JP3689584B2

JP3689584B2 - 観察装置の位置設定手段における座標変換方法及び座標変換手段を備える観察装置

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Publication number: JP3689584B2
Application number: JP09357799A
Authority: JP
Inventors: 寿洋高橋
Original assignee: Sapporo Breweries Ltd
Current assignee: Sapporo Breweries Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: EP1085292A1; WO2000058690A1; EP1085292A4; US6489625B1; JP2000284186A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動掃引装置付き顕微鏡のように、観察範囲内において固有の座標が設定されており、観察物を当該座標で位置設定して観察できる観察装置における座標設定方法に係るもので、各々、固有の座標を有する観察装置間で同一試料を観察するに当たり、装置Ａで観察し、装置Ａの座標で位置確認した試料の特定位置を、装置Ａの座標と異なる座標を有する他の観察装置Ｂにおいて容易に位置設定できるようにするための座標設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＡＴＰ−ルシフェラーゼ法を利用した微生物迅速検査装置は、生きた細胞に特異的にまとまって存在するアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）を利用してルシフェリン−ルシフェラーゼ反応を行わしめ、ＡＴＰ含量に比例して発生する微小な発光を光度検出器で検出することにより、微生物の存在を確認するもので、この発光状態をＣＣＤ等の撮影手段を用いて映像化し、視覚的に観察することができる。しかしながら、この方法では、僅かな微生物の存在は確認できるものの、その確認された微生物の種類を認知するこができない。
【０００３】
従って、上記方法で存在を確認した微生物を正確に特定するためには、上記方法で使用したサンプルを顕微鏡に移して観察する必要がある。この２回の観察を手際よく効率的に行うためには、サンプル中の微生物の存在位置を容易かつ短時間に割り出し、顕微鏡に設けられた検鏡位置自動掃引装置にて位置指定を行い、即座に目的の微生物の観察が行えるようにすることが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サンプルを上記微生物迅速検査装置（以下、ＲＭＤＳという）でチェックしてから自動掃引装置付き顕微鏡（以下、ＳＦＤＳという）で再確認を行うに当たって、ＲＭＤＳの座標をそのままＳＦＤＳというの座標値として使用することができず、新らためて顕微鏡側で個別調整しなければならず、時間と煩雑な操作を強いるものであった。
【０００５】
即ち、ＲＭＤＳの座標とＳＦＤＳの座標とは、直接の相関性がなく、原点は勿論のこと、双方の座標軸の単位を全く相関性がない（例えば、ＲＭＤＳに設定されている位置確認用の座標軸は使用されている撮像手段の１画素を目盛の単位としており、一方、ＳＦＤＳの掃引装置に設定されている座標の目盛の単位はmmである。）。例えば、ＲＭＤＳのサンプルを４７ｍｍ径のフィルタとし、そのフィルタ上に１ｃｅｌｌの酵素が存在する場合、このサンプルを顕微鏡で確認したとすると、顕微鏡の倍率を１００倍とした時は、３，０００視野、２００倍で６，０００視野を観察する必要があり、事実上観察が不可能である（このとき、顕微鏡の各倍率の視野面積はそれぞれ０．７６×０．７６ｍｍ，０．５３×０．５３ｍｍである。）。
