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JP2008146278A - Cell contour extraction apparatus, cell contour extraction method and program - Google Patents

Cell contour extraction apparatus, cell contour extraction method and program Download PDF

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JP2008146278A
JP2008146278A JP2006331416A JP2006331416A JP2008146278A JP 2008146278 A JP2008146278 A JP 2008146278A JP 2006331416 A JP2006331416 A JP 2006331416A JP 2006331416 A JP2006331416 A JP 2006331416A JP 2008146278 A JP2008146278 A JP 2008146278A
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cell
pixel
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JP2006331416A
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Ko Fujifuchi
航 藤渕
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

【課題】 細胞の染色画像から細胞の輪郭を抽出できる細胞輪郭抽出装置を提供する。
【解決手段】 細胞輪郭抽出装置10は、顕微鏡によって撮影された細胞の染色画像を取得する画像取得部12と、染色画像から細胞核の領域を検出する細胞核輪郭抽出部20と、染色画像の各画素について隣接画素との濃度勾配およびエッジを検出するエッジ検出部32と、細胞核の周りを一周する最適経路を、濃度勾配をパラメータとする動的計画法によって求め、最適経路を細胞の輪郭として抽出する細胞輪郭抽出部30とを備え、細胞輪郭抽出部は、細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を、画素配列の方向が所定点の周りで一周するまで画素配列の方向を変えて繰り返し行い、部分最適経路に基づいて最適経路を求める。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell contour extraction apparatus capable of extracting a cell contour from a cell staining image.
A cell contour extracting apparatus 10 includes an image acquiring unit 12 that acquires a stained image of a cell photographed by a microscope, a cell nucleus contour extracting unit 20 that detects a region of a cell nucleus from the stained image, and each pixel of the stained image. An edge detection unit 32 that detects a density gradient and edge with an adjacent pixel and an optimum path that goes around the cell nucleus are obtained by dynamic programming using the density gradient as a parameter, and the optimum path is extracted as a cell outline. A cell contour extraction unit 30, and the cell contour extraction unit performs a process of calculating a partial optimum path that connects pixel groups included in two pixel arrays arranged in different directions from a predetermined point in a cell nucleus region. Then, the pixel arrangement direction is changed repeatedly until the pixel arrangement direction goes around the predetermined point, and the optimum path is obtained based on the partial optimum path.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、画像中に含まれる対象物の輪郭を抽出する技術に関し、特に、細胞の染色画像から細胞の輪郭を抽出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for extracting an outline of an object included in an image, and more particularly, to a technique for extracting a cell outline from a stained image of a cell.

現在、細胞の染色画像は、病理学的診断に利用されており、画像データから細胞形態を抽出するソフトウェアが求められている。   Currently, stained images of cells are used for pathological diagnosis, and software for extracting cell morphology from image data is required.

対象物の認識等のための画像処理技術として、従来から、輪郭を抽出する技術が知られている。輪郭抽出の手法の一つとして、動的計画法がある。動的計画法は、初期値として与えられた輪郭モデルの周辺の所定範囲の画像データを評価関数によって順次評価し、輪郭モデルを徐々に最適解(輪郭)に収束させる手法である。   Conventionally, a technique for extracting a contour is known as an image processing technique for recognizing an object. One of the contour extraction methods is dynamic programming. The dynamic programming method is a method in which image data in a predetermined range around a contour model given as an initial value is sequentially evaluated by an evaluation function, and the contour model is gradually converged to an optimal solution (contour).

特許文献1は、動的計画法を利用した画像処理によって輪郭を抽出する発明を開示している。特許文献1では、評価関数のローカルミニマムが最適解として誤って判断されてしまうという課題を解決するため、動的計画法を適用する前に、ぼかしの程度を変更可能なガウシアンフィルタによって画像を処理する。大きくぼかした画像によって評価関数がローカルミニマムの最適解に収束しないようにし、順次、ぼかしの程度を小さくして最適解を求める。特許文献1では、ナメクジの輪郭抽出、心臓の超音波画像からの心臓画像の抽出に適用した実施例を挙げ、上記輪郭抽出技術によって適切に輪郭を抽出できることを示している。
特開平5−242247号公報
Patent Document 1 discloses an invention for extracting a contour by image processing using dynamic programming. In Patent Document 1, in order to solve the problem that a local minimum of an evaluation function is erroneously determined as an optimal solution, an image is processed by a Gaussian filter that can change the degree of blurring before applying dynamic programming. To do. The evaluation function is prevented from converging to the optimal solution of the local minimum by the greatly blurred image, and the optimum solution is obtained by sequentially reducing the degree of blurring. Patent Document 1 gives an example applied to the contour extraction of slugs and the extraction of a heart image from an ultrasound image of the heart, and shows that the contour can be appropriately extracted by the contour extraction technique.
JP-A-5-242247

しかしながら、特許文献1に記載された発明を、細胞輪郭の抽出に適用することはできなかった。   However, the invention described in Patent Document 1 cannot be applied to cell contour extraction.

細胞の染色画像では、画像内の全細胞が均一に染まっているとは限らない。細胞輪郭の染色強度には強弱があり、また細胞核や細胞質内の染色強度も一定ではないため、細胞の輪郭とその他の部分との区別がつきにくい。つまり、細胞の染色画像は、特許文献1で例示された画像よりノイズが大きい。このため、上記のような従来の方法では細胞輪郭を抽出することはできなかった。   In the stained image of cells, not all cells in the image are stained uniformly. Since the staining intensity of the cell contour is strong and weak, and the staining intensity in the cell nucleus and cytoplasm is not constant, it is difficult to distinguish the cell contour from other parts. That is, the stained image of the cell has a larger noise than the image exemplified in Patent Document 1. For this reason, the cell contour cannot be extracted by the conventional method as described above.

また、細胞の染色画像は、染色の状態によっては、細胞の輪郭が部分的に切れたように撮像される場合がある。細胞画像では細胞間に輪郭があるので、背景画像の中から対象物の輪郭を検出する場合と異なり、切れた部分の輪郭を抽出することはできない。しかし、このような画像からも、真の細胞輪郭に近い輪郭を自動的に抽出することが望まれている。   In addition, depending on the state of staining, the cell staining image may be captured as if the outline of the cell was partially cut. Since there are contours between cells in the cell image, the contour of the cut portion cannot be extracted unlike the case of detecting the contour of the object from the background image. However, it is desired to automatically extract a contour close to the true cell contour from such an image.

本発明は、上記背景に鑑み、細胞の染色画像から細胞の輪郭を抽出できる細胞輪郭抽出装置を提供することを目的とする。   In view of the above background, an object of the present invention is to provide a cell contour extraction apparatus capable of extracting a cell contour from a stained image of a cell.

本発明の細胞輪郭抽出装置は、顕微鏡によって撮影された細胞の染色画像を取得する画像取得部と、前記染色画像から細胞核の領域を検出する細胞核検出部と、前記染色画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求める濃度勾配算出部と、前記細胞核の周りを一周する最適経路を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法によって求め、前記最適経路を細胞の輪郭として抽出する細胞輪郭抽出部とを備え、前記細胞輪郭抽出部は、前記細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を、前記画素配列の方向が前記所定点の周りで一周するまで前記画素配列の方向を変えて繰り返し行い、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路を求める。   The cell contour extraction device of the present invention includes an image acquisition unit that acquires a stained image of a cell photographed by a microscope, a cell nucleus detection unit that detects a region of a cell nucleus from the stained image, and an adjacent pixel for each pixel of the stained image A concentration gradient calculating unit for obtaining a concentration gradient of the cell, and an optimum route that goes around the cell nucleus by dynamic programming using the concentration gradient as a parameter, and extracting the optimum route as a cell contour And the cell contour extraction unit calculates a partial optimal path that connects pixel groups respectively included in two pixel arrays arranged in a different direction from a predetermined point in the cell nucleus region, The direction of the pixel arrangement is changed repeatedly until the direction of the pixel arrangement makes a round around the predetermined point, and the optimum path is obtained based on the partial optimum path.

このように細胞の中に細胞核が存在するという特徴を利用した計算処理、すなわち、細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を繰り返し行う動的計画法によって、細胞輪郭を適切に抽出することができる。   In this way, a calculation process that uses the feature that a cell nucleus exists in a cell, that is, a partial optimization that connects pixel groups included in two pixel arrays arranged in a different direction from a predetermined point in the cell nucleus region. The cell contour can be appropriately extracted by dynamic programming in which the process of calculating the route is repeated.

上記細胞輪郭抽出装置において、前記細胞輪郭抽出部は、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路の候補となる複数の候補経路を求め、前記候補経路の中から、前記部分最適経路の計算を開始した画素配列において候補経路が通る画素の前記所定点からの離れ距離と、計算を終了した画素配列において候補経路が通る画素の前記所定点からの離れ距離との差が、所定の閾値以下となる候補経路を前記最適経路として決定してもよい。   In the cell contour extraction device, the cell contour extraction unit obtains a plurality of candidate routes that are candidates for the optimal route based on the partial optimal route, and starts calculating the partial optimal route from the candidate routes. The difference between the distance from the predetermined point of the pixel that passes through the candidate path in the pixel array and the distance from the predetermined point of the pixel that passes through the candidate path in the pixel array that has been calculated is equal to or less than a predetermined threshold. A candidate route may be determined as the optimum route.

このように細胞の輪郭が閉じていることを条件として用いて、計算の始点と終点における部分最適経路のずれが所定の閾値以下になる経路を求めることにより、適切な最適経路を求めることができる。   By using the condition that the outline of the cell is closed as described above, a suitable optimum route can be obtained by obtaining a route in which the deviation of the partial optimum route at the start point and the end point of the calculation is equal to or less than a predetermined threshold. .

上記細胞輪郭抽出装置において、前記細胞輪郭抽出部は、異なる画素配列にそれぞれ含まれる計算対象の画素の前記所定点からの離れ距離の差に基づいてギャップペナルティを算出し、前記ギャップペナルティと前記濃度勾配とに基づいて前記部分最適経路を求めてもよい。   In the cell contour extraction device, the cell contour extraction unit calculates a gap penalty based on a difference in distance from the predetermined point of pixels to be calculated that are included in different pixel arrays, and the gap penalty and the density The partial optimum route may be obtained based on the gradient.

