JP2018189946A - システム、試料インターフェース及び試料の像を形成する方法 - Google Patents
システム、試料インターフェース及び試料の像を形成する方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018189946A JP2018189946A JP2018051117A JP2018051117A JP2018189946A JP 2018189946 A JP2018189946 A JP 2018189946A JP 2018051117 A JP2018051117 A JP 2018051117A JP 2018051117 A JP2018051117 A JP 2018051117A JP 2018189946 A JP2018189946 A JP 2018189946A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- spatially modulated
- imaging field
- image
- illumination
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/0088—Inverse microscopes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
- G01N21/6458—Fluorescence microscopy
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0032—Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0052—Optical details of the image generation
- G02B21/0076—Optical details of the image generation arrangements using fluorescence or luminescence
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
- G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
- G02B21/365—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes
- G02B21/367—Control or image processing arrangements for digital or video microscopes providing an output produced by processing a plurality of individual source images, e.g. image tiling, montage, composite images, depth sectioning, image comparison
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/067—Electro-optic, magneto-optic, acousto-optic elements
- G01N2201/0675—SLM
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
【課題】蛍光顕微鏡法において試料による散乱から生じる問題を抑制する。【解決手段】システム10Aは、空間変調されたイメージング場100aを提供する構造化照明ステージ110Aを含む。システムは、空間変調されたイメージング場の周波数を調整する空間周波数変調ステージ120A、空間変調されたイメージング場100bを試料135に導く試料インターフェースステージ130、及び試料からの複数の蛍光放射信号100cを受光するように構成されるセンサー150を含む。システムは、また、試料散乱信号を減らし、空間変調されたイメージング場を含む試料の一部からの蛍光放射信号を提供するように構成されるプロセッサー30を含む。システムを用い試料の像を形成する方法も提供される。【選択図】図1
Description
本発明は、システム、試料インターフェース及び試料の像を形成する方法に関する。
ここで開示される実施の形態は、顕微鏡法による組織のイメージングの分野に一般的に関連する。より具体的には、ここで開示される実施の形態は、組織の高分解能の蛍光イメージングに関連する。
蛍光顕微鏡法を用いる深部組織のイメージングは、高密度の組織により誘起される強い散乱から生じる問題をもたらす。それは、典型的には蛍光信号をあいまいにする。共焦点蛍光技術は、イメージング信号における散乱の干渉を減らすことに成功してきたが、信号強度を犠牲にしており、そのために、限定された収集時間の間に得ることができる画質を制限している。散乱の干渉の影響に加えて、顕微鏡法によるアプローチは、高倍率システムにおいて典型的に用いられる大きい開口数(NA)の結果として生じる実視野(FOV)の縮小を克服しなければならない。それは、対物レンズの焦点面において像の端に大きな収差を引き起こす。横収差は、空間分解能の低下を引き起こす。それは、典型的には、移動する部品を含み像の収集時間を増やす、組み込まれる走査機構により相殺される。
背景技術の欄において提供される説明は、先行技術であると考えられるべきではない。それは、背景技術の欄において言及されているか、又は背景技術に関連づけられているにすぎないためである。背景技術の欄は、主題となる技術の1個以上の局面を表した情報を含みうる。
非特許文献1は、光シート顕微鏡に関するものである。
グレイサー(Glaser)、他1名、「高速な体積イメージングのための光シート顕微鏡法システム、及び大きな組織試料の病理学(A light sheet microscopy system for rapid, volumetric imaging and pathology of large tissue specimens)」、バイオロジカルオプティックス2016,OSAテクニカルダイジェスト(オンライン)(Biomedical Optics 2016, OSA Technical Digest (online))、(米国)、米国光学会(Optical Society of America)、論文CTh1A.4.(paper CTh1A.4.)
以下で説明する発明は、上記の問題を解決することを目的とする。以下で説明する発明が解決しようとする課題は、蛍光顕微鏡法において試料による散乱から生じる問題を抑制することである。
第1の形態においては、システムは、空間変調されたイメージング場を提供する構造化照明ステージ、空間変調されたイメージング場の周波数を調整する空間周波数変調ステージ、及び空間変調されたイメージング場を試料に導く試料インターフェースステージを含む。さらに、システムは、試料からの複数の蛍光放射信号を受光するように構成されるセンサー、及び試料散乱信号を減らし、空間変調されたイメージング場を含む試料の一部からの蛍光放射信号を提供するように構成されるプロセッサーを含む。
第2の形態においては、システムは、2個の光線を空間的に分離するように構成される第1の光学要素、及び2個の光線を空間的に結合するように構成される第2の光学要素を含む。第2の光学要素は、フォーカス要素、並びに2個の光線のうちの第1及び第2をフォーカス要素の第1及び第2の点に導くように構成される、直線的に動くことができる反射器をさらに含む。フォーカス要素の第1及び第2の点は、フォーカス要素の対称軸について互いに軸対称に配置される。
第3の形態においては、倒立蛍光顕微鏡法のための試料インターフェースは、平坦側を形成する平面を有し当該平坦側を形成する平面の向こう側に曲率中心を持つ波面整合レンズ、及び波面整合レンズの平坦側に隣接して配置される試料カバーガラスを含む。
試料インターフェースは、また、波面整合レンズを通して2個の光線を導くことにより試料上に照明場を形成するように構成される照明対物レンズ、及び入射面と垂直をなす方向に沿って照明場により試料において励起された蛍光信号を収集するように構成される顕微鏡対物レンズも含む。2個の光線は、試料カバーガラスに対する入射角で入射面を形成する。システムは、入射角が約60°及び約30°のうちの1個である点、照明対物レンズの光軸が波面整合レンズの曲率中心で顕微鏡対物レンズの光軸と交差する点、及び照明場が空間周波数を有する構造化された照明場を入射面上に含む点でさらに特徴づけられる。
さらに別の形態においては、試料の像を形成する方法は、空間変調されたイメージング場を提供すること、及び空間変調されたイメージング場の周波数を調整することを含む。方法は、試料インターフェースで空間変調されたイメージング場を試料に導くこと、及び試料からの蛍光放射信号を受光すること、及び複数の蛍光放射信号を結合して試料散乱信号を減らし試料の像を得ることをさらに含む。
本発明によれば、蛍光顕微鏡法において試料による散乱から生じる問題を抑制することができる。
