JP5530126B2

JP5530126B2 - 三次元細胞画像解析システム及びそれに用いる三次元細胞画像解析装置

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Publication number: JP5530126B2
Application number: JP2009173474A
Authority: JP
Inventors: 浩輔高木; 玄太天川
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-07-24
Also published as: JP2011027543A

Description

本発明は、三次元の細胞画像の解析を行い細胞内小器官や細胞膜など特定の細胞部位の蛍光量を正確に精度良く定量する三次元細胞画像解析システム及びそれに用いる三次元細胞画像解析装置に関する。

細胞画像を解析して正確な定量を行うことは、細胞を用いた研究分野における一般的な課題である。
特に、大量の細胞画像データを用いて統計的な細胞の解析を行う場合には、自動での細胞解析が望まれる。
また、少数の細胞データを用いる場合であって、例えば、個々の細胞内領域の蛍光量を測定するような場合には、その細胞内領域を正確に特定することが必要とされることが多い。
また、細胞内領域を手動で特定することも可能ではあるが、より正確な測定を行うには、自動での領域特定機能を備えた細胞画像解析処理が必要とされる。

従来、細胞画像解析においては、次の非特許文献１に記載の細胞画像解析装置のように、二次元の細胞画像を用いた自動解析が一般的に行われている。

取り扱い説明書、「ＣＥＬＡＶＩＥＷＲＳ１００解析ソフトウェア操作編」、ver1.4、ページ1-4、発行者：オリンパス株式会社

二次元の細胞画像解析における課題
しかし、試料によっては、細胞間及び細胞内での三次元的な位置関係が判明しないと、正確な細胞の解析ができない場合がある。
例えば、図４(a)に示すようにＺ方向に厚みのある細胞において、図４(b)に示すような二次元の細胞画像を用いて細胞を解析しようとする場合、領域１と領域２が重なっているために、夫々の領域の識別ができない。
また、顕微鏡などの観察光学系を用いた二次元での細胞観察においては、二次元の細胞画像データにおける各ＸＹ座標位置での輝度が、細胞における観察光学系の焦点位置周辺
の蛍光量を強く反映し、観察光学系の焦点位置以外の高さ（Ｚ位置）における蛍光量を弱く反映したものになる、という特徴がある。

具体的な課題例１：トランスロケーション解析での課題
例えば、たんぱく質の機能の特定や細胞の作用を研究するために、細胞膜に局在するたんぱく質の割合を定量する実験の場合、細胞質や細胞核に局在するたんぱく量との比較が必要となる。
しかし、二次元の細胞画像データを用いた場合、細胞の高さ方向（Ｚ方向）の蛍光量は、例えば、細胞膜と細胞質、あるいは細胞膜と細胞核が重なった状態で検出されるので、Ｚ方向に重なっている細胞膜と細胞質、あるいは細胞膜と細胞核との蛍光量を区別することができない。このため、細胞膜の蛍光量と、細胞質や細胞核内の蛍光量の割合を正確に特定することができない。

具体的な課題例２：特定小器官のたんぱく量測定での課題
また、細胞内小器官は細胞内の微小な領域に局在している。高さ方向（Ｚ方向）に異なる細胞内小器官が存在する条件下で、これらの細胞内小器官ごとに蛍光量を区別して個々の領域の蛍光強度を定量する実験の場合、高さ方向（Ｚ方向）を考慮に入れた細胞内小器官領域の特定と、その領域での蛍光定量が必要となる。

三次元の細胞画像解析における課題
また、従来、三次元の細胞画像を用いた細胞解析も提案されている。しかるに、その主なものは、操作者が、ＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース：Graphical User Interface）で表示された画像上のクリックなどの操作により、解析対象とする細胞内領域を指定枠で囲んで指定する等の手動処理を介在させて行っている。

しかし、このような手動処理を用いて、特に、微小な細胞内領域を特定することは難しい。また、細胞内領域（細胞内小器官）が複雑に入り組んでいるような場合には、図５(a)に示すように、解析対象とする細胞内領域（ここでは、第一の細胞内小器官）のみを指定枠で囲んで指定することが難しい。
また、大量の細胞画像データを扱う場合、その都度、手動で解析対象領域を設定するのでは、非常に手間がかかってしまう。

