JP6284832B2 - Cell evaluation apparatus, method and program - Google Patents
Cell evaluation apparatus, method and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP6284832B2 JP6284832B2 JP2014126808A JP2014126808A JP6284832B2 JP 6284832 B2 JP6284832 B2 JP 6284832B2 JP 2014126808 A JP2014126808 A JP 2014126808A JP 2014126808 A JP2014126808 A JP 2014126808A JP 6284832 B2 JP6284832 B2 JP 6284832B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- cell
- cell group
- unit
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Description
本発明は、細胞群において発生した散乱光を検出し、その散乱光の強度に基づいて細胞群を評価する細胞評価装置および方法並びにプログラムに関するものである。 The present invention relates to a cell evaluation apparatus, method, and program for detecting scattered light generated in a cell group and evaluating the cell group based on the intensity of the scattered light.
従来、ES細胞、iPS細胞、STAP細胞などの多能性幹細胞や分化誘導された細胞などを培養して顕微鏡で撮像し、その画像の特徴を捉えることで細胞の状態を評価する方法が提案されている。 Conventionally, a method has been proposed in which pluripotent stem cells such as ES cells, iPS cells, and STAP cells and differentiation-induced cells are cultured, imaged with a microscope, and the state of the cells is evaluated by capturing the characteristics of the images. ing.
また、細胞の状態を評価する方法としては、上述したような画像観察に限らず、細胞への光の照射によって細胞において発生した散乱光を検出し、その散乱光の強度に基づいて細胞の状態を評価する方法も種々提案されている。 In addition, the method for evaluating the state of the cell is not limited to the image observation as described above, but the scattered light generated in the cell by the irradiation of the light to the cell is detected, and the state of the cell is determined based on the intensity of the scattered light. Various methods have also been proposed for evaluating the above.
たとえば特許文献1においては、精子の散乱光をイメージセンサによって撮像し、その撮像した画像の時間相関関数を評価することによって画像内の精子の揺らぎを評価することが提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes that scatter of sperm in an image is evaluated by capturing scattered light of sperm with an image sensor and evaluating a time correlation function of the captured image.
また、特許文献2には、血液の散乱光を検出し、その散乱光の角度の分布から情報を得ることが開示されており、特許文献3には、生物由来の生理活性物質の散乱光を検出し、その散乱光の時間的な変動を取得することが開示されている。また、特許文献4には、ラマン散乱光の時間的な変動から細胞の状態の変化を求めることが開示されている。 Patent Document 2 discloses that blood scattered light is detected and information is obtained from the distribution of the angle of the scattered light. Patent Document 3 discloses scattered light from biologically active substances derived from living organisms. It is disclosed to detect and acquire temporal fluctuations of the scattered light. Patent Document 4 discloses that a change in the state of a cell is obtained from a temporal change in Raman scattered light.
ここで、上述した幹細胞や分化誘導された細胞は、培養が進むにつれてコロニー化するまでに至り、大面積に増殖する。細胞コロニーのサイズは数ミリ〜数センチのオーダーとなり、さらに細胞コロニーは細胞が積層化されて3次元的に成長する場合もある。 Here, the above-described stem cells and differentiation-induced cells reach colony as the culture progresses, and proliferate over a large area. The size of the cell colony is on the order of several millimeters to several centimeters, and the cell colony may grow three-dimensionally by stacking cells.
このように細胞コロニーが3次元的に成長した場合、細胞コロニーの位相差像や明視野像を撮像して観察を行っても、細胞コロニー内の細胞による多重散乱、屈折および回折などが影響し、これらの像から細胞コロニー内の個々の細胞の状態を観察することは困難である。 When cell colonies grow three-dimensionally in this way, multiple scattering, refraction, and diffraction by cells within the cell colony are affected even if a phase contrast image or bright field image of the cell colony is captured and observed. From these images, it is difficult to observe the state of individual cells in the cell colony.
そこで、細胞コロニーの状態を評価するため、細胞コロニーにおいて発生した散乱光を検出してこれを解析することが考えられるが、細胞コロニーの散乱光を検出する際、たとえば細胞コロニーが培養されている領域全体を光で走査しながら散乱光を検出するようにしたのでは、細胞コロニーが存在しない領域まで光で走査することになり、検出時間が長くなるとともに、散乱光を検出したデータも膨大となり、その解析にも時間がかかる。 Therefore, in order to evaluate the state of the cell colony, it is conceivable to detect and analyze the scattered light generated in the cell colony. When detecting the scattered light of the cell colony, for example, the cell colony is cultured. If scattered light is detected while scanning the entire area with light, scanning will be performed with light up to an area where there are no cell colonies, the detection time will be longer, and the amount of data that detects the scattered light will be enormous. The analysis also takes time.
なお、特許文献1から特許文献4には、個々の細胞の散乱光を検出することは開示されているが、細胞コロニーの散乱光の検出する際の具体的な手法については何も示されていない。 Patent Documents 1 to 4 disclose that the scattered light of individual cells is detected, but nothing is shown about a specific method for detecting the scattered light of cell colonies. Absent.
本発明は、上記の問題に鑑み、細胞コロニーにおいて発生する散乱光の検出および解析をより効率的に行うことができる細胞評価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。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a cell evaluation apparatus, method, and program capable of more efficiently detecting and analyzing scattered light generated in a cell colony.
本発明の細胞評価装置は、細胞群に対してその細胞群の像を撮像するための照明光を照射する照明光照射部と、細胞群への照明光の照射によって細胞群を透過した透過光を検出して細胞群の画像を検出する画像検出部と、画像検出部によって検出された細胞群の画像内における細胞群の領域を特定する細胞群領域特定部と、細胞群における散乱光を検出するための検出光を細胞群に対して照射する検出光照射部と、細胞群への検出光の照射によって細胞群において発生した散乱光を検出する散乱光検出部と、散乱光検出部によって検出された散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎに基づいて細胞群を評価する細胞評価部とを備えたことを特徴とする。 The cell evaluation apparatus of the present invention includes an illumination light irradiating unit that irradiates a cell group with illumination light for capturing an image of the cell group, and transmitted light that has passed through the cell group by irradiating the cell group with illumination light. Detecting a cell group image, detecting an image of the cell group, a cell group region specifying unit for specifying a cell group region in the cell group image detected by the image detecting unit, and detecting scattered light in the cell group Detected by a detection light irradiating unit that irradiates the cell group with detection light to detect, a scattered light detection unit that detects scattered light generated in the cell group by irradiating the cell group with detection light, and a scattered light detection unit And a cell evaluation unit that evaluates a cell group based on the spatial spread or temporal fluctuation of the intensity of the scattered light.
また、上記本発明の細胞評価装置は、細胞群領域特定部によって特定された細胞群の領域に基づいて検出光の照射範囲を決定する照射範囲決定部を設け、検出光照射部は、照射範囲決定部より決定された照射範囲に検出光を照射することができる。 The cell evaluation apparatus of the present invention includes an irradiation range determination unit that determines the irradiation range of the detection light based on the region of the cell group specified by the cell group region specification unit, and the detection light irradiation unit includes the irradiation range. Detection light can be irradiated to the irradiation range determined by the determination unit.
また、透過光と散乱光とを分離して透過光を画像検出部に導光し、散乱光を散乱光検出部に導光する波長分離光学系を備えることができる。 Further, a wavelength separation optical system that separates the transmitted light and the scattered light, guides the transmitted light to the image detection unit, and guides the scattered light to the scattered light detection unit can be provided.
また、照明光および検出光のいずれか一方を反射して細胞群に照射し、他方を透過して細胞群に照射する照明光学系を備えることができる。 In addition, an illumination optical system that reflects one of the illumination light and the detection light to irradiate the cell group and transmits the other to the cell group can be provided.
また、照明光照射部は、位相差計測用の照明光を細胞群に照射することができ、画像検出部は、細胞群の位相差像を検出することができる。 The illumination light irradiation unit can irradiate the cell group with illumination light for phase difference measurement, and the image detection unit can detect a phase difference image of the cell group.
また、画像検出部は、細胞群の明視野像を検出することができる。 Further, the image detection unit can detect a bright field image of the cell group.
また、照明光照射部は、微分干渉計測用の照明光を細胞群に照射することができ、画像検出部は、細胞群の微分干渉像を検出することができる。 The illumination light irradiation unit can irradiate the cell group with illumination light for differential interference measurement, and the image detection unit can detect the differential interference image of the cell group.
また、検出光照射部は、細胞群が存在しない非細胞群領域に検出光を照射することができ、散乱光検出部は、細胞群が存在しない非細胞群領域において発生した散乱光をノイズ成分として検出することができ、細胞評価部は、細胞群において発生した散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎからノイズ成分を除去して細胞群を評価することができる。 The detection light irradiation unit can irradiate the non-cell group region where the cell group does not exist, and the scattered light detection unit can detect the scattered light generated in the non-cell group region where the cell group does not exist as a noise component. The cell evaluation unit can evaluate the cell group by removing noise components from the spatial spread or temporal fluctuation of the intensity of scattered light generated in the cell group.
また、検出光としてレーザ光を用いることができ、細胞評価部は、散乱光の強度の時間的な揺らぎに基づいて細胞群を評価することができる。 In addition, laser light can be used as detection light, and the cell evaluation unit can evaluate a cell group based on temporal fluctuation of the intensity of scattered light.
また、検出光として平行光を用いることができ、細胞評価部は、散乱光の角度分布を取得し、その角度分布に基づいて細胞群を評価することができる。 Moreover, parallel light can be used as the detection light, and the cell evaluation unit can acquire the angular distribution of the scattered light and can evaluate the cell group based on the angular distribution.
また、検出光として収束光を用いることができ、細胞評価部は、散乱光の空間分布を取得し、その空間分布に基づいて細胞群を評価することができる。 Further, convergent light can be used as detection light, and the cell evaluation unit can acquire the spatial distribution of scattered light and can evaluate a cell group based on the spatial distribution.
また、画像検出部によって検出された細胞群の画像に基づいて、散乱光の検出の条件を決定することができる。 Moreover, based on the image of the cell group detected by the image detection part, the conditions for detecting scattered light can be determined.
本発明の細胞評価方法は、細胞群に対してその細胞群の像を撮像するための照明光を照射し、その照明光の照射によって細胞群を透過した透過光を検出して細胞群の画像を検出し、その細胞群の画像内における細胞群の領域を特定し、細胞群における散乱光を検出するための検出光を細胞群に対して照射し、その検出光の照射によって細胞群において発生した散乱光を検出し、その検出した散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎに基づいて細胞群を評価することを特徴とする。 The cell evaluation method of the present invention irradiates a cell group with illumination light for capturing an image of the cell group, detects transmitted light transmitted through the cell group by irradiation of the illumination light, and detects an image of the cell group Is detected, the region of the cell group is identified in the image of the cell group, the detection light for detecting the scattered light in the cell group is irradiated to the cell group, and the detection light irradiation generates in the cell group The scattered light is detected, and the cell group is evaluated on the basis of the spatial spread or temporal fluctuation of the intensity of the detected scattered light.
