JP5870821B2 - 多重蛍光画像の画像解析のための装置、システム、方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明の実施形態として説明するものは、上述した着想が期待通りに実施可能であるかどうかを確認したものである。実施形態として,まず、動作原理を説明し、次に、装置構成等の細部を説明する。さらに、シミュレーション例によりこれらの確認内容について説明し、最後に変形例を説明する。
図1は、本実施形態において画像を取得するために利用する画像取得解析システム10000の概略構成を示す構成図である。画像取得解析システム10000は、励起光照射分光検出光学系1100(以下「検出光学系1100」と記す)と画像解析装置1200から構成されている。画像解析装置1200は、ブラインド・デコンポジション解析部200(「BD解析部200」)および濃度画像記録部300を備えている。これら以外にも、画像解析装置1200は、蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録部1400(「SR記録部1400」)、リニア・アンミキシング解析部1500(「LU解析部1500」)も備えている。SR記録部1400、LU解析部1500についての詳細は「1−5 応用:リニア・アンミキシング」の欄にて述べる。画像取得解析システム10000は、任意選択として表示部1300を備えており、濃度画像記録部300の画像データなどをユーザーに提示することができるように構成されている。
以下、画像解析装置1200における解析原理について説明する。まず、本実施形態の説明に先立ち、蛍光物質別の発光波長分布のみを利用する手法(リニア・アンミキシング法)、および、退色を利用する手法について説明する。そして本実施形態の構成について説明する。
本実施形態の退色系列分光画像データDSIではなく、分光画像のデータに基づくリニア・アンミキシングについて簡単に説明する。リニア・アンミキシングは、蛍光物質の発光波長スペクトルを利用して蛍光物質の濃度画像を算出する手法である。リニア・アンミキシングでは、1枚の分光画像のデータが式(1)のように表現される。
次に、本実施形態の退色系列分光画像データDSIではなく、退色の依存性のみを保持する系列データに基づいて、蛍光物質の発光の退色系列により蛍光物質の濃度画像を算出する手法を簡単に説明する。ここでの系列データとは、分光されていない画像や、分光されていても単一の波長の画像(以下総称して「系列画像」という)のデータである。1系列の系列画像のデータも、式(1)と類似の式(2)のように表現される。
上述したリニア・アンミキシングや、退色のみによる解析とは異なり、本実施形態の画像取得解析システム10000においては、退色系列分光画像データDSIを利用して、蛍光スペクトル系列Sおよび退色系列Dについての事前の知識を利用することなく蛍光物質別の濃度Cの画像を推定する。ここで、蛍光スペクトル系列Sは蛍光物質別の発光波長分布を示す。また、退色系列Dは励起光の繰り返しの各照射または照射期間中の時刻に対応する蛍光物質別の退色変化を示す。そして、濃度Cは各画素位置における蛍光物質別の濃度画像データである。この推定を実行するために用いるモデルをPARAFACモデルと呼ぶ。
PARAFACモデルは式(3)により表現される。
本実施形態において、PARAFACモデルを利用し、退色系列D、蛍光スペクトル系列S、および、濃度Cを、退色系列分光画像データDSIに適合させる目的のために採用する解析方法(パラメータ推定方法)をブラインド・デコンポジション法と呼ぶ。ブラインド・デコンポジション法は、PARAFACモデルのパラメータ推定を実行することができる任意の手法を含んでいる。例えば、一般に最尤法や交互最小二乗法によりPARAFACモデルのパラメータ推定を実行することができる。本実施形態において採用することができる具体例として、「1−3−1 処理フロー」の欄において交互最小二乗法による推定手法を説明する。
最終的に利用される情報は蛍光物質別の濃度Cの画像である。どの画素位置にどの蛍光物質がどの程度分布しているかの情報である蛍光物質別の濃度Cの画像が多重蛍光画像から分離できれば、画像解析の目的が達成される。濃度Cをすべての蛍光物質nについて推定して決定する処理が蛍光物質別の分布情報を取得する処理にほかならない。
以下、本実施形態の画像取得解析システム10000の各要素のより具体的な機能および詳細なアルゴリズムについて図3〜図6を参照して説明する。図3は、退色系列分光画像データに含まれている情報を模式的に示す説明図である。また図4は、本実施形態の画像解析装置1200の構成を示すブロック図である。図5は、画像解析装置1200における処理を示すフローチャートである。そして図6は、画像解析装置1200のより詳細な構成を示すブロック図である。
