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Technisches Sachgebiet
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Die vorliegende Technologie bezieht sich beispielsweise auf eine spektroskopische Bildgebungsvorrichtung und eine Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung, die zur Diagnose eines Pathologiebildes verwendet werden.
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Stand der Technik
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Eine Diagnose von Pathologiebildern unter Verwendung von Fluoreszenzfärbung ist als hochquantitativer und polychromatischer Ansatz vorgeschlagen worden (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1). Im Vergleich zum farbigen Einfärben hat ein Fluoreszenzverfahren den Vorteil, dass Multiplexing einfach durchgeführt werden kann und ausführliche diagnostische Informationen erhalten werden. Bei einer Fluoreszenzbildgebung außerhalb der pathologischen Diagnostik ermöglicht eine Erhöhung der Anzahl der Farben die gleichzeitige Untersuchung verschiedener in einer Probe exprimierter Antigene.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1:
Japanisches Patent Nr. 4.452.850 -
Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Mit einer spektroskopischen Beobachtungsvorrichtung, von der eine horizontale Achse eines Flächensensors sich räumlich erstreckt und eine vertikale Achse sich in der Wellenlänge erstreckt, lässt sich einfach ein spektroskopisches Spektrum einer Linie auf der Probe erhalten. Wenn jedoch ein helles Wellenlängenband, ein sehr dunkles Wellenlängenband oder dergleichen im Spektrum gemischt auftreten, ist der Dynamikbereich des Sensors selbst ungenügend, ein dunkler Abschnitt wird einbrechen oder ein heller Anteil in die Sättigung gelangen, was dazu führt, dass keine ausreichenden Daten erhalten werden. Andererseits, wenn ein Sensor mit einer großen Aufzeichnungskapazität verwendet wird, steigt die zu speichernde Datenmenge bei einem Objekt wie einem Pathologiebild, bei dem die Gesamtzahl von Pixeln enorm wird, und es entstehen neue Probleme wie eine geringere Zugänglichkeit der Daten und ein langsamer Betrieb des gesamten Systems.
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In Anbetracht der obigen Umstände besteht ein Ziel der vorliegenden Technologie darin, eine spektroskopische Bildgebungsvorrichtung und eine Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, in einem großen Dynamikbereich aufzuzeichnen und dabei eine Aufzeichnungskapazität eines Sensors zu unterdrücken.
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Lösung für das Problem
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Eine spektroskopische Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie beinhaltet einen Spektroskopieabschnitt, einen Bildsensor und eine Steuereinheit.
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Der Spektroskopieabschnitt dispergiert das einfallende Licht für jede Wellenlänge.
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Der Bildsensor ist dafür ausgelegt, in der Lage zu sein, eine Belichtungszeit oder eine Verstärkung in einer Einheit eines Pixels einzustellen, und erfasst Licht jeder Wellenlänge, die im Spektroskopieabschnitt dispergiert wird.
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Die Steuereinheit ist dafür ausgelegt, in der Lage zu sein, die Belichtungszeit oder die Verstärkung des Bildsensors in einer Einheit eines vorbestimmten Pixelbereichs einzustellen.
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Gemäß der oben beschriebenen spektroskopischen Bildgebungsvorrichtung ist es möglich, optimale Belichtungsbedingungen zu erhalten und den Dynamikbereich eines aufzunehmenden Spektrums zu erweitern.
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Der Spektroskopieabschnitt kann dafür ausgelegt sein, das einfallende Licht für jede Wellenlänge in eine axiale Richtung zu dispergieren, und die Steuereinheit kann dafür ausgelegt sein, die Belichtungszeit des Bildsensors in einer Einheit einer Linie senkrecht zu der einen axialen Richtung einzustellen.
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Der Bildsensor kann ferner einen Pixelabschnitt und einen Berechnungsabschnitt beinhalten, der aus den vom Pixelabschnitt ausgegebenen Bilddaten einen Pixelwert berechnet. In diesem Fall ist die Steuereinheit dafür ausgelegt, die Verstärkung, die für die Berechnung des Pixelwerts verwendet wird, in der Einheit des vorbestimmten Pixelbereichs einzustellen.
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Die Steuereinheit kann einen Auswerteabschnitt, der ein Emissionsspektrum des einfallenden Lichts auf der Grundlage einer Ausgabe des Bildsensors erhält, und einen Speicherabschnitt beinhalten, der eine Vielzahl von Referenzkomponentenspektren und ein Autofluoreszenzspektrum speichert. Der Auswerteabschnitt ist dafür ausgelegt, ein Komponentenverhältnis des Emissionsspektrums zu berechnen, und zwar derart, dass eine lineare Summe aus einer Vielzahl der Referenzkomponentenspektren und dem Autolumineszenzspektrum erhalten wird.
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Der Auswerteabschnitt ist dafür ausgelegt, mindestens eines vom Emissionsspektrum oder der Komponentenspektren auf der Grundlage der Belichtungszeit oder der Verstärkung, die für jeden vorgegebenen Pixelbereich eingestellt sind, zu kalibrieren.
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Der Auswerteabschnitt kann dafür ausgelegt sein, zu ermitteln, ob ein Pixel, dessen Pixelwert aus einem erfassten Spektrum die Sättigung erreicht, vorhanden ist oder nicht, und das Pixel, das die Sättigung erreicht, von der Berechnung eines Komponentenverhältnisses des erfassten Spektrums auszuschließen.
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Eine Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie umfasst einen Objekttisch, einen Anregungsabschnitt, einen Spektroskopieabschnitt, einen Bildsensor und eine Steuereinheit.
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Der Objekttisch ist dafür ausgelegt, ein fluoreszenzgefärbtes Pathologiepräparat zu tragen.
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Der Anregungsabschnitt bestrahlt das Pathologiepräparat auf dem Objekttisch mit Linienbeleuchtung.
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Der Spektroskopieabschnitt dispergiert die durch die Linienbeleuchtung angeregte Fluoreszenz für jede Wellenlänge.
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Der Bildsensor ist dafür ausgelegt, in der Lage zu sein, eine Belichtungszeit oder eine Verstärkung in einer Einheit eines Pixels einzustellen, und erfasst Licht jeder Wellenlänge, die im Spektroskopieabschnitt dispergiert wird.
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Die Steuereinheit ist dafür ausgelegt, die Belichtungszeit oder die Verstärkung des Bildsensors in einer Einheit eines vorbestimmten Pixelbereichs einzustellen.
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Die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung kann ferner einen Anzeigeabschnitt zum Anzeigen des Fluoreszenzspektrums auf der Grundlage einer Ausgabe des Bildsensors beinhalten.
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Der Anzeigeabschnitt kann einen Bedienbereich zum Empfangen einer Eingabe einer Belichtungszeit oder einer Verstärkung in der Einheit des vorbestimmten Pixelbereichs aufweisen.
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Der Anzeigeabschnitt kann einen Anzeigebereich zum Anzeigen eines Spektrums und eines Histogramms nach der Einstellung auf der Grundlage der eingestellten Belichtungszeit oder der eingestellten Verstärkung aufweisen.
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Figurenliste
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Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Technologie möglich, Aufzeichnung in einem großen Dynamikbereich durchzuführen und zugleich eine Aufzeichnungskapazität des Sensors zu unterdrücken.
