JP2011112548A - Biosample analysis method, biosample analyzer, and biosample analysis program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biosample analysis method, a sample analyzer, and a biosample analysis program capable of shortening a time to diagnosis. <P>SOLUTION: A spectrum of a time waveform of terahertz wave intensity emitted from an interface with which each measuring point assigned to an interface between a slide and a medium of a terahertz wave is irradiated is acquired, and a refractive index in each frequency on each measuring point is calculated by using the spectrum, and an image showing a statistical value of a refractive index having a specific frequency on each measuring point or a refractive index in a specific frequency band in a position relation of the measuring point is generated. On the other hand, a figure of the biosample arranged on the slide is acquired, and the figure and the image are displayed in the comparable state each other. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、おおよそ0.1×1012[Hz]〜100×1012[Hz]帯域の電磁波(テラヘルツ波)を用いる技術に関するものである。 The present invention relates to a technique using electromagnetic waves (terahertz waves) in a band of approximately 0.1 × 10 12 [Hz] to 100 × 10 12 [Hz].

従来、テラヘルツ波を発生又は検出するものとして、テラヘルツ時間領域分光法(THz-TDS:Terahertz Time-Domain Spectoroscopy)がある。このテラヘルツ時間領域分光法は、工業、医療、バイオ、農業又はセキュリティなどの様々な技術分野において注目されている。   Conventionally, there is terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) as a method for generating or detecting terahertz waves. This terahertz time domain spectroscopy is attracting attention in various technical fields such as industrial, medical, bio, agricultural or security.

このテラヘルツ時間領域分光法では、超短レーザー光源から100フェトム秒程度のパルス光がポンプ光及びプローブ光に分割され、ポンプ光はテラヘルツ波発生素子に集光される。これによりテラヘルツ波発生素子ではサブピコ秒程度の電流が生成され、当該時間微分に比例したテラヘルツ波が発生する。   In this terahertz time-domain spectroscopy, pulse light of about 100 fetom seconds from an ultrashort laser light source is divided into pump light and probe light, and the pump light is condensed on a terahertz wave generating element. Thereby, in the terahertz wave generating element, a current of about sub-picosecond is generated, and a terahertz wave proportional to the time differentiation is generated.

このテラヘルツ波はサンプルを経由してテラヘルツ波検出素子に与えられ、このときにテラヘルツ波検出素子に対してプローブ光が照射されるとキャリアが生成され、テラヘルツ波の電場によって加速されて電気信号となる。   This terahertz wave is applied to the terahertz wave detection element via the sample. At this time, when the terahertz wave detection element is irradiated with the probe light, carriers are generated, and accelerated by the electric field of the terahertz wave to generate an electric signal. Become.

プローブ光がテラヘルツ波検出素子に到達するタイミングをずらすことによって、テラヘルツ波の振幅電場の時間波形を測定し、該時間波形をフーリエ変換することによってテラヘルツ波のスペクトルを得ることができる。   By shifting the timing at which the probe light reaches the terahertz wave detection element, the time waveform of the amplitude electric field of the terahertz wave is measured, and the spectrum of the terahertz wave can be obtained by Fourier transforming the time waveform.

ところで、空港の税関などの荷物、あるいは人間の衣服や体内にある禁止薬物等を検査するため、テラヘルツ時間領域分光法を用いたイメージングが検討されている。また、サンプルが非破壊の状態で検査可能となるため、病理診への応用が検討されている。   By the way, imaging using terahertz time-domain spectroscopy is being examined in order to inspect luggage such as airport customs, human clothes, and prohibited drugs in the body. In addition, since the sample can be inspected in a non-destructive state, application to pathological diagnosis is being studied.

一般に、病理診では、生体サンプルにおける細胞の形態や色調などの形態学的な観点から、該生体サンプルに対する良悪が判定される。この生体サンプルの作製は、一般に、専門技術者の経験や技量に応じて差異が生じるものであり、この差異によって、生体サンプルの判定が困難となるという問題がある。   In general, in a pathological diagnosis, the quality of a biological sample is determined from a morphological viewpoint such as the morphology and color tone of cells in the biological sample. The production of this biological sample generally has a difference depending on the experience and skill of a professional engineer, and there is a problem that it is difficult to determine the biological sample due to this difference.

この問題を解決する1つの手法として、血球サンプル像における細胞種の色差を明瞭化するといった画像処理手法が提案されている(例えば特許文献1参照)。   As one method for solving this problem, an image processing method for clarifying the color difference of the cell type in the blood cell sample image has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−152868公報JP 2009-152868 A

この特許文献1では、細胞種の色差が不明瞭であることよる診断者の判定のバラツキが低減されるものの、血球サンプル像における形態学的な一つの要素を強調したに過ぎない。したがって、細胞種の色差が明瞭であっても、その細胞種の同定が困難となる場合あるいは細胞の良悪が判定し難い場合がある。   This Patent Document 1 only emphasizes one morphological element in the blood cell sample image, although the variation in the judgment of the diagnostician due to the indistinct color difference between the cell types is reduced. Therefore, even if the color difference between the cell types is clear, it may be difficult to identify the cell type or it may be difficult to determine the quality of the cell.

このような場合、一般には、蛍光染色を施した別のサンプルを用いて、分子生物学的な観点から細胞種の同定、悪性腫瘍の有無又は進行度などが2次的に判定される。しかしながらこの場合、別のサンプルの作製期間が必要となるのみならず、最初のサンプルと完全に一致するものではないため、診断までに過大な時間を要することになる。   In such a case, generally, using another sample that has been subjected to fluorescent staining, the identification of the cell type, the presence or absence of malignant tumor, or the degree of progression is secondarily determined from a molecular biological viewpoint. However, in this case, not only a preparation period of another sample is required, but also it does not completely coincide with the first sample, so that it takes an excessive amount of time for diagnosis.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、診断までの時間を短縮させ得る生体サンプル解析方法、生体サンプル解析装置及び生体サンプル解析プログラムを提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a biological sample analysis method, a biological sample analysis apparatus, and a biological sample analysis program that can shorten the time to diagnosis.

かかる課題を解決するため本発明は、生体サンプル解析方法であって、スライドに配される生体サンプルの像を取得する取得ステップと、スライドとテラヘルツ波の媒質との界面に割り当てられる各計測点にそれぞれ照射され、該界面から出射するテラヘルツ波強度の時間波形のスペクトルを取得するスペクトル取得ステップと、スペクトルを用いて、各計測点における周波数ごとの屈折率を算出する算出ステップと、各計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の統計値を、該計測点の位置関係で示す画像を生成する生成ステップと、像と画像とを見比べ可能な状態で表示させる表示制御ステップとを有する。   In order to solve such a problem, the present invention is a biological sample analysis method, wherein an acquisition step of acquiring an image of a biological sample arranged on a slide, and each measurement point assigned to the interface between the slide and the terahertz wave medium are provided. A spectrum acquisition step for acquiring a time waveform spectrum of the terahertz wave intensity emitted from each of the interfaces, a calculation step for calculating a refractive index for each frequency at each measurement point using the spectrum, and at each measurement point A generation step for generating an image indicating a refractive index of a specific frequency or a refractive index of a specific frequency band in a positional relationship between the measurement points, and a display control step for displaying the image in a state where the images can be compared with each other. Have.

また本発明は、生体サンプル解析装置であって、スライドに配される生体サンプルの像を取得する取得手段と、スライドとテラヘルツ波の媒質との界面に割り当てられる各計測点にそれぞれ照射され、該界面から出射するテラヘルツ波強度の時間波形のスペクトルを取得するスペクトル取得手段と、スペクトルを用いて、各計測点における周波数ごとの屈折率を算出する算出手段と、各計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の統計値を、該計測点の位置関係で示す画像を生成する生成手段と、像と画像とを見比べ可能な状態で表示させる表示制御手段とを有する。   Further, the present invention is a biological sample analyzer, wherein each of the measurement points assigned to the interface between the acquisition means for acquiring the image of the biological sample arranged on the slide and the slide and the medium of the terahertz wave is irradiated, Spectrum acquisition means for acquiring the time waveform spectrum of the terahertz wave intensity emitted from the interface, calculation means for calculating the refractive index for each frequency at each measurement point using the spectrum, and refractive index for a specific frequency at each measurement point Alternatively, the image forming apparatus includes a generating unit that generates an image indicating a refractive index statistical value in a specific frequency band by a positional relationship between the measurement points, and a display control unit that displays the image in a state where the images can be compared.

また本発明は、生体サンプル解析プログラムであって、コンピュータに対して、スライドに配される生体サンプルの像を取得すること、スライドとテラヘルツ波の媒質との界面に割り当てられる各計測点にそれぞれ照射され、該界面から出射するテラヘルツ波強度の時間波形のスペクトルを取得すること、スペクトルを用いて、各計測点における周波数ごとの屈折率を算出すること、各計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の統計値を、該計測点の位置関係で示す画像を生成すること、像と画像とを見比べ可能な状態で表示させることを実行させる。   The present invention is also a biological sample analysis program for obtaining an image of a biological sample arranged on a slide with respect to a computer, and irradiating each measurement point assigned to the interface between the slide and the terahertz wave medium. Obtaining a spectrum of a time waveform of the terahertz wave intensity emitted from the interface, calculating a refractive index for each frequency at each measurement point using the spectrum, a refractive index or a specific frequency at a specific frequency at each measurement point An image indicating the refractive index of the frequency band in terms of the positional relationship between the measurement points is generated, and the image is displayed in a state where the images can be compared.

本発明では、生体サンプルの可視像の他に屈折率という物性科学的な観点の情報によって生体サンプルが分類され、しかも、可視像の位置関係と同じ位置関係のもとで分類される。このため、別のプレパラートの作製を要することなく、既知である形態学的な側面と、物性科学的な側面からの生体サンプルの状態を同時に把握させることができる。
かくして、診断までの時間を短縮させ得る生体サンプル解析方法、サンプル解析装置及び生体サンプル解析プログラムを実現できる。
In the present invention, in addition to the visible image of the biological sample, the biological sample is classified based on information from a physical point of view such as a refractive index, and is further classified based on the same positional relationship as that of the visible image. For this reason, it is possible to simultaneously grasp the state of a biological sample from a known morphological aspect and a physical science aspect without requiring preparation of another preparation.
Thus, it is possible to realize a biological sample analysis method, a sample analysis apparatus, and a biological sample analysis program that can shorten the time until diagnosis.

サンプル解析システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a sample analysis system. テラヘルツ波のサンプリングの説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of the sampling of a terahertz wave. サンプル解析装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a sample analyzer. テラヘルツ波形の計測の説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of the measurement of a terahertz waveform. THz波形の理論上の屈折率を算出する際のモデルを示す概略図である。It is the schematic which shows the model at the time of calculating the theoretical refractive index of a THz waveform. 屈折率像を示す写真である。It is a photograph which shows a refractive index image. 実験結果を示す写真及びグラフである。It is the photograph and graph which show an experimental result. 染色と屈折率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between dyeing | staining and a refractive index. 細胞の種類と屈折率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the kind of cell and a refractive index. 解析処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an analysis process procedure. 非晶質膜が形成された場合と非形成の場合との屈折率像を示す写真である。It is a photograph which shows the refractive index image with the case where an amorphous film is formed, and the case where it is not formed.

