JP2019106944A - 観察装置及びそれを用いた観察方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る観察システムは、培養中の細胞、細胞群、組織等を撮影し、細胞又は細胞群の個数、形態等を記録及び解析するためのシステムである。また、観察システムは、培養液の色に基づいて当該培養液のpH(水素イオン指数)値を計測する機能を有する。また、観察システムは、細胞数とpH値の変化とに基づいて、細胞等の増殖能を算出する機能を有する。
図1は、観察システム1の外観の概略を示す模式図である。また、図2は、観察システム1の構成例の概略を示すブロック図である。観察システム1は、観察装置100とコントローラ300とを備える。観察装置100は、おおよそ平板形状をしている。観察装置100の上面には観察対象である試料500が配置される。観察装置100と試料500とは、例えばインキュベータ400内に設置される。インキュベータ400は、一般的な細胞培養用のインキュベータである。インキュベータ400は、例えばCO2インキュベータである。以降の説明のため、観察装置100の試料500が配置される面と平行な面内に互いに直交するX軸及びY軸を定義し、X軸及びY軸と直交するようにZ軸を定義する。
観察システム1の測定対象である試料500は、例えば次のようなものである。試料500は、例えば、培養容器に収容された培地内で細胞を培養しているものである。培養容器は、例えばシャーレ、培養フラスコ、マルチウェルプレート等であり得る。このように、培養容器の形状、大きさ等は限定されない。培養容器は、光学的に透明な材料、例えば樹脂等で形成されている。観察システム1の測定対象の一つは、例えば細胞を培養している培地である。培地は、例えばフェノールレッドが添加された液体培地である。培地は、その他の液体培地又は固体培地であってもよい。また、観察システム1の別の測定対象は、細胞である。測定対象の細胞は、例えば培養細胞であり、これは、接着性の細胞でもよいし、浮遊性の細胞でもよい。また、細胞は、スフェロイドや組織であってもよい。さらに、細胞は、どのような生物に由来してもよく、菌等であってもよい。このように、試料500は、生物又は生物に由来する試料である生体試料を含む。
コントローラ300は、観察システム1の全体の制御を行う。コントローラ300は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)、タブレット型の情報端末等である。図1には、タブレット型の情報端末が図示されている。
図1に示すように、観察装置100の筐体101の上面の少なくとも一部に配置されている透明板102は、例えばガラス等光学的に透明な特性を有する透明部材で形成されている。透明板102は、観察装置100の設置時に水平となるように設けられている。試料500は、この透明板102上に静置される。このように、筐体101の上面は、試料500が配置されるように構成された配置面である。透明板102を含む筐体101は密閉構造を有しており、観察装置100は密閉された内部空間を有する。観察装置100は、インキュベータ内といった高温多湿の環境に設置されるが、筐体101の内部の環境は、例えば電子機器や光学素子にとって適切な環境に維持され得る。
観察装置100の動作の制御は、コントローラ300の第1の制御回路310が行ってもよいし、コントローラ300は指示をするのみで観察装置100の第2の制御回路110が行ってもよい。また、画像処理は、観察装置100の画像処理回路120が行ってもよいし、コントローラ300の第1の制御回路310及び/又は観察装置100の第2の制御回路110が行ってもよい。また、例えば細胞数を算出する、pH値を算出する、細胞の増殖能を算出するといった解析についても、コントローラ300の第1の制御回路310が行ってもよいし、観察装置100の第2の制御回路110が行ってもよい。また、解析のための専用の解析回路が、コントローラ300又は観察装置100に設けられてもよい。
観察システム1の動作の一例について、図7に示すフローチャートを参照して説明する。この処理は、例えばインキュベータ400の中に、観察装置100が設置され、観察装置100の透明板102上に試料500が設置されてから開始される。
第1の実施形態の第1の変形例について説明する。ここでは、第1の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、その説明を省略する。この変形例では、照明ユニット155と受光ユニット151との構成が異なる。第1の実施形態では、撮像素子153は単色のセンサーであり、光源157は、赤色光、緑色光、青色光を個別に放射する。第1の実施形態では、受光ユニット151による撮影と、照明ユニット155による照明とを同期させることで、時分割的にカラー画像が取得される。
第1の実施形態の第2の変形例について説明する。ここでは、第1の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、その説明を省略する。上述の第1の実施形態では、観察装置100は、試料500の画像と、試料500の培地522のpH値とを取得できるように構成されている。これに対して本変形例では、観察装置100は、画像を取得できず、pH値を取得できるように構成されている。この場合、受光ユニット151は、撮像素子153に代えて、受光素子として光強度を検出するための光センサーを備える。観察装置100のその他の構成は、第1の実施形態の場合と同様である。
