JP2015179018A - Stress measurement device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は微細物質の表面の強度を測定する応力測定装置及び応力測定方法に関する。 The present invention relates to a stress measuring apparatus and a stress measuring method for measuring the strength of the surface of a fine substance.
様々な分野で微細物質の表面の強度が測定されている。例えば、医療分野では、微細物質である１〜１０μｍ程度の細胞の硬さの測定結果は、腫瘍の状態の把握に有効に利用することができる。このような微細物質の測定方法の一例として、マイクロピペットやビッカース圧子を利用する方法がある。 The strength of the surface of fine materials has been measured in various fields. For example, in the medical field, a measurement result of cell hardness of about 1 to 10 μm, which is a fine substance, can be effectively used for grasping a tumor state. As an example of a method for measuring such a fine substance, there is a method using a micropipette or a Vickers indenter.
マイクロピペットを利用する場合、マイクロピペットの先端により微細物質を引っ張ったり押し込んだりして微細物質の表面の強度を測定する。しかしながら、任意の場所にマイクロピペットを当てることは困難であるとともに、測定の精度は高くない。 When a micropipette is used, the strength of the surface of the fine substance is measured by pulling or pushing the fine substance with the tip of the micropipette. However, it is difficult to apply a micropipette to an arbitrary place, and the measurement accuracy is not high.
また、ビッカース圧子を使用する場合、ビッカース圧子を規定の圧力で微細物質に押し当てて形成された表面積を利用して微細物質の表面の強度を測定する。しかしながら、この場合も任意の場所にビッカース圧子を押し当てることは困難である。 When a Vickers indenter is used, the surface strength of the fine substance is measured using a surface area formed by pressing the Vickers indenter against the fine substance at a specified pressure. However, in this case as well, it is difficult to press the Vickers indenter at an arbitrary place.
一方、微粒子を利用する技術として、特許文献１には、微粒子を磁気プローブを用いて目標位置に配置することが記載されている。しかし、このような技術を適用として微細物質の表面の強度を測定することは考慮されていない。 On the other hand, as a technique using fine particles, Patent Document 1 describes that fine particles are arranged at a target position using a magnetic probe. However, it is not considered to measure the strength of the surface of a fine substance by applying such a technique.
上述したように、従来の微細物質の表面を測定する方法では、対象物質において測定する位置を任意の場所に調整することは難しく、対象物質の表面の強度を高精度に測定することが困難である。したがって、従来の測定方法は、希望する位置の状態を測定するのではなく、マイクロピペットやビッカース圧子がたまたま当たった場所の状態を測定しているといえる。 As described above, in the conventional method for measuring the surface of a fine substance, it is difficult to adjust the measurement position of the target substance to an arbitrary place, and it is difficult to measure the strength of the surface of the target substance with high accuracy. is there. Therefore, it can be said that the conventional measuring method does not measure the state of the desired position, but measures the state of the place where the micropipette or the Vickers indenter accidentally hits.
上記課題に鑑み、本発明は、微小物質の強度を高精度に測定することを目的とする In view of the above problems, an object of the present invention is to measure the strength of a minute substance with high accuracy.
上記目的を達成するために、第１の発明は、少なくとも一部が内部を視認可能な素材で形成され、測定対象の微小物質及び磁性微粒子が収納される容器と、測定時に、前記容器内を定期的に撮影する撮影部と、前記容器内に磁力を与える磁力発生部と、前記撮影部で撮影される各画像の解析結果から、磁性微粒子の位置を検出する検出手段と、当該検出手段が検出した前記磁性微粒子の最新の位置を利用して前記容器の底面又は内壁と接する測定対象の微小物質に前記磁性微粒子を所定深さまで押し込むように前記磁力発生部を制御する制御手段と、当該制御手段による制御の変化を利用して前記微小物質の表面状態の応力を算出する算出手段とを備える。 In order to achieve the above object, the first invention is characterized in that at least a part of the container is formed of a material whose inside can be visually recognized, and a container in which a minute substance to be measured and magnetic fine particles are stored; An imaging unit that periodically shoots, a magnetic force generation unit that applies a magnetic force to the container, a detection unit that detects the position of the magnetic fine particles from the analysis result of each image captured by the imaging unit, and the detection unit Control means for controlling the magnetic force generation unit to push the magnetic fine particles to a predetermined depth into a minute substance to be measured that contacts the bottom surface or inner wall of the container using the latest position of the detected magnetic fine particles, and the control Calculating means for calculating the stress of the surface state of the minute substance by utilizing a change in control by the means.
また、第２の発明は、前記磁力発生部は、それぞれ前記容器の上下に配置される一対の磁石と、それぞれ前記容器の側面に前記容器を中心に対向して配置される一対の磁石とを備える。 In the second invention, the magnetic force generator includes a pair of magnets disposed above and below the container, and a pair of magnets disposed on the side surfaces of the container so as to face each other with the container as a center. Prepare.
また、第３の発明は、第１の方向から前記容器内の画像を撮影するとともに、前記第１の方向と異なる第２の方向から前記容器内の画像を撮影し、前記制御手段は、第１の方向及び前記第２の方向の画像から検出された位置を利用して、三次元座標で特定される前記磁性微粒子の位置を制御する制御手段とを備える。 According to a third aspect of the present invention, the image inside the container is taken from a first direction and the image inside the container is taken from a second direction different from the first direction. Control means for controlling the position of the magnetic fine particles specified by three-dimensional coordinates using positions detected from the images in the first direction and the second direction.
また、第４の発明は、少なくとも一部が内部を視認可能な素材で形成され、測定対象の微小物質及び磁性微粒子が収納される容器を撮影するステップと、撮影される各画像の解析結果から、磁性微粒子の位置を検出するステップと、検出した前記磁性微粒子の最新の位置を利用して前記容器の底面又は内壁と接する測定対象の微小物質に前記磁性微粒子を所定深さまで押し込むように前記容器内に磁力を与える磁力発生部を制御するステップと、前記磁力発生部の制御の変化を利用して前記微小物質の表面状態の応力を算出するステップとを有する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a step of photographing a container in which at least a part is formed of a material whose inside can be visually recognized, and in which a minute substance to be measured and magnetic fine particles are stored, and an analysis result of each photographed image. Detecting the position of the magnetic fine particles, and using the latest position of the detected magnetic fine particles to push the magnetic fine particles to a predetermined depth into a minute substance to be measured in contact with the bottom or inner wall of the container. A step of controlling a magnetic force generation part that applies a magnetic force therein, and a step of calculating a stress in a surface state of the minute substance using a change in control of the magnetic force generation part.
本発明によれば、微小物質の強度を高精度に測定することができる。 According to the present invention, the strength of a minute substance can be measured with high accuracy.
以下に、図面を用いて本発明の実施形態に係る応力測定装置について説明する。実施形態に係る応力測定装置は、液体中に存在する細胞等の微小物質の表面の所望の場所に磁性微粒子を押し当て、その微小物質の表面の応力を測定するものである。このとき、応力測定装置では、磁力を用いて液体中で磁性微粒子を微小物質の表面まで移動させる。また、応力測定装置は、微小物質の表面上で磁性微粒子を移動させることで、微小物質の応力の分布を測定することができる。 Below, the stress measuring device concerning the embodiment of the present invention is explained using a drawing. The stress measuring device according to the embodiment measures the stress on the surface of the minute substance by pressing the magnetic fine particles against a desired place on the surface of the minute substance such as a cell present in the liquid. At this time, in the stress measuring apparatus, the magnetic fine particles are moved to the surface of the minute substance in the liquid using magnetic force. Further, the stress measuring device can measure the stress distribution of the minute substance by moving the magnetic fine particles on the surface of the minute substance.
測定に利用する磁性微粒子は、磁性体材料で形成される微粒子である。また、磁性微粒子は、細胞とともに培養液に注入されるため、培養液による影響を受けない材料であることが好ましい。例えば、磁性微粒子は、マグネタイト（Ｆｅ3Ｏ4）で形成される。応力測定の際に測定の精度を向上するため、磁性微粒子のサイズは、測定対象の微細物質のサイズよりも小さいことが好ましい。また、磁性微粒子は、球状であることが好ましい。以下の説明において、微小物質は細胞であるものとして説明する。
〈応力測定装置〉
図１に示すように、応力測定装置１は、測定対象の細胞Ｃ及び磁性微粒子Ｍを含む培養液Ｌを収納可能な容器１０と、容器１０内を撮影可能な撮影部２０と、容器１０内に磁力を与える磁力発生部３０と、磁力発生部３０に電流を供給する電源装置４０と、撮影部２０を制御して撮影された画像を処理するとともに、磁力発生部３０に電流を供給するために電源装置４０を制御する制御装置５０とを備える。
The magnetic fine particles used for measurement are fine particles formed of a magnetic material. Further, since the magnetic fine particles are injected into the culture solution together with the cells, it is preferable that the magnetic fine particles be a material that is not affected by the culture solution. For example, the magnetic fine particles are formed of magnetite (Fe 3 O 4 ). In order to improve the measurement accuracy during stress measurement, the size of the magnetic fine particles is preferably smaller than the size of the fine substance to be measured. The magnetic fine particles are preferably spherical. In the following description, it is assumed that the minute substance is a cell.
<Stress measurement device>
As shown in FIG. 1, the stress measuring apparatus 1 includes a container 10 that can store a culture solution L containing cells C and magnetic fine particles M to be measured, a photographing unit 20 that can photograph the inside of the container 10, and a container 10. A magnetic force generator 30 for applying a magnetic force to the magnetic force generator, a power supply device 40 for supplying a current to the magnetic force generator 30, and controlling the photographing unit 20 to process a photographed image and supplying a current to the magnetic force generator 30. And a control device 50 for controlling the power supply device 40.
容器１０は、図２に示すように、送出ライン１１を介して培養液Ｌ、測定対象の細胞Ｃ及び磁性微粒子Ｍを容器１０に送出する送出部１２と接続される。また、容器１０は、回収ライン１３を介して細胞Ｃ及び磁性微粒子Ｍを容器１０から回収する回収部１４と接続される。送出部１２及び回収部１４は、例えば、制御装置５０により制御される。または、送出部１２及び回収部１４は、オペレータにより手動で制御されてもよい。 As shown in FIG. 2, the container 10 is connected via a delivery line 11 to a delivery unit 12 that delivers the culture medium L, cells C to be measured, and magnetic fine particles M to the container 10. The container 10 is connected to a collection unit 14 that collects the cells C and the magnetic fine particles M from the container 10 via a collection line 13. The sending unit 12 and the collection unit 14 are controlled by the control device 50, for example. Alternatively, the sending unit 12 and the collecting unit 14 may be manually controlled by an operator.
