WO2023195490A1 - 撮像システム及び細胞濃度調整方法 - Google Patents

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Abstract

撮像システムは、細胞を含む試料を流す流路に向けて光を照射する光源と、流路を通過した光を撮像することにより干渉縞を含む干渉縞画像を生成する撮像センサと、干渉縞画像又は干渉縞画像を再構成した再構成画像に基づいて試料中の細胞濃度を推定し、細胞濃度の推定値に基づいて試料中の細胞濃度を調整するプロセッサと、を備える。

Description

撮像システム及び細胞濃度調整方法
　本開示の技術は、撮像システム及び細胞濃度調整方法に関する。
　細胞等の小さな観察対象物体を撮像する装置を小型化するために、光学系部品を排除した、いわゆるレンズフリーのデジタルホログラフィが知られている。デジタルホログラフィでは、レーザ光等のコヒーレントな光を発する光源を用いて観察対象物体を撮像し、撮像により得られた干渉縞像を含む干渉縞画像を再構成することにより、任意の再構成位置において再構成画像を生成することができる（例えば、国際公開第２０１８／１５８９４７号参照）。
　また、培養タンクからマイクロ流路に細胞を含む試料を流しながらマイクロ流路を撮像することにより、細胞の培養状態をリアルタイムにモニタリングすることを可能とするインラインセンシングが知られている。
　マイクロ流路を流れる試料は細胞濃度が変化することがある。細胞濃度が高くなると、細胞による光の散乱量が大きくなり、干渉縞画像が散乱の影響を受ける。干渉縞画像が散乱の影響を受けると、細胞に関する正しい情報が得られず、結果として再構成画像が劣化してしまう。
　国際公開第２０１８／１５８９４７号に記載の細胞観察装置では、オペレータは干渉縞画像を見て測定が適切でないと判断すると、測定停止ボタンを押すことにより直ちに測定を中止させることが可能である。これにより、試料に異物が混入している等、測定に不具合がある場合に、無駄な再構成時間等を消費することを避けることができる。
　しかしながら、インラインセンシングでは、流路を流れる大量の試料を随時観察しながら細胞の培養状態をモニタリングする必要がある。このため、国際公開第２０１８／１５８９４７号に記載のようにオペレータが測定の適否を判断する方法は、オペレータへの負担が大きく現実的ではない。
　本開示の技術は、細胞濃度の変化による再構成画像の劣化を抑制することを可能とする撮像システム及び細胞濃度調整方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示の撮像システムは、細胞を含む試料を流す流路に向けて光を照射する光源と、流路を通過した光を撮像することにより干渉縞を含む干渉縞画像を生成する撮像センサと、干渉縞画像又は干渉縞画像を再構成した再構成画像に基づいて試料中の細胞濃度を推定し、細胞濃度の推定値に基づいて試料中の細胞濃度を調整するプロセッサと、を備える。
　プロセッサは、干渉縞画像に含まれる干渉縞の数、又は干渉縞画像の周波数情報に基づいて、細胞濃度を推定することが好ましい。
　プロセッサは、再構成画像の画質に基づいて細胞濃度を推定することが好ましい。
　プロセッサは、干渉縞画像全体の輝度又は輝度分布に基づいて細胞濃度を推定することが好ましい。
　プロセッサは、培養タンクから流路に試料を導入するポンプを制御することにより、試料中の細胞濃度を調整することが好ましい。
　プロセッサは、ポンプの吸引口の径、吸引口の位置、及び吸引速度のうちの少なくともいずれか１つを制御することにより、試料中の細胞濃度を調整することが好ましい。
　プロセッサは、流路に注入される希釈液の注入量を制御することにより、試料中の細胞濃度を調整することが好ましい。
　プロセッサは、推定値が適正範囲より高い場合には、推定値が適正範囲内となるまで、段階的に細胞濃度を変更することが好ましい。
　プロセッサは、推定値が適正範囲より低い場合には、推定値が適正範囲内となるまで、段階的に細胞濃度を変更することが好ましい。
　プロセッサは、細胞濃度の変更を一定回数行っても推定値が適正範囲内とならない場合に、異常であることを報知する制御を行うことが好ましい。
　本開示の細胞濃度調整方法は、細胞を含む試料を流す流路に向けて光を照射すること、流路を通過した光を撮像することにより干渉縞を含む干渉縞画像を生成すること、干渉縞画像又は干渉縞画像を再構成した再構成画像に基づいて試料中の細胞濃度を推定し、細胞濃度の推定値に基づいて試料中の細胞濃度を調整すること、を含む。
　本開示の技術によれば、細胞濃度の変化による再構成画像の劣化を抑制することを可能とする撮像システム及び細胞濃度調整方法を提供することができる。
