(57)【要約】【課題】塊状細胞の動きを容易に評価することができる方法および装置を提供する。【解決手段】塊状細胞評価装置１は、レーザ光源１０、スペックル像取得部２０、ＳＣ算出部３０、評価部４０および記憶部５０を備える。スペックル像取得部２０は、レーザ光源１０から出力されたレーザ光が塊状細胞９０に照射されることにより塊状細胞９０において生じた前方散乱光による２次元スペックル像を取得する。ＳＣ算出部３０は、各時刻ｔｎのスペックル像Ｉｎのスペックルコントラスト値Ｋｎを算出し、スペックルコントラスト値Ｋ１〜ＫＮのうちの最大値Ｋmaxを求め、各時刻ｔｎのスペックルコントラスト値Ｋｎを最大値Ｋmaxで規格化して規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'を求める。評価部４０は、各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'に基づいて、塊状細胞９０の動きを評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塊状細胞にレーザ光を照射して、そのレーザ光照射により前記塊状細胞において生じた前方散乱光によるスペックル像を時系列で時刻ｔ１〜ｔＮそれぞれに取得するスペックル像取得ステップと、
このスペックル像取得ステップにおいて取得された時刻ｔ１〜ｔＮのうちの各時刻ｔｎのスペックル像のスペックルコントラスト値Ｋｎを算出し、これらスペックルコントラスト値Ｋ１〜ＫＮのうちの最大値Ｋmaxを求め、各スペックルコントラスト値Ｋｎを最大値Ｋmaxで規格化して規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'を求めるＳＣ算出ステップと、
このＳＣ算出ステップにおいて求められた各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ' またはこれから得られる相関時間τｎもしくは速さＶｎに基づいて、前記塊状細胞の動きを評価する評価ステップと、
を備えることを特徴とする塊状細胞評価方法。
【請求項２】
前記スペックル像取得ステップの前または途中に前記塊状細胞に薬剤を投与する薬剤投与ステップを更に備え、
前記評価ステップにおいて、前記塊状細胞の動きの評価結果に基づいて、前記薬剤が前記塊状細胞に与える影響を評価する、
ことを特徴とする請求項１に記載の塊状細胞評価方法。
【請求項３】
前記ＳＣ算出ステップにおいて、各時刻ｔｎのスペックル像を、複数画素で構成される複数の区画像に区画化し、各区画像に対してスペックルコントラスト値Ｋｎを算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の塊状細胞評価方法。
【請求項４】
レーザ光を出力するレーザ光源と、
このレーザ光源から出力されたレーザ光が塊状細胞に照射されることにより前記塊状細胞において生じた前方散乱光によるスペックル像を時系列で時刻ｔ１〜ｔＮそれぞれに取得するスペックル像取得部と、
このスペックル像取得部により取得された時刻ｔ１〜ｔＮのうちの各時刻ｔｎのスペックル像のスペックルコントラスト値Ｋｎを算出し、これらスペックルコントラスト値Ｋ１〜ＫＮのうちの最大値Ｋmaxを求め、各スペックルコントラスト値Ｋｎを最大値Ｋmaxで規格化して規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'を求めるＳＣ算出部と、
このＳＣ算出部により求められた各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ' またはこれから得られる相関時間τｎもしくは速さＶｎに基づいて、前記塊状細胞の動きを評価する評価部と、
を備えることを特徴とする塊状細胞評価装置。
【請求項５】
前記スペックル像取得部によるスペックル像取得の前または途中に前記塊状細胞に薬剤を投与する薬剤投与手段を更に備え、
前記評価部が、前記塊状細胞の動きの評価結果に基づいて、前記薬剤が前記塊状細胞に与える影響を評価する、
ことを特徴とする請求項４に記載の塊状細胞評価装置。
【請求項６】
