JP4571543B2 - 撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は筐体に配置された被写体の画像を撮像する撮影装置に関するものである。

従来、筐体に被写体を配置し、筐体内に備えられた光源で被写体を照射して被写体を撮像する装置が色々な分野で利用されている。例えば、生化学の分野において、蛍光物質を標識物質として使用した蛍光検出システムが知られている。この蛍光検出システムによれば、蛍光画像を読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは分子量、特性の評価などを行うことができる。

具体的には、例えば、電気泳動させるべき複数のＤＮＡ断片を含む溶液の中に、蛍光色素を加えた後に、複数のＤＮＡ断片をゲル支持体上で電気泳動させる。あるいは、蛍光色素を含有させたゲル支持体上で、複数のＤＮＡ断片を電気泳動させる。そしてこの複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で、電気泳動させた後に、ゲル支持体を蛍光色素を含んだ溶液に浸すなどして、電気泳動されたＤＮＡ断片を標識し、励起光により、蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することによって、画像を生成し、ゲル支持体上のＤＮＡ分布を検出することができる。

あるいは、複数のＤＮＡ断片を、ゲル支持体上で電気泳動させた後に、ＤＮＡを変性し、次いで、サザン・ブロッティング法により、ニトロセルロースなどの転写支持体上に、変性ＤＮＡ断片の少なくとも一部を転写し、目的とするＤＮＡと相補的なＤＮＡもしくはＲＮＡを蛍光色素で標識して調製したプローブと変性ＤＮＡ断片とをハイブリダイズさせ、プローブＤＮＡもしくはプローブＲＮＡと相補的なＤＮＡ断片のみを選択的に標識し、励起光によって蛍光色素を励起して、生じた蛍光を検出することにより画像を生成し、転写支持体上の目的とするＤＮＡ分布を検出することができる。

また、近年、生化学解析システムとしてマイクロアレイ解析システムが注目を集めている。例えば、蛍光物質を標識物質として利用したマイクロアレイ解析システムにおいては、スライドガラス板やメンブレンフィルタなどの担体表面上の異なる位置に、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他の蛋白質、核酸、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ、ＲＮＡなど、生体由来の物質と特異的に結合可能で、かつ、塩基配列や塩基の長さ、組成などが既知の特異的結合物質を、スポッター装置を用いて滴下して、多数の独立したスポットを形成し、次いで、ホルモン類、腫瘍マーカー、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他の蛋白質、核酸、ｃＤＮＡ、ＤＮＡ、ｍＲＮＡなど、抽出、単離などによって生体から採取され、あるいは、化学的、化学修飾などの処理が施された生体由来の物質であって、蛍光色素などの蛍光標識物質によって標識された物質を、ハイブリダイゼーションなどによって、特異的結合物質に、特異的に結合させたマイクロアレイに、励起光を照射して、蛍光物質、色素などの標識物質から発せられた蛍光などを光電的に検出して、生体由来の物質を解析することができる。

また、生体内での薬剤等の働きを直接、生きたままの状態で生物試料、例えば細胞あるいは生物個体そのものを観察するin vivoイメージングと呼ばれる手法も使われている。例えば、マウスに腫瘍などの病理部を作り蛍光標識した薬剤を血管注射等により投与した後、病理部に励起光を照射し、薬剤の集中ないしは拡散する様子を経時的に蛍光観察することが挙げられる。

また、上述した蛍光法の他に、物質が化学反応を起こす際に反応に伴って光を出す反応（ケミルミネッセンス）を利用し、生体組織の検査・研究（遺伝子解析、疾患、老化)、有機化合物・高分子化合物の劣化評価等を行うことが提案されている（化学発光法）。この化学発光法においては、たとえば生体由来の物質を抗原で標識し、化学発光基質と接触させることによって化学発光を生じさせる標識物質により標識された抗体を抗原と接触させた後、化学発光基質を接触させることにより化学発光を生じさせるようにしている。