以下、本発明を実施するための一実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
<1.一実施の形態>
[1−1.サンプル解析システムの構成]
[1−2.テラヘルツ波分光装置の構成]
[1−3.サンプル撮像装置の構成]
[1−4.サンプル解析装置の構成]
[1−5.解析処理の内容]
[1−6.解析処理手順]
[1−7.効果等]
<2.他の実施の形態>
Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described. The description will be in the following order.
<1. Embodiment>
[1-1. Configuration of sample analysis system]
[1-2. Configuration of terahertz wave spectrometer]
[1-3. Configuration of sample imaging device]
[1-4. Configuration of sample analyzer]
[1-5. Contents of analysis process]
[1-6. Analysis processing procedure]
[1-7. Effect]
<2. Other embodiments>

<1.一実施の形態>
[1−1.サンプル解析システムの構成]
図1において、サンプル解析システム1の構成を示す。このサンプル解析システム1は、テラヘルツ波分光装置10と、サンプル撮像装置20と、サンプル解析装置30とによって構成される。
<1. Embodiment>
[1-1. Configuration of sample analysis system]
In FIG. 1, the structure of the sample analysis system 1 is shown. The sample analysis system 1 includes a terahertz wave spectroscopic device 10, a sample imaging device 20, and a sample analysis device 30.

[1−2.テラヘルツ波分光装置の構成]
テラヘルツ波分光装置10は、超短レーザー11、ビームスプリッタ12、光学遅延部13、テラヘルツ波発生素子14、プレパラートステージ15及びテラヘルツ波検出素子16を含む構成とされる。
[1-2. Configuration of terahertz wave spectrometer]
The terahertz wave spectrometer 10 includes an ultrashort laser 11, a beam splitter 12, an optical delay unit 13, a terahertz wave generation element 14, a preparation stage 15, and a terahertz wave detection element 16.

超短レーザー11は、例えば、100[fs]程度のパルス幅、数十[MHz]程度の繰り返し周期、780[nm]程度の中心波長をもつパルス光を出射する。具体的な超短レーザー11として、例えば、フェトム秒パルスレーザーチタンやサファイアレーザーなどがある。   For example, the ultrashort laser 11 emits pulsed light having a pulse width of about 100 [fs], a repetition period of about several tens [MHz], and a center wavelength of about 780 [nm]. Specific examples of the ultrashort laser 11 include a femtosecond pulse laser titanium and a sapphire laser.

ビームスプリッタ12は、超短レーザー11から出射されるパルス光をポンプ光と、プローブ光とに分離する。   The beam splitter 12 separates the pulsed light emitted from the ultrashort laser 11 into pump light and probe light.

光学遅延部13は、ビームスプリッタ12から到来するプローブ光を反射鏡ROPに導く鏡13Aを有する。光学遅延部13は、この鏡13Aを、ビームスプリッタ12,反射鏡ROPに対して近づく方向又は離れる方向に、サンプル解析装置30によって指定される速度で移動させる。この結果、テラヘルツ波検出素子16に対するプローブ光の光路長が可変され、到達タイミングが遅延される。   The optical delay unit 13 includes a mirror 13A that guides the probe light coming from the beam splitter 12 to the reflecting mirror ROP. The optical delay unit 13 moves the mirror 13A at a speed specified by the sample analyzer 30 in a direction approaching or leaving the beam splitter 12 and the reflecting mirror ROP. As a result, the optical path length of the probe light with respect to the terahertz wave detection element 16 is varied, and the arrival timing is delayed.

テラヘルツ波発生素子14は、ビームスプリッタ12を介して到来するポンプ光により励起されるキャリア(電子と正孔)に基づいてテラヘルツ波を発生する。具体的なテラヘルツ波発生素子14として、例えば、光伝導アンテナやZnTe等の非線形光学結晶などがある。   The terahertz wave generating element 14 generates a terahertz wave based on carriers (electrons and holes) excited by pump light that arrives through the beam splitter 12. Specific examples of the terahertz wave generating element 14 include a photoconductive antenna and a nonlinear optical crystal such as ZnTe.

ちなみに光伝導アンテナは、半絶縁性ガリウム砒素等でなる半導体基板と、半導体基板の一方の面に配される電極と、その電極に形成されるギャップ間に電圧を印加する印加部とを構成要素とするものである。この光伝導アンテナでは、ポンプ光の照射により半導体基板に生成されるキャリアがギャップ間電圧で加速され、このときギャップ間に電流が流れることでテラヘルツ波が発生する。   Incidentally, the photoconductive antenna is composed of a semiconductor substrate made of semi-insulating gallium arsenide, an electrode disposed on one surface of the semiconductor substrate, and an application unit for applying a voltage between gaps formed in the electrode. It is what. In this photoconductive antenna, carriers generated in the semiconductor substrate by the irradiation of pump light are accelerated by the gap gap voltage, and at this time, current flows between the gaps to generate terahertz waves.

テラヘルツ波発生素子14から放射されるテラヘルツ波は、プレパラートステージ15においてプレパラートPRTが配される面(以下、これをプレパラート配置面とも呼ぶ)15Aの裏面15B側に配される集光光学系OP1によって、該裏面15Bに対して鋭角な入射角となる状態で集められる。   The terahertz wave radiated from the terahertz wave generating element 14 is collected by the condensing optical system OP1 arranged on the back surface 15B side of the surface (hereinafter also referred to as a preparation arrangement surface) 15A on which the preparation PRT is arranged in the preparation stage 15. , Collected in a state where the incident angle is acute with respect to the back surface 15B.

集光光学系OP1には例えば半球レンズや、半球レンズと放物面鏡の組み合わせなどが用いられる。半球レンズが用いられた場合、その非球面はテラヘルツ波発生素子14の構成要素である半導体基板の一面(パルス光が集光される面とは逆側の面)に対向される。   For the condensing optical system OP1, for example, a hemispherical lens or a combination of a hemispherical lens and a parabolic mirror is used. When a hemispherical lens is used, the aspherical surface thereof is opposed to one surface of the semiconductor substrate that is a component of the terahertz wave generating element 14 (the surface opposite to the surface on which the pulsed light is collected).

プレパラートステージ15は、プレパラート配置面の方向(x軸方向及びy軸方向)と、該プレパラート配置面の法線方向(z軸方向)に移動可能とされる。プレパラートステージ15は、サンプル解析装置30の制御にしたがって、テラヘルツ波の焦点がプレパラートPRTの特定部位に位置される。   The preparation stage 15 is movable in the direction of the preparation arrangement surface (x-axis direction and y-axis direction) and in the normal direction (z-axis direction) of the preparation arrangement surface. In the preparation stage 15, the focal point of the terahertz wave is positioned at a specific part of the preparation PRT under the control of the sample analysis device 30.

プレパラートPRTは、結合組織、上皮組織又はそれらの双方の組織などの組織切片TRを、ガラス材でなるスライドSDに固定したものであり、該組織切片には必要に応じて染色が施される。この染色には、HE(ヘマトキシリン・エオジン)染色、ギムザ染色又はパパニコロウ染色等に代表される一般染色と呼ばれる染色のみならず、FISH(Fluorescence In-Situ Hybridization)や酵素抗体法等の特殊染色と呼ばれる染色が含まれる。   The preparation PRT is obtained by fixing a tissue section TR such as a connective tissue, an epithelial tissue, or both of them to a slide SD made of a glass material, and the tissue section is stained as necessary. This staining is called not only general staining represented by HE (hematoxylin and eosin) staining, Giemsa staining or Papanicolaou staining, but also special staining such as FISH (Fluorescence In-Situ Hybridization) and enzyme antibody method. Staining is included.

プレパラートPRTにおいて反射するテラヘルツ波は、集光光学系OP2によって平行な光線の束としてテラヘルツ波検出素子16に導かれる。集光光学系OP2は、集光光学系OP1と同じ構成であっても異なる構成であってもよい。   The terahertz wave reflected by the preparation PRT is guided to the terahertz wave detecting element 16 as a bundle of parallel rays by the condensing optical system OP2. The condensing optical system OP2 may have the same configuration as the condensing optical system OP1 or a different configuration.

テラヘルツ波検出素子16は、図2に示すように、光学遅延部13によって可変されるプローブ光の到達タイミングをサンプリング点として、テラヘルツ波の振動電場の強度を検出する。   As shown in FIG. 2, the terahertz wave detecting element 16 detects the intensity of the terahertz wave oscillating electric field using the arrival timing of the probe light varied by the optical delay unit 13 as a sampling point.

具体的なテラヘルツ波検出素子16として、テラヘルツ波発生素子14と同様に、光伝導アンテナやZnTe等の非線形光学結晶等がある。ただし、テラヘルツ波検出素子16として採用される光伝導アンテナの場合、上述の印加部が電流計に変更される。   Specific examples of the terahertz wave detecting element 16 include a photoconductive antenna and a nonlinear optical crystal such as ZnTe as in the case of the terahertz wave generating element 14. However, in the case of a photoconductive antenna employed as the terahertz wave detection element 16, the above-described application unit is changed to an ammeter.

なお、このテラヘルツ波分光装置10では信号対雑音比(S/N比)を向上させるため、ポンプ光に対して光チョッパーで変調を施し、参照信号をロックインアンプに入力することで同期検波が行われる。   In this terahertz wave spectrometer 10, in order to improve the signal-to-noise ratio (S / N ratio), the pump light is modulated by an optical chopper, and the reference signal is input to the lock-in amplifier to perform synchronous detection. Done.

[1−3.サンプル撮像装置の構成]
サンプル撮像装置20は、光源21、偏光ビームスプリッタ22、1/4波長板23、撮像レンズ24及び撮像素子25を含む構成とされる。
[1-3. Configuration of sample imaging device]
The sample imaging device 20 includes a light source 21, a polarizing beam splitter 22, a quarter wavelength plate 23, an imaging lens 24, and an imaging element 25.

光源21は、無染色の組織切片TR又は一般染色が施された組織切片TRを照明する光(以下、これを明視野照明光とも呼ぶ)と、特殊染色が施された組織切片TRを照明する光(以下、これを暗視野照明光とも呼ぶ)とを切り換えて照射可能なものとされる。   The light source 21 illuminates the unstained tissue section TR or the tissue section TR subjected to general staining (hereinafter also referred to as bright field illumination light) and the tissue section TR subjected to special staining. It is possible to switch and irradiate light (hereinafter also referred to as dark field illumination light).

ただし、明視野照明光又は暗視野照射光のいずれか一方だけが照射可能なものであってもよい。なお、明視野照明光は一般に可視光とされ、暗視野照明光は特殊染色で用いられる蛍光マーカを励起する波長を含む光とされる。また暗視野照明光では蛍光マーカに対する背景部分はカットアウトされる。   However, only one of bright field illumination light and dark field illumination light may be radiated. Note that bright field illumination light is generally visible light, and dark field illumination light is light including a wavelength that excites a fluorescent marker used in special staining. In the dark field illumination light, the background portion with respect to the fluorescent marker is cut out.

偏光ビームスプリッタ22は照明光源21の後方に配され、光源21から入射する光を透過し、偏光ビームスプリッタ22における透過側の後方に配される1/4波長板23から入射する光を反射する。   The polarization beam splitter 22 is disposed behind the illumination light source 21, transmits light incident from the light source 21, and reflects light incident from a quarter-wave plate 23 disposed behind the transmission side of the polarization beam splitter 22. .

1/4波長板23は、偏光ビームスプリッタ22から入射する直線偏光の光を円偏光とし、1/4波長板23の後方に配される撮影レンズ24から入射する円偏光(楕円偏光も含む)を直線偏光とする。   The quarter wavelength plate 23 converts the linearly polarized light incident from the polarization beam splitter 22 into circularly polarized light, and circularly polarized light (including elliptically polarized light) incident from the photographing lens 24 disposed behind the quarter wavelength plate 23. Is linearly polarized light.

