WO2015182269A1 - Image acquisition device and image acquisition method - Google Patents
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- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
Definitions
- the present disclosure relates to an image acquisition device and an image acquisition method.
- a microscopic endoscope system proposed in Patent Document 1 transmits fluorescence generated by exciting an observation target with one photon through an image guide fiber, and observes the generated fluorescence. Further, for example, the microscopic endoscope system proposed in Non-Patent Document 1 transmits fluorescence generated by exciting an observation target with two photons using a GRIN lens and an image guide fiber, and the generated fluorescence is transmitted. To observe.
- the microscopic endoscope system proposed in Patent Document 1 uses an image guide fiber made of a multi-mode optical fiber, so that two-photon excitation is performed as it is. It cannot be applied to a fluorescence microscope system using the process.
- the microscopic endoscope system proposed in Non-Patent Document 1 is said to use a two-photon excitation process.
- a blur filter such as a Gaussian filter is applied to the obtained image without considering the order of the mode in which the optical fiber constituting the image guide fiber is guided.
- the fluorescence efficiency of the fluorescence due to the two-photon excitation process deteriorates, and the fluorescence signal cannot be acquired stably.
- the present disclosure proposes an image acquisition device and an image acquisition method capable of acquiring a fluorescence image by a multiphoton excitation process more stably while reducing the size of the device. .
- a light source optical system that guides excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons to the imaging target, and a multimode optical fiber Are bundled, and the excitation light incident on one end by the light source optical system is transmitted to the object to be imaged and to the other end by the fluorescence generated by the object to be imaged.
- An image guide fiber that transmits the image of the imaged object that is imaged to the one end, and an image of the imaged object that is transmitted to the one end of the image guide fiber Scanning at a scanning pitch narrower than the core size of the plurality of optical fiber strands so that at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to each of the optical fiber strands is included in the plurality of images.
- An image acquisition device is provided that includes a selection unit that selects a representative pixel value.
- excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons is guided to the imaging target, and a multimode optical fiber
- the excitation light incident on one end of the image guide fiber is transmitted to the object to be imaged by a plurality of bundled image guide fibers, and the other end by the fluorescence generated in the object to be imaged Transmitting the image of the object to be imaged to the one end, and transmitting the image of the object to be transmitted to the one end of the image guide fiber to the one end.
- Imaging Generating a plurality of image data of the object to be imaged and, for each of a plurality of pixels constituting the corresponding region of the optical fiber, a pixel value having a maximum brightness among the plurality of the image data And selecting as a representative pixel value of the image.
- an imaging target when an imaging target is irradiated with excitation light having a predetermined wavelength to excite the imaging target with two or more photons, fluorescence is generated and a plurality of multimode optical fiber strands are bundled together.
- the image of the imaged object formed on one end of the image guide fiber is transmitted to the other end of the image guide fiber, and the transmitted image of the imaged object is converted into a plurality of light beams.
- FIG. 3 is an explanatory diagram schematically illustrating a configuration of an image acquisition device according to a first embodiment of the present disclosure. It is explanatory drawing which showed typically the structure of the microscope unit with which the image acquisition apparatus which concerns on the same embodiment is provided. It is explanatory drawing which showed typically an example of the light source with which the microscope unit which concerns on the same embodiment is provided.
- the image guide fiber is focused on the end surface on the main body side (light source or detector side) with a galvanometer mirror used in the laser microscope.
- a scanning method is used.
- the scan spot at the end surface of the image guide fiber on the main body side is projected onto the end surface on the sample side, and information from the sample is acquired by the spot projected onto the end surface on the sample side. That is, when the laser microscope to be used is a fluorescence microscope, the sample is fluorescently excited by the projected spot light, and the fluorescence emitted from the sample is guided again to the image guide fiber, thereby receiving the light received on the main body side.
- the fluorescent light generated in the element is guided.
- a general image guide fiber is a bundle of a plurality of optical fiber strands.
- the core which is an optical waveguide
- the refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber is increased, and the optical fiber element is used to achieve uniform image sensitivity. It is important to make the optical fiber used in the line multi-mode, and to reduce the width at which the electric field intensity distribution in the clad portion exudes in order to prevent crosstalk.
- FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a mode of light excited by an optical fiber, and schematically shows an enlarged part of the optical fiber constituting the image guide fiber.
- the optical fiber strands are arranged so that each optical fiber strand has a hexagonal fine structure as much as possible.
- the cores C A to C E of the optical fiber have a substantially hexagonal fine structure.
- the array is distorted.
- the core C A if the excitation light emitted from the light source is irradiated on the entire core to include a central portion of the core C A, the core C A, mainly the fundamental (zero-order mode Light: light in a mode in which the intensity of the central portion is increased in the intensity distribution of the core cross section.
- the core C B excitation light is irradiated to a region of a large portion including the central portion of the core, and mainly the fundamental primary Waves (light in the first-order mode: light in a mode in which two antinodes exist in the intensity distribution of the core cross section) are excited, while excitation light is irradiated to a part of the region that does not include the center of the core in the core C C, mainly primary wave is excited.
- the excitation light is irradiated only to a part of the region that does not include the central part of the core, such as the core CD and the core CE , in each core, the primary wave or higher order is mainly generated.
- the mode is excited.
- the intensity (signal amount) of the fluorescence generated by the one-photon excitation process is proportional to the excitation light energy
- the intensity (signal amount) of the fluorescence generated by the two-photon excitation process is the square of the excitation light energy. It is known to be proportional.
- the microscopic endoscope system disclosed in Patent Document 1 is a system using a one-photon excitation process
- the first-order mode is used regardless of whether the mode of light guided through the optical fiber is the zero-order mode. Regardless of the mode, information (that is, a fluorescence signal) can be acquired according to the sum of the light energy at the sample side end face, regardless of the mode. Therefore, in a system using a one-photon excitation process as disclosed in Patent Document 1, the size of the focused spot on the end face of the image guide fiber is slightly larger than the core diameter of the optical fiber. As a result, a stable fluorescent image can be acquired.
- One of the standard image guide fiber configurations is an image guide fiber having the following set values.
- Core diameter about 3 ⁇ m
- Refractive index of core n core 1.4903276
- Refractive index of clad n clad 1.42324508
- Wavelength of guided light ⁇ 1300nm
- the effective refractive index of the 0th-order mode becomes 1.4702, and the first-order mode (first-order wave).
- the effective refractive index of was 1.4406.
- the light of the first mode is 198 picoseconds faster than the zeroth mode on the sample side end face. Indicates that it will reach.
- FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the mode of light guided through the optical fiber and the luminance of the generated fluorescence.
- the light guided through the optical fiber is irradiated onto the fluorescent beads.
- the brightness of the fluorescent light generated in this case is roughly classified into patterns A to E.
- the 0-order mode excitation light is irradiated to the fluorescent beads located at the center of the core as shown in Pattern A.
- the luminance of the generated fluorescence is large (that is, bright fluorescence is generated), whether it is fluorescence by a one-photon excitation process or fluorescence by a two-photon excitation process.
- pattern B when the excitation light in the first-order mode is irradiated onto the fluorescent bead located at the center of the core, the fluorescence intensity by the one-photon excitation process is high, whereas the two-photon excitation is performed.
- the brightness of the fluorescence due to the process is not very large.
- the luminance of the fluorescence due to the one-photon excitation process is increased regardless of the mode of the excitation light.
- the luminance of the fluorescence due to the two-photon excitation process does not increase so much regardless of the mode of excitation light.
- the resolution of the image guide fiber depends on the arrangement interval of the optical fiber, and the smaller the arrangement interval of the optical fiber, the higher the obtained resolution. Therefore, when a single mode optical fiber is used and the interval between the optical fibers is widened, the optical fiber is scanned to obtain the same resolution as that of a normal image guide fiber. While a further mechanism is required, it is difficult to reduce the diameter.
- NA numerical aperture
- the microscopic endoscope system proposed in Non-Patent Document 1 does not consider the order of the mode for guiding the optical fiber constituting the image guide fiber, and is the same as that in Patent Document 1 described above.
- a fluorescence image is acquired by an image acquisition method, and a blur filter such as a Gaussian filter is applied. For this reason, even when the system proposed in Non-Patent Document 1 is used, it is not possible to stably obtain fluorescence due to the two-photon excitation process.
- the present inventor is an image acquisition apparatus capable of stably acquiring a multiphoton excitation fluorescence image even when an image guide fiber made of a multimode optical fiber is used. , Earnestly examined.
- the image acquisition device and the image acquisition method according to the embodiment of the present disclosure as described below are conceived that it is possible to acquire the data of the excitation light that has reached the sample side end surface in the single mode by selecting a high fluorescence value. Was completed.
- FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the image acquisition apparatus according to the present embodiment.
- the image acquisition device 1 irradiates an imaging target that is an imaging target with excitation light having a predetermined wavelength, generates fluorescence by a multi-photon excitation process from the imaging target, and performs imaging based on the fluorescence.
- This is an apparatus for acquiring a captured image of an imaging body.
- the image acquisition apparatus 1 includes a microscope unit 10 and an arithmetic processing unit 20.
- the microscope unit 10 is a unit that generates image data relating to the generated fluorescence by irradiating the imaging target with excitation light having a predetermined wavelength and detecting the fluorescence generated by the multiphoton excitation process. Image data generated by the microscope unit 10 is output to the arithmetic processing unit 20. The detailed configuration of the microscope unit 10 will be described in detail below.
- the arithmetic processing unit 20 comprehensively controls the imaging processing of the imaging target by the microscope unit 10 and performs arithmetic processing to be described later on the image data generated by the microscope unit 10 to obtain a captured image of the imaging target. It is a unit to generate.
- the arithmetic processing unit 20 may be an information processing device such as various computers or servers provided outside the microscope unit 10, or may be a CPU (Central Processing Unit), ROM ( An arithmetic chip including a read only memory (RAM), a RAM (random access memory), or the like may be used.
- CPU Central Processing Unit
- ROM An arithmetic chip including a read only memory (RAM), a RAM (random access memory), or the like may be used.
- FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a microscope unit included in the image acquisition device 1 according to the present embodiment.
- 6A to 6D are explanatory views schematically showing an example of a light source provided in the microscope unit according to the present embodiment.
- FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the structure of the image guide fiber provided in the microscope unit according to the present embodiment.
- 8A and 8B are explanatory views schematically showing a scanning method of the image guide fiber in the microscope unit according to the present embodiment.
- the microscope unit 10 included in the image acquisition apparatus 1 mainly includes a light source optical system 101, an image guide fiber 103, and an imaging optical system 105.
- the light source optical system 101 guides excitation light having a predetermined wavelength for generating fluorescence by exciting the imaging target S with two or more photons (ie, exciting with multi-photons) to the imaging target S. It is an optical system.
- the light source optical system 101 includes a laser light source that emits excitation light having a predetermined wavelength, optical elements such as various lenses, various mirrors, and various filters that guide the excitation light emitted from the light source to the imaging target S. Consists of
- the detailed arrangement of various optical elements in the light source optical system 101 is not particularly limited, and a known optical system can be employed.
- the laser light source included in the light source optical system 101 is not particularly limited, and various light sources such as various semiconductor lasers, solid-state lasers, and gas lasers can be used. By using a light source using various semiconductor lasers as the laser light source, the image acquisition device 1 can be further downsized.
- a light source using a semiconductor laser that can be used as a laser light source unit included in the light source optical system 101 for example, a semiconductor laser as shown in FIGS. 6A to 6D and a wavelength conversion unit that converts the wavelength of the semiconductor laser light are used.
- a light source can be used.
- FIG. 6A schematically shows a main oscillator 111 composed of a semiconductor laser and a resonator, which is an example of a semiconductor laser applicable to a laser light source unit.
- the main oscillator 111 provided as a laser light source unit includes a semiconductor laser unit 112 capable of emitting laser light having a predetermined wavelength (for example, wavelength 405 nm), and a resonator unit for amplifying the laser light emitted from the semiconductor laser unit 112. 113.
- FIG. 6B schematically shows a master oscillator output amplifier (MOPA) 114 composed of a master oscillator and an optical amplifier, which is an example of a semiconductor laser applicable to a laser light source unit. is there.
- MOPA master oscillator output amplifier
- an optical amplifier 115 for further amplifying the emitted laser light is provided after the main oscillator 111 shown in FIG. 6A.
- the optical amplifier 115 for example, a semiconductor optical amplifier (SOA) or the like can be suitably used.
- SOA semiconductor optical amplifier
- FIG. 6C schematically shows a light source having a MOPA 114, an optical amplifier, and a wavelength conversion unit, which is an example of a light source using a wavelength conversion unit that converts the wavelength of the semiconductor laser light applicable to the laser light source unit.
- a wavelength converter 116 for converting the wavelength of the laser light whose intensity has been amplified is provided after the optical amplifier 115 shown in FIG. 6B.
- the wavelength converter 116 for example, an optical parametric oscillator (Optical Parametric Oscillator: OPO) using various nonlinear crystals can be suitably used.
- a beam shape correction unit 117 for correcting the beam shape of the laser light is provided between the MOPA 114 and the wavelength conversion unit 116, and the wavelength conversion efficiency in the wavelength conversion unit 116 is further improved. Also good.
- the wavelength of the excitation light emitted from the laser light source is not particularly limited, and a wavelength suitable for exciting the phosphor included in the imaging target S may be appropriately selected.
- the laser used as the light source may be a CW (Continuous Wave) laser or a pulsed laser.
- the image guide fiber 103 is a bundle of a plurality of multi-mode optical fiber wires 121 as schematically shown in FIG.
- Each optical fiber 121 is formed of a core 123 capable of guiding not only 0th-order mode light but also higher-order mode light, and a clad 125 provided so as to cover the core 123. ing.
- Each optical fiber 121 is arranged so as to have a hexagonal fine structure as much as possible, as schematically shown in FIG.
- the separation distance d between the adjacent optical fiber wires 121 may be set as appropriate according to the required image resolution, and may be set to a value such as 3.5 ⁇ m, for example. Further, the diameter d ′ of the core 123 may be set as appropriate, for example, a value such as 3 ⁇ m.
