CN101548218A - 显微镜设备 - Google Patents

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CN101548218A CNA2007800441765A CN200780044176A CN101548218A CN 101548218 A CN101548218 A CN 101548218A CN A2007800441765 A CNA2007800441765 A CN A2007800441765A CN 200780044176 A CN200780044176 A CN 200780044176A CN 101548218 A CN101548218 A CN 101548218A
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Abstract

本发明涉及一种显微镜设备，包括：延时成像单元，其以预定的时间间隔对物体成像以生成多个图像；以及记录单元，其记录在当延时成像单元重复地执行成像时的延时时段内的预定时段中生成的一组图像，或记录已经以预定时间间隔减少的多个图像中的一组图像。替代地，代替前述记录单元，设置记录单元用于对通过延时成像生成的各个图像剪切预定区域的图像，并且记录由剪切的图像构成的图像组。因此，包括延时成像单元的显微镜设备重复地以预定的时间间隔对物体成像，生成多个图像，并有利地管理在延时成像期间生成的数据。

Description

显微镜设备
技术领域
本发明涉及显微镜装置，包括重复地捕捉样本的图像并生成多个图像的成像单元。
背景技术
在控制诸如培养皿中的培养基之类的环境的同时，放大在培养基中生长的人工培养细胞并且对其摄影的显微镜系统已经处于实际应用中(参见专利文献1等)。在该显微镜系统中，延时摄影(time lapsephotography)对于可见地捕捉在人工培养细胞中发生的随着时间的逐渐变化是有效的(参见专利文献2等)。
专利文献1：日本未审查专利申请公布No.2005-326495
专利文献2：日本未审查专利申请公布No.2006-220904
发明内容
本发明要解决的问题
在上述显微镜系统中，当延时摄影被长时间执行时，大量的数据(主要是图像数据)被生成。因此，非常难以从大量的数据中取出例如目标图像数据。
根据本发明的显微镜系统的目的是，在包括成像单元的显微镜装置中有利地管理在延时摄影期间生成的数据，其中，所述成像单元重复地捕捉样本的图像并且生成多个图像。
解决问题的方式
根据本发明的显微镜装置包括：延时成像单元，其在预定时间间隔重复地捕捉样本，并且生成多个图像；和记录单元，其记录包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时段期间捕捉的一个或多个图像的图像组，或者包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时间间隔挑选的一个或多个图像的图像组。
注意，优选地，所述显微镜装置可以包括选择单元，该选择单元根据所述样本的状态改变，从作为所述图像组的多个图像中选择待记录的图像。
此外，优选地，所述显微镜装置可以包括观察构件，用于所述样本的荧光观察，其中，当通过至少两种不同波长执行荧光观察时，所述选择单元通过基于由所述延时成像单元生成的每个图像而获得荧光强度比来检测所述样本的状态改变。
根据本发明的另一显微镜装置包括：延时成像单元，其在预定时间间隔重复地捕捉样本，并且生成多个图像；以及记录单元，其从由所述延时成像单元生成的多个图像的每一个剪切预定区域的图像，并且记录包括一个或多个剪切的图像的图像组。
注意，优选地，所述显微镜装置可以包括接受单元，该接受单元接受用以从所述多个图像的至少两个图像中指定执行剪切的区域的用户指令，其中，所述记录单元基于所述用户指令而对所述多个图像的每一个确定执行剪切的区域。
