JP2009229290A - Sample holding apparatus and biological image acquisition apparatus equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小動物を対象とする光バイオイメージング技術に関する。 The present invention relates to an optical bioimaging technique for small animals.
生体中の分子種がどのように分布しているかを画像化する手法は医学、生物学の重要な研究方法である。これまで細胞レベルでは顕微鏡を使い、蛍光色素を付着した分子プローブや、化学発光を用いる分子プローブを用いて、分子種を画像化する方法がひろく行われて来た。今後は細胞レベルからより大きな臓器やさらに動物の個体に対して、注目している分子種が分布している様子を生きたまま観察する装置が要求されている。例えばマウスなど個体におけるガン細胞に蛍光プローブが結合するようにして、注目するガン細胞の増殖の様子を画像化し、毎日とか毎週とかの経時変化として観測する技術である。従来の細胞レベル用の測定装置で動物個体内部のガン細胞の増殖を見るためには、動物を殺して所定の部分を染色したり、蛍光体を付けたりして観察することになるが、それでは1つの個体に対する長期間にわたる細胞の経時的な増殖を見ることができない。この理由で小動物個体の内部情報の分子種を、個体が生きたままの状態で観察できる装置の開発が望まれている。 The technique of imaging how molecular species in a living body are distributed is an important research method in medicine and biology. At the cellular level, methods for imaging molecular species using a microscope with a molecular probe attached with a fluorescent dye or a molecular probe using chemiluminescence have been widely used. In the future, there will be a demand for an apparatus for observing the distribution of the molecular species of interest from the cellular level to larger organs and even individual animals. For example, it is a technique in which a fluorescent probe binds to a cancer cell in an individual such as a mouse to image the state of growth of the cancer cell of interest and observe it as a time-dependent change such as daily or weekly. In order to observe the proliferation of cancer cells inside an animal individual with a conventional measuring device for cell level, the animal is killed and a predetermined part is stained or observed with a fluorescent substance. It is not possible to see the growth of cells over time for a single individual. For this reason, it is desired to develop a device that can observe the molecular species of the internal information of a small animal individual while the individual is alive.
近赤外光は、生体内部における光の透過率が比較的良いため、600nm〜900nm程度の波長を用いる小動物の観察装置が使われている。しかしながら、従来技術の観察法では通常は試料を上部から撮影するだけで同時に多方向の観察ができない。例えば、特定の方向からマウスを観察したとき癌が見えなくても反対側から観察すると癌が検出されるといった場合である。一方向しか観測できない装置を用いるとき、オペレータは止むを得ず、マウスの体軸を中心として少しずつ回転した像を撮影することで、近似的に多方向の観察をするような操作で対処するしかない。しかしこの方法では再現性の有るデータは得られず、各方向を同時に検出することができない。特に、生体からの発光観察では発光強度そのものが非常に弱いので、通常数十秒から数分間二次元検出器上で積分露光を行なう必要がある。一方で発光強度は時間的に変化するから、異なる方向毎に順次切り替えて撮像すると、方向毎の画像の条件が違ってしまい役に立たない。生体の複数方向の像を同時並行に検出器上で長時間積分出来ることが望ましい。蛍光像測定は比較的短時間に行なうことが出来るが、それでも多方向の情報を一度に撮影出来ることは迅速・正確なデータを得るために欠かせない。 Near-infrared light has a relatively good light transmittance inside the living body, and therefore, a small animal observation apparatus using a wavelength of about 600 nm to 900 nm is used. However, in the conventional observation method, usually, a sample is photographed from the upper side, and simultaneous observation in multiple directions is not possible. For example, when a mouse is observed from a specific direction, cancer is detected when observed from the opposite side even if the cancer is not visible. When using a device that can only observe in one direction, the operator is forced to take an image that rotates little by little around the body axis of the mouse, and handle it in an operation that approximates observation in multiple directions. There is only. However, with this method, reproducible data cannot be obtained, and each direction cannot be detected simultaneously. In particular, since the emission intensity itself is very weak in light emission observation from a living body, it is usually necessary to perform integral exposure on a two-dimensional detector for several tens of seconds to several minutes. On the other hand, since the light emission intensity changes with time, it is not useful to sequentially switch images in different directions to change the image conditions for each direction. It is desirable that images in multiple directions of a living body can be integrated on a detector for a long time in parallel. Fluorescence image measurement can be performed in a relatively short time, but it is still indispensable to obtain quick and accurate data that can capture information in multiple directions at once.
多方向の画像を得る方法としては、回転反射鏡を用いて時分割で多数の角度の画像を順次取得する方法が知られている(特許文献1参照。)。この手法は、試料自身の平行移動はあるものの、試料を回転させることなく、また二次元検出器も回転させることもなく、途中のミラーの回転と試料の位置の変化によって多方向の観察を行なう。
回転反射鏡を用いる特許文献1の方法の欠点は、各方向の測定が時分割であるために同時測定ができず、測定に時間を要することに加えて、構造が複雑であることである。
本発明の目的は、多方向の観察を同時に、短時間に測定できる生体画像取得装置及びその生体画像取得装置を実現するための試料保持装置を提供することにある。
The disadvantage of the method of
An object of the present invention is to provide a biological image acquisition device that can simultaneously measure multi-directional observations in a short time and a sample holding device for realizing the biological image acquisition device.
