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技術 計測装置

出願人 富士フイルム株式会社
発明者 新井久夫胡軼岡田健片山真弓北橋宗
出願日 2016年9月21日 (3年9ヶ月経過) 出願番号 2016-183781
公開日 2018年3月29日 (2年3ヶ月経過) 公開番号 2018-048875
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード 結果処理装置 しぼり機 楕円近似 計測プログラム 各走査点 比較観察 集光光学 計測者
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年3月29日)のものです。
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図面 (12)

課題

動物表皮に形成された腫瘍などの凸部の形態を高精度に計測することができる計測装置を提供する。

解決手段

凸部の形態を計測する計測部10と、凸部が配置される開口15aと、開口15aを中央に有し、凸部の周辺が押し当てられる固定部材15bとを有する位置固定部15とを備え、位置固定部15の開口15aの大きさが変更可能に構成されている。

概要

背景

従来、たとえば抗がん剤の研究および開発において、マウスなどの小動物表皮腫瘍を形成させ、その腫瘍に対して候補の化合物投与し、腫瘍の縮小化を観察することによって薬効を評価することが行われている。

このように腫瘍の縮小化を観察する際、たとえばノギスなどの計測器を用いて腫瘍の大きさの計測が行われていたが、マウスの表皮は柔らかいためノギスなどの計測器を腫瘍に固定することが難しく、また、計測者によって腫瘍に対するノギスの当て方が異なるため、客観的な計測結果を得ることが困難であった。

そこで、たとえば特許文献1には、腫瘍に対して光を照射し、腫瘍から反射された反射光を検出することによって腫瘍の3次元的な形態を計測する、いわゆる3次元スキャナが提案されている。

概要

動物の表皮に形成された腫瘍などの凸部の形態を高精度に計測することができる計測装置を提供する。凸部の形態を計測する計測部10と、凸部が配置される開口15aと、開口15aを中央に有し、凸部の周辺が押し当てられる固定部材15bとを有する位置固定部15とを備え、位置固定部15の開口15aの大きさが変更可能に構成されている。

目的

本発明は、上記の問題に鑑み、動物の表皮に形成された腫瘍などの凸部の形態を高精度に計測することができる計測装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

凸部の形態を計測する計測部と、前記凸部が配置される開口と、該開口を中央に有し、前記凸部の周辺が押し当てられる固定部材とを有する位置固定部とを備え、前記位置固定部の開口の大きさが変更可能に構成されている計測装置

請求項2

前記固定部材に対して前記開口の大きさを変更する絞り機構が設けられている請求項1記載の計測装置。

請求項3

前記固定部材が、リング形状である請求項1または2記載の計測装置。

請求項4

前記固定部材の少なくとも前記凸部の周辺が押し当てられる部分の剛性が変更可能に構成されている請求項1から3いずれか1項記載の計測装置。

請求項5

前記固定部材の前記凸部の周辺が押し当てられる部分に樹脂部材が設けられており、異なる剛性の複数の前記樹脂部材が交換可能に構成されている請求項4記載の計測装置。

請求項6

前記位置固定部の開口の最大長が、1mm以上10cm以下である請求項1から5いずれか1項記載の計測装置。

請求項7

前記計測部が、前記固定部材に基づいて基準面を設定し、前記基準面を用いて前記凸部の形態を計測する請求項1から6いずれか1項記載の計測装置。

請求項8

前記計測部が、前記固定部材の前記凸部の周辺が押し当てられる面を前記基準面として設定する請求項7記載の計測装置。

請求項9

前記計測部によって時系列に計測された前記凸部の形態の情報を取得し、前記形態の情報を時系列に並べて同一または複数の画面内に表示させる表示制御部を備えた請求項1から8いずれか1項記載の計測装置。

