7812832 イメージングシステム

(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】2026-02-02

(45)【発行日】2026-02-10

(54)【発明の名称】イメージングシステム

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20260203BHJP

   C12Q 1/02 20060101ALI20260203BHJP

   G02B 21/00 20060101ALI20260203BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 B

C12Q1/02

G02B21/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023502107

(86)(22)【出願日】2021-12-22

(86)【国際出願番号】 JP2021047726

(87)【国際公開番号】W WO2022181023

(87)【国際公開日】2022-09-01

【審査請求日】2024-09-09

(31)【優先権主張番号】P 2021031210

(32)【優先日】2021-02-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】306037311

【氏名又は名称】富士フイルム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 拓明

【審査官】▲高▼橋 明日香

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０９３７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５８９４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／２３５４７６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００－３／００

Ｃ１２Ｑ １／００－３／００

Ｇ０２Ｂ １９／００－２１／３６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源及び撮像センサを有し、培養容器内に播種された受精卵を撮像することにより干渉縞像を含む画像データを生成する撮像装置と、前記画像データを無線送信する通信部と、を備えたインキュベータと、
前記インキュベータから無線送信された前記画像データを受信し、受信した前記画像データに基づいて再構成処理を行うことにより、任意の焦点位置における再構成画像を生成する情報処理装置と、
を備えるイメージングシステムであって、
前記インキュベータは、前記培養容器を収容する培養室と、前記培養室を気密状態とするための蓋とを有し、
前記光源は、前記蓋に設けられており、
前記撮像センサは、前記培養容器が載置される前記培養室の底部に設けられている、
イメージングシステム。

【請求項2】

前記情報処理装置は、
前記撮像装置が前記画像データを生成するたびに前記再構成処理を行い、
前記再構成処理により生成した再構成画像をディスプレイに表示させる、
請求項１に記載のイメージングシステム。

【請求項3】

前記光源は、複数の発光点を有し、
前記撮像装置は、前記発光点を順に発光させながら複数回の撮像動作を行うことにより、複数の前記画像データを生成する、
請求項１又は請求項２に記載のイメージングシステム。

【請求項4】

前記情報処理装置は、
複数の前記画像データに基づいて高解像度の画像データを生成し、
生成した高解像度の画像データに基づいて前記再構成処理を行う、
請求項３に記載のイメージングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の技術は、撮像装置、情報処理装置、イメージングシステム、及び観察方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、不妊治療の需要が高まっている。体外受精の処置がなされた受精卵の培養には、受精卵用のインキュベータが用いられている。インキュベータで培養された受精卵（胚）は、胚移植又は凍結される。なお、胚とは、分裂状態にある受精卵を指す。

【0003】

従来、培養中の受精卵を観察するには、インキュベータから受精卵が入った培養ディッシュ（トレイともいう。）を取り出した後、顕微鏡で観察する必要があった。インキュベータから培養ディッシュを取り出すと、温度変化などにより受精卵にストレスが加わることが問題となっていた。

【0004】

そこで、特開２０１８－０９３７９５号公報において、培養ディッシュを取り出さずに培養中の受精卵を観察することを可能とするインキュベータが提案されている。特開２０１８－０９３７９５号公報に記載のインキュベータは、複数の培養ディッシュを培養環境に保持する培養部と、培養部に保持された培養ディッシュに対応して設けられた撮像部とを含む。特開２０１８－０９３７９５号公報に記載のように、受精卵を培養ディッシュで培養しながら、培養ディッシュを培養部から取り出さずに受精卵を観察することを可能とするインキュベータは、タイムラプスインキュベータと呼ばれている。

【0005】

また、特開２０１８－０９３７９５号公報に記載の撮像部は、レンズを有する光学カメラであるので、レンズを光軸に沿って移動させることにより焦点調節が行われている。人の卵子は、ほぼ球状であって、直径は１００～１５０μｍ程度である。卵子の受精を判断する際に手がかりとなる前核等の存在位置が卵子のいずれの位置に存在するかは分からない。このため、特開２０１８－０９３７９５号公報に記載の撮像部は、焦点位置が異なる画像を複数撮像している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特開２０１８－０９３７９５号公報に記載のようなタイムラプスインキュベータは、培養部に撮像部が組み込まれた一体型の装置であるため高価である。このようなタイムラプスインキュベータは、規模の小さいクリニック等では導入が難しいことが課題となっている。また、特開２０１８－０９３７９５号公報に記載のインキュベータでは、撮像部として光学カメラが用いられているため、焦点調整が難しいといった課題がある。

【0007】

本開示の技術は、受精卵用のインキュベータに用いることが可能であって、安価でかつ焦点調節が不要である撮像装置、情報処理装置、イメージングシステム、及び観察方法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】

【0008】

上記目的を達成するために、本開示の撮像装置は、光源及び撮像センサを備え、培養容器内に播種された受精卵を撮像することにより干渉縞像を含む画像データを生成する撮像装置であって、受精卵用のインキュベータに設けられた培養室に出し入れ可能である。