本発明の試料保持装置は、二次元検出器を用いて生体試料の複数の方向からの画像を取得する生体画像取得装置の試料保持装置であって、試料を保持するための試料保持領域を備えた実質的に透明な試料保持部材と、試料保持領域の側方を通って二次元検出器に導かれる光を通過させるための光通過領域を確保しながら、試料保持部材を支持した状態で生体画像取得装置内に配置される支持機構と、を備えたことを特徴とするものである。 A sample holding device of the present invention is a sample holding device of a biological image acquisition device that acquires images from a plurality of directions of a biological sample using a two-dimensional detector, and includes a sample holding region for holding a sample. In addition, the living body is supported in a state where the sample holding member is supported while securing a substantially transparent sample holding member and a light passage area for allowing the light guided to the two-dimensional detector to pass through the side of the sample holding area. And a support mechanism disposed in the image acquisition apparatus.
上記の試料保持装置が設けられる本発明の生体画像取得装置は、上記の試料保持装置と、試料保持装置の試料保持部材に載置された試料を撮像するために試料保持装置の試料保持部材の正面に配置された1つの二次元検出器と、試料保持部材に載置された試料の少なくとも二次元検出器とは反対側の光を二次元検出器に導くための反射鏡を含んで、二次元検出器上で試料の複数の方向の光を結像する光学系と、を備えたものである。 The biological image acquisition device of the present invention provided with the above sample holding device includes the sample holding device and a sample holding member of the sample holding device for imaging the sample placed on the sample holding member of the sample holding device. A two-dimensional detector disposed on the front surface, and a reflecting mirror for guiding light on the opposite side of the sample placed on the sample holding member to the two-dimensional detector. And an optical system that images light in a plurality of directions of the sample on the dimension detector.
上記の生体画像取得装置では、試料保持装置の試料保持部材の正面に配置された1つの二次元検出器上に試料の複数の方向の光を結像するように構成されているので、試料の複数の方向の観察画像を同時に短時間で取得することができる。
このような多方向同時観察型の生体画像取得装置では、試料保持部材で保持された試料の裏面側の光も二次元検出器に導くため、試料の裏面側が見えている必要がある。そのため、生体試料が載置される試料保持部材を実質的に透明にする必要がある。また、試料の裏面側(二次元検出器とは反対側)の光は光学系によって二次元検出器に導かれて二次元検出器上に結像されるが、二次元検出器に導かれる光の光路上に不透明な部材が配置されていると二次元検出器で撮像される画像にその部材が写りこんで撮像したい部分が撮像できなかったり、画像が紛らわしくなったりするという問題がある。
In the above-described biological image acquisition device, since it is configured to image light in a plurality of directions of the sample on one two-dimensional detector arranged in front of the sample holding member of the sample holding device, Observation images in a plurality of directions can be acquired simultaneously in a short time.
In such a multi-directional simultaneous observation type biological image acquisition apparatus, since the light on the back side of the sample held by the sample holding member is also guided to the two-dimensional detector, the back side of the sample needs to be visible. Therefore, it is necessary to make the sample holding member on which the biological sample is placed substantially transparent. The light on the back side of the sample (opposite to the two-dimensional detector) is guided to the two-dimensional detector by the optical system and imaged on the two-dimensional detector, but the light guided to the two-dimensional detector. If an opaque member is arranged on the optical path, there is a problem that the member is reflected in the image picked up by the two-dimensional detector, and a portion to be picked up cannot be picked up, or the image becomes confusing.
そこで、試料保持装置の支持機構は、試料保持領域とは異なる領域を通って二次元検出器に導かれる光を通過させるための光通過領域を確保しながら試料保持部材を支持するように構成されている。「支持機構が光通過領域を確保する」とは、二次元検出器に導かれる光の光路を避けるように支持機構が設けられていることを意味する。したがって、二次元検出器に導かれる光が支持機構によって遮られないため、二次元検出器上で結像される像の中に支持機構が映り込むことがない。 Therefore, the support mechanism of the sample holding device is configured to support the sample holding member while securing a light passage region for allowing light guided to the two-dimensional detector through a region different from the sample holding region. ing. “The support mechanism secures a light passage region” means that the support mechanism is provided so as to avoid the optical path of light guided to the two-dimensional detector. Therefore, since the light guided to the two-dimensional detector is not blocked by the support mechanism, the support mechanism does not appear in the image formed on the two-dimensional detector.
本願特許請求の範囲及び明細書において「試料保持部材が実質的に透明である」とは、試料を試料保持部材を介して光学的に測定できることを意味し、試料保持部材が完全に透明である場合に限定されない。そのような実質的に透明な試料保持部材としては、透明板、透明フィルム又は試料の被測定部位の大きさに対して無視できる程度に微細な網状の部材が挙げられる。透明板の一例はガラス板であり、透明フィルムの一例は透明な樹脂フィルムであり、網状部材の一例は繊維からなる網や細い針金からなる金網である。なお、ここでの網状とは、格子状や蜂の巣状や同じ方向に平行に線が配列されたものも含む。 In the claims and specification of the present application, “the sample holding member is substantially transparent” means that the sample can be optically measured through the sample holding member, and the sample holding member is completely transparent. It is not limited to the case. Examples of such a substantially transparent sample holding member include a transparent plate, a transparent film, or a net-like member that is so fine as to be negligible with respect to the size of the measurement site of the sample. An example of the transparent plate is a glass plate, an example of the transparent film is a transparent resin film, and an example of the mesh member is a mesh made of fibers or a wire mesh made of fine wire. Here, the net shape includes a lattice shape, a honeycomb shape, or a shape in which lines are arranged in parallel in the same direction.
