細胞觀察的圖像解析方法、圖像處理程序和圖像處理裝置的制作方法

專利名稱：細胞觀察的圖像解析方法、圖像處理程序和圖像處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據通過在每個規定時間進行細胞觀察所取得的圖像，解析細胞的運 動狀態的細胞觀察的圖像處理技術。
背景技術：
作為細胞運動的基本信息有細胞分裂。一般認為，在細胞分裂與根基的形成之間 存在關聯，相對單一存在的細胞，集群存在的細胞集團更能維持正常的增殖速度。另一方 面，有一種利用細胞分泌PDGF(血小板由來增殖因子)那樣的成長因子，來控制其他集團的 增殖的技術(例如，參照專利文獻1)。這樣地對細胞增殖，利用社會性相互作用進行控制。以往，對于上述那樣的細胞的增殖和抑制等的狀況，是在每個一定時間進行顯微 觀察，拍攝顯微觀察像，通過觀察所拍攝的多個顯微觀察圖像進行判定。例如，在細胞觀察 時，對細胞彼此相互結合的集群化狀況，把其作為基于細胞的運動的從單細胞向集群的變 化，進行二值的觀察。非專利文獻1 :BruCeAlbert、等著，中村桂子監譯、松原謙一監譯，“細胞的分子生 物學(Molecular biology of the 細胞；美國)”、第 2 版、東京 NEWTONPRESS、1003 年 11 月、 P. 748749、ρ· 11881189。如上所述，利用以往的觀察方法所觀察到的細胞的運動只局限在二值的變化，而 目前還沒有對細胞集合成集群化時的時間系列變化、細胞的增殖被抑制而逐漸縮退時的時 間系列變化、以及細胞逐漸分散時的時間系列變化等進行“變化的定量化”的解析方法。另外，在基于每個一定時間的顯微觀察的判定中，需要根據所拍攝的放大顯微觀 察圖像進行判定。因此，在逐步稍微改變多個參數，對每種組合觀察細胞的活動的新藥研究 的技術領域中，存在著對于舉動解析需要大量時間的問題，甚至在確保研究者的健康衛生 方面也被提出了批評。并且，在藥劑的作用中，存在導致特定的細胞的細胞死亡的作用、和 阻止增殖的作用。目前對于阻止細胞增殖的藥劑的評價，一般是使用細胞分裂試劑進行，如 果不是在培養單一品種的環境下，則只能得出包含了其他品種的細胞的分裂的值。但是，實 際上還存在通過與其他品種細胞的社會作用被控制的細胞，在如何對這些細胞進行正確的 評價方面，尚有待于研究。

發明內容
本發明就是鑒于上述問題而提出的，其目的是提供一種能夠定量掌握細胞的運動 狀態的技術。根據本發明的第1實施方式，提供一種細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于，取 得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由攝像裝置在拍攝第1圖 像時的規定時間之前拍攝的觀察區域的第2圖像，從第1圖像中包含的多個細胞中選擇1 個細胞作為目標細胞，把位于目標細胞周圍的細胞作為周邊細胞，根據第1圖像和第2圖像 中的目標細胞和周邊細胞的相對移動量，計算出相對目標細胞的各個周邊細胞的運動統計量(例如，實施方式中的運動量pu、運動量的總和Pi等)，能夠判斷與目標細胞相關的各個 周邊細胞的相互作用的狀態。根據本發明的第2實施方式，提供一種細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，包 括取得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由攝像裝置在拍攝 第1圖像時的規定時間之前拍攝的觀察區域的第2圖像的步驟；從第1圖像中包含的多個 細胞中選擇1個細胞，作為目標細胞，把位于目標細胞周邊的細胞指定為周邊細胞的步驟; 根據第1圖像和第2圖像中的目標細胞和周邊細胞的相對移動量，計算出相對目標細胞的 各個周邊細胞的運動統計量(例如，實施方式中的運動量？。.、運動量的總等)的步驟； 把計算出的各個周邊細胞的運動統計量向外部輸出的步驟，能夠判斷與目標細胞相關的各 個周邊細胞的相互作用的狀態。根據本發明的第3實施方式，提供一種細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于，具 有對細胞進行拍攝的攝像裝置；圖像存儲部，其保存由攝像裝置拍攝的第1圖像、和由攝 像裝置在拍攝第1圖像時的規定時間之前拍攝的第2圖像；圖像解析部，其根據第1圖像和 第2圖像，解析位于觀察區域內的多個細胞之間的相互作用的狀態；輸出部，其輸出基于圖 像解析部的解析數據，在圖像解析部中，對于從在第1圖像的觀察區域中包含的多個細胞 中選擇的1個目標細胞和位于目標細胞周邊的周邊細胞，根據第1圖像和第2圖像中的目 標細胞于周邊細胞的相對移動量，計算出相對目標細胞的各個周邊細胞的運動統計量(例 如，實施方式中的運動量Pu、運動量的總和Pi等)，把在圖像解析部中計算出的運動統計量 從輸出部輸出。 根據本發明的第4實施方式，提供一種細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于，取 得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由上述攝像裝置在拍攝上 述第1圖像時的規定時間之前拍攝的上述觀察區域的第2圖像，從上述第1圖像中包含的 多個細胞中選擇1個細胞作為目標細胞，把位于上述目標細胞周圍的細胞作為周邊細胞， 根據上述第1圖像和上述第2圖像中的上述目標細胞和上述周邊細胞的相對移動量，計算 出相對上述目標細胞的各個上述周邊細胞的速度的統計量，能夠判斷與上述目標細胞相關 的各個上述周邊細胞的相互作用的狀態。根據本發明的第5實施方式，提供一種細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，包 括取得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由上述攝像裝置在 拍攝上述第1圖像時的規定時間之前拍攝的上述觀察區域的第2圖像的步驟；從上述第1 圖像中包含的多個細胞中選擇1個細胞作為目標細胞的步驟；把位于上述目標細胞周邊的 細胞指定為周邊細胞的步驟；根據上述第1圖像和上述第2圖像中的上述目標細胞和上述 周邊細胞的相對移動量，計算出相對上述目標細胞的各個上述周邊細胞的速度的統計量的 步驟；把計算出的各個上述周邊細胞的上述速度統計量向外部輸出的步驟，能夠判斷與上 述目標細胞相關的各個上述周邊細胞的相互作用的狀態。根據本發明的第6實施方式，提供一種細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于，具 有對細胞進行拍攝的攝像裝置；圖像存儲部，其保存由上述攝像裝置拍攝的第1圖像、和 由上述攝像裝置在拍攝上述第1圖像時的規定時間之前拍攝的第2圖像；圖像解析部，其根 據上述第1圖像和上述第2圖像，解析位于觀察區域內的多個上述細胞之間的相互作用的 狀態；和輸出部，其輸出基于上述圖像解析部的解析數據，在上述圖像解析部中，對于從在上述第1圖像的上述觀察區域中包含的多個細胞中選擇的1個目標細胞和位于上述目標細 胞周邊的周邊細胞，根據上述第1圖像和上述第2圖像中的上述目標細胞于上述周邊細胞 的相對移動量，計算出相對上述目標細胞的各個上述周邊細胞的速度的統計量，把在上述 圖像解析部中計算出的上述速度的統計量從上述輸出部輸出。根據上述的細胞觀察的圖像解析方法、圖像處理程序、圖像處理裝置，可提供一種 能夠定量掌握細胞的運動狀態的技術。


