KR20160084429A

KR20160084429A - 약효 평가방법 및 약효 평가를 위한 화상 처리 장치

Info

Publication number: KR20160084429A
Application number: KR1020167015072A
Authority: KR
Inventors: 히로키 후지모토; 마사요시 고바야시; 류조 사사키
Original assignee: 가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-07-13
Also published as: JP6325858B2; EP3121287B1; EP3121287A4; KR101871082B1; JP2015181348A; EP3121287A1; WO2015141059A1; US20160349240A1; CN106103733A

Abstract

약제 후보의 화학물질이 세포집괴에 어떠한 약효를 미칠까를 보다 적확하게 평가하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공한다. 용기에 담지된 액체 내의 세포집괴에 투여된 화학물질의 약효를 평가하는 약효 평가방법에 있어서, 세포집괴를 연직면과 대략 일치하는 단면에서 단층 촬상한 단층 화상을 취득하는 공정(단계 S102)과, 단층 화상에 기초하여 세포집괴의 특징량을 산출하는 공정(단계 S105)과, 특징량의 산출 결과에 기초하여, 화학물질의 약효를 판정하는 공정을 구비하다.

Description

약효 평가방법 및 약효 평가를 위한 화상 처리 장치{DRUG EFFICACY EVALUATION METHOD AND IMAGE PROCESSING DEVICE FOR DRUG EFFICACY EVALUATION}

이 발명은, 배양지 내에서 배양된 세포에 대한 화학물질의 약효를 평가하는 약효 평가방법 및 약효 평가에 적합한 화상 처리 장치에 관한 것이다.

관련 출원의 상호 참조

이하에 나타내는 일본국 출원의 명세서, 도면 및 특허 청구의 범위에 있어서의 개시 내용은, 참조에 의해 그 전체 내용이 본서에 편입된다：

일본국 특허출원 2014-057594(2014년 3월 20일 출원).

새로운 의약품을 개발하는 창약의 기술 분야에서는, 특정의 세포, 예를 들면 암세포에 대해 약효를 나타내는 약제를 찾아내기 위한 스크리닝이 행해진다. 이러한 스크리닝 기술로서는, 예를 들면 일본국 특허공개 2011-062166호 공보에 기재된 것이 있다. 이 스크리닝에서는, 배양된 세포에 약제 후보가 되는 화학물질을 투여하여 세포의 변화를 관찰한다. 종래의 일반적인 스크리닝 방법에서는, 세포의 활동에 의해 특정의 생화학적 반응을 나타내는 시약이 후보 약제와 함께 첨가된다. 그리고, 생화학적 반응에 의해 생성되는 물질이나 발광의 양을 계측함으로써, 세포의 활성도가 판정된다. 이러한 스크리닝 방법으로서는, 예를 들면 ATP 어세이나 MTT 어세이 등이 알려져 있다.

이러한 스크리닝 방법에 있어서의 문제점은, 시약이 고가인 것, 생화학적 반응이 나타나기까지 비교적 장시간을 필요로 하는 것, 시약이 세포의 활동에 영향을 주어 경시적인 실험을 행할 수 없는 것 등이다.

한편, 관찰 대상이 되는 세포에 영향을 주지 않고 관찰을 행하는 방법으로서, 현미경 등을 이용하여 세포를 촬상하는 기술도 제안되어 있다. 예를 들면 국제공개 제2009/107321호에 기재된 기술에서는, 배양액 중의 세포의 입체상을 얻기 위해, 현미광학계의 초점 위치가 깊이 방향으로 다단계로 변경되고, 그때마다 촬상이 행해진다. 이로 인해, 세포의 의사적인 삼차원 화상을 얻을 수 있다. 이 기술은, 배양액이 주입된 용기의 저면에 부착한 상태로 배양(평면 배양)된 세포를 촬상하는데 적합하다.

일본국 특허공개 2011-062166호 공보 국제공개 제2009/107321호 공보

근래에는, 약효 평가의 정밀도 및 효율의 향상을 위해, 입체적으로 배양된 세포집괴를 이용하여 스크리닝을 행하는 것이 요구되어 오고 있다. 그 이유는 이하와 같다. 생체 내에서의 병변부위는 다수의 세포가 모인 입체적 구조를 갖고 있다. 그 때문에, 평면 배양된 세포를 이용한 종래의 약효 평가의 결과가 생체에 있어서의 약효와 일치하지 않는 경우가 있다. 이것으로부터, 보다 생체에 가까운 조건에서의 평가를 행하기 위해, 세포집괴를 이용한 스크리닝이 필요해지고 있다.

이 목적을 위해, 입체적으로 배양된 세포집괴가 화학물질의 투여에 의해 어떻게 변화할지를 간편하게 관찰할 수 있는 기술의 확립이 요구되고 있다. 그러나, 상기 종래 기술을 포함하여, 지금까지 이러한 요구에 응할 수 있는 기술은 존재하지 않았다.

이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 화학물질이 세포집괴에 어떠한 약효를 미칠지를 보다 적확하게 평가하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명의 하나의 형태는, 화학물질이 세포집괴에 미치는 약효를 평가하는 약효 평가방법으로서, 용기에 담지된 액체 내에 유지된 상기 세포집괴를 연직면과 대략 일치하는 단면에서 단층 촬상한, 단층 화상을 취득하는 공정과, 상기 단층 화상에 기초하여 상기 세포집괴의 특징량을 산출하는 공정과, 상기 특징량의 산출 결과에 기초하여, 상기 화학물질의 약효를 판정하는 공정을 구비하고 있다.

이와 같이 구성된 발명에서는, 대략 연직 방향의 단면에 있어서의 세포집괴의 연직 방향 단면에 있어서의 단층 화상으로부터 구해지는 세포집괴의 특징량에 기초하여, 화학물질의 약효가 평가된다. 자세한 것은 후술하지만, 화학물질이 세포집괴에 미치는 작용에 대한 본원 발명자들의 지견은 이하와 같다.

활성이 높은 세포로 이루어지는 세포집괴는, 배양액과 같은 액체 내에서 비교적 구형도가 높은 형상을 나타낸다. 한편, 화학물질의 약효에 의해 세포의 사멸이나 활성도의 저하가 일어나면, 세포집괴가 수축하거나, 그 구형도가 저하하거나 하는 등의 변화가 나타난다. 본원 발명자들의 지견으로는, 이러한 세포집괴의 붕괴에 따른 형상의 변화는 세포집괴의 하부 또는 하방에 생기기 쉽다. 즉, 세포끼리의 결합을 유지할 수 없게 된 세포집괴는 중력에 의해 하방을 향해 무너져 가고, 또 사멸한 세포는 집괴로부터 유리하여 낙하한다.

