JPS6132182A - 細胞分類装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は細胞分類装置に係り、特に細胞像を認識して正
常又は異常細胞の分類を行う細胞分類装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の細胞分類装置、特に血球分類装置は血液染色標本
を倍率６００倍からｉ、ｏｏｏ倍の高倍率顕微鏡に乗せ
、標本上に散在する血球をＴＶカメラを用いて遂−検出
しながらその血球の形態的画像を分析し、識別分類する
手段を用いて血球の分類を行っていた。しかし、高倍率
顕微鏡を用いて血球の識別を行うと顕微鏡視野内の血球
数が少なくなることと、血球をみつけるまでの時間が視
野面積の２乗に比例して大きくなる。従って血液標本上
で約３００μｍ四方に一個の割合いで散在する血球、特
に白血球を探し出し、−検体当り最低１００個の白血球
を検出して分類処理するだけでもその処理時間は０．５
分〜１分を要する。そして、検査結果の統計精度上要望
されている一検体当り３００個以上の血球を分類するこ
とは、分類装置の処理能力に限界があるために、さらに
処理に長時間を要することとなる。そこで上記の分類装
置の検査結果の統計精度を高めようとすると処理時間が
長くなることによる分類装置の処理能力の低下という問
題点を解決する新しい白血球分類法として、白血球の核
内酵素と物異的反応する酵素試葉を用いて血液試料を流
体の状態のままでレーザー光の照射を受けた白血球の光
散乱強度から識別する酵素化学反応法（またはフロ一方
式）が開発され、血球分類装置として実用化された（例
えば特公昭５９−８５３号）。

しかし、前述した血球の形態的分類を行う血球分類装置
では、血球の形態的特徴で血球分類を行っているので正
確な情報が得られるのに対し、フロ一方式による血球分
類装置では光強度を測定して血球の分類を行っているた
めにその検査結果は正常白血球において形態的分類法と
対応するが、異常白血球又は幼若白血球では対応しない
。従って現在の臨床検査にはそのまま受は入れられない
という問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は短い測定時間内でも検査精度上要望され
る数の細胞の分類を行うことのできる処理能力を向上さ
せた細胞分類装置を提供することにちる。

〔発明の概要〕

本発明者らは、細胞の画像分析について種々の検討を行
った結果、先ず細胞の識別分類を、低倍率の顕微鏡を用
いて行うと、視野内に入る細胞が多くなること及び視野
内の１つの細胞から他の１つの細胞を見つけるまでの時
間が（倍率）２に比例するために測定時間を短くするこ
とができる一方で低倍率顕微鏡では細胞からの光情報量
が少ないために正確に細胞の特徴が抽出できず細胞の分
類が行うことができないこと、一方高倍率顕微鏡を用い
ると、細胞から得られる光情報量は多くなるが測定時間
が長くなることに注目して、まず低倍率顕微鏡を用いて
分類精度上確実と考えられる細胞の範囲内で細胞の粗分
類を行い、低倍率顕微鏡で確実に分類できない細胞につ
いて高倍率顕微鏡で圧変よく精密分類を行うようにすれ
ば本発明の目的が達成できると考えて本発明に至ったも
のである。すなわち、本発明は少なくとも１′：）の細
胞が含まれる細胞標本に光を照射し、該細胞から発生す
る光情報を低倍率顕微鏡を通して検出する第１検出手段
と、前記第１検出手段で検出された光情報量を前記細胞
の特性を示す所定値と比較し、該所定値の範囲内に入る
前記細胞の制別分類を行う第１識別手段と、前記第１識
別手段における前記所定値の範囲内に入らない細胞の前
記細胞標本上の位置を記憶する記憶手段と、前記記憶手
段で記憶された位置に存在する前記細胞に光を照射し、
該細胞から発生する光情報を高倍率顕微鏡を通して検出
する第２検出手段と、前記第２検出手段で検出された光
情報量を、前記細胞の特性を示す所定値と比較し前記細
胞の職別分類を行う第２識別手段と、前記第１識別手段
と前記第２識別手段の前記細胞の識別分類結果を表示す
る表示手段を有し、統計精度上所望される数の細胞の識
別を迅速に行うことにできるようにしたことを特徴とす
るある。光の選択は分類測定を行おうとする細胞の種類
および特性に応じて選定すればよい。光の種類に応じて
顕微鏡およびこの顕微鏡から光情報を取り出す検出器が
特定される。例えば特にレーザー光線を用いた場合には
顕微鏡に蛍光顕微鏡、検用益に蛍光検出器、可視光線を
用いた場合には顕微鏡に通常の顕微鏡、検出器にＴＶ左
カメラである。

