画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システム
【課題】全ての撮像対象領域から目的とするシグナルを確実且つ高速に抽出して、詳細な解析を行うことができ、しかも、装置が大掛かりにならずコストを低減可能な画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムの提供。
【解決手段】容器１内の全ての撮像対象領域に対し、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源３の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行うことができるように構成する。
【解決手段】容器１内の全ての撮像対象領域に対し、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源３の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行うことができるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新薬の開発又は、病気の早期発見を目的として、細胞を顕微鏡で撮影し細胞の特性を定量的に解析する分野において用いる、画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞を顕微鏡で撮影し細胞の特性を定量的に解析する分野においては、大量のサンプルを迅速に解析することが求められている。しかるに、従来からの人為的な解析手法では、大量のサンプルを解析するために時間が長くかかりすぎ、経済的なコストも膨大なものとなってしまう。このため、近年、大量のサンプルの画像を自動的に撮像し、解析を行うハイスループットスクリーニングが行われるようになっている。
従来、この種の分野における、ハイスループットスクリーニングを行う画像撮像装置としては、例えば、次の特許文献１に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０１１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の画像撮像装置では、ハイスループットスクリーニングでスクリーニングを行う場合、１ウェルあたりの総蛍光で検出するため、集団の中の弱いシグナルの蛍光を見逃してしまうおそれがある。
また、特許文献１に記載の画像撮像装置では、ハイスループットスクリーニングと高精細スクリーニングの両方のスクリーニングを行う場合、それぞれのスクリーニングごとに光学モジュールを切り替えるため、装置が大掛かりで、コスト高になってしまう。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、全ての撮像対象領域から目的とするシグナルを確実且つ高速に抽出して、詳細な解析を行うことができ、しかも、装置が大掛かりになることなくコストを低減可能な画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による画像撮像装置は、容器内における全ての撮像対象領域に対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行うことができるように構成されていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明による画像撮像装置は、細胞サンプルを搭載する容器と、前記容器を保持し、且つＸＹ方向に移動可能な電動ステージと、電子増倍ゲインとビニングの調整が可能
な冷却ＣＣＤカメラと、前記細胞サンプルを照明するための光を発し、且つ該照明するための光の露光時間の調整が可能な光源と、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲイン及びビニングと、前記光源の露光時間を設定可能な撮像条件設定手段と、画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定可能なシグナル抽出条件設定手段と、前記冷却ＣＣＤカメラを介して撮像された細胞サンプルの画像を記憶する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルを抽出するシグナル抽出手段と、前記シグナル抽出手段を介して前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶するシグナル位置情報記憶手段と、前記電動ステージ、前記光源、前記冷却ＣＣＤカメラ、前記画像記憶手段、前記シグナル抽出手段、及び前記シグナル位置情報記憶手段の駆動を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが高く、解像度が低く、且つ露光時間が短く設定されたときに、前記容器内における全ての細胞サンプルの領域が撮像位置に位置するように、前記電動ステージを移動させながら、該容器内における全ての細胞サンプルの領域に対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ前記光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行わせるとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させ、次いで、前記シグナル抽出手段を介して、前記ハイスループットモードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行わせるとともに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶させ、その後、前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが低く、解像度が高く、且つ露光時間が長く設定されたときに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して記憶された、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報に基づいて、前記容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみが撮像位置に位置するように前記電動ステージを移動させながら、該容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみに対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ前記光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行わせるとともに、該高精細モードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させる、ことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の画像撮像装置においては、前記所定の抽出条件を構成するパラメータが、光強度（輝度）、大きさ（面積）、及び形状であるのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の画像撮像装置においては、前記容器が、ウェルプレート、スライドガラス、又はディッシュであるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明による細胞画像解析システムは、上記本発明のいずれかの画像撮像装置と、前記高精細モードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像を用いて所定の解析を行う画像解析ソフトウェアを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、全ての撮像対象領域から目的とするシグナルを確実且つ高速に抽出して、詳細な解析を行うことができ、しかも、装置が大掛かりになることなくコストを低減可能な画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した画像撮像装置における撮像条件の設定シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した画像撮像装置におけるハイスループットモードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図４】図１に示した画像撮像装置における高精細モードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図５】図１に示した画像撮像装置における撮像動作シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１にかかる画像撮像装置及びそれを用いた細胞画像解析システムの全体構成を示す説明図である。
【図７】実施例１の画像撮像装置における撮像条件設定入力画面の一例を示す図である。
【図８】実施例１の画像撮像装置における撮像範囲設定入力画面の一例を示す図である。
【図９】実施例１の画像撮像装置におけるシグナル抽出条件設定入力画面の一例を示す図である。
【図１０】実施例１の画像撮像装置における冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像された一つのウェルにおける各スキャン範囲の画像を一つのウェル内の配置のとおりに隙間無く重ね合わせた、ウェルの全体画像を示す模式図である。
【図１１】実施例１の画像撮像装置において、シグナル抽出条件によってシグナルが抽出された一つのスキャン範囲の画像を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明が対象とする画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムは、容器に入った撮像対象としてのサンプルの画像を自動的に繰り返し取得して、サンプルより発せられる所定のシグナルを検出して、解析を行うために用いる装置及びシステムである。
【００１４】
本発明の画像撮像装置は、容器内における全ての撮像対象領域に対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くした、ハイスループットモードの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くした、高精細モードの撮像を行うことができるように構成する。
【００１５】
即ち、本発明の画像撮像装置は、容器内における全ての撮像対象領域の画像領域全体から目的のシグナルのみを高速で抽出するために、容器内における全ての撮像対象領域に対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短く設定して、ハイスループットモードで撮像対象領域を撮像することができるように構成する。
また、本発明の画像撮像装置は、撮像された画像の中から目的のシグナルを含んだ画像を自動的に抽出するために、シグナルの、例えば、光強度（輝度）、大きさ（面積）、及び形状などの所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行うことができるように構成する。また、抽出されたシグナルの位置情報を自動的に記憶するように構成する。
また、本発明の画像撮像装置は、容器内において前記目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出されて記憶された位置が撮像位置に位置するように、容器を保持するステージを移動し、容器内において前記目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを小さく、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長く設定して、高精細モードで画像を撮像することができるように構成する。
【００１６】
より具体的には、本発明の画像撮像装置は、例えば、図１に示すように、細胞サンプルを搭載する容器１と、電動ステージ２と、光源３と、冷却ＣＣＤカメラ４と、画像記憶手段５と、撮像条件設定手段６と、シグナル抽出条件設定手段７と、シグナル抽出手段８と、シグナル位置情報記憶手段９と、電動ステージ２、光源３、冷却ＣＣＤカメラ４、画像記憶手段５、シグナル抽出手段８、及びシグナル位置情報記憶手段９の駆動を制御する制御手段としての制御ソフトウェア１０を備えたコンピュータシステムを有する。
【００１７】
電動ステージ２は、細胞サンプルを搭載した容器１を保持し、且つＸＹ方向に移動する
ことによって、後述する対物レンズとの相対位置を変動可能に構成されている。
光源３は、細胞サンプルを照明するための光を発する。また、光源３は、例えば、内蔵されたシャッタにより、細胞サンプルに供給する光のＯＮ、ＯＦＦを切り替えができるように構成されていて、照明するための光の露光時間の調整が可能となっている。
冷却ＣＣＤカメラ４は、光の電子増倍ゲインとビニングを内部で調整することが可能に構成されている。
画像記憶手段５は、撮像された細胞サンプルの画像を保存するように構成されている。
撮像条件設定手段６は、撮像条件設定ソフトウェア６ａと、撮像条件設定入力画面６ｂとで構成されている。撮像条件設定入力画面６ｂは、撮像条件設定ソフトウェア６ａの入力インタフェースを構成するとともに、取得された画像を表示するように構成されている。そして、撮像条件設定手段６は、このような構成により光源３の露光時間を設定可能となっている。
シグナル抽出条件設定手段７は、シグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａ及びシグナル抽出条件設定入力画面７ｂとで構成されている。シグナル抽出条件設定入力画面７ｂは、シグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａの入力インタフェースを構成するとともに、取得された画像を表示するように構成されている。そして、シグナル抽出条件設定手段７は、このような構成により画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定可能となっている。
シグナル抽出手段８は、画像記憶手段５に記憶された細胞サンプルの画像群から、シグナル抽出条件設定手段７を介して設定された所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルを抽出するように構成されている。
シグナル位置情報記憶手段９は、シグナル抽出手段８を介して目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶するように構成されている。
【００１８】
