細胞評価方法、細胞評価装置、及び細胞評価プログラム
【課題】心筋細胞の拍出力を精度良く評価すること。
【解決手段】この細胞測定方法は、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する細胞評価方法であって、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞Ｃの光学画像データ６０を取得する画像取得ステップＳ１と、光学画像データ６０の画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞Ｃが占める領域を示す解析領域ＲＣを設定する領域設定ステップＳ２と、解析領域ＲＣの画素に基づいて、心筋細胞Ｃの厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞Ｃが占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得ステップＳ３と、データ取得ステップＳ３において取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する評価ステップＳ６と、を備える。
【解決手段】この細胞測定方法は、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する細胞評価方法であって、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞Ｃの光学画像データ６０を取得する画像取得ステップＳ１と、光学画像データ６０の画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞Ｃが占める領域を示す解析領域ＲＣを設定する領域設定ステップＳ２と、解析領域ＲＣの画素に基づいて、心筋細胞Ｃの厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞Ｃが占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得ステップＳ３と、データ取得ステップＳ３において取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する評価ステップＳ６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心筋細胞の拍出力を評価するための細胞評価方法、細胞評価装置、及び細胞評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓の機能を評価するとき、血液を排出する力である拍出力を評価パラメータとして用いることがある。このような評価方法に関して、特許文献１には、光学的手法を用いて心筋細胞の拍動を検出する方法が記載されている。この方法では、心筋細胞の拍動に伴う体積の変化を光学的に計測して、心筋細胞の体積の経時変化を示す波形を取得する。そして、この波形を時間微分して、時間微分値を示す波形を求める。さらに、この微分波形の傾きに基づいて、心筋細胞の収縮速度を算出する。このような収縮速度を算出する手法を用いて、薬物を含む培養液に配置した心筋細胞の収縮速度、及び薬物を含まない培養液に載置した心筋細胞の収縮速度を取得する。最終的に、それぞれの収縮速度、即ち拍出量を比較して心筋細胞に対する薬物の毒性を評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０―１３０９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
拍動する心筋細胞では、例えば種々のイオン成分の流入出があるが、イオン成分の流入出量は心筋細胞の体積に比べてわずかである。そのため、拍動する心筋細胞における体積の変化は微小であるので、上記特許文献１に記載の評価方法では心筋細胞の拍出力を精度良く検出することは困難である。
【０００５】
上述した問題点に鑑みて、本発明は、心筋細胞の拍出力を精度良く評価することができる細胞評価方法、細胞評価装置及び細胞評価プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明の細胞評価方法は、心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価方法であって、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得ステップと、光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定ステップと、解析領域の画素に基づいて、心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得ステップと、データ取得ステップにおいて取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞の拍出力を評価する評価ステップと、を備える。
【０００７】
或いは、本発明の細胞評価装置は、心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価装置であって、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得手段と、光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段と、解析領域の画素に基づいて、心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段と、データ取得手段において取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞の拍出力を評価する評価手段と、を備える。
【０００８】
或いは、本発明の細胞評価プログラムは、心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価プログラムであって、コンピュータを、画像取得手段によって取得された、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞の光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段、解析領域の画素に基づいて、心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段、及びデータ取得手段において取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞の拍出力を評価する評価手段、として機能させる。
【０００９】
このような、細胞評価方法、細胞評価装置、或いは細胞評価プログラムによれば、光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞の領域を示す解析領域を設定する。従って、光学画像データを構成する画素に解析対象であることを示すラベルを付すことなく、心筋細胞の拍出力を評価することができる。さらに、心筋細胞の領域を示す解析領域が有する面積の経時変化、及び心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方に基づいて心筋細胞の拍出力を評価する。試料ケース上に付着した心筋細胞の拍動に伴う心筋細胞の面積及び厚みの変化は、心筋細胞の体積の変化よりも大きいので、心筋細胞の拍出力を精度良く評価することができる。
【００１０】
本発明の細胞評価方法では、光学画像データが、心筋細胞からの後方散乱光による光学画像からなっていてもよい。これによれば、光学画像データにおける画素毎の輝度値に基づいて心筋細胞の厚みを精度良く取得することができる。さらに、光学画像データにおける解析領域の画素数に基づいて心筋細胞の面積を精度良く取得することができる。
【００１１】
本発明の細胞評価方法は、心筋細胞の厚みが、解析領域の画素毎における輝度値の平均値に基づいて算出されてもよい。これによれば、心筋細胞の厚みを容易且つ精度良く取得することができる。
【００１２】
本発明の細胞評価方法では、心筋細胞が占める領域の面積が、解析領域に含まれた画素の数に基づいて算出されてもよい。これによれば、光学画像データにおいて心筋細胞が占める領域の面積を容易且つ精度良く取得することができる。
【００１３】
本発明の細胞評価方法は、心筋細胞の厚みの極値に基づいて、心筋細胞の厚みの値を正規化する厚み正規化ステップをさらに有していてもよい。心筋細胞の形状や大きさにより、光学画像データにおいて心筋細胞が存在する領域の輝度値の絶対値が異なることがある。このような構成によれば、輝度値の絶対値が異なる心筋細胞の間において、心筋細胞の拍出力を比較して評価することができる。
【００１４】
本発明の細胞評価方法は、心筋細胞が占める領域の面積の極値に基づいて、心筋細胞が占める領域の面積の値を正規化する面積正規化ステップをさらに有していてもよい。心筋細胞の形状や大きさにより、光学画像データにおいて心筋細胞が占める画素数の絶対値が異なることがある。このような構成によれば、画素数の絶対値が異なる心筋細胞の間において、心筋細胞の拍出力を比較して評価することができる。
【００１５】
本発明の細胞評価方法の評価ステップでは、面積データから算出された、心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの速度、及び、厚みデータから算出された、心筋細胞の厚みが変化するときの速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞の拍出力を評価してもよい。また、本発明の細胞評価方法の評価ステップでは、面積データから算出された、心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの加速度、及び厚みデータから算出された、心筋細胞の厚みが変化するときの加速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞の拍出力を評価してもよい。このような構成によれば、心筋細胞の拍出力を好適に評価することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による細胞評価方法、細胞評価装置及び細胞評価プログラムによれば、光学画像データに基づいて心筋細胞の拍出力を精度良く評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】細胞評価装置の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】データ処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】細胞評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図５】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図６】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図７】細胞評価方法におけるパラメータを説明するための図である。
【図８】細胞評価方法におけるパラメータを説明するための図である。
【図９】細胞評価方法におけるパラメータを説明するための図である。
【図１０】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図１１】記録媒体に記録されたプログラムを実行するためのコンピュータのハードウェア構成を示す図である。
【図１２】記録媒体に記録されたプログラムを実行するためのコンピュータの斜視図である。
【図１３】細胞評価方法の効果を説明するための図である。
【図１４】細胞評価装置の変形例を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明による細胞評価装置、細胞評価方法、及び細胞評価プログラムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明による細胞評価装置１Ａの一実施形態を模式的に示す構成図である。細胞評価装置１Ａは、後方散乱光画像取得装置２Ａ、及びデータ処理装置４０を備える。後方散乱光画像取得装置２は、試料保持部１０Ａ、光照射装置２０Ａ及び画像取得装置３０を備える。
【００２０】
試料保持部１０Ａは、透明な試料ケースであるシャーレ１１を含む。シャーレ１１は、例えば石英ガラスからなり、光照射装置２０Ａから照射される照射光Ｌ１を透過すると共に、心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を透過する。シャーレ１１の内部には溶液１２が収容されている。溶液１２の中には心筋細胞Ｃが配置されている。心筋細胞Ｃの一部はシャーレ１１の底面１１ｂに付着している。心筋細胞Ｃは、コラーゲンなどのコーティング剤によりコーティングされていてもよいし、コーティングされていなくてもよい。
【００２１】
光照射装置２０Ａは、導光部材２１、光源装置２２を備える。光照射装置２０Ａは、心筋細胞Ｃを収容したシャーレ１１に対して照射光Ｌ１を照射する。導光部材２１は、主面２１ｓ、主面２１ｓの反対側にある裏面２１ｒ、及び主面２１ｓと略直交する側面２１ｆを有する板状部材である。導光部材２１は、例えば石英ガラス等の透光性部材により構成されている。主面２１ｓ上には水１３を介してシャーレ１１が載置されている。導光部材２１の近傍には、側面２１ｆに近接するように光源装置２２が配置されている。
