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JP7640821B1 - 画像取得装置及び画像取得方法 - Google Patents

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JP7640821B1
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Abstract

Figure 0007640821000001
画像取得装置は、サンプルのマクロ画像を取得する画像取得装置であって、複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、サンプルに対して斜めから照射する第2照射部と、複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部と、照射された励起光に応じたサンプルからの蛍光を結像する結像レンズと、結像レンズによって結像された光像を撮像し、サンプルの蛍光マクロ画像を出力するイメージセンサと、を有するマクロ観察用カメラと、蛍光マクロ画像に基づいて、サンプルのミクロ画像の取得条件を設定する制御装置と、を備える。

Description

本開示は、画像取得装置及び画像取得方法に関する。
特許文献1には、暗視野照明によって暗視野マクロ画像を取得し、該暗視野マクロ画像に基づき、ミクロ画像取得条件を設定することが記載されている。
特開2007-310231号公報
従来、より鮮明なマクロ画像を取得しミクロ画像取得条件をより適切に設定することが求められている。
本開示は上記実情に鑑みてなされたものであり、ミクロ画像取得条件をより適切に設定することを目的とする。
本開示の一態様に係る画像取得装置は、試料のマクロ画像を取得する画像取得装置であって、複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、試料に対して斜めから照射する励起光照射部と、複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部と、照射された励起光に応じた試料からの蛍光を結像する結像レンズと、結像レンズによって結像された光像を撮像し、試料の蛍光マクロ画像データを出力するイメージセンサと、を有するマクロ観察用カメラと、蛍光マクロ画像データに基づいて、試料のミクロ画像の取得条件を設定する設定部と、を備える。
本開示の一態様に係る画像取得方法は、試料のマクロ画像を取得する画像取得方法であって、複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、試料に対して斜めから照射する励起光照射ステップと、照射された励起光に応じて試料から生じ、複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各前記反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部を透過した蛍光を、イメージセンサを用いて撮像し、試料の蛍光マクロ画像データを出力する撮像ステップと、蛍光マクロ画像データに基づいて、試料のミクロ画像の取得条件を設定する設定ステップと、を備える。
本開示の一態様に係る画像取得装置及び画像取得方法では、試料に対して斜めから励起光が照射され、励起波長域の光を反射する蛍光フィルタ部及び結像レンズを経た試料からの蛍光の光像がイメージセンサによって撮像され、試料の蛍光マクロ画像データが出力される。このように、試料に対して斜めから励起光が照射されることにより、マクロ観察用カメラが試料の直上に設けられる構成において、試料からの蛍光がイメージセンサによって適切に撮像される。また、イメージセンサの前段において、励起波長域の光が蛍光フィルタ部によって反射されるため、イメージセンサによって、励起光を含まない蛍光のみが適切に撮像される。このようにして撮像された蛍光マクロ画像データが出力されて、試料のミクロ画像の取得条件が設定されることにより、ミクロ画像の取得条件を適切に設定することができる。すなわち、蛍光フィルタ部を介することによって蛍光のみがイメージセンサによって撮像されることにより、蛍光マクロ画像データに基づき、試料における組織が明確に検出され、組織の領域検出やフォーカス計測位置の設定等を適切に実施し、ミクロ画像の取得条件を適切に設定することができる。
設定部は、蛍光マクロ画像データに基づいて、ミクロ画像の取得時における露光時間を設定してもよい。上述したように、マクロ観察用カメラから出力されるマクロ画像データから試料の組織が明確に検出されるので、マクロ画像データに基づき、ミクロ画像の取得時における適切な露光時間を高精度に設定することができる。
設定部は、蛍光マクロ画像データにおいて他の領域と比べて輝度が高い確認点を所定の数だけ抽出し、抽出した複数の確認点の輝度に基づき、露光時間を設定してもよい。このように、確認点の輝度が考慮されて露光時間が設定されることにより、露光時間をより高精度に設定することができる。
励起光照射部は、各励起波長域毎に、励起光を照射し、イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、カラーイメージセンサは、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、設定部は、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像データ毎に、露光時間を設定してもよい。適切な露光時間は励起波長域によって異なるところ、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像データ毎に露光時間が設定されることにより、露光時間をより高精度に設定することができる。
励起光照射部は、各励起波長域毎に、励起光を照射し、イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、カラーイメージセンサは、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、設定部は、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像データ毎に、試料に含まれる組織の領域を検出する組織認識を行ってもよい。励起光を含まない鮮明な蛍光マクロ画像データに基づき組織認識が行われることにより、試料に含まれる組織の領域を高精度に検出することができる。
