JP5894180B2 - 深さ分解能が向上した顕微鏡検査 - Google Patents
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Description
a)サンプル中に存在するマーキング分子の部分集合の活性化および励起を繰り返して発光放射を放出させる工程であって、サンプル中において、発光マーキング分子の少なくともいくつかは、直接隣接する発光マーキング分子から、少なくとも所定の光学分解能に由来する長さ以上の距離にある、工程と、
b)発光マーキング分子を有するサンプルの撮像を深さ方向に沿って所定の光学分解能で繰り返す工程と、
c)工程b)の撮像操作から個別の画像を生成する工程であって、個別の画像内の発光マーキング分子の幾何学的位置が、所定の光学分解能を越える空間分解能で決定される、生成する工程とを含む。
a)サンプル中に存在するマーキング分子の部分集合の活性化および励起を繰り返して発光放射を放出させるように形成された照明ビーム経路であって、サンプル中において、発光マーキング分子の少なくともいくつかは、直接隣接する発光マーキング分子から、少なくとも所定の光学分解能に由来する長さ以上の距離にある、照明ビーム経路と、
b)発光マーキング分子を有するサンプルの撮像を深さ方向に沿って所定の光学分解能で繰り返すように構成された撮像装置と、
c)撮像操作から個別の画像を生成し、個別の画像内の発光マーキング分子(1)の幾何学的位置を、所定の光学分解能を越える空間分解能で決定する制御および評価装置とを備える。
d)工程a)における活性化および励起のうちの少なくとも一方が、少なくとも2つの領域中に導入される放射により行われ、領域が、それぞれ前記深さ方向に略垂直な面に沿って延在し、領域が、深さ方向に所定の広がりを有し、領域は、深さ方向に見たときに領域が互いに前後し部分的にだけ重なるように配置され、
e)個別の画像から発光マーキング分子に関する深さ情報を得るために、サンプルの個別の画像が、少なくとも2つの領域の各々の活性化および励起のうちの少なくとも一方について、工程b)において記録される。
d)照明ビーム経路が、少なくとも2つの領域内に、活性化および励起のうちの少なくとも一方のための放射を導入し、領域が、それぞれ深さ方向に略垂直な面に沿って延在し、領域が、深さ方向に所定の広がりを有し、領域は、深さ方向に見たときに領域が互いに前後して部分的にだけ重なるように配置され、
e)撮像装置は、少なくとも2つの領域の各々の活性化および励起のうちの少なくとも一方について、サンプルの個別の画像を記録し、制御および評価装置は、個別の画像から発光マーキング分子に関係する深さ情報を得る。
深さ方向において互いに前後して位置する領域の重なりは、深さ方向の分解能にとって決定的である。光学設計に応じて、深さ方向の領域の広がりの境界は鮮明度という点で異なる。例えば、回折限界の放射が光シートの形態で導入されれば、光シートの厚さ(すなわち深さ方向のその広がり)は、導入光学系に依存する。光強度は、例えばz軸方向のガウス関数に従う。このとき、空間広がりは、光強度が特定の最小値に低下した時点の値に基づき定義することができる。この場合の通常の値は1/eの値である。しかし、本発明の範囲内で他の定義が可能である。
本発明が上のようにまたは方法を参照して以下に説明される限りにおいては、本開示は、好適な手段と特には本方法を実行するのに好適な制御および評価装置とを有する対応する顕微鏡に等しく適用される。逆に、対応する顕微鏡の説明は、その動作モードに従う対応する方法工程を等しく開示する。
この構造またはこれにより実現される照明の効果は、図11に概略的に表される。複数の焦点41が焦点面39内および矢印43の方向においてサンプルを貫通するということがわかる。上記に関連して同期して、および時間オフセットをもって、焦点46は、焦点面40内において、上記に関連して並列的に、すなわち矢印44の方向において貫通する。各焦点は焦点41に対して参照符号45、および焦点42に対して参照符号46で概略的に示される強度分布を有するので、その結果重なり32が再び得られる。
2つの照明状態に割り当てられる2つの画像の検出は、それに応じて同期された方法で読み出されるカメラにより行なうことができる。本方法を加速するために、対応するビームスプリッタを介し検出ビーム経路内に2台のカメラを反映させることが有利である。特に、カメラ読み出し期間中に通常発生する不感時間はこれにより低減することができる。
照明状態の切り替えに関して、特に光シートによる横方向の照明の場合、ガルバノスキャナ、音響光学変調器、またはフィルタおよび/または切り替え可能位相要素が考慮される。
説明された手順はさらに、異なるサンプル位置の信号間の相互相関の評価を可能にする。
Claims (16)
- マーキング分子(1)でマーキングされるサンプル(7)の高分解能ルミネッセンス顕微鏡検査の方法であって、前記マーキング分子(1)は、活性化されると励起されて固有の発光放射を放出するように、活性化されることが可能であり、
a)前記サンプル(7)中に存在する前記マーキング分子(1)の部分集合の活性化および励起を繰り返して発光放射を放出させる工程であって、前記サンプル中において、発光マーキング分子(1)の少なくともいくつかは、直接隣接する発光マーキング分子(1)から、少なくとも所定の光学分解能に由来する長さ以上の距離にある、前記放出させる工程と、
b)発光マーキング分子(1)を有する前記サンプル(7)の撮像を深さ方向に沿って前記所定の光学分解能で繰り返す工程と、
c)工程b)の撮像操作から個別の画像を生成する工程であって、前記個別の画像内の前記発光マーキング分子(1)の幾何学的位置が、前記所定の光学分解能を越える空間分解能で決定される、前記生成する工程と
を含む方法において、前記深さ方向に沿った高分解能のために、
d)工程a)における活性化および励起のうちの少なくとも一方が、少なくとも2つの領域中に導入される放射により行われ、
−前記領域(30、31)が、それぞれ前記深さ方向に略垂直な面(39、40)に沿って延在し、
−前記領域(30、31)が、前記深さ方向に所定の広がりを有し、
−前記領域(30、31)は、前記深さ方向に見たときに前記領域が互いに前後して部分的にだけ重なるように配置され、