この容器１０は、例えば、石英ガラス等の内部が視認可能な素材で形成される。このとき、容器１０の全体が石英ガラスで形成される必要はなく、撮影部２０によって内部を撮影可能であればよい。例えば、撮影部２０が容器１０の側面と上面から内部を撮影する場合、少なくともこの容器１０の側面と上面の一部と、容器１０内に光を照射する一部のみが石英ガラスで形成されればよい。 The container 10 is formed of a material whose inside can be visually recognized, such as quartz glass. At this time, it is not necessary that the entire container 10 be formed of quartz glass, and it is sufficient if the inside can be photographed by the photographing unit 20. For example, when the photographing unit 20 photographs the inside from the side surface and top surface of the container 10, at least a part of the side surface and top surface of the container 10 and only a part that irradiates light into the container 10 are formed of quartz glass. That's fine.
容器１０のサイズは限定されない。測定対象の細胞Ｃのサイズがμｍオーダーであり、磁性微粒子Ｍはこれより小さくてよいため、これら細胞Ｃ及び磁性微粒子Ｍを収納できるサイズであればよい。例えば、幅１０ｍｍ、奥行き１０ｍｍ、高さ５０ｍｍ程度の直方体の容器１０を利用することができる。また、図１及び図２では、容器１０は、直方体を例として図示しているが、形状も限定されない。 The size of the container 10 is not limited. Since the size of the cell C to be measured is on the order of μm and the magnetic fine particles M may be smaller than this, any size that can accommodate these cells C and magnetic fine particles M may be used. For example, a rectangular parallelepiped container 10 having a width of 10 mm, a depth of 10 mm, and a height of about 50 mm can be used. Moreover, in FIG.1 and FIG.2, although the container 10 has illustrated in figure the rectangular parallelepiped as an example, a shape is not limited.
撮影部２０は、図３に示すように、容器１０内に光を照射する光源２１と、光源２１により光が照射された容器１０内を撮影する第１カメラ２２及び第２カメラ２３を有する。図３は、撮影部２０と容器１０の位置関係を容器１０の上部から示す図である。第１カメラ２２は、容器１０の側面からの画像であるｘｙ画像を撮影する。また、第２カメラ２３は、容器１０の上面からの画像であるｘｚ画像を撮影する。このように、複数のカメラ２２，２３を利用することで、三次元での位置関係を特定することができる。なお、ここでは、撮影部２０が２台のカメラ２２，２３を有する例で説明するが、２台以上のカメラを有していてもよい。 As illustrated in FIG. 3, the photographing unit 20 includes a light source 21 that irradiates light into the container 10, and a first camera 22 and a second camera 23 that photograph the inside of the container 10 irradiated with light from the light source 21. FIG. 3 is a diagram illustrating the positional relationship between the imaging unit 20 and the container 10 from the top of the container 10. The first camera 22 captures an xy image that is an image from the side surface of the container 10. The second camera 23 captures an xz image that is an image from the upper surface of the container 10. As described above, by using the plurality of cameras 22 and 23, the positional relationship in three dimensions can be specified. Note that, here, an example in which the photographing unit 20 includes two cameras 22 and 23 will be described, but two or more cameras may be included.
具体的には、容器１０の周囲には、後述するように磁石３１〜３６が配置されるが、これらの磁石３１〜３６にカメラ２２，２３の視野が遮られない位置に配置する必要がある。例えば、一方のカメラ２２を、容器１０の前面側から撮像するように配置したとき、他方のカメラ２３を正面に対し所定角度斜め上から容器１０を見下ろして撮像するように配置する。 Specifically, magnets 31 to 36 are arranged around the container 10 as described later. However, it is necessary to arrange the magnets 31 to 36 at positions where the fields of view of the cameras 22 and 23 are not obstructed. . For example, when one camera 22 is arranged to take an image from the front side of the container 10, the other camera 23 is arranged to take an image while looking down at the container 10 from a predetermined angle above the front.
この撮影部２０は、制御装置５０から入力される制御信号に応じて光源２１を制御し、容器１０内を照射する。また、撮影部２０は、制御装置５０から入力される制御信号に応じて、各カメラ２２，２３を制御し、撮影された画像データを制御装置５０に出力する。 The photographing unit 20 controls the light source 21 according to a control signal input from the control device 50 and irradiates the inside of the container 10. In addition, the photographing unit 20 controls the cameras 22 and 23 according to a control signal input from the control device 50, and outputs photographed image data to the control device 50.
撮影対象は微小な物質であるため、撮影部２０は、カメラ２２，２３の能力に応じて、容器１０とカメラ２２，２３の間に、カメラ２２，２３が撮影対象の物質を拡大して撮影可能なマイクロスコープ（図示せず）を有してもよい。 Since the object to be imaged is a minute substance, the image capturing unit 20 captures the material to be imaged by the cameras 22 and 23 between the container 10 and the cameras 22 and 23 according to the capabilities of the cameras 22 and 23. You may have a possible microscope (not shown).
また、光源２１としては、レーザ光を照射するレーザや、白色光を照射するハロゲンランプを利用することができる。例えば、磁性微粒子Ｍのサイズやカメラ２２，２３の倍率に合わせて光源２１を選択することが好ましい。 Further, as the light source 21, a laser that emits laser light or a halogen lamp that emits white light can be used. For example, it is preferable to select the light source 21 according to the size of the magnetic fine particle M and the magnification of the cameras 22 and 23.
磁力発生部３０は、図１中の紙面で容器１０の上側に配置される第１磁石３１、下側に配置される第２磁石３２、左側に配置される第３磁石３３、右側に配置される第４磁石３４を有する。また、図１では省略されているが、磁力発生部３０は、図３に示すように、容器１０の前側に配置される第５磁石３５、後側に配置される第６磁石３６を有する。具体的には、各磁石３１〜３６は、それぞれ独立して制御される電磁石や超伝導磁石である。磁力発生部３０は、これらの磁石３１〜３６を利用して、容器１０内に磁場勾配を形成する。応力測定装置１では、この磁場勾配により、容器１０内の磁性微粒子Ｍの位置を制御することができる。 The magnetic force generator 30 is disposed on the right side of the first magnet 31 disposed on the upper side of the container 10 in FIG. 1, the second magnet 32 disposed on the lower side, the third magnet 33 disposed on the left side, and the right side. The fourth magnet 34 is provided. Although omitted in FIG. 1, the magnetic force generation unit 30 includes a fifth magnet 35 disposed on the front side of the container 10 and a sixth magnet 36 disposed on the rear side, as illustrated in FIG. 3. Specifically, each of the magnets 31 to 36 is an electromagnet or a superconducting magnet that is controlled independently. The magnetic force generator 30 uses these magnets 31 to 36 to form a magnetic field gradient in the container 10. In the stress measuring apparatus 1, the position of the magnetic fine particles M in the container 10 can be controlled by this magnetic field gradient.
具体的には、第１磁石３１と第２磁石３２とがセット（第１の磁石セット）となり、いずれか一方の磁石をＯＮにするとともに、供給される電流量に応じて発生する磁力の大きさを調整することで、磁性微粒子Ｍの上下方向（ｙ軸方向）の位置を制御することができる。また、第３磁石３３と第４磁石３４とがセット（第２の磁石セット）となり、いずれか一方の磁石をＯＮにするとともに、供給される電流量に応じて発生する磁力の大きさを調整することで、磁性微粒子Ｍの左右方向（ｘ軸方向）の位置を制御することができる。さらに、第５磁石３５と第６磁石３６がセット（第３の磁石セット）となり、いずれか一方の磁石をＯＮにするとともに、供給される電流量に応じて発生する磁力の大きさを調整することで、磁性微粒子Ｍの奥行き方向（ｚ軸方向）の位置を制御することができる。 Specifically, the first magnet 31 and the second magnet 32 become a set (first magnet set), and one of the magnets is turned on and the magnitude of the magnetic force generated according to the amount of current supplied is large. By adjusting the height, the position of the magnetic fine particles M in the vertical direction (y-axis direction) can be controlled. In addition, the third magnet 33 and the fourth magnet 34 form a set (second magnet set), and one of the magnets is turned on and the magnitude of the magnetic force generated is adjusted according to the amount of current supplied. By doing so, the position of the magnetic fine particles M in the left-right direction (x-axis direction) can be controlled. Further, the fifth magnet 35 and the sixth magnet 36 form a set (third magnet set), and one of the magnets is turned on and the magnitude of the magnetic force generated is adjusted according to the amount of current supplied. Thus, the position of the magnetic fine particle M in the depth direction (z-axis direction) can be controlled.
なお、磁力発生部３０は、第１〜第３の磁石セットのうち、いずれかを有していなくてもよい。例えば、磁力発生部３０に第３の磁石セットがなく、前後方向に磁石３５，３６が配置されない場合、細胞Ｃのｚ座標を特定した後に磁性微粒子Ｍを注入し、細胞Ｃの位置を特定するｚ座標と同じｚ座標にある磁性微粒子Ｍを選択することで、磁性微粒子Ｍのｚ軸方向を細胞Ｃと合わせることができる。 In addition, the magnetic force generation unit 30 may not have any one of the first to third magnet sets. For example, when the magnetic force generation unit 30 does not have the third magnet set and the magnets 35 and 36 are not arranged in the front-rear direction, the magnetic fine particle M is injected after the z-coordinate of the cell C is specified, and the position of the cell C is specified. By selecting the magnetic fine particles M having the same z coordinate as the z coordinate, the z-axis direction of the magnetic fine particles M can be aligned with the cell C.
電源装置４０は、制御装置５０から入力される制御信号に応じて、磁力発生部３０の各磁石３１〜３６を制御し、容器１０内に磁場勾配を形成する。具体的には、電源装置４０は、制御信号で特定される電流量の電流を各磁石３１〜３６に供給する。 The power supply device 40 controls each of the magnets 31 to 36 of the magnetic force generation unit 30 according to a control signal input from the control device 50 to form a magnetic field gradient in the container 10. Specifically, the power supply device 40 supplies each magnet 31 to 36 with a current having a current amount specified by the control signal.
なお、ここでは、電源装置４０が供給する電流に応じて容器１０内の磁場勾配を調整して磁性微粒子Ｍの位置を制御するものとして説明するが、これに限定されない。例えば、容器１０と各磁石３１〜３６との距離を利用して容器１０内の磁場勾配を調整してもよい。この場合、電源装置４０の代わりに、入力される制御信号に応じて、容器１０と各磁石３１〜３６との距離を制御する駆動装置を有する。 In addition, although demonstrated here as what controls the position of the magnetic microparticle M by adjusting the magnetic field gradient in the container 10 according to the electric current which the power supply device 40 supplies, it is not limited to this. For example, you may adjust the magnetic field gradient in the container 10 using the distance of the container 10 and each magnet 31-36. In this case, instead of the power supply device 40, a drive device is provided that controls the distance between the container 10 and each of the magnets 31 to 36 in accordance with an input control signal.