励起光照射部は、各励起波長域毎に、励起光を照射し、イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、カラーイメージセンサは、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、設定部は、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像データ毎に、フォーカス計測位置を設定してもよい。励起光を含まない鮮明な蛍光マクロ画像データに基づきフォーカス計測位置の設定が行われることにより、組織の配置に応じて、フォーカス位置の設定を高精度に行うことができる。
上記画像取得装置は、試料に明視野照明を行う明視野照明部を更に備えていてもよい。このような構成によれば、上述した蛍光マクロ画像データに加えて、明視野マクロ画像データを取得することができる。
上記画像取得装置は、試料に暗視野照明を行う暗視野照明部を更に備えていてもよい。このような構成によれば、上述した蛍光マクロ画像データに加えて、暗視野マクロ画像データを取得することができる。
上記画像取得装置は、結像レンズに向かう蛍光の光軸上に対して、蛍光フィルタ部を出し入れ可能に構成された切替部を更に備えていてもよい。このような構成によれば、例えば、蛍光マクロ画像データを取得する際のみ蛍光フィルタ部を蛍光の光軸上に設け、それ以外の場合(例えば明視野マクロ画像データを取得する際又は暗視野マクロ画像データを取得する際)には蛍光フィルタ部を蛍光の光軸上から退避させることが可能になり、各画像データを適切に取得することができる。
本開示によれば、ミクロ画像取得条件をより適切に設定することができる。
図1は、本実施形態に係る画像取得装置を模式的に示した図である。 図2は、サンプルの明視野マクロ画像、暗視野マクロ画像、及び蛍光マクロ画像を示す図である。 図3は、前処理後の蛍光マクロ画像を示す図である。 図4は、マクロ画像表示の切り替えを説明する図である。 図5は、組織認識時の表示イメージを示す図である。 図6は、全色励起での蛍光マクロ画像及びフォーカス計測点の表示イメージを示す図である。 図7は、フォーカス計測位置の設定処理を説明する図である。 図8は、ある励起波長域での蛍光マクロ画像及び確認点の表示イメージを示す図である。 図9は、露光時間設定処理を説明する図である。 図10は、蛍光マクロ画像表示の切り替えを説明する図である。 図11は、マクロ画像撮像処理を示すフローチャートである。 図12は、組織認識処理を示すフローチャートである。 図13は、フォーカス計測位置の設定処理を示すフローチャートである。 図14は、露光時間設定処理を示すフローチャートである。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る画像取得装置1を模式的に示した図である。画像取得装置1は、サンプルS(試料)を載せたスライドガラス125に光を照射してスキャンを行い、サンプルSの画像取得を行う装置である。画像取得装置1は、特に、サンプルSのマクロ画像を取得する装置である(詳細は後述)。画像取得の対象となるサンプルSとしては、例えば、蛍光性の色素で染色された組織切片等の生体サンプルが用いられる。スライドガラス125は、サンプルSを密封するプレパラートであってもよい。画像取得装置1は、顕微鏡装置10と、顕微鏡装置10による画像取得等の制御を行う制御装置20(設定部)と、表示装置30と、入力装置40と、を備えている。
顕微鏡装置10は、マクロ画像取得部110と、励起光源130と、第1導光ファイバ140と、第1照射部150と、蛍光マクロミラー160と、第2導光ファイバ170と、ミクロ画像取得部190と、を備えている。
マクロ画像取得部110は、サンプルSの蛍光マクロ画像(蛍光マクロ画像データ)、明視野マクロ画像(明視野マクロ画像データ)、及び暗視野マクロ画像(暗視野マクロ画像データ)を取得する。マクロ画像とは、サンプルSの低倍率画像(ミクロ画像と比較して低倍率の画像であり、サンプルS全体を含む画像)である。マクロ画像取得部110は、サンプルSの全体像に相当する低解像度のマクロ画像を取得する。マクロ画像は、サンプルSに対する撮像条件、具体的にはミクロ画像の取得条件を設定するための画像である。ミクロ画像とは、サンプルSの高倍率画像(マクロ画像と比較して高倍率の画像であり、例えば、4倍、10倍、20倍、或いは40倍といった高倍率のレンズを用いて得た画像)である。
蛍光マクロ画像とは、サンプルSに励起光を照射することにより生じる蛍光が撮像されることにより取得されるサンプルSのマクロ画像である。明視野マクロ画像とは、透過照明を用いて取得されるサンプルSのマクロ画像である。暗視野マクロ画像とは、透過照明を直接利用せず、斜光照明等を照射して生じた散乱光を利用して暗い視野の中でサンプルSを光らせて観察されるサンプルSのマクロ画像である。
マクロ画像取得部110は、サンプルホルダ111と、スキャンステージ112と、明視野光源113(明視野照明部)と、暗視野光源114(暗視野照明部)と、暗視野マクロ撮像用シャッタ115と、バーコード撮像用光源116と、第2照射部117(励起光照射部)と、結像レンズ118と、カラーイメージセンサ(イメージセンサ)119と、蛍光フィルタ部120と、切替部121と、を備えている。結像レンズ118と、カラーイメージセンサ119と、蛍光フィルタ部120と、切替部121とによって、マクロ画像を撮像するマクロ観察用カメラが構成されている。
サンプルホルダ111は、搬送されてきたスライドガラス125を載置するホルダである。上述したように、スライドガラス125にはサンプルSが載せられている。スキャンステージ112は、サンプルホルダ111をXY方向(前後・左右方向)に移動させるXYステージであり、サンプルホルダ111がスライドガラス125を載置した後、サンプルホルダ111をマクロ画像取得位置まで搬送する。また、スキャンステージ112は、サンプルホルダ111をミクロ画像取得部190によるミクロ画像取得位置まで搬送してもよい。この場合、スキャンステージ112は、マクロ画像取得位置及びミクロ画像取得位置のそれぞれにサンプルホルダ111を搬送可能なマクロミクロ切替ステージであってもよい。
明視野光源113は、サンプルSのマクロ画像である明視野マクロ画像を取得する際に用いられる明視野照明手段である。明視野光源113は、マクロ観察用カメラの結像レンズ118の光軸と平行の光軸を有している。例えば、明視野光源113は、白色光源(例えば白色LED)であり、サンプルホルダ111に保持されたスライドガラス125の真下に設けられている。すなわち、明視野光源113は、サンプルホルダ111におけるスライドガラス125の載置面に直交する方向であって、且つ、サンプルSに対して、第2照射部180及びカラーイメージセンサ119の反対側に設けられている。明視野光源113は、例えば拡散板(不図示)を介して、サンプルSに真下から明視野照明を行う。
