JP2012039931A - Observation device, observation method, and method of producing culture material - Google Patents

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啓 伊藤
Masabumi Mimura
正文 三村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an observation method for accurately identifying an area of a drop of culture medium in a culturing container.SOLUTION: The observation method includes: irradiating the culturing container internally including the drop of the culture medium which is used for culturing a culture material from a plurality of lighting directions (step S1); capturing images of the lighted culturing container at each of the plurality of lighting directions (step S2); generating a composite image of the culturing container by overlapping the captured images of the culturing container at the plurality of lighting directions (step S5); and identifying the area of the drop of culturing medium in the culturing container from the generated composite images (step S6).

Description

本発明は、培養容器の中から培養物の培養に用いられる培地の領域を検出するための観察装置及び観察方法に関し、さらに、このような観察装置及び観察方法を利用した培養物の製造方法に関する。   The present invention relates to an observation apparatus and an observation method for detecting a region of a medium used for culturing a culture from a culture vessel, and further relates to a culture production method using such an observation apparatus and an observation method. .

近年、生殖補助医療技術(ART)の発展に伴い、体外受精による受精卵を培養しながらその生育状態を観察することが行われている。受精卵などの培養物の状況を観察する装置の例として、培養顕微鏡が挙げられる(例えば、特許文献1を参照)。培養顕微鏡は、受精卵の培養に好適な環境を形成する培養装置(インベキュータ)と、培養装置に収容された培養容器内の受精卵の状態を顕微観察する顕微観察系とを備え、予め設定された一定時間ごとに受精卵の観察画像を取得し、ユーザが受精卵を目視により認識した上で、受精卵の生育状態の観察、記録、管理等を自動で行うことができるように構成される。   In recent years, with the development of assisted reproduction technology (ART), it has been practiced to observe the growth state of cultured fertilized eggs by in vitro fertilization. A culture microscope is mentioned as an example of the apparatus which observes the condition of cultures, such as a fertilized egg (for example, refer patent document 1). The culture microscope includes a culture apparatus (invecutor) that forms a suitable environment for culturing fertilized eggs, and a microscopic observation system that microscopically observes the state of the fertilized eggs in the culture container housed in the culture apparatus. The observation image of the fertilized egg is acquired at regular intervals, and the user can recognize the fertilized egg by visual observation and automatically perform observation, recording, management, etc. of the fertilized egg. The

このような装置において、培養容器中の受精卵の成育状態を観察する場合、始めに観察対象の受精卵を検出しなければならないが、その検出手順としては大略的に、培養容器全体を撮影してこの全体観察画像に基づいて培養容器内からミネラルオイルに浸された培地(培地ドロップ)を検出した後で、この培地ドロップ内で観察視野位置を変えつつ培地ドロップの顕微観察画像を複数取得し、この顕微観察画像を基に培地ドロップ内に1つ(または複数個)ずつ注入された観察対象の受精卵を他の異物と判別して検出する、という流れになっている。このように受精卵を認識するためには一般に高倍視野での顕微観察が必要であるところ、観察倍率が高くなるにつれて観察視野(観察範囲)が狭くなってくるため、顕微観察のみでは広い観察範囲に対して多数の顕微観察画像を撮影する必要がある。そのため、前述のように顕微観察による受精卵の検出に先立って、マクロ観察により培地ドロップの領域を事前に検出できれば、その後に顕微観察において観察画像を取得する領域も自ずと限定され、観察時間全体を短縮化することが可能になる。   In such an apparatus, when observing the growth state of a fertilized egg in a culture container, it is necessary to first detect the fertilized egg to be observed. As a detection procedure, generally, the entire culture container is photographed. After detecting the medium (medium drop) immersed in mineral oil from the inside of the culture vessel based on the whole observation image, a plurality of microscopic observation images of the medium drop are acquired while changing the observation visual field position in the medium drop. Based on this microscopic observation image, a fertilized egg to be observed that is injected one by one (or a plurality) into the medium drop is discriminated from other foreign substances and detected. Thus, in order to recognize a fertilized egg, microscopic observation in a high magnification field is generally required. However, as the observation magnification increases, the observation field (observation range) becomes narrower. In contrast, a large number of microscopic observation images need to be taken. Therefore, if the medium drop area can be detected in advance by macro observation prior to detection of the fertilized egg by microscopic observation as described above, the area for obtaining the observation image in the microscopic observation is naturally limited, and the entire observation time is reduced. It becomes possible to shorten.

受精卵の自動観察では、培地ドロップの探査領域を限定するための方法として、探査領域を機械的に指定する方法と、培養環境のチェックのために加えられているフェノールの着色により、培地ドロップ領域を色分離する方法がある。ところが、探査領域を機械的に指定する方法では、ユーザが手動で培地ドロップをディッシュ内に作り込むため、初期の探査領域をほぼディッシュ全面に指定して探査を行うしかなく、領域限定の効果が得られない。また、色分離する方法では、効率良く探査領域を限定できるものの、着色後の色の濃さは環境によって未知であり、ユーザによっては、フェノールなしで観察等を行うこともある。また、ディッシュの上面あるいは下面にペンで書き込みを行うユーザも少なくなく、色分離による抽出では、色の濃さや書き込みの有無によって、培地ドロップ領域の検出精度が変化してしまう。   In the automatic observation of fertilized eggs, as a method for limiting the exploration area of the medium drop, a method for mechanically specifying the exploration area and coloring the phenol added for checking the culture environment are used. There are ways to separate the colors. However, in the method of mechanically specifying the exploration area, since the user manually creates a medium drop in the dish, the exploration can only be performed by specifying the initial exploration area almost on the entire dish surface, and the effect of limiting the area is effective. I can't get it. In addition, although the color separation method can efficiently limit the search area, the color strength after coloring is unknown depending on the environment, and depending on the user, observation or the like may be performed without phenol. In addition, there are not a few users who write on the upper or lower surface of the dish with a pen. In the extraction by color separation, the detection accuracy of the medium drop region changes depending on the color density or the presence or absence of writing.

特開2004−229619号公報JP 2004-229619 A

そこで、広い観察視野での観察画像から、色情報に依らずに、培地ドロップ領域を抽出するための方策が望まれている。   Therefore, a measure for extracting a medium drop region from an observation image in a wide observation field of view without depending on color information is desired.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、培養容器の中から培地の領域を精度よく識別可能な観察装置、観察方法、及び培養物の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an observation apparatus, an observation method, and a culture production method capable of accurately identifying a region of a medium from a culture container. To do.

このような目的達成のため、本発明を例示する態様に従えば、内部に培養物の培養に用いられる培地を有した培養容器を複数の照明方向から照明可能な照明部と、前記照明部に照明された前記培養容器を前記複数の照明方向についてそれぞれ撮像する撮像部と、前記撮像部にそれぞれ撮像された前記複数の照明方向についての前記培養容器の画像を重ね合わせて前記培養容器の合成画像を生成する画像合成部と、前記画像合成部に生成された前記合成画像から前記培養容器中における前記培地を識別する画像解析部とを備えて構成されることを特徴とする培養物の観察装置が提供される。   In order to achieve such an object, according to an embodiment of the present invention, an illumination unit capable of illuminating a culture vessel having a culture medium used for culture of a culture from a plurality of illumination directions, and the illumination unit An imaging unit that images the illuminated culture vessel in each of the plurality of illumination directions, and a composite image of the culture vessel by superimposing images of the culture vessel in the plurality of illumination directions that are respectively imaged in the imaging unit A culture observation apparatus comprising: an image synthesis unit that generates a medium; and an image analysis unit that identifies the medium in the culture vessel from the synthesized image generated by the image synthesis unit. Is provided.

また、本発明を例示する態様に従えば、内部に培養物の培養に用いられる培地を有した培養容器を複数の照明方向から照明し、前記照明された前記培養容器を前記複数の照明方向についてそれぞれ撮像し、前記撮像された前記複数の照明方向についての前記培養容器の画像を重ね合わせて前記培養容器の合成画像を生成し、前記生成された前記合成画像から前記培養容器中における前記培地を識別することを特徴とする培養物の観察方法が提供される。   Further, according to an embodiment illustrating the present invention, a culture container having a medium used for culture of the culture is illuminated from a plurality of illumination directions, and the illuminated culture container is illuminated in the plurality of illumination directions. Each of the images is taken, and the image of the culture vessel for the plurality of illumination directions taken is superimposed to generate a composite image of the culture vessel, and the culture medium in the culture vessel is generated from the generated composite image. A method for observing a culture characterized by distinguishing is provided.