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Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Wirkungen nicht notwendigerweise einschränkend sind und eine jegliche der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Wirkungen bereitgestellt werden kann. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
- [1] 1 ist eine schematische Darstellung, die eine grundlegende Auslegung einer spektroskopischen Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
- [2] 2 ist eine schematische Darstellung eines optischen Systems einer Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung, die mit der spektroskopische Bildgebungsvorrichtung bereitgestellt wird.
- [3] 3 ist eine schematische Darstellung eines Pathologiepräparats eines Beobachtungsobjekts.
- [4] 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Auslegung der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung zeigt.
- [5] 5 ist ein Blockdiagramm, das eine Auslegung eines Erfassungsabschnitts und seiner Peripherie in der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung zeigt.
- [6] 6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zusammenhangs zwischen einem Pixelabschnitt und einem Emissionsspektrum.
- [7] 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen dem Emissionsspektrum und einem Dynamikbereich in einem Erfassungsbereich zeigt.
- [8] 8 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsvorgang bis zur Komponentenseparationsberechnung des Emissionsspektrums zeigt, der in einer Steuereinheit ausgeführt wird.
- [9] 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für einen Sättigungsverarbeitungsvorgang in der Ausführungsform zeigt.
- [10] 10 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels für die Sättigungsverarbeitung.
- [11] 11 ist eine schematische Darstellung eines Anzeigeabschnitts in der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung.
- [12] 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Bildschirmauslegung eines Einstellbereichs für einen Anregungsabschnitt im Anzeigeabschnitt zeigt.
- [13] 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Bildschirmauslegung eines Erfassungseinstellungsbereichs eines Fluoreszenzspektrums aus einer Linienbeleuchtung im Anzeigeabschnitt zeigt.
- [14] 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Bildschirmauslegung eines Erfassungseinstellungsbereichs eines Fluoreszenzspektrums aus anderer Linienbeleuchtung im Anzeigeabschnitt zeigt.
- [15] 15 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Histogrammfensters im Anzeigeabschnitt.
- [16] 16 ist ein Blockdiagramm der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung zur Erläuterung der in der Steuereinheit durchgeführten Verarbeitung.
- [17] 17 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Modifikation der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung zeigt.
- [18] 18 ist ein schematisches Blockdiagramm, das andere Modifikationen der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung zeigt. Modus bzw. Modi zur Durchführung der Erfindung
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Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Technologie werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Übersicht der Vorrichtung
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1 ist eine schematische Darstellung, die eine grundlegende Auslegung einer spektroskopischen Bildgebungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt.
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Wie in der gleichen Figur gezeigt, ist die spektroskopische Bildgebungsvorrichtung 10 ein Bildgebungsspektrometer vom Linienabtastungstyp und beinhaltet einen Spektroskopieabschnitt 11 und einen Erfassungsabschnitt 12. Der Spektroskopieabschnitt 11 weist einen Spalt 111 auf, der parallel zur X-Achsen-Richtung verläuft, und ein wellenlängendispersives Element 112. Der Erfassungsabschnitt 12 beinhaltet einen Bildsensor (Flächensensor) 121 einschließlich eines Festkörper-Bildgebungselementes wie einem CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) und einem CCD (Charge-Coupled Device).
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Der Spalt 111 extrahiert eine räumliche Komponente in der X-Achsen-Richtung des einfallenden Lichts (Fluoreszenz) aus einer Probe (nicht dargestellt) in der xy-Ebene. Das wellenlängendispersive Element 112 dispergiert einfallendes Licht Lx, das den Spalt 111 durchläuft, für jede Wellenlänge zum Belichten des Bildsensors 121. Als das wellenlängendispersive Element 112 wird typischerweise ein Prisma oder ein Beugungsgitter dazu verwendet, jedes Wellenlängenband des einfallenden Lichts Lx in der Y-Achsen-Richtung zu separieren. Der Bildsensor 121 erhält ein Spektralbild (X, λ) des einfallenden Lichts L1 nach Wellenlängen separiert im wellenlängendispersiven Element 112. Durch Einbeziehung eines Mechanismus zum Abtasten der Probe in Y-Achsen-Richtung kann ein Spektralbild in (X, Y, X) erhalten werden.
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Der Bildsensor 121 ist dafür ausgelegt, in der Lage zu sein, eine Belichtungszeit oder eine Verstärkung für eine Einheit eines Pixels einzustellen, wie später noch beschrieben wird. Durch Einstellen der Belichtungszeit oder der Verstärkung in Abhängigkeit von einem Lichtempfangsbereich des Lichts in jedem Wellenlängenband ist es möglich, die Sättigung für das Licht in einem hellen Wellenlängenband zu unterdrücken und ein Spektralbild mit ausreichender Empfindlichkeit für das Licht in einem dunklen Wellenlängenband zu erhalten.
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Des Weiteren ist der Bildsensor 121 dafür ausgelegt, nur einen Teil eines Bereichs aus einem Auslesebereich eines Vollbilds auszulesen. Dadurch kann eine Bildrate um einen Betrag verbessert werden, der einer Verkleinerung des Auslesebereichs entspricht. Außerdem ist es möglich, einen beliebigen Bereich des Auslesebereichs in mehrere Bereiche zu unterteilen und in jedem Bereich eine andere Verstärkung und eine andere Belichtungszeit einzustellen.
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[Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung]
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2 ist eine schematische Darstellung eines optischen Systems der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 einschließlich der spektroskopischen Bildgebungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform.
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Wie in der gleichen Figur gezeigt, beinhaltet die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 einen Spektroskopieabschnitt 11, einen Erfassungsabschnitt 12 und einen Fluoreszenzanregungsabschnitt 13. Der Fluoreszenzanregungsabschnitt 13 beinhaltet eine Anregungslichtoptik 131, einen Filterblock 132 und eine Objektivlinse 133.
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Die Anregungslichtoptik 131 beinhaltet eine Lichtquelle oder eine Vielzahl von Lichtquellen, die in der Lage sind, Anregungslicht zu emittieren. Als die Lichtquelle wird eine Leuchtdiode (LED), eine Laserdiode (LD), eine Quecksilberlampe oder dergleichen verwendet. Das Anregungslicht ist linienförmig und bestrahlt die Probe S auf einem Objekttisch 20 parallel zur xy-Ebene.
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Die Probe S besteht typischerweise aus einem Objektträger mit einem Beobachtungsobjekt Sa, wie etwa einem in 3 gezeigten Gewebeschnitt. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Probe S auch aus etwas anderem als einem solchen Objektträger gebildet sein kann. Die Probe S (Beobachtungsobjekt Sa) wird durch eine Vielzahl von Fluoreszenzpigmenten angefärbt, die durch Einstrahlung des Anregungslichtes angeregt werden.
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Ein Filterblock 132 beinhaltet einen dichroitischen Spiegel, einen Bandpassfilter und dergleichen. Der dichroitische Spiegel reflektiert das Anregungslicht aus der Anregungslichtoptik 131 in Richtung der Objektivlinse 133 und überträgt die durch die Objektivlinse 133 übertragene Fluoreszenz der Probe S in Richtung des Spektroskopieabschnitts 11. Der Bandpassfilter weist eine Bandpass-Charakteristik auf, die das Wellenlängenband des Anregungslichts des von der Probe S zum Spektroskopieabschnitt 11 gerichteten Lichts schneidet.