- the image guide fiber 103 transmits the excitation light incident on one end (for example, the end A in FIG. 5) by the light source optical system 101 to the imaging target S, and by the fluorescence generated in the imaging target S.
- An image of the imaging target S that is focused on the other end (for example, end B in FIG. 5) is transmitted to the other end (for example, end A in FIG. 5).
- the imaging optical system 105 uses the size of the core 123 of the plurality of optical fiber strands 121 (see FIG. 7) as the image of the imaging target transmitted to the end of the image guide fiber 103 (for example, the end A in FIG. 5). Scanning at a scanning pitch narrower than the core diameter d ′). At this time, the imaging optical system 105 performs imaging so that at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to each optical fiber 121 is included in a plurality of images, and image data of the imaging target S is obtained. Generate multiple.
- the imaging optical system 105 includes various detectors that detect an image of the imaging target transmitted through the image guide fiber 103 (that is, a fluorescent signal corresponding to the generated fluorescence), and the imaging target to the detector. It comprises optical elements such as various lenses, various mirrors, and various filters that guide an image (fluorescence signal).
- the detailed arrangement of various optical elements in the imaging optical system 105 is not particularly limited, and a known optical system can be employed.
- the detector provided in the imaging optical system 105 a known one can be used as long as it can convert information on the intensity of fluorescence into an electrical signal.
- detectors include various detectors such as a CCD (Charge-Coupled Device) and a photomultiplier tube (PMT).
- At least one of the light source optical system 101 and the imaging optical system 105 shown in FIG. 5 is provided with a mechanism for scanning the end face of the image guide fiber 103 as described in detail below.
- a scanning mechanism is not particularly limited, and for example, a known mechanism such as a galvanometer mirror can be used.
- the present inventor has found that if a single mode (0th-order mode) is excited at the incident end face of the image guide fiber, there may be a case where the specimen side end face may reach the sample side end face in a single mode.
- a method for scanning the end face of the image guide fiber 103 as schematically shown in FIGS. 8A and 8B was conceived.
- the microscope unit 10 scans the end surface of the image guide fiber 103 (for example, the end surface of the end A in FIG. 5) at a scanning pitch narrower than the core size of the plurality of optical fiber strands.
- FIG. 8A shows an example in which scanning is performed in a direction parallel to the scanning direction of the end face of the image guide fiber 103 at a pitch p narrower than the core size d ′ of the optical fiber strand 121.
- the position of the axis representing the scanning direction is set in advance according to the diameter of the image guide fiber 103 to be used, the core diameter d ′ of the optical fiber 121, and the like.
- the end face of the image guide fiber 103 is imaged at the position of the black circle in FIG. 8A.
- the imaging interval in the direction parallel to the scanning direction is controlled by the arithmetic processing unit 20 based on the scanning pitch p, but the imaging interval in the direction orthogonal to the scanning direction is Control is based on the distance d between adjacent optical fiber strands 121.
- the entire imaging target S is imaged once by the control described above. That is, in the scanning method shown in FIG. 8A, the frequency of image data generated by imaging (data restoration frequency) is higher than the number of optical fiber wires 121.
- FIG. 8B shows an example in which scanning is performed at a pitch p narrower than the core size d ′ of the optical fiber 121 in the direction orthogonal to the scanning direction of the end face of the image guide fiber 103.
- the position of the axis representing the scanning direction is set in advance according to the diameter of the image guide fiber 103 to be used, the core diameter d ′ of the optical fiber 121, and the like.
- the end face of the image guide fiber 103 is imaged at the position of the black circle in FIG. 8B.
- the imaging interval in the direction parallel to the scanning direction is controlled by the arithmetic processing unit 20 based on the interval d between the adjacent optical fiber strands 121 of the image guide fiber 103 and is orthogonal to the scanning direction.
- the imaging interval is controlled based on the scanning pitch p.
- the whole image pickup object S is imaged a plurality of times (for example, 5 times in the example of FIG. 8B) by the control described above. That is, in the scanning method shown in FIG. 8B, the data restoration frequency in one scanning corresponds to the number of optical fiber strands 121, and the reference position (scanning start position) in each scanning process is the optical fiber element. It changes at a pitch p narrower than the arrangement pitch of the lines 121.
- the “imaging” in the above description means that the excitation light guided by the light source optical system 101 forms an image at each black circle position in FIGS. 8A and 8B, and the image guide fiber 103 at the black circle position. This means that an image (fluorescent image) transmitted to the end face of the camera is taken.
- optical fiber corresponding region By realizing the scanning method as described above, at least a part of a region corresponding to each optical fiber 121 (hereinafter also referred to as “optical fiber corresponding region”) is formed into a plurality of images. An image is taken so as to be contained.
- the excitation Image data in a situation where light is irradiated to the entire core is included.
- the fundamental wave in the core of the image guide fiber 103 (0-order mode) is excited, stochastically also occur when reaching the fundamental to the sample end surface It becomes.
- the microscope unit 10 may perform the imaging process only once, and in order to further increase the probability, imaging at a plurality of times at each imaging position. Processing may be performed.
- a scanning method in which FIGS. 8A and 8B are combined that is, a method of scanning at the scanning pitch p in each of the scanning direction and the direction orthogonal to the scanning direction. It goes without saying that may be adopted.
- the specific size of the scanning pitch p shown in FIGS. 8A and 8B may be set as appropriate according to the core diameter d ′ of the optical fiber 121, but is about 1/10 of the core diameter d ′. It is preferable. As a result of the study by the present inventor, the scanning pitch p is set to 1/10 or less of the core diameter d ′ (for example, when the core diameter d ′ is 3 ⁇ m, the scanning pitch p is set to 0.3 ⁇ m or less). A luminance of 86% or more with respect to the maximum luminance excited by the strand 121 can be obtained. Also, by setting the scanning pitch p to 1/12 or less of the core diameter d ′, it is possible to obtain a luminance of 90% or more with respect to the maximum luminance excited by the optical fiber 121.
- FIGS. 8A and 8B are merely examples, and are not limited to the examples shown in FIGS. 8A and 8B.
- FIG. 9 is a block diagram schematically showing the configuration of the arithmetic processing unit provided in the image acquisition apparatus according to the present embodiment.
- FIG. 10 to FIG. 12 are explanatory diagrams for explaining representative pixel value selection processing in the arithmetic processing unit according to the present embodiment.
- the arithmetic processing unit 20 controls the operation of the microscope unit 10 and performs predetermined arithmetic processing on the image data generated by the microscope unit 10 to obtain a captured image of the imaging target S. It is a unit to generate.
- the arithmetic processing unit 20 includes a microscope unit control unit 201, a data acquisition unit 203, a selection unit 205, a captured image reconstruction unit 207, a data output unit 209, A display control unit 211 and a storage unit 213 are mainly provided.
- the microscope unit control unit 201 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like.
- the microscope unit control unit 201 generally performs various operations in the microscope unit 10 by transmitting and receiving various control signals to and from the light source, optical element, scanning mechanism, and the like that configure the microscope unit 10 according to the present embodiment. To oversee. Thereby, the light source provided in the microscope unit 10 emits excitation light at a predetermined timing, or the end face of the image guide fiber 103 is scanned in accordance with the scanning method as described above. Further, the light source, the optical element, the scanning mechanism, and the like constituting the microscope unit 10 can also perform various controls in cooperation with each other via the microscope unit control unit 201.
- Various control information (for example, information on the imaging position) used when the microscope unit control unit 201 controls the microscope unit 10 is output to the data acquisition unit 203, the selection unit 205, and the like as necessary. It is suitably used for various processes in these processing units.
- the data acquisition unit 203 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like.
- the data acquisition unit 203 acquires a plurality of image data generated by the microscope unit 10 according to the scanning method as described above from the microscope unit 10.
- the plurality of image data acquired by the data acquisition unit 203 is transmitted to the selection unit 205 described later.
- the data acquisition unit 203 may associate time information related to the date and time when the image data is acquired with the acquired plurality of image data, and store them in the storage unit 213 described later as history information.
- the selection unit 205 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
- the selection unit 205 determines, for each of a plurality of pixels constituting the corresponding region of the optical fiber, a pixel value having the maximum luminance among the plurality of image data transmitted from the data acquisition unit 203, as a representative pixel value of the pixel. Select as.
- the representative pixel value selection processing performed by the selection unit 205 will be specifically described with reference to FIGS.
- the image guide fiber 103 is a bundle of a plurality of optical fiber strands 121, as schematically shown in FIG. 10, the interval (arrangement pitch) d between adjacent optical fiber strands or the optical fiber strands Based on the core diameter d ′ of the wire 121, an optical fiber strand corresponding region, which is a region corresponding to one optical fiber strand 121, can be virtually defined.
- the selection unit 205 treats an optical fiber strand corresponding area defined for each optical fiber 121 as a selection target area in a representative pixel value selection process as described in detail below.
- the scanning method as shown in FIGS. 8A and 8B is realized in the microscope unit 10, so that, as schematically shown in FIG. 11, the detector provided in the imaging optical system 105 in a certain selection target region.
- the imaging field of view moves with time.
- a situation corresponding to each of the cores C A to C E is realized in a certain selection target area.
- the wave guide mode of light in the optical fiber is lower, it is generated as schematically described with reference to FIG.
- the fluorescence brightness increases.
- the imaging target region of the imaging target at that time is located at the center with respect to the core, the generated fluorescence luminance increases. Therefore, by acquiring images multiple times and selecting the highest fluorescence value, it is possible to selectively acquire information on the fluorescence generated through the multiphoton excitation process by the excitation light that has reached the sample side end surface in the 0th-order mode. Can do.
- the selection unit 205 specifies the highest luminance value for each pixel constituting the selection target region with reference to the luminance value at the corresponding position of the plurality of image data including the pixel of interest.
- the selection unit 205 uses the specified maximum luminance value as the representative pixel value of the target pixel. For example, as schematically shown in FIG. 12, when N pieces of image data 1 to N exist for a certain pixel of interest, the N pieces of image data are searched across and the maximum luminance value L MAX is given.
- the image data is used as the image data of the pixel of interest.
- the image data k is used as image data that gives the representative pixel value of the pixel of interest.
- the selection unit 205 performs the above representative pixel value selection process for all the selection target regions (that is, all the optical fiber strand corresponding regions).
- the selection unit 205 since it is considered that the image data giving the maximum brightness value is superimposed with noise accompanying the brightness value, the selection unit 205 has a brightness close to the maximum brightness value instead of the image data giving the maximum brightness value. Image data giving a value may be selected.
- the selection unit 205 searches across a plurality of generated image data and selects image data giving the highest luminance value.
- the following method is used.
- the selection unit 205 may identify the maximum luminance value by comparing the data of the peripheral pixels and performing a filtering process that selects the maximum luminance value in the corresponding region of the optical fiber.
- filter processing for example, an ordinary filter for an area of 10 pixels ⁇ 10 pixels can be cited.
- the selection unit 205 selects a representative pixel value by the above method, the selection unit 205 outputs information on the selected representative pixel value to the captured image reconstruction unit 207.
- the captured image reconstruction unit 207 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
- the captured image reconstruction unit 207 reconstructs a captured image of the imaging target S using the selected representative pixel value. Thereby, it is possible to obtain a captured image of the imaging target S representing the state of fluorescence generated through the multiphoton excitation process.
- the captured image reconstruction unit 207 may apply a blur filter typified by a Gaussian filter to the reconstructed captured image of the imaging target S. As a result, it is possible to obtain a captured image in which the selected representative pixel values are connected more smoothly.
- the captured image reconstruction unit 207 may perform known post-processing other than the above on the reconstructed captured image.
- the captured image reconstruction unit 207 outputs the captured image reconstructed as described above to the data output unit 209.
- the data output unit 209 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, a communication device, and the like.
- the data output unit 209 outputs information on the captured image of the imaging target S output from the captured image reconstruction unit 207 to the display control unit 211. Thereby, information related to the captured image of the imaging target S is output to a display unit (not shown) included in the image acquisition device 1 or an information processing device that can communicate with the image acquisition device 1.
- the data output unit 209 may output information about the obtained captured image to various recording media and various information processing devices, or output to a paper medium or the like using an output device such as a printer. May be.
- the data output unit 209 may store the information related to the captured image of the imaging target S in the storage unit 213 or the like as history information in association with time information related to the date and time when the information is calculated.
- the display control unit 211 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, and the like.
- the display control unit 211 provides various processing results including the captured image of the imaging target S transmitted from the data output unit 209 to an output device such as a display provided in the arithmetic processing unit 20 or outside the arithmetic processing unit 20. Display control when displaying on the output device or the like. Thereby, the user of the image acquisition device 1 can grasp various processing results such as a captured image of the imaging target S on the spot.
- the storage unit 213 is realized by, for example, a RAM or a storage device provided in the arithmetic processing unit 20 according to the present embodiment.
- the storage unit 213 stores various parameters, processing progresses, and various databases and programs that need to be saved when the arithmetic processing unit 20 according to the present embodiment performs some processing. To be recorded.
- the microscope unit control unit 201, the data acquisition unit 203, the selection unit 205, the captured image reconstruction unit 207, the data output unit 209, the display control unit 211, and the like freely perform data read / write processing. It is possible.
- each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component.
- the CPU or the like may perform all functions of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at the time of carrying out the present embodiment.
- a computer program for realizing each function of the arithmetic processing unit according to the present embodiment as described above can be produced and mounted on a personal computer or the like.
- a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided.
- the recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like.
- the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.
- FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of the flow of the image acquisition method according to the present embodiment.
- excitation light having a predetermined wavelength is applied to the imaging target S by the light source optical system 101 and the image guide fiber 103 under the control of the arithmetic processing unit 20. Irradiation (step S101). As a result, fluorescence due to the multiphoton excitation process is generated in the imaging target S, and an image of the imaging target S due to the fluorescence is transmitted through the image guide fiber 103.
- the imaging optical system 105 of the microscope unit 10 scans the end face of the image guide fiber 103 at a predetermined pitch based on the control of the arithmetic processing unit 20 (step S103), and is transmitted to the end face of the image guide fiber 103. A plurality of image data relating to the image of the imaged object S is generated. Thereafter, the imaging optical system 105 outputs the generated plurality of image data to the arithmetic processing unit 20.
