JP6328494B2 - 細胞判定装置および方法並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、細胞を時系列に撮像した複数の画像に基づいて、その細胞の状態を判定する細胞判定装置および方法並びにプログラムに関するものである。

ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞などの幹細胞は、種々の組織の細胞に分化する能力を備えたものであり、再生医療、薬の開発、病気の解明などにおいて応用が可能なものとして注目されている。

幹細胞は、細胞培養装置内に設定された培養容器内の足場材（培養床）に播種され、足場材上において培地（培養液）を養分として増殖し、増殖した幹細胞同士が密集結合を繰り返しながら幹細胞コロニーとして成長する。

この幹細胞の成長過程においては、一旦ある組織に分化を開始した幹細胞は、途中で別の組織に変化・成長させることができないので、未分化状態を保持させたまま十分な数まで幹細胞を増殖させ、その後の過程で目的の組織の細胞に分化させることは、生産性の観点で重要である。

また、幹細胞コロニーの未分化性の高い領域のみを切り出して別の培養容器に移植し、継代を行うことがあるが、この継代の際には、未分化の幹細胞のみを抽出する必要がある。すなわち、幹細胞の培養に際しては、幹細胞の分化・未分化を適切に判定する必要がある。

また、細胞の状態判定に関連するものとして、人体から取り出したがん細胞を培養し、そのがん細胞の悪性度を判定することが行われている。がん細胞の悪性度の判定は、患者のがん治療の方針の決定に重要なことであり、すなわち、がん細胞の悪性度を適切に判定することが重要である。

特開２０１３−３９１１３号公報

ここで、上述したような幹細胞の分化・未分化やがん細胞の悪性度のなどの細胞の状態の判定は、培養熟練者の目視観察や細胞の静止画に基づいて細胞コロニーや個々の細胞の形状を自動判定することによって行われていた。

しかしながら、目視観察では観察者の熟練度によって判定にばらつきが出でしまう。また、静止画による自動判定では、たとえば図８に示すような静止画の場合、矢印Ａで示される部分については細胞の密集度や形状から未分化性が高いと判定でき、矢印Ｃで示される部分については分化性が高いと判定することができるが、矢印Ｂで示される部分は密集度や形状を明確に区別することできず、適切な状態判定を行うことができない。

また、特許文献１においては、細胞を時系列に撮像した複数の画像に基づいて細胞の移動量を算出し、その移動量に基づいて細胞の分化度を判定する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載のように細胞の移動量のみによって細胞の状態を判定するようにしたのでは、誤判定するおそれがある。たとえば、一般的には、細胞の移動量が多いほど分化が進んでいると考えられるが、未分化細胞と分化細胞とが混在しているような場合において、これらの細胞の移動量の平均から分化度を判定した場合、たとえば、ほとんどが未分化細胞であるが、極端に移動量が多い分化細胞が少数あった場合でも、分化度が進んでいると判定される場合があり、分化度を適切に判定することができない。

本発明は、上記の問題に鑑み、より客観的および高精度に細胞の状態を判定することができる細胞判定装置および方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

本発明の細胞判定装置は、時系列に細胞を撮像した複数の画像に基づいて、細胞の増殖速度に関する情報および細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報を取得する細胞情報取得部と、増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に基づいて、細胞の状態を判定する判定部を備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の細胞判定装置においては、判定部を、細胞の分化度または悪性度を判定するものとできる。

また、細胞情報取得部を、増殖速度に関する情報として細胞のコロニーの面積増加率を取得するものとし、判定部を、面積増加率に基づいて、細胞の分化度または悪性度を判定するものとできる。

また、細胞情報取得部を、増殖速度に関する情報として細胞のコロニー内の個々の細胞の増殖速度を取得するものとし、判定部を、個々の細胞の増殖速度に基づいて、細胞の分化度または悪性度を判定するものとできる。

また、細胞情報取得部を、移動距離に関する情報として細胞のコロニー内の個々の細胞の移動距離を取得するものとし、判定部を、個々の細胞の移動距離に基づいて、細胞の分化度または悪性度を判定するものとできる。

また、細胞の成熟度に関する情報を取得する成熟度情報取得部を備えたものとし、判定部を、成熟度情報に応じて判定の際の閾値を変更するものとできる。

また、細胞の成熟度に関する情報を取得する成熟度情報取得部を備えたものとし、判定部を、成熟度に関する情報に応じて、増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に対して重み付けをして判定を行うものとできる。

