JP2022001984A - Image processing method, program, and storage medium - Google Patents
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Abstract
【課題】内部に空洞を有する細胞塊のOCT画像データから、細胞塊の表面構造の解析に有用な定量的情報を求める。【解決手段】本発明に係る画像処理方法は、細胞塊を光干渉断層撮像して、細胞塊の三次元像を表す三次元画像データを取得する工程(ステップS111)と、三次元画像データに基づき細胞塊のうち外部空間に面する外側表面と空洞に面する内側表面との間の細胞塊の厚さを位置ごとに表す厚さ分布を取得する工程(ステップS116)と、厚さ分布の取得結果に基づき、周囲の領域に比較して厚さが突出した突起部位を検出する工程(ステップS118)とを備えている。【選択図】図3Kind Code: A1 A quantitative information useful for analyzing the surface structure of a cell mass is obtained from OCT image data of a cell mass having cavities inside. Kind Code: A1 An image processing method according to the present invention comprises a step of acquiring three-dimensional image data representing a three-dimensional image of a cell mass by optical coherence tomography (step S111); obtaining a thickness distribution representing the thickness of the cell mass between the outer surface facing the external space and the inner surface facing the cavity of the cell mass for each position (step S116); and a step of detecting a protruding portion having a thickness protruding from the surrounding area based on the acquired result (step S118). [Selection drawing] Fig. 3
Description
この発明は、細胞塊、特に内部に空洞を有する細胞塊を撮像しその構造を解析するための画像処理に関する。 The present invention relates to image processing for imaging a cell mass, particularly a cell mass having a cavity inside, and analyzing its structure.
例えば不妊治療を目的とした生殖補助医療においては、体外で受精させ一定期間培養した胚(受精卵)を体内に戻すことが行われる。しかしながら、その(生殖補助医療における)妊娠成功率は必ずしも高くなく、患者の精神的および経済的な負担も大きい。この問題を解決するために、培養される胚の状態を的確に判断する方法が模索されている。 For example, in assisted reproductive technology for the purpose of infertility treatment, embryos (fertilized eggs) fertilized in vitro and cultured for a certain period of time are returned to the body. However, its pregnancy success rate (in assisted reproductive technology) is not always high, and the mental and financial burden on the patient is also great. In order to solve this problem, a method for accurately determining the state of the embryo to be cultured is being sought.
例えば、胚盤胞期まで発生が進んだ胚では、内部に胞胚腔と呼ばれる空洞構造が生じ、その周囲を栄養外胚葉と呼ばれる細胞の層が覆っている。栄養外胚葉を構成する細胞の数は胚の状態を評価する指標となるものであり、したがってその数を非侵襲的に計数する技術が求められる。 For example, in an embryo that has progressed to the blastocyst stage, a cavity structure called a blastocoel is formed inside, and a layer of cells called a vegetative ectoderm surrounds the cavity structure. The number of cells constituting the vegetative ectoderm is an index for evaluating the state of the embryo, and therefore a technique for non-invasively counting the number is required.
また、例えば腸管上皮のオルガノイドは、内部に空洞を有する細胞集団を構成することが知られている。これが細胞膜輸送系の評価モデルとして用いられる場合、1層の細胞層で覆われた空洞が形成されることが理想的であるが、実際には空洞の周囲に多層の細胞層が形成されることが多い。このため、腸管上皮オルガノイドの表面の細胞層の構造、具体的には細胞がどのように空洞を覆う細胞層を形成しているかを定量的に評価する技術が求められる。 In addition, for example, organoids in the intestinal epithelium are known to constitute a cell population having an internal cavity. When this is used as an evaluation model for the cell membrane transport system, it is ideal that a cavity covered with one layer of cell layer is formed, but in reality, a multi-layered cell layer is formed around the cavity. There are many. Therefore, there is a need for a technique for quantitatively evaluating the structure of the cell layer on the surface of the intestinal epithelial organoid, specifically, how the cells form the cell layer covering the cavity.
このような要求に応えることが期待される技術として、本願出願人は先に特許文献1、2を開示した。特許文献1には、光干渉断層撮像(光コヒーレンストモグラフィ、Optical Coherence Tomography;OCT)等の非侵襲の断層撮像技術により撮像した胚(受精卵)の三次元像から、栄養外胚葉と内細胞塊とを識別し分割する方法が記載されている。また、特許文献2には、OCT撮像された胚をその重心位置を原点とする極座標により表し、各動径方向における反射光強度を輝度値に置き換えた二次元マップで視覚化することで、観察者による胚の評価作業を支援する技術が記載されている。
As a technique expected to meet such a demand, the applicant of the present application has previously disclosed
上記した従来技術は、観察対象物の三次元構造を観察者にわかりやすく提示するものであるが、観察や評価作業を支援するのに有効な定量的な情報を自動的に抽出するには至っていない。この点において、上記従来技術には改良の余地が残されている。より具体的には、胚盤胞期の胚や腸管上皮オルガノイドなど、内部に空洞を有する細胞塊の表面構造に関する定量的な情報を取得することのできる技術が求められる。 The above-mentioned conventional technique presents the three-dimensional structure of the observation object to the observer in an easy-to-understand manner, but it has not been possible to automatically extract quantitative information effective for supporting observation and evaluation work. Not in. In this respect, there is room for improvement in the above-mentioned prior art. More specifically, there is a need for a technique capable of obtaining quantitative information on the surface structure of a cell mass having an inner cavity such as a blastocyst stage embryo or an intestinal epithelial organoid.
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、内部に空洞を有する細胞塊の画像を処理対象物とする画像処理において、OCT撮像により得られる画像データから、細胞塊の表面構造の解析に有用な定量的情報を求めることのできる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is useful for analyzing the surface structure of a cell mass from the image data obtained by OCT imaging in an image process in which an image of a cell mass having a cavity inside is a processing target. The purpose is to provide a technology that can request quantitative quantitative information.
この発明の一の態様は、内部に空洞を有する細胞塊の画像を処理対象とする画像処理方法であって、上記目的を達成するため、前記細胞塊を光干渉断層撮像して、前記細胞塊の三次元像を表す三次元画像データを取得する工程と、前記三次元画像データに基づき、前記細胞塊のうち外部空間に面する外側表面と前記空洞に面する内側表面との間の前記細胞塊の厚さを位置ごとに表す厚さ分布を取得する工程と、前記厚さ分布の取得結果に基づき、周囲の領域に比較して厚さが突出した突起部位を検出する工程とを備えている。 One aspect of the present invention is an image processing method for processing an image of a cell mass having a cavity inside, and in order to achieve the above object, the cell mass is imaged by optical interference tomography and the cell mass is imaged. The cell between the outer surface of the cell mass facing the outer space and the inner surface facing the cavity based on the step of acquiring the three-dimensional image data representing the three-dimensional image of the cell mass. It is provided with a step of acquiring a thickness distribution representing the thickness of the mass for each position and a step of detecting a protrusion portion having a thickness protruding compared to the surrounding region based on the acquisition result of the thickness distribution. There is.
また、この発明の他の一の態様は、上記各工程をコンピュータに実行させるためのプログラムである。また、この発明の他の一の態様は、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。 Further, another aspect of the present invention is a program for causing a computer to execute each of the above steps. Further, another aspect of the present invention is a computer-readable recording medium that stores the above program.
細胞核等の細胞の内部構造に起因して、各細胞は周縁部に比べて中央部が膨らんだ構造を有している。このため、細胞同士が互いに横方向につながって形成される細胞層では、各細胞の形状に起因する凹凸が生じる。特に胚盤胞期の胚(受精卵)のように、内部の空洞を覆うように1層の細胞により構成される細胞層では、1つ1つの細胞に対応する突起部位が当該層に現れることになる。したがって、突起部位の数が、層を構成する細胞の位置や数を表す指標となり得る。また、突起部位の間隔は個々の細胞の大きさを表す指標となり得る。 Due to the internal structure of the cell such as the cell nucleus, each cell has a structure in which the central portion is swollen as compared with the peripheral portion. Therefore, in the cell layer formed by connecting cells in the lateral direction to each other, unevenness due to the shape of each cell occurs. In particular, in a cell layer composed of one layer of cells so as to cover the internal cavity, such as an embryo in the blastocyst stage (fertilized egg), a protrusion corresponding to each cell appears in the layer. become. Therefore, the number of protrusions can be an index showing the position and number of cells constituting the layer. In addition, the spacing between protrusions can be an indicator of the size of individual cells.
上記発明では、OCT撮像された細胞塊の三次元画像データから、細胞塊の外側表面と、内部の空洞に臨む内側表面との間における細胞塊の厚さの分布が求められる。この厚さ分布は、空洞を覆う細胞層の厚さを位置ごとに表すことができる。細胞層の厚さは必ずしも均一ではなく、例えば1層の細胞により構成される細胞層では、個々の細胞の中央部分で厚く、周縁部ではより薄い。したがって、求められた厚さ分布から周囲に比べて厚さが大きい突起部位を検出すれば、当該部位は1つの細胞の位置を指し示すものである蓋然性が高いと言える。 In the above invention, the distribution of the thickness of the cell mass between the outer surface of the cell mass and the inner surface facing the inner cavity can be obtained from the three-dimensional image data of the cell mass imaged by OCT. This thickness distribution can represent the thickness of the cell layer covering the cavity by position. The thickness of the cell layer is not always uniform, for example, in a cell layer composed of one layer of cells, it is thicker in the central part of each cell and thinner in the peripheral part. Therefore, if a protrusion site having a thickness larger than that of the surroundings is detected from the obtained thickness distribution, it can be said that the site is highly probable to indicate the position of one cell.
このように、内部の空洞を覆う細胞層の厚さ分布を求め、そこに含まれる突起部位を検出することで、細胞層を構成する細胞の位置、数、大きさ等を定量的に表す情報を取得することが可能となる。 In this way, by obtaining the thickness distribution of the cell layer covering the internal cavity and detecting the protrusions contained therein, information that quantitatively represents the position, number, size, etc. of the cells constituting the cell layer. Can be obtained.
上記のように、本発明によれば、内部に空洞を有する細胞塊をOCT撮像して得られた画像データから、細胞塊の表面構造の解析に有用な、個々の細胞の位置や数等に関する定量的情報を求めることが可能である。 As described above, according to the present invention, from the image data obtained by OCT imaging a cell mass having a cavity inside, the position and number of individual cells useful for analysis of the surface structure of the cell mass are related. It is possible to obtain quantitative information.
