JP7679997B2 - Cell observation image capturing device and cell observation image acquiring method - Google Patents
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Description
本開示は、細胞観察画像撮影装置、および細胞観察画像取得方法に関する。 This disclosure relates to a cell observation image capturing device and a cell observation image acquisition method.
再生医療技術などの発展に伴い、細胞を工業的に培養するケースが増えている。化学物質の反応などとは異なり、培養される細胞は個々の性質にばらつきが大きく、環境などの要因にも影響を受けやすい。このため、細胞培養状態を監視することの必要性が高まっている。この点、現行の再生医療分野では、顕微鏡を用いて細胞の観察が行われている。 With the development of regenerative medicine technology, there are an increasing number of cases where cells are cultivated industrially. Unlike reactions of chemical substances, the properties of cultured cells vary widely and they are easily affected by factors such as the environment. For this reason, there is an increasing need to monitor the state of cell culture. In this regard, cells are currently observed using microscopes in the field of regenerative medicine.
一般に、顕微鏡は視野が非常に狭いため、細胞培養容器の一部しか一度に観察することができない。そこで、容器全面に亘る情報を得るために、電動XYステージで細胞培養容器を載置する台を動かすか、撮影用カメラと照明のセットを動かして視野を稼ぎ、位置決めしながら撮影した画像のそれぞれを繋ぎあわせるタイリング撮影という技術を用いて、容器全面に亘る範囲の観察画像を生成している。 Generally, microscopes have a very narrow field of view, so only a portion of the cell culture vessel can be observed at one time. Therefore, to obtain information about the entire surface of the vessel, a technique called tiling photography is used to increase the field of view by moving the stage on which the cell culture vessel is placed using an electric XY stage, or by moving the camera and lighting set used for photography, and then stitching together the images taken while positioning the vessel to generate an observation image that covers the entire surface of the vessel.
しかしながら、タイリング撮影には、隣り合う画像間で明るさが異なったり、電動ステージの位置精度の限界によって隣り合う画像間で撮影場所がズレたり、さらには、撮影中に細胞が移動してしまうことによって、隣り合う画像間で不整合が発生し、これによって、画像内で不連続性が生じるという課題がある。培養状況の監視は、コンピュータ等で自動化することが望ましいが、内部に不連続性がある画像は自動処理と相性が悪い。 However, tiling photography has issues such as differences in brightness between adjacent images, misalignment of the photography locations between adjacent images due to limitations in the positional accuracy of the motorized stage, and even inconsistencies between adjacent images caused by cells moving during photography, which results in discontinuities within the images. It is desirable to automate the monitoring of the culture status using a computer, but images with internal discontinuities are not compatible with automatic processing.
また、タイリング撮影には、広範囲を撮影したい場合、ステージ移動と撮影の繰り返し数が増えるため、撮影の所要時間が長いという課題もある。特別に配慮しない限り、撮影用の環境は、細胞培養に適した環境とは異なることが多い。培養に不適な環境に細胞が長時間晒されると、培養そのものに悪影響を与えてしまう。また、所要時間が長いと監視の頻度が低下し、機敏な対応が取れなくなってしまう。
本開示はこのような状況に鑑み、観察画像の連続性を担保し、撮影の所要時間の短縮化を図る技術を提案する。
Another issue with tiling photography is that when you want to capture a wide area, the number of repetitions of stage movement and photography increases, which means the time required for photography is long. Unless special consideration is given, the environment for photography is often different from that suitable for cell culture. If cells are exposed to an environment that is not suitable for culture for a long period of time, it will have a negative effect on the culture itself. In addition, if the time required is long, the frequency of monitoring will decrease, making it difficult to respond promptly.
In view of such circumstances, the present disclosure proposes a technique for ensuring the continuity of observed images and shortening the time required for capturing images.
上記課題を解決するために、本実施形態によれば、培養すべき細胞を担持する培養容器を載置して細胞の観察画像を撮影する細胞観察画像撮影装置であって、培養容器に照明光を照射する照明ユニットと、照明光で照らされた前記培養容器を撮影する撮影ユニットと、を備え、照明ユニットと培養容器の上蓋との間に、光の透過度に差を有する所定の模様が配置され、前記撮影ユニットのピントが、当該撮影ユニットの培養容器載置面よりも前記照明ユニット側に所定距離分シフトした位置に合せられている、細胞観察画像撮影装置が提供される。 To solve the above problem, according to the present embodiment, a cell observation image capturing device is provided that captures an observation image of a cell by placing a culture vessel that supports cells to be cultured on the cell observation image capturing device, the cell observation image capturing device being provided with an illumination unit that irradiates illumination light onto the culture vessel and an imaging unit that captures an image of the culture vessel illuminated by the illumination light, a predetermined pattern having a difference in light transmittance is disposed between the illumination unit and the top cover of the culture vessel, and the focus of the imaging unit is adjusted to a position shifted a predetermined distance toward the illumination unit from the surface of the imaging unit where the culture vessel is placed.
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになる。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではないことを理解する必要がある。
Further features related to the present disclosure will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Also, aspects of the present disclosure may be realized and realized by the elements and combinations of various elements and aspects set forth in the following detailed description and the appended claims.
It should be understood that the descriptions in this specification are exemplary and illustrative only and are not intended to limit the scope or application of the present disclosure in any way.
本開示によれば、観察画像の連続性を担保し、撮影の所要時間の短縮化を図ることができるようになる。 This disclosure makes it possible to ensure the continuity of observed images and shorten the time required for capturing images.
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the attached drawings. In the attached drawings, functionally identical elements may be indicated by the same numbers. Note that the attached drawings show specific embodiments and implementation examples in accordance with the principles of the present disclosure, but these are intended to aid in understanding the present disclosure and are in no way intended to limit the interpretation of the present disclosure.
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。 In this embodiment, the disclosure is described in sufficient detail for a person skilled in the art to implement the disclosure, but it should be understood that other implementations and forms are possible, and that changes to the configuration and structure and substitutions of various elements are possible without departing from the scope and spirit of the technical ideas of the disclosure. Therefore, the following description should not be interpreted as being limited to this.
本実施形態は、観察画像の連続性を担保し、撮影の所要時間の短縮化を図るために、細胞の観察画像を取得するのに適したスキャナについて提案する。 This embodiment proposes a scanner suitable for acquiring observation images of cells in order to ensure the continuity of the observation images and shorten the time required for capturing images.
スキャナ撮影には根本的に大きな課題があるため、従来、スキャナを用いて培養容器を撮影して観察画像を取得する試みすらなされていなかった。細胞のような透明度の高い物体を通常のスキャナでは撮影できないからである。例えば、細胞培養中の培養容器(ディッシュ)をスキャナで従来通りに撮影しても全面がほとんど真っ白な画像となってしまい、細胞はほとんど映らない。このことは、反射式および透過式のスキャナの何れの方式においても同様である。なお、顕微鏡では、細胞を観察することを目的として「色(波長ごとの吸収度)」でなく「光の波としての性質」を利用するなどの工夫がなされている(位相差顕微鏡)が、スキャナは本来の目的が顕微鏡とは異なるため、このような工夫は導入されていない。また、原理的に顕微鏡は撮影面が2次元の光学構造であるのに対し、スキャナは撮影面が1次元の光学構造となっている。さらに、位相差顕微鏡と同様の原理をスキャナに適用できるかどうかの検討もされていないのが現状である。 Since scanner photography has fundamentally big problems, there have been no attempts to use a scanner to photograph culture vessels and obtain observation images. This is because a normal scanner cannot photograph highly transparent objects such as cells. For example, if a culture vessel (dish) during cell culture is photographed with a scanner in the conventional way, the entire image will be almost completely white, and the cells will hardly be visible. This is the same for both reflective and transmissive scanners. In addition, in the case of microscopes, there are some innovations (phase contrast microscopes) that use the "wave properties of light" rather than "color (absorption at each wavelength)" for the purpose of observing cells, but scanners have not been introduced with such innovations because their original purpose is different from that of microscopes. In addition, in principle, the photographing surface of a microscope is a two-dimensional optical structure, while the photographing surface of a scanner is a one-dimensional optical structure. Furthermore, there is currently no consideration as to whether the same principle as a phase contrast microscope can be applied to a scanner.
そこで、本実施形態は、従来不可能であった「スキャナでの細胞撮影」を可能にすることで、従来のタイリング撮影に代替する細胞の観察画像取得方法を提案し、観察画像の連続性を担保し、撮影の所要時間の短縮化を図っている。 Therefore, this embodiment proposes a method for acquiring cell observation images that replaces conventional tiling photography by enabling the previously impossible "cell photography with a scanner," ensuring the continuity of the observation images and shortening the time required for photography.
(1)第1の実施形態
<細胞観察画像撮影用スキャナの構成例>
図1は、本実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置100の構成例を示す図である。
(1) First embodiment <Configuration example of a scanner for capturing cell observation images>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a scanner device 100 for capturing cell observation images according to this embodiment.
細胞観察画像撮影用スキャナ装置100は、例えば、透過方式のスキャナ装置であって、通常のスキャナが備える照明ユニット101および撮影ユニット102と、照明ユニット101および撮影ユニット(スキャナヘッドを含む)102を制御するコンピュータ103と、例えばユーザがコマンドやパラメータを入力するための入力装置(マウス、キーボードなど)104と、例えば撮影した観察画像を格納する記憶装置105と、例えば撮影した観察画像を出力(表示、印刷)する出力装置(表示装置やプリンタ)106と、コンピュータ103によって制御され照明ユニット101および撮影ユニット102を同期・連動して平行移動させる駆動ユニット(図示せず)と、を備えている。 The scanner device 100 for photographing cell observation images is, for example, a transmission type scanner device, and is equipped with an illumination unit 101 and a photographing unit 102 that are equipped in a normal scanner, a computer 103 that controls the illumination unit 101 and the photographing unit (including the scanner head) 102, an input device (mouse, keyboard, etc.) 104 for, for example, a user to input commands and parameters, a storage device 105 for, for example, storing the photographed observation image, an output device (display device or printer) 106 for, for example, outputting (displaying, printing) the photographed observation image, and a drive unit (not shown) that is controlled by the computer 103 and moves the illumination unit 101 and the photographing unit 102 in parallel in a synchronized and linked manner.
