JP2015039344A - 観察画像判定装置および方法並びにプログラム - Google Patents

観察画像判定装置および方法並びにプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像に基づいて、観察領域内に幹細胞以外の異種の生物が含まれているか否かを判定する観察画像判定装置および方法並びにプログラムにおいて、試料などを添加することなく、菌などの異種の生物の混入を早期に発見する。【解決手段】培養対象である幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得する観察画像取得部３０と、観察領域内に幹細胞とは異種の生物が含まれているか否かを判定する判定部３１とを備え、判定部３１が、観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像に基づいて、観察領域内に幹細胞以外の異種の生物が含まれているか否かを判定する観察画像判定装置および方法並びにプログラムに関するものである。
ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞などの幹細胞は、種々の組織の細胞に分化する能力を備えたものであり、再生医療、薬の開発、病気の解明などにおいて応用が可能なものとして注目されている。
幹細胞は、細胞培養装置内に設置された培養容器内の培地に播種され、培地上において増殖し、隣接する幹細胞コロニー同士が結合を繰り返すことによって成長する。
そして、この幹細胞の成長過程においては、幹細胞から目的の組織の細胞に分化させる際の分化効率を向上させるため、未分化状態を保持させたまま増殖させることが求められる。
特開２００４−２２９６１９号公報
ここで、幹細胞の成長過程においては、上述したように未分化状態を保持させたまま増殖させる必要性があるだけでなく、幹細胞が菌などによって汚染されないように管理する必要がある。菌などの汚染された幹細胞は、当然ながら使用することができず、破棄するしかない。
一般的な細胞培養の場合、菌の混入のリスクを回避するために、ペニシリンなどの抗生物質を培地に混合添加するが、幹細胞の培養においては、抗生物質が幹細胞の成長に影響を及ぼすため混合添加することができない。
また、菌が混入した後、ある程度の培養期間が経過すると菌がカビ状になるため、非熟練者でも菌の混入を確認することができるが、そこまで菌が増殖した場合、１つの培養容器だけでなく、細胞培養装置内に収容されているその他の培養容器にも汚染する可能性が高くなるため、菌が混入している培養容器は、早期に発見して除去する必要がある。
特許文献１には、培地に対して試料を添加し、その試料に基づく蛍光強度を閾値判定することによって菌などの微生物の存在を判定する方法が提案されている。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、菌の種類に応じた試料を添加する必要があり、試料を添加する手間が必要となるとともに、コストアップにもなる。
本発明は、上記の問題に鑑み、試料などを添加することなく、菌などの異種の生物の混入を早期に発見することができる観察画像判定装置および方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
本発明の観察画像判定装置は、培養対象である幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得する観察画像取得部と、観察領域内に幹細胞とは異種の生物が含まれているか否かを判定する判定部とを備え、判定部が、観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するものであることを特徴とする。
また、上記本発明の観察画像判定装置においては、判定部を、観察対象の大きさ、形状および周波数特性のうちの少なくとも１つを形態情報として取得するものとできる。
また、判定部を、予め設定された大きさに関する閾値以下の大きさの観察対象が存在する場合に、観察領域内に異種の生物が含まれていると判定するものとできる。
また、判定部を、観察対象の形状と予め設定された異種の生物の形状とをパターンマッチングすることによって、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するものとできる。
また、判定部を、観察対象の周波数特性と予め設定された異種の生物の周波数特性とを比較することによって、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するものとできる。
