KR102149625B1 - 촬영 화상 평가 장치 및 방법과, 프로그램 - Google Patents

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Abstract

적층된 배양 세포의 두께 및 밀도를, 짧은 촬영 시간으로 평가할 수 있는 촬영 화상 평가 장치 및 방법과, 프로그램을 제공한다. 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 촬영 화상을 취득하는 화상 취득부(52)와, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 두께를 추정하는 두께 추정부(53)과, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 밀도를 추정하는 밀도 추정부(54)를 구비한다.

Description

촬영 화상 평가 장치 및 방법과, 프로그램
본 발명은, 피사체를 촬영한 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 두께 및 밀도의 추정을 행하는 촬영 화상 평가 장치 및 방법과, 프로그램에 관한 것이다.
ES(Embryonic Stem) 세포 및 iPS(Induced Pluripotent Stem) 세포 등의 다능성 줄기 세포는, 다양한 조직의 세포로 분화하는 능력을 구비하는 것이며, 재생 의료, 약의 개발, 및 병의 해명 등에 있어서 응용이 가능한 것으로서 주목받고 있다.
세포는 성장이 진행됨에 따라, 3차원적으로 적층하는 것이 알려져 있고, 그 적층하고 있는 배양 세포의 두께 및 밀도(세포의 밀집도)를 아는 것은, 배양 세포를 재생 의료 및 창약(創藥) 등의 분야에서 사용함에 있어서, 중요한 것이다.
배양 세포의 상태를 평가하는 방법으로서는, 종래, 위상차 현미경 등의 현미경을 이용하여 배양 세포를 촬영하고, 그 촬영 화상의 특징을 파악함으로써 세포 배양 상태를 평가하는 방법이 제안되어 있다.
예를 들면 특허문헌 1에 있어서는, 상술한 적층된 배양 세포의 상태를 평가하기 위하여, 검출 광학계의 초점 위치를 배양 세포의 적층 방향으로 이동시킴으로써, 배양 세포의 설치면으로부터 적층 방향으로 거리가 다른 복수의 단면 화상을 촬영하는 것이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 2016-021915호
그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법과 같이, 초점 위치를 변경하면서 복수의 단면 화상을 촬영하도록 한 것에는, 단면 화상의 촬영 횟수가 많아져, 촬영 시간이 길어진다는 문제가 있다.
또, 다수의 단면 화상을 통합하여 해석 처리를 행할 필요가 있으므로, 그 해석 처리의 부하도 큰 것이 된다.
본 발명은, 상기의 문제를 감안하여, 적층된 배양 세포의 두께 및 밀도를, 짧은 촬영 시간으로 평가할 수 있는 촬영 화상 평가 장치 및 방법과, 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 촬영 화상 평가 장치는, 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 복수의 촬영 화상을 취득하는 화상 취득부와, 복수의 촬영 화상 중 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 두께를 추정하는 두께 추정부와, 복수의 촬영 화상 중 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건에 의하여 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 밀도를 추정하는 밀도 추정부를 구비한다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 두께 추정부는, 저NA 촬영 화상의 휘도 분포를 취득하고, 그 휘도 분포에 근거하여, 피사체의 두께를 추정할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 두께 추정부는, 저NA 촬영 화상의 휘도와 피사체의 두께를 대응지은 테이블을 가질 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 밀도 추정부는, 고NA 촬영 화상의 휘도 분포를 취득하고, 그 휘도 분포에 근거하여, 피사체의 밀도를 추정할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 밀도 추정부는, 휘도 분포의 형상에 근거하여, 피사체의 밀도를 추정할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 밀도 추정부는, 휘도 분포에 포함되는 피크를 구하고, 그 피크의 단위 면적당 수를 산출함으로써 피사체의 밀도를 추정할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 밀도 추정부는, 휘도 분포를 가우스 함수로 근사하여 피크를 구할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 저NA 촬영 화상은, 상대적으로 낮은 배율로 촬영된 촬영 화상으로 하고, 고NA 촬영 화상은, 상대적으로 높은 배율로 촬영된 촬영 화상으로 할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 저NA 촬영 화상은, 상대적으로 긴 파장의 조명광으로 촬영된 촬영 화상으로 하고, 고NA 촬영 화상은, 상대적으로 짧은 파장의 조명광으로 촬영된 촬영 화상으로 할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서, 저NA 촬영 화상은, 상대적으로 개구가 작은 개구 조리개를 이용하여 촬영된 촬영 화상으로 하고, 고NA 촬영 화상은, 상대적으로 개구가 큰 개구 조리개를 이용하여 촬영된 촬영 화상으로 할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 있어서는, 두께 추정부에 의하여 추정된 피사체의 두께 및 밀도 추정부에 의하여 추정된 피사체의 밀도를 출력하는 출력부를 구비할 수 있다.
