(57)【要約】  細胞解析装置（２００）は、画像取得部（２１２）と、コロニー特定部（２１４）と、占有率算出部（２１６）と、コロニーサイズ算出部（２２０）と、状態判定部（２３４）とを備える。画像取得部（２１２）は、観察画像のデータを取得する。コロニー特定部（２１４）は、前記観察画像に写った培養細胞のコロニーを特定する。占有率算出部（２１６）は、前記観察画像に含まれる所定の範囲についての、前記所定範囲に対する前記培養細胞の占有率を算出する。コロニーサイズ算出部（２２０）は、前記コロニーのサイズを算出する。状態判定部（２３４）は、前記占有率と、前記コロニーのサイズとに基づいて前記培養細胞の状態を判定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察画像のデータを取得する画像取得部と、
前記観察画像に写った培養細胞のコロニーを特定するコロニー特定部と、
前記観察画像に含まれる所定の範囲についての、前記所定の範囲に対する前記培養細胞の占有率を算出する占有率算出部と、
前記コロニーのサイズを算出するコロニーサイズ算出部と、
前記占有率と、前記コロニーのサイズとに基づいて前記培養細胞の状態を判定する状態判定部と
を備える細胞解析装置。
【請求項２】
前記状態判定部は、前記占有率と前記コロニーのサイズとの各々が所定の範囲内である場合に、前記培養細胞が所定状態であると判定する、請求項１に記載の細胞解析装置。
【請求項３】
前記コロニー特定部は、前記コロニーのコロニー内領域とコロニー外領域とを特定し、
前記コロニーサイズ算出部は、少なくとも１つのコロニーのコロニー内領域を含む領域の各位置から最近傍のコロニー外領域までの距離を算出し、前記距離に基づいて前記コロニーのサイズを算出する、
請求項１又は２に記載の細胞解析装置。
【請求項４】
前記コロニーサイズ算出部は、
前記観察画像に含まれる所定の範囲についての前記距離のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラムの特徴量を算出するヒストグラム解析部と
を備え、前記特徴量に基づいて前記コロニーのサイズを算出する、
請求項３に記載の細胞解析装置。
【請求項５】
前記特徴量は、前記ヒストグラムの傾き又は前記距離の最大値である、請求項４に記載の細胞解析装置。
【請求項６】
時間経過を計測する時間計測部をさらに備え、
前記状態判定部は、さらに経過時間に基づいて前記培養細胞の状態を判定する、
請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の細胞解析装置。
【請求項７】
前記状態判定部は、前記占有率と前記コロニーのサイズと前記経過時間との各々が所定の範囲内である場合に、前記培養細胞が所定状態であると判定する、請求項６に記載の細胞解析装置。
【請求項８】
前記培養細胞は幹細胞であり、
前記所定状態とは、前記培養細胞に対して分化誘導を開始するのに適した状態である、
請求項２又は７に記載の細胞解析装置。
【請求項９】
顕微鏡と、
前記顕微鏡によって得られる前記培養細胞の像を撮影し画像データを生成する撮像装置と、
請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の細胞解析装置と
を備え、
前記画像取得部は、前記撮像装置が生成した画像データを前記観察画像のデータとして取得する、
細胞解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞解析装置及び細胞解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞培養又は培養細胞を用いた各種応用において、培養細胞の状態について判断することは重要である。細胞の状態について判断するための要素は種々あり得る。例えば、国際公開第２０１５／１９３９５１号は、培養細胞が写った画像に基づいて、コロニーの領域を特定し、コロニーの大きさを表す１つの指標であるコロニーの領域の面積を算出することを開示している。また、例えば、日本国特開２００７−３０６８８９号公報は、培養容器内の細胞の占有率を画像から算出することを開示している。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、画像に基づいて細胞の状態を判定する細胞解析装置及びそれを備える細胞解析システムを提供することを目的とする。