なお、図１中、１１は対物レンズ、１２は対物レンズ１１と容器１との距離を自動的に検出して焦点位置を検出することができる自動焦点合わせシステム、１３は光源３からの光を顕微鏡光学系に伝達することができるライトガイド、１４は光源３からの光を、波長を選択して細胞サンプルに供給するための励起フィルタ、１５は細胞サンプルが発する蛍光の波長を限定して冷却ＣＣＤカメラ４に供給するための蛍光フィルタ、１６は光源３からの励起光を反射して細胞サンプルに供給するとともに、細胞サンプルからの蛍光を通過して、冷却ＣＣＤカメラ４に供給するダイクロイックミラー、１７は励起フィルタ１４と蛍光フィルタ１５とダイクロイックミラー１６とを一体に備えたフィルタキューブ、１８は高精細モードで撮像されて画像記憶手段５に記憶された細胞サンプルの画像を用いて所定の解析を行う画像解析ソフトウェア、１９は画像解析ソフトウェア１８の入力インタフェースを構成するとともに、取得された解析結果を表示する画像解析指示入力画面、２０は対物レンズ１１と励起フィルタ１４と蛍光フィルタ１５とダイクロイックミラー１６を有してなる顕微鏡光学系、２１は画像記憶手段５と撮像条件設定ソフトウェア６ａとシグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａとシグナル抽出手段８とシグナル位置情報記憶手段９と制御ソフトウェア１０と画像解析ソフトウェア１８を有するコンピュータ、２２は画像解析ソフトウェア１８と画像解析入力画面１９を有してなる画像解析手段、２３は撮像条件設定入力画面６ｂとシグナル抽出条件設定入力画面７ｂと画像解析指示入力画面１９とを切り替え可能に備えてなる表示・入力装置、２４は対物レンズの切り替えを自動的に行うとともに、自動焦点合わせシステム１２を介して検出された焦点位置に対物レンズ１１の焦点合わせを自動的に行う電動レボルバ、２５はフィルタキューブ１７を選択して自動的に切り替えを行うことができる電動フィルタターレットである。また、制御ソフトウェア１０は、電動レボルバ２４や、電動フィルタターレット２５の駆動も制御するように構成されている。
【００１９】
制御ソフトウェア１０は、撮像条件設定手段６を介して電子増倍ゲインが高く、解像度が低く、且つ露光時間が短く設定されたときに、容器１内における全ての細胞サンプルの領域が撮像位置に位置するように、電動ステージ２を移動させながら、容器１内における全ての細胞サンプルの領域に対し、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源３の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行わせるとともに、ハイスループットモードで撮像された画像を画像記憶手段５に記憶させるように構成されている。
【００２０】
また、制御ソフトウェア１０は、次いで、シグナル抽出手段８を介して、ハイスループットモードで撮像されて画像記憶手段５に記憶された細胞サンプルの画像群から、シグナル抽出条件設定手段７を介して設定された所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行わせるとともに、シグナル位置情報記憶手段９を介して、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶させるように構成されている。
【００２１】
また、制御ソフトウェア１０は、その後、撮像条件設定手段６を介して電子増倍ゲインが低く、解像度が高く、且つ露光時間が長く設定されたときに、シグナル位置情報記憶手段９を介して記憶された、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報に基づいて、容器１内において対応する当該細胞サンプルの領域のみが撮像位置に位置するように電動ステージ２を移動させながら、容器１内において対応する当該細胞サンプルの領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源３の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行わせるとともに、高精細モードで撮像された画像を画像記憶手段５に記憶させるように構成されている。
【００２２】
図２は図１に示した画像撮像装置における撮像条件の設定シーケンスの一例を示すフローチャートである。
まず、作業者は、細胞サンプルを搭載した容器１をステージ２に載置する（ステップＳ１）。次いで、作業者は、制御ソフトウェア１０を起動する（ステップＳ２）。次いで、作業者は、表示・入力装置２３における表示画面を、表示・入力装置２３の撮像条件設定入力画面６ｂに切り替えて、対物レンズ１１を選択する（ステップＳ３）。次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、フィルタキューブ１７を選択する（ステップＳ４）。
次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、ハイスループットモードで撮像を行うかどうかを決定する（ステップＳ５）。
制御ソフトウェア１０は、ハイスループットモードで撮像を行う決定がなされた場合は、ハイスループットモードの処理に移行し（ステップＳ６）、ハイスループットモードで撮像を行わない決定がなされた場合は、高精細モードの処理に移行する（ステップＳ７）。
【００２３】
ここで、ハイスループットモードの処理は、次のようにして行う。
図３は図１に示した画像撮像装置におけるハイスループットモードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
ハイスループットモードにおいては、まず、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを高く（即ち、１×より高く）設定するとともに（ステップＳ１１）、解像度が低くなるように、ビニングを大きく（例えば、２×２以上に）設定する（ステップＳ１２）。
次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、シグナルの輝度が、測定レンジに入るように、光源３が発する光の露光時間と光量の調整入力を行う（ステップＳ１３、Ｓ１４）。この場合、露光時間は短く設定する。
次いで、作業者は、表示・入力装置２３における表示画面を、図示しない撮像範囲設定入力画面に切り替えて、細胞サンプルの撮像範囲を決定する（ステップＳ１５）。
次いで、作業者は、表示・入力装置２３における表示画面を、シグナル抽出条件設定入力画面７ｂに切り替えて、ハイスループットモードで撮像された画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定する（ステップＳ１６）。
【００２４】
制御ソフトウェア１０は、作業者によるシグナル抽出条件の設定入力が完了後に、電動ステージ２、電動レボルバ２４、電動フィルタターレット２５、冷却ＣＣＤカメラ４、光源３を駆動して、ハイスループットモードでの撮像を開始させる（ステップＳ１７）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、全ての撮像対象領域の撮像が終了後、シグナル抽出手段８を介して、撮像された画像から所定の抽出条件に応じた目的とするシグナルを抽出させる（ステップＳ１８、Ｓ１９）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、シグナル抽出手段８を介して目的とするシグナルが抽出された場合は、シグナル位置情報記憶手段９を介して、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置を記憶させ、高精細モードに移行させる（ステップＳ２０〜Ｓ２２）。
一方、制御ソフトウェア１０は、シグナル抽出手段８を介して目的とするシグナルが検出されなかった場合は、結果を表示して（ステップＳ２０、Ｓ２３）、撮像処理を終了させる。
【００２５】
ここで、高精細モードの処理は、次のようにして行う。
図４は図１に示した画像撮像装置における高精細モードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
高精細モードにおいては、まず、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く（即ち、１×に）設定するとともに（ステップＳ３１）、解像度が高くなるように、ビニングを小さく（即ち、１×１に）設定する（ステップＳ３２）。
次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、シグナルの輝度が、測定レンジに入るように、光源３が発する光の露光時間と光量の調整入力を行う（ステップＳ３３、Ｓ３４）。この場合、露光時間は長く設定する。
【００２６】
制御ソフトウェア１０は、作業者による撮像条件の設定入力が完了後に、ハイスプールモードでの撮像の有無をチェックする（ステップＳ３５）。
ハイスプールモードでの撮像を行っている場合には、ハイスループットモードにおいて抽出しシグナル位置情報記憶手段９に記憶されたシグナルの位置情報を自動的に読み込む（ステップＳ３６）。一方、ハイスプールモードでの撮像を行っていない場合（高精細モードのみの場合）は、自動的に撮像領域を設定する（ステップＳ３７）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、電動ステージ２、電動レボルバ２４、電動フィルタターレット２５、冷却ＣＣＤカメラ４、光源３を駆動して、撮像を開始させる（ステップＳ３８）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、全ての撮像領域の撮像が終了後、撮像を終了する。
その後、作業者が、表示・入力装置２３における表示画面を画像解析指示入力画面１９に切り替えて解析指示入力を行うことにより、あるいは制御ソフトウェア１０の制御により、画像解析ソフトウェア１８が起動して、シグナルが抽出された画像の解析を行う（ステップＳ３９〜Ｓ４１）。
【００２７】
なお、撮像処理は、次のようにして行う。
図５は図１に示した画像撮像装置における撮像動作シーケンスの一例を示すフローチャートである。
まず、制御ソフトウェア１０は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された撮像条件を読み込み（ステップＳ４１）、電動レボルバ２４と電動フィルタターレット２５を介して、対物レンズ１１とフィルタキューブ１７を撮像条件に合致したものに切り替えさせる（ステップＳ４２、Ｓ４３）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、電動ステージ２を、細胞サンプルの所定領域が撮像位置に位置するように、ＸＹ方向に移動させる（ステップＳ４４）。そして、細胞サンプルの所定領域が撮像位置に位置したとき、電動ステージ２を停止させる。
次いで、制御ソフトウェア１０は、自動焦点検出システム１２及び電動レボルバ２４を介して、撮像位置に位置する細胞サンプルの所定領域に対する対物レンズ１１の焦点合わせを行わせる（ステップＳ４５）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、光源３を介してシャッタを開かせて、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された輝度で光を照射させ（ステップＳ４６）、冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像を行わせ（ステップＳ４７）、設定された露光時間に到達したときに光源３を介してシャッタを閉じさせる（ステップＳ４８）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、撮像された細胞サンプルの当該領域の画像を、画像記憶手段５に記憶させる（ステップＳ４９）。これらのステップＳ４４〜Ｓ４９の動作を全ての撮像領域に対する撮像が終了するまで繰り返す（ステップＳ５０）。
【００２８】
このように構成された本発明の画像撮像装置によれば、容器内における全ての撮像対象領域に対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うことにより、全ての撮像対象領域から目的とするシグナルを確実に高速で見つけ出すことが可能となる。また、目的とする撮像対象領域のみ高解像度で撮像するため、撮像した画像の記憶容量が少なくて済む。また、ハイスループットモードでの撮像時に、電子増倍ゲインを高くすることにより、露光時間を短く設定できるので、シグナルの退色を抑えることができる。
なお、電子増倍ゲインを高くすると、少ない光量でも明るく撮像することが可能となる反面、バックグラウンドの光も同時に増幅されてノイズが大きくなる。このため、目的とする撮像対象領域に対しては、ノイズの少ない画像を撮像するために、電子増倍ゲインを小さく設定することが必要となる。
【００２９】
以下、本発明の画像撮像装置の実施例を図面を用いて説明する。
実施例１
図６は本発明の実施例１にかかる画像撮像装置及びそれを用いた細胞画像解析システムの全体構成を示す説明図である。なお、図１と構成が同じ部材については同じ符号を付し詳細な説明は省略する。
実施例１の画像撮像装置は、例えば、オリンパス社製ＩＸ８１のような、倒立タイプの顕微鏡とパソコンを組み合わせて構成されている。
詳しくは、実施例１の画像撮像装置は、細胞サンプルを搭載する容器１と、電動ステージ２と、光源３と、冷却ＣＣＤカメラ４と、パソコン２１と、表示・入力装置２３を有する。パソコン２１は、図１に示した画像記憶手段５、撮像条件設定手段６における撮像条件設定ソフトウェア６ａ、シグナル抽出条件設定手段７におけるシグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａ、シグナル抽出手段８、シグナル位置情報記憶手段９、制御ソフトウェア１０、画像解析手段２２における画像解析ソフトウェア１８（これらは、いずれも図６において図示省略）と同様の構成要素を備えている。表示・入力装置２３は、図１に示した撮像条件設定手段６における撮像条件設定入力画面６ｂ、シグナル抽出条件設定入力画面７ｂ、画像解析手段２２における画像解析指示入力画面１９、及び図１において図示省略した撮像範囲設定入力画面（これらは、いずれも図６において図示省略）と同様の画面を切り替え可能に備えている。
【００３０】
なお、図６中、１１は対物レンズ、１３は光源３からの光を顕微鏡光学系に伝達することができるライトガイド、１４は光源３からの光を、波長を選択して細胞サンプルに供給するための励起フィルタ、１５は細胞サンプルが発する蛍光の波長を限定して冷却ＣＣＤカメラ４に供給するための蛍光フィルタ、１６は光源３からの励起光を反射して細胞サンプルに供給するとともに、細胞サンプルからの蛍光を通過して、冷却ＣＣＤカメラ４に供給するダイクロイックミラー、１７は励起フィルタ１４と蛍光フィルタ１５とダイクロイックミラー１６とを一体に備えたフィルタキューブ、２４は対物レンズ１１を備えた電動レボルバ、２５はフィルタキューブ１７を選択して自動的に切り替えを行うことができる電動フィルタターレット、２６は顕微鏡制御装置、２７はカメラ制御装置である。
また、制御ソフトウェア（図１における制御ソフトウェア１０と同様のソフトウェア。図６において図示省略）は、光源３の駆動、顕微鏡制御装置２６を介した、電動ステージ２、電動レボルバ２４、電動フィルタターレット２５の駆動、及びカメラ制御装置２７を介した、冷却ＣＣＤカメラ４の駆動を制御するように構成されている。