画像解析装置1200(図4)は、退色系列分光画像データDSIを受け付けるようになっている分光画像データ受信部150、ブラインド・デコンポジション解析部200と、濃度画像記録部300とを有している。分光画像データ受信部150は、退色系列分光画像データDSIを受け付けるようになっている。
次に、上記処理フローを実施するためのより詳細な画像解析装置1200の構成を説明する。図6に示すように、画像解析装置1200は、少なくとも一時的にデータを格納可能な任意の記憶部に、退色系列分光画像データ記憶部210(「DSI記憶部210」)と、変数記憶部220と、残差記憶部230とを有している。これらの記憶部はBD解析ステップS200の処理に利用される。DSI記憶部210は分光画像データ受信部150により受信した退色系列分光画像データDSIを格納する。変数記憶部220は、退色系列D記憶部222、蛍光スペクトル系列記憶部224、および濃度記憶部226を備えている。また、画像解析装置1200は、演算処理の機能手段として、モデル算出部240、残差算出部250、および収束判定部260を備えている。収束判定部260は、推定値算出部262、推定後残差算出部264、および変数選択部266を備えている。本実施形態の画像解析装置1200は、これらの記憶部や機能手段を利用しBD解析ステップS200の処理を実行する。
これまでの説明において、検出光学系1100と画像解析装置1200との動作を別々に説明したが、本実施形態は両者を備える画像取得解析システムとして実施することも可能である。例えば検出光学系1100をコンピュータから制御してより撮影対象S100(図5)の各ステップを実行することにより、当該コンピュータを画像解析装置1200として動作させることも好適な実施形態である。
次に、励起光が複数種である場合について説明する。図1に示したレーザーコンバイナ12により複数の波長の光源それぞれを逐次照射すれば、蛍光物質の吸収スペクトルが異なる性質を利用して、蛍光物質の励起効率の違いを利用した分離が可能となる。なお、複数種の励起光を照射するタイミングについては特段の制約はない。例えば、ある種類の励起光による励起光照射および撮影を一連の処理により行ない、その後に別の種類の励起光による励起光照射および撮影を一連の処理により行なう、といった処理によっても、蛍光物質の吸収スペクトルが異なる性質を利用することが可能となる。さらに、複数の波長の光源を照射する態様は、繰り返しまたはある照射期間にわたり照射される。このため、典型的な態様では、複数の波長の光源自体が別々の単一波長の光源の集合により構成されており、各光源からの光が逐次に繰り返し照射される。そして、撮影は、どの光源による励起光を撮影しているかが区別できるような任意のタイミングで撮影される。典型的には、光源を切り替えながら逐次に撮影される。
次に、ここまでに述べたブラインド・デコンポジション法を応用して実施することができる実用性の高い応用形態について説明する。上記「1−2−1 PARAFACモデル」の欄にて説明したように、ブラインド・デコンポジションによる推定対象に、蛍光物質別の蛍光スペクトル系列Sが含まれていることに本願の発明者らは着目した。PARAFACモデル(式(3))を利用する本実施形態においては、事前の知識無く蛍光物質別の蛍光スペクトル系列Sが得られる。このことは、従来は取得が難しかった蛍光スペクトル系列データSを、実際の対象物質中において、その場で推定できること、つまり蛍光スペクトル系列データSを測定していることを意味している。この推定された蛍光物質別の蛍光スペクトル系列Sは、環境に左右されやすく、測定に手間を要するなどの理由により取得が難しかった点から、その情報自体の利用価値が高い。
本実施形態における線形和モデルは、式(5)により示される。
次に、線形和モデルをリニア・アンミキシング法により処理するための機能について図4および図8を参照して説明する。図8は、本実施形態におけるリニア・アンミキシングの処理を行なう機能手段を示すブロック図である。上述したように、撮影対象の少なくとも一部から取得した退色系列分光画像データDSIを利用して少なくとも一度ブラインド・デコンポジション法を実行する。その際、図4に示した画像解析装置1200により濃度Cを推定するのと併せて、蛍光物質別の蛍光スペクトル系列Sも推定されている。この蛍光物質別の蛍光スペクトル系列Sが、各蛍光物質について既知となった蛍光スペクトルである蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRとしてSR記録部1400に格納される。
この蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRは。図8に示すように、LU解析部1500に入力される。また、LU解析部1500に接続されている分光画像データ受信部150は、追加分光画像データASI(Additional Spectral Image data)を受け付けるようになっている。この追加分光画像データASIは、検出光学系1100により追加励起光を照射して撮影することが可能なものである。ただし、リニア・アンミキシングにより処理する撮影対象(「今次の撮影対象」)は、蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRを得た撮影対象と同一の撮影対象であるか、または、別の撮影対象であっても、スペクトル系列Sが既知となって蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRが得られている蛍光物質を少なくとも1種含むものである。追加分光画像データASIは、追加励起光の照射に応じて今次の撮影対象から発せられた光を分光してイメージングすることにより得られた撮影対象の分光画像である。
本願の発明者らは、上述した構成の実用性を確かめるためシミュレーションによる確認を行なった。そして、任意の濃度分布をもつ蛍光物質が同時に存在し、蛍光波長範囲がオーバーラップしていても、PARAFACモデルをブラインド・デコンポジション法により解析する画像解析装置1200の処理が十分な精度をもたらすことを確認した。以下のシミュレーション例に示す手法、処理内容、処理手順、要素や具体的処理等は本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することかできる。したがって、本発明の範囲は以下の具体例に限定されるものではない。説明には、図9〜12に加え図3〜8も適宜参照する。
図9は、シミュレーションに用いた画像データの様子を示す画像データの表示である。図9(a)に示す6画像((a1)〜(a6))は、多重蛍光画像を模擬して重ね合わせる前のオリジナル画像であるのに対し、図9(b)の6画像((b1)〜(b6))は、画像解析装置1200により分離した状況を模擬した復元画像である。また、図10は、各画像の各プレーンに対応させる6種類の蛍光物質の発光スペクトルと退色系列を示すグラフである。図10(a)の2画像((a1)、(a2))は、それぞれ、オリジナル画像に対応させる発光スペクトルおよび退色系列であり、図10(b)の2画像((b1)、(b2))は、それぞれ、画像解析装置1200による分離処理の際に推定された発光スペクトルおよび退色系列である。
ステップ1:まず、Lennaと呼ばれる女性と、Mandrillと呼ばれるサルとについての写真のデジタル画像データを準備した。これらの画像データは、DSIBA(Standard Image Data−BAse)に含まれている。これらの画像を総称してオリジナル画像と呼ぶ。オリジナル画像の画素サイズはいずれも256×256画素であり、LennaおよびMandrillのそれぞれが赤(R)、青(B)、緑(G)の各プレーンを持ち、各プレーンの各画素が最大256階調のビット深度の画素値である(図9(a))。
以下、上記シミュレーションの結果について説明する。まず、ステップ3により推定された復元画像や推定された蛍光物質の特性は図9(b)および図10(b)に示した通りである。図9(b)の6枚の復元画像は、対応するオリジナル画像と目視しても見分けが付かない。同様に、図10(b)の発光スペクトルおよび退色時系列のグラフもステップ2において与えたものと見分けが付かない。また、目視確認する限り、図10(b1)のLennaのRプレーンの画像に、図10(b4)〜(b6)のMandrillのいずれのプレーンの画像が混じっている痕跡は確認できない。
[3−1 多色励起への応用]
上述したシミュレーションは、励起波長を1波長とした場合に対応する状況において、6種の蛍光物質(6色)による多重蛍光画像から復元画像を生成しうることを確認したものである。本実施形態では、吸収スペクトルに違いがある蛍光物質を利用する限り、多種の励起光を照射した得た励起光別の退色系列分光画像データからより多数種類の多重蛍光画像からの個別蛍光物質の分布画像の再現が可能である。
マイクロアレイなどの蛍光を用いた生化学アッセイに本実施形態の画像解析装置1200を応用することも有用である。複数の蛍光物質を利用した蛍光標識を組み合わせることにより、共同的に働く複数の細胞内コンポーネントの挙動を解析する処理を効率良く実行することが可能となる。
