-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Untersuchungsverfahren zur Durchführung von
in-vivo Untersuchungen von Objekten wie zum Beispiel einem lebenden
Organismus.
-
Diese
Anmeldung basiert auf der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2005-14625. -
2. BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
-
Bislang
wurde eine Visualisierung von Innenkonzentrationen, Membranenpotenzialen
usw. mit Fluoreszenz-Sonden unter Verwendung von optischen Mikroskopen
durchgeführt.
Beispielsweise wird häufig
eine Untersuchung der biologischen Funktion von Nervenzellen etc.,
insbesondere die Untersuchung von dynamischem Verhalten, durchgeführt.
-
Eine
im Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Untersuchung solchen
dynamischen Verhaltens ist eine Mikrophotographie-Vorrichtung (siehe beispielsweise
die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung mit
der Veröffentlichungsnr.
2000-275539 ).
-
Eine
solche konventionelle Mikrophotographie-Vorrichtung nimmt Bilder
gemäß der dynamischen
Bewegung des als Objekt dienenden lebenden Organismus auf. Da es
selektiv Bilder in ortsfesten, fokussierten Zuständen während der dynamischen Bewegung
des Objekts aufnimmt, während
es die Brennweite der Kamera konstant hält, besteht ein Problem darin,
dass die aufgenommenen Bilder abgehackt sind und es insbesondere
nicht möglich
ist, die Beschaffenheit des Objekts im Bewegungszustand zu untersuchen.
-
Außerdem entsteht
beim tatsächlichen
Untersuchen des Bewegungszustandes eines Objekts in-vivo eine problematische
Verwischung, weil sich das Objekt aufgrund von Pulsation, wie zum
Beispiel respiratorischer Aktivität, einem Herzschlag usw. dreidimensional
bewegt. Verwischung tritt besonders dann auf, wenn sich das Objekt
in einer Richtung bewegt, welche die optische Achse der Kamera schneidet.
Ein Bewegen der optischen Achse des optischen Untersuchungssystems
einschließlich
der Kamera in Echtzeit, um sich der Bewegung des Objekts anzugleichen,
macht die Vorrichtung jedoch komplizierter und insbesondere wird
ein Durchführen
einer vergrößerten Untersuchung
des Objekts mit der Mikroskopvorrichtung unpraktikabel.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wurde im Licht der oben beschriebenen Umstände erdacht,
und eine ihrer Zielsetzungen besteht darin, ein Untersuchungsverfahren
bereitzustellen, welches es ermöglicht, scharfe,
verwischungsarme Untersuchungsbilder aufzunehmen, ohne ein optisches
Untersuchungssystem in Echtzeit zu bewegen, um sich der Bewegung
eines Objekts anzugleichen. Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen,
stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen bereit, wie sie in Anspruch
1 definiert sind.
-
Gemäß einem
Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Untersuchungsverfahren
bereit, das ein Befestigen eines Indikators, der von außen sichtbar
ist, an der Oberfläche
eines Objekts, die in einem Untersuchungsbereich eines Mikroskops
angeordnet ist, Anfertigen einer Mehrzahl von Bildern der Oberfläche des
Objekts einschließlich
des Indikators nach vorgegebenen Zeitintervallen, Verarbeiten der
Mehrzahl von gewonnen Bildern mit einer Steuereinheit zur Berechnung
einer Bewegungstrajektorie des Indikators; und Ausrichten einer
optischen Achse eines optischen Untersuchungssystems in einer Position, in
der die Bewegungstrajektorie des Indikators in einem Untersuchungsbereich
des Objekts minimiert ist, um die Untersuchung durchzuführen.
-
Gemäß dem oben
beschriebenen Aspekt der Erfindung bewegt sich durch das Befestigen
des Indikators an der Oberfläche
des Objekts, wenn sich ein Teil des Objekts bewegt, auch der Indikator
in Übereinstimmung
mit dieser Bewegung. Da der Indikator von außen sichtbar ist, ist es möglich, Bewegungen des
Objekts leicht durch ein Verfolgen der Bewegung des im Untersuchungsbereichs
angeordneten Indikators zu erfassen. In einem solchen Fall kann
durch Anfertigen von Bildern der Oberfläche des Objekts einschließlich des
Indikators in vorbestimmten Zeitintervallen eine Bewegungstrajektorie
des Indikators leicht aus der Mehrzahl angefertigter Bilder errechnet werden.
Folglich ist es durch ein Ausrichten der optischen Achse des optischen
Untersuchungssystem in einer Position, in der die Bewegungstrajektorie
im Untersuchungsbereich minimiert ist, möglich, die Verschiebung des
Untersuchungsbereichs in einer Richtung, welche die optische Achse
des optischen Untersuchungssystems schneidet, zu unterdrücken, was
es ermöglicht,
Untersuchungsbilder mit verringerter Verwischung zu erlangen.
-
Dadurch
ist es möglich,
Bilder zu erlangen, in denen eine Verwischung des Untersuchungsbereichs
im Bereich des Indikators verringert ist, was es ermöglicht,
eine Untersuchung leicht durchzuführen.
