(57)【要約】本発明は、生体試料における動きおよび／または生体試料（1）の成分の動きをインビトロで光検出するための方法および装置に関する。その方法は、（a）試料全体を照射するよう構成された、試料を照射するための広視野光照射装置と、その試料から来る光放射（9、9a、9b）を検出するための検出器（3）とを設ける工程を含む。検出器（3）は、複数の検出領域（4a）に細分化された検出エリア（3a）を有する。検出器は、個々の検出領域（4a）の検出信号（4c）の時間に関する微分を形成しその後でそれらを整流し（S3）、好ましくは絶対値生成または二乗によって整流し、全ての検出領域における微分されて整流された検出信号を合計または平均し（S3）次いでそれらを出力信号（6c）として供給する、よう構成される。その方法は、さらに、広視野光照射装置を用いて試料を照射し、検出器（3）の出力信号（6c）に応じて生体試料（1）における動きを検出することを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料（１）における動きおよび／または前記生体試料（１）の成分の動きをインビトロで光検出するための方法であって、
（ａ）次の構成要素
（ａ１）前記試料（１）全体を照射するよう構成された、前記試料を照射するための広視野光照射装置と、
（ａ２）前記生体試料から来る放射（９、９ａ、９ｂ）を検出するための検出器であって、複数の検出領域（４ａ）に細分化された検出エリア（３ａ）を有し、また、個々の検出領域（４ａ）の検出信号（４ｃ）の時間に関する微分を形成しその後でそれらを整流し（Ｓ２）、好ましくは絶対値生成または二乗によって整流し、全ての前記検出領域の前記微分されて整流された検出信号を合計または平均し（Ｓ３）次いでそれらを出力信号（６ｃ）として供給する、よう構成された検出器（３）と、
を設ける工程と、
（ｂ）前記広視野光照射装置を用いて前記生体試料を照射する工程と、
（ｃ）前記検出器（３）の前記出力信号（６ｃ）に応じて前記生体試料（１）における動きを検出する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
個々の検出領域の前記検出信号の時間に関する微分を形成し（Ｓ１）その後で整流する（Ｓ２）ことが、前記検出器（３）における集積回路（５）によって、好ましくはＣＭＯＳ回路によって、実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ａ）前記検出器（３）が単一チャネル信号（３３）を出力し、および／または
（ｂ）前記検出器が検出エリア（３ａ）に関して空間的に分解されていない信号（３３）または空間的に分解されていないデータを出力し、および／または
（ｃ）前記検出器が非画像形成検出器である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記広視野光照射装置が、コヒーレント光を生成する光ビーム源（２）を含み、前記試料（１）によって回折された前記光ビーム源（２）の光（９）によって生成される回折パターン（２０）の少なくとも一部が、前記検出器（３）の前記検出エリア（３ａ）に結像されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記広視野光照射装置が光ビーム源および光学系（１０）を含み、前記光学系（１０）が、前記検出器（３）の前記検出エリア（３ａ）に前記試料（１）を結像させるために、結像光路（９ａ、９ｂ）を生成するよう構成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記広視野光照射装置が、透過光顕微鏡、暗視野顕微鏡または広視野蛍光顕微鏡であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記試料（１）における動きおよび／または前記試料（１）の成分の動きは、前記検出器の前記出力信号（３３）の値が所定の閾値を超える場合および／または前記出力信号（３３）が周期性を有する場合に、検出されるものであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記生体試料（１）は、
（ａ）三次元の細胞培養物および／または組織培養物、または細胞クラスタであり、または
（ｂ）浮遊微生物の試料であり、例えば精子の試料である
ことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記試料（１）を保持するための容器が、
（ａ）支持マトリックス、好ましくはバイオポリマー（１５）を含み、および／または
（ｂ）懸滴を含み、および／または
（ｃ）マルチウェル・プレートまたは懸滴マルチウェル・プレートのウェルである
ことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