【００２２】
光源装置２２は、光源部２３及びフィルタ部２４を備える。光源部２３は、フレーム部材に複数のＬＥＤが配置された構造を有する。これら複数のＬＥＤは、導光部材２１の側面２１ｆから導光部材２１に指向性を有する照射光Ｌ１を入射する。フィルタ部２４は、特定の波長帯域の光のみを透過するショートパスフィルタ或いはバンドパスフィルタ等である。このフィルタ部２４はＬＥＤから照射される光から、測定に適した波長の照射光Ｌ１のみを透過する。このように、光源部２３及びフィルタ部２４とを組み合わせることにより、測定に適した波長の光を導光部材２１へ入射させることができるので、測定精度を高めることができる。
【００２３】
なお、光源部２３の光源は、上記したＬＥＤに限定されることはない。例えば、キセノンランプ等の白色光源を用いてもよい。この場合、ＬＥＤでは実現できない波長の光を照射光として心筋細胞Ｃに照射することができる。
【００２４】
光照射装置２０Ａは、導光部材２１に対して導光部材２１の側面２１ｆから照射光Ｌ１を入射する。導光部材２１に入射した照射光Ｌ１は、導光部材２１の主面２１ｓ及び裏面２１ｒにおいて全反射される。この照射光Ｌ１の一部は、主面２１ｓとシャーレ１１との間の水１３が配置された領域からシャーレ１１内に入射する。この照射光Ｌ１は、導光部材２１と水１３との屈折率差から、主面２１ｓと平行な方向に向けて屈折して、シャーレ１１内に照射される。これにより、シャーレ１１に入射する照射光Ｌ１はシャーレ１１の深さ方向に対して傾きをもつ。従って、溶液１２に照射される照射光Ｌ１が比較的少なくなるので、溶液１２に照射光Ｌ１が照射されることにより生じる背景光ノイズを低減できる。
【００２５】
光照射装置２０Ａでは、導光部材２１の主面２１ｓ上に水１３を配置して、導光部材２１の屈折率と水１３の屈折率とに基づく臨界角を所定の値に設定することにより、シャーレ１１内に照射光Ｌ１を照射している。シャーレ１１内に照射光Ｌ１を照射する手段はこれに限られることはなく、例えば、主面２１ｓに溝などの所望の形状を形成して主面２１ｓに対する照射光Ｌ１の入射角を所定の値に設定することにより、シャーレ１１内に照射光Ｌ１を照射してもよい。
【００２６】
画像取得装置３０は、撮像装置３１及びレンズ３２を備える。画像取得装置３０は、導光部材２１上においてシャーレ１１が載置された位置の下方に設けられ、シャーレ１１内の心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を検出する。詳細には、この画像取得装置３０は、シャーレ１１内に保持された心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含む二次元光像を検出して、光学画像データを取得する画像取得手段である。画像取得装置３０は、複数の画素が二次元に配列された二次元画素構造を有する撮像装置３１を備える。この撮像装置３１は、心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２による二次元の光検出画像である後方散乱光画像を取得可能に構成されている。撮像装置３１としては、例えば高感度のＣＣＤカメラやＣＭＯＳイメージカメラを用いることができる。また、必要があれば、カメラの前段にイメージ増倍管、リレーレンズ等を配置して画像取得装置３０を構成してもよい。
【００２７】
また、導光部材２１と撮像装置３１との間には、レンズ３２が配置されている。レンズ３２は、散乱光Ｌ２を撮像装置３１に結像する。なお、必要であれば導光部材２１とレンズ３２との間、或いはレンズ３２と撮像装置３１との間に光学フィルタ等の光学部材を配置してもよい。
【００２８】
データ処理装置４０は、画像取得装置３０に接続されている。このデータ処理装置４０は、画像取得装置３０によって取得された光学画像データに対して解析処理を行う解析処理手段である。また、光照射装置２０Ａの動作がデータ処理装置４０により制御されることにより、照射光Ｌ１の照射が制御されても良い。また、データ処理装置４０は、解析処理結果等を表示する表示装置５１、及び細胞評価に必要な指示の入力やデータの入力等に用いられる入力装置５２と接続されている。
【００２９】
以上の構成において、シャーレ１１内に付着した心筋細胞Ｃに対し、導光部材２１を介して光源部２３から供給された照射光Ｌ１が照射される。そして、心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含む二次元光像は、レンズ３２を介して撮像装置３１へと導かれ、撮像装置３１によって光学画像データが取得される。画像取得装置３０によって取得された光学画像データは、データ処理装置４０へと送られる。そして、データ処理装置４０は、入力された光学画像データに基づいて心筋細胞Ｃの拍出力の評価に必要な処理を行う。
【００３０】
図２は、細胞評価装置１Ａが備えるデータ処理装置４０の概略構成を示す機能ブロック図である。データ処理装置４０は、光学画像データにおいて心筋細胞の領域を示す解析領域を設定し、その解析領域が占める面積の経時変化を示す面積データ、及び心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方を取得することにより、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する情報処理装置である。この光学画像データは、上述したシャーレ１１内に保持された心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含むシャーレ１１を撮影した動画像を、デジタルデータに変換したものである。なお、光学画像データは、通信ネットワークやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、半導体メモリ等の記録媒体を介してデータ処理装置４０に入力されてもよい。
【００３１】
データ処理装置４０は、機能的構成要素として、解析領域設定部（領域設定手段）４１、データ取得部（データ取得手段）４２、正規化部（正規化手段）４３、パラメータ取得部（パラメータ取得手段）４４、及び評価部（評価手段）４５を備える。データ処理装置４０は、画像取得装置３０、表示装置５１及び入力装置５２と接続されている。
【００３２】
解析領域設定部４１は、画像取得装置（画像取得手段）３０から入力された光学画像データに対して解析領域を設定する。解析領域は、画像取得装置３０によって取得された光学画像データにおいて心筋細胞Ｃが占める領域である。解析領域は、光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて解析領域設定部４１により設定される。解析領域設定部４１はデータ取得部４２と接続されており、解析領域の設定情報が解析領域設定部４１からデータ取得部４２に出力される。
【００３３】
データ取得部４２は、光学画像データから心筋細胞Ｃの拍出力の評価に必要なデータを取得する。データ取得部４２は解析領域設定部４１と接続されており、解析領域設定部４１から解析領域の設定情報が入力される。データ取得部４２では、心筋細胞Ｃの厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞Ｃが占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方が取得される。データ取得部４２は、解析領域の設定情報に基づいて面積データ及び厚みデータを取得する。心筋細胞Ｃの厚みは、光学画像データにおける解析領域の輝度値と相関がある。このため、心筋細胞Ｃの厚みは解析領域の画素毎における輝度値の平均値、或いは画素毎の輝度値を全て足し合わせた総輝度値に基づいて算出される。心筋細胞Ｃの面積は解析領域に含まれた画素の数に基づいて算出される。データ取得部４２は正規化部４３と接続されており、厚みデータ及び面積データがデータ取得部４２から正規化部４３に出力される。
【００３４】
正規化部４３は、厚みデータ及び面積データを正規化する。正規化部４３は、データ取得部４２と接続されており、データ取得部４２から厚みデータ及び面積データが入力される。正規化部４３では、厚みデータから心筋細胞Ｃの厚みの極値であるピーク値（極大値）及びボトム値が取得される。このピーク値及びボトム値に基づいて、例えば、ピークの値が１００であり、ボトムの値が０になるように厚みデータを正規化する。また、正規化部４３は、面積データから心筋細胞Ｃの面積の極値であるピーク値（極小値）及びベース値を取得する。このピーク値及びベース値に基づいて、例えば、ピークの値が１００であり、ベースの値が０になるように面積データを正規化する。このように、厚みデータおよび面積データの正規化は、ピーク値及びボトム値に基づく相対値にすることで行われる。正規化部４３はパラメータ取得部４４と接続されており、正規化された厚みデータ及び正規化された面積データが正規化部４３からパラメータ取得部４４に出力される。なお、正規化部４３は、例えば互いに異なる大きさを有する心筋細胞同士を比較するときのように、必要に応じて設けることができる。なお、データ取得部４２から入力されるデータは、厚みデータもしくは面積データであればよい。
【００３５】
パラメータ取得部４４は、正規化された厚みデータ及び正規化された面積データから、心筋細胞Ｃの拍出力を評価するための所望のパラメータを取得する。パラメータ取得部４４は正規化部４３と接続されており、正規化部４３から正規化された厚みデータ及び正規化された面積データが入力される。なお、パラメータ取得部４４には、データ取得部４２から正規化されていない厚みデータ及び正規化されていない面積データが入力されてもよい。パラメータ取得部４４は評価部４５と接続されており、取得された所望のパラメータがパラメータ取得部４４から評価部４５に出力される。所望のパラメータの詳細は後述する。
【００３６】
評価部４５は、パラメータ取得部４４において取得された所望のパラメータに基づいて、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。評価部４５はパラメータ取得部４４と接続されており、パラメータ取得部４４から取得されたパラメータが入力される。評価部４５では、取得されたパラメータに基づいて心筋細胞Ｃの拍出力が評価される。例えば、事前に取得された心筋細胞の基準となるパラメータと、パラメータ取得部４４において取得されたパラメータとを比較して、個々の心筋細胞Ｃの状態を評価する。また、所定の心筋細胞Ｃに薬剤を分注した後に、薬剤分注の前後におけるパラメータ変動の有無を確認することにより、薬剤分注による経時変化を評価する。評価部４５は表示装置５１と接続されており、評価結果が評価部４５から表示装置５１に出力される。
【００３７】
次に、細胞評価装置１Ａによって実行される細胞評価方法を説明すると共に、本実施形態の細胞評価方法について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る細胞評価方法の主要なステップを説明するための図である。
【００３８】
工程Ｓ１では、画像取得装置３０が、シャーレ１１の内部に保持された心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含むシャーレ１１の二次元光像を検出して、二次元光像の光学画像データを取得する（画像取得ステップ）。ここで、図４（ａ）に示されるように、光学画像データ６０とは、所定の時間間隔Δｔで検出された二次元画像６１を経時的に並べた二次元画像６１の集まりである。これにより、各画素の輝度値の時間変化及び解析領域を構成する画素数の時間変化を取得することが可能となる。なお、光学画像データ６０は、心筋細胞Ｃからの後方散乱光の二次元画像６１の集まりであるが、これ以外の種類の二次元画像６１の集まりであってもよい。例えば、二次元画像６１は、透過照明画像、定量位相差画像、微分干渉画像、或いは自家蛍光画像等であってもよい。
【００３９】
心筋細胞Ｃが保持されたシャーレ１１の二次元光像が画像取得装置３０の撮像装置３１で検出されて、光学画像データ６０が取得される。光学画像データ６０は、予め設定された時間の間だけ取得される。光学画像データ６０の取得を開始するタイミングは、心筋細胞Ｃに投薬により刺激を与える前であってもよいし、心筋細胞Ｃに刺激を与えた後であってもよい。また、光学画像データ６０の取得中に投薬により刺激を与えてもよい。設定される時間は、例えば輝度値の変化においてボトム値からピーク値へ変化し、その後ボトム値まで戻るまで、即ち、少なくとも心筋細胞Ｃにおける拍動の一周期分の波形が確認できる時間であればよい。また、一周期分の波形が確認される時間よりも長く設定され、複数の波形が確認できる時間であってもよい。取得された光学画像データ６０は、画像取得装置３０からデータ処理装置４０へ入力される。
【００４０】
工程Ｓ２では、データ処理装置４０の解析領域設定部４１が、工程Ｓ１で取得された光学画像データ６０を構成する二次元画像６１の各画素における輝度値に基づいて、二次元画像６１毎に解析領域を設定する（領域設定ステップ）。図４（ｂ）部を参照すると、工程Ｓ２では、まず測定領域Ｒ１を手動で設定する。次に、測定領域Ｒ１内において、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素であるか否かの判定が自動的に行われる。この判定では、測定領域Ｒ１内において所定の閾値以上の輝度値を有する画素を、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素として特定する。この所定の閾値は、背景画素の輝度値と心筋細胞Ｃの領域の輝度値との間の値に設定される。また、解析領域ＲＣは、光学画像データ６０を構成する複数の二次元画像６１毎に設定される。これにより、測定領域Ｒ１内において、心筋細胞Ｃが占める領域である解析領域ＲＣが設定される。
