JP6447044B2 - 画像処理装置、画像処理プログラム及び画像処理方法、並びに観察対象物の収納容器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば培養細胞の観察に使用される画像処理装置、画像処理プログラム及び画像処理方法、並びに観察対象物の収納容器に関する。

近年、再生医療や不妊治療をはじめとする細胞培養分野においては、各研究が進んでおり、それと同時に生体から採取した細胞の培養状態を、細胞に影響を与えずにかつ簡易に観察する技術が要求されている。

例えば、体外受精による受精卵を培養する場合は、一定時間毎に、培養容器内の受精卵の状態を顕微鏡で観察して受精卵の観察画像を取得する作業が行われている。その際、顕微鏡の対物レンズの光軸方向（以下、「高さ方向」という。）の位置を調整し、所望の観察画像が得られる断面位置で合焦させて受精卵を撮像することにより受精卵のスライス画像が取得される。

従来、この種の観察画像を取得する装置としては、接眼レンズと、対物レンズと、標本を収容するディッシュが配置されるステージと、対物レンズの高さ方向の位置を調整して標本に合焦させる焦準ハンドルと、ステージに対する対物レンズの高さを検出する位置検出器と、検出された対物レンズの高さを表示する表示用コントローラと、を備えた顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この構成により、観察者が接眼レンズで視野を観察しながら焦準ハンドルを回し、対物レンズを標本の所望の断面位置で合焦させてスライス画像を撮像すれば、その断面位置での対物レンズの高さが表示用コントローラに表示されるので、対物レンズの高さに基づいてスライス画像とそれが撮像された断面位置の高さとを紐付けて管理することができる。

特開２００６−０２３４８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置にあっては、スライス画像を撮像した際の対物レンズの高さを観察者が手作業で記録するという煩雑な作業が必要である。そのため、スライス画像が撮像された断面位置の高さを容易に検出することが可能な装置が求められている。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スライス画像が撮像された断面位置の高さを容易に検出することが可能な画像処理装置等を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明は、収納容器に収納された観察対象物を観察方向と異なる軸方向に設定された所定の断面位置で合焦させて撮像する撮像装置から取得した画像を処理する画像処理装置であって、前記断面位置で合焦させて撮像した、前記観察対象物のスライス画像及び前記収納容器に設けられたマーカのマーカ画像を含む観察画像を取得する観察画像取得手段と、前記観察画像から前記マーカ画像を抽出するマーカ画像抽出手段と、予め定められた前記観察方向の基準位置と前記撮像装置の合焦位置との間の距離を前記観察方向に沿って変えながら前記マーカを撮像した複数の距離対応マーカ画像が記録された距離対応マーカ画像記録手段と、前記マーカ画像抽出手段によって抽出された前記マーカ画像と前記距離対応マーカ画像記録手段に記録された前記各距離対応マーカ画像との類似度を算出する類似度算出手段と、前記類似度が最も高い距離対応マーカ画像に基づいて前記基準位置から前記スライス画像が撮像された断面位置までの距離を検出する距離検出手段と、を備えた構成を有している。

この構成により、本発明は、観察対象物のスライス画像及び収納容器に設けられたマーカのマーカ画像を含む観察画像を取得し、取得した観察画像から抽出したマーカ画像と予め記録した各距離対応マーカ画像との類似度が最も高い距離対応マーカ画像に基づいて基準位置からスライス画像が撮像された断面位置までの距離を検出することができるので、スライス画像が撮像された断面位置の高さを容易にかつ的確に検出することができる。

本発明の画像処理装置などは、スライス画像が撮像された断面位置の高さを容易にかつ的確に検出することができる。

本発明に係るスライス画像位置検出システムの一実施形態の構成を示す構成図である。 一実施形態のスライス画像位置検出システムにおける撮像装置において用いられる収納容器の一例を示す図である。 一実施形態のスライス画像位置検出システムにおける撮像装置によって撮像される観察画像の一例を示す図である。 一実施形態の画像処理装置の構成を示す構成図である。 一実施形態のスライス画像位置検出システムにおける画像データ記録部に記録される観察画像を含むデータの一例を示す図である。 一実施形態のスライス画像位置検出システムにおける基準マーカ画像記録部に記録される基準マーカ画像を説明するための図である。 一実施形態の画像処理装置においてスライス画像高さのデータを観察画像に付加した一例を示す図である。 一実施形態の画像処理装置において実行されるスライス画像高さ検出処理の動作を示すフローチャートである。 一実施形態の変形例においてマーカの変形例を示す図である。 一実施形態の変形例においてマイクロビーズを、スライス画像高さを変えながら撮像したものを示す図である。 一実施形態の変形例において各ウェルを識別するための識別機能をマーカに持たせた場合の説明図である。 一実施形態の変形例において受精卵を培養するウェル毎にウェルＩＤを付加し、そのウェルＩＤで受精卵を管理する場合の説明図である。 一実施形態の変形例においてマーカを収納容器に設けた場合の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、培養された受精卵（胚）のスライス画像が撮像された位置を検出するスライス画像位置検出システムに対して、本発明に係る画像処理装置、画像処理プログラム及び画像処理方法、並びに観察対象物の収納容器を適用した場合の実施形態である。ただし、本発明は、その技術的思想を含む範囲で以下の実施形態に限定されない。

