(57)【要約】  観察システム（１）は、試料（５００）が配置されるように構成された配置面を有する筐体（１０１）を備える観察装置（１００）と、筐体（１０１）の外部に配置される外部照明部（２１０）とを備える。前記配置面の少なくとも一部は光学的に透明な特性を有する透明部材で構成されている。観察装置（１００）は、筐体（１０１）内に設けられた撮像部（１５１）を備える。撮像部（１５１）は、外部照明部（２１０）によって照明された試料（５００）を透明部材を介して撮影して少なくとも３色の画像を取得するように構成されている。
2019058512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が配置されるように構成された配置面を有する筐体を備える観察装置と、
前記筐体の外部に配置される外部照明部と
を備える観察システムであって、
前記配置面の少なくとも一部は光学的に透明な特性を有する透明部材で構成されており、
前記観察装置は、前記外部照明部によって照明された前記試料を前記透明部材を介して撮影して少なくとも３色の画像を取得するように構成された、前記筐体内に設けられた撮像部と
を備える、
観察システム。
【請求項２】
前記観察装置は、前記筐体内に設けられた、前記透明部材を介して前記試料を照明する内部照明部をさらに備え、
前記撮像部は、前記内部照明部によって照明された前記試料を前記透明部材を介して撮影して第１の画像を取得するように構成され、かつ、前記外部照明部による照明によって取得する前記少なくとも３色の画像を第２の画像として取得するように構成されている、
請求項１に記載の観察システム。
【請求項３】
前記外部照明部は、少なくとも３色の照明光を独立に放射可能な光源を備え、
前記撮像部は、前記外部照明部が色毎に放射した照明光で照明された前記試料を撮影することで前記少なくとも３色の画像を取得する、
請求項１又は２に記載の観察システム。
【請求項４】
前記撮像部は、前記画像を取得するための単色の撮像素子を有する、請求項３に記載の観察システム。
【請求項５】
前記外部照明部は、少なくとも３色の成分を含む照明光を放射可能な光源を備え、
前記撮像部は、前記少なくとも３色の成分を分光可能であり、前記外部照明部が放射した少なくとも３色の成分を含む前記照明光で照明された前記試料を撮影することで前記少なくとも３色の画像を取得する、
請求項１又は２に記載の観察システム。
【請求項６】
前記第１の画像を取得する際には、前記内部照明部に照明光を放射させて前記撮像部に撮影動作を行わせ、
前記第２の画像を取得する際には、前記外部照明部に照明光を放射させて前記撮像部に撮影動作を行わせる
制御部をさらに備える請求項２に記載の観察システム。
【請求項７】
前記制御部は前記筐体の内部に配置されている、請求項６に記載の観察システム。
【請求項８】
前記制御部は前記筐体の外部に配置されている、請求項６に記載の観察システム。
【請求項９】
前記少なくとも３色の画像に基づいて、前記試料を透過した光の色毎の透過率を算出し、前記試料に含まれる培地のｐＨを算出する解析回路をさらに備える、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の観察システム。
【請求項１０】
前記解析回路は、
前記試料を透過していない光の色毎の強度を基準強度として取得し、
前記基準強度を基準として前記ｐＨを算出する、
請求項９に記載の観察システム。
【請求項１１】
前記撮像部は、前記少なくとも３色の画像を経時的に取得し、
前記解析回路は、前記ｐＨを経時的に算出する、
請求項９又は１０に記載の観察システム。
【請求項１２】
前記観察装置は、インキュベータの内部に静置されるように構成されており、
前記外部照明部は、前記インキュベータの内壁に取り付けられるように構成されている、
請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の観察システム。
【請求項１３】
前記試料は培養容器を含み、
前記観察装置は、インキュベータの内部に静置されるように構成されており、
前記外部照明部は、前記培養容器上に配置されるように構成されている、
請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の観察システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インキュベータ内で細胞等を培養しているとき、当該培養細胞の状態を把握したいという要求がある。このため一般には、適宜に培養容器をインキュベータから取り出して、顕微鏡で観察することなどが行われる。また、培養細胞の状態として、培地のｐＨも関心が持たれる。例えば日本国特開２０１２−１７０３５７号公報には、細胞培養中に培地のｐＨを計測することができるｐＨ計測装置及び当該計測装置のための特殊な培養容器について開示されている。
【発明の概要】
【０００３】
培養細胞の状態を把握するためのシステムの構成は、種々の状況に対応でき、種々の情報が得られるように、データ取得の自由度が高いことが好ましい。
【０００４】
本発明は、データ取得の自由度が高い観察システムを提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、観察システムは、試料が配置されるように構成された配置面を有する筐体を備える観察装置と、前記筐体の外部に配置される外部照明部とを備える観察システムであって、前記配置面の少なくとも一部は光学的に透明な特性を有する透明部材で構成されており、前記観察装置は、前記外部照明部によって照明された前記試料を前記透明部材を介して撮影して少なくとも３色の画像を取得するように構成された、前記筐体内に設けられた撮像部とを備える。
【０００６】
本発明によれば、データ取得の自由度が高い観察システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態に係る観察システムの構成例の概略を示す図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る観察システムの構成例の概略を示すブロック図である。
