JPWO2018142702A1 - 培養支援装置、観察装置、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年1月31日に出願された日本国特願2017−015376号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施形態による培養支援装置を含むインキュベータ11の概要を示すブロック図である。また、図2及び図3は、本実施形態のインキュベータ11の正面図および平面図である。
このインキュベータ11とは、観察装置の一例である。
なお、「培地交換」とは、培養容器内の培地の全部又は一部を新しい培地に交換することである。また、「継代」とは、増殖した細胞を採取して別の培養容器に再播種することである。また、「掃除」とは、インキュベータ内を掃除することである。掃除には、インキュベータ表面の消毒や、インキュベータ内の湿度の維持に必要な水の殺菌等が含まれる。
次に、図4の流れ図を参照しつつ、インキュベータ11での観察動作の一例を説明する。
図4は、本実施形態のインキュベータ11での観察動作の一例を示す図である。図4は、恒温室15内に搬入された培養容器19を、登録された観察スケジュールに従ってタイムラプス観察する動作例を示している。
次に図5から図9を参照して、画像とイベントとの対応付け機能について説明する。
図5は、本実施形態の制御装置41の機能構成の一例を示す図である。上述したように、制御装置41は、演算部42と記憶部43とを備える。
演算部42は、画像取得部421と、表示制御部422と、操作検出部423と、記憶制御部424と、学習部425とを、その機能部として備える。
記憶部43は、画像記憶部431と、実施イベント記憶部432と、培養結果記憶部433と、学習結果記憶部434とを備える。
画像取得部421は、撮像装置34から画像Pを取得すると、撮像日時を示す撮像日時情報DTを付加して、画像記憶部431に記憶させる。
なお、上述の例では、選択されるイベントが予め記憶されている態様について説明したが、これに限られない。表示されるイベントの候補に実施すべきイベントが含まれていない場合は、観察者が、操作部45等を用いて、新たなイベントを候補に追加してもよい。
また、表示されるイベントの候補に不要なイベントがあれば、観察者が、操作部45等を用いて、不要なイベントを候補から削除してもよい。
観察者が画像P1を見て、イベントの候補の中から「培地交換」を選択すると、操作検出部423は、「培地交換」を示すイベント情報EVを生成する。この場合、画像が撮像されたタイミング、すなわち時刻t1における細胞の培養に関するイベントとは、「培地交換」である。つまり、操作検出部423は、画像が撮像されたタイミングにおける細胞の培養に関するイベントとして、「培地交換」を示すイベント情報EVを生成する。
記憶制御部424は、画像P1に付されている撮像日時情報DTを、操作検出部423が生成するイベント情報EVに付して、実施イベント記憶部432に記憶させる。
なお、イベントとして「何もしない」ことが選択された場合、記憶制御部424は、「何もしない」ことを示すイベント情報を画像に対応付けて記憶させてもよいし、特定のイベントが選択されなかったとみなして、「何もしない」ことを示すイベント情報を記憶させないようにしてもよい。
上述の一例では、学習部425は、画像P1と、「培地交換」を示すイベント情報EVとの関連性を学習する。例えば、学習部425は、画像P1が示す細胞の状態において「培地交換」が行われたことを学習する。つまり、学習部425は、細胞の状態がどのような場合において「培地交換」がなされているのかを学習する。この学習結果は学習結果記憶部434に記憶される。学習部425は、学習を積み重ねることにより、例えば、画像P1の状態において「培地交換」をすることが適切であったか否か、「培地交換」のタイミングが適切であったか否かなどを学習結果として得る。このとき、学習部425は、時刻t0に撮像された画像P0の細胞の状態と、時刻t1に撮像された画像P1の細胞の状態との変化量も考慮して学習してもよい。つまり、画像P1が撮像された時刻よりも前の時刻に撮像された画像を用いて学習してもよい。また、これに限られず、時刻t2に撮像された画像P2の細胞の状態と、時刻t1に撮像された画像P1の細胞の状態との変化量も考慮して学習してもよい。つまり、画像P1が撮像された時刻よりも後の時刻に撮像された画像を用いて学習してもよい。時系列で得られた画像を用いて学習することにより学習結果の精度をより向上させることができる。学習部425は、得られた学習結果を、学習結果記憶部434に記憶させる。
