JPH02168161A - 細胞の良・悪性判定装置 - 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、細胞の良・悪性を容易に判定できる？ｉ置に
関する。

［従来の技術］ 現在までの病理組織学的がん診断では、パラフィン組織
切片についてはヘマトキシリン・エオシン染色を、また
細胞＃塗抹標本てはパパニコロウ染色をそれぞれ施した
ものを基本とし、これらに必要に応じて組織化学的・免
疫組織化学的反応を施した標本をつけ加えて、光学顕微
鏡的ａ察に基づいて診断されている。

他方、がん細胞の核性状が、正常細胞の核性状と比較し
て。

（１）核形態か不規則（＝不整形）化している、（２）
核容積が増加している。

（３）核クロマチン（ＤＮＡと蛋白質から構成）が濃染
し、その分布が不規則化している、（４）核内ＤＮＡ肇
か増加している、 などの傾向があることに着目した様々な定時化法が提案
されており、（イ）画像解析を用いた従来の研究では、
通常の染色（）ＩＥ染色、パパニコロウ染色）標本に光
学顕微鏡を応用した透過光ｍ重下の形態解析・濃厚解析
が行われ、（ロ）病理標本上のＤＮＡ定量は、顕微蛍光
測光波によって行わ九てきた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この光学顕微鏡的診断は、組織および細
胞の形態に関する“ＩＩＩ瘍性としての異型性”を病理
学的に判定して行われるが、各病理医の主観的・定性的
判断に大きく依存するため、より客観的で定量的な細胞
の良・悪性判定法が必要視されてきた。しかし１画像解
析を用いた従来の判定法はまだ確立された実用化には至
らず、また、顕微蛍光測光法により切片標本を検索しよ
うとした場合には大部分が核断片のＤＮＡａしか決めら
れないため、がん細胞特有のＤＮＡ量異常やＳ−Ｇ、期
細兜の同定による増殖活性の把握は不可能である。

本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたも
ので、切片標本を用いても可能な客観的な細胞の良・悪
性判定装置を提供することを目的とする。また、さらに
本発明は、がん細室の核クロマチン分布の不規則さの程
度を定量的に評価する装置を得ることも目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点の解決のために本発明は、 （＋）細胞の核ＤＮＡを生化学的特異性をもフて蛍光染
色した標本を用いて細胞の良性・悪性を判定するための
装置において。

前記該ＤＮＡの蛍光画像の二次元座標位置における蛍光
強度を求める蛍光顕微鏡装置と、前記核ＤＮＡ蛍光画像
の二次元座標位置を二次元（Ｘ−Ｙ）Ｖ面に展開すると
共に、各座標位置に対応する蛍光強度値を縦（Ｚ）軸に
伸ばした疑似三次元の立体図形として表示する表示装置
と、を有することを特徴とする細胞の良性・悪性の判定
装置、 であり、また、 （２）細にの核ＤＮＡを生化学的特異性をもって蛍光染
色した標本を用いて細胞の良性・、悪性を判定するため
の装置において、 核ＤＮＡに基づく二次元的蛍光像を映像信号として出力
する蛍光顕微鏡装置と、 前記映像信号として出力された核ＤＮＡ蛍光画像が、正
常細胞のものか、良性か悪性かを判定しようとする検索
対象部位の細胞のものかを識別する１３号を出力する指
示装置と、 前記蛍光顕微鏡装置の映像信号と前記指示装置の識別信
号とを入力し、人力した映像信号による核ＤＮＡ蛍光画
像が正常細胞のものか、前記検索対象部位の細胞のもの
かを識別して、正常な核ＤＮＡ蛍光画像と前記検索対象
部位の細胞の蛍光画像をそれぞれ視数記憶する画像記Ｊ
ａ′￥段と、前記画像記憶下段の記憶データを用いて、
核ＤＮＡ蛍光画像に基づく核クロマチン分布の不規則さ
を表わすパラメータを、前記記憶されだすへての核ＤＮ
Ａ蛍光画像について演算する演口ｆ段と、 を仔し、前記正常細胞群と前記検索対象部位の細胞群の
両者に関する前記各パラメータの分布が、分離している
か、温存しているかによって、前記検索対象部位の細胞
が良性か悪性かを判定する細胞の良性・悪性の判定装置
である。

