(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
授精処置済の処置卵を培養環境に保持する胚培養装置であって、
処置卵を収容可能な複数の凹部を収容して、前記培養環境に保持する培養部と、
前記凹部に収容された前記処置卵が含まれる画像を、前記凹部を相対的に移動することなく、連続的にあるいは断続的に撮像する撮像部と、
前記撮像された前記処置卵が含まれる画像である卵画像を、前記処置卵毎に記憶する記憶部と、
前記処置卵毎の卵画像に対し、予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを適用して、前記処置卵の成長に関する判断を行なう判断部と、
前記判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たすと判断された処置卵の卵画像を、前記記憶部から読み出して表示する表示部と、
前記判断の結果と当該判断に用いられた前記卵画像を表示した上で、前記判断の結果に対する胚培養者による適否の判定を受け付ける受付部と、
前記受付部が受け付けた前記胚培養者の適否の判定が、前記表示部に表示された判断結果を否定するものである場合、前記学習済みモデルを再学習して更新する再学習部と
を備える胚培養装置。
【請求項２】
前記判断部は、前記記憶部に記憶される前の卵画像または前記記憶部から読み出された卵画像に対して、前記判断を行なう、請求項１に記載の胚培養装置。
【請求項３】
前記培養部は、前記複数の凹部を備えるトレイを収容可能または前記凹部を備える複数のトレイを収容可能であり、
前記撮像部は、前記複数の凹部をまとめて撮像し、
更に、前記複数の凹部をまとめて撮像した撮像画像を前記凹部毎に分割し、前記分割した画像から前記凹部に存在する処置卵の画像を補正して前記卵画像とする補正部を備える、
請求項１または請求項２に記載の胚培養装置。
【請求項４】
前記補正は、前記複数の凹部の前記撮像部に対する位置関係に応じた補正、または前記撮像部による前記撮像の際の少なくとも明るさの違いを含む撮像条件に応じた補正である、請求項３に記載の胚培養装置。
【請求項５】
前記学習済みモデルによる前記処置卵の成長に関する判断は、
（Ａ）前記処置卵が受精している・受精していないの判断、
（Ｂ）前記処置卵の卵割が正常である・正常でないの判断、
（Ｃ）前記処置卵に胚盤胞が形成された・胚盤胞が形成されていないの判断、
（Ｄ）前記処置卵を前記培養部から取り出すタイミングである・取り出すタイミングでないの判断、
（Ｅ）前記培養部の前記凹部において前記処置卵が浸漬されている培養液を交換する・交換しないの判断、
の少なくとも１つである、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の胚培養装置。
【請求項６】
前記判断は、前記（Ｄ）（Ｅ）のいずれかの判断であり、
前記表示部は、前記判断の結果と当該判断に用いられた前記卵画像を表示した上で、前記培養部に設けられた蓋を開閉可能とする、
請求項５に記載の胚培養装置。
【請求項７】
培養環境に保持された授精処置済の処置卵を表示する方法であって、
処置卵を収容可能な複数の凹部を収容して、前記培養環境に保持し、
前記凹部に対する所定の位置に、撮像部を設け、
前記凹部に収容された前記処置卵が含まれる画像を、前記撮像部により、連続的にあるいは断続的に撮像し、
前記撮像された前記処置卵が含まれる画像である卵画像を、前記処置卵毎に記憶部に記憶し、
前記処置卵の卵画像に対し、予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを適用して、前記処置卵の成長に関する判断を行ない、
前記判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たすと判断された処置卵の卵画像を、前記記憶部から読み出して、表示部に表示し、
前記判断の結果と当該判断に用いられた前記卵画像を表示した上で、前記判断の結果に対する胚培養者による適否の判定を受け付け、
前記受付部が受け付けた前記胚培養者の適否の判定が、前記表示された判断結果を否定するものである場合、前記学習済みモデルを再学習して更新する
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、胚を培養する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
不妊治療に対する社会的要請が高まっており、顕微鏡下等で授精処置を施した処置卵を培養する装置が種々提案され、あるいは販売されている。近年では、こうした培養装置内にカメラを設けて、培養中の処置卵を撮像し、必要に応じて、撮像した画像を外部のディスプレイに表示する装置も普及している（例えば、特開２０１２−３９９２９号公報参照）。こうした胚培養装置では、処置卵は、これを安定に保持するトレイ（ディッシュとも言う）に入れられ、トレイごと、所定のインターバルで、カメラの視野内に搬送され、撮像される。胚培養士は、この画像を観察することで、受精の可否を判断することができるので、処置卵を、観察するためだけに培養装置の外部に取り出す必要がない。【０００３】
他方、不妊治療の高まりに応じて、一つの胚培養装置内で多数の処置卵を培養したいという要請があり、胚培養装置内に、複数の処置卵を収納することが行なわれている。そうなると、授精処置を施した処置卵を培養する上で以下の問題を生じる。【０００４】
［１］培養している処置卵の状態は、処置卵毎に異なる。同時期に授精処理をした処置卵であっても、受精までの時間やその後の卵割の進行は異なる。このため、培養している処置卵の数が増えると、その状況を的確に判断して、受精卵の凍結保存や胚移植などに提供していく作業は煩瑣を極める。このため、処置卵を培養する者（主として胚培養士）は短時間のうちに、処置卵の状況を判断しなければならなかった。【０００５】
［２］処置卵を撮像した画像を見て、その状況を判断する場合、多数の画像が存在すると、どの画像を用いて処置卵の状況を判断するのが望ましいか、簡単に判断することができない。処置卵の状況を確実に把握しようとすれば、撮像の時間間隔は短い方がよく、連続的に、いわゆる動画として撮像することも望ましい。しかし、撮像の時間間隔が短くなれば、チェックしなければならない画像の枚数が増えてしまう。その結果、画像を見て行なう判断の精度が低下したり、判断に時間がかかって、他の処置卵に対する判断ができなかったり、遅れてしまったりする懸念が生じる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本開示の様々な実施の態様について、以下説明する。第１の態様は、授精処置済の処置卵を培養環境に保持する胚培養装置として態様である。この胚培養装置は、処置卵を収容可能な複数の凹部を収容して、前記培養環境に保持する培養部と、前記凹部に収容された前記処置卵が含まれる画像を、前記凹部を相対的に移動することなく、連続的にあるいは断続的に撮像する撮像部と、前記撮像された前記処置卵が含まれる画像である卵画像を、前記処置卵毎に記憶する記憶部と、前記処置卵毎の卵画像に対し、予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを適用して、前記処置卵の成長に関する判断を行なう判断部と、前記判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たすと判断された処置卵の卵画像を、前記記憶部から読み出して表示する表示部とを備える。この胚培養装置によれば、凹部に収容されて培養されている処置卵を撮像部に対して相対的に移動することなく撮像した画像を用いて、その成長に関する判断を行なうことができるので、培養中の処置卵に対して、不利益となる環境の変動を減らすことができ、しかも培養中の処置卵の状況を的確に把握して、必要な対応をとることができる。更に、前記判断の結果と当該判断に用いられた前記卵画像を表示した上で、前記判断の結果に対する胚培養者による適否の判定を受け付ける受付部と、前記受付部が受け付けた前記胚培養者の適否の判定が、前記表示部に表示された判断結果を否定するものである場合、前記学習済みモデルを再学習して更新する再学習部とを備えるものとしてもよい。こうすれば、機械学習により生成した学習済みモデルを用いた判断に任せるのではなく、胚培養士の経験を加味することで、処置卵の成長に関する判断の精度を高めることができ、しかも学習済みモデルを、胚培養装置の使用と共に更新して、その判断の精度を一層高めることができる。
【０００８】
（２）第２の態様は、培養環境に保持された授精処置済の処置卵を表示する方法としての態様である。この方法は、処置卵を収容可能な複数の凹部を収容して、前記培養環境に保持し、前記凹部に対する所定の位置に撮像部を用意し、前記凹部に収容された前記処置卵が含まれる画像を、前記撮像部により、連続的にあるいは断続的に撮像し、前記撮像された前記処置卵が含まれる画像である卵画像を、前記処置卵毎に記憶部に記憶し、前記処置卵の卵画像に対し、予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを適用して、前記処置卵の成長に関する判断を行ない、前記判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たすと判断された処置卵の卵画像を、前記記憶部から読み出して、表示部に表示する。こうすれば、凹部に収容されて培養されている処置卵を、所定の位置に用意された撮像部により撮像した画像を用いて、その成長に関する判断を行なった画像を表示することができるので、培養中の処置卵に対して、不利益となる環境の変動を減らすことができ、しかも培養中の処置卵の状況を的確に把握して、必要な表示を行なうことができる。更に、前記判断の結果と当該判断に用いられた前記卵画像を表示した上で、前記判断の結果に対する胚培養者による適否の判定を受け付け、前記受付部が受け付けた前記胚培養者の適否の判定が、前記表示部に表示された判断結果を否定するものである場合、前記学習済みモデルを再学習して更新するものとしてもよい。こうすれば、機械学習により生成した学習済みモデルを用いた判断に任せるのではなく、胚培養士の経験を加味することで、処置卵の成長に関する判断の精度を高めることができ、しかも学習済みモデルを、胚培養装置の使用と共に更新して、その判断の精度を一層高めることができる。
【０００９】
本開示は、こうした胚培養装置や、培養環境に置かれた処置卵を表示する方法としてだけでなく、他の態様でも実施することができる。例えば、胚培養方法、胚培養装置の撮像装置、胚培養装置の製造方法、胚培養装置に収容された処置卵の観察方法、あるいは処置卵の受精判定装置およびその方法としても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態としての胚培養装置の平面図であり、
【図２】胚培養装置の一部を示す斜視図であり、
【図３】培養室の一つを例示する平面図であり、
【図４】タイムラプス部を含む胚培養装置の電気的な構成を示す説明図であり、
【図５】処置卵を収容するトレイの一例を示す平面図であり、
【図６】タイムラプス部とトレイのウエルとの関係を説明する説明図であり、
【図７Ａ】タイムラプス部の内部構成を示す説明図であり、
【図７Ｂ】カメラモジュールの構成を示す説明図であり、
【図８】培養ユニット制御ルーチンを示すフローチャートであり、
【図９】ディスプレイモジュールの正常時と異常時の表示例を示す説明図であり、
【図１０】学習済みモデル生成処理ルーチンを示すフローチャートであり、
【図１１Ａ】前核が確認されなかった卵であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１１Ｂ】前核が１つ確認された卵であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１１Ｃ】前核が２つ確認された卵であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１１Ｄ】前核が３つ確認された卵であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１２Ａ】授精処理後の卵割が開始されていない状態の胚であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１２Ｂ】授精処理後の卵割において、割球数が２個の状態に直接移行した胚であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１２Ｃ】授精処理後の卵割において、割球数が直接３個の状態に移行した胚であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１２Ｄ】授精処理後の卵割において、無秩序（chaotic）な状態に移行した胚であるとラベルされた画像を例示する説明図であり、
