(57)【要約】【課題】顕微授精の訓練には現実の卵子が必要となるため、顕微授精のスキルを高めることが困難であった。【解決手段】顕微授精訓練装置は、少なくとも２次元の表示装置と、溶液に漬けられた卵子の仮想的な３次元の位置を演算する卵子位置演算部と、ピペットを装着可能なマニピュレータの先端の位置を操作する操作処理を受け付ける操作処理受付部と、この操作処理に基づいて、ピペットの少なくとも先端の３次元の位置を演算し、先端の位置が、仮想的な卵子に対して、予め定めた位置関係以上に近接した関係にあると判断したとき、溶液に漬けられた卵子とピペットの少なくとも先端とを含む映像を生成し、表示装置に表示する演算表示部とを備える。この装置により、卵子を使用する顕微鏡下の作業をシミュレーションし、顕微授精の訓練を行なうことができる。【選択図】図３
2020185007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
卵子を使用する顕微鏡下の作業をシミュレーションする顕微授精訓練装置であって、
少なくとも２次元の表示装置と、
溶液に漬けられた卵子の仮想的な３次元の配置を演算する卵子配置演算部と、
ピペットを装着可能なマニピュレータの先端の位置を操作する操作処理を受け付ける操作処理受付部と、
前記操作処理受付部が受け付けた前記操作処理に基づいて、前記ピペットの少なくとも先端の３次元の位置を演算し、該先端の位置が、前記演算された仮想的な卵子に対して、予め定めた位置関係以上に近接した関係にあると判断したとき、前記溶液に漬けられた卵子と前記ピペットの少なくとも先端とを含む映像を生成し、前記表示装置に表示する演算表示部と
を備えた顕微授精訓練装置。
【請求項２】
請求項１記載の顕微授精訓練装置であって、
前記操作処理受付部によって受け付けた操作処理により、前記ピペットを移動するピペット駆動部と、
該移動されるピペットの少なくとも先端が存在し得るとして予め定めた３次元の位置の映像をピペット映像として撮像するピペット映像部と、
を備え、
前記演算表示部は、
前記溶液に漬けられた卵子の映像である卵子映像を生成する卵子映像生成部を備え、
前記ピペット映像と前記卵子映像とを合成して、前記表示装置に表示する
顕微授精訓練装置。
【請求項３】
請求項１記載の顕微授精訓練装置であって、
前記ピペットは仮想的なピペットであり、
前記操作処理受付部によって受け付けた操作処理により、前記仮想的なピペットの移動位置を演算するピペット移動位置演算部と、
前記演算されたピペットの少なくとも先端が、前記卵子の仮想的な３次元の配置として定めた領域に存在するとき、前記演算された移動位置における前記ピペットの映像であるピペット映像を生成するピペット映像部と、
を備え、
前記演算表示部は、
前記溶液に漬けられた卵子の映像である卵子映像を生成する卵子映像生成部を備え、
前記ピペット映像と前記卵子映像とを合成して、前記表示装置に表示する
顕微授精訓練装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の顕微授精訓練装置であって、
前記卵子映像生成部は、
前記ピペット先端が卵子に近接した場合の卵子の挙動を、前記溶液を介した動きとして演算し、映像を作り出す第１映像出力部と、
前記ピペット先端が卵子に接触した場合の卵子の挙動を、ピペット先端の形状、卵子表面の膜の性状、卵子に対するピペット先端の接触位置から演算し、卵子の映像を作り出す第２映像出力部と、
前記ピペット先端が卵子表面の膜を破って内部に侵入した後の卵子の挙動を、ピペット先端を含むピペットの形状、卵子内部の細胞質の性状、卵子に対するピペット先端の接触位置から演算し、映像を作り出す第３映像出力部と、
前記操作処理受付部が受け付けた操作処理により、前記ピペット先端と前記卵子の位置関係を演算し、対応する前記第１ないし第３映像出力部からの映像を、前記卵子映像として出力する卵子映像出力部と
を備えた顕微授精訓練装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の顕微授精訓練装置であって、
前記操作処理受付部は、
重力方向に直交する２方向への前記ピペットの移動を指示する操作処理を、方向毎に受け付けるＸ方向受付部およびＹ方向受付部と、
前記ピペットの軸方向への進退を指示する進退指示受付部と
を備える顕微授精訓練装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の顕微授精訓練装置であって、
前記ピペットは、前記卵子が存在するとされる位置に対して対称の位置のそれぞれに設けられ、
前記操作処理受付部は、各ピペット毎に、前記操作処理を受け付けるよう設けられた
顕微授精訓練装置。
【請求項７】
前記ピペットは、内部に通路を有するものとされている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の顕微授精訓練装置。
【請求項８】
請求項７記載の顕微授精訓練装置であって、
前記操作処理受付部は、前記ピペットの通路に存在する液体への加圧量を増減する操作処理を受け付ける加圧量操作受付部を備え、
前記演算表示部は、少なくとも前記ピペット先端が前記卵子の内部に位置する状態である場合に、前記加圧量、前記卵子内部の細胞質の性状、前記液体の性状からピペット内部の液体の挙動を演算し、前記通路の液体の映像を生成する
顕微授精訓練装置。
【請求項９】
前記表示装置は、顕微鏡視野として映像を表示するよう設けられた請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の顕微授精訓練装置。
【請求項１０】
前記演算表示部が前記表示装置に表示する前記映像を、前記表示装置とは別に表示する２次元表示装置を備える請求項９記載の顕微授精訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微授精の訓練を行なう装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
妊娠を望む人が避妊なしで１〜２年以内に妊娠にいたることができない場合、不妊症と診断される。不妊症に対する治療（以下、不妊治療と称する）の１つに、体外受精（コンベンショナル体外受精、顕微授精）がある。
【０００３】
体外受精では、受精卵を数日間（通常、１〜７日程度）培養した胚を凍結保存し、適時解凍して子宮に移植する場合がある。また、患者等の要望により、採卵された卵子（受精前）を凍結保存する場合もある。人の卵（卵子と胚を含む）を凍結保存する場合には、超急速ガラス化保存法により凍結すると、緩慢凍結法と比較して卵へのダメージが低い（ほとんどない）ことが知られている。超急速ガラス化保存法は、凍結専用シートに卵と微少量の凍結保護液を載せ、１つの卵が微少量の凍結保護液に内包された状態で、液体窒素で瞬時に凍結させる方法である。人の卵は、約１５０〜２００μｍと非常に小さいため、卵子や胚を凍結専用シートに載せる作業は、顕微鏡下で行なわれる。
【０００４】
また、顕微授精（ICSI：intracytoplasmic sperm injection）では、顕微鏡を使用して卵子を見ながら細胞操作用マイクロマニピュレータを用いて卵子内へ精子を注入して受精させる。
【０００５】
このように、体外受精に伴う上記の作業は、顕微鏡やマニピュレータを用いて行なわれる精密な作業であるため、熟練を要する。従来、これらの技術の習得には、患者から採卵した未成熟卵子、未受精卵子等の胚移植に適さない卵子を用いている。マニピュレータは顕微授精用に、極めて微少な動きを精度良く実現するマイクロマニピュレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３０７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、患者から採取された卵子を用いると、患者数が少ない病院では、習練の機会が少なく、技術の向上が困難である。そのため、体外受精に成否に関わる重要な上記技術の習熟度に、患者数の多少によって病院間で差が生じるおそれがある。また、患者から採取された卵子を用いて習練を行なうことに、倫理的な問題を感じる者もいる。超急速ガラス化保存法による卵凍結や顕微授精の技術の習熟度は、体外受精の成否に及ぼす影響が大きいため、それらの技術を習熟した人材の育成が望まれている。また、インジェクションピペットなどを精密に動作させるマイクロマニピュレータは極めて高額であり、練習の目的で取りそろえることも困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
（１）本発明の第１の態様として、卵子を使用する顕微鏡下の作業をシミュレーションする顕微授精訓練装置が提供される。この顕微授精訓練装置は、少なくとも２次元の表示装置と、溶液に漬けられた卵子の仮想的な３次元の位置を演算する卵子位置演算部と、ピペットを装着可能なマニピュレータの先端の位置を操作する操作処理を受け付ける操作処理受付部と、前記操作処理受付部が受け付けた前記操作処理に基づいて、前記ピペットの少なくとも先端の３次元の位置を演算し、該先端の位置が、前記演算された仮想的な卵子に対して、予め定めた位置関係以上に近接した関係にあると判断したとき、前記溶液に漬けられた卵子と前記ピペットの少なくとも先端とを含む映像を生成し、前記表示装置に表示する演算表示部とを備える。