このように計算対象の2つの画素の所定点からの離れ距離の差に基づいてギャップペナルティを算出することにより、2つの画素が離れている場合には、強いギャップペナルティを設定し、離れた画素を結ぶ経路が部分最適経路として選択されにくくすることができる。これにより、連続性の高い経路を部分最適経路として選択することができる。なお、特許文献1に記載されたような従来の動的計画法では、計算対象の画素に隣接する8つの画素の中から部分最適経路を選択していたので、隣接する画素によって最適経路が構成されていた。本発明では、画素配列が隣接していれば、画素が隣接していなくても部分最適経路として選ばれることを可能にしているので、隣接していない画素によって構成される最適経路も求めることができる。なお、細胞核内の所定点としては、細胞核の重心または中心を用いることが望ましい。   In this way, by calculating the gap penalty based on the difference in distance between the two pixels to be calculated from the predetermined point, if the two pixels are separated, a strong gap penalty is set and the separated pixels It is possible to make it difficult for the route connecting the two to be selected as the partially optimal route. Thereby, a highly continuous route can be selected as a partially optimal route. Note that, in the conventional dynamic programming method described in Patent Document 1, a partial optimum path is selected from eight pixels adjacent to the pixel to be calculated, so that the optimum path is configured by the adjacent pixels. It had been. In the present invention, if the pixel arrays are adjacent to each other, it is possible to be selected as a partially optimal path even if the pixels are not adjacent to each other. Therefore, an optimal path constituted by pixels that are not adjacent can also be obtained. it can. It is desirable to use the center of gravity or center of the cell nucleus as the predetermined point in the cell nucleus.

上記細胞輪郭抽出装置は、前記濃度勾配に基づいて、前記染色画像内にある複数のエッジを抽出し、それぞれのエッジを構成する画素にエッジ識別子を付与するエッジ検出部を備え、前記細胞輪郭抽出部は、異なる画素配列にそれぞれ含まれる計算対象の画素の前記所定点からの離れ距離の差と前記エッジ識別子の異同に基づいて前記ギャップペナルティを算出してもよい。   The cell contour extraction apparatus includes an edge detection unit that extracts a plurality of edges in the stained image based on the density gradient and assigns edge identifiers to pixels constituting each edge, and the cell contour extraction The unit may calculate the gap penalty based on a difference in distance from the predetermined point of pixels to be calculated included in different pixel arrays and the difference between the edge identifiers.

このようにあらかじめ求めた複数のエッジのエッジ識別子の異同をギャップペナルティとして用いることにより、エッジ検出部によるエッジの検出結果を動的計画法に反映して最適経路を適切に求めることができる。エッジ検出部によるエッジ検出には、公知の方法を含め、様々な方法を採用することが可能である。   In this way, by using the difference between the edge identifiers of a plurality of edges obtained in advance as a gap penalty, it is possible to appropriately obtain the optimum route by reflecting the edge detection result by the edge detection unit in the dynamic programming. Various methods including known methods can be adopted for edge detection by the edge detection unit.

上記細胞輪郭抽出装置において、前記細胞輪郭抽出部は、前記細胞核検出部にて検出された細胞核の領域を前記最適経路の探索領域から除外してもよい。   In the cell contour extracting apparatus, the cell contour extracting unit may exclude the region of the cell nucleus detected by the cell nucleus detecting unit from the search region of the optimum route.

これにより、細胞輪郭抽出部による計算処理量を低減できる。また、細胞核領域を通る経路を細胞輪郭として誤検出することを防止できる。   Thereby, the calculation processing amount by a cell outline extraction part can be reduced. Further, it is possible to prevent erroneous detection of a route passing through the cell nucleus region as a cell contour.

上記細胞輪郭抽出装置は、前記細胞輪郭抽出部にて抽出された輪郭を前記細胞の画像上に表示する表示部と、前記表示部にて表示された画像において指示された点の位置情報を受け付ける入力部とを備え、前記細胞輪郭抽出部は、指示された点を通る最適経路を求めてもよい。   The cell contour extraction device receives a position of a point indicated in an image displayed on the display unit and a display unit that displays the contour extracted by the cell contour extraction unit on the image of the cell. And an input unit, wherein the cell contour extraction unit may obtain an optimum route passing through the instructed point.

このように画像上で指示された点を通る最適経路を求めることにより、いったん求めた細胞輪郭を修正することができる。   In this way, by obtaining the optimum route that passes through the point indicated on the image, the obtained cell contour can be corrected.

本発明の別の態様に係る輪郭抽出装置は、画像を取得する画像取得部と、前記画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求める濃度勾配算出部と、前記濃度勾配に基づいて、前記画像内にある複数のエッジを抽出し、それぞれのエッジを構成する画素にエッジ識別子を付与するエッジ検出部と、前記画像中に含まれる対象物の輪郭を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法による最適経路探索によって計算する輪郭抽出部とを備え、前記輪郭抽出部は、前記エッジ識別子の異同に基づいてギャップペナルティを算出し、前記ギャップペナルティと前記濃度勾配とに基づいて最適経路を求める。   An outline extraction apparatus according to another aspect of the present invention includes an image acquisition unit that acquires an image, a density gradient calculation unit that calculates a density gradient with an adjacent pixel for each pixel of the image, and the density gradient based on the density gradient. An edge detection unit that extracts a plurality of edges in an image and assigns an edge identifier to pixels constituting each of the edges; an outline of an object included in the image; and a dynamic that uses the density gradient as a parameter A contour extraction unit that calculates the optimum route by a planning method, wherein the contour extraction unit calculates a gap penalty based on the difference between the edge identifiers, and determines an optimal route based on the gap penalty and the concentration gradient. Ask.

このようにあらかじめ求めた複数のエッジのエッジ識別子をギャップペナルティとして用いることにより、エッジ検出部にて検出された検出結果を動的計画法に反映して最適経路を適切に求めることができる。   As described above, by using the edge identifiers of a plurality of edges obtained in advance as gap penalties, the detection result detected by the edge detection unit can be reflected in the dynamic programming and the optimum route can be obtained appropriately.

本発明の細胞輪郭抽出方法は、顕微鏡によって撮影された細胞の染色画像を取得するステップと、前記染色画像から細胞核の領域を検出するステップと、前記染色画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求めるステップと、前記細胞核の周りを一周する最適経路を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法によって求め、前記最適経路を細胞の輪郭として抽出するステップであって、前記細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を、前記画素配列の方向が前記所定点の周りで一周するまで前記画素配列の方向を変えて繰り返し行い、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路を求めるステップとを備える。   The cell contour extraction method of the present invention includes a step of acquiring a stained image of a cell photographed by a microscope, a step of detecting a region of a cell nucleus from the stained image, and a concentration gradient between adjacent pixels for each pixel of the stained image And calculating an optimal path that goes around the cell nucleus by dynamic programming using the concentration gradient as a parameter, and extracting the optimal path as a cell outline, Processing for calculating a partial optimum path connecting pixel groups respectively included in two pixel arrays arranged in a different direction from a predetermined point in the pixel array until the direction of the pixel array makes a round around the predetermined point And repetitively changing the direction to obtain the optimum route based on the partial optimum route.

これにより、本発明の細胞輪郭抽出装置と同様に、細胞核の領域内の所定点の周りを一周する最適経路を動的計画法によって計算することにより、細胞輪郭を適切に抽出することができる。また、本発明の細胞輪郭抽出装置の各種の構成を本発明の細胞輪郭抽出方法に適用することも可能である。   Thereby, similarly to the cell contour extraction apparatus of the present invention, the cell contour can be appropriately extracted by calculating the optimum path that goes around a predetermined point in the region of the cell nucleus by dynamic programming. Various configurations of the cell contour extracting apparatus of the present invention can be applied to the cell contour extracting method of the present invention.

本発明のプログラムは、細胞の染色画像から細胞の輪郭を抽出するためのプログラムであって、コンピュータに、顕微鏡によって撮影された細胞の染色画像を取得するステップと、前記染色画像から細胞核の領域を検出するステップと、前記染色画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求めるステップと、前記細胞核の周りを一周する最適経路を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法によって求め、前記最適経路を細胞の輪郭として抽出するステップであって、前記細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を、前記画素配列の方向が前記所定点の周りで一周するまで前記画素配列の方向を変えて繰り返し行い、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路を求めるステップとを実行させる。   The program of the present invention is a program for extracting the outline of a cell from a stained image of a cell, the step of acquiring a stained image of a cell photographed by a microscope in a computer, and a region of a cell nucleus from the stained image. A step of detecting, a step of obtaining a density gradient with an adjacent pixel for each pixel of the stained image, and an optimum path that goes around the cell nucleus is obtained by dynamic programming using the density gradient as a parameter, and the optimum A step of extracting a path as a cell outline, a process of calculating a partial optimal path connecting pixel groups respectively included in two pixel arrays arranged in a different direction from a predetermined point in the region of the cell nucleus, The pixel array direction is changed repeatedly until the pixel array direction makes a round around the predetermined point, and the partial optimum process is performed. And a step of determining the optimal path based on.

これにより、本発明の細胞輪郭抽出装置と同様に、細胞核の領域内の所定点の周りを一周する最適経路を動的計画法によって計算することにより、細胞輪郭を適切に抽出することができる。また、本発明の細胞輪郭抽出装置の各種の構成を本発明のプログラムに適用することも可能である。   Thereby, similarly to the cell contour extraction apparatus of the present invention, the cell contour can be appropriately extracted by calculating the optimum path that goes around a predetermined point in the region of the cell nucleus by dynamic programming. Various configurations of the cell contour extraction apparatus of the present invention can be applied to the program of the present invention.

本発明は、細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を繰り返し行う動的計画法によって、細胞核の領域内の所定点の周りを一周する最適経路を計算することにより、細胞の染色画像から細胞輪郭を適切に抽出することができるという効果を有する。   The present invention relates to a region of a cell nucleus by a dynamic programming method that repeatedly performs a process of calculating a partial optimum path that connects pixel groups included in two pixel arrays arranged in different directions from a predetermined point in the region of the cell nucleus. By calculating the optimum path that goes around the predetermined point, it is possible to appropriately extract the cell contour from the stained image of the cell.

