観察装置
【課題】高解像度画像を観察することができる観察装置を提供すること。
【解決手段】観察装置１００は、サンプルＰを保持するサンプルホルダー８と、サンプルＰを切断し、順次新たな切断面を形成するブレード７と、第１の対物レンズ１１及び第２の対物レンズ１２を有する光学系３と、サンプルＰの切断面を撮像する電子カメラ２とを有する。メインコントローラ１６は、電子カメラ２に、第１の対物レンズ１１を介して、切断面の一部に相当する部分画像を撮像させる。メインコントローラは、ＸＹステージを移動させることで、サンプルＰと、光学系３とのＸＹ平面内の相対的な位置を変化させ、複数の部分画像を取得する。画像処理部は、切断面毎に、部分画像を合成した合成画像データを生成し、表示部に表示させる。これにより、ユーザは、高解像度画像を観察することができる。
【解決手段】観察装置１００は、サンプルＰを保持するサンプルホルダー８と、サンプルＰを切断し、順次新たな切断面を形成するブレード７と、第１の対物レンズ１１及び第２の対物レンズ１２を有する光学系３と、サンプルＰの切断面を撮像する電子カメラ２とを有する。メインコントローラ１６は、電子カメラ２に、第１の対物レンズ１１を介して、切断面の一部に相当する部分画像を撮像させる。メインコントローラは、ＸＹステージを移動させることで、サンプルＰと、光学系３とのＸＹ平面内の相対的な位置を変化させ、複数の部分画像を取得する。画像処理部は、切断面毎に、部分画像を合成した合成画像データを生成し、表示部に表示させる。これにより、ユーザは、高解像度画像を観察することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体サンプルなどのサンプルの内部構造を観察するための観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、病理サンプルなどのサンプルの詳細解析を行う方法として、サンプルをミクロトームを用いて連続的にスライスし、その結果生じた切片をスライドガラス上に付着させることで、プレパラートを形成し、切片を観察ないし撮像していく方法が知られている。
【０００３】
近年では、デジタルパソロジーと呼ばれる分野も注目を集めるようになった。これは、上記した方法で、プレパラートを形成した後に、高解像度画像を切片全体にわたって撮像し、コンピュータに記憶する方法である。
他方、プレパラートを作成せずに、サンプルの内部構造を観察することができる試料観察装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の観察装置は、保持筒に保持された試料を可動ステージにより上方へ所定量、上昇させることで、保持筒の上端から試料を所定量、突出させる。そして、観察装置は、回転板を回転させて、試料の突出部分を切断刃により切断し、切断面を形成する。切断刃により、順次新たに形成される切断面は、カメラにより撮像され、切断面の画像データに基づき、表示部に３次元画像がモニターに表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０６２９６号公報（段落[００３６]〜［００３９］、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、病理サンプルなどのサンプルが観察される場合、高解像度画像が要求される場合が多い。
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１では、１つの切断面に対して、１つの画像データを取得することしかできない。したがって、特許文献１に記載の観察装置では、ユーザは、高解像度の画像を観察することができない。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高解像度画像を観察することができる観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る観察装置は、保持部と、切断部と、撮像機構と、走査機構と、制御手段とを具備する。
前記保持部は、サンプル、または前記サンプルを含む固形物を保持する。
前記切断部は、前記保持された前記サンプルまたは前記固形物を切断し、順次新たな切断面を形成する。
前記撮像機構は、前記切断面よりも小さい撮像範囲内の画像であって、前記切断面の一部を含む画像である部分画像を撮像する。
前記走査機構は、前記撮像範囲を前記切断面に沿って走査させる。
前記制御手段は、前記走査機構を駆動させ、前記撮像機構により前記撮像範囲ごとに前記部分画像を撮像させることで、前記切断面毎に、前記複数の部分画像が合成された画像である、前記切断面の合成画像情報を生成する。
【００１０】
本発明では、撮像部は、切断面よりも小さい範囲の撮像範囲内の画像を撮像することができるので、高解像度の部分画像を取得することができる。この高解像度の部分画像は、切断面毎に、合成され、合成画像の情報が生成される。観察装置は、この合成画像情報に基づいて、サンプルの平面画像や立体画像などの表示画像を表示させればよい。これにより、ユーザは、高解像度画像を観察することができる。
【００１１】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記合成画像情報に基づき、撮像範囲が走査される走査領域を設定してもよい。
本発明では、切断面が新たに形成される毎に、新たに形成される切断面に適した大きさの走査領域を設定することができる。これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１２】
上記観察装置において、前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像情報に基づいて、前記新たに形成された前記切断面に応じた前記走査領域を設定してもよい。
これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１３】
上記観察装置において、前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像から前記サンプルに相当する画像のエッジ検出を実行し、前記検出されたエッジの情報に基づいて前記走査領域を設定してもよい。
【００１４】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記検出されたエッジで囲まれる画像領域を変化させ、前記変化後の画像領域のエッジを包括する領域を、前記走査領域として設定してもよい。
これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１５】
上記観察装置において、前記撮像機構は、少なくとも前記サンプルの前記切断面全体を包括する範囲内の画像である全体画像を撮像し、
前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記全体画像情報に基づいて、前記切断面に応じた前記走査領域を設定してもよい。
本発明では、切断面が新たに形成される毎に、新たに形成される切断面に適した大きさの走査領域を設定することができる。これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１６】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記サンプルが前記切断部により切断される間隔を可変に制御してもよい。
本発明では、サンプルが切断される間隔が可変に制御される。このサンプルが切断される間隔は、画像データのＺ分解能に相当する。すなわち、画像データのＺ分解能が可変に制御されることになる。これにより、例えば、高いＺ分解能が要求されない範囲は、上記間隔を大きくすることで、高速な処理が可能となる。一方、高いＺ分解能が要求される範囲は、上記間隔を小さくすることで、さらに高解像度の画像データを取得することができる。
【００１７】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記合成画像情報に基づき、前記サンプルの画像中の特徴量を抽出し、前記抽出された特徴量に応じて、前記間隔を可変に制御してもよい。
本発明は、サンプルの画像中の特徴量に応じて、間隔を可変とすることができるので、例えば、生体サンプル内のがん細胞を特徴量として、上記間隔（Ｚ分解能）を可変に制御することができる。
【００１８】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記特徴量が増加するに従って、前記間隔を小さくするように、前記間隔を制御してもよい。
これにより、例えば、特徴量が生体サンプル内のがん細胞である場合、がん細胞が増加するに従って、上記間隔を小さくすることができ、Ｚ分解能を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、高解像度画像を観察することができる観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る観察装置を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図２に示す動作を説明するための模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す動作を説明するため模式図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】光学系の他の形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