ここで、試料保持部材の材質についての要求される性質として、
(1)多方向観察のため、透明性を有すること、
(2)蛍光を出さないこと、
(3)多数の試料保持部材を取り替えて使いたいため、試料保持部材が安価であること、
が挙げられる。一般に安価なプラスチックやガラス材料は蛍光を出しやすい。これらを透明な試料支持体として使うには一方で曲がりにくくするために厚さを増やす必要があるが、厚さに比例して蛍光が増える。蛍光を減らすために厚さを薄くすれば良いが機械的支持力が不足する。
Here, as a required property about the material of the sample holding member,
(1) having transparency for multi-directional observation;
(2) Do not emit fluorescence,
(3) The sample holding member is inexpensive because it is desired to replace many sample holding members.
Is mentioned. In general, inexpensive plastics and glass materials tend to emit fluorescence. In order to use these as transparent sample supports, it is necessary to increase the thickness in order to prevent bending, but the fluorescence increases in proportion to the thickness. In order to reduce fluorescence, the thickness may be reduced, but the mechanical support is insufficient.
そこで、例えば枠状の支持機構で試料保持部材の周辺を囲って試料保持部材を補強することで、薄い材料や網状の材料でも試料保持部材として使うことができる。試料保持部材を薄い材料や網状構造にすることで蛍光が出る可能性を減らし、実質的な透明性を保持することができる。 Therefore, for example, a thin material or a net-like material can be used as the sample holding member by surrounding the periphery of the sample holding member with a frame-shaped support mechanism and reinforcing the sample holding member. By making the sample holding member a thin material or a net-like structure, the possibility of emission of fluorescence can be reduced and substantial transparency can be maintained.
なお、光通過領域は試料保持部材が配置されている領域内の領域であってもよい。試料保持部材は実質的に透明であるため、二次元検出器に導かれる光が試料保持部材が配置されている領域内を通過しても測定上問題ない。したがって、試料保持部材を光通過領域をも網羅する試料保持領域よりも広い領域に配置することができる。試料保持部材上の試料保持領域に生体試料を載置する際、生体試料である小動物に予め麻酔をかけて動かないようにするが、試料保持領域の側方の光通過領域に何もないと小動物がけいれんを起こして試料保持部材から落下する虞がある。この問題は、試料保持領域の側方の光通過領域にも実質的に透明な部材を配置することによって解決することができる。この場合、試料保持部材を光通過領域を網羅するように広い領域に配置することで、試料保持部材と光通過領域との間の隙間をなくして隙間から試料が落下することを防止できる。 The light passage region may be a region in the region where the sample holding member is disposed. Since the sample holding member is substantially transparent, there is no problem in measurement even if the light guided to the two-dimensional detector passes through the region where the sample holding member is disposed. Therefore, the sample holding member can be arranged in a wider area than the sample holding area that covers the light passage area. When placing a biological sample in the sample holding area on the sample holding member, the small animal that is the biological sample is pre-anesthetized so that it does not move, but there is nothing in the light passage area on the side of the sample holding area. There is a risk that the small animal may cramp and fall from the sample holding member. This problem can be solved by disposing a substantially transparent member also in the light passage region on the side of the sample holding region. In this case, by disposing the sample holding member in a wide area so as to cover the light passage region, it is possible to eliminate the gap between the sample holding member and the light passage region and prevent the sample from falling from the gap.
その実施例を示しているのが図5である。この実施例では、試料保持領域及び光通過領域を含む領域に、共通の実質的に透明な繋ぎ目のない共通の部材を配置している。その場合、試料を載置した部分を試料保持領域、その周囲部分を光通過領域と見なすことができる。なお、図5(A)では試料保持部材として透明板を用い、(B)では試料保持部材として網を用いている。 The embodiment is shown in FIG. In this embodiment, a common member having a common substantially transparent joint is disposed in a region including the sample holding region and the light passage region. In that case, the portion on which the sample is placed can be regarded as the sample holding region, and the surrounding portion can be regarded as the light passage region. In FIG. 5A, a transparent plate is used as the sample holding member, and in FIG. 5B, a net is used as the sample holding member.
試料保持部材としては、上面に試料を載置するものが最も簡単である。そのような試料保持部材としてはガラス板や金網などを用いることができるが、そのような単なる平板状の部材では小動物がけいれんを起こしたときに試料保持部材から落下する虞がある。そこで、試料保持部材として、上面側が凹状になるように湾曲しているものを用いてもよい。そうすれば、小動物がけいれんを起こした場合でも試料保持部材から落下しにくくなる。そのような試料保持部材として、例えば湾曲したガラス板や弛んだ透明シール、網状部材が挙げられる。 The simplest sample holding member is to place a sample on the upper surface. As such a sample holding member, a glass plate, a wire net, or the like can be used. However, such a simple plate-shaped member may fall from the sample holding member when a small animal causes convulsions. Therefore, a sample holding member that is curved so that the upper surface side is concave may be used. If it does so, even if a small animal raises a cramp, it will become difficult to fall from a sample holding member. Examples of such a sample holding member include a curved glass plate, a loose transparent seal, and a mesh member.
また、試料の麻酔が緩い状態又は試料が覚醒状態となった場合にも試料の落下や動きを積極的に防止するために、試料保持部材とで試料を挟んで固定するための実質的に透明な試料固定部材を設けることもできる。試料を試料保持部材と試料固定部材とで挟み込むことで、試料の動きを封じることができる。試料保持部材がガラス板などの可撓性のない板状部材である場合には、試料を変形させることなく試料に接して保持する必要があるため、試料固定部材は可撓性のある網などであることが望ましい。逆に、試料保持部材が可撓性のある弛んだ網などである場合には、試料固定部材は可撓性のある部材であってもよいし、ガラス板など可撓性のない板状部材であってもよい。 In addition, even when the sample is loosely anesthetized or when the sample is awakened, it is substantially transparent to clamp the sample with the sample holding member in order to actively prevent the sample from dropping or moving. A sample fixing member can also be provided. By sandwiching the sample between the sample holding member and the sample fixing member, the movement of the sample can be sealed. When the sample holding member is a non-flexible plate member such as a glass plate, the sample fixing member must be held in contact with the sample without being deformed. It is desirable that Conversely, when the sample holding member is a flexible slack net or the like, the sample fixing member may be a flexible member or a non-flexible plate member such as a glass plate. It may be.