本開示は、米国仮特許出願第62/500359号、及び米国特許出願第15/843692号に関連する。その内容の全体は、参照されて本開示に組み込まれる。
下記の詳細な説明は、様々な実装の説明を意図し、主題となる技術が実施されうる唯一の実装を表現することを意図しない。当業者が実現するであろうように、説明された実装が、いずれも本開示の範囲から外れることなく、様々な異なる方法により修正されてもよい。したがって、図面及び説明は、当然に例示であって限定的ではないとみなされるべきである。添付された図面は、さらなる理解を提供するために含められ、組み込まれ、本明細書の一部を構成する。添付された図面は、開示された実施の形態を図示し、説明とともに、開示された実施の形態の原理を説明するために役立てられる。
図においては、同じ又は似た参照符号により示される要素及びステップが、そうでないことが示されないかぎり、同じ又は似た要素及びステップに関連づけられる。1個以上の実装においては、各図に描かれた要素の全部が要求されなくてもよく、1個以上の実装は、図に描かれない追加の要素を含んでもよい。主題となる開示から離れることなく要素の配置及びタイプにおける変形がなされてもよい。主題となる開示の範囲内において追加の要素、異なる要素、及びより少ない要素が利用されてもよい。
(概略)
ここで開示される実施の形態は、厚い試料のイメージングのための、構造化照明を用いる倒立光シート蛍光顕微鏡を含む。波面整合レンズは、組織インターフェースに組み込まれる。これにより、分解能を犠牲にすることなく、使用しうる倒立配置が可能になる。高速1次元(1D)空間光変調器を用いる構造化照明の生成により、パターン化された像を高速に取得すること、並びにアウトフォーカス信号及び散乱信号の両方を除去することが促進される。ここで開示される実施の形態により、動物組織試料中の蛍光ビーズを用いる像に対して分解能及びコントラストが向上することが証明される。
ここで開示される実施の形態は、厚い試料のイメージングのための、構造化照明を用いる倒立光シート蛍光顕微鏡を含む。波面整合レンズは、組織インターフェースに組み込まれる。これにより、分解能を犠牲にすることなく、使用しうる倒立配置が可能になる。高速1次元(1D)空間光変調器を用いる構造化照明の生成により、パターン化された像を高速に取得すること、並びにアウトフォーカス信号及び散乱信号の両方を除去することが促進される。ここで開示される実施の形態により、動物組織試料中の蛍光ビーズを用いる像に対して分解能及びコントラストが向上することが証明される。
光シート蛍光顕微鏡法(LSFM)は、厚い試料中の光学的断面を高速に取得することができるという技術上の能力により、生命科学におけるイメージングを変えてきた。LSFMにおける光学的切断においては、共焦点顕微鏡法のような他の光学的切断技術と比較して、より低いピーク強度が用いられる。これにより、光脱色が小さくなるという追加の利点が生じる。また、LSFMの高速性、及び好適な光脱色性により、LSFMは、体積再構築及びタイムラプスイメージングのための力強い道具になる。厚い試料においてイメージングを行うためには、ふたつの特徴が望まれる:試料は、透明であることが望まれ、LSFMに固有のマウントされなければならないことに対して素性がよいことが望まれる。ここで開示される実施の形態は、これらの特徴を満足しうる。これにより、ここで開示される実施の形態は、LSFMの多くの応用に利益を与えうる。共焦点顕微鏡法又は広視野顕微鏡法において試料がディッシュ又はマルチウェルプレートに制限される場合は、倒立配置が望まれることが多くなりうる。いくつかの実施の形態においては、試料ステージ上の空間を空け、ディッシュの底にある窓を直接的に通したイメージングを可能にするために、正立対物レンズが望まれうる。ここで開示されるいくつかの実施の形態と一致する顕微鏡システムにおいては、顕微鏡は、水平面の上に開かれてもよく、照明光線及びイメージング光線の交点を含んでもよい。いくつかの実施の形態においては、試料を支持する平坦ガラス窓が用いられてもよい。平坦ガラス窓は、ガラスボトムディッシュ又はマルチウェルプレートに置き換えられてもよい。
いくつかの実施の形態においては、イメージング配置を慎重に選ぶことにより、平坦ガラス窓ごしの傾いたイメージングによる収差及び分解能の低下が軽減されうる。例えば、いくつかの実施の形態においては、「ウオータープリズム」「シリンドリカルレンズ」及び「デフォーマブルミラー」を挿入することにより、小さな収差が得られうる。いくつかの実施の形態においては、単一の垂直な対物レンズを含めることにより、イメージング配置の光学的な複雑さが減少しうる。
図1は、いくつかの実施の形態に係る、空間変調されたイメージング場100bで試料135を照明し、試料135からの像を収集するシステム10Aを図示する。構造化照明(SI)ステージ110Aは、空間変調されたイメージング場100aを提供するように構成される。空間周波数変調ステージ120Aは、空間変調されたイメージング場100aの周波数を調整し、調整された空間周波数を有する空間変調されたイメージング場100bを形成する。システム10Aは、また、空間変調されたイメージング場100bを試料135に導く試料インターフェースステージ130を含んでもよい。センサー150は、試料135からの複数の蛍光放射信号100cを受光するように構成される。限定されないが、センサー150が、(例えば、sCMOS等のCMOSカメラ、又はCCDカメラにおけるもののように)検知画素の2D配列を含んでもよい。いくつかの実施の形態においては、センサー150が、最終像(例えば、3D像)を再構築するために用いられる、試料135の斜めの断面を撮影してもよい。
いくつかの実施の形態においては、空間周波数変調ステージ120Aは、少数の回折素子(例えば、回折格子、回折プリズム等)を含む。この特徴は、複数の照明波長が望まれる実施の形態において特に望まれる。さらに、システム10Aのいくつかの実施の形態は、近赤外(NIR)波長領域(例えば、約750nmから約2500nm)において動作するように構成されてもよい。なぜならば、NIR波長領域は、組織試料からの光散乱が少ないスペクトル領域であるからである。したがって、ステージ110A及び120Aは、システムを再構築することを強いることなく、複数の照明波長に対してNIR領域において高速に動作するように構成されてもよい。
蛍光放射信号100cは、空間変調されたイメージング場100bにおいて光強度パターンにより生成される。プロセッサー30は、空間変調されたイメージング場100bを含む、試料135の一部からの、ノイズを含まない蛍光放射信号100cを決定する。プロセッサー30は、適切に選択された空間変調されたイメージング場から得られる1個以上の蛍光放射信号を結合することにより試料散乱信号を減らすように構成される。いくつかの実施の形態においては、プロセッサー30は、メモリー40に格納される試料像151を生成する。
図2は、いくつかの実施の形態に係る、構造化照明(SI)システムを含む、倒立光シート顕微鏡法のためのシステム10Bを図示する。限定されないが、照明光線は、2個の波長660nm及び785nmを含む単一の光線を含んでもよい。レンズ11a及び11bは、照明光線を拡張する。レンズ11cは、2個の回折光線であって当該2個の回折光線の間に選択された位相シフトを有するものを空間的に分離して空間変調されたイメージング場を形成するように構成される空間光変調器(SLM)20を含むSIステージ110B(例えば、図1におけるSIステージ110A)上の焦点に照明光線を集める。レンズ11cは、アクロマティックシリンドリカルレンズであってもよい。本開示と一致する実施の形態のSLM20は、空間的に構造化されたパターンを形成する装置である。空間的に構造化されたパターンは、光線と相互作用した場合に、空間的に構造化されたパターンから生じる特定の伝搬方向における干渉パターンに基づいて、所定の反射光線、屈折光線又は回折光線を形成する。いくつかの実施の形態においては、SLM20は、グレーティングライトバルブ(GLV(登録商標))又は反射型液晶素子(LCoS)を含んでもよい。いくつかの実施の形態においては、SLM20は、限定されないが、処理速度を考慮した特別な光変調器として改造されたものであってもよい。SLM20の例は、以下でより詳細に論じられる。いくつかの実施の形態においては、SIステージ110Bは、二重スリット(S)103に向かってレンズ101を通過する複数の回折次数を生成する。これにより、1次光線(例えば、+1回折次及び−1回折次)が試料照明に進むことができる。空間周波数変調ステージ120B(例えば、図1における空間周波数変調ステージ120A)においては、+1次回折光線及び−1次回折光線が第1のプリズムk1により分離される。さらに、空間周波数変調ステージ120Bは、スリット(S)103において選択された回折光線の各々のサイズを小さくする又は調整するために、ミラー12b,12c,12d及び12eを含んでもよい。回折光線は、第2のプリズムk2上にイメージングされてもよく、レンズ11h及び11iを含むリレー光学系を通過してもよい。