撮像レンズ24は、1/4波長板23から入射する光をプレパラートステージ15におけるプレパラート配置面に集め、該プレパラート配置面に配されるプレパラートPRTで反射する光を平行な光線の束として1/4波長板23に導く。なお、この撮像レンズ24は、倍率の異なる複数の撮像レンズのなかからレンズ切換機構又は手動により選択される。   The imaging lens 24 collects the light incident from the quarter wavelength plate 23 on the preparation arrangement surface of the preparation stage 15, and uses the light reflected by the preparation PRT arranged on the preparation arrangement surface as a bundle of parallel rays. Guide to the wave plate 23. The imaging lens 24 is selected by a lens switching mechanism or manually from a plurality of imaging lenses having different magnifications.

撮像素子25は、偏光ビームスプリッタ22における反射側の後方に、撮像レンズ24のレンズ面に結像される像の投影先として予定される面を撮像面として配される。この撮像面には、撮像レンズ24によって集光される集光部分の拡大像が投影される。撮像素子25は、撮像面に投影される像をデータ(以下、これを撮像データとも呼ぶ)として生成する。   The imaging element 25 is disposed on the rear side of the reflection side of the polarization beam splitter 22 as a imaging plane with a plane planned as a projection destination of an image formed on the lens surface of the imaging lens 24. On this imaging surface, an enlarged image of the condensing part condensed by the imaging lens 24 is projected. The imaging element 25 generates an image projected on the imaging surface as data (hereinafter also referred to as imaging data).

[1−4.サンプル解析装置の構成]
サンプル解析装置30は、図3に示すように、制御を司るCPU(Central Processing Unit)31に対して各種ハードウェアを接続することにより構成される。
[1-4. Configuration of sample analyzer]
As shown in FIG. 3, the sample analysis apparatus 30 is configured by connecting various hardware to a CPU (Central Processing Unit) 31 that controls the control.

具体的にはROM(Read Only Memory)32、CPU31のワークメモリとなるRAM(Random Access Memory)33、ユーザの操作に応じた命令を入力する操作入力部34、インターフェイス部35、表示部36及び記憶部37がバス38を介して接続される。   Specifically, a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33 serving as a work memory of the CPU 31, an operation input unit 34 for inputting a command according to a user operation, an interface unit 35, a display unit 36, and a storage The unit 37 is connected via the bus 38.

ROM32には、各種の処理を実行するためのプログラムが格納される。インターフェイス部35は、超短レーザー11と、光学遅延部13と、プレパラートステージ15と、テラヘルツ検出素子16と、撮像素子25とにそれぞれ伝送路を介して接続される。   The ROM 32 stores programs for executing various processes. The interface unit 35 is connected to the ultrashort laser 11, the optical delay unit 13, the preparation stage 15, the terahertz detection element 16, and the imaging element 25 via transmission paths.

表示部36には、液晶ディスプレイ、EL(Electro Luminescence)ディスプレイ又はプラズマディスプレイ等が適用される。また記憶部37には、HD(Hard Disk)に代表される磁気ディスクもしくは半導体メモリ又は光ディスク等が適用される。USB(Universal Serial Bus)メモリやCF(Compact Flash)メモリ等のように可搬型メモリが適用されてもよい。   A liquid crystal display, an EL (Electro Luminescence) display, a plasma display, or the like is applied to the display unit 36. For the storage unit 37, a magnetic disk represented by HD (Hard Disk), a semiconductor memory, an optical disk, or the like is applied. A portable memory such as a USB (Universal Serial Bus) memory or a CF (Compact Flash) memory may be applied.

CPU31は、ROM32に格納される複数のプログラムのうち、操作入力部34から与えられる命令に対応するプログラムをRAM33に展開し、該展開したプログラムにしたがって、表示部36及び記憶部37を適宜制御する。   The CPU 31 expands a program corresponding to a command given from the operation input unit 34 among the plurality of programs stored in the ROM 32, and appropriately controls the display unit 36 and the storage unit 37 according to the expanded program. .

またCPU31は、展開したプログラムにしたがって、インターフェイス部35を介して超短レーザー11、光学遅延部13、プレパラートステージ15、テラヘルツ検出素子16又は撮像素子25を適宜制御するようになっている。   The CPU 31 appropriately controls the ultrashort laser 11, the optical delay unit 13, the preparation stage 15, the terahertz detection element 16, or the imaging element 25 via the interface unit 35 in accordance with the developed program.

[1−5.解析処理の内容]
CPU31は、解析処理の実行命令を操作入力部34から受けた場合、当該実行命令に対応付けられるプログラムをRAM33に展開する。
[1-5. Contents of analysis process]
When the CPU 31 receives an execution instruction for analysis processing from the operation input unit 34, the CPU 31 expands a program associated with the execution instruction in the RAM 33.

この場合、CPU31は、プログラムにしたがって、図3に示したように、識別子割当部41、界面走査部42、時間波形取得部43、スペクトル波形取得部44、屈折率算出部45、屈折率像生成部46、サンプル像生成部47、提示部48及び判定部49として機能する。   In this case, the CPU 31 follows the program as shown in FIG. 3 as an identifier assigning unit 41, an interface scanning unit 42, a time waveform obtaining unit 43, a spectrum waveform obtaining unit 44, a refractive index calculating unit 45, and a refractive index image generation. Functions as a unit 46, a sample image generation unit 47, a presentation unit 48, and a determination unit 49.

識別子割当部41は、プレパラートステージ15のプレパラート配置面に配されるプレパラートPRTに対して、例えば番号などのような固有の識別子を割り当てる。また識別子割当部41は、プレパラートPRTにおける組織切片TRに関する個人情報を取得し、この個人情報を、該プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   The identifier assigning unit 41 assigns a unique identifier such as a number to the preparation PRT arranged on the preparation arrangement surface of the preparation stage 15. The identifier assigning unit 41 acquires personal information regarding the tissue section TR in the preparation PRT, and stores the personal information in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

なお、個人情報は、例えば、組織切片の被採取者(患者)の名もしくは割当番号、性別、年齢、採取日付等といった情報である。また個人情報の取得手法には、例えば、表示部36に入力画面を表示し、操作入力部34から入力させて取得する手法や、プレパラートPRTに貼り付けられるバーコードから取得する手法などが適用可能である。   The personal information is, for example, information such as the name or assigned number of the subject (patient) of the tissue section, sex, age, collection date, and the like. In addition, as a method for acquiring personal information, for example, a method of displaying an input screen on the display unit 36 and inputting it from the operation input unit 34 or a method of acquiring from a barcode pasted on the preparation PRT can be applied. It is.

界面走査部42は、テラヘルツ波の媒質とスライドSDとの界面(以下、これを基準界面とも呼ぶ)を走査する。具体的にはプレパラートステージ15が、テラヘルツ波を計測すべき領域(以下、これを計測点とも呼ぶ)を単位として、初期位置からプレパラート配置面の方向(x軸方向又はy軸方向)に所定の順序で走査される。この結果、基準界面に計測点が配分される。   The interface scanning unit 42 scans the interface between the terahertz wave medium and the slide SD (hereinafter also referred to as a reference interface). Specifically, the preparation stage 15 is set in a predetermined direction from the initial position to the preparation arrangement plane (x-axis direction or y-axis direction) with a region (hereinafter also referred to as a measurement point) where terahertz waves are to be measured as a unit. Scanned in order. As a result, measurement points are allocated to the reference interface.

時間波形取得部43は、界面走査部42によって計測対象とされる計測点に走査されるたびに、テラヘルツ波の振動電場の強度における時間波形(以下、これをTz波形とも呼ぶ)を、テラヘルツ波検出素子16を用いて計測する。   The time waveform acquisition unit 43 converts a time waveform (hereinafter also referred to as a Tz waveform) with respect to the intensity of the oscillating electric field of the terahertz wave to the terahertz wave every time the measurement point to be measured is scanned by the interface scanning unit 42. Measurement is performed using the detection element 16.

図4に示すように、プレパラートPRTはスライドSDに組織切片TRを配した構造である(図4(A))。このため、基準界面B1で反射するTz波形(以下、これをRf−Tz波形とも呼ぶ)REFと、スライドSDと組織切片TRとの界面B2で反射するTz波形(以下、これをSm−Tz波形とも呼ぶ)SAMとが、十分分離可能な時間差を隔てて計測される(図4(B))。   As shown in FIG. 4, the preparation PRT has a structure in which a tissue section TR is arranged on a slide SD (FIG. 4A). For this reason, a Tz waveform reflected at the reference interface B1 (hereinafter also referred to as an Rf-Tz waveform) REF and a Tz waveform reflected at the interface B2 between the slide SD and the tissue section TR (hereinafter referred to as an Sm-Tz waveform). (Also referred to as SAM) is measured with a sufficiently separable time difference (FIG. 4B).

なお、図4(B)では、Rf−Tz波形REFは実線で、Sm−Tz波形SAMは破線でそれぞれ示され、便宜上、Sm−Tz波形SAMはRf−Tz波形REFから上側にシフトさせた状態で示している。また「Cut point」はRf−Tz波形REFとSm−Tz波形SAMとの分割点である。   In FIG. 4B, the Rf-Tz waveform REF is indicated by a solid line, and the Sm-Tz waveform SAM is indicated by a broken line. For convenience, the Sm-Tz waveform SAM is shifted upward from the Rf-Tz waveform REF. Is shown. “Cut point” is a division point between the Rf-Tz waveform REF and the Sm-Tz waveform SAM.

時間波形取得部43は、計測対象とされる計測点のTz波形からRf−Tz波形と、Sm−Tz波形とを抽出する。そして時間波形取得部43は、抽出した各Tz波形と計測点の位置情報とを、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   The time waveform acquisition unit 43 extracts the Rf-Tz waveform and the Sm-Tz waveform from the Tz waveform at the measurement point to be measured. Then, the time waveform acquisition unit 43 stores the extracted Tz waveforms and the measurement point position information in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

スペクトル波形取得部44は、計測対象とされる計測点のRf−Tz波形が抽出された場合、そのRf−Tz波形に対してフーリエ変換処理を施し、該Rf−Tz波形における各周波数の位相スペクトルとパワースペクトル(以下、これをRf−スペクトルとも呼ぶ)を取得する。そしてスペクトル波形取得部44は、このRf−スペクトルを、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   When an Rf-Tz waveform at a measurement point to be measured is extracted, the spectrum waveform acquisition unit 44 performs a Fourier transform process on the Rf-Tz waveform, and a phase spectrum of each frequency in the Rf-Tz waveform. And a power spectrum (hereinafter also referred to as Rf-spectrum). Then, the spectrum waveform acquisition unit 44 stores the Rf-spectrum in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

一方、スペクトル波形取得部44は、計測対象とされる計測点のSm−Tz波形が抽出された場合、そのSm−Tz波形に対してフーリエ変換処理を施し、該Sm−Tz波形における各周波数の位相スペクトルとパワースペクトル(以下、これをSm−スペクトルとも呼ぶ)を取得する。そしてスペクトル波形取得部44は、このSm−スペクトルを、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   On the other hand, when the Sm-Tz waveform at the measurement point to be measured is extracted, the spectrum waveform acquisition unit 44 performs a Fourier transform process on the Sm-Tz waveform, and each frequency in the Sm-Tz waveform is obtained. A phase spectrum and a power spectrum (hereinafter also referred to as Sm-spectrum) are acquired. Then, the spectrum waveform acquisition unit 44 stores the Sm-spectrum in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

またスペクトル波形取得部44は、計測対象とされる計測点におけるTz波形のRf−スペクトルとSm−スペクトルの双方を取得した場合、これらスペクトルの比(以下、これをスペクトル比とも呼ぶ)を算出する。そしてスペクトル波形取得部44は、このスペクトル比を、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   Further, when both the Rf-spectrum and Sm-spectrum of the Tz waveform at the measurement point to be measured are acquired, the spectrum waveform acquisition unit 44 calculates a ratio of these spectra (hereinafter also referred to as a spectrum ratio). . The spectrum waveform acquisition unit 44 stores the spectrum ratio in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

屈折率算出部45は、計測対象とされる計測点におけるTz波形のRf−スペクトルとSm−スペクトルが算出された場合、第1段階として、Rf−スペクトルに応じた、テラヘルツ波検出素子16に導かれるTz波形の理論上のスペクトル(以下、これをモデルスペクトルとも呼ぶ)を算出する。   When the Rf-spectrum and Sm-spectrum of the Tz waveform at the measurement point to be measured are calculated, the refractive index calculation unit 45 is guided to the terahertz wave detection element 16 according to the Rf-spectrum as the first step. A theoretical spectrum of the Tz waveform to be measured (hereinafter also referred to as a model spectrum) is calculated.