暗視野光源114は、サンプルSのマクロ画像である暗視野マクロ画像を取得する際に用いられる暗視野照明手段(斜光照明手段)である。暗視野光源114は、マクロ観察用カメラの結像レンズ118の光軸に対して傾斜した光軸を有している。例えば、暗視野光源114は、白色光源(例えば白色LED)であり、サンプルホルダ111に保持されたスライドガラス125の斜め下方に設けられている。すなわち、暗視野光源114は、サンプルホルダ111におけるスライドガラス125の載置面に直交する方向であって、且つ、サンプルSに対して、第2照射部180及びカラーイメージセンサ119の反対側に設けられている。暗視野光源114は、サンプルSに斜め下方から暗視野照明を行う。暗視野マクロ撮像用シャッタ115は、暗視野マクロ画像の撮像時に、明視野光源113の拡散板(不図示)を遮る。これにより、明視野光源113及び暗視野光源114が共存する構成においても、適切に暗視野照明を行うことができる。
バーコード撮像用光源116は、明視野マクロ画像取得時等に、スライドガラス125に添付されたバーコードを読み込むために光を照射する光源である。当該バーコードが読み込まれることにより、スライドガラス125(すなわちサンプルS)を一意に特定することができる。すなわち、後述する制御装置20は、当該バーコードの情報からスライドガラス125(すなわちサンプルS)を一意に特定してもよい。
第2照射部117は、サンプルSのマクロ画像である蛍光マクロ画像を取得する際に用いられる蛍光マクロ用励起光照射部である。第2照射部117は、励起光源130から出力される励起光を、サンプルSに対して斜め上方から照射する。ここでの励起光は、複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域を有する光である。このように、サンプルSの斜め上方から励起光が照射されることにより、サンプルSの直上にマクロ観察用カメラ(蛍光フィルタ部120、結像レンズ118、及びカラーイメージセンサ119)が設けられる構成において、励起光を照射する構成とマクロ観察用カメラとが干渉することなく、サンプルSからの蛍光を適切に撮像することができる。
第2照射部117から照射される励起光に係る構成である、励起光源130、第1導光ファイバ140、第1照射部150、蛍光マクロミラー160、及び第2導光ファイバ170について説明する。
励起光源130は、マクロ画像取得部110における蛍光マクロ画像の取得に係る励起光、及び、ミクロ画像取得部190における蛍光ミクロ画像の取得に係る励起光を生成して出力する光源(例えばLED)である。このように、画像取得装置1では、蛍光マクロ画像及び蛍光ミクロ画像の取得に係る光源として同一の励起光源130が用いられている。なお、本実施形態では、蛍光マクロ画像及び蛍光ミクロ画像の取得に係る光源として同一の励起光源130が用いられるとして説明するがこれに限定されず、蛍光マクロ画像及び蛍光ミクロ画像の取得に係る光源としてそれぞれ別の光源が用いられてもよい。
励起光源130は、複数の励起波長域の励起光を出射可能に構成されている。励起光源130は、励起光の励起波長域を切り替えながら出射することができる。複数の励起波長域は、例えばマルチバンドパスフィルタである蛍光フィルタ部120の各反射波長域に対応している(詳細は後述)。
第1導光ファイバ140は、励起光源130から出力された励起光を第1照射部150まで導光する光ファイバである。第1照射部150は、第1導光ファイバ140を介して励起光源130から導光された励起光を、蛍光マクロミラー160に向けて照射する。蛍光マクロミラー160は、第1照射部150から照射された励起光の光路上に配置されており、励起光を反射して第2導光ファイバ170に導光する。なお、蛍光マクロミラー160は、蛍光ミクロ画像取得時には、ミラーの角度が変更されて、励起光をミクロ画像取得部190方向に導光する。第2導光ファイバ170は、蛍光マクロミラー160を介して入力された励起光をマクロ画像取得部110の第2照射部117まで導光する。
蛍光フィルタ部120は、サンプルSの直上であってサンプルSとカラーイメージセンサ119との間の領域に設けられており、複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する。このような蛍光フィルタ部120によれば、励起波長域の光が反射されるので、励起波長域の光がカラーイメージセンサ119によって撮像されることが抑制される。
蛍光フィルタ部120は、例えば、マルチバンドパスフィルタを含むPinkel配置で使用されるフィルタであってもよい。マルチバンドパスフィルタが用いられる構成においては、励起波長域の切り替えに応じてフィルタを切り替える必要がなく、ステージ動作も1スキャンでよい。
切替部121は、蛍光フィルタ部120の一又は複数のマルチバンドパスフィルタを保持するフィルタホイールであり、回転することにより、蛍光の光軸上にマルチバンドパスフィルタが配置されている状態と配置されていない状態(フィルタ無しの状態)とを切り替える構成である。すなわち、切替部121は、結像レンズ118に向かう蛍光の光軸上に対して、蛍光フィルタ部120を出し入れ可能に構成された部材である。切替部121は、例えば、蛍光マクロ画像の取得時のみ蛍光フィルタ部120を蛍光の光軸上に設け、それ以外の場合(例えば、明視野マクロ画像又は暗視野マクロ画像の取得時)に蛍光フィルタ部120を蛍光の光路上から退避させてもよい。切替部121は、明視野マクロ画像又は暗視野マクロ画像の取得時においては、蛍光マクロ画像の取得時とは異なるマルチバンドパスフィルタに切り替えてもよい。なお、切替部121は、フィルタホイールに限らず、蛍光フィルタ部120の一又は複数のマルチバンドパスフィルタをスライドさせて光軸上に配置するスライド機構であってもよい。また、マルチバンドパスフィルタが光軸上に配置されている状態であっても、明視野マクロ画像及び暗視野マクロ画像の取得は可能であるため、切替部121は必ずしも設けられていなくてもよい。
なお、蛍光フィルタ部120は、例えば、切り替え可能な複数のシングルバンドフィルタを含むSedat配置で使用されるフィルタであってもよい。この場合、切替部121は、各励起波長に応じてシングルバンドフィルタの切り替えを行ってもよい。このような構成においては、スキャン動作が各励起波長域毎に行われる。
