JP2000206009A - 微細物体の自動探索装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細物体の探索条件を容易に再現性よく設定
でき、探索作業の信頼性と効率を向上させることができ
る微細物体の自動探索装置を提供すること。 【解決手段】 試料中の微細物体の画像データに基づい
て、探索条件に合致した探索目的の微細物体を特定する
微細物体の自動探索装置において、試料中の微細物体を
カメラ１８で撮像した画像データに基づいて微細物体を
探索する探索処理部５１と、探索条件を設定する探索条
件設定部５３と、探索条件を記憶する探索条件記憶部５
４と、撮像された画像や探索条件に関するデータを表示
するモニタ４９とを備え、探索条件を過去に使用され記
憶された探索条件に基づいて、モニタ４９の画面上で設
定・編集するようにした。これにより、微細物体の探索
条件を再現性よく設定して探索結果の信頼性と探索作業
の効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生化学分野等にお
いて試料溶液中の微生物や動植物細胞などの微細物体を
自動的に探索する微細物体の自動探索装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】生化学分野等における各種操作のプロセ
スでは、試料中に存在する多数の微生物または動植物細
胞等の微細物体の中から、特定の微細物体を探索・識別
する操作が行われる。従来は熟練した専門家が、顕微鏡
視野内にて微細物体を観察・識別するという手作業的な
方法によって探索が行われていた。この探索時には、識
別の基準となる探索条件が用いられるが、従来の探索操
作においてはこの探索条件は必ずしも明確でなく、専門
家の記憶に依存するかまたはサンプル写真を参照するな
ど、いわばあいまいな形の探索条件が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、探索条件が明確な形で設定されないことに
起因して、同一対象について探索を繰り返して行う場合
においても設定条件の再現性に欠け、探索結果の信頼性
が低いとともに、探索作業の効率もきわめて悪いもので
あった。

【０００４】そこで本発明は、微細物体の探索条件を容
易に再現性よく設定することができ、探索作業の信頼性
と効率を向上させることができる微細物体の自動探索装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の微細物体
の自動探索装置は、試料中の微細物体を撮像して得られ
た画像データに基づいて、予め設定された探索条件に合
致した探索目的の微細物体を特定する微細物体の自動探
索装置であって、試料中の微細物体を撮像する撮像手段
と、撮像で得られた画像データに基づいて微細物体を探
索する探索処理部と、前記探索条件を設定する探索条件
設定部と、探索条件を記憶する探索条件記憶部と、撮像
された画像や探索条件に関するデータを表示する表示手
段とを備えた。

【０００６】請求項２記載の微細物体の自動探索装置
は、請求項１記載の微細物体の自動探索装置であって、
前記探索条件を前記表示手段の画面上で編集する探索条
件編集処理部を備えた。 本発明によれば、試料中の微
細物体を撮像して得られた画像データに基づいて微細物
体を探索する探索処理部と、探索条件を設定する探索条
件設定部とを備えることにより、微細物体の探索条件を
再現性よく設定して探索結果の信頼性と探索作業の効率
を向上させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の微細
物体の自動探索装置の斜視図、図２は同微細物体の自動
探索装置の側面図、図３は同微細物体の自動探索装置の
構成を示すブロック図、図４は同微細物体の自動探索装
置の処理機能を示す機能ブロック図、図５、図６、図
７、図８は同微細物体の自動探索装置の表示画面を示す
図、図９、図１０は同微細物体の自動採取のフロー図で
ある。

【０００８】まず図１、図２を参照して微細物体の自動
探索装置が組み込まれた自動採取装置の構造について説
明する。図１において微細物体の自動採取装置は、基台
１上に設けられた本体部２および制御用のパソコン３か
ら構成されている。本体部２はカバーケース２ａ内に以
下に説明する各部を配置して構成されている。