此外，优选地，所述显微镜装置可以包括选择单元，该选择单元根据所述样本的状态改变，为所述多个图像的每一个选择执行剪切的区域。
此外，优选地，所述显微镜装置可以包括观察构件，该观察构件用于所述样本的荧光观察，其中，当通过至少两种不同波长执行荧光观察时，所述选择单元通过基于由所述延时成像单元生成的每个图像而获得荧光强度比来检测所述样本的状态改变。
根据本发明的另一显微镜装置包括：延时成像单元，其在预定时间间隔重复地捕捉样本，并且生成多个图像；以及记录单元，其生成第一图像组或第二图像组，其中，所述第一图像组包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时段期间捕捉的一个或多个图像，所述第二图像组包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时间间隔挑选的一个或多个图像，并且还从形成所生成的图像组的多个图像的每一个中剪切预定区域的图像，和记录包括一个或多个剪切的图像的第三图像组。
发明效果
通过根据本发明的显微镜系统，在包括成像单元的显微镜装置中，能够有利地管理在延时摄影期间生成的数据，其中，所述成像单元重复地捕捉样本的图像并且生成多个图像。
附图说明
图1是显微镜装置1的结构图。
图2是计算机170的操作流程图。
图3是示出操作过程核对屏幕的图。
图4是说明时间剪切(time clipping)的图。
图5是说明时间剪切的其它图。
图6是说明空间剪切(space clipping)的图。
具体实施方式
下面，将利用附图说明本发明的实施例。
图1是该实施例的显微镜装置1的结构图。如在图1中所示，显微镜装置1被设置有装置主体10、计算机170、监视器160、和输入设备180。装置主体10被设置有显微镜部150、透射照明部40、冷却相机(cold camera)300、激励光源70、和光纤7。
显微镜部150设置有平台23、物镜部27、荧光滤光器部34、成像透镜部、偏转镜452、场透镜411、和聚光透镜41。透射照明部40被设置有透射光源47、场透镜44、和偏转镜45。
容纳透明培养皿20的腔100被安置在平台23上。利用培养基填充培养皿20，并且通过荧光物质标记的人工培养细胞在该培养基中生长。为了从腔100的外部观察人工培养细胞，腔100的下表面的部分和腔100的上表面的部分被制作成透明的。这里，为了简便，将说明具有开口的上表面的培养皿20，但是培养皿20的上表面必要时可以被由与培养皿20相同的物质制成的盖覆盖。
在物镜部27中，多种类型的物镜沿着图1的X方向被安装。当通过未示出的机构沿着X方向驱动物镜部27时，设置在装置主体10的光路中的物镜的类型被切换。在计算机170的控制下执行该切换。
在荧光滤光器部34中，多种类型的滤光器块沿着图1的X方向被安装。当通过未示出的机构沿着X方向驱动荧光滤光器部34时，设置在装置主体10的光路中的滤光器的类型被切换。同样，在计算机170的控制下执行该切换。
根据将在装置主体10内设置的观察方法，计算机170切换设置在光路中的物镜的类型和设置在光路中的滤光器块的类型的组合。在下文中，试图通过该切换在相位差观察和两种类型的荧光观察之间切换装置主体10的观察方法。
在其中的相位差观察和荧光观察之间，设置在光路中的滤光器块的类型和设置在光路中的物镜的类型都是不同的。而在两种荧光观察之间，只有设置在光路中的滤光器块的类型是不同的。另外，在相位差观察和荧光观察之间，照明方法也是不同的。
当执行相位差观察时，计算机170导通透射光源47，其用于使透射照明部40的光路有效；而当执行荧光观察时，导通激励光源70，其用于使顶置式照明单元的光路(依次通过激励光源70、光纤7、聚光透镜41、场透镜411、偏转镜452、荧光滤光器部34、和物镜部27的光路)有效。另外，当透射光源47被导通时，激励光源70被关断，并且当激励光源70被导通时，透射光源47被关断。