以下、本発明の実施の形態の細胞輪郭抽出装置について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a cell outline extracting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置10の構成を示す図である。細胞輪郭抽出装置10は、細胞の染色画像を取得する画像取得部12と、画像取得部12にて取得した画像データを記憶する画像データ記憶部18と、画像データ記憶部18に記憶された画像データを処理して細胞核の輪郭を抽出する細胞核輪郭抽出部20と、細胞の輪郭を抽出する細胞輪郭抽出部30とを有している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a cell contour extracting apparatus 10 according to the first embodiment. The cell contour extraction apparatus 10 includes an image acquisition unit 12 that acquires a stained image of a cell, an image data storage unit 18 that stores image data acquired by the image acquisition unit 12, and an image stored in the image data storage unit 18. A cell nucleus contour extracting unit 20 that extracts data cell contours by processing data and a cell contour extracting unit 30 that extracts cell contours are included.

画像取得部12は、例えば、ヘマトキシリン・エオジン染色(以下、「HE染色」という)された細胞の組織を光学顕微鏡で撮影した画像データを取得する。
図2は、画像取得部12が取得する細胞画像の例を示す図である。本実施の形態では、画像データは、例えば、JPEGやGIF等の形式で電子化されたデータを取得する。
The image acquisition unit 12 acquires, for example, image data obtained by photographing a tissue of a cell stained with hematoxylin and eosin (hereinafter referred to as “HE staining”) with an optical microscope.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cell image acquired by the image acquisition unit 12. In the present embodiment, as the image data, for example, data digitized in a format such as JPEG or GIF is acquired.

[細胞核輪郭抽出部]
細胞核輪郭抽出部20は、細胞の染色画像から細胞核の輪郭を抽出する機能を有する。HE染色された細胞の画像では、細胞核と細胞質の違いが判別できるよう染色されている。細胞核輪郭抽出部20は、細胞核と細胞質との色相、彩度、明度の違いによって細胞核の領域を抽出する。
[Cell nucleus contour extractor]
The cell nucleus contour extraction unit 20 has a function of extracting the contour of the cell nucleus from the stained image of the cells. The HE-stained cell image is stained so that the difference between the cell nucleus and the cytoplasm can be discriminated. The cell nucleus contour extraction unit 20 extracts a cell nucleus region based on the difference in hue, saturation, and brightness between the cell nucleus and the cytoplasm.

細胞核輪郭抽出部20は、グレースケール変換部22と、連結成分抽出部24と、凸包処理部26とを有している。グレースケール変換部22は、処理対象の細胞の染色画像をグレースケールに変換する機能を有している。グレースケール変換部22は、グレースケールへの変換の際に、細胞核領域にある画素の強度を高める。   The cell nucleus contour extraction unit 20 includes a gray scale conversion unit 22, a connected component extraction unit 24, and a convex hull processing unit 26. The gray scale conversion unit 22 has a function of converting a stained image of cells to be processed into a gray scale. The gray scale conversion unit 22 increases the intensity of pixels in the cell nucleus region during conversion to gray scale.

グレースケール変換部22は、画像データをいったんHSVモデルに変換し、色の違いや明るさの違いで画素を分離できるようにする。グレースケール変換部22は、入力部14から、典型的な細胞核の色の情報を取得する。具体的には、処理対象の染色画像を表示部16に表示し、表示された画像に映っている細胞核の一つをユーザに選択させる。ユーザがマウスをクリックすると、入力部14は、マウスが指示していた画素の色相、彩度、明度のデータをグレースケール変換部22に入力する。グレースケール変換部22は、ユーザに選択された色を基準として、以下の式(1)により、染色画像の各画素の強度(グレースケールの値)を計算する。

Figure 2008146278
The gray scale conversion unit 22 once converts the image data into an HSV model so that the pixels can be separated by the difference in color and brightness. The gray scale conversion unit 22 acquires typical cell nucleus color information from the input unit 14. Specifically, the stained image to be processed is displayed on the display unit 16 and the user is allowed to select one of the cell nuclei shown in the displayed image. When the user clicks the mouse, the input unit 14 inputs the hue, saturation, and brightness data of the pixel designated by the mouse to the grayscale conversion unit 22. The gray scale conversion unit 22 calculates the intensity (gray scale value) of each pixel of the stained image according to the following equation (1) using the color selected by the user as a reference.
Figure 2008146278

連結成分抽出部24は、閾値法により、グレースケール画像から連結成分を抽出する。図3(a)は細胞核のグレースケール画像を模式的に示す図である。実際には、細胞核Nは染色に応じた濃度の色を持っているが、図3では省略している。図3(b)は図3(a)のB−B直線上の画素値の強度を示す図である。連結成分抽出部24は、図3(b)に示すような画素値のデータから、所定の閾値以上の領域を連結成分として検出する。図3(b)に示すように細胞核が均一に染まっていない場合があるので、連結成分抽出部24は、細胞核を検出する際に、連結成分を適切に抽出できるように閾値を調整してもよい。   The connected component extraction unit 24 extracts connected components from the grayscale image by a threshold method. FIG. 3A is a diagram schematically showing a gray scale image of a cell nucleus. Actually, the cell nucleus N has a color having a concentration corresponding to the staining, but is omitted in FIG. FIG. 3B is a diagram illustrating the intensity of the pixel value on the BB line in FIG. The connected component extracting unit 24 detects a region having a predetermined threshold value or more as a connected component from the pixel value data as shown in FIG. Since cell nuclei may not be uniformly dyed as shown in FIG. 3B, the connected component extraction unit 24 may adjust the threshold so that the connected components can be appropriately extracted when detecting the cell nuclei. Good.

凸包処理部26は、連結成分抽出部24にて検出した連結成分の領域に対して凸包の処理を行い、細胞核領域および細胞核輪郭を決定する。凸包処理により、細胞核が均一に染まっていない場合にも、適切に細胞核領域および細胞核輪郭を検出することができる。   The convex hull processing unit 26 performs a convex hull process on the connected component region detected by the connected component extracting unit 24 to determine a cell nucleus region and a cell nucleus contour. By the convex hull process, even when the cell nucleus is not uniformly dyed, the cell nucleus region and the cell nucleus contour can be detected appropriately.

図4(a)および図4(b)は、凸包について説明する図である。図4(a)は凸包の処理を行う前の画像、図4(b)は凸包の処理を行った後の画像を示す図である。凸包とは、対象全点を包含し、かつ面積が最小となる多角形である。凸包処理部26は、凸包を描画し、その連結成分数を面積としてカウントし、連結成分数が最小となる多角形を求める。図4(a)に示す細胞核領域に対して凸包処理を行うことにより、図4(b)に示すような細胞核領域が決定される。   FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams for explaining the convex hull. FIG. 4A shows an image before the convex hull processing, and FIG. 4B shows an image after the convex hull processing. A convex hull is a polygon that includes all points of interest and has a minimum area. The convex hull processing unit 26 draws a convex hull, counts the number of connected components as an area, and obtains a polygon that minimizes the number of connected components. By performing convex hull processing on the cell nucleus region shown in FIG. 4A, a cell nucleus region as shown in FIG. 4B is determined.

[細胞輪郭抽出部]
細胞輪郭抽出部30は、細胞画像から細胞の輪郭を抽出する機能を有する。細胞輪郭抽出部30は、エッジ検出部32と、探索領域決定部34と、動的計画法計算部36と、細胞輪郭決定部38とを有している。なお、細胞輪郭抽出部30は、グレースケール変換部22にて変換されたグレースケール画像に対して処理を行う。
[Cell outline extraction unit]
The cell contour extraction unit 30 has a function of extracting a cell contour from a cell image. The cell contour extraction unit 30 includes an edge detection unit 32, a search region determination unit 34, a dynamic programming calculation unit 36, and a cell contour determination unit 38. Note that the cell contour extraction unit 30 performs processing on the grayscale image converted by the grayscale conversion unit 22.

エッジ検出部32は、cannyエッジ検出器を用いて、細胞画像からエッジを検出し、得られたエッジに識別子を付与する。   The edge detection unit 32 detects an edge from the cell image using a canny edge detector, and assigns an identifier to the obtained edge.

ここで、cannyエッジ検出器によるエッジ検出について説明する。cannyエッジ検出器は、まず、Gaussフィルタを用いて、細胞画像の平滑化を行う。これによって、細胞画像に含まれるノイズ成分を低減させる。次に、cannyエッジ検出器は、Sobelフィルタを用いて濃度勾配検出を行う。このようにcannyエッジ検出器は、濃度勾配を検出するので、請求項の「濃度勾配検出部」に対応する。Sobelフィルタは、注目画素に対する縦方向もしくは横方向の濃度勾配(濃淡の差)を検出するためのフィルタである。   Here, edge detection by the canny edge detector will be described. The canny edge detector first smoothes the cell image using a Gauss filter. This reduces the noise component contained in the cell image. Next, the canny edge detector performs density gradient detection using a Sobel filter. Thus, the canny edge detector detects the concentration gradient, and corresponds to the “concentration gradient detection unit” in the claims. The Sobel filter is a filter for detecting a vertical or horizontal density gradient (darkness difference) with respect to the pixel of interest.

図5(a)は横方向の濃度勾配を検出するためのSobelフィルタ、図5(b)は縦方向の濃度勾配を検出するためのSobelフィルタの例を示す図である。cannyエッジ検出器は、注目画素の濃度勾配の値g(i,j)を、図5(a)および図5(b)に示すフィルタ内のセルの値aと、画素値fを用いて、以下の式(2)によって求める。

Figure 2008146278
FIG. 5A is a diagram showing an example of a Sobel filter for detecting a density gradient in the horizontal direction, and FIG. 5B is a diagram showing an example of a Sobel filter for detecting a density gradient in the vertical direction. The canny edge detector uses the density value g (i, j) of the pixel of interest using the cell value a and the pixel value f in the filters shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). It calculates | requires by the following formula | equation (2).
Figure 2008146278

cannyエッジ検出器は、縦方向および横方向の濃度勾配の値を用いて、エッジを検出する。まず、cannyエッジ検出器は、縦方向の濃度勾配と横方向の濃度勾配から、各画素の濃度勾配の方向およびその大きさを計算する。「濃度勾配の方向」「濃度勾配の大きさ」は、縦方向の濃度勾配と横方向の濃度勾配とをベクトル合成することによって求める。   The canny edge detector detects edges using values of density gradients in the vertical and horizontal directions. First, the canny edge detector calculates the density gradient direction and the magnitude of each pixel from the vertical density gradient and the horizontal density gradient. “Direction of density gradient” and “magnitude of density gradient” are obtained by vector synthesis of the density gradient in the vertical direction and the density gradient in the horizontal direction.