上述した蛍光法もしくは化学発光法において、検出すべき蛍光もしくは発光は微弱光であるため、蛍光もしくは発光を検出する際には外部の光を遮断する筐体に被写体を収容し、被写体から放射される蛍光もしくは発光を冷却ＣＣＤカメラ（撮像部）により検出するようになっている（たとえば特許文献１参照。）。具体的には、蛍光法においては筐体に備え付けられた励起光源から被写体に光を照射し、被写体から放射される蛍光を高感度レンズを通して冷却ＣＣＤ上に結像して可視化し、化学発光法においては励起光源は消灯したまま被写体から放射される発光を高感度レンズを通して冷却ＣＣＤ上に結像して可視化するようになっている。

一方、被写体は生体試料であるため、試薬との反応効果、感度などを考慮すると、生体試料は生体内部と同一の環境下に置かれることが望ましい。特許文献２には、生体試料を被写体とする分析装置に関し、温度制御インキュベータ内に試料を収容して測定に供する装置および方法が記載されている。
特開２００３−２８７４９７号公報 特開平１０−１７０４２９号公報

しかしながら、生体内部と同一環境となるような温度および湿度の環境に冷却ＣＣＤカメラが曝される場合、ＣＣＤや該ＣＣＤの撮像面に被写体の像を結像するためのレンズを含むＣＣＤカメラの各部材に結露が発生し、画像撮影の妨げとなる虞がある。そのため、従来は撮影装置筐体内の環境を生体内部の温度および湿度より低く、温度２５−２６℃程度、湿度７０％程度以下に抑える必要があった。そのため、生体と同様の環境下でないと酵素が作用しないような試料を被写体として用いることができず、撮影対象として利用できる生体試料に制限があった。

そこで、本発明は、様々な生体試料を被検体として採用し、良好な画像を撮影することができる撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の撮影装置は、生体試料である被写体を収容する収容部を内部に有する筐体と、該筐体の一部に配設された前記被写体を撮影する冷却ＣＣＤカメラとを備えた撮影装置において、
前記生体試料を所定の温度および湿度に保つ恒温恒湿手段を備え、
記筐体の内部の、前記収容部と前記ＣＣＤカメラとの間に光透過性の断熱部材が設けられていることを特徴とするものである。

なお、ここでＣＣＤカメラとは、ＣＣＤ撮像素子と該撮像素子の撮像面に被写体の像を結像するための結像レンズなどの光学系を含むものである。

断熱部材としては、例えば、多重ガラスを用いることができる。

本発明の撮影装置は、被写体を収容する収容部とＣＣＤカメラとの間に光透過性の断熱部材が設けられているので、ＣＣＤカメラに結露を生じさせることなく被写体である生体試料を酵素の働きやすい温度および湿度環境、例えば温度３６−３７℃、湿度８０−９５％ＲＨに維持することができるので、様々な種類の生体試料を被検体として用いることができる。また、従来被検体とされていた生体試料についても、生体内と同様の環境下で撮影することができるので、そのような環境下で働きが向上する酵素による作用で発光する標識部位を感度良く撮影することができる。

断熱部材として多重ガラスを用いれば、効率的に断熱できると共に、十分な光透過率を得ることができるため、感度良く撮影を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の撮影装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の撮影装置を備えた撮影システムの一例を示す斜視図である。図１の撮影システム１は例えば蛍光体で標識された生体試料である被写体ＰＳ上に励起光を照射することにより、被写体から発せられた蛍光を検出し蛍光画像を表示する蛍光検出システムであって、蛍光画像撮影装置である撮影装置１０と撮影制御装置１００を有する。撮影制御装置１００は例えばパーソナルコンピュータからなっており、マウスやキーボード等の入力手段１０２およびＣＲＴや液晶ディスプレイ等からなる表示部１０３に接続されている。撮影装置１０は撮影制御装置１００に制御され被写体ＰＳの蛍光画像を撮影して、取得した画像情報を撮影制御装置１００に送り、撮影制御装置１００がその画像情報を表示部１０３に表示するようになっている。