（観察装置の全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る観察装置１００を示す模式図である。
図１に示すように、観察装置１００は、サンプルホルダー８と、ブレード７と、光学系３と、電子カメラ２と、制御系５とを備える。
【００２２】
サンプルホルダー８は、測部に水平方向（ＸＹ方向）に移動可能な可動部８ａを有し、この可動部８ａと、可動部の反対側の側部８ｂとの間で、サンプルＰを挟み込んで固定する。サンプルホルダー８は、ＸＹＺステージ４に接続されている。ＸＹＺステージ４は、例えば、サンプルホルダー８に接続され、サンプルホルダー８を昇降させる昇降機構１４と、この昇降機構１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるＸＹステージ１５を有する。
【００２３】
ブレード７は、図示しない回転機構により、回転され、サンプルホルダー８に保持されたサンプルＰをＸＹ平面で切断するように構成されている。ブレード７は、観察装置１００に対して、固定された位置で、回転機構により回転される。ブレード７は、水平移動により、サンプルＰを切断するように構成されていても構わない。ブレード７は、サンプルＰをＸＹ平面で切断するような構成であれば、どのような形態であってもよい。
【００２４】
昇降機構１４、ＸＹステージ１５及び回転機構などの駆動機構は、例えばラックアンドピニオン、ベルト、チェーン、リニアモータ、ボールネジ、流体圧シリンダ等の駆動機構により実現される。
【００２５】
光学系３は、照明用の光源１９と、２つの対物レンズ１１、１２と、この２つの対物レンズ１１、１２を切り替えるレボルバー１３とを有する。レボルバー１３は、図示しない回転機構により回転されることで、２つの対物レンズ１１、１２を切り替える。
【００２６】
光源１９は、例えば、発光ダイオードや、キセノンランプなどが用いられる。光源１９からの光が例えば、図示しないミラーにより反射され、対物レンズに入射し、サンプルＰを照明するようにしてもよい。
【００２７】
第１の対物レンズ１１は、例えば、４０倍〜６０倍程度の倍率のレンズが用いられる。第２の対物レンズ１２は、第１の対物レンズ１１よりも低倍率な広角レンズが用いられる。第２の対物レンズ１２としては、数倍から数十倍の倍率のレンズが用いられる。なお、上記各レンズの倍率は、上記した範囲に限られない。
【００２８】
光学系３は、フィルタや、ダイクロックミラーなどを有していてもよい。これにより、蛍光画像や、マルチカラー画像などを取得することができるように構成することができる。
電子カメラ２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像デバイスを備えている。
【００２９】
制御系５は、メインコントローラ１６と、画像処理部１７と、記憶デバイス１８とを有する。
メインコントローラ１６は、観察装置１００の全体を統括的に制御する。メインコントローラ１６は、例えば、ＸＹＺステージ４、ブレード７の回転機構、及びレボルバー１３の回転機構の駆動を制御したり、電子カメラ２により得られた画像データを記憶デバイス１８に出力したりする。また、メインコントローラ１６は、ＸＹＺステージ４によるサンプルホルダー８の位置、すなわち、サンプルＰの３次元内の位置情報を、ＸＹＺステージ４から取得する。
【００３０】
記憶デバイス１８は、メインコントローラ１６から出力された画像データを、ＸＹＺステージ４の位置情報とともにテーブル化して記憶し、保持する。
画像処理部１７は、記憶デバイス１８に記憶された、画像データ及び位置情報を抽出し、抽出された画像データ及び位置情報に基づき、所定の画像処理を実行する。
【００３１】
観察装置１００は、例えば液晶や有機ＥＬ等の表示部６を備えている。画像処理部１７は、メインコントローラ１６に制御に応じて、画像処理により生成された画像を表示部６に出力して表示させる。観察装置１００は、表示部６に加えて、あるいは、表示部６の代わりにプリンタなどの印刷装置を備えていてもよい。
【００３２】
メインコントローラ１６及び画像処理部１７を実現するためのハードウェアとして、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、これらに類するもの、または、これらの組み合わせが用いられる。
【００３３】
画像処理部１７は、ソフトウェア及びハードウェアの両方で実現されてもよい。画像処理部１７がソフトウェア及びハードウェアの両方で実現される場合、そのハードウェアは、ソフトウェアのプログラムを格納する記憶装置（例えばＲＯＭ、その他の記憶装置）を少なくとも含む。メインコントローラ１６についても同様である。
記憶デバイス１８は、磁気ディスク、光ディスク等のディスク状の記憶媒体のほか、固体（半導体、誘電体または磁気抵抗）メモリ等の記憶媒体でもよい。
【００３４】
サンプルＰとしては、例えば、病理サンプルや、人以外の動物、植物などの生体組織サンプルＰが用いられる。サンプルＰの種類は、特に限定されず、医療分野、薬品分野、食品分野、農業分野等から適宜選択されたサンプルＰが用いられればよい。
【００３５】
サンプルＰは、例えば、樹脂や、パラフィンなどの包埋材に包埋され、サンプルＰを含む固形物としてサンプルホルダー８に保持されてもよい。サンプルＰは、凍結包埋によるサンプルＰとして、サンプルホルダー８により保持されてもよい。サンプルＰが凍結包埋される場合、サンプルホルダー８は、図示しない冷却部を有していてもよい。あるいは、サンプルＰ自体が硬い物体である場合は、サンプルＰ自体がサンプルホルダー８に保持されても構わない。
【００３６】
サンプルＰは、撮像が実行される前に、染色が施されていてもよい。染色の種類としては、ヘマトキシリン・エオシン染色（HE染色）など染色液を用いた明視野での染色のほか、ＩＨＣ（immunohisto chemistry）や、ＦＩＳＨ（Fluorescent in situ hybridization）法による染色などが挙げられる。また、ＤＡＰＩ（4',6-diamino-2-phenylindole）による核酸蛍光染色など、蛍光物質を用いた染色法、抗体や核酸プローブなどを用いた染色法などが挙げられる。
【００３７】
サンプルＰが染色される場合、whole mount法が用いられることで、サンプルＰの切断面を染色された状態とすることができる。
【００３８】
（動作説明）
図２は、観察装置１００の動作を示すフローチャートである。図３は、図２に示す動作を説明するための模式図である。
【００３９】
まず、メインコントローラ１６は、ブレード７に設けられた回転機構を駆動させ、ブレード７により、サンプルＰの上端部を切断する（ステップ１０１）。サンプルＰが切断されると、サンプルＰのｎ層目の切断面が形成される。
【００４０】
サンプルＰのｎ層目の切断面が形成されると、メインコントローラ１６は、第２の対物レンズ１２を介して、サンプルＰのｎ層目の切断面を撮像するように、電子カメラ２を制御する（ステップ１０２）。このとき、第２の対物レンズ１２を介して撮像される画像は、少なくともサンプルＰのｎ層目の切断面全体を包括する範囲内の画像である。
【００４１】
メインコントローラ１６は、ｎ層目の切断面全体を包括する全体画像データを取得すると、この全体画像データに基づいて、走査領域１Ａを設定する（ステップ１０３）。ここで、走査領域１Ａとは、電子カメラ２により、第１の対物レンズ１１を介して撮像される撮像範囲２Ａが走査される領域を指す（図３（Ｃ）参照）。
【００４２】
メインコントローラ１６は、典型的には、ステップ１０３において、全体画像データに基づき、ｎ層目の切断面のエッジ検出を実行し（図３（Ｂ）参照）、このエッジの内部を包括する領域を走査領域１Ａとして設定する（図３（Ｃ）参照）。エッジ検出は、例えば、全体画像の輝度情報の閾値判定により実行されればよい。
【００４３】
走査領域１Ａが設定されると、メインコントローラ１６は、レボルバー１３の回転機構を駆動させ、第２の対物レンズ１２から第１の対物レンズ１１へと切り替える（ステップ１０４）。
【００４４】
次に、メインコントローラ１６は、設定された走査領域１Ａの情報に基づいて、ＸＹステージ１５を駆動させることで、サンプルホルダー８をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる（ステップ１０５）。
【００４５】
サンプルホルダー８が所定の位置まで移動されると、例えば、近赤外線などを利用したアクティブ型の測距方式により、第１の対物レンズ１１からサンプルＰのｎ層目の切断面との距離が測定される。メインコントローラ１６は、測定された距離に応じて、昇降機構１４を昇降させ、フォーカスを調整する（ステップ１０６）。なお、測距方式は、アクティブ型の測距方式に限られず、例えば、ＴＴＬ（Through the Lens）方式などのパッシブ型の測距方式が用いられてもよく、測距方式は、特に限定されない。
