JP2019037194A - 培養監視システム、制御方法、及び、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画像取得装置の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制する。【解決手段】培養監視システム１は、画像取得装置２０と制御装置４０を備えている。画像取得装置２０は、インキュベータ１０内に配置されていて、インキュベータ１０内で培養されている生体試料の画像を取得する。制御装置４０は、画像取得装置２０を制御する。制御装置４０は、インキュベータ１０の設定温度に対する生体試料の温度の状況を推定する推定部４８と、少なくとも推定部４８で推定された状況に応じて、画像取得装置２０の動作を制限する装置制御部４９と、を備える。【選択図】図１

Description

本明細書の開示は、培養監視システム、制御方法、及び、プログラムに関する。

従来から、所定の培養環境を維持するため、細胞などの生体試料の培養はインキュベータ内で行われている。培養中は生体試料の生育状態が定期的にモンタリングされるが、その際、生体試料をインキュベータから取り出すと、生体試料の温度が低下してしまい、生体試料の生育に悪影響を及ぼす虞がある。このため、培養中の生体試料を、インキュベータから取り出すことなくモニタリングする遠隔モニタリングシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６０６３９６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるようにインキュベータ内に画像取得装置を設けると、画像取得装置で発生した熱が培養容器を介して生体試料に伝わってしまい、生体試料の温度がインキュベータの設定温度以上に上昇する虞がある。

生体試料の温度が上昇すると、予定した培養環境とは異なる温度環境で生体試料が培養されてしまう。また、温度が過度に上昇すると、生体試料が熱によってダメージを受けてしまう。

以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、画像取得装置の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制する技術を提供することである。

本発明の一態様に係る培養監視システムは、インキュベータ内に配置され、前記インキュベータ内で培養されている生体試料の画像を取得する画像取得装置と、前記画像取得装置を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記インキュベータの設定温度に対する前記生体試料の温度の状況を推定する推定部と、少なくとも前記推定部で推定された状況に応じて、前記画像取得装置の動作を制限する装置制御部と、を備える。

本発明の一態様に係る制御方法は、インキュベータ内に配置された画像取得装置の制御方法であり、前記インキュベータの設定温度に対する生体試料の温度の状況を推定し、少なくとも前記状況に応じて、前記インキュベータ内で培養されている前記生体試料の画像を取得する前記画像取得装置の動作を制限する。

本発明の一態様に係るプログラムは、インキュベータ内に配置され、前記インキュベータ内で培養されている生体試料の画像を取得する画像取得装置を制御する制御装置に、前記インキュベータの設定温度に対する前記生体試料の温度の状況を推定し、少なくとも前記状況に応じて、前記画像取得装置の動作を制限する処理を実行させる。

上記の態様によれば、画像取得装置の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制することができる。

培養監視システム１の構成を例示した図である。 画像取得装置２０の筐体内部の構成を例示した図である。 画像取得装置２０による画像取得方法を説明するための図である。 画像取得装置２０が画像取得時に行うフォーカス動作について説明するための図である。 制御装置４０のハードウェア構成を例示したブロック図である。 制御装置４０の機能構成を例示したブロック図である。 第１実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。 制御装置４０と画像取得装置２０の間のデータのやり取りを例示したシーケンス図である。 第１実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。 第１実施形態に係る画像取得装置２０の状態変化を例示した図である。 停止状態の間に表示される画面を例示した図である。 第１実施形態に係る画像取得装置２０の状態変化の別の例を示した図である。 第２実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。 第２実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。 第３実施形態に係る準備処理を例示したフローチャートである。 第３実施形態に係る画像取得装置２０の状態変化を例示した図である。 重み係数表を例示した図である。 第４実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。 第４実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。 第５実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。 第５実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。

以下、図面を参照して開示の技術の実施形態について説明する。
まず、図１を参照しながら培養監視システム１について説明する。図１は、培養監視システム１の構成を例示した図である。

培養監視システム１は、インキュベータ１０内で培養されている生体試料を監視するシステムである。生体試料は、例えば、接着細胞などの培養細胞であり、フラスコＣに収容されている。インキュベータ１０は、生体試料を培養する培養環境（例えば、温度、湿度など）を維持又は制御する装置である。なお、生体試料を収容する培養容器は、フラスコＣに限らず、例えば、マルチウェルプレート、ディッシュなどであってもよい。

培養監視システム１は、インキュベータ１０内で培養されている生体試料の画像を取得する画像取得装置２０と、画像取得装置２０を制御する制御装置４０と、を備えている。画像取得装置２０は、インキュベータ１０内に配置されている。

画像取得装置２０と制御装置４０は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルなどの有線ケーブルで接続されている。但し、画像取得装置２０と制御装置４０は、相互にデータをやり取りできるように構成されていればよく、有線に限らず無線により通信可能に接続されてもよい。

培養監視システム１は、さらに、表示装置の一例である液晶ディスプレイ５０と、入力装置の一例であるキーボード６０を備えてもよい。なお、培養監視システム１は、液晶ディスプレイ５０の代わりに、表示装置として、有機ＥＬ（OLED）ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどを備えてもよい。また、培養監視システム１は、キーボード６０の代わりに又は加えて、入力装置として、マウス、ジョイスティック、タッチパネルなどを備えてもよい。

培養監視システム１の利用者は、ノート型コンピュータ７０、タブレット型コンピュータ８０、スマートフォンなどのクライアント端末を用いて、培養監視システム１の制御装置４０へ無線又は有線の少なくとも一方を通じてアクセスしてもよい。その場合、クライアント端末は、液晶ディスプレイ５０及びキーボード６０の代わりに、表示装置及び入力装置として動作する。

