(57)【要約】観察装置、観察装置の作動方法、及び観察制御プログラムにおいて、培地量の過多又は不足を検出する。観察装置は、培地を含む観察対象を収容した容器の形状情報を受け付ける受付部と、受付部が受け付けた形状情報に対応する容器に収容された観察対象を表す位相差画像情報を取得する取得部と、取得部により取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、受付部が受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲から外れるか否かを検出する検出部を備え、閾値の範囲は、異なる種類の容器の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値の範囲である。
2019225325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培地を含む観察対象を収容した容器の形状情報を受け付ける受付部と、
前記受付部が受け付けた形状情報に対応する容器に収容された観察対象を表す位相差画像情報を取得する取得部と、
前記取得部により取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、前記受付部が受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲から外れるか否かを検出する検出部を備え、
前記閾値の範囲は、異なる種類の容器の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値の範囲である観察装置。
【請求項２】
前記検出部が前記閾値の範囲から外れることを検出した場合に、前記前記閾値の範囲から外れることが検出された前記容器の培地量を適正量に調整するか、または前記容器の培地量を適正量に調整するための提示を行なう調整部を備える請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記検出部が前記閾値の範囲から外れることを検出した場合に、前記培地量の過多又は不足であることを報知する報知部を備える請求項１又は２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記取得部は、培地量が適正量に調整された後に、前記検出部により前記閾値の範囲から外れることが検出された容器に収容された観察対象を表す画像情報を再度取得する請求項１から３のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記位相差画像情報に基づいた輝度分布情報を取得し、
予め設定された輝度分布情報と培地量との関係に基づいて培地量を推定する請求項１から４のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項６】
前記閾値の範囲が、観察対象を撮影する撮影条件毎に設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項７】
異なる種類の容器の形状情報毎、及び容器における観察領域の座標位置毎に、前記位相差画像情報と培地量との関係が設定されており、
前記検出部は、前記設定された関係から培地量を推定する請求項１から６のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記容器全体を表す位相差画像情報を用いて培地量を推定する請求項７に記載の観察装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記容器の中心領域を表す位相差画像情報を用いて培地量を推定する請求項７に記載の観察装置。
【請求項１０】
受付部、取得部、及び検出部を備える観察装置の作動方法であって、
前記受付部は、培地を含む観察対象を収容した容器の形状情報を受け付け、
前記取得部は、前記受付部が受け付けた形状情報に対応する容器に収容された観察対象
を表す位相差画像情報を取得し、
前記検出部は、前記取得部により取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、前記受付部が受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲から外れるか否かを検出し、前記閾値の範囲は、異なる種類の容器の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値の範囲であることを含む、観察装置の作動方法。
【請求項１１】
コンピュータを、
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の観察装置に含まれる前記受付部、前記取得部、及び前記検出部として機能させるための観察制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、容器内に収容された観察対象を観察する観察装置、観察装置の作動方法、及び観察制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＥＳ（Embryonic Stem）細胞及びｉＰＳ（Induced Pluripotent Stem）細胞等の多能性幹細胞や分化誘導された細胞等を顕微鏡等で撮影し、その画像の特徴を捉えることで細胞の分化状態などを判定する方法が提案されている。そして、ＥＳ細胞及びｉＰＳ細胞等の多能性幹細胞は、種々の組織の細胞に分化する能力を備えており、再生医療、薬の開発、病気の解明などにおいて応用が可能な細胞として注目されている。細胞を顕微鏡により撮影する際には、高倍率な広視野画像を取得するため、例えばウェルプレート等の培養容器の範囲内を結像光学系によって走査し、観察位置毎の画像を撮影した後、その観察位置毎の画像を結合する、いわゆるタイリング撮影を行うことが提案されている。
【０００３】
上述したように細胞を撮影する際に使用される顕微鏡には、例えば位相差顕微鏡がある。一般的な位相差顕微鏡においては、リング状の照明光が観察対象に照射され、観察対象を通過した直接光と回折光が位相板に入射される。そして、直接光は位相板のリング部分によって減光され、回折光は位相板の透明な部分を通過し、この直接光と回折光とが結像されることによって明暗のコントラストのついた像を撮影することができる。