照明ユニット101は、通常のスキャナと同様、例えば、スキャナの蓋部に取り付けられている。また、照明ユニット101における、細胞培養容器110に対向する面(コンタクトガラス面)には、模様シート1011が貼り付けられている(あるいは、模様パターンをガラス面に印刷(ガラス印刷)したり、ガラス面に凹凸などの加工を施して明暗パターンを形成したりしてもよい)。あるいは、細胞観察画像撮影時に、スキャナとは独立(分離:照明ユニット101の上記ガラス面に貼り付けられてはいない)した模様シート1011を細胞培養容器110の上蓋の上に載置するようにしても良い。あるいは、模様シート1011を細胞培養容器110の上蓋と照明ユニット101の間に何らかの方法で固定するようにしてもよい。このようにすることにより、撮影対象の細胞と模様シート1011との間に所定値以上の距離を設けることができるようになり、細胞が模様によって遮蔽されることはなくなる。なお、模様シート1011のパターンについては後述する。 The lighting unit 101 is attached to, for example, the cover of the scanner, in the same manner as in a normal scanner. In addition, a pattern sheet 1011 is attached to the surface (contact glass surface) of the lighting unit 101 facing the cell culture vessel 110 (alternatively, a pattern pattern may be printed (glass printing) on the glass surface, or the glass surface may be processed to have irregularities or the like to form a light and dark pattern). Alternatively, when taking a cell observation image, a pattern sheet 1011 independent of the scanner (separate: not attached to the glass surface of the lighting unit 101) may be placed on the top cover of the cell culture vessel 110. Alternatively, the pattern sheet 1011 may be fixed in some manner between the top cover of the cell culture vessel 110 and the lighting unit 101. In this way, a distance of a predetermined value or more can be provided between the cells to be photographed and the pattern sheet 1011, and the cells will not be blocked by the pattern. The pattern of the pattern sheet 1011 will be described later.
撮影ユニット102においては、通常のスキャナ(撮影ユニットの、撮影対象物が載置されるガラス面にスキャナヘッドのピントが合わせられている)とは異なり、スキャナヘッドのピントは、所定距離(例えば、少なくとも細胞培養容器110の底面ガラスの厚さ分)だけ上方に合せられている。つまり、スキャナヘッドなどの撮影ユニットのピントは、撮影対象物である細胞の屈折面(細胞表面:細胞が培養容器110の底面に張り付いている場合や当該底面から少し浮き上がっている場合を含む意味である)となるように構成される。観察対象の細胞1102の位置は、細胞培養容器110の底面となるが、この位置が撮影ユニット102のガラス面よりも1mm程度上にあるからである。図2は、細胞1102にピントが合っている場合の画像(図2A)と、細胞1102にピントが合っていない場合(図2B通常のスキャナと同様に撮影ユニットのガラス面にピントが合っている場合)の画像とを比較するための図である。図2からも分かるように、細胞1102にピントが合っている本実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置100で細胞1102を撮影すると、1つ1つの細胞1102が非常にはっきりと映った観察画像を取得することができる。なお、スキャナヘッドのピントは固定でもよいが、撮影ユニット102にピント調整機構(機能)を設け、例えば、入力装置104からの指令により、あるいは自動的にピントが調整できるように撮影ユニット102を構成するようにしてもよい。 Unlike a normal scanner (where the scanner head is focused on the glass surface of the imaging unit on which the object to be imaged is placed), the imaging unit 102 focuses the scanner head at a predetermined distance (for example, at least the thickness of the bottom glass of the cell culture vessel 110) upward. In other words, the imaging unit such as the scanner head is configured to focus on the refractive surface of the cell to be imaged (cell surface: meaning including the case where the cell is attached to the bottom surface of the culture vessel 110 or slightly raised from the bottom surface). The position of the cell 1102 to be observed is the bottom surface of the cell culture vessel 110, but this position is about 1 mm above the glass surface of the imaging unit 102. FIG. 2 is a diagram for comparing an image when the cell 1102 is in focus (FIG. 2A) with an image when the cell 1102 is not in focus (FIG. 2B, where the glass surface of the imaging unit is in focus like a normal scanner). 2, when the cell 1102 is photographed by the scanner device 100 for cell observation and image capture according to this embodiment in which the cell 1102 is in focus, an observation image can be obtained in which each cell 1102 is very clearly shown. Note that the focus of the scanner head may be fixed, but the photographing unit 102 may be provided with a focus adjustment mechanism (function) so that the photographing unit 102 can be configured to adjust the focus, for example, in response to a command from the input device 104 or automatically.
なお、本実施形態では、撮影装置としてスキャナ装置を用いているが、スキャナ装置の代わりに産業用カメラ(2次元撮影装置)およびマイクロレンズを用いてもよい。その場合、カメラは1撮影動作毎の視野が広いため、上記駆動ユニットは、カメラを連続的に平行移動させるのではなく、撮影→カメラおよび照明ユニットを平行移動(例えば、数センチ)→停止→撮影→平行移動→停止→・・・の動作が繰り返されるように、カメラおよび照明ユニットを移動させることになる。 In this embodiment, a scanner device is used as the photographing device, but an industrial camera (two-dimensional photographing device) and a micro lens may be used instead of the scanner device. In this case, since the camera has a wide field of view for each photographing operation, the driving unit does not translate the camera continuously, but moves the camera and the lighting unit so that the following operations are repeated: photographing → translate the camera and the lighting unit (for example, a few centimeters) → stop → photographing → translate → stop → ...
<模様シートのパターン構成例>
図3は、本実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置100で用いられる模様シート1011のパターン構成例を示す図である。ここで挙げたパターンは一例であり、他のパターンも適用可能である。
<Example of pattern configuration for pattern sheet>
3 is a diagram showing an example of the pattern configuration of the pattern sheet 1011 used in the cell observation image capturing scanner device 100 according to this embodiment. The patterns shown here are merely examples, and other patterns are also applicable.
発明者は、スキャナに適用して明瞭な細胞画像が得られる好ましい模様(パターン)を鋭意検討した結果、模様において、明暗の境界同士が離れすぎていると、中間部で細胞1102が映らなくなる一方、明暗の境界同士が近すぎると細胞1102の明瞭さが落ちることを突き止めた。この発見に基づいてさらに検討を重ねた結果、図3に示す模様のパターン(模様:光の透過度の差により模様が形成される)が適用可能であることが判明した。 The inventors thoroughly investigated a suitable pattern that can be applied to a scanner to obtain clear cell images, and found that if the boundaries between light and dark are too far apart in the pattern, the cells 1102 will not be captured in the middle, while if the boundaries between light and dark are too close, the clarity of the cells 1102 will decrease. As a result of further investigation based on this discovery, it was found that the pattern shown in Figure 3 (pattern: pattern formed by differences in light transmittance) was applicable.
つまり、例えば、図3に示すように、ブロックパターン(図3A)、チェッカーパターン(図3B)、ドットパターン(図3C)、メッシュパターン(図3D)、ランダムパターン(図3E)、リップルパターン(図3F)、ストライプパターン(図3G)、同心円パターン(図3H)、ウェーブパターン(図3I)、中塗り六角パターン(図3J)、正三角形配置ドットパターン(図3K)、正三角形配置中塗りドットパターン(図3L)、正三角パターン(図3M)、正三角中抜きパターン(図3N)、正三角中抜き中塗りパターン(図3O)などである。なお、模様は、周期的なパターンである必要はない。例えば、いわゆるペンローズスタイルなどの模様であってもよいし、規則性のないランダムな模様であってもよい。 That is, for example, as shown in FIG. 3, there are a block pattern (FIG. 3A), a checkered pattern (FIG. 3B), a dot pattern (FIG. 3C), a mesh pattern (FIG. 3D), a random pattern (FIG. 3E), a ripple pattern (FIG. 3F), a stripe pattern (FIG. 3G), a concentric circle pattern (FIG. 3H), a wave pattern (FIG. 3I), a hexagonal pattern with a middle fill (FIG. 3J), a dot pattern arranged in equilateral triangles (FIG. 3K), a dot pattern arranged in equilateral triangles with a middle fill (FIG. 3L), an equilateral triangle pattern (FIG. 3M), a hollow equilateral triangle pattern (FIG. 3N), and a hollow equilateral triangle pattern with a middle fill (FIG. 3O). Note that the pattern does not have to be a periodic pattern. For example, it may be a pattern such as the so-called Penrose style, or it may be a random pattern with no regularity.
例えば、ブロックパターン(図3A)の場合、ブロックの出現周期を1780.9μm(=84px×25400μm/1200dpi)、1つのブロックの1辺を890μm(=42px×25400μm/1200dpi)とすることができる。また、ストライプパターン(図G)の場合、ストライプの出現周期を508.8μm(=24px×25400μm/1200dpi)、1つのストライプ幅を254.4μm(=12px×25400μm/1200dpi)とすることができる。さらに、リップルパターン(図F)の場合、リップルの出現周期を508.8μm(=24px×25400μm/1200dpi)、1つのリップル幅を254.4μm(=12px×25400μm/1200dpi)とすることができる。また、ウェーブパターン(図I)の場合、波の周期を636μm(=30px×25400μm/1200dpi)、振幅を424μm(=10px×2×25400μm/1200dpi)、太さを318μm(=15px×25400μm/1200dpi)とすることができる。 For example, in the case of a block pattern (Figure 3A), the block appearance period can be 1780.9 μm (= 84 px x 25400 μm/1200 dpi), and one side of one block can be 890 μm (= 42 px x 25400 μm/1200 dpi). In addition, in the case of a stripe pattern (Figure G), the stripe appearance period can be 508.8 μm (= 24 px x 25400 μm/1200 dpi), and one stripe width can be 254.4 μm (= 12 px x 25400 μm/1200 dpi). Furthermore, in the case of a ripple pattern (Figure F), the ripple appearance period can be set to 508.8 μm (= 24 px x 25400 μm/1200 dpi), and the width of one ripple can be set to 254.4 μm (= 12 px x 25400 μm/1200 dpi). In addition, in the case of a wave pattern (Figure I), the wave period can be set to 636 μm (= 30 px x 25400 μm/1200 dpi), the amplitude to 424 μm (= 10 px x 2 x 25400 μm/1200 dpi), and the thickness to 318 μm (= 15 px x 25400 μm/1200 dpi).
また、例えば、ミックスパターンとして、メッシュとブロックの組み合わせ(漢字「丼」のような模様が繰り返されるパターン)やチェッカーと黒ブロックおよび白抜きブロック(チェッカー±ブロック)の組み合わせ(漢字「回」のような模様が繰り返されるパターン)を適用することもできる。 For example, a mixed pattern can be a combination of mesh and blocks (a pattern in which a pattern like the kanji character "don" is repeated) or a combination of checkers, black blocks, and white blocks (checkers ± blocks) (a pattern in which a pattern like the kanji character "kai" is repeated).