画像取得装置２０は、透明な平板である天板２１を有する筐体を備えている。フラスコＣは、天板２１上に配置されている。天板２１は、例えば、ガラス板である。但し、天板２１の材質は、光学的に透明なものであればガラスに限らない。また、天板２１には、種々の表面処理が施されてもよく、例えば、反射防止膜が形成されていてもよい。

画像取得装置２０は、筐体内に、イメージセンサ２２と、イメージセンサ２２の周囲に配置された複数の光源２３と、温度センサ２４を備えている。イメージセンサ２２は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサなどである。光源２３は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源である。温度センサ２４は、画像取得装置２０の温度を測定するセンサである。

次に、図２から図４を参照しながら、画像取得装置２０についてさらに詳細に説明する。図２は、画像取得装置２０の筐体内部の構成を例示した図であり、天板２１を取り外した状態における画像取得装置２０の平面図である。画像取得装置２０は、筐体内に、画像を取得する撮像ユニット２５と、撮像ユニット２５を筐体内で移動させる移動機構３０と、温度センサ２４を備えている。移動機構３０は、天板２１に沿った方向に二次元に撮像ユニット２５を移動させる機構である。

撮像ユニット２５は、移動機構３０を構成するスライダ３１上に設けられていて、上述したイメージセンサ２２及び光源２３に加えて、生体試料からの光を結像するレンズ２６と、レンズ２６をレンズ２６の光軸方向に移動する準焦装置２７と、を含んでいる。

移動機構３０は、天板２１に沿ったある一方向（以降、Ｘ方向と記す）に撮像ユニット２５を直線移動させる機構として、スライダ３１と、ガイドレール３２と、ボールネジ３３と、モータ３４を備えている。スライダ３１は、ガイドレール３２に沿って摺動するように構成されている。

モータ３４は、制御装置４０の命令に従って回転する。モータ３４の回転によりボールネジ３３が回転し、その結果、ボールネジ３３に組み合わせたナットに固定されたスライダ３１がガイドレール３２に沿って移動する。これにより、撮像ユニット２５もガイドレール３２に沿ってＸ方向へ移動する。

移動機構３０は、さらに、天板２１に沿った方向であってＸ方向と直交する方向（以降、Ｙ方向と記す）に撮像ユニット２５を直線移動させる機構として、スライダ３５ａ及びスライダ３５ｂ、ガイドレール３６ａ及びガイドレール３６ｂ、ボールネジ３７、モータ３８を備えている。スライダ３５ａは、ガイドレール３６ａに沿って摺動するように構成されている。また、スライダ３５ｂは、ガイドレール３６ｂに沿って摺動するように構成されている。なお、ガイドレール３６ａ及びガイドレール３６ｂは、互いに平行であり、ガイドレール３２と直交する方向に向けられている。

モータ３８は、制御装置４０の命令に従って回転する。モータ３８の回転によりボールネジ３７が回転し、その結果、ボールネジ３７に組み合わせたナットに固定されたガイドレール３２が移動する。ガイドレール３２は、スライダ３５ａ及びスライダ３５ｂに固定されている。このため、ガイドレール３２とともにスライダ３５ａ及びスライダ３５ｂがガイドレール３６ａ及びガイドレール３６ｂに沿って移動する。これにより、撮像ユニット２５もガイドレール３６ａ及びガイドレール３６ｂに沿ってＹ方向へ移動する。

画像取得装置２０は、制御装置４０からの命令に従って移動機構３０の動力源であるモータ３４及びモータ３８を回転させることで、スライダ３１上に設けられた撮像ユニット２５を筐体内の任意の位置へ移動させることができる。このため、生体試料（若しくはモニタリング対象の領域）が画像取得装置２０の視野よりも大きい場合であっても、異なる複数の画像取得ポイントで生体試料の画像を取得することで、生体試料全体をモニタリングすることができる。ここで、画像取得ポイントとは、画像取得装置２０が画像を取得するときの撮像ユニット２５の位置のことである。

図３は、画像取得装置２０による画像取得方法を説明するための図である。画像取得装置２０は、撮像ユニット２５の移動後に、制御装置４０の命令に従って生体試料の画像を取得する。

より詳細には、まず、制御装置４０の命令に従って、イメージセンサ２２の周囲に配置された複数の光源２３の少なくとも１つが発光する。発光する光源２３は、画像取得ポイントに応じて決定されてもよい。少なくとも１つの光源２３から放射された光は、天板２１を介してフラスコＣに入射する。そして、フラスコＣの上面で反射し、培養液ＣＬに浸されている生体試料Ｓを上方から照明する。その後、生体試料Ｓを透過した光は、天板２１を介してレンズ２６へ入射し、レンズ２６の作用によりイメージセンサ２２に結像する。これにより、イメージセンサ２２で画像信号が生成される。

画像取得装置２０は、制御装置４０からの命令に従って撮像ユニット２５を制御することで、生体試料の画像を取得することができる。また、画像取得装置２０では、生体試料を斜めから照明した光がイメージセンサ２２に入射する。このため、偏射照明と同様の効果が得られるため、生体試料が透明であっても高いコントラストを有する画像を得ることができる。

図４は、画像取得装置２０が画像取得時に行うフォーカス動作について説明するための図である。画像取得装置２０は、撮像ユニット２５の移動後であって画像取得前に、制御装置４０の命令に従ってオートフォーカス（以降、ＡＦと記す。）処理を実行する。

