JPH10506206A

JPH10506206A - 医・生物学標本の自動焦点装置

Info

Publication number: JPH10506206A
Application number: JP8511734A
Authority: JP
Inventors: フロスト，キース，エル．; ハイエンガ，ジョン，ダブリュ．; ステファニック，ジェームズ，エー．; シュミット，ロバート，シー．
Original assignee: ネオパス，インク．
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 1998-06-16
Also published as: EP0784805A2; CA2200463C; WO1996010196A2; US5647025A; WO1996010196A3; AU3217195A; CA2200463A1; AU709136B2

Abstract

(57)【要約】スライド（２０１）に自動的に焦点を結ぶ方法であり、カバー・グラス（４０１−４１１）の位置を定め、スライドのあらかじめ定められた焦点深度から画像を獲得し（４１２）、かつ、カバー・グラス表面近傍の初回焦点深度からスタートする（２０２）諸工程を含む。各画像内部において、あらかじめ定められた一組の特徴を測定し（５１１）、複数の画像の各々について、少なくとも一つの画像測定値を生成する。画像の各々について、焦点測定値を計算する（５１１）。ただし、その際、各焦点測定値は、少なくとも一つの画像測定値の関数である。最良焦点位置は、獲得画像が最高焦点測定値を与えた焦点深度に関して定められる（５１２）。

Description

【発明の詳細な説明】医・生物学標本の自動焦点装置本発明は、生物標本の自動焦点法に関する。特に、対象の特徴、パターン、特異型にたいし自動的に焦点を結ぶ自動焦点顕微鏡装置に関する。発明の背景従来の自動焦点装置は、焦点を結ぶ対象にたいして自動的にパターン認識を実行する装置の一部を形成するものであっても、焦点調節を実行中に、特異的な対象や、特異的型の対象を特定することはできない。この欠陥のあるため、これらの装置では、塵の粒子、掻き傷やその他のアーティファクトにたいして焦点を結んでしまったり、自動パターン認識を実行中に、目的の対象が焦点に入らなかったために、それを見逃してしまうことがある。従来の装置では、高頻度の内容を持っているという理由で、また、目的の対象と同じ領域に存在するという理由で、無関係な細部に焦点を結ぶことがある。その結果、従来の装置では、細胞核のような重要な特質に焦点を結ぶ機会、また、そのような特質を特定する機会を失うことがある。このような問題は、単一焦点操作の場合、それによってカバーされる視野は広く、たくさんの目標対象を含むことになるので、特に重要になる。装置が、興味対象の各々に独立に焦点を結んでいたら時間がかかりすぎてしまうほどたくさんの対象があることがある。しかも、単一焦点動作では、全視野をカバーしていながら、実際の目標対象物に焦点を結ばず、単に大きいから、または、大きく、高頻度の内容を含んでいるからという理由で、無関係の特質に焦点を結ぶことがある。光学系自動焦点装置の正確な焦点機能は、装置が稀な現象、例えば、パップ・スメア（膣分泌物塗末標本）中の前癌細胞の検出用に設計されている場合は特に重要である。パップ・スメアの場合、比較的広大な面積を、低倍で高速に走査しなければならない。パップ・スメアの自動走査装置のある実例では、例えば、１．４mm平方の視野をカバーする４倍の対物レンズを、低倍走査に用いている。その走査面積は、スメア上のカバー・グラスの覆う全面積を含んでおり、その面積は、上記の視野を７００以上含むことがある。低倍走査の目的は、スメアの少数パーセントを占める前癌細胞らしきものを特定することである。そして、そのような細胞は、高倍で再検査しなければならない。低倍では、数百の対象物が単一視野の中に現われることがある。したがって、その各々に焦点を結ばせることは事実上不可能である。しかしながら、もしも装置が、特定可能な細胞核ではなく、何か無関係な物体に焦点を結ぶようなことがあれば、千の中の一つの前癌細胞は拾い上げられることなく、高倍でも検査されず、前癌状態は検出されないままに終わってしまう。したがって、このような装置においては、目的対象物には、安定的に、特異的に焦点を結ぶが、標本中の無関係な特徴やアーティファクトには焦点を結ばないことが必須である。パップ・スメア中に存在するアーティファクトとしては、顕微鏡スライドにマークするために用いた鉛筆に由来する黒鉛痕、標本収拾に用いた道具に由来する木片の小棘、血液、毛髪、粘液条や、さらに、通常の透過型顕微鏡検査には不向きな分厚い細胞塊がある。パップ・スメア走査器が良好な成績を挙げるためには、目標の細胞核には安定して焦点を結ぶが、無関係なアーティファクト背景には焦点を結んではならない。発明の要約本発明は、生物標本にたいして焦点を結ぶ、形態的画像処理機能を持つ自動焦点装置を与える。本発明により、コンピュータは、異なる焦点深度から収拾された一組の画像の中から目標対象を自動的に特定し、その目標対象にたいする最良の焦点に一致する焦点深度を自動的に選択する。コンピュータが、目的対象物を特定するには、輝度、対比、大きさ、形、構造、および、類似のような形態的基準を用いる。特定の型の細胞ないし細胞核を特定し、標本を走査する間に、自動的にそのものに焦点を結び、その間無関係なアーティファクトは無視する。一つの特質として、本発明は、完全視野において、目標対象物のみに最良焦点を結ぶが、一方無関係な物体は無視し、しかも、目標対象物それぞれに独立に焦点を結ぶ必要のない方法を与える。本法を十分開示するために、以下に好ましい実施例を、方法の用いられる背景を含めて、かなり詳細に記載する。それによって、この分野に熟練した人であれば、本発明をいかに構築したらよいか、いかに応用したらよいかが分かるようにするためである。スライド上に自動的に焦点を結ぶ方法の一実例として、カバーグラスの位置を定め、スライド中の特定の焦点深度から画像を得、さらに、カバー・グラスの表面に直近の第一焦点深度から開始する工程がある。各々の画像の中に見られる、一組の特定の特徴を測定し、複数の画像の各々について少なくとも一つの画像測定を行う。この画像の各々について、焦点計測値を計算する。ただし、ここに、各焦点計測値は、少なくとも一つの画像計測値の関数である。最良焦点位置は、獲得画像が最高焦点計測値を与える焦点深度にたいして定められる。図面の簡単な説明本発明の好ましい実施例は、パップ・スメアの自動スクリーニング装置の低倍焦点を導く自動焦点装置である。本発明を説明するために、好ましい実施例を、付属の図を参照しながら以下に述べる。第１図は、好ましい実施例の装置のブロック・ダイアグラムである。第２Ａ図は、カバー・グラスと、分析対象の標本を含むスライドの模式図である。第２Ｂ図は、単一低倍視野を示す模式図である。第３図は、パップ・スメア標本の低倍視野の見本画像である。すなわち、本発明の実施例装置で捕捉した見本画像を表わす。第４図は、標本上の最良焦点位置を定める工程を示す、高レベルのフロー・チャートである。第５図は、好ましい実施例の一例において、さまざまの焦点深度から画像が集められる工程を示すフロー・チャートである。第６Ａ，６Ｂ図は、勾配焦点採点法と呼ばれる方法を用い、パターン認識焦点法適用の開始点を決める、初回焦点走査工程を示すフロー・チャートである。第７図は、ある一組の焦点深度について勾配焦点評価点をプロットしたグラフの例であり、さらに、そのフィルター通過出力、フィルター出力のコンピュータによる微分成分を表わす。これらのグラフは、勾配焦点採点法においてピークを見つけだす方法を図示するためのものである。第８図は、パターン認識焦点走査−ここでは細胞焦点走査と呼ぶこととする− が、標本の表面上に描く軌跡を示す。第９Ａ，９Ｂ，９Ｃおよび９Ｄ図は、得られた画像にたいして施す典型的な形態操作のいくつかを示す。第１０図は、細胞焦点採点法のデータの流れを示すフロー・チャートである。第１１図は、細胞焦点走査の結果を処理する工程を示すフロー・チャートである。