実施形態に係る細胞培養システムの構成の一例を示す図である。 細胞培養装置の構成の一例を示す図である。 細胞により干渉縞が生成される様子を示す図である。 干渉縞画像の一例を示す図である。 情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 細胞濃度が高い場合における干渉縞画像の一例を概念的に示す図である。 細胞培養装置による細胞濃度の制御の一例を概念的に示す図である。 撮像システムの動作の流れの一例を示すフローチャートである。 細胞濃度の変化による輝度分布の変化の一例を概念的に示すグラフである。 第４変形例に係る情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。 第４変形例に係る撮像システムの動作の流れの一例を示すフローチャートである。 第５変形例に係る細胞培養システムの構成を示す図である。 第６変形例に係る撮像システムの動作の流れを示すフローチャートである。
　添付図面に従って本開示の技術に係る実施形態の一例について説明する。
　図１は、実施形態に係る細胞培養システム２の構成の一例を示す。細胞培養システム２は、細胞培養装置３と、撮像システム４と、回収タンク５とで構成される。撮像システム４は、光源６、撮像センサ７、及び情報処理装置８を含む。情報処理装置８は、例えば、パーソナルコンピュータである。
　光源６は、例えばレーザーダイオードである。なお、光源６は、発光ダイオードとピンホールとを組み合わせて構成されたものであってもよい。
　光源６と撮像センサ７との間には、マイクロ流路９が配置される。マイクロ流路９は、例えばシリコーン樹脂により形成された流路ユニットに形成されており、液体を流すことが可能な流路である。流路ユニットは、透光性を有しており、流路ユニットの外部からマイクロ流路９内に光を照射することが可能である。マイクロ流路９には、細胞１０を含む溶液である試料１２を導入するための開口部９Ａと、マイクロ流路９に導入された試料１２を排出するための開口部９Ｂが設けられている。マイクロ流路９は、本開示の技術に係る「流路」の一例である。
　試料１２は、細胞培養装置３からマイクロ流路９の開口部９Ａに導入され、マイクロ流路９内を一定の速度で流れて開口部９Ｂから排出される。開口部９Ｂから排出された試料１２は、回収タンク５により回収される。
　光源６、撮像センサ７、及びマイクロ流路９は、例えば、図示しないインキュベータ内に配置されている。撮像システム４は、例えば、試料１２に含まれる１以上の細胞１０を撮像対象とし、光源６から発せられてマイクロ流路９を通過した光を撮像センサ７により撮像する。
　光源６は、マイクロ流路９に向けて照射光６Ａを照射する。照射光６Ａは、コヒーレントな光であり、例えばレーザ光である。照射光６Ａは、マイクロ流路９に入射し、マイクロ流路９を透過した後、撮像センサ７の撮像面７Ａに入射する。なお、矢印で示すＺ方向は、照射光６Ａの照射方向である。マイクロ流路９は、試料１２の流れる方向が、Ｚ方向にほぼ直交するように配置されている。
　なお、マイクロ流路９の形状、及び開口部９Ａ，９Ｂの数は、適宜変更可能である。また、光源６と撮像センサ７との間に配置されるマイクロ流路９の数は１に限られず、２以上であってもよい。本実施形態では、光源６と撮像センサ７との間に１つのマイクロ流路９が配置されているとする。
　撮像センサ７は、例えば、モノクロのＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型イメージセンサにより構成されている。撮像センサ７の撮像動作は、情報処理装置８により制御される。撮像センサ７は、撮像面７Ａが、Ｚ方向に直交するように配置されている。なお、撮像面７Ａは、マイクロ流路９が形成された流路ユニットに接触していてもよい。
　マイクロ流路９内の試料１２に照射光６Ａが入射し、細胞１０で照射光６Ａが回折されることにより、細胞１０の形状が反映された干渉縞が生じる。撮像センサ７は、干渉縞を含む干渉縞画像ＦＰを生成して情報処理装置８に出力する。
　情報処理装置８は、撮像制御、干渉縞画像ＦＰに基づく再構成画像の生成、干渉縞画像ＦＰに基づく試料１２中の細胞１０の濃度（以下、細胞濃度という。）の推定、細胞濃度の推定値に基づく細胞培養装置３の制御等を行う。
　図２は、細胞培養装置３の構成の一例を示す。細胞培養装置３は、培養タンク２０、吸引ポンプＰ１、吸引管２１、移送管２２、攪拌装置２３、通気装置２４、温度調整装置２５、培地タンク２６、培地ポンプＰ２、溶液タンク２７、溶液ポンプＰ３、及びコントローラ２８を備える。コントローラ２８は、吸引ポンプＰ１、攪拌装置２３、通気装置２４、温度調整装置２５、及び溶液ポンプＰ３を制御する。コントローラ２８は、情報処理装置８により制御される。吸引ポンプＰ１は、本開示の技術に係る「ポンプ」の一例である。
　培養タンク２０は、細胞１０を培養するためのタンクであり、細胞１０を含む試料１２が収容されている。吸引管２１は、一端が培養タンク２０内に挿入され、他端が吸引ポンプＰ１に接続されている。吸引ポンプＰ１は、吸引管２１の一端に設けられた吸引口２１Ａから試料１２を吸引する。移送管２２は、一端が吸引ポンプＰ１に接続され、他端がマイクロ流路９の開口部９Ａに接続されている。移送管２２は、吸引ポンプＰ１により吸引された試料１２を、移送してマイクロ流路９に導入するための配管である。
