JP2006003805A - Confocal observation system, photoirradiation method and photoirradiation program - Google Patents
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Description
本発明は共焦点観察システムに関し、さらに詳しくは走査光学系を有する顕微鏡や内視鏡に代表される共焦点観察システムに関する。 The present invention relates to a confocal observation system, and more particularly to a confocal observation system represented by a microscope or an endoscope having a scanning optical system.
共焦点顕微鏡は、検出光学系において標本と共役な位置にピンホールを設けることにより、標本中の焦点面のみの情報を検出することができる顕微鏡である。標本における焦点面の情報は光学的な断面像となり、この断面像を連続的に取得することにより、標本の三次元構造を構築することも可能である。 A confocal microscope is a microscope that can detect only information on a focal plane in a sample by providing a pinhole at a position conjugate with the sample in a detection optical system. The information on the focal plane of the sample becomes an optical cross-sectional image, and it is possible to construct a three-dimensional structure of the sample by continuously acquiring the cross-sectional image.
このような共焦点顕微鏡において、走査型の共焦点レーザ顕微鏡は、光源からのレーザ光を走査光学系及び対物レンズを介して標本のX軸・Y軸方向に走査しながら照射し、標本からの蛍光または反射光を再び対物レンズ及び走査光学系を介して検出器に取り込むことにより、標本の二次元輝度情報を得る顕微鏡である。この二次元輝度情報と走査光学系の走査位置情報とを対応させ、輝点の二次元分布を表示することにより、標本の蛍光像或いは反射像を観察することも可能である。 In such a confocal microscope, a scanning confocal laser microscope irradiates a laser beam from a light source while scanning in the X-axis and Y-axis directions of the sample via a scanning optical system and an objective lens. This is a microscope that obtains two-dimensional luminance information of a specimen by capturing fluorescence or reflected light again into a detector via an objective lens and a scanning optical system. It is also possible to observe the fluorescence image or reflection image of the specimen by associating the two-dimensional luminance information with the scanning position information of the scanning optical system and displaying the two-dimensional distribution of the bright spots.
尚、レーザ光源としてパルスレーザ光を発するもの等を用いて多光子吸収を発生させるようにすれば、標本の焦点面のみの励起により、ピンホールを設けないでも、標本の焦点面のみの情報を得ることが可能である。 If multi-photon absorption is generated using a laser light source that emits pulsed laser light, etc., only information on the focal plane of the specimen can be obtained by exciting only the focal plane of the specimen without providing a pinhole. It is possible to obtain.
また、画像を取得するための光学系の他に走査光学系を備えるようにすれば、光刺激のためのレーザ光の照射と画像取得とを独立に制御することが可能である。
これらの共焦点レーザ顕微鏡に関し、特許文献1には、共焦点レーザ顕微鏡において、生きた標本の立体観察を行うために、標本の走査を高速に行い、効率的に画像を取得する方法が提案されている。また、特許文献2には、最適な観察条件を整えるのに調整を要する多光子励起レーザ顕微鏡において、光学部材の配置により容易に条件設定を可能にしたものが提案されている。また、特許文献3には、検出光学系の他に走査光学系を配置し、観察位置とは独立に光刺激を発現する方法が提案されている。
Further, if a scanning optical system is provided in addition to the optical system for acquiring an image, it is possible to independently control the irradiation of the laser beam for light stimulation and the image acquisition.
With respect to these confocal laser microscopes,
これらの従来の技術を利用することにより、生きた標本の三次元像(立体像)を高速に構築することが可能である。また、標本の観察や光刺激にパルスレーザ光等を用いることによって、多光子励起により標本の焦点面のみを励起させることも可能である。
しかしながら、従来において、構築された標本の三次元像中の任意の三次元領域を指定し、その三次元領域に対応する標本中の領域に励起光又は刺激光を照射して、光刺激やフォトブリーチを行う手法については何ら提案されていない。 However, conventionally, an arbitrary three-dimensional region in the three-dimensional image of the constructed specimen is designated, and the region in the specimen corresponding to the three-dimensional region is irradiated with excitation light or stimulation light, so that light stimulation or photo No proposal has been made regarding the method of bleaching.
本発明は、上記実情に鑑み、標本の三次元像中の任意の三次元領域を指定することにより、光刺激やフォトブリーチを、標本中の対応する領域に正確に行うことができ、立体構造を有する標本の光刺激後の挙動解析を正確に行うことができる、共焦点観察システム、光照射方法、及び光照射プログラムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention can accurately perform light stimulation and photo bleaching on a corresponding region in a specimen by designating an arbitrary three-dimensional region in the three-dimensional image of the specimen. It is an object of the present invention to provide a confocal observation system, a light irradiation method, and a light irradiation program capable of accurately performing behavioral analysis of a specimen having a light stimulus after light stimulation.
