JP2019117490A - Counting device and method for counting - Google Patents
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Abstract
【課題】関心領域内の対象物の個数を正確に計数することができる計数装置および計数方法を提供する。【解決手段】計数装置1は、干渉画像取得部2および演算部3を備える。干渉画像取得部2は、二光束干渉計を有し、1または複数の対象物の干渉画像を取得する。演算部3は、干渉画像取得部2により取得された干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求める。さらに、演算部3は、その光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値と、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、関心領域内の前記対象物の個数を求める。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a counting device and a counting method capable of accurately counting the number of objects in an area of interest. A counting device 1 includes an interference image acquisition unit 2 and a calculation unit 3. The interference image acquisition unit 2 has a two-luminous flux interferometer and acquires an interference image of one or a plurality of objects. The calculation unit 3 obtains an optical thickness image based on the interference image acquired by the interference image acquisition unit 2. Further, the calculation unit 3 is based on the integral value of the optical thickness in the region of interest in the optical thickness image and the integral value of the average optical thickness per object. , The number of the objects in the region of interest is obtained. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、関心領域内の対象物の個数を計数する装置および方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and method for counting the number of objects in a region of interest.
細胞の個数を計数する技術が非特許文献1〜3に記載されている。これらの文献に記載された計数技術は、デジタルデータとして取得された画像において個々の細胞領域のセグメンテーションを行うことで、その画像または関心領域内にある細胞の個数を計数する。 Techniques for counting the number of cells are described in Non-Patent Documents 1 to 3. The counting techniques described in these documents count the number of cells in an image or a region of interest by performing segmentation of individual cell areas in an image acquired as digital data.
非特許文献1〜3に記載された計数技術では、細胞領域のセグメンテーションに要する時間が長く、また、計数誤差が大きい。特に、細胞が上下に重なっている場合のように細胞が集合体となっている場合には、計数誤差が更に大きい。このような問題は、細胞の個数を計数する場合だけでなく、他の対象物の個数を計数する場合にも存在する。 In the counting techniques described in Non-Patent Documents 1 to 3, the time required for segmentation of the cell area is long, and the counting error is large. In particular, in the case where the cells are aggregated as in the case where the cells are vertically stacked, the counting error is larger. Such problems exist not only when counting the number of cells but also when counting the number of other objects.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、関心領域内の対象物の個数を正確に計数することができる計数装置および計数方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a counting device and a counting method capable of accurately counting the number of objects in a region of interest.
本発明の計数装置は、(1) 1または複数の対象物を含む干渉画像を取得する干渉画像取得部と、(2) 干渉画像取得部により取得された干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求め、光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値と、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、関心領域内の対象物の個数を求める演算部と、を備える。 The counting device of the present invention comprises: (1) an interference image acquisition unit for acquiring an interference image including one or more objects; and (2) an optical thickness image based on the interference image acquired by the interference image acquisition unit. And determining the integral of the optical thickness within the region of interest of the optical thickness image and the integral of the average optical thickness per object of the object within the region of interest. And an operation unit for obtaining the number of objects.
本発明の一側面による計数装置では、演算部は、干渉画像取得部により取得された干渉画像のうち、関心領域内の対象物の分布密度より低い密度で対象物が分布する領域に基づいて、光学的厚さ画像を求めて対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求める。 In the counting device according to one aspect of the present invention, the computing unit is configured to, based on an area in which the object is distributed at a density lower than the distribution density of the object in the region of interest, in the interference image acquired by the interference image acquiring unit. An optical thickness image is determined to determine an integral of the average optical thickness per object.
本発明の他の一側面による計数装置では、演算部は、対象物が複数種類ある場合に、複数種類それぞれの対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を記憶しておき、そのうちの何れかの種類の対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を選択して用いる。 In the counting device according to another aspect of the present invention, when there are a plurality of types of objects, the computing unit stores an integral value of an average optical thickness per one of the plurality of types of objects. In addition, the integral value of the average optical thickness per one of the objects of any kind of them is selected and used.