【０００４】
本発明の一態様によれば、細胞解析装置は、観察画像のデータを取得する画像取得部と、前記観察画像に写った培養細胞のコロニーを特定するコロニー特定部と、前記観察画像に含まれる所定の範囲についての、前記所定の範囲に対する前記培養細胞の占有率を算出する占有率算出部と、前記コロニーのサイズを算出するコロニーサイズ算出部と、前記占有率と、前記コロニーのサイズとに基づいて前記培養細胞の状態を判定する状態判定部とを備える。
【０００５】
本発明によれば、画像に基づいて細胞の状態を判定する細胞解析装置及びそれを備える細胞解析システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る細胞解析システムの構成例の概略を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る細胞解析装置の動作の一例について説明するためのフローチャートである。
【図３】図３は、第２の実施形態に係る細胞解析システムの構成例の概略を示すブロック図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係るコロニーサイズの算出に係る動作の一例について説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、細胞解析装置のコロニーサイズの算出について説明するための図である。
【図６】図６は、細胞解析装置のコロニーサイズの算出について説明するための図である。
【図７】図７は、細胞解析装置のコロニーサイズの算出について説明するための図である。
【図８】図８は、比較例について説明するための図である。
【図９】図９は、比較例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
〈第１の実施形態〉
［細胞解析システムの概要］
本実施形態は、細胞培養において用いられる細胞解析システムに関する。細胞培養又は培養細胞を用いた各種応用において、培養中の細胞の状態に関する情報は、有益な情報となる。本実施形態に係る細胞解析システムは、培養細胞の画像を取得して、当該画像に基づいて培養細胞の状態に係る情報を取得する。
【０００８】
［細胞解析システムの構成］
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る細胞解析システム１の構成例の概略を図１に示す。図１に示すように、細胞解析システム１は、培養細胞を拡大観察して、その画像を取得する顕微鏡システム３００を備える。顕微鏡システム３００は、顕微鏡３１０と撮像装置３２０とを備える。顕微鏡３１０は、培養細胞の観察に適した、光学顕微鏡などの各種顕微鏡であり得る。撮像装置３２０は、顕微鏡で拡大した像を撮影するための例えば顕微鏡用カメラである。撮像装置３２０は、顕微鏡３１０のカメラポート等に取り付けられ、撮影によって顕微鏡像に係る観察画像を生成するように構成されている。細胞解析システム１において、顕微鏡システム３００は、培養細胞の画像を取得できれば、どのような形態の装置であってもよい。例えば、培養中の細胞の画像を定期的に取得する場合には、培養装置と組み合わされた撮像装置等であってもよい。
【０００９】
細胞解析システム１は、制御装置１００と、表示装置４２０と、入力装置４４０とを備える。制御装置１００は、例えばパーソナルコンピュータといったコンピュータによって構成され得る。表示装置４２０には、例えば液晶ディスプレイ、又は有機ＥＬディスプレイ等といった各種表示用の装置が用いられ得る。入力装置４４０は、例えばキーボード、マウス、又はタッチパネル等といった各種入力用の装置を含み得る。
【００１０】
制御装置１００は、例えばCentral Processing Unit（ＣＰＵ）といった演算用の集積回路を含む。また、制御装置１００は、ＢＩＯＳ等を記録しているRead Only Memory（ＲＯＭ）、ＣＰＵの主記憶装置として機能するDynamic RAM（ＤＲＡＭ）、Static RAM（ＳＲＡＭ）等といったRandom Access Memory（ＲＡＭ）などを含むメモリ１２０を含む。また、制御装置１００は、ＣＰＵで用いられるプログラム、パラメータ等の各種情報、細胞の画像データや解析結果のデータなどを記録する記憶装置１３０を含む。記憶装置１３０には、例えば、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、Solid State Drive（ＳＳＤ）等が用いられ得る。