図1は本発明に係る画像処理方法の実行主体として好適な画像処理装置の構成例を示す図である。この画像処理装置1は、液体中に担持された試料、例えば培養液中で培養された胚(受精卵)を断層撮像し、得られた断層画像を画像処理して、試料の一の断面の構造を示す断面画像を作成する。また、複数の断面画像から試料の立体像を作成する。以下の各図における方向を統一的に示すために、図1に示すようにXYZ直交座標軸を設定する。ここでXY平面が水平面を表す。また、Z軸が鉛直軸を表し、より詳しくは(−Z)方向が鉛直下向き方向を表している。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an image processing apparatus suitable as an execution subject of the image processing method according to the present invention. This
画像処理装置1は保持部10を備えている。保持部10は、撮像対象物となる試料Sを収容する試料容器11を水平姿勢に保持する。試料容器11は例えばディッシュと称される平底で浅皿形状の容器である。あるいは例えば、試料容器11は板状部材の上面に液体を担持可能な窪部(ウェル)Wが多数形成されたウェルプレートである。試料容器11には培養液などの培地Mが注入されており、その内部に試料Sが担持される。
The
保持部10に保持された試料容器11の下方に、撮像部20が配置される。撮像部20には、被撮像物の断層画像を非接触、非破壊(非侵襲)で撮像することが可能な光干渉断層撮像(Optical Coherence Tomography;OCT)装置が用いられる。詳しくは後述するが、OCT装置である撮像部20は、被撮像物への照明光を発生する光源21と、光ファイバカプラ22と、物体光学系23と、参照光学系24と、分光器25と、光検出器26とを備えている。
The
撮像部20はさらに、光学顕微鏡撮像を行うための顕微鏡撮像ユニット28を備えている。より具体的には、顕微鏡撮像ユニット28は、撮像光学系281と、撮像素子282とを備えている。撮像光学系281は、焦点が試料容器11内の試料Sに合わせられる対物レンズを含む。また撮像素子282としては、例えばCCD撮像素子、CMOSセンサー等を用いることができる。顕微鏡撮像ユニット28としては、明視野撮像または位相差撮像が可能なものが好適である。物体光学系23と顕微鏡撮像ユニット28とは、水平方向に移動可能な支持部材(図示省略)により支持されており、水平方向における位置を変更可能となっている。
The
画像処理装置1はさらに、装置の動作を制御する制御ユニット30と、撮像ユニット20の可動部を駆動する駆動部40とを備えている。制御ユニット30は、CPU(Central Processing Unit)31、A/Dコンバータ32、信号処理部33、撮像制御部34、インターフェース(IF)部35、画像メモリ36およびメモリ37を備えている。
The
CPU31は、所定の制御プログラムを実行することで装置全体の動作を司り、CPU31が実行する制御プログラムや処理中に生成したデータはメモリ37に保存される。A/Dコンバータ32は、撮像ユニット20の光検出器26および撮像素子282から受光光量に応じて出力される信号をデジタルデータに変換する。信号処理部33は、A/Dコンバータ32から出力されるデジタルデータに基づき後述する信号処理を行って、被撮像物の画像を作成する。こうして作成された画像データは、画像メモリ36により適宜記憶保存される。
The
撮像制御部34は、撮像部20の各部を制御して撮像処理を実行させる。具体的には、撮像制御部34は、OCT撮像用の物体光学系23と光学顕微鏡撮像用の顕微鏡撮像ユニット28とを選択的に、撮像試料Sを撮像視野に収める所定の撮像位置に位置決めする。物体光学系23が撮像位置に位置決めされると、撮像制御部34は、撮像部20に後述するOCT撮像処理を実行させて、試料Sの立体構造を表す三次元画像データを取得させる。一方、顕微鏡撮像ユニット28を撮像位置に位置決めしたときには、撮像制御部34は、撮像光学系281により撮像素子282の受光面に結像される試料Sの平面像を表す二次元画像データを、光学撮像ユニット28に取得させる。
The image
インターフェース部35は画像処理装置1と外部との通信を担う。具体的には、インターフェース部35は、外部機器と通信を行うための通信機能と、ユーザからの操作入力を受け付け、また各種の情報をユーザに報知するためのユーザインターフェース機能とを有する。この目的のために、インターフェース部35には、装置の機能選択や動作条件設定などに関する操作入力を受け付け可能な例えばキーボード、マウス、タッチパネルなどの入力デバイス351と、信号処理部33により作成された断層画像や3D復元部34により作成された立体像など各種の処理結果を表示する例えば液晶ディスプレイからなる表示部352とが接続されている。
The
撮像部20では、例えば発光ダイオードまたはスーパールミネッセントダイオード(SLD)などの発光素子を有する光源21から、広帯域の波長成分を含む低コヒーレンス光ビームが出射される。細胞等の試料を撮像する目的においては、入射光を試料の内部まで到達させるために、例えば近赤外線が用いられることが好ましい。
In the
光源21は光ファイバカプラ22を構成する光ファイバの1つである光ファイバ221に接続されており、光源21から出射される低コヒーレンス光は、光ファイバカプラ22により2つの光ファイバ222,224への光に分岐される。光ファイバ222は物体系光路を構成する。より具体的には、光ファイバ222の端部から出射される光は物体光学系23に入射する。
The
物体光学系23は、コリメータレンズ231と対物レンズ232とを備えている。光ファイバ222の端部から出射される光はコリメータレンズ231を介して対物レンズ232に入射する。対物レンズ232は、光源21からの光(観察光)を試料に収束させる機能と、試料から出射される反射光を集光して光ファイバカプラ22に向かわせる機能とを有する。図では単一の対物レンズ232が記載されているが、複数の光学素子が組み合わされていてもよい。被撮像物からの反射光は対物レンズ232、コリメータレンズ231を介し信号光として光ファイバ222に入射する。対物レンズ232の光軸は試料容器11の底面に直交しており、この例では光軸方向は鉛直軸方向と一致している。
The object
CPU31が撮像制御部34に制御指令を与え、これに応じて撮像制御部34は撮像部20に所定方向への移動を行わせる。より具体的には、撮像制御部34は、撮像部20を水平方向(XY方向)および鉛直方向(Z方向)に移動させる。撮像部20の水平方向の移動により、撮像範囲が水平方向に変化する。また、撮像部20の鉛直方向の移動により、対物レンズ232の光軸方向における焦点位置が、被撮像物である試料Sに対して変化する。
The
光源21から光ファイバカプラ22に入射した光の一部は光ファイバ224を介して参照光学系24に入射する。参照光学系24は、コリメータレンズ241および参照ミラー243を備えており、これらが光ファイバ224とともに参照系光路を構成する。具体的には、光ファイバ224の端部から出射される光がコリメータレンズ241を介して参照ミラー243に入射する。参照ミラー243により反射された光は参照光として光ファイバ224に入射する。
A part of the light incident on the
参照ミラー243は、撮像制御部34からの制御指令によって作動する進退部材(図示省略)により支持されて、Y方向に進退移動可能である。参照ミラー243がY方向、つまりコリメータレンズ241に対し接近および離間方向に移動することで、参照ミラー243により反射される参照光の光路長が調整される。
The
試料の表面もしくは内部の反射面で反射された反射光(信号光)と、参照ミラー243で反射された参照光とは光ファイバカプラ22で混合され光ファイバ226を介して光検出器26に入射する。このとき、信号光と参照光との間で位相差に起因する干渉が生じるが、干渉光の分光スペクトルは反射面の深さにより異なる。つまり、干渉光の分光スペクトルは被撮像物の深さ方向の情報を有している。したがって、干渉光を波長ごとに分光して光量を検出し、検出された干渉信号をフーリエ変換することにより、被撮像物の深さ方向における反射光強度分布を求めることができる。このような原理に基づくOCT撮像技術は、フーリエドメイン(Fourier Domain)OCT(FD−OCT)と称される。
The reflected light (signal light) reflected by the surface or internal reflection surface of the sample and the reference light reflected by the
この実施形態の撮像部20は、光ファイバ226から光検出器26に至る干渉光の光路上に分光器25が設けられている。分光器25としては、例えばプリズムを利用したもの、回折格子を利用したもの等を用いることができる。干渉光は分光器25により波長成分ごとに分光されて光検出器26に受光される。
In the
光検出器26が検出した干渉光に応じて光検出器26から出力される干渉信号をフーリエ変換することで、試料のうち、照明光の入射位置における深さ方向、つまりZ方向の反射光強度分布が求められる。試料容器11に入射する光ビームをX方向に走査することで、XZ平面と平行な平面における反射光強度分布が求められ、その結果から当該平面を断面とする試料の断層画像を作成することができる。その原理は周知であるため、詳細な説明は省略する。
By Fourier-converting the interference signal output from the
また、Y方向におけるビーム入射位置を多段階に変更しながら、その都度断層画像の撮像を行うことで、試料をXZ平面と平行な断面で断層撮像した多数の断層画像を得ることができる。Y方向の走査ピッチを小さくすれば、試料の立体構造を把握するのに十分な分解能の画像データを得ることができる。これらの断層画像データから、試料の立体像に対応する三次元画像データ(いわゆるボクセルデータ)を作成することができる。 Further, by taking a tomographic image each time while changing the beam incident position in the Y direction in multiple stages, it is possible to obtain a large number of tomographic images obtained by taking a tomographic image of the sample in a cross section parallel to the XZ plane. If the scanning pitch in the Y direction is reduced, image data having a resolution sufficient to grasp the three-dimensional structure of the sample can be obtained. From these tomographic image data, it is possible to create three-dimensional image data (so-called voxel data) corresponding to the three-dimensional image of the sample.
このように、この画像処理装置1は、試料容器11に培地Mとともに担持された試料Sの画像を取得する機能を有する。画像としては、光学顕微鏡撮像により得られる二次元画像データと、OCT撮像により得られる断層画像データおよびそれに基づく三次元画像データとを取得可能である。
As described above, the
以下、上記のように構成された画像処理装置1を用いて実行可能な、本発明に係る画像処理方法の一実施形態について説明する。この実施形態における画像処理は、試料Sとして胚盤胞期の受精卵(以下、単に「胚」という)を撮像し、その画像から、当該胚を構成する主たる構造体である透明帯、栄養外胚葉および内細胞塊に対応する領域を個別に抽出する、という内容を有するものである。
Hereinafter, an embodiment of the image processing method according to the present invention, which can be executed by using the
これにより得られたデータに基づき、ユーザ(具体的には医師または胚培養士)による胚の評価作業を効果的に支援することが可能となる。例えば不妊治療を目的とする胚の培養において、培養が良好に進行しているか否かを判断するための知見を得ることを目的として、本実施形態の画像処理方法を適用することができる。 Based on the data obtained by this, it becomes possible to effectively support the evaluation work of the embryo by the user (specifically, a doctor or an embryo cultivator). For example, in the culture of embryos for the purpose of infertility treatment, the image processing method of the present embodiment can be applied for the purpose of obtaining findings for determining whether or not the culture is proceeding well.
図2は本実施形態において試料となる胚の構造を模式的に示す図である。既に知られているように、卵子が受精すると卵割が開始され、桑実胚と呼ばれる状態を経て胚盤胞が形成される。図2(a)は胚盤胞期における胚の内部構造を模式的に示すものである。胚盤胞期においては、胚Eは内部に胞胚腔Bとよばれる空洞を有している。より具体的には、卵割の進んだ細胞が胚の表面に薄い層として並び栄養外胚葉Tを形成し、栄養外胚葉Tで囲まれる内部空間が胞胚腔Bを形成する。また、内部空間の一部に、多数の細胞が密集した内細胞塊Iが形成される。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of an embryo as a sample in this embodiment. As is already known, cleavage is started when an egg is fertilized, and a blastocyst is formed through a state called a morula. FIG. 2A schematically shows the internal structure of the embryo in the blastocyst stage. In the blastocyst stage, embryo E has a cavity called blastocoel B inside. More specifically, cells with advanced cleavage form a thin layer on the surface of the embryo to form a blastocoel T, and the internal space surrounded by the ectoderm T forms a blastocoel B. In addition, an inner cell mass I in which a large number of cells are densely formed is formed in a part of the internal space.
さらに、栄養外胚葉Tの外側表面を覆うように透明帯ZPが形成される。透明帯ZPは糖タンパク質を主体とする略均一な厚みを有する膜である。一方、多数の細胞が集まって形成される栄養外胚葉Tは、位置により様々な厚みを有し、透明帯ZPの内側表面全体に貼り付くように分布している。図2(b)に示すように、栄養外胚葉Tは、多数の細胞Cが透明帯ZPの内面に沿って並ぶことにより形成される。個々の細胞Cの形状や大きさが異なることにより、栄養外胚葉Tは、位置により厚さが異なった層となる。なお、図2においては、栄養外胚葉Tの厚さのばらつきが実際よりも強調されている。 Further, a zona pellucida ZP is formed so as to cover the outer surface of the vegetative ectoderm T. The zona pellucida ZP is a membrane mainly composed of glycoprotein and having a substantially uniform thickness. On the other hand, the vegetative ectoderm T formed by a large number of cells has various thicknesses depending on the position and is distributed so as to adhere to the entire inner surface of the zona pellucida ZP. As shown in FIG. 2 (b), the vegetative ectoderm T is formed by arranging a large number of cells C along the inner surface of the zona pellucida ZP. Due to the difference in the shape and size of the individual cells C, the vegetative ectoderm T becomes a layer having a different thickness depending on the position. In addition, in FIG. 2, the variation in the thickness of the vegetative ectoderm T is emphasized more than it actually is.
胚Eを構成するこれらの構造体、すなわち透明帯ZP、栄養外胚葉Tおよび内細胞塊Iは、胚の評価における着目領域として重要な意味を有するものである。このため、撮像された画像からこれらの構造体に対応する領域を自動的に抽出する技術は、ユーザによる胚の評価作業を支援する上で大きな意義を有するものとなる。しかしながら、OCT撮像により得られる断層画像あるいは三次元画像では、これらの構造体の間で輝度情報にほとんど差異がない。このため、単純な輝度の違いによる分離では、これらの構造体を精度よく分離することが困難である。 These structures that make up the embryo E, namely the zona pellucida ZP, the vegetative ectoderm T, and the inner cell mass I, have important significance as areas of interest in embryo evaluation. Therefore, the technique of automatically extracting the region corresponding to these structures from the captured image has great significance in supporting the evaluation work of the embryo by the user. However, in the tomographic image or the three-dimensional image obtained by OCT imaging, there is almost no difference in the luminance information between these structures. For this reason, it is difficult to accurately separate these structures by simple separation based on the difference in brightness.
このように、OCT画像から透明帯ZP、栄養外胚葉Tおよび内細胞塊Iを自動的に分離する技術は、これまで確立されていなかった。本願出願人が先に開示した特許文献2は、このような問題に鑑み、OCT画像から栄養外胚葉と内細胞塊とに対応する領域を分離することができるようにしたものである。ただし、この技術においても、透明帯と栄養外胚葉とが明確に分離されているとは言えなかった。具体的には、この技術により栄養外胚葉として抽出される領域が、透明帯に対応する領域まで包含している可能性がある。 As described above, a technique for automatically separating zona pellucida ZP, vegetative ectoderm T, and inner cell mass I from OCT images has not been established so far. In view of such a problem, Patent Document 2 previously disclosed by the applicant of the present application makes it possible to separate the region corresponding to the vegetative ectoderm and the inner cell mass from the OCT image. However, even with this technique, it cannot be said that the zona pellucida and the vegetative ectoderm are clearly separated. Specifically, the region extracted as vegetative ectoderm by this technique may include the region corresponding to the zona pellucida.
本実施形態における画像処理の第1の目的は、光学顕微鏡撮像により得られた二次元画像から得られる情報を利用してOCT画像を解析することにより透明帯ZPと栄養外胚葉Tとを分離し、最終的には三次元像において透明帯ZP、栄養外胚葉Tおよび内細胞塊Iが占める領域をそれぞれ個別に特定することである。また、第2の目的は、こうして分離された栄養外胚葉Tを構成する細胞の個数を形成することである。 The first object of the image processing in the present embodiment is to separate the transparent band ZP and the feeding ectoderm T by analyzing the OCT image using the information obtained from the two-dimensional image obtained by the optical microscope imaging. Finally, in the three-dimensional image, the regions occupied by the transparent band ZP, the trophectoderm T, and the inner cell mass I are individually identified. The second purpose is to form the number of cells constituting the vegetative ectoderm T thus separated.
光学顕微鏡撮像により得られる明視野画像または位相差画像においては、その輝度およびテクスチャの違いから透明帯ZPと栄養外胚葉Tとを区別することは比較的容易である。そして、良好に培養された胚盤胞期の胚では、透明帯ZPは概ね均一な厚みを有している。言い換えれば、胚のうち、その表面から一定の深さまでの領域は透明帯ZPが占めていると考えることができる。これらのことから、光学顕微鏡撮像により得られた二次元画像データから透明帯ZPの厚さを特定し、OCT撮像により得られた三次元画像データから、胚Eの表面から見て透明帯ZPの厚さに相当する深さまでの領域を特定することで、透明帯ZPに対応する領域を栄養外胚葉Tとは分離して抽出することが可能である。また、内細胞塊Iの分離については、例えば特許文献2に記載された方法を適用可能である。これらにより、第1の目的を達成することができる。 In a bright-field image or a phase-difference image obtained by imaging with an optical microscope, it is relatively easy to distinguish the zona pellucida ZP from the vegetative ectoderm T due to the difference in brightness and texture. And in well-cultured blastocyst stage embryos, the zona pellucida ZP has a generally uniform thickness. In other words, it can be considered that the zona pellucida ZP occupies the region of the embryo from its surface to a certain depth. From these facts, the thickness of the zona pellucida ZP was identified from the two-dimensional image data obtained by optical microscope imaging, and the zona pellucida ZP was identified from the three-dimensional image data obtained by OCT imaging when viewed from the surface of embryo E. By specifying the region to the depth corresponding to the thickness, the region corresponding to the zona pellucida ZP can be extracted separately from the trophozoite T. Further, for the separation of the inner cell mass I, for example, the method described in Patent Document 2 can be applied. With these, the first purpose can be achieved.
