JP2008092882A

JP2008092882A - 自動培養装置

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Publication number: JP2008092882A
Application number: JP2006279476A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Suzuki; 力鈴木; Daisuke Ieshima; 大輔家島; Hideaki Kagami; 秀明各務; Ryuji Kato; 竜司加藤; Minoru Ueda; 実上田; Kunihiko Okada; 邦彦岡田
Original assignee: Nagoya University NUC; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Nagoya University NUC; Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP5039355B2

Abstract

【課題】培養器内の培養細胞の増殖状況を観察でき、且つリアルタイムで培養器内の任意の部位の細胞の形態を局所的に観察可能にする。
【解決手段】シャーレ２内の細胞を撮影するカメラ６の位置を撮影面に沿って移動する移動手段７，８と、カメラで撮影された画像を記憶するメモリ２１と、メモリに記憶された画像を表示するディスプレイ１３と、自動撮影モードとマニュアル撮影モードとを切り替え可能に形成された制御部２０とを備え、自動撮影モードは、予め定められたカメラの視野に対応させて撮影面を分割した複数の小区画の位置にカメラを走査し、小区画単位で撮影してメモリに格納された局所画像を読み出して撮影面の全体画像を合成してディスプレイに表示させ、マニュアル撮影モードは、入力される操作指令に基づいて移動手段を制御してカメラにより任意の位置の局所画像を撮影してディスプレイに表示させる機能を有して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動培養装置に係り、具体的には、培養細胞の増殖状況及び細胞の形態を確認するのに好適な観察装置を備えた自動培養装置に関する。

細胞培養は、一般にインキュベータと呼ばれる適切なガス濃度と温度をコントロールしたチャンバー内に、培養細胞を入れたシャーレなどの培養器を設置して行われる。そして、適宜のタイミングでインキュベータから培養器を取り出し、培養細胞の状況を顕微鏡で観察することが行われている。しかし、培養細胞の観察のために培養器を頻繁に出し入れする操作は、培養細胞の環境条件が変化するので好ましくない。また、培養細胞の観察の度に培養器を取り出して顕微鏡で観察する操作自体も煩雑である。

そこで、従来、特許文献1に記載されているように、インキュベータ内に顕微鏡を設置して培養器内の細胞の増殖状況を観察可能にするとともに、自動で培養器内の培地交換及び細胞の継代処理を行える自動培養装置が提案されている。また、観察に用いる顕微鏡としては、位相差光学系を備えた顕微鏡や、蛍光標識した細胞の観察に好適な光学系を備えた顕微鏡などが広く利用されている。

一方、動物細胞などの細胞は、一般に、細胞の形態が重要な情報を持つことが知られており、再生医療などの分野では培養した細胞自体を治療に利用するため、非破壊的に細胞の性情を把握する必要がある。したがって、細胞の形態は重要な情報源となり、個々の細胞の形態だけでなく、培養器内の広範囲を観察して、細胞の増殖状況を確認する必要がある。例えば、コンフルエント近くなると細胞の性情が変化する場合があり、そのような場合にはタイミングを見計らって培養を止めるか、もしくは継代するか、等の培養操作の切り替え判断をしなければならない。しかし、細胞はコロニーを形成して増殖することが多く、高倍率の対物レンズを用いる局所的な観察では広範囲を観察できないから、培養操作の切り替え判断のタイミングを逸する可能性がある。そこで、高倍率の局所観察と低倍率の広範囲観察を適宜切り替えて観察する必要があり、一般に、顕微鏡に倍率の異なる複数の対物レンズを設け、その対物レンズを切り替えることが行われている。

また、特許文献２には、インキュベータ内の培養器の下方にＣＣＤカメラを配置し、そのＣＣＤカメラを３次元方向に移動可能に設けて、培養器の全底面の投影画像を撮影して、培養器の底面に接着する接着細胞の接着率データを得る技術が記載されている。

また、特許文献３には、細胞診、組織診等の病理診断に用いる標本を観察する顕微鏡ディジタル画像撮影システムが記載されている。このシステムによれば、標本全体の観察範囲を複数の小区画に分割してＣＣＤカメラ等により小区画毎に高倍率画像を撮影してメモリに格納し、メモリ内の高倍率画像を貼り合わせて合成し、標本全体の広範囲画像を表示器に表示させるようにしている。