［作用］ 本発明においては、細胞の働きの中枢的役割を担う核Ｄ
ＮＡを生化学的特異性をもフて蛍光染色し、得られる核
ＤＮＡ蛍光画像に基づく核クロマチン分布の不規則さに
基づいて、細胞の良性・悪性を客観的に判定するもので
ある。具体的には＝（１）核ＤＮＡ蛍光画像を構成する
各画素の二次元座標位置（カメラの撮像面内での位置）
を二次元（Ｘ−Ｙ）平面に展開すると共に、各座標位置
に対応する蛍光強度値を縦（Ｚ）軸に伸ばした疑似−次
元の立体図形として表示し、その表面構造が表わす核ク
ロマチン分布パターンの不規則さの程度により細胞の核
クロマチン分布の乱れの程度、すなわち細胞の良性・悪
性を判定することができるつ （２）そして、さらにその不規則さを定量的に評価する
パラメータを演算によって求め、個々の細胞に関するそ
れらのパラメータが正常ｗ８脂群と検索対象部位の細胞
群とで温存して分布するか（この場かには個々の細胞の
核クロマチン分布に不規則さはない）、或は分芝して分
布するか（この場合は個々の細胞の核クロマチン分布に
不規則さがある）を定量的に評価することによって、が
ん細胞かどうかの判定、すなわち、細胞群の良性・悪性
の判定を定着的・客観的に行うことができる。

［実施例］ 以下、図面に示した実施例に基づいて本発明を説明する
。

（イ）パラフィン切片標本の作製 標本作製に当たっては、病理組織診断をしようとする検
体ブロック（パラフィン包埋）から、通常の方法で４μ
ｍおよび２μｌのパラフィン切片を（はぼ）連続して’
７Ｎ切する。４μ躊の切片は光学顕微鏡の観察に用い、
２μ田の切片は本解析に用いる。この２μ頂の厚みは、
蛍光画像をできるだけ鮮明に撮像するためと、切片中で
対象とする細胞核ができるだけ重ならないようにするた
めに、薄切可能な最小サイズとして採用するものである
。

４＃Ｌ−のパラフィン切片からは、通常のＨＥ染色標本
を作製する。他方、ＺｕＬ■のパラフィン切片は、脱パ
ラ、ＲＮａｓｅ処理［０，２Ｂ／ｍ１（ｉｎ　ｐＨ７，
０ＰＢＳ）液中で、３７℃、３０分−１時間処理】、ｐ
ｒ染色［ｐｒｏｐｉｄｉｕｍ　１ｏｄｉｄｅの０．００
２５ｍｇ／ｍｌ　（ｉｎｔ、＋ＺＸクエン酸ソーダ）の
染色液中で４℃、１０分間染色］を順次行つて封入する
（なお、０＾ＰＩ。

その他のＤＮＡに特異的な蛍光染色も応用できる）、ｖ
ｋ者をＰＩ染色標本という、また、前者のＨＥ染色標本
ては別の光学顕微鏡を用いて通常の組織観察を行って正
常部位（Ａ）および検索対象部位（Ｂ）を定める。この
操作は１通常の病理組織学的［察と同様の手続である。

（［１）凍結切片標本の作製 手術中に迅速＃断を行うための凍結切片標本については
、脱バラの過程を除いて一ヒ述と同様のｆ技を実施する
。

（八）剥離細胞塗抹（細胞＃）標本の作製剥離細胞塗抹
標本は、パラフィン切片標本のように連続切片としては
得られないため１画像解析しようとする標本を単独に用
いる。すなわち１本法で解析しようとする剥離細胞塗抹
標本は、型通りに塗抹・固定後、ＲＮａｓｅ処理、ＰＩ
蛍光染色を行って作製する。

