JPH03123860A - 染色体検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば先天性異常、腫瘍性疾患の診断に際して
行われる染色体検査に用いられる装置に関する。

〔従来の技術〕

例えば、先天性異常、腫瘍性疾患の診断には、羊水浮遊
細胞、末梢血リンパ球等の染色体検査が行われる。この
染色体検査は、多段階工程であるため多くの人手及び時
間を要して行われ、また特殊な専門知識が必要とされて
いる。このため近年では、特開昭６２−５０２７７６号
公報、特開昭６２−６９１６２号公報に開示されている
ような自動的に染色体検査を行うことができる装置の開
発が進められている。

これらの装置を用いての染色体検査は、細胞の有糸核分
裂の第二段階であるメタフェーズ（中期）の、即ち染色
体が紡垂体の赤道面に並び積板を形成している状態の染
色体について行われ、得られた染色体の形及び数が分析
、検査される。なお、前記染色体の形及び数は核型と呼
ばれ、この分析は核型分析と呼ばれている。

例えば特開昭６２−５０２７７６号公報では、顕微鏡。

ＴＶカメラ、ＴＶカメラからの画像信号に基づいてメタ
フェーズにおける染色体像（以下メタフェ−ズ像という
）を検出する検出手段及び写真撮像等の記録手段を備え
た装置を用いて、自動的にメタフェーズ像を検出させ、
このメタフェーズ像が核型分析に適しているか否かを検
査技術者が判別することによって所望のメタフェーズ像
を選択し、記録された前記メタフェーズ像に基づいて、
画像処理装置により自動的に又は検査技術者により核型
分析を行っている。

また、特開昭６２−６９１６２号公報では、前述の検出
手段に代えて、顕微鏡による被検査物の拡大像を走査す
るラインセンサ及び、ラインセンサの出力信号に基づい
てメタフェーズ像を検出する検出手段と、また得られた
メタフェーズ像が核型分析に適しているか否かの判別を
検査技術者に代えて行うメタフェーズ像判別手段とを備
えることにより、短時間で所望のメタフェーズ像が得ら
れ、核型分析が行える装置を提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、染色体検査を自動的に行える装置の開発が
試みられているが、実際のところ、選択されたメタフェ
ーズ像を画像処理装置により自動的に核型分析させると
、染色体が十分染色されていない等の理由により染色体
境界部分の画像が鮮明とならず、誤って分析される虞れ
があり、また重複している染色体が得られた場合も誤っ
て分析される可能性があった。

このため染色体の同定、染色体の異常の判定等染色体の
検査は、はとんどが検査技術者の手により行われ、上述
の装置を用いても最終的には検査技術者に頼らざるを得
なかった。しかしながら、この経験的、専門的知識が要
求される検査技術者の育成が検査技術者の需要に追いつ
かないのも現状となっている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、メタ
フェーズにおける被検査染色体と類似の形態を有する染
色体の画像データを染色体画像データベースから検索し
、この結果を出力表示する手段を備えることにより、未
熟練者でも容易に染色体の同定、染色体の異常の判定が
できる染色体検査装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の染色体検査装置は、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装置において、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、抽出したも
のに類似する類似染色体の画像データを、前記染色体画
像データベースから検索する手段と、検索された類似染
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ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の染色体装置にあっては、被検査染色体の形態的
特徴が抽出されると、その抽出結果に基づいて類似染色
体の画像データが染色体画像データベースから検索され
、被検査染色体の撮像画像と共に出力表示される。この
ことにより、検査者が染色体の同定、染色体の異常の判
定を容易に行える。