特開２００４−０１６１９４号公報特開２００３−２１６２８号公報特開平１１−９５１２５号公報

ところで、最近、欠損した組織などを修復する再生医療が注目されている。再生医療には、対象組織などによってプロトコールが異なるが、多くの場合、再生対象の細胞を体外で培養する工程を必要とする。したがって、培養工程において再生用細胞の対象の取り違いを防止するため、自動培養装置は各ドナーの細胞ごとに専用とすべきである。しかし、細胞を目的の量まで培養するのに要する期間は、例えば１ヶ月等のように長い培養期間がかかるので、自動培養装置のスループットが低い。そこで、自動培養装置をコンパクト化して、スペース効率を高めることが要望されている。

しかし、特許文献１、２に記載されている自動培養装置に用いる顕微鏡のように、倍率が異なる複数の対物レンズを機械的に切り替える方式によれば、複雑な機構が必要となるだけでなく、切り替えるのに時間がかかり、使い勝手が悪いという問題がある。例えば、培養細胞の形態を観察するために、広範囲の画像を観察して詳しく観察したい局所を定め、その局所位置に顕微鏡を移動して、リボルバーで高倍率の対物レンズに切り替えて対応することになる。したがって、詳しく観察したい局所が複数の場合は、その操作を繰り返して行わなければならないから、操作が煩雑で、時間がかかるという問題がある。さらに、広範囲を観察する低倍率の対物レンズは、培養器の大きさに応じて長い焦点距離が必要となるから、装置のコンパクト化の障害となる。

この点、特許文献３に記載の顕微鏡ディジタル画像撮影システムによれば、標本全体を観察できるとともに、局所を高倍率で観察できる。つまり、メモリに格納した１つの高倍率画像をそのまま拡大表示したり、高倍率の小区画の画像を全部読み出して張り合わせて全体画像を表示することにより、局所と広範囲の観察を迅速に切り替えることができる。したがって、対物レンズの切替機構が不要で、かつ高倍率の対物レンズだけで広範囲画像を生成できるからコンパクト化できる。

しかしながら、細胞の形態を観察する局所的な視野は、細胞種、細胞形態の何を見るかにより若干サイズは異なるが、例えば約１ｍｍ×１ｍｍのサイズである。一方、最近の細胞の自動培養においては、多くの細胞を増殖する必要から大きな培養器を用いることが要請され、例えば直径１００ｍｍ以上のシャーレが一般に用いられる。例えば、直径１００ｍｍのシャーレの培養床の面積は約７，８５０ｍｍ²であるから、全面を撮影するためには１ｍｍ×１ｍｍの小区画の画像を７,８５０枚撮影する必要がある。ここで、顕微鏡カメラの位置合わせしながら小区画の撮影を行う撮影時間を２秒／枚（小区画）とすると、全面を撮影するために１５,７００秒（約４．４時間）必要となる。しかも、シャーレの培養床は、製作上の理由から少なからず歪みがあり、観察位置を変えるたびに焦点合わせをする場合には、撮影時間がさらに増大することになる。

したがって、全体画像を観察して関心を持った部位があったとしても、その部位の小区画の画像は最大数時間前の画像の場合があるから、現在の細胞形態とは異なり、リアルタイム性に問題がある。

この点、特許文献３に記載の技術は、細胞診断における標本観察であり、小区画の分割数が高々１６×１６＝２５６で、１枚あたりの撮影時間を上記例と同じとすれば、２５６秒（約４．３分）で全体を撮影することができるから、培養細胞の増殖状況の観察の場合のような問題は生じない。

本発明が解決しようとする課題は、培養器内の培養細胞の増殖状況を観察でき、且つリアルタイムで培養器内の任意の部位の細胞の形態を局所的に観察可能にすることにある。

上記の課題を解決するため、本発明の自動培養装置は、細胞の培養器と、該培養器内の細胞を撮影するカメラと、該カメラの位置を前記培養器の撮影面に沿って前記培養器に対して相対的に移動する移動手段と、前記カメラで撮影された画像を記憶するメモリと、該メモリに記憶された画像を表示するディスプレイと、自動撮影モードとマニュアル撮影モードとを切り替え可能に形成された制御手段とを備え、前記自動撮影モードは、前記移動手段を制御して予め定められた前記カメラの視野に対応させて前記撮影面を分割した複数の小区画の位置に前記カメラを走査し、前記カメラを制御して前記小区画単位で前記撮影面を撮影して撮影画像を前記メモリに格納し、前記メモリ内に格納された画像を読み出して前記撮影面の全体画像を前記ディスプレイに表示させる機能を有し、前記マニュアル撮影モードは、入力手段から入力される操作指令に基づいて前記移動手段を制御して前記カメラにより任意の位置の前記撮影面の局所画像を撮影するとともに、撮影された局所画像を前記ディスプレイに表示させる機能を有して構成することを特徴とする。