本発明の細胞評価プログラムは、コンピュータを、細胞群への照明光の照射によって細胞群を透過した透過光を検出した細胞群の画像を取得する画像取得部と、細胞群の画像内における細胞群の領域を特定する細胞群領域特定部と、細胞群への検出光の照射によって細胞群において発生した散乱光の強度の情報を取得する散乱光情報取得部と、散乱光情報取得部よって取得された散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎに基づいて細胞群を評価する細胞評価部として機能させることを特徴とする。 The cell evaluation program of the present invention includes a computer, an image acquisition unit that acquires an image of a cell group in which transmitted light transmitted through the cell group is detected by irradiation of illumination light to the cell group, and a cell group in the image of the cell group Acquired by a scattered light information acquisition unit, a scattered light information acquisition unit that acquires information on the intensity of scattered light generated in the cell group by irradiation of detection light to the cell group, and a scattered light information acquisition unit It is made to function as a cell evaluation part which evaluates a cell group based on the spatial spread or temporal fluctuation of the intensity of scattered light.
本発明の細胞評価装置および方法並びにプログラムによれば、散乱光を検出するための検出光の照射とは別に、細胞群の像を撮像するための照明光を細胞群に照射し、その照明光の照射によって細胞群を透過した透過光を検出して細胞群の画像を検出し、その細胞群の画像内における細胞群の領域を特定するようにしたので、たとえばその特定した細胞群の領域に基づいて検出光の照射範囲を決定し、その決定した照射範囲に対して検出光を照射して細胞群の散乱光を検出することができ、すなわち検出光の照射を細胞群の領域に限定することができるので、より効率的に検出光の照射および散乱光の検出を行うことができる。 According to the cell evaluation apparatus, method, and program of the present invention, the illumination light for illuminating the cell group with the illumination light for capturing an image of the cell group separately from the irradiation of the detection light for detecting the scattered light, and the illumination light By detecting the transmitted light transmitted through the cell group by irradiation of the cell group and detecting the cell group image, the region of the cell group in the image of the cell group is specified. Based on this, it is possible to determine the irradiation range of the detection light, and irradiate the determined irradiation range with the detection light to detect the scattered light of the cell group, that is, limit the irradiation of the detection light to the region of the cell group. Therefore, irradiation of detection light and detection of scattered light can be performed more efficiently.
また、細胞群において発生した散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎに基づいて細胞群を評価する際、上述したようにして特定された細胞群の領域において発生した散乱光の強度に限定して解析するようにすれば、散乱光の強度の解析を効率的に行うことができ、また、細胞群の領域以外の散乱光のノイズの影響を抑制することができる。 In addition, when evaluating a cell group based on the spatial spread or temporal fluctuation of the intensity of scattered light generated in the cell group, the intensity of the scattered light generated in the region of the cell group specified as described above. If the analysis is limited to the above, the intensity of the scattered light can be efficiently analyzed, and the influence of the noise of the scattered light other than the region of the cell group can be suppressed.
以下、本発明の細胞評価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顕微鏡システム1について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態の顕微鏡システム1の概略構成を示す図である。 Hereinafter, a microscope system 1 using an embodiment of a cell evaluation apparatus and method and a program of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a microscope system 1 of the present embodiment.
本実施形態の顕微鏡システム1は、図1に示すように、照明光照射部10と、画像検出部20と、検出光照射部30と、散乱光検出部40と、照明光学系50と、波長分離光学系60と、細胞評価装置70と、ディスプレイ80とを備えている。 As shown in FIG. 1, the microscope system 1 of the present embodiment includes an illumination light irradiation unit 10, an image detection unit 20, a detection light irradiation unit 30, a scattered light detection unit 40, an illumination optical system 50, and a wavelength. A separation optical system 60, a cell evaluation device 70, and a display 80 are provided.
照明光照射部10は、細胞コロニー(細胞群)が培養される培養皿15に対して、いわゆる位相差計測用の照明光を出射するものであり、本実施形態では、その位相差計測用照明光としてリング状照明光L1を出射するものである。本実施形態の照明光照射部10は、具体的には、白色光を出射する白色光源11と、リング形状のスリットを有し、白色光源11から出射された白色光が入射されてリング状照明光L1を出射するスリット板12と、スリット板12から射出されたリング状照明光L1が入射され、その入射されたリング状照明光L1を培養皿15内の細胞コロニーに対して照射する対物レンズ13とを備えている。 The illumination light irradiation unit 10 emits illumination light for so-called phase difference measurement to the culture dish 15 on which cell colonies (cell groups) are cultured. In the present embodiment, the illumination for phase difference measurement is performed. The ring-shaped illumination light L1 is emitted as light. Specifically, the illumination light irradiation unit 10 according to the present embodiment includes a white light source 11 that emits white light and a ring-shaped slit, and the white light emitted from the white light source 11 is incident on the ring light. The slit lens 12 that emits the light L1 and the ring-shaped illumination light L1 emitted from the slit plate 12 are incident, and the objective lens that irradiates the incident ring-shaped illumination light L1 to the cell colonies in the culture dish 15 13.
図2は、スリット板12の具体的な構成を示す図である。図2に示すように、スリット板12は、白色光源11から出射された白色光を遮光する遮光板12bに対して白色光を透過するリング形状のスリット12aが設けられたものであり、この白色光がスリット12aを通過することによってリング状照明光L1が形成される。 FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the slit plate 12. As shown in FIG. 2, the slit plate 12 is provided with a ring-shaped slit 12 a that transmits white light to a light shielding plate 12 b that blocks white light emitted from the white light source 11. When the light passes through the slit 12a, ring-shaped illumination light L1 is formed.
なお、本実施形態においては、上述したようにスリット板12を用いてリング状照明光L1を形成するようにしたが、リング状照明光L1を形成する方法としては、これに限らず、たとえば空間光変調素子などを用いてリング状照明光L1を形成するようにしてもよい。 In the present embodiment, the ring-shaped illumination light L1 is formed using the slit plate 12 as described above. However, the method for forming the ring-shaped illumination light L1 is not limited to this. The ring-shaped illumination light L1 may be formed using a light modulation element or the like.
また、本実施形態においては、位相差計測用照明光としてリング状照明光L1を用いるようにしたが、リング状以外の構造を有する照明光でもよく、後述する位相板と共役な形状となっていれば三角形状や四角形状などその他の形状でもよい。 In the present embodiment, the ring-shaped illumination light L1 is used as the phase difference measurement illumination light. However, illumination light having a structure other than the ring shape may be used, and the shape is conjugate to a phase plate described later. Other shapes such as a triangular shape or a rectangular shape may be used.
画像検出部20は、位相差レンズ21と、結像レンズ24と、撮像素子25とを備えている。 The image detection unit 20 includes a phase difference lens 21, an imaging lens 24, and an image sensor 25.
位相差レンズ21は、対物レンズ22と、位相板23とを備えたものである。図3は、位相板23の具体的な構成を示す図である。図3に示すように、位相板23は、リング状照明光L1の波長に対して透明な透明板23bに対して位相リング23aを形成したものである。なお、上述したスリット12aの大きさは、この位相リング23aと共役な関係にある。 The phase difference lens 21 includes an objective lens 22 and a phase plate 23. FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the phase plate 23. As shown in FIG. 3, the phase plate 23 is obtained by forming a phase ring 23a on a transparent plate 23b that is transparent with respect to the wavelength of the ring-shaped illumination light L1. Note that the size of the slit 12a described above is in a conjugate relationship with the phase ring 23a.
位相リング23aは、入射された光の位相を1/4波長ずらす位相膜と、入射された光を減光する減光フィルタとがリング状に形成されたものである。位相差レンズ21に入射された直接光は対物レンズ22によって集光され、位相リング23aを通過することによって位相が1/4波長ずれるとともに、その明るさが弱められる。一方、培養皿15内の細胞コロニーなどによって回折された回折光は大部分が位相板23の透明板23bを通過し、その位相および明るさは変化しない。 The phase ring 23a is a ring in which a phase film that shifts the phase of incident light by a quarter wavelength and a neutral density filter that attenuates incident light are formed. The direct light incident on the phase difference lens 21 is collected by the objective lens 22 and passes through the phase ring 23a so that the phase is shifted by a quarter wavelength and the brightness is weakened. On the other hand, most of the diffracted light diffracted by the cell colonies in the culture dish 15 passes through the transparent plate 23b of the phase plate 23, and its phase and brightness do not change.
なお、本実施形態の位相差レンズ21は、細胞コロニーへの後述する検出光の照射によって細胞コロニーにおいて発生した散乱光も入射されるものであり、この散乱光の大部分が位相板23の透明板23bを透過する。 Note that the phase difference lens 21 of the present embodiment also receives scattered light generated in the cell colony by irradiation of detection light, which will be described later, onto the cell colony, and most of the scattered light is transparent to the phase plate 23. It passes through the plate 23b.
結像レンズ24は、位相差レンズ21および波長分離光学系60を通過した直接光および回折光が入射され、これらの光を結像するものであり、撮像素子25は、結像レンズ24によって結像された位相差像を撮像するものである。撮像素子25としては、CCD(charge-coupled device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサなどが用いられる。 The imaging lens 24 receives direct light and diffracted light that have passed through the phase difference lens 21 and the wavelength separation optical system 60 and forms an image of these lights. The imaging element 25 is connected by the imaging lens 24. The imaged phase difference image is picked up. As the image sensor 25, a charge-coupled device (CCD) image sensor, a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor, or the like is used.
検出光照射部30は、細胞コロニー内において発生する散乱光を検出するための検出光を、培養皿15内の細胞コロニーに対して照射するものである。本実施形態の検出光照射部30は、レーザ光源を備えたものであり、そのレーザ光源から出射されたレーザ光L2が細胞コロニーに照射される。 The detection light irradiation unit 30 irradiates the cell colonies in the culture dish 15 with detection light for detecting scattered light generated in the cell colonies. The detection light irradiation unit 30 of the present embodiment includes a laser light source, and the cell colony is irradiated with the laser light L2 emitted from the laser light source.
散乱光検出部40は、培養皿15内の細胞コロニーにおいて発生した散乱光を検出するものである。本実施形態の散乱光検出部40は、位相差レンズ21を透過し、波長分離光学系60によって反射された散乱光が入射される結像レンズ41と、結像レンズ41によって結像された散乱光L3を検出する光検出器42とを備えている。 The scattered light detection unit 40 detects scattered light generated in the cell colonies in the culture dish 15. The scattered light detection unit 40 of the present embodiment has an imaging lens 41 through which the scattered light that has been transmitted through the phase difference lens 21 and reflected by the wavelength separation optical system 60 is incident, and the scattering imaged by the imaging lens 41. And a photodetector 42 for detecting the light L3.
