(57)【要約】【課題】培養細胞の状態を簡易に評価し、実験の再現性の向上を支援する。【解決手段】細胞を培養する培養容器内の画像を解析して培養容器内の生細胞および死細胞それぞれの定量データを取得する細胞解析部１４と、細胞解析部１４によって取得された生細胞の定量データと死細胞の定量データとを相互に対比可能な対比データを生成する対比データ生成部１５とを備える画像処理装置１２を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を培養する培養容器内の画像を解析して前記培養容器内の生細胞および死細胞それぞれの定量データを取得する細胞解析部と、
該細胞解析部によって取得された前記生細胞の定量データと前記死細胞の定量データとを相互に対比可能な対比データを生成する対比データ生成部とを備える画像処理装置。
【請求項２】
細胞を培養する培養容器内の画像を取得する画像取得部と、
該画像取得部によって取得された前記画像を解析して前記培養容器内の生細胞および死細胞それぞれの定量データを取得する細胞解析部と、
該細胞解析部によって取得された前記生細胞の定量データと前記死細胞の定量データとを相互に対比可能な対比データを生成する対比データ生成部と、
該対比データ生成部によって生成された前記対比データを表示する表示部とを備える細胞観察システム。
【請求項３】
前記定量データが、数、分布、および全細胞数に対する比率のうち少なくとも１つである請求項２に記載の細胞観察システム。
【請求項４】
前記対比データ生成部が、複数の前記対比データを生成し、
前記表示部に表示する前記対比データを切り替える表示切替部を備える請求項２または請求項３に記載の細胞観察システム。
【請求項５】
前記細胞解析部によって取得された前記定量データを記録する記録部を備える請求項２から請求項４のいずれかに記載の細胞観察システム。
【請求項６】
前記画像取得部が、前記培養容器内の画像を経時的に取得し、
前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データの経時的変化と前記死細胞の定量データの経時的変化とを相互に対比可能な対比データを生成する請求項５に記載の細胞観察システム。
【請求項７】
前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データの経時的変化のグラフと前記死細胞の定量データの経時的変化のグラフとを相互に重ねた対比データを生成する請求項６に記載の細胞観察システム。
【請求項８】
前記記録部が、過去の培養において前記細胞解析部によって取得された前記定量データを記録し、
前記対比データ生成部が、異なる培養において取得された前記定量データを相互に対比可能な対比データを生成する請求項５から請求項７のいずれかに記載の細胞観察システム。
【請求項９】
前記記録部が、細胞種別に前記生細胞の定量データの経時的変化の参照データおよび前記死細胞の定量データの経時的変化の参照データを有し、
前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データの経時的変化のグラフと前記生細胞の前記参照データとを相互に対比可能であり、前記死細胞の定量データの経時的変化のグラフと前記死細胞の前記参照データとを相互に対比可能である対比データを生成する請求項５から請求項８のいずれかに記載の細胞観察システム。
【請求項１０】
前記参照データが、前記生細胞の前記定量データに対して設定された下限値および上限値と、前記死細胞の前記定量データに対して設定された下限値および上限値とを含み、
前記細胞解析部が、前記生細胞の定量データをこれに対する下限値および上限値と比較するとともに前記死細胞の定量データをこれに対する下限値および上限値と比較し、比較結果に基づいて細胞の状態の合否を判定する請求項９に記載の細胞観察システム。
【請求項１１】
前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データに対する前記下限値および前記上限値によって画定される合格範囲ならびに前記死細胞の定量データに対する前記下限値および前記上限値によって画定される合格範囲を表示する請求項１０に記載の細胞観察システム。
【請求項１２】
培養後の細胞の評価結果を作業者が入力する評価入力部を備え、
前記記録部が、前記評価入力部に入力された前記評価結果を、評価対象の細胞の培養において前記細胞解析部によって取得された前記定量データと関連付けて記録する請求項５から請求項１１のいずれかに記載の細胞観察システム。
【請求項１３】
前記細胞解析部が、前記培養容器内の細胞の現在の定量データと、前記記録部に前記評価結果と関連付けて記録され過去の培養において取得された前記定量データとの比較に基づいて、前記培養容器内の細胞の状態の合否を判定する請求項１２に記載の細胞観察システム。
【請求項１４】
前記記録部に記録され過去の培養において取得された前記生細胞の定量データおよび前記死細胞の定量データから、前記評価結果別に前記生細胞の参照データおよび前記死細胞の参照データをそれぞれ生成する参照データ生成部を備え、
前記記録部が、前記参照データ生成部によって生成された前記参照データを記録する請求項９から請求項１３のいずれかに記載の細胞観察システム。
【請求項１５】
前記細胞解析部が、前記生細胞の現在の定量データに基づいて前記生細胞の未来の定量データを予測するとともに前記死細胞の現在の定量データに基づいて前記死細胞の未来の定量データを予測し、予測された前記生細胞および前記死細胞の未来の定量データをそれぞれに対する前記下限値および前記上限値と比較し、比較結果に基づいて細胞の状態の合否を判定する請求項１０に記載の細胞観察システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置および細胞観察システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