このように、小区画単位で撮影面を走査して撮影した高倍率の局所画像をメモリに記憶し、メモリ内の局所画像を読み出して撮影面の全体画像を合成してディスプレイに表示する。このように表示される全体画像により、培養器内の培養細胞の増殖状況を観察できる。また、全体画像で詳しく観察したい関心部位がある場合は、マニュアル撮影モードに切り替え、移動手段をマニュアル操作して撮影位置を任意に変更することにより、任意の位置の関心部位の局所画像をリアルタイムでディスプレイに表示することができる。これにより、広い視野の観察、局所的な観察、並びに視野の迅速な切り替えが可能となる。また、対物レンズの切替機構が不要で、かつ高倍率の対物レンズだけで広範囲画像を生成できるからコンパクト化できる。

また、本発明は、ディスプレイを２つ設けて、あるいは１つのディスプレイの表示領域を２つに分けて、全体画像と局所画像をそれぞれ表示することができる。この場合、局所画像に対応する位置を全体画像に識別可能に表示することが好ましい。例えば、局所画像に対応する位置を線で囲って表示したり、矢印等のマークで指示するなどの識別表示をする。これにより、マニュアル操作により移動したカメラの位置が全体画像における関心部位を撮影しているか否かを容易に判断でき、マニュアル操作を支援することができる。

また、本発明は、上記のマニュアル撮影モードに代えて、入力手段によりディスプレイ上で指定される位置に基づいて、移動手段によりカメラの相対位置を自動的に移動して局所画像を撮影し、撮影された局所画像をディスプレイに表示させるようにすることが好ましい。すなわち、高倍率の局所画像を見ながらマニュアルで関心部位にカメラの位置を合わせる操作は、微妙な操作となり煩雑である。そこで、関心部位をディスプレイに表示された全体画像上で指定することにより、指定された部位に対応する撮影位置にカメラの位置を自動で移動させることにより、容易に関心部位の局所画像を撮影して、細胞の形態を詳細に観察することができる。

この場合、小区画のアドレスと、カメラのアドレス（位置情報）とを対応付けたアドレステーブルを記憶しておき、全体画像上で指定された関心部位に対応する小区画のアドレスにカメラのアドレス（位置情報）を自動的に移動させることで実現できる。また、指定された関心部位を線で囲って表示したり、矢印等のマークで指示するなどの識別表示をすることが好ましい。この場合も、ディスプレイを２つ設けて、あるいは１つのディスプレイの表示領域を２つに分けて、全体画像と局所画像をそれぞれ表示することができる。

また、本発明の自動撮影モードは、カメラの走査方向に隣り合う小区画を飛び飛びで撮影面を撮影して画像をメモリに格納させるようにすることができる。これによれば、撮影面の全体画像を撮影する周期を短縮できるから、シャーレ全体の細胞の増殖状況を観察する全体画像のリアルタイム性を向上できる。また、メモリの容量を節減できる。

また、本発明の自動撮影モードは、カメラで撮影された画像を小区画単位で２値化してメモリに格納するようにすることができる。これによれば、メモリの要領を少なくすることができ、あるいは、一般に数日間にわたる細胞培養の状況の画像を少ない記録媒体で記録に残すことができる。

本発明によれば、培養器内の培養細胞の増殖状況を観察でき、且つリアルタイムで培養器内の任意の部位の細胞の形態を局所的に観察できる。

以下、本発明を適用してなる自動培養装置の実施形態について図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１の自動培養装置の特徴部に係る観察装置のブロック構成図を示す。図２に、本発明の実施形態１の自動培養装置の主要部のハードウエアの構成図を示す。