【００１１】
制御装置１００は、細胞解析システム１の動作を制御する制御部として機能する。制御装置１００の例えばＣＰＵは、制御回路１１０として機能する。制御回路１１０は、各種演算を行い、各部に動作指令を出力する。制御装置１００は、入力装置４４０からユーザの指示を受け取り、その指示に基づいて各種動作を行い得る。また、制御回路１１０は、撮影制御部１１２、表示制御部１１４等としての機能を発揮する。撮影制御部１１２は、例えば顕微鏡システム３００の撮像装置３２０の動作を制御して、撮像装置３２０に例えば培養細胞の画像を取得させる。制御装置１００は、撮像装置３２０で得られた画像を撮像装置３２０から取得する。また、顕微鏡３１０が電動式の顕微鏡である場合、制御回路１１０は、顕微鏡３１０の動作を制御してもよい。表示制御部１１４は、例えば撮像装置３２０で得られた画像、当該画像に基づいて得られた解析結果、細胞解析システム１の状態などといった各種情報を表示装置４２０に表示させる。
【００１２】
制御装置１００は、細胞解析装置２００としての機能を発揮する。細胞解析装置２００は、例えば制御装置１００のＣＰＵによって実現されてもよいし、ＣＰＵとは別に、制御装置１００に設けられた例えばApplication Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、又はGraphics Processing Unit（ＧＰＵ）等といった集積回路によって実現されてもよい。細胞解析装置２００は、１つの集積回路等で構成されてもよいし、複数の集積回路等が組み合わされて構成されてもよい。細胞解析装置２００の動作は、例えば記憶装置１３０又は集積回路の記録領域に記録されたプログラムに従って行われる。
【００１３】
細胞解析装置２００は、画像取得部２１２、コロニー特定部２１４、占有率算出部２１６、コロニーサイズ算出部２２０、時間計測部２３２、状態判定部２３４、出力データ作成部２４２、データ出力部２４４としての機能を有する。
【００１４】
画像取得部２１２は、例えば撮像装置３２０を用いて得られた培養細胞が写った観察画像のデータを取得する。コロニー特定部２１４は、取得した画像中の解析対象領域について、画像に含まれるコロニーを示すコロニー領域を特定し、コロニーの輪郭、コロニー内領域、コロニー外領域等を特定する。
【００１５】
占有率算出部２１６は、解析対象としている画像の範囲のうち、細胞が占める割合を占有率（コンフルエンシ）として算出する。コロニーサイズ算出部２２０は、特定されたコロニーのサイズに係る情報を算出する。時間計測部２３２は、例えば培養開始からの時間など、基準時点からの経過時間を計測する。
【００１６】
状態判定部２３４は、取得された各種情報に基づいて、画像中の細胞の状態について判定する。出力データ作成部２４２は、細胞解析装置２００の出力としての出力データを作成する。例えば、出力データ作成部２４２は、占有率算出部２１６が算出した占有率、コロニーサイズ算出部２２０が算出したコロニーのサイズに係る情報、時間計測部２３２が計測した経過時間に係る情報、状態判定部２３４の判定結果などを含む出力データを作成する。データ出力部２４４は、出力データ作成部２４２が作成した出力データを出力する。出力データは例えば記憶装置１３０に記録されてもよいし、出力データに基づいた画像が表示装置４２０に表示されてもよい。
【００１７】
［細胞解析システムの動作］
細胞解析システム１は、例えば定期的に、又は、ユーザから指示されたタイミング等に、顕微鏡システム３００を用いて、培養細胞を撮影し、培養細胞の観察画像を取得する。すなわち、制御装置１００は、例えばユーザの操作に基づいて、顕微鏡３１０で拡大された培養細胞の顕微鏡像に係る画像を撮像装置３２０に撮影させる。制御装置１００は、撮影により得られた観察画像を記憶装置１３０に記憶させる。制御装置１００の細胞解析装置２００は、例えば新たな観察画像が得られる度に、撮影により得られた観察画像について解析を行う。細胞解析装置２００は、細胞の状態についての判定を行う。制御装置１００は、撮影により得られた観察画像、細胞解析装置２００による解析結果等を適宜に表示装置４２０に表示させたり、記憶装置１３０に記憶させたりする。