【０００４】
位相差顕微鏡によって培地を含む観察対象を観察する場合、例えば培地が培養液である場合には、培養液の量によって、培養液の液面に形成されるメニスカスの形状パターンが異なってしまう。メニスカスの形状パターンが異なると、位相差顕微鏡により観察対象を観察する場合に、位相板に入射される直接光と回折光とに与える影響が異なってしまうので、培養液の量によって撮影画像の画質が変わってしまう。
【０００５】
しかしながら、培養容器に培養液を入れる際に、ユーザの手動により入れる場合には人によるばらつきにより、電動ピペットで入れる場合には電動ピペットの不具合により、培地量が一定ではない場合がある。また培地の蒸発等により、培地量が変動する場合もある。このように培地量が変動する要素が複数あるため、培養容器に収容された培地量が適切な量であるか否かを把握することが非常に重要である。
【０００６】
一方、培養容器に収容された培地量を把握するためには、重量を測定してモニターする方法があるが、重量を測定するためのセンサを必要とするため、顕微鏡装置の構造が複雑になる。
【０００７】
そこで、例えば特許文献１には、撮影画像において培養容器の底面の輪郭と培地の表面の輪郭を抽出することによって培地の高さを算出することにより、新たな構成を付加することなく培地量を把握する方法が開示されている。また、特許文献２には、観察対象の位相差画像の輝度分布に基づいて、容器内の液体の液面形状を推定することによって、液面形状に起因する光の屈折を調整することにより、メニスカスの影響を抑制した位相差画像を撮像する方法が開示されている。特許文献３には、カラー画像のＲＧＢ(Red-Green-Blue)信号値に基づいて培地量を推定し、培地量の推定値が設定範囲から外れる場合に異常信号を出力する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／１４６４７４号
【特許文献２】特開２０１７−１５１１３２号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００７／０５５３１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１には、新たな構成を付加することなく培地量を把握しているが、培地量を把握するための画像を細胞観察画像とは別に取得する必要がある。また、特許文献２には、容器内の液面形状を推定する方法は記載されているが、容器内の液量を推定することは記載されておらず、培地量が予め設定された適正量であるか否かを検出することについては記載されていない。特許文献３は、試料を顕微鏡観察するための試料観察画像を取得するための顕微観察系の他に、培地量を推定するために用いる観察領域全体を表すカラー画像を取得するための容器観察系が必要である。
【００１０】
本開示は上記事情に鑑みなされたものであり、位相差画像以外の画像を取得することなく、培地量の過多又は不足の容器を検出することができる観察装置及び観察装置の作動方法並びに観察制御プログラ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】
【００１１】
本開示の観察装置は、培地を含む観察対象を収容した容器の形状情報を受け付ける受付部と、
受付部が受け付けた形状情報に対応する容器に収容された観察対象を表す位相差画像情報を取得する取得部と、
取得部により取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、受付部が受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲から外れるか否かを検出する検出部を備え、
閾値の範囲は、異なる種類の容器の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値の範囲である。
【００１２】
なお、本開示において、「容器の形状情報」は、観察対象を収容する収容部の収容量を特定できる情報を意味する。
【００１３】
また、本開示の観察装置は、検出部が閾値の範囲から外れることを検出した場合に、閾値の範囲から外れることが検出された容器の培地量を適正量に調整するか、または容器の培地量を適正量に調整するための提示を行なう調整部を備えてもよい。
【００１４】
また、本開示の観察装置は、検出部が閾値の範囲から外れることを検出した場合に、培地量の過多又は不足であることを報知する報知部を備えてもよい。
【００１５】
なお、本開示において、「培地量の過多又は不足であることを報知する」は、培地量を増やすように報知すること、培地量を減らすように報知すること、及び培地を交換するように報知することも含む。
【００１６】
また、本開示において、「報知部」は、メッセージ等を可視表示させるディスプレイ、音声が出力されることにより可聴表示させる音声再生装置、用紙等の記録媒体に記録して永久可視表示させるプリンタ、メールや電話等の通信手段及び表示灯等を意味し、上記ディスプレイ、上記音声再生装置、上記プリンタ、上記通信手段及び上記表示灯のうちの少なくとも２つ以上を組み合わせてもよい。
【００１７】
また、本開示の観察装置は、取得部が、培地量が適正量に調整された後に、検出部により閾値の範囲から外れることが検出された容器に収容された観察対象を表す画像情報を再度取得してもよい。
【００１８】
また、本開示の観察装置は、検出部が、位相差画像情報に基づいた輝度分布情報を取得し、予め設定された輝度分布情報と培地量との関係に基づいて培地量を推定することができる。
【００１９】
また、本開示の観察装置は、閾値の範囲が、観察対象を撮影する撮影条件毎に設けられていてもよい。
【００２０】
また、本開示の観察装置は、異なる種類の容器の形状情報毎、及び容器における観察領域の座標位置毎に、位相差画像情報と培地量との関係が設定されており、
検出部が、設定された関係から培地量を推定してもよい。
【００２１】
また、本開示の観察装置は、検出部が、容器全体を表す位相差画像情報を用いて培地量
を推定してもよい。
【００２２】
また、本開示の観察装置は、検出部が、容器の中心領域を表す位相差画像情報を用いて培地量を推定してもよい。
【００２３】
本開示の観察装置の作動方法は、受付部、取得部、及び検出部を備える観察装置の作動方法であって、