図２の斜視図に示すように、本実施形態の自動培養装置は、インキュベータ１内に細胞の培養器である円形のシャーレ２を設置して構成され、インキュベータ１内は周知のとおり温度、ＣＯ_２などのガス濃度が調整されている。シャーレ２は、スタンド３に支持された台板４上に設置され、台板４にはシャーレ２の底面を下方から観察するのに支障がない程度の開口５が設けられている。台板４の開口５の下方にシャーレ２内の細胞を撮影するＣＣＤカメラ６が設けられている。ＣＣＤカメラ６は、細胞を観察可能な高倍率の対物レンズを備えている。なお、ＣＣＤカメラ６に代えてＣＭＯＳカメラを用いることができる。ＣＣＤカメラ６は、図示矢印のＹ方向に移動させるＹ軸アクチュエータ７に搭載されている。Ｙ軸アクチュエータ７は、図示矢印のＸ方向に移動させるＸ軸アクチュエータ８に搭載されている。また、シャーレ２を挟んでＣＣＤカメラ６に対向する位置に光源９が配置され、光源９はＣＣＤカメラ６に固定され支持アーム１０の先端に取り付けられている。Ｙ軸アクチュエータ７とＸ軸アクチュエータ８により、ＣＣＤカメラ６と光源９の位置を、シャーレ２の底面に沿って任意の位置に相対的に移動する移動手段が構成されている。ＣＣＤカメラ６、Ｙ軸アクチュエータ７、Ｘ軸アクチュエータ８及び光源９は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータ１１により制御されるようになっており、これらによって本発明の特徴部に係る観察装置が構成されている。

コンピュータ１１は、コンピュータ本体１２と、ディスプレイ１３と、入力手段であるキーボード１４及びマウス１５等を接続して構成されている。コンピュータ本体１２は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ等を備えて構成され、汎用コンピュータに必要なＩ／Ｏを備えて構成されている。

本発明の特徴部に係る観察装置は、図１に示すように、コンピュータ本体１２により構成される制御部２０を備え、制御部２０はインキュベータ１、ＣＣＤカメラ６、Ｙ軸アクチュエータ７、Ｘ軸アクチュエータ８、ディスプレイ１３、キーボード１４、マウス１５に接続されている。キーボード１４には、割り込みスイッチ１４ａ、マニュアルスイッチ（Ｘ軸）１４ｂ、マニュアルスイッチ（Ｙ軸）１４ｃが設けられている。また、制御部２０には、ＣＣＤカメラ６で撮影された画像を記憶する画像メモリ２１と、撮影位置データメモリ２２が接続されている。また、制御部２０には、画像メモリ２１に記憶された画像を読み出してディスプレイ１３に表示する図示していない読出し手段と、ＣＣＤカメラ６による撮影を自動撮影モードとマニュアル撮影モードとに切り替えて制御する制御手段が備えられている。

次に、本発明の自動培養装置の詳細構成について、観察装置の処理及び動作を中心に実施例に分けて説明する。

（実施例１）
図３に、実施例１の自動培養装置のフローチャートを示す。自動培養の全体の動作は、培養開始Ｓ１と培養Ｓ２と培養終了Ｓ３のステップから構成される。培養Ｓ２には、インキュベータ１内のＣＯ_２濃度及び温度の制御を実施する動作の他、本発明の特徴である観察装置の動作を包含する。以下、観察装置の詳細動作を説明する。

＜ステップＳ２１＞
まず、ステップＳ２１で、割り込みスイッチ１４ａの状態を検出する。割り込みスイッチ１４ａは、自動撮影モードとマニュアル撮影モードを切り替える指令を入力するキーであり、割り込みスイッチ１４ａの押下状態に応じて、ＯＮであればマニュアル撮影モードのステップＳ３１に分岐し、ＯＦＦであれば自動撮影モードの撮影位置読み取りのステップＳ２２以降に進む。

＜ステップＳ２２＞
ステップＳ２２では、撮影位置データメモリ２２から、シャーレ２の撮影面に設定された小区画のアドレス（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）を撮影位置として読み取る。ここで、ｉ＝１〜ｎ，ｊ＝１〜ｍの整数である。なお、小区画の分割例については、図４に示す。

＜ステップＳ２３＞
Ｘ軸アクチュエータ８とＹ軸アクチュエータ７を自動により制御して、読み出したアドレスの小区画（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）に対応する位置にＣＣＤカメラ６を移動する。

＜ステップＳ２４＞
小区画（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）の位置にＣＣＤカメラ６が移動されると、ＣＣＤカメラ６に指令を出してシャーレ２内で培養されている細胞を撮影する。このとき、必要に応じて自動焦点調整も実行される。