また、実施例１の画像撮像装置は、図１に示した自動焦点合わせシステム１２と同様の自動焦点合わせシステム（図６において図示省略）を備えている。
【００３１】
容器１は、９６穴マイクロプレート（Corning社製 3596）で構成されている。なお、ここでは、容器１をマイクロプレートで構成したが、細胞サンプルを搭載できるものであれば、例えば、スライドガラス、ペトリディッシュ、シャーレ等で構成しても良い。
光源３は、１５０Ｗキセノンランプ又は１５０Ｗ水銀キセノンランプで構成されている。なお、光源３は、ＬＥＤやレーザーで構成してもよい。光源３からの光は、ライトガイド１３を介して、顕微鏡光学系に伝達される。伝達された光は、フィルタキューブ１７に備えられている励起フィルタ１４によって、波長が限定されて通過し、ダイクロイックミラー１６を介して細胞サンプル側に反射され、対物レンズ１１を経て、細胞サンプルに照射される。細胞サンプルで発せられた蛍光は、対物レンズ１１を経て、ダイクロイックミラー１６を通過し、蛍光フィルタ１５を介して、波長が限定されて冷却ＣＣＤカメラ４に入射する。
実施例１の画像撮像装置のように、励起フィルタ１４とダイクロイックミラー１６と蛍光フィルタ１５を、ユニットとして一体化したフィルタキューブ１７として構成すると、使い易いので望ましい。
フィルタキューブ１７は、電動フィルタターレット２５を介して切り替えをすることができるようになっている。
【００３２】
電動ステージ２は、倒立顕微鏡のステージ部分に備えられており、細胞サンプルを搭載した容器１をＸＹ方向に自由に移動することができるようになっている。
電動レボルバ２４は、対物レンズ１１の切り替えを行うとともに、図１に示した自動焦点合わせシステム１２と同様の自動焦点合わせシステム（図６において図示省略）を介して対物レンズ１１と容器１との距離を自動的に制御して、焦点合わせを行うことができるようになっている。
また、電動ステージ２と電動レボルバ２４と電動フィルタターレット２５は、顕微鏡制御装置２６を介して制御されている。
【００３３】
冷却ＣＣＤカメラ４は、浜松フォトニクス社製 ＥＭ-ＣＣＤカメラ Ｃ９１００-１３で構成され、顕微鏡のカメラポートに接続されている。冷却ＣＣＤカメラ４は、電子増倍ゲインを１×、又は４×〜１２００×に調整を行うことができ、ビニングを１×１、２×２、４×４に調整することができるようになっている。また、冷却ＣＣＤカメラ４は、カメラ制御装置２７を介して制御されている。
【００３４】
撮像された画像データはパソコン２１の記憶装置であるハードディスク（図１に示した画像記憶手段５に相当）に保存されるようになっている。
制御ソフトウェア（図１に示した制御ソフトウェア１０と同様のソフトウェア）、解析ソフトウェア（図１に示した解析ソフトウェア１８と同様のソフトウェア）は、パソコン２１によって起動され、また、各入力画面（撮像条件設定入力画面、シグナル抽出条件設定入力画面、撮像範囲設定入力画面、画像解析指示入力画面）、撮像された画像は、表示・入力装置２３に表示されるようになっている。
【００３５】
ここで、撮像条件設定入力画面、撮像範囲設定入力画面、シグナル抽出条件設定入力画面をより詳細に説明する。
図７は実施例１の画像撮像装置における撮像条件設定入力画面の一例を示す図、図８は実施例１の画像撮像装置における撮像範囲設定入力画面の一例を示す図、図９は実施例１の画像撮像装置におけるシグナル抽出条件設定入力画面の一例を示す図である。
【００３６】
撮像条件設定入力画面は、図１に示した撮像条件設定入力画面６ｂに相当する画面であり、図７に示すように、対物レンズ選択ボタン６ｂ−１と、フィルタキューブ選択ボタン６ｂ−２と、モード選択フィールド６ｂ−３と、高精細モード設定項目６ｂ−４と、ハイスループットモード設定項目６ｂ−５と、画像表示領域２９と、処理開始指示ボタン３０ａと、処理中止指示ボタン３０ｂと、撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａと、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂと、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃを有している。
高精細モード設定項目６ｂ−４は、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを設定するための増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−４ａ、冷却ＣＣＤカメラ４のビニングを設定するためのビニング選択ボタン６ｂ−４ｂ、光源３の露光時間を設定するための露光時間選択ボタン６ｂ−４ｃ、光源３からの光の輝度を設定する強度設定ボタン６ｂ−４ｄを有している。
ハイスループットモード設定項目６ｂ−５は、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを設定するための増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−５ａ、冷却ＣＣＤカメラ４のビニングを設定するためのビニング選択ボタン６ｂ−５ｂ、光源３の露光時間を設定するための露光時間選択ボタン６ｂ−５ｃ、光源３からの光の輝度を設定する強度設定ボタン６ｂ−５ｄを有している。なお、ハイスループットモード設定項目６ｂ−５は、モード選択フィールド６ｂ−３において、ハイスループットモードの選択がなされたときに入力が可能となるように、撮像条件設定ソフトウェア（図１に示した撮像条件設定ソフトウェア６ａと同様のソフトウェア）を介して制御されている。
処理開始指示ボタン３０ａは、クリックされたときに制御ソフトウェアに対して撮像処理の開始を指示する機能を有する。
処理開始指示ボタン３０ｂは、クリックされたときに制御ソフトウェアに対して撮像処理の中止を指示する機能を有する。
撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂは、クリックされたときに撮像範囲設定入力画面（図８）に切り替える機能を備えている。
シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃは、クリックされたときにシグナル抽出条件設定入力画面（図９）に切り替える機能を備えている。
【００３７】
撮像範囲設定入力画面は、図８に示すように、撮像範囲設定項目２８−１と、容器選択ボタン２８−２と、撮像対象選択項目２８−３と、視野表示項目２８−４と、画像表示領域２９と、処理開始指示ボタン３０ａと、処理中止指示ボタン３０ｂと、撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａと、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂと、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃを有している。
撮像範囲設定項目２８−１は、列方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ａと、行方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ｂと、フルスキャン設定フィールド２８−１ｃと、列方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｄと、行方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｅを有している。
列方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ａは、一つの細胞サンプル搭載領域における列方向の撮像範囲を列方向における視野数（スキャン回数）で設定可能に構成されている。
行方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ｂは、一つの細胞サンプル搭載領域における行方向の撮像範囲を行方向における視野数（スキャン回数）で設定可能に構成されている。
フルスキャン設定フィールド２８−１ｃは、一つの細胞サンプル搭載領域における全範囲を撮像範囲とする設定（フルスキャンの設定）の要否を選択可能に構成されている。なお、制御ソフトウェアは、フルスキャン設定フィールド２８−１ｃにおいてフルスキャンの設定がなされたときには、列方向スキャン設定フィールド２８−１ａ、行方向スキャン設定フィールド２８−１ｂにおける入力を無視するように構成されている。
列方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｄは、一つの細胞サンプル搭載領域において一回のスキャン範囲を構成する列方向の視野とその隣の視野のピッチ間距離を設定可能に構成されている。
行方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｅは、一つの細胞サンプル搭載領域において一回のスキャン範囲を構成する行方向の視野とその隣の視野のピッチ間距離を設定可能に構成されている。
なお、一視野の大きさは、対物レンズの倍率によって自動的に決まる。
撮像対象選択項目２８−３は、容器選択ボタン２８−２において選択された容器１における全ての細胞サンプルの搭載領域をマトリクス状に表示するとともに、撮像を所望する搭載領域を任意に選択可能に構成されている。
視野表示項目２８−４は、撮像範囲設定項目２８−１において設定された数値に基づいて、容器１における細胞サンプルの一つの搭載領域を複数の視野に線で区分けした状態で表示するように構成されている。
撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａは、クリックされたときに撮像条件設定入力画面（図７）に切り替える機能を備えている。
シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃは、クリックされたときにシグナル抽出条件設定入力画面（図９）に切り替える機能を備えている。
【００３８】
シグナル抽出条件設定入力画面（図１に示したシグナル抽出条件設定入力画面７ｂに相当する画面）は、図９に示すように、シグナルの大きさ（面積）入力項目７ｂ−１と、シグナルの輝度入力項目７ｂ−２と、シグナルの形状設定項目７ｂ−３と、画像表示領域２９と、処理開始指示ボタン３０ａと、処理中止指示ボタン３０ｂと、撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａ、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂ、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃを有している。
シグナルの大きさ（面積）入力項目７ｂ−１は、最小サイズ入力フィールド７ｂ−１ａと、最大サイズ入力フィールド７ｂ−１ｂを有している。
シグナルの輝度入力項目７ｂ−２は、最小輝度入力フィールド７ｂ−２ａと、最大輝度入力フィールド７ｂ−２ｂを有している。
シグナルの形状設定項目７ｂ−３は、形状選択ボタン７ｂ−３ａと、閾値入力フィールド７ｂ−３ｂを有している。
撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａは、クリックされたときに撮像条件設定入力画面（図７）に切り替える機能を備えている。
撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂは、クリックされたときに撮像範囲設定入力画面（図８）に切り替える機能を備えている。
【００３９】
その他の構成は、図１に示した画像撮像装置及びそれを用いた細胞画像解析システムと略同じである。
【００４０】
このように構成された実施例１の画像撮像装置を備えた細胞画像解析システムを用いた、細胞の解析例として、乳がん検査の血中遊離がん細胞数（ＣＴＣ）の検査例を説明する。
遊離がん細胞は、がん組織から遊離して血液中を循環し、他の転移する可能性があるがん細胞である。血液中のＣＴＣの数をカウントすることにより、がんであるかどうかの判定や薬剤の効果の検証に使用することができる。ＣＴＣは、乳がん患者でも血液７ｍＬ中に数個しかなく、画像による細胞のカウントを行うためには、ウェル領域をくまなく撮像して、ＣＴＣがあるかどうか探す必要がある。
ＣＴＣの大きさは２００μｍ以下であり、染色して光る抗体の大きさは、それ以下である。このため、一つのウェルにおける大部分の領域を観察するような４×や１０×程度の倍率の対物レンズを用いたのでは、ＣＴＣを見逃してしまうおそれがある。そこで、ＣＴＣの検査においては、対物レンズの倍率は、２０×が最適とされている。
【００４１】
実施例１の画像撮像装置及びそれを備えた細胞解析装置を用いた検査の前段階の作業として、作業者は、乳がん患者から採取した血液から赤血球を除去し、がんマーカーであるＨＥＲ２を染色する。
次いで、作業者は、ＨＥＲ２を染色した細胞サンプルを、９６穴マイクロプレートに分注する。
次いで、作業者は、細胞サンプルが分注された９６穴マイクロプレートを電動ステージ２に取り付ける。
【００４２】
次いで、作業者は、制御ソフトウェア１０を起動し、表示・入力装置２３に所定の画面を表示させる。
次いで、作業者は、制御ソフトウェア１０のインタフェースをとるために、夫々の画面切替タブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを介して、図７に示した撮像条件設定入力画面、図８に示した撮像範囲設定入力画面、図９に示したシグナル抽出条件設定入力画面に順次切り替えて、所定の入力及び設定を行う。
【００４３】
まず、作業者は、図７に示した撮像条件設定入力画面を表示させて、対物レンズ選択ボタン６ｂ−１を介して、対物レンズ１１の倍率を２０×に設定するとともに、フィルタキューブ選択ボタン６ｂ−２を介して、フィルタキューブ１７をＵ−ＭＷＩＢ３（オリンパス社製）に設定する。
次いで、作業者は、高精細の撮像条件を設定するために、増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−４ａ、ビニング選択ボタン６ｂ−４ｂを介して、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを１×、ビニングを１×１に設定するとともに、露光時間選択ボタン６ｂ−４ｃ、強度設定ボタン６ｂ−４ｄを介して、光源３の露光時間を１０００ｍｓ、輝度を１０％に設定する。
次いで、作業者は、モード選択フィールド６ｂ−３にチェックを入れて、ハイスループットモードの撮像条件を設定する。そして、作業者は、増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−５ａ、ビニング選択ボタン６ｂ−５ｂを介して、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを１０００×、ビニングを４×４に設定するとともに、露光時間選択ボタン６ｂ−５ｃ、強度設定ボタン６ｂ−５ｄを介して、光源３の露光時間を１０ｍｓ、輝度を１０％に設定する。
【００４４】
次いで、作業者は、撮像範囲の設定を行うために、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂをクリックして、撮像範囲設定入力画面（図８）に切り替える。