본 발명의 촬영 화상 평가 방법은, 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 복수의 촬영 화상을 취득하고, 복수의 촬영 화상 중 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 두께를 추정하며, 복수의 촬영 화상 중 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 밀도를 추정한다.
본 발명의 촬영 화상 평가 프로그램은, 컴퓨터를, 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 복수의 촬영 화상을 취득하는 화상 취득부와, 복수의 촬영 화상 중 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 두께를 추정하는 두께 추정부와, 복수의 촬영 화상 중 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건에 의하여 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 밀도를 추정하는 밀도 추정부로서 기능시킨다.
본 발명의 촬영 화상 평가 장치 및 방법과, 프로그램에 의하면, 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 촬영 화상을 취득하고, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 두께를 추정하며, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체의 밀도를 추정한다. 따라서, 저NA 촬영 화상 및 고NA 촬영 화상의 2회의 촬영을 행하면 되므로, 피사체의 두께 및 밀도를 짧은 촬영 시간으로 평가할 수 있다.
여기에서, 피사체의 두께를 추정하는 경우에 저NA 촬영 화상을 이용하는 것은, 대물 렌즈의 개구수가 작은 경우에는, 피사체를 투과한 광의 직진 성분을 많이 포함하는 촬영 화상이 촬영되고, 피사체의 두께가 반영된 촬영 화상이 되기 때문이다. 또, 피사체의 밀도를 추정하는 경우에 고NA 촬영 화상을 이용하는 것은, 대물 렌즈의 개구수가 큰 경우에는, 피사체를 투과한 광의 산란 성분을 많이 포함하는 촬영 화상이 촬영되고, 피사체의 밀도가 반영된 촬영 화상이 되기 때문이다.
도 1은 본 발명의 촬영 화상 평가 장치의 일 실시형태를 이용한 현미경 화상 평가 시스템의 개략 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 저NA 촬영 화상의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 저NA 촬영 화상에 근거하여 취득된 휘도 분포의 일례를 나타내는 도이다.
도 4는 저NA 촬영 화상의 휘도와 피사체의 두께의 관계를 나타내는 테이블의 일례를 나타내는 도이다.
도 5는 피사체의 두께의 추정 결과의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 저NA 촬영 화상의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 저NA 촬영 화상에 근거하여 취득된 휘도 분포의 일례를 나타내는 도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 휘도 분포를 가우스 함수로 근사한 결과를 나타내는 도이다.
도 9는 먼지의 화상을 포함하는 고NA 촬영 화상의 일례를 나타내는 도이다.
도 10은 먼지의 화상에 근거하는 피크를 포함하는 휘도 분포의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 본 발명의 촬영 화상 평가 장치의 일 실시형태를 이용한 현미경 화상 평가 시스템의 작용을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 12는 본 발명의 촬영 화상 평가 장치의 그 외의 실시형태를 이용한 현미경 화상 평가 시스템의 개략 구성을 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 촬영 화상 평가 장치 및 방법의 일 실시형태를 이용한 현미경 화상 평가 시스템에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템의 개략 구성을 나타내는 도이다.
본 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조명광 조사부(10)과, 결상 광학계(30)과, 촬상부(40)과, 현미경 제어 장치(50)과, 표시 장치(80)과, 입력 장치(90)을 구비하고 있다.
본 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템에 있어서는, 조명광 조사부(10)과 결상 광학계(30)의 사이에, 스테이지(61)이 마련되어 있고, 이 스테이지(61) 상에 배양 용기(60)이 재치되어, 지지된다. 배양 용기(60) 내에는, 배양액(C) 및 피사체(S)가 수용되어 있다.
그리고, 본 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템은, 스테이지(61)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시키는 스테이지 구동부(62)를 구비하고 있다. X 방향 및 Y 방향은, 피사체(S)의 설치면에 평행한 면 상에 있어서 서로 직교하는 방향이며, Z 방향은, X 방향 및 Y 방향에 직교하는 방향이다.
본 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템에 있어서는, 상술한 조명광 조사부(10), 결상 광학계(30), 촬상부(40), 스테이지(61) 및 스테이지 구동부(62)로부터 위상차 현미경 본체가 구성되고, 현미경 제어 장치(50)은, 이 위상차 현미경 본체를 제어하는 것이다. 이하, 위상차 현미경 본체의 구체적인 구성을 설명한다.
조명광 조사부(10)은, 배양 용기(60) 내에 수용된 피사체(S)에 대하여, 이른바 위상차 계측을 위한 조명광을 조사하는 것이며, 본 실시형태에서는, 그 위상차 계측용 조명광으로서 링 형상 조명광을 조사한다.