【００４６】
フォーカスが調整されると、メインコントローラ１６は、電子カメラ２を制御し、第１の対物レンズ１１を介して、ｎ層目の切断面の一部に相当する部分画像を撮像させる（ステップ１０７）。なお、以降の説明では、電子カメラ２が第１の対物レンズ１１を介して、撮像可能な範囲を撮像範囲２Ａとして説明する（図３（Ｃ）参照）。
【００４７】
ｎ層目の切断面の部分画像が撮像されると、メインコントローラ１６は、サンプルＰの３次元内の位置情報を、ＸＹＺステージ４から取得し、部分画像データとともに記憶デバイス１８に出力する。記憶デバイス１８は、メインコントローラ１６から出力された部分画像データと、ＸＹＺステージ４の位置情報とをテーブル化して記憶し、保持する（ステップ１０８）。
【００４８】
次に、メインコントローラ１６は、走査領域１Ａ内の部分画像データが全て取得されたか否かを判定する（ステップ１０９）。走査領域１Ａ内の画像が全て取得されていない場合（ステップ１０９ＮＯ）、メインコントローラ１６は、ＸＹステージ１５を所定の距離だけ移動させる（ステップ１０５）。この場合、電子カメラ２が、第１の対物レンズ１１を介して撮像可能な撮像範囲２Ａは、サンプルＰの切断面に沿って、走査されるように移動されることになる。
【００４９】
以降、走査領域１Ａ内の画像が全て取得されるまで、ステップ１０５〜ステップ１０９に示す処理が繰り返される。
【００５０】
走査領域１Ａ内の画像が全て取得された場合（ステップ１０９のＹＥＳ）、メインコントローラ１６は、昇降機構１４を上昇させ、サンプルＰを上昇させる（ステップ１１０）。このとき、サンプルＰが上昇される距離は、例えば、５０μｍ〜１００μｍとされるが、この範囲に限られない。サンプルＰが上昇される距離は、取得される画像データのＺ分解能に相当する。
【００５１】
昇降機構１４が所定の距離だけ上昇されると、メインコントローラ１６は、ブレード７を回転させる。これにより、サンプルＰが上昇された距離だけ、サンプルＰが切断され、サンプルＰのｎ＋１層目の切断面が形成される。
以降、ステップ１０１〜１１０に示す処理が、サンプルＰ全体が切断されるまで実行される。
【００５２】
画像処理部１７は、部分画像データと、ＸＹＺステージ４の位置情報とを記憶デバイス１８から取得し、位置情報に基づいて、部分画像データを合成することで、切断面毎の合成画像データを生成する。画像処理部１７は、この合成画像データに基づいて、サンプルＰの平面画像や、立体画像などの表示画像を表示させる。
【００５３】
画像処理部１７は、部分画像データを合成する際に、位置の調整や、色調、明るさの補正などの処理を実行してもよい。画像処理部１７は、部分画像データに基づいて、任意の断面で切断された立体画像を擬似的に作成し、この立体画像を表示部６に表示させるようにしてもよい。
【００５４】
メインコントローラ１６は、平面画像や立体画像などの表示画像を、そのまま表示するのではなく、各種の画像解析を実行してもよい。例えば、メインコントローラ１６は、特定細胞や特定組織の識別、病変部に特異的な画像的特徴の有無の検出および特徴的な領域の識別、特定遺伝子の発現の有無の検出その空間的分布の解析などの処理を実行してもよい。
【００５５】
本実施形態では、上記したように、高倍率な第１の対物レンズ１１を介して撮像されたサンプルＰの部分画像データを取得し、この部分画像データを合成することで、平面画像データ及び立体画像データを生成している。これにより、ユーザは、高解像度の画像を観察することができる。
【００５６】
さらに、本発明では、第２の対物レンズ１２を介して撮像された全体画像データに基づいて、走査領域１Ａが設定されているため、切断面が新たに形成される毎に、新たに形成される切断面に適した大きさの走査領域１Ａを設定することができる。これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００５７】
さらに、本実施実施形態では、ＸＹＺステージ４の位置情報を部分画像データとともに記録するため、複数の部分画像データから得られる、切断面毎の合成画像データの位置合わせを、記録された位置情報に元に行うことができる。これは、スライドガラス画像を用いたデジタルパソロジーによる立体画像構築と比較して、はるかに簡便であり、高速である。
【００５８】
特に、サンプルＰが病理サンプルＰの場合、高解像度な画像及び高速な処理が要求されることが多い。従って、本実施形態に係る観察装置１００は、病理サンプルＰを観察する際に、特に大きな効果を奏する。
【００５９】
本実施形態の説明では、ステップ１０４において、検出されたエッジの内部を包括する領域を走査領域１Ａとして設定する、として説明した。すなわち、走査領域１Ａは、エッジを全て包括する、エッジよりも大きい領域であるとして説明した。しかし、これに限られず、走査領域１Ａは、エッジよりも小さい領域であっても構わない。例えば、サンプルＰの切断面の中心部分に観察したい領域があるような場合、走査領域１Ａをエッジよりも小さい領域として設定するように、メインコントローラ１６に制御させても構わない。これにより、ユーザは、サンプルＰの必要部分の表示画像を観察することができる。また、このような処理によれば、高速な処理も可能となる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施系形態について説明する。
【００６１】
第２実施形態では、上述の第１実施形態と、走査領域１Ａが設定される方法が異なるため、その点を中心に説明する。なお、以降の説明では、上述の第１実施形態と、同様の構成及び機能を有するものについては、同一符号を付し、説明を簡略化、または省略する。
図４は、第２実施形態に係る観察装置１００の動作を示すフローチャートである。図５は、図４に示す動作を説明するため模式図である。
【００６２】
まず、メインコントローラ１６は、ブレード７を駆動させ、ブレード７により、サンプルＰの上端部を切断する（ステップ２０１）。サンプルＰが切断されると、サンプルＰのｎ層目の切断面が形成される。
【００６３】
サンプルＰのｎ層目の切断面が形成されると、メインコントローラ１６は、サンプルＰのｎ−１層目の（前の）切断面の全体画像データが記憶デバイス１８に記憶されているか否かを判定する（ステップ２０２）。ここで、ステップ２０２において、判定されるｎ−１層目の切断面の全体画像データは、部分画像データが合成されて形成された、合成画像データであってもよく、第２の対物レンズ１２を介して取得された切断面の全体画像データであってもよい。
【００６４】
ｎ−１層目の切断面の全体画像データが記憶されていない場合、メインコントローラ１６は、走査領域１Ａの最大領域である最大走査領域を走査領域１Ａとして設定する（ステップ２０３）。
【００６５】
そして、メインコントローラ１６は、撮像範囲２Ａを最大走査領域内で走査させる（ステップ２０４〜ステップ２０７）。この場合、最大走査領域内で、ＸＹステージ１５の移動（ステップ２０４）→フォーカシング（ステップ２０５）→撮像（第１の対物レンズ１１）（ステップ２０６）→データ保存（ステップ２０７）→判定（ステップ２０８）の処理が繰り返される。最大走査領域内で撮像範囲２Ａを走査し終えた場合、再びステップ２０１へ戻る。
【００６６】
ステップ２０２において、ｎ−１層目の切断面の全体画像データが記憶されている場合、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の切断面の全体画像データに基づき、ｎ層目の切断面の走査領域１Ａを設定する（ステップ２０９）。典型的には、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の画像データのエッジ検出を実行する（図５（Ａ）参照）。そして、メインコントローラ１６は、検出されたエッジで囲まれる領域を一定量膨張させた領域（以下、変化領域）を形成する（図５（Ｂ）参照）。次に、メインコントローラ１６は、変化領域を包括する領域を走査領域１Ａとして設定する（図５（Ｃ）参照）。
【００６７】
走査領域１Ａが設定されると、メインコントローラ１６は、ステップ２０４〜ステップ２１０に示す処理を実行する。
【００６８】
本実施形態では、前回の切断面の画像データに基づいて、新たな切断面の走査領域１Ａを設定することができるので、余計な領域の走査を省くことができる。これにより、高速な処理が実現される。
【００６９】
ステップ２０２において、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の切断面の全体画像データが存在しない場合、第２の対物レンズ１２を介して、ｎ層目の切断面の全体画像データを取得してもよい。この場合、メインコントローラ１６は、取得されたｎ層目の全体画像データに基づいて、走査領域１Ａを設定し、撮像範囲２Ａを走査領域１Ａ内で走査させる。すなわち、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の切断面の全体画像データが存在しない場合、図２のステップ１０２〜１０９に示す処理を実行しても構わない。
【００７０】