前記ＳＣ算出部が、各時刻ｔｎのスペックル像を、複数画素で構成される複数の区画像に区画化し、各区画像に対してスペックルコントラスト値Ｋｎを算出する、ことを特徴とする請求項４に記載の塊状細胞評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塊状細胞評価方法および塊状細胞評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば実験用動物の心臓臓器から心筋細胞を分離・摘出し、それをシャーレ等において培養した初代培養細胞を作成し、この初代培養細胞を用いて心筋細胞の評価を行っていた。初代培養すると、或る期間で細胞が単層の状態（シート状）にて水平方向に増殖し、各心筋細胞が同期して拍動（収縮・弛緩）をするようになる。しかし、このように初代培養された細胞は、ヒトの物ではなく、種の違いがあることから、ヒトの心筋細胞についての心毒性評価等での利用に適していない。
【０００３】
近年では、ｉＰＳ細胞またはＥＳ細胞等の幹細胞を培養する技術の進歩に伴い、細胞の３次元集合体である塊状細胞を人工的に作成することができるようになり、この塊状細胞の評価（例えば、薬剤が投与されたときの塊状細胞の変化の評価）が重要になってきている。ヒトｉＰＳ細胞またはヒトＥＳ細胞から作られる心筋細胞を試料として用い薬効評価を行うことは、ヒト由来の細胞を利用することができることから、薬の薬効および安全性を評価する上で極めて重要なことである。ヒトｉＰＳ細胞またはヒトＥＳ細胞から作られる心筋細胞の３次元集合体である心筋塊は、心筋細胞だけでなく細胞周辺を保持する繊維芽細胞等も混合されて培養されたものであり、ヒトの心臓に近似した条件で評価することが可能である。
【０００４】
ところで、細胞の２次元集合体であるシート状細胞については評価方法が非特許文献１に提案されている。シート状心筋は心筋細胞をほぼ１００％になるように分取して培養されたものであるから、シート状心筋の評価は実際の心臓とは異なる状態での評価となる。また、シート状細胞は、個々の細胞がシャーレの底面等の基板に接着していることから、薬効による動きの変化が当該接着によって抑制されているので、正確な動きの評価を行うことができない。
【０００５】
これに対して、塊状細胞では、基板近傍の細胞の動きは基板との接着により抑制されるものの、基板から離れた箇所にある細胞の動きは上記抑制効果が少ない。それ故、塊状細胞は、シート状細胞と比べて正確に動きを評価することができ、また、薬効による動きの変化を生理的に反映し易く、創薬上の心毒性評価等をする上で好適な状態である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Hayakawa T, "Noninvasiveevaluation of contractile behavior of cardiomyocyte monolayers based on motionvector analysis," Tissue Engineering Part C, Vol.18, No.1, pp.21-32, 2012.
【非特許文献２】Peterson DW, Griffith DW Jr, Napolitano CA., “Decreasedmyocardial contractility in papillary muscles from atherosclerotic rabbits,” CircRes. 1979 Sep;45(3):338-46.
【非特許文献３】茆原るり、“心筋細胞興奮収縮連関におよぼす第3のキナーゼ系  Rhoキナーゼの役割について”埼玉医科大学雑誌  第31巻  第2号  平成16年4月103
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載された方法は、２次元的な動きをするシート状細胞を評価することを意図したものであり、３次元的な動きをする塊状細胞を評価することは困難である。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、塊状細胞の動きを容易に評価することができる方法および装置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】
【０００８】
