WO2020054080A1 - Chromosomal abnormality identification device, chromosomal abnormality identification system, measurement device, and analysis device - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a chromosome abnormality judging device, a chromosome abnormality judging system, a measuring device, and an analyzing device.
- a chromosome is a biological material in a cell nucleus that holds genetic information, and there are a total of 46 chromosomes including 44 autosomes and 2 sex chromosomes per human cell nucleus.
- Sex chromosomes are distinguished by X and Y, with females having two Xs and males having one X and Y each.
- FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a chromosome.
- the chromosome is constricted at a portion called centromere 101 and is bisected by centromere 101.
- the bisected short part is called the short arm 102
- the long part is called the long arm 103.
- the chromosome is dyed by the dye, stripes are dyed on the chromosome. This stripe is called a band 104.
- the determination is generally performed as follows.
- the relative length of the chromosome region, the ratio of the length of the short arm and the long arm in the chromosome region, the arrangement of the bands in the chromosome region, i.e., from the image features of the chromosome image such as the band pattern, identification of the type of chromosome Chromosomal abnormalities such as chromosome abnormalities, loss of genetic information, duplication, translocation, etc. are determined.
- Patent Literature 1 proposes a chromosome testing device that images a chromosome to be tested, extracts morphological features from the obtained image, and then tests the chromosome based on the result.
- This chromosome testing device includes a chromosome image database storing chromosome image data, a means for searching the chromosome database for chromosome image data similar to the extracted morphological features, a similar chromosome image data retrieved and a test target. Means for outputting and displaying a captured image of a chromosome.
- the test is performed using only the morphological features obtained from the chromosome image data.
- chromosome bands have shading, and that not only band patterns but also shading information of each band can be used as a criterion for chromosome abnormality determination, and chromosome color information performs chromosome identification and abnormality determination. It can be one of the important judgment factors at the time.
- the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a chromosome abnormality determination device, a chromosome abnormality determination system, and a chromosome abnormality determination system capable of performing a chromosome test using chromosome color information obtained by staining. It is intended to provide an apparatus and an analysis apparatus.
- an abnormality determination process constructed using feature information representing a feature of a chromosome included in spectral cube data acquired from at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome is executed.
- the abnormality determination processing unit inputs the characteristic information included in the spectrum cube data of the determination target chromosome acquired by the data acquisition unit, and executes abnormality determination processing for the determination target chromosome using the characteristic information
- a chromosome abnormality judging device characterized in that:
- a plurality of measurement devices that acquire spectrum cube data of a chromosome to be determined, and an analysis device that performs an abnormality determination of the chromosome to be determined based on the spectrum cube data are connected to a network.
- a chromosome abnormality determination system connected via the, the measurement device, the data to obtain the spectral spectrum at each point on the chromosome of the determination target of the light transmitted or reflected the stained chromosome of the determination target as spectrum cube data
- An acquisition unit and a first communication processing unit that transmits the spectrum cube data acquired by the data acquisition unit to the analysis device via the network and receives an abnormality determination result of the analysis device with respect to the transmitted spectrum cube data via the network
- the analysis device receives the spectrum cube data from the measurement device.
- a chromosome abnormality determination system comprising:
- a measurement device that acquires spectrum cube data of a chromosome to be determined and transmits the spectrum cube data to an analyzer that performs an abnormality determination of a chromosome connected via a network.
- a data acquisition unit that acquires a spectral spectrum at each point on the chromosome to be determined of light transmitted or reflected by the chromosome to be stained to be determined as the spectrum cube data, and spectral cube data acquired by the data acquisition unit.
- a first communication processing unit for transmitting, via the network, an abnormality determination result of the transmitted spectrum cube data to the analysis device via the network.
- an analysis device for performing abnormality determination of a chromosome to be determined based on spectral cube data of a chromosome to be determined, wherein the spectral cube data of the chromosome to be determined is transmitted via a network.
- a second communication processing unit that receives and transmits an abnormality determination result in the analysis device for the received spectrum cube data via a network, and the spectrum cube obtained from at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome
- An abnormality determination processing unit configured to execute abnormality determination processing constructed using characteristic information representing characteristics of chromosomes included in the data using characteristic information included in the spectrum cube data of the chromosome to be determined.
- the chromosome test is performed using the chromosome color information, whereby the accuracy of determining a chromosome abnormality can be improved.
- FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a spectral feature image.
- FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of a relationship among wavelength, transmittance, and similarity.
- FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating an example of a relationship between similarity and transmittance. It is an example of a single wavelength image.
- FIG. 2 is an example of a functional block diagram of a determination processing device according to the first embodiment.
- FIG. 1 It is a flowchart which shows an example of the processing procedure at the time of model learning. It is a flowchart which shows an example of the processing procedure at the time of abnormality determination processing. It is an example of a functional block diagram of a judgment processing device in a second embodiment. It is a flow chart which shows an example of the processing procedure at the time of building a neural network model in a second embodiment. It is a flow chart which shows an example of a processing procedure at the time of abnormal judgment processing in a second embodiment. It is an example of a functional block diagram of a judgment processing device in a third embodiment. It is a schematic diagram which shows an example of a chromosome. FIG.
- FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a modification of the chromosome abnormality determination device. It is a lineblock diagram showing an example of the chromosome abnormality judging system concerning a 4th embodiment. It is a lineblock diagram showing an example of a measuring device.
- FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of an analysis device.
- FIG. 2 is an example of a functional block diagram of a determination processing device according to the first embodiment.
- It is a flowchart which shows an example of the processing procedure at the time of model learning.
- It is a flowchart which shows an example of the processing procedure of the measuring device at the time of abnormality determination processing.
- 9 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the analysis device at the time of abnormality determination processing.
- FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a chromosome abnormality determination device according to the first embodiment of the present invention.
- the chromosome abnormality determination device 1 includes a microscope 2, an electric stage 3 for the microscope 2, an imaging spectroscope 4, an image memory 5, a spectrum analysis device 6, an image analysis device 7, a determination processing device 10, a database, A creator (database creator) 11, a chromosome data storage device 12, and a display device 13 are provided.
- the image memory 5, the spectrum analysis device 6, the image analysis device 7, the determination processing device 10, the database creation device 11, the chromosome data storage device 12, and the display device 13 include, for example, an input device, a display device, and a storage device. It consists of one personal computer.
- the imaging spectroscope 4 receives the reflected light or transmitted light from the chromosome through the microscope 2, condenses the light linearly by a lens and a slit, and obtains position information in one-dimensional direction and spectral information in another one-dimensional direction.
- the light is separated so that the image is captured by a two-dimensional camera.
- This captured image is a set of spectra at each measurement point, and each spectrum shows a waveform including color information at each point of the stained chromosome.
- the waveform containing the color information is the reflectance and transmittance obtained by removing the influence of the variation in the spectral information of the light source and the measurement sensitivity of the camera element from the image signal captured as the reflection intensity or transmission intensity from the chromosome.
- the transmittance spectrum at the measurement point X shows a waveform as shown in FIG.
- the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents transmittance.
- the spectrum cube data captured by the imaging spectroscope 4 is stored in the image memory 5.
- the spectrum analysis device 6 performs spectrum analysis on the spectrum cube data stored in the image memory 5 to extract a spectrum feature image, and outputs image data of the spectrum feature image.
- the image data of the spectral feature image output from the spectrum analyzer 6 is stored in the image memory 5.
- the spectral feature image is, for example, a monochrome image composed of chromosome transmission intensity information at each measurement point at an arbitrary wavelength in spectral cube data represented as shown in FIG. That is, it refers to a single wavelength image.
- a single-wavelength image at an arbitrary wavelength a single-wavelength image may be obtained from an integrated value of transmission intensity at a predetermined range of wavelengths before and after including an arbitrary wavelength, or an integrated value of transmission intensity at all wavelengths. . Further, as shown in FIG.
- each of the measurement points at three wavelengths corresponding to, for example, R (red, G (green), and B (blue)) in the spectral cube data A color image obtained from the transmission intensity information from the chromosome in the above may be extracted.
- color calculation is performed based on transmission intensity information at each measurement point of the spectrum cube data, and color information such as L * , a * , b * , X, Y, Z, etc. is obtained, and FIG. As shown in ()), for example, the values of L * , a * , and b * are obtained for each measurement point.
- a color image is obtained by assigning L * , a * , and b * values to RGB for each measurement point and forming an image, and the obtained color image is used as a spectral feature image.
- a monochrome image may be obtained by forming an image based on any of the color information, and this monochrome image may be used as the spectral feature amount image.
- the color information is not limited to L * , a * , b * , X, Y, Z, etc., and can be converted into a color image or a monochrome image based on the obtained color information.
- the transmission spectrum of the part where the chromosome does not exist is used as the reference spectrum
- the transmission spectrum of the part where the chromosome exists is used as the evaluation spectrum.
- each of the reference spectrum and the evaluation spectrum is considered as a vector, and the similarity between the two is detected.
- This similarity is calculated using, for example, a cosine similarity that evaluates the similarity by the sum of inner products of two vectors. Since the similarity indicates the similarity between the transmission spectrum of the part where the chromosome does not exist and the transmission spectrum of the part where the chromosome exists, when the similarity is large, the part where the chromosome exists becomes relatively lighter in color and the similarity is small Sometimes the chromosome is relatively dark.
- a single-wavelength image obtained as a spectral feature image from spectral cube data has different transmittance depending on the wavelength.
- FIG. 5 shows a change in transmittance of a certain chromosome with respect to a change in wavelength for each similarity.
- the horizontal axis is the wavelength
- the vertical axis is the spectrum of the transmittance
- the change width of the similarity is constant.
- a characteristic L1 corresponds to a reference spectrum
- characteristics L2 to L10 correspond to transmission spectra (evaluation spectra).
- FIG. 5 shows that in the range of wavelengths from about 500 nm to about 700 nm, the characteristic L2 has the largest similarity to the characteristic L1, the similarity decreases in the order of the characteristics L2, L3,..., And the characteristic L10 has the smallest similarity. Is represented.
- FIG. 6 shows changes in transmittance with respect to changes in similarity for three wavelengths based on the characteristics shown in FIG.
- the transmittance decreases as the similarity decreases. Therefore, it can be seen that the lower the similarity, the deeper the chromosomes are displayed in the single-wavelength image obtained from the spectrum cube data.
- FIG. 5 shows that the transmittance becomes the smallest when the wavelength is about 550 nm in any case of the similarity, and the chromosomes are displayed dark in the single-wavelength image.
- the transmittance changes in a relatively low range as shown by the characteristic L11 in FIG.
- the transmittance changes relatively largely, and in a range where the similarity is relatively low, the change in transmittance is small with respect to the change in similarity. Therefore, as shown in FIG. 7A, the chromosome is displayed relatively dark in the single-wavelength image of 550 nm, and the contrast between the chromosome and its surroundings is high, but the band stained on the chromosome is The contrast with the surroundings is low, and it is difficult to identify the band.
- the chromosome is displayed relatively thin in the 805 nm single-wavelength image, the contrast between the chromosome and its surroundings is low, and the contrast between the band and its surroundings is also low. It is difficult to distinguish not only chromosomes but also bands on chromosomes.
- the transmittance changes in a certain range with respect to the change in similarity over the entire similarity range. Therefore, as shown in FIG. 7 (b), the contrast between the chromosome and its surroundings and the contrast between the band and its surroundings are both high in the single wavelength image of 650 nm, and the shapes of the chromosomes and bands are displayed relatively clearly. can do.
- the chromosome density that is, similarity
- a wavelength satisfying such conditions is obtained.
- a single-wavelength image at 650 nm is acquired and used as a spectral feature image.
- the analysis wavelength for obtaining a single-wavelength image is obtained in advance and stored in a predetermined storage area, and when performing spectrum analysis, the stored analysis wavelength is read out and read.
- a wavelength at which a good single-wavelength image can be obtained may be detected before spectral analysis is performed.
- a single-wavelength image at a wavelength of 650 nm is obtained and spectrum analysis is performed based on the image.
- spectrum analysis is performed among the spectral cube data.
- spectral cube data in a wavelength region before and after that including 650 nm is used.
- the spectrum analysis may be performed.
- the image analysis device 7 performs image analysis based on the image data of the spectral feature amount image stored in the image memory 5 and extracted by the spectrum analysis device 6, and extracts a predetermined feature amount.
- the feature quantity extracted by image analysis includes, for example, the relative length of the chromosome region, the ratio of the length of the short arm to the length of the long arm in the chromosome region, the arrangement of the bands in the chromosome region, that is, the band pattern Etc. are applied.
- the determination processing device 10 determines whether the image data of the spectral feature amount image extracted by the spectrum analysis device 6, the feature amount by the image analysis extracted by the image analysis device 7, and the normal or abnormal data stored in the chromosome data storage device 12. By comparing the image data of the spectral feature amount image of the chromosome determined to be a chromosome with the feature amount obtained by image analysis, the abnormality / normality of the chromosome is determined. Further, the determination processing device 10 displays the determination result and the like on the display device 13.
- the determination processing device 10 uses the image data of the spectral characteristic amount image used for the determination and the characteristic amount obtained by the image analysis as the characteristic information, and compares the characteristic information with the normal / abnormal determination result.
- the data is stored in the chromosome data storage device 12 via the database creation device 11 in association with each other.
- the chromosome data storage device 12 stores a database in which image data of spectral characteristic amount images and characteristic information including characteristic amounts obtained by image analysis and normal / abnormal judgment results are associated with each other.
- FIG. 8 is an example of a functional block diagram of the determination processing device 10 in the first embodiment.
- the determination processing device 10 illustrated in FIG. 8 performs chromosome abnormality determination by model learning, and includes an abnormality determination processing unit 21, an abnormality determination parameter determination unit 22, and an abnormality determination result display processing unit 23.
- the abnormality determination parameter determination unit 22 determines an abnormality determination parameter used for model learning in the abnormality determination processing unit 21 and notifies the determined abnormality determination parameter to the abnormality determination processing unit 21.
- the type and number of the feature amounts and the like used as the abnormality determination parameters may be determined manually by the tester, or may be determined automatically based on various information.
- the abnormality determination processing unit 21 performs supervised learning using one or a plurality of methods used in machine learning such as a neural network or a support vector machine based on the abnormality determination parameter determined by the abnormality determination parameter determination unit 22. , Construct a classifier for abnormality determination processing.
- the abnormality determination processing unit 21 inputs the image data of the spectral characteristic amount image obtained from the chromosome to be determined and the characteristic amount by the image analysis, and performs an abnormality determination process constructed on the basis of the abnormality determination parameter. An abnormality is determined using the model. Further, the abnormality determination processing unit 21 uses the image data of the spectral characteristic amount image of the device under test and the characteristic amount obtained by image analysis as characteristic information, associates this characteristic information with the abnormality determination result at this time, and creates a database creation device. 11 and stored in the chromosome data storage device 12. The abnormality determination result display processing unit 23 displays the abnormality determination result in the abnormality determination processing unit 21 on the display device 13.
- FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of model learning in supervised learning in the chromosome abnormality determination device 1.
- the abnormality determination parameter determination unit 22 of the determination processing device 10 reads the database stored in the chromosome data storage device 12 (Step S1) and sets the abnormality determination parameters (Step S2).
- the abnormality determination processing unit 21 builds a model of the abnormality determination process by performing supervised learning of a neural network, a support vector machine, and the like based on the set abnormality determination parameters (step S3. (Corresponding to the determination processing constructing unit), and store it in a predetermined storage area.
- FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of abnormality determination processing in the chromosome abnormality determination device 1.
- the tester prepares a slide glass on which metaphase cells in which chromosomes can be seen are mounted, and places the slide glass on the electric stage 3.
- the chromosome to be determined on the slide on the motorized stage 3 is enlarged by the microscope 2, spectrally separated by the imaging spectroscope 4 and stored as spectral cube data in the image memory 5 (step S11). (Corresponds to the data acquisition unit).
- the spectrum analysis device 6 performs spectrum analysis on the spectrum cube data stored in the image memory 5 to extract a spectrum feature amount image (step S12). Further, the image analysis device 7 performs image analysis on the obtained spectral feature amount image to extract a predetermined feature amount (step S13).
