JP6910383B2 - 蛍光強度を正規化するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、方法、特に強度を正規化するための蛍光顕微鏡法または内視鏡撮像法、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体、および内視鏡装置または顕微鏡装置のためのコントローラに関する。

従来技術において、外科手術用顕微鏡としての一般的な観察装置である内視鏡または顕微鏡は、測定された強度、特に蛍光を基礎とした観察中に測定された強度、すなわち蛍光強度が、観察装置の光学セッティングパラメータによる影響を受けるという欠点を有している。一般的に、公知の観察装置の感度は、光学セッティングパラメータとの機能的な関係性を示す。感度は、例えば光学セッティングパラメータのうちの少なくとも１つに反比例する場合がある。

したがって、蛍光強度が撮像される場合には、検出された強度が蛍光体濃度に起因するものであるのか、または光学セッティングパラメータに起因するものであるのかが一義的でないことから、十分な注意が払われなければならない。

したがって、本発明の課題は、蛍光体濃度の決定を改善する、方法、非一時的な記憶媒体、および内視鏡装置または顕微鏡装置のためのコントローラを提供することである。

冒頭で述べた本発明による方法は、少なくとも１つの光学セッティングパラメータが変更された場合に、少なくとも１つの露光制御パラメータを自動的に調整することによって、上述の問題を解決し、かつ従来技術による方法の欠点を克服する。

本発明による非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、本発明による方法の少なくとも１つの実施形態を実行するためのプログラムを含んでおり、したがって本発明による方法と同一の利点をもたらす。

冒頭で述べた本発明によるコントローラは、光学セッティングパラメータを表す光学セッティングデータを受信するための入力セクションを備えることによって、上述の問題を解決する。光学セッティングデータは、特に、倍率セッティングデータおよび作動距離セッティングデータのうちの少なくとも１つを含んでおり、またコントローラは、さらに、露光制御パラメータを表す露光制御データを出力するための出力セクションを有している。露光制御データは、特に、検出器利得データ、露光時間データおよび光強度データから成るグループのうちの少なくとも１つを含んでいる。さらに、コントローラは、少なくとも１つの光学セッティングデータに依存する少なくとも１つの露光制御データを決定するための決定モジュールを有している。

本発明による方法、本発明による非一時的なコンピュータ可読記憶媒体および本発明によるコントローラによって、観察装置の種々の光学セッティングパラメータの少なくとも１つの影響を相殺することができる。相殺が行われなければ、検査される試料における蛍光体濃度が同一であるにもかかわらず、変化した強度、特に蛍光強度が測定されることになるであろう。

したがって、検出された強度（蛍光強度）に対する、変化する光学セッティングパラメータの影響が除去され、観察される試料の強度（蛍光強度）が一定となる結果、像データにおいて、または観察手段（例えば、接眼レンズ）を介してユーザによって観察される際に、一定の強度値または輝度がもたらされることになる。

観察装置の調整は、特に自動的に実施され、したがってユーザインタラクションを要することなく実施される。

本発明を、それ自体で有利である別の実施形態によって改善することができる。種々の実施形態の技術的な特徴を、相互に任意に組み合わせることができるか、またはある技術的な特徴を省略したとしてもそれが本発明による技術的な効果の達成にとって重要でない場合には、その技術的な特徴を省略することができる。

「決定」または「決定するための」という語句は、位置、倍率、または値を発見または識別するためのものであると解されるべきであり、位置、倍率、または値を固定、規定または特定するためのものではないと解されるべきである。

以下の記述においては、蛍光強度、顕微鏡または内視鏡または特定の光学セッティングパラメータまたは露光制御パラメータという表現は、本発明を限定するものと解されるべきではない。それらの表現は、むしろ、強度、光学的な観察装置および全ての光学セッティングパラメータまたは露光制御パラメータを代表するものと解されるべきである。同様に、単数形または複数形は、保護の範囲を限定するものではない。

本発明による方法は、特に、少なくとも１つの光学セッティングパラメータに依存して、少なくとも１つの露光制御パラメータを自動的に調整するために校正データを使用することができる。

