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JP2010160022A - Living body observation system - Google Patents

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JP2010160022A
JP2010160022A JP2009001714A JP2009001714A JP2010160022A JP 2010160022 A JP2010160022 A JP 2010160022A JP 2009001714 A JP2009001714 A JP 2009001714A JP 2009001714 A JP2009001714 A JP 2009001714A JP 2010160022 A JP2010160022 A JP 2010160022A
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JP
Japan
Prior art keywords
living body
image
history
unit
optical system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2009001714A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Tanigawa
慶寿 谷川
Kimii Shioda
公威 塩田
Seiya Takahashi
誠也 高橋
Satoshi Arai
敏 荒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2009001714A priority Critical patent/JP2010160022A/en
Publication of JP2010160022A publication Critical patent/JP2010160022A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sharp image stable in the position of an observation region even if a dynamic living body having rapid behavior is observed. <P>SOLUTION: This living body observation system 1 is equipped with: imaging parts 7a and 7b for condensing the light from the living body A on a stage 2 by an objective optical system 10 to image the same; a movement mechanism 9 for relatively moving the objective optical system 10 and the stage 2; a noticeable point position detecting part 13 for detecting the position of the noticeable point in the image taken by the imaging parts 7a and 7b; a history memory part 14 for storing history wherein the position detected by the noticeable point position detecting part 13 and the data related to the acquiring time of the image taken by the imaging parts 7a and 7b are allowed to correspond to each other in the state where the movement mechanism 9 is stopped; a motion presuming part 15 for presuming the motion of the living body A after a predetermined time on the basis of the present position of the noticeable point acquired by the imaging parts 7a and 7b and the history stored in the history memory part 14; and a control part 16 for controlling the movement mechanism 9 so as to move the objective optical system 10 and the stage 2 according to the motion estimated by the motion estimating part 15. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体観察装置に関するものである。   The present invention relates to a living body observation apparatus.

近年、光学顕微鏡を用いて蛍光プローブによるイオン濃度や膜電位等の可視化が行われている。例えば、標本として神経細胞等の生体機能観察、特に動的挙動の観察が行われるようになっている。このような動的挙動を観察する装置としては、特開2005−300278号公報のような生体観察装置が知られている。また、観察対象部位を追従して観察する方法としては特開2006−209698号公報が知られている。   In recent years, visualization of ion concentration, membrane potential, and the like using a fluorescent probe has been performed using an optical microscope. For example, biological functions such as nerve cells are observed as specimens, in particular, dynamic behaviors are observed. As an apparatus for observing such a dynamic behavior, a living body observation apparatus as disclosed in JP-A-2005-300308 is known. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-209698 is known as a method for observing an observation target site.

特開2005−300278号公報JP-A-2005-3000278 特開2006−209698号公報JP 2006-209698 A

しかしながら、動的な生体を観察する場合、対物レンズの焦点や視野を一定に保つと、生体が深さ方向へ移動して像が不鮮明になったり、観察部位が視野から外れてしまうという問題点がある。
また、特許文献1の生体観察装置や特許文献2の観察方法では、生体の脈動や拍動などにより観察部位が3次元方向に速く動く場合には対応できないという課題がある。
However, when observing a dynamic living body, if the focus and field of view of the objective lens are kept constant, the living body moves in the depth direction and the image becomes unclear or the observation site is out of the field of view. There is.
In addition, the living body observation apparatus of Patent Document 1 and the observation method of Patent Document 2 have a problem that they cannot cope with the case where the observation region moves quickly in the three-dimensional direction due to pulsation or pulsation of the living body.

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、挙動の速い生体であっても常に観察部位の位置が安定した鮮明な画像を得ることができる生体観察装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a living body observation apparatus that can always obtain a clear image in which the position of an observation site is stable even in a living body having a fast behavior. Yes.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体を載せるステージと、前記生体からの光を集光する対物光学系と、該対物光学系により集光された光を撮像する撮像部と、前記対物光学系と前記ステージとを相対的に移動させる移動機構と、前記撮像部により撮像された前記生体の画像内の注目点の位置を検出する注目点位置検出部と、前記移動機構を停止させた状態で、前記注目点位置検出部により検出された注目点の位置と前記撮像部による画像取得の取得時刻に関する情報とを対応づけた履歴を記憶する履歴記憶部と、前記撮像部により取得された画像内の前記注目点の現在位置と、前記履歴記憶部内に記憶されている履歴とに基づいて、所定時間後の前記生体の動作を推定する動作推定部と、該動作推定部により推定された動作に従って前記対物光学系と前記ステージとを相対的に移動させるよう前記移動機構を制御する制御部とを備える生体観察装置を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention includes a stage on which a living body is placed, an objective optical system that collects light from the living body, an imaging unit that captures light collected by the objective optical system, the objective optical system, and the stage. A moving mechanism for relatively moving; a target point position detecting unit for detecting a position of a target point in the image of the living body imaged by the imaging unit; and the target point position in a state where the moving mechanism is stopped. A history storage unit that stores a history in which the position of the point of interest detected by the detection unit is associated with information related to the acquisition time of image acquisition by the imaging unit, and the point of interest in the image acquired by the imaging unit Based on the current position and the history stored in the history storage unit, the motion estimation unit that estimates the motion of the living body after a predetermined time, and the objective optical system according to the motion estimated by the motion estimation unit The stay To provide a biological observation apparatus and a control unit which controls the moving mechanism so as to relatively move and.