結像レンズ118は、蛍光フィルタ部120を透過した光、すなわち照射された励起光に応じたサンプルSからの蛍光を結像するレンズである。結像レンズ118は、スライドガラス125全体をカラーイメージセンサ119に結像する。
カラーイメージセンサ119は、結像レンズ118によって結像された光像を撮像し、サンプルSの蛍光マクロ画像を出力するイメージセンサである。カラーイメージセンサ119は、結像レンズ118により結像されたスライドガラス125全体の像を撮像する。なお、本実施形態では、カラーイメージセンサ119を用いるとして説明するが、カラーイメージセンサ119に代えてイメージセンサであるモノクロイメージセンサが用いられてもよい。
制御装置20は、顕微鏡装置10における画像取得動作の制御、画像取得条件の設定、及び取得されたサンプルSの画像データの処理等を行う制御手段である。制御装置20は、例えばCPU及び必要なメモリ、ハードディスクなどの記憶装置を含むコンピュータによって構成される。また、この制御装置20に対して、表示装置30、及び入力装置40が接続されている。表示装置30は、例えばLEDディスプレイ、OLEDディスプレイまたは液晶ディスプレイ等のディスプレイであり、本画像取得装置1の動作に必要な操作画面の表示、あるいは取得されたサンプルSの画像の表示等に用いられる。また、入力装置40は、例えばキーボード又はマウスであり、画像取得に必要な情報の入力、画像取得動作についての指示の入力等に用いられる。
制御装置20は、マクロ画像取得時には、サンプルSがマクロ画像取得位置に搬送されるようにスキャンステージ112を制御する。制御装置20は、蛍光マクロ画像を取得する場合、所定の励起波長域の励起光が照射されるように励起光源130を制御すると共に、励起波長域に応じた蛍光フィルタ部120のマルチバンドパスフィルタが配置されるように切替部121を制御する。制御装置20は、明視野マクロ画像を取得する場合、明視野照明が行われるように明視野光源113を制御する。制御装置20は、暗視野マクロ画像を取得する場合、暗視野照明が行われるように暗視野光源114を制御すると共に、明視野光源113の拡散板(不図示)が遮られるように暗視野マクロ撮像用シャッタ115を制御する。また、制御装置20は、ミクロ画像取得時には、サンプルSがミクロ画像取得位置に搬送されるようにスキャンステージ112を制御する。そして、制御装置20は、後述する、設定されたミクロ画像の取得条件でミクロ画像が取得されるように、ミクロ画像取得部190を制御する。
制御装置20は、カラーイメージセンサ119によって撮像された蛍光マクロ画像に基づいて、サンプルSのミクロ画像の取得条件を設定する。ミクロ画像の取得条件とは、例えば、ミクロ画像の取得時におけるフォーカス計測点の位置(フォーカス計測位置)及び露光時間等である。すなわち、制御装置20は、蛍光マクロ画像に基づいて、ミクロ画像の取得時におけるフォーカス計測点の位置設定(フォーカス計測位置の設定)及び露光時間設定を行う。また、制御装置20は、上述したフォーカス計測点の位置設定及び露光時間設定を行う前提として、蛍光マクロ画像に基づいて、サンプルSに含まれる組織の領域を検出する組織認識を行う。制御装置20は、組織認識により検出されたサンプルSに含まれる組織の領域に基づいて、ミクロ画像の取得時におけるミクロスキャン領域を設定する。フォーカス計測点は、例えば、他の領域と比べて輝度が高い点(確認点)に設定されてもよい。また、制御装置20は、例えば蛍光フィルタ部120として上述したSedat配置で使用されるフィルタが用いられる場合においては、励起波長域が異なる励起光の蛍光マクロ画像毎に組織認識を行ってもよい。さらに、制御装置20は、励起波長域が異なる励起光の蛍光マクロ画像毎にミクロスキャン領域を設定してもよい。
図2は、準備されたサンプルSの明視野マクロ画像、暗視野マクロ画像、及び蛍光マクロ画像を示す図である。ここでは、サンプルSの画像として、サンプルIのサンプルSの画像が示されている。図2において、組織認識された領域は、四角形の組織認識領域A1で示されている。また、図2において、設定された複数のフォーカス計測点は十字マークで示されている。図2から明らかなように、明視野マクロ画像及び暗視野マクロ画像においては、サンプルIについて、高精度に組織認識を行うことができていない。例えば、サンプルIの明視野マクロ画像では、組織認識領域A1が極端に小さくなっており、また、サンプルIの暗視野マクロ画像では、組織認識領域A1が実際の組織の領域よりも大きくなっている。組織認識が適切に行われていない以上、当然に、サンプルIの明視野マクロ画像及び暗視野マクロ画像では、フォーカス計測点の設定を適切に行うことができていない。具体的には、フォーカス計測点が組織以外の気泡やごみなどに設定されている。
これに対して、サンプルIの蛍光マクロ画像では、組織認識領域A1が実際の組織S10の領域と概ね一致しており、高精度に組織認識を行うことができている。以上のように、蛍光マクロ画像を用いることにより、組織認識の精度を向上させることができる。
一方で、フォーカス計測点については、サンプルIの蛍光マクロ画像では組織S10に重なるように設定されているものの、サンプルIの蛍光マクロ画像では組織S10に重ならない領域(適切でない領域)に設定されている箇所がある。この点、例えば、蛍光マクロ画像に対して、ネガポジを反転させる前処理を行った上で組織認識及びフォーカス計測点の設定を行うことにより、図3に示されるように、組織認識精度をより向上させるとともに、フォーカス計測点の設定の精度を向上させることができる。図3は、サンプルIの前処理後の蛍光マクロ画像における組織認識及びフォーカス計測点の設定を示している。図3に示される例では、組織認識領域A1が実際の組織S10の領域に一致しており、フォーカス計測点についても全て蛍光マクロ画像中の組織S10に重なって設定されている。
制御装置20は、上述したように、撮像された蛍光マクロ画像をネガポジ反転させる前処理を行った蛍光マクロ画像(疑似明視野蛍光マクロ画像)に基づいて、組織認識及びフォーカス計測点の位置設定(フォーカス計測位置の設定)を行ってもよい。なお、制御装置20は、図4に示されるように、同一のサンプルSに対して、明視野マクロ画像と、暗視野マクロ画像と、蛍光マクロ画像と、前処理後の蛍光マクロ画像(疑似明視野蛍光マクロ画像)とを、それぞれ切り替えて表示するように、表示装置30を制御してもよい。この場合、図4に示されるように、表示装置30に各画像の表示アイコンが表示され、表示アイコンがクリックされることにより、表示されるマクロ画像が切り替えられてもよい。