（ニ）蛍光画像の撮像および処理 第１図はＰＫ染色標本を撮像し、処理を行う本発明の一
実施例のブロック図である。

顕微鏡本体ｔＬｔ周知のものであって１位相差観察と落
射蛍光観察（ＰＩ染色の場合はＧ励起）が選択できる。

オートステージ２は、標本放置したままで、モータの駆
動力によりｌＩ微鏡本体ｌの対物レンズの光軸に直交す
るＸ−Ｙ平面内て標本を移動する周知の構成のものであ
る。ｘ−ｙ平面内での座標値（Ｘ−Ｙ座標値）を読み取
るために。

ステージ２にはポジシコンエンコーダが内蔵されており
、コンピュータ５にその座ＰＡＩＮ、　Ｐ（ｘ、ｙ）か
送出される。このポジションエンコーダはアブソリュー
ト式のものでもよいが、分解能を上げるために原点信号
付き、のインクリメンタル式とし、電源投入時に初期動
作としてコンピュータ５の指令により原点信号を検出す
るものが都合よい。ＳＩＴ管タイプのＣＣＴＶカメラ３
は顕微鏡本体１により形成された標本の像を撮像し、映
像信号として送出する。画像処理ユニット４は、カメラ
３から送出された映像信号を人力し、１フレーム内の画
像中の正常部位および検索対象部位の画像データを、コ
ンピュータ５からの指令に基づいて分類し、メモリに記
憶する。コンピュータ５は指令ボード６の指令に応じて
、オートステージ２、顕微鏡本体１、カメラ３、画像処
理ユニット４を統合的にＩＩＪ８シ、表示装置７に消衰
結果の表示をさせる。また、コンピュータ５はオートス
テージ２からＸ−Ｙ座標位置のｔＳ号（座標信号）を入
力し、画像処理ユニット４から画像データの読み込みを
行う。

このような構成であるから、検者はまず、顕微鏡本体ｌ
が位相差観察状態となるように指令ボード６に指示をし
くその結果、コンピュータ５が顕ｖ１１鏡本体１の光学
系を切り替えて位相差用光学系を形成する）、ついで、
オートステージ２を手動に切り替えて（指令ボード６に
指示することにより、コンピュータ５がオートステージ
２を自動モードから手動モードに切り替える）、指令ボ
ート６のステージ２のＸ、Ｙ方向移動指令部材を操作し
て、ステージ２をＸ−Ｙ平面内で移動させる。

そして、位相差観察下で、正常部位（Ａ）および検索対
象部位（Ｂ）を定める。このとき、正常部位（Ａ）およ
び検索対象部位（Ｂ）は複数箇所指定するが、その指定
は、ステージ２をＸ−ＹＶ面内で移動し、視野中央に正
常部位（Ａ）もしくは検索対象部位（Ｂ）を移動して指
令ボード６に（Ａ）、（Ｂ）の別とデータ取り込み指令
を行うだけでよい。

その結果、コンピュータ５は、指令ボード６に入力され
た（Ａ）、（Ｂ）のデータを順次ナンバリングする（Ａ
ｉ　；　ｉ＝１〜ｍ、Ｂｊ　；　ｊ＝１〜ｎ）と共に、
各データＡｉ、Ｂｊに対応するＸ−Ｙ座標（ｊＩをステ
ージ２からの座標信号によって互いに対応させて記憶す
る。

続いて、検者は上述の位相差ｉｉ察から落射蛍光観察に
顕微鏡本体１を切り替えるよう、指令ボート６に指令を
榮える。その結果、コンピュータ５からの指令に従って
、顕微鏡本体ｌは光学系を切り替えて落射蛍光用光学系
を形成する。

以下、第２１２（Ａ）、（Ｂ）に示したコンピュータ５
のフローチャートに基づいて動作を説明する。まず、検
者か指令ボード６の測定開始スイッチを押す必要がある
。そうすると、コンピュータ５は、まずメモリに記憶さ
れた正常部位（Ａ）の各々に対応した座標値を順次読み
出す、すなわち、まず、正常部位（Ａ）グループのうち
の正常部位Ａｉの座標値（Ａ　ｉ　（ｘ、ｙ）を読み出
すために、ｉ＝１としくステップ２０）、メモリに記憶
された正常部位ＡＩの＠標値（Ａ　Ｉ　）　ＣＸ、ｙ）
　）を読み出す（ステップ２１）。