本発明によれば、ステージ上の生体からの光は対物光学系により集光され、撮像部において生体の画像が取得される。そして、注目点位置検出部により各画像内の注目点の位置が検出され、その位置と画像取得の時刻とが対応づけられた履歴が履歴記憶部に記憶される。   According to the present invention, light from the living body on the stage is collected by the objective optical system, and an image of the living body is acquired in the imaging unit. Then, the position of the target point in each image is detected by the target point position detection unit, and a history in which the position is associated with the time of image acquisition is stored in the history storage unit.

この後に、移動機構が動作する状態で生体の画像を取得して注目点の位置を検出したら、動作推定部において、現在の位置と履歴記憶部にすでに記憶されている履歴とを比較し、注目点の次の画像取得時刻までの動作を推定する。制御部は移動機構を制御して、推定された動作と同様に対物光学系とステージとを相対的に移動させてから、次の画像取得を行う。この画像取得から移動機構の動作を繰り返すことにより生体を観察することができる。   After this, when the moving mechanism is operated and the image of the living body is acquired and the position of the target point is detected, the motion estimation unit compares the current position with the history already stored in the history storage unit, The motion up to the next image acquisition time of the point is estimated. The control unit controls the moving mechanism to move the objective optical system and the stage relative to each other in the same manner as the estimated operation, and then acquires the next image. The living body can be observed by repeating the operation of the moving mechanism from this image acquisition.

すなわち、画像が取得された時点における注目点の位置と時刻とを対応づけた履歴から、履歴記憶部には注目点の過去の軌跡の情報が蓄積される。そして、注目点の現在の位置と過去の軌跡とを比較することにより、注目点が次の画像取得時刻に存在するであろう軌跡上の位置を推定し、その位置までの動作、つまり移動方向および移動量を算出することができる。   That is, information on the past trajectory of the target point is accumulated in the history storage unit from the history in which the position of the target point and the time at the time when the image is acquired are associated with each other. Then, by comparing the current position of the attention point with the past trajectory, the position on the trajectory where the attention point will exist at the next image acquisition time is estimated, and the operation up to that position, that is, the movement direction And the amount of movement can be calculated.

また、撮像の度に推定された動作に合わせて対物光学系とステージとを相対的に移動させることにより、生体の注目点の位置と対物光学系の位置とが相対的に一定に保たれ、生体の挙動により注目点が移動しても、画像内においては注目点の位置を静止させるができる。
したがって、本発明によれば、挙動が速い動的な生体を観察しても、観察部位の位置が安定した鮮明な画像を得ることができる。
In addition, by relatively moving the objective optical system and the stage in accordance with the operation estimated at every imaging, the position of the target point of the living body and the position of the objective optical system are kept relatively constant, Even if the attention point moves due to the behavior of the living body, the position of the attention point can be stopped in the image.
Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a clear image in which the position of the observation site is stable even when a dynamic living body having a fast behavior is observed.

上記発明においては、前記注目点位置検出部が、前記画像内の一部の範囲内において検出してもよい。
予備観察により注目点の移動する範囲を把握しておく。そして、各画像の移動範囲内においてのみ注目点の位置の検出を行うことにより、取り扱うデータの量や演算値を少なくすることができる。これにより、画像取得間隔を短くして移動機構の制御速度を向上させ、注目点の移動により正確に追従させることができる、つまり、観察部位の位置がより安定した画像を取得することができる。
In the above invention, the target point position detection unit may detect within a partial range in the image.
The range of movement of the attention point is grasped by preliminary observation. By detecting the position of the attention point only within the moving range of each image, the amount of data to be handled and the calculation value can be reduced. As a result, the image acquisition interval can be shortened to improve the control speed of the moving mechanism and can be accurately followed by the movement of the point of interest, that is, an image with a more stable position of the observation site can be acquired.

また、上記発明においては、前記注目点が、前記生体の特徴点であってもよい。
このようにすることで、注目点として生体外部からマーカのような物質を生体に付与することなく、位置を検出することがきる。
Moreover, in the said invention, the said attention point may be the feature point of the said biological body.
By doing in this way, a position can be detected without giving a substance like a marker to the living body as a point of interest from the outside of the living body.