互いに分離した複数の生体試料におけるそれぞれの動きまたは互いに分離した複数の生体試料における試料成分の動きの並行な光検出が行われ、
前記試料用の容器は、前記試料を収容するために複数行および複数列に配置された複数のウェルを有するマルチウェル・プレートまたは懸滴マルチウェル・プレートであり、
複数の検出器（３）が検出器アレイの形態で設けられ、各ウェルに前記検出器アレイの１つの検出器が対応付けられる、
ことを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記検出器（３）の前記検出エリア（３ａ）の直径が９ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
（ａ）前記生体試料（１）が複数の細胞を含み、および／または
（ｂ）空間的全ての方向における前記生体試料の直径が少なくとも５０μｍであり、および／または
（ｃ）前記生体試料の直径が、前記広視野光照射装置によって達成可能な回折限界分解能より大きい、
ことを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
生体試料（１）における動きおよび／または前記生体試料（１）の成分の動きをインビトロで非接触検出するための装置であって、
前記試料（１）全体を照射するよう構成された、前記試料を照射するための広視野光照射装置と、
前記試料（１）から来る放射（９、９ａ、９ｂ）を検出するための検出器（３）であって、複数の検出領域（４ａ）に細分化された検出エリア（３ａ）を有し、また、個々の検出領域（４ａ）の検出信号（４ｃ）の時間に関する微分を形成しその後でそれらを整流し、好ましくは絶対値生成または二乗によって整流し、全ての前記検出領域の前記微分されて整流された検出信号を合計または平均し次いでそれらを出力信号（３３）として供給する、よう構成された検出器（３）と、
を含む、装置。
【請求項１４】
前記検出器が、個々の検出領域（４ａ）の前記検出信号（４ｃ）の時間に関する微分を形成しその後で整流することを実行するよう構成された集積回路（５）を、好ましくはＣＭＯＳ回路を、有することを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
（ａ）前記検出器（３）が単一チャネル信号（３）を出力し、および／または
（ｂ）前記検出器が前記検出エリアに関して空間的に分解されていない信号（３３）を出力し、および／または
（ｃ）前記検出エリア（３ａ）が、互いに隣接して配置された少なくとも１００個または１０×１０の複数セルの隣接配置されたピクセル（４）に細分化されている
ことを特徴とする、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
複数の検出領域（４ａ）に細分化された検出エリア（３ａ）で光放射を検出する検出器（３）であって、
個々の検出領域（４ａ）の検出信号（４ｃ）の時間に関する微分を形成しその後でそれらを整流し、好ましくは絶対値生成または二乗によって整流し、全ての前記検出領域の前記微分されて整流された検出信号を合計または平均し次いでそれらを出力信号（３３）として供給する、よう構成されている（５、６）、検出器（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、好ましくは少なくとも１００μｍの直径を有する生体試料（biologischen Probe：生物試料）における動きをインビトロで（in vitro：体外で、管内で）光検出するためのおよび／またはその生体試料の成分の動きをインビトロで光検出するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発生生物学、毒性試験および医薬品研究のような諸分野において閉じた三次元細胞および組織培養物のアクティブ・ダイナミックス（aktiven Dynamik：活性動態、能動的運動状態）を監視する必要性が存在することが、実務上知られている。
【０００３】
例えば、胚性幹細胞（ＥＳＣ）から培養され筋（筋肉）組織に分化した組織片は、試験すべき物質の有害性を試験するために、毒性試験の枠組みにおいて使用される。ここで、筋組織に適用または付加された物質が筋組織の収縮に影響を与えるかどうかが調べられ、それ（収縮）は物質の毒性の指標にできるものである。このために、細胞クラスタの形態のそのような三次元生体試料における動き、例えば収縮、を検出するための測定方法が必要である。そのような細胞クラスタの典型的な径（直径）は５０乃至４００μｍであり、ミリメートル（ｍｍ）範囲の径もあり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１２３１５６号
【発明の開示】
【０００５】