　吸引管２１には、コントローラ２８からの制御に基づいて動作するアクチュエータ２９が接続されている。アクチュエータ２９は、吸引管２１を移動させることにより、培養タンク２０内における吸引口２１Ａの位置を変更する。また、吸引管２１は、吸引口２１Ａの径が変更可能に構成されている。アクチュエータ２９は、コントローラ２８からの制御に基づいて吸引口２１Ａの径を変更する。ここで、吸引口２１Ａの径とは、吸引口２１Ａの内径を意味する。
　攪拌装置２３は、攪拌翼を回転させることにより培養タンク２０内の試料１２を攪拌させる。通気装置２４は、培養タンク２０内の試料１２に空気、酸素、窒素、二酸化炭素等を通気する。温度調整装置２５は、培養タンク２０内の試料１２の温度を調整する。
　培地タンク２６は、液体状の培地を収容するためのタンクである。培地ポンプＰ２は、培地タンク２６内の培地を培養タンク２０に送る。培地ポンプＰ２による送液量は、培地タンク２６内の培地成分の濃度等に応じて、コントローラ２８により制御される。本実施形態では、複数の培地タンク２６が培地ポンプＰ２に接続されている。
　溶液タンク２７は、アルカリ溶液を収容するためのタンクである。溶液ポンプＰ３は、溶液タンク２７内のアルカリ溶液を培養タンク２０に送る。試料１２のｐＨは、アルカリ溶液の添加、二酸化炭素の通気等により所定の範囲に制御される。
　また、培養タンク２０内の培養環境及び細胞１０の培養状態をモニタリングするために、図示しない各種のセンサが設けられている。例えば、培養タンク２０には、熱電対等の温度センサ、溶存酸素センサ、二酸化炭素センサ、ｐＨセンサ、セルカウンタ等が設けられている。
　図３は、マイクロ流路９に流れる試料１２に含まれる細胞１０により干渉縞が生成される様子を示す。マイクロ流路９に入射した照射光６Ａは、一部が細胞１０によって回折される。すなわち、照射光６Ａは、細胞１０によって回折される回折光３０と、細胞１０によって回折されず、マイクロ流路９を透過する透過光３１とに分かれる。透過光３１は平面波である。回折光３０及び透過光３１は、マイクロ流路９を透過して、撮像センサ７の撮像面７Ａに入射する。
　回折光３０と透過光３１とは、互いに干渉することにより、干渉縞３３を生成する。干渉縞３３は、明部３６及び暗部３８により構成される。図３では、干渉縞３３は、明部３６及び暗部３８をそれぞれ円形として図示しているが、干渉縞３３の形状は、細胞１０の形状及び内部構造に応じて変化する。撮像センサ７は、撮像面７Ａに形成された干渉縞３３を含む光像を撮像し、干渉縞３３を含む干渉縞画像ＦＰを出力する。
　なお、照射光６Ａが試料１２に入射することにより生じる光の成分には、回折光３０と透過光３１との他に、照射光６Ａが細胞１０等により散乱されることにより生じる散乱光が含まれる。干渉縞画像ＦＰは、散乱光の量に応じて劣化する。干渉縞画像ＦＰが劣化すると、干渉縞画像ＦＰに基づいて生成される再構成画像が劣化する。
　図４は、撮像センサ７から出力される干渉縞画像ＦＰの一例を示す。図４に示す干渉縞画像ＦＰは、撮像センサ７の撮像領域に含まれる１つの細胞１０により照射光６Ａが回折されることにより生じた１つの干渉縞３３が含まれている。
　図５は、情報処理装置８のハードウェア構成の一例を示す。図５に示すように、情報処理装置８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０、記憶装置４１、及び通信部４２を備え、これらはバスライン４３を介して相互接続されている。また、バスライン４３には、ディスプレイ４４及び入力デバイス４５が接続されている。入力デバイス４５は、キーボード、マウス、タッチパネル等であり、ユーザが情報を入力する際に操作される。
　ＣＰＵ４０は、記憶装置４１に格納された作動プログラム４１Ａ及び各種データ（図示せず）を読み出して処理を実行することにより、各種機能を実現する演算装置である。ＣＰＵ４０は、本開示の技術に係る「プロセッサ」の一例である。
　記憶装置４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、又はストレージ装置等を含む。ＲＡＭは、例えば、ワークエリア等として用いられる揮発性メモリである。ＲＯＭは、例えば、作動プログラム４１Ａ及び各種データを保持するフラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。ストレージ装置は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）である。ストレージは、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、画像データ、及び各種データ等を記憶する。
　通信部４２は、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワークを介した各種情報の伝送制御を行うネットワークインターフェースである。情報処理装置８は、通信部４２を介して、光源６、撮像センサ７、及び細胞培養装置３に接続される。ディスプレイ４４は、各種画面を表示する。情報処理装置８は、各種画面を通じて、入力デバイス４５からの操作指示の入力を受け付ける。