培養細胞を使用した実験では、実験の再現性が問題となることがある。例えば、培養した日、培養細胞のロット、作業者等の違いが影響して、同一種類の培養細胞を使用しているにも関わらず、同一の実験結果が得られないことがある。そのため、実験に使用する細胞としては品質が安定したものが望まれ、品質を評価するための指標があることが望まれる。例えば、特許文献１に記載の培養細胞評価装置は、細胞の形態的特徴を指標にして細胞を分類して、細胞の劣化を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０２１３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の培養細胞評価装置による評価は、多くの特徴量について解析するため煩雑であるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、培養細胞の状態を簡易に評価することができ、実験の再現性の向上を支援することができる画像処理装置および細胞観察システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、細胞を培養する培養容器内の画像を解析して前記培養容器内の生細胞および死細胞それぞれの定量データを取得する細胞解析部と、該細胞解析部によって取得された前記生細胞の定量データと前記死細胞の定量データとを相互に対比可能な対比データを生成する対比データ生成部とを備える画像処理装置である。
【０００６】
本態様によれば、培養容器内の画像の解析により培養容器内の生細胞および死細胞それぞれの定量データが細胞解析部によって取得され、生細胞の定量データと死細胞の定量データとを対比可能な対比データが対比データ生成部によって生成される。
培養中の細胞の状態は、培養容器中の細胞集団に含まれる生細胞と死細胞との定量データを比較することで簡易に評価することができる。したがって、作業者は、実験を行う前に、対比データを確認することで培養容器内の細胞の状態を評価し、実験に適した細胞のみを選択的に使用して実験を行うことができる。これにより、実験の再現性の向上を支援することができる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、細胞を培養する培養容器内の画像を取得する画像取得部と、該画像取得部によって取得された前記画像を解析して前記培養容器内の生細胞および死細胞それぞれの定量データを取得する細胞解析部と、該細胞解析部によって取得された前記生細胞の定量データと前記死細胞の定量データとを相互に対比可能な対比データを生成する対比データ生成部と、該対比データ生成部によって生成された前記対比データを表示する表示部とを備える細胞観察システムである。
【０００８】
本態様によれば、培養容器内で培養中の細胞の画像が画像取得部によって取得され、取得された画像の解析により培養容器内の生細胞および死細胞それぞれの定量データが細胞解析部によって取得され、生細胞の定量データと死細胞の定量データとを対比可能な対比データが対比データ生成部によって生成され、生成された対比データが表示部に表示される。
【０００９】
培養中の細胞の状態は、培養容器中の細胞集団に含まれる生細胞と死細胞との定量データを比較することで簡易に評価することができる。したがって、作業者は、実験を行う前に、表示部に表示された対比データを確認することで培養容器内の細胞の状態を評価し、実験に適した細胞のみを選択的に使用して実験を行うことができる。これにより、実験の再現性の向上を支援することができる。
【００１０】
上記第２の態様においては、前記定量データが、数、分布、および全細胞数に対する比率のうち少なくとも１つであってもよい。
このような生細胞および死細胞の定量データに基づいて、細胞の状態をより正確に評価することができる。
【００１１】
上記第２の態様においては、前記対比データ生成部が、複数の前記対比データを生成し、前記表示部に表示する前記対比データを切り替える表示切替部を備えていてもよい。
このようにすることで、所望の対比データを選択して表示部に表示させることができる。
【００１２】
上記第２の態様においては、前記細胞解析部によって取得された前記定量データを記録する記録部を備えていてもよい。
このようにすることで、細胞解析部によって解析され記録部に記録された定量データを解析等に使用することができる。
【００１３】
上記第２の態様においては、前記画像取得部が、前記培養容器内の画像を経時的に取得し、前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データの経時的変化と前記死細胞の定量データの経時的変化とを相互に対比可能な対比データを生成してもよい。
このような対比データに基づいて、細胞の状態をより正確に評価することができる。
【００１４】
上記第２の態様においては、前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データの経時的変化のグラフと前記死細胞の定量データの経時的変化のグラフとを相互に重ねた対比データを生成してもよい。
このようにすることで、生細胞の定量データの経時的変化と死細胞の定量データの経時的変化との対比がより容易な対比データを作業者に提供することができる。
【００１５】
上記第２の態様においては、前記記録部が、過去の培養において前記細胞解析部によって取得された前記定量データを記録し、前記対比データ生成部が、異なる培養において取得された前記定量データを相互に対比可能な対比データを生成してもよい。
このようにすることで、異なる培養において取得された定量データ同士を対比することができる。例えば、現在培養中の細胞の定量データと、過去の培養において取得された定量データとを対比することができる。
【００１６】
上記第２の態様においては、前記記録部が、細胞種別に前記生細胞の定量データの経時的変化の参照データおよび前記死細胞の定量データの経時的変化の参照データを有し、前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データの経時的変化のグラフと前記生細胞の前記参照データとを相互に対比可能であり、前記死細胞の定量データの経時的変化のグラフと前記死細胞の前記参照データとを相互に対比可能である対比データを生成してもよい。
このようにすることで、作業者は、生細胞および死細胞それぞれの定量データの経時的変化と参照データとの比較に基づき、細胞の状態をより客観的に評価することができる。