こうして他の構造体から分離された栄養外胚葉Tは、図2(b)に示したように、個々の細胞Cの形状に起因する凹凸を有している。より具体的には、栄養外胚葉Tの胞胚腔Bに臨む表面には、個々の細胞Cの形状に起因する突起が生じている。したがって、このような突起部位を検出し、その数を計数すれば、栄養外胚葉Tを構成する細胞Cの個数を知ることができる。このようにして第2の目的が達成される。 The vegetative ectoderm T thus separated from the other structures has irregularities due to the shape of the individual cells C, as shown in FIG. 2 (b). More specifically, protrusions due to the shape of individual cells C are formed on the surface of the vegetative ectoderm T facing the blastocoel B. Therefore, by detecting such a protrusion site and counting the number thereof, the number of cells C constituting the vegetative ectoderm T can be known. In this way, the second purpose is achieved.
図3は本実施形態における画像処理を示すフローチャートである。この処理は、CPU31が予め用意された制御プログラムを実行し、装置各部に所定の動作を行わせることにより実現される。評価対象となる胚が収容された試料容器11が保持部10にセットされると(ステップS101)、当該胚を撮像対象物として、撮像部20による光学顕微鏡撮像およびOCT撮像が実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing image processing in the present embodiment. This process is realized by the
図3において、ステップS102ないしS105は、光学顕微鏡撮像およびこれにより得られる二次元画像データを用いたデータ処理を表す。一方、ステップS111およびS112は、OCT撮像およびこれにより得られる三次元画像データを用いた画像処理を表す。これら2つの処理は、時系列的に前後して行われてもよく、この場合いずれの処理を先に行うかは任意である。また、これらの処理を併行して行うことで処理時間の短縮が図られてもよい。 In FIG. 3, steps S102 to S105 represent optical microscope imaging and data processing using the resulting two-dimensional image data. On the other hand, steps S111 and S112 represent OCT imaging and image processing using the three-dimensional image data obtained thereby. These two processes may be performed one after the other in chronological order, and in this case, it is arbitrary which process is performed first. Further, the processing time may be shortened by performing these processings in parallel.
まずステップS102ないしS105の処理の概要について説明する。この処理では、胚を光学顕微鏡撮像することで胚の二次元画像データを取得し、画像データに基づき透明帯の厚さを算出する。具体的には、顕微鏡撮像ユニット28が撮像位置に位置決めされ、焦点位置が深さ方向(Z方向)に多段階に変更設定されるとともにその都度撮像が行われる。これにより、焦点深さを互いに異ならせた複数の画像セット、いわゆるZスタック画像が取得される(ステップS102)。
First, the outline of the process of steps S102 to S105 will be described. In this process, the embryo is imaged with an optical microscope to acquire two-dimensional image data of the embryo, and the thickness of the zona pellucida is calculated based on the image data. Specifically, the
これらの画像の各々から、透明帯ZPに対応する領域が抽出される(ステップS103)。そして、複数の画像のうち、透明帯ZPに最もよく合焦した1枚が選出され(ステップS104)、選出された画像に基づき、透明帯ZPの厚さが算出される(ステップS105)。これらの処理、すなわち透明帯ZPに対応する領域を抽出する処理(ステップS103)、最も合焦した画像を選出する処理(ステップS104)および透明帯ZPの厚さを算出する処理(ステップS105)の詳細については後述する。ここまでの処理により、評価対象の胚Eにおける透明帯ZPの厚さが既知となっている。 A region corresponding to the zona pellucida ZP is extracted from each of these images (step S103). Then, one of the plurality of images that is most well focused on the zona pellucida ZP is selected (step S104), and the thickness of the zona pellucida ZP is calculated based on the selected images (step S105). These processes, that is, the process of extracting the region corresponding to the transparent band ZP (step S103), the process of selecting the most focused image (step S104), and the process of calculating the thickness of the transparent band ZP (step S105). Details will be described later. By the treatment up to this point, the thickness of the zona pellucida ZP in the embryo E to be evaluated is known.
一方、ステップS111では、物体光学系23が撮像位置に位置決めされ、撮像位置を走査させながら胚Eが断層撮像されることにより、胚Eの三次元画像データが取得される。三次元画像データで示される各部の輝度が所定の閾値で二値化されることにより、胚Eの三次元像は、比較的高密度な何らかの構造体で占められて高輝度となる領域(以下、「構造領域」と称する)と、これより低密度で低輝度の領域とに分離される。例えば培地MはOCT画像において低輝度である。
On the other hand, in step S111, the object
構造領域を占める構造体としては、前述の通り、透明帯ZP、栄養外胚葉Tおよび内細胞塊Iを含み得る。ステップS113、S114ではこれらが相互に分離される。具体的には、ステップS113において、透明帯ZPに対応する領域が他の構造領域とは分離される。そして、ステップS114において、栄養外胚葉Tと内細胞塊Iとが分離される。 As described above, the structure occupying the structural region may include zona pellucida ZP, vegetative ectoderm T, and inner cell mass I. In steps S113 and S114, they are separated from each other. Specifically, in step S113, the region corresponding to the zona pellucida ZP is separated from other structural regions. Then, in step S114, the vegetative ectoderm T and the inner cell mass I are separated.
ここまでの処理(ステップS101〜S114)により、胚Eの三次元像から透明帯ZP、栄養外胚葉Tおよび内細胞塊Iが占める領域をそれぞれ特定する、という第1の目的が達成される。続くステップS115〜S118の処理は、分離された栄養外胚葉Tを構成する細胞の個数を計数するという第2の目的のためのものである。この処理については後で詳しく説明する。 By the treatments up to this point (steps S101 to S114), the first object of identifying the regions occupied by the zona pellucida ZP, the vegetative ectoderm T, and the inner cell mass I from the three-dimensional image of the embryo E is achieved. Subsequent treatments in steps S115-S118 are for the second purpose of counting the number of cells constituting the isolated vegetative ectoderm T. This process will be described in detail later.
以下では、上記処理の各工程(ステップS103〜S105、S111)を実行するための各要素技術について順に分説する。なお、ステップS102のZスタック画像を取得するための処理は周知であるため、説明を省略する。また、ステップS114の処理についても、特許文献2に記載された技術を適用可能であるため説明を省略する。 In the following, each elemental technique for executing each step (steps S103 to S105, S111) of the above processing will be described in order. Since the process for acquiring the Z-stack image in step S102 is well known, the description thereof will be omitted. Further, as for the process of step S114, the technique described in Patent Document 2 can be applied, and thus the description thereof will be omitted.
ステップS103では、胚Eを光学顕微鏡撮像して得られた二次元画像データから、透明帯ZPに対応する領域が抽出される。この処理は適宜の画像処理技術を用いて実行することが可能である。例えば、画像内から特定の特徴を有する領域を抽出するパターン認識技術を適用することができる。具体的には、予め取得された透明帯の画像を教師画像とする教師付き学習により分類モデルを構築し、これを用いて評価対象の胚Eの光学顕微鏡画像を領域分割することにより、画像から透明帯ZPに対応する領域を抽出することができる。 In step S103, a region corresponding to the zona pellucida ZP is extracted from the two-dimensional image data obtained by imaging the embryo E with an optical microscope. This process can be performed using an appropriate image processing technique. For example, a pattern recognition technique for extracting a region having a specific feature from an image can be applied. Specifically, a classification model is constructed by supervised learning using the image of the zona pellucida acquired in advance as a teacher image, and the optical microscope image of the embryo E to be evaluated is divided into regions using this to obtain the image from the image. The area corresponding to the zona pellucida ZP can be extracted.
この実施形態では、領域分割処理の一例として公知のセマンティックセグメンテーション法を用いる。セマンティックセグメンテーション法は、ディープラーニングアルゴリズムにより予め構築された分類モデルを用いて、画像内の各画素にラベル付けを行う技術である。本実施形態では、次のようにしてこの方法を利用することができる。 In this embodiment, a known semantic segmentation method is used as an example of the region division process. The semantic segmentation method is a technique for labeling each pixel in an image using a classification model pre-constructed by a deep learning algorithm. In this embodiment, this method can be used as follows.
まず、透明帯が良好な画像品質で撮像された胚の光学顕微鏡画像を用意し、当該画像中の透明帯に対応する領域の各画素に、その旨を表すラベル付けを行う。そして、元の顕微鏡画像を入力データ、ラベル画像を正解データとしてディープラーニングを実行することで、分類モデルが構築される。こうして予め構築された分類モデルに未知の画像を入力データとして与えることで、当該画像のうち透明帯に対応する領域にその旨のラベルが付された出力画像を得ることができる。このような領域を出力画像から抽出することで、結果的に透明帯を抽出することが可能である。 First, an optical microscope image of an embryo in which the zona pellucida is captured with good image quality is prepared, and each pixel in the region corresponding to the zona pellucida in the image is labeled to that effect. Then, a classification model is constructed by executing deep learning using the original microscope image as input data and the label image as correct answer data. By giving an unknown image as input data to the classification model constructed in advance in this way, it is possible to obtain an output image in which the region corresponding to the transparent band of the image is labeled to that effect. By extracting such an area from the output image, it is possible to extract the transparent band as a result.
分類モデルを構築するための具体的手法の一例を説明する。この処理は、画像を表示する機能およびユーザからの操作入力を受け付ける機能を有する各種のコンピュータ装置により実行可能である。例えば画像処理装置1、あるいはパーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータ装置によって実行することが可能である。
An example of a concrete method for constructing a classification model will be described. This process can be executed by various computer devices having a function of displaying an image and a function of accepting an operation input from a user. For example, it can be executed by the
最初に、透明帯に合焦した(ピントが合った)状態で予め撮像された、胚の光学顕微鏡画像を表示する。画像処理装置1では、表示部352に当該画像を表示させることができる。こうして表示された画像に対し、ピントの合った透明帯に相当する領域を指定するためのユーザからの教示入力を受け付ける。この場合のユーザは、胚の画像に対する十分な知見を有する熟練者であることが望ましい。また、画像処理装置1が用いられる場合、入力デバイス351を介して教示入力を受け付けることができる。
First, an optical microscope image of the embryo, pre-photographed in focus (in focus) on the zona pellucida, is displayed. In the
透明帯として指定された領域にはその旨を示すラベルが付与される。こうしてラベル付けされた画像を正解データとし、元の画像を入力データとしてディープラーニングを実行することで、画像から透明帯を抽出するための分類モデルが構築される。必要に応じ、透明帯以外のラベルが用いられてもよい。 The area designated as the zona pellucida is given a label to that effect. By performing deep learning with the image labeled in this way as the correct answer data and the original image as the input data, a classification model for extracting the transparent band from the image is constructed. If necessary, a label other than the zona pellucida may be used.
この分類モデルは、透明帯にピントの合った画像を入力画像として構築されたものである。そのため、これを未知のテスト画像に適用してセマンティックセグメンテーション法を実行すると、テスト画像から透明帯としての特徴を強く有する領域が抽出されることになる。こうして透明帯が抽出されると、その厚さを求めることが可能となる。厚さを精度よく求めるためには、画像内のできるだけ広い領域で、透明帯に合焦していることが望ましい。すなわち、透明帯の厚さの算出は、セマンティックセグメンテーション法で抽出される領域の面積ができるだけ広い画像に基づき行われることが望ましいと言える。なお面積については画素数によって表すことが可能である。 This classification model is constructed by using an image in focus on the zona pellucida as an input image. Therefore, when this is applied to an unknown test image and the semantic segmentation method is executed, a region having a strong characteristic as a transparent band is extracted from the test image. Once the zona pellucida is extracted in this way, it is possible to determine its thickness. In order to obtain the thickness accurately, it is desirable to focus on the zona pellucida in the widest possible area in the image. That is, it can be said that it is desirable that the thickness of the zona pellucida is calculated based on an image in which the area of the region extracted by the semantic segmentation method is as large as possible. The area can be expressed by the number of pixels.
一方、評価対象の胚Eは立体的構造を有しているため、焦点深さを適宜に定めて撮像した画像では、透明帯ZPへの合焦状態が必ずしも良好でない場合があり得る。そこで、深さ方向(Z方向)に焦点位置を異ならせて取得されたZスタック画像から、透明帯ZPに相当するものとして抽出される領域の面積が最も大きい1つの画像を選出し、この画像を透明帯ZPの厚さ算出に用いる。 On the other hand, since the embryo E to be evaluated has a three-dimensional structure, the in-focus state to the zona pellucida ZP may not always be good in the image taken by appropriately determining the focal depth. Therefore, from the Z stack images acquired at different focal positions in the depth direction (Z direction), one image having the largest area of the region extracted as corresponding to the zona pellucida ZP is selected, and this image is used. Is used to calculate the thickness of the zona pellucida ZP.
ステップS104では、Zスタック画像から透明帯ZPに最も合焦した画像が選出される。この実施形態におけるセマンティックセグメンテーション法では、画像からピントが合った透明帯の領域が抽出されるから、この領域の面積が最大である画像が、透明帯ZPに最も合焦した画像である蓋然性が高いと言える。そのような条件に該当する画像を選出すればよい。 In step S104, the image most focused on the zona pellucida ZP is selected from the Z stack images. In the semantic segmentation method in this embodiment, since the region of the zona pellucida in focus is extracted from the image, it is highly probable that the image having the largest area of this region is the image most focused on the zona pellucida ZP. It can be said that. Images that meet such conditions may be selected.