請求項10

前記表示制御部が、前記凸部の形態の情報として数値データを時系列に並べて表示させる請求項9記載の計測装置。

請求項11

前記表示制御部が、前記凸部の形態の情報として前記凸部の3次元画像を時系列に並べて表示させる請求項9または10記載の計測装置。

請求項12

前記表示制御部が、前記凸部の3次元画像を時系列に並べて表示させる際、前記凸部の予め設定された方向に揃えて表示させる請求項11記載の計測装置。

請求項13

前記表示制御部が、異なる条件の下で計測された前記凸部の形態の情報を、それぞれ時系列に並べて同一または複数の画面内に表示させる請求項9から12いずれか1項記載の計測装置。

請求項14

前記計測部が、前記凸部に対して光を照射し、前記凸部から反射された反射光または前記凸部から発せられた発光を検出することによって前記凸部の形態を計測する請求項1から13いずれか1項記載の計測装置。

請求項15

前記計測部が、前記凸部をレーザ光によって走査し、前記レーザ光の走査によって前記凸部から反射された反射光または前記凸部から発せられた発光を検出する請求項14記載の計測装置。

技術分野

0001

本発明は、たとえば動物表皮に形成された腫瘍などの凸部の形態を計測する計測装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、たとえば抗がん剤の研究および開発において、マウスなどの小動物の表皮に腫瘍を形成させ、その腫瘍に対して候補の化合物投与し、腫瘍の縮小化を観察することによって薬効を評価することが行われている。

0003

このように腫瘍の縮小化を観察する際、たとえばノギスなどの計測器を用いて腫瘍の大きさの計測が行われていたが、マウスの表皮は柔らかいためノギスなどの計測器を腫瘍に固定することが難しく、また、計測者によって腫瘍に対するノギスの当て方が異なるため、客観的な計測結果を得ることが困難であった。

0004

そこで、たとえば特許文献1には、腫瘍に対して光を照射し、腫瘍から反射された反射光を検出することによって腫瘍の3次元的な形態を計測する、いわゆる3次元スキャナが提案されている。

先行技術

0005

米国特許出願公開第2005/0084176号明細書

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1に記載の3次元スキャナにおいても、マウスの配置の仕方および腫瘍に対する光の照射範囲によっては同一の腫瘍を計測したとしても、同じ測定結果が得られない問題がある。

0007

また、腫瘍の縮小化を評価する場合、時系列に腫瘍の大きさを複数回計測する必要があるが、計測する度にマウスの配置の仕方または光の照射範囲が行っていては、十分な計測精度を得ることができない。

0008

本発明は、上記の問題に鑑み、動物の表皮に形成された腫瘍などの凸部の形態を高精度に計測することができる計測装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明の計測装置は、凸部の形態を計測する計測部と、凸部が配置される開口と、その開口を中央に有し、凸部の周辺が押し当てられる固定部材とを有する位置固定部とを備え、位置固定部の開口の大きさが変更可能に構成されている。

0010

また、上記本発明の計測装置においては、固定部材に対して開口の大きさを変更する絞り機構を設けることができる。

0011

また、上記本発明の計測装置において、固定部材は、リング形状であることが好ましい。

0012

また、上記本発明の計測装置においては、固定部材の少なくとも凸部の周辺が押し当てられる部分の剛性を変更可能に構成されていることが好ましい。

0013

また、上記本発明の計測装置においては、固定部材の凸部の周辺が押し当てられる部分に樹脂部材を設け、異なる剛性の複数の樹脂部材を交換可能に構成されていることが好ましい。

0014

また、上記本発明の計測装置において、位置固定部の開口の最大長は、1mm以上10cm以下であることが好ましい。

0015

また、上記本発明の計測装置において、計測部は、固定部材に基づいて基準面を設定し、その基準面を用いて凸部の形態を計測することができる。

0016

また、上記本発明の計測装置において、計測部は、固定部材の凸部の周辺が押し当てられる面を基準面として設定することができる。

0017

また、上記本発明の計測装置においては、計測部によって時系列に計測された凸部の形態の情報を取得し、形態の情報を時系列に並べて同一または複数の画面内に表示させる表示制御部を備えることができる。

