JP5481696B2 - 受精卵品質評価支援システム、受精卵品質評価支援装置および受精卵品質評価支援方法 - Google Patents
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Description
また、前記受精卵画像抽出手段は、前記受精卵受部に起因する影領域を除外して前記受精卵画像を抽出することが望ましい。これによって、受精卵画像を正確に切り出すことができる。
前記特徴量解析手段は、例えば、前記活性部位の面積のピークの発生回数、および前記活性部位の面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間に基づいて受精卵の品質を判定する。
図1は、受精卵品質評価支援システム1の概要を示す図である。図1に示すように、受精卵品質評価支援システム1は、受精卵観察装置2、受精卵品質評価支援装置3から構成される。受精卵観察装置2は、受精卵4が入り培養液5で満たされている培養リアクター(培養容器)6、培養リアクター6を照らす照明7、培養リアクター6を支持し、且つ透過像を撮像するための透明なガラス板を搭載したX移動ステージ8、カメラユニット9(撮像部)、カメラユニット9を上下方向(Z方向)に移動させるZ移動ステージ12、照明7およびカメラユニット9をY方向に移動させるY移動ステージ13からなる。カメラユニット9は、対物レンズ10、CCDカメラ11からなる。受精卵品質評価支援装置3は、例えば、汎用的なコンピュータである。
ROMは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやBIOS等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
RAMは、揮発性メモリであり、記憶部22、ROM、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部21が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
これらの各プログラムコードは、制御部21により必要に応じて読み出されてRAMに移され、CPUに読み出されて各種の手段として実行される。
入力部25を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
前述の受精卵観察装置2のカメラユニット9は、周辺機器I/F部27を介して受精卵品質評価支援装置3と接続され、撮像した画像を受精卵品質評価支援装置3に送信する。
例えば、受精卵画像に含まれる全画素の画素値の平均や標準偏差といった特徴量では、活性部位として抽出されない部位(=非活性部位)の画素値も反映したものになり、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確にならない場合もあると考えられる。
一方、本発明のように活性部位を抽出することで、活性部位のみに基づいた特徴量を算出することができる。活性部位のみに基づいた特徴量は、非活性部位の画素値が反映されないので、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確となる。このような特徴量は、正常な受精卵と変性した受精卵の判別を容易にするものであり、受精卵の品質評価において特に有益な情報である。
尚、後述する図7〜図11は、マウスの受精卵を撮像した画像について、図4の各ステップに示す処理を施したものである。
図7は、時系列画像の一例を示す図である。中央やや右上に位置する小円の領域が受精卵である。本発明では、目視に頼ることなく受精卵の品質評価を支援する情報を提供する。その為、制御部21は、図4に示す処理を行うことによって、RAMに読み込んだ時系列画像に含まれる受精卵の領域を切り出し、受精卵画像として抽出する。
図8は、閾値処理後の画像の一例を示す図である。閾値処理を施すことによって、図8に示すように、物体を識別することが可能となる。識別された物体は、後述するS105の処理によって、候補領域1、候補領域2、候補領域3とラベリングされる。
図9は、特定された候補領域を示す図である。図9では、特定された候補領域を白色で示している。中央やや右上に位置する受精卵の領域(=図8に示した候補領域2を穴埋めした領域)が特定されたことが分かる。
図10は、最小近似円領域を示す図である。図10では、最小近似円領域を白色で示している。図9に示した候補領域を含む最小近似円領域が生成されたことが分かる。
図11は、受精卵画像を示す図である。図11の受精卵画像は、図10に示す最小近似円領域に対応する画素を図7の時系列画像から切り出し、拡大したものである。
以上の処理によって、制御部21は、受精卵画像を抽出する。
尚、後述する図12〜図16は、図4に示した受精卵の抽出処理によって得られた2つの受精卵画像(マウスの受精卵画像)について、図5の各ステップに示す処理を施したものである。