これらの研究は、現在、主に視覚的観察によって行われており、ビデオ顕微鏡法およびその後で画像解析（分析）を用いて行われることはめったにない。前者は、時間がかかり、常に主観的評価と関連している。後者は、複雑な結像（撮像）光学系、および相当な計算量を伴う複雑な画像解析が必要である、という欠点を有する。別の欠点は、僅かな変位に対するそれらの固有の感度である。
【０００６】
例えばインピーダンス測定のような非光学的方法は、試料との接触によってのみ機能する。しかし、試料の形状または形態が、平面（Ebene）（接着性の単層）から逸脱し、または三次元的であり、さらに媒質（培地）中で自由に浮遊または遊泳する場合には、上述の技術は適用できない。
【０００７】
自動結像（撮像）法は、例えば、１０μｍの被写界深度（Schaerfentiefe）および上述の５０乃至４００μｍの細胞クラスタの典型的なサイズ（大きさ、寸法）で、その試料において５乃至４０個の像平面を測定しなければならない、という欠点を有する。動きを検出できるようにするための典型的な最小測定持続時間が約１０秒であり、再位置決めおよび／または焦点合わせに追加時間が必要なので、そのような方法は、多数の試料を迅速に監視するのに適さない。
【０００８】
生物動態（ダイナミックス）の時間スケールに起因して観察期間が非常に長いため、多数の試料の連続的な測定は、一般的には提示されない。しかし、実務上、例えば９６または３８４個のキャビティ（“ウェル”とも称される）を有する例えばマイクロタイタ・プレート（Mikrotiterplatte）としても知られているマルチウェル・プレートに保持された互いに分離した多数の試料に対して、そのような動き検出を行う必要がある。幾何学的および構造空間技術的な理由でマルチウェル・プレートの各ウェルごとに１つの通常の結像（撮像）光デバイス（光学装置）を配置することは実現困難なので、そのような複数の試料の並行（並列、同時）測定に、結像（撮像）方法は適していない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、生体（生物）試料における動きおよび／または生体試料の試料成分の動きを検出するための改良された方法、を実現することであり、それ（方法）によって通常の技術の欠点を解消することができる。特に、本発明の目的は、複雑な画像解析を必要としない動き検出のための強固で非接触の方法を実現することである。本発明の別の目的は、スクリーニング（検査）環境における複数の試料の並行（同時）分析に適した方法を実現することである。別の目的は、空間的広がりを有する生体試料における動きを検出するための装置を実現することであり、それ（装置）によって通常の装置の欠点を解消することができる。
【００１０】
これらの目的は、独立請求項の特徴を有する装置および方法によって達成される。本発明の有利な実施形態および用途が、従属請求項に記載されており、図面を部分的に参照して以下の説明においてより詳細に説明される。
【００１１】
発明の概要
本発明の第１の態様（観点）によれば、生体試料（生物試料）における動きおよび／または生体試料の成分の動きをインビトロで光検出（光学的に検出）するための方法が実現される。その生体試料は、空間的広がりを有する生体試料である。生体試料は、複数の生体細胞、特に多数の生体細胞を含む生体試料であることが、好ましい。生体試料の直径は、少なくとも１つの空間的方向に、好ましくは全ての空間的方向に、少なくとも５０μｍであり得、しばしば全ての空間的方向に１００μｍより大きい。別の変形例では、生体試料の直径が、広視野光照射装置（optischen Weitfeldbeleuchtungseinrichtung：光学的広視野照射装置）によって達成可能な回折限界分解能（beugungsbegrenzte Aufloesung）より大きい。但し、本発明はそのような寸法を有する生体試料に限定されない。
【００１２】
生体試料は、例えば細胞クラスタの形態の、三次元細胞および／または組織の培養物であり得る。生体試料は、特に、生細胞（生きた細胞）、例えば筋細胞、または、一般的にアクティブ・ダイナミックス（動態）能力を有しおよび／または動き（Bewegung）を引き起こすことができる細胞を含み得る。生体試料における動きの検出は、特に、生体試料内の動きまたは生体試料の成分の動きの検出を意味する、と理解されるべきである。換言すれば、空間的広がりを有する生体試料におけるまたは生体試料内の動的現象は、一般的に、検出可能であるはずである。筋細胞の細胞培養では、そのような動きは、例えば個々の筋細胞の収縮によって引き起こされ得る。
【００１３】
しかし、生体試料は、自由に浮遊する微生物（自由浮遊微生物）の或る試料、例えば精子であってもよい。この場合、自由に浮遊する微生物の動きを検出するための方法は、例えば精子の場合、例えば精子の運動性（Spermienmotilitaet：精子モビリティ）を決定または測定するのに、使用できる。
【００１４】
また、生体試料は、以下では単に試料とも称される。その試料の直径は、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以下である。