【００１８】
細胞解析装置２００が示す細胞の状態の一例として、分化誘導を開始するのに適切なタイミングにある細胞を特定することが挙げられる。例えばｉＰＳ細胞又はＥＳ細胞といった幹細胞を培養している場合において、これら幹細胞を特定の細胞に分化させるにあたっては、分化誘導を開始するタイミングが重要であることが知られている。細胞解析装置２００は、例えば、細胞の占有率（コンフルエンシ）及びコロニーのサイズに基づいて、分化誘導を開始すべきタイミングを出力する。分化誘導を開始すべきタイミングを判定するために、培養時間、すなわち、例えば培養開始からの経過時間などがさらに考慮されることが好ましい。
【００１９】
［細胞解析装置の動作］
幹細胞の画像を取得した細胞解析装置２００が当該幹細胞に対する分化誘導を開始すべきタイミングを示す場合を例に挙げて、細胞解析装置２００の動作について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２０】
ステップＳ１０１において、細胞解析装置２００の画像取得部２１２は、例えば記憶装置１３０から、直近に撮影された例えばｉＰＳ細胞又はＥＳ細胞といった培養中の幹細胞に係る観察画像を取得する。ステップＳ１０２において、細胞解析装置２００のコロニー特定部２１４は、得られた画像を対象として、画像中の細胞のコロニーを特定する。例えば、コロニー特定部２１４は、画像中の細胞のコロニーの輪郭を抽出してもよい。また、コロニー特定部２１４は、画像中の各画素について順に、細胞のコロニーの内側であるか外側であるかを特定してもよい。また、コロニー特定部２１４は、必要に応じてコロニーを構成する各細胞の輪郭を特定してもよい。なお、解析対象は、画像内の全領域であってもよいし、画像内の一部の範囲であってもよい。
【００２１】
ステップＳ１０３において、細胞解析装置２００の占有率算出部２１６は、画像における特定されたコロニー（細胞）の領域に基づいて、解析対象としている範囲内に占める細胞が存在する割合、すなわち、コロニーの占有率（コンフルエンシ）を算出する。ステップＳ１０４において、細胞解析装置２００のコロニーサイズ算出部２２０は、コロニーのサイズに係る情報を算出する。例えば、コロニーのサイズは、コロニーの面積、コロニーの輪郭を楕円近似したときの長軸又は短軸の長さ等で表現され得る。
【００２２】
ステップＳ１０５において、細胞解析装置２００の状態判定部２３４は、ステップＳ１０３で算出された占有率が所定の範囲内であるか否かを判定する。ここで所定の範囲として、分化誘導を開始するのに適した占有率が設定される。占有率が所定の範囲内でないとき、処理はステップＳ１０６に進む。
【００２３】
ステップＳ１０６において、細胞解析装置２００の状態判定部２３４は、時間計測部２３２から、例えば培養開始時からの経過時間の情報を取得する。状態判定部２３４は、例えば培養開始時から所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間経過していないとき、処理はステップＳ１０１に戻る。このとき、細胞解析装置２００は、次に細胞の撮影が行われるまで待機して、撮影が行われたらステップＳ１０１で当該撮影で得られた幹細胞の画像を取得する。その後、上述と同様にステップＳ１０２乃至ステップＳ１０５の処理が行われる。
【００２４】
ステップＳ１０５において、占有率が所定の範囲内であると判定されたとき、処理はステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において、細胞解析装置２００の状態判定部２３４は、ステップＳ１０４で取得されたコロニーサイズが所定の範囲内であるか否かを判定する。ここで所定の範囲として、分化誘導を開始するのに適したコロニーサイズが設定される。コロニーサイズが所定の範囲内でないとき、処理はステップＳ１０６に進む。すなわち、所定の時間が経過するまで、上述の処理が繰り返される。
【００２５】
ステップＳ１０７において、コロニーサイズが所定の範囲内であると判定されたとき、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、細胞解析装置２００の出力データ作成部２４２は、分化誘導を開始するタイミングとして適している旨の情報を出力データとして作成し、データ出力部２４４は、当該出力データを出力する。その結果、例えば表示装置４２０に、分化誘導を開始するのに適したタイミングである旨が表示される。以上で、細胞解析装置２００の処理は終了する。