＜ステップＳ２５＞
ＣＣＤカメラ６から出力される小区画の画像データを画像メモリ２１に格納する前に、ステップＳ２５において小区画ごとの画像データの二値化処理を行う。二値化処理の閾値は、コロニーの面積及び細胞の密集具合を考慮して設定する。この二値化処理は、細胞部分を白色（もしくは黒色）、細胞以外の部分を黒色（もしくは白色）とする処理である。これにより、画像メモリ２１のメモリ容量を大幅に節減できる。なお、この二値化処理は、ＣＣＤカメラ６から出力される画像データを画像メモリ２１に一旦格納した後に行って、画像メモリ２１の内容を書き換えるようにしてもよい。

また、画像メモリ２１の容量が十分にある場合は、二値化処理のステップＳ２５を省略することができ、この場合は精度の高い小区画ごとの画像データを画像メモリ２１に格納でき、これに応じて表示画像の精度を高くできる。

＜ステップＳ２６＞
二値化した小区画（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）の画像データをアドレス（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）を付して画像メモリ２１に転送して格納する。

くステップＳ２７＞
全ての小区画（Ｘ_１〜ｎ、Ｙ_１〜ｍ）について撮影処理が終了したか否かを判断し、終了していなければ割り込みスイッチの状態検出のステップＳ２１に戻って、自動撮影を繰り返す。全ての小区画（Ｘ_１〜ｎ、Ｙ_１〜ｍ）について撮影が終了していれば、自動による走査撮影を終了する。

くステップＳ２８＞
ステップＳ２１の判断で、割り込みスイッチ１４ａの状態がＯＮであれば、マニュアル撮影モードのステップＳ２８に切り替える。このステップＳ２８ではユーザがマニュアルスイッチ（Ｘ軸）１４ｂ、マニュアルスイッチ（Ｙ軸）１４ｃを操作し、ＣＣＤカメラ６を任意の位置に移動させて、シャーレ２の局所画像を撮影する。これにより、ユーザはディスプレイ１３に表示された所望の位置の局所画像を観察できる。なお、マニュアルスイッチ（Ｘ軸）１４ｂとマニュアルスイッチ（Ｙ軸）１４ｃは、それぞれ押し下げている間、対応するアクチュエータ７，８が駆動されるようになっている。なお、マニュアル撮影モードの場合は、設定された小区画にかかわらず、任意の位置の撮影面を撮影することができる。

＜ステップＳ２９＞
ユーザは、ディスプレイ１３に表示された所望の位置の局所画像の観察が終了したとき、割り込みスイッチ１４ａをＯＦＦする。これにより、ステップＳ２２に移行して、自動撮影モードによる撮影が再び実行される。この割り込みスイッチ１４ａは、任意のタイミングでＯＮすることができ、割り込みスイッチ１４ａがＯＮされたタイミングにおける小区画の自動撮影を終了した後に、ステップＳ２１からステップＳ２８のマニュアル撮影モードに移行する。

なお、割り込みスイッチ１４ａをＯＦＦすることに代えて、例えば、マニュアルスイッチ（Ｘ軸）１４ｂ、マニュアルスイッチ（Ｙ軸）１４ｃが設定時間以上操作されないときに、自動的にマニュアル撮影モード終了と判断して、割り込みスイッチ１４ａをＯＦＦするようにしてもよい。また、割り込みスイッチ１４ａがＯＦＦされたときは、マニュアル撮影モードに切り替えたときに自動撮影モードで最後に撮影した小区画の次の小区画の位置から自動撮影モードを再開することが好ましい。これによれば、全体の走査時間を短くすることができる。しかし、これに限定せず、最初の位置から走査撮影しなおしてもよい。

ここで、小区画のアドレス（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、シャーレ２の円形の底面を撮影面とし、その撮影面を方眼状の小区画に予め分割する。そして、小区画のアドレス（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）は、例えば、各小区画の中心位置（又は、いずれかの角）のＸ，Ｙ座標とする。この小区画の大きさは、ＣＣＤカメラ６の視野サイズと同等に設定する。これにより、小区画の画像を合成して広範囲の全体画像を作成する際に、抜けのない画像となる。

自動撮影モードによる走査は、図示矢印Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２４に示したように、Ｘ軸に沿って一方向に走査し、走査端でＹ軸方向に１ラインずらして、Ｘ軸に沿って逆方向に走査するように、全体の小区画をジグザグに走査する。なお、ジグザグに走査するのに代えて、Ｘ軸の一方向にのみ繰り返して走査するようにしてもよい。これによれば、Ｘ軸アクチュエータ８、Ｙ軸アクチュエータ７等の移動手段を構成する駆動部のガタの影響が少なくなり、走査撮影の位置精度が向上する。

