JP2010217553A - 画像生成装置及び画像生成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鮮明な生体組織の画像を生成できるようにする。
【解決手段】画像生成装置1は、各撮像点QCについて、標準位置Z1及び別位置Z2における標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ繋ぎ合わせることにより、標準画像P1と別撮像画像PC2とを生成する。また画像生成装置1は、標準画像P1を基に、包埋材103に気泡BBが含まれているか否かを判定し、当該気泡BBが含まれていた部分について、標準画像P1を別画像P2に置き換えて生体組織画像PRを生成する。これにより画像生成装置1は、ほぼ全体が鮮明な生体組織画像PRを生成することができる。
【選択図】図6
【解決手段】画像生成装置1は、各撮像点QCについて、標準位置Z1及び別位置Z2における標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ繋ぎ合わせることにより、標準画像P1と別撮像画像PC2とを生成する。また画像生成装置1は、標準画像P1を基に、包埋材103に気泡BBが含まれているか否かを判定し、当該気泡BBが含まれていた部分について、標準画像P1を別画像P2に置き換えて生体組織画像PRを生成する。これにより画像生成装置1は、ほぼ全体が鮮明な生体組織画像PRを生成することができる。
【選択図】図6
Description
本発明は画像生成装置及び画像生成方法に関し、例えば生体組織を撮像して生体組織画像を生成する画像生成装置に適用して好適なものである。
従来、生体組織を基に病理診断を行う場合には、生体組織をスライドガラス上に固定した病理スライドガラスを作成し、医師が顕微鏡等を用いて当該病理スライドガラスを観察していた。
近年では、利便性等の観点から、スライドガラス上の生体組織を予め撮像する画像生成装置を用いて当該生体組織の画像を生成しておき、当該画像を表示して医師に病理診断をさせる手法も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
かかる画像生成装置では、一般に、ディジタルカメラと同様の撮像原理により画像データを生成する。また画像生成装置では、撮像素子の画素数やレンズの画角等の制約により、複数の撮像点を設定して撮像範囲を少しずつ移動しながら生体組織の一部を順次撮像し、撮像した画像をつなぎ合わせるといった手法が用いられている。
ところで病理スライドガラスは、ガラスプレート上に薄くスライスした生体組織が載せられ、所定の包埋材が塗布された上でカバーガラスが被されるようになされている。このとき病理スライドガラスは、包埋材中に気泡が含まれてしまうことがある。
包埋材中に気泡が含まれる場合、気泡と包埋材との屈折率の違いにより、気泡が存在する位置と存在しない位置とで焦点位置が異なることになる。このため画像生成装置は、病理スライドガラスを撮像した場合、気泡がある箇所については、焦点が合わずにぼやけた画像となる等、生体組織の画像を正しく得ることができないという問題があった。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、鮮明な生体組織の画像を生成し得る画像生成装置及び画像生成方法を提案しようとするものである。
かかる課題を解決するため本発明の画像生成装置においては、スライスされた生体組織がスライドガラスの置載面上に搭載され当該生体組織が包埋材及びカバーガラスにより被覆されてなる病理スライドガラスから得られる光を、所定の撮像レンズにより集光し画像を生成する撮像部と、撮像レンズの光軸方向に関し、病理スライドガラスに対する撮像レンズの焦点の相対位置を変化させる焦点移動部と、相対位置のうち、光軸上における包埋材中に気泡が含まれないときに撮像レンズの焦点を生体組織に合わせる標準位置と、当該標準位置よりも光軸上における包埋材中に気泡が含まれるときにレンズの焦点を生体組織に合わせる位置に近接した別位置とを、それぞれ取得する焦点位置取得部と、焦点移動部により撮像レンズの焦点の相対位置を標準位置及び別位置にそれぞれ設定したときの標準画像及び別画像を撮像部によりそれぞれ生成させる撮像制御部と、病理スライドガラスにおける気泡の存在箇所を表す気泡情報を取得する気泡情報取得部と、気泡情報を基に、標準画像における気泡以外の部分と別画像における気泡に相当する部分とを合成した生体組織画像を生成する画像生成部とを設けるようにした。
これにより本発明の画像生成装置は、標準画像における気泡が有る部分を特定した上で、より鮮明な別画像に置き換えて生体組織画像を生成することができる。
また本発明の画像生成方法においては、スライスされた生体組織がスライドガラスの置載面上に搭載され当該生体組織が包埋材及びカバーガラスにより被覆されてなる病理スライドガラスと撮像レンズとの相対位置として、撮像レンズの光軸上における包埋材中に気泡が含まれないときに撮像レンズの焦点を生体組織に合わせる標準位置を取得する標準位置取得ステップと、相対位置として、標準位置よりも光軸上における包埋材中に気泡が含まれるときにレンズの焦点を生体組織に合わせる位置に近接した別位置を取得する別位置取得ステップと、撮像レンズの光軸方向に関し、病理スライドガラスに対する撮像レンズの焦点の相対位置を標準位置及び別位置にそれぞれ移動させる移動ステップと、相対位置を標準位置及び別位置にそれぞれ移動させたときの、生体組織から得られる光を撮像レンズにより集光し標準画像及び別画像をそれぞれ生成する画像生成ステップと、病理スライドガラスにおける気泡の存在箇所を表す気泡情報を取得する気泡情報取得ステップと、気泡情報を基に、標準画像における気泡以外の部分と別画像における気泡に相当する部分とを合成した生体組織画像を生成する画像生成ステップとを設けるようにした。
これにより本発明の画像生成方法では、標準画像における気泡が有る部分を特定した上で、より鮮明な別画像に置き換えて生体組織画像を生成することができる。
本発明によれば、標準画像における気泡が有る部分を、より鮮明な別画像に置き換えて生体組織画像を生成することができる。かくして本発明は、鮮明な生体組織の画像を生成し得る画像生成装置及び画像生成方法を実現できる。
以下、発明を実施するための形態(以下実施の形態とする)について、図面を用いて説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(合焦位置が一定の例)
2.第2の実施の形態(合焦位置が一定でない例)
3.他の実施の形態
1.第1の実施の形態(合焦位置が一定の例)
2.第2の実施の形態(合焦位置が一定でない例)
3.他の実施の形態
<1.第1の実施の形態>
[1−1.病理スライドガラスの構成]
本発明にかかる撮像装置について説明する前に、撮像対象となる生体組織を保持する病理スライドガラス100の構成について、図1(A)〜(C)に示す断面図を用いその作成過程に沿って説明する。
[1−1.病理スライドガラスの構成]
本発明にかかる撮像装置について説明する前に、撮像対象となる生体組織を保持する病理スライドガラス100の構成について、図1(A)〜(C)に示す断面図を用いその作成過程に沿って説明する。
実際上病理スライドガラス100は、まず略薄板状のガラス材料でなるスライドガラス101の置載面101A上に、薄くスライスされた生体組織102が広げられた状態でほぼ中央に置かれる(図1(A))。
スライドガラス101は、図における横方向の長さが約75[mm]、奥行き方向の長さが約25[mm]となっており、厚さ(すなわち図における上下方向の長さ)が約2[mm]となっている。
生体組織102は、図における横方向及び奥行き方向の長さがいずれも約15[mm]であり、厚さが約3〜5[μm]程度となっている。また生体組織102は、所定の染色処理がなされており、光の屈折率が約1.3〜1.5となることが知られている。以下では、生体組織102の上面を撮像面102Aと呼ぶ。
続いて病理スライドガラス100は、スライドガラス101の置載面101Aにおいて、生体組織102を覆うように包埋材103が塗布され(図1(B))、さらに生体組織102を上方から覆うようにカバーガラス104が被される(図1(C))。
その後包埋材103は、固まることにより、スライドガラス101に対し生体組織102及びカバーガラス104を固定する。かくして病理スライドガラス100が完成する。
カバーガラス104は、図における横方向の長さが約40[mm]、奥行き方向の長さが約24[mm]となっており、厚さが約0.12〜0.17[mm]となっている。
包埋材103は、カバーガラス104が被された状態における厚さが約10[μm]程度となっている。また包埋材103及びカバーガラス104における光の屈折率は、いずれも約1.5となるようになされている。
因みに第1の実施の形態では、カバーガラス104の上面104Aから生体組織102までの距離(以下これをカバー距離DCと呼ぶ)が一定であると仮定する。
ところで病理スライドガラス100は、理想的には、図1(C)の一部を拡大した図2(A)に示すように、生体組織102とカバーガラス104との間が包埋材103により満たされた状態となる。