また、判定部を、観察対象の動き量および観察対象の増殖速度のうちの少なくとも１つを経時変化情報として取得するものとできる。
また、判定部を、観察対象の動き量が予め設定された動き量に関する閾値以上である場合に、観察領域内に異種の生物が含まれていると判定するものとできる。
また、判定部を、観察対象の増殖速度が予め設定された増殖速度に関する閾値以上である場合に、観察領域内に異種の生物が含まれていると判定するものとできる。
また、観察画像を撮影する撮影部を設け、その撮影部を、異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像を撮影する際の第１の撮影間隔と、幹細胞を観察するために用いられる観察画像を撮影する際の第２の撮影間隔とを切り替え可能なものとし、第１の撮影間隔を第２の撮影間隔よりも短く設定するものとできる。
また、判定部を、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を撮影部に出力するものとし、撮影部を、終了信号に応じて自動的に第１の撮影間隔から第２の撮影間隔に切り替えるものとできる。
また、撮影部を、異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像を撮影する際の第１の倍率と、幹細胞を観察するために用いられる観察画像を撮影する際の第２の倍率とを切り替え可能なものとし、第１の倍率を第２の倍率よりも高倍率に設定するものとできる。
また、判定部を、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を撮影部に出力するものとし、撮影部を、終了信号に応じて自動的に第１の倍率から第２の倍率に切り替えるものとできる。
また、撮影部を、異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像を撮影する際の第１の露光時間と、幹細胞を観察するために用いられる観察画像を撮影する際の第２の露光時間とを切り替え可能なものとし、第１の露光時間を第２の露光時間よりも長く設定するものとできる。
また、判定部を、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を撮影部に出力するものとし、撮影部を、終了信号に応じて自動的に第１の露光時間から第２の露光時間に切り替えるものとできる。
また、観察画像を撮影する撮影部を設け、撮影部を、異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像を撮影する際の第１の露光量と、幹細胞を観察するために用いられる観察画像を撮影する際の第２の露光量とを切り替え可能なものとし、第２の露光量を第１の露光量よりも大きく設定するものとできる。
また、判定部を、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を撮影部に出力するものとし、撮影部を、終了信号に応じて自動的に第１の露光量から第２の露光量に切り替えるものとできる。
本発明の観察画像判定方法は、培養対象である幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得し、観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定することを特徴とする。
本発明の観察画像判定プログラムは、コンピュータを、培養対象である幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得する観察画像取得部と、観察領域内に幹細胞とは異種の生物が含まれているか否かを判定する判定部として機能させる観察画像判定プログラムであって、判定部が、観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するものであることを特徴とする。
本発明の観察画像判定装置および方法並びにプログラムによれば、幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得し、その取得した観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するようにしたので、試料などを添加することなく、菌などの異種の生物の混入を早期に発見することができる。
本発明の観察画像判定装置の一実施形態を用いた幹細胞培養観察システムの概略構成を示すブロック図 図１に示す幹細胞培養観察システムの作用を説明するためのフローチャート 観察領域内に幹細胞の他に菌が含まれている観察画像の一例を示す図 観察領域内に幹細胞の他に菌が含まれている観察画像の一例を示す図 観察領域内に幹細胞の他に菌が含まれていない観察画像の一例を示す図 観察領域内に幹細胞の他に菌が含まれていない観察画像の一例を示す図