さらに、時系列での蛍光量変化を追跡するような実験の場合、全ての時間における細胞画像データに対して同様の手動による解析対象領域の設定処理を行うことになると、操作者の操作負担が非常に大きくなる。特に、解析対象とする細胞内領域が微小な領域である場合、時間ごとにその微小な領域自体が変化するため、時間変化を追跡したときに複数の細胞内領域のデータが混乱し易い。また、図５(b)に示すように、時間の経過とともに相互の位置関係が変化し易い複数の細胞内領域の場合、それら複数の細胞内領域の位置の経時変化を追跡することは困難である。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、操作者の負担を大幅に軽減しながら、細胞内の特定の領域（細胞膜、細胞質、細胞内小器官、細胞核など）における蛍光を正確に精度よく定量して、たんぱく質の局在や移行を正確に検出・特定することの可能な三次元細胞画像解析システム及びそれに用いる三次元細胞画像解析装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による三次元細胞画像解析システムは、三次元の細胞画像を取得する三次元細胞画像撮像装置と、前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の細胞画像を解析するコンピュータを備えた三次元細胞画像解析装置を有する三次元細胞画像解析システムであって、前記三次元細胞画像撮像装置は、蛍光たんぱく質又は蛍光分子で標識された特定のたんぱく質の細胞内挙動を蛍光観察可能に構成されるとともに、試料に対する合焦位置をＺ方向に所定ピッチで連続的に変えて、各合焦位置における試料の像を結像する観察光学系と、前記観察光学系を介して結像された細胞像を撮像する撮像素子を有し、前記三次元細胞画像解析装置は、前記コンピュータを、前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の蛍光細胞画像を解析することにより、細胞膜、核、細胞小器官などの特定の細胞内領域へのたんぱく質の局在あるいは移行を定量化する局在・移行定量化手段として機能させる画像解析ソフトウェアを備え、前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された、各合焦位置での蛍光細胞画像に対し、所定の閾値で二値化し、二値化した情報に基づいて該各合焦位置での蛍光細胞画像における二次元座標上での細胞内領域を特定する二次元細胞内領域特定手段、合焦位置がＺ方向に隣接する蛍光細胞画像同士における、前記二次元細胞内領域特定手段を介して特定された、前記二次元座標上での細胞内領域を比較し、該二次元座標上での細胞内領域がＺ方向に隣接する領域を三次元座標上での細胞内領域として位置を特定する三次元細胞内領域特定手段、前記三次元細胞内領域特定手段を介して特定された三次元座標上での各細胞内領域に対して、各蛍光の輝度の総和、輝度の平均などの蛍光輝度統計情報や、大きさ、位置、丸み度などの形態・位置情報を、三次元座標上での各細胞内領域の特徴量として抽出する特徴量抽出手段、前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量に基づき、三次元座標上での各細胞内領域を細胞膜、核、細胞小器官などに分類する領域分類手段、として機能させることを特徴としている。

また、本発明の三次元細胞画像解析システムにおいては、前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量の経時変化を検出し、検出した特徴量の経時変化を出力する特徴量経時変化出力手段として機能させるのが好ましい。

また、本発明の三次元細胞画像解析システムにおいては、前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記領域分類手段を介して分類された三次元座標上での各細胞内領域に対し、特定の特徴量パラメータをキーとして複数の細胞画像データを検索し、検索された特徴量あるいは特徴量の経時変化を、グラフ、一覧表などの表形式で出力する検索情報出力手段として機能させるのが好ましい。

また、本発明による三次元細胞画像解析装置は、三次元の細胞画像を取得する三次元細胞画像撮像装置を有する三次元細胞画像解析システムに備わる、該三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の細胞画像を解析するコンピュータを備えた三次元細胞画像解析装置であって、前記コンピュータを、蛍光たんぱく質、蛍光分子で標識された特定のたんぱく質の細胞内挙動を蛍光観察可能に構成されるとともに、試料に対する合焦位置をＺ方向に所定ピッチで連続的に変えて、各合焦位置における試料の像を結像する観察光学系と、前記観察光学系を介して結像された細胞像を撮像する撮像素子を有する前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の蛍光細胞画像を解析することにより、細胞膜、核、細胞小器官などの特定の細胞内領域へのたんぱく質の局在あるいは移行を定量化する局在・移行定量化手段として機能させる画像解析ソフトウェアを備え、前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された、各合焦位置での蛍光細胞画像に対し、所定の閾値で二値化し、二値化した情報に基づいて該各合焦位置での蛍光細胞画像における二次元座標上での細胞内領域を特定する二次元細胞内領域特定手段、合焦位置がＺ方向に隣接する蛍光細胞画像同士における、前記二次元細胞内領域特定手段を介して特定された、前記二次元座標上での細胞内領域を比較し、該二次元座標上での細胞内領域がＺ方向に隣接する領域を三次元座標上での細胞内領域として位置を特定する三次元細胞内領域特定手段、前記三次元細胞内領域特定手段を介して特定された三次元座標上での各細胞内領域に対して、各蛍光の輝度の総和、輝度の平均などの蛍光輝度統計情報や、大きさ、位置、丸み度などの形態・位置情報を、三次元座標上での各細胞内領域の特徴量として抽出する特徴量抽出手段、前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量に基づき、三次元座標上での各細胞内領域を細胞膜、核、細胞小器官などに分類する領域分類手段、として機能させることを特徴としている。