【００４１】
なお、工程Ｓ２は、上述した工程に限定されるものではない。例えば、測定領域Ｒ１を設定することなく、光学画像データ６０の全領域を測定領域Ｒ１として、所定の閾値以上の輝度値を有する画素を心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素として特定してもよい。これによれば、手動で測定領域Ｒ１を設定する工程を省略することができるので、工程Ｓ２の処理を自動化して、効率よく処理を実行することができる。また、二次元画像６１の画素毎における輝度値の時間変化に基づいて、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素であるか否かの判定を行ってもよい。これによれば、心筋細胞Ｃが占める領域の境界を精度良く判定できるので、解析領域ＲＣを精度良く設定することができる。
【００４２】
また、光学画像データ６０において最も高い輝度値を有する画素のみ、或いは最も高い輝度値を有する画素に近接する複数の画素からなる領域を解析領域ＲＣとしてもよい。この方法では、輝度値に基づいた心筋細胞Ｃの厚みデータを取得することができる。また、光学画像データ６０の全領域を解析領域ＲＣとして設定してもよい。例えば、高倍率で心筋細胞Ｃを観察することにより、画像取得装置３０で観察される領域が心筋細胞Ｃの占める領域よりも狭くなっていてもよい。この方法では、輝度値に基づいた心筋細胞Ｃの厚みデータを取得することができる。
【００４３】
工程Ｓ３は、データ処理装置４０のデータ取得部４２により実行され、工程Ｓ２で設定された解析領域ＲＣから面積データ及び厚みデータを取得する（データ取得ステップ）。厚みデータを取得する場合には、光学画像データ６０を構成する複数の二次元画像６１毎に、解析領域ＲＣ内の画素が有する輝度値を取得し、これらの輝度値の平均値、又は輝度値を全て足し合わせた総輝度値を算出する。図５（ａ）は算出した平均輝度値の経時変化を示す。心筋細胞Ｃの拍動により、心筋細胞Ｃの厚みが変動する。そのため、解析領域ＲＣ内の画素の平均輝度値が変化する。面積データを取得する場合には、光学画像データ６０を構成する複数の二次元画像６１毎に、解析領域ＲＣ内の画素数をカウントする。図５（ｂ）はカウントした画素数の経時変化を示す。心筋細胞Ｃの拍動により、光学画像データ６０において心筋細胞Ｃが占める領域の面積が変動する。そのため、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素数が変化する。
【００４４】
なお、工程Ｓ２において光学画像データ６０を構成する全ての二次元画像６１に解析領域ＲＣを設定した後に、工程Ｓ３において解析領域ＲＣから面積データ及び厚みデータを取得してもよい。また、一の二次元画像６１について工程Ｓ２において解析領域ＲＣを設定し、続いて工程Ｓ３において面積値及び輝度値を取得してもよい。即ち、一の二次元画像６１について工程Ｓ２及び工程Ｓ３を連続して実施してもよい。
【００４５】
図６（ａ）のグラフＧ１は心筋細胞Ｃ１が占める領域を構成する画素の平均輝度値の経時変化、グラフＧ２は心筋細胞Ｃ２が占める領域を構成する画素の平均輝度値の経時変化を、及びグラフＧ３は心筋細胞Ｃ３が占める領域を構成する画素の平均輝度値の経時変化を示す。図６（ａ）を参照すると、心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３は細胞の形状や大きさが互いに異なるので、平均輝度値の経時変化は互いに異なっている。このような場合には、心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３の拍出力を比較して精度良く評価することが困難であるので、工程Ｓ４において面積データ及び厚みデータが正規化される。
【００４６】
工程Ｓ４は、データ処理装置４０の正規化部４３により実行され、工程Ｓ３で取得された面積データ及び厚みデータを正規化する（面積正規化ステップ、厚み正規化ステップ）。ここでは、輝度値に基づく厚みデータを正規化する工程を例に説明する。図６（ａ）に示されるグラフＧ１〜Ｇ３から、まず平均輝度値の経時変化におけるそれぞれのピーク値（極大値）Ｐ１〜Ｐ３を取得する。次に、グラフＧ１〜Ｇ３から、平均輝度値の経時変化におけるボトム値Ｂ１〜Ｂ３を取得する。そして、下記式（１）により、輝度値に基づく厚みデータを正規化する。
正規化された輝度値＝（輝度値−ボトム値）／ピーク値×１００ …（１）
上述した工程により、図６（ｂ）に示されるように、グラフＧ１〜Ｇ３は、ボトム値を０としピーク値を１００とした相対値に変換される。
【００４７】
工程Ｓ５は、データ処理装置４０のパラメータ取得部４４により実行され、工程Ｓ４で正規化された面積データ及び正規化された厚みデータから所望のパラメータを取得する。所望のパラメータには、拍動速度、拍動加速度、積分値、ピーク振幅、ピーク変化率、ピーク周波数及び拍動時間がある。
【００４８】
心筋細胞Ｃに薬剤を分注する前後では、厚さデータ及び面積データのピーク立ち上がり時間に変化が生じる場合がある。ベースからピークまでの立ち上がり速度（拍動速度）及び立ち上がり加速度（拍動加速度）と、ピークからベースまでの下がり速度（拍動速度）及び下がり加速度（拍動加速度）とは、心筋細胞Ｃの拍出力と相関がある。従って、この拍動速度及び拍動加速度により心筋細胞Ｃの拍出力を評価できる。
【００４９】
図７（ａ）は、図６（ａ）に示した心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３の拍動速度を示す。グラフＧ７は心筋細胞Ｃ１の拍動速度を示し、グラフＧ８は心筋細胞Ｃ２の拍動速度を示し、グラフＧ９は心筋細胞Ｃ３の拍動速度を示す。拍動速度は、心筋細胞Ｃの面積が変化する速度、或いは心筋細胞Ｃの厚みが変化する速度である。この拍動速度は、面積データ或いは厚みデータを時間で微分することにより得られる。
【００５０】
図７（ｂ）は、図６（ａ）に示した心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３の拍動加速度を示す。グラフＧ１０は心筋細胞Ｃ１の拍動加速度を示し、グラフＧ１１は心筋細胞Ｃ２の拍動加速度を示し、グラフＧ１２は心筋細胞Ｃ３の拍動加速度を示す。拍動加速度は、心筋細胞Ｃの面積が変化する加速度、或いは心筋細胞Ｃの厚みが変化する加速度である。この拍動加速度は、面積データ或いは厚みデータを時間で２回微分することにより得られる。
【００５１】
図８（ａ）は輝度値に基づく厚みデータＧ１３における積分値を説明するための図であり、図８（ｂ）は画素数に基づく面積データＧ１４における積分値を説明するための図である。積分値は、ピーク波形における厚み値、或いは面積値を時間により積分した値である。厚みデータＧ１３における積分値Ａ１、Ａ２は、ボトム値を示す線Ｍ１とピーク波形Ｗ１とにより囲まれた領域の面積、或いはボトム値を示す線Ｍ１とピーク波形Ｗ２とにより囲まれた領域の面積として計算される。面積データＧ１４における積分値Ａ３、Ａ４は、ベース値を示す線Ｍ２とピーク波形Ｗ３とにより囲まれた領域の面積、或いはベース値を示す線Ｍ２とピーク波形Ｗ４とにより囲まれた領域の面積として計算される。
【００５２】
図８（ｃ）は厚みデータＧ１５におけるピーク振幅及びピーク変化率を説明するための図であり、図８（ｄ）は面積データＧ１６におけるピーク振幅及びピーク変化率を説明するための図である。ピーク振幅は、厚みデータ或いは面積データにおけるボトム値からピーク値までの差分である。図８（ｃ）を参照すると、厚みデータＧ１５のピーク振幅Ａ５、Ａ６は、厚みデータＧ１５のボトム値Ｂ４と、厚みデータＧ１５のそれぞれのピークが有する極大値Ｐ４、Ｐ５と、を取得した後に、それぞれの極大値Ｐ４、Ｐ５からボトム値Ｂ４を引くことにより得られる（Ａ５＝Ｐ４−Ｂ４、Ａ６＝Ｐ５−Ｂ４）。図８（ｄ）を参照すると、面積データＧ１６のピーク振幅Ａ７、Ａ８は、面積データＧ１６のベース値Ｂ５と、面積データＧ１６のそれぞれのピークが有する極小値Ｐ６、Ｐ７と、を取得した後に、それぞれの極小値Ｐ６、Ｐ７からベース値Ｂ５を引いた値の絶対値をとることにより得られる（Ａ７＝｜Ｐ６−Ｂ５｜、Ａ８＝｜Ｐ７−Ｂ５｜）。
【００５３】
ピーク変化率は、厚みデータ或いは面積データにおけるボトム値に対するピーク値の比率である。図８（ｃ）を参照すると、厚みデータＧ１５のピーク変化率は、厚みデータＧ１５のボトム値Ｂ４と、厚みデータＧ１５のそれぞれのピークが有する極大値Ｐ４、Ｐ５と、を取得した後に、それぞれの極大値Ｐ４、Ｐ５をボトム値Ｂ４で除することにより得られる（Ｐ４／Ｂ４、Ｐ５／Ｂ４）。図８（ｄ）を参照すると、面積データＧ１６のピーク変化率は、面積データＧ１６のベース値Ｂ５と、面積データＧ１６のそれぞれのピークが有する極小値Ｐ６、Ｐ７と、を取得した後に、それぞれの極小値Ｐ６、Ｐ７をベース値Ｂ５で除することにより得られる（Ｐ６／Ｂ５、Ｐ７／Ｂ５）。
【００５４】
図９（ａ）は厚みデータＧ１７におけるピーク周波数Ｆ１、Ｆ２を説明するための図であり、図９（ｂ）は面積データＧ１８におけるピーク周波数Ｆ３、Ｆ４を説明するための図である。ピーク周波数は、厚みデータにおける隣接するピークの時間差（周波数）、及び面積データにおける隣接するピークの時間差（周波数）である。図９（ａ）を参照すると、厚みデータＧ１７のピーク周波数Ｆ１、Ｆ２は、それぞれのピークの時間ｔ１〜ｔ４を取得した後に、一のピークから該一のピークに隣り合う次のピークまでの時間差を算出することにより得られる（Ｆ１＝ｔ２−ｔ１、Ｆ２＝ｔ４−ｔ３）。図９（ｂ）を参照すると、面積データＧ１８のピーク周波数Ｆ３、Ｆ４は、それぞれのピークの時間ｔ５〜ｔ８を取得した後に、一のピークから該一のピークに隣り合う次のピークまでの時間差を算出することにより得られる（Ｆ３＝ｔ６−ｔ５、Ｆ４＝ｔ８−ｔ７）。
【００５５】
図９（ｃ）は厚みデータＧ１９における拍動時間Ｊ１、Ｊ２を説明するための図であり、図９（ｄ）は面積データＧ２０における拍動時間Ｊ３、Ｊ４を説明するための図である。拍動時間は、厚みデータにおいてボトム値からピーク値への変化が始まる起点からボトム値に戻るまでの時間である。或いは、面積データにおいてベース値からピーク値への変化が始まる起点からベース値に戻るまでの時間である。図９（ｃ）を参照すると、厚みデータＧ１９の拍動時間Ｊ１、Ｊ２は、ボトム値からピーク値への変化が始まる起点の時間ｔ９、ｔ１１、及びピーク値からボトム値に戻った時間ｔ１０、ｔ１２を取得した後に、起点の時間からボトム値に戻った時間までの時間差を算出することにより得られる（Ｊ１＝ｔ１０−ｔ９、Ｊ２＝ｔ１２−ｔ１１）。図９（ｄ）を参照すると、厚みデータＧ２０の拍動時間Ｊ３、Ｊ４は、ベース値からピーク値への変化が始まる起点の時間ｔ１３、ｔ１５、及びピーク値からベース値に戻った時間ｔ１４、ｔ１６を取得した後に、起点の時間からベース値に戻った時間までの時間差を算出することにより得られる（Ｊ３＝ｔ１４−ｔ１３、Ｊ４＝ｔ１６−ｔ１５）。
【００５６】
なお、心筋細胞Ｃの拍出力を評価するパラメータとしては、拍動加速度及び拍動速度が最も好適であり、次に積分値が好適である。ピーク振幅、ピーク変化率、ピーク周波数及び拍動時間でも心筋細胞Ｃの拍出力を評価することが可能である。
【００５７】
工程Ｓ６は、データ処理装置４０の評価部４５により実行される（評価ステップ）。工程Ｓ６では、工程Ｓ５で取得されたパラメータに基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。例えば、事前に取得された心筋細胞Ｃの基準となるパラメータと、工程Ｓ５において取得されたパラメータとを比較して、心筋細胞Ｃの状態を評価する。また、所定の心筋細胞Ｃに薬剤を分注した後に、薬剤分注の前後におけるパラメータ変動の有無を確認することにより、薬剤の分注による心筋細胞Ｃの拍出力の変化を評価する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、心筋細胞Ｃに薬剤を分注する前後における、厚みデータＧ２１と面積データＧ２２とを示す。図１０（ａ）を参照すると、薬剤を分注したタイミングＹの前後において、分注前の積分値Ａ９と分注後の積分値Ａ１１、分注前のピーク振幅Ａ１０と分注後のピーク振幅Ａ１２、分注前のピーク周波数Ｆ５と分注後のピーク周波数Ｆ６、分注前の拍動時間Ｊ５と分注後の拍動時間Ｊ６において、変化が生じていることがわかる。図１０（ｂ）を参照すると、薬剤を分注したタイミングＹの前後において、分注前の積分値Ａ１３と分注後の積分値Ａ１５、分注前のピーク振幅Ａ１４と分注後のピーク振幅Ａ１６、分注前のピーク周波数Ｆ７と分注後のピーク周波数Ｆ８、分注前の拍動時間Ｊ７と分注後の拍動時間Ｊ８において、変化が生じていることがわかる。これらの変化に基づいて、薬剤が心筋細胞Ｃの拍出力に与える影響を評価する。
【００５８】
以下、コンピュータをデータ処理装置４０として動作させる細胞評価プログラムについて説明する。本実施形態に係る細胞評価プログラムは、記録媒体に格納されて提供される。記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、或いはＲＯＭ等の記録媒体、或いは半導体メモリ等が例示される。
【００５９】
