JP2006141326A - 培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 培養器上の培養状態を任意の観察位置で再現性を持って観察することのできるようにする。
【解決手段】 観察位置指定手段には、その操作端末上の表示画面に培養器手段に対応する図が表示されており、その図の上に現在のカメラの位置を示す印、移動したい位置を示す印、過去に画像が保存された印などが表示されている。また、この表示画面上には、その他に移動開始命令の入力を受け付けるコントロールボタンなどが配置されている。操作者は、マウスやキーボードなどの入力装置を用いて培養器手段の図上で、移動したい位置（観察位置）を指定することによって、観察位置設定手段が目的の観察位置にカメラなどの培養状態観察手段を自動的に移動する。これによって、培養器上の培養状態を任意の観察位置で再現性を持って観察することが可能となる。
【選択図】 図２７

Description

本発明は、培養器上の培養状態を任意の観察位置で観察することのできる培養装置に関する。

培養は、培養器内の培地の交換や、細胞密度を適正にするための再播種などといった煩雑な継代プロセスが手作業により行われている。通常、これらの作業は、コンタミネーションなどの発生を回避するため、半導体製造分野で培われたクリーン環境生成技術により大気中の浮遊微粒子濃度を抑制した比較的清浄な雰囲気で注意深く行われる。しかし、この清浄な雰囲気でもコンタミネーションを回避するには十分ではなく、培養器として通常用いられる円形シャーレで細胞を培養する場合、培地交換の際にはシャーレの蓋を持ち上げるように上方にかざして菌が混入しないよう注意を払いながら、ピペッタをシャーレとその蓋のすきまに、かつピペッタがシャーレの縁など周囲のものに触れないようすばやく挿入するといったように煩雑で難しい作業を必要としていた。このような作業は、頻繁かつ日常的に行われ、通常非常に熟練した作業者が行う。
ＵＳＰ５，９８５，６５３

従来、培養中の培養器の観察（撮影）位置を指定するためには、カメラが目的の位置に達するまで目視で位置の設定を確認していた。カメラの現在の位置も同様に目視で確認していた。そして、一度撮影した位置は目視で定性的に確認していた。撮影した画像と培養器上の位置関係は、操作者が細胞を撮影するたびに両者の対応表を作成して管理していた。

このような方法では、カメラを目的の場所に移動するのに煩雑な操作が必要であり、目的の位置に到達するまでに何度も試行錯誤する必要があった。現在の撮影位置を確認するために、保温箱（恒温槽）の中の培養器を目視して確認する必要があったが、正確な位置を把握するのは困難であり、一度カメラを動かしてしまうと正確に同一位置に戻すのは困難であった。また、一旦撮影した画像が培養器内のどの位置で撮影したものかを判別するのも不能であり、ある一点の経時的な画像を表示するのも手動操作によらなければならず、不便であった。

この発明の目的は、培養器上の培養状態を任意の観察位置で再現性を持って観察することのできる培養装置を提供することにある。

本発明の培養装置の第１の特徴は、内部で培養を行う培養器手段と、前記培養器手段の培養の状態を観察する培養状態観察手段と、前記培養器手段に対応する図形上でその観察位置を指定する観察位置指定手段と、前記培養器手段及び前記培養状態観察手段の少なくとも一方を移動させることによって、前記観察位置指定手段が指定した前記観察位置で前記培養状態観察手段が前記培養器手段を観察できるように設定する観察位置設定手段とを備えたことにある。
本発明の培養装置の第２の特徴は、過去に観察した培養器手段の観察地点と画像を保存する過去観察情報保存手段と、観察位置に対応した過去画像を前記過去観察情報保存手段から読出す読出し手段を備え、前記観察位置設定手段は観察位置を前記読出し手段に送ることにある。
観察位置指定手段には、その操作端末上の表示画面に培養器手段に対応する図が表示されており、その図の上に現在のカメラの位置を示す印、移動したい位置を示す印、過去に画像が保存された印などが表示されている。また、この表示画面上には、その他に移動開始命令の入力を受け付けるコントロールボタンなどが配置されている。操作者は、マウスやキーボードなどの入力装置を用いて培養器手段の図上で、移動したい位置（観察位置）を指定することによって、観察位置指定手段が目的の観察位置にカメラなどの培養状態観察手段を自動的に移動する。これによって、培養器上の培養状態を任意の観察位置で再現性を持って観察することが可能となる。なお、移動終了後は移動したい位置を示す印が現在のカメラの位置を示す印に変化するので、操作者はこの印を目視することによって現在のカラメの位置などを容易に把握することができる。

本発明によれば、培養器上の培養状態を任意の観察位置で再現性を持って観察することができる。

以下、本発明を適用してなる培養装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる培養装置の基本構成を示すブロック図である。

培養器１は、細胞を培養する容器であり、ポンプ３及び可撓性管部材２を介して未使用の薬品が注入されたリザーブタンク４に接続されている。廃液タンク７は、使用済みの薬品を貯めるものであり、ポンプ６及び可撓性管部材５を介して培養器１に接続されている。駆動手段８は、培養器１を回動させるものである。カメラ９は、培養器１を透過した光源１０から発した光により中の培養細胞を観察する。システムコントローラ１１は、ポンプ３、ポンプ６、駆動手段８、カメラ９、光源１０に接続され、これらポンプ３、ポンプ６、駆動手段８、カメラ９、光源１０を制御する。

図２は、本発明を適用してなる培養装置の機構部の詳細図であり、図１におけるシステムコントローラ１１を省いた実際の構成を示している。培養器３８は、透明な非毒性の材質、好ましくはポリスチレン、またはポリエチレンテレフタレートで形成されていることが望ましい。培養器３８の本体１５の表面にはガス透過膜１６が貼ってある。培養器３８の表面は、細胞が付着しやすいように親水性を持つように改質されていると良い。培養器３８の略中央には薬品注入のためのチューブ接続部材１９を設けられ、培地１７などの薬品を培養器３８内部に流し込む働きをする。この時、傾斜部３８１が各種液体の落下の衝撃を和らげて培養細胞へのダメージを防いでいる。

培養器３８の底面には細胞が接着してそこで培養が行なわれる。チューブ接続部材１８は細胞の老廃物が溶出し、培地中の栄養素が少なくなった古い培地を排出する排出口である。培養器３８は、ロータ２２上に固定され、このロータ２２は下方にてカムフォロア２７にて矢印Ｅ方向に回転できるよう、例えば、円周方向３箇所で自在に支持される。さらに、ロータ２２の下方にはインターナルギア（図示せず）を形成し、このギアは、保温箱（フレーム）３０に固定した培養器駆動モータ２９の出力軸に勘合したピニオン２８と噛みあう。ケーブルドラム２５は、ロータ２２に設けられたピンチ弁２４の配線を巻く。巻き取りドラム２６は、ロータ２２が回転してもピンチ弁２４の配線を巻き取り、配線が緩むことにより、他の突起物に絡まないように自動的に配線を巻き取るようになっている。例えば、ばねを利用し定常的にケーブルに張力を与えることで実現できる。

供給チューブ２１は、培養器３８の略中央に設けられたチューブ接続部材１９に接続されている。ガイド部材３５は、供給チューブ２１をガイドするものである。この供給チューブ２１は、ガイド部材３５の上方に設けられたチューブ固定部材３６にてフレーム３０に固定され、このチューブ固定部材３６からチューブ接続部材１９までの間のチューブは、ガイド部材３５の内部を自由に動くようになっている。

培地タンク６７は未使用の培地を貯留し、緩衝液タンク６８は緩衝液を貯留し、細胞剥離剤タンク６９，７０，７１は細胞剥離剤を貯留している。各タンク６７，６８，６９，７０，７１は、断熱箱８０内に設けられている。ピンチ弁７２，１０５，７３，７４，７５は、各タンク６７，６８，６９，７０，７１からの送液を制御するものである。また、ピンチ弁６６は、後述する培養前細胞の注入を制御するものである。空気流入口７８，７９は、チューブ内の液溜まりを防止するために大気中の空気を導入するものであり、大気中の不純物を取り除くためのフィルタ（目の大きさが０．２μｍ以下が望ましい）を備えている。各タンク６７，６８，６９，７０，７１から取り出されるチューブは、前述した供給チューブ２１に接続され、しごきポンプ３７で送液できるようになっている。しごきポンプ３７は、ローラでチューブを挟み込み、そのローラを回転することによりチューブ内の液を送り出すポンプである。

廃液チューブ２３は、培養器３８の底面に設けられたチューブ接続部材１８に接続され、ガイド部材９９によりフレーム３０外にガイドされる。このガイド部材９９の下部には、チューブ固定部材１００が設けれており、このチューブ固定部材１００によって廃液チューブ２３は固定され、かつこのチューブ固定部材１００とチューブ接続部材１８との間では廃液チューブ２３は、自由に動くようになっている。細胞の老廃物が溶出し、培地中の栄養素が少なくなることによって生成される古い培地は、しごきポンプ１０１により廃液チューブ２３を通って、廃液回収箱９８内の廃液タンク１０２に貯留される。ピンチ弁１０３は、廃液タンク１０２への送液を制御し、ピンチ弁１０４は、廃液をしごきポンプ１０１で廃液タンク１０２へ送液する際の送液状態を制御するものである。

シャッターモータ５０は、フレーム３０の右側面に設けられた開口部をシャッター５１で開閉するものであり、その回転軸にシャッター５１に接続されたワイヤが巻回されている。シャッターモータ５０の回転を制御することによりシャッター５１を矢印Ａ方向（図面上の上下方向）に移動できるようになっている。培養前細胞を貯留する容器５２は、ホルダー部６２に支持される。ホルダー６２は、送りねじを有したモータ６３によって矢印Ｂ方向（図面上の左右方向）に移動できるようになっている。容器５２の上面にはゴム材が設けられ、外気からカバーされている（図示略）。針５３は、細胞注入チューブ５６に接続され、ピペッターアーム５５に固定されている。ピペッタアーム５５は、軸５４に支持され、ピペッタ回転動モータ５７により矢印Ｄ１方向に回転できるようになっている。回転部材５８は、軸５４と共に回転する部材であり、ピペッタ上下動モータ５９とプーリ６０を備えている。ピペッタ上下動モータ５９の出力軸に固定されたプーリとプーリ６０はベルト６１により連結され、そのベルト６１の一部は軸５４と固定されている。

ピペッタ上下動モータ５９の駆動により、軸５４は上下動作するようになっている。ピンチ弁６６は、培養前細胞をしごきポンプ３７で送液する際、送液状態を制御するものである。なお、ピペッタアーム５５には針３９が固定されており、その一端にはエアーフィルター４０が設けられている。この針３９の機能は、容器５２が硬質のプラスチック材料で形成された場合において、内部が印圧になって細胞が吸引しにくくなるのを防止するものである。なお、培養前細胞は、しごきポンプ３７により吸引されると説明したが、針３９から容器５２に空気を圧送することによって送液するようにしてもよい。