本発明の塊状細胞評価方法は、(1) 塊状細胞にレーザ光を照射して、そのレーザ光照射により塊状細胞において生じた前方散乱光によるスペックル像を時系列で時刻ｔ１〜ｔＮそれぞれに取得するスペックル像取得ステップと、(2) このスペックル像取得ステップにおいて取得された時刻ｔ１〜ｔＮのうちの各時刻ｔｎのスペックル像のスペックルコントラスト値Ｋｎを算出し、これらスペックルコントラスト値Ｋ１〜ＫＮのうちの最大値Ｋmaxを求め、各スペックルコントラスト値Ｋｎを最大値Ｋmaxで規格化して規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'を求めるＳＣ算出ステップと、(3) このＳＣ算出ステップにおいて求められた各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ' またはこれから得られる相関時間τｎもしくは速さＶｎに基づいて、塊状細胞の動きを評価する評価ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の塊状細胞評価方法は、スペックル像取得ステップの前または途中に塊状細胞に薬剤を投与する薬剤投与ステップを更に備えるのが好適であり、この場合、評価ステップにおいて、塊状細胞の動きの評価結果に基づいて、薬剤が塊状細胞に与える影響を評価するのが好適である。
【００１０】
本発明の塊状細胞評価装置は、(1) レーザ光を出力するレーザ光源と、(2) このレーザ光源から出力されたレーザ光が塊状細胞に照射されることにより塊状細胞において生じた前方散乱光によるスペックル像を時系列で時刻ｔ１〜ｔＮそれぞれに取得するスペックル像取得部と、(3) このスペックル像取得部により取得された時刻ｔ１〜ｔＮのうちの各時刻ｔｎのスペックル像のスペックルコントラスト値Ｋｎを算出し、これらスペックルコントラスト値Ｋ１〜ＫＮのうちの最大値Ｋmaxを求め、各スペックルコントラスト値Ｋｎを最大値Ｋmaxで規格化して規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'を求めるＳＣ算出部と、(4) このＳＣ算出部により求められた各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ' またはこれから得られる相関時間τｎもしくは速さＶｎに基づいて、塊状細胞の動きを評価する評価部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の塊状細胞評価装置は、スペックル像取得部によるスペックル像取得の前または途中に塊状細胞に薬剤を投与する薬剤投与手段を更に備えるのが好適であり、この場合、評価部が、塊状細胞の動きの評価結果に基づいて、薬剤が塊状細胞に与える影響を評価するのが好適である。
【００１２】
本発明の塊状細胞評価方法では、ＳＣ算出ステップにおいて、各時刻ｔｎのスペックル像を、複数画素で構成される複数の区画像に区画化し、各区画像に対してスペックルコントラスト値Ｋｎを算出するのが好適である。また、本発明の塊状細胞評価装置では、ＳＣ算出部が、各時刻ｔｎのスペックル像を、複数画素で構成される複数の区画像に区画化し、各区画像に対してスペックルコントラスト値Ｋｎを算出するのが好適である。この場合、以降、各区画像に対して、Ｋｎ’、τｎおよび速さＶｎを算出して、これらのパラメータの２次元マッピング像を得て塊状細胞の動きを評価することになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、塊状細胞の動きを容易に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の塊状細胞評価装置１の構成を示す図である。
【図２】本実施例で取得されたスペックル像の写真である。
【図３】本実施例で求められた各時刻ｔｎの速さＶｎを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するため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。
【００１６】