また、本発明の三次元細胞画像解析装置においては、前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量の経時変化を検出し、検出した特徴量の経時変化を出力する特徴量経時変化出力手段として機能させるのが好ましい。

また、本発明の三次元細胞画像解析装置においては、前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記領域分類手段を介して分類された三次元座標上での各細胞内領域に対し、特定の特徴量パラメータをキーとして複数の細胞画像データを検索し、検索された特徴量あるいは特徴量の経時変化を、グラフ、一覧表などの表形式で出力する検索情報出力手段として機能させるのが好ましい。

本発明によれば、操作者の負担を大幅に軽減しながら、細胞内の特定の領域（細胞膜、細胞質、細胞内小器官、細胞核など）における蛍光を正確に精度よく定量して、たんぱく質の局在や移行を正確に検出・特定することの可能な三次元細胞画像解析システム及びそれに用いる三次元細胞画像解析装置が得られる。

本発明の一実施形態にかかる三次元細胞画像解析システムの全体構成を示すブロック図である。本実施形態の三次元細胞画像解析システムにおける細胞画像の撮像から細胞画像の解析までの全体の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態の三次元細胞画像解析システムを用いた場合における一つの利点として時間的に位置関係が変化する複数の細胞内領域に対する位置の経時追跡が可能となることを示す図である。従来の一般的な二次元の細胞画像解析の課題を示す説明図で、(a)は試料の高さ方向（Ｚ方向の）断面図、(b)は(a)の試料についての二次元の細胞画像を示す図である。手動での細胞解析の問題を概念的に示す説明図で、(a)は複数の細胞内器官が複雑に入り組んだ状態での特定の細胞内器官のみの指定が困難な例を示す図、(b)は時間的に位置関係が変化する複数の細胞内領域に対する位置の経時追跡が困難な例を示す図である。

図１は本発明の一実施形態にかかる三次元細胞画像解析システムの全体構成を示すブロック図である。図２は本実施形態の三次元細胞画像解析システムにおける細胞画像の撮像から細胞画像の解析までの全体の処理手順を示すフローチャートである。
本実施形態の三次元細胞画像解析システムは、三次元細胞画像撮像装置１と三次元細胞画像解析装置２を有する。
三次元細胞画像撮像装置１は、例えば、コンフォーカル顕微鏡で構成されており、観察光学系１ａと、撮像素子１ｂを有する。
観察光学系１ａは、光源、照明レンズ、複数種類の励起フィルタをターレット等に備えた励起光切換手段、対物レンズ、吸収フィルタ、結像レンズ、ピンホール等、一般的なコンフォーカル蛍光顕微鏡における照明光学系及び観察光学系（図示省略）で構成され、蛍光たんぱく質又は蛍光分子で標識された特定のたんぱく質の細胞内挙動を蛍光観察可能であるとともに、試料に対する合焦位置をＺ方向に所定ピッチで連続的に変えて、各合焦位置における試料の像を撮像素子１ｂの撮像面に結像する。
撮像素子１ｂは、観察光学系１ａを介して結像された細胞像を撮像する。

三次元細胞画像解析装置２は、コンピュータと、画像解析ソフトウェアを備えて構成されている。
画像解析ソフトウェアは、コンピュータを局在・移行定量化手段２ａとして機能させるように構成されている。
局在・移行定量化手段２ａは、三次元細胞画像撮像装置１を介して取得された三次元の蛍光細胞画像を解析することにより、細胞膜、核、細胞小器官などの特定の細胞内領域へのたんぱく質の局在あるいは移行を定量化する。
より詳しくは、画像解析ソフトウェアは、コンピュータを局在・移行定量化手段２ａとして機能させるために、コンピュータを二次元細胞内領域特定手段２ａ１、三次元細胞内領域特定手段２ａ２、特徴量抽出手段２ａ３、領域分類手段２ａ４として機能させ、さらには、定量・出力手段２ａ５における一手段としての特徴量経時変化出力手段２ａ５₁、検索情報出力手段２ａ５₂として機能させるように構成されている。