- the selection unit 205 of the arithmetic processing unit 20 uses a plurality of image data generated by the microscope unit 10 to select a pixel value that gives the maximum luminance as a representative pixel value of the corresponding area of the optical fiber (step S105). Thereafter, the selection unit 205 outputs information regarding the selected representative pixel value to the captured image reconstruction unit 207.
- the captured image reconstruction unit 207 reconstructs a captured image of the imaging target S using information on the representative pixel value selected by the selection unit 205 (step S107). In addition, the captured image reconstruction unit 207 performs post-processing such as filter processing using a blur filter on the reconstructed captured image as necessary (step S109).
- the image acquisition device 1 a captured image obtained by capturing fluorescence from the imaging target S can be acquired.
- FIG. 14 is a block diagram for describing a hardware configuration of the arithmetic processing unit 20 according to the embodiment of the present disclosure.
- the arithmetic processing unit 20 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905.
- the arithmetic processing unit 20 further includes a host bus 907, a bridge 909, an external bus 911, an interface 913, an input device 915, an output device 917, a storage device 919, a drive 921, and a connection port 923. And a communication device 925.
- the CPU 901 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls all or a part of the operation in the arithmetic processing unit 20 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 919, or the removable recording medium 927.
- the ROM 903 stores programs used by the CPU 901, calculation parameters, and the like.
- the RAM 905 primarily stores programs used by the CPU 901, parameters that change as appropriate during execution of the programs, and the like. These are connected to each other by a host bus 907 constituted by an internal bus such as a CPU bus.
- the host bus 907 is connected to an external bus 911 such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge 909.
- PCI Peripheral Component Interconnect / Interface
- the input device 915 is an operation means operated by the user such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever. Further, the input device 915 may be, for example, remote control means (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or an external connection device such as a mobile phone or a PDA corresponding to the operation of the arithmetic processing unit 20. 929 may be used. Furthermore, the input device 915 includes an input control circuit that generates an input signal based on information input by a user using the above-described operation means and outputs the input signal to the CPU 901, for example. The user of the arithmetic processing unit 20 can input various data and instruct processing operations to the arithmetic processing unit 20 by operating the input device 915.
- the output device 917 is a device that can notify the user of the acquired information visually or audibly. Examples of such devices include CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and display devices such as lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles.
- the output device 917 outputs, for example, results obtained by various processes performed by the arithmetic processing unit 20. Specifically, the display device displays the results obtained by the various processes performed by the arithmetic processing unit 20 as text or images.
- the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data, and the like into an analog signal and outputs the analog signal.
- the storage device 919 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the arithmetic processing unit 20.
- the storage device 919 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device.
- the storage device 919 stores programs executed by the CPU 901 and various data, and acoustic signal data and image signal data acquired from the outside.
- the drive 921 is a reader / writer for a recording medium, and is built in or externally attached to the arithmetic processing unit 20.
- the drive 921 reads information recorded on a removable recording medium 927 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905.
- the drive 921 can write a record on a removable recording medium 927 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory.
- the removable recording medium 927 is, for example, a DVD medium, an HD-DVD medium, a Blu-ray (registered trademark) medium, or the like.
- the removable recording medium 927 may be a compact flash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, or an SD memory card (Secure Digital memory card). Further, the removable recording medium 927 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.
- CompactFlash CompactFlash: CF
- flash memory a flash memory
- SD memory card Secure Digital memory card
- the removable recording medium 927 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.
- the connection port 923 is a port for directly connecting a device to the arithmetic processing unit 20.
- Examples of the connection port 923 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, and the like.
- As another example of the connection port 923 there are an RS-232C port, an optical audio terminal, an HDMI (High-Definition Multimedia Interface) port, and the like.
- the communication device 925 is a communication interface configured with, for example, a communication device for connecting to the communication network 931.
- the communication device 925 is, for example, a communication card for a wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB).
- the communication device 925 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communication.
- the communication device 925 can transmit and receive signals and the like according to a predetermined protocol such as TCP / IP, for example, with the Internet or other communication devices.
- the communication network 931 connected to the communication device 925 is configured by a wired or wireless network, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like. .
- each component described above may be configured using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to change the hardware configuration to be used as appropriate according to the technical level at the time of carrying out this embodiment.
- an image acquisition apparatus and an image acquisition method according to the present disclosure will be specifically described with reference to experimental examples.
- the following experimental example is merely an example of the image acquisition device and the image acquisition method according to the embodiment of the present disclosure, and the image acquisition device and the image acquisition method according to the present disclosure are limited to the following example. It is not a thing.
- the fluorescence from the fluorescent beads arranged at the tip of the image guide fiber 103 was acquired using the image acquisition device schematically shown in FIG.
- FIG. 15 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the microscope unit used in the experimental example.
- the light source using the MOPA shown in FIGS. 6C and 6D was used as the light source.
- the excitation light emitted from the light source is guided to the XY-galvano mirror XY-gal via the lens L and the mirror M, and the imaging position on the image guide fiber 103 is controlled by the galvano mirror.
- the excitation light that has passed through the galvanometer mirror is guided to the objective lens Obj via the relay lens RL, the mirror M, and the dichroic mirror DM.
- the image guide fiber 103 is a bundle fiber in which multimode optical fiber strands (core diameter: 3 ⁇ m) are arranged at a pitch of 3.5 ⁇ m, and the total length is 2 m. Note that the radius of curvature of the bent portion of the image guide fiber 103 was about 15 to 20 cm.
- a fluorescent bead group of ⁇ 2.1 ⁇ m was disposed at the other end of the image guide fiber 103.
- the excitation light guided to the fluorescent bead group through the image guide fiber 103 generates fluorescence from the fluorescent bead.
- the generated fluorescence is guided to a photomultiplier tube as a detector through an image guide fiber 103, an objective lens Obj, a dichroic mirror DM, a lens L, a notch filter F, and the like.
- the scanning method shown in FIG. 8A is adopted as the scanning method of the end face of the image guide fiber 103, and the scanning pitch p is 0.1 ⁇ m, which is 1/10 or less of the core diameter of the optical fiber. did.
- the scanning line interval was also set to 0.1 ⁇ m. In the obtained image data, one pixel corresponds to 0.1 ⁇ m.
- FIG. 16 shows a fluorescence image using excitation light having two wavelengths.
- the one with high fluorescence intensity corresponds to the one excited by the 0th-order mode excitation light, and the excitation light is guided to the center of the fluorescent bead, and the fluorescence intensity is dark It is considered that this corresponds to one excited by higher-order mode excitation light or one in which the excitation light irradiation position is shifted from the center of the fluorescent bead.
- a process of selecting a representative pixel value by applying a 10 pixel ⁇ 10 pixel two-dimensional ordinary filter to such a two-photon excitation fluorescence image was performed.
- a fluorescence image reconstructed using the obtained representative pixel values is shown in FIG. 17 together with the original image.
- FIG. 17 As is clear from the reconstructed image shown in FIG. 17, by performing the representative pixel selection process according to this embodiment, it is possible to obtain a fluorescent image by the two-photon excitation process over the entire region where the fluorescent beads are present. did it.
- the image guide fiber is excited in a single mode (0th-order mode) at the fiber incident end surface when a bent portion is present in the optical fiber strand or vibration is applied to the optical fiber strand.
- vibration was applied to the image guide fiber during acquisition of image data, and how the obtained image changed was verified.
- FIG. 18 shows a one-photon excitation fluorescence image in a case where fluorescence by a one-photon excitation process is imaged ten times in a state where vibration is not applied (hereinafter referred to as “static condition”), and FIG. 1 is shown (hereinafter referred to as “dynamic condition”), a one-photon excitation fluorescence image is shown in a case where fluorescence by a one-photon excitation process is imaged ten times.
- the fluorescence due to the one-photon excitation process has a fluorescence intensity proportional to the intensity of the excitation light. Therefore, no variation in brightness was observed when the captured images were compared under the same conditions. . In addition, even when the captured image under the static condition was compared with the captured image under the dynamic condition, no variation in luminance was observed.
- FIG. 20 shows a two-photon excitation fluorescence image obtained by imaging the fluorescence due to the two-photon excitation process ten times under static conditions
- FIG. 21 shows the fluorescence due to the two-photon excitation process ten times under dynamic conditions. A two-photon excitation fluorescence image when imaged is shown.
- a light source optical system that guides excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons to the imaging target;
- a plurality of multimode optical fiber strands are bundled, and the excitation light incident on one end by the light source optical system is transmitted to the imaging target, and the generated in the imaging target
- An image guide fiber that transmits an image of the imaging target imaged to the other end by fluorescence to the one end; Scanning the image of the imaged object transmitted to the one end of the image guide fiber at a scanning pitch narrower than the size of the core of the plurality of optical fiber strands, the respective optical fiber strands
- An imaging optical system that captures at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to the above and includes a plurality of images, and generates a plurality of image data of the imaging target, For each of the plurality of pixels constituting the optical fiber corresponding region, a selection unit that selects a pixel value that has the maximum
- the image acquisition device (3) The image acquisition device according to (1) or (2), wherein the imaging optical system generates the plurality of image data by imaging the imaging target once while shifting an imaging position for each scanning pitch. .
- the imaging optical system scans the imaging start position in a direction perpendicular to the scanning direction by scanning the imaging position while shifting the imaging position by the arrangement interval of the optical fiber strands and imaging the imaging target.
- the image acquisition device according to (1) or (2), wherein the plurality of image data are generated by performing the operation a plurality of times while being shifted by a pitch.
- the selection unit selects the representative pixel value by a filtering process.
- the image acquisition device according to any one of (1) to (5), further including a captured image reconstruction unit that reconstructs a captured image of the imaging target using the selected representative pixel value. .
- the captured image reconstruction unit causes a blur filter to act on the reconstructed captured image.
- a light source disposed in the light source optical system is a main oscillator having a semiconductor laser and a resonator.
- a light source disposed in the light source optical system is a master oscillator output amplifier (Master Oscillator Power) including a main oscillator having a semiconductor laser and a resonator, and an optical amplifier for amplifying laser light from the main oscillator.
- the image acquisition device according to any one of (1) to (7), wherein the image acquisition device is Amplifier (MOPA).
- the light source disposed in the light source optical system includes a main oscillator having a semiconductor laser and a resonator, an optical amplifier that amplifies laser light from the main oscillator, and a wavelength that converts the wavelength of the amplified laser light.
- the image acquisition device according to any one of (1) to (7), wherein the image acquisition device is a light source including a conversion unit.
- the image acquisition device is a light source including a conversion unit.
- the excitation light incident on one end of the image guide fiber is transmitted to the image pickup object by the image guide fiber in which a plurality of multimode optical fiber strands are bundled, and is generated in the image pickup object.
Landscapes
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Abstract
Description
本開示は、画像取得装置及び画像取得方法に関する。 The present disclosure relates to an image acquisition device and an image acquisition method.
複数の光ファイバ素線からなるイメージガイドファイバを用いたレーザコンフォーカル顕微鏡(顕微内視鏡)システムとして、例えば、以下の特許文献1や非特許文献1に示したようなものが提案されている。
As a laser confocal microscope (microscope endoscope) system using an image guide fiber composed of a plurality of optical fiber strands, for example, those shown in the following
例えば特許文献1に提案されている顕微内視鏡システムは、観察対象を1光子で励起させることで発生する蛍光をイメージガイドファイバにより伝達し、発生した蛍光を観察するものである。また、例えば非特許文献1に提案されている顕微内視鏡システムは、観察対象を2光子で励起させることで発生する蛍光を、GRINレンズ及びイメージガイドファイバを用いて伝達し、発生した蛍光を観察するものである。
For example, a microscopic endoscope system proposed in
これらの顕微内視鏡システムは、イメージガイドファイバの直径が細径のものでは約1mm程度と細いため、従来の顕微鏡ではアクセスすることのできない観察対象を観察することが可能となる。 These microscopic endoscope systems can observe an observation object that cannot be accessed with a conventional microscope because the image guide fiber has a thin diameter of about 1 mm.
しかしながら、以下で詳述するように、上記特許文献1に提案されている顕微内視鏡システムは、マルチモードの光ファイバ素線からなるイメージガイドファイバを利用しているため、そのままでは2光子励起過程を利用した蛍光顕微鏡システムに適用することができない。
However, as will be described in detail below, the microscopic endoscope system proposed in
また、上記非特許文献1に提案されている顕微内視鏡システムは、2光子励起過程を利用したとされている。かかる顕微内視鏡システムでは、イメージガイドファイバを構成する光ファイバ素線を導波するモードの次数を考慮せず、得られた画像に対してガウシアン・フィルタなどのブラーフィルタを作用させているため、以下で詳述するように、2光子励起過程による蛍光の蛍光効率が悪化し、安定して蛍光信号を取得することができない。
The microscopic endoscope system proposed in Non-Patent
そこで、本開示では、上記事情に鑑みて、装置の小型化を図りつつ、多光子励起過程による蛍光の画像をより安定して取得することが可能な、画像取得装置及び画像取得方法を提案する。 Therefore, in view of the above circumstances, the present disclosure proposes an image acquisition device and an image acquisition method capable of acquiring a fluorescence image by a multiphoton excitation process more stably while reducing the size of the device. .
本開示によれば、被撮像体を2以上の光子で励起することで蛍光を発生させるための励起光を、当該被撮像体へと導光する光源光学系と、マルチモードの光ファイバ素線が複数束ねられたものであり、前記光源光学系により一方の端部に入射した前記励起光を前記被撮像体へと伝送するとともに、前記被撮像体で発生した前記蛍光によって他方の端部へと結像している前記被撮像体の像を、前記一方の端部へと伝送するイメージガイドファイバと、前記イメージガイドファイバの前記一方の端部へと伝送された前記被撮像体の像を前記複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査して、それぞれの前記光ファイバ素線に該当する光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像し、前記被撮像体の画像データを複数生成する撮像光学系と、前記光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、複数の前記画像データの中で最大輝度となる画素値を、当該画素の代表画素値として選択する選択部と、を備える画像取得装置が提供される。 According to the present disclosure, a light source optical system that guides excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons to the imaging target, and a multimode optical fiber Are bundled, and the excitation light incident on one end by the light source optical system is transmitted to the object to be imaged and to the other end by the fluorescence generated by the object to be imaged. An image guide fiber that transmits the image of the imaged object that is imaged to the one end, and an image of the imaged object that is transmitted to the one end of the image guide fiber Scanning at a scanning pitch narrower than the core size of the plurality of optical fiber strands so that at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to each of the optical fiber strands is included in the plurality of images. Imaged in the For each of the imaging optical system that generates a plurality of image data of the imaging body and the plurality of pixels that constitute the region corresponding to the optical fiber, the pixel value that has the maximum luminance among the plurality of the image data is determined for the pixel. An image acquisition device is provided that includes a selection unit that selects a representative pixel value.
