JP4558047B2 - 顕微鏡システム、画像生成方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
まず、検査士が、比較的低倍(例えば10倍)の対物レンズを使用して標本全体をスクリーニングして、悪性な細胞若しくは非正常な細胞(本願では、このような細胞を「異常細胞」と称することとする)の探索を行う。ここで、疑わしい細胞を見つけた場合には、細胞の構造をより詳細に観察するために、対物レンズを高倍のもの(例えば40倍)に変更し、焦点位置を変えながら詳細に観察して目的の細胞であるか否かを判断する。ここで、目的とする細胞若しくは異常所見を見つけ出した場合には、当該標本が塗抹されているスライドガラス上にインクを用いてマーキングを行う。なお、陽性例・疑陽性症例に関しては、細胞診専門医又は指導医が再鏡検して最終判定を行い、署名の上依頼元に報告する。一方、陰性症例と検査士が判断した場合には、細胞診専門医・指導医のチェックが行われることなく、その検査結果が依頼元に報告される症例が大半である。
この他、本発明に関し、例えば非特許文献1には、例えば、ガウシアンフィルタ(Gaussian Filter )等の平滑化フィルタ処理や、2値化された画像に対する、画素連結成分の境界を求めるための輪郭追跡処理(Contour Tracking)・画像中の小さな穴を取り除くための膨張処理(dilation)及び収縮処理(erosion )によるクロージング(closing )処理・異なる画素連結成分に異なるラベルを付して区別するラベリング(Labeling)処理・画素連結成分の形状の特徴を数値化した形状特徴パラメータ(Geometric Feature parameter)の算出処理、などといった、周知の各種のディジタル画像処理の手法についての解説が記載されている。
(1)装置が撮影して保存する画像には、装置が異常と判断した領域のみの画像であるため、異常細胞の見落としがあるのか否かの判断ができない。
(1)観察用の顕微鏡(Review Station)で異常細胞のXY座標を精度よく再現するには、位置決めのための基準マーカが印刷されている専用のスライドガラスが必要になるため、検査コストが高くなってしまう。
(1)細胞診のために必要な高倍率(例えば40倍)で標本全体の三次元VS画像を作成するには長い作成時間を要する上に、作成されたVS画像のデータ量も膨大なものとなる。
(3)このシステムを細胞診の検査に単純に使用するだけでは、異常細胞の見落とし防止や検査精度の向上にはつながらない。
まず図1について説明する。図1は、本発明を実施するバーチャルスライド顕微鏡システムの構成を示したものである。
顕微鏡装置1の観察光路上には、複数装着された対物レンズ23a、23b、…(以下、必要に応じて「対物レンズ23」と総称する)のうち、そのとき観察に使用する対物レンズ23を回転動作により選択するレボルバ24と、検鏡法を切り替えるキューブユニット25と、観察光路を接眼レンズ26の側とビデオカメラ3の側とに分岐するビームスプリッタ27とが備えられている。標本19を載置した電動ステージ20を光軸と垂直の方向に移動させると、対物レンズ23と標本19とを光軸に対して直交する方向に相対的に移動させることになる。
図2乃至図5について説明する。
図2は、ホストシステム2により行われる、標本全体VS画像生成処理の処理内容をフローチャートで示した図である。
図5は、フォーカスマップのデータ構成例である。
まず、図2のステップS101において、レボルバ24を制御して、標本19の存在の有無を確認するための、例えば4倍といった、低倍である対物レンズ23を光路に挿入させる処理が行われる。
すなわち、まず、上記ステップS102で取得した標本サーチ範囲41の全体画像を基にして、スライドガラス40上において実際に標本19が載っている領域(図3に示す標本領域42)を決定する処理が行われる。この標本領域42の決定は、既存の方法で行うことができ、例えば、標本領域42を矩形にするものと予め決めておき、上記全体画像を標本の有無により基づき2値化して、互いに直交するX方向及びY方向のそれぞれの方向において標本19の存在する部分を探索すればよい。なお、標本領域42を、オペレータがマウス装置等を操作して任意に指定し、その指定結果をホストシステム2が取得することで決定するようにしてもよい。
