CN109337804B - 一种用于监测生物材料发育的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监测生物材料发育的设备(100)，所述设备以实施状态为目的包括一个沿横轴(X)和纵轴(Y)延伸的箱体(2)，所述箱体包括两个或多个培养皿分隔室(4)，所述每个分隔室包括一个带有被监测的生物材料(8)的培养皿(6)，所述每个分隔室和其他分隔室分离，所述两个或多个分隔室沿横轴方向排列；每个培养皿的分隔室(4)均包括一个可移开的盖子(10)，以提供所述培养皿分隔室的入口，另包括一个密封设计以将所述培养皿的分隔室与外部环境隔离；其中每个所述培养皿分隔室包括一个供气入口(14)及一个从分隔室排气的出口(16)；其中每个所述培养皿分隔室包括加热所述培养皿分隔室内部的加热装置(18)；其中所述箱体包括一个或多个捕获培养皿内生物材料图像的照相机(20)。

Description

一种用于监测生物材料发育的设备
发明领域
本发明第一个方面涉及一种用于监测生物材料发育的设备。
本发明第二个方面涉及一种包括根据本发明第一个方面所述一种监测生物材料发育设备与图像处理单元结合的系统。
本发明的第三个方面涉及上述图像处理单元本身。
本发明的第四个方面涉及一个包括根据本发明第一个方面所述一种监测生物材料发育设备，或包括根据本发明第二个方面系统，并与多个生物材料培养皿结合的成套系统。
本发明的第五个方面涉及使用根据本发明第一个方面所述一种设备，或根据本发明第二方面的所述一种系统，或根据本发明第四方面的成套系统，以监测生物材料的发育。
最后，本发明的第六方面涉及使用本发明第三方面所述的图像处理单元，以随着时间的推移监测生物材料的发育。
发明背景
在生物材料的培养领域，采用装有一个或多个培养皿的恒温箱在特定条件下培养生物材料已经有数十年的实践。这种恒温箱典型地包括一个通过控制单元控制温度的分隔室。此外，恒温室内部还可与一个或多个空气源相连，以确保恒温箱内有合适的空气。
近年来，市场上出现了带有空气调节的多分隔室恒温箱。如K-SYSTEMS公司生产的G185型多分隔室恒温箱。这种恒温箱包括10个分配室，有五组成对的温度调节的分隔室。
在培养胚胎，如体外受精的人类胚胎的情况中，培养多个来源于同一女人的受精卵是常见的实践。原因是重新放入女性子宫的一个或多个胚胎保持健康和活力对于体外受精方案至关重要。
为实现目标，照相系统被开发应用于随时间推移捕获一系列培养皿上的图像。在这些在先技术中包括一个或多个培养皿，每个培养皿的每个培养孔的图像都可被捕获。通过在预设的时间间隔内重复这一程序，最终获得随时间推移的系列图像。
通过观察随时间推移的系列图像研究胚胎的发育有助于实验室人员或胚胎学专家评估特定胚胎的健康和活力，以便选择一个或多个胚胎并将其放入妇女的子宫。
市场上现有的在先技术的照相系统依赖于在系统的箱体内放置固定的照相机，一个或多个培养皿上安装一条“臂”，并相对于固定照相机移动所述摆臂，以获得所需的图像。
直到最近，上述时间推移照相系统并没有提供温度调节，也没有提供分隔室内部的空气调节。
UNISENSE FERTILITECH公司推出的Embryoscope ESD2仪器对之前的时移照相系统进行了改进。Embryoscope ESD2仪器包括一个具有温度调节和空气调节的分隔室，另包括一个可以捕获总共六个培养皿的时移图像，每个培养皿包括12个培养孔，每个培养孔均可培养一个胚胎。六个培养皿安装在一条摆臂上，其相对于固定照相机至少在两个方向上移动，以获得时移系列图像。
尽管Embryoscope ESD2仪器对之前的时移照相系统进行了改进，但这一系统仍然有一些缺陷。
这一说法基于以下事实：即便是相较于最佳条件温度和空气的细小差别都可能会对胚胎发育的质量产生不利影响。
如果需要在Embryoscope ESD2仪器外对一个培养皿的一个或多个生物材料进行检查，需要打开箱盖以便从恒温箱内取出特定的培养皿。这一操作对剩下的培养皿内的生物材料的发育质量造成非常严重的不利影响。
相应地，当从Embryoscope ESD2仪器内取走一个培养皿，将导致温度和空气条件变化且与最佳的条件偏离，这也会导致Embryoscope ESD2仪器恒温箱内剩下的生物材料的发展不能达到最佳。
此外，在人类卵子体外受精等作业中，为研究目的或为了找到最佳的温度和空气成份，有必要实施大量的实验，其中胚胎之间的发育条件各不相同，通过这种方式可以从经验学和统计学上找到胚胎最佳的发育条件。
Embryoscope ESD2仪器不能实现这种最优化的实验，因为各培养皿的培养孔内的胚胎的发育条件基本上相同。
相应地，仍然存在需要一个改进的设备以监测生物材料的发育。
发明的概要说明
本发明的第一、第二、第三、第四、第五和第六方面克服了上述缺陷。
相应地，本发明的第一方面涉及一个监测生物材料发育的设备，所述以实施状态为目的的设备包括：
一个沿横轴(X)和纵轴(Y)延伸的箱体，所述箱体包括：
两个或多个培养皿分隔室，每个分隔室均装有一个带有受监测的生物材料的培养皿，所述每个分隔室均与其他分隔室分离，所述两个或多个分隔室沿纵轴方向排列；
每个培养皿的分隔室均包括一个可移开的盖子，以提供所述培养皿分隔室的入口，另包括一个密封设计以将所述培养皿的分隔室与外部环境隔离；
所述培养皿的分隔室包括一个空气输入口及一个将空气从所述培养皿的分隔室排出的出口。
所述培养皿的分隔室包括加热装置，以加热所述培养皿的分隔室的内部；
所述箱体包括一个或多个照相机以捕获培养皿内生物材料的图像；
本发明第二个方面涉及一种包括根据本发明第一个方面所述一种监测生物材料发育设备与图像处理单元结合的系统。