上述の説明では、変化領域は、エッジで囲まれる領域が膨張されて形成される、として説明した。しかし、これに限られず、変化領域は、エッジで囲まれる領域が縮小されて形成されてもよい。
【００７１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００７２】
第３実施形態では、ブレード７により、サンプルＰが切断される間隔が可変に制御される点が、上述の各実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。
図６は、第３実施形態に係る観察装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００７３】
図６に示すように、まず、メインコントローラ１６は、ブレード７を回転させ、サンプルＰの端部を切断し、サンプルＰのｎ層目の切断面を形成する（ステップ３０１）。
【００７４】
メインコントローラ１６は、サンプルＰのｎ層目の切断面を形成すると、ステップ３０２〜ステップ３０６において、図２のステップ１０５〜１０９に示した処理と同様の処理を実行する。なお、ステップ３０１〜３０６までの処理については、上述の図２に示したステップ１０１〜１０９と同様の処理を実行させてもよく、図４に示したステップ２０１〜２０８と同様の処理を実行させてもよい。また、上述の各実施形態で示した変形例は、本実施形態に全て適用することができる。
【００７５】
サンプルＰのｎ層目の切断面が形成されると、メインコントローラ１６は、ステップ３０２〜３０６の処理により得られた部分画像データを合成し、合成画像データを生成する。そして、メインコントローラ１６は、この合成画像データに基づき、画像解析により画像特徴量を抽出する（ステップ３０６）。画像特徴量は、例えば、合成画像データの輝度情報などに基づいて判定される。抽出される画像特徴量としては、さまざまなものを指標とすることができるが、本実施形態では、がん細胞の画像パターンを指標とするとして説明する。がん細胞の画像パターンを指標とする場合、がん細胞の大きさを指標としてもよく、切断面の大きさに対するがん細胞の大きさの割合を指標としてもよい。
【００７６】
がん細胞の画像パターンを指標として、画像特徴量が判定されると、メインコントローラ１６は、がん細胞の大きさに応じた距離分、昇降機構１４を上昇させることで、サンプルＰを上昇させる（ステップ３０７）。この場合、サンプルＰが上昇される距離は、がん細胞が大きくなるに従って、小さくなるように設定されている。なお、サンプルＰが上昇される距離は、上述のように、画像データのＺ分解能に相当する。従って、画像データのＺ分解能は、がん細胞が大きくなるに従って、上昇する。
【００７７】
サンプルＰが上昇される距離は、がん細胞が大きくなるに従って、段階的に小さくなってもよく、一次関数的に小さくなってもよい。あるいは、指数関数的に小さくなっても構わない。
【００７８】
ところで、癌組織の術中迅速診断を行う場合などにおいては、得られた生体サンプルＰ中に癌細胞が存在しているか否かを短時間に判定することが求められる場合がある。この場合において、本実施形態では、癌細胞の存在の疑いが高い領域においてのみZ分解能を向上させることができるので、作業時間を短縮することができる。
【００７９】
画像特徴量の他の例としては、例えば合成画像データ中に占めるサンプルＰの切断面の面積が挙げられる。この場合も、画像特徴量が大きくなるに従って、サンプルＰが上昇される距離が小さくなるように設定される。サンプルＰが樹脂などの包埋材に包埋・固定化されている場合において、撮影したいサンプルＰの切断面に出現してくるまでの間の時間を短縮させることができので、作業効率を向上させることができる。
【００８０】
本実施形態では、画像特徴量が大きくなるに従って、サンプルＰが上昇される距離が小さくなる場合について説明した。しかし、画像特徴量が大きくなるに従って、サンプルＰが上昇される距離が大きくされる形態も考えられる。
【００８１】
ここで、使用する画像特徴量、およびそれに応じたZ分解能は、観察したい対象物の性質によって異なる。そこで、あらかじめこれらのパラメータをコンピュータ上に用意しておき、実験を行う際に実験に用いるパラメータをユーザが選択できる機構を取り付けることによって、ユーザの作業効率を向上させることができる。
【００８２】
＜各種変形例＞
上述の各実施形態では、サンプルＰがＸＹ方向に移動され、光学系３及び電子カメラ２が固定される形態について説明した。しかし、これに限られず、サンプルＰがＸＹ方向で固定され、光学系３及び電子カメラ２がＸＹ方向に移動されるように構成されてもよい。あるいは、サンプルＰと、光学系３及び電子カメラ２との両方がＸＹ方向に移動されるように構成されてもよい。すなわち、サンプルＰと、光学系３及び電子カメラ２とのＸＹ方向での相対的な位置を変化させることができる形態であれば、どのような形態であってもよい。
【００８３】
また、上述の各実施形態では、Ｚ方向への移動は、サンプルＰが、光学系３及び電子カメラ２側に移動する形態について説明した。しかし、これに限られず、光学系３及び電子カメラ２が、サンプルＰ側に移動されても構わない。この場合、光学系３及び電子カメラ２の移動に応じてブレード７もサンプルＰ側に移動される。
【００８４】
上述の各実施形態では、サンプルＰの染色は、前処理として、行われるとして説明した。しかし、これに限られず、サンプルＰの切断面が形成される毎に、新たに形成された切断面に、染色用薬品を塗布する方法が用いられてもよい。この場合、サンプルＰの切断面に対向する位置に、染色用薬品を塗布する塗布機構が配置されればよい。
【００８５】
図７は、光学系の他の形態を示す模式図である。
図７に示すように、光学系２０は、光源２１と、ポラライザ２２と、ビームスプリッタ２３と、ウェラストンプリズム２４と、対物レンズ２５と、アナライザ２６とで構成される。
【００８６】
光源２１からの光は、ポラライザ２２に入射し、所定の振動方向の直線偏光となる。ポラライザ２２からの直線偏光は、ビームスプリッタ２３で反射されてウェラストンプリズム２４に入射し、振動方向が互いに直行する２つの直線偏光に分離される。この２つの直線偏光は、対物レンズ２５を介してほぼ平行な集光光となり、サンプルＰの切断面上の異なる位置に垂直に照明される。
【００８７】
異なる２つの位置で反射した光は、再び対物レンズ２５を介してウェラストンプリズム２４に入射し、合成されて同一光路を進む。ウェラストンプリズム２４からの２束光は、ビームスプリッタ２３を介して、アナライザ２６に入射し、同一の振動方向の成分が取り出されて偏光干渉する。その後、偏光干渉した光が電子カメラ２の像面に導かれ、微分干渉像が形成される。
【符号の説明】
【００８８】
Ｐ…サンプル
１Ａ…走査領域
２Ａ…撮像範囲
２…電子カメラ
３…光学系
４…ＸＹＺステージ
５…制御系
６…表示部
７…ブレード
８…サンプルホルダー
１１…第１の対物レンズ
１２…第２の対物レンズ
１３…レボルバー
１４…昇降機構
１５…ＸＹステージ
１６…メインコントローラ
１７…画像処理部
１８…記憶デバイス
１００…観察装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体サンプルなどのサンプルの内部構造を観察するための観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、病理サンプルなどのサンプルの詳細解析を行う方法として、サンプルをミクロトームを用いて連続的にスライスし、その結果生じた切片をスライドガラス上に付着させることで、プレパラートを形成し、切片を観察ないし撮像していく方法が知られている。
【０００３】
近年では、デジタルパソロジーと呼ばれる分野も注目を集めるようになった。これは、上記した方法で、プレパラートを形成した後に、高解像度画像を切片全体にわたって撮像し、コンピュータに記憶する方法である。
他方、プレパラートを作成せずに、サンプルの内部構造を観察することができる試料観察装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の観察装置は、保持筒に保持された試料を可動ステージにより上方へ所定量、上昇させることで、保持筒の上端から試料を所定量、突出させる。そして、観察装置は、回転板を回転させて、試料の突出部分を切断刃により切断し、切断面を形成する。切断刃により、順次新たに形成される切断面は、カメラにより撮像され、切断面の画像データに基づき、表示部に３次元画像がモニターに表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０６２９６号公報（段落[００３６]〜［００３９］、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、病理サンプルなどのサンプルが観察される場合、高解像度画像が要求される場合が多い。
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１では、１つの切断面に対して、１つの画像データを取得することしかできない。したがって、特許文献１に記載の観察装置では、ユーザは、高解像度の画像を観察することができない。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高解像度画像を観察することができる観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る観察装置は、保持部と、切断部と、撮像機構と、走査機構と、制御手段とを具備する。
