細胞画像群は、所定の撮影周期で複数の時点において観察対象の細胞群を撮像して収集した複数の細胞画像から成る。

　位相差顕微鏡は、光の回折現象を利用した顕微鏡である。位相差顕微鏡は、異なる屈折率を持つ物質間を透過する光の位相差（光路差）をコントラストとして得る。従って、位相差顕微鏡は、透明な細胞や微生物等の対象物を観察するのに適している。　
　位相差顕微鏡を利用した撮影で取得した画像は、背景領域と試料との境界線上においてハロ（アーティファクト）と呼ばれる強いコントラストが発生するという特徴を有する。このハロは、位相差顕微鏡を利用した撮影で取得される細胞画像において、主に背景領域と個々の細胞領域との境界部分にオーラ状の光として出現する。　
　撮像部１００による撮影は、位相差顕微鏡の代わりに、例えば微分干渉顕微鏡（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ;ＤＩＣ）等、他の明視野顕微鏡を利用しても勿論よい。

　本第１実施形態では、撮像部１００は、細胞分裂が始まる前から約３０分間隔で１回ずつ細胞群の撮影を行う。これらの撮影によって収集された複数の細胞画像には、個々に識別可能とする為に、撮影された順番にそれぞれ画像番号が付与される。　
　例えば撮影開始からＮｉ×３０分後の時点で撮像した画像信号は、画像番号Ｎｉの細胞画像である。撮影開始時点の細胞画像は、画像番号０の細胞画像である。

　細胞認識部１１０は、本装置１に入力された各細胞画像に対して後述する“領域分割処理”を行って領域分割し、且つ、この領域分割によって生じた各分割領域について、細胞領域であるか背景領域（非細胞領域）であるかを判定する。つまり、細胞認識部１１０は、細胞画像中の個々の細胞の位置する細胞領域を特定する“細胞認識処理”を行う。細胞認識部１１０によって領域分割され、且つ、各分割領域が細胞領域と背景領域とに特定された細胞画像である分割領域画像は、重複領域面積算出部１４０に出力される。

　“領域分割処理”は、処理対象の細胞画像を構成する画素集合に対し、互いに特徴が類似して空間的に近接した１つ以上の画素集合（領域）に分割する処理である。　
　通常、位相差顕微鏡を通して撮影した細胞画像は、細胞境界線上の輝度が高く、細胞内部の輝度が低い。本第１実施形態においては、この特徴を鑑み、公知の領域分割手法の一つであるウォーターシェッド法（分水嶺領域分割法）を用いた領域分割処理を行うことで、細胞画像を細胞領域毎に切り分ける（分割する）。ウォーターシェッド法によれば、画像の輝度値勾配に基づく分割が行われ、画像中の輝度値が高く輝度値勾配の高い部分、すなわち細胞の境界線部分を分割線にした分割が為される。

　上記領域分割処理によって生じた個々の分割領域に対して、細胞認識部１１０は、公知のラベリング処理によって領域番号として領域ＩＤ＝Ｎｓ（Ｎｓは０以上の整数）を付与し、領域ＩＤを画素値として領域毎に分割した細胞画像を生成する。背景領域は領域ＩＤ＝０を付与するとしている。

　領域分割手法として利用する公知技術は、必ずしもウォーターシェッド法に限定されるものではなく、細胞領域を適切な精度で領域分割することができる技術であれば、どのような技術を適用してもよい。

　前記“細胞認識処理”では、上述した領域分割処理によって生じた各分割領域について、細胞領域であるか背景領域（非細胞領域）であるかを特定するが、背景領域は、細胞領域と異なり、領域内の輝度値の変動が極度に少ない。従って、各分割領域内に含まれるエッジ強度の平均値等を算出し、その値が非常に小さい領域を背景領域であると特定することができる。　
　母細胞検出部１２０は、細胞画像中に存在する細胞分裂直前の母細胞領域を特定し、当該細胞画像の画像番号、後述する母細胞ＩＤ番号、母細胞領域の位置情報及びサイズ情報を出力する。母細胞検出部１２０による処理は、母細胞検出処理と称する。

　通常、細胞の形状は、細胞周期のうちＭ期（細胞分裂が行われる期間）の直前の段階において、急激に丸みを帯びると共に厚みを増す。具体的に、母細胞１０は、図２に示す状態から図３に示す状態へ遷移する。このとき、位相差顕微鏡を利用した撮影で取得された細胞画像においては、図３に示すように当該細胞領域の境界線近傍にハロ（アーティファクト）が強く現れる。

　母細胞１０は、その後細胞分裂を行って図４に示すように２個の娘細胞２０－１，２０－１が生じる。細胞分裂直後の段階において、娘細胞２０－１，２０－２は、図４に示すように略円形状を呈する。その後、娘細胞２０－１，２０－２は、図５乃至図７に示すように略円形状から変形していく。　
　本第１実施形態においては、母細胞が細胞分裂直前の段階において略円形状を呈するという性質を鑑み、細胞分裂直前の細胞の円形状をモデル化して作成した“円形状カーネル”を設定する。同第１実施形態では、円形状カーネルを利用して細胞画像中の全画素を対象としたフィルタ処理を行い、このフィルタ処理の出力の値を評価することで、略円形状を呈する母細胞領域を検出する。