【0009】

高さを調整可能とする高さ調整機構を備えることが好ましい。

【0010】

光源を支持する支柱を備え、高さ調整機構は、支柱の長さを変更可能とすることが好ましい。

【0011】

高さが１０ｃｍ未満であることが好ましい。

【0012】

インキュベータには、培養室が複数設けられており、培養室の各々に出し入れ可能であることが好ましい。

【0013】

画像データを、無線送信する通信部を備えることが好ましい。

【0014】

本開示の情報処理装置は、上記撮像装置から送信された画像データを受信し、受信した画像データに基づいて再構成処理を行うことにより、任意の焦点位置における再構成画像を生成することを可能とする。

【0015】

情報処理装置は、培養室に収容された撮像装置から定期的に送信される画像データを受信し、画像データを受信するたびに再構成処理を行い、再構成処理により生成した再構成画像をディスプレイに表示させることが好ましい。

【0016】

光源は、複数の発光点を有し、撮像装置は、発光点を順に発光させながら複数回の撮像動作を行うことにより、複数の画像データを生成することが好ましい。

【0017】

複数の画像データに基づいて高解像度の画像データを生成し、生成した高解像度の画像データに基づいて再構成処理を行うことが好ましい。

【0018】

本開示のイメージングシステムは、光源及び撮像センサを有し、培養容器内に播種された受精卵を撮像することにより干渉縞像を含む画像データを生成する撮像装置を備えたインキュベータと、画像データに基づいて再構成処理を行うことにより、任意の焦点位置における再構成画像を生成する情報処理装置とを備える。

【0019】

情報処理装置は、撮像装置が画像データを生成するたびに再構成処理を行い、再構成処理により生成した再構成画像をディスプレイに表示させることが好ましい。

【0020】

インキュベータは、培養容器を収容する培養室と、培養室を気密状態とするための蓋とを有し、光源は、蓋に設けられていることが好ましい。

【0021】

撮像センサは、培養容器が載置される培養室の底部に設けられていることが好ましい。

【0022】

光源は、複数の発光点を有し、撮像装置は、発光点を順に発光させながら複数回の撮像動作を行うことにより、複数の画像データを生成することが好ましい。

【0023】

情報処理装置は、複数の画像データに基づいて高解像度の画像データを生成し、生成した高解像度の画像データに基づいて再構成処理を行うことが好ましい。

【0024】

本開示の観察方法は、培養容器内に播種された受精卵を撮像することにより干渉縞像を含む画像データを生成し、生成した画像データに基づいて再構成処理を行うことにより、任意の焦点位置における再構成画像を生成することにより、受精卵を観察する観察方法であって、受精卵の直径は、１００μｍ以上２００μｍ未満である。

【0025】

受精卵は、培養容器に滴下された培養液中に浮遊しており、培養液の高さは、１ｍｍ以上２０ｍｍ未満であることが好ましい。

【発明の効果】

【0026】

本開示の技術によれば、受精卵用のインキュベータに用いることが可能であって、安価でかつ焦点調節が不要である撮像装置及び情報処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】撮像装置の一例を示す斜視図である。

【図2】培養容器が載置された撮像装置の側面図である。

【図3】撮像センサの構成の一例を示す図である。

【図4】受精卵に照明光が入射することにより干渉縞像が生成される様子を示す図である。

【図5】タイムラプスイメージングシステムの構成の一例を示す模式図である。

【図6】撮像装置及び情報処理装置の内部構成の一例を示すブロック図である。

【図7】情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図8】再構成位置の一例を示す図である。

【図9】タイムラプスイメージングシステムの全体動作の一例を示すフローチャートである。

【図10】変形例に係る撮像装置の側面図である。

【図11】変形例に係る撮像装置の高さ調整を説明する図である。

【図12】変形例に係る光源の発光面の構成を示す模式図である。

【図13】変形例に係るタイムラプスイメージングシステムの構成を示す模式図である。

【図14】変形例に係るインキュベータの構成を示す模式図である。

【図15】受精卵の直径及び培養液の高さについて説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。

【0029】

図１は、撮像装置の一例を示す。撮像装置１０は、光源１１、撮像センサ１２、支柱１３、基台１４、及びステージ１５を有する。光源１１は、例えばレーザーダイオードである。撮像装置１０は、光学レンズを用いずに観察対象物を撮像する、いわゆるレンズフリーイメージングを行う。

【0030】

光源１１は、発光ダイオードとピンホールとを組み合わせて構成されたものであってもよい。光源１１は、放射状の照明光１６を、ステージ１５に向けて出射する。照明光１６は、コヒーレントな光である。照明光１６の波長は、６４０ｎｍ、７８０ｎｍ等である。