そして、読み出した座標（Ｎ　Ａ　ｌ　（ｘ、ｙ）とオ
ートステージ２からの座標値Ｐ　（Ｘ、ｙ）とか一致す
るようにステージを移動させ（ステップ２２）、両座標
値が一致すると（ステップ２３）、画像処理ユニット４
に正常部位Ａ１の核ＤＮＡ蛍光像の画像データを記憶さ
せる（ステップ２４）。画像処理ユニット４はフレーム
メモリを有しているから、ステップ２３でコンピュータ
５が両座標値の一致したことを検出することにより、画
像処理ユニット４に画像データのフレームメモリへの記
憶指令を行い、それによってフレームメモリに画像デー
タか記憶される。画像処理ユニット４は、フレームメモ
リの画像データから、中央部にある核ＤＮＡ蛍光画像を
切り出し、画面内てのｘ−ＹＷ標値に対応させて蛍光強
度値を記憶する。コンピュータ５は、ステップ２５で、
あらかじめ記憶した正常部位（Ａ）のグループの全ての
処理（ＡＩからＡＩＩ＋の各々につきステップ２１から
ステップ２４の処理）か終わったか否かを判断し、終わ
っていなければ、ステップ２６て現在の驚に１を加ｚ７
シてステップ２１に戻り、終ね一ノていれば、ステップ
２７でｊ＝ｘと設定する。

そして、メモリに記憶されたがんかどうかを判定しよう
とする検索対象部位（Ｂ）のグループのうちの検索対象
部位Ｂ１の座１ｊｇ４１１　（Ｂ　１　（ｘ、ｙ）を読
み出す（ステップ２８）。この読み出した座標値（Ｂ　
１　（ｘ、ｙ）　）とオートステージ２からの座標値Ｐ
　（ｘ、ｙ）が−・致するようにステージを移動させ（
ステップ２９）、両座標値が一致すると（ステップ３０
）、画像処理ユニット４に検索対象部位Ｂ１の核ＤＮＡ
蛍光像の画像データを記憶させる（ステップ３１）。画
像処理ユニット４の動作は、上述の正常部位（Ａ）の場
合と同様である。

そして、コンピュータ５は、あらかしめ記憶した検索対
象部位（Ｂ）のグループのすべての処理（ＢｌからＢｎ
の詐々につきステップ２８からステップ３１の処理）が
終わったか否かを判断しくステップ３２）、終わってい
なければ、ステップ３３で現在のｊに１を加寞してステ
ップ２８に戻り、終わっていれば、画像処理ユニット４
の記憶データによって演算処理を行う。

すなわち、画像処理ユニット４の記憶データである、正
常部位ＣＡ）のグループの各部位（ＡＩ〜Ａｍ）の核Ｄ
ＮＡ蛍光像のデータおよび検索対象部位（Ｂ）のグルー
プの各部位（Ｂｌ〜Ｂｎ）の６ｇ　Ｄ　Ｎ　Ａ　′！：
１光像のデータから以下のパラメータ、　　（１）核Ｄ
ＮＡ蛍光像の面積 （２）蛍光画像解析しようとしている核ＤＮＡ蛍光象の
各画素の蛍光強度の和として求める各接当たりの全蛍光
強度、 （３）（各画素の蛍光強度）／（−画素当たりのモ均強
度）ニー画素当たりの・Ｙ均ＤＮＡ蛍光強度 （４）１各画素のＤＮＡ蛍光強度−１画素゛にたりの゛
Ｐ−均強度１の総和 （５）１　（４）＋２の総和 （６）（５）、／（３） （７）（５）／（２） （８）ＣＶ　（各画素の蛍光強度値の変動係数）を演算
して演算データとする（ステップ３４）。

