JP5239472B2 - Fluorescence imaging device - Google Patents

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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

本発明は、小動物などの生体試料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 a biological sample such as a small animal.

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(以下、蛍光プローブと記す。)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広く行われて来た。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. Until now, a method of imaging molecular species using a microscope with a molecular probe (hereinafter referred to as a fluorescent probe) or a chemiluminescent molecular probe using a microscope has been widely used at the cellular level. It was. 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 growth 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 a fluorescent substance is attached, but then, 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、生体試料を観察する装置では、蛍光を励起するための励起光として600nm〜900nm程度の波長の光が用いられている。
そのような生体試料を観察する従来の蛍光イメージング装置は、通常、生体試料の上方(一方向)からの観察画像しか撮像できず、多方向からの観察画像を取得することはできなかった。蛍光プローブを用いて小動物の撮像を行なう場合、特定の方向からの撮像したときは蛍光が検出されないが他の方向から撮像すると蛍光が検出されることがある。これは、一方向からの観察だけでは癌を見落とす可能性があることを意味する。そのため、オペレータは小動物を体軸を中心として少しずつ回転した像を撮像することで近似的に多方向からの観察を行なう必要があった。しかし、生体試料を回転させて何度も撮像を行なうと、生体試料は均一な形状ではないため、回転させる度に回転角がばらついて再現性のある測定を行なうことが困難であった。
Since near-infrared light has a relatively good light transmittance inside the living body, an apparatus for observing a biological sample uses light having a wavelength of about 600 nm to 900 nm as excitation light for exciting fluorescence.
A conventional fluorescence imaging apparatus for observing such a biological sample can usually only capture an observation image from above (one direction) of the biological sample, and cannot acquire an observation image from multiple directions. When imaging a small animal using a fluorescent probe, fluorescence is not detected when an image is taken from a specific direction, but may be detected when an image is taken from another direction. This means that observation from only one direction may overlook cancer. Therefore, it is necessary for the operator to perform observation from multiple directions approximately by capturing an image obtained by rotating a small animal little by little around the body axis. However, when the biological sample is rotated and images are taken many times, the biological sample is not in a uniform shape. Therefore, it is difficult to perform reproducible measurement because the rotation angle varies each time the biological sample is rotated.

多方向からの観察画像を得る方法として、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提案されている(特許文献1参照。)。この手法によれば、試料自身の平行移動はあるものの、試料を回転させたり二次元検出器を回転させたりすることなく、途中の反射鏡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ことができ、再現性の高い多方向からの観察画像を取得して試料からの蛍光の見落としを改善することができる。
米国特許出願公開20050201614
As a method for obtaining observation images from multiple directions, a method has been proposed in which images of a large number of angles are sequentially acquired in a time division manner using a rotating reflector (see Patent Document 1). According to this method, although there is parallel movement of the sample itself, multi-directional observation can be performed by rotating the reflecting mirror and changing the position of the sample without rotating the sample or rotating the two-dimensional detector. It is possible to improve the oversight of fluorescence from the sample by acquiring observation images from multiple directions with high reproducibility.
US Patent Application Publication No. 20050201414

ところで、従来の蛍光イメージング装置では、蛍光を励起する励起光を照射するための光源を1つだけ備えており、しかもその光源の照射方向と観察方向との相対的な位置関係は常に一定で、観察方向とほぼ同じ方向から光を照射するようになっていることがほとんどである。光源の照射方向と観察方向が同じ場合、生体試料の表面で発生する自家蛍光が強く検出されてバックグランドとして画像に写る。蛍光を発するプローブの位置が生体試料の励起光が照射されている側に浅く近い場合には強い強度の蛍光を検出することができるが、プローブが生体試料の深い位置にある場合は生体内部で減衰してしまうためにその検出強度が弱くなり、自家蛍光によるバックグランドに埋まってしまう可能性もある。   By the way, the conventional fluorescence imaging apparatus includes only one light source for irradiating excitation light that excites fluorescence, and the relative positional relationship between the irradiation direction of the light source and the observation direction is always constant, In most cases, light is irradiated from substantially the same direction as the observation direction. When the irradiation direction of the light source is the same as the observation direction, autofluorescence generated on the surface of the biological sample is strongly detected and appears as an image in the background. Strong fluorescence can be detected when the position of the fluorescent probe is shallow and close to the side of the biological sample irradiated with the excitation light, but when the probe is deep in the biological sample, Since it attenuates, its detection intensity becomes weak, and it may be buried in the background due to autofluorescence.

したがって、プローブが生体試料の深い位置にある場合には観察方向とは異なる方向から励起光を照射したほうがよい場合がある。また、励起光の照射方向を変化させて撮像することによってプローブ位置の深さ方向の情報を得ることもできるという利点もある。このように、生体蛍光イメージング技術を用いた測定では、観測したい部位の深さや自家蛍光強度との兼ね合いなどの条件に応じて観察方向と励起光の照射方向を変化させて撮像することが有効である。   Therefore, when the probe is located deep in the biological sample, it may be better to irradiate the excitation light from a direction different from the observation direction. In addition, there is also an advantage that information in the depth direction of the probe position can be obtained by changing the irradiation direction of the excitation light and performing imaging. In this way, in measurement using biofluorescence imaging technology, it is effective to change the observation direction and excitation light irradiation direction according to conditions such as the depth of the region to be observed and the autofluorescence intensity. is there.

そこで本発明は、生体試料の測定したい部位の位置に応じた条件で撮像を行なうことができる蛍光イメージング装置を提供することを目的とするものである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fluorescence imaging apparatus that can perform imaging under conditions according to the position of a part to be measured on a biological sample.

本発明は、生体試料が載置される試料台と、二次元検出器及び二次元検出器に試料台上の生体試料の複数の異なる方向からの観察画像の光を導くための撮像光学系を含む撮像部と、二次元検出器からみた方向が互いに異なる2以上の方向から、試料台上の生体試料を励起して蛍光を発生させる励起光を選択的に照射できる光源装置と、励起光を遮蔽して生体試料からの蛍光を二次元検出器に導く蛍光フィルタと、撮像部による撮像の観察方向及び光源装置の励起光の照射方向を含む撮像条件を設定するための撮像条件設定部と、撮像条件設定部で設定された撮像条件での観察画像を撮像部で撮像するように、光源装置及び撮像部を制御する撮像制御部と、撮像部により撮像された画像を記憶する画像記憶部と、画像記憶部に記憶されている複数の画像のうち少なくとも一部を表示する画像表示部と、を備えた蛍光イメージング装置である。
複数の方向から励起光を照射できる光源装置と、複数の方向からの観察画像を撮像できる撮像部と、励起光の照射方向と観察方向を撮像条件として設定できる条件設定部を備えているので、任意の撮像条件での撮像が可能である。
The present invention includes a sample stage on which a biological sample is placed, an imaging optical system for guiding light of observation images from a plurality of different directions of the biological sample on the sample stage to the two-dimensional detector and the two-dimensional detector. A light source device capable of selectively irradiating excitation light that excites a biological sample on a sample stage and generates fluorescence from two or more directions different from each other as viewed from a two-dimensional detector; A fluorescence filter that shields and guides fluorescence from the biological sample to the two-dimensional detector; an imaging condition setting unit for setting imaging conditions including an observation direction of imaging by the imaging unit and an irradiation direction of excitation light of the light source device; An imaging control unit that controls the light source device and the imaging unit so as to capture an observation image under the imaging conditions set by the imaging condition setting unit, and an image storage unit that stores an image captured by the imaging unit; , Which is stored in the image storage unit An image display unit for displaying at least a portion of the image is a fluorescence imaging apparatus provided with.
Since it has a light source device that can irradiate excitation light from a plurality of directions, an imaging unit that can capture observation images from a plurality of directions, and a condition setting unit that can set the irradiation direction and observation direction of excitation light as imaging conditions, Imaging under arbitrary imaging conditions is possible.