上記目的を達成するため、本発明の第1の態様に係る共焦点観察システムは、立体標本の光学的断面画像を取得する画像取得手段と、該画像取得手段により取得された光学的断面画像から三次元像を構築する三次元像構築手段と、該三次元像構築手段により構築された三次元像中の所望の三次元領域を指定する指定手段と、該指定手段により指定された三次元領域に基づき励起光又は刺激光を照射するための断面領域を取得する領域取得手段と、を有し、前記領域取得手段により取得された断面領域に対応する前記立体標本の領域に前記励起光又は刺激光を照射する、構成である。 To achieve the above object, the confocal observation system according to the first aspect of the present invention includes an image acquisition unit that acquires an optical cross-sectional image of a three-dimensional specimen, and an optical cross-sectional image acquired by the image acquisition unit. Three-dimensional image construction means for constructing a three-dimensional image, designation means for designating a desired three-dimensional area in the three-dimensional image constructed by the three-dimensional image construction means, and the three-dimensional area designated by the designation means Area acquisition means for acquiring a cross-sectional area for irradiating excitation light or stimulation light based on the excitation light or stimulation to the area of the three-dimensional specimen corresponding to the cross-sectional area acquired by the area acquisition means It is the structure which irradiates light.
本構成によれば、画像取得手段により立体標本の光学的断面画像が取得され、三次元像構築手段によって画像取得手段により取得された光学的断面画像から三次元像が構築され、指定手段によって三次元像構築手段により構築された三次元像中の所望の三次元領域が指定され、領域取得手段によって指定手段により指定された三次元領域に基づき励起光又は刺激光を照射するための断面領域が取得され、領域取得手段により取得された断面領域に対応する立体標本の領域に励起光又は刺激光が照射される。 According to this configuration, an optical cross-sectional image of the three-dimensional specimen is acquired by the image acquisition unit, a three-dimensional image is constructed from the optical cross-sectional image acquired by the image acquisition unit by the three-dimensional image construction unit, A desired three-dimensional region in the three-dimensional image constructed by the original image construction unit is designated, and a cross-sectional region for irradiating excitation light or stimulation light based on the three-dimensional region designated by the designation unit by the region acquisition unit is provided. The excitation light or the stimulation light is irradiated to the area of the three-dimensional specimen corresponding to the cross-sectional area acquired and acquired by the area acquisition means.
本発明の第2の態様に係る共焦点観察システムは、前述の第1の態様において、前記領域取得手段は、前記三次元領域に基づき、前記画像取得手段により取得された光学的断面画像から求めた断面領域、又は及び、前記画像取得手段により取得された光学的断面画像から補間により求めた断面領域を、前記励起光又は刺激光を照射するための断面領域として取得する、構成である。 The confocal observation system according to a second aspect of the present invention is the confocal observation system according to the first aspect described above, wherein the region acquisition unit is obtained from the optical cross-sectional image acquired by the image acquisition unit based on the three-dimensional region. Or a cross-sectional area obtained by interpolation from the optical cross-sectional image acquired by the image acquisition means as a cross-sectional area for irradiating the excitation light or stimulation light.
本構成によれば、領域取得手段により、三次元領域に基づき、画像取得手段により取得された光学的断面画像から求められた断面領域、又は及び、画像取得手段により取得された光学的断面画像から補間により求められた断面領域が、励起光又は刺激光を照射するための断面領域として取得される。 According to this configuration, from the cross-sectional area obtained from the optical cross-sectional image obtained by the image obtaining unit based on the three-dimensional area by the region obtaining unit, or from the optical cross-sectional image obtained by the image obtaining unit. A cross-sectional area obtained by interpolation is acquired as a cross-sectional area for irradiating excitation light or stimulation light.
本発明の第3の態様に係る共焦点観察システムは、前述の第1又は2の態様において、前記励起光又は刺激光は、多光子励起現象により前記立体標本を励起するためのパルスレーザ光である、構成である。 The confocal observation system according to a third aspect of the present invention is the confocal observation system according to the first or second aspect, wherein the excitation light or stimulation light is pulsed laser light for exciting the three-dimensional specimen by a multiphoton excitation phenomenon. There is a configuration.