次に、ステップS106では、標本全体VS画像を取得する処理が行われる。
スライド番号72は、各スライドガラス標本に任意に割り当てられる識別番号であり、例えば、前述したようにラベル43にバーコード印刷等されている情報がスライド番号72として格納される。
広視野・高精細画像データ63は、図2の標本全体VS画像生成処理におけるステップS106や、後述する注目領域三次元VS画像生成処理におけるステップS256等の処理により作成されるVS画像の画像データ、及び、このVS画像に係る各種情報である。図6Cは、この広視野・高精細画像データ63のデータ構成を示している。
撮影情報83には、例えば、撮影倍率91、Scan開始(左上区画)ステージX座標92、Scan開始(左上区画)ステージY座標93、X方向ピクセル数94、Y方向ピクセル数95、及びZ方向の枚数96の各データが含まれている。
[注目領域の設定]
次に、以上のようにして作成された標本全体VS画像に表されている標本19の全体像に対し、異形細胞や悪性細胞といった非正常細胞又は細胞集塊の画像が表されている画像領域を、注目領域として設定する処理について説明する。
図7において、まず、ステップS121では、標本全体VSカラー画像を、対象データ部(細胞)と非対象データ部(背景部)とに2値化して分けた標本全体VS2値画像を作成する標本全体VS2値画像処理が行われる。なお、この処理の詳細は後述する。
まず、ステップS121の標本全体VS2値画像作成処理の詳細について、図9に示した標本全体VS2値画像作成処理の処理内容を示すフローチャートに沿って説明する。
最頻値−(最大値−最頻値)+補正値………(1)
なお、上記の(1)式において、「補正値」は、システムで調整することのできる任意の調整値である。ここで、この「補正値」の値を「0」とすれば、上記の(1)式により求まる閾値は、標本全体VS画像(R)において推定される背景データの成分値の最小値となる。
標本全体VSカラー画像において、一般に、背景の画像領域は、光の三原色成分であるR成分、G成分、B成分の各成分値がほぼ等しく(無色)、且つ、照明光の透過率が高いので明るい領域(成分値が大きい)となる。従って、標本全体VSカラー画像において、G成分値が所定値(例えば「190」)以上であり、且つ、R成分とG成分との成分値の差の絶対値が所定値(例えば「2」)以下であり、かつ、BとG成分の差の絶対値が所定値(例えば「2」)以下である画素により構成される領域を背景の画像領域とし、この画像領域に対応する標本全体VS画像(R)のデータを背景データとして取得し、その背景データの最小値を閾値として決定する。
以上までの処理が標本全体VS2値画像作成処理である。
図10Aは、図9に示した標本全体VS2値画像作成処理のステップS151の処理により平滑化処理が施された後の標本全体VS画像(R)の画像例を示している。また、図10Bは、図9に示した標本全体VS2値画像作成処理によって、図10Aの画像例から作成された標本全体VS2値画像を示している。更に、図10Cは、細胞領域の抽出のために標本全体VS2値画像に対して行われるラスタスキャン(Raster Scan )における走査パターンを示した図である。
ラベル131には、抽出した細胞領域120に対して与えられたラベル(番号)が連番で付与される。
面積134には、細胞領域120の面積が格納される。なお、ビデオカメラ3の1画素(正方画素とする)の大きさと撮影倍率とに基づいて標本全体VS2値画像の1画素の実寸が求められるので、画素数から実寸への変換は容易に行える。
円形度136には、「4π×面積÷周囲長」なる式の値が格納される。なお、この式の値は、細胞領域120の輪郭形状が真円のときに最大値1になり、輪郭形状が複雑になるほど小さくなる。
例えば、図10Aに例示した標本全体VS2値画像の全領域に対し、図10Cに例示した走査パターンによるラスタスキャンを行って以上のような細胞領域を抽出する処理を行うと、図10Bに示すLN1、LN2、LN3、…といった順序で、細胞領域が登録される。
条件2:細胞領域120の長径が所定値(例えば60μm)以下である。
