JP2009511998A - 空間変調光学力顕微鏡検査を使用して細胞の変形能を検出するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
I(x,y;n)=|E0|2+|E1(x,y)|2
+|E0||E1(x,y)|cos[Δφ(x,y)+nπ/2]
ただしn=0、1、2、3 (式1)
によって与えられる。
Δφ(x,y)は、E0とピクセル位置(x、y)におけるE1(x、y)との間の位相差であって下記の数式、
tan(Δφ(x,y))=[I(3)−I(1)]/[I(0)−I(2)]
(式2)
によって与えられる。
Eフィールドの位相分布φ(x、y)は下記の数式、
φ(x,y)=tan-1{β(x,y)sin[Δφ(x,y)]/(1+β(x,y)cos[Δφ(x,y)])}
(式3)
および、
β(x,y)=|E1(x,y)|/|E0|
=Y[I(x,y;0)]−I(x,y;2)+I(x,y;3)−I(x,y;1)]/[sin[Δφ(x,y)]+cos[Δφ(x,y)]]
(式4)
によって与えられる。
ここで、Y=1/4|E0|2である。
Claims (64)
- 物体の広視野照明を与える低コヒーレンス光源と、
前記物体の各々の位相偏移バージョンを画像形成する空間変調光学力顕微鏡検査機構と、を備える、複数の物体の変形を検出するための装置であって、
前記空間変調光学力顕微鏡検査機構は前記物体の各々の光路長の差を検出し、
前記光路長の差は前記物体の変形を示す、前記複数の物体の変形を検出するための装置。 - 前記物体に光学的に生成された力を印加するレーザを含むホログラフィック光学トラッピング機構を更に備える、請求項1に記載の装置。
- 前記物体は付着細胞である、請求項1に記載の装置。
- 前記物体を照明するランプと、
可視光帯域が前記物体を照明するための前記ランプから現れることを可能にする第1の帯域フィルタと、
前記ランプによって照明された前記物体を観察する画像形成機構と、を更に備える、請求項1に記載の装置。 - 前記空間変調光学力顕微鏡検査手段は、
少なくとも1つの空間光変調器と、
対物レンズと、
顕微鏡とを備える、請求項2に記載の装置。 - 前記細胞は非晶質フッ素重合体で被覆されたカバーガラス上で成長する、請求項3に記載の装置。
- 前記カバーガラスはタンパク質で被覆される、請求項6に記載の装置。
- 前記低コヒーレンス光源は超光発光ダイオードである、請求項1に記載の装置。
- 前記低コヒーレンス光源はレーザである、請求項1に記載の装置。
- 前記レーザから発生した光ビームは前記対物レンズの後方開口に焦点合わせされる、請求項5に記載の装置。
- 前記レーザのパワーの大きさと前記物体に印加される光学力とを制御する、前記レーザの出力開口に配置されるコンピュータ制御レーザ減衰器を更に備える、請求項10に記載の装置。
- 前記ホログラフィック光学トラッピング装置は力を前記物体に与えるために前記物体にビームレットを印加するように前記レーザからの波面を修正する、請求項11に記載の装置。
- 前記ビームレットは回折光学素子によって形作られる、請求項12に記載の装置。
- 前記ビームレットは圧力を物体に同時に印加する光学力探査子として働く、請求項12に記載の装置。
- 前記低コヒーレンス光源からの透過光は前記空間光変調器によって、前記物体の未修正画像と前記物体の前記画像の位相偏移バージョンの重ね合わせとして画像形成される、請求項5に記載の装置。
- 前記空間光変調器はプログラム可能位相変調器である、請求項15に記載の装置。
- 第2の画像形成機構と、
前記低コヒーレンス光源からの光だけが前記第2の画像形成機構上に画像形成されることを可能にする第2の帯域フィルタと、を更に備える、請求項4に記載の装置。 - 前記空間光変調器と前記第2の画像形成機構と前記ホログラフィック光学トラッピング機構と前記コンピュータ制御レーザ減衰器とを統合するコンピュータ制御インタフェースを更に備える、請求項11に記載の装置。