シャッターモータ８１は、フレーム３０の左側面に設けられた開口部をシャッター８２で開閉するものであり、その回転軸にシャッター８２に接続されたワイヤが巻回されている。シャッターモータ８１の回転を制御することによりシャッター８２を矢印Ｆ方向（図面上の上下方向）に移動できるようになっている。培養後細胞を貯留する容器８４は、ホルダー部９３に支持される。ホルダー９３は、送りねじ９５を有したモータ９４によって矢印Ｇ方向（図面の左右方向）に移動できるようになっている。容器８４の上面にはゴム材が設けられ、外からカバーされている（図示略）。針８３は、細胞注入チューブ８４に接続され、ピペッタアーム８５に固定されている。ピペッタアーム８５は、軸８７に支持され、ピペッタ回転動モータ８８により矢印Ｄ２方向に回転できるようになっている。回転部材８９は、軸８７と共に回転する部材であり、ピペッタ上下動モータ９０とプーリ９１を備えている。ピペッタ上下動モータ９０の出力軸に固定されたプーリとプーリ９１はベルト９２により連結され、そのベルト９２の一部は軸８７と固定されている。

ピペッタ上下動モータ９０の駆動により、軸８７は上下動作するようになっている。ピンチ弁１０３は、培養後細胞をしごきポンプ１０１で送液する際、送液状態を制御するものである。なお、ピペッタアーム５５には針４１が固定されており、一端にはエアーフィルター４２が設けられている。この針４１の機能は、容器８４が硬質のプラスチック材料で形成された場合において、内部が陽圧になって細胞が吐出しにくくなるのを防止するものである。なお、培養後細胞は、しごきポンプ１０１により送液されると説明したが、培養器３８に空気を圧送することによって、送液するようにしてもよい。

光源３４は、フレーム３０の下側からフレーム３０内に光を供給するものであり、光の出射側にフィルター３３を備えている。ＣＣＤカメラ３１は、レンズを備えており、フレーム３０の上側に設けられた観察窓３２から培養器３８にて培養される細胞を観察したり、継代時のタイミングを判定したりするのに利用されるものである。光源３４は、画像の輝度ムラを防止するために複数のＬＥＤをフラットに配置したタイプのものが好ましいが、光量が十分であるならば１つのＬＥＤもしくはランプで構成してもよい。また、フィルター３３は、ＣＣＤカメラ３１に入射する光量を低減するためＮＤフィルター、及び細胞観察に適したコントラストを得るため適当なバンドパスフィルターから構成される。このフィルターは、ＣＣＤカメラ３１の前面に設けても良い。ＮＤフィルターは、ＣＣＤカメラ３１の前面に、またバンドパスフィルターは細胞に害を与える短波長光をカットするものの場合は光源３４の前面の方が好ましい。ヒータ１０８は、温度センサ１０６からの検知温度に基づいてフレーム３０の内部を一定の温度に保つものである。ファン６５は、フレーム３０内の空気を攪拌するものである。スタンド９６，９７は、この培養装置全体を床面に立設させるものである。継ぎ手１０７は、二酸化炭素と窒素と酸素の割合を制御した混合気体を供給する際の不純物を除くためのフィルターを備えている。

培養器３８の上面に貼ったガス透過膜１６は、全面を覆うように図示したが、部分的に設けてもよい。なお、培地の蒸発を防止するため、フレーム３０内部の湿度を上げた方が良いのは言うまでもない。この場合、水を入れたトレーを内部に配置するのが容易かつ効果的である。培養器３８の前面をガス透過膜１６で覆わない場合には、継ぎ手１０７から供給される混合気体を直接培養器３８の内部に供給するようにしてもよいし、また培地などに溶け込ませても良い。

また、フレーム３０は、概ね全体を覆う形体としたが、培養器３８の周辺部分のみ覆う構造としても良い。すなわち、２組のピペッタはフレーム３０の一部として左右に設けられる場合について説明したが、フレーム３０とは別個に構成して、フレーム３０の外部に２組のピペッタを配置するようにしても良い。

図３は、図２の培養器３８の詳細構成を示す図である。図３（ａ）は図２の培養器３８を上面から見た平面図であり、図３（ｂ）はその側断面図である。図３（ａ）において、チューブ接続部材１９は、培養器３８の円中心から距離Ｌ１だけ離れた位置に回転中心付近に設けられている。古い培地を排出するチューブ接続部材１８や堰２０の位置と形状は、変形例１１２，１１３，１１４のようにしても良い。変形例１１２は、堰２０を省略したものであり、変形例１１３は、チューブ接続部材１８が培養器３８の側面に設けられているものであり、変形例１１４は、チューブ接続部材１８の開口部が培養器３８の底面に接するように設けられているものである。

変形例１１２，１１４は、培養器３８の回転に伴う遠心力によって、細胞がチューブ接続部材１８の開口部以外のくぼみ部分に凝集することがあるので、この点では変形例１１３が遠心力によって、細胞を培養器３８外に排出することができるので、より好ましい。なお、このチューブ接続部材１８の位置は、培養器３８のどこに配置してもよく、特に限定はしない。また、距離Ｌ１も特に限定されるものではない。但し、培養器３８の円中心と回転中心は、ずらした方が細胞の均一播種の点で好ましい。チューブ接続部材１８の位置を、たとえば培養器３８の円中心付近に配置することによっても細胞の凝集を避けることができる。

ここで回動とは、回転、偏心回転、平行移動、往復平行移動のうち少なくとも一つとこれらの組み合わせを含むものであり、特に細胞や液の攪拌や均一化に有用な動作のことである。例えば、培地や中和済み細胞剥離剤の培養器からの排出は、培養器を傾斜動作させても良い。また、培養器内の細胞の均一播種は、培養器を振動させてもよい。手作業による培養では、培養器を８の字の軌跡を描かせるように動作させることで均一に播種することができる。このように回転動作が最もシンプルでかつ構成することも容易であるが、回転に限定する必要はなく、様々な並進動作、または回転と並進動作の組み合わせで対応してもよい。

図４は、図２の培養装置の制御ブロック図の詳細を示し、複数の培養装置を接続してそれをプラント化した場合を示すブロック図である。図２の培養装置は、図４では大きなブロック１２７で示される。各ピンチ弁２４，６６，７２，７３，７４，７５，７６，７７，１０３，１０４、温度センサ１０６、ヒータ１０８、ファン６５、しごきポンプ３７，１０１、容器移動モータ９４，６３、培養器駆動モータ２９、ピペッタ上下動モータ５９、ピペッタ回転動モータ５７、ピペッタ上下動モータ９０、ピペッタ回転動モータ８８、シャッターモータ５０、８１などは、それぞれＩ／Ｏ １２０を介してバス１２１に接続される。また、ＣＣＤカメラ３１は、画像取り込みボード２５０とＩ／Ｏ １２０を介してバス１２１に接続される。バス１２１には、ＣＰＵ１２２、操作卓１２３、操作器１２６、メモリ１２４、コンピュータネットワークドライバ１２５が接続されている。

図４においては、コンピュータネットワークが外部に配設されており、このコンピュータネットワークに培養装置１２７及びこれ以外の複数の培養装置１２８，１２９が接続され、さらに、このコンピュータネットワークに接続された制御監視装置１３０によって、これら複数の培養装置１２７，１２８、１２９がそれぞれの離れた所から監視され、制御されるようになっている。制御監視装置１３０は、汎用のパーソナルコンピュータで対応可能である。なお、コンピュータネットワークの場合は、双方向のデータ通信手段であれば特に限定しない。また、単に培養装置の状態を離れた所から認識する目的ならば、片方向のデータ通信手段で良い。このコンピュータネットワークに接続する培養装置の台数は特に限定しない。複数の培養装置を利用する場合、データ通信手段により接続することにより、通常数週間もの長い時間を要す培養期間中、各培養装置の状態を常に遠隔監視できるので、大規模な培養設備には好適である。

制御監視装置１３０の機能は、図５において説明する培養装置の動作を逐次監視し、異常時には外部に信号を発する機能を備えたものであり、現時点では公知の技術であるため、その詳細な説明は省略するが、監視機能は各培養装置が担ってもよいし、制御監視装置１３０が請負ってもよい。例えば制御監視装置１３０は、時分割で各培養装置の動作を確認し、各培養装置が異常をおこした場合に、当該培養装置を外部に知らしめる方法がもっとも容易である。

図５は培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下、図１〜図５を参照して、培養装置の動作を説明する。なお、図４に示すＣＰＵ１２２、メモリ１２４、バス１２１は汎用コンピュータで用いられている技術であるので、以下それらＣＰＵ１２２、メモリ１２４、バス１２１の詳細動作は省略し、各アクチュエータの動作のみ説明する。

ステップＳ５１：「スタート」
培養装置１２７の動作開始であり、操作者が操作卓１２３の操作器１２６のスタートスイッチを押すことによってスタートする処理である。また、前述した図４に示すように複数の培養装置と制御監視装置がコンピュータネットワークに接続されている場合は、制御監視装置側でスタートスイッチを押すように構成してもよい。なお、この時点では既に培養器３８や、各タンク６７，６８，６９，７０，７１には薬品が培養装置１２７にセットされている。

ステップＳ５２：「培地注入」
ピンチ弁７２が開放され、しごきポンプ３７が動作して、培地タンク６７内の培地がチューブ２１を通って送液される。送液される培地は、矢印Ｊ１、矢印Ｊの経路を通り培養器３８に流れ込み、培養器３８で培地１７となる。予め設定された量の培地が注入されたら、しごきポンプ３７の動作を停止し、ピンチ弁７２は閉じる。ここでの培地量の設定値は予めメモリ１２４に記憶されている。なお、この実施の形態では後述するポンプ１０１も同様であるが、液料を図る手段を設けずに、ポンプの動作時間において液料を決定している。

ステップＳ５３：「容器５２の投入」
操作者が操作器の該当するスイッチを操作すると、シャッターモータ５０が動作し、シャッター５１が矢印Ａ方向（上昇方向）にスライドする。シャッター５１が所定量上昇した後、容器移動モータ６３が動作し、ホルダーが矢印Ｂ方向（右方向）に移動する。この移動後、操作者は培養前細胞を入れた容器５２をホルダー６２に置く。その後、容器移動モータ６３は上記と逆方向に回転し、ホルダー６２は矢印Ｂ方向（左方向）に移動する。シャッターモータ５０が回転し、シャッター５１は矢印Ａ方向（下降方向）に移動して、閉じる。