また、本発明を例示する態様に従えば、所定の環境条件で培養物を培養し、内部に前記培養物が培養される培地を有した培養容器中から、本発明に係る観察装置を用いて前記培地を識別することを特徴とする培養物の製造方法が提供される。   In addition, according to an embodiment illustrating the present invention, the culture is cultured under a predetermined environmental condition, and the observation apparatus according to the present invention is used from a culture container having a medium in which the culture is cultured. A method for producing a culture is provided that identifies the medium.

また、本発明を例示する態様に従えば、所定の環境条件で培養物を培養し、内部に前記培養物が培養される培地を有した培養容器を複数の照明方向から照明し、前記照明された前記培養容器を前記複数の照明方向についてそれぞれ撮像し、前記撮像された前記複数の照明方向についての前記培養容器の画像を重ね合わせて前記培養容器の合成画像を生成し、前記生成された前記合成画像から前記培養容器中における前記培地を識別することを特徴とする培養物の製造方法が提供される。   Further, according to an embodiment illustrating the present invention, a culture is cultured under a predetermined environmental condition, and a culture container having a medium in which the culture is cultured is illuminated from a plurality of illumination directions, and the illumination is performed. The culture vessel is imaged for each of the plurality of illumination directions, and a composite image of the culture vessel is generated by superimposing the captured images of the culture vessel for the plurality of illumination directions, and the generated A method for producing a culture is provided, wherein the culture medium in the culture vessel is identified from a synthesized image.

本発明によれば、培養容器の中から培地の領域を精度よく識別することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately identify a medium region from a culture container.

観察方法の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the observation method. 本発明の適用例として示す培養観察システムの概要構成図である。It is a general | schematic block diagram of the culture observation system shown as an example of application of this invention. 上記培養観察システムのブロック図である。It is a block diagram of the said culture observation system. (A)は培養容器の平面図であり、(B)はディッシュを示す斜視図である。(A) is a top view of a culture container, (B) is a perspective view which shows a dish. 第1照明部の概要構成図である。It is a schematic block diagram of a 1st illumination part. 合成画像を生成する過程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the process which produces | generates a synthesized image. 画像処理装置の概要構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an image processing apparatus. 受精卵の製造方法の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the manufacturing method of a fertilized egg.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態に係る観察装置を適用したシステムの一例として、培養観察システムの概要構成図及びブロック図を、それぞれ図2及び図3に示す。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As an example of a system to which the observation apparatus according to the present embodiment is applied, a schematic configuration diagram and a block diagram of a culture observation system are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

培養観察システムBSは、大別的には、筐体1の上部に設けられた培養室2と、複数の培養容器10を収容保持する棚状のストッカー3と、培養容器10内の試料を観察する観察ユニット5と、培養容器10をストッカー3と観察ユニット5との間で搬送する搬送ユニット4と、システムの作動を統括的に制御する制御ユニット6と、画像表示装置を備えた操作盤7などから構成される。   The culture observation system BS roughly observes the culture chamber 2 provided in the upper part of the housing 1, the shelf-like stocker 3 that accommodates and holds a plurality of culture containers 10, and the sample in the culture container 10. An observation unit 5, a transfer unit 4 for transferring the culture vessel 10 between the stocker 3 and the observation unit 5, a control unit 6 for comprehensively controlling the operation of the system, and an operation panel 7 provided with an image display device. Etc.

培養室2は、培養環境を形成する部屋であり、環境変化やコンタミネーションを防止するためサンプル投入後は密閉状態に保持される。培養室2に付随して、培養室2内の温度を昇温・降温させる温度調整装置21、湿度を調整する加湿器22、CO2ガスやN2ガス等のガスを供給するガス供給装置23、培養室2全体の環境を均一化させるための循環ファン24、培養室2の温度や湿度、二酸化炭素濃度等を検出する環境センサ25などが設けられている。各機器の作動は制御ユニット6により制御され、培養室2の温度や湿度、二酸化炭素濃度等により規定される培養環境が、操作盤7において設定された培養条件に合致した状態に維持される。 The culture chamber 2 is a chamber for forming a culture environment, and is kept sealed after the sample is charged in order to prevent environmental changes and contamination. Along with the culture chamber 2, a temperature adjustment device 21 that raises and lowers the temperature in the culture chamber 2, a humidifier 22 that adjusts humidity, and a gas supply device 23 that supplies a gas such as CO 2 gas or N 2 gas. A circulation fan 24 for making the entire environment of the culture chamber 2 uniform, an environmental sensor 25 for detecting the temperature, humidity, carbon dioxide concentration, etc. of the culture chamber 2 are provided. The operation of each device is controlled by the control unit 6, and the culture environment defined by the temperature, humidity, carbon dioxide concentration, etc. of the culture chamber 2 is maintained in a state that matches the culture conditions set on the operation panel 7.

ストッカー3は、図2における紙面直行の前後方向、及び上下方向にそれぞれ複数に仕切られた棚状に形成されている。各棚にはそれぞれ固有の番地が設定されており、例えば前後方向をA〜C列、上下方向を1〜7段とした場合に、A列5段の棚がA−5のように設定される。   The stocker 3 is formed in a shelf shape that is partitioned into a plurality of parts in the front-rear direction and the vertical direction in FIG. A unique address is set for each shelf. For example, when the front-rear direction is A to C rows and the vertical direction is 1 to 7 rows, the A-row 5 rows shelf is set as A-5. The

培養容器10は、培養物の種類や目的等に応じてフラスコやディッシュ、ウェルプレートなど適宜なものが選択され、本実施形態では、図4(A)に示すように、透光性の材質で形成された直径約35mmの5つのディッシュ11(容器11a及び蓋11bからなる)と、ディッシュ11を保持するホルダ12とを備えた構成を例示しており、図4(B)に示すように、培養物たる受精卵Jは、pHに応じて変色するフェノールレッドなどのpH指示薬が入った培地ドロップDとともに各ディッシュ11に注入される。ディッシュ11の底面には、ピペット等により滴下された20[μl]程度の培地ドロップDが1〜複数個形成されており(図4(B)では3個を図示)、培地ドロップDはディッシュ11内において無色透明のミネラルオイルOによって浸された状態となっている。それぞれの培地ドロップD内には、例えば対外受精のために同一母体から同時期に採卵された受精卵Jが1個(または複数個)ずつ挿入されている。また、培養容器10にはコード番号が付与され、ストッカー3の指定番地に対応づけて収容される。   As the culture vessel 10, an appropriate one such as a flask, dish, or well plate is selected according to the type and purpose of the culture. In this embodiment, as shown in FIG. A configuration including five formed dishes 11 (consisting of a container 11a and a lid 11b) having a diameter of about 35 mm and a holder 12 that holds the dish 11 is illustrated. As shown in FIG. A fertilized egg J as a culture is injected into each dish 11 together with a medium drop D containing a pH indicator such as phenol red that changes color according to pH. On the bottom surface of the dish 11, one or more medium drops D of about 20 [μl] dropped by a pipette or the like are formed (three are shown in FIG. 4B). It is in a state immersed in the colorless and transparent mineral oil O inside. In each medium drop D, for example, one (or more) fertilized eggs J collected at the same time from the same mother for external fertilization are inserted. The culture vessel 10 is assigned a code number and is stored in association with the designated address of the stocker 3.