第１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃおよび１２Ｄ図は、細胞焦点走査の結果の中からいくつかの実例を示す。好ましい実施例に関する詳細な説明本発明の好ましい実施例は、生物・医学標本において、細胞核を認識し、これに焦点を結ぶ方法と装置を与える。これを、複数の焦点面から得られた画像を用い、低倍で動作する自動顕微鏡装置によって行う。ここに述べる、本発明の好ましい実施例においては、開示される装置は、子宮頸部のパップ・スメア分析装置に使用されるものである。すなわち、米国特許出願 No．０７／８３８，０６４，題名「正常生物・医学標本の特定法」、アラン・Ｃ・ネルソン等（Alan C．Nelson，et al.）、１９９２年２月１８日出願、米国特許出願 No．０８／１７９，８１２，１９９４年１月１０日出願、これは、米国特許出願 No．０７／８３８，３９５、題名「データ加工法による対象物特定法」、Ｓ・ジェイムス・リー等（S．James Lee，et al.）、１９９２年２月１８日出願の一部継続出願である、米国特許出願 No．０７／８３８，０７０、現在では米国特許 No．５，３１５，７００、題名「データ配列の高速処理法ならびに装置」、リチャード・Ｓ・ジョンソン等（Richard S.Johnson,et al.）、１９９２年２月１８日出願、米国特許出願 No．０７／８３８，０６５，１９９２年２月１８日出願、題名「顕微鏡画像信号の動的相関法ならびに装置」、ジョン・Ｗ・ハイェンガ等（John W．Hayenga,et al.）、および、米国特許出願 No．０７／８３８，０６３，１９９２年２月１８日出願の一部継続出願である、米国特許出願 No．０８／３０２，３５５，１９９４年９月７日出願、題名「イン・フォーカス顕微鏡画像高速捕捉法ならびに装置」、ハイェンガ等（Hayenga，et al.）、に開示されているものと同様のものである。上記の開示は、ここに引用したことにより、全体として本発明に取り込まれたものとする。本発明はまた、別様に断らない限り、１９９４年９月２０日出願で、本発明と同じ出願人に譲渡された下記の特許出願に記載されている生物系、および、細胞系にも関わる。すなわち、クアン等（Kuan et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，１１８、題名「視野優先順序装置、および、方法」、ウィルヘルム等（Wilhelm et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，０６１、題名「生物標本における細胞集団自動特定装置」、マイヤー等（Meyer et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，１１６、題名「生物標本における分厚い細胞集団の自動特定装置」、リー等（Lee et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，１１５、題名「生物分析装置独立較正装置」、リー等（Lee et al.）による米国特許出願 No．０８／３０８，９９２、題名「多数細胞パターンの特定・統合装置」、リー等（Lee et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，０６３、題名「細胞系の動的規格化法」、ローゼンロフ等（Rosenlof et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，２４８、題名「顕微鏡スライドグラスのカバー・グラスの検出法、ならびに、装置」、ローゼンロフ等（Rosenlof et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，０７７、題名「カバー・グラス接着剤中の泡の検出装置」、リー等（Lee et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，９３１、題名「細胞標本スライドガラス評点装置」、リー等（Lee et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，１４８、題名「画像平面変調式パターン認識法、ならびに、装置」、リー等（Lee et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，２５０、題名「遊離細胞特定装置」、オー等（Oh et al.）による米国特許出願 No．０８／３０８，２０９、題名「大型生物標本分類法ならびに装置」、ウィルヘルム等（Wilhelm et al.）による米国特許出願 No．０８／３０９，１１７、題名「自動細胞評価法に不向きな条件を検出する方法、ならびに、装置」である。これらすべては、引用したことにより本発明に含めることとする。ここに記載する各種工程は、ディジタル・プロセッサー上で走らせるのに好適なソフトウェアに取り込むことができることを了解しなければならない。そのソフトウェアは、例えば、ディジタル・プロセッサー、マイクロプロセッサー、または、コンピュータから成ると好都合な画像プロセッサー中に組み込まれていてもよい。装置および標本第１図を参照すると、本発明の装置の一例のブロック・ダイアグラムが示してある。ここに示した装置は次のものから成る。すなわち、中枢コンピュータ１０１、顕微鏡のモーター駆動ステージ１０３の動きを、画像捕捉装置１０４と協調させるリアル・タイム走査制御装置１０２、ストロボ照明装置１０５、顕微鏡の低倍対物レンズ１０７、ＣＣＤ型の電子カメラ１０８、一つ以上の専用画像装置１０９、および、タッチ・センサー１１０である。ストロボ照明装置１０５は、標本１０６に対し、短い閃光を当てる。標本１０６は、ガラス・スライド２０１にマウントされ、かつ、透明なカバー・グラス２０２によって保護されている。コンピュータ１０１は、以下に詳述する焦点操作の諸工程を導くためにあらかじめプログラムされていてもよく、また、そうすると好都合である。第１図において、各種成分の間に見られる矢印は、装置の部分間における情報の流れを表わす。第２Ａ図は、通常の標本１０６がマウントされ、次に透明なカバー・グラス２０２で保護されるスライド２０１のさらに詳細な模式図である。通常のスライド２０１は、長さ８０mm、幅２７mm、厚さ１mmと考えられる。通常のカバー・グラス２０２は、長さ６０mm、幅２４mm、厚さ０．１３mmと考えられる。標本にたいする最良焦点は、点ごとに異なる。これは、スライドとカバー・グラスの結合における歪みと、標本自体に３次元的性質のあることの両方による。第２Ｂ図に、格子２０３が、スライド２０１に重ねられているところを示す。格子２０３は、本発明の実際の実施例では見られないこともあるが、ここでは説明の都合上取り上げた。格子２０３は原寸大で示していない。格子２０３は、スライドが、２１０のような低倍視野に分割される様を図示するものである。その様子を、第２Ｂ図にさらに詳しく示す。低倍視野の各々は、２５個の高倍視野２１１に分割される。例えば、本発明の一実施例においては、低倍視野で捕捉されたディジタル画像は、５１２×５１２ピクセルを含み、約１．４mm×１．４mmの標本面積を表わす。第３図は、第１図に示した本発明の一実施例によって捕捉されたパップ・スメアの低倍視野像を表わす。この画像中に、標本の三次元的団塊３０１のあることに注意されたい。操作装置は、３０１のような団塊にたいしてではなく、例えば３０２のような、個々の細胞に焦点を結ぶ必要がある。ここに記載する、本発明の好ましい実施例においては、装置が、各視野における個々の細胞に焦点を結ぶことを可能にする。カバー・グラスの特定第４図を参照しながら第１図に戻ると、標本の観察は、中枢コンピュータ１０１が操作制御装置１０２に指令を発して、工程４０１において、ステージ１０３をあらかじめ定められた中央位置に動かすことから始まる。中央位置とは、ほぼ既知の、標本１０６の物理的位置にたいして選ばれる。