【0031】

光源１１は、ほぼＬ字状の支柱１３の一端に接続されている。支柱１３の他端は、基台１４に接続されている。基台１４は、平板状であって、ほぼ中央にステージ１５が設けられている。ステージ１５には、受精卵を培養するための培養容器２０が載置される凹状の載置部１５Ａが設けられている。支柱１３は、光源１１が撮像センサ１２の撮像面１２Ａに対向するように、光源１１を支持している。

【0032】

以下、光源１１と撮像面１２Ａとが対向する方向をＺ方向という。Ｚ方向は、照明光１６の照射方向でもある。また、Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向という。そして、Ｚ方向及びＸ方向に直交する方向をＹ方向という。撮像面１２Ａは、Ｚ方向に直交し、かつＸ方向及びＹ方向に平行である。

【0033】

撮像センサ１２は、例えば、モノクロのＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサにより構成されている。撮像センサ１２の撮像面１２Ａ上に培養容器２０が載置される。培養容器２０は、円筒状の浅い容器であり、培養ディッシュとも称される。培養容器２０は、図示しない蓋とともに用いられる。培養容器２０は、透明であり、照明光１６を透過させる。なお、培養容器２０の直径は、３０～６０ｍｍ程度である。培養容器２０の厚みは、１０～２０ｍｍ程度である。

【0034】

培養容器２０には、体外受精の処置がなされた受精卵２１が播種されている。体外受精の処置には、顕微鏡下で行なわれる顕微授精による処置と、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による処置とが含まれる。培養する受精卵２１の受精の手法は問わない。受精卵２１は、例えば、人の受精卵である。受精卵２１は、ほぼ球形であって、直径は１００～２００μｍ程度である。

【0035】

受精卵２１は、培養容器２０に滴下された培養液２２中に浮遊している。培養液２２は、培養容器２０に充填されたオイル２３で覆われている。オイル２３は、培養液２２の蒸発及びｐＨの変化を抑制する。なお、分裂状態にある受精卵２１は、胚とも称される。本開示における受精卵２１には、胚が含まれる。

【0036】

基台１４は、Ｘ方向及びＹ方向に平行な辺を有する平板状の部材である。基台１４のＸ方向への長さをＸｉとし、Ｙ方向への長さをＹｉとする。本実施形態では、長さＸｉは、撮像装置１０のＸ方向への最大の長さであり、長さＹｉは、撮像装置１０のＸ方向への最大の長さである。

【0037】

図２は、培養容器２０が載置された撮像装置１０の側面図である。図２に示すように、基台１４の底面から光源１１の上端までの長さをＺｉとする。本実施形態では、長さＺｉは、撮像装置１０のＺ方向への最大の長さである。以下、長さＺｉを、撮像装置１０の高さともいう。すなわち、撮像装置１０の大きさは、長さＸｉ、Ｙｉ、及びＺｉにより規定される。

【0038】

撮像センサ１２は、光源１１から出射され、培養容器２０を透過した照明光１６を検出する。具体的には、培養容器２０に、照明光１６が入射し、受精卵２１で照明光１６が回折されることにより、受精卵２１の形状及び内部構造が反映された干渉縞像が生じる。干渉縞像は、ホログラム画像とも称される。撮像センサ１２は、受精卵２１により生成される干渉縞像を撮像する。

【0039】

図３は、撮像センサ１２の構成の一例を示す。撮像センサ１２は、撮像面１２Ａに配置された複数の画素１２Ｂを有する。画素１２Ｂは、入射光を光電変換することにより、入射光量に応じた画素信号を出力する光電変換素子である。

【0040】

画素１２Ｂは、Ｘ方向及びＹ方向に沿って等ピッチで配列されている。画素１２Ｂの配列は、いわゆる正方配列である。なお、Ｘ方向は、Ｚ方向に直交する方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向である。画素１２Ｂは、Ｘ方向に第１配列ピッチΔｘで配列されており、かつ、Ｙ方向に第２配列ピッチΔｙで配列されている。

【0041】

撮像センサ１２は、撮像面１２Ａに入射する光を撮像し、画素１２Ｂの各々から出力される画素信号により構成される画像データを出力する。

【0042】

図４は、受精卵２１に照明光１６が入射することにより干渉縞像が生成される様子を示す。培養容器２０に入射した照明光１６は、一部が受精卵２１によって回折される。すなわち、照明光１６は、受精卵２１によって回折される回折光３０と、受精卵２１によって回折されず、培養容器２０を透過する透過光３１とに分かれる。透過光３１は球面波あるいは平面波である。回折光３０及び透過光３１は、培養容器２０の底面を透過して、撮像センサ１２の撮像面１２Ａに入射する。

【0043】

回折光３０と透過光３１とは、互いに干渉することにより、干渉縞像３３を生成する。干渉縞像３３は、明部３６及び暗部３８により構成される。図４では、干渉縞像３３は、明部３６及び暗部３８をそれぞれ円形として図示しているが、干渉縞像３３の形状は、受精卵２１の形状及び内部構造に応じて変化する。撮像センサ１２は、撮像面１２Ａに形成された干渉縞像３３を含む光像を撮像し、干渉縞像３３を含む画像データを出力する。

