特許 7357053 培養監視システム、培養監視方法、及び、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-27

(45)【発行日】2023-10-05

(54)【発明の名称】培養監視システム、培養監視方法、及び、プログラム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20230928BHJP

   C12M 3/00 20060101ALI20230928BHJP

   G06T 7/60 20170101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 D

C12M3/00 B

G06T7/60 110

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021528786

(86)(22)【出願日】2019-06-27

(86)【国際出願番号】 JP2019025603

(87)【国際公開番号】W WO2020261488

(87)【国際公開日】2020-12-30

【審査請求日】2022-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】322004393

【氏名又は名称】株式会社エビデント

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100182936

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 直樹

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 歩

【審査官】松田 芳子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０１６８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１３１９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インキュベータ内に配置された撮像装置であって、培養容器に収容された生体試料を撮像する前記撮像装置と、
前記撮像装置を制御する制御装置と、を備え、
前記撮像装置は、
前記制御装置からの指示に基づいて、前記生体試料内の複数の断片的な領域からなる第１の領域を撮像する第１のシーケンスを、第１のインターバルで繰り返し実行し、
前記制御装置からの指示に基づいて、前記第１の領域を包含する第２の領域であって、前記第１の領域よりも広い前記第２の領域を撮像する第２のシーケンスを、前記第１のインターバルよりも長い第２のインターバルで繰り返し実行する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項2】

請求項１に記載の培養監視システムにおいて、
前記制御装置は、前記撮像装置で取得した前記生体試料の画像に基づいて、前記生体試料の培養プロセスを監視する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項3】

請求項２に記載の培養監視システムにおいて、
前記撮像装置は、前記第１のシーケンスの実行期間中に、前記複数の断片的な領域の各々の第１の画像を取得し、
前記制御装置は、前記撮像装置で取得した複数の前記第１の画像に基づいて、前記生体試料の生育状態を数値化する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項4】

請求項３に記載の培養監視システムにおいて、
前記制御装置は、数値化された前記生育状態の推移（history）を示す画像を表示装置へ出力する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項5】

請求項３又は請求項４のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
前記撮像装置は、前記第２のシーケンスの実行期間中に、前記第２の領域を構成する複数の領域の各々の第２の画像を取得し、
前記制御装置は、前記撮像装置で取得した複数の前記第２の画像を貼り合わせることによって、前記第２の領域の画像を生成する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項6】

請求項５に記載の培養監視システムにおいて、
前記制御装置は、前記第２の領域の画像を表示装置へ出力する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項7】

請求項５又は請求項６に記載の培養監視システムにおいて、
前記複数の第２の画像の一部が前記複数の第１の画像を兼ねる
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項8】

請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
前記制御装置は、前記第２のシーケンスで取得した画像に基づいて、前記生体試料の異常、又は、前記培養容器内の培養環境の異常を検出する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
前記第２の領域は、前記培養容器よりも広い連続的な領域である
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項10】

請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
前記制御装置は、
前記培養容器の種類を特定し、
特定した前記培養容器の種類に応じて、前記第１の領域と前記第２の領域を決定する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項11】

請求項１０に記載の培養監視システムにおいて、
前記制御装置は、培養容器の種類と、前記第１のシーケンスで撮像すべき領域の第１の情報と、前記第２のシーケンスで撮像すべき領域の第２の情報と、を関連付けて記憶する記憶装置を備える
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項12】

請求項１０又は請求項１１に記載の培養監視システムにおいて、
前記撮像装置は、前記培養容器を基準位置に位置決めする容器ホルダを備える
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項13】

請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
前記制御装置は、
前記第１のシーケンスの実行期間中に、前記複数の断片的な領域の各々を撮影する複数の指示を、前記撮像装置に順番に送信し、
前記第２のシーケンスの実行期間中に、前記第２の領域を構成する複数の領域の各々を撮影する複数の指示を、前記撮像装置に順番に送信する
ことを特徴とする培養監視システム。

【請求項14】

培養容器に収容された生体試料の培養監視方法であって、
インキュベータ内に配置された撮像装置が、前記生体試料内の複数の断片的な領域からなる第１の領域を撮像する第１のシーケンスを、第１のインターバルで繰り返し実行することと、
前記撮像装置が、前記第１の領域を包含する第２の領域であって、前記第１の領域よりも広い前記第２の領域を撮像する第２のシーケンスを、前記第１のインターバルよりも長い第２のインターバルで繰り返し実行することと、を含む
ことを特徴とする培養監視方法。

【請求項15】

インキュベータ内に配置された撮像装置を制御する制御装置に、
前記撮像装置へ、培養容器に収容された生体試料内の複数の断片的な領域からなる第１の領域を撮像する第１のシーケンスを、第１のインターバルで繰り返し実行させるための指示を送信し、
前記撮像装置へ、前記第１の領域を包含する第２の領域であって、前記第１の領域よりも広い前記第２の領域を撮像する第２のシーケンスを、前記第１のインターバルよりも長い第２のインターバルで繰り返し実行させるための指示を送信する
処理を実行させることを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の開示は、培養監視システム、培養監視方法、及び、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、所定の培養環境を維持するため、細胞などの生体試料の培養はインキュベータ内で行われている。培養中は生体試料の状態が定期的に確認される。その際、生体試料をインキュベータから取り出すと、生体試料の温度が低下してしまうため、生体試料の生育に悪影響を及ぼす虞がある。