【００１５】
本発明による方法は、その試料全体を照射するよう構成された、試料を照射するための広視野光照射装置を設けることと、さらに、その試料から来る放射（Stralung：電磁線、光放射）を検出するための検出器を設けることを含んでいる。
【００１６】
検出器は、複数の検出領域（小領域）に細分化された１つの検出エリア（flaeche：面領域）を有する。例えば、検出器は、マトリクス状に配置された複数のピクセル（画素）素子を有する２次元ピクセル・アレイ検出器、例えばピクセル光センサとすることができる。本発明の一変形例によれば、検出エリアは、少なくとも１０×１０個または少なくとも１００個の検出領域（小領域）に細分化することができる。検出器の検出エリアは、互いに隣接する多数セルの検出領域（小領域）の形に配置された、例えば１００００個以上の多数セルの検出領域、例えばピクセルの形に、例えば１００×１００（行列）以上のピクセルまたはチャネルの形に、細分化することができる。空間分解能またはピクセル数が大きいほど、検出強度における動きによって生じた変化が平均化されずに累積的に検出できることが、より高い信頼性で確保できる。
【００１７】
その装置、特に検出器は、個々の検出領域の検出信号の時間に関する導関数（微分）を形成するよう、続いてそれらを整流し、その整流は好ましくは絶対値の生成または二乗によって行われるよう、さらに、全ての検出領域の微分または整流された検出信号の総和または平均を求める（を合計しまたは平均化する）よう、構成される。個々の検出領域の検出信号の、時間に関する導関数（微分）を形成することは、それぞれの場合に、各検出領域の、例えば各ピクセルの、検出信号の時間に関するｎ次導関数（微分）（ｎ≧１）が求められること、を意味する。それぞれの場合、一次の時間導関数（微分）が、即ちｎ＝１で、求められることが好ましい。
【００１８】
従って、本発明によれば、個々の複数の検出領域（小領域）（以下、チャネルまたはピクセルとも称される）の形態の１つの空間的に分解する検出エリアを有する検出器が、使用される。個々の検出領域の測定信号または測定曲線は、ディジタルまたはアナログ形式であってもよく、第１の工程では、時間に関して微分されて、次いで整流される。しかし、その後、個々の検出領域の整流信号または整流データが、合計または平均され、従ってその結果、検出エリア上の試料によって生成されたパターンまたは画像におけるダイナミックス（動態）の定量的測定値（尺度）が得られる。従って、外部的には、エリア累積的な動きセンサは、空間的に分解されていない（nicht ortsaufgeloestes：非空間的分解型）信号または空間的に分解されていないデータを出力する検出器として現れる。従って、検出器は、単一チャネル信号を出力するよう構成することができる。動的パラメータを測定し定義するための、例えばパターン認識または軌跡（軌道）形成のような精巧なまたは複雑な分析は、不要である。
【００１９】
従って、検出器は、非画像形成検出器であることが好ましい。検出器の出力信号は、アナログまたはディジタルとすることができる。
【００２０】
その別の利点は、本発明による測定手法を用いて、一定の照射強度で試料における動的現象によって生成される輝度の量的変化の総和または平均が、そのエリアすなわち検出エリア全体にわたって累積的に測定される形態で、試料における動的現象が、検出エリアにおける輝度変化または強度変化によって検出または認識されることである。これによって、正または負の個々の測定値が互いに相殺しまたは打ち消し合うことが、回避される。さらに、測定の感度が向上する。
【００２１】
広視野光照射装置は、非走査型の照射装置として、即ち、試料内の個々の画像平面に焦点を合わせるための光学系を使用せずに、または試料体積を連続的に走査するための光学系を使用せずに、試料全体を照射することができる照射装置として、理解される。そのような広視野照射装置では、試料体積全体からの全ての信号寄与分が、検出器によって同時に並行に検出される。
【００２２】
従って、本発明による方法の別の利点は、その方法が、比較的単純な光素子を用いて実施することができ、試料体積を連続的に走査するための光学系を省くことができることである。従って、その方法を実施するための装置は、安価で構造的にコンパクト（小型）に構成することができる。また、その方法は、調整不良による誤差に対して僅かな影響（低い感受性）しかない。
【００２３】
構造的にコンパクトな設計の、測定信号に対する単純な評価機能および高い感度によって、その方法は、複数の試料の並行監視に特に適しており、高い処理効率のために、スクリーニング環境にまたは自動化高スループット処理（Hochdurchstazverfahren）に、例えば高いスループットのスクリーニング処理に、統合することができる。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、個々の検出領域の検出信号の時間に関する導関数の形成およびその後のその整流は、集積回路によって実行される。集積回路は、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）回路とすることができる。これによって、測定信号の迅速な処理、および検出器の経済的で構造的にコンパクトな実施形態が可能になる。