【００２６】
ステップＳ１０６において、所定時間が経過したと判定されたとき、すなわち、占有率が所定の範囲内にあり、かつ、コロニーサイズが所定の範囲内にあると判定されることなく所定時間が経過したとき、処理はステップＳ１０９に進む。ここでは、一例として培養開始からの経過時間を計測する例を挙げたが、これに限らない。例えば、培地を交換してからの経過時間、継代操作を行ってからの経過時間、又は特定の試薬を添加してからの経過時間など、目的に応じて適切な判定が採用され得る。
【００２７】
ステップＳ１０９において、細胞解析装置２００の出力データ作成部２４２は、培養の状態が不良である旨の情報を出力データとして作成し、データ出力部２４４は、当該出力データを出力する。その結果、例えば表示装置４２０に、細胞培養の状態が不良である旨が表示される。以上で、細胞解析装置２００の処理は終了する。
【００２８】
本実施形態によれば、細胞の占有率、コロニーのサイズ、及び経過時間の全てが分化誘導を開始すべきタイミングとして適当な範囲内にあるとき、その旨が例えば表示装置４２０に表示される。一方、細胞の占有率とコロニーのサイズとがともに適当な範囲に収まることなく、所定の時間が経過したとき、培養が不良である旨が例えば表示装置４２０に表示される。例えば、コロニーの占有率のみを判定の基準に用いることもできるが、それでは同じ占有率であっても、小さなコロニーが多数ある場合と大きなコロニーが少数ある場合とを判別することができない。そのため、本実施形態では、占有率のみならず、コロニーのサイズに係る情報も細胞の状態判定に用いられている。占有率とコロニーサイズとが判定に用いられることで、例えば何れかのみの場合等と比較して、より精度のよい状態判定が行われ得る。
【００２９】
本実施形態によれば、ユーザは細胞解析装置２００の解析結果を確認することで、培養している幹細胞の分化誘導を開始すべきか否かを知ることができる。この結果を確認したユーザは、例えば培養中の細胞を培養容器から剥離させ、分化工程用の容器に撒き直し、分化を誘導する操作を行うことができる。このような細胞解析装置２００の解析結果に基づけば、細胞の分化誘導の成功率が向上する。
【００３０】
なお、ここでは、判定する細胞の状態として、分化誘導の可否を一例として挙げたが、判定する状態はその他の状態であってもよい。細胞解析装置２００は、上述の実施形態と同様に、細胞の占有率、コロニーのサイズ、及び経過時間に基づいた細胞の状態判定を行うことで、所定状態を特定することができる。
【００３１】
上述のステップＳ１０５及び／又はステップＳ１０７で用いられる所定の範囲は、ユーザの入力により設定された範囲であってもよいし、細胞種や経過時間を変数として設定された範囲でもよい。これら所定の範囲は、例えば分化誘導を開始するのに適した占有率又はコロニーサイズとして、経験的に得られた値であってもよいし、実験又は数値計算等から論理的に導き出された値でもよいし、その他の方法で得られた値等であってもよい。
【００３２】
〈第２の実施形態〉
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、コロニーサイズに係る情報の取得方法が第１の実施形態の場合と異なる。
【００３３】
本実施形態に係る細胞解析システム１の構成例の概略を図３に示す。図３に示すように、細胞解析装置２００のコロニーサイズ算出部２２０の内部の構成を除き、制御装置１００、顕微鏡システム３００、表示装置４２０、入力装置４４０等の細胞解析システム１の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。
【００３４】
コロニーサイズ算出部２２０は、距離算出部２２２、ヒストグラム作成部２２４、ヒストグラム解析部２２６、及び画像作成部２２８を含む。距離算出部２２２は、画像内の各位置、特にコロニー内の各位置から最近傍のコロニー外領域までの距離を算出する。すなわち、距離算出部２２２は、コロニー内の各位置からは最近傍のコロニー外領域までの距離を算出する。コロニー外の各位置では算出される距離の値は０となる。ヒストグラム作成部２２４は、距離算出部２２２が算出した距離のヒストグラムを作成する。ヒストグラム解析部２２６は、ヒストグラム作成部２２４が作成したヒストグラムの特徴量を算出する。この特徴量は、例えば、上述の距離の最大値であったり、ヒストグラムの傾きの絶対値であったりする。画像作成部２２８は、細胞解析装置２００が出力する出力画像を作成する。画像作成部２２８は、例えば、距離算出部２２２が算出した最近傍のコロニー外領域までの距離を位置毎に色で表した画像、その画像を培養細胞の画像に重畳した画像などを作成する。
