(57)【要約】      （修正有）【課題】種々のタイミングにおける細胞の状態を容易に把握することが可能な細胞管理システム等の提供。【解決手段】対象細胞に課されたイベントの前後の各タイミングにおいて、遊走速度、細胞数又は細胞サイズなどの対象細胞群の細胞挙動指標を算出し、対象細胞群の動きの活発さを示す活動度又は対象細胞群の増殖能力を示す増殖度の増減など任意のタイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標の変位を検出することによってその比較を行うとともに、当該比較結果に基づいて、任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握する構成を有している細胞品質評価システム。【選択図】図５
2017023055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタイミングにて、評価対象としての複数の細胞から構成される細胞群である対象細胞群が撮像されることによって画像化された対象画像のデータを対象画像データとして時系列に沿って複数取得するとともに、当該第１のタイミングと異なる第２のタイミングにて前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の画像データを時系列に沿って複数取得する取得手段と、
前記タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された前記対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出する検出手段と、
前記タイミング毎に、前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する算出手段と、
前記算出された各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行する比較手段と、
前記所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する通知手段と、
を備えることを特徴とする、細胞管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の細胞品質管理システムにおいて、
前記算出手段が、
前記対象細胞群の活性度及び増殖性の少なくともいずれかを規定する前記細胞挙動指標を算出する、細胞管理システム。
【請求項３】
請求項２に記載の細胞管理システムにおいて、
前記算出手段が、
前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、前記対象細胞群の細胞数、当該対象細胞群としての遊走速度、及び、当該対象細胞群としての細胞サイズの少なくともいずれか１の前記細胞挙動指標を算出する、細胞管理システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記検出手段が、
前記タイミング毎に、前記各細胞の挙動として、前記細胞の移動、分裂、細胞死及びサイズ変化の少なくともいずれか１を含む前記画像上の軌跡を検出する、細胞管理システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記第２のタイミングが、前記第１のタイミングの後のタイミングであって前記対象細胞群に課されたイベント後のタイミングである、細胞管理システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記比較手段における所定の演算によって算出された算出結果に基づいて、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとにおける前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の品質の同一性を判定する判定手段を更に備え、
前記通知手段が、
前記判定手段における判定結果を前記所与の情報として通知する、細胞管理システム。
【請求項７】
請求項６に記載の細胞管理システムにおいて、
前記通知手段が
前記判定手段における判定結果が前記同一性を有していないと判定した場合には、予め定められた警告を行う、細胞管理システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記対象細胞群の細胞種毎に、前記各タイミングの細胞挙動指標を比較するための比較条件を示す比較条件情報が記録されている第１記録手段を更に備え、
前記取得手段が、
前記対象細胞群の種別を示す種別情報を取得し、
前記比較手段が、
前記取得された種別情報によって示される細胞種に該当する比較条件情報を前記第１記録手段から取得し、当該取得した比較条件情報に基づいて前記所定の演算を実行する、細胞管理システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記取得手段が、
前記第１のタイミングにて画像化された対象細胞群と前記第２のタイミングにて画像化された対象細胞群における培養条件及び画像化する際の撮像条件の少なくともいずれか一方を示す条件情報を取得し、
前記算出手段が、
前記取得された条件情報に基づいて、前記各タイミングにおける細胞挙動指標を算出する、細胞管理システム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記第１のタイミングにて画像化された対象細胞群と前記第２のタイミングにて画像化された対象細胞群を画像化する際の撮像条件を示す条件情報が記録されている第２記録手段と、
前記第２記録手段に記録されている条件情報に基づいて前記対象細胞群を撮像して前記画像データを生成する撮像記録装置を制御する制御手段と、
を更に備える、細胞管理システム。
【請求項１１】
コンピュータを、
第１のタイミングにて、評価対象としての複数の細胞から構成される細胞群である対象細胞群が撮像されることによって画像化された対象画像のデータを対象画像データとして時系列に沿って複数取得するとともに、当該第１のタイミングと異なる第２のタイミングにて前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の画像データを時系列に沿って複数取得する取得手段、
前記タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された前記対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出する検出手段、
前記タイミング毎に、前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する算出手段、
前記算出された各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行する比較手段、及び、
前記所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する通知手段、
として機能させることを特徴とする、プログラム。
【請求項１２】
第１のタイミングにて、評価対象としての複数の細胞から構成される細胞群である対象細胞群が撮像されることによって画像化された対象画像のデータを対象画像データとして時系列に沿って複数取得するとともに、当該第１のタイミングと異なる第２のタイミングにて前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の画像データを時系列に沿って複数取得し、
前記タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された前記対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出し、
前記タイミング毎に、前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出し、
前記算出された各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行し、