【図３】図３は、一実施形態に係る画像取得ユニットによる試料の観察について説明するための模式図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る観察システムの構成例の概略を示すブロック図である。
【図５Ａ】図５Ａは、一実施形態に係る観察システムの構成のバリエーションの一例の概略を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、一実施形態に係る観察システムの構成のバリエーションの一例の概略を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、一実施形態に係る観察システムの構成のバリエーションの一例の概略を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、一実施形態に係る観察システムの構成のバリエーションの一例の概略を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、一実施形態に係る観察システムの構成のバリエーションの一例の概略を示す図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、一実施形態に係る観察システムの構成のバリエーションの一例の概略を示す図である。
【図６】図６は、一実施形態に係る観察システムの動作の一例の概略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】
【０００８】
［観察システムの構成］
〈観察システムの概要〉
本実施形態に係る観察システムは、培養中の細胞、細胞群、組織等を撮影し、細胞又は細胞群の個数、形態等を記録及び解析するためのシステムである。図１は、観察システム１の外観の概略を示す模式図である。また、図２は、観察システム１の構成例の概略を示すブロック図である。観察システム１は、観察装置１００と照明装置２００とコントローラ３００とを備える。観察装置１００は、おおよそ平板形状をしている。観察装置１００の上面には観察対象である試料５００が配置され、観察装置１００と照明装置２００と試料５００とは、例えばインキュベータ４００内に設置される。インキュベータ４００は、一般的な細胞培養用のインキュベータである。以降の説明のため、観察装置１００の試料５００が配置される面と平行な面内に互いに直交するＸ軸及びＹ軸を定義し、Ｘ軸及びＹ軸と直交するようにＺ軸を定義する。
【０００９】
観察装置１００は、筐体１０１と、透明板１０２と、画像取得ユニット１５０とを備える。筐体１０１の上面の少なくとも一部には、光学的に透明な特性を有する透明部材としての透明板１０２が配置されている。画像取得ユニット１５０は、筐体１０１の内部に設けられている。画像取得ユニット１５０は、撮像部１５１と、内部照明部１５５と、支持部１６５とを備える。図１に示すように、内部照明部１５５は、支持部１６５に設けられている。また、支持部１６５の内部照明部１５５の近傍には、撮像部１５１が設けられている。画像取得ユニット１５０は、透明板１０２を介して試料５００を照明し、また、撮影して試料５００の画像を取得する。
【００１０】
インキュベータ４００の内部の例えば天井部分には、照明装置２００が設けられている。観察装置１００の画像取得ユニット１５０は、照明装置２００から照射された照明光を用いても、試料５００の画像を取得することができる。
【００１１】
コントローラ３００は、例えばインキュベータ４００の外部に設置される。コントローラ３００は、観察装置１００と通信し、また、照明装置２００と通信する。コントローラ３００は、観察装置１００へ各種指示を送信したり、観察装置１００から得られたデータを取得して解析したりする。また、コントローラ３００は、照明装置２００の照明状態についての指示を照明装置２００宛に送信する。
【００１２】
観察システム１は、１回の観察動作において、画像取得ユニット１５０がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動しながら繰り返し撮影を行うことで、試料５００の広い範囲を撮影することができる。また、観察システム１は、所定のシーケンスに従ってインターバルを設けながらこのような観察動作を繰り返し行うことができる。
【００１３】
〈試料について〉
観察システム１の測定対象である試料５００は、例えば次のようなものである。試料５００は、例えば、容器内の培地で細胞を培養しているものである。培養容器は、例えばシャーレ、培養フラスコ、マルチウェルプレート等であり得る。このように、容器の形状、大きさ等は限定されない。培地は、液体培地でも固体培地でもよい。測定対象の細胞は、例えば培養細胞であり、これは、接着性の細胞でもよいし、浮遊性の細胞でもよい。また、細胞は、スフェロイドや組織であってもよい。さらに、細胞は、どのような生物に由来してもよく、菌等であってもよい。このように、試料５００は、生物又は生物に由来する試料である生体試料を含む。
【００１４】
〈コントローラについて〉
コントローラ３００は、観察システム１の全体の制御を行う。コントローラ３００は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型の情報端末等である。図１には、タブレット型の情報端末を図示している。
【００１５】
コントローラ３００には、例えば液晶ディスプレイといった表示装置３７２とタッチパネルといった入力装置３７４とを備える入出力装置３７０が設けられている。入力装置３７４は、タッチパネルの他に、スイッチ、ダイヤル、キーボード、マウス等を含んでいてもよい。
【００１６】
また、コントローラ３００には、第１の通信装置３４０が設けられている。第１の通信装置３４０は、観察装置１００及び照明装置２００と通信を行うための装置である。この通信には、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を利用した無線通信が利用される。また、有線通信が用いられてもよい。また、コントローラ３００と観察装置１００と照明装置２００とは、互いにインターネット等の電気通信回線に接続されてインターネット等の電気通信回線を介して通信が行われてもよい。
【００１７】