［１］画像処理装置の概要
まず、図１を用いて本実施形態におけるスライス画像位置検出システム１の構成及び概要について説明する。なお、図１は、本実施形態におけるスライス画像位置検出システム１の構成を示すシステム構成図である。

本実施形態のスライス画像位置検出システム１は、例えばディッシュなどの所定の容器に載置された観察対象の対象細胞を、容器が配置されたＸＹ平面に垂直なＺ軸方向と直交する所定の断面位置で合焦させてスライス画像を撮像し、撮像したスライス画像のＺ軸方向の位置を検出するシステムである。なお、Ｚ軸方向は、本発明に係る観察方向に対応し、以下の説明では「高さ方向」という。ただし、後述するように、当該断面位置は、Ｚ軸方向と異なる軸方向に設定されていればよく、直交する方向に設定されていなくてもよい。

例えば、観察対象の細胞としては、不妊治療に用いられる受精卵が挙げられる。また、不妊治療では、一般的に、卵子を採取して体外受精を行った後、得られた受精卵を所定の容器で培養し、適した発育段階まで発生させて子宮内に移植することにより行われている。

特に、受精後には、卵子の中に卵子及び精子のそれぞれの核である２つの前核が形成され、この２つの前核が融合した後に、細胞分裂が起こり、卵割が発生する。また、受精から２日後には、受精卵は２細胞期を経て４細胞期になり、受精から３日後には受精卵は８細胞期になる。さらに、受精から４日後には、さらに細胞分裂が進んで１つ１つの細胞の境目が互いに接触した桑実胚になり、受精から５日後には、卵細胞はさらに分裂して胚盤胞になる。そして、この胚盤胞は、栄養外胚葉とその内部にある内細胞塊とから構成される。なお、卵割の各発生時期には数時間前後の誤差があり、この点を留意した観察が必要とされている。

一方、不妊治療において受精卵を母体内に移植する過程では、確実な着床とその後の成長を期すため、受精後２日〜５日にわたって受精卵の培養を行った後、移植に適した発育段階の状態の良い受精卵だけを選別して移植することが行われている。

受精卵の観察や撮影においては、受精卵の中心部分を観察することが好ましい。受精卵の中心部分を観察することにより、中心部分の断面において受精卵の外周が最大となり、より広い範囲の内部構造を観察できる。したがって、一般的には、中心部分の断面位置で合焦させて撮像したスライス画像が用いられる。ただし、受精卵の直径にはばらつきがあるため、所定の基準位置に対するスライス画像が撮像された断面位置の高さ（以下、単に「スライス画像高さ」という。）を記録しておくことはスライス画像を管理する上で重要である。

そこで、本実施形態においては、受精卵が収容されるウェルの近傍にマーカを設け、受精卵の所定の断面位置で合焦させて撮像したスライス画像にマーカ画像が含まれるように撮像し、そのマーカ画像に基づいてスライス画像高さを容易に検出することができるようになっている。

具体的には、図１に示すように、本実施形態のスライス画像位置検出システム１は、受精卵の所定の断面位置で合焦させて受精卵を撮像したスライス画像にマーカ画像が含まれるように撮像した観察画像を取得することが可能な撮像装置１０と、ネットワーク２０と、観察画像からマーカ画像を抽出し、抽出したマーカ画像に基づいてスライス画像高さを容易に検出するための画像処理を行う画像処理装置３０と、から構成されている。

撮像装置１０は、例えばネットワーク２０に接続しデータの授受を行う通信機能と、観察画像を取得することが可能な撮像機能と、受精卵を観察するための顕微鏡機能と、を有する装置である。

特に、撮像装置１０は、撮像機能によって、一定間隔毎（例えば、６分や１２分毎）に、所定の高さの断面位置でディッシュのウェル内に載置された観察対象の受精卵と、ウェルの外縁の近傍に設けられたマーカとを含む画像を観察画像として生成するとともに、生成した観察画像のデータを画像処理装置３０に送信する構成を有している。

例えば、撮像装置１０は、光学システムと、当該光学システムから入力された光学画像を電気信号に変換するＣＣＤＩセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）と、ＣＣＤＩセンサにおいて生成された電気信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を有する。

また、撮像装置１０は、観察画像のデータを画像処理装置３０に送信する際には、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の所定の通信規格を用いて有線にて直接又は図示しないアクセスポイントを介して無線にて画像処理装置３０に送信する構成を有している。

ネットワーク２０は、例えば、有線若しくは無線のＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワーク、又は、携帯電話網を含む公衆電話回線網その他のネットワークによって構成されている。