【００１７】
上記第２の態様においては、前記参照データが、前記生細胞の前記定量データに対して設定された下限値および上限値と、前記死細胞の前記定量データに対して設定された下限値および上限値とを含み、前記細胞解析部が、前記生細胞の定量データをこれに対する下限値および上限値と比較するとともに前記死細胞の定量データをこれに対する下限値および上限値と比較し、比較結果に基づいて細胞の状態の合否を判定してもよい。
このようにすることで、作業者は、細胞解析部による合否の判定結果に基づいて、細胞の状態をより客観的に評価することができる。
【００１８】
上記第２の態様においては、前記対比データ生成部が、前記生細胞の定量データに対する前記下限値および前記上限値によって画定される合格範囲ならびに前記死細胞の定量データに対する前記下限値および前記上限値によって画定される合格範囲を表示してもよい。
このようにすることで、作業者は、生細胞および死細胞の定量データとそれぞれの合格範囲との比較に基づき、細胞の状態をより客観的に評価することができる。
【００１９】
上記第２の態様においては、培養後の細胞の評価結果を作業者が入力する評価入力部を備え、前記記録部が、前記評価入力部に入力された前記評価結果を、評価対象の細胞の培養において前記細胞解析部によって取得された前記定量データと関連付けて記録してもよい。
培養後の細胞を使用して実験を行った後、実験結果に基づいて細胞の状態の最終的な評価が分かる。この評価結果を定量データと関連付けて記録することで、細胞の評価結果と定量データとの相関に関する情報が記録部に蓄積される。作業者は、このように蓄積された情報を参照することで、現在培養している細胞について、定量データから状態をより正確に評価することができる。
【００２０】
上記第２の態様においては、前記細胞解析部が、前記培養容器内の細胞の現在の定量データと、前記記録部に前記評価結果と関連付けて記録され過去の培養において取得された前記定量データとの比較に基づいて、前記培養容器内の細胞の状態の合否を判定してもよい。
このように過去の培養において取得された定量データおよび評価結果を参照することで、現在培養中の細胞の状態の合否をより正確に判定することができる。
【００２１】
上記第２の態様においては、前記記録部に記録され過去の培養において取得された前記生細胞の定量データおよび前記死細胞の定量データから、前記評価結果別に前記生細胞の参照データおよび前記死細胞の参照データをそれぞれ生成する参照データ生成部を備え、前記記録部が、前記参照データ生成部によって生成された前記参照データを記録してもよい。
このようにすることで、過去の培養において取得された定量データのうち、細胞の状態が良好であったときおよび細胞の状態が不良であったときのそれぞれの定量データから参照データが生成される。現在の培養における定量データをこのような参照データと比較することで、細胞の状態をより正確に評価することができる。
【００２２】
上記第２の態様においては、前記細胞解析部が、前記生細胞の現在の定量データに基づいて前記生細胞の未来の定量データを予測するとともに前記死細胞の現在の定量データに基づいて前記死細胞の未来の定量データを予測し、予測された前記生細胞および前記死細胞の未来の定量データをそれぞれに対する前記下限値および前記上限値と比較し、比較結果に基づいて細胞の状態の合否を判定してもよい。
このようにすることで、作業者は、未来における細胞の状態の合否の予測結果に基づいて、培養を継続するか否かを判断することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、培養細胞の状態を簡易に評価することができ、実験の再現性の向上を支援することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る細胞観察システムの全体構成を示す外観図である。
【図２】図１の細胞観察システムにおける培養観察装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】図１の細胞観察システムの全体構成を示すブロック図である。
【図４】図１の細胞観察システムにおいて表示部に表示される対比データの一例を示す図である。
【図５】図１の細胞観察システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】細胞の状態が（ａ）良好であるときと（ｂ）不良であるときの、生細胞および死細胞の数の経時的変化を示すグラフである。
【図７】マルチウェルプレートを使用したときの撮影位置を説明する図である。
【図８】細胞検出部によって検出される細胞領域の位置のデータの一例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る細胞観察システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の細胞観察システムの記録部に記録されるデータベースの一例を示す図である。
【図１１】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの一例を示す図である。
【図１２】図９の細胞観察システムの動作を示すフローチャートである。
【図１３】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図１４】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図１５】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図１６】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図１７】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図１８】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図１９】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図２０】図９の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態に係る細胞観察システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２２】図２１の細胞観察システムの記録部に記録されるデータベースの一例を示す図である。