フラスコＣなどの培養容器は、プラスチック等で作られていることが多く、図４に示すように、一般に底面Ｃｂの厚さが均一ではない。このため、撮像ユニット２５が移動すると、底面Ｃｂに接着している生体試料Ｓからフォーカスがずれてしまうことがある。そこで、画像取得装置２０は、撮像ユニット２５の移動後にＡＦ処理を実行し、生体試料Ｓにフォーカスを合わせる。ＡＦ処理については特に限定しないが、例えば、コントラストＡＦであってもよく、像面位相差ＡＦであってもよい。

画像取得装置２０は、撮像ユニット２５の移動後に制御装置４０からの命令に従ってＡＦ処理を行うことで、培養容器の底面Ｃｂの厚さが均一ではない場合であっても、コントラストの高い画像を得ることができる。

次に、図５及び図６を参照しながら、制御装置４０についてさらに詳細に説明する。図５は、制御装置４０のハードウェア構成を例示したブロック図である。制御装置４０は、例えば、標準的なコンピュータである。制御装置４０は、図５に示すように、プロセッサ４１、メモリ４２、ストレージ４３、インタフェース装置４４、及び、可搬記憶媒体４６が挿入される可搬記憶媒体駆動装置４５を備え、これらがバス４７によって相互に接続されている。

プロセッサ４１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであり、プログラムを実行してプログラムされた処理を行う。メモリ４２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）であり、プログラムの実行の際に、ストレージ４３または可搬記憶媒体４６に記憶されているプログラムまたはデータを一時的に記憶する。

ストレージ４３は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリであり、主に各種データやプログラムの記憶に用いられる。インタフェース装置４４は、例えば、ネットワークカードなどであり、制御装置４０以外の装置（例えば、画像取得装置２０、液晶ディスプレイ５０、キーボード６０、ノート型コンピュータ７０、タブレット型コンピュータ８０など）と信号をやり取りする回路である。

可搬記憶媒体駆動装置４５は、光ディスクやコンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記憶媒体４６を収容するものである。可搬記憶媒体４６は、ストレージ４３を補助する役割を有する。ストレージ４３及び可搬記憶媒体４６は、それぞれプログラムを記憶した非一過性のコンピュータ読取可能記憶媒体の一例である。

図５に示す構成は、制御装置４０のハードウェア構成の一例であり、制御装置４０はこの構成に限定されるものではない。制御装置４０は、汎用装置ではなく専用装置であってもよい。制御装置４０は、プログラムを実行するプロセッサの代わりに又は加えて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの電気回路を備えてもよく、それらの電気回路により、後述する処理の全部または一部が行われてもよい。

図６は、制御装置４０の機能構成を例示したブロック図である。制御装置４０は、インキュベータ１０の設定温度に対する生体試料の温度の状況（以降、温度状況と記す。）を推定する推定部４８と、少なくとも推定部４８で推定された状況に応じて、画像取得装置２０の動作を制限する装置制御部４９と、を備えている。

推定部４８は、例えば、生体試料の温度が設定温度よりもある一定の温度差以上高い状況（以降、高温状況と記す）にあるか、それ以外の状況（以降、非高温状況と記す。）にあるかを推定する。ある一定の温度差（以降、第１の温度差）は、予め決められた温度差であり、例えば１℃である。

なお、第１の温度差は、種々の観点から決定され得る。培養環境として許容できる温度幅に基づいて決定されてもよく、生体試料の熱に対する耐性に基づいて決定されてもよい。さらに、温度変化に起因する画質の劣化が危惧される場合には、許容できる画質の劣化の程度に基づいて決定されてもよい。例えば、フラスコＣ内外の温度差が大きくなりすぎると、フラスコＣが曇ってしまうことがある。曇ったフラスコＣを介して生体試料の画像を取得すると、画像のコントラストが低下してしまうため、取得した画像に基づく種々の測定・解析の精度も低下してしまう。このため、培養容器が曇らない程度の温度差を第１の温度差に決定してもよい。

装置制御部４９は、少なくとも推定部４８が推定した状況に応じて、画像取得装置２０を、生体試料の画像を取得可能な稼動状態からその稼動状態よりも電力消費量の小さい停止状態へ移行させる。停止状態は、画像取得装置２０が制御装置４０からの命令を待っているアイドル状態よりも電力消費量が小さい状態である。停止状態では、画像取得装置２０は、通信機能を停止することが望ましい。

具体的には、装置制御部４９は、例えば、少なくとも推定部４８が推定した状況に応じて、停止時間を指定した停止命令を画像取得装置２０へ送信する。より具体的には、装置制御部４９は、例えば、少なくとも推定部４８が温度状況を高温状況と推定したときに、停止時間を指定した停止命令を画像取得装置２０へ送信する。

停止時間は、設定温度よりも第１の温度差だけ高い温度から設定温度まで生体試料の温度が低下するのに十分な時間であればよい。停止時間は、例えば、１５分など予め決められた一定時間であってもよい。また、停止時間は、停止命令が出力されるまでの連続稼働時間に基づいて決定されても良く、例えば、連続稼働時間の３倍の時間であってもよい。

画像取得装置２０は、停止命令を受信すると稼動状態から停止状態へ移行し、停止命令で指定された停止時間の経過後に停止状態から稼動状態へ移行する。なお、停止状態から稼動状態への移行は、画像取得装置２０が自発的に行う。つまり、制御装置４０からの命令を受けて行うのではなく画像取得装置２０単独で行う。これにより、画像取得装置２０は、停止状態において、通信機能を停止することができるため、消費電力量をさらに抑えることができる。

以上のように構成された培養監視システム１によれば、制御装置４０が生体試料の温度状況を推定し、画像取得装置２０の動作を制限することができる。このため、画像取得装置２０の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制することができる。