　図６は、情報処理装置８の機能構成の一例を示す。情報処理装置８の機能は、作動プログラム４１Ａに基づいてＣＰＵ４０が処理を実行することにより実現される。図６に示すように、ＣＰＵ４０には、撮像制御部５０、干渉縞画像取得部５１、再構成処理部５２、表示制御部５３、細胞濃度推定部５４、及び濃度制御部５５が構成される。
　撮像制御部５０は、撮像システム４の動作を制御する。具体的には、撮像制御部５０は、撮像システム４に撮像制御信号を送信することにより、光源６による照射光６Ａの発生動作、及び撮像センサ７の撮像動作を制御する。以下、光源６による照射光６Ａの発生動作と、撮像センサ７の撮像動作とを合わせて、撮像システム４の撮像動作という。撮像制御部５０は、入力デバイス４５から入力される操作信号に基づいて、撮像システム４に撮像動作を開始させる。
　干渉縞画像取得部５１は、撮像センサ７から出力される干渉縞画像ＦＰを取得する。干渉縞画像取得部５１は、取得した干渉縞画像ＦＰを再構成処理部５２に供給する。
　再構成処理部５２は、干渉縞画像ＦＰに基づいて演算を行うことにより、再構成画像を生成する。例えば、再構成処理部５２は、再構成位置をＺ方向に一定値ずつ変更しながら、再構成位置を変更するたびに再構成画像を生成する。再構成位置は、撮像センサ７の撮像面７Ａから光源６の方向への距離ｄにより表される位置（いわゆる深さ位置）である。以下、再構成位置を焦点位置ともいう。
　再構成処理部５２は、例えば、下式（１）～（３）で表されるフレネル変換式に基づいて再構成処理を行う。
　ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、画像データを表す。ｘは、撮像センサ７を構成する画素のＸ方向に関する座標を表す。ｙは、画素のＹ方向に関する座標を表す。Δｘは、画素のＸ方向への配列ピッチであ。Δｙは、画素のＹ方向への配列ピッチである。λは、照射光６Ａの波長である。
　式（１）に示すように、Γ（ｍ，ｎ）は、干渉縞画像ＦＰに含まれる干渉縞がフレネル変換された複素振幅画像である。ここで、ｍ＝１，２，３，・・・Ｎｘ－１、及びｎ＝１，２，３，・・・Ｎｙ－１である。Ｎｘは、干渉縞画像ＦＰのＸ方向への画素数を表している。Ｎｙは、干渉縞画像ＦＰのＹ方向への画素数を表している。
　式（２）に示すように、Ａ０（ｍ，ｎ）は、複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）の振幅成分（すなわち強度成分）を表す振幅画像である。式（３）に示すように、φ０（ｍ，ｎ）は、複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）の位相差成分を表す位相差画像である。
　再構成処理部５２は、式（１）に基づいて複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）を求め、求めた複素振幅画像Γ（ｍ，ｎ）を、式（２）又は式（３）に適用することにより、振幅画像Ａ０（ｍ，ｎ）又は位相差画像φ０（ｍ，ｎ）を求める。再構成処理部５２は、振幅画像Ａ０（ｍ，ｎ）と位相差画像φ０（ｍ，ｎ）とのうちの少なくともいずれか１つを、再構成画像として出力する。
　再構成処理部５２は、フレネル変換式を用いる方法に限られず、フーリエ反復位相回復法等により再構成処理を行ってもよい。
　表示制御部５３は、再構成処理部５２により生成された再構成画像をディスプレイ４４に表示させる。
　細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像取得部５１が取得した干渉縞画像ＦＰに基づいて、マイクロ流路９に流れる試料１２中の細胞濃度を推定する。本実施形態では、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰに含まれる干渉縞３３の数に基づいて細胞濃度を推定する。細胞濃度推定部５４は、干渉縞３３の数が多いほど、細胞濃度が高いと推定する。細胞濃度推定部５４は、細胞濃度の推定値Ｒを濃度制御部５５に出力する。
　なお、本開示において、推定値Ｒは、細胞濃度を直接的に表す数値でなくてもよく、細胞濃度と関連する数値であってもよい。本実施形態では、干渉縞画像ＦＰに含まれる干渉縞３３の数を、推定値Ｒとしている。
　濃度制御部５５は、細胞濃度推定部５４から出力された推定値Ｒが適正範囲内であるか否かを判定する。濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲内でないと判定した場合には、濃度制御信号を細胞培養装置３に出力することにより、細胞濃度を調整する。
　図７は、細胞濃度が高い場合における干渉縞画像ＦＰの一例を概念的に示す。細胞濃度が高い場合には、干渉縞画像ＦＰには複数の干渉縞３３が現れる。細胞濃度が高くなると、個々の細胞１０で生じる光の散乱量が大きくなり、干渉縞画像ＦＰが劣化する。これにより、再構成画像が劣化してしまう。
　濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲より高い場合には、細胞濃度を下げて適正範囲内とするように、細胞培養装置３を制御する。適正範囲とは、再構成画像の劣化が許容される細胞濃度の範囲をいう。濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲より低い場合には、細胞濃度を上げて適正範囲内とするように、細胞培養装置３を制御する。
　図８は、細胞培養装置３による細胞濃度の制御の一例を概念的に示す。培養タンク２０内の試料１２中の細胞濃度は、吸引口２１Ａの径、吸引口２１Ａの位置、及び吸引ポンプＰ１による試料１２の吸引速度Ｖに依存して変化すると考えられる。培養タンク２０内の試料１２は、攪拌装置２３により攪拌されているので、培養タンク２０内の位置に応じて細胞濃度が異なる。
　コントローラ２８は、濃度制御部５５から入力される細胞制御信号に基づいて、アクチュエータ２９を制御することにより、吸引口２１Ａの径Ｄ、又は吸引口２１Ａの位置を変化させ、吸引ポンプＰ１を制御することにより吸引速度Ｖを変化させる。吸引口２１Ａの位置とは、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に関する位置である。例えば、コントローラ２８は、セルカウンタによる細胞濃度の検出値を参照しながら、吸引口２１Ａの径Ｄ、吸引口２１Ａの位置、及び吸引速度Ｖのうち少なくとも１つを変更することにより、細胞制御信号により指定された所定の量だけ細胞濃度を変更する。なお、コントローラ２８は、過去に実験等により取得された培養タンク２０内の細胞濃度の分布データに基づいて、吸引口２１Ａの位置等を変更してもよい。
　図９は、撮像システム４の動作の流れの一例を示す。まず、細胞培養装置３により、マイクロ流路９への試料１２の供給を開始する（ステップＳ１０）。次に、撮像制御部５０は、撮像システム４に撮像動作を行わせる（ステップＳ１１）。干渉縞画像取得部５１は、撮像センサ７から出力された干渉縞画像ＦＰを取得する（ステップＳ１２）。
　細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像取得部５１が取得した干渉縞画像ＦＰに基づいて細胞濃度を推定し、推定値Ｒを濃度制御部５５に出力する（ステップＳ１３）。濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲内でない場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、濃度制御信号を細胞培養装置３に出力することにより、細胞濃度を変更する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の後、処理は、ステップＳ１１に戻る。
　ステップＳ１１～Ｓ１５の処理は、ステップＳ１４で推定値Ｒが適正範囲内であると判定されるまでの間、繰り返し行われる。すなわち、細胞濃度の調整は、細胞濃度を段階的に変更することにより行われる。具体的には、推定値Ｒが適正範囲より高い場合には、細胞濃度が適正範囲内となるまで、段階的に細胞濃度を変更する。推定値Ｒが適正範囲より低い場合についても、細胞濃度が適正範囲内となるまで、段階的に細胞濃度を変更する。
　推定値Ｒが適正範囲内であると判定されると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、再構成処理部５２は、干渉縞画像ＦＰに基づいて再構成処理を行うことにより再構成画像を生成する（ステップＳ１６）。そして、表示制御部５３は、再構成処理部５２により生成された再構成画像をディスプレイ４４に表示させる（ステップＳ１７）。
　なお、ステップＳ１７の後、処理をステップＳ１１に戻し、ステップＳ１１～Ｓ１７を繰り返し実行してもよい。
　以上のように、本開示の技術によれば、干渉縞画像に基づいて前記試料中の細胞濃度を推定し、推定値に基づいて試料中の細胞濃度を調整するので、細胞濃度の変化による再構成画像の劣化を抑制することができる。
　次に、上記実施形態の各種変形例について説明する。以下の各変形例では、上記実施形態と異なる点のみについて説明する。
　［第１変形例］
　上記実施形態では、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰに含まれる干渉縞３３の数に基づいて細胞濃度を推定している。これに代えて、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰを周波数解析することにより、干渉縞画像ＦＰの周波数情報に基づいて細胞濃度を推定してもよい。
　細胞濃度が高くなるほど、干渉縞画像ＦＰは光の散乱による高周波成分が増加する。さらに、細胞濃度が高くなると、コヒーレンスの低下により干渉縞３３が消滅して、光の散乱による高周波成分が支配的となる。細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰに含まれる周波数成分を解析することにより、細胞濃度を推定することができる。