当执行相位差观察时，从透射光源47发射的光经由场透镜44、偏转镜45和腔100的透明部b而照明在培养皿20中的观察点c。通过观察点c的光经由培养皿20的下表面、腔100的透明部a、物镜部27、荧光滤光器部34、和成像透镜38到达冷却相机300的光接收表面，由此，形成观察点c的相位差图像(phase-contrast image)。当在这种状态下驱动冷却相机300时，相位差图像被捕捉并且生成图像数据。图像数据(相位差图像的图像数据)被输入到计算机170中。
当执行荧光观察时，从激励光源70发射的光经由光纤7、聚光透镜41、场透镜411、偏转镜452、荧光滤光器部34、物镜部27、腔100的透明部a、和培养皿20的下表面而照明在培养皿20中的观察点c。由此，存在于观察点c的荧光物质被激发并且发射荧光。荧光经由培养皿20的下表面、腔100的透明部a、物镜部27、荧光滤光器部34、成像透镜38到达冷却相机130的光接收表面，由此，形成观察点c的荧光图像。当在这种状态下驱动冷却相机300时，荧光图像被捕捉并且生成图像数据。图像数据(荧光图像的图像数据)被输入到计算机170中。
另外，通过控制平台23的X、Y坐标和物镜部27的Z坐标，计算机170控制在培养皿20中的观察点c的X、Y、Z坐标。
另外，未示出的湿润器经由未示出的硅管连接到腔100，并且，在腔100内的湿度和CO2浓度都被控制到接近预定值。另外，通过未示出的热交换器，腔100的周围大气被适当地流通，并且由此，腔100的内部温度也被控制到接近预定值。腔100中的湿度、CO2浓度和温度被未示出的传感器测量。然后测量结果被输入到计算机170中。另一方面，冷却相机300被容纳在与装置主体10的其他部分分离的箱体中，并且被保持在与装置主体10外部的空气温度基本相等的温度，而不管腔100的内部温度如何。
接着，将说明计算机170的与延时摄影相关的操作。
假设用于观察的程序被安装在计算机170中，并且计算机170根据该程序操作。还假设有用户输入到计算机170的任何信息都是经由输入设备180执行。
图2是计算机170的操作流程图。如在图2中所示，计算机170首先将装置主体10的观察方法设置为相位差观察(更准确地，在低放大倍率下的相位差观察)，获取在该状态下的鸟瞰图图像的图像数据，并且将其显示在监视器160上(步骤S11)。鸟瞰图图像指的是在培养皿20中的相对较宽区域的图像。
当获取鸟瞰图图像的图像数据时，计算机170移动在X、Y方向上培养皿20中的观察点c的同时，重复地获取相位差图像的图像数据，并且将获取的多个图像数据合成一个图像的图像数据。单个的图像数据是所谓的平铺显示图像(tile image)的图像数据，而在被合成之后的图像数据是鸟瞰图图像的图像数据。
在观察显示在监视器160上的鸟瞰图图像的同时，用户确定延时摄影的条件(间隔、轮数、观察点、观察方法等)。
当由用户输入条件时(步骤S11，是)，计算机170生成在其中写入条件的方案(recipe)(步骤S13)。存储该方案的目的地是例如计算机170中的硬盘。在下面，在方案中被写入的间隔、轮数、观察点、和观察方法被分别称为“指定间隔”、“指定轮数“、“指定点”、和“指定观察方法”。
之后，当由用户输入延时摄影的开始指令时(步骤S14)，计算机170开始延时摄影(步骤S15)。
在延时摄影中，计算机170将培养皿20的观察点c与指定点匹配，并且将装置主体10的观察方法设置为指定观察方法，并且获得在该状态下的图像数据。当有三种类型的指定观察方法时，在该三种类型的指定观察方法中切换装置主体10的观察方法的同时，三种类型的图像数据被顺序地获得。因此，完成第一轮的摄影。
