JP2004220570A - 画像記録の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像記録が大きな時間及び／又は空間分解能で実行可能であり、画像記録の実行速度を一層大きくしつつ、同時に柔軟性及び再現性をより大きくすることが可能な画像記録の制御方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】 画像の記録に必要な複数の装置を制御する制御ユニット、並びに記録された画像のデータを処理するコンピュータユニットを用いる画像記録制御方法において、画像を記録するための複数の制御命令を組合わせて少なくとも１つのスクリプトを生成し、及び少なくとも１つのスクリプトを前記コンピュータユニット（１）から前記制御ユニット（６）へ伝送する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像記録の制御方法に関し、とりわけ画像の記録に必要な複数の装置を制御する制御ユニット、並びに記録された画像のデータを処理するコンピュータユニットを用いる画像記録制御方法に関する。更に、本発明は、画像記録を制御するための制御装置、並びに相応のコンピュータプログラム及びコンピュータプログラム製品に関する。

画像記録方法では、多くの場合、試料（撮像対象）の画像（複数）は、大きな時間及び／又は空間分解能で記録され、次いで、当該画像（複数）は処理されて、フィルムシーケンス（連続フィルム画像）及び／又は三次元画像を生成する。その応用例として、生細胞中の状態変化の観察・分析が挙げられる。

例えば、生物材料の撮像・分析のための方法及び装置を記載した文献がある（特許文献１参照）。試料プレートに配された材料は、顕微鏡によって結像され、その画像は、カメラで検出（記録）される。試料ステージは、空間のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に摺動するが、このため、コンピュータには、走査（スキャン）プロセスのための試料ステージの摺動運動を試料ステージ制御ユニットによって制御する対応する試料ステージモジュールソフトウェアが配される。スキャンプロセス中カメラによって記録された画像（複数）は、コンピュータでデジタル処理され、次いで、画像処理ソフトウェアモジュールによって画像の評価が実行される。この装置により、生細胞を、例えば放射性物質又は蛍光物質によって標識して、画像的に検出し、例えば吸収、蛍光強度又はモルフォロジ等の種々の基準に関して画像を評価することができる。

画像の記録（撮像）及び画像評価は、上記特許文献１に応じ、コンピュータに配されたソフトウェアモジュールによって実行される。このため、この試験装置では、達成可能な画像記録速度は制限を受ける。というのは、コンピュータは、一方では、スキャンプロセスを制御し、他方では、画像処理及び画像評価を実行しなければならないからである。

更に、オリンパス・ドイツ及びT.I.L.L. Photonics GmbHにより開発された（例えば生細胞中における）時間的に急速に変化するプロセスを記録及び分析するための画像分析システムもある（非特許文献１参照）。このシステムは、大きな時間分解能で三次元画像を生成することができるとされている。このシステムは、蛍光顕微鏡及びＺ軸に沿って（位置）調節を行うためのピエゾ式フォーカス装置を有する。画像の検出（撮像）は、ＣＣＤカメラによって実行される。蛍光の励起は、格子式モノクロメータによって実行される。更に、このシステムは、各システム要素を制御するためのマイクロコントローラ、及び最大で２００Ｈｚの速度で画像を記録（記憶）するためのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を有する。

ＷＯ９９／３９１８４ インターネット＜URL: http://www.bayern.de/InnovationsMARKT/Aussteller/Till/exponat.html＞、1999年10月26日検索

しかしながら、上述のシステムには、再現性と柔軟性に限界があるという欠点がある。というのは、制御ユニット（マイクロコントローラ）は、各試験装置に対応して調整されなければならないような予め設定される固定的な制御プログラムに従ってシステムの各要素を制御するからである。そのようなシステムでは、利用者は、試験装置構成（Versuchsaufbau）の変化に応じて、制御プログラムを柔軟かつ簡単に交換ないし修正することはできない。