いくつかの実施の形態においては、SIステージ110Bは、コヒーレントであり互いの間に選択された位相遅延を有する2個の照明光線を生成するように構成される。SLM20は、到来する照明光線から、+1回折次及び−1回折次に相当する2個の回折光線を生成し、さらに+1次回折光線及び−1次回折光線の間に選択された位相シフトを適用するように構成される。いくつかの実施の形態においては、システム10Bは、回折の0次が伝搬モードである場合は、回折の0次をブロックしてもよい。いくつかの実施の形態においては、回折の0次は、正反射又は面内変調を含んでもよい。システム10は、それらを像の収集のために(例えば、参照光線又は校正光線として)用いてもよい。いくつかの実施の形態においては、二重スリット103は、SLM20からの+1次回折光線及び−1次回折光線の光路を分離する。いくつかの実施の形態においては、SLM20は、数100kHzでスイッチングすることができる可動リボンで到来する波面の位相を操作する1D空間変調器を含んでもよい。さらに、いくつかの実施の形態においては、SLM20は、複数の波長を同時に維持する。したがって、いくつかの実施の形態においては、各パターンが異なる照明波長で動作している状態で、構造化照明の配置において2個の異なるパターンをシフトすることが可能である。さらに、SLM20は、高い動作スピードを維持したまま、可動リボンに対して大きな変位(例えば、赤色及びNIRスペクトルにおける長い波長のλ/4という、GLVリボンの各々の最大の要求される変位)を提供してもよい。いくつかの実施の形態においては、GLVは、2λ/3に略等しい量だけ各GLVリボンの変位を提供してもよい。各GLVリボンに提供される変位の程度は、用いられる光学要素の用途及び他の仕様に応じて変化してもよい。したがって、いくつかの実施の形態においては、青色及び緑色の光と比較された場合に、高密度の組織におけるより低い散乱の影響のために、より長い照明波長を用いることが望まれうる。
空間周波数変調ステージ120Bは、二重スリット103からの+1次回折光線及び−1次回折光線の間の干渉パターンの空間周波数を調整するように構成される。ステージ120Bは、ナイフエッジプリズムk1及びk2を含んでもよい。ナイフエッジプリズムk1及びk2のうちの少なくとも1個は、軸に沿って動くことができてもよい(図2参照)。したがって、いくつかの実施の形態においては、軸に沿うプリズムk1又はk2のうちの1個の直線的な変位は、+1次回折光線と−1次回折光線との間の干渉パターンの空間周波数を決定しうる。
システム10Bは、また、+1次回折光線及び−1次回折光線により形成された干渉パターンの一部を選択する視野絞り(FS)17をステージ120Bの後に含んでもよい。いくつかの実施の形態においては、FS17は、試料135中の関心領域の外側にある照明光線の位置からの望まれない散乱の影響を減らしてもよい。さらに、いくつかの実施の形態においては、ダブプリズム(DP)15は、照明システムの光軸の周りに干渉パターンを回転して試料インターフェース(SI)130中の試料135上に照明場を届ける。いくつかの実施の形態においては、DP15は、光線がミラー12fに到達する前に干渉パターンを90°回転する。ここで、ミラー12fは、試料インターフェース130に向かってレンズ11mと共役である。いくつかの実施の形態においては、ミラー12f−12g並びにレンズ11j,11k及び11mにより形成される光学的な一連のものが、少なくとも1個又は2個又はそれ以上の開口絞り(AS)19を含むが、試料インターフェース130に対する垂直から約60°の角度に照明場を提供するように構成される。
試料インターフェース130は、試料135上においてイメージング場100bにより形成される像を収集する検知対物レンズ(DO)133を含んでもよい。いくつかの実施の形態においては、像は、イメージング場100bにより試料135上に誘起される蛍光信号により形成され、DO133により収集される。いくつかの実施の形態においては、試料インターフェース130は、チューブレンズ(TL)及びフィルターFを、像をセンサー150に中継する前に含んでもよい。フィルターFは、照明波長をブロック又は抑制し試料135からの蛍光放射光のセンサー150への通過を許すように構成されるバンドパスフィルター(660nm)又はロングパスフィルター(785nm)であってもよい。
いくつかの実施の形態においては、システム10Bは、プロセッサー30に通信可能に結合されたメモリー40を含む。メモリー40は、指示、命令及びデータを格納する、任意のタイプの非一時的なコンピューター読み取り可能な媒体を含んでもよい。プロセッサー30は、メモリー40に格納されている指示を実行するように構成されてもよい。指示は、プロセッサー30により実行された場合に、光シート蛍光顕微鏡法(LSFM)による像の収集をシステム10Bに実行させる。したがって、プロセッサー30は、位相シフトステージ110B中のSLM20、又は空間周波数変調ステージ120B中のナイフエッジプリズムk1及びk2のうちの少なくとも1個を制御するように構成されてもよい。プロセッサー30は、また、試料インターフェース130を制御するように構成されてもよい。さらに、プロセッサー30は、センサー150に像を収集させるように構成されてもよい。加えて、プロセッサー30は、センサー150からの像を受信し像を処理してもよい。したがって、プロセッサー30は、例えば、処理された像をメモリー40に格納してもよい。プロセッサー30は、電気回路により実装されてもよい。電気回路は、限定されないが、少なくとも1個のプロセッサー(例えば、中央演算処理装置(CPU))のような少なくとも1個の半導体集積回路、少なくとも1個の特定用途向け集積回路(ASIC)、及び/又は少なくとも1個のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)を含む。メモリー40は、多くの形式をとり得る。多くの形式は、限定されないが、ハードディスクのような任意のタイプの磁気メディア、CD及びDVDのような任意のタイプの光学メディア、揮発性メモリー及び不揮発性メモリーのような任意のタイプの半導体メモリーを含む。揮発性メモリーは、DRAM及びSRAMを含んでもよい。不揮発性メモリーは、ROM及びNVRAMを含んでもよい。半導体メモリーは、また、少なくとも1個のプロセッサーとともに電気回路の一部であることができる半導体回路である。ASICは、図2に示される要素の機能の全部又は一部を実行するようにカスタマイズされた集積回路(IC)である。FPGAは、製造された後に図2に示される要素の機能の全部又は一部を実行するように構成されるように設計される集積回路である。
以降は、表記の単純化のために、レンズ11aから11nを、まとめて「レンズ11」と呼ぶ。同様に、ミラー12aから12hを、まとめて「ミラー12」と呼ぶ。いくつかの実施の形態においては、レンズ11は、アロマティック球面レンズ、非球面レンズ、アナモフィックレンズ又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。ミラー12は、平面ミラー、球面ミラー、凹面ミラー、凸面ミラー又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。さらに、いくつかの実施の形態においては、システム10B中の動く要素のうちの少なくとも1個が、オペレーターにより手動で動かされてもよい。以降は、SIシステム10A及び10Bを、SIシステム10と呼ぶ。同様に、SIステージ110A及び110Bを、以降は、SIステージ110と呼ぶ。さらに、空間周波数変調ステージ120A及び120Bを、以降は、空間周波数変調ステージ120と呼ぶ。SIシステム10は、散乱されアウトフォーカスした蛍光の影響を減らして画質を実質的に向上するために、SIステージ110及び空間周波数変調ステージ120を用いる。
図3は、いくつかの実施の形態に係る、SIシステム10Bのための、空間位相φを調整するように構成されるSIステージ110Bを図示する。3個のSLM画素の配置201a,201b及び201cは、矩形波の位相状態211a,211b及び211cにそれぞれ対応し(例えば、φ=0,φ=2π/3及びφ=4π/3)、SLM20に割り当てられる。各状態に対して、これらの並びは、空間周波数変調ステージ120Bの配置により決定される固定された空間周波数、及びSLM20の配置により決定される位相φを有する、正弦波の場のプロファイルを像面に生成する。いくつかの実施の形態においては、空間周波数の調整は、空間周波数変調ステージ120Bにおいて、光線分離に直接的に影響する第2のプリズムk2を平行移動することにより得られてもよい。いくつかの実施の形態においては、第2のプリズムk2の平行移動は、オペレーターにより手動で行われてもよい。位相φを変更するためには、各状態を定義する、ステージ110BのSLM20中の3個の「オフ」画素、及び3個の「オン」画素の周期的テンプレートが、一の状態から次の状態へ単一の画素だけシフトされる(図3における位相変化を示す矢印を見よ)。「オン画素」は、最大の1次回折効率のための、「オフ画素」に対するλ/4の変位を持たされる。全体として、この配置は、位相0,2π/3及び4π/3を有する3個の周波数調整可能なSI強度パターンを生成する。