具体的には、周波数を「f」とし、当該周波数での複素振幅を「E(f)」として例えば以下の演算が行われる。すなわち、Rf−スペクトル(図5における「Eex ref.detector」)を用いて、プレパラートPRTに入射されるテラヘルツ波の周波数スペクトル(図5における「Eemitter(f)」)が次式 Specifically, for example, the following calculation is performed by setting the frequency as “f” and the complex amplitude at the frequency as “E (f)”. That is, using the Rf-spectrum (“E ex ref.detector ” in FIG. 5), the frequency spectrum of the terahertz wave (“E emitter (f)” in FIG. 5) incident on the preparation PRT is

によって算出される。この(1)式における「θ」は入射角を意味する。また(1)式における「r」はS偏光成分の反射率、「r」はP偏光成分の反射率であり、次式 Is calculated by “Θ 0 ” in the equation (1) means an incident angle. In the equation (1), “r S ” is the reflectance of the S-polarized component, and “r P ” is the reflectance of the P-polarized component.

として定義される。この(2)式における「i」と「t」は反射が起こる界面を挟む層を意味し、「θ」と「θ」は各層での入射角を意味する。また(2)式における「n」は、当該層での屈折率の複素部(虚部とも呼ばれる)を意味する。 Is defined as In this equation (2), “i” and “t” mean layers that sandwich an interface where reflection occurs, and “θ i ” and “θ t ” mean incident angles in the respective layers. "N ~" Also in (2), means the complex part of the refractive index in the layer (also referred to as the imaginary part).

(1)式の算出結果を用いて、プレパラートPRTに入射されるテラヘルツ波の周波数スペクトルにおけるS偏光成分と、P偏光成分(図5における「Eimput(f)」)が、次式 Using the calculation result of equation (1), the S-polarized component and the P-polarized component (“E imput (f)” in FIG. 5) in the frequency spectrum of the terahertz wave incident on the preparation PRT are expressed by the following equation:

によって算出される。 Is calculated by

(3)式の算出結果を用いて、第1層の第1界面を透過するテラヘルツ波の周波数スペクトル(図5における「Eth inputsam(f)」)が、次式 Using the calculation result of equation (3), the frequency spectrum of the terahertz wave that passes through the first interface of the first layer (“E th inputsam (f)” in FIG. 5) is expressed by the following equation:

によって算出される。この(4)式における「P()」は次式 Is calculated by In this equation (4), “P ()” is the following equation:

として定義される。「n」は当該層での屈折率の複素部を意味し、「n」は当該層での屈折率の実部を意味する。また「k」は減衰係数を意味し、「d」は層の厚さを意味し、「c」は真空での光の速度を意味する。これらパラメータは予め設定される。なお、「t」は空気と第1層との界面における透過係数で、(7)式で与えられる。 Is defined as "N ~" means a complex part of the refractive index in the layer, "n" means the real part of the refractive index in the layer. “K” means the attenuation coefficient, “d” means the layer thickness, and “c” means the speed of light in vacuum. These parameters are preset. “T” is a transmission coefficient at the interface between the air and the first layer, and is given by equation (7).

(4)式の算出結果を用いて、第1層の第2界面を反射するテラヘルツ波の周波数スペクトル(図5における「Eth outputsam(f)」)が、次式 Using the calculation result of the equation (4), the frequency spectrum of the terahertz wave that reflects the second interface of the first layer (“E th outputsam (f)” in FIG. 5) is expressed by the following equation:

によって算出される。この(6)式における「r1-2」は、第1界面から第2界面に導かれるS偏光成分の反射率とP偏光成分の反射率である。また「t1-2」は、第1界面から第2界面に導かれるS偏光成分の透過率とP偏光成分の透過率であり、「t2-1」は、第2界面から第1界面に導かれるS偏光成分の透過率とP偏光成分の透過率である。S偏光成分の透過率とP偏光成分の透過率は次式 Is calculated by “R 1-2 ” in the equation (6) is the reflectance of the S-polarized component and the reflectance of the P-polarized component guided from the first interface to the second interface. “T 1-2 ” is the transmittance of the S-polarized component and the transmittance of the P-polarized component guided from the first interface to the second interface, and “t 2-1 ” is the first interface from the second interface. Are the transmittance of the S-polarized component and the transmittance of the P-polarized component. The transmittance of the S-polarized component and the transmittance of the P-polarized component are

として定義される。また(6)式における「FP(f,2)」は、周波数f及び第2層(すなわち組織切片TRに相当する層)に対するファブリー・ペロー反射係数を意味し、次式 Is defined as In addition, “FP (f, 2)” in the equation (6) means the Fabry-Perot reflection coefficient for the frequency f and the second layer (that is, the layer corresponding to the tissue section TR).

として定義される。 Is defined as

(6)式の算出結果を用いて、第1層の第1界面から出射するテラヘルツ波の周波数スペクトル(図5における「Eth sam(f)」)が、次式 Using the calculation result of Equation (6), the frequency spectrum of the terahertz wave emitted from the first interface of the first layer (“E th sam (f)” in FIG. 5) is expressed by the following equation:

によって算出される。 Is calculated by

(9)式の算出結果を用いて、モデルスペクトル(図5における「Eth sam.detector(f)」)が、次式 Using the calculation result of Equation (9), the model spectrum (“E th sam.detector (f)” in FIG. 5) is

によって算出される。 Is calculated by

このように屈折率算出部45は、テラヘルツ波検出素子16に導かれるTz波形のP偏光及びS偏光を考慮し、Rf−スペクトルに応じたモデルスペクトルを算出するようになっている。   As described above, the refractive index calculation unit 45 calculates the model spectrum corresponding to the Rf-spectrum in consideration of the P-polarized light and S-polarized light of the Tz waveform guided to the terahertz wave detection element 16.

屈折率算出部45は、モデルスペクトルを算出した場合、第2段階として、モデルスペクトルと、Sm−スペクトルとの比較結果から、計測対象とされる計測点における屈折率(実部、複素部及びそれら双方)を算出する。   When calculating the model spectrum, the refractive index calculation unit 45 calculates the refractive index (real part, complex part and those at the measurement point to be measured from the comparison result between the model spectrum and the Sm-spectrum as the second stage. Both).

具体的には、スペクトル波形取得部44が取得したSm−スペクトルを「Eex sam.detector(f)」とし、モデルスペクトルを「Eth sam.detector(f)」とすると、次式 Specifically, when the Sm- spectrum acquired by the spectrum waveform acquisition unit 44 is “E ex sam.detector (f)” and the model spectrum is “E th sam.detector (f)”,

のように、Sm−スペクトルとモデルスペクトルの比の絶対値と、偏角比の二乗値との和が最小となるときの屈折率が周波数ごとに算出される。ちなみに「abs」は絶対値を表し、「arg」は偏角を意味するものである。なお、Sm−スペクトルとモデルスペクトルとの差を最小にすることで周波数ごとの屈折率を算出するための最適化関数Mは、(11)式に限定されるものではない。 As described above, the refractive index when the sum of the absolute value of the ratio of the Sm-spectrum and the model spectrum and the square value of the declination ratio is minimized is calculated for each frequency. Incidentally, “abs” represents an absolute value, and “arg” represents an argument. Note that the optimization function M for calculating the refractive index for each frequency by minimizing the difference between the Sm-spectrum and the model spectrum is not limited to the expression (11).

このように屈折率算出部45は、界面走査部42によって走査される各計測点に対して、試料がもたらす減衰及び位相遅れを周波数ごとに検出して屈折率(実部、複素部及びそれら双方)を算出するようになっている。   As described above, the refractive index calculation unit 45 detects the attenuation and the phase delay caused by the sample for each measurement point scanned by the interface scanning unit 42 for each frequency, so that the refractive index (the real part, the complex part, and both of them). ) Is calculated.

屈折率像生成部46は、各計測点での周波数ごとの屈折率が屈折率算出部45によって算出された場合、当該屈折率(実部と、複素部と、それら双方)を示す像(以下、これを屈折率像とも呼ぶ)を生成する。   The refractive index image generation unit 46, when the refractive index for each frequency at each measurement point is calculated by the refractive index calculation unit 45, an image indicating the refractive index (real part, complex part, and both) (hereinafter referred to as the refractive index image generation part 46). This is also called a refractive index image).

具体的には、各計測点での特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の平均が、設定される複数の段階(階調)によって色で分類され、当該計測点の位置関係で示される。なお、特定周波数又は特定周波数帯域と、階調数と、当該階調に対応付けるべき色と、屈折率像として表現すべき解像度とは操作入力部34を介して設定され、必要に応じて変更可能とされる。   Specifically, the refractive index of a specific frequency or the average refractive index of a specific frequency band at each measurement point is classified by color according to a plurality of stages (gradations) to be set, and is indicated by the positional relationship between the measurement points. It is. The specific frequency or specific frequency band, the number of gradations, the color to be associated with the gradation, and the resolution to be expressed as a refractive index image are set via the operation input unit 34 and can be changed as necessary. It is said.

屈折率像生成部46は、屈折率像を生成し終えた場合、該屈折率像を、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   When the refractive index image generation unit 46 finishes generating the refractive index image, the refractive index image generation unit 46 stores the refractive index image in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

この屈折率像生成部46には、指定位置を基準として屈折率像を再分類すべき再分類命令が必要に応じて操作入力部34から与えられるなっている。指定位置は、操作入力部34の操作に応じて屈折率像を移動可能なポインタ等によって指定される。   A reclassification command for reclassifying the refractive index image based on the designated position is given to the refractive index image generation unit 46 from the operation input unit 34 as necessary. The designated position is designated by a pointer or the like that can move the refractive index image in accordance with the operation of the operation input unit 34.

屈折率像生成部46は、この再分類命令が与えられた場合、指定位置を基準として他の位置との屈折率の差を示す像(以下、これを屈折率相関像とも呼ぶ)を生成する。   When this reclassification command is given, the refractive index image generation unit 46 generates an image (hereinafter also referred to as a refractive index correlation image) indicating a difference in refractive index from another position with reference to the designated position. .