制御装置５０は、図１に示すように、撮影部２０を制御する撮影制御手段５１１と、撮影された画像を解析する解析手段５１２と、対象の磁性微粒子Ｍを検出する検出手段５１３と、磁性微粒子Ｍの位置と目的位置との差分を求める差分算出手段５１４と、電源装置４０を制御する電源制御手段５１５と、電源装置４０の制御に応じて細胞Ｃの応力を算出する応力算出手段５１６を有している。 As shown in FIG. 1, the control device 50 includes an imaging control unit 511 that controls the imaging unit 20, an analysis unit 512 that analyzes a captured image, a detection unit 513 that detects a target magnetic particle M, and a magnetic unit. Difference calculating means 514 for obtaining the difference between the position of the fine particles M and the target position, power supply control means 515 for controlling the power supply device 40, and stress calculation means 516 for calculating the stress of the cell C in accordance with the control of the power supply device 40. Have.
例えば、この制御装置５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）５１、記憶装置５２、通信インタフェース（通信Ｉ/Ｆ）５３、キーボードやマウス等の入力装置５４及びディスプレイやスピーカ等の出力装置５５を備える情報処理装置である。図１に示すように、記憶装置５２に記憶される測定制御プログラムＰが読み出されて実行されることで、ＣＰＵ５１が撮影制御手段５１１、解析手段５１２、検出手段５１３、差分算出手段５１４、電源制御手段５１５及び応力算出手段５１６として処理を実行する。また、測定制御プログラムＰが実行されると、記憶装置５２には、応力測定処理の過程で、画像データＤ１、二値化データＤ２、位置データＤ３、制御データＤ４及び応力データＤ５が記憶される。 For example, the control device 50 includes a central processing unit (CPU) 51, a storage device 52, a communication interface (communication I / F) 53, an input device 54 such as a keyboard and a mouse, and an output device 55 such as a display and a speaker. It is a processing device. As shown in FIG. 1, the measurement control program P stored in the storage device 52 is read and executed so that the CPU 51 can control the imaging control unit 511, the analysis unit 512, the detection unit 513, the difference calculation unit 514, and the power source. Processing is executed as the control means 515 and the stress calculation means 516. When the measurement control program P is executed, the storage device 52 stores image data D1, binarized data D2, position data D3, control data D4, and stress data D5 in the course of stress measurement processing. .
撮影制御手段５１１は、入力装置５４を介して測定開始信号が入力されると、撮影部２０に制御信号を出力する。具体的には、撮影制御手段５１１は、光源２１によって容器１０内に光を照射させる制御信号を出力するとともに、カメラ２２，２３で容器１０内を撮影させる制御信号を出力する。このとき、撮影制御手段５１１は、定期的（例えば、１００フレーム/秒）に複数枚の画像を撮影するようにカメラ２２，２３を制御する。撮影制御手段５１１は、撮影部２０で撮影された画像データＤ１を撮影時刻と関連付けて記憶装置５２に記憶する。 The imaging control means 511 outputs a control signal to the imaging unit 20 when a measurement start signal is input via the input device 54. Specifically, the imaging control unit 511 outputs a control signal for causing the light source 21 to irradiate light into the container 10 and outputs a control signal for causing the cameras 22 and 23 to image the inside of the container 10. At this time, the photographing control unit 511 controls the cameras 22 and 23 so as to photograph a plurality of images periodically (for example, 100 frames / second). The imaging control unit 511 stores the image data D1 captured by the imaging unit 20 in the storage device 52 in association with the imaging time.
解析手段５１２は、画像データＤ１に二値化処理を実行し、二値化データＤ２を生成する。解析手段５１２は、生成した二値化データＤ２を撮影時刻と関連付けて記憶装置５２に記憶する。 The analysis unit 512 executes binarization processing on the image data D1 to generate binarized data D2. The analysis unit 512 stores the generated binarized data D2 in the storage device 52 in association with the shooting time.
検出手段５１３は、二値化データＤ２から、対象の物質である磁性微粒子Ｍ又は細胞Ｃの位置を特定する座標を検出する。また、検出手段５１３は、検出した座標と画像の撮影時刻と関連付けて位置データＤ３として記憶装置５２に記憶する。 The detection means 513 detects coordinates specifying the position of the magnetic fine particle M or the cell C that is the target substance from the binarized data D2. The detecting unit 513 stores the detected coordinates in the storage device 52 as position data D3 in association with the image capturing time.
具体的には、磁性微粒子Ｍ又は細胞Ｃを探索する際、検出手段５１３は、二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の面積を求める。ここで、粒子は、二値化データＤ２において背景とは色が異なる部分である。例えば、背景を黒と定義した場合、白い部分が粒子であり、背景を白と定義した場合、黒い部分が粒子である。検出手段５１３は、二値化データに含まれる各粒子から予め定められる面積の粒子を磁性微粒子Ｍ又は細胞Ｃとして検出し、検出した粒子の座標を磁性微粒子Ｍ又は細胞Ｃの位置として特定する。なお、細胞Ｃのサイズは磁性微粒子Ｍのサイズよりも大きい。したがって、所定の面積の領域が細胞Ｃとなる。 Specifically, when searching for the magnetic fine particles M or cells C, the detection means 513 obtains the areas of all particles included in the binarized data D2. Here, the particle is a portion having a color different from the background in the binarized data D2. For example, when the background is defined as black, white portions are particles, and when the background is defined as white, black portions are particles. The detecting means 513 detects a particle having a predetermined area from each particle included in the binarized data as the magnetic fine particle M or the cell C, and specifies the coordinates of the detected particle as the position of the magnetic fine particle M or the cell C. The size of the cell C is larger than the size of the magnetic fine particle M. Therefore, a region having a predetermined area is the cell C.
また、磁性微粒子Ｍの位置を制御する際、検出手段５１３は、二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の座標を求める。検出手段５１３は、二値化データＤ２に含まれる各粒子の座標のうち、位置データＤ３で前回の撮影時刻と関連付けられる磁性微粒子Ｍの座標と最も近い座標に存在する粒子を磁性微粒子Ｍとして特定し、位置データＤ３に追加する。 Further, when controlling the position of the magnetic fine particle M, the detection means 513 obtains the coordinates of all the particles included in the binarized data D2. The detection means 513 identifies, as the magnetic fine particle M, the particle present at the coordinate closest to the coordinate of the magnetic fine particle M associated with the previous photographing time in the position data D3 among the coordinates of each particle included in the binarized data D2. And added to the position data D3.
差分算出手段５１４は、検出手段５１３で検出された磁性微粒子Ｍの位置（座標）と目標位置（座標）との差分を求める。具体的には、第１カメラ２２で撮影されたｘｙ画像を利用するとき、二値化データＤ２中の磁性微粒子Ｍの座標（ｘ１，ｙ１）と、目標位置の座標（ｘ２，ｙ２）との差分（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２）を求める。また、第２カメラ２３で撮影されたｘｚ画像を利用するとき、二値化データＤ２中の磁性微粒子Ｍの座標（ｘ１，ｚ１）と、目標位置の座標（ｘ２，ｚ２）との差分（ｘ１−ｘ２，ｚ１−ｚ２）を求める。これにより、磁性微粒子Ｍを目標位置に移動させる距離と方向とを特定することができる。目標位置は、例えば、測定対象の細胞Ｃの表面に設定される複数の「測定点」又は、「測定点から一定深さの点」である。応力測定の際には、細胞Ｃの各測定点に磁性微粒子Ｍを移動させるとともに、各測定点で磁性微粒子Ｍを一定深さまで押し込み、細胞Ｃの各測定点の応力を測定する。 The difference calculation means 514 obtains the difference between the position (coordinates) of the magnetic fine particles M detected by the detection means 513 and the target position (coordinates). Specifically, when the xy image photographed by the first camera 22 is used, the coordinates (x1, y1) of the magnetic fine particles M in the binarized data D2 and the coordinates (x2, y2) of the target position The difference (x1-x2, y1-y2) is obtained. Further, when the xz image photographed by the second camera 23 is used, the difference (x1) between the coordinates (x1, z1) of the magnetic fine particles M in the binarized data D2 and the coordinates (x2, z2) of the target position -X2, z1-z2) are obtained. Thereby, the distance and direction for moving the magnetic fine particles M to the target position can be specified. The target position is, for example, a plurality of “measurement points” set on the surface of the cell C to be measured or “a point having a certain depth from the measurement point”. When measuring the stress, the magnetic fine particles M are moved to each measurement point of the cell C, and the magnetic fine particles M are pushed to a certain depth at each measurement point, and the stress at each measurement point of the cell C is measured.
電源制御手段５１５は、検出手段５１３で検出された差分データを利用して、電源装置４０を制御する制御信号を生成して電源装置４０に出力する。この制御信号は、磁性微粒子Ｍを目標位置に移動させる磁場勾配が形成されるように各磁石３１〜３６に供給する電流量情報を含む。また、電源制御手段５１５は、新たな制御信号を生成すると、差分データの算出に利用された位置とともに、電流量情報を含む制御データＤ４を記憶装置５２に出力する。その後、電源装置４０を制御して磁性微粒子の新たな位置が特定されると、電源制御手段５１５は、この新たな位置に応じた制御信号を生成する。このとき、応力測定装置１では、新たな位置がフィードバック信号となり、フィードバック制御が実行される。 The power supply control unit 515 generates a control signal for controlling the power supply device 40 using the difference data detected by the detection unit 513 and outputs the control signal to the power supply device 40. This control signal includes information on the amount of current supplied to each of the magnets 31 to 36 so that a magnetic field gradient that moves the magnetic fine particles M to the target position is formed. Further, when generating a new control signal, the power supply control unit 515 outputs control data D4 including current amount information to the storage device 52 together with the position used for calculating the difference data. Thereafter, when the power supply device 40 is controlled and a new position of the magnetic fine particles is specified, the power supply control means 515 generates a control signal corresponding to the new position. At this time, in the stress measuring apparatus 1, the new position becomes a feedback signal, and feedback control is executed.
磁性微粒子Ｍに作用する力は、図４に示すように、磁力発生部３０から発生される磁力Ｆｐ、流体である培養液Ｌから受ける流体抵抗力Ｆｄ、浮力Ｆｂ及び重力Ｆｇである。Ｆｐ＋Ｆｂ＞Ｆｄ＋Ｆｇとなったとき、磁性微粒子Ｍは加速力を生じ（下方向に移動）、Ｆｐ＋Ｆｂ＜Ｆｄ＋Ｆｇとなったとき、磁性微粒子Ｍは減速力を生じる（上方向に移動）。また、Ｆｐ＋Ｆｂ＝Ｆｄ＋Ｆｇとなったとき、磁性微粒子Ｍは一点に留まることとなり、以下では、この状態を「磁性微粒子Ｍがバランスされた状態」として説明する。 As shown in FIG. 4, the forces acting on the magnetic fine particles M are a magnetic force Fp generated from the magnetic force generator 30, a fluid resistance force Fd received from the culture medium L as a fluid, a buoyancy Fb, and a gravity Fg. When Fp + Fb> Fd + Fg, the magnetic fine particles M generate acceleration force (moves downward), and when Fp + Fb <Fd + Fg, the magnetic fine particles M generate deceleration force (moves upward). Further, when Fp + Fb = Fd + Fg, the magnetic fine particles M remain at one point, and in the following, this state will be described as “the magnetic fine particles M are balanced”.
