JP7153258B2 - 顕微鏡および顕微鏡の測定位置を決定する方法 - Google Patents
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Description
決定されるホモグラフィは、サンプルキャリアの高さに依存する。ここでは、現在の測定状況に応じた正しいホモグラフィを様々な方法で確認され得る。例えば、次にサンプルキャリアの高さに関連したホモグラフィを選択するために、最初にサンプルキャリアの高さを確認し得る。あるいは、異なる高さに対する様々な特定されたホモグラフィをテストし、どのホモグラフィが最良の結果をもたらすかの評価を行うこともでき、その後、このホモグラフィはさらに使用され、その結果、サンプルキャリアの高さに依存するホモグラフィが選択されるが、高さを直接決定することはできない。様々な手順を以下に説明する。
サンプルキャリアの形状情報項目、特にその高さを入力するようにユーザーに要求すること;(特に、形状情報項目は、ユーザーが例えば概要画像でサンプルキャリアの角の特徴的な領域をマーキングすることによっても入力可能である)および/または
サンプルキャリアに関する形状情報項目、特に、その高さを、概要画像で認識された既知の形状を有する較正パターンまたは要素の画像表現から求めること、および/または
較正パターンを適用し、その後に概要画像で認識された既知の形状を有する較正パターンの画像表現からのサンプルキャリアに関する形状情報項目、特にその高さの導出をユーザーに要求すること、および/または
最適なホモグラフィを確認するための様々なホモグラフィをテストすること;特に、特定されたホモグラフィを概要画像に適用して評価し得、または最適化アルゴリズムは、最適化結果が最適なホモグラフィとして受け入れられるまで、ホモグラフィの可変パラメータを変更する。
顕微鏡の測定位置は、概要画像の画像座標の形態で、出力しないことが好ましい場合もあるし、出力するだけではないことが好ましい場合もある。むしろ、測定位置が配置されている概要画像内のサンプル領域に関して、特定が望まれてもよい。特に、サンプル領域は、サンプルキャリアの異なるサンプルチャンバまたはサンプル容器であり得る。最初に、決定されたホモグラフィの助けを借りて、概要画像から平面図画像を計算し得る。次に、画像解析により、平面図画像内のサンプル領域が特定される。その後、測定位置が配置される特定されたサンプル領域が確認され、出力される。
平面図画像における測定位置の画像座標は、メモリに保存され得る。この情報項目は、概要カメラの較正によって得られたものであり得る。較正は、顕微鏡の測定方向に対して実施されてもよいし、または顕微鏡対物レンズの光軸に対して実施されてもよい。この場合、概要カメラは較正画像を記録する。後者は、概要画像と同様に、サンプルステージ上に任意でパターン(較正パターン)を配置して記録され得る。今、ある標高、例えばサンプルステージの平面に関して、ホモグラフィが確認され、それによって較正画像が平面図較正画像に透視変換される。これにより、平面図較正画像の中の光軸/測定軸の交点または貫通点が決定される。この目的のために、ユーザーは、例えば、顕微鏡対物レンズを介して記録された顕微鏡画像と平面図較正画像とを比較し、顕微鏡画像の中心に対応する座標を平面図較正画像の交点としてマークし得る。平面図較正画像における交点の座標は、平面図画像において特定される測定位置の座標として使用するために保存される。平面図画像は、サンプルステージ平面に平行な概要画像を透視的に補正したものであるため、平面図画像における測定位置座標は、サンプルキャリアの高さに依存しないか、あるいは大きく依存しない。
本開示で特定される画像解析タイプのいくつかまたは全ては、機械学習アルゴリズムを用いて実施され得る。ここで、サンプルキャリアのセグメンテーションおよび分類、またはサンプルチャンバの検出のためのモデルは、教師あり学習により、トレーニングセットおよび関連するアノテーションに基づいて生成され得る。特に、深層学習法が使用され得る。
本発明による方法の例示的な実施形態のステップを、図5のフローチャートを参照してより詳細に説明する。
測定場所が配置されているサンプル領域またはサンプルチャンバの特定仕様を出力することができる。特に、サンプルキャリアの発見されたウェル(ポット)の番号付き割り当て、例えば「A1」、「B5」等の形式があり得る。この目的のために、ウェルは、画像解析によって、概要画像またはそれから得られた画像、例えば平面図画像の中に定位され、前記ウェルは、各ウェルについて列と行を特定することができるように、サンプルキャリア端からカウントされる。この場合、サンプルキャリアはまた、画像解析によって分類され得、その結果、列および行の全体的な数が知られる。その後、概要画像内の任意の端からウェルをカウントすることは、たとえそれが概要画像に記録されるサンプルキャリア全体でなくても可能である。あるいは、いくつかのマルチウェルプレートについて従来のように、サンプルキャリア上のサンプル容器に隣接するマーキング、例えば「A1」を特定することも可能である。例えば、これらはOCR(光学的文字認識)によって認識され得、それによって隣接するサンプル容器が特定される。その結果、カウントまたはカウントに必要な概要画像のコンテキスト情報は必要ない。
1-6 サンプルキャリア10のカラム番号
