JP2015130872A - 細胞判別方法および細胞判別装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一実施形態に係る細胞判別方法は、被検体細胞の振動を一定時間計測する計測ステップと、当該計測結果に対して周波数解析を行うことにより、解析結果データを生成する解析ステップと、当該解析結果データを予め取得されている参照データと照らし合わせることにより、被検体である細胞を判別する細胞判別ステップと、を含む。
【選択図】図1
Description
(細胞判別装置1の構成)
まず、本発明の第1実施形態に係る細胞判別装置1の構成について説明する。図1は細胞判別装置1の構成概要図であり、図2は細胞判別装置1のハードウェア構成図である。
次に、図1に示した振動計測部110を構成し、細胞の振動を計測する際に用いられる定量位相顕微鏡について説明する。振動計測部110は定量位相顕微鏡そのものであっても良く、定量位相顕微鏡を備えた測定モジュールであっても良い。なお、定量位相顕微鏡に関する以下の説明は、下記の参考文献1および参考文献2を更に参考にすることで、より容易に理解できる。
<参考文献1> 特開2009−122033号公報
<参考文献2> Toyohiko Yamauchi,"Low-coherent quantitative phase microscope fornanometer-scalemeasurement of living cells morphology", Opt. Exp.、16, 12227, 2008
A=I1−3*I3+3*I5−I7…(1)
B=−2*I2+4*I4−2*I6…(2)を求め、更には、
φ=tan−1(A/B)…(3)を求める(位相抽出)。
次に、以上で説明した定量位相顕微鏡を用いて細胞の振動に対する時間変動を計測した一例について、図7〜図13を参照しながら説明する。細胞膜にフォーカスを合わせて得られた位相画像(図7)では、なだらかに連続する細胞膜の形状を反映して、細胞膜の高さに応じて干渉縞が空間的に連続して表示される。一方、細胞膜が、定量位相顕微鏡の測定領域に存在していない領域は連続した位相が得られず、干渉縞は見られない。干渉縞が空間的に連続する領域と位相がランダムになる領域との境界を検出することは容易であり、境界に対して位相が空間的に連続する側の領域を細胞膜の存在領域として特定する(図8において白線で囲まれた領域)。
続いて、細胞判別装置1により行われる動作(細胞判別方法)の一例として、被検体の細胞の種類を判別する方法について説明する。被検体の細胞の種類を判別する手順は、被検体である細胞の振動を定量位相顕微鏡を用いて一定時間計測し、且つ当該計測結果に対して周波数解析を行うことにより、細胞を判別するための参照データを生成する参照データ生成手順と、細胞の振動を定量位相顕微鏡を用いて一定時間計測し且つ当該計測結果に対して周波数解析を行った結果を、参照データ生成手順にて生成された参照データと照らし合わせることにより、被検体の細胞を判別する細胞判別手順に大別される。以下、各手順の詳細について説明する。
図14は、参照データ生成手順を示すフローチャートである。参照データ生成手順では、予め細胞の種類が判別されている細胞集団を用意し、当該細胞集団の細胞を計測した結果から参照データを作成する。
上記の数式(4)および(5)において、Nは時間軸上でのサンプリング点数である。Δtはサンプリングの時間間隔である。Δh(m)は、t=Δt*mの時点での計測開始時からの細胞膜の変位量である。なお、m=0、1、2、3、…(N−1)である。
PSDfit(f)=A*fs…(6)
引き続き、細胞判別手順について説明する。細胞判別手順は、被検体となる未知の細胞の細胞膜の振動を一定時間計測し、細胞膜の振動の周波数解析を行い、既に格納されているリファレンスデータの2成分散布図に当てはめることによって行う。弁別したい被検体の細胞は、リファレンスデータとして既に取得済みである種類と同種類の細胞である。以下、図19を参照しながら細胞判別手順の詳細について説明する。図19は、細胞判別手順を示すフローチャートである。
