JP2017023055A - 細胞管理システム、プログラム、及び、細胞管理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対象細胞に課されたイベントの前後の各タイミングにおいて、遊走速度、細胞数又は細胞サイズなどの対象細胞群の細胞挙動指標を算出し、対象細胞群の動きの活発さを示す活動度又は対象細胞群の増殖能力を示す増殖度の増減など任意のタイミングにおける対象細胞群の細胞挙動指標の変位を検出することによってその比較を行うとともに、当該比較結果に基づいて、任意のタイミングにおける対象細胞群の状態を把握する構成を有している細胞品質評価システム。
【選択図】図5
Description
まず、図1を用いて本実施形態における細胞品質評価システム1の構成及び概要について説明する。なお、図1は、本実施形態における細胞品質評価システム1の構成を示すシステム構成図である。
(1)第1のタイミングにおいて対象画像データを時系列に沿って複数取得するとともに、当該第1のタイミングと異なる第2のタイミングにおいて画像データを時系列に沿って複数取得し、
(2)タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象細胞画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出し、
(3)タイミング毎に、検出した各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出し、
(4)算出した各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行し、
(5)所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する、
各処理(以下、「細胞状態判定処理」という。)を実行するようになっている。
(1)骨格筋芽細胞の細胞群、
(2)繊維芽細胞の細胞群、
(3)角膜上皮細胞、角膜実質細胞及び角膜内皮細胞の角膜における細胞群
(4)心筋細胞、血管内皮細胞及び繊維芽細胞の心筋細における胞群
(5)表皮角化細胞及び繊維芽細胞の皮膚における細胞群
(6)網膜色素上皮細胞、繊維芽細胞及び血管内皮細胞の網膜における細胞群
(7)粘膜上皮細胞、表皮角化細胞及び繊維芽細胞の粘膜における細胞群
などが含まれる。
次に、図2〜図4を用いて本実施形態の画像処理装置30の構成について説明する。なお、図2は、本実施形態の画像処理装置30のブロックを示すブロック図であり、図3は、本実施形態の画像データ記録部302に記録される対象細胞群の対象画像に関する各種のデータの一例である。また、図4は、本実施形態のトラッキングデータ記録部304に記録される各細胞の挙動に関するデータの一例である。
(1)タイミングを識別するためのID(以下、「タイミングID」という。)、
(2)各ディッシュ固有のID(以下、「ディッシュID」という。)、
(3)撮像時刻、
(4)フレームID、
(5)撮像データ本体、
(6)細胞種、
(7)撮像場所、
(8)撮像装置10によって対象細胞群が撮像された際の撮像条件、及び、
(9)対象細胞群が培養されている際の培養条件
の各情報が記録されている。
(1)タイミングID
(2)ディッシュID
(3)フレームID
(4)対象細胞群を構成する細胞のID(以下、「細胞ID」という。)、
(5)画像上の座標位置(x,y)の値(具体的には、重心の位置)
(6)当該対象細胞群の親の細胞群の細胞ID
(7)ディッシュ上の形成情報
(8)細胞の状態(すなわち、細胞状態)
が記録されている。
(1)ディッシュID、
(2)ディッシュにおいて培養される細胞の種別
(3)ディッシュの撮像条件
(4)ディッシュにおいて細胞が培養される際の培養条件
(5)ディッシュに載置されている細胞における親の細胞群の細胞ID
が含まれる。
(1)通信制御部310を介して、第1のタイミングにおいて対象画像データを時系列に沿って複数取得するとともに、当該第1のタイミングと異なる第2のタイミングにおいて画像データを時系列に沿って複数取得する画像データ取得処理、
(2)タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象細胞画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出する挙動検出処理、
(3)タイミング毎に、検出した各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する細胞挙動指標算出処理、
(4)算出した各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行する比較処理、
(5)通信制御部310を介して、所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する通知処理、
の各処理を実行する。
次に、図5及び図6を用いて本実施形態の画像処理装置30におけるデータ処理部320の詳細について説明する。なお、図5は、本実施形態のデータ処理部320において実行される細胞状態判定処理を説明するための図であり、図6は、本実施形態における各タイミングの対象細胞群における遊走速度分布関数について説明するための図である。
まず、データ処理部320におけるデータ管理部321について説明する。
次に、データ処理部320における挙動検出処理部322について説明する。
(1)各対象画像に含まれる個々の細胞の画像上の位置を特定し、時系列における各細胞の位置及び撮像間隔に基づいて、対象画像毎の各細胞の遊走速度を検出する処理、及び
(2)各対象画像の各細胞の位置に基づいて各細胞の細胞移動、細胞分裂及び細胞死の各状態を検出する処理
を実行する。
(a)細胞Aが移動して細胞Bになったこと(移動仮説1)、
(b)細胞Aが移動して細胞Cになったこと(移動仮説2)、
(c)細胞Aが分裂して細胞Bになったこと(分裂仮説1)、
(d)細胞Aが分裂して細胞Cになったこと(分裂仮説2)、
(e)細胞Aが細胞Bとして細胞死したこと(細胞死仮説1)、及び、