【図２３】参照データおよび合格領域の一例を示す図である。
【図２４】（ａ），（ｂ）参照データおよび合格領域の他の例を示す図である。
【図２５】図２１の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの一例を示す図である。
【図２６】図２１の画像処理部の対比データ生成部によって生成される対比データの他の例を示す図である。
【図２７】図２１の細胞観察システムの動作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】
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る細胞観察システム１００について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞観察システム１００は、図１に示されるように、培養容器Ａ内の細胞Ｂの画像を取得する培養観察装置（画像取得部）１と、培養観察装置１によって取得された画像を処理するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２と、培養観察装置１によって取得された画像およびＰＣ２による処理結果等を表示する表示部３と、表示部３の表示を切り替える表示切替部４とを備えている。符号５は、インキュベータを示している。
【００２６】
図２は、培養観察装置１の一例を示している。図２に示されるように、培養観察装置１は、培養容器Ａが搭載される箱型のベース６と、ベース６内に設けられた光源部７、撮像部８、送受信部９および制御部１０とを備えている。
【００２７】
培養容器Ａは、例えば、細胞培養用のフラスコであり、光学的に透明な材質から形成されている。
ベース６は、培養容器Ａの下面を密着させる光学的に透明な材質からなる平坦な搭載面６ａと、搭載面６ａから直立し搭載面６ａ上の培養容器Ａの一側面を密着させる突当面６ｂとを備えている。インキュベータ５の内部は多湿状態となるので、ベース６は防水構造となっている。
【００２８】
光源部７は、突当面６ｂに配置され、搭載面６ａから所定の間隔をあけて、かつ、搭載面６ａに平行な方向に配列された複数のＬＥＤ光源７ａを備えている。各ＬＥＤ光源７ａからは、搭載面６ａに対して略平行に照明光Ｌが射出され、培養容器Ａの側面から培養容器Ａ内に底面に沿う方向に照明光Ｌが入射する。これにより、斜照明あるいは暗視野照明と同様にして、培養容器Ａの底面に接着している細胞Ｂが側方から照明され、細胞Ｂの影が形成される。
【００２９】
撮像部８は、搭載面６ａの下方に配置された集光レンズ８ａと、集光レンズ８ａの結像位置に配置され集光レンズ８ａによって集光された光を撮影して画像を取得する撮像素子８ｂとを備えている。細胞Ｂにおいて散乱した散乱光Ｌ’の一部は、培養容器Ａの底面および搭載面６ａを透過し、集光レンズ８ａによって集められ、撮像素子８ｂによって撮影される。ベース６内には、搭載面６ａに平行な方向に撮像部８を移動させるリニアアクチュエータ等の移動機構（図示略）が設けられており、移動機構の作動によって撮像部８による画像の撮影位置を変更可能になっている。
【００３０】
送受信部９は、インキュベータ５の外に配置されているＰＣ２と無線通信してデータおよび信号の送受信を行う。
制御部１０は、ＰＣ２からの制御信号を送受信部９を介して受信し、制御信号に従って光源部７および撮像部８を制御する。例えば、制御部１０は、時刻を計時するタイマ（図示略）を備えており、作業者によって設定された撮影時刻に設定された撮影位置で画像を取得するように、光源部７および撮像部８を制御する。
【００３１】
ＰＣ２は、図３に示されるように、培養観察装置１の送受信部との間で無線通信する送受信部１１と、培養観察装置１によって取得された画像を処理する画像処理部（画像処理装置）１２と、キーボードおよびマウスのような入力装置１３とを備えている。
【００３２】
画像処理部１２は、培養観察装置１によって取得された画像を解析して培養容器Ａ内の生細胞および死細胞それぞれの定量データを取得する細胞解析部１４と、細胞解析部１４によって取得された生細胞の定量データと死細胞の定量データとを相互に対比可能な対比データを生成する対比データ生成部１５と、制御部１６とを備えている。画像処理部１２は、ＰＣ２にインストールされＣＰＵ（中央演算処理装置）に後述の処理を実行させるようにプログラムされたソフトウェアによって実現される。
【００３３】
細胞解析部１４は、画像内の細胞領域を検出する細胞検出部１４１と、細胞検出部１４１によって検出された細胞領域における細胞Ｂの生死を判定する生死判定部１４２とを備えている。
細胞検出部１４１は、予め設定された細胞のテンプレート画像を用いた例えばテンプレートマッチング等によって、細胞Ｂを含む細胞領域および当該細胞領域の画像内での位置を検出する。細胞領域は、例えば、細胞Ｂが内接する矩形または円形の領域である。
【００３４】
生死判定部１４２は、細胞検出部１４１によって検出された各細胞領域内の細胞Ｂの生死を判定する。細胞Ｂの生死判定には、例えば、特開２０１５−２１０２１２号公報に開示されている方法が用いられる。次に、生死判定部１４２は、判定結果に基づいて、生細胞、死細胞、および全細胞の数を計数する。また、生死判定部１４２は、全細胞数に対する生細胞数の比率および全細胞数に対する死細胞数の比率を算出する。
細胞解析部１４による解析結果（すなわち、細胞領域およびその位置、生細胞、死細胞、および全細胞の数、生細胞数および死細胞数の比率）は、対比データ生成部１５に送信される。
【００３５】
対比データ生成部１５は、細胞解析部１４による解析結果から、生細胞と死細胞との間で数および比率を作業者が容易に対比可能な表示形式の対比データを生成する。例えば、対比データ生成部１５は、図４に示されるように、生細胞の数、全細胞数に対する生細胞数の比率、死細胞の数、および全細胞数に対する死細胞数の比率の数値表示１５ａを対比データとして生成する。また、対比データ生成部１５は、生細胞であるか死細胞であるかによって表示態様が異なるマーカを画像に重畳した合成画像１５ｂを生成する。図４には、マーカの例として、生細胞を囲む矩形の実線と、死細胞を囲む矩形の破線とが示されている。対比データ生成部１５は、生成された対比データおよび合成画像を表示部３に送信して表示させる。
