JP4707875B2 - 卵子インピーダンス測定装置および細胞インピーダンス測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細胞インピーダンス測定装置および卵子インピーダンス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
卵子は、精子と受精し、その後の胚発育を経て、子供となる。しかしこの全過程を全うする能力を持っている卵子は、動物が排卵または産卵する卵子のうちの一部のものに限られている。そこで、卵子の受精・発育能力を評価することは、人における不妊症の診断や治療に大いに役立つ。特に、体外受精や顕微授精では、本当に子供に成れる卵子を正確に判別しそれを母体に戻すことにより、成功率を格段に向上し、さらに成功率の改善により戻す卵子数を減らすことが可能となるため、現在社会問題となっている多胎妊娠を減らすことにも貢献する。さらに、漁業、畜産、および希少動物保護などにおいても、本当に良い卵子を判別利用することにより、養殖、家畜繁殖および希少動物繁殖の効率を著しく改善することができ、コストの低減を図ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
卵成熟は、核、細胞膜および細胞質の成熟からなり、これら３つの成熟が完全になされた時に卵は受精、胚発育を経て児に至る能力を獲得する。核成熟（第一減数分裂前記から第二減数分裂中期に至ること）は比較的容易に達成され、ある程度未熟な卵でも卵胞から排卵（採卵）されるだけで自然にこれを達成する。しかしながら、核成熟が達成され形態的に完全な成熟卵と見えても、膜・細胞質成熟が完了されていないと、受精や胚発育の種々の過程で発育が停止してしまう。こうした卵の膜・細胞質の不良による受精・胚発育障害は、卵巣機能不全、無排卵症、機能性不妊や原因不明の体外受精不成功例の多くに存在するものと考えられる。しかし、卵の膜・細胞質成熟については、その正確な評価すら、受精・胚発育の進行を観察する以外、未だ確実な方法がなく、膜・細胞質成熟不全の成因や治療法はほとんど解明されていない。
そこで、本発明者等が研究したところ、卵子などの細胞のインピーダンスを測定することにより、受精・胚発育障害を起こしにくいものであるかの有意義な参考になることを知見した。本発明の目的は、卵子などの細胞のインピーダンスを容易かつ確実に測定することができるインピーダンス測定装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するものは、
（１） 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極とを備える卵子インピーダンス測定装置である。
また、上記目的を達成するものは、
（２） 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極と、前記直列共振回路部中に前記卵子接触用電極接続部と直列に設けられた基準抵抗部と、前記二本の卵子接触用電極を卵子に接触させ、かつ前記ダイレクトデジタルシンセサイザより前記直列共振回路部に周波数信号が供給された時の前記基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて前記卵子のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備える卵子インピーダンス測定装置である。
（３） 上記（２）において、前記インピーダンス測定装置は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するように該ダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部を備え、さらに、前記インピーダンス演算部は、該前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものであることが好ましい。
【０００５】
また、上記目的を達成するものは、
（４） 細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極とを備える細胞インピーダンス測定装置である。
また、上記目的を達成するものは、
（５） 細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極と、前記直列共振回路部中に前記細胞接触用電極接続部と直列に設けられた基準抵抗部と、前記二本の細胞接触用電極を細胞に接触させ、かつ前記ダイレクトデジタルシンセサイザより前記直列共振回路部に周波数信号が供給された時の前記基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて前記細胞のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備える細胞インピーダンス測定装置である。