圖1是表示本發明的作為實施例的圖像處理程序的流程圖。圖2是把目標細胞和周邊細胞模型化表示的運動解析模型的概念圖。圖3是作為本發明的實施例所表示的培養觀察系統的概要結構圖。圖4是上述培養觀察系統的方框圖。圖5是模式表示在時刻t拍攝的細胞的顯微觀察圖像的模式圖。圖6是把圖5所示的時刻t的顯微觀察圖像分區化的狀態的模式圖。圖7是用于說明在時刻t拍攝的圖像的細胞(實線所示的細胞)與在時刻t-Ι拍 攝的圖像的細胞(虛線所示的細胞)的對應關聯的說明圖。圖8是舉例表示細胞群的時間系列變化狀態的模式圖，是表示(1)最初離散的細 胞如⑵那樣向集群變化的狀態的模式圖。圖9是在細胞群向集群化變化時，把每個規定時間計算出的總運動量的值描繪在 以橫軸為時間軸的線圖上時的引力斥力變化圖。圖10是用于說明成為觀測對象的觀測細胞的指定的模式圖。圖11是顯示相對觀測細胞的周邊細胞的運動量(相對運動量)的畫面的構成例。圖12是顯示了運動量的總和的畫面的構成例。圖13是表示圖像處理裝置的概要結構的方框圖。圖14是在執行圖像解析程序時被顯示在顯示屏上的培養細胞運動解析界面的顯 示圖像的構成例。附圖標記說明BS_培養觀察系統；GP-圖像處理程序而-目標細胞Kj-周邊 細胞；Cs-觀測細胞(目標細胞)；54宏觀觀察系統；54c-攝像裝置；55-顯微觀察系統； 55c-攝像裝置；100-圖像處理裝置；120-圖像解析部；130-輸出部。
具體實施例方式下面，在對本發明的實施方式進行具體說明之前，對構成本實施方式的基本原理 進行說明。本實施方式通過把作為社會相互作用之一的細胞間的引力、斥力定量化，來提示 推定細胞狀態的新的特征量。圖2是把1個細胞(目標細胞)Q、和其周邊的其他細胞(周邊細胞)Cj模型化表 示的運動解析模型的概念圖。通過對細胞的時間系列圖像進行圖像觀測，檢測出某個時刻t 的圖像中的目標細胞Ci和周邊細胞的面積和位置(相對細胞區域的重心和細胞核的位 置)、和此前的時刻t-Ι的圖像中的相同細胞的面積和位置。然后，針對該目標細胞Ci計算 出時刻t-Ι時的周邊細胞Cj的面積Sj、兩細胞之間的距離dj、以連接相互細胞的線段L為基準，從目標細胞側觀察移動方向的角度θ ρ和從時刻t-Ι到時刻t的周邊細胞的移動量 (相對目標細胞Ci的周邊細胞的相對移動量)\。此時，目標細胞Ci持有的向周邊細胞Cj 的引力運動量Pij成為式(1)。Pij = SjVjCOS θ j...⑴其中，在離開距離…的情況下，如果考慮可靠性而進行加權，并把該加權函數設為 W(dp，則考慮了距離的加權函數的引力運動量成為式(2)。pij = ff(dj) SjVjCOS θ j... (2)這里，如果周邊細胞有m個，則運動量的總和用式(3)表示。
MPi = ^w {dJ )SjV J COS0J . · · (3)
/=1根據下式(4)，計算出對該圖像內的全部細胞按照目標細胞中的i = 1.....N的
順次總和的統計量(權利要求書中的總和運動統計量，以下稱為“總運動量”)Pall。Pa^fjPi …(4)
/■=1在考慮了該運動量時，正負符號根據角度θ」而變化，對應引力和斥力，符號相反。 即，在細胞彼此產生大引力的情況下，總運動量Pall被表示為正的大的值，在細胞彼此產生 大斥力的情況下，總運動量Pall被表示為負的大的值。因此，在細胞的觀察過程中，通過解析 時刻t-i和時刻t的圖像，計算出觀察區域內的細胞的總運動量，可定量地掌握細胞的運動 狀態。另外，關于對應距離dj的加權W(Clj),例如，除了進行Ι/dj等的加權以外，還可以進行 2次加權或GAUSIAN等各種加權。希望在觀察了細胞彼此的舉動的基礎上決定這些加權。另外，以上說明了運動量，但如果把其轉換成運動能，則某個細胞的周邊細胞的m 個的運動能的總和成為式(5)，對于圖像內的全部細胞，總能Eall成為式(6)。
M ι.、E1 =Yj-W [(Ij)SXvj COSdJ · · . (5)
7=1 2
NEall = Ei · · · ( 6 )
i=l根據該式(6)，與總運動量同樣，成為把細胞的運動狀態(活性)定量化的值。如 果圖像中的多個細胞的運動是隨機的，則對其取小的值，在細胞彼此產生了引力或斥力的 情況下，被計算出大的值。并且，以上觀察了圖像整體的細胞的引力和斥力，但式(7)和⑶所表示的各個細 胞的平均值、最大值、最小值、以及直方圖等，也是定量表示細胞的運動狀態的簡明易懂的 指標。
因此，通過根據這樣的基本原理解析時間系列圖像，在進行細胞觀察的過程中，可 以觀察細胞彼此相互作用引力或斥力的時間系列變化。在以上說明中，說明了根據細胞的運動量觀察圖2所示的運動解析模型的基本原 理，但也可以取代運動量而考慮細胞的引力斥力速度。下面對其基本原理進行說明。另外， 為了便于說明，把根據運動量觀察的基本原理稱為“運動量原理”，把根據引力斥力速度觀 察的基本原理稱為“引斥力原理”。在此情況下，也參照圖2所示的運動解析模式的概念圖進行說明。通過對細胞的 時間系列圖像進行圖像觀測，檢測出某個時刻t的圖像中的目標細胞Ci和周邊細胞的面 積和位置(相對細胞區域的重心和細胞核的位置)、和此前的時刻t-ι的圖像中的相同細胞 的面積和位置。然后，對該目標細胞Ci計算出時刻t-i時的兩細胞之間的距離dj、以連接相 互細胞的線段L為基準，從目標細胞側觀察移動方向的角度θ ”和從時刻t-ι到時刻t的 周邊細胞的移動量(相對目標細胞Ci的周邊細胞的相對移動量)\。此時，目標細胞Ci持 有的向周邊細胞Cj的引力斥力速度VPij成為式(9)。Vij = VjCOS θ j... (9)其中，在離開距離…的情況下，如果考慮可靠性而進行加權，并把該加權函數設為 W(Clj),則考慮了距離的加權函數的引力斥力速度成為式(10)。Vij = W(dj) VjCOS θ」...(10)這里，如果周邊細胞有M個，則引力斥力速度的總和用式(11)表示。
MVi=^W(Cij)VjCosej · · · (11)
7=1根據下式(12)，計算出對該圖像內的全部細胞按照目標細胞中的i = 1.....N的
順次總和的統計量(權利要求書中的總和速度統計量，以下稱為“總引力斥力量”)Vall。
N…(12) /=1該引力斥力速度，其正負符號根據角度Qj而變化，對應引力和斥力，符號相反。 即，在細胞彼此產生大引力的情況下，總引力斥力量Vall被表示為正的大的值，在細胞彼此 產生大斥力的情況下，總引力斥力量Vall被表示為負的大的值。因此，在細胞的觀察過程中， 通過解析時刻t-i和時刻t的圖像，計算出觀察區域內的細胞的總引力斥力量，可定量地掌 握細胞的運動狀態。另外，關于對應距離…的加權w(dp，例如，除了進行1/…等的加權以 外，還可以進行2次加權或GAUSIAN等各種加權。希望在觀察了細胞彼此的舉動的基礎上 決定這些加權。以上觀察了圖像整體的細胞的引力和斥力，但式(13)所表示的各個細胞的平均 值、最大值、最小值、以及直方圖等，也是定量表示細胞的運動狀態的簡明易懂的指標。
_ 1 Nγ = —Yv . · · (13)