本実施形態の光検出器42は、散乱光L3を検出してその強度信号を出力するものであり、上述した撮像素子25と同様に、CCDやCMOSなどのイメージセンサを用いるようにしてもよいし、ラインセンサなどの1次元センサを用いるようにしてもよいし、1つのフォトダイオードを用いるようにしてもよい。 The photodetector 42 of the present embodiment detects the scattered light L3 and outputs the intensity signal thereof, and an image sensor such as a CCD or CMOS may be used in the same manner as the imaging device 25 described above. A one-dimensional sensor such as a line sensor may be used, or a single photodiode may be used.
照明光学系50は、照明光照射部10から出射されたリング状照明光L1を透過し、かつ検出光照射部30から出射された検出光L2をその入射方向に対して垂直方向に反射する光学特性を有するものである。具体的には、照明光学系50としてハーフミラーやプリズムなどを用いることができる。また、その他の公知な光学系を用いるようにしてもよい。 The illumination optical system 50 transmits the ring-shaped illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation unit 10 and reflects the detection light L2 emitted from the detection light irradiation unit 30 in a direction perpendicular to the incident direction. It has characteristics. Specifically, a half mirror, a prism, or the like can be used as the illumination optical system 50. Further, other known optical systems may be used.
波長分離光学系60は、細胞コロニーへのリング状照明光L1の照射によって細胞コロニーを透過した透過光を透過し、かた細胞コロニーへの検出光L2の照射によって細胞コロニーから発生した散乱光をその入射方向に対して垂直方向に反射する光学特性を有するものである。具体的には、波長分離光学系60としてハーフミラーやプリズムなどを用いることができる。また、その他の公知な光学系を用いるようにしてもよい。 The wavelength separation optical system 60 transmits the transmitted light transmitted through the cell colony by irradiation of the ring-shaped illumination light L1 to the cell colony, and the scattered light generated from the cell colony by irradiation of the detection light L2 to the cell colony. It has an optical characteristic of reflecting in a direction perpendicular to the incident direction. Specifically, a half mirror, a prism, or the like can be used as the wavelength separation optical system 60. Further, other known optical systems may be used.
細胞コロニーが培養された培養皿15は、ステージ16上に設置される。ステージ16は、培養皿15の設置面内において互いに直交するX方向およびY方向に移動可能に構成されている。ステージ16は、後述する細胞評価装置70の照射範囲制御部77から出力された制御信号に基づいて移動するものであり、これにより培養皿15内における細胞コロニーの領域に検出光が照射される。 The culture dish 15 on which the cell colonies are cultured is placed on the stage 16. The stage 16 is configured to be movable in the X direction and the Y direction orthogonal to each other within the installation surface of the culture dish 15. The stage 16 moves based on a control signal output from the irradiation range control unit 77 of the cell evaluation apparatus 70 described later, and thereby, the detection light is irradiated to the cell colony region in the culture dish 15.
細胞評価装置70は、コンピュータに対して本発明の細胞評価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。 The cell evaluation apparatus 70 is obtained by installing an embodiment of the cell evaluation program of the present invention on a computer.
細胞評価装置70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評価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、この細胞評価プログラムが中央処理装置を有する制御部76によって実行されることによって、図1に示すような画像取得部71、細胞コロニー領域特定部72(細胞群領域特定部に相当する)、照射範囲決定部73、散乱光情報取得部74、細胞評価部75および照射範囲制御部77が動作する。 The cell evaluation apparatus 70 includes a central processing unit, a semiconductor memory, a hard disk, and the like, and one embodiment of the cell evaluation program of the present invention is installed on the hard disk. Then, the cell evaluation program is executed by the control unit 76 having a central processing unit, whereby an image acquisition unit 71, a cell colony region specifying unit 72 (corresponding to a cell group region specifying unit) as shown in FIG. The irradiation range determination unit 73, the scattered light information acquisition unit 74, the cell evaluation unit 75, and the irradiation range control unit 77 operate.
画像取得部71は、画像検出部20の撮像素子25から出力された位相差像を取得し、これを記憶するものである。 The image acquisition unit 71 acquires the phase difference image output from the image sensor 25 of the image detection unit 20 and stores it.
細胞コロニー領域特定部72は、画像取得部71から読み出された位相差像を取得し、その位相差像内における細胞コロニーの領域を特定するものである。細胞コロニーの領域の特定方法としては、たとえば画像検出部20によって撮像された位相差像を2値化画像に変換した後、テンプレートマッチングなどによって細胞コロニーの領域を自動的に抽出して特定するようにすればよい。また、細胞コロニーの領域の自動抽出については、上述した方法に限らず、その他の公知な方法を用いるようにしてもよい。 The cell colony region specifying unit 72 acquires the phase difference image read from the image acquisition unit 71 and specifies a cell colony region in the phase difference image. As a method for specifying a cell colony region, for example, after converting a phase difference image captured by the image detection unit 20 into a binary image, a cell colony region is automatically extracted and specified by template matching or the like. You can do it. Moreover, about automatic extraction of the area | region of a cell colony, you may make it use not only the method mentioned above but another well-known method.
また、自動抽出に限らず、制御部76によってディスプレイ80に位相差像を表示させ、ユーザが所定の入力装置(図示省略)を用いて位相差像内における細胞コロニーの領域を指定し、その指定された座標などの情報を細胞コロニー領域特定部72が取得することによって、細胞コロニーの領域を特定するようにしてもよい。 Not only automatic extraction but also a phase difference image is displayed on the display 80 by the control unit 76, and a user designates a region of a cell colony in the phase difference image using a predetermined input device (not shown), and the designation The cell colony region specifying unit 72 may acquire the information such as the coordinates, and thereby specify the cell colony region.
照射範囲決定部73は、細胞コロニー領域特定部72によって特定された細胞コロニーの領域に基づいて、検出光照射部30から出射される検出光としてのレーザ光L2の照射範囲を決定するものである。レーザ光L2の照射範囲としては、細胞コロニー領域全体をレーザ光L2で操作するようにしてもよいし、細胞コロニー領域の中央部分を照射範囲としてもよいし、細胞コロニー領域の周辺部分を照射範囲としてもよい。細胞コロニー領域内のどの範囲にレーザ光L2を照射するかは、予め設定しておいてもよいし、ユーザが所定の入力装置(図示省略)を用いて設定入力するようにしてもよい。 The irradiation range determination unit 73 determines the irradiation range of the laser light L2 as the detection light emitted from the detection light irradiation unit 30 based on the cell colony region specified by the cell colony region specification unit 72. . As the irradiation range of the laser beam L2, the entire cell colony region may be operated with the laser beam L2, the central portion of the cell colony region may be set as the irradiation range, or the peripheral portion of the cell colony region is set as the irradiation range. It is good. Which range in the cell colony region is irradiated with the laser beam L2 may be set in advance, or may be set and input by a user using a predetermined input device (not shown).
散乱光情報取得部74は、散乱光検出部40の光検出器42から出力された強度信号を取得し、これを記憶するものである。 The scattered light information acquisition unit 74 acquires the intensity signal output from the photodetector 42 of the scattered light detection unit 40 and stores it.
細胞評価部75は、散乱光情報取得部74から読み出された散乱光の強度信号を取得し、その強度信号の時間的な揺らぎを解析することによって、細胞コロニーの状態を評価するものである。 The cell evaluation unit 75 acquires the intensity signal of the scattered light read from the scattered light information acquisition unit 74, and evaluates the state of the cell colony by analyzing the temporal fluctuation of the intensity signal. .
図4の上図は、細胞コロニー内の各細胞が活発に動いている場合における散乱光L3の強度信号の時間的な揺らぎの一例を示すものであり、図4の下図は、細胞コロニー内の各細胞があまり活発に動いていない場合における散乱光L3の強度信号の時間的な揺らぎの一例を示すものである。図4に示すグラフの横軸は時間tであり、縦軸は散乱光L3の強度信号Iの大きさを示している。 The upper diagram of FIG. 4 shows an example of temporal fluctuation of the intensity signal of the scattered light L3 when each cell in the cell colony is actively moving. The lower diagram of FIG. It shows an example of temporal fluctuation of the intensity signal of the scattered light L3 when each cell is not moving very actively. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 4 is time t, and the vertical axis indicates the magnitude of the intensity signal I of the scattered light L3.
なお、散乱光L3の強度信号Iとしては、たとえば光検出器42がイメージセンサやラインセンサの場合には、複数のフォトダイオードによって検出された信号の平均値、最大値、最小値などの統計値を強度信号Iとすればよく、光検出器42が1つのフォトダイオードから構成されるものである場合には、その検出信号をそのまま強度信号Iとすればよい。 As the intensity signal I of the scattered light L3, for example, when the photodetector 42 is an image sensor or a line sensor, statistical values such as an average value, a maximum value, and a minimum value of signals detected by a plurality of photodiodes. May be used as the intensity signal I. If the photodetector 42 is composed of one photodiode, the detected signal may be used as the intensity signal I as it is.
図4の上図のグラフでは、細胞コロニー内の細胞が活発に動いているので強度信号Iの時間的な揺らぎが大きく、図4の下図のグラフでは、細胞コロニー内の細胞があまり活発に動いていないので強度信号Iの時間的な揺らぎは、上図のグラフよりも小さくなっている。 In the upper graph of FIG. 4, since the cells in the cell colony are actively moving, the temporal fluctuation of the intensity signal I is large, and in the lower graph of FIG. 4, the cells in the cell colony move very actively. Therefore, the temporal fluctuation of the intensity signal I is smaller than the graph in the upper diagram.
細胞評価部75は、上述したように図4に示すような散乱光L3の強度信号Iの時間的な揺らぎを解析して細胞コロニーの状態を評価する。具体的には、たとえば強度信号Iの時間相関関数や微分値や強度信号Iのグラフの複雑度などを算出することによって時間的な揺らぎの解析値を取得し、その解析値の大きさに基づいて細胞コロニーの活性度を段階的に評価する。また、解析値に基づいて、細胞コロニー内の細胞の増殖速度、遊走速度または細胞内の微小器官の運動能などを評価するようにしてもよい。 As described above, the cell evaluation unit 75 analyzes the temporal fluctuation of the intensity signal I of the scattered light L3 as shown in FIG. 4 and evaluates the state of the cell colony. Specifically, for example, an analysis value of temporal fluctuation is obtained by calculating a time correlation function or differential value of the intensity signal I, a complexity of the graph of the intensity signal I, and the like, and based on the magnitude of the analysis value. To evaluate the activity of cell colonies step by step. Further, based on the analysis value, the proliferation rate, migration rate, or motility of the microorgan in the cell may be evaluated.
また、未分化状態の細胞コロニーは、活性度が高い細胞が密に充填しており、分化状態の細胞コロニーは、活性度の低い細胞が分散しているので、解析値に基づいて、細胞コロニーが未分化状態であるか分化状態であるか、または細胞コロニーの分化度などを評価するようにしてもよい。なお、解析値の算出方法については、時間相関関数や微分値や複雑度に限らず、その他の公知な算出方法を用いることができる。 Also, undifferentiated cell colonies are densely packed with highly active cells, and differentiated cell colonies are dispersed with low activity cells. The cell may be in an undifferentiated state or a differentiated state, or the degree of differentiation of a cell colony may be evaluated. The analysis value calculation method is not limited to the time correlation function, the differential value, and the complexity, and other known calculation methods can be used.