次に、cannyエッジ検出器は、濃度勾配の方向および大きさに基づいてエッジを検出する。図6(a)は、濃度勾配に基づいてエッジを検出する処理を説明するための図である。図6(a)において、斜線を付した画素は濃度勾配が第1の閾値より大きい画素を示し、縦線を付した画素は、濃度勾配が第1の閾値以下で、第2の閾値(ただし、第2の閾値<第1の閾値)より大きい画素を示している。   The canny edge detector then detects edges based on the direction and magnitude of the density gradient. FIG. 6A is a diagram for explaining processing for detecting an edge based on a density gradient. In FIG. 6A, pixels with diagonal lines indicate pixels whose density gradient is larger than the first threshold value, and pixels with vertical lines indicate that the density gradient is equal to or lower than the first threshold value and the second threshold value (however, , Pixels larger than the second threshold <the first threshold) are shown.

cannyエッジ検出器は、第1の閾値より濃度勾配が大きい画素を、各画素の濃度勾配の方向に基づいて連結することによってエッジを検出する。   The canny edge detector detects an edge by connecting pixels having a density gradient greater than the first threshold based on the direction of the density gradient of each pixel.

ここで、画素P1からエッジの検出を開始する例について説明する。画素P1の周囲には、第1の閾値より大きい濃度勾配を持つ画素が3個存在する。画素P1の濃度勾配の方向が右方向であるとすると、図6(a)に実線の矢印で示すように、cannyエッジ検出器は、画素P1と画素P2とを連結する。なお、計算によって求められた濃度勾配の方向は必ずしも上下左右および右上、右下、左上、左下の8方向ではないが、エッジ検出処理においては、濃度勾配の方向を上記8方向のいずれかに丸めて処理を行う。   Here, an example of starting edge detection from the pixel P1 will be described. Around the pixel P1, there are three pixels having a density gradient greater than the first threshold. If the direction of the density gradient of the pixel P1 is the right direction, the canny edge detector connects the pixel P1 and the pixel P2, as shown by the solid line arrow in FIG. Note that the direction of the density gradient obtained by calculation is not necessarily the eight directions of upper, lower, left and right, upper right, lower right, upper left, and lower left, but in the edge detection process, the direction of the density gradient is rounded to one of the above eight directions. Process.

次に、画素P2についても同様に、その濃度勾配の方向に第1の閾値より大きい画素P3がある場合には、画素P2と画素P3を連結する。このように、濃度勾配が第1の閾値より大きい画素を順次連結することによってエッジを延ばしていき、エッジを検出する。   Next, similarly for the pixel P2, if there is a pixel P3 larger than the first threshold in the direction of the density gradient, the pixel P2 and the pixel P3 are connected. In this way, the edges are extended by sequentially connecting pixels having a density gradient greater than the first threshold, and the edges are detected.

第1の閾値より濃度勾配が大きい画素を連結してエッジを求めた後、そのエッジの端部の画素と、第2の閾値より濃度勾配が大きい画素とを連結する。図6(a)において画素P4を例とすると、上記と同様に、端部の画素P4の濃度勾配の方向に第2の閾値より濃度勾配が大きい画素P5がある場合に、図6(a)に点線で示すように、その方向にエッジを延ばす。以上の処理により、図6(a)に実線および点線で示すように画素を連結することができる。この結果、図6(b)に示すように、エッジを検出することができる。   After obtaining an edge by connecting pixels having a density gradient greater than the first threshold value, the pixel at the edge of the edge is connected to a pixel having a density gradient greater than the second threshold value. Taking the pixel P4 as an example in FIG. 6A, as in the case described above, when there is a pixel P5 having a density gradient greater than the second threshold in the direction of the density gradient of the pixel P4 at the end, FIG. Extend the edge in that direction as indicated by the dotted line. Through the above processing, pixels can be connected as shown by a solid line and a dotted line in FIG. As a result, the edge can be detected as shown in FIG.

cannyエッジ検出器は、検出したエッジに識別子を付与する。図6(b)に示すように、エッジE1、エッジE2というように識別し、各画素がどのエッジに属するかを記憶しておく。   The canny edge detector gives an identifier to the detected edge. As shown in FIG. 6B, the edges E1 and E2 are identified and the edge to which each pixel belongs is stored.

動的計画法計算部36は、動的計画法(Dynamic Programming)による計算によって、細胞の輪郭を抽出する。動的計画法計算部36は、細胞核の重心を中心とする所定の半径の領域(以下、この領域を「探索領域」という)において、濃度勾配をパラメータとして動的計画法を適用し、最適経路を求める。本実施の形態では、細胞核の重心から見た細胞輪郭の角度成分が単調に変位すると仮定して、動的計画法を適用する。   The dynamic programming calculation unit 36 extracts cell contours by calculation based on dynamic programming. The dynamic programming calculation unit 36 applies the dynamic programming in a region having a predetermined radius centered on the center of gravity of the cell nucleus (hereinafter, this region is referred to as a “search region”) using the concentration gradient as a parameter to obtain an optimum route. Ask for. In the present embodiment, dynamic programming is applied on the assumption that the angular component of the cell contour viewed from the center of gravity of the cell nucleus is monotonously displaced.

探索領域決定部34は、細胞核の重心を中心とする所定半径の領域を動的計画法の探索領域として決定する機能を有する。また、探索領域決定部34は、所定半径の探索領域のうちから、細胞核の領域を除外する機能を有する。細胞核の領域内に細胞の輪郭は存在しないので、細胞核の領域をあらかじめ探索領域から除外することにより、細胞輪郭を抽出するための計算負担を軽減でき、かつ細胞核の領域内を通る経路を細胞輪郭として誤って抽出しないようにできる。   The search area determination unit 34 has a function of determining an area having a predetermined radius centered on the center of gravity of the cell nucleus as a search area for dynamic programming. The search area determination unit 34 has a function of excluding a cell nucleus area from a search area having a predetermined radius. Since there is no cell outline in the cell nucleus area, excluding the cell nucleus area from the search area in advance reduces the computational burden for extracting the cell outline, and the path that passes through the cell nucleus area Can be extracted by mistake.

[動的計画法]
図7は、細胞核Aを有する細胞の輪郭を動的計画法によって計算する例を示す図である。図7において、核Aの重心Gを中心とする円形領域Rが探索領域である。円形領域Rの径は、検索対象の細胞が包含されるような長さを、細胞画像の倍率等に応じてあらかじめ設定しておく。
[Dynamic programming]
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the contour of a cell having a cell nucleus A is calculated by dynamic programming. In FIG. 7, a circular region R centered on the center of gravity G of the nucleus A is a search region. The diameter of the circular region R is set in advance such that the cell to be searched is included according to the magnification of the cell image.

動的計画法計算部36は、円形領域Rの半径方向にならぶ画素群(例えば線t1、t2、t3上の画素)のそれぞれの濃度勾配に基づいて、細胞核Aの周りを一周する最適経路を求める。   The dynamic programming calculation unit 36 calculates an optimum path that goes around the cell nucleus A based on the density gradient of each pixel group (for example, pixels on the lines t1, t2, and t3) aligned in the radial direction of the circular region R. Ask.

図8は、動的計画法計算部36による経路探索について説明するための図である。図8は、図7に示す探索領域Rを円周方向に展開した模式図である。縦軸は細胞核重心Gからの離れ距離を示し、横軸は角度を示す。図7に示す線t1〜t3は、図8に示す線t1〜t3に対応する。図8において、皺のように見える細かい多数の線は、エッジを示している。図8に示す画像の各画素は、濃度勾配の値と、その画素が属するエッジの識別子の情報を有している。   FIG. 8 is a diagram for explaining the route search by the dynamic programming calculation unit 36. FIG. 8 is a schematic diagram in which the search region R shown in FIG. 7 is developed in the circumferential direction. The vertical axis indicates the distance from the cell nucleus center G, and the horizontal axis indicates the angle. Lines t1 to t3 illustrated in FIG. 7 correspond to the lines t1 to t3 illustrated in FIG. In FIG. 8, a large number of fine lines that look like wrinkles indicate edges. Each pixel of the image shown in FIG. 8 has information on the density gradient value and the identifier of the edge to which the pixel belongs.

図9(a)は、図8に示す展開図の各画素の濃度勾配値を示す図、図9(b)は、各画素のエッジの識別子を示す図である。図9(b)では、エッジでない画素には、エッジの識別子として「0」を記載している。   FIG. 9A is a diagram showing the density gradient value of each pixel in the developed view shown in FIG. 8, and FIG. 9B is a diagram showing the identifier of the edge of each pixel. In FIG. 9B, “0” is described as an edge identifier for pixels that are not edges.

動的計画法計算部36は、最適経路の計算の最初のステップとして、重心Gから異なる方向に向かって並ぶ画素群をつなぐ部分最適経路を求める。   The dynamic programming calculation unit 36 obtains a partial optimum path that connects pixel groups arranged in different directions from the center of gravity G as the first step of calculating the optimum path.

図9(c)は、部分最適経路を求める方法について説明するための図である。図9(c)では、t列にある座標(r,t)の画素への部分最適経路を求める例を示している。例えば、t−1列は図7および図8に示す線t2上の画素の配列に該当し、t列は線t3上の画素の配列に該当する。   FIG. 9C is a diagram for explaining a method for obtaining a partial optimum route. FIG. 9C shows an example in which a partial optimum route to a pixel at coordinates (r, t) in the t column is obtained. For example, the t-1 column corresponds to the pixel arrangement on the line t2 shown in FIGS. 7 and 8, and the t column corresponds to the pixel arrangement on the line t3.