二次元細胞内領域特定手段２ａ１は、三次元細胞画像撮像装置１を介して取得された、各合焦位置での蛍光細胞画像に対し、所定の閾値で二値化し、二値化した情報に基づいて該各合焦位置での蛍光細胞画像における二次元座標上での細胞内領域を特定する。
三次元細胞内領域特定手段２ａ２は、合焦位置がＺ方向に隣接する蛍光細胞画像同士における、二次元細胞内領域特定手段２ａ１を介して特定された、二次元座標上での細胞内領域を比較し、その二次元座標上での細胞内領域がＺ方向に隣接する領域を三次元座標上での細胞内領域として位置を特定する。
特徴量抽出手段２ａ３は、三次元細胞内領域特定手段２ａ２を介して特定された三次元座標上での各細胞内領域に対して、各蛍光の輝度の総和、輝度の平均などの蛍光輝度統計情報や、大きさ、位置、丸み度などの形態・位置情報を、三次元座標上での各細胞内領域の特徴量として抽出する。
領域分類手段２ａ４は、特徴量抽出手段２ａ３を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量に基づき、三次元座標上での各細胞内領域を細胞膜、核、細胞小器官などに分類する。
定量・出力手段２ａ５は、領域分類手段２ａ４を介して分類された細胞内器官等の各細胞内領域における蛍光量を定量し、結果の出力を行う。
特徴量経時変化出力手段２ａ５₁は、特徴量抽出手段２ａ３を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量の経時変化を検出し、検出した特徴量の経時変化を出力する。
検索情報出力手段２ａ５₂は、領域分類手段２ａ４を介して分類された三次元座標上での各細胞内領域に対し、特定の特徴量パラメータをキーとして複数の細胞画像データを検索し、検索された特徴量あるいは特徴量の経時変化を、グラフ、一覧表などの表形式で出力する。

次に、このように構成された本実施形態の三次元細胞画像解析システムを用いた細胞の撮像から画像解析までの全体の処理手順について説明する。
全体の処理は、図２(a)に示すように、三次元細胞画像撮像装置１による細胞像の撮像（ステップＳ１）、三次元細胞画像解析装置２による細胞画像の解析（ステップＳ２）、解析結果の出力（ステップＳ３）の順で行われる。

撮像処理段階（ステップＳ１）
撮像処理段階では、コンフォーカル顕微鏡で構成された三次元細胞画像撮像装置１の観察光学系１ａが、各チャネルの蛍光ごとに、試料に対する合焦位置をＺ方向に所定ピッチで連続的に変えて、各合焦位置における試料の像を結像し、撮像素子１ｂが観察光学系１ａを介して結像された細胞像を撮像する。

解析処理段階（ステップＳ２）
二次元座標上での細胞内領域特定（ステップＳ２ ₁ ）
解析処理段階では、まず、二次元細胞内領域特定手段２ａ１が、各合焦位置（Ｚ位置）での細胞画像に対し所定の閥値で二値化を行い、このＺ位置での細胞膜、核、細胞小器官などのいずれかに相当する細胞内領域の特定を行う。特定した各細胞内領域には、例えば、細胞内領域に対応した番号等の識別子を付ける。

三次元座標上での細胞内領域構築（ステップＳ２ ₂ ）
次いで、三次元細胞内領域特定手段２ａ２が、二次元細胞内領域特定手段２ａ１を介して特定された、二次元座標上での細胞内領域を比較し、二次元座標上での細胞内領域がＺ方向に隣接する領域（即ち、同じ番号が付されたＺ方向に隣接する領域）を三次元座標上での細胞内領域として位置を特定する。

三次元細胞内領域の特徴量抽出（ステップＳ２ ₃ ）
次いで、特徴量抽出手段２ａ３が、三次元細胞内領域特定手段２ａ２を介して特定された三次元座標上での各細胞内領域に対して、各蛍光の輝度の総和、輝度の平均などの蛍光輝度統計情報や、大きさ、位置、丸み度などの形態・位置情報を、三次元座標上での各細胞内領域の特徴量として抽出する。

