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2020 年度 実施状況報告書

Development of cell image data analysis method for highly accurate 3D vesicle movement detection based on computer vision techniques

研究課題

研究課題/領域番号 20K15753
研究機関東京大学

研究代表者

Lee Seohyun  東京大学, 情報基盤センター, 特任研究員 (00847973)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード小胞運動 / 細胞内物質輸送 / 3次元マイクロスコピー
研究実績の概要

本研究は細胞内の物質輸送を解明するため、細胞内小胞の3次元運動をナノスケールで自動的に追跡し、その運動特性を分析するソフトウェアを開発することを目標とする。
2020年の計画は、1)小胞の位置を3次元で 復元するために必須的な多焦点イメージング手法の中で測定安定性の高いDual focus Opticsの光学系を光強度のレシオメトリック計算の観点に基づいて分析する。2)焦点距離差を持つ光学系から取得された複数の多焦点イメージ間の幾何学的な関係を、シミュレーションによるベクトル解析で求める。
計画1)において、Dual focus Opticsの光学系とレシオメトリック計算方法によって細胞内小胞の3次元位置を安定的にトラッキングすることに成功した。さらに、対物レンズの振動を加えて追跡可能なz軸の領域を拡張することにも成功した。計画2)において、複数の多焦点イメージ間幾何的関係の解明するため、焦点距離差を持つ光学系から取得された複数の多焦点イメージ間の幾何学的な関係を、シミュレーションによるベクトル解析で求めることに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

2020年に計画した小胞の3次元位置座標の復元および多焦点イメージの幾何分析に成功し、さらに研究活動中に思い出したアイデアを本研究に適用することでトラッキング可能な領域を拡張することにも成功した。また、細胞内の物質輸送を個別の小胞運動の追跡からだけでなく、イメージプロセッシングを用いて全体的な輸送のパターンも分析可能になった。

今後の研究の推進方策

今後の計画として、1)多焦点イメージ間変換アルゴリズムの開発を目標とし、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)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ことで、同一小胞を検出するプログラムの作成及び検証を目指す。

次年度使用額が生じた理由

Covid19の影響で学内活動の制限により、学内での技術補佐員の雇用ができなかったため、人件費とそこに伴う消耗品の購入が遅れている。翌年度には予定どおりの雇用と購入が可能になるので、従来に翌年度分の予算と合わせ、次年度使用額が必要である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Visualization Method for the Cell-Level Vesicle Transport Using Optical Flow and a Diverging Colormap2021

    • 著者名/発表者名
      Lee Seohyun、Kim Hyuno、Higuchi Hideo、Ishikawa Masatoshi
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 ページ: 1,13

    • DOI

      10.3390/s21020522

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extended Dual-Focus Microscopy for Ratiometric-Based 3D Movement Tracking2020

    • 著者名/発表者名
      Lee Seohyun、Kim Hyuno、Higuchi Hideo
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 10 ページ: 1,12

    • DOI

      10.3390/app10186243

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Optical flow of vesicles: Computer vision approach for endocytosis of nanoparticles in a living cell2020

    • 著者名/発表者名
      Seohyun Lee, Hyuno Kim, Hideo Higuchi, Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      SPIE Photonics West BiOS 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization and Data Analysis for Intracellular Transport using Computer Vision Techniques2020

    • 著者名/発表者名
      Seohyun Lee, Hyuno Kim, Hideo Higuchi, Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      2020 IEEE Sensors Applications Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation of Vesicle Transport near the Cellular Membrane using Image Processing2020

    • 著者名/発表者名
      Seohyun Lee, Hyuno Kim, Hideo Higuchi, Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      2020 OSA Imaging and Applied Optics Congress
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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