구체적으로는, 본 실시형태의 조명광 조사부(10)은, 위상차 계측용 백색광을 출사하는 백색 광원(11)과, 링 형상의 슬릿을 갖고, 백색 광원(11)로부터 출사된 백색광이 입사되어 링 형상 조명광을 출사하는 슬릿판(12)와, 슬릿판(12)로부터 출사된 링 형상 조명광이 입사되고, 그 입사된 링 형상 조명광을 피사체(S)에 대하여 조사하는 콘덴서 렌즈(13)을 구비하고 있다.
슬릿판(12)는, 백색 광원(11)로부터 출사된 백색광을 차광하는 차광판에 대하여 백색광을 투과하는 링 형상의 슬릿이 마련된 것이며, 백색광이 슬릿을 통과함으로써 링 형상 조명광이 형성된다.
스테이지(61) 상에 설치된 배양 용기(60) 내에는, 피사체(S)로서, 배양된 세포군(세포 콜로니)이 배치된다. 배양된 세포로서는, iPS(induced pluripotent stem) 세포 및 ES(embryonic stem) 세포와 같은 다능성 줄기 세포, 줄기 세포로부터 분화 유도된 신경, 피부, 심근 및 간장의 세포와, 인체로부터 취출된 피부, 망막, 심근, 혈구, 신경 및 장기의 세포 등이 있다. 배양 용기(60)으로서는, 샬레 및 복수의 웰이 배열된 웰플레이트 등을 이용할 수 있다.
결상 광학계(30)은, 배양 용기(60) 내의 피사체(S)의 상(像)을 촬상부(40)에 결상하는 것이며, 대물 렌즈(31)과, 위상판(32)와, 결상 렌즈(33)을 구비하고 있다.
위상판(32)는, 링 형상 조명광의 파장에 대하여 투명한 투명판에 대하여 위상링을 형성한 것이다. 또한, 상술한 슬릿판(12)의 슬릿의 크기는, 이 위상링과 공액인 관계에 있다.
위상링은, 입사된 광의 위상을 1/4 파장 어긋나게 하는 위상막과, 입사된 광을 감광하는 감광 필터가 링 형상으로 형성된 것이다. 위상판(32)에 입사된 직접광은 위상링을 통과함으로써 위상이 1/4 파장 어긋남과 함께, 그 밝기가 약해진다. 한편, 피사체(S)에 의하여 회절된 회절광은 대부분이 위상판(32)의 투명판의 부분을 통과하고, 그 위상 및 밝기는 변화하지 않는다.
결상 렌즈(33)은, 위상판(32)를 통과한 직접광 및 회절광이 입사되고, 이들 광을 촬상부(40)에 결상하는 것이다.
본 실시형태의 결상 광학계(30)은, 광학 배율을 변경 가능하게 구성되어 있다. 광학 배율을 변경하는 방법으로서는, 예를 들면 서로 다른 배율을 갖는 복수의 대물 렌즈(31)을 결상 광학계(30)에 마련하고, 이 복수의 대물 렌즈(31)을 수동 또는 자동으로 전환하도록 하면 된다. 또한, 대물 렌즈(31)의 배율이 변경된 경우에는, 위상판(32)도 대물 렌즈(31)의 배율의 변경에 따라 변경된다.
여기에서, 본 실시형태에 있어서는, 피사체(S)를 촬영한 촬영 화상에 근거하여, 피사체(S)의 두께 및 밀도를 추정한다. 그리고, 피사체(S)의 두께를 추정하는 경우에는, 상대적으로 대물 렌즈(31)의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA(numerical aperture) 촬영 화상을 이용하고, 피사체(S)의 밀도를 추정하는 경우에는, 상대적으로 대물 렌즈(31)의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA(numerical aperture) 촬영 화상을 이용한다. 피사체(S)의 두께를 추정하는 경우에 저NA 촬영 화상을 이용하는 것은, 대물 렌즈(31)의 개구수가 작은 경우에는, 피사체(S)를 투과한 광의 직진 성분을 많이 포함하는 촬영 화상이 촬영되어, 피사체(S)의 두께가 반영된 촬영 화상이 되기 때문이다. 또, 피사체(S)의 밀도를 추정하는 경우에 고NA 촬영 화상을 이용하는 것은, 대물 렌즈(31)의 개구수가 큰 경우에는, 피사체(S)를 투과한 광의 산란 성분을 많이 포함하는 촬영 화상이 촬영되어, 피사체(S)의 밀도가 반영된 촬영 화상이 되기 때문이다.