また、コントローラ３００は、第１の制御回路３１０と、第１の記録回路３３０とを備える。第１の制御回路３１０は、コントローラ３００の各部の動作を制御する。第１の記録回路３３０は、例えば第１の制御回路３１０で用いられるプログラムや各種パラメータを記録している。また、第１の記録回路３３０は、観察装置１００で得られ、観察装置１００から受信したデータを記録する。
【００１８】
第１の制御回路３１０は、コントローラ３００の各部の動作を制御する。第１の制御回路３１０は、試料５００の測定のための制御に係る各種演算を行ったり、表示装置３７２の動作を制御したり、第１の記録回路３３０への情報の記録を制御したり、第１の通信装置３４０を介した観察装置１００との通信を制御したりする。また、第１の制御回路３１０は、観察装置１００から取得した画像に基づく各種解析を行ってもよい。例えば第１の制御回路３１０は、得られた画像に基づいて、試料５００に含まれる細胞又は細胞群の画像を抽出すること、細胞又は細胞群の数を算出すること、培地のｐＨを特定すること等を行ってもよい。
【００１９】
〈観察装置について〉
観察装置１００の筐体１０１の上面の一部に配置されている透明板１０２は、例えばガラス等光学的に透明な特性を有する透明部材で形成されている。試料５００は、この透明板１０２上に静置される。このように、筐体１０１の上面は、試料５００が配置されるように構成された配置面である。
【００２０】
筐体１０１の内部に設けられた画像取得ユニット１５０は、撮像部１５１と内部照明部１５５とを備える。撮像部１５１と内部照明部１５５とは、支持部１６５に固定されており、後述するように一体として移動する。
【００２１】
図２に示すように、内部照明部１５５は、第１の照明光学系１５６と第１の光源１５７とを備える。第１の光源１５７から放射された照明光は、第１の照明光学系１５６を介して試料５００へと照射される。第１の光源１５７は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。撮像部１５１は、撮像光学系１５２と撮像素子１５３とを含む。撮像部１５１は、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３の撮像面に結像した像に基づいて、画像データを生成する。撮像光学系１５２は、フォーカスレンズを有しており、Ｚ軸方向の合焦位置を変更することが可能である。また、撮像光学系１５２は、焦点距離を変更できるズーム光学系であることが好ましい。撮像部１５１は、試料５００の方向すなわちＺ軸方向を撮像し、試料５００の画像を取得する。
【００２２】
図３は、画像取得ユニット１５０と試料との構成例の概略を示す模式図である。この図に示すように、支持部１６５に設けられた第１の照明光学系１５６から放射された照明光は、試料５００内の培地５２２等を透過して、試料５００の容器５１０の上面の例えば蓋や上面等の容器上面５６０にあたり、容器上面５６０で反射する。反射光は、培地５２２内の細胞５２４等を照明して撮像光学系１５２に入射する。撮像部１５１は、撮像光学系１５２へ入射した光について撮影動作を行う。このように、内部照明部１５５によって照明されて取得された画像を第１の画像と称することにする。
【００２３】
図１及び図２に戻って観察システム１の構成について説明を続ける。観察装置１００は、移動機構１６０を備える。移動機構１６０は、支持部１６５をＸ軸方向に移動させるための、例えば送りねじとアクチュエータとを備えるＸ軸移動機構１６２と、支持部１６５をＹ軸方向に移動させるための、例えば送りねじとアクチュエータとを備えるＹ軸移動機構１６４とを備える。Ｚ軸方向の撮影位置は、上述のとおり、撮像光学系１５２のフォーカスレンズの位置を変更することで変更される。なお、フォーカスレンズに代えて、又はこれと共に、移動機構１６０は支持部１６５をＺ軸方向に移動させるためのＺ送りねじ及びＺアクチュエータ等を備えてもよい。
【００２４】
観察装置１００は、移動機構１６０を用いて画像取得ユニット１５０の位置をＸ方向及びＹ方向に変化させながら、撮像部１５１を用いて繰り返し撮影を行い、異なる位置に係る複数の画像を取得する。観察装置１００は、これらの画像を合成して１つの広い範囲を表す画像を生成してもよい。
【００２５】
さらに、観察装置１００は、Ｚ軸方向に撮影位置を変化させながら、同様に、Ｘ方向及びＹ方向に位置を変更させながら繰り返し撮影を行い、それらを合成して、各々のＺ方向位置における画像を順次取得してもよい。このようにして、３次元の各部における画像が取得されてもよい。
【００２６】
観察装置１００は、さらに、第２の制御回路１１０と、画像処理回路１２０と、第２の記録回路１３０と、第２の通信装置１４０とを備える。第２の通信装置１４０は、コントローラ３００との通信を行うための通信装置である。
【００２７】
第２の記録回路１３０は、例えば観察装置１００の各部で用いられるプログラムや各種制御パラメータ、画像取得ユニット１５０の移動パターン等を記録している。また、第２の記録回路１３０は、観察装置１００で得られたデータ等を記録する。
【００２８】
画像処理回路１２０は、撮像部１５１で得られた画像データに対して、各種画像処理を施す。画像処理回路１２０による画像処理後のデータは、例えば第２の記録回路１３０に記録されたり、コントローラ３００に送信されたりする。また、画像処理回路１２０は、得られた画像に基づく各種解析を行ってもよい。例えば画像処理回路１２０は、得られた画像に基づいて、試料５００に含まれる細胞又は細胞群の画像を抽出すること、細胞又は細胞群の数を算出すること、培地５２２のｐＨを特定すること等を行ってもよい。このようにして得られた解析結果も、例えば第２の記録回路１３０に記録されたり、コントローラ３００に送信されたりする。
【００２９】
第２の制御回路１１０は、観察装置１００の備える各部の動作を制御する。第２の制御回路１１０は、移動機構１６０の動作を制御して画像取得ユニット１５０の位置を制御したり、撮像部１５１の撮影動作を制御したり、内部照明部１５５の動作を制御したり、第２の通信装置１４０を介したコントローラ３００との通信を管理したり、観察装置１００で得られたデータの記録について制御したりする。
【００３０】
〈照明装置について〉