-
Gemäß des oben
beschriebenen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird durch einfaches
und zuverlässiges
Anzeigen der Verschiebung der Oberfläche des Objekts, um deren leichte
Erfassung zu ermöglichen,
die optische Achse so positioniert, dass die Verschiebung des Objekts
in einer die optische Achse des optischen Untersuchungssystems schneidenden
Richtung minimiert ist, das optische Untersuchungssystem wird so
verfolgt, dass die Verschiebung des Objekts in einer die optische
Achse des optischen Untersuchungssystems schneidenden Richtung minimiert
wird, und wenn die angefertigten Bilder einer Bildverarbeitung unterzogen
werden, dann wird der Indikatorabschnitt hervorgehoben, wodurch es
ermöglicht
wird, ein Verwischen zu berichtigen. Demzufolge wird ein Vorzug
dadurch geleistet, dass es möglich
ist, leicht zu betrachtende Untersuchungsbilder mit reduzierter
Verwischung anzufertigen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN
ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Untersuchungs-Unterstützungsgerät darstellt.
-
2 ist
ein Längsschnitt,
der das Untersuchungs-Unterstützungsgerät aus 1 zeigt.
-
3 ist
eine Vorderansicht, die ein Beispiel einer Untersuchungsvorrichtung
zeigt, die ein Untersuchungsverfahren unter Verwendung des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts aus 1 implementiert.
-
4 ist
eine Seitenansicht der Untersuchungsvorrichtung aus 3.
-
5 ist
eine Graphik zur Erläuterung
einer Ausrichtungs-Abgleichprozedur eines Messkopfes der in 3 gezeigten
Untersuchungsvorrichtung, die extrahierte Untersuchungs-Unterstützungsgeräte in einer
Abbildung zeigt.
-
6 ist
eine Graphik zur Erläuterung
der Ausrichtungs-Abgleichprozedur des Messkopfes der in 3 gezeigten
Untersuchungsvorrichtung, welche die Verschiebung des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts zwischen
zwei Bildern zeigt.
-
7 zeigt
eine Bewegungstrajektorie, welche die Mittelpunkte der entsprechenden
Untersuchungs-Unterstützungsgeräte von 6 verbindet, vor
einem Ausrichtungsabgleich.
-
8 zeigt
die Bewegungstrajektorie nach dem Ausrichtungsabgleich.
-
9 ist
eine Graphik zur Erläuterung
eines Falls, in dem die rotationale Position eines lebenden Organismus
mittels des in 1 gezeigten Untersuchungs-Unterstützungsgeräts bestimmt
wird.
-
10 ist
eine Graphik zur Erläuterung
eines Falls, in dem die rotationale Position eines lebenden Organismus
mittels eines sphärischen
Untersuchungs-Unterstützungsgeräts bestimmt
wird.
-
11 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation des in 1 gezeigten
Untersuchungs-Unterstützungsgeräts zeigt.
-
12 ist
eine Vorderansicht, die eine Untersuchungsvorrichtung zeigt.
-
13 ist
ein Blockdiagramm, das eine Bildbearbeitungseinheit in der Untersuchungsvorrichtung von 7 darstellt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Ein
Untersuchungsverfahren gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
-
In
dem Untersuchungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 mit einer rechteckigen
Form vorbestimmter äußerer Abmessungen,
wie in 1 und 2 gezeigt, an der Gewebeoberfläche eines als
Untersuchungsobjekt dienenden lebenden Organismus A befestigt, eine
Vielzahl von Bildern wird angefertigt, indem Bilder eines Untersuchungsbereichs der
Gewebeober fläche
einschließlich
des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 in
vorbestimmten Zeitintervallen aufgenommen wird, die angefertigte Vielzahl
von Bildern wird verarbeitet, eine Bewegungstrajektorie Q des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 wird
berechnet (siehe 7) und eine optische Achse C2
eines Messkopfes wird in einer Position ausgerichtet, in der die
Bewegungstrajektorie Q im Untersuchungsbereich des lebenden Organismus
A am kürzesten
ist (siehe 3 und 4).
-
Das
Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 besteht
aus Metall, Kunstharz oder Ähnlichem
und beinhaltet einen Hauptkörper 50a,
der eine Farbe aufweist, die von außen klar sichtbar ist, beispielsweise
eine Primärfarbe
oder fluoreszierende Farbe. Das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 hat auch
eine Form, die bezüglich
des Untersuchungsbereichs ausreichend klein ist, so dass seine äußeren Abmessungen,
selbst dann, wenn es an der Oberfläche des lebenden Organismus
A im Untersuchungsbereich befestigt ist, klein genug sind, um das Untersuchungsgebiet
nicht abzudecken oder die Untersuchung zu behindern.
-
Eine
absorbierende Haftschicht 50b zum Befestigen des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 an
der Gewebeoberfläche
durch Verbinden mit der Feuchtigkeit der flüssigen Oberfläche an einem eingeschnittenen
und exponierten Abschnitt des lebenden Organismus A ist auf der
gesamten Oberfläche
des Hauptkörpers 50a des
Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 aufgetragen.
Dadurch bildet die Berührungsoberfläche des
Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 zum
Kontaktieren des lebenden Organismus A ein Befestigungsteil 50A und
die anderen Oberflächenformen
bilden einen Indikatorabschnitt (Indikatorglied) 50B, der
als Indikator für
die Untersuchung dient.