以上の本発明において、本発明の基礎となった原理につ
いて、血液を分類する細胞分類装置を例にして更に詳説
する。

血液標本上に分布する白血球の種類は正常白血球として
好中球、リンパ球、単球、好酸球、好塩基球の５種類が
あり、そのほか、病的検体のときには芽球、骨髄球、赤
芽球などの幼若な血球や異形、リンパ球が出現する。正
常検体の血液標本では、その白血球は２００〜３００μ
ｍ四方に１個の割合いで散在し、その９０％前後が、好
中球とリンパ球で占められ、単球、好酸球、好塩基球の
出現率は少ない。また、ライト染色やメイギムザ染色な
どの普通染色法で染色された白血球はその種類により、
細胞質や顆粒の色、核の形状、大きさ等に形態的特徴を
示している。標本上の白血球の平均直径は大体１０μｍ
〜２０μｍで、従来は４０倍〜１００倍の原物レンズを
用いた光学顕微債により白血球像を０．２５μｍ〜０，
５μｍ四方の微細な画素に分解して、画素の色濃度情報
を分析して血球の特徴を抽出し、白血球を正確に党別す
る方法をとっている。

そこで、白血球の典凰的特徴である細胞質の色顆粒の色
、核の形状、核と細胞質の大きさなどを用いて、先ず典
型的な白血球のみを粗く正確にとらえ、正常血球でも変
性した抑速は不明球とすることにより、白血球の大部分
を占める典型的好中球とリンパ球の大半を粗識別段階で
正確に処理することができる。との粗識別処理は画素分
解能１μｍ程度以下でも充分と考えられるので、例えば
２０倍程度の対物レンズを用いた低倍率顕微鏡と分解能
１μｍ以下の高分解能リニアアレイ半導体検出器を組合
せた高速度画像取込み装置により、従来の１０〜２０倍
の血球処理速度が期待できる。

次に粗除別処理で識別不能とした血球に対し、標本上の
位置を記憶させておき、標本を従来と同様の高分解能顕
微鏡に移して、マークされた不明球のみを精密に分析処
理する。この精密識別処理を必要とする血球は一般に少
なく、検体当りに処理する白血球数の１１５〜１／１０
程度と考えられる。

以上のほかに、蛍光染色と普通染色の二重染色標本を用
いて、白血球を高速度に分類することもできる。蛍光染
色とは例えば、白血球の種類により異なる染色度をもち
、あるいは白血球の種類に特異的な染色をし、光例えば
青色のレーザー光を照射すると白血球に特有の蛍光を発
する染色法で、白血球から発光する蛍光の波長、強度を
分析することにより白血球の種類や病的情報を知ること
ができる。蛍光染色には、白血球の核物質を染め、その
種類によって染色度を異にするアクリジンオレンジなど
の蛍光試薬や、１９７７球、８９７７球、幼若細胞々ど
の免疫現象を表示するモノクロナール抗体等がある。こ
の二重染色法の重要な点は、血液を蛍光染色を行った上
更に普通染色を施しだ二重染色標本を作製し、先ず、低
倍率蛍光顕微鏡を用いて標本上の白血球から発する蛍光
を分析し、白血球の蛍光分析による分類と、幼若球、１
９７７球、８９７７球等の特異的血球を同定する。この
蛍光分析段階では正常白血球５分類の粗識別と異常血球
、特定の検査すべき血球等の識別が可能で、それぞれの
血球位置をマークすることができる。次に、高倍率顕微
鏡で蛍光顕微鏡では党別不能な血球および特異的な血球
を形態的に識別する。とのように蛍光分析法と形態学的
識別法の組合せにより、従来の分類には得られない同一
血球による複合情報を用いた確度の高い齢別が可能であ
り、更に、新しい病的診断情報を形態学と対比しながら
得られるという特長がある。