【0044】

図５は、タイムラプスイメージングシステムの構成の一例を示す。図５に示すように、タイムラプスイメージングシステム２には、撮像装置１０、インキュベータ４０、及び情報処理装置５０が含まれる。インキュベータ４０は、受精卵用のマルチルームインキュベータであり、胚培養装置とも称される。受精卵２１は、インキュベータ４０内で所定の期間（例えば、７日間）培養される。

【0045】

インキュベータ４０は、受精卵以外の細胞を培養するための一般的なインキュベータのように１つの培養室を有するものではなく、複数の培養室４１を有する。これは、培養室４１の各々に撮像装置１０を収容することで、受精卵２１を他人の受精卵２１と取り違えることのないよう個別に管理するためである。培養室４１は、培養チャンバとも称される。なお、図５に示すインキュベータ４０には、２つの培養室４１が設けられているが、培養室４１の数はこれには限定されず、適宜変更可能である。

【0046】

培養室４１の各々には、開閉式の蓋４２が設けられている。インキュベータ４０には、培養室４１ごとに、蓋４２を開閉するためのスイッチ４３が設けられている。ユーザがスイッチ４３を操作することにより、図示しない駆動機構によって蓋４２が開閉動作を行う。なお、蓋４２は、手動で開閉する構成であってもよい。培養室４１は、蓋４２が閉じると、気密状態に保たれる。

【0047】

培養室４１には、図示しない外部のガスボンベから二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス、及び窒素（Ｎ_２）ガスと、外気（空気）とを混合した混合ガスが、ＨＥＰＡフィルタ（High Efficiency Particulate Air Filter）を介して供給される。また、培養室４１の側面及び底面には、図示しないヒータが設けられている。培養室４１は、混合ガスの濃度、温度、及び湿度が一定となるように制御されることで、培養環境が一定に保たれる。

【0048】

撮像装置１０は、培養室４１内に出し入れ可能な大きさである。図５に示すように、１つの培養室４１には、１つの撮像装置１０が挿入される。すなわち、培養容器２０が載置された撮像装置１０を培養室４１内に挿入した状態で、蓋４２を閉じることが可能である。これにより、培養室４１内で受精卵２１を培養しながら、培養室４１から培養容器２０を取り出すことなく、撮像装置１０により受精卵２１を撮像することができる。

【0049】

例えば、培養室４１は、ほぼ直方体形状の空間である。培養室４１のＸ方向への長さをＸｃとし、Ｙ方向への長さをＹｃとし、Ｚ方向への長さをＺｃとする。以下、長さＺｃを培養室４１の高さともいう。受精卵２１の培養に用いられる培養容器２０の高さは、通常１０～２０ｍｍ程度であるため、培養室４１の高さＺｃは、受精卵以外の細胞を培養するための一般的なインキュベータの培養室の高さよりも低く、例えば１０ｃｍ未満である。このため、撮像装置１０の高さＺｉは、Ｚｉ＜Ｚｃの関係を満たし、かつＺｉ＜１０ｃｍの関係を満たすことが好ましい

【0050】

また、撮像装置１０の長さＸｉ及びＹｉは、Ｘｉ＜Ｘｃの関係、及びＹｉ＜Ｙｃの関係を満たす。また、撮像装置１０の長さＸｉ及びＹｉは、それぞれ１０ｃｍ程度である。

【0051】

情報処理装置５０は、例えば、デスクトップ型のパーソナルコンピュータである。情報処理装置５０には、ディスプレイ５１、キーボード５２、及びマウス５３などが接続されている。キーボード５２及びマウス５３は、ユーザが情報を入力するための入力デバイス５４を構成する。入力デバイス５４には、タッチパネル等も含まれる。

【0052】

情報処理装置５０は、無線通信により、培養室４１の各々に収容された撮像装置１０との間でデータの授受を行う。撮像装置１０は、定期的（例えば、５～１５分ごと）に撮像を行う。情報処理装置５０は、定期的に撮像装置１０から干渉縞像３３（図４参照）を含む画像データを受信し、受信した画像データに基づいて再構成処理を行い、再構成処理により生成した再構成画像を表示する。再構成画像は、断層画像とも称される。

【0053】

図６は、撮像装置１０及び情報処理装置５０の内部構成の一例を示す。図６に示すように、撮像装置１０は、光源１１及び撮像センサ１２の他に、プロセッサ６０、記憶装置６１、通信部６２、給電部６３、及びバッテリ６４を備え、これらはバスライン６５を介して相互接続されている。

【0054】

プロセッサ６０は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）であり、撮像装置１０内の各部の動作を制御する。記憶装置６１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はフラッシュメモリなどである。記憶装置６１は、撮像装置１０により生成された画像データ、及び各種データを記憶する。