ステップＳ５４：「ピペッタを駆動させ細胞を培養器３８に移送」
容器移動モータ６３が小刻みに正逆回転し、容器５２内の細胞を懸濁する。詳細は述べないが、ホルダー６２内部に容器５２を振動させるアクチュエータを備えても良い。この動作と前後して、ピペッタ回転動モータ５７が動作し、ピペッタアーム５５が回転する。次にピペッタ上下動モータ５９が動作し、ピペッタアーム５５が下降して、容器５２内に針５３が挿入する。ピンチ弁６６が開放し、しごきポンプ３７が動作する。これにより、容器５２内の培養前細胞は吸いだされ、細胞は矢印Ｊ２→Ｊ方向へチューブ５６を通って、送液され、チューブ２１を通り、培養器３８に注入される。この注入終了後、ピンチ弁６６は閉じ、またしごきポンプ３７は停止する。

ステップＳ５５：「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」
モータ２８が回転し、培養器３８に注入した細胞を均一化・播種のため懸濁する。細胞の均一化・播種は、過度の細胞密度は細胞の変質を招く恐れがあるため、培養を効率高く行うために必要な処理である。なお、培養前細胞の注入が確認された後にモータ２８が回転を始めるのではなく、培養細胞が接着依存性細胞（固形物を認識してこの固形物に接着することにより培養する細胞）の場合、培養前細胞が培養器３８内部に注入されている最中に、モータ２８を回転させた方が良い。なお、ステップＳ５５の次にはステップＳ５６に進む場合とステップＳ５８にジャンプする場合がある。ここではステップＳ５８にジャンプする場合で説明する。

ステップＳ５８：「培養」
このステップでは、培養前細胞は培養に入ることになるが、培養中は、温度センサ１０６及びヒータ１０８によりフレーム３０内は培養に適した温度（３７℃前後）に制御されており、またファン６５によってフレーム３０内部の大気も攪拌されて、温度ムラがないようにしてある。

ステップＳ５６：「培地を排出」
このステップは、ステップＳ５８を実行する前に適宜に実行できるステップであり、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動作して、培養器３８内の培地１７がチューブ２３を通って、廃液タンク１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４は閉じる。

ステップＳ５７：「新しい培地を注入」
このステップも同様にステップ６を実行する前に適宜に実行できるステップであり、ピンチ弁７２が開放し、しごきポンプ３７を動作させ、培養器３８内に新しい培地が注入される。この培地の注入後、ピンチ弁７２は閉じ、しごきポンプ３７は停止する。

ステップＳ５９：「継代のタイミングか？」
上記培養中において、予め時間を決めておいてもよいし、操作卓にスイッチを設けて、術者が動作を指示するようにしてもよいが、次のように画像を利用すると細胞の品質安定化に寄与する。すなわち、適宜に光源３４が発光し、ＣＣＤカメラ３１が培養器３８内で培養されている細胞の画像を取得する。培養初期段階の細胞は多くの箇所で密度が非常に低く、部分的に密な状態（コロニー）を形成する場合が多い。そのコロニーを培養器駆動モータ２８の動作によりＣＣＤカメラ３１が捉え、計測する。このコロニー部分の細胞がコンフルエントに到達していなければ、引き続き培養される。コンフルエントか否かの判断は、後述するステップＳ６０の細胞数カウントと同じでよい。その時必要であれば、ステップＳ５６とす５７の処理を行なってからステップＳ５８に進む。また、コンフルエントに到達していれば、継代のタイミングということになり、次のステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０：「目標の細胞数か？」
ＣＣＤカメラ３１からの情報を元に細胞数をカウント又は演算する。その結果として、細胞数が予め操作者が設定した値に達していれば、ステップＳ６８に進み、目標細胞数に達していなければ、ステップＳ６１に進む。

ステップＳ６１：「培地を排出」
ステップＳ６１〜ステップＳ６７の処理は、細胞数が予め操作者が設定した値に達していなかった場合に実行される処理である。まず、このステップでは、ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動作して、培養器３８内の培地１７がチューブ２３を通って、廃液タンク１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４は閉じる。

ステップＳ６２：「培養器を緩衝液で洗浄」
ピンチ弁１０５が開放し、しごきポンプ３７が動作して、緩衝液タンク６８から緩衝液が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁１０５が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、培養器３８を回動させ緩衝液を培養器底面に行き渡らせる。その後、ピンチ弁２４が開放し、しごきポンプ１０１が動作して、廃液タンク１０２に培養器３８内の緩衝液を送液する。

ステップＳ６３：「細胞剥離剤を注入」
ピンチ弁７３が開放され、しごきポンプ３７が動作し、細胞剥離剤タンク６９から細胞剥離剤が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁７３が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、細胞剥離剤を培養器底面に行き渡らせる。

ステップＳ６４：「中和剤を注入」
ここでは中和剤を培地としている。上述の細胞剥離剤としては様々なものが利用されているが、ここでは培地には血清が含まれるものとして、この血清により中和される細胞剥離剤を想定している。従って、動作としては、上述のステップＳ５２と同様で、ピンチ弁７４を開放してタンク７０から中和剤が注入される。

ステップＳ６５：「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」
ステップＳ５５と同一の処理が行なわれる。すなわち、モータ２８が回転し、培養器３８に注入した細胞を均一化・播種のため懸濁する。そして、所定時間経過後すなわち細胞が接着した後に、次のステップＳ６６に進む。

ステップＳ６６：「中和された細胞剥離剤を排出」
ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４が閉じる。

ステップＳ６７：「新しい培地注入」
ステップＳ５２と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁７２が開放され、しごきポンプ３７が動作して、培地タンク６７内の培地がチューブ２１を通って送液される。送液される培地は、矢印Ｊ１、矢印Ｊの経路を通り培養器３８に流れ込み、培養器３８で培地１７となる。予め設定された量の培地が注入されたら、しごきポンプ３７の動作を停止し、ピンチ弁７２は閉じる。

ステップＳ６８〜ステップＳ７１の処理は、細胞数が予め操作者が設定した値に達していた場合に実行される処理であり、上述のステップＳ６１〜ステップＳ６４の処理と同じである。

ステップＳ６８：「培地を排出」
ステップＳ６１と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動作して、培養器３８内の培地１７がチューブ２３を通って、廃液タンク１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４は閉じる。

ステップＳ６９：「培養器を緩衝液で洗浄」
ステップＳ６２と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁１０５が開放し、しごきポンプ３７が動作して、緩衝液タンク６８から緩衝液が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁１０５が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、培養器３８を回動させ緩衝液を培養器底面に行き渡らせる。その後、ピンチ弁２４が開放し、しごきポンプ１０１が動作して、廃液タンク１０２に培養器３８内の緩衝液を送液する。

ステップＳ７０：「細胞剥離剤を注入」
ステップＳ６３と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁７３が開放され、しごきポンプ３７が動作し、細胞剥離剤タンク６９から細胞剥離剤が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁７３が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、細胞剥離剤を培養器底面に行き渡らせる。

ステップＳ７１：「中和剤を注入」
ステップＳ６４と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁７４を開放してタンク７０から中和剤が注入される。そして、所定時間経過後すなわち細胞が接着した後に、次のステップＳ７２に進む。

ステップＳ７２：「中和された細胞剥離剤を排出」
ステップ６６と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４が閉じる。

ステップＳ７３：「ピペッタを駆動させ細胞を容器に移送」
ピペッタ回転動モータ８８が動作し、ピペッタアーム８５を回転させる。次にピペッタ上下動モータ９０が動作し、ピペターアーム８５が下降して、容器８４内に針８３が挿入される。ピンチ弁２４、１０３が開放し、しごきポンプ１０１が動作する。これにより、培養器３８内の培養後細胞は吸いだされ、細胞は矢印Ｐ１方向にチューブ２３を通って、送液（移送）される。そして、チューブ８６を通り、細胞保管容器８４に注入される。

ステップＳ７４：「細胞保管容器を装置外に搬出」
シャッターモータ８１が動作し、シャッター８２が上昇する。所定量上昇後、容器移動モータ９４が動作し、ホルダーが矢印Ｇ方向に移動する。これによって、操作者は培養された細胞が入った細胞保管容器８４を取得できる。

ステップＳ７５：「終了」
操作者は培養前と比較し、コンタミネーションのない純粋な培養細胞が入った容器８４を取得することができる。なお、上記ステップＳ５３にて、容器５２に入れた培養前細胞が骨髄液に含まれる細胞である場合、目的とする細胞以外の不要な細胞（血液関係の細胞）を取り除くために、ステップＳ６２，ステップＳ６３，ステップＳ６４，ステップＳ６６をステップＳ５６とステップＳ５７との間に入れるとよい。

図６は、図５のステップＳ５５の「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」の動作の一例を示す図である。培養器３８は、この図６（ａ）に示すように正逆回転を繰り返す。例えば、正方向１回、逆方向１回、最後の正方向１回の停止時にはゆっくりと停止させるようにする。すなわち、最初の加速時間と減速時間（ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５）を短くすることにより、培養器３８の培地１７は激しく波打ち、懸濁状態になる。さらに、最後の動作の減速時間（ｔ６）を長く取ることにより、培地はその慣性により円周方向に流れを継続しながら、その速度を落とし、やがて停止する。これにより細胞は均等に播かれるようになる。なお、最後の減速時間（ｔ６）をＳ字曲線にしても良い。

図６（ｂ）は細胞の播種状態を示すシミュレーション結果の概略スケッチ図である。色の濃い中心付近の箇所（内周部Ｓ２）は、最後の動作（減速時間ｔ６）にて、流れの接線速度が低いので比較的細胞が凝集している様子が示され、外周部Ｓ１は、細胞が薄く播かれている様子が示されている。なお、正逆回転の繰り返し数、回転速度、角加速度（ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６）は、特に限定せず、条件によって培養器３８の前面にわたり、均等に細胞を播くこともできる。しかし、例えば、上述のように中心付近に細胞を凝集する動作を故意に実現することで、その部分のみ画像観察することによりコンフルエントのタイミング判定には都合がよくなることもある。すなわち、培養器３８の全面にわたり観察する必要がなくなり、また過度に培養することで細胞の品質を損なうことがなくなる。また、密度に応じて増殖しやすくなる細胞種を培養する場合において、このような密度制御は好適である。