【００２５】
例えば、検出器の出力信号の値が所定の閾値を超えた場合、試料中の動きおよび／または試料成分の動きを検出することができる。また、筋細胞について、出力信号が周期性を有する場合、試料中の動きを検出することができる。
【００２６】
特に好ましい実施形態によれば、試料における動きが、回折パターンの変化に基づいて認識または検出される。この実施形態によれば、広視野光照射装置は、コヒーレント光を生成する光ビーム源を含み、試料によって回折された光ビーム源の光によって（光ビーム源の光が試料によって回折されることによって）生成される回折パターンの少なくとも一部が、検出エリア上に当たりまたは入射する。
【００２７】
回折パターンにおいて、パターンの各点は、試料全体からの信号寄与分を含んでいる。従って、原理的には、試料によって生成された回折パターンの部分領域を検出器で検出すれば充分である。変化する動きパターンの全体的な明るさ（輝度）が経時的に近似的に一定を維持するが、試料内の動きは、動きパターン、例えばスペックル（speckle）パターン、における変化を生成する。検出エリアを複数のより小さい検出領域に細分化し、測定曲線が加算または平均化される前に測定曲線の時間変化を整流する本発明による測定手法によって、その試料における動きによって生成される変化が平均化されることが防止される。
【００２８】
特に利点として、変形例において、回折パターン全体が検出エリア上に結像される。これによって、動き検出または認識の感度が向上する。さらに、パターン全体を使用することによって、その測定値の再現性が（パターンの小さい一部の測定値と比較して）大幅に改善され、同様の試料間の或る定量的な比較が可能になる。
【００２９】
生成された回折パターンの変化に起因して試料における動きが検出または認識される例として強調される実施形態以外に、その広視野照射装置は、検出エリア上での試料の画像（Bild）を再現するよう構成することもできる。この代替的な実施形態によれば、広視野光照射装置は、コヒーレントまたは非コヒーレント光を生成できる光ビーム源と、検出器の検出エリア上に試料を結像させるように結像光路（経路）を生成するよう構成された光学系とを含んでいる。
【００３０】
ここで、幅広い異なる種類の広視野照射および／または結像（画像化）の手法を使用することができる。例えば、広視野光照射装置は、透過光顕微鏡、暗視野顕微鏡または広視野蛍光顕微鏡とすることができる。広視野照射装置のタイプおよび／または試料に対する検出器の配置に応じて、試料から来て検出器によって検出される電磁線（放射）は、試料との相互作用によって試料内の任意の所望の位置でその照射方向および／またはその偏光状態を（が）変化させられる広視野照射装置の放射源の電磁線、特に光、とすることができる。それは、透過光または蛍光放射を使用してもまたは透過光または蛍光放射に関係してもよい。
【００３１】
広視野照射装置は、照射側に配置された照射光学系を含むことができ、それ（光学系）によって、光ビーム源の電磁線（光放射）が試料全体に方向付けられて、試料を完全にかつできるだけ均一に照射するようにされる。また、その光学系は検出光学系を含むことができ、それ（光学系）によって、試料によって放出された光は、試料との相互作用によって、そのビーム方向、その偏光（偏波）状態、および／またはその回折パターンを（が）変化させられ、検出器の検出エリアに導かれる。照射光学系のおよび／または検出光学系のこれらの機能的特性は、１つ以上の適切に配置され構成された既知の光素子（光学的要素）および部品（構成要素）、例えば、フィルタ、レンズ、遮蔽部（アパーチャ）、屈折素子、等を使用することによって、実現することができる。
【００３２】
また、その方法は試料用の容器（レセプタクル）を供給することを含むことができる。試料を保持するためのその容器は、好ましくはバイオポリマーを含む、支持（キャリア）マトリックスとすることができる。さらに、試料の容器は、懸滴中に位置する支持マトリックスとして、好ましくはバイオポリマー、例えばアルギン酸塩、として構成することができる。スクリーニング環境においてその方法を使用するために、試料用の容器は、マルチウェル・プレート（マイクロタイタ・プレート）のウェル（キャビティ）とすることができる。さらに、その容器は、個々のウェル上で懸滴を形成するよう構成されたマルチウェル・プレート（“懸滴マルチウェル・プレート”）のウェルとすることができる。そのような懸滴マルチウェル・プレートは、例えば、スイス８９５２シュリーレンにある会社であるインスフェロ社（Insphero AG）により“グラヴィティプラス（GravityPLUS（登録商標））３Ｄ培養およびアッセイ（試験）プラットフォーム”の名称で提供されている。欧州特許第２３４２３１７号（Ｂ１）の文献にはこの種のプレートが開示されている。
