JP2011017964A - Culture observation device - Google Patents

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孝之 魚住
Toshiaki Futaboshi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely detect an observation object.SOLUTION: An observation unit 32 includes: a microobservation part 44 for imaging a culture vessel 14 in an incubator part 12 through a twofold power objective lens 61; and a high-NA illumination unit 49 which is disposed in a position facing the microobservation part 44 and irradiates the observation object in the culture vessel 14 with illumination light. The numerical aperture of the illumination light emitted from the high-NA illumination unit 49 is higher than that of the objective lens 61of the microobservation part 44.

Description

本発明は、培養観察装置に関し、特に、観察対象を確実に検出することができるようにした培養観察装置に関する。   The present invention relates to a culture observation apparatus, and more particularly, to a culture observation apparatus capable of reliably detecting an observation target.

従来、生殖補助医療技術(ART:Assisted Reproductive Technology)、例えば体外受精(IVF:In-vitro Fertilization)や顕微授精(ICSI:Intracytoplasmic Sperm Injection)では、一人の母体から一度に採取された5〜20個の卵子を体外受精させ、それらの受精卵を培養容器上に作られた20μl程度の培地ドロップに1個ずつ入れる。培地ドロップの表面はミネラルオイルでコートされ、その状態で培養容器ごと培養装置へ収容される。この環境下で、受精卵は分裂を開始する。   Conventionally, in assisted reproductive technology (ART), for example, in vitro fertilization (IVF) and microinsemination (ICSI: Intracytoplasmic Sperm Injection), 5 to 20 samples collected from one maternal body at a time. The in vitro fertilized eggs are put in a medium drop of about 20 μl made on the culture container. The surface of the medium drop is coated with mineral oil, and the whole culture container is accommodated in the culture apparatus in that state. In this environment, the fertilized egg begins to divide.

培養担当者は、受精卵の生育状態を一定期間毎に観察し、必要に応じて培地の交換や受精卵のスコア付けを行う。そして数日後に胚盤胞と呼ばれる状態にまで成長した良好な胚盤胞は、母体へ戻される。それ以外の胚盤胞は冷凍保存される。   The person in charge of culture observes the growth state of the fertilized egg at regular intervals, and performs medium exchange and scoring of the fertilized egg as necessary. A few days later, a good blastocyst that has grown to a state called a blastocyst is returned to the mother's body. Other blastocysts are stored frozen.

以上の手順を踏むIVF又はICSIに、例えば、特許文献1に記載の培養装置を適用することにより、環境暴露による受精卵のダメージを抑えながら、受精卵の観察・記録・管理を自動で行うことができる。また、特許文献2には、観察視野内を浮遊する細胞を追跡する技術が開示されている。   For example, by applying the culture apparatus described in Patent Document 1 to IVF or ICSI that follows the above procedure, the fertilized egg is automatically observed, recorded, and managed while suppressing damage to the fertilized egg due to environmental exposure. Can do. Patent Document 2 discloses a technique for tracking cells floating in an observation field.

ところで、培養容器の培養ドロップ内に存在する受精卵を観察しようとする際に、培地ドロップの縁に受精卵が移動していたとき、培地ドロップの縁に現れる影に隠れてしまって、その受精卵を検出することができないことがある。   By the way, when trying to observe a fertilized egg existing in the culture drop of the culture container, if the fertilized egg has moved to the edge of the medium drop, it is hidden behind the shadow appearing on the edge of the medium drop, and the fertilized egg Eggs may not be detected.

図10を参照して、培地ドロップの縁に現れる影について説明する。図10には、培養容器内の平面図と断面図が示されている。   With reference to FIG. 10, the shadow that appears on the edge of the medium drop will be described. FIG. 10 shows a plan view and a cross-sectional view inside the culture vessel.

培養容器1は、いわゆるディッシュからなり、その内径は約35mmである。培養容器1の底面には、20μl程度の培地ドロップDが複数個(図10の例では8個)、培養容器1の円周に沿って均等に並べられて形成されている。   The culture container 1 consists of what is called a dish, and the internal diameter is about 35 mm. On the bottom surface of the culture vessel 1, a plurality of medium drops D of about 20 μl (eight in the example of FIG. 10) are formed so as to be evenly arranged along the circumference of the culture vessel 1.

個々の培地ドロップDの表面および間隔は、乾燥を防ぐために無色透明のミネラルオイルOで満たされており、個々の培地ドロップDの中には、共通の母体から共通の時期に採取された受精卵aが1個ずつ入っている。個々の培地ドロップDの直径は、約7mmであり、個々の受精卵aの直径は、約100μmである。また、培地ドロップDは、培養容器1の底面に付着しているが、受精卵aは、培地ドロップDの内部を浮遊する可能性がある。   The surface and interval of each medium drop D are filled with colorless and transparent mineral oil O to prevent drying. In each medium drop D, fertilized eggs collected from a common mother at a common time are included. Contains one a. The diameter of each medium drop D is about 7 mm, and the diameter of each fertilized egg a is about 100 μm. In addition, the medium drop D is attached to the bottom surface of the culture container 1, but the fertilized egg a may float inside the medium drop D.

このように培地ドロップD内にある受精卵aを観察する際、上側から照明光が照射され、下側に配置されている対物レンズを介して画像が撮像される。   Thus, when observing the fertilized egg a in the medium drop D, illumination light is irradiated from the upper side, and an image is picked up through the objective lens arranged on the lower side.

このとき、培地ドロップDとミネラルオイルOとの屈折率の違いにより、メニスカス効果が発生する。例えば、培地ドロップDの屈折率が1.3程度であり、ミネラルオイルOの屈折率が1.4〜1.6程度であるとき、培地ドロップDが光学的に強い凹レンズ(f=−14前後)としての機能を有し、培地ドロップDの縁近辺に入射した照明光が培地ドロップDの外側に屈折される。これにより、培地ドロップDの縁近辺に入射した照明光が対物レンズに入射し難くなるため、培地ドロップDの縁の全周に影が現れる。   At this time, the meniscus effect is generated due to the difference in refractive index between the medium drop D and the mineral oil O. For example, when the refractive index of the medium drop D is about 1.3 and the refractive index of the mineral oil O is about 1.4 to 1.6, the medium drop D functions as a concave lens (around f = -14) that is optically strong. The illumination light incident on the vicinity of the edge of the medium drop D is refracted to the outside of the medium drop D. This makes it difficult for the illumination light incident on the vicinity of the edge of the medium drop D to enter the objective lens, so that a shadow appears on the entire periphery of the edge of the medium drop D.

さらに、培養容器1の内壁面におけるミネラルオイルOの表面張力により、培養容器1の縁においてもメニスカス効果が発生する。これにより、培養容器1の縁近辺に入射した照明光が対物レンズに入射し難くなるため、培地ドロップDの培養容器1内壁面側に三日月のような形状の影(培養容器1に対する培地ドロップDの内側と外側とで非対称な影)が現れる。   Furthermore, the meniscus effect is also generated at the edge of the culture vessel 1 due to the surface tension of the mineral oil O on the inner wall surface of the culture vessel 1. This makes it difficult for the illumination light incident on the vicinity of the edge of the culture vessel 1 to enter the objective lens, so that a shadow having a crescent-like shape on the inner wall surface of the culture drop 1 (the culture drop D on the culture vessel 1). Asymmetric shadows appear on the inside and outside.

特開2007−6841号公報JP 2007-6841 A 特開2001−264318号公報JP 2001-264318 A

上述したように、従来の観察装置では、培養容器内の培地ドロップの縁に影が現れ、観察対象である受精卵が培地ドロップの縁に移動すると、受精卵を検出することができないことがあった。   As described above, in the conventional observation apparatus, when a shadow appears on the edge of the medium drop in the culture container and the fertilized egg to be observed moves to the edge of the medium drop, the fertilized egg may not be detected. It was.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、観察対象を確実に検出することができるようにするものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and makes it possible to reliably detect an observation target.

本発明の培養観察装置は、培養容器内の観察対象を観察する培養観察装置であって、前記培養容器を、所定の拡大倍率の対物レンズを介して撮像する観察手段と、前記観察手段に対向する位置に配置され、前記培養容器内の観察対象に照明光を照射する照明手段とを備え、前記照明手段からの照明光の開口数が、前記観察手段の対物レンズの開口数よりも大きいことを特徴とする。   The culture observation apparatus of the present invention is a culture observation apparatus for observing an observation target in a culture container, the observation means for imaging the culture container through an objective lens having a predetermined magnification, and the observation means And an illuminating means for irradiating the observation object in the culture vessel with illumination light, and the numerical aperture of the illumination light from the illumination means is larger than the numerical aperture of the objective lens of the observation means It is characterized by.

本発明の培養観察装置においては、観察手段の対物レンズの開口数よりも大きな開口数の照明光が、照明手段により培養容器内の観察対象に照射される。これにより、影が現れるのを抑制され、観察対象を確実に検出することができる。   In the culture observation apparatus of the present invention, illumination light having a numerical aperture larger than the numerical aperture of the objective lens of the observation means is irradiated to the observation target in the culture vessel by the illumination means. As a result, the appearance of a shadow is suppressed, and the observation target can be reliably detected.