Nti ‘因此，通過根據這樣的基本原理(引斥力原理)解析時間系列圖像，在進行細胞觀 察的過程中，可以觀察細胞彼此相互作用引力或斥力的時間系列變化。
下面，參照附圖，對用于實施本發明的實施方式進行說明。作為應用本發明的細胞 觀察的圖像處理裝置的系統的一例，在圖3和圖4中分別圖示了培養觀察系統的概要結構 圖和方框圖。該培養觀察系統BS大體上由設在箱體1的上部的培養室2、收容保持多個培養容 器10的貨架狀的儲料器3、觀察培養容器10內的試驗料的觀察單元5、把培養容器10在儲 料器3與觀察單元5之間搬運的搬運單元4、控制系統的動作的控制單元6、和具備了圖像 顯示裝置的操作盤7等構成。培養室2是形成并維持根據要培養的細胞的種類和目的等的培養環境的室，為了 防止環境變化和污染，在投入樣品后保持密閉狀態。作為培養室2的附帶設備，設有使培養 室內的溫度升溫、降溫的溫度調整裝置21、調整濕度的加濕器22、供給CO2和N2等氣體的氣 體供給裝置23、用于使培養室2整體的環境均勻的循環風扇24、檢測培養室2的溫度和濕 度的環境傳感器25等。由控制單元6控制各個設備的動作，把基于培養室2的溫度、濕度、 二氧化碳濃度等的規定的培養環境維持在與在操作盤7中設定的培養條件一致的狀態。儲料器3形成為在圖2中的與紙面正交的前后方向和上下方向分別被分隔為多個 的貨架狀。對各個貨架分別設有固有地址，例如在把前后方向設為A C列、把上下方向設 為1 7段的情況下，A列5段的貨架被設定為A-5。培養容器10具有燒瓶、盤、井板等種類，并具有圓形、方形等形態和尺寸，可根據 要培養的細胞的種類和目的，選擇使用適宜的容器。在本實施方式中，舉例說明使用了盤的 結構。把細胞等的試驗料、與添加了酚紅等PH試劑的液體培養基一同注入培養容器10中。 對培養容器10付與代碼編號，與儲料器3的指定編號對應收容。另外，在培養容器10中， 根據容器的種類和形態等形成的搬送用容器托架，在被裝入的狀態下被收容保持在各個貨 架中。搬送單元4由在培養室2內部可上下方向移動設置的，基于Z軸驅動機構升降的 Z臺41、可前后方向移動地安裝在Z臺41上的基于Y軸驅動機構而前后移動的Y臺42、和 可左右方向移動地安裝在Y臺42上的基于X軸驅動機構而向左右移動的X臺43等構成， 在相對Y臺左右移動的X臺43的前端側設有將培養容器10抬起支撐的支撐臂45。搬送單 元4構成為使支撐臂45在儲料器3的全部貨架與觀察單元5的試驗料臺15之間具有可移 動的移動范圍。X軸驅動機構、Y軸驅動機構、Z軸驅動機構例如由滾珠絲杠和帶編碼器的 伺服電機構成，由控制單元6控制其工作。觀察單元50由第1照明部51、第2照明部52、第3照明部53、進行試驗料的宏觀 觀察的宏觀觀察系統54、進行試驗料的微觀觀察的微觀觀察系統55、和圖像處理裝置100 等構成。試驗料臺15由具有透光性的材質構成，并且在顯微觀察系統55的觀察區域設有 透明窗部16。第1照明部51由設在下部框架Ib側的面發光光源構成，從試驗料臺15的下側對 培養容器10整體進行背光照明。第2照明部52具有LED等光源、和由相位環和聚光透鏡 等構成的照明光學系統，并被設置在培養室2內，從試驗料臺15的上方沿著顯微觀察系統 5的光軸，對培養容器中的試驗料進行照明。第3照明部53具有由可分別射出適合進行落 射照明觀察和熒光觀察的波長的光的多個LED和水銀燈等光源、和把從各個光源射出的光 重疊在顯微觀察系統55的光軸上的分光鏡和熒光濾鏡等構成的照明光學系統，其被配置在培養室2下側的下部框架Ib內，從試驗料臺15的下方沿著顯微觀察系統5的光軸，對培 養容器中的試驗料進行照明。宏觀觀察系統54具有觀察光學系統54a、和對由觀察光學系統成像的試驗料的像 進行拍攝的CXD照相機等攝像裝置54c，其位于第1照明部51的上方，并被設在培養室2 內。宏觀觀察系統54拍攝由第1照明部51背光照明的培養容器10的從上方觀察的整體 觀察圖像(宏觀像)。微觀觀察系統55具有由物鏡、中間變倍透鏡、和熒光濾鏡等構成的觀察光學系統 55a、和拍攝由觀察光學系統55a成像的試驗料的像的，冷卻CXD照相機等攝像裝置55c，其 被設置在下部框架Ib的內部。物鏡和中間變倍透鏡被分別設置有多個，并且構成為使用省 略了詳細圖示的轉換器和滑塊等變位機構可設定多個倍率的結構，其根據初始選擇的透鏡 設定，能夠在例如2倍 80倍等的范圍內變倍。顯微觀察系統55拍攝通過顯微鏡觀察了 由第2照明部52照明的，透過了細胞的透過光、或由第3照明部53照明的，從細胞反射的 反射光、或由第3照明部53照明的，從細胞發出的熒光的顯微觀察像(微觀像)。圖像處理裝置100對從宏觀觀察系統的攝像裝置54c和顯微觀察系統的攝像裝置 55c輸入的信號進行A/D轉換，并且實施各種圖像處理，生成整體觀察圖像或顯微觀察圖像 的圖像數據。另外，圖像處理裝置100對這些觀察圖像的圖像數據實施圖像解析，進行隔時 圖像的生成和細胞的移動量計算、細胞的運動狀態的解析等。圖像處理裝置100具體是通 過執行在后述的控制裝置6的ROM中保存的圖像處理程序構筑而成。另外，關于圖像處理 裝置100，將在后面詳細說明。控制單元6具有CPTO1、設定并保存了控制培養觀察系統BS的動作的控制程序、和 用于保存控制各部的數據的R0M62、暫時保存圖像數據等的RAM63等，并且構成為由數據總 線把這些連接的結構。控制單元6的輸入輸出口與培養室2中的溫度調整裝置21、加濕器 22、氣體供給裝置23、循環風扇24、環境傳感器25、搬送裝置4中的X、Y、Z臺43、42、41的 各軸的驅動機構、觀察單元5中的第1、第2、第3照明部51、52、53、宏觀觀察系統54、顯微 觀察系統55、操作盤7中的操作面板71、和顯示屏72等連接。從上述各部向CPU61輸入檢 測信號，由CPU61根據預先設定的控制程序，控制上述各部。在操作盤7上設有設置了鍵盤、片式開關、和對磁記錄介質或光盤等進行信息的 讀出和寫入的讀/寫裝置等輸入輸出裝置的操作面板71、以及顯示各種操作畫面和圖像數 據等的顯示屏72，通過一邊參照顯示屏72，一邊利用操作面板71輸入觀察程序(動作條 件)的設定和條件選擇、和動作指令等，通過CPU61使培養觀察系統BS的各部動作。艮口， CPU61根據來自操作面板71的輸入，進行培養室2的環境調整、培養室2內的培養容器10 的搬送、基于觀察單元5的試驗料的觀察、取得的圖像數據的解析、和在顯示屏72上的顯示 等。在顯示屏72上，除了顯示動作指令和條件選擇的輸入畫面以外，還顯示培養室2的環 境條件的各個數值、被解析的圖像數據、和發生異常時的警告等。另外，CPU61通過根據有 線或無線的通信規格構成的通信部65，能夠在與外部連接的計算機等之間進行數據的發送 接收。RAM63中記錄有在操作面板71上設定的觀察程序的動作條件、例如培養室2的溫 度和濕度等環境條件、每個培養容器10的觀察時間時間表、觀察單元5中的觀察種類、觀察 位置、觀察倍率等觀察條件等。另外，還記錄有被收容在培養室2中的各個培養容器10的代碼編號、收容了各個代碼編號的培養容器10的儲料器3的收納地址等培養容器10的管 理數據、和在圖像解析中使用的各種數據。在RAM63中，設有記錄由觀察單元5拍攝的圖像 數據的圖像數據存儲區域，在各個圖像數據中，與其對應地記錄有包括培養容器10的代碼 編號和攝影時間的索引數據。