(57)【要約】 【課題】  細胞を選別する負担を軽減すること。【解決手段】  細胞識別システムは、撮像装置及び識別装置を有する。撮像装置は、ウェルプレート、回転機構、及び撮像部を有する。ウェルプレートには、細胞を収容可能なウェルが複数設けられている。回転機構は、ウェルに収容される細胞を回転可能に設けられている。撮像部は、複数のウェルに収容される細胞を撮像可能に設けられている。識別装置は、回転制御部、撮像制御部、及び識別部を有する。回転制御部は、回転機構を制御し、ウェルに収容される細胞を回転させる。撮像制御部は、回転機構により細胞が回転される毎に、撮像部を制御し、ウェルに収容される細胞を撮像する。識別部は、撮像部で撮像される、ウェルに収容される細胞についての画像を学習済みモデルへ入力することで、ウェルに収容される細胞のうち状態の良い細胞を識別する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を収容可能なウェルが複数設けられるウェルプレートと、
前記ウェルに収容される細胞を回転可能に設けられる回転機構と、
前記複数のウェルに収容される細胞を撮像可能に設けられる撮像部と
を有する撮像装置と、
前記回転機構を制御し、前記ウェルに収容される細胞を回転させる回転制御部と、
前記回転機構により細胞が回転される毎に、前記撮像部を制御し、前記ウェルに収容される細胞を撮像する撮像制御部と、
前記撮像部で撮像される、前記ウェルに収容される細胞についての画像を学習済みモデルへ入力することで、前記ウェルに収容される細胞のうち状態の良い細胞を識別する識別部と
を有する識別装置と
を具備する細胞識別システム。
【請求項２】
前記撮像装置は、前記撮像部と前記ウェルに収容される細胞との間の距離を調節可能な距離調節機構をさらに有し、
前記撮像制御部は、前記距離調節機構により前記距離が変更される毎に、前記撮像部を制御し、前記ウェルに収容される細胞を撮像する請求項１記載の細胞識別システム。
【請求項３】
前記撮像部は、
前記複数のウェルが形成される位置に対応して配列される複数のレンズエレメントを有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを通過した光を電気信号へ変換する撮像素子と
を有する請求項１又は２記載の細胞識別システム。
【請求項４】
前記回転機構は、前記ウェルの底部から前記ウェルに収容される細胞を振動させることで当該細胞を回転させる請求項１乃至３のいずれかに記載の細胞識別システム。
【請求項５】
前記撮像装置は、前記ウェルに細胞をトラップするためのトラップ機構を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の細胞識別システム。
【請求項６】
細胞を収容可能なウェルが複数設けられるウェルプレートと、
前記複数のウェルに収容される細胞を撮像可能に設けられる撮像部と、
前記撮像部と前記ウェルに収容される細胞との間の距離を調節可能な距離調節機構と
を有する撮像装置と、
前記距離調節機構により前記距離が変更される毎に、前記撮像部を制御し、前記ウェルに収容される細胞を撮像する撮像制御部と、
前記撮像部で撮像される、前記ウェルに収容される細胞についての画像を学習済みモデルへ入力することで、前記ウェルに収容される細胞のうち状態の良い細胞を識別する識別部と
を有する識別装置と
を具備する細胞識別システム。
【請求項７】
前記撮像部は、
前記複数のウェルが形成される位置に対応して配列される複数のレンズエレメントを有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを通過した光を電気信号へ変換する撮像素子と
を有する請求項６記載の細胞識別システム。
【請求項８】
前記撮像装置は、前記ウェルに細胞をトラップするためのトラップ機構を有する請求項６又は７記載の細胞識別システム。
【請求項９】
前記ウェルには、細胞の細胞コロニーが収容され、
前記撮像部は、前記ウェルに収容される細胞コロニーを撮像し、
前記識別装置は、前記ウェルに収容される細胞コロニーについての画像から前記細胞についての画像を抽出する画像解析部をさらに有する請求項６又は７記載の細胞識別システム。
【請求項１０】
細胞を収容可能なウェルが複数設けられるウェルプレートと、前記複数のウェルに収容される細胞を撮像可能に設けられる撮像部とを有する撮像装置と、
前記撮像部で撮像される、前記ウェルに収容される細胞についての画像を学習済みモデルへ入力することで、前記ウェルに収容される細胞のうち状態の良い細胞を識別する識別部を有する識別装置と
を具備し、
前記撮像部は、
前記複数のウェルが形成される位置に対応して配列される複数のレンズエレメントを有するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイを通過した光を電気信号へ変換する撮像素子と
を有する、細胞識別システム。
【請求項１１】
前記撮像装置は、前記ウェルに細胞をトラップするためのトラップ機構を有する請求項１０記載の細胞識別システム。
【請求項１２】
前記ウェルには、細胞の細胞コロニーが収容され、
前記撮像部は、前記ウェルに収容される細胞コロニーを撮像し、
前記識別装置は、前記ウェルに収容される細胞コロニーについての画像から前記細胞についての画像を抽出する画像解析部をさらに有する請求項１０記載の細胞識別システム。
【請求項１３】
撮像装置に設けられる複数のウェルに収容される細胞を、前記撮像装置に設けられる撮像部により撮像し、
前記撮像装置に設けられる距離調節機構により、前記撮像部と前記細胞との間の距離を変更し、
前記距離を変更した後、前記撮像部により前記細胞を撮像し、
前記撮像装置に設けられる回転機構により、前記細胞を回転させ、
前記細胞を回転させた後、前記撮像部により前記細胞を撮像し、
前記距離調節機構により、前記距離を変更し、
前記距離を変更した後、前記撮像部により前記細胞を撮像し、
前記撮像により得られた前記細胞についての複数の画像を学習済みモデルへ入力することで、前記細胞のうち状態の良い細胞を識別する細胞識別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、細胞識別システム、及び細胞識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｉＰＳ細胞等の多能性幹細胞を用いた再生医療が既に臨床利用され始めている。ｉＰＳ細胞は、リプログラミング誘導因子を分化の進んだ体細胞に与えることで樹立される。しかしながら、ｉＰＳ細胞として使用可能な細胞が生成される確率（成功率）は低く、リプログラミング誘導因子の導入後に形成される細胞のうち、使用可能な細胞の確率は、およそ１０％程度である。
【０００３】
このため、ｉＰＳ細胞の樹立培養過程では、良好なｉＰＳ細胞を選別する作業が必要となる。一般的には、識別に長けた研究者が細胞を１個ずつ観察し、良好な状態の細胞を識別して選別するようにしている。しかしながら、人による細胞の選別は、研究者にとって大きな負担となっており、ｉＰＳ細胞の生成に費用がかかる要因となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】エリックＭ．クリスチャンセン（Eric M. Christiansen）、他１７名、「In Silico Labeling: Predicting Fluorescent Labels in Unlabeled Images」、Cell、平成３０年４月１９日、１７３、ｐ．７９２−８０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明が解決しようとする課題は、細胞を選別する負担を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、細胞識別システムは、撮像装置及び識別装置を有する。撮像装置は、ウェルプレート、回転機構、及び撮像部を有する。ウェルプレートには、細胞を収容可能なウェルが複数設けられている。回転機構は、前記ウェルに収容される細胞を回転可能に設けられている。撮像部は、前記複数のウェルに収容される細胞を撮像可能に設けられている。識別装置は、回転制御部、撮像制御部、及び識別部を有する。回転制御部は、前記回転機構を制御し、前記ウェルに収容される細胞を回転させる。撮像制御部は、前記回転機構により細胞が回転される毎に、前記撮像部を制御し、前記ウェルに収容される細胞を撮像する。識別部は、前記撮像部で撮像される、前記ウェルに収容される細胞についての画像を学習済みモデルへ入力することで、前記ウェルに収容される細胞のうち状態の良い細胞を識別する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る細胞識別システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示されるウェルプレートの上面図を表す図である。