　図８は母細胞領域の検出の為のフィルタ処理において利用する円形状カーネルの一例を示す。同図に示す“Ｒ１”は、円形状カーネルの内側半径を示し、“Ｒ１＋Ｗ”は円形状カーネルの外側半径を示す。　
　内側半径Ｒ１は、細胞画像中に存在する平均的な母細胞領域の大きさより若干小さめの寸法に設定する。内外半径差Ｗは、母細胞境界線（ハロ）の幅より若干大きめに設定する。内側半径Ｒ１及び内外半径差Ｗは、いずれも予め設定するパラメータである。円形状カーネル自体の“縦×横”の寸法は、例えば“２×（Ｒ１＋Ｗ）画素”である。

　本第１実施形態の円形状カーネルにおいて、“内側半径Ｒ１以上で外側半径（Ｒ１＋Ｗ）以下”の領域内の画素については、“フィルタ係数＝１”を設定し、それ以外の画素については“フィルタ係数＝０”を設定する。　
　母細胞検出部１２０は、細胞画像に対して上記円形状カーネルに基づくフィルタ処理を行う。このフィルタ処理の出力値は、円形状カーネルにおいて“フィルタ係数＝１”の領域内の画素の画素値を積算した“輝度累積値”をフィルタ係数合計で除算した“輝度平均値”である。

　母細胞検出部１２０は、上記フィルタ処理を、細胞画像を構成する全画素について実行し、それぞれの画素について輝度平均値を算出する。母細胞検出部１２０は、予め設定した閾値より大きく、且つ、輝度平均値が近傍画素のそれよりも高い値を示す（ピーク値を示す）画素を検出する。この検出した画素の位置が、略円形状を呈する母細胞領域の中心座標であると特定する。　
　母細胞検出部１２０は、母細胞領域の寸法を特定する。図９は母細胞領域の寸法を特定する為のフィルタ処理において利用する円形状カーネルの一例を示す。本第１実施形態では、図９に示すように、Ｒ２ａ＜Ｒ１＜Ｒ２ｂとして第１の半径Ｒ２ａ，第２の半径Ｒ１，及び第３の半径Ｒ２ｂを設定し、これらに対応して第１の半径Ｒ２ａの第１円形状カーネル、第２の半径Ｒ１の第２円形状カーネル、及び第３の半径Ｒ２ｂの第３円形状カーネルの３種類の円形状カーネルを設定する。

　図９に示す例は、各円形状カーネルの寸法を、Ｒ２ａ＋Ｗ＝Ｒ１，Ｒ１＋ｗ＝Ｒ２ｂとして設定しているが、このような設定に限られることはなく任意に設定してよい。　
　本第１実施形態では、上述の処理によって検出した母細胞領域の中心座標上の画素を基準として、母細胞検出部１２０は、上述の３種類の円形状カーネルを母細胞領域に当て嵌めてフィルタ処理を実行する。母細胞検出部１２０は、３種類の円形状カーネルによるフィルタ処理の出力値同士を比較し、最大値に対応する円形状カーネルの半径を母細胞の寸法として特定し、母細胞領域の寸法を示すサイズ情報を生成する。

　上述の一連の処理によって検出し且つ寸法を特定した母細胞領域に対して、母細胞検出部１２０は、各母細胞領域を個々に識別可能なように母細胞ＩＤ番号としてＮｍ（Ｎｍは０以上の整数）を付与する。

　探索範囲初期設定部１３０は、母細胞検出部１２０から出力された母細胞領域の位置情報及びサイズ情報に基づいて、当該母細胞の細胞分裂によって生じる２個の娘細胞が位置すると考えられる領域（娘細胞を探索すべき領域）を“探索範囲”として設定する。　
　具体的に探索範囲初期設定部１３０は、母細胞検出部１２０から出力された母細胞領域のサイズ情報（半径）に基づいて、母細胞領域の中心座標を中心とした半径ｗ１×Ｒ（ｗ１は１．０より大きい所定の定数）の同心円内の領域を、探索範囲として設定する。　
　探索範囲の形状は、円形状に限られず任意の形状に設定してよい。

　探索範囲記録部１５０は、探索範囲初期設定部１３０によって設定された探索範囲を、対応する母細胞領域の母細胞ＩＤ番号、及び当該母細胞が検出された細胞画像の画像番号と共に記録する。

　重複領域面積算出部１４０は、探索範囲記録部１５０に記録された探索範囲、母細胞ＩＤ番号、及び画像番号に基づいて、当該母細胞ＩＤ番号が付与された母細胞領域の撮影時点以降に収集された細胞画像について、領域分割画像上の各分割領域のうち、探索範囲と重なる細胞領域（以降、単に重複領域と称する）が２個以上存在するか否かを判定し、重複領域が２個以上存在している場合には各重複領域の面積（画素数）を算出する。重複領域の領域ＩＤ、重複領域の面積、重複領域が撮影された細胞画像の画像番号、対応する母細胞領域の母細胞ＩＤ番号、及び母細胞領域が撮影された細胞画像の画像番号は、母・娘細胞関連付け判定部１６０に出力される。

　重複領域が０個または１個しか存在していない場合は、その細胞画像の撮影時点において細胞分裂が未完了である為に２個の娘細胞が出現していないか、領域分割の精度が悪い為に分割が不十分であったと考えられる。　
　従って、重複領域が０個または１個しか存在していない場合、重複領域面積算出部１４０は、当該フレームの細胞画像について処理を行わず、その次の撮影で収集された（次フレームの）細胞画像について処理を行う。