撮影対象それ自体の組織が何らかの蛍光を示す自家蛍光がみられる場合であっても、上述した画像解析装置1200を利用することにより、想定される自家蛍光成分の数を指定することのみで、その自家蛍光成分が、等価的には蛍光物質よる蛍光であるかのような取扱いができる。このため、画像解析装置1200では、自家蛍光を同定すること、ひいてはその自家蛍光成分を除外することが可能となる。つまり、蛍光スペクトルや退色系列についての事前の知識を要しない本実施形態の手法においては、自家蛍光成分についても同様に分離同定可能である。しかも、複数種の自家蛍光が生じる場合にも、自家蛍光の空間分布を種類別に得ることが可能である。これにより、蛍光イメージングにおいて大幅なS/N比の向上が期待される。これまで省みられなかった退色と自家蛍光を積極的に利用し、蛍光イメージングの質的向上を図ることが可能となるのである。
上述したPARAFACモデルやブラインド・デコンポジション法には、様々な観点で変形し工夫することが可能な処理が残されている。例えば、式(3)のm、t、lそれぞれの付与の仕方については、例えばmつまり画素位置を示すインデックスは、ラスタースキャンのように主走査と副走査を組み合わせ全画素を網羅することは必要ではない。同様に、退色系列のためのインデックスtについても、照射光の繰り返しの順序に合わせる必要も無い。ブラインド・デコンポジション法においては、画素間の相関は使用せず、発光スペクトルを表式で近似したりせず、また、退色系列に特定の時間変化を仮定してもいない。したがって、PARAFACモデルとして説明した成分の組合せにより表現される限り、収束計算の観点や様々な観点により、データの処理順序を変更することが可能である。
画像解析装置1200の実装をコンピュータにより行なう場合、BD解析部200や濃度画像記録部300(図4)を実装する画像解析用コンピュータの形式や数は特に限定されない。例えば、検出光学系1100とコンピュータネットワークを利用し接続された任意のコンピュータにBD解析部200や濃度画像記録部300のいずれかまたは一方のみを実装することが可能である。
濃度画像記録部300(図4)に記録される蛍光物質別の濃度Cは、その画像自体を観察のために利用できるほか、動画の構成要素としても利用することが可能である。例えば適当な時間間隔で継続的に撮影した濃度Cを時間順に並べれば、動画を構成することができる。この際、励起光の照射に対し蛍光物質が退色する依存性は、退色系列Dにのみ反映され濃度Cに陽には含まれない。このことは、濃度Cを時間に沿って配置した動画においては、たとえ蛍光物質が退色するようなものであっても、その蛍光の変化がキャンセルされることを意味している。つまり、本実施形態の手法により得た動画は、退色による見かけ上の変化にほとんど影響されずに蛍光物質の空間分布の時間的挙動をより正確に把握することを可能にするものといえる。
1100 励起光照射分光検出光学系(検出光学系)
10 共焦点スキャナ
12 レーザーコンバイナ
14 ダイクロイックミラー
16 ガルバノミラー
18 対物レンズ
20 ピンホール
22 回折格子
24 受光素子アレイ
1200 画像解析装置
150 分光画像データ受信部
200 デコンポジション解析部(BD解析部)
210 退色系列分光画像データ記憶部(DSI記憶部)
220 変数記憶部
222 退色系列D記憶部
224 蛍光スペクトル系列S記憶部
226 濃度C記憶部
230 残差記憶部
240 モデル算出部
250 残差算出部
260 収束判定部
262 推定値算出部
264 推定後残差算出部
266 変数選択部
300 濃度画像記録部
302、304 蛍光物質別の濃度画像
1300 表示部
1400 スペクトル系列記録部(SR記録部)
1500 アンミキシング解析部(LU解析部)
510 追加分光画像データ記憶部(ASI記憶部)
520 変数記憶部
530 推定値算出部
Claims (14)
- 退色系列分光画像データを受け付けるようになっている分光画像データ受信部と、ここで該退色系列分光画像データは、複数種の蛍光物質を含む撮影対象に向けて少なくとも1種の励起光を繰り返しまたはある照射期間にわたり照射し、励起光の照射に応じて前記撮影対象から発せられた光を分光してイメージングすることにより得られた前記撮影対象の少なくとも一部分の分光画像のデータ系列であり、
PARAFACモデルを利用して、蛍光物質別の発光波長分布のための蛍光スペクトル系列S、励起光の繰り返しの各照射または前記照射期間中の時刻に対応する蛍光物質別の退色変化のための退色系列D、および各画素位置における蛍光物質別の濃度画像データのための濃度Cを、前記分光画像データ受信部が受け付けた前記退色系列分光画像データに適合するように決定するブラインド・デコンポジション解析部と、ここで前記PARAFACモデルは、前記退色系列分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光スペクトル系列Sと前記退色系列Dと前記濃度Cとの三者の積とすることによりモデル化したものであり、