本発明の培養観察装置によれば、観察対象を確実に検出することができる。   According to the culture observation apparatus of the present invention, an observation target can be reliably detected.

本発明を適用した本発明を適用した培養観察装置の一実施の形態の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of one Embodiment of the culture observation apparatus to which this invention to which this invention is applied is applied. 観察ユニットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an observation unit. 培養観察装置がIVFモードで受精卵を観察する観察処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the observation process in which a culture observation apparatus observes a fertilized egg in IVF mode. 全体画像Iwholeを説明する図である。It is a figure explaining whole image I whole . ステップS103の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of step S103. 部分ドロップ画像Iia〜Iidを説明する図である。It is a diagram illustrating a partial drop image I ia ~I id. ステップS107の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of step S107. 受精卵aiと気泡biとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between fertilized egg a i and bubble b i . 卵画像I1’〜I7’を説明する図である。It is a diagram illustrating an egg image I 1 '~I 7'. 培養容器内の培地ドロップの縁に現れる影について説明する図である。It is a figure explaining the shadow which appears on the edge of the culture medium drop in a culture container.

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明を適用した培養観察装置の一実施の形態の構成例を示す図である。図1Aには、培養観察装置の斜視図が示されており、図1Bには、扉を取り外した状態の培養観察装置の正面図が示されている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an embodiment of a culture observation apparatus to which the present invention is applied. FIG. 1A shows a perspective view of the culture observation apparatus, and FIG. 1B shows a front view of the culture observation apparatus with the door removed.

図1に示すように、培養観察装置11は、細胞を培養する環境に保持されるインキュベータ部12と、各種の装置が収納される架台部13とを備え、架台部13の上部にインキュベータ部12が配置されて構成されている。そして、培養観察装置11では、インキュベータ部12に収納されている培養容器14内で細胞が培養および観察される。   As shown in FIG. 1, the culture observation apparatus 11 includes an incubator unit 12 that is maintained in an environment for culturing cells, and a gantry unit 13 in which various devices are stored, and the incubator unit 12 is provided above the gantry unit 13. Is arranged and configured. In the culture observation apparatus 11, cells are cultured and observed in the culture container 14 accommodated in the incubator unit 12.

インキュベータ部12は、インキュベータ筐体21およびインキュベータ扉22から構成され、インキュベータ筐体21とインキュベータ扉22とにより密閉された内部空間(恒温室)が、細胞を培養するのに適した環境を維持するように制御される。   The incubator unit 12 includes an incubator housing 21 and an incubator door 22, and an internal space (constant temperature chamber) sealed by the incubator housing 21 and the incubator door 22 maintains an environment suitable for culturing cells. To be controlled.

例えば、インキュベータ筐体21には、ペルチェ素子が用いられる温度調整装置、霧を噴出する噴霧装置、外部の二酸化炭素ボンベに接続されるガス導入部、内部空間の環境を検出する環境センサ(いずれも図示せず)などが設けられている。また、インキュベータ筐体21およびインキュベータ扉22は、内部に断熱材をそれぞれ有している。そして、インキュベータ筐体21の内部空間は、例えば、温度37℃、湿度90%、二酸化炭素濃度5%などの、細胞を培養するのに適した環境(以下、適宜、細胞培養環境と称する)に維持される。   For example, the incubator housing 21 includes a temperature control device using a Peltier device, a spray device that ejects mist, a gas introduction unit connected to an external carbon dioxide cylinder, and an environmental sensor that detects the environment of the internal space (all (Not shown). Moreover, the incubator housing 21 and the incubator door 22 each have a heat insulating material inside. The internal space of the incubator housing 21 is an environment suitable for culturing cells, such as a temperature of 37 ° C., a humidity of 90%, and a carbon dioxide concentration of 5% (hereinafter referred to as a cell culture environment as appropriate). Maintained.

インキュベータ扉22は、インキュベータ筐体21に対して開閉自在に取り付けられており、その表面には、培養観察装置11の操作に用いられる操作パネル23が設けられている。   The incubator door 22 is attached to the incubator housing 21 so as to be openable and closable, and an operation panel 23 used for operating the culture observation apparatus 11 is provided on the surface thereof.

操作パネル23は、例えば、画像を表示し、ユーザにより操作されるタッチパネルであり、その表示部に、観察の対象となっている培養容器14内の画像や、所定の間隔で細胞を撮像するスケジュールを設定するスケジュール設定画面などを表示する。また、操作パネル23は、ユーザの操作に応じた操作信号を、架台部13に収納されている制御ユニット31に供給する。   The operation panel 23 is, for example, a touch panel that displays an image and is operated by a user. An image in the culture vessel 14 to be observed and a schedule for capturing cells at a predetermined interval are displayed on the display panel. Display the schedule setting screen to set the. Further, the operation panel 23 supplies an operation signal corresponding to a user operation to the control unit 31 housed in the gantry 13.

架台部13は、筐体24と扉25Aおよび25Bとから構成されており、扉25Aおよび25Bは、筐体24に対して開閉自在に取り付けられている。また、架台部13の内部には、培養観察装置11の各部を制御する制御ユニット31、および、細胞培養環境内の細胞を観察するための観察ユニット32(図2参照)の下部が収納される。また、制御ユニット31は、ハードディスクや不揮発性メモリなどで構成された記憶部31aを有しており、後述する各種のデータを記憶する。   The gantry 13 includes a housing 24 and doors 25A and 25B. The doors 25A and 25B are attached to the housing 24 so as to be openable and closable. Further, inside the gantry 13 are housed a control unit 31 that controls each part of the culture observation apparatus 11 and a lower part of an observation unit 32 (see FIG. 2) for observing cells in the cell culture environment. . The control unit 31 includes a storage unit 31a configured with a hard disk, a nonvolatile memory, or the like, and stores various types of data to be described later.

また、インキュベータ部12の内部には、観察ユニット32の上部、複数の培養容器14を収容するストッカ部33、および、観察ユニット32とストッカ部33との間で培養容器14を搬送する搬送部34が収納される。ストッカ部33は、複数段の棚を備えており、その最下段には、インキュベータ部12に搬入出される培養容器14が載置される搬入出台33Aが設けられ、搬入出台33Aの位置に対応するインキュベータ扉22には、図示しない搬入出口が設けられている。搬送部34は、培養容器14搬送する際に、培養容器14を支持する支持部34Aを有している。   Further, inside the incubator unit 12, an upper part of the observation unit 32, a stocker unit 33 that accommodates the plurality of culture containers 14, and a transport unit 34 that transports the culture container 14 between the observation unit 32 and the stocker unit 33. Is stored. The stocker unit 33 includes a plurality of shelves, and a loading / unloading table 33A on which the culture vessel 14 loaded / unloaded into / from the incubator unit 12 is placed is provided at the lowest level, and corresponds to the position of the loading / unloading table 33A. The incubator door 22 is provided with a loading / unloading port (not shown). The transport part 34 has a support part 34 </ b> A that supports the culture container 14 when transporting the culture container 14.

このように構成されている培養観察装置11では、制御ユニット31が、記憶部31aに記憶されている観察スケジュールに従って各部を制御し、観察の対象となる培養容器14が、搬送部34によりストッカ部33から観察ユニット32のステージに搬送されて、その培養容器14の観察が行われる。   In the culture observation apparatus 11 configured as described above, the control unit 31 controls each unit according to the observation schedule stored in the storage unit 31a, and the culture container 14 to be observed is stored in the stocker unit by the transport unit 34. It is conveyed from 33 to the stage of the observation unit 32, and the culture vessel 14 is observed.

次に、図2は、観察ユニット32の構成例を示す図である。図2Aには、観察ユニット32全体の構成が示されており、図2Bには、観察ユニット32の一部分が拡大して示されている。   Next, FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the observation unit 32. FIG. 2A shows the configuration of the entire observation unit 32, and FIG. 2B shows a part of the observation unit 32 in an enlarged manner.

図2に示すように、観察ユニット32は、ユニット本体41の上側にアーム部42およびステージ43が配設されて構成されており、ユニット本体41が、図1の架台部13の内部に配置され、アーム部42およびステージ43が、インキュベータ部12の内部に配置される。   As shown in FIG. 2, the observation unit 32 is configured by arranging an arm part 42 and a stage 43 on the upper side of the unit main body 41, and the unit main body 41 is arranged inside the gantry part 13 of FIG. 1. The arm part 42 and the stage 43 are arranged inside the incubator part 12.

ユニット本体41には、培養容器14を下側から拡大して観察する顕微観察部44、培養容器14の全体を上側から観察する際の照明光を照射する照明部45、および、観察ユニット32において取得された画像に対して画像処理を施す画像処理部46が収納されている。   The unit main body 41 includes a microscopic observation unit 44 for observing the culture container 14 from the lower side, an illumination unit 45 for irradiating illumination light when observing the entire culture container 14 from the upper side, and the observation unit 32. An image processing unit 46 that performs image processing on the acquired image is housed.