搬送ユニット4は、培養室2の内部に上下方向に移動可能に設けられてZ軸駆動機構により昇降されるZステージ41、Zステージ41に前後方向に移動可能に取り付けられてY軸駆動機構により前後移動されるYステージ42、Yステージ42に左右方向に移動可能に取り付けられてX軸駆動機構により左右移動されるXステージ43などからなり、Xステージ43の先端側に培養容器10を持ち上げ支持する支持アーム45が設けられている。搬送ユニット4は、支持アーム45がストッカー3の全棚と観察ユニット5との間を移動可能な移動範囲を有して構成される。X軸駆動機構、Y軸駆動機構、Z軸駆動機構は、例えばボールネジとエンコーダ付きのサーボモータにより構成され、その作動が制御ユニット6により制御される。   The transfer unit 4 is provided inside the culture chamber 2 so as to be movable in the vertical direction and is moved up and down by the Z-axis drive mechanism. The transfer unit 4 is attached to the Z stage 41 so as to be movable in the front-rear direction and is moved by the Y-axis drive mechanism. The Y stage 42 that is moved back and forth, the X stage 43 that is attached to the Y stage 42 so as to be movable in the left-right direction and is moved left and right by the X-axis drive mechanism, and the like, is supported by lifting the culture vessel 10 to the tip side of the X stage 43 A support arm 45 is provided. The transport unit 4 has a moving range in which the support arm 45 can move between the entire shelf of the stocker 3 and the observation unit 5. The X-axis drive mechanism, the Y-axis drive mechanism, and the Z-axis drive mechanism are configured by, for example, a servo motor with a ball screw and an encoder, and the operation thereof is controlled by the control unit 6.

観察ユニット5は、試料台15の下側から試料を照明する第1照明部51、顕微観察系の光軸に沿って試料台15の上方から試料を照明する第2照明部52、下方から試料を照明する第3照明部53、試料のマクロ観察を行うマクロ観察系54、試料のミクロ観察を行う顕微観察系55、及び画像処理装置100(図2を参照)などから構成される。試料台15は、透光性を有する材質で構成されるとともに観察領域に透明な窓部16が設けられている。また、試料台15は、制御ユニット6からの作動制御によりXY方向(水平面内方向)およびZ方向(上下方向)に移動可能な微細駆動ステージからなり、その上面部に載置された培養容器10をXY方向に移動させることにより、培養容器10をマクロ観察系54の光軸上へ挿入したり、顕微観察系55の光軸上へ挿入したりすることが可能になっている。   The observation unit 5 includes a first illumination unit 51 that illuminates the sample from the lower side of the sample stage 15, a second illumination unit 52 that illuminates the sample from above the sample stage 15 along the optical axis of the microscopic observation system, and a sample from below. 3, a macro observation system 54 that performs macro observation of the sample, a micro observation system 55 that performs micro observation of the sample, an image processing apparatus 100 (see FIG. 2), and the like. The sample stage 15 is made of a light-transmitting material and has a transparent window 16 in the observation area. The sample stage 15 is composed of a fine drive stage that can be moved in the XY direction (horizontal plane direction) and the Z direction (vertical direction) by operation control from the control unit 6, and the culture vessel 10 placed on the upper surface thereof. Is moved in the XY directions, so that the culture vessel 10 can be inserted on the optical axis of the macro observation system 54 or on the optical axis of the microscopic observation system 55.

第1照明部51は、図5にも示すように、下部フレーム1b側に設けられたリング照明装置51a等から構成され、試料台15の下側から培養容器10を照明する。リング照明装置51aは、円形に並ぶように複数配設されたLED等の発光装置51bを有して構成されており、複数の発光装置51bのうち一部を発光させることにより、照明σの小さな系で、マクロ観察系54の光軸に対して傾斜した照明方向から培養容器10を照明する。また、リング照明装置51aは、発光装置51bの発光位置を変えて、培養容器10に対する照明方向をマクロ観察系54の光軸中心に回転変位させることで、培養容器10やマクロ観察系54等を回転させることなく、培養容器10を複数の照明方向から照明できるようになっている。   As shown in FIG. 5, the first illumination unit 51 includes a ring illumination device 51 a and the like provided on the lower frame 1 b side, and illuminates the culture vessel 10 from below the sample stage 15. The ring illumination device 51a is configured to include a plurality of light emitting devices 51b such as LEDs arranged in a circle, and by causing some of the plurality of light emitting devices 51b to emit light, the illumination σ is small. In the system, the culture vessel 10 is illuminated from the illumination direction inclined with respect to the optical axis of the macro observation system 54. In addition, the ring illumination device 51a changes the light emission position of the light emitting device 51b and rotationally displaces the illumination direction with respect to the culture vessel 10 about the optical axis of the macro observation system 54, so that the culture vessel 10, the macro observation system 54, etc. The culture vessel 10 can be illuminated from a plurality of illumination directions without rotating.

第2照明部52は、LED等の光源と、位相リングやコンデンサレンズ等からなる照明光学系とを有して培養室2に設けられており、試料台15の上方から顕微観察系55の光軸に沿って培養容器10中の試料を照明する。第3照明部53は、それぞれ落射照明観察や蛍光観察に好適な波長の光を射出する複数のLEDや水銀等の光源と、各光源から射出された光を顕微観察系55の光軸に重畳させるビームスプリッタや蛍光フィルタ等からなる照明光学系とを有して、培養室2の下側に位置する下部フレーム1b内に配設されており、試料台15の下方から顕微観察系55の光軸に沿って培養容器10中の試料を照明する。   The second illumination unit 52 includes a light source such as an LED and an illumination optical system including a phase ring, a condenser lens, and the like. The second illumination unit 52 is provided in the culture chamber 2 and receives light from the microscopic observation system 55 from above the sample stage 15. The sample in the culture vessel 10 is illuminated along the axis. The third illumination unit 53 superimposes light emitted from each of the light sources, such as a plurality of LEDs and mercury that emit light having a wavelength suitable for epi-illumination observation and fluorescence observation, on the optical axis of the microscopic observation system 55. An illumination optical system composed of a beam splitter, a fluorescent filter, and the like to be disposed in the lower frame 1b located below the culture chamber 2, and the light of the microscopic observation system 55 from below the sample stage 15 The sample in the culture vessel 10 is illuminated along the axis.

マクロ観察系54は、観察光学系54aと、この観察光学系54aにより結像された試料の像を撮影するCCDカメラ等の撮像装置54cとを有し、第1照明部51の上方に位置して培養室2内に設けられている。マクロ観察系54は、第1照明部51によりバックライト照明された試料(培養容器10)の透過光の像を撮像して全体観察画像(マクロ画像)をカラー画像として取得する。   The macro observation system 54 includes an observation optical system 54 a and an imaging device 54 c such as a CCD camera that captures an image of the sample imaged by the observation optical system 54 a and is positioned above the first illumination unit 51. Provided in the culture chamber 2. The macro observation system 54 captures an image of transmitted light of the sample (culture vessel 10) backlit by the first illuminating unit 51, and acquires the entire observation image (macro image) as a color image.

顕微観察系55は、対物レンズや中間変倍レンズ、蛍光フィルタ等からなる観察光学系55aと、観察光学系55aにより結像された試料の像を撮影する冷却CCDカメラ等の撮像装置55cとを有し、下部フレーム1bの内部に配設されている。上記の第2照明部52と顕微観察系55とにより位相差観察用の顕微鏡が構成される。対物レンズ及び中間変倍レンズは、それぞれ複数設けられるとともに、詳細図示を省略するレボルバやスライダなどの変位機構を用いて複数倍率に設定可能に構成されており、初期選択のレンズ設定に応じて、本実施形態では少なくとも低倍観察用と高倍観察用との2種類の倍率の間で変倍可能なように切り換えられる。顕微観察系55は、第2照明部52により照明された試料の透過光による位相差画像や、第3照明部53により照明されて試料が発する蛍光による蛍光画像など、培養容器10内の試料を顕微鏡観察した顕微観察画像(ミクロ画像)を撮影する。   The microscopic observation system 55 includes an observation optical system 55a composed of an objective lens, an intermediate zoom lens, a fluorescent filter, and the like, and an imaging device 55c such as a cooled CCD camera that takes an image of a sample imaged by the observation optical system 55a. And disposed inside the lower frame 1b. The second illumination unit 52 and the microscopic observation system 55 constitute a phase difference observation microscope. A plurality of objective lenses and intermediate zoom lenses are provided, and are configured to be set to a plurality of magnifications using a displacement mechanism such as a revolver or a slider (not shown in detail). In this embodiment, at least two magnifications for low-magnification observation and high-magnification observation are switched so that magnification can be changed. The microscopic observation system 55 displays the sample in the culture vessel 10 such as a phase difference image by the transmitted light of the sample illuminated by the second illumination unit 52 and a fluorescence image by the fluorescence emitted from the sample illuminated by the third illumination unit 53. A microscopic observation image (micro image) is taken.