0018

また、上記本発明の計測装置において、表示制御部は、凸部の形態の情報として数値データを時系列に並べて表示させることができる。

0019

また、上記本発明の計測装置において、表示制御部は、凸部の形態の情報として凸部の3次元画像を時系列に並べて表示させることができる。

0020

また、上記本発明の計測装置において、表示制御部は、凸部の3次元画像を時系列に並べて表示させる際、凸部の予め設定された方向に揃えて表示させることができる。

0021

また、上記本発明の計測装置において、表示制御部は、異なる条件の下で計測された凸部の形態の情報を、それぞれ時系列に並べて同一または複数の画面内に表示させることができる。

0022

また、上記本発明の計測装置において、計測部は、凸部に対して光を照射し、凸部から反射された反射光または凸部から発せられた発光を検出することによって凸部の形態を計測することができる。

0023

また、上記本発明の計測装置において、計測部は、凸部をレーザ光によって走査し、レーザ光の走査によって凸部から反射された反射光または凸部から発せられた発光を検出することができる。

発明の効果

0024

本発明の計測装置によれば、凸部が配置される開口と、その開口を中央に有し、凸部の周辺が押し当てられる固定部材とを有する位置固定部を設けるようにしたので、計測対象が柔らかいマウスなどである場合でも、腫瘍などの凸部の配置を安定させることができる。また、位置固定部の開口の大きさを変更可能に構成するようにしたので、時間の経過にともなって大きさが変化する腫瘍を計測する場合においても、その大きさに応じて開口の大きさを変更することによって、安定した計測が可能になる。これにより、従来よりも凸部の形態を高精度に計測することが可能である。

図面の簡単な説明

0025

本発明の計測装置の一実施形態を用いた生体計測システム概略構成を示すブロック図
図1に示す計測部本体の概略構成を示す図
位置固定部の上面図
位置固定部の上面図
位置固定部の側断面図
位置固定部の開口内に凸部が配置されている状態を示す側断面図
固定部材の3次元モデルMDとその3次元モデルに設定された基準面BLとを示す図
凸部の各走査点の高さを取得する方法を説明するための図
固定部材の3次元モデルMDと凸部の3次元画像IMとを示す図
計測結果の補間を説明するための図
マウスの凸部の形態情報を時系列に計測した場合の表示方法の一例を示す図

実施例

0026

以下、本発明の計測装置の一実施形態を用いた生体計測システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態の生体計測システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の生体計測システムは、動物の表皮に形成された、たとえば腫瘍などの凸部の形態を計測し、その形態の情報を表示部に表示させるものである。

0027

本実施形態の生体計測システムは、図1に示すように、計測装置1および表示装置2を備えている。計測装置1は、計測部本体10および計測結果処理装置20を備えている。図2は、計測部本体10の具体的な構成を示す図である。なお、本実施形態においては、計測部本体10と後述する計測結果演算部21とから、本発明の計測部が構成されている。

0028

計測部本体10は、図2に示すように、光検出部11と、位置固定部15と、光検出部支持部17と、固定台19とを備えている。

0029

光検出部11は、光源部12と、集光光学系13と、検出部14とを備えている。光源部12、集光光学系13および検出部14は、筐体11aに収容されている。筐体11aは、光を遮光する部材などから形成されたものである。筐体11aには、光源部12から発せられたレーザ光L1が通過する通過孔11bと、計測対象である凸部から反射された反射光L2が通過する通過孔11cとが形成されている。

0030

光源部12は、レーザ光源と、レーザ光源から発せられたレーザ光L1を走査する走査機構とを備えている。光源部12から発せられたレーザ光L1は、位置固定部15に固定された凸部に照射される。具体的には、レーザ光源から発せられたレーザ光L1は走査機構によって走査され、これにより凸部の表面がレーザ光L1によって2次元状に走査される。走査機構としては、ミラーおよびアクチュエータなどを有する公知の機構を用いることができる。なお、レーザ光L1の2次元状の走査方法としては、スポット光を直交する方向に走査するようにしてもよいし、線状のレーザ光L1を一方向に走査するようにしてもよい。測定時間の観点からは、線状のレーザ光L1を一方向に走査することが好ましい。また、レーザ光L1は、図2に示すX−Y平面内で走査される。図2に示すZ方向が鉛直方向であり、X−Y面方向が水平方向である。