図4は焦点深さと抽出される透明帯の面積との関係を示す図である。図4(a)の上部には、深さ方向における種々の焦点位置で撮像される光学顕微鏡画像(Zスタック画像)と、それらの画像からセマンティックセグメンテーション法により抽出される領域(透明帯ZPに相当する領域)との関係が模式的に示されている。また、図4(a)の下部のグラフは、撮像時の焦点位置と抽出された領域の面積(画素数)との関係が例示されている。これらに示されるように、Zスタック画像のうち最もよく合焦し透明帯ZPが鮮明である画像Iaにおいて、抽出される領域の面積が最大になる。言い換えれば、Zスタック画像のうち抽出された面積が最大である画像に対応する焦点位置を合焦位置とみなすことができる。したがって、この画像Iaを、透明帯ZPの厚さ算出の基となる画像として選出すればよい。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the focal depth and the area of the extracted transparent band. In the upper part of FIG. 4A, an optical microscope image (Z stack image) captured at various focal positions in the depth direction and a region (corresponding to the zona pellucida ZP) extracted from these images by the semantic segmentation method. The relationship with the region) is schematically shown. Further, the graph at the bottom of FIG. 4A exemplifies the relationship between the focal position at the time of imaging and the area (number of pixels) of the extracted region. As shown in these, in the image Ia in which the Z-stack image is best focused and the zona pellucida ZP is clear, the area of the extracted region is maximized. In other words, the focal position corresponding to the image having the largest extracted area in the Z stack image can be regarded as the in-focus position. Therefore, this image Ia may be selected as the image that is the basis for calculating the thickness of the zona pellucida ZP.
ただし、例えば撮像時の振動等に起因して、画像にブレが生じ、結果として透明帯の見かけ上の面積が実際より大きく画像に現れる場合があり得る。図4(b)はこのような状況を表したものである。例えば画像Ibにおいて、振動に起因する画像のブレが生じているとする。そうすると、透明帯に相当するとして抽出される面積は見かけ上大きくなり、この位置が合焦位置と誤判定されるおそれがある。 However, for example, the image may be blurred due to vibration during imaging, and as a result, the apparent area of the zona pellucida may appear in the image larger than it actually is. FIG. 4B shows such a situation. For example, in the image Ib, it is assumed that the image is blurred due to vibration. Then, the area extracted as corresponding to the transparent band becomes apparently large, and this position may be erroneously determined as the in-focus position.
この実施形態では、抽出された領域の周縁部を挟む画素の間の輝度差を用いることで、この問題の解消が図られている。すなわち、よく合焦した画像では、透明帯に対応する領域とその周囲領域との境界が明りょうであり、したがってそれらの領域の輝度の間にも明確なコントラストがあると考えられる。一方、合焦していない画像では、これらの領域間の境界が明確でなく、したがってコントラストも鮮明でない。 In this embodiment, this problem is solved by using the luminance difference between the pixels sandwiching the peripheral edge of the extracted region. That is, in a well-focused image, the boundary between the area corresponding to the zona pellucida and the surrounding area is clear, and therefore it is considered that there is a clear contrast between the brightness of those areas. On the other hand, in an out-of-focus image, the boundaries between these areas are not clear and therefore the contrast is not clear.
このことから、単に抽出された領域の面積(画素数)の大小だけで評価するのに代えて、当該領域のエッジ部分における輝度変化の大きさ、すなわちシャープネスも反映させた評価値を導入することで、上記のような誤判定を低減することができると考えられる。このようなエッジ変化量を定量化する方法としては種々のものがあり、それらを適宜選択して適用可能である。 For this reason, instead of simply evaluating by the size of the area (number of pixels) of the extracted area, it is necessary to introduce an evaluation value that also reflects the magnitude of the brightness change in the edge portion of the area, that is, the sharpness. Therefore, it is considered that the above-mentioned erroneous determination can be reduced. There are various methods for quantifying the amount of such edge change, and they can be appropriately selected and applied.
この実施形態ではその一例として、抽出された領域の面積に、エッジ部分における輝度変化の大きさを反映した係数を乗じた値を評価値とする。この係数としては、例えばエッジを挟んだ画素間における輝度の差を二乗した値を用いることができる。より具体的には、抽出された領域のうちエッジに隣接する全ての画素の輝度の平均値と、当該エッジの外側でエッジに隣接する全ての画素の起動の平均値との差を求め、それを二乗することで上記係数が求められる。 In this embodiment, as an example thereof, a value obtained by multiplying the area of the extracted region by a coefficient reflecting the magnitude of the change in luminance at the edge portion is used as an evaluation value. As this coefficient, for example, a value obtained by squared the difference in luminance between pixels sandwiching an edge can be used. More specifically, the difference between the average value of the brightness of all the pixels adjacent to the edge in the extracted area and the average value of the activation of all the pixels adjacent to the edge outside the edge is obtained, and the difference is obtained. Is squared to obtain the above coefficient.
このようにすると、図4(b)下部のグラフに示されるように、画像Ibにおけるズレの影響による抽出面積の増大が合焦位置の誤判定の原因となるリスクを低減させることができる。なお、ここでは係数を正の値とするために輝度差を二乗しているが、これに代えて輝度差の絶対値を係数として用いてもよい。 By doing so, as shown in the graph at the bottom of FIG. 4B, it is possible to reduce the risk that an increase in the extraction area due to the influence of the deviation in the image Ib causes an erroneous determination of the in-focus position. Although the luminance difference is squared here in order to make the coefficient a positive value, the absolute value of the luminance difference may be used as the coefficient instead.
透明帯に合焦した画像を選出するための処理は、以下のように構成することができる。この処理は、図3のステップS104に相当するものである。Zスタック画像を構成する各画像に対しては、ステップS103において透明帯に相当する領域が抽出されている。こうして抽出された領域の面積を求めるため、当該領域に属する画素の数を画像ごとに計数する。そして、抽出された領域のエッジの内外においてそれぞれ隣接する画素の平均輝度を求め、その差を算出する。これらの値に基づき、各画像の合焦度合いを示す評価値を算出する。具体的には、抽出領域の画素数に、エッジ内外での輝度差の二乗で表される係数を乗じることで、評価値を算出する。こうして求められる評価値が最大の画像が、透明帯に最も合焦した画像として選出される。 The process for selecting an image focused on the transparent band can be configured as follows. This process corresponds to step S104 in FIG. For each image constituting the Z-stack image, a region corresponding to the transparent band is extracted in step S103. In order to obtain the area of the region extracted in this way, the number of pixels belonging to the region is counted for each image. Then, the average brightness of the adjacent pixels inside and outside the edge of the extracted region is obtained, and the difference is calculated. Based on these values, an evaluation value indicating the degree of focusing of each image is calculated. Specifically, the evaluation value is calculated by multiplying the number of pixels in the extraction region by a coefficient represented by the square of the brightness difference inside and outside the edge. The image having the maximum evaluation value obtained in this way is selected as the image most focused on the zona pellucida.
次に、Zスタック画像から選出された1つの光学顕微鏡画像から透明帯ZPの厚さを算出する、ステップS105の処理内容について説明する。選出された画像については、ステップS103において透明帯ZPに相当する領域の抽出が行われる。良好に培養された胚Eにおいては、概ね一定の幅を有する円環状の領域が、透明帯ZPに相当する領域として抽出されていると考えられる。透明帯ZPに合焦した画像では、この円環の幅、つまり円環の内側のエッジと外側のエッジとの距離が、透明帯ZPの厚さに対応している。 Next, the processing content of step S105, which calculates the thickness of the zona pellucida ZP from one optical microscope image selected from the Z stack image, will be described. For the selected image, the region corresponding to the zona pellucida ZP is extracted in step S103. In a well-cultured embryo E, it is considered that an annular region having a substantially constant width is extracted as a region corresponding to the zona pellucida ZP. In the image focused on the zona pellucida ZP, the width of the annulus, that is, the distance between the inner and outer edges of the annulus, corresponds to the thickness of the zona pellucida ZP.
円環の幅を求める方法としては種々のものが考えられるが、簡便なものとしては、OpenCV(Open Source Computer Vision)ライブラリに装備されているDistance Transform関数を利用した方法がある。円環の内側エッジ上の1つの画素を注目画素としてDistance Transform関数を適用することで、当該画素から最も近い、円環の外側エッジ上の画素までの距離を特定することができる。この距離が当該位置における円環の幅、つまり透明帯ZPの厚さを表す。これとは逆に、円環の外側エッジ上の画素を注目画素とし、これから内側エッジまでの最短距離を求めても等価である。こうして円環上の各位置で求められる幅の平均値を、透明帯ZPの厚さの平均値とすることができる。以下ではこの厚さの平均値を符号Taにより表すこととする。 Various methods can be considered for finding the width of the annulus, but a simple method is to use the Distance Transform function provided in the OpenCV (Open Source Computer Vision) library. By applying the Distance Transform function with one pixel on the inner edge of the annulus as the pixel of interest, the distance from that pixel to the nearest pixel on the outer edge of the annulus can be specified. This distance represents the width of the annulus at that position, that is, the thickness of the zona pellucida ZP. On the contrary, it is equivalent to use the pixel on the outer edge of the annulus as the pixel of interest and find the shortest distance from this to the inner edge. In this way, the average value of the widths obtained at each position on the circle can be used as the average value of the thickness of the transparent band ZP. In the following, the average value of this thickness will be represented by the symbol Ta.
以上、ステップS103〜S105の詳細な処理内容について説明した。次に、ステップS113における、透明帯の分離処理について説明する。ここでは、OCT撮像により得られた胚Eの三次元像のうち、表面から深さTaまでの範囲を透明帯ZPとみなす。したがって、三次元像からこの範囲のみを抽出することで、透明帯ZPに対応する構造体のみを取り出すことができる。一方、この範囲の構造体を消去することで、透明帯ZP以外の構造体、すなわち栄養外胚葉Tと内細胞塊Iとを取り出すことができる。 The detailed processing contents of steps S103 to S105 have been described above. Next, the transparent band separation process in step S113 will be described. Here, in the three-dimensional image of embryo E obtained by OCT imaging, the range from the surface to the depth Ta is regarded as the zona pellucida ZP. Therefore, by extracting only this range from the three-dimensional image, only the structure corresponding to the zona pellucida ZP can be extracted. On the other hand, by erasing the structures in this range, the structures other than the zona pellucida ZP, that is, the vegetative ectoderm T and the inner cell mass I can be taken out.
透明帯ZPに相当する領域が消去された三次元像に対しては、特許文献2に記載されているように、残された構造体に対し例えばLocal Thickness演算を利用した領域分割処理を実行することで、栄養外胚葉Tに相当する領域と、内細胞塊Iに相当する領域とを分離することができる。このようにして、胚Eの三次元像から、透明帯ZP、栄養外胚葉Tおよび内細胞塊Iがそれぞれ占める領域を個別に抽出することができる。 For a three-dimensional image in which the region corresponding to the zona pellucida ZP is erased, as described in Patent Document 2, the remaining structure is subjected to region division processing using, for example, a Local Thickness operation. Thereby, the region corresponding to the vegetative ectoderm T and the region corresponding to the inner cell mass I can be separated. In this way, the regions occupied by the zona pellucida ZP, the vegetative ectoderm T, and the inner cell mass I can be individually extracted from the three-dimensional image of the embryo E.
次に、本実施形態の第2の目的を達成する、すなわち栄養外胚葉Tを構成する細胞数を計数するための処理(ステップS115〜S119)について説明する。この処理の概略の流れは、栄養外胚葉Tの各位置における厚さ分布を算出し、求められた厚さ分布におけるピーク位置を検出し、有意なピークが個々の細胞に対応するものとしてその個数を計数する、というものである。以下、各工程について順に説明する。 Next, a process for achieving the second object of the present embodiment, that is, counting the number of cells constituting the vegetative ectoderm T (steps S115 to S119) will be described. The general flow of this process is to calculate the thickness distribution at each position of the vegetative ectoderm T, detect the peak position in the obtained thickness distribution, and assume that the number of significant peaks corresponds to individual cells. Is to count. Hereinafter, each step will be described in order.
ステップS115では、XYZ直交座標系で表されている三次元画像データが極座標表現に変換される。胚Eは概ね球形で内部が空洞であるため、栄養外胚葉Tは球殻に近い形状を有している。このような構造をより端的に表現するためには、胚Eの中心を原点とする極座標(球座標)で各位置を表す方が好ましい。そこで、図5に示すように、XYZ直交座標系から、動径rおよび2つの偏角θ、φを座標変数とするrθφ極座標系への座標変換を行う。 In step S115, the three-dimensional image data represented by the XYZ Cartesian coordinate system is converted into a polar coordinate representation. Since the embryo E is generally spherical and the inside is hollow, the vegetative ectoderm T has a shape close to that of a spherical shell. In order to express such a structure more simply, it is preferable to express each position in polar coordinates (spherical coordinates) with the center of embryo E as the origin. Therefore, as shown in FIG. 5, coordinate conversion is performed from the XYZ Cartesian coordinate system to the rθφ polar coordinate system using the moving diameter r and the two declinations θ and φ as coordinate variables.
図5はXYZ直交座標系と極座標系との対応関係を示す図である。よく知られているように、直交座標系における点Pの座標(x,y,z)と球座標系における点Pの座標(r,θ,φ)との間には、原点Oが共通であれば下式:
x=r・sinθ・cosφ
y=r・sinθ・sinφ
z=r・cosθ
の関係がある。
FIG. 5 is a diagram showing the correspondence between the XYZ Cartesian coordinate system and the polar coordinate system. As is well known, the origin O is common between the coordinates of the point P in the Cartesian coordinate system (x, y, z) and the coordinates of the point P in the spherical coordinate system (r, θ, φ). If there is, the following formula:
x = r ・ sinθ ・ cosφ
y = r ・ sinθ ・ sinφ
z = r · cosθ
There is a relationship.