図４（ａ）では、シャーレ２の撮影面全体を走査する例であるが、必要に応じて、図４（ｂ）に示すように、シャーレ２の撮影面の１／２を走査して全体の１／２の画像をディスプレイ１３に表示するようにしてもよい。また、撮影面の１／４を走査して全体の１／４の画像をディスプレイ１３に表示するようにしてもよい。さらに、全体画像の場合は、全体の増殖状況を観察するものであるから、隣り合わせた小区画を全て撮影する必要がない。例えば、図４（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向に１つおきに、且つＹ軸方向にずらして、モザイク状の小区画を非連続で撮影するようにすることができる。また、小区画を飛び飛びで撮影することにより、あるいは、ＣＣＤカメラ６の視野よりも小区画を大きく設定することにより、図４（ｂ）、（ｃ）と同様に、走査撮影時間を短縮してリアルタイム性を向上できるとともに、撮影枚数を減らせるので、画像メモリ２１の記憶容量を節減できる。

すなわち、全体画像は、培養細胞の増殖状況を観察するのが主な狙いであり、細胞培養に要する時間は一般に数日〜数週間かかるから、全体の増殖状況の変化は速くない。しかも、本実施例によれば、所望の部位の局所画像を任意のタイミングで高倍率により観察できるから、全体画像はおおよその増殖状況の変化が分かればよいので、必ずしも撮影面の全体を連続して撮影する必要がない。したがって、図４（ｂ）、（ｃ）等のように、飛び飛びの小区画の画像を非連続で撮影しても、おおよその増殖状況を観察できる。なお、図４（ｂ）のように、１／２又は１／４の撮影面を撮影する場合は、自動走査による繰返し周期のたびに、残りの１／２又は１／４の撮影面を撮影するようにすることができる。

以上説明したように、本実施例の自動撮影モードは、移動手段であるＸ軸アクチュエータ８とＹ軸アクチュエータ７を制御して、予定められたＣＣＤカメラ６の視野に対応させて撮影面を分割してなる複数の小区画（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｊ）の位置にＣＣＤカメラ６を走査し、小区画単位で撮影面を撮影した画像を画像メモリ２１に格納し、画像メモリ２１内に格納された小区画の画像を読み出して合成して、撮影面の全体画像をディスプレイ１３に表示しているから、ＣＣＤカメラ６の対物レンズを切り替えることなく、培養細胞の全体の増殖状況を観察することができる。

さらに、本実施例のマニュアル撮影モードによれば、入力手段であるキーボード１４の割り込みスイッチ１４ａからマニュアルモード指令を入力すると、Ｘ軸アクチュエータ８とＹ軸アクチュエータ７をマニュアル操作できるから、これによりＣＣＤカメラ６を任意の位置に移動して、その部位の画像を撮影してディスプレイ１３に表示させることができる。これにより、リアルタイムで、関心部位の細胞の形態を観察することができる。

（実施例２）
実施例１のステップＳ２８におけるマニュアル撮影モードでは、ユーザがＸ軸アクチュエータ８とＹ軸アクチュエータ７をマニュアル操作して、所望とする部位にＣＣＤカメラ６を移動して、関心部位の高倍率の観察画像をディスプレイ１３に表示させる例を説明した。

しかし、高倍率の局所画像を見ながらマニュアルで関心部位にカメラの位置を合わせるのは微妙な操作となり煩雑である。そこで、本実施例２では、関心を持った部位をディスプレイ上で指定することにより、指定された部位に対応する撮影位置にカメラの位置を自動で移動させることにより、容易に関心部位の局所画像を撮影して、細胞の形態を詳細に観察するようにする。