図12、図13は、それぞれ受精卵画像の一例を示す図である。図13に示す受精卵画像は、図12に示す受精卵画像から所定時間経過後のものである。詳細には、図12は卵割(2卵割)前の受精卵を示す画像、図13は卵割(2卵割)後の受精卵を示す画像である。
一般に、受精卵を保持することなく撮像した時系列画像では、ある受精卵画像と、所定時間経過前または所定時間経過後の受精卵画像とを比較する場合、受精卵の内部の変化を除くと、画像として表れる受精卵全体の変化としては、(1)受精卵の大きさの変化、(2)受精卵の位置の移動、(3)受精卵の回転、といった変化が考えられる。正確な比較処理を行うためには、これらの変化に対応して、一方の受精卵画像の大きさ、位置を補正する必要がある。
図14は、差分の算出結果を示す図である。図14において、中間調であるグレーの部分は、変化が小さい部分である。一方、白または黒の部分は、変化が大きい部分である。
図15は、閾値処理の結果を示す図である。図15では、S204にて画素値が1に設定された画素を白色で示している。
図16は、活性部位画像の一例を示す図である。図16では、活性部位を白色で示している。広範囲の領域が活性部位として抽出されていることが分かる。
以上の処理によって、制御部21は、活性部位を抽出する。
この場合、受精卵観察装置2は、時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のZスライス画像を撮像する。受精卵画像抽出手段32は、全てのZスライス画像から受精卵画像を抽出する。活性部位抽出手段33は、Z位置ごとに、任意のZスライス画像に係る受精卵画像と、任意の時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のZ位置のZスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのZ位置の活性部位を抽出する。
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、複数の受精卵を培養し、複数の受精卵を視野内に収めて時系列画像を撮像する。
以下、第1の実施の形態において説明した要素と同じ要素については同じ番号を付し、説明を省略する。
図21の(a)は、培養リアクター6aを撮像した時系列画像の一部に対して、図4のS103の閾値処理を施した場合の模式図である。図21の(b)は、図4のS104の穴埋め処理を施した場合の模式図である。
仮に受精卵品質評価支援装置3aが図4の処理を行うとする。培養リアクター6aを撮像した時系列画像には受精卵受部14の影が含まれるので、S103の閾値処理によって、図21の(a)に示すように、受精卵受部14の影領域15が抽出される。また、S104の穴埋め処理によって、図21の(b)に示すように、影領域15と受精卵4の円周付近の領域が結合して区別できなくなり、正確に受精卵画像を抽出することができない。そこで、第2の実施の形態では、受精卵品質評価支援装置3aが図22に示す処理を行い、受精卵画像を抽出する。
受精卵品質評価支援装置3aの制御部21は、記憶部22に記憶されている時系列画像をRAMに読み込む(S301)。
次に、制御部21は、S301で読み込んだ時系列画像について、ノイズ除去処理(S302)を行う。
例えば、時系列画像が画素値0〜255の階調を持つグレースケール画像の場合、画素値「0」が最も暗く、画素値「255」が最も明るい階調とする。また、2値化処理の閾値は、受精卵4の円周付近の領域に含まれる画素の階調値よりも大きい値とする。制御部21は、閾値よりも小さい階調値を持つ画素を候補領域として抽出する。制御部21は、例えば、候補領域として抽出された画素には画素値「1」を設定し、候補領域として抽出されなかった画素には画素値「0」を設定する。
ラベリングによって区別される候補領域としては、複数の受精卵4の領域、複数の影領域15、ゴミ、チリなどのノイズ領域などがある。
受精卵受部14の距離が十分でない場合、または受精卵受部14を加工したときのバリが存在する場合などは、複数の影領域15が連結してしまうことがある。このような場合、候補領域Aの面積は、候補領域B〜Eの面積に比べて大きな値となる。そこで、制御部21は、面積が大きい候補領域(図23の例では候補領域A)を影領域15として除外する。
受精卵4の領域が画像内において占める面積は既知なので、制御部21は、候補領域を囲む矩形の面積によって、影領域15を除外することができる。例えば、制御部21は、候補領域を囲む矩形の面積が、受精卵4が培養期間中に取り得る大きさよりも大きい場合は影領域15として除外する。また、制御部21は、候補領域を囲む矩形の面積が、受精卵4が培養期間中に取り得る範囲に収まる場合は除外しない。図24に示す例では、候補領域Fは影領域15として除外し、候補領域Gは除外しない。
制御部21は、矩形の縦横比から円形度を算出し、算出した円形度によって、影領域15を除外することができる。例えば、制御部21は、算出した円形度が、所定の値よりも低い場合は影領域15として除外する。また、制御部21は、算出した円形度が、所定の値よりも高い場合は除外しない。図25に示す例では、候補領域Hは影領域15として除外し、候補領域I、Jは除外しない。