試料保持部材は内部に試料を収容する容器であってもよい。容器内に試料を収容して保持すれば、確実に試料の落下を防止できるとともに、容器内に麻酔ガスを連続的に供給して、長時間の間も生体試料を麻酔状態にした状態で撮像を行なうことも可能になる。
その場合、容器の形状を円筒形など、端面のない筒形にすることが好ましい。生体試料の側方からの観察方向を含んでいる場合、試料保持部材に端面があると、試料保持部材の端面で光の反射が起こり、それが観察画像に写ってしまうことがある。容器の形状を円筒形にし、その周面方向に沿った複数の観察方向からの撮像がなされるようにすれば、試料保持部材に端面が存在しなくなり、上記の問題が解決される。
The sample holding member may be a container that stores a sample therein. By storing and holding the sample in the container, it is possible to reliably prevent the sample from falling and to supply the anesthetic gas continuously into the container and image the biological sample in an anesthesia state for a long time. Can also be performed.
In that case, the shape of the container is preferably a cylindrical shape having no end face, such as a cylindrical shape. When the observation direction from the side of the biological sample is included, if there is an end surface on the sample holding member, light may be reflected on the end surface of the sample holding member, which may be reflected in the observation image. If the shape of the container is cylindrical and imaging is performed from a plurality of observation directions along the circumferential direction, the sample holding member does not have an end surface, and the above problem is solved.
試料保持部材は支持機構に対して着脱可能に支持されるものであることが好ましい。そうすれば、測定する生体試料が複数ある場合に、各生体試料をそれぞれ試料保持部材に載置しておき、試料保持部材ごと交換しながら効率よく各生体試料の画像を撮像することができる。
また、支持機構を生体画像取得装置内へ着脱可能にしてもよい。
It is preferable that the sample holding member is detachably supported with respect to the support mechanism. Then, when there are a plurality of biological samples to be measured, each biological sample is placed on the sample holding member, and an image of each biological sample can be taken efficiently while exchanging the sample holding member.
Further, the support mechanism may be detachable from the biological image acquisition apparatus.
ところで、本発明の試料保持装置は、支持機構が試料保持部材に保持された試料の二次元検出器とは反対側からの光を二次元検出器へ導くための反射鏡を備えていてもよい。そうすれば、二次元検出器と結像レンズを備えて単方向のみの観察を行なう形式の装置にこの試料保持装置を配置するだけで、多方向同時観察型の生体画像取得装置にすることができる。 By the way, in the sample holding device of the present invention, the support mechanism may include a reflecting mirror for guiding light from the opposite side of the sample held by the sample holding member to the two-dimensional detector. . By doing so, a multi-directional simultaneous observation type biological image acquisition device can be obtained simply by arranging the sample holding device in a device that includes a two-dimensional detector and an imaging lens and performs observation in only one direction. it can.
上記の場合、支持機構が試料からの直接光と反射鏡からの光との光路長差を補正するための補助レンズを各光路上にさらに備えていることが好ましい。そうすれば、各観察方向からの画像の光の焦点を合わせることができ、各観察方向からの光の光路長差に起因した画像のボケをなくすことができる。 In the above case, it is preferable that the support mechanism further includes an auxiliary lens on each optical path for correcting the optical path length difference between the direct light from the sample and the light from the reflecting mirror. Then, the light of the image from each observation direction can be focused, and the blur of the image due to the optical path length difference of the light from each observation direction can be eliminated.
ところで、本発明の生体画像取得装置は本発明の試料保持装置を備えたものであるが、その生体画像取得装置は、試料保持装置の周囲に設けられて試料からの蛍光画像を撮像する際に試料を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光源と、試料からの蛍光画像を撮像する際に二次元検出器に導かれる光の光路上に配置され、励起光を遮光して試料からの蛍光を二次元検出器に導くための蛍光側フィルタと、をさらに備えていてもよい。 By the way, although the biological image acquisition apparatus of this invention is equipped with the sample holding device of this invention, the biological image acquisition apparatus is provided in the circumference | surroundings of a sample holding device, and takes the fluorescence image from a sample. An excitation light source that emits excitation light to excite the sample to generate fluorescence and an optical path of the light that is guided to the two-dimensional detector when taking a fluorescent image from the sample are arranged to block the excitation light. A fluorescence side filter for guiding fluorescence from the sample to the two-dimensional detector may be further provided.
また、生体画像取得装置は、試料保持装置を支持しながら試料保持装置の異なる位置への移動を可能にするガイドをさらに備えていてもよい。試料保持装置の周囲には反射鏡などの部品が配置されている。そのような状態では、試料保持装置の試料保持部材に試料を搭載しにくく、また、試料を設置する際に反射鏡に手が接触して反射鏡からの光の光路がずれてしまうこともありうる。試料保持装置が異なる位置へ移動できるように構成されていれば、周囲に反射鏡などの部品のない環境に試料保持装置を移動させることができるようになり、試料保持装置に試料を搭載することが容易になる。 In addition, the biological image acquisition apparatus may further include a guide that allows the sample holding device to move to different positions while supporting the sample holding device. Parts such as a reflecting mirror are arranged around the sample holding device. In such a state, it is difficult to mount the sample on the sample holding member of the sample holding device, and when the sample is placed, the hand may contact the reflecting mirror and the optical path of the light from the reflecting mirror may be shifted. sell. If the sample holder is configured so that it can be moved to a different position, the sample holder can be moved to an environment where there are no reflectors or other parts around it, and the sample is mounted on the sample holder. Becomes easier.
