JP2024046836A - Classification method and computer program - Google Patents

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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis

Abstract

Figure 2024046836000001

【課題】分割期の胚を、三次元画像に基づいて定量的に分類できる技術を提供する。
【解決手段】まず、光干渉断層撮影により、胚の三次元画像D2を取得する。次に、三次元画像D2において、個々の割球が占める割球領域と、フラグメンテーションが占めるフラグメンテーション領域とを、抽出する。次に、個々の割球領域の体積およびフラグメンテーション領域の体積を、算出する。続いて、割球領域の体積に基づいて、胚における割球の体積のばらつきを示す第1指標値P1を算出する。また、フラグメンテーション領域の体積に基づいて、胚におけるフラグメンテーションの割合を示す第2指標値P2を算出する。その後、第1指標値P1および第2指標値P2に基づいて、胚を分類する。これにより、分割期の胚を、三次元画像D2に基づいて定量的に分類することができる。
【選択図】図3

Figure 2024046836000001

The present invention provides a technology that can quantitatively classify embryos at the cleavage stage based on three-dimensional images.
[Solution] First, a three-dimensional image D2 of an embryo is obtained by optical coherence tomography. Next, in the three-dimensional image D2, blastomere regions occupied by individual blastomeres and fragmentation regions occupied by fragmentation are extracted. Next, the volumes of the individual blastomere regions and the volume of the fragmentation region are calculated. Next, a first index value P1 indicating the variation in the volume of the blastomere in the embryo is calculated based on the volume of the blastomere region. Also, a second index value P2 indicating the proportion of fragmentation in the embryo is calculated based on the volume of the fragmentation region. Then, the embryo is classified based on the first index value P1 and the second index value P2. In this way, embryos in the cleavage stage can be quantitatively classified based on the three-dimensional image D2.
[Selected figure] Figure 3

Description

本発明は、分割期の胚を分類する分類方法、および当該分類方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a classification method for classifying embryos at the cleavage stage, and a computer program for causing a computer to execute the classification method.

不妊治療を目的とする生殖補助医療では、体外で受精させた胚を一定期間培養した後、胚を体内に戻すことが行われている。このような生殖補助医療においては、妊娠の成功率を高めるために、複数の胚の状態を的確に評価し、良好な胚を体内に戻すことが重要である。 In assisted reproductive technology aimed at infertility treatment, embryos are fertilized outside the body, cultured for a certain period of time, and then returned to the body. In this type of assisted reproductive technology, it is important to accurately evaluate the condition of multiple embryos and return good embryos to the body in order to increase the success rate of pregnancy.

従来、分割期の胚の評価には、主にVeeck分類が使用されている。Veeck分類は、卵割により生じた割球の大きさの均一性と、フラグメンテーションの割合とに基づき、胚をグレード1~グレード5の5段階に分類するものである。従来の生殖補助医療では、胚培養士が、胚の顕微鏡画像を見ながら、Veeck分類の基準に沿って胚を評価していた。 Traditionally, the Veeck classification has mainly been used to evaluate embryos in the cleavage stage. The Veeck classification classifies embryos into five grades, from grade 1 to grade 5, based on the uniformity of the size of the blastomeres produced by cleavage and the rate of fragmentation. In conventional assisted reproductive technology, embryologists would evaluate embryos according to the criteria of the Veeck classification while looking at microscopic images of the embryos.

しかしながら、従来、胚培養士が評価に使用する顕微鏡画像は、胚を一方向から見た二次元画像であるため、胚の立体的な構造を正確に把握することは難しい。このため、各割球の大きさや、フラグメンテーションの大きさについては、胚培養士の主観的な判断に委ねられていた。 However, traditionally, the microscopic images used by embryologists for evaluation are two-dimensional images of the embryo viewed from one direction, making it difficult to accurately grasp the three-dimensional structure of the embryo. For this reason, the size of each blastomere and the size of fragmentation have been left to the subjective judgment of the embryologist.

そこで、近年、胚を光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography;OCT)により撮影し、得られた三次元画像を、胚の観察に利用することが提案されている。胚を光干渉断層撮影により撮影する従来の技術については、例えば、特許文献1に記載されている。 In recent years, it has been proposed to photograph embryos using optical coherence tomography (OCT) and use the resulting three-dimensional images to observe the embryos. Conventional technology for photographing embryos using optical coherence tomography is described in, for example, Patent Document 1.

特開2019-133429号公報JP 2019-133429 A

ただし、光干渉断層撮影により得られた三次元画像に基づいて、胚の状態を定量的に分類する方法については、まだ十分に確立されていない。上述した胚培養士による主観的な判断では、胚培養士の技量によって判断に差が生じる場合がある。生殖補助医療の成功率をより高めるために、胚培養士の技量に依存することなく、三次元画像に基づいて、胚の状態を定量的に分類できる技術が求められている。 However, methods for quantitatively classifying the state of an embryo based on three-dimensional images obtained by optical coherence tomography have not yet been fully established. The subjective judgment by the embryologist mentioned above can lead to discrepancies in judgment depending on the skill of the embryologist. To further increase the success rate of assisted reproductive technology, there is a demand for technology that can quantitatively classify the state of an embryo based on three-dimensional images, without relying on the skill of the embryologist.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、分割期の胚を、三次元画像に基づいて定量的に分類できる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been developed in consideration of these circumstances, and aims to provide a technology that can quantitatively classify embryos at the cleavage stage based on three-dimensional images.

上記課題を解決するため、本願の第1発明は、分割期の胚を分類する分類方法であって、a)光干渉断層撮影により、前記胚の三次元画像を取得する工程と、b)前記三次元画像において、個々の割球が占める割球領域と、フラグメンテーションが占めるフラグメンテーション領域とを、抽出する工程と、c)個々の前記割球領域の体積および前記フラグメンテーション領域の体積を、算出する工程と、d)前記割球領域の体積に基づいて、前記胚における前記割球の体積のばらつきを示す第1指標値を算出する工程と、e)前記フラグメンテーション領域の体積に基づいて、前記胚における前記フラグメンテーションの割合を示す第2指標値を算出する工程と、f)前記第1指標値および前記第2指標値に基づいて、前記胚を分類する工程と、を有する。 In order to solve the above problems, the first invention of the present application is a classification method for classifying embryos in the cleavage stage, comprising the steps of: a) acquiring a three-dimensional image of the embryo by optical coherence tomography; b) extracting, in the three-dimensional image, blastomere regions occupied by individual blastomeres and fragmentation regions occupied by fragmentation; c) calculating the volumes of the individual blastomere regions and the fragmentation regions; d) calculating a first index value indicating the variation in the volume of the blastomere in the embryo based on the volume of the blastomere regions; e) calculating a second index value indicating the proportion of the fragmentation in the embryo based on the volume of the fragmentation region; and f) classifying the embryo based on the first index value and the second index value.

本願の第2発明は、第1発明の分類方法であって、前記工程f)では、前記第1指標値および前記第2指標値に基づいて、前記胚をグレード1~グレード5の5段階に分類する。 The second invention of the present application is the classification method of the first invention, in which in step f), the embryos are classified into five grades, grade 1 to grade 5, based on the first index value and the second index value.

本願の第3発明は、第1発明の分類方法であって、前記工程f)では、前記第1指標値および前記第2指標値に基づいて、前記胚を良好胚と非良好胚の2種類に分類する。 The third invention of the present application is the classification method of the first invention, in which in step f), the embryos are classified into two types, good embryos and non-good embryos, based on the first index value and the second index value.

本願の第4発明は、第1発明の分類方法であって、コンピュータが、機械学習アルゴリズムに基づいて、前記第1指標値および前記第2指標値と、前記胚の分類結果との関係を学習することにより、学習済みモデルを生成する工程をさらに備え、前記工程f)では、コンピュータが、前記学習済みモデルに前記第1指標値および前記第2指標値を入力し、前記学習済みモデルから出力される分類結果に基づいて、前記胚を分類する。 The fourth invention of the present application is the classification method of the first invention, further comprising a step in which a computer generates a trained model by learning the relationship between the first index value and the second index value and the classification result of the embryo based on a machine learning algorithm, and in step f), the computer inputs the first index value and the second index value to the trained model and classifies the embryo based on the classification result output from the trained model.