- the wavelength used as a parameter used when extracting the spectral feature image such as the wavelength used when a single-wavelength image is extracted as the spectral feature image
- Various parameters such as a wavelength or a wavelength range used when extracting various characteristic amounts in the analysis are used to perform image extraction using wavelengths set in advance and stored in a predetermined storage area.
- the abnormality determination processing unit 21 performs model learning in advance based on the image data of the spectral feature amount image extracted by the spectrum analysis by the spectrum analysis device 6 and the feature amount by the image analysis by the image analysis device 7.
- the chromosomal abnormality is determined using the abnormality determination model constructed by the above (Step S14).
- the abnormality determination result display processing unit 23 displays the abnormality determination result in the abnormality determination processing unit 21 on the display device 13 (step S15), and further, the database creation device 11 causes the image data of the spectral feature amount image used for the abnormality determination to be displayed.
- the feature amount obtained by the image analysis is associated with the abnormality determination result and stored in the database of the chromosome data storage device 12 (step S16).
- the chromosome abnormality determination processing ends.
- the image of the chromosome obtained from the spectrum cube data differs depending on the wavelength as shown in FIG. 7.
- the wavelength of 550 nm shown in FIG. 7A and the case of the wavelength of 805 nm shown in FIG. Band cannot be identified, but in the case of the wavelength of 650 nm shown in FIG. 7B, the band can be identified.
- the chromosome abnormality judging device 1 forms a single-wavelength image for a preset wavelength at which a good single-wavelength image with high contrast can be obtained. Therefore, the obtained single-wavelength image, that is, the spectral feature image is an image having a relatively high contrast, and chromosomes and bands can be easily identified.
- the obtained chromosome image is not entirely black as shown in FIG.
- the obtained chromosome image is so thin that the chromosome itself cannot be identified, and as a result, the chromosome abnormality may not be automatically determined.
- chromosome abnormality can be automatically determined. That is, the chromosome abnormality can be automatically determined for more chromosomes, so that usability can be further improved.
- the chromosome abnormality determination apparatus 1 performs abnormality determination on a chromosome spectral feature image and a feature obtained by image analysis using a model of an abnormality determination process obtained by supervised learning.
- the chromosome abnormality judgment performed by the visual judgment of the house can be automatically performed, and can be sufficiently applied even when the abnormality judgment is performed on a huge amount of chromosome samples.
- the second embodiment differs from the chromosome abnormality judging device 1 in the first embodiment shown in FIG. 1 in that the image analyzing device 7 is omitted, and the configuration of the judgment processing device 10 is different.
- the image data of the spectrum feature image extracted by the spectrum analyzing device 6 is directly input to the judgment processing device 10.
- the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
- FIG. 11 is a functional block diagram illustrating an example of the determination processing device 10 according to the second embodiment.
- the determination processing device 10 includes an abnormality determination processing unit 21a and an abnormality determination result display processing unit 23.
- the image data of the spectral feature image extracted from the spectrum cube data when the chromosome abnormality is determined is stored as characteristic information in the abnormal sample database 12a.
- the image data of the spectrum feature image extracted from the spectrum cube data when the chromosome is determined to be normal is stored as feature information in the normal sample database 12b.
- the database creation device 11 stores the feature information (that is, the image data of the spectral feature image) in the abnormal sample database 12a or the normal sample database 12b based on the determination result in the abnormality determination processing unit 21a.
- the abnormality determination processing unit 21a performs abnormality determination of a chromosome using a neural network model based on supervised learning. That is, the abnormality determination processing unit 21a performs the neural learning by individually performing machine learning on the abnormal sample database 12a storing the characteristic information at the time of abnormality determination and the normal sample database 12b storing the characteristic information at the time of normal determination. Build a network model. Then, by inputting the image data of the spectral feature amount image of the new chromosome to be determined to the abnormality determination processing unit 21a, the image data of the spectral feature amount image of the chromosome to be determined is stored in the chromosome data storage device 12. An abnormality is determined using a neural network model constructed based on the normal or abnormal characteristic information obtained.
- FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure when constructing a neural network model in the chromosome abnormality determining device 1.
- the abnormality determination processing unit 21a of the determination processing device 10 reads the abnormal sample database 12a and the normal sample database 12b stored in the chromosome data storage device 12 (Step S21), and reads the abnormal sample database 12a and the normal sample.
- Machine learning is individually performed on the abnormal and normal feature information stored in the database 12b to construct a neural network model (step S22). Then, the constructed neural network model is stored in a predetermined storage area.
- FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of abnormality determination processing in the chromosome abnormality determination device 1.
- the tester prepares a slide glass on which metaphase cells in which chromosomes can be seen are mounted, and places the slide glass on the electric stage 3.
- the chromosome to be determined on the slide on the electric stage 3 is enlarged by the microscope 2 and separated by the imaging spectroscope 4 and stored in the image memory 5 as spectrum cube data (step S31).
- the spectrum analyzing device 6 performs a process of extracting a spectral feature image from the spectral cube data stored in the image memory 5 (step S32).
- Various parameters required for extracting the spectral feature image such as an arbitrary wavelength when a single-wavelength image is extracted as a spectral feature image in the spectrum analysis by the spectrum analyzer 6, are set in advance and stored in a predetermined storage area. The spectral feature image is extracted using the stored wavelength.
- the abnormality determination processing unit 21a performs chromosome abnormality determination using a neural network model constructed in advance based on the image data of the spectral feature image extracted by the spectrum analyzer 6 (step S33).
- the abnormality determination result display processing unit 23 displays the abnormality determination result in the abnormality determination processing unit 21a on the display device 13 (step S34), and further, the database creation device 11 uses the image of the spectral feature amount image used for the abnormality determination.
- the data is stored in the database of the chromosome data storage device 12 in association with the result of the abnormality determination (step S35).
- the chromosome abnormality determination processing ends.
- the chromosome abnormality judging device 1 performs an abnormality judgment on a spectral feature amount image acquired from spectrum cube data using a neural network model, and thus cannot be obtained only with a two-dimensional image. An abnormality determination can be performed using the characteristic information. Therefore, the chromosome abnormality judging device 1 according to the second embodiment can also automatically judge a chromosome abnormality for more chromosome images, and can realize the chromosome abnormality judging device 1 with improved usability.
- machine learning is individually performed on characteristic information at the time of abnormality and normal time stored in the abnormal sample database 12a and the normal sample database 12b to construct a neural network model.
- Machine learning is performed on one of the abnormal feature information stored in the abnormal sample database 12a or the normal feature information stored in the normal sample database 12b, and a neural network model based on the abnormal feature information or It is also possible to construct a neural network model based on characteristic information in a normal state, and determine a chromosome abnormality based on this.
- FIG. 14 is a functional block diagram illustrating an example of the determination processing device 10 according to the third embodiment.
- the image data of the spectrum feature image extracted by the spectrum analysis in the spectrum analysis device 6 is directly input to the determination processing device 10 in the third embodiment.
- the determination processing device 10 according to the third embodiment includes an abnormality determination processing unit 21c and an abnormality determination result display processing unit 23.
- the spectral feature image and the determination result of normal or abnormal are stored in the chromosome data storage device 12 via the database creation device 11 in association with each other.
- the abnormality determination processing unit 21c performs chromosome abnormality determination using a neural network model based on unsupervised learning. That is, the abnormality determination processing unit 21c constructs a neural network model by performing machine learning using a database including image data of the spectral feature amount image extracted by the spectrum analysis device 6. Then, the abnormality determination processing unit 21c inputs the image data of the spectral feature amount image extracted by the spectrum analysis to the new chromosome to be determined to the abnormality determination processing unit 21c. An abnormality determination is performed on the image data of the image using the constructed neural network model.
- the processing procedure at the time of model construction is basically the same as the processing procedure at the time of model construction in the second embodiment shown in FIG.
- machine learning is performed using the image data of the spectral feature image at abnormal time and normal time stored in the database of the chromosome data storage device 12, and the neural network Build the model.
- the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing is basically the same as the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing in the second embodiment shown in FIG.
- the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing is basically the same as the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing in the second embodiment shown in FIG.
- the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing is basically the same as the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing in the second embodiment shown in FIG.
- the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing is basically the same as the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing in the second embodiment shown in FIG.
- the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing is basically the same as the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing in the second embodiment shown in FIG.
- the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing is basically the same as the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing in the second embodiment shown in FIG.
- the processing procedure at the time of the abnormality judgment processing is basically the same as the processing procedure
- a predetermined single wavelength, a predetermined two wavelengths, a predetermined three wavelengths, or the like may be used to extract only specific wavelengths to obtain image data.
- Image data may be obtained by extracting only the minimum number of wavelengths necessary for the image processing.
- the light may be separated using an optical system such as a prism, or only a predetermined wavelength may be extracted using a filter.
- only the wavelengths corresponding to R, G, and B may be extracted.
- an image sensor having a filter for extracting only the wavelengths corresponding to R, G, and B only the wavelengths corresponding to RGB may be extracted.
- FIG. 16 shows an example of a schematic configuration of a chromosome abnormality judging device 1a configured to extract only wavelengths necessary for obtaining a spectral feature image using a filter and obtain image data. That is, the chromosome abnormality judging device 1a is different from the chromosome abnormality judging device 1 shown in FIG. 1 in that, instead of the imaging spectroscope 4, a monochrome camera 14 and a filter provided in the monochrome camera 14 and having a characteristic of transmitting only a specific wavelength are provided. 15 is provided.
- a monochrome camera 14 and a filter provided in the monochrome camera 14 and having a characteristic of transmitting only a specific wavelength are provided.
- 15 is provided.
- FIG. 17 is a configuration diagram illustrating an example of a chromosome abnormality determination system according to the fourth embodiment of the present invention.
- the chromosome abnormality determining system 1001 includes a plurality of measurement devices 1002 and an analysis device 1003, and the plurality of measurement devices 1002 and the analysis device 1003 are connected via a communication line 1004 such as a LAN (Local Area Network). .
- a communication line 1004 such as a LAN (Local Area Network).
- the plurality of measurement devices 1002 have the same functional configuration, and as shown in FIG. 18, a microscope 1201, an electric stage 1202 for the microscope 1201, an imaging spectrograph 1203, an image memory 1204, a communication processing device ( (Corresponding to the first communication processing unit) 1205 described in the claims.
- the microscope 1201, the motorized stage 1202, the imaging spectroscope 1203, and the image memory 1204 have the same functional configuration as the microscope 2, the motorized stage 3, the imaging spectroscope 4, and the image memory 5 in the first embodiment, respectively. That is, the imaging spectroscope 1203 enters the reflected light or transmitted light from the chromosome through the microscope 1201, condenses it linearly by a lens and a slit, and performs positional information in one-dimensional direction and spectral information in another one-dimensional direction. The light is separated so that it becomes information, and an image is taken with a two-dimensional camera. This captured image is a set of spectra at each measurement point, and each spectrum shows a waveform including color information at each point of the stained chromosome.
- spectral cube data in which a two-dimensional image of the object to be measured is added with a spectral axis at each measurement point.
- the waveform containing the color information is the reflectance and transmittance obtained by removing the influence of the variation in the spectral information of the light source and the measurement sensitivity of the camera element from the image signal captured as the reflection intensity or transmission intensity from the chromosome.
- the spectral cube data captured by the imaging spectroscope 1203 is stored in the image memory 1204.
- the communication processing device 1205 is configured by, for example, a personal computer, transmits the spectrum cube data stored in the image memory 1204 to the analysis device 1003 via the communication line 1004, and performs an abnormality on the transmitted spectrum cube data in the analysis device 1003.
- the abnormality determination result is stored in the storage device 1205a and displayed on the display device 1205b.
- the analysis device 1003 includes a communication processing device (corresponding to a second communication processing unit described in the claims) 1301, an image memory 1302, a spectrum analysis device 1303, and an image analysis device 1304. , A determination processing device 1305, a database creation device (corresponding to a database creation unit described in the claims) 1306, a chromosome data storage device 1307, a display device 1308, and a determination result storage device 1309.
- the image memory 1302, the spectrum analysis device 1303, the image analysis device 1304, the determination processing device 1305, the database creation device 1306, the chromosome data storage device 1307, the display device 1308, and the determination result storage device 1309 are, for example, an input device, a display device, and a storage device. It is composed of one personal computer equipped with the device.
- the image memory 1302, the spectrum analysis device 1303, the image analysis device 1304, the determination processing device 1305, the database creation device 1306, the chromosome data storage device 1307, and the display device 1308 are respectively the image memory 5, the spectrum analysis device in the first embodiment. 6, has the same functional configuration as the image analysis device 7, the determination processing device 10, the database creation device 11, the chromosome data storage device 12, and the display device 13.
- the communication processing device 1301 exchanges data with each of the measuring devices 1002 via the communication line 1004, and associates the spectrum cube data received from the measuring device 1002 with the identification information for specifying the measuring device 1002 as the transmission source. To be stored.
- the communication processing device 1301 reads out the determination result of the determination processing device 1305 with respect to the spectrum cube data received from each measurement device 1002 from the determination result storage device 1309 and transmits it to the corresponding measurement device 1002.
- the transmission of the determination result by the communication processing device 1301 may be performed each time the determination result is obtained by the determination processing device 1305, or may be performed when the determination result for a series of determinations is obtained. Good. Further, when receiving a transmission request from the measurement device 1002, the communication processing device 1301 may read out the determination result stored in the determination result storage device 1309 and transmit it.
- a spectrum analysis device (corresponding to a feature information extraction unit described in the claims) 1303 performs spectrum analysis on the spectrum cube data stored in the image memory 1302 to extract a spectrum feature amount image, and The image data of the quantity image is output.
- the image data of the spectral feature image output from the spectrum analyzer 1303 is stored in the image memory 1302.
- the image analysis device 1304 performs image analysis based on the image data of the spectral feature amount image stored in the image memory 1302 and extracted by the spectrum analysis device 1303, and extracts a predetermined feature amount.
- the feature quantity extracted by image analysis includes, for example, the relative length of the chromosome region, the ratio of the length of the short arm to the length of the long arm in the chromosome region, the arrangement of the bands in the chromosome region, that is, the band pattern Etc. are applied.
- the determination processing device 1305 includes the image data of the spectral feature amount image extracted by the spectrum analysis device 1303, the feature amount by the image analysis extracted by the image analysis device 1304, and the normal or abnormal data stored in the chromosome data storage device 1307. By comparing the image data of the spectral feature amount image of the chromosome determined to be a chromosome with the feature amount obtained by image analysis, the abnormality / normality of the chromosome is determined. Further, the determination processing device 1305 displays the abnormality determination result and the like on the display device 1308, and stores the determination result in the determination result storage device 1309.
- the determination processing device 1305 uses the image data of the spectral characteristic amount image used for the determination and the characteristic amount obtained by the image analysis as characteristic information, and compares the characteristic information with the determination result of normality or abnormality.
- the data is stored in the chromosome data storage device 1307 via the database creation device 1306 in association with each other.
- the chromosome data storage device 1307 stores a database in which feature information including image data of spectral feature amount images and feature amounts obtained by image analysis and normal / abnormal determination results are associated with a plurality of chromosomes.
- a database is created for each measurement device 1002, and stored in the corresponding database for each measurement device 1002 that has transmitted the spectrum cube data corresponding to the spectral feature image.
- FIG. 20 is an example of a functional block diagram of the determination processing device 1305 according to the fourth embodiment.
- the determination processing device 1305 shown in FIG. 20 performs chromosome abnormality determination by model learning.
- the functional block diagram of the determination processing device 1305 is the same as the functional block diagram of the determination processing device 10 in the first embodiment shown in FIG. It is the same, and includes an abnormality determination processing unit 21, an abnormality determination parameter determination unit 22, and an abnormality determination result display processing unit 23.
- FIG. 21 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of model learning in supervised learning in the analysis device 1003.
- the abnormality determination parameter determination unit 22 reads the database stored in the chromosome data storage device 1307 (step S101).
- the abnormality determination parameter determination unit 22 reads the database corresponding to the measurement device 1002 that is the transmission source of the spectrum cube data to be subjected to the abnormality determination. Then, an abnormality determination parameter is set (step S102).
- the abnormality determination processing unit 21 performs supervised learning of a neural network, a support vector machine, or the like based on the set abnormality determination parameters to construct a model of the abnormality determination process (Step S103. (Corresponding to the determination processing constructing unit), and store it in a predetermined storage area.