以上のようなパターンを有する模様シート1011を細胞培養容器110の上(上方)に設けることにより、1つ1つの細胞1102の存在や様子をはっきりと認識することができる観察画像をスキャナにより取得することが可能となる。つまり、細胞培養容器110の底面の透明度が下がってくれば培養が進んでいることは分かるが、その程度のことが認識できても再生医療に十分に役立てることは難しい。本実施形態によれば、細胞1つ1つの様子を把握することができるので、当該技術は、再生医療の更なる発展に寄与するものである。 By providing a pattern sheet 1011 having the above-mentioned pattern on top of the cell culture vessel 110, it becomes possible to obtain an observation image by a scanner that clearly identifies the presence and state of each individual cell 1102. In other words, if the transparency of the bottom surface of the cell culture vessel 110 decreases, it is clear that the culture is progressing, but even if this can be recognized to a certain extent, it is difficult to fully utilize this for regenerative medicine. According to this embodiment, it is possible to grasp the state of each individual cell, and this technology will contribute to the further development of regenerative medicine.
<模様シートを追加することにより細胞が撮影できる原理に関する考察>
図4は、模様シートを追加することにより細胞が撮影できる原理について説明するための図である。
<Considerations on the principle of how adding a pattern sheet enables cells to be photographed>
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle by which cells can be photographed by adding a pattern sheet.
模様シート1011の黒い部分は光が透過しない。模様シート1011の上方に位置する照明ユニット101の各地点から発せられた光は全方向に照射されるから、模様シート1011の透明部分を通過する光は、模様シート1011に対して垂直な方向の光401だけでなく斜め方向の光402も含まれることになる。 Light does not pass through the black parts of the pattern sheet 1011. Since light emitted from each point of the lighting unit 101 located above the pattern sheet 1011 is emitted in all directions, the light passing through the transparent parts of the pattern sheet 1011 includes not only light 401 perpendicular to the pattern sheet 1011 but also light 402 obliquely.
垂直方向の光401と斜め方向の光(拡散光)402が、照明ユニット101全体に亘って足し合わされる結果、撮影ユニット102で撮影される画像においては、模様シート1011の模様がぼやけたような状態で映ることになる。この際、垂直方向の光401が細胞1102に入射しても、真っ直ぐに真下に抜けて行くので細胞1102は見えない。一方、斜め方向の光402が細胞1102に入射すると、微妙な屈折率の違いにより光が屈折する。斜め方向の光402は、細胞1102が居なかった場合に本来到達すべき撮影素子403ではなく、屈折により異なる撮影素子404に到達することになる。その結果、撮影素子403の受ける光量が少し低下し、代わりに撮影素子404の受ける光量が少し増加する。 As a result of vertical light 401 and diagonal light (diffused light) 402 being added throughout the lighting unit 101, the pattern of the pattern sheet 1011 appears blurred in the image captured by the photographing unit 102. In this case, even if the vertical light 401 enters the cell 1102, it passes straight down and the cell 1102 is not visible. On the other hand, when the diagonal light 402 enters the cell 1102, the light is refracted due to a subtle difference in refractive index. The diagonal light 402 reaches a different photographing element 404 due to refraction, instead of the photographing element 403 where it would normally reach if the cell 1102 was not present. As a result, the amount of light received by the photographing element 403 decreases slightly, and instead the amount of light received by the photographing element 404 increases slightly.
この光量の変化はそれほど大きくないが、撮影素子403や撮影素子404の地点で、垂直方向の光401よりも斜め方向の光402の影響が支配的である場合、細胞1102が視認できるレベルで画像化されることになる。ちょうど、模様シート1011の明暗の切り替え部分の真下付近、すなわち、撮影される画像上で模様の明暗がぼやけてグラデーションとなっている部分が、この性質を満たしている。 This change in the amount of light is not so large, but when the influence of the oblique light 402 is more dominant than the perpendicular light 401 at the point of the image capturing element 403 or 404, the cell 1102 will be imaged at a level where it can be seen. This property is satisfied in the vicinity directly below the portion of the pattern sheet 1011 where light and dark change, that is, the portion where the light and dark of the pattern are blurred to form a gradation on the captured image.
なお、一般に細胞1102と培養液との屈折率の違いは僅かであるため、斜め方向の光402が細胞1102に入射した際に起こる屈折は僅かである。細胞1102に入射してから撮影素子404に到達するまでの距離が短い場合、細胞1102が居ない場合(屈折が無い場合)に到達すべき撮影素子403と撮影素子404が同一となるため、画像上で細胞の存在を確認することは出来なくなる。すなわち、本出願の効果的な実施にあたっては、細胞の存在する面と撮影素子面の間に充分な距離が必要である。従って、この距離が非常に短いCIS(Contact Image Sensor)方式のスキャナ―や、顕微鏡では充分な効果が得られない。一方、この距離が充分に大きいCCD(Charge Coupled Device)方式のスキャナ―や、マクロレンズなどを接続した産業用カメラのような構成では、効果が得られやすいことが分かっている。 In addition, since the difference in refractive index between the cell 1102 and the culture solution is generally small, the refraction that occurs when the oblique light 402 enters the cell 1102 is small. If the distance from when the light enters the cell 1102 to when it reaches the image capture element 404 is short, the image capture element 403 and the image capture element 404 that should reach when the cell 1102 is not present (when there is no refraction) will be the same, and the presence of the cell cannot be confirmed on the image. That is, in order to effectively implement the present application, a sufficient distance is required between the surface on which the cell exists and the image capture element surface. Therefore, a sufficient effect cannot be obtained with a CIS (Contact Image Sensor) type scanner or a microscope, in which this distance is very short. On the other hand, it has been found that the effect is easily obtained with a configuration such as a CCD (Charge Coupled Device) type scanner, in which this distance is sufficiently large, or an industrial camera connected to a macro lens, etc.
<観察画像(実験結果)の比較>
図5は、顕微鏡タイリング撮影による観察画像(図5A)と、従来のスキャナ撮影による観察画像(図5B)と、本手法のスキャナ撮影による観察画像(図5C)を示す図である。
<Comparison of observed images (experimental results)>
FIG. 5 shows an image observed by microscope tiling photography (FIG. 5A), an image observed by conventional scanner photography (FIG. 5B), and an image observed by scanner photography of the present method (FIG. 5C).
今回の実験で使った細胞は、軟骨の細胞で、長辺(長手方向)のサイズが50から80μm、短辺(短手方向)のサイズが30から50μmである。図5Cを撮影する際に用いた模様シート1011の模様パターンのサイズは、模様が繰りかえされる方向における模様のサイズおよび模様の1周期サイズが3mm以下程度である。 The cells used in this experiment were cartilage cells, with long sides (lengthwise direction) measuring 50 to 80 μm and short sides (widthwise direction) measuring 30 to 50 μm. The size of the pattern on the pattern sheet 1011 used to photograph Figure 5C was approximately 3 mm or less in terms of the size of the pattern in the direction in which the pattern is repeated and the size of one period of the pattern.
図5Aから図5Cを比較すると、顕微鏡タイリング撮影を用いて得られた観察画像(図5A)では、細胞を映し出すことは可能であったが、上述したように撮影効率が悪く、かつ複数の顕微鏡画像を繋ぎあわせるため、画像が滑らかではない。また、従来のスキャナ撮影の場合(図5B)、撮影効率は良く、得られる画像は滑らかであるが、細胞は染色しないと映らないことが分かった。細胞を染色すると、細胞にダメージを与えるため、従来のスキャナ撮影も好ましいとは言えない。これらに対して、本実施形態による撮影の場合(図5C)、撮影効率は良く、かつ得られる画像も滑らかである。 Comparing Figures 5A to 5C, in the observation image obtained using microscope tiling photography (Figure 5A), it was possible to capture cells, but as described above, the photography efficiency was poor and the image was not smooth because multiple microscope images were stitched together. In addition, in the case of conventional scanner photography (Figure 5B), the photography efficiency was good and the image obtained was smooth, but it was found that cells could not be captured unless they were stained. Since staining cells causes damage to the cells, conventional scanner photography is also not preferable. In contrast, in the case of photography according to this embodiment (Figure 5C), the photography efficiency is good and the image obtained is smooth.
なお、模様パターンのサイズは、細胞のサイズと模様を置く高さ(容器の高さ)に関係する可能性がある。高さが高い(深い)細胞培養容器(ディッシュ)110を使うと、浅い培養容器(ディッシュ)110で良好であった模様パターンのサイズでは1つ1つの細胞1102を良好に撮影できなかった。具体的には、撮影面上で模様パターンの境界部分が単純なグラデーションを生じている状態では良好に撮影ができるが、隣り合う境界部分に由来するグラデーション同士が交差し複雑な陰影を生じている状態では細胞の視認性が悪くなる。視認性が悪い状態では、模様パターンと撮影面の距離が遠くなることにより、模様パターン内で隣り合う透明領域から出る斜め方向の光402の主要な成分同士が交差している。この場合、交差する光線402の一方では細胞による屈折の効果が発生していても、他方の光線402´は細胞による効果が発生しない。その結果、屈折によって明暗を浮き出させる効果がマスクされてしまい、細胞の視認性が低下する。よって、細胞培養容器110が深くなった場合は、模様サイズ(透明領域と透明領域の距離)を大きくすることにより、斜め方向の光線の主要な成分同士の交差を避ける必要がある。主要な成分とは、光線402の各方向の成分のうち、撮影される画像上に無視できない影響を及ぼす方向の成分のことである。 The size of the pattern pattern may be related to the size of the cells and the height at which the pattern is placed (height of the container). When a tall (deep) cell culture container (dish) 110 is used, the size of the pattern pattern that was good for a shallow culture container (dish) 110 cannot capture the individual cells 1102 well. Specifically, when the boundary part of the pattern pattern on the photographing surface produces a simple gradation, the image can be captured well, but when the gradations originating from adjacent boundary parts intersect with each other and produce complex shadows, the visibility of the cells becomes poor. In a state where the visibility is poor, the distance between the pattern pattern and the photographing surface becomes far, and the main components of the oblique light 402 emitted from adjacent transparent regions in the pattern pattern intersect with each other. In this case, even if the effect of refraction by the cells occurs in one of the intersecting light rays 402, the effect of the cells does not occur in the other light ray 402'. As a result, the effect of highlighting the light and dark by refraction is masked, and the visibility of the cells decreases. Therefore, when the cell culture vessel 110 is deep, it is necessary to increase the pattern size (the distance between the transparent regions) to avoid intersection of the main components of the diagonal light rays. The main components are those components of the light rays 402 in each direction that have a non-negligible effect on the captured image.