図８に示した撮像範囲設定入力画面において、まず、作業者は、９６穴マイクロウェルプレートの全範囲を撮像するために、フルスキャン設定フィールド２８−１ｃに、チェックを入れて、フルスキャンを設定する。次いで、作業者は、容器選択ボタン２８−２を介して、９６穴マイクロプレートを選択する。
フルスキャンが設定された場合、制御ソフトウェアは、冷却ＣＣＤカメラ３の視野範囲でもって、一つのウェルを隙間無く、撮像できるように、列方向及び行方向のスキャンピッチを自動的に設定する。
本検査例においてフルスキャンの設定を行ったところ、一つのウェルにおける視野数は、２３０であった。
次いで、作業者は、撮像対象選択項目２８−３を介して、９６穴マイクロプレートにおける９６ウェル全てに対して撮像が行われるように、全てのウェルを”Ｓｃａｎ”に設定した。
【００４５】
次いで、作業者は、シグナルの抽出条件の設定を行うために、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃをクリックして、シグナル抽出条件設定入力画面（図９）に切り替える。
図９に示したシグナル抽出条件設定入力画面において、作業者は、シグナルの大きさ（面積）入力項目７ｂ−１における最小サイズ入力フィールド７ｂ−１ａ、最大サイズ入力フィールド７ｂ−１ｂを介して、シグナルの大きさ（面積）の抽出条件に関し、抽出条件に合致するシグナルの最小サイズを２００ピクセル、最大サイズを２５００ピクセルに設定する。
また、作業者は、シグナルの輝度入力フィールド７ｂ−２における最小輝度入力フィールド７ｂ−２ａ、最大輝度入力フィールド７ｂ−２ｂを介して、輝度の抽出条件に関し、抽出条件に合致するシグナルの最小輝度を５０、最大輝度を４０００に設定する。
また、作業者は、シグナルの形状設定項目７ｂ−３における楕円度選択ボタン７ｂ−３ａ、閾値入力フィールド７ｂ−３ｂを介して、形状の抽出条件に関し、Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ（楕円度）（Ｓｉｎ―1（短辺／長辺））が２０を超えるシグナルを抽出するように設定する。
【００４６】
その後、作業者は、いずれかの画面において処理開始指示ボタン３０ａをクリックして撮像処理の開始を指示する。
すると、制御ソフトウェアが、まず、ハイスループットモードの条件でもって、図８に示されているＡ１ウェルから順に撮像処理を開始させる。撮像動作のシーケンスは、図５に示した撮像動作シーケンスと略同じである。
【００４７】
即ち、まず、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された撮像条件を読み込み、電動レボルバ２４と電動フィルタターレット２５を介して、対物レンズ１１とフィルタキューブ１７を撮像条件に合致したものに切り替えさせる。次いで、自動焦点検出システム及び電動レボルバ２４を介して、撮像位置に位置する細胞サンプルの所定領域に対する対物レンズ１１の焦点合わせを行わせる。次いで、光源３を介してシャッタを開かせて、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された輝度で光を照射させ、冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像を行わせ、設定された露光時間に到達したときに光源３を介してシャッタを閉じさせる。次いで、撮像された細胞サンプルの当該領域の画像を、画像記憶手段であるパソコン２１のハードディスクに記憶させる。これらの電動ステージ２の移動〜自動焦点検出システム及び電動レボルバ２４による焦点合わせ〜撮像〜画像記憶手段への記憶の一連の動作を、全ての撮像領域に対する撮像が終了するまで繰り返す。
これらの繰り返し動作は、まず、一つのウェルに対して行う。一つのウェル全ての撮像が終了したときには、電動ステージ２を介して次のウェルが撮像位置に位置するように移動させ、全てのウェルの撮影が終わるまで動作を繰り返す。
【００４８】
全ての撮像対象領域の撮像が終了後、制御ソフトウェアは、シグナル抽出手段を介して、撮像された画像から所定の抽出条件に応じた目的とするシグナルを抽出させる。
次いで、制御ソフトウェアは、シグナル抽出手段を介して目的とするシグナルが抽出された場合は、シグナル位置情報記憶手段を介して、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置を記憶させる。
【００４９】
次いで、制御ソフトウェアは、高精細モードでの撮像処理を開始させる。
図１０は実施例１の画像撮像装置における冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像された一つのウェルにおける各スキャン範囲の画像を一つのウェル内の配置のとおりに隙間無く重ね合わせた、ウェルの全体画像を示す模式図である。図１０中、四角で囲まれた領域は１視野、丸で囲まれたオブジェクトは一つのシグナルを示している。
図１１は実施例１の画像撮像装置において、シグナル抽出条件によってシグナルが抽出された一つのスキャン範囲の画像を示す模式図である。図１１中、丸いオブジェクトは抽出されたシグナルである。
【００５０】
詳しくは、制御ソフトウェアが、シグナル位置情報記憶手段を読み込み、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を取得する。
次いで、制御ソフトウェアは、取得した位置情報に対応する当該ウェル内の細胞サンプルの当該領域のみを対象として、作業者により図７に示した撮像条件設定入力画面の高精細モード設定項目６ｂ−４に設定されている高精細モードでの撮像条件に基づいて、撮像処理を開始させる。撮像動作のシーケンスは、シグナルが抽出された領域に対応するウェル内の細胞サンプルの当該領域のみを撮像対象とする点を除いては、図５に示した撮像動作シーケンスと略同じである。
【００５１】
高精細モードで撮影されたシグナルが抽出された細胞サンプルの画像に対しては、作業者が、表示・入力装置２３における表示画面を、図１に示した画像解析指示入力画面１９と同様の画像解析指示入力画面（実施例１においては図示省略）に切り替えて解析指示入力を行うことにより、あるいは制御ソフトウェアの制御により、図１に示した画像解析ソフトウェア１８と同様の画像解析ソフトウェアを起動させ、画像解析ソフトウェアを介して輝度、形状のデータ詳細な解析を行わせ、ＣＴＣ細胞であるかどうかの判定を行う。
【００５２】
２０×対物レンズを使用して、９６ウェルプレートにおける一つのウェルの全体領域を撮像するためには、２３０視野撮像する必要がある。
高精細モードで、一つのウェルに対し、冷却ＣＣＤ撮像カメラ４の電子倍増ゲイン１×、カメラビニング１×１、光源３の露光時間１０００ｍｓで、２３０視野の全ての撮像を行うと、２０分を要した。９６ウェル全ての領域を撮影するためには、３２時間必要であった。
画像記憶領域の容量は、一つのウェル当たり５８０Ｍバイト要し、９６ウェルで５６Ｇバイト必要であった。
【００５３】
ハイスループットモードで冷却ＣＣＤ撮像カメラ４の電子増倍ゲインを１０００×、カメラビニング４×４、光源３の露光時間１０ｍｓに設定して撮像を行うと、一つのウェルを撮影するのに１６分を要した。９６ウェル全ての領域を撮像するためには、２６時間必要である。
画像記憶領域の容量は、一つのウェルあたり３６ＭＢ必要で、９６ウェルでは、３．５Ｇバイト必要であった。各ウェル平均して１視野に特定のシグナルが含まれていたとして、シグナル全てを高精細モードで撮影を行った場合１２分必要である。合計して撮像にかかる時間は（２６時間＋１２分）２６時間１２分必要である。画像の記憶容量は、２５０Ｍバイト必要であった。容量は、合計して３．７５Ｇバイト必要である。
【００５４】
実施例１の画像撮像装置によれば、高精細モードで全てのウェルの撮像を行った場合に比べて、ハイスループットモードで全てのウェルの撮像を行い、目的とするシグナルを抽出した後に、目的とするシグナル抽出されたウェルの領域に対してのみ高精細モードで撮像を行った場合は、５時間４８分の時間を短縮することができるとともに、５２．２５Ｇバイトの記憶容量を縮小することができた。
また、露光時間が短縮されたことにより、細胞の退色の影響が軽減できた。
さらに、高精細モードとハイスループットモードの両方のモードに対し、共通の顕微鏡光学系を用いることができるので、その分、従来の画像撮像装置のように装置が大掛かりにならずに済み、製造コストも抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析装置は、例えば、新薬の開発又は、病気の早期発見を目的として、細胞を顕微鏡で撮影し細胞の特性を定量的に解析する分野に有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 容器
２ 電動ステージ
３ 光源
４ 冷却ＣＣＤカメラ
５ 画像記憶手段
６ 撮像条件設定手段
６ａ 撮像条件設定ソフトウェア
６ｂ 撮像条件設定入力画面
６ｂ−１ 対物レンズ選択ボタン
６ｂ−２ フィルタキューブ選択ボタン
６ｂ−３ モード選択フィールド
６ｂ−４ 高精細モード設定項目
６ｂ−４ａ 増倍ゲイン設定ボタン
６ｂ−４ｂ ビニング選択ボタン
６ｂ−４ｃ 露光時間選択ボタン
６ｂ−４ｄ 強度設定ボタン
６ｂ−５ ハイスループットモード設定項目
６ｂ−５ａ 増倍ゲイン設定ボタン
６ｂ−５ｂ ビニング選択ボタン
６ｂ−５ｃ 露光時間選択ボタン
６ｂ−５ｄ 強度設定ボタン
７ シグナル抽出条件設定手段
７ａ シグナル抽出条件設定ソフトウェア
７ｂ シグナル抽出条件設定入力画面
７ｂ−１ シグナルの大きさ（面積）入力項目
７ｂ−１ａ 最小サイズ入力フィールド
７ｂ−１ｂ 最大サイズ入力フィールド
７ｂ−２ シグナルの輝度入力項目
７ｂ−２ａ 最小輝度入力フィールド
７ｂ−２ｂ 最大輝度入力フィールド
７ｂ−３ シグナルの形状設定項目
７ｂ−３ａ 形状選択ボタン
７ｂ−３ｂ 閾値入力フィールド
８ シグナル抽出手段
９ シグナル位置情報記憶手段
１０ 制御ソフトウェア
１１ 対物レンズ
１２ 自動焦点合わせシステム
１３ ライトガイド
１４ 励起フィルタ
１５ 蛍光フィルタ
１６ ダイクロイックミラー
１７ フィルタキューブ
１８ 画像解析ソフトウェア
１９ 画像解析指示入力画面
２０ 顕微鏡光学系
２１ コンピュータ（パソコン）
２２ 画像解析手段
２３ 表示・入力装置
２４ 電動レボルバ
２５ 電動フィルタターレット
２６ 顕微鏡制御装置
２７ カメラ制御装置
２８−１ 撮像範囲設定項目
２８−１ａ 列方向スキャン範囲設定フィールド
２８−１ｂ 行方向スキャン範囲設定フィールド
２８−１ｃ フルスキャン設定フィールド
２８−１ｄ 列方向スキャンピッチ設定フィールド
２８−１ｅ 行方向スキャンピッチ設定フィールド
２８−２ 容器選択ボタン
２８−３ 撮像対象選択項目
２８−４ 視野表示項目
２９ 画像表示領域
３０ａ 処理開始指示ボタン
３０ｂ 処理中止指示ボタン
３１ａ 撮像条件設定入力画面切替タブ
３１ｂ 撮像範囲設定入力画面切替タブ
３１ｃ シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新薬の開発又は、病気の早期発見を目的として、細胞を顕微鏡で撮影し細胞の特性を定量的に解析する分野において用いる、画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞を顕微鏡で撮影し細胞の特性を定量的に解析する分野においては、大量のサンプルを迅速に解析することが求められている。しかるに、従来からの人為的な解析手法では、大量のサンプルを解析するために時間が長くかかりすぎ、経済的なコストも膨大なものとなってしまう。このため、近年、大量のサンプルの画像を自動的に撮像し、解析を行うハイスループットスクリーニングが行われるようになっている。
従来、この種の分野における、ハイスループットスクリーニングを行う画像撮像装置としては、例えば、次の特許文献１に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０１１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の画像撮像装置では、ハイスループットスクリーニングでスクリーニングを行う場合、１ウェルあたりの総蛍光で検出するため、集団の中の弱いシグナルの蛍光を見逃してしまうおそれがある。
また、特許文献１に記載の画像撮像装置では、ハイスループットスクリーニングと高精細スクリーニングの両方のスクリーニングを行う場合、それぞれのスクリーニングごとに光学モジュールを切り替えるため、装置が大掛かりで、コスト高になってしまう。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、全ての撮像対象領域から目的とするシグナルを確実且つ高速に抽出して、詳細な解析を行うことができ、しかも、装置が大掛かりになることなくコストを低減可能な画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による画像撮像装置は、容器内における全ての撮像対象領域に対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行うことができるように構成されていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明による画像撮像装置は、細胞サンプルを搭載する容器と、前記容器を保持し、且つＸＹ方向に移動可能な電動ステージと、電子増倍ゲインとビニングの調整が可能