본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 유저에 의하여 피사체(S)의 두께의 추정을 행하는 지시 입력을 접수한 경우에는, 대물 렌즈(31)의 배율이 상대적으로 낮아지도록 자동적으로 변경하여 대물 렌즈(31)의 개구수를 작게 하고, 한편, 유저에 의하여 피사체(S)의 밀도의 추정을 행하는 지시 입력을 접수한 경우에는, 대물 렌즈(31)의 배율이 상대적으로 높아지도록 자동적으로 변경하여 대물 렌즈(31)의 개구수를 크게 한다. 상대적으로 낮은 배율로서는, 예를 들면 4배로 할 수 있고, 상대적으로 높은 배율로서는, 예를 들면 10배로 할 수 있다. 단, 이 배율에 한정되는 것은 아니다. 유저에 의한 지시 입력은, 입력 장치(90)에 의하여 접수하도록 하면 되고, 두께 추정용 배율과 밀도 추정용 배율은, 사전에 설정해 두도록 하면 된다.
단, 본 발명에서 말하는 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 복수의 촬영 화상이란, 상술한 바와 같이 대물 렌즈의 배율이 다른 조건으로 피사체를 촬영한 촬영 화상에 한정하지 않고, 이후에 설명하는 바와 같이, 개구 조리개의 크기가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 촬영 화상 및 조명광의 파장이 다른 조건으로 피사체를 촬영한 촬영 화상도 포함하는 것으로 한다. 즉, 결과적으로 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건이면, 렌즈의 배율에 한정하지 않고, 그 외의 광학계의 조건을 변경하도록 해도 된다.
촬상부(40)은, 결상 렌즈(33)에 의하여 결상된 피사체(S)의 상을 수광하고, 피사체(S)의 위상차 화상을 촬상하는 촬상 소자를 구비한 것이다. 촬상 소자로서는, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등을 이용할 수 있다.
현미경 제어 장치(50)은, CPU(Central Processing Unit), 반도체 메모리 및 하드 디스크 등을 구비한 컴퓨터로 구성되는 것이다.
현미경 제어 장치(50)은, 위상차 현미경 본체 전체의 동작을 제어하는 것이며, 구체적으로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, CPU를 갖는 제어부(51)과, 화상 취득부(52)와, 두께 추정부(53)과, 밀도 추정부(54)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 현미경 제어 장치(50)이, 본 발명의 촬영 화상 평가 장치에 상당하는 것이다. 현미경 제어 장치(50)의 메모리 또는 하드 디스크에는, 본 발명의 촬영 화상 평가 프로그램의 일 실시형태가 인스톨되어 있고, 이 프로그램이, 제어부(51)에 의하여 실행됨으로써, 화상 취득부(52), 두께 추정부(53) 및 밀도 추정부(54)가 기능한다.
제어부(51)은, 위상차 현미경 본체의 동작을 제어하는 것이며, 구체적으로는, 조명광 조사부(10), 스테이지 구동부(62) 및 촬상부(40)의 동작 등을 제어하는 것이다.
제어부(51)은, 스테이지 구동부(62)를 구동 제어하고, 이로써 스테이지(61)을 X 방향 및 Y 방향으로 이동시킨다. 스테이지(61)이, X 방향 및 Y 방향으로 이동함으로써, 예를 들면 하나의 셀 내가 위상차 계측용 조명광으로 주사되고, 하나의 셀 내에서 분할된 복수의 촬상 영역(시야)마다 위상차 화상이 촬상된다.
화상 취득부(52)는, 촬상부(40)으로부터 출력된 피사체(S)의 위상차 화상을 촬영 화상으로서 취득하고, 기억하는 것이다.
두께 추정부(53)은, 상대적으로 낮은 배율에 의하여 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체(S)인 세포군의 두께를 추정하는 것이다. 두께 추정부(53)은, 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같은 저NA 촬영 화상이 입력된 경우, 도 2에 나타내는 점선을 따른 휘도 분포를 취득한다. 도 3은, 휘도 분포의 일례를 나타내는 도이다. 두께 추정부(53)에는, 도 4에 나타내는 바와 같은 저NA 촬영 화상의 휘도와 피사체(S)의 두께와의 관계를 나타내는 테이블이 사전에 설정되어 있다. 두께 추정부(53)은, 도 3에 나타내는 휘도 분포의 각 위치의 휘도에 대하여, 도 4에 나타내는 테이블을 참조하여 대응하는 두께를 구하고, 이로써 도 5에 나타내는 바와 같은 피사체(S)의 각 위치의 두께의 분포를 추정한다.
또한, 상기 설명에서는, 도 2에 나타내는 점선 상의 두께를 추정하도록 했지만, 이에 한정하지 않고, 피사체(S)를 가로지르는 선분을 복수 방향에 대하여 설정하여, 그 각 선분 상의 두께를 추정함으로써, 피사체(S)의 2차원적인 두께의 분포를 추정하도록 해도 된다. 또, 두께를 추정하는 선분의 방향을 유저가 입력 장치(90)을 이용하여 설정 입력하도록 해도 된다.