また、インキュベータ１０内に冷却装置を設けて生体試料を適宜急冷する場合と比較すると、培養監視システム１では、生体試料の温度の過度な上昇を防止することができる。このため、生体試料のダメージを回避することができる、予定した培養環境とは大きく異なる条件で生体試料が培養されることを防止することができる、といった効果がある。さらに、培養監視システム１は、画像取得装置２０の動作を制限することで生体試料の温度を徐々に低下させることができる。このため、生体試料及び培養容器（フラスコＣ）に急激な温度変化が生じないため、大幅な画質の劣化を招く結露の発生を防止することができる。

以下、培養監視システム１を用いた実施形態について具体的に説明する。なお、各実施形態における培養監視システム１の構成は、上述したとおりである。
［第１の実施形態］
図７は、本実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。なお、図７に示すモニタリング処理は、制御装置４０が行う処理であり、インキュベータ１０内に配置された画像取得装置２０の制御方法を示している。図８は、制御装置４０と画像取得装置２０の間のデータのやり取りを例示したシーケンス図である。図９は、本実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。図１０は、本実施形態に係る画像取得装置２０の状態変化を例示した図である。図１１は、停止状態の間に表示される画面を例示した図である。

以下、図７から図１１を参照しながら、タイムラプス撮影を行うことで生体試料を監視するモニタリング処理を例に、培養監視システム１の第１の実施形態について説明する。

なお、本実施形態では、推定部４８は、制御装置４０による画像取得装置２０の制御履歴に基づいて、温度状況を推定する。より具体的には、画像取得枚数に基づいて、温度状況を推定する。

図８に示すように、キーボード６０等を用いて制御装置４０へモニタリング開始命令が入力されると、制御装置４０が図７に示すモニタリング処理を開始する。

モニタリング処理が開始されると、制御装置４０は、まず、モニタリング条件を取得する（ステップＳ１）。ここでは、制御装置４０は、例えば、予めストレージ４３に記録されているモニタリング条件を読み出してメモリ４２に格納する。

モニタリング条件は、例えば、１つ以上の画像取得ポイント（単に点ともいう）Ｐの位置情報、停止命令で指定する停止時間、画像取得枚数についての閾値Ｎ、タイムラプス撮影の撮影間隔及び撮影回数などである。なお、閾値Ｎは、Ｎ枚を越えて連続して画像取得装置２０が画像を取得すると画像取得装置２０の発熱に起因して生体試料の温度状況が高温状況に変化する、という基準で予め決定されている。

モニタリング条件を取得すると、制御装置４０は、画像取得命令を画像取得装置２０へ出力する（ステップＳ２）。ここでは、制御装置４０は、図８に示すように、画像取得ポイントＰの位置情報を含む画像取得命令を画像取得装置２０へ出力する。なお、画像取得命令は、画像取得ポイントＰへの移動命令、オートフォーカス命令、撮像命令など複数の命令を含んでも良い。

画像取得命令を受信した画像取得装置２０は、図９に示すように、指定された画像取得ポイントＰへ撮像ユニット２５を移動させ、オートフォーカス処理を行い、画像を取得する。その後、画像取得装置２０は、図８に示すように、取得した画像の画像データを制御装置４０へ出力する。

画像取得装置２０から画像データを受信した制御装置４０は、画像取得枚数ｉを計数する（ステップＳ３）。ここでは、推定部４８である制御装置４０は、制御履歴に基づいて画像取得装置２０が取得した生体試料の画像取得枚数ｉを計数する。画像取得枚数ｉは、連続して取得した画像の枚数のことである。

その後、制御装置４０は、画像取得枚数ｉが閾値Ｎを越えているか否かを判定する（ステップＳ４）。上述した閾値Ｎの決定基準を考慮すると、画像取得枚数ｉが閾値Ｎを越えているときには、温度状況は高温状況であり、画像取得枚数ｉが閾値Ｎ以下のときには、温度状況は非高温状況である、と想定される。このため、この処理は、計数した画像取得枚数に基づいて温度状況を推定する処理である。

画像取得枚数ｉが閾値Ｎを越えていないと判定すると、制御装置４０は、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、制御装置４０は、取得済みでないと判定した場合には、ステップＳ２からステップＳ６の処理を繰り返す。これにより、図９に示すように、複数の撮影ポイントで生体試料の画像が順次取得される。

画像取得枚数ｉが閾値Ｎを越えていると判定すると、制御装置４０は、停止命令を画像取得装置２０へ出力して停止時間待機する（ステップＳ５）。そして、その後、ステップＳ６の処理を行う。

なお、停止命令を受信した画像取得装置２０は、図８に示すように、稼動状態から停止状態へ移行し、電力消費量を抑える。そして、停止命令で指定された停止時間の経過後に停止状態から稼動状態へ復帰する。

制御装置４０は、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みであると判定すると、モニタリングを終了するか否かを判定する（ステップＳ７）。ここでは、制御装置４０は、ステップＳ１で取得した撮影回数だけタイムラプス撮影が行われていない場合には、次のタイムラプス撮影の撮影開始時刻になるまで待機して（ステップＳ８）、その後、ステップＳ２からステップＳ８の処理を繰り返す。一方、撮影回数だけタイムラプス撮影が行われた場合には、図７のモニタリング処理を終了する。

本実施形態では、画像取得装置２０は、図１０に示すように、定期的に行うタイムラプス撮影（１バッチ）の期間中に、Ｎ枚を超えて連続して画像を取得すると、稼動状態から停止状態へ移行して画像の取得を一定期間休止し、その後、稼動状態へ復帰して画像の取得を再開する。これにより、画像取得装置２０が過度に発熱することを防止することができる。従って、培養監視システム１によれば、画像取得装置２０の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制することができる。