前記ブラインド・デコンポジション解析部により決定された各画素位置の前記濃度Cを蛍光物質別の濃度画像データとして格納する濃度画像記録部と
を備えてなる
画像解析装置。 - 前記退色系列分光画像データが、互いに異なる励起光スペクトルを持つ複数種の励起光それぞれを、繰り返しまたはある照射期間にわたり照射して得られたものであり、
前記ブラインド・デコンポジション解析部は、拡張したPARAFACモデルを利用して、前記分光画像データ受信部が前記複数種の励起光の種類別に受け付けた前記退色系列分光画像データに適合するように、前記蛍光スペクトル系列S、前記退色系列D、および前記濃度Cを前記励起光の種類別に決定するものであり、ここで前記拡張したPARAFACモデルは、前記励起光の種類別に、前記退色系列分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光スペクトル系列Sと前記退色系列Dと前記濃度Cとの三者の積とすることにより前記励起光の種類別にモデル化したものである
請求項1に記載の画像解析装置。 - 前記ブラインド・デコンポジション解析部は、前記寄与の和と前記退色系列分光画像データの各画素位置の強度値との間の残差を示す値を前記退色系列分光画像データの範囲について積算した値である残差積算値を減少させるように、交互最小二乗法によって、前記スペクトル系列Sと前記照射系列Dと前記濃度Cとを決定するものである
請求項1または請求項2に記載の画像解析装置。 - 前記撮影対象の少なくとも一部分の撮影に基づいて前記ブラインド・デコンポジション解析部が決定し既知となった蛍光物質別の前記スペクトル系列Sを含む蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRを格納する蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録部
をさらに備え、
前記分光画像データ受信部は、前記撮影対象、または前記複数種の蛍光物質のうちスペクトル系列Sが既知となった蛍光物質を少なくとも1種含む別の撮影対象のいずれかである今次の撮影対象に向けて少なくとも1種の追加励起光を照射し、該追加励起光の照射に応じて該今次の撮影対象から発せられた光を分光してイメージングすることにより得られた該今次の撮影対象の分光画像である追加分光画像データを受け付けるようになっており、
前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRを前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録部から呼び出して、線形和モデルを利用して、各画素位置における蛍光物質別の濃度画像データのための濃度Cを、前記分光画像データ受信部が受け付けた前記追加分光画像データに適合するように決定するリニア・アンミキシング解析部
をさらに備え、
ここで前記線形和モデルは、前記追加分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRと前記濃度Cとの積とすることによりモデル化したものであり、
前記濃度画像記録部が、前記リニア・アンミキシング解析部により決定された、前記今次の撮影対象についての各画素位置の前記濃度Cを蛍光物質別の濃度画像データとして格納するものである
請求項1または請求項2に記載の画像解析装置。 - 退色系列分光画像データを受け付ける分光画像データ受信ステップと、ここで該退色系列分光画像データは、複数種の蛍光物質を含む撮影対象に向けて少なくとも1種の励起光を繰り返しまたはある照射期間にわたり照射し、該励起光の照射に応じて前記撮影対象から発せられた光を分光してイメージングすることにより得られた前記撮影対象の少なくとも一部分の分光画像のデータ系列であり、
PARAFACモデルを利用して、蛍光物質別の発光波長分布のための蛍光スペクトル系列S、励起光の繰り返しの各照射または前記照射期間中の時刻に対応する蛍光物質別の退色変化のための退色系列D、および各画素位置における蛍光物質別の濃度画像データのための濃度Cを、受け付けた前記退色系列分光画像データに適合するように決定するブラインド・デコンポジション解析ステップと、ここで前記PARAFACモデルは、前記退色系列分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光スペクトル系列Sと前記退色系列Dと前記濃度Cとの三者の積とすることによりモデル化したものであり、