【図３】図３は、図１に示される学習済みモデルが生成される際の処理を説明する図である。
【図４】図４は、図１で示される処理回路が識別処理を実行する際の動作を表すフローチャートである。
【図５】図５は、ｉＰＳ細胞を収容する撮像装置の断面図である。
【図６】図６は、図５に示される撮像装置内で光源部が点灯される状態を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る処理回路の画像処理により生成される画像を表す図である。
【図８】図８は、図２に示される可動電極部が回転する場合の例を表す図である。
【図９】図９は、図８に示される可動電極部のその他の例を表す図である。
【図１０】図１０は、図１に示される識別機能の動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は、ｉＰＳ細胞を効率的にトラップする機能を有するウェルプレートの上面図を表す図である。
【図１２】図１２は、図１１に示されるウェルプレートのウェル近傍の構成を拡大して表した図である。
【図１３】図１３は、図１２に示されるウェルプレートのＡ−Ａにおける断面図を表す。
【図１４】図１４は、図１２に示されるウェルプレートのＢ−Ｂにおける断面図を表す。
【図１５】図１５は、ｉＰＳ細胞をウェルプレートのウェルでトラップする際のスイッチの接続を表す図である。
【図１６】図１６は、ｉＰＳ細胞を効率的にトラップする機能を有するウェルプレートの断面図である。
【図１７】図１７は、ウェルでトラップされたｉＰＳ細胞を回転させる際のスイッチの接続を表す図である。
【図１８】図１８は、第２の実施形態に係る細胞識別システムの構成を示す図である。
【図１９】図１９は、図１８で示される処理回路が識別処理を実行する際の動作を表すフローチャートである。
【図２０】図２０は、ｉＰＳ細胞が収容され、緩衝液により満たされた撮像装置の断面図である。
【図２１】図２１は、図１８に示される画像解析機能による画像解析処理を表す図である。
【図２２】図２２は、図１８に示される識別機能の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では一例としてｉＰＳ細胞についての実施例を示すが、細胞をｉＰＳ細胞に限定するものではない。ｉＰＳ細胞以外の細胞に適宜適用してよい。また、以下の各実施形態は、細胞の形状が凡そ球形となる場合に好適である。
【０００９】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る細胞識別システムの構成の例を示す図である。図１に示される細胞識別システムは、撮像装置１０、及び識別装置２０を備える。図１では、撮像装置１０の断面の模式図と、識別装置２０のブロック図とが表されている。撮像装置１０と識別装置２０とは、例えば、有線により接続されている。また、識別装置２０は、撮像装置１０へ電圧を印加する電源３０と接続されている。
【００１０】
撮像装置１０は、ｉＰＳ細胞を収容し、収容しているｉＰＳ細胞を撮像可能な装置である。撮像装置１０は、ｉＰＳ細胞を収容するためのウェルプレート１１、及びウェルプレート１１を密閉するように覆う蓋部１２を有する。
【００１１】
図２は、第１の実施形態に係るウェルプレート１１の上面図の例を表す。なお、図１で示される断面図は、図２で示される２点鎖線におけるウェルプレート１１の断面を表す。ウェルプレート１１は、上面にウェルと称される複数の凹部が、例えば、格子状に形成されている。このことは、ウェルプレート１１にウェルアレイが形成されていると換言可能である。ウェルは、断面が略円形の筒状に形成されている。ウェルの直径は、１５μｍから２０μｍ程度であり、ｉＰＳ細胞の直径よりも大径となっている。
【００１２】
ウェルプレート１１は、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、又はＳｉを用いて作成される。ウェルプレート１１の内部には、選択的にそれぞれのウェル内に収容されるｉＰＳ細胞を回転させる回転機構が形成されている。回転機構は、例えば、ウェルプレート１１の内部に形成される、第１電極１１１、及び第２電極１１２により実現される。第１電極１１１、及び第２電極１１２により、ウェル毎に、例えば、回転アクチュエータとして静電駆動型ねじり振動子が形成される。
【００１３】
具体的には、第１電極１１１、及び第２電極１１２は、それぞれが予め設定された方向に形成されている。例えば、図２に示される例では、第１電極１１１は、破線により表され、ｙ軸方向に沿って形成されている。また、第２電極１１２は、１点鎖線により表され、ｘ軸方向に沿って形成されている。
【００１４】
第１電極１１１は、可動電極板１１１１、固定部１１１２、及びねじり棒１１１３を有する。可動電極板１１１１は、ウェル内で筒構造の仕切板となるように、ウェル毎に形成されている。可動電極板１１１１は、各ウェルの底部として機能する。可動電極板１１１１は、絶縁層により固定される固定部１１１２により、ねじり棒１１１３を介して支持されている。可動電極板１１１１の周囲は、可動電極板１１１１がねじり棒１１１３を軸にして回転可能なように、空間が形成されている。
【００１５】
第２電極１１２は、固定電極部１１２１を有する。固定電極部１１２１は、可動電極板１１１１と対向する位置に設けられている。第２電極１１２は、固定電極部１１２１が可動電極板１１１１を鉛直上方向へ引き付けるように、第１電極１１１よりも上層に形成されている。
【００１６】
可動電極板１１１１、固定部１１１２、ねじり棒１１１３、及び固定電極部１１２１により、ウェル毎に静電駆動型ねじり振動子が形成される。
【００１７】
第１電極１１１と第２電極１１２との間には、スイッチを介して電源３０が接続されている。所定の列に形成される第１電極１１１と、所定の行に形成される第２電極１１２とのスイッチをオンとすると、この行と列とにより特定される可動電極板１１１１と、固定電極部１１２１との間に電圧が印加される。これにより、可動電極板１１１１と固定電極部１１２１との間に静電引力が発生し、ねじり棒１１１３を軸として可動電極板１１１１が回転する。
【００１８】
なお、回転機構は、第１電極１１１、及び第２電極１１２により形成される静電駆動型ねじり振動子に限定されない。例えば、他のアクチュエータであっても構わない。
【００１９】
図１に示される蓋部１２は、例えば、ＰＤＭＳ、又はＳｉを用いて作成される。蓋部１２の内側上面の一部には、ウェルプレート１１のウェルに収容されるｉＰＳ細胞を撮像するための撮像部が設けられている。撮像部は、例えば、複数の微小なレンズエレメント１２１１、及び撮像素子１２２を有する。なお、以下では、複数のウェルがウェルプレート１１上に格子状に形成されているものとし、複数のレンズエレメント１２１１が、ウェルと同様に格子状に配列されて成るマイクロレンズアレイ１２１を想定する。
【００２０】
マイクロレンズアレイ１２１は、撮像素子１２２の受光面に撮像対象物の像を結像させるための光学系の例である。マイクロレンズアレイ１２１では、微小なレンズエレメント１２１１が、例えば、基板上に複数配列されている。レンズエレメント１２１１の配列は、ウェルプレート１１に形成されるウェルの配列と一致している。
【００２１】
マイクロレンズアレイ１２１には、光源部１２１２が設けられている。光源部１２１２は、例えば、広帯域計測が可能な白色ＬＥＤまたは特定の波長を有するＬＥＤ等により実現される。光源部１２１２は、例えば、図１に示されるように、隣り合うレンズエレメント１２１１の間に設けられる。光源部１２１２からは、ウェルに収容されているｉＰＳ細胞へダメージを与えない程度のエネルギーの光が照射される。なお、光源部１２１２の設置場所は、これに限定されない。ウェルプレート１１が、例えば、ＰＤＭＳにより形成されている場合、光源部１２１２は、ウェルを挟んでレンズエレメント１２１１と対向する位置に設けられていても構わない。
【００２２】
撮像素子１２２は、受光した光を電気信号へ変換するイメージセンサの例である。撮像素子１２２は、例えば、ＣＣＤセンサ、又はＣＭＯＳセンサ等により実現される。撮像素子１２２は、光源部１２１２から照射されて撮像対象物で反射・散乱された光を、マイクロレンズアレイ１２１を介して受光する。撮像素子１２２は、受光した光を電気信号としての画像信号へ変換する。