【００１０】
この顕微授精訓練装置は、溶液に漬けられた卵子の仮想的な３次元の位置を演算し、これに対するピペットの位置関係から、算された仮想的な卵子に対して、予め定めた位置関係以上に近接した関係にあると判断したとき、前記溶液に漬けられた卵子と前記ピペットの少なくとも先端とを含む映像を生成し、表示装置に表示する。このため、実際の卵子を用いることなく顕微授精を訓練することができる。ここでピペットとしては、インジェクションピペットのような卵子を穿刺して精子を含む溶液を送り込むピペットや、卵子を保持するためのホールド用マイクロピペット等、種々のものを利用することができる。なお、こうしたピペットは実際にマニピュレータに装着したものを用いてもよいし、ピペットも仮想的なものとして、その映像を作り出してもよい。後者の場合、ピペットの位置は仮想的なピペットの先端の位置として演算すればよい。
【００１１】
（２）こうした顕微授精訓練装置において、前記操作処理受付部によって受け付けた操作処理により、前記ピペットを移動するピペット駆動部と、該移動されるピペットの少なくとも先端が存在し得るとして予め定めた３次元の位置の映像をピペット映像として撮像するピペット映像部とを備えるものとしてよい。加えて、演算表示部は、前記溶液に漬けられた卵子の映像である卵子映像を生成する卵子映像生成部を備え、前記ピペット映像と前記卵子映像とを合成して、前記表示装置に表示するものとしてよい。かかる顕微授精訓練装置では、実際のピペットを用い、そのピペットを撮像した映像と、仮想的な卵子の卵子映像とを合成して表示するので、訓練者は、実際の顕微授精の際に必要な現実のピペットの取扱いに習熟することができる。なお、ピペット映像部や卵子映像生成部は、ピペットや卵子の映像を静止画として生成してもよいし、動画として生成するものとしてもよい。本明細書では、静止画と動画を併せて映像と呼ぶ。動画も詳しく見れば、静止画の連続であり、時間軸上においてどのような細かさで提示するかは、顕微授精訓練装置の能力や訓練者のスキルによって定めればよい。可能な限り現実の卵子やピペットの動きに近い映像の方が、訓練には適していることは言うまでもないが、装置の能力を上げるにはコストがかかるため、例えば初歩的な訓練には、紙芝居的な静止画の提示でもそれなりの効果を期待することができる。従って、訓練の目的や訓練者のスキル、費用対効果等を勘案して、映像表示の能力を決定すればよい。
【００１２】
（３）こうした顕微授精訓練装置において、前記ピペットは仮想的なピペットであり、前記操作処理受付部によって受け付けた操作処理により、前記仮想的なピペットの移動位置を演算するピペット移動位置演算部と、前記演算されたピペットの少なくとも先端が、前記卵子の仮想的な３次元の配置として定めた領域に存在するとき、前記演算された移動位置における前記ピペットの映像であるピペット映像を生成するピペット映像部と、を備え、前記演算表示部は、前記溶液に漬けられた卵子の映像である卵子映像を生成する卵子映像生成部を備え、前記ピペット映像と前記卵子映像とを合成して、前記表示装置に表示するものとしてよい。この顕微授精訓練装置によれば、ピペットも仮想的なものなので、訓練者の操作処理を受け付ける操作処理受付部と表示に必要なハードウェアさえあれば良く、装置構成を簡略することができる。
【００１３】
（４）かかる顕微授精訓練装置において、前記卵子映像生成部は、（Ａ）前記ピペット先端が卵子に近接した場合の卵子の挙動を、前記溶液を介した動きとして演算し、映像を作り出す第１映像出力部と、（Ｂ）前記ピペット先端が卵子に接触した場合の卵子の挙動を、ピペット先端の形状、卵子表面の膜の性状、卵子に対するピペット先端の接触位置から演算し、卵子の映像を作り出す第２映像出力部と、（Ｃ）前記ピペット先端が卵子表面の膜を破って内部に侵入した後の卵子の挙動を、ピペット先端を含むピペットの形状、卵子内部の細胞質の性状、卵子に対するピペット先端の接触位置から演算し、映像を作り出す第３映像出力部と、（Ｄ）前記操作処理受付部が受け付けた操作処理により、前記ピペット先端と前記卵子の位置関係を演算し、対応する前記第１ないし第３映像出力部からの映像を、前記卵子映像として出力する卵子映像出力部とを備えるものとてよい。こうすれば、顕微授精訓練装置は、ピペット先端と卵子との位置関係に応じて、適切な映像を出力することができ、顕微授精の訓練を適切に行なうことができる。
【００１４】
（５）上記の顕微授精訓練装置において、前記操作処理受付部は、重力方向に直交する２方向への前記ピペットの移動を指示する操作処理を、方向毎に受け付けるＸ方向受付部およびＹ方向受付部と、前記ピペットの軸方向への進退を指示する進退指示受付部とを備えるものとしてよい。こうすれば、重力方向に直交する２方向とピペットの進退方向に、ピペットを自由に移動することができる。移動されるピペットは実際のピペットであってもよいし、仮想的なものであってもよい。
【００１５】
（６）上記の顕微授精訓練装置において、前記ピペットは、前記卵子が存在するとされる位置に対して対称の位置のそれぞれに設けられ、前記操作処理受付部は、各ピペット毎に、前記操作処理を受け付けるよう設けてもよい。こうすば、卵子に対して対称の位置に設けられた２つのピペットのそれぞれを操作することができ、実際の顕微授精に必要なスキルを訓練することができる。もとより、訓練の初期においては、扱えるピペットを１つとして、順次スキルアップを図っていくということも可能である。
【００１６】
（７）前記ピペットは、内部に通路を有するものとしてもよい。こうすれば、内部の通路を用いて精子を含む溶液を送り込む訓練や、内部の通路を負圧にして、卵子をホールドするといった訓練を行なうことができる。
【００１７】
（８）上記の顕微授精訓練装置において、前記操作処理受付部は、前記ピペットの通路に存在する液体への加圧量を増減する操作処理を受け付ける加圧量操作受付部を備え、前記演算表示部は、少なくとも前記ピペット先端が前記卵子の内部に位置する状態である場合に、前記加圧量、前記卵子内部の細胞質の性状、前記液体の性状からピペット内部の液体の挙動を演算し、前記液体通路の液体の映像を生成するものとしてもよい。この顕微授精訓練装置では、ピペット内部の液体の挙動を表示することができ、精子を含む溶液の送り込みの訓練等を行なうことができる。
【００１８】
（９）こうした顕微授精訓練装置では、前記表示装置は、顕微鏡視野として映像を表示するよう設けてもよい。表示装置は必ずしも顕微鏡視野として合成映像等を表示する必要はないが、顕微鏡視野として表示し、これを接眼レンズを介して視認するようにすれば、実際の顕微授精に近い状況を作り出すことができ、訓練の実効性を高めることができる。
【００１９】
（１０）こうした顕微授精訓練装置において、前記演算表示部が前記表示装置に表示する前記映像、前記表示装置とは別に表示する２次元表示装置を備えるものとしてもよい。こうすれば、一人の訓練者が訓練している様子を他の人が容易に視認することができ、指導者によるアドバイスや講評が可能となる。あるいは、訓練者の訓練中の映像を他の訓練者の参考に供することができる。
【００２０】
本発明は、こうした顕微授精訓練装置に限定されるものではなく、顕微授精訓練方法や、顕微授精訓練装置の制御方法、訓練映像の生成方法、シミュレーション装置等としても実現可能である。また３次元的な位置の演算や映像の生成については、少なくとも一部をソフトウェアによって実現してもよいし、少なくとも一部をハードウェアによって実現してもよい。ソフトウェアによって実現する場合、演算等を行なう構成は、訓練者が操作する装置に内蔵してもよいし、ネットワークを介して接続される特定のサーバやいわゆるクラウドにおいて、演算された座標位置や生成された映像を、ネットワーク経由で受け取って表示等を行なうものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】顕微授精に用いられる装置と顕微授精の様子を示す説明図である。
【図２】顕微授精の要部を示す説明図である。
【図３】実施形態としての顕微授精訓練装置の概要を示す説明図である。
【図４】操作部の構成を示す正面図である。
【図５】マニピュレータの構成例を示す説明図である。
【図６】操作部の操作によりピペットが動作する様子を示す説明図である。
【図７】第１実施形態におけるシミュレーション制御部の概略構成図である。
【図８】第１実施形態におけるシミュレーション処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】卵子の構造を模式的に示す説明図である。
【図１０】卵子と、インジェクションピペットおよびホールド用マイクロピペットとの位置関係を例示する説明図である。
【図１１】第２実施形態におけるシミュレーション制御部の構成を示す概略構成図である。
【図１２】第２実施形態におけるシミュレーション処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
Ａ．顕微授精の概要：