之后，计算机170允许经过从开始第一轮的摄影的时间起的指定间隔的等待时间，并且然后开始第二轮的摄影。第二轮的摄影的方法与第一轮的摄影相同。
而且，之后的摄影被重复直到已经执行的摄影的次数达到指定的轮数(直到在步骤S16变为是)。
此时，在延时摄影的时段(在其中步骤S16为否的时段)中，计算机170顺序地将从装置主体10取得的图像数据存储在执行过程文件(implementation progress file)中。存储执行过程文件的目的地例如是计算机170中的硬盘。
而且，当在延时摄影的时段期间或在延时摄影完成之后，由用户输入核对指令时，计算机170参考此时执行过程文件的内容，并且基于该内容在监视器160上显示将在下面说明的操作过程核对屏幕。
图3A和图3B是示出操作过程核对屏幕的视图。如在图3A中所示，在操作过程核对屏幕中，设置了显示区域101、102、103、104和再现控制部105。
显示区域101是在其中相位差图像的活动图像将被显示的区域。显示区域102是在其中两种荧光图像的一个(第一荧光图像)的活动图像将被显示的区域。显示区域103是在其中两种荧光图像的另一个(第二荧光图像)的活动图像将被显示的区域。此外，显示区域104是在其中相位差图像和荧光图像的合成图像的活动图像将被显示的区域。
在活动图像的显示之前，计算机170读取在每一轮中从执行过程文件获取的三种类型的图像数据。然后，计算机170通过按照时间序列连接在读取数据中的相位差图像的图像数据的帧，创建相位差图像的活动图像文件；通过按照时间序列连接第一荧光图像的图像数据的帧，创建第一荧光图像的活动图像文件；以及通过按照时间序列连接第二荧光图像的图像数据的帧，创建第二荧光图像的活动图像文件。此外，计算机170逐帧地将相位差图像的图像数据与荧光图像的图像数据合成，并且在合成之后按照时间序列连接帧，从而创建合成图像的活动图像文件。存储四种类型的活动图像文件的目的地是例如计算机170中的硬盘。
当显示活动图像时，计算机170以同时和并行的方式读取创建的四种类型的活动图像文件，生成用于在四个显示区域101、102、103、104中单独地显示四种类型的活动图像的活动图像信号，并且按照生成的顺序将信号传送给监视器160。下面，由计算机170执行的包括读取活动图像文件、生成活动图像信号、以及传送活动图像信号的一系列的处理被称为“活动图像文件的再现”。
在图3A中示出的再现控制部105是GUI图像，用于使用户将与活动图像文件的再现相关的指令输入给计算机。
图3B是再现控制部105的放大视图。如在图3B中所示，在再现控制部105上，设置有停止按钮52、跳过按钮53、播放按钮54、快进按钮55、剪切按钮56(稍后将详细描述)、时间线50等。
当用户选择播放按钮54时，开始活动图像文件的再现，并且开始活动图像在显示区域101、102、103、和104中的显示。此外，当用户选择停止按钮52时，在显示区域101、102、103、和104中显示的活动图像被停止。
在活动图像文件中的再现点被反映在时间线50上。时间线50的左端(1)指示活动图像文件的开始(延时摄影的开始时间)，而时间线50的右端(2)指示活动图像文件的结束(延时摄影的结束时间)。另外，当延时摄影没有结束时，时间行50的右端(2)指示当前时间。滑杆(slider bar)60被设置在时间线50上，并且在活动图像文件中的再现点实时地由滑杆60在左右方向上的位置表示。
该滑杆60在左右方向上的位置可以由用户自动地改变。当滑杆60在左右方向上的位置被改变时，在活动图像文件中的再现点被相应地改变。
顺便提一句，当上面描述的延时摄影被长时间段执行时，生成了大量的活动图像文件。因此，在该实施例中，利用时间剪切和空间剪切两种方法创建了包括目标图像数据的不同的活动图像文件。
(1)时间剪切
时间剪切包括两种方法。第一方法是创建包括在延时摄影的时段期间的预定时段中生成的多个图像的活动图像文件。此外，第二方法是创建包括以预定的时间间隔从在延时摄影的时段期间生成的多个图像中挑选的多个图像的活动图像文件。