所述图像处理单元包括一个数据处理器；一个输入装置，如文字数字键盘以便操作者输入操作指令；一个向操作者显示信息的显示器；
所述图像处理单元的设计可上传并储存一定数量的图像，所述图像为在不同位置的照相机捕获的时移图像，所述图像显示一定数量培养皿不同培养孔的情况；
所述图像处理单元可将图像进行分组处理，每一组代表同一培养孔相关的图像；
所述图像处理单元每一组图像适于整理所述来源于相同的培养孔的时移系列图像；
所述图像处理单元可接收操作者的指令并在显示器上显示信息，所述信息为一个特定培养皿的每个培养孔，一个特定培养皿的每个培养孔的时移系统图像，所述特定培养皿由操作者选择；
所述图像处理单元可在显示器上显示一个特定培养皿的每个培养孔的图像，操作者选择的一个特定培养皿的每个培养孔相关的时移系列图像中的单张图像；所述单张图像在显示器上以较小的“窗口”显示；
所述图像处理单元允许操作者在经选择的一个特定培养皿的每个培养孔相关的时移系列图像中的以相对较小“窗口”显示的单张图像中进行选择；
所述图像处理单元可显示经选择的一个特定培养皿的每个培养孔相关的时移系列图像中的的单张图像，所述特别选择的单张图像在显示器上以较大的“窗口”显示；
所述图像处理单元在显示相对较大的“窗口”的同时可显示每个较小“窗口”，每个较小“窗口”代表一张经选择的培养皿其他剩下的培养孔相关的时移系列图像；
所述图像处理单元可接收操作者的“播放”所述以较大“窗口”显示的单张图像相关的时移系列图像的指令；
所述图像处理单元接下来可“播放”所述以较大“窗口”显示的单张图像相关的时移系列图像。
本发明的第三个方面涉及根据第二方面所述的图像处理单元。
本发明的第四个方面涉及一个包括根据本发明第一个方面所述一种监测生物材料发育设备，或包括根据本发明第二个方面系统，并与多个生物材料培养皿结合的成套系统。
本发明的第五个方面涉及使用根据本发明第一个方面所述一种设备，或根据本发明第二方面的所述一种系统，或根据本发明第四方面的成套系统，以监测生物材料的发育。
本发明的第六方面涉及使用本发明第三方面所述的图像处理单元，以处理捕获的时移图像。
根据本发明第一方面在的设备中，每个培养皿均可分配一个独立的分配室，以实现温度和空气成份的单独控制。
这一特征将克服上述在先系统相关的缺陷。
附图的简要说明
图1为根据根据本发明第一方面的设备实施例的透视图。
图2为根据本发明第一方面的设备原理的示意图。
图3为根据本发明第一方面的设备的控制系统的详细示意图。
图4、5和6为根据本发明第二方面的图像处理单元部分示意图。
发明的详细说明
发明的第一方面
本发明的第一方面涉及一个监测生物材料发育的设备，所述以实施状态为目的的设备包括：
一个沿横轴(X)和纵轴(Y)延伸的箱体，所述箱体包括：两个或多个培养皿分隔室，每个分隔室均装有一个带有受监测的生物材料的培养皿，所述每个分隔室均与其他分隔室分离，所述两个或多个分隔室沿纵轴方向排列；
每个培养皿的分隔室均包括一个可移开的盖子，以提供所述培养皿分隔室的入口，另包括一个密封设计以将所述培养皿的分隔室与外部环境隔离；
所述培养皿的分隔室包括一个空气输入口及一个将空气从所述培养皿的分隔室排出的出口。
所述培养皿的分隔室包括加热装置，以加热所述培养皿的分隔室的内部；
所述箱体包括一个或多个照相机以捕获培养皿内生物材料的图像；
相应地，本发明的第一方面涉及一个监测生物材料发育的设备，所述设备包括一个带有两个或多个独立培养皿的分隔室。每一所述的培养皿的分隔室包括一个盖子、空气输入口和输出口，以及一个加热装置，所述箱体包括一个或多个捕获培养皿内生物材料图像的照相机。
在根据本发明第一方面的的设备中，较佳的选择是培养皿固定安装在培养皿分隔室内，而照相机设计为根据不同的培养皿可以移动。
在本说明书及所附权利要求书中，“以实施状态为目的”应理解为设备按实施状态设置，当培养皿放置在其中一个架子上时，其基本上处于水平方向，其开口端朝上。
本设置特别适合于用来监测一个胚胎或一个或多个干细胞，如人等哺乳动物的胚胎或一个或多个干细胞。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述设备培养皿分隔室的数量在3-20之间，如4-19，5-18，6-17，8-15，10-13或11-12等。
所述设备带有上述数量范围内相应的培养皿的分隔室，可提供较大的灵活性，从而可同时监测多个培养皿。
根据本发明第一方面的一个实施例中，一个或多个所述培养皿分隔室中的所述培养皿分隔室(较佳的选择是所有培养皿分隔室)包括一个放置培养皿的托架，所述托架带有一个加热托架的加热装置。
为培养皿分隔室内的培养皿提供一个托架可实现分隔室内培养皿放置的简易性和安全性。在一些实施例中，托架可包括培养皿分隔室的底部。加热装置保证培养皿的直接加热。
根据本发明第一方面的一个实施例中，一个或多个所述培养皿分隔室的盖子(较佳的选择是所有培养皿分隔室的盖子)包括加热装置。
为培养皿分隔室的盖子提供加热装置可确保既可从分隔室底部加热，又可以从其顶部加热，从而实现分隔室内的温度调节更有效率及同步。
根据本发明第一方面的一个实施例中，一个或多个所述培养皿分隔室中的所述培养皿分隔室(较佳的选择是所有培养皿分隔室)带有一个温度感应器。
为培养皿分隔室提供一个温度感应器可确保每个培养皿分隔室温度的精确控制。
根据本发明第一方面的一个实施例中，一个或多个所述培养皿分隔室中的所述培养皿分隔室(较佳的选择是所有培养皿分隔室)带有一个PH值感应器。
为培养皿分隔室提供一个PH值感应器可确保所述分隔室内的培养皿的培养孔内的培养媒的PH值的精确控制。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述设备包括一个或多个从外部气源，如气瓶，提供一种或多种不同气体的连接装置。