8 サンプルキャリア10のラインマーキング
10 サンプルキャリア、マイクロタイタープレート
10’ サンプルキャリア10の概要画像または平面図画像での画像表現
11 サンプルキャリア10のサンプル容器
11’ サンプル容器11の概要画像または平面図画像での画像表現
20 サンプルステージ
21 サンプルキャリア10の下側の平面
22 測定位置
23 サンプルキャリア10の上側(の平面)
24 光軸32と上側23との交点、または測定位置22を上側23に投影した点
24’ 概要画像または平面図画像における交点24または測定位置22の画像表現
30 (顕微鏡)対物レンズ
32 対物レンズ30の光軸
35 カメラ
40 コンデンサー
40’ コンデンサー40の概要画像または平面図画像での画像表現
50 コンピューティングデバイス
60 概要カメラ
62 概要カメラ60の視野
70 概要画像
71 概要画像70から計算された平面図画像
100 顕微鏡
A-G サンプルキャリア10のラインマーキング
H サンプルキャリア10の高さ
S1-S8 方法ステップ
Claims (18)
- 顕微鏡の測定位置(22)を確認する方法であって、
概要カメラ(60)で撮像された サンプルキャリア(10)の概要画像(70)を受信することを含み、ここで、前記概要画像(70)の前記測定位置(22)の画像座標は、前記サンプルキャリア(10)の高さ(H)に依存し、
前記サンプルキャリア(10)の前記高さ(H)に依存して、前記概要画像(70)が平面図画像(71)に透視変換されることにより投影を決定し、ここで、前記平面図画像(71)における前記測定位置(22)の画像座標は既知であり、
決定された前記投影を用いて、前記概要画像(70)またはそこから求められた出力画像の中の前記測定位置(22)を特定することを特徴とする、方法。 - 前記投影はホモグラフィであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記求められた出力画像は、決定された前記ホモグラフィを用いて前記概要画像(70)から計算された平面図画像(71)であることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 平面図画像の測定位置画像座標がメモリに保存され、
前記測定位置(22)は、
A)前記決定されたホモグラフィを用いて、前記概要画像(70)から求められた出力画像として平面図画像(71)が計算され、そして前記メモリに保存される前記測定位置画像座標が平面図画像(71)の前記測定位置(22)として特定される、または
B)前記メモリに保存された前記測定位置画像座標を、前記決定されたホモグラフィを用いて前記概要画像(70)の透視図に変換し、これらの変換された画像座標を測定位置(22)として特定される、ことにより特定されることを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。 - 前記サンプルキャリア(10)に既知の形状の較正パターンを提供し、
画像解析を用いて、前記較正パターンの画像表現を前記概要画像(70)またはさらなる概要画像に定位させ、
前記サンプルキャリア(10)の高さ(H)および/または前記ホモグラフィを、前記較正パターンの前記画像表現の定位された相対位置または透視歪みから求めることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記画像解析を使用して、前記概要画像(70)またはさらなる概要画像が既知の形状を有する較正パターンの画像表現を含むかどうかを監視し、この場合、前記較正パターンの前記画像表現を前記概要画像(70)またはさらなる概要画像に自動的にローカライズし、前記較正パターンの前記画像表現の定位された位置または透視歪みから前記サンプルキャリア(10)の高さ(H)および/または前記ホモグラフィを求めることを特徴とする、請求項2~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記サンプルキャリアの高さ(H)を確認し、
確認された前記高さ(H)に基づいて前記ホモグラフィを計算または選択することを特徴とする、請求項2~6のいずれか1項に記載の方法。 - 画像解析により、前記概要画像(70)における要素の画像表現のサイズまたは位置を確認し、
前記要素の前記画像表現の測定されたサイズまたは位置から、前記サンプルキャリア(10)の高さ(H)または前記ホモグラフィを求めることを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。 - サンプルキャリア(10)のタイプを認識する前記概要画像(70)の画像分析と、
特定のサンプルキャリアタイプが認識される場合、
前記サンプルキャリア(10)の関連する形状情報をデータベースから取得し、ここで、形状情報には、様々なサンプルキャリアタイプが保存されており、前記画像表現は、前記形状情報を用いて推論される、または、
データベースから前記サンプルキャリアタイプの前記画像表現を取得し、ここで、様々なサンプルキャリアタイプの画像表現が保存されること、を特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。 - タイプ認識において、以前に知られていなかったサンプルキャリアタイプが決定された場合、