- 前記空間光変調顕微鏡検査機構は前記ホログラフィック光学トラッピング機構によって印加された光学力の結果としての前記光路長の前記差を定量的に測定する、請求項18に記載の装置。
- 前記未修正画像のDC成分の位相は4回の位相偏移を介して進められ、前記結果として得られた4個の位相偏移画像は前記DCと前記位相偏移画像の空間的に変化するフィールドとの干渉を記憶する、請求項15に記載の装置。
- 前記位相偏移の各々はこのピクセル位置で光が受ける光路長変化と同等である、請求項20に記載の装置。
- 前記画像の焦点面に配置された補正レンズと、
前記画像を前記空間光変調器の表面上に変換するフーリエレンズと、を更に備える、請求項15に記載の装置。 - 前記空間光変調器は各ピクセルに関して少なくとも8ビットの解像度で0から2πの間で独立の位相制御を有する個別にアドレス可能な2次元液晶アレイである、請求項5に記載の装置。
- 偏光子を更に備え、
前記液晶アレイへの入射光は前記液晶アレイの分子軸の方向に整合するように偏光させられる、請求項23に記載の装置。 - ビームスプリッタを更に備え、
前記空間光変調器から反射された位相変調画像は前記ビームスプリッタからの反射によって前記第2の画像形成機構上に画像形成される、請求項24に記載の装置。 - 前記光学的変形能の測定は前記物体の歪みを測定することを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記歪みはL’−L/Lとして定義され、ここで、Lは、光学力が存在しないときの前記物体の各々の前記光路長の測定値であり、L’は光学力が印加された後の前記物体の各々の前記光路長の測定値である、請求項26に記載の装置。
- 光学的変形能の前記測定値は前記物体の粘弾性または弾性の変化が病気または損傷の確認を与えるかどうかを決定するために他の以前に測定された物体の光学的変形能と比較される、請求項26に記載の装置。
- 前記物体の前記光学的変形能は測定されて、細胞骨格的/構造的タンパク質発現の測定値と相関付けられる、請求項28に記載の装置。
- 前記タンパク質はビメンチンである、請求項29に記載の装置。
- 低コヒーレンス光源を使用して基板上の物体を照明することと、
空間変調光学力顕微鏡検査機構上に前記物体の各々の位相偏移バージョンを画像形成することと、
前記物体の各々の光路長の差を決定することと、
前記物体の光学的変形能を決定するために前記差を他の物体の光路長と比較することとを備える、複数の物体における測定値を検出する方法。 - ホログラフィック光学トラッピング機構を使用して前記物体に光学的に生成された力を印加することを更に備える、請求項31に記載の方法。
- 前記物体は付着細胞である、請求項31に記載の方法。
- 前記照明するステップは、
第1の帯域フィルタを使用して可視光帯域が前記物体を照明することを可能にすることと、
画像形成機構によって前記照明された物体を観察することとを備える、請求項31に記載の方法。 - 前記物体は非晶質フッ素重合体で被覆されたカバーガラス上で成長する、請求項33に記載の方法。
- 前記カバーガラスはタンパク質で被覆される、請求項35に記載の方法。
- 前記照明は低コヒーレンス光源によって与えられる、請求項34に記載の方法。
- 前記低コヒーレンス光源は超光発光ダイオードである、請求項31に記載の方法。
- 前記低コヒーレンス光源はレーザである、請求項31に記載の方法。
- 前記レーザから発生した光ビームを対物レンズの後方開口に焦点合わせすることを更に備える、請求項32に記載の方法。
- 前記レーザのパワーの大きさと前記物体に印加される光学力とを、前記レーザの出力開口に配置されたコンピュータ制御レーザ減衰器によって制御することを更に備える、請求項40に記載の方法。
- 前記物体にビームレットを印加して光学力を前記物体に印加するために前記ホログラフィック光学トラッピング装置を使用して前記レーザからの波面を修正することを更に備える、請求項41に記載の方法。