为所述设备提提供一个或多个从外部气源提供一种或多种不同气体的连接装置可实现所述分隔室内具有理想的空气，以适于所述设备培养皿分隔室内培养皿一个或多个培养孔内的生物材料的发育。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述一个或多个供气连接装置的下游位置具有一个阀门,以调节注入设备的气体。
为所述设备供气连接装置下游位置提供一个阀门可实现对提供了各类气体的培养皿分隔室内的气体成份的控制。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述设备包括一个混合一种或多种气体的箱体，上述气体混合箱可选择位于所述阀门的下游。
所述气体混合箱在充分混合两种或多种气体后向所述设备的培养皿分隔室供气。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述气体混合室包括一个二氧化碳感应器，如NDIR二氧化碳感应器；以及一个氧气感应器，如医用氧气感应器，另包括一个或多个将气体从所述气体混合箱注入一个或多个培养皿分隔室的导管。
为气体混合箱提供一个二氧化碳感应器和一个氧气感应器可实现对一个或多个培养皿分隔室内所供气体的控制。
根据本发明第一方面的一个实施例中，两个或多个培养皿分隔室共用相同的气体混合箱；或可选地每个培养皿分隔室均分配有独立的气体混合箱。
两个或多个培养皿分隔室共用相同的气体混合箱将降低根据本发明设备的制造成本。然而每个培养皿分隔室均分配有独立的气体混合箱将实现所述设备每个培养皿分隔室更精确的控制。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述仪器包括对一个或多种气体或混合气体进行紫外线照射，如UV-C照射的设备，所述设备可选择地包括一个过滤可导致臭氧产生的射线的过滤装置，如波长为175-195NM的紫外线，波长为180-90NM的紫外线。
对气体进行紫外线照射可达到灭菌的效果。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述设备另包括过滤气体或混合气体的过滤装置，如HEPA过滤器和\或碳过滤器。这一实施例可进一步达到净化空气质量的效果。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述设备带有一个或多个培养皿分隔室包括一个或多个将气体从上述培养皿分隔室导到气体混合箱的导管。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述设备包括一个照相机，所述照相机固定于一个移动装置，上述照相机移动装置在培养皿分隔室所在区域移动；所述照相机移动装置至少可以在与横轴(X)平行的一个方向上移动。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述照相机移动装置设计在与横轴(X)平行的方向上在培养皿分隔室的底部位置移动，其中所述一个或多个培养皿分隔室的底部至少有一部分是透明的，这样在所述位于培养皿分隔室底部的照相机可捕获培养皿的照片。
较优的选择是仅为所述设备提供一个照相机。所述照相机较佳的选择是可以根据所述设备培养皿分隔室内的培养皿中培养孔的位置确定的路线移动。上述路线较佳的选择是与设备横轴(X)的方向平行。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述一个或多个培养皿的分隔室包括一个照相机，所述照相机安装在移动装置上，并根据所述分隔室内培养皿所处位置的区域移动；所述照相机移动装置至少可在一个方向上移动。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述设备包括一个控制单元，用来对所述设备运行的一个或多个参数进行测量和\或控制。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述一个或多个参数从以下的群组中选择：一个或多个培养皿分隔室内的温度、一个或多个培养皿分隔室内的氧气浓度、一个或多个培养皿分隔室内的二氧化碳浓度、培养皿内培养媒的PH值、气体流量值、气体压力值、每个具体盖子开口数目和时间长度、照相机参数，如所述照相机捕获图像的频率、捕获图像的时间。
根据本发明第一方面的一个实施例中，所述控制单元与一个输入装置相连接，如文字数字键盘，使操作人员能够定义操作的参数；其中所述控制单元与显示器相连接，以向操作人员提供关于操作的信息。
为所述设备提供的控制单元可选择地包括一个输入装置和\或一个显示器，可实现操作的各种参数非常精确的控制。
本发明的第二方面
本发明第二个方面涉及一种包括根据本发明第一个方面所述设备与图像处理单元结合的系统。
在本发明的第二个方面中，所述图像处理单元包括一个数据处理器；一个输入装置，如文字数字键盘以便操作者输入操作指令；一个向操作者显示信息的显示器；
其中所述图像处理单元的设计可上传并储存一定数量的图像，所述图像为在不同位置的照相机捕获的时移图像，所述图像显示一定数量培养皿不同培养孔的情况；
其中所述图像处理单元可根据时移顺序对从同一培养孔中获得的图像进行分组处理；
其中所述图像处理单元每一组图像适于整理所述来源于相同的培养孔的时移系列图像；
其中所述图像处理单元可接受操作者的指令并在显示器上显示信息，所述信息为一个特定培养皿的每个培养孔，一个特定培养皿的每个培养孔的时移系列图像，所述特定培养皿由操作者选择；