そして、正常部位（Ａ）の細胞群の核ＤＮＡ蛍尤１象と
検索対象部位（Ｂ）の細胞群の核ＤＮＡ蛍光像に関する
データを付き合わせ、眞者の演算データと後者の演算デ
ータとが上記（１）から（８）の各項目のいずれかに関
して、明らかに分離したグループに分けられる場合、す
なわち、例えば前者の演算データが上記（４）の項目に
関しである値より小さい値をとるように散らばっており
、往昔の演算データが同じ項目に関して−Ｆ記のある値
より大きい値をとるように散らば７ているような時、コ
ンピュータ５は検索対象部位（Ｂ）の細胞群かがん細胞
である（悪性）と判断し、また、上記すへての項目につ
き演算データか温存しているときは、検索対象部位（Ｂ
）はがんでない（良性）と判断し、表示装置７にその行
表示せしめる（ステップ３５．３６）。

このようにして、腫瘍性変化を疑い、がんかどうか（良
性か悪性）を診断しようとした検索対象部位が、がんか
否かを定量的評価によって客観的に判断・表示されるこ
とになる。

上記の項目（１）から（８）は、核ＤＮＡ蛍光像に基づ
く核クロマチン分布パターンの形態定着のために選択さ
れたちのであるか、これらの項目（１）から（８）を演
算して核クロマチン分布パターンの不規則さを定量的に
評価することなく。

画像処理ユニット４の記憶データから、各画素の位置情
報（フレームメモリ上でのｘ−Ｙ座標値）を二次元（Ｘ
−Ｙ）平面に展開すると共に、各画素の蛍光強度値を縦
（Ｚ）軸に延ばすことによって平面的に撮像される核蛍
光像を疑似三次元表示の立体図形として表示装２フに表
示させるようにしてもよい、この場合には１表面構造の
不規則さを正常部位と検索対象部位とで視覚的に比較す
ることにより、がん細胞に特徴的なりロマチン分布の乱
れの程度を容易に評価することができる。

すなわち、正常細胞の核クロマチン分布パターンの表面
は滑らかであるのに対し、がん細胞の核クロマチン分布
パターンは表面が大きく乱れている。

従って、もし、がんかどうかを診断しようとする検索部
位の細胞がその表面が大きく乱れた核クロマチン分布を
示す場合には、その不規則さのあることに基づいてこれ
はがん細胞（すなわち、悪性）と判定できる。水沫によ
るこのような判定結果は、これまでに検索した百例余の
症例に関しては、病理組織学的診断結果とほぼ一致して
いることを確認している。

なお、表示装置７には、正常部位と検索部位のパターン
を共に表示させることは必須ではなく、検索対象部位の
細胞群を次々と表示させるだけでも１分その表面構造の
不規則さの程度を間断できるので、検索部位のみについ
てクロマチン分布パターンを疑似三次元表示させるよう
にしてもよい。

また、コンピュータ５にクロマチン分布パターンの不規
則さの程度を定量的に判断させずに、上記の項目（１）
から（８）のデータのうち、特定の２つの組を８種類作
成し、得られる各データの分布グラフを表示装２１７に
表示させるようにしてもよい。この場合には、正常部位
（Ａ）と検索対象部位（Ｂ）の差がさらに視覚的に強調
されて（単なる数値の比較ではなく、パターンとして認
識できる）、より的確に判定することがてきる。

この場合の一例を第３図と第４図に示す。

第３図と第４図は、ヒト胃がんの解析結果てあり、各グ
ラフの横軸、縦軸の番号（１）−（８）はそれぞれＥ述
のパラメータの番号（１）−（８）に対応している（但
し、パラメータ（３）はパラメータ（６）を求めるため
のものであるので１表面には出てこない）、第３１Ａ、
第４図において黒丸印は正常部位からの個々の細胞に関
するデータ、プラス（＋）印は検索部位からの個々の細
胞に関するデータである。

そして第３図では黒丸印の分布とプラス（＋）印の分布
とが各グラフにおいて明らかに異なる領域を形成してお
り、このような傾向を有する検索対象部位の細胞群は、
すべて、ないしは大部分かがん細胞と判断できる。先述
のように、本症例は病理組織学的に胃癌と診断されたも
のである。

