JP3861396B2

JP3861396B2 - 顕微鏡用画像取得装置

Info

Publication number: JP3861396B2
Application number: JP22098397A
Authority: JP
Inventors: 竜中村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2017-08-01
Also published as: JPH1155563A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は顕微鏡用画像取得装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像取得装置は、時間的に連続して複数の画像を取得する画像取得部と、画像取得部で取得した標本の画像を経時的に表示する表示装置と、画像を記録する記録装置とを備える。
【０００３】
従来、画像取得装置を用い、生体細胞（標本）に光を照射したときに生体細胞に起きる現象（経時的な変化）を画像として記録し、この記録した画像を再生して画像解析を行うことは一般的に行われている。
【０００４】
このとき、画像を確実に取得できるように、変化が起きている画像だけでなく、変化の前後の画像（コントロール画像）も記録されるのが一般的である。
【０００５】
ところで、この画像取得装置を例えば光走査型顕微鏡に用いた場合には、レーザ光の走査によって生体細胞や生体細胞内に予め注入されている蛍光色素の退色が進んでしまう。
【０００６】
そのため、従来は次のような２つの方法によって画像の記録が行われていた。
▲１▼コントロール画像を記録するタイミングと、変化が起きている画像を記録するタイミングとを、記録中の画像を観察しながら随時設定する。例えば、コントロール画像を１枚／秒の割合で記録し、変化が起きているときの画像をビデオレート（３０枚／秒）で記録すると設定しておき、記録中の画像を観察しながら、コントロール画像を記録するタイミングと変化が起きている画像を記録するタイミングとをマニュアルで切換える。
▲２▼変化が起きている画像を記録するタイミング、又はそのときの記録時間分解能（枚／秒）を予めプログラムしておく。例えば、画像の記録を、最初の１０秒間は１枚／秒、次の１０秒間はビデオレート（３０枚／秒）、更に次の１０秒間は１枚／秒、というようにプログラムによって予め記録タイミングや記録時間分解能を設定しておく。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、▲１▼の方法では、変化がゆっくりと起きる場合には、観察者が記録中の画像を観察しながら随時設定可能であるが、例えばビデオレート（３０枚／秒）より速く変化する場合（例えば、細胞内のある特定のカルシウムの変化等）に、たとえ変化が大きくても、人間の動態視力では変化をとらえることができないことが多く、画像取得中の記録タイミングの切換えは事実上不可能となる。
【０００８】
▲２▼の方法では、次に起きる変化が予想できる場合には非常に有効であるが、生体細胞を観察対象とする場合のように、細胞が何時、どのように変化するのかを予想することが難しい場合には採用できない。
【０００９】
また、いずれの方法にも、生体細胞や蛍光色素の退色を防止し、変化が起きている画像を確実に記録することは困難であるという問題があった。
【００１０】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は標本に対する光ダメージを最小限に抑えることができ、しかも変化が起きている画像を確実に記録することができる顕微鏡用画像取得装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明の顕微鏡用画像取得装置は、顕微鏡の照明手段からの照明光の光路中に配置され、前記照明光を標本に照射する状態と照射しない非照射の状態とにするためのシャッタと、前記シャッタを制御するシャッタ制御回路と、時系列的に複数の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段で取得した標本の画像を経時的に表示する表示手段と、前記画像を記録する記録手段とを備える顕微鏡用画像取得装置において、時間的に相前後して前記画像取得手段で取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔を決定する制御手段を備え、前記シャッタ制御回路は、前記制御手段で決定された画像数又は画像取得間隔に基づいて駆動されることを特徴とする。
