JPWO2018158810A1 - Cell observation device - Google Patents

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Abstract

焦点位置合わせ画面(100)内には、画像表示枠(101)と焦点位置の選択が可能であるスライダー(102)とが配置される。観察対象である細胞培養プレート全体の位相画像上で観察者により指定された範囲に対応する、複数段階に焦点位置が相違する多数の位相画像が予め作成され、そのうちの一つの画像が画像表示枠(101)中に表示される。観察者がスライダー(102)のつまみ(103)を移動させると、合焦処理部は、つまみ(103)の位置に応じた焦点位置における位相画像を選択して画像表示枠(101)中に表示する。観察者はスライダー(102)を適宜に操作しながら表示される画像で合焦状態であるか否かを確認し、合焦状態であれば「決定」ボタン(104)をクリック操作して焦点位置を確定させる。これにより、効率良く適切な焦点位置を決めることができる。An image display frame (101) and a slider (102) capable of selecting a focal position are arranged in the focal position adjusting screen (100). On the phase image of the entire cell culture plate to be observed, a number of phase images with different focal positions in multiple stages corresponding to the range specified by the observer are created in advance, and one of the images is displayed in the image display frame. It is displayed in (101). When the observer moves the knob (103) of the slider (102), the focus processing unit selects a phase image at a focus position corresponding to the position of the knob (103) and displays the phase image in the image display frame (101). I do. The observer checks whether or not the displayed image is in focus by operating the slider (102) as appropriate, and if the image is in focus, clicks the "OK" button (104) to operate the focus position. Confirm. Thereby, an appropriate focal position can be determined efficiently.

Description

本発明は、細胞の状態を観察する細胞観察装置に関し、さらに詳しくは、デジタルホログラフィ顕微鏡により得られる、物体波と参照波との干渉縞を記録したホログラムに対する演算処理により物体の位相画像、強度画像等の再構成画像を作成する細胞観察装置に関する。   The present invention relates to a cell observation device for observing the state of cells, and more specifically, a phase image and an intensity image of an object obtained by a digital holography microscope by performing arithmetic processing on a hologram that records interference fringes between an object wave and a reference wave. The present invention relates to a cell observation device that creates a reconstructed image such as the above.

再生医療分野では、近年、iPS細胞やES細胞等の多能性幹細胞を用いた研究が盛んに行われている。一般に細胞は透明であって通常の光学顕微鏡では観察しにくいため、従来、細胞の観察には位相差顕微鏡が広く利用されている。
しかしながら、位相差顕微鏡では顕微画像を撮影する際に焦点合わせを行う必要があるため、広い観察対象領域を細かく区画したそれぞれの小領域についての顕微画像を取得しするような場合、測定に多大な時間が掛かり実用的でないという問題がある。これを解決するために、近年、デジタルホログラフィ技術を用いたホログラフィック顕微鏡が開発され実用に供されている(特許文献1、2等参照)。
In the field of regenerative medicine, research using pluripotent stem cells such as iPS cells and ES cells has been actively conducted in recent years. In general, a phase contrast microscope is widely used for observing cells since cells are generally transparent and difficult to observe with a normal optical microscope.
However, since it is necessary to perform focusing when capturing a microscopic image in a phase contrast microscope, when acquiring a microscopic image of each small region obtained by finely dividing a wide observation target region, a great deal of measurement is required. There is a problem that it takes time and is not practical. In order to solve this, holographic microscopes using digital holography technology have been recently developed and put to practical use (see Patent Documents 1 and 2 and the like).

ホログラフィック顕微鏡では、光源からの光が物体表面で反射又は透過してくる物体光と同一光源から直接到達する参照光とがイメージセンサ等の検出面で形成する干渉縞(ホログラム)を取得し、そのホログラムに基づいた所定の演算処理を実施することで物体の再構成画像として強度画像や位相画像を作成する。こうしたホログラフィック顕微鏡では、ホログラムを取得したあとの位相回復等のための演算処理の段階で任意の距離における再構成画像を形成することができるため、撮影時にいちいち焦点合わせを行う必要がなく測定時間を短縮することができるという利点がある。   In a holographic microscope, an interference fringe (hologram) formed on a detection surface of an image sensor or the like by an object light in which light from a light source is reflected or transmitted on an object surface and a reference light directly arriving from the same light source is acquired. By performing a predetermined arithmetic process based on the hologram, an intensity image or a phase image is created as a reconstructed image of the object. With such a holographic microscope, it is possible to form a reconstructed image at an arbitrary distance at the stage of arithmetic processing for phase recovery and the like after acquiring a hologram, so that it is not necessary to focus each time at the time of photographing, and the measurement time is reduced. Can be shortened.

一方で、ホログラフィック顕微鏡における上記利点は、撮影により得られたホログラムに基づく画像を作成する段階で適切な焦点位置を決める必要があることを意味している。細胞培養プレート内で培養中の多能性細胞を観察する場合、細胞培養プレート内のいずれの位置にある細胞に対して焦点合わせを行うのかを観察者自身が目視により判断する必要がある。そのためには、例えば一つの細胞培養プレート全体又は該プレート中の一若しくは複数のウェル全体の領域について焦点位置の異なる画像(例えば位相画像)を複数作成し、この複数の画像を観察者が表示部の画面上で見比べて最も適切な合焦状態である画像を見つける作業が必要である。   On the other hand, the above advantage of the holographic microscope means that an appropriate focus position needs to be determined at the stage of creating an image based on a hologram obtained by photographing. When observing a pluripotent cell in culture in a cell culture plate, it is necessary for the observer to visually determine at which position in the cell culture plate the cell is to be focused. For this purpose, for example, a plurality of images (for example, phase images) having different focal positions are created for an entire region of one cell culture plate or one or a plurality of wells in the plate, and the observer displays the plurality of images on a display unit. It is necessary to find an image in the most appropriate focus state by comparing the images on the screen.

しかしながら、焦点が異なる多数の画像を一覧で見ても、或いは、観察者がマウス等によるクリック操作で一枚ずつ画像を選択指示しながら確認しても、細かな部分の焦点が合っているのか否かを判定するのは難しいし手間も掛かる。
また、一つの細胞培養プレート全体や一若しくは複数のウェル全体の領域についての画像はサイズが大きいため、焦点位置が相違する複数の画像を作成するのには時間が掛かる。
さらにまた、一つの細胞培養プレート全体や一若しくは複数のウェル全体の領域について焦点位置が共通であるとは限らず、一つの細胞培養プレート内のウェル毎に底面の高さが相違していたり細胞培養プレートの底面が傾いていたりするために、観察対象領域全体に対して一つの焦点位置を決めることができないこともある。
However, even if a large number of images with different focuses are viewed in a list, or if the observer checks and selects images one by one by clicking with a mouse or the like, is the fine part focused? It is difficult and time-consuming to determine whether or not.
Further, since the size of the image of the entire region of one cell culture plate or one or a plurality of wells is large, it takes time to generate a plurality of images having different focal positions.
Furthermore, the focal position is not always the same for the entire region of one cell culture plate or one or a plurality of wells. Because the bottom surface of the culture plate is inclined, it may not be possible to determine one focus position for the entire observation target area.

国際特許公開第2016/084420号International Patent Publication No. 2016/084420 特開平10−268740号公報JP-A-10-268740

本発明は上記課題を解決なされたものであり、ホログラフィック顕微鏡で得られたホログラムデータに基づいて位相画像等を作成して表示する細胞観察装置において、観察者が画像を確認しながら適切な焦点位置を決める作業の際に、目視による判断を容易にするとともにその作業性を向上させることを主たる目的としている。   The present invention has been made to solve the above problems, and in a cell observation device that creates and displays a phase image or the like based on hologram data obtained by a holographic microscope, an observer confirms an image while maintaining an appropriate focus. The main object of the present invention is to facilitate visual judgment and improve workability in determining the position.

