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JP7500945B2 - Computer program, cell counting method and cell counting device - Google Patents
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Description

本開示は、コンピュータプログラム、細胞計数方法及び細胞計数装置に関する。 The present disclosure relates to a computer program, a cell counting method, and a cell counting device.

人を含む動物由来の培養細胞が再生医療、創薬研究などの応用分野において広く利用されている。培養細胞を利用する際、生きた細胞の状態を正確に判断する必要がある。培養細胞を非侵襲的に観察する手段としては位相差顕微鏡が用いられる。観察記録作業は、位相差顕微鏡を用いて得られた顕微鏡画像を用いて行われる。 Cultured cells derived from animals, including humans, are widely used in applied fields such as regenerative medicine and drug discovery research. When using cultured cells, it is necessary to accurately determine the state of the living cells. Phase-contrast microscopes are used as a means of non-invasively observing cultured cells. Observations and recording are done using microscopic images obtained using a phase-contrast microscope.

特許文献1には、画像解析により培養容器中の細胞の数を計測する細胞解析装置が開示されている。特許文献1の細胞解析装置は、細胞を培養している培養容器内の細胞の画像を取得する細胞画像取得部と、取得した画像の輝度値を平滑化する平滑化処理部と、平滑化された輝度値の極小値を検出する極小値検出部と、検出された極小値から細胞の大きさに応じた範囲内で最小となる最小極小値を抽出する最小極小値抽出部と、抽出された最小極小値の数を計数する計数部と、計数された極小値数に基づいて培養容器内の細胞数を算出する細胞数算出部とを備える。 Patent Document 1 discloses a cell analysis device that measures the number of cells in a culture vessel by image analysis. The cell analysis device of Patent Document 1 includes a cell image acquisition unit that acquires an image of cells in a culture vessel in which cells are cultured, a smoothing processing unit that smoothes the brightness values of the acquired image, a minimum value detection unit that detects minimum values of the smoothed brightness values, a minimum minimum value extraction unit that extracts the minimum minimum value that is the smallest within a range according to the size of the cells from the detected minimum values, a counting unit that counts the number of extracted minimum minimum values, and a cell number calculation unit that calculates the number of cells in the culture vessel based on the number of counted minimum values.

国際公開第2016/121065号International Publication No. 2016/121065

特許文献1に係る細胞解析装置においては、顕微鏡画像に含まれる細胞の数を正確に計測できないという技術的問題があった。所要の検査を行うために細胞を播種すると、顕微鏡画像上で細胞が重なることがある。特許文献1の細胞解析装置においては、重なった細胞は無視して計数される。このため細胞の数が規定数に到達するまでに大量の顕微鏡画像が必要となる。 The cell analysis device in Patent Document 1 has a technical problem in that it cannot accurately measure the number of cells contained in a microscopic image. When cells are seeded to perform a required test, the cells may overlap on the microscopic image. In the cell analysis device in Patent Document 1, the overlapping cells are ignored when counting. For this reason, a large number of microscopic images are required until the number of cells reaches a specified number.

本開示の目的は、細胞同士が重なっているものを含めて、撮像して得られた画像に含まれる細胞の数を正確に計測することができるコンピュータプログラム、細胞計数方法、細胞計数装置、画像表示処理装置、画像表示処理方法を提供することにある。 The objective of the present disclosure is to provide a computer program, a cell counting method, a cell counting device, an image display processing device, and an image display processing method that can accurately measure the number of cells contained in an image obtained by capturing the image, including cells that overlap each other.

本態様に係るコンピュータに、複数の細胞を撮像して得られた第1画像を取得する処理と、一又は複数の細胞を含む画像が入力された場合に前記一又は複数の細胞それぞれの核部分を表した第2画像が出力されるように機械学習させた学習済みニューラルネットワークに対して、取得した前記第1画像を入力させることにより、前記第1画像に含まれる細胞の核部分を検出する核部分検出処理と、検出された核部分の数を細胞数として算出する計数処理とを実行させる。 The computer according to the present embodiment is caused to perform a process of acquiring a first image obtained by imaging a plurality of cells, and a process of detecting nuclear portions of cells contained in the first image by inputting the acquired first image to a trained neural network that has been machine-learned to output a second image showing the nuclear portions of each of the one or more cells when an image including one or more cells is input, and a process of calculating the number of detected nuclear portions as the number of cells.

本態様に係る細胞計数方法は、複数の細胞を撮像して得られた第1画像を取得し、一又は複数の細胞を含む画像が入力された場合に前記一又は複数の細胞それぞれの核部分を表した第2画像が出力されるように機械学習させた学習済みニューラルネットワークに対して、取得した前記第1画像を入力させることにより、前記第1画像に含まれる細胞の核部分を検出し、検出された核部分の数を細胞数として算出する。 The cell counting method according to the present aspect obtains a first image obtained by imaging a plurality of cells, and inputs the obtained first image into a trained neural network that has been machine-learned so that when an image including one or more cells is input, a second image showing the nuclei of each of the one or more cells is output, thereby detecting the nuclei of cells included in the first image, and calculating the number of detected nuclei as the cell count.

本態様に係る細胞計数装置は、複数の細胞を撮像して得られた第1画像を取得する画像取得部と、一又は複数の細胞を含む画像が入力された場合に前記一又は複数の細胞それぞれの核部分を表した第2画像が出力されるように機械学習させた学習済みニューラルネットワークに対して、取得した前記第1画像を入力させることにより、前記第1画像に含まれる細胞の核部分を検出する核部分検出部と、検出された核部分の数を細胞数として算出する計数部とを備える。 The cell counting device according to this embodiment includes an image acquisition unit that acquires a first image obtained by imaging a plurality of cells, a nuclear portion detection unit that detects nuclear portions of cells included in the first image by inputting the acquired first image to a trained neural network that has been machine-learned to output a second image showing the nuclear portions of each of the one or more cells when an image including one or more cells is input, and a counting unit that calculates the number of detected nuclear portions as the number of cells.

本態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、複数の細胞を撮像して得られた第1画像中に、前記複数の細胞に対応付けて、該細胞の数を示す画像を前記第1画像上に表示する処理と、前記第1画像中に、他の細胞と重なっていない単独の細胞がある場合、前記単独の細胞に対応付けて、該細胞の数が単数であることを示す画像を前記第1画像上に表示する処理とを実行させる。 The computer program according to this embodiment causes a computer to execute a process of displaying an image indicating the number of cells on a first image obtained by imaging a plurality of cells, in association with the plurality of cells, and, if there is a single cell in the first image that is not overlapped with other cells, a process of displaying an image indicating that the number of the cell is single, in association with the single cell, on the first image.

本態様に係る画像表示処理方法は、複数の細胞を撮像して得られた第1画像中に、重なった複数の細胞の塊がある場合、前記複数の細胞に対応付けて、該細胞の数を示す画像を前記第1画像上に表示し、前記第1画像中に、他の細胞と重なっていない単独の細胞がある場合、前記単独の細胞に対応付けて、該細胞の数が単数であることを示す画像を前記第1画像上に重畳させる。 In the image display processing method according to this aspect, when a first image obtained by imaging a plurality of cells contains a clump of overlapping cells, an image indicating the number of the cells is displayed on the first image in association with the plurality of cells, and when a single cell that is not overlapping with other cells is present in the first image, an image indicating that the number of the cell is singular is superimposed on the first image in association with the single cell.

本態様に係る画像表示処理装置は、複数の細胞を撮像して得られた第1画像に対して画像処理を行う制御部を備え、前記制御部は、前記第1画像中に、重なった複数の細胞の塊がある場合、前記複数の細胞に対応付けて、該細胞の数を示す画像を前記第1画像上に重畳し、前記第1画像中に、他の細胞と重なっていない単独の細胞がある場合、前記単独の細胞に対応付けて、該細胞の数が単数であることを示す画像を前記第1画像上に重畳させる処理を実行する。 The image display processing device according to this embodiment includes a control unit that performs image processing on a first image obtained by capturing an image of multiple cells, and the control unit executes a process in which, if a clump of multiple overlapping cells is present in the first image, an image indicating the number of the cells is superimposed on the first image in association with the multiple cells, and, if a single cell that is not overlapping with other cells is present in the first image, an image indicating that the number of the cell is single is superimposed on the first image in association with the single cell.

本態様に係る学習済みニューラルネットワーク生成方法は、入力層、畳み込み層、畳み込み層及び出力層を有する未学習のニューラルネットワークを用意し、1つの細胞を含む第1の部分画像及び該細胞の核部分を表した第1の画像と、2つ以上の細胞を含む第2の部分画像及び該細胞の核部分を表した第2の画像とを含む学習用データを用意し、前記未学習のニューラルネットワークの前記入力層に前記学習用データの部分画像が入力された場合に、前記出力層から対応する前記画像が出力されるように、前記未学習のニューラルネットワークを深層学習させる。 The trained neural network generating method according to this aspect includes preparing an untrained neural network having an input layer, a convolutional layer, a convolutional layer, and an output layer, preparing training data including a first partial image including one cell and a first image showing a nuclear portion of the cell, and a second partial image including two or more cells and a second image showing a nuclear portion of the cell, and deep-training the untrained neural network so that when a partial image of the training data is input to the input layer of the untrained neural network, a corresponding image is output from the output layer.

本態様に係る学習済みニューラルネットワーク生成方法は、入力層、畳み込み層、畳み込み層及び出力層を有する未学習のニューラルネットワークを用意し、1つの細胞を含む第1の部分画像及び該細胞の核部分を表した第1の画像と、2つ以上の細胞を含む第2の部分画像及び該細胞の核部分を表した第2の画像と、細胞以外のオブジェクトを含む第3の部分画像及び核部分を含まない第3の画像とを含む学習用データを用意し、前記未学習のニューラルネットワークの前記入力層に前記学習用データの部分画像が入力された場合に、前記出力層から対応する前記画像が出力されるように、前記未学習のニューラルネットワークを深層学習させる。 The trained neural network generating method according to this aspect includes preparing an untrained neural network having an input layer, a convolutional layer, a convolutional layer, and an output layer, preparing training data including a first partial image including one cell and a first image showing the nuclear portion of the cell, a second partial image including two or more cells and a second image showing the nuclear portion of the cell, a third partial image including an object other than a cell, and a third image not including the nuclear portion, and deep-training the untrained neural network so that when a partial image of the training data is input to the input layer of the untrained neural network, a corresponding image is output from the output layer.

上記によれば、細胞同士が重なっているものを含めて、撮像して得られた画像に含まれる細胞の数を高精度で計測することができる。 As a result of the above, it is possible to measure with high accuracy the number of cells contained in the captured image, including cells that overlap each other.

実施形態1に係る細胞計数システムの構成例を説明するブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a cell counting system according to a first embodiment. 実施形態1に係る細胞計数装置の機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram of a cell counting device according to a first embodiment. 学習済みニューラルネットワークの構成を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of a trained neural network. 学習済みニューラルネットワークの動作を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of a trained neural network. 実施形態1に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a processing procedure of a control unit according to the first embodiment. 顕微鏡画像の一例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a microscope image. 細胞領域抽出処理手順を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a procedure of a cell region extraction process. マスク画像の一例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a mask image. 細胞領域に係る部分画像の抽出方法を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a method for extracting a partial image relating to a cellular region. 部分画像の抽出例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of extraction of a partial image. 核部分検出処理手順を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a core portion detection process procedure. 核部部分の検出例を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of detection of a core portion. 細胞計数処理手順を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a cell counting process procedure. 細胞計数結果の表示処理手順を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a procedure for displaying cell count results. 細胞計数結果の表示処理手順を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a procedure for displaying cell count results. 細胞数及び細胞の輪郭画像が重畳された顕微鏡画像を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a microscope image on which the cell count and cell contour images are superimposed. 細胞計数結果の表示例を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of display of cell counting results. 拡大表示された部分画像を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing an enlarged partial image; 細胞数を示す画像の他の例を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing another example of an image showing the cell count. 実施形態2に係る表示処理手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a display process procedure according to the second embodiment. 実施形態3に係る細胞計数結果の表示例を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of display of cell counting results according to the third embodiment. 実施形態4に係る細胞計数システムを示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a cell counting system according to a fourth embodiment. 学習済みニューラルネットワークの再学習に係る処理手順を示すフローチャートである。11 is a flowchart showing a processing procedure for re-learning a trained neural network.