前記所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する、ことを特徴とする細胞管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を管理する際の画像解析システムなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、対象となる細胞（以下、「対象細胞」という。）や細胞群（以下、「対象細胞群」という。）を再生医療や不妊治療をはじめとする医療技術の進歩に伴って、対象細胞や対象細胞群について、非侵襲にかつ簡単に評価する技術や細胞の増殖又は抑制などの状況を非侵襲にかつ簡単に観察するための技術の研究も進んでいる。
【０００３】
特に、最近では、非侵襲的な手法として、対象細胞や対象細胞群を画像化し、当該画像に対して画像解析を用いることによって該当する細胞を観察する技術が知られており、例えば、時系列のタイムラプス画像を用いて各細胞を検出する技術（例えば、非特許文献１及び２）や各細胞のトラッキングを行うトラッキング技術（例えば、非特許文献３及び４）が知られている。
【０００４】
また、複数の画像を用いて注目した細胞の運動状態を定量的に把握する画像装置（例えば特許文献１）、及び、複数の画像から細胞の異なる形態的な特徴を示す特徴量を算出し、当該特徴量に基づいて各細胞の評価を行う装置（例えば、特許文献２）なども知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２９２７６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２９４１０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Zhaozheng  Yin,  Takeo  Kanade,  Mei  Chen：「Understanding  the  Phase  Contrast  Optics  to  Restore  Artifact-Free  Microscopy  Images  for  Segmentation」Medical  Image  Analysis  16(5):  1047-1062  (2012)
【非特許文献２】Zhaozheng  Yin,  Ryoma  Bise,  Mei  Chen  and  Takeo  Kanade：「Cell  Segmentation  in  Microscopy  Imagery  Using  a  Bag  of  Local  Bayesian  Classifiers」IEEE  International  Symposium  on  Biomedical  Imaging  (ISBI)  2010
【非特許文献３】Ryoma  Bise,  Zhaozheng  Yin,  Takeo  Kanade：「Reliable  Cell  Tracking  By  Global  Data  Association」IEEE  International  Symposium  on  Biomedical  Imaging  2011
【非特許文献４】Takeo  Kanade,  Zhaozheng  Yin,  Ryoma  Bise,  Seungil  Huh,  Sungeun  Eom,  Michael  Sandbothe  and  Mei  Chen：「Cell  Image  Analysis:  Algorithms,  System  and  Applications」IEEE  Workshop  on  Applications  of  Computer  Vision  (WACV)  2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、対象細胞を治療に用いる場合やその生産を行う生産工程においては、採取時、培養時、移植時、凍結又は回答、及び輸送時など種々のタイミングで細胞にダメージを与える場合も多く、各タイミングや他のタイミングと比較した際の対象細胞の状態を把握することが求められている。
【０００８】
しかしながら、上述の各特許文献の装置であっては、細胞の状態を種々のタイミングにおいて把握することはできない。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、種々のタイミングにおける細胞の状態を容易に把握することが可能な細胞管理システム等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明は、第１のタイミングにて、評価対象としての複数の細胞から構成される細胞群である対象細胞群が撮像されることによって画像化された対象画像のデータを対象画像データとして時系列に沿って複数取得するとともに、当該第１のタイミングと異なる第２のタイミングにて前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の画像データを時系列に沿って複数取得する取得手段と、前記タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された前記対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出する検出手段と、前記タイミング毎に、前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する算出手段と、前記算出された各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行する比較手段と、前記所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する通知手段と、を備える構成を有している。
【００１１】
この構成により、本発明は、画像データに基づいて、第１のタイミングと第２のタイミングとにおける対象細胞群の挙動指標を比較することができるので、例えば、細胞採取時や当該細胞の使用時（移植時）と他のタイミング、輸送前後のタイミング、凍結と解凍を実行したタイミング、保管開始と終了のタイミングなど、対象細胞に課されたイベントの前後の各タイミングにおいて、遊走速度、細胞数又は細胞サイズなどの対象細胞群の細胞挙動指標を算出することができる。
【００１２】
したがって、本発明は、各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較することができるので、例えば、対象細胞群の動きの活発さを示す活動度又は対象細胞群の増殖能力を示す増殖度の増減など任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握することができる。
【００１３】
この結果、本発明は、画像データを用いることによって非侵襲な手法に基づいて任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握することができるとともに、任意のタイミングにおける品質などの対象細胞群の状態を容易にかつ的確に把握することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、画像データを用いることによって非侵襲な手法に基づいて任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握することができるので、任意のタイミングにおける品質などの対象細胞群の状態を容易にかつ的確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る細胞品質評価システム一実施形態の構成を示す構成図である。
【図２】一実施形態の細胞品質評価システムの画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】一実施形態の画像処理装置における画像データ記録部に記録される対象細胞群の対象画像に関する各種のデータの一例を示す図である。
【図４】一実施形態の画像処理装置におけるトラッキングデータ記録部に記録される各細胞の挙動に関する各種のデータの一例を示す図である。
【図５】一実施形態の画像処理装置におけるデータ処理部において実行される細胞状態判定処理を説明するための図である。
【図６】一実施形態の各タイミングの対象細胞群における遊走速度分布関数について説明するための図である。