本発明の第１実施形態としての顕微授精訓練装置について以下説明するが、顕微授精訓練装置の説明に先だって、顕微授精を行なう装置およびその装置を用いて行なわれる作業について説明する。図１は、顕微授精の操作に用いられる装置および顕微授精の処理について示す説明図である。図２は、顕微授精の要部を示す説明図である。図２は、模式図であり、後述する卵子１０の大きさと膜厚等は、実際の卵子の各サイズとの相関関係はない。顕微授精では、作業者Ｅ（例えば胚培養士）は、顕微授精装置２０を用いて、卵子に、インジェクションピペットを用いて、精子を注入する作業を行なう。
【００２３】
図１、図２に示すように、顕微授精装置２０は、倒立顕微鏡２５と、１対の細胞操作用のマニピュレータ３１，３２と、１対のインジェクター７９（作業者Ｅの右手側のインジェクターは不図示）と、インジェクションピペット３４と、ホールド用マイクロピペット３６と、を備える。倒立顕微鏡２５は、接眼レンズ２１と、ステージ２２と、対物レンズと、を備える。ステージ２２の上方の左右両側には、左右一対のマニピュレータ３１，３２が配置されている。マニピュレータ３１には、ホルダー３３（図２）を介してインジェクションピペット３４が支持されている。マニピュレータ３２には、ホルダー３５を介してホールド用マイクロピペット３６が支持されている。マニピュレータ３１，３２（図１）は、作業者Ｅの操作に応じて、それぞれ、インジェクションピペット３４，ホールド用マイクロピペット３６を、前後、左右および上下に、精密に動かすことができる。作業者Ｅは、顕微授精装置２０の右左に配置された操作部３７，３８を操作することにより、マニピュレータ３１，３２を自由に操作することができる。ホルダー３３の他端には、可撓性のチューブ４１を介してインジェクター（不図示）が接続されており、ホルダー３５の他端には、可撓性のチューブ４２を介してインジェクター７９が接続されている。１対のインジェクターは、作業者Ｅの操作に応じて、チューブ４１，４２およびホルダー３３，３５内の圧力を調整する。
【００２４】
顕微授精を行なう際、作業者Ｅは、倒立顕微鏡２５のステージ２２上にシャーレ５０を載置する（図２）。このとき、シャーレ５０は、マニピュレータ３１とマニピュレータ３２との間に配置される。図２に示すように、シャーレ５０内に形成された培養液のドロップ５２はミネラルオイル５４に被覆され、培養液のドロップ５２内に顕微授精を行なうための卵子１０が配置されている。卵子１０の密度は、培養液の密度より大きいため、卵子１０は培養液のドロップ５２内で沈んでいる。作業者Ｅは、倒立顕微鏡２５（図１）の接眼レンズ２１を覗き、対物レンズを介してシャーレ５０内を観察しながら、マニピュレータ３１，３２を操作すると共に、インジェクター７９および図示せざる他方のインジェクターを操作して、ホールド用マイクロピペット３６（図５）の先端に卵子１０を吸い付けて固定し、インジェクションピペット３４の先端を卵子１０に穿刺する。卵子１０にインジェクションピペット３４を穿刺するとき、インジェクションピペット３４が卵子１０に侵入する前に、約１０μｍ〜１５μｍ弾性変形する。本実施形態では、培養液として生理食塩水（塩化ナトリウムを０．９ｗ／ｖ％含有する食塩水）を用いているが、これに限定されない。卵子１０を倒立顕微鏡２５の視野に配置する皿として、シャーレ５０に代えて、パレットを用いてもよい。
【００２５】
Ｂ．第１実施形態：
図３は、第１実施形態としての顕微授精訓練装置１００の概要を示す概略構成図である。この顕微授精訓練装置１００は、装置の外観は、図１を用いて説明した顕微授精装置２０とほぼ同じである。この顕微授精訓練装置１００には、接眼レンズ１２１、ピペット駆動部としてのマニピュレータ１３１，１３２、ホルダー１３３，１３５、操作部１３７，１３８、インジェクションピペット１３４、ホールド用マイクロピペット１３６、チューブ１４１，１４２、圧力設定部１６９，１７９、等が備えられている。
【００２６】
顕微授精訓練装置１００では、顕微授精装置２０に変えて、ビデオカメラ１１０と高精細ディスプレイ１２０が設けられている。この高精細ディスプレイ１２０は、接眼レンズ１２１の直下に設けられており、顕微授精訓練装置１００を用いて顕微授精の訓練を行なう訓練者は、接眼レンズ１２１を介して、この高精細ディスプレイ１２０の画面を見る。この接眼レンズ１２１は、高精細ディスプレイ１２０の表示を、あたかも顕微授精装置２０の視野のように見るために設けられている。高精細ディスプレイ１２０には、後述する様に、卵子等を拡大して表示しているので、接眼レンズ１２１の倍率は、実際の顕微授精装置２０の接眼レンズより倍率は低い。
【００２７】
ビデオカメラ１１０には、比較的焦点深度の浅いレンズ系を採用しており、オートアイリス（自動絞り）とオートフォーカス（自動焦点）の機能が設けられている。このため、ビデオカメラ１１０は、常時、適正な明るさで対象に焦点を合わせて撮像する。ビデオカメラ１１０は、顕微授精装置２０における対物レンズの位置に設けられており、顕微授精装置２０であれば、シャーレ５０が配置されている領域を撮像する。図３では、仮想線でシャーレと卵子が漬けられた溶液であるオイル等を描いたが、顕微授精訓練装置１００では、実際のシャーレは設けられていないから、ビデオカメラ１１０は、インジェクションピペット１３４の先端およびホールド用マイクロピペット１３６の先端が通常位置する領域を撮像する。ビデオカメラ１１０のオートフォーカス機能は、両ピペット１３４，１３６の先端付近を検出してここに焦点を合わせている。両ピペット１３４，１３６は、操作部１３７，１３８を操作することにより、マニピュレータ１３１，１３２によって移動される。移動機構については、後述する。
【００２８】
次に、操作部１３７，１３８について説明する。図４は、訓練者の右手側に設けられた操作部１３７の概要を示す説明図である。左手側の操作部１３８は、各部が左右対称に設けられている点を除いて、そのハードウェア構成は同一である。以下、操作部１３７を用いて説明するが、操作部から得られる信号等は、操作部１３８でも同様である。
【００２９】
操作部１３７は、本体１５０の上端手前側から第１アーム１５１が突き出ており、更に第１アーム１５１の先端下方に、第２アーム１５２が垂下している。第１アーム１５１の側方には、Ｘ軸用ハンドル１６１が設けられている。また、第１アーム１５１の先端手前側には、Ｙ軸用ハンドル１６３が設けられている。第２アーム１５２の先端には、Ｚ軸用ハンドル１６５が設けられている。更に本体１５０の右側方には、Ｔ軸移動用ハンドル１６７が設けられている。圧力設定部１６９は、操作部１３７の外側に設けられている。圧力設定部１６９は、インジェクションピペット１３４の内部に充填された液体に加える圧力を設定するたの操作量を出力する。なお、ホールド用マイクロピペット１３６用の圧力設定部１７９も含めて、圧力設定部１６９，１７９では、圧力は正圧のみならず、負圧も設定可能である。
【００３０】
各軸用のハンドル１６１，１６３，１６５，１６７は、図示しないエンコーダに結合されている。従って、各ハンドルを回転させると、回転量に応じた信号が出力される。実際の操作部１３７，１３８には、両ピペット１３４，１３６を大きく移動する粗動用ハンドルが別に設けられているが、両ピペット１３４，１３６を移動させるという意味では本質的な差はないので、粗動用ハンドルについては図示および説明を省略する。また、上記の様に、実際の信号を出力するのは、各ハンドル毎に設けられたエンコーダであるが、説明が煩雑になるのを避けるために、以下の説明では、右手用の操作部１３７の各ハンドル１６１，１６３，１６５，１６７および左手用の操作部１３８の各ハンドル１７１，１７３，１７５，１７７の操作により、各操作量に応じた信号が出力されるものとする。詳しくは後述するが、右手用の操作部１３７の各ハンドル１６１，１６３，１６５，１６７から出力される信号を、それぞれＸ１操作量、Ｙ１操作量、Ｚ１操作量、Ｔ１操作量と呼び、左手用の操作部１３８の各ハンドル１７１，１７３，１７５，１７７から出力される信号を、それぞれＸ２操作量、Ｙ２操作量、Ｚ２操作量、Ｔ２操作量と呼ぶ。サフィクスの「１」は、右手側、つまりインジェクションピペット１３４を操作するための信号であることを示し、サフィクスの「２」は、左手側、つまりホールド用マイクロピペット１３６を操作するための信号であることを示す。
【００３１】
次に、図５を用いて、マニピュレータ１３１，１３２におけるインジェクションピペット１３４およびホールド用マイクロピペット１３６の移動機構について説明する。図５は、インジェクションピペット１３４用の移動機構を示す、ホールド用マイクロピペット１３６の移動機構も同様である。
【００３２】
図示するように、マニピュレータ１３１のホルダー１３３には、インジェクションピペット１３４が取り付けられており、このホルダー１３３は、ホルダー１３３を、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向に移動するためのＸ軸アクチュエータ１８１、Ｙ軸アクチュエータ１８３、Ｚ軸アクチュエータ１８５が設けられている。また、インジェクションピペット１３４には、インジェクションピペット１３４をその軸線方向であるＴ方向に移動するＴ軸アクチュエータ１８７が設けられている。
【００３３】