이것으로부터, 세포집괴의 상면을 촬상하는 것이 아니라, 측면, 보다 바람직하게는 연직 방향의 단면의 상을 촬상하고 관찰하는 것이 유효하다. 그래서, 이 발명에서는, 연직면과 대략 일치하는 단면에서 단층 촬상한 단층 화상으로부터 세포집괴의 특징량을 구하고, 그 결과에 기초하여 화학물질의 약효를 평가한다. 이렇게 함으로써, 화학물질의 작용에 따른 세포집괴의 형상의 변화를 확실히 검출하여, 세포집괴에 대한 상기 화학물질의 약효의 평가를 적확하게, 또 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

또, 이 발명의 다른 형태는, 상기 목적을 달성하기 위해, 액체 내의 세포집괴를 연직면과 대략 일치하는 단면에서 단층 촬상한 복수의 단층 화상을 취득하는 화상 취득 수단과, 상기 복수의 단층 화상에 기초하여, 상기 세포집괴의 표면의 입체상을 작성하는 입체상 작성 수단과, 상기 복수의 단층 화상 또는 상기 입체상에 기초하여, 상기 세포집괴의 특징량을 산출하는 특징량 산출 수단을 구비하는 화상 처리 장치이다.

세포집괴의 광학상을 관찰하여 약효를 확인하는 경우, 지금까지는 이차원 화상(예를 들면 세포집괴를 상방으로부터 촬상한 화상)을 기본으로 세포집괴의 사이즈가 계측되어 성장 또는 쇠약의 유무가 판단되는 정도였다. 한편, 본 발명의 화상 처리 장치는, 대략 연직 방향을 단면으로 하는 복수의 단층 화상으로부터 세포집괴의 입체상을 작성하고, 또한 세포집괴의 특징량을 산출하는 기능을 갖는다. 그 때문에, 상기한 약효 평가방법을 실시하는데 매우 유효한 것이다. 즉, 세포집괴의 입체상이 작성됨으로써, 여러 시야 방향에서의 세포집괴의 관찰이 가능해지고, 또 세포집괴의 형상이 특징량의 값에 의해 정량적으로 표시된다. 따라서, 세포집괴의 외관적 특징이나 특징량에 기초하는 종합적인 약효 평가가 가능해진다. 이와 같이, 본 발명의 화상 처리 장치는, 화학물질의 약효 평가를 행하고자 하는 이용자에 대해 적확한 정보를 제공하여, 그 작업을 매우 효과적으로 지원하는 것이 가능하다.

본 발명의 약효 평가방법으로는, 화학물질의 작용에 의한 세포집괴의 변화를 확실히 검출하여, 세포집괴에 대한 상기 화학물질의 약효의 평가를 적확하고, 효율적으로 행할 수 있다. 또, 본 발명의 화상 처리 장치에서는, 이러한 약효 평가를 행하는 사람을 매우 효과적으로 지원할 수 있다.

이 발명의 상기 및 그 외의 목적과 신규 특징은, 첨부 도면을 참조하면서 다음의 상세한 설명을 읽으면, 보다 완전하게 분명해질 것이다. 단, 도면은 오로지 해설을 위한 것이며, 이 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명에 따른 화상 처리 장치의 일실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 2a는, 이 화상 처리 장치에 있어서의 촬상 원리를 설명하는 도면이다.
도 2b는, 이 화상 처리 장치에 있어서의 촬상 원리를 설명하는 도면이다.
도 3은, 이 화상 처리 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다.
도 4a는, 단층 화상 및 입체상의 예를 나타내는 도면이다.
도 4b는, 단층 화상 및 입체상의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 이 실시 형태에 있어서의 약효 평가방법을 나타내는 플로차트이다.
도 6a는, 쇠약해지는 스페로이드의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6b는, 쇠약해지는 스페로이드의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6c는, 쇠약해지는 스페로이드의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7a는, 쇠약해지는 스페로이드의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7b는, 쇠약해지는 스페로이드의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7c는, 쇠약해지는 스페로이드의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7d는, 쇠약해지는 스페로이드의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 8a는, 스페로이드의 연직 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8b는, 스페로이드의 연직 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8c는, 스페로이드의 연직 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 1은 본 발명에 따른 화상 처리 장치의 일실시 형태를 나타내는 도면이다. 이 화상 처리 장치(1)는, 본 발명에 따른 약효 평가방법을 실시하기 위해서 유익한 정보를 제공하는 것이 가능하다. 이 기능에 의해, 화상 처리 장치(1)는, 사용자에 의한 약효 평가방법의 실시를 매우 효과적으로 지원할 수 있는 것이다. 이하, 이 화상 처리 장치(1)의 구성과, 이 장치를 이용하여 행할 수 있는 본 발명의 약효 평가방법의 일실시 형태에 대해서, 순서대로 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서의 방향을 통일적으로 나타내기 위해서, 도 1에 나타내는 바와 같이 XYZ 직교좌표축을 설정한다. 여기서 XY평면이 수평면, Z축이 연직축을 나타낸다. 보다 자세히는, (＋Z) 방향이 연직 상향 방향을 나타내고 있다.

이 화상 처리 장치(1)는, 액체(예를 들면 배양액) 중에서 배양된 스페로이드(세포집괴)를 단층 촬상한다. 그리고, 화상 처리 장치(1)는, 이로 인해 얻어진 단층 화상을 화상 처리하여, 스페로이드의 입체상을 작성한다. 또, 화상 처리 장치(1)는, 단층 화상 또는 입체상에 기초하여 스페로이드의 외관적 특징을 정량적으로 나타내는 특징량의 산출을 행한다.

화상 처리 장치(1)는, 판상 부재의 상면에 액체를 담지 가능한 오목부(웰)(W)가 다수 형성된 웰 플레이트(마이크로 플레이트라고도 불린다)(WP)를, 웰(W)의 개구면을 상향으로 하여 대략 수평 자세로 유지하는 유지부(10)를 구비하고 있다. 웰 플레이트(WP)의 각 웰(W)에는 미리 적정의 배양액이 소정량 주입되어 있고, 액중에서는 웰(W)의 저면(Wb)에 스페로이드(Sp)가 배양되어 있다. 도 1에서는 일부의 웰(W)에만 스페로이드(Sp)가 기재되어 있지만, 각 웰(W)에서 스페로이드(Sp)가 배양된다.

유지부(10)에 의해 유지된 웰 플레이트(WP)의 상방에, 촬상 유닛(20)이 배치된다. 촬상 유닛(20)은, 촬상 대상물의 단층 화상을 비접촉, 비파괴(비침습)로 촬상하는 것이 가능한 것이다. 여기에서는 일례로서 광간섭 단층 촬상(Optical Coherence Tomography;OCT) 장치가 이용되는 것으로 한다. 자세한 것은 후술하지만, OCT 장치인 촬상 유닛(20)은, 촬상 대상물에의 조명광을 발생하는 광원(21)과, 광원(21)으로부터의 광을 분할하는 빔 스플리터(22)와, 대물렌즈(23)와, 기준 미러(24)와, 광검출기(25)와, 이것들을 일체적으로 유지·수용하는 케이스(26)를 구비하고 있다.

또, 화상 처리 장치(1)는 또한, 장치의 동작을 제어하는 제어 유닛(30)과, 촬상 유닛(20)의 가동부를 구동하는 주사 구동 기구(40)를 구비하고 있다. 제어 유닛(30)은, CPU(Central Processing Unit)(31), A/D 컨버터(32), 3D 복원부(33), 특징량 산출부(34), 인터페이스(IF)부(35), 화상 메모리(36) 및 메모리(37)를 구비하고 있다.