-
Wie
beispielsweise in den 3 und 4 gezeigt
ist, beinhaltet eine Untersuchungsvorrichtung 1, die das
Untersuchungsverfahren gemäß der vorliegenden
Ausführungsformen
realisiert, eine Plattform 2 zum Aufnehmen des als Untersuchungsobjekt dienenden
lebenden Organismus A, einen gegenüber der Plattform 2 angeordneten
Messkopf 3, eine optische Einheit 6, die eine
Laserlichtquelle 4 und einen optischen Detektor 5 aufweist,
eine optische Faser 7 zur Verbindung des Messkopfes 3 mit
der optischen Einheit 6, einen ausrichtungsabgleichenden Mechanismus 8,
um den Messkopf 3 derart abzustützen, dass dessen Ausrichtung
abgeglichen werden kann, und eine Steuereinheit 9 zur Steuerung
des Betriebs des Ausrichtungs-Abgleichmechanismus 8.
-
Die
Plattform 2 umfasst einen Plattform-Rotationsmechanismus 2a,
um die Plattform 2 um eine vertikale Achse C1 bezüglich eines
Sockels 10 zu drehen. Ausrichten des Messkopfes 3 und
Betätigen des
Plattform-Rotationsmechanismus 2a erlaubt die Beobachtung
des lebenden Organismus A aus verschiedenen Winkeln entlang ihres
Umfangs.
-
Wie
in 3 gezeigt ist, beinhaltet der Messkopf 3 ein
optisches Objektivsystem 11, das auf der der Plattform 2 gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist, ein innerhalb eines Gehäuses 12 angeordnetes
optisches Kollimatorsystem 13, an dem das optische Objektivsystem 11 befestigt
ist, eine optische Abtasteinheit 14, ein optisches Pupillenprojektionssystem 15 und
ein bildgebendes optisches System 16. Das optische Kollimatorsystem 13 setzt
das von der optischen Faser 7 geleitete Laserlicht in ein
kollimiertes Strahlenbündel
um. Die optische Abtasteinheit 14, die in der Figur nur
schematisch dargestellt ist, kann das kollimierte Strahlenbündel zweidimensional
von dem optischen Kollimatorsystem 13 abtasten, indem es
zwei Galvanometerspiegel dazu anregt, um ihre aufeinander senkrecht
stehenden Achsen hin- und her zu schaukeln.
-
Das
optische Pupillenprojektionssystem 15 fängt das von der optischen Abtasteinheit 14 abgetastete
Laserlicht ein und bildet ein Zwischenbild. Das bildgebende optische
System 16 sammelt das Laserlicht, welches das Zwischenbild
bildet, und setzt es in ein kollimiertes Strahlenbündel um.
Das optische Objektivsystem 11, das nahe an dem lebenden,
auf der Plattform 2 angeordneten Organismus A angebracht
ist, fängt
das kollimierte Strahlenbündel von
dem bildgebenden optischen System 16 ein und bildet es
erneut auf der Oberfläche
des lebenden Organismus A oder auf einer angegebenen Fokuslage im
inneren Gewebe des lebenden Organismus A ab.
-
Der
Messkopf 3 beinhaltet auch einen Spiegel 17, der
in dem Lichtpfad des von dem optischen Pupillenprojektionssystem 15 in
Richtung der optischen Abtasteinheit 14 zurückgeworfenen
Lichts eingesetzt und aus diesem entnommen werden kann, ein optisches
Beleuchtungssystem 18, das mittels des Spiegels 17 Beleuchtungslicht
entlang einer optischen Achse C2 des optischen Objektivsystems 11 ausstrahlt,
wenn der Spiegel 17 in den Lichtpfad eingesetzt ist, und
ein optisches Bild-Anfertigungssystem 19 zum
Auffangen des von dem lebenden Organismus A zurückgeworfenen Lichts nach der
Reflektion durch den Spiegel 17.
-
Das
optische Beleuchtungssystem 18 beinhaltet eine Lichtquelle 18a,
wie zum Beispiel eine LED, eine Kollimatorlinse 18b zum
Kollimieren des von der Lichtquelle 18a ausgesandten Lichts,
und einen Halbspiegel 18c, um das kollimierte Licht von
der Lichtquelle 18a auf den Spiegel 17 fallen
zu lassen. Das optische Bildanfertigungssystem 19 beinhaltet eine
Fokussierungslinse 19a und eine CCD-Kamera 19b.
-
Der
Messkopf 3 ist ferner mit einem Autofokus-Mechanismus 21 zum
Bewegen des optischen Kollimatorsystems 13 in Richtung
seiner optischen Achse versehen, um die Fokuslage gemäß der Verschiebung
des lebenden Organismus A in Richtung der optischen Achse C2 des
optischen Objektivsystems 11 abzugleichen.
-
Die
optische Einheit 6 beinhaltet eine Kollimatorlinse 22,
um das von der Laserlichtquelle 4 ausgesandte Laserlicht
in ein kollimiertes Strahlenbündel
umzusetzen, einen dichromatischen Spiegel 23, um das Laserlicht
zu reflektieren und um zur optischen Einheit 6 zurückkehrendes
zurückgeworfenes Licht
zu übermitteln,
eine Fokussierungslinse 24, um das von dem dichromatischen
Spiegel 23 reflektierte Licht auf eine Stirnseite 7a der
optischen Faser 7 zu fokussieren, und eine Fokussierungslinse 25 zum Fokussieren
des durch den dichromatischen Spiegel 23 übermittelten
Lichts auf den optischen Detektor 5. Der optische Detektor 5 ist
beispielsweise eine Photovervielfacher-Röhre. Ein Monitor 26 ist
mittels einer Bildverarbeitungseinheit (nicht gezeigt) in der Steuereinheit 9 mit
dem optischen Detektor 5 verbunden, um die angefertigten
Bilder auf dem Monitor 26 anzuzeigen.