本開示の実施形態に係るコンピュータプログラム、細胞計数方法及び細胞計数装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Specific examples of a computer program, a cell counting method, and a cell counting device according to embodiments of the present disclosure are described below with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to these examples, but is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.

以下、本開示をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
(実施形態1)
図1は実施形態1に係る細胞計数システムの構成例を説明するブロック図である。実施形態1に係る細胞計数システムは、細胞計数装置1と、撮像装置2と、表示装置3と、入力装置4とを備える。
Hereinafter, the present disclosure will be specifically described with reference to the drawings showing the embodiments thereof.
(Embodiment 1)
1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of a cell counting system according to embodiment 1. The cell counting system according to embodiment 1 includes a cell counting device 1, an imaging device 2, a display device 3, and an input device 4.

細胞計数装置1はコンピュータである。細胞計数装置1は、本実施形態に係る画像表示処理装置として機能する。細胞計数装置1は、当該コンピュータの各構成部の動作を制御する制御部11を備える。制御部11には、バスを介して記憶部12、画像入力部13、画像出力部14及び入力I/F15が接続されている。 The cell counting device 1 is a computer. The cell counting device 1 functions as an image display processing device according to this embodiment. The cell counting device 1 includes a control unit 11 that controls the operation of each component of the computer. The control unit 11 is connected to a memory unit 12, an image input unit 13, an image output unit 14, and an input I/F 15 via a bus.

撮像装置2は、培養容器Aに播種された複数の細胞を観察することが可能な位相差顕微鏡に設けられる。撮像装置2は、位相差顕微鏡で観察される複数の細胞を含む画像を撮像し、撮像して得た顕微鏡画像(第1画像)P0を出力する。なお、本実施形態1では顕微鏡を用いて撮像された顕微鏡画像P0を例にして説明するが、必ずしも顕微鏡を用いて撮像された画像に限定されるものでは無い。細胞が識別可能に含まれる画像であれば足りる。 The imaging device 2 is provided in a phase-contrast microscope capable of observing a plurality of cells seeded in a culture vessel A. The imaging device 2 captures an image including a plurality of cells observed with the phase-contrast microscope, and outputs a microscopic image (first image) P0 obtained by capturing the image. Note that, in this embodiment 1, a microscopic image P0 captured using a microscope is described as an example, but the image is not necessarily limited to an image captured using a microscope. Any image that includes identifiable cells will suffice.

記憶部12は、ハードディスク、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部12は、一部の細胞が重なり合っている場合であっても、顕微鏡画像P0に含まれる細胞の数を高精度で計測することが可能な細胞計数方法と、細胞計数結果を効果的に表示することが可能な画像表示処理方法とをコンピュータに実施させるためのコンピュータプログラム5aを記憶している。コンピュータプログラム5aには、顕微鏡画像P0から細胞の核部分を検出するため学習済みニューラルネットワーク6(図3、図4参照)が含まれる。
本実施形態に係るコンピュータプログラム5aは、記録媒体5にコンピュータ読み取り可能に記録されている態様でも良い。記憶部12は、図示しない読出装置によって記録媒体5から読み出されたコンピュータプログラム5aを記憶する。記録媒体5はフラッシュメモリ等の半導体メモリである。また、記録媒体5はCD(Compact Disc)-ROM、DVD(Digital Versatile Disc)-ROM、BD(Blu-ray(登録商標)Disc)等の光ディスクでも良い。更に、記録媒体5は、フレキシブルディスク、ハードディスク等の磁気ディスク、磁気光ディスク等であっても良い。更にまた、図示しない通信網に接続されている図示しない外部通信サーバ(不図示)から本実施形態に係るコンピュータプログラム5aをダウンロードし、記憶部12に記憶させても良い。
The storage unit 12 is a non-volatile memory such as a hard disk, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), or a flash memory. The storage unit 12 stores a computer program 5a for causing a computer to execute a cell counting method capable of measuring the number of cells included in a microscopic image P0 with high accuracy even when some cells overlap, and an image display processing method capable of effectively displaying the cell counting results. The computer program 5a includes a trained neural network 6 (see FIGS. 3 and 4) for detecting the nuclei of cells from the microscopic image P0.
The computer program 5a according to the present embodiment may be recorded in a computer-readable manner on the recording medium 5. The storage unit 12 stores the computer program 5a read from the recording medium 5 by a reading device (not shown). The recording medium 5 is a semiconductor memory such as a flash memory. The recording medium 5 may also be an optical disk such as a CD (Compact Disc)-ROM, a DVD (Digital Versatile Disc)-ROM, or a BD (Blu-ray (registered trademark) Disc). The recording medium 5 may also be a magnetic disk such as a flexible disk or a hard disk, a magnetic optical disk, or the like. Furthermore, the computer program 5a according to the present embodiment may be downloaded from an external communication server (not shown) (not shown) connected to a communication network (not shown) and stored in the storage unit 12.

制御部11は、CPU(Central Processing Unit)、マルチコアCPU、GPU(Graphics Processing Unit)、GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)、TPU(Tensor Processing Unit)等のプロセッサ、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の内部記憶装置を有する。制御部11には、バスを介して記憶部12、画像入力部13、画像出力部14及び入力I/F15が接続されている。制御部11は、記憶部12が記憶するコンピュータプログラム5aを実行することにより、顕微鏡画像P0に含まれる細胞を計数する処理と、細胞計数結果を表示する処理とを実行する。 The control unit 11 has processors such as a CPU (Central Processing Unit), a multi-core CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), a GPGPU (General-purpose computing on graphics processing units), a TPU (Tensor Processing Unit), etc., and internal storage devices such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). The control unit 11 is connected to a storage unit 12, an image input unit 13, an image output unit 14, and an input I/F 15 via a bus. The control unit 11 executes a computer program 5a stored in the storage unit 12, thereby performing a process of counting the cells contained in the microscopic image P0 and a process of displaying the cell counting results.

画像入力部13には撮像装置2が接続される。画像入力部13には、撮像装置2にて撮像された顕微鏡画像P0が入力される。制御部11は画像入力部13に入力された顕微鏡画像P0を取得し、記憶部12に記憶させる。 The image input unit 13 is connected to the imaging device 2. The image input unit 13 receives the microscopic image P0 captured by the imaging device 2. The control unit 11 acquires the microscopic image P0 input to the image input unit 13 and stores it in the memory unit 12.

画像出力部14には表示装置3が接続される。表示装置3は液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、CRTディスプレイ等である。制御部11は、細胞計数結果を示す画像を、画像出力部14を介して表示装置3へ出力する。表示装置3は、細胞計数結果を示す画像を表示する。 The display device 3 is connected to the image output unit 14. The display device 3 is a liquid crystal display, an organic EL display, a CRT display, etc. The control unit 11 outputs an image showing the cell counting results to the display device 3 via the image output unit 14. The display device 3 displays the image showing the cell counting results.

入力I/F15には、入力装置4は例えばキーボード、マウス等の入力装置4が接続される。 An input device 4, such as a keyboard or a mouse, is connected to the input I/F 15.

図2は実施形態1に係る細胞計数装置1の機能ブロック図である。細胞計数装置1は、機能部としての画像取得部1a、細胞領域抽出部1b、核部分検出部1c、計数部1d及び表示処理部1eを備える。 Figure 2 is a functional block diagram of the cell counting device 1 according to the first embodiment. The cell counting device 1 includes, as functional units, an image acquisition unit 1a, a cell region extraction unit 1b, a nucleus portion detection unit 1c, a counting unit 1d, and a display processing unit 1e.

画像取得部1aは、外部から顕微鏡画像P0を取得する機能部である(図6参照)。例えば、画像取得部1aは、撮像装置2から顕微鏡画像P0を取得する。一般的に顕微鏡画像P0には、一部の細胞は重なり合っている細胞が含まれる。以下、本実施形態においては、顕微鏡画像P0に細胞が重なり合っていない細胞と、細胞が重なり合っている細胞とが含まれているものとして説明する。なお、画像取得部1aは、顕微鏡画像P0が蓄積されている外部の記憶装置から顕微鏡画像P0を読み出すことによって、当該顕微鏡画像P0を取得しても良い。 The image acquisition unit 1a is a functional unit that acquires the microscopic image P0 from the outside (see FIG. 6). For example, the image acquisition unit 1a acquires the microscopic image P0 from the imaging device 2. Generally, the microscopic image P0 includes some cells that are overlapping. In the following, in this embodiment, the microscopic image P0 will be described as including cells that are not overlapping and cells that are overlapping. Note that the image acquisition unit 1a may acquire the microscopic image P0 by reading the microscopic image P0 from an external storage device in which the microscopic image P0 is stored.

細胞領域抽出部1b、取得した顕微鏡画像P0に含まれる細胞領域の部分画像P1を抽出する機能部である(図9及び図10参照)。他の細胞と重なり合っていない細胞については、細胞領域抽出部1bは、単独の当該細胞を包含する領域の部分画像P1を抽出する。複数の細胞が重なりあっている細胞については、細胞領域抽出部1bは、当該複数の細胞を包含する領域の部分画像P1を抽出する。 The cell region extraction unit 1b is a functional unit that extracts a partial image P1 of a cell region contained in the acquired microscopic image P0 (see Figures 9 and 10). For a cell that does not overlap with other cells, the cell region extraction unit 1b extracts a partial image P1 of the region that contains the single cell. For a cell in which multiple cells overlap, the cell region extraction unit 1b extracts a partial image P1 of the region that contains the multiple cells.

核部分検出部1cは、抽出された部分画像P1に含まれる細胞の核部分を検出する機能部である(図12参照)。本実施形態に係る核部分検出装置は学習済みニューラルネットワーク6を用いて、部分画像P1に含まれる核部分を検出する。学習済みニューラルネットワーク6は、一又は複数の細胞を含む画像が入力された場合、複数の細胞が重なっているときであっても、一又は複数の細胞それぞれの核部分を表した核画像(第2画像)P2が出力されるように機械学習させたニューラルネットワークである。核部分検出部1cは、部分画像P1を当該学習済みニューラルネットワーク6に入力させて核画像P2を出力させることによって、核部分を検出する。 The nuclear part detection unit 1c is a functional unit that detects nuclear parts of cells included in the extracted partial image P1 (see FIG. 12). The nuclear part detection device according to this embodiment uses a trained neural network 6 to detect nuclear parts included in the partial image P1. The trained neural network 6 is a neural network that has been machine-trained so that when an image including one or more cells is input, a nuclear image (second image) P2 showing the nuclear parts of each of the one or more cells is output, even when multiple cells overlap. The nuclear part detection unit 1c detects nuclear parts by inputting the partial image P1 to the trained neural network 6 and having it output the nuclear image P2.

計数部1dは、核部分検出部1cによって検出された核部分を、部分画像P1に含まれる細胞の数として計数する機能部である。たとえ、複数の細胞が重なり合っていた場合であっても、核が重なりあっていなければ、核部分を計数することによって、細胞の数をより高精度で算出することができる。 The counting unit 1d is a functional unit that counts the nuclear portions detected by the nuclear portion detection unit 1c as the number of cells contained in the partial image P1. Even if multiple cells overlap, if the nuclei do not overlap, the number of cells can be calculated with higher accuracy by counting the nuclear portions.