この病理スライドガラス100は、図2(A)と対応する図2(B)に上面図を示すように、カバーガラス104及び包埋材103(いずれも図示せず)を介して、生体組織102を観察し得る状態となっている。
しかしながら実際の病理スライドガラス100は、図2(A)と対応する図3(A)に断面図を示すように、包埋材103中に気泡BBが入ってしまう場合がある。
このとき病理スライドガラス100は、気泡BBが入っている部分において、生体組織102とカバーガラス104との間を、包埋材103に代わる空気等の気体が占めている。
ここで、包埋材103の屈折率は約1.5であり、気泡BBの屈折率は約1である。このため、包埋材103と気泡BBとの境界面では、光が屈折されると考えられる。この結果、病理スライドガラス100を上面から見た場合、図2(B)と対応する図3(B)に示すように、気泡BBが存在する箇所は当該気泡BBが存在しない箇所と見え方が相違することになる。
また、カバーガラス104の上面104Aから生体組織102までの光路を想定した場合、気泡BBが有る場合と無い場合とでは、それぞれの光学的な長さ(いわゆる光路長)が相違する。
このときの光路長差は、包埋材103の厚さが約10[μm]であり、当該包埋材103と気泡BBとの屈折率差が約0.5で有るため、両者を乗じた約5[μm]となる。
このように病理スライドガラス100は、スライドガラス101の置載面101A上において、生体組織102が包埋材103を介してカバーガラス104により覆われた構成となっている。また包埋材103には、気泡BBが含まれる可能性がある。
[1−2.画像生成装置の構成]
次に、病理スライドガラス100を撮像して画像を生成する画像生成装置1について説明する。画像生成装置1は、図4に示すように、統括制御部2により全体を統括制御するようになされている。
次に、病理スライドガラス100を撮像して画像を生成する画像生成装置1について説明する。画像生成装置1は、図4に示すように、統括制御部2により全体を統括制御するようになされている。
統括制御部2は、図示しないCPU(Central Processing Unit)と、各種プログラム等が格納されるROM(Read Only Memory)と、当該CPUのワークメモリとして用いられるRAM(Random Access Memory)とによって構成されている。
撮像装置3は、生体組織102に焦点を合わせて撮像するものの、撮像素子の制約等により、1回の撮像処理により撮像可能な範囲が当該生体組織102の全撮像範囲102AR(図2(B))よりも狭い。
このため画像生成装置1では、図5に示すように、病理スライドガラス100上で互いにほぼ等間隔となる複数の撮像点QCが設定されている。この撮像点QCは、画像生成装置1における1回の撮像範囲ACの大きさを基に、互いに隣接する撮像範囲AC同士を僅かに重ねるように定められている。
これに応じてXYステージ20は、病理スライドガラス100を所定の可動ステージ20Aに固定した状態で、当該可動ステージ20Aを図の左右方向(以下X方向と呼ぶ)及び手前又は奥へ向かう方向(以下Y方向と呼ぶ)へ移動し得るようになされている。
実際上統括制御部2は、撮像点QCの位置に応じた撮像点位置情報を有しており、これを駆動制御部3へ供給する。駆動制御部3は、撮像点位置情報を基に位置制御信号を生成してXYステージ20へ供給することにより、病理スライドガラス100が固定された可動ステージ20AをX方向及びY方向へ移動させる。
撮像レンズ5は、統括制御部2及び駆動制御部3の制御の下で、アクチュエータ6により撮像光の光軸に沿った方向(以下これをZ方向と呼ぶ)に移動され、これに伴い撮像レンズ5の焦点FCをZ方向に移動し得るようになされている。
また画像生成装置1は、図示しない光源から病理スライドガラス100に対し光を照射する。撮像レンズ5は、このとき病理スライドガラス100により反射された光又は当該病理スライドガラスを透過した光(以下これを撮像光LCと呼ぶ)を集光し、撮像部8へ導くようになされている。このとき撮像光LCは、焦点FCにおける像を表すことになる。
撮像部8は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semicondactor)等の撮像素子を有しており、当該撮像素子により撮像光LCに基づいた撮像画像PCを生成し、これを画像処理部10へ供給するようになされている。このとき撮像画像PCは、撮像点QCを中心とした撮像範囲ACの画像を表している。
画像処理部10は、画像データに対し種々の処理を施し得るようになされており、画像を記憶する記憶部11、画像の合成処理を行う合成処理部12及び気泡BBの箇所を判別する気泡箇所判別部13により構成されている。
記憶部11は、撮像画像PC等の画像を記憶するようになされている。合成処理部12は、複数の画像における指定された範囲同士を繋ぎ合わせて1枚の画像に合成する合成処理を行い得るようになされている。気泡箇所判別部13は、画像データにおける気泡BBの箇所を判別するようになされている(詳しくは後述する)
画像処理部10は、合成処理部12により複数の撮像画像PCを基に合成処理を行うことにより、生体組織画像PRを生成し、これを図示しない外部機器へ出力する。
このように画像生成装置1は、撮像部8により撮像した撮像画像PCを基に生体組織画像PRを生成するようになされている。
[1−3.生体組織画像の生成]
ところで病理スライドガラス100の包埋材103には、上述したように気泡BBが含まれる場合がある(図3(A)及び(B))。このとき病理スライドガラス100では、上述したように、当該気泡BBが無い場合と対比して、カバーガラス104の上面104Aから生体組織102までの光路長が約5[μm]相違する。
ところで病理スライドガラス100の包埋材103には、上述したように気泡BBが含まれる場合がある(図3(A)及び(B))。このとき病理スライドガラス100では、上述したように、当該気泡BBが無い場合と対比して、カバーガラス104の上面104Aから生体組織102までの光路長が約5[μm]相違する。
このことは、画像生成装置1において、焦点FCを生体組織102に合わせる最適な撮像レンズ5の位置(以下これを合焦位置と呼ぶ)が、包埋材103内に気泡BBが有る場合と無い場合とで、約5[μm]相違することを意味している。
また第1の実施の形態では、上述したように、カバー距離DCが一定であると仮定している。このため画像生成装置1は、いずれか1カ所の撮像点QCにおいて撮像レンズ5の焦点FCを生体組織102に合わせておけば、すべての撮像点QCにおいて焦点FCを生体組織102に合わせることが可能となる。
そこで画像生成装置1は、事前の測定作業等により、包埋材103内に気泡BBが無い場合の合焦位置(以下これを標準位置Z1と呼ぶ)と、当該気泡BBが有る場合の合焦位置(以下これを別位置Z2と呼ぶ)とを予め設定し、所定の記憶部に記憶している。
ところで画像生成装置1は、撮像画像PCを生成する前の段階では、気泡BBの有無や形成されている箇所について知ることができない。
そこで画像生成装置1は、各撮像点QCについて、撮像レンズ5を標準位置Z1に移動させて標準撮像画像PC1を生成すると共に、当該撮像レンズ5を別位置Z2に移動させて別撮像画像PC2も生成するようになされている。
具体的に画像生成装置1は、駆動制御部3を介してXYステージ4における可動ステージ4Aの位置を制御することにより、撮像レンズ5の光軸上に各撮像点QCを順次位置させながら、標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2を順次生成する。
このとき画像処理部10は、各撮像点QCの位置を表す位置情報と対応づけて、標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ記憶部11に記憶させる。
画像処理部10は、全ての撮像点QCについて標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2を取得すると、合成処理部12により、全ての標準撮像画像PC1を繋ぎ合わせる結合処理を行い、図6(A)に示す標準画像P1を生成する。
このとき標準画像P1は、気泡BBが無い部分については、撮像レンズ5の焦点FCが生体組織102に合うため鮮明になるものの、気泡BBが有る部分については、当該焦点FCが生体組織102に合わないためぼやけた状態となる。
また画像処理部10は、合成処理部12により、全ての別撮像画像PC2を繋ぎ合わせる結合処理を行い、図6(B)に示す別画像P2を生成する。
このとき別画像P2は、標準画像P1の場合と反対に、気泡BBが有る部分については、焦点FCが生体組織102に合うため鮮明になるものの、気泡BBが無い部分については、当該焦点FCが生体組織102に合わないためぼやけた状態となる。
次に画像処理部10は、気泡箇所判別部13により、標準画像P1を基に、包埋材103に気泡BBが含まれているか否かを判定すると共に、当該気泡BBが存在する測定点QMを識別し、その位置を表す情報を気泡情報として統括制御部2へ供給する。