(f)細胞Aが細胞Cとして細胞死したこと(細胞死仮説2)
の各仮説を検討し、仮説における連続する2フレーム間の細胞間の距離や形の類似度から尤度を算出する。
次に、データ処理部320における指標算出処理部323について説明する。
(1)対象細胞群の各細胞における遊走速度の分布(以下、「遊走速度分布」という。)、
(2)対象細胞群における細胞数が2倍になるまでの倍加時間、
(3)対象細胞群における細胞の生存率(以下、「細胞生存率」という。)、及び、
(4)対象細胞群における細胞サイズや形状の分布の
1以上の指標を算出する。
指標算出処理部323は、遊走速度分布としては、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部304に記録された各フレームにおける各細胞の座標位置と直前のフレームにおける同一の細胞における座標位置とに基づいて移動距離を算出しつつ、当該算出した移動距離とフレームレート(すなわち、対象画像の時間差)に基づいて、各細胞におけるそれぞれの遊走速度を算出する。
指標算出処理部323は、対象細胞群における細胞数に基づく倍加時間としては、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部304に記録された各フレームにおける対象細胞群の細胞数を集計し、例えば、各タイミングの最初のフレームや当該最初のフレームから数フレーム後のフレームなど予め定められた任意のフレームから当該細胞数が2倍になるまでの時間を細胞数に基づく倍加時間として算出する。
指標算出処理部323は、対象細胞群における細胞生存率としては、タイミング毎に、トラッキングデータ記録部304に記録された各フレームにおける対象細胞群の細胞数及び細胞死数を集計し、これらの値に基づいて各タイミングにおける細胞生存率を算出する。
次に、データ処理部320における比較判定処理部324について説明する。
比較判定処理部324は、対象細胞群の細胞挙動指標として各タイミングにおいて算出された遊走速度の正規分布又は対数正規分布の分布関数を比較し、その同一性(すなわち、活性度や増殖性における同一性)を判定するための演算を実行する。
比較判定処理部324は、対象細胞群の細胞挙動指標として各タイミングにおいて算出された細胞の倍加時間を比較し、その同一性を判定するための演算を実行する。
比較判定処理部324は、対象細胞群の細胞挙動指標として各タイミングにおいて算出された細胞の生存率を比較し、その同一性を判定するための演算を実行する。
次に、データ処理部320における通知処理部325について説明する。
次に、図7を用いて本実施形態の細胞品質評価システム1の画像処理装置30において実行される細胞状態判定処理の動作について説明する。なお、図7は、本実施形態の細胞品質評価システム1の画像処理装置30において実行される細胞状態判定処理の動作を示すフローチャートである。
[5.1]変形例1
上記実施形態においては、撮像装置10及び画像処理装置30が同室や同一敷地内で設置又は使用されてもよいし、それぞれが国外などの遠隔地に設置され、又は、遠隔地にて使用されて上述の各処理が実行されてもよい。
上記実施形態においては、撮像装置10と画像処理装置30によって細胞品質評価システムを実現しているが、スキャナや撮像機能を備えた画像データ生成部を設け、スタンドアロン型によって実現してもよい。この場合には、例えば、画像データ生成部が本発明の取得手段を構成する。
上記実施形態においては、対象細胞群の各細胞における挙動検出、当該対象細胞群の細胞挙動指標及び細胞状態判定処理の実行するタイミングは、特に限定されていない。各タイミングにおける各フレームの対象画像がデータ記録部300に記録されていれば、システム管理者又は作業者が希望する任意のタイミングに実行することができる。
上記実施形態においては、フレーム毎のタイムラプス画像を対象画像として用いているが、各対象細胞群の以下のような複数の細胞の形状における特徴を示す形状情報を用いてもよい。この場合には、N個の特徴の情報からN次元の分布同士における距離を上述のKL法で解析すればよい。
(1)各細胞の長径及び短径
(2)真円度
(3)輝度のヒストグラム
(4)細胞の曲率半径をベクトル表示化するなどの形状表現情報(Fourier descriptors)
などを用いる。
10 … 撮像装置
20 … ネットワーク
30 … 画像処理装置
300 … データ記録部
301 … アプリケーション記録部
302 … 画像データ記録部
303 … 参照データ記録部
304 … トラッキングデータ記録部
305 … 作業管理記録部
306 … ROM/RAM
310 … 通信制御部
320 … データ処理部
321 … データ管理部
322 … 挙動検出処理部
323 … 指標算出処理部
324 … 比較判定処理部
325 … 通知処理部
340 … 表示部
350 … 表示制御部
370 … 操作部
380 … 管理制御部
Claims (12)
- 第1のタイミングにて、評価対象としての複数の細胞から構成される細胞群である対象細胞群が撮像されることによって画像化された対象画像のデータを対象画像データとして時系列に沿って複数取得するとともに、当該第1のタイミングと異なる第2のタイミングにて前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の画像データを時系列に沿って複数取得する取得手段と、
前記タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された前記対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出する検出手段と、
前記タイミング毎に、前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する算出手段と、
前記算出された各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行する比較手段と、
前記所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する通知手段と、