上記課題を解決するために成された本発明は、細胞を含む試料をホログラフィック顕微鏡で測定することにより得られたホログラムデータに基づく演算処理を行うことで、位相、強度、又は擬似位相の少なくともいずれかの2次元分布を示す再構成画像を作成して表示部に表示する細胞観察装置であって、
a)取得されたホログラムデータに基づいて観察対象領域の全体又はその一部の領域について焦点位置が相違する複数の再構成画像を作成する焦点位置比較画像作成部と、
b)前記焦点位置が相違する複数の再構成画像のうちの一つが表示される画像表示枠と、焦点位置を所定範囲で変化させるための操作子であるスライダーとが配置された画面を前記表示部に表示する焦点位置合わせ用表示処理部と、
c)ユーザによる前記スライダーの操作に応じて前記焦点位置が相違する複数の再構成画像を選択し、前記画像表示枠中に描出させる焦点位置比較画像表示処理部と、
d)ユーザにより指定された前記焦点位置が相違する複数の再構成画像のうちの一つに対応する焦点位置を合焦位置であると決定する合焦位置決定部と、
を備えることを特徴としている。
The present invention has been made in order to solve the above problems, by performing an arithmetic process based on hologram data obtained by measuring a sample containing cells with a holographic microscope, phase, intensity, or at least the pseudo phase A cell observation device that creates a reconstructed image showing any two-dimensional distribution and displays the reconstructed image on a display unit,
a) a focal position comparison image creating unit that creates a plurality of reconstructed images having different focal positions for the entire observation target region or a part thereof based on the obtained hologram data,
b) The image display frame on which one of a plurality of reconstructed images having different focal positions is displayed, and a screen on which a slider as an operator for changing the focal position within a predetermined range is displayed. A focus position alignment display processing unit to be displayed on the unit;
c) selecting a plurality of reconstructed images having different focal positions according to the operation of the slider by the user, and a focal position comparison image display processing unit that renders the image in the image display frame;
d) a focus position determining unit that determines that the focus position corresponding to one of the plurality of reconstructed images in which the focus position specified by the user is different is a focus position;
It is characterized by having.

上記擬似位相とは位相差顕微鏡における位相差に相当する値、即ち、強度の要素を含む位相情報である。
また、上記ホログラフィック顕微鏡はその方式を問わず、インライン型、オフアクシス型、位相シフト型などのいずれでもよい。
The pseudo phase is a value corresponding to a phase difference in a phase contrast microscope, that is, phase information including an intensity element.
The holographic microscope may be of any type, such as an in-line type, an off-axis type, and a phase shift type.

本発明に係る細胞観察装置では、典型的には、前記試料は細胞培養プレートであり、前記観察対象領域は該細胞培養プレート全体又は該プレートに形成されている一又は複数のウェルが含まれる領域とすることができる。即ち、本発明に係る細胞観察装置は、細胞培養プレートにおいて培養中である生体細胞を観察するのに好適な装置である。   In the cell observation device according to the present invention, typically, the sample is a cell culture plate, and the observation target area is an area including the entire cell culture plate or one or more wells formed in the plate. It can be. That is, the cell observation device according to the present invention is a device suitable for observing living cells being cultured in a cell culture plate.

本発明に係る細胞観察装置において、焦点位置比較画像作成部は例えば、細胞を培養中である細胞培養プレートに対して取得されたホログラムデータに基づいて、観察対象領域全体について焦点位置がそれぞれ相違する複数の位相画像を再構成画像として作成する。焦点位置合わせ用表示処理部は、所定の大きさの画像表示枠とスライダーとが配置された画面を表示部に表示するが、焦点位置比較画像表示処理部は、そのスライダーのつまみの位置に応じた焦点位置の位相画像を上記作成されている複数の位相画像の中から選択し、それを画像表示枠中に描出する。したがって、ユーザがポインティングデバイスによりスライダーのつまみを適宜に移動させる操作を行うと、その操作に応じて、同じ領域に対する異なる焦点位置の位相画像が次々に表示される。これにより、ユーザはスライダーのつまみを移動させながら、焦点位置の変化に伴う位相画像の変化、つまり画像ボケの状態を視覚的に確認することができる。   In the cell observation device according to the present invention, for example, the focal position comparison image creating unit differs in the focal position for the entire observation target area based on hologram data acquired for a cell culture plate in which cells are being cultured. A plurality of phase images are created as reconstructed images. The focus position display processing unit displays a screen on which an image display frame of a predetermined size and a slider are arranged on the display unit, and the focus position comparison image display processing unit responds to the position of the slider knob. The selected phase image at the focal position is selected from the plurality of created phase images, and is drawn in the image display frame. Therefore, when the user performs an operation of appropriately moving the slider knob with the pointing device, phase images of different focal positions with respect to the same area are sequentially displayed according to the operation. Thereby, the user can visually confirm the change of the phase image due to the change of the focal position, that is, the state of the image blur while moving the slider knob.

ユーザは例えば、着目している部分が最も明瞭に見える状態つまりは合焦状態になるようにスライダーのつまみを移動させたうえで、所定の操作を行う。この操作を受けて合焦位置決定部は、そのときに表示されている位相画像に対応する焦点位置が合焦位置であると決定する。もちろん、位相画像の代わりに強度画像や擬似位相画像を利用して同様の作業を行ってもよい。こうした一連の操作により、ユーザは容易に且つ的確に再構成画像の合焦位置を決めることができる。   For example, the user performs a predetermined operation after moving the knob of the slider so that the part of interest is seen most clearly, that is, in a focused state. In response to this operation, the focus position determination unit determines that the focus position corresponding to the phase image displayed at that time is the focus position. Of course, the same operation may be performed using an intensity image or a quasi-phase image instead of the phase image. Through such a series of operations, the user can easily and accurately determine the focus position of the reconstructed image.

焦点位置を正確に合わせるにはスライダーに割り当てられる焦点位置の変化のピッチが狭い、つまりはスライダーのつまみの移動に応じて少しずつ焦点位置が変化することが望ましいが、そうすると、つまみの可動範囲に対応する焦点位置の変化の範囲が狭くなり、その範囲から合焦位置が外れる可能性がある。
そこで、本発明に係る細胞観察装置では、好ましくは、前記スライダーに割り当てられる焦点位置の変化の範囲及びその変化のピッチをユーザが設定するための焦点位置合わせパラメータ設定部をさらに備える構成とするとよい。
In order to accurately adjust the focus position, it is desirable that the pitch of the change of the focus position assigned to the slider is narrow, that is, the focus position changes little by little according to the movement of the slider knob. The range of the corresponding change in the focus position becomes narrow, and the focus position may deviate from the range.
Therefore, the cell observation device according to the present invention preferably has a configuration in which a focus position adjustment parameter setting unit for setting a range of change of the focus position assigned to the slider and a pitch of the change by a user is preferable. .

この構成によれば、ユーザが焦点位置合わせパラメータ設定部によりスライダーに割り当てられる焦点位置の変化の範囲及びその変化のピッチを自由に設定できるので、例えばまず焦点位置の変化の範囲を広く(変化のピッチは狭く)設定したうえでおおまかに合焦位置を決めたあと、焦点位置の変化のピッチを広く(変化の範囲は狭く)設定し直して、より細かく合焦位置を探索することができる。それにより、より正確な合焦位置を見つけ易くなる。   According to this configuration, the user can freely set the range of change of the focus position and the pitch of the change assigned to the slider by the focus position parameter setting unit. After setting the focus position roughly after setting the pitch (narrow), it is possible to search for the focus position more finely by resetting the pitch of the change of the focus position wide (the change range is narrow). This makes it easier to find a more accurate focus position.

また本発明に係る細胞観察装置では、
前記表示部に表示されている観察対象領域の全体又はその一部の領域についての再構成画像である広範囲表示画像上で、同一の焦点位置を適用可能である同一焦点位置適用範囲をユーザが指定するための範囲指定部、をさらに備え、
前記合焦位置決定部は、前記範囲指定部により指定された同一焦点位置適用範囲毎に合焦位置を決定する構成とするとよい。
In the cell observation device according to the present invention,
The user specifies the same focal position applicable range in which the same focal position can be applied on a wide range display image that is a reconstructed image of the entire observation target region or a part of the observation target region displayed on the display unit. Further comprising a range designating section for performing
The focus position determination unit may determine the focus position for each of the same focus position application ranges specified by the range specification unit.

ここで、範囲指定部は例えば、表示されている画像上で任意の形状、任意の大きさの範囲を指定可能なポインティングデバイスと、それにより指定された範囲を同一焦点位置適用範囲として認識する操作受付部と、から成るものとすることができる。
この構成によれば、例えば上述したように一つの細胞培養プレート中のウェル毎に適切な焦点位置が異なる場合であっても、ウェル毎に焦点位置を定めることができ、また逆に同一ウェル内では焦点位置を共通にすることができる。
Here, for example, the range designating unit is a pointing device capable of designating a range of an arbitrary shape and an arbitrary size on a displayed image, and an operation of recognizing the range designated by the pointing device as the same focal position applicable range. And a receiving unit.
According to this configuration, for example, even when an appropriate focal position differs for each well in one cell culture plate as described above, the focal position can be determined for each well, and conversely, in the same well. Then, the focal position can be made common.