な冷却ＣＣＤカメラと、前記細胞サンプルを照明するための光を発し、且つ該照明するための光の露光時間の調整が可能な光源と、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲイン及びビニングと、前記光源の露光時間を設定可能な撮像条件設定手段と、画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定可能なシグナル抽出条件設定手段と、前記冷却ＣＣＤカメラを介して撮像された細胞サンプルの画像を記憶する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルを抽出するシグナル抽出手段と、前記シグナル抽出手段を介して前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶するシグナル位置情報記憶手段と、前記電動ステージ、前記光源、前記冷却ＣＣＤカメラ、前記画像記憶手段、前記シグナル抽出手段、及び前記シグナル位置情報記憶手段の駆動を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが高く、解像度が低く、且つ露光時間が短く設定されたときに、前記容器内における全ての細胞サンプルの領域が撮像位置に位置するように、前記電動ステージを移動させながら、該容器内における全ての細胞サンプルの領域に対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ前記光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行わせるとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させ、次いで、前記シグナル抽出手段を介して、前記ハイスループットモードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行わせるとともに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶させ、その後、前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが低く、解像度が高く、且つ露光時間が長く設定されたときに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して記憶された、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報に基づいて、前記容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみが撮像位置に位置するように前記電動ステージを移動させながら、該容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみに対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ前記光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行わせるとともに、該高精細モードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させる、ことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の画像撮像装置においては、前記所定の抽出条件を構成するパラメータが、光強度（輝度）、大きさ（面積）、及び形状であるのが好ましい。
【０００９】
また、本発明の画像撮像装置においては、前記容器が、ウェルプレート、スライドガラス、又はディッシュであるのが好ましい。
【００１０】
また、本発明による細胞画像解析システムは、上記本発明のいずれかの画像撮像装置と、前記高精細モードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像を用いて所定の解析を行う画像解析ソフトウェアを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、全ての撮像対象領域から目的とするシグナルを確実且つ高速に抽出して、詳細な解析を行うことができ、しかも、装置が大掛かりになることなくコストを低減可能な画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムの全体構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した画像撮像装置における撮像条件の設定シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した画像撮像装置におけるハイスループットモードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図４】図１に示した画像撮像装置における高精細モードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図５】図１に示した画像撮像装置における撮像動作シーケンスの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１にかかる画像撮像装置及びそれを用いた細胞画像解析システムの全体構成を示す説明図である。
【図７】実施例１の画像撮像装置における撮像条件設定入力画面の一例を示す図である。
【図８】実施例１の画像撮像装置における撮像範囲設定入力画面の一例を示す図である。
【図９】実施例１の画像撮像装置におけるシグナル抽出条件設定入力画面の一例を示す図である。
【図１０】実施例１の画像撮像装置における冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像された一つのウェルにおける各スキャン範囲の画像を一つのウェル内の配置のとおりに隙間無く重ね合わせた、ウェルの全体画像を示す模式図である。
【図１１】実施例１の画像撮像装置において、シグナル抽出条件によってシグナルが抽出された一つのスキャン範囲の画像を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明が対象とする画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析システムは、容器に入った撮像対象としてのサンプルの画像を自動的に繰り返し取得して、サンプルより発せられる所定のシグナルを検出して、解析を行うために用いる装置及びシステムである。
【００１４】
本発明の画像撮像装置は、容器内における全ての撮像対象領域に対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くした、ハイスループットモードの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くした、高精細モードの撮像を行うことができるように構成する。
【００１５】
即ち、本発明の画像撮像装置は、容器内における全ての撮像対象領域の画像領域全体から目的のシグナルのみを高速で抽出するために、容器内における全ての撮像対象領域に対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短く設定して、ハイスループットモードで撮像対象領域を撮像することができるように構成する。
また、本発明の画像撮像装置は、撮像された画像の中から目的のシグナルを含んだ画像を自動的に抽出するために、シグナルの、例えば、光強度（輝度）、大きさ（面積）、及び形状などの所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行うことができるように構成する。また、抽出されたシグナルの位置情報を自動的に記憶するように構成する。
また、本発明の画像撮像装置は、容器内において前記目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出されて記憶された位置が撮像位置に位置するように、容器を保持するステージを移動し、容器内において前記目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを小さく、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長く設定して、高精細モードで画像を撮像することができるように構成する。
【００１６】
より具体的には、本発明の画像撮像装置は、例えば、図１に示すように、細胞サンプルを搭載する容器１と、電動ステージ２と、光源３と、冷却ＣＣＤカメラ４と、画像記憶手段５と、撮像条件設定手段６と、シグナル抽出条件設定手段７と、シグナル抽出手段８と、シグナル位置情報記憶手段９と、電動ステージ２、光源３、冷却ＣＣＤカメラ４、画像記憶手段５、シグナル抽出手段８、及びシグナル位置情報記憶手段９の駆動を制御する制御手段としての制御ソフトウェア１０を備えたコンピュータシステムを有する。
【００１７】
電動ステージ２は、細胞サンプルを搭載した容器１を保持し、且つＸＹ方向に移動する
ことによって、後述する対物レンズとの相対位置を変動可能に構成されている。
光源３は、細胞サンプルを照明するための光を発する。また、光源３は、例えば、内蔵されたシャッタにより、細胞サンプルに供給する光のＯＮ、ＯＦＦを切り替えができるように構成されていて、照明するための光の露光時間の調整が可能となっている。
冷却ＣＣＤカメラ４は、光の電子増倍ゲインとビニングを内部で調整することが可能に構成されている。
画像記憶手段５は、撮像された細胞サンプルの画像を保存するように構成されている。
撮像条件設定手段６は、撮像条件設定ソフトウェア６ａと、撮像条件設定入力画面６ｂとで構成されている。撮像条件設定入力画面６ｂは、撮像条件設定ソフトウェア６ａの入力インタフェースを構成するとともに、取得された画像を表示するように構成されている。そして、撮像条件設定手段６は、このような構成により光源３の露光時間を設定可能となっている。
シグナル抽出条件設定手段７は、シグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａ及びシグナル抽出条件設定入力画面７ｂとで構成されている。シグナル抽出条件設定入力画面７ｂは、シグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａの入力インタフェースを構成するとともに、取得された画像を表示するように構成されている。そして、シグナル抽出条件設定手段７は、このような構成により画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定可能となっている。
シグナル抽出手段８は、画像記憶手段５に記憶された細胞サンプルの画像群から、シグナル抽出条件設定手段７を介して設定された所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルを抽出するように構成されている。
シグナル位置情報記憶手段９は、シグナル抽出手段８を介して目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶するように構成されている。
【００１８】
なお、図１中、１１は対物レンズ、１２は対物レンズ１１と容器１との距離を自動的に検出して焦点位置を検出することができる自動焦点合わせシステム、１３は光源３からの光を顕微鏡光学系に伝達することができるライトガイド、１４は光源３からの光を、波長を選択して細胞サンプルに供給するための励起フィルタ、１５は細胞サンプルが発する蛍光の波長を限定して冷却ＣＣＤカメラ４に供給するための蛍光フィルタ、１６は光源３からの励起光を反射して細胞サンプルに供給するとともに、細胞サンプルからの蛍光を通過して、冷却ＣＣＤカメラ４に供給するダイクロイックミラー、１７は励起フィルタ１４と蛍光フィルタ１５とダイクロイックミラー１６とを一体に備えたフィルタキューブ、１８は高精細モードで撮像されて画像記憶手段５に記憶された細胞サンプルの画像を用いて所定の解析を行う画像解析ソフトウェア、１９は画像解析ソフトウェア１８の入力インタフェースを構成するとともに、取得された解析結果を表示する画像解析指示入力画面、２０は対物レンズ１１と励起フィルタ１４と蛍光フィルタ１５とダイクロイックミラー１６を有してなる顕微鏡光学系、２１は画像記憶手段５と撮像条件設定ソフトウェア６ａとシグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａとシグナル抽出手段８とシグナル位置情報記憶手段９と制御ソフトウェア１０と画像解析ソフトウェア１８を有するコンピュータ、２２は画像解析ソフトウェア１８と画像解析入力画面１９を有してなる画像解析手段、２３は撮像条件設定入力画面６ｂとシグナル抽出条件設定入力画面７ｂと画像解析指示入力画面１９とを切り替え可能に備えてなる表示・入力装置、２４は対物レンズの切り替えを自動的に行うとともに、自動焦点合わせシステム１２を介して検出された焦点位置に対物レンズ１１の焦点合わせを自動的に行う電動レボルバ、２５はフィルタキューブ１７を選択して自動的に切り替えを行うことができる電動フィルタターレットである。また、制御ソフトウェア１０は、電動レボルバ２４や、電動フィルタターレット２５の駆動も制御するように構成されている。
【００１９】
制御ソフトウェア１０は、撮像条件設定手段６を介して電子増倍ゲインが高く、解像度が低く、且つ露光時間が短く設定されたときに、容器１内における全ての細胞サンプルの領域が撮像位置に位置するように、電動ステージ２を移動させながら、容器１内における全ての細胞サンプルの領域に対し、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源３の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行わせるとともに、ハイスループットモードで撮像された画像を画像記憶手段５に記憶させるように構成されている。
【００２０】
また、制御ソフトウェア１０は、次いで、シグナル抽出手段８を介して、ハイスループットモードで撮像されて画像記憶手段５に記憶された細胞サンプルの画像群から、シグナル抽出条件設定手段７を介して設定された所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行わせるとともに、シグナル位置情報記憶手段９を介して、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶させるように構成されている。
【００２１】
また、制御ソフトウェア１０は、その後、撮像条件設定手段６を介して電子増倍ゲインが低く、解像度が高く、且つ露光時間が長く設定されたときに、シグナル位置情報記憶手段９を介して記憶された、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報に基づいて、容器１内において対応する当該細胞サンプルの領域のみが撮像位置に位置するように電動ステージ２を移動させながら、容器１内において対応する当該細胞サンプルの領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源３の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行わせるとともに、高精細モードで撮像された画像を画像記憶手段５に記憶させるように構成されている。
【００２２】
図２は図１に示した画像撮像装置における撮像条件の設定シーケンスの一例を示すフローチャートである。
まず、作業者は、細胞サンプルを搭載した容器１をステージ２に載置する（ステップＳ１）。次いで、作業者は、制御ソフトウェア１０を起動する（ステップＳ２）。次いで、作業者は、表示・入力装置２３における表示画面を、表示・入力装置２３の撮像条件設定入力画面６ｂに切り替えて、対物レンズ１１を選択する（ステップＳ３）。次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、フィルタキューブ１７を選択する（ステップＳ４）。
次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、ハイスループットモードで撮像を行うかどうかを決定する（ステップＳ５）。
制御ソフトウェア１０は、ハイスループットモードで撮像を行う決定がなされた場合は、ハイスループットモードの処理に移行し（ステップＳ６）、ハイスループットモードで撮像を行わない決定がなされた場合は、高精細モードの処理に移行する（ステップＳ７）。
【００２３】
ここで、ハイスループットモードの処理は、次のようにして行う。
図３は図１に示した画像撮像装置におけるハイスループットモードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