0031

集光光学系13は、凸部から反射された反射光L2を検出部14に集光するものである。集光光学系13は、集光レンズなどの光学素子から構成されるものである。

0032

検出部14は、凸部から反射された反射光L2の強度を検出するものである。検出部14としては、たとえばCCD(Charge-Coupled Device)イメージセンサおよびCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサ並びにラインセンサなどを用いることができる。

0033

位置固定部15は、動物の表皮に形成された計測対象の凸部の位置を固定するものである。位置固定部15は、具体的には、凸部が配置される開口15aと、開口15aを中央に有し、凸部の周辺が押し当てられる固定部材15bとを備えている。固定部材15bは、光を吸収する黒い樹脂などから形成されており、リング形状に形成されたものである。なお、リング形状とは、必ずしも円形である必要はなく、三角および四角などの多角形の開口15aが形成されたものでもよい。

0034

位置固定部15は、計測部本体10の筐体11aに対して、固定部支持部材16を介して接続されている。固定部支持部材16は、その一端が位置固定部15に接続され、他端が筐体11aに接続されている。固定部支持部材16の鉛直方向(図2に示すZ方向)の長さは固定でも良いが、可変に構成することがより好ましい。

0035

図3および図4は、位置固定部15の上面図を示したものである。図3および図4に示すように、位置固定部15の固定部材15bには、絞り機構15cが設けられている。絞り機構15cは、位置固定部15の開口15aの大きさを変更するものである。図3は、絞り機構15cが調整されて開口15aの直径がD1に設定された状態を示す図である。図4は、絞り機構15cが調整されて開口15aの直径がD2(D1>D2)に設定された状態を示す図である。位置固定部15は、絞り機構15cによって形成される開口15aの大きさを調整するための調整つまみ15dを備えている。ユーザは、凸部の大きさに応じて調整つまみ15dを操作し、これにより絞り機構15cの絞りが調整されて開口15aの大きさが調整される。開口15aは、その最大径が1mm以上10cm以下の範囲で調整されることが好ましい。

0036

なお、本実施形態においては、絞り機構15cによって開口15aの大きさを変更可能に構成するようにしたが、これに限らず、たとえば開口15aの大きさが異なる複数の位置固定部15を固定部支持部材16に対して着脱可能に構成するようにしてもよい。

0037

また、位置固定部15は、図5に示すように、シリコン樹脂部材15eを備えている。図5は、図3に示す位置固定部15のB−B線断面図である。なお、図5においては、絞り機構15cは図示省略している。シリコン樹脂部材15eは、固定部材15bの下面、すなわち凸部の周辺が押し当てられる面に設けられている。シリコン樹脂部材15eは、凸部周辺の表皮に対して位置固定部15を密着させるとともに、凸部周辺の表皮を傷つけないように設けられるものである。シリコン樹脂部材15eは、固定部材15bと同様の形状であり、固定部材15bに沿って設けられている。

0038

シリコン樹脂部材15eは、一種類に限らず、異なる剛性を有する複数のシリコン樹脂部材15eを交換可能に構成することが好ましい。具体的には、たとえば固定部材15bの下面に取り付け部を形成し、その取り付け部に対して異なる剛性を有する複数のシリコン樹脂部材15eを交換して取り付け可能に構成するようにしてもよい。取り付け部としては、たとえばシリコン樹脂部材15eを着脱可能に貼り付けることができる粘着層を形成するようにしてもよいし、シリコン樹脂部材15eを着脱可能に嵌め込むことができる枠体を形成するようにしてもよい。これにより、たとえばマウスの表皮が柔らかい場合には、剛性の低いシリコン樹脂部材15eを用い、マウスの表皮が固い場合には、剛性の高いシリコン樹脂部材15eを用いることができ、マウスの表皮に傷をつけるのを防止することができる。図6は、マウスの表皮Mに対してシリコン樹脂部材15eが押し当てられ、開口15a内に凸部MXが配置されている状態を示す図である。なお、図6においても、絞り機構15cは図示省略している。