ここで、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ｔ軸について説明する。図１に示した作業者（ここでは訓練者）Ｅと卵子が収容されたシャーレ５０との関係を想定して、図３および図５に示したように、作業者Ｅから見て左右方向、つまりインジェクションピペット１３４からホールド用マイクロピペット１３６に向かう方向がＸ方向であり、この方向の軸をＸ軸と呼ぶことがある。Ｘ軸アクチュエータ１８１が動作すると、ホルダー１３３は、図示左右方向、つまりＸ方向に移動する。他方、Ｘ方向に直交し、インジェクションピペット１３４から訓練者に向かう方向をＹ方向と呼ぶ。この方向の軸をＹ軸と呼ぶことがある。Ｙ軸アクチュエータ１８３が動作すると、ホルダー１３３は、図５の紙面前後方向、つまりＹ方向に移動する。また、Ｘ方向，Ｙ方向に直交する方向であって、図示上向きの方向をＺ方向と呼ぶ。この方向の軸をＺ軸と呼ぶことがある。Ｚ軸アクチュエータ１８５が動作すると、ホルダー１３３は、図５の上下方向、つまりＺ方向に移動する。Ｚ方向は、重力方向と平行な方向である。
【００３４】
以上説明したＸ，Ｙ，Ｚ軸アクチュエータ１８１，１８３，１８５はいずれもホルダー１３３を移動するものであるのに対して、Ｔ軸アクチュエータ１８７は、インジェクションピペット１３４をホルダー１３３上において、その軸線方向に移動するアクチュエータである。ピペットの軸線方向をＴ方向と呼ぶ。なお、インジェクションピペット１３４における軸線方向と、ホールド用マイクロピペット１３６の軸線方向とは、交差またはねじれの位置にあるが、両ピペット軸線方向はいずれもＴ方向と呼ぶ。
【００３５】
図５では、各軸アクチュエータ１８１，１８３，１８５，１８７は、回転するモータを模擬して描いたが、通常、モータにより回転するギヤとピニオンとのかみ合わせにはバックラッシュと呼ばれる遊びが存在する。このため、ギヤの回転方向を反転すると、僅かではあるが、ピニオンが停止したままとなる領域が存在し、これが作動上の誤差となる。インジェクションピペット１３４は、ミクロンオーダーの卵子に対する操作を行なうものであるため、こうしたバックラッシュは通常許容できない。従って、実際の各軸アクチュエータは、油圧を用いた油圧アクチュエータとして実現されている。もとより、シザースギヤ等を用いて、バックラッシュを完全に取り除いた機構を用いれば、モータ等の電動系により各アクチュエータを実現することも可能である。
【００３６】
以上説明した操作部１３７，１３８の各軸ハンドルやマニピュレータ１３１，１３２の各軸アクチュエータは、駆動装置１４４に接続され、操作部１３７，１３８の各軸ハンドルを操作することにより、各軸アクチュエータが作動し、インジェクションピペット１３４やホールド用マイクロピペット１３６を移動する。駆動装置１４４を中心とした接続を図６に示した。図示するように、駆動装置１４４には、右操作部入力部１４５，左操作部入力部１４６，駆動信号演算生成部１４７，インジェクションピペット駆動信号出力部１４８，ホールドピペット駆動信号出力部１４９が備えられている。
【００３７】
駆動装置１４４の右操作部入力部１４５には、操作部１３７の各ハンドル１６１〜１６７の各エンコーダが接続されている。各エンコーダから入力される信号を、それぞれ、Ｘ１操作量、Ｙ１操作量、Ｚ１操作量、Ｔ１操作量として示した。駆動装置１４４の左操作部入力部１４６には、操作部１３８の各ハンドル１７１〜１７７の各エンコーダが接続されている。各エンコーダから入力される信号を、それぞれ、Ｘ２操作量、Ｙ２操作量、Ｚ２操作量、Ｔ２操作量として示した。
【００３８】
駆動信号演算生成部１４７は、右操作部入力部１４５および左操作部入力部１４６を介して入力された各操作量に基づき、マニピュレータ１３１の各軸アクチュエータ１８１〜１８７の駆動量およびマニピュレータ１３２の各アクチュエータ１９１〜１９７の駆動量を演算する。駆動信号演算生成部１４７が演算して出力する信号は、インジェクションピペット駆動信号出力部１４８およびホールドピペット駆動信号出力部１４９により、各アクチュエータ用の信号に変換されて、各アクチュエータに出力される。この結果、操作部１３７，１３８の各ハンドルを操作すると、その操作量に応じて、インジェクションピペット１３４およびホールド用マイクロピペット１３６が移動する。
【００３９】
次に、図７に依拠して、シミュレーション制御部２００の構成について説明する。図７は、シミュレーション制御部２００の概略構成図である。図示するように、シミュレーション制御部２００は、周知のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、記憶装置としてのハードディスク（ＨＤ）２０５の他、圧力設定部１６９，１７９から圧力の設定操作量Ｐ１，Ｐ２を入力する圧力操作入力部２１０、卵子の情報を記憶している卵子情報記憶部２２０、溶液に漬けられた卵子の映像を生成する卵子映像生成部２３０、ビデオカメラ１１０からの動画像を入力する映像入力部２４０、ビデオカメラ１１０からの映像を解析するデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２５０、映像の合成を行ない合成映像を高精細ディスプレイ１２０に出力する映像合成出力部２６０等を備える。
【００４０】
卵子情報記憶部２２０は、卵子に関する種々の情報を記憶している。卵子の関する種々の情報とは、卵子の大きさ、膜厚、細胞質の比重、粘度、極体の大きさと位置等に関する情報である。顕微授精訓練装置１００は、シミュレーション制御部２００が作り出した卵子の映像を訓練に供するが、現実の卵子は、ある程度の幅で大きさ、形状、性状が異なる。そこで、毎回同じ大きさ、形状、性状の卵子がシミュレーションされないように、現実の卵子から測定して得られた種々の情報を、卵子情報記憶部２２０に記憶しておき、シミュレーションに用いるのである。もとより、こうした情報は、ハードディスク２０５に記憶しておいてもよい。あるいは、標準的な卵子の大きさ、形状、性状の情報とその統計的な偏差量とを記憶しておき、統計処理により、異なる大きさ、形状、性状の卵子の情報を毎回生成するものとしてもよい。
【００４１】
卵子映像生成部２３０は、卵子情報記憶部２２０に記憶された上記情報を用いて、溶液（培養液のドロップ）に漬けられた状態を想定し、仮想的な卵子の映像を生成する。卵子の映像は、例えば図９に例示するように、本体部１２と膜部１４と極体部１６とからなる卵子１０の形状を決定し、例えば外径ＤＢ１、膜部１４を除く本体部１２の直径ＤＢ２、極体部１６の直径ＤＢ３等を決定し、これらの情報や卵子に想定される他の性状、例えば比重や粘性等の情報に基づいて生成する。正確には、培養液のドロップに漬けられた場合の卵子１０の映像を生成する。卵子映像生成部２３０は、卵子の上記外形形状の映像を生成するだけでなく、卵子の存在位置や回転位置（極体部１６の回転位置）等も乱数を用いてランダムに決定し、その位置に対応した映像を生成する。このため、生成された卵子１０の映像は、生成された映像全体の中で、常に中央に存在する訳ではなく、また極体部１６が常に頂点位置に位置する訳でもない。但し、卵子１０の位置については、完全なランダム配置ではなく、映像全体の中心位置を中心に、Ｘ，Ｙ平面において、標準正規分布に従う確率で卵子１０が配置されるようにしている。従って、卵子１０の全体映像が、画面（訓練者にとっての視野）に入るようにしている。従って、卵子映像生成部２３０は、卵子配置演算部と演算表示部とを兼ねている。
【００４２】
他方、ＤＳＰ２５０は、映像入力部２４０が入力したビデオカメラ１１０の映像に基づき、インジェクションピペット１３４やホールド用マイクロピペット１３６が必要な情報を抽出する処理を行なう。ビデオカメラ１１０の映像から抽出される情報としては、両ピペット１３４，１３６の外形、特に先端の外形形状であり、その先端位置の座標等がある。先端位置の座標のうち、Ｘ方向の座標およびＹ方向の座標は、映像から、容易に求めることができる。Ｚ方向の座標は、記述したように、ビデオカメラ１１０の自動焦点により両ピペット１３４，１３６の先端に焦点を合わせているので、その焦点位置（焦点距離）に基づいて決定する。なお、ビデオカメラ１１０を複数台設けて、いわゆる両眼視により両ピペット１３４，１３６の先端までの距離（Ｚ座標）を求めるようにしてもよい。
【００４３】
ビデオカメラ１１０が撮像した映像から、ＤＳＰ２５０が、両ピペット１３４，１３６の先端の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることにより、仮想的な卵子１０に対して、インジェクションピペット１３４等が接近、接触、穿刺等の作用を及ぼす位置関係にあることを知ることができる。そこで、卵子映像生成部２３０は、ＤＳＰ２５０から受け取った両ピペット１３４，１３６の先端の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて、両ピペット１３４，１３６による作用を卵子が受けるものとして、作用を受けた卵子の映像を、卵子情報記憶部２２０に記憶された卵子の情報も参照して演算し生成する。生成の手法の具体例については後述する。
【００４４】