図4は、いくつかの実施の形態に係る、空間周波数変調ステージ120Bを用いるSIシステム10B中の、空間周波数を調整するように構成される空間周波数変調ステージ120Bを図示する。到来する光線200−1及び200−2(以降は、まとめて光線200と呼ぶ)は、プリズム201により、ミラー211a及び211bを越える経路220−1、並びにミラー211c及び211dを超える経路220−2に分離される。結局は、光線200は、プリズム202に反射されレンズ207を透過した後に、角度φ250で集まる。光線200−1と光線200−2との間の正弦波の干渉パターン100a及び100bは、到来する光線200により形成される2個の光シートを空間的に重ね合わせることにより生成される。パターン100a及び100bの空間周波数が同じでなくてもよいことに注意せよ。角度φ250は、光線200がレンズ207の軸について対称に当たるため、光線200の分離D225により生ずる。いくつかの実施の形態においては、プリズム202は、空間周波数変調ステージ120Bの光軸について動くことができる。空間周波数変調ステージ120Bは、次に分離D225を調整して空間変調の周期を修正する。したがって、分離D225が大きくなるほど、角度φ250が大きくなり、変調されたイメージング場100bの空間周期が小さくなる(例えば、空間周波数が高くなる)。空間周波数変調ステージ120Bの望まれる特徴は、単にプリズム202の変位を選択することにより、したがって光線200の波長を限定することなく、得られる周波数変調が調整されうることである。このため、SIシステム10Bは、複数の照明波長で動作するように構成されてもよい。
SIステージ110B及び空間周波数変調ステージ120Bにより生じる、3個の位相シフトされたパターン100bで、3個の像I1,I2及びI3が収集され(各々は、同じ周波数及び異なる位相φを有する照明パターン100bに対応する)、試料像ISIが以下により再構築されてもよい。
この後処理の構成は、SIパターンにかかわらず散乱光からの寄与が大部分は同じままであるという利点を有する。これにより、成分を引き去ることができる。さらに、式(1)は、アウトフォーカスのバックグラウンドを除去することができる。光シートの厚さが対物被写界深度より厚い場合は、十分に高いSIパターンの空間周波数に対しては、パターンが、試料面の上下において対物レンズの変調伝達関数(MTF)によりぼかされ、それによりそれらのバックグラウンドの寄与が引き去られる。ISIを非SI像と比較するために、SIがない場合のイメージングによく一致する足し算像ISUM=I1+I2+I3が定義されてもよい。
センサー150中の各画素を通って試料135が走査されるため、3個の像(I1,I2及びI3)は、SLM20の各状態に対応して収集される。式(1)を用いて、斜めのSI像が再構築される(例えば、ISI)。斜めに撮影された像により、再構築における各水平線は、特定の組織深さにマッピングされる。マッピング及び水平(XY)面に沿う試料135の走査により、2個のイメージングモードが可能になる:2D斜め断面を積み重ねることによる3D体積再構築、及び一連の再構築線を結集することによる高速2D XY断面である。
図5は、いくつかの実施の形態に係る、システム10中の試料インターフェース130を図示する。DO133は、0.48という開口数(NA)まで絞られてよい。これにより、DO133は、660nm及び785nmで励起することができる蛍光体から生じる放射スペクトルに対して対象をややオーバーサンプリングすることができる。対象空間において、期待されるレイリー分解能は、700nmの蛍光信号放射に対して0.82μmであり(660nmにおける照明波長)、820nmの蛍光信号放射に対して0.96μmでありうる(785nmにおける照明波長)。試料インターフェース130が17.4倍の倍率を提供する場合は、予想されるセンサーサンプリングは、0.37μmである。いくつかの実施の形態においては、光線−光学系シミュレーションソフトウェアが、選択されたNAに対する試料インターフェース配置130に対する最適化された配置を提供する。シミュレーションソフトウェアは、検出対物レンズが理想レンズであると仮定して、図5に示される要素を含んでもよい。これにより試料インターフェース配置130の影響を分離することができる。
試料インターフェース130は、像の走査のための、望まれる方向(例えば、X方向又はY方向)に沿って試料301を動かす機械要素を含んでもよい。いくつかの実施の形態においては、機械アクチュエーターが試料インターフェース130と試料ステージとの間の相対角度(θ)330を調整してもよい(例えば、XZ軸に対する60°−30°配置を形成するイメージング配置を調整すること)。
ガラス窓越しの斜めのイメージングに関連する収差を減らすために、いくつかの実施の形態においては、試料インターフェース130は、試料135からの蛍光放射を収集しそれをDO133に導く波面整合レンズ(WMO)を含む。WMOは、ここで開示されるように、中心が除去された半球レンズ310、整合屈折率浸漬流体(n2)313及び透明窓を含んでもよい。WMOは、攪乱されることなく異なる屈折率の間を光線に進ませるインターフェースとしてふるまう。試料インターフェース配置130においては、WMOは、示されているように、照明光軸及び検出光軸の交点が曲率中心にある状態で組み込まれる。試料301(屈折率nt)からDO133への収集経路は、溶融シリカ試料窓311303(屈折率n1)、屈折率整合流体313のグリセリン(屈折率n2)、レンズ310中の溶融シリカ(n3)及び水320(屈折率n4)を含む。屈折率n1−n3までは、1.458−1.472の範囲にあり、1.431−1.467を変動する腎臓、肝臓、腸、筋及び白質の予想されるバルク組織屈折率に概ね一致する。屈折率整合は、また、収差の焦点をガラス窓からWMO−水界面にシフトする。いくつかの実施の形態においては、試料インターフェース配置130は、また、試料135からの蛍光放射を収集し、それをDO133に導く、中心が除去された半球固体浸漬レンズ(SIL)を含んでもよい。
試料面の中心の視野点から生じる複数の光線は、試料135に面するWMOの表面と垂直をなしてもよい。これにより、中心の視野点が無収差になり、収集半角を維持することができる。視野点の軸はずれは、比較的に近い屈折率の間でWMO−水界面において小さな角度で光線が屈折するため、小さな収差しか含まない。収集半角を維持することにより、分解能及び倍率を(n3/n4)という因子だけ向上することができる。ここで、n3及びn4は、それぞれWMO及び対物液浸の屈折率である。
図6は、いくつかの実施の形態に係る、システム10中の試料インターフェース130を図示する斜視図である。レンズ11mにより導かれる入射光線300aは、レンズ310を通して試料135(単純化のために示されていない)中に変調されたイメージング場100bを形成する。(試料135からの)散乱光100cは、レンズ310を通してDO133により収集される。いくつかの実施の形態においては、入射光線300a、及びDO133により収集される散乱光100cにより形成される角度が略直角(例えば、90°)であることに注意せよ。加えて、イメージング場100b、及び散乱光100bのための収集円錐体の頂点は、レンズ310の平面側の数μm外側に位置する焦点領域を形成する。
図7は、いくつかの実施の形態に係る、試料インターフェース130を図示する断面図である。2個の視野点401a及び401bは、レンズ310の焦点領域を形成する。視野点401a及び401bは、XY断面の再構築のために有効にイメージングされるであろう、領域の周囲長上にあるように選択されてもよい。したがって、散乱光線の円錐体400aは、視野点401aから生じてもよく、散乱光線の円錐体400bは、視野点401bから生じてもよい。散乱光線の円錐体400a及び400b中の光線のうちの少なくともいくつかは、DO133により収集される散乱光100cを形成してもよい。散乱光線の円錐体400a及び400bを、以降は、まとめて光線の円錐体400と呼ぶ。
図8は、いくつかの実施の形態に係る、SIシステムのためのSI130におけるスポットダイアグラム410−1から410−6(以降は、まとめてスポットダイアグラム410と呼ぶ)を図示する。スポットダイアグラム410は、異なる視野点から生じ、組織、窓、グリセリン、WMO、水及び理想的なDOレンズ133を含む表面を有する試料インターフェースの断面を仮定する光線の円錐体400(図7参照)に対する光線追跡シミュレーションにより得られる。例えば、スポットダイアグラム410−1,410−2及び410−3は、試料135の表面にある視野点から生成され、(例えば、光線300a及び散乱光100cにより形成される入射面からみて)「左」「中」及び「右」に位置する。また、スポットダイアグラム410−4,410−5及び410−6は、試料135の深部(例えば、50μm)にある視野点から生成され、「左」「中」及び「右」に位置する。垂直線は、DO133の表面を定める。スポットダイアグラム410は、764μm長の実視野(FOV)の傾いた断面の角にある視野点に関連づけられてもよい。各スポットダイアグラム450上の円450は、エアリーディスク(例えば、回折限界)を表す。