【図１３】機械学習によりニューラルネットワークを用いた学習済みモデルを生成する様子を示す説明図であり、
【図１４Ａ】タイムラプス制御処理ルーチンを示すフローチャートであり、
【図１４Ｂ】タイムラプス制御処理における判断処理ルーチンの一例を示すフローチャートであり、
【図１５】ウエル内の処置卵の撮像と補正の一例を示す説明図であり、
【図１６】カメラユニットによる撮像の際に、合焦の位置を調整する原理を示す模式図であり、
【図１７】処置卵を収容するマイクロウエルを備えたディッシュの説明図であり、
【図１８】カメラユニットを培養室の側面に設けた場合の構成例を示す模式図であり、そして
【図１９】トレイを側面から見た場合のウエルとウエルに収容された処置卵との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．ハードウェア構成：
第１実施形態について説明する。図１は、胚培養装置（インキュベータとも呼ぶ）１０の平面図、図２は、胚培養装置１０の一部を示す斜視図、である。この胚培養装置１０は、体外受精の処置がなされた卵子（以下、処置卵という）を一定期間、所定の培養環境、即ち恒温・恒湿度で培養するためのものである。処置卵は、必ずしも受精卵とは限らないため、胚培養装置１０において所定の期間培養される。なお、体外受精の処置は顕微鏡下で行なわれる顕微授精の場合もあれば、卵子と精子を所定の容器内で一緒にして行なわれる通常の体外受精の場合も有り得る。培養する処置卵の受精の手法は問わない。
【００１２】
この胚培養装置１０は、図１に示したように、１２個の培養ユニット１１〜２２を備える。培養ユニットの数は問わない。各培養ユニット１１〜２２の構成と働きについては、後述する。この培養ユニット１１〜２２は、フラットなケース本体９に前後２列、幅方向に６つずつ設けられている。各培養ユニット１１〜２２には、それぞれに対応して、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ２２が設けられている。これらのスイッチＳＷ１１〜２２を操作することで、対応する培養ユニット１１〜２２のタイムラプス部５０が、図示しない駆動機構によって開閉される。もとより、培養ユニット１１〜２２はも、手動で開け閉めする構造であっても差し支えない。
【００１３】
図２は、培養ユニット１２において、タイムラプス部５０が開かれた状態を示している。タイムラプス部５０は、カメラモジュール５１とディスプレイモジュール５２とからなる。カメラモジュール５１とディスプレイモジュール５２とは、同寸で、一体に形成されている。カメラモジュール５１には、４つのカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４が設けられている。これらの構造と働きについては後述する。各培養ユニット１１〜２２には、それぞれ培養室Ｒ１１〜Ｒ２２（図３参照）が用意されており、各培養室Ｒ１１〜２２それぞれのタイムラプス部５０は、対応する培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に対して、蓋としても働く。タイムラプス部５０のカメラモジュール５１側外周には、シリコンゴムのシール部が設けられており、タイムラプス部５０が閉まると、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内は、このシール部により、所定気圧以下の気密状態に保たれる。
【００１４】
胚培養装置１０には、外部のガスボンベから二酸化炭素ガス（ＣＯ２  ）と窒素ガス（Ｎ２  ）とが供給される。これらのガスが供給されガスポート３１，３２が、胚培養装置１０の背面に設けられている。また、胚培養装置１０の背面にはフィルタ３４が取り付けられるフィルタポート３５，３６も設けられている。このフィルタ３４は、図示しない内蔵ポンプにより取り込む外気中の塵などの異物を取り除くためのものである。胚培養装置１０内では、ガスポート３１、３２から入力した二酸化炭素ガスＣＯ２  、窒素ガスＮ２  、およびフィルタ３４を介して入力した空気を、所定の割合に混合して混合気を生成する。混合気における各ガスの割合は、図示しないセンサにより測定され、常時おなじ割合に保たれる。
【００１５】
図３は、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２の一つを示す平面図である。図示する様に、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２は、処置卵を収めたトレイ（ディッシュとも呼ぶ）を載置する窪んだトレイ収容部４０が設けられている。トレイ９１の形状は図５に示した。トレイ収容部４０は、トレイ９１の形状に合わせた形状とされている。本実施形態では、トレイ収容部４０は、長方形状の凹みの１箇所が外方に拡張された形状（拡張部４２）をしており、トレイ９１も同様に、１箇所が外方に突き出た形状（突出部９２）をしている。このため、トレイ収容部４０は、前後および左右のいずれをとっても中心線に対して線対称ではない形状とされている。従って、トレイ収容部４０にトレイ９１を載置する際、載置する方向を誤ることがない。もとより、誤載置の防止は、他の方法、例えば電気的な検出などによっても良く、トレイ収容部４０やトレイ９１の形状は、左右および／または前後に線対称としても差し支えない。またトレイ９１にマーカーを設け、載置方向などによらず、撮像した画像から、トレイ９１の配置（向きなど）、あるいは直接処置卵を特定するようにしてもよい。
【００１６】
培養室Ｒ１１〜２２の底面には、供給口４３と排気口４４とが設けられている。供給口４３は、混合気を培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に供給するための開口である。また排気口４４は、混合気を還流するための開口である。既述したように、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２は、タイムラプス部５０が閉じられるとほぼ気密にされるので、内部のガス環境は一定に保たれるが、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内の温度分布を一様なものにするために、混合気は供給口４３から供給され、排気口４４から排気される。なお、混合気の一部は、タイムラプス部５０とのシール部からも僅かに漏れる。そうすることで、タイムラプス部５０とのシール部から外気が侵入することを防いでいる。
【００１７】
培養室Ｒ１１〜Ｒ２２の各々には、その側壁および底面にパネルヒータＨ１１〜Ｈ２２が設けられている。ヒーターＨ１１〜Ｈ２２は、側壁のみあるいは底面のみに設けても良い。あるいは独立のヒーターを培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に設けても良い。更に、蓋側にも設けても良い。パネルヒータＨ１１〜Ｈ２２により、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内を一定の温度に保たれる。なお、説明は省略するが、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２には、図示しない温度センサやガス濃度センサ、更には湿度センサなどが設けられており、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内の温度、ガス濃度、湿度を検出することができる。これらのセンサからの信号をフィードバックすることにより、結果的に、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内は、恒温・恒湿度に保たれ、かつそのガス濃度も一定に保たれる。なお、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内の温度等を検出する代わりに、供給口４３から供給される混合気の温度、湿度、ガス濃度などを一定に保つことで、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内の環境を一定に保つものとしても良い。
【００１８】
次に、タイムラプス部５０について説明する。図４は、タイムラプス部５０を含む胚培養装置１０の電気的な構成を示す説明図である。図示する様に、胚培養装置１０には、制御部６０が設けられている。制御部６０は、周知のＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３の他、メモリカード６５とのデータのやり取りを行なうためのメモリインタフェース６４、外部の機器との信号をやり取りする汎用Ｉ／Ｏインタフェース６６、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２内の環境を制御するための信号をやり取りする培養室インタフェース６７、タイムラプス部５０との間でシリアル通信を行なうＳＩＯ６８等を備える。メモリカード６５には、各培養室Ｒ１１〜Ｒ２２の温度など、環境に関する情報が記録される。
【００１９】
汎用Ｉ／Ｏインタフェース６６は、胚培養装置１０に設けられたスイッチＳＷ１１〜ＳＷ２２や、タイムラプス部５０の開閉を行なう駆動装置７１、警告音を発生する警告装置７２、混合気を調整する混合気調整装置７３等に接続されている。混合気調整装置７３は、ガスポート３１，３２に供給される二酸化炭素ガスや窒素ガスなどの圧力を調整する圧力調整弁や、フィルタ３４を介して大気を取り込むためのポンプや、培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に混合気を送り込むポンプなどを含む。培養室インタフェース６７には、各培養室Ｒ１１〜Ｒ２２にに設けられたパネルヒータＨ１１〜Ｈ２２や、混合気の供給量を制御する制御弁Ｖ１１〜Ｖ２２などが接続されている。制御弁Ｖ１１〜Ｖ２２は、混合気を供給する混合気供給配管８４から培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に至る配管に設けられている。
【００２０】
タイムラプス部５０のカメラモジュール５１には、４つのカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４が設けられていることは既に説明した。これらのカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、図５，図６に示すように、トレイ９１の設けられた凹部であるウエル９５を撮像する。トレイ９１においてウエル９５は、図示するように、４つずつ、４箇所にまとめられた形態で配置されている。カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、それぞれのまとまりに対応して設けられている。図５に示したエリアＵ１〜Ｕ４は、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４それぞれの撮像エリアを示している。即ち、各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、一度に４つのウエル９５を含む領域を撮像可能である。カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４のレンズの周りは、ＬＥＤからの光を導く光ガイドが設けられている。カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、撮像時に、光ガイドからの光をトレイ９１に向けて照射する。
【００２１】
各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、更に多数のウエル９５を一度に撮像するようにしてもよい。例えば、各カメラユニットＣＡ１を１６個のウエル９５の中心に設け、一度に４つのエリアＵ１〜Ｕ４を一つのカメラユニットＣＡ１で撮像するようにしてもよい。あるいは、カメラユニットＣＡ１とカメラユニットＣＡ４のみを設け、各カメラユニットＣＡ１がエリアＵ１とＵ２を撮像し、カメラユニットＣＡ４がエリアＵ３とＵ４とを撮像する様にしてもよい。更に、４つのカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４が、それぞれ隣接するエリアＵ１〜Ｕ４を重複して撮像するようにしてもよい。こうすれば、後述するように、一つのカメラユニットが故障して、撮像できない場合でも、他のカメラユニットの映像を利用することで、全てのエリアＵ１〜Ｕ４のウエル９５の画像を取得できる。