また、本開示によれば、被撮像体を2以上の光子で励起することで蛍光を発生させるための励起光を、当該被撮像体へと導光することと、マルチモードの光ファイバ素線が複数束ねられたイメージガイドファイバにより、当該イメージガイドファイバの一方の端部に入射した前記励起光を前記被撮像体へと伝送するとともに、前記被撮像体で発生した前記蛍光によって他方の端部へと結像している前記被撮像体の像を、前記一方の端部へと伝送することと、前記イメージガイドファイバの前記一方の端部へと伝送された前記被撮像体の像を前記複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査して、それぞれの前記光ファイバ素線に該当する光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像し、前記被撮像体の画像データを複数生成することと、前記光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、複数の前記画像データの中で最大輝度となる画素値を、当該画素の代表画素値として選択することと、を含む画像取得方法が提供される。 In addition, according to the present disclosure, excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons is guided to the imaging target, and a multimode optical fiber The excitation light incident on one end of the image guide fiber is transmitted to the object to be imaged by a plurality of bundled image guide fibers, and the other end by the fluorescence generated in the object to be imaged Transmitting the image of the object to be imaged to the one end, and transmitting the image of the object to be transmitted to the one end of the image guide fiber to the one end. Scanning at a scanning pitch narrower than the core size of the plurality of optical fiber strands so that at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to each of the optical fiber strands is included in the plurality of images. Imaging Generating a plurality of image data of the object to be imaged and, for each of a plurality of pixels constituting the corresponding region of the optical fiber, a pixel value having a maximum brightness among the plurality of the image data And selecting as a representative pixel value of the image.
本開示によれば、被撮像体に対して所定波長の励起光を照射して被撮像体を2以上の光子で励起させることで、蛍光が発生し、マルチモードの光ファイバ素線が複数束ねられたイメージガイドファイバにより、イメージガイドファイバの片側の端部に結像している被撮像体の像が、もう片側の端部へと伝送され、伝送された被撮像体の像を複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査して、それぞれの光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像することで、被撮像体の画像データが複数生成され、光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、複数の画像データの中で最大輝度となる画素値が、当該画素の代表画素値として選択される。 According to the present disclosure, when an imaging target is irradiated with excitation light having a predetermined wavelength to excite the imaging target with two or more photons, fluorescence is generated and a plurality of multimode optical fiber strands are bundled together. The image of the imaged object formed on one end of the image guide fiber is transmitted to the other end of the image guide fiber, and the transmitted image of the imaged object is converted into a plurality of light beams. Image data of the object to be imaged by scanning at a scanning pitch narrower than the size of the core of the fiber strand and imaging so that at least a part of the corresponding region of each optical fiber strand is included in a plurality of images Are generated, and for each of a plurality of pixels constituting the corresponding region of the optical fiber, a pixel value having the maximum luminance among the plurality of image data is selected as a representative pixel value of the pixel.
以上説明したように本開示によれば、装置の小型化を図りつつ、多光子励起過程による蛍光の画像をより安定して取得することが可能となる。 As described above, according to the present disclosure, it is possible to more stably acquire a fluorescence image by a multiphoton excitation process while downsizing the apparatus.
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。 Note that the above effects are not necessarily limited, and any of the effects shown in the present specification or other things that can be grasped from the present specification together with the above effects or instead of the above effects. The effect of may be produced.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.本発明者による検討について
2.第1の実施形態
2.1.画像取得装置の構成について
2.2.画像取得方法について
3.演算処理ユニットのハードウェア構成について
4.実験例
The description will be made in the following order.
1. 1. Study by the present inventor First embodiment 2.1. Configuration of image acquisition device 2.2. 2.
(本発明者による検討について)
本開示の実施形態に係る画像取得装置について説明するに先立ち、本発明者が行った多光子励起過程による蛍光を取得可能な画像取得装置に関する検討結果について、簡単に説明する。
(About examination by the present inventor)
Prior to the description of the image acquisition device according to the embodiment of the present disclosure, a result of a study on an image acquisition device capable of acquiring fluorescence by the multiphoton excitation process performed by the present inventor will be briefly described.
上記特許文献1や非特許文献1に開示されているようなレーザ顕微内視鏡では、イメージガイドファイバの本体側(光源や検出器側)の端面にて、レーザ顕微鏡に用いるガルバノミラーなどで焦点をスキャンする方式が採用されている。これにより、イメージガイドファイバの本体側の端面でのスキャンスポットが試料側端面へと投影され、試料側端面に投影されたスポットによって、試料からの情報を取得する。すなわち、用いるレーザ顕微鏡が蛍光顕微鏡である場合には、投影されたスポット光により試料を蛍光励起し、試料から発せられた蛍光を再びイメージガイドファイバに導くことで、本体側に配置されている受光素子に発生した蛍光を導光する。
In the laser microscope endoscope as disclosed in
ここで、一般的なイメージガイドファイバは、複数の光ファイバ素線を束ねたものである。このようなイメージガイドファイバにおいて光導波路であるコアを密度高く近接させるためには、光ファイバ素線のコアとクラッドとの屈折率差は大きくし、均一なイメージ感度を実現するために光ファイバ素線用いられる光ファイバをマルチモード化し、クロストーク防止のためにクラッド部分における電界強度分布が滲み出る幅を小さくすることが重要となる。 Here, a general image guide fiber is a bundle of a plurality of optical fiber strands. In such an image guide fiber, in order to make the core, which is an optical waveguide, close to each other with high density, the refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber is increased, and the optical fiber element is used to achieve uniform image sensitivity. It is important to make the optical fiber used in the line multi-mode, and to reduce the width at which the electric field intensity distribution in the clad portion exudes in order to prevent crosstalk.
図1は、光ファイバ素線に励起される光のモードについて説明するための説明図であり、イメージガイドファイバを構成する光ファイバ素線の一部を拡大して模式的に示したものである。一般的なイメージガイドファイバでは、複数の光ファイバ素線を束ねる(バンドルする)際に、各光ファイバ素線がなるべく六方細密構造となるように光ファイバ素線を配設していく。しかしながら、製造された光ファイバ素線の断面構造を見てみると、図1に模式的に示したように、光ファイバ素線のコアCA~CEは、ほぼ六方細密構造となっているものの、配列に歪みが生じている。 FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a mode of light excited by an optical fiber, and schematically shows an enlarged part of the optical fiber constituting the image guide fiber. . In a general image guide fiber, when a plurality of optical fiber strands are bundled (bundled), the optical fiber strands are arranged so that each optical fiber strand has a hexagonal fine structure as much as possible. However, looking at the cross-sectional structure of the manufactured optical fiber, as shown schematically in FIG. 1, the cores C A to C E of the optical fiber have a substantially hexagonal fine structure. However, the array is distorted.
ここで、コアCAのように、光源から射出された励起光がコアCAの中心部を含むようにコア全体に照射された場合、コアCAでは、主に基本波(0次モードの光:コア断面の強度分布において、中心部の強度が大きくなるモードの光)が励起される。また、励起光がコアCB及びコアCCにまたがるように照射された場合、コアの中心部を含む大部分の領域に励起光が照射されるコアCBでは、主に基本波と1次波(1次モードの光:コア断面の強度分布において、2つの腹が存在するモードの光)が励起される一方で、コアの中心部を含まない一部の領域に励起光が照射されるコアCCでは、主に1次波が励起される。また、コアCD及びコアCEのように、コアの中心部を含まない一部の領域にのみ励起光が照射される場合には、各コアにおいて、主に1次波又は更に高次のモードが励起される。 Here, as the core C A, if the excitation light emitted from the light source is irradiated on the entire core to include a central portion of the core C A, the core C A, mainly the fundamental (zero-order mode Light: light in a mode in which the intensity of the central portion is increased in the intensity distribution of the core cross section. Also, if the excitation light is irradiated so as to extend to the core C B and the core C C, the core C B excitation light is irradiated to a region of a large portion including the central portion of the core, and mainly the fundamental primary Waves (light in the first-order mode: light in a mode in which two antinodes exist in the intensity distribution of the core cross section) are excited, while excitation light is irradiated to a part of the region that does not include the center of the core in the core C C, mainly primary wave is excited. In addition, when the excitation light is irradiated only to a part of the region that does not include the central part of the core, such as the core CD and the core CE , in each core, the primary wave or higher order is mainly generated. The mode is excited.
ところで、1光子励起過程によって発生する蛍光の強度(信号量)は、励起光エネルギーに比例する一方で、2光子励起過程によって発生する蛍光の強度(信号量)は、励起光エネルギーの2乗に比例することが知られている。 By the way, the intensity (signal amount) of the fluorescence generated by the one-photon excitation process is proportional to the excitation light energy, while the intensity (signal amount) of the fluorescence generated by the two-photon excitation process is the square of the excitation light energy. It is known to be proportional.
上記特許文献1に開示されている顕微内視鏡システムは、1光子励起過程を利用したシステムであるため、光ファイバ素線を導波する光のモードが0次モードであろうと1次モードであろうと、モードの区別なく、試料側端面における光エネルギーの総和に応じて、情報(すなわち、蛍光信号)を取得することができる。そのため、上記特許文献1に開示されているような1光子励起過程を利用したシステムでは、イメージガイドファイバの端面における集光スポットの大きさを、光ファイバ素線のコア径に比較して少々大きくする程度で、安定な蛍光画像を取得することができる。
Since the microscopic endoscope system disclosed in
標準的なイメージガイドファイバの構成の一つに、以下のような設定値を有するイメージガイドファイバがある。
コアの直径=約3μm
コアの屈折率ncore=1.4903276
クラッドの屈折率nclad=1.4324508
導波する光の波長λ=1300nm
One of the standard image guide fiber configurations is an image guide fiber having the following set values.
Core diameter = about 3 μm
Refractive index of core n core = 1.4903276
Refractive index of clad n clad = 1.42324508
Wavelength of guided light λ = 1300nm
本発明者が、かかるイメージガイドファイバの構成において、光ファイバ素線のモード計算を実施したところ、0次モード(基本波)の有効屈折率は1.4702となり、1次モード(1次波)の有効屈折率は1.4406となった。この値は、図2に模式的に示したように、イメージガイドファイバの長さが2mである場合において、1次モードの光が0次モードに比較して198ピコ秒だけ早く試料側端面に到達することを示している。 When the present inventor conducted the mode calculation of the optical fiber in the configuration of the image guide fiber, the effective refractive index of the 0th-order mode (fundamental wave) becomes 1.4702, and the first-order mode (first-order wave). The effective refractive index of was 1.4406. As schematically shown in FIG. 2, when the length of the image guide fiber is 2 m, the light of the first mode is 198 picoseconds faster than the zeroth mode on the sample side end face. Indicates that it will reach.
1光子励起過程を利用した特許文献1のシステムでは、0次モードと1次モードの光の到達時間に198ピコ秒の差があっても、それぞれの光のエネルギーに比例した蛍光量が得られるため、蛍光量の総和は変化しない。しかしながら、上述のように、2光子励起過程を利用したシステムの場合には、得られる蛍光の信号量は励起光のエネルギーの2乗に比例するため、光ファイバ素線を導波する光が0次モードの光と1次モードの光とに分離してしまうと、2光子励起過程によって発生する蛍光の信号量は低下してしまう。
In the system of
図3は、光ファイバ素線を導波する光のモードと発生する蛍光の輝度との関係を説明するための説明図であり、光ファイバ素線を導波した光が蛍光ビーズに照射された場合に発生する蛍光の明るさを、パターンA~パターンEに大別して示したものである。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the mode of light guided through the optical fiber and the luminance of the generated fluorescence. The light guided through the optical fiber is irradiated onto the fluorescent beads. The brightness of the fluorescent light generated in this case is roughly classified into patterns A to E.
パターンAに示したように、0次モードの励起光がコアの中心に位置する蛍光ビーズに照射された場合を考える。この場合は、1光子励起過程による蛍光であろうが、2光子励起過程による蛍光であろうが、発生する蛍光の輝度は大きい(すなわち、明るい蛍光が発生する)。また、パターンBに示したように、1次モードの励起光がコアの中心に位置する蛍光ビーズに照射された場合には、1光子励起過程による蛍光の輝度は大きいのに対し、2光子励起過程による蛍光の輝度はあまり大きくはない。 Consider the case where the 0-order mode excitation light is irradiated to the fluorescent beads located at the center of the core as shown in Pattern A. In this case, the luminance of the generated fluorescence is large (that is, bright fluorescence is generated), whether it is fluorescence by a one-photon excitation process or fluorescence by a two-photon excitation process. In addition, as shown in pattern B, when the excitation light in the first-order mode is irradiated onto the fluorescent bead located at the center of the core, the fluorescence intensity by the one-photon excitation process is high, whereas the two-photon excitation is performed. The brightness of the fluorescence due to the process is not very large.
また、パターンCやパターンDに示したように、蛍光ビーズがコアの中心には位置していない場合、1光子励起過程による蛍光の輝度は、励起光のモードによらず大きくなるのに対し、2光子励起過程による蛍光の輝度は、励起光のモードによらずあまり大きくはならない。 In addition, as shown in the pattern C and the pattern D, when the fluorescent beads are not located at the center of the core, the luminance of the fluorescence due to the one-photon excitation process is increased regardless of the mode of the excitation light. The luminance of the fluorescence due to the two-photon excitation process does not increase so much regardless of the mode of excitation light.
なお、パターンEに示したように、蛍光ビーズがコアから外れて位置している場合には、励起過程によらず、発生する蛍光の輝度は小さくなる。 In addition, as shown in the pattern E, when the fluorescent beads are positioned away from the core, the luminance of the generated fluorescence becomes small regardless of the excitation process.