e)前記個別の画像から前記発光マーキング分子(1)に関する深さ情報を得るために、前記サンプル(7)の個別の画像が、前記少なくとも2つの領域(30、31)の各々の活性化および励起のうちの少なくとも一方について、工程b)において記録されることを特徴とする方法。 - 工程e)において、少なくとも2つの個別の画像の両方に現われる発光マーキング分子(1)が、選択されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの画像において、選択されたマーキング分子(1)の発光強度が比較されることにより、深さが特定されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 工程d)において、前記放射は、少なくとも1つの光シート(30、31)の形態で導入され、前記少なくとも1つの光シート(30、31)は、前記深さ方向に関して横断的に導入され、厚さが前記広がりを規定する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光シートの厚さは回折限界である、請求項4に記載の方法。
- 前記光シート(30、31)は、前記深さ方向に関して横断的に、前記サンプルに対して少なくとも2つの位置に移動されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 交互にスイッチオン及びオフされるか、または差動的に変調される2つの離間した光シート(30、31)が使用されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 工程d)において、前記深さ方向に沿った放射は、少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)の形態で導入され、前記少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)のうちの第1の焦点(41)は、2つの面のうちの第1の面(39)内に合焦されており、前記少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)のうちの第2の焦点は、前記2つの面のうちの第2の面(40)内に合焦されており、前記少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)は、前記2つの領域を形成するために、それぞれの面(39、40)に沿って移動され、合焦のための被写界深度は、前記領域の広がりを規定することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
- マーキング分子(1)でマーキングされるサンプル(7)の高分解能ルミネッセンス顕微鏡検査のための顕微鏡であって、前記マーキング分子(1)は、活性化されると励起されて固有の発光放射を放出するように活性化されることが可能であり、
a)前記サンプル(7)中に存在する前記マーキング分子(1)の部分集合の活性化および励起を繰り返して発光放射を放出させるように形成された照明ビーム経路(22)であって、前記サンプル(7)中において、発光マーキング分子(1)の少なくともいくつかは、直接隣接する発光マーキング分子(1)から、少なくとも所定の光学分解能に由来する長さ以上の距離にある、前記照明ビーム経路(22)と、
b)発光マーキング分子(1)を有する前記サンプル(7)の撮像を深さ方向に沿って前記所定の光学分解能で繰り返すように構成された撮像装置(21)と、
c)撮像操作から個別の画像を生成し、前記個別の画像内の前記発光マーキング分子(1)の幾何学的位置を、前記所定の光学分解能を越える空間分解能で決定する制御および評価装置(18)と
を備える顕微鏡において、前記深さ方向に沿った高分解能のために、
d)前記照明ビーム経路(22)が、少なくとも2つの領域(30,31)内に、活性化および励起のうちの少なくとも一方のための放射を導入し、
−前記領域(30、31)が、それぞれ前記深さ方向に略垂直な面(39、40)に沿って延在し、
−前記領域(30、31)が、前記深さ方向に所定の広がりを有し、
−前記領域(30、31)は、前記深さ方向に見たときに前記領域が互いに前後して部分的にだけ重なるように配置され、
e)前記撮像装置(21)は、前記少なくとも2つの領域(30、31)の各々の活性化および励起のうちの少なくとも一方について、前記サンプルの個別の画像を記録し、前記制御および評価装置は、前記個別の画像から前記発光マーキング分子(1)に関係する深さ情報を得ることを特徴とする顕微鏡。 - 前記照明ビーム経路(22)は、少なくとも1つの光シート(30、31)の形態で活性化および励起のうちの少なくとも一方のための放射を導入し、前記少なくとも1つの光シート(30、31)は、前記深さ方向に関して横断的に位置し、厚さが前記広がりを規定することを特徴とする、請求項9に記載の顕微鏡。
- 前記光シート(30、31)の厚さは回折限界である、請求項10に記載の顕微鏡。
- 前記照明ビーム経路(22)は、前記深さ方向に関して横断的に、前記光シート(30、31)を少なくとも2つの位置に移動させる装置(24)を有することを特徴とする、請求項10に記載の顕微鏡。
- 前記照明ビーム経路(22)は、交互にスイッチオン及びオフされるか、または差動的に変調される2つの離間した光シートを有することを特徴とする、請求項10に記載の顕微鏡。
- 前記照明ビーム経路(22)は、少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)の形態で前記深さ方向に沿って前記活性化および励起のうちの少なくとも一方のための放射を導入し、前記少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)のうちの第1の焦点(41)を、2つの面のうちの第1の面(39)内に合焦し、前記少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)のうちの第2の焦点(42)を、前記2つの面のうちの第2の面(40)内に合焦し、前記2つの領域を形成するために、それぞれの面(39、40)に沿って前記少なくとも一対の回折限界焦点(41、42)を移動させ、合焦のための被写界深度は、前記領域の広がりを規定することを特徴とする、請求項10乃至13のいずれか一項に記載の顕微鏡。
- 前記照明ビーム経路(22)は、回転ディスク(33)上に配置されたミニレンズアレイ(35、36)を含むことを特徴とする、請求項14に記載の顕微鏡。
- 前記制御および評価装置(18)は、顕微鏡(6)を駆動して請求項1から8に記載の方法を実行するように形成されていることを特徴とする、請求項9乃至15のいずれか一項に記載の顕微鏡。
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