したがって、本発明による方法のこの実施形態を実施することに適している、相応の本発明によるコントローラは、校正データが事前に記憶されている、少なくとも１つのメモリモジュールを備えることができる。

校正データとは、少なくとも１つの光学セッティングパラメータを、少なくとも１つの露光制御パラメータと相互に関連付けるか、またはリンクさせるルックアップテーブルと解することができる。特に、校正データは、露光制御パラメータ、または複数の露光制御パラメータの組合せを、光学セッティングパラメータ、または複数の光学セッティングパラメータの組合せに割り当てる。

したがって、校正データを、割当てテーブルの形態で記憶されている所定値と解することができる。

本発明による方法は、さらに、少なくとも１つの光学セッティングパラメータに基づいて、少なくとも１つの露光制御パラメータを計算するステップを含むことができる。

したがって、相応の本発明によるコントローラは、少なくとも１つの光学セッティングデータに基づいて、少なくとも１つの露光制御データを計算するための計算モジュールを備えることができる。

少なくとも１つの露光制御パラメータの計算を、事前に記憶されている校正データに基づいた割当てに付加的にまたは代替的に実施することができる。

特に、少なくとも１つの光学セッティングパラメータが校正データに設けられていない場合には、コントローラの入力セクションを介して供給された少なくとも１つの光学セッティングパラメータに基づいて少なくとも１つの露光制御パラメータを計算するために、計算モジュールを使用することができる。

１つの別の実施形態においては、補間モジュールをコントローラに設けることができる。したがって、相応の方法は、少なくとも１つの光学セッティングデータに基づいて、少なくとも１つの露光制御データを補間するステップを備えることができる。

光学セッティングパラメータは、作動距離および／または倍率を含むことができる。それらの光学セッティングパラメータは、使用される対物レンズを表すパラメータを含むこともできる。種々の対物レンズによって、種々の光学グレードをもたらすことができ、したがって検出される蛍光強度を変化させることができる。

作動距離は、光を、特に試料に由来する蛍光を収集するための検出光学アセンブリの前端との間で測定された距離と解することができる。検出光学アセンブリは対物レンズであってよい。

したがって、光学セッティングデータの形態でコントローラに供給される光学セッティングパラメータは、露光制御パラメータを決定するために、すなわち割り当てるために、かつ／または計算するために考慮され、それらは、露光制御データの形態でコントローラから出力され、その結果、異なる光学セッティングに起因する、検出された強度、特に蛍光強度の変化が、本発明による方法および本発明によるコントローラによって相殺されるので、そのような変化は阻止される。

したがって、検出された強度に対する光学系、特に対物レンズのような光学検出システムの影響は、自動的に除去される。

少なくとも１つの露光制御パラメータは、特に、少なくとも１つの光学セッティングパラメータに比例するものであってよい。

露光制御パラメータは、検出器利得、露光時間および光強度から成るグループのうちの少なくとも１つを含むことができる。このグループは排他的なものと解されるべきではなく、別のパラメータを露光制御パラメータのグループに含ませることができる。

換言すれば、１つの光学セッティングパラメータ（例えば、倍率）を表す光学セッティングデータの値が増大すると、１つの露光制御パラメータ（例えば、検出器利得）を表す露光制御データの値を増大させることができる。

したがって、本発明によるコントローラを含む、または本発明による方法を実施する観察装置の感度は、少なくとも１つの光学セッティングパラメータに反比例してもよい。

感度は、特定の出力信号、特に検出可能な出力信号を生成するために必要とされる、検出器への信号入力の最小振幅と解することができる。例示として、観察装置における検出器の感度は、検出可能な電気信号を生成するために所定の検出器表面に入射しなければならない、検出されるべき光の所定数の光子と定義することができる。

特定のセッティング、例えば大きい作動距離は、所定の検出器表面に入射する光子の数を感度閾値未満に低減する可能性があり、また蛍光信号を検出不可能にする可能性がある。本発明による方法および本発明によるコントローラは、強度の低下を相殺し、蛍光信号が検出不可能になることを阻止する。