図７は、上述の実施の形態に係る培養装置の培養器３８の第１の変形例を示す図であり、図７（Ａ）は、上面から見て図を、図７（Ｂ）はその側面図を示す。例えば、４つの培養器１７０ａ〜１７０ｄをロータ２２に回転中心が４つの培養器１７０ａ〜１７０ｄの中心となるように乗せる。この図の培養器１７０ａ〜１７０ｄは、概ね同一の円柱形状に形成されており、各培養器１７０ａ〜１７０ｄのチューブ接続部材１７４ａ〜１７４ｄはチューブ１７１によって接続されている。なお、図７（Ｂ）では、培養器１７０ａ，１７０ｃを省略してある。このチューブ１７１は、図２のチューブ２１と同一機能を果たすものである。チューブ接続部材１７５ａ〜１７５ｄは、古い培地を排出するものである。ここでは、培養器１７０ａ〜１７４ｄは４ヶとしたが、特に４ヶに限定せず、２ヶ，３ヶ，６ヶと自由に選択してもよい。また、培養器を重ねて配置しても良い。この図７のように培養器を複数に分けることにより、培養面積を自由に変更できる。これにより、細胞が接着系の細胞（例えば間葉系幹細胞）では、培養可能な細胞数は面積と比例関係にある場合が多く、培養における細胞数の調整が可能となる。なお、動作は図５の処理フローと同一であり、矢印Ｍの様にシャッフリングすることにより、培養器１７０ａ〜１７４ｄ内の培地は矢印Ｑの方向に最終的に流れることになって、培養器１７０ａ〜１７４ｄ内の細胞は均一に播かれることになる。

図８は、上述の実施の形態に係る培養装置の培養器３８の第２の変形例を示す図である。細胞は培養時、その細胞種によって異なるが、概ねコロニー状に増える。従って、コンフルエントになったら、より広い面積の、比較的清浄な面に播種、つまり継代することが必要である。図８（Ａ）に示す培養器１６７，１６８，１６９は、このような特性が顕著な場合の培養に適用して好適な培養器の一例である。培養器１６７は、概ね円形のシャーレ構造をしており、その上面には図２の供給チューブ２１と同じ機能の供給チューブ１８２が接続される。培養器１６８は、培養器１６７とほぼ同じ外囲器構造をしているが、内部に培養補助板１８９が１枚設けられている。培養器１６９は、培養器１６７とほぼ同じ外囲器構造をしているが、内部に培養補助板１９１，１９２が２枚設けられている。この培養器１６９の底面には廃液チューブ１８５が接続される。各々の培養器１６７，１６８，１６９は接続チューブ１８３，１８４でそれぞれ接続され、その途中に設けられたピンチ弁１８６，１８７，１８８によって送液が制御される。こられの培養器１６７，１６８，１６９とピンチ弁１８６，１８７，１８８とが、図２に示すロータ２２に固定される。図８（Ｂ）は、各培養器１６７，１６８，１６９の回転中心軸との位置関係を示す図であり、図に示すように回転中心軸Ｔより大幅にずらしてもよく、矢印Ｒにて示す方向にシャッフリングすることにより培養器１６７，１６８，１６９内の細胞は均一に播かれることになる。

図８の培養器１６７，１６８，１６９を用いた培養装置の動作は、前述までの培養器と大きな差異はないが、培養器が３ヶとなり、またピンチ弁が２ヶ増えている。

図９は、図８の培養器を用いた培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。図８の培養器を用いた動作は、図５と動作が似ているので図５との相違点について説明する。図９において、図５と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略する。

図５にて説明した動作は、継代時に培地を排出（ステップＳ６１）、培養器を緩衝液で洗浄（ステップＳ６２）、細胞剥離剤を注入（ステップＳ６３）、中和剤を注入（ステップＳ６４）、培養器をシャッフリングし、均一化・播種（ステップＳ６５）、中和された細胞剥離剤を排出（ステップＳ６６）、新しい培地を注入（ステップＳ６７）であった。すなわち、継代時には新しい培養器に移し変えることなく、コロニー状に増えた細胞をその場所で培養器をシャッフリングすることにより均等に播種し、再度目標の細胞になるまで培養するというものであった。これに対して、図８の培養器ではステップＳ６４の後に、ステップＳ９０の「下段の培養器に播種」という処理を実行している。

すなわち、培養器１６７でコンフルエントになると、その下の培養器１６８に細胞を送液により移し変える。そして、この培養器１６８でコンフルエントになると、その下の培養器１６９に細胞を送液により移し変える。各々の培養器に注入する培地量は、継代毎に培地量を多くし、培養補助板での培養ができるようにする。すなわち、初回の培養において培地量は、培養器１６７において培養器本体１８０の底面のみ培養する量とする。１回の継代後の培養は、培養器１６８において培養補助板１８９が漬かる程度の培地量とする。これにより、細胞は培養器本体１８０と、培養補助板１８９の両方で培養できるようになる。２回の継代後の培養は、培養器１９７において培養補助板１９０と培養補助板１９１が漬かる程度の培地量とする。これにより、細胞は培養器本体１８０と、培養補助板１９０と、培養補助板１９１の３枚で培養できるようになる。培養補助板が漬かる量とすることで、培養器１６８は培養器１６７に対して約２倍、培養器１６９は培養器１６７に対して約３倍となる。

上述の実施の形態においては、培養器の個数、各培養器の形や大きさなどは限定されるものでなくなく、楕円や矩形としてもよく、各々の大きさを変えてもよい。また、培養補助板の枚数も１枚や２枚に限定されるものではない。図８の実施の形態においては、培養器は全体的に小型化でき、しいては装置の小型化を実現することが可能である。なお、図８においては、複数の鏡２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５が各培養器１６７〜１６９間に配置されている。これらの鏡は光源２８１から出射した光をＣＣＤカメラ２８０で受けるためのものである。光源２８１の直前にはフィルター２８６が設けられている。ＣＣＤカメラ２８０、光源２８１、フィルター２８６は、ユニット２８８のように一体化されており、図示を省略してある駆動機構（例えば、モータと送りねじで構成）により矢印Ｖ方向に移動することができるようになっている。このユニット２８８を矢印Ｖ方向に移動することによって、培養器が多層構造となっていても、ＣＣＤカメラ２８０と鏡２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５を利用し、横から培養器１６７〜１６９の観察ができるようになっている。これらの鏡２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５は、図において横方向（Ｘ軸方向）に移動して、培養器内を走査可能としてもよい。

光源３４ａは、保温箱１６０の上側から保温箱１６０内に光を照射するものであり、光の出射側にフィルターなどを備えている。ＣＣＤカメラ３１ａは、レンズを備えており、保温箱１６０の下側に設けられた観察窓３２ａから培養器１４０にて培養される細胞を観察したり、継代時のタイミングを判定したりするのに利用されるものである。光源３４ａは、画像の輝度ムラを防止するために複数のＬＥＤをフラットに配置したタイプのものが好ましいが、光量が十分であるならば１つのＬＥＤもしくはランプで構成してもよい。また、光源３４ａに配置されるフィルターとしては、ＣＣＤカメラ３１ａに入射する光量を低減するためＮＤフィルター、及び細胞観察に適したコントラストを得るため適当なバンドパスフィルターから構成される。このフィルターは、ＣＣＤカメラ３１ａの前面に設けても良い。ＮＤフィルターは、ＣＣＤカメラ３１ａの前面に、またバンドパスフィルターは細胞に害を与える短波長光をカットするものの場合は光源３４ａの前面の方が好ましい。光源３４ａ及びＣＣＤカメラ３１ａは、図１０の紙面に対して垂直な方向に移動可能に設けられている。すなわち、光源３４ａ及びＣＣＤカメラ３１ａは、図に対して垂直方向に延びたレール３４ｂ，３１ｂに対してローラ３４ｃ，３４ｄ，３１ｃ，３１ｄを介して移動可能に設けられている。これによって、旋回移動する培養器１４０と垂直方向に移動する光源３４ａ及びＣＣＤカメラ３１ａによって、培養器１４０の所望の場所を観察可能な構成となっている。

通常、培養細胞中において、コロニーの有無またはその大きさを確認するには、細胞を染色して肉眼で確認したり、カメラで撮影した画像に対して画像処理を施すことによって確認していた。カメラを用いてコロニーを撮影する際は、たとえば、特開２００１−２７５６５９号公報に記載されているように、培養器全体が一時に撮影できるような広い画角を持った低倍率のレンズを使用していた。このように培養器全体を低倍率広画角のレンズを使ったカメラで撮影することによってコロニーの有無を迅速に確認していた。

しかし、培養細胞中にコロニーが小さかったり、カメラの解像度が低い場合などには、コロニーを明瞭に描出できないことがあった。また、コロニーの有無とサイズを確認した後、任意のコロニー内の細胞を撮影するには、より高い倍率のレンズを別途用意しなければならなかった。このような場合に、低倍率のレンズで確認された位置精度の低い画像から目標位置を探し出して、高倍率レンズでの撮影のためカメラまたは培養器をその位置に移動するのは大変に手間のかかる作業であった。

そこで、この実施の形態では、細胞を培養する際に、コロニーの有無とそのサイズ確認という作業と、コロニー内の細胞の培養経過の詳細な観察という作業とを同時に行なうことができ、さらに、作業間の切り替えをするにあたり、外部からのコンタミネーションを排除し、培養状態の観察にあたり、培養細胞へのダメージを極力排除することができるようなカメラ撮影システムを採用した。

図１１は、カメラ撮影システムに概略構成を示すブロック図である。カメラ撮影システム３１０は、保温箱１６０内の培養器１４０を撮影するＣＣＤカメラ３１から得られる画像データに種々の処理を施して細胞などを確認できるように表示するものであり、コンバータ３１１、画像処理ユニット３１２、モータコントローラ３１３及びカメラ・培養器駆動装置３１４から構成される。培養器１４０とＣＣＤカメラ３１との位置関係は、図１０に示す通りであり、保温箱１６０の上側に設けられた光源３４ａからの光を保温箱１６０の下側に設けられた観察窓３２ａを介してＣＣＤカメラ３１ａで撮影する。図１の培養装置の場合にも同様の位置関係にあるものとする。

コンバータ３１１は、ＣＣＤカメラ３１で撮影された画像データを画像処理ユニット１４に転送するための電気信号に変換するものである。画像処理ユニット１４は、コンバータ３１１から入力された電気信号に種々の処理を加えて、細胞を視認し易い画像に変換する。モータコントローラ３１３は、画像処理された画像に基づいてＣＣＤカメラ３１と培養器１４０との相対的な位置関係を所望の関係に制御するものであり、カメラ・培養器駆動装置３１４は、ＣＣＤカメラ３１と培養器１２をその所望の関係となるように移動するものである。

図１２は、図１０の中におけるカメラ撮影システムに関係する部分を抽出して模式的に示す図である。すなわち、この図は、ＣＣＤカメラ３１と培養器１４０との相対的な位置関係を制御する場合の最も典型的な制御機構を示す図である。保温箱１６０内に培養器１４０が固定的に存在する場合に、この培養器１４０に対してＣＣＤカメラ３１を移動させて、両者の相対的な位置関係を制御している。なお、図１に示すようにＣＣＤカメラ３１が固定的に設けられ、培養器１４０（又は内部の鏡）が移動するようにしてもよいし、図１０に示すように両者が同時に移動するようにしてもよい。