条件3:細胞領域120内に核が1個以下である。
次に、ステップS188において、細胞領域マップテーブル130に登録されていた全ての細胞領域120に対して正常/異常の判定処理を終えたかを判定する処理が行われる。ここで、当該全ての細胞領域120に対して当該判定処理を終えたと判定されたとき(判定結果がYesのとき)には、この図11の処理を終了する。一方、当該判定処理を未だ行っていない細胞領域120が残されていると判定されたとき(判定結果がNoのとき)には、ステップS183へと処理を戻して、上述した処理が再度行われる。
次に、図12A乃至図12Dを参照しながら、前述した細胞領域正常/異常判定処理におけるステップS183の処理である、細胞領域120を核領域と細胞質領域とに分ける処理について説明する。
図12Bは、細胞領域120内における核と細胞質とを模式的に示した図である。
図12Dは、核領域マップテーブルの例を示した図である。
まず、図12AのステップS201において、図12Bに示すように、平滑済み標本全体VSカラー画像における細胞領域120の像を構成する各画素を、核151の像を構成する画素と細胞質152の像を構成する画素とに分離して2値化する処理が行われる。本実施形態においては、この処理を以下のようにして行う。
特徴1:R成分とG成分が共に低い。(例えば、R<100かつG<100)
特徴2:B成分がG成分より大きい。(例えば、B/G≧1.2)
特徴3:R成分がG成分に対し同等以上である。(すなわち、R≧G)
また、細胞質152の像を構成する画素には一般的に以下の特徴(傾向)がある。
特徴5:細胞の重なりがない場合には、G成分が核151のG成分よりも高い。( (例えば、G≧130)
更に、細胞質152における細胞の重なり部分の像を構成する画素には、一般的に以下の特徴(傾向)がある。
特徴7:R成分がG成分に比べて有意に小さい。(例えば、G/R>2.0)
以上の特徴1乃至特徴7の傾向を利用して細胞領域120の像を構成する画素から核151の像を構成する画素と細胞質152の像を構成する画素とを判別する、本実施形態に係るアルゴリズム例をフローチャートで示したものが図12Cである。
図8Aにおいて、核の数141には、細胞領域120内に存在している核151の個数が格納される。また、核の面積142には、細胞領域内120内に存在している核151の面積の平均値が格納され、核の分散143には、細胞領域内120内に存在している核151の面積の分散値が格納される。
細胞質の輝度146には、標本全体VSカラー画像における細胞領域120における細胞質152の輝度値の平均値が、核の輝度144と同様にして算出されて格納される。
なお、判定147、画像ID148、及び確認済みフラグ149については後述する。
図13Bは、孤立散在細胞の異常判定に使用する判定テーブルである。
[注目領域三次元VS画像の生成]
次に、注目領域設定処理により抽出された異常細胞を、より高い撮影倍率で、且つ、焦点位置を変えてのセクショニング(断面)撮影を行って、当該異常細胞についての三次元VS画像(注目領域三次元VS画像)を生成する手法について、図14を参照しながら説明する。
図14において、まず、ステップS251では、レボルバ24を制御して、前述の標本全体VSカラー画像の作成時(図2ステップのS103)に使用した倍率よりも更に高倍率(例えば40倍)である対物レンズ23を光路に挿入させる処理が行われる。なお、このときに光路に挿入される対物レンズ23の倍率は、細胞の核所見を観察できる程度の倍率が望ましい。
次に、ステップS258において、ラベル変数Liによる細胞領域マップテーブル130の参照がテーブルエンドに達し、細胞領域マップテーブル130に登録されていた全ての細胞領域情報に対して、判定スコア147bの値とスコア変数Siの現在の値との一致・不一致の判定を終えたか否かを判定する処理が行われる。ここで、当該全ての細胞領域情報に対して当該一致・不一致の判定処理を終えたと判定されたとき(判定結果がYesのとき)には、ステップS259に処理を進める。一方、当該一致・不一致の判定処理を未だ行っていない細胞領域情報が残されていると判定されたとき(判定結果がNoのとき)には、ステップS254へと処理を戻して、上述した処理が再度行われる。