画像処理装置100は、マクロ観察系54の撮像装置54c及び顕微観察系55の撮像装置55cから入力された信号をA/D変換するとともに、各種の画像処理を施して全体観察画像または顕微観察画像の画像データを生成する。また、画像処理装置100は、これらの観察画像(全体観察画像及び顕微観察画像)の画像データに対して画像合成や画像解析を施し、培地ドロップDや受精卵Jの識別等を行う。画像処理装置100は、具体的には、次述する制御ユニット6のROMに記憶された画像処理プログラムが実行されることにより構築される。なお、この画像処理装置100については、後に詳述する。   The image processing apparatus 100 performs A / D conversion on signals input from the imaging device 54c of the macro observation system 54 and the imaging device 55c of the microscopic observation system 55, and performs various image processing to perform an entire observation image or a microscopic observation image. Image data is generated. Further, the image processing apparatus 100 performs image composition and image analysis on the image data of these observation images (entire observation image and microscopic observation image), and identifies the medium drop D and the fertilized egg J. Specifically, the image processing apparatus 100 is constructed by executing an image processing program stored in the ROM of the control unit 6 described below. The image processing apparatus 100 will be described in detail later.

制御ユニット6は、処理を実行するCPU61、培養観察システムBSの制御プログラムや制御データ等が設定記憶されたROM62、観察条件や画像データ等を一時記憶するRAM63などを有し、培養観察システムBSの作動を制御する。そのため、図3に示すように、培養室2、搬送装置4、観察ユニット5、操作盤7の各構成機器が制御ユニット6に接続されている。RAM63には、観察プログラムに応じた培養室2の環境条件や、観察スケジュール、観察ユニット5における観察種別や観察位置、観察倍率等が設定され記憶される。また、RAM63には、観察ユニット5により撮影された画像データを記録する画像データ記憶領域が設けられ、培養容器10のコード番号や撮影日時等を含むインデックス・データと画像データとが対応付けて記録される。   The control unit 6 includes a CPU 61 that executes processing, a ROM 62 that stores and stores control programs and control data of the culture observation system BS, a RAM 63 that temporarily stores observation conditions and image data, and the like. Control operation. Therefore, as shown in FIG. 3, the constituent devices of the culture chamber 2, the transport device 4, the observation unit 5, and the operation panel 7 are connected to the control unit 6. In the RAM 63, the environmental conditions of the culture chamber 2 according to the observation program, the observation schedule, the observation type and observation position in the observation unit 5, the observation magnification, and the like are set and stored. Further, the RAM 63 is provided with an image data storage area for recording image data photographed by the observation unit 5, and index data including the code number of the culture vessel 10 and photographing date / time are associated with the image data and recorded. Is done.

操作盤7には、キーボードやスイッチ等の入出力機器が設けられた操作パネル71、操作画面や画像データ等を表示する表示パネル72が設けられ、操作パネル71において観察プログラムの設定や条件選択、動作指令等の入力が行われる。通信部65は有線または無線の通信規格に準拠して構成されており、この通信部65に外部接続されるコンピュータ等との間でデータの送受信が可能になっている。   The operation panel 7 is provided with an operation panel 71 provided with input / output devices such as a keyboard and a switch, and a display panel 72 for displaying an operation screen, image data, and the like. An operation command or the like is input. The communication unit 65 is configured in accordance with a wired or wireless communication standard, and data can be transmitted to and received from a computer or the like externally connected to the communication unit 65.

このように概要構成される培養観察システムBSでは、操作盤7において設定された観察プログラムの設定条件に従い、CPU61がROM62に記憶された制御プログラムに基づいて各部の作動を制御するとともに、培養容器10内の試料の撮影を自動的に実行する。すなわち、操作パネル71に対するパネル操作(または通信部65を介したリモート操作)によって観察プログラムがスタートされると、CPU61が、RAM63に記憶された環境条件の各条件値を読み込むとともに、環境センサ25から入力される培養室2の環境状態を検出し、条件値と実測値との差異に応じて温度調整装置21、加湿器22、ガス供給装置23、循環ファン24等を作動させて、培養室2の温度や湿度、二酸化炭素濃度などの培養環境についてフィードバック制御が行われる。   In the culture observation system BS schematically configured as described above, the CPU 61 controls the operation of each part based on the control program stored in the ROM 62 according to the setting conditions of the observation program set on the operation panel 7, and the culture vessel 10 The sample inside is automatically captured. That is, when the observation program is started by a panel operation on the operation panel 71 (or a remote operation via the communication unit 65), the CPU 61 reads each condition value of the environmental conditions stored in the RAM 63, and from the environment sensor 25. The environmental state of the culture chamber 2 to be input is detected, and the temperature adjustment device 21, the humidifier 22, the gas supply device 23, the circulation fan 24, etc. are operated according to the difference between the condition value and the actual measurement value. Feedback control is performed on the culture environment such as temperature, humidity, and carbon dioxide concentration.

また、CPU61は、RAM63に記憶された観察条件を読み込む、観察スケジュールに基づいて搬送ユニット4のX,Y,Zステージ41,42,43を作動させてストッカー3から観察対象の培養容器10を観察ユニット5の試料台15に搬送して、観察ユニット5による観察を開始させる。例えば、観察プログラムにおいて設定された観察がマクロ観察である場合には、搬送ユニット4によりストッカー3から搬送してきた培養容器10をマクロ観察系54の光軸上に位置決めして試料台15に載置し、第1照明部51(リング照明装置51a)の発光装置51bを点灯させて培養容器10の下方から照明光(透過光)を斜め方向に照射し、このようにマクロ観察系54の光軸に対して傾斜した照明方向から照明された培養容器10の上方から撮像装置54cにより全体観察像を撮影する。撮像装置54cから制御ユニット6に入力された信号は、画像処理装置100により処理されて全体観察画像が生成され、その画像データが撮影日時等のインデックス・データなどとともにRAM63の画像データ記憶領域に記憶される。   Further, the CPU 61 reads the observation conditions stored in the RAM 63 and operates the X, Y, Z stages 41, 42, 43 of the transport unit 4 based on the observation schedule to observe the culture vessel 10 to be observed from the stocker 3. The sample is transported to the sample stage 15 of the unit 5 and observation by the observation unit 5 is started. For example, when the observation set in the observation program is macro observation, the culture vessel 10 transported from the stocker 3 by the transport unit 4 is positioned on the optical axis of the macro observation system 54 and placed on the sample stage 15. Then, the light emitting device 51b of the first illumination unit 51 (ring illumination device 51a) is turned on to irradiate illumination light (transmitted light) obliquely from below the culture vessel 10, and thus the optical axis of the macro observation system 54 A whole observation image is taken by the imaging device 54c from above the culture vessel 10 illuminated from the illumination direction inclined with respect to the direction. The signal input from the imaging device 54c to the control unit 6 is processed by the image processing device 100 to generate a whole observation image, and the image data is stored in the image data storage area of the RAM 63 together with index data such as the shooting date and time. Is done.

なおこのとき、第1照明部51(リング照明装置51a)は、発光装置51bの発光位置を変えて、培養容器10に対する照明方向をマクロ観察系54の光軸中心に回転変位させることで、培養容器10を予め設定された複数の照明方向(例えば、4種類の照明方向)から照明し、マクロ観察系54の撮像装置54cは、第1照明部51によりいずれかの照明方向で照明された培養容器10の全体観察像を、当該設定された全ての照明方向についてそれぞれ撮像する。そのため、複数の照明方向にそれぞれ対応する複数の画像データが、RAM63の画像データ記憶領域にそれぞれ記憶されることになる。   At this time, the first illumination unit 51 (ring illumination device 51a) changes the light emission position of the light emitting device 51b and rotationally displaces the illumination direction with respect to the culture vessel 10 about the optical axis of the macro observation system 54, thereby culturing. The container 10 is illuminated from a plurality of preset illumination directions (for example, four types of illumination directions), and the imaging device 54c of the macro observation system 54 is cultivated in any illumination direction by the first illumination unit 51. The entire observation image of the container 10 is imaged for each of the set illumination directions. Therefore, a plurality of image data respectively corresponding to a plurality of illumination directions are stored in the image data storage area of the RAM 63, respectively.