本発明による非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を、磁気媒体、光学媒体、またはフラッシュメモリベースの記憶媒体として構成することができる。

コントローラを、単一の集積回路（ＩＣ）として構成することができるか、または決定モジュール、メモリモジュールおよび／または計算モジュールのような別個の部分から構成することができる。

メモリモジュールおよび／または計算モジュールを交換可能なものとすることができ、それによってコントローラを、異なる観察装置に適用することができ、この場合には、メモリモジュールに保存されている校正データ、および／または計算モジュールに保存されており、かつ実行される計算式を、異なる観察装置におけるものと容易に置換することができ、またその異なる観察装置に適用することができる。

以下では、本発明を、添付の図面を参照しながら説明する。図面に示した実施形態は、単に例示を目的としたものであると解されるべきであり、したがって特許請求の範囲によって規定されている保護の範囲を限定するものではないと解されるべきである。図面に示した実施形態を用いて説明する技術的な特徴を、添付の特許請求の範囲に従って、任意に組み合わせることができる、かつ／または省略することができる。同一の技術的な特徴、および同一の技術的な効果を有している技術的な特徴は、同一の参照番号で表されている。

本発明によるコントローラを備えている光学的な観察装置の概略図を示す。

図１は、観察装置１、例えば内視鏡装置３または顕微鏡装置５を示し、ここでは、顕微鏡装置５を特に蛍光顕微鏡５ａとして構成することができる。

蛍光顕微鏡５ａは、光源７を備えており、この光源７は、特にレーザ９として、有利には半導体レーザ１１として構成されており、ビームウェスト１９を拡大するためのテレスコープ１７を介する照明光１５を放射する。

照明光１５は、対物レンズ２３として構成されている、光学照明アセンブリ２１を通過する。

照明光１５は、光学照明アセンブリ２１を透過し、この照明光１５は、検出面２７に配置されている試料２５を照明する。

試料２５は、蛍光体２９（個別には図示せず）を含んでおり、この蛍光体２９は、入射する照明光１５によって励起され、また蛍光３１を放射する。

蛍光３１は、検出光学アセンブリ３３によって収集され、この検出光学アセンブリ３３もまた対物レンズ２３として構成されている。

検出光学アセンブリ３３は、倍率３５によって特徴付けられており、また検出面２７からの作動距離３７内に配置されている。

作動距離３７は、検出面２７から検出光学アセンブリ３３の前端３９までの、測定された距離である。

図１に示した顕微鏡５ａは線形に構成されており、したがって光源７、光学照明アセンブリ２１および検出光学アセンブリ３３は、同一の光軸４１に沿って配置されていることを言及しておく。異なる実施形態においては、照明光１５の経路を、蛍光３１の経路に対して実質的に垂直に方向付けることができる。つまり、蛍光顕微鏡５ａの構成を、いわゆる単平面照明顕微鏡または略してＳＰＩＭの構成に対応させることができる。

蛍光３１は、検出光学アセンブリ３３を透過し、また検出器４３に結像される。検出器４３を、２次元のＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサ４５として構成することができる。

したがって、検出光学アセンブリ３３は、（概略的に図示されている）蛍光像４７を検出器４３に結像する。

蛍光像４７を、ビューア４９に表示することができ、このビューア４９を、付加的または代替的に、接眼レンズ（図示せず）として構成することもできる。

蛍光顕微鏡５ａは、さらに、コントローラ５１を備えており、このコントローラ５１は、決定モジュール５３、メモリモジュール５５、補間モジュール５７および計算モジュール５９を有している。

モジュール５５、５７、５９は、決定モジュール５３に接続されており、データを双方向で、それらのモジュール間で交換することができる。

メモリモジュール５５は、校正データ６１を有しており、この校正データ６１を、図１において表によって概略的に示唆されているルックアップテーブル６３として構成することができる。校正データ６１をコントローラ５１に設けられている校正データ入力部６５に供給することによって、それらの校正データ６１を、メモリモジュール５５に記憶することができる。

コントローラ５１は、さらに、入力セクション６７および出力セクション６９を備えており、コントローラ５１は、入力セクション６７を介して、光学セッティングデータ７１を受信する。