すなわち、たとえ小さなカバー・グラスでも、標本にたいして適切に置かれているならば、その中央位置周辺に標本の実質部分を含んでいるに違いないという知識に基づいて選ばれる。工程４０２において、中枢コンピュータ１０１は、操作制御装置１０２に指令して、スライド２０１にたいして垂直な軸にステージ１０３を移動せしめ、それによって、標本１０６がタッチ・センサー１１０に近づくようにする。この移動は、タッチ・センサー１１０が、工程４０３において、標本１０６を覆うカバー・グラス２０２との接触を記録するか、または、工程４０４として移動の限界に達するか、するまで続けられる。工程４０４で移動の限界に達するということは、スライドが存在しないか、装置には薄すぎるスライドが存在するか、どちらかであることを示す。この場合、問題のスライドの自動処理操作は、工程４０５で停止する。工程４０３において、タッチ・センサー１１０が、標本１０６上のカバー・グラスとの接触を表示すると、操作制御装置１０２は、その接触の起こったステージ位置を、中枢コンピュータ１０１に報告する。コンピュータは、これを工程４０６において保存する。この位置とは、中央点のカバー・グラスの頂上部におけるステージ位置を示し、焦点調節時のスタート地点として用いられる。特に、タッチ・センサー１１０の位置は、対物レンズ１０７の焦点面から既知の距離にあるように、この目的のために設計された標的を用いて、較正されている。工程４１１においては、この較正を用いて、ステージ１０３を、対物レンズ１０７の焦点面が、中央の接触位置において、カバー・グラスの直下の位置にくるように移動させる。しかしながら、焦点調節をさらに続行する前に、カバー・グラスの位置を決めておいた方がよい。この工程近く、すなわち、工程４０７において、工程４０２から４０４で上述した最初の接触とほとんど同様な接触をさらに４回、カバー・グラス中央域のごく近傍で実行する。この接触の各々において、カバー・グラスの位置を前と同様に記録する。工程４０８において、この５回の接触位置から最小二乗法による平面を構築し、この平面の傾きを、最大許容値と比較する。もしも傾きがこの最大値を越えたり、または、４回の接触のいずれかの位置が記録されなかった場合には、工程４０５においてこのスライドの処理は停止される。工程４０８において極端に傾いたカバー・グラスは、通常、そのスライドが装置に正しく装着されていないことを示す。この時点では、カバー・グラスの近似位置は既知となったので、その辺縁にたいするさらに詳細な探索が工程４０９において行われる。この探索法は、本発明の範囲を越える。このような方法の一つが、本発明の出願人に譲渡された、ローゼンロフ等（Rosenlof，et al.）により、本発明と同時、または、その前に出願された、米国特許出願 No．０８／３０９，２４８、題名「顕微鏡スライドのカバー・グラス検出法、ならびに、装置」に開示されている。ローゼンロフ等の詳細を、引用したことによって本内容に含めることとする。ある対象の辺縁・境界を特定する他の方法についても既に知られている。注意すべきことは、標本に焦点調節を実行する前に、カバー・グラスの辺縁の位置を定め、それによって標本の走査がすべてカバー・グラスの境界内部で実行されるようにすることである。工程４１０において、もしもカバー・グラスの辺縁が見つからなかったり、または、辺縁が不適当な大きさや形をもっていたりすれば、スライドの処理は、またしても工程４０５において停止される。工程４１１において、ステージは、中央接触位置の、対物レンズ１０７の焦点面が、カバー・グラス２０２の接触面直下にくるような高さに戻される。工程４１２において標本１０６の焦点調節を実行する。この時、中枢コンピュータ１０１は、走査制御装置１０２に、ステージ１０３の移動が、画像捕捉装置１０４と協調するように指令する。これによって、初回焦点走査が、対物レンズ１０７が、中央接触位置のカバー・グラス２０２表面直下の画像に焦点を結ぶ位置からスタートし、ＣＣＤカメラに向かって実行される。初回焦点走査この時点で、第５，６Ａ，６Ｂおよび７図と、同時に第１図も参照しながら、初回焦点走査について詳細に述べることにする。焦点走査の目的は、ある標本において、異なる焦点面から画像を得て、これを処理し、それによって最良の焦点面を見つけだすことにある。本発明の、この好ましい実施例においては、焦点走査はいずれも下記の要領で実行される。第５および１図を合わせて参照しながら説明すると、工程５０１において、中枢コンピュータ１０１は、画像を収集すべきステージ位置リストを走査制御装置１０２に渡す。このステージ位置は、対物レンズ１０７を、標本１０６の様々な面で焦点を結ばせるように選ばれる。走査制御装置１０２は、ステージ移動のタイミングを計算し、画像を収集すべきステージの連続位置、および、ステージが各位置に達する時間を与える表を作成する。この表の記入数値が計算され、工程５０２において画像捕捉装置１０４に手渡される。一旦画像捕捉装置１０４がこの表を受け取ると、工程５０３において、走査制御装置１０２がステージ１０３の移動を開始する。正確さを期するため、ステージの移動は、工程５０４においてエンコーダーによって監視される。不正確なステージ位置はいずれもコンピュータ１０１に報告される。それによって、コンピュータがステージをリセットし、処理を再スタートできるようにするためである。表にリストされた各時点ごとに、画像捕捉装置１０４は、ストロボ照明１０５に信号を送り、工程５０５において閃光を発っせしめる。照明装置１０５は、工程５０６において標本１０６の指定位置に短い閃光の焦点を結ぶ。この照明装置は、工程５０７において、光センサーによってストロボ閃光列を監視する。不発の閃光や、強度の不正な閃光があれば、それらはコンピュータ１０１に報告される。それによって、コンピュータがスライドの処理を停止できるようにするためである。工程５０８において、対物レンズ１０７は、標本１０６の照明視野からの画像焦点を、カメラ１０８の上に結ぶ。工程５０９において、画像捕捉装置１０４は、カメラ１０８からこのようにして得られた画像のディジタル表現を収集する。ある実施例においては、画像のディジタル表現は、５１２列×５１２行のピクセルから構成され、その各々にたいして、最暗黒レベルを表わす０から、最輝度を表わす２５５までの灰色レベルが割り当てられる。必要なら、カメラ１０８から、画像はアナログ形式のまま画像捕捉装置１０４へ送られ、さらに、アナログ・ディジタル変換器を通して、ディジタル表現を造るようにしてもよい。画像捕捉装置１０４は、捕捉した各ディジタル画像を、工程５１０において、画像処理装置（単数、または、複数、以下同じ）１０９に転送する。この専用画像処理装置１０９は、画像捕捉装置１０４から転送された各画像について、形態的、計算的、および、論理的操作をあらかじめプログラムされた順序にしたがって実行し、それによって、焦点性能について１個以上の測定値を得る。この測定値は計算され、工程５１１においてコンピュータ１０１に送られる。コンピュータ１０１は、工程５０１で操作制御装置１０２に最初に転送したリストの各画像について、その測定値を受け取ると、その測定値のリストを処理し、工程５１２において最適な焦点位置を求める。画像が捕捉され、処理されている間も、ステージ１０３は、工程５０３からずっと、操作制御装置１０２からの指令に基づいて標本１０６を動かし続け、収集すべき画像リストが尽きるまで行う。前述のように、初回焦点操作は、対物レンズが、中央接触位置のカバー・グラス表面直下の画像面に焦点を結ぶ位置からスタートする。走査は、カバー・グラスのさらに下を過ぎ、対物レンズ１０７の各焦点深度ごとに画像を収集しながら、カバー・グラスの光学的最大厚に相当する深さを過ぎるまで行う。カバー・グラスの光学的最大厚は、用いる特定の装置に依存する、あらかじめ定めた厚さ許容限界であってもよい。初回走査は、装置を標本にたいして焦点を結ばせるための出発点、種まき点と言う、を特定するために行うものである。この出発点が、標本中の細胞から得られたものか、単に、スライド表面のゴミ、その他の物質から得られたものかは重要ではないから、形態パターン認識は、この初回焦点走査では用いられない。その代わりに、もっと簡単な強度勾配焦点性能測定値を下記によって計算する。