JP7296878B2

JP7296878B2 - 細胞観察システム

Info

Publication number: JP7296878B2
Application number: JP2019526406A
Authority: JP
Inventors: 貴史三由; 真一瀧本; 靖展伊賀; 晋太郎高橋
Original assignee: Evident Corp
Current assignee: Evident Corp
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: CN110869485A; US20200126225A1; JPWO2019003271A1; US11461892B2; WO2019003271A1

Description

本発明は、細胞観察システムに関するものである。

クリーンベンチのような作業空間において観察装置を用いて培養容器内部の観察を行いながら、培養容器から対象細胞を採取したり除去したりする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９－１０６３０５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、作業者が観察装置を用いて目視しながら対象細胞を探すため対象細胞であるかを判断するための時間がかかり、さらに、培養容器内の対象細胞を網羅的に発見することが困難であるという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、クリーンベンチ等の作業空間において対象細胞を網羅的かつ効果的に発見することができる細胞観察システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、インキュベータ内に配置され、培養容器内の細胞の第１画像を取得する第１撮像部を備える第１撮像装置と、前記インキュベータ外に配置され、前記インキュベータから取り出された前記培養容器内の第２画像を取得する第２撮像部と、該第２撮像部と前記培養容器とを相対移動可能に支持する支持部と、前記第２画像を取得したときの前記培養容器と前記第２撮像部との相対位置を計測する位置計測部とを備える第２撮像装置と、前記第１撮像装置および前記第２撮像装置に接続された処理装置と、表示装置とを備え、前記処理装置が、前記第１撮像装置により取得された前記第１画像において複数の対象細胞を抽出し、抽出された前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を算出して記憶し、前記位置計測部により計測された相対位置に基づいて、前記培養容器を示す表示に前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を示すマークと現在取得されている前記第２画像の位置を示すマークとを重畳して前記表示装置に表示する細胞観察システムである。

本態様によれば、インキュベータ内に配置された第１撮像装置に、細胞を播種した培養容器を収容し、第１撮像部によって培養容器内の細胞の第１画像を取得すると、取得された第１画像が処理装置に送られて、第１画像内における対象細胞が抽出され、対象細胞が存在する位置が算出されて記憶される。

インキュベータ内から培養容器を取り出して、インキュベータ外に配置された第２撮像装置の支持部に支持させて、培養容器と第２撮像部とを相対移動させると、第２撮像部により第２画像が取得されるとともに、位置計測部により相対位置が計測される。
処理装置は、第１画像から抽出された対象細胞の位置と、現在取得されている第２画像の位置との対応関係を表示装置に表示する。

ユーザは、表示装置に表示された対応関係を見ながら、培養容器と第２撮像部とを相対移動させて、第２撮像部の視野を対象細胞が存在する位置に一致させて、対象細胞を含む第２画像を表示装置に表示させることができる。そして、これにより、クリーンベンチ等の作業空間において対象細胞を網羅的かつ効果的に発見することができる。

上記態様においては、前記位置計測部が、前記培養容器の基準位置を基準とした水平２方向の前記培養容器と前記第２撮像部との相対位置を計測するエンコーダであってもよい。
このようにすることで、ユーザが、インキュベータから取り出した培養容器を支持部に設置し、培養容器と第２撮像部とを相対移動させると、培養容器の基準位置を基準とした両者の相対位置がエンコーダによって計測される。

また、本発明の他の態様は、インキュベータ内に配置され、培養容器内の細胞の第１画像を取得する第１撮像部を備える第１撮像装置と、前記インキュベータ外に配置され、前記インキュベータから取り出された前記培養容器内の第２画像を取得する第２撮像部と、該第２撮像部と前記培養容器とを相対移動可能に支持する支持部とを備える第２撮像装置と、前記第１撮像装置および前記第２撮像装置に接続された処理装置と、表示装置とを備え、前記処理装置が、前記第１撮像装置により取得された前記第１画像において複数の対象細胞を抽出し、抽出された前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を算出して記憶し、前記第１画像内において前記第２画像を画像マッチングにより検索して、前記培養容器と前記第２撮像部との相対位置を算出し、算出された相対位置に基づいて、前記培養容器を示す表示に前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を示すマークと現在取得されている前記第２画像の位置を示すマークとを重畳して前記表示装置に表示する細胞観察システムである。

インキュベータ内から培養容器を取り出して、インキュベータ外に配置された第２撮像装置の支持部に支持させて、培養容器と第２撮像部とを相対移動させると、第２撮像部により取得された第２画像が、処理装置によって第１画像内から画像マッチングにより検索され、培養容器と第２撮像部との相対位置が算出される。
処理装置は、第１画像から抽出された対象細胞の位置と、現在取得されている第２画像の位置との対応関係を表示装置に表示する。