〔実施例〕

以下、本発明の染色体装置（以下本発明装置という）を
その実施例を示す図面に基づいて具体的に説明する。

第１図は本発明装置を模式的に示すブロック図であり、
図中１は光学的拡大手段としての顕微鏡部を表している
。顕微鏡部１において２は、図示しない光源を内蔵した
基台２であり、基台２上には試料を配置したプレパラー
トＰを固定するためのステージ３が、移動可能に支持さ
れている。ステージ３の一端には、モータ４が設けられ
ており、ステージコントローラ１１から出力される信号
に基づいてステージ３を２次元方向に駆動する。またス
テージ３の他端には、手動によってもステージ３を移動
できるようノブ５が設けられている。

一方、ステージ３上方には、プレパラ−１−Ｐに／ 配置された試料中の被検査染色体の拡大像を得るための
倍率が異なる複数の対物レンズ６が配設されており、該
対物レンズ６は鏡筒７の一端に取着されている。この鏡
筒７の他端には、前記対物レンズ６により拡大された被
検査染色体の拡大像を撮像するためのＴＶカメラ９が具
設されている。

また鏡筒７には、自動焦点コントローラ１２からの出力
信号に基づいて鏡筒７を上下方向に駆動するモータ８が
置設されている。モータ８にはエンコーダ１０が付設さ
れており、エンコーダ１０は該エンコーダ１０から出力
されたパルス信号を計測するカウンタ１７と接続されて
いる。カウンタ１７は計測結果を制御装置１５に与え、
制御装置１５は前記計測結果を、鏡筒７の移動距離、即
ち顕微鏡部１における焦点位置として記憶する。一方、
ＴＶカメラ９は被検査染色体の拡大像の映像信号をカメ
ラコントロール１３に入力し、カメラコントロール１３
は映像信号をデジタル信号に変換した後、画像処理袋’
ｔ　１４に入力する。画像処理装置１４に入力された信
号はさらに制御装置１５に送られ、制御装置１５は送ら
れた信号に基づいて撮像された画像の焦点が合っている
か否かを判断し、焦点が合っていない場合は自動焦点コ
ントローラ１２に信号を与えてモータ８を駆動させ、鏡
筒７を上下に移動させて焦点を調節する。

焦点が調節され、ＴＶカメラ９からカメラコントロール
１３を介して画像処理装置１４に映像信号が入力された
場合、画像処理装置１４は、後述する画像処理を行なっ
て処理結果を制御装置１５に入力し、また画像処理装置
１４に付設されているモニタ１８に画像を表示させる。

制御装置１５は、異常染色体画像データ及び標準染色体
画像データを記憶している染色体画像データヘース１９
を備えており、画像処理装置１４から入力された画像処
理結果に基づいて、染色体画像データベース１９に記憶
されている情報を呼び出し、該情報を元に後述する種々
の判断を行う。そして、制御装置１５はこの判断結果に
基づいて、画像処理された被検査染色体の画像を記憶す
る。さらに制御装置１５は、入力装置２０より入力され
た指令に基づいて、制御装置１５に記憶されている画像
を呼び出し、画像処理装置１４を介してモニタ１８に出
力表示させ、又はビデオプリンタ１６に印画させる。

また、制御装置１５はステージコントローラ１１に信号
を与えて、モータ４を駆動させ、ステージ３を２次元方
向に移動させる。

このような装置を用いて、試料の染色体検査を行う場合
、初めに手動により以下に述べる初期設定を行う。まず
、検査すべき患者の属性データ及び予め作成された試料
のプレパラートＰの数を入力装置２０から制御装置１５
に人力し、記憶させる。