【0055】

通信部６２は、情報処理装置５０との間で無線通信を行う通信回路である。プロセッサ６０は、通信部６２を介して、画像データを情報処理装置５０に送信する。

【0056】

バッテリ６４は、リチウムポリマーバッテリ等の二次電池である。給電部６３は、電源回路及び充電制御回路を含む。給電部６３は、バッテリ６４から供給される電力を、プロセッサ６０等に供給する。また、給電部６３は、外部から供給される電力によるバッテリ６４の充電を制御する。なお、給電部６３は、バッテリ６４を無線により充電することが可能に構成されていてもよい。

【0057】

情報処理装置５０は、プロセッサ５５、記憶装置５６、及び通信部５７を備え、これらはバスライン５８を介して相互接続されている。また、バスライン５８には、前述のディスプレイ５１及び入力デバイス５４が接続されている。

【0058】

プロセッサ５５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、記憶装置５６に格納された作動プログラム５６Ａ及び各種データを読み出して処理を実行することにより、各種機能を実現する。

【0059】

記憶装置５６は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、又はストレージ装置等を含む。ＲＡＭは、例えば、ワークエリア等として用いられる揮発性メモリである。ＲＯＭは、例えば、作動プログラム５６Ａ及び各種データを保持するフラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。ストレージ装置は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）である。ストレージは、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、画像データ、及び各種データ等を記憶する。

【0060】

通信部５７は、撮像装置１０の通信部６２との間で無線通信を行う通信回路である。プロセッサ５５は、通信部５７を介して撮像装置１０から送信された画像データを受信する。また、プロセッサ５５は、通信部５７を介して、撮像装置１０に撮像を制御するための制御信号を送信する。

【0061】

ディスプレイ５１は、各種画面を表示する。情報処理装置５０は、各種画面を通じて、入力デバイス５４からの操作指示の入力を受け付ける。

【0062】

図７は、情報処理装置５０の機能構成の一例を示す。情報処理装置５０の機能は、作動プログラム５６Ａに基づいてプロセッサ５５が処理を実行することにより実現される。図７に示すように、プロセッサ５５には、撮像制御部７０、画像データ取得部７１、再構成処理部７２、及び表示制御部７３が構成される。

【0063】

撮像制御部７０は、撮像装置１０の動作を制御する。具体的には、撮像制御部７０は、撮像装置１０に制御信号を送信することにより、光源１１による照明光１６の発生動作、及び撮像センサ１２の撮像動作を制御する。以下、光源１１による照明光１６の発生動作と、撮像センサ１２の撮像動作とを合わせて、撮像装置１０の撮像動作という。撮像制御部７０は、入力デバイス５４から入力される操作信号に基づいて、撮像装置１０に撮像動作を開始させる。

【0064】

画像データ取得部７１は、撮像装置１０が培養容器２０内の受精卵２１を撮像した後、撮像装置１０から送信される生成される画像データを取得する。画像データ取得部７１は、取得した画像データを再構成処理部７２に供給する。

【0065】

再構成処理部７２は、画像データに基づいて演算を行うことにより、再構成画像を生成する。例えば、図８に示すように、再構成処理部７２は、再構成位置ＰをＺ方向に一定値ずつ変更しながら、再構成位置Ｐを変更するたびに再構成画像を生成する。再構成位置Ｐは、撮像センサ１２の撮像面１２Ａから光源１１の方向への距離ｄにより表される位置（いわゆる深さ位置）である。以下、再構成位置Ｐを焦点位置ともいう。

【0066】

再構成処理部７２は、例えば、下式（１）～（３）で表されるフレネル変換式に基づいて再構成処理を行う。

【0067】

【数1】

【0068】

【数2】

【0069】

【数3】

【0070】

ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、画像データを表す。ｘは、撮像センサ１２の画素１２Ｂ（図３参照）のＸ方向に関する座標を表す。ｙは、画素１２ＢのＹ方向に関する座標を表す。Δｘは、前述の第１配列ピッチであり、Δｙは、前述の第２配列ピッチである（図３参照）。λは、照明光１６の波長である。

【0071】

式（１）に示すように、Γ（ｍ，ｎ）は、画像データに含まれる干渉縞像がフレネル変換された複素振幅画像である。ここで、ｍ＝１，２，３，・・・Ｎｘ－１、及びｎ＝１，２，３，・・・Ｎｙ－１である。Ｎｘは、画像データのＸ方向への画素数を表している。Ｎｙは、画像データのＹ方向への画素数を表している。

【0072】

式（２）に示すように、Ａ_０（ｍ，ｎ）は、複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）の強度成分を表す強度分布画像である。式（３）に示すように、φ_０（ｍ，ｎ）は、複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）の位相成分を表す位相分布画像である。