また、上記発明においては、前記履歴記憶部が、周期的な挙動を示す前記生体の複数サイクルの挙動について履歴を記憶し、前記動作推定部が、前記履歴から統計的に前記生体の動作を推定してもよい。
このようにすることで、生体のイレギュラーな挙動の軌跡についても記憶しておき、生体がこのような挙動をした場合にも、観察部位の位置がずれる程度やその確率を減らしてより観察部位の位置が安定した画像を取得することができる。
In the above invention, the history storage unit stores a history of the behavior of the biological body that exhibits a periodic behavior, and the motion estimation unit statistically estimates the behavior of the biological body from the history. May be.
By doing this, the locus of irregular behavior of the living body is also stored, and even when the living body behaves like this, the degree to which the position of the observation site is shifted and the probability thereof are reduced, and the observation site is further reduced. An image with a stable position can be acquired.

本発明によれば、挙動が速い動的な生体を観察しても、観察部位の位置が安定した鮮明な画像を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that a clear image with a stable position of an observation site can be obtained even when a dynamic living body having a fast behavior is observed.

本発明の第1の実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing the living body observation device concerning a 1st embodiment of the present invention. 第1の実施形態に係る移動機構制御システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the moving mechanism control system which concerns on 1st Embodiment. 生体の拍動による注目点の移動量を示す図である。It is a figure which shows the movement amount of the attention point by the pulsation of a biological body. 生体の拍動により注目点が移動する様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that an attention point moved with the beat of a biological body. 本発明の第2の実施形態に係る生体試察装置を示す全体構成図である。It is a whole block diagram which shows the biological examination apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 画像検出システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an image detection system. 第2の実施形態に係る移動機構制御システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the moving mechanism control system which concerns on 2nd Embodiment.

本発明の第1の実施形態に係る生体観察装置1について、図1〜図4を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体試料観察装置1は、図1に示されるように、正立型顕微鏡をベースとしており、生体Aを載せるステージ2と、筐体3内部に配置された撮像光学系4と、筐体3を支持する支柱5およびアーム6と、筐体3外部に配置された撮像部7a,7bおよび光源8と、筐体3の底部に移動機構9を介して配置された対物レンズ(対物光学系)10と、移動機構制御システム11とを備えている。
A living body observation apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the biological sample observation apparatus 1 according to the present embodiment is based on an upright microscope, and includes a stage 2 on which a living body A is placed, and an imaging optical system 4 disposed inside the housing 3. The support column 5 and the arm 6 that support the housing 3, the imaging units 7 a and 7 b and the light source 8 that are disposed outside the housing 3, and an objective lens that is disposed on the bottom of the housing 3 via the moving mechanism 9 ( Objective optical system) 10 and a movement mechanism control system 11.

筐体3は、ステージ2に垂直に固定された支柱5に沿って移動するアーム6により垂直方向に移動可能になっている。
撮像部7a,7bは、例えば、第1および第2のCCDカメラ(以下、CCDカメラ7a,7bともいう。)である。第1のCCDカメラ7aは移動機構制御システム11に接続され、第2のCCDカメラ7bはコントローラ12を介して図示しないモニタに接続されている。
The housing 3 is movable in the vertical direction by an arm 6 that moves along a support column 5 fixed vertically to the stage 2.
The imaging units 7a and 7b are, for example, first and second CCD cameras (hereinafter also referred to as CCD cameras 7a and 7b). The first CCD camera 7 a is connected to the moving mechanism control system 11, and the second CCD camera 7 b is connected to a monitor (not shown) via the controller 12.

撮像光学系4は、複数の波長フィルタ4a,4b,4cおよびダイクロイックミラー4d,4eと、図示しないレンズ群により構成されている。
光源8から発せられた光は、筐体3内の第1の波長フィルタ4aにおいて設定された波長の光のみが第1のダイクロイックミラー4dによって反射され、第2のダイクロイックミラー4eおよび対物レンズを10透過して生体Aに照射される。
The imaging optical system 4 includes a plurality of wavelength filters 4a, 4b, 4c, dichroic mirrors 4d, 4e, and a lens group (not shown).
Of the light emitted from the light source 8, only the light having the wavelength set by the first wavelength filter 4a in the housing 3 is reflected by the first dichroic mirror 4d, and the second dichroic mirror 4e and the objective lens are 10 The light passes through and is irradiated onto the living body A.

また、対物レンズ10で集光された光は、その一部が、第2のダイクロイックミラー4eを透過した後、第1のダイクロイックミラー4dおよび第2の波長フィルタ4bを透過した波長の光が第1のCCDカメラ7aで検出される。また対物レンズ10で集光された光のうち他の一部は、第2のダイクロイックミラー4eで反射された後、第3の波長フィルタ4cを透過した波長の光が第2のCCDカメラ7bで検出される。   In addition, a part of the light collected by the objective lens 10 passes through the second dichroic mirror 4e, and then the light having the wavelength transmitted through the first dichroic mirror 4d and the second wavelength filter 4b is the first. 1 is detected by one CCD camera 7a. The other part of the light condensed by the objective lens 10 is reflected by the second dichroic mirror 4e, and then the light having the wavelength transmitted through the third wavelength filter 4c is reflected by the second CCD camera 7b. Detected.