図9(c)に矢印で示すように、動的計画法計算部36は、座標(r,t)とt−1列の各座標(r+k,t−1)とをそれぞれ比較して、部分最適経路を計算する。なお、図9(c)において、上段の2列からは矢印が伸びていない。これは、上段の2列は細胞核Aの領域であり、探索領域決定部34によって、探索領域から除外されているためである。動的計画法計算部36は、部分最適経路を求めるために、動的計画法スコア(以下、「DPスコア」という)を求める。以下の式(3)は、座標(r,t)におけるDPスコアd(r,t)を求めるための式である。

Figure 2008146278
As shown by an arrow in FIG. 9C, the dynamic programming calculation unit 36 compares the coordinates (r, t) and the coordinates (r + k, t−1) in the t−1 column, respectively. Calculate the optimal route. In FIG. 9C, the arrows do not extend from the upper two rows. This is because the upper two rows are areas of the cell nucleus A and are excluded from the search area by the search area determination unit 34. The dynamic programming calculation unit 36 obtains a dynamic programming score (hereinafter referred to as “DP score”) in order to obtain a partially optimal route. The following formula (3) is a formula for obtaining the DP score d (r, t) at the coordinates (r, t).
Figure 2008146278

式(3)の右辺のmax関数内の第1項の変数d(r+k,t−1)は、求めるべきDPスコアd(r,t)の一つ前のt−1列のそれぞれの画素のDPスコアを示す。max関数内の第2項の変数は、ギャップペナルティ(gap_penalty)を示す。ギャップペナルティは、座標(r,t)の画素とt−1列の計算対象の座標(r+k,t−1)の画素が同じエッジ識別子を有する場合、座標(r,t)の画素と座標(r+k,t−1)の画素のいずれかがエッジ識別子を有しない場合には弱めのギャップペナルティGとし、エッジ識別子が異なる場合には強めのギャップペナルティG(G<G)とする。これにより、エッジ識別子が異なる場合には、強めのギャップペナルティが働くため、部分最適経路として選択されにくくなる。なお、エッジ識別子が同じであるか否かは、図9(b)に示すデータを用いて判断する。 The variable d (r + k, t−1) of the first term in the max function on the right side of Expression (3) is the value of each pixel in the t−1 column immediately before the DP score d (r, t) to be obtained. Shows DP score. The variable of the second term in the max function indicates a gap penalty (gap_penalty). When the pixel at the coordinate (r, t) and the pixel at the coordinate (r + k, t−1) to be calculated in the t−1 column have the same edge identifier, the gap penalty is the same as the pixel at the coordinate (r, t) and the coordinate ( If any of the pixels of r + k, t−1) does not have an edge identifier, a weak gap penalty G 1 is set, and if the edge identifiers are different, a strong gap penalty G 2 (G 2 <G 1 ) is set. . As a result, when the edge identifiers are different, a strong gap penalty is applied, so that it is difficult to select the partial optimum route. Whether or not the edge identifiers are the same is determined using the data shown in FIG.

第2項でギャップペナルティに乗じられている係数kは、計算対象の画素(r,t)とt−1列の計算対象の画素(座標(r+k,t−1))とが半径方向に何画素ずれているか(重心Gからの離れ距離の差)を示している。これにより、計算対象の2つの画素のずれが大きくなるに従って、ギャップペナルティが大きくなるため、部分最適経路として選択されにくくなる。   The coefficient k multiplied by the gap penalty in the second term is the value of the calculation target pixel (r, t) and the calculation target pixel (coordinate (r + k, t−1)) in the t−1 column in the radial direction. It indicates whether the pixel is shifted (difference in distance from the center of gravity G). As a result, the gap penalty increases as the difference between the two pixels to be calculated increases, so that it is difficult to select the partial optimal path.

動的計画法計算部36は、座標(r,t)の画素のDPスコアを与えるt−1列の画素を座標(r,t)への部分最適経路として記憶する。ここで、座標(r,t)の画素のDPスコアを与えるt−1列の画素とは、max関数内の数値が最も大きくなる画素であり、ギャップペナルティ(gap_penalty)に画素のずれ(k)を乗じた値が最小となる画素である。   The dynamic programming calculation unit 36 stores the pixels in the t−1 column that give the DP score of the pixel at the coordinates (r, t) as a partially optimal path to the coordinates (r, t). Here, the pixel of the t−1 column that gives the DP score of the pixel at the coordinate (r, t) is the pixel having the largest numerical value in the max function, and the pixel shift (k) in the gap penalty (gap_penalty). This is the pixel with the smallest value multiplied by.

動的計画法計算部36は、t列の全画素について上記計算を行い、それぞれの画素に対する部分最適経路を求める。t列についての計算が終了すると、動的計画法計算部36は、上記と同様にして、t+1列、t+2列・・・と順次計算を行い、各画素列間の部分最適経路を求める。動的計画法計算部36は、計算対象の画素列を選択する方向を少しずつ変えながら部分最適経路の計算を行い、選択する画素列が一周して計算を開始した画素列に戻るまで計算を行う。すなわち、重心Gの周りの全方向の画素列について計算を行う。探索領域内の全画素についての計算が終了すると、動的計画法計算部36は、部分最適経路を順次たどっていくことによって、複数の経路が形成されることとなる。これが、最適経路の候補経路となる(図9(d)参照)。   The dynamic programming calculation unit 36 performs the above calculation for all the pixels in the t column, and obtains a partial optimum path for each pixel. When the calculation for the t column is completed, the dynamic programming calculation unit 36 sequentially calculates t + 1 column, t + 2 column,... The dynamic programming calculation unit 36 calculates a partial optimum path while gradually changing the selection direction of the pixel column to be calculated, and performs calculation until the pixel column to be selected makes a round and returns to the pixel column from which the calculation is started. Do. That is, calculation is performed for pixel rows in all directions around the center of gravity G. When the calculation for all the pixels in the search region is completed, the dynamic programming calculation unit 36 sequentially follows the partially optimal route, thereby forming a plurality of routes. This is the optimum route candidate route (see FIG. 9D).

細胞輪郭決定部38は、動的計画法計算部36によって計算されたDPスコアに基づいて、細胞輪郭を決定する機能を有する。動的計画法計算部36によるDPスコアの計算が終端(図7では、線t1)まで行われた後、細胞輪郭決定部38は、複数の候補経路を最終地点におけるDPスコアに従って降順にソートする。細胞輪郭決定部38は、ソートされた候補経路をDPスコアの高いほうから順に見ていき、境界条件を満たす経路を求める。境界条件を満たす経路とは、計算の始点と終点における縦軸の値(半径方向のずれ)が一定範囲内にある経路である。この構成により、細胞の領域が閉じた輪郭によって囲まれているという特性を利用して、適切な経路を細胞の輪郭として抽出できる。   The cell contour determination unit 38 has a function of determining a cell contour based on the DP score calculated by the dynamic programming calculation unit 36. After the DP score calculation by the dynamic programming calculation unit 36 is performed to the end (line t1 in FIG. 7), the cell contour determination unit 38 sorts the plurality of candidate routes in descending order according to the DP score at the final point. . The cell contour determination unit 38 looks at the sorted candidate routes in descending order of the DP score, and obtains a route that satisfies the boundary condition. A route that satisfies the boundary condition is a route in which the value of the vertical axis (shift in the radial direction) at the start point and end point of the calculation is within a certain range. With this configuration, an appropriate route can be extracted as the cell contour by utilizing the characteristic that the cell region is surrounded by the closed contour.

図10は、経路探索結果を示す図である。図10に点線で示すように、複数の候補経路が存在するが、最終的には、境界条件を満たす実線で示す経路が最適経路として選択される。   FIG. 10 is a diagram illustrating a route search result. As shown by the dotted line in FIG. 10, there are a plurality of candidate routes, but ultimately, the route indicated by the solid line that satisfies the boundary condition is selected as the optimum route.

図11〜図13は、本実施の形態の細胞輪郭抽出装置10の動作を示す図である。図11は細胞輪郭抽出装置10の全体の動作を示す図、図12は細胞核輪郭抽出の動作を示す図、図13は細胞輪郭抽出の動作を示す図である。   FIGS. 11-13 is a figure which shows operation | movement of the cell outline extraction apparatus 10 of this Embodiment. FIG. 11 is a diagram illustrating the overall operation of the cell contour extraction apparatus 10, FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of cell nucleus contour extraction, and FIG. 13 is a diagram illustrating the operation of cell contour extraction.

図11に示すように、細胞輪郭抽出装置10は、細胞の染色画像を取得する(S10)。次に、細胞輪郭抽出装置10は、細胞核輪郭抽出部20によって細胞核輪郭を抽出し(S12)、細胞輪郭抽出部30によって細胞輪郭を抽出する(S14)。細胞輪郭抽出装置10は、抽出した細胞輪郭を表示部16にて表示する(S16)。   As illustrated in FIG. 11, the cell contour extraction device 10 acquires a stained image of a cell (S10). Next, the cell contour extraction apparatus 10 extracts the cell nucleus contour by the cell nucleus contour extraction unit 20 (S12), and extracts the cell contour by the cell contour extraction unit 30 (S14). The cell contour extracting apparatus 10 displays the extracted cell contour on the display unit 16 (S16).

図12を参照して、細胞核輪郭抽出処理について詳しく説明する。細胞輪郭抽出装置10は、取得した染色画像を表示部16にて表示し(S20)、ユーザから細胞核の選択を受け付ける(S22)。表示された画像上で、ユーザがマウスをクリックすると、細胞輪郭抽出装置10の入力部14は、マウスが指示している画素の色相、明度、彩度の情報をグレースケール変換部22に伝送する。グレースケール変換部22は、入力部14より受信した色相、明度、彩度の情報を用いて、細胞の画像をグレースケール画像に変換する(S24)。   The cell nucleus contour extraction process will be described in detail with reference to FIG. The cell contour extraction device 10 displays the acquired stained image on the display unit 16 (S20), and accepts selection of a cell nucleus from the user (S22). When the user clicks the mouse on the displayed image, the input unit 14 of the cell contour extracting apparatus 10 transmits information on the hue, brightness, and saturation of the pixel indicated by the mouse to the grayscale conversion unit 22. . The gray scale conversion unit 22 converts the cell image into a gray scale image using the hue, brightness, and saturation information received from the input unit 14 (S24).

次に、細胞輪郭抽出装置10は、所定の閾値を用いて細胞のグレースケール画像から連結成分を検出し(S26)、検出された連結成分の領域に凸包処理を行うことによって細胞核の領域を決定する(S28)。   Next, the cell contour extraction apparatus 10 detects a connected component from the grayscale image of the cell using a predetermined threshold (S26), and performs a convex hull process on the detected connected component region to thereby extract a region of the cell nucleus. Determine (S28).