또, 도 4에 나타내는 휘도와 두께를 대응지은 테이블을 대물 렌즈(31)의 배율마다 설정하도록 해도 된다. 대물 렌즈(31)의 배율이 변경된 경우에는, 그 변경에 따라 테이블을 자동적으로 변경하도록 해도 된다.
밀도 추정부(54)는, 상대적으로 높은 배율에 의하여 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체(S)인 세포군의 세포의 밀도(밀집도)를 추정하는 것이다. 밀도 추정부(54)는, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같은 고NA 촬영 화상이 입력된 경우, 도 6에 나타내는 점선을 따른 휘도 분포를 취득한다. 도 7은, 휘도 분포의 일례를 나타내는 도이다. 그리고, 밀도 추정부(54)는, 도 7에 나타내는 휘도 분포의 형상에 근거하여, 세포의 밀도를 추정한다. 구체적으로는, 밀도 추정부(54)는, 휘도 분포를 가우스 함수로 근사한다. 도 8의 굵은 실선은, 가는 실선의 휘도 분포를 가우스 함수로 근사한 결과를 나타내는 것이다. 다음으로, 밀도 추정부(54)는, 도 8에 나타내는 가우스 함수의 근사 결과로부터, 화살표로 나타내는 피크의 수를 산출한다. 그리고, 밀도 추정부(54)는, 단위 면적당 피크 수를 카운트함으로써, 세포의 밀도(밀집도)를 추정한다. 즉, 밀도 추정부(54)는, 휘도 분포의 하나의 피크가 하나의 세포에 상당하는 것으로서, 세포의 밀도를 추정한다.
또한, 상기 설명에서는, 도 6에 나타내는 점선 상의 세포의 밀도를 추정하도록 했지만, 밀도를 추정하는 선분을 유저가 입력 장치(90)을 이용하여 설정 입력하도록 해도 된다. 또, 밀도를 추정하는 범위를 선분으로 지정하는 것이 아니라, 직사각형 또는 원형 등의 범위에서 2차원적으로 지정하도록 해도 된다.
또, 고NA 촬영 화상에는 세포뿐만 아니라, 작은 먼지 등의 화상이 포함되어 있는 경우가 있어, 이와 같은 먼지의 화상이 휘도 분포 상에 피크로서 나타난 경우에는, 세포의 밀도를 고정밀도로 산출할 수 없다. 도 9는, 상술한 먼지의 화상을 포함하는 고NA 촬영 화상의 일례를 나타내고, 도 9의 화살표로 나타내는 부분이 먼지의 화상이다.
따라서, 세포의 밀도를 고정밀도로 산출하기 위해서는, 상술한 먼지의 화상에 기인하는 피크를 제거하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 9에 나타내는 점선을 따른 휘도 분포를 취득한 경우, 도 10에 나타내는 바와 같이, 세포의 화상에 근거하는 피크의 군으로부터 떨어진 위치에, 먼지 등의 화상에 근거하는 피크가 나타난다. 따라서, 도 10에 화살표로 나타내는 피크가 존재하는 경우에는, 이 피크를, 먼지 등의 화상에 의한 고립점으로 하여 제거한 후에 피크 수를 산출하여, 세포의 밀도를 추정하는 것이 바람직하다.
두께 추정부(53)에 의하여 추정된 피사체(S)의 두께 및 밀도 추정부(54)에 의하여 추정된 피사체(S)의 밀도는, 제어부(51)에 출력된다. 제어부(51)은, 입력된 피사체(S)의 두께 및 밀도를 표시 장치(80)에 텍스트로 표시하거나, 그 외의 외부 장치에 출력하는 것이다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 제어부(51)이, 본 발명의 출력부에 상당하는 것이다.
도 1로 되돌아가, 현미경 제어 장치(50)에는, 입력 장치(90)과 표시 장치(80)이 접속되어 있다. 입력 장치(90)은, 키보드나 마우스 등의 입력 디바이스를 구비한 것이며, 유저에 의한 설정 입력을 접수하는 것이다. 특히, 본 실시형태에 있어서의 입력 장치(90)은, 대물 렌즈(31)의 배율 변경과, 피사체(S)의 두께 및 밀도의 추정의 지시 등의 설정 입력을 접수하는 것이다.
표시 장치(80)은, 액정 디스플레이 등의 표시 디바이스로 구성되는 것이며, 촬상부(40)에 있어서 촬상된 촬영 화상(위상차 화상) 및 피사체(S)의 두께 및 밀도의 추정 결과 등을 표시하는 것이다. 또한, 표시 장치(80)을 터치 패널에 의하여 구성함으로써, 입력 장치(90)을 겸용하도록 해도 된다.