また上記構成の細胞観察装置では、
前記広範囲表示画像上の一部の範囲をユーザが拡大観察範囲として指定するための拡大観察範囲指定部と、
該指定された拡大観察範囲について少なくとも前記広範囲表示画像よりも倍率の高い拡大画像を作成し該拡大画像を前記表示部の画面上に表示する拡大画像作成部と、
をさらに備える構成とするとよい。
In the cell observation device having the above configuration,
An enlarged observation range designation unit for the user to designate a partial range on the wide range display image as an enlarged observation range,
An enlarged image creating unit that creates an enlarged image at a magnification higher than at least the wide range display image for the specified enlarged observation range and displays the enlarged image on the screen of the display unit.
The configuration may further include

拡大観察範囲指定部は上記範囲指定部と同様に、例えば、表示されている画像上で任意の形状、任意の大きさの範囲を指定可能なポインティングデバイスと、それにより指定された範囲を拡大観察範囲として認識する操作受付部と、から成るものとすることができる。   The enlarged observation range designation unit is, for example, a pointing device capable of designating a range of any shape and any size on a displayed image, and a range designated by the enlarged device. And an operation receiving unit that recognizes the range.

例えば一つの細胞培養プレートの全体やウェル全体である広範囲の位相画像等をユーザが見ても、焦点が合っているのか否かを判断することは難しい。これに対し、上記構成によれば、ユーザは広範囲表示画像上で指定した狭い範囲における拡大画像を確認して焦点が合っているのか否かを判断することができる。それにより、合焦位置か否かの判断の的確性が向上するし、そのための作業性も向上する。   For example, even if the user views a wide range of phase images, such as the entire cell culture plate or the entire well, it is difficult to determine whether the image is in focus. On the other hand, according to the above configuration, the user can determine whether or not the image is in focus by checking the enlarged image in the narrow range specified on the wide-range display image. As a result, the accuracy of determining whether or not the camera is at the in-focus position is improved, and the workability for that purpose is also improved.

また、表示されている広範囲表示画像上でユーザが拡大観察範囲を指定して拡大画像を表示させても、その拡大観察範囲が必ずしも所望の部分でない場合もある。また、それ以外の部分の画像の状態も確認したい場合もある。   Further, even when the user designates an enlarged observation range on the displayed wide-range display image and displays the enlarged image, the enlarged observation range may not always be a desired portion. In some cases, the user may want to check the state of the image in other parts.

そこで、本発明に係る細胞観察装置では、
前記表示部に表示されている前記広範囲表示画像上の前記拡大観察範囲を移動させる又は拡大若しくは縮小させる操作をユーザが行うための操作部をさらに備え、
前記拡大画像作成部は、前記操作部を介した操作による移動後の又は拡大若しくは縮小後の拡大画像を作成して表示することが好ましい。
これにより、ユーザは観察対象領域内の任意の部位における拡大画像を確認して焦点位置が適当か否かを判断することができる。
Therefore, in the cell observation device according to the present invention,
An operation unit for a user to perform an operation of moving or enlarging or reducing the enlarged observation range on the wide display image displayed on the display unit,
It is preferable that the enlarged image creation unit creates and displays an enlarged image after movement or enlargement or reduction by an operation via the operation unit.
Thus, the user can check the enlarged image at an arbitrary part in the observation target area and determine whether the focus position is appropriate.

また本発明に係る細胞観察装置では、好ましくは、一又は複数の前記同一焦点位置適用範囲においてそれぞれ焦点位置の決定に使用する焦点位置合わせ対象範囲をユーザが指定するための焦点位置合わせ対象範囲指定部をさらに備える構成とすることができる。   Further, in the cell observation device according to the present invention, preferably, a focus position adjustment target range designation for a user to designate a focus position adjustment target range used for determining a focus position in one or a plurality of the same focus position application ranges. The configuration may further include a unit.

さらにまた本発明に係る細胞観察装置において、前記焦点位置比較画像作成部は、前記焦点位置合わせ対象範囲について焦点位置が相違する複数の再構成画像を作成する構成とすることができる。   Furthermore, in the cell observation device according to the present invention, the focus position comparison image creating unit may be configured to create a plurality of reconstructed images having different focus positions in the focus alignment target range.

こうした構成によれば、ユーザが焦点位置合わせ対象範囲を絞り込むことで、焦点位置比較画像作成部により作成される位相画像等の再構成画像のデータ量を少なく抑えることができる。それによって、位相情報等を算出する処理や得られた位相情報等を用いて画像を作成する処理を高速化することができる。その結果、合焦位置を決定する作業に掛かる時間を短縮し、細胞観察の作業を効率的に行うことができる。   According to such a configuration, the user can narrow down the focus position adjustment target range, so that the data amount of a reconstructed image such as a phase image created by the focus position comparison image creating unit can be reduced. This makes it possible to speed up the process of calculating phase information and the like and the process of creating an image using the obtained phase information and the like. As a result, the time required for the operation of determining the focus position can be reduced, and the operation of cell observation can be performed efficiently.

本発明に係る細胞観察装置によれば、観察者(ユーザ)が位相画像等の再構成画像を目視で確認しながら適切な焦点位置を決める作業を行う際に、合焦か否かの判断が容易に且つ的確に行える。それにより、細胞観察の作業自体の効率向上を図ることができるとともに、良好な再構成画像を利用した精度の高い細胞観察が可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the cell observation apparatus which concerns on this invention, when an observer (user) performs the operation which determines an appropriate focus position, visually confirming a reconstructed image, such as a phase image, it is determined whether it is in focus. Easy and accurate. As a result, the efficiency of the cell observation operation itself can be improved, and highly accurate cell observation using a good reconstructed image can be performed.

本発明の一実施例である細胞観察装置の要部の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a cell observation device according to an embodiment of the present invention. 本実施例の細胞観察装置における画像作成処理の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of an image creation process in the cell observation device of the present embodiment. 本実施例の細胞観察装置における焦点合わせの際の操作及び処理を示すフローチャート。6 is a flowchart showing operations and processing at the time of focusing in the cell observation device of the present embodiment. 本実施例の細胞観察装置における焦点合わせの際の焦点位置比較画像の表示手法の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a display method of a focus position comparison image at the time of focusing in the cell observation device of the present embodiment. 本実施例の細胞観察装置における焦点位置合わせ画面の模式図。FIG. 4 is a schematic diagram of a focus position adjustment screen in the cell observation device of the present embodiment. 本実施例の細胞観察装置における焦点位置合わせ時の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram at the time of focusing on the cell observation device of the present embodiment. 本実施例の細胞観察装置における焦点位置合わせ時の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram at the time of focusing on the cell observation device of the present embodiment. 本実施例の細胞観察装置における焦点位置合わせ時の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram at the time of focusing on the cell observation device of the present embodiment.

以下、本発明に係る細胞観察装置の一実施例について、添付図面を参照して説明する。
図1は本実施例の細胞観察装置の要部の構成図である。
Hereinafter, an embodiment of the cell observation device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of the cell observation device of the present embodiment.

本実施例の細胞観察装置は、顕微観察部1と、制御・処理部2と、ユーザーインターフェイスである入力部3及び表示部4と、を備える。
顕微観察部1はインライン型ホログラフィック顕微鏡(In-line Holographic Microscopy:IHM)であり、レーザダイオードなどを含む光源部10とイメージセンサ部11とを備え、光源部10とイメージセンサ部11との間に、観察対象である細胞13を含む細胞培養プレート12が配置される。細胞培養プレート12は例えばモータ等の駆動源を含む移動部14により、X軸、Y軸の2軸方向に移動自在である。
The cell observation device of the present embodiment includes a microscopic observation unit 1, a control / processing unit 2, an input unit 3 and a display unit 4, which are user interfaces.
The microscopic observation unit 1 is an in-line holographic microscopy (IHM), and includes a light source unit 10 including a laser diode and the like and an image sensor unit 11. Then, a cell culture plate 12 including cells 13 to be observed is arranged. The cell culture plate 12 is movable in two axial directions of an X axis and a Y axis by a moving unit 14 including a drive source such as a motor.

制御・処理部2は顕微観察部1の動作を制御するとともに顕微観察部1で取得されたデータを処理するものであって、撮影制御部20、測定データ記憶部21、位相情報算出部22、全体画像作成部23、焦点位置比較画像作成部24、画像データ記憶部25、合焦処理部26、焦点位置情報記憶部27、表示処理部28、操作受付処理部29などを機能ブロックとして備える。
なお、この制御・処理部2の実体はパーソナルコンピュータ又はより高性能なワークステーションであり、そうしたコンピュータにインストールされた専用の制御・処理ソフトウェアを該コンピュータ上で動作させることで上記各機能ブロックの機能が実現される。したがって、入力部3はキーボードやマウス等のポインティングデバイスを含む。また、後述するように制御・処理部2の機能を一つのコンピュータでなく、通信ネットワークを介して接続された複数のコンピュータで分担する構成とすることもできる。
The control / processing unit 2 controls the operation of the microscopic observation unit 1 and processes data acquired by the microscopic observation unit 1. The control / processing unit 2 includes a photographing control unit 20, a measurement data storage unit 21, a phase information calculation unit 22, A functional block includes an entire image creating unit 23, a focus position comparison image creating unit 24, an image data storage unit 25, a focusing processing unit 26, a focus position information storage unit 27, a display processing unit 28, an operation reception processing unit 29, and the like.
The entity of the control / processing unit 2 is a personal computer or a higher-performance workstation. By running dedicated control / processing software installed on such a computer on the computer, the functions of the functional blocks described above are realized. Is realized. Therefore, the input unit 3 includes a pointing device such as a keyboard and a mouse. Further, as will be described later, the function of the control / processing unit 2 may be shared by a plurality of computers connected via a communication network, instead of a single computer.