次いでこのプレパラートＰを顕微鏡部１のステージ３上
に載置して、ＴＶカメラ９にて捉えられた試料の拡大像
をモニタ１８で観察しながら、ノブ５を用い手動でステ
ージ３を２次元方向に動かし、対物レンズ６がプレパラ
ートＰ上をスキャンする際の原点Ａ及び終点Ｂ位置を、
入力装置２０から制御装置１５に人力して設定する。第
２図はプレパラートＰ上をスキャンする対物レンズ６の
軌跡を示す模式図であり、複数のプレパラートＰ、Ｐ・
・・のうち最初のプレパラートＰにのみ前記軌跡を示し
である。以下に詳述するように前述の設定によって、制
御装置１５はステージコントローラ１１に信号を与えて
モータ４を駆動させ、ステージ３を２次元方向に移動さ
せる。そ辺結果、対物レンズ６は設定された原点Ａから
終点Ｂまでを実線矢符に示ずようにジグザグにスキャン
する。なお、第２図に示したようにステージ３には複数
のプレパラートＰ、Ｐ・・・を載置できるが、この設定
は最初の１枚についてのみ行えば、他のプレパラートも
同様の設定で自動的に行われる。

第３図は制御装置１５のメタフェーズ像検索における動
作内容を示すフローチャートである。上述のようにして
初期設定がなされ、人力装置２０から制御装置１５に開
始指令が与えられると、制御装置１５はステージコント
ローラ１１に信号を与えてモータ４を駆動させ、前記原
点Ａ位置に対物レンズ６が設置されるようステージ３を
移動する（ステップ１）、次いで制御装置１５は、ＴＶ
カメラ９からカメラコントローラ１３及び画像処理装置
１４を介して人力された試料の拡大像の焦点を調べ、焦
点が合っていない場合は、自動焦点コントローラ１２に
信号を与えてモータ８を駆動させ、鏡筒７を上下に移動
させて焦点を合わせる（ステップ２）。なお、このとき
焦点の微調節を必要とする場合は、ノブ５を用いて検査
者が行うようにすれば良い。

そして制御装置１５は、ステージ３を２次元方向への移
動させると共にスキャンを開始させる（ステップ３）。

スキャン中に対物レンズ６で被検査染色体の拡大像が捉
えられ、ＴＶカメラ９から、その映像信号がカメラコン
トローラ１３を介して画像処理装置１４に入力されると
（ステップ４）、制御装置１５はステージ３の移動を停
止する信号をステージコントローラ１１に出力する（ス
テップ５）。

画像処理装置１４は、カメコントロ、−ラ１３より入力
された映像のデジタル信号を２値化しくステップ６）、
得られた２値画像について画素数を調べ（ステップ７）
、これに基づいて画像表示された被検査染色体中の複数
の粒子が夫々どのくらいの画素数、即ち面積を有してい
るかを調べる。そして前記面積が極く小さい画像、つま
り染色体ではなく雑音であると判断された画像を除去し
くステップ８）、さらに前記面積が予め設定したしきい
値より大きい画像、例えば***中でない細胞核又は異物
であると判断された画像を除去する（ステップ９）。次
いで、上述の除去処理で得られた画像中に存在する粒子
の個数を計数し、所定値αより多いか否かを判断する（
ステップ１０）、つまり、前記粒子を染色体とした場合
、その***個数を調べることにより、メタフェーズにお
ける染色体であるか否かが判断できる。このステップ１
０において、粒子の個数が所定値αより多い場合は、さ
らに対物レンズ６０倍率を高くして夫々の粒子の拡大像
を得る粒子拡大処理（ステップ１１）を行い、粒子の個
数が所定値αより少ない場合はステップ１６へ進み、ス
キャンが初めに設定した終点Ｂ位置まで行われたか否か
を調べる。