移動機構9は、対物レンズ10を水平方向に移動させるX軸ステージ9aおよびY軸ステージ9bと、フォーカス方向(Z方向)に移動させるZ軸ステージ9cとにより構成されている。   The moving mechanism 9 includes an X-axis stage 9a and a Y-axis stage 9b that move the objective lens 10 in the horizontal direction, and a Z-axis stage 9c that moves in the focus direction (Z direction).

移動機構制御システム11は、例えば、一般のコンピュータやCPUであり、図2に示されるように、画像内の注目点の位置を検出する注目点位置検出部13と、検出された位置についての履歴を記憶する履歴記憶部14と、注目点の次の動作を推定する動作推定部15と、移動機構9を制御する制御部16とを備えている。また、注目点位置検出部13は第1のCCDカメラ7aに、制御部16は移動機構9に接続されている。   The movement mechanism control system 11 is, for example, a general computer or CPU, and as shown in FIG. 2, an attention point position detection unit 13 that detects the position of the attention point in the image, and a history about the detected position. Is stored, a motion estimation unit 15 that estimates the next motion of the point of interest, and a control unit 16 that controls the moving mechanism 9. The attention point position detector 13 is connected to the first CCD camera 7 a and the controller 16 is connected to the moving mechanism 9.

注目点位置検出部13は、画像処理により注目点を抽出し、その重心位置をX,Y位置として検出する。また、注目点位置検出部13は、注目点の大きさと傾きの変化からZ方向の移動量を算出する。そして、初期のZ方向位置をZ位置の原点とし、Z方向の初期位置からの移動量をZ位置として検出するようになっている。
履歴記憶部14は、検出された各画像内の注目点のX,Y,Z位置に、各画像が取得された順番(取得時刻に関連する情報)をアドレスとして付して、これらを履歴として記憶するようになっている。
The point-of-interest position detection unit 13 extracts the point of interest by image processing and detects the position of the center of gravity as the X and Y positions. The attention point position detection unit 13 calculates the amount of movement in the Z direction from changes in the size and inclination of the attention point. The initial position in the Z direction is used as the origin of the Z position, and the amount of movement from the initial position in the Z direction is detected as the Z position.
The history storage unit 14 assigns the order in which each image was acquired (information related to the acquisition time) as an address to the X, Y, Z position of the point of interest in each detected image, and uses these as a history. It comes to memorize.

このように構成された本実施形態に係る生体観察装置1の作用について以下に説明する。
本実施形態においては、生きたマウスなどの周期的に拍動する生体Aを観察対象とし、生体A上の蛍光ビーズのようなマーカBを注目点とする。図3は、生体Aの拍動に従ってマーカBの位置が移動する様子を示した図であり、横軸が時間、縦軸がマーカBの位置の移動量である。符号a1,a2の位置においてはマーカBの位置が安定し、符号bの位置においては拍動によりマーカBの位置が大きく移動している。また、図4は、マーカBが水平方向に移動する様子を示した図である。生体Aの動きが安定している符号a1,a2の位置においては、CCDカメラの視野t1内にマーカBが存在するが、生体Aが拍動して大きく動く符号bの位置においては、マーカBの位置が視野t1外部へ移動する状態を表している。
The operation of the biological observation apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above will be described below.
In this embodiment, a living body A that periodically beats, such as a living mouse, is an observation target, and a marker B such as a fluorescent bead on the living body A is a point of interest. FIG. 3 is a diagram showing how the position of the marker B moves according to the pulsation of the living body A, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the amount of movement of the marker B position. The position of the marker B is stable at the positions of the reference signs a1 and a2, and the position of the marker B is moved greatly by the pulsation at the position of the reference sign b. FIG. 4 is a diagram showing how the marker B moves in the horizontal direction. The marker B exists in the field of view t1 of the CCD camera at the position of the signs a1 and a2 where the movement of the living body A is stable. Represents a state in which the position moves to the outside of the visual field t1.

本実施形態に係る生体観察装置1を使用して生体Aを観察するには、ステージ2に生体Aを載せ、光源8により生体Aを照明する。そして生体A表面からの反射光、または、照明光により励起された蛍光を対物レンズ10により集光して、第2のCCDカメラ7bで検出された画像をモニタで観察しながら、アーム6と生体Aの位置を移動させて対物レンズ10の視野とフォーカスを調節する。   In order to observe the living body A using the living body observation apparatus 1 according to this embodiment, the living body A is placed on the stage 2 and the living body A is illuminated by the light source 8. Then, the reflected light from the surface of the living body A or the fluorescence excited by the illumination light is condensed by the objective lens 10, and the image detected by the second CCD camera 7b is observed on the monitor while the arm 6 and the living body are observed. The position of A is moved to adjust the field of view and focus of the objective lens 10.