0039

なお、本実施形態においては、異なる剛性を有するシリコン樹脂部材15eを交換可能とすることによって位置固定部15の剛性を変更可能としたが、これに限らず、たとえば異なる剛性を有する固定部材15bから形成される複数の位置固定部15を固定部支持部材16に対して着脱可能に構成するようにしてもよい。

0040

図2戻り、光検出部支持部17は、光検出部11と固定台19とに接続されるものであり、固定台19に対して光検出部11を支持するものである。光検出部支持部17は、具体的には、一端が光検出部11に接続される第1の支持部17aと、第1の支持部17aの他端が接続される回動部18と、回動部18に対して一端が接続される第2の支持部17bとを備えている。回動部18は、第1の支持部17aが回動軸AXを中心として矢印A方向に回動可能なように構成されている。これにより、光検出部11の高さを調整することができる。第2の支持部17bの他端には直方体の固定台19が接続されている。

0041

図1に戻り、計測結果処理装置20について説明する。計測結果処理装置20は、CPU(Central Processing Unit)およびメモリなどを備えたコンピュータから構成されるものであり、生体計測システム全体を制御するものである。計測結果処理装置20は、コンピュータに計測プログラムインストールしたものであり、このプログラムをCPUによって動作させることによって計測結果処理装置20の各部が機能する。計測プログラムは、DVD(Digital Versatile Disc)およびCD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)などの記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、計測プログラムは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータ記憶装置もしくはネットワークストレージに対して外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じてコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。

0042

計測結果処理装置20は、図1に示すように、計測結果演算部21と、表示制御部22とを備えている。計測結果演算部21は、計測部本体10の検出部14から出力された検出信号を取得し、その検出信号に基づいて、動物の表皮に形成された凸部の形態情報を演算するものである。

0043

計測結果演算部21は、具体的には、検出部14から出力された検出信号に基づいて、たとえば三角測量法などを用いて凸部の各走査点の位置を算出する。そして、計測結果演算部21は、凸部の各走査点の位置に基づいて、凸部の各走査点における高さを演算する。

0044

ここで、計測結果演算部21は、凸部の各走査点の高さを演算する際、高さの基準となる基準面を設定する。本実施形態の計測結果演算部21は、固定部材15bの下面、すなわち凸部の周辺が押し当てられる面を基準面として設定する。図7は、固定部材15bの3次元モデルMDとその3次元モデルに設定された基準面BLとを示す図である。計測結果演算部21には、図7に示すような固定部材15bの3次元モデルMDが、その3次元位置情報とともに予め設定されている。なお、固定部材15bの3次元モデルMDの位置情報は、たとえば位置固定部15が交換されたり、固定部支持部材16のZ方向の長さが変更されたりして、固定部材15bの下面の位置が変更された場合には、その都度更新されるものとする。このように、固定部材15bの下面を基準面として設定することによって、たとえば腫瘍を時系列に複数回計測する場合においても、基準面を常に同じ位置にすることができる。なお、本実施形態においては、固定部材15bの下面を基準面に設定するようにしたが、これに限らず、たとえば固定部材15bの上面またはZ方向についての中央面を基準面に設定するようにしてもよい。

0045

そして、計測結果演算部21は、図8に示すように、凸部の各走査点の位置Pと基準面BLとの差を演算することによって、凸部の各走査点の高さHを取得する。図9は、上述した固定部材15bの3次元モデルMDと、凸部の各走査点の高さHを用いて演算された凸部の3次元画像IMとを示す図である。凸部の3次元画像IMは、たとえば凸部の各走査点の高さHを用いてポリゴン面を設定することにより生成される。凸部の3次元画像IMの生成方法としては、種々の公知の手法を用いることができる。

0046

なお、たとえばマウスの腫瘍が1つの凸部を有するだけでなく、2つの凸部を有する凹凸形状である場合などには、図10Iに示すように、凹部の一部にレーザ光L1を照射することができず、その走査点の位置Pを計測できない場合がある。この場合には、図10IIに示すように、計測された周囲の走査点の位置Pを用いて補間演算を行うことによって、計測できなかった走査点の位置Pを取得するようにすればよい。