また、生体画像取得装置に、光学系によって二次元検出器に導かれる各方向からの光の光路長差を補正するための補助レンズを各光路上に備えていることが好ましい。そうすれば、各観察方向からの光の焦点を合わせることができ、各観察方向からの光の光路長差に起因した画像のボケをなくすことができる。 Moreover, it is preferable that the biological image acquisition apparatus includes an auxiliary lens on each optical path for correcting the optical path length difference of light from each direction guided to the two-dimensional detector by the optical system. By doing so, it is possible to focus the light from each observation direction, and it is possible to eliminate blurring of the image due to the optical path length difference of the light from each observation direction.
本発明の生体画像取得装置は、試料保持装置の試料保持部材の正面に配置された1つの二次元検出器上に試料の複数の方向の光を結像するように構成されているので、試料の複数の方向の観察画像を同時に短時間で取得することができる。
このような多方向同時観察型の生体画像取得装置に用いられる本発明の試料保持装置は、試料保持部材が実質的に透明であるとともに、試料保持部材を支持する支持機構は、試料保持部材の試料保持領域の側方を通って二次元検出器に導かれる光を通過させるための光通過領域を確保するように設けられているので、二次元検出器で撮像した画像に試料保持部材や支持機構が写りこむことを防止できる。
Since the biological image acquisition apparatus of the present invention is configured to image light in a plurality of directions of a sample on one two-dimensional detector disposed in front of the sample holding member of the sample holding apparatus, It is possible to simultaneously acquire observation images in a plurality of directions in a short time.
In the sample holding device of the present invention used in such a multi-directional simultaneous observation type biological image acquisition device, the sample holding member is substantially transparent, and the support mechanism for supporting the sample holding member is the sample holding member. Since it is provided so as to secure a light passage area for passing the light guided to the two-dimensional detector through the side of the sample holding area, the sample holding member and the support are added to the image captured by the two-dimensional detector. The mechanism can be prevented from being reflected.
図1に多方向同時観察型の生体画像取得装置の一実施例を示す。
この実施例の生体画像取得装置は、試料保持部材2上に載置された試料4の多方向の光を、その周囲に配置された複数の反射鏡M2〜M5を用いて共通の結像レンズ8に導くことによって複数の光を2次元検出器6上で結像するものである。
FIG. 1 shows an embodiment of a multi-directional simultaneous observation type biological image acquisition apparatus.
The living body image acquiring apparatus of this embodiment uses a plurality of reflecting mirrors M2 to M5 arranged around the multidirectional light of the
中央に配置された実質的に透明な試料保持部材2の試料保持領域に生体試料としての小動物(典型的にはマウス)4が載置されている。試料保持部材2上の試料4の上方に二次元検出器(例えばCCD撮像素子)6と結像レンズ8からなる撮像部が配置されている。なお、図では励起光成分を遮蔽して蛍光成分を透過させる蛍光側フィルタ10が図示されているが、蛍光側フィルタ10は試料4からの蛍光を測定する際に結像レンズ8の入射側に配置されるものであり、蛍光観察以外の場合には配置されない。
A small animal (typically a mouse) 4 as a biological sample is placed in a sample holding region of a substantially transparent
試料保持部材2の周囲の互いに異なる位置に、試料4の各観察方向の光(画像)を結像レンズ8に導く反射鏡M2〜M5が配置されている。反射鏡M2〜M5は、試料4を基準にして二次元検出器6の方向を0°として反時計回りに72°ごとの方向の生体試料の光を反射して結像レンズ8に導くものである。すなわち、反射鏡M2は72°、反射鏡M3は144°、反射鏡M4は216°、反射鏡M5は288°の方向の試料4の光を結像レンズ8に導くものである。
Reflecting mirrors M <b> 2 to M <b> 5 that guide light (images) in the respective observation directions of the
結像レンズ8に導かれた各方向の光は二次元検出器6上で結像され、二次元検出器6上では図2に示されるような像ができる。図2の画像では、右端から72°,144°,0°,216°,288°の方向の像の順番に並んでいる。中央の0度の像は、反射鏡を介さないので結像レンズ8からの距離が近く大きな像になる。反射鏡M2〜M5を介する残りの4つの像は0°方向の像に比べてサイズが小さくなるとともに左右が反転している。また、反射鏡M2〜M5を介して結像レンズ8に導かれる光はそれぞれ光路長が異なるため、二次元検出器6上でのボケを生じるが、この問題は各光路上にわずかに焦点距離の異なる視野別モザイクレンズ(補助レンズ)L1〜L5を挿入することにより解決できる。
The light in each direction guided to the
試料保持部材2として例えばガラス板を用いることができる。その場合、試料保持部材2の機械的強度を保つためにガラス板の厚みを厚くすると、側方からの観察時にガラス板の厚みによって光の反射が生じるなどの不都合がある。ガラス板の厚みを1mm以下にすればそのような不都合を避けられるが、そうすると試料保持部材2の機械的強度が不足する。
For example, a glass plate can be used as the
図3に示されるように、試料保持部材2を枠状の支持機構12で支持して試料保持部材2の強度を補強することができる。しかし、試料保持部材2の周囲すべてを単純に太い支持枠で補強するなら側方からの観察時に支持枠が観察視野を遮ってしまい、邪魔になる。そこで、支持機構12は試料保持部材2の対向する一対の端部(例えば、載置される試料4の頭部側と尾部側)の2カ所だけを支持するようにする。このため支持機構12は意図的に余裕を持った大きさにして試料保持部材2の支持されていない端部との間に隙間14ができるようにし、その隙間14を試料保持部材2の裏面側の反射鏡M3,M4からの反射光を通過させるための光通過領域とする。なお、試料保持部材2と支持機構12とで本発明の試料保持装置を構成している。
As shown in FIG. 3, the strength of the
図4(A)〜(F)はそのような試料保持装置の例を示す斜視図である。
図4(A)の例では、支持機構12の中央部で、試料保持部材2として試料を載置できる大きさの例えばガラス板からなる透明板2aの一対の端部を支持している。透明板2aの側方の透明板2aと支持機構12との間に隙間(光通過領域)14が設けられている。ここでのポイントは、透明板2aに載置された試料の裏側の光が支持機構12によって遮られるのを防ぐために、支持機構12として枠状の部材と試料保持部材2との間に隙間14を設け、反射鏡M3,M4で反射した裏面側からの144°,216°の光を通すようにしたことである。
4A to 4F are perspective views showing examples of such a sample holding device.