（６） 上記（５）において、前記インピーダンス測定装置は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するように該ダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部を備え、さらに、前記インピーダンス演算部は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものであることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の細胞インピーダンス測定装置を卵子インピーダンス測定装置に応用した実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例の卵子インピーダンス測定装置の構成図であり、図２は、本発明の他の実施例の卵子インピーダンス測定装置の概略ブロック図であり、図３は、図１および図２の卵子インピーダンス測定装置に用いられるダイレクトデジタルシンセサイザの概略ブロック図である。
本発明の卵子インピーダンス測定装置１は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部４と、直列共振回路部４に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ８と、直列共振回路部４に接続された二本の卵子接触用電極５ａ、５ｂとを備えている。
【０００７】
また、本発明の卵子インピーダンス測定装置１は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部４と、直列共振回路部４に定電圧状態にて周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ８と、直列共振回路部４に接続された二本の卵子接触用電極５ａ，５ｂと、直列共振回路部中に卵子接触用電極接続部５と直列に設けられた基準抵抗６と、二本の卵子接触用電極５ａ，５ｂを卵子に接触させ、かつダイレクトデジタルシンセサイザ８より直列共振回路部４に周波数信号が供給された時の基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて卵子のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備えている。
そして、卵子インピーダンス測定装置１は、ダイレクトデジタルシンセサイザ８より経時的に周波数の異なる信号を出力するようにダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部９を備え、さらに、インピーダンス演算部は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものであることが好ましい。
【０００８】
図１に示すように、この実施例の卵子インピーダンス測定装置１は、卵子インピーダンス測定部２とこれと接続されたパーソナルコンピュータ３により構成されている。
卵子インピーダンス測定部２は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部４を備えている。この実施例の装置では、卵子インピーダンス測定用直列共振回路部は、二本の卵子接触用電極５ａ，５ｂと、直列共振回路部中に卵子接触用電極接続部５と直列に設けられた基準抵抗部６を備えている。さらに、この実施例の装置では、卵子インピーダンス測定用直列共振回路は、卵子接触用電極接続部５と直列に設けられた基準インダクタンス７を備えている。また、容器１０内には卵子１１が収納されており、２本の卵子接触用電極５ａ、５ｂは、挟み込むように卵子１１に接触される。
【０００９】
そして、卵子インピーダンス測定部２は、この直列共振回路部４に定電圧状態にて周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）８と、このダイレクトデジタルシンセサイザに周波数命令を供給するダイレクトデジタルシンセサイザ制御機能を備える制御部（ＣＰＵ）９と、直列共振回路部４より出力されるアナログ信号をデジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ１２を備えている。そして、このＡ／Ｄコンバータより出力されるインピーダンス関連信号は、制御部９に入力される。制御部９は、内部にＡ／Ｄコンバータより出力されたインピーダンス関連信号よりインピーダンスを演算するインピーダンス演算機能を備えており、演算されたインピーダンス値は、パーソナルコンピュータに送られる。なお、この実施例の装置では、パーソナルコンピュータ３と卵子インピーダンス測定部２の制御部９とは、電気的に接続されている。具体的には、通信手段により接続されており、例えば、RS−２３２Ｃなどを用いることができる。制御部９は、ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するようにダイレクトデジタルシンセサイザを制御することが好ましい。例えば、周波数０から５０ｋｈｚの周波数を周波数ステップ０．０１ｋｈｚ〜０．５ｋｈｚにて、各周波数ステップの所定時間を１００〜１０００ｍｓ程度として、出力するものとすることが好ましい。そして、各周波数ステップ毎に、制御部は、備えるインピーダンス演算機能によりインピーダンスを演算する。また、制御部９の作動は、パーソナルコンピュータにより行われる。