複数の励起光の照射方向と複数の観察方向を備えている蛍光イメージング装置では、同一の生体試料について照射方向数×観察方向数の撮像画像を取得することができる。しかし、蛍光イメージング装置による蛍光観察は1つの画像を取得するだけでも長時間を要するため、全種類の画像を取得するには膨大な時間を要する。本発明のように、撮像する画像の条件として観察方向と励起光の照射方向を設定できれば、必ずしも全ての撮像を行なう必要がなくなり、不要な画像の撮像時間を短縮することができる。この機能は、特に、生体試料の観察すべき部位の位置が予めわかっている場合に有効である。すなわち、観察したい部位の位置に適した条件の撮像のみを行なうことができるため、観察画像の取得にかかる時間を短縮することができる。なお、生体試料の観察すべき部位の位置が未知である場合には、全撮像条件で撮像を行なうように設定すればよい。   In a fluorescence imaging apparatus having a plurality of excitation light irradiation directions and a plurality of observation directions, it is possible to acquire captured images of the number of irradiation directions × the number of observation directions for the same biological sample. However, since fluorescence observation with a fluorescence imaging apparatus takes a long time just to acquire one image, it takes an enormous amount of time to acquire all types of images. As in the present invention, if the observation direction and the excitation light irradiation direction can be set as conditions for an image to be captured, it is not always necessary to perform all imaging, and the imaging time of an unnecessary image can be shortened. This function is particularly effective when the position of the site to be observed on the biological sample is known in advance. That is, since it is possible to perform imaging only under conditions suitable for the position of the site to be observed, it is possible to shorten the time required for acquiring the observation image. In addition, what is necessary is just to set so that it may image on all imaging conditions, when the position of the site | part which should observe the biological sample is unknown.

また、本発明の蛍光イメージング装置においては、画像記憶部に記憶されている画像から画像表示部に並列表示させる画像を設定するための表示画像設定部と、をさらに備え、画像表示部は、画像記憶部に記憶されている画像のうち画像条件設定部で設定された画像を並列表示する機能を備えていることが好ましい。
画像条件設定部で並列表示する画像を設定し、設定した画像を画像表示部に並列表示させる機能は、生体試料の観察すべき部位の位置が未知である場合に特に有効である。前述のように、生体試料の観察すべき部位の位置が未知である場合には照射方向と観察方向の全ての組合わせでの撮像を行なう必要があるが、撮像された画像は照射方向数や観察方向数によっては膨大な量となり、それら全ての画像を表示すると見にくくなる。そこで、撮像した画像のうち必要な情報を得るための比較に用いる画像のみを選択して並列表示するようにすれば、比較対象画像が見やすくなる。
The fluorescence imaging apparatus of the present invention further includes a display image setting unit for setting an image to be displayed in parallel on the image display unit from the image stored in the image storage unit, and the image display unit It is preferable that a function for displaying in parallel the images set by the image condition setting unit among the images stored in the storage unit is provided.
The function of setting images to be displayed in parallel by the image condition setting unit and displaying the set images in parallel on the image display unit is particularly effective when the position of the site to be observed of the biological sample is unknown. As described above, when the position of the part to be observed of the biological sample is unknown, it is necessary to perform imaging in all combinations of the irradiation direction and the observation direction. Depending on the number of observation directions, the amount becomes enormous, and it becomes difficult to view all these images. Thus, if only images used for comparison for obtaining necessary information are selected from the captured images and displayed in parallel, the comparison target image becomes easy to see.

本発明の蛍光イメージング装置における撮像光学系が試料台上の生体試料の周囲の互いに異なる複数の位置に設けられ、各方向からの観察画像の光を同時に二次元検出器に導く複数の反射鏡と、それら複数の反射鏡によって導かれた画像の光を二次元検出器上に結像させる結像レンズを備えているそのため、二次元検出器によって試料台上の生体試料を複数の角度からの観察画像を同時に得ることができる。その場合、撮像条件設定部では光源装置の励起光の照射方向のみを設定する。 The imaging optical system in the fluorescence imaging apparatus of the present invention is provided at a plurality of different positions around the biological sample on the sample stage, and a plurality of reflecting mirrors that simultaneously guide the light of the observation image from each direction to the two-dimensional detector , and a focusing lens for focusing the light image guided by the plurality of reflecting mirrors on the two-dimensional detector. Therefore , it is possible to simultaneously obtain observation images from a plurality of angles of the biological sample on the sample table by the two-dimensional detector. In that case, the imaging condition setting unit sets only the irradiation direction of the excitation light of the light source device.

上記の場合、撮像光学系には、反射鏡により二次元検出器上に導かれる各画像の光の光路長差に基づく画像の焦点を補正する補助結像レンズが設けられていることが好ましい。   In the above case, the imaging optical system is preferably provided with an auxiliary imaging lens that corrects the focus of the image based on the optical path length difference of the light of each image guided onto the two-dimensional detector by the reflecting mirror.

本発明の蛍光イメージング装置は、光源装置は生体試料の外形像を撮像するための照明用光源を備え、生体試料の外形像の撮像時は、生体試料に対して照明用光源から照明光が照射され、蛍光フィルタが生体試料からの画像の光の光路から外れた状態で撮像部による撮像が行なわれることが好ましい。そうすれば、生体試料の外形像を撮像画像を取得でき、取得した外形画像と蛍光画像とを対応させることによって蛍光が生体試料のどの場所から発せられているかを容易に確認できるようになる。   In the fluorescence imaging apparatus of the present invention, the light source device includes an illumination light source for capturing an outline image of a biological sample, and illumination light is emitted from the illumination light source to the biological sample when capturing the outline image of the biological sample. In addition, it is preferable that imaging is performed by the imaging unit in a state where the fluorescent filter is out of the optical path of the light of the image from the biological sample. Then, a captured image of a contour image of the biological sample can be acquired, and it is possible to easily confirm from where the fluorescence is emitted by matching the acquired contour image and the fluorescence image.

本発明の蛍光イメージング装置においては、複数の方向から励起光を照射できる光源装置と、複数の方向からの観察画像を撮像できる撮像部と、励起光の照射方向と観察方向を撮像条件として設定できる条件設定部を備え、照射方向と観察方向の任意の組合わせによる画像を取得して表示できるようにしたので、生体試料の観察したい部位の位置が予めわかっている場合に、不要な条件での撮像を省略してその位置に応じた撮像条件でのみ撮像を行なうことができ、撮像にかかる時間を短縮できる。また、生体試料の観察したい部位の位置が未知な場合には、照射方向と観察方向の全ての組合わせでの撮像を行なうことができ、その画像のうちから任意の画像を選択的に画像表示部に表示することができるので、測定部位に関する多くの情報を得ることができる。   In the fluorescence imaging apparatus of the present invention, a light source device capable of irradiating excitation light from a plurality of directions, an imaging unit capable of capturing observation images from a plurality of directions, and the irradiation direction and observation direction of excitation light can be set as imaging conditions. A condition setting unit is provided, so that images can be acquired and displayed in any combination of the irradiation direction and the observation direction, so if the position of the part of the biological sample that you want to observe is known in advance, Imaging can be omitted and imaging can be performed only under imaging conditions corresponding to the position, and the time required for imaging can be shortened. In addition, when the position of the part of the biological sample to be observed is unknown, it is possible to perform imaging in all combinations of the irradiation direction and the observation direction, and selectively display an arbitrary image from the images. Since it can be displayed on the part, a lot of information about the measurement site can be obtained.

また、画像表示部に任意の画像を選択的に並列表示させることができれば、オペレータが所望の情報を得るために比較する複数の画像が並列に表示されるため、それらの画像を視覚的に確認しやすくなる。   In addition, if any image can be selectively displayed in parallel on the image display unit, a plurality of images to be compared in order for the operator to obtain desired information are displayed in parallel. It becomes easy to do.