次に、ステップS260において、スコア変数Siの現在の値が「0」となり、細胞領域120が異常であることを示す全ての判定スコア147aの値とスコア変数Siとの一致・不一致の判定を終えたか否かを判定する処理が行われる。ここで、当該全ての判定スコア147aの値についての当該一致・不一致の判定処理を終えたと判定されたとき(判定結果がYesのとき)には、この図14の処理を終了する。一方、スコア変数Siの現在の値が「0」ではなく、当該一致・不一致の判定処理を未だ行っていない判定スコア147aの値が残されていると判定されたとき(判定結果がNoのとき)には、ステップS253へと処理を戻して、上述した処理が再度行われる。
[注目領域三次元VS画像のリコール表示]
次に、注目領域三次元VS画像のリコール表示について説明する。これは、注目領域が複数設定されている場合に、各注目領域についての注目領域三次元VS画像を、所定の順序でモニタ5に表示させるというものであ。なお、ここでは、異常細胞についての注目領域三次元VS画像を、その異常の程度の高い順に表示させるようにする。
この図15に示したフローチャートは、図14に示した注目領域三次元VS画像生成処理のフローチャートに類似しているので、ここでは、両者における相違点を中心に説明する。
次に、ステップS302において、オープンしたVS画像ファイル60内の細胞領域マップファイル情報99に格納されている細胞領域マップファイルをオープンして、細胞領域マップテーブル130(図8A)を参照可能な状態とする処理が行われる。
まず、ステップS331において、標本全体VSカラー画像をモニタ5に表示させる処理が行われる。但し、この表示処理では、標本全体VSカラー画像における、ラベル変数Liの現在の値に対応する細胞領域120(すなわち該当異常細胞)の像がモニタ5の表示画面における中央部に表示されるようにする。このようにした標本全体VSカラー画像の表示例を図15Cに示す。このようにして標本全体VSカラー画像を表示させることにより、該当異常細胞とその周囲の正常細胞との対比が可能となり、該当異常細胞の正常・異常についての観察者(細胞診の検査士や病理医等)による判定が容易になる。
この注目領域三次元VS画像がモニタ5に表示されているときに、観察者が例えば不図示のキーボードやマウス装置などを操作すると、その操作内容に応じ、異なる焦点位置の注目領域三次元VS画像への表示の切り替えや、注目領域三次元VS画像の表示倍率の変更、注目領域三次元VS画像の表示視野の変更の各処理が行われる。
次に図15Eについて説明する。図15Eは、異常細胞領域のリコール表示の図15C及び図15Dとは異なる表示例である。
図16Dは、ホストシステム2により行われる、二次判定処理の処理内容をフローチャートで示したものである。
まず、ステップS351において、処理対象である核の領域(面積が大きいと判定された核の像が表されている領域)の2値化画像を標本全体VS2値画像から取得する処理が行われる。以下、この処理により取得さされる領域を「該当核領域」と称することとする。
図17Bは、詳細画像の要否判定も可能である細胞集塊の異常判定テーブルの例である。
図18の処理では、まず、ステップS405において、細胞領域マップテーブル130の参照中の細胞領域120についての細胞領域情報における詳細画像の要否フラグ381が、「必要」とされており、この細胞領域120が注目領域三次元VS画像の取得対象になっているか否かを判定する処理が行われる。ここで、この細胞領域120が注目領域三次元VS画像の取得対象になっていると判定したとき(判定結果がYesのとき)にはステップS410に処理を進める。一方、この細胞領域120が注目領域三次元VS画像の取得対象になっていないと判定したとき(判定結果がNoのとき)には、このままこの図18の処理を終了する。
条件1:細胞領域の重心133から所定距離以内である。
条件3:注目領域三次元VS画像の取得対象になっている。
という上記の3つの条件を全て満たす細胞領域の個数を計数する。そして、この計数値が所定値以上の場合には、「近傍に代替異常細胞がある」との判定を下し(判定結果をYesとし)、このままこの図18の処理を終了する。一方、この計数値が所定値未満の場合には、「近傍に代替異常細胞はない」との判定を下し(判定結果をNoとし)、ステップS256に処理を進める。