<結露について>
細胞培養容器110の内部に結露(外部との温度差)が生じると視認効果は弱まり、良好な観察画像を取得することができない。この点、結露防止薬を細胞培養容器110の上蓋の内側に塗ると細胞1102に悪影響を及ぼすことになる。
<About condensation>
When condensation (temperature difference with the outside) occurs inside the cell culture vessel 110, the visibility is weakened and a good observation image cannot be obtained. In this regard, applying an anti-condensation agent to the inside of the top cover of the cell culture vessel 110 will have an adverse effect on the cells 1102.
そこで、例えば、細胞培養容器110の上蓋(ガラス製)をヒータで熱するようにしてもよい。なお、結露を防止する最良の方法は、スキャナ装置ごと培養装置(温度37℃、湿度99%の環境)に入れることである。 For this reason, for example, the top lid (made of glass) of the cell culture vessel 110 may be heated with a heater. The best way to prevent condensation is to place the entire scanner device in a culture device (environment with a temperature of 37°C and humidity of 99%).
<機械学習を用いた画像出力処理>
本実施形態のように、模様シート1011を用いて観察画像を取得すると、模様(ぼやけた状態)の一部が観察画像の背景に映り込み、明暗の起伏が出現してしまう(図5C参照)。そこで、ディープラーニングなどのAI処理によって当該模様による明暗の起伏を除去することができる。例えば、顕微鏡タイリング処理で非常にうまくいった場合の観察画像と同等の画像(背景がない)に変換することが考えられる。ここでは、このようなAI処理による観察画像取得の例について説明する。なお、入力画像を「模様シートの背景ありの観察画像」とし、これに対する出力画像を「位相差顕微鏡で取得したような画像」、「細胞質染色のような画像(例えば、細胞領域が緑で背景が黒)」、あるいは「核染色のような画像(細胞の中心だけが青でその他の部分が黒)など、撮影した観察画像のペア画像として様々な種類の画像を用いることができる。
<Image output processing using machine learning>
When an observation image is acquired using the pattern sheet 1011 as in this embodiment, a part of the pattern (blurred state) is reflected in the background of the observation image, resulting in the appearance of light and dark undulations (see FIG. 5C). Therefore, the light and dark undulations due to the pattern can be removed by AI processing such as deep learning. For example, it is possible to convert the image into an image (without background) equivalent to an observation image obtained when the microscope tiling process is very successful. Here, an example of acquiring an observation image by such AI processing will be described. Note that various types of images can be used as pair images of the captured observation image, such as an input image "observation image with a pattern sheet background" and an output image corresponding to this "image as acquired by a phase contrast microscope,""an image like cytoplasmic staining (for example, a cell region is green and the background is black)," or "an image like nuclear staining (only the center of the cell is blue and the rest is black)."
(i)手順1
細胞培養容器110の中に培養液1101と細胞1102を入れ、ターゲットを準備する。
(i) Step 1
A culture medium 1101 and cells 1102 are placed in a cell culture vessel 110 to prepare a target.
(ii)手順2
手順1で準備したターゲットを細胞観察画像撮影用スキャナ装置100の載置位置(撮影ユニット102の所定の位置)に置き、模様シート1011が取り付けられた(あるいは印刷された)スキャナカバー(照明ユニット101)を被せ(あるいは、模様シート1011単体を細胞培養容器110の上蓋に載せ)、細胞観察画像を取得する。この細胞観察画像は、上述のように、背景にぼやけた模様シート1011の模様が映り込んでいる。なお、模様シートの種類(図3参照)によって、異なる画像が得られることは言うまでもない。
(ii) Step 2
The target prepared in step 1 is placed in the placement position (predetermined position of the photographing unit 102) of the scanner device 100 for photographing cell observation images, and then covered with a scanner cover (illumination unit 101) with the pattern sheet 1011 attached (or printed) (or the pattern sheet 1011 alone is placed on the top lid of the cell culture vessel 110), and a cell observation image is obtained. As described above, this cell observation image has the blurred pattern of the pattern sheet 1011 reflected in the background. It goes without saying that different images can be obtained depending on the type of pattern sheet (see FIG. 3).
(iii)手順3
手順2で得られた細胞観察画像の一部または全部とペアになる画像を準備(取得あるいは作成)する。
(iii) Step 3
An image that pairs with a part or all of the cell observation image obtained in step 2 is prepared (obtained or created).
ペア画像を取得する場合は、手順1のターゲットを所望の性質を持つ方法で撮影する。例えば、位相差顕微鏡で撮影しタイリング処理を実行してペア画像を取得したり、核染色して蛍光顕微鏡で撮影しタイリング処理を実行してペア画像を取得したりすることができる。また、ペア画像を作成する場合は、手作業や上記取得した画像を別途画像処理によって変換し、所望の性質を持つ画像を作成することができる。なお、ペア画像は充分な量(複数ペアあるいは十分に大きい画像サイズのペアなど)を準備する必要がある。 When acquiring paired images, the target from step 1 is photographed in a way that has the desired properties. For example, paired images can be acquired by photographing with a phase-contrast microscope and performing a tiling process, or nuclear staining can be performed, photographing with a fluorescence microscope, and performing a tiling process to acquire paired images. In addition, when creating paired images, images with the desired properties can be created by converting the acquired images manually or by performing separate image processing. Note that a sufficient number of paired images (such as multiple pairs or pairs with a sufficiently large image size) must be prepared.
図6は、細胞観察画像撮影用スキャナ装置100によって取得した画像と、それとペアになる画像の例を示す図である。図6のペア画像は、「ペア画像を作成する場合」に相当し、「所望の性質」を「細胞領域を抽出したもの」と規定して手作業で作成した例である。 Figure 6 shows an example of an image acquired by the scanner device 100 for capturing cell observation images and an example of an image paired with the image. The paired image in Figure 6 corresponds to "the case of creating a paired image," and is an example created manually by specifying the "desired property" as "an extracted cell region."
(iv)手順4
手順3で準備したペア画像を用いて、機械学習を実行し、機械学習モデルを構築する。図7は、ペア画像を用いた機械学習の概念を示す図である。
(iv) Step 4
Machine learning is performed to construct a machine learning model using the paired images prepared in step 3. Fig. 7 is a diagram illustrating the concept of machine learning using paired images.
例えば、ネットワーク形状として「U-Net」(領域抽出に適している)を採用し、入力を細胞観察画像撮影用スキャナ装置100によって取得した細胞観察画像の「一部(または全部)の画像」、出力を「入力とペアになる画像」として学習を行う(DeepLearning)。 For example, a "U-Net" (suitable for region extraction) is adopted as the network shape, and learning is performed with the input being "a partial (or full) image" of the cell observation image acquired by the cell observation image capture scanner device 100, and the output being "an image paired with the input" (Deep Learning).
また、別の方法として、例えば、サポートベクター回帰(SVR)という手法を採用し、入力を「ペアの入力画像の中の、ごく小さな部分領域をベクトル化したもの」、出力を「ペアになる画像のうち、入力の部分領域の中心部に対応する値」として、機械学習を行うようにしてもよい(DeepLearningと対比される旧来の機械学習)。 As another method, for example, a technique called support vector regression (SVR) can be used to perform machine learning using the input as "vectorized versions of very small subregions in the paired input images" and the output as "values in the paired images that correspond to the center of the input subregion" (traditional machine learning compared to Deep Learning).
(v)手順5
手順4までが準備段階の処理である。手順5は、実際の運用時の処理に相当する。図8は、模様シートの背景ありの実際の観察画像を入力し、背景なしの観察画像を出力する概念を示す図である。
(v) Step 5
The steps up to step 4 are the preparatory steps. Step 5 corresponds to the process during actual operation. Fig. 8 is a diagram showing the concept of inputting an actual observation image with a pattern sheet background and outputting an observation image without the background.
手順1と同じ模様シート1011を用いて(機械学習に使用した模様シート1011)、学習に用いたターゲットとは別のターゲット(実際の運用時のターゲット)を細胞観察画像撮影用スキャナ装置100で撮影した細胞観察画像Xが、手順4で構築した機械学習モデルの入力となる。このような細胞観察画像Xを機械学習モデルに適用すると、細胞観察画像Xに対して「所望の性質」が発揮された画像が出力画像として取得される。 Using the same pattern sheet 1011 as in step 1 (pattern sheet 1011 used for machine learning), a target other than the target used for learning (a target during actual operation) is captured by the scanner device 100 for capturing cell observation images, and the captured cell observation image X becomes the input for the machine learning model constructed in step 4. When such a cell observation image X is applied to the machine learning model, an image exhibiting the "desired properties" of the cell observation image X is obtained as the output image.
なお、細胞観察画像Xが、機械学習モデルの想定するサイズYと異なる場合は、一般に、細胞観察画像Xの内部からサイズYの領域を次々に切り出して順次処理を行い、最後に統合を行うようにする。切り出し時に重複を認めることや、統合時に平均化や最大値選択などの処理を施しても良い。 When the cell observation image X is different from the size Y assumed by the machine learning model, generally, regions of size Y are cut out one after another from within the cell observation image X, processed sequentially, and finally integrated. It is also possible to allow overlaps during cutting, and to perform processing such as averaging or maximum value selection during integration.
<画像解析処理>
撮影して得られる細胞観察画像あるいは機械学習によって得られる出力画像に対して、様々な画像解析処理(例えば、エッジ抽出処理や、画素数をカウントして面積を算出処理など)を実行し、様々な解析結果を得ることができる。このような解析処理は、例えば、細胞観察画像撮影用スキャナ装置100におけるコンピュータ103を用いて実行することができる。そして、画像解析結果を特定の管理指標として用いることができる。
<Image analysis processing>
Various image analysis processes (e.g., edge extraction process, pixel counting process to calculate area, etc.) can be performed on the cell observation image obtained by photographing or the output image obtained by machine learning to obtain various analysis results. Such analysis processes can be performed, for example, by using the computer 103 in the cell observation image photographing scanner device 100. The image analysis results can then be used as specific management indexes.
解析する項目として、例えば、細胞の位置、細胞の1つ1つの面積あるいは全細胞の合計面積、細胞の形態、細胞の分化状態、細胞の移動、近接、接触、分裂、および死、細胞の親子系列および同系列の細胞集団、細胞集団同士の近接あるいは接触などが挙げられる。 Items to be analyzed include, for example, cell position, the area of each cell or the total area of all cells, cell morphology, cell differentiation state, cell movement, proximity, contact, division, and death, parent-child cell lineages and cell populations of the same lineage, and the proximity or contact between cell populations.
また、画像解析結果に基づいて算出される管理指標として、例えば、細胞数(現在値・経過および将来予測)、増殖度(現在値・経過および将来予測)、および分化率(現在値・経過および将来予測)などが挙げられる。 In addition, examples of management indices calculated based on the image analysis results include cell count (current value, progress, and future prediction), proliferation rate (current value, progress, and future prediction), and differentiation rate (current value, progress, and future prediction).