図１２では、保温箱１６０の中にＣＣＤカメラ３１と、培養器１４０と、ＣＣＤカメラ３１の移動用ガイド３１５とが閉鎖的に内含される場合を図示している。これ以外に、培養器１４０内の細胞に光をあてる照明装置となる光源３４、カメラ・培養器駆動装置３１４によって駆動されるモーター２９ａ、画像信号を電気信号に変換するコンバータ３１１などを保温箱１６０の中に内含していてもよい。

培養器１４０は、培養に通常使用されるフラスコや培養皿であってもよいし、特願２００２−１８０１２０号公報、特願２００３−０２７７１０号公報又は特願２００３−４２０５１０号公報のような構成のものであってもよい。

ＣＣＤカメラ３１は光学的な撮像装置であれば、ＣＣＤでもよいしＣＭＯＳでもよいし、そのほか電気的、電子的、あるいは光学的な信号を取得できるものであれば何でもよい。ＣＣＤカメラ３１にはレンズ３１６が取り付け可能であり、レンズ３１６は交換式でもあるいは据付式でもよい。ＣＣＤカメラのレンズ交換マウントとして、例えば通称Ｃマウントと呼ばれるネジ式のマウントの他、バヨネット式のものも適用可能である。レンズ据付式であれば、カメラ内へのごみやほこりや湿気の混入をより避けることが可能で、撮影画像にこれらが映りこむ危険を減らすことができるとともに、これらが保温箱１６０内にもれてコンタミネーションを生じる危険も回避することができる。

なお、レンズの交換は必須ではないために安価でコンタミ招来の危険性の少なく密封性の高いレンズ固定式のカメラが使用可能である。また、レンズ３１６は、比較的高い倍率で視野が広くないものを使用する。これ以降、倍率といえば、カメラの撮像素子サイズとレンズの焦点距離と撮影距離によって決まる撮影倍率のことをいうものとする。また、視野範囲も同様にカメラの撮像素子サイズとカメラの絞りないしはシャッター開口径とレンズの画角によって決まるものをいう。

図１２では、照明装置は図示していないが、培養器を透明にしてその裏側から照射する透過光を撮影する方式やカメラ側から光を当てて反射光を撮影する方式などがある。透過光方式であれば、照明装置は培養器の下部に配置する。このとき必ずしも保温箱１６０内におく必要はなく、保温箱１６０の下部を光透過性のある構成とすれば、保温箱１６０の外側においてもよい。保温箱１６０の外においておけば、万が一の故障や玉切れなどの際に、コンタミネーションの危険を冒さずに修理交換できる。

また、光源は、培養する細胞にとって有害な波長成分を有さないものがよい。例えば、紫外線は細胞のＤＮＡに損傷を与えたり、紫外線誘発アポトーシスを惹起し、結果的に細胞の癌化の原因となると言われている。したがって、通常の細胞を培養するときは、光源としてそのような成分を含むことは避けなければならない。

また、赤外線は熱を生じるために細胞にとってストレスとなりうる。逆に、特定の波長の光が細胞を活性化することもあるので、積極的に光源の波長が培養に有利なものとなるよう制御することもできる。光源の波長やその成分比は、培養する細胞やその目的に合わせて変更できるようにしておくことが望ましい。具体的には、光源と培養器の間にフィルターを介在させることで上記のように細胞の培養に好ましくない紫外線成分を遮断させたり、単色性の強いＬＥＤなどの光源を複数用意しておき選択的にオンオフすることでも任意の波長成分を含んだ光源の作成が可能である。あるいは３波長蛍光管とフィルターを併用することでも波長の選択が可能である。

また、反射光式の場合も、透過光式と同様に、光源は保温箱１６０内にあっても外にあってもよい。 保温箱１６０内にあれば細胞との距離が短いため光源への供給電力が少なくて済む反面、光強度が強すぎて細胞にダメージを与えたり、光が十分拡散しないため画像に明度のむらを生じることもある。保温箱１６０の外にあれば、透過光式のところで説明したのと同じ理由でコンタミネーションの機会を減少できるとともに、光源の保守が容易となる反面、照明からの光がカメラによって遮られるために画像に明度のむらの生じることもある。このような場合には、保温箱内にレンズ周りを取り囲むようなリングライトを使用することもできる。あるいは、特に照明装置を設けずに保温箱外の部屋の照明で細胞を照らすことも可能である。この場合も、光源の波長についてはすでに透過光方式のところで説明したとおりである。

なお、透過光の場合は光が細胞表面に回りこみにくいために、培養細胞の下にフィーダー細胞が存在するときなどは、細胞表面が確認しにくい場合が生じる。このような場合には、反射光方式を併用するとよい。照明装置は、波長だけでなくその光量や照射角度などを調整可能なものとすれば、撮影画像をより高画質にすることができる。

カメラ・培養器駆動装置３１４は、図１２に示すように保温箱１６０内に配置されているものとして説明する。図１２では、ＣＣＤカメラ３１と、これを支えるスタンド３１７、このスタンド３１７を支えるためのベースとなる台車３１８がレール３１５上を直線移動するようになっている。台車３１８には動力伝達部３１９を介してモーター３２０ａが取り付けられている。このモーター３２０ａを駆動回転することで、動力伝達部３１９を経由して台車３１８を直線移動させることができる。

このように図１２では、カメラ・培養器駆動装置３１４は、モーター３２０ａ、台車３１８９、およびレール３１５から構成されているが、図１０では、培養器駆動モータ２９ａ、レール３４ｂ，３１ｂ、ローラ３４ｃ，３４ｄ，３１ｃ，３１ｄなどで構成され、培養器１４０が旋回移動し、ＣＣＤカメラ３１が直線移動して、両者の相対的な位置関係を調節している。

モーター３２０ａは、モーターコントローラ３１３からの指示を受けて、培養器１４０の表面との距離をほぼ一定に保ちながら、その表面を２次元的に走査するように駆動しいてる。そして、この走査と同時にＣＣＤカメラ３１で撮影することによって、培養器１４０の全面を画像化することができる。

図１３は、ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。図１３（ａ）は、培養器１４０の形状が横長矩形であって、Ｙ方向を視野範囲３３１に収めることのできる倍率のレンズ３１６を用いた場合を示すものである。この場合には、Ｙ方向への走査は不要なので、Ｘ方向にだけ走査すればよい。このとき培養器とカメラの位置関係は相対的なものであればいいので、図１３（ａ）のような一方向走査をする場合には、図１２に示すようにカメラ側をＸＹに動かす構成と図１４に示すように培養器１４０側を動かす構成のいずれを採用してもよい。

図１３（ｂ）は、培養器１４０が正方形に近くその面積が大きいためＸ方向の走査だけではＹ方向を視野範囲３３１に収められない場合を示す。この場合には、Ｘ方向及びＹ方向の両方に走査すればよい。この場合も、同様に培養器とカメラの位置関係は相対的なものであればいいので、図１２の構成で走査することができる。図１４の構成の場合には、カメラ・培養器駆動装置３１４によってカメラ３１を少なくともＹ方向に走査可能に構成する必要がある。例えば、図１２の場合、モータ３２０ａ、動力伝達部３１９及びレール３１５と同様のセットを台車３１８上に９０度回転させて載置すればＸ−Ｙ方向に走査が可能となる。また、図１４に示すように培養器を動かす構成の場合にも、同様に直交する２方向に走査可能な構成にすれば、図１３（ｂ）のような撮影を行うことができる。

図１３（ｃ）に示すように、培養器１４０が図１又は図１０に示すように円形に近く、その半径を視野範囲３３１に収められる場合には、培養器１４０の中心を回転軸としてθ方向にのみ走査すればよい。この場合は、図５のような構成を利用することで走査可能となる。図１５では、培養器１４０は円形のものとし、スタンド３５０の先端にモーター３５１を取り付けて、モーター３５１を回転させることでカメラ３１を円形状に走査する。なお、カメラ３１でなく培養器１４０を円形状に移動可能としてもよい。

図１３（ｄ）に示すように、培養器１４０が円形に近く、その半径を視野範囲３３１に収められない場合には、ｒ方向とθ方向の両方に走査すればよい。この場合も、図１５のような構成によって走査可能である。ただし、ｒ方向にも走査する必要があるために、カメラ３１がその上に搭載された別のモーター３５３によって回転アーム３５２上をスライド可能とすればよい。また、カメラ３１ではなく培養器１４０の方を移動可能としてもよい。

図１３（ｅ）は、図１０の培養器１４０とカメラ３１との関係を示す図である。図に示すように、培養器１４０は、ロータ１５３を中心として、保温箱１６０内を矢印１４０ｓのように旋回する。一方、カメラ３１は、矢印３３１ａのようにレール３１ｂに沿って直線移動するので、両者の位置関係を適宜調整することによって、視野範囲３３１に培養器１４０を全て含めて走査することが可能である。

図１６は、図１１の画像処理ユニット３１２の詳細を示す図である。画像処理ユニット３１２は、データバス３６１を介して演算処理を行うＣＰＵ３６２と、このＣＰＵ３６２が一時的に記憶領域として使用する主メモリ３６３と、画像データや位置情報を格納する外部記憶装置３６４と、モータコントローラ３１３と通信するための通信ポート３６５と、細胞抽出後の画像を表示するモニタ３６６と、ユーザの入力を受け付けるキーボード３６７とから構成される。この画像処理ユニット３１２は、ＣＣＤカメラ３１からの画像をコンバータ３１１を介して取り込み、種々の画像処理を行なう。

図１７は、画像処理ユニット１４が実行するコロニー判別の処理手順を示すフローチャート図である。
培養器１４０の大きさは予め外部記憶装置３６４に設定されている場合と、カメラ３１を用いて画像処理により検出する場合とがあるが、この実施の形態では予め設定されている場合で説明する。

ステップＳ３７１では、培養器１４０を撮影するための走査位置情報である画像撮影位置リストを作成する。走査にあたっては培養器１４０全体を撮影するように決定してもよいし、培養器１４０の一部を撮影するように決定してもよい。画像位置リストは、例えば培養器１４０の培養に供する平面をＸ−Ｙ座標系とすると、その上の複数のＸ―Ｙ座標点の集合である。この画像撮影位置リストは、主メモリ３６３に格納され、その内容はモーターコントローラ３１３などによって随時参照可能となる。画像撮影位置リストは、図１３で説明したように、レンズの視野範囲（画角）と培養器１４０の大きさとによって決定されるものである。

ステップＳ３７２では、前のステップＳ３７１で作成された画像撮影位置リストに従って、ＣＰＵ３６２が移動命令を出す。ＣＰＵ３６２が出した移動命令は、データバス３６１、通信ポート３６５を経由してモーターコントローラ３６７に到達する。モーターコントローラ３１３は、カメラ・培養器駆動装置３１４を動作させて、画像撮影位置リストに記録された撮影位置でカメラ３１または培養器１４０を停止させる。