【００３５】
本実施形態の細胞解析装置２００の動作について説明する。本実施形態では、第１の実施形態の動作のステップＳ１０４のコロニーサイズの算出において、図４に概略を示すような動作を行う。
【００３６】
すなわち、ステップＳ２０１において、コロニーサイズ算出部２２０の距離算出部２２２は、解析対象である画像中の各位置から最近傍のコロニー外領域までの距離を算出する。ここで、画像中の各位置は、例えば、観察画像の各画素に対応した位置であってもよいし、各細胞の位置であってもよい。細胞の位置が用いられるとき、解析対象となるのは細胞がある位置のみとなり、細胞がない位置は解析対象外となる。また、各位置は、画像内の全領域を対象としてもよいし、画像内の一部の範囲を対象としてもよい。また、注目している各位置についての最近傍のコロニー外領域までの距離とは、文字通り、コロニー外領域の各位置のうち、注目する位置から最も近いコロニー外領域の位置までの距離であり得る。また、これと同等の値を、最近傍のコロニー外領域までの距離としてもよい。例えば、コロニー内領域については、当該コロニーの輪郭又は縁の各位置のうち、注目する位置から最も近い輪郭又は縁の位置までの距離を最近傍のコロニー外領域までの距離としてもよい。コロニーの輪郭又は縁までの距離を最近傍のコロニー外領域までの距離とする場合には、コロニーの外側については、当該距離を算出しない又は０とする。
【００３７】
ステップＳ２０２において、コロニーサイズ算出部２２０のヒストグラム作成部２２４は、ステップＳ２０１で算出された各位置についての距離の度数分布を表すヒストグラムを作成する。ステップＳ２０３において、コロニーサイズ算出部２２０のヒストグラム解析部２２６は、ステップＳ２０２で作成されたヒストグラムについて必要な解析を行う。ヒストグラム解析部２２６は、解析結果として、コロニーのサイズに係る情報である特徴量を算出する。
【００３８】
ステップＳ２０４において、コロニーサイズ算出部２２０は、例えば、ステップＳ２０２で作成されたヒストグラム、及びステップＳ２０３で算出された特徴量に基づいて、コロニーサイズを確定する。
【００３９】
なお、コロニーサイズの確定と共に、コロニーサイズ算出部２２０の画像作成部２２８は、出力画像を作成してもよい。例えば、画像作成部２２８は、距離算出部２２２が算出した最近傍のコロニー外領域までの距離を位置毎に色で表した画像（ヒートマップ）を作成する。画像作成部２２８は、このような画像を出力画像としてもよいし、当該画像を、元となった培養細胞が写った画像に重畳することで得られる画像を出力画像としてもよい。
【００４０】
コロニーサイズ算出部２２０で算出されるデータの一例について、図５を参照して説明する。図５において、１行目の画像（１−１）、（１−２）、（１−３）は、画像取得部２１２が取得する細胞の画像の例を示す。２行目の画像（２−１）、（２−２）、（２−３）は、最近傍のコロニー外領域までの距離を色で表した画像の例を示す。ここで、黒色は、最近傍のコロニー外領域までの距離が小さい領域を示す。コロニー外領域は、コロニー外領域の各位置からコロニー外領域までの距離が０であるので、黒色となる。白色は、最近傍のコロニー外領域までの距離が大きい領域を示し、コロニーの中心部は、最近傍のコロニー外領域までが遠いため、白色となる。３行目のグラフ（３−１）、（３−２）、（３−３）は、位置毎の最近傍のコロニー外領域までの距離の度数を表すヒストグラムの例を示す。ヒストグラム中の破線は、ヒストグラムの傾きを特定するための近似直線である。
【００４１】
図５において、各列は、ｔ１、ｔ２、ｔ３の各時刻の結果を示す。１列目のｔ１、２列目のｔ２、３列目のｔ３と順に時間が経過している。したがって、細胞の画像を見ると、画像（１−１）、画像（１−２）、画像（１−３）と順に、細胞数が増えてコロニーが大きくなっている。また、このとき画像（２−１）、画像（２−２）、画像（２−３）のように、コロニーが大きくなるに従って、最近傍のコロニー外領域までの距離は全体的に大きくなる傾向にある。一方で、最近傍のコロニー外領域までの距離は、コロニーが大きくなることに伴って発生し得る隣り合うコロニー同士の接触による影響を受けにくい。