CPU(31)는, 소정의 제어 프로그램을 실행함으로써 장치 전체의 동작을 맡고, CPU(31)에 의해 실행되는 제어 프로그램이나 처리 중에 생성된 데이터는 메모리(37)에 보존된다. A/D 컨버터(32)는, 촬상 유닛(20)의 광검출기(25)로부터 수광 광량에 따라 출력되는 신호를 디지털 화상 데이터로 변환한다. 3D 복원부(33)는, 촬상 유닛(20)에 의해 촬상된 복수의 단층 화상의 화상 데이터에 기초하여, 촬상된 세포집괴의 입체상(3D상)을 작성한다. 특징량 산출부(34)는, 촬상 유닛(20)에 의해 촬상된 1개 또는 복수의 단층 화상, 혹은 3D 복원부(33)에 의해 작성된 입체상의 화상 데이터에 기초하여, 세포집괴의 형태적 특징을 정량적으로 나타내는 특징량을 산출한다. 촬상 유닛(20)에 의해 촬상된 단층 화상의 화상 데이터 및 3D 복원부(33)에 의해 작성된 입체상의 화상 데이터는, 화상 메모리(36)에 의해 기억 보존된다.

인터페이스부(35)는 화상 처리 장치(1)와 외부의 통신을 담당한다. 구체적으로는, 인터페이스부(35)는, 외부 기기와 통신을 행하기 위한 통신 기능과, 유저로부터의 조작 입력을 접수하거나 각종 정보를 유저에게 알리기 위한 유저 인터페이스 기능을 갖는다. 이 목적을 위해서, 인터페이스부(35)에는, 입력 디바이스(351)와, 표시부(352)가 접속되어 있다. 입력 디바이스(351)는, 장치의 기능 선택이나 동작 조건 설정 등에 관한 조작 입력을 접수할 수 있는 예를 들면 키보드, 마우스 또는 터치 패널 등이다. 표시부(352)는, 촬상 유닛(20)에 의해 촬상된 단층 화상이나 3D 복원부(33)에 의해 작성된 입체상, 특징량 산출부(34)에 의해 산출된 특징량의 값 등 각종 처리 결과를 표시하는 예를 들면 액정 디스플레이를 구비한다.

또, 주사 구동 기구(40)는, CPU(31)로부터 주어지는 제어 지령에 따라 촬상 유닛(20)이 소정의 주사 이동을 행하게 한다. 다음에 설명하는 바와 같이, 주사 구동 기구(40)에 의해 실행되는 촬상 유닛(20)의 주사 이동과, 광검출기(25)에 의한 수광 광량의 검출의 조합에 의해, 촬상 대상물인 세포집괴의 단층 화상이 취득된다.

도 2a 및 도 2b는 이 화상 처리 장치에 있어서의 촬상 원리를 설명하는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 2a는 촬상 유닛(20)에 있어서의 광로를 나타내는 도면이며, 도 2b는 스페로이드의 단층 촬상의 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 원리를 이해하기 쉽게 하기 위해, 도 2a에서는, 촬상 유닛(20)의 각 구성 중 케이스(26), 및 촬상 광학계에 있어서의 일반적인 대물렌즈와 동등한 대물렌즈(23)의 기재가 생략되어 있다. 상기한 바와 같이, 촬상 유닛(20)은 광간섭 단층 촬상(OCT) 장치로서 기능하는 것이다.

촬상 유닛(20)에서는, 예를 들면 레이저 다이오드 또는 발광 다이오드 등의 발광 소자를 갖는 광원(21)으로부터 저코히런스 광 빔(L1)이 출사된다. 광 빔(L1)은 빔 스플리터(22)에 입사하고, 파선 화살표로 나타내는 일부의 광(L2)이 웰(W)을 향하고, 일점 쇄선 화살표로 나타내는 일부의 광(L3)이 기준 미러(24)를 향한다.

웰(W)을 향한 광(L2)은, 웰(W)에 담지된 배양액 내의 스페로이드(Sp)에 입사하고, 스페로이드(Sp)에 의해 반사된다. 스페로이드(Sp)가 광 빔(L2)에 대한 투과성을 갖는 것이 아니면 광 빔(L2)은 스페로이드(Sp)의 표면에서 반사된다. 한편, 스페로이드(Sp)가 광 빔(L2)에 대해서 어느 정도의 투과성을 갖는 것인 경우, 광 빔(L2)은 스페로이드(Sp) 내까지 진입하여 그 내부의 구조물에 의해 반사된다. 광 빔(L2)으로서 예를 들면 근적외선을 이용함으로써, 입사광을 스페로이드(Sp) 내부까지 도달시키는 것이 가능하다.

스페로이드(Sp)의 표면 혹은 내부에서 반사된 광(L4) 및 기준 미러(24)에서 반사된 광(L5)은, 빔 스플리터(22)를 통해 광검출기(25)에 입사한다. 이때, 스페로이드(Sp)에서의 반사에 의한 파선으로 표시되는 광로의 길이와, 기준 미러(24)에서의 반사에 의한 일점 쇄선으로 표시되는 광로의 길이가 동일하면, 광검출기(25)에 입사하는 2개의 광의 사이에서 간섭이 생긴다. 여기서, 광원(21)으로부터의 광의 코히렌스 길이(가간섭 거리)가 충분히 짧을 때, 스페로이드(Sp)로부터의 반사광 중, 그 광로 길이가 기준 미러(24)로부터의 반사광의 광로 길이에 상당하는 깊이(Z방향 위치)의 반사면으로부터의 반사광만이, 기준 미러(24)로부터의 반사광과 간섭한다.

광검출기(25)가 간섭광을 검출함으로써, 스페로이드(Sp) 중, 기준 미러(24)의 위치에 대응하는 특정의 깊이의 반사면으로부터의 반사광을 선택적으로 검출할 수 있다. 화살표(A1)로 나타내는 바와 같이 기준 미러(24)의 위치를 변화시킴으로써, 스페로이드(Sp)의 임의의 깊이로부터의 반사광을 검출할 수 있다. 이것에 웰(W)에 입사하는 광(L2)의 X방향으로의 주사가 조합되고, 광검출기(25)에 의해 간섭광이 수시 검출된다. 이로 인해, XZ 평면과 평행한 연직면을 단면으로 하는 스페로이드(Sp)의 단층 화상을 촬상할 수 있다.

화살표(A2)로 나타내는 바와 같이, 웰(W)에 대한 촬상 유닛(20)의 상대 위치가 Y 방향으로 다단계로 변경되고, 그때마다 단층 화상의 촬상이 행해진다. 이로 인해, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 스페로이드(Sp)를 XZ 평면과 평행한 단면에서 단층 촬상한 다수의 단층 화상(It)을 얻을 수 있다. Y 방향의 주사 피치를 작게 하면, 스페로이드(Sp)의 입체 구조를 파악하는데 충분한 분해능의 화상 데이터를 얻을 수 있다. 촬상 유닛(20)에 있어서의 상기 각부의 주사 이동은, CPU(31)로부터 제어 지령을 받은 주사 구동 기구(40)의 작동에 의해 실현된다.