表示処理部1eは、細胞計数結果を示す画像を表示装置3に出力する機能部である(図16、図17参照)。例えば、表示処理部1eは、細胞領域として抽出された部分画像P1毎に、細胞の数を記号で示す記号画像C1を細胞画像の近傍に重畳させて表示する。また、抽出された細胞の輪郭を示す画像を顕微鏡画像P0に重畳させて表示する。 The display processing unit 1e is a functional unit that outputs an image showing the cell counting results to the display device 3 (see Figs. 16 and 17). For example, the display processing unit 1e displays a symbol image C1 showing the number of cells in symbols for each partial image P1 extracted as a cell region, superimposed near the cell image. In addition, the display processing unit 1e displays an image showing the contours of the extracted cells, superimposed on the microscope image P0.

図3は学習済みニューラルネットワーク6の構成を示す説明図、図4は学習済みニューラルネットワーク6の動作を示す説明図である。学習済みニューラルネットワーク6は、例えばU-Netである。U-Netはオートエンコーダの一種である。U-Netによれば、セマンティック・セグメンテーション、つまり画像単位で画像に含まれるオブジェクトラベル付けを行うことが可能である。本実施形態では、学習済みニューラルネットワーク6に細胞の画像が入力された場合、細胞の核部分及び背景を異なる画素値により画素単位で表すセグメンテーションマップ画像である核画像P2が出力される。 Figure 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the trained neural network 6, and Figure 4 is an explanatory diagram showing the operation of the trained neural network 6. The trained neural network 6 is, for example, a U-Net. U-Net is a type of autoencoder. With U-Net, it is possible to perform semantic segmentation, that is, labeling of objects contained in an image on an image-by-image basis. In this embodiment, when an image of a cell is input to the trained neural network 6, a nuclear image P2 is output, which is a segmentation map image that represents the nuclear part of the cell and the background on a pixel-by-pixel basis using different pixel values.

学習済みニューラルネットワーク6は、入力層61と、畳み込み層62と、逆畳み込み層63と、出力層64とを備える。入力層61には部分画像P1、つまり一又は複数の細胞の画像を含む細胞領域の画像が入力される。
畳み込み層62は、画像データの次元圧縮を行い、画像の特徴を抽出する層である。例えば、図4に示すように、入力された部分画像P1のデータに対して、畳み込み処理及びプーリング処理が複数回行われ、次元圧縮される。図4中、白抜き右向き矢印は、畳み込み処理が行われていることを示し、黒塗り下向き矢印はプーリング処理が行われていることを示している。横向き細線矢印は、畳み込み層62から、畳み込み処理対象の画像のデータを同階層の逆畳み込み層63へ引き渡されていることを示す。
逆畳み込み層63は、畳み込み層62で次元圧縮されたデータを元の次元に復元する層である。図4に示すように、次元圧縮されたデータに対して、アンプーリング処理及び畳み込み処理が複数回行われ、元の次元に復元される。当該復元によって、入力された部分画像P1は、当該部分画像P1の特徴を表した核画像P2として復元される。図4中、白抜き右向き矢印は、畳み込み処理が行われていることを示し、黒塗り上向き矢印はアンプーリング処理が行われていることを示している。
出力層64は、畳み込み層62及び逆畳み込み層63にて特徴抽出が行われた核画像P2を出力する。
The trained neural network 6 includes an input layer 61, a convolution layer 62, a deconvolution layer 63, and an output layer 64. A partial image P1, that is, an image of a cellular region including an image of one or more cells, is input to the input layer 61.
The convolution layer 62 is a layer that performs dimensional compression of image data and extracts image features. For example, as shown in FIG. 4, the data of the input partial image P1 is subjected to convolution processing and pooling processing multiple times to perform dimensional compression. In FIG. 4, the white rightward arrow indicates that the convolution processing is being performed, and the black downward arrow indicates that the pooling processing is being performed. The thin horizontal arrow indicates that the data of the image to be convolution processed is being passed from the convolution layer 62 to the deconvolution layer 63 of the same layer.
The deconvolution layer 63 is a layer that restores the data dimensionally compressed by the convolution layer 62 to the original dimension. As shown in Fig. 4, the dimensionally compressed data is subjected to unpooling and convolution processes multiple times to restore the data to the original dimension. Through this restoration, the input partial image P1 is restored as a core image P2 that represents the characteristics of the partial image P1. In Fig. 4, a white rightward arrow indicates that a convolution process is being performed, and a black upward arrow indicates that an unpooling process is being performed.
The output layer 64 outputs the nuclear image P2 from which features have been extracted in the convolution layer 62 and the deconvolution layer 63.

核画像P2は、細胞に対応する画素がクラス「1」(白画像)、背景画像に対応する画素がクラス「0」(黒画像)の画像である(図12参照)。 Nuclear image P2 is an image in which the pixels corresponding to the cells are of class "1" (white image) and the pixels corresponding to the background image are of class "0" (black image) (see Figure 12).

上記学習済みニューラルネットワーク6の生成方法は以下の通りである。
まず、学習用データを用意する。学習用データは、図12上部に示すような部分画像P1と、図12下部に示すような核画像P2(教師データ)との組みである。学習用データには、1つの細胞が含まれる部分画像P1と、当該部分画像P1に基づいて作成した核画像P2とが含まれる。また、学習用データには、複数の細胞が含まれる部分画像P1と、当該部分画像P1に基づいて作成した核画像P2とが含まれる。更に、学習用データには、細胞以外のオブジェクトが含まれる部分画像P1と、当該部分画像P1に基づいて作成した核画像P2とが含まれる。
そして、学習用の部分画像P1を未学習のニューラルネットワークに入力し、当該ニューラルネットワークから核画像P2が出力されるように、ニューラルネットワークを深層学習させる。
The trained neural network 6 is generated as follows.
First, learning data is prepared. The learning data is a set of a partial image P1 as shown in the upper part of FIG. 12 and a nuclear image P2 (teacher data) as shown in the lower part of FIG. 12. The learning data includes a partial image P1 including one cell and a nuclear image P2 created based on the partial image P1. The learning data also includes a partial image P1 including a plurality of cells and a nuclear image P2 created based on the partial image P1. The learning data also includes a partial image P1 including an object other than a cell and a nuclear image P2 created based on the partial image P1.
Then, the partial image P1 for learning is input to an untrained neural network, and the neural network is subjected to deep learning so that a core image P2 is output from the neural network.

図5は実施形態1に係る制御部11の処理手順を示すフローチャートである。制御部11は、撮像装置2から顕微鏡画像P0を取得する(ステップS1)。 Figure 5 is a flowchart showing the processing procedure of the control unit 11 according to the first embodiment. The control unit 11 acquires a microscopic image P0 from the imaging device 2 (step S1).

図6は顕微鏡画像P0の一例を示す説明図である。顕微鏡画像P0には複数の細胞の画像が含まれる。上記の通り、顕微鏡画像P0に他の細胞と重なり合っていない単独の細胞と、複数の細胞が重なり合っているものとが含まれている。 Figure 6 is an explanatory diagram showing an example of a microscopic image P0. The microscopic image P0 includes images of multiple cells. As described above, the microscopic image P0 includes individual cells that are not overlapping with other cells, and images of multiple cells that are overlapping with each other.

次いで、制御部11は、顕微鏡画像P0から細胞領域の部分画像P1を抽出する細胞領域抽出処理を実行する(ステップS2)。そして、制御部11は核部分検出処理を実行し(ステップS3)、細胞数計数処理を実行する(ステップS4)。制御部11は、細胞計数結果の表示処理を実行し(ステップS5)、処理を終える。
以下、核処理の詳細を説明する。
Next, the control unit 11 executes a cell region extraction process to extract a partial image P1 of the cell region from the microscopic image P0 (step S2).Then, the control unit 11 executes a nucleus portion detection process (step S3) and executes a cell number counting process (step S4).The control unit 11 executes a display process of the cell counting result (step S5) and ends the process.
The details of the nucleation process are described below.

図7は細胞領域抽出処理手順を示すフローチャート、図8はマスク画像Mの一例を示す説明図、図9は細胞領域に係る部分画像P1の抽出方法を示す説明図、図10は部分画像P1の抽出例を示す説明図である。 Figure 7 is a flowchart showing the cell region extraction process procedure, Figure 8 is an explanatory diagram showing an example of a mask image M, Figure 9 is an explanatory diagram showing a method for extracting a partial image P1 relating to a cell region, and Figure 10 is an explanatory diagram showing an example of extraction of the partial image P1.

制御部11は、顕微鏡画像P0に対して、エッジ検出処理、二値化処理及びモルフォロジー処理を施すことによって、細胞領域を示すマスク画像Mを生成する(ステップS11)。生成された複数のマスク画像Mは数値でラベリングされる。マスク画像Mは、図8に示すように細胞に相当する部分が「1」(白)、背景部分が「0」(黒)の画像である。
なお、図8は単数の細部のマスク画像Mであるが、制御部11は、複数の細胞が重なりあっているもの対しても同様の処理でマスク画像Mを生成する。マスク画像Mにおいては、複数の細胞は区別されず、複数の細胞が重なりあった塊全体が「1」(白)となる。
また、マスク画像Mの生成段階においては、制御部11は、細胞であるか否かの判別を行っていないため、細胞以外のオブジェクトを示すマスク画像Mも生成され得る。
The control unit 11 performs edge detection, binarization, and morphology processing on the microscope image P0 to generate a mask image M showing a cellular region (step S11). The generated mask images M are labeled with numerical values. As shown in FIG. 8, the mask image M is an image in which the parts corresponding to the cells are "1" (white) and the background part is "0" (black).
8 shows a mask image M of a single detail, but the control unit 11 also uses similar processing to generate a mask image M for an overlapping mass of multiple cells. In the mask image M, multiple cells are not distinguished, and the entire mass of overlapping cells becomes "1" (white).
Furthermore, at the stage of generating the mask image M, the control unit 11 does not determine whether or not an object is a cell, so a mask image M showing an object other than a cell may also be generated.

次いで、制御部11は変数Nに1を代入する(ステップS12)。変数Nは、複数のマスク画像Mそれぞれを示す数値である。制御部11は、図9に示すように、顕微鏡画像P0から、第N番目のマスク画像Mに対応する領域の画像を切り出し(ステップS13)、マスク領域外を黒色に変換した部分画像P1を作成する(ステップS14)。 Next, the control unit 11 assigns 1 to the variable N (step S12). The variable N is a numerical value indicating each of the multiple mask images M. As shown in FIG. 9, the control unit 11 cuts out an image of the area corresponding to the Nth mask image M from the microscope image P0 (step S13), and creates a partial image P1 by converting the area outside the mask area to black (step S14).

次いで、制御部11は、変数Nがマスク画像Mの総数であるか否かを判定する(ステップS15)。つまり、全ての細胞領域の部分画像P1が抽出されたか否かを判定する。変数Nがマスク画像Mの総数で無いと判定した場合(ステップS15:NO)、制御部11はNに1を加算し(ステップS16)、処理をステップS13へ戻す。変数Nがマスク画像Mの総数であると判定した場合(ステップS15:YES)、制御部11は、細胞領域抽出処理を終える。 Then, the control unit 11 determines whether the variable N is the total number of mask images M (step S15). That is, it determines whether partial images P1 of all cell regions have been extracted. If it is determined that the variable N is not the total number of mask images M (step S15: NO), the control unit 11 adds 1 to N (step S16) and returns the process to step S13. If it is determined that the variable N is the total number of mask images M (step S15: YES), the control unit 11 ends the cell region extraction process.

図7に示す一連の処理によって、顕微鏡画像P0に含まれる様々な部分画像P1が抽出される。例えば、図10に示すように、重なり合った2つの細胞を含む部分画像P11、重なり合った3つの細胞を含む部分画像P12、一つの細胞の部分画像P13、細胞以外のオブジェクトを含む部分画像P14等が抽出される。 By the series of processes shown in FIG. 7, various partial images P1 contained in the microscopic image P0 are extracted. For example, as shown in FIG. 10, partial image P11 containing two overlapping cells, partial image P12 containing three overlapping cells, partial image P13 of one cell, partial image P14 containing objects other than cells, etc. are extracted.

図11は核部分検出処理手順を示すフローチャート、図12は核部部分の検出例を示す説明図である。 Figure 11 is a flowchart showing the core part detection process, and Figure 12 is an explanatory diagram showing an example of core part detection.