映像合成出力部２６０は、上記のように卵子映像生成部２３０が生成した卵子の映像と、ビデオカメラ１１０により撮像され、映像入力部２４０に入力された映像とを合成し、これを高精細ディスプレイ１２０に出力する。訓練者は接眼レンズ１２１を介して、この合成映像を注視し、操作部１３７，１３８を操作して、マニピュレータ１３１，１３２、より具体的には、インジェクションピペット１３４およびホールド用マイクロピペット１３６の先端位置を調整し、顕微授精作業の訓練を行なう。
【００４５】
顕微授精作業の訓練時に、顕微授精訓練装置１００が実行する処理について、図８を用いて説明する。図８は、顕微授精訓練装置１００のシミュレーション制御部２００が実行するシミュレーション処理ルーチンを示すフローチャートである。顕微授精訓練装置１００を起動すると、まずセットアップ処理を行なう（ステップＳ３００）。この処理は、まず訓練者が、顕微授精訓練装置１００の電源を入れ、次にインジェクションピペット１３４をホルダー１３３に固定し、ホールド用マイクロピペット１３６を、ホルダー１３５に固定し、その上で、顕微授精訓練装置１００に設けられた特定のスイッチ（図示せず）を操作することにより、実行される。なお、訓練者は、両ピペット１３４，１３６をホルダー１３３，１３５に固定する際、既述したＴ軸に両ピペット１３４，１３６の軸線が一致することに留意する。
【００４６】
セットアップ用のスイッチを押すと、シミュレーション制御部２００は、両ピペット１３４，１３６の映像を、高精細ディスプレイ１２０に表示する処理を行なう。訓練者は、この映像を接眼レンズ１２１を介して確認する。この状態で、訓練者は、右左の操作部１３７，１３８の各ハンドルを動かして、両ピペット１３４，１３６の位置を動かせることを確認する。特に重要なのは、Ｔ軸移動用のハンドル１６７，１７７を移動したときに、ピペットがＴ軸に一致して移動している否かの判断である。両ピペット１３４，１３６の軸中心とＴ軸とが一致していないと、卵子１０にインジェクションピペット１３４を穿刺することは難しい。高精細ディスプレイ１２０に表示されたビデオカメラ１１０の映像を見ながら、訓練者は、両ピペット１３４，１３６の軸線とＴ軸方向とが一致するよう、ホルダー１３３，１３５への固定の状態等を調整する。
【００４７】
こうしたセットアップ処理を終了すると、次に訓練者は、図示しない「開始」のスイッチを操作して、シミュレーション制御部２００に卵子情報生成処理（ステップＳ３１０）を実行させる。卵子情報生成処理は、卵子情報記憶部２２０に記憶された卵子の情報を基にして、今からシミュレーションを行なう卵子の情報を生成する処理である。この処理は、毎回違う形状、性状、配置の卵子を生成するために行なう。シミュレーション制御部２００は、卵子情報記憶部２２０に記憶された卵子の情報をランダムに抽出することにより、毎回、卵子の大きさや膜圧等の形状に関する情報、比重や粘性等の性状に関する情報、極体部１６の３次元的な配置に関する情報を生成する。また、仮想的な卵子１０の仮想的なシャーレ５０内での位置も生成する。仮想的な卵子の位置は、ビデオカメラ１１０の視野の中心から所定の範囲内にランダムに措定される。その上で、生成したこの情報を用いて、卵子１０の映像を、この後、両ピペット１３４，１３６の映像と共に表示するための基本映像を生成する。なお、仮想的な卵子１０の位置や大きさ等の情報は、後での演算に備えて、ＣＰＵ２０１に出力され、ＣＰＵ２０１は、これらの情報を後の演算に備えて、演算用のパラメータに変換した上で、ＲＡＭ２０３や演算用のレジスタに記憶する。
【００４８】
他方、ビデオカメラ１１０により撮像し、映像入力部２４０を介して入力した映像から両ピペット１３４，１３６の先端位置を演算する処理を行なう（ステップＳ３２０）。この処理は、上述したように、ＤＳＰ２５０により行なわれる。ＤＳＰ２５０は、ビデオカメラ１１０からの映像を解析し、両ピペット１３４，１３６の先端の映像が合焦の位置になく、ぼけた状態であれば、先端位置の演算は行なわず、「位置特定不能」の信号をＣＰＵ２０１に出力する。この信号を受け取ったＣＰＵ２０１は、卵子映像生成部２３０に対して、先に卵子１０の上方に基づいて生成した卵子映像をそのまま映像合成出力部２６０に出力するように支持する。
【００４９】
他方、操作部１３７，１３８の操作により、各軸アクチュエータ１８１〜１８７，１９１〜１９７が作動し、両ピペット１３４，１３６の先端が、ビデオカメラ１１０の焦点位置に近づいてくると、ＤＳＰ２５０はその映像から、両ピペット１３４，１３６の先端位置を演算する。先端位置は、時系列的に得られる映像をＸ，Ｙ方向に微分することにより、エッジを検出することにより特定することができる。Ｘ方向に一つのエッジが存在し、Ｙ方向に２つのエッジが存在する微小区間を探索し、Ｘ方向のエッジ向きから、その微小領域がインジェクションピペット１３４の先端か、ホールド用マイクロピペット１３６かを判別することは容易である。
【００５０】
このように、ＤＳＰ２５０がビデオカメラ１１０により撮像された映像に基づいて、両ピペット１３４，１３６の先端位置を演算している間も、訓練者は、操作部１３７，１３８の各ハンドル１６１〜１６７、１７１〜１７７を操作して両ピペット１３４，１３６を移動している（ステップＳ３２５）。従って、この移動に伴って、ＤＳＰ２５０が演算する両ピペット１３４，１３６の先端位置の座標も変化していく。
【００５１】
そこで、次にこの両ピペット１３４，１３６の先端位置の座標と卵子映像生成部２３０により生成された仮想的な卵子１０との位置関係を演算する処理を行なう（ステップＳ３３０）。両ピペット１３４，１３６の先端位置と仮想的な卵子との位置関係は大きく分ければ次のようになる。
［１］両ピペット１３４，１３６の先端位置が、仮想的な卵子１０の外形位置の外側に存在する配置（以下、位置関係Ａ１という）、
［２］両ピペット１３４，１３６のいずれかの先端が、仮想的な卵子１０の外形位置に接して存在する配置（以下、位置関係Ａ２という）、
［３］インジェクションピペット１３４の先端が、仮想的な卵子１０の外形位置から内側に所定距離だけ進入して存在する配置（以下、位置関係Ａ３という）、
［４］インジェクションピペット１３４の先端が、仮想的な卵子１０の外形位置から内側の所定距離を超えて存在する配置（以下、位置関係Ａ４という）。
ホールド用マイクロピペット１３６は、卵子の内側に入ることはないので、上記位置関係Ａ３、Ａ４は、インジェクションピペット１３４のみの位置関係となる。
【００５２】
ＤＳＰ２５０かの位置情報を受け取って、両者の位置関係が上記の位置関係Ａ１ないしＡ４のいずれであるかをＣＰＵ２０１が求めると（ステップＳ３３０）、次に、ＣＰＵ２０１は仮想的な卵子１０の状態を演算し、その状態に対応した映像を生成する処理を卵子映像生成部２３０に対して行なわせる（ステップＳ３４０）。この処理が、顕微授精訓練装置１００の中核的な処理なので、以下やや詳しく説明する。
【００５３】
［１］位置関係Ａ１：この場合、基本的に両ピペット１３４，１３６は仮想的な卵子１０に影響を与えないので、卵子映像生成部２３０は、生成した仮想的な卵子１０の映像を映像合成出力部２６０に出力し、映像合成出力部２６０は、この仮想的な卵子１０の映像とビデオカメラ１１０の映像とを合成する。なお、両ピペット１３４，１３６の先端が卵子１０の外表面に極めて接近した状態では、両ピペット１３４，１３６の先端がある程度の速度以上で移動すると、ドロップ５２を介して、卵子１０が僅かに動くことが実際にはあり得る。従って、位置関係Ａ１を、両ピペット１３４，１３６の先端位置が、卵子１０の外表面に近接した場合とそれ以上隔たった場合とに分けて、両ピペット１３４，１３６の先端が卵子１０の外表面に極めて近接（例えば数百ミクロン以下）した場合には、両ピペット１３４，１３６の先端の動きが所定のスピード以上の場合に、卵子が揺らぐように映像を生成させるようにすることも可能である。
【００５４】
［２］位置関係Ａ２：両ピペット１３４，１３６の先端が仮想的な卵子１０の外表面に接している場合には、更に訓練者の操作により、卵子映像生成部２３０は、次のように卵子の映像を生成する。インジェクションピペット１３４については、その先端が卵子１０の先端に接した状態となると、ＣＰＵ２０１は、更にインジェクションピペット１３４の先端の動きを解析する。インジェクションピペット１３４の先端が卵子１０の外表面に接した状態で、その先端が移動すると、卵子１０は、インジェクションピペット１３４の先端の移動距離や速さ、方向に応じて回転運動を起こす。訓練者は、接眼レンズ１２１を介して高精細ディスプレイ１２０に表示された映像を見ながら、操作部１３７のハンドルを操作することにより、卵子を顕微授精に適正な位置に回転させるのである。卵子１０の回転方向の位置は図９に示したように、卵子に存在する極体部１６の位置から視認することができる。ＣＰＵ２０１は、インジェクションピペット１３４先端の動きを解析して、卵子映像生成部２３０に卵子１０がどれだけ、どの方向に回転するかの情報を伝え、卵子映像生成部２３０は、ＣＰＵ２０１からの指示に従い、仮想的な卵子１０が回転する映像を、映像合成出力部２６０に出力する。
【００５５】