本発明の第4の態様に係る共焦点観察システムは、前述の第1乃至3の何れか一の態様において、当該システムは、前記立体標本の光学的断面画像を取得するための第1の光学系と、前記励起光又は刺激光を照射するための第2の光学系とを、独立に有する、構成である。 The confocal observation system according to a fourth aspect of the present invention is the confocal observation system according to any one of the first to third aspects described above, wherein the system is a first optical unit for acquiring an optical cross-sectional image of the three-dimensional specimen. It is the structure which has a system and the 2nd optical system for irradiating the said excitation light or stimulation light independently.
また、本発明は、その他、光照射方法及び光照射プログラムとして構成することも可能である。 In addition, the present invention can also be configured as a light irradiation method and a light irradiation program.
本発明によれば、標本の三次元像中の任意の三次元領域を指定することにより、光刺激やフォトブリーチを、標本中の対応する領域に正確に行うことができる。また、立体構造を有する標本の光刺激後の挙動解析を正確に行うことができる。 According to the present invention, by designating an arbitrary three-dimensional region in a three-dimensional image of a specimen, light stimulation and photo bleaching can be accurately performed on the corresponding region in the specimen. In addition, it is possible to accurately analyze the behavior of a specimen having a three-dimensional structure after light stimulation.
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る共焦点観察システムである共焦点レーザ顕微鏡装置の構成図である。
同図に示すように、本装置は、レーザ光を照射するレーザ光源1と、レーザ光源1から照射されたレーザ光の波長と強度を調整するレーザ制御部2と、ダイクロイックミラー3と、レーザ光を二次元(XY方向)に偏向走査するものであって2つの光学スキャナ4a,4bを有する光学スキャナ部4と、リレーレンズ5と、反射ミラー6と、結像レンズ7と、対物レンズ8と、光軸方向(Z方向)に移動可能なものであって立体標本9が載置されるステージ10と、レンズ11と、対物レンズ8の焦点位置と共役な位置に設けられたピンホール12と、このピンホール12を通過した光を電気信号に変換する光電変換部13と、本装置全体の動作を制御するコントロールユニット14と、表示部15を有する。
FIG. 1 is a configuration diagram of a confocal laser microscope apparatus that is a confocal observation system according to
As shown in the figure, this apparatus includes a
尚、本装置において、レーザ光源1,レーザ制御部2,ダイクロイックミラー3,光スキャナ部4,リレーレンズ5,及び反射ミラー6からなる光学系を走査光学系Aといい、レンズ11とピンホール12からなる光学系を検出光学系Bという。
In this apparatus, an optical system composed of the
本装置では、レーザ光源1から出射されたレーザ光は、コントロールユニット14により制御されるレーザ制御部2によって任意の波長とレーザ強度に調整された後、ダイクロイックミラー3により反射され、同じくコントロールユニット14により制御される光学スキャナ部4へ導かれ、任意の方向に偏向走査される。偏向走査されたレーザ光は、リレーレンズ5を透過した後、反射ミラー6により反射され、結像レンズ7と対物レンズ8を介して、コントロールユニット14の制御により光軸方向に移動可能なステージ10上に載置された立体標本9に到達する。従って、光学スキャナ部4がレーザ光を二次元に偏向走査することにより、立体標本9の焦点面22上にレーザ光が二次元走査される。尚、焦点面22は、対物レンズ8の焦点位置を含む平面であって光軸方向に垂直な平面である。
In this apparatus, the laser light emitted from the
一方、このようにして立体標本9に到達したレーザ光により生じた、焦点面22からの蛍光又は反射光は、前述のレーザ光と同じ光路を逆向きに、対物レンズ8、結像レンズ7、反射ミラー6、リレーレンズ5、及び光学スキャナ部4を通過する。そして、ダイクロイックミラー3により、その光学スキャナ部4を通過した光のうち、波長選択された光だけが光学検出系Bに到達する。検出光学系Bでは、その波長選択された光が、レンズ11を透過して、ピンホール12により、そのレンズ11を透過した光のうち立体標本9の焦点面22上の光のみが選択され、光電変換部13に到達する。
On the other hand, the fluorescence or reflected light from the
図2は、走査光学系Aを駆動し検出光学系Bからの信号を画像として表示する等の制御を行うコントロールユニット14の構成を示すブロック図である。
同図において、本ユニット14は、光学スキャナ4a,4bを駆動する第1の走査光学系駆動ユニット14aと、レーザ制御部2を制御する第1のレーザ出力制御ユニット14bと、ステージ10を移動制御するZ軸制御ユニット14cと、ユーザからの各種入力を受け付けるマンマシンインターフェース14dと、制御プログラムが格納されているプログラムメモリ14jと、このプログラムメモリ14jから制御プログラムを読み出し実行することにより、光電変換部13により得られた電気信号のA/D変換等を含む本装置全体の動作を制御するCPU14eと、CPU14eによりA/D変換された電気信号を光学的断面画像として格納するメモリ14fと、表示部15に画像を表示する際にメモリ14fに格納された光学的断面画像に対し所定の画像処理を行う画像処理回路14gを有する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the
In this figure, this
次に、この共焦点レーザ顕微鏡装置の動作として、立体標本9中の任意の三次元領域に励起光を照射する際に行われる動作について説明する。
本装置では、ステージ10を光軸方向に移動させながら、立体標本9の光学的断面画像を連続的に取り込むことにより、立体標本9の三次元像を構築することが可能である。このときの三次元像の構築は、次のようにして行われる。