また、成熟度に関する情報を、培養期間の情報とできる。

また、細胞のコロニー内における位置情報を取得する位置情報取得部を備えたものとし、判定部を、その位置情報に応じて判定の際の閾値を変更するものとできる。

また、細胞のコロニー内における位置情報を取得する位置情報取得部を備えたものとし、判定部を、その位置情報に応じて、増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に対して重み付けをして判定を行うものとできる。

また、細胞の種類情報を取得する種類情報取得部を備えたものとし、判定部を、種類情報に応じて判定の際の閾値を変更するものとできる。

また、細胞の種類情報を取得する種類情報取得部を備えたものとし、判定部を、種類情報に応じて、増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に対して重み付けをして判定を行うものとできる。

また、複数の画像の撮像条件を制御する撮像制御部を備えたものとし、撮像制御部を、判定部における判定結果に応じて、次回以降の撮像条件を変更するものとできる。

また、細胞の種類情報を取得する種類情報取得部と、複数の画像の撮像条件を制御する撮像制御部とを備えたものとし、撮像制御部を、細胞の種類情報に応じて複数の画像の撮像間隔を変更するものとできる。

また、細胞の成熟度に関する情報を取得する成熟度情報取得部と、複数の画像の撮像条件を制御する撮像制御部とを備えたものとし、撮像制御部を、細胞の成熟度に関する情報に応じて複数の画像の撮像間隔を変更するものとできる。

本発明の細胞判定方法は、時系列に細胞を撮像した複数の画像に基づいて、細胞の増殖速度に関する情報および細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報を取得し、
増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に基づいて、細胞の状態を判定することを特徴とする。

本発明の細胞判定プログラムは、コンピュータを、時系列に細胞を撮像した複数の画像に基づいて、細胞の増殖速度に関する情報および細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報を取得する細胞情報取得部と、増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に基づいて、細胞の状態を判定する判定部として機能させることを特徴とする。

本発明の細胞判定装置および方法並びにプログラムによれば、時系列に細胞を撮像した複数の画像に基づいて、細胞の増殖速度に関する情報および細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報を取得し、その増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報の両方に基づいて、細胞の状態を判定するようにしたので、上述したような細胞の移動量のみによって判定する場合のような誤判定を防止することができ、より客観的および高精度に細胞の状態を判定することができる。

本発明の細胞判定装置の一実施形態を用いた幹細胞培養観察システムの概略構成を示すブロック図 本発明の細胞撮像制御装置の一実施形態を用いた幹細胞培養観察システムの作用を説明するためのフローチャート 細胞の観察領域の一例を示す図 幹細胞の分化度の判定方法を説明するためのフローチャート がん細胞の悪性度の判定方法を説明するためのフローチャート がん細胞の状態の判定方法を説明するためのフローチャート 本発明の細胞判定装置のその他の実施形態を用いた幹細胞培養観察システムの概略構成を示すブロック図 細胞の静止画に基づいて状態判定を行う場合の課題を説明するための図

以下、本発明の細胞判定装置および方法並びにプログラムの一実施形態を用いた細胞培養観察システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、細胞の特徴の判定方法に特徴を有するものであるが、まず、本発明の細胞判定装置の一実施形態を備えた幹細胞培養観察システムの全体構成について説明する。図１は、細胞培養観察システムの概略構成を示すブロック図である。

細胞培養観察システムは、図１に示すように、細胞培養装置１と、撮影装置２と、細胞判定装置３と、ディスプレイ４と、入力装置５とを備えている。

細胞培養装置１は、細胞の培養を行うための装置である。培養対象の細胞としては、たとえばｉＰＳ細胞やＥＳ細胞といった幹細胞や、幹細胞から分化誘導された神経や皮膚や心筋などの細胞や、がん細胞などがある。細胞培養装置１内には、培養対象の細胞を培地に播種した培養容器が複数収容されている。そして、細胞培養装置１は、ステージ１０と搬送部１１と制御部１２とを備えている。

ステージ１０は、撮影装置２による撮影対象の培養容器が設置されるものである。また、搬送部１１は、細胞培養装置１内の所定位置に収容されている複数の培養容器の中から撮像対象の培養容器を選択し、その選択した培養容器をステージ１０まで搬送するものでる。また、制御部１２は、細胞培養装置１全体を制御するものであり、上述したステージ１０や搬送部１１の動作以外に、細胞培養装置１内の温度、湿度およびＣＯ_２濃度などの環境条件を制御するものである。なお、温度、湿度およびＣＯ_２濃度を調整するための構成については、公知な構成を用いることができる。