【０００９】カバーケース２ａの内部には基台５が配設
されている。基台５の端部にはサイドフレーム５ａが立
設されており、サイドフレーム５ａの上部には上部フレ
ーム５ｂが固着されている。サイドフレーム５ａの側面
には、第１のＸＹテーブル６が配設されており、第１の
ＸＹテーブル６には透光性を有する試料テーブル７が装
着されている。試料テーブル７は、微生物や動植物細胞
などの微細物体を含んだ液状試料を入れた透光性を有す
る試料容器８を支持している。

【００１０】上部フレーム５ｂには透過照明９（第１の
照明部）が配設されており、透過照明９は、ミラー１４
で反射された照明光を試料容器８上に照射する。試料容
器８の下方の基台５の底部には対物レンズ１９とカメラ
１８が配設されている。カメラ１８は対物レンズ１９を
通して試料容器８内の微細物体を撮像する。また基台５
の側部には蛍光照明１０（第２の照明部）が配設されて
おり、蛍光照明１０はハーフミラー１５を介して試料容
器８の下方から照明光を照射する。カメラ１８は、透過
照明９または蛍光照明１０によって照明された試料容器
８を撮像する。

【００１１】基台５の側部には、赤外線レーザ光源１１
（第１のレーザ装置）および紫外線レーザ光源１２（第
２のレーザ装置）が配設されている。赤外線レーザ光源
１１から照射された赤外線レーザ光は走査光学系１３を
経てハーフミラー１７によって上方に反射され、対物レ
ンズ１９で集光されて試料容器８に下方から入射する。
走査光学系１３を駆動することにより、赤外線レーザ光
の照射位置は試料容器８中で水平方向に移動する。した
がって、走査光学系１３はレーザ光移動手段となってい
る。なお、走査光学系１３を用いる代わりに、第１のＸ
Ｙテーブル６を駆動することにより、赤外線レーザ光を
試料容器８に対して水平方向に相対的に移動させるよう
にしても良い。この場合には、第１のＸＹテーブル６が
レーザ光移動手段となる。

【００１２】試料容器８の試料液体中の微細物体に赤外
線レーザ光を照射することにより、微細物体は赤外線レ
ーザ光の光圧によりトラップされ、捕捉される。走査光
学系１３によって（または第１のＸＹテーブルを駆動す
ることにより）赤外線レーザ光を走査させることによ
り、試料容器８内の捕捉対象の微細物体に対物レンズ１
９によって集光された赤外線レーザ光を照射してこれを
トラップし、非接触にて任意の位置に移動させることが
できる。赤外線レーザ光源１１および対物レンズ１９
は、微細物体をレーザ光によってトラップするいわゆる
レーザピンセットであり、微細物体を捕捉する捕捉手段
となっている。

【００１３】紫外線レーザ光源１２から照射された紫外
線レーザ光はハーフミラー１６によって反射され、対物
レンズ１９で集光されながら試料容器８に下方から入射
する。この紫外線レーザ光は試料中の微細物体を局部的
に破壊する加工用途に適しており、紫外線レーザ光を加
工対象の微細物体に照射することにより微細物体の切断
などの加工を行うことができる。紫外線レーザ光源１２
は加工手段となっている。

【００１４】試料容器８の上方には、試料供給ピペット
２１が導設されており、試料供給ピペット２１はＸＹＺ
テーブル２２によって移動可能となっている。試料供給
ピペット２１は、分注機構２５に接続されており、分注
機構２５には配管２６，２７，２８を介して試料タンク
２９、洗浄用の希釈液タンク３０、廃液タンク３１が接
続されている。分注機構２５の吸入・吐出機構を用いる
ことにより、試料タンク２９および希釈液タンク３０か
ら吸入した試料、希釈液を、試料供給ピペット２１の先
端から選択的に試料容器８に吐出する。試験後に試料容
器８に残存する余分の試料や洗浄に用いられた後の希釈
液は、分注機構２５により吸引されて廃液タンク３１に
回収される。