アーム部42は、ステージ43の側方から上方に延びてステージ43の上側に張り出した形状をしており、その張り出している部分に、培養容器14の全体を上側から観察するための容器観察部47、および、培養容器14を下側から拡大して観察する際の照明光を照射する照明部48が収納されている。また、アーム部42の張り出している部分の下面には、高NA照明ユニット49が装着されている。   The arm part 42 has a shape that extends upward from the side of the stage 43 and protrudes to the upper side of the stage 43, and a container observation part for observing the entire culture container 14 from the upper side in the protruding part. 47 and an illuminating unit 48 for irradiating illumination light when observing the culture vessel 14 by magnifying it from the lower side are housed. A high NA illumination unit 49 is mounted on the lower surface of the projecting portion of the arm portion 42.

そして、アーム部42の容器観察部47とユニット本体41の照明部45とは、互いに対向する位置に配置されており、全体観察用(広視野観察用)の観察系を構成する。   And the container observation part 47 of the arm part 42 and the illumination part 45 of the unit main body 41 are arrange | positioned in the mutually opposing position, and comprise the observation system for whole observation (for wide field observation).

また、ユニット本体41の顕微観察部44と、アーム部42の照明部48および高NA照明ユニット49とは、互いに対向する位置に配置されており、位相差観察用又は高NA照明観察用(微視的観察用)の顕微鏡を構成する。ここで、高NA照明ユニット49は、顕微観察部44を含んで構成される微視的観察用の光路に挿抜可能となるように構成されており、高NA照明ユニット49が光路に挿入されたときには、顕微観察部44および高NA照明ユニット49により高NA照明観察用の顕微鏡が構成され、高NA照明ユニット49が光路から抜き出されたときには、顕微観察部44および照明部48により位相差観察用の顕微鏡が構成される。   Further, the microscopic observation unit 44 of the unit main body 41, the illumination unit 48 of the arm unit 42, and the high NA illumination unit 49 are arranged at positions facing each other, and are used for phase difference observation or high NA illumination observation (microscopic observation). A microscope for visual observation). Here, the high NA illumination unit 49 is configured to be able to be inserted into and removed from the optical path for microscopic observation including the microscopic observation unit 44, and the high NA illumination unit 49 is inserted into the optical path. Sometimes, a microscope for high NA illumination observation is configured by the microscopic observation unit 44 and the high NA illumination unit 49. When the high NA illumination unit 49 is extracted from the optical path, phase difference observation is performed by the microscopic observation unit 44 and the illumination unit 48. A microscope is constructed.

ステージ43は、透光性の材質で構成されており、その上に載置される培養容器14を水平方向(XY方向)および垂直方向(Z方向)に高精度に移動させる。例えば、ステージ43は、培養容器14が位相差観察用の顕微鏡(顕微観察部44、照明部48)の光路、高NA照明観察用の顕微鏡(顕微観察部44、高NA照明ユニット49)の光路に挿入されるように、または、全体観察用の観察系(容器観察部47および照明部45)の光路に挿入されるように、培養容器14を水平方向に移動させる。   The stage 43 is made of a translucent material, and moves the culture vessel 14 placed thereon in the horizontal direction (XY direction) and the vertical direction (Z direction) with high accuracy. For example, in the stage 43, the culture container 14 has an optical path of a microscope for observing a phase difference (microscopic observation unit 44, illumination unit 48), and an optical path of a microscope for high NA illumination observation (microscopic observation unit 44, high NA illumination unit 49). The culture vessel 14 is moved in the horizontal direction so as to be inserted into the optical path of the entire observation system (container observation unit 47 and illumination unit 45).

ここで、観察ユニット32では、培養容器14を全体観察用の観察系の光路へ挿入した状態で、培養容器14の全体像をカラーで撮像することができる。以下、この撮像によって取得される画像を「全体画像」という。また、観察ユニット32では、培養容器14を位相差観察用の顕微鏡の光路へ挿入した状態で、培養容器14の一部の拡大位相差像を撮像することができる。以下、この撮像によって取得される画像を「位相差画像」という。また、観察ユニット32では、高NA照明ユニット49を光路に挿入した状態で、位相フィルタ62を光路外に出す事で、照明NAの大きな光で照明した、明視野画像を撮像することが出来る。以下、この撮像によって取得される画像を「高NA照明画像」という。   Here, in the observation unit 32, the whole image of the culture container 14 can be captured in color in a state where the culture container 14 is inserted into the optical path of the observation system for the whole observation. Hereinafter, an image acquired by this imaging is referred to as an “entire image”. Further, in the observation unit 32, a part of the enlarged phase difference image of the culture vessel 14 can be taken with the culture vessel 14 inserted into the optical path of the microscope for phase difference observation. Hereinafter, an image acquired by this imaging is referred to as a “phase difference image”. In the observation unit 32, a bright field image illuminated with light having a large illumination NA can be taken by taking the phase filter 62 out of the optical path with the high NA illumination unit 49 inserted in the optical path. Hereinafter, an image acquired by this imaging is referred to as a “high NA illumination image”.

また、ステージ43は、培養容器14と位相差観察用の顕微鏡、高NA照明観察用の顕微鏡とのZ方向の位置関係を変化させることにより、位相差観察用の顕微鏡、高NA照明観察用の顕微鏡の焦点調節を行うことができる。また、ステージ43は、培養容器14と位相差観察用の顕微鏡、高NA照明観察用の顕微鏡とのXY方向の位置関係を変化させることにより、位相差観察用の顕微鏡、高NA照明観察用の顕微鏡の観察ポイントを変更することができる。   In addition, the stage 43 changes the positional relationship in the Z direction between the culture vessel 14 and a microscope for phase difference observation and a microscope for high NA illumination observation, so that the microscope for phase difference observation and high NA illumination observation are used. Microscope focus adjustment can be performed. In addition, the stage 43 changes the positional relationship in the XY direction between the culture vessel 14 and the microscope for phase difference observation and the microscope for high NA illumination observation, so that the microscope for phase difference observation and for high NA illumination observation are used. The observation point of the microscope can be changed.

画像処理部46は、観察ユニット32が取得した画像(全体画像、低倍位相差画像、高NA照明観察、高倍位相差画像の何れか)に対して各種の画像処理を施す。画像処理部46が実行可能な画像処理には、入力された画像の中から色付いた領域を検出する色検出処理(後述)と、入力された画像から環状パターンを探索する環体探索処理(後述)と、入力された画像が胚盤胞の画像であるか否かを判別する胚盤胞判別処理(後述)とがある。   The image processing unit 46 performs various kinds of image processing on the image acquired by the observation unit 32 (any one of the whole image, the low magnification phase difference image, the high NA illumination observation, and the high magnification phase difference image). Image processing that can be executed by the image processing unit 46 includes color detection processing (described later) for detecting a colored region in an input image, and ring search processing (described later) for searching a circular pattern from the input image. ) And blastocyst discrimination processing (described later) for discriminating whether or not the input image is an image of a blastocyst.

なお、顕微観察部44の対物レンズ61及び位相フィルタ62の組み合わせは、観察倍率の異なる少なくとも2種類の組み合わせの間で切り替えることが可能である。ここでは、2倍観察用の組み合わせ(対物レンズ61lowおよび位相フィルタ62low)と、10倍観察用の組み合わせ(対物レンズ61highおよび位相フィルタ62high)との間で切り替わるものとする。 Note that the combination of the objective lens 61 and the phase filter 62 of the microscopic observation unit 44 can be switched between at least two types of combinations having different observation magnifications. Here, it is assumed that switching is performed between a combination for 2 × observation (objective lens 61 low and phase filter 62 low ) and a combination for 10 × observation (objective lens 61 high and phase filter 62 high ).

よって、観察ユニット32は、対物レンズ61lowおよび位相フィルタ62lowを光路に設定した状態で倍率2倍の位相差画像(低倍位相差画像)を取得することができ、対物レンズ61highおよび位相フィルタ62highを光路に設定した状態で倍率10倍の位相差画像(高倍位相差画像)を取得することができる。なお、観察ユニット32による低倍位相差画像の拡大倍率は、前述した全体画像の拡大倍率よりも高い。 Therefore, the observation unit 32 may obtain the magnification twice the phase difference image (low magnification phase contrast image) in a state of setting the objective lens 61 low and the phase filter 62 low in the optical path, an objective lens 61 high and the phase A phase difference image (high magnification phase difference image) with a magnification of 10 can be acquired with the filter 62 high set in the optical path. The magnification of the low-magnification phase difference image by the observation unit 32 is higher than the magnification of the whole image described above.