　母・娘細胞関連付け判定部１６０は、母細胞領域が検出された時点以降に収集された細胞画像について、細胞領域と探索範囲とが重複している領域に基づいて細胞領域が娘細胞領域であるか否かを判定する。母・娘細胞関連付け判定部１６０は、細胞領域と探索範囲との重複領域の面積が所定の閾値以上であれば、細胞領域が娘細胞領域であると判定する。母・娘細胞関連付け判定部１６０は、細胞領域と探索範囲との重複領域の面積の大きさ、重複領域の円形度、又は重複領域の重心位置のうち少なくとも何れか一つに基づいて細胞領域が娘細胞領域であるとの判定を行う。

　具体的に、母・娘細胞関連付け判定部１６０は、重複領域毎に、その重複面積に基づいて、当該重複領域が細胞分裂によって生じた娘細胞であるか否かを判定する。すなわち、母・娘細胞関連付け判定部１６０は、複数存在する重複領域の中から最も面積が大きい上位２個の重複領域を特定し、それら重複領域の面積が“所定の閾値”以上である場合、当該重複領域は娘細胞領域であると判定する。“所定の閾値”は、例えば、母細胞領域の半径Ｒに基づいて、π×（ｗ２×Ｒ）^２と設定すればよい。ｗ２は０．０以上であって１．０より小さい所定の定数とする。

　この所定の閾値以上の面積を有する重複領域が２個存在する場合、母・娘細胞関連付け判定部１６０は、その重複領域に対応する細胞領域が母細胞領域の細胞分裂によって生じた娘細胞領域であると判定し（“母細胞領域と重複領域とに関連性有り”と判定し）、母細胞ＩＤ番号、母細胞が撮影された画像番号、２つの重複領域の領域ＩＤ、及び重複領域が撮影された画像番号を、関連付け記録部１７０に出力する。　
　このとき、探索範囲記録部１５０に記録されている情報であって、関連付け記録部１７０に出力された情報（母細胞ＩＤ番号、母細胞が撮影された画像番号、及び母細胞の位置）と同一の情報については、探索範囲記録部１５０から削除する。

　所定の閾値以上の面積を有する重複領域が２個存在しなかった場合、母・娘細胞関連付け判定部１６０は、当該フレームの細胞画像についての処理を中止し、次フレーム以降の細胞画像について判定処理を行う。　
　関連付け記録部１７０は、母・娘細胞関連付け判定部１６０から出力された情報（“母細胞領域と重複領域とに関連性有り”と判定された母細胞領域の母細胞ＩＤ番号、母細胞が撮影された画像番号、２つの重複領域の領域ＩＤ、及び重複領域が撮影された細胞画像の画像番号）を書き込む記録媒体である。

　次に、上記の通り構成された装置による細胞分裂過程追跡処理の一例について説明する。図１０は本発明の第１実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置の制御部５０の制御による細胞分裂過程追跡処理のフローチャートを示す。　
　細胞認識部１１０及び母細胞検出部１２０は、撮像部１００による微速度撮影によって収集された細胞画像群（所定の撮影周期で複数の時点において観察対象の細胞群を撮像した複数の細胞画像）を読み込む（ステップＳ１０）。本例では、細胞認識部１１０及び母細胞検出部１２０は、画像番号Ｎｉの細胞画像を読み込むとする。

　細胞認識部１１０は、読み込んだ細胞画像に対して領域分割処理及び細胞認識処理を実行し、生成した分割領域を細胞領域と背景領域とに分類して個々の細胞領域を特定する（ステップＳ２０）。　
　母細胞検出部１２０は、読み込んだ細胞画像に対して母細胞検出処理を実行し、細胞分裂直前の母細胞領域を検出し、その位置及び大きさを特定し、位置情報及びサイズ情報を生成する（ステップＳ３０）。

　探索範囲初期設定部１３０は、ステップＳ３０において生成された母細胞領域の位置情報及びサイズ情報に基づいて探索範囲を設定し、この設定した探索範囲を、対応する母細胞領域の母細胞ＩＤ番号及び母細胞領域が検出された細胞画像の画像番号と共に、探索範囲記録部１５０に記録する（ステップＳ４０）。　
　制御部５０は、ステップＳ３０における母細胞検出処理によって検出された全ての母細胞領域に対して設定された探索範囲の中から、ステップＳ７０における処理が未実施の探索範囲を、処理対象の探索範囲として選択する（ステップＳ５０）。

　重複領域面積算出部１４０は、ステップＳ５０において選択された探索範囲について、重複領域を検出すると共にその面積（画素数）を算出する（ステップＳ６０）。　
　この重複領域に対して、母・娘細胞関連付け判定部１６０は、重複領域毎にその面積が所定の閾値以上であるか否かを判定し、所定の閾値以上の面積を有する重複領域が２個存在するか否かを判定する（ステップＳ７０）。

　換言すれば、母・娘細胞関連付け判定部１６０は、このステップＳ７０において、ステップＳ６０において検出された重複領域が、母細胞の細胞分裂後に出現した娘細胞に対応する娘細胞領域であるか否かを判定する。　
　前記ステップＳ７０をＹＥＳに分岐する場合（重複領域が娘細胞領域であると判定された場合）、関連付け記録部１７０は、当該母細胞領域の母細胞ＩＤ番号、当該母細胞が撮影された細胞画像の画像番号、２個の重複領域の領域ＩＤ、及びその重複領域が撮影された細胞画像の画像番号を記録する（ステップＳ８０）。