【0073】

再構成処理部７２は、式（１）に基づいて複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）を求め、求めた複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）を、式（２）又は式（３）に適用することにより、強度分布画像Ａ_０（ｍ，ｎ）又は位相分布画像φ_０（ｍ，ｎ）を求める。再構成処理部７２は、強度分布画像Ａ_０（ｍ，ｎ）と位相分布画像φ_０（ｍ，ｎ）とのうちのいずれか１つを求めて、再構成画像として出力する。

【0074】

本実施形態では、再構成処理部７２は、位相分布画像φ_０（ｍ，ｎ）を再構成画像として出力する。位相分布画像φ_０（ｍ，ｎ）は、観察対象物体の屈折率分布を表す画像である。本実施形態での観察対象物体である受精卵２１は、半透明であるので、照明光１６の大部分は、受精卵２１により吸収されずに、透過するか、又は回折されるので、強度分布には像がほとんど現れない。このため、本実施形態では、再構成画像として位相分布画像φ_０（ｍ，ｎ）を用いることが好ましい。

【0075】

再構成処理部７２は、フレネル変換式を用いる方法に限られず、フーリエ反復位相回復法等により再構成処理を行ってもよい。

【0076】

表示制御部７３は、再構成処理部７２により生成された再構成画像をディスプレイ５１に表示させる。ディスプレイ５１に、１つの焦点位置における再構成画像を表示してもよいし、複数の焦点位置における再構成画像を表示してもよい。また、ディスプレイ５１に表示される再構成画像の焦点位置を、ユーザが入力デバイス５４を操作することにより設定又は選択可能としてもよい。

【0077】

受精卵２１は、１００～２００μｍ程度の厚みがあり、かつ培養液２２中に浮遊しているため、従来の顕微鏡観察では、受精卵２１の内部の前核等に対する焦点位置の調整が難しい。このため、特開２０１８－０９３７９５号公報に記載の従来技術では、焦点位置が異なる画像を複数撮像している。これに対して、本開示のレンズフリーイメージングでは、１回の撮像で得られた画像データに基づいて、任意の焦点位置における再構成画像を生成することが可能である。

【0078】

次に、タイムラプスイメージングシステム２の全体動作の一例を、図９に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ユーザは、培養容器２０を撮像装置１０のステージ１５に載置させた後、撮像装置１０をインキュベータ４０の培養室４１内に挿入する（ステップＳ１０）。なお、複数の培養室４１のうち、少なくとも１つの培養室４１に撮像装置１０を挿入すればよい。

【0079】

次に、ユーザは、培養室４１の蓋４２を閉め、インキュベータ４０に培養を開始させる（ステップＳ１１）。インキュベータ４０が培養を開始すると、情報処理装置５０からの制御に基づき、撮像装置１０は培養容器２０内の受精卵２１を撮像する（ステップＳ１２）。撮像装置１０は、撮像動作を行うことにより生成した画像データを、情報処理装置５０に無線送信する（ステップＳ１３）。

【0080】

情報処理装置５０は、撮像装置１０から送信された画像データを受信する（ステップＳ１４）。情報処理装置５０の再構成処理部７２は、画像データに基づいて再構成処理を行うことにより、少なくとも１枚の再構成画像を生成する（ステップＳ１５）。表示制御部７３は、再構成処理部７２により生成された再構成画像をディスプレイ５１に表示させる（ステップＳ１６）。

【0081】

次に、情報処理装置５０は、インキュベータ４０による培養が終了したか否かを判定する（ステップＳ１７）。培養は、培養開始から、例えば最長７日間行われる。情報処理装置５０は、例えば、培養開始からの経過時間に基づいて培養が終了したか否かを判定する。情報処理装置５０は、培養が終了していないと判定した場合には（ステップＳ１７：ＮＯ）、前回の撮像から一定時間（例えば、１０分間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１８）。

【0082】

情報処理装置５０は、前回の撮像から一定時間が経過したと判定した場合には（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１２に戻す。ステップＳ１２～Ｓ１８の処理は、ステップＳ１７において判定が肯定されるまでの間、繰り返し実行される。ステップＳ１７において、情報処理装置５０がインキュベータ４０による培養が終了したと判定した（ステップＳ１７：ＹＥＳ）後、ユーザによりインキュベータ４０の培養室４１から撮像装置１０が取り出される（ステップＳ１９）。

【0083】

以上のように、本開示の技術に係る撮像装置１０は、受精卵用のインキュベータ４０の培養室４１に出し入れ可能である。受精卵用のインキュベータ４０は、光学カメラ等が一体化されたものでないため、安価である。また、本開示の技術に係る撮像装置１０は、レンズフリーイメージングにより干渉縞像を撮像するものであるので、撮像時に焦点調節を行う必要はない。

【0084】

［変形例］
次に、撮像装置１０の変形例について説明する。図１０は、変形例に係る撮像装置１０Ａを示す。撮像装置１０Ａは、高さＺｉが変更可能である点が、上記実施形態に係る撮像装置１０と異なる。撮像装置１０Ａの高さＺｉは、支柱１３の長さを変更することにより、変更可能となっている。