【００３６】
制御部１６は、設定された撮影時刻に設定された撮影位置で撮影を実行させるための制御信号を送受信部１１を介して培養観察装置１に送信することで、培養観察装置１を制御する。撮影時刻および撮影位置は、入力装置１３を用いて作業者によって設定されるようになっている。
【００３７】
表示部３は、液晶モニタのような表示装置であり、ＰＣ２に接続されている。表示部３は、対比データ生成部１５から受信した対比データおよび合成画像を表示する。
表示切替部４は、例えば入力装置１３からなり、表示部３に表示する対比データを作業者が入力装置１３によって切り替えることができるように構成されている。
【００３８】
次に、このように構成された細胞観察システム１００の作用について図５を参照して説明する。
本実施形態に係る細胞観察システム１００を用いて細胞Ｂの培養状態を観察するには、細胞Ｂおよび培地Ｃを収容した培養容器Ａを、その下面が搭載面６ａに密着するようにベース６に搭載する。この状態で、培養容器Ａを搭載した培養観察装置１を、搭載面６ａが水平になるようにインキュベータ５内に配置し、インキュベータ５内の温度および湿度が管理された環境下で培養容器Ａ内の細胞Ｂの培養を開始する。
【００３９】
培養開始後、作業者によって撮影時刻および撮影位置が入力装置１３を用いて設定される。制御部１６は、設定された撮影時刻および撮影位置に基づく制御信号を生成し、送受信部１１，９を介して培養観察装置１の制御部１０に制御信号を送信する。制御部１０は、撮影時刻になったときに、光源部７を作動させるとともに撮像素子８ｂに撮影を実行させる（ステップＳＡ１）。撮像素子８ｂによって取得された画像は、送受信部９，１１を介して培養観察装置１からＰＣ２内の画像処理部１２に送信される。
【００４０】
次に、画像処理部１２の細胞解析部１４において画像の解析（ステップＳＡ２）および対比データの生成（ステップＳＡ３）が実行される。
具体的には、細胞検出部１４１によって画像内の細胞領域およびその位置が検出され、続いて、生死判定部１４２によって、各細胞領域内の細胞Ｂの生死が判定され、生細胞数、死細胞数、全細胞数、全細胞数に対する生細胞数の比率、および全細胞数に対する死細胞数の比率が定量データとして算出される（ステップＳＡ２）。次に、対比データ生成部１５によって、生細胞と死細胞との間で数と比率を対比可能な対比データが生成される（ステップＳＡ３）。
【００４１】
生成された対比データは表示部３に送信され、図４に示されるように、対比データが表示部３に表示される（ステップＳＡ４）。表示部３に表示された対比データに基づいて、作業者は、培養容器Ａ内で現在培養している細胞Ｂの状態を評価することができる。
【００４２】
培養中の細胞Ｂの状態は、培養容器Ａ中の全細胞数のみから知ることはできない。図６（ａ），（ｂ）は、細胞の増殖曲線の例を示している。全細胞数には、生細胞数のみならず死細胞数も含まれ、全細胞数が同一であったとしても細胞の状態が良好であるとき（図６（ａ）参照。）と不良であるとき（図６（ｂ）参照。）とがある。したがって、細胞Ｂの状態を評価するためには、培養容器Ａ内の細胞集団に含まれる生細胞と死細胞とを比較する必要がある。
【００４３】
本実施形態によれば、表示部３に表示された対比データに基づいて、作業者が、培養容器Ａ内の細胞集団に含まれる生細胞および死細胞の数と比率とを比較することで、培養中の細胞Ｂの状態を簡易に評価することができる。したがって、作業者は、実験に先立って細胞Ｂの状態を評価し、一定の品質の細胞Ｂのみを実験に使用することで、再現性の高い実験を行うことができる。また、画像内の生細胞および死細胞それぞれの数を計数するだけの簡易な解析処理によって、細胞Ｂの状態を評価可能な対比データを生成することができる。
【００４４】
本実施形態においては、細胞解析部１４が、生細胞および死細胞それぞれの定量データとして、数および比率に代えて、またはこれらに加えて、分布を取得してもよい。
例えば、図７に示されるように、培養容器Ａとしてマルチウェルプレートを使用し、各ウェルＷ内の複数の撮影位置で画像を取得し、複数枚の画像の各々における生細胞数および死細胞数を計数し、生細胞数および死細胞数それぞれの分散または標準偏差を算出してもよい。
【００４５】
また、本実施形態においては、細胞検出部１４１によって検出される細胞領域の位置に基づいて、生細胞および死細胞の空間的な分布を評価してもよい。
細胞検出部１４１は、図８に示されるように、細胞領域と同時にその位置も検出する。細胞領域が矩形である場合、細胞領域およびその位置は、例えば、左上および右下の座標で表される。細胞領域が円形である場合、細胞領域およびその位置は、中心の座標および半径で表されてもよい。
【００４６】
細胞検出部１４１によって検出された複数の細胞領域およびその位置から、各ウェルＷ内での生細胞および死細胞それぞれの空間的な分布が得られる。したがって、作業者は、例えば、各ウェルＷ内での死細胞の多い領域や増殖率の高い領域を把握したり、複数のウェルＷ間での生細胞および死細胞それぞれの分布を比較したりすることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る細胞観察システム２００について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第１の実施形態と異なる構成について説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る細胞観察システム２００は、培養容器Ａ内の画像を経時的に取得し、各画像から取得された定量データを時系列に記録し、定量データの経時的変化を表示部３に表示する点において、第１の実施形態と異なっている。
【００４８】
細胞観察システム２００は、図９に示されるように、培養観察装置１と、ＰＣ２と、表示部３と、表示切替部４と、培養観察装置１によって取得された画像および細胞解析部１４による解析結果を記録する記録部１７とを備えている。
