JPH0627383A - 画像表示方法および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】試料の３次元的な時間変化を観察することがで
き、反応の早い細胞の状態を観察するのに好適な試料観
察方法を提供することにある。 【構成】共焦点顕微鏡１０を用いて試料１５の観察を行
う場合、試料１５の光軸方向に亘る複数の試料断層像を
一定時間間隔をおいてコントローラ１２に有するメモリ
に記憶させる第１ステップと、メモリに記憶された各時
間毎の複数の試料断層像と一定時間間隔をおいた直後の
複数試料断層像との差をとり、それを新たに差分画像と
して記憶させる第２ステップと、この第２ステップで作
成した差分画像の断層像から疑似３次元像を作成し、時
間経過とともに順に表示器１４に表示する第３のステッ
プとを含む試料観察方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、共焦点光学顕微鏡を用
い、所定の厚さをもつ試料の３次元的な位置での全体的
な時間変化の様子を観察できるようにするため、疑似３
次元画像として表示可能な画像表示方法および画像表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、共焦点検出法によって、所定
の厚さをもつ試料のある一断面を観察する共焦点光学顕
微鏡が知られており、例えば特開昭６３−３０３４１４
号公報に記載されている。

【０００３】この共焦点光学顕微鏡は、図７に示すよう
に、光源１からの光を対物レンズ２によって、厚みをも
った試料３の１点Ｐ１に集束させる。そして試料３を通
過した光を集光レンズ４で再び集光し、その集光位置に
配置されたピンホ―ル５を通過した光を光検出器６で検
出する。

【０００４】このとき、対物レンズ２の集光位置Ｐ１以
外からの光、例えば点Ｐ２からの光は、図中破線で示す
ようにピンホ―ル５で遮断されて光検出器６に入射され
ない。従って、試料３内の点Ｐ１からＰ２間の画像デ―
タを得ることができない。

【０００５】そこで、対物レンズ２によるスポット光、
若しくは、試料３を載せたステ―ジ（図示せず）を、光
軸と直交する平面で２次元走査することにより、所定の
断層面の断層像を得ることができる。従って、走査する
断層面を光軸方向へ順次移動させることにより、光軸方
向に連続する複数の試料断層像を得ることができる。こ
のようなことから、従来以上述べた共焦点光学顕微鏡を
用いて生きている細胞にさまざまな刺激を与えて、その
刺激に対する経時的な反応、すなわち、細胞の良・悪性
を判定可能な装置が、特開平２−１６８１０１号公報で
示すように公知である。これは、生きている細胞にさま
ざまな刺激を与えて、その刺激に対する経時的な反応を
観察する場合、任意Ｘ−Ｙ平面を一定時間おきに走査
し、その各時間毎の像を順に表示したり、各画素の螢光
強度値を縦（Ｚ）軸に延ばして疑似３次元表示すること
で、試料の変化が観察できると考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題】ところが、前述した従
来の観察方法では、任意の断層面しか観察できず、試料
全体に亘った３次元的変化を観察することができない。
また、試料の刺激に対する反応の観察は、変化分のみを
観察することができない。

【０００７】本発明は試料の３次元的な時間変化を観察
することができ、反応の早い細胞の状態を観察するのに
好適な画像表示方法および画像表示装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に対応する発明によれば、試料に対して光
源からの光をスポット状に集光させるレンズと、前記試
料と共役な位置に配置されたピンホ―ルと、このピンホ
―ルを通過した光を光電変換して画像信号を出力する光
検出器と、前記試料と前記レンズとを光軸と直交する面
内で相対的に移動させて所定の断層面を２次元走査する
第１の走査機構と、前記試料と前記レンズとを光軸方向
に相対的に移動させる第２の走査機構と、前記光検出器
から出力される画像信号を試料断層像デ―タに変換して
記憶する画像記憶手段と、この画像記憶手段に記憶され
た試料断層像デ―タを表示する表示器を共焦点顕微鏡を
用いて前記試料の観察を行う場合、前記試料の光軸方向
に亘る複数の試料断層像を一定時間間隔をおいて前記画
像記憶手段に記憶させる第１ステップと、

【０００９】前記画像記憶手段に記憶された各時間毎の
複数の試料断層像と一定時間間隔をおいた直後の複数試
料断層像との差をとり、それを新たに差分画像として記
憶させる第２ステップと、

【００１０】この第２ステップで作成した差分画像の断
層像から疑似３次元像を作成し、時間経過とともに順に
前記表示器に表示する第３のステップを含む画像表示方
法である。前記目的を達成するために、請求項２に対応
する発明によれば、試料に対して光源からの光をスポッ
ト状に集光させるレンズと、前記試料と共役な位置に配
置されたピンホ―ルと、