撮影装置２は、ステージ１０に設置された培養容器内における細胞の画像を時系列に撮像するものである。撮影装置２は、細胞の画像を結像して取得するための光学系２０と、光学系２０によって結像された画像を光電変換して画像信号として出力する撮像素子２１と、光学系２０および撮像素子２１を制御する制御部２２とを備えている。

光学系２０としては、たとえば位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡を用いることができる。また、撮像素子２１としては、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）センサやＣＣＤ（charge-coupled device）センサなどを用いることができる。

制御部２２は、撮影装置２全体を制御するものであるが、特に、本実施形態においては、制御部２２は、時系列に撮像される画像の撮像間隔を制御するものである。撮像間隔を制御する方法としては、たとえば撮像素子２１のフレームレートを制御するようにすればよい。

細胞判定装置３は、コンピュータに対して本発明の細胞判定プログラムの一実施形態がインストールされたものである。

細胞判定装置３は、中央処理装置、半導体メモリおよびハードディスクなどを備えており、ハードディスクに本発明の細胞判定プログラムの一実施形態がインストールされている。そして、この細胞判定プログラムが中央処理装置を有する制御部３４によって実行されることによって、図１に示すような観察画像取得部３０、細胞情報取得部３１、判定部３２および表示制御部３３が動作する。

観察画像取得部３０は、撮影装置２において時系列に撮像された複数の観察画像を取得して記憶するものである。また、観察画像取得部３０は、取得した観察画像を細胞情報取得部３１と表示制御部３３に出力するものである。

細胞情報取得部３１は、時系列に撮像された複数の観察画像に基づいて、細胞の増殖速度に関する情報および細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報の少なくとも１つを取得するものである。

細胞の増殖速度に関する情報を取得する方法としては、たとえば、異なる時刻に撮像された観察画像内に含まれる単位面積当たりの細胞の数をそれぞれカウントし、その細胞の数の増加分と撮像間隔とに基づいて増殖速度を算出するようにすればよい。また、異なる時刻に撮像された観察画像内に含まれる細胞コロニー内の細胞の数をそれぞれカウントし、その細胞の数の増加分と撮像間隔とに基づいて増殖速度を算出するようにしてもよい。

また、上述したように細胞の増殖速度を直接算出するのではなく、たとえば異なる時刻に撮像された観察画像内に含まれる細胞コロニーの面積をそれぞれ算出し、その面積増加率を増殖速度に関する情報として取得するようにしてよい。

また、細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報については、たとえば観察画像内または観察画像内の細胞コロニーに含まれる個々の細胞を検出し、その個々の細胞の移動距離の平均値、最大値または最小値などの統計値を算出するようにすればよい。

細胞の検出方法については、たとえば細胞のエッジを検出してパターンマッチングなどを用いて個々の細胞を検出するようにしてもよいし、細胞内の核または核小体などを検出することによって個々の細胞を検出するようにしてもよく、その他公知な手法を用いることができる。

なお、異なる時刻に撮像された観察画像における個々の細胞の対応付けについては、たとえば細胞の形状が類似しており、かつ予め設定された範囲内に存在する細胞同士を対応付けるようにすればよい。個々の細胞の対応付けについても、その他の公知な手法を用いるようにしてもよい。

判定部３２は、細胞情報取得部３１によって取得された細胞の増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に基づいて、観察画像内の細胞の状態を判定するものである。

判定部３２は、具体的には、細胞の状態として、細胞の分化度や悪性度、がん細胞の種類などを判定するものである。分化度としては、未分化状態か分化状態を判定するようにしてもよいし、分化度を複数段階に分類し、どの段階であるかを判定するようにしてもよい。悪性度としては、たとえば悪性度が低い、中程度または高いなどを判定するようすればよい。また、がん細胞の種類としては、増殖性がん細胞であるのか、転移性がん細胞であるのかを判定する。なお、判定部３２における判定結果は、表示制御部３３に出力される。なお、細胞の増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報に基づく、判定部３２における具体的な判定方法については、後で詳述する。

表示制御部３３は、観察画像取得部３０によって取得された観察画像をディスプレイ４に表示させたり、判定部３２における判定結果をディスプレイ４に表示させたりするものである。また、表示制御部３３が、判定結果だけでなく、判定に用いられた細胞の増殖に関する情報や移動距離に関する情報をディスプレイ４に表示させるようにしてもよい。