ステップ１１にて粒子拡大処理を行った後は、得られた
粒子の像の数と拡大処理する前の粒子の像の数とを比較
し、その減少率が所定の数βより小さいか否かを調べる
（ステップ１２）。拡大処理前と比較して粒子が多く減
少し、減少率が所定の数βより高い場合は（ステップ１
２）、即ち拡大処理により同一の粒子と判断された粒子
が、例えば染色が良好でなかったために、ステップ１０
においては２つの異なる粒子として計数されていたこと
が多い場合は、ステップ１６へ進み、スキャンが始めに
設定した終点Ｂ位置まで行われたか否かを調べる。一方
、拡大処理する前と比較して粒子の減少率が所定の数β
より小さい場合、つまり、比較的良好なメタフェーズに
おける染色体像（以下メタフェーズ像という）が得られ
た場合、画像処理装置１４は拡大処理されている粒子、
即ちメタフェーズ像のＸ方向及びＸ方向の画素数を夫々
計数する（ステップ１３）。そして、計数された夫々の
特徴量は制御装置１５に送られる。制御袋ｆｆ１５は、
制御装置１５内の染色体画像データベース１９に記憶さ
れている最適なメタフェーズ像の特徴量に基づいて、得
られたメタフェーズ像のランクを求め（ステップ１４）
　、該ランク、このときのステージ３の位置及びメタフ
ェーズ像を記憶する（ステップ１５）。

その後ステップ１６へ進み、スキャンが始めに設定した
終点Ｂ位置まで行われたか否かを調べ、スキャンされて
いない場合はステップ４へ戻ってスキャンを再開し、終
点Ｂ位置までスキャンされている場合はここでメタフェ
ーズ像の検索を終了する。

なお、複数のプレパラートＰがステージ３に載置されて
いる場合は、夫々のブレパラ−）Ｐ、Ｐ・・・について
上述と同様の操作が連続して行われる。

さて、上述した試料のスキャンが終了すると、人力装置
２０から入力された指令に基づいて、制御装置１５は記
憶されているランクの順番にメタフェーズ像を画像処理
装置１４を介してモニタ１８に画像表示させる。検査者
はこれらの画像を観察して、核型分析に適したメタフェ
ーズ像であるか否かを判断し、最適なメタフェーズ像を
選択して、必要に応じてビデオプリンタ１６に印画させ
る。その後、この記憶されたメタフェーズ像について以
下に述べる核型分析を行い、手動により又は自動的に染
色体の並べかえを行う。

第４図は制御装置１５の核型分析における動作内容を示
すフローチャートである。まず、核型分析を行う前に対
物レンズ６の倍率を高くし、また最適なメタフェーズ像
が選択されたプレパラートＰ上の被検査染色体に、自動
又は手動により所定の処理を施して油浸を行う。この操
作を行った後、最適なメタフェーズ像が撮像された位置
にステージ３が設定されるよう、入力装置２０から制御
装置１５に指令を与え、制御装置１５はメタフェーズ像
検索で既に記憶されている情報に基づいてステージコン
トローラ１１を介してモータ４を駆動させ、ステージ３
を所望の位置へ移動させる（ステップ１）。

また制御装置１５は、このときＴＶカメラ９から出力さ
れた映像信号を画像処理装置１４で処理した結果に基づ
いて、自動焦点コントローラ１２を介してモータ８を駆
動させ、鏡筒７を上下に移動させて焦点を合わせる（ス
テップ２）。なお、このとき焦点の微調節が必要な場合
はノブ５を用いて検査者が行っても良い。焦点設定の後
、ＴＶカメラ９より出力された最適なメタフェーズ像の
映像信号はカメラコントロール１３でデジタル化された
後、画像処理装置１４に入力される（ステップ３）。画
像処理装置１４は、入力されたデジタル信号をシェーデ
ィング補正した（ステップ４）後、信号を２値化しくス
テップ５）、得られた２値画像について画素数を調べ（
ステップ６）、これに基づいて画素数即ち、面積が極く
小さい雑音画像を除去しくステップ７）、さらに前記面
積が予め設定したしきい値より大きい画像を除去する（
ステップ８）。