【０００６】
これは、ＲＭＤＤＳ，ＳＦＤＳに限らず、観察範囲内において固有の座標を設定し、観察物の特定位置を座標によって表現・指定することの出来る手段を備えた観察装置を使用する上で共通の問題であった。
本発明は上述の従来の問題点を解決するものであり、異なる位置指定用座標が設定されている観察装置間で、同一の試料を観察するに当たり、双方の座標に相関性を持たせ、一方からの位置情報に基づいて他方の位置を特定するための座標変換方法を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、以下の手段を採用することにより上記課題を解決するものである。
即ち、本発明は、それぞれ異なる二つの位置指定用座標系を持つ第１及び第２の観察装置の、一方の第１の座標系から他方の第２の座標系に変換する方法であって、その特徴は以下の手順を採用したことにある。
（１）任意の位置に観察点を少なくとも３点設けた座標設定用試料を作成する。
（２）当該試料を第１のの観察装置の試料台に設置し、上記観察点を確認し、その座標を読み取る（（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ３，Ｙ３））。
（３）試料と試料台との相対位置を設定するために夫々任意にマーカーを付す。
（４）試料を第１の観察装置より取り外し、第２の観察装置に設置する。その時、第２の観察装置の試料台（固有の座標を有する）もしくは試料台に試料を設置するに当たり、試料を保持する保持手段（例；プレパラート）に、先に試料に付したマーカーと相対する目印を任意に付す。そして、試料を第２の観察装置に設置するに当たり、前記試料のマーカと目印を一致させる。以後、第１の観察装置で観察した試料を第２の観察装置で確認する場合は、必ず前記マーカと目印が一致するよう試料を設置する。
（５）試料に設けられた観察点を第２の観察装置固有の座標を用いて位置座標を読み取る（（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３））。
（６）上記観察点のうち、任意の点を仮原点とする（例：（ｘ１，ｙ１），（Ｘ１，Ｙ１））。
（７）座標変換式ｘｎ＝ａＸｎ＋ｂＹｎ，ｙｎ＝ｃＸｎ＋ｄＹｎに他の２点の座標を代入し、ａ，ｂ，ｃ，ｄを算出する。得られた数値を上式に代入し、座標変換式を設定する。代入するｘｎ，ｙｎ，Ｘｎ，Ｙｎの値を仮原点を基準にした数値に補正する（相関性を付与）。
（８）設定した変換式を、第２装置固有の座標系の変換式に補正する（仮原点を基準とした座標系を第２の観察装置固有の座標系に補正する（ｘｎ＝ａＸｎ＋ｂＹｎ＋ｘ１，ｙｎ＝ｃＸｎ＋ｄＹｎ＋ｙ１）。
（９）観察すべき試料を第１の観察装置で観察し、試料上の観察すべき点の数値を読み取る（（Ｘ４，Ｙ４）・・・）。
（１０）（９）で確認した数値を上記（８）で設定した座標変換式に代入し、ｘ４，ｙ４を算出する。
（１２）他方の観察装置に試料を移し、位置設定手段（自動掃引装置）に上記座標の数値を入力し、位置指定を行う。
【０００８】
以上の過程でにより、第１の観察手段で確認した試料上の観察点を、第２の観察装置の観察点に座標変換することができ、第２の観察装置に上記座標変換機能を持たせることにより、第１の観察装置で確認した観察点の座標をそのまま使用して第２の観察装置において位置指定が可能となる。