　［第２変形例］
　細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰ全体の輝度に基づいて細胞濃度を推定してもよい。例えば、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰを構成する複数の画素の積算輝度又は平均輝度を求め、積算輝度又は平均輝度に基づいて細胞濃度を推定する。細胞濃度が高くなるほど、マイクロ流路９を通過する照射光６Ａの光強度が低下し、撮像センサ７への入射光量が低下する。このように、細胞濃度と干渉縞画像ＦＰ全体の輝度とに相関があるため、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰ全体の輝度に基づいて細胞濃度を推定することができる。
　［第３変形例］
　細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰ全体の輝度分布に基づいて細胞濃度を推定してもよい。例えば、細胞濃度推定部５４は、輝度と画素数との関係を表す輝度分布の分散値に基づいて細胞濃度を推定する。図１０に示すように、細胞濃度が高くなるほど干渉縞画像ＦＰは光の散乱による高周波成分が増加し、かつ干渉縞３３が不鮮明となるので、輝度分布の分散値が低下すると考えられる。このように、細胞濃度と輝度分布とに相関があると考えられるため、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰ全体の輝度分布に基づいて細胞濃度を推定することができる。
　［第４変形例］
　上記実施形態では、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰに基づいて細胞濃度を推定している。これに代えて、細胞濃度推定部５４は、干渉縞画像ＦＰを再構成した再構成画像に基づいて細胞濃度を推定してもよい。
　図１１は、第４変形例に係る情報処理装置８の機能構成を示す。本変形例では、細胞濃度推定部５４は、再構成処理部５２により生成された干渉縞画像ＦＰに基づいて細胞濃度を推定する。細胞濃度が高くなるほど光の散乱量が増加することにより、再構成画像の画質が低下するため、本変形例では、細胞濃度推定部５４は、再構成画像の画質に基づいて細胞濃度を推定する。画質とは、例えば、再構成画像に写る細胞の輪郭のシャープネスである。
　図１２は、第４変形例に係る撮像システム４の動作の流れの一例を示す。ステップＳ２０～Ｓ２２は、図９に示す上記実施形態のステップＳ１０～Ｓ１２と同様である。本変形例では、再構成処理部５２は、ステップＳ２２の後、干渉縞画像ＦＰに基づいて再構成画像を生成する（ステップＳ２３）。細胞濃度推定部５４は、再構成処理部５２により生成された再構成画像に基づいて細胞濃度を推定する（ステップＳ２４）。この後のステップＳ２５～Ｓ２７は、図９に示す上記実施形態のステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１７と同様である。
　［第５変形例］
　上記実施形態では、濃度制御部５５は、吸引口２１Ａの径Ｄ、吸引口２１Ａの位置、及び吸引速度Ｖのうち少なくとも１つを変更することにより、細胞濃度を調整している。これに代えて、濃度制御部５５は、マイクロ流路９に注入される希釈液の注入量を制御することにより、細胞濃度を調整してもよい。
　図１３は、第５変形例に係る細胞培養システム２の構成を示す。本変形例では、細胞培養システム２には、細胞培養装置３、撮像システム４、及び回収タンク５に加えて、希釈液供給装置６０が設けられている。希釈液供給装置６０は、細胞培養装置３が供給する試料１２とは別の経路で、開口部９Ａからマイクロ流路９に希釈液を注入する。マイクロ流路９を流れる試料１２に希釈液が注入されることで、細胞濃度が低下する。
　本変形例では、濃度制御部５５は、希釈液供給装置６０を制御することにより、細胞濃度を調整する。
　［第６変形例］
　上記実施形態では、濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲内であると判定されるまでの間、細胞濃度の変更を繰り返し行っているが、細胞濃度の変更を一定回数行っても推定値Ｒが適正範囲内とならない場合に、異常であることを報知する制御を行ってもよい。これは、細胞濃度の変更を一定回数行っても推定値Ｒが適正範囲内とならない場合は、試料１２が流路のどこかで詰まって流れていない等の異常が生じていると考えられるためである。
　図１４は、第６変形例に係る撮像システム４の動作の流れを示す。図１４に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートに、ステップＳ１８及びＳ１９を追加したものである。本変形例では、濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲内でないと判定した場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１５による細胞濃度の変更を一定回数繰り返したか否かを判定する（ステップＳ１８）。濃度制御部５５は、細胞濃度の変更を一定回数繰り返していないと判定した場合には（ステップＳ１８：ＮＯ）、細胞濃度を変更する（ステップＳ１５）。
