JP5623118B2 - 物体を光学スキャンする方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体、特に体液の検査エレメントを光学スキャンする方法、その方法を実行する装置及びコンピュータプログラム製品に関する。

このタイプの方法は、光学的分析によって、オブジェクトリセプタクル（object receptacle）上に配置される物体を調査するのに使用される。この場合、光学スキャンは、一般に、複数のスキャンステップを含み、それらステップでは、物体と光学的分析に使用される検出装置を順番に複数のスキャン位置に相対的に移動させ、このようにして、分析評価可能な一連の光学スキャン画像を撮像する。例えばこのタイプの光学スキャン方法は、体液の検査エレメント又は試料エレメントを光学的に分析するために使用される。体液の検査エレメント又は試料エレメントの分析は、分析的な検出方法に関わる。当該方法においては、１つまたは複数の体液の同定は、基体上の特有の構造体に分析的に束縛、生成若しくは破壊される蛍光標識及び／又は光吸収性標識又は分子の光学的な検出によって行われる。体液、例えば血液の検出は、検査エレメント上の１つ又は複数の検出ゾーンの領域で行われる。例えば検出ゾーンは、試料エレメント又は検査エレメント上にストリップ形状又は円形の広がりを有する。

スキャンによるこの種類の検査エレメントの光学的分析の場合、検査光又は励起光が、通常、検査エレメント上に送られる。光学結像装置を用いて、光軸面に位置する検出ゾーンの領域は、感光性検出面上の像平面に結像される。このタイプの検出面は、例えばフォトダイオード又は光電子増倍管によって提供される。２次元の列センサーと３次元画像センサーも周知であり、それによって、受信される測定光の強度分布を光学的に検出することができる。

従来の光学スキャンにおいては、複数の連続した物体画像またはスキャン画像は、物体と検出装置間の相対的な移動の間、移動方向に沿って生成される。その後、それら画像を結合して、全体画像を形成することができる。これは、隣接するスキャン画像が一列に配置される場合に実行され、その結果として、調査対象とする物体の光学的な全体画像が取得される。個別にスキャンされた画像に対するこの種の結合処理は、光学測定装置または分析装置の調整に高い費用を必要とする。複数の物体がオブジェクトリセプタクル（object receptacle）の領域内に配置され、次々にスキャンされる場合、これらの問題はさらに増大する。そのスキャンは、その都度、測定装置または分析装置の個々の調整を必要とする。それから、不十分な調整は、スキャンの時、光学撮像の被写界深度に特に悪影響を及ぼす。従って、スキャン技術の改良へのニーズがある。

本発明の目的は、物体、特に体液の検査エレメントを光学スキャンする改良された方法、及び、前記方法を実行する装置を提供することである。本方法の場合、測定不確実性をよりよく克服することができる。特に、ユーザーの調整費用を減らす必要がある。

この目的は、独立請求項による、物体、特に体液の検査エレメントを光学スキャンする方法、および、独立請求項による、前記方法を実行する装置を用いて、本発明に従って達成される。本発明の対象は、さらに、独立請求項によるコンピュータプログラム製品である。本発明の有利な変形は、従属請求項において明記される。

一態様においては、本発明は、物体、特に体液の検査エレメントを光学スキャンする方法を含む。本方法は、以下のステップ：
− 検出装置と前記物体を連続するスキャン位置に互いに相対的に移動させることにより、前記検出装置によって、前記物体のスキャン領域を光学スキャンすることと、
− 前記スキャン位置で光学結像装置によって、物体平面から部分スキャン領域を像平面の検出面上に結像することによって複数のスキャン画像を生成することと、
− 画像処理によって、前記複数のスキャン画像をそれぞれスキャン部分画像に分解することと、
− 複数のスキャン部分画像をそれぞれ結合することによって合成結果画像を生成することと、
− １つまたは複数の所定の選択基準に従って、前記合成結果画像から少なくとも１つの物体測定画像を選択することと、
を含み、
前記連続するスキャン位置が、前記物体平面においてスキャン方向に沿ってスキャンステップサイズだけ間隔を空けて離され、
前記部分スキャン領域が、前記物体平面において、前記スキャンステップサイズより大きい、前記スキャン方向の範囲を有する。