도 3은 이 화상 처리 장치의 동작을 나타내는 플로차트이다. 최초로, 촬상해야 할 스페로이드(Sp)가 배양액과 함께 담지된 웰 플레이트(WP)가, 유저 또는 반송 로봇에 의해 유지부(10)에 세트된다(단계 S101). CPU(31)는, 촬상 유닛(20) 및 주사 구동 기구(40)를 제어하여, 웰(W) 내의 스페로이드(Sp)의 단층 촬상을 행한다(단계 S102).

보다 자세히는, 광 빔의 주사에 의해 스페로이드(Sp)에 대한 광 빔의 입사 위치가 X 방향으로 변화한다. 또, 기준 미러(24)의 위치가 변화함으로써 반사광을 수광하는 수광면의 Z 방향 위치가 변경된다. 이것과 연동하여 광검출이 행해짐으로써, XZ 평면에 평행한 평면, 즉 Y 방향으로 수직인 연직면을 단면으로 하는 스페로이드(Sp)의 단층 화상을 얻을 수 있다. 그리고, 웰(W)에 대해 촬상 유닛(20)이 Y 방향으로 이동함으로써 단면의 Y 방향 위치를 변화시키면서, 각 단면에 있어서의 스페로이드(Sp)의 단층 화상이 촬상된다. 이것이 반복됨으로써, Y 방향으로 서로 위치가 다른 단면에 대한 다수의 단층 화상이 취득된다. 이들 화상 데이터는 화상 메모리(36)에 기억 보존된다.

이렇게 하여 얻어진 화상 데이터에 기초하여, 3D 복원부(33)가, 스페로이드(Sp)의 입체상에 대응하는 3D 화상 데이터를 작성한다(단계 S103). 구체적으로는 예를 들면, Y 방향으로 이산적으로 취득된 단층 화상 데이터를 Y 방향으로 보간함으로써, 3D 화상 데이터를 구하는 것이 가능하다. 단층 화상 데이터로부터 3D 화상 데이터를 작성하는 기술은 이미 실용화되어 있으므로 자세한 설명을 생략한다.

도 4a 및 도 4b는 단층 화상 및 입체상의 예를 나타내는 도면이다. Y 방향으로 위치를 바꾸면서 XZ 평면에 평행한 단면에서 스페로이드(Sp)를 촬상한 다수의 단층 화상(이차원 화상)(I2)(도 4a)으로부터, 스페로이드(Sp)의 전체적 외관을 나타내는 입체상(삼차원 화상)(I3)(도 4b)이 작성된다. 도 4a에 예시하는 단층 화상(I2)에서는, 스페로이드(Sp)의 표면, 즉 스페로이드(Sp)의 내부와 배양액의 계면이 명료하게 나타난다. 또, 스페로이드(Sp) 내부의 구조, 구체적으로는 스페로이드(Sp)를 구성하는 다수의 세포간의 계면에 대응하는 미세한 텍스처가 보여진다. 한편, 도 4b에 나타내는 입체상에서는, 스페로이드(Sp)의 표면의 형상이 명료하게 나타난다.

도 4a에 있어서 화상 하부에 나타나 있는 반달 모양의 흰 줄은 웰(W)의 저면(Wb)의 상이다. 사용된 웰 플레이트(WP)에 있어서 웰(W)의 저면(Wb)이 중앙을 향해 약간 오목한 형상으로 되어 있었기 때문에, 이러한 반달 모양의 상으로서 나타나 있다. 도 4b의 화상 하부의 흰 평판 형상의 상도 마찬가지이다. 이것은 뒤에 나오는 각 도면에 있어서도 마찬가지이다.

이와 같이 하여 단층 화상으로부터 작성되는 3D 화상 데이터는, 가상적인 XYZ 화소 공간에 있어서의 각 화소의 좌표와 그 화소치를 대응시킨 것이다. 이러한 3D 화상 데이터가 작성되면, 이후는 이것을 이용하여 여러 가지 처리를 행할 수 있다. 예를 들면, 스페로이드(Sp)를 여러 시야 방향에서 본 화상에 대응하는 화상을 화상 처리에 의해 작성하고 표시부(352)에 표시시킨다. 이렇게 함으로써, 유저는 마치 스페로이드를 눈앞에 두고 임의의 방향에서 보고 있는 것 같은 감각으로 그 외형이나 표면 형상의 관찰을 행할 수 있다.

도 3으로 되돌아가, 화상 처리 장치(1)의 동작 설명을 계속한다. 도 4b에 예시되는 바와 같이, 스페로이드(Sp)의 표면에는 세포의 계면에 상당하는 미세한 요철이 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 약효 평가방법으로는 스페로이드(Sp)의 전체적인 형상적 특징에 기초하여 판단이 이루어진다. 그 때문에, 이러한 미세한 요철은 스페로이드(Sp)의 특징을 정량적으로 나타낼 때의 오차 요인이 될 수 있다. 그래서, 스페로이드(Sp)의 표면을 보다 단순한, 즉 요철이 적은 곡면에 근사한 근사 곡면이 구해진다(단계 S104). 그 산출 방법으로서는 여러 가지 근사 계산이 고려되고, 그 일례에 대해서는 뒤에 설명한다.

구해진 근사 곡면은 스페로이드(Sp)의 포락 외형을 나타내는 곡면이다. 이 근사 곡면에는 스페로이드(Sp)를 구성하는 개개의 세포의 상태에 관한 정보는 적지만, 스페로이드(Sp) 전체의 형상적 특징이 보다 명확하게 나타난다. 이 근사 곡면에 기초하여, 특징량 산출부(34)가, 스페로이드(Sp)의 특징을 정량적으로 나타내는 특징량을 산출한다(단계 S105).

후술하는 본 발명의 약효 평가방법에서는, 약제 후보가 되는 화학물질이 투여된 스페로이드(Sp)의 형상이 어떻게 변화하는지에 따라, 상기 화학물질의 약효가 평가된다. 특히, 정상적인 스페로이드가 배양액 중에서 구형에 가까운 형상이 되는 한편, 화학물질에 의해 데미지를 받은 스페로이드는 수축하거나 형상이 무너진다. 그래서, 이러한 외형의 변화를 정량적으로 검출할 수 있는 특징량이 이용된다. 예를 들면, 스페로이드의 직경, 체적 및 그 표면적, 스페로이드 표면의 곡률 및 곡률 반경, 및 스페로이드의 구형도 등이, 특징량으로서 산출된다. 근사 곡면을 이용하여 이들 특징량을 구함으로써, 스페로이드의 표면 상태에 기인하는 산출 오차를 저감할 수 있다.

여기서, 상기한 근사 곡면의 산출 방법의 일례를 설명한다. XYZ 화소 공간에 있어서의 근사 곡면을 방정식 z=f(x, y)에 의해 나타내는 것으로 하고, 이 함수 f를, 3D 화상 데이터에 기초하여 구하면 된다. 3D 화상 데이터로부터 매끄러운 곡면을 구하기 위해 최소 제곱 근사가 행해진다. 여기에서는 간편한 예로서 평면 근사, 즉 다음 식:

z=ax＋by＋c … (식1)

이 이용된다. 점렬(x_i, y_i, z_i), i=1~n(n은 자연수)이 있을 때, 상기 (식1)에 x_i, y_i를 대입하여 얻어진 z의 값과 z_i의 차의 제곱합이 최소가 되는 상수 a, b, c의 값이 구해진다. 구체적으로는, 최소 제곱합의 식을 상수 a, b, c 각각을 변수로 하여 편미분한 식의 값을 0으로 한 방정식을 연립시켜 풀면 된다.