【0003】

このため、培養中の生体試料をインキュベータから取り出すことなく監視する細胞培養装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載される細胞培養装置を用いることで、生体試料をインキュベータ外に取り出す回数を大幅に減らすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－２９５８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、生体試料の状態を含む培養プロセスを監視するために生体試料を頻繁に撮像すると、特許文献１に記載される細胞培養装置を用いた場合であっても、生体試料はダメージを受けてしまう。生体試料が受けるダメージは、撮影時の光照射によって引き起こされるかもしれないし、撮影に起因する発熱によって引き起こされるかもしれない。

【0006】

しかしながら、生体試料が受けるダメージを抑えるために撮像頻度を単純に減らしてしまうと、監視に必要な情報が不足してしまう。

【0007】

以上のような実情から、本発明の一側面に係る目的は、生体試料が受けるダメージを抑制しながら生体試料の培養プロセスを適切に監視する技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に一態様に係る培養監視システムは、インキュベータ内に配置された撮像装置であって、培養容器に収容された生体試料を撮像する前記撮像装置と、前記撮像装置を制御する制御装置と、を備える。前記撮像装置は、前記制御装置からの指示に基づいて、前記生体試料内の複数の断片的な領域からなる第１の領域を撮像する第１のシーケンスを、第１のインターバルで繰り返し実行し、前記制御装置からの指示に基づいて、前記第１の領域を包含する第２の領域であって、前記第１の領域よりも広い前記第２の領域を撮像する第２のシーケンスを、前記第１のインターバルよりも長い第２のインターバルで繰り返し実行する。

【0009】

本発明に一態様に係る培養監視方法は、培養容器に収容された生体試料の培養監視方法であって、インキュベータ内に配置された撮像装置が、前記生体試料内の複数の断片的な領域からなる第１の領域を撮像する第１のシーケンスを、第１のインターバルで繰り返し実行することと、前記撮像装置が、前記第１の領域を包含する第２の領域であって、前記第１の領域よりも広い前記第２の領域を撮像する第２のシーケンスを、前記第１のインターバルよりも長い第２のインターバルで繰り返し実行することと、を含む。

【0010】

本発明に一態様に係るプログラムは、インキュベータ内に配置された撮像装置を制御する制御装置に、前記撮像装置へ、培養容器に収容された生体試料内の複数の断片的な領域からなる第１の領域を撮像する第１のシーケンスを、第１のインターバルで繰り返し実行させるための指示を送信し、前記撮像装置へ、前記第１の領域を包含する第２の領域であって、前記第１の領域よりも広い前記第２の領域を撮像する第２のシーケンスを、前記第１のインターバルよりも長い第２のインターバルで繰り返し実行させるための指示を送信する処理を実行させる。

【発明の効果】

【0011】

上記の態様によれば、生体試料が受けるダメージを抑制しながら生体試料の培養プロセスを適切に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】システム１の構成を例示した図である。

【図2】撮像装置１０と制御装置３０の間のやり取りについて説明するための図である。

【図3】撮像装置１０の構成を例示した図である。

【図4】撮像装置１０による撮像方法について説明するための図である。

【図5】容器ホルダ１８について説明するための図である。

【図6】制御装置３０の構成を例示した図である。

【図7】断片撮像シーケンスと広域撮像シーケンスのスケジュールの一例を示す図である。

【図8】第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２の一例を示す図である。

【図9】第１の実施形態に係る培養監視方法を示すフローチャートである。

【図10】監視条件設定画面の一例である。

【図11】制御装置３０に記憶されているテーブルの構造の一例である。

【図12】解析結果表示画面の一例である。

【図13】貼り合わせ画像表示画面の一例である。

【図14】撮像装置１０と制御装置３０とクライアント端末の間のやり取りについて説明するための図である。

【図15】断片撮像シーケンスと広域撮像シーケンスのスケジュールの別の例を示す図である。

【図16】第２の実施形態に係る培養監視方法を示すフローチャートである。

【図17】第３の実施形態に係る培養監視方法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】

【0013】

［第１の実施形態］
図１は、システム１の構成を例示した図である。図２は、撮像装置１０と制御装置３０の間のやり取りについて説明するための図である。以下、図１及び図２を参照しながら、システム１について説明する。

【0014】

図１に示すシステム１は、インキュベータ２０内で培養されている生体試料を監視する培養監視システムの一例である。システム１は、培養容器Ｃに収容された生体試料を撮像する撮像装置１０と、撮像装置１０を制御する制御装置３０を備えている。システム１では、図２に示すように、制御装置３０が、撮像装置１０へ撮像指示を送信し、撮像装置１０が取得した画像を受信する。そして、制御装置３０が、撮像装置１０で取得した生体試料Ｓの画像に基づいて、生体試料Ｓの培養プロセスを監視する。なお、制御装置３０は、さらに、クライアント端末（クライアント端末４０、クライアント端末５０）と通信してもよい。

【0015】

図１には、撮像装置１０と制御装置３０が有線で接続されている例が示されている。しかしながら、撮像装置１０と制御装置３０は、データをやり取りできればよい。従って、撮像装置１０と制御装置３０は、有線に限らず、無線で接続されてもよい。

【0016】

インキュベータ２０から取り出すことなく生体試料の培養プロセスを監視するために、撮像装置１０は、インキュベータ２０内に配置された状態で使用される。より詳細には、図１に示すように、撮像装置１０は、培養容器Ｃが天板１１に載置された状態で、インキュベータ２０内に配置される。

【0017】

図１及び図２には、培養容器Ｃがフラスコである例が示されている。しかしながら、培養容器Ｃは、フラスコに限らない。培養容器Ｃは、他の培養容器であってもよく、例えば、シャーレ（ペトリデッシュ）、マイクロウェルプレート（マイクロプレート）などであってもよい。