また、本発明の観察装置は、観察位置を座標により特定するための第１の座標系を有する位置設定手段を備える観察装置において、前記位置設定手段は、当該観察装置と異なる第２の座標系を有する位置設定手段を備える他の観察装置の前記第２の座標系を前記第１の座標系に変換する座標変換手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の観察装置によれば、他の観察装置において確認した座標値をそのまま入力すると、当該観察装置固有の座標値に変換されて位置設定手段に出力される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
本実施例においては、微生物の存在を確認するために有効なＡＴＰ−ルシフェラーゼ法を利用した微生物迅速検査装置（ＲＤＭＳ）を第１の観察装置とし、微生物の具体的内容を確認するために有効な自動掃引装置付き顕微鏡（ＳＦＤＳ）を第２の観察装置とした場合を例にとって説明する。
【００１１】
そこで、先ず、本実施例で使用する微生物迅速検査装置（ＲＤＭＳ）と自動掃引装置付き顕微鏡（ＳＦＤＳ）の概要について説明する。
ＲＤＭＳで行う微生物検査は、先ず、検体液を濾過して生菌をフィルター上に補足し、このフィルターを微生物発光画像解析システムを用いて検出する。この微生物発光画像解析システムは、生菌を捕捉したフィルターを抽出試薬及び発光試薬で処理した後、標本ホルダーにセットし、光学系及び撮像手段（ＣＣＤ等）で構成されたテレビカメラを上記フィルターにできるだけ近接させてセッティングし、フィルターの発光状態を撮影し、画像処理装置、データ解析装置を介して画像データをディスプレイで表示、観察したり、解析結果をプリントアウトする。
【００１２】
図１は、微生物迅速検査装置（ＲＤＭＳ）１０のシステムの概要を示し、１はテーパーファイバー、光増幅部及び撮像管（ＣＣＤ）からなる高感度テレビカメラ、カメラコントローラ２、イメージプロセッサ３、データ解析装置４、テレビモニター５から構成されている。測定は、発光処理した生菌を保持したフィルター６を高感度テレビカメラ１に接近させておき、カメラコントローラ２及びイメージプロセッサ３を用いて２次元的の光子を所定時間、例えば、３０〜１８０秒間蓄積し、菌体からの発光を撮像し、データ解析装置４により発光ノイズを消去して生菌による強い発光のみを残してテレビモニター５に表示する。この処理によって菌体由来以外の発光がノイズとして消去され、測定された輝点数は生菌の数となる。微生物による発光点は、例えば、図２に示すように、撮像管の画素単位の座標により表示することができ（図２中、”１”は微生物による発光点を示す。）、フィルター６と撮像管との位置関係を関連付けておくことにより、フィルター６の位置での発光点を確認することができる。
【００１３】
次に、自動掃引装置付き顕微鏡（ＳＦＤＳ）の概要について説明する。
図３はＳＦＤＳ２０の概略構成図を示し、ＳＦＤＳ２０は、顕微鏡２１、プレパラートを保持するホルダの位置を制御する制御ボックス３１、制御ボックス３１に対し必要なデータを入力するとともに顕微鏡による検鏡結果を出力するための操作盤４１からなる。
【００１４】
顕微鏡２１は試料フィルター１００を支持するステージ２２と、ステージ２２に設置され、フィルター１００を対物レンズ２３の下でそれぞれ矢印Ｘ，Ｙ方向に移動させるＸ軸移動機構２４Ａ，Ｙ軸移動機構２４Ｂを備えている。
制御ボックス３１は、顕微鏡２１のＸ軸移動機構２４Ａ，Ｙ軸移動機構２４Ｂを夫々駆動するためのＸ軸駆動モータ３２Ａ，Ｙ軸駆動モータ３２Ｂと、フィルター１００のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を表示する表示する表示部３４Ａ，３４Ｂを備えている。Ｘ軸駆動モータ３２Ａ，Ｙ軸駆動モータ３２Ｂの駆動力はフレキシブル軸３３Ａ，３３ＢみよってＸ軸移動機構２４Ａ，Ｙ軸移動機構２４Ｂに伝達されるようにしている。
【００１５】