本実施例２により撮影される観察画像の例を図５を参照して説明する。図５（ａ）は画像メモリ２１に格納された二値化処理済みの小区画の画像を貼り合わせ、撮影面の全体画像をディスプレイ１３に表示したものである。この観察画像は実施例１の場合も同じである。本実施例２では、ユーザが割り込みスイッチ１４ａを押し下げてマニュアル撮影モードにし、図５（ａ）の全体画像で詳細を観察したい関心領域ＲＯＩ・Ａをマウス１５で指定する。これに応答して、制御部２０は、関心領域ＲＯＩ・Ａの位置の座標を検出し、その座標に合わせてＸ軸アクチュエータ８とＹ軸アクチュエータ７を自動的に制御して、ＣＣＤカメラ６を関心領域ＲＯＩ・Ａの位置に移動して撮影する。これにより、図５（ｂ）に示すように、関心領域ＲＯＩ・Ａに対応する局所の高倍率の観察画像がディスプレイ１３に表示される。また、図５（ｂ）の小区画の画像上でマウス１５により関心領域ＲＯＩ・Ｂを指示すると、図５（ｃ）に示すように、関心領域ＲＯＩ・Ｂの拡大画像がディスプレイ１３に表示される。

（実施例３）
実施例１、２では、全体画像と関心部位の局所画像を切り替えて表示する例を説明したが、本実施例３では全体画像と関心部位の局所画像をディスプレイ１３の表示画面に並べて表示するものである。つまり、図５（ａ）の全体画像と、図５（ｂ）又は（ｃ）の関心部位の画像を同一の画面に並べて、あるいは不要な部分を重ねて表示するようにすることができる。この場合、図５（ｂ）又は（ｃ）の関心部位に対応する部位を、図５（ａ）の全体画像に識別可能に表示する。例えば、関心部位に対応する部位を線で囲って表示したり、矢印等のマークで指示するなどの識別表示をする。これにより、図３のステップ２８のマニュアル操作によりＣＣＤカメラ６の位置を移動する際、ＣＣＤカメラ６が全体画像のどの部位を撮影しているかを容易に判断でき、マニュアル操作を支援することができる。

また、ディスプレイ１３の表示画面に並べて表示することに代えて、ディスプレイ１３を２つ設けて、全体画像と関心部位の局所画像を別々に表示するようにしてもよい。

なお、実施例１〜３に共通であるが、細胞自身は透明であり、その多くは数十μｍと小さいので、図５（ａ）のように広画角の全体画像を表示する場合、前述のように二値化処理することにより、コロニーの所在が明確になる効果がある。

また、細胞の増殖は、細胞種にもよるものの、細胞の数が２倍になる倍化時間が数日になるため、広範囲の全体画像はリアルタイムに更新する必要がない。例えば、半日に１回の走査撮影でも充分に実用に供することができる。また、走査撮影中にユーザが局所的な観察をしたい場合でも、走査撮影を一時中断して観察することができるので、操作感に煩わしさはない。

（実施形態２）
図６に、本発明の実施形態２の自動培養装置の特徴部に係る観察装置のブロック構成図を示す。本実施形態２が実施形態１と異なる点は、制御部２０にスケジュール管理手段２３を接続して設けたことにあり、その他の点は、実施形態１と同一であることから、同一の符号を付して説明を省略する。

スケジュール管理メモリ２３には、ユーザが培養開始前に予め設定した自動撮影モードとマニュアル撮影モードによる撮影時間帯を計画した撮影スケジュールが格納されている。撮影スケジュールは、例えば図７に示すように、夜間の時間帯に自動撮影モードにより走査撮影を実行し、昼間の時間帯はユーザがマニュアル撮影モードにより局所観察（マニュアル観察）可能にするために、自動撮影モードによる走査撮影を実行しないように計画されている。この実施形態によれば、自動撮影モードによる走査撮影を中断することなく、マニュアル撮影モードによる局所観察を自由に行うことができる。

なお、実施形態１、２では、シャーレ２を固定し、ＣＣＤカメラ６を移動する例を説明したが、これとは逆に、ＣＣＤカメラ６を固定してシャーレ２を移動するようにしてもよい。また、それら両方が移動するようにしてもよい。

また、実施形態１、2の自動培養装置の制御部２０にそれぞれ培養予測演算部を接続して設け、画像メモリ２１に記憶された複数の画像データから培養状況を予測するように構成することができる。この場合、培養予測演算部は、例えば、５日前に撮影した画像データの培養細胞数と、現在取得した画像データの培養細胞数とから、１日あたりの増殖培養数を計算し、３日後の培養細胞数を予測したい場合、１日あたりの増殖培養数に３を掛けた細胞数を現在の培養細胞数に加えて予測値を求めることができる。

さらに、制御部２０を通信装置を介してインターネットなどの通信回線に接続し、細胞の状況を外部の装置に送信するように構成することができる。これにより、自動培養装置から離れた場所において、培養状況を把握することができる。