以下に本発明の蛍光イメージング装置の一実施例を説明する。図1は一実施例の蛍光イメージング装置の構成を概略的に示すブロック図である。
この蛍光イメージング装置で観察する生体試料4は観察する部位が蛍光剤によって標識されたものである。生体試料4の多方向からの観察画像を撮像するための撮像部2は、二次元検出器(図示は省略)とその二次元検出器に生体試料4の多方向からの画像の光を導くための光学系(図示は省略)を備えている。撮像部2は制御部8によってその撮像動作が制御されている。
An embodiment of the fluorescence imaging apparatus of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a fluorescence imaging apparatus according to an embodiment.
The biological sample 4 to be observed with this fluorescence imaging apparatus has a site to be observed labeled with a fluorescent agent. The imaging unit 2 for capturing observation images of the biological sample 4 from multiple directions guides light of the image of the biological sample 4 from multiple directions to the two-dimensional detector (not shown) and the two-dimensional detector. Optical system (not shown). The imaging operation of the imaging unit 2 is controlled by the control unit 8.

蛍光剤で標識された部位を励起して蛍光を発生させる励起光を生体試料4に照射する光源装置6が設けられている。光源装置6は互いに異なる複数の方向から選択的に励起光を照射することができる。光源装置6は制御部8によって光照射動作が制御されている。   There is provided a light source device 6 that irradiates the biological sample 4 with excitation light that excites a portion labeled with a fluorescent agent to generate fluorescence. The light source device 6 can selectively irradiate excitation light from a plurality of different directions. In the light source device 6, the light irradiation operation is controlled by the control unit 8.

演算処理部9と画像記憶部10が撮像部2に接続されている。演算処理部9は撮像部2により撮像された画像又は画像記憶部10に記憶されている画像に対して所定の処理を施し、画像記憶部10又は画像表示部12に送る。画像記憶部10は撮像部2で撮像された画像や演算処理部9で所定の処理が施された後の画像を記憶することができる。演算処理部9は制御部8によってその処理動作が制御されている。   The arithmetic processing unit 9 and the image storage unit 10 are connected to the imaging unit 2. The arithmetic processing unit 9 performs a predetermined process on the image captured by the imaging unit 2 or the image stored in the image storage unit 10 and sends the processed image to the image storage unit 10 or the image display unit 12. The image storage unit 10 can store an image captured by the imaging unit 2 and an image after a predetermined process is performed by the arithmetic processing unit 9. The processing operation of the arithmetic processing unit 9 is controlled by the control unit 8.

制御部8は撮像部2、光源装置6及び演算処理部9を制御しているが、その制御は撮像条件設定部14と表示画像設定部16で設定された情報に基づいて行なわれる。
撮像条件設定部14ではオペレータによって撮像する観察方向や励起光の照射方向が設定される。表示画像設定部16ではオペレータによって画像表示部12に表示する画像が設定される。画像表示部12は撮像部2で撮像された画像を一覧的に表示するだけでなく、表示画像設定部16で設定された画像を並列表示する機能を備えている。
The control unit 8 controls the imaging unit 2, the light source device 6, and the arithmetic processing unit 9. The control is performed based on information set by the imaging condition setting unit 14 and the display image setting unit 16.
In the imaging condition setting unit 14, an observation direction for imaging and an irradiation direction of excitation light are set by the operator. In the display image setting unit 16, an image to be displayed on the image display unit 12 is set by an operator. The image display unit 12 has a function of displaying not only the images picked up by the image pickup unit 2 in a list but also displaying the images set by the display image setting unit 16 in parallel.

次に、同実施例の蛍光イメージング装置の撮像部2及び光源装置6の構成の具体例を図2を用いて説明する。
生体試料4は透明な試料台3上に載置されている。撮像部2として、試料台3の真上に配置された二次元検出器18、反射鏡M1〜M4、主結像レンズ20、補助結像レンズL0〜L4及び蛍光フィルタ22が設けられている。
Next, a specific example of the configuration of the imaging unit 2 and the light source device 6 of the fluorescence imaging apparatus of the embodiment will be described with reference to FIG.
The biological sample 4 is placed on a transparent sample table 3. As the imaging unit 2, a two-dimensional detector 18, a reflecting mirror M1 to M4, a main imaging lens 20, an auxiliary imaging lens L0 to L4, and a fluorescence filter 22 are provided immediately above the sample stage 3.

反射鏡M1〜M4は試料台3の主平面内方向と垂直な面内に配置されている。反射鏡M1〜M4は二次元検出器18による真上からの直接的な観察方向を0°として、反時計回りに72°毎にずれた方向からの観察画像の光を二次元検出器18に導くように配置されている。すなわち、反射鏡M1は72°方向、反射鏡M2は144°方向、反射鏡M3は216°方向、反射鏡M4は288°方向からの観察画像の光を二次元検出器18に導くように配置されている。   The reflecting mirrors M <b> 1 to M <b> 4 are arranged in a plane perpendicular to the main plane direction of the sample stage 3. The reflecting mirrors M1 to M4 set the direct observation direction from directly above by the two-dimensional detector 18 to 0 °, and the light of the observation image from the direction shifted every 72 ° counterclockwise to the two-dimensional detector 18. Arranged to guide. That is, the reflecting mirror M1 is arranged to direct the light of the observation image from the 72 ° direction, the reflecting mirror M2 to the 144 ° direction, the reflecting mirror M3 to the 216 ° direction, and the reflecting mirror M4 to the two-dimensional detector 18 from the 288 ° direction. Has been.

主結像レンズ20は反射鏡M1〜M4からの光を二次元検出器18上に結像させるものであり、二次元検出器18の受光面側に設けられている。
補助結像レンズL0〜L4は各反射鏡M1〜M4からの光の光路長差を補正するためのものであり、各光路上に配置されている。
蛍光フィルタ22は励起光を遮蔽して蛍光成分を透過させるものであり、生体試料4からの蛍光を観察する際に主結像レンズ20の入射側に設けられる。
The main imaging lens 20 forms an image of the light from the reflecting mirrors M1 to M4 on the two-dimensional detector 18, and is provided on the light receiving surface side of the two-dimensional detector 18.
The auxiliary imaging lenses L0 to L4 are for correcting the optical path length difference of the light from the respective reflecting mirrors M1 to M4, and are disposed on the respective optical paths.
The fluorescence filter 22 shields the excitation light and transmits the fluorescence component, and is provided on the incident side of the main imaging lens 20 when observing fluorescence from the biological sample 4.

光源装置6は5つの光源S1〜S5を備えている。光源装置6の光源S1〜S5は、生体試料4の体軸と垂直な面内に設けられ、かつ生体試料4の体軸延長線上を中心とする同一円周上の互いに異なる位置に均等に配置されている。光源S1〜S5は生体試料4に対して真上からの方向を0°方向として反時計周りに36°(S1),108°(S2),180°(S3),252°(S4),324°(S5)の方向から光を照射するように配置されている。これらの光源S1〜S5はそれぞれ独立して点灯及び消灯を行なうことができる。なお、図では、光源装置6は光源S1〜S5を保持する円周のみが図示されている。また、同図では光源S1〜S5はそれぞれ1つの光源として図示されているが、これらの光源S1〜S5は蛍光剤によって標識された生体試料4の特定の部位を励起して蛍光を発生させる励起光を発する励起光源と、生体試料4の全体画像を撮像するための照明用光源とを備えている。   The light source device 6 includes five light sources S1 to S5. The light sources S <b> 1 to S <b> 5 of the light source device 6 are provided in a plane perpendicular to the body axis of the biological sample 4 and are equally arranged at different positions on the same circumference centering on the body axis extension line of the biological sample 4. Has been. The light sources S <b> 1 to S <b> 5 are 36 ° (S 1), 108 ° (S 2), 180 ° (S 3), 252 ° (S 4), 324 counterclockwise with the direction from right above the biological sample 4 as 0 ° direction. It arrange | positions so that light may be irradiated from the direction of (S5). These light sources S1 to S5 can be turned on and off independently. In the drawing, the light source device 6 shows only the circumference that holds the light sources S1 to S5. In addition, although the light sources S1 to S5 are illustrated as one light source in the figure, these light sources S1 to S5 are excitations that excite specific parts of the biological sample 4 labeled with a fluorescent agent to generate fluorescence. An excitation light source that emits light and an illumination light source for capturing an entire image of the biological sample 4 are provided.

