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JP5740101B2 - Cell evaluation apparatus, incubator, cell evaluation method, cell evaluation program, and cell culture method - Google Patents

Cell evaluation apparatus, incubator, cell evaluation method, cell evaluation program, and cell culture method Download PDF

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JP5740101B2 JP2010100162A JP2010100162A JP5740101B2 JP 5740101 B2 JP5740101 B2 JP 5740101B2 JP 2010100162 A JP2010100162 A JP 2010100162A JP 2010100162 A JP2010100162 A JP 2010100162A JP 5740101 B2 JP5740101 B2 JP 5740101B2
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Description

本発明は、細胞評価装置、インキュベータ、細胞評価方法、細胞評価プログラムおよび細胞の培養方法に関するものである。   The present invention relates to a cell evaluation apparatus, an incubator, a cell evaluation method, a cell evaluation program, and a cell culture method.

一般的に、細胞の培養状態を評価する技術は、再生医療などの先端医療分野や医薬品のスクリーニングを含む幅広い分野での基盤技術となっている。例えば、再生医療分野では、インビトロで細胞を増殖、分化させるプロセスが存在する。そして、上記のプロセスでは、細胞の分化の成否、細胞の癌化や感染の有無を管理するために、細胞の培養状態を的確に評価することが不可欠である。一例として、マーカーとして転写因子を用いたがん細胞の評価方法が開示されている(特許文献1参照)。   In general, techniques for evaluating the culture state of cells have become fundamental technologies in a wide range of fields including advanced medical fields such as regenerative medicine and drug screening. For example, in the field of regenerative medicine, there are processes for growing and differentiating cells in vitro. And in said process, in order to manage the success or failure of cell differentiation, the canceration of a cell, and the presence or absence of infection, it is indispensable to evaluate the culture state of a cell exactly. As an example, a cancer cell evaluation method using a transcription factor as a marker has been disclosed (see Patent Document 1).

一方、ES(Embryonic Stem、胚性幹)細胞またはiPS(induced Pluripotent Stem、誘導多能性幹)細胞などの万能細胞は、理論上すべての組織に分化する分化多能性を保ちつつ、ほぼ無限に増殖させる事ができるため、医薬開発および再生医療への応用に注目が集まっている。   On the other hand, universal cells such as ES (Embryonic Stem) cells or iPS (Induced Pluripotent Stem) cells are theoretically infinite while maintaining the pluripotency that differentiates into all tissues. Because of its ability to grow rapidly, attention has been focused on pharmaceutical development and application to regenerative medicine.

特開2007−195533号公報JP 2007-195533 A

iPS細胞を再生医療に応用する際には、状態が良いiPS細胞だけ抽出する必要があるため、培養しているiPS細胞の状態を評価することが必要となる。しかしながら、従来の技術では、iPS細胞を染色マーカーで染色せずに、iPS細胞の状態を評価できないという問題があった。   When applying iPS cells to regenerative medicine, it is necessary to extract only iPS cells in good condition, and therefore it is necessary to evaluate the state of the cultured iPS cells. However, the conventional technique has a problem that the state of iPS cells cannot be evaluated without staining iPS cells with a staining marker.

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、細胞を染色せずに、細胞の状態を推定する細胞評価装置、インキュベータ、細胞評価方法、細胞評価プログラムおよび細胞の培養方法を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a cell evaluation apparatus, an incubator, a cell evaluation method, a cell evaluation program, and a cell culture method that estimate the state of a cell without staining the cell. This is the issue.

上記問題を解決するために、本発明は、第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞とが撮像された対象画像において、前記第1の種類の個別の細胞および細胞の集合体が占める領域と前記第2の種類の細胞が占める領域とを抽出する領域抽出部と、前記領域抽出部で抽出された第2の種類の細胞が占める領域に存在する前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を算出する第1の特徴量算出部と、前記第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量と、前記第1の種類の細胞の状態との対応関係に基づいて、第1の種類の細胞の状態を評価する評価処理部と、を備えることを特徴とする細胞評価装置である。   In order to solve the above problem, the present invention provides a target image in which a first type of cells and a second type of cells that are present around the first type of cells and are cultured together are imaged. A region extracting unit for extracting a region occupied by the first type of individual cells and cell aggregates and a region occupied by the second type of cells; and a second region extracted by the region extracting unit. A first feature amount calculation unit for calculating a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cell existing in an area occupied by the type of cell; and a morphological feature of the second type of cell. A cell evaluation apparatus comprising: an evaluation processing unit that evaluates a state of a first type of cell based on a correspondence relationship between a feature amount and the state of the first type of cell.

また、本発明は、細胞を培養する培養容器を収納するとともに、所定の環境条件に内部を維持可能な恒温室と、前記恒温室内で前記培養容器に含まれる前記細胞の画像を撮像する撮像装置と、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の細胞評価装置と、を備えることを特徴とするインキュベータである。   The present invention also includes a temperature-controlled room that accommodates a culture container for culturing cells and that can maintain the interior in a predetermined environmental condition, and an imaging device that captures an image of the cell contained in the culture container in the temperature-controlled room And a cell evaluation device according to any one of claims 1 to 7.

また、本発明は、第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞とが撮像された対象画像において、前記第1の種類の個別の細胞および細胞の集合体が占める領域と前記第2の種類の細胞が占める領域とを抽出する領域抽出手順と、前記領域抽出手順で抽出された第2の種類の細胞が占める領域に存在する前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を算出する第1の特徴量算出手順と、前記第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量と、前記第1の種類の細胞の状態との対応関係に基づいて、第1の種類の細胞の状態を評価する評価処理手順と、を有することを特徴とする細胞評価方法である。   Further, the present invention provides the first image in the target image obtained by imaging the first type of cells and the second type of cells that are present around the first type of cells and are cultured together. A region extraction procedure for extracting a region occupied by individual types of cells and cell aggregates and a region occupied by the second type of cells, and a region occupied by the second type of cells extracted in the region extraction procedure A first feature amount calculation procedure for calculating a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cells existing in the second type cell, a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cell, An evaluation processing procedure for evaluating a state of a first type of cell based on a correspondence relationship with a state of one type of cell.

また、本発明は、第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞とが撮像された対象画像において、前記第1の種類の個別の細胞および細胞の集合体が占める領域と前記第2の種類の細胞が占める領域とを抽出する第1のステップと、前記第1のステップで抽出された第2の種類の細胞が占める領域に存在する前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を算出する第2のステップと、前記第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量と、前記第1の種類の細胞の状態との対応関係に基づいて、第1の種類の細胞の状態を評価する第3のステップと、をコンピュータに実行させるための細胞評価プログラムである。   Further, the present invention provides the first image in the target image obtained by imaging the first type of cells and the second type of cells that are present around the first type of cells and are cultured together. A first step of extracting an area occupied by individual types of cells and cell aggregates and an area occupied by the second type of cells; and the second type of cells extracted in the first step A second step of calculating a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cells present in the occupied region, a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cells, and the first A cell evaluation program for causing a computer to execute the third step of evaluating the state of the first type of cell based on the correspondence relationship with the state of the type of cell.

また、本発明は、第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞が撮像された画像から、前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を抽出し、前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量に基づき、第1の種類の細胞の状態を推定し、前記第1の細胞の状態に基づき、前記第1の種類の細胞又は前記第2の種類の細胞の培養条件を変更することを特徴とする細胞の培養方法である。   The present invention also provides the second type of cell from an image obtained by imaging the first type of cells and the second type of cells that are present around the first type of cells and are cultured together. A feature amount indicating a morphological feature of a cell is extracted, a state of the first type cell is estimated based on a feature amount indicating a morphological feature of the second type cell, and the state of the first cell The cell culturing method is characterized in that the culture conditions of the first type of cells or the second type of cells are changed.

本発明によれば、細胞を染色せずに、細胞の状態を推定することができる。   According to the present invention, the state of a cell can be estimated without staining the cell.

本発明の実施形態であるインキュベータの正面図である。It is a front view of the incubator which is an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態であるインキュベータの平面図である。It is a top view of the incubator which is an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例であるインキュベータのブロック構成図である。It is a block block diagram of the incubator which is 1st Example of this invention. iPS細胞と共培養されているフィーダー細胞とが撮像された画像から、iPS細胞のコロニーの領域とフィーダー細胞の領域とを抽出する処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which extracts the area | region of the colony of an iPS cell, and the area | region of a feeder cell from the image by which the feeder cell co-cultured with the iPS cell was imaged. 抽出されたiPS細胞のコロニーの領域と、フィーダー細胞の領域とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the area | region of the colony of the extracted iPS cell, and the area | region of a feeder cell. 細胞の形態の各特徴量を説明するための図である。It is a figure for demonstrating each feature-value of the form of a cell. ある特徴量についての計算モデルのパラメータを格納するテーブルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the table which stores the parameter of the calculation model about a certain feature-value. Artificial Neural Networkの概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of Artificial Neural Network. Fuzzy Neural Networkの概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of a Fuzzy Neural Network. Fuzzy Neural Networkにおけるシグモイド関数を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sigmoid function in Fuzzy Neural Network. インキュベータにおける観察処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the observation process in an incubator. 計算モデル用の教師値の算出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating calculation of the teacher value for a calculation model. 計算モデルの構築を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating construction of a calculation model. 計算モデルを用いたiPS細胞の分化度を推定するためのフローチャートである。It is a flowchart for estimating the differentiation degree of the iPS cell using a calculation model. 本発明の第2の実施例であるインキュベータのブロック構成図である。It is a block block diagram of the incubator which is 2nd Example of this invention. 画像別、コロニー+フィーダーモデルの決定木を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the decision tree of a colony + feeder model according to an image. 画像別、コロニー・フィーダー別モデルの決定木を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the decision tree of the model classified by image and colony feeder. 細胞別、コロニー・フィーダー別モデルの決定木を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the decision tree of the model classified by cell and colony feeder. 決定木算出用の教師値の算出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating calculation of the teacher value for decision tree calculation. 決定木算出用の特徴量の算出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating calculation of the feature-value for decision tree calculation. 画像別の決定木の算出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating calculation of the decision tree according to an image. 細胞別の決定木算出を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the decision tree calculation for every cell. 図16に示す画像別、コロニー+フィーダーモデルを用いたiPS細胞の状態の推定を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the estimation of the state of the iPS cell using the image and colony + feeder model shown in FIG. 図17に示す画像別、コロニー・フィーダー別モデルを用いたiPS細胞の状態の推定を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the estimation of the state of the iPS cell using the image classification and colony feeder classification model shown in FIG. 図18に示す細胞別、コロニー・フィーダー別モデルを用いたiPS細胞の状態の推定を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the estimation of the state of the iPS cell using the cell classification and colony feeder classification model shown in FIG. 本発明の実施例2の細胞評価プログラムを用いた細胞の培養方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the culture | cultivation method of the cell using the cell evaluation program of Example 2 of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、iPS細胞と、iPS細胞の周囲に存在しiPS細胞に栄養素などを供給する1種類のフィーダー細胞とが共に培養されている。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment of the present invention, iPS cells and one type of feeder cells that exist around iPS cells and supply nutrients and the like to iPS cells are cultured together.

<実施例1>
一般的に、ES細胞またはiPS細胞は、その分化能力が高いほどその品質が良いと考えられている。従って、本発明の実施例1では、iPS細胞の状態を推定するのに、全体の細胞に占める分化した細胞の割合(以下、分化度と称する)を指標とする。
図1は、本発明の実施形態であるインキュベータの正面図である。図2は、本発明の実施形態であるインキュベータの平面図である。
<Example 1>
In general, ES cells or iPS cells are considered to have better quality as their differentiation ability increases. Therefore, in Example 1 of the present invention, in order to estimate the state of iPS cells, the ratio of differentiated cells in the total cells (hereinafter referred to as the degree of differentiation) is used as an index.
FIG. 1 is a front view of an incubator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the incubator according to the embodiment of the present invention.

恒温室15の前面には、大扉16、中扉17、小扉18が配置されている。大扉16
は、上部ケーシング12および下部ケーシング13の前面を覆っている。中扉17は、上
部ケーシング12の前面を覆っており、大扉16の開放時に恒温室15と外部との環境を
隔離する。小扉18は、細胞を培養する培養容器19を搬出入するための扉であって、中
扉17に取り付けられている。この小扉18から培養容器19を搬出入することで、恒温
室15の環境変化を抑制することが可能となる。なお、大扉16、中扉17、小扉18
は、パッキンP1,P2,P3によりそれぞれ気密性が維持されている。
A large door 16, a middle door 17 and a small door 18 are arranged on the front surface of the temperature-controlled room 15. Large door 16
Covers the front surfaces of the upper casing 12 and the lower casing 13. The middle door 17 covers the front surface of the upper casing 12 and isolates the environment between the temperature-controlled room 15 and the outside when the large door 16 is opened. The small door 18 is a door for carrying in and out a culture vessel 19 for culturing cells, and is attached to the middle door 17. It is possible to suppress environmental changes in the temperature-controlled room 15 by carrying the culture container 19 in and out of the small door 18. Large door 16, middle door 17, small door 18
The airtightness is maintained by the packings P1, P2, and P3, respectively.

また、恒温室15には、ストッカー21、観察ユニット22、容器搬送装置23、搬送
台24が配置されている。ここで、搬送台24は、小扉18の手前に配置されており、培
養容器19を小扉18から搬出入する。
In the temperature-controlled room 15, a stocker 21, an observation unit 22, a container transfer device 23, and a transfer table 24 are arranged. Here, the conveyance stand 24 is disposed in front of the small door 18, and carries the culture container 19 in and out of the small door 18.

ストッカー21は、上部ケーシング12の前面(図2の下側)からみて恒温室15の左
側に配置される。ストッカー21は複数の棚を有しており、ストッカー21の各々の棚に
は培養容器19を複数収納することができる。なお、各々の培養容器19には、培養の対
象となる細胞が培地とともに収容されている。
The stocker 21 is disposed on the left side of the temperature-controlled room 15 when viewed from the front surface of the upper casing 12 (the lower side in FIG. 2). The stocker 21 has a plurality of shelves, and each shelf of the stocker 21 can store a plurality of culture vessels 19. Each culture container 19 contains cells to be cultured together with a medium.

ここで、観察ユニット22は、上部ケーシング12のベースプレート14の開口部に嵌
め込まれて配置される。観察ユニット22は、試料台31と、試料台31の上方に張り出
したスタンドアーム32と、位相差観察用の顕微光学系および撮像装置(34)を内蔵し
た本体部分33と、を有している。そして、試料台31およびスタンドアーム32は恒温室15に配置される一方で、本体部分33は下部ケーシング13内に収納される。
Here, the observation unit 22 is disposed by being fitted into the opening of the base plate 14 of the upper casing 12. The observation unit 22 includes a sample stage 31, a stand arm 32 protruding above the sample stage 31, and a main body portion 33 incorporating a microscopic optical system for phase difference observation and an imaging device (34). . The sample stage 31 and the stand arm 32 are disposed in the temperature-controlled room 15, while the main body portion 33 is accommodated in the lower casing 13.

観察ユニット22は、上部ケーシング12の前面からみて恒温室15の右側に配置され
る。この観察ユニット22は、培養容器19内の細胞のタイムラプス観察を実行すること
ができる。
The observation unit 22 is disposed on the right side of the temperature-controlled room 15 when viewed from the front surface of the upper casing 12. The observation unit 22 can execute time-lapse observation of cells in the culture vessel 19.

ここで、観察ユニット22は、上部ケーシング12のベースプレート14の開口部に嵌
め込まれて配置される。観察ユニット22は、試料台31と、試料台31の上方に張り出
したスタンドアーム32と、位相差観察用の顕微光学系および撮像装置(34)を内蔵し
た本体部分33と、を有している。そして、試料台31およびスタンドアーム32は恒温室15に配置される一方で、本体部分33は下部ケーシング13内に収納される。
Here, the observation unit 22 is disposed by being fitted into the opening of the base plate 14 of the upper casing 12. The observation unit 22 includes a sample stage 31, a stand arm 32 protruding above the sample stage 31, and a main body portion 33 incorporating a microscopic optical system for phase difference observation and an imaging device (34). . The sample stage 31 and the stand arm 32 are disposed in the temperature-controlled room 15, while the main body portion 33 is accommodated in the lower casing 13.

試料台31は透光性の材質で構成されており、その上に培養容器19を載置することが
できる。この試料台31は水平方向に移動可能に構成されており、上面に載置した培養容
器19の位置を調整できる。また、スタンドアーム32にはLED光源35が内蔵されて
いる。そして、撮像装置34は、スタンドアーム32によって試料台31の上側から透過
照明された培養容器19の細胞を、顕微鏡の光学系を介して撮像することで細胞の顕微鏡画像を取得する。
The sample stage 31 is made of a translucent material, and the culture vessel 19 can be placed thereon. The sample stage 31 is configured to be movable in the horizontal direction, and the position of the culture vessel 19 placed on the upper surface can be adjusted. The stand arm 32 includes an LED light source 35. And the imaging device 34 acquires the microscope image of a cell by imaging the cell of the culture container 19 permeate | transmitted and illuminated from the upper side of the sample stand 31 with the stand arm 32 through the optical system of a microscope.

容器搬送装置23は、上部ケーシング12の前面からみて恒温室15の中央に配置され
る。この容器搬送装置23は、ストッカー21、観察ユニット22の試料台31および搬
送台24との間で培養容器19の受け渡しを行う。
The container transport device 23 is disposed in the center of the temperature-controlled room 15 when viewed from the front surface of the upper casing 12. The container transport device 23 delivers the culture container 19 between the stocker 21, the sample table 31 of the observation unit 22, and the transport table 24.

図2に示すように、容器搬送装置23は、多関節アームを有する垂直ロボット34と、回転ステージ35と、ミニステージ36と、アーム部37とを有している。回転ステージ35は、垂直ロボット34の先端部に回転軸35aを介して水平方向に180°回転可能に取り付けられている。そのため、回転ステージ35は、ストッカー21、試料台31および搬送台24に対して、アーム部37をそれぞれ対向させることができる。   As shown in FIG. 2, the container transport device 23 includes a vertical robot 34 having an articulated arm, a rotary stage 35, a mini stage 36, and an arm unit 37. The rotary stage 35 is attached to the tip of the vertical robot 34 via a rotary shaft 35a so as to be capable of rotating 180 ° in the horizontal direction. Therefore, the rotary stage 35 can make the arm portions 37 face the stocker 21, the sample table 31, and the transport table 24.

また、ミニステージ36は、回転ステージ35に対して水平方向に摺動可能に取り付けられている。ミニステージ36には培養容器19を把持するアーム部37が取り付けられている。   The mini stage 36 is attached to the rotation stage 35 so as to be slidable in the horizontal direction. An arm part 37 that holds the culture vessel 19 is attached to the mini stage 36.

図3は、本発明の第1の実施例であるインキュベータのブロック構成図である。
第1の実施例のインキュベータ11は、上部ケーシング12と下部ケーシング13とを有している。インキュベータ11の組立状態において、上部ケーシング12は下部ケーシング13の上に載置される。なお、上部ケーシング12と下部ケーシング13との内部空間は、ベースプレート14によって上下に仕切られている。
FIG. 3 is a block diagram of the incubator according to the first embodiment of the present invention.
The incubator 11 of the first embodiment has an upper casing 12 and a lower casing 13. In the assembled state of the incubator 11, the upper casing 12 is placed on the lower casing 13. Note that the internal space between the upper casing 12 and the lower casing 13 is vertically divided by a base plate 14.

上部ケーシング12は、温度調整装置15aと、湿度調整装置15bと、容器搬送装置23と、LED光源35とを有している。
まず、上部ケーシング12の構成の概要を説明する。上部ケーシング12の内部には、
細胞の培養を行う恒温室15が形成されている。この恒温室15は温度調整装置15aお
よび湿度調整装置15bを有している。
The upper casing 12 includes a temperature adjustment device 15a, a humidity adjustment device 15b, a container transport device 23, and an LED light source 35.
First, an outline of the configuration of the upper casing 12 will be described. Inside the upper casing 12,
A temperature-controlled room 15 for culturing cells is formed. The temperature-controlled room 15 includes a temperature adjusting device 15a and a humidity adjusting device 15b.

温度調整装置15aおよび湿度調整装置15bは、恒温室15内を細胞の培養に適した環境(例えば温度37℃、湿度90%)に維持する(なお、図1、図2での温度調整装置15a、湿度調整装置15bの図示は省略する)。
LED光源35は、培養容器19を照明する。
The temperature adjusting device 15a and the humidity adjusting device 15b maintain the inside of the temperature-controlled room 15 in an environment suitable for cell culture (for example, a temperature of 37 ° C. and a humidity of 90%) (Note that the temperature adjusting device 15a in FIGS. 1 and 2) The illustration of the humidity adjusting device 15b is omitted).
The LED light source 35 illuminates the culture vessel 19.

次に、下部ケーシング13の構成の概要を説明する。下部ケーシング13の内部には、観察ユニット22の撮像装置34や、インキュベータ11の制御装置(細胞評価装置)41が収納されている。
撮像装置34は、上側から透過照明された培養容器19の細胞を、顕微鏡の光学系を介して撮像することで細胞の顕微鏡画像を取得する。撮像装置34は、その細胞の顕微鏡画像をCPU42へ供給する。
Next, the outline of the configuration of the lower casing 13 will be described. Inside the lower casing 13 are housed an imaging device 34 of the observation unit 22 and a control device (cell evaluation device) 41 of the incubator 11.
The imaging device 34 acquires a microscopic image of the cell by imaging the cell of the culture vessel 19 that is transmitted and illuminated from above through the optical system of the microscope. The imaging device 34 supplies the microscope image of the cell to the CPU 42.

制御装置(細胞評価装置)41は、温度調整装置15aと、湿度調整装置15bと、観察ユニット22と、
容器搬送装置23とそれぞれ接続されている。この制御装置41は、所定のプログラムに
従ってインキュベータ11の各部を統括的に制御する。
The control device (cell evaluation device) 41 includes a temperature adjusting device 15a, a humidity adjusting device 15b, an observation unit 22,
Each is connected to the container transport device 23. The control device 41 comprehensively controls each part of the incubator 11 according to a predetermined program.