【図７】一実施形態の画像処理装置において実行される細胞状態判定処理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】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、培養されている細胞群が画像化された対象画像を用いて当該対象細胞群の品質評価を行う細胞品質評価システムに対して、本発明に係る細胞管理システム、細胞管理方法、及び、プログラムを適用した場合の実施形態である。ただし、本発明は、その技術的思想を含む範囲内で以下の実施形態に限定されない。
【００１７】
［１］細胞品質評価システムの概要
まず、図１を用いて本実施形態における細胞品質評価システム１の構成及び概要について説明する。なお、図１は、本実施形態における細胞品質評価システム１の構成を示すシステム構成図である。
【００１８】
本実施形態の細胞品質評価システム１は、画像データを用いて、２以上の異なるタイミングにて、例えばディッシュなどの所定の容器に載置された細胞群（以下、「対象細胞群」という。）を構成する各細胞の挙動を検出して比較し、任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握してその品質を評価するシステムである。
【００１９】
特に、本実施形態の細胞品質評価システム１は、例えば、細胞採取時や当該細胞の使用時（移植時）と他のタイミング、輸送前後のタイミング、凍結と解凍を実行したタイミング、保管開始と終了のタイミング、又は、継代培養前後（すなわち、親の対象細胞群とそれから派生した対象細胞群）など、対象細胞に課されたイベントの前後の各タイミングにおいて、遊走速度、細胞数又は細胞サイズなどの対象細胞群の細胞挙動指標を算出する構成を有している。
【００２０】
そして、本実施形態の細胞品質評価システム１は、対象細胞群の動きの活発さを示す活動度又は対象細胞群の増殖能力を示す増殖度の増減など任意のタイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標の変位を検出することによってその比較を行うとともに、当該比較結果に基づいて、任意のタイミング（すなわち、イベント後のタイミング）における対象細胞群の状態を把握することが可能な構成を有している。
【００２１】
具体的には、本実施形態の細胞品質評価システム１は、対象細胞群を時系列に撮像して得られた画像データ（以下、「対象画像データ」という。）を生成する撮像装置１０と、ネットワーク２０と、対象画像データに画像化された対象細胞群の混合割合を推定してその品質の評価を行う画像処理装置３０と、から構成される。
【００２２】
撮像装置１０は、例えば、ネットワーク２０に接続し、データの授受を行う通信機能と、タイムラプス画像などの所定の画像を取得することが可能な撮像機能と、細胞を観察するための顕微鏡機能と、を有する装置である。
【００２３】
特に、撮像装置１０は、撮像機能によって、一定間隔毎（例えば、６分や１２分毎）にディッシュに載置された対象細胞群を静止画像化し、タイムラプス画像として、対象画像データを生成するとともに、生成した対象画像データを、撮像時刻を示す時刻情報とともに画像処理装置３０に送信する構成を有している。
【００２４】
例えば、撮像装置１０は、光学システムと、当該光学システムから入力された光学画像を電気信号に変換するＣＣＤＩセンサ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）と、ＣＣＤＩセンサにおいて生成された電気信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を有する。
【００２５】
また、撮像装置１０は、対象画像データを画像処理装置３０に送信する際には、ＬＡＮ（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の所定の通信規格を用いて有線にて直接又は図示しないアクセスポイントを介して無線にて画像処理装置３０に送信する構成を有している。
【００２６】
ネットワーク２０は、例えば、有線若しくは無線のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワーク２０、又は、携帯電話網を含む公衆電話回線網その他のネットワーク２０によって構成されている。
【００２７】
画像処理装置３０は、撮像装置１０と連動し、撮像装置１０によって生成された対象画像データのそれぞれに対して所定の画像解析を実行し、各タイミングにおける対象細胞群を構成する各細胞の挙動を検出するとともに、当該対象細胞群の細胞挙動指標を算出して比較することによって、任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握するために用いる画像処理装置である。
【００２８】
特に、画像処理装置３０は、例えば、保管、輸送、検査又はその他のイベント前のタイミングであって任意のタイミングである第１のタイミングと、イベント後のタイミングであって任意のタイミングである第２のタイミングと、において、撮像された対象細胞群を構成する各細胞を、その挙動を含めて特定するとともに、特定した各細胞の挙動に基づいて各タイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標を算出し、かつ、各タイミングにおける細胞挙動指標を比較することによって第２のタイミングにおける対象細胞群の状態を判定する処理（以下、「細胞状態判定処理」という。）を実行する構成を有している。
【００２９】
具体的には、画像処理装置３０は、細胞状態判定処理としては、
（１）第１のタイミングにおいて対象画像データを時系列に沿って複数取得するとともに、当該第１のタイミングと異なる第２のタイミングにおいて画像データを時系列に沿って複数取得し、
（２）タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象細胞画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出し、
（３）タイミング毎に、検出した各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出し、
（４）算出した各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行し、
（５）所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する、
各処理（以下、「細胞状態判定処理」という。）を実行するようになっている。
【００３０】
このような構成により、本実施形態の細胞品質評価システム１は、対象画像に基づいて、第１のタイミングと第２のタイミングとにおける対象細胞群の挙動指標を比較することによって、例えば、細胞採取時や当該細胞の使用時（移植時）と他のタイミング、輸送前後のタイミング、凍結と解凍を実行したタイミング、保管開始と終了のタイミングなど、対象細胞に課されたイベントの前後の各タイミングにおいて、遊走速度、細胞数又は細胞サイズなどの対象細胞群の細胞挙動指標を算出することができるようになっている。
【００３１】
そして、本実施形態の細胞品質評価システム１は、各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較することができるので、例えば、対象細胞群の動きの活発さを示す活動度又は対象細胞群の増殖能力を示す増殖度の増減など任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握することができるようになっている。
【００３２】
したがって、本実施形態の細胞品質評価システム１は、画像データを用いることによって非侵襲な手法に基づいて任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握することができるので、任意のタイミングにおける品質などの対象細胞群の状態を容易にかつ的確に把握することができるようになっている。
【００３３】
なお、以下の説明においては、対象細胞群としては、
（１）骨格筋芽細胞の細胞群、
（２）繊維芽細胞の細胞群、
（３）角膜上皮細胞、角膜実質細胞及び角膜内皮細胞の角膜における細胞群
（４）心筋細胞、血管内皮細胞及び繊維芽細胞の心筋細における胞群
（５）表皮角化細胞及び繊維芽細胞の皮膚における細胞群
（６）網膜色素上皮細胞、繊維芽細胞及び血管内皮細胞の網膜における細胞群
（７）粘膜上皮細胞、表皮角化細胞及び繊維芽細胞の粘膜における細胞群