照明装置２００は、前述のとおりインキュベータ４００内の例えば内壁に設けられ、観察装置１００の上に設けられた試料５００を照明するための照明装置である。照明装置２００は、試料５００を照明することができるインキュベータ４００内の種々の位置に配置され得る。照明装置２００は、例えば、インキュベータ４００の天井に配置されてもよいし、インキュベータ４００の側面の壁に配置されてもよいし、試料５００の容器５１０の上に置かれてもよい。照明装置２００は、外部照明部２１０と、第３の制御回路２３０と、第３の通信装置２４０とを備える。
【００３１】
外部照明部２１０は、第２の光源２１７と、第２の照明光学系２１６とを備える。第２の光源２１７は、例えばＬＥＤを含む。第２の光源２１７は、例えば観察装置１００の撮像部１５１の構成に応じて、白色の照明光を放射する光源であったり、例えば赤色光、緑色光、青色光を個別に放射することができる光源であったりする。第２の照明光学系２１６は、第２の光源２１７から射出された照明光を試料５００の方向へと放射するように構成されている。外部照明部２１０によって照明された試料５００も、観察装置１００の撮像部１５１によって撮影される。
【００３２】
このように、外部照明部２１０によって照明されて取得された画像を第２の画像と称することにする。第２の画像は、カラー画像である。すなわち、第２の画像に基づけば、ユーザは、試料５００の色を把握することができる。また、第２の画像に基づけば、試料５００の色毎の透過率が算出され得る。例えば試料５００に含まれる培地５２２が例えばフェノールレッドといったｐＨ（水素イオン指数）によって色が変化する色素を含んでいるとき、色毎の光の透過率に基づいて、ｐＨの算出が行われ得る。
【００３３】
第３の通信装置２４０は、コントローラ３００と通信し、コントローラ３００からの動作指令を受信したり、照明装置２００の状況に係る情報を送信したりする。第３の制御回路２３０は、コントローラ３００から取得した指令に基づいて、照明装置２００の各部の動作を制御する。
【００３４】
画像処理回路１２０、第１の制御回路３１０、第２の制御回路１１０及び第３の制御回路２３０は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、又はGraphics Processing Unit（ＧＰＵ）等の集積回路等を含む。画像処理回路１２０、第１の制御回路３１０、第２の制御回路１１０及び第３の制御回路２３０は、それぞれ１つの集積回路等で構成されてもよいし、複数の集積回路等が組み合わされて構成されてもよい。また、第２の制御回路１１０及び画像処理回路１２０は、１つの集積回路等で構成されてもよい。これら集積回路の動作は、例えば第１の記録回路３３０又は第２の記録回路１３０や集積回路内等に記録されたプログラムに従って行われ得る。第１の記録回路３３０及び第２の記録回路１３０は、１つ又は複数の例えばフラッシュメモリのような不揮発性メモリ、Static Random Access Memory（ＳＲＡＭ）又はDynamic Random Access Memory（ＤＲＡＭ）のような揮発性メモリを含み得る。
【００３５】
〈システム構成のバリエーション〉
（制御及び演算の例）
観察装置１００及び照明装置２００の動作の制御は、コントローラ３００の第１の制御回路３１０が行ってもよいし、コントローラ３００は指示をするのみで観察装置１００の第２の制御回路１１０及び照明装置２００の第３の制御回路２３０が行ってもよい。
【００３６】
画像処理は、観察装置１００の画像処理回路１２０で行ってもよいし、コントローラ３００の第１の制御回路３１０及び／又は観察装置１００の第２の制御回路１１０が行ってもよい。
【００３７】
例えばｐＨを算出するといった解析についても、コントローラ３００の第１の制御回路３１０が解析回路として解析を行ってもよいし、観察装置１００の第２の制御回路１１０が解析回路として解析を行ってもよい。また、解析のための専用の解析回路が、コントローラ３００又は観察装置１００に設けられてもよい。
【００３８】
以上のように、各種制御及び各種解析は、コントローラ３００及び観察装置１００の何れで行ってもよいので、観察システム１の全体の機能構成としては、図４に示すようになる。すなわち、観察システム１は、内部照明部１５５及び撮像部１５１を含む画像取得ユニット１５０、移動機構１６０、外部照明部２１０等の動作を制御する制御部１０を備える。制御部１０は、ユーザに対する各種情報の提示のため、例えば表示装置３７２の表示を制御し、ユーザによる観察システム１の操作に係る入力を、例えば入力装置３７４から取得する。制御部１０は、撮像部１５１で取得した画像等を解析部３０に解析させ、取得した画像、解析結果等を記録部２０に記録させる。
【００３９】
（照明装置と撮像部との構成例）
照明装置２００の外部照明部２１０の構成と撮像部１５１の構成との組み合わせも各種あり得る。
【００４０】
例えば、外部照明部２１０の第２の光源２１７は、例えば赤色、緑色、青色の３色の光源であり、これら各色の光源のオン／オフ及び光量は、色毎に独立して制御され得る。このとき、撮像部１５１の撮像素子１５３は、単色のみの画像を取得できればよい。すなわち、撮像素子１５３には、単色のセンサが用いられ得る。第２の光源２１７の色毎の光源を時分割で制御し、単色のみの画像を取得する撮像素子１５３を用いて第２の光源２１７の制御と同期した時分割で画像を取得することで、色毎の画像を取得することができる。その結果、観察システム１は、カラー画像を取得したり、例えば培地５２２の色に基づいて培地５２２のｐＨを特定したりすることができる。
【００４１】
また、外部照明部２１０の第２の光源２１７は、例えば白色の光源であり、この白色の光源のオン／オフ及び光量が制御され得る。このとき、撮像部１５１の撮像素子１５３には、カラー画像を取得できる撮像素子１５３が用いられ得る。この撮像素子１５３は、例えばセンサに分光可能なようにカラーフィルタが設けられたカラー撮像素子等であり得る。カラーフィルタは、センサの画素毎に例えばベイヤ―配列で配置され得る。白色の第２の光源２１７により照明された試料５００をカラー撮像素子を有する撮像部１５１を用いて撮像することで、カラー画像を取得することができる。
【００４２】
このように、撮像部１５１は、少なくとも３色の画像を取得することができるように構成されている。カラー画像に基づいて、例えば培地５２２のｐＨが特定され得る。