図１は、本実施形態の塊状細胞評価装置１の構成を示す図である。同図は倒立顕微鏡の構成を示している。塊状細胞評価装置１は、レーザ光源１０、スペックル像取得部２０、ＳＣ算出部３０、評価部４０および記憶部５０を備える。塊状細胞評価装置１は、細胞の３次元集合体である塊状細胞９０の動きを評価するものである。塊状細胞９０は培養液９１とともにシャーレ９２に容れられ、このシャーレ９２はステージ９３上に置かれる。塊状細胞９０は、例えば、ヒトｉＰＳ細胞またはヒトＥＳ細胞から作られる心筋細胞の３次元集合体である心筋塊である。心筋塊は、心筋細胞だけでなく繊維芽細胞等も混合されて培養されたものである。
【００１７】
レーザ光源１０は、ステージ９３に対し上方に設けられている。レーザ光源１０は、レーザ光を出力して該レーザ光をシャーレ９２内の塊状細胞９０に照射する。レーザ光源１０として任意のものが用いられ得る。レーザ光源１０から出力されるレーザ光は、ビームエクスパンダによりビーム径が拡大された後に塊状細胞９０に照射されてもよい。
【００１８】
スペックル像取得部２０は、レーザ光源１０から出力されたレーザ光が塊状細胞９０に照射されることにより塊状細胞９０において生じた前方散乱光による２次元スペックル像を取得する。スペックル像取得部２０は、このようなスペックル像を時系列で時刻ｔ１〜ｔＮそれぞれに取得する。スペックル像取得部２０は、対物レンズ２１、ミラー２２、結像レンズ２３および撮像部２４を含む。
【００１９】
対物レンズ２１は、ステージ９３に対して下方に設けられている。対物レンズ２１は、レーザ光源１０から出力されたレーザ光が塊状細胞９０に照射されることにより該塊状細胞９０において生じた前方散乱光を受光する。この前方散乱光は、対物レンズ２１、ミラー２２および結像レンズ２３を経て、撮像部２４の撮像面に到達する。撮像部２４は例えばＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラにより構成される。
【００２０】
レーザ光源１０から出力されたレーザ光のうち塊状細胞９０で散乱されなかった光が対物レンズ２１に入射しないように、塊状細胞９０へのレーザ光入射方向と対物レンズ２１の光軸方向とがなす角度は適切に設定されているのが好ましい。このようにすることで、撮像部２４の撮像面が受光する光は、塊状細胞９０において生じた前方散乱光が主な成分となり、鮮明なスペックル像を得ることができる。
【００２１】
倒立顕微鏡の構成ではなく正立顕微鏡の構成であってもよい。後者の場合には、ステージ９３に対し下方にレーザ光源１０が設けられ、ステージ９３に対し上方に対物レンズ２１が設けられる。
【００２２】
塊状細胞９０は、個々には１０μｍ程度の大きさの細胞が３次元に集合したものであり、全体として数百μｍの大きさを有する。塊状細胞９０の全体を観察したい場合には、観察視野を確保するために対物レンズ２１の倍率は低い方が好ましい。対物レンズ２１の倍率は例えば４倍または１０倍である。または、塊状細胞９０の全体を視野内に収めることができない場合には、塊状細胞９０の一部を視野内に収めるようにしてもよい。
【００２３】
塊状細胞９０は、対物レンズ２１の光軸方向に厚みを有し、対物レンズ２１の焦点深度内に収まらない場合がある。しかし、スペックル像は、焦点面だけでなく焦点面を外れたところでも形成される性質を有することから、対物レンズ２１の光軸方向位置は重要ではない。対物レンズ２１の焦点面は塊状細胞９０の内部にあればよい。
【００２４】
スペックル像取得部２０により各スペックル像を取得する際の露光時間は、動きのある塊状細胞９０から得られるスペックル像のコントラストに影響するので、鮮明なスペックル像を得ることができるように１ｍｓ〜３０ｍｓ程度の適切な時間に設定されることが好ましい。本実施形態では露光時間は重要なパラメータである。そもそも、試料の動きによってスペックルコントラストが変化する理由は、試料の動きに伴ってスペックル像の光強度が露光時間内に明暗を繰り返すことで時間的に平均化されるからである。したがって、露光時間が試料の動きに対して十分に短い場合には、スペックルコントラストは変化しないことになる。一方、露光時間が試料の動きに対して十分に長い場合には、スペックルコントラストは変化しないことになる。したがって、適当な露光時間に設定する必要がある。
【００２５】