なお、被写体は、たとえば化学発光基質と接触して発光している検体であってもよいし（化学発光法）、励起光が照射されることにより蛍光を放射する、蛍光色素で標識された蛍光標識検体であってもよい（蛍光法）。

図２は本発明の撮影装置の好ましい実施の形態の概略構成を模式的に示す平面図であり、図１と図２を参照して撮影装置１０について説明する。撮影装置１０は、被写体ＰＳを収容する収容部２５を内部に有する筐体２０と、筐体２０内に収容された被写体ＰＳの蛍光画像を撮影して画像情報を出力する冷却ＣＣＤカメラ３０とを備えている。

筐体２０は略直方体に形成された中空部２１を有するものであって、内部に被写体ＰＳが配置される被写体収容部２５を有している。筐体２０の上部に撮影ユニット３０が配置されており、筐体２０内の被写体収容部２５とＣＣＤカメラ３０との間には両者間の空間を遮る、光透過性を有する断熱部材４０が配されている。ここで、断熱部材４０は特に、被写体から発せられる蛍光に対して十分な透過性を有するものであり、具体的には、複数枚のガラスが空気層もしくは真空層などの断熱層を介して積層されてなる多重ガラスである。

筐体２０には蓋２２が開閉可能に取り付けられており、ユーザが蓋２２を開けて筐体２０内に被写体ＰＳを収容することができるようになっている。このように、筐体２０は中空部２１内に外光が入らないような暗箱を構成しており、被写体ＰＳから微弱光が放射された場合であっても撮影が可能になっている。

冷却ＣＣＤカメラ３０は、被写体ＰＳの蛍光画像を撮影し画像情報を出力する、二次元状に配置された複数の受光素子からなる撮影素子部３１と、撮像素子の撮像面に蛍光画像を結像する結像レンズであるレンズ部３２とを備えている。なお、このＣＣＤカメラ３１には図示しない冷却部が取り付けられており、撮像素子を冷却することにより画像情報に暗電流によるノイズ成分が含まれるのを防止している。

撮像素子部３１は筐体２０の上面２０ａに固定されている。一方、レンズ部３２は、複数のレンズが組み合わされて構成されており、フォーカスを自動的に被写体ＰＳに合わせるオートフォーカス機能が備えられている。

また、筐体２０内には被写体ＰＳである発光物質を発光させるための励起光を放射するものであって、被写体収容部２５の上方から励起光を放射する落射光源５０と、被写体ＰＳの下方から励起光を放射する底部光源５５とが配置されている。底部光源５５は被写体ＰＳの下側から励起光を放射し、落射光源５０は被写体ＰＳの上側から励起光を放射するようになっている。撮影対象となる被写体に応じて光源は選択的に駆動する。

さらに、筐体２０内の被写体収容部２５の近傍には収容された被写体ＰＳを所定の温度および湿度に維持するための恒温恒湿装置６０が備えられている。恒温恒湿装置６０は、ヒータ、サーミスタ、加湿器および湿度計を備えている。さらに細胞培養等を行う場合に生体内と同じガス環境にするためのＣＯ₂等の気体濃度を制御管理する機能や、マウスやラット等の小動物に麻酔を与えるための吸入マスクとホースが恒温恒湿装置６０に備えられていてもよい。

撮影制御装置１００は、例えばパーソナルコンピュータにより構成されており、補助記憶装置に読み込まれた撮影制御プログラムを実行することにより撮影制御を実現する。なお、撮影制御装置１００は、恒温恒湿装置６０にも接続されており、収容部２５近傍の温度を所定の温度および湿度になるように恒温恒湿装置６０を制御する恒温恒湿制御機能をも備えている。撮影制御装置１００は、設定された所定の温度および湿度を維持するように、サーミスタおよび湿度計で収容部２５近傍の温度と湿度をモニタしつつヒータによる加熱および加湿器による加湿を行うよう恒温恒湿装置６０を制御する。