【００２３】
蓋部１２の、例えば、外側上面には、撮像部と識別装置２０とを接続するための接続インタフェース１２３が設けられている。接続インタフェース１２３は、例えば、接続端子を有し、接続端子を介して識別装置２０と接続することで、識別装置２０からの制御信号を受信し、また、撮像素子１２２から出力される画像信号を識別装置２０へ送信する。
【００２４】
蓋部１２の一端の、撮像部が設けられていない領域の上面には、第１孔１２４が設けられている。また、蓋部１２の他端の、撮像部が設けられていない領域の上面には、第２孔１２５が設けられている。第１孔１２４は、例えば、撮像装置１０内へ緩衝液等の溶液を流入させる流入口として用いられる。また、第２孔１２５は、例えば、撮像装置１０から緩衝液等の溶液を排出させる排出口として用いられる。緩衝液としては、例えば、ＰＢＳ（Phosphate Buffered Salts：リン酸緩衝生理食塩水）が用いられる。なお、第１孔１２４、及び第２孔１２５の直径は、例えば、ｉＰＳ細胞の直径よりも大径である。
【００２５】
蓋部１２は、側壁部１２６を有している。側壁部１２６の少なくとも一部には、例えば、側壁部１２６の延伸方向に伸縮可能な伸縮部１２６１が形成されている。伸縮部１２６１は、距離調節機構の一例である。伸縮部１２６１は、例えば、蛇腹構造、及び入れ子構造等により実現される。伸縮部１２６１が伸縮することで、ウェルプレート１１の上面と、マイクロレンズアレイ１２１との間の距離が変化する。
【００２６】
ウェルプレート１１と、蓋部１２とは、ウェルプレート１１に形成されている複数のウェルの位置と、蓋部１２に設けられているマイクロレンズアレイ１２１の位置とが一致するように、位置合わせがなされる。ウェルプレート１１と、蓋部１２との位置合わせが完了すると、ウェルプレート１１に、蓋部１２の側壁部１２６の下端部が接合され、撮像装置１０が作成される。ウェルプレート１１の下面から、蓋部１２の上面までの高さは、例えば、２ｍｍ程度である。
【００２７】
図１に示される識別装置２０は、撮像装置１０に収容されるｉＰＳ細胞のうち状態が良好なｉＰＳ細胞を、学習済みモデルを用いて識別する装置である。識別装置２０は、処理回路２１、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５を有する。処理回路２１、メモリ２２、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５は、例えば、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
【００２８】
処理回路２１は、識別装置２０の中枢として機能するプロセッサである。処理回路２１は、メモリ２２等に記憶されているプログラムを実行することにより、当該プログラムに対応する機能を実現する。
【００２９】
メモリ２２は、種々の情報を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、及び集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ２２は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、及びフラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。なお、メモリ２２は、必ずしも単一の記憶装置により実現される必要は無い。例えば、メモリ２２は、複数の記憶装置により実現されても構わない。また、メモリ２２は、識別装置２０にネットワークを介して接続された他のコンピュータ内にあってもよい。
【００３０】
メモリ２２は、本実施形態に係る識別プログラム等を記憶している。なお、これらのプログラムは、例えば、メモリ２２に予め記憶されていてもよい。また、例えば、非一過性の記憶媒体に記憶されて配布され、非一過性の記憶媒体から読み出されてメモリ２２にインストールされてもよい。
【００３１】
また、メモリ２２は、例えば、機械学習により生成された識別器としての学習済みモデル２２１を記憶している。学習済みモデル２２１のメモリ２２への記憶は、識別装置２０の製造以降の如何なる時点で行われてもよい。例えば、製造から医用施設等への据付の間の任意の時点でもよいし、メンテナンス時でもよい。
【００３２】
学習済みモデル２２１は、学習用データに基づき、モデル学習プログラムに従って機械学習モデルに機械学習を行わせることにより得られる。本実施形態において、学習済みモデル２２１は、例えば、画像の入力に基づき、ｉＰＳ細胞の状態を評価するように機能付けられている。この場合、学習用データは、例えば、ｉＰＳ細胞を撮像して得られた画像である入力データと、画像内のｉＰＳ細胞の状態が良好であるか、又は不良であるかを表す正解出力データとを含む。
【００３３】
図３は、学習用データに基づき、図１に示される学習済みモデル２２１が生成される際の処理の例を説明する図である。入力データは、例えば、複数のｉＰＳ細胞を、１つずつ撮像した複数の画像である。このとき、１つのｉＰＳ細胞毎に、複数の画像が入力データとして利用される。例えば、１つのｉＰＳ細胞を回転機構を用いて回転させることで複数の角度から捉えた画像、及び、１つのｉＰＳ細胞を、ｉＰＳ細胞とレンズとの間の距離を変更させながら撮影した画像が入力データとして利用される。そして、例えば、これらの複数の画像が得られたｉＰＳ細胞が良好な細胞として培養できたか否かを正解出力データとする。ｉＰＳ細胞とレンズとの間の距離を変更させながら撮影した画像を入力データとして利用することで、ｉＰＳ細胞を透過する光の干渉パターン（干渉縞）も考慮したモデルを生成することが可能となる。
【００３４】
本実施形態に係る機械学習モデルは、例えば、複数の関数が合成されたパラメータ付き合成関数である。パラメータ付き合成関数は、複数の調整可能な関数、及びパラメータの組合せにより定義される。本実施形態に係る機械学習モデルは、上記の要請を満たす如何なるパラメータ付き合成関数であってもよいが、多層のネットワークモデル（以下、多層化ネットワークと呼ぶ）であるとする。多層化ネットワークを用いる学習済みモデル２２１は、画像を入力する入力層と、ｉＰＳ細胞の状態が良好であるか、又は不良であるかを出力する出力層と、入力層と出力層との間に設けられる少なくとも１層の中間層あるいは隠れ層とを有する。なお、学習済みモデル２２１は、人工知能ソフトウェアの一部であるプログラムモジュールとしての利用が想定される。
【００３５】
本実施形態に係る多層化ネットワークとしては、例えば、深層学習（Deep Learning）の対象となる多層ニューラルネットワークである深層ニューラルネットワーク（Deep Neural Network：ＤＮＮ）を用いている。ＤＮＮとしては、例えば、画像を対象とする畳み込みニューラルネットワーク（Convolution Neural Network：ＣＮＮ）を用いてもよい。
【００３６】
図１に示される入力インタフェース２３は、ユーザから各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路２１へ出力する。入力インタフェース２３は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド、及び操作面へ触れることで指示が入力されるタッチパネル等の入力機器に接続されている。また、入力インタフェース２３に接続される入力機器は、ネットワーク等を介して接続された他のコンピュータに設けられた入力機器でもよい。
【００３７】
ディスプレイ２４は、処理回路２１からの指示に従って種々の情報を表示する。ディスプレイは、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、及びプラズマディスプレイ等、任意のディスプレイが適宜利用可能である。
【００３８】
接続インタフェース２５は、識別装置２０とその他の機器との間のインタフェースである。具体的には、接続インタフェース２５は、例えば、撮像装置１０の接続インタフェース１２３、電源３０、及び図示しないポンプ等と接続する。接続インタフェース２５は、アナログ／デジタル変換回路を備え、接続インタフェース１２３から出力される画像信号をデジタル形式の画像データへ変換し、画像データを識別装置２０の処理回路２１へ出力する。また、接続インタフェース２５は、処理回路２１で生成される制御信号を電源３０及びポンプへ出力する。