-
Die
optische Faser 7 ist mit der optischen Einheit 6 und
dem Messkopf 3 verbunden und befördert das Laserlicht von der
optischen Einheit 6, um es in den Messkopf 3 einzuspeisen.
Zusätzlich
befördert die
optische Faser 7 das von dem Messkopf 3 zurückkehrende
zurückgeworfene
Licht und speist es in die optische Einheit 6 ein.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, beinhaltet der Ausrichtungs-Abgleichmechanismus 8 beispielsweise
einen drehbaren Arm 27, der sich um eine horizontale Achse
C3 drehen kann, und einen Zweiachsen-Bewegungsmechanismus 28,
der am Ende des drehbaren Arms 27 angebracht ist, um den
Messkopf 3 in der longitudinalen Richtung des drehbaren
Arms 27 und in der darauf senkrecht stehenden Richtung
zu bewegen.
-
Der
drehbare Arm 27 kann innerhalb einer vertikalen Ebene mittels
eines Motors 29 geschwungen werden. Der Bewegungsmechanismus 28 beinhaltet
beispielsweise einen Motor 30, einen Kugelgewindetrieb 31 und
einen Schieber 32, der mittels einer linearen Führung (in
der Zeichnung nicht gezeigt) abgestützt ist, und der mittels des
Kugelgewindetriebs 31 in einer geraden Linie bewegt wird.
-
Wie
in 3 gezeigt ist, ist die Steuerungseinheit 9 mit
der CCD-Kamera 19b verbunden, um wenigstens zwei Bilder
mit einem vorbestimmten Intervall zwischen ihnen anzufertigen. Wenn
ein Bild zunächst
von der CCD-Kamera 19b angefertigt wird, extrahiert die
Steuerungseinheit 9 zuerst das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 aus
dem angefertigten Bild. Da das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 eine
Farbe aufweist, die klar von außen sichtbar
ist, kann das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 auf
Basis dieser Farbe oder ihrer Helligkeit leicht extrahiert werden.
-
Anschließend berechnet
die Steuerungseinheit 9 die Bewegungstrajektorie des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50,
die anzeigt, wie sich das extrahierte Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 zwischen
einer Vielzahl der angefertigten Bilder bewegt. Ist die Anzahl der
von der CCD-Kamera 19b angefertigten Bilder beispielsweise
zwei, dann werden diese zwei Bilder übereinander gelegt und die
Bewegungstrajektorie wird berechnet, indem die Mittelpunkte der
zwei entsprechenden Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 miteinander
verbunden werden. Dann wird der Ausrichtungs-Abgleichmechanismus 8 betätigt, um
die Bewegungstrajektorie in den Bildern im Untersuchungsgebiet, beispielsweise
nahe der Mittelpunkte der Bilder, zu minimieren.
-
Da
das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 vorbestimmte äußere Abmessungen
aufweist, kann die Verschiebung der Oberfläche des lebenden Organismus
A in Richtung der optischen Achse C2 des optischen Objektivsystems 11 durch
Verarbeiten der Vielzahl angefertigter Bilder und Vergleichen der Größen des
extrahierten Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 erfasst werden.
Um diesen Vergleich der Ausdehnungen besser zu ermöglichen,
kann eine Skala auf der Oberfläche
des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 bereitgestellt
sein. Anstatt von Bildverarbeitung kann auch ein Entfernungssensor
(nicht in den Zeichnungen gezeigt) zum Messen des tatsächlichen
Abstands zwischen der Oberfläche
des lebenden Organismus A und dem optischen Objektivsystem 11 bereitgestellt
werden, und das Autofokussystem 21 kann basierend auf die
gemessene Entfernung betätigt
werden.
-
Um
mit der Untersuchungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine in-vivo Untersuchung des lebenden Organismus A, beispielsweise
eines kleinen Labortiers wie einer Maus, durchzuführen, wird
zuerst ein Einschnitt in der Haut des lebenden Organismus A eingebracht
und eine Vielzahl von Untersuchungsunterstützenden Geräten 50 werden auf
der exponierten Gewebeoberfläche verstreut.
Da die Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 mit
der Haftschicht 50b beschichtet sind, absorbiert die Haftschicht 50b,
wenn eine der Oberflächen
der Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 mit
der Gewebeoberfläche
in Kontakt kommt, auf der Kontaktoberfläche die Feuchtigkeit in der
Gewebeoberfläche
und haftet daher an der Gewebeoberfläche. Dadurch wird das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 bezüglich der
Oberfläche
des lebenden Organismus A ausgerichtet und folgt daher jeder Bewegung
des lebenden Organismus A.
