2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of cell image data analysis method for highly accurate 3D vesicle movement detection based on computer vision techniques
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20K15753
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Lee Seohyun 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任助教 (00847973)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 小胞運動 / 細胞内物質輸送 / 3次元マイクロスコピー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は細胞内で情報輸送を担当する小胞の運動を解明するため、生きている細胞内で動く小胞を３次元蛍光顕微鏡(dual-focus optics)を用いてナノスケールで観測し、そこで得られたイメージペアからターゲットの小胞を自動的に追跡及び高精度の３次元位置座標を獲得する専用のソフトウェアを作成することを目標とする。
２０２１年の計画は、１）小胞の3次元位置計算の基本となるx, y, z の高精度座標変換のため、多焦点イメージ間の変換マトリックスを求めるアルゴリズムを線 形変換とアフィン変換を用いてモデリングする。２）計画１）で求めた変換マトリクスの計算 に基づいて複数の多焦点イメージから同一の小胞を検出し、イメージマッピングにより得ら れる3次元座標の位置精度の検証を行う。
計画１）において、dual focus opticsで得られたイメージペアからターゲットの小胞を同時に検出するためには、まずそのイメージペアの間の幾何学的な関係をイメージ変換アルゴリズムで求める必要があるため、アフィン変換を用いて同じ小胞を自動的に検出してくれるモデリングに成功した。
計画２）において、計画１）で得られたアルゴリズムをもとに、イメージペアから複数の小胞ターゲットを同時に追跡できるようにするため、アフィン変換を用いてマッピングを行うプロセスを自動化プログラミングの最初とするワークフローを確立し、実験データを利用してマッピングの正確度を検証することが可能になった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
２０２１年の目標とした多焦点イメージペアの間の関係を説明してターゲットとなる小胞を同時に検出するマッピングアルゴリズの開発に成功し、さらにそのマッピングマトリックスによって一つの小胞ペアだけではなく、複数の小胞を同時に追跡できることに気づき、同時計測を可能にするソフトウェアを作成する基盤が揃えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の計画として、細胞内小胞の3次元運動自動追跡ソフトウェアの最終的な開発を目標とし、今まで開発してきたアルゴリズムに基づきユーザーが自分で得た多焦点イメージペアから複数の小胞を同時に追跡し、その３次元座標を高精度で抽出できる全自動化ソフトウェアを汎用グラフィカルユーザインタ ーフェースを搭載したプログラムとして発表することを目指す。
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| Causes of Carryover |
Covid19の影響で学内活動の制限が続けた状況により、技術補佐員の雇用期間を短縮し、人件費とそこに伴う消耗品の購入の遅れが続いた。また、参加予定であった３つの国際学会の中で１つはオンライン開催、残りの２つの学会は海外で開かれたがそこに参加して日本に帰ると長い隔離期間があったためオンラインで参加するしかなかった。今年度では、本研究で今まで開発してきたアルゴリズムをさまざまな計算機タイプで試すので、複数の高性能計算機の購入予定であり、また、国際学会の発表の予定もあるので、今までの未使用分を含めて予算を執行する計画である。
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