また、観察ユニット32では、2倍の高NA照明観察用の組み合わせ(対物レンズ61low、位相フィルタなし)により高NA照明画像を取得する際に、高NA照明ユニット49が使用される。即ち、前述の図10を参照して説明したように、培地ドロップDの縁近辺に影(縁の全周に亘る影、および三日月形状の影)が現れる場合、その影に受精卵aが隠れて、受精卵aを検出することができないことがある。 In the observation unit 32, the high NA illumination unit 49 is used when acquiring a high NA illumination image by a combination for observing twice high NA illumination (objective lens 61 low, no phase filter). That is, as described with reference to FIG. 10 described above, when a shadow appears in the vicinity of the edge of the medium drop D (a shadow over the entire periphery of the edge and a crescent-shaped shadow), the fertilized egg a is hidden in the shadow. Thus, the fertilized egg a may not be detected.

そこで、観察ユニット32では、そのような影が生じないように、画像を取得する際に、照明部48からの照明光の光路の途中に高NA照明ユニット49を挿入し、顕微観察部44および高NA照明ユニット49からなる高NA照明観察用の顕微鏡により観察が行われる。   Therefore, in the observation unit 32, when acquiring an image so that such a shadow does not occur, the high NA illumination unit 49 is inserted in the middle of the optical path of the illumination light from the illumination unit 48, and the microscopic observation unit 44 and Observation is performed by a high NA illumination observation microscope including the high NA illumination unit 49.

図2Bに示すように、高NA照明ユニット49は、光源71、ミラー72、およびフレネルレンズ73を備えて構成されている。光源71から発せられる照明光は、ミラー72により反射された後、フレネルレンズ73により集光され、対物レンズ61lowのNA(Numerical Aperture:開口数)よりも大きなNAの照明光が、培養容器14内の培地ドロップDに照射される。 As shown in FIG. 2B, the high NA illumination unit 49 includes a light source 71, a mirror 72, and a Fresnel lens 73. The illumination light emitted from the light source 71 is reflected by the mirror 72 and then collected by the Fresnel lens 73. The illumination light having a NA larger than the NA (Numerical Aperture) of the objective lens 61 low is the culture vessel 14. The medium drop D is irradiated.

このように、高NA照明ユニット49により照射される照明光のNAが大きいので、培地ドロップDの縁近辺でのメニスカス効果により照明光が屈折したとしても、培地ドロップDの縁近辺に照射された照明光は、対物レンズ61lowに入射する。また、同様に、培養容器14の内壁面近辺でのメニスカス効果により照明光が屈折したとしても、培地ドロップDの培養容器14の内壁面側に照射された照明光は、対物レンズ61lowに入射する。 Thus, since the NA of the illumination light irradiated by the high NA illumination unit 49 is large, even if the illumination light is refracted by the meniscus effect in the vicinity of the edge of the medium drop D, the vicinity of the edge of the medium drop D is irradiated. The illumination light is incident on the objective lens 61 low . Similarly, even if the illumination light is refracted due to the meniscus effect in the vicinity of the inner wall surface of the culture vessel 14, the illumination light irradiated on the inner wall surface side of the culture vessel 14 of the medium drop D is incident on the objective lens 61 low . To do.

従って、高NA照明ユニット49を使用することで、培地ドロップDの全周に亘る影、および、培地ドロップDの培養容器14内壁面側における三日月形状の影の発生を抑制することができる。これにより、受精卵aが培地ドロップDの縁に移動しても、影に隠れることはないので、受精卵aを確実に検出することができる。   Therefore, by using the high NA illumination unit 49, it is possible to suppress the occurrence of a shadow over the entire circumference of the medium drop D and a crescent-shaped shadow on the inner wall surface side of the culture container 14 of the medium drop D. Thereby, even if the fertilized egg a moves to the edge of the medium drop D, it is not hidden by the shadow, so the fertilized egg a can be reliably detected.

また、高NA照明ユニット49からの照明光のNAについて、培地ドロップDによる照明光束の変化をシミュレーションにより算出した結果、対物レンズ61lowのNAが0.2であるとき、0.3以上、より好ましくは0.35以上であることが必要になることが判明した。つまり、照明光のNAが0.3以上であれば、培地ドロップDのどの部位においても、対物レンズ61lowとの組み合わせで良好な観察を行うことができる。従って、高NA照明ユニット49は、照明光のNAが0.3以上、より好ましくは0.35以上となるように設計される。なお、具体的には、照明光のNAの上限は0.5程度もあれば十分である。 Further, as a result of calculating the change of the illumination light flux due to the medium drop D with respect to the NA of the illumination light from the high NA illumination unit 49, when the NA of the objective lens 61 low is 0.2, 0.3 or more, more preferably 0.35 or more It turned out to be necessary. In other words, if the NA of the illumination light is 0.3 or more, good observation can be performed in combination with the objective lens 61 low at any part of the medium drop D. Therefore, the high NA illumination unit 49 is designed so that the NA of the illumination light is 0.3 or more, more preferably 0.35 or more. Specifically, the upper limit of NA of illumination light is sufficient to be about 0.5.

ここで、高NA照明ユニット49は、例えば、他の一般的な位相差観察との両立を図るために、従来から使用されている培養観察装置11に対して追加的に装着することができるように設計されることが好ましい。即ち、培養観察装置11では、アーム部42とステージ43との間隔は、例えば、100mm程度で既に決定されている。このため、高NA照明ユニット49は、その限られた空間に装着することができるようにするとともに、搬送部34の支持部34Aによる培養容器14の搬送のための空間を確保することを考慮して、その高さが、例えば、50mm以内となるように設計される。   Here, the high NA illumination unit 49 can be additionally attached to the culture observation apparatus 11 conventionally used in order to achieve compatibility with other general phase difference observations, for example. It is preferable to be designed. That is, in the culture observation apparatus 11, the interval between the arm part 42 and the stage 43 is already determined, for example, at about 100 mm. For this reason, the high NA lighting unit 49 can be mounted in the limited space, and it is considered to secure a space for transporting the culture vessel 14 by the support portion 34A of the transport portion 34. For example, the height is designed to be within 50 mm.

従って、高NA照明ユニット49は、その高さに収まり、かつ、高いNAおよび広い照野を実現するために必要な作動距離を確保するために、光源71として発光面積の広いLEDを採用し、ミラー72を利用して光路長を長くするとともに、平面的な形状で面積の広いフレネルレンズ73が採用される。   Accordingly, the high NA illumination unit 49 employs an LED having a large light emitting area as the light source 71 in order to secure a working distance necessary for realizing a high NA and a wide illumination field within the height. A mirror 72 is used to increase the optical path length and a Fresnel lens 73 with a planar shape and a large area is employed.

次に、図3のフローチャートを参照して、培養観察装置11がIVFモードで受精卵を観察する観察処理を説明する。   Next, an observation process in which the culture observation apparatus 11 observes a fertilized egg in the IVF mode will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS101において、制御ユニット31は、ユーザの操作に応じて培養容器14をインキュベータ部12へ搬入すると共に、培養容器14の搬送を搬送部34へ指示する。搬送部34は、その培養容器14を搬送し、ステージ43の所定位置へ載置する。   In step S <b> 101, the control unit 31 carries the culture container 14 into the incubator unit 12 in accordance with a user operation, and instructs the transport unit 34 to transport the culture container 14. The transport unit 34 transports the culture container 14 and places it on a predetermined position of the stage 43.

ステップS102において、制御ユニット31は、培養容器14の全体画像を取得するよう観察ユニット32へ指示する。観察ユニット32は、培養容器14を全体観察用の観察系(容器観察部47及び照明部45)の光路へ配置し、その状態で例えば図4に示すような全体画像Iwholeを取得し、その全体画像Iwholeを操作パネル23へ表示する。なお、全体画像Iwholeには、7個の培地ドロップDの像(ドロップ像)IDが写っている。 In step S102, the control unit 31 instructs the observation unit 32 to acquire the entire image of the culture vessel 14. The observation unit 32 arranges the culture vessel 14 in the optical path of the observation system for whole observation (the vessel observation unit 47 and the illumination unit 45), and acquires the whole image I whole as shown in FIG. The whole image I whole is displayed on the operation panel 23. In the whole image I whole , seven media drop D images (drop images) I D are shown.

ステップS103において、制御ユニット31は、ステップS102で取得された全体画像Iwholeへ色検出処理を施すよう画像処理部46へ指示する。画像処理部46は、全体画像Iwholeの中で赤色付いた複数の領域(フェノールレッドにより色付けされた領域)を検出する。制御ユニット31は、画像処理部46が検出した複数の領域に対し、配置順にドロップ番号1〜7を付与する。これによって、7個のドロップ像IDにラベリングが施される。以下、ドロップ番号iが付与されたドロップ像IDを「IDi」と表記する(図5参照)。 In step S103, the control unit 31 instructs the image processing unit 46 to perform color detection processing on the entire image I whole acquired in step S102. The image processing unit 46 detects a plurality of reddish areas (areas colored with phenol red) in the whole image I whole . The control unit 31 assigns drop numbers 1 to 7 to the plurality of areas detected by the image processing unit 46 in the arrangement order. As a result, the seven drop images I D are labeled. Hereinafter, the drop image I D that drop number i is assigned is referred to as "I Di" (see FIG. 5).