【００２２】
撮像の様子を図６に模式的に示した。ウエル９５は、トレイ９１の底部に設けられており、一つのウエル９５には、基本的に一つの処置卵２５が置かれ、ミネラルオイル９３により覆われている。各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、トレイ９１の上方から４つのウエル９５を含む領域Ｕ１〜Ｕ４を撮像する。撮像した画像内には、処置卵２５の画像が含まれる。カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、撮像する際の焦点位置を数十μｍの精度で調整可能である。カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４による処置卵２５の撮像の様子については、後で説明する。
【００２３】
次に、タイムラプス部５０の内部構成について説明する。図７Ａは、タイムラプス部５０の内部構成を示す説明図である。図示するように、タイムラプス部５０は、既述したカメラモジュール５１およびディスプレイモジュール５２の他に、周知のＣＰＵ５３、ＲＯＭ５４、ＲＡＭ５５，デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）５６、ＳＩＯ５７，メモリインタフェース５８、カメラインタフェース８１，表示インタフェース８２などを備える。ＤＳＰ５６は、デジタル信号を高速に処理可能なプロセッサであり、機械学習に適した重み付け演算処理を多数層に亘って処理可能な構成を備えている。ＤＳＰ５６は、学習済みモデル１０１を用いた画像の判別を高速に処理可能である。学習済みモデル１０１は、予め、教師付き機械学習専用のコンピュータにより生成されたものであり、タイムラプス部５０に内蔵され、ＤＳＰ５６を介して利用可能となっている。ＤＳＰ５６が機械学習に適した重み付け演算処理を多数層に亘って処理可能な構成を備えているのは、後述するように、学習済みモデル１０１を再学習する場合があるためである。
【００２４】
メモリインタフェース５８には、メモリカード５９が装着可能である。このメモリカード５９には、後述するように、カメラモジュール５１により撮像された画像が記録される。表示インタフェース８２は、ディスプレイモジュール５２と接続され、ディスプレイモジュール５２に表示する画像信号の出力や、ディスプレイモジュール５２に設けられたタッチパネルからの信号の入力などを行なう。カメラインタフェース８１は、カメラモジュール５１と接続され、カメラモジュール５１の各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の焦点位置を制御する信号のやり取りや、各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４が撮像した画像の信号を受け取るといった処理、更には撮影時に点灯されるＬＥＤへの信号出力を行なう。尚、メモリインタフェース５８等の「インタフェース」は、図においては、「Ｉ／Ｆ」と略記した。
【００２５】
カメラモジュール５１における照明について、図７Ｂを用いて説明する。図示するように、カメラモジュール５１には、ＬＥＤモジュール８３が付設されている。ＬＥＤモジュール８３には、各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４に対応して、照明用ＬＥＤを用いた発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４が設けられている。発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４は、それぞれ、カメラインタフェース８１からの信号に応じて、点灯・消灯する。デフォルトでは、発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４は消灯している。なお、発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）以外の発光素子、例えば有機ＥＬなどであっても差し支えない。また常時点灯しているキセノンランプなどを、タイムラプス部５０の外部に設け、その光に光ファイバなどで、タイムラプス部５０内部に持ち込み、光スイッチなどで、カメラモジュール５１への導光をオン・オフするようにしてもよい。
【００２６】
各発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４は、発光面がカメラモジュール５１側を向いており、この発酵面には、カメラモジュール５１に形成された導光路ＬＧ１〜ＬＧ４の端面が接している。導光路ＬＧ１〜ＬＧ４は、いわゆる光ガイドであり、光ファイバと同様に、コアとクラッドからなり、端面から入射した光が外部に漏れることなく、円環状の終端まで導かれる。導光路ＬＧ１〜ＬＧ４をそれぞれ導かれた各発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４の光は、円環状の終端から、各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の撮像方向に、つまり図６におけるウエル９５方向に射出する。各発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４の発光は、処置卵２５に影響を与えない波長が選択されている。なお、ウエル９５を照らす光の周波数は、処置卵２５における受精の際に現れる前核が見えやすい、つまり前核と前核以外の部位では光の吸収や反射がの程度が大きく異なる周波数とすることも好適である。
【００２７】
Ａ２．胚培養装置における処理の概要：
以上説明した第１実施形態のハードウェア構成を前提として、胚培養装置１０は、以下の処理を行なう。本実施形態では、胚培養装置１０の制御部６０が全体の制御を司り、タイムラプス部５０のＣＰＵ５３が処置卵２５の撮像や表示を司る。まず、全体の処理について、図８に拠って説明する。図８は、培養ユニット制御ルーチンを示すフローチャートである。この処理は、制御部６０により実行される。
【００２８】
図８に示した培養ユニット制御ルーチンは、胚培養装置１０に電源が投入されると、所定のインターバルで、繰り返し実行される。この処理ルーチンを開始すると、まずどの培養ユニットについての処理を行なうかを決定する（ステップＳ２００）。実際には、処理対象とする培養ユニット１１〜２２を特定する変数ｎを、数値１１〜２２の間で順次インクリメントすることで、処理対象とする培養ユニットを特定する。なお、変数ｎは、順次インクリメントされ、値２２に至ると、次のインクリメントで値１１に設定される。つまり、各培養ユニット１１〜２２は、１２回に１回ずつの割合で処理の対象となる。ステップＳ２００で処理の対象となる培養ユニットの番号ｎを決定すると、次に、その培養ユニットｎに関するフラグＦｎが値１であるか否かの判断を行なう（ステップＳ２０５）。フラグＦｎは、胚培養装置１０の電源が投入されたときに、値０にリセットされている。
【００２９】
従って、各培養ユニット１１〜２２の使用が開始される前は、フラグＦｎの値は値１ではないと判断され、次に使用前表示を行なう（ステップＳ２１０）。使用前表示とは、処理対象となっている培養ユニットｎのタイムラプス部５０にＳＩＯ６８を介して信号を送り、その培養ユニットｎが使用前であることを表示させる処理である。表示の一例を図９の欄（Ａ）に示した。従って、使用前の培養ユニットのタイムラプス部５０のディスプレイモジュール５２には、全て「使用を開始する場合は、『開始』をタップして下さい」という説明文が表示され、タッチスクリーンには、「開始」ボタン７６が表示されていることになる。
【００３０】
次に、画面の「開始」ボタン７６がタップされたかを判断し（ステップＳ２２５）、「開始」ボタン７６がタップされていれば、次に、蓋が開閉されたかの判断を行なう（ステップＳ２３０）。蓋、つまりタイムラプス部５０の開閉は、使用しようとしている各培養ユニットｎに対応するスイッチＳＷｎが操作された時に行なわれる。スイッチＳＷｎを操作して、使用しようとしている培養ユニットｎのタイムラプス部５０を開き、処置卵２５をウエル９５を収めたトレイ９１を培養室Ｒｎに配置し、再度スイッチＳＷｎを操作して、タイムラプス部５０を閉める。これで、蓋の開閉が行なわれたと判断される。
【００３１】
蓋の開閉が行なわれた場合には、培養室Ｒｎにトレイ９１が配置されたと判断し、開始処理（ステップＳ２４０）を実行した上で、フラグＦｎを値１に設定した後（ステップＳ２５５）、「ＮＥＸＴ」に抜けて本処理ルーチンを一旦終了する。ここで、開始処理（ステップＳ２４０）とは、培養室Ｒｎ内の温度やガス濃度などを所望の状態にした上で、タイムラプス処理の開始をタイムラプス部５０に指示する処理を意味する。また、フラグＦｎが値１であるとは、培養室Ｒｎが使用中であること示す。開始処理が実行されると、ディスプレイモジュール５２に対し、培養室内の情報を表示させる。この一例を図９の欄（Ｂ）に示した。この例では、「培養とタイムラプス処理を開始します」と表示し、かつその下に現在の培養室Ｒｎの情報を表示する。具体的には、撮像の開始時間や経過時間、撮像の間隔などの撮像に関する情報、培養室内の環境、つまり温度や湿度の情報、更にはガス濃度などの情報を表示する。温度やガス濃度は、図示しないセンサにより検出している。こうした情報に加えて処置卵の患者を特定する情報、例えばカルテ番号等を表示してもよい。
【００３２】
こうして、培養が開始され、フラグＦｎが値１に設定されると、次に本処理ルーチンが起動され、ステップＳ２００によって培養室Ｒｎが特定されたタイミングでは、ステップＳ２０５での判断は「ＹＥＳ」となり、ステップＳ２６０に処理は移行する。ステップＳ２６０では、タイムラプス処理の継続をタイムラプス部５０に指示する。タイムラプス部５０が実行するタイムラプス処理については、図１４を用いて後で詳しく説明するが、簡単に言えば、培養室内のトレイ９１の各ウエル９５を複数個まとめて撮像し、これをウエル９５毎に分割して保存し、ウエル９５内の各処置卵２５の受精の可能性を個別に判断し、必要な画像をディスプレイモジュール５２に表示する処理である。
【００３３】
こうしたタイムラプス処理の継続をタイムラプス部５０に指示した後、使用終了の指示を受け付けたか否かの判断を行なう（ステップＳ２６５）。使用終了の指示は、ディスプレイモジュール５２のタッチパネルを胚培養士が操作することにより得られる。使用終了の指示がなければ、そのまま「ＮＥＸＴ」に抜けて本処理ルーチンを一旦終了する。使用終了の指示があれば、蓋の開閉がなされたかを判断し（ステップＳ２７０）、開閉がなされたことを確認した後、終了処理（ステップＳ２８０）を実行する。終了処理は、培養室Ｒｎ内の温度制御などを終了する処理である。その後、フラグＦｎを値０に設定し（ステップＳ２９５）、本処理ルーチンを一旦終了する。
【００３４】
Ａ３．学習済みモデルの生成処理：
既述したように、本実施形態のタイムラプス部５０は、学習済みモデル１０１を備え、ＤＳＰ５６を介して、画像認識を行なう。この学習済みモデル１０１は、予め、他のコンピュータにより生成される。この生成処理について簡単に説明する。図１０は、学習済みモデル１０１を生成する処理の位置れを示すフローチャートである。この処理は、図示しない他の学習用コンピュータにより行なわれる。この学習用コンピュータは、教師付き学習を行なう多層のニューラルネットワークを扱うことができる。
【００３５】