這樣概要構成的培養觀察系統BS，根據在操作盤7上設定的觀察程序的設定條 件，由CPTOl根據在R0M62中保存的控制程序控制各部的動作，同時自動地進行培養容器10 內的試驗料的攝影。即，當通過對操作面板71的面板操作(或通過通信部65的遠程操作) 開始了觀察程序時，CPU61讀取出在RAM64中保存的環境條件的各個條件值，同時檢測出從 環境傳感器25輸入的培養室2的環境狀態，根據條件值與實測值的差異，使溫度調整裝置 21、加濕器22、氣體供給裝置23、循環風扇24等動作，對培養室2的溫度、濕度、二氧化碳濃 度等培養環境進行反饋控制。另外，CPU61讀取出在RAM63中保存的觀察條件，根據觀察時間時間表，使搬送單 元4的X、Y、Z臺43、42、41的各軸的驅動機構動作，把觀察對象的培養容器10從儲料器3 搬送到觀察單元5的試驗料臺15，開始觀察單元5的觀察。例如，在觀察程序中設定的觀 察是宏觀觀察的情況下，把由搬送單元4從儲料器3搬送來的培養容器10定位在宏觀觀察 系統54的光軸上，并載置在試驗料臺15上，使第1照明部51的光源點燈，從被背光照明的 培養容器10的上方，由攝像裝置54c拍攝整體觀察像。從攝像裝置54c被輸入到控制裝置 6的信號由圖像處理裝置100進行處理，生成整體觀察圖像，其圖像數據與拍攝時間等索引 數據等一同被記錄在RAM63中。另外，在觀察程序中設定的觀察是對培養容器10內的特定位置的試驗料的微觀 觀察的情況下，把由搬送單元4搬送來的培養容器10的特定位置定位在顯微觀察系統55 的光軸上，并把其載置在試驗料臺15上，使第2照明部52或第3照明部53的光源點燈，由 攝像裝置55c拍攝基于透過照明、落射照明、熒光的顯微觀察像。由攝像裝置55c拍攝的， 被輸入到控制裝置6的信號，由圖像處理裝置100進行處理，生成顯微觀察圖像，該圖像數 據與拍攝時間等索引數據等一同被保存在RAM63中。CPU61對被收容在儲料器3中的多個培養容器的試驗料，按照基于觀察程序的30 分鐘 2小時左右的時間間隔的觀察時間時間表，順次進行上述那樣的觀察，并順次進行 整體觀察像和顯微觀察像的攝影。另外，在本實施方式中，攝影的時間間隔可以固定，也可 以不同。攝影的整體觀察像和顯微觀察像的圖像數據，與培養容器10的代碼編號一同被保 存在RAM63的圖像數據存儲區域(圖像存儲部110)中。被記錄在RAM63中的圖像數據，根 據從操作面板71輸入的圖像顯示指令，被從RAM63中讀出，在操作盤7的顯示屏72上顯示 指定時刻的整體觀察圖像和顯微觀察圖像(單體圖像)、或指定時間段的整體觀察像和顯 微觀察像的隔時圖像。而且，在如上述那樣構成的培養觀察系統BS中，圖像處理裝置100不僅具有上述 的隔時圖像的生成等功能，而且還具有解析觀察區域內的細胞的運動狀態的圖像解析功 能。以下，在說明圖像處理裝置100執行的圖像解析的具體內容時，首先說明根據2個時間 系列圖像定量計算出細胞的運動狀態的方法。(前處理)圖5是模式表示在某個時刻拍攝的細胞的顯微觀察圖像的模式圖。首先，對該圖像進行抽出各個細胞的區域的分區。例如可以采用基于輝度值進行二值化、基于分散值的 二值化、和Snakes JPLevel Set等動態輪廓抽出方法等。由此，如圖6所示那樣，采用對被 分區化的細胞區域實施標定，對各個細胞標識測定周邊細胞的標識的方法。然后，如圖7所示，進行在時刻t拍攝的圖像的細胞(實線表示的細胞)和在規定 時間之前拍攝的時刻t-i的圖像中的細胞(虛線表示的細胞)的對應關聯，即細胞的跟蹤。 這里，對時刻t和時刻t-i的細胞區域標識，選擇相互最接近、而且形狀相似的細胞區域。由 此，計算出各個細胞從時刻t-Ι向t的移動矢量。(引力、斥力的計算)根據通過前處理所得到的各個細胞的移動矢量，對目標細胞Ci和周邊細胞Cj計 算出引力或斥力的運動統計量(這是在基于運動量原理的情況，在基于引斥力原理的情況 下，是“速度的統計量”)。對于運動統計量，作為代表例，可列舉出相對目標細胞Ci的周邊 細胞Cj的運動量或運動能(這是在基于運動量原理的情況，在基于引斥力原理的情況下， 是“引力斥力速度或引力斥力量”)。如圖2所示，相對目標細胞Ci,其周邊細胞的1個Cj的 從時刻t-Ι到t的特征是細胞面積 ..周邊細胞&的輪廓內部面積移動量\ ..相對目標細胞Ci的周邊細胞&的相對移動量距離Clj...目標細胞Ci與周邊細胞Cj的距離角度θ”.以連接細胞的線段L為基準，觀察移動方向時的角度。首先，細胞遇到 任意離子物質，如果根據其濃度而產生了引力或斥力作用，則產生與細胞之間的距離…成 反比的能量，在此情況下，加權函數W(Clj)用式(14)表示，如果其與面積相關，則用式(15) 表不。
或者，如果能夠把加權范圍確定為一定的范圍內，則也可以是例如式(16)。另外，
在式(16)中，D表示細胞的相互作用的范圍，其由用戶指定。
(1 6) 并且，如果從概率方面考慮，則作為概率密度函數，也可以考慮例如由式(17)規 定的正態分布(其中，ο是標準偏差)的定義。
Cl 7) 此時，在基于運動量原理的情況下，目標細胞Ci與1個周邊細胞Cj動相關的運動 量Pij成為式(18)。
pij = ff(dj) SjVjCOS θ j... (18)如果把其應用于所有的周邊細胞(Μ個)，則目標細胞Ci所持的引力斥力運動量的 總和Pi成為式(19)。
MPi = Ywi(Ij)SjVj COS θJ ... (19)
7=1關于該運動量的總和Pi,其正負符號根據角度θ J而變化，對應引力和斥力，其符 號相反。因此，可求出對各個目標細胞作用的是引力或斥力，以及力的大小。通過把其對圖 像內的全部細胞，按照目標細胞Ci中的i = 1 N的順次置換目標細胞，則總運動量Pall可 根據式(20)求出。
NP^=YiPi ... (20)
/=1如上述那樣，在細胞彼此產生大的引力的情況下，總運動量Pall被表示為正的大 值，在產生小的斥力的情況下，總運動量被表示為負的小值。因此，通過在細胞的觀察過程 中解析時刻t-Ι和時刻t的2個圖像，計算出觀察區域內的細胞的總運動量，能夠定量掌握 包含是引力還是斥力的區別的細胞的運動狀態。并且，對于產生圖8(1)到(2)那樣的狀態變化的時間系列數據，按照時間系列，排 列顯示每個規定時間計算出的總運動量的值，例如通過如圖9所示那樣在把橫軸作為時間 軸的圖上描繪，可得出將引力的變化狀況可視化的變化曲線。其表示最初離散的細胞相互 靠攏，最終變成集群化的定量性，可定量且容易掌握細胞群的變化狀況。另外，用式(21) (23)表示的各個細胞的平均值、最大值、最小值、以及直方圖等 的統計量的時間系列變化，作為表示細胞的運動狀態的指標，也具有重要意義。另外，也可 以只考慮正的值(引力)或只考慮負值(斥力)，分別觀察引力和斥力。戶=丄愛乃...(21)
N /=IPmax = max P1 ... (22)
ι
ρ =ITiinP . · · (2 3)mui / ‘另外，如果作為運動統計量而使用了運動能，則目標細胞的周邊細胞的m個的運 動能的總和Ei,可用式(24)求出，對于圖像內所有的細胞，總能Eall成為式(25)的值，成為 將細胞的運動狀態(活性)定量化的值。
M 1/、EiAvjCos0J ... (24)
J=I 2
NEm = Yd E1 · · · (2 5)