【００４３】
また、撮像光学系に、適切なフィルタを挿入及び抜去できる構成とすることで、観察システム１は、例えば蛍光画像等を取得することができる構成を取り得る。
【００４４】
（照明装置の配置例）
外部照明部２１０を備える照明装置２００は、試料５００を照明することができれば、インキュベータ４００内の何れの位置に配置されてもよい。例えば、照明装置２００は、図１に示すようにインキュベータ４００の天井に配置されてもよいし、インキュベータ４００の側壁に配置されてもよい。また、照明装置２００の形状を例えばプレート型とすることで、照明装置２００は、例えば試料５００の容器５１０の上に配置されてもよい。
【００４５】
（システム構成例）
観察システム１のいくつかの構成例を図５Ａ乃至図５Ｆに示す模式図を参照して説明する。
【００４６】
図５Ａに示す例では、照明装置２００は、インキュベータ４００の天井４０１に配置されている。照明装置２００の外部照明部２１０の第２の光源２１７は、赤色光源２１７Ｒ、緑色光源２１７Ｇ及び青色光源２１７Ｂの３色の光源を有しており、各色の光源は個別に制御され得る。観察装置１００の透明板１０２上に、容器５１０であるフラスコに培地５２２と細胞５２４とが入れられた試料５００が配置されている。照明装置２００から放射された３色の照明光は、試料５００を透過して、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３に至る。撮像素子１５３は、単色の撮像素子であり、照明装置２００による時分割的な照明に同期して撮影を行うことで、各色の画像を取得できる。
【００４７】
なお、内部照明部１５５の第１の光源１５７から放射された照明光は、図３を参照して説明したとおり、容器５１０の容器上面５６０で反射して細胞５２４を照明する。撮像素子１５３は単色の撮像素子であるので、得られる細胞５２４の画像も単色である。一般に培養している細胞などを観察する場合には、カラー情報は不要であることが多い。したがって、例えば細胞５２４へのダメージが小さい例えば赤色光を第１の光源１５７の照明光として用いることで、細胞５２４への影響を抑えた観察が可能となる。もちろん、第１の光源１５７を個別に制御できる多色の光源とすることで、第１の光源１５７を用いても、時分割的に多色の画像を得ることもできる。
【００４８】
図５Ａに示す例では、照明装置２００と、観察装置１００の撮像素子１５３及び移動機構１６０の動作を制御する制御部１０の機能は、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。
【００４９】
図５Ｂに示す例では、照明装置２００は、インキュベータ４００の側壁４０２に配置されている。照明装置２００の外部照明部２１０の第２の光源２１７は、赤色、緑色及び青色の３色の光が混合した白色光を放射する白色光源２１７Ｗを有している。観察装置１００の透明板１０２上に、容器５１０であるシャーレに培地５２２と細胞５２４とが入れられた試料５００が配置されている。照明装置２００から放射された白色の照明光は、試料５００を透過して、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３に至る。撮像素子１５３は、カラーフィルタ１５３Ｆがセンサ１５３Ｓ上に設けられたカラー撮像素子であり、照明装置２００によって照明された試料５００の撮影を行うことで、カラー画像を取得できる。
【００５０】
なお、内部照明部１５５の第１の光源１５７から放射された照明光は、図３を参照して説明したとおり、容器５１０の容器上面５６０で反射して細胞５２４を照明する。撮像素子１５３はカラー撮像素子であるので、例えば第１の光源１５７に白色光源を用いれば、得られる細胞５２４の画像もカラー画像となる。もちろん、第１の光源１５７に単色の光源を用いれば、撮像素子１５３を用いて当該光源に応じた色の画像が取得され得る。
【００５１】
図５Ｂに示す例では、照明装置２００と、観察装置１００の撮像素子１５３及び移動機構１６０の動作を制御する制御部１０の機能は、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。また、得られたカラー画像に基づいて培地５２２のｐＨを推定する解析部３０の機能も、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。
【００５２】
図５Ｃに示す例では、照明装置２００は、インキュベータ４００の天井４０１に配置されている。照明装置２００の第２の光源２１７は、赤色光源２１７Ｒ、緑色光源２１７Ｇ及び青色光源２１７Ｂの３色の光源を有しており、各色の光源は個別に制御され得る。観察装置１００の透明板１０２上に、容器５１０であるシャーレに培地５２２と細胞５２４とが入れられた試料５００が配置されている。照明装置２００から放射された３色の照明光は、試料５００を透過して、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３に至る。撮像素子１５３は、単色の撮像素子であり、照明装置２００による時分割的な照明に同期して撮影を行うことで、各色の画像を取得できる。
【００５３】
図５Ｃに示す例では、照明装置２００と、観察装置１００の撮像素子１５３及び移動機構１６０の動作を制御する制御部１０の機能は、観察装置１００の内部の例えば第２の制御回路１１０によって担われる。また、得られたカラー画像に基づいて培地５２２のｐＨを推定する解析部３０の機能は、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。
【００５４】
図５Ｄに示す例では、観察装置１００の透明板１０２上に、容器５１０であるフラスコに培地５２２と細胞５２４とが入れられた試料５００が配置されている。照明装置２００は、プレート型の照明装置であり、容器５１０の上に配置されている。照明装置２００の第２の光源２１７は、赤色光源２１７Ｒ、緑色光源２１７Ｇ及び青色光源２１７Ｂの３色の光源を有しており、各色の光源は個別に制御され得る。照明装置２００から放射された３色の照明光は、試料５００を透過して、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３に至る。撮像素子１５３は、単色の撮像素子であり、照明装置２００による時分割的な照明に同期して撮影を行うことで、各色の画像を取得できる。