【００４２】
また、ヒストグラム（３−１）、（３−２）、（３−３）を見ると、細胞数が増えるに従って、上述のとおり、距離の最大値は当然大きくなる。一方で、距離分布の幅は広がるので、破線で示した近似直線を用いて得られたヒストグラムの傾きの絶対値は、ヒストグラム（３−１）、ヒストグラム（３−２）、ヒストグラム（３−３）と順に小さくなる。また、隣り合うコロニー同士の接触によって、距離の値が小さかったコロニーの縁の近傍について、接触個所に近い部分は、コロニーの内部に入ることになるので、距離の値が大きくなる。したがって、ヒストグラムの傾きの絶対値は、コロニー同士が接触することによっても小さくなる。このように、ヒストグラムの傾きの絶対値は、コロニーの大きさ、コロニー同士の接触等を表す値と言える。分化誘導を開始するタイミングを判定するにあたっては、小さなコロニーが多数ある場合と大きなコロニーが少数ある場合とを判別することも重要であるが、ヒストグラムの傾きは、小さなコロニーが多数ある場合と大きなコロニーが少数ある場合との判別にも有効である。
【００４３】
ヒストグラムに基づいてヒストグラム解析部２２６で行われる解析について図６及び図７を参照して説明する。図６は、培養時間の経過に対する最近傍のコロニー外領域からの距離の最大値の変化を示す。距離の最大値は、培養時間が経過して細胞数が増え、コロニーが大きくなるのに伴って大きくなる。また、図７は、培養時間の経過に対するヒストグラムの傾きの絶対値の変化を示す。上述のとおり、ヒストグラムの傾きの絶対値は、培養時間が経過して細胞数が増え、コロニーが大きくなり、コロニーの縁から遠い位置が出現するのに伴って、減少する。また、ヒストグラムの傾きの絶対値は、コロニー同士が接触することによっても減少する。本実施形態では、ヒストグラム解析部２２６は、距離の最大値、ヒストグラムの傾きの絶対値等を特徴量として算出する。
【００４４】
比較例として、１つのコロニーの大きさを特徴量とする場合と比較して説明する。図８は、比較例を説明するための図であり、ハッチングを付した円等がコロニーを模式的に示す。図８は、時間経過に伴うコロニーの大きさの変化を模式的に示す。時刻ｔａ、時刻ｔｂ、時刻ｔｃと時間経過に伴って、２つのコロニーが徐々に大きくなっているものとする。ここで、時刻ｔｃにおいて、２つのコロニーは接触し、１つのコロニーと認識されるものとする。その後も、時刻ｔｄ、時刻ｔｅと時間経過に伴って、コロニーは大きくなるものとする。このときの培養時間の経過に伴う１つのコロニーの大きさの変化を考える。ここで、コロニーの大きさは、コロニーの面積、コロニーの輪郭を楕円近似したときの長軸又は短軸の長さ等で表現され得る。図９は、培養時間の経過に伴う１つのコロニーの面積の変化を示す。コロニーの輪郭を楕円近似したときの長軸の長さも、コロニーの面積と同様の傾向を示す。
【００４５】
図９に示すように、細胞の増殖に伴って、１つのコロニーの面積は徐々に大きくなる。そして、図８に示すように時刻ｔｃにおいて２つのコロニーが接触する。このとき、接触して１つと認識されるコロニーの面積は、図９に示すように時刻ｔｃにおいて急激に大きくなる。
【００４６】
これに対して、本実施形態のようにして得られる距離の最大値、及びヒストグラムの傾き等の値は、細胞数の増加に伴って徐々に変化する値であり、コロニーのサイズをより適切に表す指標となる。また、距離の最大値、ヒストグラムの傾き等の値は、１つのコロニーではなく多くのコロニーを含む試料全体のコロニーサイズを表す指標となる。したがって、本実施形態で得られるコロニーサイズを用いて、分化誘導の開始の可否といった幹細胞の状態を判定することは有益である。本実施形態に係るコロニーサイズを表す情報の取得は、分化誘導の開始に係る解析に限らず、各種の細胞状態の特定のために用いられ得る。
【００４７】
第２の実施形態では、位置毎の最近傍のコロニー外領域までの距離の最大値について、ヒストグラムを作成する解析範囲全体についての最大値として説明した。しかしながらこれに限らず、細胞解析装置２００は、選択した所定のコロニーを解析対象として、当該コロニーにおける距離の最大値を特徴量としてもよい。同様に、ヒストグラムの傾きについても、所定のコロニーを解析対象として作成したヒストグラムの傾きであってもよい。このような解析結果は、解析対象としたコロニーのサイズを表す指標として有用である。