Next, as an operation of this confocal laser microscope apparatus, an operation performed when irradiating an arbitrary three-dimensional region in the three-
In this apparatus, it is possible to construct a three-dimensional image of the three-
まず、Z=0とする基準位置において光学的断面画像を取得し、その後、ステージ10を駆動しZ方向の位置(以下「Z位置」という)を変化させながら、連続的に立体標本9の光学的断面画像を取り込み、Z位置の情報と共に、取り込んだ光学的断面画像をメモリ14dに保存する。そして、このようにしてメモリ14dに保存した光学的断面画像を、対応するZ位置情報を基に、表示部15上でz軸方向に沿って重ね合わせ、それぞれの光学的断面画像をz軸方向に所定の条件に従って厚みを持たせることによって、立体的な画像を構成することができる。
First, an optical cross-sectional image is acquired at a reference position where Z = 0, and then the
図3は、この共焦点レーザ顕微鏡装置の動作に係る処理フローを示す図である。尚、同図において、S1乃至7は、前述の三次元像の構築に係る処理を示している。
まず、Z位置(断面位置)に対応する値を示すkを0とし(S1)、設定されている画像取得開始位置へステージ10を移動させる(S2)。これにより、焦点位置が原点位置に設定される。
FIG. 3 is a diagram showing a processing flow relating to the operation of the confocal laser microscope apparatus. In the figure, S1 to S7 indicate processing related to the construction of the above-described three-dimensional image.
First, k indicating a value corresponding to the Z position (cross-sectional position) is set to 0 (S1), and the
続いて、光スキャナ部4が二次元走査を行い、光学的断面画像である共焦点画像(k)を取得し、このときのZ位置の情報と共に、メモリ14dに保存する(S3)。尚、共焦点画像(k)とは、kに対応するZ位置における光学的断面画像を表している。
Subsequently, the optical scanner unit 4 performs two-dimensional scanning, acquires a confocal image (k) that is an optical cross-sectional image, and stores it in the
続いて、k=k+1とし(S4)、ステージ10を所定量ΔZだけ移動させ(S5)、続いて、ステージ10のZ位置が、設定されている画像取得終了位置であるか否かを判定する(S6)。ここで、その判定結果がNoの場合には、S3へ戻る。これにより、ステージ10のZ位置が画像取得終了位置になるまで、前述のS3乃至5の処理が繰り返し行われる。
Subsequently, k = k + 1 is set (S4), the
一方、S6の判定結果がYesの場合には、続いて、メモリ14dに保存された光学的断面画像を、対応するZ位置情報を基に、表示部10上のz軸方向に沿って重ね合わせて立体標本9の三次元像を構築し(S7)、その三次元像を表示部10に表示する。
On the other hand, if the determination result in S6 is Yes, the optical cross-sectional image stored in the
続いて、マンマシンインターフェース14dを介して行われるユーザの指示に応じて、表示部10に表示されている三次元像中の任意の三次元領域を指定する(S8)。
続いて、マンマシンインターフェース14dを介して行われるユーザの指示に応じて、励起光を照射する断面の間隔(Z間隔)を指定し、この断面の間隔とS8で指定された三次元領域とを基に、励起光を照射する立体標本9の複数の断面位置を決定する(S9)。尚、本実施例では、このS9で、等間隔の複数の断面位置が決定されるものとする。
Subsequently, an arbitrary three-dimensional region in the three-dimensional image displayed on the
Subsequently, in accordance with a user instruction performed via the man-
続いて、その決定した複数の断面位置の中にS3で取得された光学的断面画像の断面位置と一致するものがある場合には、その一致する断面位置の光学的断面画像から、S8で指定された三次元領域の断面領域であってその一致する断面位置に対応する断面領域を求め、また、その決定した複数の断面位置の中にS3で取得された光学的断面画像の断面位置と一致しないものがある場合には、S8で指定された三次元領域の断面領域であってその一致しない断面位置に対応する断面領域を、S3で取得された光学的断面画像から補間により算出する(S10)。尚、この補間により算出した断面領域を仮想断面領域という。 Subsequently, if any of the determined plurality of cross-sectional positions coincides with the cross-sectional position of the optical cross-sectional image acquired in S3, the optical cross-sectional image of the corresponding cross-sectional position is designated in S8. A cross-sectional area corresponding to the matching cross-sectional position of the three-dimensional area determined is obtained, and the cross-sectional position of the optical cross-sectional image acquired in S3 is determined among the determined cross-sectional positions. If there is not, the cross-sectional area of the three-dimensional area specified in S8 and corresponding to the non-coincident cross-sectional position is calculated by interpolation from the optical cross-sectional image acquired in S3 (S10). ). The cross-sectional area calculated by this interpolation is called a virtual cross-sectional area.