第６Ａ図を参照すると、焦点勾配の評価点を計算する際に画像処理装置が取るべき工程のフロー・チャートが示してある。まず、工程６０１において、画像の灰色レベルについてヒストグラムを計算する。このヒストグラムを、画像の照明輝度、すなわち、照度の尺度を計算するのに用いる。特に、照度は、それよりも高い強度を記録する画像ピクセルが０．１％以上であるような最高強度と定義してもよい。工程６０２において、光強度の水平勾配と、垂直勾配を、ディジタル画像のピクセルの各々について計算する。垂直勾配について言うと、計算は、各ピクセルについて、直下のピクセルの強度値を、直上のピクセルの強度値から差し引いて行う。水平勾配も同様にして行う。これらの勾配値を、域値と比較する。これは、画像ノイズが、画像の鮮明度に及ぼす影響を抑さえるためである。あらかじめ定めた域値よりも低い勾配はゼロとして扱う。この分野に精通している人であれば、この開示を知らされれば、この域値は経験的に得られたものでもよいし、また、使用する特定の画像装置固有のノイズから得られたものでもよいことが了解されるであろう。ある視野内において異なる領域にでの最良焦点位置を識別するために、画像処理装置は、工程６０３において、第２Ｂ図に示したような５×５の格子の中に視野を分割する。その後の処理において、２５個別々の焦点値、すなわち、格子の中の２５個の領域の各々について一つの焦点値を計算する。工程６０４において、５０個のヒストグラムが計算される。すなわち、画像の２５個の格子領域の各々について２個のヒストグラムが計算される。この２個のヒストグラムは、それぞれ、水平、および、垂直勾配画像上で計算される。パターン認識を実行しない焦点操作においても、焦点を結ぶ対象の大きさにたいしてある程度考慮しなければならない。これは、空間頻度の適当な範囲から情報を得るためである。ここに説明する焦点装置は、小さい対象にたいして低倍で作動するように設計されたものであるから、強度勾配のアルゴリスムは、工程６０５において、２５個の領域の各々において、高いものから５０個の勾配だけを選び、それによって大きさを考慮する。勾配ヒストグラムのその他のものは無視する。工程６０６において、この５０個の勾配の二乗を合計し、これを、照度で割る。これによって、この焦点走査により各画像ごとに２５個の焦点評価点が得られる。照度は、評価点を規格化するのに用いられる。すなわち、四分円から直線上に渡る照明への依存性を抑さえるためである。これは、このアルゴリスムは、照明が何らかの原因でぼやけた場合の画像にも適用できるということにもなるから便利である。画像処理装置１０９が、初回焦点走査において、各画像について、２５個の勾配焦点評価点を計算したならば、その評点を、適合する焦点位置と共に、中枢コンピュータ１０１に戻す。これは、前述の、第５図の工程５１１に示した通りである。第５図工程５１２における中枢コンピュータ１０１の仕事は、２５個の領域の各々について、焦点評価点のピークを、焦点位置の関数として探し求め、ノイズによる、実質を伴わない動揺を無視し、最良焦点面について最初の近似を行うことである。中枢コンピュータはこの仕事を第６Ｂ図に示した要領で実行する。第一に、工程６２０において、各領域の評点を、焦点位置前後でフィルターにかける。これは、その焦点評価点におけるノイズの影響を抑さえるためである。このために、対物レンズ野の深度に等しい、１／２最大値において１／２幅を持つガウス核を用いる。第二に、工程６２１において、各領域および位置について、位置に関する焦点評価点の微分を求める。これは、各位置および領域におけるフィルターされた焦点評価点を、同じ領域の、次の位置のフィルターされた焦点評価点から差し引くことで実行する。第三に、工程６２２において、全領域における焦点評価点のピークを特定する。そのために、位置に関して、２個の正の導関数と、それに続いて２個の負の導関数の見られるパターンを求め、そのピークでの焦点評価点があらかじめ定めた最小値を越えていることを確かめる。後者は、実体のないピークを求めるのを避けるためである。ピークの厳密な位置は、勾配を、ゼロ切片に直線的に内挿することによって求められる。第７図は、ピークを求める方法を図示したものである。これを、元の焦点評価点７０１の実例、ガウス核でフィルターした焦点評価点７０２、および、このフィルターされた評価点の差７０３を焦点位置にたいしてプロットして求める。第７図にプロットした評価点は、１個の領域から得られた値を表わしたものである。７０４の導関数ゼロの内挿点は、ピークの計算位置を表わす。ピークの前には、複数個の、正の導関数があり、ピークの後には、複数個の、負の導関数があることに注意。第四に、工程６２３において、各ピークの尖鋭度を求める。そのために、そのピークにおけるフィルターされた焦点評価点の二次導関数の絶対値を、ピークの絶対値で割る。この尖鋭度は、そのピークの与える焦点位置にたいする指向性がどの程度明白なものであるかを示す。第五に、工程６２４において、全領域で求めたピークのすべてを二つのクラスに分割する。得られた最高ピークよりも、カバー・グラスの光学的最小厚一個以上低いもの、および、そうでないもの、である。このように分割したのは、カバー・グラス上の埃に由来するピークを、本来の標本に由来するピークから分離するためである。第六に、工程６２５において、各クラスにおいて最高焦点評価点を持つピークを保存し、同じ領域、クラスのその他のピークを無視する。その結果各クラスにおいて、考慮すべきピークは高々２５個になる。第七に、工程６２６において、各クラスのピーク位置の重みづけ平均を取り、これを、各クラスの完全視野における最良焦点位置を表わすものとする。ピーク位置は、工程６２３で求めたピーク尖鋭度比で重みづけして、重みづけ平均を得る。もしどれかのピークが、同じクラスの最も尖鋭なピークよりも係数４以上低かったら、ピークが平坦すぎるという理由で、この工程において、平均計算から外す。これによって、可能な焦点位置は高々２個となる。すべてのピークが上級クラスの場合があることに注意。その場合は、この段階で焦点位置はただ一つということになる。第八に、カバー・グラスの上面に焦点を結ぶ可能性を避けるために、焦点位置が二つある場合には、工程６２７において、低いクラス（カバー・グラスよりも下になる）を、その標本の最良焦点を表わすものとして選ぶ。第九で、これが最後であるが、工程６２８において、工程６２２で正当なピークが見つけられなければ、走査は、工程６３０で最良焦点位置を求められなかったことになる。そうでなければ、工程６２７で選択された焦点位置が、工程６２９においてコンピュータ１０１に保存される。これで、初回焦点走査の説明を終える。初回走査の複数試行第４図に戻ると、工程４１２の初回焦点走査の結果は、焦点位置にスタートするか、または、ピーク探査不能のいずれかとなる。ほとんど全ての場合において、カバー・グラスの厚み、位置に関する物理的要求事項を満たしている標本スライドを使用している限り、前記の初回焦点走査は上手くいく。これは、この走査には焦点を合わせるべき試料をほとんど必要としないから、また、走査が、ほとんど確実に何かの標本を含んでいる、スライドの中央部で行われるからである。しかしながら、もし、工程４１３で焦点発見不能が判明した場合には、さらに数度の試みを実行し、焦点調節用の種まき点を求めなければならない。特に、工程４１４の試行数が、一定数よりも少なければ、工程４１５において、たった今焦点走査を行ったばかりの視野に隣接する視野において、新たな位置を選択し、工程を戻して、工程４１２において、もう一度初回走査を実行する。次々に続く試行が、中央の接触位置にできるだけ近接しながら、新しい視野を選び続けるために、元の接触点の周囲に螺旋模様を描くようなことがあるかもしれない。工程４１４において、一定数の試行がすべて不成功に終わった場合にのみ、スライドの処理は、工程４０５において停止される。細胞焦点走査のパターン工程４１２において初回焦点位置が求められたならば、その点から、パターン認識、すなわち、細胞性焦点走査が始まる。この点を種まき点と呼ぶ。第８図は、標本表面を横断する、細胞性焦点走査の経路を示す。