そして、パーソナルコンピュータは、制御部９より出力されたインピーダンス値を記憶する機能、経時的に入力されるインピーダンス値をグラフ化して表示する機能を備えている。特に、パーソナルコンピュータは、制御部より出力されたインピーダンス値を周波数と関連づけて記憶する機能、制御部より出力されたインピーダンス値を周波数と関連づけて表示する機能を備えることが好ましい。
【００１０】
また、卵子インピーダンス測定装置としては、図２に示すようなものでもよい。
この装置と上述した装置とは実質的に同じである。
この実施例の卵子インピーダンス測定装置２０は、インピーダンス測定部２１と、制御装置２２とからなる。インピーダンス測定部２１は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部２４を備えている。この実施例の装置では、卵子インピーダンス測定用直列共振回路部２４は、二本の卵子接触用電極２５ａ，２５ｂと、直列共振回路部中に卵子接触用電極接続部２５と直列に設けられた基準抵抗２６を備えている。インピーダンス測定は、この基準抵抗の電圧（Ｖｏ）を測定し、それをインピーダンス関連信号とし、この電圧（Ｖｏ）およびダイレクトデジタルシンセサイザにより卵子インピーダンス測定用直列共振回路に供給される電圧（Ｖ）を用いて、インピーダンスが測定される。また、容器１０内には卵子１１が収納されており、二本の卵子接触用電極２５ａ、２５ｂは、挟み込むように卵子１１に接触される。
【００１１】
そして、卵子インピーダンス測定部２４は、この直列共振回路部２１に定電圧状態にて周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）２８と、直列共振回路部２４より出力されるアナログ信号を増幅するための増幅器２９と、検波整流回路３０と、検波整流回路より出力されたアナログ信号をデジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ３２を備えている。なお、この実施例では、ダイレクトデジタルシンセサイザへの周波数命令の供給は、制御装置２２のＣＰＵにより行われるものとなっている。制御装置２２は、ダイレクトデジタルシンセサイザ制御機能、インピーダンス演算機能を備えるＣＰＵ３３と、ＣＰＵにより演算されたインピーダンスデータを表示する表示部３４と、ＣＰＵにより演算されたインピーダンスデータを記憶する記憶部３５とを備えている。制御部３３は、ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を所定時間出力するようにダイレクトデジタルシンセサイザを制御することが好ましい。例えば、周波数０から５０ｋｈｚの周波数を周波数ステップ０．０１ｋｈｚ〜０．５ｋｈｚにて、各周波数ステップの所定時間を１００〜１０００ｍｓ程度として、出力するものとすることが好ましい。同一周波数が出力されている状態において、その周波数におけるインピーダンス関連データが測定される。表示部は、ＣＰＵにより演算されたインピーダンス値を周波数と関連づけて表示する機能を備えることが好ましい。また、記憶部は、演算されたインピーダンス値を周波数と関連づけて記憶する機能を備えることが好ましい。
【００１２】
インピーダンス測定において使用される項は大別して以下のようである。
１：Ｚｃ＝１／２πｆＣ
２：Ｚｌ＝２πｆＬ
インピーダンスは、Ｚ＝（１／２πｆＣ）＋２πｆＬ
３：Ｒ＝ｒ
ここで、
Ｚｃ：容量リアクタンス
Ｚｌ：誘導リアクタンス
ｆ ：周波数
Ｃ ：容量
Ｌ ：インダクタンス
Ｒ ：直流抵抗
ｒ ：直流抵抗
である。
【００１３】
この実施例の装置のインピーダンス測定対象は卵子である。このような場合、Ｃ、ｒ、Ｌは被測定物の卵子で決定される固有の常数となる。そこで、周波数ｆのみでインピーダンス測定を行うことになる。つまり、被測定物が卵子であるため、Ｃ、ｒ、Ｌの合成インピーダンスを求めることになる。
そして、本発明の装置では、インピーダンスの測定に直列共振法を用いている。このような方法でインピーダンス測定を行う場合、周波数ｆの精度が要求される。従来の一般的なインピーダンス測定器では周波数はＣ、ｒ、Ｌなどを使用した発信回路を用いて構成されてきた。しかしこのような方法の場合、温度などで周波数変動が発生、またＣ、Ｌ、ｒの可変精度により可変周波数範囲の制限などにより精度の高い測定が不可能であった。
しかし、本発明の装置では、発信回路部をダイレクトデジタルシンセサイザを使用することにより高精度の測定を可能としている。
【００１４】
ダイレクトデジタルシンセサイザは、例えば、図３に示すような構成を備えている。
ダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）８は周波数シンセサイザであり、任意の周波数または波形に対応したデジタルデータを設定することにより対応する連続的なアナログ波形データを発生する。ダイレクトデジタルシンセサイザ８は、図３に示すように、水晶発振器のような基準クロック発生器４１、クロックごとに位相の累計算を行うカウンタ４２と、位相ＲＯＭ４３と、位相情報を振幅情報に変換するサインテーブルを有するサイン変換ＲＯＭ４４と、情報をアナログ変換するＤ／Ａコンバータ４５と、目的とする出力周波数以外の高周波成分を除去するローパスフィルタ４６とで構成されている。クロック信号は、クロック入力端子からカウンタ４２、サインテーブルＲＯＭ４４、およびＤ／Ａコンバータ４５に供給される。