図1に戻り、制御部76は、細胞評価装置70全体を制御するものであるが、特に、本実施形態の制御部76は、照射範囲制御部77を備えている。照射範囲制御部77は、照射範囲決定部73において決定したレーザ光L2の照射範囲に基づいて、ステージ16の移動機構(図示省略)に制御信号を出力して制御するものである。照射範囲制御部77によるステージ16の移動制御によって、上述したように細胞コロニー領域全体に亘ってレーザ光L2が走査されたり、細胞コロニー領域の中央部にレーザ光L2が照射されたり、細胞コロニー領域の周辺部にレーザ光L2が照射されたりする。 Returning to FIG. 1, the control unit 76 controls the entire cell evaluation device 70. In particular, the control unit 76 of the present embodiment includes an irradiation range control unit 77. The irradiation range control unit 77 controls and outputs a control signal to a moving mechanism (not shown) of the stage 16 based on the irradiation range of the laser light L2 determined by the irradiation range determination unit 73. By the movement control of the stage 16 by the irradiation range control unit 77, the laser beam L2 is scanned over the entire cell colony region as described above, the laser beam L2 is irradiated to the central part of the cell colony region, or the cell colony region The laser light L2 is irradiated to the peripheral part of the.
また、制御部76は、画像検出部20によって撮像された細胞コロニーの位相差像や、細胞評価部75における評価結果をディスプレイ80に表示させるものである。 Further, the control unit 76 causes the display 80 to display the phase difference image of the cell colony imaged by the image detection unit 20 and the evaluation result in the cell evaluation unit 75.
次に、図1に示す顕微鏡システム1の作用について説明する。 Next, the operation of the microscope system 1 shown in FIG. 1 will be described.
まず、ステージ16上に細胞コロニーが培養された培養皿15が設置される(S10)。培養対象の細胞としては、たとえばES細胞やiPS細胞などの幹細胞や、幹細胞を分化誘導した細胞などがある。 First, the culture dish 15 in which cell colonies are cultured is placed on the stage 16 (S10). Examples of cells to be cultured include stem cells such as ES cells and iPS cells, and cells obtained by inducing differentiation of stem cells.
次に、培養皿15内の細胞コロニーに対してリング状照明光L1が照射され、これによる細胞コロニーの位相差像が撮像される(S12)。具体的には、照明光照射部10からリング状照明光L1が出射され、照明光学系50を透過して培養皿15内の細胞コロニーに照射される。 Next, the ring-shaped illumination light L1 is irradiated with respect to the cell colony in the culture dish 15, and the phase contrast image of the cell colony by this is imaged (S12). Specifically, the ring-shaped illumination light L <b> 1 is emitted from the illumination light irradiation unit 10, passes through the illumination optical system 50, and is irradiated to the cell colonies in the culture dish 15.
リング状照明光L1の照射によって細胞コロニーを透過した透過光は、位相差レンズ21および波長分離光学系60を透過し、結像レンズ24によって撮像素子25に結像され、撮像素子25によって細胞コロニーの位相差像が撮像される。 The transmitted light that has passed through the cell colony by irradiation with the ring-shaped illumination light L1 passes through the phase difference lens 21 and the wavelength separation optical system 60, is imaged on the image sensor 25 by the imaging lens 24, and is imaged by the image sensor 25. Are obtained.
撮像素子25によって撮像された位相差像は、細胞評価装置70の画像取得部71によって取得されて記憶される。そして、画像取得部71から読み出された位相差像は、細胞コロニー領域特定部72に出力され、細胞コロニー領域特定部72は、入力された位相差像内における細胞コロニーの領域の領域を特定する(S14)。 The phase difference image captured by the image sensor 25 is acquired and stored by the image acquisition unit 71 of the cell evaluation device 70. The phase difference image read from the image acquisition unit 71 is output to the cell colony region specifying unit 72, and the cell colony region specifying unit 72 specifies the region of the cell colony region in the input phase difference image. (S14).
細胞コロニー領域特定部72によって特定された細胞コロニーの領域情報は、照射範囲決定部73に出力され、照射範囲決定部73は、入力された細胞コロニーの領域情報に基づいて、検出光としてのレーザ光の照射範囲を決定する(S16)。 The cell colony region information specified by the cell colony region specifying unit 72 is output to the irradiation range determining unit 73, and the irradiation range determining unit 73 uses the laser as detection light based on the input cell colony region information. The light irradiation range is determined (S16).
照射範囲決定部73によって決定されたレーザ光の照射範囲は、照射範囲制御部77に出力され、照射範囲制御部77は、入力されたレーザ光の照射範囲に基づいて、ステージ16の移動機構に制御信号を出力し、上述したレーザ光の照射範囲にレーザ光が照射されるようにステージ16を移動させる(S18)。 The irradiation range of the laser light determined by the irradiation range determination unit 73 is output to the irradiation range control unit 77, and the irradiation range control unit 77 determines the moving mechanism of the stage 16 based on the input irradiation range of the laser light. A control signal is output, and the stage 16 is moved so that the laser beam is irradiated in the laser beam irradiation range described above (S18).
そして、細胞コロニーに対して検出光としてのレーザ光L2が照射され、このレーザ光L2の照射によって細胞コロニーにおいて発生した散乱光L3が検出される(S20)。具体的には、検出光照射部30からレーザ光L2が出射され、照明光学系50によって反射されて培養皿15内の細胞コロニーに照射される。 The cell colony is irradiated with the laser light L2 as detection light, and the scattered light L3 generated in the cell colony is detected by the irradiation of the laser light L2 (S20). Specifically, the laser light L <b> 2 is emitted from the detection light irradiation unit 30, reflected by the illumination optical system 50, and irradiated to the cell colonies in the culture dish 15.
レーザ光L2の照射によって細胞コロニーにおいて発生した散乱光L3は、位相差レンズ21を透過した後、波長分離光学系60によって反射され、結像レンズ41によって光検出器42に結像され、光検出器42によって散乱光L3が検出される。 The scattered light L3 generated in the cell colony by the irradiation of the laser light L2 passes through the phase difference lens 21, is reflected by the wavelength separation optical system 60, is imaged on the photodetector 42 by the imaging lens 41, and is detected by light. The scattered light L3 is detected by the device 42.
光検出器42によって検出された散乱光L3の強度信号は、散乱光情報取得部74によって取得されて記憶される。そして、散乱光情報取得部74から読み出された散乱光L3の強度信号は細胞評価部75に出力され、細胞評価部75は、散乱光L3の強度信号の時間的な揺らぎを解析して細胞コロニーの状態を評価する(S22)。 The intensity signal of the scattered light L3 detected by the photodetector 42 is acquired by the scattered light information acquisition unit 74 and stored. Then, the intensity signal of the scattered light L3 read from the scattered light information acquisition unit 74 is output to the cell evaluation unit 75, and the cell evaluation unit 75 analyzes the temporal fluctuation of the intensity signal of the scattered light L3 to analyze the cell. The state of the colony is evaluated (S22).
細胞評価部75における細胞コロニーの評価結果は制御部76に出力され、制御部76は入力された評価結果をディスプレイ80に表示させる(S24)。 The evaluation result of the cell colony in the cell evaluation unit 75 is output to the control unit 76, and the control unit 76 displays the input evaluation result on the display 80 (S24).
上記実施形態の顕微鏡システム1によれば、散乱光を検出するための検出光の照射とは別に、細胞コロニーの像を撮像するための照明光を細胞コロニーに照射し、その照明光の照射によって細胞コロニーを透過した透過光を検出して細胞コロニーの画像を検出し、その検出した細胞コロニーの画像内における細胞コロニーの領域を特定し、その特定した細胞コロニーの領域に基づいて検出光の照射範囲を決定し、その決定した照射範囲に対して検出光を照射して細胞コロニーの散乱光を検出するようにしたので、検出光の照射を細胞コロニーの領域に限定することができ、より効率的に検出光の照射および散乱光の検出を行うことができる。 According to the microscope system 1 of the above-described embodiment, separately from the irradiation of the detection light for detecting the scattered light, the cell colony is irradiated with the illumination light for capturing the image of the cell colony. Detect the transmitted light that has passed through the cell colony to detect the image of the cell colony, identify the area of the cell colony in the detected image of the cell colony, and irradiate the detection light based on the area of the identified cell colony Since the range is determined and the detection light is irradiated to the determined irradiation range to detect the scattered light of the cell colony, the irradiation of the detection light can be limited to the area of the cell colony and more efficient Therefore, it is possible to irradiate detection light and detect scattered light.
次に、上記実施形態の顕微鏡システムの変形例について、図6を参照しながら説明する。この変形例は、上述した実施形態の顕微鏡システムにおいて、さらに培養皿15内における細胞コロニーが存在しない領域(以下、非細胞群領域という)にも検出光としてのレーザ光を照射し、その非細胞群領域において発生した散乱光をノイズ成分として検出し、そのノイズ成分を除去して細胞コロニーの評価を行うようにしたものである。なお、このノイズ成分は、細胞コロニーを培養する培養液の成分や、培養液内を浮遊するゴミまたは死細胞に起因するものである。 Next, a modification of the microscope system of the above embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, in the microscope system of the above-described embodiment, a region where no cell colony exists in the culture dish 15 (hereinafter referred to as a non-cell group region) is also irradiated with laser light as detection light. Scattered light generated in the group region is detected as a noise component, and the noise component is removed to evaluate a cell colony. In addition, this noise component originates in the component of the culture solution which culture | cultivates a cell colony, the garbage which floats in the culture solution, or a dead cell.
より具体的には、細胞コロニーへのレーザ光の照射によって細胞コロニーにおいて発生した散乱光が検出され、その強度信号が細胞評価部75によって取得された後、制御部76からの制御信号に基づいて、ステージ16の移動機構(図示省略)が制御されてステージ16が移動する。この際、制御部76は、細胞コロニー領域特定部72によって特定された細胞コロニーの領域情報に基づいて、細胞コロニーが存在しない非細胞群領域にレーザ光が照射されるようにステージ16を移動させる。 More specifically, after the scattered light generated in the cell colony by the irradiation of the laser beam to the cell colony is detected and the intensity signal is acquired by the cell evaluation unit 75, based on the control signal from the control unit 76 The moving mechanism (not shown) of the stage 16 is controlled to move the stage 16. At this time, the control unit 76 moves the stage 16 based on the cell colony region information specified by the cell colony region specifying unit 72 so that the non-cell group region in which no cell colony exists is irradiated with laser light. .