図3からも明らかなように、2光子励起過程による蛍光の輝度を大きくするためには、励起光の導波はシングルモード(より詳細には、0次モード)であることが好ましい。また、特許文献1のようにマルチモードの光ファイバ素線から構成されるイメージガイドファイバをそのまま利用するだけでは、蛍光輝度の低下や蛍光輝度のばらつきが生じてしまい、2光子励起過程(更には、多光子励起過程)を利用した蛍光の画像を取得することはできないこともわかる。
As is clear from FIG. 3, in order to increase the luminance of fluorescence by the two-photon excitation process, it is preferable that the excitation light is guided in a single mode (more specifically, the 0th order mode). Further, just using an image guide fiber composed of a multimode optical fiber as in
イメージガイドファイバを用いて多光子励起過程による蛍光を測定する場合に、イメージガイドファイバを構成する光ファイバ素線をシングルモードの光ファイバ素線とすることも考えられる。この場合、シングルモードの光ファイバ素線を用いる場合において隣り合う光ファイバ素線とのクロストークを減少させるためには、光ファイバのコアとクラッドの屈折率差を少なくすることが必要となる。しかしながら、コアとクラッドの屈折率差を小さくするということは、クラッドへの電界強度分布のしみだしを大きくすることを意味する。従って、隣り合う光ファイバ素線とのクロストークを減少させるためには、隣り合う光ファイバ素線との間隔を広くすることが重要となる。 When using an image guide fiber to measure fluorescence due to a multiphoton excitation process, it is possible to use a single-mode optical fiber as the optical fiber that constitutes the image guide fiber. In this case, in order to reduce crosstalk between adjacent optical fiber strands when using a single mode optical fiber strand, it is necessary to reduce the difference in refractive index between the core and the clad of the optical fiber. However, reducing the refractive index difference between the core and the cladding means increasing the oozing of the electric field strength distribution to the cladding. Accordingly, in order to reduce crosstalk between adjacent optical fiber strands, it is important to widen the distance between adjacent optical fiber strands.
ここで、イメージガイドファイバの分解能は、光ファイバ素線の配置間隔に依存し、光ファイバ素線の配置間隔が小さいほど、得られる分解能は高くなる。従って、シングルモードの光ファイバ素線を利用し、光ファイバ素線の間隔を広げた場合には、通常のイメージガイドファイバと同程度の分解能の解像度を得るためには光ファイバをスキャンするなどの更なる機構が必要となる一方で、細径化を行うことが困難となる。 Here, the resolution of the image guide fiber depends on the arrangement interval of the optical fiber, and the smaller the arrangement interval of the optical fiber, the higher the obtained resolution. Therefore, when a single mode optical fiber is used and the interval between the optical fibers is widened, the optical fiber is scanned to obtain the same resolution as that of a normal image guide fiber. While a further mechanism is required, it is difficult to reduce the diameter.
更には、光ファイバのコアとクラッドの屈折率差を少なくすることは、光ファイバ素線の開口数(NA)を低めることとなるため、2光子励起過程による蛍光の信号を効率良く取得するためには、ダブルクラッドファイバを用いるなどの工夫が重要となる。 Furthermore, reducing the refractive index difference between the core and the clad of the optical fiber lowers the numerical aperture (NA) of the optical fiber, so that the fluorescence signal by the two-photon excitation process is efficiently acquired. For this, it is important to use a double clad fiber.
このように、マルチモードの光ファイバ素線で構成されたイメージガイドファイバを用いて、上記特許文献1と同様の画像取得方法を用いた場合には、2光子励起過程による蛍光画像を安定して取得することはできない。また、2光子励起過程を安定して行うために、光ファイバ素線をシングルモード光導波路により構成した場合には、得られる画像の解像度が落ちてしまうため、細径化(すなわち、小型化)が困難になってしまう。
As described above, when an image acquisition method similar to that of
また、上記非特許文献1に提案されている顕微内視鏡システムは、イメージガイドファイバを構成する光ファイバ素線を導波するモードの次数を考慮しておらず、上記特許文献1と同様の画像取得方法により蛍光画像を取得して、ガウシアン・フィルタなどのブラーフィルタを作用させている。そのため、上記非特許文献1に提案されているシステムを用いた場合であっても、2光子励起過程による蛍光を安定して得ることはできない。
Further, the microscopic endoscope system proposed in
本発明者は、上記のような知見に基づいて、マルチモードの光ファイバ素線からなるイメージガイドファイバを用いた場合であっても安定的に多光子励起蛍光画像を取得可能な画像取得装置について、鋭意検討を行った。その結果、(1)イメージガイドファイバの入射端面でシングルモードが励起されれば、確率的に試料側端面にシングルモードで到達する場合も存在すること、(2)複数回画像取得を行い、最も高い蛍光値を選択することにより、試料側端面にシングルモードで到達した励起光のデータを取得できること、に想到し、以下で説明するような本開示の実施形態に係る画像取得装置及び画像取得方法を完成したのである。 Based on the above knowledge, the present inventor is an image acquisition apparatus capable of stably acquiring a multiphoton excitation fluorescence image even when an image guide fiber made of a multimode optical fiber is used. , Earnestly examined. As a result, (1) if the single mode is excited at the incident end face of the image guide fiber, there may be a case where the sample side end face is reached in the single mode stochastically. The image acquisition device and the image acquisition method according to the embodiment of the present disclosure as described below are conceived that it is possible to acquire the data of the excitation light that has reached the sample side end surface in the single mode by selecting a high fluorescence value. Was completed.
(第1の実施形態)
以下では、図4~図12を参照しながら、上記知見に基づいて完成された、本開示の第1の実施形態に係る画像取得装置について、詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the image acquisition device according to the first embodiment of the present disclosure, which has been completed based on the above knowledge, will be described in detail with reference to FIGS.
<画像取得装置について>
[画像取得装置の全体構成]
まず、図4を参照しながら、本実施形態に係る画像取得装置1の全体構成について説明する。図4は、本実施形態に係る画像取得装置の構成を模式的に示した説明図である。
<About image acquisition device>
[Overall configuration of image acquisition device]
First, the overall configuration of the
本実施形態に係る画像取得装置1は、撮像対象である被撮像体に対して所定波長の励起光を照射し、被撮像体から多光子励起過程による蛍光を発生させて、かかる蛍光に基づく被撮像体の撮像画像を取得する装置である。この画像取得装置1は、図4に示したように、顕微鏡ユニット10と、演算処理ユニット20と、を備える。
The
顕微鏡ユニット10は、被撮像体に対して所定波長の励起光を照射し、多光子励起過程によって発生した蛍光を検出することで、発生した蛍光に関する画像データを生成するユニットである。顕微鏡ユニット10によって生成された画像データは、演算処理ユニット20へと出力される。かかる顕微鏡ユニット10の詳細な構成については、以下で詳述する。
The
演算処理ユニット20は、顕微鏡ユニット10による被撮像体の撮像処理を統括的に制御するとともに、顕微鏡ユニット10によって生成された画像データに対して後述する演算処理を施し、被撮像体の撮像画像を生成するユニットである。
The
この演算処理ユニット20は、顕微鏡ユニット10の外部に設けられた各種のコンピュータやサーバ等といった情報処理装置であってもよいし、顕微鏡ユニット10に実装されているCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなる演算チップであってもよい。
The
かかる演算処理ユニット20の詳細な構成については、以下で詳述する。
The detailed configuration of the
[顕微鏡ユニット10の構成]
次に、図5~図8Bを参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡ユニット10の詳細な構成について説明する。
図5は、本実施形態に係る画像取得装置1が備える顕微鏡ユニットの構成を模式的に示した説明図である。図6A~図6Dは、本実施形態に係る顕微鏡ユニットが備える光源の一例を模式的に示した説明図である。図7は、本実施形態に係る顕微鏡ユニットが備えるイメージガイドファイバの構造を模式的に示した説明図である。図8A及び図8Bは、本実施形態に係る顕微鏡ユニットにおけるイメージガイドファイバの走査方法を模式的に示した説明図である。
[Configuration of Microscope Unit 10]
Next, a detailed configuration of the
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a microscope unit included in the
本実施形態に係る画像取得装置1が備える顕微鏡ユニット10は、光源光学系101と、イメージガイドファイバ103と、撮像光学系105と、を主に備える。
The
光源光学系101は、被撮像体Sを2以上の光子で励起する(すなわち、多光子で励起する)ことで蛍光を発生させるための所定波長の励起光を、被撮像体Sへと導光する光学系である。この光源光学系101は、所定波長の励起光を射出するレーザ光源と、光源から射出された励起光を被撮像体Sまで導光する、各種レンズ、各種ミラー、各種フィルタ等の光学素子と、から構成される。
The light source
光源光学系101における各種光学素子の詳細な配置については、特に限定されるものではなく、公知の光学系を採用することが可能である。
The detailed arrangement of various optical elements in the light source
また、光源光学系101が有するレーザ光源についても、特に限定されるものではなく、各種の半導体レーザや固体レーザやガスレーザ等のように、様々な光源を利用することが可能である。レーザ光源として各種の半導体レーザを用いた光源を用いることで、画像取得装置1をより小型化することが可能となる。
Also, the laser light source included in the light source
光源光学系101が有するレーザ光源部として利用可能な半導体レーザを用いた光源としては、例えば図6A~図6Dに示したような半導体レーザ及び半導体レーザの光を波長変換する波長変換部を用いた光源を用いることが可能である。
As a light source using a semiconductor laser that can be used as a laser light source unit included in the light source
図6Aは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器111を模式的に示したものである。レーザ光源部として設けられる主発振器111は、所定波長(例えば、波長405nm)のレーザ光を射出可能な半導体レーザユニット112と、半導体レーザユニット112から射出されたレーザ光を増幅させるための共振器部113と、から構成されている。
FIG. 6A schematically shows a
図6Bは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの一例である、主発振器と光増幅器とから構成される主発振器出力増幅器(Master Oscillator Power Amplifier:MOPA)114を、模式的に示したものである。かかる光源では、図6Aに示した主発振器111の後段に、射出されたレーザ光を更に増幅させるための光増幅器115が設けられている。光増幅器115としては、例えば、半導体光増幅器(Semiconductor Opical Amplifier:SOA)等を好適に用いることができる。
FIG. 6B schematically shows a master oscillator output amplifier (MOPA) 114 composed of a master oscillator and an optical amplifier, which is an example of a semiconductor laser applicable to a laser light source unit. is there. In such a light source, an
図6Cは、レーザ光源部に適用可能な半導体レーザの光を波長変換する波長変換部を用いた光源の一例である、MOPA114と光増幅器と波長変換部とを有する光源を、模式的に示したものである。かかる光源では、図6Bに示した光増幅器115の後段に、強度が増幅されたレーザ光の波長を変換するための波長変換部116が設けられている。波長変換部116としては、例えば、各種の非線形結晶を用いた光パラメトリック発振器(Optical Parametric Oscilator:OPO)等を好適に用いることができる。また、MOPA114と波長変換部116の間に、図6Dに示したように、レーザ光のビーム形状を補正するビーム形状補正部117を設けて、波長変換部116における波長変換効率を更に向上させてもよい。
FIG. 6C schematically shows a light source having a
また、レーザ光源から射出される励起光の波長は、特に限定されるものではなく、被撮像体Sに含まれている蛍光体を励起するために適した波長を適宜選択すればよい。更に、光源として用いられるレーザは、CW(Continuous Wave)レーザであってもよいし、パルスレーザであってもよい。 Further, the wavelength of the excitation light emitted from the laser light source is not particularly limited, and a wavelength suitable for exciting the phosphor included in the imaging target S may be appropriately selected. Furthermore, the laser used as the light source may be a CW (Continuous Wave) laser or a pulsed laser.