ステップＳ３７３では、画像撮影位置リストに対応した目的位置に到達する度に、画像の撮影と多値化処理を行う。つまり、ＣＰＵ３６２により画像取り込み命令がカメラ３１に出される。カメラ３１は、画像データをコンバータ３１１にて電気的信号に変換した後、この信号をデータバス３６１経由で主メモリ３６３に転送する。ＣＰＵ３６２では、この信号をモニタ３６６に表示するための多値化処理を実行する。

ステップＳ３７４では、主メモリ３６３に格納されている画像データに基づいてＣＰＵ３６２が濃淡情報を取得するためにヒストグラム算出処理を実行する。

ステップＳ３７５では、濃淡情報すなわちヒストグラムが最大となる画素値を撮影位置情報と共に外部記憶装置３６４に保存する。

ステップＳ３７６では、画像撮影位置リストに記された撮影位置をすべて撮影し終えたか否かの判定、すなわち、全計測ポイントについて撮影が終了したか否かの判定を行い、撮影終了（ｙｅｓ）と判定された場合には次のステップＳ３７７に進み、そうでない場合にはステップＳ３７２にリターンする。

ステップＳ３７７では、外部記憶装置３６４に格納されている位置情報と画素値を読み出し、主メモリ３６３にその位置情報に対応する画素値を格納し、モニタ３６６に表示可能な画像として準備する。

ステップＳ３７８では、このようにして作成された濃淡画像を、予め経験的に求められ外部記憶装置３６４に格納されている閾値と比較することにより、二値化する。

ステップＳ３７９では、前のステップＳ３７７で得られた二値化画像からコロニーの有無、すなわち大きさ、面積、周囲長を算出して終了する。

以上のようにして、コロニーの大きさ、面積、周囲長が取得できるが、こうして確認したコロニーの詳細画像を確認する場合は、撮影データを外部記憶装置３６４などに画像撮影位置リスト内の走査位置情報や撮影位置の情報とともに記録しておき、該当する撮影位置を手がかりに撮影画像を呼び出すようにすればよい。上述したように、レンズは高い倍率のものを使用可能であるため、再度別のレンズを使用して撮りなおさなくても、撮影済みの画像から培養状態を評価可能である。これによって継代のタイミングなどの決定がより確実に短時間でコンタミのリスクなしに行えるようになる。

次に培養器１４０の大きさをカメラ３１を用いて画像処理により検出する場合にについて説明する。この場合は、図１７のステップＳ３７１の画像撮影位置リストの作成の部分を次のように変形することによって実現可能である。すなわち、ステップＳ３７１の実行にあたり、設計の許す範囲内で、できるだけ広く培養器１４０を含む領域をスキャンする。こうして得られた画像から培養器１４０の大きさを求める。さらに、カメラの倍率や視野範囲の情報からＣＰＵ３６２にて画像撮影位置リストを作成する。この際、カメラ３１の撮影距離からレンズの倍率やカメラ３１の視野範囲の情報も認識可能である。

従って、培養器１４０の大きさ及びレンズの倍率やカメラ３１の視野範囲の情報を全て撮影前に自動的に認識可能であり、画像撮影位置リストも全自動で設定可能となる。画像撮影位置リストを作成するにあたっては、ＣＰＵ３６２は、図１３（ａ）から図１３（ｄ）のように培養器１４０を網羅的に走査できる視野範囲３３１の経路を決定する。さらに同経路中撮影するタイミングも計算して、その地点を撮影位置とする。この経路は、培養物に極力ストレスを与えない観点から、ひとふで書きでトレースできるようなものが望ましい。こうして作成した撮影位置の集合を、Ｘ−Ｙ座標ないしはｒ−θ座標の集合として外部記憶装置３６４などに記憶する。これが画像撮影位置リストの作成方法である。なお、ステップＳ３７１の実行に当たってはステップＳ３７３で説明した照明を使用して撮影してもよい。

このようにしてカメラ３１を用いて画像処理により撮影位置を特定しているために、異なるサイズの培養器に対してそのサイズを入力しなくても走査が可能となる。例えば、完全密閉の保温箱内で培養の前に培養器表面積を計測し忘れても、ステップＳ３７１の事前走査によって画像撮影位置リストを作成可能である。このためより作業者の負担が軽減できる。

上述の実施の形態では、画像撮影位置リストに記載の撮影位置で撮影を行う場合について説明したが、走査の経路に沿ってカメラを随時移動させながら撮影位置でカメラを停止させることなく撮影を行う場合について説明する。

撮影位置でカメラを停止させることなく撮影を行う場合には、カメラが移動していることによって画像のブレが心配される。この画像のブレは、シャッタースピードと走査速度によってその許容度が決まるものである。例えば、培養細胞の大きさが１００マイクロミリ程度、走査速度が１［ｍｍ］当り１秒、シャッタースピードが１／１０００秒ならば、一画像あたりの移動距離は１マイクロミリでり、この数値は培養細胞の大きさに対し無視できるブレとなる。このように培養対象の細胞の大きさに応じて、走査速度とシャッタースピードを変化させて連続撮影に最適なパラメータを決定する。

コロニー判別のためには画像の濃淡を用いるため、コロニーの辺縁を明瞭に捉える必要はなく、また撮影は短時間で終了するため、撮影時にカメラ３１または培養器１４０が完全に静止している必要はない。連続撮影することでカメラ３１や培養器１４０の移動停止を繰り返す必要がなくなり培養器１４０に与える震動なども小さくすることができる。このように構成することで撮影時間を短縮可能であるとともに、特に培養器１４０を移動させて撮影する場合には、細胞に対するストレスを低減できるという長所もある。

上述の実施の形態では、カメラの光学系は、単純光を用いて細胞表面における散乱光ないしは透過光を検出する方式で説明したが、これにこだわらず位相差方式の光学系を用いてもよい。

通常、培養中に取得した画像データから細胞を抽出するには、画素値の分布をもとに閾値を算出し、その閾値以上あるいは閾値以下の画素を細胞として抽出していた。培地の色変化、光源の光量の変化、画像中心部と周辺部の明暗差、画像に含まれるノイズなどの影響を受けずに安定して細胞を抽出するためには、細胞抽出処理の前にノイズ除去、平滑化フィルタ、輪郭強調などのフィルタ処理が必須であった。画像データ内で明るさの変化をモニタし、特定のしきい値でトリガ信号を発生して、所定の遅延時間後に繰り返しカメラで撮像してその加算平均を求めるようにしたものがある。

このようにフィルタ処理を行なうものは、細胞抽出処理前のフィルタ処理が細胞抽出精度に大きな影響を与えていた。このフィルタ処理によって、画像中心部と周辺部の明暗差、画像に含まれるノイズなどをある程度除去することができ、また、特許文献１に記載されたものも画像に含まれるノイズなどをある程度除去することができる。ところが、画像データによってはその効果が少なかったり、細胞の輪郭が不明瞭になる場合などがあった。

そこで、培地の色変化、光量の変化、画像中心部と周辺部の明暗差、ノイズなどの影響を受けずに細胞部分のみを抽出することができるようにしたカメラ撮影システムについて説明する。

このカメラ撮影システムの基本構成は、図１６に示したブロック図と同じであるが、この実施の形態では、ＣＣＤカメラ３１が、移動用ガイドに沿って上下に移動し、任意の焦点での培養器１４０の画像を撮影するように構成してある点が前述のものとは異なる。

図１８は、培養装置内の各構成手段の配置の概略を示す図である。図から明かなように、培養装置内の上面部に光源３８１が取り付けられている。この光源３８１の下側に培養器１４０が配置され、さらにこの培養器１４０の中央付近下側に対物レンズ３８２を備えたＣＣＤカメラ３１が配置されている。ＣＣＤカメラ３１は、カメラ・培養器駆動装置３１４によって、移動用ガイド３８３に沿った上下方向に移動制御され、任意の焦点での培養器１４０の画像を撮影することができるように構成されている。

図１９は、任意の焦点で培養器１４０の画像を撮影する場合の画像処理ユニットの実行する細胞抽出処理の一例を示すフローチャート図である。

［ステップＳ３９１］
このステップでは、モータコントローラ３１３に命令を出してＣＣＤカメラ３１を上下に移動させながら画像を撮影する画像取得処理を実行する。この画像取得処理によって取得された画像データは、コンバータ３１１を経由して外部記憶装置３６４に保存される。

［ステップＳ３９２］
このステップでは、全ての画像を取り終えた後、画像選択処理を実行する。この画像選択処理では、細胞の辺縁が明瞭な画像を少なくとも２枚以上選択する。細胞の辺縁が明瞭な画像では不明瞭な画像に比べて画素値の変化が大きくなる。そこで隣り合う画素値の差の絶対値を算出し、それらの総和を求め主メモリ３６３に保持する。

図２０は、カメラの移動距離と隣り合う画素値の差の総和との関係を示す図である。図２０では、２箇所のピークがあり、このピーク値を示す画像が細胞の辺縁が明瞭な画像となる。図２１及び図２２は、前述の２箇所のピークに相当する画像の一例を示す図である。図２１は、対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面に位置する場合の画像の一例を示す図であり、図２２は、対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも前側にある場合の画像の一例を示す図であり、図２３は、対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも後側にある場合の画像の一例を示す図である。これらの図から明かなように、対物レンズ３８２の焦点位置が前後いずれか一方にずれている方が細胞の辺縁が明瞭な画像を取得することができる。

［ステップＳ３９３］
このステップでは、前述の２箇所のピークに相当する２枚以上の画像が選択され、その位置が算出されたか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合は次のステップＳ３９４に進み、ｎｏの場合はステップＳ３９２にリターンする。

［ステップＳ３９４］
このステップでは、２枚の画像のうち１枚をＸ，Ｙ方向に１ピクセルずつずらし差分を取り、その位置を合わせるための差分・位置合わせ処理を行なう。

［ステップＳ３９５］
前のステップＳ３９４の差分・位置合わせ処理の結果、細胞数が最小で、かつ、その細胞の長さの合計が最大であるか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合は、その位置で２枚の画像の差分・位置合わせ処理を終了し、ステップＳ３９６に進み、ｎｏの場合は、ステップＳ３９４にリターンし、このステップＳ３９５の判定がｙｅｓとなるまで差分・位置合わせ処理を行なう。

［ステップＳ３９６］
このステップでは、細胞の長さ、個数、形状などの解析を容易にするために画像の二値化処理を行なう。図２４は、図２２及び図２３の画像に対する差分・位置合わせ処理の結果、細胞数が最小で、かつ、その細胞の長さの合計が最大となる差分画像について、二値化処理を施した場合の画像を示す図である。図２４の画像に基づいて、細胞の長さ、個数、形状などの解析を容易に行なうことが可能となる。