を備えることを特徴とする、細胞管理システム。 - 請求項1に記載の細胞品質管理システムにおいて、
前記算出手段が、
前記対象細胞群の活性度及び増殖性の少なくともいずれかを規定する前記細胞挙動指標を算出する、細胞管理システム。 - 請求項2に記載の細胞管理システムにおいて、
前記算出手段が、
前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、前記対象細胞群の細胞数、当該対象細胞群としての遊走速度、及び、当該対象細胞群としての細胞サイズの少なくともいずれか1の前記細胞挙動指標を算出する、細胞管理システム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記検出手段が、
前記タイミング毎に、前記各細胞の挙動として、前記細胞の移動、分裂、細胞死及びサイズ変化の少なくともいずれか1を含む前記画像上の軌跡を検出する、細胞管理システム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記第2のタイミングが、前記第1のタイミングの後のタイミングであって前記対象細胞群に課されたイベント後のタイミングである、細胞管理システム。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記比較手段における所定の演算によって算出された算出結果に基づいて、前記第1のタイミングと前記第2のタイミングとにおける前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の品質の同一性を判定する判定手段を更に備え、
前記通知手段が、
前記判定手段における判定結果を前記所与の情報として通知する、細胞管理システム。 - 請求項6に記載の細胞管理システムにおいて、
前記通知手段が
前記判定手段における判定結果が前記同一性を有していないと判定した場合には、予め定められた警告を行う、細胞管理システム。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記対象細胞群の細胞種毎に、前記各タイミングの細胞挙動指標を比較するための比較条件を示す比較条件情報が記録されている第1記録手段を更に備え、
前記取得手段が、
前記対象細胞群の種別を示す種別情報を取得し、
前記比較手段が、
前記取得された種別情報によって示される細胞種に該当する比較条件情報を前記第1記録手段から取得し、当該取得した比較条件情報に基づいて前記所定の演算を実行する、細胞管理システム。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記取得手段が、
前記第1のタイミングにて画像化された対象細胞群と前記第2のタイミングにて画像化された対象細胞群における培養条件及び画像化する際の撮像条件の少なくともいずれか一方を示す条件情報を取得し、
前記算出手段が、
前記取得された条件情報に基づいて、前記各タイミングにおける細胞挙動指標を算出する、細胞管理システム。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の細胞管理システムにおいて、
前記第1のタイミングにて画像化された対象細胞群と前記第2のタイミングにて画像化された対象細胞群を画像化する際の撮像条件を示す条件情報が記録されている第2記録手段と、
前記第2記録手段に記録されている条件情報に基づいて前記対象細胞群を撮像して前記画像データを生成する撮像記録装置を制御する制御手段と、
を更に備える、細胞管理システム。 - コンピュータを、
第1のタイミングにて、評価対象としての複数の細胞から構成される細胞群である対象細胞群が撮像されることによって画像化された対象画像のデータを対象画像データとして時系列に沿って複数取得するとともに、当該第1のタイミングと異なる第2のタイミングにて前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の画像データを時系列に沿って複数取得する取得手段、
前記タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された前記対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出する検出手段、
前記タイミング毎に、前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出する算出手段、
前記算出された各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行する比較手段、及び、
前記所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する通知手段、
として機能させることを特徴とする、プログラム。 - 第1のタイミングにて、評価対象としての複数の細胞から構成される細胞群である対象細胞群が撮像されることによって画像化された対象画像のデータを対象画像データとして時系列に沿って複数取得するとともに、当該第1のタイミングと異なる第2のタイミングにて前記対象細胞群又は当該対象細胞群から派生した対象細胞群の画像データを時系列に沿って複数取得し、
前記タイミング毎に、各タイミングにおける複数の対象画像データについて所定の画像解析を実行することによって画像化された前記対象細胞群に属する複数の細胞をそれぞれ特定し、当該特定した各細胞を時系列に解析することによって当該各細胞の挙動を検出し、
前記タイミング毎に、前記検出された各対象細胞群の各細胞の挙動に基づいて、各タイミングの前記対象細胞群における細胞の挙動指標を示す細胞挙動指標を算出し、
前記算出された各タイミングの対象細胞群における細胞挙動指標を比較するための所定の演算を実行し、
前記所定の演算によって算出された算出結果、及び、当該算出結果に基づく所与の情報の少なくともいずれか一方を通知する、ことを特徴とする細胞管理方法。
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