【００３９】
処理回路２１は、メモリ２２に記憶されている識別プログラム等を実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。例えば、処理回路２１は、識別プログラムを実行することで、撮像制御機能２１１、電位制御（電圧制御）機能２１２、給水制御機能２１３、画像処理機能２１４、及び識別機能２１５を有する。なお、本実施形態では、単一のプロセッサによって撮像制御機能２１１、電位制御機能２１２、給水制御機能２１３、画像処理機能２１４、及び識別機能２１５が実現される場合を説明するが、これに限定されない。例えば、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより撮像制御機能２１１、電位制御機能２１２、給水制御機能２１３、画像処理機能２１４、及び識別機能２１５を実現しても構わない。
【００４０】
撮像制御機能２１１は、撮像装置１０に設けられている撮像部を制御する機能であり、撮像制御部の一例である。
【００４１】
電位制御機能２１２は、ウェルプレート１１に配設された電極への電圧の印加を制御する機能である。電極への電圧の印加により、ウェル毎に設けられた回転機構が駆動され、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞が回転される。このため、電位制御機能２１２は、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞の回転を制御する回転制御機能（回転制御部）と換言することも可能である。
【００４２】
給水制御機能２１３は、不図示のポンプを制御することで、撮像装置１０内へ緩衝液等の溶液を供給する機能である。撮像装置１０内へ緩衝液等の溶液を供給することにより、ウェル上を緩衝液が流れ、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞が回転される。このため、給水制御機能２１３は、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞の回転を制御する回転制御機能と換言することも可能である。
【００４３】
画像処理機能２１４は、画像データに所定の画像処理を施すことで画像を生成する機能である。
【００４４】
識別機能２１５は、生成した画像を入力として学習済みモデル２２１を用い、状態が良好なｉＰＳ細胞を識別する機能であり、識別部の一例である。
【００４５】
次に、以上のように構成された識別装置２０によるｉＰＳ細胞の識別処理を、処理回路２１の処理手順に従って説明する。  
図４は、図１で示される処理回路２１が学習済みモデル２２１を利用したｉＰＳ細胞の識別処理を実行する際の動作の例を表すフローチャートである。なお、図４の説明では、図５に示されるように撮像装置１０内のウェルにｉＰＳ細胞が収容されている場合を例に説明する。また、ｉＰＳ細胞の識別処理を実行するタイミングは、ｉＰＳ細胞の分化前後のどちらであっても構わない。図５に示されるように、ｉＰＳ細胞は、ウェル内の可動電極板１１１１を底部として載置される。撮像装置１０内は、例えば、緩衝液等で満たされている。
【００４６】
まず、識別装置２０の操作者が入力インタフェース２３を介して識別処理の開始指示を識別装置２０に入力すると、識別装置２０の処理回路２１は、識別プログラムをメモリ２２から読み出し、読み出した識別プログラムを実行する。処理回路２１が識別プログラムを実行すると、図４に示される処理が開始される。
【００４７】
図４において、処理回路２１は、撮像制御機能２１１を実行する。撮像制御機能２１１を実行すると処理回路２１は、ウェルプレート１１に対するマイクロレンズアレイ１２１の第１位置：Ｐ＝１、及びウェルに収容されているｉＰＳ細胞の第１表面：Ｓ＝１を設定する（ステップＳ４１）。（Ｐ＝１，Ｓ＝１）を設定すると処理回路２１は、ｉＰＳ細胞についての画像データを取得する（ステップＳ４２）。
【００４８】
具体的には、ｉＰＳ細胞についての画像データは、例えば、以下のように取得される。処理回路２１は、光源部１２１２を点灯させる。図６は、図５に示される撮像装置１０内で光源部１２１２が点灯される場合の例を示す図である。光源部１２１２で発生された白色光は、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞に照射される。照射された光は、ｉＰＳ細胞の表面や内部粒子等で反射・散乱され、マイクロレンズアレイ１２１を介して撮像素子１２２へ到達する。撮像素子１２２は、受光した光を電気信号へ変換する。撮像素子１２２で発生された電気信号は、接続インタフェース１２３を介し、画像信号として識別装置２０へ送信される。画像信号は、識別装置２０の接続インタフェース２５で画像データに変換され、処理回路２１へ出力される。
【００４９】
画像データを受信すると処理回路２１は、画像処理機能２１４を実行する。画像処理機能２１４を実行すると処理回路２１は、受信した画像データに所定の画像処理を施し、画像を生成する。処理回路２１は、生成した画像をメモリ２２に記憶する（ステップＳ４３）。
【００５０】
図７は、第１の実施形態に係る処理回路２１の画像処理により生成される画像の例を表す図である。図７に示されるように、画像内には、複数のウェルそれぞれに収容されているｉＰＳ細胞が含まれている。
【００５１】
メモリ２２に画像を記憶すると処理回路２１は、撮像制御機能２１１により、距離調節機構である伸縮部１２６１を伸長又は縮小させる（ステップＳ４４）。これにより、マイクロレンズアレイ１２１が第２位置：Ｐ＝２へ移動される。なお、処理回路２１は、伸縮部１２６１を、例えば、予め設定された距離だけ伸長又は縮小させるようにしても構わない。伸縮部１２６１を伸長又は縮小させると処理回路２１は、設定されている位置番号をインクリメントする（ステップＳ４５）。これにより、（Ｐ＝２，Ｓ＝１）が設定される。
【００５２】
マイクロレンズアレイ１２１の位置番号をインクリメントすると処理回路２１は、撮像制御機能２１１により、ｉＰＳ細胞についての画像データを取得する（ステップＳ４６）。画像データを取得すると処理回路２１は、画像処理機能２１４により、取得した画像データに所定の画像処理を施し、画像を生成する。処理回路２１は、生成した画像をメモリ２２に記憶する（ステップＳ４７）。
【００５３】
メモリ２２に画像を記憶すると処理回路２１は、撮像制御機能２１１により、予め設定された全ての位置での撮像が実施されたか否かを判断する（ステップＳ４８）。全ての位置での撮像が実施されていない場合（ステップＳ４８のＮｏ）、処理回路２１は、処理をステップＳ４４へ移行させ、予め設定された全ての位置での撮像が実施されるまで、ステップＳ４４〜ステップＳ４８の処理を繰り返す。
【００５４】
予め設定された全ての位置での撮像が実施された場合（ステップＳ４８のＹｅｓ）、処理回路２１は、撮像制御機能２１１により、予め設定された全てのｉＰＳ細胞の撮像が実施されたか否かを判断する（ステップＳ４９）。全てのｉＰＳ細胞の撮像が実施されていない場合（ステップＳ４９のＮｏ）、処理回路２１は、撮像制御機能２１１により、伸縮部１２６１を伸長又は縮小させ、マイクロレンズアレイ１２１を初期位置（第１位置）に戻す（ステップＳ４１０）。マイクロレンズアレイ１２１を初期位置に戻すと処理回路２１は、第１位置：Ｐ＝１を設定する（ステップＳ４１１）。これにより、（Ｐ＝１，Ｓ＝１）が設定される。
【００５５】
続いて、処理回路２１は、ウェルに収容されているｉＰＳ細胞を回転させる（ステップＳ４１２）。具体的には、処理回路２１は、例えば、電位制御機能２１２を実行する。電位制御機能２１２において処理回路２１は、電源３０を制御し、ウェルプレート１１の第１電極１１１と第２電極１１２との間に電圧を印加する。これにより、第１電極１１１に設けられる可動電極板１１１１と、第２電極１１２に設けられる固定電極部１１２１との間に静電引力が発生し、ねじり棒１１１３を軸として可動電極板１１１１が回転する。
【００５６】
図８は、可動電極板１１１１が回転する場合の例を表す模式図である。図８によれば、可動電極板１１１１が回転することで、ウェルの底部として機能している部分が鉛直下方向へ傾けられる。これにより、可動電極板１１１１に載置されているｉＰＳ細胞が鉛直下方向へ転がる。
【００５７】