一般に、標準画像P1において、気泡BBが形成されていれば、その境界線は必ず閉じた領域を形成することになる。また包埋材103と気泡BBとの境界線は、その太さがほぼ一様となることが知られている。
さらに包埋材103は、液状のときに気泡BBとの境界面で表面張力が作用するため、当該気泡BBとの境界線における曲率が比較的大きくなる。また撮像レンズ5の焦点FCが生体組織102に合っていない場合、一般に撮像画像DCはぼやけた画像となる。このようにぼやけた画像は、鮮鋭度が低いため、周波数成分が低くなる傾向にある。
そこで気泡箇所判別部13は、標準画像P1において、閉じた領域ABを形成する曲線NBに関し所定の条件が満たされる場合に、当該曲線NBを境界線として、領域ABに渡って気泡BBが存在すると判別するようになされている。
この条件は、[条件1]閉じた領域ABを形成する曲線NBが存在し、[条件2]曲線NBの線幅が所定範囲内に収まり、[条件3]曲線NBの曲率が所定値以下であり、[条件4]領域AB内で画像の周波数成分が領域AB外と大きく相違すること、である。
続いて画像処理部10は、合成処理部12により、標準画像P1における領域ABの範囲外の部分と別画像P2における領域ABの範囲内の部分とを合成することにより、図6(C)に示す生体組織画像PRを生成する。
この生体組織画像PRは、標準画像P1において気泡BBの存在により鮮明な画像が得られなかった部分(すなわち領域ABの範囲内)を、別画像P2において鮮明な画像が得られている対応部分に置き換えて補完した画像となっている。
具体的に画像生成装置1の統括制御部2は、図7に示すフローチャートに従い、標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2を基に、生体組織画像PRを生成するようになされている。
すなわち統括制御部2は、図示しない操作部や外部機器等から所定の画像生成命令を取得すると、画像生成処理手順RT1を開始し、ステップSP1へ移る。
ステップSP1において統括制御部2は、駆動制御部3を介してXYステージ20の可動ステージ20Aを適宜移動させながら、各撮像点QCについて標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ生成し、次のステップSP2へ移る。
ステップSP2において統括制御部2は、画像処理部10の合成処理部12により複数の標準撮像画像PC1を結合して1枚の標準画像P1を生成し、また複数の別撮像画像PC2を結合して1枚の別画像P2を生成して、次のステップSP3へ移る。
ステップSP3において統括制御部2は、画像処理部10の気泡箇所判別部13により、標準画像P1に、曲線NBにより閉じられた領域ABが有るか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは[条件1]が満たされることを表しており、このとき統括制御部2は次のステップSP4へ移る。
ステップSP4において統括制御部2は、画像処理部10の気泡箇所判別部13により、標準画像P1における曲線NBの線幅が所定範囲内(例えば3画素以上7画素以下等)であるか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは[条件2]が満たされることを表しており、このとき統括制御部2は次のステップSP5へ移る。
ステップSP5において統括制御部2は、画像処理部10の気泡箇所判別部13により、曲線NBの曲率が所定値以下か否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは[条件3]が満たされることを表しており、このとき統括制御部2は次のステップSP6へ移る。
ステップSP6において統括制御部2は、画像処理部10の気泡箇所判別部13により、領域AB内と領域AB外とで、標準画像P1の周波数成分が大きく相違するか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは[条件1]〜[条件4]が全て満たされることを表しており、このとき統括制御部2は次のステップSP7へ移る。
ステップSP7において統括制御部2は、画像処理部10の合成処理部12により、標準画像P1における領域ABの範囲外の部分と別画像P2における領域ABの範囲内の部分とを合成することにより、生体組織画像PR(図6(C))を生成する。その後統括制御部2は、ステップSP9へ移って画像生成処理手順RT1を終了する。
また、ステップSP3〜6において否定結果が得られた場合、上述した[条件1]〜[条件4]のうち1つ以上が満たされていないことを表している。このとき統括制御部2は、標準画像P1に気泡BBは存在しないものと判断し、次のステップSP8へ移る。
ステップSP8において統括制御部2は、標準画像P1をそのまま生体組織画像PRとし、その後ステップSP9へ移って画像生成処理手順RT1を終了する。
このように画像処理部10は、統括制御部2の制御に基づき、標準画像P1から気泡BBが形成されている領域ABを判別し、当該領域ABの画像を別画像P2と置き換えることにより、生体組織画像PRを生成するようになされている。
[1−4.動作及び効果]
以上の構成において、画像生成装置1は、各撮像点QCについて、撮像レンズ5を標準位置Z1に移動させて標準撮像画像PC1を生成すると共に、当該撮像レンズ5を別位置Z2に移動させて別撮像画像PC2を生成し、画像処理部10へ供給する。
以上の構成において、画像生成装置1は、各撮像点QCについて、撮像レンズ5を標準位置Z1に移動させて標準撮像画像PC1を生成すると共に、当該撮像レンズ5を別位置Z2に移動させて別撮像画像PC2を生成し、画像処理部10へ供給する。
画像処理部10は、合成処理部12により全ての標準撮像画像PC1を繋ぎ合わせる結合処理を行い、標準画像P1(図6(A))を生成する。また画像処理部10は、合成処理部12により全ての別撮像画像PC2を繋ぎ合わせる結合処理を行い、別画像P2(図6(B))を生成する。
続いて画像処理部10は、標準画像P1を基に、気泡箇所判別部13により包埋材103に気泡BBが含まれているか否かを判定する。ここで画像処理部10は、包埋材103に気泡BBが含まれていた場合、合成処理部12により標準画像P1を別画像P2に置き換えて生体組織画像PR(図6(C))を生成する。
これにより画像生成装置1は、標準画像P1の一部が気泡BBの存在により不鮮明であったとしても、ほぼ全体が鮮明な生体組織画像PRを生成することができる。
ここで病理スライドガラス100では、包埋材103の厚さが約10[μm]の場合、包埋材103の表面張力等の作用により、気泡BBがあるときの合焦位置が、当該気泡BBがないときの合焦位置に対し一様に約5[μm]相違する(図3(A))。
このため、標準位置Z1で撮像した標準画像PC1において気泡BBの影響により不鮮明であった部分については、当該標準位置Z1から約5[μm]離れた別位置Z2で撮像した別画像PC2において鮮明に表れる。
画像生成装置1は、この関係を利用して、標準画像PC1において気泡BBの箇所を特定し、当該気泡BBの部分のみを別画像PC2に置き換えるだけで、気泡BBの有無や位置に拘わらずほぼ全体が鮮明な生体組織画像PRを得ることができる。
このとき画像生成装置1は、標準画像PC1及び別画像PC2といった2種類の画像を合成するだけで良い。このため画像生成装置1は、各撮像点QCにおいて2枚の撮像画像を生成するのみで良く、撮像レンズ5のZ方向への移動等、撮像処理に要する時間を必要最小限に抑えることができる。
また画像生成装置1は、標準画像PC1から気泡BBの有無及びその位置を判別することができるので、当該気泡BBの有無及びその位置を判別するための光学部品等を別途設ける必要がなく、装置全体を簡易に構成することができる。
このとき画像処理部10の気泡箇所判定部13は、[条件1]〜[条件4]を組み合わせることにより、気泡BBを精度良く判別することができるので、当該気泡BBの誤判別により生体組織画像PRを却って不鮮明にしてしまう危険性が極めて低い。
この結果、画像生成装置1により生成された生体組織画像PRを用いることにより、診断等において気泡BBの存在により生体組織102を正しく観察できない、といった問題を未然に防止することができる。これにより、病理スライドガラス100を撮像し直して生体組織画像PRを生成し直し、あるいは他の病理スライドガラス100を用いて別途生体組織画像PRを新たに生成する、といった手間の発生を抑えることができる。
さらに画像合成部12は、生体組織画像PRに曲線NBを敢えて残したままとしている。これにより生体組織画像PRは、例えば当該曲線NBを消去した場合にその消去痕の画像が不自然となり診断等に悪影響を与えてしまう恐れが無い。また生体組織画像PRは、気泡BBに相当する部分の画像を合成したことを積極的に通知することができ、当該合成が行われたことを認識させた上で診断等を行わせることができる。