以上、参照データ生成手順および細胞判別手順を説明した。以上の説明を簡単にまとめると次のようである。(1)細胞一個一個の細胞膜の変動の周波数パワースペクトルを計算し、それぞれを式(6)に基づきフィッティングし、フィッティング直線の傾きsとフィッティング直線の複数のf=f0におけるパワースペクトルの値を求め、各細胞の細胞膜振動の周波数パラメータとする。(2)リファレンスとなる2種類以上の細胞集団についてフィッティング直線の傾きsを横軸、フィッティング直線のf=f0における値を縦軸にして、各細胞のパワースペクトルの特性を2変数の散布図にプロットする。(3)異なるf0を用いて複数の2変数散布図を作成する。(4)2変数散布図の中で、プロットされた点の決定係数の大きいものを除外し、決定係数の値が所定の値以下のものを選択する。上記の例においては決定係数が例えば0.6以下のものを選択した。(5)2変数散布図を、細胞集団ごとに別のシンボルや色を用いてプロットし、細胞集団同士の弁別が単純な区画線を用いて可能となるようなf0を採用し、2変数散布図と区画線を決定し、2種類の細胞集団を弁別するためのリファレンスデータとする。(6)被検体である未知細胞について細胞膜の変動を計測し、得られた周波数パラメータをリファレンスデータの2変数散布図と区画線に当てはめて細胞を弁別する。このような手続きを経ることで、細胞膜の変動の周波数解析をもとにして細胞を弁別する方法および装置を提供することができる。
引き続き、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、複数作成した散布図の選択方法が、第1実施形態と主に相違している。つまり、第1実施形態における図14のステップS107において相違点がある。以下ではこの相違点を中心に説明する。
本実施形態によれば、細胞の振動を定量位相顕微鏡を用いて計測する。定量位相顕微鏡を用いた計測方法によれば、光を使った非侵襲で、更にナノメータスケールの高精度で、細胞の振動を計測することができる。また、AFMの場合と異なり、多点計測ができるため、細胞の特徴的な変動を示す部位を知らなくても、細胞全体としての特徴を捉えることができる。更に、計測時間面において、AFMの場合でのような長時間はかからないというメリットがある。そして、以上のような定量位相顕微鏡による計測方法を用いて、参照データを生成し、また当該参照データを用いて被検体の細胞を判別するため、結果的に、非侵襲、高精度、更に高速で細胞判別を行うことができる。
Claims (8)
- 被検体細胞の振動を一定時間計測する計測ステップと、
当該計測結果に対して周波数解析を行うことにより、解析結果データを生成する解析ステップと、
予め用意されている参照データと前記解析結果データを照らし合わせることにより、前記被検体である細胞を判別する判別ステップと、
を含む細胞判別方法。 - 前記参照データは、予め細胞の種類が判別されている細胞である参照細胞の振動を一定時間計測し、当該計測結果に対して周波数解析を行うことにより、作成されたデータである、
請求項1に記載の細胞判別方法。 - 前記計測ステップでは、前記被検体細胞に対して複数の計測領域を設け、前記複数の計測領域のそれぞれにおいて、前記被検体細胞の振動を計測する、
請求項1または2に記載の細胞判別方法。 - 前記解析ステップでは、前記複数の計測領域のそれぞれにおけるパワースペクトルを取得し、前記複数の計測領域のそれぞれにおける前記パワースペクトルを平均化する、
請求項3に記載の細胞判別方法。 - 参照データを格納する格納手段と、
被検体細胞の振動を一定時間計測する計測手段と、
当該計測結果に対して周波数解析を行うことにより、解析結果データを生成する解析手段と、
前記解析結果データを前記参照データと照らし合わせることにより、前記被検体である細胞を判別する判別手段と、
を備える細胞判別装置。 - 前記参照データは、予め細胞の種類が判別されている細胞である参照細胞の振動を一定時間計測し、当該計測結果に対して周波数解析を行うことにより、作成されたデータである、
請求項5に記載の細胞判別装置。 - 前記計測手段は、前記被検体細胞に対して複数の計測領域を設け、前記複数の計測領域のそれぞれにおいて、前記被検体細胞の振動を計測する、
請求項5または6に記載の細胞判別装置。 - 前記解析手段は、前記複数の計測領域のそれぞれにおけるパワースペクトルを取得し、前記複数の計測領域のそれぞれにおける前記パワースペクトルを平均化する、
請求項7に記載の細胞判別装置。
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JPH04504055A (ja) * | 1989-03-15 | 1992-07-23 | ドゥ サント―アガト、ニコラス | 振動測定法による生きた微生物の検出及び/又は同定方法 |
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JP2009148224A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 試料同定装置および試料同定方法 |
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