なお、画像取得装置２０が停止状態にある間、培養監視システム１は、表示装置である液晶ディスプレイ５０に、例えば、図１１に示すように、稼動状態へ復帰するまでの残り時間を表示してもよい。残り時間を表示することで、利用者は、画像取得装置２０の状態を把握することが可能であり、突然停止した画像取得装置２０の故障を懸念する利用者の不安を解消することができる。

また、停止時間が一定である例を示したが、停止命令で指定する停止時間は、一定の時間に限らず、設定温度まで生体試料の温度が低下するのに十分な時間であればよい。例えば、図１０では、全ての画像取得ポイントで画像取得した後に画像取得装置２０がアイドル状態（命令待ち状態）に移行する例を示したが、図１２に示すように停止状態へ移行してもよい。この場合、制御装置４０は、次回のタイムラプス撮影（次バッチ）開始までの時間を停止時間として指定して画像取得装置２０へ停止命令を出力しても良い。

［第２の実施形態］
図１３は、本実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。図１４は、本実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。

以下、図１３及び図１４を参照しながら、タイムラプス撮影を行うことで生体試料を監視するモニタリング処理を例に、培養監視システム１の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、図１４に示すように、培養容器としてフラスコＣの代わりにマルチウェルプレートＣ１が用いられ、マルチウェルプレートＣ１に形成された複数のウェルＷの各々に生体試料が収容されている点が、第１の実施形態とは異なる。また、図７に示すモニタリング処理の代わりに図１３に示すモニタリング処理が行われる点も異なっている。

なお、本実施形態では、培養容器内の区画された複数の領域（ウェルＷ）に収容された複数の生体試料がモニタリング対象であり、装置制御部４９は、少なくとも温度状況と複数の領域の各々に設定された画像取得ポイント数とに応じて、画像取得装置２０の動作を制限する。

キーボード６０等を用いて制御装置４０へモニタリング開始命令が入力されると、制御装置４０が図１３に示すモニタリング処理を開始する。

モニタリング処理が開始されると、制御装置４０は、まず、モニタリング条件を取得し（ステップＳ１１）、その後、画像取得命令を画像取得装置２０へ出力する（ステップＳ１２）。これらの処理は、図７のステップＳ１とステップＳ２と同様である。

次に、制御装置４０は、現在注目しているウェル内の全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定し（ステップＳ１３）、取得済みでなれば、ステップＳ１２からステップＳ１３を繰り返す。

ウェル内の全ての画像取得ポイントＰで画像を取得すると、制御装置４０は、画像取得枚数ｉを計数する（ステップＳ１４）。この処理は、図７のステップＳ３と同様である。即ち、制御装置４０が、制御履歴に基づいて画像取得装置２０が取得した生体試料の画像取得枚数ｉを計数する。

その後、制御装置４０は、ステップＳ１４で計数した画像取得枚数ｉに、次のウェル（つまり、次に画像を取得する生体試料が収容されたウェル）に設定された画像取得ポイント数Ｍを加えた値が閾値Ｎを越えているか否かを判定する（ステップＳ１５）。

画像取得枚数ｉ＋画像取得ポイント数Ｍが閾値Ｎを越えていないと判定すると、制御装置４０は、マルチウェルプレートＣ１内の全てのウェルで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ１７）。そして、制御装置４０は、取得済みでないと判定した場合には、次のウェルについて、ステップＳ１２からステップＳ１７の処理を繰り返す。

画像取得枚数ｉ＋画像取得ポイント数Ｍが閾値Ｎを越えていると判定すると、制御装置４０は、停止命令を画像取得装置２０へ出力して停止時間待機する（ステップＳ１６）。そして、その後、ステップＳ１７の処理を行う。

制御装置４０は、観察対象として指定された全てのウェルで画像を取得済みであると判定すると、モニタリングを終了するか否かを判定する（ステップＳ１８）。この処理は、図７のステップＳ７と同様である。

制御装置４０は、モニタリングを終了しないと判定した場合には、次のタイムラプス撮影の撮影開始時刻になるまで待機して（ステップＳ１９）、その後、モニタリングを終了すると判定されるまで、ステップＳ１２からステップＳ１９の処理を繰り返す。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、培養監視システム１は、画像取得装置２０の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、制御装置４０は、次のウェルＷに収容された生体試料の画像取得を開始する前に、次のウェルＷ内に設定された複数の画像取得ポイントＰで順次画像を取得している途中に画像取得枚数がＮ枚を超えるか否かを判定する。そして、越えると判定した場合には、次のウェルＷに収容された生体試料の画像取得を開始する前に、画像取得装置２０へ停止命令を出力する。このため、画像取得装置２０が、１つのウェルＷの全ての画像取得ポイントでの画像取得が完了する前に（１つのウェルについての画像取得の途中で）停止状態へ移行することを回避することができる。

［第３の実施形態］
図１５は、本実施形態に係る準備処理を例示したフローチャートである。図１６は、本実施形態に係る画像取得装置２０の状態変化を例示した図である。

以下、図１５及び図１６を参照しながら、モニタリング処理を開始する前に利用者が手動で画像取得装置２０を操作する準備処理を例に、培養監視システム１の第３の実施形態について説明する。準備処理は、例えば、画像の取得条件を調整したり、複数の画像取得ポイントを指定するために行われる。このとき、画像取得装置２０は利用者の任意の手動操作にしたがって画像取得のための各種動作をおこなう。

なお、本実施形態では、推定部４８は、準備処理が行われる準備期間中、制御履歴に基づいて、基準時刻から第２所定時間経過する前に画像取得装置２０の稼動時間を累積した累積稼動時間が第１所定時間に達したか否かを判定する。そして、その判定結果に基づいて、温度状況を推定する。