受付部が、培地を含む観察対象を収容した容器の形状情報を受け付け、
取得部が、受付部が受け付けた形状情報に対応する容器に収容された観察対象を表す位相差画像情報を取得し、
検出部が、取得部により取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、受付部が受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲から外れるか否かを検出し、閾値の範囲は、異なる種類の容器の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値の範囲であることを含む。
【００２４】
本開示の観察制御プログラムは、コンピュータを、
上記観察装置に含まれる受付部、取得部、及び検出部として機能させる。
【００２５】
なお、本開示による観察装置の作動方法をコンピュータに実行させるプログラムとして提供してもよい。
【００２６】
本開示による他の観察装置は、コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、
培地を含む観察対象を収容した容器の形状情報を受け付け、
受け付けた形状情報に対応する容器に収容された観察対象を表す位相差画像情報を取得し、
取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、上記受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲から外れるか否かを検出する処理を実行し、閾値の範囲は、異なる種類の容器の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値の範囲である。
【発明の効果】
【００２７】
本開示によれば、培地を含む観察対象を収容した容器の形状情報を受け付け、受け付けた形状情報に対応する容器に収容された観察対象を表す位相差画像情報を取得し、取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、上記受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲であって、かつ異なる種類の容器の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値から外れるか否かを検出するので、位相差画像以外の画像を取得することなく、閾値から外れた容器を培地量の過多又は不足の容器として検出することができる。これにより培地量の過多又は不足の容器において、培地量を調整したり、培地を交換したりすることにより、適切な培地量で観察対象を撮影することができるので、撮影画像の画質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示の観察装置を適用した顕微鏡観察システムの一実施形態の概略構成を示す図
【図２】ウェルプレートにおける観察位置の走査位置を実線で示した図
【図３】培地量検出部の構成を示す概略ブロック図
【図４】図３の培地量検出部による処理を示すフローチャート
【図５】顕微鏡観察システムの処理を説明するための図
【図６】培地量推定方法を説明するための図
【図７】第２の実施形態の培地量検出部の構成を示す概略ブロック図
【図８】図７の培地量検出部による処理を示すフローチャート
【図９】観察制御プログラムが記憶された記憶媒体から観察制御プログラムが顕微鏡制御装置にインストールされる態様の一例を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本開示の観察装置、観察装置の作動方法及び観察制御プログラムの一実施形態を適用した顕微鏡観察システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。本開示の一実施形態の顕微鏡観察システムは、図１に示すように、顕微鏡装置１、顕微鏡制御装置２、表示装置３、および入力装置４を備える。なお、顕微鏡制御装置２が本開示の観察装置を含む。
【００３０】
本実施形態において、顕微鏡装置１は位相差顕微鏡であり、観察対象として、例えば培養された細胞の位相差画像を取得するものである。具体的には、顕微鏡装置１は、図１に示すように、照明光照射部１０、結像光学系３０、ステージ６１、および撮影部４０を備える。
【００３１】
ステージ６１上には、細胞等の観察対象Ｓおよび培地として培養液Ｃが収容された培養容器７１が設置される。ステージ６１の中央には、矩形の開口が形成されている。この開口を形成する部材の上に培養容器７１が設置され、培養容器７１内の観察対象Ｓの位相差画像が開口を通過するように構成されている。
【００３２】
ステージ６１上に設置された培養容器７１内には、観察対象Ｓとして、培養された細胞群（細胞コロニー）が配置される。培養された細胞としては、ｉＰＳ細胞およびＥＳ細胞といった多能性幹細胞、幹細胞から分化誘導された神経、皮膚、心筋および肝臓の細胞、並びに人体から取り出された皮膚、網膜、心筋、血球、神経および臓器の細胞等がある。
培養容器７１としては、例えばウェルプレート上に配列された複数のウェル（本開示の容器に相当する）が用いられるが、これに限らず、シャーレやフラスコ、ディッシュ等を用いるようにしてもよい。なお、本実施形態においては、複数のウェルが配列されたウェルプレート７０を使用し、ウェルプレート７０の各ウェルが培養容器７１に対応する。以下、培養容器７１をウェル７１と総称して説明する場合もある。
【００３３】
ステージ６１上に設置された培養容器７１は、培養容器７１内の底面が観察対象Ｓの設置面Ｐ１であり、設置面Ｐ１に観察対象Ｓが配置される。培養容器７１内には培養液Ｃが満たされている。なお、本実施形態においては、培養液中において培養される細胞を観察対象Ｓとしたが、観察対象Ｓとしてはこのような培養液中のものに限らず、水、ホルマリン、エタノール、およびメタノール等の液体中において固定された細胞を観察対象Ｓとしてもよい。
【００３４】
照明光照射部１０は、ステージ６１上の培養容器７１内に収容された観察対象Ｓに対して、いわゆる位相差計測のための照明光を照射するものであり、本実施形態では、その位相差計測用の照明光としてリング状照明光を照射する。
【００３５】