행렬식을 이용한 해법의 일례를 나타낸다. (식1)에 x_i, y_i를 대입하여 얻어지는 z의 값의 집합을 벡터 Z에 의해 나타내는 것으로 하면, 벡터 Z를 다음 식에 의해 나타낼 수 있다.

여기서, 다음 식을 정의하고, 미지수 벡터 X를 구한다.

계수 행렬 G는 장방형 행렬이기 때문에, 연산이 번잡하다. 그래서, (식2)의 양변에 오른쪽으로부터 전치행렬 ^tG를 작용시키면,

^tGZ=^tGG·X … (식4)

가 되고, 미지수 벡터 X는 다음 식:

X=(^tGG)^-1·^tGZ … (식5)

로 나타낼 수 있다. 행렬 ^tGG는 정규행렬이며, 정방행렬로 되어 있다. (식5)의 우변에 대해서는, 예를 들면 가우스의 소출법을 이용하여 풀 수 있다.

이들 결과로부터, 미지수 벡터 X가 구해지고, 상수 a, b, c의 값이 구해진다. 이것을 (식1)에 대입하여, 근사 곡면의 방정식이 얻어진다.

이상은 일차 방정식에 의한 평면 근사의 경우이지만, 보다 고차의 방정식에서도 마찬가지로 생각할 수 있다.

예를 들면 2차 방정식의 경우,

z=f(x, y)=ax²＋by²＋cxy＋dx＋ey＋f … (식8)

로 두고, 6개의 상수 a~f를 미지수로 하고, (식2)의 계수 행렬 G에 대신하여, 값 1, x_i, y_i, x_iy_i, x_i ², y_i ²를 1행의 요소로 하는 n행 6열의 계수 행렬을 이용하여 방정식을 세운다.

그리고, 상기와 같이 전치행렬을 이용하여 6×6의 정규 행렬을 갖는 방정식으로 변환하고, 미지수 a~f를 구하면 된다.

다음에, 구해진 근사 곡면 상의 임의의 점 P에 있어서의 근사 곡면의 곡률을 구하는 방법을 설명한다. 곡면의 곡률은, 가우스곡률 K와 평면곡률 H의 2개를 이용하여 나타내는 것으로 한다. 곡면의 방정식 z=f(x, y)에 대해서, 하기 파라미터를 설정한다.

그렇게 하면, 가우스곡률 K 및 평면곡률 H는 하기 식에 의해 정의할 수 있다. 좌표가 화소 단위로 이산적으로 나타나는 화소 공간에 있어서 곡률을 구할 때에는, (식9)에 있어서의 미분을 화소 피치에서의 차분으로 치환하여 수치계산을 행하는 것이 가능하다.

다음에, 상기와 같이 구성된 화상 처리 장치(1)를 이용한, 화학물질의 약효 평가방법에 대해 설명한다. 종래는, 배양액 중에서 이차원 배양된 표적 세포에 약제 후보인 화학물질을 투여하고, 세포의 생존 능력(viability)이 어떻게 변화하는지를 관찰함으로써, 상기 화학물질의 약효가 평가되어 왔다. 그러나, 근래에는, 이와 같이 하여 약효가 인정된 화학물질이 생체 내에서는 같은 약효를 나타내지 않는다는 예가 생기고 있다. 그 원인 중 하나는, 표적 세포는 생체 내에서 다수가 덩어리로 되어 입체적인 구조를 가지고 있는데 반해, 약효의 확인이 이차원 배양된 세포에서 행해지고 있는 것에 있다고 생각된다. 즉, 이차원 배양된 세포에서는 투여된 화학물질이 많은 세포에 닿기 때문에 약효가 나타나기 쉬운 반면, 삼차원적 구조를 갖는 세포에서는, 덩어리의 내부에 위치하는 세포에는 화학물질이 닿기 어렵고, 약효가 나타나기 어렵다.

이 때문에, 배양액 중에서 삼차원 배양된 표적 세포의 집괴를 이용하여 약제 후보인 화학물질의 약효를 평가할 필요성이 높아지고 있다. 그러나, 이러한 삼차원 구조를 갖는 세포집괴, 즉 배양액 중의 스페로이드 상태를 자세에 관찰할 수 있는 기술이 확립되어 있지 않다. 그 때문에, 적확하고 효율적으로 평가를 행할 수 있는 환경은 지금까지 갖추어져 있지 않았다. 상기한 화상 처리 장치(1)는 이러한 관찰에 적합한 것이며, 이것을 이용함으로써, 화학물질의 약효 평가(스크리닝)를 보다 적확하게, 또한 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

도 5는 이 실시 형태에 있어서의 약효 평가방법을 나타내는 플로차트이다. 우선, 웰 플레이트(WP)의 각 웰(W)에 적절한 배양액이 주입되고, 그 내부에서 표적이 되는 세포가 배양되어 스페로이드(Sp)가 제작된다(단계 S201). 그리고, 각 웰(W)에 대해서, 평가 대상인 화학물질이 각각 소정량씩 투여된다(단계 S202).

이렇게 하여 화학물질이 투여된 스페로이드(Sp)를, 화상 처리 장치(1)가 화상 데이터화한다(단계 S203). 즉, 단층 화상의 촬상과, 그로부터 얻어진 화상 데이터에 기초하는 연산이, 화상 처리 장치(1)에 의해 실행된다. 촬상은, 화학물질이 투여되어 소정 시간 경과 후에 1회만 행해져도 된다. 또, 일정 시간마다 복수회 촬상을 행하는, 이른바 타임 랩스 촬상이 행해져도 된다. 화상 처리 장치(1)에 의해 스페로이드(Sp)의 단층 화상 데이터, 입체상 데이터 및 특징량이 구해지면, 이들 정보에 기초하여 종합적으로 상기 화학물질의 약효가 평가된다(단계 S204).

약효가 있으면 스페로이드(Sp)는 쇠약해지고 수축한다. 따라서, 시간을 두어 촬상된 화상의 각각으로부터 산출된 특징량 중 스페로이드(Sp)의 직경, 표면적 또는 체적이 경시적으로 감소를 나타내고 있으면, 약효가 있던 것으로 판단할 수 있다. 이들 특징량에 의미가 있는 변화가 없는, 또는 증가하고 있는 경우에는, 약효가 없다고 판단할 수 있다. 또한, 스페로이드(Sp)의 체적에 대해서는, 어느 단면 방향에 있어서의 스페로이드(Sp)의 단면적을 단면 방향과 수직 방향으로 적분함으로써 산출 가능하다. 예를 들면, 삼차원 화상에 의하지 않고, 촬상에 의해 얻어진 복수의 단층 화상으로부터 직접 산출하는 것도 가능하다. 체적(V)이 구해지면, 다음 식：

V=4πr³/3

의 관계로부터, 스페로이드(Sp)와 같은 체적을 갖는 구의 반경(r)을 산출할 수 있다. 이 값(r)을 곡률 반경으로 간주해도 되고, 그 경우, 곡률은 (1/r)에 의해 표시된다.