イメージガイドファイバ103は、図7に模式的に示したように、マルチモードの光ファイバ素線121が複数束ねられたものである。それぞれの光ファイバ素線121は、0次モードの光のみならず、より高次のモードの光も導波可能なコア123と、コア123を覆うように設けられたクラッド125と、から形成されている。それぞれの光ファイバ素線121は、図7に模式的に示したように、なるべく六方細密構造となるように配設されている。隣り合う光ファイバ素線121の離隔距離dは、求める画像解像度に応じて適宜設定すればよく、例えば3.5μmなどのような値にすればよい。また、コア123の直径d’についても適宜設定すればよく、例えば3μmなどのような値にすればよい。
The
このイメージガイドファイバ103は、光源光学系101により一方の端部(例えば図5における端部A)に入射した励起光を被撮像体Sへと伝送するとともに、被撮像体Sで発生した蛍光によって他方の端部(例えば図5における端部B)へと結像している被撮像体Sの像を、もう一方の端部(例えば図5における端部A)へと伝送する。
The
撮像光学系105は、イメージガイドファイバ103の端部(例えば図5における端部A)へと伝送された被撮像体の像を、複数の光ファイバ素線121のコア123の大きさ(図7におけるコア径d’)よりも狭い走査ピッチで走査する。この際、撮像光学系105は、それぞれの光ファイバ素線121に該当する光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像を行い、被撮像体Sの画像データを複数生成する。
The imaging
かかる撮像光学系105は、イメージガイドファイバ103により伝送された被撮像体の像(すなわち、発生した蛍光に対応する蛍光信号)を検出する各種の検出器と、この検出器へと被撮像体の像(蛍光信号)を導光する、各種レンズ、各種ミラー、各種フィルタ等の光学素子と、から構成される。
The imaging
撮像光学系105における各種光学素子の詳細な配置については、特に限定されるものではなく、公知の光学系を採用することが可能である。
The detailed arrangement of various optical elements in the imaging
撮像光学系105に設けられる検出器ついても、蛍光の強度に関する情報を電気的な信号へと変換することが可能なものであれば、公知のものを利用することが可能である。かかる検出器として、例えば、CCD(Charge-Coupled Device)や、光電子増倍管(PhotoMultiplier Tube:PMT)等といった各種の検出器を挙げることができる。
As the detector provided in the imaging
また、図5に示した光源光学系101又は撮像光学系105の少なくとも何れか一方には、以下で詳述するようなイメージガイドファイバ103の端面を走査するための機構が設けられている。このような走査機構については特に限定するものではなく、例えばガルバノミラー等の公知の機構を利用することが可能である。
Further, at least one of the light source
以上、図5~図7を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡ユニット10の構成について、詳細に説明した。
The configuration of the
[イメージガイドファイバの走査方法]
次に、図8A及び図8Bを参照しながら、撮像光学系105によるイメージガイドファイバ103の端面の走査方法について、詳細に説明する。
[Image guide fiber scanning method]
Next, a method for scanning the end face of the
先だって説明したように、本発明者は、イメージガイドファイバの入射端面でシングルモード(0次モード)が励起されれば、確率的に試料側端面にシングルモードで到達する場合も存在するとの知見を得て、図8A及び図8Bに模式的に示したようなイメージガイドファイバ103の端面の走査方法に想到した。
As described above, the present inventor has found that if a single mode (0th-order mode) is excited at the incident end face of the image guide fiber, there may be a case where the specimen side end face may reach the sample side end face in a single mode. As a result, a method for scanning the end face of the
すなわち、本実施形態に係る顕微鏡ユニット10は、イメージガイドファイバ103の端面(例えば図5における端部Aの端面)を、複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査する。
That is, the
例えば図8Aでは、イメージガイドファイバ103の端面の走査方向に対して平行な方向に、光ファイバ素線121のコアの大きさd’よりも狭いピッチpで走査していく例を示している。かかる場合、使用するイメージガイドファイバ103の直径や光ファイバ素線121のコア径d’等に応じて、走査方向を表わす軸(走査軸)の位置が予め設定されており、演算処理ユニット20の制御のもとで、図8A中の黒丸の位置で、イメージガイドファイバ103の端面が撮像されていく。この際、走査方向に対して平行な方向の撮像間隔は、走査ピッチpに基づいて演算処理ユニット20により制御されるが、走査方向に対して直交する方向の撮像間隔は、イメージガイドファイバ103の隣り合う光ファイバ素線121の間隔dに基づいて制御される。図8Aに示した走査方法では、以上説明したような制御により、被撮像体Sの全体が1回撮像される。すなわち、図8Aに示した走査方法では、撮像により生成される画像データの頻度(データ復元頻度)が、光ファイバ素線121の数よりも高頻度となる。
For example, FIG. 8A shows an example in which scanning is performed in a direction parallel to the scanning direction of the end face of the
また、例えば図8Bでは、イメージガイドファイバ103の端面の走査方向に対して直交する方向に、光ファイバ素線121のコアの大きさd’よりも狭いピッチpで走査していく例を示している。かかる場合、使用するイメージガイドファイバ103の直径や光ファイバ素線121のコア径d’等に応じて、走査方向を表わす軸(走査軸)の位置が予め設定されており、演算処理ユニット20の制御のもとで、図8B中の黒丸の位置で、イメージガイドファイバ103の端面が撮像されていく。この際、走査方向に対して平行な方向の撮像間隔は、イメージガイドファイバ103の隣り合う光ファイバ素線121の間隔dに基づいて演算処理ユニット20により制御され、走査方向に対して直交する方向の撮像間隔は、走査ピッチpに基づいて制御される。図8Bに示した走査方法では、以上説明したような制御により、被撮像体Sの全体が複数回(図8Bの例では、例えば5回)撮像される。すなわち、図8Bに示した走査方法では、1回の走査におけるデータの復元頻度は光ファイバ素線121の数に対応しており、それぞれの走査処理における基準位置(走査開始位置)が光ファイバ素線121の配置ピッチよりも狭いピッチpで変化していく。
For example, FIG. 8B shows an example in which scanning is performed at a pitch p narrower than the core size d ′ of the
なお、上記説明における「撮像」とは、図8A及び図8B中のそれぞれの黒丸の位置で、光源光学系101により導光された励起光が結像するとともに、黒丸の位置においてイメージガイドファイバ103の端面に伝送されている像(蛍光像)を撮像することを意味している。
The “imaging” in the above description means that the excitation light guided by the light source
以上説明したような走査方法が実現されることで、それぞれの光ファイバ素線121に該当する領域(以下、「光ファイバ素線該当領域」とも称する。)の少なくとも一部が、複数の画像に含有されるように撮像されることとなる。 By realizing the scanning method as described above, at least a part of a region corresponding to each optical fiber 121 (hereinafter also referred to as “optical fiber corresponding region”) is formed into a plurality of images. An image is taken so as to be contained.
図8A及び図8Bに示したようにイメージガイドファイバ103の端面を走査することで、撮像処理によって生成される複数の画像データの中に、例えば図1のコアCAに示したような、励起光がコア全体に対して照射されているような状況となっている場合の画像データが含まれることとなる。図1のコアCAに示したような状況では、イメージガイドファイバ103のコアにおいて基本波(0次モード)が励起されるため、確率的に試料側端面に基本波で到達する場合も生じることとなる。
By scanning the end face of the
なお、図8A及び図8Bに示したような各撮像位置において、顕微鏡ユニット10は、1回だけ撮像処理を行ってもよいし、上記確率をより高めるために、各撮像位置において複数回の撮像処理を行ってもよい。
Note that at each imaging position as shown in FIGS. 8A and 8B, the
また、本実施形態に係る顕微鏡ユニット10では、図8A及び図8Bを組み合わせたような走査方法(すなわち、走査方向及び走査方向に対して直交する方向のそれぞれについて、走査ピッチpで走査する方法)を採用してもよいことは言うまでもない。
Further, in the
図8A及び図8Bに示した走査ピッチpの具体的な大きさは、光ファイバ素線121のコア径d’に応じて適宜設定すればよいが、コア径d’の1/10程度とすることが好ましい。本発明者による検討の結果、走査ピッチpをコア径d’の1/10以下とする(例えばコア径d’が3μmの場合、走査ピッチpを0.3μm以下とする)ことで、光ファイバ素線121に励起される最大輝度に対して86%以上の輝度を得ることができる。また、走査ピッチpをコア径d’の1/12以下とすることで、光ファイバ素線121に励起される最大輝度に対して90%以上の輝度を得ることができる。
The specific size of the scanning pitch p shown in FIGS. 8A and 8B may be set as appropriate according to the core diameter d ′ of the
なお、図8A及び図8Bに示した走査方向及び撮像位置や図8Bに示した走査回数はあくまでも一例であり、図8A及び図8Bに示した例に限定されるものではない。 It should be noted that the scanning direction and imaging position shown in FIGS. 8A and 8B and the number of scans shown in FIG. 8B are merely examples, and are not limited to the examples shown in FIGS. 8A and 8B.
以上、図8A及び図8Bを参照しながら、本実施形態に係るイメージガイドファイバ103の端面の走査方法の一例について、具体的に説明した。
The example of the method for scanning the end face of the
[演算処理ユニット20の構成]
次に、図9~図12を参照しながら、本実施形態に係る画像取得装置1が備える演算処理ユニット20の構成について、詳細に説明する。
図9は、本実施形態に係る画像取得装置が備える演算処理ユニットの構成を模式的に示したブロック図である。図10~図12は、本実施形態に係る演算処理ユニットにおける代表画素値の選択処理を説明するための説明図である。
[Configuration of the arithmetic processing unit 20]
Next, the configuration of the
FIG. 9 is a block diagram schematically showing the configuration of the arithmetic processing unit provided in the image acquisition apparatus according to the present embodiment. FIG. 10 to FIG. 12 are explanatory diagrams for explaining representative pixel value selection processing in the arithmetic processing unit according to the present embodiment.
本実施形態に係る演算処理ユニット20は、顕微鏡ユニット10の動作を制御するとともに、顕微鏡ユニット10により生成された画像データに対して所定の演算処理を行うことで、被撮像体Sの撮像画像を生成するユニットである。
The
この演算処理ユニット20は、図9に模式的に示したように、顕微鏡ユニット制御部201と、データ取得部203と、選択部205と、撮像画像再構成部207と、データ出力部209と、表示制御部211と、記憶部213と、を主に備える。
As schematically shown in FIG. 9, the
顕微鏡ユニット制御部201は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。顕微鏡ユニット制御部201は、本実施形態に係る顕微鏡ユニット10を構成する光源、光学素子、走査機構等との間で各種の制御信号を送受信することにより、顕微鏡ユニット10における各種の動作を全般的に統括する。これにより、顕微鏡ユニット10が備える光源が所定のタイミングで励起光を射出したり、イメージガイドファイバ103の端面が上記のような走査方法に即して走査されたりする。また、顕微鏡ユニット10を構成する光源、光学素子、走査機構等は、この顕微鏡ユニット制御部201を介して、互いに連携しながら各種の制御を行うことも可能である。また、顕微鏡ユニット制御部201が顕微鏡ユニット10を制御する際に利用する各種の制御情報(例えば、撮像位置に関する情報等)は、データ取得部203や選択部205等に必要に応じて出力され、これらの処理部における各種の処理に適宜利用される。
The microscope
データ取得部203は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。データ取得部203は、顕微鏡ユニット10が上記のような走査方法に即して生成した複数の画像データを、顕微鏡ユニット10から取得する。データ取得部203が取得した複数の画像データは、後述する選択部205へと伝送される。また、データ取得部203は、取得した複数の画像データに対して、当該画像データを取得した日時等に関する時刻情報を関連付けて、履歴情報として後述する記憶部213に格納してもよい。
The
選択部205は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。選択部205は、光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、データ取得部203から伝送された複数の画像データの中で最大輝度となる画素値を、当該画素の代表画素値として選択する。以下、選択部205により実施される代表画素値の選択処理について、図10~図12を参照しながら具体的に説明する。
The
イメージガイドファイバ103は、複数の光ファイバ素線121が束ねられたものであるため、図10に模式的に示したように、隣り合う光ファイバ素線の間隔(配置ピッチ)dや光ファイバ素線121のコア径d’に基づいて、1本の光ファイバ素線121に該当する領域である光ファイバ素線該当領域を仮想的に規定することができる。本実施形態に係る選択部205は、各光ファイバ素線121に対して規定される光ファイバ素線該当領域を、以下で詳述するような代表画素値の選択処理における選択対象領域として取り扱う。
Since the
図8A及び図8Bに示したような走査方法が顕微鏡ユニット10において実現されることで、図11に模式的に示したように、ある選択対象領域において撮像光学系105に設けられた検出器の撮像視野は、時間経過に応じて移動していく。その結果、ある瞬間には、図1において、各コアCA~CEに対応するような状況が、ある選択対象領域において実現されていくこととなる。
The scanning method as shown in FIGS. 8A and 8B is realized in the
ここで、2光子励起過程を含む多光子励起過程では、図3を参照しながら模式的に説明したように、光ファイバ素線中での光の導波モードが低次であるほど、発生する蛍光輝度は大きくなる。また、その時点における被撮像体の撮像対象領域がコアに対して中心に位置するほど、発生する蛍光輝度は大きくなる。従って、複数回画像取得を行い、最も高い蛍光値を選択することにより、試料側端面に0次モードで到達した励起光による多光子励起過程を経て発生した蛍光の情報を選択的に取得することができる。ここで、最も高い蛍光値は、図11において時刻T=tMAXに該当するような位置を撮像した画像データで与えられると考えられる。 Here, in the multi-photon excitation process including the two-photon excitation process, as the wave guide mode of light in the optical fiber is lower, it is generated as schematically described with reference to FIG. The fluorescence brightness increases. Further, as the imaging target region of the imaging target at that time is located at the center with respect to the core, the generated fluorescence luminance increases. Therefore, by acquiring images multiple times and selecting the highest fluorescence value, it is possible to selectively acquire information on the fluorescence generated through the multiphoton excitation process by the excitation light that has reached the sample side end surface in the 0th-order mode. Can do. Here, it is considered that the highest fluorescence value is given by image data obtained by imaging a position corresponding to time T = t MAX in FIG.
そこで、選択部205は、選択対象領域を構成する各画素について、着目している画素を含む複数の画像データの該当位置での輝度値を参照し、最も高い輝度値を特定する。その上で、選択部205は、特定した最高輝度値を、着目画素の代表画素値として利用する。例えば図12に模式的に示したように、ある着目画素に対してN個の画像データ1~Nが存在した場合、N個の画像データを横断的に探索し、最高輝度値LMAXを与える画像データを、着目画素の画像データとして利用する。図12の場合には、画像データkが、着目画素の代表画素値を与える画像データとして利用されることとなる。
Therefore, the
選択部205は、以上のような代表画素値の選択処理を、全ての選択対象領域(すなわち、全ての光ファイバ素線該当領域)に対して実施する。
The
ここで、最大輝度値を与える画像データは、その輝度値に伴うノイズが重畳しているとも考えられるため、選択部205は、最高輝度値を与える画像データの代わりに、最高輝度値に近い輝度値を与える画像データを、選択してもよい。
Here, since it is considered that the image data giving the maximum brightness value is superimposed with noise accompanying the brightness value, the
なお、以上の説明では、選択部205が、複数生成された画像データを横断的に探索して、最高輝度値を与える画像データを選択する場合について説明したが、以下のような方法を用いることでも、最高輝度値の具体的な値を特定することが可能である。すなわち、選択部205は、周辺画素のデータを比較し、光ファイバ素線該当領域での最大輝度値を選択するようなフィルタ処理を施すことで、最高輝度値を特定してもよい。このようなフィルタ処理の一例として、例えば10画素×10画素の領域に対するオーディナリフィルタ(ordinary filter)等を挙げることができる。フィルタ処理を利用することで、より高速かつ簡便に、着目している画素における最高輝度値を探索することが可能となる。
In the above description, the case where the
選択部205は、以上のような方法により代表画素値を選択すると、選択した代表画素値に関する情報を、撮像画像再構成部207に出力する。
When the
撮像画像再構成部207は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。撮像画像再構成部207は、選択された代表画素値を利用して、被撮像体Sの撮像画像を再構成する。これにより、多光子励起過程を経て発生した蛍光の様子を表わした被撮像体Sの撮像画像を得ることができる。
The captured
なお、撮像画像再構成部207は、再構成した被撮像体Sの撮像画像に対して、ガウシアン・フィルタに代表されるブラーフィルタ(blur filter)を作用させてもよい。これにより、選択された代表画素値がより滑らかに接続された撮像画像を得ることが可能となる。
The captured
また、撮像画像再構成部207は、再構成した撮像画像に対して、上記以外の公知の後処理を実施してもよい。
Moreover, the captured
撮像画像再構成部207は、以上のようにして再構成した撮像画像を、データ出力部209に出力する。
The captured
データ出力部209は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。データ出力部209は、撮像画像再構成部207から出力された被撮像体Sの撮像画像に関する情報を、表示制御部211に出力する。これにより、被撮像体Sの撮像画像に関する情報が、画像取得装置1や画像取得装置1と相互に通信が可能な情報処理装置等が有する表示部(図示せず。)に出力されることとなる。また、データ出力部209は、得られた撮像画像に関する情報を、各種の記録媒体や各種の情報処理装置に出力してもよいし、プリンタ等の出力装置を利用して紙媒体等に出力してもよい。また、データ出力部209は、被撮像体Sの撮像画像に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部213等に履歴情報として格納してもよい。
The
表示制御部211は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置等により実現される。表示制御部211は、データ出力部209から伝送された、被撮像体Sの撮像画像を含む各種の処理結果を、演算処理ユニット20が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理ユニット20の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、画像取得装置1の利用者は、被撮像体Sの撮像画像等といった各種の処理結果を、その場で把握することが可能となる。
The
記憶部213は、例えば本実施形態に係る演算処理ユニット20が備えるRAMやストレージ装置等により実現される。記憶部213には、本実施形態に係る演算処理ユニット20が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部213は、顕微鏡ユニット制御部201、データ取得部203、選択部205、撮像画像再構成部207、データ出力部209、表示制御部211等が、自由にデータのリード/ライト処理を行うことが可能である。
The
以上、本実施形態に係る演算処理ユニット20の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
Heretofore, an example of the function of the
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理ユニットの各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。 It should be noted that a computer program for realizing each function of the arithmetic processing unit according to the present embodiment as described above can be produced and mounted on a personal computer or the like. In addition, a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.
