JP2023019080A

JP2023019080A - 観察システム、プログラム、及び観察方法

Info

Publication number: JP2023019080A
Application number: JP2021123554A
Authority: JP
Inventors: 耕徳横山; Yasunori Yokoyama
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-09

Abstract

【課題】観察容器が有する観察対象収容区画の基準位置を予め算出することによって、汎用的な観察容器を用いる場合であっても、観察対象の撮像可能範囲を拡大する。
【解決手段】本開示の観察システム１００は、少なくとも１つの観察対象収容区画１２を有する観察容器１０と、把持部２０と、駆動部３０と、第１の撮像部４０、４４、４６、及び４８と、制御部５２を有する情報処理装置５０と、を備え、制御部５２は、第１の撮像部４０、４４、４６、及び４８によって撮像された観察対象収容区画１２の画像に基づいて、把持部２０の基準位置に対する観察対象収容区画１２の基準位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本開示は、観察システム、プログラム、及び観察方法に関する。

近年、各種細胞等の観察対象を撮像することによって取得された画像を解析する技術が提案されている。例えば、ＥＳ細胞及びｉＰＳ細胞等の多能性幹細胞は、種々の組織の細胞に分化する能力を備えており、再生医療、薬の開発、及び病気の解明等において応用が可能であるとして注目されている。

ここで、細胞を撮像する際、観察対象である細胞をマイクロプレート等の観察容器に播種及び培養した試料を、顕微鏡を用いて撮像し、得られた画像を解析することが知られている。再生医療の工業化又は創薬研究における多水準実験を実現するには、高速に画像化し、高速に品質を判定することが重要である。マイクロプレート等の観察容器を用いて培養された細胞を観察する場合、観察容器の形状及び寸法に合わせて、走査計測する撮像位置が決定される。このようなハイコンテントアナリシス（ＨＣＡ：High Content Analysis）装置では、生細胞の長時間の変化を撮像及び評価するために、撮像後に試料をＨＣＡ装置から取り出してインキュベータにて一定時間培養した後に、再びＨＣＡ装置にて撮像することがある。

特許文献１には、複数のウェルを配置したマイクロプレートを照明し、そのマイクロプレートにおけるウェル形成面からの光が成す投影像を撮像素子にて検出することにより、各ウェルに収容された各標本を光学測定する光測定方法において、前記マイクロプレートとして、所定の光学特性を有した物質からなり、且つ、少なくとも２つのポイントからなる標識が設けられたマイクロプレートを使用し、前記少なくとも２つのポイントからなる標識の投影像を前記撮像素子により検出し、前記検出した投影像の状態に基づいて、前記各ウェルからの各光が成す各投影像の形成位置を認識することを特徴とする光測定方法が開示されている。

特許文献２には、複数のウェルが形成されるウェルプレートにおいて、前記各ウェルは蛍光物質により形成された位置決め基準部を有することを特徴とするウェルプレートが開示されている。

特許文献３には、プレート状部材の上面に液体を保持可能な複数の窪部を設けてなる試料保持プレートであって、前記窪部の各々に対し、当該窪部の内部、当該窪部の底面、及び、前記プレート状部材の主面のうち当該窪部に隣接する隣接領域、の少なくとも１箇所に、光学的に検出可能なアライメントマークが設けられ、一の前記窪部に対して設けられた前記アライメントマークは、前記プレート状部材の上面に直交する軸周りの当該窪部の回転に対して非対称性を有することを特徴とする試料保持プレートが開示されている。

特許第４６２２０５２号特許第４９８５９８０号特許第５９１２７５２号

特許文献１に記載の発明は、所定の光学特性を有する物質を標的として用いなければならないという問題がある。

特許文献２に記載の発明は、蛍光物質により形成された位置決め基準を設けた特殊なマイクロプレートを制作する必要があり、安価で入手できる汎用的なマイクロプレートには適用できないという問題がある。また、装置側に蛍光撮像系が必須であり、ウェル毎に蛍光撮像及び位置決めをしなければならず、時間がかかるという問題もある。

特許文献３に記載の発明は、アライメントマークが設けられた特殊なマイクロプレートを制作する必要があり、安価で入手できる汎用的なマイクロプレートには適用できないという問題がある。また、ウェル毎に位置決めをしなければならず、時間がかかるという問題もある。

そこで、本開示は、観察容器が有する観察対象収容区画の基準位置を予め算出することによって、汎用的な観察容器を用いる場合であっても、観察対象の撮像可能範囲を拡大することを目的とする。