したがって、いくつかの実施の形態は、1.45という試料135の屈折率を仮定すると、すべての関心視野点に対する(スポットダイアグラム410中に円450により図示される)レンズ310に対する略回折限界の焦点領域を提供する。実例を示すことを目的にするにすぎないが、DO133は、0.48というNAまで絞られてもよい。これにより、660nm及び785nmで励起することができる蛍光体から生じる放射スペクトルに対して対象をややオーバーサンプリングすることができる。対象空間においては、期待されるレイリー分解能は、700nm及び820nmの放射信号に対してそれぞれ0.82μm及び0.96μmである。17.4倍の倍率を有する場合は(図5−図6参照)、予想されるセンサーサンプリングは、0.37μmである。すべての関心視野点に対する略回折限界の性能は、1.45という試料135の屈折率を仮定したものである。システム10の方位分解能は、約200nmの直径を有する蛍光ビーズを用いた場合は、以下の表1に掲載されている。いくつかの実施の形態においては、ビーズが、水−グリセリン−アガロースゲル中に浮遊させられてもよい。グリセリンをゲルに混合することにより、屈折率が組織の屈折率に近づき、組織−窓界面における屈折による、試料面に対する光シートのずれが限定される。表1を作成するためであり、そして実例を示すことを目的とするにすぎないが、XY断面の実視野(FOV)の左、中及び右の5分の1中の50個のビーズが、半値全幅(FWHM)を計算するために用いられる。表1のための座標軸の選択は、検知光軸からYの周りに30°回転される。そのために、Dxは、方位の点拡がり関数及び軸の点拡がり関数の両方からの寄与を含む。光シートのFWHMは、約9.0μmでありうるが、窓の最上表面からの光線反射をイメージングすることにより測定される。
図9は、いくつかの実施の形態に係る、SIシステム10における、2次元(2D)像530a(例えば、式(1)中のI1)、2D像530b(例えば、式(1)中のI2)及び2D像530c(例えば、式(1)中のI3)の再構築を図示する。ここで開示される散乱抑制技術は、高い散乱係数を含む配置(例えば、高密度の生体試料)において望まれうる。ここで開示されるLSFMのイメージング深さは、より良い散乱抑制とともに用いられる、強調された像のコントラストにより増加させられてもよい。それらのわずかな散乱により、小さくて透明な試料がLSFMで広く研究されてもよい。さらに、ここで開示されるLSFMシステムにおいては、より高密度の組織が、散乱が減らされた状態で効率的にイメージングされてもよい。したがって、ここで開示される実施の形態により、セル構成をより均一な屈折率のものに変える(例えば、散乱の影響を減らすこと)、又は散乱構造そのものを代える面倒な光学的透明化技術を実行することなく組織のイメージングを行うことができる。様々な組織透明化方法がLSFMに適用されてきた。しかし、各ケースにおいては組織がしっかりと固定される。このため、生きた培養組織の観察ができなかった。LSFMにおけるバックグラウンドの抑制の他のアプローチは、コントラストを高めるために1次元においてアウトフォーカス光を消去する物理的又は仮想的なスリットを用いる線走査共焦点顕微鏡法を含む。いくつかの実施の形態においてはコントラストが高くなるが、ここで開示されるSIシステムのいくつかの実施の形態は、散乱されアウトフォーカスした光を両次元において拒絶するように構成することができ、さらに、バックグラウンドのフロアを低くすることができる。
像I1(530a),I2(530b)及びI3(530c)は、位相シフトされたSIパターン(式(1)参照)で収集され、式(1)を経由してISI(540)を再構築するために使用される。関心試料深さに対応するISI(540)中の水平線545は、IXY550の線555を再構築するために用いられる。ISIの平面が試料インターフェース130のXY面に対して傾いていてもよいことに注意せよ(図5及び図7に一致する軸XYZ)。したがって、ISI及びIXYは、像IXY550の各線に対して、単一の線555に沿って交差してもよい。いくつかの実施の形態においては、線555が、センサー150の画素行に略一致してもよい(図1−図2)。複数の平面ISI540を積み重ねることにより、カメラの画素行555の各々が、試料135のXY視を形成するように得られてもよい。さらに、いくつかの実施の形態においては、試料135の三次元(3D)像(図1−図2参照)が、X方向に沿って積み重ねられた複数の平面540をつなぎあわせることにより得られてもよい。
図10は、試料像601a,601b,601c及び601d(以降は、まとめて像601と呼ぶ)を図示する。したがって、像601b,601c及び601dは、SIシステムにおける強い蛍光バックグラウンドの効率的な除去を含む。像601は、512×512画素の、高濃度のビーズを含むアガロースゲルに50μmはいったところのXY再構築を含む。スケールバーは、10μmである。より具体的には、像601aは、散乱の抑制を行うことなく得られるイメージングの結果である足し算像を図示する。像601b−601dは、それぞれイメージング場のパターンの周期35,11及び3.7μm/サイクルを有する像の再構築を含む。したがって、像601b−601dの空間周波数は、空間周波数変調器120を動かすことにより(例えば、プリズム202をプリズム201へ向かって変位させることにより、図2参照)調整される。
像610は、像601a(構造化照明なし)に対応する断面611と像601d(高い空間周波数3.7μmを有する構造化照明)に対応する断面612と、の間の重要なバックグラウンドの減少を図示する。像のサンプルは、組織試料中の高濃度の200nmビーズを用いて収集された。像601bにおける細かい空間周波数は、像601aにおける足し合わせ照明と大きさのオーダーが略同じであることによりバックグランドの散乱を減少させる。より細かいパターンにより向上した性能は、より小さい構造からの散乱の除去、及び光シートのアウトフォーカス成分の引き去りの両方によるものである。
図11は、いくつかの実施の形態に係る、組織試料のためのSIシステムにおける強い蛍光バックグラウンドの除去を図示する。代表例を示すにすぎず、そして限定されないが、組織試料は、DRAQ5(商標)及びIR783(商標)により汚染されたマウス肝組織の大きな摘出物であってもよい。DRAQ5(商標)は、660nm(例えば、照明波長)で励起され、核の特徴を局所化するが、IR783は、785nm(例えば、照明波長)で励起され、一般的な組織の形態を汚染する。限定されず、そして具体例を示すにすぎないが、図11は、31μmという深さにおけるマウス肝組織のXY再構築を示す。像701aは、足し算像(例えば、SI散乱除去なし)を含む。像701bは、散乱の干渉を除去するSIシステムで得られる像である。スケールバーは、像701a−701bに対しては80μmであり、差し込み図(それぞれ像711a及び711b)に対しては25μmである。
像701bにおいては、11μm/サイクルという空間周期(例えば、1/11サイクル/μmという空間周波数)を有するイメージング場100bを用いてXY走査が収集された。走査中の線は、1000フレーム毎秒(fps)でカメラにより読み取られる。システム倍率が約18倍であるとすると、1mm2の領域をイメージングする全時間は、約8秒毎チャンネルである。ここで、各チャンネルは、異なる照明波長に相当してもよい。SLMの状態の組は、660nmの照明波長及び785nmの照明波長に対して変更されない。これにより、両チャンネルを同時にイメージングすることが可能になる。したがって、ここで開示されるシステム10は、光シートの傾いているという特徴、及び試料中の散乱光の存在にもかかわらず、高い分解能及び高いコントラストを維持する。WMOの組み込みにより、同時に倒立配置を生成しながらサブセルの特徴を調査することができる。ここで、SIにより、これらの特徴がバックグラウンドにより不明瞭にされる程度が限定される。これらの技術の適用は、組織が高速に切断される必要がある病理学研究室、及び実験におけるセルの体積イメージングが連続的な監視を必要とする研究の場面において特に有用である。