などが含まれる。
【００３４】
また、本実施形態において、第１のタイミングと第２のタイミングとは、継代培養も含めたイベントの前後のタイミングであるとして説明するが、基本的には、第１のタイミング及び第２のタイミングは、異なるタイミングであればよく、イベントの無関係のタイミングであってもよい。そして、本実施形態においては、タイミングは、複数の時系列の対象画像データを生成することが可能な時間幅、すなわち、対象細胞群を時系列に複数回撮像され得る時間幅を有するタイミングとして説明する。
【００３５】
また、本実施形態においては、対象細胞群の動きの活発さを示す活動度や増殖度としては、対象細胞群における各細胞の遊走速度、その形状、対象細胞群における細胞数、又は、その生存率を用いて説明する。
【００３６】
［２］画像処理装置
次に、図２〜図４を用いて本実施形態の画像処理装置３０の構成について説明する。なお、図２は、本実施形態の画像処理装置３０のブロックを示すブロック図であり、図３は、本実施形態の画像データ記録部３０２に記録される対象細胞群の対象画像に関する各種のデータの一例である。また、図４は、本実施形態のトラッキングデータ記録部３０４に記録される各細胞の挙動に関するデータの一例である。
【００３７】
具体的には、本実施形態の画像処理装置３０は、図２に示すように、各種のプログラムが実行される際に用いられる各種のデータを記録するデータ記録部３００と、撮像装置１０から送信された対象細胞群の時系列データなどの各種のデータの授受を行う通信制御部３１０と、生成された対象画像に基づいて細胞状態判定処理を実行するためのデータ処理部３２０と、液晶パネル等により構成される表示部３４０と、表示部３４０を制御する表示制御部３５０と、操作部３７０と、各部を制御する管理制御部３８０と、を有する。なお、上述の各部は、バス３１によって相互に接続され、各構成要素間におけるデータの転送が実行される。
【００３８】
データ記録部３００は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等により構成され、細胞状態判定処理など各処理を実行するアプリケーションプログラムが記録されるアプリケーション記録部３０１と、撮像装置１０によって撮像されて生成された画像データが記録される画像データ記録部３０２と、細胞状態判定処理などの各処理に用いる各種のデータが記録される参照データ記録部３０３と、対象細胞群の各細胞におけるトラッキングデータが記録されるとトラッキングデータ記録部３０４と、各ディッシュの作業に関する情報が記録される作業管理情報記録部３０５と、細胞群各プログラムの実行中にワークエリアとして用いられるＲＯＭ／ＲＡＭ３０６と、を有している。
【００３９】
特に、画像データ記録部３０２には、撮像装置１０から取得した複数の対象画像群が画像化された対象画像データ及びそれに関するデータが、予め定められたタイミング毎に、かつ、対象細胞群が載置される容器（すなわち、ディッシュ）毎に、時系列に沿って記録されている。
【００４０】
例えば、画像データ記録部３０２には、図３に示すように、
（１）タイミングを識別するためのＩＤ（以下、「タイミングＩＤ」という。）、
（２）各ディッシュ固有のＩＤ（以下、「ディッシュＩＤ」という。）、
（３）撮像時刻、
（４）フレームＩＤ、
（５）撮像データ本体、
（６）細胞種、
（７）撮像場所、
（８）撮像装置１０によって対象細胞群が撮像された際の撮像条件、及び、
（９）対象細胞群が培養されている際の培養条件
の各情報が記録されている。
【００４１】
フレームＩＤは、撮像装置１０によって対象画像データが生成される際に付与される識別情報であり、撮像装置１０毎にかつ時系列に従って自動的に付与される。
【００４２】
撮像条件としては、対象細胞群における細胞挙動指標を算出する際に用いられるとともに、各タイミングにおける撮像環境の一致性を判断する際に用いる条件が記録されている。特に、撮像条件は、各フレームの撮像データが記録される際に、作業管理情報記録部３０５からディッシュＩＤに基づいて読み出されて記録される。
【００４３】
例えば、撮像条件としては、撮像日時、撮影期間（撮像開始時刻及び撮像終了時刻）、撮像間隔、撮像倍率（すなわち、顕微鏡倍率（ピクセル当たりの実寸値（μｍ／ｐｉｘｅｌ）））、及び撮像装置の種別（すなわち、顕微鏡の種別）が規定された条件情報が含まれる。
【００４４】
培養条件としては、対象細胞群における細胞挙動指標を算出する際に用いられるとともに、第１のタイミングと第２のタイミングとにおける培養環境の一致性を判断する際に用いる条件が記録されている。
【００４５】
具体的には、培養条件としては、対象細胞群の密度（播種数や画像上の細胞の密度）、及び、培養液の種別が規定された条件情報が含まれる。特に、培養条件は、撮像条件と同様に、各フレームの撮像データが記録される際に、作業管理情報記録部３０５からディッシュＩＤに基づいて読み出されて記録される。
【００４６】
なお、例えば、図３には、タイミング「Ｔ０１」の場合におけるディッシュＩＤ「Ｄ０１」の対象画像の画像データ「１０００１．ｊｐｇ」が所定の時刻「２０１５年２月１日１５時２０分」でかつ培養工場Ａで撮像されたこと、細胞種が「軟骨細胞」であること、撮像条件が「条件Ａ」であること、及び、培養条件が「条件１」であることが示されている。
【００４７】
また、本実施形態においては、撮像条件としては、上記に代えて、第１のタイミング及び第２のタイミングにおける撮像装置１０を制御するための条件データとして用いもよい。後述するように、データ処理部３２０が、撮像装置１０の撮像制御を行う際に、撮像期間、撮像間隔及び撮像倍率などの各種の制御を行うようにしてもよい。
【００４８】
参照データ記録部３０３には、細胞種毎に、細胞状態判定処理に用いるデータであって、タイミングが異なる対象細胞群においてその比較を行う際に用いる比較条件情報が記録される。
【００４９】
具体的には、比較条件は、細胞状態判定処理に用いる細胞種によって異なる条件が規定されており、当該細胞状態判定処理を実行する際に、システム管理者又は作業者によって又はシステムによって設定される条件データである。
【００５０】
特に、本実施形態の比較条件には、細胞状態判定処理において判定の指標となる細胞挙動指標、第１のタイミングと第２のタイミングの細胞挙動指標を比較するための比較方法、及び、当該比較方法によって比較した際に細胞対象群の状態が変化したか否か（例えば、状態が悪くなったか否か）を判定する比較判定基準が含まれる。特に、本実施形態においては、細胞挙動指標として、対象細胞群としての遊走速度、増殖性又は生存率を用いる。
【００５１】
例えば、細胞挙動指標として遊走速度を用いる場合には、比較方法に細胞の遊走速度における散布図に対するｔ−検定、及び、比較判定基準にｔ−検定における信頼区間（例えば、両側５％における有意差の有無）を規定するデータが記録される。
【００５２】
また、細胞挙動指標として、増殖性を用いる場合には、比較方法に２つのタイミングにおける増殖率の差分値、及び、当該増殖率の差分値においてに予め定められた閾値を規定するデータが記録される。
【００５３】
さらに、細胞挙動指標として、生存率を用いる場合には、比較方法に２つのタイミングにおける生存率の差分値、及び、当該生存率の差分値においてに予め定められた閾値を規定するデータが記録される。
【００５４】
なお、上記の細胞挙動指標、比較方法及び比較判定基準の詳細については後述する。
【００５５】
トラッキングデータ記録部３０４には、対象細胞群において特定された当該対象細胞群を構成する細胞のトラッキングデータが時系列に記録される。例えば、トラッキングデータ記録部３０４には、図４に示すように、
（１）タイミングＩＤ
（２）ディッシュＩＤ
（３）フレームＩＤ
（４）対象細胞群を構成する細胞のＩＤ（以下、「細胞ＩＤ」という。）、
（５）画像上の座標位置（ｘ，ｙ）の値（具体的には、重心の位置）
（６）当該対象細胞群の親の細胞群の細胞ＩＤ
（７）ディッシュ上の形成情報
（８）細胞の状態（すなわち、細胞状態）
が記録されている。
【００５６】
タイミングＩＤ、ディッシュＩＤ及び対象細胞群の親の細胞群の細胞ＩＤ（すなわち、ｐａｒｅｎｔＩＤ）は、タイミング毎、ディッシュ毎又は親の細胞群毎に付与された識別情報であり、システム管理者又は作業者によって予め登録されたＩＤである。特に、ディッシュＩＤは、予めバーコードなどによってディッシュにも付されている。
【００５７】