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4 ist ein Blockdiagramm, das eine Auslegung der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 zeigt. Die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 weist einen Vorrichtungshauptkörper 1, eine Steuereinheit 2 und einen Anzeigeabschnitt 3 auf.
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Der Vorrichtungshauptkörper 1 beinhaltet den Objekttisch 20, eine Anregungslichtquelle (Anregungsabschnitt) 101, einen Abschnitt für spektroskopische Bildgebung 102, ein optisches Beobachtungssystem 103, einen Abtastmechanismus 104, einen Fokussiermechanismus 105, einen Nicht-Fluoreszenz-Beobachtungsabschnitt 106 und dergleichen.
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Die Anregungslichtquelle 101 entspricht der Anregungsoptik 131 und der Abschnitt für spektroskopische Bildgebung 102 entspricht dem Spektroskopieabschnitt 11 und dem Erfassungsabschnitt 12. Das optische Beobachtungssystem 103 entspricht dem Filterblock 132 und der Objektivlinse 133.
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Der Abtastmechanismus 104 besteht typischerweise aus einem XY-Bewegungsmechanismus, der sich parallel zum Objekttisch 20 in mindestens zwei Richtungen der X- und der Y-Achse bewegt. In diesem Fall wird ein Bilderfassungsbereich Rs in eine Vielzahl von Bereichen in X-Achsen-Richtung unterteilt, zum Beispiel wie in 3 dargestellt, und ein Vorgang wird wiederholt durchgeführt, d. h. Abtasten der Probe S in Y-Achsen-Richtung, anschließendes Bewegen der Probe S in X-Achsen-Richtung und weiteres Durchführen des Abtastens in Y-Achsen-Richtung. Dadurch kann ein großflächiges Spektralbild erhalten werden, und zum Beispiel bei einem Objektträger mit einem Pathologiepräparat oder dergleichen kann eine Bildgebung des gesamten Objektträgers (engl. „Whole Slide Imaging“, WSI) erreicht werden.
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Der Fokussiermechanismus 105 bewegt den Objekttisch 20 oder die Objektivlinse 133 in eine optimale Fokusposition in einer Richtung senkrecht zur X-Achse und zur Y-Achse. Der Nicht-Fluoreszenz-Beobachtungsabschnitt 106 dient zur Dunkelfeldbeobachtung, Hellfeldbeobachtung oder dergleichen der Probe S, kann aber bei Bedarf auch weggelassen werden.
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Die Fluoreszenzanregungsabschnitt 100 kann mit einem Steuerabschnitt 80 zum Steuern eines Fluoreszenzanregungsabschnitts (Steuerung von LD oder Verschluss), eines XY-Tisches als dem Abtastmechanismus, eines Abschnitts für spektroskopische Bildgebung (Kamera), eines Fokussierungsmechanismus (Erfassungsabschnitt und Z-Tisch), eines Nicht-Fluoreszenz-Beobachtungsabschnitts (Kamera) und dergleichen verbunden sein.
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[Bildsensor]
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5 ist ein Blockdiagramm, das eine Auslegung des Erfassungsabschnitts 12 und seiner Peripherie zeigt.
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Wie in der gleichen Figur gezeigt, beinhaltet der Erfassungsabschnitt 12 einen Bildsensor 121 und eine Signalverarbeitungsschaltung 122. Der Bildsensor 121 beinhaltet einen Pixelabschnitt 30 und einen Berechnungsabschnitt 31.
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Der Pixelabschnitt 30 gibt
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Ladungsinformationen, die der Belichtungszeit entsprechen, durch photoelektrische Umwandlung in jedem Pixel einer Pixelmatrix der Bayer-Matrix aus, die zum Beispiel aus RGB-Pixeln besteht. Der Pixelabschnitt 30 wird durch Steuerung der Steuereinheit 2 (Verschlusssteuerung) auf eine unterschiedliche Belichtungszeit in einer Einheit eines Pixelbereichs (z. B. Zeilen-(Linien)-Einheit) eingestellt. Aus der Zeile, die einer Langzeitbelichtung unterzogen werden soll, werden Informationen hoch empfindlicher Pixel 311 ausgegeben, die der akkumulierten Ladung auf der Grundlage der Langzeitbelichtung entsprechen. Aus der Zeile, die einer Kurzzeitbelichtung unterzogen werden soll, werden Pixelinformationen für niedrige Empfindlichkeit 312 ausgegeben, die der akkumulierten Ladung auf der Grundlage der Kurzzeitbelichtung entspricht.
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Der Berechnungsabschnitt 31 berechnet einen Pixelwert aus den vom Pixelabschnitt 30 ausgegebenen Bilddaten. In der vorliegenden Ausführungsform gibt der Berechnungsabschnitt 31 die Pixelinformationen für hohe Empfindlichkeit 311 und die Pixelinformationen für niedrige Empfindlichkeit 312, die vom Pixelabschnitt 30 ausgegeben werden, ein, und er verfügt über einen Bildinformationssynthetisierungsabschnitt 313 zum Erzeugen von Bildinformationen auf der Grundlage der Eingangsinformationen. Die Ausgabe des Bildinformationssynthetisierungsabschnitts 313 wird in die Signalverarbeitungsschaltung 122 eingegeben. Die Signalverarbeitungsschaltung 122 führt Signalverarbeitung, zum Beispiel Weißabgleich (WB) und γ-Korrektur, zum Erzeugen eines Ausgangsbildes durch. Das Ausgangsbild wird der Steuereinheit 2 zugeführt, in einem später beschriebenen Speicherabschnitt 21 gespeichert oder an den Anzeigeabschnitt 3 ausgegeben.
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Der Bildsensor 121 erhält fluoreszenzspektroskopische Daten (x, λ) unter Verwendung der Pixelmatrix in der Y-Achsen-Richtung (vertikale Richtung) des Pixelabschnitts 30 als einen Kanal der Wellenlänge. Die erhaltenen spektroskopischen Daten (x, λ) werden in der Steuereinheit 2 (Speicherabschnitt 21) in einem Zustand aufgezeichnet, in dem die Zuordnung der spektroskopischen Daten zur jeweiligen Anregungswellenlänge festgehalten ist.
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Eine Belichtungszeit des Pixelabschnitts 30 wird für jeden vorbestimmten Pixelbereich von der Steuereinheit 2 eingestellt. Da in der vorliegenden Ausführungsform das wellenlängendispersive Element 112 im Spektroskopieabschnitt 11 das einfallende Licht Lx (siehe 1) in Y-Achsen-Richtung nach Wellenlängen separiert, erreicht Licht mit einer anderen Wellenlänge in Y-Achsen-Richtung (Emissionsspektrum) den Pixelabschnitt 30 des Bildsensors 121. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, durch die Steuerung der Steuereinheit 2 (Verschlusssteuerung) die Belichtungszeit des Pixelabschnitts 30 in einer Einheit einer Linie parallel zur X-Achsen-Richtung senkrecht zur Y-Achsen-Richtung eingestellt.