また、操作盤４１は、電源スイッチ４２Ａ、その他操作用スイッチ群４２Ｂと、フィルター１００の移動位置を指定するための各種データを入力するための入力スイッチ群４３を有している。入力スイッチ群４３には、フィルター１００の移動位置を指定するための座標データを入力するためのスイッチの他、座標入力を行う際の座標系をＲＭＤＳモードとＦＳＤＳモードとに切り換える座標切換スイッチ（図示せず）を備えている。制御盤４１は、また、出力装置４５を有し、操作スイッチ４２の操作により、フィルター位置の特定の位置を記憶するとともに、出力装置４５にプリントアウトできるようにしている。
【００１６】
図４は、顕微鏡２１のステージ２２に設けられたフィルター１００を移動するためのＸ軸移動機構２４Ａ，Ｙ軸移動機構２４Ｂの詳細を示す。
ステージ２２は、フィルターを保持するためのホルダ５１を有し、ホルダ５１はその取付部５１Ａにおいて可動台５２に設けられたガイドシャフト５３により図中Ｘ方向に移動自在に支持されている。取付部５１Ａには、また、スクリュウ５４が貫通する螺子穴を有する。スクリュウ５４は前述の駆動モータ３２Ａにより回転駆動され、これによってホルダ５１はＸ方向に移動する。
【００１７】
一方、可動台５２はステージ２２に対して、図中Ｙ方向に移動可能に支持されており、端部においてスクリュウ５５が貫通している。スクリュウ５５は駆動モータ３２Ｂによって回転駆動され、これによって、可動台５２はＹ方向に移動するようにしている。
図５は、ＳＦＤＳ２０の操作の制御系統を示すブロック図である。制御ボックス３１は制御装置３３を有し、操作盤４１の各種スイッチからの入力信号に基づき各種演算処理を行い、Ｘ軸、Ｙ軸駆動モータ３２Ａ，３２Ｂに制御信号を出力するとともに、操作盤４１の出力装置４３に所定データを出力する。
【００１８】
以上の構成からなるＳＦＤＳ２０を使用して観察する場合、、顕微鏡２１のステージ２２に設けられたホルダ５１に調整された試料フィルターを載せた後、操作盤４１の入力スイッチ４３により座標を入力することにより、ホルダ５１を移動させて試料フィルターの必要位置を観察することができる。そして、観察中に記録すべき観察点がある場合、操作スイッチ４２のうち所定のスイッチを操作して、その観察点の座標を記憶する。観察終了後、必要があれば出力装置４５により、記憶した座標をプリントアウトする。
【００１９】
本実施例からなるＳＦＤＳは、更に、ホルダ５１の移動位置を設定するために座標を入力する際、ＳＦＤＳの座標値を入力することなく、ＲＭＤＳの座標値を直接入力して、これをＳＦＤＳの座標値に変換する機能を持たせている。即ち、制御ボックス３１の制御装置３３は、操作盤４１からのＲＭＤＳ座標値の入力を受けてこれをＳＦＤＳ座標に変換するための後述の演算処理を行うプログラムを内蔵している。したがって、入力スイッチ４３のうちの座標切換スイッチをＲＭＤＳモードに切り換えることにより、入力スイッチ４３より、ＲＭＤＳで確認した座標をそのまま入力すれば、制御装置３３は、これを所定の変換式により演算してＳＦＤＳ座標に自動的に変換するようにしている。
【００２０】
〔座標の変換〕
次に、ＲＭＤＳで得たフィルターの画像における座標系をＳＦＤＳの座標系に変換する手順について述べる。なお、図６は、（１）ＲＭＤＳ座標系と（２）ＳＦＤＳ座標系を示す。
（１）ＡＴＰ溶液に色素を混ぜ、フィルターにスポットし、座標設定用試料を作成する。
（２）当該試料をＲＭＤＳの試料台に設置した時に、試料と試料台との任意の位置に相対応するマーカを付す。続いて、ＲＭＤＳにより上記ＡＴＰ溶液のスポットにより発生した輝点の座標を確認する（ｘ，ｙ）。
（３）そのフィルターをＳＦＤＳにセットする。この時、ＳＦＤＳの試料台もしくは試料保持手段に、目印を任意に設け、前記フィルタに付してあるマーカーと前記目印とを一致させるようフィルタを設置する。続いてフィルタ上に形成したスポットの色素が顕微鏡の視野に入る座標を記録する（Ｘ，Ｙ）。