In the example of FIG. 4A, a pair of end portions of a
なお、試料保持部材2としては、図4(A)に示した透明板2aのほか、試料載置側が凹状となるように湾曲したガラス板などの透明部材2b(図4(B)を参照。)や網状部材2e(図4(E)を参照。)を用いることもできる。試料載置側が凹状となっていることにより、載置された動物のけいれんなどによる落下を防止することができる。また、載置される試料の被測定部位に対して無視できる程度に微細な、例えば網や金網などの網状部材2c(図4(C)を参照。)を用いることもできる。すなわち、支持枠12にピンとまたは緩く張って観測すべき所定の位置で試料を保持できればよい。網やフィルムは引っ張り強度さえあれば、支持機構の機械強度を使って支えることができるためである。そのような部材を使うことで、ガラス板などの透明板を用いたときに不可避的に生じる表面反射を避けることができるほか、蛍光も少なくなる。
As the
図4(D)は試料保持部材2として内部に試料を収容する容器を用いた例である。この例に示されるように、ガラスなどの円筒容器2dを試料保持部材2として用いることで、麻酔ガスを円筒2d内に連続的に供給して動物を長時間の間も麻酔状態で保持することができる。さらに、円筒形状の容器2dを用いることで、ガラス板などの透明板を試料保持部材2として用いたときに生じる端面の反射の不都合を解消することができる。なお、試料の落下を防止できる試料保持部材2として、(F)に示されるように、微細な網で容器2fを構成することもできる。
FIG. 4D shows an example in which a container that accommodates a sample is used as the
また、試料の麻酔が切れた場合でも試料の動きを積極的に封じる方法として、図11に示されているように、実質的に透明な部材(試料固定部材)15を設けて試料保持部材2(ここでは透明板2a)とで試料4を挟み込む方法もある。試料保持部材2がガラス板など可撓性のない部材である場合には試料固定部材15として網など可撓性のある部材を用い、逆に試料保持部材2が可撓性のある部材である場合には試料固定部材15として可撓性のある部材でもない部材でもよい。このような試料固定部材15を用いることで、試料に圧力を加えることなく試料を捕捉しておくことができる。なお、試料を挟みこむことが肝要であり、試料固定部材と試料保持部材の上下左右は問わない。
In addition, as a method for positively sealing the movement of the sample even when the sample is no longer anesthetized, a substantially transparent member (sample fixing member) 15 is provided as shown in FIG. There is also a method in which the
なお、図4(A)〜(F)に示した試料保持部材2a〜2fは支持機構12に対して着脱可能に取り付けられていることが好ましい。そうすれば、試料4を搭載した試料保持部材2を複数用意しておき、試料4の交換を試料保持部材2ごと取り替えることができ、試料4の交換にかかる時間の短縮を図ることができる。
The
なお、図4(A)〜(F)に示した例における試料保持部材2は試料を保持するための試料保持領域のみを有するものであり、試料保持領域の側方の光通過領域14には何も配置されていない。しかし、光通過領域14は実質的に透明であれば試料保持部材2の裏面側からの光を通過させることができるため、図5に示されているように、試料保持領域と光通過領域14の両方の領域を網羅する大きさの透明板2g(図5(A)を参照。)や微細な網状部材2h(図5(B)を参照。)を試料保持部材として配置することもできる。このように試料保持領域と同一の実質的に透明な部材を光通過領域14にも配置することで、試料の落下を防止することができる上、試料保持部材2とそれ以外の領域との境目がなくなって試料保持部材2の端部が撮像画像に写らないという利点もある。
Note that the
また、支持機構12は図6に示されているように移動可能であることが好ましい。図6の例では支持機構12が装置内に設けられたガイド16上に取り付けられて移動可能になっている。これにより、手前に引き出した状態で試料となる小動物を試料保持部材2に搭載してから支持機構12を元の測定位置まで押し込んでセットするといった使い方ができる。したがって、反射鏡などの部品に邪魔されることなく容易に試料の搭載を行なうことができる。なお、図6においては試料保持部材2として透明板2aを図示しているが、これに限定されるものではない。
The
ところで、試料の蛍光測定を行なう場合には蛍光用励起光源を配置する必要があるが、特に本発明のような多方向同時観察型の生体画像取得装置においては、複数の励起光源を試料の周囲に配置して多方向から励起光を照射することがある。図7は複数の励起光源を配置した例を概略的に示す構成図であり、図8は図7の例における支持機構の具体的な構造の一例を示す斜視図である。図7に示した構成のうち試料保持部材2を支持する支持機構12aと励起光源S1〜S5以外の構成は図3と同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。
By the way, when performing fluorescence measurement of a sample, it is necessary to arrange an excitation light source for fluorescence. Particularly in a multi-directional simultaneous observation type biological image acquisition apparatus such as the present invention, a plurality of excitation light sources are arranged around a sample. The excitation light may be irradiated from multiple directions. FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing an example in which a plurality of excitation light sources are arranged, and FIG. 8 is a perspective view showing an example of a specific structure of the support mechanism in the example of FIG. Since the configuration other than the