そして、制御ユニット31は、ステージ43のXY方向の位置座標と、全体画像Iwhole
における個々のドロップ像ID1〜ID7の中心座標とに基づき、図5に示すとおり、培養容器14における個々の培地ドロップの中心の座標(x1,y1)〜(x7,y7)を算出し、それらの座標(x1,y1)〜(x7,y7)をドロップ番号1〜7にそれぞれ対応付けてから培養容器14の管理データとして記憶部31aに記憶する。
The control unit 31 then determines the position coordinates of the stage 43 in the XY direction and the whole image I whole.
As shown in FIG. 5, the coordinates (x 1 , y 1 ) to (x 7 , y 7 ) of the centers of the individual medium drops in the culture vessel 14 are based on the center coordinates of the individual drop images I D1 to I D7 . And the coordinates (x 1 , y 1 ) to (x 7 , y 7 ) are respectively associated with the drop numbers 1 to 7 and stored in the storage unit 31a as management data of the culture vessel 14.

その一方で、制御ユニット31は、培養容器14の観察スケジュール(タイムラプス観察の時間間隔など)をユーザに入力させ、その観察スケジュールを培養容器14の管理データへ書き込む。   On the other hand, the control unit 31 causes the user to input an observation schedule (such as a time lapse observation time interval) of the culture vessel 14 and writes the observation schedule into the management data of the culture vessel 14.

その後、制御ユニット31は、培養容器14をストッカ部33へ収納するよう搬送部34へ指示する。搬送部34は、培養容器14をストッカ部33へ収納する。これによって、培養容器14の登録が終了する。   Thereafter, the control unit 31 instructs the transport unit 34 to store the culture vessel 14 in the stocker unit 33. The transport unit 34 stores the culture container 14 in the stocker unit 33. Thereby, the registration of the culture vessel 14 is completed.

ステップS104において、制御ユニット31は、培養容器14の管理データに書き込まれた観察スケジュールと現在日時とを比較して、培養容器14の観察開始時期が到来したか否かを判別する。観察開始時期が到来した場合にはステップS105に移行し、観察開始時期が到来していない場合には待機する。   In step S104, the control unit 31 compares the observation schedule written in the management data of the culture vessel 14 with the current date and time to determine whether or not the observation start time of the culture vessel 14 has come. When the observation start time has come, the process proceeds to step S105, and when the observation start time has not come, the process waits.

ステップS105において、制御ユニット31は、培養容器14の搬送を搬送部34に指示する。搬送部34は、培養容器14をストッカ部33から搬出してステージ43の所定位置に載置する。この時点で、ドロップ番号iは初期値「1」に設定される。   In step S <b> 105, the control unit 31 instructs the transport unit 34 to transport the culture vessel 14. The transport unit 34 unloads the culture vessel 14 from the stocker unit 33 and places it on a predetermined position of the stage 43. At this time, the drop number i is set to the initial value “1”.

ステップS106において、制御ユニット31は、現在のドロップ番号iに対応する培地ドロップの画像(ドロップ画像Ii)を取得するために、現在のドロップ番号iに対応する座標(xi,yi)を培養容器14の管理データから読み出して観察ユニット32へ指定すると共に、座標(xi,yi)に位置する物体の高NA照明画像を取得するよう観察ユニット32へ指示する。 In step S106, the control unit 31 obtains the coordinates (x i , y i ) corresponding to the current drop number i in order to obtain the medium drop image (drop image I i ) corresponding to the current drop number i. The data is read from the management data of the culture vessel 14 and specified to the observation unit 32, and the observation unit 32 is instructed to acquire a high NA illumination image of the object located at the coordinates (x i , y i ).

ここで、制御ユニット31は、高NA照明ユニット49を挿入しつつ位相フィルタ62を光路外に排出する。即ち、低倍の明視野画像を取得する高NA照明観察用の顕微鏡として、顕微観察部44及び高NA照明ユニット49の組み合わせを使用する。   Here, the control unit 31 discharges the phase filter 62 out of the optical path while inserting the high NA illumination unit 49. That is, a combination of the microscope observation unit 44 and the high NA illumination unit 49 is used as a microscope for high NA illumination observation that acquires a low-magnification bright-field image.

そして、観察ユニット32は、培養容器14を高NA照明観察用の顕微鏡(顕微観察部44及び高NA照明ユニット49)の光路へ配置すると共に、対物レンズ61及び位相フィルタ62の組み合わせを、2倍の高NA照明観察用の組み合わせ(対物レンズ61low、位相フィルタなし)に設定する。 The observation unit 32 arranges the culture vessel 14 in the optical path of the microscope for high NA illumination observation (microscopic observation unit 44 and high NA illumination unit 49), and doubles the combination of the objective lens 61 and the phase filter 62. Set for high NA illumination observation (objective lens 61 low , no phase filter).

ここで、対物レンズ61lowの視野サイズ(4mm×4mm)は、培地ドロップ1個分のサイズ(直径7mm)よりも小さい。そこで、観察ユニット32は、培養容器14に対する対物レンズ61lowの光軸位置を座標(xi,yi)の周りでステップ状に移動させながら、図6に示すような低倍の高NA照明画像Iia〜Iidを順に取得する。それら低倍の高NA照明画像Iia〜Iidの全体がドロップ画像Iiである。よって以下では、低倍の高NA照明画像Iia〜Iidを「部分ドロップ画像Iia〜Iid」と称す。なお、対物レンズ61lowの視野サイズを培地ドロップ1個分の視野サイズにして、画像取得を一括で行ってもよい。 Here, the visual field size (4 mm × 4 mm) of the objective lens 61 low is smaller than the size of one medium drop (diameter 7 mm). Therefore, the observation unit 32 moves the optical axis position of the objective lens 61 low relative to the culture vessel 14 stepwise around the coordinates (x i , y i ), and performs low-magnification high NA illumination as shown in FIG. Images I ia to I id are acquired in order. The whole of these low-magnification high NA illumination images I ia to I id is the drop image I i . Therefore, hereinafter, the low-magnification high NA illumination images I ia to I id are referred to as “partial drop images I ia to I id ”. Note that image acquisition may be performed at once by setting the visual field size of the objective lens 61 low to the visual field size of one medium drop.

なお、観察ユニット32は、個々の画像を取得する際に、コントラスト方式によるオートフォーカス制御を行う。このオートフォーカス制御は、画像のコントラストを監視しながらステージ43の高さ(Z方向の位置)を調節し、そのコントラストがピークとなるような高さでステージ43を停止させるものである。部分ドロップ画像Iia〜Iidの各々の取得時におけるピント位置(フォーカス面の高さ)の情報は、制御ユニット31によって記憶される。 Note that the observation unit 32 performs autofocus control by a contrast method when acquiring individual images. This autofocus control adjusts the height (position in the Z direction) of the stage 43 while monitoring the contrast of the image, and stops the stage 43 at such a height that the contrast reaches a peak. Information on the focus position (the height of the focus surface) at the time of acquisition of each of the partial drop images I ia to I id is stored by the control unit 31.

因みに、観察ユニット32は、オートフォーカス制御の焦点調節範囲を、制御ユニット31からの指示に応じて制限することができる。但し、或るドロップ番号iの部分ドロップ画像Iia〜Iidを最初に取得するときのオートフォーカス制御では、焦点調節範囲は十分に広く設定される。 Incidentally, the observation unit 32 can limit the focus adjustment range of the autofocus control according to an instruction from the control unit 31. However, in the autofocus control when the partial drop images I ia to I id of a certain drop number i are first acquired, the focus adjustment range is set sufficiently wide.

ステップS107において、制御ユニット31は、ステップS106で取得された部分ドロップ画像Iia〜Iidの各々へ環状パターンの探索処理を施すよう画像処理部46へ指示する。画像処理部46は、環状パターンの探索処理により、部分ドロップ画像Iia〜Iidの各々から、例えば図7に示すように環状パターンIcを検出する。 In step S107, the control unit 31 instructs the image processing unit 46 to perform a circular pattern search process on each of the partial drop images I ia to I id acquired in step S106. For example, as shown in FIG. 7, the image processing unit 46 detects the annular pattern Ic from each of the partial drop images I ia to I id by the annular pattern search process.

そして、制御ユニット31は、ステージ43のXY方向の位置座標と、ドロップ画像Iiにおける環状パターンIcの中心座標とに基づき、ドロップ画像Iiに写っている全ての環状パターン(受精卵と気泡との双方を含む)の中心の座標(xi1’,yi1’)〜(xim’,yim’)を算出する。なお、ここでは説明上、ドロップ画像Iiから検出された環状パターンIcの個数を「m」とおく。 Based on the position coordinates of the stage 43 in the X and Y directions and the center coordinates of the annular pattern Ic in the drop image I i , the control unit 31 performs all of the annular patterns (fertilized eggs and bubbles) shown in the drop image I i. Center coordinates (x i1 ′, y i1 ′) to (x im ′, y im ′) are calculated. Here, for the sake of explanation, the number of annular patterns Ic detected from the drop image I i is assumed to be “m”.