具体的には、図6(A)に示すように、指定位置に対応するピクセルの屈折率に対する、該指定位置以外のピクセルに対応する屈折率の自己相関係数の差が、設定される複数の段階(階調)によって色で分類され、当該計測点の位置関係で示される。なお、階調数と、当該階調に対応付けるべき色と、屈折率相関像として表現すべき解像度とは操作入力部34を介して設定され、必要に応じて変更可能とされる。   Specifically, as shown in FIG. 6A, the difference between the refractive index of the pixel corresponding to the designated position and the autocorrelation coefficient of the refractive index corresponding to the pixel other than the designated position is set. Are classified by color according to the stage (gradation) and indicated by the positional relationship of the measurement points. The number of gradations, the color to be associated with the gradation, and the resolution to be expressed as a refractive index correlation image are set via the operation input unit 34 and can be changed as necessary.

屈折率像生成部46は、屈折率相関像を生成し終えた場合、該屈折率相関像を、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   When the refractive index image generation unit 46 has generated the refractive index correlation image, the refractive index correlation image is stored in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

またこの屈折率像生成部46には、特定周波数帯域の屈折率として入力される値を基準として屈折率像を再分類すべき再分類命令が必要に応じて操作入力部34から与えられるなっている。   The refraction index image generation unit 46 is provided with a reclassification command for reclassifying the refraction index image based on the value input as the refraction index of the specific frequency band from the operation input unit 34 as necessary. Yes.

屈折率像生成部46は、この再分類命令が与えられた場合、特定周波数帯域の屈折率の類似性に基づいたクラスター分析を実行する。そして屈折率像生成部46は、図6(B)に示すような屈折率像を生成する。具体的には例えば、指定される値に対する各計測点での屈折率の差が、設定される複数の段階(階調)によって色で分類し各計測点の位置関係で示される。屈折率像生成部46は、この屈折率相関像を生成し終えた場合にも、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   When this reclassification command is given, the refractive index image generation unit 46 performs cluster analysis based on the similarity of refractive indexes in a specific frequency band. Then, the refractive index image generation unit 46 generates a refractive index image as shown in FIG. Specifically, for example, the difference in refractive index at each measurement point with respect to a specified value is classified by color according to a plurality of stages (gradations) to be set, and is indicated by the positional relationship of each measurement point. Even when the refractive index image generation unit 46 has generated the refractive index correlation image, the refractive index image generation unit 46 stores the refractive index image generation unit 46 in the storage unit 37 in association with the identifier assigned to the preparation PRT.

ちなみに図6では、10[μm]の厚みでなる組織切片が用いられ、0.8−1.2[THz]が対象とされている。   Incidentally, in FIG. 6, a tissue section having a thickness of 10 [μm] is used, and 0.8-1.2 [THz] is targeted.

サンプル像生成部47は、界面走査部42によって走査される計測点ごとに撮像素子25を制御し、該撮像素子25の撮像面に投影されるプレパラート部位の拡大像(以下、これをPT部位拡大像とも呼ぶ)を取得する。   The sample image generation unit 47 controls the imaging device 25 for each measurement point scanned by the interface scanning unit 42, and an enlarged image of the prepared portion projected on the imaging surface of the imaging device 25 (hereinafter referred to as PT region enlargement). (Also called an image).

サンプル像生成部47は、各計測点に対応するPT部位拡大像を取得した場合、これらPT部位拡大像を連結し、その連結像から組織切片(以下、これを組織サンプル像とも呼ぶ)を抽出する。そしてサンプル像生成部47は、組織サンプル像を複数の解像度ごとに生成し、これら各解像度の組織サンプル像を、プレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶する。   When the sample image generation unit 47 acquires the PT site enlarged images corresponding to the respective measurement points, the sample image generation unit 47 connects these PT site enlarged images, and extracts a tissue section (hereinafter also referred to as a tissue sample image) from the connected image. To do. Then, the sample image generation unit 47 generates a tissue sample image for each of a plurality of resolutions, and stores the tissue sample images of these resolutions in the storage unit 37 in association with identifiers assigned to the preparations PRT.

なお、サンプル像生成部47は、組織サンプル像を抽出した場合、その組織サンプル像から選択用の縮小像(以下、これをサムネイル像とも呼ぶ)を生成し、これをプレパラートPRTに割り当てられる識別子に関連付けて記憶部37に記憶するようにもなっている。このサムネイル像は、複数の識別子に関連付けられる屈折率像又は組織サンプル像から、特定の識別子に関連付けられる屈折率像又は組織サンプル像を表示させる場合に用いられる。   When the tissue sample image is extracted, the sample image generation unit 47 generates a reduced image for selection (hereinafter also referred to as a thumbnail image) from the tissue sample image, and uses this as an identifier assigned to the preparation PRT. The information is also stored in the storage unit 37 in association with each other. This thumbnail image is used when a refractive index image or tissue sample image associated with a specific identifier is displayed from a refractive index image or tissue sample image associated with a plurality of identifiers.

提示部48は、屈折率像と組織サンプル像が生成された場合、初期設定され又は操作入力部34で指定される解像度に対応する屈折率像と組織サンプル像を、見比べ可能な状態で表示部36に表示する。なお、表示すべき屈折率像は、実部の屈折率、複素部の屈折率又はこれら双方の屈折率に基づく像のいずれかであり、操作入力部34によって適宜設定することができる。   When the refractive index image and the tissue sample image are generated, the presentation unit 48 displays the refractive index image and the tissue sample image corresponding to the resolution that is initially set or specified by the operation input unit 34 in a state in which they can be compared. 36. The refractive index image to be displayed is any one of an image based on the refractive index of the real part, the refractive index of the complex part, or both, and can be appropriately set by the operation input unit 34.

また提示部48は、屈折率相関像が生成された場合、該屈折率相関像を、屈折率像及び組織サンプル像と見比べ可能な状態で表示部36に表示する。   In addition, when the refractive index correlation image is generated, the presentation unit 48 displays the refractive index correlation image on the display unit 36 in a state where it can be compared with the refractive index image and the tissue sample image.

ここで、実験結果を図7に示す。図7(A)は、銀染色が施された肺組織の切片の顕微鏡像(可視像)を示す写真である。図7(B)は屈折率の実部の屈折率像、図7(D)は屈折率の複素部の屈折率像、図7(F)は屈折率の実部及び複素部の双方から得られる屈折率像を示す写真である。また図7(C)は正規化された屈折率の実部、図7(E)は正規化された屈折率の複素部を示している。なおこの図7では、図6と同様に10[μm]の厚みでなる組織切片が用いられ、0.8−1.2[THz]が対象とされている。   Here, the experimental results are shown in FIG. FIG. 7A is a photograph showing a microscopic image (visible image) of a section of lung tissue subjected to silver staining. 7B is a refractive index image of the real part of the refractive index, FIG. 7D is a refractive index image of the complex part of the refractive index, and FIG. 7F is obtained from both the real part and the complex part of the refractive index. It is a photograph which shows the refractive index image obtained. FIG. 7C shows the real part of the normalized refractive index, and FIG. 7E shows the complex part of the normalized refractive index. In FIG. 7, similarly to FIG. 6, a tissue section having a thickness of 10 [μm] is used, and the target is 0.8-1.2 [THz].

この図7から分かるように、形態学的アプローチとは異なる、屈折率というアプローチから組織切片TRが分類され表現される。図8に示す実験結果から分かるように、屈折率は染色の違いや有無にかかわらず同等の値として得られ、当該染色の違いや有無によって特別なデータ処理を施すことなく屈折率像が取得可能となるため便宜である。   As can be seen from FIG. 7, the tissue sections TR are classified and expressed from an approach called refractive index, which is different from the morphological approach. As can be seen from the experimental results shown in FIG. 8, the refractive index can be obtained as an equal value regardless of the difference or presence of staining, and a refractive index image can be obtained without special data processing depending on the difference or presence of the staining. This is convenient.

判定部49は、屈折率像提示部46によって屈折率像が生成された場合、屈折率像を所定の探索範囲ごとに特徴部分となるか否かを判定する。   When the refractive index image is generated by the refractive index image presentation unit 46, the determination unit 49 determines whether or not the refractive index image becomes a characteristic part for each predetermined search range.

具体的には、データベースとして管理される複数の屈折率パターンとマッチングされ、屈折率パターンとの類似度に対して設定される閾値よりも大きいマッチング結果となる特徴部分が屈折率像のなかから探索される。   Specifically, a feature portion that is matched with a plurality of refractive index patterns managed as a database and has a matching result larger than a threshold set for the similarity to the refractive index pattern is searched from the refractive index image. Is done.

一般に、テラヘルツ波は水分に吸収されるものであるため、屈折率は無細胞部分では低く、細胞の密集度が大きいほど高くなる。また例えば図9に示すように、細胞の種類や悪性度等の細胞の状態に応じて屈折率が異なることが知られている。したがってこの実施の形態における記憶部37では、細胞の種類や悪性度等の細胞の状態と、屈折率パターンとの対応付けがデータベースとして記憶され管理される。   In general, since terahertz waves are absorbed by moisture, the refractive index is low in the cell-free portion, and increases as the cell density increases. For example, as shown in FIG. 9, it is known that the refractive index varies depending on the state of the cell such as the type of cell and malignancy. Therefore, in the storage unit 37 in this embodiment, the association between the cell state such as the cell type and the malignancy and the refractive index pattern is stored and managed as a database.

ちなみに図9の上段に示される写真は可視像であり、中段に示される写真は特定周波数帯域の屈折率の類似性に基づいたクラスター分析により得られる像である。また図9の下段に示されるグラフは、左から2番目の肺組織切片に関して、屈折率の類似性に基づいたクラスター分析結果である。   Incidentally, the photograph shown in the upper part of FIG. 9 is a visible image, and the photograph shown in the middle part is an image obtained by cluster analysis based on the similarity of refractive indexes in a specific frequency band. The graph shown in the lower part of FIG. 9 is a cluster analysis result based on the similarity in refractive index for the second lung tissue section from the left.

判定部49は、閾値よりも大きいマッチング結果となる特徴部分が探索された場合、表示部36に表示される屈折率像と組織サンプル像に対して、該特徴部分を他の部分と区別する処理を施す。具体的には例えば、屈折率像と組織サンプル像に対して、特徴部分に対応する領域を単一色の枠により囲む処理が施される。そして判定部49は、特徴部分と類似度が閾値以上となる屈折率パターンに対応付けられた細胞の状態を、表示部36に表示する等して通知する。   The determination unit 49, in the case where a characteristic part that results in a matching result larger than the threshold is searched, is a process for distinguishing the characteristic part from other parts for the refractive index image and the tissue sample image displayed on the display unit 36. Apply. Specifically, for example, the refractive index image and the tissue sample image are subjected to a process of surrounding a region corresponding to the characteristic portion with a single color frame. Then, the determination unit 49 notifies the display unit 36 of the state of the cell associated with the refractive index pattern whose similarity with the feature portion is equal to or greater than the threshold.

また判定部49は、屈折率像のうち、屈折率パターンとして登録すべき特徴部分が指定された場合、その特徴部分の細胞の種類や悪性度等の細胞の状態の入力画面を提示する。この入力画面を介して入力される細胞の状態が入力されると、判定部49は、該細胞の状態と指定対象の特徴部分とを対応付けて記憶部37に記憶し、データベースを更新する。   In addition, when a feature portion to be registered as a refractive index pattern is specified in the refractive index image, the determination unit 49 presents an input screen for a cell state such as the cell type and malignancy of the feature portion. When the cell state input via this input screen is input, the determination unit 49 associates the cell state with the feature portion to be specified and stores the associated cell in the storage unit 37 and updates the database.