【0085】

具体的には、本変形例に係る撮像装置１０Ａの支柱１３は、上部１３Ａと下部１３Ｂとに分離されている。上部１３Ａには、光源１１が接続されている。下部１３Ｂは、基台１４に接続されている。上部１３Ａと下部１３Ｂとは、スライド自在に、互いに勘合されている。上部１３Ａ及び下部１３Ｂは、本開示の技術に係る「高さ調整機構」の一例である。

【0086】

図１１に示すように、下部１３Ｂに対して上部１３Ａをスライドさせることにより、撮像装置１０Ａの高さＺｉを変更することができる。支柱１３には、上部１３Ａと下部１３Ｂに対して固定するための固定ねじ１７が設けられている。ユーザは、下部１３Ｂに対する上部１３Ａの位置を調整し、撮像装置１０Ａの高さＺｉを所望の値とした状態で固定ねじ１７を操作することにより、下部１３Ｂに対して上部１３Ａを固定する。

【0087】

下部１３Ｂに対して上部１３Ａが、図示しない駆動機構によってスライドするように構成されていてもよい。この場合、図示しないスイッチを操作することにより、上部１３Ａが移動するように構成することが好ましい。

【0088】

なお、撮像装置１０Ａの高さＺｉを調整可能とする高さ調整機構は、上述した構成に限られず、適宜変更可能である。

【0089】

受精卵用のインキュベータ４０は、様々なメーカから販売されており、培養室４１の高さＺｃも統一された規格はなく様々である。本変形例に係る撮像装置１０Ａは、高さＺｉを変更することが可能であるので、様々なメーカのインキュベータ４０の培養室４１に挿入することができる。

【0090】

図１１に示すように、撮像装置１０Ａの高さＺｉを低くすることにより、光源１１が撮像センサ１２に近づいた場合に、光源１１からの照明光１６が撮像面１２Ａの全体を照射するように、照明光１６は放射状の光であることが好ましい。

【0091】

さらに、撮像装置１０は種々の変形が可能である。上記実施形態では、基台１４上に撮像センサ１２を有するステージ１５を設けているが、ステージ１５は、基台１４と一体化されていてもよい。また、上記実施形態では、基台１４を矩形平板状としているが、基台１４は、円形等の形状であってもよい。

【0092】

また、上記実施形態では、光源１１は支柱１３の端部に接続されているが、光源１１は支柱１３に埋め込まれていてもよい。

【0093】

また、光源１１は、複数の発光点（例えば、３６個の発光点）が２次元アレー状に配列されたレーザ光源であってもよい。このレーザ光源として、垂直共振器型面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いることが可能である。複数の発光点を順に発光させながら、撮像センサ１２により得られた複数の画像データを合成することにより、高解像度の干渉縞像（いわゆる超解像の干渉縞像）を含む画像データが得られる。この画像データを再構成することにより、高画質の再構成画像が得られる。

【0094】

図１２は、複数の発光点１１Ｂを有する光源１１の発光面１１Ａの構成を示す。発光面１１Ａは、撮像センサ１２に対向する位置に配置されている。発光面１１Ａには、複数の発光点１１Ｂが２次元アレー状に配列されている。発光点１１Ｂの配列ピッチは、１０μｍから１００μｍ程度である。発光点１１Ｂの各々は、順に選択されて、照明光１６を出射する。複数の発光点１１Ｂの発光時間間隔は、数ミリ秒である。

【0095】

なお、発光点１１Ｂの配列ピッチは、画素１２Ｂの配列ピッチ（第１配列ピッチΔｘ及び第２配列ピッチΔｙ）と異なっていればよく、必ずしも画素１２Ｂの配列ピッチよりも小さい必要はない。例えば、発光点１１Ｂが隣の画素１２Ｂの真上に位置していても、発光点１１Ｂの配列ピッチが画素１２Ｂの配列ピッチと一致していなければよい。この場合、画素１２Ｂ上の異なる位置に照明光１６が照明されるので、複数の画像データを合成する際に、各々の発光点１１Ｂの真下にあり、照明光１６が照明された異なる画素１２Ｂを同一の画素と見なして、１画素以下の精度で位置合わせを行うことにより、超解像の干渉縞像を含む画像データを生成することが可能である。

【0096】

なお、図１２では、発光点１１Ｂを６×６の正方配列とし、発光面１１Ａに３６個の発光点１１Ｂを設けているが、発光点１１Ｂの数及び配列パターンは、図１２に示す数及び配列パターンに限定されない発光点１１Ｂの数が多いほど、干渉縞像の高解像度化を図ることが可能である一方で、合成処理及び再構成処理の演算時間が長くなる。このため、要求される画質及び演算時間に合わせて、発光点１１Ｂの数を最適化することが好ましい。

【0097】

また、上記実施形態では、撮像装置１０をインキュベータ４０の培養室４１内に出し入れ可能としているが、撮像装置１０とインキュベータ４０とを一体化することも可能である。