【００１２】
制御手段が表示手段に時間的に相前後して画像取得手段で取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔が設定されるので、所定時間内に取得する画像数や画像取得間隔を自動的に設定することができ、標本に対する光ダメージを最小限に抑えることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明の顕微鏡用画像取得装置は、請求項１に記載の画像取得装置において、前記制御手段は前記画像間の輝度の変化量がないとき、前記画像取得間隔を変更することを特徴とする。
【００１４】
画像間の輝度の変化量がないとき、画像取得間隔を変更するので、適当な画像数や画像取得間隔で標本を記録できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１はこの発明に係る顕微鏡用画像取得装置を備えたレーザ走査型顕微鏡のブロック構成図である。
【００１７】
レーザ走査型顕微鏡は、レーザ光源１と、ダイクロイックミラー２と、ＸＹスキャナ３と、スキャナ制御回路（画像取得手段）４と、フォトマル（光電変換素子）５と、Ａ／Ｄ変換素子６と、画像処理回路７と、シャッタ１６と、シャッタ制御回路１７と、ＣＰＵ（制御手段）２１と、モニタ（表示手段）２２と、ハードディスク（記録手段）２３とを備える。
【００１８】
ダイクロイックミラー２は、レーザ光を反射し、試料８で励起された蛍光を透過させる。
【００１９】
ＸＹスキャナ３はステージ９に載置された試料８上でレーザ光を２次元的に走査させる。
【００２０】
スキャナ制御回路４は、ＣＰＵ２１の指令に基づいてＸＹスキャナ４の駆動を制御する。
【００２１】
フォトマル５は、試料８の蛍光を検出し、入力した光の強度を表す電気信号に変換する。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換素子６は光強度を表す電気信号をデジタル化し、例えば光強度を２５６段階に分割した値の一番近いレベルに割り当てる。
【００２３】
画像処理回路７はデジタル化された光強度を表す電気信号とＣＰＵ２１から出力される走査位置情報とに基づいて試料の画像信号を出力する。この画像処理回路７は、フレームメモリ、Ｄ／Ａ変換素子等の画像化するための回路を備える。
【００２４】
シャッタ１６はレーザ光の光路中に挿脱可能に配置され、シャッタ制御回路１７によって駆動される。
【００２５】
ＣＰＵ２１はモニタ２２に時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、シャッタ制御回路１７の駆動を制御する。
【００２６】
ハードディスク２３は、複数枚の磁気ディスクから構成され、取得された画像を記録する。
【００２７】
モニタ２２は、例えばＣＲＴであり、細胞等の標本８の取得された画像を表示する。
【００２８】
上記構成におけるレーザ光の光路を説明する。
【００２９】
レーザ光源１から射出され、集光レンズ１０を透過したレーザ光は、ダイクロイックミラー２で反射され、ＸＹスキャナ３へ導かれる。レーザ光はスキャナ制御回路４によって２次元走査され、対物レンズ１１によって試料８に集光される。
【００３０】
試料８で励起された蛍光は励起光と同じ光路を逆行し、ＸＹスキャナ３でデスキャニングされ、ダイクロイックミラー２を透過し、励起光と分離される。ダイクロイックミラー２を透過した蛍光のうち、集光レンズ１２によって集光された蛍光だけがフォトマル５に入射する。
【００３１】
図２（ａ）は画像の取得のタイミングを説明する図、図２（ｂ）は経時的な輝度変化がないときの差分信号の波形図、図２（ｃ）はＣＰＵの出力信号の波形図である。
【００３２】
なお、図２（ｂ）において、縦軸は輝度変化量を、横軸は時間を示し、図２（ｃ）において、縦軸は電圧を、横軸は時間を示している。
【００３３】
コントロール画像（＃１〜＃１０）はそれぞれモニタ２２に時系列的に表示されている（図２（ａ）参照）。
【００３４】
ＣＰＵ２１は隣り合う画像間の輝度の変化量Δに相当する差分信号２２ａを入力する。また、ＣＰＵ２１はスキャナ制御回路４に画像取得の時間間隔の変更を指示する取得間隔変更信号２１ａを出力するとともに、ハードディスク２３に前記時間間隔で取得された画像を記録する取得画像数変更信号２１ｂを出力し、サンプル画像（コントロール画像）を取得する。