制御部３４は、細胞判定装置３全体を制御するものであるが、特に、本実施形態の制御部３４は、判定部３２における判定結果に応じて、次回以降の観察画像の撮像間隔が変更されるように撮影装置２の制御部２２に対して制御信号を出力するものでもある。なお、本実施形態においては、この制御部３４が撮像制御部に相当するものである。

入力装置５は、マウスやキーボードなどを備えたものであり、ユーザによる種々の設定入力を受け付けるものである。

次に、上述した幹細胞培養観察システムの作用について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、細胞培養装置１において、搬送部１１によって、収容されている複数の培養容器の中から撮影対象の培養が選択され、その選択された培養容器がステージ１０に設置される（Ｓ１０）。

そして、撮影装置２の位相差顕微鏡または微分干渉顕微鏡によって、培養容器内の幹細胞を含む観察領域の観察画像の撮影が時系列に行われる（Ｓ１２）。具体的には、図３に示すような１０ｃｍ×１０ｃｍの矩形の観察領域を位相差顕微鏡によって４０ショット×４０ショットで撮影して１枚の観察画像を取得する。

そして、撮影装置２によって時系列に撮像された観察画像は細胞判定装置３に出力され、細胞判定装置３の観察画像取得部３０によって取得される（Ｓ１４）。

観察画像取得部３０によって取得された複数の観察画像は細胞情報取得部３１に出力され、細胞情報取得部３１は、入力された複数の観察画像に基づいて、上述したようにして細胞の増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報を取得する（Ｓ１６）。

細胞情報取得部３１によって取得された増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報は判定部３２に出力され、判定部３２は、これらの情報に基づいて、観察画像内における細胞の分化度や悪性度などの判定を行う（Ｓ１８）。

判定部３２における判定結果は表示制御部３３に出力され、表示制御部３３は、入力された判定結果と判定対象の観察画像とをディスプレイ４に表示させる。（Ｓ２０）。

次に、細胞判定装置３の判定部３２における具体的な判定方法について、図４から図６
に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

まず、細胞の増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報を用いて、ｉＰＳ細胞やＥＳ細胞などの幹細胞の分化度を判定する方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下の判定方法は、未分化細胞は、増殖速度が速く、かつ移動距離が短いものであり、分化細胞は、増殖速度が遅く、かつ移動距離が長いという観点に基づく判定方法である。

判定部３２は、まず、細胞の増殖速度が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０）。細胞の増殖速度が閾値以上である場合には（Ｓ１０，ＹＥＳ）、次に細胞の移動距離が閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１２）。そして、細胞の移動距離が閾値以下であると判定された場合には（Ｓ１２，ＹＥＳ）、細胞の未分化性が高いと判定する（Ｓ１４）。

なお、増殖速度の閾値判定としては、たとえば１日に１回以上分裂しているか否かを判定するようにすればよい。また、増殖速度に関連する情報として、上述した面積増加率を取得する場合には、たとえば１日で面積が２倍以上になっているか否かを判定するようにすればよい。また、移動距離の閾値判定としては、１日当たりの移動距離の統計値が５０μｍ〜１０００μｍ以下であるか否かを判定するようにすればよい。

Ｓ１０において細胞の増殖速度が閾値未満と判定され（ＮＯ）、Ｓ１６において細胞の移動距離が閾値より大きいと判定された場合には（ＮＯ）、細胞の分化性が高いと判定する（Ｓ１８）。

そして、Ｓ１６において細胞の移動距離が閾値以下と判定された場合（ＹＥＳ）と、Ｓ１２において移動距離が閾値より大きいと判定された場合（ＮＯ）には、分化度は中程度であると判定する（Ｓ２０，Ｓ２２）。

上述したように細胞の増殖速度に関する情報と移動距離に関する情報との両方を用いて分化度を判定することによって、より高精度な判定を行うことができる。

次に、細胞の増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報を用いて、がん細胞の悪性度を判定する方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

判定部３２は、まず、細胞の増殖速度が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ３０）。細胞の増殖速度が閾値以上である場合には（Ｓ３０，ＹＥＳ）、次に細胞の移動距離が閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ３２）。そして、細胞の移動距離が閾値より大きいと判定された場合には（Ｓ３２，ＮＯ）、転移性が高く、かつ増殖が進んでいるので悪性度が高いと判定する（Ｓ４２）。