【００３３】
既に上述したように、その方法は、複数の試料の並行監視、例えば自動化高スループット法の文脈で検査されるべき複数の試料の並行監視、に特に適している。従って、その方法の有利な展開形態では、それを用いて、複数の互いに分離した生体試料における各動きの並行光検出（parallele optische Detektion）、または複数の互いに分離した生体試料における複数の試料成分の各動きの並行光検出が実行される。この変形例によれば、試料用の容器は、試料を受け入れるために複数の行および複数の列に配置された複数のウェルを有するマルチウェル・プレートまたは懸滴マルチウェル・プレートとすることができる。さらに、この文献に記載されているような複数の検出器が検出器アレイ配置の形態で設けられ、検出器アレイ配置の各検出器が１つのウェルに対応づけられまたは割り当てられる。ここで、個々の検出器の格子（グリッド）間隔（距離）は、マルチウェル・プレートの複数のウェルの格子間隔に対応する。
【００３４】
検出器の検出エリアの直径は、９ｍｍ以下とすることができる。これは、マルチウェル・プレートに、特に９６ウェル・プレートに、保持された各試料の動き検出に検出器が使用される場合に、特に有利である。
【００３５】
マルチウェル・プレートのウェルまたは懸滴内にそれぞれ保持された複数の互いに分離した生体試料における動きの並列光検出を用いて、広視野光照射装置は、個々のウェルを照射するよう構成することができる。例えば、回折パターンが検出される実施形態にコヒーレント光が必要な場合、広視野光照射装置は、レーザ・ダイオード・アレイとして構成することができ、個々のレーザ・ダイオードの格子間隔は、マルチウェル・プレートのウェルの格子間隔に対応する。レーザ・ダイオード・アレイは、省スペースでエネルギ効率の良い照射源となる。
【００３６】
光ビーム源としてのレーザ・ダイオード・アレイの代わりに、光ビーム源は、通常の光源（レーザ、アーク・ランプ、等）として構成することができ、その光ビーム源の光は、光ファイバ束を介して各試料を照射するために、各試料を収容する個々のウェルに結合される。各光ファイバは１つのウェルに割り当てられる。これによって得られる利点として、試料の近傍での過度の熱の発生を避けるために、光源は試料から充分に離間させて動作させることができる。
【００３７】
さらに、別の代替的な変形例によれば、単純な実施形態を表す１つの光ビーム源でマルチウェル・プレートを平面的に（flaechig）照射することが可能であるが、その光ビーム源は、対応する出力（パワー）定格を持たなければならないので、エネルギ効率の欠点を有する。この場合、その光は、適切に設計されたコンデンサ・レンズを通して、可能な場合には角度依存性の通過フィルタを通して、平行化されて、各ウェル上に向けて導かれれば、有利である。
【００３８】
本発明の第２の態様によれば、生体試料における動きおよび／または生体試料の成分の動きをインビトロで非接触検出するための装置が実現される。生体試料の直径は、例えば、少なくとも５０μｍとすることができる。その装置は、試料全体を照射するよう構成された、試料を照射するための広視野光照射装置を含んでいる。その装置は、さらに、試料から来る電磁線（光放射）を検出するための検出器を含み、その検出器は、複数の検出領域（小領域）に細分化された検出エリアを有する。その検出器は、個々の検出領域の検出信号の時間に関する導関数（微分）を形成し、その後、好ましくは絶対値生成または二乗によって、それらを整流し、全ての検出領域のその微分されて整流された検出信号の総和または平均を求め、次いでそれらを出力信号として供給する、よう構成される。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態によれば、検出器は、集積回路、好ましくはＣＭＯＳ回路を有し、その回路は、時間に関する導関数（微分）の形成と、その後に個々の検出領域の検出信号の整流とを実行するよう構成される。
【００４０】
その検出器は、単一チャネル信号、および／または検出エリアに関して空間的に分解されていない信号、を出力することができる。
【００４１】
本発明の第３の態様によれば、複数の検出領域（４ａ）に細分化された検出エリアを有する光放射を検出するための検出器が設けられ、その検出器は、個々の検出領域の検出信号の、時間に関する導関数（微分）を形成し、その後で、好ましくは絶対値の生成または二乗によって、それらを整流し、全ての検出領域の、微分され整流された検出信号の総和または平均を求め、次いでそれらを出力信号として供給する、よう構成される。
【００４２】