処理回路２１は、第１電極１１１と第２電極１１２との間に、例えば、パルス状に複数回の電圧を印加してもよい。また、処理回路２１は、正弦波状の電圧を印加してもよい。第１電極１１１と第２電極１１２との間に所定形状の複数回の電圧が印加されることにより、可動電極板１１１１の回転と、復帰とが繰り返される。これにより、可動電極板１１１１に載置されているｉＰＳ細胞が回転するように振動され、可動電極板１１１１上で回転する確率が向上する。処理回路２１は、例えば、ｉＰＳ細胞が４分の１周程度回転するように、第１電極１１１と第２電極１１２との間に、電圧を印加する。
【００５８】
なお、可動電極板１１１１の断面が、例えば、図９に示されるように鉛直方向上方に沿った形状をしていてもよい。可動電極板１１１１の形状を工夫することで、より効率的にｉＰＳ細胞を回転させることが可能となる。
【００５９】
また、処理回路２１は、ｉＰＳ細胞を回転させる際、給水制御機能２１３も実行してもよい。給水制御機能２１３において処理回路２１は、ポンプを制御し、撮像装置１０の第１孔１２４から緩衝液を流入させる。これにより、撮像装置１０内に緩衝液の流れが発生し、ウェルに収容されているｉＰＳ細胞に対し、第１孔１２４から第２孔１２５への方向の力が働くことになる。これにより、ｉＰＳ細胞をより効率的に回転させることが可能となる。
【００６０】
ウェルに収容される全てのｉＰＳ細胞を、例えば、４分の１周程度回転させると処理回路２１は、設定されている画像番号をインクリメントする（ステップＳ４１３）。これにより、（Ｐ＝１，Ｓ＝２）が設定される。
【００６１】
ｉＰＳ細胞の画像番号をインクリメントすると処理回路２１は、撮像制御機能２１１により、ｉＰＳ細胞についての画像データを取得する（ステップＳ４１４）。画像データを取得すると処理回路２１は、画像処理機能２１４により、取得した画像データに所定の画像処理を施し、画像を生成する。処理回路２１は、生成した画像をメモリ２２に記憶する（ステップＳ４１５）。
【００６２】
メモリ２２に画像を記憶すると処理回路２１は、処理をステップＳ４８へ移行させ、予め設定された全ての位置での撮像が実施されるまで、ステップＳ４４〜ステップＳ４８の処理を繰り返す。また、処理回路２１は、予め設定された全てのｉＰＳ細胞の撮像が実施されるまで、ステップＳ４２〜ステップＳ４１５の処理を繰り返す。
【００６３】
予め設定された全てのｉＰＳ細胞の撮像が実施された場合（ステップＳ４９のＹｅｓ）、すなわち、（Ｐ＝１，Ｓ＝１）、（Ｐ＝２，Ｓ＝１）、…、（Ｐ＝１，Ｓ＝２）、（Ｐ＝２，Ｓ＝２）、…、（Ｐ＝Ｐｎ，Ｓ＝Ｓｍ）についての画像がメモリ２２に記憶されている場合、処理回路２１は、識別機能２１５を実行する。識別機能２１５において処理回路２１は、メモリ２２に記憶されている学習済みモデル２２１を用い、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞のうち、状態が良好なｉＰＳ細胞を識別する（ステップＳ４１６）。
【００６４】
図１０は、図１に示される識別機能２１５の動作の例を説明するための図である。処理回路２１は、ウェルプレート１１に対するマイクロレンズアレイ１２１の鉛直方向の位置を変えながら、かつ、ｉＰＳ細胞を回転させながら撮像したそれぞれの画像をメモリ２２から読み出す。すなわち、処理回路２１は、（Ｐ＝１，Ｓ＝１）、（Ｐ＝２，Ｓ＝１）、…、（Ｐ＝１，Ｓ＝２）、（Ｐ＝２，Ｓ＝２）、…、（Ｐ＝Ｐｎ，Ｓ＝Ｓｍ）についての画像をメモリ２２から読み出す。
【００６５】
処理回路２１は、読み出した（Ｐ＝１，Ｓ＝１）、（Ｐ＝２，Ｓ＝１）、…、（Ｐ＝１，Ｓ＝２）、（Ｐ＝２，Ｓ＝２）、…、（Ｐ＝Ｐｎ，Ｓ＝Ｓｍ）についての画像それぞれから、第１のｉＰＳ細胞を抽出する。図１０によれば、第１のｉＰＳ細胞は、例えば、最も上の行（第１行）、かつ、最も左の列（第１列）に位置している。処理回路２１は、第１のｉＰＳ細胞について抽出した複数の画像を、学習済みモデル２２１へ入力データとして入力する。学習済みモデル２２１からは、入力された第１のｉＰＳ細胞についての複数の画像に基づき、第１のｉＰＳ細胞の状態に関する情報、例えば、第１のｉＰＳ細胞の状態が良好か不良かが出力される。
【００６６】
続いて、処理回路２１は、（Ｐ＝１，Ｓ＝１）、（Ｐ＝２，Ｓ＝１）、…、（Ｐ＝１，Ｓ＝２）、（Ｐ＝２，Ｓ＝２）、…、（Ｐ＝Ｐｎ，Ｓ＝Ｓｍ）についての画像それぞれから、第２のｉＰＳ細胞を抽出する。図１０によれば、第２のｉＰＳ細胞は、例えば、第２行、第１列に位置している。処理回路２１は、第２のｉＰＳ細胞についての複数の画像を、学習済みモデル２２１へ入力データとして入力する。学習済みモデル２２１からは、入力された第２のｉＰＳ細胞についての複数の画像に基づき、第２のｉＰＳ細胞の状態が良好か不良かが出力される。
【００６７】
処理回路２１は、撮像した画像に含まれる全てのｉＰＳ細胞についての画像をそれぞれ学習済みモデル２２１へ入力し、学習済みモデル２２１に、ｉＰＳ細胞毎の状態の良し悪しを出力させる。撮像した画像に含まれる全てのｉＰＳ細胞について状態が出力されると処理回路２１は、例えば、状態が良好なｉＰＳ細胞のみをディスプレイ２４に表示する。
【００６８】
なお、ｉＰＳ細胞を収容していないウェルが存在する場合には、処理回路２１は、そのウェルを抜いて次のウェルに収容されているｉＰＳ細胞を画像から抽出する。
【００６９】
状態が良好であると識別されたｉＰＳ細胞は、例えば、撮像装置１０から回収され、所定の数毎に培養皿に移される。培養皿に移されたｉＰＳ細胞は、コロニーを形成し、細胞コロニーとして培養皿で培養される。
【００７０】
以上のように、第１の実施形態では、細胞識別システムは、撮像装置１０及び識別装置２０を備える。撮像装置１０は、ｉＰＳ細胞を収容可能なウェルが複数設けられるウェルプレート１１、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を回転可能に設けられる回転機構１１１，１１２、及び複数のウェルに収容されるｉＰＳ細胞を撮像可能に設けられる撮像部１２１，１２２を備える。撮像装置１０は、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を回転させる毎に、ｉＰＳ細胞を撮像し、画像信号を識別装置２０へ送信する。識別装置２０は、学習済みモデルを予め記憶している。識別装置２０は、撮像装置１０から送信された画像信号に基づいて生成した画像を入力データとして学習済みモデルへ入力し、出力される情報に基づき、状態が良好なｉＰＳ細胞を識別する。これにより、ｉＰＳ細胞の作成時、及び未分化段階において、良好な状態のｉＰＳ細胞を人の手を介さずに識別することが可能となる。さらに、ｉＰＳ細胞が分化した後においても良好な状態のｉＰＳ細胞を人の手を介さずに識別することが可能となる。
【００７１】
また、第１の実施形態では、撮像装置１０は、撮像部１２１，１２２とウェルに収容されるｉＰＳ細胞との間の距離を調節可能な距離調節機構１２６１をさらに有する。撮像装置１０は、撮像部１２１，１２２とウェルに収容されるｉＰＳ細胞との間の距離を変化させる毎に、ｉＰＳ細胞を撮像し、画像信号を識別装置２０へ送信する。これにより、光の干渉パターンを含み得る画像が取得されることになり、ｉＰＳ細胞の外観だけでなく、ｉＰＳ細胞の細胞質内の状態、及び核の状態と関連する画像を取得することが可能となる。光の干渉パターンを含む画像を入力データとして利用することで、良好な状態のｉＰＳ細胞を識別する精度が向上する。
【００７２】
また、第１の実施形態では、撮像部は、マイクロレンズアレイ１２１及び撮像素子１２２を有する。これにより、１度の撮像で複数のｉＰＳ細胞を含む画像を生成することが可能となり、効率的に複数のｉＰＳ細胞を撮像することが可能となる。
【００７３】
なお、図４に示されるフローチャートの説明では、撮像装置１０内のウェルにｉＰＳ細胞が収容されている状態からの処理を説明した。撮像装置１０内のウェルにｉＰＳ細胞を効率的にトラップする方法は、例えば、以下により実現可能である。
【００７４】
図１１は、ｉＰＳ細胞を効率的にトラップする機能を有するウェルプレート１３の上面図の例を表す図である。ウェルプレート１３の内部には、ウェルにｉＰＳ細胞をトラップするトラップ機構、及びウェル内にトラップしたｉＰＳ細胞を回転させる回転機構が形成されている。トラップ機構、及び回転機構は、例えば、ウェルプレート１３の内部に形成される、第３電極１３１、第４電極１３２、及び第５電極１３３により実現される。
【００７５】