制御部11は、変数Nに1を代入する(ステップS31)。変数Nは、部分画像P1の総数を示す数値である。制御部11は、第Nの部分画像P1(細胞領域)を選択する(ステップS32)。制御部11は、当該部分画像P1が所定サイズ以上であるか否かを判定する(ステップS33)。所定サイズは、例えば、学習済みニューラルネットワーク6に入力可能な画像の大きさの上限である。 The control unit 11 assigns 1 to the variable N (step S31). The variable N is a numerical value indicating the total number of partial images P1. The control unit 11 selects the Nth partial image P1 (cell region) (step S32). The control unit 11 determines whether the partial image P1 is equal to or larger than a predetermined size (step S33). The predetermined size is, for example, the upper limit of the size of an image that can be input to the trained neural network 6.

部分画像P1が所定サイズ以上であると判定した場合(ステップS33:YES)、制御部11は、核画像P2に代えて検出不能であることを示す情報を当該部分画像P1に対応付けて記憶する(ステップS36)。 If it is determined that the partial image P1 is equal to or larger than the predetermined size (step S33: YES), the control unit 11 stores information indicating that the nuclear image P2 is undetectable in association with the partial image P1 (step S36).

部分画像P1が所定サイズ未満であると判定した場合(ステップS33:NO)、制御部11は、図12に示すように、学習済みニューラルネットワーク6に部分画像P1を入力する(ステップS34)。制御部11は、学習済みニューラルネットワーク6による演算処理によって得られた核画像P2、つまり核部分を表した核画像P2を、部分画像P1に対応付けて記憶する(ステップS35)。 When it is determined that the partial image P1 is smaller than the predetermined size (step S33: NO), the control unit 11 inputs the partial image P1 to the trained neural network 6 as shown in FIG. 12 (step S34). The control unit 11 stores the nuclear image P2 obtained by the arithmetic processing by the trained neural network 6, that is, the nuclear image P2 representing the nuclear portion, in association with the partial image P1 (step S35).

制御部11は、変数Nが部分画像P1の総数であるか否かを判定する(ステップS37)。つまり、全ての部分画像P1について核部分検出処理を終えたか否か判定する。変数Nが部分画像P1の総数で無いと判定した場合(ステップS37:NO)、制御部11はNに1を加算し(ステップS38)、処理をステップS32へ戻す。変数Nが部分画像P1の総数であると判定した場合(ステップS37:YES)、制御部11は、核部分検出処理を終える。 The control unit 11 determines whether the variable N is the total number of partial images P1 (step S37). That is, it determines whether the core portion detection process has been completed for all partial images P1. If it is determined that the variable N is not the total number of partial images P1 (step S37: NO), the control unit 11 adds 1 to N (step S38) and returns the process to step S32. If it is determined that the variable N is the total number of partial images P1 (step S37: YES), the control unit 11 ends the core portion detection process.

図11に示す一連の処理によって、検出不能なケースを除き、全ての部分画像P1について、当該部分画像P1に含まれる細胞の核部分が抽出される。 By performing the series of processes shown in FIG. 11, the nuclear portion of the cell contained in each partial image P1 is extracted, except for cases where detection is not possible.

図13は細胞計数処理手順を示すフローチャートである。制御部11は、変数Nに1を代入する(ステップS51)。変数Nは、核画像P2を示す数値である。制御部11は、第Nの核画像P2を選択する(ステップS52)。制御部11は核画像P2に含まれる核部分の数を算出する(ステップS53)。次いで、当該核画像P2及び部分画像P1に対応付けて細胞数を記憶する(ステップS54)。 Figure 13 is a flowchart showing the cell counting process procedure. The control unit 11 assigns 1 to the variable N (step S51). The variable N is a numerical value indicating the nuclear image P2. The control unit 11 selects the Nth nuclear image P2 (step S52). The control unit 11 calculates the number of nuclear portions contained in the nuclear image P2 (step S53). Next, the control unit 11 stores the number of cells in association with the nuclear image P2 and the partial image P1 (step S54).

制御部11は、変数Nが部分画像P1の総数であるか否かを判定する(ステップS55)。つまり、全ての核画像P2について細胞数の算出処理を終えたか否か判定する。変数Nが部分画像P1の総数で無いと判定した場合(ステップS55:NO)、制御部11はNに1を加算し(ステップS56)、処理をステップS52へ戻す。変数Nが部分画像P1の総数であると判定した場合(ステップS55:YES)、制御部11は、細胞計数処理を終える。 The control unit 11 determines whether the variable N is the total number of partial images P1 (step S55). In other words, it determines whether the calculation process for the number of cells has been completed for all nuclear images P2. If it is determined that the variable N is not the total number of partial images P1 (step S55: NO), the control unit 11 adds 1 to N (step S56) and returns the process to step S52. If it is determined that the variable N is the total number of partial images P1 (step S55: YES), the control unit 11 ends the cell counting process.

図14及び図15は細胞計数結果の表示処理手順を示すフローチャート、図16は細胞数及び細胞の輪郭画像Bが重畳された顕微鏡画像P0を示す説明図、図17は細胞計数結果の表示例を示す説明図、図18は拡大表示された部分画像P1を示す説明図である。 Figures 14 and 15 are flowcharts showing the display process procedure for cell counting results, Figure 16 is an explanatory diagram showing a microscope image P0 on which the cell count and cell outline image B are superimposed, Figure 17 is an explanatory diagram showing an example of the display of cell counting results, and Figure 18 is an explanatory diagram showing an enlarged partial image P1.

制御部11は、変数Nに1を代入する(ステップS71)。変数Nは複数の部分画像P1それぞれを示す変数である。制御部11は、第Nの部分画像P1を選択し(ステップS72)、当該部分画像P1に含まれる細胞の輪郭を示す輪郭画像Bを作成する(ステップS73)。輪郭画像Bは細胞と、背景画像との境界を示す線画像である。例えば、制御部11は、マスク画像Mを膨張処理又は収縮処理させ、膨張後のマスク画像Mと、膨張前のマスク画像Mとの差分をとることによって、輪郭画像Bを生成することができる。 The control unit 11 assigns 1 to the variable N (step S71). The variable N is a variable that indicates each of the multiple partial images P1. The control unit 11 selects the Nth partial image P1 (step S72) and creates a contour image B that indicates the contour of the cell contained in the partial image P1 (step S73). The contour image B is a line image that indicates the boundary between the cell and the background image. For example, the control unit 11 can generate the contour image B by performing an expansion or contraction process on the mask image M and taking the difference between the mask image M after expansion and the mask image M before expansion.

次いで、制御部11は、図16に示すように、顕微鏡画像P0に輪郭画像Bを重畳させる(ステップS74)。制御部11は、部分画像P1に対応する細胞数を記憶しているか否かを判定する(ステップS75)。細胞数を記憶していると判定した場合(ステップS75:YES)、制御部11は、部分画像P1に対応する顕微鏡画像P0の位置に、細胞の数を記号で示す記号画像C1を重畳させる(ステップS76)。細胞の数を示す記号画像C1は、例えばアラビア数字の画像である。 Then, the control unit 11 superimposes the contour image B on the microscopic image P0 as shown in FIG. 16 (step S74). The control unit 11 determines whether or not the number of cells corresponding to the partial image P1 has been stored (step S75). If it is determined that the number of cells has been stored (step S75: YES), the control unit 11 superimposes a symbol image C1 indicating the number of cells with a symbol at the position of the microscopic image P0 corresponding to the partial image P1 (step S76). The symbol image C1 indicating the number of cells is, for example, an image of Arabic numerals.

例えば、制御部11は、部分画像P1の隅又は中央等、所定の位置に対応する顕微鏡画像P0の画像位置に表示する構成が好ましい。
制御部11は、マスク画像Mによって、細胞の重心位置を特定することができる。細胞の重心位置には核部分が存在する可能性が高いため、当該重心位置を避けて、細胞数を示す記号画像C1を重畳させる構成が好ましい。
制御部11は、核画像P2に基づいて部分画像P1における核部分の位置を特定することができるため、当該核部分の位置を避けて、細胞数を示す記号画像C1を重畳させる構成が好ましい。
For example, the control unit 11 is preferably configured to display the partial image P1 at an image position in the microscope image P0 that corresponds to a predetermined position, such as a corner or the center, of the partial image P1.
The control unit 11 can identify the center of gravity of the cell by the mask image M. Since there is a high possibility that a nucleus is present at the center of gravity of the cell, it is preferable to superimpose the symbol image C1 indicating the number of cells while avoiding the center of gravity.
Since the control unit 11 can identify the position of the nuclear portion in the partial image P1 based on the nuclear image P2, it is preferable to superimpose the symbol image C1 indicating the cell count while avoiding the position of the nuclear portion.

図19は細胞数を示す記号画像C1の他の例を示す説明図である。制御部11は、細胞の数を示す記号画像C1に代えて、図19Aに示すように、細胞数を図形で示す図形画像C2を顕微鏡画像P0上に表示しても良い。図形画像C2は、例えば細胞数と同じ個数のブロック画像を含む。
また、制御部11は、図19Bに示すように、細胞数に応じて色が異なる色画像C3を顕微鏡画像P0上に表示しても良い。
Fig. 19 is an explanatory diagram showing another example of the symbol image C1 indicating the number of cells. Instead of the symbol image C1 indicating the number of cells, the control unit 11 may display a graphic image C2 indicating the number of cells in a graphic form on the microscope image P0, as shown in Fig. 19A. The graphic image C2 includes, for example, the same number of block images as the number of cells.
Furthermore, the control unit 11 may display a color image C3, the color of which varies depending on the number of cells, on the microscope image P0, as shown in FIG. 19B.

ステップS75において、細胞数を記憶していないと判定した場合(ステップS75:NO)、制御部11は、核画像P2の検出が不能であったことを示す所定画像C0を、部分画像P1の適宜箇所に重畳させる(ステップS77)。所定画像C0は、例えば「no」を示すアルファベット文字である。所定画像C0も、細胞数を記号で示す記号画像C1と同様、細胞の重心及び核部分を避けて重畳表示させる態様が好ましい。 If it is determined in step S75 that the cell count is not stored (step S75: NO), the control unit 11 superimposes a predetermined image C0 indicating that the nuclear image P2 could not be detected at an appropriate location on the partial image P1 (step S77). The predetermined image C0 is, for example, an alphabetic character indicating "no." As with the symbol image C1 that indicates the cell count with a symbol, it is preferable that the predetermined image C0 is superimposed while avoiding the center of gravity and nuclear portion of the cells.

次いで、制御部11は、変数Nが部分画像P1の総数であるか否かを判定する(ステップS78)。変数Nが部分画像P1の総数で無いと判定した場合(ステップS78:NO)、制御部11は変数Nに1を加算し(ステップS79)、処理をステップS72へ戻す。 Next, the control unit 11 determines whether the variable N is the total number of partial images P1 (step S78). If it is determined that the variable N is not the total number of partial images P1 (step S78: NO), the control unit 11 adds 1 to the variable N (step S79) and returns the process to step S72.

変数Nが部分画像P1の総数であると判定した場合(ステップS78:YES)、制御部11は、図17に示すように、顕微鏡画像P0と、重畳画像P0’とを並べて表示する(ステップS80)。重畳画像P0’は、上記の処理によって輪郭画像B及び細胞画像等を顕微鏡画像P0に重畳させて得られる画像である。なお、顕微鏡画像P0と、重畳画像P0’を並べる向きは、横方向に限定されるものでは無く、上下方向に並べても良い。顕微鏡画像P0及び重畳画像P0’は異なるサイズであっても良いが、同サイズが好ましい。 When it is determined that the variable N is the total number of partial images P1 (step S78: YES), the control unit 11 displays the microscopic image P0 and the superimposed image P0' side by side as shown in FIG. 17 (step S80). The superimposed image P0' is an image obtained by superimposing the contour image B and the cell image, etc. on the microscopic image P0 by the above-mentioned processing. Note that the orientation in which the microscopic image P0 and the superimposed image P0' are arranged is not limited to the horizontal direction, and they may be arranged vertically. The microscopic image P0 and the superimposed image P0' may be different sizes, but it is preferable that they are the same size.