例えば、「細胞領域を白、背景を黒」とするような出力を得てから、白い領域の数をカウントすることで、細胞数を計測することが出来る。また、各々の白い領域の重心を算出することにより、個々の細胞の位置を把握することができる。さらに、白い領域の画素数を計測することでそれぞれの細胞の面積を把握することが出来る。撮影した細胞の特性にもよるが、領域の形状を使って、細胞種の判別や分化状態の判別ができる可能性もある。特に、高頻度に撮影できるという本技術の特性を生かして時系列で撮影した場合は、既存技術である細胞トラッキング技術を適用することによって細胞の移動・近接・接触・分裂・死などの情報を把握することも出来る。細胞数の変化から増殖率を算出することは容易であるし、分裂や死の情報を時系列に整理すれば細胞の親子系列を把握することも出来る。また、近接の情報と親子系列の情報を整理することで、細胞集団についての近接・接触などの情報を把握することが出来る。把握した情報は、例えば、細胞培養状態の良否の総合判断に用いることもできるし、各指標の時系列での変化を元に将来の細胞数や細胞培養状態の予測にも用いることが出来る。こうした状況把握や将来予測によって、例えば培養液の交換時期を判断したり、必要な細胞数が得られる日時の予測に基づいて移植手術の日程を確保したり、培養不良を早期に把握して培養を中止することでコストダウンを達成するなど、当分野における応用は広範囲にわたる。 For example, by obtaining an output in which the cell area is white and the background is black, and then counting the number of white areas, the number of cells can be counted. In addition, by calculating the center of gravity of each white area, the position of each cell can be determined. Furthermore, by measuring the number of pixels in the white area, the area of each cell can be determined. Depending on the characteristics of the captured cells, it may be possible to distinguish the cell type and the differentiation state using the shape of the area. In particular, when taking time-series images by taking advantage of the characteristics of this technology that allows high frequency imaging, it is possible to obtain information such as cell movement, proximity, contact, division, and death by applying existing cell tracking technology. It is easy to calculate the proliferation rate from the change in cell number, and by organizing the information on division and death in a chronological order, it is possible to understand the parent-child lineage of cells. In addition, by organizing the information on proximity and parent-child lineage, it is possible to understand information such as proximity and contact about the cell population. The information obtained can be used, for example, to make a comprehensive judgment on the quality of the cell culture state, and can also be used to predict future cell numbers and cell culture states based on the changes in each index over time. This understanding of the situation and future predictions can be used to find a wide range of applications in this field, such as determining when to change the culture medium, scheduling transplant operations based on a prediction of when the required number of cells will be obtained, and reducing costs by detecting poor culture conditions early and ceasing cultivation.
(2)第2の実施形態
図9は、第2の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置200の動作を説明するための図である。
(2) Second Embodiment FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of a scanner device 200 for capturing cell observation images according to the second embodiment.
第2の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置200は、第1の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置100と同様に、照明ユニット、撮影ユニット、コンピュータ、入力装置、表示装置、および記憶装置を備える。ただし、第2の実施形態の細胞観察画像撮影用スキャナ装置200においては、照明ユニットを撮影ユニットと正対させず、斜めの位置に配置し、照明ユニットと撮影ユニットを同期して移動させるように構成されている。また、照明ユニットは、出射した直進する平行光が撮影素子を外れる(または遮蔽される)ように配置されている。このため、照明ユニットは、平行光(コリメート光)を斜め上方から細胞1102に照射し、細胞で屈折した光のみが撮影ユニットに入射するようになっている。 The scanner device 200 for cell observation image capture according to the second embodiment includes an illumination unit, a photographing unit, a computer, an input device, a display device, and a storage device, similar to the scanner device 100 for cell observation image capture according to the first embodiment. However, in the scanner device 200 for cell observation image capture according to the second embodiment, the illumination unit is not directly opposed to the photographing unit, but is disposed at an oblique position, and the illumination unit and the photographing unit are configured to move synchronously. In addition, the illumination unit is disposed so that the emitted parallel light traveling straight ahead is not exposed to (or is blocked from) the photographing element. For this reason, the illumination unit irradiates the cell 1102 with parallel light (collimated light) from above at an angle, and only the light refracted by the cell is incident on the photographing unit.
このような構成を採ることにより、第2の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置200では、図3に示す各模様シートを配置する必要がなく、自動的に背景が黒、細胞の部分がグレーから白の画像が得られることになる。 By adopting such a configuration, the scanner device 200 for capturing cell observation images according to the second embodiment does not need to place the pattern sheets shown in FIG. 3, and an image in which the background is black and the cell parts are gray to white is automatically obtained.
(3)第3の実施形態
図10は、第3の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置300の動作を説明するための図である。
(3) Third Embodiment FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of a scanner device 300 for capturing cell observation images according to the third embodiment.
第3の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置300は、第2の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置200と同様の構成を備え、照明ユニットを撮影ユニットと正対させず、斜めの位置に配置し、照明ユニットと撮影ユニットを同期して移動させるように構成されている。また、照明ユニットは、出射した直進する平行光が撮影素子を外れる(または遮蔽される)ように配置されている。そして、照明ユニットは、平行光(コリメート光)を斜め上方から細胞1102に照射し、細胞で屈折した光のみが撮影ユニットに入射するようになっている。ただし、第3の実施形態に置いては、撮影ユニットに仮想的な色を割り当てている(任意の色の画素データを出力する撮影素子を用いる)点で第2の実施形態とは異なっている。このため、図10に示すように、細胞1102により屈折した平行光が割り当て色の異なる複数の撮影素子に跨ると、各素子に入射した光が統合され、各素子に入射した光の量に応じた色の画像が得られることになる。例えば、細胞1102によって屈折した光が青の撮影素子と赤の撮影素子に入射すると、それらの色が統合されて紫色の画像が得られる(細胞の画像がカラー化される)。また、例えば、より強く屈折する細胞1102を観察するとき、赤と緑の撮影素子に跨って光が入射したとすると、黄色の画像が得られる。 The scanner device 300 for cell observation image capture according to the third embodiment has a configuration similar to that of the scanner device 200 for cell observation image capture according to the second embodiment, and is configured such that the illumination unit is not directly facing the capture unit but is disposed at an oblique position, and the illumination unit and the capture unit are moved synchronously. The illumination unit is disposed so that the emitted parallel light traveling straight is removed from (or blocked by) the capture element. The illumination unit irradiates the cell 1102 with parallel light (collimated light) from an obliquely upward direction, and only the light refracted by the cell is incident on the capture unit. However, the third embodiment differs from the second embodiment in that a virtual color is assigned to the capture unit (a capture element that outputs pixel data of any color is used). For this reason, as shown in FIG. 10, when the parallel light refracted by the cell 1102 spans multiple capture elements with different assigned colors, the light incident on each element is integrated, and an image of a color according to the amount of light incident on each element is obtained. For example, when light refracted by the cell 1102 is incident on a blue image sensor and a red image sensor, the colors are integrated to obtain a purple image (the image of the cell is colorized). In addition, when observing a cell 1102 that refracts more strongly, if light is incident across the red and green image sensors, a yellow image is obtained.
このような構成を採ることにより、第3の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置300では、第2の実施形態と同様に、図3に示す各模様シートを配置する必要がなく、自動的に背景が黒、細胞の部分が仮想的着色された画像(画像の色は細胞の屈折率によって異なる)が得られることになる。 By adopting such a configuration, the scanner device 300 for capturing cell observation images according to the third embodiment does not need to place the pattern sheets shown in FIG. 3, as in the second embodiment, and automatically obtains an image in which the background is black and the cell portion is virtually colored (the color of the image varies depending on the refractive index of the cell).
(4)第4の実施形態
図11は、第4の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置400の動作を説明するための図である。
(4) Fourth Embodiment FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of a scanner device 400 for capturing cell observation images according to the fourth embodiment.
第4の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置400は、第1の実施形態による細胞観察画像撮影用スキャナ装置100と同様に、照明ユニット、撮影ユニット、コンピュータ、入力装置、表示装置、および記憶装置を備える。照明ユニットは第1の実施形態と同様、拡散光(コリメートしていない光)を射出する。ただし、第4の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、複数枚の模様シート(図11B参照)を上下にずらして(上下に間隔を置いて)照明ユニットの下に配置している点である。 The scanner device 400 for cell observation image capture according to the fourth embodiment includes an illumination unit, an image capture unit, a computer, an input device, a display device, and a storage device, similar to the scanner device 100 for cell observation image capture according to the first embodiment. The illumination unit emits diffused light (non-collimated light) similar to the first embodiment. However, the fourth embodiment differs from the first embodiment in that multiple pattern sheets (see FIG. 11B) are arranged below the illumination unit, shifted vertically (at intervals vertically).
上述の撮影原理によれば、斜めからの光が主であるエリアでは、細胞の撮影効果が高いことが分かっている。図11Aに示すように、模様シート1により、光源(照明ユニット)からの拡散光のうち、垂直方向のものの大部分を除去できる。そして、模様シート1の透明部分を通過した光のうち、垂直方向および垂直に近いものを除去するため、模様シート1から一定の距離に、模様シート2を配置する。模様シート2は、模様シート1の白黒を反転したパターンが基本となるが、どれぐらい垂直に近い光まで除去したいかに応じて、各シートの構成を調整することができる。例えば、より角度の強い斜め成分のみを残したい場合、模様シート2の遮蔽部分を大きくするか、模様シート1と模様シート2の間の距離を近づける。あるいは、遮蔽部分を大きくすることと模様シート1および2の間の距離を短くすることを組み合わせてもよい。なお、図11Aに示すように、細胞の培養面の全体を充分な量の斜めの光線がカバーするように模様シート1および2の配置や模様を工夫する必要がある。なお、図11Bには、2枚のシートペアが示されているが、3枚以上のシート組であってもよい。この場合、3枚以上の模様シートを上下に所定距離離間して配置し、かつ模様シート1の光透過部分を、複数の模様シート2からNの遮光部分によって覆うように配置する。 According to the above-mentioned photographing principle, it is known that the photographing effect of cells is high in areas where the light is mainly oblique. As shown in FIG. 11A, the pattern sheet 1 can remove most of the vertical light from the light source (lighting unit). Then, in order to remove the vertical and near-vertical light from the light that passes through the transparent part of the pattern sheet 1, the pattern sheet 2 is placed at a certain distance from the pattern sheet 1. The pattern sheet 2 is basically a pattern in which the black and white of the pattern sheet 1 is inverted, but the configuration of each sheet can be adjusted depending on how close to vertical light is to be removed. For example, if you want to leave only the oblique component with a stronger angle, you can increase the shielding part of the pattern sheet 2 or reduce the distance between the pattern sheet 1 and the pattern sheet 2. Alternatively, you can combine increasing the shielding part and shortening the distance between the pattern sheets 1 and 2. It is necessary to devise the arrangement and pattern of the pattern sheets 1 and 2 so that a sufficient amount of oblique light covers the entire cell culture surface as shown in FIG. 11A. It is also necessary to devise the arrangement and pattern of the pattern sheets 1 and 2 so that a sufficient amount of oblique light covers the entire cell culture surface. It is also possible to use a set of three or more sheets, although two sheet pairs are shown in FIG. 11B. In this case, three or more pattern sheets are arranged vertically at a predetermined distance apart, and the light transmitting portion of pattern sheet 1 is covered by the light blocking portions of a plurality of pattern sheets 2 to N.