この処理を開始すると、学習用コンピュータは、まず教師付きの画像を取得する（ステップＳ１００）。教師付きの画像とは、画像とその画像がどのような内容のものかを示すラベルを付けた画像である。こうした画像の一例を、図１１Ａ〜図１１Ｄ、および図１２Ａ〜図１２Ｄに示す図１１Ａは、前核が確認されていない卵であるとするラベルＡが付与された画像を例示し、図１１Ｂは、前核が１つ確認された卵であるとするラベルＢが付与された画像を例示し、図１１Ｃは、前核が２つ確認された卵であるとするラベルＣが付与された画像を例示し、図１１Ｄは、前核が３つ確認された卵であるとするラベルＤが付与された画像を例示する。また、図１２Ａは、授精処理後の卵割が開始されていない状態の胚であるとするラベルＥが付与された画像を例示し、図１２Ｂは、授精処理後の卵割において、割球数が２個の状態に直接移行した胚であるとするラベルＦが付与された画像を例示し、図１２Ｃは、授精処理後の卵割において、割球数が３個の状態に移行した胚であるとするラベルＧが付与された画像を例示し、図１２Ｄは、授精処理後の卵割において、無秩序（chaotic）な状態に移行した胚であるとするラベルＨが付与された画像を例示する。図示は省力したが、卵割数が４〜８の胚であることを示すとラベルされた画像や、胚盤胞が形成された胚であることを示すとラベルされた画像を含むことも差し支えない。ステップＳ１００では、こうしたラベル付きの画像を多数、例えば数百から数千枚取得する。
【００３６】
次に、この画像を用いて機械学習を行なう（ステップＳ１１０）。機械学習は、図１３に例示するように多層のニューラルネットワークを用いて行なう。同図においては、直方体Ｌ１からＬn-1 は、ＣＮＮによるｎ-1層の各層を示す。白丸は、ニューラルネットワークのノードを示す。本実施形態においては、ＣＮＮ（Convolutional Neural Network）を用いたが、他のタイプのニューラルネットワーク、例えばカプセルネットワーク型やベクトルニューラルネットワーク型などを利用してもよい。
【００３７】
第１層Ｌ１には、ステップＳ１００で取得した教師付き画像の画像データを入力する複数のノードが設けられている。本実施形態においては、所定の解像度の画像の各画素の階調値を入力層である第１層Ｌ１の各ノードへの入力データとし、最終出力層Ｌn-1 から、その画像に付与されたラベルを最終出力データとして出力する。入力される画像は、１つの処置卵が処置されてから所定の時間経過した時点で撮像された１つの画像であってもよいが、同じ処置卵関して、任意の時間隔てた２つの画像を組として入力される画像とし、これを学習させてもよい。また３以上の画像を用いてもよい。本実施形態では、各画像を単独で学習させるものとした。
【００３８】
入力される画像の各画素の階調値は、０以上１以下の値に正規化されている。本実施形態ではモノクロ画像の階調値を入力値としたが、ＲＧＢ形式のカラー画像の各色階調値のデータを用いることも可能である。カラー画像を用いる場合には、訓練用のニューラルネットワークをＲＧＢのそれぞれに対して設け、各ニューラルネットワークのそれぞれの最終層からＲＧＢのそれぞれについての中間出力データを出力し、これら３つを併せて全体の最終出力層Ｌn-1 とすればよい。
【００３９】
第１層Ｌ１の各ノードの出力は、所定の重み付けを施されて、次段の、つまり第２層のノードに接続されている。これは第２層Ｌ２以降、第ｎ−２層まで同様である。この各層間における各ノード間の重み付けにより最終出力層Ｌn-1 の結果は相違する。この結果が、予め用意された教師データ（ラベル）に近づくように、各ノード間の重み付けを修正する作業を繰り返すことで、やがて学習が完了して、学習済みモデル１０１が生成される。重み付けの修正は、例えば損失関数を求めることにより行なうことが簡便である。具体的には、出力された最終出力層Ｌn-1 の各ノード（ここではラベルの種類に合わせてＡ〜Ｈ）の値を、損失関数により評価する。教師データが、例えば図１１Ａについてのものであれば、ノードＡが値１、他のノードＢからＨが値０となっている状態を目標状態として、実際の出力との差（学習誤差）を、損失関数により特定する。その上で、各ノード間の重み付けを修正する。修正後に損失関数によって再度学習誤差を求め、先に求めた学習誤差との差分（微分値）を求め、重み付けにより学習誤差が減ったかを判断し、更に重み付けを修正する、という作業を、取得した全ての画像について繰り返すのである。なお、ラベルの種類が増えれば、最終出力層のノードも増やせばよい。
【００４０】
学習誤差を求める損失関数としては、いくつ以下の関数が知られている。いずれの損失関数も採用可能である。一例として、交差エントロピー誤差がある。損失関数は、教師データに含まれるデータの全部または一部について算出される。教師データとの相違の平均や総和によって１回の学習における損失関数が表現される。１回の学習における学習誤差が得られたら、周知の最適化アルゴリズムにより、各層間の重み付けを修正する。最適化アルゴリズムとしては、例えば、確率的勾配降下法等がある。
【００４１】
教師データの全てに対して、予め定めた回数、重み付けの修正が行なわれると、訓練モデルの汎化が完了したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。汎化は、教師データに対する訓練モデルの入力と出力との相違の程度を取得し、相違の程度が、予め定めた閾値未満となっていれば、汎化が完了したと判定する。汎化が完了すると判断されるまで、機械学習処理（ステップＳ１１０）が繰り返される。このため、汎化が完了するまで、重み付けを修正する処理が繰り返され、誤差関数を用いた学習誤差の演算および重み付けの修正が繰り返される。
【００４２】
最終出力層Ｌn-1 の各ノードは、識別対象とする画像のラベルに対応している。教師データである画像が与えられ場合の最終出力層Ｌn-1 の各ノードの出力値は総和が値１となるように、正規化されている。つまり、ある画像が入力されたとき、最終出力層Ｌn-1 の各ノードには、画像の性質に対応する値が出力されるが、学習が適切に行なわれれば、その画像のラベルに対応するノードの出力値が最も大きいな値となる。したがって、学習が理想的なレベルまでなされれば、各教師データが与えられた場合、最終出力層Ｌn-1 の１つのノードの出力が値１、他は値０となり、画像のラベルが識別できることになる。とはいえ、人による判断に誤判定があり得るように、どれほど学習を繰り返しても、多層のニューラルネットワークの各ノードは、通常、値０より大きく値１未満の範囲の値を取る。従って、最終出力層Ｌn-1 の各ノードのうち、その出力値が最大値のノードを、判定結果、つまり画像がそのノードに対応したラベルであることを示すものとして扱う。学習が適切に行なわれるか否かは、ニューラルネットワークの構造と共に、どれだけ質の高い教師付きデータを用意できるかに依存する。本実施形態では、数百枚の画像を用いて学習を行なったが、更に多くの画像を用いることも好ましい。
【００４３】
こうして、学習が完了し、汎化が完了したと判断すると、次に、学習済みモデル１０１を保存する処理を行なう（ステップＳ１３０）。学習済みモデル１０１は、専用のコンピュータにより生成され、その学習処理用のコンピュータ内に一旦保存されるが、その後、胚培養装置１０内のタイムラプス部５０に移設される。タイムラプス部５０おいては、図７Ａに示したように、ＤＳＰ５６を介して参照可能に記憶される。なお、本実施形態では、学習済みモデル１０１は、タイムラプス部５０に内蔵したが、通信回線を介して参照可能にクラウド上に置くことも可能である。あるいは、図４に示した制御部６０内に保存してもよい。学習済みモデル１０１を保存した後、「ＥＮＤ」に抜けて、学習済みモデル生成処理リーチンを終了する。生成された学習済みモデル１０１は、処理卵の画像を入力すると、各層の重み付けが学習された多層のニューラルネットワークにより、画像が、どのラベルに対応しているか、つまり画像に写っている処置卵が、前核があるか否か、前核の数が幾つか、いくつに卵割されたか、胚盤胞が形成されたか、などを出力可能となる。
【００４４】
単一の画像について判断する場合は、処置卵の成長に関し、どの段階にあるかを判断し、用意された出力層Ｌout の各ノードのうち、処置卵の成長段階に対応したノードの値が最も高くなるような状態を出力する。したがって、図１３に示した最終出力層Ｌout において、予め定めた閾値以上の値のノードの出力を値１、閾値未満のノードの出力を値０とすれば、処置卵がどの段階にあるかを判断した結果を出力することができる。もとより、各ノードの値をそのまま出力してもよい。画像を一枚ずつ判定するのではなく、異なるタイミングで撮像された複数の画像を組として判断を行なうような学習をする場合には、図１３に示した多層のニューラルネットワークを組を構成する画像の数だけ用意し、複数のニューラルネットワークの出力を更に組み合わせるように学習すればよい。この場合には、ラベルも、前核が０→２→０となった正常受精卵であるとか、前核が０→２→３となった異常受精卵であるとか、経時的な変化を踏まえたものとして作成すればよい。
【００４５】
次に、タイムラプス処理について、図１４Ａおよび図１４Ｂに拠って、説明する。図１４Ａは、タイムラプス制御処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理は、図８のステップＳ２４０でタイムラプス処理の処理の開始が指示されると、タイムラプス部５０において、ステップＳ２８０での終了処理がなされるまで、所定のインターバルで、繰り返し実行される処理である。また、図１４Ｂは、タイプラプス制御処理における判断処理（ステップＳ４００）の詳細を示すフローチャートである。判断処理の詳細については後述する。
【００４６】
図１４Ａに示したタイムラプス制御処理が開始されると、まず処置卵の画像の撮像が前回行なわれてから、所定時間経過したかを判断する（ステップＳ３００）。ここで所定時間とは、図９の欄（Ｂ）に示された撮像間隔に相当する。もとより、図９の欄（Ｂ）に例示した１０分ではなく、もっと短い時間でも長い時間でも差し支えない。前回撮像を行なってから、所定時間が経過していれば（ステップＳ３００：「ＹＥＳ」）、撮像処理を行なう（ステップＳ３１０）。撮像は、複数のウエル９５をまとめて、つまり各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４がそれぞれ領域Ｕ１〜Ｕ４に存在する４個のウエル９５をまとめて撮像する。撮像した画像は、撮像時刻のデータと共に、メモリカード５９に保存される。
【００４７】
撮像処理（ステップＳ３１０）では、一つのタイムラプス部５０のカメラモジュール５１に存在する４つのカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４を同時に、または順次駆動することにより行なわれる。図５に示したように、各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４を動作させることにより、トレイ９１の１６個のウエル９５に収容された処置卵２５の状態が撮像される。この様子を図１５に示した。カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４のそれぞれは、領域Ｕ１〜Ｕ４を撮像するが、本実施形態では、その中には４つのウエル９５が含まれている。
【００４８】
各カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４による撮像は、トレイ９１の上方から行なわれる。このとき、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４は、焦点位置を移動させながら、一つのウエル９５辺り５枚の画像を撮像する。この様子を図１６に示した。図１６では、模式的にレンズＬ１，Ｌ２をカメラユニットＣＡ１の外に描いたが、実際には、レンズＬ１，Ｌ２は、カメラユニットＣＡ１に内蔵されている。レンズＬ１，Ｌ２の少なくともいずれか一方を光軸に沿って前後に移動することにより、カメラユニットＣＡ１の焦点位置は、中央位置ＧＬ０に対して、カメラユニットＣＡ１から遠い側である位置ＧＬ＋１，更に遠い位置ＧＬ＋２、カメラユニットＣＡ１に近い側である位置ＧＬ−１，更に近い位置ＧＬ−２に変化し得る。処置卵２５の大きさは、人の卵子であれば、１００〜１５０μｍ程度なので、各位置間の相違は、おおよそ２０〜２５μｍに設定されている。この場合、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４のレンズ構成は、焦点深度の浅いものとされており、各焦点位置での撮像の範囲は２５〜３０μｍに合焦したものとなる。こうした一つのカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４当り、５枚の画像を撮像する。焦点位置の異なる画像を複数枚撮像するのは、処置卵２５において、受精の判断をする際に手がかりとなる前核等の存在位置が、略球体である処置卵２５のいずれの位置に存在するかは分からないからである。なお、こうした焦点位置の変更を行なわず、焦点深度の深いレンズ構成で、単一の画像を撮像するものとしてもよい。
【００４９】