また、観察プログラムにおいて設定された観察が、培養容器10内の特定位置の試料のミクロ観察である場合には、搬送ユニット4により搬送してきた培養容器10内の特定位置を顕微観察系55の光軸上に位置決めして試料台15に載置し、第2照明部52または第3照明部53の光源を点灯させて、透過照明、落射照明、蛍光による顕微観察像を撮像装置55cに撮影させる。撮像装置55cにより撮影されて制御ユニット6に入力された信号は、画像処理装置100により処理されて顕微観察画像(位相差画像、蛍光画像等)が生成され、その画像データが撮影日時等のインデックス・データなどとともにRAM63の画像データ記憶領域に記憶される。   In addition, when the observation set in the observation program is micro observation of the sample at a specific position in the culture vessel 10, the specific position in the culture vessel 10 that has been transported by the transport unit 4 is indicated by the light of the microscopic observation system 55. Position on the axis and place on the sample stage 15, turn on the light source of the second illumination unit 52 or the third illumination unit 53, and cause the imaging device 55c to take a microscopic observation image by transmitted illumination, epi-illumination, and fluorescence. . A signal photographed by the imaging device 55c and inputted to the control unit 6 is processed by the image processing device 100 to generate a microscopic observation image (phase difference image, fluorescent image, etc.), and the image data is an index such as a photographing date / time. Stored in the image data storage area of the RAM 63 together with the data.

CPU61は、上記のような全体観察像の撮影や顕微観察像の撮影を、観察プログラムに設定された観察スケジュールに基づいて順次実行する。RAM63に記憶された画像データは、操作パネル71から入力される画像表示指令に応じてRAM63から読み出され、例えば指定時刻の全体観察画像や顕微観察画像、画像解析の解析結果などが表示パネル72に表示される。   The CPU 61 sequentially executes the above-described whole observation image photographing and microscopic observation image photographing based on the observation schedule set in the observation program. The image data stored in the RAM 63 is read from the RAM 63 in response to an image display command input from the operation panel 71. For example, an entire observation image, a microscopic observation image at a specified time, an analysis result of image analysis, and the like are displayed on the display panel 72. Is displayed.

さて、このように構成される培養観察システムBSにおいて、培養容器10(ディッシュ11)中の受精卵Jの生育状態を観察する場合、培養容器10内から観察対象の受精卵を検出しなければならないが、その一連の検出手順としては大略的に、マクロ観察系54により培養容器10を撮影して全体観察画像(マクロ画像)を取得し、この全体観察画像から培地ドロップDを検出した後で、この培地ドロップDを顕微観察系55により撮影し、この培地ドロップDに1つ(または複数個)ずつ注入された観察対象の受精卵を他の異物と判別して受精卵を認識する、という流れになっている。受精卵を検出するためには一般に高倍視野での顕微観察が必要であるところ、観察倍率が高くなるにつれてその観察視野(観察範囲)が狭くなってくるため、培養容器10内の広い観察範囲に対して多数の画像を撮像取得する必要がある。そのため前述のように、顕微観察による受精卵の検出に先立って、マクロ観察により受精卵が含まれる培地ドロップDの領域を予め検出できれば、その後に顕微観察において高倍画像を取得する領域も限定され、観察時間全体を短縮化することが可能になる。   In the culture observation system BS configured as described above, when observing the growth state of the fertilized egg J in the culture container 10 (dish 11), the fertilized egg to be observed must be detected from the culture container 10. However, as a series of detection procedures, generally, the culture vessel 10 is photographed by the macro observation system 54 to obtain a whole observation image (macro image), and after detecting the medium drop D from this whole observation image, A flow in which the medium drop D is photographed by the microscopic observation system 55, and the fertilized eggs to be observed injected into the medium drop D one by one (or plural pieces) are distinguished from other foreign substances to recognize the fertilized eggs. It has become. In order to detect a fertilized egg, microscopic observation in a high-magnification visual field is generally required. However, as the observation magnification increases, the observation visual field (observation range) becomes narrower. On the other hand, it is necessary to capture and acquire a large number of images. Therefore, as described above, prior to detection of the fertilized egg by microscopic observation, if the area of the medium drop D containing the fertilized egg can be detected in advance by macro observation, the area for acquiring a high-magnification image in the microscopic observation is also limited thereafter. It becomes possible to shorten the entire observation time.

しかしながら、培地ドロップDの色は赤色から無色透明まであり、全体観察画像(マクロ画像)を用いて、色味や輝度の濃淡から培地ドロップDの領域を検出するのは容易ではない。そこで、本実施形態においては、培地ドロップDのレンズ効果と偏射照明法を利用して、培地ドロップDの周辺部に明暗差をつけた全体観察画像を撮像取得し、例えば図6に示すように、4種類の照明方向でそれぞれ撮像取得した4枚の全体観察画像G1,G2,G3,G4を重ね合わせて全体観察画像の合成画像GXを生成するとともに、生成した合成画像GXから培養容器10中における培地ドロップDの領域を特定(識別)する。このように、複数の照明方向でそれぞれ撮像取得した全体観察画像G1,G2,G3,G4の合成画像GXを用いるようにすれば、培地ドロップDの周辺部全体に明暗差がつくため、色情報に依らずに、培地ドロップDの領域を精度よく識別することができる。なお、図6に示す4枚の全体観察画像G1,G2,G3,G4はそれぞれ、培養容器10に対する照明方向をマクロ観察系54の光軸中心に45度ずつ回転変位させて撮像取得した画像である。   However, the color of the medium drop D ranges from red to colorless and transparent, and it is not easy to detect the area of the medium drop D from the tint and brightness density using the entire observation image (macro image). Therefore, in the present embodiment, an entire observation image with a difference in brightness is taken and acquired at the periphery of the medium drop D using the lens effect of the medium drop D and the oblique illumination method. For example, as shown in FIG. In addition, the four overall observation images G1, G2, G3, and G4 obtained and captured in the four types of illumination directions are superimposed to generate a composite image GX of the overall observation image, and the culture vessel 10 is generated from the generated composite image GX. Identify (identify) the area of medium drop D inside. As described above, if the combined image GX of the overall observation images G1, G2, G3, and G4 respectively captured and acquired in a plurality of illumination directions is used, a color difference is created in the entire peripheral portion of the medium drop D. Regardless of the condition, the area of the medium drop D can be accurately identified. Note that the four overall observation images G1, G2, G3, and G4 shown in FIG. 6 are images acquired by rotating and illuminating the culture vessel 10 about the optical axis of the macro observation system 54 by 45 degrees. is there.

合成画像GXを用いた培地ドロップDの領域の検出(識別)は、培地ドロップDが一般に円形状に形成されるという特徴を利用して、所定の画像処理方法により行われる。例えば、合成画像GXに対して公知の微分処理を行って微分画像を生成し、当該微分画像からハフ変換により円の検出を行うことで、培地ドロップDの領域を検出(識別)することができる。また例えば、微分画像の全点について極座標のθ方向に積分を行って、所定の半径範囲でピークを示す点を抽出ことにより、円形状の抽出を行うことで、培地ドロップDの領域を検出(識別)するようにしてもよい。また例えば、いわゆるレベルセット法(動的輪郭法)を用いて、微分画像から円形状の抽出を行うことで、培地ドロップDの領域を検出(識別)するようにしてもよい。なおこのとき、画像に写し込まれる培地ドロップD(例えば、20μl程度の直径約7mm)の像の大きさは、画像取得条件(観察倍率等)によりほぼ決まっていることから、培地ドロップDの候補となり得るオブジェクト(抽出した円形状の輪郭に囲まれた領域)の面積を公知の画像処理手法により算出し、面積による判別基準として定めた設定範囲(上限値及び下限値)から逸脱しているものを除外する。   Detection (identification) of the region of the medium drop D using the composite image GX is performed by a predetermined image processing method using the feature that the medium drop D is generally formed in a circular shape. For example, it is possible to detect (identify) the region of the medium drop D by performing a known differentiation process on the composite image GX to generate a differential image, and detecting a circle from the differential image by Hough transform. . Further, for example, the region of the medium drop D is detected by performing a circular extraction by performing integration in the θ direction of the polar coordinates for all the points of the differential image and extracting points showing peaks in a predetermined radius range ( Identification). Further, for example, the region of the medium drop D may be detected (identified) by extracting a circular shape from the differential image using a so-called level set method (dynamic contour method). At this time, the size of the image of the medium drop D (for example, about 7 μm in diameter of about 20 μl) to be imprinted on the image is almost determined by the image acquisition conditions (observation magnification, etc.). The area of a possible object (region surrounded by the extracted circular outline) is calculated by a known image processing method, and deviates from the setting range (upper limit and lower limit) determined as a discrimination criterion by area Is excluded.