他方、ホールド用マイクロピペット１３６が卵子１０の外表面に接していると判断すると、更に圧力設定部１７９の操作量を検出し、圧力設定部１７９を操作して得られた信号Ｐ２を圧力操作入力部２１０を介して入力する。この信号Ｐ２が、負圧を指示していれば、ホールド用マイクロピペット１３６の先端は負圧になり、卵子１０が吸い寄せられて吸着されるとして、卵子映像生成部２３０は、卵子１０の外表面を吸着状態の場合の形状として演算する。この様子を、図１０に示した。図示左側のホールド用マイクロピペット１３６は、内部が負圧になっていると想定され、仮想的な卵子１０の表面は凹み、ホールド用マイクロピペット１３６の先端に吸着された形状となる。なお、ホールド用マイクロピペット１３６により仮想的な卵子１０が吸着された状態になっていれば、インジェクションピペット１３４の先端が仮想的な卵子１０の外表面に接して移動しても、卵子１０の回転運動は生じないと判断し、卵子は吸着状態のままとして映像を出力する。
【００５６】
［３］位置関係Ａ３：インジェクションピペット１３４の先端が、仮想的な卵子１０の外形位置から内側に進入する場合、卵子１０には一定の強度を持った膜部１４が存在するため、インジェクションピペット１３４の卵子への挿入に伴い、この膜部１４の変形が生じる。この様子を図１０に示した。膜部１４の強度は、卵子情報記憶部２２０に記憶した情報を用いて、仮想的な卵子１０毎に設定されているので、その強度に応じた距離Ｌまでは、膜部１４は、変形する。従って、ＣＰＵ２０１は、インジェクションピペット１３４の先端の位置を演算し、その位置が仮想的な卵子１０の外表面から内側に向かって距離Ｌまでは、膜部１４が変形した映像を卵子映像生成部２３０に生成させる。
【００５７】
［４］位置関係Ａ４：インジェクションピペット１３４の先端が、仮想的な卵子１０の外形位置から内側の距離Ｌを超えた状態となった場合には、膜部１４は破れたと判断し、ＣＰＵ２０１は、膜部１４の変形がない状態の卵子形状を卵子映像生成部２３０に生成させる。この状態においては、訓練者は、圧力設定部１６９を操作する。圧力設定部１６９からの信号Ｐ１は、インジェクションピペット１３４の通路に存在する液体への加圧量を増減するものなので、シミュレーション制御部２００は、この信号Ｐ１を圧力操作入力部２１０を介して受け付け、卵子映像生成部２３０に出力する。卵子映像生成部２３０は、この信号Ｐ１の大きさ（正負の符号を含む）、卵子情報記憶部２２０に記憶した卵子内部の細胞質の性状、インジェクションピペット１３４内部の液体の性状等に基づいて、液体の挙動を演算し、液体通路の液体の映像およびその液体が卵子内部に注入された際の映像を生成する。
【００５８】
なお、位置関係Ａ３、Ａ４の間は、仮想的な卵子１０は、ホールド用マイクロピペット１３６により吸着された状態となっているが、仮に訓練者が圧力設定部１７９に触れて、信号Ｐ２が変化すると、吸着圧力が下がったと判断すれば、ホールド用マイクロピペット１３６による吸着は解除されたとして、仮想的な卵子１０のホールド用マイクロピペット１３６の側の映像は変形のないものに戻される。なお、インジェクションピペット１３４による卵子１０への穿刺が行なわれている場合に、ホールド用マイクロピペット１３６による吸着が解除されると、訓練に重大なエラーが生じたとして、警告を発し、そこで訓練を終了するようにしてもよい。
【００５９】
こうした卵子映像の生成（ステップＳ３４０）を行なった後、ＣＰＵ２０１は、卵子映像生成部２３０により生成した映像を映像合成出力部２６０に出力させる（ステップＳ３５０）。映像合成出力部２６０が出力した合成後の映像は、高精細ディスプレイ１２０に表示され、接眼レンズ１２１を介して高精細ディスプレイ１２０に表示している訓練者によって視認される。
【００６０】
かかる構成および機能を備えた顕微授精訓練装置１００を用いることにより、訓練者は、実際の顕微授精の作業をシミュレートして、実際の卵子を用いた実習までに、マニピュレータを用いたインジェクションピペット１３４やホールド用マイクロピペット１３６の扱いに習熟することができる。この顕微授精訓練装置１００では、操作部１３７，１３８を実際に操作することにより、インジェクションピペット１３４やホールド用マイクロピペット１３６が動くので、機器の動作原理を現物を見ることにより直感的に学ぶことができる。他方、卵子１０ついては、完全に仮想的な卵子として扱っているので、未成熟卵子や未受精卵子等の胚移植に用いられなかった卵子を利用する必要がない。従って、こうした未成熟卵子や未受精卵子等が入手しにくい環境でも、顕微授精の基礎的な訓練を行なうことができる。マニピュレータ等の操作は、顕微鏡下でピペット１３４等を移動するので、ある程度の技量を身に付けないと、卵子を用いた訓練は意味をなさないか非効率的である。そうした非効率的な訓練に貴重な未成熟卵子等を用いる必要がない。
【００６１】
Ｃ．第２実施形態
次に本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態における顕微授精訓練装置１００は、第１実施形態と概略構成は類似しているが、第２実施形態の顕微授精訓練装置１００では、第１実施形態におけるインジェクションピペット１３４やホールド用マイクロピペット１３６に相当するものは存在せず、このため各軸アクチュエータ１８１〜１８７、１９１〜１９７も存在しない。操作部１３７，１３８は存在し、各軸用のハンドルも存在する。なお、第２実施形態では、ビデオカメラ１１０はなく、ピペットの映像も用いない。即ち、第２実施形態の顕微授精訓練装置１００は、卵子１０だけが仮想的なものなのではなく、インジェクションピペットおよびホールド用マイクロピペットが共に仮想的なものとして扱われる。以下、仮想的な両ピペットを符号付きで呼ぶ必要がある場合は、図示されていないが、理解の便を図って、それぞれ、インジェクションピペット１３４、ホールド用マイクロピペット１３６と呼ぶことがある。
【００６２】
また、第２実施形態の顕微授精訓練装置１００は、シミュレーション制御部２００に代えて、図１１に示すシミュレーション制御部２００Ａを備える。このシミュレーション制御部２００Ａは、図示するように、ＣＰＵ２０１〜卵子情報記憶部２２０までは第１実施形態と同様の構成を備えるが、他は異なる。具体的には、シミュレーション制御部２００Ａは、入力インタフェース２７０、ＤＳＰ２８０、映像生成部２９０、映像出力部２９５を備える。まず、第２実施形態に特徴的な各部について説明する。
【００６３】
シミュレーション制御部２００Ａの入力インタフェース２７０は、第１実施形態の駆動装置１４４におる操作処理受付部としての右操作部入力部１４５，左操作部入力部１４６に相当し、操作部１３７，１３８の各ハンドルの操作に従って、各エンコーダからの信号を入力する。このシミュレーション制御部２００Ａでは、操作部１３７，１３８のハンドルの操作量（エンコーダからの信号）は、仮想的なインジェクションピペット１３４についての各軸の移動量の信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｔ１、仮想的なホールド用マイクロピペット１３６についての各軸の移動量の信号Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２，Ｔ２として、入力インタフェース２７０を介して入力される。入力されたこれらの信号は、リアルタイムで、ＤＳＰ２８０に入力される。第１実施形態のＤＳＰ２５０は、映像信号から取り出されたデジタル信号を処理して、両ピペット１３４，１３６の先端の位置情報を取り出したが、第２実施形態では、このＤＳＰ２８０を用い、リアルタイムに入力される各軸の信号から、両ピペット１３４，１３６の先端の位置情報を取り出すのである。その詳細については後述する。
【００６４】
ＤＳＰ２８０による演算結果、即ち、両ピペット１３４，１３６の先端の仮想的な位置情報は、映像生成部２９０に出力される。映像生成部２９０は、卵子情報記憶部２２０に記憶された卵子情報およびＤＳＰ２８０から受け取った両ピペット１３４，１３６の先端の位置情報から、卵子１０および両ピペット１３４，１３６の仮想的な映像を生成する。生成された映像は、映像出力部２９５を介して高精細ディスプレイ１２０に出力される。訓練者は、第１実施形態と同様に、この高精細ディスプレイ１２０の映像を低倍率の接眼レンズ１２１を介して視認しつつ、作業（具体的には、操作部１３７および１３８の操作）を行なう。
【００６５】
上記のハードウェア構成を備えた顕微授精訓練装置１００において、顕微授精作業の訓練時に、シミュレーション制御部２００Ａが実行する処理を中心に、顕微授精訓練装置１００の動作について、図１２を参照しつつ説明する。図１２は、顕微授精訓練装置１００のシミュレーション制御部２００Ａが実行するシミュレーション処理ルーチンを示すフローチャートである。顕微授精訓練装置１００を起動すると、まずセットアップ処理を行なう（ステップＳ３００）。この処理は、第１実施形態と同様に、訓練者が、顕微授精訓練装置１００の電源を入れることで開始されるが、この実施形態では、インジェクションピペット１３４をホルダー１３３に固定し、ホールド用マイクロピペット１３６を、ホルダー１３５に固定する処理は必要ない。第２実施形態の顕微授精訓練装置１００は、こうしたピペットの取付け作業を既に学習した訓練者を対象としている。
【００６６】