-
In
diesem Zustand wird der Spiegel 17 zwischen die optische
Abtasteinheit 14 und die Pupillen-Projektionseinheit 15 im
Messkopf 3 eingesetzt, Licht von der Lichtquelle 18a wird
auf den lebenden Organismus A mittels der Kollimatorlinse 18b,
dem Halbspiegel 18c, dem Spiegel 17, dem optischen
Pupillenprojektionssystem 15, dem bildgebenden optischen
System 16 und dem optischen Objektivsystem 11 ausgestrahlt,
und zurückkehrendes
Licht, das von dem lebenden Organismus A durch das optische Objektivsystem 11,
das bildgebende optische System 16, das optische Pupillenprojektionssystem 15,
den Spiegel 17 und den Halbspiegel 18c zurückgeworfen wird,
wird durch die Fokussierungslinse 19a fokussiert und von
der CCD-Kamera 19b wird ein Bild angefertigt.
-
Eine
Bildanfertigung wird beispielsweise zweimal mit einem bestimmten
Zeitintervall zwischen den beiden Malen durchgeführt. Dann werden durch Betätigen der
Steuerungseinheit 9 die entsprechenden Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 aus den
zwei von der CCD-Kamera 19b angefertigten Bildern extrahiert
und ihre Bewegungstrajektorie wird berechnet.
-
Wie
in 5 gezeigt ist, werden in den zwei angefertigten
Bildern insbesondere Untersuchungs-unterstützende Geräte 50, die einen vorbestimmten
oder größeren Helligkeitswert
haben, extrahiert. Die Bilder G sind hier zum Zweck des Ermöglichens
einer Erläuterung
gezeigt; in der vorliegenden Ausführungsform müssen solche
Bilder jedoch nicht auf dem Monitor 26 angezeigt werden,
während
die Berechnung durchgeführt
wird. Bezugszeichen B in der Figur ist der Untersuchungsbereich.
Wie in 6 gezeigt ist, können Bewegungstrajektorien
Q berechnet werden, indem die zwei Bilder B überlagert und die Mittelpunkte
der entsprechenden Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 und 50' verbunden werden,
wie in 7 gezeigt ist.
-
In 7 ist
die Bewegungstrajektorie Q innerhalb des Untersuchungsbereichs B
nicht die kürzeste
Bewegungstrajektorie im Bild G, was darauf hinweist, dass der lebende
Organismus A sich in einer Richtung bewegt, die eine optische Achse
C2 des optischen Objektivssystems 11 im Untersuchungsbereich
B schneidet. Wenn die Untersuchung in diesem Zustand durchgeführt wird,
wird, da eine gewisse Verwischung im Bild des Untersuchungsbereichs
B stattfindet, der Ausrichtungs-Abgleichmechanismus 8 so
betätigt,
dass die Bewegungstrajektorie Q im Untersuchungsbereich B minimal
unter der Mehrzahl berechneter Bewegungstrajektorien der Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 ist.
-
Da
der Ausrichtungs-Abgleichmechanismus 8 in der vorliegenden
Ausführungsform
aus dem drehbaren Arm 27 und dem Zweiachsenbewegungsmechanismus 28 gebildet
wird, kann der Winkel der optischen Achse C2 des Messkopfs 3 innerhalb
einer zur Rotationsebene des drehbaren Arms 27 parallelen
Ebene frei abgeglichen werden, während
die Fokuslage des optischen Objektivsystems 11 ausgerichtet
bleibt. Wird auch gewünscht,
den Winkel der optischen Achse C2 des Messkopfs 3 in anderen Richtungen
zu ändern,
dann wird die Plattform 2 um die vertikale Achse C1 gedreht,
indem der Plattform-Rotationsmechanismus 2a betätigt wird.
Dadurch ist es möglich,
die Ausrichtung der optischen Achse C2 in drei Dimensionen bezüglich des
lebenden Organismus A frei abzugleichen.
-
Dementsprechend
wird die Ausrichtung der optischen Achse C2 des Messkopfs 3 so
abgeglichen, dass sich das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 im Untersuchungsbereich
B nicht bewegt, wie in 8 gezeigt ist, und der lebende
Organismus A, der sich allgemein in drei Dimensionen verschiebt, verschiebt
sich folglich nur in Richtung der optischen Achse C2 des Messkopfs 3 im
Untersuchungsbereich B.
-
In
diesem Zustand, wenn der Spiegel 17 aus der optischen Abtasteinheit 14 und
dem optischen Pupillenprojektionssystem 15 entfernt ist
und die optische Einheit 6 betätigt wird, um Laserlicht von
der Laserlichtquelle 4 auszusenden, passiert im Messkopf 3 das
ausgesandte Laserlicht entlang eines Pfades, der die Kollimatorlinse 22,
den dichromatischen Spiegel 23 und die Fokussierungslinse 24 beinhaltet, und
wird auf eine Stirnseite 7A der optischen Faser 7 fokussiert,
um in die optische Faser 7 eingekoppelt zu werden.
-
Das
in die optische Faser 7 eingekoppelte Laserlicht pflanzt
sich innerhalb der optischen Faser 7 fort, dringt in den
Messkopf 3 ein, passiert durch das optische Kollimatorsystem 13,
die optische Abtasteinheit 14, das optische Pupillenprojektionssystem 15 und
das bildgebende optische System 16 im Messkopf 3 und
wird an einer spezifizierten fokalen Position innerhalb des lebenden
Organismus abgebildet. Fluoreszenz, die aus dem internen Gewebe aufgrund
von Bestrahlung mit dem Laserlicht ausgesandt wird, passiert durch
das optische Objektivsystem 11, das bildgebende optische
System 16, das optische Pupillenprojektionssystem 15,
die optische Abtasteinheit 14 und das optische Kollimatorsystem 13, pflanzt
sich innerhalb der optischen Faser 7 fort und kehrt zur
optischen Einheit 6 zurück,
wo es durch die Fokussierungslinse 24 in ein kollimiertes
Strahlenbündel
umgewandelt wird.