通常、撮影位置を指定するためには、カメラが目的の位置に達するまで目視で位置を確認しているし、カメラの現在の位置も同様に目視で確認している。そして、一度撮影した位置は、目視で定性的に確認している。一度撮影した画像と培養器上の位置関係は、操作者が細胞を撮影するたびに両者の対応表を作成して管理しなければならなかった。このような方法では、カメラを目的の場所に移動するのに煩雑な操作が必要であり、目的の位置に到達するまでに何度も試行錯誤する必要があった。現在の撮影位置を確認するために、保温箱の中の培養器を目視して確認する必要があったが、正確な位置を把握するのは困難であり、一度カメラを動かしてしまうと正確に同一位置に戻るのは困難である。撮影した画像は培養器内のどの位置で撮影したものか判別不能になり、ある一点の経時的な画像を表示するのも手動操作によるものであった。

そこで、操作端末上に培養器を示す図を表示しておき、この図面上に現在のカメラの位置を示す印、移動したい位置を示す印、過去に画像が保存された印を表示し、移動開始命令の入力を受け付けるコントロール手段によって培養器の図面上であって、移動したい位置を指定して移動開始命令を発行することにより、目的の撮影位置にカメラを移動することができるような構成を採用した。移動終了後は移動したい位置を示す印は現在のカメラの位置を示す印に変化する。

図２５は、カメラを所望の位置に移動することのできるカメラ位置調整機能を備えたカメラ撮影システムの概略を示す図である。図に示すように、カメラ撮影システム４５０は、培養に最適な温度や二酸化炭素濃度を提供する保温箱１６０と、細胞を培養する培養器１４０と、細胞を撮影するための対物レンズ３８２と、この対物レンズ３８２のデータを電子化するＣＣＤカメラ３１と、このＣＣＤカメラ３１から得られる画像データを画像処理ユニット３１２に転送するためのコンバータ３１１と、ＣＣＤカメラ３１を移動するためのカメラ駆動装置３１４ａと、培養器１４０を移動するための培養器駆動装置３１４ｂと、カメラ駆動装置３１４ａと培養器駆動装置３１４ｂを制御するモータコントローラ３１３とから構成されている。

図２５の画像処理ユニット３１２の詳細構成は、図１６に示したものとほとんど同じである。画像処理ユニット３１２は、データバス３６１を介して演算処理を行うＣＰＵ３６２と、このＣＰＵ３６２が一時的に記憶領域として使用する主メモリ３６３と、画像データや位置情報を格納する外部記憶装置３６４と、モータコントローラ３１３と通信するための通信ポート３６５と、細胞抽出後の画像を表示するモニタ３６６と、ユーザの入力を受け付けるキーボード３６７とから構成される。この画像処理ユニット３１２は、ＣＣＤカメラ３１からの画像をコンバータ３１１を介して取り込み、種々の画像処理を行なう。図２５の画像処理ユニット３１２の場合、図１６では図示していないが、ユーザの入力を受け付ける装置としてキーボード３６７の他にマウスが接続されているものとして説明する。

図２６は、図１０の保温箱１６０内の培養器１４０と、カメラ３１との関係を模式的に示す図である。なお、図１０では、培養器１４０は、ロータ１５３を中心として、保温箱１６０内を旋回するように移動するが、図２６では、培養器１４０が図１４の場合と同様に、モータ３２０ａによって直線的に駆動されるものとして説明する。

図２７は、撮影位置設定・表示の操作画面の一例を示す図である。この撮影位置設定・表示画面４７０には、培養器１４０を模した円形上の培養器４７１が示されており、この培養器４７１上に、カメラの現在位置を示すカメラ位置マーカー４７２と、カメラの移動位置を示す移動位置マーカー４７３と、既に保存された画像の位置を示す保存画像位置マーカー４７４〜４７６がそれぞれ示されている。さらに、この撮影位置設定・表示画面４７０には、培養器４７１の背景を選択する背景選択コントローラ４７７と、カメラを移動位置マーカー４７３に移動させるためのカメラ移動コントローラ４７８と、画像を表示する画像表示コントローラ４７９と、カメラの位置を保存する位置保存コントローラ４７Ａと、保存した位置を呼び出す位置呼び出しコントローラ４７Ｂと、処理を終了する終了コントローラ４７Ｃが表示されている。なお、保存画像位置マーカー４７４には選択・非選択の状態が存在し、後述する画像表示画面の表示画像判定に用いられる。

図２８は、モニタに表示される画像の表示例を示す図であり、画像処理ユニット３１２によって表示される。この表示画像は、現在カメラの存在する位置の画像および保存された画像を表示する画像表示領域４８０と、この画像表示領域４８０に表示されている画像を保存する表示画像保存コントローラ４８１と、保存された画像を読み出す画像読み込みコントローラ４８２と、画像表示領域４８０に表示されている画像を変更する画像送りコントローラ４８３と、画像戻しコントローラ４８４と、画像表示領域４８０に表示されている画像と同一位置で異なる時刻に撮影された画像を比較する命令を発行する画像比較コントローラ４８５とを表示してなる。

図２９は、撮影位置設定・表示処理ソフトウェアの処理の一例を示すフローチャート図である。以下、このフローチャートに従って、撮影位置設定・表示処理の動作を説明する。

最初のステップＳ４９０では、画像処理ユニット３１２は入力待ちループにて操作者が何らかの入力を行なうのを監視している。

ステップＳ４９１では、図２７に示される終了コントローラ４７Ｃからの入力を判定し、入力有り（ｙｅｓ）の場合は、処理を終了し、ステップＳ４９Ｍに進み、入力待ちループ処理を実行する。一方、入力無し（ｎｏ）の場合は、次のステップＳ４９２に進む。

ステップＳ４９２では、カメラの現在を算出し、そのカメラ現在位置マーカー４７２を画像上に表示する。

ステップＳ４９３では、背景選択コントローラ４７７によって背景が指定されているか否かの判定を行い、指定されている（ｙｅｓ）場合は、ステップＳ４９４に進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９５に進む。

ステップＳ４９４では、背景選択コントローラ４７７によって背景が指定されているので、その指定された背景を表示する処理を実行する。この処理によって、培養器４７１上にグリッド及び細胞の密度分布画像が表示される。

ステップＳ４９５では、既に保存された画像が存在する場合に、その画像の位置を示す保存画像位置マーカー４７４〜４７６を図２７に示すように培養器４７１上に表示する。

ステップＳ４９６では、操作者が保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかを選択するか、又は位置呼び出しコントローラ４７Ｂを用いて予め保存してある画像の保存位置の読み込みを行なってあるか否かの判定を行い、位置の特定がなされている（ｙｅｓ）の場合はステップＳ４９７に進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９８に進む。

ステップＳ４９７では、保存位置の読み込みを行なっているので、移動位置マーカー４７３を培養器４７１上に表示する移動位置表示処理を実行する。図２７に示すように既に移動位置マーカー４７３が培養器４７１上に表示されている場合には、保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかを移動位置マーカー４７３に変更する。この他にも操作者がマウスまたはキーボードを用いて移動位置マーカー４７３を設定した場合にも同様の処理を実行する。

ステップＳ４９８では、カメラ移動コントローラ４７８によってカメラの移動命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合は、ステップＳ４９９に進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｃに進む。

ステップＳ４９９では、カメラ移動コントローラ４７８によってカメラの移動命令が発行されたので、その移動命令に従ってカメラ移動処理を実行する。このカメラ移動処理では、図１６のＣＰＵ３６２が座標の変換を行い、通信ポート３６５を介してモータコントローラ３１３に指令を出し、図２５のカメラ駆動装置３１４ａ及び培養器駆動装置３１４ｂを駆動する。カメラが移動位置マーカー４７３で示される位置に移動するとその移動位置マーカー４７３はカメラ現在位置マーカー４７２に変化する。

ステップＳ４９Ａでは、位置保存コントローラ４７Ａから現在位置の保存命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｂに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｃに進む。

ステップＳ４９Ｂでは、位置保存コントローラ４７Ａから現在位置の保存命令が発行されたので、その保存命令に従って現在位置の保存処理を実行する。この保存処理によって保存された位置が新たな保存画像位置マーカーとして図２７の培養器４７１上に表示されるようになる。

ステップＳ４９Ｃでは、画像表示コントローラ４７９から画像表示の命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｄに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｄに進む。

ステップＳ４９Ｄでは、保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかが選択状態にあるか否かの判定を行い、選択状態にある（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｅに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｆに進む。

ステップＳ４９Ｄでは、選択状態にある保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかの位置で保存された画像を表示する選択位置画像表示処理を実行する。このときに、１つの保存画像位置マーカーに対して複数の画像が存在する場合は、画像送りコントローラ４８３と画像戻しコントローラ４８３を用いて、その位置における全ての画像を表示することができるようになっている。

ステップＳ４９Ｅでは、保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれも選択されずに画像表示コントローラ４７９からの画像表示命令が出された場合に対応するもので、現在のカメラの位置の画像を表示する現在位置画像表示処理を実行して、ステップＳ４９Ｇに進む。

ステップＳ４９Ｇでは、図２８の画像読み込みコントローラ４８２から画像読み込み命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｈに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｋに進む。

ステップＳ４９Ｈでは、前のステップＳ４９Ｇで操作者が指定した画像を図１６の外部記憶装置３６４から主メモリ３６３に読み込んで、画像表示領域４８０に表示する画像読込み処理を実行して、ステップＳ４９Ｊに進む。

ステップＳ４９Ｊでは、対応する位置の保存画像位置マーカー４７４〜４７６を選択状態にし、どの位置で画像が撮像されたかを、操作者に明示する画像位置表示更新処理を実行して、ステップＳ４９Ｋに進む。

ステップＳ４９Ｋでは、図２８の画像比較コントローラ４８５から画像比較命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｌに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｍに進み、入力待ちループ処理を実行する。

ステップＳ４９Ｌでは、異なる色のモノトーン画像を作成し、各々の画像に設定された透過度により重み付けを行った後、加算処理を行い、その結果を示す画面を表示するモノトーン／加算処理を実行して、ステップＳ４９Ｍに進み、入力待ちループ処理を実行する。

ステップＳ４９Ｍでは、ステップＳ４９０と同様に画像処理ユニット３１２によって入力待ちループ処理を行い、操作者が何らかの入力を行なうのを監視する。

図３０は、モノトーン／加算処理の詳細を示す図である。このモノトーン／加算処理における画像データは、１画素あたりＲＧＢの３成分を持つものである。まず最初のステップＳ５００では、入力がカラー画像か、グレースケール画像かのカラー画像判定を行い、ｙｅｓの場合はステップＳ５０１に進み、ｎｏの場合は次のステップＳ５０２に進む。

ステップＳ５０１では、入力がカラー画像なので、そのカラー画像を白黒画像に変換するグレースケール変換処理を行い、ステップＳ５０２に進む。

ステップＳ５０２では、処理対象が画像表示領域４８０に表示されている画像か否か、すなわち現在表示中画像であるか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合はステップＳ５０３に進み、ｎｏの場合はステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０３では、画像データが持つＲＧＢ成分のうち、Ｒ成分に白黒変換した後の画素値を代入（コピー）し、他のＧ成分及びＢ成分には０を代入するというＲ成分代入処理を実行する。この時点で画像はＲ成分の濃淡として表現される。