撮影処理をした後、撮影した画像を、ウエル９５毎に分割する処理を行なう（ステップＳ３３０）。ここでは、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４のそれぞれが撮影する領域Ｕ１〜Ｕ４には、それぞれ４つのウエル９５が存在するので、撮影した画像は４つに分割される。分割した画像に対して、次にこれを補正する処理を行なう（ステップＳ３４０）。補正は、画像の歪みや汚れを取るために行なう。複数のウエル９５を一度に撮像するため、全てのウエル９５を、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の光軸の真下に存在させることはできない。このため、各ウエル９５を撮像した画像には歪みが生じる。カラー画像の場合には、収差によるボケや色付きが生じる場合も存在する。
【００５０】
そこで、画像補正（ステップＳ３４０）では、こうした歪みや汚れなどを補正する。図１５は補正の一例を示す説明図である。領域Ｕ１の一つの各ウエル９５を分割して取り出すと、光軸直下にないことから、真円に形成された各ウエル９５の輪郭はゆがみ、真円にはならない。当然、同様のゆがみが、処置卵２５の撮影画像にも生じる。図示破線のように、歪んでいた画像を補正すると、各ウエル９５の輪郭は、ほぼ真円となる。処置卵２５の形状も同様に補正され、本来の形状となる。こうした補正は、形状の歪みを修整するだけでなく、色収差などによる色付きや、レンズの汚れなどによるゴーストなどを取るためにも行なわれる。
【００５１】
画像補正の後、補正を行なうことができれば、次に画像をメモリカード５９に保存する処理を行なう（ステップＳ３５０）。このとき、保存は、分割された画像毎に行なわれる。もとより、分割された各画像には、ファイル名などにより、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４のいずれにより撮影されたか判別するためのタグなどを付けて、紐付けておいてもよい。また、保存に際しては、補正後の画像のみ保存してもよいし、補正前の画像と共に、あるいは補正前の画像は別に、祖保存してもよい。保存は、メモリカード５９に限らず、例えばクラウド上のサーバに保存することも差し支えない。保存先は、メモリカードに限らず、ハードディスクやＳＳＤなど、他の記憶媒体であっても差し支えない。
【００５２】
以上説明した一連の処理、つまりカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４による領域Ｕ１〜Ｕ４の撮像から、分割し、補正した上で保存する処理までにおいて、何らかの異常が生じたかを、ＣＰＵ５３は監視している（ステップＳｅｒｒ）。異常の発生は、割込処理において随時判断される。
【００５３】
撮影から保存まで（ステップＳ３１０〜Ｓ３５０）の間に何らかの異常が発生したことを検知すると（ステップＳｅｒｒ）、異常の内容をディスプレイモジュール５２に表示する異常表示処理（ステップＳ３２０）を行なう。このとき、ディスプレイモジュール５２は異常を提示する提示部として機能する。異常表示の内容としては、
□ライト点灯異常
□カメラ動作不良
□補正処理異常
□画像分割または保存異常
などがあり得る。これらの異常が生じれば、該当する箇所がマーキングされて表示される。重複した異常が生じていれば、複数の項目がマーキングされる。
【００５４】
異常のうち、「ライト点灯異常」は、既述したＬＥＤモジュール８３の各発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４が点灯しなかった場合や、導光路ＬＧ１〜ＬＧ４の異常により光が届かなかった場合など、ウエル９５が正常に照明されなかった場合を言う。こうした場合、撮影された画像が暗くなり、画像の平均的な明るさが、予め定めた範囲に入らないので、判別できる。カメラ動作不良は、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４が動作しない場合であって、撮影用のＣＣＤやＣＭＯＳの受光モジュールが動作しない場合などである。もとより光学式の合焦装置やシャッタを備える場合には、これらのデバイスの動作不良も含まれる。受光モジュールに関して言えば、例えば読出用のクロックが正常に入力していない場合などには、カメラ動作不良と判断できる。なお、本実施形態では、カメラユニットＣＡ１には、発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４から射出され導光路ＬＧ１〜ＬＧ４を経てウエル９５を照明する照明光を均一にする拡散板が設けられており、この拡散板の取付方向や表裏の取り付けミスなどにより照明が均一になっていない場合なども、ライト点灯異常に含むものとしている。
【００５５】
補正処理異常は、撮影された画像の歪みや汚れを取る補正が正常に行なえなかった場合を言う。例えば、歪みは、光軸からの隔たりなどを予めパラメータとして入力しておき、このパラメータを用いて形状の補正などを行なって除去するが、補正結果、ウエル９５の形状が真円から大きく隔たっている場合などには、補正処理が正常に行なえなかったと判断する。また汚れを取る処理は、通常、画面上の１または２ドット程度の孤立したドットを除去することで行なわれるが、こうした孤立したドットの数が所定個数以上の場合などには、補正の処理が正常に行なえなかったと判断する。
【００５６】
画像分割または保存異常のうち、分割異常は、複数のウエル９５を撮影した画像を分割する場合に、その分割処理が正常に終了しなかった場合、あるいはカメラユニットＣＡ１等による撮像の中心がずれていて、分割したことにより各ウエル９５が分割画像のそれぞれに収まっていない場合などを言う。分割画像の保存異常は、分割した画像のファイルを、メモリカード５９等に保存する際に、メモリカード５９の容量不足や故障などにより正常に保存できない場合などを言う。
【００５７】
以上の処理（ステップＳ３３０〜Ｓ３５０）を終えた後、特に異常がなければ、処置卵の状態を判断する判断処理（ステップＳ４００）を実行する。判断処理（ステップＳ４００）では、メモリカード５９に保存した画像を読み出し、学習済みモデル１０１を用いて、読み出した画像から、処置卵の状態を判断する。この判断処理の詳細を、図１４Ｂに示した。
【００５８】
判断処理を開始すると、まず受精や卵割の判断が可能なタイミングか否かについて判断する（ステップＳ４１０）。受精の判断とは、受精の処置がなされた処置卵２５において、受精が生じたか否かを判断することを意味する。受精は、通常受精の処置の後、早くて８時間程度、平均的には２２時間程度、遅い間場合でも、３６時間経過までには成立する。受精の処置を施した処置卵２５は、処置後速やかにトレイ９１のウエル９５に収容され、培養ユニット１１〜２２に入れられるから、タイムラプス部５０による撮像が開始されてから、６時間程度が経過すると、ステップＳ４１０での判断は、「ＹＥＳ」、つまり受精判断可能となる。もとよりこの時間は、もっと短くし、トレイ９１が培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に収容された直後から、受精判断可能としてもよい。その場合には、ステップＳ４１０の判断は不要である。
【００５９】
判断が可能と判断すると、次に判断処理を行なう（ステップＳ４１５）。この処理は、各ウエル９５毎に分割してメモリカード５９に保存した処置卵２５の画像を読み出し、画像に写っている処置卵が、いかなる状態にあるかを判断する処理である。図１１Ａ〜図１１Ｄおよび図１２Ａ〜図１２Ｄに例示したように、処置卵は、受精まで幾つかの状態および胚盤胞形成までの幾つかの状態を取り得る。それらの状態には、既に説明したように、必ずしも正常に受精したとは言えない状態や、正常な卵割の進行とは言えない状態も含まれる。学習済みモデル１０１は、正常な受精や卵割の進行を示す状態の画像も正常とは言えない状態の画像も、学習済みなので、ＤＳＰ５６が、取得した画像に写っている処置卵がどのような状態にあるかを、学習済みモデル１０１を用いて判断する判断処理（ステップＳ４１５）を行なうことができる。このとき、本実施形態では、取得された画像とは、最も新しく撮像された画像としている。これは、本実施形態では、教師付きの機械学習を、単独の画像により行なったからである。このため、新しい画像を用いた判断の際も、同様に１枚の画像を用いて判断するようにしている。
【００６０】
これに対して、同じ処置卵に関して、処置の直後から撮像してきた複数の画像、つまりタイムラプス画像を用いて判断するようにしてもよい。あるいは任意の時間間隔を隔てて撮像された２枚の画像の組み合わせを用いて判断するようにしてもよい。なお、学習における任意の時間間隔と、判断における任意の時間間隔とは、同一でも良いが異なっていても差し支えない。例えば、学習時の画像が５分おきに撮像された画像であり、判断時の画像が１０分おきに撮像された画像であってもよい。処置卵の内部で進行する受精や卵割といった現象は、時間軸に対しては、バラツクので、撮像の時間間隔が揃っていることに特別な意味はないからである。
【００６１】
こうした画像に基づく判断の処理は、図７Ａに示したＤＳＰ５６の高速な処理機能を利用することにより、リアルタイムで実現可能である。画像に基づく判断処理（ステップＳ４１５）を実行したのち、判断結果についてその後の処理を決定する処理を行なう（ステップＳ４２０）。判断結果は、大きくは、
・判断不能
・２個の前核が確認されたとの判断
・その他の状態であるとの判断
の３つに分けられる。判断不能とは、図１３に示した最終出力層Ｌout の出力がいずれも閾値（例えば値０．５）を超えておらず、処置卵がいずれの段階にあるとも判断できない場合である。こうした結果は、処置卵に学習されていない何らかの異常が生じている場合もあり得るが、それ以外にも、例えば前核が現われる前の処置卵の画像や４細胞期に至っていない胚の画像であれば、生じ得る。この場合は、特に何の処理も行なわず、「ＮＥＸＴ」に抜けて本判断処理ルーチンを一旦終了する。なお、この段階で、一度撮像された画像をディスプレイモジュール５２に表示して、胚培養者による判断を仰いでも差し支えない。また、ステップＳ４２０の判断結果に、学習済みの不良胚などに該当するか、という選択肢を設け、判断処理の対象となった画像が、予め学習した不良胚に属すると判断した場合には、これを表示して、培養の中止などの指示を受け付けるようにしてもよい。
【００６２】
他方、学習済みモデル１０１を用いた判断結果が、処置卵に２個の前核が確認されたというものであれば、続いて、その処置卵についての過去の画像の判断結果を読み出す処理を行なう（ステップＳ４２５）。各処置卵の画像は、処置卵毎に判断結果と共に保存されているので、過去の画像とその判断結果を読み出すことは容易である。過去の画像とその判断結果を読み出したあと、正常受精であるか否かについて判断する。受精が正常であると判断した場合は、ディスプレイモジュール５２に正常判断時表示を行なう（ステップＳ４４１）。他方、受精が正常なものと判断できなかった場合には、非正常判断時表示を行なう（ステップＳ４４３）。
【００６３】
受精が正常なものか否かの判断は、画像における前核の数の変化を確認することによって、行なうことができる。正常に受精した卵では、一般に受精後２２時間以内に２つの前核が現れる。本実施形態では、判断処理において、異なる時間に取得された２枚の画像を解析することによって処置卵が受精しているかを判断している。つまり、前核の数が２である画像が検出されたとき、過去の画像を読み出して付き合わせ、前核数が、０個から直接２個に変化したといった場合に、正常な受精であると判断している。「直接」とは、前核が１個という状態を経ていない、という意味である。他方、前核の数が２である画像が検出された場合であっても、過去の画像を読み出して付き合わせ、前核数が、０個から直接２個に変化したのではない場合、例えば、最初の画像から前核２個と判断した場合や、前核数が０→１→２と変化した場合などでは、正常な受精ではないと判断している。もとよりこの判断は、他の手法によってもよい。例えば、学習済みモデル１０１が時系列的に保存された複数の画像を扱うように学習されている場合には、複数の画像を与えて、正常な受精かを直接、学習済みモデル１０１を用いて判断するものとしてもよい。
【００６４】