Ｓ３０において細胞の増殖速度が閾値以上と判定され（ＹＥＳ）、Ｓ３２において細胞の移動距離が閾値以下と判定された場合には（ＹＥＳ）、一般的な増殖性がん細胞と推定されるため、悪性度は中程度であると判定する（Ｓ３４）。

Ｓ３０において細胞の増殖速度が閾値未満と判定され（ＮＯ）、Ｓ３６において細胞の移動距離が閾値より大きいと判定された場合には（ＮＯ）、転移性のがんであると推定されるため、悪性度は中高程度を判定する（Ｓ３８）。なお、中高程度とは、Ｓ３４において判定した中程度よりも悪性度は高いものとする。

Ｓ３０において細胞の増殖速度が閾値未満と判定され（ＮＯ）、Ｓ３６において細胞の移動距離が閾値以下と判定された場合には（ＹＥＳ）、細胞が死んでいるか、分裂前の状態であるか、または増殖が薬剤などによって阻害されている状態であると推定できるので、悪性度は低いと判定する（Ｓ４０）。

上述したように細胞の増殖速度に関する情報と移動距離に関する情報との両方を用いて悪性度を判定することによって、より高精度な判定を行うことができる。

次に、細胞の増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報を用いて、がん細胞の種類を判定する方法について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下の判定方法は、増殖速度が速く、かつ移動距離が短いがん細胞は、増殖性がん細胞である可能性が高く、増殖速度が遅く（たとえば１回分裂するのに要する時間が２日）、かつ移動距離が長い（１ｍｍ/日）がん細胞は、転移性がん細胞であるという観点に基づく判定方法である。

判定部３２は、まず、細胞の増殖速度が予め設定された閾値以上（たとえば１日に１回以上分裂する）であるか否かを判定する（Ｓ５０）。細胞の増殖速度が閾値以上である場合には（Ｓ５０，ＹＥＳ）、次に細胞の移動距離が閾値以下（たとえば０．１ｍｍ/日以下）であるか否かを判定する（Ｓ５２）。そして、細胞の移動距離が閾値以下であると判定された場合には（Ｓ５２，ＹＥＳ）、がん細胞は増殖性がん細胞であると判定する（Ｓ５４）。

Ｓ５０において細胞の増殖速度が閾値以上と判定され（ＹＥＳ）、Ｓ５２において細胞の移動距離が閾値より大きいと判定された場合には（ＮＯ）、がん細胞は転移増殖性がん細胞であると判定する（Ｓ６２）。

Ｓ５０において細胞の増殖速度が閾値未満と判定され（ＮＯ）、Ｓ５６において細胞の移動距離が閾値より大きいと判定された場合には（ＮＯ）、がん細胞は転移性がん細胞であると判定する（Ｓ５８）。

そして、Ｓ５６において細胞の移動距離が閾値以下と判定された場合（ＹＥＳ）には、がん細胞は死んだ細胞であるか、分裂直前であると判定する（Ｓ６０）。

上述したように細胞の増殖速度に関する情報と移動距離に関する情報との両方を用いてがん細胞の種類を判定することによって、より高精度な判定を行うことができる。

また、上記説明では、判定部３２は、細胞の増殖速度に関する情報および移動距離に関する情報を閾値判定することによって分化度や悪性度を判定するようにしたが、この判定の際に用いる閾値を変更するようにしてもよい。

具体的には、たとえば、図７に示すように撮像対象の細胞の成熟度に関する情報を取得する成熟度情報取得部３５を設け、この成熟度に関する情報に基づいて閾値を変更するようにしてもよい。成熟度に関する情報としては、たとえば細胞の培養期間の情報がある。培養期間の情報は、ユーザが入力装置５を用いて設定入力してもよいし、細胞を培養プレートへ播種してからの時間を、タイマなどを設けて計測するようにしてもよい。

また、成熟度に関する情報としては、培養期間に限らず、たとえば細胞コロニーの大きさを取得するようにしてもよく、すなわち細胞の成熟度に応じて変化するものであれば如何なる情報でもよい。

そして、成熟度に関する情報に基づく閾値の変更方法としては、増殖速度に関する情報については、増殖速度に関する情報が閾値以上である場合に未分化性が高く、閾値より小さい場合に分化性が高いと閾値判定する場合には、培養期間が長いほど閾値を大きくするようにすればよい。また、移動距離に関する情報については、移動距離に関する情報が閾値以下である場合に未分化性が高く、閾値より大きい場合に分化性が高いと閾値判定する場合には、培養期間が長いほど閾値を大きくするようにすればよい。なお、成熟度に関する情報に対応する閾値については、判定部３２に対して、成熟度に関する情報と閾値とを対応付けたテーブルを設け、このテーブルを参照して取得するようにすればよい。