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Die Steuereinheit 2 ist ferner dafür ausgelegt, in der Lage zu sein, die Verstärkung für die Empfindlichkeitskompensation, multipliziert mit jeder von den Pixelinformationen für hohe Empfindlichkeit 311 und den Pixelinformationen für niedrige Empfindlichkeit 312 im Bildinformationssynthetisierungsabschnitt 313 des Berechnungsabschnitts 31 in der Einheit des Pixelbereichs individuell einzustellen. Dadurch wird es möglich, die Empfindlichkeit der Pixelinformationen für niedrige Empfindlichkeit zu erhöhen, während die Sättigung der Pixelinformationen für hohe Empfindlichkeit 311 unterdrückt wird.
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Eingestellte Werte für die Belichtungszeit und die Verstärkung sind nicht spezifisch begrenzt und können beliebige Werte sein oder Werte, die auf einer im Voraus gemessenen Intensität des Emissionsspektrums des Pigments basieren. Zum Beispiel, wenn die Belichtungszeit eines Pixelbereichs niedriger Empfindlichkeit und die Verstärkung des Pixelwerts auf 1 gesetzt werden, werden die Belichtungszeit eines Bereichs von Pixelinformationen hoher Empfindlichkeit und die Verstärkung des Pixelwerts beispielsweise auf einen Bereich von etwa 1,5 bis 5,0 gesetzt.
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Außerdem ist man nicht beschränkt darauf, dass sowohl die Belichtungszeit als auch die Verstärkung eingestellt werden, sondern die Einstellung kann auch so erfolgen, dass nur die Belichtungszeit einstellbar ist oder nur die Verstärkung einstellbar ist. Alternativ kann eines von der Belichtungszeit und der Verstärkung als Hauptsollwert und der andere als Zusatzsollwert eingestellt werden. Wenn zum Beispiel die Belichtungszeit als Hauptsollwert eingestellt wird, lassen sich Bilddaten mit gutem Signal-RauschVerhältnis erhalten.
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6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Zusammenhangs zwischen dem Pixelabschnitt 30 und dem Emissionsspektrum.
Wie in der gleichen Figur gezeigt, bestimmt die Steuereinheit 2 einen Erfassungsbereich aus einem Wellenlängenbereich des Emissionsspektrums, aus einem Transmissionswellenlängenbereich des Filterblocks 132 (siehe 2) und aus einem gesamten Auslesebereich des Bildsensors 121 (Pixelabschnitt 30). Bei der Fluoreszenzbildgebung hat der Filterblock 132 in der Regel eine Bandpass-Charakteristik zum Abschneiden von Anregungslicht. Wenn also eine Vielzahl der Anregungswellenlängen vorhanden ist, wird ein Band (undurchlässiges Band DZ) erzeugt, in dem die Wellenlängen nicht durchgelassen werden, wie in der gleichen Figur dargestellt. Die Steuereinheit 2 schließt einen Bereich, der ein solches zu erfassendes Signal nicht beinhaltet, aus dem Erfassungsbereich aus.
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Wie in 6 gezeigt, werden, wenn Bereiche oberhalb und unterhalb einer undurchlässigen Zone DZ als ROI1 bzw. ROI2 genommen werden, die Emissionsspektren der Pigmente mit den entsprechenden Peaks (im Folgenden auch als Fluoreszenzspektrum bezeichnet) erfasst. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Emissionsspektrum und dem Dynamikbereich im Erfassungsbereich zeigt, wobei (a) derselben Figur erhaltene Daten vor dem Einstellen der Belichtungszeit und der Verstärkung zeigt (die Belichtungszeit oder die Verstärkung ist in jedem Erfassungsbereich gleich), und (b) derselben Figur erhaltene Daten nach dem Einstellen der Belichtungszeit bzw. der Verstärkung zeigt.
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Wie in 7(a) gezeigt, hat das Pigment von ROI1 eine starke spektrale Intensität und ist jenseits des Dynamikbereichs der Erfassung gesättigt, während das Pigment von ROI2 eine schwache Intensität aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 7(b) gezeigt, die Belichtungszeit des (X, X)-Bereichs, der ROI1 entspricht, relativ kurz eingestellt (oder die Verstärkung wird relativ klein eingestellt), und umgekehrt wird die Belichtungszeit des (X, λ)-Bereichs, der ROI2 entspricht, relativ lang eingestellt (oder die Verstärkung wird relativ hoch eingestellt). Dadurch können bei geeigneter Belichtung sowohl dunkle als auch helle Pigmente erfasst werden. Koordinateninformationen des erfassten Bereichs, wie etwa ROI1 und ROI2, und die Verstärkung sowie Informationen über die Belichtungsdauer werden im Speicherabschnitt 21 der Steuereinheit 2 gespeichert.
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[Steuereinheit]
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Das Fluoreszenzspektrum, das vom Erfassungsabschnitt 12 einschließlich des Bildsensors 121 (Abschnitt für spektroskopische Bildgebung 102) erhalten wird, wird an die Steuereinheit 2 ausgegeben. Erfasste Daten eines Mehrfach-Fluoreszenzspektrums können durch Komponentenanalyse (Farbseparation) auf der Grundlage des Spektrums des einzelnen Pigments oder ähnlich quantitativ ausgewertet werden. Die Steuereinheit 2, wie in 4 dargestellt, beinhaltet den Speicherabschnitt 21 und den Auswerteabschnitt 22.
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Die Steuereinheit 2 kann durch Hardware-Elemente, die in einem Computer verwendet werden, wie etwa eine CPU (Zentrale Verarbeitungseinheit), einen RAM (Direktzugriffsspeicher) und einen ROM (Nur-LeseSpeicher) und durch erforderliche Software implementiert werden. Anstelle oder zusätzlich zur CPU kann eine PLD (Programmierbare Logikeinheit), wie etwa ein FPGA (Feldprogrammierbares Gate-Array), oder ein DSP (Digitaler Signalprozessor), eine sonstige ASIC (Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder dergleichen verwendet werden.
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Der Speicherabschnitt 21 speichert im Voraus ein Komponentenspektrum, das als eine Vielzahl von Referenzen des Pigments allein zum Färben der Probe S dient, und ein Autolumineszenzspektrum der Probe S (im Folgenden auch gemeinsam als Standardspektren bezeichnet). Ein Auswerteabschnitt 22 separiert das vom Bildsensor 121 erhaltene Emissionsspektrum der Probe S in ein vom Pigment und dem Autolumineszenzspektrum abgeleitetes Spektrum auf der Grundlage der im Speicherabschnitt 21 gespeicherten Standardspektren und berechnet die jeweiligen Komponentenverhältnisse. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Komponentenverhältnis des Emissionsspektrums der erfassten Probe S so berechnet, dass es eine lineare Summe von Standardspektren ist.
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Andererseits ist das vom Bildsensor 121 erhaltene Emissionsspektrum der Probe S gegenüber dem ursprünglichen Spektrum moduliert, da die Belichtungszeit und die Verstärkung für jeden Erfassungsbereich individuell eingestellt werden. Wenn die vom Bildsensor 121 erhaltenen Daten so verwendet werden, wie sie vorliegen, kann eine Farbseparationsberechnung des Komponentenspektrums daher möglicherweise nicht genau durchgeführt werden. Dementsprechend ist der Auswerteabschnitt 22 dafür ausgelegt, auf der Grundlage der Belichtungszeit und der eingestellten Verstärkung für jeden vorbestimmten Pixelbereich (Erfassungsbereich) des Bildsensors 121 mindestens eines vom Emissionsspektrum oder dem Referenzkomponentenspektrum zu kalibrieren.