特に、ｐａｒｅｎｔＩＤは、親細胞群に付されているＩＤを示し、例えば、細胞ＩＤ＿１の細胞が、細胞ＩＤ＿２と細胞ＩＤ＿３の細胞に分裂した場合には、細胞ＩＤ＿２及び細胞ＩＤ＿３のｐａｒｅｎｔＩＤとしては、細胞ＩＤ＿１が付されることになる。
【００５８】
ディッシュ上の形成情報（すなわち、ｒｅｇｉｏｎの情報）は、個々の細胞領域のセグメンテーションが実行されている場合に、各フレーム（タイミング）において、各細胞の形状（Ｒｅｇｉｏｎ）に関する情報であり、具体的には、形状及び当該形状を示す上で必要なディッシュ上の座標（ｘ，ｙ）を示す情報を含む。
【００５９】
「細胞状態」には、前フレームから座標位置が移動している場合（すなわち、画像上の座標位置が異なる場合）に、そのことを示す「細胞移動」、前フレームから２つの細胞が形成されていることを示す「細胞分裂」及び次フレーム以降において「移動」がないことを示す「細胞死」の各状態が含まれる。
【００６０】
作業管理情報記録部３０５には、ディッシュ毎の作業を管理するための各種の情報（以下、「ディッシュ管理情報」という。）が記録される。例えば、作業管理情報記録部３０５には、
（１）ディッシュＩＤ、
（２）ディッシュにおいて培養される細胞の種別
（３）ディッシュの撮像条件
（４）ディッシュにおいて細胞が培養される際の培養条件
（５）ディッシュに載置されている細胞における親の細胞群の細胞ＩＤ
が含まれる。
【００６１】
なお、（１）〜（６）の各情報は、システム管理者又は作業者によって予め登録されている。
【００６２】
通信制御部３１０は、所定のネットワークインターフェースであり、撮像装置１０と通信回線を構築し、当該撮像装置１０によって取得されたと種々のデータの授受を行う。
【００６３】
データ処理部３２０は、ＲＯＭ／ＲＡＭ３０６に記録されている細胞状態判定処理を実行するアプリケーションに基づいて、
（１）通信制御部３１０を介して、第１のタイミングにおいて対象画像データを時系列に沿って複数取得するとともに、当該第１のタイミングと異なる第２のタイミングにおいて画像データを時系列に沿って複数取得する画像データ取得処理、
（２）タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象細胞画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出する挙動検出処理、
（３）タイミング毎に、検出した各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する細胞挙動指標算出処理、
（４）算出した各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行する比較処理、
（５）通信制御部３１０を介して、所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する通知処理、
の各処理を実行する。
【００６４】
特に、データ処理部３２０は、アプリケーションを実行することによって、通信制御部３１０を介して画像データ取得処理を実行するとともにデータ記録部３００を管理するデータ管理部３２１と、各細胞の挙動検出処理を実行する挙動検出処理部３２２と、細胞挙動指標算出処理を実行する指標算出処理部３２３と、比較処理を実行する比較判定処理部３２４と、通知処理を実行する通知処理部３２５と、を実現する。
【００６５】
例えば、本実施形態のデータ管理部３２１は、通信制御部３１０とともに本発明の取得手段を構成し、挙動検出処理部３２２は、本発明の検出手段を構成する。また、例えば、本実施形態の指標算出処理部３２３は、本発明の算出手段を構成し、比較判定処理部３２４は、本発明の比較手段及び判定手段を構成する。そして、例えば、本実施形態の比較判定処理部３２４は、本発明の判定手段を構成する。
【００６６】
なお、本実施形態におけるデータ処理部３２０の各部の詳細については、後述する。
【００６７】
表示部３４０は、液晶素子又はＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子のパネルによって構成され、表示制御部３５０において生成された表示データに基づいて所定の画像を表示する。
【００６８】
表示制御部３５０は、管理制御部３８０及びデータ処理部３２０の制御の下、表示部３４０に所定の画像を描画させるために必要な描画データを生成し、生成した描画データを当該表示部３４０に出力する。
【００６９】
操作部３７０は、各種の確認ボタン、各操作指令を入力する操作ボタン、テンキー等の多数のキーであって、表示部３４０上に設けられたタッチセンサにより構成され、各操作を行う際に用いられるようになっている。
【００７０】
管理制御部３８０は、主に中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって構成され、プログラムを実行することによって、画像処理装置３０の全体的な管理制御、及び、その他の各種の制御を行う。
【００７１】
ＲＯＭ／ＲＡＭ３０６には、画像処理装置３０の駆動に必要な各種のプログラムが記録されている。また、ＲＯＭ／ＲＡＭ３０６には、データ処理部３２０、及び、管理制御部３８０によって実行される様々なアプリケーションが記録されている。そして、ＲＯＭ／ＲＡＭ３０６は、各プログラムの実行中にワークエリアとして用いられる。
【００７２】
［３］データ処理部及び細胞状態判定処理
次に、図５及び図６を用いて本実施形態の画像処理装置３０におけるデータ処理部３２０の詳細について説明する。なお、図５は、本実施形態のデータ処理部３２０において実行される細胞状態判定処理を説明するための図であり、図６は、本実施形態における各タイミングの対象細胞群における遊走速度分布関数について説明するための図である。
【００７３】
［３．１］データ管理部
まず、データ処理部３２０におけるデータ管理部３２１について説明する。
【００７４】
データ管理部３２１は、画像データ記録部３０２、参照データ記録部３０３、トラッキングデータ記録部３０４及び作業管理情報記録部３０５への各情報の記録制御及び読み出し制御を実行するとともに、これらの各記録部に記録されている各情報に基づいて、各タイミングにおいて対象細胞を撮像する際の撮像装置１０を制御する。
【００７５】
特に、データ管理部３２１は、通信制御部３１０を介して、撮像装置１０を制御しつつ、第１のタイミングにおいて対象画像データを時系列に沿って複数取得し、当該第１のタイミングと異なる第２のタイミングにおいて対象画像データを時系列に沿って複数取得する。
【００７６】
また、データ管理部３２１は、予め取得した各ディッシュＩＤに基づいて、作業管理情報記録部３０５を検索し、取得した対象画像データのディッシュに関する細胞種、撮像条件及び培養条件の各情報（すなわち、作業関連情報）を取得する。
【００７７】
そして、データ管理部３２１は、取得した対象画像データ及び作業関連情報を画像データ記録部３０２に記録する。
【００７８】
なお、各ディッシュＩＤは、作業者によって対象画像の撮像前又は撮像後に手動又はバーコードなどによって入力されてもよいし、データ管理部３２１が、対象画像データのメタデータ又は画像の一部（例えばバーコード）などに含まれるディッシュＩＤを読み出すことによって取得してもよい。
【００７９】
この場合には、撮像装置１０は、予めディッシュＩＤを有しており、対象画像データを生成する際に、当該ディッシュＩＤの情報を当該対象画像データに組み込むようになっている。
【００８０】
また、データ管理部３２１は、対象細胞群の撮像が自動化されている場合には、予め定められたタイミングが規定されたタイミングデータに基づいて、撮像装置１０における撮像タイミングを制御する。
【００８１】
［３．２］挙動検出処理部
次に、データ処理部３２０における挙動検出処理部３２２について説明する。
【００８２】
挙動検出処理部３２２は、例えば、上述の非特許文献１〜４に記載の技術を用いることによって、タイミング毎（同一のタイミングＩＤ毎）に、画像データ記録部３０２から各対象細胞群における複数の時系列の対象画像（タイムラプス画像）を取得する。
【００８３】
そして、挙動検出処理部３２２は、取得した各対象画像を画像解析することによって
（１）各対象画像に含まれる個々の細胞の画像上の位置を特定し、時系列における各細胞の位置及び撮像間隔に基づいて、対象画像毎の各細胞の遊走速度を検出する処理、及び