其中所述图像处理单元可在显示器上显示一个特定培养皿的每个培养孔的图像，操作者选择的一个特定培养皿的每个培养孔相关的时移系列图像中的单张图像；所述单张图像在显示器上以较小的“窗口”显示；
其中所述图像处理单元允许操作者在经选择的一个特定培养皿的每个培养孔相关的时移系列图像中的以相对较小“窗口”显示的单张图像中进行选择；
其中所述图像处理单元可显示经选择的一个特定培养皿的每个培养孔相关的时移系列图像中的的单张图像，所述特别选择的单张图像在显示器上以较大的“窗口”显示；
其中所述图像处理单元在显示相对较大的“窗口”的同时可显示每个较小“窗口”，每个较小“窗口”代表一张经选择的培养皿其他剩下的培养孔相关的时移系列图像；
其中所述图像处理单元可接受操作者的“播放”所述以较大“窗口”显示的单张图像相关的时移系列图像的指令；
所述图像处理单元接下来可“播放”所述以较大“窗口”显示的单张图像相关的时移系列图像。
相应地，根据本发明第二方面的图像处理单元可处理根据本发明第一方面所述照相机获得的培养皿内培养孔的大量图片。
所述图像处理单元可将捕获的图片整理成时移系列图片，其中每一组时移系列图片与根据本发明第一方面所述设备内一个培养皿内的一个培养孔相关。
接下来，根据本发明第二方面的图像处理单元使操作者可在各种时移系列图像中进行选择，以进一步检查根据本发明第一方面所述设备内各培养皿中各培养孔内培养的生物材料的发育。
需要指出的是本说明书及其权利要求中，“时移系列图像”可指包括一定数量的实际图像的电子文件，其中所述电子文件可整理成数据保存。然而，在本说明书及其权利要求中，“时移系列图像”还指数据存储地址的汇编，其中每个存储地址指根据本发明第一方面所述设备内一个培养皿中一个培养孔内构成时移系列图像一部分的一个单张图像或一组单张图像。
还需要指出的是在本说明书和所附权利要求中，“图像”可理解为照相机等图像捕获装置捕获的单张图像；或替代性地将“图像“理解为基本上在同一时间点捕获的同一主题的多张单独图像组合成的图集，但所述图像在不同焦点下捕获，以提高整体景深。
根据本发明第二方面的一个实施例，所述图像处理单元可接收操作人中的指令并按照操作人人员选择的显示速率“播放”所述以较大“窗口”显示的单张图像相关的时移系列图像，上述显示速率为每秒0.1-30帧(fps),如0.5-29fps、1-28fps、2-27fps、3-26fps、4-25fps、5-24fps、6-23fps、7-22fps、8-21fps、9-20fps、10–19fps、11-18fps、12-17fps、13-16fps或14-15fps，可按时间顺序前放或倒放。
上述图像显示频率被证明有助于为操作者通过观察时移系列图像对生物材料的发育质量提供较清楚的印象。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元可接收操作人员的指令显示以较大“窗口“显示图像之外的属于另一时移系列图像中的图像，其中所述图像处理单元接下来可以较大“窗口”显示属于另一时移系列图像的单张图像。
这一特征使操作人员可同时观察捕获的一个培养皿内培养孔所有的时移系列图像。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元可接受操作员关于以较大“窗口”显示的特定图像一个或多个注释的指令，所述图像处理单元接着可链接和存储上述关于特定图像的一个或多个注释。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元可在显示器上显示以较大“窗口”显示的特定图像一个或多个注释。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元可允许操作员编辑、储存并删除以较大“窗口”显示的特定图像一个或多个注释，所述图像单元可接着链接及存储/删除上述对特定图像一个或多个注释的编辑/修改。
上述特征相应地可允许操作员链接每张图像的一条或多条评论，这使得操作员可快速地参考之前感兴趣的图像。
根据本发明第二方面的一个实施例中，如果时移系列图像中以较小“窗口”显示的一个或多个图像已经链接到注释，则所述图像处理单元可显示对所述以较小“窗口”显示的图像所做的相关标记，从而通知操作员时移系列图像中以较小“窗口”显示的图像已经进行了注释。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元可显示一个或多个(如两个)独立的“窗口”以显示以较大“窗口”显示的特定图像相关的注释。
这一与注释相关的特征将允许操作员容易地从时移图像中识别出操作员已经链接过相关注释的时移图像中一些特定图像。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元可显示较小的“窗口”及较大的“窗口”，显示方式为较大的“窗口”被较小的“窗口”包围。
上述显示方式提供了一个关于所捕获的一个培养皿各培养孔的各时移图像的结构非常合理的整体图景。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元允许操作员在注释清单中选择其中一个注释，所述图像处理单元可接着以较大“窗口”显示与选择的注释链接的特定图像。
这一特征允许使用者快速地在时移系列图像中找到与特定事件相关的特定图像。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述图像处理单元可在存储设备中存储与时移理想发育相关的“理想时移系列图像”，所述图像处理单元在接受到指令时，可在所述显示器上显示上述“理想时移系列图像”，可选地显示为与所述特别选择的培养孔相关的时移系列图像和上述“理想时移系列图像”的叠加。