【0018】

図３は、撮像装置１０の構成を例示した図である。図４は、撮像装置１０による撮像方法について説明するための図である。図５は、容器ホルダ１８について説明するための図である。以下、図３から図５を参照しながら、撮像装置１０について説明する。

【0019】

撮像装置１０は、図３に示すように、培養容器Ｃが載置される透明な天板１１と、天板１１を支持する本体１２を備えている。撮像装置１０は、さらに、天板１１の下方であって本体１２内部に、ステージ１３と、ステージ１３を動かす駆動機構１６を備えている。ステージ１３には、図３及び図４に示すように、２つの光源１４と、撮像素子１５と、光学系１７などが設けられている。

【0020】

撮像素子１５は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサなどである。２つの光源１４は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などであり、ステージ１３の下方から培養容器Ｃを照明する。２つの光源１４は、図３及び図４に示すように、撮像素子１５を挟んで向かい合わせに置かれてもよい。撮像装置１０では、光源１４から出射した光は、培養容器Ｃ内で培養液ＣＬに浸されている生体試料Ｓを透過し、培養容器Ｃの上面で反射する。光学系１７は、培養容器Ｃの上面で反射した光を用いて撮像素子１５上に生体試料Ｓの光学像を形成する。

【0021】

駆動機構１６は、例えば、モータなどの駆動源を含み、光学系１７の光軸と直交する方向（ＸＹ方向）にステージ１３を動かす。駆動機構１６がステージ１３をＸＹ方向に動かすことで、撮像装置１０は、異なる領域を撮像することができる。駆動機構１６は、さらに、光学系１７の光軸方向（Ｚ方向）にステージ１３を動かしてもよい。撮像装置１０は、駆動機構１６を用いてステージ１３をＺ方向に動かすことで、フォーカス位置を調整してもよい。また、撮像装置１０は、光学系１７に含まれるレンズの少なくとも１つを光軸方向に移動することでフォーカス位置を調整してもよい。

【0022】

撮像装置１０は、さらに、容器ホルダ１８を備えてもよい。容器ホルダ１８は、図５に示すように、天板１１に固定されて、培養容器Ｃを基準位置に位置決めするために用いられてもよい。なお、容器ホルダ１８は、培養容器Ｃによらず使用されてもよく、培養容器Ｃに応じて交換されてもよい。

【0023】

撮像装置１０は、制御装置３０からの指示に基づいて培養容器Ｃに収容された生体試料Ｓを撮像することで、生体試料Ｓの画像を取得する。そして、撮像装置１０は、取得した画像を制御装置３０へ送信する。

【0024】

図６は、制御装置３０の構成を例示した図である。以下、図６を参照しながら、制御装置３０について説明する。

【0025】

制御装置３０は、システム１を制御するコンピュータである。制御装置３０は、図６に示すように、プロセッサ３１と、メモリ３２と、補助記憶装置３３と、入力装置３４と、出力装置３５と、可搬記録媒体３９を駆動する可搬記録媒体駆動装置３６と、通信モジュール３７と、バス３８を備えている。補助記憶装置３３、及び、可搬記録媒体３９は、それぞれプログラムを記録した非一過性のコンピュータ読取可能記録媒体の一例である。

【0026】

プロセッサ３１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などを含む任意の処理回路である。プロセッサ３１は、補助記憶装置３３又は可搬記録媒体３９に格納されているプログラムをメモリ３２に展開して、その後、実行することでプログラムされた処理を行う。

【0027】

メモリ３２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの任意の半導体メモリである。メモリ３２は、プログラムの実行の際に、補助記憶装置３３又は可搬記録媒体３９に格納されているプログラムまたはデータを記憶するワークメモリとして機能する。補助記憶装置３３は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリである。補助記憶装置３３は、主に各種データ及びプログラムの格納に用いられる。

【0028】

可搬記録媒体駆動装置３６は、光ディスク、コンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記録媒体３９を収容する。可搬記録媒体駆動装置３６は、メモリ３２又は補助記憶装置３３に記憶されているデータを可搬記録媒体３９に出力することができ、また、可搬記録媒体３９からプログラム及びデータ等を読み出すことができる。可搬記録媒体３９は、持ち運びが可能な任意の記録媒体である。可搬記録媒体３９には、例えば、ＳＤカード、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）フラッシュメモリ、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)などが含まれる。

【0029】

入力装置３４は、キーボード、マウスなどである。出力装置３５は、表示装置、プリンタなどである。通信モジュール３７は、例えば、外部ポートを経由して接続した撮像装置１０と通信する有線通信モジュールである。通信モジュール３７は、無線通信モジュールであってもよい。無線通信の規格は特に限定しないが、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（以降、ＢＬＥと記す。）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）などであってもよい。バス３８は、プロセッサ３１、メモリ３２、補助記憶装置３３等を、相互にデータの授受可能に接続する。

【0030】

図６に示す構成は、制御装置３０のハードウェア構成の一例である。制御装置３０はこの構成に限定されるものではない。制御装置３０は、汎用装置であっても専用装置であってもよい。制御装置３０は、例えば、専用設計の電気回路、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などを備えてもよい。また、制御装置３０は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を用いて構成されてもよい。

【0031】

制御装置３０は、予め決定したスケジュールに従って撮像装置１０へ撮像指示を送信し、撮像装置１０が取得した生体試料Ｓの画像を受信する。そして、制御装置３０は、撮像装置１０で取得した生体試料Ｓの画像に基づいて、生体試料Ｓの培養プロセスを監視する。