以下では、組織認識、フォーカス計測点の位置設定、及び露光時間設定を順次行う際の制御装置20の処理及び表示装置30における表示について、図5~図10を参照して説明する。図5は、組織認識時の表示装置30における表示イメージを示す図である。図5に示されるように、制御装置20は、組織認識を行ったサンプルSの組織S10と、組織認識領域A1と、サンプルSの組織S10の推定サイズSiとが合わせて表示されるように、表示装置30を制御する。
つづいて、制御装置20は、組織認識を行ったサンプルSについてフォーカス条件設定を行い、図6に示されるように、例えば5つのフォーカス計測点がサンプルSの組織S10に重ねられた画像が表示されるように、表示装置30を制御する。図6は、全色励起での蛍光マクロ画像及びフォーカス計測点の表示イメージを示す図である。全色励起での蛍光マクロ画像とは、全ての励起波長域の励起光をサンプルSに照射した状態で検出される蛍光マクロ画像である。図7は、フォーカス条件設定処理を説明する図である。例えば、ある励起波長域(例えばViolet(360nm以上400nm以下の波長域))の励起光を照射し、該励起光に応じた蛍光フィルタ部120が設定されることにより、図7(a)に示される蛍光マクロ画像が取得されるとする。そして、制御装置20は、図7(b)に示されるように、当該蛍光マクロ画像について、他の領域と比べて輝度が高い確認点を所定の数(例えば5つ)抽出し、抽出した5つの確認点をそれぞれフォーカス計測点に設定する。そして、制御装置20は、図7(c)に示されるように、設定したフォーカス計測点が全色励起での蛍光マクロ画像に重畳表示されるように、表示装置30を制御する。このように、制御装置20は、ある励起波長域(例えばViolet)の励起光に応じて検出された蛍光マクロ画像からフォーカス計測点を抽出し、抽出したフォーカス計測点が全色励起での蛍光マクロ画像に重畳表示されるように表示装置30を制御してもよい。制御装置20は、例えば、蛍光フィルタ部120として上述したPinkel配置で使用されるフィルタが用いられる場合においては、上述したように、単一の励起波長域の励起光に応じた蛍光マクロ画像のみからフォーカス計測点を設定してもよい。また、制御装置20は、例えば蛍光フィルタ部120として上述したSedat配置で使用されるフィルタが用いられる場合においては、励起波長域が異なる励起光の蛍光マクロ画像毎にフォーカス計測点を設定してもよい。
つづいて、制御装置20は、励起波長域に応じた蛍光マクロ画像毎に露光時間を設定する。すなわち、制御装置20が、励起波長域毎に順次励起光が照射されるように励起光源130を制御し、カラーイメージセンサ119が、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像を出力する。制御装置20は、蛍光マクロ画像において他の領域と比べて輝度が高い確認点を所定の数(例えば3つ)だけ抽出して、図8に示されるように、例えば十字で示す3つの確認点がサンプルSの組織S10に重ねられた画像が表示されるように、表示装置30を制御する。図8は、ある励起波長域での蛍光マクロ画像及び確認点の表示イメージを示す図である。
図9は、露光時間設定処理を説明する図である。制御装置20は、上述したように、ある励起波長域(例えばCyan(460nm以上490nm以下の波長域))の励起光に応じた蛍光マクロ画像(図9(a)参照)について、他の領域と比べて強度(輝度)が高い、位置が独立した3点を降順に確認点として抽出する(図9(b)参照)。そして、制御装置20は、抽出した複数(3点)の確認点の輝度に基づき、露光時間を設定する。最大輝度の位置が把握されていることから、露光時間を高精度に設定することができる。上述したように、制御装置20は、このような露光時間設定の処理を、励起波長域に応じた蛍光マクロ画像毎に行う。制御装置20は、図10に示されるように、励起光の励起波長域を切り替えることにより、適宜蛍光マクロ画像表示が切り替えられるように、表示装置30を制御してもよい。図10に示される例では、全色励起(Common(例えば、複数の異なる単色光を組み合わせた波長域))の蛍光マクロ画像と、Violetの蛍光マクロ画像と、Cyanの蛍光マクロ画像とが切り替えられている。
次に、図11~図14を参照して、画像取得装置1が実行する処理について説明する。図11は、マクロ画像撮像処理を示すフローチャートである。図12は、組織認識処理を示すフローチャートである。図13は、フォーカス計測位置の設定処理を示すフローチャートである。図14は、露光時間設定処理を示すフローチャートである。これらの処理は、例えば、ミクロ画像の取得条件の設定に係る処理である。
マクロ画像撮像処理について説明する。図11に示されるように、まず、明視野マクロ画像が撮像される(ステップS1)。具体的には、制御装置20によって、サンプルSがマクロ画像取得位置に搬送されるようにスキャンステージ112が制御され、明視野照明が行われるように明視野光源113が制御される。これにより、カラーイメージセンサ119によって明視野マクロ画像が撮像される。
つづいて、サンプルSが蛍光サンプルであるか否かが判定され(ステップS2)、蛍光サンプルでない場合には処理が終了する。一方で、サンプルSが蛍光サンプルである場合には、暗視野マクロ画像が撮像される(ステップS3)。具体的には、制御装置20によって、暗視野照明が行われるように暗視野光源114が制御すると共に、明視野光源113の拡散板(不図示)が遮られるように暗視野マクロ撮像用シャッタ115が制御される。これにより、カラーイメージセンサ119によって暗視野マクロ画像が撮像される。
つづいて、蛍光マクロ画像が撮像される(ステップS4)。具体的には、制御装置20によって、所定の励起波長域の励起光が照射されるように励起光源130が制御される(励起光照射ステップ)と共に、励起波長域に応じた蛍光フィルタ部120のマルチバンドパスフィルタが配置されるように切替部121が制御される。これにより、カラーイメージセンサ119によって蛍光マクロ画像が撮像される(撮像ステップ)。
組織認識処理(設定ステップ)について説明する。図12に示されるように、まず、サンプルSが蛍光サンプルであるか否かが判定され(ステップS11)、蛍光サンプルでない場合には、明視野マクロ画像の解析が行われる(ステップS12)。具体的には、制御装置20によって、明視野マクロ画像に基づき、組織認識が行われる。一方で、サンプルSが蛍光サンプルである場合には、まず、暗視野マクロ画像の解析が行われる(ステップS13)。具体的には、制御装置20によって、暗視野マクロ画像に基づき、組織認識が行われる。
つづいて、蛍光マクロ画像の前処理が実施される(ステップS14)。具体的には、制御装置20によって、蛍光マクロ画像のネガポジを反転させる反転処理が行われる。これにより、組織認識の精度が向上する。最後に、反転処理後の蛍光マクロ画像の解析が行われる(ステップS15)。具体的には、制御装置20によって、反転処理後の蛍光マクロ画像に基づき、組織認識が行われる。