この学習部425によって、画像P1が示す細胞の状態において実施すべきイベントの候補も、学習結果として得られる。この場合、学習部425は、実施すべきイベント候補を示す候補イベント情報EVCを生成する。学習部425は、生成した候補イベント情報EVCを学習結果記憶部434に記憶させる。
例えば、学習部425は、「培地交換」「継代」又は「掃除」を、画像P1が示す細胞の状態において実施すべきイベントの候補として学習する。
なお、学習部425は、深層学習(ディープラーニング)を用いて学習してもよい。深層学習とは、入力層、中間層、出力層を有するニューラルニットワークにおいて、中間層が多層になったもの(ディープニューラルネットワーク)で機械学習することである。深層学習を用いると、人間による観察では認識できない特徴量をも抽出できる場合があり、培養中の細胞の状態を評価するのに好適である。
候補提示部426は、「候補イベント」を記憶部43から取得する。ここで、記憶部43に記憶される候補イベント情報EVCの一例について図8を参照して説明する。
図8に示す一例として、イベント(階層1)には、「培地交換」「継代」「掃除」…がある。「培地交換」についてのイベント(階層2)には、「すぐ実施」「所定時間後実施」…がある。なお、図示していないが、各イベントを行う観察者の情報もイベント情報として表示されてよい。
候補提示部426は、表示制御部422が表示部44に表示する画像Pを取得する。図7に示す一例では、表示制御部422は、画像P1を表示部44に表示する。この場合、候補提示部426は、画像P1を取得する。
候補提示部426は、取得した画像P1と、学習結果記憶部434に記憶されている候補イベント情報EVCとを、既存の手法によってマッチングさせる。候補提示部426は、画像P1にマッチングした候補イベント情報EVCを、学習結果記憶部434から取得する。この候補イベント情報EVCとは、学習部425による学習結果の一部である。上述した一例では、学習部425は、「培地交換」「継代」又は「掃除」を、画像P1が示す細胞の状態において実施すべきイベントの候補として学習している。候補提示部426は、画像P1に対応する候補イベント情報EVCとして、「培地交換」「継代」又は「掃除」を取得する。
学習部425は、細胞の培養経過を学習するだけでなく、培養結果の学習を行ってもよい。この場合、学習部425は、培養結果情報RTと、画像P及びイベント情報EVとの関連性を学習する。この変形例について、図9を参照して説明する。
また、これらの画像Pには、それぞれイベント情報EVが対応付けられている。この一例では、画像P1には、「培地交換」「すぐ実施」「半量交換」がイベント情報EVとして対応付けられている。上述したように、これらのイベント情報EVは、実施イベント記憶部432に記憶されている。
この培養シーケンスseq1が終了した場合に、培養が成功したのか失敗したのかを示す情報が、培養結果情報RTとして培養結果記憶部433に記憶される。
(1)細胞数を増加させるための培養の場合
ある種類の細胞の数を増加させるための培養である。この場合には、培養シーケンスの終了時において細胞数が所定のしきい値を超えれば成功である。
(2)分化誘導のための培養の場合
ある種類の細胞から所望の種類の細胞に分化させるための培養である。この場合には、培養シーケンスの終了時において、全細胞数に対する所望の種類の細胞数の割合が所定のしきい値を超えれば成功である。
記憶制御部424は、操作検出部423が生成した培養結果情報RTを培養結果記憶部433に記憶させる。培養シーケンスseq1における培養結果が「成功」であった場合の培養結果記憶部433の状態を図9に示す。
なお、細胞培養の成功率が低いと見込まれる場合には、細胞の培養の中止を候補イベントとして提示することもできる。比較的初期の段階で細胞の培養を中止すれば、培養にかかる不要なコストを低減することができる。
候補提示部426は、候補イベントが複数ある場合、各候補イベントについて、実施すべき優先順位を付けて提示してもよい。この場合、学習部425は、培養経過又は培養結果に基づいて候補イベントを順位付けする。学習部425は、順位付けした結果を評価基準CRとして候補イベント情報EVCに対応付けて、学習結果記憶部434に記憶させる。優先順位は、例えば、細胞培養の成功率や、細胞の増殖速度等に応じて各候補イベントに付与される。