次に、移動機構9を停止させた状態で予備観察を行う。マーカBが符号a1の位置から符号bの位置を経由して符号a2の位置まで移動する挙動を1サイクルとし、1サイクルだけ生体Aの観察を行い第1のCCDカメラ7aで所定の時間間隔で画像を取得する。取得された画像は注目点位置検出部13に送られて、各画像内のマーカBのX,Y,Z位置が検出され、履歴記憶部14においてマーカBの挙動1サイクルの履歴が記憶される。   Next, preliminary observation is performed with the moving mechanism 9 stopped. The behavior in which the marker B moves from the position of the symbol a1 to the position of the symbol a2 via the position of the symbol b1 is defined as one cycle, and the living body A is observed for one cycle, and the first CCD camera 7a is used at a predetermined time interval. Get an image. The acquired image is sent to the point-of-interest position detection unit 13 to detect the X, Y, and Z positions of the marker B in each image, and the history storage unit 14 stores the history of one cycle of the behavior of the marker B. .

続いて、移動機構9を動作させて本観察を開始する。生体Aの画像が取得されると画像内のマーカBのX,Y,Z位置が検出され、これと履歴記憶部14に記憶されている予備観察の履歴とを動作推定部15において比較する。そして、次の画像取得時刻までにマーカBが移動しているであろう位置を推定し、その位置までのX、Y、Z方向の各移動量を算出する。制御部16は、算出された移動量だけ対物レンズ10が移動するよう移動機構9を制御して、次の画像を取得する。この画像取得から対物レンズ10の移動までの動作を繰り返すことにより、生体Aを観察することができる。   Subsequently, the moving mechanism 9 is operated to start the main observation. When the image of the living body A is acquired, the X, Y, and Z positions of the marker B in the image are detected, and this is compared with the preliminary observation history stored in the history storage unit 14 in the motion estimation unit 15. Then, the position where the marker B will have moved by the next image acquisition time is estimated, and the respective movement amounts in the X, Y, and Z directions up to that position are calculated. The control unit 16 acquires the next image by controlling the moving mechanism 9 so that the objective lens 10 moves by the calculated movement amount. By repeating the operations from the image acquisition to the movement of the objective lens 10, the living body A can be observed.

すなわち、第1のCCDカメラ7aの画像取得の間隔が一定のため、一定時間間隔のマーカBの位置座標の履歴が履歴記憶部14に記憶される。これにより、周期的な挙動をするマーカBの1サイクル分の過去の軌跡の情報を取得することができる。そして、現在のマーカBの位置を過去の軌跡と比較することで、次の画像取得時刻にマーカBが軌跡上のどの位置に移動しているかを推定することができる。   That is, since the image acquisition interval of the first CCD camera 7a is constant, the history of the position coordinates of the marker B at a constant time interval is stored in the history storage unit 14. Thereby, the information of the past locus for one cycle of the marker B having a periodic behavior can be acquired. Then, by comparing the current position of the marker B with the past locus, it is possible to estimate to which position the marker B has moved on the locus at the next image acquisition time.

そして、推定された注目点の移動と同様に対物レンズ10も移動させられるので、対物レンズ10はマーカBと同様の軌跡上を移動させられながら生体Aを観察する。つまり、対物レンズ10とマーカBの相対位置は一定に保たれるので、対物レンズ10の視野内でマーカBの位置は静止した状態となる。   Since the objective lens 10 is also moved in the same manner as the estimated movement of the point of interest, the objective lens 10 observes the living body A while being moved on the same locus as the marker B. That is, since the relative position of the objective lens 10 and the marker B is kept constant, the position of the marker B is stationary within the field of view of the objective lens 10.

また、対物レンズ10は、画像取得の度にマーカBの次の位置へ移動させられるので、マーカBが速く移動してもその移動に追従して画像を取得できる。
したがって、本実施形態によれば、拍動のような3次元方向の速い挙動をする生体Aであっても、観察部位が水平方向およびフォーカス方向移動して視野から外れたりフォーカスがずれたりすることなく、常に観察部位に焦点が合いその位置が安定した画像を得ることができる。
Moreover, since the objective lens 10 is moved to the next position of the marker B every time an image is acquired, an image can be acquired following the movement even if the marker B moves quickly.
Therefore, according to the present embodiment, even in the case of the living body A that has a fast behavior in a three-dimensional direction such as a pulsation, the observation site moves in the horizontal direction and the focus direction, and is out of the field of view or out of focus. In other words, it is possible to obtain an image in which the observation site is always focused and the position is stable.

上記実施形態においては、前記注目点位置検出部が、前記画像内の一部の範囲内において検出してもよい。
予備観察により、マーカBの移動範囲を予め把握しておき、各画像においてその移動範囲内のみマーカBの位置の検出を行う。このように検出する範囲を狭めることにより、処理するデータ量や演算値が減るので、画像取得の間隔を短くして移動機構9の制御速度を向上させ、マーカBの挙動により正確に一致させて対物レンズ10を移動させることができる。つまり、マーカBの位置がより安定した画像を得ることができる。
In the above embodiment, the target point position detection unit may detect within a partial range in the image.
The movement range of the marker B is previously grasped by preliminary observation, and the position of the marker B is detected only within the movement range in each image. By narrowing the detection range in this way, the amount of data to be processed and the calculation value are reduced. Therefore, the image acquisition interval is shortened, the control speed of the moving mechanism 9 is improved, and the behavior of the marker B is more accurately matched. The objective lens 10 can be moved. That is, an image in which the position of the marker B is more stable can be obtained.