<画像取得方法について>
続いて、図13を参照しながら、本実施形態に係る画像取得装置1で実施される画像取得方法の流れについて、簡単に説明する。図13は、本実施形態に係る画像取得方法の流れの一例を示した流れ図である。
<Image acquisition method>
Next, the flow of the image acquisition method performed by the
本実施形態に係る画像取得装置1の顕微鏡ユニット10では、演算処理ユニット20による制御のもとで、光源光学系101及びイメージガイドファイバ103により、所定波長の励起光が被撮像体Sに対して照射される(ステップS101)。これにより、被撮像体Sにおいて多光子励起過程による蛍光が発生し、イメージガイドファイバ103を経て、かかる蛍光による被撮像体Sの像が伝送されることとなる。
In the
次に、顕微鏡ユニット10の撮像光学系105は、演算処理ユニット20の制御に基づいてイメージガイドファイバ103の端面を所定のピッチで走査して(ステップS103)、イメージガイドファイバ103の端面まで伝送された被撮像体Sの像に関する画像データを複数生成する。その後、撮像光学系105は、生成した複数の画像データを、演算処理ユニット20に出力する。
Next, the imaging
演算処理ユニット20の選択部205は、顕微鏡ユニット10で生成された複数の画像データを利用し、最大輝度を与える画素値を光ファイバ該当領域の代表画素値として選択する(ステップS105)。その後、選択部205は、選択した代表画素値に関する情報を、撮像画像再構成部207に出力する。
The
撮像画像再構成部207は、選択部205によって選択された代表画素値に関する情報を利用して、被撮像体Sの撮像画像を再構成する(ステップS107)。また、撮像画像再構成部207は、必要に応じて、再構成した撮像画像に対して、ブラーフィルタを用いたフィルタ処理などの後処理を実施する(ステップS109)。
The captured
これにより、本実施形態に係る画像取得装置1では、被撮像体Sからの蛍光を撮像した撮像画像を取得することができる。
Thereby, in the
以上、図13を参照しながら、本実施形態に係る画像取得方法の流れについて、簡単に説明した。 The flow of the image acquisition method according to the present embodiment has been briefly described above with reference to FIG.
(ハードウェア構成について)
次に、図14を参照しながら、本開示の実施形態に係る演算処理ユニット20のハードウェア構成について、詳細に説明する。図14は、本開示の実施形態に係る演算処理ユニット20のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
(About hardware configuration)
Next, the hardware configuration of the
演算処理ユニット20は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、演算処理ユニット20は、更に、ホストバス907と、ブリッジ909と、外部バス911と、インターフェース913と、入力装置915と、出力装置917と、ストレージ装置919と、ドライブ921と、接続ポート923と、通信装置925とを備える。
The
CPU901は、演算処理装置および制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置919、またはリムーバブル記録媒体927に記録された各種プログラムに従って、演算処理ユニット20内の動作全般またはその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるホストバス907により相互に接続されている。
The
ホストバス907は、ブリッジ909を介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バス911に接続されている。
The
入力装置915は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置915は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、演算処理ユニット20の操作に対応した携帯電話やPDA等の外部接続機器929であってもよい。さらに、入力装置915は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。演算処理ユニット20のユーザは、この入力装置915を操作することにより、演算処理ユニット20に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
The
出力装置917は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置917は、例えば、演算処理ユニット20が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理ユニット20が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
The
ストレージ装置919は、演算処理ユニット20の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置919は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置919は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した音響信号データや画像信号データなどを格納する。
The
ドライブ921は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理ユニット20に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体927は、例えば、DVDメディア、HD-DVDメディア、Blu-ray(登録商標)メディア等である。また、リムーバブル記録媒体927は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、または、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体927は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)または電子機器等であってもよい。
The
接続ポート923は、機器を演算処理ユニット20に直接接続するためのポートである。接続ポート923の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート等がある。接続ポート923の別の例として、RS-232Cポート、光オーディオ端子、HDMI(High-Definition Multimedia Interface)ポート等がある。この接続ポート923に外部接続機器929を接続することで、演算処理ユニット20は、外部接続機器929から直接音響信号データや画像信号データを取得したり、外部接続機器929に音響信号データや画像信号データを提供したりする。
The
通信装置925は、例えば、通信網931に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置925は、例えば、有線または無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、またはWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置925は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置925は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置925に接続される通信網931は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
The
以上、本開示の実施形態に係る演算処理ユニット20の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
Heretofore, an example of the hardware configuration capable of realizing the function of the
続いて、実験例を示しながら、本開示に係る画像取得装置及び画像取得方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実験例は、本開示の実施形態に係る画像取得装置及び画像取得方法のあくまでも一例にすぎず、本開示に係る画像取得装置及び画像取得方法が、下記の例に限定されるものではない。 Subsequently, an image acquisition apparatus and an image acquisition method according to the present disclosure will be specifically described with reference to experimental examples. Note that the following experimental example is merely an example of the image acquisition device and the image acquisition method according to the embodiment of the present disclosure, and the image acquisition device and the image acquisition method according to the present disclosure are limited to the following example. It is not a thing.
以下に示す実験例では、図15に模式的に示した画像取得装置を利用して、イメージガイドファイバ103の先端部に配設した蛍光ビーズからの蛍光を取得した。
In the experimental example shown below, the fluorescence from the fluorescent beads arranged at the tip of the
図15は、実験例で用いた顕微鏡ユニットの構成を模式的に示した説明図である。本実験例では、光源として、図6Cや図6Dに示したMOPAを利用した光源を利用した。光源から射出された励起光は、レンズLやミラーMを介して、XY-ガルバノミラーXY-galまで導光され、かかるガルバノミラーにより、イメージガイドファイバ103への結像位置が制御される。ガルバノミラーを経た励起光は、リレーレンズRL、ミラーM、ダイクロイックミラーDMを経て、対物レンズObjへと導光される。本実験例では、対物レンズObjとして、開口数NA=0.75である20倍の対物レンズを利用した。
FIG. 15 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the microscope unit used in the experimental example. In this experimental example, the light source using the MOPA shown in FIGS. 6C and 6D was used as the light source. The excitation light emitted from the light source is guided to the XY-galvano mirror XY-gal via the lens L and the mirror M, and the imaging position on the
対物レンズObjの焦点位置に、市販のイメージガイドファイバ103の一方の端部を配設した。かかるイメージガイドファイバ103は、マルチモードの光ファイバ素線(コア径3μm)が3.5μmピッチで配設されたバンドルファイバであり、その全長は2mである。なお、イメージガイドファイバ103の屈曲部の曲率半径は15~20cm程度とした。
One end of a commercially available
イメージガイドファイバ103のもう一方の端部に、φ2.1μmの蛍光ビーズ群を配設した。イメージガイドファイバ103を経て蛍光ビーズ群へと導光された励起光により、蛍光ビーズから蛍光が発生する。発生した蛍光は、イメージガイドファイバ103、対物レンズObj、ダイクロイックミラーDM、レンズL、ノッチフィルタF等を経て、検出器である光電子倍増管へと導光される。
At the other end of the
なお、イメージガイドファイバ103の端面の走査方法としては、図8Aに示した走査方法を採用し、走査ピッチpは、光ファイバ素線のコア径の1/10以下の値である0.1μmとした。また、走査ラインの間隔も0.1μmとした。得られる画像データにおいて、1画素は0.1μmに対応している。
The scanning method shown in FIG. 8A is adopted as the scanning method of the end face of the
上記のような蛍光ビーズを波長405nmの励起光で励起すると、1光子励起過程による蛍光像を得ることができ、波長780nmの励起光で励起すると、2光子励起過程による蛍光像を得ることができる。図16に、2つの波長の励起光を利用した蛍光画像を示した。 When the above fluorescent beads are excited with excitation light having a wavelength of 405 nm, a fluorescence image can be obtained by a one-photon excitation process, and when excited by excitation light having a wavelength of 780 nm, a fluorescence image can be obtained by a two-photon excitation process. . FIG. 16 shows a fluorescence image using excitation light having two wavelengths.
図16から明らかなように、1光子励起過程による蛍光像は、撮像視野中の蛍光ビーズが存在する領域の全域にわたって分布していることがわかる。一方、2光子励起過程による蛍光像では、蛍光輝度の大きなものから、蛍光が観測されていない部分まで、様々な状態の蛍光像が観察された。ここで、2光子励起蛍光画像において、蛍光強度が大きいものが、0次モードの励起光によって励起され、蛍光ビーズの中心部に励起光が導光されたものに対応し、蛍光輝度が暗いものほど、高次モードの励起光で励起されたり、励起光の照射位置が蛍光ビーズの中心部からずれたりしているものに該当していると考えられる。 As is clear from FIG. 16, it can be seen that the fluorescence image by the one-photon excitation process is distributed over the entire area of the imaging field where the fluorescent beads are present. On the other hand, in the fluorescence image by the two-photon excitation process, fluorescence images in various states were observed from those having a high fluorescence luminance to portions where no fluorescence was observed. Here, in the two-photon excitation fluorescence image, the one with high fluorescence intensity corresponds to the one excited by the 0th-order mode excitation light, and the excitation light is guided to the center of the fluorescent bead, and the fluorescence intensity is dark It is considered that this corresponds to one excited by higher-order mode excitation light or one in which the excitation light irradiation position is shifted from the center of the fluorescent bead.
このような2光子励起蛍光画像に対して、10画素×10画素の2次元オーディナリフィルタを作用させて、代表画素値を選択する処理を行った。得られた代表画素値を用いて再構成した蛍光画像を、そのオリジナル画像とともに図17に示した。図17に示した再構成画像から明らかなように、本実施形態に係る代表画素の選択処理を行うことによって、蛍光ビーズが存在する領域の全域にわたって、2光子励起過程による蛍光像を得ることができた。 A process of selecting a representative pixel value by applying a 10 pixel × 10 pixel two-dimensional ordinary filter to such a two-photon excitation fluorescence image was performed. A fluorescence image reconstructed using the obtained representative pixel values is shown in FIG. 17 together with the original image. As is clear from the reconstructed image shown in FIG. 17, by performing the representative pixel selection process according to this embodiment, it is possible to obtain a fluorescent image by the two-photon excitation process over the entire region where the fluorescent beads are present. did it.
ここで、イメージガイドファイバでは、光ファイバ素線に屈曲部が存在したり、光ファイバ素線に対して振動が加えられたりすることによって、ファイバ入射端面においてシングルモード(0次モード)で励起された導波光が高次のモードに遷移してしまい、多光子励起過程による蛍光の励起効率が低下してしまう可能性がある。そこで、本実験例では、画像データの取得中にイメージガイドファイバに対して振動を与え、得られる画像がどのように変化するかを検証した。 Here, the image guide fiber is excited in a single mode (0th-order mode) at the fiber incident end surface when a bent portion is present in the optical fiber strand or vibration is applied to the optical fiber strand. There is a possibility that the guided light transits to a higher-order mode and the excitation efficiency of the fluorescence due to the multi-photon excitation process decreases. Therefore, in this experimental example, vibration was applied to the image guide fiber during acquisition of image data, and how the obtained image changed was verified.
図18は、振動を加えない状態(以下、「静的条件」という。)において、1光子励起過程による蛍光を10回撮像した場合の1光子励起蛍光画像を示しており、図19は、振動を加えた場合(以下、「動的条件」という。)において、1光子励起過程による蛍光を10回撮像した場合の1光子励起蛍光画像を示している。 FIG. 18 shows a one-photon excitation fluorescence image in a case where fluorescence by a one-photon excitation process is imaged ten times in a state where vibration is not applied (hereinafter referred to as “static condition”), and FIG. 1 is shown (hereinafter referred to as “dynamic condition”), a one-photon excitation fluorescence image is shown in a case where fluorescence by a one-photon excitation process is imaged ten times.
1光子励起過程による蛍光は、先だって説明したように、励起光の強度に比例した蛍光強度が得られるため、同一条件中におけるそれぞれの撮像画像を比較した場合において、輝度のばらつきは観測されなかった。また、静的条件での撮像画像と動的条件での撮像画像を比較した場合においても、輝度のばらつきは観測されなかった。 As described above, the fluorescence due to the one-photon excitation process has a fluorescence intensity proportional to the intensity of the excitation light. Therefore, no variation in brightness was observed when the captured images were compared under the same conditions. . In addition, even when the captured image under the static condition was compared with the captured image under the dynamic condition, no variation in luminance was observed.