ユーザは表示装置に表示された対応関係を見ながら、培養容器と第２撮像部とを相対移動させて、第２撮像部の視野を対象細胞が存在する位置に一致させて、対象細胞を含む第２画像を表示装置に表示させることができる。そして、これにより、クリーンベンチ等の作業空間において対象細胞を網羅的かつ効果的に発見することができる。

また、上記態様においては、前記第１撮像部が、前記第１画像を構成する複数枚の部分画像を取得し、前記第１撮像装置が、前記第１撮像部と前記培養容器とを相対移動させる駆動部を備え、各前記部分画像と、該部分画像を取得したときの前記培養容器と前記第１撮像部との相対位置とを対応づけて前記処理装置に送信してもよい。
このようにすることで、第１撮像部により培養容器内の細胞の複数枚の部分画像が取得され、各部分画像を取得したときの培養容器と第１撮像部との相対位置が対応づけられて処理装置に送信される。これにより、処理装置において第１撮像部の視野より大きな第１画像を生成することができる。

また、上記態様においては、前記処理装置が、前記培養容器を示す容器寸法画像を生成して表示するとともに、該容器寸法画像に前記第２画像の位置を重畳して表示してもよい。
このようにすることで、表示装置に表示された容器寸法画像を見ながら、重畳して表示されている対象細胞が存在する位置を選択することができる。

また、上記態様においては、前記処理装置が、前記容器寸法画像に、前記第１画像を重畳して前記表示装置に表示してもよい。
このようにすることで、表示装置に表示された第１画像を見ながら、重畳して表示されている対象細胞が存在する位置を選択することができる。

また、上記態様においては、前記処理装置が、前記第１画像内において抽出された前記対象細胞を強調表示してもよい。
このようにすることで、対象細胞が含まれる第１画像が表示されたときに、対象細胞が強調表示されていることにより、対象細胞の位置を容易に特定することができる。

本発明の一実施形態に係る細胞観察システムを示すブロック図である。図１の細胞観察システムに備えられる第１撮像装置を示す平面図である。図１の細胞観察システムに備えられる第２撮像装置を示す平面図である。図１の細胞観察システムの表示装置に表示されるウェルガイドの一例を示す図である。図１の細胞観察システムの表示装置における表示例を示す図である。図１の細胞観察システムの変形例により生成した第１画像を示す図である。

本発明の一実施形態に係る細胞観察システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る細胞観察システム１は、図１に示されるように、細胞（図５参照。）Ｘを培養するインキュベータ２内に配置され、細胞Ｘを播種した培養容器３を搭載して、該培養容器３内の細胞Ｘの第１画像を取得する第１撮像装置４と、インキュベータ２外に配置され、インキュベータ２から取り出した培養容器３を搭載して、該培養容器３内の細胞Ｘの第２画像を取得する第２撮像装置５と、第１撮像装置４および第２撮像装置５に接続された処理装置６と、該処理装置６に接続された表示装置７とを備えている。

第１撮像装置４は、図２に示されるように、少なくとも底面が光学的に透明な材質からなる培養容器３を搭載する、少なくとも部分的に透明な窓部８を有するステージ９と、該ステージ９の下方において、ステージ９に搭載された培養容器３内の細胞Ｘを撮影する第１撮像部１０と、該第１撮像部１０をステージ９に対して水平２方向に移動させる駆動部１１とを備えている。

培養容器３は、例えば、外形が直方体状の２行３列の６つのウェルを有するマルチウェルプレートである。
ステージ９は、搭載した培養容器３の隣接する２側面を突き当てる２つの突当て面９ａを備え、２つの突当て面９ａに培養容器３の２側面をそれぞれ突き当てることにより、培養容器３を位置決め状態に搭載することができるようになっている。

第１撮像部１０は、集光レンズ等の必要な光学系を備えるカメラであり、培養容器３の底面よりも十分に小さい視野を備えている。
駆動部１１は、図示しないが、例えば、モータと、第１撮像部１０を搭載するスライダと、モータの動力をスライダの水平２方向の動作に変換する２つの直動機構とを備えている。モータにはエンコーダが備えられ、２つの突当て面９ａの交点に対して、第１撮像部１０の光軸が所定の位置に配置された状態を原点位置とし、駆動部１１を作動させたときの第１撮像部１０の水平方向位置（相対位置）を検出することができるようになっている。