0047

また、計測結果演算部21は、凸部の形態情報として3次元画像を生成するだけでなく、その3次元画像を用いて、凸部の体積面積および長さなどを演算するものである。凸部の面積としては、たとえばZ方向に直交する面での凸部の切断面の面積のうちの最大面積を演算するようにすればよい。また、凸部の長さとしては、たとえば上述した切断面の最大長を演算するようにすればよい。計測結果演算部21によって生成された凸部の3次元画像および凸部の体積などは表示制御部22に出力される。

0048

表示制御部22は、凸部の3次元画像および体積などの形態情報を表示装置2に表示させるものである。凸部の体積などの形態情報については、数値データとして表示するようにしてもよいし、グラフとして表示するようにしてもよい。

0049

図11は、マウスの凸部の形態情報を時系列に計測した場合の表示方法の一例を示すものである。表示制御部22は、時系列に計測された凸部の形態の情報を取得し、その形態情報を時系列に並べて同一または複数の画面内に表示させることが好ましい。図11は、2015年11月13日を初回として時系列に8回計測した結果を同一画面内に表示させた例を示した図である。図11においては、凸部の3次元画像と凸部の体積のグラフを形態情報として表示させている。なお、凸部の3次元画像については、5回分の計測結果しか表示されていないが3次元画像の表示欄の下に表示されたスクロールバーを右側に操作することによって、残りの3回分の計測結果を表示することができる。

0050

また、図11に示すように、凸部の3次元画像を時系列に並べて表示させる場合、凸部の予め設定された方向に揃えて表示させることが好ましい。予め設定された方向としては、たとえば凸部を楕円近似した場合における長軸方向または短軸方向を設定することができる。または、各凸部の最大長の方向を設定するようにしてもよい。このように複数の凸部の3次元画像の表示方向を揃えることによって比較観察を容易に行うことができる。なお、凸部の3次元画像の表示方向については、マウスまたはキーボードなどの入力装置(図示省略)からの入力を受け付けて、個々に微調整できるようにしてもよい。これにより、ユーザが比較観察し易いように微調整することができる。

0051

また、図11に示すように時系列に計測された凸部の形態情報を同一画面内に同時に並べて表示させる場合、さらに、異なる条件の下で計測された凸部の形態情報を、それぞれ時系列に並べて同一または複数の画面内に表示させることが好ましい。具体的には、たとえば異なる期間においてそれぞれ時系列に計測された凸部の形態情報を、それぞれ時系列に並べて同一または複数の画面内に表示させるようにしてもよい。または、抗がん剤などの薬剤を凸部(腫瘍)に対して投与して時系列に計測した複数の形態情報と、薬剤を凸部に対して投与しないで時系列に計測した複数の形態情報とを同一または複数の画面内に表示させるようにしてもよい。また、異なる条件としては、凸部に対して異なる種類の薬剤を投与するようにしてもよいし、凸部に対して異なる量の薬剤を投与するようにしてもよい。このように異なる条件の下で計測された凸部の形態情報をそれぞれ同一または複数の画面内に表示させることによって、抗がん剤の効果などの情報を得ることができる。

0052

なお、上記実施形態においては、腫瘍などの凸部に対して光を照射し、凸部からの反射光を検出することによって凸部の形態情報を計測するようにしたが、反射光に限らず、たとえば凸部への光の照射によって凸部から発せられた蛍光を検出することによって凸部の形態情報を計測するようにしてもよい。

0053

1計測装置
2表示装置
10計測部本体
11光検出部
11a筐体
11b通過孔
11c 通過孔
12光源部
13集光光学系
14 検出部
15位置固定部
15a 開口
15b固定部材
15cしぼり機
15eシリコン樹脂部材
15e調整つまみ
16 固定部支持部材
17 光検出部支持部
17a 第1の支持部
17b 第2の支持部
18回動部
19固定台
20計測結果処理装置
21 計測結果演算部
22表示制御部
AX回動軸
BL基準面
IM3次元画像
L1レーザ光
L2反射光
M表皮
MD3次元モデル
MX 凸部
P 凸部の各走査点の位置

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