細胞断面の重心連結による木材細胞軸の三次元的再構築

Abstract

画像処理装置とパーソナルコンピュータを用いて, ポプラの連続木口切片における細胞断面の重心を三次元的に連結することにより, 木部分化帯の軸方向細胞について細胞の長軸を線で表した画像として表現することを試みた。隣接する切片での対応する細胞断面の重心の位置合わせでは, 重心のずれを切片全体で小さくする切片の再構築方法を考案した。これらの方法により, 一定のアルゴリズムで再構築することが可能となり, このためコンピュータを用いて連続的かつ高速に再構築することが可能になった。また細胞を曲線として表示することにより, 多くの細胞の立体形状を視覚的に同時につかむことが可能となった。また細胞長軸の曲率など細胞の形状の三次元的解析への可能性が示された。供試した領域では同一ラジアルファイル内の細胞は中央部では全体的な形状が類似しており, 放射方向よりも接線方向に湾曲しているが, 先端部では個々の細胞ごとに様々な方向に伸長することが示された。道管に発達する細胞はその細胞が属するラジアルファイルの他の細胞と大きく異なり, 接線方向, 放射方向に大きく湾曲していた。また周囲の細胞やラジアルファイルに大きな影響を及ぼし, 細胞の形状や位置およびラジアルファイルの配列を乱していた。また画像処理により細胞の断面形態について多くの情報が得られるが, これらを細胞全長にわたって集積し演算することにより, 三次元的な計量が可能になった。

Using an image processing system and a personal computer, we tried to represent the form of wood cells as a curve by connecting the centers of gravity of the cells through serial transverse sections. Photographs taken from poplar differentiating xylem were recorded to the image processing system and the centers of gravity of 50 to 90 cells on each section were calculated. In the reconstruction of serial sections, two adjacent sections were relatively moved with translation and rotation to minimize the distance between the centers of gravity of corresponding cells. Using these methods, we could grasp visually the three-dimensional form of cells and threedimensional analysis of cells e.g. curvature of wood fiber was possible. In the differentiating zone examined, the form of cells in a radial file were similar to each other at the center of cells, and curved to tangential direction rather than radial direction, whereas at the tip, the forms were not similar to each other and show peculiar elongation. The cell differentiating to a vessel element was much different to other cells and affects the form and arrangement of other cells. The curvature of cell axis was possible to be calculated along the cell length. The relation between curvature and cell differentiation was not clear in this small zone examined. Curvature much varied even in cells belonging to the same radial file. But in the area adjacent to ray, the curvatures of cell axes in the same radial file were resemble to each other. In the tip, curvature tended to fluctuate somewhat. Cell volume and the center of gravity of cell were also possible to be calculated. The examined zone was so small that volumes of cells did not relate to the differentiation.