一例として、制御装置41は、温度調整装置15aおよび湿度調整装置15bをそれぞ
れ制御して恒温室15内を所定の環境条件に維持する。また、制御装置41は、所定の観
察スケジュールに基づいて、観察ユニット22および容器搬送装置23を制御して、培養
容器19の観察シーケンスを自動的に実行する。さらに、制御装置41は、観察シーケン
スで取得した画像に基づいて、細胞の状態の評価を行う培養状態評価処理を実行する。
As an example, the control device 41 controls the temperature adjustment device 15a and the humidity adjustment device 15b, respectively, to maintain the inside of the temperature-controlled room 15 at a predetermined environmental condition. The control device 41 controls the observation unit 22 and the container transport device 23 based on a predetermined observation schedule, and automatically executes the observation sequence of the culture vessel 19. Furthermore, the control device 41 executes a culture state evaluation process for evaluating a cell state based on an image acquired in the observation sequence.

制御装置41は、CPU42と、記憶部43と、を用いて構成されている。CPU42は、制御装置41の各種の演算処理を実行するプロセッサである。
記憶部43は、ハードディスクや、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体などで構成される。この記憶部43は、ストッカー21に収納されている各培養容器19に関する管理データと、撮像装置で撮像された顕微鏡画像のデータとを保持する。さらに、記憶部43は、CPU42によって実行されるプログラムを保持する。
The control device 41 is configured using a CPU 42 and a storage unit 43. The CPU 42 is a processor that executes various arithmetic processes of the control device 41.
The storage unit 43 is configured by a hard disk, a nonvolatile storage medium such as a flash memory, or the like. The storage unit 43 holds management data related to each culture vessel 19 stored in the stocker 21 and data of a microscope image captured by the imaging device. Furthermore, the storage unit 43 holds a program executed by the CPU 42.

なお、上記の管理データには、(a)個々の培養容器19を示すインデックスデータ、(b)ストッカー21での培養容器19の収納位置、(c)培養容器19の種類および形状(ウェルプレート、ディッシュ、フラスコなど)、(d)培養容器19で培養されている細胞の種類、(e)培養容器19の観察スケジュール、(f)タイムラプス観察時の撮像条件(対物レンズの倍率、容器内の観察地点等)、などが含まれている。また、ウェルプレートのように複数の小容器で同時に細胞を培養できる培養容器19については、各々の小容器ごとにそれぞれ管理データが生成される。   The management data includes (a) index data indicating individual culture containers 19, (b) the storage position of the culture container 19 in the stocker 21, and (c) the type and shape of the culture container 19 (well plate, (Dish, flask, etc.), (d) type of cells cultured in culture vessel 19, (e) observation schedule of culture vessel 19, (f) imaging conditions during time-lapse observation (magnification of objective lens, observation in vessel) Point, etc.). In addition, for the culture container 19 that can simultaneously culture cells in a plurality of small containers such as a well plate, management data is generated for each small container.

また、記憶部43は、予め用意されたサンプルの顕微鏡画像のデータを保持する。また、予め用意されたモデル構築用の顕微鏡画像のデータと、画像の教師値(例えば、分化の度合い)を保持する。   In addition, the storage unit 43 holds microscopic image data of a sample prepared in advance. Further, the data of the microscope image for model construction prepared in advance and the teacher value (for example, the degree of differentiation) of the image are held.

CPU42は、記憶部43に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、領域抽出部44と、特徴量算出部45と、度数分布算出部46と、指標抽出部47と、評価処理部48との各部の機能を実現する。   The CPU 42 reads out and executes a program stored in the storage unit 43, thereby executing an area extraction unit 44, a feature amount calculation unit 45, a frequency distribution calculation unit 46, an index extraction unit 47, and an evaluation processing unit 48. And realize the function of each part.

図4は、iPS細胞と共培養されているフィーダー細胞とが撮像された画像から、iPS細胞のコロニーの領域とフィーダー細胞の領域とを抽出する処理を説明するための図である。
領域抽出部44は、予め用意されたサンプルの顕微鏡画像のデータを記憶部43から読み込む。そして、領域抽出部44は、上記のサンプルの顕微鏡画像のうちから、処理対象となる画像81を指定する。そして、領域抽出部44は、画像81をOpen−Closeフィルタをかけて、Open−Closeフィルタをかけた画像82を生成する。
FIG. 4 is a diagram for explaining processing for extracting an iPS cell colony region and a feeder cell region from an image obtained by imaging feeder cells co-cultured with iPS cells.
The area extraction unit 44 reads from the storage unit 43 data of a microscope image of a sample prepared in advance. Then, the region extraction unit 44 designates an image 81 to be processed from among the microscopic images of the above samples. Then, the region extraction unit 44 applies an Open-Close filter to the image 81 to generate an image 82 that has been subjected to the Open-Close filter.

そして、領域抽出部44は、画像81から生成したOpen−Closeフィルタをかけた画像82を引き算した背景補正画像83を生成する。これによって、画像81のバックグラウンドの輝度を均一にすることができる。   Then, the region extraction unit 44 generates a background correction image 83 obtained by subtracting the image 82 that has been subjected to the Open-Close filter generated from the image 81. Thereby, the background luminance of the image 81 can be made uniform.

領域抽出部44は、背景補正画像83に対して、画像内に含まれる細胞を抽出する。例えば、位相差顕微鏡で細胞を撮像すると、細胞壁のように位相差の変化の大きな部位の周辺にはハロが現れる。そのため、領域抽出部44は、細胞壁に対応するハロを公知のエッジ抽出手法で抽出するとともに、輪郭追跡処理によってエッジで囲まれた閉空間を細胞と推定する。これにより上記の顕微鏡画像から個々の細胞を抽出することができる。   The region extraction unit 44 extracts cells included in the image from the background correction image 83. For example, when a cell is imaged with a phase-contrast microscope, a halo appears in the vicinity of a region with a large phase difference change such as a cell wall. Therefore, the region extraction unit 44 extracts the halo corresponding to the cell wall by a known edge extraction method, and estimates the closed space surrounded by the edges by the contour tracking process as a cell. Thereby, individual cells can be extracted from the above-mentioned microscopic image.

そして、領域抽出部44は、背景補正画像83から、iPS細胞のコロニーの領域を抽出した画像84を生成する。また、領域抽出部44は、背景補正画像83から、フィーダー細胞の領域を抽出した画像85を生成する。   Then, the region extraction unit 44 generates an image 84 obtained by extracting a colony region of iPS cells from the background correction image 83. Further, the region extraction unit 44 generates an image 85 obtained by extracting the feeder cell region from the background correction image 83.

図5は、抽出されたiPS細胞のコロニーの領域と、フィーダー細胞の領域とを説明するための図である。
領域抽出部44は、iPS細胞のコロニーの領域を抽出した画像84から、iPS細胞のコロニーの領域91を抜き出す。また、領域抽出部44は、フィーダー細胞の領域を抽出した画像85からフィーダー細胞の領域92を抜き出す。
領域抽出部44は、各観察時間におけるiPS細胞のコロニーの領域91の情報と、そのフィーダー細胞の領域92の情報とを、特徴量算出部45へ供給する。
FIG. 5 is a diagram for explaining an extracted iPS cell colony region and a feeder cell region.
The region extraction unit 44 extracts the iPS cell colony region 91 from the image 84 obtained by extracting the iPS cell colony region. The region extraction unit 44 extracts the feeder cell region 92 from the image 85 obtained by extracting the feeder cell region.
The area extraction unit 44 supplies the feature amount calculation unit 45 with information on the iPS cell colony region 91 and information on the feeder cell region 92 at each observation time.

図6は、細胞の形態の各特徴量を説明するための図である。具体的に、細胞形態の特徴量は、例えば、以下の通りである。
「Total area」(図6の(a)参照)は、注目する細胞の面積を示す値である。例えば、細胞形態の特徴量算出部45は、注目する細胞の領域の画素数に基づいて「Total area」の値を求めることができる。
FIG. 6 is a diagram for explaining each feature amount of the cell form. Specifically, the feature amount of the cell morphology is, for example, as follows.
“Total area” (see FIG. 6A) is a value indicating the area of the cell of interest. For example, the cell shape feature quantity calculation unit 45 can obtain the value of “Total area” based on the number of pixels in the cell area of interest.

「Hole area」(図6の(b)参照)は、注目する細胞内のHoleの面積を示す値である。ここで、Holeは、コントラストによって、細胞内における画像の明るさが閾値以上となる部分(位相差観察では白に近い状態となる箇所)を指す。例えば、細胞内小器官の染色されたリソソームなどがHoleとして検出される。
また、画像によっては、細胞核や、他の細胞小器官がHoleとして検出されうる。なお、細胞形態の特徴量算出部45は、細胞内における輝度値が閾値以上となる画素のまとまりをHoleとして検出し、このHoleの画素数に基づいて「Hole area」の値を求めればよい。
“Hole area” (see FIG. 6B) is a value indicating the area of Hole in the cell of interest. Here, Hole refers to a portion where the brightness of the image in the cell is equal to or greater than a threshold value due to contrast (a portion that is close to white in phase difference observation). For example, stained lysosomes of intracellular organelles are detected as Hole.
Further, depending on the image, a cell nucleus and other organelles can be detected as Hole. It should be noted that the cell form feature quantity calculation unit 45 may detect a group of pixels whose luminance value in the cell is equal to or greater than a threshold value as a Hole, and obtain a value of “Hole area” based on the number of pixels of the Hole.

「relative hole area」(図6の(c)参照)は、「Hole area」の値を「Total area」の値で除した値である(relative hole area=Hole area/Total area)。この「relative hole area」は、細胞の大きさにおける細胞内小器官の割合を示すパラメータであって、例えば細胞内小器官の肥大化や核の形の悪化などに応じてその値が変動する。   “Relative hole area” (see FIG. 6C) is a value obtained by dividing the value of “Hole area” by the value of “Total area” (relative hole area = Hole area / Total area). The “relative hole area” is a parameter indicating the ratio of the organelle in the cell size, and the value varies depending on, for example, enlargement of the organelle or deterioration of the shape of the nucleus.

「Perimeter」(図6の(d)参照)は、注目する細胞の外周の長さを示す値である。例えば、細胞形態の特徴量算出部45は、細胞を抽出するときの輪郭追跡処理により「Perimeter」の値を取得することができる。   “Perimeter” (see FIG. 6D) is a value indicating the length of the outer periphery of the cell of interest. For example, the cell form feature amount calculation unit 45 can acquire the value of “Perimeter” by the contour tracking process when extracting cells.

「Width」(図6の(e)参照)は、注目する細胞の画像横方向(X方向)での長さを示す値である。
「Height」(図6の(f)参照)は、注目する細胞の画像縦方向(Y方向)での長さを示す値である。
“Width” (see (e) in FIG. 6) is a value indicating the length of the cell of interest in the horizontal direction (X direction) of the image.
“Height” (see (f) in FIG. 6) is a value indicating the length of the cell of interest in the image vertical direction (Y direction).

「Length」(図6の(g)参照)は、注目する細胞を横切る線のうちの最大値(細胞の全長)を示す値である。
「Breadth」(図6の(h)参照)は、「Length」に直交する線のうちの最大値(細胞の横幅)を示す値である。
“Length” (see (g) of FIG. 6) is a value indicating the maximum value (the total length of the cell) of the lines crossing the cell of interest.
“Breadth” (see (h) in FIG. 6) is a value indicating the maximum value (lateral width of the cell) among the lines orthogonal to “Length”.

「Fiber Length」(図6の(i)参照)は、注目する細胞を擬似的に線状と仮定した場合の長さを示す値である。細胞形態の特徴量算出部45は、下式(1)により「Fiber Length」の値を求める。   “Fiber Length” (see (i) of FIG. 6) is a value indicating the length when the target cell is assumed to be pseudo linear. The cell form feature amount calculation unit 45 obtains the value of “Fiber Length” by the following equation (1).

但し、本明細書の式において「P」はPerimeterの値を示す。同様に「A」はTotal Areaの値を示す。   However, in the formula of this specification, “P” indicates the value of Perimeter. Similarly, “A” indicates the value of Total Area.

「Fiber Breadth」(図6の(j)参照)は、注目する細胞を擬似的に線状と仮定した場合の幅(Fiber Lengthと直交する方向の長さ)を示す値である。細胞形態の特徴量算出部45は、下式(2)により「Fiber Breadth」の値を求める。   “Fiber Breath” (see (j) of FIG. 6) is a value indicating a width (a length in a direction orthogonal to Fiber Length) when the target cell is assumed to be pseudo linear. The cell form feature quantity calculation unit 45 obtains the value of “Fiber Breath” by the following equation (2).

「Shape Factor」(図6の(k)参照)は、注目する細胞の円形度(細胞の丸さ)を示す値である。細胞形態の特徴量算出部45は、下式(3)により「Shape Factor」の値を求める。   “Shape Factor” (see (k) of FIG. 6) is a value indicating the circularity (cell roundness) of the cell of interest. The cell form feature quantity calculation unit 45 obtains the value of “Shape Factor” by the following equation (3).

「Elliptical form Factor」(図6の(l)参照)は、「Length」の値を「Breadth」の値で除した値(Elliptical form Factor=Length/Breadth)であって、注目する細胞の細長さの度合いを示すパラメータとなる。   “Elliptical form factor” (see (l) in FIG. 6) is a value obtained by dividing the value of “Length” by the value of “Breadth” (Elliptical form Factor = Length / Breadth), and the length of the cell of interest. It becomes a parameter indicating the degree of.

「Inner radius」(図6の(m)参照)は、注目する細胞の内接円の半径を示す値である。
「Outer radius」(図6の(n)参照)は、注目する細胞の外接円の半径を示す値である。
“Inner radius” (see (m) in FIG. 6) is a value indicating the radius of the inscribed circle of the cell of interest.
“Outer radius” (see (n) in FIG. 6) is a value indicating the radius of the circumscribed circle of the cell of interest.

「Mean radius」(図6の(o)参照)は、注目する細胞の輪郭を構成する全点とその重心点との平均距離を示す値である。
「Equivalent radius」(図6の(p)参照)は、注目する細胞と同面積の円の半径を示す値である。この「Equivalent radius」のパラメータは、注目する細胞を仮想的に円に近似した場合の大きさを示している。
“Mean radius” (see (o) of FIG. 6) is a value indicating an average distance between all the points constituting the outline of the cell of interest and its centroid point.
“Equivalent radius” (see (p) of FIG. 6) is a value indicating the radius of a circle having the same area as the cell of interest. The parameter “Equivalent radius” indicates the size when the cell of interest is virtually approximated to a circle.

ここで、細胞形態の特徴量算出部45は、細胞に対応する画素数に誤差分を加味して上記の各特徴量を求めてもよい。このとき、細胞形態の特徴量算出部45は、顕微鏡画像の撮影条件(撮影倍率や顕微光学系の収差など)を考慮して特徴量を求めるようにしてもよい。なお、「Inner radius」、「Outer radius」、「Mean radius」、「Equivalent radius」を求めるときには、細胞形態の特徴量算出部45は、公知の重心演算の手法に基づいて各細胞の重心点を求め、この重心点を基準にして各パラメータを求めればよい。   Here, the feature quantity calculation unit 45 of the cell morphology may obtain each feature quantity by adding an error to the number of pixels corresponding to the cell. At this time, the feature quantity calculation unit 45 of the cell morphology may obtain the feature quantity in consideration of the imaging conditions of the microscope image (imaging magnification, aberration of the microscopic optical system, etc.). When calculating “Inner radius”, “Outer radius”, “Mean radius”, and “Equivalent radius”, the feature calculation unit 45 of the cell morphology calculates the center of gravity of each cell based on a known center of gravity calculation method. It is only necessary to obtain each parameter based on the center of gravity.

細胞形態の特徴量算出部45は、領域抽出部44から供給された各観察時間におけるiPS細胞のコロニーの領域91の情報と、フィーダー細胞の領域92の情報とを受け取る。   The cell morphology feature quantity calculation unit 45 receives the information of the iPS cell colony region 91 and the information of the feeder cell region 92 supplied from the region extraction unit 44 at each observation time.

細胞形態の特徴量算出部45は、各フィーダー細胞の領域92において、図6に例示するフィーダー細胞の形態的特徴量を算出する。
ここで、フィーダー細胞の形態的特徴量とは、以下の特徴量を含んでもよい。「フィーダー細胞そのものの凹凸に相当する輝度値」、「フィーダー細胞の中の輝度分布」等である。
The cell morphology feature amount calculation unit 45 calculates the morphological feature amount of the feeder cell exemplified in FIG. 6 in each feeder cell region 92.
Here, the morphological feature amount of the feeder cell may include the following feature amount. “Luminance value corresponding to unevenness of feeder cell itself”, “Luminance distribution in feeder cell”, and the like.

なお、細胞形態の特徴量算出部45は、更に、各iPS細胞のコロニーの領域91において、図6に例示するiPS細胞のコロニーの形態的特徴量を算出してもよい。
ここで、iPS細胞のコロニーの形態的特徴量は、「コロニーそのものの凹凸に相当する輝度値」、「コロニーの中の輝度分布」、「コロニーを1つの物体と考えた、コロニー集団の形の分布」の特徴量を含んでもよい。
In addition, the feature quantity calculation unit 45 of the cell morphology may further calculate the morphological feature quantity of the iPS cell colony illustrated in FIG. 6 in the colony region 91 of each iPS cell.
Here, the morphological feature amount of the colony of iPS cells is “the luminance value corresponding to the unevenness of the colony itself”, “the luminance distribution in the colony”, “the shape of the colony group that considered the colony as one object” The feature amount of “distribution” may be included.

なお、細胞形態の特徴量算出部45は、iPS細胞のコロニーの形態的特徴量だけでなく、図6に例示する個々のiPS細胞の形態的特徴量を算出してもよい。ここで、iPS細胞の形態的特徴量は、「iPS細胞そのものの凹凸に相当する輝度値」、「iPS細胞の中の輝度分布」等の特徴量を含んでもよい。   The cell morphology feature quantity calculator 45 may calculate not only the morphological feature quantity of the iPS cell colony but also the morphological feature quantity of each iPS cell exemplified in FIG. 6. Here, the morphological feature amount of the iPS cell may include a feature amount such as “a luminance value corresponding to the unevenness of the iPS cell itself” and “a luminance distribution in the iPS cell”.

そして、算出した各観察時間における各フィーダー細胞の形態的特徴量と、各iPS細胞のコロニーの形態的特徴量と、個々のiPS細胞の形態的特徴量と、を記憶部43に記録する。   Then, the morphological feature amount of each feeder cell, the morphological feature amount of the colony of each iPS cell, and the morphological feature amount of each iPS cell at each calculated observation time are recorded in the storage unit 43.

度数分布算出部46は、記憶部43から各観察時間における各フィーダー細胞の形態的特徴量と、各iPS細胞のコロニーの形態的特徴量と、個々のiPS細胞の形態的特徴量と、を読み出す。また、度数分布算出部46は、記憶部43から観察画像の教師値を読み出す。   The frequency distribution calculation unit 46 reads from the storage unit 43 the morphological feature amount of each feeder cell, the morphological feature amount of each iPS cell colony, and the morphological feature amount of each iPS cell at each observation time. . Further, the frequency distribution calculation unit 46 reads the teacher value of the observation image from the storage unit 43.

度数分布算出部46は、各々の顕微鏡画像毎に算出された特徴量の種類毎に、それぞれ特徴量の度数分布を算出する。従って、度数分布算出部46は、1つの顕微鏡画像に対して、例えば57(=19[種類の特徴量]×3[種類の細胞])種類の特徴値の度数分布を求めることとなる。また、度数分布算出部46は、各々の度数分布において、特徴値の各区分に対応する細胞の数を頻度(%)として算出する。   The frequency distribution calculation unit 46 calculates the frequency distribution of feature amounts for each type of feature amount calculated for each microscope image. Therefore, the frequency distribution calculation unit 46 obtains, for example, 57 (= 19 [type feature amount] × 3 [type cell]) type feature value frequency distribution for one microscope image. Further, the frequency distribution calculation unit 46 calculates the number of cells corresponding to each segment of the feature value as a frequency (%) in each frequency distribution.

度数分布算出部46は、上記の度数分布における度数の区分を、特徴量の種類ごとの標準偏差を用いて正規化する。ここでは一例として、「Shape Factor」の度数分布での区分を決定する場合を説明する。   The frequency distribution calculation unit 46 normalizes the frequency classification in the frequency distribution using a standard deviation for each type of feature amount. Here, as an example, a case will be described in which a division in the frequency distribution of “Shape Factor” is determined.

まず、度数分布算出部46は、各々の顕微鏡画像から算出された全ての「Shape Factor」の値の標準偏差を算出する。次に、度数分布算出部46は、上記の標準偏差の値をFisherの式に代入して、「Shape Factor」の度数分布における度数の区分の基準値を求める。このとき、度数分布算出部46は、全ての「Shape Factor」の値の標準偏差(S)を4で除するとともに、小数点以下3桁目を四捨五入して上記の基準値とする。なお、一の実施形態での度数分布算出部46は、度数分布をヒストグラムとして図示する場合、20級数分の区間をモニタ等に描画させるものとする。   First, the frequency distribution calculation unit 46 calculates the standard deviation of all “Shape Factor” values calculated from the respective microscope images. Next, the frequency distribution calculation unit 46 substitutes the value of the standard deviation into the Fisher equation to obtain a reference value for the frequency classification in the frequency distribution of “Shape Factor”. At this time, the frequency distribution calculation unit 46 divides the standard deviation (S) of all “Shape Factor” values by 4 and rounds off the third decimal place to obtain the above-described reference value. In addition, the frequency distribution calculation part 46 in one Embodiment shall draw the area for 20 series on a monitor etc., when frequency distribution is illustrated as a histogram.