（４）この操作で少なくとも異なる３点のスポットを測定し、夫々の座標を得る。そして、そのうちの１つの点（（ｘ０，ｙ０），（Ｘ０，Ｙ０））を仮原点とし、他の２つの座標（（ｘ１，ｙ１），（Ｘ１，Ｙ１）），（（ｘ２，ｙ２），（Ｘ２，Ｙ２））を変換式作成用の点とする。
（５）座標（（ｘ１，ｙ１），（Ｘ１，Ｙ１）），（（ｘ２，ｙ２），（Ｘ２，Ｙ２））を次の式（１）に代入し、式（２）を得る。
【００２１】
なお、ここで代入する（ｘ，ｙ），（Ｘ，Ｙ）は、常に仮原点（（ｘ０，ｙ０），（Ｘ０，Ｙ０））からの相対的な値とするため、各座標値から、（ｘ０，ｙ０），（Ｘ０，Ｙ０）の座標値を引く必要がある。
【００２２】
【数１】

【００２３】
【数２】

【００２４】
（６）次式（３）により、ａ，ｂ，ｃ，ｄを求める。これにより、座標変換式（４）が確定する。
【００２５】
【数３】

【００２６】
（７）ＲＭＤＳ座標（ｘ３，ｙ３）から、ＳＦＤＳ座標（Ｘ３，Ｙ３）への変換は、次式（４）に座標（ｘ３，ｙ３）を代入して求めることができる。
この場合、予め（ｘ３，ｙ３）をＲＭＤＳ座標の仮原点を基準にした数値に補正し、また、計算により得られた座標（Ｘ３，Ｙ３）をＳＦＤＳ座標の仮原点を基準とした数値に補正する（仮原点（Ｘ０，Ｙ０）を加算する）。
【００２７】
【数４】

【００２８】
【実施例】
次に、ＲＭＤＳとＳＦＤＳの座標の具体的数値を使用して座標変換式を求めた例について述べる。
（１）先ず、フィルター上の選択した３点について上述の手順（１）〜（３）に従い、表１に示す実測値を得た。なお、３点のうち、点（（２２６、９４）、（３４．９６，１２．６３）を仮原点とし、他の２点を変換式設定用の点とした。
【００２９】
【表１】

【００３０】
（２）次に、上記手順（４）に従い、各座標の実測値を、仮原点に対する相対値として示すと表２のようになる。また、ＲＭＤＳの座標系は画素単位であり、とＳＦＤＳの座標系はｍｍ単位である。
【００３１】
【表２】

【００３２】
（３）表２の座標（（ｘ１，ｙ１），（Ｘ１，Ｙ１）），（（ｘ２，ｙ２），（Ｘ２，Ｙ２））の値を用い、上記手順（６）に従い、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを得る。結果は表２に示すとおりとなる。
（４）以上の結果から、ＲＭＤＳの座標（ｘ３，ｙ３）からＳＦＤＳの座標（Ｘ３，Ｙ３）への変換式は下記の通りとなる。
【００３３】
Ｘ３＝０．０９９０１８・ｘ３＋０．０００１７９・ｙ３
Ｙ３＝−０．００２０７・ｘ３＋０．１０１０４８・ｙ３
〔実験例〕
次に、上記変換式による座標変換の精度を調べるために行った実験について述べる。
（１）フィルターに１０個程度の酵母を添加して濾過を行った。
（２）これをＲＭＤＳ処理を行い、ＲＭＤＳで観察して図７（Ａ）に示す画像データを得た。
（３）ＲＭＤＳにおいて発生した輝点について座標を測定した（図７（Ｂ），（ａ））。
（４）実測値（ａ）より仮原点座標により相対的座標（ｂ）を得た。
（５）座標変換式（４）によりＳＦＤＳの補正計算座標を（ｃ）。
（６）補正計算座標に仮原点座標値を加えてＳＦＤＳの計算座標を得た（ｅ）。
（７）フィルターをアクリジンオレンジにより染色し、確認した点の近辺を２００倍の蛍光顕微鏡で観察した結果、（ｅ）に記載された座標に酵母状の物質を確認することができた。
（８）計算値（ｄ）と実測値（ｅ）の差をとり（ｆ）、座標変換式の精度を評価した。
【００３４】
評価の結果にも示されるように、最大誤差はＸ軸で１．６ｍｍ、Ｙ軸で０．５３ｍｍであった。即ち、フィルター全面（直径；４７ｍｍ）に対して±１．６×±０．５ｍｍの範囲の視野を観察すれば、ＲＭＤＳで発生した輝点をＳＦＤＳにより観察できることとなる。