次いで、制御部11は、入力装置4にて拡大表示領域を受け付ける(ステップS81)。ユーザは、入力装置4を操作することによって、顕微鏡画像P0中、拡大表示したい領域を選択することができる。例えば、マウスを操作による細胞部分のダブルクリック、細胞領域のドラッグアンドドロップ、枠線による選択等によって、拡大したい領域を指定することができる。制御部11は、ユーザによって指定された拡大表示領域を受け付ける。 Then, the control unit 11 accepts the enlarged display area on the input device 4 (step S81). The user can select the area in the microscope image P0 that the user wants to enlarge by operating the input device 4. For example, the user can specify the area to be enlarged by double-clicking the cell part with the mouse, dragging and dropping the cell area, selecting with a frame, etc. The control unit 11 accepts the enlarged display area specified by the user.

そして、制御部11は、図18に示すように、受け付けた拡大表示領域を顕微鏡画像P0及び重畳画像P0’から抜き出して、拡大表示させる(ステップS82)。拡大表示させる際も顕微鏡画像P0から抜き出して拡大させた拡大顕微鏡画像P3と、重畳画像P0’から抜き出して拡大させた拡大重畳画像P3’とを並べて表示する態様が好ましい。また、拡大率も同じである態様が好ましい。
本実施形態においては、制御部11は、拡大顕微鏡画像P3及び拡大重畳画像P3’を表示する際、拡大した画像に含まれる細胞の数を表示すると共に、細胞数を修正するための増加ボタン71、減少ボタン72を表示する。また、修正を終了する終了ボタン73を表示する。
18, the control unit 11 extracts the received enlarged display area from the microscope image P0 and the superimposed image P0' and displays it in an enlarged manner (step S82). When enlarging the display, it is preferable to display the enlarged microscope image P3 extracted from the microscope image P0 and enlarged, and the enlarged superimposed image P3' extracted from the superimposed image P0' and enlarged, side by side. It is also preferable to display the enlarged image P3 side by side at the same magnification.
In this embodiment, when the control unit 11 displays the enlarged microscope image P3 and the enlarged superimposed image P3', it displays the number of cells contained in the enlarged image, as well as an increase button 71 and a decrease button 72 for correcting the number of cells, and also displays an end button 73 for ending the correction.

次いで、制御部11は、入力装置4にて細胞数の修正を受け付ける(ステップS83)。上記増加ボタン71が操作せれた場合、制御部11は、細胞数を増加させる修正を行う。減少ボタン72が操作された場合、制御部11は細胞数を減少させる修正を行う。 Next, the control unit 11 accepts a correction to the number of cells via the input device 4 (step S83). When the increase button 71 is operated, the control unit 11 makes a correction to increase the number of cells. When the decrease button 72 is operated, the control unit 11 makes a correction to decrease the number of cells.

終了ボタン73が操作された場合、細胞数の修正処理を終え、ステップS84に処理を進める。制御部11は、細胞数の修正があったか否かを判定する(ステップS84)。細胞数の修正があったと判定した場合(ステップS84:YES)、制御部11は、修正後の細胞数を部分画像P1に対応付けて記憶する(ステップS85)。ステップS85の処理を終えた場合、又は修正が無かったと判定した場合(ステップS84:NO)、制御部11は、拡大表示処理を終了し(ステップS86)、細胞計数結果の表示及び確認処理を終えるか否かを判定する(ステップS87)。ユーザは、入力装置4を用いて、細胞計数結果の表示及び確認処理を終えることを指示することができる。 If the end button 73 is operated, the cell count correction process ends, and the process proceeds to step S84. The control unit 11 determines whether the cell count has been corrected (step S84). If it is determined that the cell count has been corrected (step S84: YES), the control unit 11 stores the corrected cell count in association with the partial image P1 (step S85). If the process of step S85 has been completed, or if it is determined that no correction has been made (step S84: NO), the control unit 11 ends the enlarged display process (step S86) and determines whether to end the display and confirmation process of the cell counting results (step S87). The user can use the input device 4 to instruct the display and confirmation process of the cell counting results to end.

表示処理を終えないと判定した場合(ステップS87:NO)、制御部11は処理をステップS81へ戻し、拡大表示及び細胞数の修正受け付けに係る処理を継続する。表示処理を終えると判定した場合(ステップS87:YES)、制御部11は、細胞計数結果の表示に係る処理を終える。 If it is determined that the display process should not be ended (step S87: NO), the control unit 11 returns the process to step S81 and continues the process related to the enlarged display and the acceptance of corrections to the cell count. If it is determined that the display process should be ended (step S87: YES), the control unit 11 ends the process related to the display of the cell count results.

このように構成された実施形態1に係るコンピュータプログラム5a、細胞計数方法、細胞計数装置1、画像表示処理方法及び画像表示処理装置によれば、胞同士が重なっているものを含めて、顕微鏡画像P0に含まれる細胞の数を高精度で計測することができる。 The computer program 5a, cell counting method, cell counting device 1, image display processing method, and image display processing device of embodiment 1 configured in this manner can measure the number of cells contained in the microscopic image P0, including cells that overlap each other, with high accuracy.

また、本実施形態1によれば、蛍光染色されていない生きた細胞の部分画像P1から核部分を精度良く検出することができる。蛍光染色されていない顕微鏡画像P0、例えば位相差顕微鏡を用いて得られる顕微鏡画像P0においては、核部分が鮮明であり、当該核部分の特徴量を見出すことは難しい。そこで、本実施形態1に係る細胞計数装置1は、学習済みニューラルネットワーク6を備える。細胞計数装置1は、学習済みニューラルネットワーク6を用いて、部分画像P1から核部分を検出するため、生きた細胞の核部分を精度良く検出することができる。 Furthermore, according to this embodiment 1, the nuclear portion can be accurately detected from the partial image P1 of a living cell that is not fluorescently stained. In a microscope image P0 that is not fluorescently stained, for example, a microscope image P0 obtained using a phase-contrast microscope, the nuclear portion is clear and it is difficult to find the feature amount of the nuclear portion. Therefore, the cell counting device 1 according to this embodiment 1 is equipped with a trained neural network 6. The cell counting device 1 detects the nuclear portion from the partial image P1 using the trained neural network 6, and therefore can accurately detect the nuclear portion of a living cell.

更に、細胞計数装置1は、顕微鏡画像P0から、一の細胞が含まれる領域の部分画像P1又は重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像P1を抽出し、学習済みニューラルネットワーク6に入力させる構成である。従って、細胞計数装置1は、大きな顕微鏡画像P0を学習済みニューラルネットワーク6に入力させる構成に比べて、効率的、かつ精度良く核部分を検出することができる。 Furthermore, the cell counting device 1 is configured to extract a partial image P1 of an area containing a single cell or a partial image P1 of an area containing multiple overlapping cells from the microscopic image P0, and input it to the trained neural network 6. Therefore, the cell counting device 1 can detect nuclear portions more efficiently and accurately than a configuration in which a large microscopic image P0 is input to the trained neural network 6.

更にまた、細胞計数装置1は、細胞以外のオブジェクトが含まれる部分画像P1も抽出し、学習済みニューラルネットワーク6に入力させる構成である。つまり、細胞と、細胞以外のオブジェクトとの判別を学習済みニューラルネットワーク6にて行う構成であるため、部分画像P1の抽出処理が簡易であり、細胞と、上記オブジェクトとの判別も精度良く行うことができる。 Furthermore, the cell counting device 1 is configured to extract partial image P1 that includes objects other than cells, and input it to the trained neural network 6. In other words, because the trained neural network 6 is configured to distinguish between cells and objects other than cells, the process of extracting partial image P1 is simple, and the distinction between cells and the above-mentioned objects can be made with high accuracy.

更にまた、細胞計数装置1は、マスク画像Mを生成し、細胞部分の画像を抽出した部分画像P1を抽出する構成である。つまり、部分画像P1には細胞部分以外の余分な情報は含まれない。従って、細胞計数装置1は、かかる部分画像P1を学習済みニューラルネットワーク6に入力させることにより、より精度良く細胞の核部分を検出することができる。 Furthermore, the cell counting device 1 is configured to generate a mask image M and extract a partial image P1 by extracting an image of the cell portion. In other words, the partial image P1 does not contain any extra information other than the cell portion. Therefore, the cell counting device 1 can detect the nuclear portion of the cell with higher accuracy by inputting the partial image P1 into the trained neural network 6.

更にまた、細胞計数装置1は、所定サイズ未満の部分画像P1を学習済みニューラルネットワーク6に入力させる構成であるため、核部分の検出精度を一定に担保することができる。 Furthermore, the cell counting device 1 is configured to input a partial image P1 of less than a predetermined size to the trained neural network 6, so that the detection accuracy of the nuclear portion can be guaranteed to be constant.

更にまた、細胞計数装置1は、部分画像P1に対応する顕微鏡画像P0上の位置に細胞数を示す記号画像C1、図形画像C2、色画像C3を表示することができる。従って、ユーザは、記号画像C1、図形画像C2、色画像C3によって、当該部分画像P1に対応する画像領域に含まれる細胞数を確認することができる。 Furthermore, the cell counting device 1 can display a symbol image C1, a graphic image C2, and a color image C3 indicating the number of cells at a position on the microscope image P0 corresponding to the partial image P1. Therefore, the user can check the number of cells contained in the image area corresponding to the partial image P1 by using the symbol image C1, graphic image C2, and color image C3.

更にまた、細胞計数装置1は、記号画像C1、図形画像C2、色画像C3を、細胞の中心位置及び核部分を避けて重畳させることができる。細胞の核部分の画像が、記号画像C1、図形画像C2、色画像C3によって隠れることは無い。従って、ユーザによる細胞数の確認作業が妨げられるおそれは無く、効率的に細胞数の確認を行うことができる。 Furthermore, the cell counting device 1 can superimpose the symbol image C1, graphic image C2, and color image C3 while avoiding the center position and nucleus of the cell. The image of the nucleus of the cell is not hidden by the symbol image C1, graphic image C2, or color image C3. Therefore, there is no risk of the user being hindered in checking the cell count, and the cell count can be checked efficiently.

更にまた、細胞計数装置1は、部分画像P1から細胞の核部分が検出されなかった場合、該部分画像P1に対応付けて、所定画像C0を顕微鏡画像P0上に表示することができる。従って、ユーザは、細胞係数が行われなかった細胞画像を認識することができる。 Furthermore, if the cell nucleus is not detected from the partial image P1, the cell counting device 1 can display a specified image C0 on the microscope image P0 in association with the partial image P1. Therefore, the user can recognize the cell images for which cell counting has not been performed.

更にまた、細胞計数装置1は、細胞の輪郭画像Bを顕微鏡画像P0に重畳させることができる。従って、ユーザは、細胞計数装置1によって検出された細胞の形状を容易に認識することができる。
細胞計数装置1は、細胞以外のオブジェクトの輪郭画像Bを顕微鏡画像P0に重畳させることができる。従って、ユーザは、細胞計数装置1によって検出された細胞以外のオブジェクトの形状を容易に認識することができる。
ユーザは、輪郭画像Bの形状によって、細胞数の算出に成功しているか失敗しているのかを直感的に把握することもできる。
Furthermore, the cell counting device 1 can superimpose the cell contour image B on the microscope image P0. Therefore, the user can easily recognize the shape of the cells detected by the cell counting device 1.
The cell counting device 1 can superimpose the contour image B of the object other than the cell on the microscope image P0. Therefore, the user can easily recognize the shape of the object other than the cell detected by the cell counting device 1.
The user can also intuitively know whether the calculation of the cell number has been successful or unsuccessful based on the shape of the contour image B.