　制御部５０は、ステップＳ３０における母細胞検出処理によって検出された全ての母細胞領域に対してステップＳ７０における処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ９０）。このステップＳ９０をＮＯに分岐する場合、すなわちステップＳ３０において検出された母細胞領域のうちステップＳ７０における処理が未実施の母細胞領域が存在する場合、制御部５０は、ステップＳ５０へ移行する。

　他方、ステップＳ９０をＹＥＳに分岐する場合、すなわちステップＳ３０における母細胞検出処理によって検出された全ての母細胞領域に対してステップＳ７０における処理が完了した場合、制御部５０は、次フレームの細胞画像である画像番号Ｎ（ｉ＋１）が存在するか否かを判定する（ステップＳ１００）。　
　このステップＳ１００をＹＥＳに分岐する場合、すなわち次フレームの細胞画像である画像番号Ｎ（ｉ＋１）が存在する場合、制御部５０は、ステップＳ１０に移行する。一方、このステップＳ１００をＮＯに分岐する場合、制御部５０は、細胞分裂過程追跡処理を終了する。

　ところで、本一実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置による上述の一連の処理は、プログラム化することで、或いはプログラム化した後に当該プログラムを記憶媒体に読み込むことによって、当該細胞分裂過程追跡装置とは独立したソフトウェア製品単体としての販売、配布も容易になり、また本一実施形態に係る技術を他のハードウェア上で利用することも可能となる。

　以上説明したように、本第１実施形態によれば、例えば明視野顕微鏡等を用いて収集した細胞画像群に示されている細胞分裂の過程を高精度に追跡可能な細胞分裂過程追跡装置及び細胞分裂過程追跡プログラムを提供することができる。

［第２実施形態］
　以下、本発明の第２実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置及び細胞分裂過程追跡プログラムについて説明する。説明の重複を避ける為、第１実施形態との相違点を説明する。　
　図１１は細胞分裂追跡装置の一構成例の図を示す。細胞分裂追跡装置（以下、本装置と称する）１´は、細胞認識部１１０と、母細胞検出部１２０と、重複領域面積算出部１４０と、探索範囲記録部１５０と、前フレーム画像記録部１８０と、細胞追跡部（非分裂期間細胞領域検出部）１９０と、探索範囲初期設定部２００と、円形度算出部（特徴量算出部）２１０と、領域面積算出部２２０と、領域重心位置算出部２３０と、母・娘細胞関連付け判定部（非分裂期間細胞領域検出部）２４０と、探索範囲更新部（探索範囲補正部）２５０と、制御部５０と、を含む。本装置１´には、撮像部１００と、関連付け記録部１７０と、が接続されている。

　前フレーム画像記録部１８０は、現時点で処理対象としている画像番号Ｎｉの細胞画像に対し、１フレーム過去に取得した細胞画像（例えば画像番号Ｎ（ｉ－１）の細胞画像）について領域分割画像を記録する。前フレーム画像記録部１８０は、例えば記録媒体を含む。前フレーム画像記録部１８０は、記録媒体への記録内容すなわち領域分割画像を、撮像部１００による撮像で新たに細胞画像が取得される毎に、所定のタイミングで更新する。前フレーム画像記録部１８０に記録された過去フレームの細胞画像の領域分割画像は、後述する細胞追跡部１９０による処理が実行される前に、細胞追跡部１９０へ出力される。

　細胞追跡部１９０による処理が終了した後、前フレーム画像記録部１８０は、細胞認識部１１０から出力された現時点で処理対象の画像番号Ｎｉの細胞画像についての領域分割画像を上書きして更新する。　
　細胞追跡部１９０は、細胞認識部１１０から現フレームの細胞画像（例えば画像番号Ｎｉの細胞画像）を読み込むと共に、前フレーム画像記録部１８０から過去フレームの細胞画像（例えば画像番号Ｎ（ｉ－１）の細胞画像）の領域分割画像を読み込み、前フレームの領域分割画像と現フレームの領域分割画像とを比較する。　
　この比較によって、細胞追跡部１９０は、細胞周期において間期と称される“非細胞分裂期間”にある細胞領域を特定する。細胞追跡部１９０は、“非細胞分裂期間”にある細胞領域の重心位置を示す重心位置情報を生成し、探索範囲初期設定部２００に出力する。

　通常、非細胞分裂期間における細胞はフレーム間で不規則に移動し位置を変えるが、当該細胞の形状の変化は比較的少ない。このような特性を利用し、細胞追跡部１９０は次のようにして細胞追跡処理を行う。　
　すなわち、細胞追跡部１９０は、現フレームの領域分割画像及び過去フレームの領域分割画像中の各々の細胞領域に対し、それら細胞領域の面積（画素数）及び重心位置を算出する。細胞追跡部１９０は、現フレームの領域分割画像における各々の細胞領域の重心位置に対して、過去フレームの領域分割画像における細胞領域のうち重心位置が最も近い距離にある細胞領域を検出し、これを“同一細胞候補領域”として特定する。