ここに、種まき点の位置を”Ｘ”でマークした。正方形８０１は、走査された視野を示し、矢印８０２はステージの追跡経路を示す。ここに指示された経路をたどる目的は、スライドについてできるだけ代表的なものに近いサンプリングを行い、かつ、もう一方で走査に要する時間を最短にするためである。使用したステージでは、同時に二次元に動かしても、ただ一次元移動の場合とほとんど同じ時間しか要しないので、図示した対角線方向の移動が、移動速度を最大にする。また第４図に戻ると、工程４１６において、最初の走査は、第８図の種まき点に隣接して、右側に行われる。第８図に示したジグザグ・パターンは、走査がカバー・グラスの辺縁の一つに近づくたびごとに、例えば８０４の位置で、転回する。全パターンは、第８図のカバー・グラスの右端の前に終了していなければならない。次に走査は、工程４２２と４１６に戻り、再び種まき点の近傍で、種まき点の左の点、第８図で丸でマークした走査位置から出発する。第８図に描いた走査８０３の最後の反転が、８０４で要した３段階や、一つ置きの反転ではなく、５段階を要していることに注意。これは、後述の条件では、標本処理の速度を上げるために、反転に要する段階の数を３から５に増すことがあることを示している。最初の２回の細胞焦点走査は、種まき点で定められる焦点面の周囲で実行される。細胞焦点走査は、前述の勾配走査よりもずっと単純である。すなわち、たった４個の画像の撮影・処理から成るにすぎない。画像はここでもほぼ対物レンズの焦点深度によって分離されたものである。このため、細胞走査はずっと早くなる。細胞走査による最良焦点位置の探索は、勾配走査によるものよりも必然的に単純な操作になる。なぜなら、取り扱いの対象となる点はたった四つしかないのであるから。ノイズを刈り込んで信号を際だたせるために、特に、主に分離性の高い細胞の核を認識し、そこに焦点を結ぶように、画像処理する方により重点が置かれる。細胞塊は、その核がはつきり区別できるものでなければ、あまり有益な情報を与えないことに注意。細胞形態学細胞焦点走査における画像処理は、単純な形態学的操作の組み合わせから成る。第９Ａ−９Ｄ図は、４種の単純な二項式形態操作を図示したものである。第９Ａ図は、３×３ブロックを持つ侵食を図示したもので、第９Ｂ図は、同じブロックを持つ膨張変換を示す。第９Ｃ図は、５×５の網枠を持つ侵食を示し、第９Ｄ図は、同じ網枠を持つ膨張変換を図示する。侵食ないし膨張変換のような形態学的操作は、二つの実体を含む。第一の実体は、操作の対象となる画像であり、第二の実体は、それを用いて操作を行う構造要素である。構造要素とは、ピクセルの格子と考えてもよい。その値は「オン」か、「オフ」であり、かつ、一意な中央ピクセルを持つ。第９Ａ−９Ｄ図の構造要素の中央ピクセルを、Ｘでマークする。形態学操作とは、構造要素の中心を、元の画像の各ピクセルの上に置くことと見なすこともできる。二項操作が画像に作用すると、そのピクセルは「オン」か「オフ」になる。二つから成るもっとも単純な操作は、侵食と膨張変換の二項操作である。二項の侵食は、構造要素の中心をその上に合わせた時、画像上に、要素の「オン」ピクセルと合致する、少なくとも一つの「オフ」ピクセルを持つ画像の全ピクセルを「オフ」にする。画像のそれ以外のピクセルはすべて「オン」にセットされる。膨張変換は、構造要素の中心をその上に合わせた時に、画像上に、「オン」構造要素ピクセルに合致する、少なくとも一つの「オン」ピクセルを持つ画像の全ピクセルを「オン」にする。それ以外のピクセルはすべて「オフ」にセットされる。二項式による侵食、膨張変換操作ははだたちに、灰色スケールを含む侵食、膨張変換の場合に一般化できる。灰色スケール侵食では、画像の各ピクセル値を、そのピクセル値の最小値で置換する。この最小値は、要素の「オン」ピクセルに相当する。灰色スケールの膨張変換では、各ピクセル値を、それらピクセル値の最大値で置換する。この最大値は、要素の「オン」ピクセルに相当する。侵食と膨張変換を結合して、複合操作を行う。特に、同じ要素によって、膨張変換に続いて侵食を行うことを閉鎖と呼び、侵食の後に膨張変換を行うことを開放と呼ぶ。第１０図は、細胞焦点による形態評点法においてデータの進行を示すフロー・チャートである。各細胞焦点走査によって得られた各画像は、カメラ１０８で保存され、画像捕捉装置１０４でディジタル化された後、画像処理装置１０９（単数または複数）により、この一組の操作によって処理される。第１０図に示したように、工程は、四つの大きな分枝を持つ。第１分枝では、画像１００１の灰色スケール値についてヒストグラム１０１１を得、次に、三つの灰色スケール値１０１２を−これらは白、細胞、黒レベルと呼ばれる−ヒストグラムから計算する。白レベルとは、前述の勾配焦点の説明のところで述べた輝度レベルと同じものである。細胞レベルとは、白の値の９５％と定義した。この名前が示すように、このレベル以下の灰色レベルをもつ画像領域は、少なくとも何かの細胞原形質を含む領域を表わす可能性が高い。黒レベルは、白の値の＄１／１５＄に加えてノイズ・レベルを表わす量と定義した。黒の値以下の灰色スケールを持つ画像領域は、標本の分厚い団塊か、その他の物質によるアーティファクトか、そのいずれかである。これらの領域は、焦点調節の対象から除外する。細胞形態処理法の第２分枝では、元の画像１００１の各ピクセルを工程１０２１においてテストし、その灰色スケールが細胞域値を越えるものであるかどうかを調べる。もし越えるものであれば、二項画像の対応するピクセルをゼロに設定する。もし越えなければ、二項ピクセルを１に設定する。こうして得られた二項画像は、５×５ボックスによる形態処理入口１０２２を通過し、さらに、４３× ４３ボックスによる入口１０２３を通過する。５×５ボックスによる入口１０２２は、実際に細胞を表わすものとしては小さすぎる領域を排除するために設けられたものである。一方、４３×４３ボックスによる入口１０２３は、大きいので、間に透き間を持った複数細胞ではなく、積み重なった細胞群を表わしていると思われる領域を検出する。遊離細胞に焦点を結ぶ必要性から、この二つの入口での結果は、工程１０２４においてまとめて「排除または」で処理され、細胞原形質による二項画像を生成し、これが次に工程１０２５において、５×５ボックス膨張変換とされる。これによって、細胞辺縁部にある核でも拾い上げることができるようにするためである。細胞焦点評点法アルゴリスムの第三分岐は、工程１０３１において、元の画像１００１の各ピクセルをチェックして、上に定義した黒レベルよりも大きな灰色レベルを持っているかどうかを確かめる。もし持っているならば、対応するピクセルは、二項画像として、１にセットされる。もし持っていなければ、０にセットされる。得られた黒の二項画像は、工程１０３２において、４３×４３ボックスによって侵食処理される。これは、標本の分厚い団塊辺縁、または、アーティファクトで縁取られた領域に焦点を結ぶことを避けるためである。次に、この暗黒二項画像は、工程１０３３において、細胞原形質の二項画像と「アンド」処理され、細胞核認識許容領域を表わす二項画像を生成する。アルゴリスムの第四であり、かつ最後の分岐は、細胞核検出のために設計されている。先ず、５×５ブロックによる元の画像１００１の灰色スケール閉鎖工程１０４１から始まる。この閉鎖により、通常、対象細胞核は画像から取り除かれる。次に、工程１０４２において、この閉鎖結果から、元の画像を差し引き、内部構造強調性反転画像を生成する。この反転画像において、核は、際だって明るい光点として見える。細胞核を特定する二項画像を作成するため、工程１０４３において、閉鎖の結果を８で割り、工程１０４４において、内部構造強調画像と比較対照する。もし内部構造強調画像の灰色レベルが、この局所輝度レベルの測定値を越えるものであれば、問題のピクセルは、工程１０４４において、核の一部の可能性ありのマークを付けられる。この二項画面は、工程１０４５において、先の核認識許容二項画像と「アンド」処理され、核の可能性ありピクセルの二項マスクを生成する。工程１０４５においてこのようにして得られた二項マスク画像は、核の大きさ・形についてほとんど制限を加えられていないという欠点を持つ。