【００１１】このピンホ―ルを通過した光を光電変換し
て画像信号を出力する光検出器と、前記試料と前記レン
ズとを光軸と直交する面内で相対的に移動させて所定の
断層面を２次元走査する第１の走査機構と、

【００１２】前記試料と前記レンズとを光軸方向に相対
的に移動させる第２の走査機構と、前記光検出器から出
力される画像信号を試料断層像デ―タに変換して記憶す
る画像記憶手段と、この画像記憶手段に記憶された試料
断層像デ―タを表示する表示器と、

【００１３】前記試料の光軸方向に亘る複数の試料断層
像を一定時間間隔をおいて前記光検出器により前記画像
記憶手段に記憶させる第１の機能と、前記画像記憶手段
に記憶された各時間毎の複数の試料断層像と一定時間間
隔をおいた直後の複数試料断層像との差をとり、それを
新たに差分画像として前記画像記憶手段に記憶させる第
２の機能と、この第２の機能により得た差分画像の断層
像から疑似３次元像を作成し、時間経過とともに順に前
記表示器に表示する第３の機能を有する制御手段を具備
した画像表示装置である。

【００１４】

【作用】請求項１および請求項２に対応する発明によれ
ば、共焦点顕微鏡を用いて試料の光軸方向に亘る複数の
試料断層像を一定時間間隔をおいて画像記憶手段に記憶
させ、この画像記憶手段に記憶された各時間毎の複数の
試料断層像と一定時間間隔をおいた直後の複数試料断層
像との差をとり、それを新たに差分画像として画像記憶
手段に記憶させ、前記差分画像の断層像から疑似３次元
像を作成し、時間経過とともに順に表示器に表示するよ
うにしたので、試料の３次元的で位置での全体的な時間
変化の様子を画像として直感的に捉えることができ、反
応の早い細胞の状態を観察するのに好適である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１６】図１には、本発明による画像表示装置の概
略的な構成を示すブロックであり、これは共焦点顕微鏡
１０、ピエゾステ―ジ１１、コントロ―ラ１２、画像処
理装置１３、表示器としてのＣＲＴ１４から構成されて
いる。

【００１７】共焦点顕微鏡１０は、前述の図７のブロッ
ク図に示す共焦点光学顕微鏡と同一構成、すなわち、光
源１、対物レンズ２、集光レンズ４、ピンホ―ル５、光
検出器６から構成され、さらにこれ以外の構成として試
料３を光軸方向（Ｚ軸方向）対して直角方向の２次元平
面方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）に移動可能にする走査機構
（図示せず）を備えている。

【００１８】共焦点顕微鏡１０は、光源１からの光が対
物レンズ２により試料３の１点に集束され、この集束さ
れた光が試料３を通過して集光レンズ４により集光され
ると共に、試料３と共役な位置に配置されたピンホ―ル
５を通過した光が、光検出器６により検出され、ここで
光電変換され、この結果、試料３の所定の断層面の断層
像（画像）信号が検出される。

【００１９】コントロ―ラ１２は、共焦点顕微鏡１０が
備えている試料を光軸と直交する２次元平面内で前述の
走査機構に対して、走査指令、すなわち、Ｘ，Ｙ制御信
号をそれぞれ与え、また後述するピエゾステ―ジ１１に
対してＺ制御信号を与える走査制御手段としての機能を
有している。さらに、コントロ―ラ１２は、走査制御手
段としての機能以外に、設定条件記憶手段としての機能
も備えていて、後述する設定条件に基づき、Ｙ、Ｚ制御
信号で共焦点顕微鏡１０及びピエゾステ―ジ１１を制御
し、また画像処理装置１３に対してピエゾステ―ジ１１
の位置情報や対応する画像信号を送出する。

【００２０】ピエゾステ―ジ１１は、共焦点光学顕微鏡
１０の集光レンズ４と試料３を光軸方向（Ｚ軸方向）に
移動させるものであり、コントローラ１２からのＺ制御
信号が入力されたとき移動させるものである。

【００２１】画像処理装置１３は、画像記憶手段例えば
メモリ及び表示制御手段としての機能を備え、コントロ
―ラ１２から送られてくる画像信号及び位置情報を、該
メモリに記憶し、そのメモリに記憶しているデ―タを順
に表示手段例えばＣＲＴ１４に表示するものである。Ｃ
ＲＴ１４は、画像処理装置１３のメモリから読み出され
たデ―タを表示するものである。