【００１５】
上記の構成品は、Ｃ、ｒ、Ｌのような構成品に比べ、温度などの影響は無視できる構成となっている。また、周波数可変量もＣ、ｒ、Ｌで構成された発信回路では実現不可能であった精度で可変可能となる。さらに、周波数可変範囲が決定した場合、周波数可変範囲を包含できる水晶周波数値を選択することで周波数か変性度はさらに良くすることが可能であり、構成品の特徴からその周波数をＣ、ｒ、Ｌで構成された発信回路に比べ非常に高い精度で維持可能である。
以上のことから、従来のＣ、ｒ、Ｌで構成された発信回路に比べＤＤＳを使用した周波数発生器では非常に高精度なインピーダンスの測定が可能となる。
【００１６】
（実験）
図１に示した構成の卵子インピーダンス測定装置を用いて以下の実験を行った。
マウスの卵子を採卵し、卵丘細胞を除去した後、顕微鏡下にマイクロマニピュレーターを用いて、卵子インピーダンス測定装置のインピーダンス測定用電極により卵子を挟み、卵子インピーダンスを測定した。測定後ただちに、その卵子をマウス精子と体外受精し、受精および着床前胚発育を５日間観察し、卵子インピーダンス値と受精・胚発育との関連を検討した。
６回実験を反復し、総計７２個の卵子のインピーダンス値と受精・胚発育を調べた。２８個の卵子は受精せず、４４個の卵子が受精し、そのうち３２個の卵子が胞胚（着床直前の胚）まで正常に発育した。Ｚｃ値（卵子の容量キャパシタンス）の実測値からブランク値（卵子を挟まずに測定した値）を引いた値は、受精した卵子（４４個）では６９．４±４２．９（平均値±標準誤差）であった。これに対して、受精しなかった卵子（２８個）では−１０８．２±７２．３であった。受精した卵子の方が、インピーダンスが有意に高かった（Ｐ＜０．０５、１検定）。卵子のインピーダンス値の実測値は、胞胚まで発育した卵子（３２個）では２５２６±２８で、胞胚まで発育しなかった卵子（４０個）では２４３６±２５であり、胞胚まで発育した卵子で有意に高かった（Ｐ＜０．０５、１検定）。以上の結果、卵子のインピーダンス値と容量キャパシタンス値は卵子の受精、胚発育能力と相関することが示された。
【００１７】
なお、上述の説明では、インピーダンス測定装置として卵子インピーダンスを測定する装置を例として説明したが、上述した装置は、卵子に限らず、細胞のインピーダンスの測定装置として用いることも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の卵子インピーダンス測定装置は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極とを備えている。このため、卵子のインピーダンスを温度の影響を受けることが極めて少なく、容易かつ確実に測定することができる。
また、本発明の細胞インピーダンス測定装置は、細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極とを備えている。このため、細胞のインピーダンスを温度の影響を受けることが極めて少なく、容易かつ確実に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例の卵子インピーダンス測定装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施例の卵子インピーダンス測定装置の概略ブロック図である。
【図３】図３は、図１および図２の卵子インピーダンス測定装置に用いられるダイレクトデジタルシンセサイザの概略ブロック図である。
【符号の説明】
１ 卵子インピーダンス測定装置
２ 卵子インピーダンス測定部
３ パーソナルコンピュータ
４ 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部
５ａ，５ｂ 卵子接触用電極
６ 基準抵抗
８ ダイレクトデジタルシンセサイザ
【発明の属する技術分野】
本発明は、細胞インピーダンス測定装置および卵子インピーダンス測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
卵子は、精子と受精し、その後の胚発育を経て、子供となる。しかしこの全過程を全うする能力を持っている卵子は、動物が排卵または産卵する卵子のうちの一部のものに限られている。そこで、卵子の受精・発育能力を評価することは、人における不妊症の診断や治療に大いに役立つ。特に、体外受精や顕微授精では、本当に子供に成れる卵子を正確に判別しそれを母体に戻すことにより、成功率を格段に向上し、さらに成功率の改善により戻す卵子数を減らすことが可能となるため、現在社会問題となっている多胎妊娠を減らすことにも貢献する。さらに、漁業、畜産、および希少動物保護などにおいても、本当に良い卵子を判別利用することにより、養殖、家畜繁殖および希少動物繁殖の効率を著しく改善することができ、コストの低減を図ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
