JP5854418B2 - 細胞培養環境評価方法及びその装置 - Google Patents
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Description
(a)標準培養環境を用いて特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Aと、別途、前記標準培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群A’と、前記標準培養環境とは異なる対照培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Bとを取得するステップと、
(b)前記画像群A,A’,Bの全てにおいて、各細胞について予め定められた複数の形態特徴量の値を算出するステップと、
(c)前記画像群A,A’,Bの各々につき、各細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データを用いて相関分析を実行し、全画像群中に含まれる細胞に関する相関関係図を作成するステップと、
(d)前記画像群A,A’,Bの各々につき、前記細胞に関する相関関係図をもとに、相関性の高い複数の細胞が所属するグループとしてクラスタを設定することを目標とし、クラスタ数を値2から順に所定数まで設定していき、前記画像群A及びA’における、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びA’のうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ(カイ)二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ1を算出し、それと共に、前記画像群A及びBにおける、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びBのうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ2を算出するステップと、
(e)両平均検定値の差分Δ2−Δ1を評価値として算出するステップと、
(f)クラスタ数に対する評価値が上限に達した時点のクラスタ数を、最適クラスタ数n(nは2以上の整数)に設定するステップと、
(g)前記画像群A又は前記画像群A’で得られた全細胞につき、該画像群の相関関係図を前記最適クラスタ数nで分けたときの第1〜第nクラスタと、各クラスタに含まれる細胞数との関係を表す形態クラスタ比率プロファイルを作成するステップと、
(h)検討培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに撮影した画像Xを取得し、該画像Xに含まれる各細胞について前記複数の形態特徴量の値を算出し、前記画像Xに含まれる全細胞の1つ1つについて、その細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データと前記第1〜第nクラスタ中の全ての細胞の細胞−形態特徴量対応データとの相関性を算出し、前記第1〜第nクラスタ中で最も相関性の高い細胞が属するクラスタに振り分ける作業を実行し、その後、画像Xに含まれる全細胞が所属する各々の前記第1〜第nクラスタ名と所属クラスタに含まれる細胞数を求めることで形態クラスタ比率プロファイルを作成するステップと、
を含むものである。
標準培養環境を用いて特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Aと、別途、前記標準培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群A’と、前記標準培養環境とは異なる対照培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Bとを取得する画像取得手段と、
前記画像群A,A’,Bの全てにおいて、各細胞について予め定められた複数の形態特徴量の値を算出する形態特徴量算出手段と、
前記画像群A,A’,Bの各々につき、各細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データを用いて相関分析を実行し、全画像群中に含まれる細胞に関する相関関係図を作成する相関関係図作成手段と、
前記画像群A,A’,Bの各々につき、前記細胞に関する相関関係図をもとに、相関性の高い複数の細胞が所属するグループとしてクラスタを設定することを目標とし、クラスタ数を値2から順に所定数まで設定していき、前記画像群A及びA’における、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びA’のうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ(カイ)二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ1を算出し、それと共に、前記画像群A及びBにおける、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びBのうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ2を算出する検定値算出手段と、
両平均検定値の差分Δ2−Δ1を評価値として算出する評価値算出手段と、
クラスタ数に対する評価値が上限に達した時点のクラスタ数を、最適クラスタ数n(nは2以上の整数)に設定する最適クラスタ値設定手段と、
前記画像群A又は前記画像群A’で得られた全細胞につき、該画像群の相関関係図を前記最適クラスタ数nで分けたときの第1〜第nクラスタと、各クラスタに含まれる細胞数との関係を表す形態クラスタ比率プロファイルを作成する標準培養環境プロファイル作成手段と、