通常、受精卵の像の輪郭部は画像上に明環となって現れるので、検出された環状パターンIcは、受精卵の像である可能性が高い。但し、図8に示すとおり、培養容器14の表面や培地ドロップDとミネラルオイルOとの界面などには気泡biが付着している可能性があり、気泡biの像の輪郭部も画像上に明環となって現れる。よって、本ステップで検出される環状パターンIcは、受精卵aiの像又は気泡biの像である。 Usually, since the contour portion of the fertilized egg image appears as a bright ring on the image, the detected annular pattern Ic is likely to be an image of the fertilized egg. However, as shown in FIG. 8, there is a possibility that bubbles b i may adhere to the surface of the culture vessel 14 or the interface between the medium drop D and the mineral oil O, and the outline of the image of the bubbles b i is also an image. Appears as a bright ring on top. Therefore, the annular pattern Ic detected in this step is an image of the fertilized egg a i or an image of the bubble b i .

ステップS108において、制御ユニット31は、受精卵aiの像と気泡biの像とを区別するために、ステップS107で検出された個々の環状パターンIcの内部の輝度分散値(又は輝度微分値の総和)を算出し、それぞれ閾値と比較する。そして、制御ユニット31は、閾値以上となった環状パターンIcのみを受精卵aiの像とみなす。以下、培養容器14における受精卵aiの中心の座標を(xi’,yi’)とおく。 In step S108, the control unit 31 distinguishes between the image of the fertilized egg a i and the image of the bubble b i by the luminance dispersion value (or luminance differential value) inside each annular pattern Ic detected in step S107. Is calculated, and each is compared with a threshold value. Then, the control unit 31 regards only the annular pattern Ic that is equal to or greater than the threshold as an image of the fertilized egg a i . Hereinafter, the coordinates of the center of the fertilized egg a i in the culture container 14 are set to (x i ′, y i ′).

なお、1個の培地ドロップに入れられる受精卵の個数は1であるので、本ステップにおいて検出される受精卵aiの像の個数は1以下であるが、部分ドロップ画像Iia〜Iidの何れかの取得時に、図8に示すとおり、対物レンズ61lowの視野内に気泡biと受精卵aiとの双方が存在し、その気泡biの光軸方向(Z方向)の位置が受精卵aiの光軸方向の位置と離れており、しかも、気泡biの方にピントが合っていた場合には、受精卵aiの個数がゼロとなる。 Since the number of fertilized eggs placed in one medium drop is 1, the number of images of fertilized eggs a i detected in this step is 1 or less, but the partial drop images I ia to I id At the time of acquisition, as shown in FIG. 8, both the bubble b i and the fertilized egg a i exist in the field of view of the objective lens 61 low , and the position of the bubble b i in the optical axis direction (Z direction) is If the fertilized egg a i is away from the position in the optical axis direction, and the bubble b i is in focus, the number of the fertilized eggs a i is zero.

ステップS109において、制御ユニット31は、ステップS108で受精卵aiの像が検出されたか否かを判別し、受精卵aiの像が検出された場合はステップS111へ移行し、受精卵aiの像が検出されなかった場合は、ドロップ番号iのドロップ画像Ii(部分ドロップ画像Iia〜Iid)を再取得するべくステップS110へ移行する。 In step S109, the control unit 31 determines whether or not an image of the fertilized egg a i is detected in step S108. If an image of the fertilized egg a i is detected, the process proceeds to step S111, where the fertilized egg a i is detected. If no image is detected, the process proceeds to step S110 in order to reacquire the drop image I i (partial drop images I ia to I id ) of the drop number i.

ステップS110において、制御ユニット31は、部分ドロップ画像Iia〜Iidの各々を取得するときの焦点調節範囲から、前回のフォーカス面の近傍の範囲を除外するよう観察ユニット32へ指示すると共に、ドロップ画像Iiの撮像中心(部分ドロップ画像Iia〜Iidの中心)を現在の座標(xi,yi)から所定距離(Δx,Δy)だけずらすよう観察ユニット32へ指示してから、ステップS106へ戻る。なお、Δx,Δyの各々は、受精卵1個分に相当する距離である。このようにしてドロップ画像Ii(部分ドロップ画像Iia〜Iid)の取得条件を変更すれば、受精卵aiの像が検出される可能性を高めることができる。 In step S110, the control unit 31 instructs the observation unit 32 to exclude the range in the vicinity of the previous focus plane from the focus adjustment range when each of the partial drop images I ia to I id is acquired. After instructing the observation unit 32 to shift the imaging center of the image I i (the center of the partial drop images I ia to I id ) by a predetermined distance (Δx, Δy) from the current coordinates (x i , y i ), the step Return to S106. Each of Δx and Δy is a distance corresponding to one fertilized egg. By changing the acquisition condition of the drop image I i (partial drop image I ia ~I id) In this manner, an image of the embryo a i can make it more likely to be detected.

ステップS111において、制御ユニット31は、座標(xi’,yi’)を観察ユニット32へ指定すると共に、座標(xi’,yi’)に位置する物体の高倍位相差画像を取得するよう観察ユニット32へ指示する。このとき、制御ユニット31は、ステップS106で挿入した高NA照明ユニット49を光路から抜き出すように、観察ユニット32へ指示する。即ち、高倍位相差画像を取得するための位相差観察用の顕微鏡として、顕微観察部44及び照明部48の組み合わせを使用する。 In step S111, the control unit 31 specifies the coordinates (x i ′, y i ′) to the observation unit 32 and acquires a high-magnification phase difference image of the object located at the coordinates (x i ′, y i ′). To the observation unit 32. At this time, the control unit 31 instructs the observation unit 32 to extract the high NA illumination unit 49 inserted in step S106 from the optical path. That is, a combination of the microscopic observation unit 44 and the illumination unit 48 is used as a phase difference observation microscope for acquiring a high-magnification phase difference image.

そして、観察ユニット32は、培養容器14を位相差観察用の顕微鏡(顕微観察部44及び照明部48)の光路へ配置すると共に、対物レンズ61及び位相フィルタ62の組み合わせを、10倍観察用の組み合わせ(対物レンズ61high及び位相フィルタ62high)に設定する。 And the observation unit 32 arrange | positions the culture container 14 to the optical path of the microscope (microscopic observation part 44 and the illumination part 48) for phase difference observation, and also combines the combination of the objective lens 61 and the phase filter 62 for 10 times observation. The combination (objective lens 61 high and phase filter 62 high ) is set.

ここで、対物レンズ61highの視野のサイズ(0.8mm×0.8mm)は、受精卵1個分のサイズ(直径100μm)よりも大きい。そこで、観察ユニット32は、培養容器14に対する対物レンズ61highの光軸位置を座標(xi’,yi’)へ一致させ、その状態で、例えば図9に示すような高倍位相差画像Ii’を取得する。この高倍位相差画像Ii’が、ドロップ番号iの受精卵aiの詳細画像である。よって、以下では高倍位相差画像Ii’を「卵画像Ii’」と称す。 Here, the size of the field of view of the objective lens 61 high (0.8 mm × 0.8 mm) is larger than the size of one fertilized egg (diameter 100 μm). Therefore, the observation unit 32 matches the optical axis position of the objective lens 61 high with respect to the culture vessel 14 to the coordinates (x i ′, y i ′), and in this state, for example, a high-magnification phase difference image I as shown in FIG. i 'get. This high-magnification phase difference image I i ′ is a detailed image of the fertilized egg a i having the drop number i. Therefore, hereinafter, the high-magnification phase difference image I i ′ is referred to as “egg image I i ′”.

なお、卵画像Ii’の取得に当たり、制御ユニット31は、オートフォーカス制御の焦点調節範囲を、受精卵aiの像の検出元となった部分ドロップ画像のフォーカス面の近傍のみに制限する。これによって、受精卵ai以外の物体(気泡biやキズなど)にピントの合う可能性が抑えられる。 In obtaining the egg image I i ′, the control unit 31 restricts the focus adjustment range of the autofocus control only to the vicinity of the focus surface of the partial drop image from which the image of the fertilized egg a i is detected. As a result, the possibility of focusing on an object other than the fertilized egg a i (such as bubbles b i and scratches) is suppressed.

ステップS112において、制御ユニット31は、ステップS111で取得した卵画像Ii’をドロップ番号iに対応付け、それを培養容器14の観察データとして記憶部31aへ記憶する。これによって、卵画像Ii’がドロップ番号iにより管理されることになる。 In step S112, the control unit 31 associates the egg image I i ′ acquired in step S111 with the drop number i, and stores it in the storage unit 31a as observation data of the culture vessel 14. As a result, the egg image I i ′ is managed by the drop number i.

ステップS113において、制御ユニット31は、現在のドロップ番号が最終値(ここでは「7」)であるか否かを判別し、最終値であればステップS114へ移行し、最終値でなければ現在のドロップ番号を1だけインクリメントしてからステップS106へ戻る。したがって、ステップS106〜S112の処理は、全てのドロップ番号1〜7について実行される。その結果、培養容器14の観察データには、7個の卵画像I1’〜I7’が蓄積されることになる。 In step S113, the control unit 31 determines whether or not the current drop number is the final value (in this case, “7”). If it is the final value, the process proceeds to step S114. After the drop number is incremented by 1, the process returns to step S106. Therefore, the processing of steps S106 to S112 is executed for all drop numbers 1 to 7. As a result, seven egg images I 1 ′ to I 7 ′ are accumulated in the observation data of the culture container 14.