本発明の更に他の一側面による計数装置では、干渉画像取得部は、関心領域を含む干渉画像を取得する際と比べて、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるための領域を含む干渉画像を取得する際の光学倍率が高い。 In the counting device according to still another aspect of the present invention, the interference image acquiring unit calculates an integral value of an average optical thickness per one object as compared to acquiring the interference image including the region of interest. The optical magnification is high when acquiring an interference image including a region for obtaining
本発明の更に他の一側面による計数装置では、干渉画像取得部は、対象物の集合体を含む干渉画像を取得し、演算部は、干渉画像取得部により取得された干渉画像から求められた光学的厚さ画像のうちの集合体の光学的厚さの積分値と、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、集合体に含まれる対象物の個数を求める。 In the counting device according to still another aspect of the present invention, the interference image acquisition unit acquires an interference image including a collection of objects, and the calculation unit is obtained from the interference image acquired by the interference image acquisition unit. Based on the integral of the optical thickness of the assembly of the optical thickness image and the integral of the average optical thickness per object, Find the number.
本発明の計数方法は、(1) 1または複数の対象物を含む干渉画像を干渉画像取得部により取得する画像取得ステップと、(2) 干渉画像取得部により取得された干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求め、光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値と、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、関心領域内の対象物の個数を求める演算ステップと、を備える。 The counting method of the present invention comprises (1) an image acquisition step of acquiring an interference image including one or more objects by an interference image acquisition unit, and (2) an optical based on the interference image acquired by the interference image acquisition unit. Dynamic thickness images are obtained, and based on the integral value of the optical thickness in the region of interest of the optical thickness image and the integral value of the average optical thickness per object, Calculating the number of objects in the region of interest.
本発明の一側面による計数方法では、演算ステップにおいて、干渉画像取得部により取得された干渉画像のうち、関心領域内の対象物の分布密度より低い密度で対象物が分布する領域に基づいて、光学的厚さ画像を求めて対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求める。 In the counting method according to one aspect of the present invention, in the calculating step, of the interference image acquired by the interference image acquiring unit, a region in which the object is distributed at a density lower than the distribution density of the object in the region of interest An optical thickness image is determined to determine an integral of the average optical thickness per object.
本発明の他の一側面による計数方法では、演算ステップにおいて、対象物が複数種類ある場合に、複数種類それぞれの対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を記憶しておき、そのうちの何れかの種類の対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を選択して用いる。 In the counting method according to another aspect of the present invention, in the calculation step, when there are a plurality of types of objects, the integral value of the average optical thickness per piece of each of the plurality of types of objects is stored In addition, the integral value of the average optical thickness per one of the objects of any kind of them is selected and used.
本発明の更に他の一側面による計数方法では、画像取得ステップにおいて、関心領域を含む干渉画像を干渉画像取得部により取得する際と比べて、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるための領域を含む干渉画像を干渉画像取得部により取得する際の光学倍率が高い。 In the counting method according to still another aspect of the present invention, in the image acquisition step, an average optical thickness per object is smaller than when an interference image including a region of interest is acquired by the interference image acquisition unit. The optical magnification at the time of acquiring the interference image including the area for obtaining the integral value of the length by the interference image acquisition unit is high.
本発明の更に他の一側面による計数方法では、画像取得ステップにおいて、対象物の集合体を含む干渉画像を干渉画像取得部により取得し、演算ステップにおいて、干渉画像取得部により取得された干渉画像から求められた光学的厚さ画像のうちの集合体の光学的厚さの積分値と、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、集合体に含まれる対象物の個数を求める。 In the counting method according to still another aspect of the present invention, in the image acquisition step, an interference image including an aggregate of objects is acquired by the interference image acquisition unit, and in the calculation step, the interference image acquired by the interference image acquisition unit Included in the aggregate based on the integrated value of the optical thickness of the assembly among the optical thickness images determined from the above and the integrated value of the average optical thickness per object of the object Find the number of objects to be
本発明の更に他の一側面による計数方法では、光学的厚さ画像の背景における平坦性が、光学的厚さの標準偏差にして5nm未満である。 In the counting method according to still another aspect of the present invention, the flatness in the background of the optical thickness image is less than 5 nm as a standard deviation of the optical thickness.