단, 다음에 설명하는 바와 같이, 이들 정보만으로는 스페로이드(Sp)의 생존 능력을 판단하는 것이 어려운 케이스도 있다.

도 6a 내지 도 6c는 쇠약해지는 스페로이드의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면의 화상예에서는, 스페로이드를 그 측방보다 약간 위로부터 내려다보는 방향으로 시야 방향이 설정되어 있다. 도 6a는 생존 능력이 비교적 높은 스페로이드의 화상(입체상)이며, 다수의 세포가 모여 대략 구형을 이루고 있다. 단 화상의 우하방 부분에 붕괴의 징조가 나타나 있다.

한편, 도 6b는 쇠약해져 붕괴하기 시작한 스페로이드의 화상이며, 도 6c는 더 붕괴가 진행된 스페로이드의 화상이다. 이들 예에서는, 세포간의 결합이 약해져 구형이 유지되지 않게 되고, 세포는 형상이 불규칙한 집괴를 이루고 있다. 이들의 경우, 표면적이나 체적 등의 특징량, 혹은 상방으로부터의 관찰만으로는 도 6a의 상태와의 식별이 어려운 경우가 있다. 단 정성적으로는, 여러 시야 방향에서 입체상을 관찰함으로써 형상의 붕괴를 발견하는 것은 비교적 용이하다. 또 정량적으로는, 스페로이드 표면의 곡률이나 구형도 등의 특징량의 변화를 봄으로써, 구형 형상으로부터의 붕괴를 검출하는 것이 가능하다.

스페로이드(Sp)의 표면(또는 그 근사 곡면)은 완전한 구면은 아니다. 따라서, 그 형상의 붕괴를 검지하기 위해서는, 서로 다른 2 이상의 방향의 단면에서 본 곡률을 서로 비교하는 것이 효과적이다. 세포의 생존 능력이 저하한 스페로이드(Sp)는, 중력의 작용에 의해 하방, 즉 웰(W)의 저면을 향해 움푹 패이도록 무너져 간다. 따라서, 스페로이드(Sp)를 수평 방향에서 보았을 때의 표면의 곡률이, 특히 크게 변화한다고 생각할 수 있다. 이로부터, 수평 방향으로(즉 XY 평면상에서) 본 곡률(Rxy)과, 연직 방향으로(예를 들면 XZ 평면상에서) 본 곡률(Rxz)의 사이에 의미 있는 차이가 있을 때, 스페로이드(Sp)가 붕괴되어 있다고, 즉 약효가 나타나 있다고 판단할 수 있다. 표시 화상으로부터 이것을 확인하는 경우에는, 특히 수평 방향에 가까운 방향으로부터 스페로이드(Sp)를 관찰하는 것이 효과적이다.

도 7a 내지 도 7d는 쇠약해지는 스페로이드의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 7a는 붕괴가 시작된 다른 스페로이드의 입체상의 예이다. 도 7b는 도 7a의 A-A 화살표 단면도이며, 연직면을 단면으로 하여 스페로이드를 수평 방향으로 보았을 때의 상에 상당한다. 이 예에서는, 스페로이드는 구형에 비교적 가까운 형상을 유지하고 있지만, 웰 저면(Wb)에, 스페로이드의 주위를 둘러싸도록 입상의 물체가 분포해 있다.

도 7c 및 도 7d는 각각, 도 7b의 B-B 화살표 단면도, C-C 화살표 단면도이며, 모두 스페로이드를 수평 단면에서 본 단면도이다. 웰 저면(Wb)으로부터 비교적 멀어진 수평 단면에서 본 도 7c에서는, 스페로이드의 외주가 비교적 원형에 가까운 형상으로 되어 있다. 이에 대해, 보다 웰 저면(Wb)에 가까운 수평 단면에서 본 도 7d에서는, 중앙 부분에서 덩어리로 된 스페로이드 주위의 예를 들면 흰 원으로 둘러싼 위치에, 형상 부정으로 불선명한 상이 보여진다. 이것도 웰 저면(Wb)에 분포하는 입상물의 상이다. 또한 도 7d에 있어서, 스페로이드로부터 멀어진 위치에서 스페로이드를 둘러싸도록 퍼지는 반달 모양의 흰 영역은, 만곡한 웰 저면(Wb)의 일부가 비친 것이다.

이들 화상에 있어서 웰 저면(Wb)에 분포하는 입상물은, 스페로이드로부터 유리하여 가라앉고 웰(W)의 바닥에 퇴적한 유리 세포 또는 그 잔재(데브리)이다. 화학물질이 세포의 생존 능력을 저하시킴으로써 생기는 현상으로서, 스페로이드(Sp)의 표면 부근의 세포가 그 위치에 머물 수 없게 되어 유리하는 케이스도 있다. 유리한 세포는 활성도가 낮고, 배양액의 바닥에 침전하여 웰 저면(Wb)에 퇴적한다. 따라서, 이러한 유리 세포나 데브리의 유무 및 양은, 약효를 지표하는 유효한 정보로서 이용할 수 있다. 유리 세포 등의 유무에 대해서는, 표시부(352)에 표시되는 화상으로부터 육안 관찰에 의해 판단할 수 있다.

또, 화상 처리에 의해 자동적으로 유리 세포 등의 검출이 행해지도록 해도 된다. 예를 들면, 도 7d에 나타내는 웰 저면(Wb)에 가까운 수평 단면을 나타내는 화상에 있어서의 세포의 분포 범위의 크기나 형상 등으로부터, 유리 세포의 유무나 그 양 등을 검출할 수 있다. 스페로이드 내에서는 세포가 비교적 작은 범위로 모이는데 반해, 유리 세포는 뭉치지 않고 산재하기 때문이다.

이들 정보, 즉, 단층 화상으로부터 재구성된 입체상에 기초하는 여러 시야 방향에서의 스페로이드의 육안 관찰 결과나, 산출된 각종 특징량, 유리 세포의 검출 결과 등으로부터 종합적으로 스페로이드의 변화가 검증된다. 이로 인해, 주관적 판단에 의지하거나 세포에 데미지를 주는 종래의 스크리닝 기술에 비해, 보다 적확하고 효율적인 약효의 평가를 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 각종 화학물질의 스크리닝을 보다 효율적으로 행할 수 있다. 연직면과 대략 일치하는 단면에 있어서의 단층 화상을 이용하여 평가에 제공함으로써 그 효과가 현저해진다. 그 이유를 이하에 설명한다.