それゆえ、本発明の課題は、画像の記録（ないし撮像）を大きな時間及び／又は空間分解能で実行することを可能とし、画像記録の実行速度を一層大きくしつつ、同時に柔軟性及び再現性をより大きくすることである。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の視点によれば、画像の記録に必要な複数の装置を制御する制御ユニット、並びに記録された画像のデータを処理するコンピュータユニットを用いる画像記録制御方法を提供する。この方法において、画像を記録するための複数の制御命令を組合わせて少なくとも１つのスクリプトを生成し、及び少なくとも１つのスクリプトを前記コンピュータユニットから前記制御ユニットへ伝送することを特徴とする（形態１・基本構成１）。
上記の課題を解決するために、本発明の第２の視点によれば、画像の記録に必要な複数の装置を制御するための制御ユニット、及び記録された画像のデータを処理するためのコンピュータユニットを有する画像記録を制御するための制御装置を提供する。この制御装置において、前記コンピュータユニットは、画像を記録するための複数の制御命令が組合わされてなる少なくとも１つのスクリプトを生成するよう構成され、かつ少なくとも１つのスクリプトを伝送するために、前記制御ユニットと接続することを特徴とする（形態７・基本構成２）。
上記の課題を解決するために、本発明の第３の視点によれば、上記の制御装置（後述の各形態の制御装置も含む）を含むと共に、顕微鏡によって検出された試料の画像を記録し、コンピュータユニットへ伝送するカメラを有し、並びに場合により更に、結像されるべき試料を照明又は摺動するための照明装置及び／又は試料摺動装置を有する多次元画像記録装置を提供する（形態１２・基本構成３）。
上記の課題を解決するために、本発明の第４の視点によれば、コンピュータ、又はとりわけ形態７の制御装置のコンピュータユニット及び／又は制御ユニット等の相応のコンピュータユニットで実行される際、形態１〜６の何れか一の方法のすべてのステップを実行するよう構成された、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムを提供する（形態１３・基本構成４）。
上記の課題を解決するために、本発明の第５の視点によれば、コンピュータ、又はとりわけ形態７の制御装置のコンピュータユニット及び／又は制御ユニット等の相応のコンピュータユニットで実行される際、形態１〜６の何れか一の方法を実行するよう構成された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品を提供する（形態１４・基本構成５）。

本発明の各視点により、所定の課題として掲げた効果が上述の通り達成される。即ち、本発明の画像記録制御方法（基本構成１）、制御装置（基本構成２）、多次元画像記録装置（基本構成３）、コンピュータプログラム（基本構成４）及びコンピュータプログラム製品（基本構成５）により、画像の記録を大きな時間及び／又は空間分解能で実行することが可能となり、画像記録の実行速度を一層大きくしつつ、同時に柔軟性及び再現性をより大きくすることが可能となる。
更に、各従属請求項により、付加的な効果が後述の通りそれぞれ達成される。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を示すが、これらは従属請求項の対象でもあり得る。
（２） 上記の画像記録制御方法において、前記コンピュータユニットに、複数のスクリプトが予め保存（記憶保存ないしホールド：vorhalten）されることが好ましい（形態２）。
（３） 上記の画像記録制御方法において、前記コンピュータユニットにおいて、（１つの）スクリプトが新たに作成され及び／又は修正され及び／又は補充されることが好ましい（形態３）。
（４） 上記の画像記録制御方法において、画像記録の開始の際に、開始信号が前記コンピュータユニットから前記制御ユニットへ伝送されることが好ましい（形態４）。
（５） 上記の画像記録制御方法において、実際に（各瞬間ないし機会において）実行されるべきスクリプトは、その実行の際にのみ前記制御ユニットへ伝送されることが好ましい（形態５）。
（６） 上記の画像記録制御方法において、スクリプトが、暗号化（符号化）されることが好ましい（形態６）。
（８） 上記の制御装置において、前記コンピュータユニットは、複数のスクリプトを生成するよう構成されることが好ましい（形態８）。
（９） 上記の制御装置において、前記コンピュータユニットは、（複数の）スクリプトを作成及び／又は修正及び／又は補充するよう構成されることが好ましい（形態９）。
（１０） 上記の制御装置において、前記コンピュータユニットは、開始信号を前記制御ユニットへ伝送するよう構成されることが好ましい（形態１０）。
（１１） 上記の制御装置において、前記制御ユニットは、実際に処理されるべきスクリプトのみが、その都度、当該制御ユニットに存在するよう構成されることが好ましい（形態１１）。