(5)第5の実施形態
図12は、第5の実施形態による模様シートの構成例を示す図である。図12AおよびBで示す模様シートは、細胞観察画像撮影用スキャナ装置100で用いることができる。当該模様シートは、例えば、連続的な透明度の変化を持たせた構成(図12A)や段階的な透明度の変化を持たせた構成(図12B)とすることができる。これらを用いることにより、垂直方向から培養容器(細胞)に照射される光を減らし、斜め方向からの光を相対的に増加させることができる。
(5) Fifth embodiment Fig. 12 is a diagram showing an example of the configuration of a pattern sheet according to the fifth embodiment. The pattern sheets shown in Figs. 12A and 12B can be used in the scanner device 100 for cell observation image capture. The pattern sheet can be configured, for example, to have a continuous change in transparency (Fig. 12A) or a stepwise change in transparency (Fig. 12B). By using these, it is possible to reduce the light irradiated to the culture vessel (cells) from the vertical direction and relatively increase the light from the oblique direction.
上述の撮影原理によれば、斜め方向からの光が主であるエリアにおいて、細胞の撮影効果が高いことが分かっている。ここまでの実施形態では、模様シートは黒色(完全不透明)部分と、透明部分により構成されていたが、本実施形態のように、透明度の分布によって模様を構成することも可能である。例えば、後続の解析処理の都合などにより背景に模様が強く表れすぎない方が望ましい場合、透明度を連続的または段階的に変化させた模様シートを用いることで、背景部の明暗を抑制し均一に近くすることができる。 According to the above-mentioned photographing principle, it is known that the photographing effect of cells is high in areas where light mainly comes from an oblique direction. In the above embodiments, the pattern sheet is composed of black (completely opaque) parts and transparent parts, but as in this embodiment, it is also possible to form a pattern by distributing the transparency. For example, if it is desirable for the pattern not to be too strong in the background due to the convenience of subsequent analysis processing, the light and dark of the background can be suppressed and made closer to uniform by using a pattern sheet with a continuous or stepwise change in transparency.
<まとめ>
(i)上述の実施形態による細胞観察画像撮影装置(スキャナおよびカメラ)では、照明ユニットと培養容器の上蓋との間に模様シートが配置されている。模様シートは、照明ユニットのガラス面に貼り付けることにより配置することができるし、照明ユニットのガラス面に印刷され、あるいは照明ユニットのガラス面に凹凸加工により形成することもできる。さらには、模様シートを、細胞観察画像撮影装置とは独立したシート部材で構成し、シート部材を撮影時に培養容器の上蓋に載せて使用するようにしてもよい。このように撮影装置を構成することにより、細胞1つ1つが明確に認識できる細胞観察画像を取得することができる。なお、効果が得られる模様として、ブロックパターン、チェッカーパターン、ドットパターン、メッシュパターン、ランダムパターン、リップルパターン、ストライプパターン、ウェーブパターン、複数のパターンの組み合わせであるミックスパターン、および同心円パターン、中塗り六角模様、正三角形配置ドット模様、正三角形配置中塗りドット模様、正三角模様、正三角中抜き模様、正三角中抜き中塗り模様、周期性のない模様、連続的な透明度の変化を有する模様、および段階的な透明度の変化を有する模様を含む複数の模様のうち何れかの模様で構成されるなどを挙げることができる。
なお、撮影装置として、スキャナ装置ではなく、2次元撮影装置(カメラなど)を用いる場合にも、背景として模様が映りこむため、それを手がかりとして従来よりも正確な位置合わせが可能であり、よって観察画像の連続性を担保できる。また、カメラを用いれば、1枚で顕微鏡よりはるかに広い視野を撮影できるため、撮影枚数が少なくなり、結果として所要時間を短縮することが可能となる。
<Summary>
(i) In the cell observation image capture device (scanner and camera) according to the above-mentioned embodiment, a pattern sheet is disposed between the illumination unit and the top lid of the culture vessel. The pattern sheet can be disposed by attaching it to the glass surface of the illumination unit, or it can be printed on the glass surface of the illumination unit, or it can be formed by processing the glass surface of the illumination unit into a concave-convex shape. Furthermore, the pattern sheet can be configured as a sheet member independent of the cell observation image capture device, and the sheet member can be placed on the top lid of the culture vessel during capture. By configuring the capture device in this way, a cell observation image in which each individual cell can be clearly recognized can be obtained. Examples of patterns that can produce this effect include block patterns, checker patterns, dot patterns, mesh patterns, random patterns, ripple patterns, stripe patterns, wave patterns, mixed patterns which are combinations of multiple patterns, and patterns consisting of any of a number of patterns including a concentric circle pattern, a hexagonal fill pattern, an equilateral triangular dot pattern, an equilateral triangular fill dot pattern, an equilateral triangle pattern, an equilateral triangle hollow pattern, an equilateral triangle hollow fill pattern, a non-periodic pattern, a pattern with continuous changes in transparency, and a pattern with gradual changes in transparency.
In addition, even if a two-dimensional imaging device (such as a camera) is used as the imaging device instead of a scanner device, the pattern is reflected as a background, so it is possible to align the position more accurately than before, and therefore the continuity of the observation image can be ensured. In addition, if a camera is used, a much wider field of view can be captured with one shot than with a microscope, so the number of shots can be reduced, and as a result, the required time can be shortened.
(ii)当該実施形態による細胞観察画像撮影装置において、撮影ユニットのピントは、通常の撮影装置(スキャナ装置)とは異なり、撮影ユニットのガラス面(撮影面:ターゲットを載置する面)に合っているのではなく、撮影ユニットの培養容器載置面よりも照明ユニット側に所定距離分シフトした位置(例えば、細胞培養容器の底面の厚さ分上方:つまり、「所定距離」には少なくとも培養容器の厚み分の距離が含まれる)に合せられている。つまり、撮影ユニットのピントが、撮影対象物(細胞)の屈折面に合うように構成されている。このようにすることにより、細胞観察画像を撮影することに適した撮影装置を提供することができるようになる。 (ii) In the cell observation image capturing device according to the embodiment, unlike a normal capturing device (scanner device), the focus of the capturing unit is not set to the glass surface ( capture surface: surface on which the target is placed) of the capturing unit, but is set to a position shifted a predetermined distance toward the illumination unit from the surface on which the culture vessel is placed of the capturing unit (for example, above the thickness of the bottom surface of the cell culture vessel: in other words, the "predetermined distance" includes at least the distance of the thickness of the culture vessel). In other words, the focus of the capturing unit is configured to match the refractive surface of the object to be captured (cells). In this way, it is possible to provide a capturing device suitable for capturing cell observation images.
(iii)細胞観察画像撮影装置の記憶装置は、細胞観察画像から所望の性質が発揮された変換画像を出力するための機械学習モデルを格納している。このとき、実際に培養容器を撮影することによって得られた細胞観察画像を入力として機械学習モデルに適用し、変換画像を求めるようにし、変換画像を出力装置(表示装置)の画面上に表示してもよい。このようにすることにより、細胞観察画像に映り込んだ明暗パターンによる明暗の起伏を除去することができるようになる。 (iii) The storage device of the cell observation image capture device stores a machine learning model for outputting a transformed image exhibiting desired properties from the cell observation image. At this time, a cell observation image obtained by actually photographing a culture vessel may be applied as an input to the machine learning model to obtain a transformed image, which may then be displayed on the screen of an output device (display device). In this way, it becomes possible to remove light and dark undulations caused by light and dark patterns reflected in the cell observation image.
また、細胞観察画像あるいは変換画像に対して所定の画像解析処理を実行し、所定の管理指標を算出して出力装置(表示装置)の画面上に表示するようにしてもよい。 In addition, a specified image analysis process may be performed on the cell observation image or the converted image, and a specified management index may be calculated and displayed on the screen of the output device (display device).
所定の画像解析処理は、例えば、(iii-1)細胞の位置、(iii-2)細胞の1つ1つの面積あるいは全細胞の合計面積、(iii-3)細胞の形態、(iii-4)細胞の分化状態、(iii-5)細胞の移動、近接、接触、分裂、および死、(iii-6)細胞の親子系列および同系列の細胞集団、または、(iii-7)細胞集団同士の近接あるいは接触について解析するための処理である。また、所定の管理指標として、細胞数、増殖度、または分化率が算出される。 The specified image analysis process is, for example, a process for analyzing (iii-1) cell position, (iii-2) the area of each cell or the total area of all cells, (iii-3) cell morphology, (iii-4) cell differentiation state, (iii-5) cell movement, proximity, contact, division, and death, (iii-6) parent-child lineage of cells and cell populations of the same lineage, or (iii-7) proximity or contact between cell populations. In addition, the number of cells, proliferation rate, or differentiation rate are calculated as the specified management index.
(iv)第2の実施形態による細胞観察画像撮影装置(スキャナ装置)では、照明ユニットが撮影ユニットの撮影面に対して斜めに平行光を照射するように配置され、直進する平行光は、撮影ユニットの撮影面に入射せず、細胞によって屈折した平行光のみが撮影ユニットの撮影面に入射するようになっている。このようにすることにより、照明ユニットと培養容器の上蓋との間に所定の模様を配置しなくても、はっきりとした細胞の観察画像を取得することができる。 (iv) In the cell observation image capture device (scanner device) according to the second embodiment, the illumination unit is disposed so as to irradiate the capture surface of the capture unit with parallel light at an angle, and the parallel light traveling in a straight line does not enter the capture surface of the capture unit, and only the parallel light refracted by the cells enters the capture surface of the capture unit. By doing so, it is possible to obtain clear cell observation images without arranging a predetermined pattern between the illumination unit and the top cover of the culture vessel.