次に、本実施例の細胞観察装置において細胞観察を行う際の観察者の操作及び処理について図2〜図8を参照して説明する。図2は本実施例の細胞観察装置における画像作成処理の説明図、図3は焦点合わせの際の操作及び処理を示すフローチャート、図4は焦点合わせの際の焦点位置比較画像の表示手法の説明図、図5は焦点位置合わせ画面の模式図、図6〜図8は焦点位置合わせ時の説明図である。   Next, the operation and processing of the observer when performing cell observation in the cell observation apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an explanatory diagram of an image creation process in the cell observation device of the present embodiment, FIG. 3 is a flowchart showing an operation and a process at the time of focusing, and FIG. FIG. 5 and FIG. 5 are schematic diagrams of the focus position adjustment screen, and FIGS. 6 to 8 are explanatory diagrams at the time of focus position adjustment.

観察者は解析対象である細胞(多能性細胞)13が培養されている細胞培養プレート12を所定位置にセットし、該細胞培養プレート12を特定する識別番号や測定日時などの情報を入力部3から入力したうえで測定実行を指示する。本例では、図2(a)に示すように、細胞培養プレート12には六個の上面視円形状のウェル50が形成されており、その各ウェル50内においてそれぞれ細胞が培養されている。そのため、この一つの細胞培養プレート12全体、つまりは六個のウェル50を含む矩形状の範囲全体が観察対象領域、即ち撮像対象範囲である。上記測定指示を受けて撮影制御部20は、顕微観察部1を制御して以下のように撮像対象範囲についてのデータを取得する。   The observer sets a cell culture plate 12 in which cells (pluripotent cells) 13 to be analyzed are cultured in a predetermined position, and inputs information such as an identification number for identifying the cell culture plate 12 and the measurement date and time. 3 and then instruct measurement execution. In this example, as shown in FIG. 2A, six wells 50 each having a circular shape in a top view are formed in the cell culture plate 12, and cells are cultured in each of the wells 50. Therefore, the entire one cell culture plate 12, that is, the entire rectangular range including the six wells 50 is the observation target region, that is, the imaging target range. Upon receiving the measurement instruction, the imaging control unit 20 controls the microscopic observation unit 1 to acquire data on the imaging target range as described below.

図1には示していないが、イメージセンサ部11の同一のX−Y平面上には四つのCMOSイメージセンサが設置されている。この四つのCMOSイメージセンサは、図2(a)に示した細胞培養プレート12全体を4等分した四つの4分割範囲51の撮影をそれぞれ担うものである。一つのCMOSイメージセンサが1回に撮影可能である範囲は図2(b)及び(c)に示すように、4分割範囲51の中の1個のウェル50のみを含む矩形状の範囲52をX軸方向に10等分、Y軸方向に12等分して得られる撮像単位53に相当する範囲である。したがって、4分割範囲51は15×12=180個の撮像単位53から成る。四つのCMOSイメージセンサは、X軸方向に15個の撮像単位に対応する長さの長辺を有し、Y軸方向に12個の撮像単位に対応する長さの短辺を有する矩形の四つの頂点付近にそれぞれ配置されおり、同時に細胞培養プレート12の異なる四つの撮像単位の撮影を行う。   Although not shown in FIG. 1, four CMOS image sensors are provided on the same XY plane of the image sensor unit 11. The four CMOS image sensors respectively take pictures of four quadrants 51 obtained by dividing the entire cell culture plate 12 shown in FIG. 2A into four. As shown in FIGS. 2B and 2C, a range in which one CMOS image sensor can photograph at one time is a rectangular range 52 including only one well 50 in a four-division range 51. This is a range corresponding to the imaging unit 53 obtained by dividing the image into 10 equal parts in the X-axis direction and 12 equal parts in the Y-axis direction. Accordingly, the quadrant 51 includes 15 × 12 = 180 imaging units 53. The four CMOS image sensors each have a rectangular long side having a long side corresponding to 15 imaging units in the X-axis direction and a short side having a length corresponding to 12 imaging units in the Y-axis direction. It is arranged near each of the vertices, and simultaneously photographs four different imaging units of the cell culture plate 12.

撮影制御部20による制御の下で光源部10は、10°程度の微小角度の広がりを持つコヒーレント光を細胞培養プレート12の所定の領域に照射する。細胞培養プレート12及び細胞13を透過した光(物体光16)は、細胞培養プレート12上で細胞13に近接する領域を透過した光(参照光15)と干渉しつつイメージセンサ部11に到達する。物体光16は細胞13を透過する際に位相が変化した光であり、他方、参照光15は細胞13を透過しないので該細胞13に起因する位相変化を受けない光である。したがって、イメージセンサ部11に配置されている四つのCMOSイメージセンサの検出面(像面)上には、細胞13により位相が変化した物体光16と位相が変化していない参照光15との干渉像(ホログラム)がそれぞれ形成され、このホログラムに対応する2次元的な光強度分布データ(ホログラムデータ)がイメージセンサ部11から出力される。   Under the control of the imaging control unit 20, the light source unit 10 irradiates a predetermined area of the cell culture plate 12 with coherent light having a small angle spread of about 10 °. The light (object light 16) transmitted through the cell culture plate 12 and the cells 13 reaches the image sensor unit 11 while interfering with light (reference light 15) transmitted through an area on the cell culture plate 12 close to the cells 13. . The object light 16 is light whose phase has changed when transmitting through the cell 13, while the reference light 15 is light which does not receive a phase change due to the cell 13 because it does not transmit through the cell 13. Therefore, the interference between the object light 16 whose phase has been changed by the cell 13 and the reference light 15 whose phase has not changed is detected on the detection surfaces (image surfaces) of the four CMOS image sensors arranged in the image sensor unit 11. An image (hologram) is formed, and two-dimensional light intensity distribution data (hologram data) corresponding to the hologram is output from the image sensor unit 11.

細胞培養プレート12は移動部14により、X−Y面内で上記撮像単位53のサイズに相当する距離だけステップ状に移動される。これにより、光源部10から発せられるコヒーレント光の照射領域は細胞培養プレート12上で移動し、イメージセンサ部11における各CMOSイメージセンサではそれぞれ一つの撮像単位53に対応するホログラムデータを取得することができる。細胞培養プレート12は移動部14により、一つの4分割範囲51内に含まれる撮像単位53の数に相当する180回ステップ状に移動され、その移動毎にホログラムデータが取得される。このようにして、細胞培養プレート12全体についてのホログラムデータを漏れなく得ることができる。   The cell culture plate 12 is moved stepwise by the moving unit 14 by a distance corresponding to the size of the imaging unit 53 in the XY plane. Thereby, the irradiation region of the coherent light emitted from the light source unit 10 moves on the cell culture plate 12, and each CMOS image sensor in the image sensor unit 11 can acquire hologram data corresponding to one imaging unit 53. it can. The cell culture plate 12 is moved by the moving unit 14 in 180 steps corresponding to the number of imaging units 53 included in one quadrant 51, and hologram data is acquired for each movement. In this manner, hologram data for the entire cell culture plate 12 can be obtained without omission.

上述したように顕微観察部1のイメージセンサ部11で得られたホログラムデータは逐次、制御・処理部2に送られ、測定データ記憶部21に格納される。細胞培養プレート12全体の測定が終了すると、制御・処理部2では、位相情報算出部22が測定データ記憶部21から上記撮像単位53毎のホログラムデータを読み出し、光の逆伝播計算を実行することで細胞13の光学厚さを反映した位相情報及び強度情報を算出する。全体画像作成部23は、撮像単位53毎に算出された位相情報に基づく狭い範囲の位相画像を繋ぎ合わせるタイリング処理(図2(d)参照)を行うことで、観察対象領域つまりは細胞培養プレート12全体の位相画像を作成する。表示処理部28はこの観察領域全体の位相画像を表示部4の画面上に表示する(ステップS1)。   As described above, the hologram data obtained by the image sensor unit 11 of the microscopic observation unit 1 is sequentially sent to the control / processing unit 2 and stored in the measurement data storage unit 21. When the measurement of the entire cell culture plate 12 is completed, in the control / processing unit 2, the phase information calculation unit 22 reads the hologram data for each of the imaging units 53 from the measurement data storage unit 21 and executes the back propagation calculation of light. Calculates phase information and intensity information reflecting the optical thickness of the cell 13. The whole image creating unit 23 performs a tiling process (see FIG. 2D) for joining the phase images in a narrow range based on the phase information calculated for each imaging unit 53, thereby obtaining the observation target region, that is, the cell culture. A phase image of the entire plate 12 is created. The display processing unit 28 displays the phase image of the entire observation area on the screen of the display unit 4 (Step S1).