本発明の更なる目的に従い、物体を光学スキャンする装置、特に体液の検査エレメントが作成される。本装置は、オブジェクトリセプタクルと、光検出装置と、移動装置と、制御装置とを有する。前記移動装置は、オブジェクトリセプタクル上に配置された物体の光学スキャンの際には、オブジェクトリセプタクルと検出装置を互いに相対的に連続したスキャン位置に移動させるように構成され、前記制御装置は、前記の方法によって光学スキャンを制御するように構成される。

物体を光学スキャンする方法では、部分スキャン領域が様々なスキャン位置で光学的に撮像される。物体平面における部分スキャン領域のスキャン方向の範囲よりスキャンステップサイズが小さくなるように、撮像される部分スキャン領域は、対象物体が配置される物体平面上で横方向に重なり合っている。スキャン方向は、望ましくは、基本的に試料平面と平行に合わせられる。スキャン画像は、デジタル形式で提供してよい。

スキャン画像が次々生成され、その後それらをある方法に従って相対する端同士を接して結合される従来スキャンとは対照的に、隣接するスキャン位置について記録されたスキャン画像は、本提案の方法に従って２回又は数回記録された部分スキャン領域の区画を含む。このことは、スキャン領域の区画が、スキャン画像内に２回または数回撮像されることを意味する。複数のスキャン画像を画像分解し、複数の合成結果画像に結合することで、この種の重なりの少なくともある程度は、最終的に１つの物体測定画像が選ばれるように再び「取り消され」る。当該物体測定画像は、その後、例えば体液の同定のために、更に評価されることができる。この同定は、検査エレメントまたは試料エレメントの光学的分析と関連するかのように知られている。

一変形においては、例えば同じように良い品質である場合、複数の結果画像が物体測定画像として選ばれ得る。１つの物体測定画像は、それらの中から選ぶか又は例えば平均化によって生成しても良い。

検出装置の調整が物体に対して最適でないために、例えば光学画像の像平面の横方向のオフセットが生じる場合でも、スキャン方向についてスキャンステップサイズより広い範囲を有する部分スキャン領域を撮像することは、関心のある物体又はその領域、例えば検査エレメント又は試料エレメント上の検出ゾーンの撮像を支援する。光学スキャン装置のユーザーにとって、例えばサンプルリセプタクル（sample receptacle）上の試料を変更した後の「最適調整」が必ずしも必要でないように、測定プロセスが容易になる。究極的には、このことは、複数の試料を分析するときの時間の節約にもなる。

本発明の好ましい展開は、合成結果画像のそれぞれの全体輝度を選択基準として使用することを提供する。好ましくは、例えば画像評価用ソフトを用いて更なる分析をするために、最適化された信号対雑音比が期待できる最大の全体輝度を有する合成結果画像を選択する。

本発明の好都合な変形においては、合成結果画像が、スキャン画像の各々から少なくとも１つのスキャン部分画像を含むように生成されるとすることができる。一変形では、合成結果画像がスキャン画像の各々から厳密に１つのスキャン部分画像を含むと規定される。

本発明の有利な実施形態は、複数のスキャン画像は、分解の際には、物体平面から像平面に結像されるスキャンステップサイズの整数倍に対応するストリップ幅を有する、ストリップ形状のスキャン部分画像にそれぞれ分解されると規定する。最も単純な場合、ストリップ形状のスキャン画像のストリップ幅は、スキャンステップサイズの長さが検出装置の光学結像系によって物体平面から像平面に結像される場合に生じる幅に相当する。

好ましくは、本発明の展開は、物体平面から像平面に結像されるスキャンステップサイズが検出面内のスキャン方向の検出要素の幅の整数倍に相当するように、スキャンステップサイズが設定されると規定する。検出要素の幅は、例えば検出面を形成するピクセル要素のピクセル幅と一致する。ストリップ形状のスキャン部分画像の場合、いわゆる列幅ということもできる。

本発明の有利な変形の場合、スキャン画像が常に検出面の全く同一の検出面領域上に結像されると規定してよい。この変形において、スキャン画像は、あらゆるスキャン位置において検出面の同一グループの検出要素上に結像される。これと他の実施形態において、これは検出要素の列配置を扱っているとしてよい。しかし、検出要素の２次元に形成された配列上に結像してもよい。