準備処理が開始されると、制御装置４０は、まず、開始時刻ｔｓを基準時刻として記憶する（ステップＳ２１）。その後、準備が終了したか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここでは、制御装置４０は、例えば、入力装置を用いて終了指示が入力された場合に準備が終了したと判定する。

準備が終了したと判定すると、制御装置４０は、停止命令を画像取得装置２０へ出力して停止時間だけ待機する（ステップＳ２９）、その後、準備処理は終了する。

準備が終了していないと判定すると、制御装置４０は、累積稼働時間ＣＴを更新する（ステップＳ２３）。ここでは、制御装置４０は、制御装置４０による画像取得装置２０の制御履歴に基づいて、累積稼働時間ＣＴを算出する。

なお、累積稼働時間とは、利用者の操作に従って画像取得装置２０が実際に稼動していた期間の合計時間である。換言すると、利用者の操作に従って画像取得装置２０が稼動状態にある期間の合計時間であり、アイドル状態にある期間の時間は累積稼働時間に含まれない。例えば、利用者が、手動でのフォーカス移動、ライブ画像の表示、撮像ユニット２５の移動、オートフォーカス、静止画取得、を順に指示した場合には、それぞれの指示によって画像取得装置２０が稼動した期間の合計時間である。

続いて、制御装置４０は、累積稼動時間ＣＴが第１所定時間に達したか否かを判定する（ステップＳ２４）。制御装置４０は、累積稼動時間ＣＴが第１所定時間に達していないと判定すると、ステップＳ２２からステップＳ２４までの処理を繰り返す。

なお、第１所定時間とは、予め決められた時間であり、例えば、１０分である。第１所定時間は、画像取得装置２０がその時間だけ稼動することで生体試料が設定温度よりも第１の温度差だけ高い温度に達することが想定される時間であればよい。例えば、モニタリング処理において上述した閾値Ｎと同じ枚数だけ画像を連続して取得するのに要する時間を予め測定し、その測定された時間を第１所定時間に決定してもよい。

制御装置４０は、累積稼動時間ＣＴが第１所定時間に達したと判定すると、開始時刻ｔｓからの経過時間ＥＴを算出する（ステップＳ２５）。経過時間ＥＴは、第１所定時間に達した時刻と開示時刻ｔｓの時間差である。

経過時間ＥＴが算出されると、制御装置４０は、経過時間ＥＴが第２所定時間未満か否かを判定する（ステップＳ２６）。なお、第２所定時間とは、第１所定時間に比べて大きな時間であり、例えば、４０分である。

制御装置４０は、経過時間ＥＴが第２所定時間未満であると判定すると、停止命令を画像取得装置２０へ出力して停止時間だけ待機する（ステップＳ２７）。そして、その後、開始時刻ｔｓと累積稼働時間ＣＴをリセットして（ステップＳ２８）、準備が終了したと判定されるまでステップＳ２２からステップＳ２８を繰り返す。

一方、制御装置４０は、経過時間ＥＴが第２所定時間未満でないと判定すると、停止命令を出力することなく、開始時刻ｔｓと累積稼働時間ＣＴをリセットする（ステップＳ２８）。これは、画像取得装置２０が合計で第１所定時間稼動したとしても、開始時刻から第２所定時間以上経過している場合には、生体試料の温度上昇はほとんど生じていないと想定されるからである。

開始時刻ｔｓと累積稼働時間ＣＴをリセットすると、制御装置４０は、準備が終了したと判定されるまでステップＳ２２からステップＳ２８を繰り返す。

本実施形態では、画像取得装置２０は、図１６に示すように、利用者の操作に従って断続的に稼動する準備期間中に、累積で一定時間（第１所定時間）以上稼動すると、稼動状態から停止状態へ移行する。これにより、画像取得装置２０が準備期間中に過度に発熱することを防止することができる。従って、本実施形態によっても、画像取得装置２０の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制することができる。

また、画像取得装置２０は、累積で一定時間以上稼動した場合であっても、その一定時間稼動するのに長時間かかった場合には、停止状態への移行を省略する。これにより、生体試料の温度が上昇していないにも関わらず画像取得装置２０が無駄に停止することを防止することができる。

なお、本実施形態では、推定部４８が、累積稼動時間が第１所定時間に達したか否かを判定する例を示したが、推定部４８は、累積稼働時間の代わりに、電力消費量に応じて重み付けして累積した稼働時間（以降、重み付き累積稼働時間と記す。）を算出してもよい。重み付き累積稼動時間は、例えば、図１７に示すような、画像取得装置２０で行われる処理毎の重み係数Ｗをリストした重み係数表を用いて算出してもよい。なお、図１７には、撮像ユニット２５の移動処理は画像取得装置２０で行われる他の処理に比べて電力消費量が小さく、その分重み係数Ｗも小さいケースが例示されている。

重み付き累積稼働時間が算出される場合には、推定部４８は、制御履歴に基づいて、基準時刻から第２所定時間経過する前に画像取得装置２０の稼動時間を電力消費量に応じて重み付けして累積した重み付き累積稼動時間が第１所定時間に達したか否かを判定し、第１所定時間に達したか否かについての判定結果に基づいて、温度状況を推定してもよい。これにより、停止状態への移行の要否をより高い精度で判定することができるため、生体試料の温度上昇と画像取得装置２０の無駄な停止を防止することができる。

［第４の実施形態］
図１８は、本第実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。図１９は、本実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。

以下、図１８及び図１９を参照しながら、タイムラプス撮影を行うことで生体試料を監視するモニタリング処理を例に、培養監視システム１の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、図７に示すモニタリング処理の代わりに図１８に示すモニタリング処理が行われる点と、図１９に示すように、フラスコＣ内に指標細胞がコンフルエント状態で存在している領域Ｒが既知である点が、第１実施形態とは異なっている。ここで、指標細胞とは、温度に応じて密度が変化する細胞である。