なお、こうした位相情報の計算や位相画像の作成の際には、特許文献1、2等に開示されている周知のアルゴリズムを用いればよい。なお、位相情報のほかに、ホログラムデータに基づいて強度情報や擬似位相情報なども併せて算出し、これらに基づく強度画像や擬似位相画像を作成して表示するようにしてもよい。   In calculating such phase information and creating a phase image, a well-known algorithm disclosed in Patent Documents 1 and 2 and the like may be used. In addition, in addition to the phase information, intensity information and quasi-phase information may also be calculated based on the hologram data, and an intensity image and a quasi-phase image based on these may be created and displayed.

観察者は表示部4の画面上で観察対象領域全体の位相画像を視認し、その位相画像上で同一の焦点位置を適用可能である範囲(本発明における同一焦点位置適用範囲に相当)を入力部3(ポインティングデバイス)を用いた操作により指定する。具体的には、観察者がポインティングデバイスにより縦、横共に任意のサイズの矩形状の枠を位相画像上で指定して所定の操作を行うと、操作受付処理部29は指定された枠で囲まれる範囲を同一焦点位置適用範囲であると認識する(ステップS2)。こうした操作を繰り返して、複数の同一焦点位置適用範囲を指定することができる。もちろん、こうした指定を行わずに観察対象領域全体について同一の焦点位置を適用可能としてもよい。
図6は、細胞培養プレート12全体の位相画像200上で、二つのウェル201に対応する領域について同一焦点位置適用範囲210が指定された例を示す模式図である。
The observer visually recognizes the phase image of the entire observation target area on the screen of the display unit 4 and inputs a range in which the same focal position can be applied on the phase image (corresponding to the same focal position applicable range in the present invention). It is designated by an operation using the unit 3 (pointing device). Specifically, when the observer specifies a rectangular frame having an arbitrary size both vertically and horizontally on the phase image with the pointing device and performs a predetermined operation, the operation reception processing unit 29 is surrounded by the specified frame. Is recognized as the same focal position applicable range (step S2). By repeating such operations, a plurality of the same focal position application ranges can be designated. Of course, the same focus position may be applied to the entire observation target area without such designation.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example in which the confocal position applicable range 210 is specified for a region corresponding to two wells 201 on the phase image 200 of the entire cell culture plate 12.

次に、観察者は図7に示すように、細胞培養プレート12全体の位相画像200上で同一焦点位置適用範囲210毎に、焦点位置合わせに使用する局所的な焦点位置合わせ対象範囲220を指定する(ステップS3)。この指定の方法は同一焦点位置適用範囲210と同様でよく、観察者が着目している細胞が存在している部位など、鮮明に観察したい部位や焦点を合わせ易いと想定される部位を適宜に指定すればよい。ただし、細胞培養プレート12全体の位相画像200では一つ一つの細胞の輪郭等は見にくいので、着目している細胞を探索するのも難しい。そこで、観察者が適宜の焦点位置合わせ対象範囲220を指定したうえで所定の拡大操作を行うと、操作受付処理部29を介して指示を受けた合焦処理部26は、図8に示すように、指定された範囲のみに対応する位相画像の拡大画像240を作成し表示部4の画面上に表示する(ステップS4)。   Next, as shown in FIG. 7, the observer designates a local focus position adjustment target range 220 used for focus position adjustment for each of the same focus position application ranges 210 on the phase image 200 of the entire cell culture plate 12. (Step S3). This designation method may be the same as in the same focus position application range 210, and appropriately designate a site to be observed clearly or a site expected to be easily focused, such as a site where a cell of interest of the observer exists. You can specify it. However, since it is difficult to see the outline of each cell in the phase image 200 of the entire cell culture plate 12, it is difficult to search for the cell of interest. Therefore, when the observer performs a predetermined enlargement operation after specifying an appropriate focus position adjustment target range 220, the focusing processing unit 26 that has received the instruction via the operation reception processing unit 29, as shown in FIG. Next, an enlarged image 240 of the phase image corresponding to only the designated range is created and displayed on the screen of the display unit 4 (step S4).

また、観察者が細胞培養プレート12全体の位相画像200上で又は拡大画像240上で、その拡大画像240で示されている範囲を移動させたり拡大又は縮小させたりする操作を行うと、合焦処理部26はその操作による移動後又は拡大・縮小後の拡大画像を作成し、表示されている拡大画像240を更新する。これにより、観察者は着目する細胞を探索しながら、またその細胞が鮮明に観察可能であるか否かを拡大画像240において確認しながら、適切な焦点位置合わせ対象範囲220を見いだすことができる。そうして適切な焦点位置合わせ対象範囲220が決まったならば、入力部3で所定の操作を行うことで焦点位置合わせ対象範囲220を確定させればよい。   In addition, when the observer performs an operation of moving, enlarging, or reducing the range indicated by the enlarged image 240 on the phase image 200 of the entire cell culture plate 12 or on the enlarged image 240, the focusing is performed. The processing unit 26 creates an enlarged image after movement or enlargement / reduction by the operation, and updates the displayed enlarged image 240. This allows the observer to find an appropriate focus alignment target range 220 while searching for the cell of interest and confirming in the enlarged image 240 whether or not the cell is clearly observable. After the appropriate focus position adjustment target range 220 is determined in this way, the input unit 3 may perform a predetermined operation to determine the focus position adjustment target range 220.

上述のようにして同一焦点位置適用範囲210及び焦点位置合わせ対象範囲220を指定したあと、観察者は入力部3から焦点位置合わせの実行を指示する(ステップS5)。この指示を受けて合焦処理部26は、指定されている一又は複数の焦点位置合わせ対象範囲220について、焦点位置が複数段階に相違する位相画像を焦点位置比較画像として作成し(図4参照)、その画像を構成する画像データを画像データ記憶部25に格納する(ステップS6)。焦点位置合わせ対象範囲220の大きさは観察者が自在に設定可能であるので、焦点位置合わせ対象範囲220は一つの撮像単位53に収まっている場合もあれば複数の撮像単位53に跨っている場合もある。後者の場合には、位相画像を作成する際に上述したタイリング処理が実施される。このように、あとで閲覧する可能性がある焦点位置比較画像を事前に全て用意しておくことで、後述するような複数の焦点位置比較画像の連続的な確認の際に円滑な表示を行うことができる。   After specifying the same focus position application range 210 and the focus position adjustment target range 220 as described above, the observer instructs execution of the focus position adjustment from the input unit 3 (step S5). In response to this instruction, the focusing processing unit 26 creates a phase image having different focal positions in a plurality of stages as a focal position comparison image for one or a plurality of designated focal position adjustment target ranges 220 (see FIG. 4). ), And stores the image data constituting the image in the image data storage unit 25 (step S6). Since the size of the focus alignment target range 220 can be freely set by the observer, the focus alignment target range 220 may fall within one imaging unit 53 or may extend over a plurality of imaging units 53. In some cases. In the latter case, the above-described tiling processing is performed when a phase image is created. In this way, by preparing in advance all the focus position comparison images that may be viewed later, a smooth display is performed at the time of continuous confirmation of a plurality of focus position comparison images as described later. be able to.

ステップS6で作成される焦点位置比較画像の焦点位置の範囲やピッチは、本装置を提供するメーカが予め適宜に定めておけばよい。これらのパラメータはユーザ(観察者や装置の管理者)が適宜に変更できるようにしてもよいが、作成される焦点位置比較画像の焦点位置の範囲やピッチによって後述する画像表示時における焦点位置の変化の範囲やピッチが制約を受けるので、焦点位置の範囲が狭くなりすぎないように、また焦点位置のピッチが広くなりすぎないようにしておくことが望ましい。   The range and pitch of the focal position of the focal position comparison image created in step S6 may be appropriately determined in advance by the manufacturer that provides this apparatus. These parameters may be appropriately changed by a user (observer or an administrator of the apparatus). Since the range and pitch of the change are restricted, it is desirable that the range of the focal position is not too narrow and the pitch of the focal position is not too wide.