具体的には、本実施形態の照明光照射部１０は、位相差計測用の白色光を出射する白色光源１１、リング形状のスリットを有し、白色光源１１から出射された白色光が入射されてリング状照明光を出射するスリット板１２、およびスリット板１２から出射されたリング状照明光が入射され、入射されたリング状照明光を観察対象Ｓに対して照射するコンデンサレンズ１３を備える。
【００３６】
スリット板１２は、白色光源１１から出射された白色光を遮光する遮光板に対して白色光を透過するリング形状のスリットが設けられたものであり、白色光がスリットを通過することによってリング状照明光が形成される。コンデンサレンズ１３は、スリット板１２から出射されたリング状照明光を観察対象Ｓに向かって収束させる。
【００３７】
結像光学系３０は、培養容器７１内の観察対象Ｓの像を撮影部４０に結像するものであり、対物レンズ３１、位相板３２および結像レンズ３３を備える。
【００３８】
位相板３２は、リング状照明光の波長に対して透明な透明板に対して位相リングを形成したものである。なお、上述したスリット板１２のスリットの大きさは、この位相リングと共役な関係にある。
【００３９】
位相リングは、入射された光の位相を１／４波長ずらす位相膜と、入射された光を減光する減光フィルタとがリング状に形成されたものである。位相板３２に入射された直接光は位相リングを通過することによって位相が１／４波長ずれ、かつその明るさが弱められる。一方、観察対象Ｓによって回折された回折光は大部分が位相板３２の透明板の部分を通過し、その位相および明るさは変化しない。
【００４０】
結像レンズ３３は、位相板３２を通過した直接光および回折光が入射され、これらの光を撮影部４０に結像する。
【００４１】
撮影部４０は、結像レンズ３３によって結像された観察対象Ｓの像を受光し、観察対象
Ｓを撮影して位相差画像を出力する撮像素子を備える。撮像素子としては、ＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサ、およびＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等を用いることができる。
【００４２】
また、ステージ６１は、駆動部６２により駆動されて、水平面内において互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動する。図２は、６つのウェル７１を有するウェルプレート７０を用いた場合における、観察位置の走査位置を実線で示した図である。図２に示すように、結像光学系３０は、走査開始点７５から走査終了点７６まで実線７７に沿って移動する。すなわち、結像光学系３０による培養容器５０上の観察領域の観察位置は、Ｘ方向の正方向（図２の右方向）に走査された後、Ｙ方向（図２の下方向）に移動し、逆の負方向
（図２の左方向）に走査される。次いで、観察位置は、再びＹ方向に移動し、再び正方向に走査される。このように、結像光学系３０は、Ｘ方向についての往復移動とＹ方向への移動を繰り返し行うことによって、培養容器５０内を２次元状に走査する。
【００４３】
すなわち、ステージ６１の移動によって、ウェルプレート７０の各ウェル７１内における、ウェル７１よりも小さい観察領域の観察位置が実線７７に沿って移動するため、異なる観察位置における観察領域の位相差画像が撮影部４０により取得される。そして、観察領域毎の位相差画像は制御部２１によって顕微鏡制御装置２に出力されて、二次記憶部２５に記憶される。なお、撮影部４０により取得された位相差画像は、ウェルプレート７０において、どのウェル７１を撮影した画像であるか判別可能に、ウェルプレート７０上の座標位置と対応付けて記憶される。
【００４４】
本実施形態においては、ステージ６１を移動させることによってウェルプレート７０内の観察領域毎の位相差画像を取得するようにしたが、これに限らず、結像光学系３０をステージ６１に対して移動させることによって観察領域毎の位相差画像を取得するようにしてもよい。または、ステージ６１と結像光学系３０の両方を移動させるようにしてもよい。また、本実施形態においては、図２に示す走査軌跡により走査したが、本開示はこれに限らず、例えば渦巻き状等、他の走査軌跡により走査してもよい。
【００４５】
顕微鏡制御装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、一次記憶部２４、二次記憶部２５及び外部Ｉ／Ｆ（Interface）２８等を備えたコンピュータから構成される。ＣＰＵ２０は、制御部２１、培地量検出部２２及び画像処理部２３を備え、顕微鏡観察システムの全体を制御する。
【００４６】
制御部２１は、照明光照射部１０、ステージ６１を駆動する駆動部６２、結像光学系３０および撮影部４０の駆動を制御して観察対象Ｓの位相差画像を取得する。また、制御部２１は、顕微鏡装置１によって撮影された各観察位置の位相差画像を結合することによって生成された１枚の合成位相差画像を表示装置３に表示させる表示制御部としても機能する。また制御部２１は、撮影部４０に観察対象Ｓを撮影させる。本実施形態においては、培養容器７１はウェルプレート７０に配列された複数のウェル７１であるため、制御部２１は各ウェル７１内における各観察領域を撮影部４０に撮影させて、ウェル７１を表す複数の位相差画像を取得する。
【００４７】
培地量検出部２２は、培地量過多及び培地量不足を検出する。なお、培地量検出部２２については後で詳細に説明する。なお、本実施形態においては、培地量検出部２２は培地量過多と培地量不足の両方を検出可能としたが、本開示はこれに限られるものではなく、培地量検出部２２は培地量過多のみを検出してもよいし、培地量不足のみを検出してもよい。
【００４８】
画像処理部２３は、撮影部４０によって取得された画像信号に対して、ガンマ補正、輝度・色差変換、及び圧縮処理等の各種処理を行う。また、画像処理部２３は、各種処理を行って得た画像信号を特定のフレームレートで１フレーム毎に制御部２１に出力する。また、画像処理部２３は、顕微鏡装置１によって撮影された各観察領域の位相差画像を結合することによって、ウェル７１全体を表す１枚の合成画像を生成する。本実施形態の画像処理部２３は、この合成画像に基づいて、画像の位置に対する輝度分布を表す輝度プロファイルを作成する処理を行う。輝度分布は、輝度値の絶対値、相対値、画像全体の分散値のうちのいずれかを使用することができ、輝度プロファイルは公知の技術を使用して作成することができる。