- FIG. 22 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of measurement in the measurement apparatus 1002
- FIG. 23 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of abnormality determination in the analysis apparatus 1003.
- the chromosome to be determined on the slide on the motorized stage 1202 is enlarged by the microscope 1201 and separated by the imaging spectroscope 1203 and stored as spectral cube data in the image memory 1204 (step S201). (Corresponds to the data acquisition unit).
- the tester operates the communication processing device 1205 to transmit the spectrum cube data stored in the image memory 1204 to the analysis device 1003 via the communication line 1004.
- the spectrum cube data stored in the image memory 1204 is transmitted to the analysis device 1003 via the communication line 1004 together with the identification information for specifying the measurement device 1002 (Step S202).
- the communication processing device 1205 receives the abnormality determination result from the analysis device 1003 via the communication line 1004 (step S203)
- the received abnormality determination result is displayed on the display device 1205b and stored in the storage device 1205a.
- the tester can recognize the presence or absence of a chromosome abnormality by referring to the abnormality determination result displayed on the display device 1205b.
- the communication processing device 1301 stores the received spectrum cube data in the image memory 1302 (step S301).
- spectrum analysis is performed on the spectrum cube data stored in the image memory 1302 by the spectrum analyzer 1303 to extract a spectrum feature image (step S302).
- the image analysis device 1304 performs image analysis on the obtained spectral feature amount image to extract a predetermined feature amount (step S303).
- the wavelength as a parameter used when extracting the spectral feature image such as the wavelength when extracting a single wavelength image as the spectrum feature image, and the image by the image analysis device 1304.
- Various parameters such as a wavelength or a wavelength range used when extracting various characteristic amounts in the analysis are used to perform image extraction using wavelengths set in advance and stored in a predetermined storage area.
- the abnormality determination processing unit 21 of the determination processing device 1305 determines in advance based on the image data of the spectral feature amount image extracted by the spectrum analysis by the spectrum analysis device 1303 and the feature amount by the image analysis by the image analysis device 1304.
- a chromosome abnormality is determined using the model of the abnormality determination process constructed by performing the model learning (step S304).
- the abnormality determination result display processing unit 23 of the determination processing device 1305 displays the determination result of the abnormality determination processing unit 21 on the display device 1308, and stores it in the determination result storage device 1309 (step S305). Further, the communication processing device 1301 transmits the determination result stored in the determination result storage device 1309 to the measuring device 1002 that is the transmission source of the spectrum cube data from which the spectral feature amount image to be determined is extracted (step S306). Further, the database creation device 1306 stores the image data of the spectral feature amount image used for the abnormality determination and the feature amount obtained by the image analysis in association with the determination result in the database of the chromosome data storage device 1307 (step S307). At this time, the spectrum cube data corresponding to the spectrum feature amount image used for the abnormality determination is stored in the database corresponding to the transmission source measuring device 1002. Thus, the chromosome abnormality determination processing ends.
- the chromosome aberration determination system 1001 includes a process for acquiring spectrum cube data and a process for analyzing spectrum cube data in the chromosome abnormality determination device 1 according to the first embodiment. In a different device. Therefore, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained. Further, as shown in FIG. 17, a measurement device 1002 for acquiring spectrum cube data and an analyzer 1003 for analyzing spectrum cube data are connected by a communication line 1004. Therefore, for example, by installing the measuring device 1002 in a plurality of hospitals and arranging the analyzing device 1003 in a different center or the like from the measuring device 1002, a plurality of hospitals and test institutions can transmit the spectrum cube data up to transmission. Then, the determination result of the chromosome abnormality can be obtained.
- chromosome analysis when performing chromosome analysis, generally, for example, after collecting a sample such as blood, it is necessary to perform pretreatment, such as culturing the sample, fixing, preparing a sample, and staining, Chromosome imaging and analysis will be performed.
- pretreatment such as culturing the sample, fixing, preparing a sample, and staining
- Chromosome imaging and analysis will be performed.
- the measuring device 1002 in an institution that performs pre-processing such as a hospital or an inspection institution, and performing pre-processing and imaging, the institution that performs pre-processing performs an analysis operation.
- the determination result of the chromosome abnormality can be obtained without arranging an operator who performs the chromosome abnormality.
- This fifth embodiment corresponds to the second embodiment, in which the image analyzer 1304 is omitted from the analyzer 1003 of the chromosome abnormality determination system 1001 in the fourth embodiment shown in FIG.
- the configuration of the determination processing device 1305 is different.
- the image data of the spectral feature image extracted by the spectrum analysis device 1303 is directly input to the determination processing device 1305.
- the same parts as those in the second and fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
- FIG. 24 is a functional block diagram illustrating an example of the determination processing device 1305 according to the fifth embodiment.
- the determination processing device 1305 includes an abnormality determination processing unit 21a and an abnormality determination result display processing unit 23.
- the image data of the spectral feature image extracted from the spectrum cube data when the chromosome abnormality is determined is stored as feature information in the abnormal sample database 1307a.
- the image data of the spectral feature image extracted from the spectrum cube data when the chromosome is determined to be normal is stored as feature information in the normal sample database 1307b.
- the database creation device 1306 stores the feature information (that is, the image data of the spectral feature image) in the abnormal sample database 1307a or the normal sample database 1307b based on the determination result in the abnormality determination processing unit 21a.
- the database creation device 1306 creates an abnormal sample database 1307a and a normal sample database 1307b for each measurement device 1002 that is the source of the spectrum cube data from which the spectral feature image has been extracted.
- the abnormality determination processing unit 21a performs abnormality determination of a chromosome using a neural network model based on supervised learning. That is, the abnormality determination processing unit 21a includes an abnormality sample database 1307a in which characteristic information at the time of abnormality determination corresponding to the measuring apparatus 1002 as the transmission source of the spectrum cube data from which the spectral characteristic amount image to be determined is extracted is stored.
- the neural network model is constructed by individually performing machine learning on the normal sample database 1307b in which the characteristic information of is stored.
- the image data of the spectral feature amount image of the new chromosome to be determined is stored in the chromosome data storage device 1307.
- An abnormality is determined using a neural network model constructed based on the normal or abnormal characteristic information obtained.
- FIG. 25 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure when constructing a neural network model in the analysis device 1003.
- the abnormality determination processing unit 21a of the determination processing device 1305 stores the abnormal sample database 1307a and the normal sample stored in the chromosome data storage device 1307 corresponding to the measurement device 1002 of the chromosome to be determined.
- the database 1307b is read out (Step S401), and machine learning is individually performed on the abnormal and normal feature information stored in the abnormal sample database 1307a and the normal sample database 1307b to construct a neural network model (Step S402). ).
- the constructed neural network model is stored in a predetermined storage area.
- FIG. 26 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of abnormality determination in the analysis device 1003.
- the processing procedure at the time of measurement in the measuring apparatus 1002 is the same as the processing procedure at the time of measurement in the fourth embodiment shown in FIG.
- the tester prepares a slide glass on which metaphase cells in which chromosomes can be seen are mounted, and places the slide glass on the motorized stage 1202.
- the chromosome to be determined on the slide on the electric stage 1202 is enlarged by the microscope 1201 and dispersed by the imaging spectroscope 1203 and stored as spectral cube data in the image memory 1204 (step S201 in FIG. 22).
- the tester operates the communication processing device 1205 to transmit the spectrum cube data stored in the image memory 1204 to the analysis device 1003 via the communication line 1004.
- the spectrum cube data stored in the image memory 1204 is transmitted to the analysis device 1003 via the communication line 1004 together with the identification information for specifying the measurement device 1002 (Step S202).
- the communication processing device 1301 stores the received spectrum cube data in the image memory 1302 (step S311).
- the spectrum analyzing device 1303 performs a spectrum feature amount image extraction process (step S312) on the spectrum cube data stored in the image memory 1302.
- Various parameters required for extracting the spectral feature image such as an arbitrary wavelength when a single-wavelength image is extracted as a spectral feature image in the spectrum analysis by the spectrum analyzer 1303, are set in advance and stored in a predetermined storage area.
- the spectral feature image is extracted using the stored wavelength.
- the abnormality determination processing unit 21a of the determination processing device 1305 determines a chromosome abnormality using a neural network model constructed in advance based on the image data of the spectral feature image extracted by the spectrum analysis device 1303 (step S313).
- the abnormality determination result display processing unit 23 of the determination processing device 1305 displays the determination result of the abnormality determination processing unit 21a on the display device 1308. Also, it is stored in the determination result storage device 1309 (step S314). Further, the communication processing device 1301 transmits the determination result stored in the determination result storage device 1309 to the measuring device 1002 that is the transmission source of the spectrum cube data from which the spectral feature image to be determined is extracted (step S315). Further, the database creation device 1306 associates the image data of the spectral feature amount image used for the abnormality determination with the determination result of the abnormality determination, and stores the spectrum cube data in the chromosome data storage device 1307 from which the spectral feature amount image has been extracted.
- the data is stored in the database corresponding to the measuring device 1002 of the transmission source (step S316).
- the chromosome abnormality determination processing ends. Therefore, the chromosome abnormality determination system 1001 according to the fifth embodiment can obtain the same operation and effects as those of the second embodiment.
- FIG. 27 is a functional block diagram illustrating an example of the determination processing device 1305 according to the sixth embodiment.
- the determination processing device 1305 includes an abnormality determination processing unit 21c and an abnormality determination result display processing unit 23.
- the spectrum feature image and the determination result of normal or abnormal are associated with each other, and the spectrum cube data from which the spectral cube data is extracted. Then, it is stored in the chromosome data storage device 1307 via the database creation device 1306.
- the abnormality determination processing unit 21c performs chromosome abnormality determination using a neural network model based on unsupervised learning. That is, the abnormality determination processing unit 21c constructs a neural network model by performing machine learning using a database including image data of the spectrum feature amount image extracted by the spectrum analysis device 1303.
- the abnormality determination processing unit 21c inputs the image data of the spectral feature amount image extracted by the spectrum analysis to the new chromosome to be determined to the abnormality determination processing unit 21c. An abnormality determination is performed on the image data of the image using the constructed neural network model.
- the processing procedure at the time of model construction is basically the same as the processing procedure at the time of model construction in the fifth embodiment shown in FIG. 25, but in the sixth embodiment,
- the chromosome data storage device 1307 stores the spectral feature amount image to be determined in the database corresponding to the measuring device 1002 from which the spectral cube data is extracted.
- Machine learning is performed using the image data of the spectral feature image at the time of abnormality and at the time of normal, and a neural network model is constructed.
- the processing procedure of the measurement device 1002 and the analysis device 1003 when performing the chromosome abnormality determination is basically the same as that of the fifth embodiment shown in FIGS.
- the analysis apparatus 1003 extracts a predetermined spectral feature amount image when performing spectrum analysis (step S312), and constructs a neural network constructed for each extracted spectral feature amount image.
- An abnormality is determined using the model.
- the chromosome abnormality can be automatically determined for more chromosome images, and the usability of the chromosome abnormality determination system 1001 can be improved.
- image data is obtained by extracting only specific wavelengths such as a predetermined single wavelength, a predetermined two wavelengths, a predetermined three wavelengths, etc. from the reflected light or transmitted light of the chromosome.
- specific wavelengths such as a predetermined single wavelength, a predetermined two wavelengths, a predetermined three wavelengths, etc.
- only the minimum number of wavelengths necessary for acquiring the spectral feature image may be extracted to acquire the image data.
- FIG. 28 shows an example of a schematic configuration of a chromosome abnormality determination system 1001a that extracts only wavelengths necessary for obtaining a spectral feature image using a filter and obtains image data.
- the chromosome abnormality determination system 1001a is obtained by changing the measurement device 1002 to a measurement device 1002a in the chromosome abnormality determination system 1001 shown in FIG.
- the measuring apparatus 1002a in the measuring apparatus 1002 shown in FIG. 18 includes, instead of the imaging spectroscope 1203, a monochrome camera 1211 and a filter 1212 provided in the monochrome camera 1211 and having a characteristic of transmitting only a specific wavelength. With such a configuration, it is possible to acquire image data in which only a specific wavelength is extracted from the reflected light or transmitted light of the chromosome.
- the characteristics of the obtained spectral cube data may vary depending on the type of staining solution, staining method, and the like. Therefore, when extracting a single-wavelength image of an arbitrary wavelength as a spectral feature image, for example, for each type of staining solution or staining method, the optimal wavelength as a single-wavelength image, the type of staining solution, staining method, etc. And stored as wavelength information in association with the wavelength information. Then, the tester inputs and sets the type and staining method of the staining solution when the new chromosome to be determined is stained, so that the staining solution input and set from the wavelength information stored in advance is set.
- a wavelength corresponding to a type, a staining method, or the like may be searched, and a single wavelength image or the like may be created using the wavelength.
- the image analysis by the image analysis device 7 or 1304 that performs processing based on the spectral feature amount image can be performed. It is possible to obtain a single-wavelength image suitable for abnormality determination in the determination processing device 10 or 1305, and to perform image analysis and abnormality determination based on the single-wavelength image, thereby improving analysis accuracy and determination accuracy. .
- the chromosome data storage device 12 or 1307 is provided, and the content of the determination processing in the determination processing device 10 or 1305 is learned using the database stored in the chromosome data storage device 12 or 1307. But it is not limited to this.
- a neural network model is constructed, and the constructed neural network model is mounted on the chromosome abnormality determination device 1 or the analysis device 1003, and is mounted.
- the abnormality determination may be performed using a neural network model.
- an abnormality determination process is performed by constructing a model of an abnormality determination process by model learning or by constructing a neural network model. For example, by directly comparing the characteristic information at the time of normal or abnormal included in the database stored in the chromosome data storage device 12 or 1307 with the characteristic information extracted from the chromosome to be determined. Alternatively, an abnormality determination may be performed.
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Abstract
Description
本発明は、染色体異常判定装置、染色体異常判定システム、測定装置及び解析装置に関する。 << The present invention relates to a chromosome abnormality judging device, a chromosome abnormality judging system, a measuring device, and an analyzing device.
光学顕微鏡を用い、染色体の画像を得て、染色体の数々の異常を画像情報から判断する作業は、染色体異常に起因する疾病の予防や治療、染色体異常を誘発する物質の判定試験等において、重要な役割を果たしている。
染色体は、遺伝情報を保有する細胞核内の生体物質であり、ヒトの細胞核1個に対して常染色体44本と性染色体2本を合わせた計46本が存在する。常染色体は22種類、それぞれ各2本の染色体で構成され、常染色体は1番から22番の番号で区別される。性染色体は、X、Yで区別され、女性はXを2本有し、男性はX、Yを1本ずつ持つ。
The work of obtaining images of chromosomes using an optical microscope and judging a number of chromosomal abnormalities from image information is important in the prevention and treatment of diseases caused by chromosomal abnormalities and in tests for determining substances that induce chromosomal abnormalities. Plays a role.
A chromosome is a biological material in a cell nucleus that holds genetic information, and there are a total of 46 chromosomes including 44 autosomes and 2 sex chromosomes per human cell nucleus. There are 22 types of autosomes, each of which is composed of two chromosomes, and the autosomes are distinguished by
図15は、染色体の一例を示す模式図である。図15に示すように、染色体は、動原体101と呼ばれる部分でくびれており、動原体101によって二分される。二分された短い部分は短腕102と称され、長い部分は長腕103と称される。また、染料により染色体が染められた際に、染色体上に縞が染め出される。この縞をバンド104と称する。
光学顕微鏡画像により染色体の異常を視覚的に診断する際には、一般的には次のように判定を行っている。すなわち、染色体の領域の相対的長さ、染色体領域における短腕と長腕との長さの比、染色体領域におけるバンドの並び方すなわちバンドパターンといった染色体画像の画像特徴量から、染色体の種類の同定及び染色体の数的異常、遺伝情報の欠損、重複、転座等の染色体の異常を判定している。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a chromosome. As shown in FIG. 15, the chromosome is constricted at a portion called
When a chromosome abnormality is visually diagnosed by an optical microscope image, the determination is generally performed as follows. That is, the relative length of the chromosome region, the ratio of the length of the short arm and the long arm in the chromosome region, the arrangement of the bands in the chromosome region, i.e., from the image features of the chromosome image such as the band pattern, identification of the type of chromosome Chromosomal abnormalities such as chromosome abnormalities, loss of genetic information, duplication, translocation, etc. are determined.