そして、検出光照射部30からレーザ光が出射され、照明光学系50において反射されたレーザ光が、非細胞群領域に照射される。非細胞群領域へのレーザ光の照射によって非細胞群領域において発生した散乱光は、位相差レンズ21を透過した後、波長分離光学系60によって反射され、結像レンズ41によって光検出器42に結像され、光検出器42によって散乱光が検出される。 Then, laser light is emitted from the detection light irradiation unit 30, and the laser light reflected by the illumination optical system 50 is irradiated to the non-cell group region. Scattered light generated in the non-cell group region by the irradiation of the laser beam to the non-cell group region is transmitted through the phase difference lens 21, reflected by the wavelength separation optical system 60, and applied to the photodetector 42 by the imaging lens 41. An image is formed and scattered light is detected by the photodetector 42.
このとき検出された散乱光の強度信号は散乱光情報取得部74によって取得されて記憶される。そして、非細胞領域群において発生した散乱光の強度信号は、散乱光情報取得部74から読み出されて細胞評価部75に出力され、細胞評価部75は、この散乱光の強度信号をノイズ成分として取得する。細胞評価部75は、細胞コロニーの散乱光の強度信号から非細胞群領域の散乱光の強度信号を除去し、その除去後の強度信号の時間的な揺らぎを解析して細胞コロニーの状態を評価する。なお、非細胞群領域の散乱光の強度信号を除去の方法としては、たとえば強度信号を対数変換して減算するようにすればよい。 The intensity signal of the scattered light detected at this time is acquired by the scattered light information acquisition unit 74 and stored. The intensity signal of the scattered light generated in the non-cell region group is read from the scattered light information acquisition unit 74 and output to the cell evaluation unit 75. The cell evaluation unit 75 converts the intensity signal of the scattered light into a noise component. Get as. The cell evaluation unit 75 removes the intensity signal of the scattered light of the non-cell group region from the intensity signal of the scattered light of the cell colony, analyzes the temporal fluctuation of the intensity signal after the removal, and evaluates the state of the cell colony To do. As a method for removing the intensity signal of scattered light from the non-cell group region, for example, the intensity signal may be logarithmically converted and subtracted.
また、非細胞群領域として、具体的に死細胞やゴミなどの浮遊物の領域を位相差像から抽出してその位置を特定し、その特定した浮遊物の領域にレーザ光を照射することによってノイズ成分を検出するようにしてもよい。浮遊物の領域については、たとえば位相差像から抽出された所定のパターンの大きさ、形状または輝度値などに基づいて抽出するようにすればよい。また、位相差像の含まれる各細胞のパターンの動きや増殖速度などに基づいて細胞コロニー領域と浮遊物の領域とを区別して特定するようにしてもよい。 In addition, as a non-cell group region, by specifically extracting the region of floating substances such as dead cells and dust from the phase contrast image, specifying the position, and irradiating the specified floating region with laser light You may make it detect a noise component. The floating material region may be extracted based on, for example, the size, shape, or luminance value of a predetermined pattern extracted from the phase difference image. Further, the cell colony region and the suspended solid region may be distinguished and specified based on the movement of the pattern of each cell including the phase difference image, the growth rate, or the like.
また、上記説明では、培養皿15内の培養液におけるノイズ成分を除去するようにしたが、これに限らず、たとえば培養皿15自体の傷などに基づくノイズ成分を予め取得しておき、この培養皿15自体のノイズ成分を細胞コロニーの散乱光の強度信号から除去して細胞コロニーを評価するようにしてもよい。 In the above description, the noise component in the culture solution in the culture dish 15 is removed. However, the present invention is not limited to this. For example, a noise component based on a scratch on the culture dish 15 itself is acquired in advance. The cell colony may be evaluated by removing the noise component of the dish 15 itself from the intensity signal of the scattered light of the cell colony.
上述したようにノイズ成分を取り除くことによって、細胞コロニーの評価の精度を向上させることができる。 As described above, the accuracy of cell colony evaluation can be improved by removing noise components.
また、上記実施形態の顕微鏡システム1においては、検出光としてレーザ光を照射するようにしたが、レーザ光に限らず、平行光または収束光を検出光として照射し、この平行光または収束光の細胞コロニーへの照射によって細胞コロニーにおいて発生した散乱光を光検出器42によって検出するようにしてもよい。そして、検出光としてレーザ光を照射した場合には、上述したように散乱光の強度の時間的な揺らぎに基づいて細胞コロニーを評価するようにしたが、平行光や収束光を照射する場合には、散乱光の空間的な広がりに基づいて細胞コロニーを評価することができる。 In the microscope system 1 of the above embodiment, the laser light is irradiated as the detection light. However, the present invention is not limited to the laser light, and the parallel light or the convergent light is irradiated as the detection light. Scattered light generated in the cell colony by irradiation of the cell colony may be detected by the photodetector 42. When the laser light is irradiated as the detection light, the cell colony is evaluated based on the temporal fluctuation of the intensity of the scattered light as described above, but when the parallel light or the convergent light is irradiated. Can evaluate cell colonies based on the spatial spread of scattered light.
たとえば検出光として平行光を細胞コロニーに照射する場合には、光検出器42としてイメージセンサを用い、そのイメージセンサによって検出された散乱光の検出像の角度分布を解析することによって細胞コロニーの状態を評価することができる。 For example, when irradiating a cell colony with parallel light as detection light, an image sensor is used as the photodetector 42, and the state of the cell colony is analyzed by analyzing the angular distribution of the detection image of the scattered light detected by the image sensor. Can be evaluated.
具体的には、細胞評価部75は、図7の上図に示すように、光検出器42によって検出された検出像を散乱光の角度分布(θx−θy軸)として取得し、この角度分布に基づいて、散乱理論から細胞コロニー内の各細胞(粒子)の大きさを推定し、図7の下図に示すような細胞サイズに関するヒストグラムを算出する。ここで、未分化状態の細胞コロニーは、分化細胞よりも小さい未分化細胞が密集した状態であり、逆に、分化状態の細胞コロニーは、未分化細胞よりも大きい分化細胞が分布した状態であるので、たとえば、相対的に小さい細胞の頻度が、相対的に大きい細胞の頻度よりも高い場合には、細胞コロニーは未分化状態であると評価し、逆に、相対的に大きい細胞の頻度が、相対的に小さい細胞の頻度よりも高い場合には、細胞コロニーは分化状態であると評価するようにすればよい。 Specifically, as shown in the upper diagram of FIG. 7, the cell evaluation unit 75 acquires the detection image detected by the photodetector 42 as the angular distribution (θx−θy axis) of the scattered light, and this angular distribution. Based on the above, the size of each cell (particle) in the cell colony is estimated from the scattering theory, and a histogram relating to the cell size as shown in the lower diagram of FIG. 7 is calculated. Here, an undifferentiated cell colony is a state in which undifferentiated cells smaller than differentiated cells are densely packed. On the contrary, a differentiated cell colony is a state in which differentiated cells larger than undifferentiated cells are distributed. Therefore, for example, when the frequency of relatively small cells is higher than the frequency of relatively large cells, the cell colony is evaluated as being undifferentiated, and conversely, the frequency of relatively large cells is When the frequency is relatively higher than the frequency of relatively small cells, the cell colony may be evaluated as being in a differentiated state.
また、たとえば検出光として収束光を細胞コロニーに照射する場合には、光検出器42によって検出された散乱光の検出像の空間分布を解析することによって細胞コロニーの状態を評価することができる。 For example, when convergent light is irradiated on the cell colony as detection light, the state of the cell colony can be evaluated by analyzing the spatial distribution of the detection image of the scattered light detected by the photodetector 42.
具体的には、細胞評価部75は、図8に示すように、光検出器42によって検出された検出像を散乱光の空間分布(X−Y軸)として取得し、この空間分布に基づいて、散乱理論から細胞コロニー内の各細胞(粒子)の大きさを推定し、上述した平行光の照射の場合と同様に、細胞サイズに関するヒストグラムを算出する。ヒストグラムに基づく細胞コロニーの評価については、上記と同様である。 Specifically, as shown in FIG. 8, the cell evaluation unit 75 acquires the detection image detected by the photodetector 42 as a spatial distribution (XY axis) of scattered light, and based on this spatial distribution. Then, the size of each cell (particle) in the cell colony is estimated from the scattering theory, and a histogram relating to the cell size is calculated in the same manner as in the case of the parallel light irradiation described above. The cell colony evaluation based on the histogram is the same as described above.
なお、上述した散乱理論に基づくヒストグラムの算出については、公知な演算方法であるのでその詳細な説明は省略する。 Since the calculation of the histogram based on the scattering theory described above is a known calculation method, detailed description thereof is omitted.
また、上記説明では、細胞コロニーに含まれる個々の細胞のサイズに関するヒストグラムを算出するようにしたが、このようなヒストグラムを算出する方法に限らず、検出像の光強度の空間的な分布の広がりを直接解析することによって、細胞コロニーが未分化状態であるか、分化状態であるかを評価するようにしてもよい。 In the above description, a histogram related to the size of individual cells included in a cell colony is calculated. However, the present invention is not limited to such a method, and the spread of the spatial distribution of the light intensity of the detection image is not limited. May be evaluated to determine whether the cell colony is in an undifferentiated state or a differentiated state.
具体的には、図9に示すように、未分化状態の細胞コロニーは多数の細胞が密集して積層された状態であるのに対し、分化状態の細胞コロニーは個々の細胞の細胞質が培地を這うように変形し、単層で形成されるような状態となる。 Specifically, as shown in FIG. 9, an undifferentiated cell colony is a state in which a large number of cells are densely stacked, whereas a differentiated cell colony has a cytoplasm of each cell containing a medium. It deforms like a wrinkle and becomes a state where it is formed as a single layer.
したがって、未分化状態の細胞コロニーに平行光を照射した場合、個々の細胞から散乱光が発せられるとともに、その個々の細胞において発生した散乱光は細胞コロニー内で反射を繰り返すため、分化状態の細胞コロニーに平行光を照射した場合と比較すると、種々大きさの広がり角を有する散乱光が発生することになる。一方、分化状態の細胞コロニーに平行光を照射した場合、単層の個々の細胞から散乱光が発生するだけなので、未分化状態の細胞コロニーに平行光を照射した場合と比較すると、広がり角が小さい散乱光となる。 Therefore, when parallel light is irradiated to an undifferentiated cell colony, scattered light is emitted from each individual cell, and the scattered light generated in each individual cell is repeatedly reflected within the cell colony. Compared with the case where the colony is irradiated with parallel light, scattered light having a spread angle of various sizes is generated. On the other hand, when collimated light is irradiated to a differentiated cell colony, only scattered light is generated from individual cells in a single layer, so the spread angle is larger than when collimated light is irradiated to an undifferentiated cell colony. Small scattered light.