続いて、S9にて決定した複数の断面位置のうちの一つの断面位置に焦点面22が合うようにステージ10を移動させ(S11)、その断面位置に係る、S10で求めた断面領域に対応する領域、或いはS10で補間により算出した仮想断面領域に対応する領域に、光刺激やフォトブリーチを行うための励起光として、レーザ光を照射する(S12)。
Subsequently, the
続いて、S9にて決定した複数の断面位置のうち、全ての断面位置においてレーザ光を照射したか否かを判定し(S13)、その判定結果がNoの場合には、S11へ戻って、レーザ光を照射していない断面位置のうちの一つの断面位置について再びS11乃至12の処理を繰り返す。一方、S13の判定結果がYesの場合には、全ての断面位置においてレーザ光の照射が終了したこととなり、本フローが終了する。 Subsequently, it is determined whether or not the laser beam is irradiated at all of the cross-sectional positions determined in S9 (S13). If the determination result is No, the process returns to S11. The processes of S11 to S12 are repeated again for one of the cross-sectional positions not irradiated with the laser beam. On the other hand, if the determination result in S13 is Yes, the laser light irradiation has been completed at all the cross-sectional positions, and this flow ends.
図4,図5,図6は、本フローが実行されたときの具体例を示す図である。
図4は、S1乃至7の処理によって得られた、光学的断面画像と、その光学的断面画像から構築された立体標本9の三次元像の一例を示している。
4, 5 and 6 are diagrams showing specific examples when this flow is executed.
FIG. 4 shows an example of an optical cross-sectional image obtained by the processes of S1 to S7 and a three-dimensional image of the three-
同図の例では、4つの光学的断面画像16a,16b,16c,16dが得られ、その4つの光学的断面画像16から、立体標本9の三次元像17が構築された例を示している。
In the example of the figure, four optical
図5は、図4に示した三次元像17において、S8の処理によって指定された三次元領域の一例を示している。
図5の例では、ユーザの指示に応じて、三次元領域18が指定された例を示している。
FIG. 5 shows an example of the three-dimensional area designated by the process of S8 in the three-
In the example of FIG. 5, an example is shown in which the three-
図6は、図5に示した三次元領域18において、S9の処理によって決定された断面位置と、S10の処理によって得られた断面領域及び仮想断面領域を示している。
同図の例では、ユーザの指示に応じて断面の間隔が指定され、等間隔の5つの断面位置A,B,C,D,E(但し、ここでは、表示部10上の断面位置として示している)が決定され、各断面位置における、三次元領域18の断面領域19a,19b,19c,19d,19eが得られた例を示している。
FIG. 6 shows the cross-sectional positions determined by the process of S9 and the cross-sectional areas and the virtual cross-sectional areas obtained by the process of S10 in the three-
In the example of the figure, the interval of the cross section is designated according to the user's instruction, and five cross-sectional positions A, B, C, D, and E (which are shown as the cross-sectional positions on the
尚、断面位置Aは光学的断面画像16bの断面位置と一致するものであり、断面位置Eは光学的断面画像16cの断面位置と一致するものである。従って、断面領域19aは光学的断面画像16bから求められ、断面領域19eは光学的断面画像16cから求められる。一方、断面位置B,C,Dは、何れも光学的断面画像16の断面位置と一致するものではないので、断面領域19b,19c,19dは、当該断面領域を挟む光学的断面画像16b,16cから補間によって算出される。
The cross-sectional position A matches the cross-sectional position of the optical
このようにして断面位置A,B,C,D,Eにおける断面領域19a,19b,19c,19d,19eが求められると、S11乃至13の処理が行われ、その各断面領域19に対応する領域の全てに、レーザ光が照射される。
When the