本発明の好ましい更なる展開は、光学スキャンが基本的に、シャインプルーフ原理に従って実行されると規定する。シャインプルーフ原理またはシャインプルーフ条件は、光学結像または写真撮像の場合、像平面、レンズ面、焦点面が互いに平行か、あるいは共通の交差線で他と互いと交差することを示す。

本発明の展開では、物体平面と像平面は、光学スキャンの間、基本的に互いに平行に配置されると規定してよい。その時、スキャン方向は、基本的に両方の平面と平行になる。

本発明の適切な変形では、少なくとも一部のスキャン部分画像が、複数のスキャン画像の分解の際に、１つのスキャン画像において重なり合うスキャン部分画像として生成されると規定してよい。この実施形態では、スキャン画像の分解の際に生成される、２つの隣接スキャン部分画像は、共通の画像領域と見做すことができる少なくとも１つのスキャン画像領域を共に含んでいる。このタイプの共通の画像領域は、１つまたは複数の分解されたスキャン画像に現れてよい。

本発明の有利な実施形態は、少なくとも一部のスキャン部分画像が、複数のスキャン画像の分解の際に、１つのスキャン画像において重ならないスキャン部分画像として生成されると規定する。

前に述べた方法の１つの変形が、数学的考察に基づいて以下に説明される。「ブロック」は、Ｂ（Ｂ＝ブロックサイズ）個の連結された画像列と定義される。ここで、Ｂは幾何学的なスキャンステップサイズに関連している。例えばＢ＝２を有するＮ個のブロックが与えられる場合、スキャンステップ毎に保存される像平面の検出面の画像部に対応するスキャン画像は以下の構成となる。

スキャンの周知の方法は、常にＮ＝１によって特徴付けられる。

スキャン画像が生成され、確定され、保存される画像部においては、スキャンに対して検出面の検出要素の列の数が余り無くＢによって割ることができること、すなわち、以下の条件が満たされるものとする。

Ｂを法として画像部の列の数＝０ 式１
Ｍは、スキャン画像内のブロックの数である。第ｍ番のスキャン画像の第ｎ番目のブロックは次となる。

Ω_m,n,ｎ＝1、2、…Ｎ ｍ＝1、2、…Ｍ 式２
スキャン画像Ｏ_i（i=1、2、…Ｍ)は、ブロックを結合することによって以下の通りに生成する。

は「加法演算子」である。その場合、２つのブロックは、第１のブロックの最後の列の後に第２のブロックの最初の列を加えることによって結合される。

「集合加法演算子」

を用いて、Ｍ個のスキャン画像の生成は、一般に次のように記述することができる。

実際的な理由のために、個々のスキャン画像Ｓ_j（j=1、2、…Ｍ)は、互いにくっ付けて単一の大きな画像Γ_i（i=1、2、…Ｍ*Ｎ*Ｂ）で送ることが有利である場合がある。この場合、スキャン画像の分解が開始できるように、大きな要素は、再度元のスキャン画像に分ける必要がある。

「分離演算子」

を用いて、個々の結果画像Sjは、以下の通り復元される。

物体平面に配置された物体、特に試料エレメント又は検査エレメントを光学スキャンする測定装置の略図を示す。 光学スキャンによって撮像された５つのスキャン画像を有する略図を示す。 図２のスキャン画像を分解することによって形成される６つのスキャン部分画像を有する略図を示す。 光学スキャンによって撮像された３つのスキャン画像を有する略図を示す。 図４のスキャン画像の分解によって生成された５つのスキャン部分画像の略図を示す。 相対する端同士を接して一列に配置されたスキャン画像を示す。 分解し、結合することによって、図６のスキャン画像から取得された複数の合成結果画像を示す。 図７の合成結果画像のそれぞれの全体輝度のグラフ図を示す。 相対する端同士を接して一列に配置されたスキャン画像を示す。 分解し、結合することによって図９のスキャン画像から取得された複数の合成結果画像を示す。 図１０の合成結果画像のそれぞれの全体輝度のグラフ図を示す。