すなわち、未分化状態の細胞コロニーに平行光を照射した場合における散乱光の光強度の角度分布は、図10に示すように、広がり角θx,θy=0°の散乱光の光強度をピークとして、広がり角θx,θyの増加とともに光強度が徐々に小さくなるような分布となる。これに対し、分化状態の細胞コロニーに平行光を照射した場合の散乱光の光強度の角度分布は、図10に示すように、広がり角θx,θy=0°の散乱光の光強度がピークとなるが、広がり角θx,θyが小さい範囲に大部分の光強度が分布することになる。 That is, when the undifferentiated cell colony is irradiated with parallel light, the angular distribution of the light intensity of the scattered light has a peak at the light intensity of the scattered light having spread angles θx and θy = 0 ° as shown in FIG. The distribution is such that the light intensity gradually decreases as the spread angles θx and θy increase. In contrast, as shown in FIG. 10, the angular distribution of the light intensity of the scattered light when the differentiated cell colony is irradiated with parallel light has a peak light intensity of the scattered light with spread angles θx and θy = 0 °. However, most of the light intensity is distributed in a range where the spread angles θx and θy are small.
よって、細胞コロニーに平行光を照射した場合における散乱光の光強度の角度分布を取得し、その角度分布が、図10に示す未分化状態の細胞コロニーの角度分布と分化細胞の細胞コロニーの角度分布のどちらに近いかを解析することによって、その細胞コロニーが未分化状態であるか、分化状態であるかを評価することができる。なお、評価方法としては、角度分布の相関関数を求めるようにしてもよいし、図10に示すような角度分布の半値幅を取得し、その半値幅が閾値以上である場合に未分化状態であると評価し、閾値未満である場合に分化状態であると評価するようにしてもよい。 Therefore, the angle distribution of the light intensity of the scattered light when the cell colony is irradiated with parallel light is acquired, and the angle distribution is the angle distribution of the undifferentiated cell colony and the angle of the cell colony of the differentiated cell shown in FIG. By analyzing which of the distributions is close, it is possible to evaluate whether the cell colony is in an undifferentiated state or a differentiated state. As an evaluation method, a correlation function of the angle distribution may be obtained, or a half value width of the angle distribution as shown in FIG. 10 is obtained, and when the half value width is equal to or greater than a threshold value, the undifferentiated state is obtained. It may be evaluated that there is a differentiation state when it is less than a threshold value.
また、図11に示すように、未分化状態の細胞コロニーに収束光を照射した場合、上述したように個々の細胞において発生した散乱光は細胞コロニー内で反射を繰り返すため、分化状態の細胞コロニーに収束光を照射した場合と比較すると、広い範囲に一様に広がるような散乱光となる。一方、分化状態の細胞コロニーに収束光を照射した場合、上述したように細胞コロニー内で発生する散乱光は、未分化状態の細胞コロニーに収束光を照射した場合と比較すると、狭い範囲にしか広がらない散乱光となる。 In addition, as shown in FIG. 11, when the undifferentiated cell colony is irradiated with convergent light, the scattered light generated in each cell repeats reflection within the cell colony as described above. Compared with the case of irradiating with convergent light, the scattered light spreads uniformly over a wide range. On the other hand, when the converged light is irradiated to the differentiated cell colony, the scattered light generated in the cell colony as described above is only in a narrow range compared to the case where the converged light is irradiated to the undifferentiated cell colony. It becomes scattered light that does not spread.
すなわち、未分化状態の細胞コロニーに収束光を照射した場合における散乱光の光強度の空間分布は、図12に示すように、X=Y=0(検出像の中心近傍)の散乱光の光強度をピークとして、その空間的な広がりとともに光強度が徐々に小さくなるような分布となる。これに対し、分化状態の細胞コロニーに収束光を照射した場合における散乱光の光強度の空間分布は、図12に示すように、X=Y=0(検出像の中心近傍)の散乱光の光強度がピークとなるが、狭い範囲に大部分の光強度が分布することになる。 That is, the spatial distribution of the light intensity of the scattered light when the undifferentiated cell colony is irradiated with convergent light, as shown in FIG. 12, is the light of the scattered light with X = Y = 0 (near the center of the detection image). With the intensity as a peak, the light intensity gradually decreases with the spatial spread. On the other hand, the spatial distribution of the light intensity of the scattered light when the differentiated cell colony is irradiated with the convergent light, as shown in FIG. 12, is X = Y = 0 (near the center of the detected image). Although the light intensity has a peak, most of the light intensity is distributed in a narrow range.
よって、細胞コロニーに収束光を照射した場合における散乱光の光強度の空間分布を取得し、その空間分布が、図12に示す未分化状態の細胞コロニーの空間分布と分化細胞の細胞コロニーの空間分布のどちらに近いかを解析することによって、その細胞コロニーが未分化状態であるか、分化状態であるかを評価することができる。なお、評価方法としては、空間分布の相関関数を求めるようにしてもよいし、図12に示すような空間分布の半値幅を取得し、その半値幅が閾値以上である場合に未分化状態であると評価し、閾値未満である場合に分化状態であると評価するようにしてもよい。 Therefore, the spatial distribution of the light intensity of the scattered light when the convergent light is irradiated to the cell colony is obtained, and the spatial distribution is the spatial distribution of the undifferentiated cell colony and the space of the differentiated cell colony shown in FIG. By analyzing which of the distributions is close, it is possible to evaluate whether the cell colony is in an undifferentiated state or a differentiated state. As an evaluation method, a correlation function of the spatial distribution may be obtained, or a half-value width of the spatial distribution as shown in FIG. 12 is acquired, and in the undifferentiated state when the half-value width is equal to or greater than a threshold value. It may be evaluated that there is a differentiation state when it is less than a threshold value.
次に、上記実施形態の顕微鏡システム1のその他の変形例について説明する。図13は、その他の変形例の顕微鏡システム2の概略構成を示す図である。上記実施形態の顕微鏡システム1においては、培養皿15内で平面培養される細胞コロニーの散乱光を検出するようにしたが、図13に示す顕微鏡システム2は、平面培養ではなく、浮遊培養される細胞コロニーの散乱光を検出するようにしたものである。なお、図13に示す顕微鏡システム2における照明光照射部10、画像検出部20、散乱光検出部40、照明光学系50および波長分離光学系60は、上記実施形態の顕微鏡システムと同様であり、検出光照射部30は、検出光として収束光を照射するものである。 Next, another modification of the microscope system 1 of the above embodiment will be described. FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of a microscope system 2 according to another modification. In the microscope system 1 of the above embodiment, the scattered light of the cell colonies that are planarly cultured in the culture dish 15 is detected. However, the microscope system 2 shown in FIG. The scattered light of the cell colony is detected. In addition, the illumination light irradiation unit 10, the image detection unit 20, the scattered light detection unit 40, the illumination optical system 50, and the wavelength separation optical system 60 in the microscope system 2 illustrated in FIG. 13 are the same as the microscope system of the above embodiment. The detection light irradiation unit 30 irradiates convergent light as detection light.
顕微鏡システム2は、図13に示すように、細胞コロニーが浮遊培養される培養タンク90と、培養タンク90から培養液とともに細胞コロニーが流れ出す透明チューブ91と、透明チューブ91内を流れる細胞コロニーの状態の評価結果に基づいて、その細胞コロニーを良質細胞タンク側流路93か廃棄タンク側流路95かに選別して流す選別部92と、選別部92によって選別されて良質細胞タンク側流路93に流された良質な細胞コロニーが貯留される良質細胞タンク94と、選別部92によって選別されて廃棄タンク側流路95に流された細胞コロニーが貯留される廃棄タンク96とを備えている。 As shown in FIG. 13, the microscope system 2 includes a culture tank 90 in which cell colonies are suspended and cultured, a transparent tube 91 from which cell colonies flow together with the culture solution, and a state of cell colonies flowing in the transparent tube 91. Based on the evaluation results, the cell colony is sorted into the high-quality cell tank side flow path 93 or the waste tank side flow path 95 and passed, and the high-quality cell tank side flow path 93 sorted by the sorting section 92 is selected. A high-quality cell tank 94 in which high-quality cell colonies that have been flown into the reservoir are stored, and a waste tank 96 in which cell colonies that have been sorted by the sorting unit 92 and have been flowed into the waste tank-side flow path 95 are stored.
透明チューブ91は、照明光照射部10から出射される照明光L1および検出光照射部30から出射される検出光L2を透過する材料から形成されるものである。 The transparent tube 91 is formed of a material that transmits the illumination light L1 emitted from the illumination light irradiation unit 10 and the detection light L2 emitted from the detection light irradiation unit 30.
そして、図13に示すように、培養タンク90から透明チューブ91に流れ出した細胞コロニーに対して、リング状照明光L1および検出光としての収束光L2が同時に照射される。そして、上記実施形態と同様に、細胞コロニーへのリング状照明光L1の照射によって画像検出部20により細胞コロニーの位相差像が撮像され、細胞コロニーへの収束光L2の照射によって細胞コロニーにおいて発生した散乱光が散乱光検出部40の光検出器42によって検出される。 Then, as shown in FIG. 13, the ring-shaped illumination light L <b> 1 and the convergent light L <b> 2 as the detection light are simultaneously irradiated to the cell colony that has flowed from the culture tank 90 to the transparent tube 91. As in the above embodiment, a phase difference image of the cell colony is captured by the image detection unit 20 by irradiation of the ring-shaped illumination light L1 on the cell colony, and is generated in the cell colony by irradiation of the convergent light L2 on the cell colony. The scattered light thus detected is detected by the photodetector 42 of the scattered light detector 40.
画像検出部20によって撮像された位相差像および散乱光検出部40によって検出された散乱光の強度は、図13に示す細胞評価装置100に出力される。 The phase difference image captured by the image detection unit 20 and the intensity of the scattered light detected by the scattered light detection unit 40 are output to the cell evaluation apparatus 100 shown in FIG.
細胞評価装置100は、図13に示すように、画像取得部101と、細胞コロニー領域特定部102と、散乱光情報取得部103と、細胞評価部104と、制御部105とを備えており、制御部105は、選別制御部106を備えている。画像取得部101および細胞コロニー領域特定部102は、上記実施形態の画像取得部71および細胞コロニー領域特定部72と同様であり、本変形例の散乱光情報取得部103は、散乱光の強度信号の空間分布(X−Y軸)を取得して記憶するものである。 As shown in FIG. 13, the cell evaluation apparatus 100 includes an image acquisition unit 101, a cell colony region specifying unit 102, a scattered light information acquisition unit 103, a cell evaluation unit 104, and a control unit 105. The control unit 105 includes a selection control unit 106. The image acquisition unit 101 and the cell colony region specifying unit 102 are the same as the image acquisition unit 71 and the cell colony region specifying unit 72 of the above-described embodiment, and the scattered light information acquisition unit 103 of this modification is an intensity signal of scattered light. The spatial distribution (XY axis) is acquired and stored.
細胞評価部104は、散乱光情報取得部103から読み出された散乱光の強度信号の空間分布に基づいて細胞コロニーを評価するものであるが、この際、細胞コロニー領域特定部102において特定された細胞コロニー領域の情報を用いて、散乱光の強度信号の空間分布を解析するものである。 The cell evaluation unit 104 evaluates a cell colony based on the spatial distribution of the intensity signal of the scattered light read from the scattered light information acquisition unit 103. At this time, the cell evaluation unit 104 specifies the cell colony. The spatial distribution of the intensity signal of the scattered light is analyzed using the information of the obtained cell colony region.