具体的には、三次元画像データから胚Eの中心位置を特定し、この中心位置を球座標系の原点Oとする。この原点Oは、原信号データにおけるXYZ直交座標系の原点とは一致する必要はない。そして、適宜の変換処理により直交座標から球座標への座標変換を行う。このように座標変換を行うことにより、XYZ直交座標系で特定される三次元空間内の各位置を、極座標表現することができる。 Specifically, the center position of the embryo E is specified from the three-dimensional image data, and this center position is set as the origin O of the spherical coordinate system. This origin O does not have to coincide with the origin of the XYZ Cartesian coordinate system in the original signal data. Then, coordinate conversion from orthogonal coordinates to spherical coordinates is performed by an appropriate conversion process. By performing the coordinate transformation in this way, each position in the three-dimensional space specified by the XYZ Cartesian coordinate system can be expressed in polar coordinates.
「胚の中心」については、三次元画像データに基づき例えば次のようにして求めることができる。三次元画像データで表される胚Eの三次元像の表面が球面とみなせる場合には、画像における当該球の重心を胚の中心とすることができる。三次元画像処理において、中実のオブジェクトの重心を求める方法は公知であり、そのような方法を適用することが可能である。また、例えば胚の表面を近似的に表す球面または回転楕円面を特定し、該近似面の中心を胚の中心としてもよい。 The "center of the embryo" can be obtained, for example, as follows based on the three-dimensional image data. When the surface of the three-dimensional image of the embryo E represented by the three-dimensional image data can be regarded as a spherical surface, the center of gravity of the sphere in the image can be the center of the embryo. In three-dimensional image processing, a method for obtaining the center of gravity of a solid object is known, and such a method can be applied. Further, for example, a spherical surface or a spheroidal surface that approximately represents the surface of the embryo may be specified, and the center of the approximate surface may be the center of the embryo.
ステップS116では、こうして極座標変換された三次元画像データから、栄養外胚葉Tの厚さ分布が求められる。具体的には、極座標空間内の1つの動径方向における栄養外胚葉Tの厚さを算出し、これを種々の動径方向について行うことにより、栄養外胚葉Tの厚さ分布を求めることができる。 In step S116, the thickness distribution of the vegetative ectoderm T can be obtained from the three-dimensional image data thus transformed in polar coordinates. Specifically, the thickness distribution of the vegetative ectoderm T can be obtained by calculating the thickness of the vegetative ectoderm T in one radial direction in the polar coordinate space and performing this in various radial directions. can.
図6は栄養外胚葉の厚さの求め方を例示する図である。図6(a)に示す例では、原点Oから延びる一の動径r1を考え、当該動径r1方向における栄養外胚葉Tの内側表面つまり胞胚腔Bに臨む面Siと、外側表面つまり透明帯ZPに臨む面Soとの距離T1を、当該動径方向における栄養外胚葉Tの厚さとする。 FIG. 6 is a diagram illustrating how to determine the thickness of vegetative ectoderm. In the example shown in FIG. 6A, considering one radius r1 extending from the origin O, the inner surface of the vegetative ectoderm T in the direction of the radius r1, that is, the surface Si facing the blastocoel B, and the outer surface, that is, the zona pellucida. The distance T1 from the surface So facing the ZP is defined as the thickness of the vegetative ectoderm T in the radial direction.
また、図6(b)に示す例では、動径r1が栄養外胚葉Tの内側表面Siに交わる点P1に着目し、当該点P1と栄養外胚葉Tの外側表面Soとの最短距離を、当該動径r1方向における栄養外胚葉Tの厚さとする。あるいは、動径r1が栄養外胚葉Tの外側表面Soに交わる点P2に着目し、当該点P2と内側表面Siとの最短距離を、当該動径r1方向における栄養外胚葉Tの厚さとしてもよい。最短距離の算出には、前記した透明帯ZPの厚さ算出処理と同様に、OpenCVライブラリ中のDistance Transform関数を利用することが可能である。 Further, in the example shown in FIG. 6B, attention is paid to the point P1 at which the radius r1 intersects the inner surface Si of the vegetative ectoderm T, and the shortest distance between the point P1 and the outer surface So of the vegetative ectoderm T is set. It is the thickness of the vegetative ectoderm T in the radius r1 direction. Alternatively, focusing on the point P2 where the radius r1 intersects the outer surface So of the vegetative ectoderm T, the shortest distance between the point P2 and the inner surface Si may be the thickness of the vegetative ectoderm T in the direction of the radius r1. good. For the calculation of the shortest distance, it is possible to use the Distance Transform function in the OpenCV library in the same manner as the above-mentioned zona pellucida ZP thickness calculation process.
図7は栄養外胚葉の厚さを求める処理を示すフローチャートである。最初に、一の動径方向が選択される(ステップS201)。具体的には、偏角θ,φの値が適宜に仮設定されることにより、1つの動径方向が特定される。次に、極座標空間内で当該動径方向における栄養外胚葉Tの内側表面Siの位置(図6(b)に示す点P1の位置)、または外側表面Soの位置(図6(b)に示す点P2の位置)に対応する画素が、注目画素として特定される(ステップS202)。後の処理のために、このときの原点Oから注目画素までの距離を、偏角θ,φの組で特定される動径方向と関連付けて記憶させておくことが望ましい。この情報を関数R(θ,φ)により表すこととする。 FIG. 7 is a flowchart showing a process for determining the thickness of the vegetative ectoderm. First, one radial direction is selected (step S201). Specifically, one radial direction is specified by appropriately temporarily setting the values of the declinations θ and φ. Next, in the polar coordinate space, the position of the inner surface Si of the vegetative ectoderm T in the radial direction (the position of the point P1 shown in FIG. 6 (b)) or the position of the outer surface So (shown in FIG. 6 (b)). The pixel corresponding to the position of the point P2) is specified as the pixel of interest (step S202). For later processing, it is desirable to store the distance from the origin O to the pixel of interest in association with the radial direction specified by the set of declinations θ and φ. This information is expressed by the function R (θ, φ).
続いて、当該動径方向における栄養外胚葉Tの内側表面Siと外側表面Soとの距離、すなわち栄養外胚葉Tの厚さが求められる(ステップS203)。厚さは図6(a)、図6(b)のいずれかに示した方法で求めることができる。 Subsequently, the distance between the inner surface Si and the outer surface So of the vegetative ectoderm T in the radial direction, that is, the thickness of the vegetative ectoderm T is determined (step S203). The thickness can be determined by the method shown in either FIG. 6 (a) or FIG. 6 (b).
このようにして求められる栄養外胚葉Tの厚さは1つの動径方向と関連付けられており、したがって偏角θ,φの関数として表すことができる。以下では、偏角θ,φの組により特定される1つの動径方向における栄養外胚葉Tの厚さをT(θ,φ)と表すこととする。求められた厚さT(θ,φ)はメモリ37に記憶保存される(ステップS204)。種々の動径方向について上記処理を繰り返すことにより(ステップS205)、各方向における栄養外胚葉Tの厚さを表す厚さ分布を取得することができる。 The thickness of the vegetative ectoderm T thus obtained is associated with one radial direction and can therefore be expressed as a function of the declinations θ and φ. In the following, the thickness of the vegetative ectoderm T in one radial direction specified by the set of deviation angles θ and φ will be expressed as T (θ, φ). The obtained thickness T (θ, φ) is stored and stored in the memory 37 (step S204). By repeating the above treatment in various radial directions (step S205), a thickness distribution representing the thickness of the vegetative ectoderm T in each direction can be obtained.
ステップS117では、こうして求められた栄養外胚葉Tの厚さの空間分布を表すマップを作成する。厚さ分布マップとしては、二次元マップおよび三次元マップが考えられる。また二次元マップとしては、全ての方向を1つのマップに収める方法と、極座標空間をいくつかの空間に分割し、それぞれを1つずつのマップに収める方法とが考えられる。以下、これらのマッピング方法の具体的な作成例につき説明する。 In step S117, a map showing the spatial distribution of the thickness of the vegetative ectoderm T thus obtained is created. As the thickness distribution map, a two-dimensional map and a three-dimensional map can be considered. Further, as a two-dimensional map, a method of storing all directions in one map and a method of dividing the polar coordinate space into several spaces and storing each in one map can be considered. Hereinafter, specific examples of creating these mapping methods will be described.
図8は二次元マッピング手法の一例を示す図である。極座標で表現される各方向を二次元平面上にマッピングするには、例えば擬円筒図法を用いることが可能である。すなわち、図8(a)に示すように、偏角θ、φをそれぞれ緯度、経度に相当するものとして、略球体である地球表面の地形を平面地図上に表現する場合と同様の図法を用いることができる。このような作図法はいくつか知られており、目的に応じて適宜選択することができる。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a two-dimensional mapping method. To map each direction expressed in polar coordinates on a two-dimensional plane, for example, a pseudo-cylindrical projection can be used. That is, as shown in FIG. 8A, the declination θ and φ correspond to latitude and longitude, respectively, and the same projection as when expressing the topography of the earth's surface, which is a substantially sphere, on a plane map is used. be able to. Several such drawing methods are known and can be appropriately selected according to the purpose.
ここでは、偏角θを緯度、偏角φを経度として扱い、実体における面積を図上で維持することのできる地図図法であるサンソン図法が用いられている。偏角θ,φの組み合わせで特定されるマップ上の各点には、各動径方向において算出された栄養外胚葉Tの厚さT(θ,φ)に対応する輝度値を有する画素が配置される。このようにして各方向での厚さをマップ上に表すことで、厚さ分布を可視化することができる。図8(b)は、各点での栄養外胚葉Tの厚さを輝度で表したマップを、直接輝度により表現するのに代えて等輝度線を用いて表したものである。単に各方向での厚さを等高線で表したものとも言える。この他、栄養外胚葉Tの厚さを色や濃淡によって表すことも可能である。 Here, the Sinusoidal projection, which is a map projection that can maintain the area in an entity on a map by treating the argument θ as latitude and the argument φ as longitude, is used. At each point on the map specified by the combination of declinations θ and φ, pixels having a luminance value corresponding to the thickness T (θ, φ) of the vegetative ectoderm T calculated in each radial direction are arranged. Will be done. By expressing the thickness in each direction on the map in this way, the thickness distribution can be visualized. FIG. 8B shows a map showing the thickness of the vegetative ectoderm T at each point by luminance, using isoluminance lines instead of directly expressing by luminance. It can be said that the thickness in each direction is simply represented by contour lines. In addition, the thickness of the vegetative ectoderm T can be expressed by color or shade.
なお、図8(b)においてハッチングを付した右上の領域は、内細胞塊Iが存在する領域を表している。内細胞塊Iと透明帯ZPとの間にも栄養外胚葉Tは存在するが、内細胞塊Iに接している表面の形状は必ずしも個々の細胞の形状を表さない。このため、この実施形態では、内細胞塊Iが存在する領域については厚さ分布の導出対象から除外している。 In FIG. 8B, the hatched upper right region represents the region where the inner cell mass I exists. The vegetative ectoderm T also exists between the inner cell mass I and the zona pellucida ZP, but the shape of the surface in contact with the inner cell mass I does not necessarily represent the shape of an individual cell. Therefore, in this embodiment, the region where the inner cell mass I exists is excluded from the derivation target of the thickness distribution.
地図作成の場合においても問題となっているように、略球体の表面を二次元マップによって表す場合、全ての情報を正確に表現することができない。例えば正積擬円筒図法の一種であるサンソン図法の場合、地表の面積を正確に表現できるが、距離や方向は必ずしも正しく表現できない。本実施形態のマッピングの場合、特にマップ平面の周縁部において歪みが大きくなる。 As is a problem in the case of cartography, when the surface of a substantially sphere is represented by a two-dimensional map, all the information cannot be accurately represented. For example, in the case of the Sanson projection, which is a kind of equal area pseudo-cylindrical projection, the area of the ground surface can be accurately expressed, but the distance and direction cannot always be expressed correctly. In the case of the mapping of the present embodiment, the distortion becomes large especially at the peripheral edge of the map plane.
図9は二次元マッピング手法の他の一例を示す図である。図9(a)に、極座標空間で略球面として表される栄養外胚葉Tの三次元像を、原点Oを通り互いに垂直な2つの平面によって4つに分割する。そして、分割された各区画Ta〜Tdをそれぞれ1つのマップに表す。このとき、区画Taに対応するマップでは、区分された球面の中心、より具体的には、原点Oを通り、かつ2つの平面のそれぞれに対し45度の角度で交わる直線と球面との交点Caが、マップにおいて概ね中心となるようにする。他の区画Tb,Tc,Tdについても同様である。 FIG. 9 is a diagram showing another example of the two-dimensional mapping method. In FIG. 9A, a three-dimensional image of the vegetative ectoderm T, which is represented as a substantially spherical surface in the polar coordinate space, is divided into four by two planes that pass through the origin O and are perpendicular to each other. Then, each of the divided sections Ta to Td is represented on one map. At this time, in the map corresponding to the section Ta, the intersection Ca of the straight line and the spherical surface passing through the center of the divided spherical surface, more specifically, the origin O and intersecting each of the two planes at an angle of 45 degrees. However, it should be roughly centered on the map. The same applies to the other compartments Tb, Tc, and Td.
このようにすると、図9(b)に示すように、極座標空間で4分割された栄養外胚葉Tが、マップ平面の中央部のみを使って表現されることになる。このため、マップは4面となるものの、各マップでは、歪みが大きくなる周縁部を使わずに栄養外胚葉Tの全体における厚さ分布を精度よく表現することが可能となる。 In this way, as shown in FIG. 9B, the vegetative ectoderm T divided into four in the polar coordinate space is represented using only the central part of the map plane. Therefore, although the map has four faces, it is possible to accurately express the thickness distribution of the whole vegetative ectoderm T in each map without using the peripheral portion where the distortion becomes large.