以上のように、本実施例によれば、細胞の形状の特徴量若しくは近傍の細胞(所定距離内に存在する細胞)の状況に応じて注目領域三次元VS画像の生成を行わないようにすることが可能となり、撮影時間、画像ファイル容量等を削減することが可能となる。
図19において、画像表示領域430には、標本全体VS画像(実施例1における標本全体VSカラー画像)が表示され、この表示は、観察者による所定の操作に応じて、同図の下に表されている注目領域三次元VS画像に切り替えることができる。
異常細胞情報表示エリア410には、現在の観察対象となっている異常細胞についての細胞顔域マップテーブル130の登録内容が表示される。
評価値入力部421には、観察者による異常細胞の評価情報が数値入力される。評価内容表示部422には、評価値入力部421に入力された評価数値の意味内容が表示される。データ記録部4に予め記録されている、この評価数値とその意味内容との対応テーブルの例を図20に示す。
ホストシステム2は、図15Bの該当異常細胞のリコール表示処理により、この図19に示した表示画面を、図15C及び図15Dにそれぞれ示した標本全体VSカラー画像及び注目領域三次元VS画像の表示例に代えて表示させるようにする。そして、この図19の画面の表示中に観察者により行われた所定の操作(例えば不図示キーボードに対する押下操作)を検出し、この操作に対応する評価値入力部421及びコメント部423に対する入力を取得すると共に、取得した評価数値に対応する意味内容を図20の対応テーブルから取得して評価内容表示部422に表示する。
すなわち、図15Eに示した異常細胞領域のリコール表示例において、異常レベル選択ボックス201により、観察者により入力された上述の評価数値の範囲指定を可能とする。ここで、一覧表示させる評価数値の範囲が異常レベル選択ボックス201で選択されると、所見データテーブル500における評価値502に、選択された評価数値の範囲に一致する値が格納されている細胞領域のサムネイル画像202(標本全体VS画像における異常細胞の像が表示画面における中央部に表示されている画像のサムネイル画像)の一覧が、評価数値の大きい順に表示される。ここで、スクロールバー203をマウス装置のドラッグ操作等により移動操作すると、サムネイル画像202の一覧がスクロール表示される。
2 ホストシステム
3 ビデオカメラ
4 データ記録部
5 モニタ
6 透過照明用光源
7 コレクタレンズ
8 透過用フィルタユニット
9 透過視野絞り
10 透過開口絞り
11 コンデンサ光学素子ユニット
12 トップレンズユニット
13 落射照明用光源
14 コレクタレンズ
15 落射用フィルタユニット
16 落射シャッタ
17 落射視野絞り
18 落射開口絞り
19 標本
20 電動ステージ
21 ステージX−Y駆動制御部
22 ステージZ駆動制御部
23(23a、23b、…) 対物レンズ
24 レボルバ
25 キューブユニット
26 接眼レンズ
27 ビームスプリッタ
28 ポラライザ
30 アナライザ
31 ビデオカメラコントローラ
32 ビデオボード
33 ビデオカメラコントローラ
34 撮影座標記録部
40 スライドガラス
41 標本サーチ範囲
42 標本領域
43 ラベル
50 フォーカスマップ
60 VS画像ファイル
120、128 細胞領域
130 細胞領域マップテーブル
151、221、222、223 核
152 細胞質
160 核領域マップテーブル
201 異常レベル選択ボックス
202 細胞領域のサムネイル画像
203 スクロールバー
410 異常細胞情報表示エリア
420 所見入力エリア
421 評価値入力部
422 評価内容表示部
423 コメント部
430 画像表示領域
431 異常細胞指示ポインタ
500 所見データテーブル
Claims (5)
- 対物レンズと標本とを光軸に対して直交する方向に相対的に移動させる度に撮影して取得した複数枚の顕微鏡画像を相互に結合して構成される該標本のバーチャルスライド画像(VS画像)であって、第一の撮影倍率の該顕微鏡画像から構成されており該標本の全体像が表されている標本全体VS画像を生成する標本全体VS画像生成手段と、