幾つかの実施形態に係る観察システムは、
少なくとも１つの観察対象収容区画を有する観察容器と、
前記観察容器を把持する把持部と、
前記把持部に結合され、前記把持部ごと前記観察容器を水平移動させる駆動部と、
前記観察対象収容区画を撮像する第１の撮像部と、
制御部を有する情報処理装置と、
を備え、
前記制御部は、前記第１の撮像部によって撮像された前記観察対象収容区画の画像に基づいて、前記把持部の基準位置に対する前記観察対象収容区画の基準位置を算出する。

このように、観察対象収容区画の基準位置が予め算出されるため、観察対象収容区画の位置誤差が低減する。

一実施形態において、観察システムは、前記観察対象収容区画内に収容された観察対象を撮像する第２の撮像部を更に備え、前記制御部は、算出された前記基準位置に基づいて、前記第２の撮像部に前記観察対象の撮像を更に実行させる。

このように、観察対象収容区画に収容された観察対象の撮像が実行される前に、観察対象収容区画の基準位置が予め算出されるため、観察対象収容区画の位置誤差が低減する。このため、汎用的なマイクロプレートが用いられる場合であっても、観察対象の撮像可能範囲が拡大する。

一実施形態において、前記観察容器が複数の観察対象収容区画を有する場合において、
前記制御部は、前記把持部の基準位置に対する前記複数の観察対象収容区画の基準位置に基づいて、前記把持部に対する前記観察容器の鉛直方向を軸とする回転方向のずれを更に算出し、算出された前記回転方向のずれに基づいて、前記第２の撮像部によって撮像された前記観察対象の画像に対して回転補正を更に実行させる。

このように、観察対象収容区画の基準位置に基づいて、観察対象の画像に対して回転補正が実行されるので、汎用的なマイクロプレートであっても、観察対象収容区画の位置を補正することができる。

一実施形態において、前記第１の撮像部と前記第２の撮像部とは異なる撮像系である。

このように、前記第１の撮像部と前記第２の撮像部とを異なる撮像系とすることで、各々の撮像目的に特化した撮像系を選択することができる。例えば、前記第１の撮像系は、一度にマイクロプレート全体を撮像できるマクロカメラとし、前記第２の撮像系は、顕微鏡とすることで、位置補正用の第１の撮像は短い時間で実施し、サンプル撮像用の第２の撮像は分解能良く撮像することができる。

一実施形態において、前記第１の撮像部と前記第２の撮像部とは同一の撮像系であって、前記第１の撮像部は、前記第２の撮像部よりも撮像倍率が低い。

このように、観察対象収容区画に収容された観察対象の撮像が実行される前に、第２の撮像部よりも低い撮像倍率の第１の撮像部にて観察対象収容区画を撮像して、観察対象収容区画の基準位置が算出されるため、観察対象収容区画の位置誤差が低減する。このため、汎用的なマイクロプレートが用いられる場合であっても、撮像可能範囲が拡大する。

一実施形態において、前記第１の撮像部は、顕微鏡と透過照明とを含む。

このように、前記第１の撮像部が顕微鏡と透過照明とを含むことで、汎用的なマイクロプレートであっても、観察対象収容区画の位置を補正することができる。

幾つかの実施形態に係るプログラムは、
コンピュータを、
上述した情報処理装置として機能させる。

幾つかの実施形態に係る観察方法は、
情報処理装置が実行する方法であって、
観察容器が有する少なくとも１つの観察対象収容区画の画像に基づいて、前記観察容器を把持する把持部の基準位置に対する前記観察対象収容区画の基準位置を算出することを含む。

一実施形態において、観察方法は、算出された前記基準位置に基づいて、前記観察対象収容区画内に収容された観察対象の撮像を実行させることを更に含む。

一実施形態において、観察方法は、前記観察容器が複数の観察対象収容区画を有する場合において、
前記把持部の基準位置に対する前記複数の観察対象収容区画の基準位置に基づいて、前記把持部に対する前記観察容器の鉛直方向を軸とする回転方向のずれを算出すること、及び算出された前記回転方向のずれに基づいて、撮像された前記観察対象の画像に対して回転補正を実行させることを更に含む。

本開示によれば、観察容器が有する観察対象収容区画の基準位置を予め算出することによって、汎用的な観察容器を用いる場合であっても、観察対象の撮像可能範囲を拡大することができる。

本開示の一実施形態に係る観察システムの構成を示すブロック図である。マイクロプレートの位置決め点に対する各ウェルの位置を説明する図である。設定上のウェルと実際のウェルとの位置誤差を説明する図である。本開示の一実施形態に係る観察システムの第１の動作を示すフローチャートである。図４のステップＳ１０９を説明する図である。１回目のマイクロプレートの把持状態と２回目のマイクロプレートの把持状態との位置誤差を説明する図である。１回目の細胞の計測位置と２回目の細胞の計測位置との位置誤差を説明する図である。本開示の一実施形態に係る観察システムの第２の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。各図において、同一符号は、同一又は同等の構成要素を示す。