【００１５】試料容器８の近傍には、ＸＹＺテーブル２
４によって移動可能な採取用のマイクロピペット２３
が、先端の吸入口を試料容器８の液体中に浸入させる姿
勢で配設されている。マイクロピペット２３は分注機構
２５に接続されており、分注機構２５の吸入・吐出機能
を用いることにより、試料容器８中の試料に含まれマイ
クロピペット２３の吸入口近傍に位置する微細物体を吸
入・移送し、分注ノズル３６の先端部から吐出して容器
に採取することができる。したがって、マイクロピペッ
ト２３、分注機構２５および分注ノズル３６は微細物体
を採取する採取手段となっている。

【００１６】分注機構２５の下方には、第２のＸＹテー
ブル３２が配設されている。第２のＸＹテーブル３２上
にはマイクロプレート支持部であるプレートホルダ３３
が装着されており、プレートホルダ３３の上面には、複
数の微細物体の容器であるウェル３５を備えたマイクロ
プレート３４が載置されている。第２のＸＹテーブル３
２を駆動して、分注ノズル３６の直下に位置するマイク
ロプレート３４を水平移動させることにより、任意のウ
ェル３５に分注ノズル３６から吐出される微細物体を収
容することができる。

【００１７】次に図３を参照して、微細物体の操作装置
の制御系の構成を説明する。カメラ１８、第１の照明部
９および第２の照明部１０は、ＣＰＵ４３の指示に従っ
て試料容器８内の微細物体を撮像する。

【００１８】分注コントローラ４１は、分注機構２５の
動作を制御する。走査光学系コントローラ４２は走査光
学系１３を制御することにより、トラップ用の赤外線レ
ーザ光を試料容器８内で移動させる。ＣＰＵ４３は制御
手段であり、記憶手段であるＲＡＭ４４、ＲＯＭ４５、
ファイル装置４６に格納されたプログラムやデータに基
づいて各種の処理や演算を実行する。ＲＡＭ４４はＣＰ
Ｕ４３の処理演算時にデータを一時的に格納するための
メモリである。ＲＯＭ４５は、各種の処理や動作に必要
なプログラムを記憶する。

【００１９】ファイル装置４６は、プログラムや各種の
データ、例えばカメラ１８で撮像された微細物体の画像
や、これらの微細物体の分類結果などを格納する。記憶
媒体ドライブ装置４７は、必要なプログラムやデータの
外部記憶媒体への書き込み・読み取りを行う。外部記憶
媒体４８はフロッピーディスクなどの記憶媒体であり、
データ保管用として用いられる。表示モニタ４９は表示
装置であり、操作・入力時の画面表示や、撮像された微
細物体の画像を表示する。

【００２０】入力部５０はキーボードやマウスなどのポ
インティングデバイスであり、操作コマンドやデータの
入力を行うほか、表示モニタ４９に表示された微細物体
の中から採取対象を作業者の操作により指示するととも
に、この微細物体が収容されるマイクロプレートのウェ
ルを同じく作業者の操作により画面上で指示する。すな
わち、入力部５０は指示手段となっている。なお指示手
段としては、この他にタッチパネル、ジョイスティック
等を用いることができる。

【００２１】次に図４を参照して微細物体の自動探索装
置の処理機能について説明する。図４において、表示処
理部５２、探索処理部５１、探索条件設定部５３、探索
条件編集処理部５５、捕捉動作処理部５６、採取動作処
理部５７は、ＣＰＵ４３によって実行される処理機能で
ある。以下、上記処理機能の内容について説明する。

【００２２】探索処理部５１は、カメラ１８によって撮
像された画像データを画像処理して得られた視野内の各
微細物体の情報に基づき、目的とする微細物体を特定す
る探索処理を行う。探索条件設定部５３は探索処理に用
いられる探索条件を設定する。ここで探索条件とは、目
的とする微細物体を特定する基準となる条件であり、基
準画像として記憶された画像との一致度に基づくもの、
寸法・形状・色彩に基づくもの、さらには視野内での微
細物体の移動速度や軌跡などの運動パターンに基づいて
設定される条件など、画像情報に基づいて設定可能な各
種の探索条件が設定する。探索条件の設定は、入力部５
０から直接入力する方法や、下記に説明する探索条件記
憶部５４に記憶された探索条件を読み出す方法などによ
って行われる。