培地ドロップDの領域を検出(識別)するための画像処理は、培養観察システムBSの画像処理装置100において実行される。図7に示すように、画像処理装置100は、撮像装置54cにより観察対象の培養容器10が撮影された全体観察画像(マクロ画像)を取得して記憶する画像記憶部110と、画像記憶部110に保存されている複数の照明方向で撮像取得された全体観察画像をそれぞれ重ね合わせて合成画像を生成する画像合成部120と、画像合成部120により生成された合成画像に基づいて培地ドロップDを検出する画像解析部130と、画像合成部120により生成された合成画像や画像解析部130により解析された判断結果を外部に出力する出力部140とを備え、画像合成部120及び画像解析部130により判断された培地ドロップDの画像や検出結果を、例えば表示パネル72に出力して表示させるように構成される。画像処理装置100は、ROM62に予め設定記憶された画像処理プログラムがCPU61に読み込まれ、CPU61によって画像処理プログラムに基づく処理が順次実行されることによって構成される。   Image processing for detecting (identifying) the area of the medium drop D is executed in the image processing apparatus 100 of the culture observation system BS. As illustrated in FIG. 7, the image processing apparatus 100 acquires and stores an entire observation image (macro image) obtained by capturing the culture container 10 to be observed by the imaging device 54c, and the image storage unit 110. An image synthesizing unit 120 that superimposes the entire observation images captured and acquired in a plurality of illumination directions and generates a synthesized image, and a medium drop D based on the synthesized image generated by the image synthesizing unit 120 An image analysis unit 130 to detect, and an output unit 140 that outputs the composite image generated by the image synthesis unit 120 and the determination result analyzed by the image analysis unit 130 to the outside, and includes the image synthesis unit 120 and the image analysis unit 130. For example, the medium drop D image and the detection result determined by the above are output to the display panel 72 and displayed. The image processing apparatus 100 is configured such that an image processing program set and stored in advance in the ROM 62 is read by the CPU 61 and processing based on the image processing program is sequentially executed by the CPU 61.

以上のように構成される培養観察システムBSを用いた培養容器10内の観察方法について、図1に示すフローチャートを参照しながら説明する。前述したように、培養観察システムBSでは、観察プログラムにおいて設定された観察条件に従って、所定時間ごとに指定された培養容器10内の観察が行われる。具体的には、CPU61は搬送ユニット4の各ステージを作動させてストッカー3から観察対象の培養容器10を観察ユニット5に搬送(本実施形態ではマクロ観察系54の光軸上に配置)し、撮像装置54cによりマクロ画像を撮影させる。   An observation method in the culture vessel 10 using the culture observation system BS configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. As described above, in the culture observation system BS, observation in the culture vessel 10 designated every predetermined time is performed according to the observation conditions set in the observation program. Specifically, the CPU 61 operates each stage of the transport unit 4 to transport the culture vessel 10 to be observed from the stocker 3 to the observation unit 5 (in this embodiment, disposed on the optical axis of the macro observation system 54). A macro image is taken by the imaging device 54c.

このときまず、CPU61は、第1照明部51を作動させてマクロ観察系54の光軸に対して傾斜した照明方向から培養容器10を照明し(ステップS1)、マクロ観察系54の撮像装置54cを作動させて培養容器10の全体観察像を撮像する(ステップS2)。ここで、CPU61は、予め設定された全ての照明方向について培養容器10の全体観察像を撮像したか否か判定する(ステップS3)。このステップS3において判定がNOの場合、ステップS4へ進み、CPU61は、発光装置51bの発光位置を変えて、培養容器10に対する照明方向をマクロ観察系54の光軸中心に回転変位させてから、ステップS1〜S2までの処理を繰り返す。またこのとき、画像処理装置100は、撮像装置54cにより撮像された全体観察画像(マクロ画像)をステップS2において取得し、この取得した画像を、培養容器10のコード番号や観察位置、観察時刻などのインデックス・データとともに画像記憶部110に保存する。   At this time, first, the CPU 61 operates the first illumination unit 51 to illuminate the culture vessel 10 from the illumination direction inclined with respect to the optical axis of the macro observation system 54 (step S1), and the imaging device 54c of the macro observation system 54 Is activated to capture the entire observation image of the culture vessel 10 (step S2). Here, the CPU 61 determines whether or not the entire observation image of the culture vessel 10 has been taken for all preset illumination directions (step S3). If the determination in step S3 is NO, the process proceeds to step S4, where the CPU 61 changes the light emission position of the light emitting device 51b and rotationally displaces the illumination direction with respect to the culture vessel 10 about the optical axis of the macro observation system 54. The processes from steps S1 to S2 are repeated. At this time, the image processing apparatus 100 acquires the entire observation image (macro image) captured by the imaging device 54c in step S2, and uses the acquired image as the code number, the observation position, the observation time, and the like of the culture vessel 10. Are stored in the image storage unit 110 together with the index data.

一方、ステップS3において判定がYESの場合、ステップS5へ進み、画像合成部120は、画像記憶部110に保存されている複数の照明方向で撮像取得された全体観察画像をそれぞれ重ね合わせて、(培養容器10についての)全体観察画像の合成画像を生成する。なおこのとき、出力部140によって、画像合成部120で生成された全体観察画像(バードビュー画像)の合成画像等が操作盤7の表示パネル72等に表示される。   On the other hand, when the determination in step S3 is YES, the process proceeds to step S5, and the image composition unit 120 superimposes the entire observation images captured and acquired in the plurality of illumination directions stored in the image storage unit 110, respectively ( A composite image of the entire observation image (for the culture vessel 10) is generated. At this time, the output unit 140 displays a composite image of the entire observation image (bird view image) generated by the image combining unit 120 on the display panel 72 of the operation panel 7 or the like.

そして、ステップS6において、画像解析部130は、画像合成部120により生成された合成画像から、前述した円検出の手法を用いて、ディッシュ11内における培地ドロップDの領域を検出(識別)する。なおこのとき、画像解析部130により検出された培地ドロップDの領域を示す検出結果が出力部140から出力される。   In step S6, the image analysis unit 130 detects (identifies) the region of the medium drop D in the dish 11 from the combined image generated by the image combining unit 120 using the circle detection method described above. At this time, a detection result indicating the region of the medium drop D detected by the image analysis unit 130 is output from the output unit 140.

出力部140から出力された検出結果は、操作盤7の表示パネル72に表示され、合成画像もしくは全体観察画像中に、培地ドロップDの領域を示す輪郭を表示したり、培地ドロップDであることを示す記号「D」を表示させたり、培地ドロップDの輪郭を他の領域と異なる色相や輝度で表示する等が例示される。   The detection result output from the output unit 140 is displayed on the display panel 72 of the operation panel 7, and an outline indicating the region of the medium drop D is displayed in the composite image or the entire observation image, or the medium drop D is displayed. For example, the symbol “D” indicating “” is displayed, or the outline of the medium drop D is displayed with a hue or brightness different from those of other regions.

なお、出力部140から出力される検出データを、通信部65を介して外部接続されるコンピュータ等に送信して、同様の画像を表示させたり、培地ドロップDの色変化(pH変化)や受精卵Jの生育状態を観察するための基礎データとして用いたりするように構成することができる。   The detection data output from the output unit 140 is transmitted to a computer or the like externally connected via the communication unit 65 to display a similar image, or the color change (pH change) of the medium drop D or fertilization It can be configured to be used as basic data for observing the growth state of the egg J.

これにより、ユーザは、表示パネル72に表示された画像や外部接続されたコンピュータ等のモニタに表示された画像を参照することにより、培地ドロップDを直ちに認識することができ、培地ドロップDの領域についてのみ顕微観察系55による顕微観察画像を取得して(背景のみの無用な撮影を回避して)、培地ドロップDの中から目的とする受精卵Jを効率的に検出することができる。   Thus, the user can immediately recognize the medium drop D by referring to the image displayed on the display panel 72 or the image displayed on a monitor such as an externally connected computer. Only for, a microscopic observation image by the microscopic observation system 55 is acquired (avoid unnecessary shooting of only the background), and the target fertilized egg J can be efficiently detected from the medium drop D.