なお、現実的には、栄養外胚葉Tに対応する球面の分割を考える際に各区画を部分的にオーバーラップさせておき、マッピングの際には、図9(b)に点線で示すように区画Ta内のみならずその外側の一定範囲まで厚さ分布が示されていることがより好ましい。マッピングの便宜上の理由により分割されるものの、実際の栄養外胚葉Tは各区画よりも外側まで連続しており、区画外の一定範囲までマッピングを行っておくことで、各区画の外縁における厚さ分布の連続性を表現することができるからである。 In reality, each section is partially overlapped when considering the division of the spherical surface corresponding to the vegetative ectoderm T, and when mapping, as shown by a dotted line in FIG. 9 (b). It is more preferable that the thickness distribution is shown not only in the compartment Ta but also in a certain range outside the compartment Ta. Although divided for convenience of mapping, the actual vegetative ectoderm T is continuous to the outside of each compartment, and by mapping to a certain range outside the compartment, the thickness at the outer edge of each compartment This is because the continuity of the distribution can be expressed.
この意味においては、分割を行うのに代えて、マップの中心となる位置を異ならせた複数の二次元マップを作成し、それらの中央部分のみを使用するようにすることも考えられる。また、分割数も上記の4に限定されず任意である。 In this sense, instead of performing division, it is conceivable to create a plurality of two-dimensional maps with different central positions of the map and use only the central part thereof. Further, the number of divisions is not limited to 4 above and is arbitrary.
上記のような二次元マッピング手法は、例えば画面上あるいは印刷紙面において全体の厚さ分布を俯瞰するような用途に適しているが、その周縁部において正確性が低下することは避けられない。このため、精度の面では三次元マップの方が優れている。三次元マップにおいては、極座標空間における全ての方向について、同程度の精度を確保することが可能である。 The above-mentioned two-dimensional mapping method is suitable for an application such as a bird's-eye view of the entire thickness distribution on a screen or a printed paper surface, but it is inevitable that the accuracy will decrease at the peripheral portion thereof. Therefore, the 3D map is superior in terms of accuracy. In a three-dimensional map, it is possible to ensure the same degree of accuracy in all directions in the polar coordinate space.
三次元マップを画面表示するのに際しては、例えば、ある1つの視線方向に投影されたマップを一時的に表示させておき、ユーザ操作に応じて視線方向を変化させるようにすればユーザの利便性を向上させることが可能である。例えばユーザ操作に連動してリアルタイムで視線方向が変化するアニメーション表示とすれば、ユーザはあたかも眼前の胚Eを直接観察しているかのような感覚で評価作業を行うことが可能となる。 When displaying a three-dimensional map on the screen, for example, it is convenient for the user to temporarily display the map projected in one line-of-sight direction and change the line-of-sight direction according to the user operation. Can be improved. For example, if the animation display changes the line-of-sight direction in real time in conjunction with the user operation, the user can perform the evaluation work as if he / she is directly observing the embryo E in front of the eye.
栄養外胚葉Tについての三次元マッピングの手法としては、栄養外胚葉Tの概略形状を表す近似球面(または回転楕円面)に各方向における厚さ分布を表す情報を付与する方法と、実際の栄養外胚葉Tの三次元形状に相当する曲面に厚さ分布の情報を付与する方法とがある。さらに後者の場合、曲面の形状を、栄養外胚葉Tの内側表面Siに相当するものとするか、外側表面Soに相当するものとするかの選択肢がある。 As a three-dimensional mapping method for the ectoderm T, a method of giving information indicating the thickness distribution in each direction to an approximate spherical surface (or a spheroid) representing the approximate shape of the ectoderm T, and actual nutrition. There is a method of giving information on the thickness distribution to the curved surface corresponding to the three-dimensional shape of the ectoderm T. Further, in the latter case, there is an option of making the shape of the curved surface correspond to the inner surface Si of the vegetative ectoderm T or to correspond to the outer surface So.
栄養外胚葉Tの外側表面Soは透明帯ZPに接しており、したがってその表面形状は比較的滑らかである。この意味において、栄養外胚葉Tの外側表面Soに相当する曲面は、実質的には球面とあまり変わらない。一方、栄養外胚葉Tの内側表面Siは、栄養外胚葉Tを構成する個々の細胞の形状に対応する凹凸を有している。このため、栄養外胚葉Tの内側表面Siに相当する曲面にマッピングを行う方が、実際の凹凸形状をイメージしやすいという利点がある。 The outer surface So of the vegetative ectoderm T is in contact with the zona pellucida ZP and therefore its surface shape is relatively smooth. In this sense, the curved surface corresponding to the outer surface So of the vegetative ectoderm T is substantially not much different from the spherical surface. On the other hand, the inner surface Si of the vegetative ectoderm T has irregularities corresponding to the shapes of the individual cells constituting the vegetative ectoderm T. Therefore, it is easier to imagine the actual uneven shape by mapping to the curved surface corresponding to the inner surface Si of the vegetative ectoderm T.
なお、マップ表面で厚さを可視化する方法としては、二次元マッピングの場合と同様に、厚さを輝度に変換して表示する方法、等高線(等輝度線)や色分け、濃淡等による表現方法等を適用可能である。以下では、球面にマッピングを行うケースと、栄養外胚葉Tの内側表面Siに相当する曲面にマッピングを行うケースとを例示する。マッピング方法としては等高線を用いたものとする。 As a method of visualizing the thickness on the map surface, as in the case of two-dimensional mapping, a method of converting the thickness into luminance and displaying it, a method of expressing contour lines (contour lines), color coding, shading, etc. Is applicable. In the following, a case where mapping is performed on a spherical surface and a case where mapping is performed on a curved surface corresponding to the inner surface Si of the vegetative ectoderm T will be illustrated. Contour lines shall be used as the mapping method.
図10は三次元マッピング手法の例を示す図である。図10(a)は球面にマッピングを行った例、図10(b)は栄養外胚葉Tの内側表面Siに相当する曲面にマッピングを行った例をそれぞれ示す。ここでは三次元マップが二次元平面に投影された状態で示されているが、実際には三次元曲面上でのマッピングがなされている。画面への表示出力の場合、視線方向を種々に異ならせた表示を行うことが可能である。なお、これらのマップにおいても、ハッチングで示される領域は内細胞塊Iに対応している。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a three-dimensional mapping method. FIG. 10A shows an example of mapping on a spherical surface, and FIG. 10B shows an example of mapping on a curved surface corresponding to the inner surface Si of the vegetative ectoderm T. Here, the three-dimensional map is shown in a state of being projected on a two-dimensional plane, but in reality, mapping is performed on a three-dimensional curved surface. In the case of display output on the screen, it is possible to display in various different line-of-sight directions. Also in these maps, the region indicated by hatching corresponds to the inner cell mass I.
例えば図10(a)の三次元マップは、極座標空間中の原点Oを中心とする球面上の各位置に、当該位置を通る動径の方向における厚さ算出結果に対応する輝度の画素を配置することにより作成可能である。すなわち、2つの偏角(θ,φ)で表される動径と球面との交点に、厚さT(θ,φ)に対応する輝度値の画素を配置すればよい。 For example, in the three-dimensional map of FIG. 10A, pixels of brightness corresponding to the thickness calculation result in the direction of the radius passing through the position are arranged at each position on the spherical surface centered on the origin O in the polar coordinate space. It can be created by doing. That is, pixels having a luminance value corresponding to the thickness T (θ, φ) may be arranged at the intersection of the radius represented by the two deviation angles (θ, φ) and the spherical surface.
三次元マップでは二次元マップで生じる歪みの問題が解消される。二次元マップでは歪みの問題とは別に、動径の長さ、つまり原点Oからの距離の情報がマップに反映されないという問題がある。特に試料Sの形状が球面から大きく乖離したものである場合には、マップに表示される凹凸が実際の形状をよく反映したものとならない場合があり得る。三次元マップであれば、例えば試料の形状により近い回転楕円体を近似曲面とすることで、このような乖離を低減することが可能である。 The 3D map solves the distortion problem that occurs in the 2D map. In the two-dimensional map, apart from the problem of distortion, there is a problem that the length of the radius, that is, the information of the distance from the origin O is not reflected in the map. In particular, when the shape of the sample S deviates greatly from the spherical surface, the unevenness displayed on the map may not reflect the actual shape well. In the case of a three-dimensional map, it is possible to reduce such a deviation by, for example, using a spheroid that is closer to the shape of the sample as an approximate curved surface.
特に図10(b)に示すように、実際の形状を反映させた曲面にマッピングを行うことで、より現実に即したマップを作成することができる。マッピングのために必要な情報は、各動径方向における栄養外胚葉Tの内側表面Si(または外側表面So)の位置(動径の長さ)と、当該方向における栄養外胚葉Tの厚さとである。これらの情報は、栄養外胚葉Tの厚さを算出する工程(図3のステップS116)においてそれぞれR(θ,φ)、T(θ,φ)として既に求められている。したがって、極座標空間において座標(R(θ,φ),θ,φ)で表される位置に、厚さT(θ,φ)に対応する輝度値を有する画素を配置することで、三次元マップが作成される。 In particular, as shown in FIG. 10B, by mapping to a curved surface that reflects the actual shape, it is possible to create a map that is more realistic. The information required for mapping is the position (radius length) of the inner surface Si (or outer surface So) of the vegetative ectoderm T in each radial direction and the thickness of the vegetative ectoderm T in that direction. be. These pieces of information have already been obtained as R (θ, φ) and T (θ, φ), respectively, in the step of calculating the thickness of the vegetative ectoderm T (step S116 in FIG. 3). Therefore, by arranging pixels having a brightness value corresponding to the thickness T (θ, φ) at positions represented by coordinates (R (θ, φ), θ, φ) in the polar coordinate space, a three-dimensional map can be obtained. Is created.
なお、図10(b)に示す三次元マップを二次元の表示画面に投影表示する場合、マップ曲面の凹凸形状と各位置での栄養外胚葉Tの厚さとを識別可能に表示する必要がある。特に投影された二次元図形の外周部以外の曲面の形状については、表示画像からは読み取りにくいものとなる可能性がある。この問題を回避するためには、曲面の形状と各点での厚さとを異なる方法で表現する必要がある。例えば曲面の形状を等高線によって表す一方、各部での厚さを濃淡や色分けにより表すようにすればよい。 When the three-dimensional map shown in FIG. 10B is projected and displayed on the two-dimensional display screen, it is necessary to clearly display the uneven shape of the curved surface of the map and the thickness of the vegetative ectoderm T at each position. .. In particular, the shape of a curved surface other than the outer peripheral portion of the projected two-dimensional figure may be difficult to read from the displayed image. In order to avoid this problem, it is necessary to express the shape of the curved surface and the thickness at each point in different ways. For example, the shape of the curved surface may be represented by contour lines, while the thickness of each portion may be represented by shading or color coding.
図3に戻って、このようにしてマッピングされた厚さ分布から栄養外胚葉Tを構成する細胞の数を計数する方法についての説明を続ける。上記のようにして可視化される栄養外胚葉Tの表面の凹凸は個々の細胞の形状に起因するものである。このことから、例えば厚さが輝度で表現されている場合、マップ上に散在している周囲よりも高輝度の領域は、栄養外胚葉T内で1つ1つの細胞に対応する突起部位に対応しているものと考えられる。したがって、このような周囲より厚い、つまり高輝度の領域を抽出すれば、個々の細胞がどこにあるかを推定することができ、また栄養外胚葉Tを構成する細胞の個数を計数することができる。 Returning to FIG. 3, a method of counting the number of cells constituting the vegetative ectoderm T from the thickness distribution thus mapped will be continued. The surface irregularities of the vegetative ectoderm T visualized as described above are due to the shape of individual cells. From this, for example, when the thickness is expressed by brightness, the region with higher brightness than the surroundings scattered on the map corresponds to the protrusion site corresponding to each cell in the vegetative ectoderm T. It is thought that it is doing. Therefore, by extracting such a region thicker than the surroundings, that is, a high-intensity region, it is possible to estimate where the individual cells are, and it is possible to count the number of cells constituting the vegetative ectoderm T. ..
このことから、栄養外胚葉Tの厚さプロファイルに現れるピークは、栄養外胚葉Tを構成する個々の細胞に対応する突起部位を示すものである可能性が高い。そこで、ステップS118では厚さプロファイルにおける有意なピークを見出すことで、間接的に突起部位を検出する。 From this, it is highly possible that the peak appearing in the thickness profile of the vegetative ectoderm T indicates the protrusion site corresponding to the individual cells constituting the vegetative ectoderm T. Therefore, in step S118, the protrusion portion is indirectly detected by finding a significant peak in the thickness profile.
図11はピーク検出処理の原理を示す図である。また、図12はピーク検出処理を示すフローチャートである。図11(a)に実線で示すように、マップ上のある方向に沿って当該方向の位置と輝度(すなわち厚さ)との関係(厚さプロファイル)をプロットすると、位置ごとに輝度の変動があり、周囲に対して輝度が突出して高いピークが現れる。これらは細胞の位置に対応するピークの候補となるものである。 FIG. 11 is a diagram showing the principle of peak detection processing. Further, FIG. 12 is a flowchart showing the peak detection process. As shown by the solid line in FIG. 11A, when the relationship (thickness profile) between the position in the direction and the brightness (that is, the thickness) is plotted along a certain direction on the map, the fluctuation of the brightness is changed for each position. There is, and a high peak appears with the brightness protruding from the surroundings. These are candidates for peaks that correspond to cell locations.