具体的には、第３電極１３１、第４電極１３２、及び第５電極１３３は、それぞれが予め設定された方向に形成されている。例えば、図１１に示される例では、第３電極１３１は、破線により表され、ｙ軸方向に沿い、ウェルの一方の側面の近傍に形成されている。第４電極１３２、及び第５電極１３３は、１点鎖線により表され、ｘ軸方向に沿い、ウェルを挟むように形成されている。ウェルを挟んで形成される第４電極１３２と第５電極１３３との間の距離は、ウェルの直径よりも短い。
【００７６】
第３電極１３１と第４電極１３２とは、第３電極１３１と第４電極１３２との間に電位差を発生可能なように、それぞれスイッチ３１及びスイッチ３２を介して電源３０と接続されている。また、第４電極１３２と第５電極１３３とは、第４電極１３２と第５電極１３３との間に電位差を発生可能なように、それぞれスイッチ４１及びスイッチ４２を介して交流電源４０と接続されている。
【００７７】
図１２は、図１１に示されるウェルプレート１３のウェル近傍の構成を拡大して表した図である。また、図１３は、図１２に示されるウェルプレート１３のＡ−Ａにおける断面図を表す。また、図１４は、図１２に示されるウェルプレート１３のＢ−Ｂにおける断面図を表す。
【００７８】
第３電極１３１は、第４電極１３２及び第５電極１３３の上層に配設されている。第３電極１３１は、第４電極１３２及び第５電極１３３で挟まれた領域の鉛直上方に、駆動電極部１３１１を有する。駆動電極部１３１１は、ウェルプレート１３内に設けられる空間に露出されている。駆動電極部１３１１は、内部空間に露出されている領域において、断面が三角形の三角柱部１３１２，１３１３を有するように形成されている。三角柱部１３１２，１３１３は、ｙ軸方向に沿ってそれぞれ平行に形成される。駆動電極部１３１１が三角柱部１３１２，１３１３を有することで、効果的に静電力を働かせることが可能となる。なお、駆動電極部１３１１が必ずしも三角柱部１３１２，１３１３を有さなくても構わない。
【００７９】
第４電極１３２は、可動電極板１３２１、ねじり棒１３２２、及び固定部１３２３を有する。可動電極板１３２１は、ウェル内で筒構造の仕切板となるように、ウェル毎に形成されている。可動電極板１３２１は、各ウェルの底部として機能する。可動電極板１３２１は、固定部１３２３により、導電性のねじり棒１３２２を介して支持されている。可動電極板１３２１の周囲は、可動電極板１３２１がねじり棒１３２２を軸にして回転可能なように、空間が形成されている。可動電極板１３２１、ねじり棒１３２２、及び固定部１３２３により、回転機構としての静電型回転アクチュエータがウェル毎に形成される。
【００８０】
第４電極１３２と第５電極１３３とは、トラップ機構として機能する。ウェルを挟んで形成される第４電極１３２と第５電極１３３との間の距離はウェルの直径よりも短く、第４電極１３２及び第５電極１３３は、ウェル内に突出して形成されている。撮像装置１０内を緩衝液で満たした状態で、第４電極１３２と第５電極１３３との間に交流電源により交流電圧を印加すると、図１４に示されるようにウェルの内部へ向かう方向に誘電泳動力が発生する。
【００８１】
図１１乃至図１４に示されるウェルプレート１３を有する撮像装置１０を用い、ｉＰＳ細胞は、例えば、以下のように撮像装置１０内のウェルでトラップされる。例えば、分離されたｉＰＳ細胞は、緩衝液に含有され、緩衝液と共に第１孔１２４から撮像装置１０内へ導入される。
【００８２】
図１５は、ｉＰＳ細胞をウェルプレート１３のウェルでトラップする際のスイッチ３１，３２，４１，４２の接続例を表す図である。ｉＰＳ細胞をウェルプレート１３のウェルでトラップする際、スイッチ３１，３２が開放され、スイッチ４１，４２が閉じられ、第４電極１３２と第５電極１３３との間に、交流電圧が印加される。ｉＰＳ細胞を含有する緩衝液は、撮像装置１０内のウェルプレート１３と、蓋部１２との間を通過した後、第２孔１２５から排出される。緩衝液に含有されるｉＰＳ細胞は、緩衝液がウェル上を流れる際、図１６で示されるように、第４電極１３２及び第５電極１３３により発生される誘電泳動力を受ける。これにより、ｉＰＳ細胞は、ウェルにトラップされる。
【００８３】
図１７は、ウェルでトラップされたｉＰＳ細胞を回転させる際のスイッチ３１，３２，４１，４２の接続例を表す図である。ウェルでトラップされたｉＰＳ細胞を回転させる際、スイッチ３１，３２が閉じられ、スイッチ４１，４２が開放され、第３電極１３１と第４電極１３２との間に、電圧が印加される。
【００８４】
なお、撮像装置１０に導入される培養中の細胞は、第１の実施形態で記載される識別を経て、良好な状態であると識別されたｉＰＳ細胞が集められて培養された細胞であっても構わない。これにより、良好なｉＰＳ細胞の濃縮・純化が行える。
【００８５】
（第２の実施形態）  
第１の実施形態では、ウェルに収容されているｉＰＳ細胞の状態が良好であるか否かを、学習済みモデル２２１を用いて識別する例を説明した。第２の実施形態では、ウェルに収容されている細胞コロニーの状態が良好であるか否かを、学習済みモデルを用いて識別する例を説明する。
【００８６】
図１８は、第２の実施形態に係る細胞識別システムの構成の例を示す図である。図１８に示される識別システムは、撮像装置１０Ａ、及び識別装置２０Ａを備える。図１８では、撮像装置１０Ａの断面の模式図と、識別装置２０Ａのブロック図とが表されている。撮像装置１０Ａと識別装置２０Ａとは、例えば、有線により接続されている。また、識別装置２０Ａは、撮像装置１０Ａへ電圧を印加する電源３０と接続されている。
【００８７】
撮像装置１０Ａは、細胞コロニーを収容し、収容している細胞コロニーを撮像可能な装置である。撮像装置１０Ａに収容される細胞コロニーは、ｉＰＳ細胞が２次元的に分布する２次元細胞コロニーであることが望ましい。なお、ｉＰＳ細胞は、必ずしも２次元的に分布されることに限定されない。撮像装置１０Ａは、細胞コロニーを収容するためのウェルプレート１１Ａ、及びウェルプレート１１Ａを密閉するように覆う蓋部１２Ａを有する。
【００８８】
ウェルプレート１１Ａは、例えば、可撓性を有する、ＰＤＭＳ、ポリエチレン、及びポリスチレン等の熱可塑性樹脂により形成される。ウェルプレート１１Ａは、上面にウェルと称される複数の凹部が、例えば、格子状に形成されている。このことは、ウェルプレート１１Ａにウェルアレイが形成されていると換言可能である。ウェルは、断面が略円形の筒状に形成されている。ウェルの直径は、細胞コロニーを収容可能な数ｍｍ程度である。
【００８９】
蓋部１２Ａは、例えば、ＰＤＭＳ等のシリコンやＡＢＳ等の樹脂により形成される。蓋部１２Ａの内側上面の一部には、ウェルプレート１１Ａのウェルに収容される細胞コロニーを撮像するための撮像部が設けられている。撮像部は、例えば、複数のレンズエレメント１２１１Ａ、及び撮像素子１２２Ａを有する。なお、以下では、複数のウェルがウェルプレート１１Ａ上に格子状に形成されているものとし、複数のレンズエレメント１２１１Ａが、ウェルと同様に格子状に配列されて成るマイクロレンズアレイ１２１Ａを想定する。マイクロレンズアレイ１２１Ａにおけるレンズエレメント１２１１Ａの配列は、ウェルプレート１１Ａに形成されるウェルの配列と一致している。
【００９０】
マイクロレンズアレイ１２１Ａには、光源部１２１２Ａが設けられている。光源部１２１２Ａは、例えば、白色ＬＥＤまたは特定の波長を有するＬＥＤ等により実現される。光源部１２１２Ａは、例えば、図１８に示されるように、隣り合うレンズエレメント１２１１Ａの間に設けられる。なお、光源部１２１２Ａは、ウェルプレート１１Ａの裏側に設けられても構わない。光源部１２１２Ａからは、ウェルに収容されている細胞コロニーへダメージを与えない程度のエネルギーの光が照射される。
【００９１】
撮像素子１２２Ａは、受光した光を電気信号へ変換するイメージセンサの例である。撮像素子１２２Ａは、例えば、ＣＣＤセンサ、又はＣＭＯＳセンサ等により実現される。撮像素子１２２Ａは、光源部１２１２Ａから照射されて撮像対象物で反射・散乱された光を、マイクロレンズアレイ１２１Ａを介して受光する。なお、光源部１２１２Ａがウェルプレート１１Ａの裏側に設けられている場合には、撮像素子１２２Ａは、ウェルプレート１１Ａ及び撮像対象物を透過した光を、マイクロレンズアレイ１２１Ａを介して受光する。撮像素子１２２Ａは、受光した光を電気信号としての画像信号へ変換する。
【００９２】
蓋部１２Ａの、例えば、外側上面には、撮像部と識別装置２０Ａとを接続するための接続インタフェース１２３が設けられている。蓋部１２Ａの一端の、撮像部が設けられていない領域の上面には、第１孔１２４Ａが設けられている。また、蓋部１２Ａの他端の、撮像部が設けられていない領域の上面には、第２孔１２５Ａが設けられている。第１孔１２４Ａは、例えば、撮像装置１０内へ緩衝液等の溶液を流入させる流入口として用いられる。また、第２孔１２５Ａは、例えば、撮像装置１０から緩衝液等の溶液を排出させる排出口として用いられる。