一例として、「Shape Factor」の標準偏差Sが259のとき、259/4
=64.750から「64.75」が上記の基準値となる。そして、注目する画像の「S
hape Factor」の度数分布を求めるとき、度数分布算出部46は、「Shap
e Factor」の値に応じて0値から64.75刻みで設定された各クラスに細胞を
分類し、各クラスでの細胞の個数をカウントすればよい。
As an example, when the standard deviation S of “Shape Factor” is 259, 259/4
= 64.750 to “64.75” is the reference value. Then, "S"
When calculating the frequency distribution of the “shape factor”, the frequency distribution calculating unit 46 selects “Shap”.
According to the value of “e Factor”, the cells may be classified into each class set in increments of 0 to 64.75, and the number of cells in each class may be counted.

このように、度数分布算出部46が、特徴量の種類毎に標準偏差で度数分布の区分を正
規化するため、異なる特徴値の間でも度数分布の傾向を大局的に近似させることができる。よって、一の実施例では、異なる特徴値間で細胞の培養状態と度数分布の変化との相関を求めることが比較的容易となる。
As described above, the frequency distribution calculation unit 46 normalizes the frequency distribution division with the standard deviation for each type of feature amount, and thus the tendency of the frequency distribution can be roughly approximated between different feature values. Therefore, in one embodiment, it is relatively easy to obtain a correlation between a cell culture state and a change in frequency distribution between different feature values.

度数分布算出部46は、全ての形態的特徴量をヒストグラムする。度数分布算出部46は、全てのヒストグラムを記憶部43に保存する。   The frequency distribution calculation unit 46 histograms all the morphological feature amounts. The frequency distribution calculation unit 46 stores all histograms in the storage unit 43.

指標抽出部47は、全てのヒストグラムを記憶部43から読み出す。
指標抽出部47は、形態的特徴量ごとに、各経時のヒストグラムを、経時の全組み合わせ分比較して、経時間のヒストグラムの面積差の絶対値を算出する。
The index extraction unit 47 reads all histograms from the storage unit 43.
The index extraction unit 47 compares the histograms over time for all combinations over time for each morphological feature amount, and calculates the absolute value of the area difference of the histogram over time.

図7は、ある特徴量についての計算モデルのパラメータを格納するテーブルを説明するための図である。テーブル100は、時刻1と、時刻2と、各特徴量f(j)(jは1からnまでの整数)の時刻1の特徴量のヒストグラムと、時刻2の特徴量のヒストグラムとの面積差ΔSf(j)と、教師値(例えば、分化の度合い)の差を用いて構成されている。
ここで、一例として、形態的特徴量の種類が同じで、撮影時間(0、24、48、72、96時間目)が異なる5つの度数分布を想定する。
FIG. 7 is a diagram for explaining a table that stores parameters of a calculation model for a certain feature amount. The table 100 shows an area difference between the histogram of the feature quantity at time 1 and the histogram of the feature quantity at time 2 for time 1, time 2, and each feature quantity f (j) (j is an integer from 1 to n). It is configured using a difference between ΔS f (j) and a teacher value (for example, the degree of differentiation).
Here, as an example, five frequency distributions having the same type of morphological feature amount and different shooting times (0, 24, 48, 72, 96th hour) are assumed.

指標抽出部47は、上記全10通りの組み合わせに対して、以下の式(4)により、度数分布の面積差の絶対値(画像間での度数分布の差分の絶対値を積分したもの)を算出する。つまり、1セット分における1種類の特徴量に注目したとき、指標抽出部47は、その特徴値の度数分布につき、計10通りの面積差を算出する。   The index extraction unit 47 calculates the absolute value of the area difference of the frequency distribution (integrated absolute value of the difference of the frequency distribution between images) by the following formula (4) for all the 10 combinations. calculate. That is, when focusing on one type of feature amount for one set, the index extraction unit 47 calculates a total of 10 area differences for the frequency distribution of the feature value.

但し、式(4)において、「Control」は初期状態の度数分布(8時間目)における1区間分の度数(細胞数)を示す。また、「Sample」は、比較対象の度数分布における1区間分の度数を示す。また、iは、度数分布の区間を示す変数である。   However, in Expression (4), “Control” indicates the frequency (number of cells) for one section in the initial frequency distribution (8th hour). “Sample” indicates the frequency of one section in the frequency distribution to be compared. Further, i is a variable indicating a frequency distribution interval.

指標抽出部47は、特徴量の種類ごとに上記演算を行うことで、すべての特徴量についてそれぞれ10通りの度数分布の変化量を取得できる。すなわち、1セット分の顕微鏡画像について、19種類×10通りで190の度数分布の組み合わせをとることができる。以後、上記の度数分布の組み合わせの1つを、指標と称する
指標抽出部47は、形態的特徴量毎に、上記テーブル100を、記憶部43に保存する。
The index extraction unit 47 can obtain 10 types of frequency distribution change amounts for all feature amounts by performing the above calculation for each type of feature amount. That is, with respect to one set of microscope images, 19 types × 10 combinations of 190 frequency distributions can be taken. Hereinafter, one of the combinations of the frequency distributions will be referred to as an index. The index extraction unit 47 stores the table 100 in the storage unit 43 for each morphological feature amount.

指標抽出部47は、190の指標のうちから、細胞の培養状態をよく反映する指標を多変量解析により1以上指定する。この指標の組合せの選択は、後述するファジーニューラルネットワークと同等の非線形モデル以外にも、細胞とその形態の複雑性に応じて線形モデルの利用も有効である。このような指標の組合せの選択と共に、指標抽出部47は、上記の指定された1以上の指標を用いて、顕微鏡画像から、iPS細胞の状態を推定する計算モデルを算出する。   The index extraction unit 47 designates one or more indices among the 190 indices that well reflect the cell culture state by multivariate analysis. In addition to the nonlinear model equivalent to a fuzzy neural network described later, the use of a linear model is also effective in selecting the combination of indices according to the complexity of the cell and its form. Along with the selection of such index combinations, the index extraction unit 47 calculates a calculation model for estimating the state of iPS cells from the microscope image using one or more of the specified indices.

具体的には、各経時の形の指標19種類の平均値(入力値1)と、各経時の形の指標19種類の標準偏差(入力値2)と、各経時の形の指標19種類の分布の値そのもの(入力値3)と、各経時の形の指標19種類の分布の経時間の面積差(入力値4)との4つの入力値がある。4つの入力値に対し、各画像細胞の分化度(教師値)が関係付けられる。従って、指標抽出部47は、教師値を最も精度よく予測できる入力値の組み合わせを見つける。   Specifically, the average value (input value 1) of 19 types of indicators in each time form, the standard deviation (input value 2) of 19 types of indicators in each time format, and the 19 types of indicators in each time format There are four input values, that is, the distribution value itself (input value 3) and the area difference (input value 4) over time of the distribution of the 19 kinds of distributions in the form of each time. The degree of differentiation (teacher value) of each image cell is related to the four input values. Therefore, the index extraction unit 47 finds a combination of input values that can predict the teacher value with the highest accuracy.

ここで、指標抽出部47は、ファジーニューラルネットワーク(Fuzzy Neural Network:FNN)解析によって上記の計算モデルを求める。   Here, the index extraction unit 47 obtains the above calculation model by analyzing a fuzzy neural network (FNN).

FNNとは、人工ニューラルネットワーク(Artificial Neural Network:ANN)とファジィ推論とを組み合わせた方法である。このFNNでは、ファジイ推論の欠点であるメンバーシップ関数の決定を人間に頼るという部分を回避すべく、ANNをファジィ推論に組み込んでその自動決定を行う。学習機械のひとつであるANN(図10参照)は、生体の脳における神経回路網を数学的にモデル化したものであり、以下の特徴を持つ。   FNN is a method in which an artificial neural network (ANN) and fuzzy inference are combined. In this FNN, an ANN is incorporated in fuzzy inference to automatically determine the membership function, which is a drawback of fuzzy inference. ANN (see FIG. 10), which is one of the learning machines, is a mathematical model of a neural network in a living brain and has the following characteristics.

図8は、Artificial Neural Networkの概要を説明するための図である。
ANNにおける学習は、目的の出力値(教師値)をもつ学習用のデータ(入力値:X)を用いて、バックプロパゲーション(Back propagation:BP)法により教師値と出力値(Y)との誤差が小さくなるように、ノード(図8において丸で示す)間をつなぐ回路における結合荷重を変え、その出力値が教師値に近づくようにモデルを構築する過程である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the outline of the Artificial Neural Network.
The learning in the ANN uses learning data (input value: X) having a target output value (teacher value), and uses a back propagation (BP) method to calculate the teacher value and the output value (Y). This is a process of constructing a model so that the coupling load in a circuit connecting between nodes (indicated by circles in FIG. 8) is changed so that the error becomes small, and the output value approaches the teacher value.

このBP法を用いれば、ANNは学習により自動的に知識を獲得することができる。そして、最終的に学習に用いていないデータを入力することにより、そのモデルの汎用性を評価できる。従来、メンバーシップ関数の決定は、人間の感覚に頼っていたが、上で述べたようなANNをファジイ推論に組み込むことで自動的なメンバーシップ関数の同定が可能になる。これがFNNである。   Using this BP method, the ANN can automatically acquire knowledge by learning. Finally, by inputting data that is not used for learning, the versatility of the model can be evaluated. Conventionally, membership function determination has relied on human senses, but by incorporating ANN as described above into fuzzy inference, membership function can be automatically identified. This is FNN.

図9は、Fuzzy Neural Networkの概要を説明するための図である。
FNNでは、ANNと同様に、BP法を用いることによりネットワークに与えられた入出力関係を、結合荷重を変化させることで自動的に同定しモデル化できる。FNNは、学習後のモデルを解析することでファジィ推論のように人間に理解しやすい言語的なルール(一例として図9の右下の吹き出しを参照)として知識を獲得できるという特徴をもっている。
FIG. 9 is a diagram for explaining the outline of the Fuzzy Neural Network.
In the FNN, like the ANN, the input / output relationship given to the network by using the BP method can be automatically identified and modeled by changing the coupling weight. FNN has a characteristic that knowledge can be acquired as a linguistic rule that is easy for humans to understand like fuzzy reasoning (see the balloon at the lower right in FIG. 9 as an example) by analyzing a model after learning.

つまり、FNNは、その構造、特徴から、細胞の形態的特徴を表した数値のような変数の組み合わせにおける最適なファジィ推論の組み合わせを自動決定し、予測目標に関する推定と、予測に有効な指標の組み合わせを示すルールの生成を同時に行うことができる。   In other words, FNN automatically determines the optimal combination of fuzzy reasoning in the combination of variables such as numerical values representing the morphological characteristics of the cell from its structure and characteristics, and provides an estimate of the prediction target and an effective index for prediction. Rules that indicate combinations can be generated simultaneously.

FNNの構造は、「入力層」、シグモイド関数に含まれるパラメータWc、Wgを決定する「メンバーシップ関数部分(前件部)」、Wfを決定するとともに入力および出力の関係をルールとして取り出すことが可能な「ファジィルール部分(後件部)」、「出力層」の4層から成り立っている(図9参照)。   The structure of the FNN is “input layer”, “membership function part (preceding part)” that determines parameters Wc and Wg included in the sigmoid function, Wf is determined, and the relationship between input and output is taken out as a rule It consists of four possible layers of “fuzzy rule part (consequent part)” and “output layer” (see FIG. 9).

図10は、Fuzzy Neural Networkにおけるシグモイド関数を説明するための図である。
FNNのモデル構造を決定する結合荷重にはWc、Wg、Wfがある。結合荷重Wcは、メンバーシップ関数に用いられるシグモイド関数の中心位置、Wgは中心位置での傾きを決定する(図10参照)。
FIG. 10 is a diagram for explaining a sigmoid function in the Fuzzy Natural Network.
There are Wc, Wg, and Wf as bond loads that determine the model structure of FNN. The combined load Wc determines the center position of the sigmoid function used for the membership function, and Wg determines the inclination at the center position (see FIG. 10).

図9に戻り、モデル内では、入力値がファジィ関数により、人間の感覚的に近い柔軟性を持って表現される(一例として図9の左下の吹き出しを参照)。結合荷重Wfは各ファジイ領域の推定結果に対する寄与を表しており、Wfよりファジィルールを導くことができる。即ち、モデル内の構造はあとから解読でき、ルールとして書き起こすことができる(一例として図9中右下の吹き出しを参照)。   Returning to FIG. 9, in the model, the input value is expressed by a fuzzy function with flexibility close to human sensation (see the balloon at the lower left of FIG. 9 as an example). The combined load Wf represents a contribution to the estimation result of each fuzzy region, and a fuzzy rule can be derived from Wf. That is, the structure in the model can be deciphered later and written as a rule (see the balloon at the lower right in FIG. 9 as an example).

FNN解析におけるファジィルールの作成には結合荷重のひとつであるWf値が用いられる。Wf値が正の値で大きいと、そのユニットは「予測に有効である」と判定されることに対する寄与が大きく、そのルールに当てはまった指標は「有効である」と判断される。Wf値が負の値で小さいと、そのユニットは「予測に有効でない」と判定されることに対する寄与が大きく、そのルールに当てはまった指標は「有効でない」と判断される。   A Wf value, which is one of the coupling loads, is used to create a fuzzy rule in the FNN analysis. If the Wf value is positive and large, the unit contributes greatly to being determined to be “effective for prediction”, and the index applied to the rule is determined to be “effective”. If the Wf value is negative and small, the unit has a large contribution to being determined as “invalid for prediction”, and the index applied to the rule is determined as “invalid”.

より具体的な例として、指標抽出部47は、以下の(A)から(H)の処理により、上記の計算モデルを求める。   As a more specific example, the index extraction unit 47 obtains the calculation model by the following processes (A) to (H).

(A)指標抽出部47は、190の指標のうちから1つの指標を選択する。
(B)指標抽出部47は、(A)で選択された指標による度数分布の変化量を変数
とした計算式により、各々の顕微鏡画像のセットでの、iPS細胞の状態(予測値)を求める。
(A) The index extraction unit 47 selects one index from 190 indexes.
(B) The index extraction unit 47 obtains the state (predicted value) of iPS cells in each set of microscopic images by a calculation formula using the amount of change in the frequency distribution according to the index selected in (A) as a variable. .

仮に、1つの指標から、iPS細胞の状態を求める計算式を「Y=αX」(但し、「Y」は、iPS細胞の計算値(例えば、iPS細胞の増加数を示す値)、「X」は上記の選択された指標に対応する度数分布の変化量、「α」はXに対応する係数値、をそれぞれ示す)とする。このとき、指標抽出部47は、αに任意の値を代入するとともに、Xに各セットにおける度数分布の変化量をそれぞれ代入する。これにより、各セットでのがん細胞の計算値(Y)が求められる。 Assuming that a calculation formula for obtaining the state of iPS cells from one index is “Y = αX 1 ” (where “Y” is a calculated value of iPS cells (for example, a value indicating the number of iPS cells increased), “X 1 ”represents the amount of change in the frequency distribution corresponding to the selected index, and“ α ”represents the coefficient value corresponding to X 1 ). In this case, the index extraction unit 47 is configured to assign any value to alpha, if the values are the variation of the frequency distribution in each set to X 1. Thereby, the calculated value (Y) of the cancer cell in each set is obtained.

(C)指標抽出部47は、各々の顕微鏡画像のセットについて、(B)で求めた計
算値Yと、実際のiPS細胞の数(教師値)との誤差をそれぞれ求める。なお、上記の教師値は、読み込んだiPS細胞の数の情報に基づいて、指標抽出部47が求めるものとする。
そして、指標抽出部47は、各顕微鏡画像のセットでの計算値の誤差がより小さくなるように、教師付き学習により上記の計算式の係数αを修正する。
(C) The index extraction unit 47 obtains an error between the calculated value Y obtained in (B) and the actual number of iPS cells (teacher value) for each set of microscope images. Note that the above-described teacher value is obtained by the index extraction unit 47 based on information on the number of read iPS cells.
Then, the index extraction unit 47 corrects the coefficient α of the above calculation formula by supervised learning so that the error of the calculated value in each set of microscope images becomes smaller.

(D)指標抽出部47は、上記の(B)および(C)の処理を繰り返し、上記(A)の指標について、計算値の平均誤差が最も小さくなる計算式のモデルを取得する。
(E)指標抽出部47は、190の各指標について、上記(A)から(D)の各処理を繰り返す。そして、指標抽出部47は、190の各指標における計算値の平均誤差を比較し、その平均誤差が最も低くなる指標を、評価情報の生成に用いる1番目の指標とする。
(D) The index extraction unit 47 repeats the processes (B) and (C), and obtains a calculation formula model that minimizes the average error of the calculated values for the index (A).
(E) The index extraction unit 47 repeats the processes (A) to (D) for 190 indices. Then, the index extraction unit 47 compares the average errors of the calculated values of the 190 indices, and sets the index having the lowest average error as the first index used for generating the evaluation information.

(F)指標抽出部47は、上記(E)で求めた1番目の指標と組み合わせる2番目の指標を求める。このとき、指標抽出部47は、上記の1番目の指標と残りの189の指標とを1つずつペアにしてゆく。次に、指標抽出部47は、各々のペアにおいて、計算式でがん細胞の予測誤差を求める。   (F) The index extraction unit 47 obtains a second index to be combined with the first index obtained in (E) above. At this time, the index extraction unit 47 pairs the first index and the remaining 189 indices one by one. Next, the index extraction unit 47 obtains a cancer cell prediction error by a calculation formula in each pair.

仮に、2つの指標からがん細胞の数を求める計算式を「Y=αX+βX」(但し、「Y」はがん細胞の計算値、「X」は1番目の指標に対応する度数分布の変化量、「α」はXに対応する係数値、「X」は、選択された指標に対応する度数分布の変化量、「β」はXに対応する係数値、をそれぞれ示す)とする。
そして、指標抽出部47は、上記の(B)および(C)と同様の処理により、計算値の平均誤差が最も小さくなるように、上記の係数α、βの値を求める。
Suppose that the calculation formula for obtaining the number of cancer cells from two indices is “Y = αX 1 + βX 2 ” (where “Y” corresponds to the calculated value of cancer cells, and “X 1 ” corresponds to the first index. The amount of change in the frequency distribution, “α” is a coefficient value corresponding to X 1 , “X 2 ” is the amount of change in the frequency distribution corresponding to the selected index, and “β” is the coefficient value corresponding to X 2. Respectively).
Then, the index extraction unit 47 obtains the values of the coefficients α and β so that the average error of the calculated values is minimized by the same processing as the above (B) and (C).

その後、指標抽出部47は、各々のペアで求めた計算値の平均誤差を比較し、その平均誤差が最も低くなるペアを求める。そして、指標抽出部47は、平均誤差が最も低くなるペアの指標を、評価情報の生成に用いる1番目および2番目の指標とする。   Thereafter, the index extraction unit 47 compares the average errors of the calculated values obtained for each pair, and obtains the pair having the lowest average error. Then, the index extraction unit 47 sets the pair index having the lowest average error as the first and second indices used for generating the evaluation information.

(G)指標抽出部47は、所定の終了条件を満たした段階で演算処理を終了する。例えば、指標抽出部47は、指標を増やす前後の各計算式による平均誤差を比較する。そして、指標抽出部47は、指標を増やした後の計算式による平均誤差が、指標を増やす前の計算式による平均誤差より高い場合(または両者の差が許容範囲に収まる場合)には、演算処理を終了する。   (G) The index extraction unit 47 ends the calculation process when a predetermined end condition is satisfied. For example, the index extraction unit 47 compares the average errors of the respective calculation formulas before and after increasing the index. Then, the index extraction unit 47 calculates the average error based on the calculation formula after increasing the index is higher than the average error based on the calculation formula before increasing the index (or the difference between the two is within the allowable range). The process ends.

(H)一方、上記(G)で終了条件を満たさない場合、指標抽出部47は、さらに指標の数を1つ増やして、上記(F)および(G)と同様の処理を繰り返す。これにより、上記の計算モデルを求めるときに、ステップワイズな変数選択によって指標の絞り込みが行われることとなる。   (H) On the other hand, when the termination condition is not satisfied in (G), the index extraction unit 47 further increases the number of indices by 1, and repeats the same processing as in (F) and (G). Thereby, when obtaining the above calculation model, the index is narrowed down by stepwise variable selection.

指標抽出部47は、上記で求めた計算モデルの情報(計算式に用いる各指標を示す情報、計算式で各々の指標に対応する係数値の情報など)を記憶部43に記録する。   The index extraction unit 47 records the information of the calculation model obtained above (information indicating each index used in the calculation formula, information on coefficient values corresponding to each index in the calculation formula, etc.) in the storage unit 43.

なお、指標としては上記の指標に限られるものではなく、指標抽出部47は、0時間目、24時間目、48時間目、72時間目、96時間目、120時間目、148時間目、および168時間目の各々を基準として、1種類の特徴量に対して36(=9×8÷2)通りの指標をそれぞれ求め、19種類の特徴量に対して合計684(19種類×36通り)の指標を求めてもよい。
このような基準となる時刻が異なる指標を用いることにより、指標抽出部47は、より予測精度が高い計算モデルを構築することができる。
Note that the index is not limited to the above index, and the index extraction unit 47 may perform the 0th, 24th, 48th, 72th, 96th, 120th, 148th, and Using each of the 168th hour as a reference, 36 (= 9 × 8 ÷ 2) indexes are obtained for one type of feature value, and a total of 684 (19 types × 36 type) for 19 types of feature value. May be obtained.
By using such indexes with different reference times, the index extraction unit 47 can construct a calculation model with higher prediction accuracy.

評価処理部48は、記憶部43から対象画像の入力値1から入力値4と、計算モデルの情報を読み出す。
評価処理部48は、既に構築された計算モデルの計算式に用いる指標の値のみを入力値1から入力値4から選択する。
The evaluation processing unit 48 reads the input value 1 to the input value 4 of the target image and the information of the calculation model from the storage unit 43.
The evaluation processing unit 48 selects from the input value 1 to the input value 4 only the index value used in the calculation formula of the already constructed calculation model.

例えば、評価処理部48は、対象画像において、「8時間目の細胞の長さの標準偏差」と「96時間目の細胞丸さのヒストグラムと12時間目の細胞丸さのヒストグラムの面積差」とを選択する。
評価処理部48は、上記選択した指標を計算モデルに入力し、推定した分化度を算出する。
For example, the evaluation processing unit 48, in the target image, “the standard deviation of the cell length at the 8th hour” and “the area difference between the cell roundness histogram at the 96th hour and the histogram of the cell roundness at the 12th hour”. And select.
The evaluation processing unit 48 inputs the selected index into the calculation model and calculates the estimated degree of differentiation.

CPU42は、評価処理部48が推定したiPS細胞の状態に基づき、iPS細胞又はフィーダー細胞の培養条件(例えば温度、湿度等)を変更するよう制御する。例えば、CPU42は、温度調整装置15aに制御信号を供給し、恒温室15内の温度を上昇させるように制御する。また、CPU42は、湿度調整装置15bに制御信号を供給し、恒温室15内の湿度を下降させるように制御する。   The CPU 42 controls to change the culture conditions (for example, temperature, humidity, etc.) of the iPS cells or feeder cells based on the state of the iPS cells estimated by the evaluation processing unit 48. For example, the CPU 42 supplies a control signal to the temperature adjustment device 15a and controls the temperature inside the temperature-controlled room 15 to increase. In addition, the CPU 42 supplies a control signal to the humidity adjusting device 15b to control the humidity in the temperature-controlled room 15 to decrease.

<iPS細胞の観察の例>
図11は、インキュベータにおける観察処理の一例を示すフローチャートである。この図11は、恒温室15内に搬入された培養容器19を、登録された観察スケジュールに従ってタイムラプス観察する動作例を示している。
<Example of iPS cell observation>
FIG. 11 is a flowchart showing an example of observation processing in the incubator. FIG. 11 shows an operation example in which the culture container 19 carried into the temperature-controlled room 15 is time-lapse observed according to a registered observation schedule.

ステップS101において、CPU42は、記憶部43の管理データの観察スケジュールと現在日時とを比較して、培養容器19の観察開始時間が到来したか否かを判定する。観察開始時間となった場合(ステップS101 YES)、CPU42はS102に処理を移行させる。一方、培養容器19の観察時間ではない場合(ステップS101 NO)には、CPU42は次の観察スケジュールの時刻まで待機する。   In step S <b> 101, the CPU 42 compares the observation schedule of the management data in the storage unit 43 with the current date and time to determine whether or not the observation start time of the culture vessel 19 has come. When it is the observation start time (step S101 YES), the CPU 42 shifts the process to S102. On the other hand, when it is not the observation time of the culture container 19 (NO in step S101), the CPU 42 waits until the time of the next observation schedule.

次に、ステップS102において、CPU42は、観察スケジュールに対応する培養容器19の搬送を容器搬送装置23に指示する。そして、容器搬送装置23は、指示された培養容器19をストッカー21から搬出して観察ユニット22の試料台31に載置する。なお、培養容器19が試料台31に載置された段階で、スタンドアーム32に内蔵されたバードビューカメラ(不図示)によって培養容器19の全体観察画像が撮像される。   Next, in step S102, the CPU 42 instructs the container transport device 23 to transport the culture container 19 corresponding to the observation schedule. Then, the container transport device 23 carries the instructed culture container 19 out of the stocker 21 and places it on the sample stage 31 of the observation unit 22. Note that, when the culture vessel 19 is placed on the sample stage 31, an entire observation image of the culture vessel 19 is captured by a bird view camera (not shown) built in the stand arm 32.

次に、ステップS103において、CPU42は、観察ユニット22に対して細胞の顕微鏡画像の撮像を指示する。観察ユニット22は、LED光源35を点灯させて培養容器19を照明するとともに、撮像装置34を駆動させて培養容器19内の細胞の顕微鏡画像を撮像する。   Next, in step S103, the CPU 42 instructs the observation unit 22 to capture a microscopic image of the cell. The observation unit 22 turns on the LED light source 35 to illuminate the culture vessel 19 and drives the imaging device 34 to take a microscopic image of the cells in the culture vessel 19.

このとき、撮像装置34は、記憶部43に記憶されている管理データに基づいて、ユーザの指定した撮像条件(対物レンズの倍率、容器内の観察地点)に基づいて顕微鏡画像を撮像する。例えば、培養容器19内の複数のポイントを観察する場合、観察ユニット22は、試料台31の駆動によって培養容器19の位置を逐次調整し、各々のポイントでそれぞれ顕微鏡画像を撮像する。なお、S103で取得された顕微鏡画像のデータは、制御装置41に読み込まれるとともに、CPU42の制御によって記憶部43に記録される。   At this time, the imaging device 34 captures a microscope image based on the imaging conditions (magnification of the objective lens, observation point in the container) designated by the user based on the management data stored in the storage unit 43. For example, when observing a plurality of points in the culture container 19, the observation unit 22 sequentially adjusts the position of the culture container 19 by driving the sample stage 31 and picks up a microscope image at each point. The microscopic image data acquired in S103 is read by the control device 41 and recorded in the storage unit 43 under the control of the CPU.

次に、ステップS104において、CPU42は、観察スケジュールの終了後に培養容器19の搬送を容器搬送装置23に指示する。そして、容器搬送装置23は、指示された培養容器19を観察ユニット22の試料台31からストッカー21の所定の収納位置に搬送する。その後、CPU42は、観察シーケンスを終了してS101に処理を戻す。以上で、本フローチャートの説明を終了する。   Next, in step S104, the CPU 42 instructs the container transport device 23 to transport the culture container 19 after the observation schedule is completed. Then, the container transport device 23 transports the designated culture container 19 from the sample stage 31 of the observation unit 22 to a predetermined storage position of the stocker 21. Thereafter, the CPU 42 ends the observation sequence and returns the process to S101. Above, description of this flowchart is complete | finished.

<計算モデル用の教師値算出の例>
図12は、計算モデル用の教師値の算出を説明するためのフローチャートである。この計算モデルの生成処理では、画像の撮影時間および特徴値の種類がそれぞれ異なる複数の度数分布の組み合わせから、iPS細胞の状態の推定に用いる度数分布の組み合わせを、制御装置41が決定する。
<Example of teacher value calculation for calculation model>
FIG. 12 is a flowchart for explaining calculation of a teacher value for a calculation model. In this calculation model generation process, the control device 41 determines the combination of frequency distributions used for estimating the state of the iPS cell from a combination of a plurality of frequency distributions having different image capturing times and different types of feature values.

まず、ステップS201において、撮像装置34は、iPS細胞とiPS細胞の周囲に存在し、共に培養されているフィーダー細胞とが撮像された参照画像を継続的に取得し、記憶部43に保存する。   First, in step S <b> 201, the imaging device 34 continuously acquires a reference image in which iPS cells and feeder cells existing around the iPS cells and cultured together are acquired and stored in the storage unit 43.

次に、ステップS202において、一定期間培養後に、ユーザは、画像撮影した細胞を染色マーカー(例えば、分化度を示す染色マーカーであるSSEA−4、SSEA−1、およびnanog等)で染色する。
なお、CPU42が、一定期間培養後に、予め容器に入れられた染色マーカーを培養液に加えることに制御してもよい。これによって、画像撮影した細胞を染色マーカーで染色することができる。
Next, in step S202, after culturing for a certain period, the user stains the imaged cells with a staining marker (for example, SSEA-4, SSEA-1, and nanog which are staining markers indicating the degree of differentiation).
The CPU 42 may control to add a staining marker previously placed in a container to the culture solution after culturing for a certain period. Thereby, the imaged cell can be stained with the staining marker.

撮像装置34は、位相差観察用の顕微光学系で結像された染色されたiPS細胞を撮像する。なお、染色マーカーが蛍光物質で標識されている場合には、撮像装置34は、図示されていない蛍光観察用の顕微光学系で結像された染色されたiPS細胞を撮像する。そして、撮像装置34は、染色後の画像を記憶部43に保存する。   The imaging device 34 images stained iPS cells imaged by a microscopic optical system for phase difference observation. When the staining marker is labeled with a fluorescent substance, the imaging device 34 images the stained iPS cells imaged by a microscopic optical system for fluorescence observation (not shown). The imaging device 34 stores the stained image in the storage unit 43.

次に、ステップS203において、CPU42は、記憶部43から染色後の画像を読み出す。CPU42は、iPS細胞毎に染色の有無を判定する。
次に、ステップS204において、CPU42は、画像の教師値(分化度)を算出する。例えば、染色細胞数が72個、全体のiPS細胞数が100個だとすると、画像の教師値(分化度)は染色細胞数/全体の細胞数=72(%)となる。
Next, in step S <b> 203, the CPU 42 reads the dyed image from the storage unit 43. The CPU 42 determines the presence or absence of staining for each iPS cell.
Next, in step S204, the CPU 42 calculates a teacher value (differentiation degree) of the image. For example, if the number of stained cells is 72 and the total number of iPS cells is 100, the teacher value (differentiation degree) of the image is the number of stained cells / total number of cells = 72 (%).

次に、ステップS205において、ステップS201からステップS204の処理を全てのサンプルに対して所定の回数行っていない場合(ステップS201 NO)、上記工程を他のiPS細胞とフィーダー細胞とが共培養されたサンプルに対して、各々数十から数百枚行う。   Next, in step S205, when the processing from step S201 to step S204 has not been performed for all the samples a predetermined number of times (NO in step S201), the above steps were co-cultured with other iPS cells and feeder cells. Dozens or hundreds of each sample is performed.

例えば、ユーザが、分化度20付近(サンプル30個)、分化度50付近(サンプル30個)、分化度80付近(サンプル30個)、分化度100付近(サンプル30個)のサンプルに対して、24時間おきに4日間画像を撮影する。   For example, if the user has a degree of differentiation near 20 (30 samples), a degree of differentiation near 50 (30 samples), a degree of differentiation near 80 (30 samples), a sample near the degree of differentiation 100 (30 samples), Images are taken every 24 hours for 4 days.

上記継続培養画像は、4[条件]×30[サンプル]=120[枚]が、4日分存在するため、各120枚の画像に対して、0時間目、24時間目、48時間目、72時間目、96時間目の5点が存在する。また、それぞれの画像に対して、CPU42は、教師値(分化度)を算出し、記憶部43に保存する。   In the continuous culture image, 4 [conditions] × 30 [samples] = 120 [sheets] exist for 4 days, and therefore, for each 120 images, the 0th hour, the 24th hour, the 48th hour, There are 5 points at 72 hours and 96 hours. For each image, the CPU 42 calculates a teacher value (degree of differentiation) and stores it in the storage unit 43.

次に、ステップS205において、ステップS201からステップS204の処理を全てのサンプルに対して所定の回数行った場合(ステップS201 YES)、本フローチャートは、終了する。   Next, in step S205, when the process from step S201 to step S204 is performed a predetermined number of times for all samples (YES in step S201), this flowchart ends.

図13は、計算モデルの構築を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS301において、CPU42は、予め用意されたサンプルの顕微鏡画像のデータを記憶部43から読み込む。なお、S301でのCPU42は、各画像に対応する細胞の総数およびiPS細胞の数を示す情報もこの時点で取得するものとする。
FIG. 13 is a flowchart for explaining the construction of the calculation model.
First, in step S <b> 301, the CPU 42 reads from the storage unit 43 microscopic image data of a sample prepared in advance. Note that the CPU 42 in S301 also acquires information indicating the total number of cells and the number of iPS cells corresponding to each image at this time.

次に、ステップS302において、CPU42は、上記のサンプルの顕微鏡画像のうちから、処理対象となる画像を指定する。ここで、S302でのCPU42は、予め用意されているサンプルの顕微鏡画像のすべてを処理対象として順次指定してゆくものとする。   Next, in step S302, the CPU 42 designates an image to be processed from the microscopic images of the above samples. Here, it is assumed that the CPU 42 in S302 sequentially designates all of the sample microscope images prepared in advance as processing targets.

次に、ステップS303において、領域抽出部44は、処理対象の顕微鏡画像について、画像内に含まれるiPS細胞のコロニーの領域と、フィーダー細胞の領域とを抽出する。   Next, in step S303, the region extraction unit 44 extracts the iPS cell colony region and the feeder cell region included in the processing target microscope image.

次に、ステップS304において、特徴量算出部45は、処理対象の顕微鏡画像中に含まれる各iPS細胞のコロニーと、各iPS細胞と、各フィーダー細胞との形態的特徴を示す特徴量を算出する。例えば、各経時120(=4[条件]×30[枚])枚の画像に対して、各経時における特徴量を算出する。   Next, in step S304, the feature amount calculation unit 45 calculates a feature amount indicating the morphological features of each iPS cell colony, each iPS cell, and each feeder cell included in the microscope image to be processed. . For example, for each 120 images (= 4 [conditions] × 30 [sheets]) for each time, the feature value for each time is calculated.

次に、ステップS305において、特徴量算出部45は、算出した全ての特徴量を記憶部43に保存する。
次に、ステップS306において、全画像を全画像の特徴量を算出していない場合(ステップS306 NO)、ステップS302に戻る。全画像を全画像の特徴量を算出した場合(ステップS306 YES)、ステップS307に遷移する。
Next, in step S <b> 305, the feature amount calculation unit 45 stores all the calculated feature amounts in the storage unit 43.
Next, in step S306, when the feature amount of all images is not calculated for all images (NO in step S306), the process returns to step S302. When the feature amount of all the images has been calculated (YES in step S306), the process proceeds to step S307.

次に、ステップS307において、度数分布算出部46は、各経時の特徴量の平均値と、各経時の特徴量の標準偏差と、各経時の特徴量の度数分布を算出する。換言すれば、度数分布算出部46は、各画像中のすべての細胞1つ1つの形態情報を収集し、これを集団としてヒストグラム化する。   Next, in step S307, the frequency distribution calculation unit 46 calculates the average value of the feature values over time, the standard deviation of the feature values over time, and the frequency distribution of the feature values over time. In other words, the frequency distribution calculation unit 46 collects the morphological information of all the cells in each image and forms a histogram as a group.

次に、ステップS308において、指標抽出部47は、特徴量毎に、経時間の特徴量の度数分布の面積の差を、経時の全組み合わせに対して算出する。
例えば、各120枚の画像に対して、0時間目、24時間目、48時間目、72時間目、96時間目の5点が存在するとする。そうすると、以下の10個の経時の組み合わせが存在する。その経時の組み合わせは、[時間目]−[時間目]の書式で表すと、24−0、48−0、72−0、96−0、48−24、72−24、96−24、72−48、96−48、96−72である。
Next, in step S308, the index extraction unit 47 calculates, for each feature amount, the difference in the area of the frequency distribution of the feature amount over time for all combinations over time.
For example, it is assumed that there are five points at the 0th, 24th, 48th, 72th, and 96th hours for each of 120 images. Then, there are the following 10 combinations over time. The combination over time is expressed in the format of [Time]-[Time]. 24-0, 48-0, 72-0, 96-0, 48-24, 72-24, 96-24, 72 -48, 96-48, 96-72.

次に、ステップS309において、全ての特徴量で、経時間の特徴量の度数分布の面積の差を、経時の全組み合わせに対して算出していない場合(ステップS309 NO)、ステップS308に戻る。ステップS309において、全ての特徴量で、経時間の特徴量の度数分布の面積の差を、経時の全組み合わせに対して算出した場合(ステップS309 YES)、ステップS310に遷移する。   Next, in step S309, when the difference in the area of the frequency distribution of the feature quantity over time is not calculated for all the feature quantities for all combinations over time (NO in step S309), the process returns to step S308. In step S309, when the difference in the area of the frequency distribution of the feature amount over time is calculated for all the feature amounts with respect to all combinations over time (YES in step S309), the process proceeds to step S310.

次に、ステップS310において、指標抽出部47は、190の指標のうちから、iPS細胞の状態をよく反映する指標を多変量解析により1以上指定する。この指標の組合せの選択は、前述したファジーニューラルネットワークと同等の非線形モデル以外にも、細胞とその形態の複雑性に応じて線形モデルの利用も有効である。このような指標の組合せの選択と共に、指標抽出部47は、上記の指定された1以上の指標を用いて、顕微鏡画像からiPS細胞の状態を導出する計算モデルを求める。   Next, in step S310, the index extraction unit 47 designates one or more indices among the 190 indices that well reflect the state of iPS cells by multivariate analysis. In addition to the nonlinear model equivalent to the above-described fuzzy neural network, the use of a linear model according to the complexity of the cell and its form is also effective in selecting the combination of indices. Along with the selection of such index combinations, the index extraction unit 47 obtains a calculation model for deriving the state of iPS cells from the microscope image using one or more of the specified indices.

次に、ステップS311において、指標抽出部47は、計算モデルの情報(計算式に用いる各指標を示す情報、計算式で各々の指標に対応する係数値の情報など)を記憶部43に記録する。以上で、本フローチャートは終了する。   Next, in step S311, the index extraction unit 47 records calculation model information (information indicating each index used in the calculation formula, coefficient value information corresponding to each index in the calculation formula, and the like) in the storage unit 43. . Above, this flowchart is complete | finished.

<iPS細胞の状態推定処理の例>
図14は、計算モデルを用いたiPS細胞の分化度を推定するためのフローチャートである。
まず、ステップS401において、評価処理部48は、評価対象となる複数の顕微鏡画像(対象画像)のデータを記憶部43から読み込む。ここで、対象画像は、細胞群を培養した培養容器19をインキュベータ11によって同一視野を同一の撮影条件でタイムラプス観察して取得されたものとする。また、この場合のタイムラプス観察は、図13の例と条件を揃えるために、培養開始を初回として24時間おきに96時間目まで行うものとする。
<Example of iPS cell state estimation processing>
FIG. 14 is a flowchart for estimating the degree of differentiation of iPS cells using a calculation model.
First, in step S <b> 401, the evaluation processing unit 48 reads data of a plurality of microscope images (target images) to be evaluated from the storage unit 43. Here, it is assumed that the target image is acquired by observing the culture container 19 in which the cell group is cultured with the incubator 11 in the same field of view under the same imaging conditions. In this case, the time-lapse observation is performed every 24 hours until the 96th hour from the beginning of the culture in order to align the conditions with the example of FIG.

次に、ステップS402において、評価処理部48は、記憶部43の計算モデルの情報(図13のS311で記録されたもの)を読み込む。
次に、ステップS403において、特徴量算出部45、度数分布演算部46および評価処理部48は、上記の計算モデルの変数に対応する各指標について、それぞれ度数分布の変化量を求める。
Next, in step S402, the evaluation processing unit 48 reads information on the calculation model in the storage unit 43 (recorded in S311 in FIG. 13).
Next, in step S403, the feature amount calculation unit 45, the frequency distribution calculation unit 46, and the evaluation processing unit 48 obtain the change amount of the frequency distribution for each index corresponding to the variable of the calculation model.

次に、ステップS304において、評価処理部48は、ステップS403で求めた各指標の度数分布の変化量を、S302で読み出した計算モデルに代入して演算を行う。そして、評価処理部48は、上記の演算結果に基づいて、評価対象の顕微鏡画像におけるiPS細胞の分化度を示す推定情報を生成する。その後、評価処理部48は、この推定情報を不図示のモニタ等に表示させる。以上で、本フローチャートは終了する。   Next, in step S304, the evaluation processing unit 48 performs calculation by substituting the change amount of the frequency distribution of each index obtained in step S403 into the calculation model read out in S302. And the evaluation process part 48 produces | generates the estimation information which shows the differentiation degree of the iPS cell in the microscope image of evaluation object based on said calculation result. Thereafter, the evaluation processing unit 48 displays this estimation information on a monitor (not shown) or the like. Above, this flowchart is complete | finished.

第1の実施例によれば、iPS細胞のコロニーの形態的特徴量と、iPS細胞の形態的特徴量と、フィーダー細胞の形態的特徴量とから、iPS細胞の状態を推定することができる。   According to the first embodiment, the state of iPS cells can be estimated from the morphological feature amount of the iPS cell colony, the morphological feature amount of the iPS cell, and the morphological feature amount of the feeder cell.

なお、第1の実施例では、iPS細胞のコロニーの形態的特徴量と、iPS細胞の形態的特徴量と、フィーダー細胞の形態的特徴量とから、iPS細胞の分化度を推定したがこれに限らない。
フィーダー細胞の形態的特徴量の度数分布の時間変化のみから、iPS細胞の分化度を推定してもよい。
また、フィーダー細胞の形態的特徴量の度数分布の時間変化と、個別のiPS細胞の形態的特徴量の度数分布の時間変化またはiPS細胞のコロニーの形態的特徴量の度数分布の時間変化とから、iPS細胞の分化度を推定してもよい。
In the first example, the iPS cell differentiation degree was estimated from the morphological feature amount of the iPS cell colony, the morphological feature amount of the iPS cell, and the morphological feature amount of the feeder cell. Not exclusively.
The differentiation degree of iPS cells may be estimated only from the temporal change of the frequency distribution of the morphological feature amount of the feeder cells.
Also, from the time change of the frequency distribution of the morphological feature amount of feeder cells and the time change of the frequency distribution of the morphological feature amount of individual iPS cells or the time change of the frequency distribution of the morphological feature amount of colonies of iPS cells. The degree of iPS cell differentiation may be estimated.

なお、第1の実施例では、iPS細胞の分化度を推定したがこれに限らず、iPS細胞の劣化度合い、iPS細胞の増殖度、iPS細胞の分化の方向性、iPS細胞の腫瘍化しやすさ等でもよい。   In the first embodiment, the degree of iPS cell differentiation is estimated. However, the present invention is not limited to this, but the degree of iPS cell degradation, the degree of iPS cell proliferation, the direction of iPS cell differentiation, and the ease of tumor formation of iPS cells. Etc.

<実施例2>
上記の実施例1は、連続値でiPS細胞の状態を評価したが、本実施例2ではレベルとして大まかにiPS細胞の状態を区分する。本実施例2の方法は、染色評価の信頼性や実施例1の推定精度によっては連続値評価が適していない場合に、特に有用である。以下、本発明の第2の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
<Example 2>
In Example 1 described above, the state of iPS cells was evaluated using continuous values. In Example 2, the state of iPS cells is roughly classified as a level. The method of the second embodiment is particularly useful when continuous value evaluation is not suitable depending on the reliability of staining evaluation and the estimation accuracy of the first embodiment. Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図15は、本発明の第2の実施例であるインキュベータのブロック構成図である。インキュベータ11aは、上部ケーシング12と、下部ケーシング13aとを用いて構成されている。下部ケーシング13aは、撮像装置34と制御装置41aとを用いて構成されている。制御装置(細胞評価装置)41aは、CPU42aと記憶部43aとを用いて構成されている。
CPU42aと記憶部43a以外は、図3のブロック構成図と同じであるので、CPU42aと記憶部43a以外は説明を省略する。
FIG. 15 is a block diagram of an incubator according to the second embodiment of the present invention. The incubator 11a is configured using an upper casing 12 and a lower casing 13a. The lower casing 13a is configured using an imaging device 34 and a control device 41a. The control device (cell evaluation device) 41a is configured using a CPU 42a and a storage unit 43a.
Except for the CPU 42a and the storage unit 43a, the configuration is the same as the block configuration diagram of FIG.

記憶部43aは、ハードディスクや、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体などで構成される。この記憶部43aは、不図示のストッカーに収納されている各培養容器(不図示)に関する管理データと、撮像装置で撮像された顕微鏡画像のデータとを保持する。
さらに、記憶部43aは、CPU42aによって実行されるプログラムと、指標抽出部47aで算出された判別モデルの情報とを保持する。
The storage unit 43a is configured by a non-volatile storage medium such as a hard disk or a flash memory. The storage unit 43a holds management data regarding each culture container (not shown) stored in a stocker (not shown) and data of a microscope image captured by the imaging device.
Furthermore, the storage unit 43a holds a program executed by the CPU 42a and information on the discrimination model calculated by the index extraction unit 47a.

CPU42aは、記憶部43aに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、領域抽出部44と、特徴量算出部45aと、度数分布算出部46と、指標抽出部47aと、評価処理部48aとの各部の機能を実現する。   The CPU 42a reads out and executes a program stored in the storage unit 43a, thereby executing a region extraction unit 44, a feature amount calculation unit 45a, a frequency distribution calculation unit 46, an index extraction unit 47a, and an evaluation processing unit 48a. And realize the function of each part.

領域抽出部44と、度数分布算出部46との処理は、第1の実施例と同じなので、説明を省略する。   Since the processing of the region extraction unit 44 and the frequency distribution calculation unit 46 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.

特徴量算出部45aは、実施例1と同様に、領域抽出部44により画像から抽出した各画像のオブジェクトに対して、細胞の形態的特徴を示す特徴量をそれぞれ求める。一例として、特徴量算出部45aは、各細胞について19種類の特徴量をそれぞれ求める。   As in the first embodiment, the feature amount calculation unit 45a obtains feature amounts indicating the morphological features of the cells for each image object extracted from the image by the region extraction unit 44. As an example, the feature quantity calculation unit 45a obtains 19 types of feature quantities for each cell.

特徴量算出部45aは、演算対象の教師画像について、19種類の特徴量の画像内平均値および画像内標準偏差をそれぞれ求める。そして、特徴量算出部45aは、上記の各特徴量の画像内平均値および画像内標準偏差をそれぞれ記憶部43aに記録する。   The feature amount calculation unit 45a obtains an average value and an image standard deviation of 19 types of feature amounts for the teacher image to be calculated. Then, the feature amount calculation unit 45a records the in-image average value and the in-image standard deviation of each feature amount in the storage unit 43a.

これにより、細胞の継代数が同一であって観察時期(0、24、48、72、96時間目)がいずれも異なる5枚分の教師画像について、各観察時期においてそれぞれ38の特徴量(19種類×2通り(平均値、標準偏差))が求まることとなる。   As a result, regarding the five teacher images having the same cell passage number and different observation times (0, 24, 48, 72, and 96 hours), 38 feature values (19 2 types (average value, standard deviation)) are obtained.

特徴量算出部45aは、以下の(A1)−(A3)の処理によって、継代数が共通する教師画像をグループ化し、グループ化した教師画像群のうちの2つの教師画像間で各特徴量の変化量を求める。   The feature amount calculation unit 45a groups the teacher images having the same passage number by the following processes (A1) to (A3), and calculates the feature amount between the two teacher images in the grouped teacher image group. Find the amount of change.

(A1)特徴量算出部45aは、細胞の継代数が同一であって観察時期(0、24、48、72、96時間目)がいずれも異なる6枚分の教師画像をそれぞれグループ化する。特に限定するものではないが、グループ化する教師画像は、培養容器および撮像した位置(視野)が共通する5枚の顕微鏡画像であることが好ましい。   (A1) The feature amount calculation unit 45a groups the six teacher images having the same cell passage number and different observation times (0, 24, 48, 72, and 96 hours). Although not particularly limited, it is preferable that the teacher images to be grouped are five microscopic images having the same culture container and captured position (field of view).

(A2)特徴量算出部45aは、上記(A1)でグループ化した教師画像群において、撮像時点の異なる2つの教師画像を組み合わせる。ここで、1グループの教師画像は5枚であるので、2つの教師画像の組み合わせは10通りとなる。また、2つの教師画像の組み合わせは10通りであるため、1グループの教師画像群から求まる変化量は380種類(19の特徴量×2通り(平均値、標準偏差)×10通りの組み合わせ)となる。   (A2) The feature amount calculation unit 45a combines two teacher images at different imaging points in the teacher image group grouped in (A1). Here, since there are five teacher images in one group, there are ten combinations of two teacher images. Further, since there are 10 combinations of two teacher images, there are 380 types of change amounts determined from one group of teacher images (19 feature values × 2 patterns (average value, standard deviation) × 10 combinations). Become.

(A3)特徴量算出部45aは、上記(A2)の1つの組み合わせごとに、2つの教師画像間における各特徴量の画像内平均値の変化を示す19種類の変化量と、2つの教師画像間における各特徴量の画像内標準偏差の変化を示す19種類の変化量とをそれぞれ求める。   (A3) For each combination of (A2), the feature amount calculation unit 45a includes 19 types of change amounts indicating changes in the average value of the respective feature amounts between the two teacher images, and two teacher images. 19 kinds of change amounts indicating changes in the standard deviation in the image of each feature amount in between are obtained.

続いて、指標抽出部47aの処理について、説明する。
指標抽出部47aは、度数分布算出部46で算出された形態的特徴量の度数分布の各経時の面積差を算出する。
Next, the process of the index extraction unit 47a will be described.
The index extraction unit 47 a calculates the area difference of each time of the frequency distribution of the morphological feature amount calculated by the frequency distribution calculation unit 46.

指標抽出部47aは、特徴量算出部45aで算出された形態的特徴量と、形態的特徴量の度数分布の面積差とに基づいて、異なる分化を示す細胞を、分化毎にクラス分けする判別モデルを構築する。本第2の実施例での指標抽出部47aは、判別モデルの1つの形態として、決定木解析(Decision tree analysis)を採用し、細胞の継代回数に応じて顕微鏡画像をクラス分けする決定木を構築する。   The index extraction unit 47a classifies cells showing different differentiation into different classifications based on the morphological feature amount calculated by the feature amount calculation unit 45a and the area difference of the frequency distribution of the morphological feature amount. Build a model. The index extraction unit 47a in the second embodiment employs a decision tree analysis as one form of the discrimination model, and classifies the microscopic images according to the number of cell passages. Build up.

<決定木の構築方法>
以下、指標抽出部47aが決定木を構築する方法について説明する。
指標抽出部47aは、決定木の根ノードにおいて、継代数の異なる細胞を分類するときに適用するパラメータの種類(指標の種類)とそのパラメータの値(指標の閾値)とを求める。なお、上記のパラメータの種類は、各観察時期(0、24、48、72、96時間目)の各特徴量(150種類)および特徴量の変化量(380種類)のうちから選択される。
<How to construct a decision tree>
Hereinafter, a method by which the index extraction unit 47a constructs a decision tree will be described.
The index extraction unit 47a obtains a parameter type (index type) and a parameter value (index threshold) to be applied when classifying cells having different passage numbers at the root node of the decision tree. Note that the type of the parameter is selected from each feature amount (150 types) and feature amount change amount (380 types) at each observation period (0, 24, 48, 72, and 96 hours).

以下、上記の指標の種類および指標の閾値の求め方の一例を説明する。まず、指標抽出部47aは、上記の530(=150+380)種類のパラメータのうちから演算対象のパラメータを選択する。このとき、指標抽出部47aは、演算対象のパラメータに対応する教師画像群を予め抽出する。なお、抽出された教師画像群には、細胞の継代数の異なる教師画像が含まれる。   Hereinafter, an example of how to obtain the above-described index type and index threshold will be described. First, the index extraction unit 47a selects a parameter to be calculated from the above 530 (= 150 + 380) types of parameters. At this time, the index extraction unit 47a previously extracts a teacher image group corresponding to the calculation target parameter. The extracted teacher image group includes teacher images having different cell passage numbers.

次に、指標抽出部47aは、演算対象のパラメータに探索範囲(上限および下限)を設定するとともに、演算対象のパラメータの探索範囲を任意の刻みで複数に区切る。指標抽出部47aは、演算対象のパラメータの各刻み(パラメータの値)を閾値として、演算対象のパラメータに対応する教師画像群の細胞を2つの集合に分類する。これにより、演算対象のパラメータの各刻みにおいて、教師画像群の細胞の分類結果がそれぞれ得られる。
このとき、指標抽出部47aは、分類結果の各集合において、細胞の継代数に応じた細胞の数の分布をそれぞれ求めておく。
Next, the index extraction unit 47a sets a search range (upper limit and lower limit) for the parameter to be calculated, and divides the search range for the parameter to be calculated into a plurality of arbitrary increments. The index extraction unit 47a classifies the cells of the teacher image group corresponding to the parameter to be calculated into two sets using each step (parameter value) of the parameter to be calculated as a threshold value. As a result, the classification result of the cells of the teacher image group is obtained at each step of the parameter to be calculated.
At this time, the index extraction unit 47a obtains the distribution of the number of cells according to the number of passages of cells in each set of classification results.

指標抽出部47aは、上記の450種類の全パラメータでそれぞれ同様の処理を行い、各パラメータの個々の刻みにおける教師画像群の分類結果を取得する。そして、指標抽出部47aは、全ての分類結果のうちから、継代数の異なる細胞の分類に最も適したパラメータの種類(指標の種類)およびそのパラメータでの閾値(指標の閾値または指標の閾値)を決定する。   The index extraction unit 47a performs the same processing for all the 450 types of parameters described above, and acquires the classification result of the teacher image group at each step of each parameter. The index extraction unit 47a then selects the parameter type (index type) most suitable for classification of cells having different passage numbers from among all the classification results, and a threshold value for the parameter (index threshold value or index threshold value). To decide.

一例として、指標抽出部47aは、パラメータの種類および閾値の組み合わせのうち、任意の継代数の細胞を一方の集合に完全に分離できるものを、指標の種類および指標の閾値に決定する。上記条件に該当する組み合わせが複数ある場合、指標抽出部47aは、1種類分の任意の継代数の細胞のみを一方の集合に分離できるものを優先して上記の指標の種類および指標の閾値を決定すればよい。   As an example, the index extraction unit 47a determines the index type and the threshold of the index that can completely separate cells of any passage number into one set from among the combinations of the parameter type and the threshold. When there are a plurality of combinations that meet the above conditions, the index extraction unit 47a sets the index type and the threshold value of the index in preference to those that can separate only one kind of cells of any passage number into one set. Just decide.

また、上記条件に該当する組み合わせがない場合、指標抽出部47aは、以下の要領で指標の種類および指標の閾値を決定してもよい。例えば、指標抽出部47aは、2つの集合に同じ継代数の教師画像が含まれるが、一方の集合は1種類分の継代数の教師画像のみを抽出でき、かつ、一方の集合で抽出できる教師画像の数が最も多くなるものを優先して上記の指標の種類および指標の閾値を決定すればよい。   When there is no combination that meets the above conditions, the index extraction unit 47a may determine the index type and the index threshold in the following manner. For example, the index extraction unit 47a includes two sets of teacher images having the same passage number, but one set can extract only one type of passage number of teacher images, and one set can extract teacher images. The type of the index and the threshold value of the index may be determined by giving priority to the image having the largest number of images.

指標抽出部47aは、次に指標の種類および指標の閾値を求める演算対象のノードを指定する。例えば、指標抽出部47aは、親ノードから左右に分岐する子ノードのうち左側のノードを指定する。なお、左側の子ノードよりも下層の全ノードで既に指標の種類および指標の閾値が求められている場合、指標抽出部47aは、親ノードから右側に分岐するノードを指定する。   Next, the index extraction unit 47a designates the node to be calculated for obtaining the index type and the index threshold. For example, the index extraction unit 47a designates the left node among the child nodes that branch left and right from the parent node. When the index type and the index threshold are already obtained in all nodes below the left child node, the index extracting unit 47a specifies a node that branches from the parent node to the right side.

指標抽出部47aは、現在の演算対象のノードがそれ以上に分岐できないターミナルノードであるか否かを判定する。例えば、指標抽出部47aは、現在の演算対象のノードで1種類分の継代数の細胞が分離できている場合、ターミナルノードであると判定する。   The index extraction unit 47a determines whether or not the current computation target node is a terminal node that cannot branch further. For example, the index extraction unit 47a determines that it is a terminal node when cells of one passage number can be separated at the current computation target node.

指標抽出部47aは、演算が完了したか否かを判定する。なお、指標抽出部47aは、ターミナルノードを除くすべてのノードで指標の種類および指標の閾値を求め終えた場合に演算が完了したものと判定する。   The index extraction unit 47a determines whether the calculation is completed. The index extraction unit 47a determines that the calculation is completed when the index type and the index threshold value have been obtained in all the nodes other than the terminal node.

指標抽出部47aは、現在の演算対象のノードにおいて、指標の種類および指標の閾値を求める。その後、指標抽出部47aは、演算対象のノードを変更する。その後、ループにより、各ノードでの指標の種類および指標の閾値が再帰的に求められる。
指標抽出部47aは、以上の処理で構築された判別モデルのデータを記憶装置43aに記録する。
The index extraction unit 47a obtains the index type and the index threshold at the current calculation target node. Thereafter, the index extraction unit 47a changes the calculation target node. Thereafter, the index type and index threshold value are recursively obtained by the loop.
The index extraction unit 47a records the data of the discriminant model constructed by the above processing in the storage device 43a.

<指標の算出方法>
指標抽出部47aは、下記の2つの方法を用いて、iPS細胞の状態を区分するための指標を算出する。
1つ目の方法として、指標抽出部47aは、細胞の状態を染色等で評価し、「レベル」として大まかにいくつかに区分する。例えば、指標抽出部47aは、分化度小、分化度中、および分化度大に区分する。すなわち、指標抽出部47aは、順番や優劣が存在するものを、いくつかの「レベル」に区分する。
<Indicator calculation method>
The index extraction unit 47a calculates an index for classifying the state of iPS cells using the following two methods.
As a first method, the index extraction unit 47a evaluates the state of cells by staining or the like, and roughly classifies them into “levels”. For example, the index extraction unit 47a divides into a low differentiation degree, a middle differentiation degree, and a high differentiation degree. That is, the index extraction unit 47a classifies the items having the order and superiority into several “levels”.

2つ目の方法として、指標抽出部47aは、細胞の品質を染色等で評価し、「グループ」として大まかにいくつかに区分する。例えば、指標抽出部47aは、骨分化グループ、軟骨分化グループおよび脂肪分化グループに区分する。すなわち、指標抽出部47aは、各グループに順番や優劣はなく、並列的なグループであり、数字等で各グループをうまく言い表すことができないものを、いくつかの「グループ」に区分する。   As a second method, the index extraction unit 47a evaluates the quality of cells by staining or the like, and roughly classifies them into “groups”. For example, the index extraction unit 47a classifies into a bone differentiation group, a cartilage differentiation group, and a fat differentiation group. In other words, the index extraction unit 47a classifies each group, which is not a sequence or superiority and is a parallel group, and cannot be expressed well with numbers or the like into several “groups”.

指標抽出部47aは、決定木法を用いて、下記の2種類のモデルを作る。
指標抽出部47aは、画像別モデルとして、画像毎の入力値と画像毎の教師値を用いて、データをグループ化する。指標抽出部47aは、各「レベル」または各「グループ」を区分し、細胞の分化の度合いのレベルを分類し、各分化の種類が分類する。
The index extraction unit 47a creates the following two types of models using the decision tree method.
The index extraction unit 47a groups data using an input value for each image and a teacher value for each image as a model for each image. The index extraction unit 47a classifies each “level” or each “group”, classifies the level of cell differentiation, and classifies each differentiation type.

指標抽出部47aは、細胞別モデルとして、細胞毎の入力値と細胞毎の教師値を用いて、データをグループ化する。指標抽出部47aは、画像中の細胞1つ1つに対して、各細胞のレベルやグループを区分する。これによって、1つ1つの細胞において、どんな形の指標の組み合わせならば、どんなレベルかグループに相当するかがわかる。   The index extraction unit 47a groups data using an input value for each cell and a teacher value for each cell as a model for each cell. The index extraction unit 47a classifies the level and group of each cell for each cell in the image. As a result, it is possible to know what type of combination of indicators corresponds to what level or group in each cell.

指標抽出部47aは、上記各分類において、用意された「レベル」または「グループ」という多群をもっともよく別々に分離できる精度が高くなるように、各「レベル」または各「グループ」に対して指標の組み合わせと、その指標の閾値を選ぶ。
指標抽出部47aは、決定木の指標とその指標の閾値を記憶部43aに保存する。
In each of the above classifications, the index extraction unit 47a applies to each “level” or “group” so that the prepared “level” or “group” group can be separated with the highest accuracy. Select a combination of indicators and a threshold for that indicator.
The index extraction unit 47a stores the decision tree index and the threshold value of the index in the storage unit 43a.

評価処理部48aは、記憶部43aからその決定木の指標とその指標の閾値を読み出す。評価処理部48aは、対象画像の特徴量からその指標の値を抽出する。評価処理部48aは、決定木のノードの指標ごとに、対象画像から抽出した指標の値と閾値とを比較する。これによって、評価処理部48aは、対象画像または対象iPS細胞を、「レベル」または「グループ」に分類する。評価処理部48aは、分類結果に基づいて、iPS細胞の状態の推定結果を算出する。
以下、指標抽出部47aと評価処理部48aとの具体的な処理例について説明する。
The evaluation processing unit 48a reads the index of the decision tree and the threshold value of the index from the storage unit 43a. The evaluation processing unit 48a extracts the index value from the feature amount of the target image. The evaluation processing unit 48a compares the index value extracted from the target image with a threshold value for each index of the decision tree node. Accordingly, the evaluation processing unit 48a classifies the target image or the target iPS cell into “level” or “group”. The evaluation processing unit 48a calculates an estimation result of the state of iPS cells based on the classification result.
Hereinafter, specific processing examples of the index extraction unit 47a and the evaluation processing unit 48a will be described.

<画像別、コロニー+フィーダーモデル>
図16は、画像別、コロニー+フィーダーモデルの決定木を説明するための図である。
図16の決定木は、分化のグループを分けた一例である。対象画像において、96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差が20以上であれば、グループ1(骨の分化グループ)に属する。
<By image, colony + feeder model>
FIG. 16 is a diagram for explaining a decision tree for each image, colony + feeder model.
The decision tree in FIG. 16 is an example in which differentiation groups are divided. In the target image, if the area difference between the histograms of the feeder cells at 96 hours and 24 hours is 20 or more, it belongs to group 1 (bone differentiation group).

対象画像において、96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差が20未満で、24時間のコロニーの丸さの平均値が30以上であれば、グループ2(軟骨の分化グループ)に属する。
対象画像において、96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差が20未満で、24時間のコロニーの丸さの平均値が30未満であれば、グループ3(脂肪の分化グループ)に属する。
In the target image, if the area difference between the histograms of the feeder cells at 96 hours and 24 hours is less than 20, and the average roundness of colonies at 24 hours is 30 or more, group 2 (cartilage differentiation group) Belonging to.
In the target image, if the area difference between the histograms of the feeder cells at 96 hours and 24 hours is less than 20 and the average roundness of colonies at 24 hours is less than 30, group 3 (fat differentiation group) Belonging to.

指標抽出部47aは、画像別モデルとして、iPS細胞のコロニーの特徴量とフィーダー細胞の特徴量を用いた決定木の指標の種類を算出する。
例えば、指標抽出部47aは、「96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差」と「24時間目のコロニーの丸さの平均値」という指標の種類を選択する。
The index extraction unit 47a calculates the type of index of the decision tree using the iPS cell colony feature amount and the feeder cell feature amount as the image-specific model.
For example, the index extracting unit 47a selects index types “area difference between histograms of feeder cells at 96 hours and 24 hours” and “average value of roundness of colonies at 24 hours”.

また、指標抽出部47aは、各指標の種類に対して、どの値以上または未満で判断するかという閾値(指標の閾値)を決定する。
例えば、指標抽出部47aは、指標「96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差」の種類に対して、指標の閾値20を決定し、指標の種類「24時間目のコロニーの丸さの平均値」に対して、指標の閾値30を決定する。
In addition, the index extraction unit 47a determines a threshold value (index threshold value) for determining which value is greater than or less than each index type.
For example, the index extraction unit 47a determines the index threshold 20 for the type of the index “area difference between the histograms of the feeder cells at 96 hours and 24 hours”, and sets the index type “colony at 24 hours”. The threshold value 30 of the index is determined with respect to the “average value of roundness”.

<画像別、コロニー・フィーダーモデル>
図17は、画像別、コロニー・フィーダー別モデルの決定木を説明するための図である。
図17(a)は、画像別の、iPS細胞のコロニーの特徴量に基づく決定木(以下、コロニーモデル)を説明するための図である。図17(a)の決定木は、分化のグループを分けた一例である。対象画像において、24時間のコロニーの丸さの平均値が20以上であれば、グループ1(骨の分化グループ)に属する。
<By image, colony feeder model>
FIG. 17 is a diagram for explaining a decision tree for each image and each colony / feeder model.
FIG. 17A is a diagram for explaining a decision tree (hereinafter referred to as a colony model) based on the feature amount of a colony of iPS cells for each image. The decision tree in FIG. 17A is an example in which differentiation groups are divided. In the target image, if the average value of roundness of colonies over 24 hours is 20 or more, it belongs to group 1 (bone differentiation group).

対象画像において、24時間のコロニーの丸さの平均値が20未満で、96時間目と24時間目のコロニーの長さの変化量が100以上であれば、グループ2(軟骨の分化グループ)に属する。
一方、対象画像において、24時間のコロニーの丸さの平均値が20未満で、96時間目と24時間目のコロニーの長さの変化量が100未満であれば、グループ3(脂肪の分化グループ)に属する。
In the target image, if the average value of the roundness of the colonies at 24 hours is less than 20, and the amount of change in the length of the colonies at 96 hours and 24 hours is 100 or more, group 2 (cartilage differentiation group) Belongs.
On the other hand, if the average value of the roundness of the colonies for 24 hours is less than 20 and the change in the length of the colonies at 96 hours and 24 hours is less than 100 in the target image, group 3 (fat differentiation group) ).

図17(b)は、画像別の、フィーダー細胞の特徴量に基づく決定木(以下、フィーダーモデルと称する)を説明するための図である。図17(b)の決定木は、iPS細胞の劣化度合いのレベルを分けた一例である。対象画像において、48時間のフィーダー細胞の丸さの平均値が40以上であれば、グループ1(劣化度合い:大)に属する。   FIG. 17B is a diagram for explaining a decision tree (hereinafter referred to as a feeder model) based on the feature amount of a feeder cell for each image. The decision tree in FIG. 17B is an example in which the level of iPS cell degradation is divided. In the target image, if the average value of the roundness of the feeder cells for 48 hours is 40 or more, it belongs to group 1 (deterioration degree: large).

対象画像において、48時間のフィーダー細胞の丸さの平均値が40未満で、96時間目と24時間目のフィーダー細胞の丸さのヒストグラムの面積差が50以上であれば、グループ2(劣化度合い:中)に属する。
一方、対象画像において、48時間のフィーダー細胞の丸さの平均値が40未満で、96時間目と24時間目のフィーダー細胞の丸さのヒストグラムの面積差が50未満であれば、グループ3(劣化度合い:小)に属する。
In the target image, if the average value of the roundness of the 48-hour feeder cells is less than 40 and the area difference in the histogram of the roundness of the feeder cells at 96 hours and 24 hours is 50 or more, group 2 (degradation degree) : Medium).
On the other hand, in the target image, if the average value of the roundness of the 48-hour feeder cells is less than 40 and the area difference between the histograms of the roundness of the feeder cells at 96 hours and 24 hours is less than 50, group 3 ( Degradation degree: small).

指標抽出部47aは、画像別モデルとして、iPS細胞のコロニーの特徴量とフィーダー細胞の特徴量を用いた別々の決定木の指標を算出する。
例えば、指標抽出部47aは、コロニーモデルに対して、「24時間目のコロニーの丸さの平均値」と「96時間目と24時間目のコロニーの長さの変化量」という指標の種類を選択する。
また、指標抽出部47aは、フィーダーモデルに対して、「48時間目のフィーダー細胞の丸さの平均値」と「96時間目と24時間目のフィーダー細胞の丸さのヒストグラムの面積差」という指標の種類を選択する。
The index extraction unit 47a calculates indexes of different decision trees using the feature amount of the iPS cell colony and the feature amount of the feeder cell as the image-specific model.
For example, the index extraction unit 47a sets the types of indices “average value of roundness of colonies at 24 hours” and “change amount of colony lengths at 96 hours and 24 hours” to the colony model. select.
In addition, the index extraction unit 47a refers to the “average value of the roundness of the feeder cells at 48 hours” and the “area difference between the histograms of the roundness of the feeder cells at 96 hours and 24 hours” for the feeder model. Select the type of indicator.

また、指標抽出部47aは、各指標の種類に対して、指標の閾値を決定する。
例えば、指標抽出部47aは、指標の種類「24時間目のコロニーの丸さの平均値」に対して、指標の閾値20を決定し、指標の種類「96時間目と24時間目のコロニーの長さの変化量」に対して、指標の閾値100を決定する。
In addition, the index extraction unit 47a determines an index threshold value for each index type.
For example, the index extraction unit 47a determines the index threshold 20 for the index type “average value of roundness of colonies at 24 hours”, and sets the index types “96th and 24th colonies at 24 hours”. An index threshold 100 is determined for the “length variation”.

また、指標抽出部47aは、指標の種類「48時間目のフィーダー細胞の丸さの平均値」に対して、指標の閾値40を決定し、指標の種類「96時間目と24時間目のフィーダー細胞の丸さのヒストグラムの面積差」に対して、指標の閾値50を決定する。   Further, the index extraction unit 47a determines an index threshold 40 for the index type “average value of roundness of feeder cells at 48 hours”, and sets the index types “feeders at 96 hours and 24 hours”. An index threshold value 50 is determined for “the area difference of the cell roundness histogram”.

評価処理部48aは、コロニーモデルでグループ1(分化グループ:骨)、フィーダーモデルでグループ3(劣化度合い:小)というような複合的な推定をする。
なお、評価処理部48aは、コロニーモデルでグループ1(分化グループ骨)、フィーダーモデルでグループ1(分化グループ骨)の両方でグループ名が一致した場合のみ、確かな予測とすることにしてもよい。
The evaluation processing unit 48a performs complex estimation such as group 1 (differentiation group: bone) in the colony model and group 3 (degradation degree: small) in the feeder model.
Note that the evaluation processing unit 48a may make a reliable prediction only when the group names match in both the group 1 (differentiated group bone) in the colony model and the group 1 (differentiated group bone) in the feeder model. .

<細胞別、コロニー・フィーダー別モデル>
図18は、細胞別、コロニー・フィーダー別モデルの決定木を説明するための図である。図18(a)は、細胞毎のコロニーモデルを説明するための図である。図18(a)の決定木は、分化のグループを分けた一例である。対象画像のあるiPS細胞のコロニーにおいて、24時間のコロニーの丸さの平均値が80以上で、96時間目と24時間目の96時間目と24時間目のコロニーの丸さのヒストグラムの面積差が20未満であれば、そのiPS細胞はグループ1(骨の分化グループ)に属する。
<Models by cell and colony / feeder>
FIG. 18 is a diagram for explaining a decision tree of a model for each cell and each colony / feeder. FIG. 18A is a diagram for explaining a colony model for each cell. The decision tree in FIG. 18A is an example in which differentiation groups are divided. In the colony of iPS cells with the target image, the average value of the roundness of the colonies at 24 hours is 80 or more, and the area difference in the histogram of the roundness of the colonies at 96 hours and 24 hours at 96 hours and 24 hours Is less than 20, the iPS cell belongs to group 1 (bone differentiation group).

対象画像のあるiPS細胞のコロニーにおいて、24時間のコロニーの丸さが80以上で、96時間目と24時間目のコロニーの丸さのヒストグラムの面積差が20以上であれば、そのiPS細胞はグループ2(軟骨の分化グループ)に属する。
一方、対象画像のあるiPS細胞のコロニーにおいて、24時間のコロニーの丸さが80未満であれば、そのiPS細胞はグループ3(脂肪の分化グループ)に属する。
If the colony of the iPS cell with the target image has a colony roundness of 24 hours or more of 80 or more and the area difference in the histogram of the roundness of colonies of 96 hours and 24 hours is 20 or more, the iPS cells are It belongs to group 2 (cartilage differentiation group).
On the other hand, in a colony of iPS cells with a target image, if the roundness of colonies for 24 hours is less than 80, the iPS cells belong to group 3 (adipose differentiation group).

図18(b)は、細胞毎のフィーダーモデルを説明するための図である。図18(b)の決定木は、分化のグループを分けた一例である。対象画像において、状態を推定したいiPS細胞の周囲に存在するフィーダー細胞において、48時間のフィーダーの長さが20以上で、24時間目のフィーダーの輝度が30以上であれば、そのiPS細胞はレベル1(増殖能:高)に属する。   FIG. 18B is a diagram for explaining a feeder model for each cell. The decision tree in FIG. 18B is an example in which the differentiation groups are divided. In the target image, in the feeder cells existing around the iPS cell whose state is to be estimated, if the length of the feeder for 48 hours is 20 or more and the brightness of the feeder for 24 hours is 30 or more, the iPS cells are at the level. 1 (proliferation ability: high).

対象画像において、状態を推定したいiPS細胞の周囲に存在するフィーダー細胞において、48時間のフィーダーの長さが20以上で、24時間目のフィーダーの輝度が30以上であれば、そのiPS細胞はレベル2(増殖能:中)に属する。
一方、対象画像において、状態を推定したいiPS細胞の周囲に存在するフィーダー細胞において、48時間のフィーダーの長さが20以上で、24時間目のフィーダーの輝度が30以上であれば、そのiPS細胞はレベル3(増殖能:小)に属する。
In the target image, in the feeder cells existing around the iPS cell whose state is to be estimated, if the length of the feeder for 48 hours is 20 or more and the brightness of the feeder for 24 hours is 30 or more, the iPS cells are at the level. 2 (proliferative ability: medium).
On the other hand, in the target image, if the feeder cell existing around the iPS cell whose state is to be estimated has a length of the feeder for 48 hours of 20 or more and the luminance of the feeder for 24 hours is 30 or more, the iPS cell Belongs to level 3 (proliferative ability: small).

指標抽出部47aは、個々の細胞レベルでiPS細胞の状態を推定するために、iPS細胞のコロニーの特徴量を用いた決定木と、フィーダー細胞の特徴量を用いた決定木とを作成する。
指標抽出部47aは、iPS細胞のコロニー1つ1つに対して、コロニーモデルの指標の組み合わせを検証して、コロニーに対する指標を算出する。
The index extraction unit 47a creates a decision tree using the iPS cell colony feature amount and a decision cell using the feeder cell feature amount in order to estimate the state of the iPS cell at the individual cell level.
The index extraction unit 47a verifies the combination of colony model indices for each colony of iPS cells, and calculates an index for the colony.

また、指標抽出部47aは、フィーダー細胞1つ1つに対して、フィーダーモデルの指標の組み合わせを検証して、フィーダー細胞に対する指標を算出する。
また、指標抽出部47aは、各指標の種類に対して、指標の閾値を決定する。
In addition, the index extraction unit 47a verifies the combination of the indices of the feeder model for each feeder cell, and calculates an index for the feeder cells.
In addition, the index extraction unit 47a determines an index threshold value for each index type.

例えば、指標抽出部47aは、指標の種類「24時間目のコロニーの丸さ」に対して、指標の閾値80を決定し、指標の種類「96時間目と24時間目のコロニーの丸さのヒストグラムの面積差」に対して、指標の閾値20を決定する。
また、指標抽出部47aは、指標の種類「48時間目のフィーダー細胞の長さ」に対して、指標の閾値20を決定し、指標の種類「24時間目のフィーダー細胞の輝度」に対して、指標の閾値30を決定する。
For example, the index extracting unit 47a determines the index threshold 80 for the index type “roundness of colonies at 24 hours” and sets the index types “rounds of colonies at 96 hours and 24 hours”. An index threshold 20 is determined for the “area difference of the histogram”.
In addition, the index extraction unit 47a determines the index threshold 20 for the index type “length of feeder cells at 48 hours”, and for the index type “brightness of feeder cells at 24 hours”. The threshold value 30 of the index is determined.

対象画像において、あるiPS細胞の状態を推定する際には、評価処理部48aは、2つのモデルの結果を総合して、iPS細胞の状態を推定する。
例えば、コロニーモデルにおいて、iPS細胞のコロニーの24時間目のコロニーの丸さ80以上、96時間目と24時間目のコロニーの丸さのヒストグラムの面積差が20未満であれば、評価処理部48aは、iPS細胞をグループ1に分類する。これによって、評価処理部48aは、そのiPS細胞が骨に分化する能力をもつと推定する。
When estimating the state of a certain iPS cell in the target image, the evaluation processing unit 48a estimates the state of the iPS cell by combining the results of the two models.
For example, in the colony model, if the area difference in the histogram of the roundness of colonies at the 24th hour of the colonies of iPS cells is not less than 20 and the roundness of the colonies at the 96th and 24th hours is less than 20, the evaluation processing unit 48a Classifies iPS cells into group 1. Thus, the evaluation processing unit 48a estimates that the iPS cell has the ability to differentiate into bone.

また、例えば、そのiPS細胞の周囲に存在するフィーダー細胞の形態的特徴量のうち、48時間目のフィーダー細胞の長さが20以上で、24時間目のフィーダー細胞の輝度が30以上であれば、評価処理部48aは、iPS細胞をレベル1に分類する。これによって、評価処理部48aは、iPS細胞の増殖能が高いと推定する。
そして、評価処理部48aは、iPS細胞を骨に分化する能力があり、増殖能が高いと複合的に推定する。
Further, for example, among the morphological features of feeder cells existing around the iPS cells, the length of the feeder cells at 48 hours is 20 or more and the brightness of the feeder cells at 24 hours is 30 or more. The evaluation processing unit 48a classifies iPS cells into level 1. Thus, the evaluation processing unit 48a estimates that the iPS cell proliferation ability is high.
Then, the evaluation processing unit 48a has a capability of differentiating iPS cells into bones and estimates that the proliferation capability is high.

CPU42aは、評価処理部48aが推定したiPS細胞の状態に基づき、iPS細胞又はフィーダー細胞の培養条件(例えば温度、湿度等)を変更するよう制御する。例えば、CPU42aは、温度調整装置15aに制御信号を供給し、恒温室15内の温度を上昇させるように制御する。また、CPU42aは、湿度調整装置15bに制御信号を供給し、恒温室15内の湿度を下降させるように制御する。   The CPU 42a controls to change the culture conditions (for example, temperature, humidity, etc.) of the iPS cells or feeder cells based on the state of the iPS cells estimated by the evaluation processing unit 48a. For example, the CPU 42a supplies a control signal to the temperature adjustment device 15a and controls the temperature inside the temperature-controlled room 15 to increase. In addition, the CPU 42a supplies a control signal to the humidity adjusting device 15b to control the humidity in the temperature-controlled room 15 to decrease.

図19は、決定木算出用の教師値の算出を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS501において、撮像装置34は、iPS細胞とiPS細胞の周囲に存在し、共に培養されているフィーダー細胞とが撮像された参照画像を継続的に取得し、記憶部43aに保存する。
FIG. 19 is a flowchart for explaining calculation of a teacher value for calculating a decision tree.
First, in step S501, the imaging device 34 continuously acquires a reference image in which iPS cells and feeder cells existing around the iPS cells and cultured together are acquired and stored in the storage unit 43a.

次に、ステップS502において、一定期間培養後に、ユーザは、画像撮影した細胞を染色マーカー(例えば、分化度を示す染色マーカーであるSSEA−4、SSEA−1、およびnanog等)で染色する。
なお、CPU42aが、一定期間培養後に、予め容器に入れられた染色マーカーを培養液に加えることに制御してもよい。これによって、画像撮影した細胞を染色マーカーで染色することができる。
Next, in step S502, after culturing for a certain period, the user stains the imaged cells with a staining marker (for example, SSEA-4, SSEA-1, nanog, etc., which are staining markers indicating the degree of differentiation).
The CPU 42a may control to add the staining marker previously placed in the container to the culture solution after culturing for a certain period. Thereby, the imaged cell can be stained with the staining marker.

次に、ステップS503において、CPU42aは、染色画像から細胞毎に染色の有無を判定する。
次のステップS504とステップS505において、CPU42aは、評価の結果を「レベル」か「グループ」として評価し、下記の画像別教師値と細胞別教師値をつくる。なお、教師値は、染色結果だけでなく、熟練者による評価に基づいてもよい。
Next, in step S503, the CPU 42a determines the presence or absence of staining for each cell from the stained image.
In the next step S504 and step S505, the CPU 42a evaluates the evaluation result as “level” or “group”, and creates the following teacher value for each image and teacher value for each cell. Note that the teacher value may be based not only on the staining result but also on the evaluation by an expert.

<画像別教師値>
まず、ステップS504において、CPU42aは、画像ごとに、画像中に含まれる細胞と認識される画像中のオブジェクト1個1個に対して、染色の有無を判定する。染色の判定の際、CPU42aは、オブジェクトの輝度値が所定の閾値よりも大きい場合には、「染色有り」と判定する。一方、指標抽出部47aは、オブジェクトの輝度値が所定の閾値以下の場合には、「染色無し」と判定する。
<Teacher value by image>
First, in step S504, for each image, the CPU 42a determines the presence or absence of staining for each object in the image recognized as a cell included in the image. When determining the staining, the CPU 42a determines “stained” if the luminance value of the object is greater than a predetermined threshold. On the other hand, the index extraction unit 47a determines “no staining” when the luminance value of the object is equal to or lower than a predetermined threshold.

そして、CPU42aは、全体の細胞数に対する「染色有り」と判定された細胞数の割合を算出する。CPU42aは、その割合に基づいて、その画像毎に、「レベル」または「グループ」の分類名を決定する。例えば、CPU42aは、ある画像に対して、「分化グループ:骨」と分類名を決定する。   Then, the CPU 42a calculates the ratio of the number of cells determined as “stained” to the total number of cells. The CPU 42a determines the classification name of “level” or “group” for each image based on the ratio. For example, the CPU 42a determines the classification name “differentiation group: bone” for a certain image.

<細胞別教師値>
次に、ステップS505において、CPU42aは、各サンプル(=複数の画像から構成されるある1つの実験条件下のデータ)中の細胞と認識される画像中のオブジェクト1個1個に対して、染色の有無や、熟練者の経験に基づき、その細胞毎に、「レベル」または「グループ」の呼び名をつける。ここで、「判断不能」「ゴミ」などというグループを作ってもよい。
<Teaching value by cell>
Next, in step S505, the CPU 42a stains each object in the image recognized as a cell in each sample (= data under a certain experimental condition composed of a plurality of images). Give each cell a “level” or “group” name based on the presence or absence and the experience of the skilled person. Here, a group such as “undecidable” and “trash” may be created.

次に、ステップS506において、全ての条件で、ステップS501からステップS505の処理を所定の回数行っていない場合(ステップS506 NO)、ステップS501に戻る。一方、ステップS506において、全ての条件で、ステップS501からステップS505の処理を所定の回数行った場合(ステップS506 YES)、本フローチャートは終了する。   Next, in step S506, when the process from step S501 to step S505 has not been performed a predetermined number of times under all conditions (NO in step S506), the process returns to step S501. On the other hand, in step S506, when the processing from step S501 to step S505 is performed a predetermined number of times under all conditions (YES in step S506), this flowchart ends.

図20は、決定木算出用の特徴量の算出を説明するためのフローチャートである。図20のフローチャートの処理は、ユーザからの指示に応じてCPU42aが実行する。
まず、ステップS601において、CPU42aは、予め用意されたサンプルの顕微鏡画像のデータを記憶部43aから読み込む。なお、S601でのCPU42aは、各画像に対応する細胞の総数およびiPS細胞の数を示す情報もこの時点で取得するものとする。
FIG. 20 is a flowchart for explaining calculation of a feature amount for determining a decision tree. The process of the flowchart in FIG. 20 is executed by the CPU 42a in response to an instruction from the user.
First, in step S601, the CPU 42a reads data of a microscope image of a sample prepared in advance from the storage unit 43a. Note that the CPU 42a in S601 also acquires information indicating the total number of cells and the number of iPS cells corresponding to each image at this time.

次に、ステップS602において、CPU42aは、上記のサンプルの顕微鏡画像のうちから、処理対象となる画像を指定する。ここで、S602でのCPU42aは、予め用意されているサンプルの顕微鏡画像のすべてを処理対象として順次指定してゆくものとする。   Next, in step S602, the CPU 42a designates an image to be processed from among the microscopic images of the sample. Here, it is assumed that the CPU 42a in S602 sequentially designates all the microscope images of the sample prepared in advance as processing targets.

次に、ステップS603において、領域抽出部44は、処理対象の顕微鏡画像について、画像内に含まれるiPS細胞のコロニーの領域と、フィーダー細胞の領域とを抽出する。   Next, in step S603, the region extraction unit 44 extracts the iPS cell colony region and the feeder cell region included in the image from the microscopic image to be processed.

次に、ステップS604において、特徴量算出部45aは、実施例1と同様に、領域抽出部44により画像から抽出した各画像のオブジェクトに対して、細胞の形態的特徴を示す特徴量をそれぞれ求める。一例として、特徴量算出部45aは、各細胞について図6に示された19種類の特徴量をそれぞれ求める。   Next, in step S604, the feature amount calculation unit 45a obtains feature amounts indicating the morphological features of the cells for each image object extracted from the image by the region extraction unit 44, as in the first embodiment. . As an example, the feature quantity calculation unit 45a obtains the 19 types of feature quantities shown in FIG. 6 for each cell.

次に、ステップS605において、特徴量算出部45aは、演算対象の教師画像について、19種類の特徴量の画像内平均値および画像内標準偏差をそれぞれ求める。そして、特徴量算出部45aは、上記の各特徴量の画像内平均値および画像内標準偏差をそれぞれ記憶部43aに記録する。   Next, in step S605, the feature amount calculation unit 45a obtains the average value and the standard deviation within the image of the 19 types of feature amounts for the teacher image to be calculated. Then, the feature amount calculation unit 45a records the in-image average value and the in-image standard deviation of each feature amount in the storage unit 43a.

次に、ステップS606において、特徴量算出部45aが、全画像の特徴量を算出していない場合(S606 NO)、ステップS602に戻る。一方、特徴量算出部45aが、全画像の特徴量を算出した場合(S606 YES)、本フローチャートは終了する。   Next, in step S606, when the feature amount calculation unit 45a has not calculated the feature amounts of all the images (NO in S606), the process returns to step S602. On the other hand, when the feature amount calculation unit 45a calculates the feature amounts of all the images (S606 YES), this flowchart ends.

図21は、画像別の決定木の算出を説明するためのフローチャートである。予め、図20のフローチャートで、特徴量算出部45aが各経時の各形態的特徴量の平均値(入力値1)および各経時の各形態的特徴量の標準偏差(入力値2)を算出しているものとする。
まず、ステップS701において、度数分布算出部46は、各経時の各形態的特徴量の度数分布(入力値3)を算出する。
FIG. 21 is a flowchart for explaining calculation of a decision tree for each image. In advance, in the flowchart of FIG. 20, the feature amount calculation unit 45a calculates the average value (input value 1) of each morphological feature amount for each time period and the standard deviation (input value 2) of each morphological feature amount for each time period. It shall be.
First, in step S701, the frequency distribution calculation unit 46 calculates the frequency distribution (input value 3) of each morphological feature amount over time.

次に、ステップS702において、指標抽出部47aは、形態的特徴量ごとに、特徴量の度数分布の面積の差(入力値4)を経時の全組み合わせで算出する。
次に、ステップS703において、指標抽出部47aが、全ての特徴量で、各経時間の特徴量の度数分布の面積の差を算出していない場合(S703 NO)、指標抽出部47aは、ステップS702に戻る。一方、指標抽出部47aが、全ての特徴量で、各経時間の特徴量の度数分布の面積の差を算出した場合(S703 NO)、ステップS704に遷移する。
Next, in step S702, the index extraction unit 47a calculates, for each morphological feature amount, the difference in the area of the frequency distribution of the feature amount (input value 4) in all combinations over time.
Next, in step S703, when the index extraction unit 47a has not calculated the difference in the area of the frequency distribution of the feature amount over time for all the feature amounts (NO in S703), the index extraction unit 47a The process returns to S702. On the other hand, when the index extraction unit 47a calculates the difference in the area of the frequency distribution of the feature amount over time for all feature amounts (NO in S703), the process proceeds to step S704.

次に、ステップS704において、指標抽出部47aは、画像毎の上記4つの入力値と画像毎の教師値を用いてデータをグループ化して、決定木を構築する。ここで、教師値は、例えば、細胞の分化の度合いを示すレベルであえば、高、中または小であり、分化の種類を示すグループであれば、骨、軟骨または脂肪である。
これによって、各「レベル」または各「グループ」が区分される。例えば、細胞の分化の度合いを示すレベルが分類されたり、各分化の種類を示すグループが分類されたりする。
Next, in step S704, the index extraction unit 47a groups the data using the four input values for each image and the teacher value for each image to construct a decision tree. Here, the teacher value is, for example, high, medium or small if it is a level indicating the degree of differentiation of a cell, and is bone, cartilage or fat if it is a group indicating the type of differentiation.
Thus, each “level” or each “group” is divided. For example, a level indicating the degree of cell differentiation is classified, or a group indicating each type of differentiation is classified.

次に、ステップS705において、指標抽出部47aは、決定木の構造と、グループ化したときの指標の種類と、指標の種類毎の指標の閾値とを記憶部43aに保存する。以上で、本フローチャートは終了する。   Next, in step S705, the index extraction unit 47a stores the structure of the decision tree, the type of index when grouped, and the index threshold for each index type in the storage unit 43a. Above, this flowchart is complete | finished.

図22は、細胞別の決定木算出を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS801において、指標抽出部47aは、特徴量算出部45aにより算出された各画像中の細胞と認識されるオブジェクト1個1個に対して形の指標を、実験条件毎に記憶部43aから読み出す。
FIG. 22 is a flowchart for explaining calculation of a decision tree for each cell.
First, in step S801, the index extraction unit 47a stores a shape index for each object recognized as a cell in each image calculated by the feature amount calculation unit 45a for each experimental condition. Read from.

次に、ステップS802において、指標抽出部47aは、細胞毎の上記4つの入力値と細胞毎の教師値を用いてデータをグループ化して、決定木を構築する。これによって、対象画像中の細胞1つ1つに対して、各細胞のレベル」または「グループ」が区分される。従って、1つ1つの細胞において、形の指標の組み合わせから、その細胞の「レベル」または「グループ」を特定することができる。   Next, in step S802, the index extraction unit 47a groups the data using the four input values for each cell and the teacher value for each cell to construct a decision tree. Thus, the “level” or “group” of each cell is classified for each cell in the target image. Therefore, in each cell, the “level” or “group” of the cell can be specified from the combination of the shape indicators.

次に、ステップS803において、指標抽出部47aは、決定木の構造と、グループ化したときの指標の種類と、指標の種類毎の指標の閾値とを記憶部43aに保存する。以上で、本フローチャートは終了する。   Next, in step S803, the index extraction unit 47a stores the structure of the decision tree, the index type when grouped, and the index threshold for each index type in the storage unit 43a. Above, this flowchart is complete | finished.

続いて、判別モデルである決定木を用いて、対象画像からiPS細胞の状態を推定する3つの方法について説明する。まず、フィーダー細胞の形態的特徴量とiPS細胞のコロニーの特徴量とから、対象画像中に含まれるiPS細胞集団の状態を推定する方法について説明する。   Next, three methods for estimating the state of an iPS cell from a target image using a decision tree that is a discrimination model will be described. First, a method for estimating the state of an iPS cell population included in a target image from the morphological feature amount of a feeder cell and the feature amount of a colony of iPS cells will be described.

図23は、図16に示す画像別、コロニー+フィーダーモデルを用いたiPS細胞の状態の推定を説明するためのフローチャートである。
まず、ステップS901において、撮像装置34は、iPS細胞とiPS細胞の周囲に存在し、共に培養されているフィーダー細胞とが撮像された参照画像を継続的に取得し、記憶部43aに保存する。
FIG. 23 is a flowchart for explaining the estimation of the state of iPS cells using the image-specific colony + feeder model shown in FIG.
First, in step S901, the imaging device 34 continuously acquires a reference image in which iPS cells and feeder cells existing around the iPS cells and cultured together are acquired and stored in the storage unit 43a.

次に、ステップS902において、特徴量算出部45aは、上記4つの入力値を算出する。
次に、ステップS903において、評価処理部48aは、記憶部43aから画像別、コロニー+フィーダーモデルで用いられる指標の種類およびその指標の閾値を読み出す。
Next, in step S902, the feature amount calculation unit 45a calculates the four input values.
Next, in step S903, the evaluation processing unit 48a reads from the storage unit 43a the type of index used for each image, the colony + feeder model, and the threshold value of the index.

次に、ステップS904において、評価処理部48aは、特徴量算出部45aが算出した4つの入力値から、読み出した指標の種類に該当する値を読み出す。
そして、評価処理部48aは、その読み出した指標の種類に該当する値を、その指標の閾値と比較することによって、iPS細胞を所定のグループに分類する。これによって、評価処理部48aは、iPS細胞の状態を推定することができる。
Next, in step S904, the evaluation processing unit 48a reads a value corresponding to the read index type from the four input values calculated by the feature amount calculation unit 45a.
Then, the evaluation processing unit 48a classifies the iPS cells into a predetermined group by comparing a value corresponding to the read index type with a threshold value of the index. Thereby, the evaluation processing unit 48a can estimate the state of the iPS cell.

例えば、評価処理部48aは、上記入力値から「96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差」と「24時間目のコロニーの丸さ平均値」という指標の種類に該当する値をそれぞれ読み出す(図16参照)。
そして、評価処理部48aは、「96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差」に該当する値が、その指標の閾値(20)以上であれば、iPS細胞を「骨に分化する能力を持つ」というグループに分類する。
For example, the evaluation processing unit 48a corresponds to the index types “area difference between histograms of feeder cells at 96 hours and 24 hours” and “average roundness value of colonies at 24 hours” from the above input values. Each value is read (see FIG. 16).
Then, if the value corresponding to “the area difference between the histograms of the feeder cells at 96 hours and 24 hours” is equal to or greater than the threshold value (20) of the index, the evaluation processing unit 48a converts the iPS cells into “bones”. Classify into a group that has the ability to differentiate.

これによって、iPS細胞の周囲に存在するフィーダー細胞集団の形態的特徴量の度数分布の時間変化から、iPS細胞の分化の種類を推定することができる。   Thus, the type of iPS cell differentiation can be estimated from the temporal change in the frequency distribution of the morphological feature amount of the feeder cell population existing around the iPS cell.

一方、評価処理部48aは、入力値のうち「96時間目と24時間目のフィーダー細胞のヒストグラム間の面積差」に該当する値が、その指標の閾値(20)未満であり、入力値のうち「24時間目のコロニーの丸さの平均値」に該当する値が、その指標の閾値(30)以上であれば、iPS細胞を「軟骨に分化する能力を持つ」というグループに分類する。   On the other hand, the evaluation processing unit 48a determines that the value corresponding to the “area difference between the histograms of the feeder cells at 96 hours and 24 hours” of the input values is less than the threshold (20) of the index, If the value corresponding to the “average value of the roundness of colonies at 24 hours” is equal to or greater than the threshold (30) of the index, the iPS cells are classified into a group “having the ability to differentiate into cartilage”.

これによって、iPS細胞の周囲に存在するフィーダー細胞集団の形態的特徴量の度数分布の時間変化と、iPS細胞のコロニー集団の形態的特徴量とから、iPS細胞の分化の種類を推定することができる。以上で、本フローチャートは終了する。   This makes it possible to estimate the type of iPS cell differentiation from the temporal change of the frequency distribution of the morphological feature amount of the feeder cell population existing around the iPS cell and the morphological feature amount of the colony population of iPS cells. it can. Above, this flowchart is complete | finished.

2番目に、フィーダー細胞の形態的特徴量とiPS細胞のコロニーの特徴量とから、対象画像中に含まれるiPS細胞集団の状態を推定する方法について説明する。
図24は、図17に示す画像別、コロニー・フィーダー別モデルを用いたiPS細胞の状態の推定を説明するためのフローチャートである。
Second, a method for estimating the state of the iPS cell population included in the target image from the morphological feature amount of the feeder cell and the feature amount of the colony of the iPS cell will be described.
FIG. 24 is a flowchart for explaining the estimation of the state of iPS cells using the image-specific and colony-feeder-specific models shown in FIG.

まず、ステップS1001からステップS1002までは、ステップS901からステップS902までと同じなので、説明を省略する。
次に、ステップS1003において、評価処理部48aは、記憶部43aから画像別、コロニー・フィーダー別モデルで用いられる指標の種類およびその指標の閾値を読み出す。
First, step S1001 to step S1002 are the same as step S901 to step S902, and thus description thereof is omitted.
Next, in step S1003, the evaluation processing unit 48a reads from the storage unit 43a the types of indices used in the image-specific and colony / feeder-specific models and the threshold values of the indices.

次に、ステップS1004において、評価処理部48aは、特徴量算出部45aが算出した4つの入力値から、コロニーモデルの指標の種類に該当する値を読み出す。
そして、評価処理部48aは、その読み出した指標の種類に該当する値を、その指標の閾値と比較することによって、iPS細胞を所定のグループに分類する。
Next, in step S1004, the evaluation processing unit 48a reads a value corresponding to the index type of the colony model from the four input values calculated by the feature amount calculation unit 45a.
Then, the evaluation processing unit 48a classifies the iPS cells into a predetermined group by comparing a value corresponding to the read index type with a threshold value of the index.

例えば、評価処理部48aは、上記入力値から「24時間目のコロニーの丸さの平均値」と「96時間目と24時間目のコロニーの長さの変化量」という指標の種類に該当する値をそれぞれ読み出す(図17(a)参照)。
そして、評価処理部48aは、入力値のうち「24時間目のコロニーの丸さの平均値」に該当する値が、その指標の閾値(20)以上であれば、iPS細胞を「骨に分化する能力を持つ」というグループに分類する。
For example, the evaluation processing unit 48a corresponds to the index types “the average value of the roundness of the colonies at the 24th hour” and “the amount of change in the length of the colonies at the 96th and 24th hours” from the input values. Each value is read (see FIG. 17A).
If the value corresponding to the “average value of roundness of colonies at the 24th hour” among the input values is equal to or greater than the threshold value (20) of the index, the evaluation processing unit 48a differentiates iPS cells into “differentiated into bones”. Into the group “Having the ability to do”.

これによって、iPS細胞のコロニー集団の形態的特徴量から、iPS細胞の分化の種類を推定することができる。   Thereby, the type of iPS cell differentiation can be estimated from the morphological feature of the colony population of iPS cells.

次に、ステップS1005において、評価処理部48aは、特徴量算出部45aが算出した4つの入力値から、フィーダーモデルの指標の種類に該当する値を読み出す。
そして、評価処理部48aは、その読み出した指標の種類に該当する値を、その指標の閾値と比較することによって、iPS細胞を所定のレベルに分類する。
Next, in step S1005, the evaluation processing unit 48a reads a value corresponding to the type of index of the feeder model from the four input values calculated by the feature amount calculation unit 45a.
Then, the evaluation processing unit 48a classifies the iPS cells into a predetermined level by comparing a value corresponding to the read index type with a threshold value of the index.

例えば、評価処理部48aは、上記入力値から「48時間目のフィーダー細胞の丸さ平均値」と「96時間目と24時間目のフィーダー細胞の丸さのヒストグラムの面積差」という指標の種類に該当する値をそれぞれ読み出す(図17(b)参照)。
そして、評価処理部48aは、入力値のうち「48時間目のフィーダー細胞の丸さ平均値」に該当する値が、その指標の閾値(40)以上であれば、iPS細胞を「大きな劣化度合い」というレベルに分類する。
For example, the evaluation processing unit 48a uses the above-described input values as index types “the average value of the roundness of the feeder cells at 48 hours” and “the area difference between the histograms of the rounds of the feeder cells at 96 hours and 24 hours”. Each of the values corresponding to is read (see FIG. 17B).
If the value corresponding to “the average roundness value of the feeder cells at 48 hours” among the input values is equal to or greater than the threshold value (40) of the index, the evaluation processing unit 48 a ”.

これによって、フィーダー細胞集団の形態的特徴量から、iPS細胞の劣化度合いを推定することができる。   Thereby, the degree of iPS cell degradation can be estimated from the morphological feature of the feeder cell population.

次に、ステップS1006において、評価処理部48aは、分類したグループとレベルに基づいて、iPS細胞の状態を複合的に推定する。
例えば、評価処理部48aは、コロニーモデルでグループ1(分化グループ:骨)、フィーダーモデルでレベル1(劣化度合い:大)に分類されたことから、iPS細胞は骨に分化したが、劣化が激しいという複合的な推定をする。以上で、本フローチャートは、終了する。
Next, in step S1006, the evaluation processing unit 48a collectively estimates the state of the iPS cell based on the classified group and level.
For example, since the evaluation processing unit 48a is classified into group 1 (differentiation group: bone) in the colony model and level 1 (degradation degree: large) in the feeder model, the iPS cells are differentiated into bone, but the deterioration is severe. A complex estimation is made. Above, this flowchart is complete | finished.

最後に、フィーダー細胞の形態的特徴量とiPS細胞のコロニーの特徴量とから、対象画像中に含まれるiPS細胞集団の状態を推定する方法について説明する。
図25は、図18に示す細胞別、コロニー・フィーダー別モデルを用いたiPS細胞の状態の推定を説明するためのフローチャートである。
Finally, a method for estimating the state of the iPS cell population included in the target image from the morphological feature amount of the feeder cell and the feature amount of the colony of the iPS cell will be described.
FIG. 25 is a flowchart for explaining the estimation of the state of iPS cells using the cell-specific and colony-feeder-specific models shown in FIG.

まず、ステップS1101からステップS1102までは、ステップS901からステップS902までと同じなので、説明を省略する。
次に、ステップS1103において、評価処理部48aは、記憶部43aから細胞別、コロニー・フィーダー別モデルで用いられる指標の種類およびその指標の閾値を読み出す。
First, Steps S1101 to S1102 are the same as Steps S901 to S902, and thus description thereof is omitted.
Next, in step S1103, the evaluation processing unit 48a reads out from the storage unit 43a the types of indices used in the cell-by-cell and colony-feeder models and the threshold values of the indices.

次に、ステップS1104において、評価処理部48aは、特徴量算出部45aが算出した4つの入力値から、コロニーモデルの指標の種類に該当する値を読み出す。
そして、評価処理部48aは、その読み出した指標の種類に該当する値を、その指標の閾値と比較することによって、iPS細胞を所定のグループに分類する。
Next, in step S1104, the evaluation processing unit 48a reads a value corresponding to the index type of the colony model from the four input values calculated by the feature amount calculation unit 45a.
Then, the evaluation processing unit 48a classifies the iPS cells into a predetermined group by comparing a value corresponding to the read index type with a threshold value of the index.

例えば、評価処理部48aは、上記入力値から「24時間目のコロニーの丸さ」と「96時間目と24時間目のコロニーの丸さのヒストグラムの面積差」という指標の種類に該当する値をそれぞれ読み出す(図18(a)参照)。
そして、評価処理部48aは、入力値のうち「24時間目のコロニーの丸さ」に該当する値が、その指標の閾値(80)未満であれば、iPS細胞を「脂肪に分化する能力をもつ」というグループに分類する。
For example, the evaluation processing unit 48a determines a value corresponding to the index types of “the roundness of the colony at the 24th hour” and “the area difference between the histograms of the roundness of the colonies at the 96th and 24th hours” from the input value. Are read out (see FIG. 18A).
If the value corresponding to the “roundness of the colony at the 24th hour” among the input values is less than the threshold value (80) of the index, the evaluation processing unit 48a “is capable of differentiating iPS cells into fat. Group.

これによって、iPS細胞の1つのコロニーの形態的特徴量から、そのiPS細胞のコロニーに含まれるiPS細胞の分化の種類を推定することができる。   Thus, the type of iPS cell differentiation contained in the colony of the iPS cell can be estimated from the morphological feature amount of one colony of the iPS cell.

次に、ステップS1105において、評価処理部48aは、特徴量算出部45aが算出した4つの入力値から、フィーダーモデルの指標の種類に該当する値を読み出す。
そして、評価処理部48aは、その読み出した指標の種類に該当する値を、その指標の閾値と比較することによって、iPS細胞を所定のレベルに分類する。
Next, in step S1105, the evaluation processing unit 48a reads a value corresponding to the type of index of the feeder model from the four input values calculated by the feature amount calculation unit 45a.
Then, the evaluation processing unit 48a classifies the iPS cells into a predetermined level by comparing a value corresponding to the read index type with a threshold value of the index.

例えば、評価処理部48aは、上記入力値から「48時間目のフィーダー細胞の長さ」と「24時間目のフィーダー細胞の輝度」という指標の種類に該当する値をそれぞれ読み出す(図18(b)参照)。
そして、評価処理部48aは、入力値のうち「48時間目のフィーダー細胞の長さ」に該当する値が、その指標の閾値(20)未満であれば、iPS細胞を「低い増殖能」というレベルに分類する。
For example, the evaluation processing unit 48a reads values corresponding to the index types “the length of the feeder cell at the 48th hour” and “the brightness of the feeder cell at the 24th hour” from the input values (FIG. 18B). )reference).
And the evaluation process part 48a will call an iPS cell "low proliferation ability" if the value applicable to "the length of the feeder cell of the 48th hour" among input values is less than the threshold value (20) of the parameter | index. Classify into levels.

これによって、1つのフィーダー細胞の形態的特徴量から、その周囲に存在するiPS細胞の分化の種類を推定することができる。   This makes it possible to estimate the type of iPS cell differentiation present in the surrounding area from the morphological feature of one feeder cell.

次に、ステップS1106において、評価処理部48aは、分類したグループとレベルに基づいて、iPS細胞の状態を複合的に推定する。
例えば、評価処理部48aは、コロニーモデルでグループ3(分化グループ:脂肪)、フィーダーモデルでレベル3(増殖能:低)に分類されたことから、そのiPS細胞は脂肪に分化する分化能を有するが、増殖能が低いという複合的な推定をする。以上で、本フローチャートは、終了する。
Next, in step S1106, the evaluation processing unit 48a collectively estimates the state of the iPS cell based on the classified group and level.
For example, since the evaluation processing unit 48a is classified into group 3 (differentiation group: fat) in the colony model and level 3 (proliferation ability: low) in the feeder model, the iPS cells have differentiation ability to differentiate into fat. However, it makes a complex estimate that the proliferation ability is low. Above, this flowchart is complete | finished.

以上、本発明の第2の実施例によれば、対象画像中に含まれるフィーダー細胞集団の形態的特徴量から、対象画像中に含まれるiPS細胞集団を、所定の「レベル」または所定の「グループ」に区分することができる。
さらに、対象画像中に含まれるフィーダー細胞集団の形態的特徴量と、対象画像中に含まれるiPS細胞集団の形態的特徴量とから、対象画像中に含まれるiPS細胞集団を、所定の「レベル」または所定の「グループ」に区分することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the iPS cell population included in the target image is determined from the morphological feature amount of the feeder cell population included in the target image. It can be divided into “groups”.
Furthermore, from the morphological feature amount of the feeder cell population included in the target image and the morphological feature amount of the iPS cell population included in the target image, the iPS cell population included in the target image is set to a predetermined “level”. Or a predetermined “group”.

また、対象画像中に含まれる1つのフィーダー細胞の形態的特徴量から、対象画像中の1つのiPS細胞を、所定の「レベル」または所定の「グループ」に区分することができる。
さらに、対象画像中に含まれる1つのフィーダー細胞の形態的特徴量と、対象画像中に含まれる1つのiPS細胞の形態的特徴量とから、対象画像中の1つのiPS細胞を、所定の「レベル」または所定の「グループ」に区分することができる。
Further, one iPS cell in the target image can be classified into a predetermined “level” or a predetermined “group” based on the morphological feature amount of one feeder cell included in the target image.
Furthermore, from the morphological feature amount of one feeder cell included in the target image and the morphological feature amount of one iPS cell included in the target image, one iPS cell in the target image is given a predetermined “ It can be divided into “levels” or predetermined “groups”.

なお、第2の実施例では、iPS細胞のコロニーの特徴量とフィーダー細胞の特徴量に対して、それぞれ別々の決定木を構築したが、これに限らず、両方の特徴量を用いた決定木を構築してもよい。
なお、第2の実施例では、iPS細胞の分化の方向性、iPS細胞の劣化度合い、またはiPS細胞の増殖度を推定したがこれに限らず、iPS細胞の分化度、iPS細胞の腫瘍化しやすさ等でもよい。
In the second embodiment, separate decision trees are constructed for the iPS cell colony feature amount and the feeder cell feature amount. However, the present invention is not limited to this, and a decision tree using both feature amounts is used. May be constructed.
In the second example, the direction of iPS cell differentiation, the degree of iPS cell degradation, or the degree of iPS cell proliferation was estimated. However, the present invention is not limited to this. It may be good.

<細胞の培養法の例>
図26は、本発明の実施例2の細胞評価プログラムを用いた細胞の培養方法を説明するためのフローチャートである。本フローチャートでは、インキュベータ11に増殖させたいiPS細胞を含んだシャーレが置かれた状況を想定することとする。
<Example of cell culture method>
FIG. 26 is a flowchart for explaining a cell culturing method using the cell evaluation program of Example 2 of the present invention. In this flowchart, it is assumed that a petri dish containing iPS cells to be grown is placed in the incubator 11.

まず、ステップS1201において、CPU42aは、予め決められた培養条件(例えば所定の温度、湿度等)で細胞を培養するよう温度調整装置15aと湿度調整装置15bとを制御する。所定期間経過後、ステップS1202において、CPU42aは、記憶部43aから読み出した本発明の実施形態の細胞評価プログラムを実行し、細胞の状態を評価する。次に、ステップS1203において、CPU42aは、細胞の状態の評価結果に基づき、培養を中止するか、培養条件を変更するか、または現在の培養条件で培養を続行するか判定する。   First, in step S1201, the CPU 42a controls the temperature adjustment device 15a and the humidity adjustment device 15b so as to culture cells under predetermined culture conditions (for example, a predetermined temperature, humidity, etc.). After a predetermined period, in step S1202, the CPU 42a executes the cell evaluation program of the embodiment of the present invention read from the storage unit 43a, and evaluates the state of the cells. Next, in step S1203, the CPU 42a determines whether to stop the culture, change the culture conditions, or continue the culture under the current culture conditions, based on the evaluation result of the cell state.

次に、ステップS1204において、CPU42aが培養を中止すると判定した場合(ステップS1204 YES)、CPU42aは培養の中止を示す情報を不図示のモニタ等に表示させ、処理を終了する。
一方、CPU42aは培養を中止すると判定しなかった場合(ステップS1204 NO)、CPU42aはステップS1205の処理に進む。
Next, when it is determined in step S1204 that the CPU 42a stops culturing (YES in step S1204), the CPU 42a displays information indicating that the culturing is stopped on a monitor or the like (not shown) and ends the process.
On the other hand, when the CPU 42a does not determine that the culture is to be stopped (NO in step S1204), the CPU 42a proceeds to the process of step S1205.

次に、ステップS1205において、CPU42aが培養条件を変更すると判定した場合(ステップS1205 YES)、CPU42aは、細胞の状態の評価結果と関係付けられた培養条件(例えば所定の温度、湿度等)に変更するよう温度調整装置15aと湿度調整装置15bとを制御する(ステップS1206)。CPU42aは、ステップS1202の処理に戻る。
一方、CPU42aが現在の培養条件で培養を続行すると判定した場合(ステップS1205 NO)、CPU42aはステップS1207の処理に進む。
Next, when it is determined in step S1205 that the CPU 42a changes the culture condition (YES in step S1205), the CPU 42a changes to the culture condition (eg, predetermined temperature, humidity, etc.) associated with the evaluation result of the cell state. The temperature adjusting device 15a and the humidity adjusting device 15b are controlled so as to be performed (step S1206). The CPU 42a returns to the process of step S1202.
On the other hand, when the CPU 42a determines that the culture is continued under the current culture conditions (NO in step S1205), the CPU 42a proceeds to the process of step S1207.

次に、ステップS1207において、CPU42aは、予め決められた時間の経過毎に、撮像装置34で撮像された画像から、iPS細胞に相当するオブジェクトを抽出し、オブジェクトの数すなわち細胞数を計数する。   Next, in step S1207, the CPU 42a extracts an object corresponding to an iPS cell from an image captured by the imaging device 34 every time a predetermined time elapses, and counts the number of objects, that is, the number of cells.

次に、ステップS1208において、計数された細胞数が所定の細胞数に到達していない場合(ステップS1208 NO)、計数された細胞数に応じた時間が経過した後、CPU42aはステップS1202の処理に戻る。
一方、計数された細胞数が所定の細胞数に到達した場合(ステップS1208 YES)、CPU42aはその細胞の培養が完了した旨を示す情報を、不図示のモニタ等に表 示させる。以上で、本フローチャートは、終了する。
Next, in step S1208, when the counted number of cells has not reached the predetermined number of cells (NO in step S1208), after the time corresponding to the counted number of cells has elapsed, the CPU 42a proceeds to the process of step S1202. Return.
On the other hand, when the counted number of cells has reached the predetermined number of cells (YES in step S1208), the CPU 42a displays information indicating that the culture of the cells is completed on a monitor or the like (not shown). Above, this flowchart is complete | finished.

以上により、本発明の細胞の培養方法を用いれば、細胞の評価に基づいて動的に培養条件を変更することができるので、iPS細胞を容易に増殖させることができる。
なお、本発明の実施例2の細胞評価プログラムを用いて、細胞の培養条件を変更したが、これに限らず、本発明の実施例1の細胞評価プログラムを用いて、細胞の培養条件を変更してもよい。
As described above, if the cell culture method of the present invention is used, the culture conditions can be dynamically changed based on the evaluation of the cells, so that iPS cells can be easily proliferated.
In addition, although the cell culture conditions were changed using the cell evaluation program of Example 2 of this invention, it is not restricted to this, The cell culture conditions are changed using the cell evaluation program of Example 1 of this invention. May be.

なお、本発明の実施形態では、iPS細胞について説明したがこれに限らず、ES細胞でも、他の細胞でもよい。
また、本発明の実施形態では、iPS細胞の状態を推定するために、他のiPS細胞の形態的特徴量を指標にしたが、これに限らず、ES細胞など近種の細胞の形態的特徴量を指標にしてもよい。
In the embodiment of the present invention, iPS cells have been described. However, the present invention is not limited to this, and ES cells or other cells may be used.
Further, in the embodiment of the present invention, in order to estimate the state of iPS cells, the morphological features of other iPS cells are used as an index. The amount may be used as an index.

なお、本発明の実施形態では、フィーダー細胞は1種類の細胞であるとして説明したが、これに限らず、フィーダー細胞は複数種類の細胞を用いて構成されてもよい。その際には、その複数種類のフィーダー細胞のうち、少なくとも1種類のフィーダー細胞の形態的特徴量を指標にすればよい。
また、本発明の実施形態では、iPS細胞とフィーダー細胞との2種類の細胞が共に培養されているとしたが、これに限らず、その他の種類の細胞が、iPS細胞とフィーダー細胞と共に培養されていてもよい。
In the embodiment of the present invention, the feeder cell is described as one type of cell. However, the present invention is not limited to this, and the feeder cell may be configured using a plurality of types of cells. In that case, what is necessary is just to use the morphological feature-value of at least 1 type of feeder cell among the multiple types of feeder cells as a parameter | index.
In the embodiment of the present invention, two types of cells, iPS cells and feeder cells, are cultured together. However, the present invention is not limited to this, and other types of cells are cultured together with iPS cells and feeder cells. It may be.

<実施形態の補足事項>
(1)上記の一の実施形態では、インキュベータ11またはインキュベータ11aがそれぞれ備える制御装置41または制御装置41aに情報処理装置を組み込んだ例を説明したが、本発明の情報処理装置は、インキュベータ11またはインキュベータ11aから顕微鏡画像を取得して解析を行う外部の独立したコンピュータで構成されていてもよい(この場合の図示は省略する)。
<Supplementary items of the embodiment>
(1) In the above embodiment, the example in which the information processing device is incorporated in the control device 41 or the control device 41a included in the incubator 11 or the incubator 11a has been described. You may comprise the external independent computer which acquires a microscope image from the incubator 11a and performs analysis (illustration in this case is abbreviate | omitted).

(2)上記の実施形態では、領域抽出部44、特徴量算出部45または特徴量算出部45a、度数分布算出部46、指標抽出部47または指標抽出部47a、評価処理部48または評価処理部48aの各機能をプログラムでソフトウェア的に実現する例を説明したが、これらの処理をASICによってハードウエア的に実現しても勿論かまわない。   (2) In the above embodiment, the region extraction unit 44, the feature amount calculation unit 45 or the feature amount calculation unit 45a, the frequency distribution calculation unit 46, the index extraction unit 47 or the index extraction unit 47a, the evaluation processing unit 48 or the evaluation processing unit Although an example has been described in which each function of 48a is realized by software as a program, these processes may of course be realized by hardware using an ASIC.

(3)上記の一の実施形態では、評価情報の計算モデルとその指標を制御装置41または制御装置41aがFNNによって求める例を説明した。しかし、本発明の培養状態評価装置は、例えば、重回帰分析などの他の多変量解析によって、評価情報の計算モデルとその指標を求めるものでもよい。   (3) In the above-described one embodiment, the example in which the control device 41 or the control device 41a obtains the calculation model of the evaluation information and the index thereof by the FNN has been described. However, the culture state evaluation apparatus of the present invention may obtain a calculation model of evaluation information and its index by other multivariate analysis such as multiple regression analysis.

さらに、本発明の培養状態評価装置は、複数の計算モデルを組み合わせて、これらの計算モデルによる演算結果の多数決(あるいは重み付け平均)によって、最終的な評価情報を生成するようにしてもよい。この場合には、例えば、混在率の低いデータではMRAが強く、混在率の高いデータにはFNNが強いというように、一方の計算モデルでは精度の低い状況を他のモデルによってカバーすることができ、評価情報の精度をより高めることができる。   Furthermore, the culture state evaluation apparatus of the present invention may generate final evaluation information by combining a plurality of calculation models and performing majority (or weighted average) of calculation results based on these calculation models. In this case, for example, data with a low mixing ratio has a strong MRA, and data with a high mixing ratio has a strong FNN, so that one of the calculation models can cover a situation with low accuracy by another model. The accuracy of evaluation information can be further increased.

(4)また、培養状態評価装置は、評価情報の計算モデルを求めるときに、最初に複数の指標を組み合わせでの計算結果を演算し、変数増減法により指標を増減させるようにしてもよい。また、データの精度が高ければ指標を全て用いても良い。   (4) Moreover, when the culture state evaluation apparatus calculates | requires the calculation model of evaluation information, you may make it increase / decrease a parameter | index by the variable increase / decrease method by calculating the calculation result by combining a several parameter | index first. Further, all indicators may be used if the accuracy of the data is high.

(5)上記の一の実施形態では、2つの度数分布の差分の絶対値和を用いて、度数分布の変化量を求める例を説明したが、2つの度数分布の差分の二乗和から度数分布の変化量を求めてもよい。また、上記の一の実施形態で示した計算式はあくまで一例に過ぎず、例えば2次以上のn次方程式などであってもよい。   (5) In the above embodiment, the example in which the amount of change in the frequency distribution is obtained using the sum of absolute values of the differences between the two frequency distributions has been described. However, the frequency distribution is calculated from the sum of squares of the differences between the two frequency distributions. The amount of change may be obtained. Further, the calculation formula shown in the above-described one embodiment is merely an example, and may be, for example, a quadratic or higher order n-order equation.

(6)上記の実施形態や実施例に示した特徴値はあくまで一例にすぎず、評価対象の細胞の種類などに応じて他の特徴値のパラメータを採用することも勿論可能である。   (6) The feature values shown in the above-described embodiments and examples are merely examples, and it is of course possible to employ other feature value parameters according to the type of cells to be evaluated.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

11 インキュベータ
11a インキュベータ
15 恒温室
19 培養容器
22 観察ユニット
34 撮像装置
41 制御装置
41a 制御装置
42 CPU
42a CPU
43 記憶部
43a 記憶部
44 領域抽出部
45 特徴量算出部
45a 特徴量算出部
46 度数分布算出部
47 指標抽出部
47a 指標抽出部
48 評価処理部
48a 評価処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Incubator 11a Incubator 15 Temperature-controlled room 19 Culture container 22 Observation unit 34 Imaging device 41 Control device 41a Control device 42 CPU
42a CPU
43 storage unit 43a storage unit 44 region extraction unit 45 feature quantity calculation unit 45a feature quantity calculation unit 46 frequency distribution calculation unit 47 index extraction unit 47a index extraction unit 48 evaluation processing unit 48a evaluation processing unit

Claims (11)

第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞とが撮像された対象画像において、前記第1の種類の個別の細胞および細胞の集合体が占める領域と前記第2の種類の細胞が占める領域とを抽出する領域抽出部と、
前記領域抽出部で抽出された第2の種類の細胞が占める領域に存在する前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を算出する第1の特徴量算出部と、
前記第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量の時間変化と、前記第1の種類の細胞の状態との対応関係に基づいて、第1の種類の細胞の状態を評価する評価処理部と、
を備えることを特徴とする細胞評価装置。
In the target image obtained by imaging the first type of cells and the second type of cells that are present around the first type of cells and are cultured together, the individual cells of the first type and A region extraction unit that extracts a region occupied by an aggregate of cells and a region occupied by the second type of cells;
A first feature amount calculation unit that calculates a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cells present in a region occupied by the second type of cells extracted by the region extraction unit;
Evaluation that evaluates the state of the first type of cell based on the correspondence between the temporal change of the feature quantity indicating the morphological characteristics of the second type of cell and the state of the first type of cell A processing unit;
A cell evaluation apparatus comprising:
前記対象画像毎に前記第2の種類の細胞の特徴量の度数分布を算出する第1の度数分布算出部を更に備え、
前記評価処理部は、異なる時刻で取得された対象画像間における前記第1の度数分布算出部により算出された度数分布の変化を抽出し、前記抽出された変化に応じて、前記第1の種類の細胞の状態を評価することを特徴とする請求項1に記載の細胞評価装置。
A first frequency distribution calculating unit that calculates a frequency distribution of the feature amount of the second type of cells for each target image;
The evaluation processing unit extracts a change in the frequency distribution calculated by the first frequency distribution calculation unit between target images acquired at different times, and the first type according to the extracted change The cell evaluation apparatus according to claim 1, wherein the state of the cell is evaluated.
前記対象画像毎に前記第1の種類の細胞の特徴量の度数分布をそれぞれ算出する第2の度数分布算出部を更に備え、
前記評価処理部は、異なる時刻で取得された対象画像間における前記第1の度数分布算出部により算出された度数分布の変化と、前記対象画像間での前記第2の度数分布算出部により算出された度数分布の変化を抽出し、前記抽出された変化に基づいて、前記第1の種類の細胞の状態を評価することを特徴とする請求項2に記載の細胞評価装置。
A second frequency distribution calculating unit that calculates the frequency distribution of the feature quantity of the first type of cells for each target image;
The evaluation processing unit calculates a change in the frequency distribution calculated by the first frequency distribution calculating unit between the target images acquired at different times and the second frequency distribution calculating unit between the target images. The cell evaluation apparatus according to claim 2, wherein a change in the frequency distribution is extracted, and a state of the first type of cell is evaluated based on the extracted change.
前記第1の種類の細胞と前記第2の種類の細胞と同種の細胞が共に培養されている状態が撮像された参照画像を記憶する記憶部と、
前記参照画像が撮像された時間の情報と、前記参照画像における第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量とに基づいて、前記第1の種類の細胞の品質を分類する指標を算出する第1の指標算出部と、
を更に備え、
前記評価処理部は、前記第1の指標算出部により算出された指標と、前記対象画像から抽出された前記第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量とを照合し、前記第1の種類の細胞の状態を評価することを特徴とする請求項1に記載の細胞評価装置。
A storage unit for storing a reference image obtained by imaging a state in which cells of the same type as the first type of cells and the second type of cells are cultured together;
An index for classifying the quality of the first type of cell based on the information of the time when the reference image was captured and the feature quantity indicating the morphological feature of the second type of cell in the reference image A first index calculation unit for calculating;
Further comprising
The evaluation processing unit collates the index calculated by the first index calculation unit with a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cells extracted from the target image, and The cell evaluation apparatus according to claim 1, wherein the state of one type of cell is evaluated.
前記参照画像が撮像された時間の情報と、前記参照画像における第1の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量と、前記参照画像における第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量とに基づいて、前記第1の種類の細胞の品質を分類する指標を算出する第2の指標算出部と、
を更に備え、
前記評価処理部は、前記第1の指標算出部により算出された指標と前記第2の指標算出部により算出された指標と、前記対象画像から抽出された前記第1の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量とを照合し、前記第1の種類の細胞の状態を評価することを特徴とする請求項4に記載の細胞評価装置。
Information on the time at which the reference image was captured, feature quantities indicating morphological characteristics of the first type of cells in the reference image, and morphological characteristics of the second type of cells in the reference image A second index calculating unit that calculates an index for classifying the quality of the first type of cell based on the feature amount;
Further comprising
The evaluation processing unit includes the index calculated by the first index calculation unit, the index calculated by the second index calculation unit, and the form of the first type of cells extracted from the target image The cell evaluation apparatus according to claim 4, wherein the state of the first type of cell is evaluated by collating with a feature amount indicating a characteristic feature.
前記第1の種類の細胞は、ES細胞またはiPS細胞であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の細胞評価装置。   The cell evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the first type of cell is an ES cell or an iPS cell. 前記第2の種類の細胞は、フィーダー細胞であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の細胞評価装置。   The cell evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the second type of cell is a feeder cell. 細胞を培養する培養容器を収納するとともに、所定の環境条件に内部を維持可能な恒温室と、
前記恒温室内で前記培養容器に含まれる前記細胞の画像を撮像する撮像装置と、
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の細胞評価装置と、
を備えることを特徴とするインキュベータ。
A temperature-controlled room that accommodates a culture vessel for culturing cells and can maintain the interior in a predetermined environmental condition;
An imaging device for capturing an image of the cells contained in the culture vessel in the temperature-controlled room;
The cell evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 7,
An incubator comprising:
第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞とが撮像された対象画像において、前記第1の種類の個別の細胞および細胞の集合体が占める領域と前記第2の種類の細胞が占める領域とを抽出する領域抽出手順と、
前記領域抽出手順で抽出された第2の種類の細胞が占める領域に存在する前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を算出する第1の特徴量算出手順と、
前記第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量の時間変化と、前記第1の種類の細胞の状態との対応関係に基づいて、第1の種類の細胞の状態を評価する評価処理手順と、
を有することを特徴とする細胞評価方法。
In the target image obtained by imaging the first type of cells and the second type of cells that are present around the first type of cells and are cultured together, the individual cells of the first type and A region extraction procedure for extracting a region occupied by an aggregate of cells and a region occupied by the second type of cells;
A first feature amount calculation procedure for calculating a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cells present in the region occupied by the second type of cells extracted in the region extraction procedure;
Evaluation that evaluates the state of the first type of cell based on the correspondence between the temporal change of the feature quantity indicating the morphological characteristics of the second type of cell and the state of the first type of cell Processing procedure and
The cell evaluation method characterized by having.
第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞とが撮像された対象画像において、前記第1の種類の個別の細胞および細胞の集合体が占める領域と前記第2の種類の細胞が占める領域とを抽出する第1のステップと、
前記第1のステップで抽出された第2の種類の細胞が占める領域に存在する前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を算出する第2のステップと、
前記第2の種類の細胞が有する形態的特徴を示す特徴量の時間変化と、前記第1の種類の細胞の状態との対応関係に基づいて、第1の種類の細胞の状態を評価する第3のステップと、
をコンピュータに実行させるための細胞評価プログラム。
In the target image obtained by imaging the first type of cells and the second type of cells that are present around the first type of cells and are cultured together, the individual cells of the first type and A first step of extracting a region occupied by an aggregate of cells and a region occupied by the second type of cells;
A second step of calculating a feature amount indicating a morphological feature of the second type of cells present in an area occupied by the second type of cells extracted in the first step;
The first type of cell state is evaluated based on the correspondence between the temporal change in the feature amount indicating the morphological characteristics of the second type of cells and the state of the first type of cells. 3 steps,
Cell evaluation program to make computer execute.
第1の種類の細胞と前記第1の種類の細胞の周囲に存在し、共に培養されている第2の種類の細胞が撮像された画像から、前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量を抽出し、
前記第2の種類の細胞の形態的特徴を示す特徴量の時間変化に基づき、第1の種類の細胞の状態を推定し、
前記第1の細胞の状態に基づき、前記第1の種類の細胞又は前記第2の種類の細胞の培養条件を変更することを特徴とする細胞の培養方法。
The morphological characteristics of the second type cells are obtained from an image obtained by imaging the second type cells existing around the first type cells and the first type cells and cultured together. Extract the feature quantity to show,
Estimating the state of the first type of cell based on the temporal change of the characteristic amount indicating the morphological characteristics of the second type of cell;
A method for culturing a cell, characterized by changing a culture condition of the first type of cell or the second type of cell based on the state of the first cell.
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