【００２２】以下、このように構成された本実施例装置
の動作について、図２〜図６を参照して説明する。図２
は、本実施例装置の原理を説明するための図であり、図
中１５は、観察対象である試料（図７の試料３とは異な
る形状のもの）を示し、試料１５の観察部位として光軸
方向に例えば９枚の断層像をとり、それを８０秒間に亘
ってサンプリング時間間隔を１０秒として８回繰り返し
てサンプリングを行った状態を示している。すなわち、
図２（ａ）は、サンプル時刻ｔ＝０（サンプリング開始
時刻）において、試料１５の観察部位として光軸方向に
Ｌ１，Ｌ２…Ｌ８，Ｌ９と９枚の断層像をとった場合で
あり、図２（ｂ）はサンプリング時刻ｔ＝１０におい
て、試料１５の観察部位として光軸方向にＬ１１，Ｌ１
２…Ｌ１８，Ｌ１９と９枚の断層像をとった場合であ
り、同様に図２（ｃ）はサンプリング時刻ｔ＝８０にお
いて、試料１５の観察部位として光軸方向にＬ８１，Ｌ
８２…Ｌ８８，Ｌ８９と９枚の断層像をとった場合であ
る。

【００２３】以下、この動作について図３の流れ図を参
照して説明する。まず、観察者は試料１５の観察対象の
部位、すなわち、細胞内部の観察したい部位、サンプリ
ング時間間隔（１０秒間隔）およびサンプリング繰り返
し回数（８回）を設定し、各サンプリング時刻ｔ０，ｔ
１０，…ｔ８０毎に、９枚の断層像の画像データを取り
込む（Ｓ１）。

【００２４】例えば、図２に示す試料１５に対し光軸方
向に９枚の断層像をとり、それを８０秒間に亘って８回
サンプリングする場合、時間間隔を１０秒とし、繰り返
し回数を８回と設定する。

【００２５】そのため、試料１５をピエゾステ―ジ１１
上にセットし、コントロ―ラ１２に試料１５を全体観察
を行うための指示入力を与える。コントロ―ラ１２は、
１枚目の断層像Ｌ１が得られるようにピエゾステ―ジ１
１にＺ制御信号を出力する。そして、Ｚ方向（第１番目
の部位）の位置が決定したところで、コントロ―ラ１２
から共焦点顕微鏡１０に２次元走査の開始命令を出す。
１枚目の断層像Ｌ１を走査することによって得られた画
像デ―タは、画像処理装置１３のメモリに取り込まれる
（Ｓ２）。

【００２６】次にコントロ―ラ１２は続いて第２番目の
部位の断層像Ｌ２を取るために、ピエゾステ―ジ１１に
対して上へ移動する指示をＺ制御信号によって与える。
そして、１枚目のＬ１と同様に動作して断層像Ｌ２がメ
モリに取り込まれる（Ｓ２）。以下、所定のサンプリン
グ時刻（ｔ＝０）において観察部位の９枚の断層像Ｌ９
の画像データが得られるまで、即ちサンプリング時刻ｔ
＝０において各観察部位の画像データが取り込まれるま
で、上記同様の動作が繰り返し行われる（Ｓ３）。この
画像データの取り込みが終了すると、サンプリングの繰
り返し回数分取り込まれたか判断される（Ｓ４）。ここ
で、繰り返し回数分取り込まれていないと判断されたと
き、コントローラ１２は前回サンプリング時刻ｔ＝０か
ら設定時刻１０秒が経過するまで待機し、サンプリング
時刻ｔ＝１０になったときに上述のＳ２〜Ｓ４の動作が
行われる。以上に述べた一連の動作をサンプリング繰り
返し回数の８回分行うことにより、全ての画像データの
取り込みが終了する（Ｓ４）。

【００２７】次に画像処理装置１３のメモリに格納され
た各時間毎の断層像を断層像群として扱い、直後の断層
像との差分を例えば以下のように取り（Ｓ６）、この処
理されたデ―タを再び画像処理装置１３のメモリにいれ
る。 aLt10 ＝aLt20 −aLt10 （aLt20 ＞aLt10 ） ＝0 （aLt20 ＞aLt10 ） （aLt10 ：t=t10 のときの各断層像の画素デ―タ、aLt2
0 ：t=t20 のときの、各断層像の画素デ―タ） この動作を、各時間間隔毎に複数の断層像について行
い、観察用断層像群例えばＬ１〜Ｌ８９を得る（Ｓ
７），（Ｓ８）。