このように判定部49は、屈折率像提示部46によって生成される屈折率像に特徴的な屈折率パターンを呈する部分がある場合にはその部分を通知し、また屈折率パターンとしてデータベースに未登録である部分がある場合にはその部分を登録できるようになっている。   As described above, when the refractive index image generated by the refractive index image presenting unit 46 includes a part exhibiting a characteristic refractive index pattern, the determination unit 49 notifies the part, and the refractive index pattern is not stored in the database. If there is a part that is registered, the part can be registered.

[1−6.解析処理手順]
次に、解析処理手順について図10に示すフローチャートを用いて説明する。すなわちCPU31は、例えば操作入力部34から解析処理の実行命令を受けた場合、この解析処理手順を開始し、ステップSP1に進む。
[1-6. Analysis processing procedure]
Next, the analysis processing procedure will be described with reference to the flowchart shown in FIG. That is, for example, when the CPU 31 receives an execution instruction of the analysis process from the operation input unit 34, the CPU 31 starts this analysis process procedure and proceeds to step SP1.

CPU31は、ステップSP1では、プレパラートステージ15のプレパラート配置面に配されるプレパラートPRTに対して固有の識別子を割り当てて、ステップSP2に進む。CPU31は、ステップSP2では、テラヘルツ波の媒体との界面のうち対象とすべき部分に計測点が位置するようプレパラートステージ15を走査し、ステップSP3に進む。   In step SP1, the CPU 31 assigns a unique identifier to the preparation PRT arranged on the preparation arrangement surface of the preparation stage 15, and proceeds to step SP2. In step SP2, the CPU 31 scans the preparation stage 15 so that the measurement point is located at the target portion of the interface with the terahertz wave medium, and proceeds to step SP3.

CPU31は、ステップSP3では、計測点におけるプレパラート部位の拡大像(PT部位拡大像)を取得し、ステップSP4に進む。CPU31は、ステップSP4では、Tz波形の計測を開始してRf−Tz波形と、Sm−Tz波形とを抽出し(図4)、これらTz波形のスペクトル(Rf−スペクトルSm−スペクトル)と、そのスペクトル比を算出し、ステップSP5に進む。   In step SP3, the CPU 31 obtains an enlarged image of the preparation site at the measurement point (PT site enlarged image), and proceeds to step SP4. In step SP4, the CPU 31 starts measuring the Tz waveform and extracts the Rf-Tz waveform and the Sm-Tz waveform (FIG. 4). The spectrum of these Tz waveforms (Rf-spectrum Sm-spectrum) and its The spectrum ratio is calculated, and the process proceeds to step SP5.

CPU31は、ステップSP5では、ステップSP4で算出したRf−Tz波形及びSm−Tz波形と、上述の(1)式〜(11)式を用いて屈折率を算出し、ステップSP6に進む。CPU31は、ステップSP6では、テラヘルツ波の媒体との界面全体に計測点が配分されたか否かを判定し、否定結果を得た場合にはステップSP2に戻って上述の処理を繰り返す。   In step SP5, the CPU 31 calculates the refractive index using the Rf-Tz waveform and Sm-Tz waveform calculated in step SP4 and the above-described equations (1) to (11), and then proceeds to step SP6. In step SP6, the CPU 31 determines whether or not measurement points are distributed over the entire interface with the terahertz wave medium. If a negative result is obtained, the CPU 31 returns to step SP2 and repeats the above processing.

CPU31は、ステップSP2〜ステップSP6の処理ループを経ることで、テラヘルツ波の媒体との界面全体に計測点が配分されるとステップSP7に進んで、各計測点の屈折率を用いて屈折率像(図6)を生成する。またCPU31は、各計測点のPT部位拡大像を用いて組織サンプル像を生成し、ステップSP8に進む。   When the measurement points are distributed over the entire interface with the terahertz wave medium through the processing loop of step SP2 to step SP6, the CPU 31 proceeds to step SP7 and uses the refractive index of each measurement point to generate a refractive index image. (FIG. 6) is generated. Further, the CPU 31 generates a tissue sample image using the PT region enlarged image of each measurement point, and proceeds to step SP8.

CPU31は、ステップSP8では、ステップSP7で生成される屈折率像と、組織サンプル像とを見比べ可能な状態で表示部36に表示し、ステップSP9に進む。CPU31は、ステップSP9では、ステップSP7で生成される屈折率像に特徴部分が含まれているか否か判定する。   In step SP8, the CPU 31 displays the refractive index image generated in step SP7 on the display unit 36 in a state in which the tissue sample image can be compared, and proceeds to step SP9. In step SP9, the CPU 31 determines whether or not a characteristic portion is included in the refractive index image generated in step SP7.

CPU31は、ステップSP9で特徴部分が屈折率像に含まれると判定したときには、ステップSP10に進んで、ステップSP8で表示した屈折率像と組織サンプル像に対して所定の処理を施して特徴部分を強調表示した後、この解析処理手順を終了する。   When the CPU 31 determines in step SP9 that the characteristic portion is included in the refractive index image, the CPU 31 proceeds to step SP10 and performs a predetermined process on the refractive index image and the tissue sample image displayed in step SP8 to display the characteristic portion. After highlighting, the analysis processing procedure is terminated.

一方、CPU31は、ステップSP9で特徴部分が屈折率像に含まれていないと判定したときには、ステップSP10における強調表示処理を施すことなく、この解析処理手順を終了する。   On the other hand, when the CPU 31 determines in step SP9 that the characteristic portion is not included in the refractive index image, the CPU 31 ends the analysis processing procedure without performing the highlighting process in step SP10.

[1−7.効果等]
以上の構成において、このサンプル解析装置30は、スライドSDとテラヘルツ波の媒質との界面に割り当てられる各計測点にそれぞれ照射され、該界面から出射するTz波形のスペクトルを取得する。
[1-7. Effect]
In the above configuration, the sample analyzer 30 irradiates each measurement point assigned to the interface between the slide SD and the terahertz wave medium, and acquires the spectrum of the Tz waveform emitted from the interface.

そしてサンプル解析装置30は、このスペクトルを用いて、各計測点における周波数ごとの屈折率を算出し、各計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の平均を、該計測点の位置関係で示す画像(屈折率像)を生成する。   Then, the sample analyzer 30 uses this spectrum to calculate the refractive index for each frequency at each measurement point, and calculates the refractive index of the specific frequency or the average refractive index of the specific frequency band at each measurement point. An image (refractive index image) indicated by the positional relationship is generated.

またサンプル解析装置30は、スライドSDに配される組織切片TRの拡大像(組織サンプル像)を取得し、この組織サンプル像と屈折率像とを見比べ可能な状態で表示部36に表示させる。   The sample analyzer 30 acquires an enlarged image (tissue sample image) of the tissue section TR arranged on the slide SD, and displays the enlarged image on the display unit 36 in a state where the tissue sample image and the refractive index image can be compared.

したがってこのサンプル解析装置30では、可視像の他に屈折率という物性科学的な観点の情報によって組織切片TRが分類され、しかも、可視像の位置関係と同じ位置関係のもとで分類される。このため、別のプレパラートPRTの作製を要することなく、既知である形態学的な側面と、物性科学的な側面からの組織切片TRの状態を、同時に把握させることができる。   Therefore, in this sample analysis apparatus 30, the tissue slice TR is classified based on information from the viewpoint of physical properties such as refractive index in addition to the visible image, and further classified based on the same positional relationship as that of the visible image. The For this reason, the state of the tissue section TR from a known morphological aspect and a physical science aspect can be grasped simultaneously without requiring preparation of another preparation PRT.

この実施の形態におけるTz波形のスペクトルは、基準界面B1で反射するRf−Tz波形REF(図4)のスペクトル(Rf−スペクトル)と、スライドSDと組織切片TRとの界面B2で反射するSm−Tz波形SAM(図4)のスペクトル(Sm−スペクトル)として取得される。   The spectrum of the Tz waveform in this embodiment includes the spectrum (Rf-spectrum) of the Rf-Tz waveform REF (FIG. 4) reflected at the reference interface B1, and Sm− reflected at the interface B2 between the slide SD and the tissue section TR. Obtained as the spectrum (Sm-spectrum) of the Tz waveform SAM (FIG. 4).

そしてRf−スペクトルに応じたモデルスペクトルが、テラヘルツ波検出素子16に導かれるTz波形のP偏光及びS偏光を考慮して算出され((1)式〜(10)式)、このモデルスペクトルとSm−スペクトルとを用いて屈折率が算出される((11)式)。   A model spectrum corresponding to the Rf-spectrum is calculated in consideration of the P-polarized light and the S-polarized light of the Tz waveform guided to the terahertz wave detecting element 16 (equation (1) to (10)). -The refractive index is calculated using the spectrum (equation (11)).

したがってこのサンプル解析装置30は、より一段と真値に近い屈折率を得ることができるため、物性科学的な側面からの組織切片TRの状態を示す屈折率像を精細に示すことができる。   Therefore, since the sample analysis apparatus 30 can obtain a refractive index closer to the true value, the refractive index image showing the state of the tissue section TR from the physical aspect can be shown finely.

またこの実施の形態における屈折率像は、特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の平均を、設定される複数の段階(階調)によって色として分類され、当該計測点の位置関係で示される。したがって、例えば棒グラフによって示す場合に比べて、物性科学的な側面からの組織切片TRの状態を細かく分類することができ、またその分類能の変更も可能となる。   Further, the refractive index image in this embodiment is classified as a color by a plurality of stages (gradations) that are set based on the refractive index of a specific frequency or the average refractive index of a specific frequency band, and the positional relationship between the measurement points. Indicated. Therefore, for example, the state of the tissue section TR from the physical aspect can be classified more finely than the case indicated by the bar graph, and the classification ability can be changed.

またこのサンプル解析装置30は、屈折率像におけるある位置の屈折率が指定された場合、指定位置の屈折率に対する指定位置以外の屈折質の自己相関の差を、設定される複数の段階(階調)によって色として分類し、当該計測点の位置関係で示す像(屈折率相関像)を生成する。そしてサンプル解析装置30は、この屈折率相関像を、組織サンプル像及び屈折率像と見比べ可能な状態で表示部36に表示させる。   In addition, when the refractive index at a certain position in the refractive index image is designated, the sample analyzing apparatus 30 determines the difference in autocorrelation of refractive material other than the designated position with respect to the refractive index at the designated position at a plurality of stages (steps). The image is classified as a color according to the tone, and an image (refractive index correlation image) indicated by the positional relationship of the measurement point is generated. Then, the sample analyzer 30 displays the refractive index correlation image on the display unit 36 in a state where it can be compared with the tissue sample image and the refractive index image.

したがってこのサンプル解析装置30では、例えば、着目すべき悪性細胞を基準として、その悪性細胞に対する悪性度の高い又は低い細胞が存在する分布を把握させる等のように、屈折率の観点から組織切片TRにおける細胞分布を把握させることができる。   Therefore, in this sample analyzer 30, for example, the tissue slice TR is considered from the viewpoint of the refractive index so that the distribution of the presence or absence of cells with high or low malignancy with respect to the malignant cells is grasped on the basis of the malignant cells to be noted. The cell distribution in can be grasped.

以上の構成によれば、別のプレパラートPRTの作製を要することなく、既知である形態学的な側面と、物性科学的な側面からの組織切片TRの状態を同時に把握させることができるようにしたことにより、診断までの時間を短縮させ得るサンプル解析装置30が実現される。   According to the above configuration, it is possible to simultaneously grasp the state of the tissue section TR from a known morphological aspect and a physical science aspect without requiring preparation of another preparation PRT. As a result, the sample analysis device 30 capable of shortening the time until diagnosis is realized.