まず、このように周囲よりも輝度の高い領域を抽出する。具体的には、実線で示される厚さプロファイルに対し最大値フィルタ処理を実行する(ステップS301)。ウィンドウサイズを適宜に設定して最大値フィルタ処理を実行することで、図11(a)に点線で示すように、プロファイルのピーク幅が膨張する。最大値処理によって、ピーク以外の位置では輝度値が上昇するが、ピーク位置では輝度値に変化はない。そこで、このように輝度値の変化のない位置(図に破線で示す)を、ピーク候補として抽出する(ステップS302)。 First, the region having higher brightness than the surroundings is extracted in this way. Specifically, the maximum value filtering process is executed for the thickness profile shown by the solid line (step S301). By appropriately setting the window size and executing the maximum value filtering process, the peak width of the profile is expanded as shown by the dotted line in FIG. 11 (a). Due to the maximum value processing, the luminance value increases at positions other than the peak, but the luminance value does not change at the peak position. Therefore, the position where the luminance value does not change (indicated by the broken line in the figure) is extracted as a peak candidate (step S302).
図11(b)は抽出されたピーク候補を示している。ピークにおける輝度が極端に高い、あるいは極端に低い場合、当該ピークは、画像ノイズや細胞に対応しないピークなど検出対象とは異なるものである可能性がある。そこで、輝度値に対し閾値Lth1、Lth2を設定し、ピーク候補のうち輝度値が上限値を規定する閾値Lth1を超えるもの、および輝度値が下限値を規定する閾値Lth2を下回るものについてはこれを消去する(ステップS303)。図12ではこの処理を「上限・下限処理」と記載している。図11(b)において、黒丸印はこの処理により消去されるピーク候補を示している。また白丸印は消去されずに残るピーク候補を示している。 FIG. 11B shows the extracted peak candidates. If the brightness at the peak is extremely high or extremely low, the peak may be different from the detection target such as image noise or a peak that does not correspond to cells. Therefore, threshold values Lth1 and Lth2 are set for the luminance value, and among the peak candidates, those whose luminance value exceeds the threshold Lth1 which defines the upper limit value and those whose luminance value is lower than the threshold value Lth2 which defines the lower limit value are set. Erase (step S303). In FIG. 12, this process is described as “upper limit / lower limit process”. In FIG. 11B, the black circles indicate the peak candidates eliminated by this process. The white circles indicate the peak candidates that remain without being erased.
栄養外胚葉Tを構成する個々の細胞を特定するという本実施形態の目的においては、閾値Lth1、Lth2については、栄養外胚葉Tを構成する細胞として妥当なサイズの上限値および下限値に対応して設定することができる。これにより、1つの細胞と見なせないような極端に大きな、あるいは小さなピーク候補を除外することができ、細胞数の計数結果に及ぼす誤差を低減させることができる。なお、ここではピーク輝度値に上限値および下限値を設定しているが、いずれか一方であってもよい。また、大きな誤差要因とならないのであれば、上限・下限処理を省いてもよい。 For the purpose of the present embodiment of identifying the individual cells constituting the vegetative ectoderm T, the thresholds Lth1 and Lth2 correspond to the upper limit and the lower limit of the size appropriate for the cells constituting the vegetative ectoderm T. Can be set. As a result, extremely large or small peak candidates that cannot be regarded as one cell can be excluded, and an error in the counting result of the number of cells can be reduced. Although the upper limit value and the lower limit value are set for the peak luminance value here, either one may be used. Further, if it does not cause a large error, the upper limit / lower limit processing may be omitted.
一方、栄養外胚葉Tの面に沿った方向においても妥当な細胞のサイズがある。言い換えれば、ピーク候補が個々の細胞を適切に表すものであるならば、それらのピーク間の距離は所定の範囲内に収まっているはずである。そこで、残るピーク候補のうち互いに隣接するものの間の距離を算出し(ステップS304)、極端に近接したピーク候補がある場合には、それらの一方をノイズとみなして消去する(ステップS305)。より小さなピークを消去するのが現実的である。図11(c)は、隣接ピークとの距離が予め設定された最小距離Dminに満たないピーク候補を消去した結果の例を示している。 On the other hand, there is also a reasonable cell size in the direction along the plane of the vegetative ectoderm T. In other words, if the peak candidates are adequately representative of the individual cells, the distance between those peaks should be within a given range. Therefore, the distance between the remaining peak candidates that are adjacent to each other is calculated (step S304), and if there are peak candidates that are extremely close to each other, one of them is regarded as noise and eliminated (step S305). It is realistic to eliminate smaller peaks. FIG. 11C shows an example of the result of eliminating peak candidates whose distance to the adjacent peak is less than the preset minimum distance Dmin.
このようにして、図11(c)において白丸印で示されるピークが最終的に残る。これらのピーク位置が、個々の細胞に対応する突起部位の位置を表しているものと考えられる。つまり、ここまでの処理により、胞胚腔Bを取り囲む栄養外胚葉Tに存在する突起部位が検出されたことになる。 In this way, the peak indicated by the white circle in FIG. 11 (c) finally remains. It is considered that these peak positions represent the positions of the protrusions corresponding to individual cells. That is, by the treatment up to this point, the protrusion site existing in the vegetative ectoderm T surrounding the blastocoel B has been detected.
なお、ここでは概念を理解しやすくするために一次元の厚さプロファイルを用いて原理説明を行ったが、実際の厚さプロファイルは、二次元マップを用いる事例では二次元、三次元マップを用いる事例では三次元である。このため、二次元マップを用いる事例では、ステップS301における最大値処理は二次元フィルタリングとなる。各方向に一定のウィンドウサイズを適用するため、この場合には円形フィルタが用いられる。また、ピーク間の距離についても、二次元マップ平面上での距離となる。 In addition, although the principle was explained here using a one-dimensional thickness profile to make the concept easier to understand, the actual thickness profile uses two-dimensional and three-dimensional maps in the case of using a two-dimensional map. In the case, it is three-dimensional. Therefore, in the case of using the two-dimensional map, the maximum value processing in step S301 is two-dimensional filtering. A circular filter is used in this case to apply a constant window size in each direction. The distance between peaks is also the distance on the two-dimensional map plane.
二次元マップでは、動径の長さの情報が反映されておらず、また周縁部に近づくほど歪みが大きくなる。このため厳密には、円形のフィルタウィンドウで理想的なフィルタリング処理が実行されるとは言えない。しかしながら、個々の細胞位置に対応するピークを検出するという目的においては、実用的には十分な精度を得ることが可能である。特に、図9に示すように対象物を複数に分割してマッピングする方法では、歪みが大きくなるマップの周縁部を使用しないため、このような要因による誤差を十分に抑えることが可能である。図9(b)に点線で示す範囲については、少なくともフィルタウィンドウのサイズよりも大きくしておくことで、フィルタ処理によって誤差が生じることは避けられる。 The two-dimensional map does not reflect the information on the length of the radius, and the distortion increases as it gets closer to the peripheral edge. Therefore, strictly speaking, it cannot be said that the ideal filtering process is executed in the circular filter window. However, for the purpose of detecting the peak corresponding to each cell position, it is practically possible to obtain sufficient accuracy. In particular, in the method of dividing an object into a plurality of parts and mapping as shown in FIG. 9, since the peripheral portion of the map where the distortion becomes large is not used, it is possible to sufficiently suppress the error due to such a factor. By making the range shown by the dotted line in FIG. 9B at least larger than the size of the filter window, it is possible to avoid an error due to the filtering process.
また、厚さプロファイルが三次元マップで示される場合、フィルタウィンドウは三次元の球形となる。すなわち、最大値フィルタ処理は球形フィルタリングとなる。また、ピーク間の距離も三次元空間内での距離となる。 Also, if the thickness profile is shown in a 3D map, the filter window will be a 3D sphere. That is, the maximum value filtering process is spherical filtering. The distance between peaks is also the distance within the three-dimensional space.
各位置での栄養外胚葉Tの厚さが球面に投影された三次元マップ(図10(a))では、原点Oから注目画素までの動径の長さの情報が処理に反映されない。このことは処理を簡単にする効果を有するが、フィルタ処理における誤差要因ともなり得る。一方、栄養外胚葉Tの表面形状に対応させた曲面へ投影される三次元マップ(図10(b))では、注目画素の位置には原点Oからの距離が反映されているため、当該注目画素を中心とする球形フィルタ処理により、誤差を排除し適切にピーク検出を行うことが可能である。 In the three-dimensional map (FIG. 10A) in which the thickness of the vegetative ectoderm T at each position is projected onto the spherical surface, the information on the length of the radius from the origin O to the pixel of interest is not reflected in the processing. This has the effect of simplifying the processing, but can also be an error factor in the filtering processing. On the other hand, in the three-dimensional map (FIG. 10 (b)) projected onto the curved surface corresponding to the surface shape of the vegetative ectoderm T, the position of the pixel of interest reflects the distance from the origin O, so that attention is paid. By spherical filter processing centered on pixels, it is possible to eliminate errors and appropriately detect peaks.
図13は二次元マップ上で検出されるピーク位置の例を示す図である。図13(a)に点線で示すように栄養外胚葉Tの厚さが周囲に比べて局所的に突出している領域のうち、上記した条件に該当するものが有意なピーク(黒丸印)として検出され、これらのピークは、栄養外胚葉Tを構成する細胞の1つ1つに対応していると考えられる。図13(b)は検出された有意なピークのみを二次元マップにプロットしたものである。このように、個々の細胞に対応する有意なピークが検出されると、それらの個数を計数することで突起部位の数が求められ(ステップS119)、間接的に栄養外胚葉Tを構成する細胞の数を知ることができる。 FIG. 13 is a diagram showing an example of peak positions detected on a two-dimensional map. As shown by the dotted line in FIG. 13 (a), among the regions where the thickness of the vegetative ectoderm T locally protrudes from the surroundings, those corresponding to the above conditions are detected as significant peaks (black circles). These peaks are considered to correspond to each of the cells constituting the vegetative ectoderm T. FIG. 13B is a plot of only the detected significant peaks on a two-dimensional map. In this way, when significant peaks corresponding to individual cells are detected, the number of protrusions is determined by counting the number of them (step S119), and the cells indirectly constituting the vegetative ectoderm T. You can know the number of.
内細胞塊Iが占める領域においては、栄養外胚葉Tを構成する細胞の分布を知ることは困難であるが、他の領域と同程度の密度で細胞が分布していると仮定することで、胚E全体としての細胞の個数を推定することが可能である。すなわち、計数された細胞の個数を内細胞塊Iと接する部分を除く栄養外胚葉Tの表面積で除することにより細胞密度を求め、内細胞塊Iと接する部分を含む栄養外胚葉Tの表面積に細胞密度を乗じることで、栄養外胚葉Tの全体を構成する細胞の総数を見積もることが可能である。 It is difficult to know the distribution of cells constituting the vegetative ectoderm T in the region occupied by the inner cell mass I, but by assuming that the cells are distributed at the same density as other regions, It is possible to estimate the number of cells in the embryo E as a whole. That is, the cell density was obtained by dividing the counted number of cells by the surface area of the vegetative epiderm T excluding the portion in contact with the inner cell mass I, and the surface area of the vegetative ectodermal T including the portion in contact with the inner cell mass I was obtained. By multiplying by the cell density, it is possible to estimate the total number of cells constituting the whole vegetative epiderm T.
図14は三次元マップ上で検出されるピーク位置の例を示す図である。三次元マップにおいても上記と同様に、栄養外胚葉Tの厚さが周囲に比べて局所的に突出している領域のうち、条件に該当するものが細胞に対応する有意なピーク(黒丸印)として検出される。これをマップ曲面の全体において計数することで、栄養外胚葉Tを構成する細胞の数を推定することが可能である。内細胞塊Iが占める領域の取り扱いについても、二次元マップのケースと同様にすることができる。 FIG. 14 is a diagram showing an example of peak positions detected on a three-dimensional map. In the three-dimensional map as well, among the regions where the thickness of the vegetative ectoderm T locally protrudes from the surroundings, those corresponding to the conditions are marked as significant peaks (black circles) corresponding to the cells. Detected. By counting this over the entire map surface, it is possible to estimate the number of cells constituting the vegetative ectoderm T. The area occupied by the inner cell mass I can be handled in the same manner as in the case of the two-dimensional map.
以上のように、内部の空洞を覆う層の細胞の評価に際し、三次元像から求められる厚さプロファイルにおいて周囲より厚い突起部位を検出し、これを個々の細胞に対応するものとみなすことで、細胞の定量的評価を容易にすることが可能である。対象物の外形が概ね球形である場合、画像データを極座標空間で表すことにより、処理を容易にすることができる。 As described above, when evaluating the cells in the layer covering the internal cavity, the protrusions thicker than the surroundings are detected in the thickness profile obtained from the three-dimensional image, and this is regarded as corresponding to each cell. It is possible to facilitate the quantitative evaluation of cells. When the outer shape of the object is substantially spherical, the processing can be facilitated by expressing the image data in the polar coordinate space.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の画像処理装置1は、試料SをOCT撮像および光学顕微鏡撮像する機能、ならびに撮像データから出力画像を作成し出力する機能を有するものである。しかしながら、本発明の画像処理方法は、自身は撮像機能を持たず、撮像機能を有する他の装置での撮像により得られた撮像データを取得したコンピュータ装置によって実行することも可能である。これを可能とするために、図3の各処理ステップのうちステップS101以外をコンピュータ装置に実行させるためのソフトウェアプログラムとして、本発明が実施されてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made other than those described above as long as the present invention is not deviated from the gist thereof. For example, the
このようなプログラムの配布は、例えばインターネット等の電気通信回線を介してダウンロードする形式によって行うことが可能であり、また当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を配布することによっても可能である。また、既存のOCT撮像装置にインターフェースを介してこのプログラムを読み込ませることで、当該装置により本発明を実施することも可能となる。 Such a program can be distributed, for example, by downloading it via a telecommunication line such as the Internet, or by distributing a computer-readable recording medium on which the program is recorded. .. Further, by loading this program into an existing OCT imaging device via an interface, it is possible to carry out the present invention by the device.