前記ブラインド・デコンポジション解析ステップにより決定された各画素位置の前記濃度Cを蛍光物質別の濃度画像データとして濃度画像記録部に格納する濃度画像記録ステップと
を含んでなる
画像解析方法。 - 前記退色系列分光画像データが、互いに異なる励起光スペクトルを持つ複数種の励起光それぞれを、繰り返しまたはある照射期間にわたり照射して得られた前記複数種の励起光の種類別のものであり、
前記ブラインド・デコンポジション解析ステップは、拡張したPARAFACモデルを利用して、前記複数種の励起光の種類別に受け付けた前記退色系列分光画像データに適合するように、前記蛍光スペクトル系列S、前記退色系列D、および前記濃度Cを前記励起光の種類別に決定するものであり、ここで前記拡張したPARAFACモデルは、前記励起光の種類別に、前記退色系列分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光スペクトル系列Sと前記退色系列Dと前記濃度Cとの三者の積とすることにより前記励起光の種類別にモデル化したものである
請求項5に記載の画像解析方法。 - 前記ブラインド・デコンポジション解析ステップは、前記寄与の和と前記退色系列分光画像データの各画素位置の強度値との間の残差を示す値を前記退色系列分光画像データの範囲について積算した値である残差積算値を減少させるように、交互最小二乗法によって、前記スペクトル系列Sと前記照射系列Dと前記濃度Cとを決定するものである
請求項5または請求項6に記載の画像解析方法。 - 前記撮影対象の少なくとも一部分の撮影に基づいて前記ブラインド・デコンポジション解析ステップにより決定され既知となった蛍光物質別の前記スペクトル系列Sを含む蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRを蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録部に格納する蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録ステップ
をさらに含み、
前記分光画像データ受信ステップは、前記撮影対象、または前記複数種の蛍光物質のうちスペクトル系列Sが既知となった蛍光物質を少なくとも1種含む別の撮影対象のいずれかである今次の撮影対象に向けて少なくとも1種の追加励起光を照射し、該追加励起光の照射に応じて該今次の撮影対象から発せられた光を分光してイメージングすることにより得られた該今次の撮影対象の分光画像である追加分光画像データを受け付けるものであり、
前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRを前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録部から呼び出して、線形和モデルを利用して、各画素位置における蛍光物質別の濃度画像データのための濃度Cを、前記分光画像データ受信ステップにおいて受け付けた前記追加分光画像データに適合するように決定するリニア・アンミキシング解析ステップ
をさらに含み、
ここで前記線形和モデルは、前記追加分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRと前記濃度Cとの積とすることによりモデル化したものであり、
前記濃度画像記録ステップは、前記リニア・アンミキシング解析ステップにより決定された、前記今次の撮影対象についての各画素位置の前記濃度Cを蛍光物質別の濃度画像データとして濃度画像記録部に格納するものである
請求項5または請求項6に記載の画像解析方法。 - 記憶装置、演算装置、および入力装置を備えるコンピュータに、請求項5〜請求項7のいずれかに記載の分光画像データ受信ステップ、ブラインド・デコンポジション解析ステップ、および濃度画像記録ステップを実行させる
画像解析プログラム。 - 前記コンピュータに、請求項8に記載の蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録ステップおよびリニア・アンミキシング解析ステップをさらに実行させる
請求項9に記載の画像解析プログラム。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像解析装置と
複数種の蛍光物質を含む撮影対象に向けて少なくとも1種の励起光を繰り返しまたはある照射期間にわたり照射する励起光照射部と、
前記励起光の照射に応じて前記撮影対象から発せられた光を分光することにより分光出力を得る分光部と、
該分光出力を受光し、前記励起光の繰り返しの各照射または前記照射期間中の時刻に対応する前記撮影対象の少なくとも一部分の分光画像のデータ系列を前記退色系列分光画像データとして出力するイメージャーと