検討培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに撮影した画像Xを取得し、該画像Xに含まれる各細胞について前記複数の形態特徴量の値を算出し、前記画像Xに含まれる全細胞の1つ1つについて、その細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データと前記第1〜第nクラスタ中の全ての細胞の細胞−形態特徴量対応データとの相関性を算出し、前記第1〜第nクラスタ中で最も相関性の高い細胞が属するクラスタに振り分ける作業を実行し、その後、画像Xに含まれる全細胞が所属する各々の前記第1〜第nクラスタ名と所属クラスタに含まれる細胞数を求めることで形態クラスタ比率プロファイルを作成する検討培養環境プロファイル作成手段と、
を備えたものである。
注目する細胞の面積を示す値であり、細胞内に画像処理上生じる穴様のコントラストがあっても無視して算出される。具体的には、注目する細胞の領域の画素数に基づいて算出される。
(2)Hole area
注目する細胞内の穴の面積を示す値である。ここで、穴は、コントラストによって細胞内における画像の輝度値が閾値以上となる部分(位相差観察では白に近い状態となる箇所)を指す。例えば、細胞内小器官の染色されたリソソームなどが穴として検出される。また、画像によっては、細胞核や他の細胞小器官が穴として検出される。具体的には、細胞内における輝度値が閾値以上となる画素のまとまりを穴として検出し、この穴の画素数に基づいて算出される。
(3)Relative hole area
注目する細胞の面積に対するその細胞領域内の輝度ムラから生じる画像的な穴の面積の相対比、つまりHole area/Total areaである。この値は、細胞の大きさにおける細胞内小器官の割合を示すパラメータであって、例えば細胞内小器官の肥大化や核の形の悪化などに応じて変動する。
(4)Perimeter
注目する細胞の外周の長さを示す値である。具体的には、細胞を抽出するときの輪郭追跡処理により取得する。
(5)Width
注目する細胞の画像横方向(X方向)での長さを示す値である。
(6)Height
注目する細胞の画像縦方向(Y方向)での長さを示す値である。
(7)Length
注目する細胞を横切る線分のうち最長の線分の長さ(細胞の全長)を示す値である。
(8)Breadth
Lengthを求めたときの線分に直交する線分のうち最長の線分の長さ(細胞の横幅)を示す値である。
(9)Fiber length
注目する細胞を擬似的に線状と仮定した場合の長さを示す値である。具体的には、下記式により求める。
Fiber length=1/4[P-(P2-16A)1/2] (P=Perimeter, A=Total area)
(10)Fiber breadth
注目する細胞を擬似的に線状と仮定した場合の幅(Fiber lengthを求めた線分と直交する方向の長さ)を示す値である。具体的には、下記式により求める。
Fiber breadth=1/4[P+(P2-16A)1/2] (P=Perimeter, A=Total area)
(11)Shape factor
注目する細胞の円形度(細胞の丸さ)を示す値である。具体的には、下記式により求める。
Shape factor=4πA/P2 (P=Perimeter, A=Total area)
(12)Elliptical form factor
細胞の横幅に対する細胞の全長の相対比、つまりLength/Breadthである。細胞の細長さの度合いを示すパラメータとなる。
(13)Inner radius
注目する細胞の内接円の半径を示す値である。
(14)Outer radius
注目する細胞の外接円の半径を示す値である。
(15)Mean radius
注目する細胞の輪郭を構成する全点とその重心点との平均距離を示す値である。
(16)Equivalent radius
注目する細胞と同面積の円の半径を示す値である。注目する細胞を仮想的に円に近似した場合の大きさを示す。
Claims (7)
- (a)標準培養環境を用いて特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Aと、別途、前記標準培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群A’と、前記標準培養環境とは異なる対照培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Bとを取得するステップと、
(b)前記画像群A,A’,Bの全てにおいて、各細胞について予め定められた複数の形態特徴量の値を算出するステップと、
(c)前記画像群A,A’,Bの各々につき、各細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データを用いて相関分析を実行し、全画像群中に含まれる細胞に関する相関関係図を作成するステップと、
(d)前記画像群A,A’,Bの各々につき、前記細胞に関する相関関係図をもとに、相関性の高い複数の細胞が所属するグループとしてクラスタを設定することを目標とし、クラスタ数を値2から順に所定数まで設定していき、前記画像群A及びA’における、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びA’のうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ(カイ)二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ1を算出し、それと共に、前記画像群A及びBにおける、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びBのうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ2を算出するステップと、
(e)両平均検定値の差分Δ2−Δ1を評価値として算出するステップと、
(f)クラスタ数に対する評価値が上限に達した時点のクラスタ数を、最適クラスタ数n(nは2以上の整数)に設定するステップと、