【0032】

一般に、生体試料の培養プロセスを監視する場合、具体的な監視対象は、２つに大別できる。そのうちの一方は、最新の情報だけではなく、時間の経過に伴ってどのように情報に変化が生じたのか、即ち、推移(history)も併せて監視すべきものである。他方は、最新の情報のみを監視すれば足りるものである。

【0033】

推移(history)を監視すべきものの具体例としては、総細胞数、細胞密度、細胞の分化率、生細胞数、死細胞数に代表される、生体試料Ｓの生育状態が挙げられる。生体試料Ｓの生育状態を監視するためには、必ずしも生体試料Ｓの全体を観察する必要はない。総細胞数、細胞密度、細胞の分化率、生細胞数、死細胞数などの数値は、限られた領域の画像に基づいて算出した値を用いて推定することが可能である。ただし、生育状態の推移を正しく把握するためには、比較的短いインターバルで画像を取得して、生体試料Ｓの生育状態を代表する数値を推定することが望ましい。

【0034】

最新の情報のみを監視すれば足りるものの具体例としては、局所的に生じた細胞の死滅などに代表される、生体試料Ｓそのものの異常が挙げられる。また、ゴミなど培養対象以外の細胞の混入（コンタミネーション）に代表される、培養容器Ｃ内の培養環境の異常も挙げられる。これらの異常を見落とすことなく検出するためには、生体試料Ｓのできる限り広い範囲を、望ましくは生体試料Ｓの全体を撮像することが望ましい。ただし、異常検出の精度は、画像取得のインターバルに直接的には依存しない。このため、画像取得のインターバルは、異常発生から検出までの許容できるタイムラグの範囲内であればよく、比較的長いインターバルで画像を取得しても実害は生じない。

【0035】

以上の点を踏まえ、システム１では、制御装置３０が撮像装置１０を制御することで、撮像装置１０が、撮像対象とする領域が異なる断片撮像シーケンスと広域撮像シーケンスを、異なるインターバル（時間間隔）で実行する。より具体的には、撮像装置１０が、図７に示すように、制御装置３０からの指示に基づいて、システム１の第１の撮像シーケンスである断片撮像シーケンスを第１のインターバル（例えば６時間間隔）で繰り返し実行し、制御装置３０からの指示に基づいて、システム１の第２の撮像シーケンスである広域シーケンスを第１のインターバルよりも長い第２のインターバル（例えば２４時間間隔）で繰り返し実行する。

【0036】

なお、断片撮像シーケンスは、第１の領域Ｒ１を撮像するシーケンスである。第１の領域Ｒ１は、図８に示すように、生体試料Ｓ内の複数の断片的な領域Ｒｆからなる領域である。これに対して、広域撮像シーケンスは、第１の領域Ｒ１よりも広い第２の領域Ｒ２を撮像するシーケンスである。第２の領域Ｒ２は、図８に示すように、第１の領域Ｒ１を包含する領域である。

【0037】

システム１によれば、生体試料Ｓへのダメージを抑制しながら培養プロセスを適切に監視することができる。より詳細には、断片撮像シーケンスが比較的短いインターバルで繰り返し実行される。断片撮像シーケンスでは、撮像対象とする領域が限定されている。このため、生体試料Ｓへのダメージを抑制しながら、断片撮像シーケンスで取得した画像に基づいて生体試料Ｓの生育状態を数値化することが可能である。その結果として、生体試料Ｓの生育状態及びその推移を監視することができる。また、システム１では、広域撮像シーケンスが断片撮像シーケンスに比べて長いインターバルで繰り返し実行される。断片撮像シーケンスでは、撮像頻度が抑えられている。このため、生体試料Ｓへのダメージを抑制しながら、広域撮像シーケンスで取得した画像に基づいて生体試料Ｓの異常又は培養環境の異常を検出することが可能である。その結果として、異常発生を監視することができる。従って、システム１によれば、生体試料Ｓへのダメージの抑制と培養プロセスの適切な監視とを、高いレベルで両立することができる。

【0038】

図９は、本実施形態に係る培養監視方法を示すフローチャートである。図１０は、監視条件設定画面の一例である。図１１は、制御装置３０に記憶されているテーブルの構造の一例である。図１２は、解析結果表示画面の一例である。図１３は、貼り合わせ画像表示画面の一例である。以下、図９から図１３を参照しながら、システム１が行う培養監視方法について具体的に説明する。なお、図９に示す培養監視方法は、例えば、制御装置３０が所定のプログラムを実行することによって開始される。

【0039】

システム１は、まず、監視条件を取得する（ステップＳ１）。監視条件は、監視開始時刻、断片撮像シーケンスのインターバル、広域撮像シーケンスのインターバル、培養容器の種類などを含んでいる。ステップＳ１では、制御装置３０は、表示装置に図１０に示す画面１００を表示する。そして、制御装置３０は、利用者が画面１００に入力した情報に基づいて、監視条件を取得する。

【0040】

図１０に示す例では、制御装置３０は、ボタン１０５が押下されると、テキストボックス１０１、テキストボックス１０２、テキストボックス１０３、ドロップダウンリスト１０４に入力された情報に基づいて、監視開始時刻、断片撮像シーケンスのインターバル、広域撮像シーケンスのインターバル、培養容器の種類を取得する。なお、ドロップダウンリスト１０４には、予め登録されている培養容器の種類をリストがされている。