本発明によれば、制御ユニット（コントローラ）及びコンピュータユニット（ＰＣ）は、画像の記録の際に異なるタスクないし仕事を担当するが、制御ユニットは、主として、例えば顕微鏡、カメラ、試料ステージ等の複数の装置を制御し、コンピュータユニット（ＰＣ）は、主として、画像データの記録（記憶）及び更なる処理を行う。同時に、本発明によれば、制御ユニットに対する個々の制御命令（複数）が組合わされていわゆるスクリプトが生成され、一単位（スクリプト）として制御ユニットへ伝送される。このスクリプトは、（制御ユニットへの）伝送の前又は後に機械語へ変換ないし翻訳（コンパイル）することができる。

個々の装置の制御は、制御ユニットにおいて、スクリプト（マクロ）を翻訳処理（実行）すること、又は機械語を一度に生成し該機械語を実行すること（処理速度上の利点）により行われる。

本発明では、種々のタスクないし仕事（試料ステージの制御、画像データの記憶等）を複数のプロセッサによって処理することができるので実行速度をより大きくすることができる点で有利であり、利用者が、実際に存在するスクリプト（複数）をコンピュータユニット（ＰＣ）により容易に変化（修正）することができるので柔軟性をより大きくすることができるという点で有利であり、並びに、１つのスクリプトをコンピュータユニットに予め保存（vorhalten）し、必要に応じて再び実行用の制御ユニットへ伝送することができるので正確な再現性を実現できるという点で有利である。

複数のアクセス権（読取、書込等）を定義し又は（複数の）スクリプトの伝送を選択できるようにするために、スクリプトを暗号化（符号化）すると有利である。

コンピュータユニットは、複数のスクリプトを（予め）保存すると有利である。この場合、利用者は、試験装置に応じて、画像の記録の制御のために適切なスクリプトを選択することができる。更に、１つのスクリプトをコンピュータユニットで新たに作成し及び／又は修正し及び／又は補充することが可能であり、かつ有利である。そのため、変化する要求に対し柔軟に対応することができる。

更に、実際に（各瞬間ないし機会において）実行されるべきスクリプトのみが、その都度（その実行に際して）、コンピュータユニットから制御ユニットへ伝送され、当該スクリプトのみが、その都度（その実行に際して）、制御ユニットに存在すると有利である。このため、再現性は大きくなり、制御ユニット（コントローラ）の負担は軽くなる。

画像の記録を制御するための本発明の一実施形態の制御装置は、画像の記録に必要な複数の装置を制御するための制御ユニット、及び記録された画像のデータを処理するためのコンピュータユニットを有する。このコンピュータユニットは、画像記録のための複数の制御命令が組合わされた少なくとも１つのスクリプトを生成し、かつ少なくとも１つのスクリプトを伝送するために制御ユニットと接続（結合）するよう構成される。（なお、この「接続」とは有線、無線を問わない。）

複数のスクリプトを保存するために、コンピュータユニットが記憶ユニットを有すると有利である。更に、スクリプト（複数）を新たに作成し及び／又は存在するスクリプト（複数）を修正及び／又は補充するために、コンピュータユニットが、入力手段及び表示手段を有すると有利である。