前記標本全体VS画像生成手段により生成された前記標本の全体像に基づき、前記標本を構成している細胞のうち、核の像の面積が正常値から逸脱していることにより、異常であるとみなされた領域を注目領域として設定する注目領域設定手段と、
前記注目領域について、前記第一の撮影倍率よりも高倍率であって、異なる焦点位置の複数枚の顕微鏡画像からなる注目領域三次元VS画像を生成する注目領域三次元VS画像生成手段と、
を有し、
前記注目領域設定手段が、前記注目領域三次元VS画像生成手段で生成された前記注目領域三次元VS画像に基づき、前記注目領域に核の重なりの存在が認められた場合に、二次判定として、該核の重なりの像を判定基準から除外した上で前記細胞が異常であるか否かを判定する
ことを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記注目領域設定手段は、前記細胞が異常であるか否かを、前記標本全体VS画像における該細胞を構成している核の像の面積及び細胞質の像の面積と、該核の像の輝度及び該細胞質の像の輝度とに基づいて判定することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡システム。
- 前記注目領域設定手段により設定された前記注目領域についての前記注目領域三次元VS画像の生成を、前記注目領域三次元VS画像生成手段に行わせるか否かを、該注目領域に表されている異常である細胞から所定距離内に存在する他の細胞の像に基づいて制御する注目領域三次元VS画像生成制御手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡システム。
- 対物レンズと標本とを光軸に対して直交する方向に相対的に移動させる度に撮影して取得した複数枚の顕微鏡画像を相互に結合して構成される該標本のバーチャルスライド画像(VS画像)であって、第一の撮影倍率の該顕微鏡画像から構成されており該標本の全体像が表されている標本全体VS画像を標本全体VS画像生成手段が生成し、
前記標本全体VS画像生成手段により生成された前記標本の全体像に基づき、前記標本を構成している細胞のうち、核の像の面積が正常値から逸脱していることにより、異常であるとみなされた領域を注目領域として注目領域設定手段が設定し、
前記注目領域について、前記第一の撮影倍率よりも高倍率であって、異なる焦点位置の複数枚の顕微鏡画像からなる注目領域三次元VS画像を注目領域三次元VS画像生成手段が生成し、
前記注目領域三次元VS画像生成手段で生成された前記注目領域三次元VS画像に基づき、前記注目領域に核の重なりの存在が認められた場合に、二次判定として、該核の重なりの像を判定基準から除外した上で前記細胞が異常であるか否かを、前記注目領域設定手段が判定する、
ことを特徴とする画像生成方法。 - 対物レンズと標本とを光軸に対して直交する方向に相対的に移動させる度に撮影して取得した複数枚の顕微鏡画像を相互に結合して構成される該標本のバーチャルスライド画像(VS画像)であって、第一の撮影倍率の該顕微鏡画像から構成されており該標本の全体像が表されている標本全体VS画像を生成する標本全体VS画像生成処理と、
前記標本全体VS画像生成処理により生成された前記標本の全体像に基づき、前記標本を構成している細胞のうち、核の像の面積が正常値から逸脱していることにより、異常であるとみなされた領域を注目領域として設定する注目領域設定処理と、
前記注目領域について、前記第一の撮影倍率よりも高倍率であって、異なる焦点位置の複数枚の顕微鏡画像からなる注目領域三次元VS画像を生成する注目領域三次元VS画像生成処理と、
をコンピュータに行わせ、
前記注目領域設定処理が、前記注目領域三次元VS画像生成処理で生成された前記注目領域三次元VS画像に基づき、前記注目領域に核の重なりの存在が認められた場合に、二次判定として、該核の重なりの像を判定基準から除外した上で前記細胞が異常であるか否かを判定する処理を前記コンピュータに行わせる、
ことを特徴とするプログラム。
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