(g)前記画像群A又は前記画像群A’で得られた全細胞につき、該画像群の相関関係図を前記最適クラスタ数nで分けたときの第1〜第nクラスタと、各クラスタに含まれる細胞数との関係を表す形態クラスタ比率プロファイルを作成するステップと、
(h)検討培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに撮影した画像Xを取得し、該画像Xに含まれる各細胞について前記複数の形態特徴量の値を算出し、前記画像Xに含まれる全細胞の1つ1つについて、その細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データと前記第1〜第nクラスタ中の全ての細胞の細胞−形態特徴量対応データとの相関性を算出し、前記第1〜第nクラスタ中で最も相関性の高い細胞が属するクラスタに振り分ける作業を実行し、その後、画像Xに含まれる全細胞が所属する各々の前記第1〜第nクラスタ名と所属クラスタに含まれる細胞数を求めることで形態クラスタ比率プロファイルを作成するステップと、
を含む細胞培養環境評価方法。 - 前記標準培養環境は、前記特定の細胞を培養するのに適すると評価されている既知の培養環境であり、前記対照培養環境は、前記特定の細胞を培養するのに適さないと評価されている1以上の既知の培養環境、もしくは、前記標準培養環境から1又は複数の必須成分を欠如させた培養環境である、
請求項1に記載の細胞培養環境評価方法。 - 前記複数の形態特徴量は、細胞の面積と、細胞の横幅に対する細胞の全長の相対比と、細胞の円形度とを含む、
請求項1又は2に記載の細胞培養環境評価方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の細胞培養環境評価方法であって、
前記(h)では、前記画像Xの形態クラスタ比率プロファイルを作成した後、前記画像群A又は前記画像群A’の形態クラスタ比率プロファイルと前記画像Xの形態クラスタ比率プロファイルとの間で培養環境の定量的相似度を算出する、
細胞培養環境評価方法。 - 請求項4に記載の細胞培養環境評価方法であって、
前記(h)では、更に、前記画像群Bについての各細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データを前記第1〜第nクラスタに割り振ることにより、前記第1〜第nクラスタと各クラスタに含まれる細胞数との関係を表す形態クラスタ比率プロファイルを作成し、前記画像群Bの形態クラスタ比率プロファイルと前記画像Xの形態クラスタ比率プロファイルとの間で培養環境の定量的相似度を算出する、
細胞培養環境評価方法。 - 前記培養環境の定量的相似度は、各形態クラスタ比率プロファイルの間でχ二乗検定を行った検定値である、
請求項4又は5に記載の細胞培養環境評価方法。 - 標準培養環境を用いて特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Aと、別途、前記標準培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群A’と、前記標準培養環境とは異なる対照培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに経時的に撮影した画像群Bとを取得する画像取得手段と、
前記画像群A,A’,Bの全てにおいて、各細胞について予め定められた複数の形態特徴量の値を算出する形態特徴量算出手段と、
前記画像群A,A’,Bの各々につき、各細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データを用いて相関分析を実行し、全画像群中に含まれる細胞に関する相関関係図を作成する相関関係図作成手段と、
前記画像群A,A’,Bの各々につき、前記細胞に関する相関関係図をもとに、相関性の高い複数の細胞が所属するグループとしてクラスタを設定することを目標とし、クラスタ数を値2から順に所定数まで設定していき、前記画像群A及びA’における、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びA’のうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ(カイ)二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ1を算出し、それと共に、前記画像群A及びBにおける、各経過時間の画像の細胞について、設定されたクラスタ数に分割された場合のクラスタとクラスタごとの細胞比率を求め、前記画像群A及びBのうちの同じ経過時間の細胞比率を用いてχ二乗検定を行って検定値を求め、その後、全経時分の検定値の総和を検定値の総数で除して平均検定値Δ2を算出する検定値算出手段と、
両平均検定値の差分Δ2−Δ1を評価値として算出する評価値算出手段と、
クラスタ数に対する評価値が上限に達した時点のクラスタ数を、最適クラスタ数n(nは2以上の整数)に設定する最適クラスタ値設定手段と、
前記画像群A又は前記画像群A’で得られた全細胞につき、該画像群の相関関係図を前記最適クラスタ数nで分けたときの第1〜第nクラスタと、各クラスタに含まれる細胞数との関係を表す形態クラスタ比率プロファイルを作成する標準培養環境プロファイル作成手段と、
検討培養環境を用いて前記特定の細胞を培養したときに撮影した画像Xを取得し、該画像Xに含まれる各細胞について前記複数の形態特徴量の値を算出し、前記画像Xに含まれる全細胞の1つ1つについて、その細胞と前記複数の形態特徴量の値とを対応づけた細胞−形態特徴量対応データと前記第1〜第nクラスタ中の全ての細胞の細胞−形態特徴量対応データとの相関性を算出し、前記第1〜第nクラスタ中で最も相関性の高い細胞が属するクラスタに振り分ける作業を実行し、その後、画像Xに含まれる全細胞が所属する各々の前記第1〜第nクラスタ名と所属クラスタに含まれる細胞数を求めることで形態クラスタ比率プロファイルを作成する検討培養環境プロファイル作成手段と、
を備えた細胞培養環境評価装置。
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