【００５５】
図５Ｄに示す例では、照明装置２００と、観察装置１００の撮像素子１５３及び移動機構１６０の動作を制御する制御部１０の機能は、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。また、得られたカラー画像に基づいて培地５２２のｐＨを推定する解析部３０の機能も、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。
【００５６】
図５Ｅに示す例では、照明装置２００は、インキュベータ４００の天井４０１に配置されている。照明装置２００の第２の光源２１７は、赤色光源２１７Ｒ、緑色光源２１７Ｇ及び青色光源２１７Ｂの３色の光源を有しており、各色の光源は個別に制御され得る。観察装置１００の透明板１０２上に、容器５１０であるシャーレに培地５２２と細胞５２４とが入れられた試料５００が配置されている。照明装置２００から放射された３色の照明光は、試料５００を透過して、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３に至る。撮像素子１５３は、単色の撮像素子であり、照明装置２００による時分割的な照明に同期して撮影を行うことで、各色の画像を取得できる。さらに、撮像光学系１５２には、蛍光画像を取得するためのフィルタ１５２Ｆが設けられている。フィルタ１５２Ｆは、撮像光学系１５２の光路に挿入されたり抜去されたりする。フィルタ１５２Ｆを光路に挿入し、第２の光源２１７を適切に制御することで、観察装置１００は、蛍光画像を取得することができる。また、フィルタ１５２Ｆを光路から抜去し、第２の光源２１７を適切に制御することで、観察装置１００は、明視野画像を取得することができる。
【００５７】
なお、フィルタ１５２Ｆを用いた蛍光画像の取得は、外部照明部２１０の第２の光源２１７を用いる場合に限らず、内部照明部１５５の第１の光源１５７を用いて行われてもよい。
【００５８】
図５Ｅに示す例では、照明装置２００と、観察装置１００のフィルタ１５２Ｆ、撮像素子１５３及び移動機構１６０の動作を制御する制御部１０の機能は、観察装置１００の内部の例えば第２の制御回路１１０によって担われる。また、得られたカラー画像に基づいて培地５２２のｐＨを推定する解析部３０の機能は、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。
【００５９】
図５Ｆに示す例では、照明装置２００は、インキュベータ４００の側壁４０２に配置されている。照明装置２００の第２の光源２１７は、赤色、緑色及び青色の３色の光が混合した白色光を放射する白色光源２１７Ｗを有している。観察装置１００の透明板１０２上に、容器５１０であるシャーレに培地５２２と細胞５２４とが入れられた試料５００が配置されている。照明装置２００から放射された白色の照明光は、試料５００を透過して、撮像光学系１５２を介して撮像素子１５３に至る。撮像素子１５３は、カラーフィルタ１５３Ｆがセンサ１５３Ｓ上に設けられた撮像素子であり、照明装置２００によって照明された試料５００の撮影を行うことで、カラー画像を取得できる。
【００６０】
さらに、この例では、インキュベータ４００内に、インキュベータ内観察カメラ２８０が設けられている。インキュベータ内観察カメラ２８０は、試料５００の全体を含む画像も同時に撮影する。インキュベータ内観察カメラ２８０を用いれば、試料５００の位置が取得され得るので、画像取得ユニット１５０が撮影している位置と試料５００が配置されている位置との位置関係等が把握され得る。この位置関係は、例えば後述するｐＨ算出において必要な、試料５００がない状態で取得される画像の輝度等である基準強度を取得する際にも用いられ得る。また、インキュベータ内観察カメラ２８０で得られた光強度が、ｐＨ算出において必要な基準強度として用いられてもよい。
【００６１】
図５Ｆに示す例では、照明装置２００と、インキュベータ内観察カメラ２８０と、観察装置１００の撮像素子１５３及び移動機構１６０の動作を制御する制御部１０の機能は、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。また、得られたカラー画像に基づいて培地５２２のｐＨを推定する解析部３０の機能も、観察装置１００の外部の例えばコントローラ３００の第１の制御回路３１０によって担われる。
【００６２】
［観察システムの動作］
観察システム１の動作について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。この処理は、例えばインキュベータ４００の中に、観察装置１００と照明装置２００とが設置され、観察装置１００の透明板１０２上に試料５００が設置されてから開始される。ここでは、観察システム１が、動作モードとして、観察モードと測定モードとｐＨ測定モードとを備えている場合を例に挙げて説明する。観察モードは、ユーザが入力装置３７４を用いて、移動機構１６０及び画像取得ユニット１５０を操作して、試料５００の任意の位置の画像を表示装置３７２に表示させるモードである。測定モードは、観察システム１が予め設定されたタイミングで予め決められた位置の画像を取得して解析するモードである。ｐＨ測定モードは、観察システム１が試料５００の培地５２２のカラー画像を取得し、培地５２２の色に基づいて培地５２２のｐＨを取得するモードである。観察システム１は、これらのモードの一部のみを有していてもよいし、他のモードをさらに有していてもよい。なお、ユーザによるモードの選択は、例えば入力装置３７４を用いて、任意のタイミングで行われ得る。
【００６３】
ステップＳ１０１において、制御部１０は、観察モードが選択されているか否かを判定する。観察モードが選択されているとき、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、制御部１０は、入力装置３７４から、ユーザによって入力された動作の指示に係る情報を取得する。ステップＳ１０３において、制御部１０は、取得したユーザの指示に基づいて、移動機構１６０及び内部照明部１５５の動作を制御する。すなわち、制御部１０は、ユーザの指示に従って、移動機構１６０に画像取得ユニット１５０の位置を移動させる。また、観察モードでは、内部照明部１５５によって試料５００を照明し、試料５００の画像を取得する。そこで、制御部１０は、ユーザの指示に従って内部照明部１５５の点灯／消灯、明るさ等を制御する。