を備えてなる
画像取得解析システム。 - 請求項4に記載の画像解析装置と、
複数種の蛍光物質を含む撮影対象に向けて少なくとも1種の励起光を繰り返しまたはある照射期間にわたり照射するとともに、前記撮影対象、または前記複数種の蛍光物質のうちスペクトル系列Sが既知となった蛍光物質を少なくとも1種含む別の撮影対象のいずれかである今次の撮影対象に向けて少なくとも1種の追加励起光を照射する励起光照射部と、
前記励起光の照射に応じて前記撮影対象から発せられた光を分光することにより分光出力を得るとともに、前記追加励起光の照射に応じて前記今次の撮影対象から発せられた光を分光することにより追加分光出力を得る分光部と、
該分光出力を受光し、前記励起光の繰り返しの各照射または前記照射期間中の時刻に対応する前記撮影対象の少なくとも一部分の分光画像のデータ系列を前記退色系列分光画像データとして出力するとともに、前記追加分光出力を受光し、前記追加励起光に対応する前記今次の撮影対象の少なくとも一部分の分光画像のデータ系列を前記追加分光画像データとして出力するイメージャーと
を備えてなる
画像取得解析システム。 - 複数種の蛍光物質を含む撮影対象に向けて少なくとも1種の励起光を繰り返しまたはある照射期間にわたり照射する励起光照射ステップと、
前記励起光の照射に応じて前記撮影対象から発せられた光を分光することにより分光出力を得る分光ステップと、
該分光出力を受光し、前記励起光の繰り返しの各照射または前記照射期間中の時刻に対応する前記撮影対象の少なくとも一部分の分光画像のデータ系列を退色系列分光画像データとして出力するイメージングステップと、
PARAFACモデルを利用して、蛍光物質別の発光波長分布のための蛍光スペクトル系列S、励起光の繰り返しの各照射または前記照射期間中の時刻に対応する蛍光物質別の退色変化のための退色系列D、および各画素位置における蛍光物質別の濃度画像データのための濃度Cを、受け付けた前記退色系列分光画像データに適合するように決定するブラインド・デコンポジション解析ステップと、ここで前記PARAFACモデルは、前記退色系列分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光スペクトル系列Sと前記退色系列Dと前記濃度Cとの三者の積とすることによりモデル化したものであり、
前記ブラインド・デコンポジション解析ステップにより決定された各画素位置の前記濃度Cを蛍光物質別の濃度画像データとして濃度画像記録部に格納する濃度画像記録ステップと
を含んでなる
画像取得解析方法。 - 前記撮影対象の少なくとも一部分の撮影に基づいて前記ブラインド・デコンポジション解析ステップにより決定され既知となった蛍光物質別の前記スペクトル系列Sを含む蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRを蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列記録部に格納する蛍光物質別スペクトル系列記録ステップ
をさらに含み、
前記分光画像データ受信ステップは、前記撮影対象、または前記複数種の蛍光物質のうちスペクトル系列Sが既知となった蛍光物質を少なくとも1種含む別の撮影対象のいずれかである今次の撮影対象に向けて少なくとも1種の追加励起光を照射し、該追加励起光の照射に応じて該今次の撮影対象から発せられた光を分光してイメージングすることにより得られた前記撮影対象の分光画像である追加分光画像データを受け付けるものであり、
前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRを前記蛍光物質別スペクトル系列記録部から呼び出して、線形和モデルを利用して、各画素位置における蛍光物質別の濃度画像データのための濃度Cを、前記分光画像データ受信ステップにおいて受け付けた前記追加分光画像データに適合するように決定するリニア・アンミキシング解析ステップ
をさらに含み、
ここで前記線形和モデルは、前記追加分光画像データの各画素位置の強度値となるべき値を各蛍光物質からの寄与の和により表現し、各蛍光物質からの寄与を、前記蛍光物質別リファレンス・スペクトル系列SRと前記濃度Cとの積とすることによりモデル化したものであり、
前記濃度画像記録ステップは、前記リニア・アンミキシング解析ステップにより決定された、前記今次の撮影対象についての各画素位置の前記濃度Cを蛍光物質別の濃度画像データとして濃度画像記録部に格納するものである
請求項13に記載の画像取得解析方法。
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