ステップＳ４３０での判断に従う表示の一例を、図９の欄（Ｃ）、欄（Ｄ）に示した。この例では、受精について判断した処置卵２５の最新の画像と、その処置卵が何番目のウエル９５に入っているかの番号表示７７ａと、判断結果を示すメッセージ７７ｂと、今後の処置を指示する各種表示７８とをディスプレイモジュール５２に表示している。図９の欄（Ｃ）は、学習済みモデル１０１を用いて、「正常受精」と判断した場合を例示する。この場合は、メッセージ７７ｂとして、「正常受精と判断しました」というメッセージが表示される。また、各種表示７８としては、この判断を承認するか誤りとするかを択一的に指示するためのラジオボタンと誤りと判断した場合に学習済みモデル１０１の再学習を行なうかを指定するチェックボックスとが表示される。更に、画面には、この処置卵に対する今後の処置として、培養の終了を指示する「培養終了」ボタン７９ａと、培養の継続を指示する「培養継続」ボタン７９ｂとが表示される。
【００６５】
他方、受精の判断（ステップＳ４３０）が正常な受精でないというものであった場合の表示（ステップＳ４４３）は、図９の欄（Ｄ）に示したように、メッセージ７７ｂとして、「正常な受精でないと判断しました」というメッセージが表示される。また、各種表示７８としては、この判断を承認するか誤りとするかを択一的に指示するためのラジオボタンと誤りと判断した場合に学習済みモデル１０１の再学習を行なうかを指定するチェックボックスとが表示される。更に、画面には、この処置卵に対する今後の処置として、培養の終了を指示する「培養終了」ボタン７９ａと、培養の継続を指示する「培養継続」ボタン７９ｂとが表示される。これらの例では、判断を行なった最新の画像を表示したが、以前の画像と比較して判断した場合には、判断の対象となった複数の画像を併せて表示してもよい。その場合、ディスプレイモジュール５２に並べて表示してもよいし、例えばマウスボタンのクリックに拠って、一枚ずつ切り替えて表示する様にしてもよい。また、判断において特に特異的な特徴として認識した部分があれば、その部分を拡大して表示するようにしてもよい。
【００６６】
ステップＳ４２０での判断で、学習済みモデル１０１を用いて判定した画像が、前核２個以外の画像であると判断した場合は、判断対象画像表示（ステップＳ４４５）を行なう。この判断対象画像表示は、判定した画像が、前核２個以外の特定の画像、例えば、前核３個の画像とか、卵割開始による２細胞期の画像であるとか、４細胞期の画像であるとか、胚盤胞が形成されたと見做される画像であるとか、学習済みモデル１０１により、いずれかのノードの出力が、閾値以上となった場合に、図９の欄（Ｃ）や（Ｄ）と同様に、その処置卵の画像と、その画像のウエルの番号と、その後の処置の指示として、培養の終了か培養の継続かを受け付けるボタンとを表示する処理である。
【００６７】
判断処理の対象とした画像が卵割の画像、例えば２細胞期、４細胞期、８細胞期などの画像であると判断した場合、それ以前の画像を読み出して、卵割が正常に行なわれているかを判断してもよい。例えば、正常受精（胚）→２細胞期→４細胞期と進行した場合に良好胚と判断し、こうした段階の間に、３細胞期などが出現した場合には、良好胚でないと判断し、その判断の結果を表示するものとしてもよい。なお、この実施形態では、受精判定以外では、再学習は行なわないものとしているが、再学習をさせる指示を受け付けるボタンを表示し、指示に応じて再学習させるようにしてもよい。再学習については、後述する。
【００６８】
上述した各表示処理（ステップＳ４４１，Ｓ４４３，Ｓ４４５）のいずれかを行なった後、胚培養士による判定とその判定に基づく入力を受け付ける処理を行なう（ステップＳ４５０）。この処理は、ディスプレイモジュール５２の表示を見た胚培養士が判定し、その判定に基づく入力を受け付ける処理である。例えば、前核が２個であって、正常な受精と装置が判断した場合、胚培養士は、その判断の結果を受け入れて、培養を終了または継続すると判定することがあかる。この場合、胚培養士の判定の指示を、ボタン７９ａや７９ｂが押されることで、入力として受け付ける。あるいは前核が２個で正常受精と判断された画像に対して、これは前核２個の画像ではないと、胚培養士が判定することがある。この場合には、装置による判断を否定し、再学習を行なわせるといった胚培養士の指示を、入力として受け付ける。
【００６９】
卵割に関しては、胚移植をどの細胞期が行なうか、患者の状態に応じて予め決めていれば、そのタイミング、例えば２細胞期、４細胞期、あるいは胚盤胞形成期に、培養を終了すると胚培養士が判定する。この場合、胚培養士による指示を入力として受け付ける。胚移植のタイミングでなければ、培養を継続するとの指示を、入力として受け付ける。
【００７０】
こうした胚培養士の判定とその判定に基づく指示を経て、次に「再学習」が必要とされたか判断する（ステップＳ４６０）。学習済みモデル１０１を用いた判断に対して、胚培養士が、その判断は誤っているとして、各種表示７８の「要再学習」のチェックボックスをオンにした場合には、再学習の処理が行なわれる（ステップＳ４７０）。再学習とは、一度行なった学習に対して、再学習が必要となった画像を新たな画像として追加して、学習済みモデル１０１の層間の重み付けを修正もしくは追加する処理である。こうした処理は、図１０を用いて説明した学習済みモデルの生成処理を再度やり直すことにより実現してもよいし、既に生成された学習済みモデル１０１に新たな層を付け加えることで再学習を行なう転移学習の手法によって実現してもよい。また、その他の再学習方法を採用してもよい。なお、再学習は、ＤＳＰ５６を用いて、タイムラプス部５０の内部で行なってもよいが、タイムラプス部５０以外の胚培養装置１０の専用の回路で行なってもよい。あるいは、通信回線を利用して、ネットワーク上の学習専用のコンピュータを利用して行ない、その結果を通信回線を介して受け取るようにしてもよい。
【００７１】
再学習の必要・不要に関する判断（ステップＳ４６０）と、必要な場合の再学習（ステップＳ４７０）とを行なった後、次にトレイ９１の取り出しが必要かを判断する（ステップＳ４８０）。胚培養士からの入力が、「培養終了」であった場合には、トレイを取り出すものと判断し（ステップＳ４６０：「ＹＥＳ」）、トレイ９１を取り出す処理を行ない（ステップＳ４９０）、胚培養士からの入力が、「培養継続」であった場合には、そのまま培養を継続する処理を行なう（ステップＳ４９５）。培養を継続する処理は、培養室Ｒｎ内の環境を、培養に適した状態に維持する処理を継続させるものである。これらの処理の終了後、「ＮＥＸＴ」に抜けて、本処理ルーチンを終了する。
【００７２】
以上説明した第１実施形態の胚培養装置は、１２の培養室Ｒ１１〜Ｒ２２毎にタイムラプス部５０が設けられ、トレイ９１の複数のウエル９５にそれぞれ収容された処置卵２５を所定のインターバルで撮像し、その画像を用いて、予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを適用して、処置卵の成長に関する判断、ここでは特に正常な受精がなされたか否かの判断を行ない、判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たすと判断された処置卵の卵画像を、記憶部から読み出して表示する。したがって、ウエル９５に収容されて培養されている処置卵２５をディスプレイモジュール５２に設けられたカメラユニットに対して相対的に移動することなく撮像した画像を用いて、正常な受精がなされたか否かや、どの細胞期の胚であるかといった判断を行なうことができるので、培養中の処置卵に対して、不利益となる環境の変動を減らすことができる。しかも培養中の処置卵の状況を的確に把握して、必要な対応をとることができる。ここでは、培養の終了とこれに伴う受精卵凍結保存や胚移植といった処置を的確に行なうことが可能となる。あるいは培養の継続の判断をして、更に処置卵の成長を図るといったことも可能となる。
【００７３】
本実施形態では、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の１つ１つに複数のウエルを撮像させて、これをウエル９５毎の画像に分割して保存している。したがって、撮像の回数を減らすことができ、撮像の間隔を短くできる。更に、分割した画像ごとに補正しているので、補正された画像に基づいて、受精や卵割の判断を行なうことができ、受精や卵割の判断をより正確に行なうことができる。また、ウエル９５毎に分割された画像を保存するので、目的とするウエル９５の画像だけを読み出すことができる。したがって他のウエル９５の処置卵２５を誤って受精判断の対象等にしてしまう可能性を低減できる。
【００７４】
上記実施形態では、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ２によるウエル９５の撮影（図１４、ステップＳ３１０）や、その後の画像の分割（ステップＳ３３０）、画像の補正（ステップＳ３４０）、画像の保存（ステップＳ３５０）のいずれかにおいて異常が発生した場合には、これを検出して、ディスプレイモジュール５２に表示する。したがって、ウエル９５の画像の取得に何らかの異常が生じた場合にこれを直ちに知ることができる。このため、長時間に亘ってウエル９５内の処置卵２５の画像が得られず、受精の判断ができない、または受精の判断が困難になるということを回避しやすい。異常を知った使用者は、胚培養装置１０を修理したり、カメラユニットを取り替えたり、タイムラプス部５０自体を交換したり、トレイ９１を他の培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に移し替えたりするなどの対応をとって、処置卵２５の撮影、分割、補正、保存を継続できる。
【００７５】
上記実施形態では、更に処置卵２５を撮像するために、トレイ９１や撮像装置（カメラ等）を移動する必要がない。従って、胚培養装置１０を小型が出るばかりでなく、可動部を有しないことから、胚培養装置１０の信頼性を高めることができる。また、トレイやカメラの搬送に伴う振動や騒音なども生じない。更に、処置卵２５を撮像するインターバルを短くすることができる。トレイ９１を移動して撮像するシステムでは、例えばトレイの移動と撮像にｍ分かかっていれば、１２個のトレイ９１を全て移動・撮像するには１２×ｍ分、必要となる。つまりインターバルはこの時間１２・ｍ分より短くすることができない。これに対して、本実施形態の胚培養装置１０では、撮像のインターバルは、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の撮像間隔までいくらでも短くすることができる。もとより、連続的に撮像することも可能である。
【００７６】
更に、本実施形態によれば、一つの培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に収容された一つのトレイ９１に対して一つのタイムラプス部５０が用意され、このタイムラプス部５０には、ディスプレイモジュール５２が設けられており、ここにその培養室Ｒ１１〜Ｒ２２に収容されたトレイ９１の処置卵２５の画像が表示される。従って、ディスプレイモジュール５２に表示されている画像と、スイッチＳＷｎを操作してタイムラプス部５０を開いたところのトレイ９１とが一対一の関係になっており、画像と処置卵との関係が極めて明確であるという利点も有する。
【００７７】
更に、本実施形態では、タイムラプス制御処理は、タイムラプス部５０毎に実施されるから、培養ユニット１１〜２２のタイムラプス部５０毎に、タイムラプスの処理、例えば撮像するインターバルや、表示する画像の形態などを、個別に設定することができる。例えば、授精処置後の経過が特に気になる処置卵があれば、撮像のインターバルを短くしたり、受精や卵割の状態について判断する際に、胚培養士の判断を求めたり、といった対応を執ることも容易である。
【００７８】
また、本実施形態のタイムラプス部５０は、それぞれにメモリカード５９を備え、所定のインターバルで撮像した画像を、ウエル９５毎に分割して記録している。従って、その培養室Ｒｎで培養されている処置卵について判断した画像を、他の処置卵の画像と誤ることがない。必要があれば、撮像した画像をメモリカード毎に管理、保管、廃棄などすることができ、扱いが簡便である。
【００７９】
図１０に示した処理では、説明の便を図って、所定インターバルで行なう撮像処理と処置卵の成長に関する判断処理とを一つのフローチャートで示したが、両者は別々の処理ルーチンにより、非同期に行なっても差し支えない。
【００８０】