また、例えば、ユーザが入力部25を介して、培養リアクター6aに配置する受精卵4の数を予め入力することで、受精卵4の領域として特定する候補領域の数を決めても良い。
次に、制御部21は、特定した候補領域を全て選択済かどうか確認する(S314)。
選択されていないものがあれば、制御部21は、S310から繰り返す。全て選択済であれば、制御部21は、処理を終了する。
受精卵4は受精卵受部14に配置されるので、受精卵4同士の位置関係が変わることはない。従って、複数の受精卵4を同じ培養リアクター6aに配置しても、受精卵4を取り違えることなく観察することができる。
また、受精卵品質評価支援装置3aは、受精卵受部14に起因する影領域を除外するので、受精卵画像を正確に切り出すことができる。
次に、第3の実施の形態について説明する。第3の実施の形態では、算出した特徴量から受精卵の品質を判定する。
以下、第1の実施の形態において説明した要素と同じ要素については同じ番号を付し、説明を省略する。
活性部位面積のピークの発生回数は、例えば、活性部位面積の時系列データにおいて、活性部位面積の増分が所定の閾値を超える回数とする。
受精卵の品質判定処理では、一定時間内における活性部位面積のピークの発生回数(=細胞分裂の発生回数)を第1の判定条件とする。更に、Ltを第2の判定条件とする。
具体的には、受精卵品質評価支援装置3の制御部21は、例えば、細胞分裂の発生回数が3回以上であればQ1=1、1〜2回であればQ1=0.5、0回であればQ1=0とする。また、制御部21は、Ltを0〜1の値を取るように正規化し、Q2=max(0、(0.5−Lt)×2)を算出する。ここで、max(a、b)は、aとbの値の大きい方を取る関数とする。例えば、Ltが0のときは、Q2=1、Ltが0.5以上のときはQ2=0となる。
Ltは、例えば、所定の発育ステージに到達した時刻からの累計時間が1となるように正規化する。正規化されたLtは、受精卵が変性している確率を示していると言える。
そして、制御部21は、Q=Q1×Q2を算出し、Qの値に応じて受精卵の評価ランクを設定する。制御部21は、Qの値が大きい程、高い評価ランクを設定する。
しかしながら、前述した受精卵の品質判定処理は一例であり、その他の特徴値を用いて受精卵の品質を判定するようにしても良い。例えば、第1の実施の形態と同様、各発育ステージまでの到達時間、ラプチャーの発生時刻、回数、および回復時間等を算出し、受精卵の品質判定処理に用いても良い。また、受精卵の領域に含まれる画素の輝度の平均の時間変位、輝度の標準偏差の時間変位などを算出し、受精卵の品質判定処理に用いても良い。
2、2a………受精卵観察装置
3、3a………受精卵品質評価支援装置
4………受精卵
5………培養液
6、6a………培養リアクター
7………照明
8………X移動ステージ
9………カメラユニット
10………対物レンズ
11………CCDカメラ
12………Z移動ステージ
13………Y移動ステージ
14………受精卵受部
15………影領域
16………視野
21………制御部
22………記憶部
23………メディア入出力部
24………通信制御部
25………入力部
26………表示部
27………周辺機器I/F部
28………バス
29………ネットワーク
31………時系列画像記憶手段
32………受精卵画像抽出手段
33………活性部位抽出手段
34………特徴量算出手段
35………特徴量解析手段
36………処理結果記憶手段
37………処理結果表示手段
Claims (11)
- 受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとから構成され、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援システムであって、
前記コンピュータは、
前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、
時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、
予め設定された閾値に基づく閾値処理によって、第1時系列画像に係る受精卵画像と、第1時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第2時系列画像に係る受精卵画像との対応する画素の画素値の変化が大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、
受精卵の特徴量として、前記受精卵画像抽出手段によって抽出された受精卵画像から受精卵の大きさを算出し、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位の面積を算出する特徴量算出手段と、
を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援システム。 - 前記活性部位抽出手段は、受精卵の回転を補正して活性部位を抽出することを特徴とする請求項1に記載の受精卵品質評価支援システム。