蛍光顕微鏡による血球分類は、従来の形態的分類とは異
なり、血球の形状を抽出する必要がないので顕微鏡の倍
率を更に低くすることが可能であり、検体の処理能力を
従来の数倍以上に高めうろことが期待できる。

〔発明の実施例〕

次に本発明の好ましい実施例を添付図に基づいて説明す
る。

第３図は、血液細胞標本上の白血球を低倍率顕微鏡、あ
るいは低倍率蛍光顕微鏡を用いて、画像処理あるいは蛍
光分析の方法で粗識別分類する顕微鏡取込視野と、高倍
率顕微鏡による精識別分類での取込視野を示す。

第３図で、３１は血液標本、３２は標本上に散在する白
血球とその位置座標ｘｉｙｉ、３３は低倍率顕微鏡視野
を示す。−３４は高倍率顕微鏡視野、３５は低倍率蛍光
顕微鏡視野を示す。３３の低倍率視野は例えば、顕微鏡
の対物レンズの倍率を×２０とした場合、視野の広さは
、はぼ１０００μｍ四方で、その視野内に平均８〜１０
個の白血球が散在することになる。これらの白血球を画
像処理により識別するためには画像取込み最小単位即ち
画素３６として１μｍ！程度が必要で、画像取込み用検
出器として例えば１０２４１Ｊニアアレイ半導体デテク
ターを用いて視野画面を走査する方法がある。また他の
例として、１０２４Ｘ１０２４のエリアアレイ半導体カ
メラを用いて、視野を間けつ的に移動させながら、より
高速に白血球画像を取込むと同時にその位置を検出する
方法がある。

３４の高倍率視野の場合は、画素３７として（０，２５
μｍ）２から（０，５μｍ）２が必要で、従来の画像取
込みと同様の×４０〜×１００倍対物レンズの顕微鏡が
用いられる。３５の低倍率蛍光分析視野の縁台は白血球
を蛍光の発光源としてとらえ、その位置が判ればよいた
め、更に低倍率顕微鏡を使用することができる。例えば
×１０倍の対物レンズの顕微鏡を用いたとすると視野の
広さは直径２，０００　　μｍとなり、この視野内には
白血球は３０〜４０個散在する。この場合、白血球蛍光
検出器は前述の３３の画像取込のときとは違い、白血球
の蛍光検出感度を出来るだけ高める必要があるため、画
素３８は白血球の大きさに比べ小さくするより同程度の
方が望ましい。従って、白血球の核の太きさよりやや小
さい画素（４μｍ　）　２〜（８μｍ）２に対応するり
ニアアレイ検出器として５１２チヤンネルから２５６チ
ヤンネルの低分解能で安価な半導体検出器が使用できる
。更に処理速度を高めるために５１２Ｘ５１２又は２５
６×２５６のエリアアレイ半導体検出器を用いたカメラ
を使用することもできる。一般にカメラを使用する場合
、−視野の走査時間は１６ｍ（８）であるので、×１０
倍の対物レンズの蛍光顕微鏡を用いて蛍光分析法により
白血球を分類するとき、−視野の約３０個の白血球を最
低１５ｍ式の時間内に分析できることになる。顕微鏡ス
テージの移動、自動焦点、基地情報取込処理に要する時
間を入れ、その２倍の時間３２ｍ５ｅｃに一視野の分析
をするとしても１派に約９００個の白血球を分析するこ
とになる。従って、本発明の分類システムの処理速度は
、後段の高倍率顕微鏡の分類速度に左右されると考えら
れる。今、後段で分類すべき白血球の数が全体の１０チ
とすると、前段の蛍光分析で１．０００　　個の白血球
を処理したときは、１００個の白血球を後段で画像処理
することになる。後段の画；象処理の速度は、従来のよ
うに標本上に散在する白血球を探す必要がなく、前段で
マークされた白血球位置に最短距離でステージ移動の制
御ができるので、従来方式より短時間で処理可能でおる
が、それでも１血球当り最低０．１（８）が必要でおる
。１００個の血球処理には１（Ｈｅｃ’ｌ要することに
なり、標本の交換時間を入れても、１時間当り２００検
体以上の処理が可能となる。これは、従来方式では１検
体１００個の白血球を処理して１時間１００検体の処理
が高速処理とされていたのに対し、約２０倍の処理能力
となる。しかし後段の画像処理を必要とする血球数によ
り全体の処理能力が決定される。