/=1如果圖像中的多個細胞的運動是隨機的，則對其取接近0的值，但在細胞彼此產 生了引力或斥力的情況下，被計算出大的值。因此，即使在作為運動統計量而使用了運動能 的情況下，細胞的觀察過程中，通過解析時刻t-Ι和時刻t的圖像，計算出觀察區域內的細
15胞的總運動能，可定量掌握細胞的運動狀態(活性狀態)。關于各個細胞的平均值、最大值、 最小值、以及直方圖，也是同樣。另一方面，在基于引斥力原理的情況下，在式(17)的概率密度函數的定義之后， 對于目標細胞Ci涉及1個周邊細胞Cj的引力斥力速度Vij，用式(26)表示。Vij = W(dj) VjCOS θ j... (26)如果把其應用于所有的周邊細胞(Μ個)，則目標細胞Ci所持的引力斥力量Vi用 式(27)表示。
MVi = W {d ^vj COS θ J ... (27)把其對圖像內的所有細胞，以目標細胞Ci中的i = 1 N的順次置換目標細胞， 根據式(28)計算出總和的總引力斥力量。
NVall=YjVi · . · (2 8)
/=1如上述那樣，在細胞彼此產生大的引力的情況下，總引力斥力量Vall被表示為正的 大值，在產生小的斥力的情況下，總引力斥力量Vall被表示為負的小值。因此，通過在細胞 的觀察過程中解析時刻t-Ι和時刻t的2個圖像，計算出觀察區域內的細胞的總引力斥力 量Vall，能夠定量掌握包含是引力還是斥力的區別的細胞的運動狀態。并且，對于產生圖8(1)到(2)那樣的狀態變化的時間系列數據，按照時間系列，排 列顯示每個規定時間計算出的總引力斥力量的值，例如通過如圖9所示那樣在把橫軸作為 時間軸的圖上描繪，可得出將引力的變化狀況可視化的變化曲線。其表示最初離散的細胞 相互靠攏，最終變成集群化的定量性，可定量且容易掌握細胞群的變化狀況。另外，用式(29) (31)表示的各個細胞的平均值、最大值、最小值、以及直方圖等
的統計量的時間系列變化，作為表示細胞的運動狀態的指標，也具有重要意義。另外，也可
以只考慮正的值(引力)或只考慮負值(斥力)，分別觀察引力和斥力。 _ 1 NV = -Yvi · · · (2 9)
NtiFmax = maxVi · · · (3 0)
iFmin =VnmVi · · · (31)
i關于通過圖像解析，求出以上說明的運動統計量(這是在運動量原理的情況，在 引斥力原理的情況下，是“速度的統計量j”)，進行細胞彼此的相互作用的觀察，作為該觀察 的應用程序，可列舉出以下的例。(A:觀測細胞的指定)觀察者指定1個或多個成為觀測對象的細胞，進行關于所指定的觀測細胞的引 力、斥力的運動量/能的總和計算(這是在運動量原理的情況，在引斥力原理的情況下，是“引力、斥力的速度”)。例如，如圖10(1) (2)所示，從圖像中包含的多個細胞中，把特定的細 胞指定為觀測細胞Cs，設定引力、斥力的有效距離(范圍)，進行針對該指定的觀測細胞Cs 的引力、斥力的運動量/能(這是在運動量原理的情況，在引斥力原理的情況下，是“引力、 斥力的速度”)的總和計算。而且，如圖11所示那樣分別顯示向成為該觀測對象的1個細 胞Cs的周邊細胞運動的運動量(這是在運動量原理的情況，在引斥力原理的情況下，是“引 力斥力的速度”)。由此，可觀測出向該觀測對象細胞Cs的各個的運動狀態、和最受引力或 斥力作用的細胞等。(B 引力、斥力運動量或速度的統計量計算、以及時間系列變化)如圖12所示，在把在A中指定的觀測細胞Cs順次置換為其他細胞，求出各個細胞 的運動量(這是在運動量原理的情況，在引斥力原理的情況下，是“引力斥力的速度”)，針 對各個細胞，計算出所求出的運動量(或引力斥力速度)的總和，并對應各個細胞進行顯示 時，可觀測出從該最大值到在視野內最受影響的細胞。另外，通過作為各個細胞的運動量總 和(或速度總和)的統計量而顯示其平均值、最大值、最小值、分散，可掌握整體的狀況。并 且，通過把這些時間系列數據沿著時間軸進行曲線顯示，可容易掌握在時間區域內的變化。 另外，也可以顯示在A中指定觀測細胞Cs本身的速度、大小(面積)、形狀(包含圓形度和 復雜度等)等的時間系列變化量，由此可詳細掌握細胞的運動狀態。下面，對在圖像處理裝置100中執行的圖像解析的具體應用程序，以解析生物細 胞的顯微觀察圖像(相位差圖像)的情況為例進行說明。圖13表示在圖像處理裝置100 中進行細胞的運動狀態的圖像解析的圖像解析部分的概要結構的方框圖。圖像處理裝置100具有圖像存儲部110，其保存由攝像裝置(54c、55c)拍攝的 第1圖像、和在第1圖像的規定時間之前的時刻t-Ι拍攝的第2圖像；圖像解析部120，其 根據第1圖像和第2圖像，解析在位于觀察區域內的多個細胞之間相互作用的相互作用狀 態(引力或斥力的作用狀態)；和輸出部130，其輸出基于圖像解析部120的解析數據，構成 為，在圖像解析部120中，根據第1圖像和第2圖像中的目標細胞和周邊細胞的相對位置和 相對移動量，計算出細胞間的引力或斥力的運動量，并且通過把其總和，而計算出目標細胞 的運動量(或引力斥力量)的總和，并且把通過順次置換目標細胞而求出的運動量(或引 力斥力量)總和，計算出多個細胞全體的總運動量(或總引力斥力量)，從輸出部130輸出， 例如在顯示屏72上進行顯示。另外，圖像處理裝置100構成為，由CPTOl讀取被預先保存在R0M62中的圖像處理 程序，由CPU61執行基于圖像處理程序的處理。本實施方式的圖像解析處理，不僅能夠對已經根據觀察程序在每個規定時間拍攝 的，被保存在圖像存儲部110中的時間系列圖像執行，而且還能夠解析觀察時間點的細胞 的運動狀態，進行實時觀測。因此，在本實施例中，參照圖1所示的圖像處理程序GP的流程 圖、和圖14所示的在顯示屏72中顯示的培養細胞運動解析界面的顯示圖像，對該實時的圖 像解析處理進行說明。在該界面中，在顯示屏72上顯示“盤選擇”框721，并顯示被收納在儲料器3中的 培養容器的代碼編號，在步驟SlO中，進行觀察對象的培養容器10的選擇。在圖14中，表 示利用設在操作面板71上的游標選擇了代碼編號細胞-0002的培養細胞盤(培養容器) 的狀態。
在步驟SlO中，當選擇了觀察對象后，CPU61使搬送單元4的各個軸的驅動機構動 作，把觀察對象的培養容器10從儲料器3搬送到觀察單元5。然后，使攝像裝置(54c、55c) 拍攝基于宏觀觀察系統54的全體觀察圖像或基于顯微觀察系統55的顯微觀察像，并把該 圖像顯示在“觀察位置”框722中。在步驟S20中，進行把哪個區域作為觀察區域的觀察位置設定。在圖14中，表示 觀察者利用設在操作面板71上的鼠標等，指定了中央靠右的網紋區域的狀態。此時，設定 的觀察區域的圖像，在圖像解析部120中被迅速實施分區處理，在“觀察圖像”框723中顯 示在相位差圖像上重疊了細胞輪廓的圖像、或基于細胞輪廓的模式圖(分區圖像)。此時， 在顯示屏72上，顯示出包括“觀測細胞的指定”724a、和“周邊細胞的指定”724b的“運動解 析選項”框724。在步驟S30中，觀察者利用鼠標，在被顯示“觀察圖像”框723中的模式圖上選擇 希望了解運動量(或引力斥力速度)的觀測對象細胞，并通過點擊“觀測細胞的指定”724a 的確定鍵，確定觀測細胞Cs。然后，在步驟S35中，通過設在“周邊細胞的指定”724b中的選 擇鍵，選擇是手動指定周邊細胞C^還是根據與觀測細胞Cs的距離(半徑)指定周邊細胞 C」。在手動選擇的情況下，通過利用鼠標分別選擇周邊細胞 .