また、第3の実施形態では、第2の実施形態による構成に加えて、撮影ユニットは、それぞれ所定の色が割り当てられた複数の撮影素子を有するように構成される。このとき、細胞によって屈折した平行光が異なる色が割り当てられた撮影素子に入射すると、平行光が入射した撮影素子の色が混合されて画像が出力されるようになっている。 In the third embodiment, in addition to the configuration according to the second embodiment, the photographing unit is configured to have a plurality of photographing elements each assigned with a predetermined color. At this time, when parallel light refracted by a cell is incident on photographing elements assigned with different colors, the colors of the photographing elements on which the parallel light is incident are mixed and an image is output.
(v)第4の実施形態でも、照明ユニットと培養容器の上蓋との間に、光の透過度に差を有する所定の模様が配置されるが、当該所定の模様は、所定距離だけ離間して配置された複数の模様シート組で構成される。そして、照明ユニットに最も近くに配置される模様シートの光透過部分は、他の模様シートの遮光部分によって覆われるようになっている。このとき、複数の模様シートを透過した光は、培養容器の培養面全面を照らすようになっている。このように、複数の模様シートを組み合わせることにより、垂直方向からの光を減らし、斜めからの光を相対的に増加させることができるので、はっきりとした細胞観察画像を取得することができる。 (v) In the fourth embodiment, a predetermined pattern having different light transmittances is also arranged between the lighting unit and the top lid of the culture vessel, and the predetermined pattern is composed of a set of multiple pattern sheets arranged at a predetermined distance apart. The light-transmitting portion of the pattern sheet arranged closest to the lighting unit is covered by the light-shielding portions of the other pattern sheets. At this time, the light transmitted through the multiple pattern sheets illuminates the entire culture surface of the culture vessel. In this way, by combining multiple pattern sheets, it is possible to reduce the light from the vertical direction and relatively increase the light from an oblique direction, making it possible to obtain clear cell observation images.
(vi)本実施形態の機能の一部は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本開示を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM、DVD-ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。 (vi) Some of the functions of this embodiment can also be realized by software program code. In this case, a storage medium on which the program code is recorded is provided to a system or device, and the computer (or CPU or MPU) of that system or device reads the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-mentioned embodiment, and the program code itself and the storage medium on which it is stored constitute this disclosure. Examples of storage media for supplying such program code include flexible disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, hard disks, optical disks, magneto-optical disks, CD-Rs, magnetic tapes, non-volatile memory cards, and ROMs.
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。 Also, based on the instructions of the program code, an OS (operating system) running on a computer may perform some or all of the actual processing, and the functions of the above-mentioned embodiments may be realized by this processing. Furthermore, after the program code is read from a storage medium and written to memory on a computer, a CPU of the computer may perform some or all of the actual processing based on the instructions of the program code, and the functions of the above-mentioned embodiments may be realized by this processing.
さらに、実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD-RW、CD-R等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。 Furthermore, the program code of the software that realizes the functions of the embodiments may be distributed over a network and stored in a storage means such as a hard disk or memory of a system or device, or in a storage medium such as a CD-RW or CD-R, so that when used, the computer (or CPU or MPU) of the system or device reads and executes the program code stored in the storage means or storage medium.
なお、ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できることを理解する必要がある。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した開示内容に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益な場合もあり、また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよし、さらに、異なる構成要素を適宜組み合わせてもよい。本開示は、具体例に関連して記述したが、これらは、すべての観点において権利範囲を限定するために提供したものではなく、技術的理解のために提供されたものである。また、本分野にスキルのある者には、本開示を実施するのに相応しいハードウェア、ソフトウェア、及びファームウエアの多数の組み合わせがあることは明々白々に理解できるものと考えられる。 It should be understood that the processes and techniques described herein are not inherently related to any particular apparatus, but may be implemented by any suitable combination of components. Moreover, various types of general-purpose devices may be used in accordance with the disclosure described herein. It may be advantageous to construct a dedicated apparatus to perform the steps of the methods described herein, and various inventions may be formed by suitable combinations of multiple components disclosed in the embodiments. For example, some components may be omitted from all components shown in the embodiments, and different components may be combined as appropriate. Although the present disclosure has been described in relation to specific examples, these are provided for technical understanding rather than for the purpose of limiting the scope of the rights in all respects. It is also believed that those skilled in the art will readily recognize that there are numerous combinations of hardware, software, and firmware suitable for implementing the present disclosure.
さらに、上述の実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていても良い。 Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the control lines and information lines are those considered necessary for the explanation, and not all control lines and information lines in the product are necessarily shown. All components may be interconnected.
100 細胞観察画像撮影用スキャナ装置
101 照明ユニット
102 撮影ユニット
103 コンピュータ
104 入力装置
105 記憶装置
106 出力装置
110 細胞培養容器
1011 模様シート
1101 培養液
1102 細胞
100 Scanner device for capturing cell observation images 101 Lighting unit 102 Capture unit 103 Computer 104 Input device 105 Storage device 106 Output device 110 Cell culture vessel 1011 Pattern sheet 1101 Culture fluid 1102 Cells
Claims (24)
前記培養容器の上部に位置し、前記培養容器に照明光を照射する照明ユニットと、
前記培養容器の下部に位置し、前記培養容器を撮影する撮影ユニットと、を備え、
前記照明ユニットと前記培養容器の上蓋との間に、光の透過度に差を有する所定の模様が配置され、
前記撮影ユニットのピントは、当該撮影ユニットの培養容器載置面よりも前記照明ユニット側に所定距離分シフトした位置に合わせることにより、細胞表面に合わせられており、かつ、タイリング撮影を行わない、細胞観察画像撮影装置。 A cell observation image capturing device for capturing cell observation images by placing a culture vessel carrying cells to be cultured therein,
an illumination unit located above the culture vessel and configured to irradiate the culture vessel with illumination light;
A photographing unit is provided, the photographing unit being located under the culture vessel and photographing the culture vessel;
A predetermined pattern having a difference in light transmittance is arranged between the lighting unit and the upper cover of the culture vessel,
A cell observation image capturing device in which the focus of the photographing unit is adjusted to a position shifted a predetermined distance toward the illumination unit from the culture vessel mounting surface of the photographing unit, thereby aligning the focus with the cell surface, and no tiling photography is performed.
前記所定の模様は、当該所定の模様を有するシートを前記照明ユニットの光透過面に貼り付けることにより配置される、細胞観察画像撮影装置。 In claim 1,
A cell observation and image capturing device, wherein the predetermined pattern is arranged by attaching a sheet having the predetermined pattern to the light transmitting surface of the lighting unit.
前記所定の模様は、前記照明ユニットの光透過面に印刷されている、あるいは前記照明ユニットの光透過面に凹凸加工により形成されている、細胞観察画像撮影装置。 In claim 1,
A cell observation and image capture device, wherein the predetermined pattern is printed on the light transmitting surface of the illumination unit, or formed by roughening the light transmitting surface of the illumination unit.
前記所定の模様は、前記細胞観察画像撮影装置とは独立したシート部材で構成され、当該シート部材は、撮影時に前記培養容器の上蓋に載せて使用される、細胞観察画像撮影装置。 In claim 1,
The predetermined pattern is formed of a sheet member independent of the cell observation image capturing device, and the sheet member is placed on the top lid of the culture vessel when capturing images of the cell observation image capturing device.
前記所定の模様は、ブロックパターン、チェッカーパターン、ドットパターン、メッシュパターン、ランダムパターン、リップルパターン、ストライプパターン、ウェーブパターン、同心円パターン、中塗り六角模様、正三角形配置ドット模様、正三角形配置中塗りドット模様、正三角模様、正三角中抜き模様、正三角中抜き中塗り模様、周期性のない模様、連続的な透明度の変化を有する模様、および段階的な透明度の変化を有する模様を含む複数の模様のうち何れかの模様で構成される、細胞観察画像撮影装置。 In any one of claims 1 to 4,
A cell observation image capturing device, wherein the specified pattern is any one of a plurality of patterns including a block pattern, a checkered pattern, a dot pattern, a mesh pattern, a random pattern, a ripple pattern, a stripe pattern, a wave pattern, a concentric circle pattern, a filled hexagonal pattern, a dot pattern arranged in equilateral triangles, a filled dot pattern arranged in equilateral triangles, a regular triangle pattern, a hollowed out regular triangle pattern, a hollowed out regular triangle pattern, a pattern without periodicity, a pattern having a continuous change in transparency, and a pattern having a gradual change in transparency.
さらに、各種演算を実行するコンピュータと、当該コンピュータによる演算結果を格納する記憶部と、前記演算結果を出力する出力部と、を備え、
前記記憶部は、前記細胞観察画像から所望の性質が発揮された変換画像を出力するための機械学習モデルを格納し、
前記コンピュータは、実際に前記培養容器を撮影することによって得られた前記細胞観察画像を入力として前記機械学習モデルに適用して、前記変換画像を求め、当該変換画像を前記出力部に出力する、細胞観察画像撮影装置。 In any one of claims 1 to 5,
The present invention further includes a computer that executes various calculations, a storage unit that stores the results of the calculations performed by the computer, and an output unit that outputs the results of the calculations,
The storage unit stores a machine learning model for outputting a converted image exhibiting desired properties from the cell observation image,
The computer applies the cell observation image obtained by actually photographing the culture vessel as an input to the machine learning model to obtain the transformed image, and outputs the transformed image to the output section, in a cell observation image capturing device.
前記コンピュータは、前記細胞観察画像に対して所定の画像解析処理を実行し、所定の管理指標を算出し、前記出力部に出力する、細胞観察画像撮影装置。 In claim 6,
The computer executes a predetermined image analysis process on the cell observation image, calculates a predetermined control index, and outputs it to the output unit.
前記コンピュータは、前記変換画像に対して所定の画像解析処理を実行し、所定の管理指標を算出し、前記出力部に出力する、細胞観察画像撮影装置。 In claim 6,
The computer executes a predetermined image analysis process on the converted image, calculates a predetermined control index, and outputs it to the output unit.
前記コンピュータは、前記所定の画像解析処理によって、(i)細胞の位置、(ii)細胞の1つ1つの面積あるいは全細胞の合計面積、(iii)細胞の形態、(iv)細胞の分化状態、(v)細胞の移動、近接、接触、分裂、および死、(vi)細胞の親子系列および同系列の細胞集団、または、(vii)細胞集団同士の近接あるいは接触について解析する、細胞観察画像撮影装置。 In claim 7 or 8,
The computer uses the specified image analysis processing to analyze (i) cell position, (ii) area of each cell or the total area of all cells, (iii) cell morphology, (iv) differentiation state of cells, (v) cell movement, proximity, contact, division, and death, (vi) parent-child cell lineage and cell populations of the same lineage, or (vii) proximity or contact between cell populations.