本願の第5発明は、第1発明の分類方法であって、前記工程f)では、前記第1指標値および前記第2指標値と、予め設定された閾値とに基づいて、前記胚を分類する。 The fifth invention of the present application is the classification method of the first invention, in which in step f), the embryo is classified based on the first index value, the second index value, and a preset threshold value.

本願の第6発明は、第1発明の分類方法であって、前記工程d)では、前記割球領域の数が2のべき乗に該当しない場合、体積の大きい一部の割球領域を2つの割球領域に分けることによって割球領域の数を2のべき乗となるように変更し、変更後の複数の割球領域について、前記第1指標値を算出する。 The sixth invention of the present application is the classification method of the first invention, in which in step d), if the number of blastomere regions is not a power of two, some blastomere regions with a large volume are divided into two blastomere regions to change the number of blastomere regions to a power of two, and the first index value is calculated for the multiple blastomere regions after the change.

本願の第7発明は、第1発明の分類方法であって、前記工程d)では、前記割球領域の体積を平均値または中央値で除算することにより標準化し、標準化後の体積に基づいて、前記第1指標値を算出する。 The seventh invention of the present application is the classification method of the first invention, in which in step d), the volume of the blastomere region is standardized by dividing it by the average value or the median value, and the first index value is calculated based on the standardized volume.

本願の第8発明は、コンピュータプログラムであって、第1発明から第7発明までのいずれか1発明の分類方法を、コンピュータに実行させる。 The eighth invention of the present application is a computer program that causes a computer to execute the classification method of any one of the first to seventh inventions.

本願の第1発明~第8発明によれば、分割期の胚を、三次元画像に基づいて定量的に分類することができる。 According to the first to eighth aspects of the present application, embryos in the cleavage stage can be quantitatively classified based on three-dimensional images.

特に、本願の第2発明によれば、従来、二次元の顕微鏡画像に基づいて、観察者が主観的な判断で行っていたVeek分類を、三次元画像に基づいて客観的に行うことができる。 In particular, according to the second invention of the present application, Veek classification, which was previously performed by an observer on the basis of a subjective judgment based on a two-dimensional microscope image, can now be performed objectively based on a three-dimensional image.

特に、本願の第3発明によれば、三次元画像に基づいて、良好胚を容易に選択できる。 In particular, according to the third aspect of the present invention, good embryos can be easily selected based on three-dimensional images.

特に、本願の第4発明によれば、機械学習を利用することにより、分類のための閾値をユーザが設定することなく、胚を分類できる。 In particular, according to the fourth aspect of the present invention, by using machine learning, embryos can be classified without the user having to set a classification threshold.

特に、本願の第5発明によれば、予め設定された閾値に基づいて、胚を分類できる。 In particular, according to the fifth aspect of the present invention, embryos can be classified based on a preset threshold value.

特に、本願の第6発明によれば、胚の中に、分割後の割球と分割直前の割球とが混在している場合でも、割球の体積のばらつきを示す第1指標値を、適切に算出できる。 In particular, according to the sixth aspect of the present invention, even when an embryo contains a mixture of cleaved and immediately prior to cleavage, the first index value indicating the variation in blastomere volume can be appropriately calculated.

特に、本願の第7発明によれば、卵割の世代による第1指標値の変動を抑制できる。 In particular, according to the seventh invention of the present application, it is possible to suppress the variation in the first index value due to the generation of cleavage.

胚分類装置の構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embryo classification device. 胚分類装置の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of the embryo classification device. 胚の分類を行うためのコンピュータの機能を、概念的に示したブロック図である。FIG. 1 is a block diagram conceptually illustrating the functions of a computer for classifying embryos. 分割期の胚の構造を示した図である。FIG. 1 shows the structure of an embryo at the cleavage stage. 胚の分類処理の流れを示したフローチャートである。13 is a flowchart showing the flow of an embryo classification process. 第1指標値の算出処理の流れを示したフローチャートである。11 is a flowchart showing a flow of a calculation process of a first index value. 割球領域を調整する様子を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing how a blastomere region is adjusted. 第1指標値を算出するための第1の手法を説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining a first technique for calculating a first index value. 第1指標値を算出するための第2の手法を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a second method for calculating a first index value. 第1指標値を算出するための第2の手法を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a second method for calculating a first index value.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

<1.観察装置の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る胚分類装置1の構成を示した図である。この胚分類装置1は、試料容器90内に保持された胚9の光干渉断層撮影を行い、得られた三次元画像に基づいて、胚9の状態を分類する装置である。胚9は、受精卵が分割を開始した後、桑実胚に至るまでの分割期の胚である。胚9は、一例としてはヒトの胚であるが、非ヒト動物の胚であってもよい。
1. Configuration of the observation device
1 is a diagram showing the configuration of an embryo classification device 1 according to an embodiment of the present invention. This embryo classification device 1 is a device that performs optical coherence tomography of an embryo 9 held in a sample container 90 and classifies the state of the embryo 9 based on the obtained three-dimensional image. The embryo 9 is an embryo in the division stage from when a fertilized egg starts to divide until it becomes a morula. The embryo 9 is, for example, a human embryo, but may also be an embryo of a non-human animal.

図1に示すように、胚分類装置1は、ステージ10、撮像部20、およびコンピュータ30を備えている。 As shown in FIG. 1, the embryo classification device 1 includes a stage 10, an imaging unit 20, and a computer 30.

ステージ10は、試料容器90を支持する支持台である。試料容器90には、例えば、ウェルプレートが使用される。ウェルプレートは、複数のウェル(凹部)901を有する。各ウェル901は、U字状またはV字状の底部を有する。胚9は、各ウェル901の底部付近に、培養液とともに保持される。試料容器90の材料には、光を透過する透明な樹脂またはガラスが使用される。 The stage 10 is a support base that supports the sample container 90. For example, a well plate is used as the sample container 90. The well plate has a number of wells (recesses) 901. Each well 901 has a U-shaped or V-shaped bottom. The embryo 9 is held near the bottom of each well 901 together with a culture solution. The material used for the sample container 90 is a transparent resin or glass that transmits light.

ステージ10は、上下方向に貫通する開口部11を有する。試料容器90は、ステージ10の当該開口部11に嵌め込まれた状態で、水平に支持される。したがって、試料容器90の下面は、ステージ10に覆われることなく、撮像部20へ向けて露出する。 The stage 10 has an opening 11 that penetrates in the vertical direction. The sample container 90 is supported horizontally while being fitted into the opening 11 of the stage 10. Therefore, the bottom surface of the sample container 90 is not covered by the stage 10 and is exposed toward the imaging unit 20.

撮像部20は、試料容器90内の胚9を撮影するユニットである。撮像部20は、ステージ10に支持された試料容器90の下方に配置されている。撮像部20は、胚9の断層画像および三次元画像を取得することが可能な、光干渉断層撮影(Optical Coherence Tomography;OCT)装置である。 The imaging unit 20 is a unit that captures an image of the embryo 9 in the sample container 90. The imaging unit 20 is disposed below the sample container 90 supported by the stage 10. The imaging unit 20 is an optical coherence tomography (OCT) device that is capable of acquiring tomographic images and three-dimensional images of the embryo 9.

図1に示すように、撮像部20は、光源21、物体光学系22、参照光学系23、検出部24、および光ファイバカプラ25を有する。光ファイバカプラ25は、第1光ファイバ251~第4光ファイバ254が、接続部255において連結されたものである。光源21、物体光学系22、参照光学系23、および検出部24は、光ファイバカプラ25により構成される光路を介して、互いに接続されている。 As shown in FIG. 1, the imaging unit 20 has a light source 21, an object optical system 22, a reference optical system 23, a detection unit 24, and an optical fiber coupler 25. The optical fiber coupler 25 is formed by connecting a first optical fiber 251 to a fourth optical fiber 254 at a connection portion 255. The light source 21, the object optical system 22, the reference optical system 23, and the detection unit 24 are connected to each other via an optical path formed by the optical fiber coupler 25.