ハイスループットモードにおいては、まず、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを高く（即ち、１×より高く）設定するとともに（ステップＳ１１）、解像度が低くなるように、ビニングを大きく（例えば、２×２以上に）設定する（ステップＳ１２）。
次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、シグナルの輝度が、測定レンジに入るように、光源３が発する光の露光時間と光量の調整入力を行う（ステップＳ１３、Ｓ１４）。この場合、露光時間は短く設定する。
次いで、作業者は、表示・入力装置２３における表示画面を、図示しない撮像範囲設定入力画面に切り替えて、細胞サンプルの撮像範囲を決定する（ステップＳ１５）。
次いで、作業者は、表示・入力装置２３における表示画面を、シグナル抽出条件設定入力画面７ｂに切り替えて、ハイスループットモードで撮像された画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定する（ステップＳ１６）。
【００２４】
制御ソフトウェア１０は、作業者によるシグナル抽出条件の設定入力が完了後に、電動ステージ２、電動レボルバ２４、電動フィルタターレット２５、冷却ＣＣＤカメラ４、光源３を駆動して、ハイスループットモードでの撮像を開始させる（ステップＳ１７）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、全ての撮像対象領域の撮像が終了後、シグナル抽出手段８を介して、撮像された画像から所定の抽出条件に応じた目的とするシグナルを抽出させる（ステップＳ１８、Ｓ１９）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、シグナル抽出手段８を介して目的とするシグナルが抽出された場合は、シグナル位置情報記憶手段９を介して、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置を記憶させ、高精細モードに移行させる（ステップＳ２０〜Ｓ２２）。
一方、制御ソフトウェア１０は、シグナル抽出手段８を介して目的とするシグナルが検出されなかった場合は、結果を表示して（ステップＳ２０、Ｓ２３）、撮像処理を終了させる。
【００２５】
ここで、高精細モードの処理は、次のようにして行う。
図４は図１に示した画像撮像装置における高精細モードでの処理シーケンスの一例を示すフローチャートである。
高精細モードにおいては、まず、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く（即ち、１×に）設定するとともに（ステップＳ３１）、解像度が高くなるように、ビニングを小さく（即ち、１×１に）設定する（ステップＳ３２）。
次いで、作業者は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて、シグナルの輝度が、測定レンジに入るように、光源３が発する光の露光時間と光量の調整入力を行う（ステップＳ３３、Ｓ３４）。この場合、露光時間は長く設定する。
【００２６】
制御ソフトウェア１０は、作業者による撮像条件の設定入力が完了後に、ハイスプールモードでの撮像の有無をチェックする（ステップＳ３５）。
ハイスプールモードでの撮像を行っている場合には、ハイスループットモードにおいて抽出しシグナル位置情報記憶手段９に記憶されたシグナルの位置情報を自動的に読み込む（ステップＳ３６）。一方、ハイスプールモードでの撮像を行っていない場合（高精細モードのみの場合）は、自動的に撮像領域を設定する（ステップＳ３７）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、電動ステージ２、電動レボルバ２４、電動フィルタターレット２５、冷却ＣＣＤカメラ４、光源３を駆動して、撮像を開始させる（ステップＳ３８）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、全ての撮像領域の撮像が終了後、撮像を終了する。
その後、作業者が、表示・入力装置２３における表示画面を画像解析指示入力画面１９に切り替えて解析指示入力を行うことにより、あるいは制御ソフトウェア１０の制御により、画像解析ソフトウェア１８が起動して、シグナルが抽出された画像の解析を行う（ステップＳ３９〜Ｓ４１）。
【００２７】
なお、撮像処理は、次のようにして行う。
図５は図１に示した画像撮像装置における撮像動作シーケンスの一例を示すフローチャートである。
まず、制御ソフトウェア１０は、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された撮像条件を読み込み（ステップＳ４１）、電動レボルバ２４と電動フィルタターレット２５を介して、対物レンズ１１とフィルタキューブ１７を撮像条件に合致したものに切り替えさせる（ステップＳ４２、Ｓ４３）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、電動ステージ２を、細胞サンプルの所定領域が撮像位置に位置するように、ＸＹ方向に移動させる（ステップＳ４４）。そして、細胞サンプルの所定領域が撮像位置に位置したとき、電動ステージ２を停止させる。
次いで、制御ソフトウェア１０は、自動焦点検出システム１２及び電動レボルバ２４を介して、撮像位置に位置する細胞サンプルの所定領域に対する対物レンズ１１の焦点合わせを行わせる（ステップＳ４５）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、光源３を介してシャッタを開かせて、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された輝度で光を照射させ（ステップＳ４６）、冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像を行わせ（ステップＳ４７）、設定された露光時間に到達したときに光源３を介してシャッタを閉じさせる（ステップＳ４８）。
次いで、制御ソフトウェア１０は、撮像された細胞サンプルの当該領域の画像を、画像記憶手段５に記憶させる（ステップＳ４９）。これらのステップＳ４４〜Ｓ４９の動作を全ての撮像領域に対する撮像が終了するまで繰り返す（ステップＳ５０）。
【００２８】
このように構成された本発明の画像撮像装置によれば、容器内における全ての撮像対象領域に対し、ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うことにより、全ての撮像対象領域から目的とするシグナルを確実に高速で見つけ出すことが可能となる。また、目的とする撮像対象領域のみ高解像度で撮像するため、撮像した画像の記憶容量が少なくて済む。また、ハイスループットモードでの撮像時に、電子増倍ゲインを高くすることにより、露光時間を短く設定できるので、シグナルの退色を抑えることができる。
なお、電子増倍ゲインを高くすると、少ない光量でも明るく撮像することが可能となる反面、バックグラウンドの光も同時に増幅されてノイズが大きくなる。このため、目的とする撮像対象領域に対しては、ノイズの少ない画像を撮像するために、電子増倍ゲインを小さく設定することが必要となる。
【００２９】
以下、本発明の画像撮像装置の実施例を図面を用いて説明する。
実施例１
図６は本発明の実施例１にかかる画像撮像装置及びそれを用いた細胞画像解析システムの全体構成を示す説明図である。なお、図１と構成が同じ部材については同じ符号を付し詳細な説明は省略する。
実施例１の画像撮像装置は、例えば、オリンパス社製ＩＸ８１のような、倒立タイプの顕微鏡とパソコンを組み合わせて構成されている。
詳しくは、実施例１の画像撮像装置は、細胞サンプルを搭載する容器１と、電動ステージ２と、光源３と、冷却ＣＣＤカメラ４と、パソコン２１と、表示・入力装置２３を有する。パソコン２１は、図１に示した画像記憶手段５、撮像条件設定手段６における撮像条件設定ソフトウェア６ａ、シグナル抽出条件設定手段７におけるシグナル抽出条件設定ソフトウェア７ａ、シグナル抽出手段８、シグナル位置情報記憶手段９、制御ソフトウェア１０、画像解析手段２２における画像解析ソフトウェア１８（これらは、いずれも図６において図示省略）と同様の構成要素を備えている。表示・入力装置２３は、図１に示した撮像条件設定手段６における撮像条件設定入力画面６ｂ、シグナル抽出条件設定入力画面７ｂ、画像解析手段２２における画像解析指示入力画面１９、及び図１において図示省略した撮像範囲設定入力画面（これらは、いずれも図６において図示省略）と同様の画面を切り替え可能に備えている。
【００３０】
なお、図６中、１１は対物レンズ、１３は光源３からの光を顕微鏡光学系に伝達することができるライトガイド、１４は光源３からの光を、波長を選択して細胞サンプルに供給するための励起フィルタ、１５は細胞サンプルが発する蛍光の波長を限定して冷却ＣＣＤカメラ４に供給するための蛍光フィルタ、１６は光源３からの励起光を反射して細胞サンプルに供給するとともに、細胞サンプルからの蛍光を通過して、冷却ＣＣＤカメラ４に供給するダイクロイックミラー、１７は励起フィルタ１４と蛍光フィルタ１５とダイクロイックミラー１６とを一体に備えたフィルタキューブ、２４は対物レンズ１１を備えた電動レボルバ、２５はフィルタキューブ１７を選択して自動的に切り替えを行うことができる電動フィルタターレット、２６は顕微鏡制御装置、２７はカメラ制御装置である。
また、制御ソフトウェア（図１における制御ソフトウェア１０と同様のソフトウェア。図６において図示省略）は、光源３の駆動、顕微鏡制御装置２６を介した、電動ステージ２、電動レボルバ２４、電動フィルタターレット２５の駆動、及びカメラ制御装置２７を介した、冷却ＣＣＤカメラ４の駆動を制御するように構成されている。
また、実施例１の画像撮像装置は、図１に示した自動焦点合わせシステム１２と同様の自動焦点合わせシステム（図６において図示省略）を備えている。
【００３１】
容器１は、９６穴マイクロプレート（Corning社製 3596）で構成されている。なお、ここでは、容器１をマイクロプレートで構成したが、細胞サンプルを搭載できるものであれば、例えば、スライドガラス、ペトリディッシュ、シャーレ等で構成しても良い。
光源３は、１５０Ｗキセノンランプ又は１５０Ｗ水銀キセノンランプで構成されている。なお、光源３は、ＬＥＤやレーザーで構成してもよい。光源３からの光は、ライトガイド１３を介して、顕微鏡光学系に伝達される。伝達された光は、フィルタキューブ１７に備えられている励起フィルタ１４によって、波長が限定されて通過し、ダイクロイックミラー１６を介して細胞サンプル側に反射され、対物レンズ１１を経て、細胞サンプルに照射される。細胞サンプルで発せられた蛍光は、対物レンズ１１を経て、ダイクロイックミラー１６を通過し、蛍光フィルタ１５を介して、波長が限定されて冷却ＣＣＤカメラ４に入射する。
実施例１の画像撮像装置のように、励起フィルタ１４とダイクロイックミラー１６と蛍光フィルタ１５を、ユニットとして一体化したフィルタキューブ１７として構成すると、使い易いので望ましい。
フィルタキューブ１７は、電動フィルタターレット２５を介して切り替えをすることができるようになっている。
【００３２】
電動ステージ２は、倒立顕微鏡のステージ部分に備えられており、細胞サンプルを搭載した容器１をＸＹ方向に自由に移動することができるようになっている。
電動レボルバ２４は、対物レンズ１１の切り替えを行うとともに、図１に示した自動焦点合わせシステム１２と同様の自動焦点合わせシステム（図６において図示省略）を介して対物レンズ１１と容器１との距離を自動的に制御して、焦点合わせを行うことができるようになっている。
また、電動ステージ２と電動レボルバ２４と電動フィルタターレット２５は、顕微鏡制御装置２６を介して制御されている。
【００３３】
冷却ＣＣＤカメラ４は、浜松フォトニクス社製 ＥＭ-ＣＣＤカメラ Ｃ９１００-１３で構成され、顕微鏡のカメラポートに接続されている。冷却ＣＣＤカメラ４は、電子増倍ゲインを１×、又は４×〜１２００×に調整を行うことができ、ビニングを１×１、２×２、４×４に調整することができるようになっている。また、冷却ＣＣＤカメラ４は、カメラ制御装置２７を介して制御されている。
【００３４】
撮像された画像データはパソコン２１の記憶装置であるハードディスク（図１に示した画像記憶手段５に相当）に保存されるようになっている。
制御ソフトウェア（図１に示した制御ソフトウェア１０と同様のソフトウェア）、解析ソフトウェア（図１に示した解析ソフトウェア１８と同様のソフトウェア）は、パソコン２１によって起動され、また、各入力画面（撮像条件設定入力画面、シグナル抽出条件設定入力画面、撮像範囲設定入力画面、画像解析指示入力画面）、撮像された画像は、表示・入力装置２３に表示されるようになっている。
【００３５】
ここで、撮像条件設定入力画面、撮像範囲設定入力画面、シグナル抽出条件設定入力画面をより詳細に説明する。
図７は実施例１の画像撮像装置における撮像条件設定入力画面の一例を示す図、図８は実施例１の画像撮像装置における撮像範囲設定入力画面の一例を示す図、図９は実施例１の画像撮像装置におけるシグナル抽出条件設定入力画面の一例を示す図である。
【００３６】
撮像条件設定入力画面は、図１に示した撮像条件設定入力画面６ｂに相当する画面であり、図７に示すように、対物レンズ選択ボタン６ｂ−１と、フィルタキューブ選択ボタン６ｂ−２と、モード選択フィールド６ｂ−３と、高精細モード設定項目６ｂ−４と、ハイスループットモード設定項目６ｂ−５と、画像表示領域２９と、処理開始指示ボタン３０ａと、処理中止指示ボタン３０ｂと、撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａと、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂと、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃを有している。
高精細モード設定項目６ｂ−４は、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを設定するための増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−４ａ、冷却ＣＣＤカメラ４のビニングを設定するためのビニング選択ボタン６ｂ−４ｂ、光源３の露光時間を設定するための露光時間選択ボタン６ｂ−４ｃ、光源３からの光の輝度を設定する強度設定ボタン６ｂ−４ｄを有している。
ハイスループットモード設定項目６ｂ−５は、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを設定するための増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−５ａ、冷却ＣＣＤカメラ４のビニングを設定するためのビニング選択ボタン６ｂ−５ｂ、光源３の露光時間を設定するための露光時間選択ボタン６ｂ−５ｃ、光源３からの光の輝度を設定する強度設定ボタン６ｂ−５ｄを有している。なお、ハイスループットモード設定項目６ｂ−５は、モード選択フィールド６ｂ−３において、ハイスループットモードの選択がなされたときに入力が可能となるように、撮像条件設定ソフトウェア（図１に示した撮像条件設定ソフトウェア６ａと同様のソフトウェア）を介して制御されている。