画像処理装置３０は、撮像装置１０と連動し、撮像装置１０によって生成された観察画像からマーカ画像を抽出し、抽出したマーカ画像に基づいてスライス画像高さを検出するための画像処理を行う画像処理装置である。

具体的には、画像処理装置３０は、
（１）予め定められた高さ方向の基準位置と撮像装置１０の合焦位置との間の距離を高さ方向に沿って変えながらマーカを撮像した複数の基準マーカ画像を予め取得して記録しておき、
（２）撮像装置１０から観察画像を取得して記録し、
（３）記録した観察画像からマーカ画像を抽出し、
（４）観察画像から抽出したマーカ画像と、予め取得しておいた各基準マーカ画像との類似度を算出し、
（５）類似度が最も高い基準マーカ画像に基づいて基準位置からスライス画像が撮像された断面位置までの高さを検出する、
ことによりスライス画像高さを検出する処理（以下、「スライス画像高さ検出処理」という。）を実行する構成を有している。

なお、Ｚ軸方向の予め定められた基準位置としては、Ｚ軸方向においてユーザが設定した任意の位置であって、例えば、ウェル底面、ディッシュ底面、受精卵の上部頂点、スライス画像の位置合わせに用いるマーカ１０３（後述）の上部などを挙げることができる。

このような構成により、本実施形態のスライス画像位置検出システム１は、スライス画像高さを容易にかつ的確に検出することができるようになっている。

［２］収納容器
次に、図２を用いて本実施形態の撮像装置１０で用いられる収納容器の構成について説明する。なお、図２は、本実施形態の収納容器の一例を示す図であって、図２（Ａ）は、収納容器の平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した線分ＡＡにおける断面図である。

本実施形態の収容容器１０１は、受精卵４０としての観察対象物を収容する収納部として機能するウェル１０２と、ウェル１０２の外縁から予め定められた範囲内に形成されたマーカであって、受精卵４０が撮像された際に、Ｚ軸方向における撮像位置に応じて当該受精卵４０とともに撮像された画像上（すなわち、スライス画像上）に画像化された当該マーカが変化する形状を有するマーカ１０３を備えている。

具体的には、図２（Ａ）に示すように、収納容器１０１は、受精卵４０を収容する収容部としてのウェル１０２と、ウェル１０２の近傍に設けられたマーカ１０３と、を備えている。この収納容器１０１は、一般的に細胞を培養する培養容器であってディッシュと呼称され、撮像装置１０のステージ上に配置されるものである。

図２（Ｂ）に示すように、ウェル１０２は、収納容器１０１の表面１０１ａに対して凹状に形成され、底面１０２ａ及び外縁１０２ｂを有する。本実施形態では、底面１０２ａを高さ方向の基準面とする。図示の例では、受精卵４０の中心部分の断面４０ａの高さを符号ｈで示している。

また、マーカ１０３は、ウェル１０２の外縁１０２ｂから予め定められた範囲内に設けられている。具体的には、マーカ１０３は、受精卵４０を所定の倍率で撮像する際に受精卵４０の撮像範囲内に含まれる範囲内に設けられている。本実施形態では、マーカ１０３の形状を、収納容器１０１の表面１０１ａに対して凸形状となる円柱状、換言すれば高さ方向に沿って凸形状となる円柱状としている。

図２（Ａ）に示した１つのウェル１０２を撮像装置１０により撮像すると、図３に示すような観察画像が得られる。なお、図３は、本実施形態における撮像装置１０が撮像する観察画像の一例を示す図である。

図３に示すように、観察画像５０は、受精卵４０のスライス画像５０ａと、マーカ１０３のマーカ画像５０ｂと、を含んでいる。なお、図３では、スライス画像５０ａの代用としてウェル１０２の底面に合焦させた画像を使用している。

受精卵４０のスライス画像５０ａとしては、例えば、撮像装置１０が受精卵４０の中心部分の断面４０ａ（図２（Ｂ）参照）に合焦させたスライス画像である。断面４０ａに合焦させているので、マーカ１０３には焦点が合わず、マーカ画像５０ｂは、焦点ぼけの画像となっている。

［３］画像処理装置
次に、図４、図５及び図６を用いて本実施形態における画像処理装置３０の構成について説明する。

なお、図４は、本実施形態の画像処理装置３０の構成を示すブロック図である。また、図５は、画像データ記録部３０２に記録される観察画像を含むデータの一例であり、図６は、基準マーカ画像記録部３０３に記録される基準マーカ画像を説明するための図である。

本実施形態の画像処理装置３０は、図４に示すように、各種のプログラムが実行される際に用いられる各種のデータを記録するデータ記録部３００と、撮像装置１０から送信された観察画像のデータなどの各種のデータの授受を行う通信制御部３１０と、取得した観察画像からスライス画像高さ検出処理などを実行するためのデータ処理部３２０と、を有している。

また、本実施形態の画像処理装置３０は、液晶パネル等により構成される表示部３４０と、表示部３４０を制御する表示制御部３５０と、操作部３７０と、各部を制御する管理制御部３８０と、を有している。