【００４８】
〈変形例〉
上述の第１及び第２の実施形態では、制御装置１００、顕微鏡システム３００、表示装置４２０、入力装置４４０が全体として細胞解析システム１を構成する例を示したが、これに限らない。例えば、細胞解析装置２００が独立していてもよい。すなわち、顕微鏡システムで撮影によって得られた画像のデータは、各種の記憶媒体又はネットワーク上のサーバ等に保存され得る。細胞解析装置２００は、保存された画像データを取得して、解析を行い、解析結果である出力データを各種の記憶媒体又はネットワーク上のサーバ等に保存してもよい。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月7日(2020.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察画像のデータを取得する画像取得部と、
前記観察画像に写った培養細胞のコロニーを特定するコロニー特定部と、
前記観察画像に含まれる所定の範囲についての、前記所定の範囲に対する前記培養細胞が占める割合を占有率として算出する占有率算出部と、
前記コロニーのサイズを算出するコロニーサイズ算出部と、
前記占有率と、前記コロニーのサイズとに基づいて前記培養細胞の状態を判定する状態判定部と
を備える細胞解析装置。
【請求項２】
前記状態判定部は、前記占有率と前記コロニーのサイズとの各々が所定の範囲内である場合に、前記培養細胞が所定状態であると判定する、請求項１に記載の細胞解析装置。
【請求項３】
前記コロニー特定部は、前記コロニーのコロニー内領域とコロニー外領域とを特定し、
前記コロニーサイズ算出部は、少なくとも１つのコロニーのコロニー内領域を含む領域の各位置から最近傍のコロニー外領域までの距離を算出し、前記距離に基づいて前記コロニーのサイズを算出する、
請求項１又は２に記載の細胞解析装置。
【請求項４】
前記コロニーサイズ算出部は、
前記観察画像に含まれる所定の範囲についての前記距離のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラムの特徴量を算出するヒストグラム解析部と
を備え、前記特徴量に基づいて前記コロニーのサイズを算出する、
請求項３に記載の細胞解析装置。
【請求項５】
前記特徴量は、前記ヒストグラムの傾き又は前記距離の最大値である、請求項４に記載の細胞解析装置。
【請求項６】
時間経過を計測する時間計測部をさらに備え、
前記状態判定部は、さらに経過時間に基づいて前記培養細胞の状態を判定する、
請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の細胞解析装置。
【請求項７】
前記状態判定部は、前記占有率と前記コロニーのサイズと前記経過時間との各々が所定の範囲内である場合に、前記培養細胞が所定状態であると判定する、請求項６に記載の細胞解析装置。
【請求項８】
前記培養細胞は幹細胞であり、
前記所定状態とは、前記培養細胞に対して分化誘導を開始するのに適した状態である、
請求項２又は７に記載の細胞解析装置。
【請求項９】
顕微鏡と、
前記顕微鏡によって得られる前記培養細胞の像を撮影し画像データを生成する撮像装置と、
請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の細胞解析装置と
を備え、
前記画像取得部は、前記撮像装置が生成した画像データを前記観察画像のデータとして取得する、
細胞解析システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明の一態様によれば、細胞解析装置は、観察画像のデータを取得する画像取得部と、前記観察画像に写った培養細胞のコロニーを特定するコロニー特定部と、前記観察画像に含まれる所定の範囲についての、前記所定の範囲に対する前記培養細胞が占める割合を占有率として算出する占有率算出部と、前記コロニーのサイズを算出するコロニーサイズ算出部と、前記占有率と、前記コロニーのサイズとに基づいて前記培養細胞の状態を判定する状態判定部とを備える。
【国際調査報告】
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