（観察システムの構成）
図１を参照して、本開示の実施形態に係る観察システム１００を説明する。

観察システム１００は、例えば、少なくとも１つのウェル１２を有するマイクロプレート１０と、マイクロプレート把持部２０と、ＸＹステージ３０と、ウェル撮像用対物レンズ４０と、細胞撮像用対物レンズ４２と、顕微鏡４４と、カメラ４６と、透過照明４８と、制御部５２及び記憶部５４を有する情報処理装置５０と、を備える。なお、本実施形態において、マイクロプレート１０は、観察容器に相当する。また、ウェル１２は、観察対象収容区画に相当する。また、マイクロプレート把持部２０は、把持部に相当する。また、ＸＹステージ３０は、駆動部に相当する。また、ウェル撮像用対物レンズ４０、顕微鏡４４、カメラ４６、及び透過照明４８は、第１の撮像部に相当する。また、細胞撮像用対物レンズ４２、顕微鏡４４、カメラ４６、及び透過照明４８は、第２の撮像部に相当する。

マイクロプレート１０は、少なくとも１つのウェル１２を有する。各ウェル１２は、細胞、又は細胞から採取された組織等の観察対象を収容する。なお、観察対象が載置される領域が仕切り等によって水平方向に２つ以上の区画に分離されている観察容器であれば、マイクロプレート１０に限られず、任意の観察容器が用いられ得る。

マイクロプレート把持部２０は、マイクロプレート１０を把持する。

ＸＹステージ３０は、マイクロプレート把持部２０に結合され、制御部５２が出力した信号に基づいて、マイクロプレート把持部２０ごとマイクロプレート１０をＸＹ方向に移動させる。

ウェル撮像用対物レンズ４０は、ウェル１２の撮像に用いられる。ウェル撮像用対物レンズ４０の撮像倍率は、ウェル１２全体を撮像可能な倍率とすることが好ましく、細胞撮像用対物レンズ４２の撮像倍率よりも低くすることが好ましい。これは、ウェル１２に収容された細胞等の観察対象を撮像する前に、細胞撮像用対物レンズ４２よりも低い撮像倍率のウェル撮像用対物レンズ４０にてウェル１２を撮像し、ウェル１２の基準位置を算出することによって、ウェル１２の位置誤差を低減することができるからである。なお、ウェル撮像用対物レンズ４０の数は１つ又は複数である。

細胞撮像用対物レンズ４２は、ウェル１２内に収容された細胞等の観察対象の撮像に用いられる。なお、細胞撮像用対物レンズ４２の数は１つ又は複数である。

ウェル撮像用対物レンズ４０及び細胞撮像用対物レンズ４２の何れを撮像に用いるかは、制御部５２が出力した信号に基づいて適宜選択される。また、ウェル撮像用対物レンズ４０及び細胞撮像用対物レンズ４２は、Ｚ方向の直動駆動装置（不図示）に取り付けられる。直動駆動装置は、接続部（不図示）によって顕微鏡４４に固定される。ウェル撮像用対物レンズ４０及び細胞撮像用対物レンズ４２は、制御部５２が出力した信号に基づいて、直動駆動装置によって、顕微鏡４４に対して相対的にＺ方向に駆動される。なお、マイクロプレート１０をＺ方向に駆動可能であれば、直動駆動装置に限られない。

顕微鏡４４は、透過照明４８から照射され、ウェル撮像用対物レンズ４０又は細胞撮像用対物レンズ４２を透過した光を、カメラ４６の撮像面に結像させる結像レンズ、並びにその他必要なミラー及びフィルタ等の光学素子を含む。

カメラ４６は、制御部５２が出力した信号に基づいて、その撮像素子に投影された細胞等の観察対象の画像データを情報処理装置５０に送信する。

透過照明４８は、ウェル１２又はウェル１２に収容された細胞等の観察対象を照射する。透過照明４８は、制御部５２が出力した信号に基づいて、点灯、消灯、及び照明強度の変調を実行する。

情報処理装置５０の制御部５２は、ＣＰＵ（central processing unit）若しくはＧＰＵ（graphics processing unit）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラマブル回路、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）等の専用回路、又はこれらの任意の組合せを含む。制御部５２は、少なくともＸＹステージ３０、ウェル撮像用対物レンズ４０、細胞撮像用対物レンズ４２、顕微鏡４４、カメラ４６、及び透過照明４８を制御する。また、制御部５２は、ウェル撮像用対物レンズ４０、顕微鏡４４、カメラ４６、及び透過照明４８によって撮像されたウェル１２の画像又は画像群、並びに細胞撮像用対物レンズ４２、顕微鏡４４、カメラ４６、及び透過照明４８によって撮像された細胞等の観察対象の画像又は画像群に対して画像解析を実行する。

情報処理装置５０の記憶部５４は、ＲＡＭ（random access memory）若しくはＲＯＭ（read only memory）等の半導体メモリ、磁気メモリ、光メモリ、又はこれらの任意の組合せを含む。記憶部５４は、例えば、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能する。記憶部５４には、カメラ４６から受信した画像データの他、ユーザによって入力された撮像等の設定データ、並びに、画像データの解析結果及び当該解析結果に基づく撮像の設定データが格納される。

（観察システムの第１の動作）
図２乃至４を参照して、本実施形態に係る観察システム１００の第１の動作を説明する。この動作は、本実施形態に係る観察方法に相当する。

ここで、正確な細胞測定に必要な位置精度は数μｍレベルである。一方で、マイクロプレート１０は、ＡＮＳＩ／ＳＬＡＳ規格（ＡＮＳＩＳＬＡＳ４－２００４（Ｒ２０１２））によると、位置決め点に対する各ウェル１２の位置誤差（幾何寸法公差）は±７００μｍである。例えば３８４個のウェル１２を有するマイクロプレート１０におけるウェル１２の大きさは、一般的には３ｍｍ程度であり、１５３６個のウェル１２を有するマイクロプレート１０におけるウェル１２の大きさは、一般的には１．５ｍｍ程度である。これらのウェル１２の大きさに対し、上述したように±７００μｍの位置誤差があると、装置又はソフトウェア既定の撮像位置及び撮像範囲と実際のウェル１２の位置及び範囲との誤差により、有効な撮像範囲が狭くなるという問題がある。図２及び３を参照して、この問題を詳細に説明する。図２に示すマイクロプレート１０の任意のウェル１２に注目する。ウェル１２の中心は、マイクロプレート１０の位置決め点Ｏを基準として、Ｘ方向の位置がＸ１であり、Ｙ方向の位置がＹ１である場所に位置する。しかしながら、実際には上述したように、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに±７００μｍ程度のＸ方向の位置誤差ΔＸ及びＹ方向の位置誤差ΔＹが存在する。一方で、従来型のＨＣＡ装置では、マイクロプレート１０の規定された寸法情報において、ウェル１２の撮像範囲を決定することが一般的であるため、図３に示すように設定上のウェル１２の範囲Ｒ１と実際のウェル１２の範囲Ｒ２とでは寸法誤差分の差異が生じる。このため、有効な撮像範囲は、設定上のウェル１２の範囲Ｒ１と実際のウェル１２の範囲Ｒ２とが重なった部分のみとなり、計測の効率の悪化を招いてしまう。有効な撮像範囲を拡大するには、設定上のウェル１２の範囲Ｒ１を拡大することも考えられるが、その場合、実際のウェル１２の範囲Ｒ２外の撮像範囲が増えてしまうため、計測のスループットの低下を招いてしまう。以下、図４及び５を参照して説明する第１の動作は、かかる問題に対処するためのものである。

ステップＳ１００：マイクロプレート把持部２０にマイクロプレート１０を設置する。

ステップＳ１０１：情報処理装置５０の制御部５２が出力した信号に基づいて、ＸＹステージ３０がユーザによって適宜指定された一つ目のウェル像撮像位置に移動する。なお、１回で撮像されるウェル１２の数は１つであってもよく、或いは複数であってもよい。

ステップＳ１０２：制御部５２が出力した信号に基づいて、ウェル撮像用対物レンズ４０が撮像に用いられる対物レンズとして選択される。

ステップＳ１０３：制御部５２が出力した信号に基づいて、ウェル撮像用対物レンズ４０がウェル１２を明瞭に撮像可能な位置に移動する。ここで、「明瞭」とは、例えばウェル１２の中心位置を十分に精度良く算出できる程度を意味する。なお、ウェル１２を明瞭に撮像可能な位置とは、必ずしも単一のウェル１２を明瞭に撮像可能な位置には限られず、複数のウェル１２を明瞭に撮像可能な位置であってもよいが、これに限定されない。

ステップＳ１０４：制御部５２が出力した信号に基づいて、透過照明４８が点灯し、カメラ４６がウェル撮像用対物レンズ４０及び顕微鏡４４を介してウェル１２の画像を撮像する。そして、制御部５２が出力した信号に基づいて、カメラ４６がウェル１２の画像を記憶部５４に送信する。撮像が終了したら、制御部５２が出力した信号に基づいて、透過照明４８が消灯する。

ステップＳ１０５：制御部５２は、ユーザによって既定された全てのウェル１２が撮像されたか否かを判断する。全てのウェル１２が撮像されたと判断されなかった場合、プロセスはステップＳ１０６に進む。一方で、全てのウェル１２が撮像されたと判断された場合、プロセスはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０６：プロセスがステップＳ１０５から本ステップに進んだ場合、制御部５２が出力した信号に基づいて、ＸＹステージ３０がユーザによって指定された次のウェル像撮像位置に移動する。その後、プロセスはステップＳ１０３に戻る。

なお、ステップＳ１０３乃至Ｓ１０６において、全てのウェル１２が撮像される代わりに、複数のウェル１２のうち一部のウェル１２のみが撮像されてもよい。この場合、制御部５２は、後述するステップＳ１０７において、一部のウェル１２の位置を示す情報から残りのウェル１２の位置を算出する。

ステップＳ１０７：プロセスがステップＳ１０５から本ステップに進んだ場合、制御部５２は、任意の画像解析の技術を用いて、記憶部５４に格納された全てのウェル１２の画像から各ウェル１２の基準位置に相当する中心位置を算出する。そして、制御部５２は、算出された各ウェル１２の中心位置を示す情報を記憶部５４に格納する。ここで、ウェル１２の中心位置は、ウェル１２の画像が撮像されたＸＹステージ３０の位置を示す情報も用いて、マイクロプレート把持部２０の基準位置に対する座標として、より具体的にはマイクロプレート把持部２０の基準位置を原点とした座標として算出される。

ステップＳ１０８：制御部５２は、ユーザによって適宜入力された設定に基づいて、マイクロプレート１０の傾き補正を実行するか否かを判断する。マイクロプレート１０の傾き補正を実行すると判断された場合、プロセスはステップＳ１０９に進む。一方で、マイクロプレート１０の傾き補正を実行すると判断されなかった場合、プロセスはステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１０９：プロセスがステップＳ１０８から本ステップに進んだ場合、制御部５２は、ステップＳ１０７で算出されたウェル１２の基準位置に相当する中心位置に基づいて、マイクロプレート把持部２０に対するマイクロプレート１０の鉛直方向を軸とする回転方向のずれに相当するプレート傾き角θを算出する。具体的には、制御部５２は、図５に示すように、ユーザによって適宜設定された代表的な２つ以上のウェル（図中、斜線で示す）の中心位置に基づいて、マイクロプレート把持部２０のＸ方向（すなわち、装置のＸ方向）に対するマイクロプレート１０のプレート傾き角θを算出する。そして、制御部５２は、算出されたプレート傾き角θを示す情報を記憶部５４に格納する。なお、代表的な２つのウェルとしては、例えばマイクロプレート１０の同じ行に位置する複数のウェル１２のうちウェル間の距離が最も長い２つのウェルが選択されてもよい。

ステップＳ１１０：制御部５２は、ユーザによって指定された撮像対象のウェル１２及び当該ウェル１２内の撮像範囲、並びに記憶部５４に格納された当該ウェル１２の中心位置を示す情報に基づいて、細胞撮像範囲を決定する。例えば、ステップＳ１０７で算出されたウェル１２の中心位置と当該中心位置に対する任意の形状（四角形等）の撮像範囲とについて、ＸＹ座標の原点をずらすことによって、細胞撮像範囲が決定される。なお、細胞撮像範囲は、マイクロプレート１０の寸法情報が用いられてもよく、或いはステップＳ１０４で撮像されたウェル１２の画像から算出されてもよい。

ステップＳ１１１：制御部５２が出力した信号に基づいて、細胞撮像用対物レンズ４２が撮像に用いられる対物レンズとして選択される。

ステップＳ１１２：制御部５２が出力した信号に基づいて、透過照明４８が点灯し、カメラ４６が細胞撮像用対物レンズ４２及び顕微鏡４４を介して、ステップＳ１１０で決定された細胞撮像範囲において細胞の撮像を実行する。

ステップＳ１１３：制御部５２は、ステップＳ１０９で算出された回転方向のずれに相当するプレート傾き角θに基づいて、ステップＳ１１２で撮像された細胞の画像の回転補正を実行する。具体的には、制御部５２は、ステップＳ１１２で撮像された細胞の画像に対して、ステップＳ１０９で算出されたプレート傾き角θを相殺するような回転補正を実行する。その後、プロセスは終了する。