-
Anschließend wird
das Licht durch den dichromatischen Spiegel 23 übermittelt
und durch die Fokussierungslinse 25 auf dem optischen Detektor 5 abgebildet.
Das Erfassungssignal am optischen Detektor 5 wird an die
Steuerungseinheit 9 übermittelt, wo
es einer Bildverarbeitung unterzogen und auf dem Monitor 26 als
ein Fluoreszenz-Bild angezeigt wird.
-
Vor
der Untersuchung des Untersuchungsbereichs B wird in der Untersuchungsvorrichtung 1 die
Richtung der optischen Achse C2 des Messkopfs 3 bezüglich des
lebenden Organismus A so eingestellt, dass sich der Untersuchungsbereich
B nur in Richtung der optischen Achse C2 verschiebt. Daher ist es
möglich,
die optische Achse C2 während
der Untersuchung ausgerichtet zu halten, was es erlaubt, wenig verwischte
Fluoreszenzbilder anzufertigen.
-
Darüber hinaus
kann durch Vergleichen der Größen des
Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 mittels
Bildverarbeitung jede Verschiebung der Oberfläche des lebenden Organismus
A in Richtung der optischen Achse C2 des Messkopfs 3 bestimmt werden
und durch ein einfaches Betätigen
des Autofokus-Mechanismus 21 daraufhin ist es möglich, den Untersuchungsbereich
B scharfgestellt zu halten. Daher wird ein Vorzug dadurch erbracht,
dass es möglich
ist, scharfe Fluoreszenzbilder anzufertigen. Beim Abbilden der Innenseite
eines lebenden Organismus A mittels des konfokalen Effekts ist es
durch Verschieben der erfassten Oberflächenposition und der Fokalposition
des optischen Objektivsystems 11 möglich, eine konfokale Untersuchung
durchzuführen,
während
die Fokuslage in einer vorbestimmten Tiefe innerhalb des lebenden
Organismus A ausgerichtet gehalten wird.
-
Mit
der Untersuchungsvorrichtung 1 kann, sogar dann, wenn der
Untersuchungsbereich B des lebenden Organismus A, beispielsweise
eine Maus, eine periodische Bewegung wie zum Beispiel eine respiratorische
Bewegung zeigt, das Maß der
Verwischung des Bildes G aufgrund der Verschiebung des lebenden
Organismus A wesentlich reduziert werden, weil die optische Achse
C2 des Messkopfs 3 darauf eingeschränkt ist, parallel zur dreidimensionalen
Verschiebung dieses Untersuchungsbereichs B vor der Untersuchung
zu verlaufen.
-
Folglich
ist es möglich,
durch ein Betätigen des
Autofokusmechanismus 21, um die durch Vergleichen der Größen der
extrahierten Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 erlangte Verschiebung
des Untersuchungsgebiets B in Richtung der optischen Achse C2 zu
kompensieren, die Fokuslage mit dem Untersuchungsbereich B ausgerichtet
zu halten. Demzufolge können
klare, verwischungsfreie, scharf gestellte Bilder G erlangt werden.
-
In
der oben beschriebenen Ausführungsform wurde
eine Konfiguration beschrieben, die ein Umschalten zwischen dem
Lichtpfad zur CCD-Kamera 19b und dem Lichtpfad zur optischen
Einheit 6 durch Einsetzen und Entfernen des Spiegels 17 ermöglicht; die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise
kann durch gleichzeitiges Umschalten auf ein optisches Objektivsystem
geringer Vergrößerung während des
Umschaltens auf die CCD-Kamera 19b ein vergleichsweise
großes
Gebiet beim Ausrichten der optischen Achse C2 des Messkopfes 3 abgebildet
werden, um deren Bewegungstrajektorie Q zu überprüfen; dann kann durch Umschalten
auf das optische Objektivsystem 11 großer Vergrößerung während des Durchführens einer
Untersuchung mittels der optischen Einheit 6 der Untersuchungsbereich
B, der auf ein schmales Gebiet begrenzt ist, für die Untersuchung vergrößert werden.
-
In
der oben beschriebenen Ausführungsform wurde
eine Konfiguration, in welcher der Lichtpfad zur optischen Einheit 6 und
der Lichtpfad zur CCD-Kamera 19b durch Einsetzen und Entfernen des
Spiegels 17 umgeschaltet werden, als ein Beispiel angegeben;
wenn sich das Objekt jedoch schnell bewegt, was mehr synchrones
Verarbeiten erfordert, kann der Lichtpfad zur CCD-Kamera 19b getrennt
von dem Lichtpfad zur optischen Einheit 6 bereitgestellt
sein.