前記コンピュータは、前記所定の管理指標として、細胞数、増殖度、または分化率を算出する、細胞観察画像撮影装置。 In any one of claims 7 to 9,
The computer calculates the number of cells, the degree of proliferation, or the differentiation rate as the predetermined control index.
前記培養容器の上部に位置し、前記培養容器に照明光を照射する照明ユニットと、
前記培養容器の下部に位置し、前記培養容器を撮影する撮影ユニットと、を備え、
前記照明ユニットと前記培養容器の上蓋との間に、光の透過度に差を有する所定の模様が配置され、
前記所定の模様は、所定距離だけ離間して配置された複数の模様シート組で構成され、 前記照明ユニットに最も近くに配置される模様シートの光透過部分は、他の模様シートの遮光部分によって覆われており、
前記撮影ユニットのピントは、当該撮影ユニットの培養容器載置面よりも前記照明ユニット側に所定距離分シフトした位置に合わせることにより、細胞表面に合わせられており、かつ、タイリング撮影を行わない、細胞観察画像撮影装置。 A cell observation image capturing device for capturing cell observation images by placing a culture vessel carrying cells to be cultured therein,
an illumination unit located above the culture vessel and configured to irradiate the culture vessel with illumination light;
A photographing unit is provided, the photographing unit being located under the culture vessel and photographing the culture vessel;
A predetermined pattern having a difference in light transmittance is arranged between the lighting unit and the upper cover of the culture vessel,
The predetermined pattern is composed of a plurality of pattern sheet sets arranged at a predetermined distance apart, and a light-transmitting portion of the pattern sheet arranged closest to the lighting unit is covered by a light-shielding portion of another pattern sheet,
A cell observation image capturing device in which the focus of the photographing unit is adjusted to a position shifted a predetermined distance toward the illumination unit from the culture vessel mounting surface of the photographing unit, thereby aligning the focus with the cell surface, and no tiling photography is performed.
前記複数の模様シート組は、当該複数の模様シートを透過した光が前記培養容器の培養面全面を照らすように配置される、細胞観察画面撮影装置。 In claim 11,
The set of multiple pattern sheets is arranged so that light transmitted through the multiple pattern sheets illuminates the entire culture surface of the culture vessel, in this cell observation screen imaging device.
前記細胞観察画像撮影装置において前記培養容器の上部に位置する照明ユニットによって、照明光を、前記照明ユニットと前記培養容器の上蓋との間に配置される所定の模様であって、光の透過度に差を有する模様を介して、前記培養容器に照射することと、
前記細胞観察画像撮影装置において前記培養容器の下部に位置する撮影ユニットによって、前記培養容器を撮影することと、を含み、
前記撮影ユニットのピントは、当該撮影ユニットの培養容器載置面よりも前記照明ユニット側に所定距離分シフトした位置に合わせることにより、細胞表面に合わせられており、かつ、タイリング撮影を行わない、細胞観察画像取得方法。 A cell observation image acquisition method for acquiring an observation image of a cell supported in a culture vessel using a cell observation image acquisition device, comprising:
Illuminating the culture vessel with illumination light by an illumination unit located above the culture vessel in the cell observation image capture device through a predetermined pattern disposed between the illumination unit and an upper cover of the culture vessel, the pattern having a difference in light transmittance;
and capturing an image of the culture vessel by an imaging unit located below the culture vessel in the cell observation image capturing device,
A cell observation image acquisition method in which the focus of the photographing unit is adjusted to a position shifted a predetermined distance toward the illumination unit from the culture vessel mounting surface of the photographing unit, thereby aligning the focus with the cell surface, and no tiling photography is performed.
前記所定の模様は、当該所定の模様を有するシートを前記照明ユニットの光透過面に貼り付けることにより配置される、細胞観察画像取得方法。 In claim 13,
A cell observation image acquisition method, wherein the predetermined pattern is arranged by attaching a sheet having the predetermined pattern to the light-transmitting surface of the lighting unit.
前記所定の模様は、前記照明ユニットの光透過面に印刷されている、あるいは前記照明ユニットの光透過面に凹凸加工により形成されている、細胞観察画像取得方法。 In claim 13,
A cell observation image acquiring method, wherein the predetermined pattern is printed on the light transmitting surface of the lighting unit, or formed by roughening the light transmitting surface of the lighting unit.
前記所定の模様は、前記細胞観察画像撮影装置とは独立したシート部材で構成され、当該シート部材は、撮影時に前記培養容器の上蓋に載せて使用される、細胞観察画像取得方法。 In claim 13,
A cell observation image acquiring method, in which the predetermined pattern is composed of a sheet member independent of the cell observation image capturing device, and the sheet member is placed on the top lid of the culture vessel during capturing.
前記所定の模様は、ブロックパターン、チェッカーパターン、ドットパターン、メッシュパターン、ランダムパターン、リップルパターン、ストライプパターン、ウェーブパターン、同心円パターン、中塗り六角模様、正三角形配置ドット模様、正三角形配置中塗りドット模様、正三角模様、正三角中抜き模様、正三角中抜き中塗り模様、周期性のない模様、連続的な透明度の変化を有する模様、および段階的な透明度の変化を有する模様を含む複数の模様のうち何れかの模様で構成される、細胞観察画像取得方法。 In any one of claims 13 to 16,
A cell observation image acquisition method, wherein the specified pattern is any one of a plurality of patterns including a block pattern, a checkered pattern, a dot pattern, a mesh pattern, a random pattern, a ripple pattern, a stripe pattern, a wave pattern, a concentric circle pattern, a filled hexagonal pattern, a dot pattern arranged in equilateral triangles, a filled dot pattern arranged in equilateral triangles, a regular triangle pattern, a hollowed out regular triangle pattern, a hollowed out regular triangle pattern, a pattern without periodicity, a pattern having a continuous change in transparency, and a pattern having a gradual change in transparency.
コンピュータが、記憶部に格納された機械学習モデルであって、前記細胞の観察画像から所望の性質が発揮された変換画像を出力するための機械学習モデルを読み込むことと、 前記コンピュータが、実際に前記培養容器を撮影することによって得られた前記細胞の観察画像を入力として前記機械学習モデルに適用して、前記変換画像を求め、当該変換画像を出力部に出力することと、
を含む、細胞観察画像取得方法。 In any one of claims 13 to 17, further comprising:
A computer reads in a machine learning model stored in a storage unit, the machine learning model being for outputting a converted image exhibiting a desired property from an observation image of the cell; the computer applies an observation image of the cell obtained by actually photographing the culture vessel as an input to the machine learning model to obtain the converted image, and outputs the converted image to an output unit;
A method for acquiring a cell observation image, comprising:
前記コンピュータが、前記細胞の観察画像に対して所定の画像解析処理を実行し、所定の管理指標を算出し、前記出力部に出力すること、を含む、細胞観察画像取得方法。 In claim 18, further comprising:
The cell observation image acquisition method includes the computer executing a predetermined image analysis process on the cell observation image, calculating a predetermined management index, and outputting the calculated management index to the output unit.
前記コンピュータが、前記変換画像に対して所定の画像解析処理を実行し、所定の管理指標を算出し、前記出力部に出力すること、を含む、細胞観察画像取得方法。 In claim 18, further comprising:
The cell observation image acquisition method includes the computer executing a predetermined image analysis process on the converted image, calculating a predetermined control index, and outputting the calculated control index to the output unit.
前記コンピュータは、前記所定の画像解析処理によって、(i)細胞の位置、(ii)細胞の1つ1つの面積あるいは全細胞の合計面積、(iii)細胞の形態、(iv)細胞の分化状態、(v)細胞の移動、近接、接触、分裂、および死、(vi)細胞の親子系列および同系列の細胞集団、または、(vii)細胞集団同士の近接あるいは接触について解析する、細胞観察画像取得方法。 In claim 19 or 20,
The computer uses the specified image analysis process to analyze (i) cell position, (ii) the area of each cell or the total area of all cells, (iii) cell morphology, (iv) cell differentiation state, (v) cell movement, proximity, contact, division, and death, (vi) parent-child cell lineage and cell populations of the same lineage, or (vii) proximity or contact between cell populations.
前記コンピュータは、前記所定の管理指標として、細胞数、増殖度、または分化率を算出する、細胞観察画像取得方法。 In any one of claims 19 to 21,
The computer calculates the number of cells, the degree of proliferation, or the rate of differentiation as the predetermined control index.
前記細胞観察画像撮影装置において前記培養容器の上部に位置する照明ユニットによって、照明光を、前記照明ユニットと前記培養容器の上蓋との間に配置される所定の模様であって、光の透過度に差を有する模様を介して、前記培養容器に照射することと、
前記細胞観察画像撮影装置において前記培養容器の下部に位置する撮影ユニットによって、前記照明光で照らされた前記培養容器を撮影することと、を含み、
前記所定の模様は、所定距離だけ離間して配置された複数の模様シート組で構成され、 前記照明ユニットに最も近くに配置される模様シートの光透過部分は、他の模様シートの遮光部分によって覆われており、
前記撮影ユニットのピントは、当該撮影ユニットの培養容器載置面よりも前記照明ユニット側に所定距離分シフトした位置に合わせることにより、細胞表面に合わせられており、かつ、タイリング撮影を行わない、細胞観察画像取得方法。 A cell observation image acquisition method for acquiring an observation image of a cell supported in a culture vessel using a cell observation image acquisition device, comprising:
Illuminating the culture vessel with illumination light by an illumination unit located above the culture vessel in the cell observation image capture device through a predetermined pattern disposed between the illumination unit and an upper cover of the culture vessel, the pattern having a difference in light transmittance;
and capturing an image of the culture vessel illuminated by the illumination light by an imaging unit located under the culture vessel in the cell observation image capturing device,
The predetermined pattern is composed of a plurality of pattern sheet sets arranged at a predetermined distance apart, and a light-transmitting portion of the pattern sheet arranged closest to the lighting unit is covered by a light-shielding portion of another pattern sheet,
A cell observation image acquisition method in which the focus of the photographing unit is adjusted to a position shifted a predetermined distance toward the illumination unit from the culture vessel mounting surface of the photographing unit, thereby aligning the focus with the cell surface, and no tiling photography is performed.
前記複数の模様シート組は、当該複数の模様シートを透過した光が前記培養容器の培養面全面を照らすように配置される、細胞観察画面取得方法。 In claim 23,
A cell observation screen acquiring method, wherein the plurality of pattern sheet sets are arranged so that light transmitted through the plurality of pattern sheets illuminates the entire culture surface of the culture vessel.
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