【００２３】探索条件記憶部５４は、既に過去において
用いられた探索条件や、探索条件編集処理部５５によっ
て新たに編集された探索条件、入力部５０から入力され
た探索条件を記憶する。これらのデータは、ＲＡＭ４
４、ＲＯＭ４５、ファイル装置４６によって記憶され
る。探索条件編集処理部５５は探索条件編集手段であ
り、目的とする微細物体を特定する探索条件を編集す
る。この編集は、探索条件を構成する要素項目、すなわ
ち画像、色、形状、運動などの個別の条件を組み合わせ
ることにより行われる。

【００２４】捕捉動作処理部５６は、探索処理によって
目的の微細物体として特定された微細物体に、第１のレ
ーザ装置１１の赤外線レーザ光を照射することにより光
学的にトラップする捕捉動作を行う。この捕捉動作は、
走査光学系１３、第１のレーザ装置１１、第２のレーザ
装置１２、第２のＸＹテーブル６を制御することによっ
て行われる。

【００２５】採取動作処理部５７は上記処理によって捕
捉された微細物体を試料容器８からマイクロピペット２
３を用いて採取し、採取された微細物体をマイクロプレ
ート３４に分注する処理を行う。この採取動作は、第２
のＸＹテーブル２４および分注コントローラ４２を制御
することによって行われる。

【００２６】前記探索条件設定処理や探索条件編集処理
は、表示処理部５２によって表示モニタ４９に表示され
る画面上で行われるようになっている。以下この画面上
での処理操作について図５、図６、図７を参照して説明
する。図５に示す表示画面６０は、自動採取装置の起動
時に表示モニタ４９に表示されるメインメニューを示す
ものである。表示画面６０内には、選択ボタン６１，６
２，６３，６４が表示され、各選択ボタンを操作するこ
とにより、それぞれ自動運転、マニュアル操作、探索条
件編集／設定およびファイル管理の選択を行うことがで
きる。

【００２７】選択ボタン６１により自動運転を選択する
と、容器内の試料から目的とする微細物体を自動的に探
索・捕捉・採取するモードが選択される。選択ボタン６
２によりマニュアル操作を選択すると、前記各操作を表
示モニタ４９に表示される微細物体の画像を観察しなが
らマニュアルにて行うモードが選択される。選択ボタン
６３により探索条件編集／設定を選択すると、表示画面
が図６、図７に示す編集設定画面に切り換わり、探索条
件の編集や設定を行うことができる。選択ボタン６４に
よりファイル管理を選択すると、探索条件として記憶さ
れている内容の確認や削除、再入力などのファイル管理
作業を行うことができる。

【００２８】次に図６を参照して探索条件設定処理につ
いて説明する。図６において表示画面６０は、探索条件
設定／編集画面に切り換わっており、表示枠６５には既
に登録され探索条件記憶部５４に記憶された探索条件が
表示される。表示枠６５の表示欄６５ａ，６５ｂ，６５
ｃ，６５ｄには、それぞれ当該探索処理において探索条
件として設定されているか否かを示す設定マーク、探索
条件に付される条件番号、探索対象の微細物体名を表わ
す条件名称および探索条件を構成する要素として用いら
れている項目を示す適用項目がそれぞれ表示される。

【００２９】操作ボタン６６を操作すると、記憶された
探索条件を順次読み出して新たなページとして表示さ
せ、また既に表示されたページを再び表示させる。そし
て当該探索処理において探索条件として用いるべき探索
条件を見出したならば、表示欄６５ａに設定マークを入
力する。これによりその探索条件は当該探索処理時の探
索条件として設定され、表示欄６４に設定件数としてカ
ウントされる。