本発明の有利な一実施形態によれば、多次元での画像の記録が行われる。例えば、三次元（３Ｄ）画像記録の場合、達成可能な最高速度で画像積層体（多数の一連の断層画像の集積：Bildstapel）を記録することが必要である。多次元画像記録に好適な装置は、顕微鏡によって検出された試料の画像を記録し、コンピュータユニットへ伝送するカメラを有する。コンピュータユニットでは、画像データの記録及び更なる処理が行われる。更に、当該装置（多次元画像記録装置）は、適切な周波数（ないし時間間隔）（例えばこの周波数で蛍光が励起される）で試料を照明するための照明ユニットを有することも可能である。更に、試料を複数の空間方向に関し位置規定的に制御して摺動し、以って例えばスキャニングを可能とするための試料摺動装置を設けることも可能である。また、試料を摺動する代わりに、顕微鏡を摺動するよう構成することも可能である。上記装置（多次元画像記録装置）は、上述の本発明の制御装置が割り当てられ（て制御され）る。

上記装置（多次元画像記録装置）によって、（例えば生きた細胞の）多次元画像の高速記録及び高速処理が可能となる。このため、以下のステップが実行される：
ａ） （顕微鏡における、又は圧電原理による試料ステージの摺動による）Ｚ面の調節
ｂ） 波長の調節（モノクロメータ等により、試料を照明するための個々の波長又は波長領域を選択することができる）
ｃ） シャッタの開放
ｄ） 画像記録（撮像）
ｅ） シャッタの閉鎖

画像積層体を記録するために、上記ステップａ）〜ｅ）が任意に実行されることがしばしばある。画像積層体は、例えば、一又は複数の生細胞から得られる。この画像積層体は、追加的に記録されたソフトウェアによって更に処理される。画像積層体の記録速度は、被検試料ないし被検プロセスに適合されていなければならない。画像の記録に必要な装置としては、顕微鏡、感光性カメラ、モノクロメータ、ピエゾ式変位要素（圧電アクチュエータ）、及びシャッタ（感光性試料の場合の遮光装置）がある。これらの要素は、制御ユニット（コントローラ）によって、上記ステップａ）〜ｅ）に応じて予め定義可能な方法に従って制御される。

本発明によれば、各種試験装置構成（Versuchsaufbau）の各々に依存して、１つのスクリプト、即ち制御ユニットに対する個々の命令（複数）の一群（１セット）が作成されるが、このような（１つの）スクリプトの作成は、上記装置のコンピュータユニット（ＰＣ）において既に（予め）行われていてもよい。或いは、コンピュータユニットに記憶されている複数のスクリプトの中から適切なスクリプトを選択することも可能である。スクリプトは、コンピュータユニットから制御ユニットへ伝送される。画像記録の開始の際には、コンピュータユニットから開始信号が制御ユニットへ伝送される。かくして、これら２つのユニットはトリガ（作動）可能となり、コンピュータユニットは、画像データの記録（受容）を開始し、他方、制御ユニットは、画像記録に必要な各装置の制御を開始する。

本発明の制御方法は、適切なコンピュータユニットで実行されるコンピュータプログラムによって実行可能なので有利である。更に、このコンピュータプログラムは、スクリプトの作成、選択、及び修正も行うことができる。更に、このコンピュータプログラムにより、コンピュータユニットから制御ユニットへのスクリプトの伝送も行われる。更に、このコンピュータプログラムは、画像記録開始のための、制御ユニットへ伝送される開始信号の生成にも使用可能である。

上記コンピュータプログラムは、例えばＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリや、更にはＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスクドライブ等の適切なデータ記録媒体に記憶可能である。ＬＡＮ又はインターネットを介してプログラムをダウンロードすることも可能である。

以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例は、発明の理解の容易化のためであり、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な修正・変更等を排除することは意図しない。また、特許請求の範囲に付した図面参照符号も発明の理解の容易化のためであり、本発明を図示の態様に限定することを意図しない。これらの点に関しては、補正・訂正後においても同様である。

図１に、生細胞中の変化を観察及び分析するため三次元的に画像を記録（撮像）するための試験装置構成の一例を模式的に示した。図１のシステムは、画像記録に必要な装置として、顕微鏡５、単色光で試料を照明するよう作用するモノクロメータ３、Ｚ方向に試料ステージを摺動することができるピエゾ式変位要素（圧電アクチュエータ）４、及び感光性デジタルカメラとして顕微鏡画像を記録し、更なる処理のために当該画像を調製するカメラ２を有する。更に、このシステムは、コンピュータユニット（ＰＣ）１及び制御ユニット（コントローラ）６を有する。