また、上記説明では、増殖速度に関する情報と移動距離に関する情報とについて、それぞれ閾値判定を行って分化度や悪性度を判定するようにしたが、増殖速度に関する情報の閾値判定の結果と移動距離に関する情報の閾値判定の結果とに対してそれぞれ重み付けを設定して重み付け演算を行い、その演算結果を評価値として取得し、その評価値に基づいて分化度や悪性度の判定を行うようにしてもよい。

たとえば、増殖速度に関する情報について、閾値以上である場合には評価結果を「２」とし、閾値未満である場合に評価結果を「１」とし、移動距離に関する情報について、閾値以上である場合には評価結果を「１」とし、閾値未満である場合には評価結果を「２」とし、増殖速度に関する情報の評価結果と移動距離に関する情報の評価結果とを重み付け演算することによって最終的な評価値として取得するようにすればよい。そして、その評価の大きさに基づいて分化度や悪性度を判定すればよく、上記のように評価結果を設定した場合、評価値が大きいほど未分化性が高いと判定するようにすればよい。

さらに、上述したように重み付け演算を行って評価値を算出する際、上述した成熟度に関する情報に応じて、重み付けを変更するようにしてもよい。

具体的には、たとえば培養期間が長くなるほど、増殖速度に関する情報の評価結果への重み付け係数に対する移動距離に関する情報の評価結果への重み付け係数の比率が大きくなるように変更するようにすればよい。また、逆に培養期間が長くなるほど、増殖速度に関する情報の評価結果への重み付け係数に対する移動距離に関する情報の評価結果への重み付け係数の比率が小さくなるように変更するようにしてもよい。

また、図７に示すように判定対象の細胞の細胞コロニー内における位置情報を取得する位置情報取得部３６を設け、この位置情報に基づいて閾値を変更するようにしてもよい。位置情報は、たとえばユーザが入力装置５を用いて設定入力すればよい。

そして、細胞コロニー内における判定対象の細胞の位置情報に基づく閾値の変更方法としては、増殖速度に関する情報については、増殖速度に関する情報が閾値以上である場合に未分化性が高く、閾値より小さい場合に分化性が高いと閾値判定する場合には、判定対象の細胞の位置情報が細胞コロニーの周縁部である場合の閾値の方が、細胞コロニーの中央部である場合の閾値よりも小さくするようにすればよい。また、移動距離に関する情報については、移動距離に関する情報が閾値以下である場合に未分化性が高く、閾値より大きい場合に分化性が高いと閾値判定する場合には、判定対象の細胞の位置情報が細胞コロニーの周縁部である場合の閾値の方が、細胞コロニーの中央部である場合の閾値よりも大きくするようにすればよい。なお、判定対象の細胞の位置情報に対応する閾値については、判定部３２に対して、位置情報と閾値とを対応付けたテーブルを設け、このテーブルを参照して取得するようにすればよい。

また、上述したように増殖速度に関する情報の評価結果と移動距離に関する情報の評価結果を重み付け演算して評価値を取得する場合、上述した位置情報に応じて、重み付けを変更するようにしてもよい。

具体的には、たとえば、位置情報が細胞コロニーの中央部である場合よりも位置情報が細胞コロニーの周縁部である場合の方が、増殖速度に関する情報の評価結果への重み付け係数に対する移動距離に関する情報の評価結果への重み付け係数の比率が大きくなるように変更するようにすればよい。また、逆に位置情報が細胞コロニーの中央部である場合よりも位置情報が細胞コロニーの周縁部である場合の方が、増殖速度に関する情報の評価結果への重み付け係数に対する移動距離に関する情報の評価結果への重み付け係数の比率が小さくなるように変更するようにしてもよい。

また、図７に示すように判定対象の細胞の種類を示す情報を取得する種類情報取得部３７を設け、この種類情報に基づいて閾値を変更するようにしてもよい。種類情報は、たとえばユーザが入力装置５を用いて設定入力すればよい。