【００２８】各観察用断層像群Ｌ１〜Ｌ８９について以
下のようにして疑似３次元像を作成し、観察をおこな
う。すなわち、図４に示すように断層像Ｌ１に対しては
−１６ドットでＹ方向にシフトした像を作成する（Ｓ
９）。以下、Ｌ２からＬ９の画像に対し図６のようにＹ
方向にシフトした像を作成する（Ｓ１０）。以上の処理
で作成された断層像Ｌ１〜Ｌ９に対し、各ドットごとの
ＭＡＸ値を取る処理を行う（Ｓ１１）。例として、合成
して得られる合成画像をＭ１とすると、図中のａＭ１の
値はａＬ１，ａＬ２，ａＬ３の３点のうちの最高値とす
る。こうしてＭ１上の各画素に対し同様の処理を行い、
このＭ１の合成画像を画像処理装置１３のメモリにいれ
る。

【００２９】同様に、図５のようにＬ１１〜Ｌ１９、
…、Ｌ８１〜Ｌ８９に対しても図６に示す画素シフト量
の大きさでＹ方向に画素をシフトして上記のようなＭＡ
Ｘ値を取る処理を行う（Ｓ１２）。こうしてＭ１〜Ｍ８
の合成画像を生成し、画像処理装置１３のメモリにいれ
る。

【００３０】そして、合成画像Ｍ１〜Ｍ８のデ―タを順
に表示させることで（Ｓ１３）、試料１５が左から右へ
回転すると同時に刺激に対する細胞の変化が立体的に得
られる。

【００３１】以上述べた実施例装置によれば、試料１５
の全域にわたって走査をおこなうようにしたので、試料
１５の３次元的な位置での全体的な時間変化の様子を画
像として直感的に捉えることができ、刺激に対する細胞
の反応を観察するのに好適である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、試料
の３次元的な時間変化を観察することができ、反応の早
い細胞の状態を観察するのに好適な画像表示方法および
画像表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像表示装置の概略構成を示すブ
ロック図。

【図２】本発明による画像表示方法の原理を説明するた
めの図。

【図３】本発明による画像表示方法を説明するための流
れ図。

【図４】本発明による画像表示方法を説明するための
図。

【図５】本発明による画像表示方法を説明するための
図。

【図６】本発明による画像表示方法を説明するための
図。

【図７】従来の技術を説明するための図。

【符号の説明】

１０…共焦点顕微鏡、１１…ピエゾステージ、１２…コ
ントローラ、１３…画像処理装置、１４…ＣＲＴ表示
器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対して光源からの光をスポット状
   に集光させるレンズと、前記試料と共役な位置に配置さ
   れたピンホ―ルと、このピンホ―ルを通過した光を光電
   変換して画像信号を出力する光検出器と、前記試料と前
   記レンズとを光軸と直交する面内で相対的に移動させて
   所定の断層面を２次元走査する第１の走査機構と、前記
   試料と前記レンズとを光軸方向に相対的に移動させる第
   ２の走査機構と、前記光検出器から出力される画像信号
   を試料断層像デ―タに変換して記憶する画像記憶手段
   と、この画像記憶手段に記憶された試料断層像デ―タを
   表示する表示器を備えた共焦点顕微鏡を用いて前記試料
   の観察を行う場合、 前記試料の光軸方向に亘る複数の試料断層像を一定時間
   間隔をおいて前記画像記憶手段に記憶させる第１ステッ
   プと、 前記画像記憶手段に記憶された各時間毎の複数の試料断
   層像と一定時間間隔をおいた直後の複数試料断層像との
   差をとり、それを新たに差分画像として記憶させる第２
   ステップと、 この第２ステップで作成した差分画像の断層像から疑似
   ３次元像を作成し、時間経過とともに順に前記表示器に
   表示する第３のステップとを含む画像表示方法。
2. 【請求項２】 試料に対して光源からの光をスポット状
   に集光させるレンズと、 前記試料と共役な位置に配置されたピンホ―ルと、 このピンホ―ルを通過した光を光電変換して画像信号を
   出力する光検出器と、 前記試料と前記レンズとを光軸と直交する面内で相対的
   に移動させて所定の断層面を２次元走査する第１の走査
   機構と、 前記試料と前記レンズとを光軸方向に相対的に移動させ
   る第２の走査機構と、 前記光検出器から出力される画像信号を試料断層像デ―
   タに変換して記憶する画像記憶手段と、 この画像記憶手段に記憶された試料断層像デ―タを表示
   する表示器と、 前記試料の光軸方向に亘る複数の試料断層像を一定時間
   間隔をおいて前記光検出器により前記画像記憶手段に記
   憶させる第１の機能と、前記画像記憶手段に記憶された
   各時間毎の複数の試料断層像と一定時間間隔をおいた直
   後の複数試料断層像との差をとり、それを新たに差分画
   像として前記画像記憶手段に記憶させる第２の機能と、
   この第２の機能により得た差分画像の断層像から疑似３
   次元像を作成し、時間経過とともに順に前記表示器に表
   示する第３の機能を有する制御手段と、 を具備した画像表示装置。