フォーカス計測位置の設定処理(設定ステップ)について説明する。図13に示されるように、まず、サンプルSが蛍光サンプルであるか否かが判定され(ステップS21)、蛍光サンプルでない場合には、明視野マクロ画像を用いてフォーカス計測位置の設定が行われる(ステップS22)。
一方で、サンプルSが蛍光サンプルである場合には、まず、蛍光フィルタ部120としてPinkel配置で使用されるフィルタが用いられているか否かが判定される(ステップS23)。Pinkel配置で使用されるフィルタが用いられている場合には、単一の励起波長域の励起光に応じた蛍光マクロ画像を用いてフォーカス計測位置の設定が行われる(ステップS24)。具体的には、制御装置20によって、ある励起波長域(例えばViolet)の励起光に応じた蛍光マクロ画像について、他の領域と比べて輝度が高い確認点が例えば5つ抽出され、抽出された5つの確認点がそれぞれフォーカス計測点に設定される。一方で、Pinkel配置ではなくSedat配置で使用されるフィルタが用いられる場合においては、励起波長域が異なる励起光の蛍光マクロ画像毎にフォーカス計測点が設定される(ステップS25)。
露光時間設定処理について説明する。図14に示されるように、まず、サンプルSが蛍光サンプルであるか否かが判定され(ステップS31)、蛍光サンプルでない場合には、明視野マクロ画像を用いて露光時間の設定が行われる(ステップS32)。
一方で、サンプルSが蛍光サンプルである場合には、まず、蛍光マクロ画像を用いて、露光時間が設定される(ステップS33)。具体的には、制御装置20によって、励起波長域に応じた蛍光マクロ画像毎に露光時間が設定される。制御装置20は、蛍光マクロ画像において他の領域と比べて輝度が高い確認点を例えば3つ抽出し、該確認点に基づいて露光時間の初期値を設定する。
次に、本実施形態に係る画像取得装置1の作用効果について説明する。
本実施形態に係る画像取得装置1は、サンプルSのマクロ画像を取得する画像取得装置であって、複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、サンプルSに対して斜めから照射する第2照射部117と、複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部120と、照射された励起光に応じたサンプルSからの蛍光を結像する結像レンズ118と、結像レンズ118によって結像された光像を撮像し、サンプルSの蛍光マクロ画像を出力するカラーイメージセンサ119と、を有するマクロ観察用カメラと、蛍光マクロ画像に基づいて、サンプルSのミクロ画像の取得条件を設定する制御装置20と、を備える。
画像取得装置1では、サンプルSに対して斜めから励起光が照射され、励起波長域の光を反射する蛍光フィルタ部120及び結像レンズ118を経たサンプルSからの蛍光の光像がカラーイメージセンサ119によって撮像され、サンプルSの蛍光マクロ画像が出力される。このように、サンプルSに対して斜めから励起光が照射されることにより、マクロ観察用カメラがサンプルSの直上に設けられる構成において、サンプルSからの蛍光がカラーイメージセンサ119によって適切に撮像される。また、カラーイメージセンサ119の前段において、励起波長域の光が蛍光フィルタ部120によって反射されるため、カラーイメージセンサ119によって、励起光を含まない蛍光のみが適切に撮像される。このようにして撮像された蛍光マクロ画像が出力されて、サンプルSのミクロ画像の取得条件が設定されることにより、ミクロ画像の取得条件を適切に設定することができる。すなわち、蛍光フィルタ部120を介することによって蛍光のみがカラーイメージセンサ119によって撮像されることにより、蛍光マクロ画像に基づき、サンプルSにおける組織が明確に検出され、組織の領域検出やフォーカス計測位置の設定等を適切に実施し、ミクロ画像の取得条件を適切に設定することができる。
制御装置20は、蛍光マクロ画像に基づいて、ミクロ画像の取得時における露光時間を設定してもよい。上述したように、マクロ観察用カメラから出力されるマクロ画像からサンプルSの組織が明確に検出されるので、マクロ画像に基づき、ミクロ画像の取得時における適切な露光時間を高精度に設定することができる。
制御装置20は、蛍光マクロ画像において他の領域と比べて輝度が高い確認点を所定の数だけ抽出し、抽出した複数の確認点の輝度に基づき、露光時間を設定してもよい。このように、確認点の輝度が考慮されて露光時間が設定されることにより、露光時間をより高精度に設定することができる。
制御装置20は、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像毎に、露光時間を設定してもよい。適切な露光時間は励起波長域によって異なるところ、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像毎に露光時間が設定されることにより、露光時間をより高精度に設定することができる。
制御装置20は、蛍光マクロ画像に基づいて、サンプルSに含まれる組織の領域を検出する組織認識或いはミクロスキャン領域の設定を行ってもよい。さらに、制御装置20は、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像毎に、サンプルSに含まれる組織の領域を検出する組織認識或いはミクロスキャン領域の設定を行ってもよい。励起光を含まない鮮明な蛍光マクロ画像に基づき組織認識が行われることにより、サンプルSに含まれる組織の領域を高精度に検出することができる。
制御装置20は、蛍光マクロ画像に基づいて、フォーカス計測位置の設定を行ってもよい。さらに、制御装置20は、各励起波長域に応じた蛍光マクロ画像毎に、フォーカス計測位置の設定を行ってもよい。励起光を含まない鮮明な蛍光マクロ画像に基づきフォーカス計測位置の設定が行われることにより、組織の配置に応じて、フォーカス計測位置の設定を高精度に行うことができる。
上記画像取得装置1は、サンプルSに明視野照明を行う明視野光源113を更に備えていてもよい。このような構成によれば、上述した蛍光マクロ画像に加えて、明視野マクロ画像を取得することができる。
上記画像取得装置1は、サンプルSに暗視野照明を行う暗視野光源114を更に備えていてもよい。このような構成によれば、上述した蛍光マクロ画像に加えて、暗視野マクロ画像を取得することができる。