なお、上述の各部は、バス３１によって相互に接続され、各構成要素間におけるデータの転送が実行される。

データ記録部３００は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等により構成され、スライス画像高さ検出処理など各処理を実行するアプリケーションプログラムが記録されるアプリケーション記録部３０１と、撮像装置１０によって撮像されて生成された観察画像のデータが記録される画像データ記録部３０２と、基準マーカ画像が記録される基準マーカ画像記録部３０３と、各プログラムの実行中にワークエリアとして用いられるＲＯＭ／ＲＡＭ３０４と、を有している。なお、画像データ記録部３０２は、本発明の観察画像取得手段を構成する。また、基準マーカ画像記録部３０３は、本発明の距離対応マーカ画像記録手段を構成する。

特に、画像データ記録部３０２には、撮像装置１０から取得した観察画像が記録されている。例えば、本実施形態の画像データ記録部３０２には、図５に示すように、
（１）画像名、
（２）収納容器、
（３）光源、及び、
（４）倍率、
にそれぞれ対応付けられた観察画像が記録されている。

具体的には、画像名は、例えば、ユーザが操作部３７０を操作することによって、又は、撮像装置１０において自動的に設定されるものである。また、収納容器、光源及び倍率は、受精卵の観察条件の一例であって、それぞれ、観察画像の撮像時に使用する収納容器の種類、受精卵を照射する光源の種類及び受精卵の撮像時の倍率を示している。これらの観察条件の情報は、ユーザが操作部３７０を操作することによって、又は、撮像装置１０において自動的に設定され、観察画像とともに画像データ記録部３０２に記録されるものである。

例えば、図５において、画像名Ａ１の観察画像は、収納容器Ｄ３を使用し、撮像時の光源はＬ１を使用し、撮像時の倍率は１００倍である、という観察条件のもとで撮像されたことが示されている。

なお、図５では、画像名Ａ１〜Ａ５の５つの観察画像及び各観察条件をまとめて画像データ記録部３０２に記録するものとしたが、例えば、画像名毎に１つずつの観察画像及びその観察条件を画像データ記録部３０２に記録するものとしてもよい。また、図５に示した観察条件としては、例示した観察条件のうちの１つ又は２つでもよいし、その他の観察条件を追加してもよい。また、図５に示した以外の項目、例えば観察画像を撮像した時刻情報を付加してもよい。

また、基準マーカ画像記録部３０３には、予め撮像装置１０から取得した基準マーカ画像が記録されている。基準マーカ画像は、観察画像からマーカ画像を抽出するために基準となる画像であり、予め定められた高さ方向の基準位置（例えば図２（Ｂ）に示した基準面）と撮像装置１０の合焦位置との間の距離を高さ方向に沿って変えながらマーカ１０３を撮像した画像である。

本実施形態では、わかりやすく説明するために、図６（Ａ）に示すように、観察画像を撮像した高さ（観察画像位置と図示）を５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの３通りとして、これらの観察画像から抽出したマーカ画像を基準マーカ画像としている。すなわち、本実施形態における基準マーカ画像記録部３０３には、図６（Ｂ）に示すように、観察画像を撮像した各高さ５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍと、各高さでの基準マーカ画像とが関連づけられた基準マーカ画像テーブルが記録されている。なお、基準マーカ画像テーブルに記録された基準マーカ画像は、本発明の距離対応マーカ画像に対応する。

また、ＲＯＭ／ＲＡＭ３０４には、画像処理装置３０の駆動に必要な各種のプログラムが記録されている。特に、ＲＯＭ／ＲＡＭ３０４には、データ処理部３２０、及び、管理制御部３８０によって実行される様々なアプリケーションが記録されている。そして、ＲＯＭ／ＲＡＭ３０４は、各プログラムの実行中にワークエリアとして用いられる。

通信制御部３１０は、所定のネットワークインターフェースであり、撮像装置１０と通信回線を構築し、当該撮像装置１０によって取得された種々のデータの授受を行う。

データ処理部３２０は、ＲＯＭ／ＲＡＭ３０４に記録されているスライス画像高さ検出処理を実行するアプリケーションに基づいて、
（１）撮像装置１０から取得した観察画像からマーカ画像を抽出する処理（以下、「マーカ画像抽出処理」という。）、
（２）マーカ画像抽出処理によって抽出されたマーカ画像と、基準マーカ画像記録部３０３に記録された基準マーカ画像テーブルに含まれる各基準マーカ画像との類似度を算出する処理（以下、「類似度算出処理」という。）、
（３）類似度算出処理で得られた類似度のうち、最も高い類似度が得られた基準マーカ画像に基づいて基準位置からスライス画像が撮像された断面位置までの高さを検出する処理（以下、「距離検出処理」という。）、
を実行する。

特に、データ処理部３２０は、アプリケーションを実行することによって、マーカ画像抽出処理を実行するマーカ画像抽出部３２１と、類似度算出処理を実行する類似度算出部３２２と、高さ検出処理を実行する高さ検出部３２３と、を実現する。