撮像と判断とを一連の処理として行なう場合の表示時間について検討する。１つの培養室Ｒｎ内に載置されたトレイ９１には、２×２×４個（計１６個）のウエル９５が設けられおり、最大１６個の処置卵を収容することができる。１つのタイムラプス部５０は、４台のカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４を用いて、これら１６個のウエル９５を同時撮像可能である。そこで、この１６個のウエル９５に収容された処置卵を順次ディスプレイモジュール５２に表示しながら、上記の断とその結果の表示を行なう場合を考える。撮像間隔が１０分であるとすると、１つのウエル９５あたり、約５０秒の表示を行なうことができる。従って、胚培養士は、この表示を見て、判断対処となった処置卵の収容されているウエル９５の番号を知ることができる。また、培養の終了を判断することも可能である。なお、撮像のインターバルは、長くしてもよい。一度に撮像するウエルの数が少なければ、インターバルは短くしてもよい。ここで撮像するウエルの数は、実際に処置卵が配置されたウエルの数であってもよいし、ウエルの最大数であってもよい。
【００８１】
授精処置が同時になされることは希なので、本実施形態の胚培養装置１０に１２個の培養ユニット１１〜２２が存在するとしても、胚培養装置１０全体として、同時に１２の培養ユニットにおいて処置卵が表示される訳ではない。従って、受精や卵割について判断した処置卵のみをディスプレイモジュール５２に表示するものとすれば、１２台の培養ユニット１１〜２２が存在しても、胚培養士は、順次表示されるこの画像を見て、受精や卵割の確認、トレイ９１の取り出し、その後の処置など、対応可能である。
【００８２】
Ｂ．他の実施形態：
以上説明した実施形態では、タイムラプス制御処理は、タイムラプス部５０が単独で実行していたのに対して、タイムラプス制御処理も含めて全体の処理を、制御部６０により実施するようにしてもよい。また、処置卵２５をトレイ９１のウエル９５に収容するところから、受精した受精卵を次の処置に送り出すところまで全自動で行なう装置として構成してもよい。
【００８３】
上記実施形態では、１つのタイムラプス部５０毎に４つのカメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４を用意したが、タイムラプス部５０あたりのカメラユニットの台数は、任意である。カメラユニットが撮像するウエル９５の数、つまりは一度に撮像する処置卵の数は、１つでもよいが、２以上任意の個数としてもよい。また、トレイ９１におけるウエルの配置も任意である。例えばｐ×ｑ個のようにアレイ状に配列しても良い（ｐ，ｑはいずれかが２以上の正の整数）。図１７は、処置卵を収容するマイクロウエル１９５を５×５、合計２５個備えるディッシュ１９１を示す説明図である。図において上段には、ディッシュ１９１を示したが、このディッシュ１９１は、マイクロウエル１９５に処置卵を収容した状態で、培養室Ｒ１１の収容箇所に収容される。ディッシュ１９１は取り扱いを容易とするために、直径３５ｍｍ程度の円筒形形状をしており、外周には、高さ１０ｍｍ程度の外周壁１９４が設けられている。更に、内側には、マイクロウエル１９５を取り囲むように、２ｍｍ程度の円形の仕切り壁１９２が設けられている。この仕切り壁１９２の内側は、培養液で満たされる。処置卵は、培養液に満たされたマイクロウエル１９５内に収容される。
【００８４】
こうすれば、ディッシュ１９１の取り扱い時において、胚培養士が持ちやすく、しかも仕切り壁１９２で仕切られている僅かな区画に培養液を満たせばよいので、培養液を無駄に使用することがない。また処置卵を収容する２５個のマイクロウエル１９５は数ミリ角に収まっているので、１つのカメラユニットにより容易に撮像することができる。撮像領域が狭ければ、処置卵１つ当たりの画像の解像度を高めることができ、受精等の判断の精度を高めることができる。
【００８５】
図１７に示したディッシュ１９１は、外周壁１９４の外側の一箇所に凹部１９７が形成されている。この凹部１９７は、円形のディッシュ１９１を培養室Ｒ１１に収容する際、ディッシュ１９１を保持する保持枠１８０に設けられた突起１２の嵌まり合い、ディッシュ１９１を所定の位置に位置決めするのに用いられる。保持枠１８０は、ディッシュ１９１の半周分程度を収容可能な形状に作られており、ディッシュ１９１は、培養室Ｒ１１内の予め定めた位置に安定に保持される。なお、ディッシュ１９１は円形に限らず、矩形や楕円形、台形など、他の形状であっても差し支えない。また、仕切り壁１９２は円形に限らず、四角形など、他の形状でもよい。また、仕切り壁１９２を設けず、ディッシュ１９１全体を培養液で満たす様にしてもよい。
【００８６】
マイクロウエル１９５は、この他、他の配列、例えば環状に配列しても良い。必要な解像度が得られれば、一度に何個の処置卵を撮像するものとして差し支えない。ウエル９５やマイクロウエル１９５の配置により補正や画像分割の内容や手法を変更すればよい。また、トレイの数より少ない数の複数台のカメラユニットを設け、タイムラプス部５０内で移動して、複数のトレイの撮影をカメラユニットで分担するものとしてよい。
【００８７】
上記実施形態では、１つの培養室Ｒｎに１つのトレイ９１を配置したが、１つの培養室Ｒｎに２以上のトレイを配置するものとしてもよい。その場合、複数のトレイに対して１つのタイムラプス部５０を対応づけても良いし、１つのトレイに１つのタイムラプス部５０を対応づけてもよい。
【００８８】
上記実施形態では、タイムラプス部５０およびカメラモジュール５１は、培養室Ｒｎの上部に、蓋を兼ねて配置したが、培養室Ｒｎの蓋はカメラモジュール５１とは別に設けてもよい。またカメラモジュール５１は、培養室Ｒｎの底面や側面に配置することも可能である。底面に配置する場合は、培養室Ｒｎの底面を透明なガラスなどの材質で形成し、底面の下にカメラユニットＣＡ１等を配置し、トレイ９１のウエル９５内の処置卵を撮像するようにすればよい。一般に、処置卵はウエル９５の中で最も下部に沈んでいるので、床面の下から撮像すれば、カメラユニットの焦点を処置卵に合せるのは容易である。この場合、ディスプレイモジュール５２だけ、蓋として培養室Ｒｎの上部に配置してもよいし、ディスプレイモジュール５２は、別の場所に設けるものとしてもよい。
【００８９】
カメラモジュール５１は、培養室Ｒｎの側面に設けてもよい。この場合、トレイのウエルは、一直線に配置される。カメラモジュール５１を側面に設けた場合のトレイ９１Ａ，９１Ｂと培養室Ｒｎとの関係を図１８に示した。図示するように、トレイ９１Ａ，９１Ｂには、それぞれウエル９５が８個直線上に配置されている。トレイ９１Ａに一列に配置された８個のウエル９５内の処置卵２５は、培養室Ｒｎの左側面に設けられたカメラモジュール５１Ａの２つのカメラユニットＣＡ１、ＣＡ２３より、４個ずつ撮像される。培養室Ｒｎの右側面には、カメラモジュール５１Ａの残り２つのカメラユニットＣＡ２、ＣＡ４が設けられており、トレイ９１Ｂの８個の処置卵が、４個ずつ撮像される。このトレイ９１ＡをカメラユニットＣＡ１の側から見た状態を、図１９に模式的に示した。トレイ９１Ａの底面には、ウエル９５が設けられており、処置卵２５は、ここに収容される。従って、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４に対する処置卵２５の位置関係は安定したものとなり、その画像を容易に撮像することができる。
【００９０】
この例では１つの培養室Ｒｎに配置されるトレイ９１Ａ，９１Ｂの幅を小さくできるので、１つの胚培養装置１０に多数の培養室Ｒｎおよびトレイ９１Ａ，９１Ｂを配置することができる。幅を狭くすると、トレイ９１Ａ，９１Ｂとカメラユニットとは近接配置することになるが、広角のレンズを用いれば、トレイ９１Ａ，９１Ｂに近接させても、その画像を鮮明に撮像することができる。広角レンズを用いた場合には、周辺に行くほど画像の歪みが大きくなので、画像の補正を、これに合わせて周辺ほど大きく行なうことが必要になる。なお、カメラモジュール５１は、左右の側面に代えて、あるいは左右の側面と共に、前後の側面にカメラユニットを設けてもよい。もとより、左右、前後の１つの側面に設けるものとしてもよい。あるいは上面や底面と共に設けて、複数の方角から処置卵を撮像するようにしてもよい。複数の方向から撮像した画像は、１つの方向から撮像した画像に何らかの不具合、例えばカメラの故障などによる撮像画像の不取得などが生じた場合に、他の方角から撮像した画像を用いて判断を行なうといった目的で使用してもよい。また、判断時に、複数の方角から撮像した画像を用いるものとし、判断の精度を高めるのに利用してもよい。
【００９１】
上記実施形態では、１つの処置卵を撮像するとき、合焦の位置をずらして複数枚の画像を撮像したが、特に合焦の位置をずらさず、１つの処置卵について、所定のインターバルで１枚の画像のみを写すものとしてもよい。なお、撮像は、可視光に限らず、近赤外、遠赤外あるいは紫外光などの領域まで含めて行なっても良い。または、可視光内の所定の波長範囲のみを透過するフィルタを設け、フィルタを透過する光でのみ撮像するようにしてもよい。
【００９２】
上記実施形態では、ウエル９５を照光する場合、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の側から照光したが、この構成に限らず、側方から、または下方から照光するものとしても良い。実施形態では、光源である発光素子ＬＥ１〜ＬＥ４は、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４とは離れた場所であるＬＥＤモジュール８３におき、光を、導光路ＬＧ１〜ＬＧ４で、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の近傍まで導いたが、カメラユニットＣＡ１〜ＣＡ４の近傍に発光素子を設けてもよい。あるいは逆に光源を、タイムラプス部５０ではなく、胚培養装置１０のいずれかの場所に設け、光ファイバなどにより、タイムラプス部５０まで導くものとしてもよい。
【００９３】
上記実施形態では、表示部であるディスプレイモジュール５２は、タイムラプス部５０毎に設けたが、ディスプレイモジュール５２はタイムラプス部５０とは別に設けてもよい。複数のタイムラプス部５０に対して１つの表示部を設ける様にしてもよい。したがって、胚培養装置１０に単一の表示部を設けてもよいし、複数のタイムラプス部５０に対応する表示部を複数設けてもよい。またその場合、大きな液晶パネルなどの形態に統合しても差し支えない。あるいは、無線ＬＡＮや有線ＬＡＮを利用して、他のコンピュータなどのディスプレイに表示するものとしてもよい。更には、胚培養士が使っている携帯電話などの携帯機器にアプリケーションを入れて、ここに表示させてもよい。こうすれば、胚培養士は胚培養装置１０の置かれた部屋にいなくても、リアルタイムで、処置卵の状況を確認することができる。あるいは処置卵を提供した不妊治療等を受けている患者自ら、処置卵の状況を確認することも可能である。更に、こうすれば複数の胚培養士、あるいは胚培養士と患者など、同時に二人以上が処置卵の状況を確認することができる。従って、受精のタイミングなど、処置卵の成長に関する変化やその判断を見逃すことがない。
【００９４】
上記実施形態では、培養室Ｒｎ毎に設けられたタイムラプス部５０毎に撮像のタイミング（開始時刻やインターバル）を設定できるものとしたが、撮像開始を毎正時など、所定のタイミングに限ってもよい。更にインターバルなども、複数のタイムラプス部５０に共通としてもよい。また、撮像開始の指示などは、ディスプレイモジュール５２に表示されたボタンをタップするものとしたが、他の指示共々音声認識などによって指示するものとしてもよい。もとより、専用の指示用ボードを用意し、指示用ボードに配置されたスイッチやハードウェアボタンなどを操作するものとしてもよい。
【００９５】
上記実施形態では、タイムラプス部５０は、培養室Ｒｎの蓋を兼ねており、図示しない蝶番で、培養室Ｒｎの縁に取り付けられており、図２に示したように、回転して、培養室Ｒｎを開閉し、トレイ９１の着脱が可能となっている。もとよりタイムラプス部５０は、回転移動する以外の手法で、培養室Ｒｎに取り付けてもよい。例えば、単に培養室Ｒｎの上面に、タイムラプス部５０を載置するようにしても良い。あるいは上下に平行移動するようにしてもよい。左右または前後にスライドする構成とする事も可能である。
【００９６】
上記実施形態では、タイムラプス部５０は、最初から胚培養装置１０の一部として設計され、取り付けられているが、既に販売・設置された胚培養装置の培養室の蓋と交換するものとしてもよい。こうすれば既設の胚培養装置を容易にタイムラプスタイプの胚培養装置に作り替えることができる。
【００９７】