【００３５】
ところで、コントロール画像（＃１〜＃１０）は、通常同じ輝度を有し、差分信号２２ａは図２（ｂ）に示すように０である。
【００３６】
このように画像間に輝度の変化がない（画像（＃１）と画像（＃２）との輝度の変化量Δが「０」）場合、ＣＰＵ２１は画像（＃２）を表示した後、サンプル画像を取得する時間間隔を、画像２枚おきになるように変更し、図２（ａ）に示す取得間隔変更信号２１ａに基づいて所定時間の間シャッタ１６を閉じるようにシャッタ制御回路１７を駆動する。
【００３７】
ビデオレートの場合、２／３０秒（画像２枚分）後、パルスの立ち上がりに同期して、シャッタ１６を開き、スキャナ制御回路４で標本８の走査を行い、画像（＃５）を取得し、画像（＃５）をハードディスク２３に記録するとともに、モニタ２２に表示する。
【００３８】
画像（＃２）と画像（＃５）との輝度の変化量Δが演算され、変化量Δが「０」であるので、シャッタ１６を閉じ、再び２／３０秒（画像２枚分）後、パルスの立ち上がりに同期して、シャッタ１６を開き、スキャナ制御回路４で標本８の走査を行い、画像（＃８）を取得し、画像（＃８）をハードディスク２３に記録するとともに、モニタ２２に表示する。
【００３９】
図３は変化が起きている画像を取得し、記録する方法を説明する図、図４（ａ）は輝度変化量が一定の場合の差分信号の波形図、図４（ｂ）はＣＰＵの出力信号の波形図、図４（ｃ）は輝度量が変化する場合の差分信号の波形図である。
【００４０】
画像（＃１１）〜画像（＃１００）を変化が起きている画像とする。
【００４１】
ＣＰＵ２１は隣り合う画像間の輝度の変化量である差分信号１２２ａを入力する。また、ＣＰＵ２１はスキャナ制御回路４に画像取得の時間間隔の変更を指示する取得間隔変更信号１２１ａを出力するとともに、ハードディスク２３に前記時間間隔で取得された画像だけを記録する取得画像数変更信号１２１ｂを出力する。
【００４２】
ＣＰＵ２１は隣り合う画像、例えば画像（＃１０）と画像（＃１１）との間の輝度の変化量Δである差分信号１２１ａを検出する（図３参照）。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、画像（＃１１）から画像（＃１００）までの変化量が一定の場合、ＣＰＵ２１は図４（ｂ）に示す取得間隔変更信号２１ａ及び取得画像数変更信号１２１ｂを出力する。
【００４４】
画像（＃１１）に対するパルスの立ち上がりに同期して、シャッタ１６を開き、スキャナ制御回路４で標本８の走査を行い、画像（＃１１）から画像（＃１００）までの画像を取得し、ハードディスク２３に記録するとともに、モニタ２２に表示する。
【００４５】
また、図４（ｃ）に示すように、輝度変化量Δが変化する場合、ＣＰＵ２１は輝度変化量Δを差分信号１２２ａとして検出し、前述の場合と同様に、画像（＃１１）から画像（＃１００）までの画像を取得し、ハードディスク２３に記録するとともに、モニタ２２に表示する。
【００４６】
図５（ａ）は変化が起きている画像を取得し、記録する他の方法を説明する図、図５（ｂ）は輝度変化量にしきい値を設定した場合の差分信号の波形図、図５（ｃ）はＣＰＵの出力信号の波形図である。
【００４７】
ＣＰＵ２１は隣り合う画像間の輝度の変化量Δである差分信号２２２ａを入力する。また、ＣＰＵ２１はスキャナ制御回路４に画像取得の時間間隔の変更を指示する取得間隔変更信号２２１ａを出力するとともに、ハードディスク２３に前記時間間隔で取得された画像だけを記録する取得画像数変更信号２２１ｂを出力する。
【００４８】
ＣＰＵ２１には隣り合う画像間の輝度の変化量Δに対して、図５（ｂ）に示すように所定のしきい値Ｔｈが設定されている。
【００４９】
画像の輝度量の変化量Δがしきい値以下の場合、ＣＰＵ２１は、図５（ａ）に示す取得間隔変更信号２２１ａ及び取得画像数変更信号２２１ｂを出力する。
【００５０】
その結果、パルスの立ち上がりに同期して、シャッタ１６を開き、スキャナ制御回路４で標本８の走査を行い、ハードディスク２３に画像（＃１３）をハードディスク２３に記録するとともに、モニタ２２に表示する。
【００５１】
同様に、画像（＃１６）〜画像（＃９５）及び画像（＃９７）以後がハードディスク２３に記録されるとともに、モニタ２２に表示される。
【００５２】
上記実施形態によれば、モニタ２２に表示される画像の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数や画像取得間隔を自動的に設定することができる。