更にまた、細胞計数装置1は、顕微鏡画像P0と、重畳画像P0’を並べて表示することができる。ユーザは、顕微鏡画像P0及び重畳画像P0’を対比しながら、顕微鏡画像P0に含まれる細胞数を確認することができる。 Furthermore, the cell counting device 1 can display the microscopic image P0 and the superimposed image P0' side by side. The user can check the number of cells contained in the microscopic image P0 by comparing the microscopic image P0 and the superimposed image P0'.

更にまた、細胞計数装置1は、部分画像P1に含まれる細胞数の修正を受け付け、細胞数を修正することができる。 Furthermore, the cell counting device 1 can accept modifications to the number of cells contained in the partial image P1 and correct the number of cells.

更にまた、顕微鏡画像P0及び重畳画像P0’を拡大させることができる。ユーザは、顕微鏡画像P0及び重畳画像P0’を用いて細胞数を確認及び修正することができる。 Furthermore, the microscope image P0 and the superimposed image P0' can be enlarged. The user can confirm and correct the cell count using the microscope image P0 and the superimposed image P0'.

なお、本実施形態1では、細胞計数装置1と、位相差顕微鏡及び撮像装置2が別体である例を説明したが、位相差顕微鏡、撮像装置2及び画像処理用のコンピュータを含む位相差顕微鏡システムの任意の箇所に細胞計数装置1を設けても良い。例えば、細胞計数装置1及び撮像装置2を一体に構成しても良い。また、位相差顕微鏡、細胞計数装置1及び撮像装置2を一体に構成しても良い。 In this embodiment 1, an example has been described in which the cell counting device 1 is separate from the phase contrast microscope and the imaging device 2, but the cell counting device 1 may be provided at any location in a phase contrast microscope system including a phase contrast microscope, the imaging device 2, and a computer for image processing. For example, the cell counting device 1 and the imaging device 2 may be configured as one unit. Also, the phase contrast microscope, the cell counting device 1, and the imaging device 2 may be configured as one unit.

また、本実施形態1では、コンピュータプログラム5aがインストールされたコンピュータである細胞計数装置1を位相差顕微鏡の側に配置する例を説明したが、コンピュータプログラム5aをクラウドサーバ側で動作させるように構成しても良い。当該クラウドサーバは細胞計数装置1として動作する。
位相差顕微鏡システムは、位相差顕微鏡と、撮像装置2と、顕微鏡画像P0をクラウドサーバへ送信する通信機とを備える。位相差顕微鏡システムは、撮像装置2で撮像された顕微鏡画像P0をクラウドサーバへ送信する。クラウドサーバは、顕微鏡画像P0を受信し、実施形態1に係る細胞計数装置1と同様の処理を実行し、細胞計数結果を示すデータ又は細胞計数結果を示す画像を、位相差顕微鏡システムへ送信する。位相差顕微鏡システムは、細胞計数結果を示すデータ又は細胞計数結果を示す画像を受信し、細胞計数結果を表示する。
In the first embodiment, the cell counting device 1, which is a computer in which the computer program 5a is installed, is disposed next to a phase-contrast microscope, but the computer program 5a may be configured to operate on a cloud server. The cloud server operates as the cell counting device 1.
The phase-contrast microscope system includes a phase-contrast microscope, an imaging device 2, and a communication device that transmits a microscope image P0 to a cloud server. The phase-contrast microscope system transmits the microscope image P0 captured by the imaging device 2 to the cloud server. The cloud server receives the microscope image P0, executes the same processing as the cell counting device 1 according to the first embodiment, and transmits data indicating the cell counting result or an image indicating the cell counting result to the phase-contrast microscope system. The phase-contrast microscope system receives the data indicating the cell counting result or the image indicating the cell counting result, and displays the cell counting result.

(実施形態2)
実施形態2に係るコンピュータプログラム5a、細胞計数方法、細胞計数装置1、画像表示処理方法及び画像表示処理装置は、細胞数が検出不能であった部分画像P1、細胞数が複数である部分画像P1を自動的に拡大表示させ、細胞数の修正を受け付ける構成が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
The computer program 5a, cell counting method, cell counting device 1, image display processing method, and image display processing device according to the second embodiment differ from the first embodiment in the configuration for automatically enlarging and displaying partial images P1 in which the number of cells was undetectable and partial images P1 in which the number of cells is multiple, and accepting corrections to the number of cells, and therefore the above differences will be mainly described below. The other configurations and effects are the same as those of the first embodiment, so the same reference numerals are used for corresponding parts and detailed descriptions are omitted.

図20は実施形態2に係る表示処理手順を示すフローチャートである。制御部11は、実施形態1のステップS71-ステップS75と同様の処理を実行する。制御部11は、部分画像P1に対応する細胞数を記憶しているか否かを判定する(ステップS75)。細胞数を記憶していると判定した場合(ステップS75:YES)、制御部11は、記憶している細胞数が複数であるか否かを判定する(ステップS201)。細胞数が単数であると判定した場合(ステップS201:NO)、実施形態1のステップS76の処理と同様にして、部分画像P1に対応する顕微鏡画像P0の位置に、細胞の数を記号で示す記号画像C1を重畳させる(ステップS206)。細胞数を記憶していないと判定した場合(ステップS75:NO)、又は記憶している細胞数が複数であると判定した場合(ステップS201:YES)、制御部11は、顕微鏡画像P0及び重畳画像P0’を拡大表示させる(ステップS202)。制御部11は、入力装置4にて細胞数の修正を受け付け(ステップS203)、修正後の細胞数を部分画像P1に対応付けて記憶する(ステップS204)。終了ボタン73が操作された場合、制御部11は、細胞数の修正処理及び拡大表示処理を終え(ステップS205)、実施形態1のステップS76の処理と同様にして、部分画像P1に対応する顕微鏡画像P0の位置に、細胞の数を記号で示す記号画像C1を重畳させる(ステップS206)。
ステップS206の処理を終えた制御部11は、実施形態1のステップS78以下と同様の処理を実行する。
FIG. 20 is a flowchart showing a display process procedure according to the second embodiment. The control unit 11 executes the same processes as steps S71 to S75 of the first embodiment. The control unit 11 judges whether the number of cells corresponding to the partial image P1 is stored (step S75). When it is judged that the number of cells is stored (step S75: YES), the control unit 11 judges whether the number of cells stored is a plurality of cells (step S201). When it is judged that the number of cells is a single number (step S201: NO), the control unit 11 superimposes a symbol image C1 indicating the number of cells by a symbol on the position of the microscope image P0 corresponding to the partial image P1 in the same manner as the process of step S76 of the first embodiment (step S206). When it is judged that the number of cells is not stored (step S75: NO) or when it is judged that the number of cells stored is a plurality of cells (step S201: YES), the control unit 11 enlarges and displays the microscope image P0 and the superimposed image P0' (step S202). The control unit 11 accepts the correction of the cell number from the input device 4 (step S203), and stores the corrected cell number in association with the partial image P1 (step S204). When the end button 73 is operated, the control unit 11 ends the correction process of the cell number and the enlarged display process (step S205), and superimposes a symbol image C1 that indicates the number of cells by a symbol at the position of the microscope image P0 corresponding to the partial image P1, similar to the process of step S76 in the first embodiment (step S206).
After completing the process of step S206, the control unit 11 executes the same processes as those of step S78 and thereafter in the first embodiment.

このように構成された実施形態1に係るコンピュータプログラム5a、細胞計数方法、細胞計数装置1、画像表示処理方法及び画像表示処理装置によれば、細胞数が複数の場合、核部分の検出が不能であった場合など、確認を要する部分画像P1の拡大顕微鏡画像P3及び拡大重畳画像P3’が自動的に表示されるため、ユーザは効率的に細胞数の確認及び修正を行うことができる。 According to the computer program 5a, cell counting method, cell counting device 1, image display processing method, and image display processing device of embodiment 1 configured in this manner, when there are multiple cells or when the nucleus cannot be detected, the magnified microscope image P3 and magnified superimposed image P3' of the partial image P1 that requires confirmation are automatically displayed, allowing the user to efficiently confirm and correct the cell count.

(実施形態3)
実施形態3に係るコンピュータプログラム5a、細胞計数方法、細胞計数装置1、画像表示処理方法及び画像表示処理装置は、細胞の数に加えて、細胞の種類を示す画像を顕微鏡画像P0上に表示する構成が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 3)
The computer program 5a, cell counting method, cell counting device 1, image display processing method, and image display processing device according to the third embodiment differ from those of the first embodiment in that an image showing the type of cells is displayed on the microscope image P0 in addition to the number of cells, and therefore the above differences will be mainly described below. The other configurations and effects are the same as those of the first embodiment, so the same reference numerals are used for corresponding parts and detailed descriptions will be omitted.

実施形態3に係る制御部11は、部分画像P1に含まれる細胞の種類を検出する機能を有する。制御部11は、学習済みニューラルネットワーク6を用いて、細胞の種類を特定すれば良い。
例えば、第1の学習済みニューラルネットワークに、部分画像P1が入力された場合、種類αに係る細胞の画像が出力されるように深層学習させる。また、第2の学習済みニューラルネットワークに、部分画像P1が入力された場合、種類βに係る細胞の画像が出力されるように深層学習させる。第1及び第2の学習済みニューラルネットワークそれぞれに、部分画像P1を入力させることによって、細胞の種類α、βを示す情報を得ることができる。
また他の方法として、学習済みニューラルネットワーク6に、部分画像P1が入力された場合、細胞の種類αの細胞に対応する画素がクラス「1」(白画像)、細胞の種類βの細胞に対応する画素がクラス「2」(赤画像)、背景画像に対応する画素がクラス「0」(黒画像)の核画像P2を出力するように学習させると良い。かかる学習済みニューラルネットワーク6に分部画像を入力させることによって、細胞の種類α、βを示す情報を得ることができる。
The control unit 11 according to the third embodiment has a function of detecting the type of cell contained in the partial image P1. The control unit 11 may use the trained neural network 6 to identify the type of cell.
For example, when a partial image P1 is input to a first trained neural network, deep learning is performed so that an image of a cell related to type α is output. Also, when a partial image P1 is input to a second trained neural network, deep learning is performed so that an image of a cell related to type β is output. By inputting the partial image P1 to each of the first and second trained neural networks, information indicating the cell types α and β can be obtained.
As another method, when a partial image P1 is input to the trained neural network 6, it may be trained to output a nuclear image P2 in which pixels corresponding to cells of cell type α are of class "1" (white image), pixels corresponding to cells of cell type β are of class "2" (red image), and pixels corresponding to the background image are of class "0" (black image). By inputting the partial image to such a trained neural network 6, information indicating the cell types α and β can be obtained.

図21は実施形態3に係る細胞計数結果の表示例を示す説明図である。図21中、楕円は種類αの細胞を示し、四角は種類βの細胞を示す。制御部11は、顕微鏡画像P0に、各部分画像P1に含まれる細胞の種類α、βと、細胞の数を示す記号画像C1を重畳させた重畳画像P0’を生成し、生成した重畳画像P0’を表示装置3に出力する。 Figure 21 is an explanatory diagram showing an example of the display of cell counting results according to embodiment 3. In Figure 21, ellipses indicate cells of type α, and squares indicate cells of type β. The control unit 11 generates a superimposed image P0' by superimposing the cell types α and β contained in each partial image P1 and a symbol image C1 indicating the number of cells on the microscope image P0, and outputs the generated superimposed image P0' to the display device 3.

このように構成された実施形態1に係るコンピュータプログラム5a、細胞計数方法、細胞計数装置1、画像表示処理方法及び画像表示処理装置によれば、ユーザは重畳画像P0’を参照することによって、細胞の数と共に細胞の種類α、βを確認することができる。 The computer program 5a, cell counting method, cell counting device 1, image display processing method, and image display processing device according to embodiment 1 configured in this manner allow the user to check the cell types α and β along with the number of cells by referring to the superimposed image P0'.