次の工程は、この限界を正すために設けられたものである。先ず、２×２ボックスによる入口１０４６が設けられる。これは、孤立ピクセル、または、単一幅の線維状ピクセルを排除するためである。得られたマスクを、工程１０４７において、７×７の中空枠ピクセルで膨張変換化し、これを、１０４８で反転し、次に、これを、１０４９において、先のマスクと「アンド」処理し、核の可能性の高いものの内、７×７フレームの内部に収まらない部分を取り除く。これは、見込みのある核は、ほぼ楕円形でなければならないという制限を加えることである。第三に、そしてこれが最後であるが、得られた二項画像を、工程１０５０において、３×３ボックスで膨張変換処理する。これによって、核の辺縁をマスクの中に含める。工程１０５０の結果が、マスクの最終的画像となる。これは、焦点調節用のすべての必要条件を満たした細胞核を特定する。核が特定された後でも、それらにたいして焦点を結ぶ尖鋭度を測定する必要が残っている。このために、工程１０４２で生成された内部構造強調画像を、１０５１において３×３ブロックで侵食処理し、得られた画像を、１０５２で、内部構造強調画像自体から差し引き、勾配強調画像を生成する。工程１０５３において、この勾配強調画像を、工程１０５０で得た最終マスク画像がゼロを含む位置のすべてにおいてゼロに設定し、最終マスク画像が１を含む位置ではそのままにしておく。最後に、得られた画像の灰色レベルについてヒストグラム１０５４を取る。これは、得られた核物質の量についてさらに一測定値増やすためであるし、そしてもちろん、その核にたいする焦点の尖鋭度を測定するためでもある。この二つの測定値は、工程１０５５において、ヒストグラム１０５４から次のようにして求められる。先ず、勾配強調画像の内、白レベルの５％未満のレベルは、非細胞核物質であるから無視する。次に、このレベル以上のピクセルを数え上げ、核として受け入れ可能なピクセルの総数を集計する。また、核の尖鋭度の測定は、白レベルの５％を越えるピクセルの勾配強調レベルの二乗平均として求める。核として受容可能なピクセルの合計は、得られた有用標本量の尺度となるが、一方、核尖鋭度測定値は、白レベルで割って、輝度レベルにたいする依存性を抑さえ、これを、細胞焦点評価点として用いる。細胞焦点処理このようにして、中枢コンピュータ１０１は、実行した各細胞焦点走査当り、画像処理装置（単数または複数）１０９より４個の焦点評価点と、４個のピクセル計数を受け取る。元に戻って第５図を参照すると、このデータ転送は、工程５１１において行われる。工程５１２で、コンピュータは、これら測定値を処理する。この処理は、第１１図に図示するように行われる。先ず、工程１１０１において、コンピュータは、どの焦点評価点がもっとも高いかを決定する。もしもこの最高焦点評価点が、工程１１０２において、カバー・グラスからもっとも遠い位置にあるものであれば、この焦点走査の結果は、工程１１０３において、カバー・グラスからさらに遠ざかって、もっとよい焦点位置を求める必要があることを表わす。もしもそうでなければ、この最高焦点評価点を持つ画像の核のピクセル数を、工程１１０４でチェックし、画像の０．１％を越えているかどうか確かめる。もし越えていなければ、外見上は、この視野において、焦点を当てる必要のないないものである。したがって、コンピュータは、工程１１０５において、同一面でさらに走査を続行することを決める。もしも核のピクセル数が、工程１１０４において、画像の０．１％を越えており、最高焦点評価点を持つ画像が、工程１１０６において、カバー・グラスにもっとも近い画像であるならば、この焦点走査の結果は、工程１１０７において、カバー・グラスにさらに接近し、もっと良い焦点面を求める必要があることを示す。カバー・グラスに近づく前に、十分なデータが必要である。これは、標本のきわめて乏しいスライドを覆うカバー・グラスの試料に焦点を当てる試行を避けるためである。もしも最高焦点評価点を持つ画像が、走査の最高部にも１１０６、最低部にも１１０２なく、最高焦点評価点を持つ画像が、１１０４において画像の０．１％を越える核ピクセル数を持っているならば、焦点評価点の差を直線的に内挿し、工程１１０８においてピークの位置を求める。内挿は、導関数のゼロ切片にたいして行う。ちようど、第７図７０４で示した内挿によるゼロ切片法と同じやり方で行う。これは、最良焦点を上手く見つけたことを表わし、その場所は、工程１１０９において記録される。最後に、工程１１１０において、次の焦点調節指示が、工程１１０９で記録された最良焦点面周囲を中心に実行するように出される。再び第４図を参照し、標本の焦点走査における細胞焦点走査の役割を求める。前述したように、工程４１６における、最初の２個の細胞焦点走査は、種まき点によって定められる面を中心に実行される。工程４１７において、この走査の内の第一走査の結果が、コンピュータ１０１によって処理される。この結果を得た後、コンピュータ１０１は、工程４１８において、次の細胞走査を要求する。元に戻って第１１図を参照する。この図は、たった今処理し終わったばかりの焦点走査がどんな結果を取り得るかを示す。もし処理を終えたばかりの焦点走査の結果が、焦点を下げるべきだ１１０３という指示を出しているならば、要求走査４１８は、処理をし終えた走査から、一焦点ステップ下げた位置に中心を合わせる。もし、結果が、十分なデータが得られていない１１０５ことを示しているなら、要求走査４１８は、処理をし終えた走査と同じ面に中心を合わせる。もしも結果が焦点を高くしなければならない１１０７ことを示しているのであれば、上手くいった焦点走査の内最後の走査の面を調べ、現在の焦点位置が、その最後の走査面を越える分が、カバー・グラスの光学的厚さの最小値の１／２未満であるかどうかを確かめる。もしそうなら、要求走査４１８は、一焦点ステップ高い位置に中心を合わせる。もしそうでなければ、カバー・グラスの上面に焦点を結ぶ試行を避けるために、要求走査４１８は、処理を終えたばかりの走査と同じ面に中心を合わせる。再び第４図を参照すると、工程４１９において、コンピュータは今要求された焦点位置を調べ、第８図の走査パターンに基づいて、それがカバー・グラスの右端、または、左端に寄りすぎていないかどうかチェックする。もし寄りすぎていなければ、コンピュータは工程４１７に戻り、今完了したばかりの走査結果を計算し、次に、工程４１８において新たな走査を要求する。各細胞走査の焦点レベルは、それに２走査先立つ走査結果に基づくことに注意。これにより、走査制御装置１０２、画像捕捉装置１０４、画像処理装置（単数または複数）１０９、および、コンピュータ１０１は、焦点走査を、平行かつ連続的に、ステージ移動の及ぶかぎりの速さで処理することができ、しかも、計算結果を待つために費やされる待ち時間がない。工程４１９において、カバー・グラスの端に達した場合、工程４２０においてまだ処理すべき焦点走査結果が二つ残っている。そこで、工程４２１において、コンピュータは、焦点走査が、第８図に示したように、種まき点から両方向に進行し終えたかどうかをチェックする。もしし終えたのであれば、標本の細胞焦点走査は、工程４２３で完了する。もしし終えていなければ、装置は、工程４２２において種まき点に戻り、次に工程４１６において、反対方向に向かって走査を開始する。両方向における最初の２回の焦点走査は、種まき点の面を中心に合わせる。第１２Ａ−１２Ｄ図は、細胞焦点走査深度をどのように位置づけると、２回前の走査結果の後を辿ることができるかを示すためにいくつかの実例を図示したものである。この位置づけについては、第４図の処理工程４１６−４１９に関連して述べた通りである。第１２Ａ−１２Ｄ図はそれぞれ同じ平面を中心として細胞焦点走査を２回行っている。第１２Ａ図の第１走査の結果は、影付きボックス１２１１で象徴されているが、カバー・グラスに直近の画像が最高焦点評価点を受け、かつ、その核ピクセル数は十分に高く、カバー・グラスへの接近移動が保証されることを示す。第２走査の結果は、白抜きボックス１２１２で象徴されているが、カバー・グラス直近の画像がまたしても最高焦点評価点を受けたこと、しかし、カバー・グラス側への移動を保証するほどの十分なデータを含んでいないことを示す。