【0098】

図１３は、撮像装置が一体的に組み込まれたインキュベータ４０Ａと、情報処理装置５０とにより構成されたタイムラプスイメージングシステム２Ａを示す。図１４は、撮像装置が一体的に組み込まれたインキュベータ４０Ａを示す。なお、タイムラプスイメージングシステム２Ａは、本開示の技術に係る「イメージングシステム」の一例である。

【0099】

本変形例に係るインキュベータ４０Ａは、上記実施形態に係るインキュベータ４０（図５参照）と同様に、複数の培養室４１が設けられている。培養室４１の各々には、開閉式の蓋４２が設けられている。本変形例では、蓋４２に光源１１が設けられている。具体的には、光源１１は、蓋４２の内面側に埋め込まれており、培養室４１内に向けて照明光１６を発する。光源１１は、図１２に示す複数の発光点１１Ｂを有するものであってもよい。

【0100】

本変形例では、撮像センサ１２は、培養室４１の底部４１Ａに設けられている。具体的には、撮像センサ１２は、培養室４１の底部４１Ａに埋め込まれており、培養室４１内に撮像面１２Ａが露出している。なお、底部４１Ａは、インキュベータ４０Ａを構成する筐体の一部である。

【0101】

光源１１は、蓋４２を閉めた状態で、撮像センサ１２に対向する位置に配置されている。培養室４１の底部４１Ａには、培養容器２０が載置される。光源１１から出射された照明光１６は、培養容器２０を介して撮像センサ１２に入射する。撮像センサ１２は、受精卵２１により生成される干渉縞像を撮像する。撮像センサ１２は、上記実施形態と同様の動作を行う。本変形例では、光源１１及び撮像センサ１２が撮像装置を構成している。

【0102】

本変形例に係るインキュベータ４０Ａには、図６に示した撮像装置１０に含まれるプロセッサ６０、記憶装置６１、及び通信部６２が設けられている。インキュベータ４０Ａは、情報処理装置５０と有線又は無線により通信を行う。情報処理装置５０の構成及び動作は、上記実施形態と同様である。情報処理装置５０は、撮像装置が画像データを生成するたびに再構成処理を行うことにより、再構成処理を生成する。

【0103】

本変形例に係るタイムラプスイメージングシステム２Ａによれば、培養室４１内で受精卵２１を培養しながら受精卵２１を観察することができる。なお、情報処理装置５０をインキュベータ４０Ａに組み込むことにより、タイムラプスイメージングシステム２Ａを１つの装置とすることも好ましい。

【0104】

また、上記実施形態及び上記変形例では、撮像装置１０に１つの撮像センサ１２が設けられているが、撮像センサ１２の数は１つに限られず、２以上であってもよい。

【0105】

図１５は、培養容器２０内の受精卵２１の直径Ｄ及び培養液２２の高さＨについて説明する図である。上記実施形態又は上記変形例に係るタイムラプスイメージングシステムを用いて受精卵２１を観察する観察方法において、前述のように受精卵２１は、培養液２２中に浮遊している。受精卵２１は、人の卵子であって、ほぼ球状である。受精卵２１の直径Ｄは、１００μｍ以上２００μｍ未満であることが好ましい。
また、培養液２２の高さＨは、受精卵２１を浮遊させるために、１ｍ以上２０ｍｍ未満であることが好ましい。なお、培養液２２の高さＨとは、培養容器２０の内側底面２０Ａから培養液２２の頂部までのＺ方向への長さである。

【0106】

上記実施形態に係るタイムラプスイメージングシステム２は、撮像装置１０に光学レンズを備えない、いわゆるレンズフリーイメージングと呼ばれる技術に関する。本開示の技術は、デジタルホログラフィ全般（例えば、参照光を用いる場合など）に適用可能である。

【0107】

情報処理装置５０を構成するコンピュータのハードウェア構成は種々の変形が可能である。例えば、情報処理装置５０を、処理能力及び信頼性の向上を目的として、ハードウェアとして分離された複数台のコンピュータで構成することも可能である。

【0108】

このように、情報処理装置５０のコンピュータのハードウェア構成は、処理能力、安全性、信頼性等の要求される性能に応じて適宜変更することができる。さらに、ハードウェアに限らず、作動プログラム５６Ａ等のアプリケーションプログラムについても、安全性及び信頼性の確保を目的として、二重化すること、あるいは、複数のストレージデバイスに分散して格納することも可能である。

【0109】

上記実施形態において、例えば、撮像制御部７０、画像データ取得部７１、再構成処理部７２、及び表示制御部７３といった各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Processor）を用いることができる。各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（作動プログラム５６Ａ）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device: PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

【0110】

１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせ、及び／又は、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。

【0111】

複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント及びサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip: SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。

【0112】

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）を用いることができる。

【0113】

また、上記実施形態及び各変形例は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。

【0114】

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。

【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】