この例の蛍光イメージング装置では、二次元検出器18による直接的な観察画像の光と各反射鏡M1〜M4によって導かれる観察画像の光が主結像レンズ20によって二次元検出器18上で結像し、図3や図4(A)に示されているような5方向からの観察画像を同時に取得することができる。図4(A)は蛍光観察画像を別に撮像された外形画像の上に重ね合わせたものである。このようにして撮像された蛍光観察画像は演算処理部9によって、例えば図4(B)に示されているように、オペレータが確認しやすいように観察方向ごとに切り取られて左右反転、画像サイズ調整、表示順番調整などの処理が施されて画像表示部12に表示される。   In the fluorescence imaging apparatus of this example, the light of the direct observation image by the two-dimensional detector 18 and the light of the observation image guided by the reflecting mirrors M1 to M4 are connected on the two-dimensional detector 18 by the main imaging lens 20. And observation images from five directions as shown in FIG. 3 and FIG. 4 (A) can be simultaneously acquired. FIG. 4 (A) is an image obtained by superimposing a fluorescence observation image on an externally captured external image. For example, as shown in FIG. 4B, the fluorescence observation image captured in this way is cropped for each observation direction so as to be easily confirmed by the operator, and is horizontally reversed. Processing such as adjustment and display order adjustment is performed and displayed on the image display unit 12.

図2の構成では、二次元検出器18上に5方向からの観察画像が結像されて同時に撮像されるため、撮像条件設定部14で設定する撮像条件は励起光の照射方向(S1〜S5)のみである。この場合の撮像条件の設定方法として、表1に示されたシーケンス一覧表からシーケンス番号を選択して設定する方法を挙げることができる。表1において、「○」は光源の点灯を意味し、「×」は光源の消灯を意味する。   In the configuration of FIG. 2, observation images from five directions are formed on the two-dimensional detector 18 and simultaneously imaged. Therefore, the imaging condition set by the imaging condition setting unit 14 is the excitation light irradiation direction (S1 to S5). ) Only. As a setting method of the imaging condition in this case, a method of selecting and setting a sequence number from the sequence list shown in Table 1 can be cited. In Table 1, “◯” means that the light source is turned on, and “x” means that the light source is turned off.

表1の例は、光源装置6の光源S1〜S5を全て点灯させて撮像する工程(シーケンス1)と各光源S1〜S5を1つずつ点灯させて撮像する工程(シーケンス2〜シーケンス6)を設けた場合を示している。撮像条件設定部14にはこのようなシーケンスの一覧が設定されており、オペレータが生体試料4の観察したい部位の位置に応じたシーケンスを選択することによって撮像条件設定部14が選択されたシーケンスに応じた信号を制御部8に送信し、制御部8は選択されたシーケンスに応じた条件で撮像が行なわれるように撮像部2及び光源装置6を制御する。
この実施例では、1つのシーケンス(励起光の照射方向)について5方向からの観察画像を同時に撮像することができるため、例えば1〜6の全てのシーケンスを実行すると6×5=30種類の観察画像を取得することができる。表2は全てのシーケンスを実行して得られる観察画像への画像番号の割り当ての一例を示すものである。
The example in Table 1 includes a step (sequence 1) of lighting all the light sources S1 to S5 of the light source device 6 and a step of shooting (sequence 2 to sequence 6) of lighting each of the light sources S1 to S5 one by one. The case where it provided is shown. A list of such sequences is set in the imaging condition setting unit 14, and the imaging condition setting unit 14 is changed to the selected sequence when the operator selects a sequence corresponding to the position of the part to be observed of the biological sample 4. A corresponding signal is transmitted to the control unit 8, and the control unit 8 controls the imaging unit 2 and the light source device 6 so that imaging is performed under conditions according to the selected sequence.
In this embodiment, observation images from five directions can be taken simultaneously for one sequence (irradiation direction of excitation light). Therefore, for example, when all the sequences 1 to 6 are executed, 6 × 5 = 30 types of observations are performed. Images can be acquired. Table 2 shows an example of assignment of image numbers to observation images obtained by executing all sequences.

表2の例では、各シーケンス1〜6で取得した5種類の画像にそれぞれ観察方向の順に1〜5までの番号を割り振っている。ここで割り振られている画像は、1つのシーケンスにおいて1枚の画像として撮像された5種類の画像から観察方向ごとに切り取られ、左右反転やサイズ調整など、オペレータが確認しやすいように調整された画像である。このように一覧化することにより、オペレータは確認したい画像のみを取り出して表示することができる。   In the example of Table 2, numbers 1 to 5 are assigned to the five types of images acquired in the sequences 1 to 6 in the order of the observation direction. The images allocated here were cut out for each observation direction from five types of images captured as one image in one sequence, and adjusted so that the operator could easily confirm such as left-right reversal and size adjustment. It is an image. By listing in this way, the operator can take out and display only the images to be confirmed.

図5はオペレータによって選択された画像が画像表示部12に並列に表示された例を示すものである。画像表示部12に並列に表示される画像は、オペレータによって表示画像条件設定部16に例えば表3のように入力された表示画像条件に対応したものである。この例では、オペレータが5つの画像条件を入力した場合を示している。なお、4つ以下又は6つ以上の画像条件を指定した場合にはその条件に対応した画像が画像表示部12に表示される。また、図6に示されているように、画像表示部12に並列に表示させる画像の組を複数設定できるようになっていてもよい。
FIG. 5 shows an example in which images selected by the operator are displayed in parallel on the image display unit 12. The images displayed in parallel on the image display unit 12 correspond to the display image conditions input by the operator to the display image condition setting unit 16 as shown in Table 3, for example. In this example, the case where the operator inputs five image conditions is shown. When four or less or six or more image conditions are specified, an image corresponding to the conditions is displayed on the image display unit 12. Further, as shown in FIG. 6, a plurality of sets of images to be displayed in parallel on the image display unit 12 may be set.

この実施例の蛍光イメージング装置では、図2や図3に示したように、1つのシーケンスで同時に5つの画像を取得できるが、それらの画像は同じ励起光の照射方向で異なる観察方向から撮像した画像である。しかし、このように任意に選択した画像を並列に表示することができれば、例えば観察方向が同じで励起光の照射方向が異なる画像を並列に表示して比較することも可能である。   In the fluorescence imaging apparatus of this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, five images can be acquired simultaneously in one sequence, but these images were taken from different observation directions in the same excitation light irradiation direction. It is an image. However, if images arbitrarily selected in this way can be displayed in parallel, for example, images having the same observation direction but different excitation light irradiation directions can be displayed and compared in parallel.

なお、表1では、光源装置6の光源S1〜S5を全部点灯させるシーケンス(シーケンス1)といずれか1つの光源のみを点灯させるシーケンス(シーケンス2〜シーケンス6)とを設けているが、表4に示されているように、2以上の光源を同時に点灯させるシーケンスをさらに設けてもよい。
In Table 1, a sequence (sequence 1) for turning on all the light sources S1 to S5 of the light source device 6 and a sequence (sequence 2 to sequence 6) for turning on only one of the light sources are provided. As shown in FIG. 4, a sequence for simultaneously lighting two or more light sources may be further provided.

次に、図1、図7及び図8を参照しながらこの実施例の蛍光イメージング装置の動作について説明する。図7は蛍光イメージング装置の撮像動作の一例を示すフローチャート図であり、図8は撮像した画像の表示動作の一例を示すフローチャート図である。
まず、オペレータが観察したい部位の位置に応じた撮像条件を撮像条件設定部14で設定する(ステップS1)。撮像条件の設定方法の詳細については後述する。
Next, the operation of the fluorescence imaging apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. 1, FIG. 7 and FIG. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of an imaging operation of the fluorescence imaging apparatus, and FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of an operation for displaying a captured image.
First, the imaging condition setting unit 14 sets imaging conditions according to the position of the part that the operator wants to observe (step S1). Details of the imaging condition setting method will be described later.