第１走査の結果に基づいて、第３走査は、第１走査よりも１焦点ステップ高く中心を合わせた。第２走査の結果に基づいて、第４走査では、第２走査と同じ平面に中心を合わせた。第１２Ｂ図は、２回の成功焦点走査でスタートした。すなわち、内挿によって求めた、最良焦点位置を、影付き丸１２２１，１２２２で示す。前述したように、第３走査は、第１走査の内挿による最良焦点に中心を合わせ、第４走査は、第２走査の最良焦点の周りに合わせる。第１２Ｃ図は、域値を越える核のピクセル数があろうとなかろうと、もしも最高焦点評価点がカバー・グラスよりも遠い位置で見られたならば、続く第２焦点走査は、１焦点ステップ低い位置に中心を合わせることを示している。影付きボックス１２３１は、カバー・グラスからもっとも遠い画像が最高評点を受けたこと、しかも、第１焦点走査から十分なデータを得ていることを象徴する。白抜きボックス１２３２は、カバー・グラスからもっとも遠い画像が最高焦点評価点を受けたが、第２走査においては十分な核ピクセルを得られなかったことを象徴する。したがって、第３、第４走査は共にカバー・グラスから１焦点ステップ遠ざかっている。もっとも、白抜きボックス１２３２で象徴される通り、第２走査の成績は、域値を越えるほどの十分なデータを含んでいなかったわけであるが。第１２Ｄ図は、２回の不成功の走査で始まる。この走査では、最高焦点評価点は、走査の２個の中心画像の内の一つに見られたが、白抜きボックス１２４１，１２４２が表わすように、域値を越すほどの十分なデータが得られなかった。したがって、前述したように、次の２回の走査は、最初の二つと同じ面に中心を合わせて行われる。標本に焦点を正確に結ぶには、最小限の、成功した細胞焦点走査数が必要である。ある実施例では、その最小数は、２４走査数である。第８図に示したような全走査を完了した後で、この数字に達していなければ、その標本の自動処理は見限らなければならない。この理由で見限ったパップ・スメアは、一般に、偏平上皮細胞の不足という点で不備なものであった。一方、成功走査の最小値に、処理の早い段階で達し、さらにたくさんの成功走査が続けて現われる場合には、問題のスライドの処理を加速することが好ましい。なぜならば、たとえ実行する走査が少なくとも、焦点が正確に実行される可能性が高いからである。したがって、成功細胞焦点走査の最小値に達した後では、スライド横断時に、成功走査がある域値以上見られる場合、その横断時の各々について、スライド移動時、次への反転を、３ステップではなく、５ステップで行うようにする。一つの実例は、第８図の左側の、最後の２回の横断行の間に見られる５ステップ反転８０３に見られる。このようにすれば、スライドの焦点処理は加速される。焦点走査データの利用法細胞焦点走査が完了したならば、すべての成功焦点走査の結果を集計し、成功焦点評点を用いて、標本の焦点面モデルに適合させる。このようなモデルの一つの例は、１０個のパラメータによる多項式によって与えられる。すなわち、 Z=C₀+C₁x+C₂y+C₃x₂+C₄xy+C₅y₂+C₆x₃+C₇x₂y+C₈xy₂+C₉y₃ ここに、Ｚは、標本の最良焦点の高さであり、Ｘとｙは、スライドに平行な標本の軸であり、Ｃ０，．．．，Ｃ９は、調節の対照となる１０個のパラメータである。これらのパラメータは、等式１で求められる表面の誤差の二乗平均と、成功焦点数を最小にするように選んでもよい。この、平均二乗誤差最小値は、等式１の自由パラメータによって取り上げられる自由度１０を除くように補正すると、このモデルに基づいて、標本にどの程度正確に焦点を当てることができるかを示す尺度として用いることができる。受容不可能はほどに大きな平均二乗誤差を持つ標本は、排除することができる。標本の焦点面のモデルが一旦使用できるようになれば、それを、低倍で、カバー・グラスの下の標本全面を走査する際の案内に用いることができる。また、標本に高倍で焦点を結ぶ際のスタート点としても用いることができる。成功焦点走査データはまた、タッチ・センサーで得られたカバー・グラスの高さと共に、標本上のカバー・グラスの光学的厚みを推定するのにも用いることができる。もしもカバー・グラスの光学的厚みが大きすぎたり、あるいは、小さすぎたりした場合には、標本を高解像度の対物レンズで見た場合、認められないほど大きな球面誤差を生ずる。したがって、そのような標本は、高倍率の顕微鏡検査には不向きである可能性が高い。ここに、本発明を相当詳細に説明してきたが、これは、特許法に合致するためであり、かつまた、この分野に精通している人々に、この新しい原理を実地に用いて、必要に応じて特別な装置を構築・使用するのに必要な情報を提供するためであった。しかしながら、本発明は、特異的な目的にしたがって、様々な装置・器具を用いて実行可能であり、かつ、装置の詳細や、操作法に関して、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正が可能であることを了解しなければならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ハイエンガ，ジョン，ダブリュ. アメリカ合衆国．98031 ワシントン，ケント，ナインティフォースプレイスサウス 21648 (72)発明者ステファニック，ジェームズ，エー. アメリカ合衆国．98126 ワシントン，シアトル，サーティーシックススアヴェニューサウスウエスト 8811 (72)発明者シュミット，ロバート，シー. アメリカ合衆国．98052 ワシントン，レッドモンド，ワンハンドレッドアンドシックスティファーストプレイスノースイースト 10014

Claims

【特許請求の範囲】１．スライドに自動的に焦点を結ぶ方法であって、（ａ）底面を持つカバー・スライドの位置を定める工程と（４０１−４１１）、（ｂ）スライドにたいしてあらかじめ定めた複数の焦点深度から複数の画像を得、カバー・グラスの底面近傍の第１焦点深度からスタートする工程と（４１２）、（ｃ）複数の画像の各々において、あらかじめ定めた一組の特徴を測定し、その複数の画像の各々にたいして少なくとも一つの画像測定値を生成する工程と（５１１）、（ｄ）その複数の画像の各々について焦点測定値を計算する工程と、その際、各焦点測定値は、少なくとも一つの画像測定値（５１１）の関数とし、かつ、（ｅ）得られた画像が最高焦点測定値を持つ焦点深度にたいして、最良焦点位置を定める工程と（５１２）、を含む方法。２．請求項１の方法であって、焦点測定値を計算する工程（５１１）がさらに強度勾配焦点測定値を計算する工程を含み（第６Ａ図）、その際、あらかじめ定められた一組の特徴が、複数の画像各々の灰色レベルを含む方法。３．請求項２の方法であって、焦点測定値を計算する工程（５１１）がさらにフィルターされた焦点測定値（６２０）を計算する工程を含む方法。４．請求項１の方法であって、最良焦点位置を定める工程（５１２）が、さらに（ａ）複数の画像間の焦点測定値の導関数を計算する工程（６２１）、および、（ｂ）その導関数の値を、そのゼロ切片に内挿する工程（６２２）を含む方法。５．請求項１の方法であって、焦点測定値を計算する工程（５１１）が、さらに焦点評価点を計算する工程を含み、その際、あらかじめ定められた一組の特徴が、形態学的な特質（第９Ａ−９Ｄ図）を含み、かつ、焦点評価点が、形態学的特質の測定に応じて変動する方法。６．請求項１の方法であって、焦点測定値を計算する工程（５１１）が、さらに（ａ）強度勾配焦点測定値を計算する（第６Ａ図）工程と、ここに、あらかじめ定められた一組の特徴が、得られた画像の灰色レベルを含む、および、（ｂ）フィルターされた焦点測定値（６２０）を計算する工程と、ここに、最良焦点位置を定める工程がさらに（ｉ）複数の画像の間で、フィルターされた焦点測定値の導関数を計算する工程（６２１）、および、（ii）その導関数の値を、そのゼロ切片に内挿する工程（６２２）を含む方法。７．請求項６の方法であって、最良焦点位置を定める工程（５１２）が、さらに強度勾配焦点測定値を域値と比較する工程（６０２）を含み、それによって、域値より下の強度勾配焦点測定値を抑さえて、画像ノイズの影響を低下させる方法。