次に、図13を参照して、細胞輪郭抽出処理について詳しく説明する。細胞輪郭抽出装置10は、Gaussフィルタを用いて、グレースケール画像を平滑化し(S30)、平滑化された画像に、Sobelフィルタをかけて隣接画素との濃度勾配を求める(S32)。具体的には、縦方向および横方向のSobelフィルタをかけて、縦方向に対する濃度勾配および横方向に対する濃度勾配を求め、各濃度勾配をベクトル合成することにより、濃度勾配の方向および大きさを求める。次に、細胞輪郭抽出装置10は、濃度勾配の値を用い、図6(a)および図6(b)を参照して説明した方法によって、エッジを検出する(S34)。細胞輪郭抽出装置10は、検出したエッジに識別子を付与する(S34)。   Next, the cell contour extraction process will be described in detail with reference to FIG. The cell contour extraction apparatus 10 smoothes the grayscale image using a Gauss filter (S30), and applies a Sobel filter to the smoothed image to obtain a density gradient with adjacent pixels (S32). Specifically, the vertical and horizontal Sobel filters are applied to obtain the density gradient in the vertical direction and the density gradient in the horizontal direction, and the density gradient direction and magnitude are obtained by vector synthesis of each density gradient. . Next, the cell contour extraction apparatus 10 detects an edge by using the concentration gradient value by the method described with reference to FIGS. 6A and 6B (S34). The cell contour extracting apparatus 10 assigns an identifier to the detected edge (S34).

次に、細胞輪郭抽出装置10は、探索領域を決定する(S36)。探索領域決定部34は、画像内にある細胞核に着目し、細胞核の重心Gを中心とする円形領域を探索領域として決定する。また、探索領域決定部34は、細胞核領域の濃度勾配値を0に設定して探索領域から除外し、探索領域を細胞核が存在しない領域に限定する(S38)。   Next, the cell contour extracting apparatus 10 determines a search area (S36). The search area determination unit 34 pays attention to the cell nucleus in the image, and determines a circular area centered on the center G of the cell nucleus as the search area. Further, the search area determination unit 34 sets the concentration gradient value of the cell nucleus area to 0 to exclude it from the search area, and limits the search area to an area where no cell nucleus exists (S38).

続いて、細胞輪郭抽出装置10は、動的計画法を用いて、重心Gから異なる方向に向かって並んだそれぞれの画素列間の部分最適経路を順次計算し(S40)、部分最適経路をたどって生成された複数の候補経路の中から、最終地点におけるDPスコアおよび境界条件に基づいて最適経路を決定する(S42)。細胞輪郭抽出装置10は、画像内に検出された全細胞核について輪郭抽出処理を完了したか否かを判定し(S44)、全細胞核について処理を完了している場合には(S44でYES)、細胞抽出処理を終了する。輪郭抽出処理を完了していない細胞核がある場合には、その細胞核を含む細胞輪郭を求めるための探索領域を決定するステップS36に移行し、上記と同様の処理によって細胞輪郭を求める。   Subsequently, the cell contour extracting apparatus 10 sequentially calculates partial optimum paths between the respective pixel columns arranged in different directions from the center of gravity G using dynamic programming (S40), and traces the partial optimum paths. The optimum route is determined based on the DP score and the boundary condition at the final point among the plurality of candidate routes generated in step S42. The cell contour extraction apparatus 10 determines whether or not the contour extraction processing has been completed for all cell nuclei detected in the image (S44), and if the processing has been completed for all cell nuclei (YES in S44), The cell extraction process is terminated. If there is a cell nucleus that has not been subjected to contour extraction processing, the process proceeds to step S36 for determining a search region for obtaining a cell contour including the cell nucleus, and the cell contour is obtained by the same processing as described above.

図14は、細胞輪郭抽出装置10によって細胞の輪郭Lを抽出した結果を示す図である。細胞輪郭抽出装置10は、表示部16にて、図14に示すような輪郭Lの抽出結果を表示する。
以上、本実施の形態の細胞輪郭抽出装置10の構成および動作について説明した。
FIG. 14 is a diagram illustrating a result of extracting the cell contour L by the cell contour extracting apparatus 10. The cell contour extraction apparatus 10 displays the extraction result of the contour L as shown in FIG.
Heretofore, the configuration and operation of the cell contour extraction apparatus 10 of the present embodiment have been described.

本実施の形態では、細胞の中に細胞核が存在するという特徴を利用して、細胞核の領域内の所定点の周りを一周する最適経路を動的計画法によって計算しているので、細胞の輪郭を適切に抽出することができる。   In this embodiment, since the optimal path that goes around a predetermined point in the cell nucleus region is calculated by dynamic programming using the feature that the cell nucleus exists in the cell, the contour of the cell is calculated. Can be appropriately extracted.

本実施の形態では、動的計画法計算部36は、細胞核の重心Gから見た細胞輪郭の角度成分が単調に変位すると仮定して、一方向に計算を進めていくので計算処理を軽減できる。従来の手法では、計算対象の画素の周囲8方向のいずれかの画素を部分最適経路として求めていくため、最適経路が右に行ったり、左に行ったりして計算が収束しない場合があったり、収束までの計算コストが大きくなる場合があった。本実施の形態によれば、細胞核の重心Gを中心に、一方向に角度を変えつつ360度の範囲で計算するので、計算を容易に行える。   In the present embodiment, the dynamic programming calculation unit 36 assumes that the angular component of the cell outline viewed from the center of gravity G of the cell nucleus is monotonously displaced, and advances the calculation in one direction, thereby reducing the calculation process. . In the conventional method, since any pixel in the eight directions around the pixel to be calculated is obtained as a partial optimal path, the calculation may not converge due to the optimal path going to the right or the left. In some cases, the calculation cost until convergence increases. According to the present embodiment, the calculation is easily performed because the calculation is performed in a range of 360 degrees while changing the angle in one direction around the center of gravity G of the cell nucleus.

本実施の形態では、異なる方向に並んだ2つの画素列にそれぞれ含まれる画素を計算対象として部分最適経路を求めており、画素が隣接することを最適経路の条件としていないので、隣接していない画素どうしをつなぐ経路が最適経路として求められる可能性がある。これにより、例えば、輪郭の一部が切れている場合にも適切な最適経路を求めることができる。   In the present embodiment, a partial optimum path is obtained by calculating pixels included in two pixel columns arranged in different directions, and the fact that the pixels are adjacent is not a condition for the optimal path. There is a possibility that a path connecting pixels is required as an optimal path. Thereby, for example, an appropriate optimum route can be obtained even when a part of the contour is cut.

本実施の形態では、エッジ検出部32にて検出されたエッジのエッジ識別子が異なる場合には強いギャップペナルティを設定し、エッジ識別子が同じ場合には弱いギャップペナルティを設定しているので、同じエッジに属する画素をつなぐ経路が部分最適経路として選択されやすくなる。エッジ検出部32によるエッジ検出の結果を利用して、部分最適経路を適切に求めることができる。   In the present embodiment, a strong gap penalty is set when the edge identifiers of the edges detected by the edge detection unit 32 are different, and a weak gap penalty is set when the edge identifiers are the same. It is easy to select a path connecting pixels belonging to the partial optimum path. Using the result of edge detection by the edge detection unit 32, a partially optimal route can be obtained appropriately.

本実施の形態では、動的計画法計算部36は、計算対象の2つの画素の半径方向の何画素ずれているかを示す係数kをギャップペナルティに乗じているので、半径方向のずれが大きい場合には、ギャップペナルティが強く作用し、部分最適経路として選択されにくくなる。これにより、連続性の高い経路が部分最適経路として選択される。   In the present embodiment, the dynamic programming calculation unit 36 multiplies the gap penalty by a coefficient k indicating how many pixels in the radial direction of the two pixels to be calculated are shifted, so that the radial shift is large. In this case, a gap penalty acts strongly, and it becomes difficult to select a partially optimal route. As a result, a route with high continuity is selected as the partially optimal route.

本実施の形態では、細胞核の重心Gから所定の方向に並んだいずれかの画素列から計算を開始すればよいので、ユーザが最適経路の探索の開始点を設定する必要がない。   In the present embodiment, the calculation has only to be started from one of the pixel columns arranged in a predetermined direction from the center of gravity G of the cell nucleus, so that the user does not need to set the starting point for searching for the optimum route.

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置について説明する。第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置の基本的な構成は、第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置10と同じである(図1参照)。第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置は、装置によって求めた細胞核輪郭および細胞輪郭を表示部16にて表示し、入力部14より入力された指示に基づいて、細胞核輪郭および細胞輪郭を修正する機能を有する。
(Second Embodiment)
Next, a cell contour extracting apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the cell contour extracting apparatus of the second embodiment is the same as that of the cell contour extracting apparatus 10 of the first embodiment (see FIG. 1). The cell contour extraction apparatus according to the second embodiment displays the cell nucleus contour and the cell contour obtained by the apparatus on the display unit 16, and corrects the cell nucleus contour and the cell contour based on an instruction input from the input unit 14. It has the function to do.

第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置は、細胞核輪郭抽出部20にて検出された細胞核を染色画像上に表示し、入力部14より細胞核の正しい領域の情報を受け付ける。入力のインターフェースとしては、例えば、細胞核の領域に含まれる部分がある場合にはマウスを右クリック、細胞核の領域から除外すべき部分についてはマウスを左クリックする等のインターフェースを用意しておく。細胞核輪郭抽出部20は、クリックされた位置を含む所定領域を細胞核の領域に含める、あるいは除外する処理を行う。なお、この際に、処理速度を向上させるために、修正対象の細胞核を含む領域を関心領域(ROI:Region Of Interest)として切り出してもよい。   The cell contour extracting apparatus according to the second embodiment displays the cell nuclei detected by the cell nucleus contour extracting unit 20 on the stained image, and receives information on the correct region of the cell nuclei from the input unit 14. As an input interface, for example, when there is a portion included in the cell nucleus region, an interface is prepared such that the mouse is right-clicked, and a portion to be excluded from the cell nucleus region is left-clicked. The cell nucleus contour extraction unit 20 performs processing for including or excluding a predetermined region including the clicked position in the cell nucleus region. At this time, in order to improve the processing speed, a region including the cell nucleus to be corrected may be cut out as a region of interest (ROI).