また、上記実施形態においては、前記注目点がマーカであるとしたが、これに代えて、画像中の高輝度部分や特徴的な形状を有する部分などの特徴点であってもよい。
このようにすることでマーカBが不要となり、マーカBの付与による生体Aへの影響をさらに少なくすることができる。
Moreover, in the said embodiment, although the said attention point was mentioned as a marker, it may replace with this and may be feature points, such as a high-intensity part in an image, and a part which has a characteristic shape.
By doing so, the marker B becomes unnecessary, and the influence on the living body A due to the application of the marker B can be further reduced.

また、上記実施形態においては、予備観察として注目点の挙動1サイクルの履歴を記憶したが、これに代えて、複数サイクルの履歴を記憶し、動作推定部が履歴から統計的に生体の動作を推定してもよい。   In the above embodiment, the history of one cycle of the behavior of the attention point is stored as a preliminary observation. Instead, the history of a plurality of cycles is stored, and the motion estimation unit statistically operates the biological motion from the history. It may be estimated.

このようにすることで、マーカBがイレギュラーな挙動をしたときの履歴も記憶しておき、本観察でこのような挙動があってもその移動を推定することが可能になる。これにより、視野内でマーカBの位置がずれる程度やその確率を減らし、より観察部位の位置が安定した画像を得ることができる。   By doing this, it is also possible to store a history when the marker B has an irregular behavior, and to estimate the movement even if such a behavior is present in this observation. Thereby, the extent to which the position of the marker B shifts within the field of view and the probability thereof can be reduced, and an image with a more stable position of the observation site can be obtained.

また、上記実施形態においては、正立型顕微鏡をベースとし、撮像部としてCCDカメラを用いることとしたが、これに代えて、レーザ走査型顕微鏡をベースとし、撮像部としてホトマルチプライヤ(PMT)を用いてもよい。
この場合、撮像光学系4はさらに、ガルバノスキャナやメムススキャナ等の2次元走査手段を備え、光源8としてレーザ光源を用いる。
In the above embodiment, an upright microscope is used as a base and a CCD camera is used as an imaging unit. Instead, a laser scanning microscope is used as a base and a photomultiplier (PMT) is used as an imaging unit. May be used.
In this case, the imaging optical system 4 further includes a two-dimensional scanning unit such as a galvano scanner or a mems scanner, and uses a laser light source as the light source 8.

レーザ光源より出力されたレーザ光はガルバノスキャナによって1ピクセルずつ移動させられ、生体A表面を走査する。そして、生体A表面で励起された蛍光は対物レンズ10によって集光されてPMTで検出され、図示しない演算部、例えば、コンピュータによって、検出された蛍光の輝度と走査位置とが対応付けられて並べられ、画像が取得される。その後、上述した作用と同様に、注目点の位置の検出から移動機構9の制御まで一連の処理および制御が行われ、生体Aを観察することができる。   The laser light output from the laser light source is moved pixel by pixel by the galvano scanner and scans the surface of the living body A. Then, the fluorescence excited on the surface of the living body A is collected by the objective lens 10 and detected by the PMT, and the luminance of the detected fluorescence and the scanning position are associated with each other by an arithmetic unit (not shown), for example, a computer. And an image is acquired. Thereafter, similarly to the above-described operation, a series of processing and control are performed from detection of the position of the attention point to control of the moving mechanism 9, and the living body A can be observed.

なお、本実施形態においては、予備観察において所定時間間隔で取得した画像から抽出された注目点の位置を、画像が取得された順番とともに記憶することで履歴を記憶したが、これに代えて、画像の取得時刻あるいは相対時刻と対応づけて履歴としてもよい。   In the present embodiment, the history is stored by storing the position of the attention point extracted from the image acquired at the predetermined time interval in the preliminary observation together with the order in which the images are acquired. The history may be associated with the image acquisition time or relative time.

本発明の第2の実施形態に係る生体観察装置1について、図5〜図7を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る生観察装置1と構成を共通とする箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
A living body observation apparatus 1 according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
In the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the live observation apparatus 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施形態における生体試料観察装置1は、図5に示されるように、ベース17上にZ軸ステージ9cを介して配置されたXYステージ9dと、生体Aを斜め上方から照明する光源8と、筐体3内部に配置された撮像光学系4と、筐体3外部に配置された対物レンズ10および撮像部7と、移動機構制御システム11とを備えている。   As shown in FIG. 5, the biological sample observation apparatus 1 according to the present embodiment includes an XY stage 9d disposed on a base 17 via a Z-axis stage 9c, a light source 8 that illuminates the living body A obliquely from above, An imaging optical system 4 disposed inside the housing 3, an objective lens 10 and an imaging unit 7 disposed outside the housing 3, and a moving mechanism control system 11 are provided.