　細胞追跡部１９０は、現フレームの領域分割画像における細胞領域と、それに対応する“同一細胞候補領域”とを、それらの重心位置が一致するように位置合わせを行い、それらの領域の“重なっている面積（画素数）”を算出する。　
　ここで、細胞追跡部１９０は、前記“重なっている面積”がそれに対応する現フレームの領域分割画像における細胞領域の面積と比較して差が少ない場合には、当該“同一細胞候補領域”は、同一細胞の細胞領域であると判定する。　
　具体的に、例えば“同一細胞候補領域”の面積をＡとし、現フレームの領域分割画像における細胞領域の面積をＢとしたときに、　
　Ｂ×０．９＜Ａ＜Ｂ×１．０　
の関係にある場合、細胞追跡部１９０は、当該“同一細胞候補領域”を、同一細胞の細胞領域であると判定する。

　このように細胞追跡部１９０によって“同一細胞の細胞領域であると判定された細胞領域”は、現フレームと過去フレームとの間において、形状変化が少なく移動しているだけの非細胞分裂期間にある細胞領域である。詳細は後述するが、このようにして特定した非細胞分裂期間にある細胞領域は、探索範囲の設定の際に、探索範囲から除外する。

　探索範囲初期設定部２００は、母細胞検出部１２０から出力された母細胞領域の位置情報及びサイズ情報に基づいて、探索範囲を暫定的に設定する。　
　探索範囲初期設定部２００は、細胞追跡部１９０から出力された“非細胞分裂期間にあると推定される細胞領域の重心位置”に基づいて、探索範囲の絞込み（限定）を行う。　
　具体的に、探索範囲初期設定部２００は、非細胞分裂期間にある細胞領域の重心位置から、“半径ｗ３×Ｒ（ｗ３:１．０より大きい所定の定数）”の範囲を、探索範囲から除外する。探索範囲初期設定部２００は、このようにして決定した探索範囲を、対応する母細胞領域の母細胞ＩＤ、母細胞領域が検出された画像番号と共に、探索範囲記録部１５０に記録する。

　以上説明したように、本第２実施形態においては、非細胞分裂期間の細胞領域が探索範囲に入っていた場合に、予めその細胞領域を探索範囲から除外する。これにより、細胞追跡部１９０は、細胞画像中の全細胞領域を追跡し、探索範囲初期設定部２００は、非細胞分裂期間の細胞領域を探索範囲から除外する。このように娘細胞領域でないと推定できる領域を予め除外して探索範囲を設定することにより、後段の処理における処理量軽減及び更なる高精度化とが実現する。

　円形度算出部２１０は、細胞領域の特性を示す特徴量を算出する。円形度算出部２１０は、細胞認識部１１０から出力された領域分割画像に基づいて、重複領域面積算出部１４０から出力された各々の重複領域についてそれらの“円形度Ｃ”を特徴量として算出する。円形度算出部２１０は、特徴量として算出した各重複領域についての円形度Ｃを、母・娘細胞関連付け判定部２４０に出力する。　
　この“円形度Ｃ”は、領域の形状が真円に近い程その値が大きくなるように設定する。　
　具体的には、下記の条件（式１）によって円形度Ｃを定義すればよい。　
　Ｃ＝４πＳ／Ｌ^２・・・（式１）　
　ここでπは円周率、Ｓは領域の面積、Ｌは領域の周囲長を示している。

　領域面積算出部２２０は、重複領域面積算出部１４０から出力された各重複領域に対応する細胞領域について、その細胞領域全体の面積（換言すれば、探索範囲外の（重複していない）部位も含めた細胞領域の面積）を、細胞認識部１１０から出力された領域分割画像に基づいて算出する。

　領域面積算出部２２０は、算出した各重複領域に対応する細胞領域の面積（画素数）である領域面積Ｓａを、母・娘細胞関連付け判定部２４０に出力する。　
　領域重心位置算出部２３０は、重複領域面積算出部１４０から出力された各重複領域に対応する細胞領域の重心位置である領域重心位置Ｄｐを、細胞認識部１１０から出力された領域分割画像に基づいて算出する。

　領域重心位置算出部２３０は、算出した各重複領域に対応する細胞領域の重心位置を、母・娘細胞関連付け判定部２４０に出力する。　
　母・娘細胞関連付け判定部２４０は、細胞画像において非細胞分裂の期間にある細胞に対応する非分裂期間細胞領域を検出する。母・娘細胞関連付け判定部２４０は、円形度算出部２１０により算出された特徴量“円形度Ｃ”に基づいて探索範囲を変更する。

　母・娘細胞関連付け判定部２４０は、重複領域毎に、重複領域面積算出部１４０の出力である重複領域毎の重複面積Ｓｒ、領域面積算出部２２０の出力である領域面積Ｓａ、領域重心位置算出部２３０の出力である領域重心位置Ｄｐ、及び円形度算出部２１０の出力である円形度Ｃに基づいて、それぞれの重複領域が細胞分裂によって生じた娘細胞であるか否かを判定する。

　具体的に、母・娘細胞関連付け判定部２４０は、まず複数の重複領域のうち最も重複面積の大きい上位２個の重複領域を特定する。　
　母・娘細胞関連付け判定部２４０は、それら２個の重複領域が下記の条件（式２－１）乃至（式２－４）を満たしているか否かを判定する。　