(実施形態4)
実施形態4に係るコンピュータプログラム5a、細胞計数方法、細胞計数装置1、画像表示処理方法及び画像表示処理装置は、細胞計数装置1は、学習済みニューラルネットワーク6の学習用元画像を外部サーバ9へ送信し、学習済みニューラルネットワーク6を再学習させることができる構成が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 4)
The computer program 5a, cell counting method, cell counting device 1, image display processing method, and image display processing device according to embodiment 4 differ from embodiment 1 in that the cell counting device 1 is configured to transmit original training images for the trained neural network 6 to an external server 9 and retrain the trained neural network 6, and therefore the above differences will be mainly described below. The other configurations and effects are the same as those of embodiment 1, so the same reference numerals are used for corresponding parts and detailed descriptions will be omitted.

図22は実施形態4に係る細胞計数システムを示すブロック図である。実施形態4に係る細胞計数システムに係る細胞計数装置1は、実施形態1と同様の構成であり、更に通信部16を備える。通信部16は、外部サーバ9と有線又は無線で通信を行う通信機である。 Figure 22 is a block diagram showing a cell counting system according to embodiment 4. The cell counting device 1 of the cell counting system according to embodiment 4 has the same configuration as that of embodiment 1, and further includes a communication unit 16. The communication unit 16 is a communication device that communicates with the external server 9 in a wired or wireless manner.

外部サーバ9は、一又は複数の細胞計数装置1から、学習済みニューラルネットワーク6を再学習させるための、学習用元データを収集し、収集した学習用元データを用いて、学習済みニューラルネットワーク6を再学習させる。外部サーバ9は、再学習後の学習済みニューラルネットワーク6に係る更新用データを細胞計数装置1へ配信する。 The external server 9 collects original training data from one or more cell counting devices 1 for retraining the trained neural network 6, and retrains the trained neural network 6 using the collected original training data. The external server 9 distributes update data for the trained neural network 6 after retraining to the cell counting device 1.

図23は学習済みニューラルネットワーク6の再学習に係る処理手順を示すフローチャートである。細胞計数装置1の制御部11は、各部分の検出に失敗した細胞領域の部分画像P1を再学習用元データとして記憶部12に蓄積する(ステップS411)。所定量の再学習用元データが蓄積された場合、制御部11は、記憶部12に蓄積された再学習用元データを通信部16にて介して外部サーバ9へ送信する(ステップS412)。 Figure 23 is a flowchart showing the processing steps involved in re-learning the trained neural network 6. The control unit 11 of the cell counting device 1 stores the partial image P1 of the cell region where detection of each part has failed in the memory unit 12 as original data for re-learning (step S411). When a predetermined amount of original data for re-learning has been stored, the control unit 11 transmits the original data for re-learning stored in the memory unit 12 to the external server 9 via the communication unit 16 (step S412).

外部サーバ9は、細胞計数装置1から送信された再学習用元データを受信する(ステップS413)。そして、外部サーバ9は学習用元データ、即ち部分画像P1から再学習用データを作成する(ステップS414)。再学習データは、部分画像P1に対して、部分画像P1の画素が核部分であるか、背景であるかを示すデータを付与したものである。 The external server 9 receives the original data for re-learning transmitted from the cell counting device 1 (step S413). The external server 9 then creates re-learning data from the original data for learning, i.e., the partial image P1 (step S414). The re-learning data is data for the partial image P1 that indicates whether the pixels of the partial image P1 are nuclear parts or background.

次いで、外部サーバ9は、再学習用データを用いて学習済みニューラルネットワーク6を再学習させる(ステップS415)。再学習対象の学習済みニューラルネットワーク6は、既に細胞計数装置1が利用しているものと同じものである。 Next, the external server 9 retrains the trained neural network 6 using the retraining data (step S415). The trained neural network 6 to be retrained is the same as the one already used by the cell counting device 1.

外部サーバ9は、学習済みニューラルネットワーク6を更新するための更新用データを細胞計数装置1へ送信する(ステップS416)。更新用データは、学習済みニューラルネットワーク6を規定する重み係数などの情報である。 The external server 9 transmits update data for updating the trained neural network 6 to the cell counting device 1 (step S416). The update data is information such as weighting coefficients that define the trained neural network 6.

細胞計数装置1は、外部サーバ9から配信された更新用データを受信し(ステップS417)、学習済みニューラルネットワーク6を更新する(ステップS418)。 The cell counting device 1 receives the update data distributed from the external server 9 (step S417) and updates the trained neural network 6 (step S418).

実施形態4によれば、細胞計数装置1から再学習用データを収集し、学習済みニューラルネットワーク6を再学習させることができる。 According to embodiment 4, re-learning data can be collected from the cell counting device 1, and the trained neural network 6 can be re-trained.

(実施形態5)
実施形態5に係るコンピュータプログラム5a、細胞計数方法、細胞計数装置1、画像表示処理方法及び画像表示処理装置は、細胞計数結果の確認レポート作成支援機能を備える構成が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 5)
The computer program 5a, cell counting method, cell counting device 1, image display processing method, and image display processing device according to embodiment 5 differ from embodiment 1 in that they are provided with a function for supporting the creation of a confirmation report of the cell counting results, and therefore the above differences will be mainly described below. The other configurations and effects are the same as those of embodiment 1, so the same reference numerals are used for corresponding parts and detailed descriptions will be omitted.

細胞計数装置1は、例えば、複数の部分画像P1それぞれの拡大顕微鏡画像P3及び拡大重畳画像P3’と、確認結果入力部とを縦横に並べて表示装置3に表示する。確認結果入力部には、各部分画像Pにおいて計数された細胞の数が表示される。また、確認結果入力部は、細胞数の変更を受け付ける変更操作部、確認済みか否かをチェックするチェックボックス等を含む。ユーザは、確認結果入力部の変更操作部を操作することによって、細胞数を修正することができる。また、チェックボックスにチェックを入れることによって、細胞数の確認が行われたか否かを記録することができる。チェックボックスは必須の構成では無い。また、細胞計数装置1は、確認作業者情報入力部を表示装置3に表示する。確認作業者情報入力部は、確認作業者の名前、確認作業日等の入力を受け付けるためのテキスト入力ボックス等である。 The cell counting device 1 displays, for example, the magnified microscope image P3 and the magnified superimposed image P3' of each of the multiple partial images P1 and the confirmation result input section arranged vertically and horizontally on the display device 3. The confirmation result input section displays the number of cells counted in each partial image P. The confirmation result input section also includes a change operation section that accepts changes to the cell count, a check box for checking whether or not confirmation has been performed, and the like. The user can modify the cell count by operating the change operation section of the confirmation result input section. Also, by checking the check box, it is possible to record whether or not the cell count has been confirmed. The check box is not a required component. The cell counting device 1 also displays a confirmation operator information input section on the display device 3. The confirmation operator information input section is a text input box or the like for accepting input of the name of the confirmation operator, the confirmation date, and the like.

細胞計数装置1は、複数の部分画像P1に対応付けて、細胞数の情報、修正の有無を示す情報、細胞数の確認が行われたか否かを示す情報、確認作業者の情報、確認作業日の情報等を対応付けて記憶する。細胞計数装置1は、記憶した各情報を任意のフォーマットで配列したレポート情報を出力する。 The cell counting device 1 stores information on the cell count, information indicating whether corrections were made, information indicating whether confirmation of the cell count was performed, information on the person who performed the confirmation, information on the date of confirmation, etc., in association with the multiple partial images P1. The cell counting device 1 outputs report information in which each piece of stored information is arranged in an arbitrary format.

実施形態5によれば、細胞計数結果の確認作業結果に係る情報をまとめたレポート情報を出力することができる。 According to the fifth embodiment, it is possible to output report information summarizing information related to the results of the confirmation work of the cell counting results.

1 細胞計数装置
1a 画像取得部
1b 細胞領域抽出部
1c 核部分検出部
1d 計数部
1e 表示処理部
2 撮像装置
3 表示装置
4 入力装置
5 記録媒体
6 学習済みニューラルネットワーク
5a コンピュータプログラム
9 外部サーバ
11 制御部
12 記憶部
13 画像入力部
14 画像出力部
15 入力I/F
16 通信部
61 入力層
62 畳み込み層
63 逆畳み込み層
64 出力層
71 増加ボタン
72 減少ボタン
73 終了ボタン
A 培養容器
B 輪郭画像
M マスク画像
C0 所定画像
C1 記号画像
C2 図形画像
C3 色画像
P0 顕微鏡画像
P0’ 重畳画像
P1、P11、P12,P13、P14 部分画像
P2 核画像
P3 拡大顕微鏡画像
P3’ 拡大重畳画像
REFERENCE SIGNS LIST 1 Cell counting device 1a Image acquisition section 1b Cell region extraction section 1c Nucleus portion detection section 1d Counting section 1e Display processing section 2 Imaging device 3 Display device 4 Input device 5 Recording medium 6 Trained neural network 5a Computer program 9 External server 11 Control section 12 Storage section 13 Image input section 14 Image output section 15 Input I/F
16 Communication unit 61 Input layer 62 Convolution layer 63 Deconvolution layer 64 Output layer 71 Increase button 72 Decrease button 73 End button A Culture vessel B Contour image M Mask image C0 Predetermined image C1 Symbol image C2 Graphic image C3 Color image P0 Microscope image P0' Superimposed image P1, P11, P12, P13, P14 Partial image P2 Nuclear image P3 Enlarged microscope image P3' Enlarged superimposed image

Claims (31)