また、第４図ては黒丸印の分布とプラス（＋）印の分布
が一部のグラフにおいて重なりあっているが、大体の傾
向としては、両者は異なる領域を形成しているので、こ
のような傾向を有する検索対象部位の細胞群も、大部分
ががん細胞と判断てきる。この症例も病理組織学的に胃
の腺癌てあフた。

そしてさらに、Ｅ述の第３図、第４図のような解析デー
タの表示により判断した結果は、数名のきわめて信頼性
の高い熟練病理医に依る病理組織学的診断結果と、これ
まて検索した百例余の全例で一致している。

［発明の効果１ 以し述べたように本発明によれば、核クロマチン分布パ
ターンの不規則さの形態定量解析によって、かん細胞か
どうかを定量パラメータ、または疑似三次元表示、また
は二次元ずつのグラフ表示に基づいて判定できるので、
がんの診断を客観的なものとすることかてきる。

特に、核クロマチン分布の不規則さを表わすパラメータ
を演算する場合には、がん細胞に特徴的な核クロマチン
分布の不規則さの程度を装置によって自動判定すること
ができるので、この場合には、検名の意志の入る余地の
ない、全く客観的に行う判定装置を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１［Ａは木５１１明の一実施例のブロック図、第２図
（Ａ）、第２図（Ｂ）は第１図工用いられるコンピュー
タのフローチャート、第３図、第４図は特定のパラメー
タを組み合わせて、ｔＥ常部位と検索対象部位のそれぞ
れの細胞群の成績を比較し、かん細胞かどうかを判定す
るためのグラフ表示の例をそれぞれ示す図、である。 ［主要部分の符号の説明］ ｉ　　−−一一蛍光顕微鏡本体 ２　−−−−　ＣＣＴＶカメラ、 ４−一一一画像処理ユニット。 ５−一一一コンピュータ、 ６−−ｍ−指令ボート、 ７−−−一表示装置 ノーーー 弔 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細胞の核ＤＮＡを生化学的特異性をもって蛍光染色
   した標本を用いて細胞の良・悪性を判定するための装置
   において、 前記核ＤＮＡの蛍光画像の二次元座標位置 における蛍光強度を求める蛍光顕微鏡装置 と、 前記核ＤＮＡ蛍光画像の二次元座標位置を 二次元（Ｘ−Ｙ）平面に展開すると共に、各座標位置に
   対応する蛍光強度値を縦（Ｚ）軸に伸ばして表現した疑
   似三次元の立体図形として表示する表示装置と、 を有することを特徴とする細胞の良・悪性 判定装置。 ２、細胞の核ＤＮＡを生化学的特異性をもって蛍光染色
   した標本を用いて細胞の良・悪性を判定するための装置
   において、 核ＤＮＡに基づく二次元的蛍光像を映像信 号として出力する蛍光顕微鏡装置と、 前記映像信号として出力された核ＤＮＡ蛍 光画像が、正常細胞か、或はがんかどうかを判定しよう
   とする検索対象の細胞かを識別する信号を出力する指示
   装置と、 前記蛍光顕微鏡装置の映像信号と前記指示 装置の識別信号とを入力し、入力した映像信号による核
   ＤＮＡ蛍光画像が正常細胞のものか、検索対象部位の細
   胞のものかを識別し て、正常細胞の核ＤＮＡ蛍光像と検索対象部位の細胞の
   核ＤＮＡ蛍光像についてそれぞれ複数記憶する画像記憶
   手段と、 前記画像記憶手段の記憶データに基づい て、核ＤＮＡの核クロマチン分布の不規則さを表わすパ
   ラメータを、前記記憶されたすべての核ＤＮＡ蛍光像に
   ついて演算する演算手段と、 を有し、前記正常細胞群および前記検索対 象部位の細胞群に関して、前記各パラメータの分布が分
   離しているか、或は温存しているかに基づいて、検索対
   象部位の細胞群の良・悪性を判定する細胞の良・悪性判
   定装置。