卵成熟は、核、細胞膜および細胞質の成熟からなり、これら３つの成熟が完全になされた時に卵は受精、胚発育を経て児に至る能力を獲得する。核成熟（第一減数分裂前記から第二減数分裂中期に至ること）は比較的容易に達成され、ある程度未熟な卵でも卵胞から排卵（採卵）されるだけで自然にこれを達成する。しかしながら、核成熟が達成され形態的に完全な成熟卵と見えても、膜・細胞質成熟が完了されていないと、受精や胚発育の種々の過程で発育が停止してしまう。こうした卵の膜・細胞質の不良による受精・胚発育障害は、卵巣機能不全、無排卵症、機能性不妊や原因不明の体外受精不成功例の多くに存在するものと考えられる。しかし、卵の膜・細胞質成熟については、その正確な評価すら、受精・胚発育の進行を観察する以外、未だ確実な方法がなく、膜・細胞質成熟不全の成因や治療法はほとんど解明されていない。
そこで、本発明者等が研究したところ、卵子などの細胞のインピーダンスを測定することにより、受精・胚発育障害を起こしにくいものであるかの有意義な参考になることを知見した。本発明の目的は、卵子などの細胞のインピーダンスを容易かつ確実に測定することができるインピーダンス測定装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するものは、
（１） 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極とを備える卵子インピーダンス測定装置である。
また、上記目的を達成するものは、
（２） 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極と、前記直列共振回路部中に前記卵子接触用電極接続部と直列に設けられた基準抵抗部と、前記二本の卵子接触用電極を卵子に接触させ、かつ前記ダイレクトデジタルシンセサイザより前記直列共振回路部に周波数信号が供給された時の前記基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて前記卵子のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備える卵子インピーダンス測定装置である。
（３） 上記（２）において、前記インピーダンス測定装置は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するように該ダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部を備え、さらに、前記インピーダンス演算部は、該前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものであることが好ましい。
【０００５】
また、上記目的を達成するものは、
（４） 細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極とを備える細胞インピーダンス測定装置である。
また、上記目的を達成するものは、
（５） 細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極と、前記直列共振回路部中に前記細胞接触用電極接続部と直列に設けられた基準抵抗部と、前記二本の細胞接触用電極を細胞に接触させ、かつ前記ダイレクトデジタルシンセサイザより前記直列共振回路部に周波数信号が供給された時の前記基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて前記細胞のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備える細胞インピーダンス測定装置である。
（６） 上記（５）において、前記インピーダンス測定装置は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するように該ダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部を備え、さらに、前記インピーダンス演算部は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものであることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の細胞インピーダンス測定装置を卵子インピーダンス測定装置に応用した実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例の卵子インピーダンス測定装置の構成図であり、図２は、本発明の他の実施例の卵子インピーダンス測定装置の概略ブロック図であり、図３は、図１および図２の卵子インピーダンス測定装置に用いられるダイレクトデジタルシンセサイザの概略ブロック図である。
本発明の卵子インピーダンス測定装置１は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部４と、直列共振回路部４に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ８と、直列共振回路部４に接続された二本の卵子接触用電極５ａ、５ｂとを備えている。
【０００７】