- 前記コンピュータは、
前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位を他の領域と識別して表示する処理結果表示手段、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の受精卵品質評価支援システム。 - 前記コンピュータは、
前記特徴量算出手段によって算出された活性部位の面積の変化量に基づいて各発育ステージまでの到達時間を特定し、前記特徴量算出手段によって算出された受精卵の大きさの変化量に基づいてラプチャーの発生時刻、回数、または回復時間のうち少なくとも一つを特定する特徴量解析手段、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の受精卵品質評価支援システム。 - 前記受精卵観察装置は、前記時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のZスライス画像を撮像し、
前記活性部位抽出手段は、第1Zスライス画像に係る受精卵画像と、第1Zスライス画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のZ位置の第2Zスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのZ位置の活性部位を抽出することを特徴とする請求項1に記載の受精卵品質評価支援システム。 - 前記受精卵観察装置は、更に、複数の受精卵受部が形成された培養容器を備え、
前記撮像部は、前記培養容器に配置された複数の受精卵を視野内に収めて前記時系列画像を撮像し、
前記受精卵画像抽出手段は、前記時系列画像から複数の前記受精卵画像を抽出することを特徴とする請求項1に記載の受精卵品質評価支援システム。 - 前記受精卵画像抽出手段は、前記受精卵受部に起因する影領域を除外して前記受精卵画像を抽出することを特徴とする請求項6に記載の受精卵品質評価支援システム。
- 前記特徴量解析手段は、前記特徴量算出手段によって算出された前記受精卵の特徴量に基づいて受精卵の品質を判定することを特徴とする請求項4に記載の受精卵品質評価支援システム。
- 前記特徴量解析手段は、前記活性部位の面積のピークの発生回数、および前記活性部位の面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間に基づいて受精卵の品質を判定することを特徴とする請求項8に記載の受精卵品質評価支援システム。
- 受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置とデータの送受信を行い、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援装置であって、
前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、
時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、
予め設定された閾値に基づく閾値処理によって、第1時系列画像に係る受精卵画像と、第1時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第2時系列画像に係る受精卵画像との対応する画素の画素値の変化が大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、
受精卵の特徴量として、前記受精卵画像抽出手段によって抽出された受精卵画像から受精卵の大きさを算出し、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位の面積を算出する特徴量算出手段と、
を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援装置。 - 受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとが受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援方法であって、
前記受精卵観察装置が時系列画像を撮像するステップと、
前記コンピュータが時系列画像から受精卵画像を抽出するステップと、
前記コンピュータが予め設定された閾値に基づく閾値処理によって、第1時系列画像に係る受精卵画像と、第1時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第2時系列画像に係る受精卵画像との対応する画素の画素値の変化が大きい画素の集合を活性部位として抽出するステップと、
受精卵の特徴量として、前記抽出された受精卵画像から受精卵の大きさを算出し、前記抽出された活性部位の面積を算出するステップと、
を含むことを特徴とする受精卵品質評価支援方法。
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