第１実施形態のピペットの取付け作業に代えて、第２実施形態のセットアップ処理３００では、仮想的な両ピペット１３４，１３６の原点合わせの処理を行なう。具体的な演算処理は、以下の通りである。両ピペット１３４，１３６の先端位置は、操作部１３７，１３８の各ハンドルを調整することにより、仮想的に移動されることになる。従って、一旦両ピペット１３４，１３６の先端位置の仮想的な空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を原点として確定すれば、その後は、ハンドルを調整することで得られるエンコードからの信号に基づいて、その位置を演算することができる。そこで最初に両ピペット１３４，１３６の先端の空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を確定する処理を行なう。シミュレーション制御部２００Ａは、まず、両ピペット１３４，１３６の先端の空間位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を乱数により決定する。但し、このとき、ステージ２２より下に先端が位置するような座標は採用されない。この位置を、両ピペット１３４，１３６の先端の原点位置とする。原点位置は、必ずしも特定の位置である必要はないが、概ね仮想的なビデオカメラ１１０により撮像されるとされる範囲として確定される。
【００６７】
こうして原点位置を確定すると、映像生成部２９０は、この原点位置を用いて、初期映像を生成し、これを映像出力部２９５に出力して、初期映像を高精細ディスプレイ１２０に表示させる。初期映像とは、両ピペット１３４，１３６の先端がその原点位置に存在したとすれば、仮想的なビデオカメラ１１０が撮像したであろう映像である。映像生成部２９０は、両ピペット１３４，１３６の先端位置から、映像を生成する。両ピペット１３４，１３６の先端の原点位置は、必ずしも仮想的なビデオカメラ１１０にとっての合焦の位置ではないので、通常は、ピントがポケている。映像生成部２９０は、従って、両ピペット１３４，１３６の先端位置に応じたぼけた映像を生成する。以上が第２実施形態におけるセットアップ処理に相当する。
【００６８】
以上説明したセットアップ処理を終了すると、次に訓練者は、図示しない「開始」のスイッチを操作して、シミュレーション制御部２００に卵子情報生成処理（ステップＳ３１０）を実行させる。卵子情報生成処理は、卵子情報記憶部２２０に記憶された卵子の情報を基にして、今からシミュレーションを行なう卵子の情報を生成する処理である。この処理は、第１実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。第２実施形態では、卵子情報生成処理を実行すると（ステップＳ３１０）、生成した情報に従って、映像生成部２９０が卵子の映像を、セットアップ処理（ステップＳ３００）で生成した両ピペット１３４，１３６の映像と共に生成し、これを映像出力部２９５を介して高精細ディスプレイ１２０に表示させる。
【００６９】
続いて、訓練者は、この映像を見ながら、操作部１３７および１３８を操作する（ステップＳ４１０）。訓練者は、両ピペット１３４，１３６の先端位置を、顕微授精を行なう上で必要な位置まで、移動するのである。操作部１３７および１３８を操作すると、その操作量（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｔ１）および（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２，Ｔ２）から、ＤＳＰ２８０は、両ピペット１３４，１３６の先端位置を演算する（ステップＳ４２０）。もとより、両ピペット１３４，１３６の先端位置の演算は、インジェクションピペット１３４とホールド用マイクロピペット１３６とで個別に行なう。
【００７０】
操作部１３７および１３８を操作することにより、両ピペット１３４，１３６の先端位置は移動するので、両ピペット１３４，１３６の先端位置の座標と卵子映像生成部２３０により生成された仮想的な卵子１０との位置関係を演算する処理を行なう（ステップＳ４３０）。両ピペット１３４，１３６の先端位置と仮想的な卵子との位置関係は大きく分ければ次のようになる。
〈１〉仮想的な両ピペット１３４，１３６の先端位置が、仮想的な卵子１０の外形位置の外側に存在する配置（以下、位置関係Ｂ１という）、
〈２〉仮想的な両ピペット１３４，１３６のいずれかの先端が、仮想的な卵子１０の外形位置に接して存在する配置（以下、位置関係Ｂ２という）、
〈３〉仮想的なインジェクションピペット１３４の先端が、仮想的な卵子１０の外形位置から内側に所定距離だけ進入して存在する配置（以下、位置関係Ｂ３という）、
〈４〉仮想的なインジェクションピペット１３４の先端が、仮想的な卵子１０の外形位置から内側の所定距離を超えて存在する配置（以下、位置関係Ｂ４という）。
仮想的なホールド用マイクロピペット１３６は、卵子の内側に入ることはないので、上記位置関係Ｂ３、Ｂ４は、インジェクションピペット１３４のみの位置関係となる。
【００７１】
ＤＳＰ２５０かの位置情報を受け取って、両者の位置関係が上記の位置関係Ｂ１ないしＢ４のいずれであるかをＣＰＵ２０１が求めると（ステップＳ４３０）、次に、ＣＰＵ２０１は仮想的な卵子１０の状態を演算し、その状態に対応した映像を生成する処理を映像生成部２９０に対して行なわせる（ステップＳ４４０）。生成された映像を、映像出力部２９５を介して高精細ディスプレイ１２０に出力し、表示させる（ステップＳ４５０）。この卵子との位置関係の演算（ステップＳ４３０）から映像の出力処理（ステップＳ４５０）までは、両ピペット１３４，１３６の位置と映像が仮想的なものであることを除いて、第１実施形態と同様なので、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
シミュレーション制御部２００Ａは、電源がオフされるまで、上記の処理を繰り返す（ステップＳ４６０）。映像生成部２９０が出力した映像は、高精細ディスプレイ１２０に表示されるので、訓練者は、この映像を、接眼レンズ１２１を介して視認しつつ、顕微授精の作業を行なう。
【００７３】
かかる構成および機能を備えた顕微授精訓練装置１００を用いることにより、訓練者は、実際の顕微授精の作業をシミュレートして、実際の卵子を用いた実習までに、マニピュレータを用いたインジェクションピペット１３４やホールド用マイクロピペット１３６の扱いに習熟することができる。この顕微授精訓練装置１００では、操作部１３７，１３８を実際に操作することにより、実際のインジェクションピペット１３４やホールド用マイクロピペット１３６が動く訳ではないので、いわゆるマニピュレータの機能を顕微授精訓練装置１００が備える必要がない。油圧を用いたマニピュレータは、極めて高額であり、かつメンテナンスも難しいが、操作部１３７，１３８以外は仮想的なものなので、顕微授精訓練装置１００の装置構成を簡略化でき、装置のコストを低廉なものにすることができる。また、卵子１０ついても、仮想的な卵子として扱っているので、未成熟卵子や未受精卵子等の胚移植に用いられなかった卵子を利用する必要がない。従って、こうした未成熟卵子や未受精卵子等が入手しにくい環境でも、顕微授精の基礎的な訓練を行なうことができる。マニピュレータ等の操作は、顕微鏡下での操作となるため、ある程度の技量を身に付けないと、卵子を用いた訓練は意味をなさないか非効率的である。そうした非効率的な訓練に貴重な未成熟卵子等を用いる必要がない。
【００７４】
また、第２実施形態の顕微授精訓練装置１００では、実際のピペットを用いないので、操作を誤って、ピペットの先端をシャーレ５０やステージ２２に押し付けて先端を破損するといったことがない。更に、両ピペット１３４，１３６や卵子１０等が仮想的なものなので、訓練を中断しても、いつでも再開することができる。場合によって、訓練に必要な情報、例えばステップＳ３１０で生成した卵子情報や操作部１３７，１３８等の操作量等を記憶しておき、作業の開始から途中までを高精細ディスプレイ１２０上に再現することも可能である。この場合、単に作業の映像を保存しているのではなく、情報から映像を再現しているので、訓練者が、操作を誤ったところで映像を一旦止め、その際の操作をやり直してみる、といったことも容易である。このため、訓練者は、自分が不得手な操作を繰り返し試みることができ、訓練の効率を高めることができる。また、このとき、指導者がやってみせることも容易である。
【００７５】
第１実施形態の構成も含めて、高精細ディスプレイ１２０への表示は、訓練者が接眼レンズ１２１を用いなくても、高精細ディスプレイの映像を視認できるようにすることも差し支えない。高精細ディスプレイ１２０を大型にするか、あるいは表示倍率を高めておけば、接眼レンズ１２１を用いることなく、顕微授精の映像を視認することができる。顕微鏡視野に慣れていない訓練者は、訓練の初期において、通常のディスプレイで訓練することも効率的な訓練となる場合があり得るからである。また、高精細ディスプレイ１２０を増設し、訓練者以外の者が、訓練者と同じ映像を視認できるようにすることも望ましい。一人の訓練者が訓練している様子を増設された高精細ディスプレイにより他の人が容易に視認することができ、指導者によるアドバイスや講評が可能となる。あるいは、訓練者の訓練中の映像を他の訓練者の参考に供することができる。