動物の心筋及び乳頭筋の場合、非特許文献２，３によると、収縮ピークに達するまでの時間は約２００〜４００msec、弛緩に要する時間は約４００〜８００msecである。拍動を強める又は弱める薬効評価を考えた場合には、速度は１／１０〜１０倍程度を想定する必要があり、収縮と弛緩の解析で考慮すべき時間範囲は２０〜８０００msecとなる。ただし、動物とヒト等の種によってビートレートは異なるので、収縮と弛緩を解析する時間範囲としてはさらに広げて、１〜１００００msecを考慮すべきと考える。
【００２６】
露光時間Δｔは、以下の２つの条件から考慮されるべきである。第１の条件は、心筋塊の心拍の周波数をｆＢとし、カメラのフレームレート（Ｈｚ）をｆｓとしたとき、ｆＳ＞ｆＢを満たす露光時間Δｔである必要がある。この関係式を満たさないカメラのフレームレートでは、心筋塊の収縮・弛緩時の速度の分離が不可能である。なお、カメラのフレームレートｆｓと露光時間Δｔとの間にはｆｓ＜１／Δｔ の関係があることから、ｆＳ＞ｆＢ を満たす露光時間Δｔを決定することができる。
【００２７】
第２の条件は、心筋塊が動く速さをＶとし、スペックル像がぶれなく得られるときの露光時間をΔとすれば、サンプリング定理と併せて、速度変化による光の位相変化量（２π／λ）ＶΔｔが、少なくともπ以下である必要がある。つまり、Δｔ＜λ／Ｖであることが必要となる。たとえば、中心波長０.６３３μｍのＨｅＮｅレーザーを照明光に使用し、心筋塊の速さをＶ＝１０μ／ｓとしたとき、露光時間は約Δｔ＝６３ｍｓと試算される。実際にはこの得られた数値の１／２から１／１０の値の露光時間が好ましい。
【００２８】
前記適切な露光時間は、移動する物体から発生するスペックル像がぶれなく撮影できるまでの充分短い露光時間（または十分早いフレームレート）にて一旦撮影し、その時系列スペックル画像をコンピュータのメモリに蓄積した後、コンピュータ上にて適当な枚数のフレーム間の積算を行い、疑似的に適切な露光時間に調整してもよい。
【００２９】
露光時間によってスペックルコントラストは変動する。したがって、スペックルコントラストから速さを定量的に求める際に、スペックルコントラスト値を露光時間Ｔで規格化するのが好ましい。なお、露光時間が試料の動きに対して十分短い場合、および、露光時間が試料の動きに対して十分長い場合には、スペックルコントラスト値を露光時間Ｔで規格化しても、正しい速さは得られない。
【００３０】
記憶部５０は、スペックル像取得部２０により時刻ｔ１〜ｔＮのうちの各時刻ｔｎに取得されたスペックル像Ｉｎ(ｘ,ｙ)を記憶する。ｘ，ｙは、２次元スペックル像における位置を表す座標値であり、撮像部２４がＣＣＤである場合のように２次元画素構造を有する場合には画素位置を表す座標値である。また、記憶部５０は、後述するＳＣ算出部３０により得られた結果をも記憶する。
【００３１】
ＳＣ算出部３０は、記憶部５０により記憶された各時刻ｔｎのスペックル像Ｉｎのスペックルコントラスト値Ｋｎを算出する。ＳＣ算出部３０は、これらスペックルコントラスト値Ｋ１〜ＫＮのうちの最大値Ｋmaxを求める。ＳＣ算出部３０は、各時刻ｔｎのスペックルコントラスト値Ｋｎを最大値Ｋmaxで規格化して規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'を求める。そして、評価部４０は、ＳＣ算出部３０により求められた各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'に基づいて、塊状細胞９０の動きを評価する。
【００３２】
なお、後述するように、各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'，相関時間τｎおよび速さＶｎの三者の間には相互依存性が存在するので、塊状細胞９０の動きの評価は、各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'，相関時間τｎおよび速さＶｎの何れに基づいてもよい。
【００３３】
薬剤投与手段が設けられるのが好適である。この薬剤投与手段は、スペックル像取得部２０によるスペックル像取得の前または途中に塊状細胞９０に薬剤を投与する。このとき、評価部４０は、塊状細胞９０の動きの評価結果に基づいて、薬剤投与手段により投与された薬剤が塊状細胞９０に与える影響を評価する。
【００３４】
本実施形態の塊状細胞評価方法は、塊状細胞評価装置１を用いて行われ得る。本実施形態の塊状細胞評価方法は、スペックル像取得ステップ、ＳＣ算出ステップおよび評価ステップを順に行う。