第1の実施形態においては、撮像部7a,7bとして、第1および第2のCCDカメラ7a,7bを用い、それぞれ注目点の位置検出用と画像観察用とに用途を区別した。本実施形態においては、第2のCCDカメラ7bは第1の実施形態と同様であるが、第1のCCDカメラ7aに代えてCCDカメラの撮像機能部7cを用い、図6に示されるように、これと注目点位置検出部13とを一つの構成にした画像検出システム18を備えている。   In the first embodiment, the first and second CCD cameras 7a and 7b are used as the imaging units 7a and 7b, and the uses are distinguished from each other for detecting the position of the target point and for observing the image. In the present embodiment, the second CCD camera 7b is the same as that in the first embodiment. However, instead of the first CCD camera 7a, an imaging function unit 7c of the CCD camera is used, as shown in FIG. An image detection system 18 having this configuration and the point-of-interest position detection unit 13 in one configuration is provided.

注目点位置検出部13は、第1の実施形態と同様に注目点のX,Y位置を検出する。また、注目点位置検出部13は、斜め上方から照明することにより生じる注目点の影の長さと方向からZ方向の変位量を求め、Z方向の初期位置からの変位量をZ位置として検出する。そして、検出されたX,Y,Z位置を、画像を取得した順番に画像検出システム18外部へ出力する。   The point of interest position detector 13 detects the X and Y positions of the point of interest as in the first embodiment. Further, the point-of-interest position detection unit 13 obtains the displacement amount in the Z direction from the length and direction of the shadow of the attention point generated by illuminating from obliquely above, and detects the displacement amount from the initial position in the Z direction as the Z position. . Then, the detected X, Y, and Z positions are output to the outside of the image detection system 18 in the order in which the images are acquired.

対物レンズ10で集光された光のうち一部は、第2のダイクロイックミラー4eで反射された後、第3の波長フィルタ4cを透過した波長の光のみがCCDカメラ7bで検出される。また、対物レンズ10で集光された光のうち他の一部は、第2のダイクロイックミラー4eおよび第2の波長フィルタ4bを透過した波長の光のみが画像検出システム18で検出される。   A part of the light condensed by the objective lens 10 is reflected by the second dichroic mirror 4e, and then only the light having the wavelength transmitted through the third wavelength filter 4c is detected by the CCD camera 7b. In the other part of the light collected by the objective lens 10, only the light having a wavelength transmitted through the second dichroic mirror 4 e and the second wavelength filter 4 b is detected by the image detection system 18.

XYステージ9dは、生体Aを載せるステージ2であると同時に、対物レンズ10に対して移動する移動機構9である。
対物レンズ10の視野は、XYステージ9dを水平方向に、Z軸ステージ9cをフォーカス方向に制御して生体Aを移動させることにより選択する。
The XY stage 9d is a stage 2 on which the living body A is placed, and at the same time, is a moving mechanism 9 that moves relative to the objective lens 10.
The field of view of the objective lens 10 is selected by moving the living body A by controlling the XY stage 9d in the horizontal direction and the Z-axis stage 9c in the focus direction.

移動機構制御システム11は、図7に示されるように、履歴記憶部14と動作推定部15と制御部16とを備えており、画像検出システム18並びに移動機構9であるXYステージ9dおよびZ軸ステージ9cに接続されている。
履歴記憶部14は、画像検出システム18から送られてきた3次元位置情報に、各情報が送られてきた順番に対応する画像番号(取得時刻に関連する情報)をアドレスとして付し、これを履歴として記憶する。
As shown in FIG. 7, the movement mechanism control system 11 includes a history storage unit 14, an operation estimation unit 15, and a control unit 16, and an image detection system 18, an XY stage 9 d that is the movement mechanism 9, and a Z axis. It is connected to the stage 9c.
The history storage unit 14 attaches to the three-dimensional position information sent from the image detection system 18 an image number corresponding to the order in which each piece of information is sent (information related to the acquisition time) as an address. Store as history.

本実施形態に係る生体観察装置1を用いて生体Aを観察するには、生体AをXYステージ9dに載せて光源8により照明する。生体Aは斜め上方から照明されているので、照明光は生体Aの凹凸に応じた角度で反射される。反射光は対物レンズ10で集光されてCCDカメラ7bで検出され、図示しないモニタで生体Aの画像を観察する。そして、第1の実施形態と同様に予備観察および本観察を行うと、生体Aを観察することができる。   In order to observe the living body A using the living body observation apparatus 1 according to the present embodiment, the living body A is placed on the XY stage 9d and illuminated by the light source 8. Since the living body A is illuminated obliquely from above, the illumination light is reflected at an angle corresponding to the unevenness of the living body A. The reflected light is collected by the objective lens 10 and detected by the CCD camera 7b, and the image of the living body A is observed by a monitor (not shown). When the preliminary observation and the main observation are performed as in the first embodiment, the living body A can be observed.