　母・娘細胞関連付け判定部２４０は、２個の重複領域が何れも（式２－１）乃至（式２－４）の条件を満たしている場合、それら２個の重複領域を母細胞の細胞分裂によって生じた娘細胞領域であると判定する。母・娘細胞関連付け判定部２４０は、それら重複領域に対応する母細胞ＩＤ番号、母細胞が撮影された細胞画像の画像番号、２個の重複領域の領域ＩＤ、及び重複領域が撮影された細胞画像の画像番号を、関連付け記録部１７０に出力する。

　探索範囲記録部１５０に記録されている情報であって、関連付け記録部１７０に出力された情報（母細胞ＩＤ番号、母細胞が撮影された画像番号、及び母細胞の位置）と同一の情報は、探索範囲記録部１５０から削除される。

　条件（式２－１）乃至（式２－４）を満たしている重複領域が２個存在しない場合、処理対象の２個の重複領域のうち少なくとも何れか一方が下記の条件（式３－１）乃至（式３－４）を満たしているか否かを判定する。　

　条件（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域が存在しない場合は、現フレームの細胞画像についての処理を中止し、次フレームの細胞画像について処理を実行する。　
　条件（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域が存在する場合、その重複領域は、細胞分裂前の母細胞領域と比較して寸法が小さく、且つ、形状が真円に近い細胞分裂直後の娘細胞領域の一つであると推定することができる。　
　従って、母・娘細胞関連付け判定部２４０は、以降フレームにおける処理においてこの条件（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域周辺に位置する領域を娘細胞領域の候補として選択されやすくする為に探索範囲を変更する。母・娘細胞関連付け判定部２４０は、条件（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域の重心位置を、探索範囲更新部２５０に出力する。

　探索範囲更新部２５０は、探索範囲初期設定部（探索範囲設定部）１３０によって設定された探索範囲から非分裂期間細胞領域を除いた領域を新たに探索範囲として設定する。　
　探索範囲更新部２５０は、母・娘細胞関連付け判定部２４０から出力された、“条件（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域の重心位置”に基づいて、その重心位置を中心座標とし且つ半径をＲ（母細胞領域の半径）とした同心円状の領域を加えた探索範囲を、新たな探索範囲として設定する。探索範囲更新部２５０は、このようにして新たに設定した探索範囲を、探索範囲記録部１５０に出力して記録させる。

　なお、本実施形態では位相差顕微鏡を含む明視野顕微鏡により撮影された細胞画像を処理対象としたが、蛍光顕微鏡により撮影された細胞画像に適用しても良い。

　以下、本発明の第２実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置による細胞分裂過程追跡処理の一例を説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第２実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置の制御部５０の制御による細胞分裂過程追跡処理のフローチャートを示す図である。

　細胞認識部１１０及び母細胞検出部１２０は、撮像部１００による微速度撮影によって収集された細胞画像群を読み込む（ステップＳ２１０）。本例では、細胞認識部１１０及び母細胞検出部１２０は、画像番号Ｎｉの細胞画像を読み込むとする。　
　細胞認識部１１０は、読み込んだ細胞画像に対して領域分割処理及び細胞認識処理を実行し、生成した分割領域を細胞領域と背景領域とに分類して細胞領域を特定する（ステップＳ２２０）。

　母細胞検出部１２０は、読み込んだ細胞画像に対して上述の母細胞検出処理を実行し、細胞分裂直前の母細胞領域を検出し、その位置及び大きさを特定し、その位置情報及びサイズ情報を生成する（ステップＳ２３０）。　
　制御部５０は、処理対象である画像番号Ｎｉの前フレームである画像番号Ｎ（ｉ－１）の細胞画像が存在するか否か（ｉ≧１であるか否か）を判定する（ステップＳ２４０）。このステップＳ２４０をＮＯに分岐する場合（ｉ＝０である場合）、後述するステップＳ２６０における前フレーム画像記録処理に移行する。

　一方、前記ステップＳ２４０をＹＥＳに分岐する場合（画像番号Ｎ（ｉ－１）番目の細胞画像が存在する場合）、細胞追跡部１９０は、現フレームの細胞画像（画像番号Ｎｉ番目の細胞画像）の領域分割画像を細胞認識部１１０から取得する。これと共に、細胞追跡部１９０は、前フレームの細胞画像（画像番号Ｎ（ｉ－１）番目の細胞画像）の領域分割画像を、前フレーム画像記録部１８０から取得し、両者の領域分割画像を比較する。細胞追跡部１９０は、この比較によって、細胞周期において間期と称されている非細胞分裂期間にある細胞領域を特定する（ステップＳ２５０）。

　上記ステップＳ２５０における処理を完了した後、及び上記ステップＳ２４０をＮＯに分岐した場合、細胞認識部１１０は、現フレームである画像番号Ｎｉ番目の細胞画像についての領域分割画像を、次フレームの細胞画像に対する前フレームの細胞画像として、前フレーム画像記録部１８０に出力して記録させる（ステップＳ２６０）。

　ステップＳ２６０における処理が完了すると、探索範囲初期設定部２００は、母細胞検出部１２０から出力された母細胞領域の位置情報及びサイズ情報に基づいて暫定的に探索範囲を設定する。この後、探索範囲初期設定部２００は、上述したように非細胞分裂期間にある細胞領域の重心位置から“半径ｗ３×Ｒ（ｗ３:１．０より大きい所定の定数）”の範囲を除外して探索範囲を設定する。探索範囲初期設定部２００は、このようにして設定した探索範囲を、対応する母細胞領域の母細胞ＩＤ番号及び母細胞領域が検出された細胞画像の画像番号と共に、探索範囲記録部１５０に記録する（ステップＳ２７０）。