蛍光用励起光源S1〜S5が反射鏡M2,M3,M4,M5の隙間から試料保持部材2上に載置された試料4に対して励起光を照射するように配置されている。励起光源S1,S5は試料4の上方から、励起光源S2,S4は試料4の側方から、励起光源S3は試料4の下方から励起光を照射する。このような励起光源S1〜S5の配置に対して試料保持部材2を支持する支持機構12aは、図8に示されているように、立体的な形状をなす枠体として構成されている。
The fluorescence excitation light sources S1 to S5 are arranged so as to irradiate the
試料保持部材2の側方には試料保持部材2の下方の反射鏡M3,M4で反射された光を通過させるための隙間(光通過領域)14aが設けられている。支持機構12aをこのような立体的な形状にすることで、各光源S1〜S5、特に光源S2,S4と試料4との間に支持機構12aの枠部分が存在しなくなり、支持機構12aが側方からの励起光の照射を遮ることを防止できる。
A gap (light passage region) 14 a for allowing the light reflected by the reflecting mirrors M 3 and
この場合も、試料保持部材2が支持機構12aに対して着脱可能に取り付けられるようになっていることで、試料保持部材2上に試料4を載置した状態で複数用意しておき、次の測定時に試料保持部材2ごと取り替えることができ、試料4の交換にかかる時間の短縮を図ることができる。
なお、図8では試料保持部材2としては、図4(A)〜(F)に示されているような種々の部材2a〜2fを用いることができる。
Also in this case, since the
In FIG. 8, as the
なお、以上において説明した試料保持装置の実施例では、試料保持部材2を枠状の支持機構12で支持する例を示したが、図12に示されているように、試料保持部材2iが光通過領域14の内側で支持機構12bによって支持されていてもよい。また、図13に示されているように、試料保持部材2jの一端が支持機構12cで支持され、他端が糸などの引張部材13で立体的に支持されていてもよい。
In the example of the sample holding device described above, the example in which the
また、上記の実施例では、試料保持部材2が支持機構12とは別体として設けられているが、試料保持部材2は樹脂やガラスによって支持機構12とともに一体成型されたものであってもよい。
In the above embodiment, the
以上のように、試料保持部材2を支持機構12と組み合わせて使うことによって、試料保持部材2の曲げ強さを支持機構12によって補強し、試料保持部材2の厚みを薄くすることができる。これにより、境界の写り込みの問題を解決すると同時に試料保持部材2から発生する蛍光を減らすことができる。また、試料保持部材2として網を使用し、網の材質として十分に細い金属やプラスチックを用いれば、光は網の隙間をとおることで実質上透明であって線材料を細くすることで金属、プラスチックにかかわらず蛍光を減らすことができる。しかも、網は可堯性が高いので、試料保持部材2とで試料を挟み込んで試料の動きを封じる試料固定部材15としても使用することができる。すなわち、微細な網は、試料を動かないように拘束しながら、光を通し、蛍光を出さないようにする材料として好適である。
As described above, by using the
なお、支持機構12aについても、図6に示した例と同様に、装置にガイドを設けるなどして測定位置とは異なる位置への移動が可能であるようにすることが好ましい。特にこの例の生体画像取得装置では、反射鏡M2〜M5や蛍光励起光源S1〜S5が密に配置されているので、支持機構12aを測定位置に配置した状態では試料4の取り替えが困難である。支持機構12aを移動可能にして測定位置とは異なる位置へ移動させることで、試料保持部材2の保持と試料4の交換容易化の両方を満たすことができる。
Note that, similarly to the example shown in FIG. 6, it is preferable that the
このような生体画像取得装置の結像レンズ8の入射側に配置されている蛍光側フィルタ10は、励起光成分を遮光して励起光によって試料から発光した蛍光成分を透過させるものである。二次元検出器6では蛍光側フィルタ10の透過域に入るものだけが検出される。励起光に含まれる波長成分のうち波長が変わることなくそのまま散乱される成分はバックグランド光となって測定を邪魔するため、そのような波長成分を透過させないように励起光源の波長と蛍光側フィルタ10の特性が選択されている。
The fluorescence-
なお、上記の実施例では、試料の複数の方向の光を二次元検出器6に導くための反射鏡M2〜M5が装置内部に備え付けられているように記載されているが、試料保持装置とともに装置に対して着脱可能に配置されるものであってもよい。図9にその例を示す。 In the above embodiment, it is described that the reflecting mirrors M2 to M5 for guiding the light of the sample in a plurality of directions to the two-dimensional detector 6 are provided inside the apparatus. It may be arranged so as to be detachable from the apparatus. An example is shown in FIG.