図１に示した矢印は、それぞれ、システム要素間の相互作用関係を表している。画像記録に使用される個々の装置（画像記録用装置）と制御ユニット６との間の一般的な相互作用は、適切なスクリプト（マクロ）に規定される。スクリプトは、コンピュータユニット１で作成され、更に後刻再び活性化可能にされるよう該ユニットに記憶されると好都合である。このスクリプトには、画像記録用装置（カメラ２、顕微鏡５、ピエゾ式変位要素４、モノクロメータ３）がそれぞれどのような時間的順序で及びどのようなスキーム（計画）に従って活性化されるかが規定される。スクリプトの完成後、スクリプトは、適正な命令によって制御ユニット（コントローラ）６へ伝送される。かくして、制御ユニット６は、当該スクリプトを実行し、該スクリプトに含まれている画像記録用装置の各々に対する制御命令を、当該各画像記録用装置を制御するための相応の信号へ変換することが可能となる。制御ユニットによって生成されるこの機械語は、各画像記録用装置によって極めて迅速に実行可能なものである。

シーケンス（一連の試験操作）を開始するために、コンピュータユニット１によって、開始信号は伝送される。そして、制御ユニット６は、画像記録に必要な複数の装置の制御を開始する。コンピュータ（ユニット）側では、開始信号の（伝送）後には、ただ、カメラ２の画像データを生データとして受容し、更なる処理に掛けることができるようにするだけで済む。制御ユニット６でスクリプトが実行された後、画像データはすべてコンピュータユニット１で利用可能となる。ここにおいて、制御ユニット６は、当該スクリプトを再び実行するか、或いはコンピュータユニット１から他のスクリプトを受容し、該スクリプトを開始することが可能となる。制御ユニット６には、その時々において（実際に）実行されるべき（１つの）スクリプトのみが存在するのが好ましい。

コンピュータ（ユニット）側では、多数のスクリプトを記憶保存することが可能である。そのため、適切なスクリプトを再度伝送し実行させることが可能となる（再現性）。柔軟性は、コンピュータ（ユニット）側でのスクリプトの修正の容易さによって達成される。画像記録用装置の制御と、データの受容（記録）・評価とは、互いに分離されて実行されるので、実行速度、従って単位時間当たりの記録画像数（Bildfrequenz）は、著しく大きくなる。

図２に、例えば上述の試験装置構成で使用可能な画像記録を制御するための本発明の方法の一例のフローチャートを示した。この方法プロセスは、コンピュータプログラムによって実行可能であるため都合がよい。

ステップＳ１〜Ｓ５では、画像記録の準備作業が行われ、ステップＳ６〜Ｓ１３では、本来の画像記録作業が行われる。ステップＳ１では、画像記録のためのプログラムが起動される。このプログラムにより、（１つの）スクリプトの生成（ステップＳ２）又は既に存在する（１つの）スクリプトのロード（ステップＳ３）が可能となる。確実を期すために、ステップＳ４では、スクリプト中のエラーを検出し、以って本来の画像記録作業中に誤制御が起こるのを阻止するための構文検査（syntax check）が行われる。ステップＳ５では、構文検査の結果がステップＳ４から伝達され、検査結果が否定（ＮＯ）の場合は、開始（Ｓ１）へと戻り、他方、検査結果が肯定（ＹＥＳ）の場合、本来の画像記録作業が開始可能となる。

構文検査の結果が否定の場合は、当該（シンタックスエラーのある）スクリプトは、コンピュータユニット１（図１参照）において、容易に修正されることも可能であり（ステップＳ２）又は新たなスクリプトが選択されることも可能である（ステップＳ３）。