ステップＳ５０４では、現在表示中の画像と比較対象画像の合成比、つまり現在表示中の画像に重み付けを行う透過度演算処理を行い、ステップＳ５０５に進む。

ステップＳ５０５では、処理対象が比較対象画像か否かの判定を行い、ｙｅｓの場合はステップＳ５０６に進み、ｎｏの場合はステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０６では、ステップＳ５０３と同様に比較対象画像に対して、ＲＢＧ成分の中でＧ成分に白黒変換後の画像の画素値を代入し、他のＲ成分及びＢ成分には０を代入するというＧ成分代入処理を実行する。この時点で比較対象となる画像はＧ成分の濃淡として表現される。

ステップＳ５０７では、ステップＳ５０４と同様に現在表示中の画像と比較対象画像の合成比、つまり比較対象画像に重み付けを行う透過度演算処理を行い、ステップＳ５０８に進む。

ここで、ステップＳ５０４とステップＳ５０７の透過度演算処理の場合、ステップＳ５０４の処理における透過度が高いと比較対象画像が強調され、ステップＳ５０７の処理における透過度が高いと現在表示中の画像が強調して表示されることになる。

ステップＳ５０８では、ステップＳ５０４及びステップＳ５０７の透過度演算処理の結果画像を加算処理する。ここで、ステップＳ５０４の透過度演算処理後の画像はＲ成分だけを持ち、ステップＳ５０７の透過度演算処理後の画像はＧ成分のみを持つので、ステップＳ５０８の加算処理後は、両者の画像データの重複画素部分はＲＧ成分を持つ画像となり、両者で重複していない画素はＲ成分、またはＧ成分のみの画素値をもつこととなる。このようにして、モノトーン／加算処理により、色成分で２つの画像の相違点を表現することができる。

上述の実施の形態では、現在のカメラの位置を示す印あるいは移動したい位置を示す印が表示されている培養器上の位置を保存している。保存された情報はいつでも読み出すことができ、位置情報を読み出した後、移動命令を発行することにより、保存された位置へ正確に移動することができる。また、操作端末上に表示されている培養器の図の背景を用途に応じて選択できる機能を備えている。例えば、培養器内の位置が細胞観察上重要である場合は、背景がグリッドであると撮影位置が決定しやすく、細胞の粗密が重要である場合にはコロニー分布図を表示しながらの方が撮影位置を決定しやすい。さらに、操作端末上の培養器図上に過去に画像が保存された印を表示する。この印を選択すると、その位置での画像が表示される。操作者がこの印を選択せずに撮影された画像を表示した場合には、培養器の図の上に表示画像を示す印を点滅あるいは反転表示する。また、異なる時刻に撮影された画像を保存し、読み出す際には異なる色のモノトーン画像に変換し、変換した画像を加算処理して表示する。各々の画像の透過度を任意に設定することにより、異なる時刻の画像を比較することができる。

本発明を適用してなる培養装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明を適用してなる培養装置の機構部の詳細図であり、図１におけるシステムコントローラ１１を省いた実際の構成を示している。 図２の培養器３８の詳細構成を示す図である。 図２の培養装置の制御ブロック図の詳細を示し、複数の培養装置を接続してそれをプラント化した場合を示すブロック図である。 培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図５のステップＳ５５の「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」の動作の一例を示す図である。 上述の実施の形態に係る培養装置の培養器３８の第１の変形例を示す図であり、図７（Ａ）は、上面から見て図を、図７（Ｂ）はその側面図を示す。 上述の実施の形態に係る培養装置の培養器３８の第２の変形例を示す図である。 図８の培養器を用いた培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明を適用してなる培養装置の別の実施の形態に係る機構部の詳細図を示す図である。 カメラ撮影システムの概略構成を示すブロック図である。 図１０の中におけるカメラ撮影システムに関係する部分を抽出して模式的に示す図である。 ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。 ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。 ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。 図１１の画像処理ユニット３１２の詳細を示す図である。 画像処理ユニット１４が実行するコロニー判別の処理手順を示すフローチャート図である。 培養装置内の各構成手段の配置の概略を示す図である。 任意の焦点で培養器１４０の画像を撮影する場合の画像処理ユニットの実行する細胞抽出処理の一例を示すフローチャート図である。 カメラの移動距離と隣り合う画素値の差の総和との関係を示す図である。 対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面に位置する場合の画像の一例を示す図である。 対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも前側にある場合の画像の一例を示す図であり、 対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも後側にある場合の画像の一例を示す図である。 図２２及び図２３の画像に対する差分・位置合わせ処理の結果、細胞数が最小で、かつ、その細胞の長さの合計が最大となる差分画像について、二値化処理を施した場合の画像を示す図である。 カメラを所望の位置に移動することのできるカメラ位置調整機能を備えたカメラ撮影システムの概略を示す図である。 図１０の保温箱１６０内の培養器１４０と、カメラ３１との関係を模式的に示す図である。 撮影位置設定・表示の操作画面の一例を示す図である。 モニタに表示される画像の表示例を示す図であり、画像処理ユニット３１２によって表示される図である。 撮影位置設定・表示処理ソフトウェアの処理の一例を示すフローチャート図である。 モノトーン／加算処理の詳細を示す図である。

符号の説明

１…培養器
２…可撓性管部材
３…ポンプ
４…リザーブタンク
５…可撓性管部材
６…ポンプ
７…廃液タンク
８…駆動手段
９…カメラ
１０…光源
１１…システムコントローラ
１５…本体
１６…ガス透過膜
１７…培地
１８…チューブ接続部材
１９…チューブ接続部材
２０…堰
２１…供給チューブ
２２…ロータ
２３…廃液チューブ
２４…ピンチ弁
２５…ケーブルドラム
２６…巻き取りドラム
２７…カムフォロア
２８…ピニオン
２９…培養器駆動モータ
３０…保温箱（フレーム）
３１…ＣＣＤカメラ
３２…観察窓
３３…フィルター
３４…光源
３５…ガイド部材
３６…チューブ固定部材
３７…しごきポンプ
３８…培養器
３８１…傾斜部
３９…針
４０…エアーフィルター
４１…針
４２…エアーフィルター
５０…シャッターモータ
５１…シャッター
５２…培養前細胞を貯留する容器
５３…針
５６…細胞注入チューブ
５５…ピペッターアーム
５４…軸
５７…ピペッタ回転動モータ
５８…回転部材
５９…ピペッタ上下動モータ
６０…プーリ
６２…ホルダー部
６１…ベルト
６３…モータ
６５…ファン
６６ａ，６６ｂ…ピンチ弁
６７…培地タンク
６８…緩衝液タンク
６９，７０，７１…細胞剥離剤タンク
７２，１０５，７３，７４，７５…ピンチ弁
７８，７９…空気流入口
８０…断熱箱
８１…シャッターモータ
８２…シャッター
８３…針
８４…培養後細胞を貯留する容器
８５…ピペッタアーム
８７…軸
８８…ピペッタ回転動モータ
８９…回転部材
９０…ピペッタ上下動モータ
９１…プーリ
９２…ベルト
９３…ホルダー部
９４…モータ
９５…送りねじ
９６，９７…スタンド
９８…廃液回収箱
９９…ガイド部材
１００…チューブ固定部材
１０１…しごきポンプ
１０２…廃液タンク
１０３…ピンチ弁
１０４…ピンチ弁
１０６…温度センサ
１０７…継ぎ手
１０８…ヒータ
１２０…Ｉ／Ｏ
１２１…バス
１２２…ＣＰＵ
１２３…操作卓
１２４…メモリ
１２５…コンピュータネットワークドライバ
１２６…操作器
１２７，１２８，１２９…培養装置
１３０…制御監視装置
１６７，１６８，１６９…培養器
１７０ａ〜１７０ｄ…培養器
１７１…チューブ
１７４ａ〜１７４ｄ…チューブ接続部材
１７５ａ〜１７５ｄ…チューブ接続部材
１８２…供給チューブ
１８３，１８４…接続チューブ
１８５…廃液チューブ
１８６，１８７，１８８…ピンチ弁
１９１，１９２…培養補助板
１９５…培養器本体
１９７…供給チューブ
１９９…蓋
２０１，２０２…培養補助板
２５０…画像取り込みボード
２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５…鏡
２８０…ＣＣＤカメラ
２８１…光源
２８６…フィルター
２８８…ユニット
３００…培養器本体
３０１…蓋
３０２…供給用チューブ接続部材
３０７，３０８，３０９，３１０…磁石
３０３，３０４，３０５，３０６…球状部材
３１４…供給用チューブ接続部材
３１５…棒状部材
３２０…供給チューブ
３２１，３２７…栓
３２２，３２８…針
３２３…供給チューブ
３２４…シリンジ
３２５…培養器
３２６…廃液チューブ
３２９…廃液チューブ
３８１…傾斜部
１４０…培養器
１４１…第１ポート
１４２…第２ポート
１４３…第３ポート
１４１ｂ…廃液チューブ
１４４，１４５…しごきポンプ
１４２ｂ…供給チューブ
１４２ｃ…供給チューブ
１４２ｄ…補助供給チューブ
１４６，１４７…しごきポンプ
１４６ａ，１４７ａ…ピンチ弁
１４３ａ…チューブ
１４３ｂ…エアーフィルター
１４８…保持リング
１４９…フック
１５０…レバー
１５１…チルトモータ
１５３…ロータ
１６０…保温箱（インキュベータ）
１７０…加温バッグ
１７２…ピンチ弁
１７３…エアーフィルター
１７７…ペーハー測定部
２９ａ…培養器駆動モータ
１０９…ペルチェ素子
１１０…放熱ヒートシンク
１１１…吸熱ヒートシンク
２０１〜２０４…ヒータ
２０５，２０６…放熱板
２０５…二酸化炭素センサ

Claims (2)

1. 内部で培養を行う培養器手段と、
   前記培養器手段の培養の状態を観察する培養状態観察手段と、
   前記培養器手段に対応する図形上でその観察位置を指定する観察位置指定手段と、
   前記培養器手段及び前記培養状態観察手段の少なくとも一方を移動させることによって、前記観察位置指定手段が指定した前記観察位置で前記培養状態観察手段が前記培養器手段を観察できるように設定する観察位置設定手段と
   を備えたことを特徴とする培養装置。
2. 過去に観察した培養器手段の観察地点と画像を保存する過去観察情報保存手段と、
   観察位置に対応した過去画像を前記過去観察情報保存手段から読出す読出し手段を備え、
   前記観察位置設定手段は観察位置を前記読出し手段に送ることを特徴とする請求項１の培養装置。

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