【００３０】また、既に登録され記憶されている探索条
件の他に新たな探索条件を登録する場合には、操作ボタ
ン６８を操作して新規登録を選択する。これにより、表
示画面上での新規登録が可能となる。操作ボタン６９を
操作すると、メインメニュー画面（図５）に戻る。そし
て操作ボタン６７を選択することにより、図７に示す探
索条件編集画面が表示される。

【００３１】この探索条件編集処理は、過去に登録され
た探索条件を構成する要素としての要素項目を組み合わ
せて、または更に新たな要素項目を付加して新たな探索
条件として編集するものである。図７は、図６に示す条
件番号ＮＯ．００１の探索条件を編集した際の画面を例
示している。編集に際しては、まず入力枠７０，７２に
それぞれ条件番号および条件名称を入力する。次に適用
項目欄７３〜７７に示す色、形状、寸法、運動、画像の
中から、探索条件を構成する要素として採用する項目を
選択し、それぞれの欄に入力する。各適用項目欄には参
照表示を選択する操作ボタンが設けられており（色入力
欄７３の操作ボタン７３ａ参照）、参照表示を選択する
ことにより、既に登録された要素条件の具体例が表示さ
れる。参照表示中に採用すべき該当する要素項目がある
場合には、当該表示をクリックすることにより、新たな
探索条件編集用の要素項目として入力される。

【００３２】コメント欄７８には、当該探索条件に関す
る付記事項などを適宜入力する。図７に示す例では、適
用項目のうち、色、寸法、画像のみが設定され、形状、
運動については未設定であり、図６に示す条件番号００
１と符合している。組合せ条件欄７９には、独立した探
索条件として登録されている複数の探索条件を組み合わ
せて新たな探索条件を編集する場合に、該当する条件番
号を入力する。例えば図６に示す条件番号００４は、既
に登録された条件番号０１２および００８の論理積とし
て構成されるものである。

【００３３】このようにして、新たな探索条件が編集さ
れ、この探索条件を登録する場合には操作ボタン８０を
操作して登録を選択する。これにより当該探索条件が登
録されるとともに入力枠７１には登録日が自動入力され
る。そして操作ボタン８１を選択することにより、図６
に示す表示画面に戻る。

【００３４】なお、図７に示す探索条件編集画面を用い
て新たな探索条件を編集する際に、既登録条件を部分的
に変更することにより、新たな探索条件とすることもで
きる。すなわち、新たに設定しようとする探索条件の類
似探索条件に該当する探索条件編集画面を表示させ、変
更項目や追加項目のみを入力し、その後新しい条件番号
を入力することにより、独立した新たな探索条件が登録
される。

【００３５】以上説明したように、探索処理に際して既
に探索条件として使用され登録された条件に基づいて探
索条件を設定することにより、反復して行われる探索操
作時の探索条件の再現性を確保することができるととも
に、複雑な探索条件の編集・設定作業を効率よく行うこ
とができる。

【００３６】次に、この微細物体の自動探索装置によっ
て行われる自動探索および探索された微細物体の採取操
作について図８および図９、図１０を参照して説明す
る。この自動採取処理は、図６に示すメインメニュー画
面上で自動運転を選択することによりスタートする。こ
れにより、表示モニタ４９には図８に示す画面が表示さ
れる。

【００３７】図８において、表示画面６０には、撮像さ
れた微細物体９０の画像を表示する画像枠８５、画像枠
８５内で自動探索される微細物体に関するデータの表示
欄８６および探索され採取された微細物体が収容される
マイクロプレート８７およびウェル８７ａを示す画像が
表示される。表示欄８６には、物体名称欄９６ａ、色、
大きさ、運動の特徴データをそれぞれ示す適用項目欄８
６ｂ，８６ｃ，８６ｄおよび当該微細物体が採取後に収
容されるウェル番号を示す収容先欄８６ｅが設けられて
いる。選択ボタン８８を操作すると探索操作を一時停止
することができ、選択ボタン８９を選択することにより
探索操作を中断することができる。