そして得られた画像を用いて手動により、又は自動的に
画像中の折り重なっている染色体粒子の分離を行う（ス
テップ９）。次いで、分離した１つの染色体粒子の画像
を細線化し、線幅が１画素である中心線を抽出する（ス
テップ１０）。そして、画像処理装置１４はこの細線化
された画像について、交点、端点の抽出（ステップ１１
）、中心線上の濃度パターンの抽出（ステップ１２）、
中心線方向の判別（ステップ１３）、染色体バンド幅の
抽出（ステップ１４）、動原***置の抽出（ステップ１
５）及び、長腕、短腕比の計算（ステップ１６）を行い
、夫々求められた特徴量を制御装置１５に出力し、記憶
させる（ステップ１７）。制御装置１５は、これらの特
徴量に基づいて、染色体画像データベース１９から近似
する特徴量を有する、つまり類似する形態を有する標準
染色体画像データ及び異常染色体画像データを検索する
（ステップ１８）。そして、検索された染色体画像デー
タ及び被検査染色体の画像は画像処理装置１４を介して
モニタ１Ｂに出力表示される（ステップ１９）。

第５図はモニタ１８に出力表示された染色体画像データ
の表示画面の模式図であり、図中２１は被検査染色体画
像を示している。被検査染色体画像２１の右側、即ち画
面の略中心位置には、特徴量に基づいて検索された被検
査染色体２１に類似する複数の染色体画像２２が縦列表
示されており、染色体画像２２のさらに右側には、夫々
の類似染色体画像２２の内容が表示されている。この表
示されている類似染色体画像２２は、入力装置２０から
の指令に基づいて、一つずつ繰り上がって又は全部が入
れ代わってモニタ１８に表示される。

このように、モニタ１８の画面に同時に表示された被検
査染色体画像２１と類似の染色体画像２２とを、検査者
が比較観察し、被検査染色体の番号を同定し、または被
検査染色体の異常を検知して、その結果を入力装置２０
から制御装置１５に入力する（ステップ２０）。なお、
ステップ９からステップ２０までの操作、即ち染色体の
特徴量の抽出から染色体の番号の同定、染色体の異常の
検知までは、分離した染色棒金てについて同様の操作に
て行われる。

そして、制御装置１５は人力装置２０からの入力結果に
基づいて、被検査染色体の並べかえ処理を行い、核型を
作成して（ステップ２１）、画像処理装置１４を介して
ビデオプリンタ１６に出力表示させる（ステップ２２）
。以上、上述した動作により被検査染色体の核型分析が
行われ、被検査染色体が並べかえられる。

なお、上述の実施例においては検索された類似の染色体
画像データをモニタ１８に表示させ、検査者により対話
式に被検査染色体の同定、被検査染色体の異常の検知を
行う場合について述べたが、同様の操作を画像処理装置
１４及び制御装置１５により自動釣行わせることができ
るのは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明装置にあっては染色体画像デ
ータベースと、被検査染色体と類似の形態を有する染色
体の画像データを染色体画像データベースから検索する
手段と、被検査染色体と共に検索された類似染色体画像
データを出力表示する手段とを備えているので、専門的
知識が要求された染色体番号の同定、異常染色体の判定
が非熟練者でも容易となる等本発明は優れた効果が奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を模式的に示すブロック図、第２図
はプレパラートＰ上をスキャンする対物レンズ６の軌跡
を示す模式図、第３図は制御装置１５のメタフェーズ像
検索における動作内容を示すフローチャート、第４図は
制御装置１５の核型分析における動作内容を示すフロー
チャート、第５図はモニタ１８に出力表示された染色体
画像データの表示画面の模式図である。 １・・・顕微鏡部　　３・・・ステージ　　６・・・対
物レンズ　　９・・・ＴＶカメラ　　１１・・・ステー
ジコントローラ　　１２・・・自動焦点コントローラ　
　１４・・・画像処理装置　　１５・・・制御装置　　
１６・・・ビデオプリンタ ース １８・・・モニタ　　１９・・・染色体画像データベ２
１・・・被検査染色体像　　２２・・・類似染色体時　
許　出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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
   る装置において、 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
   、 抽出したものに類似する類似染色体の画像データを、前
   記染色体画像データベースから検索する手段と、 検索された類似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ことを特徴
   とする染色体検査装置。