培養液Ｌ及び磁性微粒子Ｍが決定すると、浮力Ｆｂ及び重力Ｆｇは固定の値になる。また、培養液Ｌが流動せず、かつ、磁性微粒子Ｍがバランスしている場合、流体抵抗力Ｆｄは、固定の値である「０」になる。したがって、この場合、電源制御手段５１５は、浮力Ｆｂ、重力Ｆｇ及び流体抵抗力Ｆｄから磁性微粒子Ｍの目的位置に応じた磁力Ｆｐを決定し、この磁力Ｆｐを発生するための制御信号を生成する。 When the culture solution L and the magnetic fine particles M are determined, the buoyancy Fb and the gravity Fg are fixed values. When the culture medium L does not flow and the magnetic fine particles M are balanced, the fluid resistance force Fd becomes “0” which is a fixed value. Therefore, in this case, the power supply control means 515 determines the magnetic force Fp corresponding to the target position of the magnetic fine particles M from the buoyancy Fb, the gravity Fg, and the fluid resistance force Fd, and generates a control signal for generating the magnetic force Fp. .
一方、培養液Ｌが一定速度で流動し、磁性微粒子Ｍが細胞Ｃと接しておらず、かつ、磁性微粒子Ｍがバランスした場合、流体抵抗力Ｆｄは、浮力Ｆｂ、重力Ｆｇ、このときの磁力Ｆｐのベクトル演算で求められる固定の値になる。したがって、この場合、まず浮力Ｆｂ、重力Ｆｇ及び磁力Ｆｐから流体抵抗力Ｆｄを求め、次に、浮力Ｆｂ、重力Ｆｇ及び求めた流体抵抗力Ｆｄから磁性微粒子Ｍの目的位置に応じた磁力Ｆｐを決定する。なお、一度、流体抵抗力Ｆｄを求めた後、培養液Ｌの流動速度に変更がない場合、その後に測定のために磁性微粒子Ｍを細胞Ｃに押し当てる目的で磁力Ｆｐを決定する際には、電源制御手段５１５は、流体抵抗力Ｆｄを固定値として使用し、この固定値の流体抵抗力Ｆｄを用いて、磁性微粒子Ｍの目的位置に応じた磁力Ｆｐを決定し、この磁力Ｆｐを発生するための制御信号を生成する。 On the other hand, when the culture liquid L flows at a constant speed, the magnetic fine particles M are not in contact with the cells C, and the magnetic fine particles M are balanced, the fluid resistance force Fd is buoyancy Fb, gravity Fg, and magnetic force at this time. This is a fixed value obtained by vector calculation of Fp. Therefore, in this case, first, the fluid resistance force Fd is obtained from the buoyancy Fb, gravity Fg and magnetic force Fp, and then the magnetic force Fp corresponding to the target position of the magnetic fine particles M is obtained from the buoyancy Fb, gravity Fg and the obtained fluid resistance force Fd. decide. When the flow rate of the culture solution L is not changed after the fluid resistance force Fd is obtained once, when determining the magnetic force Fp for the purpose of pressing the magnetic fine particles M against the cells C for measurement after that. The power control means 515 uses the fluid resistance force Fd as a fixed value, determines the magnetic force Fp corresponding to the target position of the magnetic fine particle M using the fluid resistance force Fd of this fixed value, and generates this magnetic force Fp. A control signal for generating
応力算出手段５１６は、電源制御手段５１５が電源装置４０に出力する制御信号に含まれる電流量情報を利用して、細胞Ｃの表面の応力を算出する。また、算出した応力の値及び対象の位置を関連付ける応力データＤ５を記憶装置５２に記憶する。 The stress calculation means 516 calculates the stress on the surface of the cell C using the current amount information included in the control signal output from the power supply control means 515 to the power supply device 40. Further, the storage device 52 stores the stress data D5 that associates the calculated stress value with the target position.
例えば、磁性微粒子Ｍは、細胞Ｃの表面の各測定点を移動しながら、細胞Ｃの各測定点で所定深さまで押し込まれる。これにより、細胞Ｃに磁性微粒子Ｍを押し込んだ量を変位とし、磁性微粒子Ｍが感じる反力を応力として、細胞Ｃの表面の応力分布を表す「応力‐ひずみ線図」を生成することができる。ここで、応力算出手段５１６は、磁性微粒子Ｍの制御に利用した電流量を利用して磁力Ｆｐを求める式を利用し、これにより「押し込んだ量」を特定する。また、応力算出手段５１６は、浮力Ｆｂ、重力Ｆｇ及び磁力Ｆｐの値を用いて所定の式により「反力」を算出する。 For example, the magnetic fine particle M is pushed to a predetermined depth at each measurement point of the cell C while moving each measurement point on the surface of the cell C. As a result, a “stress-strain diagram” representing the stress distribution on the surface of the cell C can be generated with the amount of the magnetic fine particle M pushed into the cell C as a displacement and the reaction force felt by the magnetic fine particle M as a stress. . Here, the stress calculation means 516 uses an equation for obtaining the magnetic force Fp using the amount of current used for controlling the magnetic fine particles M, and thereby specifies the “indented amount”. The stress calculation means 516 calculates the “reaction force” by a predetermined formula using the values of the buoyancy Fb, the gravity Fg, and the magnetic force Fp.
具体的には、応力算出手段５１６は、磁気力Ｆｐの算出に、式（１）及び、記憶装置５２に記憶される磁界データＤ６を利用する。 Specifically, the stress calculation unit 516 uses Equation (1) and magnetic field data D6 stored in the storage device 52 for calculation of the magnetic force Fp.
Ｆｐ＝μ0・Ｍｍ・∇Ｈ・Ｖ ・・・（１）
磁界データＤ６は、予め複数の電流パターンについて、磁界分布及び磁気勾配分布を計測した結果のデータである。また、式（１）のμ0は真空透磁率、Ｍｍは磁性微粒子Ｍの磁化、∇Ｈは磁界データＤ６から特定される磁界、Ｖは磁性微粒子Ｍの体積である。なお、磁性微粒子Ｍの体積Ｖは、撮影部２０で撮影された磁性微粒子Ｍの断面積から特定することができる。
Fp = μ0 · Mm · ∇H · V (1)
The magnetic field data D6 is data obtained as a result of measuring the magnetic field distribution and the magnetic gradient distribution in advance for a plurality of current patterns. In the equation (1), μ0 is the vacuum permeability, Mm is the magnetization of the magnetic fine particle M, ∇H is the magnetic field specified from the magnetic field data D6, and V is the volume of the magnetic fine particle M. The volume V of the magnetic fine particles M can be specified from the cross-sectional area of the magnetic fine particles M photographed by the photographing unit 20.
〈応力測定処理〉
図５に示すフローチャートを用いて、応力測定装置１を利用して実行される応力測定処理を説明する。まず、応力測定処理を実行する際には、送出部１２により、容器１０に細胞Ｃが送出される（Ｓ１）。容器１０内において、細胞Ｃは、底面に付着する。または、細胞Ｃは、容器１０の側面に付着する。
<Stress measurement process>
The stress measurement process performed using the stress measurement apparatus 1 will be described using the flowchart shown in FIG. First, when executing the stress measurement process, the cell C is delivered to the container 10 by the delivery unit 12 (S1). In the container 10, the cell C adheres to the bottom surface. Alternatively, the cell C adheres to the side surface of the container 10.
その後、制御装置５０の制御により、容器１０における細胞Ｃの位置が探索される（Ｓ２）。細胞Ｃの位置の探索は、第１カメラ２２の画像（ｘｙ画像）を使用する。ステップＳ２における細胞Ｃの探索の処理については、図７を用いて詳述する。 Thereafter, the position of the cell C in the container 10 is searched under the control of the control device 50 (S2). The search for the position of the cell C uses an image (xy image) of the first camera 22. The search process for cell C in step S2 will be described in detail with reference to FIG.
続いて、送出部１２により、容器１０に磁性微粒子Ｍが送出される（Ｓ３）。その後、制御装置５０の制御により、容器１０における磁性微粒子Ｍの位置が探索される（Ｓ４）。磁性微粒子Ｍの位置の探索は、第１カメラ２２の画像（ｘｙ画像）を使用する。ステップＳ４における磁性微粒子Ｍの探索の処理については、図８を用いて詳述する。 Subsequently, the magnetic fine particles M are delivered to the container 10 by the delivery unit 12 (S3). Thereafter, the position of the magnetic fine particles M in the container 10 is searched under the control of the control device 50 (S4). The search for the position of the magnetic fine particle M uses an image (xy image) of the first camera 22. The process of searching for the magnetic fine particles M in step S4 will be described in detail with reference to FIG.
ここで、細胞Ｃのサイズと磁性微粒子Ｍのサイズとの比率は、例えば、１０：１程度である。比率が、１０：１程度であれば、細胞Ｃの表面上の分布や押し込み量を計測しやすい。しかしながら、比率が５：１程度である場合、比率１０：１の場合と比較して、細胞Ｃに対する磁性微粒子Ｍのサイズが大きくなるため、測定精度が劣るおそれがある。また、比率が１００：１程度である場合、磁性微粒子Ｍが細胞Ｃに対して小さく、測定点を多く設定する必要が生じるため、測定に長い時間を要することになる。この細胞Ｃと磁性微粒子Ｍのサイズの比率は、細胞Ｃ上に設定する測定点の数、細胞Ｃに磁性微粒子Ｍを押し込む深さ、撮影部２０で撮影される画像の分解能等に応じて設定される。 Here, the ratio between the size of the cell C and the size of the magnetic fine particle M is, for example, about 10: 1. If the ratio is about 10: 1, it is easy to measure the distribution on the surface of cells C and the amount of pushing. However, when the ratio is about 5: 1, since the size of the magnetic fine particles M with respect to the cells C is larger than when the ratio is 10: 1, the measurement accuracy may be inferior. When the ratio is about 100: 1, the magnetic fine particles M are small with respect to the cells C, and it is necessary to set a large number of measurement points, so that a long time is required for the measurement. The ratio of the size of the cell C and the magnetic fine particle M is set according to the number of measurement points set on the cell C, the depth at which the magnetic fine particle M is pushed into the cell C, the resolution of the image taken by the photographing unit 20, and the like. Is done.