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8 ist ein Flussdiagramm, das einen in der Steuereinheit 2 ausgeführten Verarbeitungsvorgang bis zur Komponentenseparationsberechnung des Emissionsspektrums zeigt. Im Folgenden wird das vom Bildsensor 121 gewonnen Emissionsspektrum der Probe S auch als das erfasste Spektrum bezeichnet.
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Wie in der gleichen Figur dargestellt, stellt die Steuereinheit 2 die Belichtungszeit und die Verstärkung des Erfassungsbereichs des Pixelabschnitts 30 des Bildsensors 121 ein (Schritt 101). Diese Sollwerte werden vom Benutzer über den später zu beschreibenden Anzeigeabschnitt 3 eingegeben. Nachdem die eingestellte Belichtungszeit und die eingestellte Verstärkung in den Speicherabschnitt 21 aufgenommen wurden, erhält die Steuereinheit 2 das aufgenommene Spektrum der Probe S über den Bildsensor 121 (Schritte 102 und 103).
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Die Steuereinheit 2 demoduliert das erfasste Spektrum auf der Grundlage der eingestellten Verstärkung und der eingestellten Belichtungszeit jedes Erfassungsbereichs oder kalibriert das erfasste Spektrum durch Modulation der im Speicherabschnitt 21 gespeicherten Standardspektren (Schritt 104). In anderen Worten, auf der Grundlage der eingestellten Belichtungszeit und der eingestellten Verstärkung werden das erfasste Spektrum und die Standardspektren auf eine gemeinsame Intensitätsachse umgerechnet. Die Intensitätsachse beinhaltet zum Beispiel eine Ladungszahl pro Zeiteinheit [e-], eine Spektraldichte [W/(sr·m2·nm)] oder dergleichen. In einem Fall, in dem die Standardspektren geändert werden, werden die Standardspektren mit einem relativen Intensitätsverhältnis jedes Erfassungsbereichs zum Zeitpunkt der Erfassung multipliziert. Danach wird bei Bedarf Sättigungsverarbeitung (Schritt 105) durchgeführt, die später beschrieben wird, und anschließend wird eine Komponentenseparationsberechnung des erfassten Spektrums durchgeführt (Schritt 106).
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In einem Fall, in dem eine Spektrumserfassung einer Mehrfach-Fluoreszenzprobe durch Spektroskopie durchgeführt wird, ist es dagegen wichtig, einen Parameter wie die Belichtungszeit und die Verstärkung jedes Pixels im Voraus so einzustellen, dass die Erfassung ohne Sättigung erfolgen kann. Bei einer WSI oder dergleichen ist es jedoch sehr schwierig, eine optimale Belichtung in allen Bereichen der Probe zu erreichen, und auch der Zeitaufwand ist groß. Wenn während der Erfassung Sättigung auftritt, erreicht ein Peak des Spektrums den Grenzwert bei einem Analog-Digital-(AD)-Grenzwert des Sensors, wodurch es unmöglich wird, ein korrektes Spektrumzu erfassen. Daher entsteht das Problem, dass eine Abweichung von dem im Vorfeld für die Farbseparationsberechnung vorbereiteten Komponentenspektrum (Standardspektren) groß wird und eine korrekte Berechnung nicht durchgeführt werden kann.
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Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform die später beschriebene Sättigungsverarbeitung zusätzlich zu einer Erweiterung des Dynamikbereichs durch eine Einstellung des Bereichs von Interesse (engl. „Region of Interest“, ROI) durchgeführt. Dadurch ist es möglich, die Farbseparationsberechnung auch dann korrekt durchzuführen, wenn eine gewisse Sättigung im erfassten Spektrum vorhanden ist, wodurch die Anzahl der Wiederholungen der Erfassung reduziert wird.
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Die Sättigungsverarbeitung in der vorliegenden Ausführungsform übernimmt die Verarbeitung der Angabe des Pixels, in dem die Sättigung auftritt, und den Ausschluss des Pixels aus der Berechnung. Ein Beispiel für den Ablauf der Verarbeitung ist in 9 dargestellt.
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9 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Sättigungsverarbeitung zeigt.
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Wie in der gleichen Figur dargestellt, führt die Steuereinheit 2 die Verarbeitung der Erzeugung eines Sättigungserfassungsfeldes aus dem erhaltenen erfassten Spektrum aus (Schritt 201). Wie in 10 gezeigt, wird das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Sättigung des erfassten Spektrums für jede Wellenlänge (Kanal) ermittelt und das Sättigungserfassungsfeld wird erzeugt, in dem ein Kanal ohne Sättigung auf „1“ und ein Kanal mit Sättigung auf „0“ gesetzt wird.
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Das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Sättigung wird bestimmt, indem der Pixelwert jedes Erfassungsbereichs betrachtet wird und ob er einen maximalen Luminanzwert erreicht oder nicht. Da der Pixelbereich, der den maximalen Luminanzwert erreicht, im Vergleich zum ursprünglichen korrekten Spektrum als gesättigt eingeschätzt wird, wird der dem Pixelbereich entsprechende Kanal des Referenzspektrums (Kanal) aus der Komponentenseparationsberechnung entfernt.
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Im Allgemeinen ist die Anzahl der Kanäle (Wert CH) der durch die Spektrenerfassung aufgenommenen Wellenlänge oft größer als die Anzahl der letztlich auszugebenden Komponenten. Wenn also die Anzahl der effektiven Kanäle, in denen keine Sättigung auftritt, größer ist als die Anzahl der Komponenten, kann die Komponentenseparationsberechnung auch dann durchgeführt werden, wenn die Daten des Kanals, in dem Sättigung auftritt, aus der Berechnung entfernt werden.
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Wenn die Anzahl der effektiven Kanäle (Anzahl der als „1“ bestimmten Kanäle) im erzeugten Feld größer ist als die Anzahl der Komponenten (Anzahl der Kanäle), die letztlich ausgegeben werden sollen, wird die Verarbeitung der Multiplikation des Sättigungserfassungsfeldes mit dem erfassten Spektrum und dem Referenzspektrum ausgeführt (Schritte 203 und 204). Andernfalls ist die Berechnung nicht möglich, und daher wird die Verarbeitung beendet, ohne die Komponentenseparationsberechnung auszuführen. Da der Kanal, in dem die Sättigung auftritt, von einer Berechnung mit einem Verfahren der kleinsten Quadrate ausgeschlossen wird, ist es möglich, eine Komponentenverhältnisberechnung nur mit der korrekt gemessenen Wellenlänge durchzuführen.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, ist in Bezug auf den Bildsensor 121, der in der Lage ist, eine Verstärkungseinstellung und die Belichtungszeit eines beliebigen Erfassungsbereichs zu ändern, eine spektroskopische Bildgebungsoptik zum Erweitern der horizontalen Achse des Bildsensors 121 auf den Raum und die vertikale Achse desselben auf die Wellenlänge bereitgestellt. Von jedem Bereich des Bildsensors 121 wird durch die Einstellung, nur den Erfassungsbereich auszulesen, die weitere Unterteilung des Erfassungsbereichs in zwei oder mehr zweidimensionale Räume ROI von Wellenlänge x Raum und durch die Einstellung einer Kombination von verschiedenen Verstärkungen und Belichtungszeiten für jeden Erfassungsbereich die optimale Belichtungsbedingung erreicht, und es ist auch möglich, den Dynamikbereich des aufzuzeichnenden Spektrums zu erweitern.