【0041】

監視条件を取得すると、システム１は、撮像対象とする領域を決定する（ステップＳ２）。ここで、撮像対象とする領域とは、断片撮像シーケンスにおいて撮像対象とする領域である第１の領域Ｒ１と、広域撮像シーケンスにおいて撮像対象とする領域である第２の領域Ｒ２である。ステップＳ２では、制御装置３０は、ステップＳ１で取得した情報に基づいて、培養容器の種類を特定し、特定した培養容器の種類に応じて、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２を決定する。

【0042】

例えば、補助記憶装置３３には、培養容器の種類と、第１の領域Ｒ１の情報と、第２の領域Ｒ２の情報と、が関連付けられて、予め記憶されている。特に限定しないが、図１１に示すように、補助記憶装置３３には、培養容器の種類と第１の領域Ｒ１の情報が関連付けられたテーブルＴ１と、培養容器の種類と第２の領域Ｒ２の情報が関連付けられたテーブルＴ２とが設けられてもよい。第１の領域Ｒ１の情報、第２の領域Ｒ２の情報は、それぞれ撮像位置の座標情報の集合である。その場合、制御装置３０は、テーブルＴ１から培養容器の種類を用いて第１の領域Ｒ１の情報を検索することで、第１の領域Ｒ１を決定してもよい。また、制御装置３０は、テーブルＴ２から培養容器の種類を用いて第２の領域Ｒ２の情報を検索することで、第２の領域Ｒ２を決定してもよい。

【0043】

さらに、システム１は、シーケンス開始時刻を決定する（ステップＳ３）。ここで、シーケンス開始時刻とは、各断片撮像シーケンスの開始時刻と、各広域撮像シーケンスの開始時刻と、を含んでいる。ステップＳ３では、制御装置３０は、ステップＳ１で取得した監視開始時刻と断片撮像シーケンスのインターバルに基づいて、断片撮像シーケンスの開始時刻を決定する。この例では、断片撮像シーケンスの開始時刻は、毎日０時（２４時）、６時、１２時、１８時である。また、制御装置３０は、ステップＳ１で取得した監視開始時刻と断片撮像シーケンスのインターバルに基づいて、広域撮像シーケンスの開始時刻を決定する。この例では、広域撮像シーケンスの開始時刻は、毎日９時である。広域撮像シーケンスの開始時刻は、広域撮像シーケンスの実行期間と断片撮像シーケンスの実行期間が重ならないように、断片撮像シーケンスの開始時刻の合間に決定される。

【0044】

撮像対象とする領域とシーケンス開始時刻が決定されると、システム１は、シーケンス開始時刻に達したか否かを監視する（ステップＳ４）。そして、システム１は、シーケンス開始時刻に達すると、断片撮像シーケンス開始時刻か広域撮像シーケンス開始時刻かを判定する（ステップＳ５）。

【0045】

ステップＳ５において断片撮像シーケンス開始時刻であると判定されると（ステップＳ５ＹＥＳ）、システム１は、断片撮像シーケンスを実行する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、制御装置３０は、断片シーケンスの実行期間中に、複数の断片的な領域Ｒｆの各々を撮影する複数の指示を、撮像装置１０に順番に送信する。そして、撮像装置１０は、断片撮像シーケンスを実行する。具体的には、撮像装置１０は、断片撮像シーケンスの実行期間中に、制御装置３０からの複数の指示に基づいて、複数の断片的な領域Ｒｆの各々の第１の画像を取得し、取得した第１の画像を制御装置３０へ送信する。

【0046】

断片撮像シーケンスが実行されると、システム１は、生体試料Ｓの生育状態を数値化する（ステップＳ７）。ステップＳ７では、制御装置３０は、撮像装置１０で取得した複数の第１の画像に基づいて、生体試料Ｓの生育状態を数値化する。具体的には、制御装置３０は、撮像装置１０で取得した複数の第１の画像に基づいて、総細胞数、細胞密度、細胞の分化率、生細胞数、死細胞数を算出する。例えば、生体試料Ｓの総細胞数は、複数の第１の画像に含まれる細胞の数の合計と、第１の領域Ｒ１の面積と培養容器内の面積との比率とを用いて推定されてもよい。細胞密度は、複数の第１の画像の各々から算出された複数の細胞密度を平均化することで推定されてもよい。細胞の分化率は、複数の第１の画像の各々から算出された複数の分化率を平均化することで推定されてもよい。生細胞数（又は、死細胞数）は、複数の第１の画像に含まれる生細胞数（又は、死細胞数）の数の合計と、第１の領域Ｒ１の面積と培養容器内の面積との比率とを用いて推定されてもよい。

【0047】

生育状態が数値化されると、システム１は、生育状態の推移を表示する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、制御装置３０は、ステップＳ７で数値化された生育状態の推移を示す画像を表示装置へ出力する。図１２に示す画面２００は、表示装置に表示された、生育状態の推移を示す画像を含む画面の一例である。画面２００には、領域２２０に細胞密度の推移を示すグラフＧ１が含まれていて、領域２３０に細胞数の推移を示すグラフＧ２が含まれている。グラフＧ１とグラフＧ２を確認することで、利用者は、生体試料Ｓの生育状態を確認することができる。また、領域２１０には、培養容器Ｃ内における断片領域Ｒｆの位置を示す画像Ｍ１が含まれている。画像Ｍ１を確認することで、利用者は、断片撮像シーケンスにおける撮像領域を直感的に認識することができる。