【００３５】
スペックル像取得ステップにおいて、レーザ光源１０により塊状細胞９０にレーザ光が照射される。そして、スペックル像取得部２０により、そのレーザ光照射により塊状細胞９０において生じた前方散乱光によるスペックル像が時系列で時刻ｔ１〜ｔＮそれぞれに取得される。各時刻ｔｎに取得されたスペックル像Ｉｎ(ｘ,ｙ)は記憶部５０により記憶される。
【００３６】
ＳＣ算出ステップにおいて、ＳＣ算出部３０により、各時刻ｔｎのスペックル像のスペックルコントラスト値Ｋｎが算出され、これらスペックルコントラスト値Ｋ１〜ＫＮのうちの最大値Ｋmaxが求められ、各時刻ｔｎのスペックルコントラスト値Ｋｎが最大値Ｋmaxで規格化されて規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'が求められる。そして、評価ステップにおいて、評価部４０により、各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'に基づいて、塊状細胞の動きが評価される。
【００３７】
スペックル像取得ステップの前または途中に薬剤投与手段により塊状細胞９０に薬剤を投与する薬剤投与ステップを更に備えるのが好適である。この場合、評価ステップにおいて、評価部４０により、塊状細胞の動きの評価結果に基づいて、薬剤が塊状細胞に与える影響が評価される。
【００３８】
次に、ＳＣ算出部３０および評価部４０それぞれの処理（スペックル像取得ステップおよびＳＣ算出ステップそれぞれの処理）の内容について更に詳細に説明する。先ず、スペックル像Ｉｎ(ｘ,ｙ)の各位置(ｘ,ｙ)を中心とするウィンドウサイズ２Ｗ＋１の領域にある (２Ｗ＋１)２個の画素の輝度の平均値Ｉmeanおよび標準偏差σを求める。各位置(ｘ,ｙ)のスペックルコントラスト値Ｋｎを、これら平均値Ｉmeanおよび標準偏差σから下記（１）式により算出する。各時刻ｔｎのスペックル像Ｉｎ(ｘ,ｙ)の全画素についてスペックルコントラスト値Ｋｎを求めることで、スペックル像Ｉｎ(ｘ,ｙ)に対するスペックルコントラスト像Ｋｎ(ｘ,ｙ)を算出する。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
各時刻ｔｎのスペックルコントラスト像Ｋｎ(ｘ,ｙ)の全画素のスペックルコントラスト値の平均値（平均スペックルコントラスト値）Ｋｎ_meanを求める。Ｎ個の平均スペックルコントラスト値Ｋ１_mean〜ＫＮ_meanのうちの最大値Ｋmaxを求める。そして、各時刻ｔｎの平均スペックルコントラスト値Ｋｎ_meanを最大値Ｋmaxで規格化して規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'（＝Ｋｎ_mean／Ｋmax）を求める。
【００４１】
このような規格化を行うのは以下の理由による。すなわち、理論的には、理想的な条件下で静止試料から得られる十分発達したスペックル（fully developed speckle）のコントラスト値は１であることが知られている。また、一般にスペックルコントラスト値は１以下であることが知られている。一方、試料が静止していても、実際の条件は理想的な条件と異なっている。実際には、例えば迷光やレーザ光の可干渉距離により、静止試料から得られるスペックルのコントラスト値は１とならない場合がある。このような理論値と実測値との相違は、試料の動きの評価を行う際には問題となる。そこで、上述したような規格化を行う。
【００４２】
そして、各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'から下記（２）式により相関時間τｎを求め、各時刻ｔｎの相関時間τｎから下記（３）式により速さＶｎを求める。なお、Ｔは各スペックル像を取得する際の露光時間であり、λはレーザ光波長である。また、スペックルコントラスト値と相関時間との間の関係式としては（２）式以外のものも知られている。
【００４３】
【数２】
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【００４４】
【数３】
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【００４５】