以上の構成によれば、画像生成装置1は、各撮像点QCについて、標準位置Z1及び別位置Z2における標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ繋ぎ合わせることにより、標準画像P1と別撮像画像PC2とを生成する。また画像生成装置1は、標準画像P1を基に、包埋材103に気泡BBが含まれているか否かを判定し、当該気泡BBが含まれていた部分について、標準画像P1を別画像P2に置き換えて生体組織画像PRを生成する。これにより画像生成装置1は、ほぼ全体が鮮明な生体組織画像PRを生成することができる。
<2.第2の実施の形態>
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様、病理スライドガラス100を撮像対象とするため、当該病理スライドガラス100の構成については説明を省略する(図1〜図3)。
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様、病理スライドガラス100を撮像対象とするため、当該病理スライドガラス100の構成については説明を省略する(図1〜図3)。
ただし第2の実施の形態では、カバー距離DCが一定ではなく、部分ごとに相違すると仮定する。
そこで第2の実施の形態では、図8に示すように、第1の実施の形態と同様の画像生成装置1と、焦点位置検出装置21とにより構成される画像生成システム20により、生体組織画像PRを生成するようになされている。
焦点位置検出装置21は、病理スライドガラス100において所定間隔ごとに設定された測定点QM(図5)について、標準位置Z1及び別位置Z2をそれぞれ検出するようになされている。
因みに病理スライドガラス100では、例えば撮像範囲ACが約1[mm]四方とされ、これに応じて撮像点QCも約1[mm]間隔で配置され、また測定点QMが約250[μm]間隔で配置されるようになされている。
焦点位置検出装置21は、標準位置Z1及び別位置Z2を表す情報と測定点QMを表す情報とを対応付けて焦点情報IFとし、これを画像生成装置1へ供給するようになされている。
これに応じて画像生成装置1は、焦点情報IFを基に撮像レンズ5の位置を制御しながら標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2を順次撮像し、最終的に生体組織画像PRを生成するようになされている。
[2−1.焦点位置検出装置の構成]
焦点情報生成装置21は、図9に示すように、統括制御部22により全体を統括制御するようになされている。
焦点情報生成装置21は、図9に示すように、統括制御部22により全体を統括制御するようになされている。
統括制御部22は、図示しないCPUと、各種プログラム等が格納されるROMと、当該CPUのワークメモリとして用いられるRAMとによって構成されている。
焦点情報IFを生成する場合、統括制御部22は、レーザダイオード等でなる光源31から所定波長の発散光でなる光ビームLMを出射させ、これをコリメータレンズ32により平行光に変換させて偏光ビームスプリッタ(PBS)33へ入射させる。
偏光ビームスプリッタ33は、光の偏光方向に応じて透過率が相違する反射透過面33Sにおいて、P偏光の光ビームをほぼ全て透過すると共に、S偏光の光ビームをほぼ全て反射するようになされている。
実際上偏光ビームスプリッタ33は、反射透過面33Sにより光ビームLMをほぼ全て透過させ、1/4波長板34へ入射させる。
1/4波長板34は、光を直線偏光と円偏光との間で相互変換し得るようになされており、例えばP偏光でなる光ビームLMを左円偏光に変換し、対物レンズ35へ入射させる。
対物レンズ35は、画像生成装置1の撮像レンズ5と同様の光学的特性を有しており、光ビームLMを集光して病理スライドガラス100へ照射する。また対物レンズ35は、統括制御部22及び駆動制御部23の制御の下で、アクチュエータ36により光ビームLMの光軸に沿った方向(以下これをZ方向と呼ぶ)に移動され、これに伴い光ビームLMの焦点FMをZ方向に移動し得るようになされている。因みに対物レンズ35のZ方向に関する位置は、撮像レンズ5のZ方向に関する位置と対応するようになされている。
XYステージ30は、画像生成装置1のXYステージ4と同様に構成されている。すなわちXYステージ30は、病理スライドガラス100を所定の可動ステージ30Aに固定した状態で、当該可動ステージを図の左右方向(以下X方向と呼ぶ)及び手前又は奥へ向かう方向(以下Y方向と呼ぶ)へ移動し得るようになされている。
実際上統括制御部22は、測定点QMの位置に応じた測定点位置情報を有しており、これを駆動制御部23へ供給する。これに応じて駆動制御部23は、測定点位置情報を基に位置制御信号を生成してXYステージ30へ供給することにより、病理スライドガラス100が固定された可動ステージ30AをX方向及びY方向へ移動させる。
この結果XYステージ30は、光ビームLMの光軸(図中一点鎖線で示す)を、病理スライドガラス100における測定点QMに合わせることができる。
光ビームLMは、病理スライドガラス100において反射され、反射光ビームLrとなる。このとき反射光ビームLrは、円偏光における回転方向が反転されるため、右円偏光となる。反射光ビームLrは、光ビームLMと反対方向へ進行し、対物レンズ35により平行光に変換され、1/4波長板34へ入射される。
1/4波長板34は、右円偏光でなる反射光ビームLrをS偏光(すなわち直線偏光)に変換し、偏光ビームスプリッタ33へ入射させる。
偏光ビームスプリッタ33は、反射透過面33SにおいてS偏光でなる反射光ビームLrをほぼ全て反射し、ビームスプリッタ(BS)41へ入射させる。
ビームスプリッタ41は、反射透過面31Sにより光ビームを約半分の割合で透過すると共に残りの約半分を反射するようになされている。実際上ビームスプリッタ41は、反射光ビームLrを約半分の割合で透過することにより第1反射光ビームLr1とし、これをマルチレンズ42へ入射させる。
マルチレンズ42は、第1反射光ビームLr1を集光すると共に非点収差を持たせ、第1受光器43へ照射する。
第1受光器43は、図10に示すように、格子状に配置された4つの受光領域43A、43B、43C及び43Dを有しており、その中心点33Qに第1反射光ビームLr1の光軸が位置するよう取付位置等が調整されている。
第1受光器43は、各受光領域43A、43B、43C及び43Dにより第1反射光ビームLr1の一部をそれぞれ受光し、その受光量に応じた第1受光信号S1A、S1B、S1C及びS1Dをそれぞれ生成して信号処理部24へ供給するようになされている。
またビームスプリッタ41は、反射光ビームLrを約半分の割合で反射することにより第2反射光ビームLr2とし、これを乱反射成分除去部44へ入射させる。
乱反射成分除去部44は、集光レンズ45、ピンホール板46及びコリメータレンズ47により構成されている。
集光レンズ45は、第2反射光ビームLr2を集光し、ピンホール板46へ照射する。ピンホール板46は、第2反射光ビームLr2の焦点近傍に、当該第2反射光ビームLr2の光軸を中心とした微小な通過孔46Hが設けられている。
第2反射光ビームLr2は、集光レンズ45により集光され、ピンホール板46の通過孔46Hを通過した後、発散光となりコリメータレンズ47へ入射される。このとき第2反射光ビームLr2のうち集光レンズ45により集光された焦点近傍以外の部分は、ピンホール板46により遮断されることになる。
コリメータレンズ47は、第2反射光ビームLr2を平行光に変換し、集光レンズ48へ入射させる。集光レンズ48は、第2反射光ビームLr2を集光し、第2受光器49へ入射させる。
第2受光器49は、第2反射光ビームLr2の光量に応じた受光信号S2を生成し、これを信号処理部24へ供給するようになされている。
信号処理部24は、後述する焦点情報生成処理を行うことにより、測定点QMにおける焦点情報IFを生成するようになされている。
このように焦点情報生成装置21では、光ビームLMの光軸を測定点QMに合わせて病理スライドガラス100に照射し、このとき生じる反射光ビームLrを第1反射光ビームLr1及び第2反射光ビームLr2に分離する。その後焦点情報生成装置21は、第1反射光ビームLr1については非点収差を持たせて受光し、第2反射光ビームLr2についてはピンホール板46の通過孔46Hを通過させた上で受光するようになされている。
[2−2.焦点情報の生成]
次に、各測定点QMについての焦点情報IFの生成について説明する。
次に、各測定点QMについての焦点情報IFの生成について説明する。
[2−2−1.気泡が含まれていない場合]
統括制御部22は、第1受光器43及び第2受光器49によりそれぞれ第1受光信号S1A〜S1D及びS2を生成させながら、アクチュエータ36により対物レンズ35を病理スライドガラス100の遠方から近づけるようにZ方向へ一定速度で移動させていく。
統括制御部22は、第1受光器43及び第2受光器49によりそれぞれ第1受光信号S1A〜S1D及びS2を生成させながら、アクチュエータ36により対物レンズ35を病理スライドガラス100の遠方から近づけるようにZ方向へ一定速度で移動させていく。
このとき信号処理部24は、第1受光器43により生成された第1受光信号S1A〜S1Dを基に、次に示す(1)式に従い和信号SSを生成し、これを統括制御部22へ供給する。この和信号SSは、第1反射光ビームLr1の全光量を表している。