次に、第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置による細胞輪郭の修正について説明する。
図15(a)は、第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置にて求められた細胞輪郭L1の画像を示す図である。図15(a)より、表示された細胞輪郭L1が真の細胞輪郭からずれていることが目視で確認できる。ユーザが真の細胞輪郭の一部の点Cを指示すると、細胞輪郭抽出装置は、点Cを通ることを制約条件として最適経路を再計算する。
Next, correction of the cell contour by the cell contour extraction apparatus according to the second embodiment will be described.
FIG. 15A is a diagram illustrating an image of the cell contour L1 obtained by the cell contour extraction apparatus according to the second embodiment. From FIG. 15A, it can be visually confirmed that the displayed cell outline L1 is deviated from the true cell outline. When the user designates a point C that is a part of the true cell contour, the cell contour extraction device recalculates the optimum route with the passage through the point C as a constraint.

具体的には、動的計画法計算部36は、点Cの画素を起点として、部分最適経路の計算を行い、先に求められている細胞輪郭と一致するまで計算を行う。この場合、点Cを通ることが制約条件として与えられているので、最初に部分最適経路を求めたときのように、画素配列に含まれるすべての画素について部分最適経路を求める必要はなく、点Cを起点とする部分最適経路を逐次接続していくことで、最適経路を求める。   Specifically, the dynamic programming calculation unit 36 calculates a partial optimum path starting from the pixel at the point C, and performs calculation until it matches the previously obtained cell contour. In this case, since passing through the point C is given as a constraint, it is not necessary to obtain the partial optimum path for all the pixels included in the pixel array as in the case of obtaining the partial optimum path for the first time. The optimum route is obtained by sequentially connecting the partially optimum routes starting from C.

動的計画法計算部36は、点Cを起点とする部分最適経路が先に求められている経路と一致した場合には、部分最適経路の計算を停止し、修正指示前の最適経路と新たに求められた最適経路とをつなぐ経路を新たな細胞の輪郭として求める。これにより、図15(b)に示すように、点Cを通る細胞輪郭L2が抽出される。   When the partially optimal route starting from the point C matches the previously obtained route, the dynamic programming calculation unit 36 stops the calculation of the partially optimized route and replaces the optimum route before the correction instruction with the new optimum route. A path connecting the optimal path determined in step (2) is obtained as a new cell outline. Thereby, as shown in FIG.15 (b), the cell outline L2 which passes along the point C is extracted.

図16は、第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置の動作を示す図である。細胞輪郭抽出装置は、細胞の染色画像を取得し(S50)、染色画像から細胞核輪郭を抽出する(S52)。ここまでの処理は、第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置と同じである。   FIG. 16 is a diagram illustrating an operation of the cell contour extracting apparatus according to the second embodiment. The cell contour extraction apparatus acquires a stained image of the cell (S50), and extracts a cell nucleus contour from the stained image (S52). The processing up to this point is the same as that of the cell contour extraction device of the first embodiment.

第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置は、抽出した細胞核輪郭を表示部16にて表示し(S54)、細胞核輪郭の修正指示を受け付ける。修正指示がある場合には(S56でYES)、細胞輪郭抽出装置は、修正指示に従って細胞核輪郭の修正を行う(S58)。修正指示がない場合には(S56でNO)、細胞核輪郭の修正を行わないで、細胞輪郭を抽出するステップに移行する。   The cell contour extraction apparatus according to the second embodiment displays the extracted cell nucleus contour on the display unit 16 (S54), and accepts a cell nucleus contour correction instruction. If there is a correction instruction (YES in S56), the cell contour extracting apparatus corrects the cell nucleus contour in accordance with the correction instruction (S58). If there is no correction instruction (NO in S56), the process proceeds to the step of extracting the cell outline without correcting the cell nucleus outline.

続いて、第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置は、第1の実施の形態と同様に、細胞輪郭を抽出する(S60)。細胞核輪郭抽出装置は、抽出した輪郭を表示部16にて表示し(S62)、ユーザからの輪郭の指定を受け付ける。輪郭の指定を受け付けた場合には(S64でYES)、細胞輪郭抽出装置は、指定された点を通る輪郭を再計算する(S60)。輪郭の指定を受け付けなかった場合には(S64でNO)、細胞輪郭抽出装置は、輪郭抽出処理を終了する。   Subsequently, the cell contour extracting apparatus according to the second embodiment extracts a cell contour as in the first embodiment (S60). The cell nucleus contour extraction apparatus displays the extracted contour on the display unit 16 (S62), and accepts the designation of the contour from the user. When the designation of the contour is accepted (YES in S64), the cell contour extraction device recalculates the contour passing through the designated point (S60). When the designation of the contour is not accepted (NO in S64), the cell contour extraction device ends the contour extraction process.

第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置は、細胞核輪郭および細胞輪郭をユーザによって手修正することができるので、より精度の高い輪郭抽出を行うことができる。   The cell contour extraction apparatus according to the second embodiment can manually correct the cell nucleus contour and the cell contour by the user, so that contour extraction with higher accuracy can be performed.

以上、本発明の細胞輪郭抽出装置および細胞輪郭抽出方法について、実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。   As mentioned above, although the cell outline extraction apparatus and the cell outline extraction method of the present invention have been described in detail with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments.

上記した実施の形態では、細胞輪郭抽出装置および細胞輪郭抽出方法について説明したが、上記した細胞輪郭抽出装置の機能を実現するためのプログラムも本発明の範囲に含まれる。   In the above-described embodiment, the cell contour extraction device and the cell contour extraction method have been described. However, a program for realizing the functions of the above-described cell contour extraction device is also included in the scope of the present invention.

上記した実施の形態では、画素の濃度勾配を求めるためにSobelフィルタを用いる例について説明したが、濃度勾配を求めるためのフィルタはSobelフィルタに限られない。例えば、Laplacianフィルタや、Prewittフィルタ等を用いてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the Sobel filter is used to obtain the density gradient of the pixel has been described. However, the filter for obtaining the density gradient is not limited to the Sobel filter. For example, a Laplacian filter or a Prewitt filter may be used.

上記した実施の形態では、計算対象の2つの画素のエッジ識別子の異同に応じて、異なるギャップペナルティの値を用いる例について説明したが、一定の値をギャップペナルティとして用いてもよい。この場合、エッジ検出を行う必要がないので、実施の形態より簡便な構成で、細胞輪郭抽出装置を実現することができる。   In the above-described embodiment, the example in which different gap penalty values are used according to the difference between the edge identifiers of the two pixels to be calculated has been described. However, a constant value may be used as the gap penalty. In this case, since it is not necessary to perform edge detection, the cell contour extraction apparatus can be realized with a simpler configuration than the embodiment.

上記した実施の形態では、動的計画法によって細胞輪郭を計算する際に、円形の探索領域において最適経路を探索する例について説明したが、探索領域は円形に限定されない。例えば、周囲の細胞の形状に基づいて、細胞の形状を予測し、効率良く探索を行える探索領域を設定することとしてもよい。   In the above-described embodiment, an example of searching for an optimum route in a circular search region when calculating a cell contour by dynamic programming has been described, but the search region is not limited to a circular shape. For example, based on the shape of surrounding cells, the shape of the cell may be predicted, and a search area where the search can be performed efficiently may be set.

上記した実施の形態では、細胞の輪郭を抽出する例について説明したが、本発明は細胞以外の対象物の輪郭抽出にも用いることができる。なお、抽出すべき輪郭が閉領域を取り囲む輪郭でなく、所定点周りに計算を進めていく方法を採用することができない場合には、エッジ識別子の異動をギャップペナルティとする動的計画法を適用するだけでも、輪郭を適切に抽出できる効果がある。   In the above-described embodiment, an example of extracting the outline of a cell has been described. However, the present invention can also be used for extracting the outline of an object other than a cell. If the contour to be extracted is not a contour surrounding a closed region and the method of calculating around a predetermined point cannot be adopted, dynamic programming with a change in edge identifier as a gap penalty is applied. Even if it only does, there exists an effect which can extract an outline appropriately.

以上説明したように、本発明は、細胞の染色画像から細胞の輪郭を抽出する細胞輪郭抽出装置等として有用であり、例えば、病理学診断装置等に応用できる。   As described above, the present invention is useful as a cell contour extraction device or the like that extracts a cell contour from a cell staining image, and can be applied to, for example, a pathological diagnosis device or the like.

第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the cell outline extraction apparatus of 1st Embodiment. 細胞の染色画像の例を示す図Figure showing an example of a stained cell image (a)細胞のグレースケール画像を模式的に示す図 (b)B−B方向の画素値の強度を示す図(A) The figure which shows the gray scale image of a cell typically (b) The figure which shows the intensity | strength of the pixel value of a BB direction (a)凸包処理を行う前の細胞核の画像を示す図 (b)凸包処理を行った後の細胞核の画像を示す図(A) The figure which shows the image of the cell nucleus before performing a convex hull process (b) The figure which shows the image of the cell nucleus after performing a convex hull process (a)横方向の濃度勾配を求めるSobelフィルタの例を示す図 (b)縦方向の濃度勾配を求めるSobelフィルタの例を示す図(A) The figure which shows the example of the Sobel filter which calculates | requires the density gradient of a horizontal direction (b) The figure which shows the example of the Sobel filter which calculates | requires the density gradient of a vertical direction (a)cannyエッジ検出器によるエッジ検出について説明するための図 (b)cannyエッジ検出器によって検出されたエッジの例を示す図(A) The figure for demonstrating the edge detection by a canny edge detector (b) The figure which shows the example of the edge detected by the canny edge detector 動的計画法について説明するための図Illustration for explaining dynamic programming 動的計画法について説明するための図Illustration for explaining dynamic programming (a)図8に示す展開図における各画素の濃度勾配値を示す図 (b)図8に示す展開図における各画素のエッジ識別子を示す図 (c)部分最適経路の計算について説明するための図 (d)部分最適経路の例を示す図(A) The figure which shows the density gradient value of each pixel in the expanded view shown in FIG. 8 (b) The figure which shows the edge identifier of each pixel in the expanded view shown in FIG. 8 (c) It is for demonstrating calculation of a partial optimal path | route. Figure (d) Diagram showing an example of a partially optimal route 最適経路の候補となる複数の候補経路および最適経路を示す図Diagram showing multiple candidate routes and optimal routes that are candidates for the optimal route 第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置の動作の流れを示す図The figure which shows the flow of operation | movement of the cell outline extraction apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置による細胞核輪郭抽出の動作の流れを示す図The figure which shows the flow of operation | movement of the cell nucleus outline extraction by the cell outline extraction apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置による細胞輪郭抽出の動作の流れを示す図The figure which shows the flow of the operation | movement of the cell outline extraction by the cell outline extraction apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の細胞輪郭抽出装置による細胞輪郭抽出結果を示す図The figure which shows the cell outline extraction result by the cell outline extraction apparatus of 1st Embodiment (a)第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置による細胞輪郭抽出結果を示す図 (b)修正された細胞輪郭を示す図(A) The figure which shows the cell outline extraction result by the cell outline extraction apparatus of 2nd Embodiment (b) The figure which shows the corrected cell outline 第2の実施の形態の細胞輪郭抽出装置の動作の流れを示す図The figure which shows the flow of operation | movement of the cell outline extraction apparatus of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 細胞輪郭抽出装置
12 画像取得部
14 入力部
16 表示部
18 画像データ記憶部
20 細胞核輪郭抽出部
22 グレースケール変換部
24 連結成分抽出部
26 凸包処理部
30 細胞輪郭抽出部
32 エッジ検出部
34 探索領域決定部
36 動的計画法計算部
38 細胞輪郭決定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cell outline extraction apparatus 12 Image acquisition part 14 Input part 16 Display part 18 Image data storage part 20 Cell nucleus outline extraction part 22 Gray scale conversion part 24 Connected component extraction part 26 Convex hull processing part 30 Cell outline extraction part 32 Edge detection part 34 Search area determination unit 36 Dynamic programming calculation unit 38 Cell contour determination unit