光学セッティングデータ７１は、一連の電子的な矩形のパルスによって示唆されており、この形状は例示的なものであって、光学セッティングデータ７１が供給される形状を限定するものではない。

光学セッティングデータ７１は、光学セッティングパラメータ７３を表し、例えば、倍率セッティングデータ３５ａとしての検出光学アセンブリ３３の倍率３５、および作動距離セッティングデータ３７ａとしての作動距離３７を表す。

それらの例示的な２つの光学セッティングパラメータ７３は、対物レンズ制御モジュール７５を介して、コントローラ５１の入力セクション６７に供給される。

図１には、さらに、付加的な入力ライン７７が示されており、この入力ライン７７は、図１に示したものとは異なる光学セッティングパラメータ７３ａを表す光学セッティングデータ７１をコントローラ５１に供給するように構成されている。光学セッティングデータ７１は、区別するために三角形の形状を有するパルスによって示唆されている。

出力セクション６９を介して、コントローラ５１は、露光制御データ８１を出力する。

露光制御データ８１は、一連の電子的なパルスによって示唆されており、この形状も例示的なものであって、コントローラ５１によって供給される露光制御データ８１の形状を限定するものではない。

露光制御データ８１は、露光制御パラメータ８３を表し、例えば、検出器利得データ８９ａによって表される検出器利得８９、露光時間データ９１ａによって表される光源７の露光時間９１、および光強度データ９３ａによって表される光源７の光強度９３を表す。

それらの例示的な３つの露光制御パラメータ８３は、コントローラ５１によって、出力セクション６９において供給され、その一方で、コントローラ５１は、付加的な出力ライン９５を備えており、この付加的な出力ライン９５は、図１に示した露光制御パラメータとは異なる露光制御パラメータ８３ａを表す露光制御データ８１をコントローラ５１に供給するように構成されている。露光制御データ８１は、区別するためにガウス形状を有するパルスによって示唆されている。

したがって、コントローラ５１は、特に倍率セッティングデータ３５ａおよび作動距離セッティングデータ３７ａのうちの少なくとも１つを含む、光学セッティングパラメータ７３を表す光学セッティングデータ７１を受信し、この光学セッティングデータ７１に基づいて少なくとも１つの露光制御データ８１を決定する。この決定は、メモリモジュール５５における校正データ６１を使用した割当てに基づくものであるか、または計算モジュール５９において実施される計算に基づくものである。

校正データ６１が、正確な光学セッティングデータ７１を含まない場合には、補間モジュール５７が、出力セクション６９を介してコントローラ５１によって出力されるべき露光制御データ８１を補間することができる。

したがって、例えばビューア４９に示される蛍光像４７の輝度９９によって表される光強度９７は、特定の光学セッティングパラメータ７３が修正された場合であっても、一定に維持される。

コントローラ５１によって出力された露光制御データ８１は、制御データ８３ａ、８９ａ、９１ａおよび９３ａのうちの１つまたはそれらの組合せを含むことができる。

図１に示した蛍光顕微鏡５ａによって実施される本発明による方法を、ソフトウェア実装として、つまりＣＤ−ＲＯＭ１０３の実施形態で図１に示されているような、非一時的な記憶媒体１０１に記憶されたプログラムの形態で、実施することができる。