第４図は蛍光染色としてアクリジンオレンジで染色され
た白血球に励起光としてＡｒ−レーザの４８８ｎｍの青
色光を照射したとき発光する蛍光の強度と各種白血球の
頻度分布を示す。図において、（ａ）図は波長５３０ｎ
ｍ附近の緑色蛍光に対する白血球のスペキトルを、（ｂ
）図は波長６５０ｎｍ附近の赤色蛍光に対する白血球の
スペクトルを示す。またＬはリンパ球、Ｂは好塩基球、
Ｍは単球、Ｅは好酸球、Ｎは好中球、ＩＭＭ＝幼若球を
示す。

この２つの蛍光の２次元強度スペクトルから典型的な白
血球５種類と幼若球の分類が可能となる。

第１図は、本発明に係る細胞分類装置の−実施碗を示す
ものであって血液検体に普通染色を施し、低倍率と高倍
率の２つの顕微鏡と画像処理手法により高速処理を行う
白血球分類システムを示す構成図である。

図において、標本オートローダ１がら各標本２が途中の
ＩＤリーダ３を介して低倍率顕微鏡４のステージに移動
するようになっている。低倍率顕微鏡４には該顕微＠４
に可視光線を照射す４る光源５とカメラ６が接続されて
いる。前記カメラ６はＡ／Ｄ変換器７に接続しており、
とのＡ／Ｄ変換器７には画像メモリ８に接続されている
。前記画像メモリ８は特徴抽出器９に接続されており、
この特徴抽出器９は血球識別コンピュータＩＯＫ接続す
レテイる。前記血球峻別コンピュータ１ｏはＩＤ分類結
果メモリに接続されており、このメモリはプリンタ１２
に接続されている。

前記低倍率顕微鏡４にはＸ−Ｙコントローラ１３が接続
されて、このコントローラ１３は標本ＩＤ不明血球位置
メモリ１４が接続されている。

前記ＩＤリーダ３と血球識別コンピュータ１゜は標本Ｉ
Ｄ不明血球位置メモリ１４に接続されており、このメモ
リ１４はＩＤチェッカー１５に接続されている。このチ
ェッカー１５にはＩＤリーダ１６が接続している。前記
ＩＤチェッカー１５にはＸ−Ｙコントローラ１６が接続
されており、このコントローラ１６には光源１９が接続
した高倍率顕微鏡１７が接続されている。高倍率顕微鏡
１７にはカメラ１８が接続されており、このカメラ１８
はＡ／Ｄ変換基２０に接続されている。

前記Ａ／Ｄ変換基２０は画像メモリ２１に接続されてお
り、この画像メモリ２１は前記特徴抽出器９に接続して
いる。

次に本実施例の動作について説明する。先ず、メイ、ギ
ムザ染色がなされた白液標本２は標本オートローダ１に
より移動されて、途中のＩＤリーダ３で標本ＩＤが読取
られながら光源３がら可視光線が照射されている低倍率
顕微鏡４のＸ−Ｙステージにマウントされる。このＸ−
Ｙステージはコントローラ１３の制御により作動し、自
動焦点動作後、カメラ６により顕微鏡４内に設けられた
白血球検出器によって各視野毎に視野内に散在する白血
球の位置と白血球の画像が検出される。前記カメラ６に
よって検出された白血球の画像信号は、各白血球の位置
ごとに赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、ｔ（Ｂ）の３色の濃度信号
にカメラ６内で分けられ、この濃度信号はディジタル量
で処理するためＡ／Ｄ変換器７で、夫々、ディジタル化
される。