磁性微粒子Ｍの探索がされると、制御装置５０の制御により、磁力発生部３０を制御して磁性微粒子Ｍの位置を所定の定点把持位置に移動させる（Ｓ５）。ここで、定点把持位置は、任意に定められる位置であって、例えば、測定対象の細胞Ｃの表面上の「測定開始点」を定点把持位置として設定することができる。磁性微粒子Ｍは、次に移動されるまで、この定点把持位置に把持される。磁性微粒子Ｍの定点把持位置への移動の制御は、第１カメラ２２の画像（ｘｙ画像）の位置情報を使用して行われる。ステップＳ５における磁性微粒子Ｍの位置の移動制御の処理については、図９を用いて詳述する。 When the magnetic fine particles M are searched, the control unit 50 controls the magnetic force generating unit 30 to move the position of the magnetic fine particles M to a predetermined fixed point holding position (S5). Here, the fixed point gripping position is an arbitrarily determined position. For example, a “measurement start point” on the surface of the cell C to be measured can be set as the fixed point gripping position. The magnetic fine particles M are held at this fixed point holding position until they are moved next. Control of the movement of the magnetic fine particles M to the fixed point holding position is performed using position information of an image (xy image) of the first camera 22. The process of controlling the movement of the position of the magnetic fine particles M in step S5 will be described in detail with reference to FIG.
磁性微粒子Ｍの位置が制御されると、制御装置５０の制御により、磁力発生部３０を制御して、応力測定の処理が実行される（Ｓ６）。例えば、図６（ａ）に示すように、定点把持位置が、細胞Ｃ上にない場合、培養液Ｌ中で細胞Ｃと離れている磁性微粒子Ｍを、磁力によって図６（ｂ）に示すように細胞Ｃの測定点に移動させる。磁性微粒子Ｍの細胞Ｃの表面上への移動の制御は、第１カメラ２２の画像（ｘｙ画像）及び第２カメラ２３の画像（ｘｚ画像）の位置情報を使用して行われる。 When the position of the magnetic fine particle M is controlled, the magnetic force generation unit 30 is controlled by the control of the control device 50, and the stress measurement process is executed (S6). For example, as shown in FIG. 6 (a), when the fixed point holding position is not on the cell C, the magnetic fine particles M separated from the cell C in the culture medium L are shown in FIG. 6 (b) by the magnetic force. To cell C measurement point. Control of the movement of the magnetic fine particle M on the surface of the cell C is performed using position information of an image (xy image) of the first camera 22 and an image (xz image) of the second camera 23.
その後、図６（ｃ）に示すように、磁性微粒子Ｍを一定深さまで押し込んで細胞Ｃの応力を測定した後、元に戻し、図６（ｄ）に示すように、次の測定点に移動させる。また、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、磁性微粒子Ｍを、それぞれ次の測定点に移動させ、各測定点において、同様に、一定深さまで磁性微粒子Ｍを押し込み、細胞Ｃの応力を測定する。例えば、測定点は、所定間隔毎に設定される。また、応力は、浮力Ｆｂ、重力Ｆｇ及び磁力Ｆｐを用いて算出される。ステップＳ６における応力測定の処理については、図１０を用いて詳述する。 Thereafter, as shown in FIG. 6 (c), the magnetic fine particles M are pushed down to a certain depth to measure the stress of the cell C, and then returned to the original position and moved to the next measurement point as shown in FIG. 6 (d). Let Further, as shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d), the magnetic fine particles M are respectively moved to the next measurement points, and at each measurement point, the magnetic fine particles M are similarly pushed to a certain depth, and the cells C stress is measured. For example, the measurement points are set at predetermined intervals. The stress is calculated using buoyancy Fb, gravity Fg, and magnetic force Fp. The stress measurement process in step S6 will be described in detail with reference to FIG.
なお、ここでは、ステップＳ１で容器１０に送出された細胞Ｃは、容器１０の底面や側面に付着するものとして説明した。しかしながら、細胞Ｃが容器１０に付着せず、浮遊している場合もある。このような場合、ステップＳ５で磁性微粒子Ｍを移動させ、ステップＳ６で応力を測定する際に、磁性微粒子Ｍを細胞Ｃに接するように移動させた後、細胞Ｃに接する磁性微粒子Ｍを細胞Ｃの一部が容器１０の底面又は側面に接するまで移動させる。これにより、測定中に細胞Ｃが磁性微粒子Ｍを押し当てる力で培養液Ｌ中を浮遊することはなく、正確に応力を測定することができる。 Here, it has been described that the cells C delivered to the container 10 in step S <b> 1 adhere to the bottom and side surfaces of the container 10. However, the cell C may not be attached to the container 10 and may be floating. In such a case, when the magnetic fine particle M is moved in step S5 and the stress is measured in step S6, the magnetic fine particle M is moved so as to be in contact with the cell C, and then the magnetic fine particle M in contact with the cell C is moved to the cell C. Until a part of the container touches the bottom surface or side surface of the container 10. Thus, the stress can be accurately measured without floating in the culture medium L by the force with which the cells C press the magnetic fine particles M during the measurement.
〈細胞の探索〉
細胞Ｃを探索する際、図７のフローチャートに示すように、制御装置５０の制御によって撮影部２０が容器１０内の画像を撮影する（Ｓ２１）。制御装置５０は、撮影部２０から入力された画像データＤ１を記憶装置５２に記憶する。
<Search for cells>
When searching for the cell C, as shown in the flowchart of FIG. 7, the imaging unit 20 captures an image in the container 10 under the control of the control device 50 (S21). The control device 50 stores the image data D1 input from the photographing unit 20 in the storage device 52.
制御装置５０は、画像データＤ１を使用して、二値化データＤ２を生成する（Ｓ２２）。このとき、制御装置５０は、二値化データＤ２を記憶装置５２に記憶する。 The control device 50 generates the binarized data D2 using the image data D1 (S22). At this time, the control device 50 stores the binarized data D2 in the storage device 52.
制御装置５０は、二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の面積を算出する（Ｓ２３）。 The control device 50 calculates the area of all the particles included in the binarized data D2 (S23).
条件を満たす面積があるとき（Ｓ２４でＹＥＳ）、制御装置５０は、これを測定対象の細胞Ｃと特定し、この細胞Ｃの位置を位置データＤ３に追加して細胞Ｃの探索の処理を終了する（Ｓ２５）。この位置データＤ３に追加された細胞の位置は、細胞Ｃの表面の座標データであって、具体的には、画像中における細胞Ｃと背景である培養液Ｌとの境界の曲線を特定する座標のデータである。 When there is an area that satisfies the conditions (YES in S24), the control device 50 identifies this as the measurement target cell C, adds the position of the cell C to the position data D3, and ends the search process for the cell C. (S25). The position of the cell added to the position data D3 is the coordinate data of the surface of the cell C, and specifically, the coordinates specifying the curve of the boundary between the cell C and the background culture medium L in the image. It is data of.
一方、条件を満たす面積がないとき（Ｓ２４でＮＯ）、制御装置５０は、定期的に撮影部２０から入力される画像データを用いてステップＳ２１〜Ｓ２４の処理を繰り返す。 On the other hand, when there is no area that satisfies the condition (NO in S24), the control device 50 repeats the processes in steps S21 to S24 using the image data periodically input from the imaging unit 20.
〈磁性微粒子の探索〉
微粒子の探索は、細胞Ｃの探索と同様に行う。具体的には、磁性微粒子Ｍを探索する際、図８のフローチャートに示すように、制御装置５０の制御によって撮影部２０が容器１０内の画像を撮影する（Ｓ３１）。制御装置５０は、撮影部２０から入力された画像データＤ１を記憶装置５２に記憶する。
<Search for magnetic fine particles>
The search for fine particles is performed in the same manner as the search for cells C. Specifically, when searching for the magnetic fine particles M, as shown in the flowchart of FIG. 8, the imaging unit 20 captures an image in the container 10 under the control of the control device 50 (S31). The control device 50 stores the image data D1 input from the photographing unit 20 in the storage device 52.
制御装置５０は、画像データＤ１を使用して、二値化データＤ２を生成する（Ｓ３２）。このとき、制御装置５０は、二値化データＤ２を記憶装置５２に記憶する。 The control device 50 generates binarized data D2 using the image data D1 (S32). At this time, the control device 50 stores the binarized data D2 in the storage device 52.
制御装置５０は、二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の面積を算出する（Ｓ３３）。 The control device 50 calculates the areas of all the particles included in the binarized data D2 (S33).
条件を満たす面積があるとき（Ｓ３４でＹＥＳ）、制御装置５０は、これを対象の磁性微粒子Ｍと特定し、この磁性微粒子Ｍの位置を含む位置データＤ３を記憶装置５２に記憶して磁性微粒子Ｍの探索の処理を終了する（Ｓ３５）。 When there is an area that satisfies the condition (YES in S34), the control device 50 identifies this as the target magnetic fine particle M, stores the position data D3 including the position of the magnetic fine particle M in the storage device 52, and stores the magnetic fine particle. The process of searching for M is terminated (S35).
一方、条件を満たす面積がないとき（Ｓ３４でＮＯ）、制御装置５０は、定期的に撮影部２０から入力される画像データを用いてステップＳ３１〜Ｓ３４の処理を繰り返す。また、一定時間経過後も磁性微粒子Ｍが探索できないとき、再び磁性微粒子Ｍを注入（図５のＳ３）した後、新たに注入された磁性微粒子Ｍを対象として探索してもよい。 On the other hand, when there is no area that satisfies the conditions (NO in S34), the control device 50 repeats the processes in steps S31 to S34 using image data periodically input from the imaging unit 20. Further, when the magnetic fine particles M cannot be searched even after a certain time has elapsed, the magnetic fine particles M may be searched again after being injected again (S3 in FIG. 5).
なお、実際は、磁性微粒子Ｍは微小であることにより、１粒ずつ容器１０に注入することは困難であったり、所望のサイズの磁性微粒子Ｍを選択することが困難であったりする。したがって、このような場合、容器１０に磁性微粒子Ｍを注入する際、複数の磁性微粒子Ｍを注入し、探索処理で条件を満たす所望の磁性微粒子Ｍを選択する。 Actually, since the magnetic fine particles M are very small, it is difficult to inject them into the container 10 one by one or it is difficult to select the magnetic fine particles M having a desired size. Therefore, in such a case, when injecting the magnetic fine particles M into the container 10, a plurality of magnetic fine particles M are injected, and desired magnetic fine particles M satisfying the conditions in the search process are selected.
〈磁性微粒子の移動〉
磁性微粒子Ｍを定点把持位置に移動する際、図９のフローチャートに示すように、制御装置５０の制御によって撮影部２０が容器１０内の画像を撮影する（Ｓ４１）。制御装置５０は、撮影部２０から入力された画像データＤ１を記憶装置５２に記憶する。
<Movement of magnetic fine particles>
When moving the magnetic fine particles M to the fixed point gripping position, as shown in the flowchart of FIG. 9, the imaging unit 20 captures an image in the container 10 under the control of the control device 50 (S41). The control device 50 stores the image data D1 input from the photographing unit 20 in the storage device 52.