処理開始指示ボタン３０ａは、クリックされたときに制御ソフトウェアに対して撮像処理の開始を指示する機能を有する。
処理開始指示ボタン３０ｂは、クリックされたときに制御ソフトウェアに対して撮像処理の中止を指示する機能を有する。
撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂは、クリックされたときに撮像範囲設定入力画面（図８）に切り替える機能を備えている。
シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃは、クリックされたときにシグナル抽出条件設定入力画面（図９）に切り替える機能を備えている。
【００３７】
撮像範囲設定入力画面は、図８に示すように、撮像範囲設定項目２８−１と、容器選択ボタン２８−２と、撮像対象選択項目２８−３と、視野表示項目２８−４と、画像表示領域２９と、処理開始指示ボタン３０ａと、処理中止指示ボタン３０ｂと、撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａと、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂと、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃを有している。
撮像範囲設定項目２８−１は、列方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ａと、行方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ｂと、フルスキャン設定フィールド２８−１ｃと、列方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｄと、行方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｅを有している。
列方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ａは、一つの細胞サンプル搭載領域における列方向の撮像範囲を列方向における視野数（スキャン回数）で設定可能に構成されている。
行方向スキャン範囲設定フィールド２８−１ｂは、一つの細胞サンプル搭載領域における行方向の撮像範囲を行方向における視野数（スキャン回数）で設定可能に構成されている。
フルスキャン設定フィールド２８−１ｃは、一つの細胞サンプル搭載領域における全範囲を撮像範囲とする設定（フルスキャンの設定）の要否を選択可能に構成されている。なお、制御ソフトウェアは、フルスキャン設定フィールド２８−１ｃにおいてフルスキャンの設定がなされたときには、列方向スキャン設定フィールド２８−１ａ、行方向スキャン設定フィールド２８−１ｂにおける入力を無視するように構成されている。
列方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｄは、一つの細胞サンプル搭載領域において一回のスキャン範囲を構成する列方向の視野とその隣の視野のピッチ間距離を設定可能に構成されている。
行方向スキャンピッチ設定フィールド２８−１ｅは、一つの細胞サンプル搭載領域において一回のスキャン範囲を構成する行方向の視野とその隣の視野のピッチ間距離を設定可能に構成されている。
なお、一視野の大きさは、対物レンズの倍率によって自動的に決まる。
撮像対象選択項目２８−３は、容器選択ボタン２８−２において選択された容器１における全ての細胞サンプルの搭載領域をマトリクス状に表示するとともに、撮像を所望する搭載領域を任意に選択可能に構成されている。
視野表示項目２８−４は、撮像範囲設定項目２８−１において設定された数値に基づいて、容器１における細胞サンプルの一つの搭載領域を複数の視野に線で区分けした状態で表示するように構成されている。
撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａは、クリックされたときに撮像条件設定入力画面（図７）に切り替える機能を備えている。
シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃは、クリックされたときにシグナル抽出条件設定入力画面（図９）に切り替える機能を備えている。
【００３８】
シグナル抽出条件設定入力画面（図１に示したシグナル抽出条件設定入力画面７ｂに相当する画面）は、図９に示すように、シグナルの大きさ（面積）入力項目７ｂ−１と、シグナルの輝度入力項目７ｂ−２と、シグナルの形状設定項目７ｂ−３と、画像表示領域２９と、処理開始指示ボタン３０ａと、処理中止指示ボタン３０ｂと、撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａ、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂ、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃを有している。
シグナルの大きさ（面積）入力項目７ｂ−１は、最小サイズ入力フィールド７ｂ−１ａと、最大サイズ入力フィールド７ｂ−１ｂを有している。
シグナルの輝度入力項目７ｂ−２は、最小輝度入力フィールド７ｂ−２ａと、最大輝度入力フィールド７ｂ−２ｂを有している。
シグナルの形状設定項目７ｂ−３は、形状選択ボタン７ｂ−３ａと、閾値入力フィールド７ｂ−３ｂを有している。
撮像条件設定入力画面切替タブ３１ａは、クリックされたときに撮像条件設定入力画面（図７）に切り替える機能を備えている。
撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂは、クリックされたときに撮像範囲設定入力画面（図８）に切り替える機能を備えている。
【００３９】
その他の構成は、図１に示した画像撮像装置及びそれを用いた細胞画像解析システムと略同じである。
【００４０】
このように構成された実施例１の画像撮像装置を備えた細胞画像解析システムを用いた、細胞の解析例として、乳がん検査の血中遊離がん細胞数（ＣＴＣ）の検査例を説明する。
遊離がん細胞は、がん組織から遊離して血液中を循環し、他の転移する可能性があるがん細胞である。血液中のＣＴＣの数をカウントすることにより、がんであるかどうかの判定や薬剤の効果の検証に使用することができる。ＣＴＣは、乳がん患者でも血液７ｍＬ中に数個しかなく、画像による細胞のカウントを行うためには、ウェル領域をくまなく撮像して、ＣＴＣがあるかどうか探す必要がある。
ＣＴＣの大きさは２００μｍ以下であり、染色して光る抗体の大きさは、それ以下である。このため、一つのウェルにおける大部分の領域を観察するような４×や１０×程度の倍率の対物レンズを用いたのでは、ＣＴＣを見逃してしまうおそれがある。そこで、ＣＴＣの検査においては、対物レンズの倍率は、２０×が最適とされている。
【００４１】
実施例１の画像撮像装置及びそれを備えた細胞解析装置を用いた検査の前段階の作業として、作業者は、乳がん患者から採取した血液から赤血球を除去し、がんマーカーであるＨＥＲ２を染色する。
次いで、作業者は、ＨＥＲ２を染色した細胞サンプルを、９６穴マイクロプレートに分注する。
次いで、作業者は、細胞サンプルが分注された９６穴マイクロプレートを電動ステージ２に取り付ける。
【００４２】
次いで、作業者は、制御ソフトウェア１０を起動し、表示・入力装置２３に所定の画面を表示させる。
次いで、作業者は、制御ソフトウェア１０のインタフェースをとるために、夫々の画面切替タブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを介して、図７に示した撮像条件設定入力画面、図８に示した撮像範囲設定入力画面、図９に示したシグナル抽出条件設定入力画面に順次切り替えて、所定の入力及び設定を行う。
【００４３】
まず、作業者は、図７に示した撮像条件設定入力画面を表示させて、対物レンズ選択ボタン６ｂ−１を介して、対物レンズ１１の倍率を２０×に設定するとともに、フィルタキューブ選択ボタン６ｂ−２を介して、フィルタキューブ１７をＵ−ＭＷＩＢ３（オリンパス社製）に設定する。
次いで、作業者は、高精細の撮像条件を設定するために、増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−４ａ、ビニング選択ボタン６ｂ−４ｂを介して、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを１×、ビニングを１×１に設定するとともに、露光時間選択ボタン６ｂ−４ｃ、強度設定ボタン６ｂ−４ｄを介して、光源３の露光時間を１０００ｍｓ、輝度を１０％に設定する。
次いで、作業者は、モード選択フィールド６ｂ−３にチェックを入れて、ハイスループットモードの撮像条件を設定する。そして、作業者は、増倍ゲイン設定ボタン６ｂ−５ａ、ビニング選択ボタン６ｂ−５ｂを介して、冷却ＣＣＤカメラ４の電子増倍ゲインを１０００×、ビニングを４×４に設定するとともに、露光時間選択ボタン６ｂ−５ｃ、強度設定ボタン６ｂ−５ｄを介して、光源３の露光時間を１０ｍｓ、輝度を１０％に設定する。
【００４４】
次いで、作業者は、撮像範囲の設定を行うために、撮像範囲設定入力画面切替タブ３１ｂをクリックして、撮像範囲設定入力画面（図８）に切り替える。
図８に示した撮像範囲設定入力画面において、まず、作業者は、９６穴マイクロウェルプレートの全範囲を撮像するために、フルスキャン設定フィールド２８−１ｃに、チェックを入れて、フルスキャンを設定する。次いで、作業者は、容器選択ボタン２８−２を介して、９６穴マイクロプレートを選択する。
フルスキャンが設定された場合、制御ソフトウェアは、冷却ＣＣＤカメラ３の視野範囲でもって、一つのウェルを隙間無く、撮像できるように、列方向及び行方向のスキャンピッチを自動的に設定する。
本検査例においてフルスキャンの設定を行ったところ、一つのウェルにおける視野数は、２３０であった。
次いで、作業者は、撮像対象選択項目２８−３を介して、９６穴マイクロプレートにおける９６ウェル全てに対して撮像が行われるように、全てのウェルを”Ｓｃａｎ”に設定した。
【００４５】
次いで、作業者は、シグナルの抽出条件の設定を行うために、シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ３１ｃをクリックして、シグナル抽出条件設定入力画面（図９）に切り替える。
図９に示したシグナル抽出条件設定入力画面において、作業者は、シグナルの大きさ（面積）入力項目７ｂ−１における最小サイズ入力フィールド７ｂ−１ａ、最大サイズ入力フィールド７ｂ−１ｂを介して、シグナルの大きさ（面積）の抽出条件に関し、抽出条件に合致するシグナルの最小サイズを２００ピクセル、最大サイズを２５００ピクセルに設定する。
また、作業者は、シグナルの輝度入力フィールド７ｂ−２における最小輝度入力フィールド７ｂ−２ａ、最大輝度入力フィールド７ｂ−２ｂを介して、輝度の抽出条件に関し、抽出条件に合致するシグナルの最小輝度を５０、最大輝度を４０００に設定する。
また、作業者は、シグナルの形状設定項目７ｂ−３における楕円度選択ボタン７ｂ−３ａ、閾値入力フィールド７ｂ−３ｂを介して、形状の抽出条件に関し、Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ（楕円度）（Ｓｉｎ―1（短辺／長辺））が２０を超えるシグナルを抽出するように設定する。
【００４６】
その後、作業者は、いずれかの画面において処理開始指示ボタン３０ａをクリックして撮像処理の開始を指示する。
すると、制御ソフトウェアが、まず、ハイスループットモードの条件でもって、図８に示されているＡ１ウェルから順に撮像処理を開始させる。撮像動作のシーケンスは、図５に示した撮像動作シーケンスと略同じである。
【００４７】
即ち、まず、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された撮像条件を読み込み、電動レボルバ２４と電動フィルタターレット２５を介して、対物レンズ１１とフィルタキューブ１７を撮像条件に合致したものに切り替えさせる。次いで、自動焦点検出システム及び電動レボルバ２４を介して、撮像位置に位置する細胞サンプルの所定領域に対する対物レンズ１１の焦点合わせを行わせる。次いで、光源３を介してシャッタを開かせて、撮像条件設定入力画面６ｂにおいて設定された輝度で光を照射させ、冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像を行わせ、設定された露光時間に到達したときに光源３を介してシャッタを閉じさせる。次いで、撮像された細胞サンプルの当該領域の画像を、画像記憶手段であるパソコン２１のハードディスクに記憶させる。これらの電動ステージ２の移動〜自動焦点検出システム及び電動レボルバ２４による焦点合わせ〜撮像〜画像記憶手段への記憶の一連の動作を、全ての撮像領域に対する撮像が終了するまで繰り返す。
これらの繰り返し動作は、まず、一つのウェルに対して行う。一つのウェル全ての撮像が終了したときには、電動ステージ２を介して次のウェルが撮像位置に位置するように移動させ、全てのウェルの撮影が終わるまで動作を繰り返す。
【００４８】
全ての撮像対象領域の撮像が終了後、制御ソフトウェアは、シグナル抽出手段を介して、撮像された画像から所定の抽出条件に応じた目的とするシグナルを抽出させる。
次いで、制御ソフトウェアは、シグナル抽出手段を介して目的とするシグナルが抽出された場合は、シグナル位置情報記憶手段を介して、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置を記憶させる。
【００４９】
次いで、制御ソフトウェアは、高精細モードでの撮像処理を開始させる。
図１０は実施例１の画像撮像装置における冷却ＣＣＤカメラ４を介して撮像された一つのウェルにおける各スキャン範囲の画像を一つのウェル内の配置のとおりに隙間無く重ね合わせた、ウェルの全体画像を示す模式図である。図１０中、四角で囲まれた領域は１視野、丸で囲まれたオブジェクトは一つのシグナルを示している。
図１１は実施例１の画像撮像装置において、シグナル抽出条件によってシグナルが抽出された一つのスキャン範囲の画像を示す模式図である。図１１中、丸いオブジェクトは抽出されたシグナルである。
【００５０】
詳しくは、制御ソフトウェアが、シグナル位置情報記憶手段を読み込み、目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を取得する。
次いで、制御ソフトウェアは、取得した位置情報に対応する当該ウェル内の細胞サンプルの当該領域のみを対象として、作業者により図７に示した撮像条件設定入力画面の高精細モード設定項目６ｂ−４に設定されている高精細モードでの撮像条件に基づいて、撮像処理を開始させる。撮像動作のシーケンスは、シグナルが抽出された領域に対応するウェル内の細胞サンプルの当該領域のみを撮像対象とする点を除いては、図５に示した撮像動作シーケンスと略同じである。
【００５１】