　一方、濃度制御部５５は、細胞濃度の変更を一定回数繰り返したと判定した場合には（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、異常であることを報知する制御を行う（ステップＳ１９）。濃度制御部５５は、例えば、表示制御部５３を制御して、異常が発生していることをユーザに知らせるメッセージをディスプレイ４４に表示させる。
　［その他の変形例］
　上記実施形態及び上記各変形例では、濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲より高い場合に細胞濃度を下げる方向に変更し、かつ推定値Ｒが適正範囲より低い場合に細胞濃度を上げる方向に変更している。これに代えて、濃度制御部５５は、推定値Ｒが適正範囲より高い場合にのみ、細胞濃度を下げる方向に変更してもよい。
　上記実施形態及び上記各変形例に係る撮像システム４は、光学レンズを備えない、いわゆるレンズフリーイメージングと呼ばれる技術に関する。本開示の技術は、レンズフリーイメージングに限定されず、デジタルホログラフィ全般（例えば、参照光を用いる場合など）に適用可能である。
　情報処理装置８を構成するコンピュータのハードウェア構成は種々の変形が可能である。例えば、情報処理装置８を、処理能力及び信頼性の向上を目的として、ハードウェアとして分離された複数台のコンピュータで構成することも可能である。
　このように、情報処理装置８のコンピュータのハードウェア構成は、処理能力、安全性、信頼性等の要求される性能に応じて適宜変更することができる。さらに、ハードウェアに限らず、作動プログラム４１Ａ等のアプリケーションプログラムについても、安全性及び信頼性の確保を目的として、二重化すること、あるいは、複数のストレージデバイスに分散して格納することも可能である。
　上記実施形態及び上記各変形例において、例えば、撮像制御部５０、干渉縞画像取得部５１、再構成処理部５２、表示制御部５３、細胞濃度推定部５４、及び濃度制御部５５といった各種の処理を実行する処理部（Processing Unit）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Processor）を用いることができる。各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（作動プログラム４１Ａ）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ４０に加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device: PLD）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。
　１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせ、及び／又は、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。
　複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアント及びサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（System On Chip: SoC）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Integrated Circuit）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。
　さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（circuitry）を用いることができる。
　また、上記実施形態及び各変形例は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせ可能である。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
　上記説明によって以下の技術を把握することができる。
　［付記項１］
　細胞を含む試料を流す流路に向けて光を照射する光源と、
　前記流路を通過した光を撮像することにより干渉縞を含む干渉縞画像を生成する撮像センサと、
　前記干渉縞画像又は前記干渉縞画像を再構成した再構成画像に基づいて前記試料中の細胞濃度を推定し、前記細胞濃度の推定値に基づいて前記試料中の前記細胞濃度を調整するプロセッサと、
　を備える撮像システム。
　［付記項２］