上記画像取得装置1は、結像レンズ118に向かう蛍光の光軸上に対して、蛍光フィルタ部120を出し入れ可能に構成された切替部121を更に備えていてもよい。このような構成によれば、例えば、蛍光マクロ画像を取得する際のみ蛍光フィルタ部120を蛍光の光軸上に設け、それ以外の場合(例えば明視野マクロ画像を取得する際又は暗視野マクロ画像を取得する際)には蛍光フィルタ部120を蛍光の光軸上から退避させることが可能になり、各画像データを適切に取得することができる。
最後に、本開示に含まれる種々の例示的態様を、以下の[E1]~[E9]及び[E10]~[E16]に記載する。
[E1]
試料のマクロ画像を取得する画像取得装置であって、
複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、前記試料に対して斜めから照射する励起光照射部と、
前記複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各前記反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部と、照射された前記励起光に応じた前記試料からの蛍光を結像する結像レンズと、前記結像レンズによって結像された光像を撮像し、前記試料の蛍光マクロ画像データを出力するイメージセンサと、を有するマクロ観察用カメラと、
前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記試料のミクロ画像の取得条件を設定する設定部と、を備える画像取得装置。
[E2]
前記設定部は、前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記ミクロ画像の取得時における露光時間を設定する、[E1]記載の画像取得装置。
[E3]
前記設定部は、前記蛍光マクロ画像データにおいて他の領域と比べて輝度が高い確認点を所定の数だけ抽出し、抽出した複数の前記確認点の輝度に基づき、前記露光時間を設定する、[E2]記載の画像取得装置。
[E4]
前記励起光照射部は、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
前記イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、前記カラーイメージセンサは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
前記設定部は、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、前記露光時間を設定する、[E2]又は[E3]記載の画像取得装置。
[E5]
前記励起光照射部は、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
前記イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、前記カラーイメージセンサは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
前記設定部は、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、前記試料に含まれる組織の領域を検出する組織認識を行う、[E1]~[E4]のいずれか一項記載の画像取得装置。
[E6]
前記励起光照射部は、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
前記イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、前記カラーイメージセンサは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
前記設定部は、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、ミクロ画像の取得時におけるフォーカス計測位置を設定する、[E1]~[E5]のいずれか一項記載の画像取得装置。
[E7]
前記試料に明視野照明を行う明視野照明部を更に備える、[E1]~[E6]のいずれか一項記載の画像取得装置。
[E8]
前記試料に暗視野照明を行う暗視野照明部を更に備える、[E1]~[E7]のいずれか一項記載の画像取得装置。
[E9]
前記結像レンズに向かう前記蛍光の光軸上に対して、前記蛍光フィルタ部を出し入れ可能に構成された切替部を更に備える、[E1]~[E8]のいずれか一項記載の画像取得装置。
[E10]
試料のマクロ画像を取得する画像取得方法であって、
複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、前記試料に対して斜めから照射する励起光照射ステップと、
照射された前記励起光に応じて前記試料から生じ、前記複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各前記反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部を透過した蛍光を、イメージセンサを用いて撮像し、前記試料の蛍光マクロ画像データを出力する撮像ステップと、
前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記試料のミクロ画像の取得条件を設定する設定ステップと、を備える画像取得方法。
[E11]
前記設定ステップでは、前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記ミクロ画像の取得時における露光時間を設定する、[E10]記載の画像取得方法。
[E12]
前記設定ステップでは、前記蛍光マクロ画像データにおいて他の領域と比べて輝度が高い確認点を所定の数だけ抽出し、抽出した複数の前記確認点の輝度に基づき、前記露光時間を設定する、[E11]記載の画像取得方法。
[E13]
前記励起光照射部ステップでは、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
前記撮像ステップでは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
前記設定ステップでは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、前記露光時間を設定する、[E11]又は[E12]記載の画像取得方法。
[E14]
前記励起光照射ステップでは、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