三次元細胞内領域の分類（ステップＳ２ ₄ ）
次いで、領域分類手段２ａ４が、あらかじめ操作者が設定した値に基づき、三次元座標上での各細胞内領域を、細胞膜、核、細胞小器官などの細胞内器官等に分類する。あるいは、特徴量抽出手段を介して抽出された特徴量の統計的な分布を取得し、三次元座標上での各細胞内領域の特徴量に基づき、三次元座標上での各細胞内領域を、細胞膜、核、細胞小器官などの細胞内器官等に分類する。

蛍光量の定量・出力（ステップＳ２ ₅ 、ステップＳ３）
次いで、定量・出力手段２ａ５が、領域分類手段２ａ４により分類された細胞内器官等の各細胞内領域における蛍光量を定量する（ステップＳ２₅）。蛍光量の定量は、領域の総蛍光量、平均蛍光量、最大蛍光量、最小蛍光量や、あるいは、ドット（極小領域）として認識できる蛍光の数など、を測定することによって行う。
次いで、細胞内器官等に分類された個々の細胞内領域における蛍光情報、あるいは細胞内器官等に分類された細胞内領域ごとの特徴量の統計量（例えば、複数細胞膜の蛍光量の平均値）、さらにこれらの時間変化などを出力する（ステップＳ３）。
例えば、特徴量経時変化出力手段２ａ５₁が、特徴量抽出手段２ａ３を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量の経時変化を検出し、検出した特徴量の経時変化を出力する。
また、例えば、検索情報出力手段２ａ５₂が、領域分類手段２ａ４を介して分類された三次元座標上での各細胞内領域に対し、特定の特徴量パラメータをキーとして複数の細胞画像データを検索し、検索された特徴量あるいは特徴量の経時変化を、グラフ、一覧表などの表形式で出力する。

本実施形態の三次元細胞画像解析システムによれば、特に試料における高さ方向の細胞内領域を分離して解析することができるので、正確な細胞画像解析を行うことができる。

また、時間の経過に伴ってＸＹＺの座標位置が移動するような対象物の解析が可能にな
る。
そして、上述のように、特徴量経時変化出力手段２ａ５₁により、特徴量抽出手段２ａ３を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量の経時変化を検出し、検出した特徴量の経時変化を出力することができる。
また、特徴量によって細胞内の領域を分類するようにしたので、平均値を出すなどの統計的な解析が可能になる。
しかも、特徴量に基づいて分類した細胞内小器官の特徴量の経時変化を検出するようにしたので、例えば、図３に示すように、第一の細胞内器官と第二の細胞内器官が時間の経過とともに互いの位置関係を変化させる場合であっても、対象とする細胞内器官を正確に時間追跡することができる。

さらに、細胞内器官等に分類することで特定のイベントの抽出などが可能になる。例えば特定の細胞内小器官にたんぱくが移行する現象が少ない場合、このイベントを大量データの中から見つけることができる。そして、上述のように、検索情報出力手段２ａ５₂により、領域分類手段２ａ４を介して分類された三次元座標上での各細胞内領域に対し、特定の特徴量パラメータをキーとして複数の細胞画像データを検索し、検索された特徴量あるいは特徴量の経時変化を、グラフ、一覧表などの表形式で出力することができる。

本発明の三次元細胞画像解析システム及びそれに用いる三次元細胞画像解析装置は、大量の細胞画像データを用いて、細胞内小器官や細胞膜など特定の細胞部位の蛍光量を正確に精度良く定量することが求められる細胞画像の自動解析分野に有用である。

１三次元細胞画像撮像装置
１ａ観察光学系
１ｂ撮像素子
２三次元細胞画像解析装置
２ａ局在・移行定量化手段
２ａ１二次元細胞内領域特定手段
２ａ２三次元細胞内領域特定手段
２ａ３特徴量抽出手段
２ａ４領域分類手段
２ａ５定量・出力手段
２ａ５₁ 特徴量経時変化出力手段
２ａ５₂ 検索情報出力手段