繰返しを避けるために、純粋に装置の文脈で開示された特徴は、方法の文脈で開示されるものとして適用され請求項に記載可能とされるべきであり、その逆でもある。特に方法に関して説明した検出器または広視野光照射装置の構成に関して、前述した態様および本発明の特徴は、従って、例えば、装置にも適用される。
【００４３】
上述した本発明の好ましい実施形態および特徴は、必要に応じて互いに組み合わせることができる。添付の図面を参照して本発明の他の詳細および利点を、以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態による方法および装置の概略図を示している。
【図２】図２は、検出器のエリア上に結像されたスペックル・パターンを表す図を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態による検出器のデータ処理の概略図を示している。
【図４】図４は、個々のピクセルの測定値の微分および整流の効果を示している。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態による方法および装置の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図において同じ構成要素には同じ参照符号が付されており、別に説明することはない。
【００４６】
図１は、本発明の一実施形態による方法および装置の概略図を示している。
【００４７】
その方法を実施するために、生体試料１における動きをインビトロで光検出（光学的に検出）するための装置が形成される。生体試料１は、筋肉組織からなる細胞クラスタとすることができる。
【００４８】
その装置は、試料１用の容器（レセプタクル）（図示せず）、広視野光照射装置２および検出器３を含んでいる。
【００４９】
その容器（レセプタクル）は、特定のタイプ（種類）の容器に限定されることなく、目的および試料のタイプに応じて、例えば、キャリア（支持体）、キャリア・プレート、または容器（ベッセル）として、マルチウェル・プレートのウェルとして、または、試料が上で培養されるバイオポリマー（生体高分子）の形態の、例えばアルギン酸塩の形態の、キャリア・マトリックスとして、適切に構成することができる 。
【００５０】
図１に示された例示的な実施形態において、広視野光照射装置は、コヒーレント光（レーザ）を生成する放射源である。試料１全体は、放射源２によって生成されたコヒーレント放射（光放射）８によって照射（照明）される。この目的のために、試料を完全にかつ可能な限り均一に照射するために、光ビーム源２の放射を試料１全体に方向付ける照射光学系（図示せず）を設けることが適切であり得る。その光学系のこの機能的特性は、１つ以上の適切に配置され構成された既知の光素子（光学要素）および構成要素（部品）、例えば、フィルタ、レンズ、遮蔽部もしくはアパーチャ（Blenden）、屈折素子、等を使用することによって、実現することができる。
【００５１】
試料１で回折された光ビーム源２の光は、例えば図２に示された、例えばスペックル・パターン２０の形態で、高い強度の中心部および低い強度の端縁（エッジ）領域を有する回折パターンを形成する。
【００５２】
その装置は、回折パターン２０を検出するための光検出器３をさらに含んでいる。検出器３は、試料１によって回折された光ビーム源２からの光９によって生成された回折パターン２０が、検出器３の検出エリア３ａ上に結像するように、配置される。
【００５３】
ここで、その検出エリアは２次元のピクセル・アレイ・エリアとして形成されて、検出エリア３ａが個々のピクセル４によって複数の検出領域４ａに細分化される。その検出エリアは、複数のピクセル４に、図１の概略図には示されていない例えば１０×１０以上のピクセル４に、細分化される。従って、各ピクセルは、スペックル・パターン２０の一部分（区分）を測定する。
【００５４】
次に、図３を参照して、個々のピクセル４の測定光強度に基づくデータ処理について説明する。
【００５５】
図３は、個々のピクセル４ａに細分化された検出エリア３ａの斜視図を示している。各ピクセル４は、各ピクセル・エリア（面）（検出領域）４ａ上の光強度の経時変化を検出信号４ｃの形態で出力する。参照符号３０ａで示されるように、単なる例として、下降する曲線形状（波形）で示されるような光強度の減少を測定する第１のピクセルの時間的変化が測定される。同時に、参照符号３０ｂで示されるように、第２のピクセルが光強度の増加を測定することができる。
【００５６】
そのような時間的変化は、試料内での動きまたは試料成分の動きによって生じ、それによって、試料によって生成される回折パターン２０が変化する。
【００５７】
第１の工程Ｓ１において、時間に関する導関数が、個々のピクセル４の測定検出信号４ｃから形成される。この微分演算の結果は、例として曲線３１aおよび３１ｂで示される。その後、工程Ｓ２において、個々の結果、即ち、各ピクセル４の微分された測定結果が、例えば、絶対値生成または二乗によって、整流される。この整流の結果は、例として、曲線３２ａおよび３２ｂによって示される。