また、本発明の卵子インピーダンス測定装置１は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部４と、直列共振回路部４に定電圧状態にて周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ８と、直列共振回路部４に接続された二本の卵子接触用電極５ａ，５ｂと、直列共振回路部中に卵子接触用電極接続部５と直列に設けられた基準抵抗６と、二本の卵子接触用電極５ａ，５ｂを卵子に接触させ、かつダイレクトデジタルシンセサイザ８より直列共振回路部４に周波数信号が供給された時の基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて卵子のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備えている。
そして、卵子インピーダンス測定装置１は、ダイレクトデジタルシンセサイザ８より経時的に周波数の異なる信号を出力するようにダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部９を備え、さらに、インピーダンス演算部は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものであることが好ましい。
【０００８】
図１に示すように、この実施例の卵子インピーダンス測定装置１は、卵子インピーダンス測定部２とこれと接続されたパーソナルコンピュータ３により構成されている。
卵子インピーダンス測定部２は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部４を備えている。この実施例の装置では、卵子インピーダンス測定用直列共振回路部は、二本の卵子接触用電極５ａ，５ｂと、直列共振回路部中に卵子接触用電極接続部５と直列に設けられた基準抵抗部６を備えている。さらに、この実施例の装置では、卵子インピーダンス測定用直列共振回路は、卵子接触用電極接続部５と直列に設けられた基準インダクタンス７を備えている。また、容器１０内には卵子１１が収納されており、２本の卵子接触用電極５ａ、５ｂは、挟み込むように卵子１１に接触される。
【０００９】
そして、卵子インピーダンス測定部２は、この直列共振回路部４に定電圧状態にて周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）８と、このダイレクトデジタルシンセサイザに周波数命令を供給するダイレクトデジタルシンセサイザ制御機能を備える制御部（ＣＰＵ）９と、直列共振回路部４より出力されるアナログ信号をデジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ１２を備えている。そして、このＡ／Ｄコンバータより出力されるインピーダンス関連信号は、制御部９に入力される。制御部９は、内部にＡ／Ｄコンバータより出力されたインピーダンス関連信号よりインピーダンスを演算するインピーダンス演算機能を備えており、演算されたインピーダンス値は、パーソナルコンピュータに送られる。なお、この実施例の装置では、パーソナルコンピュータ３と卵子インピーダンス測定部２の制御部９とは、電気的に接続されている。具体的には、通信手段により接続されており、例えば、RS−２３２Ｃなどを用いることができる。制御部９は、ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するようにダイレクトデジタルシンセサイザを制御することが好ましい。例えば、周波数０から５０ｋｈｚの周波数を周波数ステップ０．０１ｋｈｚ〜０．５ｋｈｚにて、各周波数ステップの所定時間を１００〜１０００ｍｓ程度として、出力するものとすることが好ましい。そして、各周波数ステップ毎に、制御部は、備えるインピーダンス演算機能によりインピーダンスを演算する。また、制御部９の作動は、パーソナルコンピュータにより行われる。
そして、パーソナルコンピュータは、制御部９より出力されたインピーダンス値を記憶する機能、経時的に入力されるインピーダンス値をグラフ化して表示する機能を備えている。特に、パーソナルコンピュータは、制御部より出力されたインピーダンス値を周波数と関連づけて記憶する機能、制御部より出力されたインピーダンス値を周波数と関連づけて表示する機能を備えることが好ましい。
【００１０】
また、卵子インピーダンス測定装置としては、図２に示すようなものでもよい。
この装置と上述した装置とは実質的に同じである。
この実施例の卵子インピーダンス測定装置２０は、インピーダンス測定部２１と、制御装置２２とからなる。インピーダンス測定部２１は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部２４を備えている。この実施例の装置では、卵子インピーダンス測定用直列共振回路部２４は、二本の卵子接触用電極２５ａ，２５ｂと、直列共振回路部中に卵子接触用電極接続部２５と直列に設けられた基準抵抗２６を備えている。インピーダンス測定は、この基準抵抗の電圧（Ｖｏ）を測定し、それをインピーダンス関連信号とし、この電圧（Ｖｏ）およびダイレクトデジタルシンセサイザにより卵子インピーダンス測定用直列共振回路に供給される電圧（Ｖ）を用いて、インピーダンスが測定される。また、容器１０内には卵子１１が収納されており、二本の卵子接触用電極２５ａ、２５ｂは、挟み込むように卵子１１に接触される。
【００１１】