　制御部５０は、ステップＳ２３０における母細胞検出処理によって検出された全ての母細胞領域に対して設定された探索範囲の中から、母・娘細胞関連付け判定処理（後述するステップＳ３３０における処理）が未実施の探索範囲を、処理対象の探索範囲として選択する（ステップＳ２８０）。

　重複領域面積算出部１４０は、ステップＳ２８０において選択された探索範囲について、重複領域を検出すると共にその面積（画素数）を算出する（ステップＳ２９０）。　
　円形度算出部２１０は、（式１）に従って、各重複領域について円形度Ｃを算出する（ステップＳ３００）。　
　領域面積算出部２２０は、重複領域面積算出部１４０から出力された各重複領域に対応する細胞領域について、その細胞領域全体の面積である領域面積Ｓａを、細胞認識部１１０から出力された領域分割画像に基づいて算出する（ステップＳ３１０）。

　領域重心位置算出部２３０は、重複領域面積算出部１４０から出力された各重複領域に対応する細胞領域の領域重心位置Ｄｐを、細胞認識部１１０から出力された領域分割画像に基づいて算出する（ステップＳ３２０）。

　母・娘細胞関連付け判定部２４０は、（式２－１）乃至（式２－４）に従って、当該重複領域が母細胞の細胞分裂によって生じた娘細胞領域であるか否かを判定する（ステップＳ３３０）。　
　このステップＳ３３０をＹＥＳに分岐する場合（当該重複領域を娘細胞領域であると特定した場合）、関連付け記録部１７０は、当該母細胞領域の母細胞ＩＤ番号、当該母細胞が撮影された細胞画像の画像番号、２個の重複領域の領域ＩＤ、及びその重複領域が撮影された細胞画像の画像番号を記録する（ステップＳ３４０）。

　一方、上記ステップＳ３３０をＮＯに分岐する場合（当該重複領域を娘細胞領域であると特定できなかった場合）、母・娘細胞関連付け判定部２４０は、細胞分裂前の母細胞と比較してサイズが小さく、且つ、形状が真円に近い形状を呈する細胞分裂直後の娘細胞と推定される重複領域が存在するか否かを判定する（ステップＳ３５０）。　
　換言すれば、ステップＳ３５０において、母・娘細胞関連付け判定部２４０は、（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域（娘細胞と推定される重複領域）が存在するか否かを判定する。

　ステップＳ３５０をＹＥＳに分岐する場合（（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域（娘細胞と推定される重複領域）が存在する場合）、探索範囲更新部２５０は、“（式３－１）乃至（式３－４）を満たす重複領域の重心位置”を、母・娘細胞関連付け判定部２４０から取得し、これに基づいて、当該重心位置を中心座標とし且つ半径をＲ（母細胞領域の半径）とした同心円状の領域を加えた探索範囲を、新たな探索範囲として設定する（ステップＳ３６０）。

　上述のステップＳ３５０及びステップＳ３６０における処理は、次のような場合を想定した処理である。すなわち、例えば図１３に示すように母細胞領域１０に対して探索範囲１５を設定した場合、母細胞領域１０の母細胞の細胞分裂によって生じた２つの娘細胞（２０－１、２０－２）が探索範囲内において母細胞の中心位置から均等な距離に位置せず、図１４に示すように一方向に偏って存在し、かつ、娘細胞の片方（ここでは２０－２）が母細胞位置から離れた位置に生じ、探索範囲１５から一部はみ出した場合を想定している。この場合、以降のフレームでのステップＳ３５０及びステップＳ３６０における処理において、娘細胞領域２０－２の近辺に位置する細胞領域が娘細胞領域の候補として選ばれやすくなるように、探索範囲１５－１は、探索範囲１５に加えて新たに探索範囲として設定される。

　上述したように、本第２実施形態においては、条件（式２－１）乃至（式２－４）を満たしている重複領域が２個存在しない（２個の娘細胞領域の候補を検出できなかった）が、少なくとも条件（式３－１）乃至（式３－４）を満たす細胞領域が一つ存在する場合、当該細胞領域周辺の領域を新たに探索範囲に含めるように設定が変更されていく（２個の娘細胞領域の候補を検出するまで探索範囲の設定が変更されていく）。

　ステップＳ３４０或いはステップＳ３６０における処理を完了した後、または、ステップＳ３５０をＮＯに分岐した場合、制御部５０は、ステップＳ２３０における母細胞検出処理によって検出された全ての母細胞領域に対して、母・娘細胞関連付け判定処理を実施したか否かを判定する（ステップＳ３７０）。

　このステップＳ３７０をＮＯに分岐する場合（ステップＳ２３０において検出された母細胞領域のうち母・娘細胞関連付け判定処理が未実施の母細胞領域が存在する場合）、制御部５０は、ステップＳ２８０へ移行する。

　他方、ステップＳ３７０をＹＥＳに分岐する場合（ステップＳ２３０において検出された全ての母細胞領域に対して母・娘細胞関連付け判定処理が完了した場合）、制御部５０は、次フレームの細胞画像である画像番号Ｎ（ｉ＋１）が存在するか否かを判定する（ステップＳ３８０）。