図9(A),(B)に示されている試料保持装置18は、試料保持部材2を支持する支持機構をなすとともに、試料保持部材2上に載置された試料4の裏面側の光を反射して試料保持部材2の上方に配置された二次元検出器に導くための反射鏡M6,M7を保持している。
The
(A)の例は、図4(A)と同様の方法により、ガラス板などの透明板を試料保持部材2として用い、その対向する一対の端部を枠状の部材により支持するように構成した例である。試料保持部材2の側方に反射鏡M6,M7で反射した光を通過させるための光通過領域が隙間として設けられている。なお、試料載置部2としては、ガラス板のほか、微細な網状部材や透明シートなど実質的に透明な部材であればよく、さらには透明な円筒容器であってもよい。
In the example of (A), a transparent plate such as a glass plate is used as the
(B)の例は、図5に示したものと同様に、反射鏡M6,M7で反射された光が通過する光通過領域にも試料保持部材2をなす実質的に透明な部材を配置したものである。この例では試料保持部材2としてガラス板などの透明板を用いている。
In the example of (B), a substantially transparent member constituting the
次に、図10を用いて図9に示した試料保持装置18の使い方を説明する。同図において、(A)は単一方向の観察画像を取得する公知の形式の生体画像取得装置である。なお、ここでは試料保持部20に3頭の試料4a,4b,4cを並べてそれらの上方に配置された二次元検出器22及び結像レンズ24で撮影する例を示しているが、生体試料の数はいくつでもよい。(B)は(A)の試料保持部20を試料保持装置18に取り替えた状態を示している。
Next, how to use the
図10(A)の構成では、一度に3頭の試料4a,4b,4cの正面像を取得することができるものの、単一方向からの観察画像しか得ることができないため、裏面側の情報を取得するためには各試料4a,4b,4cを裏返して再度、撮影を行なう必要がある。一方、(B)の構成によれば、二次元検出器22には試料4の正面の光と反射鏡M6,M7を介した裏面側の2方向の光が導かれるため、同時に3方向の観察画像を取得することができる。なお、光路長の違いによって生じる試料4の正面の光と反射鏡M6,M7を介した裏面側の光との焦点位置の相違が問題になる場合には、図に示すように、各光路上にそれらの光路長を補正するための補助レンズL1’,L6,L7も着脱可能にしておくことでその問題を解決することができる。試料4からの蛍光・発光強度が強いときは、結像レンズ24を絞って(絞り値を大きくして)焦点深度を大きくすることにより、補助レンズL1’,L6,L7を使用しないことも可能である。
In the configuration of FIG. 10 (A), the front images of the three
このように、試料保持部材2上の試料の裏面側の光を反射する反射鏡M6,M7を備えた試料保持装置18を用いることにより、公知の単方向観察型の生体画像取得装置を多方向同時観察型の生体画像取得装置とすることができる。特に、図9及び図10に示した3方向の観察画像を同時に取得する実施例では、試料保持装置18に2枚の反射鏡M6,M7を取り付けるだけで試料4の裏面側の情報を得ることができるので、簡便で有用であるといえる。このような試料保持装置18を用意しておくことにより、2種類の異なる測定方法(単方向観察型と多方向同時観察型)を容易に切り替えることができる。
In this way, by using the
2,2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h,2i,2j,20 試料保持部材
4,4a,4b,4c 生体試料
6,22 二次元検出器
8,24 結像レンズ
10 蛍光側フィルタ
12,12a,12b,12c 支持機構
14,14a 光通過領域
16 ガイド
18 試料保持装置
L1,L1’,L2,L3,L4,L5,L6,L7 補助レンズ
M2,M3,M4,M5,M6,M7 反射鏡
S1,S2,S3,S4,S5 励起光源
2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i, 2j, 20
Claims (17)
試料を保持するための試料保持領域を備えた実質的に透明な試料保持部材と、
前記試料保持領域の側方を通って前記二次元検出器に導かれる光を通過させるための光通過領域を確保しながら、前記試料保持部材を支持した状態で生体画像取得装置内に配置される支持機構と、を備えたことを特徴とする試料保持装置。 In a sample holding device of a biological image acquisition device that acquires images from a plurality of directions of a biological sample using a two-dimensional detector,
A substantially transparent sample holding member with a sample holding region for holding the sample;
The specimen holding member is disposed in the living body image acquisition device while securing the light passage area for allowing the light guided to the two-dimensional detector to pass through the side of the specimen holding area. And a support mechanism.
前記試料保持装置の試料保持部材に載置された試料を撮像するために前記試料保持装置の試料保持部材の正面に配置された1つの二次元検出器と、
前記試料保持部材に載置された試料の少なくとも前記二次元検出器とは反対側の光を前記二次元検出器に導くための反射鏡を含んで、前記二次元検出器上で前記試料の複数の方向の光を結像する光学系と、を備えた生体画像取得装置。 A sample holding device according to claim 1;
One two-dimensional detector arranged in front of the sample holding member of the sample holding device to image the sample placed on the sample holding member of the sample holding device;
A plurality of samples on the two-dimensional detector, including a reflecting mirror for guiding at least the light opposite to the two-dimensional detector of the sample placed on the sample holding member to the two-dimensional detector; And a biological image acquisition apparatus.
試料からの蛍光画像を撮像する際に前記二次元検出器に導かれる光の光路上に配置され、前記励起光を遮光して試料からの蛍光を前記二次元検出器に導くための蛍光側フィルタと、をさらに備えている請求項14に記載の生体画像取得装置。 An excitation light source that is provided around the sample holding device and emits excitation light for generating fluorescence by exciting the sample when capturing a fluorescent image from the sample;
Fluorescence side filter disposed on the optical path of light guided to the two-dimensional detector when taking a fluorescent image from the sample, and shielding the excitation light to guide the fluorescence from the sample to the two-dimensional detector The biological image acquisition apparatus according to claim 14, further comprising:
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