制御装置５０は、画像データＤ１を使用して、二値化データＤ２を生成する（Ｓ４２）。このとき、制御装置５０は、二値化データＤ２を記憶装置５２に記憶する。 The control device 50 generates binarized data D2 using the image data D1 (S42). At this time, the control device 50 stores the binarized data D2 in the storage device 52.
制御装置５０は、二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の位置を特定する（Ｓ４３）。 The control device 50 specifies the positions of all particles included in the binarized data D2 (S43).
制御装置５０は、全ての粒子の位置が特定されると、位置データＤ３で前回の撮影時刻と関連付けられる磁性微粒子Ｍの位置と最も近い位置に存在する粒子を磁性微粒子Ｍの新たな位置として特定する（Ｓ４４）。またこのとき、制御装置５０は、新たな磁性微粒子Ｍの位置を画像の撮影時刻と関連付けて位置データＤ３に追加する。 When the positions of all the particles are specified, the control device 50 specifies, as the new position of the magnetic fine particles M, the particles present at the position closest to the position of the magnetic fine particles M associated with the previous photographing time in the position data D3. (S44). At this time, the controller 50 adds the position of the new magnetic fine particle M to the position data D3 in association with the image capturing time.
制御装置５０は、新たな磁性微粒子Ｍの位置が特定されると、磁性微粒子Ｍの位置と目標位置である定点把持位置との差分を求める（Ｓ４５）。 When the position of the new magnetic fine particle M is specified, the control device 50 obtains the difference between the position of the magnetic fine particle M and the fixed point gripping position that is the target position (S45).
磁性微粒子Ｍが定点把持位置に存在しないとき（Ｓ４６でＮＯ）、制御装置５０は、磁性微粒子Ｍを定点把持位置に移動させるために必要な電流量を求め、電源装置４０に制御信号を出力する（Ｓ４７）。このとき、制御装置５０は、新たに求めた電流量情報を制御データＤ４に追加する。 When the magnetic fine particle M does not exist at the fixed point gripping position (NO in S46), the control device 50 obtains an amount of current required to move the magnetic fine particle M to the fixed point gripping position and outputs a control signal to the power supply device 40. (S47). At this time, the control device 50 adds the newly obtained current amount information to the control data D4.
電源装置４０は、制御信号に応じて各磁石３１〜３４を制御する（Ｓ４８）。 The power supply device 40 controls the magnets 31 to 34 according to the control signal (S48).
応力測定装置１では、磁性微粒子Ｍが定点把持位置に移動するまで、ステップＳ４１〜Ｓ４８の処理を繰り返す。 In the stress measuring apparatus 1, the processes in steps S41 to S48 are repeated until the magnetic fine particles M move to the fixed point holding position.
〈応力の測定〉
ここでは、細胞Ｃの応力を測定する際、まず、ｘｙ画像上で磁性微粒子Ｍを細胞Ｃの表面上に移動させる。後に、ｘｚ画像上で磁性微粒子Ｍを細胞Ｃの表面上に移動させることで、三次元での移動を行うものとする。図１０のフローチャートに示すように、制御装置５０の制御によって撮影部２０の第１カメラ２２が、容器１０内の画像を撮影する（Ｓ５１）。制御装置５０は、撮影部２０から入力された画像データＤ１を記憶装置５２に記憶する。
<Measurement of stress>
Here, when measuring the stress of the cell C, first, the magnetic fine particles M are moved onto the surface of the cell C on the xy image. Later, the three-dimensional movement is performed by moving the magnetic fine particles M onto the surface of the cell C on the xz image. As shown in the flowchart of FIG. 10, the first camera 22 of the imaging unit 20 captures an image in the container 10 under the control of the control device 50 (S51). The control device 50 stores the image data D1 input from the photographing unit 20 in the storage device 52.
制御装置５０は、画像データＤ１を利用して、二値化データＤ２を生成する（Ｓ５２）。このとき、制御装置５０は、二値化データＤ２を記憶装置５２に記憶する。 The control device 50 generates binarized data D2 using the image data D1 (S52). At this time, the control device 50 stores the binarized data D2 in the storage device 52.
制御装置５０は、二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の位置を特定する（Ｓ５３）。 The control device 50 specifies the positions of all particles included in the binarized data D2 (S53).
制御装置５０は、全ての粒子の位置が特定されると、位置データＤ３で前回の撮影時刻と関連付けられる磁性微粒子Ｍの位置（ｘｙ座標）と各粒子の位置を比較し、同一又は最も近い位置を、磁性微粒子Ｍの位置として特定する。（Ｓ５４）。このとき、制御装置５０は、新たに特定された磁性微粒子Ｍの位置（ｘｙ座標）を画像の撮影時刻と関連付けて位置データＤ３に追加する。なお、細胞Ｃの位置は、細胞の探索（図５のＳ２）で特定された、位置データＤ３に含まれる位置である。 When the positions of all the particles are specified, the control device 50 compares the position of each magnetic particle with the position (xy coordinate) of the magnetic fine particle M associated with the previous photographing time in the position data D3, and is the same or the closest position. Is specified as the position of the magnetic fine particle M. (S54). At this time, the control device 50 associates the newly specified position (xy coordinates) of the magnetic fine particle M with the image capturing time and adds it to the position data D3. The position of the cell C is a position included in the position data D3 specified by the cell search (S2 in FIG. 5).
制御装置５０は、磁性微粒子Ｍの位置と目標位置である細胞Ｃ上の測定開始点との差分を求める（Ｓ５５）。この測定開始点は、細胞Ｃが特定された際、オペレータが任意に設定することができる。 The control device 50 obtains the difference between the position of the magnetic fine particle M and the measurement start point on the cell C, which is the target position (S55). The measurement start point can be arbitrarily set by the operator when the cell C is specified.
磁性微粒子Ｍが細胞Ｃ上の測定開始点に存在しないとき（Ｓ５６でＮＯ）、制御装置５０は、磁性微粒子Ｍを測定開始点に移動させるために必要な電流量を求め、電源装置４０に制御信号を出力する（Ｓ５７）。このとき、制御装置５０は、新たに求めた電流量情報を制御データＤ４に追加する。 When the magnetic fine particle M does not exist at the measurement start point on the cell C (NO in S56), the control device 50 obtains the amount of current necessary to move the magnetic fine particle M to the measurement start point and controls the power supply device 40. A signal is output (S57). At this time, the control device 50 adds the newly obtained current amount information to the control data D4.
電源装置４０は、制御信号に応じて各磁石３１〜３４を制御する（Ｓ５８）。 The power supply device 40 controls the magnets 31 to 34 according to the control signal (S58).
応力測定装置１では、ｘｙ画像上で磁性微粒子Ｍが細胞Ｃ上に移動するまで、ステップＳ５１〜Ｓ５８の処理を繰り返す。したがって、応力測定装置１では、新たな位置がフィードバック信号となり、電源装置４０にフィードバック制御が実行される。 In the stress measuring apparatus 1, the processes of steps S51 to S58 are repeated until the magnetic fine particles M move onto the cells C on the xy image. Therefore, in the stress measurement device 1, the new position becomes a feedback signal, and feedback control is performed on the power supply device 40.
ｘｙ画像で磁性微粒子Ｍが細胞Ｃ上に移動すると（Ｓ５６でＹＥＳ）、制御装置５０の制御によって撮影部２０の第２カメラ２３が、容器１０内の画像を撮影する（Ｓ５９）。制御装置５０は、撮影部２０から入力された画像データＤ１を記憶装置５２に記憶する。 When the magnetic fine particle M moves on the cell C in the xy image (YES in S56), the second camera 23 of the imaging unit 20 captures an image in the container 10 under the control of the control device 50 (S59). The control device 50 stores the image data D1 input from the photographing unit 20 in the storage device 52.
制御装置５０は、画像データＤ１を使用して、二値化データＤ２を生成する（Ｓ６０）。このとき、制御装置５０は、二値化データＤ２を記憶装置５２に記憶する。 The control device 50 generates binarized data D2 using the image data D1 (S60). At this time, the control device 50 stores the binarized data D2 in the storage device 52.
制御装置５０は、二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の位置を特定する（Ｓ６１）。 The control device 50 specifies the positions of all particles included in the binarized data D2 (S61).
制御装置５０は、全ての粒子の位置（ｘｚ座標）が特定されると、位置データＤ３に含まれる磁性微粒子Ｍの位置（ｘｙ座標）のｘ座標と各粒子の位置のｘ座標を比較し、同一又は最も近い座標の位置を、磁性微粒子Ｍの位置として特定する。また、制御装置５０は、位置データＤ３に含まれる細胞Ｃを特定する座標データ（ｘｙ座標）のｘ座標を含む、所定面積以上の領域を細胞Ｃと特定する（Ｓ６２）。このとき、制御装置５０は、新たに特定された磁性微粒子Ｍの位置（ｘｚ座標）及び細胞Ｃの位置（ｘｚ座標）を、記憶装置５２に記憶される位置データＤ３に追加する。なお、位置データＤ３に追加された細胞の位置は、画像中における細胞Ｃと背景である培養液Ｌとの境界の曲線を特定する座標のデータである。 When the positions (xz coordinates) of all the particles are specified, the control device 50 compares the x coordinates of the positions (xy coordinates) of the magnetic fine particles M included in the position data D3 with the x coordinates of the positions of the respective particles. The position of the same or closest coordinates is specified as the position of the magnetic fine particle M. Moreover, the control apparatus 50 specifies the area | region more than predetermined area including the x coordinate of the coordinate data (xy coordinate) which specifies the cell C contained in the position data D3 as the cell C (S62). At this time, the control device 50 adds the newly specified position (xz coordinate) of the magnetic fine particle M and the position of the cell C (xz coordinate) to the position data D3 stored in the storage device 52. The position of the cell added to the position data D3 is coordinate data that specifies a curve of the boundary between the cell C and the background culture medium L in the image.
制御装置５０は、磁性微粒子Ｍの位置と目標位置である細胞Ｃの測定開始点との差分を求める（Ｓ６３）。この測定開始点は、ステップＳ５５で設定された測定開始点のｘ座標と、ステップＳ６２で特定された細胞の座標データとから求めることができる。 The control device 50 obtains the difference between the position of the magnetic fine particle M and the measurement start point of the cell C that is the target position (S63). This measurement start point can be obtained from the x coordinate of the measurement start point set in step S55 and the coordinate data of the cell specified in step S62.