これにより第１撮像装置４は、駆動部１１を駆動させて第１撮像部１０を所定の位置に移動させ、第１撮像部１０により取得した画像（部分画像）と、そのときにエンコーダにより検出した第１撮像部１０の位置とを対応づけて処理装置６に送るようになっている。

第２撮像装置５は、図３に示されるように、少なくとも部分的に透明な窓部１２を有するスライドステージ１３と、該スライドステージ１３の下方に配置され、スライドステージ１３に搭載された培養容器３内の細胞Ｘを撮影する第２撮像部１４と、スライドステージ１３を水平２方向に移動可能に支持する支持部１５とを備えている。
第２撮像部１４は、集光レンズ等の必要な光学系を備えるカメラであり、第１撮像部１０の倍率よりも低い、あるいは同等の倍率を備えている。また、詳細確認用に高い倍率に切り替えるよう構成されていてもよい。

スライドステージ１３は、搭載した培養容器３の隣接する２側面を突き当てる２つの突当て面１３ａと、これら突当て面１３ａとの間に培養容器３を挟むことにより、スライドステージ１３に培養容器３を位置決め状態に固定する容器固定補助具１６とを備えている。容器固定補助具１６は、図示しないバネにより２つの突当て面１３ａとの距離を近接させる方向に付勢されている。

支持部１５は、直交する２方向にスライドステージ１３を案内するガイドレール１７，１８と、各ガイドレール１７，１８に沿ってスライドステージ１３を移動させたときに、スライドステージ１３の移動量を検出する図示しないエンコーダ（位置計測部）とを備えている。エンコーダは、リニアスケールでもよいし、スライドステージ１３の直線移動量を回転角度に変換して回転角度を検出する回転式のものでもよい。

第２撮像装置５においては、第２撮像部１４を原点位置に配置したときの第２撮像部１４の光軸とスライドステージ１３の２つの突当て面１３ａの交点との相対位置関係が、第１撮像装置４において、第１撮像部１０を原点位置に配置したときの第１撮像部１０の光軸とスライドステージ１３の２つの突当て面１３ａの交点との相対位置関係と等しくなるように設定されている。

これにより第２撮像装置５は、培養容器３をスライドステージ１３に固定して、スライドステージ１３を移動させることにより、第２撮像部１４により取得した画像と、そのときにエンコーダにより検出したスライドステージ１３の位置とを対応づけて処理装置６に送るようになっている。

処理装置６は、図示しないプロセッサとメモリとを備えている。処理装置６は、プロセッサにより、第１撮像装置４から送られて来た複数枚の画像と、各画像を取得したときの第１撮像部１０の位置とを受け取って、複数枚の画像を組み合わせた、より大きな第１画像を生成するとともに、生成した第１画像を処理して、対象細胞を抽出するようになっている。
対象細胞は、例えば、細胞Ｘの形状的特徴を算出することにより、他の細胞Ｘとは異なる細胞であるとして抽出することができる。処理装置６は、例えば、抽出された対象細胞の重心位置を対象細胞の位置としてメモリに記憶するようになっている。

そして、処理装置６は、図４に示されるように、第１画像内の全ての領域における対象細胞の抽出が終了した後に、対象細胞が存在する位置を示すマークＹを、培養容器３を表す容器寸法画像に重畳したウェルガイドに生成するようになっている。
また、処理装置６は、第２撮像装置５から送られて来た第２画像の位置に基づいて、図４に示されるように、ウェルガイド内に、第２画像の位置を示す矩形のフレームＺを生成するようになっている。

さらに、処理装置６は、図５に示されるように、第２画像を示すフレームＺが重畳されたウェルガイドと、第２画像そのものと、当該第２画像と同じ位置の同じ大きさの第１画像の一部分とを並べて表示装置７に表示させるようになっている。図中、第１画像における斜線部は、対象細胞を示している。
ユーザが第２撮像装置５において、培養容器３を水平方向に移動させると、第２撮像部１４により撮影している培養容器３内の位置が変化するので、ウェルガイド内でフレームＺが移動するとともに、第２画像および第１画像の一部分の画像とがリアルタイムに変化するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る細胞観察システム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る細胞観察システム１を用いて細胞Ｘの観察を行うには、細胞Ｘおよび培地を収容した培養容器３をインキュベータ２内の第１撮像装置４のステージ９に搭載し、ステージ９に設けられた２つの突当て面９ａに培養容器３の２つの隣接する側面を突き当てる。これにより、培養容器３がステージ９に位置決め状態に載置される。