例えば、特許文献1には、被検査染色体を撮像し、得られた画像により形態的特徴を抽出した後、その結果に基づいて染色体を検査する染色体検査装置が提案されている。この染色体検査装置は、染色体画像データを記憶する染色体画像データベースと、抽出した形態的特徴に類似する染色体の画像データを染色体データベースから検索する手段と、検索された類似する染色体の画像データ及び被検査染色体の撮像画像を出力表示する手段とを備えている。
For example,
ところで、前述の染色体の検査を自動的に行う装置においては、染色体の画像データから得られる形態的特徴のみを用いて検査を行っている。また、染色体のバンドには濃淡があり、バンドパターンだけでなく各バンドの濃淡情報も染色体異常判定の基準となることが一般に知られており、染色体の色彩情報は染色体の同定や異常判定を行う際の重要な判定ファクターの一つになり得る可能性がある。
また、染色体の検査を自動的に行う装置等においては、判定精度が高ければ高いほど好ましく、判定精度の向上により、染色体の検査装置の使い勝手の向上や汎用性の拡大にもつながる。
By the way, in the above-described apparatus for automatically performing the chromosome test, the test is performed using only the morphological features obtained from the chromosome image data. In addition, it is generally known that chromosome bands have shading, and that not only band patterns but also shading information of each band can be used as a criterion for chromosome abnormality determination, and chromosome color information performs chromosome identification and abnormality determination. It can be one of the important judgment factors at the time.
In an apparatus or the like that automatically performs a chromosome test, the higher the determination accuracy is, the more preferable it is. The improvement in the determination accuracy leads to improvement in usability and versatility of the chromosome test apparatus.
そこで、この発明は、上記従来の課題に着目してなされたものであり、染色による染色体の色彩情報を利用して染色体の検査を行うことの可能な染色体異常判定装置、染色体異常判定システム、測定装置及び解析装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a chromosome abnormality determination device, a chromosome abnormality determination system, and a chromosome abnormality determination system capable of performing a chromosome test using chromosome color information obtained by staining. It is intended to provide an apparatus and an analysis apparatus.
本発明の一態様によれば、異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方から取得されたスペクトルキューブデータに含まれる染色体の特徴を表す特徴情報を用いて構築された異常判定処理を実行する異常判定処理部と、判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータを取得するデータ取得部と、を有し、スペクトルキューブデータは染色された染色体を透過又は反射した光の前記染色体上の各点における分光スペクトルであって、異常判定処理部は、データ取得部により取得された判定対象の染色体のスペクトルキューブデータに含まれる特徴情報を入力し、特徴情報を用いて判定対象の染色体に対する異常判定処理を実行することを特徴とする染色体異常判定装置、が提供される。 According to one aspect of the present invention, an abnormality determination process constructed using feature information representing a feature of a chromosome included in spectral cube data acquired from at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome is executed. Abnormality determination processing unit, and a data acquisition unit that acquires the spectral cube data of the chromosome to be determined, the spectral cube data is a spectrum at each point on the chromosome of light transmitted or reflected through a stained chromosome. A spectrum, the abnormality determination processing unit inputs the characteristic information included in the spectrum cube data of the determination target chromosome acquired by the data acquisition unit, and executes abnormality determination processing for the determination target chromosome using the characteristic information And a chromosome abnormality judging device characterized in that:
また、本発明の他の態様によれば、判定対象の染色体のスペクトルキューブデータを取得する複数の測定装置と、スペクトルキューブデータに基づき、判定対象の染色体の異常判定を行う解析装置とがネットワークを介して接続された染色体異常判定システムであって、測定装置は、染色された判定対象の染色体を透過又は反射した光の判定対象の染色体上の各点における分光スペクトルをスペクトルキューブデータとして取得するデータ取得部と、データ取得部で取得したスペクトルキューブデータをネットワークを介して解析装置に送信し、送信したスペクトルキューブデータに対する解析装置での異常判定結果をネットワークを介して受信する第一の通信処理部と、を備え、解析装置は、測定装置からスペクトルキューブデータをネットワークを介して受信し、受信したスペクトルキューブデータに対する解析装置での異常判定結果をネットワークを介して測定装置に送信する第二の通信処理部と、異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方から取得されたスペクトルキューブデータに含まれる染色体の特徴を表す特徴情報を用いて構築された異常判定処理を、判定対象の染色体のスペクトルキューブデータに含まれる特徴情報を用いて実行する異常判定処理部と、を備える染色体異常判定システムが提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, a plurality of measurement devices that acquire spectrum cube data of a chromosome to be determined, and an analysis device that performs an abnormality determination of the chromosome to be determined based on the spectrum cube data are connected to a network. A chromosome abnormality determination system connected via the, the measurement device, the data to obtain the spectral spectrum at each point on the chromosome of the determination target of the light transmitted or reflected the stained chromosome of the determination target as spectrum cube data An acquisition unit and a first communication processing unit that transmits the spectrum cube data acquired by the data acquisition unit to the analysis device via the network and receives an abnormality determination result of the analysis device with respect to the transmitted spectrum cube data via the network The analysis device receives the spectrum cube data from the measurement device. Network, and a second communication processing unit that transmits an abnormality determination result in the analysis device for the received spectrum cube data to the measurement device via the network, and at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome An abnormality determination processing unit that executes abnormality determination processing constructed using characteristic information representing chromosome characteristics included in spectrum cube data obtained from the characteristic cube included in spectral cube data of a chromosome to be determined And a chromosome abnormality determination system comprising:
また、本発明の他の態様によれば、判定対象の染色体のスペクトルキューブデータを取得し、スペクトルキューブデータを、ネットワークを介して接続された染色体の異常判定を行う解析装置に送信する測定装置であって、染色された判定対象の染色体を透過又は反射した光の判定対象の染色体上の各点における分光スペクトルを前記スペクトルキューブデータとして取得するデータ取得部と、データ取得部で取得したスペクトルキューブデータをネットワークを介して解析装置に送信し、送信したスペクトルキューブデータに対する解析装置での異常判定結果をネットワークを介して受信する第一の通信処理部と、を備える測定装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a measurement device that acquires spectrum cube data of a chromosome to be determined and transmits the spectrum cube data to an analyzer that performs an abnormality determination of a chromosome connected via a network. There, a data acquisition unit that acquires a spectral spectrum at each point on the chromosome to be determined of light transmitted or reflected by the chromosome to be stained to be determined as the spectrum cube data, and spectral cube data acquired by the data acquisition unit. And a first communication processing unit for transmitting, via the network, an abnormality determination result of the transmitted spectrum cube data to the analysis device via the network.
さらに、本発明の他の態様によれば、判定対象の染色体のスペクトルキューブデータに基づき判定対象の染色体の異常判定を行う解析装置であって、判定対象の染色体のスペクトルキューブデータをネットワークを介して受信し、受信したスペクトルキューブデータに対する解析装置での異常判定結果をネットワークを介して送信する第二の通信処理部と、異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方から取得された前記スペクトルキューブデータに含まれる染色体の特徴を表す特徴情報を用いて構築された異常判定処理を、判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる特徴情報を用いて実行する異常判定処理部と、を備える解析装置が提供される。 Furthermore, according to another aspect of the present invention, there is provided an analysis device for performing abnormality determination of a chromosome to be determined based on spectral cube data of a chromosome to be determined, wherein the spectral cube data of the chromosome to be determined is transmitted via a network. A second communication processing unit that receives and transmits an abnormality determination result in the analysis device for the received spectrum cube data via a network, and the spectrum cube obtained from at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome An abnormality determination processing unit configured to execute abnormality determination processing constructed using characteristic information representing characteristics of chromosomes included in the data using characteristic information included in the spectrum cube data of the chromosome to be determined. An apparatus is provided.
本発明の一態様によれば、染色体の色彩情報を利用して染色体の検査を行うことで、染色体異常の判定精度を向上させることができる。 According to one embodiment of the present invention, the chromosome test is performed using the chromosome color information, whereby the accuracy of determining a chromosome abnormality can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
It is noted that in the following detailed description, numerous specific specific configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. However, it is clear that other embodiments can be implemented without being limited to such specific specific configurations. Further, the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all combinations of the features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
まず、第一実施形態を説明する。
図1は、本発明の第一実施形態に係る染色体異常判定装置の一例を示す構成図である。
染色体異常判定装置1は、顕微鏡2と、顕微鏡2用の電動ステージ3と、イメージング分光器4と、画像メモリ5と、スペクトル解析装置6と、画像解析装置7と、判定処理装置10と、データベース作成装置(データベース作成部)11と、染色体データ記憶装置12と、表示装置13と、を備える。画像メモリ5、スペクトル解析装置6、画像解析装置7、判定処理装置10、データベース作成装置11、染色体データ記憶装置12、及び表示装置13は、例えば、入力装置、表示装置、記憶装置を備えた一台のパーソナルコンピュータで構成される。
First, a first embodiment will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a chromosome abnormality determination device according to the first embodiment of the present invention.
The chromosome
イメージング分光器4は、染色体からの反射光又は透過光を、顕微鏡2を通して入射し、レンズ及びスリットにより線状に集光して、一次元方向に位置情報、他の一次元方向に分光情報となるように分光し、二次元カメラで撮像する。この撮像画像は、各測定点でのスペクトルの集合であり、それぞれのスペクトルは、染色された染色体の各点での色彩情報を含む波形を示す。電動ステージ3を移動させて被計測物を撮像することにより、被計測物の二次元画像に各測定点でのスペクトル軸が加わったスペクトルキューブデータを得ることができる。
The
色彩情報を含む波形は、染色体からの反射強度又は透過強度として撮像された画像信号から、光源のスペクトル情報及びカメラ素子の測定感度のばらつきによる影響を除去することにより得られた反射率及び透過率の形で得ることができる。
例えば、図2に示す1本の染色体において、測定点Xにおける透過率のスペクトルは、図3に示すような波形を示す。なお、図3において、横軸は波長(nm)、縦軸は透過率である。
イメージング分光器4で撮像されたスペクトルキューブデータは、画像メモリ5に格納される。
スペクトル解析装置6は、画像メモリ5に格納されたスペクトルキューブデータに対してスペクトル解析を行ってスペクトル特徴量画像を抽出し、このスペクトル特徴量画像の画像データを出力する。スペクトル解析装置6から出力されたスペクトル特徴量画像の画像データは、画像メモリ5に格納される。
The waveform containing the color information is the reflectance and transmittance obtained by removing the influence of the variation in the spectral information of the light source and the measurement sensitivity of the camera element from the image signal captured as the reflection intensity or transmission intensity from the chromosome. Can be obtained in the form of
For example, in one chromosome shown in FIG. 2, the transmittance spectrum at the measurement point X shows a waveform as shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents wavelength (nm) and the vertical axis represents transmittance.
The spectrum cube data captured by the
The
ここで、スペクトル特徴量画像とは、例えば、図4(a)に示すように表されるスペクトルキューブデータのうちの任意の波長における、各測定点での染色体からの透過強度情報からなるモノクロ画像すなわち単波長画像のことをいう。任意の波長における単波長画像ではなく、任意の波長を含むその前後の所定範囲の波長における透過強度の積算値、或いは、全波長における透過強度の積算値から単波長画像を得るようにしてもよい。
また、スペクトル特徴量画像として、図4(a)に示すように、スペクトルキューブデータのうち、例えば、R(赤色、G(緑色)、B(青色)に対応する3つの波長における、各測定点での染色体からの透過強度情報から得られるカラー画像を、抽出するようにしてもよい。
Here, the spectral feature image is, for example, a monochrome image composed of chromosome transmission intensity information at each measurement point at an arbitrary wavelength in spectral cube data represented as shown in FIG. That is, it refers to a single wavelength image. Instead of a single-wavelength image at an arbitrary wavelength, a single-wavelength image may be obtained from an integrated value of transmission intensity at a predetermined range of wavelengths before and after including an arbitrary wavelength, or an integrated value of transmission intensity at all wavelengths. .
Further, as shown in FIG. 4A, as the spectral feature image, each of the measurement points at three wavelengths corresponding to, for example, R (red, G (green), and B (blue)) in the spectral cube data A color image obtained from the transmission intensity information from the chromosome in the above may be extracted.
また、スペクトルキューブデータの各測定点での透過強度情報に基づき色計算を行って、L*、a*、b*、や、X、Y、Z等の色情報を取得し、図4(b)に示すように、測定点毎に例えばL*、a*、b*の値を取得する。この色情報をもとに、測定点毎に、L*、a*、b*の値をRGBに割り当てて画像化することによりカラー画像を取得し、この取得したカラー画像をスペクトル特徴量画像としてもよく、また、測定点毎に、色情報のいずれかをもとに画像化することによりモノクロ画像を取得し、このモノクロ画像をスペクトル特徴量画像としてもよい。なお、色情報は、L*、a*、b*や、X、Y、Z等に限るものではなく、得られた色情報をもとに、カラー画像やモノクロ画像に画像化することのできる、スペクトル演算により得られる値であってもよく、要はスペクトルキューブデータから得られるスペクトル情報から、二次元画像を生成することのできる値であればよい。 In addition, color calculation is performed based on transmission intensity information at each measurement point of the spectrum cube data, and color information such as L * , a * , b * , X, Y, Z, etc. is obtained, and FIG. As shown in ()), for example, the values of L * , a * , and b * are obtained for each measurement point. Based on this color information, a color image is obtained by assigning L * , a * , and b * values to RGB for each measurement point and forming an image, and the obtained color image is used as a spectral feature image. Alternatively, for each measurement point, a monochrome image may be obtained by forming an image based on any of the color information, and this monochrome image may be used as the spectral feature amount image. The color information is not limited to L * , a * , b * , X, Y, Z, etc., and can be converted into a color image or a monochrome image based on the obtained color information. , May be a value obtained by a spectrum operation, that is, a value capable of generating a two-dimensional image from spectrum information obtained from spectrum cube data.
ここで、染色体が存在しない部分の透過スペクトルを基準スペクトルとし、染色体の存在する部分の透過スペクトルを評価スペクトルとする。また、基準スペクトル及び評価スペクトルそれぞれをベクトルと考え、両者の類似度を検出する。この類似度は、例えば、二つのベクトルの内積の和により類似度を評価するコサイン類似度を用いて演算する。類似度は染色体が存在しない部分の透過スペクトルと染色体の存在する部分の透過スペクトルとの類似度を表すため、類似度が大きいときには染色体の存在する部分は比較的色が薄くなり、類似度が小さいときには染色体の存在する部分は比較的色が濃くなる。
一方、スペクトルキューブデータからスペクトル特徴量画像として得られる単波長画像は波長によって透過率が異なり、透過率が小さいほど単波長画像において染色体は濃く表示され、透過率が大きいほど染色体は薄く表示される。
Here, the transmission spectrum of the part where the chromosome does not exist is used as the reference spectrum, and the transmission spectrum of the part where the chromosome exists is used as the evaluation spectrum. Also, each of the reference spectrum and the evaluation spectrum is considered as a vector, and the similarity between the two is detected. This similarity is calculated using, for example, a cosine similarity that evaluates the similarity by the sum of inner products of two vectors. Since the similarity indicates the similarity between the transmission spectrum of the part where the chromosome does not exist and the transmission spectrum of the part where the chromosome exists, when the similarity is large, the part where the chromosome exists becomes relatively lighter in color and the similarity is small Sometimes the chromosome is relatively dark.
On the other hand, a single-wavelength image obtained as a spectral feature image from spectral cube data has different transmittance depending on the wavelength. The smaller the transmittance, the higher the chromosome is displayed in the single-wavelength image, and the higher the transmittance, the thinner the chromosome is displayed. .