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Zum Beispiel kann bei einer Probe mit Mehrfach-Fluoreszenzfärbung ein blaues Fluoreszenzpigment eine sehr hohe Intensität im Vergleich zu einem roten Fluoreszenzpigment aufweisen. Unter solchen Bedingungen wird die Belichtungszeit des blauen Wellenlängenbandes verkürzt, die Verstärkung wird niedriger eingestellt, die Belichtungszeit des roten Wellenlängenbandes wird verlängert und die Verstärkung wird höher eingestellt. Dadurch kann die Aufzeichnung mit einem flachen Bitbereich durchgeführt werden, so dass eine Aufzeichnung mit einem hohen Dynamikbereich bei gleichzeitiger Unterdrückung der Aufzeichnungskapazität des Sensors möglich ist.
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Der Erfassungsbereich des Bildsensors 121 wird anhand des Spektrums des zu messenden Objekts innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Sensors festgelegt. Wenn es ein undurchsichtiges Band gibt, wie etwa bei einem Kerbfilter, und einen Bereich, in dem in einem Beobachtungsstrahlengang kein Licht vorhanden ist, kann eine Aufzeichnungsbildrate verbessert werden, indem sie aus dem Auslesebereich ausgeschlossen werden.
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Darüber hinaus kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn ein Farbmischungsverhältnis jedes Pigments separat aus dem erhaltenen Spektrum berechnet wird, selbst wenn es eine gewisse Sättigung im erfassten Spektrum gibt, Farbseparation durch Spektralanpassung durchgeführt werden, indem ein Sättigungserfassungsfeld (siehe 10) zur Unterscheidung einer gesättigten Wellenlänge von den anderen Wellenlängen erzeugt wird.
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[Anzeigeabschnitt]
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Ein Problem beim Einstellen von Aufzeichnungsparametern über den ROI ist, dass eine Erfassungsbedingung für einen Benutzer schwer zu verstehen sind. Da es sich um dreidimensionale Daten aus einem Raum und einer Wellenlänge handelt, ist es schwer zu erkennen, wo die Sättigung auftritt und welches Signal welcher Wellenlänge zu niedrig ist. Ein Abschnitt, der die ROI-Einstellung und -Anzeige durchführt, muss in der Lage sein, eine Beziehung zwischen einem Einstellparameter und einem Erfassungsbereich, eine Beziehung zwischen dem Einstellparameter und einem Sensorausgang und dergleichen umfassend anzuzeigen und einzustellen.
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Daher ist in der vorliegenden Ausführungsform der Anzeigeabschnitt 3 wie folgt ausgelegt, und Einzelheiten des Anzeigeabschnitts 3 werden im Folgenden beschrieben. Exemplarisch wird hier eine Auslegung des Anzeigeabschnitts 3 unter der Annahme einer Mehrfach-Fluoreszenzbildgebung beschrieben.
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11 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Anzeigeabschnitts 3. Der Anzeigeteil 3 ist dafür ausgelegt, in der Lage zu sein, das Fluoreszenzspektrum der Probe S auf der Grundlage der Ausgabe des Bildsensors 121 anzuzeigen. Der Anzeigeabschnitt 3 kann aus einem Bildschirm bestehen, der mit der Steuereinheit 2 eine Einheit bildet, oder es kann sich um eine Anzeigevorrichtung handeln, die mit der Steuereinheit 2 verbunden ist. Der Anzeigeabschnitt 3 beinhaltet ein Anzeigeelement, wie etwa eine Flüssigkristallvorrichtung oder eine organische lichtemittierende Vorrichtung, und einen Berührungssensor und ist als Benutzerschnittstelle (engl. „User Interface“, UI) ausgelegt, die eine Einstellung zur Eingabe einer Erfassungsbedingung, eines erfassten Bildes und dergleichen anzeigt.
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Wie in 11 gezeigt, umfasst der Anzeigeabschnitt 3 einen Hauptbildschirm 301, einen Bildschirm zur Anzeige von Miniaturbildern 302, einen Bildschirm zur Anzeige von Objektträgerinformationen 303 und einen Bildschirm zur Anzeige der Liste erfasster Objektträger 304. Der Hauptbildschirm 301 beinhaltet einen Anzeigebereich 305 mit einer Steuerschaltfläche (Taste) für die Erfassung, einen Einstellbereich 306 für einen Anregungslaser (Linienbeleuchtung), Erfassungseinstellbereiche 307 und 308 für das Spektrum, einen Steuerbereich 309 zur automatischen Spektrumseinstellung und dergleichen. Mindestens einer dieser Bereiche 305 bis 309 kann vorhanden sein, und in einem Anzeigebereich können andere Anzeigebereiche eingeschlossen sein.
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Die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 führt nacheinander die Entnahme eines Objektträgers (Probe S) aus einem Objektträgerständer (nicht abgebildet), das Auslesen von Objektträgerinformationen, das Erfassen eines Miniaturbildes des Objektträgers, das Einstellen einer Belichtungszeit und dergleichen durch. Die Objektträgerinformationen beinhalten Patienteninformationen, eine Gewebestelle, eine Krankheit, Färbeinformationen und dergleichen und werden von einem Barcode, einem QR-Code (eingetragene Marke) oder dergleichen gelesen, der auf dem Objektträger angebracht ist. Das Miniaturbild und die Objektträgerinformationen der Probe S werden jeweils auf den Anzeigebildschirmen 302 und 303 angezeigt. Die erfassten Objektträgerinformationen werden auf dem Bildschirm 304 als Liste angezeigt.
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Zusätzlich zum Fluoreszenzbild der Probe S wird auf dem Hauptbildschirm 301 ein Erfassungsstatus des aktuell aufgenommenen Objektträgers angezeigt. Die Daten des Anregungslasers werden im Einstellbereich 306 angezeigt oder eingestellt, und das vom Anregungslaser abgeleitete Fluoreszenzspektrum wird in den Erfassungseinstellbereichen 307 und 308 angezeigt oder eingestellt.
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12 ist ein Diagramm mit einem Beispiel für eine Bildschirmauslegung des Einstellbereichs 306 des Anregungslasers. Hier werden Ausgänge der jeweiligen Anregungslinien L1-L4 durch Berühren des jeweiligen Kontrollkästchens 81 ausgewählt oder geschaltet. Ferner wird eine Höhe der Ausgabe jeder Lichtquelle durch einen Bedienabschnitt 82 eingestellt.
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13 zeigt ein Beispiel für eine Bildschirmauslegung eines Spektrumserfassungseinstellbereichs 307 in einer Anregungslinie 1, und 14 zeigt ein Beispiel für eine Bildschirmauslegung des Spektrumserfassungseinstellbereichs 308 in einer Anregungslinie 2. In jeder Figur repräsentiert die vertikale Achse Helligkeit und die horizontale Achse repräsentiert eine Wellenlänge. Diese Erfassungseinstellbereiche 307 und 308 sind jeweils als ein Bedienbereich zum Akzeptieren der Belichtungszeit und der Eingabe der Verstärkung in einer vorbestimmten Einheit des Pixels des Bildsensors 121 ausgelegt.