なお、各時刻ｔｎのスペックルコントラスト像Ｋｎ(ｘ,ｙ)から平均スペックルコントラスト値Ｋｎ_meanを求める演算操作は（２）式の後に行ってもよい。その場合は、相関時間像τｎ(ｘ,ｙ)から平均相関時間τｎ_meanを演算する。また、上記平均演算は（３）式の後に行ってもよく、この場合、相関時間像τｎ(ｘ,ｙ)から速さ像Ｖｎ(ｘ,ｙ)を求め、その後に平均速さＶｎを求めてもよい。
【００４６】
また、ＳＣ算出部３０は、得られたスペックル像Ｉｎ(ｘ,ｙ)を、適当な複数画素で構成される複数の区画像Ｉｎ（ｍ）に区画化してもよい。この場合、以後、それぞれの区画像Ｉｎ（ｍ）に対して、Ｋｎ、Ｋｎ’、τｎおよび速さＶｎを算出して、これらのパラメータの２次元マッピング像を得て塊状細胞９０の動きを評価する。なおＩｎ（ｍ）のｍは、区画番号を表す。
【００４７】
（２）式および（３）式に示されるように、各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'，相関時間τｎおよび速さＶｎの三者の間には相互依存性が存在する。したがって、各時刻ｔｎの規格化スペックルコントラスト値Ｋｎ'，相関時間τｎおよび速さＶｎの何れも、塊状細胞９０の動きを評価する点では同等であり、塊状細胞９０の動きの評価の指標として用いられ得る。
【実施例１】
【００４８】
次に、本実施形態の塊状細胞評価装置および塊状細胞評価方法の実施例について説明する。本実施例では、評価対象の塊状細胞９０は、大きさ約６００μｍの心筋塊であった。レーザ光源１０は、波長６３３ｎｍのレーザ光を出力するＨｅＮｅレーザ光源であった。対物レンズ２１の倍率は１０倍であった。撮像部２４は、画素数が５１２×５１２であるＣＣＤカメラであり、１画素の大きさが１６ｘ１６μｍであった。撮像部２４による撮像の際の露光時間は１０ｍｓであり、フレームレートは１００ｆｐｓであった。
【００４９】
図２は、本実施例で取得されたスペックル像の写真である。同図に示されるスペックル像Ａ〜Ｃそれぞれの視野の大きさは０.８２×０.８２μｍである。スペックル像Ａは、心筋塊が停止期間にあるときの像である。スペックル像Ｂは、心筋塊が収縮期にあるときの像である。また、スペックル像Ｃは、心筋塊が弛緩期にあるときの像である。
【００５０】
心筋塊が停止期間にあるときのスペックル像Ａでは、スペックルパターン（明暗パターン）が鮮明に観察される。これに対して、心筋塊が収縮期にあるときのスペックル像Ｂでは、スペックルパターンが低減している。心筋塊の拍動（伸縮）に伴い、スペックルパターンは明暗を繰り返す。露光時間に対して十分に早く明暗を繰りかえすことから、心筋塊が収縮期にあるときのスペックル像Ｂでは、スペックルパターンがぶれて見え、言い換えればコントラストの低下を招いている。このように、スペックルパターンのコントラストと試料の動きの速さとの間には相関がある。この相関に基づいて、スペックルコントラストＫｎ'から相関時間τｎを求めることができ、更に速さＶｎを求めることができる。
【００５１】
図３は、本実施例で求められた各時刻ｔｎの速さＶｎを示すグラフである。同図中で、ピーク１，３，５，７，９は心筋塊の収縮期の最大加速時を表し、ピーク２，４，６，８，１０は心筋塊の弛緩期の最大加速時を表している。また、図２のスペックル像Ａ〜Ｃそれぞれを取得した時刻を、図３中でＡ〜Ｃにより表している。この図３から、心筋塊の動き（例えば、各ピークが現れる間隔、収縮期ピークの大きさ、弛緩期ピークの大きさ、収縮期ピークおよび弛緩期ピークそれぞれの大きさの差または比）を評価することができる。さらに、心筋塊の動きの評価結果に基づいて、薬剤が心筋塊に与える影響を評価することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…塊状細胞評価装置、１０…レーザ光源、２０…スペックル像取得部、２１…対物レンズ、２２…ミラー、２３…結像レンズ、２４…撮像部、３０…ＳＣ算出部、４０…評価部、５０…記憶部、９０…塊状細胞、９１…培養液、９２…シャーレ、９３…ステージ。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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