８．請求項１の方法であって、焦点測定値を計算する工程（５１１）がさらに、焦点評価点を計算する工程を含み、その際、あらかじめ定められた一組の特徴がさらに形態学的特徴（第９Ａ乃至９Ｄ図）を含み、かつ、焦点評価点は、形態学的特徴測定値に応じて変動し、また、その際、最良焦点位置を定める工程（５１２）が、複数の画像間の焦点評価点の導関数を計算する工程（６２１）と、その導関数の値を、そのゼロ切片に内挿する工程（６２２）とを含む方法。９．請求項８の方法であって、最良焦点位置を定める工程（５１２）が、さらに極大焦点評価点に一致する画像内容測定値（１１０１）を画像内容域値（６２６）と比較する工程を含み、それによって、焦点測定値の相対的重要性を定める方法。１０．請求項１の方法であって、最良焦点位置を定める工程（５１２）がさらに（ａ）最高焦点測定値を持つ獲得画像がカバー・グラスからもっとも遠いか否かをチェックし（１１０２）、もしそうなら、カバー・グラスよりもさらに遠い焦点深度に焦点をぶ工程と（１１０３）、（ｂ）最高焦点測定値を持つ獲得画像があらかじめ定められた画像内容測定値を越えているか否かをチェックし（１１０４）、もしそうでないなら、同じ焦点深度で画像の獲得を続行する工程と（１１０５）、（ｃ）最高焦点測定値を持つ獲得画像がカバー・グラスに近接しているか否かをチェックし（１１０６）、もしそうなら、カバー・グラスのさらに近い焦点深度で画像の獲得を続行する工程と（１１０７）、かつ、（ｄ）それ以外の場合は、焦点評価点の差を直線的に内挿し、最良焦点の位置を定める工程と（１１０８）、を含む方法。１１．請求項１の方法であり、カバー・グラスの位置を定める工程（４０１−４１１）がさらに（ａ）カバー・グラス（２０２）を含むスライド（２０１）を、ステージとタッチ・センサーを含む自動顕微鏡（第１図）の光学的経路にマウントする工程と、（ｂ）ステージを、あらかじめ定義された中央位置に移動する工程と（４０１）、（ｃ）ステージをスライドがタッチ・センサーに近づくように動かし（４０２）、かつ、さらに、あらかじめ定義された移動の終点に達するか（４０４）、または、タッチ・センサーがカバー・グラスに接触するか（４０３）まで動かし続ける工程と、（ｄ）タッチ・センサーがカバー・グラスに接触した時のステージ位置を基準とした位置を、焦点調節用に使用する工程と、を含む方法。１２．請求項１１の方法であって、カバー・グラスの位置を定める工程（４０１乃至４１１）がさらに（ａ）カバー・グラスにさらに数回の接触を行う工程と（４０７）、（ｂ）その新たな接触位置の各々について、カバー・グラスの位置を記録する工程と（４０６）、（ｃ）カバー・グラスが極端に傾いているかどうかを定める工程と（４０８）を含む方法。１３．請求項１の方法であって、さらに、（ａ）屈折性媒介物の光学的厚みを計算する工程と（第５図）、（ｂ）その光学的厚みに基づいてスライド標本の適性を定める工程と（４１３）を含む方法。１４．請求項１の方法であって、スライドをステージにマウントし、画像を獲得する工程（４１２）がさらに（ａ）画像が収集されたステージの連続位置の表を作成する工程と（５０１）、（ｂ）ステージを動かす工程と（５０３）、（ｃ）スライドを通す閃光を発する工程と（５０６）、（ｄ）画像（５０９）の代表的表示を収集する工程と、を含む方法。１５．請求項１４の方法がさらに、ステージの動きを監視する工程（５０４）を含む方法。１６．請求項１４の方法であって、さらに（ａ）光源を監視し、閃光不発の場合信号を発する工程と（５０７）、（ｂ）閃光不発の場合には、その画像に不適のマークを付ける工程と、を含む方法。１７．請求項１の方法であって、画像獲得の工程（４１２）がさらに、カバー・グラスの下の複数の位置に焦点を結ぶ工程と（５０１）、各位置について少なくとも１個の画像を収集する（５０２乃至５１０）工程を含み、その際、画像は、カバー・グラスの最大光学的厚み以内の位置においてのみ収集される方法。１８．請求項１１の方法であって、さらにスライドの隣接視野における画像を獲得する工程（４１５）を含み、その隣接視野は、実質的にスライド上面に平行な面にあり、さらにまた、新しい視野にたいし、中心点の周囲に螺旋状に焦点を結び、これを受容可能な焦点位置が求められるまで続ける工程（４１２乃至４１５）をも含む方法。１９．請求項２の方法であって、強度勾配焦点測定値を計算する工程（第６Ａ図）がさらに（ａ）画像の灰色レベル・ヒストグラムを計算する工程と（６０１）、（ｂ）その灰色レベル・ヒストグラムから光レベルを測定する工程と、（ｃ）各画像について、少なくとも一つの灰色レベル勾配を計算する工程と（６０４）、（ｄ）少なくとも一つの灰色レベル勾配の、少なくとも一つの副組を選択し（６０５）、選択された少なくとも一つの副組の勾配の二乗を光レベルに関して処理し、少なくとも一つの強度勾配焦点測定値（６０６）を得る工程と、を含む方法。２０．請求項４の方法であって、最良焦点位置を定める工程（５１２）がさらに（ａ）ゼロ切片に関してピークの位置を定める工程と（６２２）、（ｂ）各ピークの尖鋭度を測定する工程と（６２３）、（ｃ）各ピークを二つのクラスに分割する工程と（６２４）、（ｄ）重みづけ平均を計算して、一クラス内の各ピークをまとめる工程とを含み、重みは尖鋭度に関わる（６２６）方法。２１．請求項８の方法であって、さらに（ａ）種まき点の位置を定める工程と（４１２）、（ｂ）種まき点から移動して、挿入された標本位置列から焦点データを獲得する工程と（５０３）、（ｃ）その焦点データを用いて、該標本位置にたいする中間位置の最良焦点を推定する工程と（５１２）、を含む方法。２２．スライド自動焦点式画像獲得装置用の自動装置であって、（ａ）複数の制御信号を発生するためのコンピュータ手段（１０１）を含む処理手段と、（ｂ）複数の制御信号と結合して、カバー・グラスの位置を定める手段（１１０）と、（ｃ）複数の制御信号（１０４）と結合して、画像を獲得する手段で、複数のあらかじめ定められた焦点深度を見るように置かれており、カバー・グラス（２０２）表面近傍の初回焦点深度からスタートする画像を獲得する手段（１０４）と、（ｄ）ここに処理手段（１０１）がさらに、獲得手段（１０４）と結合して、複数の画像の各画像内部において、あらかじめ定められた一組の特徴を測定する（１０９）手段を含み、それによって、複数の画像の各々について画像測定値を生成し、（ｅ）測定手段（１０９）と結合して、複数の画像の各々について焦点測定値を計算する（１０９）手段であって、その際、各焦点測定値は、選ばれた画像測定値の関数であり、（ｆ）処理手段（１０１）がさらに、計算手段（１０４）と結合して、焦点深度に関して最良焦点位置を定める（１０１）手段を含み、獲得画像は、最高焦点測定値を持つ自動装置。２３．請求項２２の自動装置であって、焦点測定値を計算する手段（１０９）はさらに、強度勾配焦点測定値を計算する手段を含み、あらかじめ定められた一組の特徴は、画像の灰色レベルを含む（６０１）自動装置。２４．請求項２２の自動装置であって、焦点測定値を計算する手段（１０９）はさらに、フィルターされた焦点測定値を計算する手段を含む自動装置。２５．請求項２２の自動装置であって、焦点測定値を計算する手段（１０９）はさらに、勾配焦点測定値の導関数を計算する手段を含む自動装置。２６．請求項２２の自動装置であって、焦点測定値を計算する手段（１０９）はさらに、焦点評価点を計算する手段を含み、あらかじめ定められた一組の特徴は、形態学的特質を含み、かつ、焦点評価点は、形態学的特質の測定値によって変動する自動装置。２７．請求項２２の自動装置であって、計算手段（１０１）が、全要素を平行に操作する自動装置。２８．請求項１１の方法であって、カバー・グラスの位置を定める工程（４０１乃至４１１）がさらに、スライドがある厚さの範囲内にあるかどうかを定める工程（４１３）を含む自動装置。２９．請求項１の方法であって、第１視野の最良焦点位置を定める工程（５１２）が、次の視野から画像を得る工程（４１２）と同時に起こる方法。３０．請求項２１の方法であって、焦点データの獲得（４１２）と処理（５１１）が平行に起こり、それによって、最良焦点位置を定める（５１２）時間が短縮される方法。