一方、表示処理部28は表示部4の画面上に、図5に示すような焦点位置合わせ画面100を表示する(ステップS7)。この焦点位置合わせ画面100には、焦点位置比較画像を表示するための画像表示枠101とGUI部品の一つである焦点位置変更スライダー102とが配置されている。焦点位置合わせ画面100を新たに表示する際には、デフォルトで定められている焦点位置の変化範囲及び焦点位置の変化のピッチの初期値を焦点位置変更スライダー102に割り当て、例えばその焦点位置の変化範囲内で最大又は最小の焦点位置に対応する焦点位置比較画像を画像データ記憶部25から選択して画像表示枠101中に表示する。   On the other hand, the display processing unit 28 displays a focus position adjustment screen 100 as shown in FIG. 5 on the screen of the display unit 4 (step S7). On the focus position adjustment screen 100, an image display frame 101 for displaying a focus position comparison image and a focus position change slider 102, which is one of GUI components, are arranged. When a new focus position adjustment screen 100 is displayed, the focus position change range and the initial value of the focus position change pitch, which are defined by default, are assigned to the focus position change slider 102. A focus position comparison image corresponding to the maximum or minimum focus position within the range is selected from the image data storage unit 25 and displayed in the image display frame 101.

観察者は焦点位置合わせ画面100の画像表示枠101に表示されている焦点位置比較画像を見ながら、入力部3により、焦点位置変更スライダー102のつまみ103を適宜に移動させる操作を行う。すると、操作受付処理部29を通してその指示を受けた合焦処理部26は、つまみ103の位置に応じた焦点位置に対応付けられている焦点位置比較画像を画像データ記憶部25から選択し、画像表示枠101中の表示画像を更新する(ステップS8)。   The observer performs an operation of appropriately moving the knob 103 of the focus position changing slider 102 by using the input unit 3 while watching the focus position comparison image displayed in the image display frame 101 of the focus position adjustment screen 100. Then, the focus processing unit 26 that has received the instruction through the operation reception processing unit 29 selects a focus position comparison image associated with a focus position corresponding to the position of the knob 103 from the image data storage unit 25, and The display image in the display frame 101 is updated (step S8).

焦点位置が相違する焦点位置比較画像ではそれぞれ、画像ボケの状態が少しずつ異なる。そこで観察者は例えば、細胞の輪郭や模様といった着目している部分が最も鮮明に見えるか否か、つまり合焦状態であるか否かを判断し(ステップS9)、最も焦点が合った合焦位置を見つけるように焦点位置変更スライダー102のつまみ103の位置を調整する(ステップS10)。そして、つまみ103を或る位置にしたときに合焦状態であると判断したならば(ステップS9でYes)、焦点位置合わせ画面100の下部に配置されている「決定」ボタン104をクリック操作することで焦点位置の決定を指示する(ステップS12)。合焦処理部26はこの指示を受けて、その時点におけるつまみ103の位置に応じた焦点位置が、そのときの焦点位置合わせ対象範囲220が含まれる同一焦点位置適用範囲210についての焦点位置であることを示す情報を焦点位置情報記憶部27に格納する(ステップS13)。   In each of the focus position comparison images having different focus positions, the state of the image blur is slightly different. Therefore, the observer determines whether or not a focused part such as a contour or a pattern of a cell is most clearly visible, that is, whether or not the focused state is present (step S9). The position of the knob 103 of the focus position changing slider 102 is adjusted so as to find the position (step S10). Then, if it is determined that the in-focus state is obtained when the knob 103 is at a certain position (Yes in step S9), the user clicks the "OK" button 104 arranged at the bottom of the focus position adjustment screen 100. Thus, an instruction to determine the focal position is issued (step S12). Upon receiving this instruction, the focus processing unit 26 sets the focus position corresponding to the position of the knob 103 at that time as the focus position for the same focus position applicable range 210 including the focus position adjustment target range 220 at that time. Is stored in the focal position information storage unit 27 (step S13).

ただし、上述したようにデフォルトで定められている焦点位置の変化のピッチが粗すぎる、或いは、実際の合焦位置がデフォルトで定められている焦点位置の変化の範囲から外れているような場合には、観察者が焦点位置変更スライダー102のつまみ103の位置を調整しても合焦状態であると判断できる状態にならないことがある。その場合には、観察者は入力部3による所定の操作に応じて例えばポップアップ表示されるパラメータ設定用のダイアログ画面で、焦点位置変更スライダー102に割り当てる焦点位置の変化の範囲やピッチを適宜変更する(ステップS11)。こうした変更が行われると、表示処理部28はその変更後の焦点位置の変化範囲及びピッチを焦点位置変更スライダー102に割り当てる。そして、例えばその焦点位置の変化範囲内で最大又は最小の焦点位置に対応する焦点位置比較画像を画像データ記憶部25から選択して画像表示枠101中に表示する(ステップS7)。このように上述したステップS7〜S11の繰り返しにより、観察者は焦点位置比較画像を見ながら適切な焦点位置を決めることができる。   However, as described above, when the pitch of the change of the focus position defined by default is too coarse, or when the actual focus position is out of the range of the change of the focus position defined by default, In some cases, even if the observer adjusts the position of the knob 103 of the focus position changing slider 102, the state may not be determined to be in focus. In this case, the observer appropriately changes the range and pitch of the change of the focal position to be assigned to the focal position changing slider 102 on a parameter setting dialog screen that is pop-up displayed, for example, in response to a predetermined operation by the input unit 3. (Step S11). When such a change is made, the display processing unit 28 assigns the focus position change range and pitch after the change to the focus position change slider 102. Then, for example, a focus position comparison image corresponding to the maximum or minimum focus position within the change range of the focus position is selected from the image data storage unit 25 and displayed in the image display frame 101 (step S7). By repeating steps S7 to S11 described above, the observer can determine an appropriate focus position while viewing the focus position comparison image.

なお、同一焦点位置適用範囲210を複数設定した場合には、その同一焦点位置適用範囲210に含まれる焦点位置合わせ対象範囲220毎に、図3に示した操作及び処理を実施すればよい。これにより、観察対象領域全体つまりは細胞培養プレート12全体の位相画像についての焦点位置を決めることができる。そして、焦点位置が決まったならば、その焦点位置に対応した細胞培養プレート12全体の又はその一部の位相画像を改めて作成する処理を実施すればよい。
なお、強度画像や擬似位相画像については位相画像について求めた焦点位置を利用してもよいし、或いは、強度画像や擬似位相画像について位相画像と同様の手法で焦点位置を決めるようにしてもよい。
When a plurality of the same focus position application ranges 210 are set, the operation and processing shown in FIG. 3 may be performed for each focus position adjustment target range 220 included in the same focus position application range 210. This makes it possible to determine the focal position for the entire observation target region, that is, the phase image of the entire cell culture plate 12. Then, once the focal position is determined, a process of newly creating a phase image of the entire cell culture plate 12 or a part thereof corresponding to the focal position may be performed.
Note that the focus position obtained for the phase image may be used for the intensity image or the quasi-phase image, or the focus position may be determined for the intensity image or the quasi-phase image in the same manner as the phase image. .

上記実施例の細胞観察装置では、観察者がスライダーを手動で操作するのに対応して異なる焦点位置比較画像が次々に表示されるが、焦点位置が相違する複数の焦点位置比較画像が自動的に次々に表示される自動再生機能を付加してもよい。この場合、焦点位置比較画像の自動再生を指示するボタンを用意しておき、そのボタンが操作されたならば、そのときに定められている焦点位置変化範囲内の焦点位置比較画像を自動的に順番に表示することで動画のように再生するとよい。このとき、再生の速度を調整できるようにしてもよい。こうした自動再生は特に、観察者がおおまかな焦点位置を判断するのに都合がよい。   In the cell observation device of the above embodiment, different focus position comparison images are displayed one after another in response to the observer manually operating the slider, but a plurality of focus position comparison images having different focus positions are automatically displayed. May be added with an automatic playback function that is displayed one after another. In this case, a button for instructing automatic reproduction of the focus position comparison image is prepared, and when the button is operated, the focus position comparison image within the focus position change range determined at that time is automatically generated. It is good to reproduce like a moving image by displaying in order. At this time, the playback speed may be adjusted. Such automatic reproduction is particularly convenient for an observer to determine a rough focus position.

また、図1に示した実施例の構成では、制御・処理部2において全ての処理を実施しているが、一般に、ホログラムデータに基づく位相情報の計算やその計算結果の画像化には膨大な量の計算が必要である。そのため、通常使用されているパーソナルコンピュータでは計算に多大な時間が掛かり効率的な解析作業は難しい。そこで、顕微観察部1に接続されたパーソナルコンピュータを端末装置とし、この端末装置と高性能なコンピュータであるサーバとがインターネットやイントラネット等の通信ネットワークを介して接続されたコンピュータシステムを利用してもよい。この場合、ホログラムデータに基づく位相情報の計算や位相画像の作成などの複雑な処理はサーバ側で実施し、それによって作成された画像データを端末装置が受け取って、この画像データに基づいて位相画像を表示する処理を端末装置側で行うようにするとよい。こうした構成では、図1に示した制御・処理部2の機能ブロックが端末装置側とサーバ側とに分離されることになる。このように、制御・処理部2の機能は複数のコンピュータで分担しても構わない。   Further, in the configuration of the embodiment shown in FIG. 1, all the processes are performed in the control / processing unit 2. However, in general, calculation of phase information based on hologram data and imaging of the calculation result are enormous. Quantitative calculations are required. Therefore, it takes a lot of time to calculate with a personal computer that is usually used, and it is difficult to perform an efficient analysis operation. Therefore, a personal computer connected to the microscope observation unit 1 is used as a terminal device, and a computer system in which this terminal device and a server which is a high-performance computer are connected via a communication network such as the Internet or an intranet is used. Good. In this case, complicated processing such as calculation of phase information and creation of a phase image based on the hologram data is performed on the server side, and the terminal device receives the image data created thereby, and performs phase image processing based on the image data. Is preferably performed on the terminal device side. In such a configuration, the functional blocks of the control / processing unit 2 shown in FIG. 1 are separated into the terminal device side and the server side. As described above, the functions of the control / processing unit 2 may be shared by a plurality of computers.