（２）各対象画像の各細胞の位置に基づいて各細胞の細胞移動、細胞分裂及び細胞死の各状態を検出する処理
を実行する。
【００８４】
具体的には、挙動検出処理部３２２は、例えば、非特許文献３及び非特許文献４に記載された技術などを用いることによって、各時刻（フレーム）において細胞検出を独立に実行し、当該対象細胞群における各細胞の各フレームの画像上（タイムラプス画像の画像上）の座標位置（移動した位置）及びその形状を特定しつつ、当該特定した各細胞の座標位置及びその形状に基づいて、「細胞移動」、「細胞分裂」及び「細胞死」の各細胞状態を含めて各情報を総合的に解析する細胞トラッキングを実行する。
【００８５】
また、挙動検出処理部３２２は、時系列の前後の対象画像における座標（移動した位置）に基づいて各細胞における移動距離を算出し、各細胞の遊走速度などの算出を実行する。
【００８６】
そして、挙動検出処理部３２２は、フレームの対象画像（すなわち、タイムラプス画像）毎に、かつ、細胞毎に、画像上の座標位置（ｘ，ｙ）の値、ディッシュ上の領域及び細胞状態をトラッキングデータ記録部３０４に記録する。
【００８７】
例えば、挙動検出処理部３２２は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に例示するように、ディッシュ上の対象細胞群が増殖する場合に、直前のフレームにおいて検出された細胞に基づいて、細胞の形状を認識しつつ、図５（Ｃ）に示すように、同一の細胞における移動した位置（対象画像内の座標（ｘ、ｙ））を特定する。
【００８８】
すなわち、挙動検出処理部３２２は、２つの連続するフレーム間において、どの細胞とどの細胞が同一かの認識を実行しつつ、同一の細胞における移動した位置（対象画像内の座標（ｘ、ｙ））を特定する。
【００８９】
一方、各細胞における細胞状態の判定においては、挙動検出処理部３２２は、可能性のある細胞状態の仮説をそれぞれ全て挙げるとともに、各フレームにおける各細胞の座標及びその形状に基づいて、各細胞におけるそれぞれの仮説に対する尤度を算出し、全ての仮説の中から尤度に基づく所定の条件（例えば、尤度の和が最大で、かつ、矛盾がない仮説）の組み合わせを求め、各細胞状態、座標及び形状などを決定する。
【００９０】
特に、挙動検出処理部３２２は、細胞移動の仮説としては、時刻ｔで検出された細胞Ａから一定の距離内で、時刻ｔ＋１の検出結果において細胞Ｂ及び細胞Ｃがある場合には、細胞Ａが細胞Ｂに移動したという仮説と、細胞Ａが細胞Ｃに移動したという２つの移動状態であるという仮説を想定し、これらを各細胞について実行することによって各細胞における可能性のある細胞状態仮説を全て挙げ、尤度を算出し、上述のように各細胞の細胞状態を決定する。
【００９１】
また、挙動検出処理部３２２は、細胞分裂及び細胞死としては、細胞の移動とは別に各細胞の分裂候補や細胞死を検出し、各細胞状態を検出する。
【００９２】
細胞分裂の検出としては、挙動検出処理部３２２は、挙動検出処理部３２２は、当該細胞が分裂する際に当該細胞が収縮し、丸くなって、８の字型になり、２つに分かれるというように形状が変形する性質を利用する。
【００９３】
そして、挙動検出処理部３２２は、所定の時間間隔（フレーム）毎の時系列でかつ複数のタイムラプス画像（位相差像）のそれぞれから、複数に分割した予め定められた領域毎に、輝度が高く、像の周囲に現れる光の滲みであるＨａｌｏ（ハロー）に囲まれている領域を細胞として検出するとともに、輝度勾配の向きの情報を用いてこれらの形状に関する特徴量を計算し、その特徴量の変化をＥＤＣＲＦという学習手法でモデル化して細胞の形状変化に基づく細胞の分裂を検出する。
【００９４】
また、細胞死の検出としては、挙動検出処理部３２２は、基本的には、細胞分裂の検出と同様で形状の動的変化の情報を用いて検出する。そして、挙動検出処理部３２２は、細胞死が起こる場合には、細胞の中のテキスチャが変化するという性質を利用し、当該動的変化を用いて検出を行う。
【００９５】
そして、挙動検出処理部３２２は、上述の列挙した仮説の組み合わせの中から尤度の和が最大で、かつ、矛盾がないような最適な組み合わせを、線形計画法を用いて求めて最適な解を求めて、細胞状態とともに、細胞の位置などを検出及び判定する。
【００９６】
例えば、フレームαにおいて１つの細胞である細胞Ａが検出された場合であって、フレームα＋１において２つの細胞である細胞Ｂ及びＣが検出された場合を想定する。
【００９７】
この場合において、挙動検出処理部３２２は、
（ａ）細胞Ａが移動して細胞Ｂになったこと（移動仮説１）、
（ｂ）細胞Ａが移動して細胞Ｃになったこと（移動仮説２）、
（ｃ）細胞Ａが分裂して細胞Ｂになったこと（分裂仮説１）、
（ｄ）細胞Ａが分裂して細胞Ｃになったこと（分裂仮説２）、
（ｅ）細胞Ａが細胞Ｂとして細胞死したこと（細胞死仮説１）、及び、
（ｆ）細胞Ａが細胞Ｃとして細胞死したこと（細胞死仮説２）
の各仮説を検討し、仮説における連続する２フレーム間の細胞間の距離や形の類似度から尤度を算出する。
【００９８】
そして、挙動検出処理部３２２は、細胞Ａが移動して細胞Ｂになったことが最適な仮説に含まれているとすると（尤度が最も高いとすると）、細胞Ａは他の細胞に対応しないので、上記の（ｂ）〜（ｆ）の仮説が最適解に含まれないと決定し、細胞Ａと細胞Ｂは同一の細胞で時刻ｔから時刻ｔ＋１で細胞Ａの場所から細胞Ｂの場所へ移動したというトラッキング情報とともに、その状態を細胞移動として判定する判定を行う。
【００９９】
なお、本実施形態においては、挙動検出処理部３２２は、操作部３７０を用いて作業者のマニュアル操作によって各対象画像の各細胞を特定するとともに、時系列の複数の対象画像を比較し、同一の細胞における移動した位置及び細胞状態を特定してもよい。
【０１００】
［３．３］指標算出処理部
次に、データ処理部３２０における指標算出処理部３２３について説明する。
【０１０１】
指標算出処理部３２３は、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部３０４に記録された各対象画像における各細胞の画像上の位置及び細胞状態に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する。
【０１０２】
特に、指標算出処理部３２３は、タイミング毎に、各フレームにおける対象細胞群の細胞数、各細胞の遊走速度、及び、各細胞の細胞サイズを算出しつつ、当該算出した各値に基づいて、各タイミングにおいて一意に定まる対象細胞群の細胞挙動指標を算出する。
【０１０３】
また、指標算出処理部３２３は、各タイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標としては、
（１）対象細胞群の各細胞における遊走速度の分布（以下、「遊走速度分布」という。）、
（２）対象細胞群における細胞数が２倍になるまでの倍加時間、
（３）対象細胞群における細胞の生存率（以下、「細胞生存率」という。）、及び、
（４）対象細胞群における細胞サイズや形状の分布の
１以上の指標を算出する。
【０１０４】
なお、遊走速度は、個々の細胞の動きを数値化したものであり、細胞の活性化を示す一つの指標である。また、倍加時間は、細胞の増殖性を計る指標であり、細胞の増殖性（増殖度）を示す一つの指標である。さらに、細胞生存率又は細胞サイズは、健康な細胞の判断を行うことが可能な指標であり、各細胞の品質を示す指標である。
【０１０５】
特に、細胞サイズや形状は、細胞の品質が良いと小さく、形状が真円に近いという性質を利用して指標化したものである。
【０１０６】
また、指標算出処理部３２３は、上記の算出を各タイミングの終了後に実行してもよいし、他のタイミングと比較する。
【０１０７】
（遊走速度分布）
指標算出処理部３２３は、遊走速度分布としては、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部３０４に記録された各フレームにおける各細胞の座標位置と直前のフレームにおける同一の細胞における座標位置とに基づいて移動距離を算出しつつ、当該算出した移動距離とフレームレート（すなわち、対象画像の時間差）に基づいて、各細胞におけるそれぞれの遊走速度を算出する。
【０１０８】
そして、指標算出処理部３２３は、タイミング毎に、例えば、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すような縦軸に細胞数及び横軸に遊走速度となる分布関数（すなわち、遊走速度分布関数）を算出する。