以上、本実施例によれば、ユーザの指示に応じて立体標本9の三次元像中の任意の三次元領域を指定することにより、光刺激やフォトブリーチを、立体標本9中の対応する領域に正確に行うことができ、立体標本9の光刺激後の挙動解析を正確に行うことができる。また、立体標本9の三次元像を構築する際に取得する光学的断面画像の総数を少なくするようにすれば、その取得の際に立体標本に照射されるレーザ光の総光量を少なくすることができるので、余計な光刺激やフォトブリーチを極力避けることができる。
As described above, according to the present embodiment, by designating an arbitrary three-dimensional region in the three-dimensional image of the three-
尚、本実施例において、共焦点レーザ顕微鏡装置は、ステージ10を光軸方向に移動させることにより焦点面22を移動させる構成としたが、対物レンズ8を光軸方向に移動させることにより焦点面22を移動させる構成とすることも可能である。
In this embodiment, the confocal laser microscope apparatus is configured to move the
また、本実施例において、図3のS9では、ユーザの指示に応じて励起光を照射する断面の間隔を指定するものであったが、これを本装置が自動的に指定するようにすることも可能である。 Further, in this embodiment, in S9 of FIG. 3, the interval of the cross section for irradiating the excitation light is designated according to the user's instruction, but this apparatus automatically designates this. Is also possible.
また、S9では、ユーザの指示に応じて励起光を照射する断面の間隔を指定し断面位置を決定するものであったが、これに代えて、ユーザが三次元領域中の任意の点を指示することによって断面位置を決定するようにすることも可能である。 Further, in S9, the interval of the cross section for irradiating the excitation light is specified and the cross section position is determined according to the user's instruction. Instead, the user specifies an arbitrary point in the three-dimensional area. By doing so, it is possible to determine the cross-sectional position.
図7は、S9において、ユーザが三次元領域中の任意の点を指示することによって断面位置を決定するようにした場合の一例を示す図である。
同図において、三次元領域20は、S8で指定された三次元領域の一部を示し、実線に示す断面21a,21bは、何れもS3で取得された光学的断面画像の断面位置と一致する断面を示している。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example when the cross-sectional position is determined by the user instructing an arbitrary point in the three-dimensional region in S9.
In the figure, a three-
このとき、ユーザにより三次元領域20中の所望の点(同図の×で示す点)が指示され、その指示された点がS3で取得された光学的断面画像の断面位置と一致しない場合には、その指示された点を含む断面に対応する断面位置は、次のようにして求められる。 At this time, when a desired point in the three-dimensional region 20 (a point indicated by x in the figure) is designated by the user, and the designated point does not coincide with the cross-sectional position of the optical cross-sectional image acquired in S3. The cross-sectional position corresponding to the cross-section including the indicated point is obtained as follows.
但し、ここでは、断面21aの表示部10上のz座標をz1とし、そのz1に対応するステージ10のZ位置をZ1とする。また、断面21bの表示部10上のz座標をz2とし、そのz2に対応するステージ10のZ位置をZ2とする。また、ユーザにより指示された点を含む断面(点線に示した断面)の表示部10上のz座標をz3とし、そのz3に対応するステージ10のZ位置をZ3とする。
However, here, the z coordinate on the
このとき、求める断面位置となるZ3は次式により求まる。
Z3=Z1+(Z2−Z1)/(z2−z1)*(z3−z1)
これにより、ユーザにより指示された点に対応するステージ10のZ位置を求めることができ、断面位置を決定することができる。
At this time, Z3 which is the cross-sectional position to be obtained is obtained by the following equation.