構文検査の結果が肯定の場合は、ステップＳ６において、当該（構文検査済みの）スクリプトがコンピュータユニット１から制御ユニット６へ伝送されることにより、本来の画像記録作業が開始される。この場合、同時に、開始信号も伝送され、そのため制御ユニット６は、スクリプトの実行（ステップＳ７）の開始が可能となる。スクリプトがステップＳ９で実行されている間、これと並行して、ステップＳ８において、コンピュータユニット１による画像データの受容が行われる。ここで、例えば、受容された画像データが三次元画像化処理（層状画像の積層・立体画像化処理）されるか、或いは、所定のプロセス（複数）が分析及び評価される。スクリプトの実行（ステップＳ１１）後、制御ユニット６から、終了信号が、コンピュータユニット１へ伝達可能となる（ステップＳ１０）。このとき、コンピュータユニット１は、画像データの受容（記録）を終了する。

ステップＳ１２では、当該選択されたスクリプトを、更なる画像データの記録（受容）のために再度実行すべきか否かの判断が行われる。ＹＥＳの場合は、ステップＳ６へ戻り、ＮＯの場合は、この手続きは終了する（ステップＳ１３）。

試験装置構成を変更する場合、この手続きは、開始（ステップＳ１）から新たに開始される。

本発明は、とりわけ生きている試料（細胞）の（内部）変化の観察に好適な（高）速度で多次元画像記録を実行することができるが、高速画像記録・処理が必要とされるあらゆる分野に適用可能である。

本発明の制御装置を有する多次元画像記録システムの一例のブロック図。 画像記録のための本発明の方法の一例のフローチャート。

符号の説明

１ コンピュータユニット
２ カメラ
３ モノクロメータ
４ ピエゾ式変位要素
５ 顕微鏡
６ 制御ユニット

Ｓ１−Ｓ１３ 方法ステップ

Claims (9)

1. 画像の記録に必要な複数の装置を制御する制御ユニット、並びに記録された画像のデータを処理するコンピュータユニットを用いる画像記録制御方法において、
   画像を記録するための複数の制御命令を組合わせて少なくとも１つのスクリプトを生成し、及び少なくとも１つのスクリプトを前記コンピュータユニット（１）から前記制御ユニット（６）へ伝送すること
   を特徴とする画像記録制御方法。
2. 前記コンピュータユニット（１）に、複数のスクリプトが予め保存されること
   を特徴とする請求項１に記載の画像記録制御方法。
3. 前記コンピュータユニット（１）において、スクリプトが新たに作成され及び／又は修正され及び／又は補充されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の画像記録制御方法。
4. 実際に実行されるべきスクリプトは、その実行の際にのみ前記制御ユニット（６）へ伝送されること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の画像記録制御方法。
5. スクリプトが、暗号化されること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の画像記録制御方法。
6. 画像の記録に必要な複数の装置を制御するための制御ユニット、及び記録された画像のデータを処理するためのコンピュータユニットを有する画像記録を制御するための制御装置において、
   前記コンピュータユニット（１）は、画像を記録するための複数の制御命令が組合わされてなる少なくとも１つのスクリプトを生成するよう構成され、かつ少なくとも１つのスクリプトを伝送するために、前記制御ユニット（６）と接続されること
   を特徴とする制御装置。
7. 請求項６に記載の制御装置を含むと共に、
   顕微鏡（５）によって検出された試料の画像を撮像し、コンピュータユニット（１）へ伝送するカメラ（２）を有すること、
   又は更に、結像されるべき試料を照明又は摺動するための照明装置（３）及び／又は試料摺動装置（４）を有すること、
   を特徴とする多次元画像記録装置。
8. コンピュータ、又は請求項６に記載の制御装置のコンピュータユニット（１）及び／又は制御ユニット（６）の相応のコンピュータユニットで実行される際、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法のすべてのステップを実行するよう構成された、プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム。
9. コンピュータ、又は請求項６に記載の制御装置のコンピュータユニット（１）及び／又は制御ユニット（６）の相応のコンピュータユニットで実行される際、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法を実行するよう構成された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品。

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