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In 13 und 14 zeigt ein Index 83 an, dass die Anregungslichtquellen (L1, L2 und L4) eingeschaltet sind und dass eine größere Länge des Indikators 83 eine höhere Leistung der Lichtquelle anzeigt. Ein Erfassungswellenlängenbereich des Fluoreszenzspektrums 85 wird durch eine Bedienleiste 84 eingestellt. Eine Darstellungsweise des Fluoreszenzspektrums 85 ist nicht spezifisch eingeschränkt, zum Beispiel erfolgt die Anzeige in einem Gesamtpixelmittelungsspektrum (Wellenlänge x Intensität) an den Anregungslinien 1 und 2.
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Wie in 13 und 14 gezeigt, kann das Fluoreszenzspektrum 85 durch ein Heatmap-Verfahren dargestellt werden, bei der die Frequenzinformationen der Werte durch Schattierungen ausgedrückt werden. In diesem Fall ist es auch möglich, eine Signalverteilung, die nicht klar ist, durch einen Mittelwert zu visualisieren.
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Es ist zu beachten, dass die vertikale Achse des Graphen, der zur Darstellung des Fluoreszenzspektrums 85 verwendet wird, nicht auf eine lineare Achse beschränkt ist, sondern auch eine logarithmische Achse oder eine Hybridachse (Biexponentialachse) sein kann.
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Es ist möglich, das Fluoreszenzspektrum 85 in Abhängigkeit von der Wellenlänge und der Leistung der Anregungslichtquelle einzustellen. Der Wellenlängenbereich des Fluoreszenzspektrums 85 kann durch einen Cursor-Bewegungsvorgang auf der Bedienleiste 84 mit einem Eingabegerät, wie etwa einer Maus, beliebig verändert werden. Das Fluoreszenzspektrum 85 wird durch einen aktuellen Mittelwert oder eine Wellenform dargestellt, die aus der zuletzt erfassten Wellenform unter Berücksichtigung einer Einstellungsänderung berechnet wird.
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Die Steuereinheit 2 stellt einen Auslesebereich des Bildsensors 121 auf der Grundlage des in die Erfassungseinstellbereiche 307 und 308 eingegebenen Wellenlängenbandes ein (Sollwert). Auf der Grundlage des durch die Erfassungseinstellbereiche 307 und 308 eingestellten Wellenlängenbandes und einer im Voraus erhaltenen Umrechnungsformel (Umrechnungsformel für ein der Wellenlänge entsprechendes Pixel) wird eine Sensorkoordinate festgelegt und die Belichtungszeit sowie die Verstärkung werden eingestellt. Ein Anzeigebereich zum individuellen Einstellen der Belichtungszeit und der Verstärkung kann separat bereitgestellt werden. Die Erfassungseinstellbereiche 307 und 308 zeigen das Fluoreszenzspektrum 85 nach der Einstellung auf der Grundlage der über die Bedienleiste 84 eingestellten Belichtungszeit und der eingestellten Verstärkung an.
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15 zeigt ein Beispiel für eine Bildschirmauslegung des Steuerbereichs zur automatischen Spektrumseinstellung 309. Im Steuerbereich zur automatischen Spektrumseinstellung 309 sind eine Taste zur automatischen Einstellung 86, ein Histogrammfenster 87 und dergleichen angeordnet. Die Taste zum Start der automatischen Einstellung 86 führt automatisch die Vorabtastung und die oben beschriebene Spektrumserfassungseinstellung durch. Im Histogrammfenster 87 wird ein Histogramm berechnet und angezeigt, das dem in den Erfassungseinstellbereichen 307 und 308 eingestellten Wellenlängenbereich des Spektrums entspricht. Die vertikale Achse des Histogramms ist die Frequenz und die horizontale Achse ist die Wellenlänge.
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Bezogen auf das Histogrammfenster 87 ist es möglich, ein Auftreten von Sättigung und das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein eines zu niedrigen Signals (unzureichende Stärke) bei der Erfassung unter den Erfassungsbedingungen des in den Erfassungseinstellbereichen 307 und 308 eingestellten Spektrums explizit zu bestätigen. Außerdem ist es möglich, während der Überprüfung des Histogramms die Belichtungszeit und die Verstärkung zu ändern.
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16 ist ein Blockdiagramm der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 zur Erläuterung der in der Steuereinheit 2 ausgeführten Verarbeitung.
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Die Steuereinheit 2 speichert die in den verschiedenen Einstellbereichen 306 bis 308 des Anzeigeabschnitts 3 eingestellten Parameter im Speicherabschnitt 21 (siehe 4) und stellt den Auslesebereich (Wellenlängenband), die Belichtungszeit und die Verstärkung auf der Grundlage der Parameter auf den Bildsensor 121 ein (S401).
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Die Steuereinheit 2 gibt das vom Bildsensor 121 erhaltene Emissionsspektrum der Probe S an den Anzeigeabschnitt 3 aus (S402), und die Wellenform des Spektrums wird in den Erfassungseinstellbereichen 307 und 308 angezeigt (siehe 13 und 14).
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Im Steuermodus für automatische Einstellung führt die Steuereinheit 2 eine Optimierungsverarbeitung der Belichtungszeit und der Verstärkung auf der Grundlage der erfassten Daten des Bildsensors 121 aus (Schritt 403) und wiederholt die Verarbeitung der Erfassung der aufgenommen Daten für den Parameter nach der Änderung.
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Wenn andererseits die Komponentenseparationsberechnung des erfassten Spektrums durchgeführt wird, wird die oben beschriebene Komponentenseparationsberechnung auf der Grundlage der erfassten Daten des Bildsensors 121 durchgeführt, und das Ergebnis wird auf dem Anzeigeabschnitt 3 (zum Beispiel dem Hauptbildschirm 301) angezeigt (S404).
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Wie oben beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Grundlage des eingestellten Wellenlängenbandes, der Belichtungszeit und der Verstärkung das Spektrum und das Histogramm nach der Einstellung erfasst und in Echtzeit angezeigt, und aus dem erhaltenen Spektrum werden das Spektrum und das Histogramm bei einem neuen Sollwert angezeigt. Somit können die Beziehung zwischen dem Einstellparameter und dem Erfassungsbereich, die Beziehung zwischen dem Einstellparameter und der Sensorausgabe usw. umfassend angezeigt und eingestellt werden.
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<Modifikationen>
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Als Nächstes wird eine Modifikation der oben beschriebenen Auslegung der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 beschrieben.
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17 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 200 gemäß Modifikation 1, und 18 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 300 gemäß Modifikation 2. Die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtungen 200 und 300 beinhalten jeweils den Vorrichtungshauptkörper 1, die Steuereinheit 2, den Anzeigeabschnitt 3 und ein Steuerprogramm 81.