そして、卵子インピーダンス測定部２４は、この直列共振回路部２１に定電圧状態にて周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）２８と、直列共振回路部２４より出力されるアナログ信号を増幅するための増幅器２９と、検波整流回路３０と、検波整流回路より出力されたアナログ信号をデジタル変換するためのＡ／Ｄコンバータ３２を備えている。なお、この実施例では、ダイレクトデジタルシンセサイザへの周波数命令の供給は、制御装置２２のＣＰＵにより行われるものとなっている。制御装置２２は、ダイレクトデジタルシンセサイザ制御機能、インピーダンス演算機能を備えるＣＰＵ３３と、ＣＰＵにより演算されたインピーダンスデータを表示する表示部３４と、ＣＰＵにより演算されたインピーダンスデータを記憶する記憶部３５とを備えている。制御部３３は、ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を所定時間出力するようにダイレクトデジタルシンセサイザを制御することが好ましい。例えば、周波数０から５０ｋｈｚの周波数を周波数ステップ０．０１ｋｈｚ〜０．５ｋｈｚにて、各周波数ステップの所定時間を１００〜１０００ｍｓ程度として、出力するものとすることが好ましい。同一周波数が出力されている状態において、その周波数におけるインピーダンス関連データが測定される。表示部は、ＣＰＵにより演算されたインピーダンス値を周波数と関連づけて表示する機能を備えることが好ましい。また、記憶部は、演算されたインピーダンス値を周波数と関連づけて記憶する機能を備えることが好ましい。
【００１２】
インピーダンス測定において使用される項は大別して以下のようである。
１：Ｚｃ＝１／２πｆＣ
２：Ｚｌ＝２πｆＬ
インピーダンスは、Ｚ＝（１／２πｆＣ）＋２πｆＬ
３：Ｒ＝ｒ
ここで、
Ｚｃ：容量リアクタンス
Ｚｌ：誘導リアクタンス
ｆ ：周波数
Ｃ ：容量
Ｌ ：インダクタンス
Ｒ ：直流抵抗
ｒ ：直流抵抗
である。
【００１３】
この実施例の装置のインピーダンス測定対象は卵子である。このような場合、Ｃ、ｒ、Ｌは被測定物の卵子で決定される固有の常数となる。そこで、周波数ｆのみでインピーダンス測定を行うことになる。つまり、被測定物が卵子であるため、Ｃ、ｒ、Ｌの合成インピーダンスを求めることになる。
そして、本発明の装置では、インピーダンスの測定に直列共振法を用いている。このような方法でインピーダンス測定を行う場合、周波数ｆの精度が要求される。従来の一般的なインピーダンス測定器では周波数はＣ、ｒ、Ｌなどを使用した発信回路を用いて構成されてきた。しかしこのような方法の場合、温度などで周波数変動が発生、またＣ、Ｌ、ｒの可変精度により可変周波数範囲の制限などにより精度の高い測定が不可能であった。
しかし、本発明の装置では、発信回路部をダイレクトデジタルシンセサイザを使用することにより高精度の測定を可能としている。
【００１４】
ダイレクトデジタルシンセサイザは、例えば、図３に示すような構成を備えている。
ダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）８は周波数シンセサイザであり、任意の周波数または波形に対応したデジタルデータを設定することにより対応する連続的なアナログ波形データを発生する。ダイレクトデジタルシンセサイザ８は、図３に示すように、水晶発振器のような基準クロック発生器４１、クロックごとに位相の累計算を行うカウンタ４２と、位相ＲＯＭ４３と、位相情報を振幅情報に変換するサインテーブルを有するサイン変換ＲＯＭ４４と、情報をアナログ変換するＤ／Ａコンバータ４５と、目的とする出力周波数以外の高周波成分を除去するローパスフィルタ４６とで構成されている。クロック信号は、クロック入力端子からカウンタ４２、サインテーブルＲＯＭ４４、およびＤ／Ａコンバータ４５に供給される。
【００１５】
上記の構成品は、Ｃ、ｒ、Ｌのような構成品に比べ、温度などの影響は無視できる構成となっている。また、周波数可変量もＣ、ｒ、Ｌで構成された発信回路では実現不可能であった精度で可変可能となる。さらに、周波数可変範囲が決定した場合、周波数可変範囲を包含できる水晶周波数値を選択することで周波数か変性度はさらに良くすることが可能であり、構成品の特徴からその周波数をＣ、ｒ、Ｌで構成された発信回路に比べ非常に高い精度で維持可能である。
以上のことから、従来のＣ、ｒ、Ｌで構成された発信回路に比べＤＤＳを使用した周波数発生器では非常に高精度なインピーダンスの測定が可能となる。
【００１６】
（実験）
図１に示した構成の卵子インピーダンス測定装置を用いて以下の実験を行った。
マウスの卵子を採卵し、卵丘細胞を除去した後、顕微鏡下にマイクロマニピュレーターを用いて、卵子インピーダンス測定装置のインピーダンス測定用電極により卵子を挟み、卵子インピーダンスを測定した。測定後ただちに、その卵子をマウス精子と体外受精し、受精および着床前胚発育を５日間観察し、卵子インピーダンス値と受精・胚発育との関連を検討した。