生体試料4に照明光(励起光ではない)を照射した状態で、図3に示されているような、生体試料4の全観察方向からの全体像を撮像する(ステップS2)。このとき、図2に示されているような、蛍光成分のみを二次元検出器18に導くための蛍光フィルタ22は各観察方向からの光の光路から外しておく。撮像した生体試料4の全体像の画像は画像記憶部10に記憶される(ステップS3)。なお、複数方向からの観察画像を1枚の画像として撮像した場合には、演算処理部9において撮像した画像を観察方向ごとに分割し、サイズ調整や左右反転等の補正を施してから画像記憶部10に記憶させるようにしてもよい。   In a state in which the biological sample 4 is irradiated with illumination light (not excitation light), an entire image from all the observation directions of the biological sample 4 as shown in FIG. 3 is captured (step S2). At this time, the fluorescence filter 22 for guiding only the fluorescence component to the two-dimensional detector 18 as shown in FIG. 2 is removed from the optical path of the light from each observation direction. The captured image of the whole image of the biological sample 4 is stored in the image storage unit 10 (step S3). In addition, when an observation image from a plurality of directions is captured as a single image, the image captured by the arithmetic processing unit 9 is divided for each observation direction, corrected for size adjustment, left / right inversion, and the like, and then stored in an image. You may make it memorize | store in the part 10. FIG.

次に、撮像条件設定部14で設定した撮像条件に基づいて生体試料4の蛍光観察画像を撮像する。この撮像では、撮像条件設定部14で設定された励起光の照射方向及び観察方向で撮像できる状態となるように光源装置6の光源の点灯や撮像部2の光学系を調整し(ステップS4)、撮像する(ステッS5)。撮像した蛍光観察画像は画像記憶部10に記憶される(ステップS6)。なお、複数方向からの観察画像を1枚の画像として撮像した場合には、演算処理部9において撮像した画像を観察方向ごとに分割し、サイズ調整や左右反転等の補正を施してから画像記憶部10に記憶させるようにしてもよい。
撮像条件設定部14で複数の撮像条件が設定されている場合には、全ての撮像条件での撮像が終了するまで励起光の照射方向及び観察方向の調整(ステップS4)、撮像(ステップS5)及び撮像画像の記憶(ステップS6)を繰り返し行なう(ステップS7)。
Next, a fluorescence observation image of the biological sample 4 is captured based on the imaging conditions set by the imaging condition setting unit 14. In this imaging, the lighting of the light source of the light source device 6 and the optical system of the imaging unit 2 are adjusted so that the imaging can be performed in the excitation light irradiation direction and the observation direction set by the imaging condition setting unit 14 (step S4). The image is taken (step S5). The captured fluorescence observation image is stored in the image storage unit 10 (step S6). In addition, when an observation image from a plurality of directions is captured as a single image, the image captured by the arithmetic processing unit 9 is divided for each observation direction, corrected for size adjustment, left / right inversion, and the like, and then stored in an image. You may make it memorize | store in the part 10. FIG.
When a plurality of imaging conditions are set in the imaging condition setting unit 14, adjustment of the irradiation direction and observation direction of the excitation light (step S4) and imaging (step S5) until imaging under all imaging conditions is completed. The captured image is repeatedly stored (step S6) (step S7).

全ての撮像条件での撮像が終了した後、オペレータは撮像した画像を画像表示部12に表示させるかどうかを選択する(ステップS11)。画像を画像表示部12に表示させる場合には、オペレータは特定の画像を並列表示させるかどうかをさらに選択することができる(ステップS12)。特定の画像を画像表示部12に並列表示させる場合は、オペレータが表示画像設定部16で並列表示する画像を選択して設定し(ステップS13)、設定された画像が画像表示部12に並列表示される(ステップS14)。特定の画像を並列表示しない場合には、撮像した全画像が一覧的に表示される(ステップS15)。並列表示する画像の設定方法については後述する。   After imaging under all imaging conditions is completed, the operator selects whether to display the captured image on the image display unit 12 (step S11). When displaying an image on the image display unit 12, the operator can further select whether or not to display a specific image in parallel (step S12). When displaying a specific image in parallel on the image display unit 12, the operator selects and sets an image to be displayed in parallel in the display image setting unit 16 (step S13), and the set image is displayed in parallel on the image display unit 12. (Step S14). When specific images are not displayed in parallel, all captured images are displayed in a list (step S15). A method for setting images to be displayed in parallel will be described later.

なお、上記の動作では、生体試料4の全体像を撮像した(ステップS2)後で蛍光画像の撮像(ステップS4〜ステップS6)を行なっているが、実際には、生体試料4の全体像の撮像を蛍光画像の撮像の後で行なってもよい。   In the above operation, the fluorescent image is captured (steps S4 to S6) after the entire image of the biological sample 4 is captured (step S2), but actually, the entire image of the biological sample 4 is captured. Imaging may be performed after imaging of the fluorescent image.

撮像条件の設定方法について図9を参照しながら説明する。図9は撮像条件の設定方法の一例を示すフローチャート図である。
撮像条件の設定において、オペレータは、励起光の照射方向を選択し(ステップS21)、その照射方向から励起光を照射したときに撮像したい観察方向を選択する(ステップS22)。従来技術のように、撮像部2が回転式反射鏡を備えているなど複数方向からの観察画像を順次撮像するものである場合には、観察方向を選択することが可能であるが、撮像部2が図2に示したような複数方向からの観察画像を同時に撮像するものである場合には観察方向を指定しない。このようにして設定された励起光の照射方向と観察方向との組合わせは撮像条件として記憶される(ステップS23)。さらなる撮像条件を設定する場合(ステップS24)は、再度、励起光の照射方向を選択し(ステップS21)、その照射方向で撮像したい観察方向を選択(ステップS22)することによって新たな撮像条件として記憶される(ステップS23)。なお、設定された撮像条件は撮像条件設定部14内に記憶されるようになっていてもよいし、制御部8内に記憶されるようになっていてもよい。
An imaging condition setting method will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the imaging condition setting method.
In setting the imaging conditions, the operator selects the excitation light irradiation direction (step S21), and selects the observation direction to be imaged when the excitation light is irradiated from the irradiation direction (step S22). When the imaging unit 2 sequentially captures observation images from a plurality of directions, for example, the imaging unit 2 includes a rotating reflector, the observation direction can be selected. In the case where 2 is to simultaneously capture observation images from a plurality of directions as shown in FIG. 2, no observation direction is designated. The combination of the excitation light irradiation direction and the observation direction thus set is stored as an imaging condition (step S23). When further imaging conditions are set (step S24), the irradiation direction of the excitation light is selected again (step S21), and the observation direction desired to be imaged in the irradiation direction is selected (step S22). Stored (step S23). The set imaging conditions may be stored in the imaging condition setting unit 14 or may be stored in the control unit 8.

次に、画像表示部12に並列表示する画像の設定方法の一例を説明する。図10は画像表示部12に並列表示する画像の設定方法の一例を示すフローチャート図である。
まず、画像表示部12に並列に表示する画像の数をオペレータが設定する(ステップS31)。オペレータによって並列表示する画像数が設定されることにより、表示画像の配置位置が割り当てられ、配置位置を指定することができるようになる。オペレータは、画像記憶部10に記憶されている画像の中から並列表示したい画像を選択し(ステップS32)、その画像を画像表示部12において割り当てられた配置位置のうちどの位置に配置するかを選択する(ステップS33)。選択された画像とその画像の配置位置は表示画像設定部16内や制御部8内に記憶され(ステップS34)、全ての配置位置に表示する画像が選択されるまで以上の動作を繰り返す(ステップS35)。
Next, an example of a setting method for images to be displayed in parallel on the image display unit 12 will be described. FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a method for setting an image to be displayed in parallel on the image display unit 12.
First, the operator sets the number of images to be displayed in parallel on the image display unit 12 (step S31). By setting the number of images to be displayed in parallel by the operator, the arrangement position of the display image is assigned and the arrangement position can be designated. The operator selects an image to be displayed in parallel from the images stored in the image storage unit 10 (step S32), and the position where the image is to be arranged in the image display unit 12 is determined. Select (step S33). The selected image and the arrangement position of the image are stored in the display image setting unit 16 or the control unit 8 (step S34), and the above operations are repeated until images to be displayed at all the arrangement positions are selected (step S34). S35).

なお、画像選択時は、画像表示部12内に画像記憶部10に記憶されている画像が撮像条件とともに一覧表示されているか、又は撮像条件から検索して選択できるようになっていることが好ましい。選択した画像について演算処理部9による画像加工処理の有無をオペレータが選択できるようになっていてもよい。   In addition, when selecting an image, it is preferable that the images stored in the image storage unit 10 are displayed in a list together with the imaging conditions in the image display unit 12 or can be searched and selected from the imaging conditions. . The operator may be able to select whether or not image processing is performed by the arithmetic processing unit 9 on the selected image.

図2の蛍光イメージング装置を用いて実際に蛍光観察を行なったときの観察結果を以下に示す。この観察では生体試料4の代わりとして図11に示すファントム24を用いた。ファントム24は生体試料と同様に光が散乱吸収伝播するよう散乱物質および吸収物質を混入した樹脂でできており、直径28mmの円筒形状に硬化させたものである。このファントム24内の異なる2箇所に励起光が照射されることによって蛍光を発する蛍光剤a,bが設置されている。蛍光剤aは表面から2mm位置にあり、蛍光剤bの深さは表面から4mmの位置にある。   The observation results when the fluorescence observation is actually performed using the fluorescence imaging apparatus of FIG. 2 are shown below. In this observation, a phantom 24 shown in FIG. The phantom 24 is made of a scattering material and a resin mixed with the absorbing material so that light is scattered and absorbed and propagated like a biological sample, and is cured into a cylindrical shape having a diameter of 28 mm. Fluorescent agents a and b that emit fluorescence when irradiated with excitation light at two different locations in the phantom 24 are installed. The fluorescent agent a is at a position 2 mm from the surface, and the depth of the fluorescent agent b is at a position 4 mm from the surface.

この蛍光観察において、光源装置6の各光源S1〜S5を順に1つずつ点灯させたときの5方向からの観察画像を同時に撮像したものが図12〜図16である。図12は光源装置6の光源S1(36°)のみ、図13は光源S2(108°)のみ、図14は光源S3(180°)のみ、図15は光源S4(252°)のみ、図16は光源S5(324°)のみをそれぞれ点灯させて撮像したときの観察画像である。   In this fluorescence observation, FIGS. 12 to 16 show images taken simultaneously from five directions when the light sources S1 to S5 of the light source device 6 are turned on one by one in order. 12 shows only the light source S1 (36 °), FIG. 13 shows only the light source S2 (108 °), FIG. 14 shows only the light source S3 (180 °), FIG. 15 shows only the light source S4 (252 °), FIG. Is an observation image when only the light source S5 (324 °) is turned on and imaged.

図12〜図16を比較することからもわかるように、蛍光剤が試料の浅い部分に存在する場合にはその蛍光剤に近い方向から観察するほうが強い蛍光を検出することができるが、蛍光剤が励起光の照射方向から遠い位置にある場合には、蛍光剤に近い方向から観察したとしても強い蛍光を検出することはできない。また、蛍光剤の位置が試料中心に近づくにつれて、蛍光の検出強度の励起光照射方向に対する依存性は減少する。すなわち、蛍光検出強度の観察方向に対する依存性だけでなく、蛍光検出強度の励起光照射方向に対する依存性をオペレータが確認しやすいように撮像された画像が表示されれば、蛍光剤のより詳細な位置情報を得ることができる。   As can be seen from a comparison of FIGS. 12 to 16, when the fluorescent agent is present in a shallow portion of the sample, stronger fluorescence can be detected by observing from a direction closer to the fluorescent agent. Is located far from the irradiation direction of the excitation light, strong fluorescence cannot be detected even when observed from a direction close to the fluorescent agent. Further, as the position of the fluorescent agent approaches the center of the sample, the dependence of the fluorescence detection intensity on the excitation light irradiation direction decreases. That is, if an image that is captured so that the operator can easily confirm not only the dependency of the fluorescence detection intensity on the observation direction but also the dependency of the fluorescence detection intensity on the excitation light irradiation direction is displayed, a more detailed description of the fluorescent agent can be obtained. Location information can be obtained.

図17は図12〜図16で撮像した計25種類の画像から同じ観察方向で励起光の照射方向が異なる画像を切り取って並列に配置したものである。(A)はファントム24の蛍光剤aからの蛍光強度が高く検出される観察方向0°からの観察画像を励起光の照射方向ごとに並べたものであり、(B)は蛍光剤bからの蛍光強度が高く検出される観察方向288°からの観察画像を励起光の照射方向ごとに並べたものである。これら画像データを比較すれば、(B)において、観察方向288°に近い励起光照射方向252°及び324°で蛍光剤bからの蛍光が強く検出されているが、他の照射方向では蛍光がほとんど検出されていない。それに対し、(A)において、観察方向0°では励起光の照射方向36°,324°で蛍光が強く検出されるとともに、照射方向108°,252°の画像においても弱いながら蛍光剤aからの蛍光が検出されている。このことは、蛍光剤aは蛍光剤bよりも深い位置にあるのではないかとの知見を与えるものとなる。   FIG. 17 is a diagram in which images with different excitation light irradiation directions in the same observation direction are cut out from a total of 25 types of images captured in FIGS. 12 to 16 and arranged in parallel. (A) is an image in which observation images from an observation direction of 0 ° in which the fluorescence intensity from the fluorescent agent a of the phantom 24 is detected are arranged for each irradiation direction of the excitation light, and (B) is from the fluorescent agent b. The observation images from the observation direction of 288 ° where the fluorescence intensity is detected are arranged for each excitation light irradiation direction. When these image data are compared, in (B), the fluorescence from the fluorescent agent b is strongly detected in the excitation light irradiation directions 252 ° and 324 ° which are close to the observation direction 288 °. Almost no detection. On the other hand, in (A), the fluorescence is strongly detected in the excitation light irradiation directions of 36 ° and 324 ° at the observation direction of 0 °, and the fluorescence from the fluorescent agent a is weak in the images of the irradiation directions of 108 ° and 252 °. Fluorescence is detected. This gives the knowledge that the fluorescent agent a is deeper than the fluorescent agent b.

また、図18は図12〜図16の画像のうちから観察方向と励起光の照射方向の相対的な位置関係が36°(±36°)となっている画像を抜き出して並べたものである。すなわちこれらの画像は、観察方向と励起光の照射方向の相対的な位置関係が常に同じである従来の反射鏡回転型の蛍光イメージング装置を用いて得られた複数の観察方向からの画像を模擬的に示したものである。   FIG. 18 is a diagram in which images having a relative positional relationship of 36 ° (± 36 °) between the observation direction and the excitation light irradiation direction are extracted from the images of FIGS. 12 to 16 and arranged. . In other words, these images simulate images from multiple observation directions obtained using a conventional reflecting mirror rotation type fluorescence imaging apparatus in which the relative positional relationship between the observation direction and the excitation light irradiation direction is always the same. It is shown as an example.

図18の5つの画像を見れば、ファントム24には蛍光剤が2箇所あることが推測され、単方向照射・単方向観察で生じるような見落としは生じないことがわかる。この方法では、観察方向に常に近い方向から励起光を照射して撮像するため、どの観察方向から撮像した画像でも可能な限り強い蛍光を検出することができる。したがって、場所が未知なる蛍光を確実に検出する視点に立てばこの反射鏡回転式でもよい。しかし、どの観察方向からも可能な限り強く蛍光を検出したいのであれば、図2に示したような多方向同時観察の装置を用いて全方向から同時に励起光を照射して撮像すれば同じ結果を得ることができる。さらには、生体を対象とした蛍光観察は基本的に微弱光観察であるため、CCDカメラのような蓄積型の二次元検出器を用いて1つの画像取得に時間をかけて行なっているため、反射鏡回転式の蛍光イメージング装置では全ての画像を取得するのに多大な時間を要し、多方向からの観察画像を同時に取得できる装置のほうが全画像の取得にかかる時間が短くてすむ。   From the five images shown in FIG. 18, it is estimated that there are two fluorescent agents in the phantom 24, and it is understood that there is no oversight that occurs in unidirectional irradiation / unidirectional observation. In this method, since imaging is performed by irradiating excitation light from a direction that is always close to the observation direction, fluorescence as strong as possible can be detected from an image captured from any observation direction. Therefore, this reflecting mirror rotation type may be used from the viewpoint of reliably detecting fluorescence whose location is unknown. However, if it is desired to detect fluorescence as strongly as possible from any observation direction, the same result can be obtained by simultaneously irradiating excitation light from all directions and imaging using a multi-directional simultaneous observation apparatus as shown in FIG. Can be obtained. Furthermore, since fluorescence observation for a living body is basically faint light observation, it takes time to acquire one image using a storage type two-dimensional detector such as a CCD camera. A reflection mirror rotation type fluorescence imaging apparatus requires a great deal of time to acquire all images, and an apparatus capable of acquiring observation images from multiple directions at the same time requires a shorter time to acquire all images.

また、例えば蛍光剤bからの蛍光が蛍光剤aよりも強く検出される場合、蛍光剤bはaよりも高濃度であることを示しているのか、蛍光剤aよりも浅い位置にあることを示しているのかについて確認するための情報を得ることができない。この反射鏡回転式では、常に照射方向と観察方向との相対的な位置関係が固定されているため、同一観察方向で異なる方向から励起光を照射したときの画像を取得することはできないためである。   Further, for example, when fluorescence from the fluorescent agent b is detected stronger than the fluorescent agent a, it indicates that the fluorescent agent b has a higher concentration than a or is located at a position shallower than the fluorescent agent a. Cannot get information to confirm what is shown. In this rotating mirror type, the relative positional relationship between the irradiation direction and the observation direction is always fixed, so it is not possible to acquire images when the excitation light is irradiated from different directions in the same observation direction. is there.

また、蛍光剤が生体試料の中央付近に存在する場合、検出される蛍光強度の照射方向への依存性及び観察方向への依存性が極端に低下する上、その強度は生体内部の吸収を受けて極めて弱くなる。この場合、照射方向が観察と同じ側から照射すると、生体試料の表面で発生する自家蛍光強度も強く観察されるため、自家蛍光のバックグランドに埋まってしまう可能性が高くなる。これに対して、多方向照射・多方向観察では照射方向から生体試料を挟んで反対側で観察することができるため、比較的自家蛍光の影響を受けにくい測定ができる。   In addition, when the fluorescent agent is present near the center of the biological sample, the dependency of the detected fluorescence intensity on the irradiation direction and the dependency on the observation direction is extremely reduced, and the intensity is absorbed by the living body. Become extremely weak. In this case, when the irradiation direction is irradiated from the same side as the observation, the intensity of autofluorescence generated on the surface of the biological sample is also observed strongly, so that the possibility of being buried in the background of autofluorescence increases. On the other hand, in multi-directional irradiation / multi-directional observation, since a biological sample can be observed from the irradiation direction on the opposite side, measurement that is relatively less susceptible to autofluorescence can be performed.

以上、本発明の蛍光イメージング装置の実施例について説明したが、当該蛍光イメージング装置の機能について以下にまとめておく。   While the embodiments of the fluorescence imaging apparatus of the present invention have been described above, the functions of the fluorescence imaging apparatus are summarized below.

撮像条件を任意に設定可能であることにより、次のことが可能である。
(1)事前の測定等によって測定部位(蛍光剤)の位置が予めわかっており、その測定部位の経時的変化を連続的に測定するといった場合には、最も強く蛍光を検出することができる条件、すなわち、測定部位に近い方向からの観察方向及び照射方向を設定して撮像を行なう。
(2)場所が未知である測定部位を見落とすことなく確実に検出するために、全方向から励起光を照射した状態で全方向からの観察画像を撮像する。
(3)場所が未知である測定部位の深さ方向の情報を取得するために、照射方向と観察方向の全ての組合わせについて撮像する。
By arbitrarily setting the imaging conditions, the following is possible.
(1) When the position of the measurement site (fluorescent agent) is known in advance by measurement or the like, and when the change over time of the measurement site is continuously measured, the conditions under which fluorescence can be detected most strongly That is, imaging is performed by setting the observation direction and the irradiation direction from the direction close to the measurement site.
(2) In order to reliably detect a measurement site whose location is unknown without overlooking it, an observation image from all directions is captured in a state where excitation light is irradiated from all directions.
(3) Imaging is performed for all combinations of the irradiation direction and the observation direction in order to acquire information on the depth direction of the measurement site whose location is unknown.

さらに、画像表示部12に並列表示する画像を設定可能であることにより、以下のような目的に応じた並列表示が可能である。
(1)場所が未知な測定部位(蛍光)を確認するために、励起光の照射方向と観察方向が近い画像を並列表示する。
(2)着目した蛍光に関する深さ情報を得るために、同一観察方向で異なる照射方向の観察画像を並列表示する。
(3)生体試料の深い位置にある蛍光を確認するために、自家蛍光によるバックグランドが少ない条件、すなわち、励起光照射方向と反対側からの観察画像を並列表示する。
Furthermore, since images to be displayed in parallel on the image display unit 12 can be set, parallel display according to the following purposes is possible.
(1) In order to confirm a measurement site (fluorescence) whose location is unknown, images in which the excitation light irradiation direction and the observation direction are close are displayed in parallel.
(2) In order to obtain depth information on the focused fluorescence, observation images in different irradiation directions in the same observation direction are displayed in parallel.
(3) In order to confirm the fluorescence in the deep position of the biological sample, the observation image from the side opposite to the excitation light irradiation direction is displayed in parallel, that is, the condition with less background due to autofluorescence.

ところで、蛍光イメージング装置を用いた蛍光測定では、蛍光励起光源の選択波長や観察波長帯の光学フィルタ(蛍光フィルタ)を選択することが一般的である。以上において説明した実施例では、撮像条件及び表示画像条件として観察方向と励起光照射方向の2つの要素の組合わせを設定するようになっているが、励起光の波長や蛍光フィルタの透過波長帯域も撮像条件及び表示画像条件の選択要素として追加してもよい。   By the way, in fluorescence measurement using a fluorescence imaging apparatus, it is common to select an optical filter (fluorescence filter) of a selection wavelength of a fluorescence excitation light source or an observation wavelength band. In the embodiment described above, a combination of two elements of the observation direction and the excitation light irradiation direction is set as the imaging condition and the display image condition, but the wavelength of the excitation light and the transmission wavelength band of the fluorescent filter are set. May also be added as a selection element of the imaging condition and the display image condition.