前記保持部は、サンプル、または前記サンプルを含む固形物を保持する。
前記切断部は、前記保持された前記サンプルまたは前記固形物を切断し、順次新たな切断面を形成する。
前記撮像機構は、前記切断面よりも小さい撮像範囲内の画像であって、前記切断面の一部を含む画像である部分画像を撮像する。
前記走査機構は、前記撮像範囲を前記切断面に沿って走査させる。
前記制御手段は、前記走査機構を駆動させ、前記撮像機構により前記撮像範囲ごとに前記部分画像を撮像させることで、前記切断面毎に、前記複数の部分画像が合成された画像である、前記切断面の合成画像情報を生成する。
【００１０】
本発明では、撮像部は、切断面よりも小さい範囲の撮像範囲内の画像を撮像することができるので、高解像度の部分画像を取得することができる。この高解像度の部分画像は、切断面毎に、合成され、合成画像の情報が生成される。観察装置は、この合成画像情報に基づいて、サンプルの平面画像や立体画像などの表示画像を表示させればよい。これにより、ユーザは、高解像度画像を観察することができる。
【００１１】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記合成画像情報に基づき、撮像範囲が走査される走査領域を設定してもよい。
本発明では、切断面が新たに形成される毎に、新たに形成される切断面に適した大きさの走査領域を設定することができる。これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１２】
上記観察装置において、前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像情報に基づいて、前記新たに形成された前記切断面に応じた前記走査領域を設定してもよい。
これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１３】
上記観察装置において、前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像から前記サンプルに相当する画像のエッジ検出を実行し、前記検出されたエッジの情報に基づいて前記走査領域を設定してもよい。
【００１４】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記検出されたエッジで囲まれる画像領域を変化させ、前記変化後の画像領域のエッジを包括する領域を、前記走査領域として設定してもよい。
これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１５】
上記観察装置において、前記撮像機構は、少なくとも前記サンプルの前記切断面全体を包括する範囲内の画像である全体画像を撮像し、
前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記全体画像情報に基づいて、前記切断面に応じた前記走査領域を設定してもよい。
本発明では、切断面が新たに形成される毎に、新たに形成される切断面に適した大きさの走査領域を設定することができる。これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００１６】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記サンプルが前記切断部により切断される間隔を可変に制御してもよい。
本発明では、サンプルが切断される間隔が可変に制御される。このサンプルが切断される間隔は、画像データのＺ分解能に相当する。すなわち、画像データのＺ分解能が可変に制御されることになる。これにより、例えば、高いＺ分解能が要求されない範囲は、上記間隔を大きくすることで、高速な処理が可能となる。一方、高いＺ分解能が要求される範囲は、上記間隔を小さくすることで、さらに高解像度の画像データを取得することができる。
【００１７】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記合成画像情報に基づき、前記サンプルの画像中の特徴量を抽出し、前記抽出された特徴量に応じて、前記間隔を可変に制御してもよい。
本発明は、サンプルの画像中の特徴量に応じて、間隔を可変とすることができるので、例えば、生体サンプル内のがん細胞を特徴量として、上記間隔（Ｚ分解能）を可変に制御することができる。
【００１８】
上記観察装置において、前記制御手段は、前記特徴量が増加するに従って、前記間隔を小さくするように、前記間隔を制御してもよい。
これにより、例えば、特徴量が生体サンプル内のがん細胞である場合、がん細胞が増加するに従って、上記間隔を小さくすることができ、Ｚ分解能を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、高解像度画像を観察することができる観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る観察装置を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図２に示す動作を説明するための模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図４に示す動作を説明するため模式図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】光学系の他の形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
（観察装置の全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る観察装置１００を示す模式図である。
図１に示すように、観察装置１００は、サンプルホルダー８と、ブレード７と、光学系３と、電子カメラ２と、制御系５とを備える。
【００２２】
サンプルホルダー８は、測部に水平方向（ＸＹ方向）に移動可能な可動部８ａを有し、この可動部８ａと、可動部の反対側の側部８ｂとの間で、サンプルＰを挟み込んで固定する。サンプルホルダー８は、ＸＹＺステージ４に接続されている。ＸＹＺステージ４は、例えば、サンプルホルダー８に接続され、サンプルホルダー８を昇降させる昇降機構１４と、この昇降機構１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるＸＹステージ１５を有する。
【００２３】
ブレード７は、図示しない回転機構により、回転され、サンプルホルダー８に保持されたサンプルＰをＸＹ平面で切断するように構成されている。ブレード７は、観察装置１００に対して、固定された位置で、回転機構により回転される。ブレード７は、水平移動により、サンプルＰを切断するように構成されていても構わない。ブレード７は、サンプルＰをＸＹ平面で切断するような構成であれば、どのような形態であってもよい。
【００２４】
昇降機構１４、ＸＹステージ１５及び回転機構などの駆動機構は、例えばラックアンドピニオン、ベルト、チェーン、リニアモータ、ボールネジ、流体圧シリンダ等の駆動機構により実現される。
【００２５】
光学系３は、照明用の光源１９と、２つの対物レンズ１１、１２と、この２つの対物レンズ１１、１２を切り替えるレボルバー１３とを有する。レボルバー１３は、図示しない回転機構により回転されることで、２つの対物レンズ１１、１２を切り替える。
【００２６】
光源１９は、例えば、発光ダイオードや、キセノンランプなどが用いられる。光源１９からの光が例えば、図示しないミラーにより反射され、対物レンズに入射し、サンプルＰを照明するようにしてもよい。
【００２７】
第１の対物レンズ１１は、例えば、４０倍〜６０倍程度の倍率のレンズが用いられる。第２の対物レンズ１２は、第１の対物レンズ１１よりも低倍率な広角レンズが用いられる。第２の対物レンズ１２としては、数倍から数十倍の倍率のレンズが用いられる。なお、上記各レンズの倍率は、上記した範囲に限られない。
【００２８】
光学系３は、フィルタや、ダイクロックミラーなどを有していてもよい。これにより、蛍光画像や、マルチカラー画像などを取得することができるように構成することができる。
電子カメラ２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像デバイスを備えている。
【００２９】
制御系５は、メインコントローラ１６と、画像処理部１７と、記憶デバイス１８とを有する。
メインコントローラ１６は、観察装置１００の全体を統括的に制御する。メインコントローラ１６は、例えば、ＸＹＺステージ４、ブレード７の回転機構、及びレボルバー１３の回転機構の駆動を制御したり、電子カメラ２により得られた画像データを記憶デバイス１８に出力したりする。また、メインコントローラ１６は、ＸＹＺステージ４によるサンプルホルダー８の位置、すなわち、サンプルＰの３次元内の位置情報を、ＸＹＺステージ４から取得する。
【００３０】