図12は、いくつかの実施の形態に係る、試料の像を形成する方法800のためのフローチャート中のステップを図示する。方法800は、試料からの1個以上の像が収集されている間に、少なくとも部分的に、倒立光シート顕微鏡法のためのシステム中のここで開示されたSIステージ、空間周波数変調ステージ及び試料インターフェースステージ(例えば、SIステージ110、空間周波数変調ステージ120及び試料インターフェース130を含むSIシステム10)のような要素の任意の1個により実行されてもよい。方法800中のステップのうちの少なくともいくつかは、コンピューターのメモリーに格納された命令を実行するプロセッサーを持つコンピューターにより実行されうる(例えば、メモリー20及びプロセッサー30)。さらに、方法800において開示されるステップは、コンピューターのメモリーの一部であるか、又は当該メモリーに通信可能に結合されたデータベースにおいてファイルを検索、編集及び/又は格納することを含んでもよい。本開示と一致する方法は、異なる順序で実行される、方法800に図示されるステップの少なくともいくつかであるが全部ではないステップを含んでもよい。さらに、本開示に一致する方法は、方法800にあるような、時間的に重なって又はほぼ同時に実行される少なくとも2個以上のステップを含んでもよい。
ステップ802は、空間変調されたイメージング場を提供することを含む。いくつかの実施の形態においては、ステップ802は、SLMからの1次の2個の回折光線(±1)を二重スリットで選択することを含んでもよい。さらに、いくつかの実施の形態においては、ステップ802は、選択された位相を有する矩形波に対応する、SLM中の画素を配置することにより空間変調されたイメージング場のための空間位相を選択することを含む。加えて、いくつかの実施の形態においては、ステップ802は、複数の空間変調されたイメージング場を提供することを含む。各イメージング場は、複数の空間変調されたイメージング場にわたって2πの位相シフトを生じる空間位相シフトを持つ。
ステップ804は、空間変調されたイメージング場の周波数を調整することを含む。いくつかの実施の形態においては、ステップ804は、選択された角度でふたつの光線を干渉させる光学要素を直線的に変位させることを含む。
ステップ808は、試料からの複数の蛍光放射信号を受光することを含む。いくつかの実施の形態においては、ステップ808は、空間周波数及び第1の位相を持つ、構造化された照明場からの第1の蛍光放射信号を受光すること、当該空間周波数及び第2の位相を持つ第2の蛍光放射信号を受光すること、及び当該空間周波数及び第3の位相を持つ第3の蛍光放射信号を受光することを含む。いくつかの実施の形態においては、ステップ808は、空間変調されたイメージング場を含む平面、及び試料の動きの平面に交差する線に沿って複数の蛍光放射信号を受光することを含む。いくつかの実施の形態においては、ステップ808は、第1の位相を持つ空間変調されたイメージング場を有する第1の蛍光信号を受光すること、第2の位相を持つ空間変調されたイメージング場を有する第2の蛍光信号を受光すること、及び第3の位相を持つ空間変調されたイメージング場を有する第3の蛍光放射信号を受光することを含む。
ステップ810は、複数の蛍光放射信号を結合して試料散乱信号を減らし、試料の像を得ることを含む。
ステップ812は、小さな試料散乱信号しか持たない複数の2次元像の重ね合わせにより試料の3次元像を形成することを含む。いくつかの実施の形態においては、ステップ812は、試料インターフェースのXYステージにおいて1個の方向(例えば、X方向)に沿って試料を変位させること、及びXYステージの複数の位置の各々について小さな試料散乱信号しか持たない2次元像を収集することを含む。
ここで用いられるように、一連のアイテムの前の「のうちの少なくとも1個」という句は、任意のアイテムを分離する「及び」又は「又は」という語とともに、リストの各メンバー(例えば、各アイテム)というよりも、リストを全体として修正する。「のうちの少なくとも1個の」という句は、少なくとも1個のアイテムの選択を要求しない。むしろ、当該句は、アイテムのうちの任意の1個のうちの少なくとも1個、及び/又はアイテムの任意の組み合わせのうちの少なくとも1個、及び/又はアイテムの各々のうちの少なくとも1個を含む意味を許容する。一例として、「A,B及びCのうちの少なくとも1個」又は「A,B又はCのうちの少なくとも1個」という句の各々は、Aのみ、Bのみ若しくはCのみ、A,B及びCの任意の組み合わせ、並びに/又はA,B及びCの各々のうちの少なくとも1個に言及する。
明細書又は特許請求の範囲において「含む」「持つ」等の語が用いられる範囲に対しては、そのような語は、特許請求の範囲において移行語として用いられた場合に非排他的に解釈される「備える」という語と同様に、非排他的であることを意図している。「代表例」という語は、ここでは「代表例、具体例又は実例として用いられる」ことを意味するために用いられる。ここで「代表例」として記載される任意の実施の形態は、他の実施の形態に対して好適又は有利なものとして解釈する必要はない。局面、当該局面、他の局面、いくつかの局面、1個以上の局面、実装、当該実装、他の実装、いくつかの実装、1個以上の実装、実施の形態、当該実施の形態、他の実施の形態、いくつかの実施の形態、1個以上の実施の形態、配置、当該配置、他の配置、いくつかの配置、1個以上の配置、主題となる技術、開示、本開示、その他の変形及び似たもののような句は、便宜的なものであり、そのような句に関連する開示が主題となる技術にとって本質的であること、又はそのような開示が主題となる技術のすべての配置に適用されることを内在しない。そのような語に関連する開示は、すべての配置、又は1個以上の配置に適用されうる。そのような語に関連する開示は、1個以上の例を提供しうる。局面又はいくつかの局面のような句は、1個以上の局面に言及してもよいし、逆に言及しなくてもよいし。このことは、他の先述した句に同様に適用される。
単数形による要素への言及は、「1個でありただ1個」であることを意図しておらず、具体的に述べられない限り、「1個以上」であることをむしろ意図している。「いくつかの」という語は、1個以上に言及する。見出し及びサブ見出しは、便宜的に用いられ、主題となる技術を限定せず、主題となる技術の説明の解釈に関連して参照されない。第1及び第2並びに似た語のような関係を示す語は、そのような物又は動作の間の関係又は任意の実際の順序を必ずしも要求又は暗示することなく、1個の物又は動作を他のものから区別するために用いられうる。当業者に公知の又は後に公知になる、この開示を通して説明された様々な配置の要素に対する全ての構造的又は機能的な均等物は、明白にここで参照により組み込まれ、主題となる技術により包み込まれることが意図されている。加えて、ここで開示されるものは、そのような開示が上記の説明に明示的に含まれるか否かにかかわらず公衆に提供することを意図していない。
明細書は、多くの詳述を含むが、これらは特許請求の範囲に記載されたものの範囲の限定であると解釈されるべきではない。むしろ、主題の特定の実装の説明であると解釈されるべきである。分離された実施の形態の文脈においてこの明細書中で説明された特定の特徴は、また、単一の実施の形態において組み合わせて実装することができる。逆に、単一の実施の形態の文脈において説明された様々な特徴は、複数の実施の形態に分離して、又は任意の適切なサブコンビネーションにおいて実装することができる。加えて、特徴が、特定の組み合わせにおいて動作するものとして上で説明され、そのようなものとして当初に特許請求の範囲に記載されたにもかかわらず、特許請求の範囲に記載された組み合わせからの1個以上の特徴は、いくつかの場合においては、組み合わせから除かれうる。また、特許請求の範囲に記載された組み合わせが、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形に向けられてもよい。
この明細書の主題は、特定の局面を用いて説明されてきた。しかし、他の局面が実装されうるとともに下記の特許請求の範囲に記載されたものの範囲に含まれうる。例えば、動作が図面において特定の順序で表されるが、これは、望まれる結果を得るために、そのような動作が、示される当該特定の順序、若しくはシーケンシャルな順序で実行されること、又はすべての図示された動作が実行されることを要求するものと理解すべきではない。特許請求の範囲に記載された動作は、異なる順序で実行することができ、依然として望まれる結果を得ることができる。一例として、添付された図に描かれたプロセスは、望まれる結果を得るために、必ずしも示された特定の順序、又はシーケンシャルな順序を要求しない。特定の状況においては、マルチタスク又は平行処理が有利になりうる。加えて、上で説明された局面における様々なシステム要素の分離は、すべての局面においてそのような分離を要求するものとして理解すべきではない。そして、それは、記載されたプログラム要素及びシステムは、一般的に、1個のソフトウェア製品に一体化されるか、又は複数のソフトウェア製品にパッケージされることができると理解すべきである。
発明の名称、背景技術、図面の簡単な説明、要約及び図面は、ここで、開示に組み込まれ、開示の実例として提供されるが、限定的な説明としては提供されない。それは、それらが特許請求の範囲の範囲又は意義を限定するために用いられないという理解のもので提出される。加えて、詳細な説明においては、説明が実例を提供し、様々な特徴が開示を能率化する目的のために様々な実装において互いにグループ化されることを理解することできる。開示の方法は、特許請求の範囲に記載された主題が各請求項に明白に記載されたものより多くの特徴を要求するという意図を反映するものとして解釈すべきではない。むしろ、特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、単一の開示された配置又は動作のすべての特徴より少ないことにある。特許請求の範囲は、ここで、発明の詳細な説明に組み込まれる。各請求項は、分離して請求された主題としてそれ自身のもとに自立している。