以下、本発明の観察画像判定装置および方法並びにプログラムの一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、幹細胞を撮影した観察画像内に異種の生物が含まれているか否かの判定方法などに特徴を有するものであるが、まず、その観察画像判定装置を備えた幹細胞培養観察システムの全体構成について説明する。図１は、幹細胞培養観察システムの概略構成を示すブロック図である。
幹細胞培養観察システムは、図１に示すように、幹細胞培養装置１、撮影装置２と、異種生物判定装置３と、ディスプレイ４と、入力装置５とを備えている。なお、本実施形態においては、撮影装置２および異種生物判定装置３が、観察画像判定装置に相当するものである。
幹細胞培養装置１は、幹細胞の培養を行うための装置である。幹細胞培養装置１内には、培養対象の幹細胞を培地に播種した培養容器が複数収容されている。そして、幹細胞培養装置１は、ステージ１０と搬送部１１と制御部１２とを備えている。
ステージ１０は、撮影装置２による撮影対象の培養容器が設置されるものである。また、搬送部１１は、幹細胞培養装置１内の所定位置に収容されている複数の培養容器の中から撮影対象の培養容器を選択し、その選択した培養容器をステージ１０まで搬送するものでる。また、制御部１２は、幹細胞培養装置１全体を制御するものであり、上述したステージ１０や搬送部１１の動作以外に、幹細胞培養装置１内の温度、湿度およびＣＯ２濃度などの環境条件を制御するものである。なお、温度、湿度およびＣＯ２濃度を調整するための構成については、公知な構成を用いることができる。
撮影装置２は、ステージ１０に設置された培養容器内における幹細胞を含む観察領域の観察画像を撮影するものである。撮影装置２は、観察画像を結像して取得するための光学系２０と、光学系２０によって結像された観察画像を光電変換して画像信号として出力する撮像素子２１と、光学系２０および撮像素子２１とを制御する制御部２２とを備えている。
光学系２０としては、たとえば位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡を用いることができる。また、撮像素子２１としては、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（charge-coupled device）センサなどを用いることができる。
制御部２２は、撮影装置２全体を制御するものであるが、特に、本実施形態においては観察画像の撮影間隔や、光学系２０の倍率や照明光の露光量、露光時間を制御するものである。
具体的には、本実施形態においては、異種生物判定装置３によって、観察画像に基づいて観察領域内に幹細胞の他に異種の生物が含まれているか否かの判定が行われ、異種の生物が含まれていないと判定された場合に、観察画像内における幹細胞の詳細な観察が行われるが、制御部２２は、上述したように異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像を撮影する際の第１の撮影間隔と、幹細胞を詳細に観察するために用いられる観察画像を撮影する際の第２の撮影間隔とを切り替えるものである。そして、制御部２２は、第１の撮影間隔を第２の撮影間隔よりも短く設定するものである。第１の撮影間隔としては、たとえば１ｆｐｓ〜１００ｆｐｓが設定され、第２の撮影間隔としては、たとえば１時間毎〜１日毎または２日毎が設定される。
このように第１の撮影間隔を相対的に短く設定することによって、たとえば後述する観察画像内における観察対象の動き量を取得する際に、菌などの異種の生物の早い動きを適切に確認することができる。また、幹細胞の観察用の観察画像については、撮影間隔が長いので、たとえば１時間毎〜１日毎または２日毎の撮影の際に、複数回の露光を行って複数枚の観察画像を加算することができ、これによりＳ/Ｎの高い観察画像を取得することができる。なお、この複数回の露光によって、実質的に露光時間を複数回の露光分として相対的に長くしたことになる。露光回数の切り替えについては、制御部２２が撮像素子２１を制御することによって行われる。
なお、ここでは、第１の撮影間隔と第２の撮影間隔の変更に応じて露光回数（露光時間）も変更する場合について説明したが、必ずしも露光回数（露光時間）を変更しなくてもよく、撮影間隔だけを切り替えて露光回数（露光時間）は一定としてもよい。
また、撮影間隔の切り替えについては、制御部２２が、異種生物判定装置３において異種生物が含まれているか否かの判定が終了したことを示す終了信号を受信し、その終了信号に基づいて撮影間隔を自動的に切り替えるようにしてもよいし、ユーザが、上記判定が終了した際に入力装置５を用いて撮影間隔の切り替えを指示入力し、制御部２２が、その指示入力信号に基づいて撮影間隔を切り替えるようにしてもよい。