このディジタル化された信号は画像メモリ８に記憶され
る。顕！ＪＰ！ｌ　４のステージが次の視野に移動し画
像取込み準備をしている間に、画像メモリ８の白血球画
像は特徴抽出装置９により、白血球の大きさ、形状、色
濃度等の特徴が抽出される。

次に特徴抽出器９で抽出されたデータは血球識別コンピ
ュータ１０によって記憶され、白血球の面積計算、最大
、最小値検出、濃度ヒストグラム、周囲長、分節数など
の演算処理が行われ、識別関数により予め記憶された所
定値と比較して、各種白血球の分類が行われる。このよ
うなプロセスで血球の分類検査精度上必要とされる指定
数の白血球を識別し、その結果を標本のＩＤに対応させ
て分類結果メモリ１１に記憶させる。キして、同時に血
球職別コンピュータ１０で、異常球又は不明球とした血
球に対してその位置を位置メモリ１４に記憶させる。次
に、標本２は標本オートローダ１により光源１９から可
視光線が照射された高倍率顕微鏡１８に運ばれ、標本Ｉ
ＤをＩ　Ｄ　ＩＪ−ダ１６とチェッカー１５で確認され
る。次に前記低倍率顕微鏡４による分類で、不明球又は
異常球として検体標本上の位置が不明球位置メモリ１４
において記憶されている血球をＸ−Ｙステージコントロ
ーラ１６により呼び出し、その血球画像の詳細な情報を
カメラ１８、Ａ／Ｄ変換器２０を通して画像メモリ２１
に取込む。Ｘ＝Ｙステージの移動はＸ−Ｙコントローラ
１６内の制御装置によって行われるが、不明球、異常球
の検体上の位置が予めメモリ１４でわかっているために
Ｘ−Ｙステージの移動は高速で行うことができる。Ｘ−
Ｙステージコントローラ１６が次の不明球又は異常球を
呼び出しその画像を取込む準備をしている間に、画像メ
モリの白血球は特徴抽出９、血球職別コンピユータ１０
によりタイムシェアで精密に識別分類され、その結果が
１５の結果メモリに送られる。

なお、カメラ１８、Ａ／Ｄ変換器２０、および画像メモ
リ２１の動作は、低倍率顕微鏡４による検査分類に用い
られるカメラ６、Ａ／Ｄ変換器７、画像メモリ８と同じ
である。

以上のようにして、全ての不明球又は異常球がＸ−Ｙ、
７ントローラ１６で呼び出され、高倍率顕微鏡１７で精
密識別されると、その結果がプリンタ１６によってその
標本の最終結果として報告されるシ 以上のように本実施例によれば、血球の粗識別分類と精
密識別分類の２段階方式を多数検体に対し並列に用いる
ことにより、−検体当９３００個以上の白血球を処理し
ても、従来の２倍〜数倍の処理能力を期待することがで
きる。従って、病院の臨床検査において多数の血液検体
の細胞分類を精度よく迅速に行うことができる。特に緊
急検査の時などにきわめて有効である。

なお、本実施例では検体２を標本オートローダ１によっ
て高倍率顕微鏡１・７に移行しているが、必要に応じて
高倍率顕微鏡を検体部分にまで移行することもできる。

第２図は、本発明に係る細胞分類装置の第１図に示した
実施例と異方る実施例を示す構成図である。

本実施例と第１図に示された実施例との異なる点は、標
本２に蛍光染色と普通染色の二重染色を行い、レーザー
光を細胞標本に照射し、低倍率蛍光顕微鏡によって白血
球細胞の粗分類を行っている点である。

本実施例と第１図の実施例の構成上具なるのは以下の点
である。

す々わち、第１図の実施例における可視光線の光源５の
代りにレーザー光の光源２２が設けられており、この光
源２２は低倍率蛍光顕微鏡２３に接続されている。前記
顕微鏡２３には第１図のカメラ６の代りに蛍光検出器２
４が接続されており、この検出器２４にはＡ／Ｄ変換器
７が接続されている。前記Ａ／Ｄ変換器７には、第１図
の画像メモリ８の代りに蛍光強度分析器２５が接続され
ており、この分析器２５は第１図の特徴抽出器９に接続
されずに直接血球識別コンピュータに接続されている。