上記実施形態では、正常な受精が行なわれたか否かと卵割の進行状況しについて判断したが、いずれか一方のみ判断するものとしてもよい。また、これらに加えて、処置卵を培養部から取り出すタイミングである・取り出すタイミングでないの判断、培養部のウエルにおいて処置卵が浸漬されている培養液を交換する・交換しないの判断、などを行なうものとしてもよい。処置卵を培養部から取り出すタイミングである・取り出すタイミングでないの判断は、学習済みモデル１０１の生成の際に、予め定めた段階に達した処置卵に対して、培養部から取り出す処置卵の画像というラベルを用意して学習させればよい。培養部のウエルにおいて処置卵が浸漬されている培養液を交換する・交換しないの判断は、ウエルの画像において、処置卵と共に撮像される培養液の画像が汚れるなどの条件を付加して学習を行なわせておけばよい。培養液の画像の汚れは、培養液の画像の明度の低下や微少な物質に対応するノイズ成分の多寡などから容易に学習できる。
【００９８】
処置卵を取り出すといった判断や、培養液を交換するといった判断を行なった場合には、蓋としても機能しているカメラモジュール５１とディスプレイモジュール５２とを開閉可能としてもよい。開閉可能とするとは、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ２２を押せばすぐに蓋が開くようにすることであってもよいし、判断したら、アクチュエータにより蓋を自動的に開くようにしてもよい。前者は、通常、培養中は誤ってＳＷ１１〜ＳＷ２２に触れても、蓋が開かないようにしている場合を想定している。
【００９９】
以上本開示の種々実施形態について説明したが、本開示はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々な形態で実施できることは勿論である。例えば、培養室Ｒｎとタイムラプス部５０とをペアにした最小ユニットを作り、これを左右方向及び／または前後方向に連結可能とし、任意の数の培養室とタイムラプス部とを組み合わせて胚培養装置を構成するものとしてもよい。本開示の胚培養装置では、撮像部は、培養部に保持されたトレイの一つ一つに対応して設けられているので、こうした連結によって、培養部を増設することが容易である。
【０１００】
Ｃ．他の態様：
（１）本開示は、胚培養装置として実施を含む。この胚培養装置は、処置卵を収容可能な複数の凹部を収容して、前記培養環境に保持する培養部と、前記凹部に収容された前記処置卵が含まれる画像を、前記凹部を相対的に移動することなく、連続的にあるいは断続的に撮像する撮像部と、前記撮像された前記処置卵が含まれる画像である卵画像を、前記処置卵毎に記憶する記憶部と、前記処置卵毎の卵画像に対し、予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを適用して、前記処置卵の成長に関する判断を行なう判断部と、前記判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たすと判断された処置卵の卵画像を、前記記憶部から読み出して表示する表示部とを備える。この胚培養装置によれば、凹部に収容されて培養されている処置卵を撮像部に対して相対的に移動することなく撮像した画像を用いて、その成長に関する判断を行なうことができるので、培養中の処置卵に対して、不利益となる環境の変動を減らすことができ、しかも培養中の処置卵の状況を的確に把握して、必要な対応をとることができる。
【０１０１】
こうした胚培養装置は凹部に対して１つの撮像部を設けてもよいし、複数の凹部に対して１つの撮像部を設けてもよい。あるいは複数の凹部を備えたトレイに対して１つの撮像部を設けてもよく、１つまたは複数の凹部を備えた複数のトレイに対して１つの撮像部を設けてもよい。いずれにせよ、撮像部に対して凹部を相対的に移動することなく撮像できればよい。なお、１つの凹部を複数の撮像部で重複して撮像し、撮像ミスなどをカバーする構成や、１つの凹部を複数の撮像部で異なる角度から撮像して、成長に関する判断の精度を高めるようにしてもよい。また、撮像は、断続的に行なっても連続的に行なってもよい。断続的とは、所定のインターバルで撮像するという意味である。インターバルは、同じ時間間隔である必要はなく、処置卵の変化が素早く生じると想定される時期においてはそうでない期間より短い間隔で撮像するものとしてもよい。また、連続的とは、動画として撮像するという意味である。連続的な撮像を、所定のインターバルで断続的に行なうものとしてもよい。
【０１０２】
（２）こうした構成において、前記判断部は、前記記憶部に記憶される前の卵画像または前記記憶部から読み出された卵画像に対して、前記判断を行なうものとしてよい。記憶する前の画像に対して判断すれば、記憶部に記憶したり読み出したりする際に生じ得る不具合によって判断できないということがない。また、記憶に要する時間だけ判断が遅れることがない。他方、記憶された画像を読み出して判断すれば、判断に何らかの不具合が生じた場合に、読み出して何度も判断を行なうことができる。
【０１０３】
（３）こうした構成において、前記培養部は、前記複数の凹部を備えるトレイを収容可能または前記凹部を備える複数のトレイを収容可能であり、前記撮像部は、前記複数の凹部をまとめて撮像し、更に、前記複数の凹部をまとめて撮像した撮像画像を前記凹部毎に分割し、前記分割した画像から前記凹部に存在する処置卵の画像を補正して前記卵画像とする補正部を備えるものとしてよい。こうすれば、トレイ毎に設けられた撮像部によって、処置卵を収容可能な複数の凹部を一度に撮像でき、その後、これを凹部毎に分割し、分割された画像をそれぞれ補正することができる。このため、一度に複数の凹部を撮像しながら、各凹部に収容された処置卵の画像を補正するので、成長に関する判断を、より正確に行なうことができる。
【０１０４】
（４）こうした構成において、前記補正は、前記複数の凹部の前記撮像部に対する位置関係に応じた補正、または前記撮像部による前記撮像の際の少なくとも明るさの違いを含む撮像条件に応じた補正であるものとしてよい。こうすれば、撮像部との位置関係によって凹部の画像に生じる歪み収差などを補正できる。また、トレイ毎に相違する撮像条件、例えば照明の明るさの違いなどに対応した補正を行なって、成長に関する判断の精度を高めることができる。
【０１０５】
（５）こうした構成において、前記学習済みモデルによる前記処置卵の成長に関する判断は、（Ａ）前記処置卵が受精している・受精していないの判断、（Ｂ）処置卵の卵割が正常である・正常でないの判断、（Ｃ）処置卵に胚盤胞が形成された・胚盤胞が形成されていないの判断、（Ｄ）記処置卵を前記培養部から取り出すタイミングである・取り出すタイミングでないの判断、（Ｅ）前記培養部の前記凹部において前記処置卵が浸漬されている培養液を交換する・交換しないの判断、の少なくとも１つであるものとしてよい。こうすれば、各種の判断を、機械学習によって行なうことができ、培養やそれに引き続く各種処理、例えば受精卵凍結保存や胚移植といった処理のタイミングを、培養を行なう者が一層正確に行なうことが可能となる。
【０１０６】
（６）こうした構成において、前記表示部は、前記判断の結果と当該判断に用いられた前記卵画像を表示した上で、前記判断の結果に対する胚培養者の適否の判定を受け付ける受付部を備えるものとしてよい。こうすれば、機械学習により生成した学習済みモデルを用いた判断に任せるのではなく、胚培養を行なう者、例えば胚培養士の経験を加味することで、処置卵の成長に関する判断の精度を高めることができる。なお、全ての判断について、胚培養者の適否の判断を受け付ける必要はなく、例えば（Ａ）前記処置卵が受精している・受精していないの判断、（Ｂ）処置卵の卵割が正常である・正常でないの判断、（Ｃ）処置卵に胚盤胞が形成された・胚盤胞が形成されていないの判断、のうちの少なくとも１つについては、胚培養者による判断の適否の判定を受けるとようにしてもよい。
【０１０７】
（７）こうした構成において、前記受付部が受け付けた前記胚培養者の適否の判定が、前記表示部に表示された判断結果を否定するものである場合、前記学習済みモデルを再学習して更新する再学習部を備えるものとしてよい。こうすれば、学習済みモデルを、胚培養装置の使用と共に更新して、その判断の精度を一層高めることができる。
【０１０８】
（８）こうした構成において、前記判断は、前記（Ｄ）（Ｅ）のいずれかの判断であり、前記表示部は、前記判断の結果と当該判断に用いられた前記卵画像を表示した上で、前記培養部に設けられた蓋を開閉可能とするものとしてよい。こうすれば、処置卵の取り出しや、培養液の交換のために、いちいち蓋を開閉可能とする別の処理を行なう必要がなく、作業を速やかに実施できる。
【０１０９】
（９）本開示は、培養環境に保持された授精処置済の処置卵を表示する方法としての実施を含む。この方法においては、処置卵を収容可能な複数の凹部を収容して、前記培養環境に保持し、前記凹部に対する所定の位置に撮像部を用意し、前記凹部に収容された前記処置卵が含まれる画像を、前記撮像部により、連続的にあるいは断続的に撮像し、前記撮像された前記処置卵が含まれる画像である卵画像を、前記処置卵毎に記憶部に記憶し、前記処置卵の卵画像に対し、予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを適用して、前記処置卵の成長に関する判断を行ない、前記判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たすと判断された処置卵の卵画像を、前記記憶部から読み出して、表示部に表示する。こうすれば、凹部に収容されて培養されている処置卵を、所定の位置に用意された撮像部により撮像した画像を用いて、その成長に関する判断を行なった画像を表示することができるので、培養中の処置卵に対して、不利益となる環境の変動を減らすことができ、しかも培養中の処置卵の状況を的確に把握して、必要な表示を行なうことができる。
【０１１０】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。例えば、上記実施形態においてハードウェアにより実現した構成の一部は、ソフトウェアにより実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本開示の胚培養装置およびは培養環境に保持された授精処置済の処置卵を表示する方法、授精処置済みの処置卵を培養してその状況を判断する装置として利用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
ＣＡ１…カメラユニット、Ｈ１１〜Ｈ２２…パネルヒータ、Ｌ１，Ｌ２…レンズ、ＬＥ１〜ＬＥ４…発光素子、ＬＧ１〜ＬＧ４…導光路、Ｒ１１〜Ｒ２２…培養室、ＳＷ１１〜ＳＷ２２…スイッチ、９…ケース本体、１０，１０Ａ…胚培養装置、１１〜２２…培養ユニット、２５…処置卵、３１…ガスポート、３４…フィルタ、３５，３６…フィルタポート、４０…トレイ収容部、４２…拡張部、４３…供給口、４４…排気口、５０…タイムラプス部、５１，５１Ａ…カメラモジュール、５２…ディスプレイモジュール、５３…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５５…ＲＡＭ、５８…メモリインタフェース、５９…メモリカード、６０，６０Ａ…制御部、６１…ＣＰＵ、６２…ＲＯＭ、６３…ＲＡＭ、６４…メモリインタフェース、６５…メモリカード、６６…汎用Ｉ／Ｏインタフェース、６７…培養室インタフェース、７１…駆動装置、７２…警告装置、７３…混合気調整装置、７６…「開始」ボタン、７７ａ，７７ｂ…メッセージ、７８…各種表示、７９ａ…培養終了ボタン、７９ｂ…培養継続ボタン、８１…カメラインタフェース、８２…表示インタフェース、８３…ＬＥＤモジュール、８４…混合気供給配管、９１，９１Ａ，９１Ｂ…トレイ、９２…突出部、９３…ミネラルオイル、９５…ウエル
【要約】
凹部に収容された処置卵を培養環境に保持し、この凹部に収容された処置卵が含まれる画像を、凹部に対して、固定的な位置に用意された撮像部により、連続的にあるいは断続的に撮像する。予め教師付きの機械学習によって生成した学習済みモデルを用いて、撮像された処置卵が含まれる卵画像に関し、処置卵の成長に関する判断を行なうと共に、卵画像を記憶部に記憶する。判断の結果に応じて、予め設定された条件を満たす卵画像を、記憶部から読み出して表示部に表示する。【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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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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