ステップS114において、制御ユニット31は、培養容器14の搬送を搬送部34に指示する。搬送部34は、培養容器14をステージ43からストッカ部33の所定の収納位置に搬送する。   In step S114, the control unit 31 instructs the transport unit 34 to transport the culture vessel 14. The transport unit 34 transports the culture container 14 from the stage 43 to a predetermined storage position of the stocker unit 33.

ステップS115において、制御ユニット31は、ステップS112で保存された卵画像I1’〜I7’を読み出し、それら卵画像I1’〜I7’の各々に対し胚盤胞判別処理を施すよう画像処理部46へ指示する。画像処理部46は、胚盤胞判別処理をテンプレートマッチングなどにより行う。具体的に、画像処理部46は、胚盤胞の高倍位相差画像から予め抽出した特徴画像と、卵画像Ii’から抽出された特徴画像とを比較し、両者に一定以上の相関があった場合に、その卵画像Ii’を胚盤胞の画像とみなす。なお、胚盤胞には方向性があるので、この比較は、特徴画像を回転させながら繰り返される。 In step S115, the control unit 31 reads the eggs image I 1 '~I 7' stored in the step S112, the image so that for each of them eggs image I 1 '~I 7' subjected to blastocyst胞判specific processing The processing unit 46 is instructed. The image processing unit 46 performs blastocyst discrimination processing by template matching or the like. Specifically, the image processing unit 46 compares the feature image extracted in advance from the high-magnification phase difference image of the blastocyst with the feature image extracted from the egg image I i ′, and there is a certain correlation between them. The egg image I i ′ is regarded as a blastocyst image. Since the blastocyst has directionality, this comparison is repeated while rotating the feature image.

ステップS116において、制御ユニット31は、卵画像I1’〜I7’の中に胚盤胞の画像があったか否かを判別し、あった場合はステップS117を実行してからステップS104に戻り、無かった場合は即座にステップS104へ戻る。したがって、ステップS105〜S117は、観察開始時期が到来する毎に実行される。その結果、卵画像I1’〜I7’が観察時期毎に、培養容器14の観察データに蓄積される。 In step S116, the control unit 31 determines whether or not there is an image of a blastocyst in the egg images I 1 ′ to I 7 ′. If there is, the control unit 31 returns to step S104 after executing step S117, If not, the process immediately returns to step S104. Therefore, steps S105 to S117 are executed every time the observation start time comes. As a result, the egg images I 1 ′ to I 7 ′ are accumulated in the observation data of the culture container 14 for each observation period.

ステップS117において、制御ユニット31は、培養容器14の中で1又は複数の胚盤胞が生成された旨を操作パネル23へ表示する。したがって、ユーザは培養容器14の受精卵に対する適切な措置を早期に講じることが可能となる。なお、培養観察装置11から離れたユーザへリアルタイムで通知を行うために、制御ユニット31は、このタイミングでユーザのパーソナルコンピュータ(又はモバイル)へメールを送信してもよい。メールの送信は、制御ユニット31に備えられた不図示の通信回路を介して行われる(以上、ステップS117)。   In step S117, the control unit 31 displays on the operation panel 23 that one or more blastocysts have been generated in the culture vessel 14. Therefore, the user can take appropriate measures for fertilized eggs in the culture container 14 at an early stage. In order to notify a user away from the culture observation apparatus 11 in real time, the control unit 31 may send an email to the user's personal computer (or mobile) at this timing. The mail is transmitted through a communication circuit (not shown) provided in the control unit 31 (step S117).

以上のように、培養観察装置11は、全体画像に基づき培地ドロップを自動的に検出するので(ステップS103)、培地ドロップの位置をユーザが指定する手間が省ける。また、培地ドロップの検出(ステップS103)は、全体画像の色分布に基づき行われるので、正確性が高い。また、本実施形態の培養観察装置11は、ドロップ画像に基づき受精卵を自動的に検出するので(ステップS107)、受精卵の位置をユーザが指定する手間が省ける。   As described above, since the culture observation apparatus 11 automatically detects the medium drop based on the entire image (step S103), it is possible to save the user from specifying the position of the medium drop. Further, since the medium drop detection (step S103) is performed based on the color distribution of the entire image, the accuracy is high. Moreover, since the culture observation apparatus 11 of this embodiment detects a fertilized egg automatically based on a drop image (step S107), the effort which a user designates the position of a fertilized egg can be saved.

また、本実施形態の培養観察装置11は、環状パターンの探索処理(ステップS107)で受精卵と共に気泡が検出される可能性を踏まえ、環状パターンの探索処理で検出した環状パターンが受精卵の像であるか否かを改めて判別する(ステップS108)。したがって、受精卵の検出精度は高い。   Further, the culture observation apparatus 11 of the present embodiment is based on the possibility that bubbles are detected together with the fertilized egg in the circular pattern search process (step S107), and the circular pattern detected in the circular pattern search process is an image of the fertilized egg. It is determined again whether or not (step S108). Therefore, the detection accuracy of a fertilized egg is high.

さらに、本実施形態の培養観察装置11は、受精卵にピントが合わない可能性を踏まえ、ドロップ画像から受精卵の像が検出されなかった場合(ステップS109NO)には、ドロップ画像の取得条件を変更してから(ステップS110)、ドロップ画像の再取得を行う。したがって、受精卵の検出に失敗する可能性は少ない。   Furthermore, the culture observation apparatus 11 of this embodiment considers the possibility that the fertilized egg cannot be focused, and if the image of the fertilized egg is not detected from the drop image (step S109 NO), the culture condition of the drop image is set. After the change (step S110), the drop image is reacquired. Therefore, there is little possibility that the detection of a fertilized egg will fail.

したがって、培養観察装置11のユーザは、培養容器14を培養観察装置11へ収納し、観察スケジュール(タイムラプス観察の時間間隔など)を培養観察装置11へ入力するだけで、培地ドロップ内を浮遊する受精卵の詳細画像を培養観察装置11に自動取得させることができる。   Therefore, the user of the culture observation apparatus 11 stores the culture container 14 in the culture observation apparatus 11 and simply inputs an observation schedule (time-lapse observation time interval, etc.) to the culture observation apparatus 11 so that fertilization floats in the medium drop. A detailed image of the egg can be automatically acquired by the culture observation apparatus 11.

さらに、培養観察装置11では、ステップS106で顕微観察部44の光軸上に高NA照明ユニット49が挿入され、顕微観察部44及び高NA照明ユニット49の組み合わせからなる顕微鏡により低倍の高NA照明画像を取得するので、培地ドロップDの縁近辺に影が現れることを抑制することができる。これにより、ステップS108の処理において、受精卵aを確実に検出することができる。   Further, in the culture observation apparatus 11, the high NA illumination unit 49 is inserted on the optical axis of the microscopic observation unit 44 in step S 106, and a high NA with a low magnification is obtained by a microscope composed of a combination of the microscopic observation unit 44 and the high NA illumination unit 49. Since the illumination image is acquired, it is possible to suppress the appearance of a shadow near the edge of the medium drop D. Thereby, the fertilized egg a can be reliably detected in the process of step S108.

なお、本実施の形態では、培養容器14としてディッシュを用いて説明したが、培養容器14としては、複数個のウェルを有するウェルプレートを用いてもよい。特に、96個のウェルを有する所謂96ウェルプレートでは、各ウェルの直径が小さいため、ウェルの内壁面におけるミネラルオイルの表面張力による影の影響が相対的に大きなものとなるが、培養観察装置11では、96ウェルプレートであっても、その影が現れることを抑制することができるので、より良好に観察を行うことができる。   In the present embodiment, the dish is used as the culture container 14, but a well plate having a plurality of wells may be used as the culture container 14. In particular, in a so-called 96-well plate having 96 wells, since the diameter of each well is small, the influence of the shadow due to the surface tension of mineral oil on the inner wall surface of the well becomes relatively large. Then, even if it is a 96 well plate, since it can suppress that the shadow appears, it can observe more favorably.

また、高NA照明ユニット49では、光源71としてLEDを採用する他、例えば、有機ELまたは無機ELを採用することで発光面を広くすることができる。また、光源71からの照明光を集光するために、フレネルレンズ73以外にも、DOE(Diffractive Optical Element)や非球面レンズなどのように、照明光を高NAで集光することが可能な、平面的な形状で面積の広い光学素子を使用することができる。   Further, in the high NA illumination unit 49, in addition to adopting an LED as the light source 71, for example, an organic EL or an inorganic EL can be adopted to widen the light emitting surface. In addition to the Fresnel lens 73, the illumination light can be collected with a high NA, such as a DOE (Diffractive Optical Element) or an aspherical lens, in order to collect the illumination light from the light source 71. An optical element having a planar shape and a large area can be used.