本発明の更に他の一側面による計数方法では、対象物が細胞であってもよい。本発明の更に他の一側面による計数方法では、画像取得ステップにおいて、対象物としての細胞の集合体を複数含む母集団のうちの1または複数の集合体を個々の細胞に分離したものについて第1干渉画像を干渉画像取得部により取得するとともに、母集団のうちの残りの1または複数の集合体について第2干渉画像を干渉画像取得部により取得し、演算ステップにおいて、第1干渉画像から求められた光学的厚さ画像に基づいて細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求め、第2干渉画像から求められた光学的厚さ画像に基づいて集合体の光学的厚さの積分値を求めて、集合体の光学的厚さの積分値と細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、集合体に含まれる細胞の個数を求める。 In the counting method according to still another aspect of the present invention, the object may be a cell. In the counting method according to still another aspect of the present invention, in the image acquisition step, one or more aggregates of a population including a plurality of cell aggregates as an object are separated into individual cells. (1) The interference image is acquired by the interference image acquisition unit, and the second interference image is acquired by the interference image acquisition unit for the remaining one or more aggregates of the population, and the calculation step is performed from the first interference image The integral value of the average optical thickness per cell is determined based on the determined optical thickness image, and the aggregate of the aggregate is determined based on the optical thickness image determined from the second interference image. The integral value of thickness is determined, and based on the integral value of the optical thickness of the aggregate and the integral value of the average optical thickness per cell, the number of cells included in the aggregate is calculated. Ask.
本発明の更に他の一側面による計数方法では、画像取得ステップにおいて、対象物としての細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるための領域を含む干渉画像を干渉画像取得部により取得する際に、細胞の核を染色して該干渉画像を取得する。 In the counting method according to still another aspect of the present invention, an interference image including an area for obtaining an integral value of an average optical thickness per cell as an object is obtained in an image acquisition step. At the time of acquisition by the acquisition unit, cell nuclei are stained to acquire the interference image.
本発明によれば、関心領域内の対象物の個数を正確に計数することができる。 According to the present invention, the number of objects in a region of interest can be accurately counted.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, modes for carrying out the present invention will be described in detail. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. The present invention is not limited to these exemplifications, is shown by the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the claims.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の計数装置1の構成を示す図である。計数装置1は、干渉画像取得部2および演算部3を備える。干渉画像取得部2は、光源11、ビームスプリッタ12、対物レンズ13、対物レンズ14、参照ミラー15、チューブレンズ16、ビームスプリッタ17、撮像器18、ピエゾ素子21、光検出器22および位相制御回路23を含む。
First Embodiment
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the counting device 1 of the first embodiment. The counting device 1 includes an interference image acquisition unit 2 and a calculation unit 3. The interference image acquisition unit 2 includes a light source 11, a beam splitter 12, an objective lens 13, an objective lens 14, a reference mirror 15, a tube lens 16, a beam splitter 17, an imaging device 18, a piezo element 21, a photodetector 22, and a phase control circuit. Including 23.
干渉画像取得部2は、二光束干渉計としてマイケルソン干渉計を有し、1または複数の対象物の干渉画像を取得する。演算部3は、干渉画像取得部2により取得された干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求める。さらに、演算部3は、その光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値と、対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、関心領域内の前記対象物の個数を求める。 The interference image acquisition unit 2 includes a Michelson interferometer as a two-beam interferometer, and acquires an interference image of one or more objects. The calculation unit 3 obtains an optical thickness image based on the interference image acquired by the interference image acquisition unit 2. Furthermore, the calculation unit 3 is based on the integral value of the optical thickness in the region of interest of the optical thickness image and the integral value of the average optical thickness per object. Find the number of objects in the region of interest.
対象物は、特定の細胞や生体サンプルに限定されるものではない。例えば、対象物として、培養細胞、不死化細胞、初代培養細胞、がん細胞、脂肪細胞、肝臓細胞、心筋細胞、神経細胞、グリア細胞、体性幹細胞、胚性幹細胞、多能性幹細胞、iPS細胞、および前記細胞をもとに作られた細胞塊(コロニーまたはスフェロイド)などが挙げられる。また、対象物として、生体に限らず、工業サンプル、たとえば金属表面、半導体表面、ガラス表面、半導体素子の内部、樹脂素材表面、液晶、高分子化合物なども挙げられる。 The subject is not limited to a specific cell or biological sample. For example, target cells include cultured cells, immortalized cells, primary cultured cells, cancer cells, adipocytes, liver cells, cardiomyocytes, nerve cells, glial cells, somatic stem cells, embryonic stem cells, pluripotent stem cells, iPS Cells, and cell clusters (colony or spheroid) produced from the cells, and the like can be mentioned. The object is not limited to a living body, and examples include industrial samples such as metal surface, semiconductor surface, glass surface, inside of semiconductor element, resin material surface, liquid crystal, polymer compound and the like.