다음으로, 본 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템의 작용에 대하여, 도 11에 나타내는 플로차트를 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템은, 피사체(S)를 촬영한 촬영 화상에 근거하여, 피사체(S)의 두께 및 밀도를 추정하는 것에 특징을 갖는 것이므로, 여기에서는 그 점을 중심으로 설명한다.
먼저, 유저에 의하여, 피사체(S)의 두께의 추정 또는 피사체(S)의 밀도의 추정의 지시 입력이 입력 장치(90)으로부터 입력된다(S10).
유저에 의하여 피사체(S)의 두께의 추정의 지시 입력이 된 경우에는, 화상 취득부(52)에 의하여 저NA 촬영 화상이 취득된다(S12). 또한, 저NA 촬영 화상에 대해서는, 사전에 다른 배율로 촬영되어 기억된 촬영 화상 중에서 자동적으로 선택하도록 해도 되고, 유저에 의하여 피사체(S)의 두께의 추정의 지시 입력이 되었을 때에, 위상차 현미경 본체에 의하여 저배율로 촬영하여 취득하도록 해도 된다. 또, 사전에 다른 배율로 촬영된 복수의 촬영 화상을 표시 장치(80)에 표시시키고, 그 중에서 저배율로 촬영된 저NA 촬영 화상을 유저가 입력 장치(90)을 이용하여 선택하도록 해도 된다. 이때, 유저가 사전에 설정된 배율의 임곗값보다 높은 배율의 촬영 화상을 선택한 경우에는, 두께의 추정에 적절하지 않은 것으로서 경고 표시 등을 행하도록 해도 된다. 또는, 표시 장치(80)에 복수의 촬영 화상을 표시시킬 때, 사전에 설정된 배율의 임곗값 이하의 배율의 촬영 화상에 대하여, 두께의 추정에 적합한 촬영 화상으로서 마크를 표시시키도록 해도 된다. 또, 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 복수의 촬영 화상 중에서 임의의 2매를 선택하고, 그 2매의 촬영 조건을 비교함으로써, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상과 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA 촬영 화상을 결정해도 된다.
화상 취득부(52)에 의하여 취득된 저NA 촬영 화상은, 두께 추정부(53)에 입력된다. 그리고, 예를 들면 표시 장치(80)에 표시된 저NA 촬영 화상 상에 있어서, 유저에 의하여 입력 장치(90)을 이용하여 두께를 추정하는 범위가 지정된다(S14).
두께 추정부(53)은, 유저에 의하여 입력된 두께의 추정의 범위에 근거하여, 상술한 바와 같이 저NA 촬영 화상의 휘도 분포를 취득한다(S16). 그리고, 그 휘도 분포에 근거하여, 도 4에 나타낸 바와 같이 테이블을 참조하여 두께의 추정이 행해진다(S18). 두께 추정부(53)에 의하여 추정된 피사체(S)의 두께는, 제어부(51)에 의하여 표시 장치(80)에 표시된다(S20).
S10으로 되돌아가, 유저에 의하여 피사체(S)의 밀도의 추정의 지시 입력이 된 경우에는, 화상 취득부(52)에 의하여 고NA 촬영 화상이 취득된다(S22). 또한, 고NA 촬영 화상에 대해서도, 저NA 촬영 화상과 마찬가지로, 사전에 다른 배율로 촬영되어 기억된 촬영 화상 중에서 자동적으로 선택하도록 해도 되고, 유저에 의하여 피사체(S)의 두께의 추정의 지시 입력이 되었을 때에, 위상차 현미경 본체에 의하여 고배율로 촬영하여 취득하도록 해도 된다. 또, 사전에 다른 배율로 촬영된 복수의 촬영 화상을 표시 장치(80)에 표시시키고, 그 중에서 고배율로 촬영된 고NA 촬영 화상을 유저가 입력 장치(90)을 이용하여 선택하도록 해도 된다. 이때, 유저가 사전에 설정된 배율의 임곗값보다 낮은 배율의 촬영 화상을 선택한 경우에는, 밀도의 추정에 적합하지 않은 것으로서 경고 표시 등을 행하도록 해도 된다. 또는, 표시 장치(80)에 복수의 촬영 화상을 표시시킬 때, 사전에 설정된 배율의 임곗값 이상의 배율의 촬영 화상에 대하여, 밀도의 추정에 적합한 촬영 화상으로서 마크를 표시시키도록 해도 된다.
화상 취득부(52)에 의하여 취득된 고NA 촬영 화상은, 밀도 추정부(54)에 입력된다. 그리고, 예를 들면 표시 장치(80)에 표시된 고NA 촬영 화상 상에 있어서, 유저에 의하여 입력 장치(90)을 이용하여 밀도를 추정하는 범위가 지정된다(S24).