【００６４】
ステップＳ１０４において、制御部１０は、撮像部１５１に撮影動作を行わせ、撮像部１５１から得られた画像データを取得する。ステップＳ１０５において、制御部１０は、得られた画像データに基づく画像をライブビュー画像として、表示装置３７２に表示させる。ユーザは、表示装置３７２に表示された画像を見ながら、画像取得ユニット１５０の位置を調整することで、所望の位置の試料５００の状態を観察することができる。
【００６５】
本実施形態に係る観察モードでは、観察システム１は、ユーザが希望したときに、高画質の画像を取得して記録部２０に記録することができる。ステップＳ１０６において、制御部１０は、ユーザから撮影の指示を受けたか否かを判定する。撮影の指示を受けていないとき、処理はステップＳ１０８に進む。一方、撮影の指示を受けたとき、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において、制御部１０は、撮像部１５１に高画質な画像が得られる撮影を行わせ、得られた画像を記録部２０に記録する。その後、処理はステップＳ１０８に進む。
【００６６】
ステップＳ１０８において、制御部１０は、観察モードを終了するか否かを判定する。例えばユーザの指示に基づいて観察モードは終了される。観察モードを終了しないとき、処理はステップＳ１０２に戻り、上述のステップＳ１０２乃至ステップＳ１０７の処理を繰り返す。一方、観察モードを終了するとき、処理はステップＳ１０１に戻る。
【００６７】
ステップＳ１０１において、観察モードが選択されていないと判定されたとき、処理はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９において、制御部１０は、測定モードが選択されているか否かを判定する。測定モードが選択されているとき、処理はステップＳ１１０に進む。
【００６８】
ステップＳ１１０において、制御部１０は、測定を行うタイミングであるか否かを判定する。本実施形態では、観察システム１は、例えば１時間毎など、所定の時間又は所定のタイミングで繰り返し画像を取得し、当該画像に基づく解析を行うことができる。このようにして、観察システム１は、例えば試料５００の所定の範囲のタイムラプス画像を得ることができる。測定を行うタイミングでないとき、処理はステップＳ１１０を繰り返し、待機状態となる。一方、測定を行うタイミングであるとき、処理はステップＳ１１１に進む。
【００６９】
ステップＳ１１１において、制御部１０は、移動機構１６０、内部照明部１５５及び撮像部１５１の動作を制御して、試料５００の所定の位置を所定の条件で撮影する。例えば、試料５００のある領域の画像を取得すべき旨が設定されているとき、制御部１０は、移動機構１６０に画像取得ユニット１５０の位置を当該領域内で移動させながら、撮像部１５１に当該領域内の画像を次々と撮影させる。
【００７０】
ステップＳ１１２において、制御部１０は、解析部３０に、撮影により得られた画像に基づいて所定の解析等を行わせる。解析部３０は、例えば得られた複数の画像を合成して、所定の領域の状態を示す、１つの合成画像を作成する。また、解析部３０は、例えば得られた画像に基づいて、細胞数等をカウントしたり、コロニーの大きさを特定したりする。ステップＳ１１３において、制御部１０は、得られた画像及び解析結果を、記録部２０に記録する。
【００７１】
ステップＳ１１４において、制御部１０は、測定モードを終了するか否かを判定する。例えば予め設定された一連の画像取得及び解析が完了したとき、測定を終了する判断される。測定モードを終了しないとき、処理はステップＳ１１０に戻り、上述のステップＳ１１０乃至ステップＳ１１３の処理を繰り返す。一方、測定モードを終了するとき、処理はステップＳ１０１に戻る。
【００７２】
ステップＳ１０９において測定モードが選択されていないと判定されたとき、処理はステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５において、制御部１０は、ｐＨ測定モードが選択されているか否かを判定する。ｐＨ測定モードが選択されているとき、処理はステップＳ１１６に進む。
【００７３】
ステップＳ１１６において、制御部１０は、移動機構１６０、外部照明部２１０及び撮像部１５１の動作を制御する。すなわち、移動機構１６０は、試料５００の培地５２２を撮影できる位置に画像取得ユニット１５０を移動させる。制御部１０は、外部照明部２１０による照明と撮像部１５１による撮影とを同期させて、カラー画像を取得する。例えば外部照明部２１０が３色の照明光を順次放射でき、撮像部１５１が単色の画像を取得できる構成であるとき、次のような動作が行われる。すなわち、制御部１０は、外部照明部２１０に３色の照明光を順に放射させ、各々の照明光が放射されているときに撮像部１５１に培地５２２を撮影させる。このようにして、制御部１０は、培地５２２について、各色の画像を取得することができる。また、例えば外部照明部２１０が白色光を放射でき、撮像部１５１がカラー画像を取得できる構成であるとき、次のような動作が行われる。すなわち、制御部１０は、外部照明部２１０に白色光を放射させ、この白色光が放射されているときに撮像部１５１に培地５２２を撮影させる。このようにして、制御部１０は、培地５２２について、カラー画像を取得することができる。
【００７４】
ステップＳ１１７において、制御部１０は、得られた培地５２２に係る各色の画像又はカラー画像に基づいて、培地５２２のｐＨを特定する解析を行う。例えばフェノールレッドが添加されている培地の色は、ｐＨに応じて色が変化する。この色に基づいて、ｐＨが特定され得る。
【００７５】
例えば日本国特開昭６２−１１５２９７号公報には、次の関係が成り立つことが示されている。すなわち、波長が430 nm、558 nm、630 nmについての吸光度をそれぞれA430、A558、A630としたとき、0.001%フェノールレッドを含むダルベッコＭＥＭ培地であって、牛胎児血清の濃度がそれぞれ0%、10%、20%である培地のｐＨであるpH0、pH10、pH20は、それぞれ下記式で表される。