また、上記実施形態では三次元画像データを極座標データに変換した上で各種の処理を実行しているが、このような座標変換を行わなくても、上記と同様の突起部位の検出は可能である。例えば厚さ検出にDistance Transform関数を用いる場合、必ずしも胚の中心(重心)を設定する必要はないから、直交座標系で表された栄養外胚葉の三次元画像データから直接厚さを求めることが可能である。そして、図10(b)に示される三次元マップを用いる場合、内側表面または外側表面の位置が特定されている限り、XYZ直交座標空間内でマップ作成が可能である。したがって、これらを組み合わせた処理であれば、極座標系への変換は不要であると言える。 Further, in the above embodiment, various processes are executed after converting the three-dimensional image data into polar coordinate data, but the same protrusion portion as described above can be detected without performing such coordinate conversion. be. For example, when using the Distance Transform function for thickness detection, it is not always necessary to set the center (center of gravity) of the embryo, so it is possible to obtain the thickness directly from the three-dimensional image data of the trophic ectoderm represented by the Cartesian coordinate system. It is possible. Then, when the three-dimensional map shown in FIG. 10B is used, the map can be created in the XYZ Cartesian coordinate space as long as the positions of the inner surface or the outer surface are specified. Therefore, it can be said that conversion to a polar coordinate system is not necessary if the processing is a combination of these.
また例えば、上記実施形態では、胚Eの三次元像から透明帯と栄養外胚葉とを分離した上で、栄養外胚葉における厚さ分布を求めている。しかしながら、例えば透明帯の厚さが一定と見なせるのであれば、透明帯と栄養外胚葉とを分離することなくその厚さ分布を求めても、それに現れる厚さの変化は実質的に栄養外胚葉の厚さを反映したものとなる。 Further, for example, in the above embodiment, the zona pellucida and the vegetative ectoderm are separated from the three-dimensional image of the embryo E, and then the thickness distribution in the vegetative ectoderm is obtained. However, for example, if the thickness of the zona pellucida can be regarded as constant, even if the thickness distribution of the zona pellucida and the vegetative ectoderm is obtained without separating the zona pellucida, the change in thickness that appears in the zona pellucida is substantially the vegetative ectoderm. It reflects the thickness of.
また、上記実施形態は、本発明を胚盤胞期の胚の評価に適用したものである。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されず、内部に空洞を有する各種の細胞塊の観察・評価に適用可能である。例えば腸管上皮細胞のオルガノイドは上記と同様の空洞を内部に有し、その表面は細胞により形成された層に覆われている。このような細胞層の評価にも、本発明を好適に適用することができる。 Further, in the above embodiment, the present invention is applied to the evaluation of embryos in the blastocyst stage. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and it can be applied to the observation and evaluation of various cell masses having an inner cavity. For example, organoids of intestinal epithelial cells have cavities similar to those described above, the surface of which is covered with a layer formed by the cells. The present invention can also be suitably applied to the evaluation of such a cell layer.
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る画像処理方法においては、例えば、細胞塊の内部の一点を原点とする動径に沿った細胞塊の厚さを求めるように構成されてもよい。細胞塊が球体または回転楕円体に近い外形形状を有している場合、このように動径方向に厚さを求めることで処理を容易にすることができる。 As described above, as described by exemplifying a specific embodiment, in the image processing method according to the present invention, for example, the thickness of the cell mass along the moving diameter with one point inside the cell mass as the origin is determined. It may be configured as desired. When the cell mass has an outer shape close to a sphere or a spheroid, processing can be facilitated by obtaining the thickness in the radial direction in this way.
また例えば、三次元画像データから細胞塊の各点の位置を極座標空間内の位置として表した極座標データを作成し、極座標データに基づき細胞塊の厚さ分布を求めるように構成されてもよい。特に、細胞塊の重心を極座標空間の原点とすることが好ましい。このような構成によれば、球体または回転楕円体に近い形状の細胞塊についてのデータ処理を容易にすることができる。 Further, for example, polar coordinate data representing the position of each point of the cell mass as a position in the polar coordinate space may be created from the three-dimensional image data, and the thickness distribution of the cell mass may be obtained based on the polar coordinate data. In particular, it is preferable that the center of gravity of the cell mass is the origin of the polar coordinate space. With such a configuration, it is possible to facilitate data processing for a cell mass having a shape close to a sphere or a spheroid.
この場合において、例えば、極座標空間における動径方向と、当該動径方向において求められた細胞塊の厚さとを関連付けた細胞塊の厚さプロファイルを作成し、これに基づき突起部位を検出するようにしてもよい。このような構成によれば、厚さプロファイルにより示される細胞塊の厚さの変化から、周囲に対し厚さが突出する突起部位を容易に検出することが可能である。 In this case, for example, a cell mass thickness profile in which the radial direction in the polar coordinate space is associated with the cell mass thickness obtained in the radial direction is created, and the protrusion site is detected based on the profile. You may. With such a configuration, it is possible to easily detect a protrusion portion whose thickness protrudes from the surroundings from the change in the thickness of the cell mass indicated by the thickness profile.
具体的には、例えば厚さプロファイルに対し最大値フィルタ処理を実行し、その前後で値に変化のない位置を突起部位の位置とすることができる。突起部位の位置では細胞塊の厚さが周囲より大きいため、最大値フィルタ処理によっても厚さの値が変化しない。一方、周囲により厚い部分がある領域では、その厚さの影響により、最大値フィルタ処理後の値が変化する。このことを利用して、周囲よりも大きな厚さを有する部位を検出することができる。 Specifically, for example, the maximum value filtering process can be executed on the thickness profile, and the position where the value does not change before and after that can be set as the position of the protrusion portion. Since the thickness of the cell mass is larger than the surroundings at the position of the protrusion, the thickness value does not change even by the maximum value filtering. On the other hand, in the region where there is a thicker portion around, the value after the maximum value filtering changes due to the influence of the thickness. By utilizing this, it is possible to detect a portion having a thickness larger than that of the surroundings.
例えば、細胞塊の内側表面または外側表面に対応する位置に、当該位置における細胞塊の厚さに応じた輝度値を有する画素を配した三次元マップにより厚さプロファイルを表すことが可能である。また例えば、極座標空間内で細胞塊を球体近似した近似球の表面の各位置に、当該位置を通る動径方向における細胞塊の厚さに応じた輝度値を有する画素を配する三次元マップにより厚さプロファイルを表すことが可能である。これらの場合、注目画素を中心とする球形領域に対する空間フィルタ処理として最大値フィルタ処理を実行することができる。 For example, it is possible to represent a thickness profile by a three-dimensional map in which pixels having a luminance value corresponding to the thickness of the cell mass at the position corresponding to the inner surface or the outer surface of the cell mass are arranged. Further, for example, by a three-dimensional map in which pixels having a brightness value corresponding to the thickness of the cell mass in the radial direction passing through the position are arranged at each position on the surface of the approximate sphere that approximates the cell mass to a sphere in the polar coordinate space. It is possible to represent a thickness profile. In these cases, the maximum value filter processing can be executed as the spatial filter processing for the spherical region centered on the pixel of interest.
一方、極座標データが表す2つの偏角を座標軸とする座標平面に、当該2つの偏角により極座標空間内で特定される一の動径方向における細胞塊の厚さに応じた輝度値を有する画素を配した二次元マップにより厚さプロファイルを表すことも可能である。この場合、二次元マップ上の注目画素を中心とする円形領域に対する二次元フィルタ処理として最大値フィルタ処理を実行することができる。なお、三次元空間での厚さ分布を二次元マップにより表現する方法としては、例えば擬円筒図法を用いることが可能である。 On the other hand, a pixel having a brightness value corresponding to the thickness of a cell mass in one radial direction specified in the polar coordinate space by the two deviation angles on a coordinate plane whose coordinate axes are two deviation angles represented by polar coordinate data. It is also possible to represent the thickness profile by a two-dimensional map with. In this case, the maximum value filter processing can be executed as the two-dimensional filter processing for the circular region centered on the pixel of interest on the two-dimensional map. As a method of expressing the thickness distribution in a three-dimensional space by a two-dimensional map, for example, a pseudo-cylindrical projection can be used.
また例えば、極座標空間を原点を通る平面で複数に分割し、分割された空間のそれぞれについて個別に二次元マップの作成および前記突起部位の検出を実行してもよい。三次元空間内の物体の形状を二次元マップで表す場合、マップ上の物体に歪みが生じることは避けられない。空間を分割して個別にマップを作成することで、特定の箇所に大きな歪みが生じるのを回避することができ、厚さ分布の検出精度を高めることができる。 Further, for example, the polar coordinate space may be divided into a plurality of parts by a plane passing through the origin, and a two-dimensional map may be individually created and the protrusion portion may be detected for each of the divided spaces. When the shape of an object in a three-dimensional space is represented by a two-dimensional map, it is inevitable that the object on the map will be distorted. By dividing the space and creating the map individually, it is possible to avoid a large distortion at a specific location, and it is possible to improve the detection accuracy of the thickness distribution.
本発明に係る画像処理方法は、検出された突起部位の数を計測する工程をさらに備えていてもよい。このように定量的情報を求めることで、ユーザに対しより有用な情報を提供することが可能となる。例えば対象物の細胞塊が胚盤胞期の胚や腸管上皮細胞オルガノイドである場合、その表面を構成する細胞の計数に、本発明を適用することが可能である。 The image processing method according to the present invention may further include a step of measuring the number of detected protrusions. By requesting quantitative information in this way, it is possible to provide more useful information to the user. For example, when the cell mass of the object is a blastocyst stage embryo or an intestinal epithelial cell organoid, the present invention can be applied to the counting of cells constituting the surface thereof.
この発明は、内部に空洞を有する細胞塊の観察および評価作業を支援するのに好適なものであり、例えば培養された胚(受精卵)の状態を評価する作業を支援して、生殖補助医療における、より妊娠成功率が高い良好な胚を選択する目的に利用することができる。 The present invention is suitable for supporting the observation and evaluation work of a cell mass having an inner cavity, for example, supporting the work of evaluating the state of a cultured embryo (fertilized egg), and assisted reproductive technology. It can be used for the purpose of selecting a good embryo with a higher pregnancy success rate in.
1 画像処理装置
10 保持部
20 撮像部
30 制御ユニット
33 信号処理部
34 撮像制御部
E 胚(細胞塊)
S 試料
Si 内側表面
So 外側表面
1
S Sample Si Inner surface So Outer surface
Claims (14)
前記細胞塊を光干渉断層撮像して、前記細胞塊の三次元像を表す三次元画像データを取得する工程と、
前記三次元画像データに基づき、前記細胞塊のうち外部空間に面する外側表面と前記空洞に面する内側表面との間の前記細胞塊の厚さを位置ごとに表す厚さ分布を取得する工程と、
前記厚さ分布の取得結果に基づき、周囲の領域に比較して厚さが突出した突起部位を検出する工程と
を備える画像処理方法。 It is an image processing method that targets an image of a cell mass having a cavity inside.
A step of acquiring a three-dimensional image data representing a three-dimensional image of the cell mass by imaging a light interference tomography of the cell mass, and a step of acquiring the three-dimensional image data.
Based on the three-dimensional image data, a step of acquiring a thickness distribution representing the thickness of the cell mass for each position between the outer surface of the cell mass facing the outer space and the inner surface facing the cavity. When,
An image processing method comprising a step of detecting a protrusion portion having a thickness protruding from the surrounding region based on the acquisition result of the thickness distribution.
前記極座標データに基づき前記細胞塊の厚さ分布を求める請求項1または2に記載の画像処理方法。 From the three-dimensional image data, polar coordinate data representing the position of each point of the cell mass as a position in the polar coordinate space is created.
The image processing method according to claim 1 or 2, wherein the thickness distribution of the cell mass is obtained based on the polar coordinate data.
前記最大値フィルタ処理を、注目画素を中心とする球形領域に対する空間フィルタ処理として実行する請求項6に記載の画像処理方法。 A three-dimensional map representing the thickness profile is created by arranging pixels having a brightness value corresponding to the thickness of the cell mass at the position corresponding to the inner surface or the outer surface.
The image processing method according to claim 6, wherein the maximum value filter processing is executed as a spatial filter processing for a spherical region centered on a pixel of interest.
前記最大値フィルタ処理を、注目画素を中心とする球形領域に対する空間フィルタ処理として実行する請求項6に記載の画像処理方法。 The thickness is obtained by arranging pixels having a brightness value corresponding to the thickness of the cell mass in the radial direction passing through the position at each position on the surface of the approximate sphere that approximates the cell mass to a sphere in the polar coordinate space. Create a 3D map that represents the profile
The image processing method according to claim 6, wherein the maximum value filter processing is executed as a spatial filter processing for a spherical region centered on a pixel of interest.
前記最大値フィルタ処理を、前記二次元マップ上の注目画素を中心とする円形領域に対する二次元フィルタ処理として実行する請求項6に記載の画像処理方法。 A coordinate plane having two declinations represented by the polar coordinate data as coordinate axes has a brightness value corresponding to the thickness of the cell mass in one radial direction specified in the polar coordinate space by the two declinations. By arranging the pixels, a two-dimensional map representing the thickness profile is created.
The image processing method according to claim 6, wherein the maximum value filter processing is executed as a two-dimensional filter processing for a circular region centered on a pixel of interest on the two-dimensional map.
前記厚さ分布の取得結果に基づき、周囲の領域に比較して厚さが突出した突起部位を検出する工程と
を、コンピュータに実行させるためのプログラム。 Based on the three-dimensional image data representing the three-dimensional image of the cell mass obtained by photo-interference tomography of the cell mass having a cavity inside, the outer surface of the cell mass facing the outer space and the inner surface facing the cavity. And the step of acquiring the thickness distribution representing the thickness of the cell mass for each position between
A program for causing a computer to perform a step of detecting a protrusion portion having a thickness protruding from the surrounding area based on the acquisition result of the thickness distribution.
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