特許請求の範囲は、ここで説明された局面を限定することを意図していないが、文言に一致する全範囲が与えられ、すべての法的均等物を含むべきである。それにもかかわらず、特許請求の範囲は、適用可能な特許法の要件を満足しない主題を含むことを意図していないし、それらはそのように解釈されるべきである。
Claims (20)
- 空間変調されたイメージング場を提供する構造化照明ステージと、
前記空間変調されたイメージング場の周波数を調整する空間周波数変調ステージと、
前記空間変調されたイメージング場を試料に導く試料インターフェースステージと、
前記試料からの複数の蛍光放射信号を受光するように構成されるセンサーと、
試料散乱信号を減らし、前記空間変調されたイメージング場を含む、前記試料の一部からの蛍光放射信号を提供するように構成されるプロセッサーと、
を備えるシステム。 - 前記構造化照明ステージは、光のシート中に前記空間変調されたイメージング場を形成するアナモルフィック光学要素を備える
請求項1のシステム。 - 前記空間変調されたイメージング場の位相を調整する位相シフトステージ
をさらに備え、
前記構造化照明ステージは、2個の回折光線であって当該2個の回折光線の間に選択された位相シフトを有するものを空間的に分離して前記空間変調されたイメージング場を形成するように構成される空間光変調器を備える
請求項1又は2のシステム。 - 前記空間周波数変調ステージは、前記構造化照明ステージにより提供される第1の回折された照明光線及び第2の回折された照明光線の間に形成される入射角を調整して、前記第1の回折された照明光線と前記第2の回折された照明光線との間の干渉パターンの空間周波数を調整するように構成される、動くことができる光学要素を備える
請求項1から3までのいずれかのシステム。 - 2個の光線を空間的に分離するように構成される第1の光学要素と、
2個の光線を空間的に結合するように構成される第2の光学要素と、
を備え、
前記第2の光学要素は、
フォーカス要素と、
前記2個の光線のうちの第1及び第2を前記フォーカス要素の第1の点及び第2の点に導くように構成される、直線的に動くことができる反射器と、
を備え、
前記フォーカス要素の前記第1の点及び前記第2の点は、前記フォーカス要素の対称軸について互いに軸対称に配置される
請求項1から4までのいずれかのシステム。 - 少なくとも1個のミラーと、
前記2個の光線のうちの少なくとも1個のコリメーションを維持する、前記第1の光学要素と前記第2の光学要素との間のレンズと、
をさらに備える請求項5のシステム。 - 前記第1の光学要素は、くさびのそれぞれの側に前記2個の光線の各々を受光するように構成されるナイフエッジを備える
請求項5又は6のシステム。 - 前記直線的に動くことができる反射器は、くさびのそれぞれの側に前記2個の光線の各々を受光するように構成されるナイフエッジを備え、
前記ナイフエッジは、前記フォーカス要素の光軸に沿って直線的に動くことができる
請求項5から7までのいずれかのシステム。 - 平坦側を構成する平面を有し、前記平坦側を構成する平面の向こう側に曲率中心を持つ波面整合レンズと、
前記波面整合レンズの前記平坦側に隣接して配置される透明窓と、
前記透明窓に対する入射角で入射面を形成する2個の光線を前記波面整合レンズを通して導くことにより試料上に照明場を形成するように構成される照明対物レンズと、
前記入射面と垂直をなす方向に沿って、前記照明場により前記試料において励起された蛍光信号を収集するように構成される顕微鏡対物レンズと、
を備え、
前記入射角は、約60°又は約30°のうちの1個である
倒立蛍光顕微鏡法のための試料インターフェース。 - 前記透明窓は、前記照明対物レンズ及び前記顕微鏡対物レンズに対して前記透明窓の平面内において動くように構成される
請求項9の試料インターフェース。 - 前記顕微鏡対物レンズ、及び前記波面整合レンズの湾曲した表面の間に挿入される第1の屈折率整合媒体、並びに前記透明窓、及び前記波面整合レンズの前記平坦側の間の第2の屈折率整合媒体をさらに備え、
前記第2の屈折率整合流体は、前記波面整合レンズの屈折率及び前記透明窓の屈折率に整合するように構成される
請求項9又は10の試料インターフェース。 - 前記照明対物レンズは、前記顕微鏡対物レンズの実視野の寸法と同程度の被写界深度で前記2個の光線を提供する
請求項9から11までのいずれかの試料インターフェース。 - 前記試料に対する前記入射面の前記入射角は、前記顕微鏡対物レンズで収集される像の要求される方位分解能にしたがって選択される
請求項9から12までのいずれかの試料インターフェース。 - 前記2個の光線のための開口及び絞りをさらに備え、
前記開口及び前記絞りは、前記照明対物レンズの前に配置され、前記試料からの散乱信号を減らすように構成される
請求項9から13までのいずれかの試料インターフェース。 - 空間変調されたイメージング場を提供すること、
前記空間変調されたイメージング場の周波数を調整すること、
試料インターフェースを用いて、前記空間変調されたイメージング場を試料に導くこと、
前記試料からの複数の蛍光放射信号を受光すること、
前記複数の蛍光放射信号を結合して試料散乱信号を減らし前記試料の像を得ること
を備える試料の像を形成する方法。 - 前記試料からの複数の蛍光放射信号を受光することは、空間周波数及び第1の位相を持つ、構造化された照明場からの第1の蛍光放射信号を受光すること、前記空間周波数及び第2の位相を持つ第2の蛍光放射信号を受光すること、並びに前記空間周波数及び第3の位相を持つ第3の蛍光放射信号を受光することを備える
請求項15の試料の像を形成する方法。 - 複数の蛍光放射信号を受光することは、前記空間変調されたイメージング場を含む平面、及び前記試料の動きの面に交差する線に沿って前記複数の蛍光放射信号を受光することを含む
請求項15又は16の試料の像を形成する方法。 - 前記空間変調されたイメージング場を含む平面に対して傾いた平面に沿って前記試料を動かすこと、及び前記試料の複数の像を得て前記試料の3次元像を形成すること
をさらに備える請求項15から17までのいずれかの試料の像を形成する方法。 - 前記空間変調されたイメージング場の周波数を調整することは、選択された角度で2個の光線を干渉させる光学要素を直線的に変位させることを含む
請求項15から18までのいずれかの試料の像を形成する方法。 - 前記試料からの複数の蛍光放射信号を受光することは、第1の位相を持つ前記空間変調されたイメージング場を有する第1の蛍光信号を受光すること、第2の位相を持つ前記空間変調されたイメージング場を有する第2の蛍光信号を受光すること、及び第3の位相を持つ前記空間変調されたイメージング場を有する第3の蛍光放射信号を受光することを備える
請求項15から19までのいずれかの試料の像を形成する方法。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201762500359P | 2017-05-02 | 2017-05-02 | |
US62/500,359 | 2017-05-02 | ||
US15/843,692 | 2017-12-15 | ||
US15/843,692 US10401605B2 (en) | 2017-05-02 | 2017-12-15 | Structured illumination in inverted light sheet microscopy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018189946A true JP2018189946A (ja) | 2018-11-29 |
Family
ID=64014618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018051117A Pending JP2018189946A (ja) | 2017-05-02 | 2018-03-19 | システム、試料インターフェース及び試料の像を形成する方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10401605B2 (ja) |
JP (1) | JP2018189946A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021199605A1 (ja) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学測定装置及び光学測定方法 |