【００４９】
本実施形態においては、識別子、撮影間隔および撮影位置が入力装置１３を用いて作業者によって設定されるようになっている。識別子は、一連の培養を識別するためのものである。制御部１６は、設定された撮影間隔で設定された撮影位置で撮影を実行させるための制御信号を送受信部１１を介して培養観察装置１に送信することで、培養観察装置１を制御する。
【００５０】
記録部１７は、例えば、ＰＣ２に外付けされた記憶装置である。記録部１７は、ＰＣ２内の画像処理部１２から培養観察装置１によって取得された画像および細胞解析部１４による解析結果を受け取り、画像および解析結果を識別子および撮影時刻と関連付けて時系列に記録する。これにより、記録部１７には、図１０に示されるように、識別子、撮影開始日時、撮影位置、撮影時刻および解析結果が相互に関連付けられたデータベースが作成される。培養が行われる度に、その培養に関する情報がデータベースに追加される。したがって、記録部１７のデータベースには、過去および現在の培養における解析結果が蓄積される。記録部１７がＰＣ２に内蔵された記憶装置であり、画像および定量データの送受信がＰＣ２内部で行われてもよい。
【００５１】
本実施形態において、対比データ生成部１５は、データベースに解析結果が記録されている培養の一覧を生成し、培養の一覧を表示部３に表示させる。作業者は、解析結果を確認したい培養を表示部３に表示されている培養の一覧の中から任意のタイミングで入力装置１３を使用して選択することができる。
【００５２】
作業者によっていずれかの培養が選択されると、対比データ生成部１５は、選択された培養の解析結果を記録部１７のデータベースから読み出し、読み出した解析結果から、生細胞の定量データの経時的変化と死細胞の定量データの経時的変化とを作業者が容易に対比可能な表示形式の対比データを生成する。例えば、対比データ生成部１５は、図１１に示されるように、生細胞数の経時的変化のグラフと死細胞数の経時的変化のグラフとを相互に重ね合わせた対比データを生成する。対比データ生成部１５は、生成された対比データを表示部３に送信して表示させる。
【００５３】
次に、このように構成された細胞観察システム２００の作用について図１２を参照して説明する。
第１の実施形態と同様にして培養容器Ａ内の細胞Ｂの培養開始後、作業者によって識別子、撮影間隔および撮影位置が入力装置１３を用いて設定される（ステップＳＢ１）。制御部１６は、設定された撮影間隔および撮影位置に基づく制御信号を生成し、送受信部１１，９を介して培養観察装置１の制御部１０に制御信号を送信する。
【００５４】
制御部１０は、設定された撮影間隔で（ステップＳＢ２）光源部７を作動させるとともに撮像素子８ｂに撮影を実行させる（ステップＳＢ３）。撮像素子８ｂによって取得された画像は、送受信部９，１１を介して培養観察装置１からＰＣ２内の画像処理部１２に送信される。次に、画像処理部１２の細胞解析部１４において画像の解析が実行され（ステップＳＢ４）、解析結果が撮影時刻および画像と関連付けて記録部１７のデータベースに記録される（ステップＳＢ５）。
【００５５】
作業者は、現在培養している細胞Ｂの状況を確認したいときに、表示部３に表示されている培養の一覧の中から現在の培養を選択する。作業者によって現在の培養が選択されると（ステップＳＢ６のＹＥＳ）、それまでに取得された現在の培養の解析結果が記録部１７から対比データ生成部１５へ読み出され、対比データ生成部１５によって、生細胞と死細胞との間で定量データの経時的変化を対比可能な対比データが生成される（ステップＳＢ７）。生成された対比データは表示部３に表示される（ステップＳＢ８）。
【００５６】
表示部３に表示された対比データに基づいて、作業者は、培養容器Ａ内で現在培養している細胞Ｂの状態を評価し、培養を継続するか、または終了するかを判断する。すなわち、培養中の細胞Ｂの状態が良好であるが数が足りない場合には培養を継続する（ステップＳＢ９のＮＯ）。一方、培養中の細胞Ｂの状態が不良であるか、または、良好な細胞Ｂが十分な数まで増えた場合には培養観察装置１による観察および細胞Ｂの培養を終了する（ステップＳＢ９のＹＥＳ）。
また、作業者は、過去の培養の対比データを参照したいときには、表示部３に表示されている培養の一覧の中から過去のいずれかの培養を選択することで、過去の培養の対比データを表示部３に表示させることができる。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、表示部３に表示された対比データに基づいて、作業者は、培養容器Ａ内の細胞集団における生細胞および死細胞それぞれの数の推移を知ることができる。したがって、作業者は、実験に先立って細胞Ｂの状態をより正確に評価し、一定の品質の細胞Ｂのみを実験に使用することで、より再現性の高い実験を行うことができる。また、記録された定量データを時系列に表示するだけの簡易な解析処理によって、細胞Ｂの状態をより正確に評価可能な対比データを生成することができる。
【００５８】
本実施形態において、対比データ生成部１５が生成する対比データとして、生細胞数および死細胞数の経時的変化のグラフを例示したが、対比データはこれに限定されるものではない。図１３から図２０は、対比データの他の例を示している。
【００５９】
図１３の対比データは、生細胞数および死細胞数の累積数の経時的変化のグラフである。
図１４の対比データは、生細胞数および死細胞数の直前の計測数からの差分の経時的変化のグラフである。
図１５の対比データは、生細胞数と死細胞数との比率の経時的変化のグラフである。
図１６の対比データは、全細胞数に対する生細胞数および死細胞数の比率の経時的変化のグラフである。
図１７の対比データは、生細胞数、死細胞数および全細胞数それぞれの経時的変化のグラフを継代の順に時系列に並べたグラフである。
図１８の対比データは、過去の培養における生細胞数、死細胞数および全細胞数の経時的変化のグラフと、現在の培養における生細胞数、死細胞数および全細胞数の経時的変化のグラフとを重ね合わせたものである。
図１９の対比データは、過去の継代培養と現在の継代培養とにおける生細胞数、死細胞数および全細胞数の経時的変化のグラフを並列表示したものである。