도 8a 내지 도 8c는 스페로이드의 연직 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 8a는 생존 능력이 높은 스페로이드(Sp)를 나타내고 있고, 그 연직 단면은 대략 원형이 된다. 마찬가지로, 이 스페로이드(Sp)를 상방으로부터 하향으로 촬상한 경우나, 수평 단면에서 단층 촬상한 경우에도, 그 외형은 대략 원형이 된다. 도 8b는 부분적으로 붕괴한 스페로이드(Sp)를 나타내고 있고, 붕괴에 따른 형상 변화는 스페로이드(Sp)의 하부에 있어서 현저하게 나타난다. 상방(Z축 방향)으로부터의 또는 수평 단면(XY 평면)에서의 관찰에서는, 스페로이드의 배후에 숨어 이러한 변화는 발견되기 어렵다. 그러나, 연직 단면에서의 단층 화상에 의하면, 이러한 스페로이드(Sp)의 형상 변화를 용이하게 발견하는 것이 가능하다.

도 8c는 유리 세포나 데브리가 웰 저면(Wb)에 침전한 케이스를 나타내고 있다. 상기한 바와 같이, 투여된 화학물질의 약효가 나타나 있는 예로서, 스페로이드(Sp)로부터 많은 유리 세포(D)가 생기는 케이스가 있다. 스페로이드(Sp)의 형상을 외부로부터 관찰하는 것만으로는 이러한 유리 세포(D)가 간과될 우려가 있다. 특히, 상방으로부터의 이차원 촬상 화상에서는, 스페로이드(Sp)를 구성하는 세포와 유리한 세포(D)를 판별하는 것이 곤란하다.

그러나, 연직면에서의 단층 화상을 취득하는 과정에서는, 스페로이드(Sp)의 주위(특히 하부)에 스페로이드(Sp)와는 분리된 상태로 침전하는 유리 세포(D)나 데브리를 화상에 들여올 수 있다. 그 때문에, 이러한 간과를 회피할 수 있다. 특히, 단층 화상으로부터 재구성된 입체상을 여러 방향에서 관찰할 수 있도록 하면, 스페로이드(Sp)뿐만 아니라, 그 주위에 분포하는 구조물을 발견하는 것이 용이해진다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시 형태의 화상 처리 장치(1)에 있어서는, 촬상 유닛(20)이 본 발명의 「화상 취득 수단」으로서 기능하고 있다. 또, 3D 복원부(33) 및 특징량 산출부(34)가 각각 본 발명의 「입체상 작성 수단」 및 「특징량 산출 수단」으로서 기능하고 있다. 또, 웰 플레이트(WP)가 본 발명의 「용기」에 상당하고, 유지부(10)가 본 발명의 「유지 수단」으로서 기능한다. 한편, 표시부(352)가 본 발명의 「표시 수단」으로서 기능하고 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외로 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서 산출되는 각 특징량은, 스페로이드의 형상적 특징을 지표하는 것으로서 일부의 예를 나타낸 것이다. 이들 특징량을 이용하는 것으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기한 특징량의 일부만이 이용되어도 되고, 또 상기 이외의 특징량이 이용되어도 된다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태의 제어 유닛(30)에서는, CPU(31), 3D 복원부(33) 및 특징량 산출부(34)가 각각 개별의 기능 블록으로 되어 있다. 이것을 대신하여, 예를 들면 3D 복원부(33) 및 특징량 산출부(34)가 일체의 GPU(Graphic Processing Unit)에 의해 구성되어도 된다. 또 이들 기능이 1개의 CPU에 의해 실현되는 구성이어도 된다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 단층 촬상을 행하는 촬상 유닛(20)으로서 광간섭 단층 촬상(OCT) 장치가 이용되고 있다. 그러나, 스페로이드에 대해 비파괴로 단층 촬상을 행할 수 있는 다른 촬상 원리에 의한 촬상 장치, 예를 들면 공초점 현미 촬상 장치를 본 발명의 「화상 취득 수단」으로서 이용해도 된다. 촬상을 보다 단시간에 완료할 수 있다는 점에서는, 본 실시 형태와 같은 광간섭 단층 촬상 장치가 유리하다.

또 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 본 발명의 「화상 취득 수단」으로서 촬상 장치를 이용하고 있지만, 본 발명에 따른 화상 처리 장치는, 그 자체가 촬상 기능을 갖는 것을 필수로 하는 것은 아니다. 즉, 외부의 촬상 장치로 촬상된 단층 화상 데이터를 받아들여 화상 처리만을 행하는 형태여도 된다. 이 경우에는, 외부로부터 화상 데이터를 받아들이는 인터페이스부가 본 발명의 「화상 취득 수단」으로서 기능하게 된다.

이 발명은, 특정의 세포에 대해 약효를 갖는 화학물질을 찾아내는 스크리닝 기술에 적용할 수 있다. 세포가 입체적으로 집합한 세포집괴에 대한 약효를 적확하게 평가할 수 있으므로, 생체 내에서 유효하게 작용하는 약제의 창약에 도움이 될 수 있다.

또 상기한 바와 같이, 본 발명은, 단층 화상에 기초하여 세포집괴로부터 유리하여 용기의 저면에 퇴적한 유리 세포를 검출하는 공정을 더 구비하고, 특징량의 산출 결과와 유리 세포의 검출 결과에 기초하여 화학물질의 약효를 판정하도록 구성되어도 된다. 사멸한 세포는 세포집괴로부터 이탈하여 용기의 바닥에 퇴적하기 때문에, 이러한 유리 세포의 존재는 상기 화학물질의 약효의 유력한 증거가 될 수 있다. 따라서, 단지 세포집괴의 형상에만 주목하는 것이 아니라, 그 주위, 특히 용기 저부에 퇴적한 유리 세포의 유무나 양을 검출하여 평가를 행함으로써, 그 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

또 본 발명은, 예를 들면, 서로 다른 복수의 단면에 대해서 단층 화상을 취득하도록 구성되어도 된다. 세포집괴의 형상은 완전한 구체는 아니기 때문에, 이와 같이 복수의 단층 화상을 이용하여 평가를 행함으로써, 평가의 정밀도를 보다 향상시키는 것이 가능해진다.

이 경우에 있어서, 예를 들면, 복수의 단층 화상에 기초하는 화상 처리에 의해, 세포집괴의 표면의 입체상을 작성하는 공정이 더 설치되어도 된다. 다수의 단층 화상을 수집함으로써, 세포집괴를 의사적으로 입체 촬상할 수 있다. 단층 화상으로부터 세포집괴의 입체상을 작성해 두면, 예를 들면 세포집괴의 형상이나 표면 상태를 여러 시야 방향에서 관찰하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 특징량의 산출 결과와 합한 종합적인 평가가 가능해져, 평가 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 발명에서 이용되는 특징량으로서는, 예를 들면, 세포집괴의 표면적, 세포집괴의 체적, 세포집괴의 표면의 곡률 및 세포집괴의 표면의 곡률 반경의 적어도 1개를 이용하는 것이 가능하다. 세포집괴의 표면적 및 체적으로부터는, 세포집괴의 사이즈를 알 수 있다. 또, 세포집괴의 표면의 곡률 및 곡률 반경으로부터는, 세포집괴의 표면 형상을 알 수 있다. 이것들은 모두, 세포집괴가 성장하고 있는지쇠약해지고 있는지를 판단하기 위한 정보로서 이용할 수 있다.