図5は、ある染色体について、波長の変化に対する透過率の変化を、類似度毎に表したものである。図5において横軸は波長、縦軸は透過率のスペクトルであり、類似度の変化幅は一定としている。図5において、特性L1は基準スペクトルに対応し、特性L2~L10は透過スペクトル(評価スペクトル)に対応する。図5は、波長500nm前後から700nm前後の範囲において、特性L1との類似度は、特性L2が最も大きく、特性L2、L3…の順に類似度が小さくなり、特性L10は類似度が最も小さいことを表している。 FIG. 5 shows a change in transmittance of a certain chromosome with respect to a change in wavelength for each similarity. In FIG. 5, the horizontal axis is the wavelength, the vertical axis is the spectrum of the transmittance, and the change width of the similarity is constant. In FIG. 5, a characteristic L1 corresponds to a reference spectrum, and characteristics L2 to L10 correspond to transmission spectra (evaluation spectra). FIG. 5 shows that in the range of wavelengths from about 500 nm to about 700 nm, the characteristic L2 has the largest similarity to the characteristic L1, the similarity decreases in the order of the characteristics L2, L3,..., And the characteristic L10 has the smallest similarity. Is represented.
また、図6は、図5に示す特性に基づき、類似度の変化に対する透過率の変化を、3つの波長について示したものである。
図6に示すように、類似度が低いほど透過率は小さくなっている。そのため、類似度が低いほどスペクトルキューブデータから得られる単波長画像において染色体は濃く表示されることがわかる。また、図5から、何れの類似度の場合も550nm程度の波長のときに透過率が最も小さくなり、単波長画像において染色体は濃く表示されることがわかる。
FIG. 6 shows changes in transmittance with respect to changes in similarity for three wavelengths based on the characteristics shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the transmittance decreases as the similarity decreases. Therefore, it can be seen that the lower the similarity, the deeper the chromosomes are displayed in the single-wavelength image obtained from the spectrum cube data. In addition, FIG. 5 shows that the transmittance becomes the smallest when the wavelength is about 550 nm in any case of the similarity, and the chromosomes are displayed dark in the single-wavelength image.
また、透過率が最も小さくなる550nm程度の波長の場合、図6に特性L11で示すように、透過率は比較的低い範囲で推移し、類似度が比較的高い範囲では類似度の変化に対して透過率が比較的大きく変化し、類似度が比較的低い範囲では類似度の変化に対して透過率の変化は小さい。そのため、図7(a)に示すように、550nmの単波長画像において染色体は比較的濃く表示されることになり、染色体とその周囲とのコントラストは高いが、染色体上に染め出されたバンドとその周囲とのコントラストが低くなり、バンドを識別することが困難である。 In the case of a wavelength of about 550 nm at which the transmittance becomes minimum, the transmittance changes in a relatively low range as shown by the characteristic L11 in FIG. Thus, the transmittance changes relatively largely, and in a range where the similarity is relatively low, the change in transmittance is small with respect to the change in similarity. Therefore, as shown in FIG. 7A, the chromosome is displayed relatively dark in the single-wavelength image of 550 nm, and the contrast between the chromosome and its surroundings is high, but the band stained on the chromosome is The contrast with the surroundings is low, and it is difficult to identify the band.
逆に、波長が805nm程度の場合、図6に特性L13で示すように、何れの類似度においても、類似度の変化に対する透過率の変化が小さく透過率が比較的高い範囲で推移する。そのため、図7(c)に示すように、805nmの単波長画像において染色体は比較的薄く表示されることになり、染色体とその周囲とのコントラストは低く、さらに、バンドとその周囲とのコントラストも低くなり、染色体だけでなく染色体上のバンドを識別することも困難である。 Conversely, when the wavelength is about 805 nm, as shown by the characteristic L13 in FIG. 6, the change in the transmittance with respect to the change in the similarity is small and the transmittance changes in a relatively high range at any similarity. Therefore, as shown in FIG. 7C, the chromosome is displayed relatively thin in the 805 nm single-wavelength image, the contrast between the chromosome and its surroundings is low, and the contrast between the band and its surroundings is also low. It is difficult to distinguish not only chromosomes but also bands on chromosomes.
これに対し、波長が650nm程度の場合、図6に特性L12で示すように、類似度全域に亙って、類似度の変化に対して透過率がある程度の幅で変化する。そのため、図7(b)に示すように、650nmの単波長画像において染色体とその周囲とのコントラスト及び、バンドとその周囲とのコントラストが共に高くなり、染色体やバンドの形状を比較的明確に表示することができる。
つまり、単波長画像において染色体やバンドを明確に表示するためには、図6に示すように、染色体の濃淡(つまり類似度)と染色体を透過した光量(透過率)とが、類似度全域にわたって透過率が大きすぎず、また小さすぎず、ある程度の大きさを有し、且つ、類似度の変化に対する透過率の変化幅がある程度の幅を有し比較的一定であることが好ましいことがわかる。
On the other hand, when the wavelength is about 650 nm, as shown by the characteristic L12 in FIG. 6, the transmittance changes in a certain range with respect to the change in similarity over the entire similarity range. Therefore, as shown in FIG. 7 (b), the contrast between the chromosome and its surroundings and the contrast between the band and its surroundings are both high in the single wavelength image of 650 nm, and the shapes of the chromosomes and bands are displayed relatively clearly. can do.
In other words, in order to clearly display chromosomes and bands in a single-wavelength image, as shown in FIG. 6, the chromosome density (that is, similarity) and the amount of light transmitted through the chromosome (transmittance) vary over the entire similarity. It is understood that it is preferable that the transmittance is not too large or too small, has a certain size, and that the change width of the transmittance with respect to the change of the similarity has a certain width and is relatively constant. .
したがって、図4に示す特性を有するスペクトルキューブデータの場合には、このような条件を満足する波長、図4の場合には650nmにおける単波長画像を取得し、これをスペクトル特徴量画像とすることで、このスペクトル特徴量画像をもとに処理を行う画像解析装置7での解析や、判定処理装置10での判定をより精度よく行うことができる。
なお、単波長画像を取得するための解析用の波長は、予め求めて所定の記憶領域に記憶しておき、スペクトル解析を行う際に、記憶しておいた解析用の波長を読み出してこれを用いるようにしてもよく、また、スペクトル解析を行う前に、良好な単波長画像を得ることのできる波長を検出するようにしてもよい。また、ここでは、波長650nmにおける単波長画像を取得しこれに基づきスペクトル解析を行う場合について説明したが、例えば、スペクトルキューブデータのうち、波長650nmを含むその前後の波長域におけるスペクトルキューブデータを用いてスペクトル解析を行うようにしてもよい。
Therefore, in the case of spectral cube data having the characteristics shown in FIG. 4, a wavelength satisfying such conditions is obtained. In the case of FIG. 4, a single-wavelength image at 650 nm is acquired and used as a spectral feature image. Thus, the analysis by the
The analysis wavelength for obtaining a single-wavelength image is obtained in advance and stored in a predetermined storage area, and when performing spectrum analysis, the stored analysis wavelength is read out and read. Alternatively, a wavelength at which a good single-wavelength image can be obtained may be detected before spectral analysis is performed. Also, here, a case has been described in which a single-wavelength image at a wavelength of 650 nm is obtained and spectrum analysis is performed based on the image. For example, among the spectral cube data, spectral cube data in a wavelength region before and after that including 650 nm is used. Alternatively, the spectrum analysis may be performed.
画像解析装置7は、画像メモリ5に格納された、スペクトル解析装置6で抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データに基づき画像解析を行い、所定の特徴量を抽出する。画像解析により抽出される特徴量としては、例えば、染色体の領域の相対的長さ、染色体の領域における短腕の長さと長腕の長さとの比、染色体の領域におけるバンドの並び方、すなわちバンドパターン等が適用される。
(4) The
判定処理装置10は、スペクトル解析装置6で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析装置7で抽出した画像解析による特徴量と、染色体データ記憶装置12に格納されている、正常又は異常な染色体であると判定された染色体のスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量とを照合することにより、染色体の異常/正常判定を行う。また、判定処理装置10は、その判定結果等を表示装置13に表示する。また、判定処理装置10は、染色体の正常又は異常の判定後、判定に用いたスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量を特徴情報とし、特徴情報と正常又は異常の判定結果とを対応付けてデータベース作成装置11を介して染色体データ記憶装置12に格納する。
染色体データ記憶装置12には、複数の染色体に関する、スペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量を含む特徴情報と正常又は異常の判定結果とが対応付けられたデータベースが格納される。
The
The chromosome
図8は、第一実施形態における判定処理装置10の機能ブロック図の一例である。
図8に示す判定処理装置10は、モデル学習により染色体異常判定を行うものであり、異常判定処理部21と、異常判定パラメータ決定部22と、異常判定結果表示処理部23と、を備える。
異常判定パラメータ決定部22は、異常判定処理部21でのモデル学習に用いる異常判定パラメータを決定し、決定した異常判定パラメータを異常判定処理部21に通知する。この異常判定パラメータとする特徴量等の種類や数は、検査実施者が手動で決定してもよく、または、各種情報に基づき自動的に決定するようにしてもよい。
異常判定処理部21は、異常判定パラメータ決定部22により決定された異常判定パラメータに基づいてニューラルネットワーク、サポートベクターマシン等の機械学習で用いられる手法の一つ又は複数を用いて教師有り学習を行い、異常判定処理の分類器を構築する。
FIG. 8 is an example of a functional block diagram of the
The
The abnormality determination
The abnormality
そして、異常判定処理部21では、判定対象の染色体から得られた、スペクトル特徴量画像の画像データと画像解析による特徴量とを入力し、これらについて、異常判定パラメータに基づき構築した異常判定処理のモデルを用いて異常判定を行う。また、異常判定処理部21は、被測定物のスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量を特徴情報とし、この特徴情報とこのときの異常判定結果とを対応付けて、データベース作成装置11を介して染色体データ記憶装置12に格納する。
異常判定結果表示処理部23は、異常判定処理部21での異常判定結果を表示装置13に表示する。
Then, the abnormality
The abnormality determination result
図9は、染色体異常判定装置1における、教師有り学習のモデル学習時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
モデル学習時には、判定処理装置10の異常判定パラメータ決定部22は、染色体データ記憶装置12に格納されたデータベースを読み出し(ステップS1)、異常判定パラメータを設定する(ステップS2)。異常判定処理部21は、設定された異常判定パラメータに基づき、ニューラルネットワーク及びサポートベクターマシン等の教師有り学習を行って、異常判定処理のモデルを構築し(ステップS3 特許請求の範囲に記載の異常判定処理構築部に対応)、所定の記憶領域に格納する。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of model learning in supervised learning in the chromosome
At the time of model learning, the abnormality determination
図10は、染色体異常判定装置1における、異常判定処理時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
異常判定処理時には、まず、検査実施者は、染色体が見られる分裂中期の細胞が搭載されたスライドガラスを用意し、電動ステージ3上に載置する。これにより、電動ステージ3上のスライド上の判定対象の染色体が顕微鏡2で拡大され、イメージング分光器4によって分光されてスペクトルキューブデータとして、画像メモリ5に格納される(ステップS11 特許請求の範囲のデータ取得部に対応)。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of abnormality determination processing in the chromosome
At the time of the abnormality determination process, first, the tester prepares a slide glass on which metaphase cells in which chromosomes can be seen are mounted, and places the slide glass on the
続いて、画像メモリ5に格納されたスペクトルキューブデータに対して、スペクトル解析装置6でスペクトル解析を行い、スペクトル特徴量画像の抽出(ステップS12)を行う。また、得られたスペクトル特徴量画像に対して、画像解析装置7で画像解析を行い、所定の特徴量を抽出する(ステップS13)。スペクトル解析装置6でのスペクトル解析において、スペクトル特徴量画像として単波長画像を抽出する際の波長等、スペクトル特徴量画像を抽出する際に用いられるパラメータとしての波長や、画像解析装置7での画像解析において各種特徴量を抽出する際に用いる波長又は波長域等の各種パラメータは、予め設定され所定の記憶領域に記憶された波長を用いて画像抽出を行う。
Next, the
そして、異常判定処理部21では、スペクトル解析装置6でのスペクトル解析により抽出したスペクトル特徴量画像の画像データと、画像解析装置7での画像解析による特徴量とに基づき、予めモデル学習を行うことにより構築した異常判定処理のモデルを用いて染色体の異常判定を行う(ステップS14)。
異常判定結果表示処理部23は、異常判定処理部21での異常判定結果を表示装置13に表示し(ステップS15)、さらにデータベース作成装置11により、異常判定に用いたスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量と異常判定結果とを対応付けて染色体データ記憶装置12のデータベースに格納する(ステップS16)。
これにより、染色体の異常判定処理が終了する。
Then, the abnormality
The abnormality determination result
Thus, the chromosome abnormality determination processing ends.
ここで、スペクトルキューブデータから得られる染色体の画像は、図7に示すように波長によって異なり、図7(a)に示す波長550nmの場合、また図7(c)に示す波長805nmの場合には、バンドを識別することができないが、図7(b)に示す波長650nmの場合には、バンドを識別することができる。
つまり、染色体異常判定装置1では、予め設定した、コントラストの高い良好な単波長画像を得ることの可能な波長についてその単波長画像を形成するようにしている。そのため、得られた単波長画像すなわちスペクトル特徴量画像はコントラストが比較的高い画像となり、染色体及びバンドを容易に識別することができる。
Here, the image of the chromosome obtained from the spectrum cube data differs depending on the wavelength as shown in FIG. 7. In the case of the wavelength of 550 nm shown in FIG. 7A and the case of the wavelength of 805 nm shown in FIG. Band cannot be identified, but in the case of the wavelength of 650 nm shown in FIG. 7B, the band can be identified.
In other words, the chromosome
例えば、デジタルカメラによる撮像画像における二値化処理等を用いた画像解析では、図7(a)に示すように得られた染色体の画像が全体的に黒くバンドを識別することができない場合、また、図7(c)に示すように得られた染色体の画像が全体的に薄く染色体自体を識別することができず、その結果、染色体異常を自動判定できないような場合がある。しかしながら、スペクトル解析により取得した単波長画像(スペクトル特徴量画像)を用いて解析を行う場合には、染色体異常の自動判定を行うことができる。つまり、より多くの染色体について染色体異常の自動判定を行うことができるため、使い勝手をより向上させることができる。 For example, in image analysis using a binarization process or the like on a captured image of a digital camera, the obtained chromosome image is not entirely black as shown in FIG. As shown in FIG. 7 (c), the obtained chromosome image is so thin that the chromosome itself cannot be identified, and as a result, the chromosome abnormality may not be automatically determined. However, when analysis is performed using a single-wavelength image (spectral feature amount image) acquired by spectrum analysis, chromosome abnormality can be automatically determined. That is, the chromosome abnormality can be automatically determined for more chromosomes, so that usability can be further improved.