，并點擊確定鍵，進行確定，在 選擇了半徑指定的情況下，通過數值(單位是像素或μ m等)輸入或利用鼠標，進行該半徑 值的輸入。把其作為初始設定，按照每個在觀察程序中設定的規定時間的觀察時間表，讀取 觀察圖像(步驟S40)，執行觀察圖像的保存(步驟S45)，并進行實時觀察。在步驟S30和 步驟S35中指定的觀察區域內的觀測細胞Cs和周邊細胞Cp每個在觀察時間表中設定的規 定時間，在圖像解析部120中進行細胞圖像的分區和跟蹤，在步驟S50中，計算各個細胞的 運動量(或引力斥力速度)。關于各個細胞的運動量(或引力斥力速度)計算(步驟S50的內容，已經進行了 具體說明，把其簡潔綜合在流程圖中的是圖1中右列的程序(步驟S51 步驟S55)。S卩，圖 像解析部120中的各個細胞的運動量計算(或引力斥力速度計算)是，對時刻t的觀察圖 像(第1圖像)和規定時間之前的時刻t-Ι的觀察圖像(第2圖像)，進行圖6所示的細 胞的最外殼輪廓抽出處理(分區處理步驟S51)、在這2個圖像之間，圖7所示的觀測細胞 Cs和周邊細胞q的對應關聯(步驟S52)、根據該對應關聯求出的向觀測細胞Cs移動的周 邊細胞G的移動矢量的計算(S53)、采用結合圖2的移動模型說明的方法，根據上述移動矢 量求出的向觀測細胞Cs移動的各個周邊細胞Cj的運動量(或引力斥力速度)的計算(步 驟S54)、各個細胞的引力斥力運動量(或引力斥力速度)的計算，即，對M個周邊細胞計算 出與目標細胞Ci相關的運動量的總和PJ或引力斥力量Vi),并且計算出在置換了目標細胞 的情況下的各個細胞的運動量(引力斥力量)的總和，從輸出部130輸出各個細胞的引力 斥力的運動量(引力斥力量)計算結果(步驟S55)。然后，在步驟S60中，如圖11所示，各個周邊細胞Cj的運動量(或引力斥力速度) 和圖12所示那樣的關于各個細胞的運動量的總和(引力斥力量)，在各個觀察中被實時顯 示在“觀察圖像”框723的顯示畫面上，并且計算出的各個細胞的運動量(或引力斥力速度) 的值被儲存在RAM63中。另外，在步驟S70中，把觀測細胞Cs作為目標細胞Ci,以Ci中的i =1 N的順次置換目標細胞，進行在觀察區域中包含的全部細胞的運動量總和(總運動量)Pall(或總引力斥力量Vall)的計算，把該該計算結果儲存在RAM63中，并且還能夠如圖 12所示那樣顯示全部細胞的運動量總和(引力斥力量)。在界面中，可以通過設在“觀察圖 像”框723中的選擇鍵，選擇圖11的周邊細胞的運動量(引力斥力速度)顯示、或圖12的 全部細胞的運動量總和(引力斥力量)的顯示。在隔時觀察的執行中，其以曲線的形式，被實時顯示在“時間系列變化圖”框725 中。該曲線除了如參照圖12在前面說明的那樣，顯示各個細胞的運動量(或引力斥力量) 的最大值、最小值、平均值等在時間軸上的變化以外，還能夠顯示觀測細胞Cs的速度、面 積、形狀變化(圓形度和復雜度等)的經時變化，根據時間系列變化曲線的顯示項目的選 擇，可進行切換顯示。并且，在輸出部130中設有輸出端子，其與通信部65連接，通過通信 部65，能夠把計算結果輸出到外部連接的計算機等。因此，根據這樣的圖像解析技術(圖像解析方法、圖像處理程序、圖像處理裝置)， 在隔時觀察的執行中，能夠以具體的數值和曲線實時顯示觀察對象的細胞的每時每刻的運 動狀態，從而可迅速且定量地掌握細胞的運動狀態。另外，在上述實施例中，舉例說明了在開始進行隔時觀察時，指定觀測細胞Cs和周 邊細胞Cp在隔時觀察的過程中并行執行圖像解析，實時顯示解析結果的結構，但也可以在 一定時間的隔時觀察的執行中，或結束隔時觀察時，對被保存在圖像存儲部110中的時間 系列圖像實施本發明的圖像解析。因此，下面，參照圖14和圖1，對這種情況下的圖像解析 流程進行簡潔說明。首先，在步驟SlO中，從在“盤選擇”框721中顯示的培養容器表中選擇觀察對象的 代碼編號的培養容器(例如上述的代碼編號細胞-0002的培養細胞盤)。這里所選擇的觀 察對象的時間系列圖像已經被保存在圖像存儲部110中(S卩，圖1所示的圖像處理程序中 的步驟S40和步驟S45，在步驟SlO之前被執行)。因此，在步驟SlO中選擇了觀察對象時， 所選擇的培養容器的在時刻t的觀察圖像(整體觀察圖像或顯微觀察像)被從圖像存儲部 110中讀出，并被顯示在“觀察位置”框722中。另外，可以選擇讀出觀察期間的任意時刻的 圖像，例如，可以選擇觀察開始時(第2個數據)、或選擇觀察期間的中間時刻或結束時刻。在步驟S20中，對在“觀察位置”框中顯示的圖像進行觀察哪個區域的觀察區域的 設定。所設定的觀察區域的圖像在圖像解析部120中被立即實施分區處理，在相位差圖像 上重疊了細胞輪廓的圖像或基于細胞輪廓的模式圖被顯示在“觀察圖像”框中。對時刻t和 其規定時間之前的時刻t-Ι的2個圖像進行分區處理，關于模式圖的顯示，可以按照時間系 列只顯示時刻t的圖像，或顯示2個時刻的圖像。然后，在步驟S30中，通過在被顯示在“觀察圖像”框723中的模式圖上選擇觀測對 象的細胞，并點擊“觀測細胞的指定”724a的決定鍵，來確定觀測細胞Cs。另外，在步驟S35 中，對于周邊細胞Cp通過手動或根據與觀測細胞Cs的距離(半徑)進行指定，并點擊確定 鍵，來確定周邊細胞。這些選擇設定與上述同樣。當在步驟S30和步驟S35中確定了觀測細胞Cs和周邊細胞Cj后，圖像解析部120 首先對從圖像存儲部110中讀出的時刻t和時刻t-Ι的圖像進行步驟S50的各個細胞的運 動量以及運動量總和(引力斥力速度和引力斥力量)、步驟S70的全部細胞的總運動量(總 引力斥力量)的計算，并記錄在RAM63中。而且，對于已經按照規定的觀察時間表拍攝的并 被保存在圖像存儲部110中的觀察圖像(步驟S40、步驟S45)，順次移動時刻t進行讀出，從讀出的各個圖像中剪取出在步驟S20中設定的觀察區域的圖像，進行分區和跟蹤，并順 次進行步驟S50和步驟S70的計算，然后記錄在RAM63中。然后，對應對設在“觀察圖像”框723中的選擇鍵的選擇，顯示圖11的周邊細胞的 運動量(引力斥力速度)、或圖12的全部細胞的運動量總和以及總運動量(引力斥力量和 總引力斥力量)。另外，該顯示可以顯示任意選擇的特定時刻的計算結果。另外，在隔時觀 察的進行中的情況下，在“時間系列變化圖”框725中，以曲線形式顯示到當前時間點的運 動量(引力斥力量)(最大值、最小值、平均值等)的變化，在觀察結束后的情況下，顯示從 觀察開始到結束的運動量(引力斥力量)的變化。如以上說明的那樣，根據本發明的圖像處理程序GP、和通過執行該圖像處理程序 而實現的圖像解析方法以及圖像處理裝置100，根據在規定時間拍攝的細胞觀察像計算出 拍攝時的細胞全體的總運動統計量(總引力斥力量)。因此，可提供一種迅速且定量掌握細 胞的運動狀態的技術。如上所述，在細胞的增殖中，社會性相互作用是重要的。在本發明中，通過計算出 引力、斥力，可定量地評價吸引其他細胞而形成根基的過程、向其他種類的細胞的侵襲過 程。即，可以在與其他細胞隔離，抑制正常的增殖的試劑的篩選、和抑制向其他細胞的侵襲 的試劑篩選的中使用。
權利要求