図１１は、記録媒体に記録された細胞評価プログラムを実行するためのコンピュータ７０のハードウェア構成を示す図である。図１２は、記録媒体に記憶された細胞評価プログラムを実行するためのコンピュータ７０の斜視図である。コンピュータ７０には、ＣＰＵを具備しソフトウエアによる処理や制御を行うサーバ装置、パーソナルコンピュータ等の各種データ処理装置が含まれる。
【００６０】
図１１に示すように、コンピュータ７０は、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ装置、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置等の読取装置７２と、オペレーティングシステムを常駐させた作業用メモリ（ＲＡＭ）７３と、記録媒体７１に記憶されたプログラムを記憶するメモリ７４と、ディスプレイといった表示装置７５と、入力装置であるマウス７６及びキーボード７７と、データ等の送受を行うための通信装置７８と、プログラムの実行を制御するＣＰＵ７９とを備えている。コンピュータ７０は、記録媒体７１が読取装置７２に挿入されると、読取装置７２から記録媒体７１に格納された細胞評価プログラムにアクセス可能になり、当該細胞評価プログラムによって、細胞評価装置１Ａとして動作することが可能になる。
【００６１】
図１２に示すように、細胞評価プログラムは、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号７９としてネットワークを介して提供されるものであってもよい。この場合、コンピュータ７０は、通信装置７８によって受信した細胞評価プログラムをメモリ７４に格納し、当該細胞評価プログラムを実行することができる。
【００６２】
以上説明した細胞評価方法、細胞評価装置１Ａ、或いは細胞評価プログラムによれば、光学画像データ６０を構成する画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞Ｃの領域を示す解析領域ＲＣを設定する。従って、光学画像データ６０を構成する画素に解析対象であることを示すラベルを付すことなく、心筋細胞Ｃの拍出力を評価できる。さらに、心筋細胞Ｃが占める領域を示す面積の経時変化を示す面積データ、及び解析領域ＲＣにおける心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。シャーレ１１に付着した心筋細胞Ｃの拍動に伴う心筋細胞Ｃの面積及び厚みの変化は、心筋細胞Ｃの拍動に伴う体積の変化よりも大きいので、心筋細胞Ｃの拍出力を精度良く評価することができる。
【００６３】
図１３を参照して、本発明の奏する効果についてさらに説明する。図１３（ａ）は、心筋細胞Ｃが有する体積の変化率の経時変化を示す図である。図１３（ｂ）は、心筋細胞Ｃが有する厚みの変化率の経時変化を示す図である。図１３（ｃ）は、心筋細胞Ｃが有する面積の変化率の経時変化を示す図である。図１３（ｂ）、図１３（ｃ）は、同一の心筋細胞Ｃにおける心筋細胞Ｃの厚みの変化率及び面積の変化率を測定した結果を示している。図１３（ａ）は、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示された心筋細胞Ｃの厚み及び面積から算出された体積の変化率を示している。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）において、図中の目盛りＹ１は５％の変化率を示す。図１３（ａ）を参照すると、拍動による心筋細胞Ｃの体積の変化率Ｙ２は１％程度であることがわかる。一方、図１３（ｂ）を参照すると、拍動による心筋細胞Ｃの厚みの変化率Ｙ３は３〜４％程度であることがわかる。また、図１３（ｃ）を参照すると、拍動による心筋細胞Ｃの面積の変化率Ｙ４は３〜４％程度であることがわかる。即ち、拍動による変化率は、体積の変化率よりも、厚みの変化率或いは面積の変化率の方が大きい。本発明による細胞評価方法、細胞評価装置１Ａ、或いは細胞評価プログラムによれば、面積の経時変化を示す面積データ及び厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価しているので、体積の経時変化に基づく拍出力の評価よりも心筋細胞Ｃの拍出力を精度良く評価することができる。
【００６４】
また細胞評価方法では、光学画像データ６０が、心筋細胞Ｃからの後方散乱光による光学画像からなる。これによれば、光学画像データ６０における画素毎の輝度値に基づいて心筋細胞Ｃの厚みを精度良く取得することができる。さらに、光学画像データ６０における解析領域ＲＣの画素数に基づいて心筋細胞Ｃの面積を精度良く取得できる。また、後方散乱光による測定では背景光のレベルが低いので、Ｓ／Ｂ比を高くすることが可能である。従って、高精度な測定が可能になるので好適に厚みデータ及び面積データを取得できる。また、培養液１２内に配置した状態の心筋細胞Ｃを観察することが可能であるので、心筋細胞Ｃの細胞状態が好適に維持された形態で、厚みデータ及び面積データを取得できる。また、後方散乱光による光学画像によれば、心筋細胞Ｃの厚みと相関のある輝度値のデータを取得できる。
【００６５】
また細胞評価方法は、心筋細胞Ｃの厚みが解析領域ＲＣに含まれた画素毎における輝度値を平均した値により定義され、心筋細胞Ｃの面積が解析領域ＲＣに含まれた画素の数により定義されている。これによれば、心筋細胞Ｃの厚み及び心筋細胞Ｃが占める面積を好適に取得できる。
【００６６】
また細胞評価方法は、心筋細胞Ｃの厚みのピーク値に基づいて、心筋細胞Ｃの厚みの値を正規化する正規化ステップＳ４と、心筋細胞Ｃが占める領域の面積のピーク値に基づいて、心筋細胞Ｃが占める領域の面積の値を正規化する正規化ステップＳ４とを有している。心筋細胞Ｃの形状や大きさにより、光学画像データ６０における心筋細胞Ｃが占める面積の絶対値、及び光学画像データ６０において心筋細胞Ｃが存在する領域の輝度値の絶対値が異なることがある。面積の値及び輝度値の値を正規化することにより、面積の絶対値、及び輝度値の絶対値が異なる複数の心筋細胞Ｃの間において、心筋細胞Ｃの拍出力を比較して評価することができる。
【００６７】
また、細胞評価方法の評価ステップＳ６では、面積データから算出された、心筋細胞Ｃが占める領域の面積が変化するときの速度、及び厚みデータから算出された、心筋細胞Ｃの厚みが変化するときの速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。また、細胞評価方法の評価ステップＳ６では、面積データから算出された、心筋細胞Ｃが占める領域の面積が変化するときの加速度、及び厚みデータから算出された、心筋細胞Ｃの厚みが変化するときの加速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。このような構成によれば、心筋細胞Ｃの拍出力を好適に評価することができる。
【００６８】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、他に様々な変形が可能である。図１４に示すように、透明な試料ケースは心筋細胞が付着した複数の保持部１５を備えたマイクロプレート１６であってもよい。マイクロプレート１６は、複数のウェル（保持部）１５が二次元アレイ状に並設された板状部材であり、その複数のウェル１５のそれぞれにおいて、心筋細胞Ｃを保持可能に構成されている。また、このマイクロプレート１６の底面１７は、心筋細胞Ｃに照射される照射光Ｌ１、及び心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を透過可能な材質からなる。導光部材２１Ｂは、本体部２１ｃ及び支持部２１ｄを有する。本体部２１ｃの主面２１ｓの上に本体部２１ｃと一体化された支持部２１ｄが設けられている。導光部材２１Ｂとマイクロプレート１６との間には、水１３又はオイルなどの屈折率が１．３以上である物質が配置されている。水１３又はオイルなどを介して導光部材２１Ｂとマイクロプレート１６とは光学的に接続されている。
【００６９】
導光部材２１と撮像装置３１との間には、導光光学系３４が設置されている。導光光学系３４は、複数のウェル１５のそれぞれに心筋細胞Ｃが保持されたマイクロプレート１６を底面１７側からみた二次元光像を撮像装置３１へと導く光学系である。導光光学系３４の具体的な構成については、マイクロプレート１６及び撮像装置３１の構成等に応じ、必要な機能（例えば集光機能、光像縮小機能等）を実現可能な光学素子によって適宜構成すればよい。そのような光学素子としては、例えばテーパファイバがある（特開２００１−１８８０４４号公報参照）。
【００７０】
また、光照射装置２０Ａでは、光源装置２２が導光部材２１の一の側面２１ｆに配置されているが、図２に示すように、光照射装置２０Ｂは、一の側面２１ｆに光源装置２２が配置され、さらに一の側面２１ｆの反対側にある他の側面２１ｇに光源装置２２が配置されたものであってもよい。また、光照射装置２０Ａでは、光源装置２２のフィルタ部２４と導光部材２１の側面２１ｆとの間には空隙が設けられているが、フィルタ部２４が側面２１ｆに接触していてもよい。
【００７１】
また、細胞評価装置は、後方散乱光画像取得装置に代えて、暗視野画像取得装置、明視野画像取得装置、位相差画像取得装置、或いは微分干渉画像取得装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１Ａ…細胞評価装置、２Ａ…後方散乱光画像取得装置、１０Ａ…試料保持部、１１…シャーレ、１３…水、２０Ａ…光照射装置、２１…導光部材、２２…光源装置、３０…画像取得装置、４０…データ処理装置、４１…解析領域設定部、４２…データ取得部、４３…正規化部、４４…パラメータ取得部、４５…評価部、５１…表示装置、５２…入力装置、６０…光学画像データ、６１…二次元画像、Ｃ…心筋細胞、Ｌ１…照射光、Ｌ２…散乱光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心筋細胞の拍出力を評価するための細胞評価方法、細胞評価装置、及び細胞評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓の機能を評価するとき、血液を排出する力である拍出力を評価パラメータとして用いることがある。このような評価方法に関して、特許文献１には、光学的手法を用いて心筋細胞の拍動を検出する方法が記載されている。この方法では、心筋細胞の拍動に伴う体積の変化を光学的に計測して、心筋細胞の体積の経時変化を示す波形を取得する。そして、この波形を時間微分して、時間微分値を示す波形を求める。さらに、この微分波形の傾きに基づいて、心筋細胞の収縮速度を算出する。このような収縮速度を算出する手法を用いて、薬物を含む培養液に配置した心筋細胞の収縮速度、及び薬物を含まない培養液に載置した心筋細胞の収縮速度を取得する。最終的に、それぞれの収縮速度、即ち拍出量を比較して心筋細胞に対する薬物の毒性を評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０―１３０９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
拍動する心筋細胞では、例えば種々のイオン成分の流入出があるが、イオン成分の流入出量は心筋細胞の体積に比べてわずかである。そのため、拍動する心筋細胞における体積の変化は微小であるので、上記特許文献１に記載の評価方法では心筋細胞の拍出力を精度良く検出することは困難である。
【０００５】
上述した問題点に鑑みて、本発明は、心筋細胞の拍出力を精度良く評価することができる細胞評価方法、細胞評価装置及び細胞評価プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明の細胞評価方法は、心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価方法であって、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得ステップと、光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定ステップと、解析領域の画素に基づいて、心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得ステップと、データ取得ステップにおいて取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞の拍出力を評価する評価ステップと、を備える。
【０００７】
或いは、本発明の細胞評価装置は、心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価装置であって、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得手段と、光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段と、解析領域の画素に基づいて、心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段と、データ取得手段において取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞の拍出力を評価する評価手段と、を備える。
【０００８】