ここで、図2(A)及び(B)に示したように、包埋材103に気泡BBが含まれていない場合を想定する。このとき和信号SSは、図11(A)に示すように、対物レンズ35のZ方向に関する位置に応じて値が変動する。
ここでアクチュエータ36は、一定速度で対物レンズ35を移動させている。このため図11における横軸は、時間軸を表すと共に、Z方向における対物レンズ35の相対的な位置、すなわちZ方向における焦点FMの相対的な位置をも表している。
図11(A)から分かるように、和信号SSは、位置Z11を中心に比較的大きな信号レベルのピーク波形を形成しており、また位置Z13を中心に中程度の信号レベルでなるピーク波形を形成している。
この和信号SSにおけるピークは、光ビームLMが比較的高い反射率で反射されていること、すなわち当該光ビームLMの焦点FMが、互いに屈折率が相違する2種類の物質同士の境界面に位置していることを表している。
病理スライドガラス100において、カバーガラス104の屈折率(約1.5)は、上面104Aにおいて、周囲に存在する空気の屈折率(約1)と大きく相違している。このことから、和信号SSにおける位置Z11を中心としたピークは、このとき光ビームLMの焦点FMがカバーガラス104の上面104Aに位置していることを表している。
また位置Z13を中心としたピークは、光ビームLMが比較的低い反射率で反射されていることを表している。すなわちこのピークは、このとき光ビームLMの焦点FMが、光の透過率が比較的低くその一部を反射させるような物質内、すなわち生体組織102内に位置していることを表している。
因みにカバーガラス104と包埋材103との屈折率は、いずれも約1.5でほぼ同等となっている。このため光ビームLMは、カバーガラス104と包埋材103との境界面では殆ど反射されない。
このように和信号SSでは、対物レンズ35が位置Z11にあり光ビームLMの焦点FMがカバーガラス104の上面104Aに位置するときに大きなピークが表れる。また和信号SSでは、対物レンズ35が位置Z13にあり焦点FMが生体組織102内にあるときに中程度のピークが表れる。
また信号処理部24は、第1受光器43において対角状に配置された受光領域による受光信号同士をそれぞれ加算した値同士の対角差分値として、次に示す(2)式により差信号SDを生成し、これを統括制御部22へ供給する。
差信号SDは、(2)式において、光ディスク装置における非点収差法に基づいたフォーカスエラー信号と同様の算出原理により算出されている。
この差信号SDは、図11(A)と対応する図11(B)に示すように、和信号SSと同様、対物レンズ35のZ方向に関する位置に応じて値が変動する。
図11(B)から分かるように、差信号SDは、位置Z11を中心に比較的大きな信号レベルでなる正及び負のピークが連続して表れる、いわゆるS字曲線を形成している。
差信号SDのS字曲線は、位置Z11を挟むように負のピーク及び正のピークが表れており、当該位置Z11において値「0」となっている。これは、対物レンズ35が位置Z11にあるとき、光ビームLMの焦点FMがカバーガラス104の上面104Aに位置していることを表している。
また差信号SDは、位置Z13近傍における値が変動している。これは、光ビームLMが比較的低い反射率でランダムに反射されていることを表している。このとき光ビームLMの焦点FMは、光の透過率が比較的低くその一部を反射させるような物質内、すなわち生体組織102内に位置していると考えられる。
ところで、焦点情報生成装置21において、光ビームLMがカバーガラス104の上面104Aや下面104Bのように一様な面により反射された場合、当該光ビームLMはほぼ一様に反射される。このため反射光ビームLrは、乱反射成分が殆ど含まれない。
また焦点情報生成装置21では、ビームスプリッタ41において、反射光ビームLrの光量をほぼ2等分するように第1反射光ビームLr1及び第2反射光ビームLr2に分離している。このため、ビームスプリッタ41から出射された直後の第1反射光ビームLr1及び第2反射光ビームLr2の光量は、ほぼ等しい。
第2反射光ビームLr2は、集光レンズ45により集光された際、乱反射成分が殆ど含まれないことから、そのほぼ全ての成分が焦点に集光される。このため当該第2反射光ビームLr2は、ピンホール板46の通過孔46Hにより殆ど遮断されることなく通過する。
この結果、第2受光器49に到達する第2反射光ビームLr2の光量は、第1受光器43に到達する第1反射光ビームLr1の光量とほぼ等しくなる。
一方、生体組織102は、当該生体組織102に含まれる細胞等の構造が一様でないため、光ビームLMの一部を乱反射することになる。
従って、生体組織102により反射された反射光ビームLrには、乱反射成分が含まれる。ビームスプリッタ41は、この乱反射成分含んだ反射光ビームLrを第1反射光ビームLr1及び第2反射光ビームLr2に分離する。すなわち第1反射光ビームLr1及び第2反射光ビームLr2にも乱反射成分が含まれる。
第1受光器43は、乱反射成分が含まれる第1反射光ビームLr1を途中で減衰若しくは遮断されることなく受光する。
一方、第2反射光ビームLr2に含まれる乱反射成分は、集光レンズ45により集光された際に、ある程度は集光されるものの、その焦点近傍にはかならずしも集光されない。このため第2反射光ビームLr2は、乱反射成分除去部44のピンホール板46により乱反射成分が遮断される。
この結果、第2受光器49に到達する第2反射光ビームLr2は、乱反射成分が除去されたものとなる。これに伴い第2受光器49に到達する第2反射光ビームLr2の光量は、第1受光器43に到達する第1反射光ビームLr1の光量よりも少なくなる。
このため、包埋材103に気泡BBが含まれていない病理スライドガラス100に近づけるよう対物レンズ35をZ方向へ移動させた場合、第2受光器49により生成される第2受光信号S2は、図11(C)のような信号波形となる。
この図11(C)において、第2信号S2は、位置Z11を中心に図11(A)と同程度の信号レベルでなるピーク波形を形成しているものの、位置Z13を中心に、図11(A)よりも低い信号レベルでなる小規模なピーク波形を形成する。
すなわち対物レンズ35が位置Z11にあるとき、光ビームLMの焦点FMがカバーガラス104の上面104Aに位置しており、反射光ビームLrには乱反射成分が殆ど含まれない。このため第2信号S2は、和信号SSとほぼ同等の信号レベルとなっている。
一方対物レンズ35が位置Z13にあるとき、光ビームLMの焦点FMが生体組織102内に位置しており、反射光ビームLrには乱反射成分がある程度含まれる。このため第2信号S2は、和信号SSよりも低い信号レベルとなっている。
ここで、次に示す(3)式のように、第2信号S2を和信号SSで除算した値は、反射光ビームLrにおける乱反射以外の成分(以下これを一様反射成分と呼ぶ)の比率を表すことになる。以下この比率を一様反射率REと呼ぶ。
この一様反射率REは、図11(D)に示すように、光ビームLMが一様な境界面で反射された場合には比較的高い値となり、光ビームLMの一部が乱反射された場合、すなわち光ビームLMの焦点FMが生体組織102内にあるときに比較的低い値となる。
そこで信号処理部24は、この(3)式に従い一様反射率REを算出し、統括制御部22へ供給する。
統括制御部22は、和信号SSが所定の閾値TH2(図11(A))よりも大きく、且つ一様反射率REが所定の閾値TH3(図11(D))よりも小さいときに、光ビームLMの焦点FMが生体組織102内に合っていると判断するようになされている。因みに閾値TH2及びTH3は、実験結果等を基にそれぞれ適宜定められた値である。
統括制御部22は、このときの対物レンズ35の位置Z13を、包埋材103に気泡BBが含まれていないときに撮像レンズ5の焦点FCを生体組織102に合わせ得る標準位置Z1とする。
[2−2−2.気泡が含まれる場合の各信号の波形]
一方、包埋材103に気泡BBが含まれていた場合(図3(A)及び(B))、和信号SS及び差信号SDの波形は、図11(A)及び(B)とそれぞれ対応する図12(A)及び(B)に示すように、気泡BBが含まれていない場合とは異なる形状となる。
一方、包埋材103に気泡BBが含まれていた場合(図3(A)及び(B))、和信号SS及び差信号SDの波形は、図11(A)及び(B)とそれぞれ対応する図12(A)及び(B)に示すように、気泡BBが含まれていない場合とは異なる形状となる。
また第2信号S2及び一様反射率REの波形も、図11(C)及び(D)とそれぞれ対応する図12(C)及び(D)に示すように、気泡BBが含まれていない場合とは異なる形状となる。
図12(A)における和信号SSは、位置Z11と対応する位置Z21近傍において、図11(A)の場合と同様の波形となっている。しかしながら和信号SSは、図11(A)と異なり、位置Z22近傍において位置Z21近傍と同様のピーク波形を形成している。また和信号SSは、位置Z23近傍において位置Z21近傍におけるピークよりもやや小さいピーク波形を形成し、さらに一部の信号レベルが変動している。