【0048】

ステップＳ５において広域撮像シーケンス開始時刻であると判定されると（ステップＳ５ＮＯ）、システム１は、広域撮像シーケンスを実行する（ステップＳ９）。ステップＳ９では、制御装置３０は、広域シーケンスの実行期間中に、第２の領域Ｒ２を構成する複数の領域の各々を撮影する複数の指示を、撮像装置１０に順番に送信する。そして、撮像装置１０は、広域撮像シーケンスを実行する。具体的には、撮像装置１０は、広域撮像シーケンスの実行期間中に、制御装置３０からの複数の指示に基づいて、第２の領域Ｒ２を構成する複数の領域の各々の第２の画像を取得し、取得した第２の画像を制御装置３０へ送信する。

【0049】

広域撮像シーケンスが実行されると、システム１は、貼り合わせ画像を生成し（ステップＳ１０）、貼り合わせ画像を表示する（ステップＳ１１）。ステップＳ１０では、制御装置３０は、撮像装置１０で取得した複数の第２の画像を貼り合わせることによって、第２の領域の画像である貼り合わせ画像を生成する。なお、複数の第２の画像は、複数の第２の画像の各々を取得したときのステージ１３の座標情報を用いて貼り合わせてもよく、画像に対するマッチング処理を用いて貼り合わせてもよい。ステップＳ１１では、制御装置は、貼り合わせ画像を表示装置へ出力する。図１３に示す画面３００は、表示装置に表示された、貼り合わせ画像を含む画面の一例である。画面３００には、領域３３０に貼り合わせ画像ＩＭが含まれている。なお、貼り合わせ画像ＩＭは、ステップＳ１０で生成した貼り合わせ画像の少なくとも一部である。貼り合わせ画像ＩＭを確認することで、利用者は、生体試料Ｓの異常が生じている場合には、その異常を検出することができる。また、生体試料Ｓの培養環境に異常が生じている場合にも、その異常を検出することができる。さらに、領域３１０には、培養容器Ｃ内における、貼り合わせ画像ＩＭに対応する領域（以降、表示領域Ｒｖと記す）の位置を示す画像Ｍ２が含まれている。画像Ｍ２を確認することで、利用者は、観察範囲を直感的に認識することができる。なお、領域３２０のドロップダウンリスト３２１で撮像日時を指定することで、領域３３０に過去の画像を表示することもできる。

【0050】

ステップＳ８又はステップＳ１１の表示処理が終了すると、システム１は、監視を終了するか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、監視を終了するまで、システム１は、ステップＳ４以降の処理を繰り返す。

【0051】

以上のように、システム１が図９に示す培養監視方法を行うことで、生体試料Ｓが受けるダメージを抑制しながら生体試料Ｓの培養プロセスを適切に監視することができる。具体的には、システム１では、コンタミネーションなどの異常の検出を目的とする撮像シーケンスを、生育状態などの分析を目的とする撮像シーケンスから分離することで、撮像に起因する生体試料の負担を軽減しながら、詳細な分析を行うことを可能としている。

【0052】

また、システム１では、生体試料Ｓの生育状態を数値化してその推移を表示することで、生育状態を客観的に評価することができる。さらに、生育状態の推移を、グラフ等を用いてグラフィカルに表示することで、生育状態の推移をより直感的に把握することができる。

【0053】

また、システム１では、広域撮像シーケンスで撮像対象とした第２の領域の画像を表示装置に表示する。これにより、利用者は、生体試料Ｓ又は培養環境の異常を確認することができる。さらに、広域撮像シーケンスで取得した画像を貼り合わせることで、高解像度を有する第２の領域の画像を得ることができる。このため、低解像度の画像では発見しにくい小さな異常も視認することが可能であり、早期に異常を発見することができる。

【0054】

また、システム１では、撮像装置１０は、制御装置３０からの指示に従って生体試料Ｓを撮像する。このため、撮像装置１０は、撮像スケジュール及び撮像位置を管理する必要がない。このため、撮像装置１０に複雑な機能を組み込み必要がなく、撮像装置１０での発熱等も抑制することが可能となる。

【0055】

なお、図９では、撮像シーケンスに続いて表示処理が行われる例を示したが、表示処理は、撮像シーケンスと連動しなくてもよい。表示処理は、スケジュールされている撮像シーケンスとは無関係に行われてもよく、例えば、利用者からの要求に応じて行われてもよい。また、培養監視処理及び表示処理は、システム１外のクライアント端末からの要求に応じて行われてよい。図１４に示すように、例えば、クライアント端末からの要求（ＩＮＰＵＴ１）に応じて、システム１がスケジュールされた撮像シーケンスを含む培養監視処理を行い、クライアント端末からの別の要求（ＩＮＰＵＴ２）に応じて、システム１が表示データをクライアント端末に送信してもよい。

【0056】

また、本実施形態では、断片撮像シーケンスの実行期間と広域撮像シーケンスの実行期間が重ならないように予めスケジュールする例を示したが、必ずしも実行期間が重ならないように予め注意を払って設定しなくてもよい。例えば、制御装置３０は、どちらか一方の撮像シーケンスを実行中に、他方の撮像シーケンスの開始時刻になった場合には、断片撮像シーケンスを優先してもよい。具体的には、制御装置３０は、広域撮像シーケンスの実行中に断片撮像シーケンスの開始時刻になった場合には、広域撮像シーケンスを中断し、断片撮像シーケンスを実行してもよい。そして、制御装置３０は、断片撮像シーケンスが終了した後に、中断された広域撮像シーケンスを、中断された撮像位置から再開してもよい。また、断片撮像シーケンスの実行中に広域撮像シーケンスの開始時刻になった場合には、制御装置３０は、断片撮像シーケンスを継続し、断片撮像シーケンスが終了してから広域撮像シーケンスを開始してもよい。このように広域撮像シーケンスは分割して実行されてもよく、その場合であっても、生体試料の育成状態の推移を正確に監視する為の断片撮像シーケンスのインターバルが一定に維持されるため、生体試料の育成状態の推移を正確に監視しながら、生体試料の異常を把握することができる。