図２０の対比データは、全細胞数の変化に対する生細胞数および死細胞数それぞれの変化のグラフである。図中の破線は、生細胞数が全細胞数と等しいときの線である。
【００６０】
本実施形態においては、画像処理部１２を備える端末がネットワークを介してＰＣ２に接続され、端末からＰＣ２を介して記録部１７にアクセスして解析結果を端末に読み出し、端末において対比データを生成および表示することができるように構成されていてもよい。
このようにすることで、作業者は、培養観察装置１が置かれている場所から離れた場所において、現在培養中の細胞Ｂの状態を評価することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る細胞観察システム３００について図面を参照して説明する。
本実施形態においては、第１および第２の実施形態と異なる構成について説明し、第１および第２の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態においては、作業者が、それまでの自身の経験等に基づき、細胞Ｂの状態を評価することとした。これに対し、本実施形態に係る細胞観察システム３００は、培養後の細胞Ｂの評価結果を記録し、蓄積された評価結果に基づいて細胞Ｂの状態の評価基準となる参照データを作成し、作成された参照データと定量データとを対比可能に表示する点において、第２の実施形態と異なっている。
【００６２】
細胞観察システム３００は、図２１に示されるように、培養観察装置１と、送受信部１１、画像処理部１２および入力装置１３を有するＰＣ２と、表示部３と、表示切替部４と、記録部１７と、評価入力部１８とを備えている。
評価入力部１８は、例えば入力装置１３からなり、培養後の細胞Ｂの評価結果を識別子と関連付けて作業者が入力することができるようになっている。作業者は、培養後の細胞Ｂを使用した実験の成否に基づいて当該細胞Ｂの状態が良好であったか、または不良であったかを評価し、その評価結果を評価入力部１８に入力する。入力された評価結果は、ＰＣ２から記録部１７に送信され、識別子と関連付けて記録部１７のデータベースに記録される。
【００６３】
記録部１７のデータベースには、図２２に示されるように、識別子、撮影開始日時、各画像の撮影位置、撮影時刻および解析結果に加えて、作業者、培養条件、現在および未来の判定結果（後述）、実験後の評価結果が相互に関連付けて記録される。培養条件は、細胞種、インキュベータ５内の温度および二酸化炭素濃度、培地Ｃの種類、ならびに培養容器Ａの種類を含む。
【００６４】
画像処理部１２の細胞解析部１４は、細胞検出部１４１および生死判定部１４２に加えて、参照データ生成部１４３、合否判定部１４４、および予測部１４５をさらに備えている。
参照データ生成部１４３は、記録部１７に記録された、過去の培養において取得された定量データを読み出し、図２３に示されるように、実験が成功した（すなわち、培養後の細胞Ｂの評価が良好であった）培養の定量データから生細胞、死細胞および全細胞それぞれの定量データの経時的変化の参照データを生成し、実験が失敗した（すなわち、培養後の細胞Ｂの評価が不良であった）培養の定量データから生細胞、死細胞および全細胞それぞれの定量データの経時的変化の参照データを生成する。参照データは、いずれかの定量データそのまま、複数のデータの加算平均、多項式近似、サポートベクターマシン（ＳＶＭ）、深層学習等によって生成される。
【００６５】
また、参照データ生成部１４３は、実験が成功した培養の生細胞の定量データと実験が失敗した培養の生細胞の定量データとの境界、すなわち実験が成功した培養の生細胞の定量データの上限値および下限値を判別し、下限値と上限値とに挟まれた領域を生細胞の定量データの合格領域（合格範囲）に設定し、合格領域以外の領域を不合格領域に設定する。同様にして、参照データ生成部１４３は、死細胞の定量データの合格領域および不合格領域と、全細胞の定量データの合格領域および不合格領域とを設定する。
【００６６】
細胞種によって細胞の成長曲線は異なるため、参照データ生成部１４３は、図２４（ａ），（ｂ）に示されるように、細胞種別に参照データの生成ならびに合格領域および不合格領域の設定を行うことが好ましい。図２４（ａ），（ｂ）には、生細胞の参照データ、合格領域および不合格領域のみが示されている。
参照データ生成部１４３は、例えば、細胞の評価結果が新たに記録部１７に記録されたとき、または作業者から指示されたときに、参照データの生成と合格領域および不合格領域の設定とを行い、参照データ、合格領域および不合格領域を記録部１７に記録する。
【００６７】
予測部１４５は、培養観察装置１によって新たな画像が取得されて生死判定部１４２によって現在の定量データが算出されたときに、その時点までの現在の培養の定量データを記録部１７から読み出し、読み出された定量データから生細胞、死細胞および全細胞の未来の定量データを予測する。例えば、予測部１４５は、現在から所定の時間後、または培養観察装置１による次の撮影時刻における定量データを予測する。定量データの予測には、例えば、それまでの定量データの経時的変化のグラフの多項式近似による外挿、または、過去の培養の定量データの経時的変化に基づき再帰型ニューラルネットを使用した深層学習等が用いられる。
【００６８】
合否判定部１４４は、培養観察装置１によって新たな画像が取得されて生死判定部１４２によって現在の定量データが算出されたときに、生細胞、死細胞および全細胞の現在の定量データをそれぞれの合格領域および不合格領域と比較し、現在の定量データが合格領域に位置する場合には合格と判定し、現在の定量データが不合格領域に位置する場合には不合格と判定する。
また、合否判定部１４４は、定量データの予測結果を予測部１４５から受信し、生細胞、死細胞および全細胞の未来の定量データを合格領域および不合格領域と比較し、未来の定量データが合格領域に位置する場合には合格と判定し、未来の定量データが不合格領域に位置する場合には不合格と判定する。
合否判定部１４４による現在および未来の判定結果は、記録部１７のデータベースに記録される。
【００６９】