位置Z22の近傍に形成されたピークは、カバーガラス104の下面104Bと気泡BBとの境界面に起因したものと考えられる(図3(A))。また位置Z23の近傍に形成されたピークは、気泡BBと生体組織102との境界面に起因したものと考えられる。
すなわち包埋材103に気泡BBが含まれていた場合、和信号SSには、位置Z22及びZ23において、当該気泡BBが含まれていない場合には発生しないピークがそれぞれ表れる。
また図12(B)における差信号SDの波形は、位置Z21近傍において図11(B)における位置Z11の近傍と同様の形状である。しかしながら差信号SDの波形は、図11(B)と異なり、位置Z22近傍及び位置Z23近傍において、それぞれ位置Z21近傍と同様のS字曲線を形成している。
すなわち包埋材103に気泡BBが含まれていた場合、差信号SDには、位置Z22及びZ23において、当該気泡BBが含まれていない場合には発生しないS字曲線がそれぞれ表れる。
さらに図12(C)における第2信号S2の波形は、位置Z21、Z22及びZ23において和信号SSとほぼ同形状となっているものの、位置Z23における変動部分の信号レベルがやや低くなっている。
すなわち対物レンズ35が位置Z21にあるとき、光ビームLMの焦点FMがカバーガラス104の上面104Aに位置しており、反射光ビームLrには乱反射成分が殆ど含まれない。このため第2信号S2は、和信号SSとほぼ同等の信号レベルとなっている。
一方対物レンズ35が位置Z23近傍にあるとき、光ビームLMの焦点FMが生体組織102内に位置しており、反射光ビームLrには乱反射成分がある程度含まれる。この乱反射成分は乱反射成分除去部44により除去されるため、第2信号S2は、和信号SSよりも低い信号レベルとなっている。これに応じて一様反射率RE(図12(D))の波形は、位置Z23の近傍において、位置Z21及びZ22における値よりも低くなるときがある。
そこで統括制御部22は、まず差信号SD(図12(B))が位置Z21以外の位置Z22及びZ23においてS字曲線を形成する場合、気泡BBが存在すると判定する。
続いて統括制御部22は、和信号SSが閾値TH2(図12(A))よりも大きく、且つ一様反射率REが閾値TH3(図12(D))よりも小さくなる位置を位置Z23とする。このとき統括制御部22は、当該位置Z23を、包埋材103に気泡BBが含まれているときに撮像レンズ5の焦点FCを生体組織102に合わせ得る別位置Z2とする。
[2−2−3.焦点位置検出処理手順]
実際上統括制御部22は、図13に示すフローチャートに従って焦点位置検出処理を行うようになされている。
実際上統括制御部22は、図13に示すフローチャートに従って焦点位置検出処理を行うようになされている。
すなわち統括制御部22は、図示しない操作部からの操作指示等に基づいて焦点位置検出処理手順RT2を開始し、ステップSP11へ移る。
ステップSP11において統括制御部22は、駆動制御部23を介してXYステージ30の移動ステージを移動させ、光ビームLMの光軸を病理スライドガラス100の測定点QMに合わせて、次のステップSP12へ移る。
ステップSP12において統括制御部22は、駆動制御部23を介してアクチュエータ36により対物レンズ35をZ方向に移動させながら、信号処理部24により和信号SS及び差信号SDをそれぞれ算出させ、次のステップSP13へ移る。
ステップSP13において統括制御部22は、最初に和信号SSの値が閾値TH1よりも大きくなるとき又は差信号SDがS字曲線を形成するときの対物レンズ35の位置を位置Z11とし、次のステップSP14へ移る。
このとき位置Z11は、位置Z21と同一の位置を表しており、光ビームLMの焦点FMがカバーガラス104の上面104Aに合うような位置となる。
ステップSP14において統括制御部22は、和信号SSが閾値TH2以上となり、且つ一様反射率REが閾値TH3未満となる位置Zを検出し、次のステップSP15へ移る。
ステップSP15において統括制御部22は、位置Z11以外で差信号SDにS字曲線が表れたか否か、すなわち正負双方のピークが表れたか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは測定点QMでは気泡BBを検出できなかったことを表しており、このとき統括制御部22は次のステップSP16へ移る。
ステップSP16において統括制御部22は、ステップSP14で検出した位置Zを標準位置Z1とし、測定点QMを表す情報と標準位置Z1を表す情報とが対応付けられた焦点情報IFを生成して、次のステップSP17へ移る。
ステップSP17において統括制御部22は、測定点QMに気泡BBが無いと判定し、測定点QMを表す情報と気泡BBが無い旨を表す情報とが対応付けられた気泡情報IBを生成して、次のステップSP20へ移って焦点位置検出処理手順RT2を終了する。
一方、ステップSP15において肯定結果が得られると、このことは測定点QMで気泡BBを検出できたことを表しており、このとき統括制御部22は次のステップSP18へ移る。
ステップSP18において統括制御部22は、ステップSP14で検出した位置Zを別位置Z2とし、測定点QMを表す情報と別位置Z2を表す情報とが対応付けられた焦点情報IFを生成して、次のステップSP19へ移る。
ステップSP19において統括制御部22は、測定点QMに気泡BBが有ると判定し、測定点QMを表す情報と気泡BBが有る旨を表す情報とが対応付けられた気泡情報IBを生成して、次のステップSP20へ移って焦点位置検出処理手順RT2を終了する。
統括制御部22は、複数の測定点QMについて焦点位置検出処理手順RT2を実行し、各測定点QMについて焦点情報IF及び気泡情報IBを生成する。
この気泡情報IBは、例えば図14に示すように、病理スライドガラス100において気泡BBがある箇所を特定し得る情報となる。因みに図14では、気泡BBがない測定点QMを黒い丸印で表し、気泡BBがある測定点QMを白い丸印で表している。
このように統括制御部22は、和信号SS及び差信号SDを基に、各測定点QMにおける気泡BBの有無を判定した上で、標準位置Z1又は別位置Z2を検出して焦点情報IFを生成すると共に、気泡情報IBを生成するようになされている。
[2−3.生体組織画像の生成]
上述したように画像生成システム20では、焦点情報生成装置21から供給される焦点情報IF及び気泡情報IBを基に、画像生成装置1により生体組織画像PRを生成するようになされている。
上述したように画像生成システム20では、焦点情報生成装置21から供給される焦点情報IF及び気泡情報IBを基に、画像生成装置1により生体組織画像PRを生成するようになされている。
ただし第2の実施の形態では、画像生成装置1の統括制御部2により、各測定点QMについて検出された標準位置Z1及び別位置Z2を基に、各撮像点QCについての標準位置Z1及び別位置Z2をそれぞれ算出するようになされている。
因みに統括制御部2は、例えば撮像範囲AC(図5)の範囲内に含まれる全ての測定点QMについて検出された標準位置Z1の平均値をとることにより、撮像点QCの標準位置Z1を算出することができる。また統括制御部2は、撮像点QCの別位置Z2についても同様に算出することができる。
また統括制御部2は、気泡情報IBを基に、標準画像P1に気泡BBが存在するか否かを判定し、また当該気泡BBのおおよその位置を特定した上で、当該標準画像P1における気泡BBの詳細な位置を検出するようになされている。
具体的に画像生成装置1の統括制御部2は、図7と対応する図15のフローチャートに従い、標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2を基に、生体組織画像PRを生成するようになされている。
すなわち統括制御部2は、図示しない操作部や外部機器等から所定の画像生成命令を取得すると、画像生成処理手順RT3を開始し、ステップSP21へ移る。
ステップSP21において統括制御部2は、焦点情報IFとして取得した測定点QMの標準位置Z1及び別位置Z2を基に、各撮像点QCの標準位置Z1及び別位置Z2をそれぞれ算出し、次のステップSP22へ移る。
ステップSP22において統括制御部22は、駆動制御部3を介してXYステージ20の可動ステージ20Aを適宜移動させながら、各撮像点QCについて標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ生成し、次のステップSP23へ移る。
ステップSP23において統括制御部2は、画像処理部10の合成処理部12により複数の標準撮像画像PC1を結合して1枚の標準画像P1を生成し、また複数の別撮像画像PC2を結合して1枚の別画像P2を生成して、次のステップSP24へ移る。
ステップSP24において統括制御部2は、気泡情報IBを基に、標準画像P1に気泡BBが含まれるか否かを判定する。ここで肯定結果が得られると、このことは標準画像P1及び別画像P2を合成して生体組織画像PRを生成する必要があることを表しており、このとき統括制御部2は次のステップSP25へ移る。
ステップSP25において統括制御部2は、気泡情報IBを用い、気泡BBが存在する測定点QMの位置情報を基に、当該気泡BBと包埋材103との境界線のおおよその位置
を認識し、次のステップSP26へ移る。
を認識し、次のステップSP26へ移る。