-
In
der oben beschriebenen Ausführungsform sind
der Ausrichtungs-Abgleichmechanismus 8,
der aus dem drehbaren Arm 27 und dem Zweiachsen- Bewegungsmechanismus 28 gebildet
ist, und die Plattform 2, die sich um die vertikale Achse
drehen kann, als Mechanismus zum Ändern der Ausrichtung der optischen
Achse C2 des Messkopfes 3 eingesetzt; stattdessen kann
jedoch ein Manipulator mit einer beliebigen anderen axialen Konfiguration
angewandt werden.
-
Obwohl
ein Beispiel beschrieben wurde, in dem die Bewegungstrajektorie
Q unter Verwendung zweier angefertigter Bilder mit einem bestimmten zwischen
ihnen liegenden Zeitintervall berechnet wird, kann die Bewegungstrajektorie
Q stattdessen mittel dreier oder mehrerer Bilder oder sogar mittels sich
bewegender Bilder berechnet werden.
-
In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird
eine Vielzahl von Untersuchungs-Unterstützungswerkzeugen 50,
von denen jedes als ein rechteckiger Block ausgebildet ist, über die
Gewebeoberfläche
verstreut; stattdessen kann jedoch auch nur ein einzelnes Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 am
Untersuchungsgebiet B angebracht werden. Da das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 als ein
rotational asymmetrischer, rechteckiger Block ausgeformt ist, ist
es sogar dann, wenn sich das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 derart
verschiebt, dass es sich um die optische Achse C2 des optischen
Objektivsystem 11 dreht, wie in 9 gezeigt
ist, möglich,
dessen Drehwinkel θ durch
Bildverarbeitung zu erfassen und das Bild G so zu korrigieren, dass
die Positionen des Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 in dem Bild
G vor und nach der Verschiebung zusammenfallen. Ein Anwenden eines Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 in
Form eines rechteckigen Blocks bedeutet auch, dass das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 seitliche Oberflächen aufweist,
die sich über
einen bestimmten Abstand von der Gewebeoberfläche des lebenden Organismus
A erheben. Daher ist es möglich,
zu bestimmten, ob das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 zur Verschiebung
des lebenden Organismus A gekippt ist, wenn diese seitlichen Oberflächen mittels
Bildverarbeitung erfasst werden.
-
Anstelle
des eine rotational asymmetrische Form eines rechteckigen Blocks
aufweisenden Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50, das in 10 gezeigt
ist, kann auch ein sphärisches
Untersuchungs-Unterstützungsgerät 51 verwendet
werden. In solch einem Fall kann, anders als beim rotational asymmetrischen
Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50,
der Rotationswinkel θ des
lebenden Organismus A nicht an sich bestimmt werden; durch Anbringen
einer Vielzahl von Untersuchungs-Unterstützungsgeräten 51 im
Untersuchungsbereich, wie in 10 gezeigt
ist, und Berechnen der Eckwinkel und Berechnen eines gleichschenkligen
Dreiecks, das an den Schnittpunkt P der Mittellinien zweier Bewegungstrajektorien
Q und beide Enden beider Bewegungstrajektorien Q angrenzt, ist es
möglich,
den Rotationswinkel θ des
lebenden Organismus A zu erfassen. Darüber hinaus stellt das Ausbilden
der Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 51 als
Kugeln auf diese Weise dadurch einen Vorteil bereit, dass sie leicht über die
Gewebeoberfläche
des lebenden Organismus A verstreut werden können und leichter handhabbar
sind.
-
In
der oben beschriebenen Ausführungsform ist
die Haftschicht 50b auf die Oberflächen des Hauptkörpers 50a des
Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 aufgebracht,
die aus einem Metall oder einem Kunstharz besteht; anstatt die Haftschicht 50b bereitzustellen,
kann das Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 jedoch
auch durch Feuchtigkeit in der Gewebeoberfläche in Kontakt mit der Gewebeoberfläche gehalten
werden.
-
In
diesem Fall kann die Kontaktoberfläche mit der Gewebeoberfläche vergrößert werden,
während
gleichzeitig eine größere Reibungskraft
zwischen ihnen gewährleistet
wird. Beispielsweise kann ein in 11 gezeigtes
Untersuchungs-Unterstützungsgerät 52 eingesetzt
werden; dieses Untersuchungs-Unterstützungsgerät 52 weist ein plattenartiges
Glied 53 auf, das eine größere Fläche als der Indikatorabschnitt 50B aufweist
und an der Oberfläche angebracht
ist, welche die Gewebeoberfläche
berührt.
In einem solchen Fall erlaubt es ein Bilden des plattenartigen Gliedes 53 aus
einem transparenten Material, dass die Reibungskraft zwischen dem
Untersuchungs-Unterstützungsgerät 52 und
der Gewebeoberfläche
des lebenden Organismus A erhöht wird,
ohne die Sicht zu versperren. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Indikatorabschnitten 50B mit Lücken zwischen
ihnen auf dem transparenten, plattenartigen Glied 53 zu
befestigen. In einem solchen Fall ist es möglich, durch richtiges Setzen
der Größen der
Lücken,
das heißt,
dadurch, dass die Lückengröße groß oder klein
gewählt
wird, zu erfassen, ob die Fokuslage entfernt oder nah in Richtung
der optischen Achse C2 des optischen Objektivsystems 11 liegt.
-
Darüber hinaus
kann ein fluoreszierendes Quantenpunkt-Reagenz als das Untersuchungs-unterstützende Gerät verwendet
werden.