この状態で、インキュベータ２内を所定の温度および湿度に管理しつつ、培養容器３底面に接着して成長する細胞Ｘを培養する。そして、例えば、細胞Ｘを継代する時期になった時点で、第１撮像装置４を作動させ、培養容器３の底面に接着している細胞Ｘの複数の部分画像を取得するとともに、各部分画像の取得時におけるステージ９の基準位置に対する第１撮像部１０の光軸位置を対応づけて部分画像に対応づけて処理装置６に送る。

処理装置６は、送られてきた複数枚の部分画像を合成してより広い画角を有する第１画像を生成し、生成された第１画像内において、対象細胞を抽出する処理を行う。対象細胞としては、例えば、細胞Ｘのコロニー状態を判別した結果、ピペットやアスピレータで分取あるいは廃棄すべきであると判定された細胞Ｘを挙げることができる。
処理装置６は、図４に示されるように、培養容器３の形状を表すウェルガイドを生成するとともに、対象細胞として抽出された位置に、例えば、円形のマークＹを重畳する。

ユーザはインキュベータ２から培養容器３を取り出して、インキュベータ２外のクリーンベンチに配置された第２撮像装置５のスライドステージ１３上に培養容器３を搭載する。そして、スライドステージ１３に設けられている２つの突当て面１３ａに培養容器３の２つの側面を突き当てるとともに、容器固定補助具１６によって培養容器３をスライドステージ１３上に固定する。

第２撮像部１４に対するスライドステージ１３の相対位置はエンコーダによって計測されているので、処理装置６が、ウェルガイド内に、第２画像の位置を示すフレームＺを重畳して生成する。
処理装置６により生成されたウェルガイド、第１撮像部１０により取得された第１画像および第２撮像部１４により取得された第２画像が表示装置７により表示される。

ユーザが、ウェルガイドを見ながら、第２撮像装置５のスライドステージ１３を操作して、第２撮像部１４に対して培養容器３を水平方向に移動させると、培養容器３の移動に同期してウェルガイド上においてフレームＺが移動するので、抽出された対象細胞の位置を示す円形のマークＹに、第２撮像部１４の位置を示すフレームＺを一致させるように培養容器３を動かすことができる。

そして、表示装置７には、ウェルガイドと並列してフレームＺに対応する位置の第１画像および第２画像が表示されているので、インキュベータ２内で取得された第１画像と、インキュベータ２外で現在取得されている第２画像とを比較して観察することができる。
フレームＺがいずれかの円形のマークＹに一致したときには、対象細胞を含む第１画像および第２画像が表示されるので、ユーザは、ピペット等によって対象細胞を分取することができ、分取前の第１画像と分取後の第２画像とを対比観察することができる。

このように、本実施形態に係る細胞観察システム１によれば、インキュベータ２内において取得された第１画像を処理して対象細胞を抽出し、抽出された対象細胞の位置をインキュベータ２外において表示するので、ユーザは、表示された位置に第２撮像部１４を一致させて対象細胞を容易に確認することができ、分取等の処置を迅速に行うことができる。
したがって、ユーザが対象細胞を探す手間を省いて、培養容器３内の対象細胞を網羅的に発見することができるという利点がある。

その結果、インキュベータ２から取り出して対象細胞を探す必要がないので、培養環境が整っていない状況に細胞Ｘを長時間にわたって晒さずに済み、細胞Ｘを健全な状態に維持することができる。

なお、本実施形態においては、培養容器３を示すウェルガイドに対象細胞を示す円形のマークＹを重畳することとしたが、これに加えて、第１撮像装置４により取得された第１画像を重畳表示することにしてもよい。これにより、ユーザは第１画像全体を見ながら対象細胞の位置を確認することができ、より直感的に対象細胞を確認することができる。

また、本実施形態においては、処理装置６が、第１画像を表示装置７に表示する際に、抽出された対象細胞を強調表示することにしてもよい。強調表示としては、例えば、他の部分と異なる色を付することなどを挙げることができる。すなわち、スライドステージ１３を操作して第２撮像部１４の視野内に対象細胞が入ってきたときに、第１画像に表示される対象細胞が強調表示されていることで、対象細胞をより容易に確認することができる。

また、本実施形態においては、ウェルガイド内に第２画像の位置を示すフレームＺを重畳して表示することとしたが、これに加えて、第２撮像部１４を表すフレームＺを重畳して表示してもよい。培養容器３を表すウェルガイドに対して第２撮像部１４を表すフレームＺを重畳することで、第２撮像装置５における培養容器３と第２撮像部１４との関係をより現実に近い形で表示でき、ユーザがスライドステージ１３をより直感的に操作することができる。