なお、培養観察装置11は、制御ユニット31を次のように動作させてもよい。すなわち、制御ユニット31は、ステップS110の実行回数が所定回数を上回った時点で、現在のドロップ番号に関する受精卵の検出は不可能であったと判断し、操作パネル23へその旨の表示(警告表示)を行う。なお、培養観察装置11から離れたユーザへリアルタイムで警告を行うために、制御ユニット31は、このタイミングでユーザのパーソナルコンピュータ(又はモバイル)へメールを送信してもよい。   The culture observation apparatus 11 may operate the control unit 31 as follows. That is, the control unit 31 determines that it is impossible to detect a fertilized egg related to the current drop number when the number of executions of step S110 exceeds a predetermined number of times, and displays a display to that effect (warning display). )I do. In order to give a warning in real time to a user away from the culture observation apparatus 11, the control unit 31 may send an email to the user's personal computer (or mobile) at this timing.

また、上述した何れかの実施形態の培養観察装置11は、2回目以降の観察時(第2ラウンド以降)に、環状パターンの探索処理(ステップS107)の演算量を減らすため、部分ドロップ画像上の探索範囲を前ラウンドにおける検出位置の近傍のみに制限してもよい。或いは、部分ドロップ画像上の探索範囲を制限する代わりに、前ラウンドにおける検出位置の近傍の領域を優先的に探索してもよい。   In addition, the culture observation apparatus 11 of any of the above-described embodiments is arranged on a partial drop image in order to reduce the calculation amount of the circular pattern search process (step S107) during the second and subsequent observations (after the second round). The search range may be limited only to the vicinity of the detection position in the previous round. Alternatively, instead of limiting the search range on the partial drop image, an area near the detection position in the previous round may be searched preferentially.

また、培養観察装置11は、培養容器14から培地ドロップを自動的に検出したが、培地ドロップを自動的に検出する代わりに、培地ドロップの位置をユーザに指定させてもよい。   Moreover, although the culture observation apparatus 11 automatically detected the medium drop from the culture container 14, instead of automatically detecting the medium drop, the user may specify the position of the medium drop.

また、培地ドロップの大凡の厚さは既知なので、培養観察装置11は、IVFモードにおけるドロップ画像、卵画像、環状パターン画像の取得時における焦点調節範囲を、培地ドロップの厚さに相当する範囲に制限してもよい。   In addition, since the approximate thickness of the medium drop is known, the culture observation apparatus 11 sets the focus adjustment range when acquiring the drop image, egg image, and annular pattern image in the IVF mode to a range corresponding to the thickness of the medium drop. You may restrict.

また、顕微観察部44には、透明物体である培養細胞を観察する方法として位相差観察法が適用されたが、透明物体を観察することのできる他の観察方法、例えば、微分干渉観察法、暗視野観察法、偏光観察法などが適用されてもよい。但し、受精卵の像が環状ではなく円状となるような観察方法(微分干渉観察法、偏光観察法など)を適用する場合は、前述した環状パターンの探索処理の代わりに円状パターンの探索処理が適用される。因みに、この円状パターンの探索処理、および、上述した環状パターンの探索処理の詳細は、特開2008−15714号公報にも開示されている。   Further, although the phase difference observation method is applied to the microscopic observation unit 44 as a method of observing the cultured cells that are transparent objects, other observation methods that can observe the transparent objects, such as differential interference observation methods, A dark field observation method, a polarization observation method, or the like may be applied. However, when applying an observation method (differential interference observation method, polarization observation method, etc.) in which the fertilized egg image is circular instead of circular, a circular pattern search is used instead of the circular pattern search processing described above. Processing is applied. Incidentally, details of this circular pattern search process and the above-described annular pattern search process are also disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-15714.

また、培養観察装置11には、複数の培地ドロップの各々に1つずつ含まれる細胞(ここでは受精卵)を観察対象としたIVFモードが搭載されていたが、観察対象の異なる他のモードが搭載されてもよい。例えば、1つの培地に含まれる複数の細胞を観察対象としたモードが搭載されてもよい。   The culture observation apparatus 11 is equipped with an IVF mode in which cells (here, fertilized eggs) included in each of a plurality of medium drops are observed, but other modes with different observation targets are available. It may be mounted. For example, a mode in which a plurality of cells included in one medium are observation targets may be installed.

また、制御ユニット31による処理の一部を画像処理部46が実行してもよいし、画像処理部46による処理の一部又は全部を、制御ユニット31が実行してもよい。また、培養観察装置11では、培養観察装置11の制御プログラムを培養観察装置11に内蔵された制御ユニット31が実行したが、その制御プログラムの一部又は全部を、制御ユニット31に接続された端末装置が実行してもよい。   In addition, the image processing unit 46 may execute part of the processing by the control unit 31, or the control unit 31 may execute part or all of the processing by the image processing unit 46. In the culture observation apparatus 11, the control program of the culture observation apparatus 11 is executed by the control unit 31 built in the culture observation apparatus 11. A part or all of the control program is connected to the control unit 31. The device may execute.

なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理(例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理)も含むものである。   Note that the processes described with reference to the flowcharts described above do not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowcharts, but are performed in parallel or individually (for example, parallel processes or objects). Processing).

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

11 培養観察装置, 12 インキュベータ部, 13 架台部, 14 培養容器, 21 インキュベータ筐体, 22 インキュベータ扉, 23 操作パネル, 24 筐体, 25Aおよび25B 扉, 31 制御ユニット, 31a 記憶部, 32 観察ユニット, 33 ストッカ部, 34 搬送部, 34A 支持部, 41 ユニット本体, 42 アーム部, 43 ステージ, 44 顕微観察部, 45 照明部, 46 画像処理部, 47 容器観察部, 48 照明部, 49 高NA照明ユニット, 61,61high,および61low 対物レンズ, 62,62high,および62low 位相フィルタ, 71 光源, 72 ミラー, 73 フレネルレンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Culture observation apparatus, 12 Incubator part, 13 Base part, 14 Culture container, 21 Incubator case, 22 Incubator door, 23 Operation panel, 24 Case, 25A and 25B door, 31 Control unit, 31a Storage part, 32 Observation unit , 33 Stocker section, 34 Transport section, 34A Support section, 41 Unit body, 42 Arm section, 43 Stage, 44 Microscopic observation section, 45 Illumination section, 46 Image processing section, 47 Container observation section, 48 Illumination section, 49 High NA Illumination unit, 61, 61 high and 61 low objective lens, 62, 62 high and 62 low phase filter, 71 light source, 72 mirror, 73 Fresnel lens

Claims (5)

培養容器内の観察対象を観察する培養観察装置において、
前記培養容器を、所定の拡大倍率の対物レンズを介して撮像する観察手段と、
前記観察手段に対向する位置に配置され、前記培養容器内の観察対象に照明光を照射する照明手段と
を備え、
前記照明手段からの照明光の開口数が、前記観察手段の対物レンズの開口数よりも大きい
ことを特徴とする培養観察装置。
In the culture observation apparatus for observing the observation object in the culture container,
Observation means for imaging the culture vessel through an objective lens having a predetermined magnification,
An illuminating means arranged at a position facing the observing means, and irradiating illumination light to an observation target in the culture vessel,
The culture observation apparatus, wherein the numerical aperture of the illumination light from the illumination means is larger than the numerical aperture of the objective lens of the observation means.
前記照明手段は、前記観察手段を含んで構成される微視的観察用の光路に挿抜可能である
ことを特徴とする請求項1に記載の培養観察装置。
The culture observation apparatus according to claim 1, wherein the illuminating unit can be inserted into and extracted from an optical path for microscopic observation including the observation unit.
前記観察手段は、第1の拡大倍率で撮像する際に使用する第1の対物レンズと、前記第1の拡大倍率より高い第2の拡大倍率で撮像する際に使用する第2の対物レンズとを切り替えることで、異なる倍率の画像を取得することができ、
前記照明手段は、前記第1の対物レンズを使用した撮像時に前記光路に挿入される
ことを特徴とする請求項2に記載の培養観察装置。
The observation means includes a first objective lens that is used when imaging at a first magnification and a second objective lens that is used when imaging at a second magnification that is higher than the first magnification. By switching, you can get images of different magnification,
The culture observation apparatus according to claim 2, wherein the illuminating unit is inserted into the optical path during imaging using the first objective lens.
前記照明手段は、前記培養容器内の観察対象に照明光を集光するための、平面的な形状で面積の広い光学素子を有する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の培養観察装置。
The said illumination means has a planar shape and an optical element with a wide area for condensing illumination light to the observation object in the said culture container. The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Culture observation device.
前記第1の対物レンズを使用して撮像した画像に基づいて、前記観察対象中の所定の特徴を有した対象物体を探索する探索手段を有する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の培養観察装置。
5. The apparatus according to claim 1, further comprising: a search unit that searches for a target object having a predetermined characteristic in the observation target based on an image captured using the first objective lens. The culture observation apparatus described in 1.
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