次に、培養物たる受精卵の製造方法について図8を追加参照して概要説明する。まず、ステップS110において、受精卵(培養物)を培地ドロップDと共に培養容器10(ディッシュ11)内に注入し、この培養容器10を受精卵の培養に適した環境条件に維持された培養室2内に収納して、当該環境条件の下で受精卵を培養する。なお、この環境条件は、制御ユニット6において培養室2内の温度や湿度、二酸化炭素濃度等が受精卵の培養環境に合わせて調節される。   Next, a method for producing a fertilized egg as a culture will be briefly described with reference to FIG. First, in step S110, a fertilized egg (culture) is injected into the culture vessel 10 (dish 11) together with the medium drop D, and the culture chamber 2 is maintained in an environmental condition suitable for culturing the fertilized egg. The fertilized egg is cultured under the environmental conditions. The environmental conditions are adjusted in the control unit 6 according to the culture environment of the fertilized egg such as the temperature, humidity, and carbon dioxide concentration in the culture chamber 2.

ステップS120では、培養容器10内の受精卵観察の前段階として、前述した観察方法のステップS1〜S6(図1を参照)を実行して、ディッシュ11内から培地ドロップDの領域を識別する。次いで、ステップS130では、第2照明部52を用いて顕微観察系55により培地ドロップDの顕微観察画像(例えば位相差画像)を撮影し、この観察画像に写し込まれる複数のオブジェクトの中から受精卵を識別する。このとき培養容器10(ディッシュ11)内において、1個の培地ドロップDに対して受精卵が各1個(または複数個)ずつ識別される。   In step S120, steps S1 to S6 (see FIG. 1) of the observation method described above are executed as a pre-stage of observation of the fertilized egg in the culture container 10, and the region of the medium drop D is identified from the dish 11. Next, in step S130, a microscopic observation image (for example, a phase difference image) of the medium drop D is taken by the microscopic observation system 55 using the second illumination unit 52, and fertilization is performed from among a plurality of objects that are imprinted on the observation image. Identify eggs. At this time, one (or more) fertilized eggs are identified for each medium drop D in the culture container 10 (dish 11).

続いて、ステップS140では、培地ドロップDごとに識別された複数の受精卵を所定の選別基準に基づいて選別する。受精卵の選別基準としては、卵割のタイミングや卵割球の形態等に基づいて受精卵のグレードが判定されて、この選別基準を満足する良好なものが選別される。例えば、良好な生育状態を経たものとして、卵内全ての卵細胞において卵割の起きたタイミングが同時期であるか否かに基づいて行われる。すなわち、正常な受精卵の卵割については、同じ世代の各細胞はほぼ同時期のタイミングで分裂し、胚内には同じ世代の細胞のみが存在する。一方、異常な受精卵の卵割については、同じ世代の細胞であっても分裂するタイミングがずれて、胚内には異なる世代の細胞が混在してしまう。   Subsequently, in step S140, a plurality of fertilized eggs identified for each medium drop D are sorted based on a predetermined sorting criterion. As a selection standard for a fertilized egg, the grade of the fertilized egg is determined based on the timing of cleavage, the shape of the blastomere, and the like, and a good one satisfying this selection standard is selected. For example, it is performed based on whether or not the timing at which cleavage occurs in all egg cells in the egg is in the same period as having passed through a good growth state. That is, regarding the cleavage of normal fertilized eggs, cells of the same generation divide at almost the same timing, and only cells of the same generation exist in the embryo. On the other hand, regarding the cleavage of an abnormal fertilized egg, even when cells are of the same generation, the division timing is shifted, and cells of different generations are mixed in the embryo.

ステップS150では、上記選別した受精卵(胚盤胞と称される状態にまで成長した良好な受精卵)を採取して、例えばマイナス196℃の液体窒素の中で凍結保存する。そして、この受精卵(胚盤胞)は所定の周期のときに母体へ戻される(胚移植される)。なお、培養される受精卵は、ヒト、ウシ、ウマ、ブタ、マウス等の受精卵であってもよい。また、受精卵の保存は胚盤胞の状態で保存してもよいし、分割期(4細胞期胚、8細胞期胚)の状態で保存してもよい。   In step S150, the selected fertilized eggs (good fertilized eggs that have grown to a state called a blastocyst) are collected and stored frozen in, for example, liquid nitrogen at minus 196 ° C. The fertilized egg (blastocyst) is returned to the mother (embryo transfer) at a predetermined cycle. The fertilized eggs to be cultured may be fertilized eggs such as humans, cows, horses, pigs and mice. In addition, the fertilized egg may be stored in a blastocyst state or may be stored in a divided phase (4-cell stage embryo, 8-cell stage embryo).

以上説明したように、本実施形態によれば、複数の照明方向でそれぞれ撮像取得した全体観察画像の合成画像を用いることで、培地ドロップDの周辺部全体に明暗差をつけられるため、色情報に依らずに、培養容器10(ディッシュ11)内における培地ドロップDの領域を精度よく識別することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the entire peripheral portion of the culture medium drop D can be differentiated by using a composite image of the entire observation image captured and acquired in a plurality of illumination directions, color information is provided. Independently of this, the region of the medium drop D in the culture vessel 10 (dish 11) can be accurately identified.

また、培養容器10(ディッシュ11)に対する撮像方向(すなわち、マクロ観察系54の光軸)に対して傾斜した複数の照明方向から、培養容器10を照明することで、培地ドロップDのレンズ効果を利用して、培地ドロップDの周辺部に明暗差をつけた培養容器10の全体観察画像を撮像取得することができるため、培地ドロップDの周辺部全体に明暗差がついた合成画像を確実に得ることができる。   Further, by illuminating the culture container 10 from a plurality of illumination directions inclined with respect to the imaging direction with respect to the culture container 10 (dish 11) (that is, the optical axis of the macro observation system 54), the lens effect of the medium drop D can be obtained. By utilizing this, it is possible to capture and acquire the entire observation image of the culture vessel 10 with a difference in brightness at the periphery of the medium drop D, so that a composite image with a difference in brightness in the entire periphery of the medium drop D can be reliably obtained. Obtainable.

また、合成画像に対して微分処理を行った微分画像から円の検出を行うことで、培地ドロップDの領域を識別するようにすれば、培地ドロップDの領域を簡便な方法で精度よく識別することができる。   Further, if the region of the medium drop D is identified by detecting a circle from the differential image obtained by performing the differentiation process on the composite image, the region of the medium drop D is accurately identified by a simple method. be able to.

なお、上述の実施形態において、4種類の照明方向でそれぞれ撮像取得した4枚の全体観察画像G1,G2,G3,G4を重ね合わせて全体観察画像の合成画像GXを生成しているが、これに限られるものではなく、例えば、8種類の照明方向でそれぞれ撮像取得した8枚の全体観察画像を重ね合わせて合成画像を生成してもよく、複数の照明方向でそれぞれ撮像取得した複数の全体観察画像を重ね合わせて合成画像を生成すればよい。さらには、積分時間内に照明方向を連続的に変化させた全体観察画像を用いてもよい。   In the above-described embodiment, the four overall observation images G1, G2, G3, and G4 respectively captured and acquired in the four types of illumination directions are superimposed to generate the overall observation image composite image GX. For example, a total image may be generated by superimposing eight whole observation images captured and acquired in eight types of illumination directions, or a plurality of whole images acquired and acquired in a plurality of illumination directions. What is necessary is just to produce | generate a synthesized image by superimposing an observation image. Furthermore, you may use the whole observation image which changed the illumination direction continuously within integration time.