第2の実施形態について説明する。ここでは、第1の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第1の実施形態では、照明ユニット155が観察装置100の筐体101内に設けられた画像取得ユニット150に配置されている。これに対して、第2の実施形態では、画像取得ユニット150には照明ユニット155が設けられておらず、代わりに、筐体101の外部であって試料500を挟んで画像取得ユニット150と対向する位置に、外部照明部255が設けられている。
Claims (18)
- 複数色の光を含む照明光を射出する光源を含み、細胞を培養するための培地を収容した培養容器に向けて前記複数色の光を含む照明光を放射するように構成された照明ユニットと、
撮像素子である受光素子を備え、前記培地を透過した前記複数色の光を受光して撮影を行い、前記細胞の画像と、受光した前記光に含まれる各色についての前記培地のpH値の算出に用いられる光量とを取得するように構成された受光ユニットと
を備える観察装置。 - 前記照明ユニットは、前記培地を挟んで第1の側と第2の側とが定義される前記培養容器に対して、前記第1の側から前記第2の側に向けて前記照明光を放射するように構成されており、
前記受光ユニットは、前記照明ユニットから放射されて前記培養容器の前記第1の側から入射して前記第2の側で反射して前記培地を透過した光を、前記第1の側において受光するように構成されている、
請求項1に記載の観察装置。 - 前記照明ユニットは、前記培養容器を挟んで前記受光ユニットと対向する位置に配置されている、請求項1に記載の観察装置。
- 複数色の光を含む照明光を射出する光源を含み、細胞を培養するための培地を収容するように構成されており前記培地を挟んで第1の側と第2の側とが定義される培養容器に対して、前記第1の側から前記第2の側に向けて前記複数色の光を含む照明光を放射するように構成された照明ユニットと、
光センサーである受光素子を備え、前記照明ユニットから放射されて前記培養容器の前記第1の側から入射して前記第2の側で反射して前記培地を透過した光を、前記第1の側において受光し、受光した前記光に含まれる各色についての前記培地のpH値の算出に用いられる光量を取得するように構成された受光ユニットと
を備える観察装置。 - 前記光源は、複数色の光を各々独立して放射するように構成された複数の単色光源を含み、
前記受光ユニットは、光学素子を備え、前記光学素子を用いて前記光を色分解することで、前記各色についての光量を取得する、
請求項1乃至4のうち何れか1項に記載の観察装置。 - 前記受光素子は、光を単色として受光する素子であり、
前記光源は、複数色の光を時分割によって各々独立して放射するように構成された複数の単色光源を含み、
前記受光ユニットは、時分割によって前記各色についての光量を取得する、
請求項1乃至4のうち何れか1項に記載の観察装置。 - 前記光源が、複数色の光を含む照明光を放射する1つの光源を含み、
前記受光ユニットは、光学素子を備え、前記光学素子を用いて前記光を色分解することで、前記各色についての光量を取得する、
請求項1乃至4のうち何れか1項に記載の観察装置。 - 前記受光ユニットの光学系の光軸に対して垂直な方向に、前記受光ユニットを移動させる移動機構をさらに備える、請求項1乃至7のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 前記受光ユニットの光学系の光軸に対して垂直な方向に、前記培養容器を移動させる試料移動機構をさらに備える、請求項1乃至7のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 前記受光ユニットの合焦位置を、前記受光ユニットの光学系の光軸の方向に移動させる、合焦位置移動機構をさらに備える、請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 前記受光ユニットの光学系の光軸の方向に、前記培養容器を移動させる試料移動機構をさらに備える、請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 前記細胞の画像を取得するための撮影では、合焦位置を前記細胞の面に調整し、前記培地のpH値を算出するための撮影では、合焦位置を前記培地の面に調整する制御部をさらに備える、請求項10又は11に記載の観察装置。
- 前記細胞の画像に基づいて前記細胞の数を計測する細胞数計測部をさらに備える、請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 前記照明ユニット又は前記受光ユニットの光学系が単波長用の光学系である、請求項1乃至13のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 前記照明ユニット又は前記受光ユニットの光学系がカラー画像検出用の光学系である、請求項1乃至13のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 設置時の上面に水平であり光学的に透明な透明板を有する、密閉構造を有する筐体をさらに備え、
前記照明ユニットは、前記筐体の内部に、前記透明板の方向に前記光を放射するように配置されており、
前記受光ユニットは、前記筐体の内部に、前記透明板の方向を撮影するように配置されている、
請求項1、2又は4に記載の観察装置。 - 前記各色についての光量に基づいて前記培地のpH値を算出するpH算出部をさらに備える、請求項1乃至16のうち何れか1項に記載の観察装置。
- 請求項1に記載の観察装置を用いた観察方法であって、
前記細胞に前記受光ユニットの合焦位置を合わせ、前記細胞の画像を取得することと、
前記培地に前記受光ユニットの合焦位置を合わせ、前記培地の画像を取得することと、
前記培地の画像に基づいて、前記培地のpH値を算出することと
を含む観察方法。
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