或いは、本発明の細胞評価プログラムは、心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価プログラムであって、コンピュータを、画像取得手段によって取得された、透明な試料ケース上に付着した心筋細胞の光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段、解析領域の画素に基づいて、心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段、及びデータ取得手段において取得された面積データ及び厚みデータの少なくとも一方に基づいて、心筋細胞の拍出力を評価する評価手段、として機能させる。
【０００９】
このような、細胞評価方法、細胞評価装置、或いは細胞評価プログラムによれば、光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞の領域を示す解析領域を設定する。従って、光学画像データを構成する画素に解析対象であることを示すラベルを付すことなく、心筋細胞の拍出力を評価することができる。さらに、心筋細胞の領域を示す解析領域が有する面積の経時変化、及び心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方に基づいて心筋細胞の拍出力を評価する。試料ケース上に付着した心筋細胞の拍動に伴う心筋細胞の面積及び厚みの変化は、心筋細胞の体積の変化よりも大きいので、心筋細胞の拍出力を精度良く評価することができる。
【００１０】
本発明の細胞評価方法では、光学画像データが、心筋細胞からの後方散乱光による光学画像からなっていてもよい。これによれば、光学画像データにおける画素毎の輝度値に基づいて心筋細胞の厚みを精度良く取得することができる。さらに、光学画像データにおける解析領域の画素数に基づいて心筋細胞の面積を精度良く取得することができる。
【００１１】
本発明の細胞評価方法は、心筋細胞の厚みが、解析領域の画素毎における輝度値の平均値に基づいて算出されてもよい。これによれば、心筋細胞の厚みを容易且つ精度良く取得することができる。
【００１２】
本発明の細胞評価方法では、心筋細胞が占める領域の面積が、解析領域に含まれた画素の数に基づいて算出されてもよい。これによれば、光学画像データにおいて心筋細胞が占める領域の面積を容易且つ精度良く取得することができる。
【００１３】
本発明の細胞評価方法は、心筋細胞の厚みの極値に基づいて、心筋細胞の厚みの値を正規化する厚み正規化ステップをさらに有していてもよい。心筋細胞の形状や大きさにより、光学画像データにおいて心筋細胞が存在する領域の輝度値の絶対値が異なることがある。このような構成によれば、輝度値の絶対値が異なる心筋細胞の間において、心筋細胞の拍出力を比較して評価することができる。
【００１４】
本発明の細胞評価方法は、心筋細胞が占める領域の面積の極値に基づいて、心筋細胞が占める領域の面積の値を正規化する面積正規化ステップをさらに有していてもよい。心筋細胞の形状や大きさにより、光学画像データにおいて心筋細胞が占める画素数の絶対値が異なることがある。このような構成によれば、画素数の絶対値が異なる心筋細胞の間において、心筋細胞の拍出力を比較して評価することができる。
【００１５】
本発明の細胞評価方法の評価ステップでは、面積データから算出された、心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの速度、及び、厚みデータから算出された、心筋細胞の厚みが変化するときの速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞の拍出力を評価してもよい。また、本発明の細胞評価方法の評価ステップでは、面積データから算出された、心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの加速度、及び厚みデータから算出された、心筋細胞の厚みが変化するときの加速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞の拍出力を評価してもよい。このような構成によれば、心筋細胞の拍出力を好適に評価することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による細胞評価方法、細胞評価装置及び細胞評価プログラムによれば、光学画像データに基づいて心筋細胞の拍出力を精度良く評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】細胞評価装置の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】データ処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】細胞評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図５】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図６】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図７】細胞評価方法におけるパラメータを説明するための図である。
【図８】細胞評価方法におけるパラメータを説明するための図である。
【図９】細胞評価方法におけるパラメータを説明するための図である。
【図１０】細胞評価方法の一工程を説明するための図である。
【図１１】記録媒体に記録されたプログラムを実行するためのコンピュータのハードウェア構成を示す図である。
【図１２】記録媒体に記録されたプログラムを実行するためのコンピュータの斜視図である。
【図１３】細胞評価方法の効果を説明するための図である。
【図１４】細胞評価装置の変形例を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明による細胞評価装置、細胞評価方法、及び細胞評価プログラムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明による細胞評価装置１Ａの一実施形態を模式的に示す構成図である。細胞評価装置１Ａは、後方散乱光画像取得装置２Ａ、及びデータ処理装置４０を備える。後方散乱光画像取得装置２は、試料保持部１０Ａ、光照射装置２０Ａ及び画像取得装置３０を備える。
【００２０】
試料保持部１０Ａは、透明な試料ケースであるシャーレ１１を含む。シャーレ１１は、例えば石英ガラスからなり、光照射装置２０Ａから照射される照射光Ｌ１を透過すると共に、心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を透過する。シャーレ１１の内部には溶液１２が収容されている。溶液１２の中には心筋細胞Ｃが配置されている。心筋細胞Ｃの一部はシャーレ１１の底面１１ｂに付着している。心筋細胞Ｃは、コラーゲンなどのコーティング剤によりコーティングされていてもよいし、コーティングされていなくてもよい。
【００２１】
光照射装置２０Ａは、導光部材２１、光源装置２２を備える。光照射装置２０Ａは、心筋細胞Ｃを収容したシャーレ１１に対して照射光Ｌ１を照射する。導光部材２１は、主面２１ｓ、主面２１ｓの反対側にある裏面２１ｒ、及び主面２１ｓと略直交する側面２１ｆを有する板状部材である。導光部材２１は、例えば石英ガラス等の透光性部材により構成されている。主面２１ｓ上には水１３を介してシャーレ１１が載置されている。導光部材２１の近傍には、側面２１ｆに近接するように光源装置２２が配置されている。
【００２２】
光源装置２２は、光源部２３及びフィルタ部２４を備える。光源部２３は、フレーム部材に複数のＬＥＤが配置された構造を有する。これら複数のＬＥＤは、導光部材２１の側面２１ｆから導光部材２１に指向性を有する照射光Ｌ１を入射する。フィルタ部２４は、特定の波長帯域の光のみを透過するショートパスフィルタ或いはバンドパスフィルタ等である。このフィルタ部２４はＬＥＤから照射される光から、測定に適した波長の照射光Ｌ１のみを透過する。このように、光源部２３及びフィルタ部２４とを組み合わせることにより、測定に適した波長の光を導光部材２１へ入射させることができるので、測定精度を高めることができる。
【００２３】
なお、光源部２３の光源は、上記したＬＥＤに限定されることはない。例えば、キセノンランプ等の白色光源を用いてもよい。この場合、ＬＥＤでは実現できない波長の光を照射光として心筋細胞Ｃに照射することができる。
【００２４】
光照射装置２０Ａは、導光部材２１に対して導光部材２１の側面２１ｆから照射光Ｌ１を入射する。導光部材２１に入射した照射光Ｌ１は、導光部材２１の主面２１ｓ及び裏面２１ｒにおいて全反射される。この照射光Ｌ１の一部は、主面２１ｓとシャーレ１１との間の水１３が配置された領域からシャーレ１１内に入射する。この照射光Ｌ１は、導光部材２１と水１３との屈折率差から、主面２１ｓと平行な方向に向けて屈折して、シャーレ１１内に照射される。これにより、シャーレ１１に入射する照射光Ｌ１はシャーレ１１の深さ方向に対して傾きをもつ。従って、溶液１２に照射される照射光Ｌ１が比較的少なくなるので、溶液１２に照射光Ｌ１が照射されることにより生じる背景光ノイズを低減できる。
【００２５】
光照射装置２０Ａでは、導光部材２１の主面２１ｓ上に水１３を配置して、導光部材２１の屈折率と水１３の屈折率とに基づく臨界角を所定の値に設定することにより、シャーレ１１内に照射光Ｌ１を照射している。シャーレ１１内に照射光Ｌ１を照射する手段はこれに限られることはなく、例えば、主面２１ｓに溝などの所望の形状を形成して主面２１ｓに対する照射光Ｌ１の入射角を所定の値に設定することにより、シャーレ１１内に照射光Ｌ１を照射してもよい。
【００２６】
画像取得装置３０は、撮像装置３１及びレンズ３２を備える。画像取得装置３０は、導光部材２１上においてシャーレ１１が載置された位置の下方に設けられ、シャーレ１１内の心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を検出する。詳細には、この画像取得装置３０は、シャーレ１１内に保持された心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含む二次元光像を検出して、光学画像データを取得する画像取得手段である。画像取得装置３０は、複数の画素が二次元に配列された二次元画素構造を有する撮像装置３１を備える。この撮像装置３１は、心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２による二次元の光検出画像である後方散乱光画像を取得可能に構成されている。撮像装置３１としては、例えば高感度のＣＣＤカメラやＣＭＯＳイメージカメラを用いることができる。また、必要があれば、カメラの前段にイメージ増倍管、リレーレンズ等を配置して画像取得装置３０を構成してもよい。
【００２７】
また、導光部材２１と撮像装置３１との間には、レンズ３２が配置されている。レンズ３２は、散乱光Ｌ２を撮像装置３１に結像する。なお、必要であれば導光部材２１とレンズ３２との間、或いはレンズ３２と撮像装置３１との間に光学フィルタ等の光学部材を配置してもよい。
【００２８】
データ処理装置４０は、画像取得装置３０に接続されている。このデータ処理装置４０は、画像取得装置３０によって取得された光学画像データに対して解析処理を行う解析処理手段である。また、光照射装置２０Ａの動作がデータ処理装置４０により制御されることにより、照射光Ｌ１の照射が制御されても良い。また、データ処理装置４０は、解析処理結果等を表示する表示装置５１、及び細胞評価に必要な指示の入力やデータの入力等に用いられる入力装置５２と接続されている。
【００２９】
以上の構成において、シャーレ１１内に付着した心筋細胞Ｃに対し、導光部材２１を介して光源部２３から供給された照射光Ｌ１が照射される。そして、心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含む二次元光像は、レンズ３２を介して撮像装置３１へと導かれ、撮像装置３１によって光学画像データが取得される。画像取得装置３０によって取得された光学画像データは、データ処理装置４０へと送られる。そして、データ処理装置４０は、入力された光学画像データに基づいて心筋細胞Ｃの拍出力の評価に必要な処理を行う。
【００３０】
図２は、細胞評価装置１Ａが備えるデータ処理装置４０の概略構成を示す機能ブロック図である。データ処理装置４０は、光学画像データにおいて心筋細胞の領域を示す解析領域を設定し、その解析領域が占める面積の経時変化を示す面積データ、及び心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方を取得することにより、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する情報処理装置である。この光学画像データは、上述したシャーレ１１内に保持された心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含むシャーレ１１を撮影した動画像を、デジタルデータに変換したものである。なお、光学画像データは、通信ネットワークやＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、半導体メモリ等の記録媒体を介してデータ処理装置４０に入力されてもよい。
【００３１】
データ処理装置４０は、機能的構成要素として、解析領域設定部（領域設定手段）４１、データ取得部（データ取得手段）４２、正規化部（正規化手段）４３、パラメータ取得部（パラメータ取得手段）４４、及び評価部（評価手段）４５を備える。データ処理装置４０は、画像取得装置３０、表示装置５１及び入力装置５２と接続されている。