なお、本実施形態では、推定部４８は、画像取得装置２０が取得した画像に基づいて、温度状況を推定する。具体的には、推定部４８は、画像取得装置２０が取得した生体試料の画像に基づいて温度状況を推定する。さらに、具体的には、推定部４８は、生体試料のうちの指標細胞がコンフルエント状態で存在している領域Ｒの画像に基づいて温度状況を推定する。

キーボード６０等を用いて制御装置４０へモニタリング開始命令が入力されると、制御装置４０が図１８に示すモニタリング処理を開始する。

モニタリング処理が開始されると、制御装置４０は、まず、モニタリング条件を取得し（ステップＳ３１）、その後、画像取得命令を画像取得装置２０へ出力する（ステップＳ３２）。これらの処理は、図７のステップＳ１とステップＳ２と同様である。

次に、制御装置４０は、取得した画像内に指標細胞が含まれているか否かを判定する（ステップＳ３３）。ここでは、画像取得ポイントが図１９に示す領域Ｒ内か否かによって判断してもよい。

指標細胞が含まれていると判定すると、制御装置４０は、取得した画像を解析し（ステップＳ３４）、解析結果から得られる指標細胞の密度が所定密度未満か否かを判定する（ステップＳ３５）。

所定密度未満の場合には、生体試料の温度が過度に上昇していると想定されるため、制御装置４０は、停止命令を画像取得装置２０へ出力して停止時間だけ待機する（ステップＳ３６）。その後、制御装置４０は、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ３７）。

所定密度未満でない場合には、制御装置４０は、停止命令を出力することなく、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ３７）。また、ステップＳ３３で指標細胞が含まれていないと判定した場合にも、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ３７）。なお、ステップＳ３７以降の処理は、図７のステップＳ６からステップＳ８と同様である。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、培養監視システム１は、画像取得装置２０の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制することができる。

［第５の実施形態］
図２０は、本実施形態に係るモニタリング処理を例示したフローチャートである。図２１は、本実施形態に係る画像取得ポイントを例示した図である。

以下、図２０及び図２１を参照しながら、タイムラプス撮影を行うことで生体試料を監視するモニタリング処理を例に、培養監視システム１の第５の実施形態について説明する。本実施形態は、図７に示すモニタリング処理の代わりに図２０に示すモニタリング処理が行われる点が、第１実施形態とは異なっている。また、図２１に示すように画像取得装置２０が温度に応じて色が変化する部材であるサーモラベルＬを備えていて、生体試料の画像に加えてサーモラベルＬの画像を取得する点も、第１実施形態とは異なっている。ここで、サーモラベルＬは、サーモラベルＬの色と温度域の関係が既知なものである。

なお、本実施形態では、推定部４８は、画像取得装置２０が取得した画像に基づいて、温度状況を推定する。具体的には、推定部４８は、画像取得装置２０が取得したサーモラベルＬの画像に基づいて温度状況を推定する。

キーボード６０等を用いて制御装置４０へモニタリング開始命令が入力されると、制御装置４０が図２０に示すモニタリング処理を開始する。

モニタリング処理が開始されると、制御装置４０は、まず、モニタリング条件を取得し（ステップＳ４１）、その後、画像取得命令を画像取得装置２０へ出力する（ステップＳ４２）。これらの処理は、図７のステップＳ１とステップＳ２と同様である。

次に、制御装置４０は、取得した画像内にサーモラベルＬが含まれているか否かを判定する（ステップＳ４３）。ここでは、画像取得ポイントが図２１に示すラベルＬの位置か否かによって判断してもよい。

サーモラベルＬが含まれていると判定すると、制御装置４０は、取得した画像を解析し（ステップＳ４４）、解析結果から得られるサーモラベルＬの色から温度域を特定する。その後、特定した温度域が所定温度を超えているか否かを判定する（ステップＳ４５）。

所定温度を超えている場合には、生体試料の温度が過度に上昇していると想定されるため、制御装置４０は、停止命令を画像取得装置２０へ出力して停止時間だけ待機する（ステップＳ４６）。その後、制御装置４０は、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ４７）。

所定温度を超えていない場合には、制御装置４０は、停止命令を出力することなく、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ４７）。また、ステップＳ４３でサーモラベルＬが含まれていないと判定した場合にも、全ての画像取得ポイントＰで画像を取得済みか否かを判定する（ステップＳ４７）。なお、ステップＳ４７以降の処理は、図７のステップＳ６からステップＳ８と同様である。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、培養監視システム１は、画像取得装置２０の発熱に起因する生体試料の温度上昇を抑制することができる。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。培養監視システム、制御方法、及び、プログラムは、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。

上述した実施形態では、推定部４８は、画像取得装置２０の制御履歴や画像取得装置２０が取得した画像に基づいて温度状況を推定する例を示したが、画像取得装置２０が有する温度センサ２４が測定した温度に基づいて、生体試料の温度状況を推定してもよい。

上述した実施形態では、停止状態及びアイドル状態における撮像ユニット２５の位置について特に記載していないが、画像取得装置２０は、停止状態及びアイドル状態の間（つまり、撮像開始直前まで）、撮像ユニット２５を培養容器から離れた位置で待機させてもよい。これは、熱源である撮像ユニット２５を培養容器から離れた位置に置くことで培養容器での結露の発生を抑制することができるからである。なお、培養容器から離れた位置は特に限定しないが、例えば、撮像ユニット２５が移動可能な範囲の端部、例えば、右上の隅などである。