候補提示部426は、学習結果記憶部434に記憶された候補イベントが複数ある場合には、当該候補イベントに対応付けられている評価基準CRに基づいて、複数の候補間の順位を提示する。
Claims (15)
- 細胞の、所定時間毎の撮像画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部が取得する前記撮像画像と、前記細胞の培養に関するイベントを示すイベント情報とを記憶させる記憶制御部と、
記憶された前記撮像画像と前記イベント情報との関連性を学習する学習部と、
を備える培養支援装置。 - 前記イベントとして、前記細胞を培養するための培地の交換が含まれる
請求項1に記載の培養支援装置。 - 前記イベントとして、前記細胞の継代が含まれる
請求項1又は請求項2に記載の培養支援装置。 - 前記イベントとして、前記細胞の培養が行われる装置内の掃除が含まれる
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の培養支援装置。 - 前記記憶制御部は、前記撮像画像が撮像された日時に関する情報をさらに記憶させる
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の培養支援装置。 - 前記記憶制御部は、前記撮像画像が撮像された日時に関する情報と、前記イベント情報とを対応付けて記憶させる
請求項5に記載の培養支援装置。 - 前記イベント情報は、前記イベントが実施された日時に関する情報を含む
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の培養支援装置。 - 前記記憶制御部は、
前記細胞の培養結果を示す培養結果情報をさらに記憶させ、
前記学習部は、
前記記憶制御部が記憶させた前記培養結果情報と、前記撮像画像及び前記イベント情報との関連性を学習する
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の培養支援装置。 - 前記学習部による学習結果と、前記画像取得部が取得する画像とに基づいて、実施するイベントの候補を提示する候補提示部
をさらに備える請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の培養支援装置。 - 前記候補提示部は、前記学習部による学習結果と、前記画像取得部が取得した最新の画像とに基づいて、実施するイベントの候補を提示する
請求項9に記載の培養支援装置。 - 前記候補提示部は、
実施するイベントの候補が複数ある場合、前記学習部による学習結果に基づいて、前記実施するイベントの候補に、実施する優先順位を付与して提示する
請求項9又は請求項10に記載の培養支援装置。 - 前記優先順位は、細胞培養の成功率に応じて付与される
請求項11に記載の培養支援装置。 - 前記候補提示部が提示した前記実施するイベントの候補の中から、実施するイベントを選択する選択操作を検出する操作検出部
をさらに備え、
前記記憶制御部は、
前記画像と、前記操作検出部が検出した前記選択操作が示す前記イベント情報とを記憶させ、
前記学習部は、
前記選択操作が示す前記イベント情報に基づいて、前記画像と前記イベント情報との関連性をさらに学習する
請求項9から請求項12のいずれか一項に記載の培養支援装置。 - 細胞を培養する培養容器を収納するとともに、内部を所定の環境条件に維持可能な恒温室と、
前記恒温室内で前記培養容器に含まれる前記細胞を所定時間毎に撮像する撮像装置と、
請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の培養支援装置と、
を備える観察装置。 - コンピュータに、
培養中の細胞の、所定時間毎の撮像画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにおいて取得される前記撮像画像と、前記細胞の培養に関するイベントを示すイベント情報とを記憶させる記憶制御ステップと、
記憶された前記撮像画像と前記イベント情報との関連性を学習する学習ステップと、
を実行させるためのプログラム。
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