【００５８】
第３の工程Ｓ３において、全てのピクセル４の微分されて整流された検出信号が合計され（または代替的に平均化され）、次いで検出器３の出力信号６ｃとして供給される。この加算（総和）の結果は、例として曲線３３で示される。
【００５９】
この場合、個々のピクセルの測定データの時間に関する微分およびその後の整流は、検出器３の集積ＣＭＯＳ回路５によって実行される。従って、このＣＭＯＳ回路は、各ピクセルに対して微分されて整流された信号５ｃを出力する。ＣＭＯＳ回路のこれらの出力データは、その後、加算器６において加算される。
【００６０】
従って、検出器３は、空間的に分解されていない信号／データ７が通って出力される１つのデータ出力６ｃのみを有する検出器として外側に現れる。検出器エリア３ａに関して空間的に分解されていないその信号は、面またはエリアについて累積的に測定し、即ち検出エリア全体にわたって測定し、一定の照射強度で試料における動的現象によって生成される定量的輝度（明るさ）変化の合計（または平均）を測定する。
【００６１】
試料における動きによって、出力信号７に各ピークが生じ、それが容易に検出または認識できる。
【００６２】
本発明による手法の利点を明確にするために、図４は、検出エリア３ａの、ここではピクセル７２、９６、１２０、１４４の、ランダムに選択された各画像エリア（単に“ピクセル”と称する）４の測定値の微分および整流の効果を示している。ここで、その方法を実証するために、心筋組織モデルを用いて記録されたスペックル・パターンのビデオを、ビデオ・ソフトウェアで１９２個の画像セグメント（“ピクセル”）に分解して、各セグメントの平均輝度を時間の関数（Ｊｉ（ｔ））として記録した。データ解析ソフトウェアの助けを借りて、これらのＪｉ（ｔ）を微分して二乗し、その後、これらの処理済みのデータ・セットを合計した（Σ（∂Ｊｉ／∂ｔ）２）。
【００６３】
図４の左欄における上側の５つのグラフは、検出器３のピクセル４８、７２、９６、１２０、１４４によってそれぞれ測定された測定光強度の時間的変化３０を示している。全ての画像セグメントの測定値が合計される場合、図４の左下図に示される時間的変化が結果的に生じる。試料中の動きは高い信頼性では検出できない。
【００６４】
図４の右欄における上側の５つのグラフは、個々のピクセル４８、７２、９６、１２０、１４４の測定光強度の微分されその後で整流された時間的変化３２を示している。
【００６５】
全ての画像セグメントの処理済みの値が合計される場合、図４の右下の図に示された時間変化３３が結果的に生じる。次いで、試料における動きは、変化３３の個々のピークによって容易に検出可能となる。
【００６６】
図５は、本発明の別の実施形態による方法および装置の概略図を示している。ここで、同じ参照符号を有する構成要素（部品）は、図１の構成要素に対応するので、それを別に説明することはしない。
【００６７】
生体試料１全体の照射は、広視野光照射装置によって、即ち、試料内の個々の画像平面に焦点を合わせるための光学系を使用せずに、または試料体積を連続的に走査するための光学系を使用せずに、行われる。そこに存在するこの実施形態の特異性は、広視野光照射装置の放射源がコヒーレントな光を生成しないことである。その結果、検出可能な回折パターンが試料１によって生成されることはない。その代わりに、広視野光照射装置の、例えば凸レンズのような形態の光学系１０が設けられ、それによって、検出器３の検出エリア３ａ上に試料１の１つの焦点面を結像させるために、結像光路（経路）９ａ、９ｂが形成される。広視野光照射装置は、例えば、透過光顕微鏡、暗視野顕微鏡または広視野蛍光顕微鏡であってもよい。測定データの処理は、上述した例示的な実施形態と同様に行われる。従って、結像光学系を有する実施形態は、空間的な試料を監視するのにも適しているが、回折パターンに基づく実施形態または設計がより有利である、と考えられる。
【００６８】
本発明を特定の例示的な実施形態を参照して説明してきたが、この分野の専門家にとって、本発明の範囲を逸脱することなく、相異なる変更を施し、均等手段を代替手段として使用できることは明らかである。さらに、関連する範囲から逸脱することなく、多くの変形を施すことができる。従って、本発明は、開示された例示的な実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲に入る全ての例示的な実施形態を包含すべきである。特に、本発明は、引用される請求項に関係なく、従属請求項の構成および特徴に対する保護をも請求するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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