また、染色体異常判定装置1では、染色体のスペクトル特徴量画像と画像解析による特徴量とに対し、教師有り学習により得た異常判定処理のモデルを用いて異常判定を行っているため、従来、専門家の視覚的判断によって行われていた染色体異常判定を自動的に行うことができ、膨大な量の染色体の検体に対して異常判定を行う場合でも十分適用することができる。
In addition, the chromosome
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
この第二実施形態は、図1に示す第一実施形態における染色体異常判定装置1において、画像解析装置7を省いたものであり、判定処理装置10の構成が異なる。また、第二実施形態における染色体異常判定装置1は、スペクトル解析装置6で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データが直接判定処理装置10に入力される。
なお、第一実施形態と同一部については同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The second embodiment differs from the chromosome
The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図11は、第二実施形態における判定処理装置10の一例を示す機能ブロック図である。
判定処理装置10は、異常判定処理部21aと、異常判定結果表示処理部23と、を備える。
第二実施形態における染色体データ記憶装置12には、染色体異常と判定されたときのスペクトルキューブデータから抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データが特徴情報として異常サンプルデータベース12aに格納される。同様に、染色体が正常と判定されたときのスペクトルキューブデータから抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データが特徴情報として正常サンプルデータベース12bに格納される。データベース作成装置11は、異常判定処理部21aでの判定結果に基づいて、特徴情報(つまりスペクトル特徴量画像の画像データ)を異常サンプルデータベース12a、又は正常サンプルデータベース12bに格納する。
FIG. 11 is a functional block diagram illustrating an example of the
The
In the chromosome
異常判定処理部21aは、教師有り学習によるニューラルネットワークモデルを用いて、染色体の異常判定を行う。すなわち異常判定処理部21aは、異常判定時の特徴情報が格納された異常サンプルデータベース12aと、正常判定時の特徴情報が格納された正常サンプルデータベース12bとについて、個別に機械学習をさせることによりニューラルネットワークモデルを構築する。そして、新たな判定対象の染色体について、スペクトル特徴量画像の画像データを異常判定処理部21aに入力することで、判定対象の染色体のスペクトル特徴量画像の画像データと、染色体データ記憶装置12に格納された正常時又は異常時の特徴情報に基づき構築したニューラルネットワークモデルとを用いて異常判定を行う。
The abnormality
図12は、染色体異常判定装置1における、ニューラルネットワークモデル構築時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
ニューラルネットワークモデル構築時には、判定処理装置10の異常判定処理部21aは、染色体データ記憶装置12に格納された異常サンプルデータベース12a及び正常サンプルデータベース12bを読み出し(ステップS21)、異常サンプルデータベース12a及び正常サンプルデータベース12bに格納された異常時及び正常時の特徴情報に対して、個別に機械学習を行い、ニューラルネットワークモデルを構築する(ステップS22)。そして、構築したニューラルネットワークモデルを所定の記憶領域に格納する。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure when constructing a neural network model in the chromosome
When constructing the neural network model, the abnormality
図13は、染色体異常判定装置1における、異常判定処理時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
異常判定処理時には、まず、検査実施者は、染色体が見られる分裂中期の細胞が搭載されたスライドガラスを用意し、電動ステージ3上に載置する。これにより、電動ステージ3上のスライド上の判定対象の染色体が顕微鏡2で拡大され、イメージング分光器4によって分光されてスペクトルキューブデータとして、画像メモリ5に格納される(ステップS31)。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of abnormality determination processing in the chromosome
At the time of the abnormality determination process, first, the tester prepares a slide glass on which metaphase cells in which chromosomes can be seen are mounted, and places the slide glass on the
続いて、画像メモリ5に格納されたスペクトルキューブデータに対して、スペクトル解析装置6でのスペクトル特徴量画像の抽出処理(ステップS32)が行われる。スペクトル解析装置6でのスペクトル解析においてスペクトル特徴量画像として単波長画像を抽出する際の任意の波長等、スペクトル特徴量画像の抽出に必要な各種パラメータは予め設定されて所定の記憶領域に記憶されており、この記憶されている波長を用いてスペクトル特徴量画像の抽出を行う。
(4) Next, the
異常判定処理部21aでは、スペクトル解析装置6で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データに基づき、予め構築されたニューラルネットワークモデルを用いて染色体の異常判定を行う(ステップS33)。
異常判定結果表示処理部23は、異常判定処理部21aでの異常判定結果を表示装置13に表示し(ステップS34)、さらにデータベース作成装置11により、異常判定に用いた、スペクトル特徴量画像の画像データを異常判定による判定結果と対応付けて染色体データ記憶装置12のデータベースに格納する(ステップS35)。
これにより、染色体の異常判定処理が終了する。
The abnormality
The abnormality determination result
Thus, the chromosome abnormality determination processing ends.
このように、第二実施形態における染色体異常判定装置1は、スペクトルキューブデータから取得したスペクトル特徴量画像に対し、ニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行うため、二次元画像のみでは得ることのできない特徴情報を利用して異常判定を行うことができる。そのため、第二実施形態における染色体異常判定装置1も、より多くの染色体の画像に対して染色体異常を自動判定することができ、使い勝手を向上させた染色体異常判定装置1を実現することができる。
As described above, the chromosome
なお、第二実施形態では、異常サンプルデータベース12a及び正常サンプルデータベース12bに格納された異常時及び正常時の特徴情報に対して、個別に機械学習を行い、ニューラルネットワークモデルを構築する場合について説明したが、これに限るものではない。異常サンプルデータベース12aに格納された異常時の特徴情報、又は、正常サンプルデータベース12bに格納された正常時の特徴情報の一方に対して機械学習を行い、異常時の特徴情報に基づくニューラルネットワークモデル又は正常時の特徴情報に基づくニューラルネットワークモデルを構築し、これに基づき染色体異常を判定するようにしてもよい。
In the second embodiment, a case has been described in which machine learning is individually performed on characteristic information at the time of abnormality and normal time stored in the
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
この第三実施形態は、図1に示す第一実施形態における染色体異常判定装置1において、画像解析装置7を省いたものであり、判定処理装置10の構成が異なる。
図14は、第三実施形態における判定処理装置10の一例を示す機能ブロック図である。
第三実施形態における判定処理装置10には、スペクトル解析装置6でのスペクトル解析により抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データを直接入力される。
第三実施形態における判定処理装置10は、異常判定処理部21cと、異常判定結果表示処理部23とを備える。
第三実施形態における染色体データ記憶装置12には、スペクトル特徴量画像と、正常又は異常の判定結果とが対応付けられて、データベース作成装置11を介して染色体データ記憶装置12に格納される。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
The third embodiment differs from the chromosome
FIG. 14 is a functional block diagram illustrating an example of the
The image data of the spectrum feature image extracted by the spectrum analysis in the
The
In the chromosome
異常判定処理部21cは、教師なし学習によるニューラルネットワークモデルを用いて、染色体の異常判定を行う。すなわち異常判定処理部21cは、スペクトル解析装置6で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データを含むデータベースを用いて機械学習させることにより、ニューラルネットワークモデルを構築する。そして、異常判定処理部21cは、新たな判定対象の染色体について、スペクトル解析により抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データが異常判定処理部21cに入力され、異常判定処理部21cでは、スペクトル特徴量画像の画像データに対し、構築したニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行う。
The abnormality
なお、第三実施形態における染色体異常判定装置1において、モデル構築時の処理手順は基本的には図12に示す第二実施形態におけるモデル構築時の処理手順と同様であるが、第三実施形態においては、ニューラルネットワークモデルを構築する際に(ステップS22)、染色体データ記憶装置12のデータベースに格納された異常時及び正常時のスペクトル特徴量画像の画像データを用いて機械学習を行い、ニューラルネットワークモデルを構築する。
In the chromosome
また、第三実施形態における染色体異常判定装置1において、異常判定処理時における処理手順は基本的には図13に示す第二実施形態における異常判定処理時の処理手順と同様であるが、第三実施形態においては、スペクトル解析(ステップS32)を行う際に、それぞれ所定のスペクトル特徴量画像を抽出し、抽出した各スペクトル特徴量画像に対し、構築したニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行う。
このように、スペクトル解析により得たスペクトル特徴量画像の画像データに対しニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行うため、二次元画像のみでは得ることのできない特徴情報を利用して異常判定を行うことができる。そのため、この場合も、より多くの染色体の画像に対して染色体異常を自動判定することができ、染色体異常判定装置1の使い勝手を向上させることができる。
Further, in the chromosome
As described above, since the abnormality determination is performed using the neural network model on the image data of the spectral feature image obtained by the spectrum analysis, the abnormality determination is performed using the feature information that cannot be obtained only with the two-dimensional image. Can be. Therefore, also in this case, the chromosome abnormality can be automatically determined for more chromosome images, and the usability of the chromosome
なお、上記各実施形態においては、染色体の反射光又は透過光を、イメージング分光器4を用いて多数の波長に分光してスペクトルキューブデータを取得する場合について説明したがこれに限るものではない。染色体の反射光又は透過光から、所定の単波長、所定の二波長、所定の三波長等、特定の波長のみを抽出して画像データを取得するようにしてもよく、スペクトル特徴量画像の取得に必要な最小限数の波長のみを抽出して画像データを取得するようにしてもよい。この場合、例えばプリズム等、光学系を利用して分光すればよく、また、フィルタを用いて所定の波長のみを抽出するようにしてもよい。また、例えば、R、G、Bに対応する波長のみを抽出するようにしてもよい。この場合には、R、G、Bに対応する波長のみを抽出するフィルタを備えたイメージセンサを設けることで、RGBに対応する波長のみを抽出するようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the case where the reflected light or the transmitted light of the chromosome is separated into a large number of wavelengths using the
図16に、フィルタを用いてスペクトル特徴量画像の取得に必要な波長のみを抽出して画像データを取得するようにした染色体異常判定装置1aの概略構成の一例を示す。
すなわち、染色体異常判定装置1aは、図1に示す染色体異常判定装置1において、イメージング分光器4に代えて、モノクロカメラ14と、モノクロカメラ14に設けられた特定波長のみを透過する特性を有するフィルタ15とを備える。このような構成とすることによって、染色体の反射光又は透過光から特定波長のみを抽出した画像データを取得することができる。
なお、このように、任意の波長の画像データを取得して、ニューラルネットワークモデルを用いて染色体の異常判定を行う場合には、抽出した波長に対応したニューラルネットワークモデルを構築して異常判定を行うようにすればよい。
FIG. 16 shows an example of a schematic configuration of a chromosome
That is, the chromosome
In this manner, when image data of an arbitrary wavelength is acquired and an abnormality determination of a chromosome is performed using a neural network model, an abnormality determination is performed by constructing a neural network model corresponding to the extracted wavelength. What should I do?
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
この第四実施形態に係る染色体異常判定システムは、上記第一実施形態に係る染色体異常判定装置1において、スペクトルキューブデータの取得を行う処理と、スペクトルキューブデータの解析を行う処理とを異なる装置で行うようにしたものである。
図17は、本発明の第四実施形態に係る染色体異常判定システムの一例を示す構成図である。
染色体異常判定システム1001は、複数の測定装置1002と解析装置1003とを備え、複数の測定装置1002と解析装置1003とは、LAN(Local Area Network)等の通信回線1004を介して接続されている。
複数の測定装置1002は、同等の機能構成を有し、図18に示すように、顕微鏡1201と、顕微鏡1201用の電動ステージ1202と、イメージング分光器1203と、画像メモリ1204と、通信処理装置(特許請求の範囲に記載の第一の通信処理部に対応)1205と、を備える。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
In the chromosome abnormality determination system according to the fourth embodiment, in the chromosome
FIG. 17 is a configuration diagram illustrating an example of a chromosome abnormality determination system according to the fourth embodiment of the present invention.
The chromosome
The plurality of
顕微鏡1201、電動ステージ1202、イメージング分光器1203及び画像メモリ1204は、それぞれ第一実施形態における、顕微鏡2、電動ステージ3、イメージング分光器4及び画像メモリ5と同等の機能構成を有する。
すなわち、イメージング分光器1203は、染色体からの反射光又は透過光を、顕微鏡1201を通して入射し、レンズ及びスリットにより線状に集光して、一次元方向に位置情報、他の一次元方向に分光情報となるように分光し、二次元カメラで撮像する。この撮像画像は、各測定点でのスペクトルの集合であり、それぞれのスペクトルは、染色された染色体の各点での色彩情報を含む波形を示す。電動ステージ1202を移動させて被計測物を撮像することにより、被計測物の二次元画像に各測定点でのスペクトル軸が加わったスペクトルキューブデータを得ることができる。
色彩情報を含む波形は、染色体からの反射強度又は透過強度として撮像された画像信号から、光源のスペクトル情報及びカメラ素子の測定感度のばらつきによる影響を除去することにより得られた反射率及び透過率の形で得ることができる。
The
That is, the
The waveform containing the color information is the reflectance and transmittance obtained by removing the influence of the variation in the spectral information of the light source and the measurement sensitivity of the camera element from the image signal captured as the reflection intensity or transmission intensity from the chromosome. Can be obtained in the form of
イメージング分光器1203で撮像されたスペクトルキューブデータは、画像メモリ1204に格納される。
通信処理装置1205は、例えばパーソナルコンピュータで構成され、画像メモリ1204に格納されたスペクトルキューブデータを、通信回線1004を介して解析装置1003に送信し、送信したスペクトルキューブデータに対する解析装置1003での異常判定結果を受信し、異常判定結果を記憶装置1205aに格納すると共に、表示装置1205bに表示する。
The spectral cube data captured by the
The
解析装置1003は、図19に示すように、通信処理装置(特許請求の範囲に記載の第二の通信処理部に対応)1301と、画像メモリ1302と、スペクトル解析装置1303と、画像解析装置1304と、判定処理装置1305と、データベース作成装置(特許請求の範囲に記載のデータベース作成部に対応)1306と、染色体データ記憶装置1307と、表示装置1308と、判定結果記憶装置1309と、を備える。画像メモリ1302、スペクトル解析装置1303、画像解析装置1304、判定処理装置1305、データベース作成装置1306、染色体データ記憶装置1307、表示装置1308及び判定結果記憶装置1309は、例えば、入力装置、表示装置、記憶装置を備えた一台のパーソナルコンピュータで構成される。
As shown in FIG. 19, the
画像メモリ1302、スペクトル解析装置1303、画像解析装置1304、判定処理装置1305、データベース作成装置1306、染色体データ記憶装置1307、及び表示装置1308は、それぞれ第一実施形態における、画像メモリ5、スペクトル解析装置6、画像解析装置7、判定処理装置10、データベース作成装置11、染色体データ記憶装置12、及び表示装置13と同等の機能構成を有する。
通信処理装置1301は、通信回線1004を介して各測定装置1002とデータ授受を行い、測定装置1002から受信したスペクトルキューブデータを送信元の測定装置1002を特定する識別情報と対応付けて画像メモリ1302に格納する。また、通信処理装置1301は、各測定装置1002から受信したスペクトルキューブデータに対する判定処理装置1305での判定結果を、判定結果記憶装置1309から読み出し、対応する測定装置1002宛に送信する。なお、通信処理装置1301での判定結果の送信は、判定処理装置1305により判定結果が得られる毎に行うようにしてもよく、一連の判定に対する判定結果が得られたときに行うようにしてもよい。また、測定装置1002からの送信要求を受けたときに通信処理装置1301が、判定結果記憶装置1309に格納されている判定結果を読み出して送信するようにしてもよい。
The
The
スペクトル解析装置(特許請求の範囲に記載の特徴情報抽出部に対応)1303は、画像メモリ1302に格納されたスペクトルキューブデータに対してスペクトル解析を行ってスペクトル特徴量画像を抽出し、このスペクトル特徴量画像の画像データを出力する。スペクトル解析装置1303から出力されたスペクトル特徴量画像の画像データは、画像メモリ1302に格納される。
画像解析装置1304は、画像メモリ1302に格納された、スペクトル解析装置1303で抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データに基づき画像解析を行い、所定の特徴量を抽出する。画像解析により抽出される特徴量としては、例えば、染色体の領域の相対的長さ、染色体の領域における短腕の長さと長腕の長さとの比、染色体の領域におけるバンドの並び方、すなわちバンドパターン等が適用される。
A spectrum analysis device (corresponding to a feature information extraction unit described in the claims) 1303 performs spectrum analysis on the spectrum cube data stored in the
The
判定処理装置1305は、スペクトル解析装置1303で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析装置1304で抽出した画像解析による特徴量と、染色体データ記憶装置1307に格納されている、正常又は異常な染色体であると判定された染色体のスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量とを照合することにより、染色体の異常/正常判定を行う。また、判定処理装置1305は、その異常判定結果等を表示装置1308に表示すると共に、判定結果を判定結果記憶装置1309に格納する。また、判定処理装置1305は、染色体の正常又は異常の判定後、判定に用いたスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量を特徴情報とし、特徴情報と正常又は異常の判定結果とを対応付けてデータベース作成装置1306を介して染色体データ記憶装置1307に格納する。
The
染色体データ記憶装置1307には、複数の染色体に関する、スペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量を含む特徴情報と正常又は異常の判定結果とが対応付けられたデータベースが格納される。データベースは測定装置1002毎に作成され、スペクトル特徴量画像に対応するスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002毎に、対応するデータベースに格納される。
The chromosome
図20は、第四実施形態における判定処理装置1305の機能ブロック図の一例である。
図20に示す判定処理装置1305は、モデル学習により染色体異常判定を行うものであり、判定処理装置1305の機能ブロック図は、図8に示す第一実施形態における判定処理装置10の機能ブロック図と同一であって、異常判定処理部21と、異常判定パラメータ決定部22と、異常判定結果表示処理部23と、を備える。
FIG. 20 is an example of a functional block diagram of the
The
図21は、解析装置1003における、教師有り学習のモデル学習時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
モデル学習時には、図19に示す判定処理装置1305では、異常判定パラメータ決定部22が、染色体データ記憶装置1307に格納されたデータベースを読み出す(ステップS101)。このとき、異常判定パラメータ決定部22は、異常判定対象のスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002に対応するデータベースを読み出す。そして、異常判定パラメータを設定する(ステップS102)。異常判定処理部21は、設定された異常判定パラメータに基づき、ニューラルネットワーク及びサポートベクターマシン等の教師有り学習を行って、異常判定処理のモデルを構築し(ステップS103 特許請求の範囲に記載の異常判定処理構築部に対応)、所定の記憶領域に格納する。
FIG. 21 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure at the time of model learning in supervised learning in the
At the time of model learning, in the
次に、染色体異常判定システム1001において、染色体異常判定を行う際の処理手順を、図22及び図23を伴って説明する。図22は、測定装置1002における測定時の処理手順の一例を示すフローチャートであり、図23は、解析装置1003における異常判定時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
染色体異常判定を行う際には、まず、検査実施者は、染色体が見られる分裂中期の細胞が搭載されたスライドガラスを用意し、電動ステージ1202上に載置する。これにより、電動ステージ1202上のスライド上の判定対象の染色体が顕微鏡1201で拡大され、イメージング分光器1203によって分光されてスペクトルキューブデータとして、画像メモリ1204に格納される(ステップS201 特許請求の範囲のデータ取得部に対応)。
Next, a processing procedure for performing chromosome abnormality determination in the chromosome
When performing chromosome abnormality determination, first, the tester prepares a slide glass on which metaphase cells in which chromosomes can be seen are mounted, and places the slide glass on the
続いて、検査実施者は、通信処理装置1205を操作し、画像メモリ1204に格納されたスペクトルキューブデータを通信回線1004を介して解析装置1003宛に送信する。これにより、画像メモリ1204に格納されたスペクトルキューブデータは、この測定装置1002を特定する識別情報と共に、通信回線1004を介して解析装置1003に送信される(ステップS202)。
続いて、通信処理装置1205では、通信回線1004を介して解析装置1003から異常判定結果を受信すると(ステップS203)、受信した異常判定結果を表示装置1205bに表示すると共に、記憶装置1205aに格納する。
検査実施者は、表示装置1205bに表示された異常判定結果を参照することによって、染色体異常の有無を認識することができる。
一方、解析装置1003では、通信回線1004を介して測定装置1002からスペクトルキューブデータを受信すると、通信処理装置1301は受信したスペクトルキューブデータを画像メモリ1302に格納する(ステップS301)。
Subsequently, the tester operates the
Subsequently, when the
The tester can recognize the presence or absence of a chromosome abnormality by referring to the abnormality determination result displayed on the
On the other hand, when the
続いて、画像メモリ1302に格納されたスペクトルキューブデータに対して、スペクトル解析装置1303でスペクトル解析を行い、スペクトル特徴量画像の抽出(ステップS302)を行う。また、得られたスペクトル特徴量画像に対して、画像解析装置1304で画像解析を行い、所定の特徴量を抽出する(ステップS303)。スペクトル解析装置1303でのスペクトル解析において、スペクトル特徴量画像として単波長画像を抽出する際の波長等、スペクトル特徴量画像を抽出する際に用いられるパラメータとしての波長や、画像解析装置1304での画像解析において各種特徴量を抽出する際に用いる波長又は波長域等の各種パラメータは、予め設定され所定の記憶領域に記憶された波長を用いて画像抽出を行う。
そして、判定処理装置1305の異常判定処理部21では、スペクトル解析装置1303でのスペクトル解析により抽出したスペクトル特徴量画像の画像データと、画像解析装置1304での画像解析による特徴量とに基づき、予めモデル学習を行うことにより構築した異常判定処理のモデルを用いて染色体の異常判定を行う(ステップS304)。
Subsequently, spectrum analysis is performed on the spectrum cube data stored in the
Then, the abnormality
判定処理装置1305の異常判定結果表示処理部23は、異常判定処理部21での判定結果を表示装置1308に表示し、また、判定結果記憶装置1309に格納する(ステップS305)。さらに、通信処理装置1301では、判定結果記憶装置1309に格納された判定結果を、判定対象のスペクトル特徴量画像を抽出したスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002宛に送信する(ステップS306)。また、データベース作成装置1306により、異常判定に用いたスペクトル特徴量画像の画像データ及び画像解析による特徴量と判定結果とを対応付けて染色体データ記憶装置1307のデータベースに格納する(ステップS307)。このとき、異常判定に用いたスペクトル特徴量画像に対応するスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002に対応するデータベースに格納する。
これにより、染色体の異常判定処理が終了する。
The abnormality determination result
Thus, the chromosome abnormality determination processing ends.