根据本发明第二方面的一个实施例中，所述“理想时移系列图像”是真正的时移图像或是模拟的时移图像，或是两者的组合。
上述特征允许操作人员将属于特定培养皿一个特定培养孔内的特定生物材料发育的特定时移系列图像与代表生物材料理想发育的“理想时移系列图像”进行对比。通过这种方式，这一特征允许操作人员评估一个特定时移系列图像代表的生物材料发育质量。
显然在此揭示的作为根据本发明第一方面的系统一部分的图像处理单元可与任何监测生物材料发育的设备结合使用，如包括图像捕获装置的恒温箱。正因如此，本发明还涉及一种包括根据本发明第二方面的图像处理单元与任何监测生物材料的设备结合的一种系统，如包括图像捕获装置的恒温箱。
本发明的第三方面
本发明的第三方面涉及一个根据本发明第二方面的图像处理单元。
根据本发明第三方面的发明细节因此由根据本发明第二方面作为本发明一部分的图像处理单元所确定。
本发明的第四方面
本发明的第四个方面涉及一个包括根据本发明第一个方面所述设备，或包括根据本发明第二个方面的系统，并与多个生物材料培养皿结合的成套系统。
根据本发明第四方面的一个实施例中，所述培养皿具有基本以直线排列的培养孔。
根据本发明第四方面的一个实施例中，所述培养皿包括4-26，例如，6-24，例如，8-22，例如，10-20，例如，12-18或14-16个培养孔，较佳的选择是所述培养孔以基本以直线排列。
在带有图像捕获装置的监测生物材料发育的设备中采用培养孔基本以直线排列的培养皿使上述图像捕获装置可以沿着各培养皿的各培养孔以单一方向移动。
发明的第五方面
本发明的第五方面涉及使用根据本发明第一方面的设备；或根据本发明第二方面的系统；或根据本发明第四方面的成套系统，对生物材料的发育实施监测。
根据本发明第五方面的一个实施例中，所述生物材料为一个胚胎或一个或多个干细胞，如哺乳动物的，较佳的选择为人类的，一个胚胎或一个或多个干细胞。
所述设备或系统的使用尤其适合于监测一个胚胎或一个或多个干细胞，如哺乳动物的，较佳的选择为人类的，一个胚胎或一个或多个干细胞。
发明的第六方面
本发明的第六方面涉及使用根据本发明第三方面的图像处理单元处理捕获的时移图像。
现结合附图详细描述本发明的较佳实施例，一种根据本发明第一方面的监测生物材料发育的设备，其透视图如图1所示。
图1为根据本发明第一方面的设备100实施例的透视图。图1显示了设备100的箱体2。图1所示实施例中，所述设备包括6个分开的培养皿分隔室4，每个分隔室者带有自己的盖子10。所述箱体沿横轴X及纵轴Y延伸。所述6个分开的培养皿分隔室沿横轴X方向排列。
图2为图1所示根据本发明第一方面的的设备原理的示意图。图2显示了设备100的箱体2，包括6个独立的培养皿分隔室4，每个培养皿分隔室都与相邻的分隔室4通过分隔室壁5分隔。如图2所示，培养皿分隔室4均带有一个培养皿6。培养皿6安置在托架上，如图2所示上述托架即为培养皿分隔室的底部。培养皿分隔室的底部48一部分为透明的，从而可允许照相机20从培养皿分隔室4的底部区域捕获到培养皿内一个或多个培养孔(图2中未显示)内生物材料的图像。
照相机20安装在照相移动装置46上，允许照相机20可沿横轴X方向移动，以捕获一个或多个培养皿分隔室4内一个或多个培养皿内培养孔的图像。
如图2所示，每个培养皿分隔室12都带有其单独的盖子10，可允许对某个分隔室内的培养皿进行检查时而不产生负面影响，如改变任何其他培养皿分隔室4的空气成分或改变温度。此外，通过这一方式，除了被检查的培养皿6外也不会给任何其他分隔室4内的培养皿的材料带来污染的风险。
大多数情况下，需要为设备100每个培养皿分隔室4提供可供给理想空气的装置。此外大多数情况下，需要为设备100提供加热装置及温度感应器，以调节每个培养皿分隔室4内的温度。较佳的选择是还为设备100提供控制上述参数的控制装置。
图3为根据本发明第一方面的设备100的控制系统的详细示意图。如图所示，设备100包括箱体2。箱体包括两个或多个独立的培养皿分隔室4(为简单起见，图3中仅显示了一个培养皿分隔室4)。为培养皿分隔室4提供空气。空气从气体混合箱32经由导管38和气体过滤装置42进入培养皿分隔室4的内部12。
如图3所示，控制系统和气体混合箱的各部件均显示为位于设备箱体2的外部。这一设计是可行的。然而，上述部件也可设计为位于设备内部。
气体混合箱32包括气体导入装置14。如图3所示，供给的气体较佳的选择是氧气和氮气。供给到气体混合箱的气体量可通过阀门30来调节。装备40释放紫外线波长范围内的电磁射线以达到为气体消毒的目的。
设备还提供了控制设备运行的各种参数的控制单元。图3显示了控制单元50。控制单元与输入装置52相连接，所述输入装置为文字数字键盘或指示装置，使操作人员能够输入与理想运行模式相关的数据。此外，控制单元还可与显示装置54相连接，使操作人员监测设备运行的各种设置。部件111为信息传输装置，如电缆或无线通讯线路。
图3还显示了二氧化碳感应器34和氧气感应器36。感应器32、34可与控制单元50连接，所述控制单元又可与阀门30连接，以调节输入的气体。通过这种方式，可以在每个独立的培养皿分隔室4内维持一个相对恒定的理想混合空气。
每个培养皿分隔室4可与其单独的气体混合箱32相连接；或可选择地，两个或多个培养皿分隔室4可共用一个气体混合箱32。
通常培养皿分隔室4内部12的氧气含量不需要超过空气的正常氧气含量。因此，氧气含量可通过提供相应的二氧化碳和氮气进行调节。二氧化碳浓度可通过与氮气的“淡化”来进行调节。
培养皿分隔室4的内部带有一个导管44，可将分隔室4内部12的气体重新循环到气体混合箱32。