具体的には、たとえば図14の右図に示すように、位相差像には細胞コロニーのみが現れているが、図14の左図に示すように、散乱光の検出像には、細胞コロニーの散乱光の強度分布だけでなく、細胞コロニー以外のゴミや死細胞といった浮遊物の散乱光の強度分布も含まれる場合がある。このような場合、検出像全体に亘って解析を行ったのでは、浮遊物の散乱光の強度分布がノイズ成分となって正確な評価を行うことができない場合がある。 Specifically, for example, as shown in the right diagram of FIG. 14, only cell colonies appear in the phase contrast image, but as shown in the left diagram of FIG. In addition to the scattered light intensity distribution, there may be included the scattered light intensity distribution of floating substances such as dust and dead cells other than cell colonies. In such a case, if the analysis is performed over the entire detected image, the intensity distribution of the scattered light of the suspended matter may be a noise component and accurate evaluation may not be performed.
そこで、本変形例においては、位相差像において特定された細胞コロニー領域を散乱光の検出像に対応付けることによって、散乱光の検出像から細胞コロニー領域の検出像と細胞コロニー領域以外の領域の検出像とを分離し、細胞コロニー領域の検出像のみを用いて、上述したように散乱理論から各細胞コロニー内の各細胞(粒子)の大きさを推定し、各細胞コロニーについて、細胞サイズに関するヒストグラムを算出する。そして、上記と同様に、細胞サイズに関するヒストグラムから各細胞コロニーが分化状態であるか未分化状態であるかを評価する。 Therefore, in this modification, the cell colony region specified in the phase contrast image is associated with the scattered light detection image, thereby detecting the detection image of the cell colony region and the region other than the cell colony region from the detection image of the scattered light. The size of each cell (particle) in each cell colony is estimated from the scattering theory as described above using only the detection image of the cell colony region, and a histogram relating to the cell size for each cell colony. Is calculated. Then, in the same manner as described above, whether each cell colony is in a differentiated state or an undifferentiated state is evaluated from the histogram relating to the cell size.
なお、上記説明では、細胞コロニー領域の検出像のみを解析してヒストグラムを算出するようにしたが、この際、細胞コロニー領域以外の領域の検出像に基づいてノイズ成分を算出し、そのノイズ成分を細胞コロニー領域の検出像から減算した結果を解析してヒストグラムを算出するようにしてもよい。 In the above description, only the detection image of the cell colony region is analyzed and the histogram is calculated. At this time, the noise component is calculated based on the detection image of the region other than the cell colony region, and the noise component is calculated. Alternatively, the histogram may be calculated by analyzing the result of subtracting from the detection image of the cell colony region.
具体的には、たとえば位相差像に含まれる所定のパターンの大きさや輝度値や形状などに基づいて死細胞やゴミなどの浮遊物の領域を抽出し、その浮遊物の領域に対応する検出像の領域の空間分布や角度分布をノイズ成分として取得し、細胞コロニー領域の検出像の空間分布や角度分布から上記ノイズ成分を減算した結果を解析してヒストグラムを算出するようにしてもよい。 Specifically, for example, a floating image area such as dead cells or dust is extracted based on the size, brightness value, or shape of a predetermined pattern included in the phase difference image, and a detection image corresponding to the floating image area. Alternatively, the spatial distribution or angular distribution of the region may be acquired as a noise component, and the result of subtracting the noise component from the spatial distribution or angular distribution of the detection image of the cell colony region may be analyzed to calculate a histogram.
制御部105は、細胞評価装置100全体を制御するものである。そして、制御部105は、画像検出部20により検出された位相差像および細胞評価部101における評価結果をディスプレイ80に表示させるものである。また、制御部105における選別制御部106は、細胞評価部104における評価結果に基づいて上述した選別部92に制御信号を出力し、選別部92が評価対象の細胞コロニーを良質細胞タンク側流路93に流すか、廃棄タンク側流路95に流すかを制御するものである。なお、選別部92は、たとえば弁機構を有するものであり、弁を図13に示す矢印A方向に移動させることによって細胞コロニーを良質細胞タンク側流路93に流すか、廃棄タンク側流路94に流すかを制御するものであるが、細胞コロニーを選別する構成としてはこのような構成に限らず、その他の公知な構成を用いることができる。 The control unit 105 controls the entire cell evaluation apparatus 100. The control unit 105 causes the display 80 to display the phase difference image detected by the image detection unit 20 and the evaluation result in the cell evaluation unit 101. Further, the selection control unit 106 in the control unit 105 outputs a control signal to the above-described selection unit 92 based on the evaluation result in the cell evaluation unit 104, and the selection unit 92 selects the cell colony to be evaluated as a good quality cell tank side flow path. 93 or the waste tank side flow path 95 is controlled. The selection unit 92 has, for example, a valve mechanism, and moves the valve in the direction of the arrow A shown in FIG. However, the configuration for selecting cell colonies is not limited to this configuration, and other known configurations can be used.
より具体的には、選別制御部106は、細胞評価部104において細胞コロニーが未分化状態であると評価された場合には、その細胞コロニーが良質細胞タンク側流路93に流されるように選別部92を制御し、細胞評価部104において細胞コロニーが分化状態であると評価された場合には、その細胞コロニーが廃棄タンク側流路95に流されるように選別部92を制御する。 More specifically, when the cell evaluation unit 104 evaluates that the cell colony is in an undifferentiated state, the selection control unit 106 selects the cell colony so that it flows into the good quality cell tank side channel 93. When the cell evaluation unit 104 evaluates that the cell colony is in a differentiated state, the selection unit 92 is controlled so that the cell colony flows into the waste tank side flow path 95.
上記のように細胞コロニーの評価結果に基づいて選別部92を制御することによって、未分化状態の細胞コロニーと分化状態の細胞コロニーとを適切に選別することができ、未分化状態の細胞コロニーのみを取り出すことができる。なお、上記説明では、細胞評価部104において細胞コロニーが未分化状態であるか分化状態であるかを評価するようにしたが、これに限らず、たとえば分化誘導された細胞コロニーを培養する場合には、細胞コロニーの分化度を評価し、分化が適切に進んでいる良質な細胞コロニーだけを良質細胞タンク94に貯留し、分化が適切に進んでいない細胞コロニーや異常な細胞コロニーについては廃棄タンク96に貯留するようにしてもよい。 By controlling the selection unit 92 based on the evaluation result of the cell colony as described above, it is possible to appropriately select the undifferentiated cell colony and the differentiated cell colony, and only the undifferentiated cell colony Can be taken out. In the above description, the cell evaluation unit 104 evaluates whether the cell colony is in an undifferentiated state or a differentiated state. However, the present invention is not limited to this. For example, when culturing differentiation-induced cell colonies. Evaluates the degree of differentiation of cell colonies, stores only good quality cell colonies in which differentiation has progressed appropriately in the quality cell tank 94, and discards cell colonies in which differentiation has not progressed properly or abnormal cell colonies 96 may be stored.
また、上記変形例では、検出光として収束光を照射するようにしたが、平行光を細胞コロニーに照射するようにしてもよい。 Moreover, in the said modification, although convergent light was irradiated as detection light, you may make it irradiate a parallel colony to a cell colony.
また、上記実施形態および変形例においては、細胞コロニーにリング状照明光を照射して細胞コロニーの位相差像を撮像するようにしたが、これに限らず、細胞コロニーに対して均一な照明光を照射して細胞コロニーの明視野像を撮像するようにしてもよいし、または、細胞コロニーに対して微分干渉計測用の照明光を照射して細胞コロニーの微分干渉像を撮像するようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment and modification, it irradiated the ring-shaped illumination light to the cell colony, and picked up the phase-contrast image of the cell colony, but it is not restricted to this, Uniform illumination light with respect to a cell colony The bright field image of the cell colony may be imaged by illuminating the cell colony, or the differential interference image of the cell colony may be imaged by irradiating the cell colony with illumination light for differential interference measurement. Also good.
また、上記実施形態および変形例において、細胞コロニーの位相差像や明視野像や微分干渉像に基づいて、散乱光を検出する際の条件を決定するようにしてもよい。たとえば細胞コロニーの位相差像などの輝度、濃度または色などの均一性に基づいて、散乱光を検出する際の検出光の照射範囲や、検出光の波長などを決定するようにしてもよい。より具体的には、細胞コロニー内の均一性が高い範囲に検出光の照射範囲を絞り込んだり、または、位相差像など全体的な均一性が高い場合に、散乱光をより多く発生させるために検出光の波長を短くしたりしてもよい。 Moreover, in the said embodiment and modification, you may make it determine the conditions at the time of detecting scattered light based on the phase difference image of a cell colony, a bright field image, and a differential interference image. For example, the irradiation range of the detection light when detecting scattered light, the wavelength of the detection light, and the like may be determined based on the uniformity of brightness, density, color, or the like such as a phase contrast image of a cell colony. More specifically, in order to generate more scattered light when the detection light irradiation range is narrowed down to a high uniformity range within the cell colony or when the overall uniformity is high such as a phase contrast image The wavelength of the detection light may be shortened.