光源21は、LED等の発光素子を有する。光源21は、広帯域の波長成分を含む低コヒーレンス光を出射する。胚9を侵襲することなく、胚9の内部まで光を到達させるために、光源21から出射される光は、近赤外線であることが望ましい。光源21は、第1光ファイバ251に接続されている。光源21から出射される光は、第1光ファイバ251へ入射し、接続部255において、第2光ファイバ252へ入射する光と、第3光ファイバ253へ入射する光とに、分岐される。 The light source 21 has a light-emitting element such as an LED. The light source 21 emits low-coherence light containing a wide band of wavelength components. In order to allow the light to reach the inside of the embryo 9 without invading the embryo 9, it is desirable that the light emitted from the light source 21 be near-infrared. The light source 21 is connected to a first optical fiber 251. The light emitted from the light source 21 enters the first optical fiber 251, and is branched at the connection portion 255 into light that enters the second optical fiber 252 and light that enters the third optical fiber 253.

第2光ファイバ252は、物体光学系22に接続されている。接続部255から第2光ファイバ252へ進む光は、物体光学系22へ入射する。物体光学系22は、コリメータレンズ221および対物レンズ222を含む複数の光学部品を有する。第2光ファイバ252から出射された光は、コリメータレンズ221および対物レンズ222を通って、試料容器90内の胚9に照射される。このとき、対物レンズ222により、光が胚9へ向けて収束する。そして、胚9において反射した光(以下「観察光」と称する)は、対物レンズ222およびコリメータレンズ221を通って、再び第2光ファイバ252へ入射する。 The second optical fiber 252 is connected to the object optical system 22. The light traveling from the connection part 255 to the second optical fiber 252 is incident on the object optical system 22. The object optical system 22 has a plurality of optical components including a collimator lens 221 and an objective lens 222. The light emitted from the second optical fiber 252 passes through the collimator lens 221 and the objective lens 222 and is irradiated onto the embryo 9 in the sample container 90. At this time, the objective lens 222 converges the light toward the embryo 9. Then, the light reflected by the embryo 9 (hereinafter referred to as "observation light") passes through the objective lens 222 and the collimator lens 221 and is incident on the second optical fiber 252 again.

図1に示すように、物体光学系22は、走査機構223に接続されている。走査機構223は、コンピュータ30からの指令に従って、物体光学系22を、鉛直方向および水平方向に微小移動させる。これにより、胚9に対する光の入射位置を、鉛直方向および水平方向に微小移動させることができる。 As shown in FIG. 1, the object optical system 22 is connected to a scanning mechanism 223. The scanning mechanism 223 moves the object optical system 22 slightly in the vertical and horizontal directions in accordance with commands from the computer 30. This allows the incident position of the light on the embryo 9 to be moved slightly in the vertical and horizontal directions.

また、撮像部20は、図示を省略した移動機構により、水平方向に移動可能となっている。これにより、撮像部20の視野を、複数のウェル901の間で切り替えることができる。 The imaging unit 20 can also be moved horizontally by a moving mechanism (not shown). This allows the field of view of the imaging unit 20 to be switched between multiple wells 901.

第3光ファイバ253は、参照光学系23に接続されている。接続部255から第3光ファイバ253へ進む光は、参照光学系23へ入射する。参照光学系23は、コリメータレンズ231およびミラー232を有する。第3光ファイバ253から出射された光は、コリメータレンズ231を通って、ミラー232へ入射する。そして、ミラー232により反射された光(以下「参照光」と称する)は、コリメータレンズ231を通って、再び第3光ファイバ253へ入射する。 The third optical fiber 253 is connected to the reference optical system 23. Light traveling from the connection portion 255 to the third optical fiber 253 is incident on the reference optical system 23. The reference optical system 23 has a collimator lens 231 and a mirror 232. The light emitted from the third optical fiber 253 passes through the collimator lens 231 and is incident on the mirror 232. Then, the light reflected by the mirror 232 (hereinafter referred to as "reference light") passes through the collimator lens 231 and is again incident on the third optical fiber 253.

図1に示すように、ミラー232は、進退機構233に接続されている。進退機構233は、コンピュータ30からの指令に従って、ミラー232を、光軸方向に微小移動させる。これにより、参照光の光路長を変化させることができる。 As shown in FIG. 1, the mirror 232 is connected to the advance/retract mechanism 233. The advance/retract mechanism 233 moves the mirror 232 slightly in the optical axis direction according to commands from the computer 30. This makes it possible to change the optical path length of the reference light.

第4光ファイバ254は、検出部24に接続されている。物体光学系22から第2光ファイバ252へ入射した観察光と、参照光学系23から第3光ファイバ253へ入射した参照光とは、接続部255において合流して、第4光ファイバ254へ入射する。そして、第4光ファイバ254から出射された光は、検出部24へ入射する。このとき、観察光と参照光との間で、位相差に起因する干渉が生じる。この干渉光の分光スペクトルは、観察光の反射位置の高さによって異なる。 The fourth optical fiber 254 is connected to the detection unit 24. The observation light incident on the second optical fiber 252 from the object optical system 22 and the reference light incident on the third optical fiber 253 from the reference optical system 23 are joined at the connection unit 255 and incident on the fourth optical fiber 254. The light emitted from the fourth optical fiber 254 is then incident on the detection unit 24. At this time, interference occurs between the observation light and the reference light due to a phase difference. The spectrum of this interference light differs depending on the height of the reflection position of the observation light.

検出部24は、分光器241および光検出器242を有する。第4光ファイバ254から出射された干渉光は、分光器241において波長成分ごとに分光されて、光検出器242へ入射する。光検出器242は、分光された干渉光を検出し、その検出信号を、コンピュータ30へ出力する。 The detection unit 24 has a spectroscope 241 and a photodetector 242. The interference light emitted from the fourth optical fiber 254 is split into wavelength components by the spectroscope 241 and enters the photodetector 242. The photodetector 242 detects the split interference light and outputs the detection signal to the computer 30.

コンピュータ30の後述する画像取得部41は、光検出器242から得られる検出信号をフーリエ変換することで、観察光の鉛直方向の光強度分布を求める。また、走査機構223により、物体光学系22を水平方向に移動させつつ、上記の光強度分布の算出を繰り返すことにより、三次元空間の各座標における観察光の光強度分布を求めることができる。その結果、コンピュータ30は、胚9の断層画像および三次元画像を得ることができる。 The image acquisition unit 41 of the computer 30, which will be described later, performs a Fourier transform on the detection signal obtained from the photodetector 242 to obtain the vertical light intensity distribution of the observation light. In addition, the scanning mechanism 223 moves the object optical system 22 in the horizontal direction while repeating the calculation of the above light intensity distribution, thereby obtaining the light intensity distribution of the observation light at each coordinate in three-dimensional space. As a result, the computer 30 can obtain a tomographic image and a three-dimensional image of the embryo 9.

断層画像は、二次元座標上に配列された複数の画素(ピクセル)により構成され、画素毎に輝度値が規定されたデータである。三次元画像は、三次元座標上に配列された複数の画素(ボクセル)により構成され、画素毎に輝度値が規定されたデータである。すなわち、断層画像および三次元画像は、いずれも、所定の座標上に輝度値が分布した撮影画像である。 A tomographic image is data composed of multiple pixels arranged on two-dimensional coordinates, with a brightness value specified for each pixel. A three-dimensional image is data composed of multiple pixels (voxels) arranged on three-dimensional coordinates, with a brightness value specified for each pixel. In other words, both tomographic images and three-dimensional images are captured images in which brightness values are distributed on specified coordinates.

コンピュータ30は、撮像部20を動作制御する制御部としての機能を有する。また、コンピュータ30は、撮像部20から入力される検出信号に基づいて断層画像および三次元画像を作成し、得られた断層画像および三次元画像に基づいて、胚9を分類するデータ処理部としての機能を有する。 The computer 30 functions as a control unit that controls the operation of the imaging unit 20. The computer 30 also functions as a data processing unit that creates tomographic images and three-dimensional images based on the detection signals input from the imaging unit 20, and classifies the embryos 9 based on the obtained tomographic images and three-dimensional images.

図2は、胚分類装置1の制御ブロック図である。図2中に概念的に示したように、コンピュータ30は、CPU等のプロセッサ31、RAM等のメモリ32、およびハードディスクドライブ等の記憶部33を有する。記憶部33内には、胚分類装置1内の各部を動作制御するためのコンピュータプログラムである制御プログラムCP1と、断層画像D1および三次元画像D2を作成して胚9を分類するためのコンピュータプログラムであるデータ処理プログラムCP2とが、記憶されている。 Figure 2 is a control block diagram of the embryo classification device 1. As conceptually shown in Figure 2, the computer 30 has a processor 31 such as a CPU, a memory 32 such as a RAM, and a storage unit 33 such as a hard disk drive. Stored in the storage unit 33 are a control program CP1, which is a computer program for controlling the operation of each unit in the embryo classification device 1, and a data processing program CP2, which is a computer program for creating a tomographic image D1 and a three-dimensional image D2 to classify the embryo 9.

制御プログラムCP1およびデータ処理プログラムCP2は、CDやDVDなどのコンピュータ30により読み取り可能な記憶媒体から読み取られて、記憶部33に記憶される。ただし、制御プログラムCP1およびデータ処理プログラムCP2は、ネットワーク経由でコンピュータ30にダウンロードされるものであってもよい。 The control program CP1 and the data processing program CP2 are read from a storage medium readable by the computer 30, such as a CD or DVD, and stored in the storage unit 33. However, the control program CP1 and the data processing program CP2 may also be downloaded to the computer 30 via a network.

また、図2に示すように、コンピュータ30は、上述した光源21、走査機構223、進退機構233、および光検出器242と、それぞれ通信可能に接続されている。また、コンピュータ30は、液晶ディスプレイ等の表示部70とも、通信可能に接続されている。コンピュータ30は、制御プログラムCP1に従って、上記の各部を動作制御する。これにより、試料容器90に保持された胚9の撮影処理が進行する。 As shown in FIG. 2, the computer 30 is communicatively connected to the light source 21, the scanning mechanism 223, the advance/retract mechanism 233, and the photodetector 242. The computer 30 is also communicatively connected to a display unit 70 such as a liquid crystal display. The computer 30 controls the operation of each of the above units according to the control program CP1. This allows the process of photographing the embryo 9 held in the sample container 90 to proceed.

図3は、胚9の分類を行うためのコンピュータ30の機能を、概念的に示したブロック図である。図3に示すように、コンピュータ30は、画像取得部41、領域抽出部42、体積算出部43、第1指標値算出部44、第2指標値算出部45、および分類部46を有する。画像取得部41、領域抽出部42、第1指標値算出部44、第2指標値算出部45、および分類部46の各機能は、コンピュータ30のプロセッサ31が、上述したデータ処理プログラムCP2に従って動作することにより、実現される。画像取得部41、領域抽出部42、第1指標値算出部44、第2指標値算出部45、および分類部46が実行する処理の詳細については、後述する。 Figure 3 is a block diagram conceptually showing the functions of the computer 30 for classifying the embryos 9. As shown in Figure 3, the computer 30 has an image acquisition unit 41, a region extraction unit 42, a volume calculation unit 43, a first index value calculation unit 44, a second index value calculation unit 45, and a classification unit 46. The functions of the image acquisition unit 41, the region extraction unit 42, the first index value calculation unit 44, the second index value calculation unit 45, and the classification unit 46 are realized by the processor 31 of the computer 30 operating in accordance with the above-mentioned data processing program CP2. Details of the processes executed by the image acquisition unit 41, the region extraction unit 42, the first index value calculation unit 44, the second index value calculation unit 45, and the classification unit 46 will be described later.

<2.胚の分類処理について>
続いて、上記の胚分類装置1を使用した胚9の分類処理について、説明する。
<2. Classification of embryos>
Next, the classification process of the embryo 9 using the above-mentioned embryo classification device 1 will be described.

図4は、分割期の胚9の構造を示した図である。胚9は、透明または半透明である。図4に示すように、分割期の胚9は、複数の細胞である割球92が、球面状の透明帯91の中に収容された状態となっている。卵割が進むにつれて、割球92の数は、2個、4個、8個…のように増加する。胚9の培養が良好に進行している状態では、複数の割球92は、同程度の大きさを有する。 Figure 4 shows the structure of an embryo 9 in the cleavage stage. The embryo 9 is transparent or translucent. As shown in Figure 4, the embryo 9 in the cleavage stage has multiple cells, or blastomeres 92, contained within a spherical zona pellucida 91. As cleavage progresses, the number of blastomeres 92 increases to 2, 4, 8, and so on. When the culture of the embryo 9 is progressing well, the multiple blastomeres 92 are of approximately the same size.

また、図4に示すように、胚9は、透明帯91の中にフラグメンテーション93を有する場合がある。フラグメンテーション93は、細胞が不規則に分割することにより形成された細かい細胞片の集合である。胚9の培養が良好に進行している状態では、胚9に含まれるフラグメンテーション93の割合は小さい。 Also, as shown in FIG. 4, the embryo 9 may have fragmentation 93 in the zona pellucida 91. The fragmentation 93 is a collection of small cell pieces formed by irregular cell division. When the culture of the embryo 9 is progressing well, the proportion of fragmentation 93 contained in the embryo 9 is small.

この胚分類装置1は、良好に培養が進んでいる胚9を選別するために、割球92の体積の均一性と、胚9におけるフラグメンテーション93の割合とに基づいて、胚9の状態を分類する。 To select embryos 9 that are being cultured well, this embryo classification device 1 classifies the state of the embryos 9 based on the uniformity of the volume of the blastomeres 92 and the proportion of fragmentation 93 in the embryos 9.

図5は、胚9の分類処理の流れを示したフローチャートである。胚分類装置1において胚9の分類を行うときには、まず、ステージ10に試料容器90をセットする(ステップS1,準備工程)。試料容器90内には、培養液とともに胚9が保持されている。 Figure 5 is a flow chart showing the flow of the classification process of the embryo 9. When classifying the embryo 9 in the embryo classification device 1, first, a sample container 90 is set on the stage 10 (step S1, preparation process). The embryo 9 is held in the sample container 90 together with the culture fluid.

次に、胚分類装置1は、撮像部20により、胚9の撮影を行う(ステップS2,画像取得工程)。撮像部20は、光干渉断層撮影を行う。具体的には、光源21から光を出射し、走査機構223により物体光学系22を微少移動させながら、観察光および参照光の干渉光を、波長成分ごとに、光検出器242で検出する。コンピュータ30の画像取得部41は、光検出器242から出力される検出信号に基づいて、胚9の各座標位置における光強度分布を算出する。これにより、胚9の断層画像D1および三次元画像D2が得られる。 Next, the embryo classification device 1 photographs the embryo 9 using the imaging unit 20 (step S2, image acquisition process). The imaging unit 20 performs optical coherence tomography. Specifically, light is emitted from the light source 21, and the object optical system 22 is moved slightly by the scanning mechanism 223 while the interference light of the observation light and the reference light is detected by the photodetector 242 for each wavelength component. The image acquisition unit 41 of the computer 30 calculates the light intensity distribution at each coordinate position of the embryo 9 based on the detection signal output from the photodetector 242. This allows a tomographic image D1 and a three-dimensional image D2 of the embryo 9 to be obtained.

胚分類装置1は、1つの胚9について、複数の断層画像D1と、1つの三次元画像D2とを取得する。また、胚分類装置1は、撮影対象となるウェル901を変更しながら、ステップS2の処理を繰り返すことにより、複数の胚9の断層画像D1および三次元画像D2を取得する。得られた断層画像D1および三次元画像D2は、コンピュータ30の記憶部33に記憶される。また、コンピュータ30は、得られた断層画像D1および三次元画像D2を、表示部70に表示する。 The embryo classification device 1 acquires multiple tomographic images D1 and one three-dimensional image D2 for one embryo 9. The embryo classification device 1 also acquires the multiple tomographic images D1 and three-dimensional images D2 of the embryos 9 by repeating the process of step S2 while changing the well 901 to be photographed. The acquired tomographic images D1 and three-dimensional images D2 are stored in the memory unit 33 of the computer 30. The computer 30 also displays the acquired tomographic images D1 and three-dimensional images D2 on the display unit 70.