また、本実施形態においては、第２撮像装置５にスライドステージ１３と第２撮像部１４との相対位置を計測するエンコーダを備えることとしたが、これに代えて、エンコーダのような位置計測部を備えることなく、画像処理により、スライドステージ１３と第２撮像部１４との相対位置を推定することにしてもよい。すなわち、第２撮像部１４により取得された第２画像を第１画像内において、画像マッチングを行うことによって探索してもよい。これにより、培養容器３に対する第２撮像部１４の光軸位置を第１画像内において特定することができ、同様にしてウェルガイド内に第２撮像部１４の位置を重畳して表示することができる。

また、第１画像として複数の部分画像を取得して、処理装置６によって組み合わせることにより第１画像を生成することとしたが、これに代えて、低倍率の第１撮像部１０によって１枚の第１画像を一度に撮影することにしてもよい。また、第１の画像の生成は、図６に示されるように、細胞Ｘの存在する培養容器３の細胞Ｘの格納された領域、例えば、ウェル底面部のみの部分画像で構成され、ウェル間の部材部分や、培養容器３の底面以外の部分は空白のある画像でもよい。

１細胞観察システム
２インキュベータ
３培養容器
４第１撮像装置
５第２撮像装置
６処理装置
７表示装置
１０第１撮像部
１１駆動部
１４第２撮像部
１５支持部
Ｘ細胞

Claims

インキュベータ内に配置され、培養容器内の細胞の第１画像を取得する第１撮像部を備える第１撮像装置と、
前記インキュベータ外に配置され、前記インキュベータから取り出された前記培養容器内の第２画像を取得する第２撮像部と、該第２撮像部と前記培養容器とを相対移動可能に支持する支持部と、前記第２画像を取得したときの前記培養容器と前記第２撮像部との相対位置を計測する位置計測部とを備える第２撮像装置と、
前記第１撮像装置および前記第２撮像装置に接続された処理装置と、
表示装置とを備え、
前記処理装置が、前記第１撮像装置により取得された前記第１画像において複数の対象細胞を抽出し、抽出された前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を算出して記憶し、前記位置計測部により計測された相対位置に基づいて、前記培養容器を示す表示に前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を示すマークと現在取得されている前記第２画像の位置を示すマークとを重畳して前記表示装置に表示する細胞観察システム。
前記位置計測部が、前記培養容器の基準位置を基準とした水平２方向の前記培養容器と前記第２撮像部との相対位置を計測するエンコーダである請求項１に記載の細胞観察システム。
インキュベータ内に配置され、培養容器内の細胞の第１画像を取得する第１撮像部を備える第１撮像装置と、
前記インキュベータ外に配置され、前記インキュベータから取り出された前記培養容器内の第２画像を取得する第２撮像部と、該第２撮像部と前記培養容器とを相対移動可能に支持する支持部とを備える第２撮像装置と、
前記第１撮像装置および前記第２撮像装置に接続された処理装置と、
表示装置とを備え、
前記処理装置が、前記第１撮像装置により取得された前記第１画像において複数の対象細胞を抽出し、抽出された前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を算出して記憶し、前記第１画像内において前記第２画像を画像マッチングにより検索して、前記培養容器と前記第２撮像部との相対位置を算出し、算出された相対位置に基づいて、前記培養容器を示す表示に前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を示すマークと現在取得されている前記第２画像の位置を示すマークとを重畳して前記表示装置に表示する細胞観察システム。
前記第１撮像部が、前記第１画像を構成する複数枚の部分画像を取得し、
前記第１撮像装置が、前記第１撮像部と前記培養容器とを相対移動させる駆動部を備え、各前記部分画像と、該部分画像を取得したときの前記培養容器と前記第１撮像部との相対位置とを対応づけて前記処理装置に送信する請求項１から請求項３のいずれかに記載の細胞観察システム。
前記処理装置が、前記培養容器を示す容器寸法画像を生成して表示するとともに、該容器寸法画像に前記第２画像の位置を重畳して表示する請求項１から請求項４のいずれかに記載の細胞観察システム。
前記処理装置が、前記容器寸法画像に、前記第１画像を重畳して前記表示装置に表示する請求項５に記載の細胞観察システム。
前記処理装置が、前記第１画像内において、抽出された前記対象細胞を強調表示する請求項１から請求項６のいずれかに記載の細胞観察システム。
前記処理装置が、前記第１画像内の各前記細胞の形状的特徴を算出し、前記形状的特徴に基づいて前記複数の対象細胞を抽出し、抽出された前記複数の対象細胞が存在するそれぞれの位置を算出して記憶する請求項１から請求項７のいずれかに記載の細胞観察システム。