【０１０９】
具体的には、指標算出処理部３２３は、各細胞の遊走速度が正規分布又は対数正規分布になると想定し、各細胞の遊走速度の平均値及び分散を算出するとともに、当該算出した平均値及び分散を用いて正規分布の分布関数又は対数正規分布を算出する。
【０１１０】
例えば、指標算出処理部３２３は、各細胞の遊走速度の正規分布と想定した場合の平均値「μ」及び分散「σ」、又は、対数正規分布における平均値「μｘ」及び分散「σｘ２」を算出し、（式１）に示す正規分布関数Ｎ１（ｘ）又は（式２）に示す対象正規分布関数Ｎ２（ｘ）を分布関数として算出する。
【０１１１】
【数１】
2017023055.tif 000003
【０１１２】
【数２】
2017023055.tif 000004
【０１１３】
なお、本実施形態においては、予め定められたサンプル数における各細胞の遊走速度が検出できればよく、例えば、サンプル数が１０００個必要な場合には、挙動検出処理部３２２は、対象細胞群に１００個の細胞が含まれている場合（又は１００個程度の含まれていると想定される場合）には、１０フレーム程度の対象画像（タイムラプス画像）に基づいて、上記の処理を実行すればよい。
【０１１４】
また、本実施形態においては、対象細胞群の細胞挙動指標として、各細胞の遊走速度を利用する際に、遊走速度分布関数を用いているが、フレーム全体における対象細胞群全体の遊走速度の平均値を用いてもよい。
【０１１５】
（細胞の倍加時間）
指標算出処理部３２３は、対象細胞群における細胞数に基づく倍加時間としては、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部３０４に記録された各フレームにおける対象細胞群の細胞数を集計し、例えば、各タイミングの最初のフレームや当該最初のフレームから数フレーム後のフレームなど予め定められた任意のフレームから当該細胞数が２倍になるまでの時間を細胞数に基づく倍加時間として算出する。
【０１１６】
具体的には、指標算出処理部３２３は、タイミング毎に、任意のフレームを基準フレームＦＡとし、当該基準フレームＦＡの細胞数と当該基準フレームＦＡ以降の各フレームＦＢ（ｎ）の細胞数を比較し、基準フレームＦＡの細胞数と２倍となる細胞数を有するフレームＦＢ（ｓ）を検出する。
【０１１７】
そして、指標算出処理部３２３は、基準フレームＦＡと検出したフレームＦＢ（ｓ）との細胞数ｍ及び基準フレームＦＡとフレームＦＢ（ｓ）の時間差に基づいて、（式３）の演算を実行し、倍加時間ＤＴを算出する。
【０１１８】
【数３】
2017023055.tif 000005
【０１１９】
なお、「ｎ」は、各タイミングにおけるフレーム数であり、「ｔ１」は、基準フレームＦＡの撮像時刻、「ｔ２」は、フレームＦＢ（ｓ）の撮像時刻、「ｍ１」は、基準フレームＦＡの細胞数及び「ｍ２」は、フレームＦＢ（ｓ）の細胞数を示す。
【０１２０】
また、本実施形態においては、細胞数が２倍となる倍加時間を算出しているが、３倍又は４倍など任意の倍数となる時間を算出してもよい。この場合には、（式１）の左辺の「ｌｏｇ２」の値を適切な値にすればよい。
【０１２１】
（細胞生存率）
指標算出処理部３２３は、対象細胞群における細胞生存率としては、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部３０４に記録された各フレームにおける対象細胞群の細胞数及び細胞死数を集計し、これらの値に基づいて各タイミングにおける細胞生存率を算出する。
【０１２２】
具体的には、指標算出処理部３２３は、各フレームにおける細胞生存率を算出し、その平均、分散又は標準偏差など所定の演算結果を細胞生生存率として算出する。
【０１２３】
［３．４］比較判定処理部
次に、データ処理部３２０における比較判定処理部３２４について説明する。
【０１２４】
比較判定処理部３２４は、システム管理者や作業者の指示、又は、システム上予め定められたタイミングにおいて、上述のように算出された各タイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標を比較し、その品質（劣化）を判定するための演算を実行する。
【０１２５】
具体的には、比較判定処理部３２４は、上記の細胞挙動指標の種別に基づいて、異なる演算処理を実行し、各タイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標の変位を算出し、当該変位基づいてその品質を判定する。特に、比較判定処理部３２４は、対象細胞群及び継代培養後の派生した対象細胞群における品質劣化など第２のタイミングにおける第１のタイミングとの活性度又は増殖性における同一性を判定する。
【０１２６】
（遊走速度分布）
比較判定処理部３２４は、対象細胞群の細胞挙動指標として各タイミングにおいて算出された遊走速度の正規分布又は対数正規分布の分布関数を比較し、その同一性（すなわち、活性度や増殖性における同一性）を判定するための演算を実行する。
【０１２７】
特に、比較判定処理部３２４は、比較対象となる各タイミングにおける遊走速度分布関数について、ｔ検定を実行し、所定の信頼区間における遊走速度の分布関数の有意差を判定し、その同一性を判定する。
【０１２８】
具体的には、比較判定処理部３２４は、式（４）及び式（５）に基づいて、比較対象の遊走速度における分布関数を比較し、ｔ検定の「ｔ」値が信頼区間外にある確率ｔ（α）より大きい場合に、有意差は無いとして、各タイミングの遊走速度の分布関数が同一であると判定する。
【０１２９】
【数４】
2017023055.tif 000006
【０１３０】
【数５】
2017023055.tif 000007
【０１３１】
例えば、信頼区間が５％で両側検定の場合であって、ｔ（α）が０．１より大きい場合には、帰無仮説（２つの分布関数が同一である）を否定することができなくなる。このため、比較判定処理部３２４は、上記の演算において算出されたｔ値が「０．１」より大きいか否かを判定し、当該ｔ値が「０．１」より大きい場合には、各タイミングの遊走速度の分布関数が同一であると判定し、当該ｔ値が「０．１」以下の場合には、有意差ありとして同一でないと判定する。
【０１３２】
なお、式（４）及び式（５）において、「Ｘ」は、各タイミングにおける遊走速度の分布関数の標本の平均、「ｓ」は、各タイミングにおける遊走速度の分布関数の標本分散、及び、「ｎ」は、各タイミングにおける遊走速度の分布関数の標本数を示す。
【０１３３】
また、上記のｔ検定は、両側検定であってもよいし、片側検定であってもよく、両側検定及び片側検定の双方の検定を用いてもよい。
【０１３４】
そして、対象細胞群の細胞挙動指標として遊走速度の平均値を用いる場合には、後述する細胞の倍加時間などと同様に閾値を用いて各タイミングにおける同一性を判定してもよい。
【０１３５】
さらに、上記の例では、遊走速度分布関数の比較する演算手法としてｔ検定を用いているが、Ｋｕｌｌｂａｃｋ−Ｌｅｉｂｌｅｒ  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ（以下、「ＫＬ」ともいう。）やバタチャリヤ距離などの遊走速度分布の差異（距離）を計測する演算を実行してもよいし、コルモゴルフ・スミスノフ検定などのノンパラメトリックな検定を用いてもよい。
【０１３６】
例えば、ＫＬを用いた演算においては、比較判定処理部３２４は、（式６）又は（式７）の演算を実行し、その差異の値ＫＬを予め定められた閾値ＴＫＬと比較してその同一性を判定する。
【０１３７】
【数６】
2017023055.tif 000008
【０１３８】
【数７】
2017023055.tif 000009
【０１３９】
なお、（式６）は、細胞遊走速度分布が離散確率分布の場合であり、（式７）は、細胞遊走速度分布が連続確率分布の場合である。また、「Ｘ１（ｉ）」及び「Ｘ２（ｉ）」は、それぞれ遊走速度分布「Ｘ１」及び「Ｘ２」に従って選ばれた値が「ｉ」になる確率を示し、「ｘ１」及び「ｘ２」はそれぞれ遊走速度分布「Ｘ１」及び「Ｘ２」の確率密度関数を示す。
【０１４０】
（細胞の倍加時間）
比較判定処理部３２４は、対象細胞群の細胞挙動指標として各タイミングにおいて算出された細胞の倍加時間を比較し、その同一性を判定するための演算を実行する。
【０１４１】
特に、比較判定処理部３２４は、比較対象となる各タイミングにおける倍加時間の絶対値の差分を算出し、その値が所定の条件を具備している否か（例えば、閾値より小さいか否か）を判定し、所定の条件を具備した場合に同一であると判定する。