本発明は、図面の図を参照して、例示的な実施形態に基づいて以下でより詳細に説明される。

図１は、物体、特に体液の試料エレメント又は検査エレメントを光学スキャンする測定システムの略図を示す。光学スキャンによって分析される物体２は、オブジェクトリセプタクル１上に配置される。図示の実施形態において、検出器５と共に検出装置を構成する測定光源４からの検査光または励起光３が、物体２上に照射される。検出面のみならず結像系を有するスキャナ５を用いることにより、測定光が試料２からの蛍光、反射光及び/又は吸収光の形態で捕捉され、光学画像が生成される。すなわち、特にデジタル画像データとして取り込み可能なスキャン画像が生成される。取り込まれた画像データは、その後、画像評価又は画像処理ソフトウェアを用いることにより、例えば体液を同定するために評価される。

光学スキャンの間、試料２がその上に配置されたサンプルリセプタクル１と検出装置とは、図１において矢印Ａによって例示されるスキャン方向に沿って、互いに相対的に位置がずらされる。好ましくはスキャン位置として指定可能な様々な相対的な位置において、それぞれのスキャン画像が検出器５に生成される。

図２は、光学スキャンによって像平面に生成される５つのスキャン画像20、・・・、24の略図を示す。それらの画像は光学スキャンによって順々に生成される。矢印Ａは、図２におけるスキャン方向を図式的に示す。隣接スキャン位置間の移動はスキャンステップサイズ毎に行われる。この実施形態において、像平面における当該サイズは、表示されているスキャン画像の部分ストリップの幅に対応する。図２に例示する像平面のスキャンステップサイズは、この実施形態において検出装置の検出表面のピクセル列の幅に相当する。この例示的な実施形態における物体平面をスキャンした全スキャン領域25を、さらに図２において図式的に示す。

図２において、参照番号1-1、1-2、・・・は、スキャン画像20、・・・、24のそれぞれのストリップ形状部分を示している。ストリップ形状部分は、像平面において使用される検出面上の割り当てストリップに、すなわち、例えば画素の列配置の列幅に対応する。例示的に示される実施形態において、このストリップ幅は、さらに図３を参照して後により詳細に説明するように、スキャン画像20、・・・、24の分解の際にも使用される。

そこで、図２に示すスキャン画像20、・・・、24が、５つのスキャン位置で記録されている。スキャン画像のそれぞれは、全スキャン領域25の部分スキャン領域の撮像に対応し、お互いが隣り合い、かつ、スキャンステップサイズだけスキャン方向Ａにずらして示されている。図２から、少なくとも隣接スキャン画像はそれぞれ、重複領域26を有することが判る。ここで、重複領域は試料の全スキャン領域25の部分的な領域であり、当該部分領域は隣接スキャン画像の両方に示される。

図２に従ってスキャン画像を記録した後に、これらはストリップ形状のスキャン部分画像に分解され、図３に示すように、結合されて様々な合成結果画像30、・・・、35となる。ここで、図３の各々の合成結果画像30、・・・35は、図２の５つのスキャン画像20、・・・24から厳密に１つのストリップ形状のスキャン部分画像を含む。それで、合成結果画像30は、スキャン画像20、・・・、24のそれぞれの最初のストリップ部分、すなわちストリップ部分1-1、2-1、3-1、4-1、5-1を含む。その後、図３の合成結果画像30、・・・、35は、１つ又は複数の物体測定画像に従って１つ又は複数の選択基準を選択するため、特に画像評価用ソフトを使用して、１つ又は複数の選択基準に関して分析される。特に、図３の６つの合成結果画像30、・・・、35から最大の全体輝度を有する合成結果画像をろ過することを規定してよい。

図４と５は、さらに例示的な実施形態として、前述した光学スキャン方法を明確にする。図４によると、この例示的な実施形態においては、３つのスキャン画像40、41、42が、連続するスキャン位置から取り込まれる。図４で例示されている像平面のスキャンステップサイズは、この例示的な実施形態においては検出装置の検出表面の２ピクセル列の幅に相当する。全スキャン領域43が、図４にも示されている。

次に、図５は、図４のスキャン画像40、41、42から得られるストリップ形状のスキャン部分画像を結合して得られる複数の合成結果画像50、・・・、54を示す。そして今度は、１つ又は複数の選択基準に従って、その合成結果画像から１つの物体測定画像を選択することができる。