１ 観察装置
３ 内視鏡装置
５ 顕微鏡装置
５ａ 蛍光顕微鏡
７ 光源
９ レーザ
１１ 半導体レーザ
１５ 照明光
１７ テレスコープ
１９ ビームウェスト
２１ 光学照明アセンブリ
２３ 対物レンズ
２５ 試料
２７ 検出面
２９ 蛍光体
３１ 蛍光
３３ 検出光学アセンブリ
３５ 倍率
３５ａ 倍率セッティングデータ
３７ 作動距離
３７ａ 作動距離セッティングデータ
３９ 前端
４１ 光軸
４３ 検出器
４５ ２次元のＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサ
４７ 蛍光像
４９ ビューア
５１ コントローラ
５３ 決定モジュール
５５ メモリモジュール
５７ 補間モジュール
５９ 計算モジュール
６１ 校正データ
６３ ルックアップテーブル
６５ 校正データ入力部
６７ 入力セクション
６９ 出力セクション
７１ 光学セッティングデータ
７３ 光学セッティングパラメータ
７３ａ 異なる光学セッティングパラメータ
７５ 対物レンズ制御モジュール
７７ 付加的な入力ライン
８１ 露光制御データ
８３ 露光制御パラメータ
８３ａ 異なる露光制御パラメータ
８９ 検出器利得
８９ａ 検出器利得データ
９１ 露光時間
９１ａ 露光時間データ
９３ 光強度
９３ａ 光強度データ
９５ 付加的な出力ライン
９７ 光強度
９９ 輝度
１０１ 非一時的な記憶媒体
１０３ ＣＤ−ＲＯＭ

Claims (7)

1. 強度を正規化するための蛍光顕微鏡法または内視鏡撮像法において、
   少なくとも１つの光学セッティングパラメータ（７３）が変更された場合に、校正データ（６１）を使用して、少なくとも１つの露光制御パラメータ（８３）を自動的に調整し、
   前記光学セッティングパラメータ（７３）は、作動距離（３７）および倍率（３５）を含み、
   前記露光制御パラメータ（８３）は、検出器利得（８９）、露光時間（９１）および光源（７）の光強度（９３）を含み、
   前記校正データ（６１）は、各光学セッティングパラメータ（７３）を、各露光制御パラメータ（８３）に相互に関連付けるルックアップテーブルであり、
   前記光源（７）は、蛍光（３１）を放射する蛍光体（２９）を励起するための照明光（１５）を放射するように構成され、
   ビューア（４９）に示される蛍光像（４７）の輝度（９９）は、前記少なくとも１つの光学セッティングパラメータ（７３）が修正されても、一定に維持される、
   方法。
2. 前記方法は、さらに、前記少なくとも１つの光学セッティングパラメータ（７３）に基づいて、前記少なくとも１つの露光制御パラメータ（８３）を計算するステップを含んでいる、
   請求項１記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの露光制御パラメータ（８３）は、前記少なくとも１つの光学セッティングパラメータ（７３）に比例する、
   請求項１または２記載の方法。
4. 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実行するためのプログラムを含んでいる非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（１０１）。
5. 内視鏡装置（３）または顕微鏡装置（５）のためのコントローラ（５１）において、
   前記コントローラ（５１）は、
   −光学セッティングパラメータ（７３）を表しており、倍率セッティングデータ（３５ａ）および作動距離セッティングデータ（３７ａ）を含んでいる光学セッティングデータ（７１）を受信するための入力セクション（６７）と、
   −露光制御パラメータ（８３）を表しており、検出器利得データ（８９ａ）、露光時間データ（９１ａ）および光源（７）の光強度データ（９３ａ）を含んでいる少なくとも１つの露光制御データ（８１）を出力するための出力セクション（６９）と、
   −校正データ（６１）を使用して前記少なくとも１つの露光制御データ（８１）を決定するための決定モジュール（５３）と、
   を備えており、
   前記校正データ（６１）は、各光学セッティングパラメータ（７３）を、各露光制御パラメータ（８３）に相互に関連付けるルックアップテーブルであり、
   前記光源（７）は、蛍光（３１）を放射する蛍光体（２９）を励起するための照明光（１５）を放射するように構成され、
   ビューア（４９）に示される蛍光像（４７）の輝度（９９）は、前記少なくとも１つの光学セッティングパラメータ（７３）が修正されても、一定に維持される、
   コントローラ（５１）。
6. 前記コントローラ（５１）は、前記校正データ（６１）が事前に記憶されている少なくとも１つのメモリモジュール（５５）を備えている、
   請求項５記載のコントローラ（５１）。
7. 前記コントローラ（５１）は、前記少なくとも１つの光学セッティングデータ（７１）に基づいて、前記少なくとも１つの露光制御データ（８１）を計算するための計算モジュール（５９）を備えている、
   請求項５または６記載のコントローラ（５１）。

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