一種細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于，取得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由所述攝像裝置在拍攝所述第1圖像的規定時間之前拍攝的所述觀察區域的第2圖像，從所述第1圖像中包含的多個細胞中選擇1個細胞作為目標細胞，把位于所述目標細胞周圍的細胞作為周邊細胞，根據所述第1圖像和所述第2圖像中的所述目標細胞和所述周邊細胞的相對移動量，計算出各個所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動統計量，能夠判斷與所述目標細胞相關的各個所述周邊細胞的相互作用的狀態。
2.根據權利要求1所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于，對通過把所述選擇的1個目標細胞順次置換為位于所述觀察區域內的其他細胞而求 出的所述運動統計量進行總和計算，計算出所述觀察區域內的細胞全體的總和運動統計 量，根據所述總和運動統計量，能夠判斷所述觀察區域內的細胞之間的相互作用的狀態。
3.根據權利要求1或2所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于， 所述運動統計量是所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動量。
4.根據權利要求1或2所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于， 所述運動統計量是所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動能。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于， 對所述運動統計量進行基于所述目標細胞與所述周邊細胞的距離的加權。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于， 所述相互作用的狀態是引力或斥力的作用狀態。
7.一種細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，包括取得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由所述攝像裝置在 拍攝所述第1圖像的規定時間之前拍攝的所述觀察區域的第2圖像的步驟； 從所述第1圖像中包含的多個細胞中選擇1個細胞作為目標細胞的步驟； 把位于所述目標細胞周邊的細胞指定為周邊細胞的步驟；根據所述第1圖像和所述第2圖像中的所述目標細胞和所述周邊細胞的相對移動量， 計算出各個所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動統計量的步驟；把計算出的各個所述周邊細胞的所述運動統計量向外部輸出的步驟， 能夠判斷與所述目標細胞相關的各個所述周邊細胞的相互作用的狀態。
8.根據權利要求7所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，包括對通過把所述選擇的1個目標細胞順次置換為位于所述觀察區域內的其他細胞而求 出的所述運動統計量進行總和計算，計算出所述觀察區域內的細胞全體的總和運動統計量 的步驟；把計算出的所述總和運動統計量向外部輸出的步驟，根據所述總和運動統計量，能夠判斷所述觀察區域內的細胞之間的相互作用的狀態。
9.根據權利要求7或8所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于， 所述運動統計量是所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動量。
10.根據權利要求7或8所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，所述運動統計量是所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動能。
11.根據權利要求7至10中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于， 對所述運動統計量進行基于所述目標細胞與所述周邊細胞的距離的加權。
12.根據權利要求7至11中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于， 所述相互作用的狀態是引力或斥力的作用狀態。
13.根據權利要求8至12中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，包括對由所述攝像裝置在每個所述規定時間拍攝的3個以上的圖像，把拍攝到的圖像順次 作為所述第1圖像，計算出每個所述規定時間的所述總和運動統計量，在圖像顯示裝置中 按照時間系列排列顯示的步驟，能夠掌握所述總和運動統計量的時間性變化。
14.一種細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于，具有 對細胞進行拍攝的攝像裝置；圖像存儲部，其保存由所述攝像裝置拍攝的第1圖像、和由所述攝像裝置在拍攝所述 第1圖像的規定時間之前拍攝的第2圖像；圖像解析部，其根據所述第1圖像和所述第2圖像，解析位于觀察區域內的多個所述細 胞之間的相互作用的狀態；輸出部，其輸出基于所述圖像解析部的解析數據，在所述圖像解析部中，對于從在所述第1圖像的所述觀察區域中包含的多個細胞中選 擇的1個目標細胞、和位于所述目標細胞周邊的周邊細胞，根據所述第1圖像和所述第2圖 像中的所述目標細胞于所述周邊細胞的相對移動量，計算出各個所述周邊細胞相對所述目 標細胞的運動統計量，把在所述圖像解析部中計算出的所述運動統計量，從所述輸出部輸出。
15.根據權利要求14所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于，對通過把所述選擇的1個目標細胞順次置換為位于所述觀察區域內的其他細胞而求 出的所述運動統計量進行總和計算，計算出所述觀察區域內的細胞全體的總和運動統計 量，把在所述圖像解析部中計算出的所述總和運動統計量，從所述輸出部輸出。
16.根據權利要求14或15所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 所述運動統計量是所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動量。
17.根據權利要求14或15所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 所述運動統計量是所述周邊細胞相對所述目標細胞的運動能。
18.根據權利要求14至17中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 對所述運動統計量進行基于所述目標細胞與所述周邊細胞的距離的加權。
19.根據權利要求14至18中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 所述相互作用的狀態是引力或斥力的作用狀態。