Claims

三次元の細胞画像を取得する三次元細胞画像撮像装置と、前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の細胞画像を解析するコンピュータを備えた三次元細胞画像解析装置を有する三次元細胞画像解析システムであって、
前記三次元細胞画像撮像装置は、蛍光たんぱく質又は蛍光分子で標識された特定のたんぱく質の細胞内挙動を蛍光観察可能に構成されるとともに、試料に対する合焦位置をＺ方向に所定ピッチで連続的に変えて、各合焦位置における試料の像を結像する観察光学系と、前記観察光学系を介して結像された細胞像を撮像する撮像素子を有し、
前記三次元細胞画像解析装置は、前記コンピュータを、
前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の蛍光細胞画像を解析することにより、細胞膜、核、細胞小器官などの特定の細胞内領域へのたんぱく質の局在あるいは移行を定量化する局在・移行定量化手段として機能させる画像解析ソフトウェアを備え、
前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、
前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された、各合焦位置での蛍光細胞画像に対し、所定の閾値で二値化し、二値化した情報に基づいて該各合焦位置での蛍光細胞画像における二次元座標上での細胞内領域を特定する二次元細胞内領域特定手段、
合焦位置がＺ方向に隣接する蛍光細胞画像同士における、前記二次元細胞内領域特定手段を介して特定された、前記二次元座標上での細胞内領域を比較し、該二次元座標上での細胞内領域がＺ方向に隣接する領域を三次元座標上での細胞内領域として位置を特定する三次元細胞内領域特定手段、
前記三次元細胞内領域特定手段を介して特定された三次元座標上での各細胞内領域に対して、各蛍光の輝度の総和、輝度の平均などの蛍光輝度統計情報や、大きさ、位置、丸み度などの形態・位置情報を、三次元座標上での各細胞内領域の特徴量として抽出する特徴量抽出手段、
前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量に基づき、三次元座標上での各細胞内領域を細胞膜、核、細胞小器官などに分類する領域分類手段、
として機能させることを特徴とする三次元細胞画像解析システム。
前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量の経時変化を検出し、検出した特徴量の経時変化を出力する特徴量経時変化出力手段として機能させることを特徴とする請求項１に記載の三次元細胞画像解析システム。
前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記領域分類手段を介して分類された三次元座標上での各細胞内領域に対し、特定の特徴量パラメータをキーとして複数の細胞画像データを検索し、検索された特徴量あるいは特徴量の経時変化を、グラフ、一覧表などの表形式で出力する検索情報出力手段として機能させることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元細胞画像解析システム。
三次元の細胞画像を取得する三次元細胞画像撮像装置を有する三次元細胞画像解析システムに備わる、該三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の細胞画像を解析するコンピュータを備えた三次元細胞画像解析装置であって、
前記コンピュータを、蛍光たんぱく質、蛍光分子で標識された特定のたんぱく質の細胞内挙動を蛍光観察可能に構成されるとともに、試料に対する合焦位置をＺ方向に所定ピッチで連続的に変えて、各合焦位置における試料の像を結像する観察光学系と、前記観察光学系を介して結像された細胞像を撮像する撮像素子を有する前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された三次元の蛍光細胞画像を解析することにより、細胞膜、核、細胞小器官などの特定の細胞内領域へのたんぱく質の局在あるいは移行を定量化する局在・移行定量化手段として機能させる画像解析ソフトウェアを備え、
前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、
前記三次元細胞画像撮像装置を介して取得された、各合焦位置での蛍光細胞画像に対し、所定の閾値で二値化し、二値化した情報に基づいて該各合焦位置での蛍光細胞画像における二次元座標上での細胞内領域を特定する二次元細胞内領域特定手段、
合焦位置がＺ方向に隣接する蛍光細胞画像同士における、前記二次元細胞内領域特定手段を介して特定された、前記二次元座標上での細胞内領域を比較し、該二次元座標上での細胞内領域がＺ方向に隣接する領域を三次元座標上での細胞内領域として位置を特定する三次元細胞内領域特定手段、
前記三次元細胞内領域特定手段を介して特定された三次元座標上での各細胞内領域に対して、各蛍光の輝度の総和、輝度の平均などの蛍光輝度統計情報や、大きさ、位置、丸み度などの形態・位置情報を、三次元座標上での各細胞内領域の特徴量として抽出する特徴量抽出手段、
前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量に基づき、三次元座標上での各細胞内領域を細胞膜、核、細胞小器官などに分類する領域分類手段、
として機能させることを特徴とする三次元細胞画像解析装置。
前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記特徴量抽出手段を介して抽出された三次元座標上での各細胞内領域の特徴量の経時変化を検出し、検出した特徴量の経時変化を出力する特徴量経時変化出力手段として機能させることを特徴とする請求項４に記載の三次元細胞画像解析装置。
前記画像解析ソフトウェアは、前記コンピュータを、前記領域分類手段を介して分類された三次元座標上での各細胞内領域に対し、特定の特徴量パラメータをキーとして複数の細胞画像データを検索し、検索された特徴量あるいは特徴量の経時変化を、グラフ、一覧表などの表形式で出力する検索情報出力手段として機能させることを特徴とする請求項４又は５に記載の三次元細胞画像解析装置。