記憶デバイス１８は、メインコントローラ１６から出力された画像データを、ＸＹＺステージ４の位置情報とともにテーブル化して記憶し、保持する。
画像処理部１７は、記憶デバイス１８に記憶された、画像データ及び位置情報を抽出し、抽出された画像データ及び位置情報に基づき、所定の画像処理を実行する。
【００３１】
観察装置１００は、例えば液晶や有機ＥＬ等の表示部６を備えている。画像処理部１７は、メインコントローラ１６に制御に応じて、画像処理により生成された画像を表示部６に出力して表示させる。観察装置１００は、表示部６に加えて、あるいは、表示部６の代わりにプリンタなどの印刷装置を備えていてもよい。
【００３２】
メインコントローラ１６及び画像処理部１７を実現するためのハードウェアとして、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、これらに類するもの、または、これらの組み合わせが用いられる。
【００３３】
画像処理部１７は、ソフトウェア及びハードウェアの両方で実現されてもよい。画像処理部１７がソフトウェア及びハードウェアの両方で実現される場合、そのハードウェアは、ソフトウェアのプログラムを格納する記憶装置（例えばＲＯＭ、その他の記憶装置）を少なくとも含む。メインコントローラ１６についても同様である。
記憶デバイス１８は、磁気ディスク、光ディスク等のディスク状の記憶媒体のほか、固体（半導体、誘電体または磁気抵抗）メモリ等の記憶媒体でもよい。
【００３４】
サンプルＰとしては、例えば、病理サンプルや、人以外の動物、植物などの生体組織サンプルＰが用いられる。サンプルＰの種類は、特に限定されず、医療分野、薬品分野、食品分野、農業分野等から適宜選択されたサンプルＰが用いられればよい。
【００３５】
サンプルＰは、例えば、樹脂や、パラフィンなどの包埋材に包埋され、サンプルＰを含む固形物としてサンプルホルダー８に保持されてもよい。サンプルＰは、凍結包埋によるサンプルＰとして、サンプルホルダー８により保持されてもよい。サンプルＰが凍結包埋される場合、サンプルホルダー８は、図示しない冷却部を有していてもよい。あるいは、サンプルＰ自体が硬い物体である場合は、サンプルＰ自体がサンプルホルダー８に保持されても構わない。
【００３６】
サンプルＰは、撮像が実行される前に、染色が施されていてもよい。染色の種類としては、ヘマトキシリン・エオシン染色（HE染色）など染色液を用いた明視野での染色のほか、ＩＨＣ（immunohisto chemistry）や、ＦＩＳＨ（Fluorescent in situ hybridization）法による染色などが挙げられる。また、ＤＡＰＩ（4',6-diamino-2-phenylindole）による核酸蛍光染色など、蛍光物質を用いた染色法、抗体や核酸プローブなどを用いた染色法などが挙げられる。
【００３７】
サンプルＰが染色される場合、whole mount法が用いられることで、サンプルＰの切断面を染色された状態とすることができる。
【００３８】
（動作説明）
図２は、観察装置１００の動作を示すフローチャートである。図３は、図２に示す動作を説明するための模式図である。
【００３９】
まず、メインコントローラ１６は、ブレード７に設けられた回転機構を駆動させ、ブレード７により、サンプルＰの上端部を切断する（ステップ１０１）。サンプルＰが切断されると、サンプルＰのｎ層目の切断面が形成される。
【００４０】
サンプルＰのｎ層目の切断面が形成されると、メインコントローラ１６は、第２の対物レンズ１２を介して、サンプルＰのｎ層目の切断面を撮像するように、電子カメラ２を制御する（ステップ１０２）。このとき、第２の対物レンズ１２を介して撮像される画像は、少なくともサンプルＰのｎ層目の切断面全体を包括する範囲内の画像である。
【００４１】
メインコントローラ１６は、ｎ層目の切断面全体を包括する全体画像データを取得すると、この全体画像データに基づいて、走査領域１Ａを設定する（ステップ１０３）。ここで、走査領域１Ａとは、電子カメラ２により、第１の対物レンズ１１を介して撮像される撮像範囲２Ａが走査される領域を指す（図３（Ｃ）参照）。
【００４２】
メインコントローラ１６は、典型的には、ステップ１０３において、全体画像データに基づき、ｎ層目の切断面のエッジ検出を実行し（図３（Ｂ）参照）、このエッジの内部を包括する領域を走査領域１Ａとして設定する（図３（Ｃ）参照）。エッジ検出は、例えば、全体画像の輝度情報の閾値判定により実行されればよい。
【００４３】
走査領域１Ａが設定されると、メインコントローラ１６は、レボルバー１３の回転機構を駆動させ、第２の対物レンズ１２から第１の対物レンズ１１へと切り替える（ステップ１０４）。
【００４４】
次に、メインコントローラ１６は、設定された走査領域１Ａの情報に基づいて、ＸＹステージ１５を駆動させることで、サンプルホルダー８をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる（ステップ１０５）。
【００４５】
サンプルホルダー８が所定の位置まで移動されると、例えば、近赤外線などを利用したアクティブ型の測距方式により、第１の対物レンズ１１からサンプルＰのｎ層目の切断面との距離が測定される。メインコントローラ１６は、測定された距離に応じて、昇降機構１４を昇降させ、フォーカスを調整する（ステップ１０６）。なお、測距方式は、アクティブ型の測距方式に限られず、例えば、ＴＴＬ（Through the Lens）方式などのパッシブ型の測距方式が用いられてもよく、測距方式は、特に限定されない。
【００４６】
フォーカスが調整されると、メインコントローラ１６は、電子カメラ２を制御し、第１の対物レンズ１１を介して、ｎ層目の切断面の一部に相当する部分画像を撮像させる（ステップ１０７）。なお、以降の説明では、電子カメラ２が第１の対物レンズ１１を介して、撮像可能な範囲を撮像範囲２Ａとして説明する（図３（Ｃ）参照）。
【００４７】
ｎ層目の切断面の部分画像が撮像されると、メインコントローラ１６は、サンプルＰの３次元内の位置情報を、ＸＹＺステージ４から取得し、部分画像データとともに記憶デバイス１８に出力する。記憶デバイス１８は、メインコントローラ１６から出力された部分画像データと、ＸＹＺステージ４の位置情報とをテーブル化して記憶し、保持する（ステップ１０８）。
【００４８】
次に、メインコントローラ１６は、走査領域１Ａ内の部分画像データが全て取得されたか否かを判定する（ステップ１０９）。走査領域１Ａ内の画像が全て取得されていない場合（ステップ１０９ＮＯ）、メインコントローラ１６は、ＸＹステージ１５を所定の距離だけ移動させる（ステップ１０５）。この場合、電子カメラ２が、第１の対物レンズ１１を介して撮像可能な撮像範囲２Ａは、サンプルＰの切断面に沿って、走査されるように移動されることになる。
【００４９】
以降、走査領域１Ａ内の画像が全て取得されるまで、ステップ１０５〜ステップ１０９に示す処理が繰り返される。
【００５０】
走査領域１Ａ内の画像が全て取得された場合（ステップ１０９のＹＥＳ）、メインコントローラ１６は、昇降機構１４を上昇させ、サンプルＰを上昇させる（ステップ１１０）。このとき、サンプルＰが上昇される距離は、例えば、５０μｍ〜１００μｍとされるが、この範囲に限られない。サンプルＰが上昇される距離は、取得される画像データのＺ分解能に相当する。
【００５１】
昇降機構１４が所定の距離だけ上昇されると、メインコントローラ１６は、ブレード７を回転させる。これにより、サンプルＰが上昇された距離だけ、サンプルＰが切断され、サンプルＰのｎ＋１層目の切断面が形成される。
以降、ステップ１０１〜１１０に示す処理が、サンプルＰ全体が切断されるまで実行される。
【００５２】
画像処理部１７は、部分画像データと、ＸＹＺステージ４の位置情報とを記憶デバイス１８から取得し、位置情報に基づいて、部分画像データを合成することで、切断面毎の合成画像データを生成する。画像処理部１７は、この合成画像データに基づいて、サンプルＰの平面画像や、立体画像などの表示画像を表示させる。
【００５３】
画像処理部１７は、部分画像データを合成する際に、位置の調整や、色調、明るさの補正などの処理を実行してもよい。画像処理部１７は、部分画像データに基づいて、任意の断面で切断された立体画像を擬似的に作成し、この立体画像を表示部６に表示させるようにしてもよい。
【００５４】
メインコントローラ１６は、平面画像や立体画像などの表示画像を、そのまま表示するのではなく、各種の画像解析を実行してもよい。例えば、メインコントローラ１６は、特定細胞や特定組織の識別、病変部に特異的な画像的特徴の有無の検出および特徴的な領域の識別、特定遺伝子の発現の有無の検出その空間的分布の解析などの処理を実行してもよい。
【００５５】
本実施形態では、上記したように、高倍率な第１の対物レンズ１１を介して撮像されたサンプルＰの部分画像データを取得し、この部分画像データを合成することで、平面画像データ及び立体画像データを生成している。これにより、ユーザは、高解像度の画像を観察することができる。
【００５６】
さらに、本発明では、第２の対物レンズ１２を介して撮像された全体画像データに基づいて、走査領域１Ａが設定されているため、切断面が新たに形成される毎に、新たに形成される切断面に適した大きさの走査領域１Ａを設定することができる。これにより、余計な領域が走査されることを防止することができるので、高速な処理が可能となる。