コンピュータに、
複数の細胞を撮像して得られた撮像画像を取得する処理と、
取得した前記撮像画像から、一の細胞が含まれる領域の部分画像及び重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像を抽出する抽出処理と、
一の細胞が含まれる領域の部分画像又は重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像が入力された場合に前記一の細胞又は前記複数の細胞それぞれの核部分及び背景を異なる画素値により画素単位で表した核画像が出力されるように機械学習させた学習済みニューラルネットワークに対して、抽出された各部分画像を入力させることにより、各部分画像に含まれる細胞の核部分を検出する核部分検出処理と、
検出された核部分の数を細胞数として算出する計数処理と
を実行させるためのコンピュータプログラム。
On the computer,
A process of acquiring captured images obtained by capturing images of a plurality of cells;
an extraction process for extracting a partial image of a region including one cell and a partial image of a region including a plurality of overlapping cells from the captured image;
a nuclear portion detection process for detecting nuclear portions of cells included in each partial image by inputting each extracted partial image to a trained neural network that has been machine-learned so that when a partial image of a region including a single cell or a partial image of a region including multiple overlapping cells is input, a nuclear image is output in which the nuclear portion and background of each of the single cell or the multiple cells are represented in pixel units using different pixel values;
A counting process for calculating the number of detected nuclear portions as the cell number.
前記学習済みニューラルネットワークは、
一の細胞が含まれる領域の部分画像又は重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像が入力される入力層と、画像の特徴を抽出する畳み込み層及び逆畳み込み層と、前記一の細胞又は前記複数の細胞それぞれの核部分を表した核画像を出力する出力層とを備える
請求項1に記載のコンピュータプログラム。
The trained neural network is
The system includes an input layer to which a partial image of a region including a single cell or a partial image of a region including multiple overlapping cells is input , a convolution layer and a deconvolution layer to extract image features, and an output layer to output a nuclear image representing the single cell or each of the multiple cells.
2. The computer program product of claim 1.
前記抽出処理は、
更に、細胞以外のオブジェクトが含まれる部分画像を抽出する
請求項1又は請求項2に記載のコンピュータプログラム。
The extraction process includes:
Furthermore, extract partial images that contain objects other than cells.
3. A computer program according to claim 1 or 2 .
前記抽出処理は、
前記撮像画像に対するエッジ検出処理、二値化処理及びモルフォロジー処理によって、細胞領域を示すマスク画像を生成し、生成されたマスク画像により、前記部分画像を抽出する
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The extraction process includes:
A mask image showing a cellular region is generated by performing edge detection processing, binarization processing, and morphology processing on the captured image, and the partial image is extracted using the generated mask image.
A computer program according to any one of claims 1 to 3 .
所定サイズ未満の前記部分画像を前記学習済みニューラルネットワークに入力させる
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The partial image having a size smaller than a predetermined size is input to the trained neural network.
A computer program according to any one of claims 1 to 4 .
前記コンピュータに、
前記部分画像に対応付けて、該部分画像に含まれる細胞の数を示す画像を前記撮像画像上に表示する処理を実行させる
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of displaying an image indicating the number of cells contained in the partial image on the captured image in association with the partial image is executed.
A computer program according to any one of claims 1 to 5 .
前記細胞の数を示す画像は、
前記部分画像に含まれる細胞の数を記号で示す記号画像、前記数を図形で示す図形画像、及び前記数に応じて色が異なる色画像の少なくとも一つを含む
請求項6に記載のコンピュータプログラム。
The image showing the number of cells is
The partial image includes at least one of a symbol image that indicates the number of cells included in the partial image by a symbol, a graphic image that indicates the number by a graphic, and a color image that has a different color according to the number.
7. A computer program according to claim 6 .
前記コンピュータに、
前記部分画像から細胞の核部分が検出されなかった場合、該部分画像に対応付けて、所定画像を前記撮像画像上に表示する処理を実行させる
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
When the nucleus of the cell is not detected from the partial image, a process of displaying a predetermined image on the captured image in association with the partial image is executed.
A computer program according to any one of claims 1 to 7 .
前記コンピュータに、
前記部分画像に含まれる細胞の種類を検出する処理と、
前記部分画像に対応付けて、細胞の種類を示す画像を前記撮像画像上に表示する処理と
を実行させる請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of detecting a type of cell contained in the partial image;
The computer program product according to claim 1 , further comprising: a process of displaying an image indicating a type of cell on the captured image in association with the partial image.
前記コンピュータに、
前記部分画像に含まれる細胞の輪郭を示す画像を作成する処理と、
細胞の輪郭を示す前記画像を前記撮像画像上に表示する処理と
を実行させる請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of creating an image showing the outline of a cell included in the partial image;
The computer program product according to claim 1 , further comprising: a process of displaying the image showing a contour of a cell on the captured image .
前記コンピュータに、
前記部分画像に含まれる細胞以外のオブジェクトの輪郭を示す画像を作成する処理と、
細胞以外のオブジェクトの輪郭を示す前記画像を前記撮像画像上に表示する処理と
を実行させる請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
creating an image showing the contours of objects other than cells contained in the partial image;
The computer program product according to claim 1 , further comprising: a process of displaying the image showing an outline of an object other than a cell on the captured image .
前記コンピュータに、
前記部分画像に含まれる細胞の数を示す画像が表示されていない前記撮像画像と、前記部分画像に含まれる細胞の数を示す画像が表示された前記撮像画像とを並べて表示する処理を実行させる
請求項6から請求項11のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
Executing a process of displaying, side by side, the captured image in which an image showing the number of cells included in the partial image is not displayed and the captured image in which an image showing the number of cells included in the partial image is displayed.
A computer program according to any one of claims 6 to 11 .
前記コンピュータに、
前記計数処理によって算出された前記部分画像に含まれる細胞の数の修正を受け付ける処理と、
受付結果に基づいて、前記部分画像に含まれる細胞の数を修正する処理と
を実行させる請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of accepting a correction to the number of cells included in the partial image calculated by the counting process;
The computer program product according to claim 1 , further comprising: a process of correcting the number of cells included in the partial image based on a result of the reception.
前記コンピュータに、
前記撮像画像のうち、拡大表示する領域を受け付ける処理と、
受け付けた領域を前記撮像画像から抜き出して拡大する処理と
を実行させる請求項1から請求項13のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of accepting an area of the captured image to be enlarged and displayed;
The computer program product according to claim 1 , further comprising: a process of extracting the accepted region from the captured image and enlarging the region.
前記コンピュータに、
複数の細胞が含まれる前記部分画像を前記撮像画像から抜き出して拡大する処理を実行させる
請求項1から請求項14のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of extracting the partial image including a plurality of cells from the captured image and enlarging it is executed.
A computer program according to any one of claims 1 to 14 .
前記コンピュータに、
細胞の核部分を検出できなかった前記部分画像を前記撮像画像から抜き出して拡大する処理を実行させる
請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process is executed to extract the partial image in which the nucleus of the cell cannot be detected from the captured image and enlarge it.
A computer program according to any one of claims 1 to 15 .
前記コンピュータに、
細胞の数が修正された場合、細胞の数が修正された前記部分画像を、前記学習済みニューラルネットワークの再学習用元データとして記憶する処理と、
記憶した再学習用元データを外部サーバへ送信する処理と
を実行させる請求項1から請求項16のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
When the number of cells is corrected, a process of storing the partial image in which the number of cells is corrected as original data for re-learning of the trained neural network;
The computer program product according to claim 1 , further comprising: a process of transmitting the stored re-learning original data to an external server.
複数の細胞を撮像して得られた撮像画像を取得し、
取得した前記撮像画像から、一の細胞が含まれる領域の部分画像及び重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像を抽出し、
一の細胞が含まれる領域の部分画像又は重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像が入力された場合に前記一の細胞又は前記複数の細胞それぞれの核部分及び背景を異なる画素値により画素単位で表した核画像が出力されるように機械学習させた学習済みニューラルネットワークに対して、抽出された各部分画像を入力させることにより、各部分画像に含まれる細胞の核部分を検出し、
検出された核部分の数を細胞数として算出する
細胞計数方法。
Acquiring captured images of a plurality of cells;
A partial image of a region including one cell and a partial image of a region including a plurality of overlapping cells are extracted from the captured image.
A trained neural network that has been trained to output a nuclear image in which the nuclear portion and background of each of the single cell or the multiple cells are represented in pixel units using different pixel values when a partial image of a region including a single cell or a partial image of a region including multiple overlapping cells is input, detects the nuclear portion of the cell included in each partial image by inputting each of the extracted partial images ;
A cell counting method in which the number of detected nuclei is calculated as the cell number.
複数の細胞を撮像して得られた撮像画像を取得する画像取得部と、
取得した前記撮像画像から、一の細胞が含まれる領域の部分画像及び重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像を抽出する抽出部と、
一の細胞が含まれる領域の部分画像又は重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像が入力された場合に前記一の細胞又は前記複数の細胞それぞれの核部分及び背景を異なる画素値により画素単位で表した核画像が出力されるように機械学習させた学習済みニューラルネットワークに対して、抽出された各部分画像を入力させることにより、各部分画像に含まれる細胞の核部分を検出する核部分検出部と、
検出された核部分の数を細胞数として算出する計数部と
を備える細胞計数装置。
an image acquisition unit that acquires captured images obtained by imaging a plurality of cells;
an extracting unit that extracts a partial image of a region including one cell and a partial image of a region including a plurality of overlapping cells from the captured image;
a nuclear part detection unit that detects nuclear parts of cells included in each partial image by inputting each extracted partial image into a trained neural network that has been machine-trained so that, when a partial image of a region including a single cell or a partial image of a region including multiple overlapping cells is input, a nuclear image is output in which the nuclear parts and background of the single cell or the multiple cells are represented in pixel units using different pixel values;
and a counting unit that calculates the number of detected nuclear portions as the number of cells.
コンピュータに、
複数の細胞を撮像して得られた撮像画像中に、重なった複数の細胞が含まれる領域の部分画像に対応付けて、該部分画像に含まれる細胞の数を示す画像を前記撮像画像上に表示する処理と、
前記撮像画像中に、他の細胞と重なっていない単独の細胞がある場合、前記単独の細胞が含まれる領域の部分画像に対応付けて、該細胞の数が単数であることを示す画像を前記撮像画像上に表示する処理と
を実行させるためのコンピュータプログラム。
On the computer,
a process of displaying an image indicating the number of cells included in a partial image of an area including a plurality of overlapping cells in a captured image obtained by capturing an image of a plurality of cells, in association with the partial image on the captured image ;
and if there is a single cell in the captured image that is not overlapping with other cells, a process of displaying an image on the captured image indicating that the number of the cell is single, in correspondence with a partial image of the area containing the single cell.
前記細胞の数を示す画像は、
前記細胞の数を示す記号画像、前記細胞の数を示す図形画像、及び前記細胞の数に応じて色が異なる画像の少なくとも一つを含む
請求項20に記載のコンピュータプログラム。
The image showing the number of cells is
The computer program according to claim 20 , comprising at least one of a symbol image indicating the number of cells, a graphic image indicating the number of cells , and an image having a different color depending on the number of cells .
前記細胞の数を示す画像を前記細胞の重心から外れた位置に表示する
請求項20又は請求項21に記載のコンピュータプログラム。
An image showing the number of cells is displayed at a position away from the center of gravity of the cells.
22. A computer program according to claim 20 or claim 21 .
前記細胞の数を示す画像を前記細胞の核から外れた位置に表示する
請求項20から請求項22のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
An image showing the number of cells is displayed at a position outside the nucleus of the cells.
A computer program according to any one of claims 20 to 22 .
前記コンピュータに、
前記撮像画像中に細胞の核が不明な部分画像がある場合、該部分画像に対応付けて、所定画像を前記撮像画像上に表示する処理を実行させる
請求項20から請求項23のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
When the captured image includes a partial image in which the nucleus of a cell is unclear, a process is executed to display a predetermined image on the captured image in association with the partial image.
A computer program according to any one of claims 20 to 23 .
前記コンピュータに、
前記撮像画像に含まれる複数の細胞それぞれに対応付けて、前記細胞の種類を示す画像を前記撮像画像上に表示する処理を実行させる
請求項20から請求項24のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process is executed in which an image showing the type of the cell is displayed on the captured image in association with each of a plurality of cells included in the captured image .
A computer program according to any one of claims 20 to 24 .
前記コンピュータに、
前記撮像画像に含まれる細胞の輪郭を示す画像を作成する処理と、
細胞の輪郭を示す前記画像を前記撮像画像上に表示する処理と
を実行させる請求項20から請求項25のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of creating an image showing the outline of a cell included in the captured image ;
The computer program product according to any one of claims 20 to 25, further comprising: a process of displaying the image showing a contour of a cell on the captured image .
前記コンピュータに、
前記撮像画像に含まれる細胞以外のオブジェクトの輪郭を示す画像を作成する処理と、
細胞以外のオブジェクトの輪郭を示す画像を前記撮像画像上に表示する処理と
を実行させる請求項20から請求項26のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
creating an image showing the contours of objects other than cells included in the captured image ;
27. The computer program product according to claim 20 , further comprising: a process of displaying an image showing an outline of an object other than a cell on the captured image .
前記コンピュータに、
前記細胞の数を示す画像が重畳されていない前記撮像画像と、前記細胞の数を示す画像が重畳された前記撮像画像とを並べて表示する処理を実行させる
請求項20から請求項27のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
The computer program according to any one of claims 20 to 27, further comprising a process for displaying, side by side, the captured image on which the image indicating the number of cells is not superimposed and the captured image on which the image indicating the number of cells is superimposed.
前記コンピュータに、
前記撮像画像の一部の領域を抜き出して拡大する処理を実行させる
請求項20から請求項28のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
Execute a process of extracting and enlarging a partial area of the captured image.
A computer program according to any one of claims 20 to 28 .
前記コンピュータに、
複数の細胞が含まれる部分画像を前記撮像画像から抜き出して拡大する処理を実行させる
請求項20から請求項29のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
A process of extracting a partial image including a plurality of cells from the captured image and enlarging the partial image is executed.
30. A computer program according to any one of claims 20 to 29 .
前記コンピュータに、
前記撮像画像中に細胞の核が不明な部分画像がある場合、前記部分画像を前記撮像画像から抜き出して拡大する処理を実行させる
請求項20から請求項30のいずれか1項に記載のコンピュータプログラム。
The computer includes:
When the captured image contains a partial image in which the nucleus of a cell is unclear, a process is executed to extract the partial image from the captured image and enlarge it.
A computer program according to any one of claims 20 to 30 .
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