また上記実施例の細胞観察装置では、顕微観察部1としてインライン型ホログラフィック顕微鏡を用いていたが、ホログラムが得られる顕微鏡であれば、オフアクシス型、位相シフト型などの他の方式のホログラフィック顕微鏡に置換え可能であることは当然である。   Further, in the cell observation apparatus of the above embodiment, an in-line holographic microscope was used as the microscopic observation unit 1. However, if the microscope is capable of obtaining a hologram, another type of holographic microscope such as an off-axis type or a phase shift type may be used. Obviously, it can be replaced with a microscope.

さらにまた、上記実施例及び上記記載の変形例はいずれも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲でさらに適宜の変更、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   Furthermore, the above-described embodiment and the above-described modified examples are all examples of the present invention, and even if appropriate changes, modifications, and additions are made within the spirit of the present invention, they are also included in the claims of the present application. That is natural.

1…顕微観察部
10…光源部
11…イメージセンサ
12…細胞培養プレート
13…細胞
14…移動部
15…参照光
16…物体光
2…制御・処理部
20…撮影制御部
21…測定データ記憶部
22…位相情報算出部
23…全体画像作成部
24…焦点位置比較画像作成部
25…画像データ記憶部
26…合焦処理部
27…焦点位置情報記憶部
28…表示処理部
29…操作受付処理部
3…入力部
4…表示部
100…焦点位置合わせ画面
101…画像表示枠
102…焦点位置変更スライダー
103…つまみ
104…「決定」ボタン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microscopic observation part 10 ... Light source part 11 ... Image sensor 12 ... Cell culture plate 13 ... Cell 14 ... Moving part 15 ... Reference light 16 ... Object light 2 ... Control / processing part 20 ... Imaging control part 21 ... Measurement data storage part 22 ... Phase information calculation unit 23 ... Overall image creation unit 24 ... Focal position comparison image creation unit 25 ... Image data storage unit 26 ... Focus processing unit 27 ... Focal position information storage unit 28 ... Display processing unit 29 ... Operation acceptance processing unit 3 Input unit 4 Display unit 100 Focus position adjustment screen 101 Image display frame 102 Focus position change slider 103 Knob 104 ... "Enter" button

再生医療分野では、近年、iPS細胞やES細胞等の多能性幹細胞を用いた研究が盛んに行われている。一般に細胞は透明であって通常の光学顕微鏡では観察しにくいため、従来、細胞の観察には位相差顕微鏡が広く利用されている。
しかしながら、位相差顕微鏡では顕微画像を撮影する際に焦点合わせを行う必要があるため、広い観察対象領域を細かく区画したそれぞれの小領域についての顕微画像を取得するような場合、測定に多大な時間が掛かり実用的でないという問題がある。これを解決するために、近年、デジタルホログラフィ技術を用いたホログラフィック顕微鏡が開発され実用に供されている(特許文献1、2等参照)。
In the field of regenerative medicine, research using pluripotent stem cells such as iPS cells and ES cells has been actively conducted in recent years. In general, a phase contrast microscope is widely used for observing cells since cells are generally transparent and difficult to observe with a normal optical microscope.
However, when the phase contrast microscope because it is necessary to perform focusing when taking a microscopic image, a so that Tokusu preparative microscopic images for each small area finely divide the wide observation area, great to measure It takes a long time and is not practical. In order to solve this, holographic microscopes using digital holography technology have been recently developed and put to practical use (see Patent Documents 1 and 2 and the like).

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ホログラフィック顕微鏡で得られたホログラムデータに基づいて位相画像等を作成して表示する細胞観察装置において、観察者が画像を確認しながら適切な焦点位置を決める作業の際に、目視による判断を容易にするとともにその作業性を向上させることを主たる目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above problems, in a cell observation device that creates and displays a phase image and the like based on holographic data obtained by a holographic microscope, while the observer confirms the image The main object of the present invention is to facilitate visual judgment and to improve the workability when determining an appropriate focus position.

上記課題を解決するために成された本発明は、細胞を含む試料をホログラフィック顕微鏡で測定することにより得られたホログラムデータに基づく演算処理を行うことで、位相、強度、又は擬似位相の少なくともいずれかの2次元分布を示す再構成画像を作成して表示部に表示する細胞観察装置であって、
a)前記ホログラフィック顕微鏡による1回の撮影で得られる所定の大きさの撮像単位に対応するホログラムデータに基づいて作成される再構成画像を複数繋ぎ合わせることで観察対象領域全体の再構成画像を作成し、前記表示部に表示する全体画像作成部と、
b)前記表示部に表示された観察対象領域全体の再構成画像上で、焦点位置合わせ対象範囲をユーザに指定させる焦点位置合わせ対象範囲指定部と、
c)前記焦点位置合わせ対象範囲指定部により指定された焦点位置合わせ対象範囲に対応するホログラムデータに基づいて、該焦点位置合わせ対象範囲が複数の撮像単位に跨る場合には該複数の撮像単位にそれぞれ対応する再構成画像を繋ぎ合わせることにより、前記焦点位置合わせ対象範囲における焦点位置が相違する複数の再構成画像を作成する焦点位置比較画像作成部と、
d)前記焦点位置が相違する複数の再構成画像のうちの一つが表示される画像表示枠と、焦点位置を所定範囲で変化させるための操作子であるスライダーとが配置された画面を前記表示部に表示する焦点位置合わせ用表示処理部と、
e)ユーザによる前記スライダーの操作に応じて前記焦点位置が相違する複数の再構成画像を選択し、前記画像表示枠中に描出させる焦点位置比較画像表示処理部と、
f)ユーザにより指定された前記焦点位置が相違する複数の再構成画像のうちの一つに対応する焦点位置を合焦位置であると決定する合焦位置決定部と、
を備えることを特徴としている。
The present invention has been made in order to solve the above problems, by performing arithmetic processing based on hologram data obtained by measuring a sample containing cells with a holographic microscope, phase, intensity, or at least the pseudo phase A cell observation device that creates a reconstructed image showing any two-dimensional distribution and displays the reconstructed image on a display unit,
a) By connecting a plurality of reconstructed images created based on hologram data corresponding to an imaging unit of a predetermined size obtained by one shot with the holographic microscope, a reconstructed image of the entire observation target area is formed. Creating and displaying an entire image on the display unit;
b) on the reconstructed image of the entire observation target area displayed on the display unit, a focus alignment target range designation unit that allows the user to specify a focus alignment target range,
c) based on the hologram data corresponding to the focus alignment target range specified by the focus alignment target range specifying unit, if the focus alignment target range spans a plurality of imaging units, the plurality of imaging units A focus position comparison image creating unit that creates a plurality of reconstructed images having different focus positions in the focus alignment target range by joining the corresponding reconstructed images ,
d) the image display frame on which one of a plurality of reconstructed images having different focal positions is displayed, and a screen on which a slider that is an operation element for changing the focal position within a predetermined range is displayed. A focus position alignment display processing unit to be displayed on the unit;
e) a focus position comparison image display processing unit that selects a plurality of reconstructed images having different focal positions in accordance with the operation of the slider by a user and causes the image to be drawn in the image display frame;
f) a focus position determining unit that determines that the focus position corresponding to one of the plurality of reconstructed images in which the focus position specified by the user is different is a focus position;
It is characterized by having.