【００７６】
＜その他の訓練＞
位置関係Ａ４，Ｂ４において、訓練者が、圧力設定部１６９を操作した場合、その操作量に応じた信号Ｐ１に基づいて、インジェクションピペット１３４の内の流路に、精子を含んだ液体が流れる映像を合成してもよい。更に、インジェクションピペット１３４を卵子に穿刺した後で、インジェクションピペット１３４内の液体が、卵子内に流入する映像を生成して表示してもよい。この場合には、卵子内部の細胞質の性状や液体の性状からピペット内部の液体の挙動および卵子内部での挙動を演算し、液体の映像を生成すればよい。ホールド用マイクロピペット１３６については、圧力設定部１７９を操作した場合、その操作量に応じた信号Ｐ２に基づいて、卵子１０の吸着量（吸着に伴う変形量）を変更して卵子の映像を生成するものとしてもよい。
【００７７】
また、顕微授精に先だって行なう精子の尾の挫滅の訓練を、上述した顕微授精訓練装置１００を用いて行なうものとしてもよい。このときも、実際の精子に代えて仮想的な精子の映像を生成して用いることができる。
【００７８】
あるいは、超急速ガラス化保存法の訓練を行なってもよい。この場合、凍結専用シートに卵と微少量の凍結保護液を載せ、１つの卵が微少量の凍結保護液に内包された状態で、液体窒素で瞬時に凍結させる作業をシミュレーションし、その様子を高精細ディスプレイ１２０に表示させればよい。
【００７９】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行なうことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…卵子
１２…本体部
１４…膜部
１６…極体部
２０…顕微授精装置
２１…接眼レンズ
２２…ステージ
２５…倒立顕微鏡
３１、３２…マニピュレータ
３３…ホルダー
３４…インジェクションピペット
３５…ホルダー
３６…ホールド用マイクロピペット
３７…操作部
４１、４２…チューブ
５０…シャーレ
５２…ドロップ
５４…ミネラルオイル
７９…インジェクター
１００…顕微授精訓練装置
１１０…ビデオカメラ
１２０…高精細ディスプレイ
１２１…接眼レンズ
１３１、１３２…マニピュレータ
１３３、１３５…ホルダー
１３４…インジェクションピペット
１３６…ホールド用マイクロピペット
１３７、１３８…操作部
１４１…チューブ
１４４…駆動装置
１４５…右操作部入力部
１４６…左操作部入力部
１４７…駆動信号演算生成部
１４８…インジェクションピペット駆動信号出力部
１４９…ホールドピペット駆動信号出力部
１５０…本体
１５１…第１アーム
１５２…第２アーム
１６１、１７１…Ｘ軸用ハンドル
１６３、１７３…Ｙ軸用ハンドル
１６５、１７５…Ｚ軸用ハンドル
１６７、１７７…Ｔ軸移動用ハンドル
１６９、１７９…圧力設定部
１８１、１９１…Ｘ軸アクチュエータ
１８３、１９３…Ｙ軸アクチュエータ
１８５、１９５…Ｚ軸アクチュエータ
１８７、１９７…Ｔ軸アクチュエータ
２００、２００Ａ…シミュレーション制御部
２０１…ＣＰＵ
２０２…ＲＯＭ
２０３…ＲＡＭ
２０５…ハードディスク
２１０…圧力操作入力部
２２０…卵子情報記憶部
２３０…卵子映像生成部
２４０…映像入力部
２５０、２８０…ＤＳＰ
２６０…映像合成出力部
２７０…入力インタフェース
２９０…映像生成部
２９５…映像出力部
【図１】
2020185007.tif 000003
【図２】
2020185007.tif 000004
【図３】
2020185007.tif 000005
【図４】
2020185007.tif 000006
【図５】
2020185007.tif 000007
【図６】
2020185007.tif 000008
【図７】
2020185007.tif 000009
【図８】
2020185007.tif 000010
【図９】
2020185007.tif 000011
【図１０】
2020185007.tif 000012
【図１１】
2020185007.tif 000013
【図１２】
2020185007.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月24日(2020.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
卵子を使用する顕微鏡下の作業をシミュレーションする顕微授精訓練装置であって、
少なくとも２次元の表示装置と、
溶液に漬けられた卵子の仮想的な３次元の配置を演算する卵子配置演算部と、
ピペットを装着可能なマニピュレータの先端の位置を操作する操作処理を受け付ける操作処理受付部と、
前記操作処理受付部が受け付けた前記操作処理に基づいて、前記ピペットの少なくとも先端の３次元の位置を演算し、該先端の位置が、前記演算された仮想的な卵子に対して、予め定めた位置関係以上に近接した関係にあると判断したとき、前記溶液に漬けられた卵子と前記ピペットの少なくとも先端とを含む映像を生成し、前記表示装置に表示する演算表示部と
を備え、
前記操作処理受付部は、前記ピペットの前記先端をＸＹＺの３次元方向のそれぞれに移動させるＸＹＺ軸用ハンドルと共に、前記ピペットを軸線に沿って移動させるＴ軸移動用ハンドルを備え、
前記演算表示部は、前記Ｔ軸移動用ハンドルの操作に応じて、前記ピペットの先端が前記卵子に対して、前記軸線に沿って移動する映像を生成する、
顕微授精訓練装置。
【請求項２】
請求項１記載の顕微授精訓練装置であって、
前記操作処理受付部によって受け付けた操作処理により、前記ピペットを移動するピペット駆動部と、
該移動されるピペットの少なくとも先端が存在し得るとして予め定めた３次元の位置の映像をピペット映像として撮像するピペット映像部と、
を備え、
前記演算表示部は、
前記溶液に漬けられた卵子の映像である卵子映像を生成する卵子映像生成部を備え、
前記ピペット映像と前記卵子映像とを合成して、前記表示装置に表示する
顕微授精訓練装置。
【請求項３】
請求項１記載の顕微授精訓練装置であって、
前記ピペットは仮想的なピペットであり、
前記操作処理受付部によって受け付けた操作処理により、前記仮想的なピペットの移動位置を演算するピペット移動位置演算部と、
前記演算されたピペットの少なくとも先端が、前記卵子の仮想的な３次元の配置として定めた領域に存在するとき、前記演算された移動位置における前記ピペットの映像であるピペット映像を生成するピペット映像部と、
を備え、
前記演算表示部は、
前記溶液に漬けられた卵子の映像である卵子映像を生成する卵子映像生成部を備え、
前記ピペット映像と前記卵子映像とを合成して、前記表示装置に表示する
顕微授精訓練装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の顕微授精訓練装置であって、
前記卵子映像生成部は、
前記ピペットの先端が卵子に近接した場合の卵子の挙動を、前記溶液を介した動きとして演算し、映像を作り出す第１映像出力部と、
前記ピペットの先端が前記軸線に沿って移動して前記卵子に接触した場合の卵子の挙動を、ピペットの先端の形状、卵子表面の膜の性状、卵子に対するピペットの先端の接触位置から演算し、卵子の映像を作り出す第２映像出力部と、
前記ピペットの先端が前記軸線に沿って移動したことで前記卵子表面の膜を破って内部に侵入した後の卵子の挙動を、ピペットの先端を含むピペットの形状、卵子内部の細胞質の性状、卵子に対するピペットの先端の接触位置から演算し、映像を作り出す第３映像出力部と、
前記操作処理受付部が受け付けた操作処理により、前記ピペットの先端と前記卵子の位置関係を演算し、対応する前記第１ないし第３映像出力部からの映像を、前記卵子映像として出力する卵子映像出力部と
を備えた顕微授精訓練装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の顕微授精訓練装置であって、
前記ピペットは、前記卵子が存在するとされる位置に対して対称の位置のそれぞれに設けられ、
前記操作処理受付部は、各ピペット毎に、前記操作処理を受け付けるよう設けられた
顕微授精訓練装置。
【請求項６】
前記ピペットは、内部に通路を有するものとされている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の顕微授精訓練装置。
【請求項７】
請求項６記載の顕微授精訓練装置であって、
前記操作処理受付部は、前記ピペットの通路に存在する液体への加圧量を増減する操作処理を受け付ける加圧量操作受付部を備え、
前記演算表示部は、少なくとも前記ピペットの先端が前記卵子の内部に位置する状態である場合に、前記加圧量、前記卵子内部の細胞質の性状、前記液体の性状からピペット内部の液体の挙動を演算し、前記通路の液体の映像を生成する
顕微授精訓練装置。
【請求項８】
前記表示装置は、顕微鏡視野として映像を表示するよう設けられた請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の顕微授精訓練装置。
【請求項９】
前記演算表示部が前記表示装置に表示する前記映像を、前記表示装置とは別に表示する２次元表示装置を備える請求項８記載の顕微授精訓練装置。