【００３２】
解析領域設定部４１は、画像取得装置（画像取得手段）３０から入力された光学画像データに対して解析領域を設定する。解析領域は、画像取得装置３０によって取得された光学画像データにおいて心筋細胞Ｃが占める領域である。解析領域は、光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて解析領域設定部４１により設定される。解析領域設定部４１はデータ取得部４２と接続されており、解析領域の設定情報が解析領域設定部４１からデータ取得部４２に出力される。
【００３３】
データ取得部４２は、光学画像データから心筋細胞Ｃの拍出力の評価に必要なデータを取得する。データ取得部４２は解析領域設定部４１と接続されており、解析領域設定部４１から解析領域の設定情報が入力される。データ取得部４２では、心筋細胞Ｃの厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び心筋細胞Ｃが占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方が取得される。データ取得部４２は、解析領域の設定情報に基づいて面積データ及び厚みデータを取得する。心筋細胞Ｃの厚みは、光学画像データにおける解析領域の輝度値と相関がある。このため、心筋細胞Ｃの厚みは解析領域の画素毎における輝度値の平均値、或いは画素毎の輝度値を全て足し合わせた総輝度値に基づいて算出される。心筋細胞Ｃの面積は解析領域に含まれた画素の数に基づいて算出される。データ取得部４２は正規化部４３と接続されており、厚みデータ及び面積データがデータ取得部４２から正規化部４３に出力される。
【００３４】
正規化部４３は、厚みデータ及び面積データを正規化する。正規化部４３は、データ取得部４２と接続されており、データ取得部４２から厚みデータ及び面積データが入力される。正規化部４３では、厚みデータから心筋細胞Ｃの厚みの極値であるピーク値（極大値）及びボトム値が取得される。このピーク値及びボトム値に基づいて、例えば、ピークの値が１００であり、ボトムの値が０になるように厚みデータを正規化する。また、正規化部４３は、面積データから心筋細胞Ｃの面積の極値であるピーク値（極小値）及びベース値を取得する。このピーク値及びベース値に基づいて、例えば、ピークの値が１００であり、ベースの値が０になるように面積データを正規化する。このように、厚みデータおよび面積データの正規化は、ピーク値及びボトム値に基づく相対値にすることで行われる。正規化部４３はパラメータ取得部４４と接続されており、正規化された厚みデータ及び正規化された面積データが正規化部４３からパラメータ取得部４４に出力される。なお、正規化部４３は、例えば互いに異なる大きさを有する心筋細胞同士を比較するときのように、必要に応じて設けることができる。なお、データ取得部４２から入力されるデータは、厚みデータもしくは面積データであればよい。
【００３５】
パラメータ取得部４４は、正規化された厚みデータ及び正規化された面積データから、心筋細胞Ｃの拍出力を評価するための所望のパラメータを取得する。パラメータ取得部４４は正規化部４３と接続されており、正規化部４３から正規化された厚みデータ及び正規化された面積データが入力される。なお、パラメータ取得部４４には、データ取得部４２から正規化されていない厚みデータ及び正規化されていない面積データが入力されてもよい。パラメータ取得部４４は評価部４５と接続されており、取得された所望のパラメータがパラメータ取得部４４から評価部４５に出力される。所望のパラメータの詳細は後述する。
【００３６】
評価部４５は、パラメータ取得部４４において取得された所望のパラメータに基づいて、心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。評価部４５はパラメータ取得部４４と接続されており、パラメータ取得部４４から取得されたパラメータが入力される。評価部４５では、取得されたパラメータに基づいて心筋細胞Ｃの拍出力が評価される。例えば、事前に取得された心筋細胞の基準となるパラメータと、パラメータ取得部４４において取得されたパラメータとを比較して、個々の心筋細胞Ｃの状態を評価する。また、所定の心筋細胞Ｃに薬剤を分注した後に、薬剤分注の前後におけるパラメータ変動の有無を確認することにより、薬剤分注による経時変化を評価する。評価部４５は表示装置５１と接続されており、評価結果が評価部４５から表示装置５１に出力される。
【００３７】
次に、細胞評価装置１Ａによって実行される細胞評価方法を説明すると共に、本実施形態の細胞評価方法について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る細胞評価方法の主要なステップを説明するための図である。
【００３８】
工程Ｓ１では、画像取得装置３０が、シャーレ１１の内部に保持された心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を含むシャーレ１１の二次元光像を検出して、二次元光像の光学画像データを取得する（画像取得ステップ）。ここで、図４（ａ）に示されるように、光学画像データ６０とは、所定の時間間隔Δｔで検出された二次元画像６１を経時的に並べた二次元画像６１の集まりである。これにより、各画素の輝度値の時間変化及び解析領域を構成する画素数の時間変化を取得することが可能となる。なお、光学画像データ６０は、心筋細胞Ｃからの後方散乱光の二次元画像６１の集まりであるが、これ以外の種類の二次元画像６１の集まりであってもよい。例えば、二次元画像６１は、透過照明画像、定量位相差画像、微分干渉画像、或いは自家蛍光画像等であってもよい。
【００３９】
心筋細胞Ｃが保持されたシャーレ１１の二次元光像が画像取得装置３０の撮像装置３１で検出されて、光学画像データ６０が取得される。光学画像データ６０は、予め設定された時間の間だけ取得される。光学画像データ６０の取得を開始するタイミングは、心筋細胞Ｃに投薬により刺激を与える前であってもよいし、心筋細胞Ｃに刺激を与えた後であってもよい。また、光学画像データ６０の取得中に投薬により刺激を与えてもよい。設定される時間は、例えば輝度値の変化においてボトム値からピーク値へ変化し、その後ボトム値まで戻るまで、即ち、少なくとも心筋細胞Ｃにおける拍動の一周期分の波形が確認できる時間であればよい。また、一周期分の波形が確認される時間よりも長く設定され、複数の波形が確認できる時間であってもよい。取得された光学画像データ６０は、画像取得装置３０からデータ処理装置４０へ入力される。
【００４０】
工程Ｓ２では、データ処理装置４０の解析領域設定部４１が、工程Ｓ１で取得された光学画像データ６０を構成する二次元画像６１の各画素における輝度値に基づいて、二次元画像６１毎に解析領域を設定する（領域設定ステップ）。図４（ｂ）部を参照すると、工程Ｓ２では、まず測定領域Ｒ１を手動で設定する。次に、測定領域Ｒ１内において、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素であるか否かの判定が自動的に行われる。この判定では、測定領域Ｒ１内において所定の閾値以上の輝度値を有する画素を、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素として特定する。この所定の閾値は、背景画素の輝度値と心筋細胞Ｃの領域の輝度値との間の値に設定される。また、解析領域ＲＣは、光学画像データ６０を構成する複数の二次元画像６１毎に設定される。これにより、測定領域Ｒ１内において、心筋細胞Ｃが占める領域である解析領域ＲＣが設定される。
【００４１】
なお、工程Ｓ２は、上述した工程に限定されるものではない。例えば、測定領域Ｒ１を設定することなく、光学画像データ６０の全領域を測定領域Ｒ１として、所定の閾値以上の輝度値を有する画素を心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素として特定してもよい。これによれば、手動で測定領域Ｒ１を設定する工程を省略することができるので、工程Ｓ２の処理を自動化して、効率よく処理を実行することができる。また、二次元画像６１の画素毎における輝度値の時間変化に基づいて、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素であるか否かの判定を行ってもよい。これによれば、心筋細胞Ｃが占める領域の境界を精度良く判定できるので、解析領域ＲＣを精度良く設定することができる。
【００４２】
また、光学画像データ６０において最も高い輝度値を有する画素のみ、或いは最も高い輝度値を有する画素に近接する複数の画素からなる領域を解析領域ＲＣとしてもよい。この方法では、輝度値に基づいた心筋細胞Ｃの厚みデータを取得することができる。また、光学画像データ６０の全領域を解析領域ＲＣとして設定してもよい。例えば、高倍率で心筋細胞Ｃを観察することにより、画像取得装置３０で観察される領域が心筋細胞Ｃの占める領域よりも狭くなっていてもよい。この方法では、輝度値に基づいた心筋細胞Ｃの厚みデータを取得することができる。
【００４３】
工程Ｓ３は、データ処理装置４０のデータ取得部４２により実行され、工程Ｓ２で設定された解析領域ＲＣから面積データ及び厚みデータを取得する（データ取得ステップ）。厚みデータを取得する場合には、光学画像データ６０を構成する複数の二次元画像６１毎に、解析領域ＲＣ内の画素が有する輝度値を取得し、これらの輝度値の平均値、又は輝度値を全て足し合わせた総輝度値を算出する。図５（ａ）は算出した平均輝度値の経時変化を示す。心筋細胞Ｃの拍動により、心筋細胞Ｃの厚みが変動する。そのため、解析領域ＲＣ内の画素の平均輝度値が変化する。面積データを取得する場合には、光学画像データ６０を構成する複数の二次元画像６１毎に、解析領域ＲＣ内の画素数をカウントする。図５（ｂ）はカウントした画素数の経時変化を示す。心筋細胞Ｃの拍動により、光学画像データ６０において心筋細胞Ｃが占める領域の面積が変動する。そのため、心筋細胞Ｃが占める領域を構成する画素数が変化する。
【００４４】
なお、工程Ｓ２において光学画像データ６０を構成する全ての二次元画像６１に解析領域ＲＣを設定した後に、工程Ｓ３において解析領域ＲＣから面積データ及び厚みデータを取得してもよい。また、一の二次元画像６１について工程Ｓ２において解析領域ＲＣを設定し、続いて工程Ｓ３において面積値及び輝度値を取得してもよい。即ち、一の二次元画像６１について工程Ｓ２及び工程Ｓ３を連続して実施してもよい。
【００４５】
図６（ａ）のグラフＧ１は心筋細胞Ｃ１が占める領域を構成する画素の平均輝度値の経時変化、グラフＧ２は心筋細胞Ｃ２が占める領域を構成する画素の平均輝度値の経時変化を、及びグラフＧ３は心筋細胞Ｃ３が占める領域を構成する画素の平均輝度値の経時変化を示す。図６（ａ）を参照すると、心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３は細胞の形状や大きさが互いに異なるので、平均輝度値の経時変化は互いに異なっている。このような場合には、心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３の拍出力を比較して精度良く評価することが困難であるので、工程Ｓ４において面積データ及び厚みデータが正規化される。
【００４６】
工程Ｓ４は、データ処理装置４０の正規化部４３により実行され、工程Ｓ３で取得された面積データ及び厚みデータを正規化する（面積正規化ステップ、厚み正規化ステップ）。ここでは、輝度値に基づく厚みデータを正規化する工程を例に説明する。図６（ａ）に示されるグラフＧ１〜Ｇ３から、まず平均輝度値の経時変化におけるそれぞれのピーク値（極大値）Ｐ１〜Ｐ３を取得する。次に、グラフＧ１〜Ｇ３から、平均輝度値の経時変化におけるボトム値Ｂ１〜Ｂ３を取得する。そして、下記式（１）により、輝度値に基づく厚みデータを正規化する。
正規化された輝度値＝（輝度値−ボトム値）／ピーク値×１００ …（１）
上述した工程により、図６（ｂ）に示されるように、グラフＧ１〜Ｇ３は、ボトム値を０としピーク値を１００とした相対値に変換される。
【００４７】
工程Ｓ５は、データ処理装置４０のパラメータ取得部４４により実行され、工程Ｓ４で正規化された面積データ及び正規化された厚みデータから所望のパラメータを取得する。所望のパラメータには、拍動速度、拍動加速度、積分値、ピーク振幅、ピーク変化率、ピーク周波数及び拍動時間がある。
【００４８】
心筋細胞Ｃに薬剤を分注する前後では、厚さデータ及び面積データのピーク立ち上がり時間に変化が生じる場合がある。ベースからピークまでの立ち上がり速度（拍動速度）及び立ち上がり加速度（拍動加速度）と、ピークからベースまでの下がり速度（拍動速度）及び下がり加速度（拍動加速度）とは、心筋細胞Ｃの拍出力と相関がある。従って、この拍動速度及び拍動加速度により心筋細胞Ｃの拍出力を評価できる。
【００４９】
図７（ａ）は、図６（ａ）に示した心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３の拍動速度を示す。グラフＧ７は心筋細胞Ｃ１の拍動速度を示し、グラフＧ８は心筋細胞Ｃ２の拍動速度を示し、グラフＧ９は心筋細胞Ｃ３の拍動速度を示す。拍動速度は、心筋細胞Ｃの面積が変化する速度、或いは心筋細胞Ｃの厚みが変化する速度である。この拍動速度は、面積データ或いは厚みデータを時間で微分することにより得られる。
【００５０】