【００４９】
表示装置３は、画像処理部２３により生成された合成画像を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイ等を備える。また、表示装置３をタッチパネルによって構成し、入力装置４と兼用するようにしてもよい。
【００５０】
入力装置４は、マウスおよびキーボード等を備え、ユーザによる種々の設定入力を受け付けるものである。
【００５１】
一次記憶部２４は、各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられる揮発性のメモリである。一次記憶部２４の一例としては、ＲＡＭ（Random Access Memory）が挙げられる。二次記憶部２５は、各種プログラム及び各種パラメータ等を予め記憶した不揮発性のメモリであり、本開示の適正範囲情報２６が記憶されている。また二次記憶部２５には、本開示の観察制御プログラム２７の一実施形態がインストールされている。この観察制御プログラム２７がＣＰＵ２０によって実行されることによって顕微鏡制御装置２が機能する。二次記憶部２５の一例としては、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）又はフラッシュメモリ等が挙げられる。外部Ｉ／Ｆ２８は顕微鏡装置１と顕微鏡制御装置２との間の各種情報の送受信を司る。ＣＰＵ２０、一次記憶部２４、及び二次記憶部２５は、バスライン２９に接続されている。また、外部Ｉ／Ｆ
２８も、バスライン２９に接続されている。
【００５２】
観察制御プログラム２７は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）及びＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）などの記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。又は、観察制御プログラム２７は、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置もしくはネットワークストレージに対して、外部からアクセス可能な状態で記憶され、外部からの要求に応じてコンピュータにダウンロードされた後に、インストールされるようにしてもよい。
【００５３】
適正範囲情報２６は、異なる種類の培養容器７１の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲の情報である。本実施形態においては、培養容器７１の形状情報と適正範囲情報とを対応づけたテーブルを二次記憶部２５に記憶しておく。例えば、培養容器７１が、ウェルプレート７０上に配列された各ウェル７１である場合、ウェルプレート７０上に配列されたウェル７１の個数によって、各ウェルの収容部の収容量が異なる。またウェルプレート７０においてウェル７１の個数が同じであっても、製造メーカが異なると各ウェルの形状が異なる場合もある。また、ウェルプレート７０のウェル７１の位置によってもウェル７１の形状が異なる場合もある。ウェルの形状が異なると、例えば培地として培養液Ｃがウェルに収容された場合に、培養液Ｃの液面に形成されるメニスカスの形状パターンが異なってしまう。メニスカスの形状パターンが異なると、顕微鏡装置１で観察対象を観察する場合に、位相板３２に入射される直接光と回折光とに与える影響が異なってしまうので、位相差画像の画質が異なってしまう。
【００５４】
従って、制御部２１は、一例として、製造メーカ毎に、９６個、４８個、２４個、１２個、及び６個のウェル７１がそれぞれ配列されたウェルプレート７０の種類毎であって、かつウェルプレート７０上の各ウェル７１の位置毎に、適切な培地量の閾値の範囲を適正範囲情報２６として記憶させる。なお、制御部２１は、予め製造メーカ毎に、かつウェルプレート７０の種類毎であって、かつウェルプレート７０上の各ウェル７１の位置毎に、異なる量の培地を収容して撮影部４０にウェル７１を撮影させて位相差画像を取得しておき、取得した位相差画像のうち観察対象を観察するために適切な画質の位相差画像が取得できた培地量の下限値及び上限値を上記「培地量の閾値の範囲」として記憶させる。
【００５５】
また、上記「培地量の閾値の範囲」は、観察対象を撮像する撮像条件毎に設けられている。顕微鏡装置１の対物レンズ３１の倍率が高い場合には、位相板３２のスリットの大きさが狭くなるので、培地量の変化に対する軸ずれ、すなわち培養容器を透過した観察光の光軸と撮影光学系の光軸との間にずれの感度が高くなってしまう。つまり、位相板３２を通らずに通過する光が多くなってしまい、取得された位相差画像の輝度が高くなってしまうので、培地量の変化が位相差画像に与える影響が高くなる。従って、培地量の閾値の範囲は、対物レンズ３１の倍率毎に設定する。
【００５６】
ここで、制御部２１は、上記のようにして培地量の閾値の範囲を求めるために行った、異なる量の培地を収容したウェル７１の撮影により取得したウェル７１を表す位相差画像に基づいて画像処理部２３に輝度プロファイルを作成させ、制御部２１は、その位相差画像における培地量と輝度プロファイルとを対応付けて二次記憶部２５に記憶させる（図６参照）。ここで、培地量と輝度プロファイルとは、各々を対応付けたテーブルとして記憶する。なお、本実施形態では、培地量と輝度プロファイルとを対応付けたテーブルを記憶するが、本開示はこれに限られず、輝度プロファイルから培地量が導出できれば、テーブルを使用しなくてもよい。
【００５７】
なお、本実施形態では、ウェル７１の形状情報と適正範囲情報２６とを対応付けたテーブルを記憶するが、本開示はこれに限られず、ウェル７１の形状情報から適正範囲情報２６が導出できれば、テーブルを使用しなくてもよい。そして、後述する検出部５２が、後述する受付部５０が受け付けたウェル７１の形状情報に基づいて、その形状情報を有するウェル７１の適正範囲情報２６を二次記憶部２５から読み出す。
【００５８】
また、上記では、汎用コンピュータが顕微鏡制御装置２として機能する場合について説明したが、専用コンピュータによって実施されてもよい。専用コンピュータは、内蔵されたＲＯＭ(Read Only Memory)やフラッシュメモリなど、不揮発メモリに記録されたプログラムを実行するファームウェアであってもよい。さらに、この顕微鏡制御装置２の少なくとも一部の機能を実行するためのプログラムを永久的に記憶するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit ：特定用途向け集積回路）やＦＰＧＡ（field  programmable  gate  arrays）などの専用回路を設けるようにしてもよい。あるいは、専用回路に記憶されたプログラム命令と、専用回路のプログラムを利用するようにプログラムされた汎用のＣＰＵによって実行されるプログラム命令と組み合わせるようにしてもよい。以上のように、コンピュータのハードウェア構成をどのように組み合わせてプログラム命令を実行してもよい。
【００５９】
ここで培地量検出部２２について詳細に説明する。図３は、培地量検出部２２の構成を示す概略ブロック図である。図３に示すように、培地量検出部２２は、受付部５０、取得部５１、検出部５２、及び報知部５３を備える。
【００６０】
受付部５０は、培地を含む観察対象を収容したウェル７１の形状情報を受け付ける。受付部５０は、ユーザによって入力装置４から入力された、ステージ６１上に設置したウェルプレート７０の形状情報をウェル７１の形状情報として受け付ける。また、ウェル７１の形状情報については、ユーザが入力するのではなく、ウェルプレート７０にバーコードなどを付与し、受付部５０が、例えばバーコードを読取可能であり、かつ外部Ｉ／Ｆ２８に接続された外部機器を介して、ウェルプレート７０に付与されたバーコードを読み取ることにより形状情報を受け付けてもよい。なお、ウェル７１の形状情報は、観察対象を収容する収容部の収容量を特定できる情報であればよく、予め上記収容量と対応付けられていれば、例えば製造メーカの型式番号であってもよいし、製造番号であってもよい。
【００６１】
取得部５１は、受付部５０が受け付けた形状情報に対応するウェル７１に収容された観察対象を表す位相差画像を取得する。本実施形態において、取得部５１は、撮影部４０により取得された位相差画像であり、受付部５０が形状情報を受け付けたウェルプレート７０であって、ステージ６１上に配置されたウェルプレート７０の各ウェル７１に収容された観察対象を表す位相差画像情報を取得する。
【００６２】
検出部５２は、取得部５１により取得された位相差画像情報に基づいて推定された培地量が、受付部５０が受け付けた形状情報に対応する閾値の範囲であって、かつ異なる種類のウェル７１の形状情報毎に予め設定された培地量の複数の閾値の範囲から選択された閾値の範囲から外れるか否かを検出する。なお、検出部５２による予め設定された培地量の閾値の範囲から外れるか否かの検出処理については後で詳細に説明する。
【００６３】
報知部５３は、検出部５２が予め設定された培地量の閾値の範囲から外れることを検出した場合に、培地量の過多又は不足であることを報知する。本実施形態において、報知部５３は表示装置３で構成されており、具体的には制御部２１からの指令により、一例として「培地量過多」又は「培地量不足」の文言を表示する。なお、本実施形態においては、報知部５３、すなわち表示装置３は「培地量過多」又は「培地量不足」の文言を表示したが、本開示はこれに限られるものでななく、「培地量を増やして下さい」、「培地量を減らして下さい」、及び「培地を交換して下さい」等と表示してもよい。また、報知部５３は、表示装置３で構成されるものに限定されるものではなく、報知部５３は、外部Ｉ／Ｆ２８を介して接続される音声再生装置、プリンタ、メールや電話等の通信手段、及び表示灯等により構成されてもよいし、上記ディスプレイ、上記音声再生装置、上記プリンタ、上記通信手段及び上記表示灯のうちの少なくとも２つ以上を組み合わせて構成されてもよい。
【００６４】
次いで、本実施形態の培地量検出部２２による処理について説明する。図４は図３の培地量検出部２２による処理を示すフローチャート、図５は顕微鏡観察システムの処理を説明するための図、図６は培地量推定方法を説明するための図である。
【００６５】
まず、受付部５０が、上述のようにしてウェル７１の形状情報を取得する(ステップＳ１)。本実施形態において、受付部５０は、図５に示すウェルプレート７０上に配列された９６個の各ウェル７１の形状を形状情報として受け付ける（ステップＳ１）。
【００６６】
次いで、制御部２１が撮影部４０にウェルプレート７０を撮影させて二次記憶部２５に記憶させた複数の観察領域毎の位相差画像を、取得部５１が読み出して取得する（ステップＳ２）。本実施形態においては、１つのウェル７１は、図５に示すように、Ａ１〜Ａ９の９つの観察領域により表される。取得部５１は、この９つの観察領域をそれぞれ表す位相差画像が合成された合成画像を、ウェル７１を表す位相差画像として取得する。なお、観察領域の数は９つに限られるものではなく、例えば１６個の観察領域であってもよいし、２５個の観察領域であってもよいし、顕微鏡装置１の性能や撮影条件によって適宜変更される。
【００６７】
次に、検出部５２が培地量を推定する（ステップＳ３）。例えば、取得部５１が、図５に示すように、ウェルプレート７０の図５中、上から５行目、左から５列目のウェル７１Ａ全体の位相差画像を取得する。検出部５２は、制御部２１を介して画像処理部２３に取得した位相差画像に基づいた輝度プロファイルを作成させ、作成された輝度プロファイルを取得する。
【００６８】
次に、検出部５２は、培地量と対応付けて二次記憶部２５に記憶された輝度プロファイルを参照して、上記で取得した輝度プロファイルの培地量を推定する。二次記憶部２５に記憶された輝度プロファイルと、上記で取得した輝度プロファイルとの相関関係を求める方法としては、例えば相関関数を用いて、これらの輝度プロファイルの相関関係を求めるようにすればよい。また、相関関数を用いた方法に限らず、例えば、二次記憶部２５に記憶されたと上記で取得した輝度プロファイルにおける変曲点を求め、これらの輝度プロファイルの対応する変曲点の輝度値の差の合計値を求める。そして、予め二次記憶部２５に記憶された異なる培地量毎の複数の輝度プロファイルのそれぞれについて上述した合計値を求め、その合計値が最も小さい輝度プロファイルを最も相関が高い輝度プロファイルとして特定するようにしてもよい。
【００６９】
そして、検出部５２は、上記で取得した輝度プロファイルとの相関が最も高い培地量を特定し、その特定した培地量をウェル７１Ａ内の培地量として推定する。
【００７０】
次に、検出部５２は、適正範囲情報２６に記憶された培地量の閾値の範囲の中から、受付部５０が受け付けたウェル７１の形状情報に対応する培地量の閾値の範囲であって、かつウェルプレート７０の図５中、上から５行目、左から５列目のウェル７１Ａの位置に対応するウェル７１の培地量の閾値の範囲を読み出して、推定した培地量が上記閾値の範囲外か否かを検出する（ステップＳ４）。
【００７１】
検出部５２が、推定した培地量が上記閾値の範囲外だと検出した場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、検出部５２は培地量過多又は培地量不足を検出する（ステップＳ５）。すなわち、検出部５２は、推定した培地量が上記閾値の範囲の上限値よりも多ければ、培地量過多を検出し、上記閾値の範囲の下限値よりも少なければ培地量不足を検出する。
【００７２】
次に、報知部５３が、制御部２１を介して表示装置３に「培地量過多」又は「培地量不足」の文言を表示させることにより、培地量過多又は培地量不足を報知して（ステップＳ６）、培地量検出部２２による処理が終了する。
【００７３】
一方、ステップＳ４において、検出部５２が、推定した培地量が上記閾値の範囲内であると検出した場合（ステップＳ４；ＮＯ）、培地量は過多でも不足でもなく、適正量なので培地量検出部２２による処理が終了する。
【００７４】
同様にして９６個全てのウェル７１に対して上記処理を行って、培地量が上記閾値の範囲から外れる否かを検出することにより、培地量が適正量かどうかを検出する。
【００７５】
上記によれば、ユーザは、図５に示すウェル７１Ａにおいて培地量過多及び培地量不足を知ることができるので、ウェル７１Ａの培地を減らすか又は足して培地量を調整したり、培地量を交換したりすることにより、ウェル７１Ａを適切な培地量にすることができる。これにより、適切な培地量で観察対象を撮影することができるので、位相差画像の画質の低下を抑制することができる。
【００７６】
なお、取得部５１は、ウェル７１Ａの培地量が適正量に調整された後に、ウェル７１Ａに収容された観察対象を表す位相差画像情報を再度取得してもよい。この場合、例えばユーザが入力装置４を操作することにより、ウェル７１Ａを適切な培地量にしたことを入力する。制御部２１は、ウェル７１Ａが適切な培地量であることを検出すると、すなわち、ウェル７１の培地量が上記閾値の範囲内であることを検出すると、撮影部４０に再度ウェル７１Ａの撮影を行わせ、取得部５１は撮影された位相差画像を取得する。これにより、培地量過多又は培地量不足により画質が低下した位相差画像を、適切な培地量で撮影された、画質が向上した位相差画像に変えることができる。
【００７７】
上記実施形態において、検出部５２は、培地量の閾値の範囲から外れるか否かを検出したが、本開示はこれに限られるものではなく、検出部５２は、推定した培地量が適切な培地量の閾値の範囲よりもどのくらい多いのか、及び不足しているのかを検出してもよい。
この場合、報知部５３は、どのくらい多いのか、又は不足しているのかを報知する。これにより、ユーザは培地量をどの程度減らす、又は足せば適切な培地量にできるのかを知ることができるので、培地量の調整を容易に行うことができる。
【００７８】
また、上記実施形態においては、検出部５２が培地量を推定する際に、ウェル７１全体を表す画像情報に基づく輝度プロファイルを用いたが、本開示はこれに限られるものではなく、例えばウェル７１の中心領域、すなわち図５の観察領域Ａ５の位相差画像情報に基づく輝度プロファイルを使用することができる。この場合、制御部２１は、ウェル７１の中心領域すなわち観察領域Ａ５を表す位相差画像に基づいて画像処理部２３に輝度プロファイルを作成させ、制御部２１は、その位相差画像における培地量と輝度プロファイルとを対応付けて二次記憶部２５に記憶させる。
【００７９】
なお、検出部５２は、ウェル７１の中心領域すなわち図５の観察領域Ａ５の位相差画像情報に限られず、ウェル７１の周辺部すなわち図５の観察領域Ａ５以外の観察領域Ａ１〜４，Ａ６〜９のいずれかの位相差画像情報を使用してもよい。またウェル７１を表す観察領域Ａ１〜９のうちの２つ以上の観察領域の位相差画像情報を使用してもよい。ただし、ウェル７１の中心領域すなわち図５の観察領域Ａ５の位相差画像情報が最もウェル７１の培地量の変化を表しているため、ウェル７１の中心領域の位相差画像情報を使用することがより好ましい。
【００８０】
また、検出部５２においては、ウェル７１全体を表す位相差画像情報に基づいて培地量を推定する方がウェル７１の中心領域を表す位相差画像情報に基づいて培地量を推定するよりも精度が良いのでより好ましい。しかしながら、ウェル７１の中心領域を表す位相差画像情報に基づいて培地量を推定する方がウェル７１全体を表す位相差画像情報に基づいて培地量を推定するよりも輝度プロファイルを作成する処理等の速度が速いので計算コストを低減することができる。本開示においては、ユーザの所望に応じて、培地量の推定方法を選択することができる。
【００８１】
また、上記実施形態においては、ウェル７１を表す位相差画像における培地量と輝度プロファイルとを対応付けて二次記憶部２５に記憶されているが、本開示はこれに限られない。一例として、図６に示す様に、ウェル７１を表す位相差画像における培地量と位相差画像とを対応付けて二次記憶部２５に記憶させてもよい。この場合、検出部５２が培地量を推定する際に、二次記憶部２５に記憶された位相差画像からこの位相差画像に基づく輝度プロファイルを作成して参照すればよい。
【００８２】
次に、培地量検出部２２の他の実施形態について説明する。図７は第２の実施形態の培地量検出部の構成を示す概略ブロック図である。なお本実施形態の培地量検出部は、上述した実施形態の培地量検出部２２の報知部５３に換えて調整部５４を備えており、その他の構成については上記実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略し、異なる箇所についてのみ詳細に説明する。
【００８３】