WO2021199604A1 (ja) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学測定装置及び光学測定方法 |
JP7491591B2 (ja) | 2019-01-14 | 2024-05-28 | ユニヴァーシティ オブ ワシントン | ソリッドイマージョンメニスカスレンズのための装置、システム及び方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11619585B2 (en) | 2019-05-22 | 2023-04-04 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Rapid axial scanning for light sheet microscopy using a phased array |
CN112485230B (zh) * | 2019-09-11 | 2022-03-18 | 复旦大学 | 基于主动时间调制混频激发照射的超分辨显微成像方法及装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10051240B2 (en) * | 2010-06-14 | 2018-08-14 | Howard Hughes Medical Institute | Structured plane illumination microscopy |
DE102013208926A1 (de) * | 2013-05-14 | 2014-11-20 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Verfahren zur 3D-hochauflösenden Lokalisierungsmikroskopie |
US10042150B2 (en) * | 2013-05-15 | 2018-08-07 | The Administrators Of The Tulane Educational Fund | Microscopy of a tissue sample using structured illumination |
US9500846B2 (en) * | 2014-03-17 | 2016-11-22 | Howard Hughes Medical Institute | Rapid adaptive optical microscopy over large multicellular volumes |
US20160041099A1 (en) * | 2014-08-06 | 2016-02-11 | University Of Oregon | Light sheet fluorescence and differential interference contrast microscope |
KR101865624B1 (ko) * | 2016-06-10 | 2018-06-11 | 주식회사 토모큐브 | 파면 제어기를 이용한 초고속 3차원 굴절률 영상 촬영 및 형광 구조화 조도 현미경 시스템 및 이를 이용한 방법 |
-
2017
- 2017-12-15 US US15/843,692 patent/US10401605B2/en active Active
-
2018
- 2018-03-19 JP JP2018051117A patent/JP2018189946A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7491591B2 (ja) | 2019-01-14 | 2024-05-28 | ユニヴァーシティ オブ ワシントン | ソリッドイマージョンメニスカスレンズのための装置、システム及び方法 |
WO2021199605A1 (ja) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学測定装置及び光学測定方法 |
WO2021199604A1 (ja) * | 2020-04-01 | 2021-10-07 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学測定装置及び光学測定方法 |
JP2021162508A (ja) * | 2020-04-01 | 2021-10-11 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学測定装置及び光学測定方法 |
JP2021162509A (ja) * | 2020-04-01 | 2021-10-11 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学測定装置及び光学測定方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10401605B2 (en) | 2019-09-03 |
US20180321479A1 (en) | 2018-11-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2018189946A (ja) | システム、試料インターフェース及び試料の像を形成する方法 | |
US20220254538A1 (en) | Fourier ptychographic imaging systems, devices, and methods | |
JP6166776B2 (ja) | 拡張ボリュームの高分解能イメージング | |
EP2316048B1 (en) | Optical arrangement for oblique plane microscopy | |
US9477074B2 (en) | Bessel beam plane illumination microscope | |
US7738945B2 (en) | Method and apparatus for pseudo-projection formation for optical tomography | |
US8767216B2 (en) | Holographically illuminated imaging devices | |
CN112930492B (zh) | 用于使用时间复用光片的快速体积荧光显微术的装置和方法 | |
US20160377546A1 (en) | Multi-foci multiphoton imaging systems and methods | |
JP2016530567A (ja) | 可変照明フーリエタイコグラフィー撮像装置、システム、及び方法 | |
JP6708667B2 (ja) | ビーム整形及び光シート顕微鏡検査のためのアセンブリ及び方法 | |
Wang et al. | Optical ptychography for biomedical imaging: recent progress and future directions | |
JP7090930B2 (ja) | 超解像光学顕微イメージングシステム | |
US20170192217A1 (en) | Optical-axis-direction scanning microscope apparatus | |
CN105683803A (zh) | 片照明显微镜的系统和方法 | |
CN110023813B (zh) | 多焦结构化照明显微系统和方法 | |
Qiao et al. | Single-scan HiLo with line-illumination strategy for optical section imaging of thick tissues | |
WO2013176549A1 (en) | Optical apparatus for multiple points of view three-dimensional microscopy and method | |
CN113316734A (zh) | 具有转塔透镜的光片显微镜 | |
CN212060720U (zh) | 一种基于折射窗扫描仪的显微成像装置 | |
EP3627205A1 (en) | Confocal laser scanning microscope configured for generating line foci | |
JP2017530404A (ja) | 試料を結像する装置 | |
Adam et al. | Confocal multispot microscope for fast and deep imaging in semicleared tissues | |
Landry | High-Speed Isotropic Resolution and Structured Illumination Using Phased Arrays In Light Sheet Fluorescence Microscopy | |
Reynaud et al. | Light Sheet Fluorescence Microscopy |