특히, 서로 다른 복수의 단면 각각에 있어서의 세포집괴의 표면의 곡률을 특징량으로서 포함하도록 하면, 그것들을 비교함으로써, 세포집괴가 구형을 유지하고 있는지, 혹은 형상이 무너져 있는지를 판단하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명은, 예를 들면, 소정의 시간 간격을 두고 복수회, 세포집괴의 단층 촬상을 행하고, 각 촬상으로 취득되는 단층 화상으로부터 구해지는 특징량의 경시 변화에 기초하여 화학물질의 약효를 판정하도록 구성되어도 된다. 이와 같이 시간의 경과에 따른 세포집괴의 변화를 조사함으로써, 상기 화학물질의 약효를 보다 적확하게 판단하는 것이 가능해진다. 촬상 대상물에 대해 비접촉, 비파괴로 촬상을 행할 수 있는 단층 촬상 기술, 예를 들면 광간섭 단층 촬상 기술이 실용화되고 있다. 이것을 적용함으로써, 세포집괴에 영향을 미치지 않고 촬상을 행할 수 있다. 그 때문에, 세포집괴의 경시 변화를 관찰하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 있어서, 예를 들면, 특징량 산출 수단은, 입체상에 기초하여 구해진, 세포집괴의 표면에 대응하는 근사 곡면에 대해 특징량을 산출하도록 구성되어도 된다. 세포집괴는 다수의 세포의 모임이며, 그 표면에는 개개의 세포의 표면에 대응하는 불규칙한 요철이 나타난다. 이러한 미세한 요철은 세포집괴 전체로서의 특징을 나타내는 것은 아니다. 그래서, 보다 단순한 곡면에 근사하여 특징량을 구함으로써, 세포집괴의 형상적 특징을 보다 적확하게 정량화할 수 있다.

또 본 발명은, 예를 들면, 세포집괴가 포함되는 액체를 담지하는 용기를 유지하는 유지 수단을 더 구비하고, 화상 취득 수단은, 용기 내의 세포집괴를 단층 촬상하는 촬상 장치를 갖는 구성이어도 된다. 단층 화상은 외부의 촬상 장치에 의해 촬상된 것이어도 되지만, 본 발명의 화상 처리 장치가 용기를 유지하는 유지 수단과 촬상 장치를 구비함으로써, 약효 평가라는 목적에 최적인 단층 화상을 취득하는 것이 가능해진다. 이러한 촬상이 가능한 촬상 장치로서는, 상기한 바와 같이, 예를 들면 광간섭 단층 촬상 장치를 이용하는 것이 가능하다.

또 본 발명은, 예를 들면, 입체상을 표시하는 기능을 가지며, 표시 화상에 있어서의 세포집괴에 대한 시야의 방향을 변경 가능한 표시 수단을 구비하는 구성이어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 세포집괴의 외관적 특징에 관한 여러 가지 정보를 이용자에 대해서 제공할 수 있고, 이용자는 표시 화상 및 산출된 특징량으로부터, 종합적인 약효 평가를 행하는 것이 가능해진다.

이상, 특정의 실시예에 따라 발명을 설명했지만, 이 설명은 한정적인 의미로 해석되는 것을 의도한 것은 아니다. 발명의 설명을 참조하면, 본 발명의 그 외의 실시 형태와 같이, 개시된 실시 형태의 여러가지 변형예가, 이 기술에 정통한 사람에게 분명해질 것이다. 고로, 첨부의 특허 청구의 범위는, 발명의 실제 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서, 상기 변형예 또는 실시 형태를 포함하는 것으로 생각할 수 있다.

1: 화상 처리 장치 10: 유지부(유지 수단)
20: 촬상 유닛(화상 취득 수단, 광간섭 촬상 장치)
21: 광원 22: 빔 스플리터
24: 기준 미러 25: 광검출기
30: 제어 유닛 33: 3D 복원부(입체상 작성 수단)
34: 특징량 산출부(특징량 산출 수단)
352: 표시부(표시 수단) Sp: 스페로이드(세포집괴)
W: 웰 WP: 웰 플레이트(용기)

Claims

화학물질이 세포집괴에 미치는 약효를 평가하는 약효 평가방법에 있어서,
용기에 담지된 액체 내에 유지된 상기 세포집괴를 연직면과 대략 일치하는 단면에서 단층 촬상한, 단층 화상을 취득하는 공정과,
상기 단층 화상에 기초하여 상기 세포집괴의 특징량을 산출하는 공정과,
상기 특징량의 산출 결과에 기초하여, 상기 화학물질의 약효를 판정하는 공정을 구비하는, 약효 평가방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단층 화상에 기초하여, 상기 세포집괴로부터 유리하여 상기 용기의 저면에 퇴적한 유리 세포를 검출하는 공정을 더 구비하고,
상기 특징량의 산출 결과와 상기 유리 세포의 검출 결과에 기초하여 상기 화학물질의 약효를 판정하는, 약효 평가방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
서로 다른 복수의 단면에 대해 상기 단층 화상을 취득하는, 약효 평가방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 상기 단층 화상에 기초하는 화상 처리에 의해, 상기 세포집괴의 표면의 입체상을 작성하는 공정을 구비하는, 약효 평가방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 특징량은, 상기 세포집괴의 표면적, 상기 세포집괴의 체적, 상기 세포집괴의 표면의 곡률 및 상기 세포집괴의 표면의 곡률 반경 중 적어도 1개를 포함하는, 약효 평가방법.
청구항 5에 있어서,
상기 특징량은, 서로 다른 복수의 단면 각각에 있어서의 상기 세포집괴의 표면의 곡률을 포함하는, 약효 평가방법.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
소정의 시간 간격을 두고 복수회, 상기 세포집괴의 단층 촬상을 행하고,
각 촬상으로 취득되는 상기 단층 화상으로부터 구해지는 상기 특징량의 경시 변화에 기초하여, 상기 화학물질의 약효를 판정하는, 약효 평가방법.
화학물질이 세포집괴에 미치는 약효를 평가하는 약효 평가를 위한 화상 처리 장치에 있어서,
액체 내에 유지된 상기 세포집괴를 연직면과 대략 일치하는 단면에서 단층 촬상한, 복수의 단층 화상을 취득하는 화상 취득 수단과,
상기 복수의 단층 화상에 기초하여, 상기 세포집괴의 입체상을 작성하는 입체상 작성 수단과,
상기 복수의 단층 화상 또는 상기 입체상에 기초하여, 상기 세포집괴의 특징량을 산출하는 특징량 산출 수단을 구비하는, 화상 처리 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 특징량 산출 수단은, 상기 입체상에 기초하여 구해진, 상기 세포집괴의 표면에 대응하는 근사 곡면에 대해 상기 특징량을 산출하는, 화상 처리 장치.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 세포집괴가 포함되는 상기 액체를 담지하는 용기를 유지하는 유지 수단을 더 구비하고,
상기 화상 취득 수단은, 상기 용기 내의 상기 세포집괴를 단층 촬상하는 촬상부를 갖는, 화상 처리 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 촬상부는, 광간섭 단층 촬상 장치인, 화상 처리 장치.
청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입체상을 표시하는 기능을 가지며, 표시 화상에 있어서의 상기 세포집괴에 대한 시야의 방향을 변경 가능한 표시 수단을 구비하는, 화상 처리 장치.