JP6503335B2 - 生物学的な及び非生物学的な媒質でナノ粒子の位置を特定するための3次元画像処理 - Google Patents
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Description
本願は、2013年3月12日に出願された、シリアル番号61/776,977の「生物学的な及び非生物学的な媒質でのナノ粒子の位置を特定するための3次元画像処理」という名称の同時継続中の米国仮出願の優先権を主張し、参照によって組み込む。
本明細書にて開示される方法及び装置は、二つの全般的なカテゴリに分類される。暗視野顕微鏡を用いる、対象粒子を含む生物学的な媒質及び非生物学的な媒質の3次元(3D)画像データを獲得するために用いられる獲得方法が記載される。さらに、これまでにはかなえられなかった画像データについての3次元デコンボリューション処理を拡張する方法及び装置が記載される。
このセクションは3次元画像データの方法及び装置を説明する。暗視野画像方法を用いる記録化は、対象粒子が散りばめられているいくつかの媒質を有する、定義されたボリュームを含んで構成される。記録化は、非制限的具体例として、米国特許第7、564、623の「顕微鏡照明装置及びそのアダプタ」に記載されている装置のような、任意の適切な暗視野顕微鏡装置に対応して構成される。媒質は、細胞体のような生物学的な的な媒質でも、又は繊維マトリクスのような非生物学的な的な媒質でもよい。対象粒子がない媒質の記録化は、同様の技術を用いても得られる。対象粒子が含まれるとき、本開示に記載されている処理のために、対象粒子は検出されるため及び局在化されるために蛍光的に標識付けされる必要がない。媒質及び細胞はガラスのスライドによって支持され、さらにカバーの下に固定されるか、又は媒質及び細胞は生物学的な細胞をサポートすることのできる環境フローチャンバ(environmental flow chamber)であってもよい。
このセクションは、前述のようにして獲得されたデータから3次元画像を計算するための3次元デコンボリューション処理装置及び方法を考察する。暗視野顕微鏡において、光源からの光はオブジェクトによって拡散される。拡散の強度、つまりオブジェクトの画像は、カメラによって行われる記録化での暗視野に対して比較的輝いている。蛍光において光はオブジェクトの標識によって拡散される。蛍光による放射の強さは比較的に弱く、さらに記録された蛍光は狭帯域波長内に含まれる。蛍光での暗い光状態に対して、オブジェクトによって拡散された光は広帯域波長を含み、さらに蛍光よりも通常はかなり強い。対象粒子を含む細胞のような未染色の生物学的な媒質において、このことは、デコンボリューションアルゴリズムにおいて両方が処理される弱信号オブジェクト(細胞)と強信号オブジェクト(対象粒子)があるかもしれないことを意味する。
及び/又は少なくとも一つの測定による狭帯域点像分布関数(PSF)を含む。
Claims (7)
- サンプルの3次元ボリューム画像を得るための方法であって、
焦点方向に沿って等間隔とされた複数のサンプル位置のそれぞれで撮影された少なくとも一つの2次元画像を含む複数の2次元画像であり、さらに前記サンプルから焦点の合った、及び焦点のずれた光の両方を含有するそれぞれの2次元画像を含む前記複数の2次元画像を対象粒子並びに少なくとも一つの細胞及び/又は他の類似の生物学的な若しくは非生物学的な構造を含む前記サンプルから暗視野顕微鏡によって得ること、
前記サンプルに存在する前記少なくとも一つの細胞及び/又は他の類似の生物学的な若しくは非生物学的な構造の位置を判断するための3次元のコンピュータ計算方法に前記複数の2次元画像を投入すること、
前記サンプルに存在する対象粒子並びに少なくとも一つの細胞及び/又は他の類似の生物学的な若しくは非生物学的な構造の位置を表す、前記サンプルの3次元ボリューム画像を構築すること、
少なくとも一つの多重点分布関数(multiple-PSF)を用いて3次元デコンボリューションを介して前記複数の2次元画像を分析し、
3次元コンボリューションを介して前記複数の2次元画像を分析した結果から前記対象粒子の位置を判断すること
を含む前記サンプルの3次元ボリューム画像を得るための方法。 - 前記サンプルは、前記少なくとも一つの細胞及び/又は他の類似の生物学的な若しくは非生物学的な構造内の少なくとも一つの未染色の対象粒子をさらに含む請求項1記載の前記方法。
- 前記暗視野顕微鏡は、広範囲の波長にわたり前記サンプルの照明に連続スペクトルを提供する広帯域光を用いる請求項1又は2記載の前記方法。
- 前記少なくとも一つの細胞及び/又は他の類似の生物学的な若しくは非生物学的な構造は蛍光性であり、
前記少なくとも一つの未染色の対象粒子は非蛍光性であり、
前記暗視野顕微鏡は狭範囲の波長にわたり前記サンプルの照明のために蛍光励起光の特定波長が混合された広帯域光を含む請求項2記載の前記方法。 - 前記サンプルに存在する前記少なくとも一つの構造は、
前記少なくとも一つの細胞及び/又は他の類似の生物学的な若しくは非生物学的な構造内の少なくとも一つの標識付けされた細胞構造と、
前記少なくとも一つの細胞及び/又は他の類似の生物学的な若しくは非生物学的な構造内の少なくとも一つの非蛍光性対象粒子を備え、
さらに前記暗視野顕微鏡は前記サンプルを照射するために、狭波長範囲にわたり前記少なくとも一つの標識付けされた細胞構造を励起する狭帯域光と、前記狭波長範囲の外側の広波長範囲において連続スペクトル光を有し、前記少なくとも一つの非蛍光性対象粒子から拡散する広帯域光との混合光を含む前記請求項1〜4のいずれか一項記載の前記方法。 - 前記3次元ボリューム画像に弱く寄与する前記少なくとも一つの標識付けされた細胞構造と前記3次元ボリューム画像に強く寄与する前記少なくとも一つの非蛍光性対象粒子との前記3次元ボリューム画像における輝きを等しくするために前記狭帯域光と前記広帯域光の相対的な強さを調整すること、
少なくとも一つの標識付けされた細胞構造の前記位置と、前記少なくとも一つの非蛍光性対象粒子の前記位置を飽和のない前記3次元ボリューム画像に表すことを含む、請求項5記載の前記方法。 - スペクトル出力の少なくとも一つのピークを含むアークランプの使用を通して狭帯域光及び広帯域光の混合光を発生することであり、前記アークランプの光の強度は前記少なくとも一つのピークによって定義される狭波長範囲にわたって強く、前記少なくとも一つのピークによって定義される狭波長の外側の広波長範囲にわたって弱い、前記混合光を発生すること、
前記狭帯域光を発生するために前記少なくとも一つのピークの波長を通す通過帯域を有する励起フィルタに前記アークランプからの光を通すこと、
前記励起フィルタを通された前記狭帯域光を少なくとも一つの標識付けされた細胞構造に照射すること、
前記アークランプからの前記広帯域光を前記少なくとも一つの対象粒子に同時に照射すること、
放射フィルタの、前記少なくとも一つの標識付けされた細胞構造から放射された光を通過させかつ前記励起フィルタの前記通過帯域内に光を通過させない第1通過帯域を介して光を受光すること、
前記放射フィルタの、前記第1通過帯域内に光を通過させない第2通過帯域を介して光を受光すること
を含む請求項1〜6のいずれか一項記載の前記方法。
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