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Das Steuerprogramm 81 ist ein Programm, das die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtungen 200 und 300 veranlasst, die gleiche Funktion auszuführen wie die Steuerfunktion, die vom Steuerabschnitt 80 der oben beschriebenen Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 100 ausgeführt wird. In der in 17 gezeigten Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 200 wird das Steuerprogramm 81 in einem Zustand bereitgestellt, in dem es in einem Aufzeichnungsmedium, beispielsweise einer Magnetplatte, einer optischen Platte, einer magneto-optischen Platte oder einem Flash-Speicher, gespeichert ist, und wird in einen elektronischen Computer C oder dergleichen, der mit der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 200 verbunden ist, heruntergeladen und von diesem verwendet.
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Bei der in 18 gezeigten Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 300 hingegen wird das von außen über ein Netzwerk wie das Internet verteilte Steuerprogramm 81 auf den elektronischen Computer C oder dergleichen heruntergeladen und von diesem verwendet. In diesem Fall werden die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung 300 und ein Code, der zum Erhalten des Steuerprogramms 81 verwendet wird, als Paket bereitgestellt.
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Der elektronische Computer C, in den das Steuerprogramm 81 heruntergeladen wird, erhält verschiedene Daten zur Steuerung der Anregungslichtquelle 101, des Abschnitts für spektroskopische Bildgebung 102, des Abtastmechanismus 104, des Fokussiermechanismus 105, des Nicht-Fluoreszenz-Beobachtungsabschnitts 106 und dergleichen, und ein Steueralgorithmus des heruntergeladenen Steuerprogramms 81 wird ausgeführt, und die Steuerbedingungen der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtungen 200 und 300 werden berechnet. Der elektronische Computer C gibt auf der Grundlage der berechneten Bedingungen einen Befehl an die Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtungen 200 und 300 aus, wodurch die Bedingungen der Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtungen 200 und 300 automatisch gesteuert werden.
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Wenngleich die Ausführungsformen der vorliegenden Technologie wie oben beschrieben wurden, ist davon auszugehen, dass die vorliegende Technologie nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können.
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Die vorliegende Technologie kann auch die folgenden Strukturen aufweisen.
- (1) Spektroskopische Bildgebungsvorrichtung, beinhaltend:
- einen Spektroskopieabschnitt, der einfallendes Licht für jede Wellenlänge dispergiert;
- einen Bildsensor, der dafür ausgelegt ist, in der Lage zu sein, eine Belichtungszeit oder eine Verstärkung in einer Einheit eines Pixels einzustellen, wobei der Bildsensor Licht jeder im Spektroskopieabschnitt dispergierten Wellenlänge erfasst; und
- eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, in der Lage zu sein, die Belichtungszeit oder die Verstärkung des Bildsensors in einer Einheit eines vorbestimmten Pixelbereichs einzustellen.
- (2) Spektroskopische Bildgebungsvorrichtung nach (1), wobei
der Spektroskopieabschnitt dafür ausgelegt ist, das einfallende Licht in einer axialen Richtung für jede Wellenlänge zu dispergieren, und
die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, die Belichtungszeit oder die Verstärkung des Bildsensors in einer Einheit einer Linie senkrecht zur einen axialen Richtung einzustellen.
- (3) Spektroskopische Bildgebungsvorrichtung nach (1) oder (2), wobei
der Bildsensor einen Pixelabschnitt und einen Berechnungsabschnitt beinhaltet, der aus den vom Pixelabschnitt ausgegebenen Bilddaten einen Pixelwert berechnet, und
die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, die Verstärkung, die für die Berechnung des Pixelwerts verwendet wird, in der Einheit des vorbestimmten Pixelbereichs einzustellen.
- (4) Spektroskopische Bildgebungsvorrichtung nach einem der Punkte (1) bis (3), wobei
die Steuereinheit einen Auswerteabschnitt, der ein Emissionsspektrum des einfallenden Lichts auf der Grundlage einer Ausgabe des Bildsensors erhält, und einen Speicherabschnitt beinhaltet, der eine Vielzahl von Referenzkomponentenspektren und ein Autofluoreszenzspektrum speichert, und
der Auswerteabschnitt dafür ausgelegt ist, ein Komponentenverhältnis des Emissionsspektrums zu berechnen, und zwar derart, dass eine lineare Summe aus einer Vielzahl der Referenzkomponentenspektren und dem Autolumineszenzspektrum erhalten wird.
- (5) Spektroskopische Bildgebungsvorrichtung nach (4), wobei
der Auswerteabschnitt dafür ausgelegt ist, mindestens eines vom Emissionsspektrum oder der Komponentenspektren auf der Grundlage der Belichtungszeit oder der Verstärkung, die für jeden vorgegebenen Pixelbereich eingestellt sind, zu kalibrieren.
- (6) Spektroskopische Bildgebungsvorrichtung nach (5), wobei
der Auswerteabschnitt dafür ausgelegt ist, zu ermitteln, ob ein Pixel, dessen Pixelwert aus dem erfassten Spektrum die Sättigung erreicht, vorhanden ist oder nicht, und das Pixel, das die Sättigung erreicht, von der Berechnung eines Komponentenverhältnisses des erfassten Spektrums auszuschließen.
- (7) Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung, beinhaltend:
- einen Objekttisch, der dazu geeignet ist, ein fluoreszenzgefärbtes Pathologiepräparat zu tragen;
- einen Anregungsabschnitt, der das Pathologiepräparat auf dem Objekttisch mit Linienbeleuchtung bestrahlt.
- einen Spektroskopieabschnitt, der die durch die Linienbeleuchtung angeregte Fluoreszenz für jede Wellenlänge dispergiert;
- einen Bildsensor, der dafür ausgelegt ist, in der Lage zu sein, eine Belichtungszeit oder eine Verstärkung in einer Einheit eines Pixels einzustellen, wobei der Bildsensor Licht jeder im Spektroskopieabschnitt dispergierten Wellenlänge erfasst; und
- die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, die Belichtungszeit oder die Verstärkung des Bildsensors in einer Einheit eines vorbestimmten Pixelbereichs einzustellen.
- (8) Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung nach Punkt (7), ferner beinhaltend:
- einen Anzeigeabschnitt zum Anzeigen des Fluoreszenzspektrums auf der Grundlage einer Ausgabe des Bildsensors.
- (9) Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung nach Punkt (8), wobei
der Anzeigeabschnitt einen Bedienbereich zum Empfangen einer Eingabe einer Belichtungszeit oder einer Verstärkung in der Einheit des vorbestimmten Pixelbereichs aufweist.
- (10) Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung nach (8) oder (9), wobei
der Anzeigeabschnitt einen Anzeigebereich zum Anzeigen eines Spektrums und eines Histogramms nach dem Einstellen auf der Grundlage der eingestellten Belichtungszeit oder der eingestellten Verstärkung aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Steuereinheit
- 3
- Anzeigeabschnitt
- 10
- Spektroskopische Bildgebungsvorrichtung
- 11
- Spektroskopieabschnitt
- 12
- Erfassungsabschnitt
- 13
- Fluoreszenzanregungsabschnitt
- 20
- Objekttisch
- 21
- Speicherabschnitt
- 22
- Auswerteabschnitt
- 30
- Pixelabschnitt
- 31
- Berechnungsabschnitt
- 100, 200, 300
- Fluoreszenzbeobachtungsvorrichtung
- 121
- Bildsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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