ステップＳ１１４：プロセスがステップＳ１０８から本ステップに進んだ場合、ステップＳ１１０と同様にして、細胞撮像範囲が決定される。

ステップＳ１１５：ステップＳ１１１と同様にして、細胞撮像用対物レンズ４２が撮像に用いられる対物レンズとして選択される。

ステップＳ１１６：ステップＳ１１２と同様にして、細胞の撮像が実行される。その後、プロセスは終了する。

なお、ステップＳ１１４乃至Ｓ１１６に代えて、ステップＳ１０８でマイクロプレート１０の傾き補正を実行すると判断されなかった場合も、プロセスはステップＳ１０９に進み、プレート傾き角θが０度に設定されてもよい。

第１の動作によれば、マイクロプレート１０が有するウェル１２に収容された細胞を撮像する前に、ウェル１２の中心座標を予め算出することができるため、ウェル１２の位置誤差が低減する。このため、位置決め用のマーキング等の特殊なマーキングが施されたマイクロプレートではなく、汎用的なマイクロプレート１０を用いる場合であっても、細胞の撮像可能範囲を拡大することができる。また、特殊なマーキングが施されたマイクロプレートではなく、汎用的なマイクロプレート１０を用いる場合であっても、ウェル１２の位置の補正が可能となる。

（観察システムの第２の動作）
図６乃至８を参照して、本実施形態に係る観察システム１００の第２の動作を説明する。この動作は、本実施形態に係る観察方法に相当する。

ここで、マイクロプレート１０は、ＡＮＳＩ／ＳＬＡＳ規格（ＡＮＳＩＳＬＡＳ１－２００４（Ｒ２０１２））によると、縦横寸法は１２７．７６ｍｍ×８５．４８ｍｍであり、一般的には、樹脂成形材料が用いられている。このような材料の物体を位置決めする際は、従来型のＨＣＡ装置では最大１００μｍ程度の位置誤差が生じるのが一般的である。一方で、細胞の大きさは数十μｍ程度であるので、マイクロプレート１０を複数回従来型のＨＣＡ装置に設置及び位置決めして測定が行われる場合、ある任意の細胞を同一の細胞として認識することが困難となる。特に、同一の細胞の動きを追跡するようなトラッキング解析が極めて困難となる。図６及び７を参照して、この問題を詳細に説明する。図６を参照して、従来型のＨＣＡ装置のＸＹステージ３０上のマイクロプレート把持部２０でマイクロプレート１０を把持した上で測定を実行した後に、マイクロプレート１０を一度取り出して、再びＸＹステージ３０のマイクロプレート把持部２０でマイクロプレート１０を把持した上で測定を実行する動作を考える。この時、１回目のマイクロプレート１０の把持状態１０－１と２回目のマイクロプレート１０の把持状態１０－２とでは、上述したように最大１００μｍ程度の位置誤差が生じる。これに加えて、回転方向にも位置誤差が生じる。この時、図７に示すように、１回目のウェル１２の位置１２－１と２回目のウェル１２の位置１２－１との誤差に伴って、そのウェル１２内の細胞の位置も、ＸＹ方向及び回転方向の位置誤差の角度において１回目の計測位置６０－１と２回目の計測位置６０－２とでは誤差が生じる。なお、上述した説明では便宜上１回目及び２回目を説明したが、それ以降の計測でも同様の問題が生じる。すなわち、従来型のＨＣＡ装置からマイクロプレート１０を取り出して複数回計測が実行される場合、計測の度に細胞の位置はＸＹ方向及びその角度に誤差が生じる。以下、図８を参照して説明する第２の動作は、かかる問題に対処するためのものである。

ステップＳ２００：ステップＳ１００と同様にして、マイクロプレート１０を設置する。

ステップＳ２０１：ステップＳ１０１と同様にして、ＸＹステージ３０が一つ目のウェル像撮像位置に移動する。

ステップＳ２０２：ステップＳ１０２と同様にして、ウェル撮像用対物レンズ４０が撮像に用いられる対物レンズとして選択される。

ステップＳ２０３：ステップＳ１０３と同様にして、ウェル撮像用対物レンズ４０がウェルを明瞭に撮像可能な位置に移動する。

ステップＳ２０４：ステップＳ１０４と同様にして、ウェル１２の画像が撮像される。

ステップＳ２０５：ステップＳ１０５と同様にして、全てのウェル１２が撮像されたか否かが判断される。全てのウェル１２が撮像されたと判断されなかった場合、プロセスはステップＳ２０６に進む。一方で、全てのウェル１２が撮像されたと判断された場合、プロセスはステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０６：プロセスがステップＳ２０５から本ステップに進んだ場合、ステップＳ１０６と同様にして、ＸＹステージ３０が次のウェル像撮像位置に移動する。その後、プロセスはステップＳ２０３に戻る。