本実施形態の調整部５４は、検出部５２が培地量の閾値の範囲から外れるか否かを検出した場合に、上記閾値の範囲から外れることが検出された培養容器７１の培地量を適正量に調整するための提示を行なう。具体的には、本実施形態の検出部５２は、推定した培地量が適切な培地量の閾値の範囲よりもどのくらい多い、又は不足しているのかを検出し、検出部５２が上記閾値の範囲から外れることを検出した場合に、調整部５４が検出部５２により検出された培地の過多量又は不足量を制御部２１に対して出力する。
【００８４】
次いで、本実施形態の培地量検出部２２による処理について説明する。図８は図７の培地量検出部による処理を示すフローチャートである。なお、図８において、ステップＳ２１〜ステップＳ２５の処理は、図４のステップＳ１〜ステップＳ５と同じ処理であるため、ここでの説明は省略する。
【００８５】
検出部５２が、ステップＳ２５において推定した培地量が適切な培地量の閾値の範囲よりもどのくらい多いのか、又は不足しているのかを検出して培地量過多又は培地量不足を検出すると、調整部５４が検出部５２により検出された培地の過多量又は不足量を制御部２１に対して出力することにより培地量の適正量を提示して（ステップＳ２６）、培地量検出部２２による処理が終了する。
【００８６】
上記によれば、制御部２１が、図５に示すウェル７１Ａにおいて培地がどのくらい多いのか、又は不足しているのかを知ることができるので、制御部２１は例えば表示装置３にどのくらい多いのか、又は不足しているのかを表示させることができる。これにより、ユーザは培地量をどの程度増やしたり足したりすれば適切な培地量にできるのかを知ることができるので、培地量の調整を容易に行うことができる。
【００８７】
また、外部Ｉ／Ｆ２８に、例えば電動マイクロピペット等のウェル７１に培地を電動で注入する装置が接続されている場合には、制御部２１がこの装置に培地の過多量又は不足量を出力することにより、自動的にウェル７１Ａを適切な培地量にすることができる。
【００８８】
なお、本実施形態の調整部５４が、上述した電動マイクロピペット等のウェル７１に培地を電動で注入する装置により構成されていてもよい。この場合、ステップＳ２５において推定した培地量が適切な培地量の閾値の範囲よりもどのくらい多いのか、又は不足しているのかを検出して培地量過多又は培地量不足を検出すると、調整部５４は培地量過多又は培地量不足が検出されたウェル７１の培地量を自動的に適正量に調整することができる。
【００８９】
なお、本実施形態は上述した実施形態の報知部５３に換えて調整部５４を備えているが、本開示はこれに限られるものではなく、報知部５３と調整部５４の両方を備えていても良い。
【００９０】
また、上記各実施形態では、観察制御プログラム２７を二次記憶部２５から読み出す場合を例示したが、必ずしも最初から二次記憶部２５に記憶させておく必要はない。例えば、図９に示すように、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）メモリ、又はＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  
ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の任意の可搬型の記憶媒体２５０に先ずは観察制御プログラム２７を記憶させておいてもよい。この場合、記憶媒体２５０の観察制御プログラム２７が顕微鏡制御装置２にインストールされ、インストールされた観察制御プログラム２７がＣＰＵ２１によって実行される。
【００９１】
また、通信網（図示省略）を介して顕微鏡装置１に接続される他のコンピュータ又はサーバ装置等の記憶部に観察制御プログラム２７を記憶させておき、観察制御プログラム２７が顕微鏡装置１の要求に応じてダウンロードされるようにしてもよい。この場合、ダウンロードされた観察制御プログラム２７はＣＰＵ２１によって実行される。
【００９２】
また、上記各実施形態で説明した観察制御処理はあくまでも一例である。従って、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。
【００９３】
また、上記各実施形態では、コンピュータを利用したソフトウェア構成により観察制御処理が実現される場合を例示したが、本開示の技術はこれに限定されるものではない。例えば、コンピュータを利用したソフトウェア構成に代えて、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェア構成のみによって、観察制御処理が実行されるようにしてもよい。観察制御処理がソフトウェア構成とハードウェア構成との組み合わせた構成によって実行されるようにしてもよい。
【００９４】
本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【符号の説明】
【００９５】
１    顕微鏡装置
２    顕微鏡制御装置
３    表示装置
４    入力装置
１０  照明光照射部
１１  白色光源
１２  スリット板
１３  コンデンサレンズ
２１  制御部
２２  培地量検出部
２３  画像処理部
２４  一次記憶部
２５  二次記憶部
２６  適正範囲情報
２７  観察制御プログラム
２８  外部Ｉ／Ｆ
２９  バスライン
３０  結像光学系
３１  対物レンズ
３２  位相板
３３  結像レンズ
４０  撮影部
５０  受付部
５０  培養容器
５１  取得部
５２  検出部
５３  報知部
５４  調整部
６１  ステージ
６２  駆動部
７０  ウェルプレート
７１  各ウェル
７１  培養容器
７１  ウェル
７５  走査開始点
７６  走査終了点
７７  実線
２５０      記憶媒体
Ａ１〜Ａ９  観察領域
Ｃ    培養液
Ｐ１  設置面
Ｓ    観察対象
【図１】
2019225325.tif 000003
【図２】
2019225325.tif 000004
【図３】
2019225325.tif 000005
【図４】
2019225325.tif 000006
【図５】
2019225325.tif 000007
【図６】
2019225325.tif 000008
【図７】
2019225325.tif 000009
【図８】
2019225325.tif 000010
【図９】
2019225325.tif 000011
【国際調査報告】
2019225325.tif 000012
2019225325.tif 000013
2019225325.tif 000014
2019225325.tif 000015