制御装置１００に制御される恒温恒湿装置６０の作用により、筐体２０内の断熱部材４０の下部の収容部２５を含む空間は生体内の環境により近づけることができ、例えば３７℃、９５％ＲＨに維持することができる。このとき、断熱部材４０の上部のＣＣＤカメラ３０側の空間は、収容部２５側の環境条件に影響を受けることなく、例えばそのＣＣＤカメラ３０側の空間は２５℃、７０％ＲＨ以下程度とすることができる。なお、生体内と同様の環境にするため３６−３７℃、８０−９５％ＲＨ程度とすることが好ましい。

次に本実施形態の撮影システム１の作用について説明する。

撮影制御装置１００に対し、ユーザにより入力手段１０３から生体試料および撮影条件などが入力される。このとき、所望の環境条件として所定の温度および湿度を同時に入力してもよいが、予め試料毎の最適な温度および湿度条件を保持するテーブルを撮影制御装置が有し、ユーザにより入力された試料に応じてテーブルから最適な温度および湿度を読み出してきて設定するようにしてもよい。収容部２５近傍の温度および湿度が所定値となるように、撮影制御装置１００は、サーミスタおよび湿度計で温度と湿度をモニタしつつヒータによる加熱および加湿器による加湿を行うよう恒温恒湿装置６０を制御する。

収容部が所定の温度および湿度になったことが確認された後、蛍光体により標識された生体試料である被写体ＰＳが被写体収容部２５にセットされる。なお、一度蓋を開けて試料がセットされた後、内部の温度および湿度が安定した後に撮影を行うことが望ましい。温度および湿度が安定した後、落射光源５０から励起光Ｌが放射され、被写体ＰＳに照射される。被写体ＰＳは照射された励起光により励起されて蛍光を発する。蛍光体から発せられた蛍光は、レンズ部３２を経て撮影素子部３１に入射する。撮影素子部３１により蛍光が光電的に検出される。なお、被写体ＰＳと撮影素子部３１との間には図示しない励起光カットフィルタが備えられており、被写体ＰＳで反射された励起光は励起光カットフィルタによりカットされるため撮影素子部３１には入射しない。

撮影素子部３１により撮像された２次元画像情報（蛍光画像）は、撮影制御装置１００において、必要な画像処理が施され表示部１０３に表示される。

上述のように、本発明の撮影装置１０は、生体内と同様の環境下で働きが向上する酵素の作用で蛍光標識部位から蛍光が発光される生体試料の撮影において、生体内と同様の環境下で撮影することができるので、蛍光の発光を促進させることができると共に、断熱部材４０を備えたことによりＣＣＤカメラ３０のレンズや撮像素子の撮像面に結露を生じないため、蛍光画像を感度よく撮影することができる。

本発明の撮影システムの好ましい実施の形態を示す斜視図 図１の撮影装置の概略構成を示す平面図

符号の説明

１ 撮影システム
１０ 撮影装置
２０ 筐体
２５ 収容部
３０ 冷却ＣＣＤカメラ
３１ ＣＣＤ撮像素子部
３２ レンズ部（結像レンズ）
４０ 断熱部材（多重ガラス）
５０、５５ 光源
６０ 恒温恒湿手段
１００ 撮影制御装置
１０２ 入力手段
１０３ 表示部
ＰＳ 被写体

Claims (2)

1. 生体試料である被写体を収容する収容部を内部に有する筐体と、該筐体の一部に配設された前記被写体を撮影する冷却ＣＣＤカメラとを備えた撮影装置において、
   前記生体試料を所定の温度および湿度を保つ恒温恒湿手段を備え、
   前記筐体の内部の、前記収容部が含まれる空間と前記ＣＣＤカメラが配設されている空間を分離するように、該筐体の内部に光透過性の断熱部材が設けられていることを特徴とする撮影装置。
2. 前記断熱部材が多重ガラスであることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。

Images