ステップＳ２０７：プロセスがステップＳ２０５から本ステップに進んだ場合、ステップＳ１０７と同様にして、各ウェル１２の基準位置に相当する中心位置が算出される。

ステップＳ２０８：ステップＳ１０８と同様にして、マイクロプレート１０の傾き補正を実行するか否かが判断される。マイクロプレート１０の傾き補正を実行すると判断された場合、プロセスはステップＳ２０９に進む。一方で、マイクロプレート１０の傾き補正を実行すると判断されなかった場合、プロセスはステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２０９：プロセスがステップＳ２０８から本ステップに進んだ場合、ステップＳ１０９と同様にして、回転方向のずれに相当するプレート傾き角θが算出される。

ステップＳ２１０：ステップＳ１１０と同様にして、細胞撮像範囲が決定される。

ステップＳ２１１：ステップＳ１１１と同様にして、細胞撮像用対物レンズ４２が撮像に用いられる対物レンズとして選択される。

ステップＳ２１２：ステップＳ１１２と同様にして、細胞の撮像が実行される。

ステップＳ２１３：ステップＳ１１３と同様にして、細胞の画像の回転補正が実行される。その後、プロセスはステップＳ２１７に進む。

ステップＳ２１４：プロセスがステップＳ２０８から本ステップに進んだ場合、ステップＳ１１０と同様にして、細胞撮像範囲が決定される。

ステップＳ２１５：ステップＳ１１１と同様にして、細胞撮像用対物レンズ４２が撮像に用いられる対物レンズとして選択される。

ステップＳ２１６：ステップＳ１１２と同様にして、細胞の撮像が実行される。その後、プロセスはステップＳ２１７に進む。

ステップＳ２１７：プロセスがステップＳ２１３又はＳ２１６から本ステップに進むと、情報処理装置５０の制御部５２は、ユーザによって規定された全ての回数の撮像が完了したか否かを判断する。全ての回数の撮像が完了したと判断された場合、プロセスは終了する。一方で、全ての回数の撮像が完了したと判断されなかった場合、プロセスはステップＳ２１８に進む。

ステップＳ２１８：任意の方法でマイクロプレート把持部２０からマイクロプレート１０が取り出される。その後、プロセスはステップＳ２００に戻る。

なお、ステップＳ２００乃至Ｓ２１８の繰り返しを、１ループ目、２ループ目、・・・、Ｎループ目（Ｎは自然数）と称すると、２ループ目以降のステップＳ２０３乃至Ｓ２０６で撮像されるウェル１２の数は、１ループ目のステップＳ２０３乃至Ｓ２０６で撮像されるウェル１２の数よりも少なくてもよい。例えば、１ループ目のステップＳ２０３乃至Ｓ２０７によって、各ウェル１２の相対的な位置が判明しているので、２ループ目以降のステップＳ２０３乃至Ｓ２０６では、少なくとも２つのウェル１２が撮像されれば、基準とするウェル１２の位置とプレート傾き角θに基づいて、残りのウェル１２の中心位置が算出され得る。

第２の動作によれば、第１の動作と同様の効果が得られると共に、特に、繰り返しマイクロプレート１０をＨＣＡ装置に設置し撮像する場合において、位置の再現性が向上する。

以上、本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び改変を行ってもよいことに注意されたい。したがって、これらの変形及び改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

一変形例として、第１の撮像部と第２の撮像部とは、上述した実施形態のように同一の撮像系ではなく、異なる撮像系であってもよい。例えば、第１の撮像部と第２の撮像部とは、上述した実施形態における顕微鏡４４を共有する代わりに、ウェル１２の位置を数μｍで特定可能な分解能を有し、各ウェル１２の位置の校正が十分に取れ、ＸＹステージ３０の駆動範囲に入っている限り、別々の顕微鏡を有してもよい。このように、第１の撮像部と第２の撮像部とを異なる撮像系とすることで、各々の撮像目的に特化した撮像系を選択することができる。例えば、第１の撮像系は、一度にマイクロプレート全体を撮像できるマクロカメラとし、第２の撮像系は、顕微鏡とすることで、位置補正用の第１の撮像は短い時間で実施し、サンプル撮像用の第２の撮像は分解能良く撮像することができる。

また、一変形例として、第１の撮像部は、上述した実施形態における顕微鏡４４に限定されず、例えばマイクロプレート１０全体を１枚の画像で撮像可能なカメラ４６であってもよく、或いはポリゴンミラー又はガルバノミラーを用いたスキャナであってもよい。

また、一変形例として、第１の撮像部は、上述した実施形態における顕微鏡４４及び透過照明４８に限定されず、汎用的なマイクロプレート１０のウェル１２の画像を明瞭に撮像可能であり、ウェル１２の画像をデジタル化可能である光学顕微鏡であれば、任意の光学顕微鏡を含んでもよい。例えば、第１の撮像部は、落射顕微鏡又は反射顕微鏡を含んでもよい。

また、一変形例として、第２の撮像部は、上述した実施形態における顕微鏡４４及び透過照明４８に限定されず、観察対象が撮像可能であり、観察対象の画像をデジタル化可能である光学顕微鏡であれば、任意の光学顕微鏡を含んでもよい。例えば、第２の撮像部は、位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡、レリーフコントラスト顕微鏡、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、多光子顕微鏡、全反射照明蛍光顕微鏡、ＯＣＴ顕微鏡、ＳＩＭ（Structure Illumination）顕微鏡、局在化顕微鏡、又はOptical Photon Re-assignmentを利用した超解像顕微鏡を含んでもよい。

また、一変形例として、例えば汎用のコンピュータを、上述した実施形態に係る情報処理装置５０として機能させる実施形態も可能である。具体的には、上述した実施形態に係る情報処理装置５０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、汎用のコンピュータのメモリに格納し、プロセッサによって当該プログラムを読み出して実行させる。したがって、本実施形態に係る発明は、プロセッサが実行可能なプログラム、又は当該プログラムを記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体としても実現可能である。

本開示は、ＣＶ８０００、ＣＱ１等の、マイクロプレートに播種した細胞の画像を撮像し、細胞の画像に対して画像解析を行うことによって細胞の特性を測定及び評価するＨＣＡ装置に適用可能であるが、これらに限られない。

１００観察システム
１０マイクロプレート（観察容器）
１２ウェル（観察対象収容区画）
２０マイクロプレート把持部（把持部）
３０ＸＹステージ（駆動部）
４０ウェル撮像用対物レンズ
４２細胞撮像用対物レンズ
４４顕微鏡
４６カメラ
４８透過照明
５０情報処理装置
５２制御部
５４記憶部

Claims

少なくとも１つの観察対象収容区画を有する観察容器と、
前記観察容器を把持する把持部と、
前記把持部に結合され、前記把持部ごと前記観察容器を水平移動させる駆動部と、
前記観察対象収容区画を撮像する第１の撮像部と、
制御部を有する情報処理装置と、
を備え、
前記制御部は、前記第１の撮像部によって撮像された前記観察対象収容区画の画像に基づいて、前記把持部の基準位置に対する前記観察対象収容区画の基準位置を算出する、観察システム。
前記観察対象収容区画内に収容された観察対象を撮像する第２の撮像部を更に備え、
前記制御部は、算出された前記基準位置に基づいて、前記第２の撮像部に前記観察対象の撮像を更に実行させる、請求項１に記載の観察システム。
前記観察容器が複数の観察対象収容区画を有する場合において、
前記制御部は、前記把持部の基準位置に対する前記複数の観察対象収容区画の基準位置に基づいて、前記把持部に対する前記観察容器の鉛直方向を軸とする回転方向のずれを更に算出し、算出された前記回転方向のずれに基づいて、前記第２の撮像部によって撮像された前記観察対象の画像に対して回転補正を更に実行させる、請求項２に記載の観察システム。
前記第１の撮像部と前記第２の撮像部とは異なる撮像系である、請求項２又は３に記載の観察システム。
前記第１の撮像部と前記第２の撮像部とは同一の撮像系であって、前記第１の撮像部は、前記第２の撮像部よりも撮像倍率が低い、請求項２又は３に記載の観察システム。
前記第１の撮像部は、顕微鏡と透過照明とを含む、請求項２乃至５の何れか一項に記載の観察システム。
コンピュータを、
請求項１乃至６の何れか一項に記載の情報処理装置として機能させるためのプログラム。
情報処理装置が実行する方法であって、
観察容器が有する少なくとも１つの観察対象収容区画の画像に基づいて、前記観察容器を把持する把持部の基準位置に対する前記観察対象収容区画の基準位置を算出することを含む、観察方法。
算出された前記基準位置に基づいて、前記観察対象収容区画内に収容された観察対象の撮像を実行することを更に含む、請求項８に記載の観察方法。
前記観察容器が複数の観察対象収容区画を有する場合において、
前記把持部の基準位置に対する前記複数の観察対象収容区画の基準位置に基づいて、前記把持部に対する前記観察容器の鉛直方向を軸とする回転方向のずれを算出すること、及び算出された前記回転方向のずれに基づいて、撮像された前記観察対象の画像に対して回転補正を実行することを更に含む、請求項９に記載の観察方法。