【００５３】
その結果、ビデオレート以上の速い変化であっても確実に変化が起きている画像を記録でき、予想できない変化にも対応することができる。しかも、変化が起きている画像の前後のコントロール画像を標本８に対するダメージを最小限に抑えて取得することができる。
【００５４】
なお、上記実施形態においては、輝度の変化量Δを、ＣＰＵ２１を制御するパラメータとして用いたが、パラメータは輝度の変化量Δに限るものではなく、微分であってもよい。
【００５５】
また、モニタに表示される画像全体でなく、ある特定領域における輝度情報をパラメータとしてもよい。
【００５６】
更に、上記実施形態ではモニタ２２に表示された画像に基づいて輝度の変化量を検出し、演算したが、モニタ２２に表示する前に演算を行うようにしてもよい。この構成によれば、図２（ａ）の場合、モニタ２２には画像（＃１）の次に画像（＃８）が表示される。
【００５７】
また、画像に基づいて輝度の変化量を検出するのではなく、例えばフォトマル５とともにセンサを設け、このセンサの出力値に基づいて輝度の変化量を検出してもよい。
【００５８】
更に、記録手段としてハードディスクを用いたが、光ディスク等を用いるようにしてもよく、ステージ９を画像取得手段として用いてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上に説明したように請求項１に記載の発明の顕微鏡用画像取得装置によれば、画像取得手段で取得される画像の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数や画像取得間隔を自動的に設定することができるので、ビデオレート以上の速い変化であっても確実に変化が起きている画像を記録でき、予想できない変化にも対応することができ、しかも、変化が起きている画像の前後のコントロール画像を減少させて光の照射に起因する標本のダメージを最小限に抑えることができる。
【００６０】
請求項２記載の発明の顕微鏡用画像取得装置によれば、適当な画像数や画像取得間隔で標本を記録できる。変化が起きている画像の前後のコントロール画像を減少させて光の照射に起因する標本のダメージを最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明に係る顕微鏡用画像取得装置を備えたレーザ走査型顕微鏡のブロック構成図である。
【図２】図２（ａ）は画像の取得のタイミングを説明する図、図２（ｂ）は経時的な輝度変化がないときの差分信号の波形図、図２（ｃ）はＣＰＵの出力信号の波形図である。
【図３】図３は変化が起きている画像を取得し、記録する方法を説明する図である。
【図４】図４（ａ）は輝度変化量が一定の場合の差分信号の波形図、図４（ｂ）はＣＰＵの出力信号の波形図、図４（ｃ）は輝度量が変化する場合の差分信号の波形図である。
【図５】図５（ａ）は変化が起きている画像を取得し、記録する他の方法を説明する図、図５（ｂ）は輝度変化量にしきい値を設定した場合の差分信号の波形図、図５（ｃ）はＣＰＵの出力信号の波形図である。
【符号の説明】
１レーザ光源（照明手段）
４スキャナ制御回路（画像取得手段）
８標本
１６シャッタ
１７シャッタ制御回路
２１ＣＰＵ（制御手段）
２２モニタ（表示手段）
２３ハードディスク（記録手段）

Claims

顕微鏡の照明手段からの照明光の光路中に配置され、前記照明光を標本に照射する状態と照射しない非照射の状態とにするためのシャッタと、
前記シャッタを制御するシャッタ制御回路と、
時系列的に複数の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で取得した標本の画像を経時的に表示する表示手段と、
前記画像を記録する記録手段とを備える顕微鏡用画像取得装置において、
時間的に相前後して前記画像取得手段で取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔を決定する制御手段を備え、
前記シャッタ制御回路は、前記制御手段で決定された画像数又は画像取得間隔に基づいて駆動されることを特徴とする顕微鏡用画像取得装置。
前記制御手段は前記画像間の輝度の変化量がないとき、前記画像取得間隔を変更することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用画像取得装置。