本発明の実施形態１の自動培養装置の特徴部に係る観察装置のブロック構成図である。本発明の実施形態１の自動培養装置の主要部のハードウエアの構成図を示す斜視図である。実施形態１の自動培養装置及び観察装置の処理及び動作の実施例１のフローチャートである。撮影面を方眼状の小区画に分割する例、及び走査撮影の例を説明する図である。実施形態１の観察装置の実施例２により表示される全体画像と局所観察画像の一例を説明する図である。本発明の実施形態２の自動培養装置の特徴部に係る観察装置のブロック構成図である。実施形態２の撮影スケジュールの一例を示す図である。

符号の説明

１インキュベータ
２シャーレ
６ＣＣＤカメラ
７Ｙ軸アクチュエータ
８Ｘ軸アクチュエータ
１１コンピュータ
１２コンピュータ本体
１３ディスプレイ
１４キーボード
１４ａ割り込みスイッチ
１４ｂマニュアルスイッチ（Ｘ軸）
１４ｃマニュアルスイッチ（Ｙ軸）
１５マウス
２０制御部
２１画像メモリ
２２撮像位置データメモリ

Claims

細胞の培養器と、該培養器内の細胞を撮影するカメラと、該カメラの位置を前記培養器の撮影面に沿って前記培養器に対して相対的に移動する移動手段と、前記カメラで撮影された画像を記憶するメモリと、該メモリに記憶された画像を表示するディスプレイと、自動撮影モードとマニュアル撮影モードとを切り替え可能に形成された制御手段とを備え、
前記自動撮影モードは、前記移動手段を制御して予め定められた前記カメラの視野に対応させて前記撮影面を分割した複数の小区画の位置に前記カメラを走査し、前記カメラを制御して前記小区画単位で前記撮影面を撮影して撮影画像を前記メモリに格納し、前記メモリ内に格納された画像を読み出して前記撮影面の全体画像を前記ディスプレイに表示させる機能を有し、
前記マニュアル撮影モードは、入力手段から入力される操作指令に基づいて前記移動手段を制御して前記カメラにより任意の位置の前記撮影面の局所画像を撮影するとともに、撮影された局所画像を前記ディスプレイに表示させる機能を有してなることを特徴とする自動培養装置。
細胞の培養器と、該培養器内の細胞を撮影するカメラと、該カメラの位置を前記培養器の撮影面に沿って前記培養器に対して相対的に移動する移動手段と、前記カメラで撮影された画像を記憶するメモリと、該メモリに記憶された画像を表示するディスプレイと、自動撮影モードとマニュアル撮影モードとを切り替え可能に形成された制御手段とを備え、
前記自動撮影モードは、前記移動手段を制御して予め定められた前記カメラの視野に対応させて前記撮影面を分割した複数の小区画の位置に前記カメラを走査し、前記カメラを制御して前記小区画単位で前記撮影面を撮影して撮影画像を前記メモリに格納し、前記メモリ内に格納された画像を読み出して前記撮影面の全体画像を前記ディスプレイに表示させる機能を有し、
前記マニュアル撮影モードは、入力手段により前記ディスプレイ上で指定された位置に基づいて、前記移動手段を制御して前記カメラの位置を移動して指定された位置の局所画像を撮影し、撮影された局所画像を前記ディスプレイに表示させる機能を有してなることを特徴とする自動培養装置。
請求項１又は２において、
前記ディスプレイは、２つのディスプレイ又は１つのディスプレイに設定された２つの表示領域を有し、
前記制御手段は、前記自動撮影モードの全体画像と前記マニュアル撮影モードの局所画像をそれぞれ別に表示することを特徴とする自動培養装置。
請求項３において、
前記制御手段は、前記マニュアル撮影モードの局所画像の位置を前記自動撮影モードの全体画像に識別可能に表示することを特徴とする自動培養装置。
請求項１又は２において、
前記自動撮影モードは、前記カメラの走査方向に隣り合う前記小区画を飛び飛びで撮影して画像を前記メモリに格納させることを特徴とする自動培養装置。
請求項１又は２において、
前記自動撮影モードは、前記カメラで撮影された画像を前記小区画単位で２値化して前記メモリに格納することを特徴とする自動培養装置。
請求項１又は２において、
前記自動撮影モードは、前記撮影を予め設定したスケジュールにより実行するスケジュール管理手段を備えていることを特徴とする自動培養装置。