本发明第二方面涉及一个包括根据本发明第一方面的设备100和一个图像处理单元200的系统300。
图像处理单元200包括一个数据处理器110，一个输入设备112，如文字数字键盘，从而操作人员可输入操作指令；一个为操作人员显示信息的显示器114。
图4为上述图像处理单元200的运行模式的一部分的示意图。
图4a显示了通过照相机20捕获图像的操作。在此具体的实施例中，图像为两个培养皿D1和D2不同的培养孔118内的生物材料的图像。照相机20沿着两个培养皿D1和D2的两个或多个培养孔118确定的路线移动。
如图4b所示，上述方式将形成时移系列图像116。所述时移系列图像116暂时不会按照两个培养皿D1和D2的单个培养孔118进行整理。捕获的图像仅以时间顺序整理。
图像处理单元200，包括整理图像116的装置，其整理的方式为捕获的图像116将被分成6套时移系列图像。如图4C所示，其中3套124、124′、124″分别与第一个培养皿D1的培养孔W1,W2和W3相关。另3套124、124′、124″分别与第二个培养皿D2的培养孔W1,W2和W3相关。
上述方式可在获得了所捕获的各培养皿的各培养孔相关图像的具体顺序后轻松实现。
相应地，图像处理单元200包括将未整理的时移图像116整理成时移系列图像124、124′、124″的装置，其中每套时移系列图像对应设备100内培养皿的一个培养孔。
由于根据本发明第二方面的系统以及根据本发明第三方面的图像捕获单元均特别为操作人员在监测生物材料的健康和活力的基础上进行主观评估，这意味着在选择生物材料时很大程度上依赖人的决定，而不是依赖自动装置来选择具体的生物材料，因此有必要为系统和/或图像处理单元提供与所捕获图像相关的信息显示装置。
图5和图6为上述信息显示特征的示意图。
在时移系列图像涉及人类的体外受精卵时，习惯的做法是一个培养皿仅培养一个女性的卵子。当选择了培养皿(D1或D2)，时移系列图像(124、124′、124″)需要进行进一步的检查，图像处理单元将于图5所示方法显示时移系列图像124、124′、124″。
图5显示了向操作人员显示与具有3个培养孔118或W1、W2及W3的培养皿D1相关的时移系列图像124、124′、124″的较佳方式。
图5显示了4个圏或窗口。显示器114向操作人员显示了3个较小的圈或窗口128以及一个较大圈或窗口130。在3个较小的窗口中显示了分别属于124、124′、124″的具体的图像126、126′、126″。每一张126、126′、126″图像都显示了在体外受精作业中培养的一个人类胚胎。
图像处理单元200设计允许操作人员选择以较小窗口128显示的时移系列图像124、124′、124″的其中之一。这一操作可通过输入设备112完成，所述输入装置可以是文字数字键盘，计算机鼠标等指示装置，或者触摸屏。所选择的时移系列图像124、124′、124″属于捕获的培养皿D1的一个具体培养孔的图像。
通过选择具体的时移系列图像，图像处理单元200设计允许操作人中能更仔细地观察所选择的时移系列图像。
如图6所示，时移系列图像124″被选进一步观察。
图像处理单元200允许被选的属于时移系列图像124″的单张图像126″以较大的窗口130放大显示。但以较大窗口130显示时，图像处理单元200设计允许操作人员可在时移系列图像124″中前后移动选择以较大窗口130显示的图像。当以较大窗口130进行显示时，较佳的选择是与时移系列图像124、124′、124″相关的图像126、126′、126″从原来较小的窗口128中消失。
此外，图像处理单元200允许操作人员对较大窗口130中显示的图像进行标注。
这一方式具有益处，因为可对与被观察的胚胎发育过程中的重要事件相关的图像进行标注。
图像处理单元200设计允许对时移系列图像124、124′、124″中的一个或多张单张图像进行链接和存储。
此外，图像处理单元200设计允许操作人员编辑或删除上述标注，图像处理单元200此后可保存所做的修改。
如图6所示，标注窗口136允许操作人员对以较大窗口130显示的具体图像进行标注。
如图6所示，操作人员对以较大窗口130显示的在18.55小时捕获的图像126″标注了细胞分裂事件T2。
如果操作人员想对同一培养皿的另一个培养孔的时移系列图像进行观察，图像处理单元200允许操作人员只需通过输入设备112选择与时移系列图像124、124′、124″相关的特定较小窗口128。
接着，图像处理单元200将以较大的窗口130显示属于所选择的时移系列图像124、124′、124″的具体图像126、126′、126″。
图5和图6中的“云状”短划线部分的目的是标示每张126、126′、126″图像属于其相关的时移系列图像124、124′、124″。“云状”部分的内容象征性地标示时移系列图像124、124′、124″已向操作人员显示或未显示。
能够理解的是本领域的技术人员可根据本发明的宽泛的创新概念下对所述实施例进行修改。因此本发明并不限于本说明书所揭示的实施例，其目的仅在涵盖所附权利要求书确定的本发明精神和范围内的修改。
附图标示数字清单
2 箱体
4 培养皿分隔室
5 分隔室壁
6 培养皿
8 生物材料
10 培养皿分隔室盖子
12 培养皿分隔室内部
14 气体输入装置
16 气体输出装置
18 加热装置
20 照相机
22 培养皿分隔室托架
24 温度感应器
26 PH感应器
28 供应气体连接装置
30 调节输入气体阀门
32 气体混合箱
34 二氧化碳感应器
36 氧气感应器
38 气体导管
40 紫外线照射装置
42 气体过滤装置
44 气体导管
46 照相机移动装置
48 培养皿分隔室底部
50 控制单元
52 输入装置
54 显示装置