1,2 顕微鏡システム
10 照明光照射部
11 白色光源
12 スリット板
13 対物レンズ
15 培養皿
16 ステージ
20 画像検出部
21 位相差レンズ
22 対物レンズ
23 位相板
24 結像レンズ
25 撮像素子
30 検出光照射部
40 散乱光検出部
41 結像レンズ
42 光検出器
50 照明光学系
60 波長分離光学系
70 細胞評価装置
71 画像取得部
72 細胞コロニー領域特定部
73 照射範囲決定部
74 散乱光情報取得部
75 細胞評価部
76 制御部
77 照射範囲制御部
80 ディスプレイ
90 培養タンク
91 マイクロ流路
92 選別部
93 培養タンク側流路
94 廃棄タンク側流路
95 廃棄タンク
100 細胞評価装置
101 画像取得部
102 細胞コロニー領域特定部
103 散乱光情報取得部
104 細胞評価部
105 制御部
106 選別制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Microscope system 10 Illumination light irradiation part 11 White light source 12 Slit plate 13 Objective lens 15 Culture dish 16 Stage 20 Image detection part 21 Phase difference lens 22 Objective lens 23 Phase plate 24 Imaging lens 25 Imaging element 30 Detection light irradiation part 40 Scattered Light Detection Unit 41 Imaging Lens 42 Photodetector 50 Illumination Optical System 60 Wavelength Separation Optical System 70 Cell Evaluation Device 71 Image Acquisition Unit 72 Cell Colony Region Identification Unit 73 Irradiation Range Determination Unit 74 Scattered Light Information Acquisition Unit 75 Cell Evaluation Unit 76 Control unit 77 Irradiation range control unit 80 Display 90 Culture tank 91 Micro channel 92 Sorting unit 93 Culture tank side channel 94 Waste tank side channel 95 Waste tank 100 Cell evaluation device 101 Image acquisition unit 102 Cell colony region specifying unit 103 scattered light information acquisition unit 104 cell evaluation unit 105 control unit 106 sorting system Part
Claims (13)
前記細胞群への前記照明光の照射によって前記細胞群を透過した透過光を検出して前記細胞群の画像を検出する画像検出部と、
前記画像検出部によって検出された前記細胞群の画像内における前記細胞群の領域を特定する細胞群領域特定部と、
前記細胞群における散乱光を検出するための検出光を前記細胞群に対して照射する検出光照射部と、
前記細胞群への前記検出光の照射によって前記細胞群において発生した散乱光を検出する散乱光検出部と、
前記散乱光検出部によって検出された前記散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎに基づいて前記細胞群を評価する細胞評価部と、
前記細胞群領域特定部によって特定された前記細胞群の領域に基づいて前記検出光の照射範囲を決定する照射範囲決定部とを備え、
前記検出光照射部が、前記照射範囲決定部より決定された照射範囲に前記検出光を照射する細胞評価装置。 An illumination light irradiation unit that emits illumination light for capturing an image of the cell group on the cell group;
An image detector that detects transmitted light transmitted through the cell group by irradiation of the illumination light to the cell group, and detects an image of the cell group;
A cell group region specifying unit for specifying a region of the cell group in the image of the cell group detected by the image detection unit;
A detection light irradiation unit for irradiating the cell group with detection light for detecting scattered light in the cell group;
A scattered light detection unit for detecting scattered light generated in the cell group by irradiation of the detection light to the cell group;
A cell evaluation unit that evaluates the cell group based on a spatial spread or temporal fluctuation of the intensity of the scattered light detected by the scattered light detection unit ;
An irradiation range determining unit that determines an irradiation range of the detection light based on the region of the cell group specified by the cell group region specifying unit;
The cell evaluation apparatus in which the detection light irradiation unit irradiates the detection light to the irradiation range determined by the irradiation range determination unit .
前記画像検出部が、前記細胞群の位相差像を検出するものである請求項1から3いずれか1項記載の細胞評価装置。 The illumination light irradiation unit irradiates the cell group with illumination light for phase difference measurement,
The image detection unit, the cell evaluation apparatus of claims 1 detects a phase difference image 3 set forth in any one said group of cells.
前記画像検出部が、前記細胞群の微分干渉像を検出するものである請求項1から3いずれか1項記載の細胞評価装置。 The illumination light irradiation unit irradiates the cell group with illumination light for differential interference measurement,
The image detection unit, the cell evaluation device cell groups differential interference image according any of the preceding claims 1 to detects a.
前記散乱光検出部が、前記細胞群が存在しない非細胞群領域において発生した散乱光をノイズ成分として検出するものであり、
前記細胞評価部が、前記細胞群において発生した散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎから前記ノイズ成分を除去して前記細胞群を評価するものである請求項1から6いずれか1項記載の細胞評価装置。 The detection light irradiation unit irradiates the detection light to a non-cell group region where the cell group does not exist,
The scattered light detection unit detects scattered light generated in a non-cell group region where the cell group does not exist as a noise component,
The cell evaluation unit, the spatial 6 claim 1 is spread or by removing the noise component from the temporal fluctuations evaluates the cell group of the intensity of scattered light generated in the cell group The cell evaluation apparatus according to 1.
前記細胞評価部が、前記散乱光の強度の時間的な揺らぎに基づいて前記細胞群を評価するものである請求項1から7いずれか1項記載の細胞評価装置。 The detection light is laser light;
The cell evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the cell evaluation unit evaluates the cell group based on temporal fluctuation of the intensity of the scattered light.
前記細胞評価部が、前記散乱光の角度分布を取得し、該角度分布に基づいて前記細胞群を評価するものである請求項1から7いずれか1項記載の細胞評価装置。 The detection light is parallel light;
The cell evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the cell evaluation unit acquires an angular distribution of the scattered light and evaluates the cell group based on the angular distribution.
前記細胞評価部が、前記散乱光の空間分布を取得し、該空間分布に基づいて前記細胞群を評価するものである請求項1から7いずれか1項記載の細胞評価装置。 The detection light is convergent light;
The cell evaluation unit, wherein the spatial distribution of the scattered light acquired cell evaluation device intended to evaluate a claimed any one of claims 1 to 7 the cell group based on the spatial distribution.
該照明光の照射によって前記細胞群を透過した透過光を検出して前記細胞群の画像を検出し、
該検出した前記細胞群の画像内における前記細胞群の領域を特定し、
該特定された前記細胞群の領域に基づいて前記細胞群における散乱光を検出するための検出光の照射範囲を決定し、
該決定された照射範囲に前記検出光を照射し、
該検出光の照射によって前記細胞群において発生した散乱光を検出し、
該検出した前記散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎに基づいて前記細胞群を評価する細胞評価方法。 Illuminating the cell group with illumination light for capturing an image of the cell group,
Detecting transmitted light transmitted through the cell group by irradiation of the illumination light to detect an image of the cell group;
Identifying the region of the cell group in the detected image of the cell group;
Determining an irradiation range of detection light for detecting scattered light in the cell group based on the identified region of the cell group;
Irradiating the determined irradiation range with the detection light,
Detecting scattered light generated in the cell group by irradiation of the detection light;
Spatial extent or cells evaluated how to evaluate the cell group based on temporal fluctuations of the intensity of the scattered light the detected.
前記細胞群の画像内における前記細胞群の領域を特定する細胞群領域特定部と、
該細胞群領域特定部によって特定された前記細胞群の領域に基づいて前記細胞群における散乱光を検出するための検出光の照射範囲を決定する照射範囲決定部と、
該照射範囲決定部により決定された照射範囲での前記細胞群への検出光の照射によって前記細胞群において発生した散乱光の強度の情報を取得する散乱光情報取得部と、
前記散乱光情報取得部によって取得された前記散乱光の強度の空間的な広がりまたは時間的な揺らぎに基づいて前記細胞群を評価する細胞評価部として機能させることを特徴とする細胞評価プログラム。 An image acquisition unit for acquiring an image of the cell group in which transmitted light that has passed through the cell group by irradiation of illumination light to the cell group is detected;
A cell group region specifying unit for specifying a region of the cell group in the image of the cell group;
An irradiation range determining unit that determines an irradiation range of detection light for detecting scattered light in the cell group based on the region of the cell group specified by the cell group region specifying unit;
A scattered light information acquisition unit for acquiring information on the intensity of scattered light generated in the cell group by irradiation of detection light to the cell group in the irradiation range determined by the irradiation range determination unit ;
A cell evaluation program that functions as a cell evaluation unit that evaluates the cell group based on a spatial spread or temporal fluctuation of the intensity of the scattered light acquired by the scattered light information acquisition unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014126808A JP6284832B2 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Cell evaluation apparatus, method and program |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014126808A JP6284832B2 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Cell evaluation apparatus, method and program |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016005437A JP2016005437A (en) | 2016-01-14 |
| JP6284832B2 true JP6284832B2 (en) | 2018-02-28 |
Family
ID=55224342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014126808A Active JP6284832B2 (en) | 2014-06-20 | 2014-06-20 | Cell evaluation apparatus, method and program |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6284832B2 (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018174864A (en) | 2017-04-19 | 2018-11-15 | アズビル株式会社 | Cell viability determination device and cell viability determination method |
| EP3766984B1 (en) | 2018-03-12 | 2024-10-30 | FUJIFILM Corporation | Determination method` |
| KR102315435B1 (en) * | 2019-07-05 | 2021-10-21 | 주식회사 더웨이브톡 | Microorganism colony detecting system |
| WO2021006568A1 (en) * | 2019-07-05 | 2021-01-14 | (주)더웨이브톡 | Microbial colony detection system |
| KR102339338B1 (en) * | 2020-03-09 | 2021-12-15 | 주식회사 더웨이브톡 | Apparatus for acquiring image information |
| WO2022146045A1 (en) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 주식회사 더웨이브톡 | Antibiotic susceptibility evaluation apparatus |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102076841B (en) * | 2008-06-27 | 2015-04-22 | 古河电气工业株式会社 | Method for distinguishing and sorting cells and device therefor |
| JP5775069B2 (en) * | 2010-04-23 | 2015-09-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | Cell observation apparatus and cell observation method |
| DK2778231T3 (en) * | 2011-11-08 | 2019-04-15 | Hamamatsu Photonics Kk | PROCEDURE FOR TEMPERATURE OF STEM CELLS, PROCEDURE FOR REMOVAL OF CELL AREA IN STANDING TENDING AGAINST DIFFERENTIALIZATION, AND DEVICE FOR TEMPERATURE OF STEM CELLS |
-
2014
- 2014-06-20 JP JP2014126808A patent/JP6284832B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016005437A (en) | 2016-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6284832B2 (en) | Cell evaluation apparatus, method and program | |
| JP6959614B2 (en) | Analyzer and flow cytometer | |
| KR102162213B1 (en) | Image forming cytometer | |
| US10443029B2 (en) | Cell evaluation device, cell evaluation method, and cell evaluation program | |
| JP6649379B2 (en) | Analytical methods involving determination of the location of biological particles | |
| US10481076B2 (en) | Method for determining the state of a cell | |
| US10330907B2 (en) | Cell imaging control device, method, and program | |
| US10360676B2 (en) | Cell image evaluation device, method, and program | |
| US20160370569A1 (en) | Cell image acquisition device, method, and program | |
| JP6487434B2 (en) | Cell sorting method and related apparatus | |
| EP3532822B1 (en) | Trans-illumination imaging with use of interference fringes to enhance contrast and find focus | |
| CN112996900A (en) | Cell sorting device and method | |
| JP2009063375A (en) | Blood test equipment | |
| US12482098B2 (en) | Plaque detection method for imaging of cells | |
| US20160369223A1 (en) | Cell imaging control device, method, and program | |
| JP7282894B2 (en) | particle quantifier | |
| JPWO2019230624A1 (en) | Program for particle size distribution measuring device and particle size distribution measuring device | |
| WO2017036483A1 (en) | Continuous image cytometer | |
| WO2023095414A1 (en) | Microparticle measurement method, microparticle measurement device, and microparticle measurement system | |
| WO2023141189A2 (en) | Method and apparatus for imaging of cells for counting cells, confluence measurement and plaque detection | |
| EP3280999B1 (en) | Method and system for identifying microorganisms | |
| US20240230507A1 (en) | Feature value calculation device, feature value calculation method, and program | |
| US20240241031A1 (en) | Classification Model Generation Method, Particle Determination Method, and Recording Medium | |
| CN103460110B (en) | Microscopic system, server and program | |
| CN103460110A (en) | Microscope system, server, and program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160825 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20170523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170620 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170621 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170814 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20170908 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20170908 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180109 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180131 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6284832 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |