受精卵品質評価支援システム、受精卵品質評価支援装置および受精卵品質評価支援方法
【課題】受精卵を保持することなく撮像された画像のみを用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を提示する受精卵品質評価支援システムを提供する。
【解決手段】受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２、受精卵品質評価支援装置３から構成される。受精卵品質評価支援装置３は、受精卵観察装置２によって撮像される画像を記憶する時系列画像記憶手段３１、時系列画像記憶手段３１に記憶された時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段３２、二つの受精卵画像を比較し、活性部位を抽出する活性部位抽出手段３３、受精卵の特徴量を算出する特徴量算出手段３４、受精卵の特徴量を解析する特徴量解析手段３５、処理結果を記憶する処理結果記憶手段３６、処理結果を表示する処理結果表示手段３７等を具備する。
【解決手段】受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２、受精卵品質評価支援装置３から構成される。受精卵品質評価支援装置３は、受精卵観察装置２によって撮像される画像を記憶する時系列画像記憶手段３１、時系列画像記憶手段３１に記憶された時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段３２、二つの受精卵画像を比較し、活性部位を抽出する活性部位抽出手段３３、受精卵の特徴量を算出する特徴量算出手段３４、受精卵の特徴量を解析する特徴量解析手段３５、処理結果を記憶する処理結果記憶手段３６、処理結果を表示する処理結果表示手段３７等を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとから構成され、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
牛などの受精卵をインキュベータ内で培養し、移植可能なステージまで発育させる技術が知られている。牛の体外受精卵の場合、従来は、熟練者が培養７日目に受精卵をインキュベータから取り出し、顕微鏡で観察することで、受精卵の最終品質を評価していた。
【０００３】
図２６は、牛受精卵の品質コードを示す図である。熟練者は、受精卵を顕微鏡で観察して各特徴（発育ステージ、変性部位、形状、透明体）を判断し、用途に応じて品質コードを決定する。ここでの変性部位とは、細胞が異常である、あるいは死滅した部位である。
【０００４】
図２７は、牛の妊娠後の日数と受精卵の発育ステージを示す図である。図２７に示すように、受精卵は、卵割（１細胞卵−＞２細胞卵−＞４細胞卵−＞８細胞卵）を経て、妊娠後５〜６日後に桑実胚となる。そして、後期桑実胚−＞初期胚盤胞−＞胚盤胞の過程において、受精卵が拡張収縮するラプチャーが発生する。
【０００５】
しかし、インキュベータから取り出して観察することは、受精卵にとって大きなストレスとなる。そこで、受精卵をインキュベータから取り出さずに、受精卵の品質を評価する仕組みが考えられている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１では、試料保持装置を操作して顕微鏡視野の中心に位置するように胚を移動させて胚の大きさを計測するとともに、形態観察を行い、計測・観察結果に基づいて酸素消費量を計測することで、胚の品質を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６９３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、撮像ごとに人間が試料保持装置を操作し、受精卵を保持する必要がある。従って、受精卵を経時的に撮像することができず、発育状態の変化を観察することはできない。
【０００９】
また、別の課題として、撮像された画像から、卵割した細胞間の境界を判別することが困難であることが挙げられる。例えば、輪郭強調処理を行っても、細胞間の境界を正確に抽出することは難しい。従って、画像処理によって細胞を識別し、細胞ごとの特徴量に基づいた品質評価を行う場合、この課題を解決しなければ精度の高い品質評価を行うことができない。
【００１０】
また、目視による評価は、評価者ごとにばらつきが生じてしまう為、撮影画像のみから得られる情報で評価を行うことが望ましい。そのためには、撮影画像から得られる情報として、受精卵の大きさ以外にも多くの定量的な情報が必要となる。
【００１１】
また、現在では、従来の評価方法（培養７日目に熟練者が観察評価する方法）に変わり、発育ステージへの到達時間やラプチャーの発生回数や回復時間といった発育途中の情報を品質評価に用いるという研究が行なわれている。従って、このような発育途中の情報が撮影画像のみから得られると非常に有益である。
【００１２】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、受精卵を保持することなく撮像された画像のみを用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を提示する受精卵品質評価支援システム等を提供することである。特に、有益な情報とは、発育ステージへの到達時間やラプチャーの発生回数や回復時間といった発育途中の情報である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するために第１の発明は、受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとから構成され、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援システムであって、前記コンピュータは、前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援システムである。第１の発明によって、受精卵を保持することなく撮像された画像を用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を取得することができる。特に、活性部位を抽出することによって、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確な特徴量を算出することが可能となる。
【００１４】
前記活性部位抽出手段は、受精卵の回転を補正して活性部位を抽出することが望ましい。これによって、正確な活性部位を抽出することができる。
【００１５】
前記コンピュータは、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位を他の領域と識別して表示する処理結果表示手段、を更に備えることが望ましい。これによって、受精卵の品質評価に有益な情報をユーザに提示することができる。
【００１６】
前記コンピュータは、受精卵の特徴量として、前記受精卵画像抽出手段によって抽出された受精卵画像から受精卵の大きさを算出し、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位の面積を算出する特徴量算出手段、を更に備えることが望ましい。また、前記コンピュータは、前記特徴量算出手段によって算出された活性部位の面積の変化量に基づいて各発育ステージまでの到達時間を特定し、前記特徴量算出手段によって算出された受精卵の大きさの変化量に基づいてラプチャーの発生時刻、回数、または回復時間のうち少なくとも一つを特定する特徴量解析手段、を更に備えることが望ましい。これによって、更に受精卵の品質評価に有益な情報を取得することができる。
【００１７】
第１の発明における前記受精卵観察装置は、前記時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のＺスライス画像を撮像し、前記活性部位抽出手段は、第１Ｚスライス画像に係る受精卵画像と、第１Ｚスライス画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のＺ位置の第２Ｚスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのＺ位置の活性部位を抽出するようにしても良い。これによって、受精卵の三次元的な特徴量の算出および解析を行うことができる。
【００１８】
第１の発明における前記受精卵観察装置は、更に、複数の受精卵受部が形成された培養容器を備え、前記撮像部は、前記培養容器に配置された複数の受精卵を視野内に収めて前記時系列画像を撮像し、前記受精卵画像抽出手段は、前記時系列画像から複数の前記受精卵画像を抽出することが望ましい。これによって、複数の受精卵を同じ培養容器に配置しても、受精卵を取り違えることなく観察することができる。
また、前記受精卵画像抽出手段は、前記受精卵受部に起因する影領域を除外して前記受精卵画像を抽出することが望ましい。これによって、受精卵画像を正確に切り出すことができる。
【００１９】
第１の発明における前記特徴量解析手段は、前記特徴量算出手段によって算出された前記受精卵の特徴量に基づいて受精卵の品質を判定することが望ましい。これによって、受精卵の品質評価を自動的に行うことができる。
前記特徴量解析手段は、例えば、前記活性部位の面積のピークの発生回数、および前記活性部位の面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間に基づいて受精卵の品質を判定する。
【００２０】
第２の発明は、受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置とデータの送受信を行い、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援装置であって、前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援装置である。
【００２１】
第３の発明は、受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとが受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援方法であって、前記受精卵観察装置が時系列画像を撮像するステップと、前記コンピュータが時系列画像から受精卵画像を抽出するステップと、前記コンピュータが第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出するステップと、を含むことを特徴とする受精卵品質評価支援方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、受精卵を保持することなく撮像された画像のみを用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を提示する受精卵品質評価支援システム等を提供することができる。特に、有益な情報とは、発育ステージへの到達時間やラプチャーの発生回数や回復時間といった発育途中の情報である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】受精卵品質評価支援システム１の概要を示す図
【図２】受精卵品質評価支援装置３を実現するコンピュータのハードウェア構成図
【図３】受精卵品質評価支援装置３の機能の概要を示すブロック図
【図４】第１の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャート
【図５】活性部位の抽出処理を示すフローチャート
【図６】受精卵の回転を補正する処理を説明するための図
【図７】時系列画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図８】閾値処理後の画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図９】特定された候補領域を示す図（マウスの受精卵）
【図１０】最小近似円領域を示す図（マウスの受精卵）
【図１１】受精卵画像を示す図（マウスの受精卵）
【図１２】受精卵画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図１３】受精卵画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図１４】差分の算出結果を示す図（マウスの受精卵）
【図１５】閾値処理の結果を示す図（マウスの受精卵）
【図１６】活性部位画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図１７】正常な受精卵についての特徴量のグラフ（マウスの受精卵）
【図１８】変性した受精卵についての特徴量のグラフ（マウスの受精卵）
【図１９】受精卵品質評価支援システム１ａの概要を示す図
【図２０】鉛直方向（Ｚ方向）から見た培養リアクター６ａの模式図
【図２１】第１の実施の形態による画像処理を説明する図
【図２２】第２の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャート
【図２３】複数の影領域１５が連結している画像を示す図
【図２４】候補領域を囲む矩形を説明する図
【図２５】複数の影領域１５が連結している候補領域を囲む矩形を示す図
【図２６】牛受精卵の品質コードを示す図（牛の受精卵）
【図２７】受精後の日数と受精卵の発育ステージを示す図（牛の受精卵）
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、受精卵品質評価支援システム１の概要を示す図である。図１に示すように、受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２、受精卵品質評価支援装置３から構成される。受精卵観察装置２は、受精卵４が入り培養液５で満たされている培養リアクター（培養容器）６、培養リアクター６を照らす照明７、培養リアクター６を支持し、且つ透過像を撮像するための透明なガラス板を搭載したＸ移動ステージ８、カメラユニット９（撮像部）、カメラユニット９を上下方向（Ｚ方向）に移動させるＺ移動ステージ１２、照明７およびカメラユニット９をＹ方向に移動させるＹ移動ステージ１３からなる。カメラユニット９は、対物レンズ１０、ＣＣＤカメラ１１からなる。受精卵品質評価支援装置３は、例えば、汎用的なコンピュータである。
【００２６】
ＣＣＤカメラ１１は、対物レンズ１０を介して、培養リアクター６内の受精卵４を撮像する。Ｘ移動ステージ８によって培養リアクター６をＸ方向に、Ｙ移動ステージ１３によってカメラユニット９をＹ方向に移動させることで、ＣＣＤカメラ１１は、任意のＸＹ位置における画像を撮像することができる。Ｚ移動ステージ１２によってカメラユニット９を上下方向（Ｚ方向）に移動させることで、ＣＣＤカメラ１１は、任意のＺ位置におけるスライス画像を撮像することができる。
【００２７】
図２は、受精卵品質評価支援装置３を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図２のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
【００２８】
受精卵品質評価支援装置３は、制御部２１、記憶部２２、メディア入出力部２３、通信制御部２４、入力部２５、表示部２６、周辺機器Ｉ／Ｆ部２７等が、バス２８を介して接続される。
【００２９】
制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００３０】
ＣＰＵは、記憶部２２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス２８を介して接続された各装置を駆動制御し、受精卵品質評価支援装置３が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部２２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部２１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００３１】
記憶部２２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部２１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部２１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００３２】
メディア入出力部２３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。
【００３３】
通信制御部２４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。
【００３４】
入力部２５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部２５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
【００３５】
表示部２６は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００３６】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部２７は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部２７を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部２７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
前述の受精卵観察装置２のカメラユニット９は、周辺機器Ｉ／Ｆ部２７を介して受精卵品質評価支援装置３と接続され、撮像した画像を受精卵品質評価支援装置３に送信する。
【００３７】
バス２８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００３８】
図３は、受精卵品質評価支援装置３の機能の概要を示すブロック図である。図３に示すように、受精卵品質評価支援装置３は、時系列画像記憶手段３１、受精卵画像抽出手段３２、活性部位抽出手段３３、特徴量算出手段３４、特徴量解析手段３５、処理結果記憶手段３６、処理結果表示手段３７等を備える。
【００３９】
時系列画像記憶手段３１は、受精卵観察装置２によって撮像される画像を記憶する。受精卵観察装置２は、一定間隔（例えば、１５分間隔）に受精卵４を含む画像を撮像する。これらの画像は、撮影時刻とともに時系列画像記憶手段３１に時系列画像（タイムラプス画像）として記憶される。
【００４０】
受精卵画像抽出手段３２は、時系列画像記憶手段３１に記憶された時系列画像から受精卵画像を抽出する。受精卵画像とは、時系列画像から受精卵４を含む最小近似円の領域を切り出した画像である。
【００４１】
活性部位抽出手段３３は、二つの受精卵画像を比較し、活性部位を抽出する。具体的には、活性部位抽出手段３３は、任意の時系列画像に係る受精卵画像と、任意の時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する。複数の時系列画像を目視で確認すると、正常な部位の脂肪小滴（＝画像上は黒い点）は常に移動しており、変性部位（＝細胞が異常である、あるいは死滅した部位）の脂肪小滴は移動しない。このことに着眼し、本発明では、画素値が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する。抽出された活性部位は、正常な部位と判断できる程度に変化が大きい部分である。
【００４２】
ここで、活性部位を抽出する意義について説明する。
例えば、受精卵画像に含まれる全画素の画素値の平均や標準偏差といった特徴量では、活性部位として抽出されない部位（＝非活性部位）の画素値も反映したものになり、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確にならない場合もあると考えられる。
一方、本発明のように活性部位を抽出することで、活性部位のみに基づいた特徴量を算出することができる。活性部位のみに基づいた特徴量は、非活性部位の画素値が反映されないので、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確となる。このような特徴量は、正常な受精卵と変性した受精卵の判別を容易にするものであり、受精卵の品質評価において特に有益な情報である。
【００４３】
特徴量算出手段３４は、受精卵４の特徴量として、例えば、受精卵画像抽出手段３２によって抽出された受精卵画像から受精卵４の半径を算出し、活性部位抽出手段３３によって抽出された活性部位の面積を算出する。
【００４４】
特徴量解析手段３５は、例えば、特徴量算出手段３４によって算出された活性部位の面積の変化量に基づいて各発育ステージまでの到達時間を特定し、特徴量算出手段３４によって算出された受精卵４の半径の変化量に基づいてラプチャーの発生時刻、回数、および回復時間を特定する。
【００４５】
処理結果記憶手段３６は、受精卵画像抽出手段３２、活性部位抽出手段３３、特徴量算出手段３４、特徴量解析手段３５の処理結果を記憶する。受精卵画像抽出手段３２の処理結果は、抽出された受精卵画像である。活性部位抽出手段３３の処理結果は、例えば、抽出された活性部位の位置を示すデータである。特徴量算出手段３４の処理結果は、例えば、受精卵４の半径、活性部位の面積である。特徴量解析手段３５の処理結果は、例えば、各発育ステージまでの到達時間、ラプチャーの発生時刻、回数、および回復時間である。
【００４６】
処理結果表示手段３７は、処理結果記憶手段３６に記憶される処理結果を表示部２６に表示する。特に、処理結果表示手段３７は、活性部位抽出手段３３によって抽出された活性部位を他の領域と識別して（例えば、色分けするなどして）表示する。
【００４７】
図４は、第１の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートでは、受精卵画像抽出手段３２が、Ｓ１０１〜Ｓ１０８を実行する。また、処理結果記憶手段３６が、Ｓ１０９を実行する。また、特徴量算出手段３４および処理結果記憶手段３６が、Ｓ１１０を実行する。
尚、後述する図７〜図１１は、マウスの受精卵を撮像した画像について、図４の各ステップに示す処理を施したものである。
【００４８】
受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、記憶部２２に記憶されている時系列画像をＲＡＭに読み込む（Ｓ１０１）。尚、制御部２１は、記憶部２２に記憶される前、すなわち撮影直後にＲＡＭに保持される時系列画像を以下の処理に用いることもできる。
図７は、時系列画像の一例を示す図である。中央やや右上に位置する小円の領域が受精卵である。本発明では、目視に頼ることなく受精卵の品質評価を支援する情報を提供する。その為、制御部２１は、図４に示す処理を行うことによって、ＲＡＭに読み込んだ時系列画像に含まれる受精卵の領域を切り出し、受精卵画像として抽出する。
【００４９】
次に、制御部２１は、Ｓ１０１で読み込んだ時系列画像について、ノイズ除去処理（Ｓ１０２）、及び閾値処理（Ｓ１０３）を行う。ノイズ除去処理の代表的な方法には、例えば、平均フィルター法、メディアンフィルター法がある。閾値処理は、例えば、予め設定された第１の閾値と第２の閾値（第１の閾値＜第２の閾値）に基づいて、第１の閾値以上かつ第２の閾値以下の場合には１を設定し、第１の閾値より小さいまたは第２の閾値より大きい場合には０を設定するといった処理である（＝２値化処理）。その他の方法として、エッジを抽出する微分処理などがある。
図８は、閾値処理後の画像の一例を示す図である。閾値処理を施すことによって、図８に示すように、物体を識別することが可能となる。識別された物体は、後述するＳ１０５の処理によって、候補領域１、候補領域２、候補領域３とラベリングされる。
【００５０】
次に、制御部２１は、Ｓ１０３による閾値処理後の画像について、穴埋め処理（＝孤立点除去処理）（Ｓ１０４）を行う。穴埋め処理は、例えば、膨張処理をＮ回行い、その後収縮処理をＮ回行うなどして実現される（＝クロージング）。
【００５１】
次に、制御部２１は、候補領域をラベリングする（Ｓ１０５）。制御部２１は、連結されている画素の集合ごとに同一の番号を付して、各候補領域をラベリングする。連結されている画素の集合とは、同一の画素値を有し、かつ位置が隣接している画素の集合である。
【００５２】
次に、制御部２１は、候補領域ごとに面積と円形度を算出する（Ｓ１０６）。面積は、各候補領域に含まれる画素数をカウントし、画素数と１画素の面積の積によって算出される。円形度は、４π×面積／（周囲長の２乗）で算出される。円形度は、真円の場合は１となり、複雑な形状ほど０に近づく。周囲長は、各候補領域の境界画素を走査していき、境界となる辺の数をカウントすることで算出される。
【００５３】
次に、制御部２１は、面積と円形度が一定範囲内の候補領域を特定する（Ｓ１０７）。一定範囲とは、受精卵の面積、円形度として許容される値の範囲である。第１の実施の形態では、時系列画像に受精卵が一つしか含まれていない場合を想定していることから、特定される候補領域は一つとなる。
図９は、特定された候補領域を示す図である。図９では、特定された候補領域を白色で示している。中央やや右上に位置する受精卵の領域（＝図８に示した候補領域２を穴埋めした領域）が特定されたことが分かる。
【００５４】
次に、制御部２１は、特定した候補領域を含む最小近似円領域を生成する（Ｓ１０８）。候補領域は完全な円ではないことから、例えば、候補領域の境界上の各点を結ぶ線分の中で、最も大きい線分の長さを最小近似円領域の径とする。
図１０は、最小近似円領域を示す図である。図１０では、最小近似円領域を白色で示している。図９に示した候補領域を含む最小近似円領域が生成されたことが分かる。
【００５５】
尚、受精卵が真円よりも楕円に近い形状の場合、制御部２１は、最小近似円領域に代えて、最小近似楕円領域を生成しても良い。この場合、制御部２１は、候補領域の境界上の各点を結ぶ線分の中で、最も大きい線分の長さを最小近似楕円領域の長径、長径に直交する線分を短径とする。
【００５６】
次に、制御部２１は、最小近似円領域を受精卵画像として切り出し、保存する（Ｓ１０９）。また、制御部２１は、最小近似円領域の半径を受精卵の半径として保存する（Ｓ１１０）。
図１１は、受精卵画像を示す図である。図１１の受精卵画像は、図１０に示す最小近似円領域に対応する画素を図７の時系列画像から切り出し、拡大したものである。
以上の処理によって、制御部２１は、受精卵画像を抽出する。
【００５７】
図５は、活性部位の抽出処理を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートでは、活性部位抽出手段３３が、Ｓ２０１〜Ｓ２０４を実行する。また、特徴量算出手段３４が、Ｓ２０５を実行する。また、処理結果記憶手段３６が、Ｓ２０５、Ｓ２０６を実行する。
尚、後述する図１２〜図１６は、図４に示した受精卵の抽出処理によって得られた２つの受精卵画像（マウスの受精卵画像）について、図５の各ステップに示す処理を施したものである。
【００５８】
受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、記憶部２２に記憶されている２つの受精卵画像をＲＡＭに読み込む（Ｓ２０１）。
図１２、図１３は、それぞれ受精卵画像の一例を示す図である。図１３に示す受精卵画像は、図１２に示す受精卵画像から所定時間経過後のものである。詳細には、図１２は卵割（２卵割）前の受精卵を示す画像、図１３は卵割（２卵割）後の受精卵を示す画像である。
【００５９】
次に、制御部２１は、２つの受精卵画像を比較する前処理として、画像の大きさ、位置を補正する（Ｓ２０２）。
一般に、受精卵を保持することなく撮像した時系列画像では、ある受精卵画像と、所定時間経過前または所定時間経過後の受精卵画像とを比較する場合、受精卵の内部の変化を除くと、画像として表れる受精卵全体の変化としては、（１）受精卵の大きさの変化、（２）受精卵の位置の移動、（３）受精卵の回転、といった変化が考えられる。正確な比較処理を行うためには、これらの変化に対応して、一方の受精卵画像の大きさ、位置を補正する必要がある。
【００６０】
（１）受精卵の大きさの変化については、例えば、両者の受精卵画像の径の比を算出し、一方の受精卵画像を拡大または縮小すれば良い。（２）受精卵の位置の移動については、拡大または縮小をした後、重心位置を一致させれば良い。（３）受精卵の回転については、図６を参照しながら説明する。
【００６１】
図６は、受精卵の回転を補正する処理を説明するための図である。図６に示す例では、時刻ｔにおける時系列画像から切り出した第１の受精卵画像、時刻ｔ＋１における時系列画像から切り出した第２の受精卵画像について、第１の受精卵画像に合うように、第２の受精卵画像の位置を補正する。