また、制御部２２は、異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像を撮影する際の第１の倍率と、幹細胞を詳細に観察するために用いられる観察画像を撮影する際の第２の倍率とを切り替えるものである。そして、制御部２２は、第１の倍率を第２の倍率よりも高倍率に設定するものである。第１の倍率としては、たとえば１０倍〜４０倍のいずれかの倍率が設定され、第２の倍率としては、たとえば４倍〜２０倍のいずれかの倍率が設定される。
このように第１の倍率を相対的に高く設定することによって、大きさが０．数μｍ〜数μｍである微細な菌などの異種生物を適切に検出することができる。なお、上述したように第１の倍率を相対的に高くすることによって観察領域が相対的に狭くなることになるが、菌などの異種生物は、培養容器内に均一に分布しているため、培養容器内の一部を観察するだけで、異種生物の存在を確認することができる。一方、第２の倍率を相対的に低くすることによって観察領域を相対的に広くすることができるので、幹細胞のコロニー全体を観察することができ、幹細胞の未分化・分化を適切に判定することができる。
また、倍率の切り替えについても、制御部２２が、異種生物判定装置３において異種生物が含まれているか否かの判定が終了したことを示す終了信号を受信し、その終了信号に基づいて倍率を自動的に切り替えるようにしてもよいし、ユーザが、上記判定が終了した際に入力装置５を用いて倍率の切り替えを指示入力し、制御部２２が、その指示入力信号に基づいて倍率を切り替えるようにしてもよい。
さらに、制御部２２が、異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像を撮影する際の第１の露光量と、幹細胞を詳細に観察するために用いられる観察画像を撮影する際の第２の露光量とを切り替えるようにしてもよい。この場合、制御部２２は、第２の露光量よりも第１の露光量の方が大きくなるように設定するものである。
上述したように異種生物判定用の観察画像を撮影する際の第１の倍率を幹細胞観察用の観察画像を撮影する際の第２の倍率よりも高くした場合、異種生物判定用の観察画像は光学的に暗くなってしまう。そこで、上述したように異種生物判定用の観察画像を撮影する際の第１の露光量を相対的に大きくすることが望ましい。
一方、幹細胞観察用の観察画像は相対的に低い第２の倍率で撮影され、光学的に明るいので露光量は相対的に小さい第２の露光量で済むことになる。また、上述したように幹細胞観察用の観察画像は、たとえば複数回の露光を行うことができるので、これにより観察画像のＳ／Ｎを向上させることができる。
露光量の切り替えについては、光学系２０に設けられた照明光の光源の光量を切り替えるようにしてもよいし、絞りを切り替えるようにしてもよいし、減光フィルタを用いるようにしてもよいし、メカニカルなシャッターの時間を切り替えるようにしてもよい。
また、露光量の切り替えについても、制御部２２が、異種生物判定装置３において異種生物が含まれているか否かの判定が終了したことを示す終了信号を受信し、その終了信号に基づいて露光量を自動的に切り替えるようにしてもよいし、ユーザが、上記判定が終了した際に入力装置５を用いて露光量の切り替えを指示入力し、制御部２２が、その指示入力信号に基づいて露光量を切り替えるようにしてもよい。
異種生物判定装置３は、コンピュータに対して本発明の観察画像判定プログラムの一実施形態がインストールされたものである。
異種生物判定装置３は、中央処理装置、半導体メモリおよびハードディスクなどを備えており、ハードディスクに観察画像判定プログラムの一実施形態がインストールされている。そして、このプログラムが中央処理装置を有する制御部３３によって実行されることによって、図１に示すような観察画像取得部３０、判定部３１および表示制御部３２が動作する。
観察画像取得部３０は、撮影装置２から出力された観察画像を取得して記憶するものである。また、観察画像取得部３０は、取得した観察画像を判定部３１と表示制御部３２に出力するものである。
判定部３１は、入力された観察画像に基づいて、観察領域内に幹細胞とは異種の生物が含まれているか否かを判定するものである。異種の生物としては、たとえば細菌などといった幹細胞の培養に悪影響を与える生物がある。
判定部３１は、具体的には、入力された観察画像から観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つを取得し、その取得した形態状態や経時変換情報に基づいて観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するものである。
観察対象の形態情報としては、観察対象の大きさ、形状および周波数特性などがある。判定部３１は、これらのうちの少なくとも１つを取得し、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するものである。
観察対象の大きさを取得した場合、たとえば幹細胞のコロニーの大きさは０．数ｍｍ〜数ｍｍのオーダーであるのに対し、菌などの異種生物の大きさは０．数μｍ〜数μｍであり、幹細胞のコロニーの大きさと菌の大きさとはオーダー単位で異なるため、観察対象の大きさを識別することによって菌などの異種生物を判別することができる。
具体的には、判定部３１は、予め設定された大きさに関する閾値と観察画像内に含まれる観察対象の大きさとを比較し、大きさに関する閾値以下の観察対象が所定の閾値以上存在する場合に、観察領域内に異種生物が含まれていると判定することができる。なお、本実施形態においては、観察対象の大きさとして、観察対象における最長の長さを取得するものとするが、これに限らず、観察対象の平均長を取得するようにしてもよい。
また、観察対象の形状を取得した場合、上述したように幹細胞のコロニーと菌とはオーダー単位で大きさが異なるため、観察対象の形状を識別することによって菌などの異種生物を判別することができる。
具体的には、判定部３１は、たとえばエッジ検出などを行うことによって観察画像内に含まれる観察対象の形状を取得し、予め設定された菌の形状と観察対象の形状とをパターンマッチングし、菌の形状に近似する形状を有する観察対象が所定の閾値以上存在する場合に、観察領域内に異種生物が含まれていると判定することができる。
また、観察対象の周波数特性を取得した場合、上述したように幹細胞のコロニーと菌とはオーダー単位で大きさが異なり、また、幹細胞の細胞核も１０μｍ〜数１０μｍであって菌とはオーダー単位で大きさが異なるため、これらの空間周波数特性を観察画像から取得し、その取得された空間周波数特性を識別することによって菌などの異種生物を判別することができる。
具体的には、判定部３１は、観察画像に対してフーリエ変換処理などを施すことによって観察画像内に含まれる観察対象の空間周波数特性を取得し、その空間周波数特性の中に菌の画像成分を表すスペクトルが存在する場合に、観察領域内に異種生物が含まれていると判定することができる。なお、空間周波数特性としては、幹細胞のコロニー、幹細胞の細胞核および菌のうち菌の画像成分を表すスペクトルが最も高い空間周波数成分となるため、その空間周波数成分のスペクトルを検出することによって、観察領域内に菌が含まれているか否かを判定することができる。また、観察画像の空間周波数特性を取得する際、エッジ検出などの処理を行うようにしてもよい。
また、観察対象の経時変化情報としては、観察対象の動き量および増殖速度などがある。判定部３１は、これらのうちの少なくとも１つを取得し、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するものである。
観察対象の動き量を取得した場合、たとえば幹細胞のコロニーは、数時間から数日のオーダーで培地上を移動するのに対し、菌などの異種生物は、ブラウン運動の近い数ｍｓのオーダーで培地上を移動するものであり、幹細胞のコロニーの動き量と菌の動き量とはオーダー単位で異なるため、観察対象の動き量を識別することによって菌などの異種生物を判別することができる。
具体的には、判定部３１は、複数のフレームの観察画像に基づいて、観察画像間における観察対象の動き量を取得し、各観察対象の動き量と予め設定された動き量に関する閾値とを比較し、動き量に関する閾値以上の観察対象が観察画像内に存在する場合に、観察領域内に異種生物が含まれていると判定することができる。
また、観察対象の増殖速度を取得した場合、たとえば幹細胞は、１日〜２日で増殖するのに対し、菌などの異種生物は、数１０分で増殖するものであり、幹細胞と菌の増殖速度はオーダー単位で異なるため、観察対象の増殖速度を識別することによって菌などの異種生物を判別することができる。
具体的には、判定部３１は、複数のフレームの観察画像を取得するとともに、各観察画像における黒点などといった所定の閾値以上の濃度のパターンを検出し、その検出したパターンの数をカウントする。幹細胞の細胞核や菌などの異種生物が上記パターンとして検出されるため、判定部３１は、観察画像間における上記パターンのカウント数の差を取得し、そのカウント数の差と観察画像の撮影間隔とに基づいて増殖速度を算出し、その算出した増殖速度と予め設定された増殖速度に関する閾値とを比較し、カウント数の差が増殖速度に関する閾値以上である場合に、観察領域内に異種生物が含まれていると判定することができる。なお、上記説明では、増殖速度を算出するようにしたが、増殖速度を算出することなく、カウント数の差を閾値判定するようにしてもよい。
そして、判定部３１は、上述したような観察領域内に異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際には、その判定結果を表示制御部３２に出力するものである。
また、判定部３１は、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際には、その終了信号を撮影装置２に出力するものである。撮影装置２は、上述したように判定部３１から出力された終了信号を受信した場合に、撮影間隔や倍率や露光回数（露光時間）や露光量を切り替える。
表示制御部３２は、観察画像取得部３０から出力された観察画像を取得し、これをディスプレイ４に表示させるものである。また、表示制御部３２は、判定部３１から出力された判定結果を取得し、その判定結果をディスプレイ４に表示させるものである。
また、表示制御部３２が、ディスプレイ４に判定結果を表示する際、その判定に用いた種々のパラメータも表示させるようにしてもよい。具体的には、たとえば、判定部３１が、観察対象の形態情報を取得する場合には、大きさに関する閾値以下の観察対象の大きさや数、パターンマッチングした際に検出された菌の形状に近似する形状を有する観察対象の数、観察画像の空間周波数特性などをディスプレイ４に表示させるようにしてもよい。
また、判定部３１が、観察対象の経時変化情報を取得する場合には、動き量に関する閾値以上の観察対象の動き量や、各観察画像における黒点などのパターンの数や、観察画像間の上記パターンのカウント数の差や、そのカウント数の差に基づいて算出された増殖速度などをディスプレイ４に表示させるようにしてもよい。
入力装置５は、マウスやキーボードなどを備えたものであり、ユーザによる操作入力を受け付けるものである。特に、本実施形態においては、入力装置５は、観察画像を撮影する際の撮影間隔や光学系２０の倍率や１度の撮影の露光回数（露光時間）や露光量の切り替えの指示入力を受付可能なものである。
次に、上述した幹細胞培養観察システムの作用について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
まず、幹細胞培養装置１において、搬送部１１によって、収容されている複数の培養容器の中から撮影対象の培養容器が選択され、その選択された培養容器がステージ１０に設置される（Ｓ１０）。
そして、ステージ１０上に設置された培養容器内の観察画像の撮影の前に、撮影装置２の制御部２２は、撮像素子２１の撮影間隔を上述した第１の撮影間隔に設定するとともに、光学系２０の倍率を上述した第１の倍率に設定する（Ｓ１２）。また、このとき１度の撮影の露光回数（露光時間）や露光量も設定される。
次いで、撮影装置２において、培養容器内の培地上に幹細胞以外の異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる観察画像の撮影が行われる（Ｓ１４）。
撮影装置２によって撮影された観察画像は異種生物判定装置３に出力され、異種生物判定装置３の観察画像取得部３０によって取得される（Ｓ１６）。
観察画像取得部３０によって取得された観察画像は表示制御部３２に出力され、表示制御部３２によってディスプレイ４に観察画像が表示される（Ｓ１８）。図３は、観察領域内に幹細胞の他に菌が含まれている観察画像の一例を示すものである。なお、図３に示す観察画像は、第１の倍率で撮影されたものであるが、比較のため第１の倍率よりも低い倍率である第２の倍率で撮影された観察画像を図４に示す。図３の観察画像における幹細胞の周囲に存在する黒い粒々の点が菌を表す画像である。また、図５は、観察領域内に幹細胞の他に菌が含まれていない観察画像の一例を示すものである。なお、図４に示す観察画像も第１の倍率で撮影されたものである。
また、観察画像取得部３０によって取得された観察画像は、判定部３１にも出力される。そして、判定部３１は、上述したように、観察画像から観察領域内の形態情報または経時変化情報を取得し、これらの情報に基づいて、観察領域内に幹細胞以外の異種生物が含まれているか否かの判定を行う（Ｓ２０）。
そして、判定部３１における上記判定が終了した場合には（Ｓ２２，ＹＥＳ）、その判定結果が表示制御部３２に出力され、表示制御部３２は、判定結果をディスプレイ４に表示させる（Ｓ２４）。
判定部３１における判定結果が、観察領域内に異種生物が含まれているという判定結果である場合には（Ｓ２６，ＮＯ）、判定部３１は、撮影終了を示す信号を撮影装置２の制御部２２に対して出力し、制御部２２は、入力された信号に応じて撮影を終了する（Ｓ２８）。
一方、判定部３１における判定結果が、観察領域内に異種生物が含まれているという判定結果である場合には（Ｓ２６，ＹＥＳ）、判定部３１は、判定処理が終了したことを示す終了信号を撮影装置２の制御部２２に出力し、制御部２２は、入力された終了信号に応じて、撮像素子２１の撮影間隔を第１の撮影間隔から第２の撮影間隔に切り替えて設定するとともに、光学系２０の倍率を第１の倍率から第２の倍率に切り替えて設定する（Ｓ３０）。また、このとき露光回数（露光時間）や露光量も切り替えられる。
次いで、撮影装置２において、幹細胞を詳細に観察するために用いられる観察画像の撮影が行われる（Ｓ３２）。
撮影装置２によって撮影された観察画像は異種生物判定装置３に出力され、異種生物判定装置３の観察画像取得部３０によって取得される（Ｓ３４）。そして、観察画像取得部３０によって取得された観察画像は表示制御部３２に出力され、表示制御部３２によってディスプレイ４に幹細胞観察用の観察画像が表示される（Ｓ３６）。図６は、観察領域内に異種生物が含まれていない、第２の倍率で撮影された観察画像の一例を示すものである。
次いで、ディスプレイ４に表示された観察画像に基づいて、幹細胞の分化・未分化の判定が行われる（Ｓ３８）。幹細胞の分化・未分化の判定については、ユーザが観察画像を観察することによって行うようにしてもよいし、観察画像を用いて自動的に判定するようにしてもよい。観察画像を用いて自動判定する方法については、たとえば、幹細胞のコロニーの形状に基づく判定など種々の公知な方法を用いることができる。
上記実施形態の幹細胞培養観察システムによれば、幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得し、その取得した観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、観察領域内に異種の生物が含まれているか否かを判定するようにしたので、試料などを添加することなく、菌などの異種の生物の混入を早期に発見することができる。
１ 幹細胞培養装置
２ 撮影装置
３ 異種生物判定装置
４ ディスプレイ
５ 入力装置
１０ ステージ
１１ 搬送部
１２ 制御部
２０ 光学系
２１ 撮像素子
２２ 制御部
３０ 観察画像取得部
３１ 判定部
３２ 表示制御部
３３ 制御部

Claims (18)

  1. 培養対象である幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得する観察画像取得部と、
    前記観察領域内に前記幹細胞とは異種の生物が含まれているか否かを判定する判定部とを備え、
    前記判定部が、前記観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれているか否かを判定するものであることを特徴とする観察画像判定装置。
  2. 前記判定部が、前記観察対象の大きさ、形状および周波数特性のうちの少なくとも１つを前記形態情報として取得するものである請求項１記載の観察画像判定装置。
  3. 前記判定部が、予め設定された大きさに関する閾値以下の大きさの前記観察対象が存在する場合に、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれていると判定するものである請求項２記載の観察画像判定装置。
  4. 前記判定部が、前記観察対象の形状と予め設定された前記異種の生物の形状とをパターンマッチングすることによって、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれているか否かを判定するものである請求項２記載の観察画像判定装置。
  5. 前記判定部が、前記観察対象の周波数特性と予め設定された前記異種の生物の周波数特性とを比較することによって、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれているか否かを判定するものである請求項２記載の観察画像判定装置。
  6. 前記判定部が、前記観察対象の動き量および前記観察対象の増殖速度のうちの少なくとも１つを前記経時変化情報として取得するものである請求項１から５いずれか１項記載の観察画像判定装置。
  7. 前記判定部が、前記観察対象の動き量が予め設定された動き量に関する閾値以上である場合に、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれていると判定するものである請求項６記載の観察画像判定装置。
  8. 前記判定部が、前記観察対象の増殖速度が予め設定された増殖速度に関する閾値以上である場合に、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれていると判定するものである請求項６記載の観察画像判定装置。
  9. 前記観察画像を撮影する撮影部を備え、
    該撮影部が、前記異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第１の撮影間隔と、前記幹細胞を観察するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第２の撮影間隔とを切り替え可能なものであり、
    前記第１の撮影間隔を前記第２の撮影間隔よりも短く設定するものである請求項１から８いずれか１項記載の観察画像判定装置。
  10. 前記判定部が、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を前記撮影部に出力するものであり、
    前記撮影部が、前記終了信号に応じて自動的に前記第１の撮影間隔から前記第２の撮影間隔に切り替えるものである請求項９記載の観察画像判定装置。
  11. 前記観察画像を撮影する撮影部を備え、
    該撮影部が、前記異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第１の倍率と、前記幹細胞を観察するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第２の倍率とを切り替え可能なものであり、
    前記第１の倍率を前記第２の倍率よりも高倍率に設定するものである請求項１から１０いずれか１項記載の観察画像判定装置。
  12. 前記判定部が、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を前記撮影部に出力するものであり、
    前記撮影部が、前記終了信号に応じて自動的に前記第１の倍率から前記第２の倍率に切り替えるものである請求項１１記載の観察画像判定装置。
  13. 前記観察画像を撮影する撮影部を備え、
    該撮影部が、前記異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第１の露光時間と、前記幹細胞を観察するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第２の露光時間とを切り替え可能なものであり、
    前記第１の露光時間を前記第２の露光時間よりも長く設定するものである請求項１から１２いずれか１項記載の観察画像判定装置。
  14. 前記判定部が、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を前記撮影部に出力するものであり、
    前記撮影部が、前記終了信号に応じて自動的に前記第１の露光時間から前記第２の露光時間に切り替えるものである請求項１３記載の観察画像判定装置。
  15. 前記観察画像を撮影する撮影部を備え、
    該撮影部が、前記異種の生物が含まれているか否かを判定するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第１の露光量と、前記幹細胞を観察するために用いられる前記観察画像を撮影する際の第２の露光量とを切り替え可能なものであり、
    前記第２の露光量を前記第１の露光量よりも大きく設定するものである請求項１から１４いずれか１項記載の観察画像判定装置。
  16. 前記判定部が、異種生物が含まれているか否かの判定が終了した際に終了信号を前記撮影部に出力するものであり、
    前記撮影部が、前記終了信号に応じて自動的に前記第１の露光量から前記第２の露光量に切り替えるものである請求項１５記載の観察画像判定装置。
  17. 培養対象である幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得し、前記観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれているか否かを判定することを特徴とする観察画像判定方法。
  18. コンピュータを、培養対象である幹細胞を含む観察領域を撮影した観察画像を取得する観察画像取得部と、前記観察領域内に前記幹細胞とは異種の生物が含まれているか否かを判定する判定部として機能させる観察画像判定プログラムであって、
    前記判定部が、前記観察画像から取得された観察対象の形態情報および経時変化情報の少なくとも１つに基づいて、前記観察領域内に前記異種の生物が含まれているか否かを判定するものであることを特徴とする観察画像判定プログラム。
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