６回実験を反復し、総計７２個の卵子のインピーダンス値と受精・胚発育を調べた。２８個の卵子は受精せず、４４個の卵子が受精し、そのうち３２個の卵子が胞胚（着床直前の胚）まで正常に発育した。Ｚｃ値（卵子の容量キャパシタンス）の実測値からブランク値（卵子を挟まずに測定した値）を引いた値は、受精した卵子（４４個）では６９．４±４２．９（平均値±標準誤差）であった。これに対して、受精しなかった卵子（２８個）では−１０８．２±７２．３であった。受精した卵子の方が、インピーダンスが有意に高かった（Ｐ＜０．０５、１検定）。卵子のインピーダンス値の実測値は、胞胚まで発育した卵子（３２個）では２５２６±２８で、胞胚まで発育しなかった卵子（４０個）では２４３６±２５であり、胞胚まで発育した卵子で有意に高かった（Ｐ＜０．０５、１検定）。以上の結果、卵子のインピーダンス値と容量キャパシタンス値は卵子の受精、胚発育能力と相関することが示された。
【００１７】
なお、上述の説明では、インピーダンス測定装置として卵子インピーダンスを測定する装置を例として説明したが、上述した装置は、卵子に限らず、細胞のインピーダンスの測定装置として用いることも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の卵子インピーダンス測定装置は、卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極とを備えている。このため、卵子のインピーダンスを温度の影響を受けることが極めて少なく、容易かつ確実に測定することができる。
また、本発明の細胞インピーダンス測定装置は、細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極とを備えている。このため、細胞のインピーダンスを温度の影響を受けることが極めて少なく、容易かつ確実に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施例の卵子インピーダンス測定装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施例の卵子インピーダンス測定装置の概略ブロック図である。
【図３】図３は、図１および図２の卵子インピーダンス測定装置に用いられるダイレクトデジタルシンセサイザの概略ブロック図である。
【符号の説明】
１ 卵子インピーダンス測定装置
２ 卵子インピーダンス測定部
３ パーソナルコンピュータ
４ 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部
５ａ，５ｂ 卵子接触用電極
６ 基準抵抗
８ ダイレクトデジタルシンセサイザ
Claims (6)
- 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極とを備えることを特徴とする卵子インピーダンス測定装置。
- 卵子インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の卵子接触用電極と、前記直列共振回路部中に前記卵子接触用電極接続部と直列に設けられた基準抵抗部と、前記二本の卵子接触用電極を卵子に接触させ、かつ前記ダイレクトデジタルシンセサイザより前記直列共振回路部に周波数信号が供給された時の前記基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて前記卵子のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備えることを特徴とする卵子インピーダンス測定装置。
- 前記インピーダンス測定装置は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するように該ダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部を備え、さらに、前記インピーダンス演算部は、該前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものである請求項２に記載の卵子インピーダンス測定装置。
- 細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極とを備えることを特徴とする細胞インピーダンス測定装置。
- 細胞インピーダンス測定用の直列共振回路部と、該直列共振回路部に周波数信号を可変可能に供給するためのダイレクトデジタルシンセサイザと、前記直列共振回路部に接続された二本の細胞接触用電極と、前記直列共振回路部中に前記細胞接触用電極接続部と直列に設けられた基準抵抗部と、前記二本の細胞接触用電極を細胞に接触させ、かつ前記ダイレクトデジタルシンセサイザより前記直列共振回路部に周波数信号が供給された時の前記基準抵抗部より得られる電圧信号を用いて前記細胞のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部とを備えることを特徴とする細胞インピーダンス測定装置。
- 前記インピーダンス測定装置は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより経時的に周波数の異なる信号を出力するように該ダイレクトデジタルシンセサイザを制御する制御部を備え、さらに、前記インピーダンス演算部は、前記ダイレクトデジタルシンセサイザより異なる信号が出力される毎にインピーダンスの演算を行うものである請求項５に記載の細胞インピーダンス測定装置。
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