蛍光イメージング装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly one Example of a fluorescence imaging apparatus. 同実施例の構成を具体的に示す構成図である。It is a block diagram which shows specifically the structure of the Example. 1回の撮像動作で撮像される生体試料の画像の一例を示す画像である。It is an image which shows an example of the image of the biological sample imaged by one imaging operation. 蛍光観察画像の一例であり、(A)は1回の撮像動作で同時に撮像された5方向からの蛍光観察画像であり、(B)はその蛍光観察画像の好ましい配置例である。It is an example of a fluorescence observation image, (A) is a fluorescence observation image from five directions imaged simultaneously by one imaging operation, and (B) is a preferred arrangement example of the fluorescence observation image. 画像表示部の画面表示の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the screen display of an image display part. 画像表示部の画面表示の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the screen display of an image display part. 蛍光イメージング装置の撮像動作の一例を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart figure for demonstrating an example of the imaging operation of a fluorescence imaging device. 蛍光イメージング装置の画面表示動作の一例を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart figure for demonstrating an example of the screen display operation | movement of a fluorescence imaging device. 撮像条件の設定方法の一例を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart for demonstrating an example of the setting method of an imaging condition. 表示画像の設定方法の一例を説明するためのフローチャート図である。It is a flowchart for demonstrating an example of the setting method of a display image. 蛍光画像の測定実験で用いたファントムを示す図であり、(A)は斜視図、(B)は正面図、(C)は側面図である。It is a figure which shows the phantom used in the measurement experiment of a fluorescence image, (A) is a perspective view, (B) is a front view, (C) is a side view. 励起光を36°の方向から照射した状態でファントムを5方向から同時に撮像した画像である。It is the image which imaged the phantom simultaneously from 5 directions in the state which irradiated the excitation light from the direction of 36 degrees. 励起光を108°の方向から照射した状態でファントムを5方向から同時に撮像した画像である。It is the image which imaged the phantom simultaneously from 5 directions in the state which irradiated the excitation light from the direction of 108 degrees. 励起光を180°の方向から照射した状態でファントムを5方向から同時に撮像した画像である。It is the image which imaged the phantom simultaneously from five directions in the state which irradiated the excitation light from the direction of 180 degrees. 励起光を252°の方向から照射した状態でファントムを5方向から同時に撮像した画像である。It is the image which imaged the phantom simultaneously from 5 directions in the state which irradiated the excitation light from the direction of 252 degrees. 励起光を324°の方向から照射した状態でファントムを5方向から同時に撮像した画像である。It is the image which imaged the phantom simultaneously from five directions in the state which irradiated the excitation light from the direction of 324 degrees. 図12〜図16の画像から同じ観察方向の画像を励起光照射方向順に並べた画像であり、(A)は観察方向が0°、(B)は観察方向が288°の画像である。FIGS. 12 to 16 are images in which the images in the same observation direction are arranged in the order of the excitation light irradiation direction, (A) is an image in which the observation direction is 0 °, and (B) is an image in which the observation direction is 288 °. 図12〜図16の画像から観察方向と励起光照射方向との相対的な角度差が36°である画像のみを並べた画像である。17 is an image in which only images having a relative angle difference of 36 ° between the observation direction and the excitation light irradiation direction are arranged from the images of FIGS.

符号の説明Explanation of symbols

2 撮像部
3 試料台
4 生体試料
6 光源装置
8 制御部
9 演算処理部
10 画像記憶部
12 画像表示部
14 撮像条件設定部
16 表示画像設定部
18 二次元検出器
20 主結像レンズ
22 蛍光フィルタ
L0〜L4 補助結像レンズ
M1〜M4 反射鏡
S1〜S5 光源
24 ファントム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Imaging part 3 Sample stand 4 Biological sample 6 Light source device 8 Control part 9 Arithmetic processing part 10 Image storage part 12 Image display part 14 Imaging condition setting part 16 Display image setting part 18 Two-dimensional detector 20 Main imaging lens 22 Fluorescence filter L0 to L4 Auxiliary imaging lens M1 to M4 Reflector S1 to S5 Light source 24 Phantom

Claims (4)

生体試料が載置される試料台と、
二次元検出器及び前記二次元検出器に前記試料台上の生体試料の複数の異なる方向からの観察画像の光を導くための撮像光学系を含む撮像部と、
前記二次元検出器からみた方向が互いに異なる2以上の方向から、前記試料台上の生体試料を励起して蛍光を発生させる励起光を選択的に照射できる光源装置と、
前記励起光を遮蔽して生体試料からの蛍光を前記二次元検出器に導く蛍光フィルタと、
前記撮像部による撮像の観察方向及び前記光源装置の励起光の照射方向からなる撮像条件を設定するための撮像条件設定部と、
前記撮像条件設定部で設定された撮像条件での観察画像を前記撮像部で撮像するように、前記光源装置及び撮像部を制御する撮像制御部と、
前記撮像部で撮像した画像を記憶する画像記憶部と、
前記画像記憶部に記憶されている複数の画像のうち少なくとも一部を表示する画像表示部と、を備え
前記撮像光学系は、前記試料台上の生体試料の周囲の互いに異なる複数の位置に設けられ、各方向からの観察画像の光を同時に前記二次元検出器に導く複数の反射鏡と、前記複数の反射鏡によって導かれた画像の光を前記二次元検出器上に結像させる結像レンズを備えており、
前記撮像条件設定部で前記光源装置の励起光の照射方向のみを設定する蛍光イメージング装置。
A sample stage on which a biological sample is placed;
An imaging unit including a two-dimensional detector and an imaging optical system for guiding light of an observation image from a plurality of different directions of the biological sample on the sample table to the two-dimensional detector;
A light source device capable of selectively irradiating excitation light that excites a biological sample on the sample stage and generates fluorescence from two or more directions different from each other as viewed from the two-dimensional detector;
A fluorescence filter that shields the excitation light and guides fluorescence from a biological sample to the two-dimensional detector;
An imaging condition setting unit for setting an imaging condition including an observation direction of imaging by the imaging unit and an irradiation direction of excitation light of the light source device;
An imaging control unit that controls the light source device and the imaging unit so that an observation image under the imaging conditions set by the imaging condition setting unit is captured by the imaging unit;
An image storage unit for storing an image captured by the imaging unit;
An image display unit that displays at least a part of the plurality of images stored in the image storage unit ,
The imaging optical system is provided at a plurality of different positions around the biological sample on the sample stage, and a plurality of reflecting mirrors that simultaneously guide light of an observation image from each direction to the two-dimensional detector; An image forming lens that forms an image of the light of the image guided by the reflecting mirror on the two-dimensional detector,
The fluorescence imaging apparatus which sets only the irradiation direction of the excitation light of the said light source device in the said imaging condition setting part .
前記画像表示部に並列表示させる画像を前記画像記憶部に記憶されている画像の中から設定するための表示画像設定部と、をさらに備え、
前記画像表示部は、前記画像記憶部に記憶されている画像のうち前記表示画像設定部で設定された画像を並列表示する機能を備えている請求項1に記載の蛍光イメージング装置。
A display image setting unit for setting an image to be displayed in parallel on the image display unit from among images stored in the image storage unit,
The fluorescence imaging apparatus according to claim 1, wherein the image display unit has a function of displaying in parallel the images set by the display image setting unit among the images stored in the image storage unit.
前記撮像光学系には、前記反射鏡により前記二次元検出器上に導かれる各画像の光の光路長差に基づく画像の大きさを補正する補助結像レンズが設けられている請求項に記載の蛍光イメージング装置。 Wherein the imaging optical system, in claim 1 in which the auxiliary image forming lens for correcting the size of the image based on the optical path length difference of light of each image to be directed onto the two-dimensional detector by the reflector is provided The fluorescence imaging apparatus described. 前記光源装置は生体試料の外形像を撮像するための照明用光源を備え、
生体試料の外形像の撮像時は、生体試料に対して前記照明用光源から照明光が照射され、前記蛍光フィルタが生体試料からの画像の光の光路から外れた状態で前記撮像部による撮像が行なわれる請求項1からのいずれか一項に記載の蛍光イメージング装置。
The light source device includes an illumination light source for capturing an outline image of a biological sample,
When capturing an external image of a biological sample, illumination light is irradiated from the illumination light source to the biological sample, and imaging is performed by the imaging unit in a state where the fluorescent filter is out of the optical path of the light of the image from the biological sample. The fluorescence imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3 , which is performed.
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