磁性微粒子Ｍが細胞Ｃ上に存在しないとき（Ｓ６４でＮＯ）、制御装置５０は、磁性微粒子Ｍを細胞Ｃ上に移動させるために必要な電流量を求め、電源装置４０に制御信号を出力する（Ｓ６５）。このとき、制御装置５０は、新たに求めた電流量情報を制御データＤ４に追加する。 When the magnetic fine particle M does not exist on the cell C (NO in S64), the control device 50 obtains an amount of current necessary to move the magnetic fine particle M onto the cell C and outputs a control signal to the power supply device 40. (S65). At this time, the control device 50 adds the newly obtained current amount information to the control data D4.
電源装置４０は、制御信号に応じて各磁石３１〜３６を制御する（Ｓ６６）。 The power supply device 40 controls the magnets 31 to 36 according to the control signal (S66).
応力測定装置１では、ｘｚ画像上で磁性微粒子Ｍが細胞Ｃ上に移動するまで、ステップＳ５９〜Ｓ６６の処理を繰り返す。したがって、応力測定装置１では、新たな位置がフィードバック信号となり、電源装置４０にフィードバック制御が実行される。 In the stress measurement device 1, the processes of steps S59 to S66 are repeated until the magnetic fine particles M move onto the cells C on the xz image. Therefore, in the stress measurement device 1, the new position becomes a feedback signal, and feedback control is performed on the power supply device 40.
なお、ここでは、磁性微粒子Ｍのｘｙ画像上の位置を調整（ステップＳ５１〜Ｓ５８）した後、ｘｚ画像上の位置を調整（ステップＳ５９〜Ｓ６６）すると説明したが、この方法に限定されない。例えば、同時に磁性微粒子Ｍの三次元の位置を調整してもよいし、磁性微粒子Ｍのｘｚ画像の調整の後にｘｙ画像の位置を調整してもよい。 Here, it has been described that the position of the magnetic fine particle M on the xy image is adjusted (steps S51 to S58), and then the position on the xz image is adjusted (steps S59 to S66). However, the present invention is not limited to this method. For example, the three-dimensional position of the magnetic fine particle M may be adjusted simultaneously, or the position of the xy image may be adjusted after adjusting the xz image of the magnetic fine particle M.
ステップＳ５１〜Ｓ６６の処理により、細胞Ｃの表面上に磁性微粒子Ｍが移動したため、この後、磁性微粒子Ｍを細胞Ｃの表面上の各測定点に順次移動させ、各測定点において磁性微粒子Ｍを押し込んだときの応力をそれぞれ測定する。 Since the magnetic fine particles M have moved on the surface of the cell C by the processing in steps S51 to S66, the magnetic fine particles M are sequentially moved to the respective measurement points on the surface of the cell C, and the magnetic fine particles M are moved at the respective measurement points. Measure the stress when indented.
具体的には、まず、制御装置５０は、磁性微粒子Ｍが細胞Ｃ上の測定点に移動させるために必要な電流量を求める（Ｓ６７）。また制御装置５０は、電源装置４０に制御信号を出力し、磁石３１〜３６を制御する（Ｓ６８）。このとき、制御装置５０は、求めた電流量情報を制御データＤ４に追加する。 Specifically, first, the control device 50 obtains an amount of current necessary for moving the magnetic fine particles M to a measurement point on the cell C (S67). The control device 50 outputs a control signal to the power supply device 40 to control the magnets 31 to 36 (S68). At this time, the control device 50 adds the obtained current amount information to the control data D4.
制御装置５０の制御によって撮影部２０の第１カメラ２２及び第２カメラ２３が、容器１０内の画像を撮影する（Ｓ６９）。制御装置５０は、撮影部２０から入力された画像データＤ１を記憶装置５２に記憶する。 Under the control of the control device 50, the first camera 22 and the second camera 23 of the imaging unit 20 capture an image in the container 10 (S69). The control device 50 stores the image data D1 input from the photographing unit 20 in the storage device 52.
制御装置５０は、画像データＤ１を使用して、二値化データＤ２を生成する（Ｓ７０）。このとき、制御装置５０は、二値化データＤ２を記憶装置５２に記憶する。 The control device 50 generates the binarized data D2 using the image data D1 (S70). At this time, the control device 50 stores the binarized data D2 in the storage device 52.
制御装置５０は、ｘｙ画像及びｘｚ画像の二値化データＤ２に含まれる全ての粒子の位置を特定する（Ｓ７１）。 The control device 50 identifies the positions of all the particles included in the binarized data D2 of the xy image and the xz image (S71).
制御装置５０は、全ての粒子の位置が特定されると、位置データＤ３で前回の撮影時刻と関連付けられる磁性微粒子Ｍの位置と今回算出した各粒子の位置を比較し、同一又は最も近い位置を、磁性微粒子Ｍの位置として特定する。また、制御装置５０は、位置データＤ３に含まれる細胞Ｃの位置と同一の位置にある領域を、細胞Ｃの位置として特定する（Ｓ７２）。またこのとき、制御装置５０は、新たな磁性微粒子Ｍの位置を画像の撮影時刻と関連付けて位置データＤ３に追加する。 When the positions of all the particles are specified, the control device 50 compares the position of the magnetic fine particle M associated with the previous photographing time with the position data D3 and the position of each particle calculated this time, and determines the same or closest position. The position of the magnetic fine particle M is specified. Moreover, the control apparatus 50 specifies the area | region in the same position as the position of the cell C contained in the position data D3 as a position of the cell C (S72). At this time, the controller 50 adds the position of the new magnetic fine particle M to the position data D3 in association with the image capturing time.
制御装置５０は、磁性微粒子Ｍの位置と細胞Ｃの位置を特定すると、磁性微粒子Ｍが細胞Ｃの測定点から一定の深さ押し込まれているか否かを判定する（Ｓ７３）。 When the position of the magnetic fine particle M and the position of the cell C are specified, the control device 50 determines whether or not the magnetic fine particle M is pushed in a certain depth from the measurement point of the cell C (S73).
細胞Ｃの測定点から磁性微粒子Ｍが一定深さ押し込まれていないとき（Ｓ７３でＮＯ）、磁性微粒子Ｍを一定の力で押し込むための電流量を求め（Ｓ７４）、ステップＳ６８〜Ｓ７３の処理を繰り返す。このとき、制御装置５０は、新たに求めた電流量情報を制御データＤ４に追加する。 When the magnetic fine particle M is not pushed in from the measurement point of the cell C (NO in S73), an amount of current for pushing the magnetic fine particle M with a constant force is obtained (S74), and the processing of steps S68 to S73 is performed. repeat. At this time, the control device 50 adds the newly obtained current amount information to the control data D4.
磁性微粒子Ｍが細胞Ｃの測定点から一定深さまで押し込まれたとき（Ｓ７３でＹＥＳ）、制御装置５０は、制御データＤ４で記憶される電流量情報から、細胞Ｃの表面の応力の値を求め、結果を出力する（Ｓ７５）。このとき、制御装置５０は、新たに求めた応力の値を、応力データＤ５に追加する。 When the magnetic fine particle M is pushed to a certain depth from the measurement point of the cell C (YES in S73), the control device 50 obtains the value of the stress on the surface of the cell C from the current amount information stored in the control data D4. The result is output (S75). At this time, the control device 50 adds the newly obtained stress value to the stress data D5.
その後、応力測定装置１では、測定が終了するまで、ステップＳ６７〜Ｓ７６の処理が繰り返され、フィードバック制御が継続する（Ｓ７６）。なお、ここでは、制御装置５０は、各測定点で所定深さまで押し込む毎に、ステップＳ７５で応力の値を求めるものとして説明したが、これに限定されない。例えば、制御が終了し、制御データＤ４に全ての必要な電流量情報が追加された後、応力の値を算出してもよい。また、各測定点で押し込む一定深さは、１段階のみでなく、複数の段階設定し、同じ測定点で複数回押し込んで応力を求めることで、より詳細に応力の測定をすることができる。 Thereafter, in the stress measuring apparatus 1, the processes in steps S67 to S76 are repeated until the measurement is completed, and the feedback control is continued (S76). Here, although the control apparatus 50 demonstrated as what calculates | requires the value of stress in step S75, whenever it pushes to the predetermined depth in each measurement point, it is not limited to this. For example, the stress value may be calculated after the control is completed and all necessary current amount information is added to the control data D4. Further, the fixed depth to be pushed in at each measurement point is set not only in one stage but also in a plurality of stages, and the stress can be measured in more detail by pushing in a plurality of times at the same measurement point to obtain the stress.
図１１は、定点把持位置Ｔに磁性微粒子Ｍを移動させる際に撮影された画像の一例である。図１１（ａ）は、処理を開始して１秒後（ｔ＝１（ｓ））の画像である。また、図１１（ｂ）は、処理を開始して１．５秒後（ｔ＝１．５（ｓ））、図１１（ｃ）は、処理を開始して２秒後（ｔ＝２（ｓ））、図１１（ｄ）は、処理を開始して３秒後（ｔ＝３（ｓ））の画像である。このように、磁力発生部３０で磁力を発生させることで、磁性微粒子Ｍを培養液Ｌ中で自由に移動させることができる。したがって、磁性微粒子Ｍを測定対象の細胞Ｃの表面上の各測定点に順次移動させ、各測定点で一定深さまで押し込む際の電流量を利用して、細胞Ｃの応力を測定することもできる。 FIG. 11 is an example of an image taken when moving the magnetic fine particles M to the fixed point gripping position T. FIG. FIG. 11A shows an image one second after starting the processing (t = 1 (s)). Further, FIG. 11B shows a process 1.5 seconds after the start of the process (t = 1.5 (s)), and FIG. 11C shows a process 2 seconds later (t = 2 ( s)), FIG. 11D is an image 3 seconds after the start of processing (t = 3 (s)). As described above, the magnetic fine particles M can be freely moved in the culture solution L by generating the magnetic force in the magnetic force generation unit 30. Therefore, the stress of the cell C can be measured by sequentially moving the magnetic fine particles M to each measurement point on the surface of the cell C to be measured and using the amount of current when the magnetic fine particle M is pushed to a certain depth at each measurement point. .
上述したように、実施形態に係る応力測定装置１では、磁力を利用して容器１０内の培養液Ｌ中で磁性微粒子Ｍを移動させ、微細物質である細胞Ｃの表面に力を与えて応力を測定することができる。このとき、磁性微粒子Ｍの位置は、細かくコントロールすることができ、微細物質の強度を高精度に測定することができる。また、連続して微細物質の表面の応力分布を測定することが可能であるため、定量的な測定も可能となる。 As described above, in the stress measuring apparatus 1 according to the embodiment, the magnetic fine particles M are moved in the culture medium L in the container 10 by using magnetic force, and stress is applied to the surface of the cell C that is a fine substance. Can be measured. At this time, the position of the magnetic fine particle M can be finely controlled, and the strength of the fine substance can be measured with high accuracy. In addition, since the stress distribution on the surface of the fine substance can be continuously measured, quantitative measurement is also possible.