【００５７】
さらに、本実施実施形態では、ＸＹＺステージ４の位置情報を部分画像データとともに記録するため、複数の部分画像データから得られる、切断面毎の合成画像データの位置合わせを、記録された位置情報に元に行うことができる。これは、スライドガラス画像を用いたデジタルパソロジーによる立体画像構築と比較して、はるかに簡便であり、高速である。
【００５８】
特に、サンプルＰが病理サンプルＰの場合、高解像度な画像及び高速な処理が要求されることが多い。従って、本実施形態に係る観察装置１００は、病理サンプルＰを観察する際に、特に大きな効果を奏する。
【００５９】
本実施形態の説明では、ステップ１０４において、検出されたエッジの内部を包括する領域を走査領域１Ａとして設定する、として説明した。すなわち、走査領域１Ａは、エッジを全て包括する、エッジよりも大きい領域であるとして説明した。しかし、これに限られず、走査領域１Ａは、エッジよりも小さい領域であっても構わない。例えば、サンプルＰの切断面の中心部分に観察したい領域があるような場合、走査領域１Ａをエッジよりも小さい領域として設定するように、メインコントローラ１６に制御させても構わない。これにより、ユーザは、サンプルＰの必要部分の表示画像を観察することができる。また、このような処理によれば、高速な処理も可能となる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施系形態について説明する。
【００６１】
第２実施形態では、上述の第１実施形態と、走査領域１Ａが設定される方法が異なるため、その点を中心に説明する。なお、以降の説明では、上述の第１実施形態と、同様の構成及び機能を有するものについては、同一符号を付し、説明を簡略化、または省略する。
図４は、第２実施形態に係る観察装置１００の動作を示すフローチャートである。図５は、図４に示す動作を説明するため模式図である。
【００６２】
まず、メインコントローラ１６は、ブレード７を駆動させ、ブレード７により、サンプルＰの上端部を切断する（ステップ２０１）。サンプルＰが切断されると、サンプルＰのｎ層目の切断面が形成される。
【００６３】
サンプルＰのｎ層目の切断面が形成されると、メインコントローラ１６は、サンプルＰのｎ−１層目の（前の）切断面の全体画像データが記憶デバイス１８に記憶されているか否かを判定する（ステップ２０２）。ここで、ステップ２０２において、判定されるｎ−１層目の切断面の全体画像データは、部分画像データが合成されて形成された、合成画像データであってもよく、第２の対物レンズ１２を介して取得された切断面の全体画像データであってもよい。
【００６４】
ｎ−１層目の切断面の全体画像データが記憶されていない場合、メインコントローラ１６は、走査領域１Ａの最大領域である最大走査領域を走査領域１Ａとして設定する（ステップ２０３）。
【００６５】
そして、メインコントローラ１６は、撮像範囲２Ａを最大走査領域内で走査させる（ステップ２０４〜ステップ２０７）。この場合、最大走査領域内で、ＸＹステージ１５の移動（ステップ２０４）→フォーカシング（ステップ２０５）→撮像（第１の対物レンズ１１）（ステップ２０６）→データ保存（ステップ２０７）→判定（ステップ２０８）の処理が繰り返される。最大走査領域内で撮像範囲２Ａを走査し終えた場合、再びステップ２０１へ戻る。
【００６６】
ステップ２０２において、ｎ−１層目の切断面の全体画像データが記憶されている場合、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の切断面の全体画像データに基づき、ｎ層目の切断面の走査領域１Ａを設定する（ステップ２０９）。典型的には、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の画像データのエッジ検出を実行する（図５（Ａ）参照）。そして、メインコントローラ１６は、検出されたエッジで囲まれる領域を一定量膨張させた領域（以下、変化領域）を形成する（図５（Ｂ）参照）。次に、メインコントローラ１６は、変化領域を包括する領域を走査領域１Ａとして設定する（図５（Ｃ）参照）。
【００６７】
走査領域１Ａが設定されると、メインコントローラ１６は、ステップ２０４〜ステップ２１０に示す処理を実行する。
【００６８】
本実施形態では、前回の切断面の画像データに基づいて、新たな切断面の走査領域１Ａを設定することができるので、余計な領域の走査を省くことができる。これにより、高速な処理が実現される。
【００６９】
ステップ２０２において、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の切断面の全体画像データが存在しない場合、第２の対物レンズ１２を介して、ｎ層目の切断面の全体画像データを取得してもよい。この場合、メインコントローラ１６は、取得されたｎ層目の全体画像データに基づいて、走査領域１Ａを設定し、撮像範囲２Ａを走査領域１Ａ内で走査させる。すなわち、メインコントローラ１６は、ｎ−１層目の切断面の全体画像データが存在しない場合、図２のステップ１０２〜１０９に示す処理を実行しても構わない。
【００７０】
上述の説明では、変化領域は、エッジで囲まれる領域が膨張されて形成される、として説明した。しかし、これに限られず、変化領域は、エッジで囲まれる領域が縮小されて形成されてもよい。
【００７１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００７２】
第３実施形態では、ブレード７により、サンプルＰが切断される間隔が可変に制御される点が、上述の各実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。
図６は、第３実施形態に係る観察装置１００の動作を示すフローチャートである。
【００７３】
図６に示すように、まず、メインコントローラ１６は、ブレード７を回転させ、サンプルＰの端部を切断し、サンプルＰのｎ層目の切断面を形成する（ステップ３０１）。
【００７４】
メインコントローラ１６は、サンプルＰのｎ層目の切断面を形成すると、ステップ３０２〜ステップ３０６において、図２のステップ１０５〜１０９に示した処理と同様の処理を実行する。なお、ステップ３０１〜３０６までの処理については、上述の図２に示したステップ１０１〜１０９と同様の処理を実行させてもよく、図４に示したステップ２０１〜２０８と同様の処理を実行させてもよい。また、上述の各実施形態で示した変形例は、本実施形態に全て適用することができる。
【００７５】
サンプルＰのｎ層目の切断面が形成されると、メインコントローラ１６は、ステップ３０２〜３０６の処理により得られた部分画像データを合成し、合成画像データを生成する。そして、メインコントローラ１６は、この合成画像データに基づき、画像解析により画像特徴量を抽出する（ステップ３０６）。画像特徴量は、例えば、合成画像データの輝度情報などに基づいて判定される。抽出される画像特徴量としては、さまざまなものを指標とすることができるが、本実施形態では、がん細胞の画像パターンを指標とするとして説明する。がん細胞の画像パターンを指標とする場合、がん細胞の大きさを指標としてもよく、切断面の大きさに対するがん細胞の大きさの割合を指標としてもよい。
【００７６】
がん細胞の画像パターンを指標として、画像特徴量が判定されると、メインコントローラ１６は、がん細胞の大きさに応じた距離分、昇降機構１４を上昇させることで、サンプルＰを上昇させる（ステップ３０７）。この場合、サンプルＰが上昇される距離は、がん細胞が大きくなるに従って、小さくなるように設定されている。なお、サンプルＰが上昇される距離は、上述のように、画像データのＺ分解能に相当する。従って、画像データのＺ分解能は、がん細胞が大きくなるに従って、上昇する。
【００７７】
サンプルＰが上昇される距離は、がん細胞が大きくなるに従って、段階的に小さくなってもよく、一次関数的に小さくなってもよい。あるいは、指数関数的に小さくなっても構わない。
【００７８】
ところで、癌組織の術中迅速診断を行う場合などにおいては、得られた生体サンプルＰ中に癌細胞が存在しているか否かを短時間に判定することが求められる場合がある。この場合において、本実施形態では、癌細胞の存在の疑いが高い領域においてのみZ分解能を向上させることができるので、作業時間を短縮することができる。
【００７９】
画像特徴量の他の例としては、例えば合成画像データ中に占めるサンプルＰの切断面の面積が挙げられる。この場合も、画像特徴量が大きくなるに従って、サンプルＰが上昇される距離が小さくなるように設定される。サンプルＰが樹脂などの包埋材に包埋・固定化されている場合において、撮影したいサンプルＰの切断面に出現してくるまでの間の時間を短縮させることができので、作業効率を向上させることができる。
【００８０】
本実施形態では、画像特徴量が大きくなるに従って、サンプルＰが上昇される距離が小さくなる場合について説明した。しかし、画像特徴量が大きくなるに従って、サンプルＰが上昇される距離が大きくされる形態も考えられる。
【００８１】