対比データ生成部１５は、現在の培養において取得された生細胞および死細胞の定量データの経時的変化のグラフと、生細胞および死細胞の参照データとをそれぞれ対比可能な表示形式の対比データを生成する。例えば、対比データ生成部１５は、図２５に示されるように、現在の培養における生細胞数および死細胞数の経時的変化のグラフと、生細胞および死細胞の参照データとを相互に重ね合わせた対比データを生成する。対比データ生成部１５は、生成された対比データを表示部３に送信して表示させる。図２６に示されるように、対比データ生成部１５は、予測部１４５によって予測された未来の定量データを追加した対比データを生成してもよい。
【００７０】
次に、このように構成された細胞観察システム３００の作用について図２７を参照して説明する。
第１の実施形態と同様にして培養容器Ａ内の細胞Ｂの培養開始後、作業者によって識別子、撮影間隔、撮影位置、培養条件および作業者が入力装置１３を用いて設定される（ステップＳＣ１）。制御部１６は、設定された撮影間隔および撮影位置に基づく制御信号を生成し、送受信部１１，９を介して培養観察装置１の制御部１０に制御信号を送信する。
【００７１】
制御部１０は、設定された撮影間隔で（ステップＳＣ２）光源部７を作動させるとともに撮像素子８ｂに撮影を実行させる（ステップＳＣ３）。撮像素子８ｂによって取得された画像は、送受信部９，１１を介して培養観察装置１からＰＣ２内の画像処理部１２に送信される。次に、画像処理部１２の細胞解析部１４において画像の解析が実行され（ステップＳＣ４）、解析結果が撮影時刻および画像と関連付けて記録部１７のデータベースに記録される（ステップＳＣ７）。
【００７２】
さらに、ステップＳＣ４で取得された生細胞、死細胞および全細胞の定量データがそれぞれの参照データと比較され、細胞Ｂの現在の状態の合否が判定される（ステップＳＣ５）。また、予測部１４５によって生細胞、死細胞および全細胞のそれぞれの未来の定量データが予測され、予測された生細胞、死細胞および全細胞の定量データがそれぞれの参照データと比較され、細胞Ｂの未来の状態の合否が判定される（ステップＳＣ６）。ステップＳＣ５，ＳＣ６における判定結果も、撮影時刻および画像と関連付けて記録部１７のデータベースに記録される（ステップＳＣ７）。
【００７３】
作業者は、現在培養している細胞Ｂの状況を確認したいときに、表示部３に表示されている培養の一覧の中から現在の培養を選択する。作業者によって現在の培養が選択されると（ステップＳＣ８のＹＥＳ）、それまでに取得された現在の培養の解析結果が記録部１７から対比データ生成部１５へ読み出され、対比データ生成部１５によって、生細胞と死細胞との間で定量データの経時的変化を対比可能であるとともに、生細胞および死細胞の定量データをそれぞれの参照データと対比可能な対比データが生成される（ステップＳＣ９）。生成された対比データは表示部３に表示される（ステップＳＣ１０）。
【００７４】
表示部３に表示された対比データに基づいて、作業者は、第２の実施形態のステップＳＢ９と同様に、培養容器Ａ内で現在培養している細胞Ｂの状態を評価し、培養を継続するか（ステップＳＣ１１のＮＯ）、または終了するか（ステップＳＣ１１のＹＥＳ）を判断する。
【００７５】
培養後の細胞Ｂを使用して実験を行った後、作業者は、実験の成否に基づく細胞Ｂの評価結果を評価入力部１８を使用して、評価対象の細胞Ｂの培養の識別子と関連付けて入力する。入力された評価結果の情報は、記録部１７のデータベースに識別子と関連付けて記録される。記録された評価結果の情報は、新しい参照データの生成に使用される。
【００７６】
本実施形態によれば、第１および第２の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、過去に培養した細胞の定量データが、その細胞を使用した実験の成否に基づく細胞の評価結果と関連付けて記録部１７に記録されることで、実験に成功した良好な細胞の定量データと実験に失敗した不良の細胞の定量データとが蓄積される。そして、蓄積された定量データに基づいて、実験に成功した細胞および実験に成功した細胞それぞれの定量データの経時的変化のモデルとなる参照データが生成される。合否判定部１４４では、現在および未来の定量データをこのような参照データと比較することで、現在および未来の細胞Ｂの状態がより正確に評価される。
【００７７】
したがって、作業者は、表示部３に表示された対比データおよび合否判定部１４４による判定結果に基づいて、細胞Ｂの状態を客観的に評価することができる。すなわち、経験の乏しい作業者であっても細胞Ｂの状態を正確に評価することができるとともに、作業者の違いに因る細胞Ｂの状態の評価のばらつきを防止することができ、より再現性の高い実験を行うことができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００，２００，３００  細胞観察システム
１  培養観察装置
２  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３  表示部
４  表示切替部
１２  画像処理部（画像処理装置）
１３  入力装置
１４  細胞解析部
１４１  細胞検出部
１４２  生死判定部
１４３  参照データ生成部
１４４  合否判定部
１４５  予測部
１５  対比データ生成部
１６  制御部
１７  記録部
１８  評価入力部
【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】
2019058156.tif 000016
【図１５】
2019058156.tif 000017
【図１６】
2019058156.tif 000018
【図１７】
2019058156.tif 000019
【図１８】
2019058156.tif 000020
【図１９】
2019058156.tif 000021
【図２０】
2019058156.tif 000022
【図２１】
2019058156.tif 000023
【図２２】
2019058156.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2019058156.tif 000027
【図２６】
2019058156.tif 000028
【図２７】
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