Z3 = Z1 + (Z2-Z1) / (z2-z1) * (z3-z1)
Thereby, the Z position of the
また、本実施例において、光源1として、多光子励起現象により蛍光を発するように立体標本9を励起するためのパルスレーザ光を発するものを用いるようにすることも可能である。多光子励起現象は、レーザ光が集中する焦点面でのみ生じる現象であるから、光刺激やフォトブリーチのために、焦点面にのみ励起光を照射させることが可能となる。また、パルスレーザ光により励起を行う際には、連続発振のレーザ光を用いる場合よりも長波長のレーザ光を用いることができるので、通常のレーザ光では到達できないような、より深い位置に、励起現象を生じさせることが可能となり、例えば組織や軸索の発達した神経細胞のような焦点方向に大きい標本に対しての観察や光刺激・フォトブリーチの実施に有効である。また、多光子励起による励起現象は、エネルギー密度が非常に大きくなる焦点面でのみしか生じないため、所望の部位のみに光刺激やフォトブリーチを生じさせることができる。
In the present embodiment, the
図8は、本発明の実施例2に係る共焦点観察システムである共焦点レーザ顕微鏡装置の構成図である。
同図において、図1に示した構成との違いは、更に、レーザ光を照射するレーザ光源26と、レーザ光源26から照射されたレーザ光の波長と強度を調整するレーザ制御部27と、レーザ光源26からのレーザ光を二次元(XY方向)に偏向走査するものであって2つの光学スキャナ28a,28bを有する光学スキャナ部28と、リレーレンズ29と、ダイクロイックミラー30とを備えた点と、これに伴い、コントロールユニット14の内部構成が多少異なる点である。その他の構成は、図1に示したものと同じである。
FIG. 8 is a configuration diagram of a confocal laser microscope apparatus that is a confocal observation system according to
In the figure, the difference from the configuration shown in FIG. 1 is that a
尚、本装置において、レーザ光源26,レーザ制御部27,光スキャナ部28,及びリレーレンズ29からなる光学系を走査光学系Cという。
本実施例に係る装置では、レーザ光源26から出射されたレーザ光は、コントロールユニット14により制御されるレーザ制御部27によって所望の波長とレーザ強度とに調整された後、同じくコントロールユニット14により制御される光学スキャナ部28へ導かれ、任意の方向に偏向走査される。そして、偏向走査されたレーザ光は、リレーレンズ29を透過した後、ダイクロイックミラー30によって、走査光学系Aからの光と合成され、結像レンズ7,対物レンズ8を透過して、立体標本9上の焦点面22に照射される。
In this apparatus, an optical system including the
In the apparatus according to the present embodiment, the laser light emitted from the
図9は、本実施例に係るコントロールユニット14の構成を示すブロック図である。
同図において、図2に示した構成との違いは、更に、光学スキャナ28a,28bを駆動する第2の走査光学系駆動ユニット14hと、レーザ制御部27を制御する第2のレーザ出力制御ユニット14iとを有した点である。これにより、光学スキャナ部28とレーザ制御部26とを駆動制御して、レーザ光源26からのレーザ光を所望の位置に照射することができるようになっている。また、必要に応じて、第1の走査光学系Aと第2の走査光学系Cとを、それぞれ独立に、或いは、同期をとりながら、制御することができるようになっている。その他の構成については、図2に示したものと同じである。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the
In the figure, the difference from the configuration shown in FIG. 2 is that a second scanning optical
本実施例に係る共焦点レーザ顕微鏡装置の動作は、立体標本9への励起光の照射を走査光学系Aではなく走査光学系Cを用いて行うようにしたことを除き、実施例1に係る装置の動作と同じである。すなわち、本装置では、光学的断面画像の取得の際には走査光学系Aが用いられ、立体標本9への励起光の照射の際には走査光学系Cが用いられる。但し、本装置において、走査光学系Cによるレーザ光の照射位置は、走査光学系Aによるレーザ光の照射位置と予め対応付けされている。
The operation of the confocal laser microscope apparatus according to the present embodiment is related to the first embodiment except that the three-
以上、本実施例によれば、更に、立体標本9への励起光の照射と光学的断面画像の取得とを独立して行うことが可能であることから、光刺激やフォトブリーチを行ってから立体標本に発現する現象を、リアルタイムに正確に計測することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since it is possible to perform the irradiation of the excitation light to the three-
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various improvements and changes may be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、実施例1及び2では、画像を取得する手段として走査光学系を有する走査型の共焦点レーザ顕微鏡装置を用いて説明したが、画像を取得するという手段に限り、ディスクスキャン方式の共焦点顕微鏡を用いることも可能である。 For example, the first and second embodiments have been described using a scanning confocal laser microscope apparatus having a scanning optical system as a means for acquiring an image. However, the confocal of the disk scanning method is limited to the means for acquiring an image. It is also possible to use a microscope.