【００７６】
【数１】
2019058512.tif 000003
【００７７】
同様に、波長が441 nm、578 nm、634 nmについての吸光度をそれぞれA441、A578、A634としたとき、0.001%フェノールレッド、10%牛胎児血清を含むダルベッコＭＥＭ培地のｐＨは、下記式で表される。
【００７８】
【数２】
2019058512.tif 000004
【００７９】
また、このような関係は、半値幅を有するフィルタを用いて計測を行っても、単一波長の光を用いて計測を行っても同様に得られることが示されている。
【００８０】
本実施形態のステップＳ１１７の解析においても、例えば得られる画像に係る波長といった観察システム１の構成、試料５００の条件等といった各種条件に応じて決定された上述のような関係を用いて、取得した画像を用いて培地５２２のｐＨが特定され得る。
【００８１】
各色の画像に基づいて、各色の光についての培地５２２の透過率が得られる。ここで、透過率を求める際の基準となる試料５００を透過していない光の色毎の強度は、例えば試料５００が配置されていない状態で基準強度として予め取得されればよい。このような基準強度と、試料５００を撮影することで得られる画像とを比較することで、各色の透過率が求められ得る。また、基準強度は、試料５００が透明板１０２上に配置されている状態であっても、移動機構１６０によって試料５００が配置されていない位置に撮像部１５１を移動させ、当該位置で撮影された画像に基づいて設定され得る。特に照明装置２００の取り付け位置が変更され得る構成においては、照明装置２００の位置等に応じて基準強度が変化し得るので、照明装置２００の取り付け毎に基準強度を取得することが好ましい。
【００８２】
また、上述の基準強度は、ｐＨを計測する際の透過率を求めることに限らず、例えば、予め用意されている透過率と色に係るデータと比較して、得られた画像の色情報を補正する際にも用いられ得る。
【００８３】
ステップＳ１１８において、制御部１０は、得られたｐＨの値を表示装置３７２に表示させる。以上のようなｐＨ測定モードを活用することで、ユーザは、試料５００の培地５２２のｐＨを知ることができる。その後、処理はステップＳ１０１に戻り、上述の処理が繰り返される。
【００８４】
なお、ｐＨ測定モードは、ユーザの指示に基づいて実行されてもよいし、予め決められたスケジュールに従って、経時的に繰り返し実行されてもよい。経時的に実行されることで、経時的なｐＨの変化がモニタされ得る。
【００８５】
ステップＳ１１５において、ｐＨ測定モードが選択されていないと判定されたとき、処理はステップＳ１１９に進む。ステップＳ１１９において、制御部１０は、処理を終了するか否かを判定する。例えば、ユーザによって観察システム１の使用の終了が入力されたとき、終了すると判定される。終了しないと判定されたとき、処理はステップＳ１０１に戻り、上述の処理が繰り返される。終了すると判定されたとき、一連の処理は終了する。
【００８６】
以上のような本実施形態に係る観察システム１によれば、インキュベータ４００内に静置された試料５００をそのままの状態で観察したり、記録したり、各種解析を行ったりできる。その際、照明の光源として内部照明部１５５と外部照明部２１０とを必要に応じて使い分けることで、適切な情報が取得され得る。外部照明部２１０の構成は必要に応じて適宜に変更され得る。
【００８７】
一般に培養している細胞などを観察する場合には、カラー情報は不要である。そこで、撮像部１５１の撮像素子１５３を単色のセンサとすることで、高解像度の画像を低コストで取得できる。一方で、培地５２２のｐＨを計測したいときなどには、ｐＨの計測に最適な波長の光を放射する外部照明部２１０を用いることで、単色のセンサを有する撮像部１５１を用いても、上述のような画像を用いた培地５２２のｐＨ測定が可能となる。
【００８８】
また、外部照明部２１０を用いることで、撮像部１５１を用いて透過光を容易に計測することができる。また、観察システム１によれば、透過光を計測するために、特殊な容器等は必要としない。また、外部照明部２１０による照明によれば、内部照明部１５５を用いる場合と比較して、試料５００への熱の影響を低減させることができるし、観察装置１００を小型化することもできる。
【００８９】
また、観察システム１は、上述の実施形態のように３色の画像を取得できる構成とすることで、試料５００等のフルカラーの画像を取得することもできるし、高精度にｐＨを特定することもできる。培地５２２のｐＨについては、解析部３０によって解析されなくても、ユーザが培地５２２のカラー画像を見ることで簡易的に判断することもできる。
【００９０】
以上、各実施形態で説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムを用いて実現され得る。このプログラムは、記録媒体や記録部に収められ得る。この記録媒体又は記録部への記録の方法は様々であり、製品出荷時に記録されてもよく、配布された記録媒体が利用されて記録されてもよく、インターネットを介したダウンロードが利用されて記録されてもよい。また、上述の処理の全て又は一部等は、例えばディープラーニングを利用して構築した人工知能等を用いて行われてもよい。
【図１】
2019058512.tif 000005
【図２】
2019058512.tif 000006
【図３】
2019058512.tif 000007
【図４】
2019058512.tif 000008
【図５Ａ】
2019058512.tif 000009
【図５Ｂ】
2019058512.tif 000010
【図５Ｃ】
2019058512.tif 000011
【図５Ｄ】
2019058512.tif 000012
【図５Ｅ】
2019058512.tif 000013
【図５Ｆ】
2019058512.tif 000014
【図６】
2019058512.tif 000015
【国際調査報告】
2019058512.tif 000016
2019058512.tif 000017
2019058512.tif 000018
2019058512.tif 000019