20.根據權利要求15至19中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 具有顯示圖像的圖像顯示裝置，在所述圖像解析部中，對由所述攝像裝置在每個所述規定時間拍攝的3個以上的圖像，把拍攝到的圖像順次作為所述第1圖像，計算出每個所述規定時間的所述總和運動統 計量，把每個所述規定時間的所述總和運動統計量，從所述輸出部輸出到所述圖像顯示裝 置，在圖像顯示裝置中按照時間系列排列顯示，能夠在視覺上掌握總和運動統計量的時間 性變化。
21.一種細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于，取得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由所述攝像裝置在 拍攝所述第1圖像的規定時間之前拍攝的所述觀察區域的第2圖像， 從所述第1圖像中包含的多個細胞中選擇1個細胞作為目標細胞， 把位于所述目標細胞周圍的細胞作為周邊細胞，根據所述第1圖像和所述第2圖像中的所述目標細胞和所述周邊細胞的相對移動量， 計算出各個所述周邊細胞相對所述目標細胞的速度的統計量，能夠判斷與所述目標細胞相關的各個所述周邊細胞的相互作用的狀態。
22.根據權利要求21所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于，對通過把所述選擇的1個目標細胞順次置換為位于所述觀察區域內的其他細胞而求 出的所述速度的統計量進行總和計算，計算出所述觀察區域內的細胞全體的總和速度統計 量，根據所述總和速度統計量，能夠判斷所述觀察區域內的細胞之間的相互作用的狀態。
23.根據權利要求21或22所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于， 對所述速度的統計量進行基于所述目標細胞與所述周邊細胞的距離的加權。
24.根據權利要求21至23中任意一項所述的細胞觀察的圖像解析方法，其特征在于， 所述相互作用的狀態是弓I力或斥力的作用狀態。
25.一種細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，包括取得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由所述攝像裝置在 拍攝所述第1圖像的規定時間之前拍攝的所述觀察區域的第2圖像的步驟； 從所述第1圖像中包含的多個細胞中選擇1個細胞作為目標細胞的步驟； 把位于所述目標細胞周邊的細胞指定為周邊細胞的步驟；根據所述第1圖像和所述第2圖像中的所述目標細胞和所述周邊細胞的相對移動量， 計算出各個所述周邊細胞相對所述目標細胞的速度的統計量的步驟； 把計算出的各個所述周邊細胞的所述速度統計量向外部輸出的步驟， 能夠判斷與所述目標細胞相關的各個所述周邊細胞的相互作用的狀態。
26.根據權利要求25所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于，包括對通過把所述選擇的1個目標細胞順次置換為位于所述觀察區域內的其他細胞而求 出的所述速度的統計量進行總和計算，計算出所述觀察區域內的細胞全體的總和速度統計 量的步驟；把計算出的所述總和速度統計量向外部輸出的步驟，根據所述總和速度統計量，能夠判斷所述觀察區域內的細胞之間的相互作用的狀態。
27.根據權利要求25或26所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于， 對所述速度的統計量進行基于所述目標細胞與所述周邊細胞的距離的加權。
28.根據權利要求25至27中任意一項所述的細胞觀察的圖像解析程序，其特征在于， 所述相互作用的狀態是引力或斥力的作用狀態。
29.根據權利要求26至28中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理程序，其特征在于， 包括對由所述攝像裝置在每個所述規定時間拍攝的3個以上的圖像，把拍攝到的圖像順次 作為所述第1圖像，計算出每個所述規定時間的所述總和速度統計量，在圖像顯示裝置中 按照時間系列排列顯示的步驟，能夠掌握所述總和速度統計量的時間性變化。
30.一種細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于，具有 對細胞進行拍攝的攝像裝置；圖像存儲部，其保存由所述攝像裝置拍攝的第1圖像、和由所述攝像裝置在拍攝所述 第1圖像的規定時間之前拍攝的第2圖像；圖像解析部，其根據所述第1圖像和所述第2圖像，解析位于觀察區域內的多個所述細 胞之間的相互作用的狀態；輸出部，其輸出基于所述圖像解析部的解析數據，在所述圖像解析部中，對于從在所述第1圖像的所述觀察區域中包含的多個細胞中選 擇的1個目標細胞、和位于所述目標細胞周邊的周邊細胞，根據所述第1圖像和所述第2圖 像中的所述目標細胞于所述周邊細胞的相對移動量，計算出各個所述周邊細胞相對所述目 標細胞的速度的統計量，把在所述圖像解析部中計算出的所述速度的統計量，從所述輸出部輸出。
31.根據權利要求30所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于，對通過把所述選擇的1個目標細胞順次置換為位于所述觀察區域內的其他細胞而求 出的所述速度統計量進行總和計算，計算出所述觀察區域內的細胞全體的總和速度統計 量，把在所述圖像解析部中計算出的所述總和速度統計量，從所述輸出部輸出。
32.根據權利要求30或31所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 對所述速度的統計量進行基于所述目標細胞與所述周邊細胞的距離的加權。
33.根據權利要求30至32中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 所述相互作用的狀態是引力或斥力的作用狀態。
34.根據權利要求31至33中任意一項所述的細胞觀察的圖像處理裝置，其特征在于， 具有顯示圖像的圖像顯示裝置，在所述圖像解析部中，對由所述攝像裝置在每個所述規定時間拍攝的3個以上的圖 像，把拍攝到的圖像順次作為所述第1圖像，計算出每個所述規定時間的所述總和速度統 計量，把每個所述規定時間的所述總和速度統計量，從所述輸出部輸出到所述圖像顯示裝 置，在圖像顯示裝置中按照時間系列排列顯示，能夠在視覺上掌握總和速度統計量的時間 性變化。
全文摘要
本發明提供一種細胞觀察的圖像解析方法和圖像處理程序，其目的在于能夠定量觀察細胞的運動狀態。為此，細胞觀察的圖像處理程序具有取得由攝像裝置拍攝且在觀察區域內包含多個細胞的第1圖像、和由攝像裝置在拍攝第1圖像時的規定時間之前拍攝的觀察區域的上述第2圖像的步驟(S40、S45)；從第1圖像中包含的多個細胞中選擇1個細胞作為目標細胞的步驟(S30)；把位于目標細胞周邊的細胞指定為周邊細胞的步驟(S35)；根據第1圖像和第2圖像中的目標細胞和周邊細胞的相對移動量，計算出相對目標細胞的各個周邊細胞的運動統計量的步驟(S50)；把計算出的各個周邊細胞的運動統計量向外部輸出的步驟(S55)。
文檔編號G01B11/00GK101903532SQ200980101418
公開日2010年12月1日 申請日期2009年3月12日 優先權日2008年3月24日
發明者三村正文, 伊藤啟 申請人:株式會社尼康