【0057】

また、本実施形態では、断片撮像シーケンスの実行期間と広域撮像シーケンスの実行期間が重ならないように予めスケジュールする例を示したが、断片撮像シーケンスのインターバルが短い場合や、広域撮像シーケンスの実行に長い時間がかかる場合には、実行期間が重ならないように設定することができないことがある。そのような場合にも、制御装置３０は、断片撮像シーケンスのインターバル中に開始した広域撮像シーケンスの実行中に断片撮像シーケンスの開始時刻になった場合には、広域撮像シーケンスを中断し、断片撮像シーケンスを実行してもよい。そして、制御装置３０は、断片撮像シーケンスが終了した後に、中断された広域撮像シーケンスを、中断された撮像位置から再開してもよい。なお、広域撮像シーケンスは、２つ以上の断片撮像シーケンスを跨って行われてもよい。このように広域撮像シーケンスは分割して実行されてもよく、その場合であっても、断片撮像シーケンスのインターバルが一定に維持されるため、生体試料の育成状態の推移を正確に監視しながら、生体試料の異常を把握することができる。

【0058】

［第２の実施形態］
図１５は、断片撮像シーケンスと広域撮像シーケンスのスケジュールの一例を示す図である。本実施形態に係るシステムは、撮像装置１０と制御装置３０を備える点は、システム１と同様である。また、本実施形態に係るシステムは、撮像装置１０が、制御装置３０からの指示に基づいて、断片撮像シーケンスを第１のインターバル（例えば６時間間隔）で繰り返し実行し、制御装置３０からの指示に基づいて、広域シーケンスを第１のインターバルよりも長い第２のインターバル（例えば２４時間間隔）で繰り返し実行する点も、システム１と同様である。

【0059】

ただし、断片撮像シーケンスの実行期間と広域撮像シーケンスの実行期間がスケジュール上で重複する場合には、その重複する期間中（１２時開始）に、広域撮像シーケンスのみを実行し、断片撮像シーケンスを実行しない点が、システム１とは異なっている。即ち、図１５に示すように、断片撮像シーケンスは０時、６時、１８時に実行され、広域シーケンスは１２時に実行される。

【0060】

図１６は、本実施形態に係る培養監視方法を示すフローチャートである。以下、図１６を参照しながら、本実施形態に係るシステムが行う培養監視方法について具体的に説明する。なお、図１６に示す培養監視方法は、例えば、制御装置３０が所定のプログラムを実行することによって開始される。

【0061】

システムは、まず、監視条件を取得し（ステップＳ３１）、撮像対象とする領域とシーケンス開始時刻を決定する（ステップＳ３２、ステップＳ３３）。これらの処理は、図９に示すステップＳ１からステップＳ３の処理と同様である。

【0062】

撮像対象とする領域とシーケンス開始時刻が決定されると、システムは、シーケンス開始時刻に達したか否かを監視する（ステップＳ３４）。この処理は、図９に示すステップＳ４の処理と同様である。その後、シーケンス開始時刻に達すると、システムは、断片撮像シーケンス開始時刻であり且つ広域撮像シーケンス開始時刻であるかを判定する（ステップＳ３５）。つまり、断片撮像シーケンスの実行期間と広域撮像シーケンスの実行期間がスケジュール上重複している時刻か否かを判定する。

【0063】

ステップＳ３５において断片撮像シーケンス開始時刻であり且つ広域撮像シーケンス開始時刻であると判定されると（ステップＳ３５ＹＥＳ）、システムは、広域撮像シーケンスを実行する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６の処理は、図９に示すステップＳ９の処理と同様である。

【0064】

その後、システムは、生体試料Ｓの生育状態を数値化する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７では、制御装置３０は、広域撮像シーケンスにおいて取得した複数の第２の画像の一部に基づいて、生体試料Ｓの生育状態を数値化する。即ち、本実施形態に係るシステムでは、複数の第２の画像の一部が複数の第１の画像を兼ねている。

【0065】

さらに、システムは、貼り合わせ画像を生成し（ステップＳ３８）、生育状態の推移と貼り合わせ画像を表示する（ステップＳ３９）。ステップＳ３９では、制御装置３０は、ステップＳ３７の処理結果とステップＳ３８の処理結果を用いて、表示データを生成する。

【0066】

ステップＳ３５において断片撮像シーケンス開始時刻でない、又は、広域撮像シーケンス開始時刻でない、と判定されると（ステップＳ３５ＮＯ）、システムは、ステップＳ４０からステップＳ４６の処理を行う。これらの処理は、図９に示すステップＳ５からステップＳ１１の処理と同様である。

【0067】

ステップＳ３９、ステップＳ４３又はステップＳ４６の表示処理が終了すると、システムは、監視を終了するか否かを判定する（ステップＳ４７）。そして、監視を終了するまで、システム１は、ステップＳ３４以降の処理を繰り返す。

【0068】

システムが図１６に示す培養監視方法を行うことによっても、図９に示す培養監視方法が行われる場合と同様に、生体試料Ｓが受けるダメージを抑制しながら生体試料Ｓの培養プロセスを適切に監視することができる。また、断片撮像シーケンスと広域撮像シーケンスを重複して行うことを回避することができるため、不必要な撮像によって生体試料Ｓがダメージ受けることを防止することができる。