次に、コンピュータ30の領域抽出部42は、胚9の三次元画像D2において、複数の領域を抽出する(ステップS3,領域抽出工程)。具体的には、領域抽出部42は、胚9の三次元画像D2において、胚9全体が占める胚全体領域、透明帯91が占める透明帯領域、複数の割球92が占める割球集合領域、およびフラグメンテーション93が占めるフラグメンテーション領域を、それぞれ抽出する。これらの各領域は、例えば、公知のLocal Thickness法などを利用して抽出することができる。 Next, the region extraction unit 42 of the computer 30 extracts multiple regions in the three-dimensional image D2 of the embryo 9 (step S3, region extraction process). Specifically, the region extraction unit 42 extracts, in the three-dimensional image D2 of the embryo 9, the entire embryo region occupied by the entire embryo 9, the zona pellucida region occupied by the zona pellucida 91, the blastomere assembly region occupied by multiple blastomeres 92, and the fragmentation region occupied by the fragmentation 93. Each of these regions can be extracted using, for example, the well-known Local Thickness method.

また、領域抽出部42は、上述した割球集合領域において、各割球92の境界を特定する。これにより、割球集合領域を、割球92毎の領域である割球領域に分割する。割球92の境界は、例えば、公知のWatershedアルゴリズムなどを利用して特定することができる。三次元画像D2において、個々の割球92に対応する割球領域が特定されると、コンピュータ30は、割球領域の数(すなわち、当該胚9における割球92の数)を計測して、記憶部33に記憶する。 The region extraction unit 42 also identifies the boundaries of each blastomere 92 in the blastomere assembly region described above. This divides the blastomere assembly region into blastomere regions, which are regions for each blastomere 92. The boundaries of the blastomere 92 can be identified, for example, using a known Watershed algorithm. When the blastomere regions corresponding to the individual blastomeres 92 are identified in the three-dimensional image D2, the computer 30 counts the number of blastomere regions (i.e., the number of blastomeres 92 in the embryo 9) and stores the number in the memory unit 33.

コンピュータ30は、領域抽出部42により抽出された胚全体領域、透明帯領域、複数の割球領域、およびフラグメンテーション領域を、記憶部33にする。また、コンピュータ30は、表示部70に表示された三次元画像D2において、透明帯領域、複数の割球領域、およびフラグメンテーション領域を、領域毎に色分けするなどして表示してもよい。 The computer 30 stores the entire embryo region, the zona pellucida region, the multiple blastomere regions, and the fragmentation region extracted by the region extraction unit 42 in the memory unit 33. The computer 30 may also display the zona pellucida region, the multiple blastomere regions, and the fragmentation region in the three-dimensional image D2 displayed on the display unit 70, for example by color-coding each region.

続いて、コンピュータ30の体積算出部43は、抽出された複数の領域の体積を、それぞれ算出する(ステップS4,体積算出工程)。具体的には、体積算出部43は、胚全体領域の体積、透明帯領域の体積、個々の割球領域の体積、およびフラグメンテーション領域の体積を、それぞれ算出する。各領域の体積は、例えば、当該領域を構成するボクセルの数によって表すことができる。ただし、体積算出部43は、実空間中における1ボクセルあたりの体積に、ボクセルの数を乗算することにより、実空間における各領域の体積を算出してもよい。 Then, the volume calculation unit 43 of the computer 30 calculates the volume of each of the extracted regions (step S4, volume calculation process). Specifically, the volume calculation unit 43 calculates the volume of the entire embryo region, the volume of the zona pellucida region, the volume of each blastomere region, and the volume of the fragmentation region. The volume of each region can be represented, for example, by the number of voxels that make up the region. However, the volume calculation unit 43 may calculate the volume of each region in real space by multiplying the volume per voxel in real space by the number of voxels.

次に、コンピュータ30の第1指標値算出部44が、胚9における割球92の体積のばらつきを示す第1指標値P1を算出する(ステップS5,第1指標値算出工程)。ここでは、第1指標値算出部44は、上述のステップS4において算出された各割球領域の体積に基づいて、割球92の体積のばらつきを示す第1指標値P1を算出する。 Next, the first index value calculation unit 44 of the computer 30 calculates a first index value P1 indicating the variation in the volume of the blastomere 92 in the embryo 9 (step S5, first index value calculation process). Here, the first index value calculation unit 44 calculates the first index value P1 indicating the variation in the volume of the blastomere 92 based on the volume of each blastomere region calculated in the above-mentioned step S4.

図6は、第1指標値P1の算出処理の流れを示したフローチャートである。図6に示すように、第1指標値算出部44は、まず、上述したステップS3において抽出された割球領域の数が、2のべき乗に該当するか否かを判定する(ステップS51)。2のべき乗に該当するとは、例えば、割球領域の数が2個、4個、8個の場合である。2のべき乗に該当しないとは、例えば、割球領域の数が、3個、5個、6個、7個の場合である。 Figure 6 is a flowchart showing the flow of the calculation process of the first index value P1. As shown in Figure 6, the first index value calculation unit 44 first determines whether or not the number of blastomere regions extracted in the above-mentioned step S3 is a power of 2 (step S51). For example, the number of blastomere regions is 2, 4, or 8 when the number is a power of 2. For example, the number of blastomere regions is 3, 5, 6, or 7 when the number is not a power of 2.

割球領域の数が2のべき乗に該当しない場合(ステップS51:No)、胚9の中に、分割後の割球92と、分割直前の割球92とが、混在していると考えられる。この場合、第1指標値算出部44は、割球領域の調整を行う(ステップS52)。 If the number of blastomere regions is not a power of 2 (step S51: No), it is considered that the embryo 9 contains a mixture of blastomeres 92 after cleavage and blastomeres 92 immediately before cleavage. In this case, the first index value calculation unit 44 adjusts the blastomere regions (step S52).

図7は、三次元画像D2において割球領域を調整する様子を示す図である。図7中に破線で示したように、第1指標値算出部44は、抽出された複数の割球領域92Aのうち、体積の大きい一部の割球領域92Aを2等分する。すなわち、複数の割球92のうち、分割直前の割球92を分割したものとして扱う。これにより、割球領域92Aの数を2のべき乗に変更する。 Figure 7 is a diagram showing how the blastomere regions are adjusted in the three-dimensional image D2. As shown by the dashed line in Figure 7, the first index value calculation unit 44 divides some of the extracted blastomere regions 92A that have a large volume in half. In other words, among the multiple blastomere regions 92, the blastomere 92 immediately before division is treated as having been divided. This changes the number of blastomere regions 92A to a power of two.

図7のように、割球領域92Aの数が3つの場合、第1指標値算出部44は、最も大きい1つの割球領域92Aを2等分することにより、割球領域92Aの数を4つに変更する。また、割球領域の数が5つの場合、第1指標値算出部44は、最も大きい3つの割球領域を2等分することにより、割球領域の数を8つに変更する。また、割球領域の数が6つの場合、第1指標値算出部44は、最も大きい2つの割球領域を2等分することにより、割球領域の数を8つに変更する。また、割球領域の数が7個の場合、第1指標値算出部44は、最も大きい1つの割球領域を2等分することにより、割球領域の数を8つに変更する。 As shown in FIG. 7, when the number of blastomere regions 92A is three, the first index value calculation unit 44 changes the number of blastomere regions 92A to four by dividing the largest blastomere region 92A in half. When the number of blastomere regions is five, the first index value calculation unit 44 changes the number of blastomere regions to eight by dividing the three largest blastomere regions in half. When the number of blastomere regions is six, the first index value calculation unit 44 changes the number of blastomere regions to eight by dividing the two largest blastomere regions in half. When the number of blastomere regions is seven, the first index value calculation unit 44 changes the number of blastomere regions to eight by dividing the largest blastomere region in half.

ステップS51において、割球領域の数が2のべき乗に該当する場合(ステップS51:Yes)、または、ステップS52において、割球領域を調整して割球領域の数を2のべき乗に変更した場合、次に、第1指標値算出部44は、複数の割球領域の体積に基づいて、第1指標値P1を算出する(ステップS53)。以下では、第1指標値P1を算出するための3通りの手法について説明する。 In step S51, if the number of blastomere regions corresponds to a power of 2 (step S51: Yes), or if the number of blastomere regions is changed to a power of 2 by adjusting the blastomere regions in step S52, the first index value calculation unit 44 then calculates a first index value P1 based on the volumes of the multiple blastomere regions (step S53). Three methods for calculating the first index value P1 are described below.

まず、第1指標値P1を算出するための第1の手法について説明する。図8は、割球領域の数が4つの場合を例として、第1の手法を説明するための図である。第1の手法では、最も大きい割球領域の体積Vmaxと、最も小さい割球領域の体積Vminととの差Vmax-Vminに基づいて、第1指標値P1を算出する。具体的には、当該胚9における割球領域の体積の平均値をVm、割球領域の数をNとして、次の数式(1)により、第1指標値P1を算出する。
P1=(Vmax/Vm-Vmin/Vm)/N ・・・(1)
First, a first method for calculating the first index value P1 will be described. Fig. 8 is a diagram for explaining the first method by taking an example in which the number of blastomere regions is four. In the first method, the first index value P1 is calculated based on the difference Vmax - Vmin between the volume Vmax of the largest blastomere region and the volume Vmin of the smallest blastomere region. Specifically, the average value of the volume of the blastomere regions in the embryo 9 is Vm, and the number of blastomere regions is N, and the first index value P1 is calculated by the following formula (1).
P1=(Vmax/Vm-Vmin/Vm)/N (1)

通常、卵割により胚9の世代が進むにつれて、割球92の平均的な体積は小さくなる。このため、上記の数式(1)では、割球領域の体積Vmax,Vminを、平均値Vmで除算することにより、体積を標準化(正規化)している。これにより、卵割の世代による第1指標値P1の変動を抑えている。また、通常、割球領域の体積の最大値と最小値との差分値は、割球92の総数に応じて変動する。このため、上記の数式(1)では、標準化された差分値(Vmax/Vm-Vmin/Vm)を、割球領域の数Nで除算することにより、割球領域の体積のばらつきの割合を算出している。 Normally, as the generation of the embryo 9 progresses through cleavage, the average volume of the blastomeres 92 becomes smaller. For this reason, in the above formula (1), the volumes Vmax and Vmin of the blastomere regions are divided by the average value Vm to standardize (normalize) the volumes. This suppresses the fluctuation of the first index value P1 due to the cleavage generation. Also, normally, the difference value between the maximum and minimum values of the volume of the blastomere regions fluctuates according to the total number of blastomeres 92. For this reason, in the above formula (1), the standardized difference value (Vmax/Vm-Vmin/Vm) is divided by the number N of blastomere regions to calculate the percentage of variation in the volume of the blastomere regions.

次に、第1指標値P1を算出するための第2の手法について説明する。図9は、割球領域の数が4つの場合を例として、第2の手法を説明するための図である。第2の手法では、割球領域の体積の累積値に基づいて、第1指標値P1を算出する。具体的には、当該胚9におけるn番目の割球領域の体積をVn、割球領域の体積の平均値をVm、割球領域の数をNとして、次の数式(2)により、第1指標値P1を算出する。
P1=(Σ(Vn/Vm)-Vmin/Vm)/N ・・・(2)
Next, a second method for calculating the first index value P1 will be described. Fig. 9 is a diagram for explaining the second method, taking an example in which the number of blastomere regions is four. In the second method, the first index value P1 is calculated based on the cumulative value of the volumes of the blastomere regions. Specifically, the volume of the nth blastomere region in the embryo 9 is Vn, the average volume of the blastomere regions is Vm, and the number of blastomere regions is N, and the first index value P1 is calculated by the following formula (2).
P1=(Σ(Vn/Vm)−Vmin/Vm)/N (2)

第1の手法との違いは、最も大きい割球領域の体積Vmaxの代わりに、当該胚9における割球領域の体積の合計値ΣVnを使用している点である。このようにすれば、割球領域の体積の最大値と最小値だけではなく、それらの間の大きさの割球領域の体積も考慮することができる。したがって、割球領域の体積のばらつきを示す第1指標値P1を、より精度よく算出することができる。 The difference from the first method is that the total volume of the blastomere regions in the embryo 9, ΣVn, is used instead of the volume Vmax of the largest blastomere region. In this way, it is possible to take into account not only the maximum and minimum values of the blastomere region volume, but also the volumes of the blastomere regions with sizes between them. Therefore, the first index value P1, which indicates the variation in the volume of the blastomere regions, can be calculated with greater accuracy.

次に、第1指標値P1を算出するための第3の手法について説明する。図10は、割球領域の数が4つの場合を例として、第3の手法を説明するための図である。第3の手法では、各割球領域の体積Vnと平均値Vmとの差分|Vm-Vn|に基づいて、第1指標値P1を算出する。具体的には、当該胚9におけるn番目の割球領域の体積をVn、割球領域の体積の平均値をVm、割球領域の数をNとして、次の数式(1)により、第1指標値P1を算出する。
P1=(Σ(|Vm-Vn|/Vm)/N ・・・(3)
Next, a third method for calculating the first index value P1 will be described. Fig. 10 is a diagram for explaining the third method, taking as an example a case where the number of blastomere regions is four. In the third method, the first index value P1 is calculated based on the difference |Vm-Vn| between the volume Vn of each blastomere region and the average value Vm. Specifically, the volume of the nth blastomere region in the embryo 9 is Vn, the average value of the volumes of the blastomere regions is Vm, and the number of blastomere regions is N, and the first index value P1 is calculated by the following formula (1).
P1=(Σ(|Vm-Vn|/Vm)/N ... (3)

この第3の手法によれば、割球領域ごとに、体積の平均値Vmからのずれ量|Vm-Vn|を算出し、全ての割球領域の上記ずれ量を合計する。このため、全ての細胞領域の体積の平均値からのずれ量を考慮することができる。したがって、割球領域の体積のばらつきを示す第1指標値P1を、より精度よく算出することができる。 According to this third method, the deviation amount |Vm-Vn| from the average volume Vm is calculated for each blastomere region, and the deviation amounts for all blastomere regions are summed up. This allows the deviation amount from the average volume of all cell regions to be taken into consideration. Therefore, the first index value P1, which indicates the variation in the volume of the blastomere regions, can be calculated with greater accuracy.

以上のように、第1指標値P1を算出するための3通りの手法を説明したが、第1指標値P1の算出方法は、上記の第1の手法~第3の手法に限定されるものではない。例えば、上述した平均値Vmの代わりに、中央値、最小値、または最大値を使用してもよい。また、標準偏差や分散などを使って、割球領域の体積のばらつきを示す第1指標値P1を算出してもよい。 As described above, three methods for calculating the first index value P1 have been described, but the method for calculating the first index value P1 is not limited to the above-mentioned first to third methods. For example, the median, minimum, or maximum value may be used instead of the above-mentioned average value Vm. Also, the first index value P1 indicating the variation in the volume of the blastomere region may be calculated using standard deviation, variance, or the like.

算出された第1指標値P1は、コンピュータ30の記憶部33に記憶される。また、コンピュータ30は、算出された第1指標値P1を、表示部70に表示する。 The calculated first index value P1 is stored in the memory unit 33 of the computer 30. The computer 30 also displays the calculated first index value P1 on the display unit 70.

次に、コンピュータ30の第2指標値算出部45が、胚9におけるフラグメンテーション93の割合を示す第2指標値P2を算出する(ステップS6,第2指標値算出工程)。ここでは、上述のステップS4において算出されたフラグメンテーション領域の体積に基づいて、第2指標値P2を算出する。 Next, the second index value calculation unit 45 of the computer 30 calculates a second index value P2 indicating the proportion of fragmentation 93 in the embryo 9 (step S6, second index value calculation process). Here, the second index value P2 is calculated based on the volume of the fragmentation region calculated in the above-mentioned step S4.

第2指標値算出部45は、例えば、フラグメンテーション領域の体積を、胚全体領域の体積で除算することにより、第2指標値P2を算出する。ただし、第2指標値算出部45は、フラグメンテーション領域の体積を、全ての割球領域の体積の合計値(割球集合領域の体積)で除算することにより、第2指標値P2を算出してもよい。また、第2指標値算出部45は、フラグメンテーション領域の体積を、割球集合領域の体積とフラグメンテーション領域の体積の合計値で除算することにより、第2指標値P2を算出してもよい。 The second index value calculation unit 45 calculates the second index value P2, for example, by dividing the volume of the fragmentation region by the volume of the entire embryo region. However, the second index value calculation unit 45 may calculate the second index value P2 by dividing the volume of the fragmentation region by the total volume of all blastomere regions (the volume of the blastomere assembly region). The second index value calculation unit 45 may also calculate the second index value P2 by dividing the volume of the fragmentation region by the total volume of the blastomere assembly region and the volume of the fragmentation region.

その後、分類部46が、第1指標値P1および第2指標値P2に基づいて、胚9を分類する(ステップS7,分類工程)。本実施形態では、分類部46が、上記の第1指標値P1および第2指標値P2に基づいて、胚9の状態をグレード1~グレード5の5段階に分類する、いわゆるVeeck分類を行う。 Then, the classification unit 46 classifies the embryo 9 based on the first index value P1 and the second index value P2 (step S7, classification process). In this embodiment, the classification unit 46 performs so-called Veeck classification, classifying the state of the embryo 9 into five grades, grade 1 to grade 5, based on the first index value P1 and the second index value P2.

図3に示すように、分類部46は、予め作成された学習済みモデルMを有する。具体的には、コンピュータ30の記憶部33に、学習済みモデルMが記憶されている。学習済みモデルMは、第1指標値P1および第2指標値P2に基づいて、胚9の分類結果(グレード1~グレード5のVeeck分類結果)を推定するための推論モデルである。すなわち、学習済みモデルMの入力変数は、第1指標値P1および第2指標値P2である。学習済みモデルMの出力変数は、胚9の分類結果である。 As shown in FIG. 3, the classification unit 46 has a trained model M that has been created in advance. Specifically, the trained model M is stored in the memory unit 33 of the computer 30. The trained model M is an inference model for estimating the classification result of the embryo 9 (the Veeck classification result of grades 1 to 5) based on the first index value P1 and the second index value P2. That is, the input variables of the trained model M are the first index value P1 and the second index value P2. The output variable of the trained model M is the classification result of the embryo 9.

コンピュータ30は、図5の分類処理よりも前に、予め、学習済みモデルMを作成するための学習処理を行う。具体的には、コンピュータ30は、教師あり機械学習アルゴリズムに基づいて、第1指標値P1および第2指標値P2と、胚9の分類結果との関係を学習する。その際、第1指標値P1および第2指標値P2と、それに対応する既知の分類結果とのセットを、教師データとする。そして、既知の教師データを多数用意して、教師あり機械学習を行う。その結果、第1指標値P1および第2指標値P2を入力することにより、胚9の分類結果を精度よく出力することが可能な、学習済みモデルMが生成される。 Prior to the classification process of FIG. 5, the computer 30 performs a learning process to create a trained model M. Specifically, the computer 30 learns the relationship between the first index value P1 and the second index value P2 and the classification result of the embryo 9 based on a supervised machine learning algorithm. At that time, a set of the first index value P1 and the second index value P2 and the corresponding known classification result is used as training data. Then, a large amount of known training data is prepared, and supervised machine learning is performed. As a result, a trained model M is generated that can accurately output the classification result of the embryo 9 by inputting the first index value P1 and the second index value P2.

ステップS7では、分類部46が、この学習済みモデルMに、第1指標値P1および第2指標値P2を入力する。そうすると、学習済みモデルMから分類結果が出力される。分類部46は、学習済みモデルMから出力される分類結果に基づいて、胚9をグレード1~グレード5のいずれかに分類する。コンピュータ30は、胚9の分類結果を記憶部33に記憶する。また、コンピュータ30は、胚9の分類結果を表示部70に表示する。 In step S7, the classification unit 46 inputs the first index value P1 and the second index value P2 to the trained model M. The classification result is then output from the trained model M. The classification unit 46 classifies the embryo 9 into one of grades 1 to 5 based on the classification result output from the trained model M. The computer 30 stores the classification result of the embryo 9 in the memory unit 33. The computer 30 also displays the classification result of the embryo 9 on the display unit 70.

このように、本実施形態では、コンピュータ30が、三次元画像D2に基づいて、割球92の体積のばらつきを示す第1指標値P1と、フラグメンテーション93の割合を示す第2指標値P2とを算出する。そして、コンピュータ30が、第1指標値P1および第2指標値P2に基づいて、胚9を分類する。このため、従来、二次元の顕微鏡画像に基づいて胚培養士が行っていた胚9のVeeck分類を、三次元画像D2に基づいて定量的に行うことができる。これにより、三次元画像D2に基づく精度のよいVeeck分類結果を得ることができる。したがって、本実施形態の分類方法を使用すれば、生殖補助医療における胚盤胞到達率、着床率、妊娠率などの成績を向上させることができる。また、胚培養士の負担を減らすことができるとともに、胚培養士の技量に依存しない客観的なVeeck分類結果を得ることができる。 In this manner, in this embodiment, the computer 30 calculates a first index value P1 indicating the variation in the volume of the blastomere 92 and a second index value P2 indicating the proportion of fragmentation 93 based on the three-dimensional image D2. The computer 30 then classifies the embryo 9 based on the first index value P1 and the second index value P2. For this reason, the Veeck classification of the embryo 9, which was conventionally performed by the embryologist based on a two-dimensional microscope image, can be quantitatively performed based on the three-dimensional image D2. This makes it possible to obtain a highly accurate Veeck classification result based on the three-dimensional image D2. Therefore, by using the classification method of this embodiment, it is possible to improve the results of blastocyst achievement rate, implantation rate, pregnancy rate, and the like in assisted reproductive technology. In addition, it is possible to reduce the burden on the embryologist and obtain an objective Veeck classification result that is not dependent on the skill of the embryologist.

特に、本実施形態では、コンピュータ30が、機械学習により生成された学習済みモデルMを利用して、胚9のVeeck分類を行う。このようにすれば、分類のための閾値をユーザが設定することなく、胚9を分類できる。 In particular, in this embodiment, the computer 30 performs Veeck classification of the embryos 9 using a trained model M generated by machine learning. In this way, the embryos 9 can be classified without the user having to set a threshold for classification.

<3.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
3. Modifications
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

<3-1.第1変形例>
上記の実施形態では、第1指標値P1および第2指標値P2を学習済みモデルMに入力することにより、分類結果を出力していた。しかしながら、分類部46は、第1指標値P1および第2指標値P2と、予め設定された閾値とに基づいて、胚9を分類してもよい。例えば、分類結果のグレード毎に、第1指標値P1がクリアすべき第1閾値と、第2指標値P2がクリアすべき第2閾値とを設定してもよい。その場合、分類部46は、第1指標値P1が第1閾値をクリアし、かつ、第2指標値P2が第2閾値をクリアした場合に、その胚9を当該閾値のグレードに分類すればよい。
<3-1. First modified example>
In the above embodiment, the first index value P1 and the second index value P2 are input to the trained model M to output the classification result. However, the classification unit 46 may classify the embryo 9 based on the first index value P1 and the second index value P2 and a preset threshold value. For example, a first threshold value that the first index value P1 should clear and a second threshold value that the second index value P2 should clear may be set for each grade of the classification result. In that case, when the first index value P1 clears the first threshold value and the second index value P2 clears the second threshold value, the classification unit 46 may classify the embryo 9 into the grade of the threshold value.

あるいは、分類部46は、第1指標値P1と第1閾値とに基づいて、第1指標値P1に基づく胚9の仮グレードを決定してもよい。また、分類部46は、第2指標値P2と第2閾値とに基づいて、第2指標値P2に基づく胚9の仮グレードを決定してもよい。そして、分類部46は、上記の2つの仮グレードに基づいて、最終的な胚9のグレードを決定してもよい。 Alternatively, the classification unit 46 may determine a provisional grade of the embryo 9 based on the first index value P1, based on the first index value P1 and the first threshold value. The classification unit 46 may also determine a provisional grade of the embryo 9 based on the second index value P2, based on the second index value P2 and the second threshold value. The classification unit 46 may then determine a final grade of the embryo 9 based on the above two provisional grades.

<3-2.第2変形例>
上記の実施形態では、分類部46が、胚9のVeeck分類を行っていた。しかしながら、分類部46は、Veeck分類以外の分類態様で、胚9を分類するものであってもよい。例えば、分類部46は、第1指標値P1および第2指標値P2に基づいて、胚9を「良好胚」と「非良好胚」の2種類のみに分類するものであってもよい。
<3-2. Second modified example>
In the above embodiment, the classification unit 46 performs Veeck classification of the embryos 9. However, the classification unit 46 may classify the embryos 9 in a classification manner other than the Veeck classification. For example, the classification unit 46 may classify the embryos 9 into only two types, a "good embryo" and a "non-good embryo", based on the first index value P1 and the second index value P2.

<3-3.他の変形例>
上記の実施形態では、第1指標値P1を算出した後に、第2指標値P2を算出していた。しかしながら、第1指標値P1と第2指標値P2の算出の順序は逆であってもよい。また、第1指標値P1および第2指標値P2は、同じタイミングで並行して算出されてもよい。
<3-3. Other Modifications>
In the above embodiment, the first index value P1 is calculated, and then the second index value P2 is calculated. However, the order of calculation of the first index value P1 and the second index value P2 may be reversed. Furthermore, the first index value P1 and the second index value P2 may be calculated in parallel at the same timing.

上記の実施形態では、試料容器90が、複数のウェル(凹部)901を有するウェルプレートであった。そして、各ウェル901に、1つの胚9が保持されていた。しかしながら、胚9を保持する試料容器90は、ウェルプレートには限らない。例えば、試料容器90は、1つの凹部のみを有するディッシュであってもよい。 In the above embodiment, the sample container 90 was a well plate having multiple wells (recesses) 901. Each well 901 held one embryo 9. However, the sample container 90 that holds the embryo 9 is not limited to a well plate. For example, the sample container 90 may be a dish having only one recess.

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。 Furthermore, the elements appearing in the above embodiments and variations may be combined as appropriate to the extent that no contradictions arise.

1 胚分類装置
9 胚
10 ステージ
20 撮像部
21 光源
22 物体光学系
23 参照光学系
24 検出部
25 光ファイバカプラ
30 コンピュータ
41 画像取得部
42 領域抽出部
43 体積算出部
44 第1指標値算出部
45 第2指標値算出部
46 分類部
70 表示部
90 試料容器
91 透明帯
92 割球
93 フラグメンテーション
CP1 制御プログラム
CP2 データ処理プログラム
D1 断層画像
D2 三次元画像
M 学習済みモデル
P1 第1指標値
P2 第2指標値
REFERENCE SIGNS LIST 1 Embryo classification device 9 Embryo 10 Stage 20 Imaging unit 21 Light source 22 Object optical system 23 Reference optical system 24 Detection unit 25 Optical fiber coupler 30 Computer 41 Image acquisition unit 42 Region extraction unit 43 Volume calculation unit 44 First index value calculation unit 45 Second index value calculation unit 46 Classification unit 70 Display unit 90 Sample container 91 Zona pellucida 92 Blastomere 93 Fragmentation CP1 Control program CP2 Data processing program D1 Tomographic image D2 Three-dimensional image M Trained model P1 First index value P2 Second index value

Claims (8)

分割期の胚を分類する分類方法であって、
a)光干渉断層撮影により、前記胚の三次元画像を取得する工程と、
b)前記三次元画像において、個々の割球が占める割球領域と、フラグメンテーションが占めるフラグメンテーション領域とを、抽出する工程と、
c)個々の前記割球領域の体積および前記フラグメンテーション領域の体積を、算出する工程と、
d)前記割球領域の体積に基づいて、前記胚における前記割球の体積のばらつきを示す第1指標値を算出する工程と、
e)前記フラグメンテーション領域の体積に基づいて、前記胚における前記フラグメンテーションの割合を示す第2指標値を算出する工程と、
f)前記第1指標値および前記第2指標値に基づいて、前記胚を分類する工程と、
を有する、分類方法。
A method for classifying cleavage stage embryos, comprising:
a) obtaining a three-dimensional image of the embryo by optical coherence tomography;
b) extracting blastomere regions occupied by individual blastomeres and fragmentation regions occupied by fragmentations in the three-dimensional image;
c) calculating the volume of each of the blastomere regions and the volume of the fragmentation region;
d) calculating a first index value indicating the variation in the volume of the blastomere in the embryo based on the volume of the blastomere region;
e) calculating a second index value indicating the proportion of fragmentation in the embryo based on the volume of the fragmentation region;
f) classifying the embryo based on the first index value and the second index value;
A classification method having the following features:
請求項1に記載の分類方法であって、
前記工程f)では、前記第1指標値および前記第2指標値に基づいて、前記胚をグレード1~グレード5の5段階に分類する、分類方法。
2. The classification method according to claim 1,
In the step f), the embryos are classified into five grades, from grade 1 to grade 5, based on the first index value and the second index value.
請求項1に記載の分類方法であって、
前記工程f)では、前記第1指標値および前記第2指標値に基づいて、前記胚を良好胚と非良好胚の2種類に分類する、分類方法。
2. The classification method according to claim 1,
In the step f), the embryos are classified into two types, that is, good embryos and non-good embryos, based on the first index value and the second index value.
請求項1に記載の分類方法であって、
コンピュータが、機械学習アルゴリズムに基づいて、前記第1指標値および前記第2指標値と、前記胚の分類結果との関係を学習することにより、学習済みモデルを生成する工程
をさらに備え、
前記工程f)では、コンピュータが、前記学習済みモデルに前記第1指標値および前記第2指標値を入力し、前記学習済みモデルから出力される分類結果に基づいて、前記胚を分類する、分類方法。
2. The classification method according to claim 1,
The method further comprises a step of generating a trained model by learning a relationship between the first index value and the second index value and a classification result of the embryo based on a machine learning algorithm,
In the step f), a computer inputs the first index value and the second index value into the trained model, and classifies the embryo based on the classification result output from the trained model.
請求項1に記載の分類方法であって、
前記工程f)では、前記第1指標値および前記第2指標値と、予め設定された閾値とに基づいて、前記胚を分類する、分類方法。
2. The classification method according to claim 1,
In the step f), the embryo is classified based on the first index value, the second index value and a preset threshold value.
請求項1に記載の分類方法であって、
前記工程d)では、前記割球領域の数が2のべき乗に該当しない場合、体積の大きい一部の割球領域を2つの割球領域に分けることによって割球領域の数を2のべき乗となるように変更し、変更後の複数の割球領域について、前記第1指標値を算出する、分類方法。
2. The classification method according to claim 1,
In the step d), if the number of blastomere regions is not a power of two, the number of blastomere regions is changed to a power of two by dividing some blastomere regions with a large volume into two blastomere regions, and the first index value is calculated for the multiple blastomere regions after the change.
請求項1に記載の分類方法であって、
前記工程d)では、前記割球領域の体積を平均値または中央値で除算することにより標準化し、標準化後の体積に基づいて、前記第1指標値を算出する、分類方法。
2. The classification method according to claim 1,
A classification method, in which in the step d), the volume of the blastomere region is standardized by dividing it by an average value or a median value, and the first index value is calculated based on the standardized volume.
請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の分類方法を、コンピュータに実行させるコンピュータプログラム。 A computer program for causing a computer to execute the classification method according to any one of claims 1 to 7.
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