前述のように、第四実施形態に係る染色体異常判定システム1001は、上記第一実施形態における染色体異常判定装置1において、スペクトルキューブデータの取得を行う処理と、スペクトルキューブデータの解析を行う処理とを異なる装置で行うようにしたものである。したがって、上記第一実施形態と同等の作用効果を得ることができる。さらに、図17に示すように、スペクトルキューブデータの取得を行う測定装置1002と、スペクトルキューブデータの解析を行う解析装置1003とは通信回線1004で接続されている。そのため、例えば、測定装置1002を複数の病院に設置し、解析装置1003は測定装置1002とは別のセンター等に配置することによって、複数の病院や検査機関等では、スペクトルキューブデータの送信までを行えば、染色体異常の判定結果を取得することができる。
As described above, the chromosome
ここで、染色体解析を行う場合には、一般に、例えば血液等検体を採取した後、検体を培養し、固定させ、標本を作製し、染色を行うといった、前処理を行う必要があり、その後、染色体の撮像及び解析を行うことになる。つまり、検体を採取してから、染色体異常の解析を行うまでには、前処理を行う作業と、解析を行う作業とを行う必要があり、それぞれの作業を行うオペレータが必要となる。
そのため、例えば、病院や検査機関等、前処理を行う機関に測定装置1002を配置して、前処理と、撮影までを行うようにすることで、前処理を行う機関側では、解析を行う作業を行うオペレータを配置することなく、染色体異常の判定結果を取得することができる。
Here, when performing chromosome analysis, generally, for example, after collecting a sample such as blood, it is necessary to perform pretreatment, such as culturing the sample, fixing, preparing a sample, and staining, Chromosome imaging and analysis will be performed. In other words, from the time of collecting the specimen to the time of analyzing the chromosome abnormality, it is necessary to perform a preprocessing operation and an analysis operation, and an operator performing each operation is required.
Therefore, for example, by disposing the
次に、本発明の第五実施形態を説明する。
この第五実施形態は、第二実施形態と対応するものであって、図19に示す第四実施形態における染色体異常判定システム1001の解析装置1003において、画像解析装置1304を省いたものであり、判定処理装置1305の構成が異なる。また、第五実施形態における解析装置1003は、スペクトル解析装置1303で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データが直接判定処理装置1305に入力される。
なお、第二実施形態及び第四実施形態と同一部については同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
This fifth embodiment corresponds to the second embodiment, in which the
The same parts as those in the second and fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図24は、第五実施形態における判定処理装置1305の一例を示す機能ブロック図である。
判定処理装置1305は、異常判定処理部21aと、異常判定結果表示処理部23と、を備える。
また、第五実施形態における染色体データ記憶装置1307には、染色体異常と判定されたときのスペクトルキューブデータから抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データが特徴情報として異常サンプルデータベース1307aに格納される。同様に、染色体が正常と判定されたときのスペクトルキューブデータから抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データが特徴情報として正常サンプルデータベース1307bに格納される。データベース作成装置1306は、異常判定処理部21aでの判定結果に基づいて、特徴情報(つまりスペクトル特徴量画像の画像データ)を異常サンプルデータベース1307a、又は正常サンプルデータベース1307bに格納する。なお、データベース作成装置1306は、スペクトル特徴量画像が抽出されたスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002毎に、異常サンプルデータベース1307a、正常サンプルデータベース1307bを作成する。
FIG. 24 is a functional block diagram illustrating an example of the
The
In the chromosome
異常判定処理部21aは、教師有り学習によるニューラルネットワークモデルを用いて、染色体の異常判定を行う。すなわち異常判定処理部21aは、判定対象のスペクトル特徴量画像を抽出したスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002に対応する異常判定時の特徴情報が格納された異常サンプルデータベース1307aと、正常判定時の特徴情報が格納された正常サンプルデータベース1307bとについて、個別に機械学習をさせることによりニューラルネットワークモデルを構築する。そして、新たな判定対象の染色体について、スペクトル特徴量画像の画像データを異常判定処理部21aに入力することで、判定対象の染色体のスペクトル特徴量画像の画像データと、染色体データ記憶装置1307に格納された正常時又は異常時の特徴情報に基づき構築したニューラルネットワークモデルとを用いて異常判定を行う。
The abnormality
図25は、解析装置1003における、ニューラルネットワークモデル構築時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
ニューラルネットワークモデル構築時には、判定処理装置1305の異常判定処理部21aは、染色体データ記憶装置1307に格納された、判定対象の染色体の送信元の測定装置1002に対応する、異常サンプルデータベース1307a及び正常サンプルデータベース1307bを読み出し(ステップS401)、異常サンプルデータベース1307a及び正常サンプルデータベース1307bに格納された異常時及び正常時の特徴情報に対して、個別に機械学習を行い、ニューラルネットワークモデルを構築する(ステップS402)。そして、構築したニューラルネットワークモデルを所定の記憶領域に格納する。
FIG. 25 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure when constructing a neural network model in the
When constructing the neural network model, the abnormality
次に、染色体異常判定システム1001において、染色体異常判定を行う際の処理手順を、図26を伴って説明する。図26は、解析装置1003における異常判定時の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、測定装置1002における測定時の処理手順は図22に示す第四実施形態における測定時の処理手順と同様である。
染色体異常判定を行う際には、まず、検査実施者は、染色体が見られる分裂中期の細胞が搭載されたスライドガラスを用意し、電動ステージ1202上に載置する。これにより、電動ステージ1202上のスライド上の判定対象の染色体が顕微鏡1201で拡大され、イメージング分光器1203によって分光されてスペクトルキューブデータとして、画像メモリ1204に格納される(図22のステップS201)。
Next, a processing procedure for performing chromosome abnormality determination in the chromosome
When performing chromosome abnormality determination, first, the tester prepares a slide glass on which metaphase cells in which chromosomes can be seen are mounted, and places the slide glass on the
続いて、検査実施者は、通信処理装置1205を操作し、画像メモリ1204に格納されたスペクトルキューブデータを通信回線1004を介して解析装置1003宛に送信する。これにより、画像メモリ1204に格納されたスペクトルキューブデータは、この測定装置1002を特定する識別情報と共に、通信回線1004を介して解析装置1003に送信される(ステップS202)。
一方、解析装置1003では、通信回線1004を介して測定装置1002からスペクトルキューブデータを受信すると、通信処理装置1301は受信したスペクトルキューブデータを画像メモリ1302に格納する(ステップS311)。
Subsequently, the tester operates the
On the other hand, in the
続いて、画像メモリ1302に格納されたスペクトルキューブデータに対して、スペクトル解析装置1303でのスペクトル特徴量画像の抽出処理(ステップS312)が行われる。スペクトル解析装置1303でのスペクトル解析においてスペクトル特徴量画像として単波長画像を抽出する際の任意の波長等、スペクトル特徴量画像の抽出に必要な各種パラメータは予め設定されて所定の記憶領域に記憶されており、この記憶されている波長を用いてスペクトル特徴量画像の抽出を行う。
判定処理装置1305の異常判定処理部21aでは、スペクトル解析装置1303で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データに基づき、予め構築されたニューラルネットワークモデルを用いて染色体の異常判定を行う(ステップS313)。
Subsequently, the
The abnormality
判定処理装置1305の異常判定結果表示処理部23は、異常判定処理部21aでの判定結果を表示装置1308に表示し。また、判定結果記憶装置1309に格納する(ステップS314)。さらに、通信処理装置1301は、判定結果記憶装置1309に格納された判定結果を、判定対象のスペクトル特徴量画像を抽出したスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002宛に送信する(ステップS315)。また、データベース作成装置1306は、異常判定に用いた、スペクトル特徴量画像の画像データを異常判定による判定結果と対応付けて、染色体データ記憶装置1307の、スペクトル特徴量画像を抽出したスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002に対応するデータベースに格納する(ステップS316)。
これにより、染色体の異常判定処理が終了する。
したがって、第五実施形態に係る染色体異常判定システム1001は、上記第二実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
The abnormality determination result
Thus, the chromosome abnormality determination processing ends.
Therefore, the chromosome
次に、本発明の第六実施形態を説明する。
この第六実施形態は、第三実施形態と対応するものであって、図19に示す第四実施形態における染色体異常判定システム1001の解析装置1003において、画像解析装置1304を省いたものであり、判定処理装置1305の構成が異なる。また、第六実施形態における解析装置1003は、スペクトル解析装置1303のスペクトル解析により抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データが直接判定処理装置1305に入力される。
なお、第三実施形態及び第四実施形態と同一部については同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図27は、第六実施形態における判定処理装置1305の一例を示す機能ブロック図である。
判定処理装置1305は、異常判定処理部21cと、異常判定結果表示処理部23と、を備える。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
The sixth embodiment corresponds to the third embodiment, in which the
The same parts as those in the third embodiment and the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
FIG. 27 is a functional block diagram illustrating an example of the
The
第六実施形態における染色体データ記憶装置1307には、スペクトル特徴量画像と、正常又は異常の判定結果とが対応付けられて、スペクトル特徴量画像を抽出したスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002毎に、データベース作成装置1306を介して染色体データ記憶装置1307に格納される。
異常判定処理部21cは、教師なし学習によるニューラルネットワークモデルを用いて、染色体の異常判定を行う。すなわち異常判定処理部21cは、スペクトル解析装置1303で抽出したスペクトル特徴量画像の画像データを含むデータベースを用いて機械学習させることにより、ニューラルネットワークモデルを構築する。そして、異常判定処理部21cは、新たな判定対象の染色体について、スペクトル解析により抽出されたスペクトル特徴量画像の画像データが異常判定処理部21cに入力され、異常判定処理部21cでは、スペクトル特徴量画像の画像データに対し、構築したニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行う。
In the chromosome
The abnormality
なお、第六実施形態における解析装置1003において、モデル構築時の処理手順は基本的には図25に示す第五実施形態におけるモデル構築時の処理手順と同様であるが、第六実施形態においては、ニューラルネットワークモデルを構築する際に(図25のステップS402)、染色体データ記憶装置1307の、判定対象のスペクトル特徴量画像を抽出したスペクトルキューブデータの送信元の測定装置1002に対応するデータベースに格納された異常時及び正常時のスペクトル特徴量画像の画像データを用いて機械学習を行い、ニューラルネットワークモデルを構築する。
Note that, in the
また、第六実施形態における染色体異常判定システム1001において、染色体異常判定を行う際の、測定装置1002及び解析装置1003での処理手順は、基本的には図22、図26に示す第五実施形態における処理手順と同様であるが、解析装置1003では、スペクトル解析(ステップS312)を行う際に、それぞれ所定のスペクトル特徴量画像を抽出し、抽出した各スペクトル特徴量画像に対し、構築したニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行う。
このように、スペクトル解析により得たスペクトル特徴量画像の画像データに対しニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行うため、二次元画像のみでは得ることのできない特徴情報を利用して異常判定を行うことができる。そのため、この場合も、より多くの染色体の画像に対して染色体異常を自動判定することができ、染色体異常判定システム1001の使い勝手を向上させることができる。
In the chromosome
As described above, since the abnormality determination is performed using the neural network model on the image data of the spectral feature image obtained by the spectrum analysis, the abnormality determination is performed using the feature information that cannot be obtained only with the two-dimensional image. Can be. Therefore, also in this case, the chromosome abnormality can be automatically determined for more chromosome images, and the usability of the chromosome
なお、上記第四~第六実施形態においても、染色体の反射光又は透過光から、所定の単波長、所定の二波長、所定の三波長等、特定の波長のみを抽出して画像データを取得するようにしてもよく、スペクトル特徴量画像の取得に必要な最小限数の波長のみを抽出して画像データを取得するようにしてもよい。 In the fourth to sixth embodiments as well, image data is obtained by extracting only specific wavelengths such as a predetermined single wavelength, a predetermined two wavelengths, a predetermined three wavelengths, etc. from the reflected light or transmitted light of the chromosome. Alternatively, only the minimum number of wavelengths necessary for acquiring the spectral feature image may be extracted to acquire the image data.