将利用图4A和4B详细说明这些方法。图4A是说明第一方法的图，而图4B是说明第二方法的图。在第一方法中，如在图4A中所示，在预定时段期间生成的多个图像被从在延时摄影的时段期间生成的多个图像中取出，其中，所述预定时段由将稍后描述的方法指定，并且创建了包括该取出的多个图像的活动图像文件。此外，在第二方法中，如在图4B中，创建了活动图像文件，该图像文件包括以每预定时间间隔从在延时摄影的时段期间生成的多个图像中取出的多个图像，其中，所述预定时间间隔由将稍后描述的方法指定。
有下面的两种方法用于指定在其中时间剪切被执行的时段和指定挑选间隔。
(1)-[1]手动方法
当用户选择剪切按钮56时，计算机170在监视器160上显示如在图5A中所示的剪切指定屏幕。用户可以经由输入设备180输入在其中时间剪切被执行的时段和输入挑选间隔，以指定它们。注意的是，挑选间隔可以不必是均等的。例如，挑选间隔可以被如此地指定，使得在第一个小时内为每10分钟，在接着的一个小时内为每20分钟，在之后接下来的一个小时内为每10分钟，等。
此外，当用户选择剪切按钮56时，剪切框56-1被如图5B中所示地显示在时间线50上，用户可以经由输入设备180通过该剪切框在时间线50上指定任意的时段作为执行时间剪切的时段。
而且，如在图5C中所示，标记按钮57可以代替剪切按钮56而被设置在再现控制部105上。然后，在延时摄影的时段期间或在延时摄影完成之后，用户可以通过经由输入设备180选择标记按钮57而指定期望的时间。在该情形下，如在图5C中所示，标记(57-1，57-2)可以被显示在时间线50上。
然后根据标记而执行时间剪切。例如，可以通过只取出标记的图像而创建另一个活动图像文件，或可以通过取出标记的图像附近的几个或几十个图像而创建另一个活动图像文件。
在任一情形下，用户可以经由输入设备180标记目标图像，从而在该图像周围执行时间剪切。
(1)-[2]自动方法
在通过计算机170监视样本的状态的同时，时间剪切可以根据状态变化而被自动地执行。具体地，基于在延时摄影的时段中生成的图像来监视样本的状态，并且可以基于监视结果而执行与在(1)-[1]中说明的通过标记按钮57进行的处理相似的处理。例如，可以获得上述第一荧光图像和第二荧光图像的荧光强度比，并且基于该荧光强度比监视样本的状态改变。
(2)空间剪切
空间剪切是如下的方法，即，该方法用来从在延时摄影的时段中的预定时段中生成的多个图像的每一个中剪切预定区域的图像，并且生成包括剪切的多个图像的活动图像文件。
有下面两种方法用于指定在空间剪切中的剪切区域。
(2)-[1]手动方法
当用户选择剪切按钮56(参见图3B)时，计算机170在如图6A中所示的显示区域上显示剪切框58-1。然后，在延时摄影的时段中生成的多个图像之中的一个图像(在图6A的例子中的第一图像)中，用户经由输入设备180在显示区域上指定剪切区域。然后，对于所有图像，以相同的剪切区域执行空间剪切。
此外，如在图6B中所示，用户可以在多个图像(在图6B的例子中的最初的图像、中间的图像、最后的图像)中经由输入设备180在显示区域上指定剪切区域(58-2，58-3，和58-4)。在该情形下，通过按照内插方法等在每一图像中计算剪切区域而执行空间剪切。
在任一情形中，用户可以经由输入设备180指定目标区域来作为剪切区域，从而围绕该区域执行空间剪切。
(2)-[2]自动方法
在通过计算机170监视样本的状态的同时，空间剪切可以根据状态变化而被自动地执行。具体地，在开始延时摄影时，用户可以经由输入设备180指定剪切区域。然后，可以获得此后的延时摄影时段期间生成的第一荧光图像和第二荧光图像的荧光强度分布，并且可以基于荧光强度分布描绘(trace)由用户指定的剪切区域。另外，用户可以在延时摄影中经由输入设备180指定剪切区域，并且之后，可以基于在延时摄影时段期间生成的图像描绘剪切区域。