前記撮像ステップでは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
前記設定ステップでは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、前記試料に含まれる組織の領域を検出する組織認識を行う、[E11]~[E13]のいずれか一項記載の画像取得方法。
[E15]
前記励起光照射ステップでは、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
前記撮像ステップでは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
前記設定ステップでは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、ミクロ画像の取得時におけるフォーカス計測位置を設定する、[E11]~[E14]のいずれか一項記載の画像取得方法。
[E16]
前記結像レンズに向かう前記蛍光の光軸上に対して、前記蛍光フィルタ部を出し入れする切替えステップを更に備える、[E10]~[E15]のいずれか一項記載の画像取得方法。
1…画像取得装置、20…制御装置(設定部)、113…明視野光源(明視野照明部)、114…暗視野光源(暗視野照明部)、117…第2照射部(励起光照明部)、118…結像レンズ、119…カラーイメージセンサ(イメージセンサ)、120…蛍光フィルタ部、121…切替部、S…サンプル(試料)。

Claims (9)

  1. 試料のマクロ画像を取得する画像取得装置であって、
    複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、前記試料に対して斜めから照射する励起光照射部と、
    前記複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各前記反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部と、照射された前記励起光に応じた前記試料からの蛍光を結像する結像レンズと、前記結像レンズによって結像された光像を撮像し、前記試料の蛍光マクロ画像データを出力するイメージセンサと、を有するマクロ観察用カメラと、
    前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記試料の蛍光ミクロ画像の取得条件を設定する設定部と、を備え
    前記設定部は、前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記蛍光ミクロ画像の取得時における露光時間を設定し、
    前記励起光照射部は、前記蛍光マクロ画像及び前記蛍光ミクロ画像の取得に係る光源として同一の励起光源を有し、
    前記蛍光マクロ画像は、前記試料の全体像に相当する低解像度の画像である、画像取得装置。
  2. 前記設定部は、前記蛍光マクロ画像データにおいて他の領域と比べて輝度が高い確認点を所定の数だけ抽出し、抽出した複数の前記確認点の輝度に基づき、前記露光時間を設定する、請求項記載の画像取得装置。
  3. 前記励起光照射部は、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
    前記イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、前記カラーイメージセンサは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
    前記設定部は、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、前記露光時間を設定する、請求項1又は2記載の画像取得装置。
  4. 前記励起光照射部は、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
    前記イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、前記カラーイメージセンサは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
    前記設定部は、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、前記試料に含まれる組織の領域を検出する組織認識を行う、請求項1又は2記載の画像取得装置。
  5. 前記励起光照射部は、各前記励起波長域毎に、前記励起光を照射し、
    前記イメージセンサは、カラーイメージセンサであって、前記カラーイメージセンサは、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データをそれぞれ出力し、
    前記設定部は、各前記励起波長域に応じた前記蛍光マクロ画像データ毎に、前記蛍光ミクロ画像の取得時におけるフォーカス計測位置を設定する、請求項1又は2記載の画像取得装置。
  6. 前記試料に明視野照明を行う明視野照明部を更に備える、請求項1記載の画像取得装置。
  7. 前記試料に暗視野照明を行う暗視野照明部を更に備える、請求項1記載の画像取得装置。
  8. 前記結像レンズに向かう前記蛍光の光軸上に対して、前記蛍光フィルタ部を出し入れ可能に構成された切替部を更に備える、請求項6又は7記載の画像取得装置。
  9. 試料のマクロ画像を取得する画像取得方法であって、
    複数の励起波長域の内の少なくとも1つの励起波長域の励起光を、前記試料に対して斜めから照射する励起光照射ステップと、
    照射された前記励起光に応じて前記試料から生じ、前記複数の励起波長域に対応する複数の反射波長域と、各前記反射波長域の間の透過波長域とをそれぞれ有する蛍光フィルタ部を透過した蛍光を、イメージセンサを用いて撮像し、前記試料の蛍光マクロ画像データを出力する撮像ステップと、
    前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記試料の蛍光ミクロ画像の取得条件を設定する設定ステップと、を備え
    前記設定ステップでは、前記蛍光マクロ画像データに基づいて、前記蛍光ミクロ画像の取得時における露光時間を設定し、
    前記励起光照射ステップでは、前記蛍光マクロ画像及び前記蛍光ミクロ画像の取得に係る光源として同一の励起光源を用い、
    前記蛍光マクロ画像は、前記試料の全体像に相当する低解像度の画像である、画像取得方法。
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