100 设备
111 信息传输装置
110 数据处理器
112 输入设备
114 显示器
116 一个图像捕获期按时间顺序捕获的图像
118 培养皿的培养孔
120 培养皿
122 一组属于同一培养孔的图像
122′ 一组属于同一培养孔的图像
122″ 一组属于同一培养孔的图像
124 一组属于同一培养孔的时移系列图像
124′ 一组属于同一培养孔的时移系列图像
124″ 一组属于同一培养孔的时移系列图像
126 时移系列图像的单张图像
126′ 时移系列图像的单张图像
126″ 时移系列图像的单张图像
128 显示器上较小窗口
130 显示器上较大窗口
132 标注
134 标记窗口
136 标注窗口
138 理想时移系列图像
200 图像处理单元
300 系统
400 成套组件
D1 第一个培养皿
D2 第二个培养皿

Claims (20)

1.一种监测生物材料发育的设备(100)，所述设备以实施状态为目的包括：
一个沿横轴(X)和纵轴(Y)延伸的箱体(2)，所述箱体包括：
多个培养皿分隔室(4)，所述多个培养皿分隔室中的每个培养皿分隔室均包括一个带有被监测的生物材料(8)的培养皿(6)，所述多个培养皿分隔室中的每个培养皿分隔室均与其他培养皿分隔室分离，所述多个培养皿分隔室沿横轴方向排列；
其中，所述多个培养皿分隔室中的每个培养皿分隔室(4)均包括一个可移开的盖子(10)以提供进入所述培养皿分隔室的内部(12)的入口，并包括一个密封设计以将所述培养皿分隔室与外部环境隔离；
其中，所述多个培养皿分隔室中的每个培养皿分隔室包括一个向所述培养皿分隔室供气的入口(14)及一个从所述培养皿分隔室排气的出口(16)；
其中，所述多个培养皿分隔室中的每个培养皿分隔室均包括加热所述培养皿分隔室的内部的加热装置(18)；
其中，所述箱体包括一个捕获培养皿内生物材料图像的照相机(20)；
其中，所述照相机(20)安装在照相机移动装置(46)上，所述照相机移动装置用于沿着所述多个培养皿分隔室所在区域移动；
其中，所述照相机移动装置被设计为在与横轴(X)平行的方向上在所述多个培养皿分隔室(4)的下方位置移动，其中所述多个培养皿分隔室(4)中的一个或多个的底部(48)的至少一部分是透明的，从而允许所述照相机从所述多个培养皿分隔室(4)的下方捕获培养皿的照片；
其中，所述设备还包括控制单元(50)，所述控制单元用来对所述设备的运行的一个或多个参数进行测量和\或控制。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个参数从以下的群组中选择：所述多个培养皿分隔室中的一个或多个内的温度、所述多个培养皿分隔室中的一个或多个内的氧气浓度、所述多个培养皿分隔室中的一个或多个内的二氧化碳浓度、培养皿内培养基的PH值、气体流量值、气体压力值、被打开盖子的数目和每个具体盖子被打开的时间长度、以及所述照相机的参数。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述照相机的参数包括所述照相机捕获图像的频率和捕获图像的时间。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制单元与一个输入装置相连接，以使操作人员能够定义操作的参数；其中所述控制单元与显示器相连接，以向操作人员提供关于操作的信息。
5.一种包括根据权利要求1至3中任一权利要求所述的设备(100)并与图像处理单元(200)结合的系统(300)；
其中，所述图像处理单元(200)包括一个数据处理器(110)；一个输入设备(112)，以便操作人员输入操作指令；一个向操作人员显示信息的显示器(114)；
其中，所述图像处理单元被设计为上传并储存一定数量的图像(116)，所述图像为由照相机在不同位置捕获的时移图像，所述图像显示一定数量的培养皿(120)的不同培养孔(118)的情况；
其中，所述图像处理单元被设计为将图像整理在一定数量的组(122,122',122”')，每组图像代表同一个培养孔的图像；
其中，所述图像处理单元被设计为将每组图像(122,122',122”')整理成来源于同一培养孔的时移系列图像(124,124',124”’)；
其中，所述图像处理单元被设计为接收操作人员的指令以在所述显示器(114)上显示属于与由操作人员选择的具体培养皿(120)的每个培养孔(118)相关的时移系列图像(124,124',124”')且与所述具体培养皿每个培养孔相关的图像(126,126',126”')；
其中，所述图像处理单元被设计为在所述显示器上以较小窗口(128)显示单张图像(126,126',126”')，所述单张图像(126,126',126”')属于与所述由操作人员选择的具体培养皿(120)的每个培养孔(118)相关的时移系列图像(124,124',124”')且与所述具体培养皿每个培养孔相关；
其中，所述图像处理单元被设计为允许操作人员在较小窗口(128)中选择具体被选择的单张图像(126,126',126”')，所述具体被选择的单张图像(126,126',126”')属于与所述由操作人员选择的具体培养皿(120)的每个培养孔(118)相关的时移系列图像(124,124',124”')；
其中，所述图像处理单元被设计为在所述显示器上以较大窗口(130)显示所述具体被选择的单张图像(126,126',126”')，所述具体被选择的单张图像(126,126',126”')属于与所述由操作人员选择的具体培养皿(120)的每个培养孔(118)相关的时移系列图像(124,124',124”')；