図28に、フィルタを用いてスペクトル特徴量画像の取得に必要な波長のみを抽出して画像データを取得するようにした染色体異常判定システム1001aの概略構成の一例を示す。染色体異常判定システム1001aは、図17に示す染色体異常判定システム1001において、測定装置1002を測定装置1002aに変えたものである。測定装置1002aは、図18に示す測定装置1002において、イメージング分光器1203に代えて、モノクロカメラ1211と、モノクロカメラ1211に設けられた特定波長のみを透過する特性を有するフィルタ1212とを備える。このような構成とすることによって、染色体の反射光又は透過光から特定波長のみを抽出した画像データを取得することができる。
FIG. 28 shows an example of a schematic configuration of a chromosome
なお、この場合も、任意の波長の画像データを取得して、ニューラルネットワークモデルを用いて染色体の異常判定を行う場合には、抽出した波長に対応したニューラルネットワークモデルを構築して異常判定を行うようにすればよい。 In this case as well, when acquiring image data of an arbitrary wavelength and performing chromosome abnormality determination using a neural network model, construct a neural network model corresponding to the extracted wavelength and perform abnormality determination. What should I do?
また、上記第一~第六実施形態において、染色液の種類や染色方法等によって、得られるスペクトルキューブデータの特性が異なる可能性がある。そのため、スペクトル特徴量画像として任意の波長の単波長画像を抽出する場合には、例えば、染色液の種類や染色方法毎に、単波長画像として最適な波長を、染色液の種類や染色方法等と対応付けて波長情報として記憶しておく。そして、新たな判定対象の染色体を染色させたときの染色液の種類や染色方法等を検査実施者が入力設定することで、予め記憶している波長情報の中から入力設定された染色液の種類や染色方法等に対応する波長を検索し、この波長を用いて単波長画像等を作成するようにしてもよい。このようにすることによって、染色液の種類や染色方法等によりスペクトルキューブデータの特性等が変化した場合でも、スペクトル特徴量画像をもとに処理を行う画像解析装置7又は1304での画像解析や、判定処理装置10又は1305での異常判定に適した単波長画像を得ることができ、この単波長画像に基づき画像解析や異常判定を行うことにより、解析精度や判定精度を向上させることができる。
特性 In the first to sixth embodiments, the characteristics of the obtained spectral cube data may vary depending on the type of staining solution, staining method, and the like. Therefore, when extracting a single-wavelength image of an arbitrary wavelength as a spectral feature image, for example, for each type of staining solution or staining method, the optimal wavelength as a single-wavelength image, the type of staining solution, staining method, etc. And stored as wavelength information in association with the wavelength information. Then, the tester inputs and sets the type and staining method of the staining solution when the new chromosome to be determined is stained, so that the staining solution input and set from the wavelength information stored in advance is set. A wavelength corresponding to a type, a staining method, or the like may be searched, and a single wavelength image or the like may be created using the wavelength. In this way, even when the characteristics and the like of the spectrum cube data change due to the type of the staining solution, the staining method, and the like, the image analysis by the
また、上記各実施形態においては、染色体データ記憶装置12又は1307を設け、染色体データ記憶装置12又は1307に格納されたデータベースを用いて判定処理装置10又は1305での判定処理内容を学習するようにしているが、これに限るものではない。例えば、染色体異常判定装置1又は染色体異常判定システム1001とは別の装置において、ニューラルネットワークモデルを構築し、この構築したニューラルネットワークモデルを染色体異常判定装置1又は解析装置1003に搭載し、この搭載したニューラルネットワークモデルを用いて異常判定を行うようにしてもよい。
また、上記各実施形態においては、モデル学習により異常判定処理のモデルを構築したり、ニューラルネットワークモデルを構築したりすることにより異常判定を行うようにした場合について説明したが、判定方法はどのような方法であってもよく、例えば、染色体データ記憶装置12又は1307に格納したデータベースに含まれる正常時又は異常時の特徴情報と、判定対象の染色体から抽出した特徴情報とを直接比較することで、異常判定を行うようにしてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the chromosome
Further, in each of the above embodiments, a case has been described in which an abnormality determination process is performed by constructing a model of an abnormality determination process by model learning or by constructing a neural network model. For example, by directly comparing the characteristic information at the time of normal or abnormal included in the database stored in the chromosome
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。 Note that the scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all the embodiments having the same effects as those aimed at by the present invention. Furthermore, the scope of the present invention may be defined by any desired combination of the particular features of each disclosed feature.
1、1a 染色体異常判定装置
2 顕微鏡
4 イメージング分光器
5 画像メモリ
6 スペクトル解析装置
7 画像解析装置
10 判定処理装置
11 データベース作成装置
12 染色体データ記憶装置
13 表示装置
14 モノクロカメラ
15 フィルタ
1001、1001a 染色体異常判定システム
1002 測定装置
1003 解析装置
1004 通信回線
1201 顕微鏡
1203 イメージング分光器
1204 画像メモリ
1205 通信処理装置
1211 モノクロカメラ
1212 フィルタ
1301 通信処理装置
1302 画像メモリ
1303 スペクトル解析装置
1304 画像解析装置
1305 判定処理装置
1306 データベース作成装置
1307 染色体データ記憶装置
1308 表示装置
DESCRIPTION OF
Claims (18)
判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータを取得するデータ取得部と、
を有し、
前記スペクトルキューブデータは染色された染色体を透過又は反射した光の前記染色体上の各点における分光スペクトルであって、
前記異常判定処理部は、
前記データ取得部により取得された前記判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報を入力し、当該特徴情報を用いて前記判定対象の染色体に対する前記異常判定処理を実行することを特徴とする染色体異常判定装置。 An abnormality determination processing unit that performs an abnormality determination process constructed using feature information representing the characteristics of the chromosome included in the spectrum cube data obtained from at least one of the abnormal chromosome and the normal chromosome,
A data acquisition unit for acquiring the spectrum cube data of the chromosome to be determined,
Has,
The spectral cube data is a spectral spectrum at each point on the chromosome of light transmitted or reflected through the stained chromosome,
The abnormality determination processing unit,
Inputting the characteristic information included in the spectrum cube data of the chromosome to be determined acquired by the data acquisition unit, and performing the abnormality determination process on the chromosome to be determined using the characteristic information. Chromosome abnormality determination device.
前記異常判定処理として、前記判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報と、異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報とを照合する処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の染色体異常判定装置。 The abnormality determination processing unit,
In the abnormality determination process, the characteristic information included in the spectral cube data of the chromosome to be determined is compared with the characteristic information included in the spectral cube data of at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome. The chromosome abnormality judging device according to claim 1, wherein the chromosome abnormality judging device executes a process for performing the chromosome abnormality.
前記異常判定処理として、前記異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報と当該特徴情報を有する染色体が正常であるか否かを表す情報とに基づき決定される異常判定パラメータを用いてモデル学習を行うことにより構築された処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の染色体異常判定装置。 The abnormality determination processing unit,
As the abnormality determination processing, based on the characteristic information included in the spectrum cube data of at least one of the abnormal chromosome and the normal chromosome and information indicating whether the chromosome having the characteristic information is normal or not. The chromosome abnormality judging device according to claim 1, wherein a process constructed by performing model learning using the determined abnormality judging parameter is executed.
前記異常判定処理として、異常な染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報を複数含む特徴情報群と、正常な染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報を複数含む特徴情報群とに対して個別に機械学習を行うことで構築されたニューラルネットワークモデルを用いた処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の染色体異常判定装置。 The abnormality determination processing unit,
As the abnormality determination process, a feature information group including a plurality of the feature information included in the spectrum cube data of the abnormal chromosome, and a feature information group including a plurality of the feature information included in the spectrum cube data of the normal chromosome The chromosome abnormality judging device according to claim 1, wherein a process using a neural network model constructed by individually performing machine learning on the chromosome is executed.
異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報と当該特徴情報を有する染色体が正常であるか否かを表す情報とに対して機械学習を行うことで構築されたニューラルネットワークモデルを用いた処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の染色体異常判定装置。 The abnormality determination processing unit,
By performing machine learning on the characteristic information included in the spectral cube data of at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome and information indicating whether the chromosome having the characteristic information is normal or not. The chromosome abnormality judging device according to claim 1, wherein a process using the constructed neural network model is executed.
前記異常判定処理部に入力された前記特徴情報と当該特徴情報に対する前記異常判定処理部での判定結果とを前記データベースに格納するデータベース作成部を備えることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の染色体異常判定装置。 A database in which the characteristic information included in the spectral cube data of at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome and information indicating whether the chromosome having the characteristic information is abnormal are stored,
7. The system according to claim 1, further comprising a database creation unit that stores the feature information input to the abnormality determination processing unit and a determination result of the feature information by the abnormality determination processing unit in the database. The chromosome abnormality judging device according to any one of the above.
前記測定装置は、染色された前記判定対象の染色体を透過又は反射した光の前記判定対象の染色体上の各点における分光スペクトルを前記スペクトルキューブデータとして取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得した前記スペクトルキューブデータを前記ネットワークを介して前記解析装置に送信し、送信した前記スペクトルキューブデータに対する前記解析装置での異常判定結果を前記ネットワークを介して受信する第一の通信処理部と、を備え、
前記解析装置は、前記測定装置から前記スペクトルキューブデータを前記ネットワークを介して受信し、受信した前記スペクトルキューブデータに対する前記解析装置での異常判定結果を前記ネットワークを介して前記測定装置に送信する第二の通信処理部と、
異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方から取得された前記スペクトルキューブデータに含まれる前記染色体の特徴を表す特徴情報を用いて構築された異常判定処理を、前記判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報を用いて実行する異常判定処理部と、
を備えることを特徴とする染色体異常判定システム。 A plurality of measurement devices that obtain spectrum cube data of the chromosome to be determined, and an analysis device that performs an abnormality determination of the chromosome to be determined based on the spectral cube data, in a chromosome abnormality determination system connected via a network. So,
The measurement device, a data acquisition unit that acquires a spectral spectrum at each point on the chromosome of the determination target of light transmitted or reflected by the stained chromosome of the determination target as the spectral cube data,
A first transmitting the spectrum cube data acquired by the data acquisition unit to the analyzer via the network, and receiving an abnormality determination result in the analyzer for the transmitted spectrum cube data via the network; A communication processing unit;
The analysis device receives the spectrum cube data from the measurement device via the network, and transmits an abnormality determination result in the analysis device to the received spectrum cube data to the measurement device via the network. A second communication processing unit,
Abnormality chromosome and abnormality determination processing constructed using characteristic information representing the characteristics of the chromosome included in the spectral cube data obtained from at least one of the normal chromosome, the spectrum of the chromosome of the determination target An abnormality determination processing unit that executes using the feature information included in the cube data,
A chromosome abnormality determination system, comprising:
染色された前記判定対象の染色体を透過又は反射した光の前記判定対象の染色体上の各点における分光スペクトルを前記スペクトルキューブデータとして取得するデータ取得部と、
前記データ取得部で取得した前記スペクトルキューブデータを前記ネットワークを介して前記解析装置に送信し、送信した前記スペクトルキューブデータに対する前記解析装置での異常判定結果を前記ネットワークを介して受信する第一の通信処理部と、を備えることを特徴とする測定装置。 A measurement device that acquires spectrum cube data of a chromosome to be determined and transmits the spectrum cube data to an analyzer that performs an abnormality determination of a chromosome connected via a network,
A data acquisition unit that acquires a spectral spectrum at each point on the chromosome of the determination target of light transmitted or reflected through the stained chromosome of the determination target as the spectrum cube data,
A first transmitting the spectrum cube data acquired by the data acquisition unit to the analyzer via the network, and receiving an abnormality determination result in the analyzer for the transmitted spectrum cube data via the network; And a communication processing unit.
前記判定対象の染色体のスペクトルキューブデータをネットワークを介して受信し、受信した前記スペクトルキューブデータに対する当該解析装置での異常判定結果を前記ネットワークを介して送信する第二の通信処理部と、
異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方から取得された前記スペクトルキューブデータに含まれる前記染色体の特徴を表す特徴情報を用いて構築された異常判定処理を、前記判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報を用いて実行する異常判定処理部と、
を備えることを特徴とする解析装置。 An analysis device that performs an abnormality determination of the chromosome to be determined based on the spectral cube data of the chromosome to be determined,
A second communication processing unit that receives, via a network, the spectrum cube data of the chromosome to be determined, and transmits an abnormality determination result in the analyzer for the received spectrum cube data through the network.
Abnormality chromosome and abnormality determination processing constructed using characteristic information representing the characteristics of the chromosome included in the spectral cube data obtained from at least one of the normal chromosome, the spectrum of the chromosome of the determination target An abnormality determination processing unit that executes using the feature information included in the cube data,
An analysis device comprising:
前記異常判定処理として、前記判定対象の染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報と、異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報とを照合する処理を実行することを特徴とする請求項11に記載の解析装置。 The abnormality determination processing unit,
In the abnormality determination process, the characteristic information included in the spectral cube data of the chromosome to be determined is compared with the characteristic information included in the spectral cube data of at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome. The analysis device according to claim 11, wherein the analysis device performs a process of performing the analysis.
前記異常判定処理として、前記異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報と当該特徴情報を有する染色体が正常であるか否かを表す情報とに基づき決定される異常判定パラメータを用いてモデル学習を行うことにより構築された処理を実行することを特徴とする請求項11に記載の解析装置。 The abnormality determination processing unit,
As the abnormality determination processing, based on the characteristic information included in the spectrum cube data of at least one of the abnormal chromosome and the normal chromosome and information indicating whether the chromosome having the characteristic information is normal or not. 12. The analysis apparatus according to claim 11, wherein a process constructed by performing model learning using the determined abnormality determination parameter is executed.
前記異常判定処理として、異常な染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報を複数含む特徴情報群と、正常な染色体の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報を複数含む特徴情報群とに対して個別に機械学習を行うことで構築されたニューラルネットワークモデルを用いた処理を実行することを特徴とする請求項11に記載の解析装置。 The abnormality determination processing unit,
As the abnormality determination process, a feature information group including a plurality of the feature information included in the spectrum cube data of the abnormal chromosome, and a feature information group including a plurality of the feature information included in the spectrum cube data of the normal chromosome The analysis apparatus according to claim 11, wherein the apparatus performs processing using a neural network model constructed by individually performing machine learning on the analysis.
異常な染色体及び正常な染色体のうちの少なくとも一方の前記スペクトルキューブデータに含まれる前記特徴情報と当該特徴情報を有する染色体が正常であるか否かを表す情報とに対して機械学習を行うことで構築されたニューラルネットワークモデルを用いた処理を実行することを特徴とする請求項11に記載の解析装置。 The abnormality determination processing unit,
By performing machine learning on the characteristic information included in the spectral cube data of at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome and information indicating whether the chromosome having the characteristic information is normal or not. 12. The analysis device according to claim 11, wherein a process using the constructed neural network model is executed.
前記スペクトルキューブデータのうちの、前記染色された染色体の濃淡と当該染色された染色体を透過又は反射した光量との特性に応じて予め選択された波長を含む波長域におけるデータを用いて前記特徴情報を抽出する特徴情報抽出部を備えることを特徴とする請求項11から請求項15のいずれか一項に記載の解析装置。 The spectral cube data is a spectral spectrum at each point on the chromosome of the determination target of the light transmitted or reflected through the stained chromosome of the determination target,
Of the spectral cube data, the characteristic information using data in a wavelength range including a wavelength selected in advance according to the characteristics of the density of the stained chromosome and the amount of light transmitted or reflected through the stained chromosome The analysis device according to any one of claims 11 to 15, further comprising: a feature information extraction unit configured to extract the information.
前記異常判定処理部に入力された前記特徴情報と当該特徴情報に対する前記異常判定処理部での判定結果とを前記データベースに格納するデータベース作成部と、
を備えることを特徴とする請求項11から請求項16のいずれか一項に記載の解析装置。 A database in which the characteristic information included in the spectral cube data of at least one of an abnormal chromosome and a normal chromosome and information indicating whether the chromosome having the characteristic information is abnormal are stored,
A database creation unit that stores the feature information input to the abnormality determination processing unit and the determination result of the abnormality determination processing unit for the feature information in the database,
The analyzer according to any one of claims 11 to 16, further comprising:
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