また、実施例1及び2では、本発明に係る共焦点観察システムを共焦点レーザ顕微鏡装置に適用したが、これを画像を取得するためのスキャナ部を要する内視鏡システムに適用することも可能である。 In the first and second embodiments, the confocal observation system according to the present invention is applied to the confocal laser microscope apparatus. However, it can also be applied to an endoscope system that requires a scanner unit for acquiring an image. It is.
1 レーザ光源
2 レーザ制御部
3 ダイクロイックミラー
4 光学スキャナ部
5 リレーレンズ
6 反射ミラー
7 結像レンズ
8 対物レンズ
9 立体標本
10 ステージ
11 レンズ
12 ピンホール
13 光電変換部
14 コントロールユニット
15 表示部
16 光学的断面画像
17 三次元像
18 三次元領域
19 断面領域
20 三次元領域
21 断面
22 焦点面
26 レーザ光源
27 レーザ制御部
28 光学スキャナ部
29 リレーレンズ
30 ダイクロイックミラー
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該画像取得手段により取得された光学的断面画像から三次元像を構築する三次元像構築手段と、
該三次元像構築手段により構築された三次元像中の所望の三次元領域を指定する指定手段と、
該指定手段により指定された三次元領域に基づき励起光又は刺激光を照射するための断面領域を取得する領域取得手段と、
を有し、
前記領域取得手段により取得された断面領域に対応する前記立体標本の領域に前記励起光又は刺激光を照射する、
ことを特徴とする共焦点観察システム。 Image acquisition means for acquiring an optical cross-sectional image of a three-dimensional specimen;
Three-dimensional image construction means for constructing a three-dimensional image from the optical cross-sectional image acquired by the image acquisition means;
Designation means for designating a desired three-dimensional region in the three-dimensional image constructed by the three-dimensional image construction means;
Area acquiring means for acquiring a cross-sectional area for irradiating excitation light or stimulation light based on the three-dimensional area specified by the specifying means;
Have
Irradiating the region of the three-dimensional specimen corresponding to the cross-sectional region acquired by the region acquisition means with the excitation light or stimulation light;
Confocal observation system characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載の共焦点観察システム。 The area acquisition means is obtained by interpolation from the cross-sectional area obtained from the optical cross-sectional image obtained by the image acquisition means based on the three-dimensional area, or the optical cross-sectional image obtained by the image acquisition means. Obtaining the cross-sectional area as a cross-sectional area for irradiating the excitation light or stimulation light,
The confocal observation system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の共焦点観察システム。 The excitation light or stimulation light is pulsed laser light for exciting the three-dimensional specimen by a multiphoton excitation phenomenon.
The confocal observation system according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載の共焦点観察システム。 The system independently includes a first optical system for acquiring an optical cross-sectional image of the three-dimensional specimen and a second optical system for irradiating the excitation light or stimulation light.
The confocal observation system according to any one of claims 1 to 3, wherein
該取得した光学的断面画像から三次元像を構築し、
該構築した三次元像中の所望の三次元領域を指定し、
該指定した三次元領域に基づき励起光又は刺激光を照射するための断面領域を取得し、
該取得した断面領域に対応する前記立体標本の領域に前記励起光又は刺激光を照射する、
ことを特徴とする共焦点観察システムの光照射方法。 Obtain an optical cross-sectional image of a three-dimensional specimen,
Constructing a three-dimensional image from the acquired optical cross-sectional image,
Specify the desired 3D region in the constructed 3D image,
Obtain a cross-sectional area for irradiating excitation light or stimulation light based on the designated three-dimensional area,
Irradiating the region of the three-dimensional specimen corresponding to the acquired cross-sectional region with the excitation light or stimulation light;
The light irradiation method of the confocal observation system characterized by the above-mentioned.
立体標本の光学的断面画像を取得する機能と、
該取得した光学的断面画像から三次元像を構築する機能と、
該構築した三次元像中の所望の三次元領域を指定する機能と、
該指定した三次元領域に基づき励起光又は刺激光を照射するための断面領域を取得する機能と、
該取得した断面領域に対応する前記立体標本の領域に前記励起光又は刺激光を照射する機能と、
を実現させるための光照射プログラム。
To the computer of the confocal observation system,
A function of acquiring an optical cross-sectional image of a three-dimensional specimen;
A function of constructing a three-dimensional image from the acquired optical cross-sectional image;
A function for designating a desired three-dimensional region in the constructed three-dimensional image;
A function of acquiring a cross-sectional area for irradiating excitation light or stimulation light based on the designated three-dimensional area;
A function of irradiating the excitation light or stimulation light to the region of the three-dimensional specimen corresponding to the acquired cross-sectional region;
Light irradiation program to realize
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