例えば、本実施形態のマーカ画像抽出部３２１は、本発明のマーカ画像抽出手段を構成し、類似度算出部３２２は、本発明の類似度算出手段を構成する。また、例えば、本実施形態の高さ検出部３２３は、本発明の距離検出手段を構成する。

なお、本実施形態におけるデータ処理部３２０の各部の詳細については、後述する。

表示部３４０は、液晶素子又はＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子のパネルによって構成され、表示制御部３５０において生成された表示データに基づいて所定の画像を表示する。

表示制御部３５０は、管理制御部３８０及びデータ処理部３２０の制御の下、表示部３４０に所定の画像を描画させるために必要な描画データを生成し、生成した描画データを当該表示部３４０に出力する。

操作部３７０は、各種のボタン、各操作指令を入力する操作ボタン、テンキー等の多数のキーであって、表示部３４０上に設けられたタッチセンサにより構成され、各操作を行う際に用いられるようになっている。

管理制御部３８０は、主に中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって構成され、プログラムを実行することによって、画像処理装置３０の全体的な管理制御、及び、その他の各種処理の制御を行う。

［４］データ処理部
次に、本実施形態の画像処理装置３０におけるデータ処理部３２０の詳細について説明する。

マーカ画像抽出部３２１は、画像データ記録部３０２から所定の観察画像を読み出し、読み出した観察画像からマーカ画像を抽出するマーカ画像抽出処理を実行する。

例えば、マーカ画像抽出部３２１は、公知技術であるパターンマッチング法を用いて、観察画像からマーカ画像を抽出することができる。具体的には、マーカ画像抽出部３２１は、マーカ１０３の輪郭を表す複数の標準パターンを予め準備し、画像データ記録部３０２から読み出した観察画像の部分的な領域と各標準パターンとを順次比較し、最も類似した領域を選択することにより、観察画像からマーカ画像を抽出することができる。抽出したマーカ画像は、例えば、図６（Ｂ）の基準マーカ画像に示したような画像となる。

なお、観察画像５０からマーカ画像を抽出することを考慮して、撮像装置１０で観察画像を撮像する毎に、観察画像に対するマーカ画像の位置がほぼ同じになるように画角を設定すれば、マーカ画像の抽出処理が容易になり好ましい。例えば、図３に示したように、観察画像５０の右下の領域にマーカ画像が撮像されるように、撮像装置１０で画角を設定するのが好ましい。

類似度算出部３２２は、マーカ画像抽出部３２１が抽出した抽出マーカ画像と、基準マーカ画像記録部３０３に記録された基準マーカ画像との類似度を算出する類似度算出処理を実行する。

例えば、類似度算出部３２２は、公知技術である両画像の画素値の平均値を用いる手法や、画素値のヒストグラムを用いる手法、相関係数を用いる手法などを利用して、抽出マーカ画像と基準マーカ画像との類似度を算出する。

高さ検出部３２３は、類似度算出部３２２が算出した類似度のうち、最も高い類似度が得られた基準マーカ画像に基づいて基準位置からスライス画像が撮像された断面位置までの距離を高さとして検出する高さ検出処理を実行する。

図６を用いて具体的に説明すると、図６（Ｂ）に示した３つの基準マーカ画像と抽出マーカ画像との類似度の算出の結果、図６（Ｂ）の中央に示した基準マーカ画像の類似度が最も高かった場合には、高さ検出部３２３は、その抽出マーカ画像とともに観察画像に含まれていたスライス画像は、基準面から１００μｍの高さで撮像されたものであると検出する。なお、本実施形態では、図６（Ｂ）に示したように、基準マーカ画像の高さを５０μｍピッチで３通りとしているが、ピッチを狭くするに従ってスライス画像高さの精度が向上するので、できるだけピッチを狭くした基準マーカ画像を用意するのが好ましい。

また、高さ検出部３２３は、検出したスライス画像高さのデータを、図５に示した観察画像に付加する。具体的には、高さ検出部３２３は、例えば図７に点線で囲って示すように、スライス画像高さのデータを観察画像に付加する。図７において、例えば、画像名Ａ１のスライス画像はその高さが５０μｍ、画像名Ａ２のスライス画像はその高さが１００μｍであることが示されている。なお、スライス画像高さのデータが付加された観察画像は、画像データ記録部３０２に記録される。

なお、スライス画像高さのデータを観察画像に付加する他の方法としては、例えば、観察画像のデータが１つずつ記録される場合には、そのファイル名にスライス画像高さの情報を盛り込む方法がある。具体的には、撮像装置１０から受信した観察画像のデータファイル名が「Ａ１．ｊｐｇ」であり、そのスライス画像高さが５０μｍである場合には、観察画像のファイ名を例えば「Ａ１＿０５０．ｊｐｇ」に変更することにより、観察画像のデータファイル名にそのスライス画像高さの情報を盛り込むこともできる。

［５］画像処理装置の動作
次に、図８を用いて本実施形態の画像処理装置３０において実行されるスライス画像高さ検出処理の動作について説明する。なお、図８は、画像処理装置３０において実行されるスライス画像高さ検出処理の動作を示すフローチャートである。

本動作は、画像処理装置３０の基準マーカ画像記録部３０３に基準マーカ画像が記録された後に実行されるものとする。

まず、画像データ記録部３０２は、操作部３７０を介してユーザの観察画像の取得操作を検出すると（ステップＳ１０１）、当該検出した操作に基づいて撮像装置１０から観察画像を取得する（ステップＳ１０２）。この観察画像は、例えば図３に示したように、スライス画像及びマーカ画像を含む。

次いで、画像データ記録部３０２は、取得した観察画像を記録する（ステップＳ１０３）。

次いで、マーカ画像抽出部３２１は、操作部３７０を介してユーザが指定した観察画像を画像データ記録部３０２から読み出し、読みだした観察画像からマーカ画像を抽出する（ステップＳ１０４）。

次いで、類似度算出部３２２は、マーカ画像抽出部３２１によって抽出された抽出マーカ画像と、基準マーカ画像記録部３０３に記録された基準マーカ画像との類似度を算出する（ステップＳ１０５）。

次いで、高さ検出部３２３は、類似度算出部３２２によって算出された類似度のうち、最も高い類似度が得られた基準マーカ画像に基づいてスライス画像高さを検出する（ステップＳ１０６）。

次いで、高さ検出部３２３は、例えば図７に示したように、検出したスライス画像高さのデータを撮像画像に付加する（ステップＳ１０７）。

次いで、画像データ記録部３０２は、スライス画像高さのデータが付加された観察画像を記録する（ステップＳ１０８）。

［６]変形例
［６．１］変形例１
上記実施形態では、マーカ１０３が、収納容器１０１の表面１０１ａに対して、高さ方向に沿って凸形状となる円柱状である例を挙げた（図２参照）。これに代わるマーカの変形例を図９に示す。

なお、図９（Ａ）〜（Ｆ）は、マーカの変形例を示す図である。また、図９（Ａ）〜（Ｆ）は、観察対象物の観察方向における撮像位置に応じて当該観察対象物とともに撮像された画像上に画像化された当該マーカが変化する形状を有するマーカの例を示すとともに、当該観察方向に沿った長さが互いに異なる複数の凸部を有しているマーカの例を示す図である。

図９（Ａ）は、収納容器１０１の表面１０１ａから、高さ方向に沿って凸形状となる階段形状の断面を有するマーカ１１１を示している。このマーカ１１１は、円盤形状又は三角形状、四角形状等の板を高さ方向に沿って複数枚積み重ねた形状を有している。

図９（Ｂ）は、収納容器１０１の表面１０１ａから、高さ方向に沿って凹形状となる階段形状の断面を有するマーカ１１２を示している。このマーカ１１２は、表面１０１ａに対して、図９（Ａ）に示したマーカ１１１の逆の形状である。

図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に示したマーカ１１１の変形例であって、片側（例えばウェル側）のみが階段形状のマーカ１１３を示している。なお、このマーカ１１３が表面１０１ａに対して凹形状であってもよい。

図９（Ｄ）は、収納容器１０１の表面１０１ａの上面に、高さ方向に沿って凸形状となる円錐形状又は四角錐形状、その他多角錐形状の断面を有するマーカ１１４を示している。なお、円錐形状や四角錐形状にはしないで、滑り台状の傾斜面を設けてもよい。また、マーカ１１４が表面１０１ａに対して凹形状であってもよい。

以上、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示したマーカ１１１〜１１４のように、高さ方向を変えながら撮像すると観察画像上のマーカ形状が変化する凸形状又は凹形状とすれば、データ処理部３２０におけるマーカ画像抽出処理、類似度算出処理及び距離検出処理などがより容易となるので好ましい。

図９（Ｅ）は、収納容器１０１の表面１０１ａの上面に、印刷によって形成された印刷層１１５を示している。この印刷層１１５は、例えばインクによる印刷で形成された文字、シンボル、絵柄等であって、高さ方向に沿って凸形状となっている。印刷層１１５の厚さとしては、数μｍ以下、特にサブミクロン以下でも形成可能である。マーカとして印刷層１１５を設けることにより、収納容器の表面を凹形状又は凸形状に加工するものよりも、受精卵に対する傷つきをより防ぐことができて好ましく、また、例えば収納容器の成型後に印刷加工等で容易に形成できるのでコスト低減も図ることができて好ましい。

図９（Ｆ）は、表面１０１ａの上面に、例えばガラス製のマイクロビーズを３個並べて接着固定したマーカ１１６を示している。このマーカ１１６は、各球径が例えば５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍのマイクロビーズで構成される。発明者らの検討によれば、マイクロビーズを用いることにより、図１０に示すように、高さ方向のマーカ画像の違いが明確に現れやすく、データ処理部３２０におけるマーカ画像抽出処理、類似度算出処理及び距離検出処理などがより容易となるので好ましい。