次に、前述した方法が、以下の例示的な実施形態において使用される。

図６は、端同士をくっ付けて一列に配置した複数のスキャン画像を示す。スキャンによって記録された 163個のスキャン画像が、従来の「端同士」方法に従って、一列に配置されている。ここで、前述の複数のスキャン画像のそれぞれは、検出面の領域において12列の検出要素を占める。その結果は、スキャン画像のこの処理（既知の一列に配置することに相当する）が、生産的な手法では評価できない。

図７は、今度は、12個の結果画像を示している。それら画像は、前述した方法に従い、スキャン画像からストリップ形状のスキャン部分画像を生成し、次に、それらを結合して合成結果画像、すなわち表示してある12個の画像を形成することによって取得される。図８は、図８の合成結果画像のそれぞれの全体輝度のグラフ図を示す。その結果、合成結果画像のうち22.3と22.1の相対値を有する２つが最も高い画像輝度値を有する。

図９は、図６の表示と比較できるように、端同士をくっ付けて一列に配置した複数のスキャン画像を示す。81個のスキャン画像が一列に配置されている。ここで、前述の複数のスキャン画像のそれぞれも、検出面の領域において12列の検出要素を占めている。図10と図11は、それから図７と図８に比較できるように、合成結果画像及びそれらに割り当てられた全体輝度を示す。

Claims (12)

1. 体液の検査エレメントその他の物体を光学スキャンする方法であって、
   本方法は以下のステップ：
   − 検出装置と前記物体を連続するスキャン位置に互いに相対的にスキャンステップサイズ単位で移動させることにより、前記検出装置によって前記物体のスキャン領域を光学スキャンすることと、
   − 前記スキャン位置の光学結像装置により、部分スキャン領域を物体平面から像平面の検出面上に結像することにより複数のスキャン画像を生成することと、
   − 画像処理によって前記複数のスキャン画像をそれぞれ複数のスキャン部分画像に分解することと、
   − 前記複数のスキャン部分画像をそれぞれ結合することによって複数の合成結果画像を生成することと、
   − １つまたは複数の所定の選択基準に従って、前記複数の合成結果画像からの少なくとも１つの物体測定画像を選択することと、
   を含み、
   前記連続するスキャン位置は、前記物体平面においてスキャン方向に沿って前記スキャンステップサイズだけ間隔を空けて離され、
   前記部分スキャン領域が、前記物体平面の前記スキャン方向に、前記スキャンステップサイズより大きい範囲を有する、光学スキャン方法。
2. 前記合成結果画像のそれぞれの全体輝度が選択基準として使われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記合成結果画像が、前記スキャン画像の各々から少なくとも１つのスキャン部分画像を含むように生成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記複数のスキャン画像は、分解の際には、前記物体平面から前記像平面に結像される前記スキャンステップサイズの整数倍に相当するストリップ幅で、それぞれストリップ形状のスキャン部分画像に分解されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記物体平面から前記像平面に結像される前記スキャンステップサイズが検出面の検出要素の前記スキャン方向の幅の整数倍に相当するように、前記スキャンステップサイズが設定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記スキャン画像が常に、前記検出面の全く同一の検出面領域の上に結像されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 光学スキャンが、基本的には、シャインプルーフ原理に従って実行されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記物体平面と前記像平面が、前記光学スキャンの際には、基本的に互いに平行に配置されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
9. 少なくとも一部の前記スキャン部分画像が、前記複数のスキャン画像の分解の際には、１つのスキャン画像において重なり合うスキャン部分画像として生成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
10. 少なくとも一部の前記スキャン部分画像が、前記複数のスキャン画像の分解の際には、１つのスキャン画像において重ならないスキャン部分画像として生成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
11. 体液の検査エレメントその他の物体を光学スキャンする装置であって、
    オブジェクトリセプタクルと、光検出装置と、移動装置と、制御装置とを有し、
    前記移動装置が、前記オブジェクトリセプタクルに配置された前記物体の光学スキャンの際には、前記オブジェクトリセプタクルと前記検出装置を相対的に互いに連続したスキャン位置にスキャンステップサイズ単位で移動させるように構成され、
    前記制御装置が、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法に従って前記光学スキャンを制御するように構成される、光学スキャン装置。
12. 任意にコンピュータ可読の記憶媒体に格納され、そして、コンピュータ動作中、請求項１から１０のうちいずれか１つに記載の方法を実行するのに適するプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品。

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