前記サンプルキャリア(10)に関する形状情報を入力するようにユーザーに要求すること、および/または
前記概要画像(70)において認識された既知の形状を有する較正パターンの画像表現から前記サンプルキャリア(10)に関する形状情報を求めること、および/または
較正パターンを提供するようにユーザーに要求し、その後、さらなる概要画像を記録し、前記さらなる概要画像において認識された前記較正パターンの画像表現から前記サンプルキャリア(10)に関する形状情報を求めること、
最適なホモグラフィを確認するために様々なホモグラフィをテストすること、および
以前に知られていなかったサンプルキャリアタイプについての前記形状情報または現在最も適したホモグラフィでデータベースを補完すること、を特徴とする、請求項9に記載の方法。 - サンプルステージ(20)の異なる位置で記録された、または異なる視点から記録された少なくとも2つの概要画像を提供し、
前記サンプルステージ(20)上の要素の画像表現と前記サンプルキャリア(10)の上側(23)上の要素の画像表現との間で定義される相対位置が、前記概要画像の間でどのように変化するかを確認し、
確認された前記相対位置の変化から前記サンプルキャリア(10)の高さ(H)または前記ホモグラフィを求めることを特徴とする、請求項1~10のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ホモグラフィの決定が、
複数のテスト画像を生成する目的で、異なる高さ(H)に対応する様々なホモグラフィを前記概要画像(70)に適用し、
前記テスト画像のうち、どの画像が最良の画像補正を示すかを評価し、かつ
前記概要画像(70)を前記平面図画像(71)に透視変換したことによる前記ホモグラフィとして、前記最良の画像補正を示す前記テスト画像の前記ホモグラフィを特定することを含むことを特徴とする、請求項2~11のいずれか1項に記載の方法。 - 異なる観察角度から少なくとも2つの概要画像を取得し、前記少なくとも2つの概要画像の間の画像差から前記サンプルキャリア(10)の高さ(H)を求めることを特徴とする、請求項1~12のいずれか1項に記載の方法。
- 画像解析を使用して、前記決定されたホモグラフィを用いて記概要画像(70)から計算された、前記平面図画像(71)における複数のサンプル領域を定位させ、かつ
前記測定位置(22)が位置する前記サンプル領域を確認して出力し、
前記平面図画像(71)における複数のサンプル領域の定位が、
前記平面図画像(71)を「サンプルチャンバ」、「サンプル領域」、「サンプルキャリア」および/または「背景」のクラスを含む、クラスにセグメント化し、
前記平面図画像(71)のサンプルチャンバ画像表現を検出し、形状的な広がりを推定することを含む、ことを特徴とする、請求項2~13のいずれか1項に記載の方法。 - 前記サンプルキャリア(10)に対応する規則的なパターンにより前記セグメント化または検出を精緻化し、ここで、異なるサンプルキャリア(10)のために異なるパターンが保存されているか、または前記パターンがセグメント化または検出により確認された前記サンプルチャンバ画像表現から求められることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
- サンプルキャリアタイプを確認し、ここで、サンプルチャンバの関連するサイズおよび配置が、様々なサンプルキャリアタイプのために各ケースに保存され、
画像解析により前記概要画像(70)または出力画像におけるサンプル領域の定位が、
前記概要画像(70)または出力画像における前記サンプルキャリア(10)の前記画像表現の位置を確認し、
前記確認された位置および前記確認されたサンプルキャリアタイプから、サンプルチャンバ画像表現の画像領域を求めることを含む、ことを特徴とする、請求項1~15のいずれか1項に記載の方法。 - 較正画像を記録し、
前記較正画像を平面図較正画像に透視変換することにより、特定の高さ平面に関するホモグラフィを確認し、
光軸(32)と前記決定された高さ平面との交点を前記平面図較正画像中で確認し、
この交点の座標を前記平面図較正画像に保存して、平面図画像(71)で特定される前記測定位置(22)の座標として使用することにより、顕微鏡対物レンズ(30)の前記光軸(32)に対して前記概要カメラ(60)を較正することを特徴とする、請求項1~16のいずれか1項に記載の方法。 - サンプルキャリア(10)の概要画像(70)を記録するための概要カメラ(60)を含む顕微鏡であって、かつ前記概要画像(70)における前記顕微鏡の測定位置(22)の画像座標は、前記サンプルキャリア(10)の高さ(H)に依存する顕微鏡であって、
前記サンプルキャリア(10)の前記高さ(H)に基づいて、前記概要画像(70)が平面図画像(71)に透視変換されることにより投影を決定し、ここで、前記平面図画像(71)における前記測定位置(22)の画像座標は既知であり、
決定された前記投影を用いて、前記概要画像(70)またはそこから派生した出力画像の中の測定位置(22)を特定するように構成されたコンピューティングユニット(50)を特徴とする、顕微鏡。
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