図７（ｂ）は、図６（ａ）に示した心筋細胞Ｃ１〜Ｃ３の拍動加速度を示す。グラフＧ１０は心筋細胞Ｃ１の拍動加速度を示し、グラフＧ１１は心筋細胞Ｃ２の拍動加速度を示し、グラフＧ１２は心筋細胞Ｃ３の拍動加速度を示す。拍動加速度は、心筋細胞Ｃの面積が変化する加速度、或いは心筋細胞Ｃの厚みが変化する加速度である。この拍動加速度は、面積データ或いは厚みデータを時間で２回微分することにより得られる。
【００５１】
図８（ａ）は輝度値に基づく厚みデータＧ１３における積分値を説明するための図であり、図８（ｂ）は画素数に基づく面積データＧ１４における積分値を説明するための図である。積分値は、ピーク波形における厚み値、或いは面積値を時間により積分した値である。厚みデータＧ１３における積分値Ａ１、Ａ２は、ボトム値を示す線Ｍ１とピーク波形Ｗ１とにより囲まれた領域の面積、或いはボトム値を示す線Ｍ１とピーク波形Ｗ２とにより囲まれた領域の面積として計算される。面積データＧ１４における積分値Ａ３、Ａ４は、ベース値を示す線Ｍ２とピーク波形Ｗ３とにより囲まれた領域の面積、或いはベース値を示す線Ｍ２とピーク波形Ｗ４とにより囲まれた領域の面積として計算される。
【００５２】
図８（ｃ）は厚みデータＧ１５におけるピーク振幅及びピーク変化率を説明するための図であり、図８（ｄ）は面積データＧ１６におけるピーク振幅及びピーク変化率を説明するための図である。ピーク振幅は、厚みデータ或いは面積データにおけるボトム値からピーク値までの差分である。図８（ｃ）を参照すると、厚みデータＧ１５のピーク振幅Ａ５、Ａ６は、厚みデータＧ１５のボトム値Ｂ４と、厚みデータＧ１５のそれぞれのピークが有する極大値Ｐ４、Ｐ５と、を取得した後に、それぞれの極大値Ｐ４、Ｐ５からボトム値Ｂ４を引くことにより得られる（Ａ５＝Ｐ４−Ｂ４、Ａ６＝Ｐ５−Ｂ４）。図８（ｄ）を参照すると、面積データＧ１６のピーク振幅Ａ７、Ａ８は、面積データＧ１６のベース値Ｂ５と、面積データＧ１６のそれぞれのピークが有する極小値Ｐ６、Ｐ７と、を取得した後に、それぞれの極小値Ｐ６、Ｐ７からベース値Ｂ５を引いた値の絶対値をとることにより得られる（Ａ７＝｜Ｐ６−Ｂ５｜、Ａ８＝｜Ｐ７−Ｂ５｜）。
【００５３】
ピーク変化率は、厚みデータ或いは面積データにおけるボトム値に対するピーク値の比率である。図８（ｃ）を参照すると、厚みデータＧ１５のピーク変化率は、厚みデータＧ１５のボトム値Ｂ４と、厚みデータＧ１５のそれぞれのピークが有する極大値Ｐ４、Ｐ５と、を取得した後に、それぞれの極大値Ｐ４、Ｐ５をボトム値Ｂ４で除することにより得られる（Ｐ４／Ｂ４、Ｐ５／Ｂ４）。図８（ｄ）を参照すると、面積データＧ１６のピーク変化率は、面積データＧ１６のベース値Ｂ５と、面積データＧ１６のそれぞれのピークが有する極小値Ｐ６、Ｐ７と、を取得した後に、それぞれの極小値Ｐ６、Ｐ７をベース値Ｂ５で除することにより得られる（Ｐ６／Ｂ５、Ｐ７／Ｂ５）。
【００５４】
図９（ａ）は厚みデータＧ１７におけるピーク周波数Ｆ１、Ｆ２を説明するための図であり、図９（ｂ）は面積データＧ１８におけるピーク周波数Ｆ３、Ｆ４を説明するための図である。ピーク周波数は、厚みデータにおける隣接するピークの時間差（周波数）、及び面積データにおける隣接するピークの時間差（周波数）である。図９（ａ）を参照すると、厚みデータＧ１７のピーク周波数Ｆ１、Ｆ２は、それぞれのピークの時間ｔ１〜ｔ４を取得した後に、一のピークから該一のピークに隣り合う次のピークまでの時間差を算出することにより得られる（Ｆ１＝ｔ２−ｔ１、Ｆ２＝ｔ４−ｔ３）。図９（ｂ）を参照すると、面積データＧ１８のピーク周波数Ｆ３、Ｆ４は、それぞれのピークの時間ｔ５〜ｔ８を取得した後に、一のピークから該一のピークに隣り合う次のピークまでの時間差を算出することにより得られる（Ｆ３＝ｔ６−ｔ５、Ｆ４＝ｔ８−ｔ７）。
【００５５】
図９（ｃ）は厚みデータＧ１９における拍動時間Ｊ１、Ｊ２を説明するための図であり、図９（ｄ）は面積データＧ２０における拍動時間Ｊ３、Ｊ４を説明するための図である。拍動時間は、厚みデータにおいてボトム値からピーク値への変化が始まる起点からボトム値に戻るまでの時間である。或いは、面積データにおいてベース値からピーク値への変化が始まる起点からベース値に戻るまでの時間である。図９（ｃ）を参照すると、厚みデータＧ１９の拍動時間Ｊ１、Ｊ２は、ボトム値からピーク値への変化が始まる起点の時間ｔ９、ｔ１１、及びピーク値からボトム値に戻った時間ｔ１０、ｔ１２を取得した後に、起点の時間からボトム値に戻った時間までの時間差を算出することにより得られる（Ｊ１＝ｔ１０−ｔ９、Ｊ２＝ｔ１２−ｔ１１）。図９（ｄ）を参照すると、厚みデータＧ２０の拍動時間Ｊ３、Ｊ４は、ベース値からピーク値への変化が始まる起点の時間ｔ１３、ｔ１５、及びピーク値からベース値に戻った時間ｔ１４、ｔ１６を取得した後に、起点の時間からベース値に戻った時間までの時間差を算出することにより得られる（Ｊ３＝ｔ１４−ｔ１３、Ｊ４＝ｔ１６−ｔ１５）。
【００５６】
なお、心筋細胞Ｃの拍出力を評価するパラメータとしては、拍動加速度及び拍動速度が最も好適であり、次に積分値が好適である。ピーク振幅、ピーク変化率、ピーク周波数及び拍動時間でも心筋細胞Ｃの拍出力を評価することが可能である。
【００５７】
工程Ｓ６は、データ処理装置４０の評価部４５により実行される（評価ステップ）。工程Ｓ６では、工程Ｓ５で取得されたパラメータに基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。例えば、事前に取得された心筋細胞Ｃの基準となるパラメータと、工程Ｓ５において取得されたパラメータとを比較して、心筋細胞Ｃの状態を評価する。また、所定の心筋細胞Ｃに薬剤を分注した後に、薬剤分注の前後におけるパラメータ変動の有無を確認することにより、薬剤の分注による心筋細胞Ｃの拍出力の変化を評価する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、心筋細胞Ｃに薬剤を分注する前後における、厚みデータＧ２１と面積データＧ２２とを示す。図１０（ａ）を参照すると、薬剤を分注したタイミングＹの前後において、分注前の積分値Ａ９と分注後の積分値Ａ１１、分注前のピーク振幅Ａ１０と分注後のピーク振幅Ａ１２、分注前のピーク周波数Ｆ５と分注後のピーク周波数Ｆ６、分注前の拍動時間Ｊ５と分注後の拍動時間Ｊ６において、変化が生じていることがわかる。図１０（ｂ）を参照すると、薬剤を分注したタイミングＹの前後において、分注前の積分値Ａ１３と分注後の積分値Ａ１５、分注前のピーク振幅Ａ１４と分注後のピーク振幅Ａ１６、分注前のピーク周波数Ｆ７と分注後のピーク周波数Ｆ８、分注前の拍動時間Ｊ７と分注後の拍動時間Ｊ８において、変化が生じていることがわかる。これらの変化に基づいて、薬剤が心筋細胞Ｃの拍出力に与える影響を評価する。
【００５８】
以下、コンピュータをデータ処理装置４０として動作させる細胞評価プログラムについて説明する。本実施形態に係る細胞評価プログラムは、記録媒体に格納されて提供される。記録媒体としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、或いはＲＯＭ等の記録媒体、或いは半導体メモリ等が例示される。
【００５９】
図１１は、記録媒体に記録された細胞評価プログラムを実行するためのコンピュータ７０のハードウェア構成を示す図である。図１２は、記録媒体に記憶された細胞評価プログラムを実行するためのコンピュータ７０の斜視図である。コンピュータ７０には、ＣＰＵを具備しソフトウエアによる処理や制御を行うサーバ装置、パーソナルコンピュータ等の各種データ処理装置が含まれる。
【００６０】
図１１に示すように、コンピュータ７０は、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ装置、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置等の読取装置７２と、オペレーティングシステムを常駐させた作業用メモリ（ＲＡＭ）７３と、記録媒体７１に記憶されたプログラムを記憶するメモリ７４と、ディスプレイといった表示装置７５と、入力装置であるマウス７６及びキーボード７７と、データ等の送受を行うための通信装置７８と、プログラムの実行を制御するＣＰＵ７９とを備えている。コンピュータ７０は、記録媒体７１が読取装置７２に挿入されると、読取装置７２から記録媒体７１に格納された細胞評価プログラムにアクセス可能になり、当該細胞評価プログラムによって、細胞評価装置１Ａとして動作することが可能になる。
【００６１】
図１２に示すように、細胞評価プログラムは、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号７９としてネットワークを介して提供されるものであってもよい。この場合、コンピュータ７０は、通信装置７８によって受信した細胞評価プログラムをメモリ７４に格納し、当該細胞評価プログラムを実行することができる。
【００６２】
以上説明した細胞評価方法、細胞評価装置１Ａ、或いは細胞評価プログラムによれば、光学画像データ６０を構成する画素が有する輝度値に基づいて、心筋細胞Ｃの領域を示す解析領域ＲＣを設定する。従って、光学画像データ６０を構成する画素に解析対象であることを示すラベルを付すことなく、心筋細胞Ｃの拍出力を評価できる。さらに、心筋細胞Ｃが占める領域を示す面積の経時変化を示す面積データ、及び解析領域ＲＣにおける心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。シャーレ１１に付着した心筋細胞Ｃの拍動に伴う心筋細胞Ｃの面積及び厚みの変化は、心筋細胞Ｃの拍動に伴う体積の変化よりも大きいので、心筋細胞Ｃの拍出力を精度良く評価することができる。
【００６３】
図１３を参照して、本発明の奏する効果についてさらに説明する。図１３（ａ）は、心筋細胞Ｃが有する体積の変化率の経時変化を示す図である。図１３（ｂ）は、心筋細胞Ｃが有する厚みの変化率の経時変化を示す図である。図１３（ｃ）は、心筋細胞Ｃが有する面積の変化率の経時変化を示す図である。図１３（ｂ）、図１３（ｃ）は、同一の心筋細胞Ｃにおける心筋細胞Ｃの厚みの変化率及び面積の変化率を測定した結果を示している。図１３（ａ）は、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示された心筋細胞Ｃの厚み及び面積から算出された体積の変化率を示している。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）において、図中の目盛りＹ１は５％の変化率を示す。図１３（ａ）を参照すると、拍動による心筋細胞Ｃの体積の変化率Ｙ２は１％程度であることがわかる。一方、図１３（ｂ）を参照すると、拍動による心筋細胞Ｃの厚みの変化率Ｙ３は３〜４％程度であることがわかる。また、図１３（ｃ）を参照すると、拍動による心筋細胞Ｃの面積の変化率Ｙ４は３〜４％程度であることがわかる。即ち、拍動による変化率は、体積の変化率よりも、厚みの変化率或いは面積の変化率の方が大きい。本発明による細胞評価方法、細胞評価装置１Ａ、或いは細胞評価プログラムによれば、面積の経時変化を示す面積データ及び厚みの経時変化を示す厚みデータの少なくとも一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価しているので、体積の経時変化に基づく拍出力の評価よりも心筋細胞Ｃの拍出力を精度良く評価することができる。
【００６４】
また細胞評価方法では、光学画像データ６０が、心筋細胞Ｃからの後方散乱光による光学画像からなる。これによれば、光学画像データ６０における画素毎の輝度値に基づいて心筋細胞Ｃの厚みを精度良く取得することができる。さらに、光学画像データ６０における解析領域ＲＣの画素数に基づいて心筋細胞Ｃの面積を精度良く取得できる。また、後方散乱光による測定では背景光のレベルが低いので、Ｓ／Ｂ比を高くすることが可能である。従って、高精度な測定が可能になるので好適に厚みデータ及び面積データを取得できる。また、培養液１２内に配置した状態の心筋細胞Ｃを観察することが可能であるので、心筋細胞Ｃの細胞状態が好適に維持された形態で、厚みデータ及び面積データを取得できる。また、後方散乱光による光学画像によれば、心筋細胞Ｃの厚みと相関のある輝度値のデータを取得できる。
【００６５】
また細胞評価方法は、心筋細胞Ｃの厚みが解析領域ＲＣに含まれた画素毎における輝度値を平均した値により定義され、心筋細胞Ｃの面積が解析領域ＲＣに含まれた画素の数により定義されている。これによれば、心筋細胞Ｃの厚み及び心筋細胞Ｃが占める面積を好適に取得できる。
【００６６】
また細胞評価方法は、心筋細胞Ｃの厚みのピーク値に基づいて、心筋細胞Ｃの厚みの値を正規化する正規化ステップＳ４と、心筋細胞Ｃが占める領域の面積のピーク値に基づいて、心筋細胞Ｃが占める領域の面積の値を正規化する正規化ステップＳ４とを有している。心筋細胞Ｃの形状や大きさにより、光学画像データ６０における心筋細胞Ｃが占める面積の絶対値、及び光学画像データ６０において心筋細胞Ｃが存在する領域の輝度値の絶対値が異なることがある。面積の値及び輝度値の値を正規化することにより、面積の絶対値、及び輝度値の絶対値が異なる複数の心筋細胞Ｃの間において、心筋細胞Ｃの拍出力を比較して評価することができる。
【００６７】