　このステップＳ３８０をＹＥＳに分岐する場合（次フレームの細胞画像である画像番号Ｎ（ｉ＋１）が存在する場合）、制御部５０は、ステップＳ２１０に移行する。一方、このステップＳ３８０をＮＯに分岐する場合、制御部５０は、当該細胞分裂過程追跡処理を終了する。

　以上説明したように、本第２実施形態によれば、上述した第１実施形態に係る細胞分裂過程追跡装置及び細胞分裂過程追跡プログラムよりも更に高精度化した細胞分裂過程追跡処理を行うことができる細胞分裂過程追跡装置及び細胞分裂過程追跡プログラムを提供することができる。

　以上、第１実施形態乃至第２実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。

　さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

Claims

　細胞を撮像する撮像部と、
　複数の時点において前記撮像部により前記細胞を撮像して複数の細胞画像を取得し、前記複数の細胞画像から成る細胞画像群に基づいて前記細胞の分裂過程を追跡する制御部と、
　前記複数の細胞画像において前記細胞が示されている領域である細胞領域をそれぞれ検出する細胞認識部と、
　前記複数の細胞画像において細胞分裂直前の母細胞に対応する母細胞領域をそれぞれ検出する母細胞検出部と、
　前記母細胞検出部によって検出された前記母細胞領域に基づいて前記母細胞の細胞分裂によって生じる娘細胞に対応する娘細胞領域を探索する探索範囲を設定する探索範囲設定部と、
　前記母細胞領域が検出された時点以降に収集された前記細胞画像について、前記細胞領域と前記探索範囲とが重複している領域に基づいて前記細胞領域が前記娘細胞領域であるか否かを判定する娘細胞判定部と、
を具備することを特徴とする細胞分裂過程追跡装置。
　前記娘細胞判定部は、前記細胞領域と前記探索範囲との重複領域の面積が所定の閾値以上であれば、前記細胞領域が前記娘細胞領域であると判定することを特徴とする請求項１に記載の細胞分裂過程追跡装置。
　前記娘細胞判定部は、前記細胞領域と前記探索範囲との重複領域の面積の大きさ、前記重複領域の円形度、又は前記重複領域の重心位置のうち少なくとも何れか一つに基づいて前記判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の細胞分裂過程追跡装置。
　前記探索範囲設定部は、前記母細胞検出部によって検出された前記母細胞領域の位置及び大きさに基づいて前記探索範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の細胞分裂過程追跡装置。
　前記細胞画像において非細胞分裂の期間にある前記細胞に対応する非分裂期間細胞領域を検出する非分裂期間細胞領域検出部と、
　前記探索範囲設定部によって設定された前記探索範囲から前記非分裂期間細胞領域を除いた領域を新たに探索範囲として設定する探索範囲補正部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の細胞分裂過程追跡装置。
　前記細胞領域の特性を示す特徴量を算出する特徴量算出部と、
　前記特徴量に基づいて前記探索範囲を変更する探索範囲変更部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の細胞分裂過程追跡装置。
　前記特徴量算出部は、前記細胞領域の円形度を示す値を前記特徴量として算出することを特徴とする請求項６に記載の細胞分裂過程追跡装置。
　前記細胞画像群は、明視野顕微鏡を用いた撮像で収集されたことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の細胞分裂過程追跡装置。
　コンピュータの処理によって、
　細胞を撮像部により撮像し、
　複数の時点において前記撮像部により前記細胞を撮像して複数の細胞画像を取得し、
　前記複数の細胞画像から成る細胞画像群に基づいて前記細胞の分裂過程を追跡し、
　前記複数の細胞画像において前記細胞が示されている領域である細胞領域をそれぞれ検出し、
　前記複数の細胞画像において細胞分裂直前の母細胞に対応する母細胞領域をそれぞれ検出し、
　前記検出された前記母細胞領域に基づいて前記母細胞の細胞分裂によって生じる娘細胞に対応する娘細胞領域を探索する探索範囲を設定し、
　前記母細胞領域が検出された時点以降に収集された前記細胞画像について、前記細胞領域と前記探索範囲とが重複している領域に基づいて前記細胞領域が前記娘細胞領域であるか否かを判定する、
ことを特徴とする細胞分裂過程追跡方法。
　細胞を撮像させる撮像機能と、
　複数の時点において前記撮像機能により前記細胞を撮像して複数の細胞画像を取得させ、前記複数の細胞画像から成る細胞画像群に基づいて前記細胞の分裂過程を追跡させる制御機能と、
　前記複数の細胞画像において前記細胞が示されている領域である細胞領域をそれぞれ検出させる細胞認識機能と、
　前記複数の細胞画像において細胞分裂直前の母細胞に対応する母細胞領域をそれぞれ検出させる母細胞検出機能と、
　前記母細胞検出機能によって検出された前記母細胞領域に基づいて前記母細胞の細胞分裂によって生じる娘細胞に対応する娘細胞領域を探索する探索範囲を設定させる探索範囲設定機能と、
　前記母細胞領域が検出された時点以降に収集された前記細胞画像について、前記細胞領域と前記探索範囲とが重複している領域に基づいて前記細胞領域が前記娘細胞領域であるか否かを判定させる娘細胞判定機能と、
を実現させる細胞分裂過程追跡プログラムを記憶するコンピュータにより処理可能な記憶媒体。