　前記プロセッサは、前記干渉縞画像に含まれる干渉縞の数、又は前記干渉縞画像の周波数情報に基づいて、前記細胞濃度を推定する、
　付記項１に記載の撮像システム。
　［付記項３］
　前記プロセッサは、前記再構成画像の画質に基づいて前記細胞濃度を推定する、
　付記項１に記載の撮像システム。
　［付記項４］
　前記プロセッサは、前記干渉縞画像全体の輝度又は輝度分布に基づいて前記細胞濃度を推定する、
　付記項１に記載の撮像システム。
　［付記項５］
　前記プロセッサは、培養タンクから前記流路に前記試料を導入するポンプを制御することにより、前記試料中の前記細胞濃度を調整する、
　付記項１から付記項４のうちいずれか１項に記載の撮像システム。
　［付記項６］
　前記プロセッサは、前記ポンプの吸引口の径、吸引口の位置、及び吸引速度のうちの少なくともいずれか１つを制御することにより、前記試料中の前記細胞濃度を調整する、
　付記項５に記載の撮像システム。
　［付記項７］
　前記プロセッサは、前記流路に注入される希釈液の注入量を制御することにより、前記試料中の前記細胞濃度を調整する、
　付記項１から付記項４のうちいずれか１項に記載の撮像システム。
　［付記項８］
　前記プロセッサは、前記推定値が適正範囲より高い場合には、前記推定値が前記適正範囲内となるまで、段階的に前記細胞濃度を変更する、
　付記項１から付記項７のうちいずれか１項に記載の撮像システム。
　［付記項９］
　前記プロセッサは、前記推定値が前記適正範囲より低い場合には、前記推定値が前記適正範囲内となるまで、段階的に前記細胞濃度を変更する、
　付記項８に記載の撮像システム。
　［付記項１０］
　前記プロセッサは、前記細胞濃度の変更を一定回数行っても前記推定値が前記適正範囲内とならない場合に、異常であることを報知する制御を行う、
　付記項８又は付記項９に記載の撮像システム。
　［付記項１１］
　細胞を含む試料を流す流路に向けて光を照射すること、
　前記流路を通過した光を撮像することにより干渉縞を含む干渉縞画像を生成すること、
　前記干渉縞画像又は前記干渉縞画像を再構成した再構成画像に基づいて前記試料中の細胞濃度を推定し、前記細胞濃度の推定値に基づいて前記試料中の前記細胞濃度を調整すること、
　を含む細胞濃度調整方法。

Claims (11)

  1. 　細胞を含む試料を流す流路に向けて光を照射する光源と、
    　前記流路を通過した光を撮像することにより干渉縞を含む干渉縞画像を生成する撮像センサと、
    　前記干渉縞画像又は前記干渉縞画像を再構成した再構成画像に基づいて前記試料中の細胞濃度を推定し、前記細胞濃度の推定値に基づいて前記試料中の前記細胞濃度を調整するプロセッサと、
    　を備える撮像システム。
  2. 　前記プロセッサは、前記干渉縞画像に含まれる干渉縞の数、又は前記干渉縞画像の周波数情報に基づいて、前記細胞濃度を推定する、
    　請求項１に記載の撮像システム。
  3. 　前記プロセッサは、前記再構成画像の画質に基づいて前記細胞濃度を推定する、
    　請求項１に記載の撮像システム。
  4. 　前記プロセッサは、前記干渉縞画像全体の輝度又は輝度分布に基づいて前記細胞濃度を推定する、
    　請求項１に記載の撮像システム。
  5. 　前記プロセッサは、培養タンクから前記流路に前記試料を導入するポンプを制御することにより、前記試料中の前記細胞濃度を調整する、
    　請求項１に記載の撮像システム。
  6. 　前記プロセッサは、前記ポンプの吸引口の径、吸引口の位置、及び吸引速度のうちの少なくともいずれか１つを制御することにより、前記試料中の前記細胞濃度を調整する、
    　請求項５に記載の撮像システム。
  7. 　前記プロセッサは、前記流路に注入される希釈液の注入量を制御することにより、前記試料中の前記細胞濃度を調整する、
    　請求項１に記載の撮像システム。
  8. 　前記プロセッサは、前記推定値が適正範囲より高い場合には、前記推定値が前記適正範囲内となるまで、段階的に前記細胞濃度を変更する、
    　請求項１に記載の撮像システム。
  9. 　前記プロセッサは、前記推定値が前記適正範囲より低い場合には、前記推定値が前記適正範囲内となるまで、段階的に前記細胞濃度を変更する、
    　請求項８に記載の撮像システム。
  10. 　前記プロセッサは、前記細胞濃度の変更を一定回数行っても前記推定値が前記適正範囲内とならない場合に、異常であることを報知する制御を行う、
    　請求項８又は請求項９に記載の撮像システム。
  11. 　細胞を含む試料を流す流路に向けて光を照射すること、
    　前記流路を通過した光を撮像することにより干渉縞を含む干渉縞画像を生成すること、
    　前記干渉縞画像又は前記干渉縞画像を再構成した再構成画像に基づいて前記試料中の細胞濃度を推定し、前記細胞濃度の推定値に基づいて前記試料中の前記細胞濃度を調整すること、
    　を含む細胞濃度調整方法。
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