次に本実施例の動作のうち第１図の実施例の動作と異な
る点について説明する。光源２２からのレーザ光の励起
光により励起された白血球内の蛍光色素が蛍光を出し蛍
光検出器２４で検出される。

検出器２４で検出された蛍光信号は検出器２４内に設け
られた緑、赤等の蛍光フィルタによって各種蛍光の強度
信号に分析され、Ａ／Ｄ変換器７でディジタル処理が行
われ、ディジタル量に変換される。このディジタル量に
変換された各種蛍光強度信号は、白血球の位置ごとに、
蛍光分析器２５で強度分析され、各々の波長の蛍光強度
スペクトルに対し各白血球の種類が血球識別コンピュー
タ２６により分類され、この結果がメモリ１１に記憶さ
れる。血球職別コンピュータ２６において、分類困難な
血球あるいは幼若球と判定した血球はその位置がメモリ
１４に記憶され、第１図に示した実施例における場合と
同様に高倍率顕微鏡１７によって白血球の画像の精密分
析が行われる。

以上のように蛍光分析と画像処理の２つの組合せによっ
て血球の分類を行うことは、本実施例のように二段階顕
微鏡分析のみでなく、一つの顕微鏡上で同時に蛍光分析
と画像処理を行うことによっても可能である。このよう
な場合は、血球の分類の処理速度を上げることよりはむ
しろ血球の複合情報による臨床的診断情報を増し検体診
断の確度を高めることを図ることができる。

以上のように本実施例によれば、レーザー光線を用いて
血球細胞の分類を行うので細胞の粗分類段階で第１の実
施例よりも更に低倍率の顕微鏡を用いることができる。

従って第１の実施例よりも一層分類精度を保持しつつ分
類処理時間を短縮することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、細胞分類検査結果
の精度上必要とされる数の細胞の分類を迅速に行うこと
ができる。

物面の簡単な説明 第１図第２図は本発明に係る細胞分類装置の実施例のシ
ステムを示す構成図、第３図は血液検体中の血液細胞の
位置、顕微鏡視野を示す図、第４図は血液中の白血球頻
度と蛍光強度の関係を示すグラフである。

４・・・低倍率顕微鏡、６・・・カメラ、８．２１・・
・画像メモリ、９・・・％微油用益、１０・・・血球識
別コンピュータ、１１・・・ＩＤ、分類結果メモリ、１
４・・・標本より、不明原位置メモリ、１７・・・高倍
率顕微鏡、２３・・・低倍率蛍光顕微鏡、２４・・・蛍
光抽出器、２５・・・蛍光強度分析器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの細胞が含まれる細胞標本に光を照
   射し、該細胞から発生する光情報を低倍率顕微鏡を通し
   て検出する第１検出手段と、前記第１検出手段で検出さ
   れた光情報量を前記細胞の特性を示す所定値と比較し、
   該所定値の範囲内に入る前記細胞の識別分類を行う第１
   識別手段と、前記第１識別手段における前記所定値の範
   囲内に入らない細胞の前記細胞標本上の位置を記憶する
   記憶手段と、前記記憶手段で記憶された位置に存在する
   前記細胞に光を照射し、該細胞から発生する光情報を高
   倍率顕微鏡を通して検出する第２検出手段と、前記第２
   検出手段で検出された光情報量を、前記細胞の特性を示
   す所定値と比較し前記細胞の識別分類を行う第２識別手
   段と、前記第１識別手段と前記第２識別手段の前記細胞
   の識別分類結果を表示する表示手段とを有することを特
   徴とする細胞分類装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、上記第
   １および第２の検出手段で上記細胞標本に照射される光
   が可視光であり、光情報が細胞からの画像情報であるこ
   とを特徴とする細胞分類装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の発明において、上記第
   １検出手段で上記細胞標本に照射される光がレーザー光
   であり、光情報が該レーザー光線を吸収した細胞からの
   蛍光情報であることを特徴とする細胞分類装置。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の発明のい
   ずれかにおいて、上記細胞が血液細胞であることを特徴
   とする細胞分類装置。