【0069】

なお、断片撮像シーケンスのインターバルが広域撮像シーケンスのインターバルの約数であれば、全ての広域撮像シーケンスの実行期間は、断片撮像シーケンスの実行期間と重なることになる。全ての広域撮像シーケンスの実行期間が断片撮像シーケンスの実行期間と重なったスケジュールが設定されている場合であれば、制御装置３０は、図１６のステップＳ３５及びステップＳ４０の代わりに、広域撮像シーケンスの開始時刻か否かを判定してもよい。そして、その場合、広域撮像シーケンスの開始時刻であると判定されると、ステップＳ３６からステップＳ３９の処理を行い、広域撮像シーケンスの開始時刻でないと判定されると、ステップＳ４１からステップＳ４３の処理を行ってもよい。

【0070】

［第３の実施形態］
図１７は、本実施形態に係る培養監視方法を示すフローチャートである。なお、本実施形態に係るシステムは、撮像装置１０と制御装置３０を備える点は、第１の実施形態に係るシステム１及び第１の実施形態に係るシステムと同様である。

【0071】

図１７に示す培養監視方法は、広域撮像シーケンス後に行う処理が異なる点を除き、図９に示す培養監視方法と同様である。具体的には、図１７のステップＳ５１からステップＳ５９及びステップＳ６１の処理は、図９のステップＳ１からステップＳ９及びステップＳ１２の処理と同様である。

【0072】

本実施形態に係るシステムは、広域撮像シーケンスが実行されると（ステップＳ５９）、その後、異常を検出したか否かを判定する（ステップＳ６０）。より具体的には、ステップＳ６０では、制御装置３０が、広域シーケンスで取得した画像に基づいて、生体試料Ｓの異常、又は、培養容器内の培養環境の異常を検出する。なお、異常は、複数の第２の画像に基づいて生成した貼り合わせ画像を用いて検出してもよく、複数の第２の画像から直接検出してもよい。そして、異常が検出されると（ステップＳ６０ＹＥＳ）、システムは、培養監視を終了する。

【0073】

システムが図１７に示す培養監視方法を行うことによっても、図９及び図１６に示す培養監視方法が行われる場合と同様に、生体試料Ｓが受けるダメージを抑制しながら生体試料Ｓの培養プロセスを適切に監視することができる。また、異常検出が自動化されるため、培養監視開始後に行う利用者による確認作業を省略することができる。

【0074】

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。上述した実施形態の一部を他の実施形態に適用しても良い。培養監視システム、培養監視方法、及び、プログラムは、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

【0075】

上述した実施形態では、撮像装置１０の動作制御と撮像装置１０で取得した画像の解析処理とを制御装置３０で行う例を示したが、撮像装置１０の動作制御と画像の解析処理は、別の装置で行われてもよい。

【0076】

また、上述した実施形態では、培養容器に応じて撮像対象とする領域を決定する例を示したが、撮像対象とする領域は、利用者が手動で設定してもよい。また、第１の領域が複数の断片的な領域からなることで、培養容器Ｃ内で生体試料Ｓが偏在している場合であっても、細胞数などの統計値を高い精度で算出することができる。従って、複数の断片的な領域は、培養容器Ｃ内で均等に分布していることが望ましい。また、第２の領域が培養容器Ｃよりも広い連続的な領域である例を示したが、これに限らない。第２の領域は、連続した領域でなくてもよい。また、第２の領域は、第１の領域よりも広ければよく、培養容器Ｃよりも狭くてもよい。

【0077】

また、上述した実施形態では、断片撮像シーケンスのインターバルと広域撮像シーケンスのインターバルの両方を利用者が指定する例を示したが、断片撮像シーケンスのインターバルと広域撮像シーケンスのインターバルの一方に基づいて他方のインターバルが自動的に設定されてもよい。また、広域撮像シーケンスのインターバルは、予め決められた固定のインターバル（例えば、２４時間）であってもよい。また、断片撮像シーケンスと広域撮像シーケンスのインターバルが一定である例を示したが、断片撮像シーケンスと広域撮像シーケンスは、必ずしも周期的に行われる必要はない。広域撮像シーケンスのインターバルが断片撮像シーケンスとのインターバルよりも長ければよく、それぞれのインターバルは、繰り返し毎に変更されてもよい。

【符号の説明】

【0078】

１ システム
１０ 撮像装置
１１ 天板
１２ 本体
１３ ステージ
１４ 光源
１５ 撮像素子
１６ 駆動機構
１７ 光学系
１８ 容器ホルダ
２０ インキュベータ
３０ 制御装置
３１ プロセッサ
３２ メモリ
３３ 補助記憶装置
３４ 入力装置
３５ 出力装置
３６ 可搬記録媒体駆動装置
３７ 通信モジュール
３８ バス
３９ 可搬記録媒体
４０、５０ クライアント端末
１００、２００、３００ 画面
２１０、２２０、２３０、３１０、３２０、３３０ 領域
Ｃ 培養容器
ＣＬ 培養液
Ｇ１、Ｇ２ グラフ
ＩＭ 貼り合わせ画像
Ｍ１、Ｍ２ 画像
Ｒ１ 第１の領域
Ｒ２ 第２の領域
Ｒｆ 断片領域
Ｒｖ 表示領域
Ｓ 生体試料
Ｔ１、Ｔ２ テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】