以上、本発明の実施例を、微生物迅速検査装置から自動掃引装置付顕微鏡の２つの異なる観察装置間を試料フィルターを移動して観察する場合を例にして述べたが、観察装置として、上記２種類の観察装置に限定する必要はなく、それぞれ異なる観察座標系を有する観察装置間で試料を移動するものであれば適用できることは明らかであろう。
【００３５】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、それぞれ異なる二つの位置指定用座標系を持つ観察装置で試料を観察する場合、一方の観察装置で確認した試料上に部位について、他方の観察装置で観察する場合当該部位に容易にアクセスするこが可能となり、迅速に２つの観察装置による観察を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微生物迅速検査装置のシステム構成図である。
【図２】微生物迅速検査装置の映像における撮像管の画素単位の座標を説明する図である。
【図３】自動掃引装置付顕微鏡のシステム構成図である。
【図４】自動掃引装置付顕微鏡の試料ステージの移動機構を説明する図である。
【図５】自動掃引装置付顕微鏡の制御装置を説明するブロック図である。
【図６】ＲＭＤＳとＳＦＤＳの座標系を説明する図である。
【図７】ＲＭＤＳからＳＦＤＳへの座標系の変換の実験例を示す図である。
【符号の説明】
１高感度テレビカメラ、
２カメラコントローラ
３イメージプロセッサ３
４データ解析装置
５テレビモニター
１０微生物迅速検査装置
２０自動掃引装置付き顕微鏡（ＳＦＤＳ）
２１顕微鏡
２４ＡＸ軸移動機構
２４ＢＹ軸移動機構
３１制御ボックス３１
３２ＡＸ軸駆動モータ
３２ＢＹ軸駆動モータ
４１操作盤４１
４２Ａ，４２Ｂ操作スイッチ
４３入力スイッチ

Claims

任意の位置に観察点を少なくとも３点設け、試料と試料台との相対位置を設定するためにマーカーを付した座標設定用試料を第１の観察装置の試料台に設置して上記観察点の座標を読み取る段階と、
前記試料を前記第１の観察装置より取り外し、第２の観察装置に設置し、前記第２の観察装置固有の座標を用いて前記観察点の座標を読み取る段階と、
上記観察点のうち、任意の点を仮原点とし、他の２点の座標を前記仮原点を基準とした座標に補正して下記式（１）に代入し、ａ，ｂ，ｃ，ｄを算出し座標変換式を確定する段階と、
第１の観察装置の座標を前記確定した座標変換式に代入して求めた値に前記第２の観察装置の仮原点の座標に基づいて補正して第２の観察装置固有の座標を求める段階と、
からなる異なる観察装置の位置設定手段における座標変換方法。
ｘｎ＝ａＸｎ＋ｂＹｎ，ｙｎ＝ｃＸｎ＋ｄＹｎ・・・（１）
観察位置を座標により特定するための第１の座標系を有する位置設定手段を備える観察装置において、前記位置設定手段は、当該観察装置と異なる第２の座標系を有する位置設定手段を備える他の第２の観察装置の前記第２の座標系を前記第１の座標系に変換する座標変換手段を備え、
前記第２の観察手段は、任意の位置に観察点を少なくとも３点設け、試料と試料台との相対位置を設定するためにマーカーを付した座標設定用試料より上記観察点の座標を読み取る手段を備え、
前記観察装置は、前記観察装置固有の座標を用いて前記座標設定用試料の観察点の座標を読み取る手段を備え、
前記座標変換手段は、
上記観察点のうち、任意の点を仮原点とし、他の２点の座標を前記仮原点を基準とした座標に補正して下記式（１）に代入し、ａ，ｂ，ｃ，ｄを算出し座標変換式を確定する手段と、
前記第２の観察装置の座標を前記確定した座標変換式に代入して求めた値に前記観察装置の仮原点の座標に基づいて補正して前記観察装置固有の座標を求める手段と、
を備える観察装置。
ｘｎ＝ａＸｎ＋ｂＹｎ，ｙｎ＝ｃＸｎ＋ｄＹｎ・・・（１）