ここで、使用する画像特徴量、およびそれに応じたZ分解能は、観察したい対象物の性質によって異なる。そこで、あらかじめこれらのパラメータをコンピュータ上に用意しておき、実験を行う際に実験に用いるパラメータをユーザが選択できる機構を取り付けることによって、ユーザの作業効率を向上させることができる。
【００８２】
＜各種変形例＞
上述の各実施形態では、サンプルＰがＸＹ方向に移動され、光学系３及び電子カメラ２が固定される形態について説明した。しかし、これに限られず、サンプルＰがＸＹ方向で固定され、光学系３及び電子カメラ２がＸＹ方向に移動されるように構成されてもよい。あるいは、サンプルＰと、光学系３及び電子カメラ２との両方がＸＹ方向に移動されるように構成されてもよい。すなわち、サンプルＰと、光学系３及び電子カメラ２とのＸＹ方向での相対的な位置を変化させることができる形態であれば、どのような形態であってもよい。
【００８３】
また、上述の各実施形態では、Ｚ方向への移動は、サンプルＰが、光学系３及び電子カメラ２側に移動する形態について説明した。しかし、これに限られず、光学系３及び電子カメラ２が、サンプルＰ側に移動されても構わない。この場合、光学系３及び電子カメラ２の移動に応じてブレード７もサンプルＰ側に移動される。
【００８４】
上述の各実施形態では、サンプルＰの染色は、前処理として、行われるとして説明した。しかし、これに限られず、サンプルＰの切断面が形成される毎に、新たに形成された切断面に、染色用薬品を塗布する方法が用いられてもよい。この場合、サンプルＰの切断面に対向する位置に、染色用薬品を塗布する塗布機構が配置されればよい。
【００８５】
図７は、光学系の他の形態を示す模式図である。
図７に示すように、光学系２０は、光源２１と、ポラライザ２２と、ビームスプリッタ２３と、ウェラストンプリズム２４と、対物レンズ２５と、アナライザ２６とで構成される。
【００８６】
光源２１からの光は、ポラライザ２２に入射し、所定の振動方向の直線偏光となる。ポラライザ２２からの直線偏光は、ビームスプリッタ２３で反射されてウェラストンプリズム２４に入射し、振動方向が互いに直行する２つの直線偏光に分離される。この２つの直線偏光は、対物レンズ２５を介してほぼ平行な集光光となり、サンプルＰの切断面上の異なる位置に垂直に照明される。
【００８７】
異なる２つの位置で反射した光は、再び対物レンズ２５を介してウェラストンプリズム２４に入射し、合成されて同一光路を進む。ウェラストンプリズム２４からの２束光は、ビームスプリッタ２３を介して、アナライザ２６に入射し、同一の振動方向の成分が取り出されて偏光干渉する。その後、偏光干渉した光が電子カメラ２の像面に導かれ、微分干渉像が形成される。
【符号の説明】
【００８８】
Ｐ…サンプル
１Ａ…走査領域
２Ａ…撮像範囲
２…電子カメラ
３…光学系
４…ＸＹＺステージ
５…制御系
６…表示部
７…ブレード
８…サンプルホルダー
１１…第１の対物レンズ
１２…第２の対物レンズ
１３…レボルバー
１４…昇降機構
１５…ＸＹステージ
１６…メインコントローラ
１７…画像処理部
１８…記憶デバイス
１００…観察装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル、または前記サンプルを含む固形物を保持する保持部と、
前記保持された前記サンプルまたは前記固形物を切断し、順次新たな切断面を形成する切断部と、
前記切断面よりも小さい撮像範囲内の画像であって、前記切断面の一部を含む画像である部分画像を撮像する撮像機構と、
前記撮像範囲を前記切断面に沿って走査させる走査機構と、
前記走査機構を駆動させ、前記撮像機構により前記撮像範囲ごとに前記部分画像を撮像させることで、前記切断面毎に、前記複数の部分画像が合成された画像である、前記切断面の合成画像情報を生成する制御手段と
を具備する観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記合成画像情報に基づき、撮像範囲が走査される走査領域を設定する
観察装置。
【請求項３】
請求項２に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像情報に基づいて、前記新たに形成された前記切断面に応じた前記走査領域を設定する
観察装置。
【請求項４】
請求項３に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像から前記サンプルに相当する画像のエッジ検出を実行し、前記検出されたエッジの情報に基づいて前記走査領域を設定する
観察装置。
【請求項５】
請求項４に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記検出されたエッジで囲まれる画像領域を変化させ、前記変化後の画像領域のエッジを包括する領域を、前記走査領域として設定する
観察装置。
【請求項６】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記撮像機構は、少なくとも前記サンプルの前記切断面全体を包括する範囲内の画像である全体画像を撮像し、
前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記全体画像情報に基づいて、前記切断面に応じた前記走査領域を設定する
観察装置。
【請求項７】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記サンプルが前記切断部により切断される間隔を可変に制御する
観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記合成画像情報に基づき、前記サンプルの画像中の特徴量を抽出し、前記抽出された特徴量に応じて、前記間隔を可変に制御する
観察装置。
【請求項９】
請求項８に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記特徴量が増加するに従って、前記間隔を小さくするように、前記間隔を制御する
観察装置。
【請求項１】
サンプル、または前記サンプルを含む固形物を保持する保持部と、
前記保持された前記サンプルまたは前記固形物を切断し、順次新たな切断面を形成する切断部と、
前記切断面よりも小さい撮像範囲内の画像であって、前記切断面の一部を含む画像である部分画像を撮像する撮像機構と、
前記撮像範囲を前記切断面に沿って走査させる走査機構と、
前記走査機構を駆動させ、前記撮像機構により前記撮像範囲ごとに前記部分画像を撮像させることで、前記切断面毎に、前記複数の部分画像が合成された画像である、前記切断面の合成画像情報を生成する制御手段と
を具備する観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記合成画像情報に基づき、撮像範囲が走査される走査領域を設定する
観察装置。
【請求項３】
請求項２に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像情報に基づいて、前記新たに形成された前記切断面に応じた前記走査領域を設定する
観察装置。
【請求項４】
請求項３に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、過去の前記切断面の合成画像から前記サンプルに相当する画像のエッジ検出を実行し、前記検出されたエッジの情報に基づいて前記走査領域を設定する
観察装置。
【請求項５】
請求項４に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記検出されたエッジで囲まれる画像領域を変化させ、前記変化後の画像領域のエッジを包括する領域を、前記走査領域として設定する
観察装置。
【請求項６】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記撮像機構は、少なくとも前記サンプルの前記切断面全体を包括する範囲内の画像である全体画像を撮像し、
前記制御手段は、前記切断面が新たに形成される毎に、前記全体画像情報に基づいて、前記切断面に応じた前記走査領域を設定する
観察装置。
【請求項７】
請求項１に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記サンプルが前記切断部により切断される間隔を可変に制御する
観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記合成画像情報に基づき、前記サンプルの画像中の特徴量を抽出し、前記抽出された特徴量に応じて、前記間隔を可変に制御する
観察装置。
【請求項９】
請求項８に記載の観察装置であって、
前記制御手段は、前記特徴量が増加するに従って、前記間隔を小さくするように、前記間隔を制御する
観察装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２３０４９５（Ｐ２０１０−２３０４９５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８５７８（Ｐ２００９−７８５７８）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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