- 前記ビームレットは回折光学素子によって形作られる、請求項42に記載の方法。
- 光学力探査子として前記ビームレットを使用することによって圧力を前記物体に同時に印加することを更に備える、請求項42に記載の方法。
- 空間光変調器を使用して、前記物体の未修正画像と前記物体の前記画像の位相偏移バージョンの重ね合わせとして前記低コヒーレンス光源からの透過光を画像形成することを更に備える、請求項44に記載の方法。
- 前記空間光変調器はプログラム可能位相変調器である、請求項45に記載の方法。
- 第2の帯域フィルタを使用して第2の画像形成機構上に前記低コヒーレンス光源からの光を画像形成することを更に備える、請求項45に記載の方法。
- コンピュータ制御インタフェースを使用して、前記空間光変調器と前記第2の画像形成機構と前記ホログラフィック光学トラッピング機構と前記コンピュータ制御レーザ減衰器とを統合することを更に備える、請求項47に記載の方法。
- 前記ホログラフィック光学トラッピング機構によって印加された光学力の結果としての前記光路長の前記差を定量的に測定することを更に備える、請求項45に記載の方法。
- 前記未修正画像のDC成分の位相の4回の位相偏移を進めることを更に備え、前記結果として得られた4個の位相偏移画像は前記DCと前記位相偏移画像の空間的に変化するフィールドとの干渉を記憶する、請求項45に記載の方法。
- 前記画像を前記空間光変調器の表面上にフーリエ変換することを更に備える、請求項50に記載の方法。
- 前記空間光変調器は各ピクセルに関して少なくとも8ビットの解像度で0から2πの間で独立の位相制御を有する個別にアドレス可能な2次元液晶アレイである、請求項51に記載の方法。
- 前記液晶アレイの分子軸の方向に整合するように前記液晶アレイへの入射光を偏光させることを更に備える、請求項52に記載の方法。
- 前記空間光変調器から反射された位相変調画像をビームスプリッタからの反射によって前記第2の画像形成機構上に画像形成することを更に備える、請求項53に記載の方法。
- 前記光学的変形能を決定するために前記物体の歪みを測定することを更に備える、請求項31に記載の方法。
- 前記歪みはL’−L/Lとして定義され、ここで、Lは、光学力が存在しないときの前記物体の前記光路長の測定値であり、L’は光学力が印加された後の前記物体の前記光路長の測定値である、請求項55に記載の方法。
- 前記物体の粘弾性または弾性が病気または損傷の確認を与えるかどうかを決定するために光学的変形能の前記測定値を他の物体の光学的変形能と比較することを更に備える、請求項56に記載の方法。
- 細胞骨格的/構造的タンパク質発現が病気または損傷の確認であるかどうかを決定するために前記物体の前記光学的変形能を測定して、前記細胞骨格的/構造的タンパク質発現の測定値と相関付けることを更に備える、請求項57に記載の方法。
- 前記タンパク質はビメンチンである、請求項58に記載の方法。
- 前記変形能を測定するために前記物体に印加される力は非光学的である、請求項1に記載の装置。
- 基板上に配置された複数の細胞と、
前記細胞に光学力を印加するホログラフィック光学トラッピング機構であって、光ビームを生成するレーザ光源と対物レンズと回折光学素子と含むホログラフィック光学トラッピング機構と、を備える、複数の細胞の変形を検出するための装置であって、
前記光ビームは前記回折光学素子によって変調されてビームレットを形成し、
前記ビームレットは圧力を前記細胞に同時に印加する光学力探査子として働き、
前記光学力の印加による前記細胞の各々の光路長の差は前記細胞の変形を示す、装置。 - 前記細胞は付着細胞である、請求項61に記載の装置。
- 前記細胞の前記光学的変形能は測定されて、細胞骨格的/構造的タンパク質発現の測定値に相関付けられる、請求項62に記載の装置。
- 前記物体は非付着細胞である、請求項61に記載の装置。
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