其中，所述图像处理单元被设计为在显示每个较小窗口(128)的同时在所述显示器上显示较大窗口(130)，每个较小窗口(126,126',126”')代表属于与所述由操作人员选择的具体培养皿(120)的其他剩下培养孔(118)相关的时移系列图像(124,124',124”')的图像(126,126',126”')；
其中，所述图像处理单元被设计为接收操作人员的指令，所接收的操作人员的指令涉及对与在所述较大窗口(130)中显示的单张图像(126,126',126”')相关的时移系列图像(124,124',124”')进行播放；
其中，所述图像处理单元被设计为随后对在所述较大窗口(130)中显示的单张图像(126,126',126”')相关的时移系列图像(124,124',124”')进行播放。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为接收操作人中的指令以按照操作人员所选择的显示速率对所述较大窗口(130)中显示的单张图像(126,126',126”')相关的时移系列图像(124,124',124”')按时间顺序进行前放或倒放，所述显示速率为每秒0.1-30帧。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为接收操作人员的指令，所接收的操作人员的指令涉及在所述较大窗口(130)中显示属于与所述较大窗口(130)中正在显示的图像不同的另一时移系列图像(124,124',124”')中的图像(126,126',126”')，其中所述图像处理单元被设计为随后在所述较大窗口(130)中显示属于所述另一时移系列图像(124,124',124”')的单张图像(126,126',126”')。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为接收操作人员的指令，所接收的操作人员的指令涉及在所述较大窗口(130)中显示的特定图像(126,126',126”')的一个或多个注释(132)，所述图像处理单元被设计为随后链接和存储所述特定图像(126,126',126”')的一个或多个注释(132)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为在所述显示器(114)上显示在所述较大窗口(130)中显示的特定图像(126,126',126”')的一个或多个注释(132)。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为允许操作人员编辑、储存并删除在所述较大窗口(130)中显示的特定图像的一个或多个注释(132)，所述图像处理单元被设计为随后链接以及存储或删除对所述特定图像的一个或多个注释(132)的编辑或删除。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为：针对所述较小窗口(128)中的任何一个，在任何注释(132)已经被链接到与在所述较小窗口(128)中显示的图像相关的时移系列图像(124,124',124”')中的一个或多个图像(126,126',126”')的情况下，显示所述较小窗口(128)的标记(134)，从而允许通知操作人员与所述较小窗口(128)相关的时移系列图像(124,124',124”')已经被注释。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为显示一个或多个窗口(136)以显示与在所述较大窗口(130)中显示的特定图像(126,126',126”')相关的注释(132)。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为以所述较大窗口(130)被所述较小窗口(128)包围的方式来显示所述较小窗口及所述较大窗口(130)。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为允许操作人员在注释(132)的清单中选择其中一个注释(132)，所述图像处理单元被设计为随后在所述较大窗口(130)中显示与所选择的注释链接的特定图像(126,126',126”')。
15.根据权利要求8所述的系统，其中，所述图像处理单元被设计为在存储设备中存储与时移理想发育相关的理想时移系列图像(138)，所述图像处理单元被设计为：在接收到指令时，在所述显示器上将所述理想时移系列图像显示为与特别选择的培养孔(118)相关的时移系列图像(124,124',124”')和所述理想时移系列图像(138)的叠加。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述理想时移系列图像(138)是真正的时移图像或是模拟的时移图像，或是两者的组合。
17.一种包括根据权利要求1至4中任一权利要求所述的设备(100)，或根据权利要求5至16中任一权利要求所述的系统(300)并与被配置为容纳需监测生物材料的多个培养皿结合的成套系统(400)。
18.一种使用根据权利要求1至4中任一权利要求所述的设备(100)或根据权利要求5至16中任一权利要求所述的系统(300)或根据权利要求17所述的成套系统(400)对生物材料的发育实施监测的方法。
19.根据权利要求18所述的方法，所述生物材料为一个胚胎或一个或多个干细胞。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述生物材料为哺乳动物的一个胚胎或一个或多个干细胞。
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