-
Obiges
Ausführungsbeispiel
wurde hinsichtlich eines Falls beschrieben, bei dem die Steuerungseinheit 9 zur
automatischen Steuerung des Ausrichtungs-Abgleichmechanismus 8 bereitgestellt
ist; stattdessen kann jedoch, wie in 12 gezeigt,
eine mit einem Betätigungsgerät 41 versehene
Steuerungseinheit 42 zur manuellen Betätigung des Ausrichtungsabgleichmechanismus 8 bereitgestellt
sein. Das Betätigungsgerät 41 ist
aus einer beliebigen Art von Eingabegerät gebildet, wie zum Beispiel
als eine Maus, ein Joystick oder Ähnliches.
-
In
einem solchen Fall beinhaltet die Steuerungseinheit 42 eine
Bildverarbeitungseinheit 43. Wie in 13 gezeigt
ist, beinhaltet die bildverarbeitende Einheit 43 eine Bildablageeinheit 44 zum
Ablegen von Bildinformationen S1 über den lebenden Organismus
A, der durch die CCD-Kamera 19b erlangt wird; eine Untersuchungs-Unterstützungsgerät-Extraktionseinheit 45,
welche die erlangte Bildinformation 51 verarbeitet, um
die Vielzahl von Untersuchungs-Unterstützungsgeräten 50 zu extrahieren, und
die Untersuchungs-Unterstützungsgeräte-Informationen
S2 ausgibt; eine Bewegungstrajektorien-Berechungseinheit 46 zum
Berechnen einer Bewegungstrajektorie Q für jedes extrahierte Untersuchungs-Unterstützungsgerät 50 und
zum Ausgeben von Bewegungstrajektorien-Informationen S3; und eine
Bildkombinationseinheit 47, die das von der CCD-Kamera 19b erlangte
Bild des lebenden Organismus und die Bewegungstrajektorie Q jedes
extrahierten Untersuchungs-Unterstützungsgeräts 50 überlagert.
Ein Bildsignal S4, das aus der Bild-Kombinationseinheit 47 in der
Bildverarbeitungseinheit 43 ausgegeben wird, wird zur Anzeige
an den Monitor 26 übermittelt.
-
Die
Betätigungseinrichtung 41 kann
die optische Achse C2 des Messkopfes 3 in einer gewünschten
Winkelrichtung bewegen.
-
Nach
dieser Konfiguration werden die einzelnen Bewegungstrajektorien
Q auf dem Monitor zusammen mit dem von der CCD-Kamera 19b angefertigten
Bild G angezeigt. Der Anwender kann folglich Änderungen in den Bewegungstrajektorien
im Bild G auf dem Monitor 26 überprüfen, indem er die Betätigungseinrichtung 41 betätigt, während er
das Bild auf dem Monitor 26 betrachtet. Wenn die Bewegungstrajektorie
Q an dem auf dem Bild G auf dem Monitor 26 gezeigten Untersuchungsbereich
B lang ist, kann das so verstanden werden, dass die optische Achse
C2 des Messkopfes 3 bezüglich
der Richtung der Bewegung der Oberfläche des lebenden Organismus
A geneigt ist, und wenn die Bewegungstrajektorie Q kurz ist, kann
das so verstanden werden, dass die optische Achse C2 des Messkopfes 3 nahe
an der Bewegungsrichtung der Oberfläche des lebenden Organismus
A angeordnet ist.
-
Daher
kann der Anwender die Betätigungseinrichtung 41 betätigen, um
die Ausrichtung der optischen Achse C2 des Messkopfs 3 so
abzugleichen, dass die Bewegungstrajektorie Q auf dem Bild G auf dem
Monitor 26 verkürzt
wird.
-
Nachdem
die optische Achse C2 des Messkopfes 3 in einer zur Verschiebungsrichtung
des lebenden Organismus A parallelen Richtung angeordnet ist, ist
es dadurch möglich,
zur Durchführung
einer Untersuchung verwischungsfreie fluoreszierende Bilder durch
Umschalten auf eine Untersuchung mittels der optischen Einheit 6 anzufertigen.
-
In
obigem Ausführungsbeispiel
wird ein Untersuchungsverfahren beschrieben, in dem der Messkopf
derart eingestellt wird, dass sich die Gewebeoberfläche des
lebenden Organismus A im Untersuchungsbereich in einer Richtung
bewegt, die mit der optischen Achse C2 des Messkopfes 11 ausgerichtet
ist, um eine Untersuchung durchzuführen; stattdessen kann jedoch,
nachdem die optische Achse C2 in einer geeigneten Position befestigt
ist und eine Vielzahl von Bildanfertigungsprozeduren durchgeführt wurde,
eine Bildverarbeitung zum Verschieben oder Drehen des Bildes so
durchgeführt
werden, dass die Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 in der Vielzahl
angefertigter Bilder G ausgerichtet sind, und eine Untersuchung
kann auf Basis der erlangten korrigierten Bilder durchgeführt werden.
Außerdem kann,
falls die Geschwindigkeit der Bildverarbeitung und des Ausrichtungsabgleichs
des Messkopfes in einer höheren
Geschwindigkeit umgesetzt werden kann, die optische Achse C2 des
Messkopfes 11 in Echtzeit bewegt werden, so dass die Untersuchungs-Unterstützungsgeräte 50 in
jedem der angefertigten Bilder G ausgerichtet sind.