１・・・培養監視システム、１０・・・インキュベータ、２０・・・画像取得装置、２１・・・天板、２２・・・イメージセンサ、２３・・・光源、２４・・・温度センサ、２５・・・撮像ユニット、２６・・・レンズ、２７・・・準焦装置、３０・・・移動機構、３１、３５ａ、３５ｂ・・・スライダ、３２、３６ａ、３６ｂ・・・ガイドレール、３３、３７・・・ボールネジ、３４、３８・・・モータ、４０・・・制御装置、４１・・・プロセッサ、４２・・・メモリ、４３・・・ストレージ、４４・・・インタフェース装置、４５・・・可搬記憶媒体駆動装置、４６・・・可搬記憶媒体、４７・・・バス、４８・・・推定部、４９・・・装置制御部、５０・・・液晶ディスプレイ、６０・・・キーボード、７０・・・ノート型コンピュータ、８０・・・タブレット型コンピュータ、Ｃ・・・フラスコ、Ｃ１・・・マルチウェルプレート、Ｃｂ・・・底面、ＣＬ・・・培養液、Ｌ・・・サーモラベル、Ｐ・・・画像取得ポイント、Ｒ・・・領域、Ｓ・・・生体試料、Ｗ・・・ウェル

Claims (14)

1. インキュベータ内に配置され、前記インキュベータ内で培養されている生体試料の画像を取得する画像取得装置と、
   前記画像取得装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記インキュベータの設定温度に対する前記生体試料の温度の状況を推定する推定部と、
   少なくとも前記推定部で推定された状況に応じて、前記画像取得装置の動作を制限する装置制御部と、を備える
   ことを特徴とする培養監視システム。
2. 請求項１に記載の培養監視システムにおいて、
   前記装置制御部は、少なくとも前記状況に応じて、前記画像取得装置を、画像を取得可能な稼動状態から前記稼動状態よりも電力消費量の小さい停止状態へ移行させる
   ことを特徴とする培養監視システム。
3. 請求項２に記載の培養監視システムにおいて、
   前記装置制御部は、少なくとも前記状況に応じて、停止時間を指定した停止命令を前記画像取得装置へ送信し、
   前記画像取得装置は、
   前記停止命令を受信すると、前記稼動状態から前記停止状態へ移行し、
   前記停止命令で指定された前記停止時間の経過後に前記停止状態から前記稼動状態へ移行する
   ことを特徴とする培養監視システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
   前記推定部は、前記制御装置による前記画像取得装置の制御履歴に基づいて、前記状況を推定する
   ことを特徴とする培養監視システム。
5. 請求項４に記載の培養監視システムにおいて、
   前記推定部は、
   前記制御履歴に基づいて、前記画像取得装置が取得した前記生体試料の画像取得枚数を計数し、
   前記計数した画像取得枚数に基づいて、前記状況を推定する
   ことを特徴とする培養監視システム。
6. 請求項５に記載の培養監視システムにおいて、
   前記生体試料は、培養容器内の区画された複数の領域に収容された複数の生体試料を含み、
   前記装置制御部は、少なくとも前記状況と前記複数の領域の各々に設定された画像取得ポイント数とに応じて、前記画像取得装置の動作を制限する
   ことを特徴とする培養監視システム。
7. 請求項４に記載の培養監視システムにおいて、
   前記推定部は、
   前記制御履歴に基づいて、基準時刻から第２所定時間経過する前に前記画像取得装置の稼働時間を累積した累積稼働時間が第１所定時間に達したか否かを判定し、
   前記第１所定時間に達したか否かについての判定結果に基づいて、前記状況を推定する
   ことを特徴とする培養監視システム。
8. 請求項４に記載の培養監視システムにおいて、
   前記推定部は、
   前記制御履歴に基づいて、基準時刻から第２所定時間経過する前に前記画像取得装置の稼働時間を電力消費量に応じて重み付けして累積した重み付き累積稼働時間が第１所定時間に達したか否かを判定し、
   前記第１所定時間に達したか否かについての判定結果に基づいて、前記状況を推定する
   ことを特徴とする培養監視システム。
9. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
   前記推定部は、前記画像取得装置が取得した画像に基づいて、前記状況を推定する
   ことを特徴とする培養監視システム。
10. 請求項９に記載の培養監視システムにおいて、
    前記推定部は、前記画像取得装置が取得した前記生体試料の画像に基づいて、前記状況を推定する
    ことを特徴とする培養監視システム。
11. 請求項９に記載の培養監視システムにおいて、
    前記画像取得装置は、温度に応じて色が変化する部材を備え、
    前記推定部は、前記画像取得装置が取得した前記部材の画像に基づいて、前記状況を推定する
    ことを特徴とする培養監視システム。
12. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の培養監視システムにおいて、
    前記画像取得装置は、温度を測定する温度センサを備え、
    前記推定部は、前記温度センサが測定した温度に基づいて、前記状況を推定する
    ことを特徴とする培養監視システム。
13. インキュベータ内に配置された画像取得装置の制御方法であって、
    前記インキュベータの設定温度に対する生体試料の温度の状況を推定し、
    少なくとも前記状況に応じて、前記インキュベータ内で培養されている前記生体試料の画像を取得する前記画像取得装置の動作を制限する
    ことを特徴とする制御方法。
14. インキュベータ内に配置され、前記インキュベータ内で培養されている生体試料の画像を取得する画像取得装置を制御する制御装置に、
    前記インキュベータの設定温度に対する前記生体試料の温度の状況を推定し、
    少なくとも前記状況に応じて、前記画像取得装置の動作を制限する処理を実行させる
    ことを特徴とするプログラム。