図１０は、直径１５０μｍ程度のマイクロビーズを、スライス画像高さを変えながら撮像したものを示している。図中、「０μｍ」は、高さ方向の基準面でマイクロビーズを撮像したものである。また、「＋」符号は、収納容器から遠ざかる方向を示し、「−」符号は、収納容器に近づく方向を示している。図１０に示すように、マーカとしてマイクロビーズを用いれば、高さ方向のマーカ画像の違いが明確に現れやすいことがわかる。

［６．２］変形例２
上記実施形態では、同一の収納容器に用いるマーカは同一の形状とした例を挙げた（図２参照）。これに代えて、図１１に示すように構成することもできる。

図１１において、収納容器１２０には、３つのウェル１２１、１２２及び１２３が設けられている。ウェル１２１の近傍には、半円形のマーカ１３１が形成されている。また、ウェル１２２の近傍には、三角形のマーカ１３２が形成されている。また、ウェル１２３の近傍には、四角形のマーカ１３３が形成されている。図１１に示すように、ウェル毎にマーカを異ならせることによって、各マーカは各ウェルを識別するための識別機能を有することとなり、観察対象物のスライス画像の管理が正確かつ容易となって好ましい。

［６．３］変形例３
受精卵を観察するためには、スライス画像のデータを受精卵単位で取り扱う必要がある。そのためには、受精卵の培養容器毎に容器ＩＤを付与し、容器毎に１受精卵として取り扱うことで、容器ＩＤを細胞ＩＤとみなして管理することができる。

また、容器内が複数の区画に区分けされていて、受精卵を培養するウェル毎にＩＤを付与した構成では、容器ＩＤとウェルＩＤとの組み合わせを受精卵ＩＤとして利用することができる。なお、受精卵以外の細胞を培養する場合は、細胞ＩＤで管理することとなる。

ウェルＩＤは、例えば図１２に示すように設定することができる。図１２において、培養容器内には受精卵を培養するための８個のウェル１４１〜１４８が設けてある。この８個のウェル１４１〜１４８は、それぞれ、ウェル近傍に形成されたドットマークの組み合わせで互いに識別可能になっている。ドットマークは、マーク位置ａ〜ｄの４箇所のいずれかの位置に形成されるようになっている。なお、マーク位置ｄには必ずドットマークが形成され、この位置のドットマークが識別の基準となっている。

図１２において、例えば、ウェル１４３は、マーク位置ｂ及びｄにドットマークが形成されているので、ウェル１４３で培養中の受精卵ＩＤは「３」であることがわかる。したがって、ウェル１４３で培養中の受精卵は、容器にＩＤ及び受精卵ＩＤにより、他の受精卵と識別することができる。

この構成において、本発明の画像処理装置は、例えばインク印刷によりドットマークを形成し、このドットマークの画像を上述したマーカ画像として扱えば、各受精卵のスライス画像高さを受精卵ＩＤの情報を含めて取得することが可能となる。

［６．４］変形例４
上記実施形態では、ウェルの近傍にマーカを設ける構成を例に挙げて説明した（図２参照）。これに代えて、図１３に示すように構成することもできる。

図１３において、収納容器１５０には、円形状のマーカ１５１が設けられている。例えば、収納容器１５０で細菌を培養する場合には、撮像対象の細菌の画像と、マーカ１５１のマーカ画像とが撮像範囲内に含まれるように観察画像を撮像することにより、本発明の画像処理装置は、観察画像に基づいて細菌のスライス画像高さを容易に検出することができる。

［６．５］変形例５
上記実施形態では、容器が配置されたＸＹ平面に垂直なＺ軸方向を本発明に係る観察方向として説明したが、本発明に係る観察方向はＸＹ平面に完全に垂直な方向のみを意味するのではなく、ＸＹ平面に任意の角度で交差する軸方向としてもよい。

例えば、培養容器や容器内のウェルから受精卵や培養液などの内容物が漏れ出てスライス画像が取れなくなることがないような範囲として、ＸＹ平面に対して垂直な軸（基準軸）を基準に当該基準軸から＋５度から−５度となる軸方向（すなわち、基準軸をＸＹ平面に対して９０度とした場合に８５度〜９５度の範囲内の軸）を、特定方向として適用可能であり、たとえ、当該角度範囲を超えたとしても、特定スライス画像が取得可能であれば、その軸方向を特定方向として用いることができる。

以上、本実施形態のスライス画像位置検出システム１は、観察対象物のスライス画像及び収納容器に設けられたマーカのマーカ画像を含む観察画像を取得し、取得した観察画像から抽出したマーカ画像と予め記録した基準マーカ画像との類似度が最も高い基準マーカ画像に基づいて基準位置からスライス画像が撮像された断面位置までの距離を検出するので、スライス画像が撮像された断面位置の高さを容易に検出することができる。