ユーザは例えば、着目している部分が最も明瞭に見える状態つまりは合焦状態になるようにスライダーのつまみを移動させたうえで、所定の操作を行う。この操作を受けて合焦位置決定部は、そのときに表示されている位相画像に対応する焦点位置が合焦位置であると決定する。もちろん、位相画像の代わりに強度画像や擬似位相画像を利用して同様の作業を行ってもよい。こうした一連の操作により、ユーザは容易に且つ的確に再構成画像の合焦位置を決めることができる。
また上記構成によれば、ユーザが焦点位置合わせ対象範囲を絞り込むことで、焦点位置比較画像作成部により作成される位相画像等の再構成画像のデータ量を少なく抑えることができる。それによって、位相情報等を算出する処理や得られた位相情報等を用いて画像を作成する処理を高速化することができる。その結果、合焦位置を決定する作業に掛かる時間を短縮し、細胞観察の作業を効率的に行うことができる。
For example, the user performs a predetermined operation after moving the knob of the slider so that the part of interest is seen most clearly, that is, in a focused state. In response to this operation, the focus position determination unit determines that the focus position corresponding to the phase image displayed at that time is the focus position. Of course, the same operation may be performed using an intensity image or a quasi-phase image instead of the phase image. Through such a series of operations, the user can easily and accurately determine the focus position of the reconstructed image.
Further, according to the above configuration, the user can narrow down the focus position adjustment target range, so that the data amount of a reconstructed image such as a phase image created by the focus position comparison image creating unit can be reduced. This makes it possible to speed up the process of calculating phase information and the like and the process of creating an image using the obtained phase information and the like. As a result, the time required for the operation of determining the focus position can be reduced, and the operation of cell observation can be performed efficiently.

また本発明に係る細胞観察装置では、
前記表示部に表示されている観察対象領域全体の再構成画像である広範囲表示画像上で、同一の焦点位置を適用可能である同一焦点位置適用範囲をユーザが指定するための同一焦点位置適用範囲指定部、をさらに備え、
前記焦点位置合わせ対象範囲指定部は、前記同一焦点位置適用範囲指定部により指定された同一焦点位置適用範囲毎に焦点位置合わせ対象範囲をユーザに指定させる構成とするとよい。
In the cell observation device according to the present invention,
The display unit on the wide display images in a reconstructed image of the observation target area total that is displayed on the same focal position application for users of the same focal position coverage is applicable to specify the same focal position A range designating section,
The focus position adjustment target range designation unit may be configured to allow a user to designate a focus position adjustment target range for each of the same focus position application ranges designated by the same focus position application range designation unit .

ここで、同一焦点位置適用範囲指定部は例えば、表示されている画像上で任意の形状、任意の大きさの範囲を指定可能なポインティングデバイスと、それにより指定された範囲を同一焦点位置適用範囲として認識する操作受付部と、から成るものとすることができる。
この構成によれば、例えば上述したように一つの細胞培養プレート中のウェル毎に適切な焦点位置が異なる場合であっても、ウェル毎に焦点位置を定めることができ、また逆に同一ウェル内では焦点位置を共通にすることができる。
Here, the same-focal-position application range specifying unit includes, for example, a pointing device capable of specifying a range of an arbitrary shape and an arbitrary size on a displayed image, and the same focus position application range. And an operation accepting unit that recognizes as.
According to this configuration, for example, even when an appropriate focal position differs for each well in one cell culture plate as described above, the focal position can be determined for each well, and conversely, in the same well. Then, the focal position can be made common.

Claims (8)

細胞を含む試料をホログラフィック顕微鏡で測定することにより得られたホログラムデータに基づく演算処理を行うことで、位相、強度、又は擬似位相の少なくともいずれかの2次元分布を示す再構成画像を作成して表示部に表示する細胞観察装置であって、
a)取得されたホログラムデータに基づいて観察対象領域の全体又はその一部の領域について焦点位置が相違する複数の再構成画像を作成する焦点位置比較画像作成部と、
b)前記焦点位置が相違する複数の再構成画像のうちの一つが表示される画像表示枠と、焦点位置を所定範囲で変化させるための操作子であるスライダーとが配置された画面を前記表示部に表示する焦点位置合わせ用表示処理部と、
c)ユーザによる前記スライダーの操作に応じて前記焦点位置が相違する複数の再構成画像を選択し、前記画像表示枠中に描出させる焦点位置比較画像表示処理部と、
d)ユーザにより指定された前記焦点位置が相違する複数の再構成画像のうちの一つに対応する焦点位置を合焦位置であると決定する合焦位置決定部と、
を備えることを特徴とする細胞観察装置。
By performing arithmetic processing based on hologram data obtained by measuring a sample containing cells with a holographic microscope, a reconstructed image showing at least one of a two-dimensional distribution of phase, intensity, or pseudo phase is created. A cell observation device for displaying on a display unit,
a) a focal position comparison image creating unit that creates a plurality of reconstructed images having different focal positions for the entire observation target region or a part thereof based on the obtained hologram data,
b) The image display frame on which one of a plurality of reconstructed images having different focal positions is displayed, and a screen on which a slider as an operator for changing the focal position within a predetermined range is displayed. A focus position alignment display processing unit to be displayed on the unit;
c) selecting a plurality of reconstructed images having different focal positions according to the operation of the slider by the user, and a focal position comparison image display processing unit that renders the image in the image display frame;
d) a focus position determining unit that determines that the focus position corresponding to one of the plurality of reconstructed images in which the focus position specified by the user is different is a focus position;
A cell observation device comprising:
請求項1に記載の細胞観察装置であって、
前記試料は細胞培養プレートであり、前記観察対象領域は該細胞培養プレート全体又は該プレートに形成されている一又は複数のウェルが含まれる領域であることを特徴とする細胞観察装置。
The cell observation device according to claim 1,
The cell observation device, wherein the sample is a cell culture plate, and the observation target region is an entire cell culture plate or a region including one or a plurality of wells formed in the plate.
請求項1に記載の細胞観察装置であって、
前記スライダーに割り当てられる焦点位置の変化の範囲及びその変化のピッチをユーザが設定するための焦点位置合わせパラメータ設定部をさらに備えることを特徴とする細胞観察装置。
The cell observation device according to claim 1,
A cell observation apparatus further comprising a focus position adjustment parameter setting unit for allowing a user to set a range of a change in a focus position assigned to the slider and a pitch of the change.
請求項1に記載の細胞観察装置であって、
前記表示部に表示されている観察対象領域の全体又はその一部の領域についての再構成画像である広範囲表示画像上で、同一の焦点位置を適用可能である同一焦点位置適用範囲をユーザが指定するための範囲指定部、をさらに備え、
前記合焦位置決定部は、前記範囲指定部により指定された同一焦点位置適用範囲毎に合焦位置を決定することを特徴とする細胞観察装置。
The cell observation device according to claim 1,
The user specifies the same focal position applicable range in which the same focal position can be applied on a wide range display image that is a reconstructed image of the entire observation target region or a part of the observation target region displayed on the display unit. Further comprising a range designating section for performing
The cell observation apparatus, wherein the focus position determination unit determines a focus position for each same focus position application range designated by the range designation unit.
請求項4に記載の細胞観察装置であって、
前記広範囲表示画像上の一部の範囲をユーザが拡大観察範囲として指定するための拡大観察範囲指定部と、
該指定された拡大観察範囲について少なくとも前記広範囲表示画像よりも倍率の高い拡大画像を作成し該拡大画像を前記表示部の画面上に表示する拡大画像作成部と、
をさらに備えることを特徴とする細胞観察装置。
The cell observation device according to claim 4,
An enlarged observation range designation unit for the user to designate a partial range on the wide range display image as an enlarged observation range,
An enlarged image creating unit that creates an enlarged image at a magnification higher than at least the wide range display image for the specified enlarged observation range and displays the enlarged image on the screen of the display unit.
A cell observation device, further comprising:
請求項5に記載の細胞観察装置であって、
前記表示部に表示されている前記広範囲表示画像上の前記拡大観察範囲を移動させる又は拡大若しくは縮小させる操作をユーザが行うための操作部をさらに備え、
前記拡大画像作成部は、前記操作部を介した操作による移動後の又は拡大若しくは縮小後の拡大画像を作成して表示することを特徴とする細胞観察装置。
The cell observation device according to claim 5,
An operation unit for a user to perform an operation of moving or enlarging or reducing the enlarged observation range on the wide display image displayed on the display unit,
The cell observation device, wherein the enlarged image creating unit creates and displays an enlarged image after movement or enlarged or reduced by an operation via the operation unit.
請求項4に記載の細胞観察装置であって、
一又は複数の前記同一焦点位置適用範囲においてそれぞれ焦点位置の決定に使用する焦点位置合わせ対象範囲をユーザが指定するための焦点位置合わせ対象範囲指定部をさらに備えることを特徴とする細胞観察装置。
The cell observation device according to claim 4,
A cell observation apparatus, further comprising a focus position adjustment target range designation unit for allowing a user to designate a focus position adjustment target range used for determining a focus position in one or a plurality of the same focus position application ranges.
請求項7に記載の細胞観察装置であって、
前記焦点位置比較画像作成部は、前記焦点位置合わせ対象範囲について焦点位置が相違する複数の再構成画像を作成することを特徴とする細胞観察装置。
The cell observation device according to claim 7,
The cell observation device, wherein the focus position comparison image creating unit creates a plurality of reconstructed images having different focus positions in the focus alignment target range.
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