【００９３】
蓋部１２Ａは、側壁部１２６Ａを有している。側壁部１２６Ａの少なくとも一部には、例えば、側壁部１２６Ａの延伸方向に伸縮可能な伸縮部１２６１Ａが形成されている。伸縮部１２６１Ａは、距離調節機構の一例である。伸縮部１２６１Ａは、例えば、蛇腹構造、及び入れ子構造等により実現される。伸縮部１２６１Ａが伸縮することで、ウェルプレート１１Ａの上面と、マイクロレンズアレイ１２１Ａとの間の距離が変化する。
【００９４】
図１８に示される識別装置２０Ａは、撮像装置１０Ａに収容される細胞コロニーのうち状態が良好な細胞コロニーを、学習済みモデルを用いて識別する装置である。識別装置２０Ａは、処理回路２１Ａ、メモリ２２Ａ、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５を有する。処理回路２１Ａ、メモリ２２Ａ、入力インタフェース２３、ディスプレイ２４、及び接続インタフェース２５は、例えば、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
【００９５】
処理回路２１Ａは、識別装置２０Ａの中枢として機能するプロセッサである。処理回路２１Ａは、メモリ２２Ａ等に記憶されているプログラムを実行することにより、当該プログラムに対応する機能を実現する。
【００９６】
メモリ２２Ａは、種々の情報を記憶する記憶装置である。メモリ２２Ａは、本実施形態に係る識別プログラム等を記憶している。また、メモリ２２Ａは、例えば、機械学習により生成された識別器としての学習済みモデル２２１を記憶している。
【００９７】
処理回路２１Ａは、メモリ２２Ａに記憶されている識別プログラム等を実行することで、当該プログラムに対応する機能を実現する。例えば、処理回路２１Ａは、識別プログラムを実行することで、撮像制御機能２１１、給水制御機能２１３Ａ、画像処理機能２１４、画像解析機能２１６、及び識別機能２１５Ａを有する。なお、本実施形態では、単一のプロセッサによって撮像制御機能２１１、給水制御機能２１３Ａ、画像処理機能２１４、画像解析機能２１６、及び識別機能２１５Ａが実現される場合を説明するが、これに限定されない。例えば、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより撮像制御機能２１１、給水制御機能２１３Ａ、画像処理機能２１４、画像解析機能２１６、及び識別機能２１５Ａを実現しても構わない。
【００９８】
給水制御機能２１３Ａは、不図示のポンプを制御することで、撮像装置１０Ａ内へ緩衝液等の溶液を供給する機能である。
【００９９】
画像解析機能２１６は、生成した画像を解析する機能である。画像解析機能２１６において処理回路２１Ａは、例えば、生成した画像に対して所定の輪郭抽出処理を実施することで、細胞コロニーを撮像した画像から、ｉＰＳ細胞が含まれる領域を抽出する。
【０１００】
識別機能２１５Ａは、画像解析により生成した画像を入力として学習済みモデル２２１を用い、状態が良好な細胞コロニーを識別する機能である。
【０１０１】
次に、以上のように構成された識別装置２０Ａによる細胞コロニーの識別処理を、処理回路２１Ａの処理手順に従って説明する。  
図１９は、図１８で示される処理回路２１Ａが学習済みモデル２２１を利用した細胞コロニーの識別処理を実行する際の動作の例を表すフローチャートである。
【０１０２】
まず、操作者は、撮像装置１０Ａを準備する。具体的には、操作者は、ウェルプレート１１Ａに形成されているウェルに細胞コロニーを載置する。ウェルに細胞コロニーを載置すると操作者は、ウェルプレート１１Ａに形成されているウェルの位置と、蓋部１２Ａに設けられているマイクロレンズアレイ１２１Ａの位置とを合わせて、ウェルプレート１１Ａに蓋部１２Ａを被せて固定する。
【０１０３】
ウェルプレート１１Ａに蓋部１２Ａを被せて固定すると操作者は、入力インタフェース２３を介し、処理回路２１Ａに給水制御機能２１３Ａを実行させる。給水制御機能２１３Ａを実行すると処理回路２１Ａは、ポンプを制御し、例えば、緩衝液を第１孔１２４Ａから撮像装置１０Ａへ供給する。これにより、撮像装置１０Ａ内が、例えば、緩衝液により満たされる。図２０は、細胞コロニーが収容され、緩衝液により満たされた撮像装置１０Ａの断面図の例を表す図である。
【０１０４】
操作者は、撮像装置１０Ａの準備が整うと、入力インタフェース２３を介して識別処理の開始指示を識別装置２０Ａに入力する。開始指示が入力されると処理回路２１Ａは、識別プログラムをメモリ２２Ａから読み出し、読み出した識別プログラムを実行する。処理回路２１Ａが識別プログラムを実行すると、図１９に示される処理が開始される。
【０１０５】
図１９において、処理回路２１Ａは、撮像制御機能２１１を実行する。撮像制御機能２１１を実行すると処理回路２１Ａは、ウェルプレート１１Ａに対するマイクロレンズアレイ１２１Ａの第１位置：Ｐ＝１を設定する（ステップＳ１９１）。第１位置：Ｐ＝１を設定すると処理回路２１Ａは、撮像装置１０Ａで得られた細胞コロニーについての画像信号に基づき、画像データを取得する（ステップＳ１９２）。
【０１０６】
画像データを取得すると処理回路２１Ａは、画像処理機能２１４を実行する。画像処理機能２１４を実行すると処理回路２１Ａは、受信した画像データに所定の画像処理を施し、画像を生成する。処理回路２１Ａは、生成した画像をメモリ２２Ａに記憶する（ステップＳ１９３）。
【０１０７】
メモリ２２Ａに画像を記憶すると処理回路２１Ａは、撮像制御機能２１１により、距離調節機構である伸縮部１２６１Ａを伸長又は縮小させる（ステップＳ１９４）。これにより、マイクロレンズアレイ１２１Ａが第２位置：Ｐ＝２へ移動される。伸縮部１２６１Ａを伸長又は縮小させると処理回路２１Ａは、設定されている位置番号をインクリメントする（ステップＳ１９５）。これにより、第２位置：Ｐ＝２が設定される。
【０１０８】
マイクロレンズアレイ１２１Ａの位置番号をインクリメントすると処理回路２１Ａは、撮像制御機能２１１により、細胞コロニーについての画像データを取得する（ステップＳ１９６）。画像データを取得すると処理回路２１Ａは、画像処理機能２１４により、取得した画像データに所定の画像処理を施し、画像を生成する。処理回路２１Ａは、生成した画像をメモリ２２Ａに記憶する（ステップＳ１９７）。
【０１０９】
メモリ２２Ａに画像を記憶すると処理回路２１Ａは、撮像制御機能２１１により、予め設定された全ての位置での撮像が実施されたか否かを判断する（ステップＳ１９８）。全ての位置での撮像が実施されていない場合（ステップＳ１９８のＮｏ）、処理回路２１Ａは、処理をステップＳ１９４へ移行させ、予め設定された全ての位置での撮像が実施されるまで、ステップＳ１９４〜ステップＳ１９８の処理を繰り返す。
【０１１０】
予め設定された全ての位置での撮像が実施された場合（ステップＳ１９８のＹｅｓ）、すなわち、第１位置：Ｐ＝１、第２位置：Ｐ＝２、…第ｎ位置：Ｐ＝Ｐｎについての画像がメモリ２２Ａに記憶されている場合、処理回路２１Ａは、画像解析機能２１６、及び識別機能２１５Ａを実行する（ステップＳ１９９）。
【０１１１】
具体的には、画像解析機能２１６、及び識別機能２１５Ａを実行すると処理回路２１Ａは、第１位置：Ｐ＝１、第２位置：Ｐ＝２、…、第ｎ位置：Ｐ＝Ｐｎについての画像をメモリ２２Ａから読み出す。処理回路２１Ａは、読み出した複数の画像それぞれから、第１の細胞コロニーを抽出する。例えば、生成された画像において、第１の細胞コロニーは、図１０と同様に、例えば、最も上の行（第１行）、かつ、最も左の列（第１列）に位置している。
【０１１２】
処理回路２１Ａは、抽出した第１の細胞コロニーについての画像に対して所定の輪郭抽出処理を実施することで、ｉＰＳ細胞が含まれる領域を抽出する。図２１は、図１８に示される画像解析機能２１６による画像解析処理の例を表す模式図である。図２１によれば、細胞コロニーについての画像から、ｉＰＳ細胞が含まれる複数の領域が抽出されている。
【０１１３】
処理回路２１Ａは、第１の細胞コロニーについての画像が抽出された複数の画像毎に輪郭抽出処理を実施することで、ｉＰＳ細胞が含まれる領域を複数抽出する。このとき、ウェルプレート１１Ａと、マイクロレンズアレイ１２１Ａとの位置関係によっては、ｉＰＳ細胞の輪郭が不鮮明になる画像がある。このような画像において、処理回路２１Ａは、複数の画像のうちの他の画像で抽出されたｉＰＳ細胞の位置を利用してｉＰＳ細胞が含まれる領域を抽出してもよい。