【００６２】
受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、第１の受精卵画像と、第２の受精卵画像をθ（θ＝０度、３０度、６０度、・・・）回転した画像とを比較し、次式によって、画像間の差Ｄ（θ）を算出する。
【数１】
但し、Ｒ（ｘ，ｙ）は、第１の受精卵画像の（ｘ，ｙ）の位置における画素の画素値（＝輝度値）、Ｒ´（ｘ，ｙ，θ）は、第２の受精卵画像をθ回転した画像の（ｘ，ｙ）の位置における画素の画素値（＝輝度値）である。尚、カラー画像の場合、輝度値に代えて、各画素の色相、彩度、明度等を用いても良い。
【００６３】
そして、制御部２１は、画素間の差Ｄ（θ）が最も小さいθｍｉｎを第１の受精卵画像に対する第２の受精卵画像における回転量とし、図５に示すＳ２０３の処理において画素間の差Ｄ（θ）が最も小さいθｍｉｎの画像を使用する。
【００６４】
図５の説明に戻ると、制御部２１は、２つの受精卵画像の画素値の差分を算出する（Ｓ２０３）。Ｓ２０３における画素値の差分の算出は、２つの受精卵画像を比較し、変化が大きい部分を抽出することが目的である。そこで、画素値が０〜２５５の階調を持つグレースケール画像の場合、例えば、画素値の差分をＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）＝Ｒ（ｘ，ｙ）−Ｒ´（ｘ，ｙ）＋１２７と定義する。但し、Ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）が０より小さい場合にはＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）＝０とし、Ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）が２５５より大きい場合にはＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）＝２５５とする。このように定義すると、変化が小さい部分はＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）が１２７前後の値となり、変化が大きい部分はＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）が０または２５５のいずれかに近い値となる。
図１４は、差分の算出結果を示す図である。図１４において、中間調であるグレーの部分は、変化が小さい部分である。一方、白または黒の部分は、変化が大きい部分である。
【００６５】
次に、制御部２１は、閾値処理（Ｓ２０４）を行う。ここでの閾値処理は、予め設定された第１の閾値と第２の閾値（第１の閾値＜第２の閾値）に基づいて、第１の閾値以上かつ第２の閾値以下の場合（＝変化が小さい場合）には画素値を０、第１の閾値より小さいまたは第２の閾値より大きい場合（＝変化が大きい場合）には画素値を１と設定する。ここで画素値が１と設定された画素の集合が、活性部位である。
図１５は、閾値処理の結果を示す図である。図１５では、Ｓ２０４にて画素値が１に設定された画素を白色で示している。
【００６６】
次に、制御部２１は、活性部位の面積を算出し、保存する（Ｓ２０５）。活性部位の面積は、Ｓ２０４にて画素値が１と設定された画素をカウントし、カウントした画素数と１画素の面積の積によって算出される。
【００６７】
次に、制御部２１は、Ｓ２０１で読み込んだ受精卵画像について、抽出した活性部位に対応する画素を着色し、活性部位画像として保存する（Ｓ２０６）。
図１６は、活性部位画像の一例を示す図である。図１６では、活性部位を白色で示している。広範囲の領域が活性部位として抽出されていることが分かる。
以上の処理によって、制御部２１は、活性部位を抽出する。
【００６８】
図１７は、マウスの正常な受精卵についての特徴量のグラフである。図１８は、マウスの変性した受精卵（変性卵）についての特徴量のグラフである。図１７、図１８は、処理結果記憶手段３６に記憶されている受精卵半径と活性部位面積の時系列データを処理結果表示手段３７が表示部２６に表示したものである。
【００６９】
図１７、図１８ともに、受精卵半径を四角のプロット、活性部位面積を三角のプロットで図示している。２卵割（８ｈ）、４卵割（２９ｈ）等は、受精卵の発育ステージと、観察開始時間からの経過時間を示している。例えば、図１７に示す正常卵の受精卵において、８ｈ後に２卵割の発育ステージに到達したことは、目視で確認している。その他の発育ステージと観察開始時間からの経過時間についても同様に目視で確認している。以下では、目視で確認した知見に基づく特徴量解析手段３５の処理について説明する。
【００７０】
図１７、図１８を参照すると、図１７の２卵割、４卵割、８卵割、１６卵割、図１８の２卵割、３卵割、４卵割といった細胞分割が行われた前後では、いずれも、直前の活性部位面積と比較して、活性部位面積が大幅に増加していることが分かる。この知見に基づいて、特徴量解析手段３５は、例えば、活性部位面積の増分が所定の閾値を超えるごとに、２卵割、４卵割、８卵割、１６卵割といった発育ステージに順々に到達したと判定する。
【００７１】
また、図１７を参照すると、拡張胚盤胞の発育ステージに到達した場合、活性部位面積および受精卵半径が大幅に増加することが分かる。この知見に基づいて、特徴量解析手段３５は、例えば、卵割の発育ステージから一定時間経過後、活性部位面積の増分および受精卵半径の増分が所定の閾値を超えた場合、拡張胚盤胞の発育ステージに到達したと判定する。
【００７２】
また、図１７を参照すると、ラプチャーの発生前後では、受精卵半径が一旦減少した後に増加することが分かる。この知見に基づいて、特徴量解析手段３５は、例えば、拡張胚盤胞の発育ステージに到達した後、受精卵半径が減少する直前の時刻をラプチャーの発生時刻と判定する。また、特徴量解析手段３５は、例えば、拡張胚盤胞の発育ステージに到達した後、受精卵半径が減少する回数をラプチャーの発生回数と判定する。また、特徴量解析手段３５は、例えば、ラプチャーの発生時刻から、ラプチャー発生時の受精卵半径の大きさに戻った時刻までをラプチャーの回復時間と判定する。
【００７３】
このように、特徴量解析手段３５によって特徴量の解析を行えば、目視に頼ることなく、発育ステージの到達時間、ラプチャーの発生時刻、発生回数、回復時間等の情報を算出し、処理結果表示手段３７によって表示部２６に表示することができる。
【００７４】
以上説明したように、第１の発明の実施の形態によれば、受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２、受精卵品質評価支援装置３から構成される。受精卵品質評価支援装置３は、精卵観察装置２によって撮像される画像を記憶する時系列画像記憶手段３１、時系列画像記憶手段３１に記憶された時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段３２、二つの受精卵画像を比較し、活性部位を抽出する活性部位抽出手段３３、受精卵の特徴量を算出する特徴量算出手段３４、受精卵の特徴量を解析する特徴量解析手段３５、処理結果を記憶する処理結果記憶手段３６、処理結果を表示する処理結果表示手段３７等を具備する。
【００７５】
第１の発明の実施の形態によって、受精卵を保持することなく撮像された画像を用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を提示することができる。
【００７６】
尚、第１の発明の実施の形態では、撮像時刻ごとに一つのＺ位置における時系列画像（＝Ｚスライス画像）のみを用いて各種の処理を行ったが、別の実施の形態として、撮影時刻ごとに複数のＺスライス画像を用いることもできる。
この場合、受精卵観察装置２は、時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のＺスライス画像を撮像する。受精卵画像抽出手段３２は、全てのＺスライス画像から受精卵画像を抽出する。活性部位抽出手段３３は、Ｚ位置ごとに、任意のＺスライス画像に係る受精卵画像と、任意の時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のＺ位置のＺスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのＺ位置の活性部位を抽出する。
【００７７】
これによって、三次元的な特徴量の算出および解析を行うことができる。例えば、特徴量算出手段３４は、同一の撮像時刻の全てのＺスライス画像について、受精卵画像抽出手段３２によって抽出された受精卵画像から最小近似円の半径を算出し、最も大きい値をその撮像時刻における受精卵の半径とする。また、例えば、特徴量算出手段３４は、同一の撮像時刻の全てのＺスライス画像について、活性部位抽出手段３３によって抽出された活性部位の面積の総和を算出する。そして、特徴量解析手段３５は、算出された受精卵の半径、活性部位の面積の総和に基づいて解析を行う。
【００７８】
また、前述した説明では、特徴量算出手段３４は、受精卵４の大きさを示す特徴量として受精卵４の半径を算出するとしたが、これに限定されない。例えば、受精卵４の大きさを示す特徴量は、受精卵４の面積、体積などであっても良い。受精卵４の面積は、最小近似円に含まれる画素数をカウントし、画素数と１画素の面積の積によって算出される。また、受精卵４の体積は、各Ｚスライス画像から最小近似円の面積を算出し、最小近似円の面積の総和によって算出される。
【００７９】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、複数の受精卵を培養し、複数の受精卵を視野内に収めて時系列画像を撮像する。
以下、第１の実施の形態において説明した要素と同じ要素については同じ番号を付し、説明を省略する。
【００８０】
図１９は、受精卵品質評価支援システム１ａの概要を示す図である。図１９に示すように、受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２ａ、受精卵品質評価支援装置３ａから構成される。
【００８１】
受精卵観察装置２ａは、複数の受精卵４を含む培養リアクター（培養容器）６ａ、照明７、Ｘ移動ステージ８、カメラユニット９（撮像部）、Ｚ移動ステージ１２、Ｙ移動ステージ１３からなる。受精卵品質評価支援装置３ａは、例えば、汎用的なコンピュータである。
【００８２】
培養リアクター６ａは、複数の受精卵受部１４を有する。受精卵受部１４は、培養リアクター６ａの底面に円筒状または半球状のくぼみとして形成される。１つの受精卵受部１４には、１つの受精卵４が配置される。受精卵４が受精卵受部１４に配置されることで、培養している間、受精卵４の位置はほとんど移動しない。尚、鉛直方向（Ｚ方向）から見た場合、受精卵受部１４の面積は、培養終了時の受精卵４の面積よりも小さいものとする。
【００８３】
図２０は、鉛直方向（Ｚ方向）から見た培養リアクター６ａの模式図である。図２０では、受精卵４が受精卵受部１４に配置されている状態を示している。点線の内部は、カメラユニット９（撮像部）による撮像範囲である視野１６を示している。
【００８４】
図２１は、第１の実施の形態による画像処理を説明する図である。
図２１の（ａ）は、培養リアクター６ａを撮像した時系列画像の一部に対して、図４のＳ１０３の閾値処理を施した場合の模式図である。図２１の（ｂ）は、図４のＳ１０４の穴埋め処理を施した場合の模式図である。
仮に受精卵品質評価支援装置３ａが図４の処理を行うとする。培養リアクター６ａを撮像した時系列画像には受精卵受部１４の影が含まれるので、Ｓ１０３の閾値処理によって、図２１の(ａ)に示すように、受精卵受部１４の影領域１５が抽出される。また、Ｓ１０４の穴埋め処理によって、図２１の(ｂ)に示すように、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域が結合して区別できなくなり、正確に受精卵画像を抽出することができない。そこで、第２の実施の形態では、受精卵品質評価支援装置３ａが図２２に示す処理を行い、受精卵画像を抽出する。
【００８５】
図２２は、第２の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャートである。
受精卵品質評価支援装置３ａの制御部２１は、記憶部２２に記憶されている時系列画像をＲＡＭに読み込む（Ｓ３０１）。
次に、制御部２１は、Ｓ３０１で読み込んだ時系列画像について、ノイズ除去処理（Ｓ３０２）を行う。
【００８６】
次に、制御部２１は、２値化処理によって候補領域を抽出する（Ｓ３０３）。前述した通り、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域とは同程度の階調値を有するので、Ｓ３０３では、影領域１５を除外して候補領域を抽出することはできない。そこで、Ｓ３０３における２値化処理の閾値は、少なくとも受精卵４の円周付近の領域が全て候補領域として抽出できる値とする。
例えば、時系列画像が画素値０〜２５５の階調を持つグレースケール画像の場合、画素値「０」が最も暗く、画素値「２５５」が最も明るい階調とする。また、２値化処理の閾値は、受精卵４の円周付近の領域に含まれる画素の階調値よりも大きい値とする。制御部２１は、閾値よりも小さい階調値を持つ画素を候補領域として抽出する。制御部２１は、例えば、候補領域として抽出された画素には画素値「１」を設定し、候補領域として抽出されなかった画素には画素値「０」を設定する。
【００８７】
次に、制御部２１は、Ｓ３０３において抽出された候補領域に対して収縮処理を一定の回数実行する（Ｓ３０４）。Ｓ３０３の処理によって抽出される候補領域には、影領域１５も含まれており、Ｓ３０３の処理が終了した時点では、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との明確な境界が存在しない場合がある。しかし、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との間には、画素値「０」の画素が点在している。従って、制御部２１がＳ３０４の収縮処理を繰り返すことで、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との間の画素値「０」の領域が、受精卵４の周囲を囲むように広がる。これによって、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との境界線が明確となる。
【００８８】
次に、制御部２１は、候補領域のラベリングを行う（Ｓ３０５）。制御部２１は、連結されている候補領域の画素の集合ごとに同一の番号を付して、各候補領域をラベリングする。連結されている候補領域の画素の集合とは、候補領域の画素値「１」を有し、かつ位置が隣接している画素の集合である。
ラベリングによって区別される候補領域としては、複数の受精卵４の領域、複数の影領域１５、ゴミ、チリなどのノイズ領域などがある。
【００８９】
次に、制御部２１は、影領域１５の除外処理を行う（Ｓ３０６）。影領域１５の除外処理では、制御部２１は、ラベリングされた候補領域ごとに面積、ラベリングされた候補領域を囲む矩形の大きさを算出する。そして、制御部２１は、算出した面積、矩形の大きさに基づいて、影領域１５を除外する。
【００９０】
図２３は、複数の影領域１５が連結している画像を示す図である。図２３では、候補領域Ａは複数の影領域１５が連結している領域、候補領域Ｂ〜Ｅは受精卵４の領域を示している。
受精卵受部１４の距離が十分でない場合、または受精卵受部１４を加工したときのバリが存在する場合などは、複数の影領域１５が連結してしまうことがある。このような場合、候補領域Ａの面積は、候補領域Ｂ〜Ｅの面積に比べて大きな値となる。そこで、制御部２１は、面積が大きい候補領域（図２３の例では候補領域Ａ）を影領域１５として除外する。
【００９１】
図２４は、候補領域を囲む矩形を説明する図である。矩形Ｆは、影領域１５に相当する候補領域Ｆを囲むものであり、矩形Ｇは、受精卵４の領域に相当する候補領域Ｇを囲むものである。
受精卵４の領域が画像内において占める面積は既知なので、制御部２１は、候補領域を囲む矩形の面積によって、影領域１５を除外することができる。例えば、制御部２１は、候補領域を囲む矩形の面積が、受精卵４が培養期間中に取り得る大きさよりも大きい場合は影領域１５として除外する。また、制御部２１は、候補領域を囲む矩形の面積が、受精卵４が培養期間中に取り得る範囲に収まる場合は除外しない。図２４に示す例では、候補領域Ｆは影領域１５として除外し、候補領域Ｇは除外しない。
【００９２】
図２５は、複数の影領域１５が連結している候補領域を囲む矩形を示す図である。矩形Ｈは、複数の影領域１５が連結している候補領域Ｈを囲むものであり、矩形Ｉ、Ｊは、受精卵４の領域に相当する候補領域Ｉ、Ｊを囲むものである。
制御部２１は、矩形の縦横比から円形度を算出し、算出した円形度によって、影領域１５を除外することができる。例えば、制御部２１は、算出した円形度が、所定の値よりも低い場合は影領域１５として除外する。また、制御部２１は、算出した円形度が、所定の値よりも高い場合は除外しない。図２５に示す例では、候補領域Ｈは影領域１５として除外し、候補領域Ｉ、Ｊは除外しない。
【００９３】
次に、制御部２１は、残りの候補領域に対する整形処理を行う（Ｓ３０７）。整形処理では、制御部２１は、残りの候補領域に対して膨張処理を一定回数行う。膨張処理の回数は、Ｓ３０５のラベリングによって区別された候補領域同士が連結しない程度とする。また、制御部２１は、残りの候補領域に対して穴埋め処理を行う。
【００９４】
次に、制御部２１は、候補領域ごとに面積と円形度を算出する（Ｓ３０８）。面積と円形度の算出処理は、第１の実施形態と同様である。
【００９５】
次に、制御部２１は、面積、円形度が一定範囲内の候補領域を受精卵４の領域として特定する（Ｓ３０９）。例えば、面積が一定値よりも小さい領域は、ゴミ、チリなどのノイズ領域とみなして除外し、更に、円形度が一定範囲内の候補領域を受精卵４の領域として特定する。
また、例えば、ユーザが入力部２５を介して、培養リアクター６ａに配置する受精卵４の数を予め入力することで、受精卵４の領域として特定する候補領域の数を決めても良い。
【００９６】
次に、制御部２１は、特定した候補領域を一つ選択し（Ｓ３１０）、選択した候補領域を含む最小近似円領域を生成する（Ｓ３１１）。最小近似円領域の生成処理は、第１の実施形態と同様である。
【００９７】
次に、制御部２１は、最小近似円領域を受精卵画像として切り出し、保存する（Ｓ３１２）。また、制御部２１は、最小近似円領域の半径を受精卵の半径として保存する（Ｓ３１３）。
次に、制御部２１は、特定した候補領域を全て選択済かどうか確認する（Ｓ３１４）。
選択されていないものがあれば、制御部２１は、Ｓ３１０から繰り返す。全て選択済であれば、制御部２１は、処理を終了する。
【００９８】
以上の通り、第２の実施の形態では、複数の受精卵受部１４に配置された複数の受精卵を視野内に収めて時系列画像を撮像し、時系列画像から複数の受精卵画像を切り出す。
受精卵４は受精卵受部１４に配置されるので、受精卵４同士の位置関係が変わることはない。従って、複数の受精卵４を同じ培養リアクター６ａに配置しても、受精卵４を取り違えることなく観察することができる。
また、受精卵品質評価支援装置３ａは、受精卵受部１４に起因する影領域を除外するので、受精卵画像を正確に切り出すことができる。
【００９９】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、算出した特徴量から受精卵の品質を判定する。
以下、第１の実施の形態において説明した要素と同じ要素については同じ番号を付し、説明を省略する。
【０１００】
正常な受精卵は、一定時間内に複数回の細胞分裂を行う。そこで、第３の実施の形態における特徴量解析手段３５は、一定時間内における活性部位面積のピークの発生回数を算出し、受精卵の品質判定処理に用いる。活性部位面積のピークの発生回数が、細胞分裂の発生回数に相当する。
活性部位面積のピークの発生回数は、例えば、活性部位面積の時系列データにおいて、活性部位面積の増分が所定の閾値を超える回数とする。
【０１０１】
また、図１７を参照すると、正常な受精卵では、拡張胚盤胞の発育ステージの直前に活性部位の面積が２０００μｍ２以上に増加し、その後も２０００μｍ２以上を維持している。一方、図１８を参照すると、変性した受精卵では、４卵割の発育ステージの後、活性部位の面積が２０００μｍ２以上を超えていない。この知見に基づいて、第３の実施の形態における特徴量解析手段３５は、所定の発育ステージに到達した時刻から、活性部位面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間Ｌｔを算出し、受精卵の品質判定処理に用いる。ここで所定の発育ステージに到達した時刻とは、受精卵の観察を開始した時刻も含むものとする。
【０１０２】
次に、受精卵の品質判定処理の一例について説明する。
受精卵の品質判定処理では、一定時間内における活性部位面積のピークの発生回数（＝細胞分裂の発生回数）を第１の判定条件とする。更に、Ｌｔを第２の判定条件とする。
具体的には、受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、例えば、細胞分裂の発生回数が３回以上であればＱ１＝１、１〜２回であればＱ１＝０．５、０回であればＱ１＝０とする。また、制御部２１は、Ｌｔを０〜１の値を取るように正規化し、Ｑ２＝ｍａｘ（０、（０．５−Ｌｔ）×２）を算出する。ここで、ｍａｘ（ａ、ｂ）は、ａとｂの値の大きい方を取る関数とする。例えば、Ｌｔが０のときは、Ｑ２＝１、Ｌｔが０．５以上のときはＱ２＝０となる。
Ｌｔは、例えば、所定の発育ステージに到達した時刻からの累計時間が１となるように正規化する。正規化されたＬｔは、受精卵が変性している確率を示していると言える。
そして、制御部２１は、Ｑ＝Ｑ１×Ｑ２を算出し、Ｑの値に応じて受精卵の評価ランクを設定する。制御部２１は、Ｑの値が大きい程、高い評価ランクを設定する。
【０１０３】
このように、制御部２１は、例えば、活性部位面積のピークの発生回数、および活性部位面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間Ｌｔに応じて、受精卵の品質を判定する。
しかしながら、前述した受精卵の品質判定処理は一例であり、その他の特徴値を用いて受精卵の品質を判定するようにしても良い。例えば、第１の実施の形態と同様、各発育ステージまでの到達時間、ラプチャーの発生時刻、回数、および回復時間等を算出し、受精卵の品質判定処理に用いても良い。また、受精卵の領域に含まれる画素の輝度の平均の時間変位、輝度の標準偏差の時間変位などを算出し、受精卵の品質判定処理に用いても良い。
【０１０４】
以上の通り、第３の実施の形態では、受精卵品質評価支援装置３が、算出した複数の特徴量から受精卵の品質を判定し、評価ランクを設定する。これによって、評価ランクを自動的に設定することができ、培養の途中でも、評価ランクの低い受精卵の観察中止、培養中止などの判断を行い、作業を効率化することができる。
【０１０５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る受精卵品質評価支援システム等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０６】
１………受精卵品質評価支援システム
２、２ａ………受精卵観察装置
３、３ａ………受精卵品質評価支援装置
４………受精卵
５………培養液
６、６ａ………培養リアクター
７………照明
８………Ｘ移動ステージ
９………カメラユニット
１０………対物レンズ
１１………ＣＣＤカメラ
１２………Ｚ移動ステージ
１３………Ｙ移動ステージ
１４………受精卵受部
１５………影領域
１６………視野
２１………制御部
２２………記憶部
２３………メディア入出力部
２４………通信制御部
２５………入力部
２６………表示部
２７………周辺機器Ｉ／Ｆ部
２８………バス
２９………ネットワーク
３１………時系列画像記憶手段
３２………受精卵画像抽出手段
３３………活性部位抽出手段
３４………特徴量算出手段
３５………特徴量解析手段
３６………処理結果記憶手段
３７………処理結果表示手段
【技術分野】
【０００１】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとから構成され、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
牛などの受精卵をインキュベータ内で培養し、移植可能なステージまで発育させる技術が知られている。牛の体外受精卵の場合、従来は、熟練者が培養７日目に受精卵をインキュベータから取り出し、顕微鏡で観察することで、受精卵の最終品質を評価していた。
【０００３】
図２６は、牛受精卵の品質コードを示す図である。熟練者は、受精卵を顕微鏡で観察して各特徴（発育ステージ、変性部位、形状、透明体）を判断し、用途に応じて品質コードを決定する。ここでの変性部位とは、細胞が異常である、あるいは死滅した部位である。
【０００４】
図２７は、牛の妊娠後の日数と受精卵の発育ステージを示す図である。図２７に示すように、受精卵は、卵割（１細胞卵−＞２細胞卵−＞４細胞卵−＞８細胞卵）を経て、妊娠後５〜６日後に桑実胚となる。そして、後期桑実胚−＞初期胚盤胞−＞胚盤胞の過程において、受精卵が拡張収縮するラプチャーが発生する。
【０００５】
しかし、インキュベータから取り出して観察することは、受精卵にとって大きなストレスとなる。そこで、受精卵をインキュベータから取り出さずに、受精卵の品質を評価する仕組みが考えられている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１では、試料保持装置を操作して顕微鏡視野の中心に位置するように胚を移動させて胚の大きさを計測するとともに、形態観察を行い、計測・観察結果に基づいて酸素消費量を計測することで、胚の品質を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６９３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、撮像ごとに人間が試料保持装置を操作し、受精卵を保持する必要がある。従って、受精卵を経時的に撮像することができず、発育状態の変化を観察することはできない。
【０００９】
また、別の課題として、撮像された画像から、卵割した細胞間の境界を判別することが困難であることが挙げられる。例えば、輪郭強調処理を行っても、細胞間の境界を正確に抽出することは難しい。従って、画像処理によって細胞を識別し、細胞ごとの特徴量に基づいた品質評価を行う場合、この課題を解決しなければ精度の高い品質評価を行うことができない。
【００１０】
また、目視による評価は、評価者ごとにばらつきが生じてしまう為、撮影画像のみから得られる情報で評価を行うことが望ましい。そのためには、撮影画像から得られる情報として、受精卵の大きさ以外にも多くの定量的な情報が必要となる。
【００１１】
また、現在では、従来の評価方法（培養７日目に熟練者が観察評価する方法）に変わり、発育ステージへの到達時間やラプチャーの発生回数や回復時間といった発育途中の情報を品質評価に用いるという研究が行なわれている。従って、このような発育途中の情報が撮影画像のみから得られると非常に有益である。
【００１２】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、受精卵を保持することなく撮像された画像のみを用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を提示する受精卵品質評価支援システム等を提供することである。特に、有益な情報とは、発育ステージへの到達時間やラプチャーの発生回数や回復時間といった発育途中の情報である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した目的を達成するために第１の発明は、受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとから構成され、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援システムであって、前記コンピュータは、前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援システムである。第１の発明によって、受精卵を保持することなく撮像された画像を用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を取得することができる。特に、活性部位を抽出することによって、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確な特徴量を算出することが可能となる。
【００１４】
前記活性部位抽出手段は、受精卵の回転を補正して活性部位を抽出することが望ましい。これによって、正確な活性部位を抽出することができる。
【００１５】
前記コンピュータは、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位を他の領域と識別して表示する処理結果表示手段、を更に備えることが望ましい。これによって、受精卵の品質評価に有益な情報をユーザに提示することができる。
【００１６】
前記コンピュータは、受精卵の特徴量として、前記受精卵画像抽出手段によって抽出された受精卵画像から受精卵の大きさを算出し、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位の面積を算出する特徴量算出手段、を更に備えることが望ましい。また、前記コンピュータは、前記特徴量算出手段によって算出された活性部位の面積の変化量に基づいて各発育ステージまでの到達時間を特定し、前記特徴量算出手段によって算出された受精卵の大きさの変化量に基づいてラプチャーの発生時刻、回数、または回復時間のうち少なくとも一つを特定する特徴量解析手段、を更に備えることが望ましい。これによって、更に受精卵の品質評価に有益な情報を取得することができる。
【００１７】
第１の発明における前記受精卵観察装置は、前記時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のＺスライス画像を撮像し、前記活性部位抽出手段は、第１Ｚスライス画像に係る受精卵画像と、第１Ｚスライス画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のＺ位置の第２Ｚスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのＺ位置の活性部位を抽出するようにしても良い。これによって、受精卵の三次元的な特徴量の算出および解析を行うことができる。
【００１８】
第１の発明における前記受精卵観察装置は、更に、複数の受精卵受部が形成された培養容器を備え、前記撮像部は、前記培養容器に配置された複数の受精卵を視野内に収めて前記時系列画像を撮像し、前記受精卵画像抽出手段は、前記時系列画像から複数の前記受精卵画像を抽出することが望ましい。これによって、複数の受精卵を同じ培養容器に配置しても、受精卵を取り違えることなく観察することができる。
また、前記受精卵画像抽出手段は、前記受精卵受部に起因する影領域を除外して前記受精卵画像を抽出することが望ましい。これによって、受精卵画像を正確に切り出すことができる。
【００１９】
第１の発明における前記特徴量解析手段は、前記特徴量算出手段によって算出された前記受精卵の特徴量に基づいて受精卵の品質を判定することが望ましい。これによって、受精卵の品質評価を自動的に行うことができる。
前記特徴量解析手段は、例えば、前記活性部位の面積のピークの発生回数、および前記活性部位の面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間に基づいて受精卵の品質を判定する。
【００２０】
第２の発明は、受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置とデータの送受信を行い、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援装置であって、前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援装置である。
【００２１】
第３の発明は、受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとが受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援方法であって、前記受精卵観察装置が時系列画像を撮像するステップと、前記コンピュータが時系列画像から受精卵画像を抽出するステップと、前記コンピュータが第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出するステップと、を含むことを特徴とする受精卵品質評価支援方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、受精卵を保持することなく撮像された画像のみを用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を提示する受精卵品質評価支援システム等を提供することができる。特に、有益な情報とは、発育ステージへの到達時間やラプチャーの発生回数や回復時間といった発育途中の情報である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】受精卵品質評価支援システム１の概要を示す図
【図２】受精卵品質評価支援装置３を実現するコンピュータのハードウェア構成図
【図３】受精卵品質評価支援装置３の機能の概要を示すブロック図
【図４】第１の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャート
【図５】活性部位の抽出処理を示すフローチャート
【図６】受精卵の回転を補正する処理を説明するための図
【図７】時系列画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図８】閾値処理後の画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図９】特定された候補領域を示す図（マウスの受精卵）
【図１０】最小近似円領域を示す図（マウスの受精卵）
【図１１】受精卵画像を示す図（マウスの受精卵）
【図１２】受精卵画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図１３】受精卵画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図１４】差分の算出結果を示す図（マウスの受精卵）
【図１５】閾値処理の結果を示す図（マウスの受精卵）
【図１６】活性部位画像の一例を示す図（マウスの受精卵）
【図１７】正常な受精卵についての特徴量のグラフ（マウスの受精卵）
【図１８】変性した受精卵についての特徴量のグラフ（マウスの受精卵）
【図１９】受精卵品質評価支援システム１ａの概要を示す図
【図２０】鉛直方向（Ｚ方向）から見た培養リアクター６ａの模式図
【図２１】第１の実施の形態による画像処理を説明する図
【図２２】第２の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャート
【図２３】複数の影領域１５が連結している画像を示す図
【図２４】候補領域を囲む矩形を説明する図
【図２５】複数の影領域１５が連結している候補領域を囲む矩形を示す図
【図２６】牛受精卵の品質コードを示す図（牛の受精卵）
【図２７】受精後の日数と受精卵の発育ステージを示す図（牛の受精卵）
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、受精卵品質評価支援システム１の概要を示す図である。図１に示すように、受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２、受精卵品質評価支援装置３から構成される。受精卵観察装置２は、受精卵４が入り培養液５で満たされている培養リアクター（培養容器）６、培養リアクター６を照らす照明７、培養リアクター６を支持し、且つ透過像を撮像するための透明なガラス板を搭載したＸ移動ステージ８、カメラユニット９（撮像部）、カメラユニット９を上下方向（Ｚ方向）に移動させるＺ移動ステージ１２、照明７およびカメラユニット９をＹ方向に移動させるＹ移動ステージ１３からなる。カメラユニット９は、対物レンズ１０、ＣＣＤカメラ１１からなる。受精卵品質評価支援装置３は、例えば、汎用的なコンピュータである。
【００２６】
ＣＣＤカメラ１１は、対物レンズ１０を介して、培養リアクター６内の受精卵４を撮像する。Ｘ移動ステージ８によって培養リアクター６をＸ方向に、Ｙ移動ステージ１３によってカメラユニット９をＹ方向に移動させることで、ＣＣＤカメラ１１は、任意のＸＹ位置における画像を撮像することができる。Ｚ移動ステージ１２によってカメラユニット９を上下方向（Ｚ方向）に移動させることで、ＣＣＤカメラ１１は、任意のＺ位置におけるスライス画像を撮像することができる。
【００２７】
図２は、受精卵品質評価支援装置３を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図２のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
【００２８】
受精卵品質評価支援装置３は、制御部２１、記憶部２２、メディア入出力部２３、通信制御部２４、入力部２５、表示部２６、周辺機器Ｉ／Ｆ部２７等が、バス２８を介して接続される。
【００２９】
制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００３０】
ＣＰＵは、記憶部２２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス２８を介して接続された各装置を駆動制御し、受精卵品質評価支援装置３が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部２２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部２１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００３１】
記憶部２２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部２１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部２１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００３２】
メディア入出力部２３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。
【００３３】
通信制御部２４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。
【００３４】
入力部２５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部２５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
【００３５】
表示部２６は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００３６】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部２７は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部２７を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部２７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
前述の受精卵観察装置２のカメラユニット９は、周辺機器Ｉ／Ｆ部２７を介して受精卵品質評価支援装置３と接続され、撮像した画像を受精卵品質評価支援装置３に送信する。
【００３７】
バス２８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００３８】
図３は、受精卵品質評価支援装置３の機能の概要を示すブロック図である。図３に示すように、受精卵品質評価支援装置３は、時系列画像記憶手段３１、受精卵画像抽出手段３２、活性部位抽出手段３３、特徴量算出手段３４、特徴量解析手段３５、処理結果記憶手段３６、処理結果表示手段３７等を備える。
【００３９】
時系列画像記憶手段３１は、受精卵観察装置２によって撮像される画像を記憶する。受精卵観察装置２は、一定間隔（例えば、１５分間隔）に受精卵４を含む画像を撮像する。これらの画像は、撮影時刻とともに時系列画像記憶手段３１に時系列画像（タイムラプス画像）として記憶される。
【００４０】
受精卵画像抽出手段３２は、時系列画像記憶手段３１に記憶された時系列画像から受精卵画像を抽出する。受精卵画像とは、時系列画像から受精卵４を含む最小近似円の領域を切り出した画像である。
【００４１】
活性部位抽出手段３３は、二つの受精卵画像を比較し、活性部位を抽出する。具体的には、活性部位抽出手段３３は、任意の時系列画像に係る受精卵画像と、任意の時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する。複数の時系列画像を目視で確認すると、正常な部位の脂肪小滴（＝画像上は黒い点）は常に移動しており、変性部位（＝細胞が異常である、あるいは死滅した部位）の脂肪小滴は移動しない。このことに着眼し、本発明では、画素値が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する。抽出された活性部位は、正常な部位と判断できる程度に変化が大きい部分である。
【００４２】
ここで、活性部位を抽出する意義について説明する。
例えば、受精卵画像に含まれる全画素の画素値の平均や標準偏差といった特徴量では、活性部位として抽出されない部位（＝非活性部位）の画素値も反映したものになり、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確にならない場合もあると考えられる。
一方、本発明のように活性部位を抽出することで、活性部位のみに基づいた特徴量を算出することができる。活性部位のみに基づいた特徴量は、非活性部位の画素値が反映されないので、正常な受精卵と変性した受精卵の差異が明確となる。このような特徴量は、正常な受精卵と変性した受精卵の判別を容易にするものであり、受精卵の品質評価において特に有益な情報である。
【００４３】
特徴量算出手段３４は、受精卵４の特徴量として、例えば、受精卵画像抽出手段３２によって抽出された受精卵画像から受精卵４の半径を算出し、活性部位抽出手段３３によって抽出された活性部位の面積を算出する。
【００４４】
特徴量解析手段３５は、例えば、特徴量算出手段３４によって算出された活性部位の面積の変化量に基づいて各発育ステージまでの到達時間を特定し、特徴量算出手段３４によって算出された受精卵４の半径の変化量に基づいてラプチャーの発生時刻、回数、および回復時間を特定する。
【００４５】
処理結果記憶手段３６は、受精卵画像抽出手段３２、活性部位抽出手段３３、特徴量算出手段３４、特徴量解析手段３５の処理結果を記憶する。受精卵画像抽出手段３２の処理結果は、抽出された受精卵画像である。活性部位抽出手段３３の処理結果は、例えば、抽出された活性部位の位置を示すデータである。特徴量算出手段３４の処理結果は、例えば、受精卵４の半径、活性部位の面積である。特徴量解析手段３５の処理結果は、例えば、各発育ステージまでの到達時間、ラプチャーの発生時刻、回数、および回復時間である。
【００４６】
処理結果表示手段３７は、処理結果記憶手段３６に記憶される処理結果を表示部２６に表示する。特に、処理結果表示手段３７は、活性部位抽出手段３３によって抽出された活性部位を他の領域と識別して（例えば、色分けするなどして）表示する。
【００４７】
図４は、第１の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートでは、受精卵画像抽出手段３２が、Ｓ１０１〜Ｓ１０８を実行する。また、処理結果記憶手段３６が、Ｓ１０９を実行する。また、特徴量算出手段３４および処理結果記憶手段３６が、Ｓ１１０を実行する。
尚、後述する図７〜図１１は、マウスの受精卵を撮像した画像について、図４の各ステップに示す処理を施したものである。
【００４８】
受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、記憶部２２に記憶されている時系列画像をＲＡＭに読み込む（Ｓ１０１）。尚、制御部２１は、記憶部２２に記憶される前、すなわち撮影直後にＲＡＭに保持される時系列画像を以下の処理に用いることもできる。
図７は、時系列画像の一例を示す図である。中央やや右上に位置する小円の領域が受精卵である。本発明では、目視に頼ることなく受精卵の品質評価を支援する情報を提供する。その為、制御部２１は、図４に示す処理を行うことによって、ＲＡＭに読み込んだ時系列画像に含まれる受精卵の領域を切り出し、受精卵画像として抽出する。
【００４９】
次に、制御部２１は、Ｓ１０１で読み込んだ時系列画像について、ノイズ除去処理（Ｓ１０２）、及び閾値処理（Ｓ１０３）を行う。ノイズ除去処理の代表的な方法には、例えば、平均フィルター法、メディアンフィルター法がある。閾値処理は、例えば、予め設定された第１の閾値と第２の閾値（第１の閾値＜第２の閾値）に基づいて、第１の閾値以上かつ第２の閾値以下の場合には１を設定し、第１の閾値より小さいまたは第２の閾値より大きい場合には０を設定するといった処理である（＝２値化処理）。その他の方法として、エッジを抽出する微分処理などがある。
図８は、閾値処理後の画像の一例を示す図である。閾値処理を施すことによって、図８に示すように、物体を識別することが可能となる。識別された物体は、後述するＳ１０５の処理によって、候補領域１、候補領域２、候補領域３とラベリングされる。
【００５０】
次に、制御部２１は、Ｓ１０３による閾値処理後の画像について、穴埋め処理（＝孤立点除去処理）（Ｓ１０４）を行う。穴埋め処理は、例えば、膨張処理をＮ回行い、その後収縮処理をＮ回行うなどして実現される（＝クロージング）。
【００５１】
次に、制御部２１は、候補領域をラベリングする（Ｓ１０５）。制御部２１は、連結されている画素の集合ごとに同一の番号を付して、各候補領域をラベリングする。連結されている画素の集合とは、同一の画素値を有し、かつ位置が隣接している画素の集合である。
【００５２】
次に、制御部２１は、候補領域ごとに面積と円形度を算出する（Ｓ１０６）。面積は、各候補領域に含まれる画素数をカウントし、画素数と１画素の面積の積によって算出される。円形度は、４π×面積／（周囲長の２乗）で算出される。円形度は、真円の場合は１となり、複雑な形状ほど０に近づく。周囲長は、各候補領域の境界画素を走査していき、境界となる辺の数をカウントすることで算出される。
【００５３】
次に、制御部２１は、面積と円形度が一定範囲内の候補領域を特定する（Ｓ１０７）。一定範囲とは、受精卵の面積、円形度として許容される値の範囲である。第１の実施の形態では、時系列画像に受精卵が一つしか含まれていない場合を想定していることから、特定される候補領域は一つとなる。
図９は、特定された候補領域を示す図である。図９では、特定された候補領域を白色で示している。中央やや右上に位置する受精卵の領域（＝図８に示した候補領域２を穴埋めした領域）が特定されたことが分かる。
【００５４】
次に、制御部２１は、特定した候補領域を含む最小近似円領域を生成する（Ｓ１０８）。候補領域は完全な円ではないことから、例えば、候補領域の境界上の各点を結ぶ線分の中で、最も大きい線分の長さを最小近似円領域の径とする。
図１０は、最小近似円領域を示す図である。図１０では、最小近似円領域を白色で示している。図９に示した候補領域を含む最小近似円領域が生成されたことが分かる。
【００５５】
尚、受精卵が真円よりも楕円に近い形状の場合、制御部２１は、最小近似円領域に代えて、最小近似楕円領域を生成しても良い。この場合、制御部２１は、候補領域の境界上の各点を結ぶ線分の中で、最も大きい線分の長さを最小近似楕円領域の長径、長径に直交する線分を短径とする。
【００５６】
次に、制御部２１は、最小近似円領域を受精卵画像として切り出し、保存する（Ｓ１０９）。また、制御部２１は、最小近似円領域の半径を受精卵の半径として保存する（Ｓ１１０）。
図１１は、受精卵画像を示す図である。図１１の受精卵画像は、図１０に示す最小近似円領域に対応する画素を図７の時系列画像から切り出し、拡大したものである。
以上の処理によって、制御部２１は、受精卵画像を抽出する。
【００５７】
図５は、活性部位の抽出処理を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートでは、活性部位抽出手段３３が、Ｓ２０１〜Ｓ２０４を実行する。また、特徴量算出手段３４が、Ｓ２０５を実行する。また、処理結果記憶手段３６が、Ｓ２０５、Ｓ２０６を実行する。
尚、後述する図１２〜図１６は、図４に示した受精卵の抽出処理によって得られた２つの受精卵画像（マウスの受精卵画像）について、図５の各ステップに示す処理を施したものである。
【００５８】
受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、記憶部２２に記憶されている２つの受精卵画像をＲＡＭに読み込む（Ｓ２０１）。
図１２、図１３は、それぞれ受精卵画像の一例を示す図である。図１３に示す受精卵画像は、図１２に示す受精卵画像から所定時間経過後のものである。詳細には、図１２は卵割（２卵割）前の受精卵を示す画像、図１３は卵割（２卵割）後の受精卵を示す画像である。
【００５９】
次に、制御部２１は、２つの受精卵画像を比較する前処理として、画像の大きさ、位置を補正する（Ｓ２０２）。
一般に、受精卵を保持することなく撮像した時系列画像では、ある受精卵画像と、所定時間経過前または所定時間経過後の受精卵画像とを比較する場合、受精卵の内部の変化を除くと、画像として表れる受精卵全体の変化としては、（１）受精卵の大きさの変化、（２）受精卵の位置の移動、（３）受精卵の回転、といった変化が考えられる。正確な比較処理を行うためには、これらの変化に対応して、一方の受精卵画像の大きさ、位置を補正する必要がある。
【００６０】
（１）受精卵の大きさの変化については、例えば、両者の受精卵画像の径の比を算出し、一方の受精卵画像を拡大または縮小すれば良い。（２）受精卵の位置の移動については、拡大または縮小をした後、重心位置を一致させれば良い。（３）受精卵の回転については、図６を参照しながら説明する。
【００６１】
図６は、受精卵の回転を補正する処理を説明するための図である。図６に示す例では、時刻ｔにおける時系列画像から切り出した第１の受精卵画像、時刻ｔ＋１における時系列画像から切り出した第２の受精卵画像について、第１の受精卵画像に合うように、第２の受精卵画像の位置を補正する。
【００６２】
受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、第１の受精卵画像と、第２の受精卵画像をθ（θ＝０度、３０度、６０度、・・・）回転した画像とを比較し、次式によって、画像間の差Ｄ（θ）を算出する。
【数１】
但し、Ｒ（ｘ，ｙ）は、第１の受精卵画像の（ｘ，ｙ）の位置における画素の画素値（＝輝度値）、Ｒ´（ｘ，ｙ，θ）は、第２の受精卵画像をθ回転した画像の（ｘ，ｙ）の位置における画素の画素値（＝輝度値）である。尚、カラー画像の場合、輝度値に代えて、各画素の色相、彩度、明度等を用いても良い。
【００６３】
そして、制御部２１は、画素間の差Ｄ（θ）が最も小さいθｍｉｎを第１の受精卵画像に対する第２の受精卵画像における回転量とし、図５に示すＳ２０３の処理において画素間の差Ｄ（θ）が最も小さいθｍｉｎの画像を使用する。
【００６４】
図５の説明に戻ると、制御部２１は、２つの受精卵画像の画素値の差分を算出する（Ｓ２０３）。Ｓ２０３における画素値の差分の算出は、２つの受精卵画像を比較し、変化が大きい部分を抽出することが目的である。そこで、画素値が０〜２５５の階調を持つグレースケール画像の場合、例えば、画素値の差分をＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）＝Ｒ（ｘ，ｙ）−Ｒ´（ｘ，ｙ）＋１２７と定義する。但し、Ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）が０より小さい場合にはＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）＝０とし、Ｄｉｆｆ（ｘ，ｙ）が２５５より大きい場合にはＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）＝２５５とする。このように定義すると、変化が小さい部分はＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）が１２７前後の値となり、変化が大きい部分はＤｉｆｆ（ｘ，ｙ）が０または２５５のいずれかに近い値となる。
図１４は、差分の算出結果を示す図である。図１４において、中間調であるグレーの部分は、変化が小さい部分である。一方、白または黒の部分は、変化が大きい部分である。
【００６５】
次に、制御部２１は、閾値処理（Ｓ２０４）を行う。ここでの閾値処理は、予め設定された第１の閾値と第２の閾値（第１の閾値＜第２の閾値）に基づいて、第１の閾値以上かつ第２の閾値以下の場合（＝変化が小さい場合）には画素値を０、第１の閾値より小さいまたは第２の閾値より大きい場合（＝変化が大きい場合）には画素値を１と設定する。ここで画素値が１と設定された画素の集合が、活性部位である。
図１５は、閾値処理の結果を示す図である。図１５では、Ｓ２０４にて画素値が１に設定された画素を白色で示している。
【００６６】
次に、制御部２１は、活性部位の面積を算出し、保存する（Ｓ２０５）。活性部位の面積は、Ｓ２０４にて画素値が１と設定された画素をカウントし、カウントした画素数と１画素の面積の積によって算出される。
【００６７】
次に、制御部２１は、Ｓ２０１で読み込んだ受精卵画像について、抽出した活性部位に対応する画素を着色し、活性部位画像として保存する（Ｓ２０６）。
図１６は、活性部位画像の一例を示す図である。図１６では、活性部位を白色で示している。広範囲の領域が活性部位として抽出されていることが分かる。
以上の処理によって、制御部２１は、活性部位を抽出する。
【００６８】
図１７は、マウスの正常な受精卵についての特徴量のグラフである。図１８は、マウスの変性した受精卵（変性卵）についての特徴量のグラフである。図１７、図１８は、処理結果記憶手段３６に記憶されている受精卵半径と活性部位面積の時系列データを処理結果表示手段３７が表示部２６に表示したものである。
【００６９】
図１７、図１８ともに、受精卵半径を四角のプロット、活性部位面積を三角のプロットで図示している。２卵割（８ｈ）、４卵割（２９ｈ）等は、受精卵の発育ステージと、観察開始時間からの経過時間を示している。例えば、図１７に示す正常卵の受精卵において、８ｈ後に２卵割の発育ステージに到達したことは、目視で確認している。その他の発育ステージと観察開始時間からの経過時間についても同様に目視で確認している。以下では、目視で確認した知見に基づく特徴量解析手段３５の処理について説明する。
【００７０】
図１７、図１８を参照すると、図１７の２卵割、４卵割、８卵割、１６卵割、図１８の２卵割、３卵割、４卵割といった細胞分割が行われた前後では、いずれも、直前の活性部位面積と比較して、活性部位面積が大幅に増加していることが分かる。この知見に基づいて、特徴量解析手段３５は、例えば、活性部位面積の増分が所定の閾値を超えるごとに、２卵割、４卵割、８卵割、１６卵割といった発育ステージに順々に到達したと判定する。
【００７１】
また、図１７を参照すると、拡張胚盤胞の発育ステージに到達した場合、活性部位面積および受精卵半径が大幅に増加することが分かる。この知見に基づいて、特徴量解析手段３５は、例えば、卵割の発育ステージから一定時間経過後、活性部位面積の増分および受精卵半径の増分が所定の閾値を超えた場合、拡張胚盤胞の発育ステージに到達したと判定する。
【００７２】
また、図１７を参照すると、ラプチャーの発生前後では、受精卵半径が一旦減少した後に増加することが分かる。この知見に基づいて、特徴量解析手段３５は、例えば、拡張胚盤胞の発育ステージに到達した後、受精卵半径が減少する直前の時刻をラプチャーの発生時刻と判定する。また、特徴量解析手段３５は、例えば、拡張胚盤胞の発育ステージに到達した後、受精卵半径が減少する回数をラプチャーの発生回数と判定する。また、特徴量解析手段３５は、例えば、ラプチャーの発生時刻から、ラプチャー発生時の受精卵半径の大きさに戻った時刻までをラプチャーの回復時間と判定する。
【００７３】
このように、特徴量解析手段３５によって特徴量の解析を行えば、目視に頼ることなく、発育ステージの到達時間、ラプチャーの発生時刻、発生回数、回復時間等の情報を算出し、処理結果表示手段３７によって表示部２６に表示することができる。
【００７４】
以上説明したように、第１の発明の実施の形態によれば、受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２、受精卵品質評価支援装置３から構成される。受精卵品質評価支援装置３は、精卵観察装置２によって撮像される画像を記憶する時系列画像記憶手段３１、時系列画像記憶手段３１に記憶された時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段３２、二つの受精卵画像を比較し、活性部位を抽出する活性部位抽出手段３３、受精卵の特徴量を算出する特徴量算出手段３４、受精卵の特徴量を解析する特徴量解析手段３５、処理結果を記憶する処理結果記憶手段３６、処理結果を表示する処理結果表示手段３７等を具備する。
【００７５】
第１の発明の実施の形態によって、受精卵を保持することなく撮像された画像を用いて、受精卵内の細胞を識別することなく受精卵の品質評価に有益な情報を提示することができる。
【００７６】
尚、第１の発明の実施の形態では、撮像時刻ごとに一つのＺ位置における時系列画像（＝Ｚスライス画像）のみを用いて各種の処理を行ったが、別の実施の形態として、撮影時刻ごとに複数のＺスライス画像を用いることもできる。
この場合、受精卵観察装置２は、時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のＺスライス画像を撮像する。受精卵画像抽出手段３２は、全てのＺスライス画像から受精卵画像を抽出する。活性部位抽出手段３３は、Ｚ位置ごとに、任意のＺスライス画像に係る受精卵画像と、任意の時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のＺ位置のＺスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのＺ位置の活性部位を抽出する。
【００７７】
これによって、三次元的な特徴量の算出および解析を行うことができる。例えば、特徴量算出手段３４は、同一の撮像時刻の全てのＺスライス画像について、受精卵画像抽出手段３２によって抽出された受精卵画像から最小近似円の半径を算出し、最も大きい値をその撮像時刻における受精卵の半径とする。また、例えば、特徴量算出手段３４は、同一の撮像時刻の全てのＺスライス画像について、活性部位抽出手段３３によって抽出された活性部位の面積の総和を算出する。そして、特徴量解析手段３５は、算出された受精卵の半径、活性部位の面積の総和に基づいて解析を行う。
【００７８】
また、前述した説明では、特徴量算出手段３４は、受精卵４の大きさを示す特徴量として受精卵４の半径を算出するとしたが、これに限定されない。例えば、受精卵４の大きさを示す特徴量は、受精卵４の面積、体積などであっても良い。受精卵４の面積は、最小近似円に含まれる画素数をカウントし、画素数と１画素の面積の積によって算出される。また、受精卵４の体積は、各Ｚスライス画像から最小近似円の面積を算出し、最小近似円の面積の総和によって算出される。
【００７９】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、複数の受精卵を培養し、複数の受精卵を視野内に収めて時系列画像を撮像する。
以下、第１の実施の形態において説明した要素と同じ要素については同じ番号を付し、説明を省略する。
【００８０】
図１９は、受精卵品質評価支援システム１ａの概要を示す図である。図１９に示すように、受精卵品質評価支援システム１は、受精卵観察装置２ａ、受精卵品質評価支援装置３ａから構成される。
【００８１】
受精卵観察装置２ａは、複数の受精卵４を含む培養リアクター（培養容器）６ａ、照明７、Ｘ移動ステージ８、カメラユニット９（撮像部）、Ｚ移動ステージ１２、Ｙ移動ステージ１３からなる。受精卵品質評価支援装置３ａは、例えば、汎用的なコンピュータである。
【００８２】
培養リアクター６ａは、複数の受精卵受部１４を有する。受精卵受部１４は、培養リアクター６ａの底面に円筒状または半球状のくぼみとして形成される。１つの受精卵受部１４には、１つの受精卵４が配置される。受精卵４が受精卵受部１４に配置されることで、培養している間、受精卵４の位置はほとんど移動しない。尚、鉛直方向（Ｚ方向）から見た場合、受精卵受部１４の面積は、培養終了時の受精卵４の面積よりも小さいものとする。
【００８３】
図２０は、鉛直方向（Ｚ方向）から見た培養リアクター６ａの模式図である。図２０では、受精卵４が受精卵受部１４に配置されている状態を示している。点線の内部は、カメラユニット９（撮像部）による撮像範囲である視野１６を示している。
【００８４】
図２１は、第１の実施の形態による画像処理を説明する図である。
図２１の（ａ）は、培養リアクター６ａを撮像した時系列画像の一部に対して、図４のＳ１０３の閾値処理を施した場合の模式図である。図２１の（ｂ）は、図４のＳ１０４の穴埋め処理を施した場合の模式図である。
仮に受精卵品質評価支援装置３ａが図４の処理を行うとする。培養リアクター６ａを撮像した時系列画像には受精卵受部１４の影が含まれるので、Ｓ１０３の閾値処理によって、図２１の(ａ)に示すように、受精卵受部１４の影領域１５が抽出される。また、Ｓ１０４の穴埋め処理によって、図２１の(ｂ)に示すように、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域が結合して区別できなくなり、正確に受精卵画像を抽出することができない。そこで、第２の実施の形態では、受精卵品質評価支援装置３ａが図２２に示す処理を行い、受精卵画像を抽出する。
【００８５】
図２２は、第２の実施の形態における受精卵画像の抽出処理を示すフローチャートである。
受精卵品質評価支援装置３ａの制御部２１は、記憶部２２に記憶されている時系列画像をＲＡＭに読み込む（Ｓ３０１）。
次に、制御部２１は、Ｓ３０１で読み込んだ時系列画像について、ノイズ除去処理（Ｓ３０２）を行う。
【００８６】
次に、制御部２１は、２値化処理によって候補領域を抽出する（Ｓ３０３）。前述した通り、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域とは同程度の階調値を有するので、Ｓ３０３では、影領域１５を除外して候補領域を抽出することはできない。そこで、Ｓ３０３における２値化処理の閾値は、少なくとも受精卵４の円周付近の領域が全て候補領域として抽出できる値とする。
例えば、時系列画像が画素値０〜２５５の階調を持つグレースケール画像の場合、画素値「０」が最も暗く、画素値「２５５」が最も明るい階調とする。また、２値化処理の閾値は、受精卵４の円周付近の領域に含まれる画素の階調値よりも大きい値とする。制御部２１は、閾値よりも小さい階調値を持つ画素を候補領域として抽出する。制御部２１は、例えば、候補領域として抽出された画素には画素値「１」を設定し、候補領域として抽出されなかった画素には画素値「０」を設定する。
【００８７】
次に、制御部２１は、Ｓ３０３において抽出された候補領域に対して収縮処理を一定の回数実行する（Ｓ３０４）。Ｓ３０３の処理によって抽出される候補領域には、影領域１５も含まれており、Ｓ３０３の処理が終了した時点では、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との明確な境界が存在しない場合がある。しかし、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との間には、画素値「０」の画素が点在している。従って、制御部２１がＳ３０４の収縮処理を繰り返すことで、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との間の画素値「０」の領域が、受精卵４の周囲を囲むように広がる。これによって、影領域１５と受精卵４の円周付近の領域との境界線が明確となる。
【００８８】
次に、制御部２１は、候補領域のラベリングを行う（Ｓ３０５）。制御部２１は、連結されている候補領域の画素の集合ごとに同一の番号を付して、各候補領域をラベリングする。連結されている候補領域の画素の集合とは、候補領域の画素値「１」を有し、かつ位置が隣接している画素の集合である。
ラベリングによって区別される候補領域としては、複数の受精卵４の領域、複数の影領域１５、ゴミ、チリなどのノイズ領域などがある。
【００８９】
次に、制御部２１は、影領域１５の除外処理を行う（Ｓ３０６）。影領域１５の除外処理では、制御部２１は、ラベリングされた候補領域ごとに面積、ラベリングされた候補領域を囲む矩形の大きさを算出する。そして、制御部２１は、算出した面積、矩形の大きさに基づいて、影領域１５を除外する。
【００９０】
図２３は、複数の影領域１５が連結している画像を示す図である。図２３では、候補領域Ａは複数の影領域１５が連結している領域、候補領域Ｂ〜Ｅは受精卵４の領域を示している。
受精卵受部１４の距離が十分でない場合、または受精卵受部１４を加工したときのバリが存在する場合などは、複数の影領域１５が連結してしまうことがある。このような場合、候補領域Ａの面積は、候補領域Ｂ〜Ｅの面積に比べて大きな値となる。そこで、制御部２１は、面積が大きい候補領域（図２３の例では候補領域Ａ）を影領域１５として除外する。
【００９１】
図２４は、候補領域を囲む矩形を説明する図である。矩形Ｆは、影領域１５に相当する候補領域Ｆを囲むものであり、矩形Ｇは、受精卵４の領域に相当する候補領域Ｇを囲むものである。
受精卵４の領域が画像内において占める面積は既知なので、制御部２１は、候補領域を囲む矩形の面積によって、影領域１５を除外することができる。例えば、制御部２１は、候補領域を囲む矩形の面積が、受精卵４が培養期間中に取り得る大きさよりも大きい場合は影領域１５として除外する。また、制御部２１は、候補領域を囲む矩形の面積が、受精卵４が培養期間中に取り得る範囲に収まる場合は除外しない。図２４に示す例では、候補領域Ｆは影領域１５として除外し、候補領域Ｇは除外しない。
【００９２】
図２５は、複数の影領域１５が連結している候補領域を囲む矩形を示す図である。矩形Ｈは、複数の影領域１５が連結している候補領域Ｈを囲むものであり、矩形Ｉ、Ｊは、受精卵４の領域に相当する候補領域Ｉ、Ｊを囲むものである。
制御部２１は、矩形の縦横比から円形度を算出し、算出した円形度によって、影領域１５を除外することができる。例えば、制御部２１は、算出した円形度が、所定の値よりも低い場合は影領域１５として除外する。また、制御部２１は、算出した円形度が、所定の値よりも高い場合は除外しない。図２５に示す例では、候補領域Ｈは影領域１５として除外し、候補領域Ｉ、Ｊは除外しない。
【００９３】
次に、制御部２１は、残りの候補領域に対する整形処理を行う（Ｓ３０７）。整形処理では、制御部２１は、残りの候補領域に対して膨張処理を一定回数行う。膨張処理の回数は、Ｓ３０５のラベリングによって区別された候補領域同士が連結しない程度とする。また、制御部２１は、残りの候補領域に対して穴埋め処理を行う。
【００９４】
次に、制御部２１は、候補領域ごとに面積と円形度を算出する（Ｓ３０８）。面積と円形度の算出処理は、第１の実施形態と同様である。
【００９５】
次に、制御部２１は、面積、円形度が一定範囲内の候補領域を受精卵４の領域として特定する（Ｓ３０９）。例えば、面積が一定値よりも小さい領域は、ゴミ、チリなどのノイズ領域とみなして除外し、更に、円形度が一定範囲内の候補領域を受精卵４の領域として特定する。
また、例えば、ユーザが入力部２５を介して、培養リアクター６ａに配置する受精卵４の数を予め入力することで、受精卵４の領域として特定する候補領域の数を決めても良い。
【００９６】
次に、制御部２１は、特定した候補領域を一つ選択し（Ｓ３１０）、選択した候補領域を含む最小近似円領域を生成する（Ｓ３１１）。最小近似円領域の生成処理は、第１の実施形態と同様である。
【００９７】
次に、制御部２１は、最小近似円領域を受精卵画像として切り出し、保存する（Ｓ３１２）。また、制御部２１は、最小近似円領域の半径を受精卵の半径として保存する（Ｓ３１３）。
次に、制御部２１は、特定した候補領域を全て選択済かどうか確認する（Ｓ３１４）。
選択されていないものがあれば、制御部２１は、Ｓ３１０から繰り返す。全て選択済であれば、制御部２１は、処理を終了する。
【００９８】
以上の通り、第２の実施の形態では、複数の受精卵受部１４に配置された複数の受精卵を視野内に収めて時系列画像を撮像し、時系列画像から複数の受精卵画像を切り出す。
受精卵４は受精卵受部１４に配置されるので、受精卵４同士の位置関係が変わることはない。従って、複数の受精卵４を同じ培養リアクター６ａに配置しても、受精卵４を取り違えることなく観察することができる。
また、受精卵品質評価支援装置３ａは、受精卵受部１４に起因する影領域を除外するので、受精卵画像を正確に切り出すことができる。
【００９９】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、算出した特徴量から受精卵の品質を判定する。
以下、第１の実施の形態において説明した要素と同じ要素については同じ番号を付し、説明を省略する。
【０１００】
正常な受精卵は、一定時間内に複数回の細胞分裂を行う。そこで、第３の実施の形態における特徴量解析手段３５は、一定時間内における活性部位面積のピークの発生回数を算出し、受精卵の品質判定処理に用いる。活性部位面積のピークの発生回数が、細胞分裂の発生回数に相当する。
活性部位面積のピークの発生回数は、例えば、活性部位面積の時系列データにおいて、活性部位面積の増分が所定の閾値を超える回数とする。
【０１０１】
また、図１７を参照すると、正常な受精卵では、拡張胚盤胞の発育ステージの直前に活性部位の面積が２０００μｍ２以上に増加し、その後も２０００μｍ２以上を維持している。一方、図１８を参照すると、変性した受精卵では、４卵割の発育ステージの後、活性部位の面積が２０００μｍ２以上を超えていない。この知見に基づいて、第３の実施の形態における特徴量解析手段３５は、所定の発育ステージに到達した時刻から、活性部位面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間Ｌｔを算出し、受精卵の品質判定処理に用いる。ここで所定の発育ステージに到達した時刻とは、受精卵の観察を開始した時刻も含むものとする。
【０１０２】
次に、受精卵の品質判定処理の一例について説明する。
受精卵の品質判定処理では、一定時間内における活性部位面積のピークの発生回数（＝細胞分裂の発生回数）を第１の判定条件とする。更に、Ｌｔを第２の判定条件とする。
具体的には、受精卵品質評価支援装置３の制御部２１は、例えば、細胞分裂の発生回数が３回以上であればＱ１＝１、１〜２回であればＱ１＝０．５、０回であればＱ１＝０とする。また、制御部２１は、Ｌｔを０〜１の値を取るように正規化し、Ｑ２＝ｍａｘ（０、（０．５−Ｌｔ）×２）を算出する。ここで、ｍａｘ（ａ、ｂ）は、ａとｂの値の大きい方を取る関数とする。例えば、Ｌｔが０のときは、Ｑ２＝１、Ｌｔが０．５以上のときはＱ２＝０となる。
Ｌｔは、例えば、所定の発育ステージに到達した時刻からの累計時間が１となるように正規化する。正規化されたＬｔは、受精卵が変性している確率を示していると言える。
そして、制御部２１は、Ｑ＝Ｑ１×Ｑ２を算出し、Ｑの値に応じて受精卵の評価ランクを設定する。制御部２１は、Ｑの値が大きい程、高い評価ランクを設定する。
【０１０３】
このように、制御部２１は、例えば、活性部位面積のピークの発生回数、および活性部位面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間Ｌｔに応じて、受精卵の品質を判定する。
しかしながら、前述した受精卵の品質判定処理は一例であり、その他の特徴値を用いて受精卵の品質を判定するようにしても良い。例えば、第１の実施の形態と同様、各発育ステージまでの到達時間、ラプチャーの発生時刻、回数、および回復時間等を算出し、受精卵の品質判定処理に用いても良い。また、受精卵の領域に含まれる画素の輝度の平均の時間変位、輝度の標準偏差の時間変位などを算出し、受精卵の品質判定処理に用いても良い。
【０１０４】
以上の通り、第３の実施の形態では、受精卵品質評価支援装置３が、算出した複数の特徴量から受精卵の品質を判定し、評価ランクを設定する。これによって、評価ランクを自動的に設定することができ、培養の途中でも、評価ランクの低い受精卵の観察中止、培養中止などの判断を行い、作業を効率化することができる。
【０１０５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る受精卵品質評価支援システム等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０６】
１………受精卵品質評価支援システム
２、２ａ………受精卵観察装置
３、３ａ………受精卵品質評価支援装置
４………受精卵
５………培養液
６、６ａ………培養リアクター
７………照明
８………Ｘ移動ステージ
９………カメラユニット
１０………対物レンズ
１１………ＣＣＤカメラ
１２………Ｚ移動ステージ
１３………Ｙ移動ステージ
１４………受精卵受部
１５………影領域
１６………視野
２１………制御部
２２………記憶部
２３………メディア入出力部
２４………通信制御部
２５………入力部
２６………表示部
２７………周辺機器Ｉ／Ｆ部
２８………バス
２９………ネットワーク
３１………時系列画像記憶手段
３２………受精卵画像抽出手段
３３………活性部位抽出手段
３４………特徴量算出手段
３５………特徴量解析手段
３６………処理結果記憶手段
３７………処理結果表示手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとから構成され、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援システムであって、
前記コンピュータは、
前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、
時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、
第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、
を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援システム。
【請求項２】
前記活性部位抽出手段は、受精卵の回転を補正して活性部位を抽出することを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項３】
前記コンピュータは、
前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位を他の領域と識別して表示する処理結果表示手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項４】
前記コンピュータは、
受精卵の特徴量として、前記受精卵画像抽出手段によって抽出された受精卵画像から受精卵の大きさを算出し、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位の面積を算出する特徴量算出手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項５】
前記コンピュータは、
前記特徴量算出手段によって算出された活性部位の面積の変化量に基づいて各発育ステージまでの到達時間を特定し、前記特徴量算出手段によって算出された受精卵の大きさの変化量に基づいてラプチャーの発生時刻、回数、または回復時間のうち少なくとも一つを特定する特徴量解析手段、
を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項６】
前記受精卵観察装置は、前記時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のＺスライス画像を撮像し、
前記活性部位抽出手段は、第１Ｚスライス画像に係る受精卵画像と、第１Ｚスライス画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のＺ位置の第２Ｚスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのＺ位置の活性部位を抽出することを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項７】
前記受精卵観察装置は、更に、複数の受精卵受部が形成された培養容器を備え、
前記撮像部は、前記培養容器に配置された複数の受精卵を視野内に収めて前記時系列画像を撮像し、
前記受精卵画像抽出手段は、前記時系列画像から複数の前記受精卵画像を抽出することを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項８】
前記受精卵画像抽出手段は、前記受精卵受部に起因する影領域を除外して前記受精卵画像を抽出することを特徴とする請求項７に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項９】
前記特徴量解析手段は、前記特徴量算出手段によって算出された前記受精卵の特徴量に基づいて受精卵の品質を判定することを特徴とする請求項５に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項１０】
前記特徴量解析手段は、前記活性部位の面積のピークの発生回数、および前記活性部位の面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間に基づいて受精卵の品質を判定することを特徴とする請求項９に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項１１】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置とデータの送受信を行い、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援装置であって、
前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、
時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、
第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、
を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援装置。
【請求項１２】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとが受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援方法であって、
前記受精卵観察装置が時系列画像を撮像するステップと、
前記コンピュータが時系列画像から受精卵画像を抽出するステップと、
前記コンピュータが第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出するステップと、
を含むことを特徴とする受精卵品質評価支援方法。
【請求項１】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとから構成され、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援システムであって、
前記コンピュータは、
前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、
時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、
第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、
を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援システム。
【請求項２】
前記活性部位抽出手段は、受精卵の回転を補正して活性部位を抽出することを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項３】
前記コンピュータは、
前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位を他の領域と識別して表示する処理結果表示手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項４】
前記コンピュータは、
受精卵の特徴量として、前記受精卵画像抽出手段によって抽出された受精卵画像から受精卵の大きさを算出し、前記活性部位抽出手段によって抽出された活性部位の面積を算出する特徴量算出手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項５】
前記コンピュータは、
前記特徴量算出手段によって算出された活性部位の面積の変化量に基づいて各発育ステージまでの到達時間を特定し、前記特徴量算出手段によって算出された受精卵の大きさの変化量に基づいてラプチャーの発生時刻、回数、または回復時間のうち少なくとも一つを特定する特徴量解析手段、
を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項６】
前記受精卵観察装置は、前記時系列画像として、撮像時刻ごとに複数のＺスライス画像を撮像し、
前記活性部位抽出手段は、第１Ｚスライス画像に係る受精卵画像と、第１Ｚスライス画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後であって、同一のＺ位置の第２Ｚスライス画像に係る受精卵画像とを比較することで、全てのＺ位置の活性部位を抽出することを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項７】
前記受精卵観察装置は、更に、複数の受精卵受部が形成された培養容器を備え、
前記撮像部は、前記培養容器に配置された複数の受精卵を視野内に収めて前記時系列画像を撮像し、
前記受精卵画像抽出手段は、前記時系列画像から複数の前記受精卵画像を抽出することを特徴とする請求項１に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項８】
前記受精卵画像抽出手段は、前記受精卵受部に起因する影領域を除外して前記受精卵画像を抽出することを特徴とする請求項７に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項９】
前記特徴量解析手段は、前記特徴量算出手段によって算出された前記受精卵の特徴量に基づいて受精卵の品質を判定することを特徴とする請求項５に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項１０】
前記特徴量解析手段は、前記活性部位の面積のピークの発生回数、および前記活性部位の面積が所定の閾値よりも小さい値を維持した累計時間に基づいて受精卵の品質を判定することを特徴とする請求項９に記載の受精卵品質評価支援システム。
【請求項１１】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置とデータの送受信を行い、受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援装置であって、
前記受精卵観察装置によって撮像される時系列画像を記憶する時系列画像記憶手段と、
時系列画像から受精卵画像を抽出する受精卵画像抽出手段と、
第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出する活性部位抽出手段と、
を備えることを特徴とする受精卵品質評価支援装置。
【請求項１２】
受精卵を撮像する撮像部を有する受精卵観察装置と、前記受精卵観察装置とデータの送受信を行うコンピュータとが受精卵の品質評価を支援する受精卵品質評価支援方法であって、
前記受精卵観察装置が時系列画像を撮像するステップと、
前記コンピュータが時系列画像から受精卵画像を抽出するステップと、
前記コンピュータが第１時系列画像に係る受精卵画像と、第１時系列画像の撮像時刻から所定時間前または所定時間後の第２時系列画像に係る受精卵画像とを比較し、対応する画素の画素値の差が所定の閾値より大きい画素の集合を活性部位として抽出するステップと、
を含むことを特徴とする受精卵品質評価支援方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１８１４０２（Ｐ２０１０−１８１４０２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０１３（Ｐ２０１０−１０１３）
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【出願人】（３０１０２９４０３）独立行政法人家畜改良センター (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月６日（２０１０．１．６）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【出願人】（３０１０２９４０３）独立行政法人家畜改良センター (12)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]