【００３８】以下、図９、図１０のフローに沿って説明
する。図２において、まず分注機構２５によって希釈液
タンク３０から希釈液を吸入し、試料供給ピペット２１
から吐出させて試料テーブル７上の試料容器８を洗浄す
る（ＳＴ１）。次いで、分注機構２５によって試料タン
ク２９から微細物体を含んだ試料を吸入し、試料供給ピ
ペット２１から吐出させて試料容器８中に供給する（Ｓ
Ｔ２）。

【００３９】この後、カメラ１８により試料容器８中の
液体を含んだ試料を撮像し（ＳＴ３）、得られた画像の
中から探索条件に合致した微細物体のを画像処理により
検出する探索処理を行う（ＳＴ４）。すなわち、試料の
中から目的とする微細物体が図８に示すように色、大き
さ、運動の特徴データおよび画像に基づいて特定され
る。ここで、探索対象とされた試料中に目的の微細物体
を全く発見しないならば、最初のＳＴ１に戻り、新たな
試料について同様の処理を繰り返す。

【００４０】また目的とする微細物体が発見された場合
には（ＳＴ５）、赤外線レーザ光線を微細物体に対して
照射することにより、識別された目的の微細物体をレー
ザピンセットによって光圧でトラップして捕捉し、マイ
クロピペット２３の採取位置まで移送する（ＳＴ６）。
次に目的の微細物体を収容する所定のウェル、この例
ではウェル番号２−１が分注ノズル３６の直下に位置す
るよう、第２のＸＹテーブル３２を駆動してマイクロプ
レート３４を位置決めする（ＳＴ７）。次いでＸＹＺテ
ーブル２４を駆動してマイクロピペット２３の先端を採
取位置へ移動し（ＳＴ８）、分注機構２５を駆動して、
捕捉された目的の微細物体をマイクロピペット２３で吸
引して採取し、所定のウェル３５（ウェル番号２−１）
内に吐出して収容する（ＳＴ９）。

【００４１】この後、必要な数の微細物体を採取したか
否かが判断され（ＳＴ１０）、未採取であればＳＴ３に
戻って以降のステップを繰り返し、また既に必要数の微
細物体が採取済みであれば、試料テーブル７を再び洗浄
して（ＳＴ１１）、採取処理を終了する。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、試料中の微細物体を撮
像して得られた画像データに基づいて微細物体を探索す
る探索処理部と、探索条件を設定する探索条件設定部と
を備えたので、過去に用いられ登録された探索条件に基
づいて微細物体の探索条件を再現性よく設定することが
でき、探索結果の信頼性と探索条件設定作業の効率を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の斜視図

【図２】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の側面図

【図３】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の構成を示すブロック図

【図４】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の処理機能を示す機能ブロック図

【図５】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の表示画面を示す図

【図６】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の表示画面を示す図

【図７】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の表示画面を示す図

【図８】本発明の一実施の形態の微細物体の自動探索装
置の表示画面を示す図

【図９】本発明の一実施の形態の微細物体の自動採取の
フロー図

【図１０】本発明の一実施の形態の微細物体の自動採取
のフロー図

【符号の説明】

８ 試料容器 １８ カメラ ４９ 表示モニタ ５０ 入力部 ５１ 探索処理部 ５２ 表示処理部 ５３ 探索条件設定部 ５４ 探索条件記憶部 ５５ 探索条件編集処理部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料中の微細物体を撮像して得られた画像
   データに基づいて、予め設定された探索条件に合致した
   探索目的の微細物体を特定する微細物体の自動探索装置
   であって、試料中の微細物体を撮像する撮像手段と、撮
   像で得られた画像データに基づいて微細物体を探索する
   探索処理部と、前記探索条件を設定する探索条件設定部
   と、探索条件を記憶する探索条件記憶部と、撮像された
   画像や探索条件に関するデータを表示する表示手段とを
   備えたことを特徴とする微細物体の自動探索装置。
2. 【請求項２】前記探索条件を前記表示手段の画面上で編
   集する探索条件編集手段を備えたことを特徴とする請求
   項１記載の微細物体の自動探索装置。