因みに統括制御部2は、例えば互いに隣接する2つの測定点QMにおいて、一方に気泡BBが有り他方に気泡BBが無い場合、当該2つの測定点QMの間に境界線が存在すると認識することができる。
ステップSP26において統括制御部2は、認識したおおよその位置を基に、標準画像P1における詳細な境界線の位置を算出し、次のステップSP27へ移る。
ステップSP27において統括制御部2は、画像処理部10の合成処理部12により、標準画像P1における境界線の外側の部分と別画像P2における境界線の内側の部分とを合成することにより、生体組織画像PR(図6(C))を生成する。その後統括制御部2は、ステップSP29へ移って画像生成処理手順RT3を終了する。
一方、ステップSP24において否定結果が得られると、このことは標準画像P1と別画像P2とを合成する必要がないことを表している。このとき統括制御部2は、次のステップSP28へ移る。
ステップSP28において統括制御部2は、標準画像P1をそのまま生体組織画像PRとし、その後ステップSP29へ移って画像生成処理手順RT3を終了する。
この結果画像生成装置1は、病理スライドガラス100における合焦位置が一様でなかったとしても、部分ごとの焦点が合った標準画像P1及び別画像P2をそれぞれ生成した上で、鮮明な生体組織画像PRを生成することができる。
[2−4.動作及び効果]
以上の構成において、画像生成システム20では、焦点位置検出装置21により測定点QMごとに標準位置Z1又は別位置Z2を検出して焦点情報IFを生成すると共に、気泡情報IBを生成する。
以上の構成において、画像生成システム20では、焦点位置検出装置21により測定点QMごとに標準位置Z1又は別位置Z2を検出して焦点情報IFを生成すると共に、気泡情報IBを生成する。
これに応じて画像生成装置1は、各測定点QMの標準位置Z1及び別位置Z2を基に各撮像点QCの標準位置Z1及び別位置Z2をそれぞれ求めた上で、標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ生成し、画像処理部10へ供給する。
画像処理部10は、合成処理部12により各撮像点QCにおける標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ繋ぎ合わせる結合処理を行い、標準画像P1及び別画像P2をそれぞれ生成する。
続いて画像処理部10は、標準画像P1を基に、気泡箇所判別部13により包埋材103に気泡BBが含まれているか否かを判定する。ここで画像処理部10は、包埋材103に気泡BBが含まれていた場合、合成処理部12により標準画像P1を別画像P2に置き換えて生体組織画像PRを生成する。
これにより画像生成システム20は、標準画像P1の一部が気泡BBの存在により不鮮明であったとしても、ほぼ全体が鮮明な生体組織画像PRを生成することができる。
ところで包埋材103に気泡BBが含まれていた場合、当該気泡BBとカバーガラス104又は生体組織102との境界面における反射率が比較的高くなる。これに伴い和信号SS及び差信号SDの値は、気泡BBが含まれていなかった場合に存在しなかったピークやS字曲線を形成する(図9(A)及び(B))。
一方、病理スライドガラス100において、光ビームLMは、生体組織102内でのみその一部が乱反射され、他の境界面等では殆ど乱反射されることが無い。このため焦点情報生成装置2では、光ビームLMの焦点が生体組織102内にあるときのみ、乱反射成分除去部34により乱反射成分が除去された第2反射光ビームLr2の光量が、第1反射光ビームLr1の光量よりも低下する。
そこで焦点位置検出装置21は、和信号SSに対する第2信号の比率を表す一様反射率REを判断指標として用いることにより、光ビームLMの焦点FMが生体組織102内にある位置Z、すなわち標準位置Z1又は別位置Z2を確実に検出することができる。
特に画像生成装置1は、撮像部8においてCMOS型の撮像素子を用いる場合、各画素からの画像データの読出速度が比較的低いため、当該画像データを用いた焦点調整処理を行うと合焦処理に多大な時間を要してしまうと考えられる。
また撮像レンズ5は、例えばNAを0.8とした場合、焦点深度が約1[μm]のように極めて短くなる。このため画像生成装置1は、当該撮像レンズ5の焦点が生体組織102に合った画像を生成するべく、実際の病理スライドガラス100を用いてカバー距離DMを測定することが望ましい。
これに対し画像生成システム20では、焦点情報生成装置21により、実際の病理スライドガラス100を用いて予め焦点情報IFを生成する。これにより画像生成システム20では、画像生成装置1において、画像データの読出速度等に左右されることなく、撮像レンズ5の焦点を病理スライドガラス100における生体組織102に確実に合わせることが可能となる。
このとき画像生成装置1は、予め各測定点QMについて標準位置Z1又は別位置Z2が分かっているので、これを基に撮像点QCについての標準位置Z1及び別位置Z2を算出した上で、撮像レンズ5の焦点を短時間で生体組織102に合わせることができる。これにより画像生成システム20は、1枚の病理スライドガラス100について生体組織画像PRを生成し終えるまでの所要時間を大幅に短縮することができる。
また画像生成装置1は、気泡情報IBを基に、気泡BBの有無及び当該気泡BBと包埋材103との境界線のおおよその位置を認識することができる。このため画像生成装置1は、第1の実施の形態と比較して演算処理負荷を大幅に削減でき、短時間で気泡BBの詳細な位置を検出できるので、生体組織画像PRを生成し終えるまでの所要時間を大幅に短縮することができる。
さらに画像生成システム20の画像生成装置1は、他の点についても、第1の実施の形態における画像生成装置1と同様の作用効果を奏し得る。
以上の構成によれば、画像生成システム20は、焦点位置検出装置21により測定点QMごとに標準位置Z1又は別位置Z2を検出する。画像生成装置1は、各撮像点QCについて、標準位置Z1及び別位置Z2における標準撮像画像PC1及び別撮像画像PC2をそれぞれ繋ぎ合わせることにより、標準画像P1と別撮像画像PC2とを生成する。また画像生成装置1は、包埋材103に気泡BBが含まれている部分について、標準画像P1を別画像P2に置き換えて生体組織画像PRを生成する。これにより画像生成システム20は、ほぼ全体が鮮明な生体組織画像PRを生成することができる。
<3.他の実施の形態>
なお上述した第1の実施の形態においては、気泡BBが有るときに撮像レンズ5の焦点が生体組織102に合う位置を別位置Z2とする場合について述べた。
なお上述した第1の実施の形態においては、気泡BBが有るときに撮像レンズ5の焦点が生体組織102に合う位置を別位置Z2とする場合について述べた。
本発明はこれに限らず、当該別位置Z2については、気泡BBが有るときに少なくとも標準位置Z1よりも撮像レンズ5の焦点が生体組織102に合う位置に近づいた位置であれば良い。この場合、当該気泡BBがある部分について、少なくとも標準画像P1よりも鮮明化された生体組織画像PRを得ることができる。
また上述した第1の実施の形態においては、気泡箇所判別部13により判別された気泡BBの位置を基に、標準画像P1及び別画像P2を合成する場合について述べた。
本発明はこれに限らず、例えば第2の実施の形態と同様に、他の検出装置等により検出された気泡BBの位置を基に、標準画像P1及び別画像P2を合成するようにしても良い。
さらに上述した第1の実施の形態においては、標準画像P1を基に気泡BBの有無及び当該気泡BBの位置を検出するようにした場合について述べた。
本発明はこれに限らず、別画像P2を基に気泡BBの有無及び当該気泡BBの位置を検出するようにしても良い。第2の実施の形態についても同様である。
また上述した第1の実施の形態においては、[条件1]〜[条件4]の全てを満たす場合に気泡BBが存在すると判定するようにした場合について述べた。
本発明はこれに限らず、例えば[条件1]及び[条件2]を満たす場合等、種々の条件を単独又は組み合わせて用いることにより気泡BBが存在すると判定するようにしても良い。
さらに上述した第1の実施の形態においては、標準位置Z1及び別位置Z2がいずれも既知である場合について述べた。
本発明はこれに限らず、標準位置Z1及び別位置Z2の少なくとも一方について、所定の焦点検出機構等を用いて検出するようにしても良い。
さらに上述した第2の実施の形態では、画像生成装置1と焦点情報生成装置21とが分離した画像生成システム20を構成する場合について述べた。
本発明はこれに限らず、例えば画像生成装置1に光源31、対物レンズ35、第1受光器43及び第2受光器49等を組み込むなどして一体に構成しても良い。
さらに上述した第2の実施の形態においては、焦点情報生成装置21により、カバー距離DMを表す焦点情報IF及び気泡BBの有無を表す気泡情報IBの双方を生成するようにした場合について述べた。
本発明はこれに限らず、例えば画像生成装置1において気泡情報生成部13により気泡BBの位置等を検出する場合に、焦点情報生成装置21が焦点情報IFのみを生成するようにしても良い。