【０１４２】
具体的には、比較判定処理部３２４は、式（８）に基づいて、比較対象の倍加時間Ｄ１及びＤ２の絶対値の差分値ΔＤを算出し、当該差分値ΔＤが予め定められた閾値ＴＤより小さい場合に、同一性があると判定する。
【０１４３】
【数８】
2017023055.tif 000010
【０１４４】
（細胞生存率）
比較判定処理部３２４は、対象細胞群の細胞挙動指標として各タイミングにおいて算出された細胞の生存率を比較し、その同一性を判定するための演算を実行する。
【０１４５】
特に、比較判定処理部３２４は、細胞の倍加時間と同様に、比較対象となる各タイミングにおける細胞生存率の絶対値の差分を算出し、その値が所定の条件を具備している否か（例えば、閾値より小さいか否か）を判定し、所定の条件を具備している場合に、同一性があると判定する。
【０１４６】
具体的には、比較判定処理部３２４は、式（７）に基づいて、比較対象の倍加時間Ｒ１及びＲ２の絶対値の差分値ΔＲを算出し、当該差分値ΔＲが予め定められた閾値ＴＲより小さい場合に、同一性があると判定する。
【０１４７】
【数９】
2017023055.tif 000011
【０１４８】
［３．５］通知処理部
次に、データ処理部３２０における通知処理部３２５について説明する。
【０１４９】
通知処理部３２５は、比較判定処理部３２４によって実行された比較結果及び判定結果を、表示制御部３５０と連動して表示部３４０に所定の表示形式によって表示するとともに、通信制御部３１０を介して他の通信端末装置（図示せず）に当該結果を示すデータを送信する。
【０１５０】
また、通知処理部３２５は、上記の同一性がないと判定された場合に、同一性がない旨を電子メールやその他の手法を用いて通知する。
【０１５１】
なお、通知処理部３２５は、複数の信頼区間（例えば、５％、１０％）や閾値（例えばＴＤ１、ＴＤ２）などを設定し、その段階に応じて同一性がない旨を電子メールやその他の手法を用いて通知してもよい。
【０１５２】
例えば、通知処理部３２５は、第１段階では表示部３４０への警告表示をし、第２段階では図示しない特定の通信端末装置への電子メールを用いた通知をし、第３段階では、図示しない所定の警告を行う。この場合において、電子メールを用いた通知においては、さらに複数の段階を設け、各段階に応じて電子メールを送信する先を変更する。
【０１５３】
［４］細胞品質評価システムの動作
次に、図７を用いて本実施形態の細胞品質評価システム１の画像処理装置３０において実行される細胞状態判定処理の動作について説明する。なお、図７は、本実施形態の細胞品質評価システム１の画像処理装置３０において実行される細胞状態判定処理の動作を示すフローチャートである。
【０１５４】
本動作は、各タイミングにおける時系列に沿って取得された複数の対象画像データとそれぞれのタイミングにおける対象細胞群のディッシュ管理情報が予めデータ記録部３００に記録されているものとする。
【０１５５】
また、本動作においては、細胞挙動指標については遊走速度を用いて説明するとともに、かつ、その検出においては、自動トラッキングによって実行されるものとする。
【０１５６】
まず、挙動検出処理部３２２は、比較対象となる各タイミングの選択を含む操作部３７０の操作に基づいて、細胞状態判定処理の開始を検出すると（ステップＳ１０１）、選択された各タイミングにおける対象細胞群の時系列に沿った複数の対象画像を取得する（ステップＳ１０２）。
【０１５７】
次いで、挙動検出処理部３２２は、各フレームに対して所定の画像処理を実行し、画像化された対象細胞群に含まれる各細胞をトラッキングして各フレームにおける座標位置及び細胞状態を検出し、フレーム毎にかつ細胞毎に画像上の座標位置、ディッシュ領域、及び細胞状態の各トッラキングに関するデータ（以下、「トラッキングデータ」という。）をトラッキングデータ記録部３０４に記録する（ステップＳ１０３）。
【０１５８】
次いで、挙動検出処理部３２２は、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部３０４に記録された各細胞の座標位置などに基づいて、各フレームにおける対象細胞群の各細胞の遊走速度（細胞挙動に関する情報）を算出するとともに（ステップＳ１０４）、当該算出された各タイミングにおける各フレームの各細胞の遊走速度に基づいて、各タイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標としてそれぞれ遊走速度分布関数を算出する（ステップＳ１０５）。
【０１５９】
次いで、比較判定処理部３２４は、各タイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標（すなわち、遊走速度分布関数）を比較し、その同一性を判定するための演算するための演算を実行する（ステップＳ１０６）。
【０１６０】
具体的には、比較判定処理部３２４は、比較対象となる各タイミングにおける遊走速度の分布関数について、ｔ検定を実行するとともに、所定の信頼区間における遊走速度の分布関数の有意差を判定し、その同一性を判定する。
【０１６１】
最後に、通知処理部３２５は、比較判定処理部３２４の判定結果を表示部３４０に通知して（ステップＳ１０７）本動作を終了させる。
【０１６２】
［５］変形例
［５．１］変形例１
上記実施形態においては、撮像装置１０及び画像処理装置３０が同室や同一敷地内で設置又は使用されてもよいし、それぞれが国外などの遠隔地に設置され、又は、遠隔地にて使用されて上述の各処理が実行されてもよい。
【０１６３】
また、画像処理装置３０は、ネットワーク２０を介して接続されるデータベースを用いて細胞状態判定処理を行ってもよいし、一又は複数の装置によって形成されていてもよい。なお、データベースを用いる場合には、データ記録部３００の機能の一部（対象画像の記録や対象細胞群の各細胞のトラッキングに関するデータの記録）をデータベースが担う。
【０１６４】
［５．２］変形例２
上記実施形態においては、撮像装置１０と画像処理装置３０によって細胞品質評価システムを実現しているが、スキャナや撮像機能を備えた画像データ生成部を設け、スタンドアロン型によって実現してもよい。この場合には、例えば、画像データ生成部が本発明の取得手段を構成する。
【０１６５】
［５．３］変形例３
上記実施形態においては、対象細胞群の各細胞における挙動検出、当該対象細胞群の細胞挙動指標及び細胞状態判定処理の実行するタイミングは、特に限定されていない。各タイミングにおける各フレームの対象画像がデータ記録部３００に記録されていれば、システム管理者又は作業者が希望する任意のタイミングに実行することができる。
【０１６６】
［５．４］変形例４
上記実施形態においては、フレーム毎のタイムラプス画像を対象画像として用いているが、各対象細胞群の以下のような複数の細胞の形状における特徴を示す形状情報を用いてもよい。この場合には、Ｎ個の特徴の情報からＮ次元の分布同士における距離を上述のＫＬ法で解析すればよい。
【０１６７】
例えば、形状情報としては、
（１）各細胞の長径及び短径
（２）真円度
（３）輝度のヒストグラム
（４）細胞の曲率半径をベクトル表示化するなどの形状表現情報（Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒｓ）
などを用いる。
【符号の説明】
【０１６８】
１  …  細胞品質評価システム
１０  …  撮像装置
２０  …  ネットワーク
３０  …  画像処理装置
３００  …  データ記録部
３０１  …  アプリケーション記録部
３０２  …  画像データ記録部
３０３  …  参照データ記録部
３０４  …  トラッキングデータ記録部
３０５  …  作業管理記録部
３０６  …  ＲＯＭ／ＲＡＭ
３１０  …  通信制御部
３２０  …  データ処理部
３２１  …  データ管理部
３２２  …  挙動検出処理部
３２３  …  指標算出処理部
３２４  …  比較判定処理部
３２５  …  通知処理部
３４０  …  表示部
３５０  …  表示制御部
３７０  …  操作部
３８０  …  管理制御部
【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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