【０１１４】
図２２は、図１８に示される識別機能２１５Ａの動作の例を説明するための図である。処理回路２１Ａは、第１位置：Ｐ＝１、第２位置：Ｐ＝２、…、第ｎ位置：Ｐ＝Ｐｎにおける第１の細胞コロニーについての画像それぞれからｉＰＳ細胞が含まれる領域を抽出する。処理回路２１Ａは、ｉＰＳ細胞について抽出した複数の画像を、学習済みモデル２２１へ入力データとして入力する。学習済みモデル２２１からは、入力されたｉＰＳ細胞についての複数の画像に基づき、ｉＰＳ細胞の状態が良好か不良かが出力される。
【０１１５】
処理回路２１Ａは、ｉＰＳ細胞の状態に基づき、第１の細胞コロニーの状態が良好か否かを判断する。例えば、処理回路２１Ａは、状態が良好であるとの出力数が予め設定された数以上である場合、第１の細胞コロニーの状態が良好であると判断する。一方、状態が良好であるとの出力数が予め設定された数未満である場合、処理回路２１Ａは、第１の細胞コロニーの状態が不良であると判断する。
【０１１６】
続いて、処理回路２１Ａは、第１位置：Ｐ＝１、第２位置：Ｐ＝２、…、第ｎ位置：Ｐ＝Ｐｎについての画像それぞれから、第２の細胞コロニーを抽出する。処理回路２１Ａは、第１の細胞コロニーに対する処理と同様の処理を繰り返し、第２の細胞コロニーの状態が良好か不良かを判断する。
【０１１７】
処理回路２１Ａは、撮像した画像に含まれる全ての細胞コロニー毎の状態の良し悪しを判断する。撮像した画像に含まれる全ての細胞コロニーについて状態を判断すると処理回路２１Ａは、例えば、状態が良好な細胞コロニーのみをディスプレイ２４に表示する。
【０１１８】
状態が良好であると識別された細胞コロニーは、例えば、撮像装置１０Ａから回収され、培養皿に移されて培養される。そして、培養皿で培養された細胞コロニーは、改めて撮像装置１０Ａに移され、状態の良し悪しを判断されてもよい。
【０１１９】
以上のように、第２の実施形態では、細胞識別システムは、撮像装置１０Ａ及び識別装置２０Ａを備える。撮像装置１０Ａは、細胞コロニーを収容可能なウェルが複数設けられるウェルプレート１１Ａ、複数のウェルに収容される細胞コロニーを撮像可能に設けられる撮像部１２１Ａ，１２２Ａ、及び撮像部１２１Ａ，１２２Ａとウェルに収容される細胞コロニーとの間の距離を調節可能な距離調節機構１２６１Ａを備える。撮像装置１０Ａは、撮像部１２１Ａ，１２２Ａとウェルに収容される細胞コロニーとの間の距離を変更する毎に、細胞コロニーを撮像し、画像信号を識別装置２０Ａへ送信する。識別装置２０Ａは、学習済みモデルを予め記憶している。識別装置２０Ａは、撮像装置１０Ａから送信された画像信号に基づいて生成した画像からｉＰＳ細胞を含む領域を抽出する。識別装置２０Ａは、ｉＰＳ細胞を含む画像を入力データとして学習済みモデルへ入力し、出力される情報に基づき、状態が良好な細胞コロニーを識別する。これにより、光の干渉パターンを含み得る画像が取得されることになり、ｉＰＳ細胞の外観だけでなく、ｉＰＳ細胞の細胞質内の状態、及び核の状態と関連する画像を取得することが可能となる。また、ｉＰＳ細胞の作成時、及び未分化段階において、良好な状態の細胞コロニーを人の手を介さずに識別することが可能となる。さらに、ｉＰＳ細胞が分化した後においても良好な状態のｉＰＳ細胞を人の手を介さずに識別することが可能となる。
【０１２０】
また、第２の実施形態では、撮像部は、マイクロレンズアレイ１２１Ａ及び撮像素子１２２Ａを有する。これにより、１度の撮像で複数の細胞コロニーを含む画像を生成することが可能となり、効率的に複数の細胞コロニーを撮像することが可能となる。
【０１２１】
なお、本実施形態では、学習済みモデル２２１が、ｉＰＳ細胞を、回転方向を変えることで複数の角度から捉えた画像、及び、ｉＰＳ細胞とレンズとの間の距離を変更させながら撮影した画像を入力データとして用いられて生成された場合を説明した。しかしながら、これに限定されない。本実施形態に係る学習済みモデルは、ｉＰＳ細胞とレンズとの間の距離を変更させながら撮影した画像のみを入力データとして用いて生成されても構わない。すなわち、第２の実施形態に係る学習済みモデルでは、ｉＰＳ細胞を複数の角度から捉えた画像を入力データとして必ずしも用いる必要はない。
【０１２２】
また、第１及び第２の実施形態では、撮像装置１０，１０Ａに設けられる光源部１２１２，１２１２Ａが白色光を発生するＬＥＤである場合を例に説明した。しかしながら、これに限定されない。光源部１２１２，１２１２Ａは、単色光を発生するレーザ光源であっても構わない。光源部１２１２，１２１２Ａを単色レーザ光源で実現する場合、ウェルに収容されるｉＰＳ細胞を、単色レーザ光源により励起される蛍光色素で染色すると鮮明な画像を取得することが可能である。
【０１２３】
また、第１及び第２の実施形態では、ｉＰＳ細胞の状態の良し悪しを、学習済みモデル２２１を用いて識別する例を説明した。しかしながら、これに限定されない。学習済みモデルを用い、分化誘導因子の適切な注入タイミングに達したｉＰＳ細胞を識別するようにしてもよい。このとき、学習済みモデルは、例えば、分化誘導因子を注入するのに適したタイミングで撮像されたｉＰＳ細胞についての画像を含む、ｉＰＳ細胞について撮像された複数の画像を入力データとし、画像内のｉＰＳ細胞が分化誘導因子を注入するのに適したタイミングであるか、適したタイミングでないかを正解出力データとして機械学習がなされて生成される。識別装置の処理回路は、撮像により得られたｉＰＳ細胞についての画像をこの学習済みモデルに入力することで、分化誘導因子の適切な注入タイミングに達したｉＰＳ細胞を識別する。
【０１２４】
また、第１の実施形態で記載されたｉＰＳ細胞の識別処理と、第２の実施形態で記載された細胞コロニーの識別処理とが順番に実施されても構わない。すなわち、例えば、第１の実施形態で記載される識別を経て良好な状態であると識別されたｉＰＳ細胞が集められて培養された細胞コロニーの状態が、第２の実施形態で記載される方法を用いて識別されてもよい。また、例えば、第２の実施形態で記載される識別を経て良好な状態であると識別された細胞コロニーがさらに培養された細胞コロニーからｉＰＳ細胞が分離され、このｉＰＳ細胞の状態が、第１の実施形態で記載される方法を用いて識別されてもよい。
【０１２５】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、細胞識別システムは、細胞を選別する負担を軽減することができる。
【０１２６】
実施形態の説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ））、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、上記各実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、上記各実施形態における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
【０１２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２８】
１０，１０Ａ…撮像装置
１１，１１Ａ，１３…ウェルプレート
１２，１２Ａ…蓋部
２０，２０Ａ…識別装置
２１，２１Ａ…処理回路
２２，２２Ａ…メモリ
２３…入力インタフェース
２４…ディスプレイ
２５…接続インタフェース
３０…電源
４０…交流電源
３１，３２，４１，４２…スイッチ
１１１…第１電極
１１２…第２電極
１３１…第３電極
１３２…第４電極
１３３…第５電極
１２１，１２１Ａ…マイクロレンズアレイ
１２２，１２２Ａ…撮像素子
１２３…接続インタフェース
１２４，１２４Ａ…第１孔
１２５，１２５Ａ…第２孔
１２６，１２６Ａ…側壁部
２１１…撮像制御機能
２１２…電位制御機能
２１３，２１３Ａ…給水制御機能
２１４…画像処理機能
２１５，２１５Ａ…識別機能
２１６…画像解析機能
２２１…学習済みモデル
１１１１…可動電極板
１１１２…固定部
１１１３…ねじり棒
１１２１…固定電極部
１２１１，１２１１Ａ…レンズエレメント
１２１２，１２１２Ａ…光源部
１２６１，１２６１Ａ…伸縮部
１３１１…駆動電極部
１３１２，１３１３…三角柱部
１３２１…可動電極板
１３２２…ねじり棒
１３２３…固定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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