さらに上述した第2の実施の形態においては、焦点情報生成装置21の乱反射成分除去部44を集光レンズ45、ピンホール板46及びコリメータレンズ47により構成し、第2反射光ビームLr2に含まれる乱反射成分を除去する場合について述べた。
本発明はこれに限らず、他の種々の光学素子又はその組み合わせにより乱反射成分除去部を構成し、第2反射光ビームLr2に含まれる乱反射成分を除去するようにしても良い。
さらに上述した第2の実施の形態においては、標準位置Z1及び別位置Z2をそれぞれ算出する際、和信号SSに対する第2受光信号S2の比率を表す一様反射率REが閾値TH3未満となるときを位置Z3として判別するようにした場合について述べた。
本発明はこれに限らず、例えば和信号SS及び第2受光信号S2の差分値が所定の閾値以上となるとき等、和信号SS及び第2受光信号S2における様々な相違の度合いを基に位置Z3を判別するようにしても良い。この場合、ピンホール板36により散乱光が遮断され第2受光信号S2の値が和信号SSの値よりも小さいことを用いて位置Z3を判別できれば良い。
さらに上述した第1の実施の形態においては、撮像レンズ5をアクチュエータ6によりZ方向に移動させ、XYステージ4はZ方向に関し移動させない場合について述べた。
本発明はこれに限らず、例えば撮像レンズ5を固定し、XYステージ4の可動ステージ4AをZ方向にも移動させる(すなわちXYZステージとする)ようにしても良い。要は、光ビームLCの焦点FCの病理スライドガラス100に対する相対的な位置を、Z方向に変化させ得れば良い。第2の実施の形態においても同様であり、さらには焦点情報生成装置21の対物レンズ35及びXYステージ30についても同様である。
さらに上述した実施の形態においては、病理スライドガラス100において複数の撮像点QCを設定する場合について述べた(図13)。本発明はこれに限らず、例えば撮像装置3において1回の撮像処理により生体組織102の全撮像範囲を撮像できる場合には、撮像点QCを1箇所のみ設定しても良い。測定点QMについては、撮像点QCと同等以下の間隔で配置されていれば良い。
さらに上述した実施の形態においては、生体組織102を撮像対象とする場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の物を撮像対象としても良い。この場合、当該撮像対象は、光ビームLMの一部を乱反射する性質を有していれば良い。これにより焦点情報生成装置2は、一様反射率REを基に位置Z3を検出することができる。
さらに上述した第1の実施の形態においては、撮像部としての撮像部8と、焦点移動部としてのアクチュエータ6及び駆動制御部3と、焦点位置取得部としての統括制御部2と、撮像制御部としての統括制御部2と、気泡情報取得部としての気泡箇所判別部13と、画像生成部としての合成処理部12とによって画像生成装置としての画像生成装置1を構成する場合について述べた。
しかしながら本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる撮像部と、焦点移動部と、焦点位置取得部と、撮像制御部と、気泡情報取得部と、画像生成部とによって画像生成装置を構成するようにしても良い。
本発明は、気泡が介在する可能性がある撮像対象を撮像して画像を生成する種々の画像生成装置でも利用できる。
1……画像生成装置、2……統括制御部、3……駆動制御部、4……XYステージ、5……撮像レンズ、6……アクチュエータ、8……撮像部、10……画像処理部、11……記憶部、12……合成処理部、13……気泡箇所判別部、20……画像生成システム、21……焦点情報生成装置、22……統括制御部、23……駆動制御部、24……信号処理部、30……XYステージ、35……対物レンズ、36……アクチュエータ、41……ビームスプリッタ、43……第1受光器、44……乱反射成分除去部、45……集光レンズ、46……ピンホール板、49……第2受光器、100……病理スライドガラス、101……スライドガラス、102……生体組織、103……包埋材、104……カバーガラス、QM……測定点、QC……撮像点、BB……気泡、LM……光ビーム、Lr……反射光ビーム、Lr1……第1反射光ビーム、Lr2……第2反射光ビーム、FM……焦点、S1A〜S1D……第1受光信号、SS……和信号、SD……差信号、S2……第2受光信号、RE……一様反射率。
Claims (9)
- スライスされた生体組織がスライドガラスの置載面上に搭載され当該生体組織が包埋材及びカバーガラスにより被覆されてなる病理スライドガラスから得られる光を、所定の撮像レンズにより集光し画像を生成する撮像部と、
上記撮像レンズの光軸方向に関し、上記病理スライドガラスに対する上記撮像レンズの焦点の相対位置を変化させる焦点移動部と、
上記相対位置のうち、上記光軸上における上記包埋材中に気泡が含まれないときに上記撮像レンズの焦点を上記生体組織に合わせる標準位置と、当該標準位置よりも上記光軸上における上記包埋材中に気泡が含まれるときに上記レンズの焦点を上記生体組織に合わせる位置に近接した別位置とを、それぞれ取得する焦点位置取得部と、
上記焦点移動部により上記撮像レンズの焦点の相対位置を上記標準位置及び上記別位置にそれぞれ設定したときの標準画像及び別画像を上記撮像部によりそれぞれ生成させる撮像制御部と、
上記病理スライドガラスにおける上記気泡の存在箇所を表す気泡情報を取得する気泡情報取得部と、
上記気泡情報を基に、上記標準画像における上記気泡以外の部分と上記別画像における上記気泡に相当する部分とを合成した生体組織画像を生成する画像生成部と
を有する画像生成装置。 - 上記標準画像又は上記別画像の少なくとも一方において、上記包埋材と上記気泡との境界線により形成される閉じた領域の内部を上記気泡の存在箇所として検出し上記気泡情報を生成する気泡情報生成部
をさらに有し、
上記気泡情報取得部は、
上記気泡箇所検出部から上記気泡情報を取得する
請求項1に記載の画像生成装置。 - 上記気泡情報生成部は、
上記閉じた領域を形成する上記境界線の線幅が所定の範囲内である場合に、当該境界線の内部を上記気泡の存在箇所として検出する
請求項2に記載の画像生成装置。 - 上記気泡情報生成部は、
上記閉じた領域内における周波数成分と当該閉じた領域外の周波数成分との比較結果を基に当該閉じた領域内を上記気泡の存在箇所として検出する
請求項2に記載の画像生成装置。 - 上記焦点位置取得部は、
上記相対位置のうち、上記光軸上における上記包埋材中に気泡が含まれるときに上記レンズの焦点を上記生体組織に合わせる位置を、上記別位置として取得する
請求項1に記載の画像生成装置。 - 上記焦点位置取得部は、
所定の光ビームを集光する対物レンズと、
上記光ビームが上記病理スライドガラスにより反射されてなる反射光ビームを第1反射光ビーム及び第2反射光ビームに分離する分離部と、
上記第1反射光ビームを受光し第1受光信号を生成する第1受光部と、
上記第2反射光ビームに含まれる乱反射成分を除去する乱反射成分除去部と、
上記乱反射成分除去部を通過した上記第2反射光ビームを受光し第2受光信号を生成する第2受光部と、
上記病理スライドガラスに対する上記対物レンズの焦点の相対位置を変化させたときの上記第1受光信号及び上記第2受光信号を基に、上記撮像レンズの焦点が上記生体組織に合うときの上記撮像レンズの位置を検出する合焦位置検出部と
を有する請求項1に記載の画像生成装置。 - 上記合焦位置検出部は、
上記第1受光信号に対する上記第2受光信号の比率が所定閾値以下となったときに、上記対物レンズの焦点が上記生体組織に合っていると判別する
請求項6に記載の画像生成装置。 - 上記乱反射成分除去部は、
上記第2反射光ビームを集光する集光レンズと、
上記集光レンズにより集光された上記第2反射光ビームの焦点近傍以外の部分を遮断するピンホール板と
を有する請求項6に記載の画像生成装置。 - スライスされた生体組織がスライドガラスの置載面上に搭載され当該生体組織が包埋材及びカバーガラスにより被覆されてなる病理スライドガラスと撮像レンズとの相対位置として、上記撮像レンズの光軸上における上記包埋材中に気泡が含まれないときに上記撮像レンズの焦点を上記生体組織に合わせる標準位置を取得する標準位置取得ステップと、
上記相対位置として、上記標準位置よりも上記光軸上における上記包埋材中に気泡が含まれるときに上記レンズの焦点を上記生体組織に合わせる位置に近接した別位置を取得する別位置取得ステップと、
上記撮像レンズの光軸方向に関し、上記病理スライドガラスに対する上記撮像レンズの焦点の相対位置を上記標準位置及び上記別位置にそれぞれ移動させる移動ステップと、
上記相対位置を上記標準位置及び上記別位置にそれぞれ移動させたときの、上記生体組織から得られる光を上記撮像レンズにより集光し標準画像及び別画像をそれぞれ生成する画像生成ステップと、
上記病理スライドガラスにおける上記気泡の存在箇所を表す気泡情報を取得する気泡情報取得ステップと、
上記気泡情報を基に、上記標準画像における上記気泡以外の部分と上記別画像における上記気泡に相当する部分とを合成した生体組織画像を生成する画像生成ステップと
を有する画像生成方法。
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