밀도 추정부(54)는, 유저에 의하여 입력된 밀도의 추정의 범위에 근거하여, 상술한 바와 같이 고NA 촬영 화상의 휘도 분포를 취득한다(S26). 그리고, 그 휘도 분포를 가우스 함수에 의하여 근사한 후, 피크의 수가 카운트되어 밀도의 추정이 행해진다(S28). 밀도 추정부(54)에 의하여 추정된 피사체(S)의 밀도는, 제어부(51)에 의하여 표시 장치(80)에 표시된다(S30).
또한, 상기 설명에서는, 피사체(S)의 두께의 추정과 밀도의 추정을 선택적으로 행하도록 했지만, 이에 한정하지 않고, 피사체(S)의 두께의 추정과 밀도의 추정의 양쪽 모두를 동시에 병행하여 행하도록 해도 된다.
상기 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템에 의하면, 대물 렌즈(31)의 개구수가 다른 조건에 의하여 피사체(S)를 촬영한 촬영 화상을 취득하고, 상대적으로 대물 렌즈(31)의 개구수가 작은 조건에 의하여 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체(S)의 두께를 추정하며, 상대적으로 대물 렌즈(31)의 개구수가 큰 조건에 의하여 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 피사체(S)의 밀도를 추정한다. 따라서, 저NA 촬영 화상 및 고NA 촬영 화상의 2회의 촬영을 행하면 되기 때문에, 피사체(S)의 두께 및 밀도를 짧은 촬영 시간으로 평가할 수 있다.
또, 저NA 촬영 화상 및 고NA 촬영 화상의 2매의 촬영 화상의 해석을 행하면 되기 때문에, 종래의 다수의 단면 화상을 해석하는 방법과 비교하면, 해석 처리의 부하를 작게 할 수 있다. 또, 본 실시형태와 같이, 휘도 분포를 이용하여 평가를 행한 경우에는, 보다 간략한 처리로 피사체의 두께 및 밀도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 저배율에 의하여 촬영된 촬영 화상을 저NA 촬영 화상으로서 취득하고, 고배율에 의하여 촬영된 촬영 화상을 고NA 촬영 화상으로서 취득하도록 했지만, 이에 한정하지 않으며, 예를 들면 상대적으로 개구가 작은 개구 조리개를 이용하여 촬영된 촬영 화상을 저NA 촬영 화상으로서 취득하고, 상대적으로 개구가 큰 개구 조리개를 이용하여 촬영된 촬영 화상을 고NA 촬영 화상으로서 취득하도록 해도 된다.
도 12는, 상기 실시형태의 현미경 화상 평가 시스템의 위상차 현미경 본체에 대하여, 상술한 개구 조리개(14)를 마련한 구성을 나타내고 있다.
개구 조리개(14)는, 링 형상 조명광을 투과하는 개구(14a)를 구비하고 있다. 개구(14a)의 크기는 변경 가능하게 구성되어 있다. 개구(14a)의 크기의 변경은, 수동으로 행하도록 해도 되고, 자동으로 행하도록 해도 된다. 예를 들면 유저에 의하여 피사체(S)의 두께의 추정을 행하는 지시 입력을 접수한 경우에는, 개구 조리개(14)의 개구(14a)가 상대적으로 커지도록 자동적으로 변경하고, 유저에 의하여 피사체(S)의 밀도의 추정을 행하는 지시 입력을 접수한 경우에는, 개구 조리개(14)의 개구(14a)가 상대적으로 작아지도록 자동적으로 변경하도록 해도 된다. 유저에 의한 지시 입력은, 입력 장치(90)에 의하여 접수하도록 하면 되고, 두께 추정용 개구(14a)의 크기와 밀도 추정용 개구(14a)의 크기는, 사전에 설정해 두도록 하면 된다.
또, 위상차 현미경 본체의 조명광의 파장을 변경 가능하게 구성하여, 상대적으로 긴 파장의 조명광으로 촬영된 촬영 화상을 저NA 촬영 화상으로서 취득하고, 상대적으로 짧은 파장의 조명광으로 촬영된 촬영 화상을 고NA 촬영 화상으로서 취득하도록 해도 된다. 조명광의 파장을 변경하는 방법으로서는, 다른 파장의 광원을 수동 또는 자동으로 변경 가능하게 구성하도록 해도 되고, 광원으로부터 출사된 조명광이 입사되는 광학 필터를 마련하여, 그 광학 필터를 수동 또는 자동으로 변경함으로써 조명광의 파장을 변경하도록 해도 된다.