上記実施形態によれば、CCDカメラの撮像機能部7cと注目点位置検出部13とを一つの構成にすることで、移動機構制御システム11へ伝送する情報量を、画像1枚分からX,Y,Z位置情報のみへ減らすことができる。これにより、データの伝送および移動機構制御システム11の処理速度を高速化して、CCDカメラ7bの撮像時間を短くして画像内のぶれを抑えることができると同時に、CCDカメラの撮像機能部7cの撮像の間隔を短くしてよりマーカBの位置が安定した画像を取得できる。   According to the embodiment described above, the amount of information transmitted to the moving mechanism control system 11 can be reduced from one image to X, Y by configuring the imaging function unit 7c and the target point position detection unit 13 of the CCD camera as one configuration. , Z position information can be reduced only. Thus, the processing speed of the data transmission and movement mechanism control system 11 can be increased, the imaging time of the CCD camera 7b can be shortened and blurring in the image can be suppressed, and at the same time, the imaging function unit 7c of the CCD camera can be controlled. An image with a more stable position of the marker B can be acquired by shortening the imaging interval.

1 生体観察装置
2 ステージ
3 筐体
4 撮像光学系
4a,4b,4c 波長フィルタ
4d,4e ダイクロイックミラー
5 支柱
6 アーム
7a 第1の撮像部(第1のCCDカメラ)
7b 第2の撮像部(第2のCCDカメラ)
7c CCDカメラの撮像機能部
8 光源
9 移動機構
9a X軸ステージ
9b Y軸ステージ
9c Z軸ステージ
9d XYステージ
10 対物レンズ(対物光学系)
11 移動機構制御システム
12 コントローラ
13 注目点位置検出部
14 履歴記憶部
15 動作推定部
16 制御部
17 ベース
18 画像検出システム
A 生体
B マーカ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Living body observation apparatus 2 Stage 3 Housing | casing 4 Imaging optical system 4a, 4b, 4c Wavelength filter 4d, 4e Dichroic mirror 5 Support | pillar 6 Arm 7a 1st imaging part (1st CCD camera)
7b Second imaging unit (second CCD camera)
7c Imaging function part of CCD camera 8 Light source 9 Moving mechanism 9a X axis stage 9b Y axis stage 9c Z axis stage 9d XY stage 10 Objective lens (objective optical system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Movement mechanism control system 12 Controller 13 Attention point position detection part 14 History storage part 15 Motion estimation part 16 Control part 17 Base 18 Image detection system A Living body B Marker

Claims (4)

生体を載せるステージと、
前記生体からの光を集光する対物光学系と、
該対物光学系により集光された光を撮像する撮像部と、
前記対物光学系と前記ステージとを相対的に移動させる移動機構と、
前記撮像部により撮像された前記生体の画像内の注目点の位置を検出する注目点位置検出部と、
前記移動機構を停止させた状態で、前記注目点位置検出部により検出された注目点の位置と前記撮像部による画像取得の取得時刻に関する情報とを対応づけた履歴を記憶する履歴記憶部と、
前記撮像部により取得された画像内の前記注目点の現在位置と、前記履歴記憶部内に記憶されている履歴とに基づいて、所定時間後の前記生体の動作を推定する動作推定部と、
該動作推定部により推定された動作に従って前記対物光学系と前記ステージとを相対的に移動させるよう前記移動機構を制御する制御部とを備える生体観察装置。
A stage for placing a living body,
An objective optical system for condensing light from the living body;
An imaging unit for imaging light collected by the objective optical system;
A moving mechanism for relatively moving the objective optical system and the stage;
An attention point position detection unit for detecting the position of the attention point in the image of the living body imaged by the imaging unit;
A history storage unit that stores a history in which the position of the target point detected by the target point position detection unit and the information about the acquisition time of image acquisition by the imaging unit are associated with the movement mechanism stopped;
A motion estimation unit that estimates a motion of the living body after a predetermined time based on a current position of the attention point in the image acquired by the imaging unit and a history stored in the history storage unit;
A living body observation apparatus comprising: a control unit that controls the moving mechanism so as to relatively move the objective optical system and the stage according to the motion estimated by the motion estimation unit.
前記注目点位置検出部が、前記画像内の一部の範囲内において検出する請求項1に記載の生体観察装置。   The living body observation apparatus according to claim 1, wherein the attention point position detection unit detects within a partial range in the image. 前記注目点が、前記生体の特徴点である請求項1または請求項2に記載の生体観察装置。   The living body observation apparatus according to claim 1, wherein the attention point is a feature point of the living body. 前記履歴記憶部が、周期的な挙動を示す前記生体の複数サイクルの挙動について履歴を記憶し、
前記動作推定部が、前記履歴から統計的に前記生体の動作を推定する請求項1から請求項3のいずれかに記載の生体観察装置。
The history storage unit stores a history of a plurality of cycles of the living body exhibiting a periodic behavior,
The living body observation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the movement estimation unit statistically estimates the movement of the living body from the history.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016048212A (en) * 2014-08-28 2016-04-07 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Thickness measuring device for specific element and thickness measuring method for specific element
JP2019035669A (en) * 2017-08-16 2019-03-07 株式会社ニコン Observation apparatus and observation method

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