また、細胞評価方法の評価ステップＳ６では、面積データから算出された、心筋細胞Ｃが占める領域の面積が変化するときの速度、及び厚みデータから算出された、心筋細胞Ｃの厚みが変化するときの速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。また、細胞評価方法の評価ステップＳ６では、面積データから算出された、心筋細胞Ｃが占める領域の面積が変化するときの加速度、及び厚みデータから算出された、心筋細胞Ｃの厚みが変化するときの加速度の少なくとも何れか一方に基づいて心筋細胞Ｃの拍出力を評価する。このような構成によれば、心筋細胞Ｃの拍出力を好適に評価することができる。
【００６８】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、他に様々な変形が可能である。図１４に示すように、透明な試料ケースは心筋細胞が付着した複数の保持部１５を備えたマイクロプレート１６であってもよい。マイクロプレート１６は、複数のウェル（保持部）１５が二次元アレイ状に並設された板状部材であり、その複数のウェル１５のそれぞれにおいて、心筋細胞Ｃを保持可能に構成されている。また、このマイクロプレート１６の底面１７は、心筋細胞Ｃに照射される照射光Ｌ１、及び心筋細胞Ｃからの散乱光Ｌ２を透過可能な材質からなる。導光部材２１Ｂは、本体部２１ｃ及び支持部２１ｄを有する。本体部２１ｃの主面２１ｓの上に本体部２１ｃと一体化された支持部２１ｄが設けられている。導光部材２１Ｂとマイクロプレート１６との間には、水１３又はオイルなどの屈折率が１．３以上である物質が配置されている。水１３又はオイルなどを介して導光部材２１Ｂとマイクロプレート１６とは光学的に接続されている。
【００６９】
導光部材２１と撮像装置３１との間には、導光光学系３４が設置されている。導光光学系３４は、複数のウェル１５のそれぞれに心筋細胞Ｃが保持されたマイクロプレート１６を底面１７側からみた二次元光像を撮像装置３１へと導く光学系である。導光光学系３４の具体的な構成については、マイクロプレート１６及び撮像装置３１の構成等に応じ、必要な機能（例えば集光機能、光像縮小機能等）を実現可能な光学素子によって適宜構成すればよい。そのような光学素子としては、例えばテーパファイバがある（特開２００１−１８８０４４号公報参照）。
【００７０】
また、光照射装置２０Ａでは、光源装置２２が導光部材２１の一の側面２１ｆに配置されているが、図２に示すように、光照射装置２０Ｂは、一の側面２１ｆに光源装置２２が配置され、さらに一の側面２１ｆの反対側にある他の側面２１ｇに光源装置２２が配置されたものであってもよい。また、光照射装置２０Ａでは、光源装置２２のフィルタ部２４と導光部材２１の側面２１ｆとの間には空隙が設けられているが、フィルタ部２４が側面２１ｆに接触していてもよい。
【００７１】
また、細胞評価装置は、後方散乱光画像取得装置に代えて、暗視野画像取得装置、明視野画像取得装置、位相差画像取得装置、或いは微分干渉画像取得装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１Ａ…細胞評価装置、２Ａ…後方散乱光画像取得装置、１０Ａ…試料保持部、１１…シャーレ、１３…水、２０Ａ…光照射装置、２１…導光部材、２２…光源装置、３０…画像取得装置、４０…データ処理装置、４１…解析領域設定部、４２…データ取得部、４３…正規化部、４４…パラメータ取得部、４５…評価部、５１…表示装置、５２…入力装置、６０…光学画像データ、６１…二次元画像、Ｃ…心筋細胞、Ｌ１…照射光、Ｌ２…散乱光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価方法であって、
透明な試料ケース上に付着した前記心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得ステップと、
前記光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定ステップと、
前記解析領域の前記画素に基づいて、前記心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び前記心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップにおいて取得された前記面積データ及び前記厚みデータの少なくとも一方に基づいて、前記心筋細胞の拍出力を評価する評価ステップと、
を備えることを特徴とする、細胞評価方法。
【請求項２】
前記光学画像データは、前記心筋細胞からの後方散乱光による光学画像からなることを特徴とする、請求項１に記載の細胞評価方法。
【請求項３】
前記心筋細胞の厚みは、前記解析領域の画素毎における輝度値の平均値に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞評価方法。
【請求項４】
前記心筋細胞が占める領域の面積は、前記解析領域に含まれた前記画素の数に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項５】
前記心筋細胞の厚みの極値に基づいて、前記心筋細胞の厚みの値を正規化する厚み正規化ステップをさらに有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項６】
前記心筋細胞が占める領域の面積の極値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域の面積の値を正規化する面積正規化ステップをさらに有することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項７】
前記評価ステップは、前記面積データから算出された、前記心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの速度、及び、前記厚みデータから算出された、前記心筋細胞の厚みが変化するときの速度の少なくとも何れか一方に基づいて前記心筋細胞の拍出力を評価することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項８】
前記評価ステップは、前記面積データから算出された、前記心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの加速度、及び、前記厚みデータから算出された、前記心筋細胞の厚みが変化するときの加速度の少なくとも何れか一方に基づいて前記心筋細胞の拍出力を評価することを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項９】
心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価装置であって、
透明な試料ケースに付着した前記心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得手段と、
前記光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段と、
前記解析領域の前記画素に基づいて、前記心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び前記心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段において取得された前記面積データ及び前記厚みデータの少なくとも一方に基づいて、前記心筋細胞の拍出力を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする、細胞評価装置。
【請求項１０】
心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価プログラムであって、
コンピュータを、
画像取得手段によって取得された、透明な試料ケースに付着した前記心筋細胞の光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段、
前記解析領域の前記画素に基づいて、前記心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び前記心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段、及び、
前記データ取得手段において取得された前記面積データ及び前記厚みデータの少なくとも一方に基づいて、前記心筋細胞の拍出力を評価する評価手段、
として機能させることを特徴とする細胞評価プログラム。
【請求項１】
心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価方法であって、
透明な試料ケース上に付着した前記心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得ステップと、
前記光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定ステップと、
前記解析領域の前記画素に基づいて、前記心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び前記心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップにおいて取得された前記面積データ及び前記厚みデータの少なくとも一方に基づいて、前記心筋細胞の拍出力を評価する評価ステップと、
を備えることを特徴とする、細胞評価方法。
【請求項２】
前記光学画像データは、前記心筋細胞からの後方散乱光による光学画像からなることを特徴とする、請求項１に記載の細胞評価方法。
【請求項３】
前記心筋細胞の厚みは、前記解析領域の画素毎における輝度値の平均値に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞評価方法。
【請求項４】
前記心筋細胞が占める領域の面積は、前記解析領域に含まれた前記画素の数に基づいて算出されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項５】
前記心筋細胞の厚みの極値に基づいて、前記心筋細胞の厚みの値を正規化する厚み正規化ステップをさらに有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項６】
前記心筋細胞が占める領域の面積の極値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域の面積の値を正規化する面積正規化ステップをさらに有することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項７】
前記評価ステップは、前記面積データから算出された、前記心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの速度、及び、前記厚みデータから算出された、前記心筋細胞の厚みが変化するときの速度の少なくとも何れか一方に基づいて前記心筋細胞の拍出力を評価することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項８】
前記評価ステップは、前記面積データから算出された、前記心筋細胞が占める領域の面積が変化するときの加速度、及び、前記厚みデータから算出された、前記心筋細胞の厚みが変化するときの加速度の少なくとも何れか一方に基づいて前記心筋細胞の拍出力を評価することを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の細胞評価方法。
【請求項９】
心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価装置であって、
透明な試料ケースに付着した前記心筋細胞の光学画像データを取得する画像取得手段と、
前記光学画像データの画素が有する輝度値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段と、
前記解析領域の前記画素に基づいて、前記心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び前記心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段において取得された前記面積データ及び前記厚みデータの少なくとも一方に基づいて、前記心筋細胞の拍出力を評価する評価手段と、
を備えることを特徴とする、細胞評価装置。
【請求項１０】
心筋細胞の拍出力を評価する細胞評価プログラムであって、
コンピュータを、
画像取得手段によって取得された、透明な試料ケースに付着した前記心筋細胞の光学画像データを構成する画素が有する輝度値に基づいて、前記心筋細胞が占める領域を示す解析領域を設定する領域設定手段、
前記解析領域の前記画素に基づいて、前記心筋細胞の厚みの経時変化を示す厚みデータ、及び前記心筋細胞が占める領域の面積の経時変化を示す面積データの少なくとも一方を取得するデータ取得手段、及び、
前記データ取得手段において取得された前記面積データ及び前記厚みデータの少なくとも一方に基づいて、前記心筋細胞の拍出力を評価する評価手段、
として機能させることを特徴とする細胞評価プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−２１９６１（Ｐ２０１３−２１９６１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９０２８（Ｐ２０１１−１５９０２８）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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