１０ 撮像装置
３０ 画像処理装置
５０ａ スライス画像
５０ｂ マーカ画像
１０１ 収納容器
１０２ ウェル
１０３ マーカ
１１１〜１１４ マーカ
１１５ 印刷層
１１６ マーカ
１２１〜１２３ ウェル
１３１〜１３３ マーカ
１４１〜１４８ ウェル
１４３ ウェル
１５０ 収納容器
１５１ マーカ
３００ データ記録部
３０１ アプリケーション記録部
３０２ 画像データ記録部
３０３ 基準マーカ画像記録部
３２０ データ処理部
３２１ マーカ画像抽出部
３２２ 類似度算出部
３２３ 高さ検出部
３４０ 表示部
３５０ 表示制御部
３７０ 操作部
３８０ 管理制御部

Claims (10)

1. 収納容器に収納された観察対象物を観察方向と異なる軸方向に設定された所定の断面位置で合焦させて撮像する撮像装置から取得した画像を処理する画像処理装置であって、
   前記断面位置で合焦させて撮像した、前記観察対象物のスライス画像及び前記収納容器に設けられたマーカのマーカ画像を含む観察画像を取得する観察画像取得手段と、
   前記観察画像から前記マーカ画像を抽出するマーカ画像抽出手段と、
   予め定められた前記観察方向の基準位置と前記撮像装置の合焦位置との間の距離を前記観察方向に沿って変えながら前記マーカを撮像した複数の距離対応マーカ画像が記録された距離対応マーカ画像記録手段と、
   前記マーカ画像抽出手段によって抽出された前記マーカ画像と前記距離対応マーカ画像記録手段に記録された前記各距離対応マーカ画像との類似度を算出する類似度算出手段と、
   前記類似度が最も高い距離対応マーカ画像に基づいて前記基準位置から前記スライス画像が撮像された断面位置までの距離を検出する距離検出手段と、
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 請求項１に記載の画像処理装置において、
   前記観察画像取得手段は、前記収納容器の種類と、前記観察対象物を照射する光源と、前記観察対象物を撮像する倍率と、のうち少なくともいずれか１つを含む観察条件とともに前記観察画像を取得し、
   前記距離対応マーカ画像記録手段は、前記各距離対応マーカ画像を前記観察条件とともに記録する、画像処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像処理装置において、
   前記収納容器は、複数種類あるうちのいずれか１つであって、
   前記マーカは、前記収納容器の識別機能を有する、画像処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置において、
   前記収納容器は、細胞を培養する培養容器であり、
   前記観察画像取得手段は、前記観察対象物のスライス画像として前記細胞のスライス画像を取得する、画像処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置において、
   前記マーカは、観察対象物の観察方向における撮像位置に応じて当該観察対象物とともに撮像された画像上に画像化された当該マーカが変化する形状を有する、画像処理装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置において、
   前記マーカは、前記観察方向に沿った長さが互いに異なる複数の凸部を有する、画像処理装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像処理装置において、
   前記マーカは、前記観察方向に沿って、凸形状及び凹形状のいずれか一方の形状を有する、画像処理装置。
8. 請求項７に記載の画像処理装置において、
   前記マーカは、階段状の断面形状を有する、画像処理装置。
9. 収納容器に収納された観察対象物を観察方向と直交する所定の断面位置で合焦させて撮像する撮像装置から取得した画像を処理する画像処理をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記断面位置で合焦させて撮像した、前記観察対象物のスライス画像及び前記収納容器に設けられたマーカのマーカ画像を含む観察画像を取得する観察画像取得手段、
   前記観察画像から前記マーカ画像を抽出するマーカ画像抽出手段、
   予め定められた前記観察方向の基準位置、前記撮像装置の合焦位置、の間の距離を前記観察方向に沿って変えながら前記マーカを撮像した複数の距離対応マーカ画像が記録された距離対応マーカ画像記録手段、
   前記マーカ画像抽出手段によって抽出された前記マーカ画像、前記距離対応マーカ画像記録手段に記録された前記各距離対応マーカ画像、の類似度を算出する類似度算出手段、及び、
   前記類似度が最も高い距離対応マーカ画像に基づいて前記基準位置から前記スライス画像が撮像された断面位置までの距離を検出する距離検出手段、
   として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
10. 収納容器に収納された観察対象物を観察方向と直交する所定の断面位置で合焦させて撮像する撮像装置から取得した画像を処理する画像処理方法であって、
    前記断面位置で合焦させて撮像した、前記観察対象物のスライス画像及び前記収納容器に設けられたマーカのマーカ画像を含む観察画像を取得し、
    前記観察画像から前記マーカ画像を抽出し、
    予め定められた前記観察方向の基準位置と前記撮像装置の合焦位置との間の距離を前記観察方向に沿って変えながら前記マーカを撮像した複数の距離対応マーカ画像を記録し、
    前記抽出されたマーカ画像と前記記録された各距離対応マーカ画像との類似度を算出し、
    前記類似度が最も高い距離対応マーカ画像に基づいて前記基準位置から前記スライス画像が撮像された断面位置までの距離を検出することを特徴とする画像処理方法。