また、上述の実施形態において、第1照明部51は、発光装置51bの発光位置を変えて、培養容器10に対する照明方向をマクロ観察系54の光軸中心に回転変位させることで、培養容器10を複数の照明方向から照明可能に構成されているが、これに限られるものではない。例えば、図5の二点鎖線で示すように、リング照明装置51aに、複数の発光装置51bのうち一部からの光だけを通過させるようなシャッター部材51cを設け、当該シャッター部材51cをマクロ観察系54の光軸中心に回転変位させることで、照明方向を変えるような構成であってもよい。また、発光装置51bの発光位置を変えて、培養容器10に対する照明方向をマクロ観察系54の光軸中心に回転変位させる構成では、培養容器10やマクロ観察系54等を回転させる必要がないので、位置合わせをせずに全体観察画像を重ね合わせることが可能であるが、画像の回転補正及びパースペクティブ補正を行えば、マクロ観察系54を光軸中心に回転させる構成であってもよい。   In the above-described embodiment, the first illumination unit 51 changes the light emission position of the light emitting device 51b and rotationally displaces the illumination direction with respect to the culture vessel 10 about the optical axis of the macro observation system 54, thereby causing the culture vessel 10 to move. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown by a two-dot chain line in FIG. 5, the ring illumination device 51a is provided with a shutter member 51c that allows only a part of the light emitting devices 51b to pass therethrough, and the shutter member 51c is macro-observed. A configuration may be adopted in which the illumination direction is changed by rotationally displacing the optical axis of the system 54. Further, in the configuration in which the light emitting position of the light emitting device 51b is changed and the illumination direction with respect to the culture vessel 10 is rotationally displaced about the optical axis center of the macro observation system 54, it is not necessary to rotate the culture vessel 10, the macro observation system 54, or the like. Although it is possible to superimpose the entire observation image without positioning, a configuration in which the macro observation system 54 is rotated around the optical axis may be used if image rotation correction and perspective correction are performed.

また、上述の実施形態において、複数の全体観察画像を重ね合わせて合成画像を生成してから微分画像を生成しているが、これに限られるものではなく、画像合成前の全体観察画像に対してそれぞれ微分処理を行ってから、これらを重ね合わせて微分画像の合成画像を生成するようにしてもよい。さらには、照明方向を回転させる間に積算した画像を用いてもよい。   Further, in the above-described embodiment, a differential image is generated after generating a composite image by superimposing a plurality of overall observation images. However, the present invention is not limited to this. For the overall observation image before image synthesis, Then, after performing differential processing, they may be superimposed to generate a composite image of the differential image. Furthermore, an image accumulated while rotating the illumination direction may be used.

BS 培養観察システム GX 合成画像
D 培地ドロップ J 受精卵
5 観察ユニット
6 制御ユニット 7 操作盤
10 培養容器 11 ディッシュ
51 第1照明部 51a リング照明装置
51b 発光装置 51c シャッター部材
54 マクロ観察系 54c 撮像装置
61 CPU 62 ROM
63 RAM
100 画像処理装置 120 画像合成部
130 画像解析部 140 出力部
BS culture observation system GX composite image D medium drop J fertilized egg 5 observation unit 6 control unit 7 control panel 10 culture vessel 11 dish 51 first illumination unit 51a ring illumination device 51b light emitting device 51c shutter member 54 macro observation system 54c imaging device 61 CPU 62 ROM
63 RAM
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image processing apparatus 120 Image composition part 130 Image analysis part 140 Output part

Claims (9)

内部に培養物の培養に用いられる培地を有した培養容器を複数の照明方向から照明可能な照明部と、
前記照明部に照明された前記培養容器を前記複数の照明方向についてそれぞれ撮像する撮像部と、
前記撮像部にそれぞれ撮像された前記複数の照明方向についての前記培養容器の画像を重ね合わせて前記培養容器の合成画像を生成する画像合成部と、
前記画像合成部に生成された前記合成画像から前記培養容器中における前記培地を識別する画像解析部とを備えて構成されることを特徴とする培養物の観察装置。
An illumination unit capable of illuminating a culture vessel having a culture medium used for culture of the culture from a plurality of illumination directions;
An imaging unit that images each of the plurality of illumination directions of the culture vessel illuminated by the illumination unit;
An image compositing unit that generates a composite image of the culture vessel by superimposing images of the culture vessel for the plurality of illumination directions respectively captured by the imaging unit;
An apparatus for observing a culture, comprising: an image analysis unit for identifying the culture medium in the culture vessel from the synthesized image generated in the image synthesis unit.
前記照明部は、前記撮像部の光軸に対して傾斜した照明方向から前記培養容器を照明するとともに、前記撮像部の光軸中心に前記照明方向を回転変位させることで、前記複数の照明方向から照明可能であることを特徴とする請求項1に記載の培養物の観察装置。   The illumination unit illuminates the culture vessel from an illumination direction inclined with respect to the optical axis of the imaging unit, and rotationally displaces the illumination direction about the optical axis of the imaging unit, whereby the plurality of illumination directions The culture observation apparatus according to claim 1, wherein illumination is possible. 前記画像解析部は、前記合成画像に対して微分処理を行った微分画像から円の検出を行うことで、前記培養容器中における前記培地を識別することを特徴とする請求項1または2に記載の培養物の観察装置。   The said image analysis part identifies the said culture medium in the said culture container by detecting a circle from the differential image which performed the differential process with respect to the said synthetic | combination image, The said culture medium is characterized by the above-mentioned. Culture observation equipment. 内部に培養物の培養に用いられる培地を有した培養容器を複数の照明方向から照明し、
前記照明された前記培養容器を前記複数の照明方向についてそれぞれ撮像し、
前記撮像された前記複数の照明方向についての前記培養容器の画像を重ね合わせて前記培養容器の合成画像を生成し、
前記生成された前記合成画像から前記培養容器中における前記培地を識別することを特徴とする培養物の観察方法。
Illuminate the culture vessel with the medium used for culturing the culture inside from multiple illumination directions,
Imaging each of the illuminated culture vessels for each of the plurality of illumination directions;
Generating a composite image of the culture vessel by superimposing the images of the culture vessel for the plurality of captured illumination directions;
A culture observation method, wherein the culture medium in the culture vessel is identified from the generated composite image.
前記培養容器に対する撮像方向に対して傾斜した前記複数の照明方向から、前記培養容器を照明することを特徴とする請求項4に記載の培養物の観察方法。   The culture observation method according to claim 4, wherein the culture container is illuminated from the plurality of illumination directions inclined with respect to the imaging direction with respect to the culture container. 前記合成画像に対して微分処理を行った微分画像から円の検出を行うことで、前記培養容器中における前記培地を識別することを特徴とする請求項4または5に記載の培養物の観察方法。   The culture observation method according to claim 4 or 5, wherein the culture medium in the culture vessel is identified by detecting a circle from a differential image obtained by performing differential processing on the composite image. . 所定の環境条件で培養物を培養し、
内部に前記培養物が培養される培地を有した培養容器中から、請求項1から3のいずれか一項に記載の観察装置を用いて前記培地を識別することを特徴とする培養物の製造方法。
Culturing the culture under the specified environmental conditions,
The culture medium, wherein the culture medium is identified by using the observation apparatus according to any one of claims 1 to 3 from a culture container having a culture medium in which the culture is cultured. Method.
所定の環境条件で培養物を培養し、
内部に前記培養物が培養される培地を有した培養容器を複数の照明方向から照明し、
前記照明された前記培養容器を前記複数の照明方向についてそれぞれ撮像し、
前記撮像された前記複数の照明方向についての前記培養容器の画像を重ね合わせて前記培養容器の合成画像を生成し、
前記生成された前記合成画像から前記培養容器中における前記培地を識別することを特徴とする培養物の製造方法。
Culturing the culture under the specified environmental conditions,
Illuminating a culture vessel having a medium in which the culture is cultured from a plurality of illumination directions;
Imaging each of the illuminated culture vessels for each of the plurality of illumination directions;
Generating a composite image of the culture vessel by superimposing the images of the culture vessel for the plurality of captured illumination directions;
A method for producing a culture, wherein the medium in the culture vessel is identified from the generated composite image.
前記識別された培地に含まれる培養物を所定の選別基準に基づいて選別し、
前記選別された培養物を前記培養容器中から採取して保存することを特徴とする請求項7または8に記載の培養物の製造方法。
Selecting a culture contained in the identified medium based on a predetermined selection criterion;
The method for producing a culture according to claim 7 or 8, wherein the selected culture is collected from the culture vessel and stored.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017142118A (en) * 2016-02-09 2017-08-17 株式会社イシダ Optical inspection device

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