Claims (9)

顕微鏡によって撮影された細胞の染色画像を取得する画像取得部と、
前記染色画像から細胞核の領域を検出する細胞核検出部と、
前記染色画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求める濃度勾配算出部と、
前記細胞核の周りを一周する最適経路を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法によって求め、前記最適経路を細胞の輪郭として抽出する細胞輪郭抽出部と、
を備え、
前記細胞輪郭抽出部は、前記細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を、前記画素配列の方向が前記所定点の周りで一周するまで前記画素配列の方向を変えて繰り返し行い、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路を求める細胞輪郭抽出装置。
An image acquisition unit for acquiring a stained image of a cell photographed by a microscope;
A cell nucleus detection unit for detecting a region of a cell nucleus from the stained image;
A density gradient calculation unit for obtaining a density gradient with an adjacent pixel for each pixel of the stained image;
A cell contour extraction unit that obtains an optimal route that goes around the cell nucleus by dynamic programming using the concentration gradient as a parameter, and extracts the optimal route as a cell contour;
With
The cell contour extraction unit performs a process of calculating a partial optimum path connecting pixel groups included in two pixel arrays arranged in different directions from a predetermined point in the cell nucleus region, and the direction of the pixel array is A cell contour extraction device that repeatedly performs the pixel arrangement by changing the direction of the pixel arrangement until it makes a round around the predetermined point, and obtains the optimum route based on the partial optimum route.
前記細胞輪郭抽出部は、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路の候補となる複数の候補経路を求め、前記候補経路の中から、前記部分最適経路の計算を開始した画素配列において候補経路が通る画素の前記所定点からの離れ距離と、計算を終了した画素配列において候補経路が通る画素の前記所定点からの離れ距離との差が、所定の閾値以下となる候補経路を前記最適経路として決定する請求項1に記載の細胞輪郭抽出装置。   The cell contour extraction unit obtains a plurality of candidate routes that are candidates for the optimum route based on the partial optimum route, and the candidate route is selected from the candidate routes in the pixel array in which the calculation of the partial optimum route is started. A candidate path whose difference between the distance from the predetermined point of the passing pixel and the distance from the predetermined point of the pixel passing through the candidate path in the pixel array for which the calculation has been completed is equal to or less than a predetermined threshold is determined as the optimal path. The cell contour extraction device according to claim 1, wherein the cell contour extraction device is determined. 前記細胞輪郭抽出部は、異なる画素配列にそれぞれ含まれる計算対象の画素の前記所定点からの離れ距離の差に基づいてギャップペナルティを算出し、前記ギャップペナルティと前記濃度勾配とに基づいて前記部分最適経路を求める請求項1に記載の細胞輪郭抽出装置。   The cell contour extraction unit calculates a gap penalty based on a difference in distance from the predetermined point of pixels to be calculated included in different pixel arrays, and the partial contour based on the gap penalty and the density gradient The cell contour extraction device according to claim 1, wherein an optimum route is obtained. 前記濃度勾配に基づいて、前記染色画像内にある複数のエッジを抽出し、それぞれのエッジを構成する画素にエッジ識別子を付与するエッジ検出部を備え、
前記細胞輪郭抽出部は、異なる画素配列にそれぞれ含まれる計算対象の画素の前記所定点からの離れ距離の差と前記エッジ識別子の異同に基づいて前記ギャップペナルティを算出する請求項3に記載の細胞輪郭抽出装置。
A plurality of edges in the stained image is extracted based on the density gradient, and includes an edge detection unit that assigns edge identifiers to pixels constituting each edge,
4. The cell according to claim 3, wherein the cell contour extraction unit calculates the gap penalty based on a difference in distance from the predetermined point of pixels to be calculated included in different pixel arrays and the difference between the edge identifiers. 5. Contour extraction device.
前記細胞輪郭抽出部は、前記細胞核検出部にて検出された細胞核の領域を前記最適経路の探索領域から除外する請求項1に記載の細胞輪郭抽出装置。   The cell contour extraction device according to claim 1, wherein the cell contour extraction unit excludes a region of the cell nucleus detected by the cell nucleus detection unit from the search region of the optimum route. 前記細胞輪郭抽出部にて抽出された輪郭を前記細胞の画像上に表示する表示部と、
前記表示部にて表示された画像において指示された点の位置情報を受け付ける入力部と、
を備え、
前記細胞輪郭抽出部は、指示された点を通る最適経路を求める請求項1に記載の細胞輪郭抽出装置。
A display unit for displaying the contour extracted by the cell contour extraction unit on the cell image;
An input unit for receiving position information of an indicated point in the image displayed on the display unit;
With
The cell contour extraction device according to claim 1, wherein the cell contour extraction unit obtains an optimum path through the instructed point.
画像を取得する画像取得部と、
前記画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求める濃度勾配算出部と、
前記濃度勾配に基づいて、前記画像内にある複数のエッジを抽出し、それぞれのエッジを構成する画素にエッジ識別子を付与するエッジ検出部と、
前記画像中に含まれる対象物の輪郭を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法による最適経路探索によって計算する輪郭抽出部と、
を備え、
前記輪郭抽出部は、前記エッジ識別子の異同に基づいてギャップペナルティを算出し、前記ギャップペナルティと前記濃度勾配とに基づいて最適経路を求める輪郭抽出装置。
An image acquisition unit for acquiring images;
A density gradient calculation unit for obtaining a density gradient with an adjacent pixel for each pixel of the image;
Based on the density gradient, an edge detection unit that extracts a plurality of edges in the image and assigns edge identifiers to pixels constituting each edge;
A contour extraction unit that calculates a contour of an object included in the image by an optimum route search by dynamic programming using the density gradient as a parameter;
With
The contour extracting unit calculates a gap penalty based on the difference between the edge identifiers, and obtains an optimum path based on the gap penalty and the density gradient.
顕微鏡によって撮影された細胞の染色画像を取得するステップと、
前記染色画像から細胞核の領域を検出するステップと、
前記染色画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求めるステップと、
前記細胞核の周りを一周する最適経路を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法によって求め、前記最適経路を細胞の輪郭として抽出するステップであって、前記細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を、前記画素配列の方向が前記所定点の周りで一周するまで前記画素配列の方向を変えて繰り返し行い、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路を求めるステップと、
を備える細胞輪郭抽出方法。
Obtaining a stained image of the cells taken by a microscope;
Detecting a region of a cell nucleus from the stained image;
Obtaining a density gradient with adjacent pixels for each pixel of the stained image;
An optimum path that goes around the cell nucleus is obtained by dynamic programming using the concentration gradient as a parameter, and the optimum path is extracted as a cell outline, from a predetermined point in the region of the cell nucleus A process of calculating a partial optimum path that connects pixel groups included in two pixel arrays arranged in different directions is performed by changing the direction of the pixel array until the direction of the pixel array makes a round around the predetermined point. Repeatedly performing the step of determining the optimal route based on the partially optimal route;
A cell contour extraction method comprising:
細胞の染色画像から細胞の輪郭を抽出するためのプログラムであって、コンピュータに、
顕微鏡によって撮影された細胞の染色画像を取得するステップと、
前記染色画像から細胞核の領域を検出するステップと、
前記染色画像の各画素について隣接画素との濃度勾配を求めるステップと、
前記細胞核の周りを一周する最適経路を、前記濃度勾配をパラメータとする動的計画法によって求め、前記最適経路を細胞の輪郭として抽出するステップであって、前記細胞核の領域内にある所定点から異なる方向に向かって並ぶ2つの画素配列にそれぞれ含まれる画素群をつなぐ部分最適経路を計算する処理を、前記画素配列の方向が前記所定点の周りで一周するまで前記画素配列の方向を変えて繰り返し行い、前記部分最適経路に基づいて前記最適経路を求めるステップと、
を実行させるプログラム。
A program for extracting the outline of a cell from a stained image of the cell,
Obtaining a stained image of the cells taken by a microscope;
Detecting a region of a cell nucleus from the stained image;
Obtaining a density gradient with adjacent pixels for each pixel of the stained image;
An optimum path that goes around the cell nucleus is obtained by dynamic programming using the concentration gradient as a parameter, and the optimum path is extracted as a cell outline, from a predetermined point in the region of the cell nucleus A process of calculating a partial optimum path that connects pixel groups included in two pixel arrays arranged in different directions is performed by changing the direction of the pixel array until the direction of the pixel array makes a round around the predetermined point. Repeatedly performing the step of determining the optimal route based on the partially optimal route;
A program that executes
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