〈変形例〉
応力の測定の精度を上げるため、適切な磁性微粒子Ｍを利用することが好ましい。具体的には、磁性微粒子Ｍは微小であるため、磁性微粒子Ｍの生成の際にサイズや形状を調整したり、希望のサイズの磁性微粒子Ｍをすることが困難である。また、１粒の磁性微粒子Ｍのみを容器１０に入れることが困難である。したがって、容器１０には複数のサイズが異なる磁性微粒子Ｍが存在することも多い。このようなとき、磁力を与えると、複数の磁性微粒子Ｍが互いに影響しあうことがある。したがって、例えば、以下のような処理により、磁性微粒子Ｍを選択し、応力の測定の精度を向上させることができる。
<Modification>
In order to increase the accuracy of stress measurement, it is preferable to use appropriate magnetic fine particles M. Specifically, since the magnetic fine particles M are very small, it is difficult to adjust the size and shape when generating the magnetic fine particles M, or to make the magnetic fine particles M of a desired size. Moreover, it is difficult to put only one magnetic fine particle M into the container 10. Therefore, the container 10 often includes a plurality of magnetic fine particles M having different sizes. In such a case, when a magnetic force is applied, the plurality of magnetic fine particles M may affect each other. Therefore, for example, the magnetic fine particles M can be selected and the accuracy of stress measurement can be improved by the following process.
・チェーンクラスター化の確認
応力測定中に測定に利用する磁性微粒子Ｍの近傍にサイズの異なる他の磁性微粒子が近接してきた場合、粒子間磁気力で複数の磁性微粒子Ｍがクラスター化することを避けるため、制御装置５０は、培養液Ｌを送出する流量を（流速０から）変化させて他の磁性微粒子を押し流してもよい。サイズの異なる磁性微粒子は定点把持するために必要な磁気力が異なるため、測定対象の磁性微粒子Ｍはその場に保持される一方、他の磁性微粒子は培養液Ｌの流れで移動する。万が一、クラスター化した場合、適切な励磁条件を選択することで、これを切断する処理を行ってもよい。流体抵抗力と慣性力によってクラスター化された複数の磁性微粒子の結合面にせん断力が作用しこれを切り離すことができる。また、磁性微粒子の探索（図５のステップＳ２）で条件に合う磁性微粒子Ｍが特定された場合、この磁性微粒子Ｍを上下方向に移動させたり、左右方向に移動させる等、磁性微粒子Ｍを一定のパターンで移動させる。これにより、磁性微粒子Ｍにクラスター化が生じないことを確認してもよい。このように、クラスター化の磁性微粒子Ｍを除くことで、応力測定の精度を向上させることができる。
・ Confirmation of chain clustering When other magnetic fine particles of different sizes come close to the magnetic fine particles M used for measurement during stress measurement, avoid the clustering of multiple magnetic fine particles M due to the inter-particle magnetic force. Therefore, the control device 50 may change the flow rate at which the culture solution L is sent out (from a flow rate of 0) to push away other magnetic fine particles. The magnetic fine particles having different sizes have different magnetic forces required to hold the fixed point, so that the magnetic fine particles M to be measured are held in place, while the other magnetic fine particles move in the flow of the culture solution L. In the unlikely event that a cluster is formed, a process for cutting this may be performed by selecting an appropriate excitation condition. A shearing force acts on the coupling surface of a plurality of magnetic fine particles clustered by fluid resistance force and inertial force, and can be separated. Further, when the magnetic fine particles M that meet the conditions are specified in the search for magnetic fine particles (step S2 in FIG. 5), the magnetic fine particles M are kept constant by moving the magnetic fine particles M vertically or horizontally. Move with the pattern. Thereby, it may be confirmed that the magnetic fine particles M are not clustered. Thus, by removing the clustered magnetic fine particles M, the accuracy of stress measurement can be improved.
・体積の測定
上述した方法では、画像の面積を元に粒子のサイズを特定している。このとき、磁性微粒子Ｍを複数の方向から撮影した画像を利用して磁性微粒子Ｍのサイズを特定することで、求められるサイズの信頼性を向上させることができる。具体的には、磁力発生部３０で定点把持位置に磁性微粒子Ｍを把持するとともに、この定点把持位置で回転磁界を重畳させることで、磁性微粒子Ｍを回転させながら、複数の画像を撮影する。また、この複数の画像から求められる磁性微粒子Ｍの面積から、磁性微粒子Ｍのサイズを特定する。これにより求められた磁性微粒子Ｍのサイズが条件を満たさない場合、条件を満たす新たな磁性微粒子Ｍを探索することで、応力測定の精度を向上させることができる。
-Measurement of volume In the method described above, the particle size is specified based on the area of the image. At this time, the reliability of the required size can be improved by specifying the size of the magnetic fine particles M using images obtained by photographing the magnetic fine particles M from a plurality of directions. Specifically, the magnetic fine particle M is held at a fixed point holding position by the magnetic force generation unit 30 and a rotating magnetic field is superposed at the fixed point holding position, whereby a plurality of images are photographed while rotating the magnetic fine particle M. Further, the size of the magnetic fine particle M is specified from the area of the magnetic fine particle M obtained from the plurality of images. When the size of the magnetic fine particle M thus obtained does not satisfy the condition, the accuracy of stress measurement can be improved by searching for a new magnetic fine particle M that satisfies the condition.
・不要な粒子の排除
不要な粒子が多くあるとき、測定に利用する磁性微粒子Ｍの特定が困難なことがある。また、磁性微粒子Ｍの磁力による位置の制御が困難になることがある。したがって、不要な粒子が多くあるとき、定点把持位置に磁性微粒子Ｍを把持したうえで、不純物の含まれない培養液Ｌのみを送出ライン１１を介して容器１０に供給する。また、回収ライン１３を介して容器１０から不要な粒子を含む培養液Ｌを回収する。このように、培養液Ｌに含まれる不要な粒子を除くことで、応力測定の精度を向上させることができる。
-Elimination of unnecessary particles When there are many unnecessary particles, it may be difficult to specify the magnetic fine particles M used for measurement. Further, it may be difficult to control the position of the magnetic fine particles M by the magnetic force. Therefore, when there are many unnecessary particles, the magnetic fine particles M are held at the fixed-point holding position, and only the culture solution L containing no impurities is supplied to the container 10 via the delivery line 11. Further, the culture solution L containing unnecessary particles is recovered from the container 10 via the recovery line 13. Thus, by removing unnecessary particles contained in the culture medium L, the accuracy of stress measurement can be improved.
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims.
１ 応力測定装置
１０ 容器
１１ 送出ライン
１２ 送出部
１３ 回収ライン
１４ 回収部
２０ 撮影部
２１ 光源
２２ 第１カメラ
２３ 第２カメラ
３０ 磁力発生部
３１〜３６ 磁石
４０ 電源装置
５０ 制御装置
５１ ＣＰＵ
５１１ 撮影制御手段
５１２ 解析手段
５１３ 検出手段
５１４ 差分算出手段
５１５ 電源制御手段
５２ 記憶装置
５３ 通信Ｉ／Ｆ
５４ 入力装置
５５ 出力装置
Ｐ 制御プログラム
Ｃ 細胞
Ｌ 培養液
Ｍ 磁性微粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stress measuring device 10 Container 11 Delivery line 12 Delivery part 13 Collection | recovery line 14 Collection | recovery part 20 Image | photographing part 21 Light source 22 1st camera 23 2nd camera 30 Magnetic force generation part 31-36 Magnet 40 Power supply device 50 Control apparatus 51 CPU
511 Imaging control means 512 Analysis means 513 Detection means 514 Difference calculation means 515 Power supply control means 52 Storage device 53 Communication I / F
54 Input Device 55 Output Device P Control Program C Cell L Culture Medium M Magnetic Particle
Claims (4)
前記容器内を定期的に撮影する撮影部と、
前記容器内に磁力を与える磁力発生部と、
前記撮影部で定期的に撮影された複数の画像の解析結果から、磁性微粒子の位置を検出する検出手段と、
当該検出手段が検出した前記磁性微粒子の最新の位置を利用して前記容器の底面又は内壁と接する測定対象の微小物質に前記磁性微粒子を所定深さまで押し込むように前記磁力発生部を制御する制御手段と、
当該制御手段による制御の変化を利用して前記微小物質の表面状態の応力を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする応力測定装置。 A container in which at least a part is formed of a material whose inside can be visually confirmed, and which stores a minute substance to be measured and magnetic fine particles;
An imaging unit for periodically imaging the inside of the container;
A magnetic force generator for applying a magnetic force to the container;
Detection means for detecting the position of the magnetic fine particles from the analysis results of a plurality of images periodically photographed by the photographing unit;
Control means for controlling the magnetic force generation unit so as to push the magnetic fine particles to a predetermined depth into a minute substance to be measured in contact with the bottom surface or inner wall of the container using the latest position of the magnetic fine particles detected by the detection means. When,
A calculation means for calculating the stress of the surface state of the minute substance using a change in control by the control means;
A stress measuring device comprising:
ことを特徴とする請求項１に記載の応力測定装置。 The magnetic force generation unit includes a pair of magnets respectively disposed above and below the container, and a pair of magnets disposed on the side surfaces of the container so as to face each other around the container. The stress measuring apparatus according to 1.
前記制御手段は、第１の方向及び前記第２の方向の画像から検出された位置を利用して、三次元座標で特定される前記磁性微粒子の位置を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の応力測定装置。 The imaging unit captures an image in the container from a first direction, and captures an image in the container from a second direction different from the first direction,
The control means uses the positions detected from the images in the first direction and the second direction to control the position of the magnetic fine particles specified by three-dimensional coordinates;
The stress measuring device according to claim 1, comprising:
撮影される各画像の解析結果から、磁性微粒子の位置を検出するステップと、
検出した前記磁性微粒子の最新の位置を利用して前記容器の底面又は内壁と接する測定対象の微小物質に前記磁性微粒子を所定深さまで押し込むように前記容器内に磁力を与える磁力発生部を制御するステップと、
前記磁力発生部の制御の変化を利用して前記微小物質の表面状態の応力を算出するステップと、
を有することを特徴とする応力測定方法。
Photographing at least a part of the container that is formed of a material whose inside can be visually confirmed, and in which a minute substance to be measured and magnetic fine particles are stored;
A step of detecting the position of the magnetic fine particles from the analysis result of each photographed image;
Using the detected latest position of the magnetic fine particles, a magnetic force generating unit that applies a magnetic force to the container is controlled so that the magnetic fine particles are pushed to a predetermined depth into a minute substance to be measured that is in contact with the bottom surface or inner wall of the container. Steps,
Calculating the stress of the surface state of the minute substance using a change in the control of the magnetic force generation unit;
A stress measurement method characterized by comprising:
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