高精細モードで撮影されたシグナルが抽出された細胞サンプルの画像に対しては、作業者が、表示・入力装置２３における表示画面を、図１に示した画像解析指示入力画面１９と同様の画像解析指示入力画面（実施例１においては図示省略）に切り替えて解析指示入力を行うことにより、あるいは制御ソフトウェアの制御により、図１に示した画像解析ソフトウェア１８と同様の画像解析ソフトウェアを起動させ、画像解析ソフトウェアを介して輝度、形状のデータ詳細な解析を行わせ、ＣＴＣ細胞であるかどうかの判定を行う。
【００５２】
２０×対物レンズを使用して、９６ウェルプレートにおける一つのウェルの全体領域を撮像するためには、２３０視野撮像する必要がある。
高精細モードで、一つのウェルに対し、冷却ＣＣＤ撮像カメラ４の電子倍増ゲイン１×、カメラビニング１×１、光源３の露光時間１０００ｍｓで、２３０視野の全ての撮像を行うと、２０分を要した。９６ウェル全ての領域を撮影するためには、３２時間必要であった。
画像記憶領域の容量は、一つのウェル当たり５８０Ｍバイト要し、９６ウェルで５６Ｇバイト必要であった。
【００５３】
ハイスループットモードで冷却ＣＣＤ撮像カメラ４の電子増倍ゲインを１０００×、カメラビニング４×４、光源３の露光時間１０ｍｓに設定して撮像を行うと、一つのウェルを撮影するのに１６分を要した。９６ウェル全ての領域を撮像するためには、２６時間必要である。
画像記憶領域の容量は、一つのウェルあたり３６ＭＢ必要で、９６ウェルでは、３．５Ｇバイト必要であった。各ウェル平均して１視野に特定のシグナルが含まれていたとして、シグナル全てを高精細モードで撮影を行った場合１２分必要である。合計して撮像にかかる時間は（２６時間＋１２分）２６時間１２分必要である。画像の記憶容量は、２５０Ｍバイト必要であった。容量は、合計して３．７５Ｇバイト必要である。
【００５４】
実施例１の画像撮像装置によれば、高精細モードで全てのウェルの撮像を行った場合に比べて、ハイスループットモードで全てのウェルの撮像を行い、目的とするシグナルを抽出した後に、目的とするシグナル抽出されたウェルの領域に対してのみ高精細モードで撮像を行った場合は、５時間４８分の時間を短縮することができるとともに、５２．２５Ｇバイトの記憶容量を縮小することができた。
また、露光時間が短縮されたことにより、細胞の退色の影響が軽減できた。
さらに、高精細モードとハイスループットモードの両方のモードに対し、共通の顕微鏡光学系を用いることができるので、その分、従来の画像撮像装置のように装置が大掛かりにならずに済み、製造コストも抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の画像撮像装置及びそれを備えた細胞画像解析装置は、例えば、新薬の開発又は、病気の早期発見を目的として、細胞を顕微鏡で撮影し細胞の特性を定量的に解析する分野に有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 容器
２ 電動ステージ
３ 光源
４ 冷却ＣＣＤカメラ
５ 画像記憶手段
６ 撮像条件設定手段
６ａ 撮像条件設定ソフトウェア
６ｂ 撮像条件設定入力画面
６ｂ−１ 対物レンズ選択ボタン
６ｂ−２ フィルタキューブ選択ボタン
６ｂ−３ モード選択フィールド
６ｂ−４ 高精細モード設定項目
６ｂ−４ａ 増倍ゲイン設定ボタン
６ｂ−４ｂ ビニング選択ボタン
６ｂ−４ｃ 露光時間選択ボタン
６ｂ−４ｄ 強度設定ボタン
６ｂ−５ ハイスループットモード設定項目
６ｂ−５ａ 増倍ゲイン設定ボタン
６ｂ−５ｂ ビニング選択ボタン
６ｂ−５ｃ 露光時間選択ボタン
６ｂ−５ｄ 強度設定ボタン
７ シグナル抽出条件設定手段
７ａ シグナル抽出条件設定ソフトウェア
７ｂ シグナル抽出条件設定入力画面
７ｂ−１ シグナルの大きさ（面積）入力項目
７ｂ−１ａ 最小サイズ入力フィールド
７ｂ−１ｂ 最大サイズ入力フィールド
７ｂ−２ シグナルの輝度入力項目
７ｂ−２ａ 最小輝度入力フィールド
７ｂ−２ｂ 最大輝度入力フィールド
７ｂ−３ シグナルの形状設定項目
７ｂ−３ａ 形状選択ボタン
７ｂ−３ｂ 閾値入力フィールド
８ シグナル抽出手段
９ シグナル位置情報記憶手段
１０ 制御ソフトウェア
１１ 対物レンズ
１２ 自動焦点合わせシステム
１３ ライトガイド
１４ 励起フィルタ
１５ 蛍光フィルタ
１６ ダイクロイックミラー
１７ フィルタキューブ
１８ 画像解析ソフトウェア
１９ 画像解析指示入力画面
２０ 顕微鏡光学系
２１ コンピュータ（パソコン）
２２ 画像解析手段
２３ 表示・入力装置
２４ 電動レボルバ
２５ 電動フィルタターレット
２６ 顕微鏡制御装置
２７ カメラ制御装置
２８−１ 撮像範囲設定項目
２８−１ａ 列方向スキャン範囲設定フィールド
２８−１ｂ 行方向スキャン範囲設定フィールド
２８−１ｃ フルスキャン設定フィールド
２８−１ｄ 列方向スキャンピッチ設定フィールド
２８−１ｅ 行方向スキャンピッチ設定フィールド
２８−２ 容器選択ボタン
２８−３ 撮像対象選択項目
２８−４ 視野表示項目
２９ 画像表示領域
３０ａ 処理開始指示ボタン
３０ｂ 処理中止指示ボタン
３１ａ 撮像条件設定入力画面切替タブ
３１ｂ 撮像範囲設定入力画面切替タブ
３１ｃ シグナル抽出条件設定入力画面切替タブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内における全ての撮像対象領域に対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行うことができるように構成されていることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項２】
細胞サンプルを搭載する容器と、
前記容器を保持し、且つＸＹ方向に移動可能な電動ステージと、
電子増倍ゲインとビニングの調整が可能な冷却ＣＣＤカメラと、
前記細胞サンプルを照明するための光を発し、且つ該照明するための光の露光時間の調整が可能な光源と、
前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲイン及びビニングと、前記光源の露光時間を設定可能な撮像条件設定手段と、
画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定可能なシグナル抽出条件設定手段と、
前記冷却ＣＣＤカメラを介して撮像された細胞サンプルの画像を記憶する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルを抽出するシグナル抽出手段と、
前記シグナル抽出手段を介して前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶するシグナル位置情報記憶手段と、
前記電動ステージ、前記光源、前記冷却ＣＣＤカメラ、前記画像記憶手段、前記シグナル抽出手段、及び前記シグナル位置情報記憶手段の駆動を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが高く、解像度が低く、且つ露光時間が短く設定されたときに、前記容器内における全ての細胞サンプルの領域が撮像位置に位置するように、前記電動ステージを移動させながら、該容器内における全ての細胞サンプルの領域に対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ前記光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行わせるとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させ、
次いで、前記シグナル抽出手段を介して、前記ハイスループットモードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行わせるとともに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶させ、
その後、前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが低く、解像度が高く、且つ露光時間が長く設定されたときに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して記憶された、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報に基づいて、前記容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみが撮像位置に位置するように前記電動ステージを移動させながら、該容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみに対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ前記光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行わせるとともに、該高精細モードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させる、
ことを特徴とする画像撮像装置。
【請求項３】
前記所定の抽出条件を構成するパラメータが、光強度（輝度）、大きさ（面積）、及び形状であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の画像撮像装置。
【請求項４】
前記容器が、ウェルプレート、スライドガラス、又はディッシュであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像撮像装置。
【請求項５】
請求項２、又は請求項２に従属する請求項３もしくは４に記載の画像撮像装置と、
前記高精細モードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像を用いて所定の解析を行う画像解析ソフトウェア
を備えたことを特徴とする細胞画像解析システム。
【請求項１】
容器内における全ての撮像対象領域に対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行うとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像群から所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行い、次いで、容器内において該目的とするシグナルが抽出された画像における当該シグナルが抽出された領域に対応する当該撮像対象領域のみに対し、冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行うことができるように構成されていることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項２】
細胞サンプルを搭載する容器と、
前記容器を保持し、且つＸＹ方向に移動可能な電動ステージと、
電子増倍ゲインとビニングの調整が可能な冷却ＣＣＤカメラと、
前記細胞サンプルを照明するための光を発し、且つ該照明するための光の露光時間の調整が可能な光源と、
前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲイン及びビニングと、前記光源の露光時間を設定可能な撮像条件設定手段と、
画像から目的とするシグナルを抽出するための所定の抽出条件を設定可能なシグナル抽出条件設定手段と、
前記冷却ＣＣＤカメラを介して撮像された細胞サンプルの画像を記憶する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルを抽出するシグナル抽出手段と、
前記シグナル抽出手段を介して前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶するシグナル位置情報記憶手段と、
前記電動ステージ、前記光源、前記冷却ＣＣＤカメラ、前記画像記憶手段、前記シグナル抽出手段、及び前記シグナル位置情報記憶手段の駆動を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが高く、解像度が低く、且つ露光時間が短く設定されたときに、前記容器内における全ての細胞サンプルの領域が撮像位置に位置するように、前記電動ステージを移動させながら、該容器内における全ての細胞サンプルの領域に対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを高く、解像度を低く、且つ前記光源の露光時間を短くして、ハイスループットモードでの撮像を行わせるとともに、該ハイスループットモードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させ、
次いで、前記シグナル抽出手段を介して、前記ハイスループットモードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像群から、前記シグナル抽出条件設定手段を介して設定された前記所定の抽出条件に基づいて、目的とするシグナルの抽出を行わせるとともに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報を記憶させ、
その後、前記撮像条件設定手段を介して電子増倍ゲインが低く、解像度が高く、且つ露光時間が長く設定されたときに、前記シグナル位置情報記憶手段を介して記憶された、前記目的とするシグナルが抽出された細胞サンプルの画像における当該シグナルの位置情報に基づいて、前記容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみが撮像位置に位置するように前記電動ステージを移動させながら、該容器内において対応する当該細胞サンプルの領域のみに対し、前記冷却ＣＣＤカメラの電子増倍ゲインを低く、解像度を高く、且つ前記光源の露光時間を長くして、高精細モードでの撮像を行わせるとともに、該高精細モードで撮像された画像を前記画像記憶手段に記憶させる、
ことを特徴とする画像撮像装置。
【請求項３】
前記所定の抽出条件を構成するパラメータが、光強度（輝度）、大きさ（面積）、及び形状であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の画像撮像装置。
【請求項４】
前記容器が、ウェルプレート、スライドガラス、又はディッシュであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像撮像装置。
【請求項５】
請求項２、又は請求項２に従属する請求項３もしくは４に記載の画像撮像装置と、
前記高精細モードで撮像されて前記画像記憶手段に記憶された細胞サンプルの画像を用いて所定の解析を行う画像解析ソフトウェア
を備えたことを特徴とする細胞画像解析システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２１６９１９（Ｐ２０１０−２１６９１９Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６２６０７（Ｐ２００９−６２６０７）
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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