(3)应用例子
在(1)中说明的时间剪切和在(2)中说明的空间剪切可以结合执行。注意，空间剪切可以在时间剪切执行之后执行，或者时间剪切可以在空间剪切执行之后执行。此外，时间剪切和空间剪切可以同时执行。特别地，当在时间剪切执行之后执行空间剪切时，由计算机170进行的处理可以被变少。
如上所述，根据该实施例，在包括延时成像单元的显微镜装置中，通过对生成的数据执行时间剪切和空间剪切的至少其中之一，可以有利于取出目标数据，其中，所述延时成像单元以预定时间间隔重复地捕捉样本，并且生成多个图像。因此，可以有利地管理在延时摄影期间生成的数据。
注意，在该实施例中，通过与包括在延时摄影时段中生成的所有图像的活动图像文件相关联，通过执行时间剪切和空间剪切的至少其中之一而生成的活动图像文件可以被记录。此外，在核对用户的命令之后，代替包括在延时摄影时段中生成的所有图像的活动图像文件，通过执行时间剪切和空间剪切的至少其中之一而生成的活动图像文件可以被记录。

Claims (8)

1.一种显微镜装置，包括：
延时成像单元，所述延时成像单元以预定时间间隔重复地捕捉样本，并且生成多个图像；以及
记录单元，所述记录单元记录下面二者的任意之一：包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时段期间捕捉的一个或多个图像的图像组，和包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时间间隔挑选的一个或多个图像的图像组。
2.根据权利要求1所述的显微镜装置，还包括：
选择单元，所述选择单元根据所述样本的状态改变从作为所述图像组的多个图像中选择将被记录的图像。
3.根据权利要求2所述的显微镜装置，还包括：
观察构件，所述观察构件用于所述样本的荧光观察，其中
当通过至少两种不同波长执行所述荧光观察时，所述选择单元通过基于由所述延时成像单元生成的每个图像而获得荧光强度比来检测所述样本的状态改变。
4.一种显微镜装置，包括：
延时成像单元，所述延时成像单元以预定时间间隔重复地捕捉样本，并且生成多个图像；以及
记录单元，所述记录单元从由所述延时成像单元生成的多个图像的每一个剪切预定区域的图像，并且记录包括一个或多个剪切的图像的图像组。
5.根据权利要求4所述的显微镜装置，还包括：
接受单元，所述接受单元接受用以从所述多个图像的至少两个图像中指定执行剪切的区域的用户指令，其中，
所述记录单元基于所述用户指令而为所述多个图像的每一个确定执行所述剪切的区域。
6.根据权利要求4所述的显微镜装置，还包括：
选择单元，所述选择单元根据所述样本的状态改变为所述多个图像的每一个选择执行所述剪切的区域。
7.根据权利要求6所述的显微镜装置，还包括：
观察构件，所述观察构件用于所述样本的荧光观察，其中
当通过至少两种不同波长执行所述荧光观察时，所述选择单元通过基于由所述延时成像单元生成的每个图像而获得荧光强度比来检测所述样本的状态改变。
8.一种显微镜装置，包括：
延时成像单元，所述延时成像单元以预定时间间隔重复地捕捉样本，并且生成多个图像；以及
记录单元，所述记录单元生成第一图像组和第二图像组的任意之一，其中，所述第一图像组包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时段期间捕捉的一个或多个图像，所述第二图像组包括在由所述延时成像单元执行的延时捕捉的时段中的预定时间间隔挑选的一个或多个图像，并且还从形成所生成的图像组的所述多个图像的每一个中剪切预定区域的图像，以及记录包括一个或多个剪切的图像的第三图像组。
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