저NA 촬영 화상을 촬영할 때의 조명광의 파장으로서는, 예를 들면 780nm 정도의 파장을 이용할 수 있고, 고NA 촬영 화상을 촬영할 때의 조명광의 파장으로서는, 예를 들면 405nm 정도의 파장을 이용할 수 있다.
또, 상기 실시형태는, 본 발명을 위상차 현미경에 적용한 것이지만, 본 발명은, 위상차 현미경에 한정하지 않고, 미분 간섭 현미경 및 명시야 현미경 등의 그 외의 현미경에 적용하도록 해도 된다.
10 조명광 조사부
11 백색 광원
12 슬릿판
13 콘덴서 렌즈
14 개구 조리개
14a 개구
30 결상 광학계
31 대물 렌즈
32 위상판
33 결상 렌즈
40 촬상부
50 현미경 제어 장치
51 제어부
52 화상 취득부
53 두께 추정부
54 밀도 추정부
60 배양 용기
61 스테이지
62 스테이지 구동부
80 표시 장치
90 입력 장치
S 피사체

Claims (13)

  1. 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 2매의 촬영 화상을 취득하는 화상 취득부와,
    상기 2매의 촬영 화상 중, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 상기 피사체의 두께를 추정하는 두께 추정부와,
    상기 2매의 촬영 화상 중, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 상기 피사체의 밀도를 추정하는 밀도 추정부를 구비한, 촬영 화상 평가 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 두께 추정부가, 상기 저NA 촬영 화상의 휘도 분포를 취득하고, 상기 휘도 분포에 근거하여, 상기 피사체의 두께를 추정하는, 촬영 화상 평가 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 두께 추정부가, 상기 저NA 촬영 화상의 휘도와 상기 피사체의 두께를 대응지은 테이블을 갖는, 촬영 화상 평가 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀도 추정부가, 상기 고NA 촬영 화상의 휘도 분포를 취득하고, 상기 휘도 분포에 근거하여, 상기 피사체의 밀도를 추정하는, 촬영 화상 평가 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 밀도 추정부가, 상기 휘도 분포의 형상에 근거하여, 상기 피사체의 밀도를 추정하는, 촬영 화상 평가 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 밀도 추정부가, 상기 휘도 분포에 포함되는 피크를 구하고, 상기 피크의 단위 면적당 수를 산출함으로써 상기 피사체의 밀도를 추정하는, 촬영 화상 평가 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 밀도 추정부가, 상기 휘도 분포를 가우스 함수로 근사하여 상기 피크를 구하는, 촬영 화상 평가 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저NA 촬영 화상이, 상대적으로 낮은 배율로 촬영된 촬영 화상이고,
    상기 고NA 촬영 화상이, 상대적으로 높은 배율로 촬영된 촬영 화상인, 촬영 화상 평가 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저NA 촬영 화상이, 상대적으로 긴 파장의 조명광으로 촬영된 촬영 화상이고,
    상기 고NA 촬영 화상이, 상대적으로 짧은 파장의 조명광으로 촬영된 촬영 화상인, 촬영 화상 평가 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저NA 촬영 화상이, 상대적으로 개구가 작은 개구 조리개를 이용하여 촬영된 촬영 화상이고,
    상기 고NA 촬영 화상이, 상대적으로 개구가 큰 개구 조리개를 이용하여 촬영된 촬영 화상인, 촬영 화상 평가 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두께 추정부에 의하여 추정된 상기 피사체의 두께 및 상기 밀도 추정부에 의하여 추정된 상기 피사체의 밀도를 출력하는 출력부를 구비한, 촬영 화상 평가 장치.
  12. 대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 2매의 촬영 화상을 취득하고,
    상기 2매의 촬영 화상 중, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 상기 피사체의 두께를 추정하며,
    상기 2매의 촬영 화상 중, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 상기 피사체의 밀도를 추정하는, 촬영 화상 평가 방법.
  13. 매체에 저장된 촬영 화상 평가 프로그램으로서, 상기 촬영 화상 평가 프로그램은 실행되는 경우 컴퓨터로 하여금,
    대물 렌즈의 개구수가 다른 조건으로 피사체를 촬영한 2매의 촬영 화상을 취득하는 화상 취득부와,
    상기 2매의 촬영 화상 중, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 작은 조건으로 촬영된 저NA 촬영 화상에 근거하여, 상기 피사체의 두께를 추정하는 두께 추정부와,
    상기 2매의 촬영 화상 중, 상대적으로 대물 렌즈의 개구수가 큰 조건으로 촬영된 고NA 촬영 화상에 근거하여, 상기 피사체의 밀도를 추정하는 밀도 추정부로서 기능하게 하는, 매체에 저장된 촬영 화상 평가 프로그램.
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