そして、細胞の種類を示す情報に基づく閾値の変更方法としては、増殖速度に関する情報については、増殖速度に関する情報が閾値以上である場合に未分化性が高く、閾値より小さい場合に分化性が高いと閾値判定する場合には、判定対象の細胞が、相対的に増殖速度が速い細胞である場合の閾値の方が、相対的に増殖速度が遅い細胞の場合の閾値よりも大きくするようにすればよい。なお、判定対象の細胞の種類に対応する閾値については、判定部３２に対して、細胞の種類を示す情報と閾値とを対応付けたテーブルを設け、このテーブルを参照して取得するようにすればよい。

また、上述したように増殖速度に関する情報の評価結果と移動距離に関する情報の評価結果を重み付け演算して評価値を取得する場合、上述した細胞の種類を示す情報に応じて、重み付けを変更するようにしてもよい。

具体的には、たとえば、判定対象の細胞が分化誘導前の幹細胞である場合には、増殖速度に関する情報の評価結果への重み付け係数と移動距離に関する情報の評価結果への重み付け係数とを同じ大きさとし、判定対象の細胞が分化誘導後の心筋細胞である場合には、心筋細胞は分裂しないので、増殖速度に関する情報の評価結果への重み付け係数を０（ゼロ）とし、移動距離に関する情報の評価結果への重み付け係数を所定の値とするようにすればよい。

このように判定対象の細胞の特性に応じて重み付け係数を変更することによって、より高精度に分化度を判定することができる。

以上が、細胞判定装置３の判定部３２における具体的な判定方法の例である。

また、上記実施形態の細胞培養観察システムは、上述したように時系列に撮像された複数の観察画像を取得するものであるが、この複数の観察画像を取得する際の撮像間隔を変更するようにしてもよい。撮像間隔については、上述したように細胞判定装置３の制御部３４からの制御信号に基づいて撮影装置２の制御部２２が制御する。

具体的には、細胞判定装置３の判定部３２における判定結果に応じて、次回以降の撮像間隔を変更するようにしてもよい。たとえば、判定部３２によって幹細胞の分化度を判定する場合、判定部３２によって未分化性が高いまたは分化度が中程度であると判定されている間は、幹細胞の細胞周期に応じた撮像間隔で良いので数時間オーダーの長い撮像間隔とし、判定部３２によって分化性が高いと判定された時点以降については、たとえば神経軸索や心筋などに分化誘導した場合には、神経軸索の成長速度や心筋の拍動に合わせて数ｍｓオーダーの短い撮像間隔に変更するようにしてもよい。

また、撮像間隔だけでなく、たとえば光学倍率も変更してもよく、分化性が高いと判定された時点以降については低倍率に変更するようにしてもよい。なお、観察画像の光学倍率についても、上述したように細胞判定装置３の制御部３４からの制御信号に基づいて撮影装置２の制御部２２が制御する。

また、上述した種類情報取得部３７によって取得された細胞の種類に応じて撮像間隔を変更するようにしてもよい。たとえば、判定部３２によって幹細胞の分化度やがん細胞の悪性度を判定する場合、成長速度が相対的に速い性質を有する幹細胞やがん細胞である場合ほど撮像間隔を短くするようにしてもよい。

また、上述した成熟度情報取得部３５によって取得された成熟度に関する情報に応じて撮像間隔を変更するようにしてもよい。たとえば、判定部３２によって幹細胞の分化度やがん細胞の悪性度を判定する場合、培養期間に応じて撮像間隔を変更するようにしてもよく、たとえば培養期間が長くなるほど撮像間隔も長くするようにしてもよい。また逆に培養期間が長くなるほど撮像間隔を短くするようにしてもよい。培養期間に応じて撮像間隔を長くするか短くするかについては、細胞の種類や判定内容に基づいて自動的に決定するようにしてもよいし、ユーザが入力装置５を用いて設定入力するようにしてもよい。

１ 細胞培養装置
２ 撮影装置
３ 細胞判定装置
４ ディスプレイ
５ 入力装置
１０ ステージ
１１ 搬送部
１２ 制御部
２０ 光学系
２１ 撮像素子
２２ 制御部
３０ 観察画像取得部
３１ 細胞情報取得部
３２ 判定部
３３ 表示制御部
３４ 制御部
３５ 成熟度情報取得部
３６ 位置情報取得部
３７ 種類情報取得部

Claims (16)

1. 時系列に細胞を撮像した複数の画像に基づいて、前記細胞の増殖速度に関する情報および前記細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報を取得する細胞情報取得部と、
   前記増殖速度に関する情報および前記移動距離に関する情報の両方に基づいて、前記増殖速度が第1閾値以上であり、かつ、前記移動距離が第２閾値以下であるか否か、または、前記増殖速度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記移動距離が前記第２閾値以下であるか否かによって、前記細胞である幹細胞の未分化度が高いか否か判定する判定部と、
   を備える細胞判定装置。
2. 前記細胞情報取得部が、前記増殖速度に関する情報として前記細胞のコロニーの面積増加率を取得する、請求項１記載の細胞判定装置。
3. 前記細胞情報取得部が、前記増殖速度に関する情報として前記細胞のコロニー内の個々の前記細胞の増殖速度を取得する、請求項１記載の細胞判定装置。
4. 前記細胞情報取得部が、前記移動距離に関する情報として前記細胞のコロニー内の個々の前記細胞の移動距離を取得する、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の細胞判定装置。
5. 前記細胞の成熟度に関する情報を取得する成熟度情報取得部を備え、
   前記判定部が、前記成熟度に関する情報に応じて前記判定の際の閾値を変更する、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の細胞判定装置。
6. 前記細胞の成熟度に関する情報を取得する成熟度情報取得部を備え、
   前記判定部が、前記成熟度に関する情報に応じて、前記増殖速度に関する情報および前記移動距離に関する情報に対して重み付けをして前記判定を行う、請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の細胞判定装置。
7. 前記成熟度に関する情報が、培養期間の情報である、請求項６記載の細胞判定装置。
8. 前記細胞のコロニー内における位置情報を取得する位置情報取得部を備え、
   前記判定部が、前記位置情報に応じて前記判定の際の閾値を変更する、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の細胞判定装置。
9. 前記細胞のコロニー内における位置情報を取得する位置情報取得部を備え、
   前記判定部が、前記位置情報に応じて、前記増殖速度に関する情報および前記移動距離に関する情報に対して重み付けをして前記判定を行う、請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の細胞判定装置。
10. 前記細胞の種類情報を取得する種類情報取得部を備え、
    前記判定部が、前記種類情報に応じて前記判定の際の閾値を変更する、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の細胞判定装置。
11. 前記細胞の種類情報を取得する種類情報取得部を備え、
    前記判定部が、前記種類情報に応じて、前記増殖速度に関する情報および前記移動距離に関する情報に対して重み付けをして前記判定を行う、請求項１〜請求項１０のいずれか記載の細胞判定装置。
12. 前記複数の画像の撮像条件を制御する撮像制御部を備え、
    該撮像制御部が、前記判定部における判定結果に応じて、次回以降の前記撮像条件を変更する、請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の細胞判定装置。
13. 前記細胞の種類情報を取得する種類情報取得部と、
    前記複数の画像の撮像条件を制御する撮像制御部と、を備え、
    該撮像制御部が、前記細胞の種類情報に応じて前記複数の画像の撮像間隔を変更する、請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載の細胞判定装置。
14. 前記細胞の成熟度に関する情報を取得する成熟度情報取得部と、
    前記複数の画像の撮像条件を制御する撮像制御部と、を備え、
    該撮像制御部が、前記細胞の成熟度に関する情報に応じて前記複数の画像の撮像間隔を変更する、請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載の細胞判定装置。
15. 時系列に細胞を撮像した複数の画像に基づいて、前記細胞の増殖速度に関する情報および前記細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報を取得し、
    前記増殖速度に関する情報および前記移動距離に関する情報の両方に基づいて、前記増殖速度が第1閾値以上であり、かつ、前記移動距離が第２閾値以下であるか否か、または、前記増殖速度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記移動距離が前記第２閾値以下であるか否かによって、前記細胞である幹細胞の未分化度が高いか否か判定する、細胞判定方法。
16. コンピュータを、
    時系列に細胞を撮像した複数の画像に基づいて、前記細胞の増殖速度に関する情報および前記細胞の単位時間当たりの移動距離に関する情報を取得する細胞情報取得部と、
    前記増殖速度に関する情報および前記移動距離に関する情報の両方に基づいて、前記増殖速度が第1閾値以上であり、かつ、前記移動距離が第２閾値以下であるか否か、または、前記増殖速度が前記第１閾値未満であり、かつ、前記移動距離が前記第２閾値以下であるか否かによって、前記細胞である幹細胞の未分化度が高いか否か判定する判定部と、
    として機能させる、細胞判定プログラム。