図20は、静的条件において、2光子励起過程による蛍光を10回撮像した場合の2光子励起蛍光画像を示しており、図21は、動的条件において、2光子励起過程による蛍光を10回撮像した場合の2光子励起蛍光画像を示している。 FIG. 20 shows a two-photon excitation fluorescence image obtained by imaging the fluorescence due to the two-photon excitation process ten times under static conditions, and FIG. 21 shows the fluorescence due to the two-photon excitation process ten times under dynamic conditions. A two-photon excitation fluorescence image when imaged is shown.
図20及び図21から明らかなように、2光子励起蛍光画像においても、同一条件中におけるそれぞれの撮像画像を比較した場合において、輝度のばらつきは観測されず、静的条件での撮像画像と動的条件での撮像画像を比較した場合においても、輝度のばらつきは観測されなかった。 As is apparent from FIGS. 20 and 21, even in the two-photon excitation fluorescence image, when the respective captured images under the same conditions are compared, variation in luminance is not observed, and the captured image and the motion under the static condition are not observed. Even when the captured images were compared under the target conditions, no variation in luminance was observed.
図18~図21において、蛍光輝度が飽和していない5つの画素を選択し、10回の撮像における蛍光輝度値の最大値と最小値とをそれぞれ特定し、最小値/最大値で与えられる値の画素間の平均値を算出した。この平均値は、輝度のばらつきを表わす指標として考えることができる。得られた結果を、以下の表1に示した。 In FIG. 18 to FIG. 21, five pixels whose fluorescence luminance is not saturated are selected, the maximum value and the minimum value of the fluorescence luminance value in 10 times of imaging are specified, and the value given by the minimum value / maximum value The average value between pixels was calculated. This average value can be considered as an index representing luminance variation. The obtained results are shown in Table 1 below.
上記表1から明らかなように、静的条件においては、1光子励起蛍光画像に比べて2光子励起蛍光画像の輝度のばらつきは若干大きいものの、実用に耐えうる値であることがわかる。また、動的条件においては、1光子励起蛍光画像と2光子励起蛍光画像では、輝度のばらつきはほぼ同程度であることがわかる。 As can be seen from Table 1 above, under static conditions, although the variation in luminance of the two-photon excitation fluorescence image is slightly larger than that of the one-photon excitation fluorescence image, it can be understood that the value can withstand practical use. In addition, under dynamic conditions, it can be seen that the variation in luminance is approximately the same between the one-photon excitation fluorescence image and the two-photon excitation fluorescence image.
以上の結果から、本開示の実施形態に係る画像取得方法を用いることで、多光子励起過程による蛍光画像を、より安定して取得することが可能であることが明らかとなった。また、イメージガイドファイバに振動を与えた場合であっても、入射側端面で発生したシングルモード(0次モード)の励起光を、出射側端面までシングルモードのままで伝送できることが明らかとなった。 From the above results, it has been clarified that the fluorescence image obtained by the multiphoton excitation process can be acquired more stably by using the image acquisition method according to the embodiment of the present disclosure. In addition, even when vibration was applied to the image guide fiber, it became clear that single mode (zero-order mode) excitation light generated at the incident side end face can be transmitted in the single mode to the emission side end face. .
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present disclosure have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the technical scope of the present disclosure is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field of the present disclosure can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that it belongs to the technical scope of the present disclosure.
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的又は例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。 In addition, the effects described in the present specification are merely illustrative or illustrative, and are not limited. That is, the technology according to the present disclosure can exhibit other effects that are apparent to those skilled in the art from the description of the present specification in addition to or instead of the above effects.
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
被撮像体を2以上の光子で励起することで蛍光を発生させるための励起光を、当該被撮像体へと導光する光源光学系と、
マルチモードの光ファイバ素線が複数束ねられたものであり、前記光源光学系により一方の端部に入射した前記励起光を前記被撮像体へと伝送するとともに、前記被撮像体で発生した前記蛍光によって他方の端部へと結像している前記被撮像体の像を、前記一方の端部へと伝送するイメージガイドファイバと、
前記イメージガイドファイバの前記一方の端部へと伝送された前記被撮像体の像を前記複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査して、それぞれの前記光ファイバ素線に該当する光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像し、前記被撮像体の画像データを複数生成する撮像光学系と、
前記光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、複数の前記画像データの中で最大輝度となる画素値を、当該画素の代表画素値として選択する選択部と、
を備える、画像取得装置。
(2)
前記走査ピッチは、前記光ファイバ素線のコア径の1/10以下である、(1)に記載の画像取得装置。
(3)
前記撮像光学系は、撮像位置を前記走査ピッチごとにずらしながら前記被撮像体を1回撮像することで、前記複数の画像データを生成する、(1)又は(2)に記載の画像取得装置。
(4)
前記撮像光学系は、撮像位置を前記光ファイバ素線の配設間隔でずらしつつ走査して前記被撮像体を撮像するという処理を、走査方向に対して直交する方向に撮像開始位置を前記走査ピッチだけずらしながら複数回実施することで、前記複数の画像データを生成する、(1)又は(2)に記載の画像取得装置。
(5)
前記選択部は、フィルタ処理により前記代表画素値を選択する、(1)~(4)の何れか1つに記載の画像取得装置。
(6)
選択された前記代表画素値を利用して、前記被撮像体の撮像画像を再構成する撮像画像再構成部を更に備える、(1)~(5)の何れか1つに記載の画像取得装置。
(7)
前記撮像画像再構成部は、再構成された前記撮像画像に対してブラーフィルタを作用させる、(6)に記載の画像取得装置。
(8)
前記光源光学系に配設される光源は、半導体レーザと共振器とを有する主発振器である、(1)~(7)の何れか1つに記載の画像取得装置。
(9)
前記光源光学系に配設される光源は、半導体レーザと共振器とを有する主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器(Master Oscillator Power Amplifier:MOPA)である、(1)~(7)の何れか1つに記載の画像取得装置。
(10)
前記光源光学系に配設される光源は、半導体レーザと共振器とを有する主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、増幅された前記レーザ光の波長を変換する波長変換部と、から構成される光源である、(1)~(7)の何れか1つに記載の画像取得装置。
(11)
被撮像体を2以上の光子で励起することで蛍光を発生させるための励起光を、当該被撮像体へと導光することと、
マルチモードの光ファイバ素線が複数束ねられたイメージガイドファイバにより、当該イメージガイドファイバの一方の端部に入射した前記励起光を前記被撮像体へと伝送するとともに、前記被撮像体で発生した前記蛍光によって他方の端部へと結像している前記被撮像体の像を、前記一方の端部へと伝送することと、
前記イメージガイドファイバの前記一方の端部へと伝送された前記被撮像体の像を前記複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査して、それぞれの前記光ファイバ素線に該当する光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像し、前記被撮像体の画像データを複数生成することと、
前記光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、複数の前記画像データの中で最大輝度となる画素値を、当該画素の代表画素値として選択することと、を含む、画像取得方法。
The following configurations also belong to the technical scope of the present disclosure.
(1)
A light source optical system that guides excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons to the imaging target;
A plurality of multimode optical fiber strands are bundled, and the excitation light incident on one end by the light source optical system is transmitted to the imaging target, and the generated in the imaging target An image guide fiber that transmits an image of the imaging target imaged to the other end by fluorescence to the one end;
Scanning the image of the imaged object transmitted to the one end of the image guide fiber at a scanning pitch narrower than the size of the core of the plurality of optical fiber strands, the respective optical fiber strands An imaging optical system that captures at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to the above and includes a plurality of images, and generates a plurality of image data of the imaging target,
For each of the plurality of pixels constituting the optical fiber corresponding region, a selection unit that selects a pixel value that has the maximum luminance among the plurality of image data as a representative pixel value of the pixel;
An image acquisition device comprising:
(2)
The image acquisition device according to (1), wherein the scanning pitch is 1/10 or less of a core diameter of the optical fiber.
(3)
The image acquisition device according to (1) or (2), wherein the imaging optical system generates the plurality of image data by imaging the imaging target once while shifting an imaging position for each scanning pitch. .
(4)
The imaging optical system scans the imaging start position in a direction perpendicular to the scanning direction by scanning the imaging position while shifting the imaging position by the arrangement interval of the optical fiber strands and imaging the imaging target. The image acquisition device according to (1) or (2), wherein the plurality of image data are generated by performing the operation a plurality of times while being shifted by a pitch.
(5)
The image acquisition device according to any one of (1) to (4), wherein the selection unit selects the representative pixel value by a filtering process.
(6)
The image acquisition device according to any one of (1) to (5), further including a captured image reconstruction unit that reconstructs a captured image of the imaging target using the selected representative pixel value. .
(7)
The image acquisition device according to (6), wherein the captured image reconstruction unit causes a blur filter to act on the reconstructed captured image.
(8)
The image acquisition device according to any one of (1) to (7), wherein a light source disposed in the light source optical system is a main oscillator having a semiconductor laser and a resonator.
(9)
A light source disposed in the light source optical system is a master oscillator output amplifier (Master Oscillator Power) including a main oscillator having a semiconductor laser and a resonator, and an optical amplifier for amplifying laser light from the main oscillator. The image acquisition device according to any one of (1) to (7), wherein the image acquisition device is Amplifier (MOPA).
(10)
The light source disposed in the light source optical system includes a main oscillator having a semiconductor laser and a resonator, an optical amplifier that amplifies laser light from the main oscillator, and a wavelength that converts the wavelength of the amplified laser light. The image acquisition device according to any one of (1) to (7), wherein the image acquisition device is a light source including a conversion unit.
(11)
Guiding excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons to the imaging target;
The excitation light incident on one end of the image guide fiber is transmitted to the image pickup object by the image guide fiber in which a plurality of multimode optical fiber strands are bundled, and is generated in the image pickup object. Transmitting the image of the imaging target imaged to the other end by the fluorescence to the one end;
Scanning the image of the imaged object transmitted to the one end of the image guide fiber at a scanning pitch narrower than the size of the core of the plurality of optical fiber strands, the respective optical fiber strands Imaging so that at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to 1 is included in a plurality of images, and generating a plurality of image data of the imaged object,
For each of the plurality of pixels constituting the corresponding region of the optical fiber, selecting a pixel value having the maximum luminance among the plurality of image data as a representative pixel value of the pixel, and obtaining an image Method.
1 画像取得装置
10 顕微鏡ユニット
20 演算処理ユニット
101 光源光学系
103 イメージガイドファイバ
105 撮像光学系
121 光ファイバ素線
123 コア
125 クラッド
201 顕微鏡ユニット制御部
203 データ取得部
205 選択部
207 撮像画像再構成部
209 データ出力部
211 表示制御部
213 記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
マルチモードの光ファイバ素線が複数束ねられたものであり、前記光源光学系により一方の端部に入射した前記励起光を前記被撮像体へと伝送するとともに、前記被撮像体で発生した前記蛍光によって他方の端部へと結像している前記被撮像体の像を、前記一方の端部へと伝送するイメージガイドファイバと、
前記イメージガイドファイバの前記一方の端部へと伝送された前記被撮像体の像を前記複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査して、それぞれの前記光ファイバ素線に該当する光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像し、前記被撮像体の画像データを複数生成する撮像光学系と、
前記光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、複数の前記画像データの中で最大輝度となる画素値を、当該画素の代表画素値として選択する選択部と、
を備える、画像取得装置。 A light source optical system that guides excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons to the imaging target;
A plurality of multimode optical fiber strands are bundled, and the excitation light incident on one end by the light source optical system is transmitted to the imaging target, and the generated in the imaging target An image guide fiber that transmits an image of the imaging target imaged to the other end by fluorescence to the one end;
Scanning the image of the imaged object transmitted to the one end of the image guide fiber at a scanning pitch narrower than the size of the core of the plurality of optical fiber strands, the respective optical fiber strands An imaging optical system that captures at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to the above and includes a plurality of images, and generates a plurality of image data of the imaging target,
For each of the plurality of pixels constituting the optical fiber corresponding region, a selection unit that selects a pixel value that has the maximum luminance among the plurality of image data as a representative pixel value of the pixel;
An image acquisition device comprising:
マルチモードの光ファイバ素線が複数束ねられたイメージガイドファイバにより、当該イメージガイドファイバの一方の端部に入射した前記励起光を前記被撮像体へと伝送するとともに、前記被撮像体で発生した前記蛍光によって他方の端部へと結像している前記被撮像体の像を、前記一方の端部へと伝送することと、
前記イメージガイドファイバの前記一方の端部へと伝送された前記被撮像体の像を前記複数の光ファイバ素線のコアの大きさよりも狭い走査ピッチで走査して、それぞれの前記光ファイバ素線に該当する光ファイバ素線該当領域の少なくとも一部が複数の画像に含有されるように撮像し、前記被撮像体の画像データを複数生成することと、
前記光ファイバ素線該当領域を構成する複数の画素のそれぞれについて、複数の前記画像データの中で最大輝度となる画素値を、当該画素の代表画素値として選択することと、
を含む、画像取得方法。 Guiding excitation light for generating fluorescence by exciting the imaging target with two or more photons to the imaging target;
The excitation light incident on one end of the image guide fiber is transmitted to the image pickup object by the image guide fiber in which a plurality of multimode optical fiber strands are bundled, and is generated in the image pickup object. Transmitting the image of the imaging target imaged to the other end by the fluorescence to the one end;
Scanning the image of the imaged object transmitted to the one end of the image guide fiber at a scanning pitch narrower than the size of the core of the plurality of optical fiber strands, the respective optical fiber strands Imaging so that at least a part of the corresponding region of the optical fiber corresponding to 1 is included in a plurality of images, and generating a plurality of image data of the imaged object,
For each of a plurality of pixels constituting the region corresponding to the optical fiber, selecting a pixel value having the maximum luminance among the plurality of image data as a representative pixel value of the pixel;
Including an image acquisition method.
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| JP2008517291A (en) * | 2004-10-22 | 2008-05-22 | マウナ ケア テクノロジーズ | Fiber-type multi-photon microscope imaging apparatus and method for specimen |
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