<2.他の実施の形態>
上述の実施の形態では、生体サンプルとして組織切片TRが適用された。しかしながら生体サンプルはこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、塗抹細胞や染色体等が適用でき、この例示以外の種々の生物体における全部又は一部を生体サンプルとして幅広く適用できる。
<2. Other embodiments>
In the above-described embodiment, the tissue section TR is applied as the biological sample. However, the biological sample is not limited to this embodiment. For example, smear cells, chromosomes, and the like can be applied, and all or part of various organisms other than those illustrated can be widely applied as biological samples.

上述の実施の形態では、ガラス材のスライドSDが用いられた。しかしながらスライドの材質は、テラヘルツ帯に対して光学的な影響度が小さいものであれば、ガラス材以外のものを適用できる。   In the above-described embodiment, a glass slide SD is used. However, any material other than glass can be used as the material of the slide as long as it has a small optical influence on the terahertz band.

なお、ガラス材は疎水性が高いため、スライドSD表面と組織切片TRとの間に隙間が生じ易く接着性が悪い。したがって一般に、スライドSD表面には、親水性の高いシランがコーティングされ、スライドSDと組織切片TRとの接着性が高められている。   In addition, since the glass material has high hydrophobicity, a gap is easily generated between the slide SD surface and the tissue section TR, and the adhesiveness is poor. Therefore, in general, the surface of the slide SD is coated with a highly hydrophilic silane to enhance the adhesion between the slide SD and the tissue section TR.

しかし、シランコーティングはプレパラートPRTの洗浄により比較的に容易にはがれてしまうので、プレパラートPRTの使用は、事実上、一度きりとなる。近年では、スライドSDと組織切片TRとの接着性が高められ、かつ、複数回使用可能となる条件を満たすコーティング手法が求められている。   However, since the silane coating is relatively easily peeled off by cleaning the preparation PRT, the use of the preparation PRT is effectively only once. In recent years, there has been a demand for a coating technique that enhances the adhesion between the slide SD and the tissue section TR and satisfies the condition that it can be used a plurality of times.

この点、ダイヤモンド結合(SP3結合)とグラファイト結合(SP2結合)の双方が混在する非晶質膜をコーティングしたスライドSDが、かかる条件を満たしながらもテラヘルツ帯に透明となることが本発明者らにより確認されている。   In this regard, the present inventors have found that a slide SD coated with an amorphous film in which both diamond bonds (SP3 bonds) and graphite bonds (SP2 bonds) are mixed is transparent in the terahertz band while satisfying such conditions. Has been confirmed.

この非晶質膜は、アモルファスカーボンあるいはDLC(Diamond Like Carbon)等と呼ばれ、はがれ難い、平滑な膜として得ることができる、親水性が高いなどといった性質をもつ。したがって、上述の実施の形態のように、生体サンプルが配される面とは逆の面から照射されるテラヘルツ波の反射強度の時間波形を計測する場合あるいはテラヘルツ波強度の時間波形から屈折率を算出する場合、非晶質膜をコーティングしたスライドSDを用いることが特に好ましい。   This amorphous film is called amorphous carbon or DLC (Diamond Like Carbon), and has such properties as being difficult to peel off, being able to be obtained as a smooth film, and having high hydrophilicity. Therefore, as in the above-described embodiment, when measuring the time waveform of the reflection intensity of the terahertz wave irradiated from the surface opposite to the surface on which the biological sample is arranged, or calculating the refractive index from the time waveform of the terahertz wave intensity. When calculating, it is particularly preferable to use a slide SD coated with an amorphous film.

ここで、図11において、非コーティング(破線の上側)と、非晶質膜をコーティングした場合(破線の下側)における1[THz]の屈折率像の写真を示す。この図11では、3[mm]の厚みでなるスライドSDに対して、10[μm]の厚みでなる組織切片TRが配され、500[μm]の厚みでなる封入材を介して、2[mm]の厚みでなるカバーガラスが配されるプレパラートPRTが用いられた。この図11から、非晶質膜のコーティングの有無にかかわらず屈折率像が同等であり、この結果、非晶質膜がテレヘルツ帯に非影響であることが分かる。   Here, FIG. 11 shows a photograph of a refractive index image of 1 [THz] when uncoated (upper side of the broken line) and when an amorphous film is coated (lower side of the broken line). In FIG. 11, a tissue section TR having a thickness of 10 [μm] is arranged on a slide SD having a thickness of 3 [mm], and 2 [ A preparation PRT with a cover glass having a thickness of mm] was used. FIG. 11 shows that the refractive index images are the same regardless of whether or not the amorphous film is coated, and as a result, the amorphous film has no influence on the telehertz band.

なお、非晶質膜は、プラズマCVT(Chemical Vapor Deposition)を用いて形成することができる。ちなみに、図11に示す実験におけるプラズマCVTのコーティング過程では1−プロパノール(CH3 CH2 CH2 OH)がソースとして採用され、ソースの流速は10[SCCM]、ソース圧は10[Pa]、RF powerは10[W]、コーティング時間は180[sec]とされている。またプラズマ処理過程では酸素がソースとして採用され、ソースの流速は30[SCCM]、ソース圧は20[Pa]、RF powerは100[W]、プラズマ処理時間は30[sec]とされている。 Note that the amorphous film can be formed using plasma CVT (Chemical Vapor Deposition). Incidentally, 1-propanol (CH 3 CH 2 CH 2 OH) is adopted as the source in the plasma CVT coating process in the experiment shown in FIG. 11, the source flow rate is 10 [SCCM], the source pressure is 10 [Pa], RF The power is 10 [W] and the coating time is 180 [sec]. In the plasma treatment process, oxygen is used as a source, the flow rate of the source is 30 [SCCM], the source pressure is 20 [Pa], the RF power is 100 [W], and the plasma treatment time is 30 [sec].

上述の実施の形態では、スライドSDのうち組織切片TRが固定される界面側の媒体MD(図4(A))が空気とされた。しかしながらこの媒体MDは空気に限定されるものではない。媒体MDとしては、溶液層、あるいは蒸着された金属層など、組織切片TRと媒体MDとの間の界面においてテラヘルツ波の強い反射を引き起こす物質が適用可能である。この物質を適用した場合、反射波SAMの振幅が増強されるため、生体サンプルが配される面とは逆の面から照射されるテラヘルツ波における反射強度の時間波形に対する再現性が大幅に向上する。   In the above-described embodiment, the medium MD (FIG. 4A) on the interface side on which the tissue section TR is fixed in the slide SD is air. However, the medium MD is not limited to air. As the medium MD, a substance that causes strong reflection of terahertz waves at the interface between the tissue section TR and the medium MD, such as a solution layer or a deposited metal layer, can be applied. When this substance is applied, since the amplitude of the reflected wave SAM is enhanced, the reproducibility of the reflected intensity in the time waveform of the terahertz wave irradiated from the surface opposite to the surface on which the biological sample is arranged is greatly improved. .

一般に、媒体MDは空気、もしくは空気中の水分によるテラヘルツ波の吸収を防ぐために窒素、アルゴン等の不活性ガスで置換された雰囲気であることが多い。また一般に用いられるスライドSDは平坦性、平行性が十分ではない。このため、得られるテラヘルツ像に組織切片TRに起因しない間違った像コントラストを生じてしまうことが確認されている。また、組織切片TRを作製する際に、厚みの不均一性を避けることができない。さらに、スライドガラスがテラヘルツ波を吸収してしまい、反射波SAMの振幅が小さくなってしまうことも確認されている。   In general, the medium MD is often an atmosphere substituted with an inert gas such as nitrogen or argon in order to prevent absorption of terahertz waves due to air or moisture in the air. Moreover, generally used slide SD has insufficient flatness and parallelism. For this reason, it has been confirmed that the obtained terahertz image has an incorrect image contrast that is not caused by the tissue section TR. In addition, when the tissue slice TR is produced, thickness nonuniformity cannot be avoided. Furthermore, it has been confirmed that the slide glass absorbs the terahertz wave and the amplitude of the reflected wave SAM is reduced.

スライドSDの平坦性、平行性に関しては、例えば光学実験等に用いられる高品質の石英板等をスライドSDに用い、その上に組織切片TRを固定することで改善される。あるいは、通常のスライドガラスに組織切片TRを固定し、組織切片TRの側をスライドSDである石英板に圧着する方法もある。この場合、媒体MDはスライドガラスになる。   The flatness and parallelism of the slide SD can be improved by using, for example, a high-quality quartz plate used for optical experiments or the like for the slide SD and fixing the tissue section TR on the slide SD. Alternatively, there is a method in which the tissue section TR is fixed to a normal slide glass and the side of the tissue section TR is pressure-bonded to a quartz plate which is a slide SD. In this case, the medium MD is a slide glass.

組織切片TRの厚みの誤差、反射波SAMの振幅の問題は、次のように同時に解決できる。スライドSD上に組織切片TRを固定し、媒体MDは水、その他溶媒(細胞培養液、グリセロール、各種アルコール、油脂等)を用いる。媒体MDと組織切片TRのテラヘルツ領域での屈折率が大きく異なることが重要である。媒体MDは、溶液だけでなく、金などの金属を蒸着した層を用いても同様の効果が得られる。要は、上述したように、組織切片TRと媒体MDとの間の界面においてテラヘルツ波の強い反射を引き起こす物質が好ましい。   The thickness error of the tissue section TR and the problem of the amplitude of the reflected wave SAM can be solved simultaneously as follows. The tissue slice TR is fixed on the slide SD, and the medium MD uses water and other solvents (cell culture solution, glycerol, various alcohols, fats and oils). It is important that the refractive indexes in the terahertz region of the medium MD and the tissue section TR are greatly different. The same effect can be obtained when the medium MD uses not only a solution but also a layer on which a metal such as gold is deposited. In short, as described above, a substance that causes strong reflection of terahertz waves at the interface between the tissue slice TR and the medium MD is preferable.

組織切片TRとしては、パラフィン包埋された組織切片、パラフィンを融解し、染色を施した組織切片のどちらも用いることができる。パラフィン包埋組織切片TRの場合、媒体MDとの屈折率差が大きいため、反射波SAMの振幅が著しく増強される。一方、染色を施した組織切片TRの場合、媒体MDとの屈折率差が小さいため、反射波SAMの振幅の増強は期待されない。しかし、厚みの不均一性に起因する誤差が減少し、測定の再現性が大幅に向上する。いずれにしても、テラヘルツ用の病理標本として特別な処理を施すことなく、一般に広く採用されている病理標本の作製過程で得られる標本を用いることができるため、診断までの時間を短縮させる観点では有用である。   As the tissue section TR, either a paraffin-embedded tissue section or a tissue section obtained by melting and staining paraffin can be used. In the case of the paraffin-embedded tissue section TR, since the difference in refractive index from the medium MD is large, the amplitude of the reflected wave SAM is remarkably enhanced. On the other hand, in the case of the stained tissue section TR, since the difference in refractive index from the medium MD is small, the increase in the amplitude of the reflected wave SAM is not expected. However, errors due to thickness non-uniformity are reduced and measurement reproducibility is greatly improved. In any case, since it is possible to use specimens obtained in the process of preparing pathological specimens that are widely adopted without special treatment as pathological specimens for terahertz, in terms of shortening the time to diagnosis Useful.

上述の実施の形態では、テラヘルツ分光装置10における計測結果からRf−Tz波形、Sm−Tz波形、Rf−スペクトル、Sm−スペクトル及びスペクトル比が取得された。しかしながら取得手法はこの実施の形態に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the Rf-Tz waveform, the Sm-Tz waveform, the Rf-spectrum, the Sm-spectrum, and the spectrum ratio are acquired from the measurement results in the terahertz spectrometer 10. However, the acquisition method is not limited to this embodiment.

例えば、Rf−Tz波形、Sm−Tz波形、Rf−スペクトル、Sm−スペクトル及びスペクトル比の全部又は一部が予め記憶されたROM32、記憶部37又は他の装置の記憶媒体から伝送路を介して取得する手法が適用可能である。   For example, Rf-Tz waveform, Sm-Tz waveform, Rf-spectrum, Sm-spectrum, and spectral ratio all or part of the spectrum ratio is stored in advance from the ROM 32, the storage unit 37, or a storage medium of another device via a transmission line. The acquisition method is applicable.

上述の実施の形態では(1)式から(11)式を用いて屈折率が算出された。しかしながら屈折率の算出手法はこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、Rf−Tz波形、Sm−Tz波形から、Kramers-Kronig変換を用いて屈折率が算出されてもよい。なお、操作入力部37から生体サンプルの種類を入力させ、当該種類と屈折率とを対応付けたデータベースから参照することにより取得してもよく、操作入力部37から屈折率を入力させるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the refractive index is calculated using the equations (1) to (11). However, the refractive index calculation method is not limited to this embodiment. For example, the refractive index may be calculated from the Rf-Tz waveform and the Sm-Tz waveform using Kramers-Kronig transformation. In addition, the type of the biological sample may be input from the operation input unit 37 and may be acquired by referring to the database in which the type and the refractive index are associated with each other, and the refractive index may be input from the operation input unit 37. Also good.

上述の実施の形態では、屈折率像が、各計測点の位置関係で、当該計測点での特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の平均を、設定される複数の段階(階調)によって色として分類して示すものとされた。しかしながら屈折率像としての示し方はこの実施の形態に限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the refractive index image has a plurality of stages (gradation levels) in which the refractive index of the specific frequency at the measurement point or the average of the refractive index of the specific frequency band is set in the positional relationship of each measurement point. ) And classified as a color. However, the way of showing as a refractive index image is not limited to this embodiment.

例えば、特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の平均を、棒グラフにより計測点の位置関係で示す屈折率像が適用されてもよい。要は、各計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の平均を、該計測点の位置関係で示す像であればよい。   For example, a refractive index image indicating the refractive index of a specific frequency or the average refractive index of a specific frequency band by a bar graph as a positional relationship of measurement points may be applied. In short, any image may be used as long as the refractive index of the specific frequency or the average refractive index of the specific frequency band at each measurement point is indicated by the positional relationship between the measurement points.

なお、特定周波数帯域の屈折率は、平均に限らず、例えば分散等のように所定の統計学的手法により得られる値(統計値)であればよい。   The refractive index in the specific frequency band is not limited to the average, and may be a value (statistical value) obtained by a predetermined statistical method such as dispersion.

上述の実施の形態では、各計測点での周波数ごとの屈折率像が表示用として用いられた。これに加えて、ゲイン調整用のパラメータとして用いることもできる。   In the above-described embodiment, the refractive index image for each frequency at each measurement point is used for display. In addition to this, it can also be used as a parameter for gain adjustment.

上述の実施の形態における解析処理では、屈折率像と組織サンプル像(可視像)とが見比べ可能な状態で表示された。屈折率像に対して、見比べ可能な状態で表示すべき情報は、組織サンプル像(可視像)に限定されるものではない。   In the analysis processing in the above-described embodiment, the refractive index image and the tissue sample image (visible image) are displayed in a state where they can be compared. Information to be displayed in a state where the refractive index image can be compared is not limited to the tissue sample image (visible image).

例えば、Rf−Tz波形、Sm−Tz波形、Rf−スペクトル、Sm−スペクトル及びスペクトル比の全部又は一部を、組織サンプル像(可視像)とともに表示する形態が適用されてもよい。この形態を適用すれば、生体サンプルの状態をより一段と詳細に把握させることができる。   For example, a form in which all or part of the Rf-Tz waveform, Sm-Tz waveform, Rf-spectrum, Sm-spectrum, and spectrum ratio is displayed together with the tissue sample image (visible image) may be applied. By applying this form, the state of the biological sample can be grasped in more detail.

上述の実施の形態ではプレパラートステージ15の移動によって焦点位置が可変された。しかしながら焦点可変手法は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、集光光学系OP1又は撮像レンズ24に対するステージの移動によって焦点位置を可変する焦点可変手法が適用可能である。別例として、プレパラートステージ15と集光光学系OP1又は撮像レンズ24に対するステージとの双方の移動によって焦点位置を可変する焦点可変手法が適用可能である。   In the above-described embodiment, the focal position is changed by the movement of the preparation stage 15. However, the variable focus method is not limited to this embodiment. For example, a focus variable method that changes the focus position by moving the stage with respect to the condensing optical system OP1 or the imaging lens 24 is applicable. As another example, it is possible to apply a variable focus method that changes the focal position by moving both the preparation stage 15 and the condensing optical system OP1 or the stage with respect to the imaging lens 24.

ちなみにステージの駆動手段は、電磁方式のリニアモータ,ステッピングモータや、ピエゾアクチュエータ,MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などがある。   Incidentally, the stage driving means includes an electromagnetic linear motor, a stepping motor, a piezo actuator, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and the like.

本発明は、工業、医療、バイオ、農業、セキュリティ又は情報通信・エレクトロニクスなどの産業上において利用可能である。   The present invention can be used in industries such as industry, medicine, biotechnology, agriculture, security, information communication, and electronics.

1……サンプル解析システム、10……テラヘルツ波分光装置、11……超短レーザー、12……ビームスプリッタ、13……光学遅延部、14……テラヘルツ波発生素子、15……プレパラートステージ、16……テラヘルツ波検出素子、20……サンプル撮像装置、21……光源、22……偏光ビームスプリッタ、23……1/4波長板、24……撮像レンズ、25……撮像素子、30……サンプル解析装置、31……CPU、32……ROM、33……RAM、34……操作入力部、35……インターフェイス部、36……表示部、37……記憶部、41……識別子割当部、42……界面走査部、43……時間波形部、44……スペクトル波形取得部、45……屈折率算出部、46……屈折率像生成部、47……サンプル像生成部、48……提示部、49……判定部、OP1,OP2……集光光学系、PRT……プレパラート、SD……スライド、TR……組織切片。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample analysis system, 10 ... Terahertz wave spectrometer, 11 ... Ultra-short laser, 12 ... Beam splitter, 13 ... Optical delay part, 14 ... Terahertz wave generating element, 15 ... Preparation stage, 16 …… Terahertz wave detecting element 20 …… Sample imaging device 21 …… Light source 22 ≦ Polarizing beam splitter 23 ¼ wavelength plate 24 …… Image lens 25 ‘Image sensor 30 …… Sample analysis device, 31 ... CPU, 32 ... ROM, 33 ... RAM, 34 ... operation input unit, 35 ... interface unit, 36 ... display unit, 37 ... storage unit, 41 ... identifier assignment unit , 42 ... interface scanning unit, 43 ... time waveform unit, 44 ... spectral waveform acquisition unit, 45 ... refractive index calculation unit, 46 ... refractive index image generation unit, 47 ... sample image generation unit, 4 ...... presentation section, 49 ...... determination unit, OP1, OP2 ...... focusing optical system, PRT ...... preparation, SD ...... slide, TR ...... tissue sections.

Claims (4)

スライドに配される生体サンプルの像を取得する取得ステップと、
上記スライドとテラヘルツ波の媒質との界面に割り当てられる各計測点にそれぞれ照射され、該界面から出射するテラヘルツ波強度の時間波形のスペクトルを取得するスペクトル取得ステップと、
上記スペクトルを用いて、各上記計測点における周波数ごとの屈折率を算出する算出ステップと、
各上記計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の統計値を、該計測点の位置関係で示す画像を生成する生成ステップと、
上記像と上記画像とを見比べ可能な状態で表示させる表示制御ステップと
を有する生体サンプル解析方法。
An acquisition step of acquiring an image of a biological sample arranged on the slide;
A spectrum acquisition step of acquiring a spectrum of a time waveform of the terahertz wave intensity emitted to each measurement point assigned to the interface between the slide and the medium of the terahertz wave, and emitted from the interface;
A calculation step of calculating a refractive index for each frequency at each measurement point using the spectrum,
A generation step of generating an image indicating a refractive index of a specific frequency at each measurement point or a statistical value of a refractive index of a specific frequency band in a positional relationship between the measurement points;
A biological sample analysis method comprising: a display control step of displaying the image and the image in a state where the image can be compared.
上記生成ステップでは、
上記画像における屈折率が指定された場合、その指定された屈折率に対する、指定外の屈折質の差を、上記計測点の位置関係で示す相関像を生成し、
上記表示制御ステップでは、
上記相関像を、上記画像に代えて又は上記像と上記画像と見比べ可能な状態で、表示させる
請求項1に記載の生体サンプル解析方法。
In the above generation step,
When the refractive index in the image is specified, a correlation image indicating the difference in refractive quality outside the specification with respect to the specified refractive index is generated by the positional relationship of the measurement points,
In the display control step,
The biological sample analysis method according to claim 1, wherein the correlation image is displayed instead of the image or in a state in which the image and the image can be compared.
スライドに配される生体サンプルの像を取得する取得手段と、
上記スライドとテラヘルツ波の媒質との界面に割り当てられる各計測点にそれぞれ照射され、該界面から出射するテラヘルツ波強度の時間波形のスペクトルを取得するスペクトル取得手段と、
上記スペクトルを用いて、各上記計測点における周波数ごとの屈折率を算出する算出手段と、
各上記計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の統計値を、該計測点の位置関係で示す画像を生成する生成手段と、
上記像と上記画像とを見比べ可能な状態で表示させる表示制御手段と
を有する生体サンプル解析装置。
An acquisition means for acquiring an image of a biological sample arranged on the slide;
A spectrum acquisition means for acquiring a spectrum of a time waveform of the terahertz wave intensity emitted to each measurement point assigned to the interface between the slide and the medium of the terahertz wave, and emitted from the interface;
A calculating means for calculating a refractive index for each frequency at each measurement point using the spectrum;
Generating means for generating an image indicating a refractive index of a specific frequency at each measurement point or a statistical value of a refractive index of a specific frequency band in a positional relationship between the measurement points;
A biological sample analyzer having display control means for displaying the image and the image in a state where the image and the image can be compared.
コンピュータに対して、
スライドに配される生体サンプルの像を取得すること、
上記スライドとテラヘルツ波の媒質との界面に割り当てられる各計測点にそれぞれ照射され、該界面から出射するテラヘルツ波強度の時間波形のスペクトルを取得すること、
上記スペクトルを用いて、各上記計測点における周波数ごとの屈折率を算出すること、
各上記計測点における特定周波数の屈折率又は特定周波数帯域の屈折率の統計値を、該計測点の位置関係で示す画像を生成すること、
上記像と上記画像とを見比べ可能な状態で表示させること
を実行させる生体サンプル解析プログラム。
Against the computer,
Obtaining an image of a biological sample placed on a slide;
Obtaining a spectrum of the time waveform of the terahertz wave intensity emitted to each measurement point assigned to the interface between the slide and the medium of the terahertz wave, and emitted from the interface;
Calculating the refractive index for each frequency at each measurement point using the spectrum;
Generating an image indicating a refractive index of a specific frequency at each measurement point or a statistical value of a refractive index of a specific frequency band in a positional relationship of the measurement point;
A biological sample analysis program for executing display of the image and the image in a state where the image can be compared.
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