本実施形態の以下の説明では、図2にサンプルの構成例が示されるように、対象物は、容器70に入れられた培養液72中の細胞73であるとする。容器70の底部の内側には反射増強コーティング71が設けられている。 In the following description of the present embodiment, it is assumed that the object is a cell 73 in the culture solution 72 contained in the container 70, as shown in FIG. Inside the bottom of the container 70 a reflection enhancing coating 71 is provided.
光源11は光を出力する。好適には光源11はインコヒーレント光を出力する。光源11は、例えばハロゲンランプなどのランプ系光源、LED(Light emitting diode)光源、SLD(Superluminescent diode)光源、ASE(Amplified spontaneous emission)光源等である。 The light source 11 outputs light. Preferably, the light source 11 outputs incoherent light. The light source 11 is, for example, a lamp based light source such as a halogen lamp, a light emitting diode (LED) light source, a superluminescent diode (SLD) light source, an amplified spontaneous emission (ASE) light source, or the like.
ビームスプリッタ12は、光源11と光学的に結合され、二光束干渉計であるマイケルソン干渉計を構成する。ビームスプリッタ12は、例えば、透過率と反射率との比が1:1であるハーフミラーであってもよい。ビームスプリッタ12は、光源11から出力された光を二光束に分岐して第1分岐光および第2分岐光とする。ビームスプリッタ12は、第1分岐光を対物レンズ13へ出力し、第2分岐光を対物レンズ14へ出力する。 The beam splitter 12 is optically coupled to the light source 11 to constitute a Michelson interferometer which is a two-beam interferometer. The beam splitter 12 may be, for example, a half mirror in which the ratio of transmittance to reflectance is 1: 1. The beam splitter 12 splits the light output from the light source 11 into two light fluxes to be a first split light and a second split light. The beam splitter 12 outputs the first branched light to the objective lens 13 and outputs the second branched light to the objective lens 14.
また、ビームスプリッタ12は、反射増強コーティング71で反射されて対物レンズ13を経た第1分岐光を入力するとともに、参照ミラー15で反射されて対物レンズ14を経た第2分岐光を入力する。そして、ビームスプリッタ12は、これら入力した第1分岐光と第2分岐光とを合波して、干渉光をチューブレンズ16へ出力する。 Further, the beam splitter 12 receives the first branched light reflected by the reflection enhancing coating 71 and passed through the objective lens 13, and receives the second branched light reflected by the reference mirror 15 and passed through the objective lens 14. Then, the beam splitter 12 combines the input first branched light and the input second branched light, and outputs interference light to the tube lens 16.
対物レンズ13は、ビームスプリッタ12と光学的に結合され、ビームスプリッタ12から出力された第1分岐光を容器70内の細胞73に集光する。また、対物レンズ13は、反射増強コーティング71で反射された第1分岐光を入力してビームスプリッタ12へ出力する。 The objective lens 13 is optically coupled to the beam splitter 12, and focuses the first branched light output from the beam splitter 12 on the cells 73 in the container 70. The objective lens 13 also receives the first branched light reflected by the reflection enhancing coating 71 and outputs the first branched light to the beam splitter 12.
対物レンズ14は、ビームスプリッタ12と光学的に結合され、ビームスプリッタ12から出力された第2分岐光を参照ミラー15の反射面に集光する。また、対物レンズ14は、参照ミラー15の反射面で反射された第2分岐光を入力してビームスプリッタ12へ出力する。 The objective lens 14 is optically coupled to the beam splitter 12 and condenses the second branched light output from the beam splitter 12 on the reflection surface of the reference mirror 15. The objective lens 14 also receives the second branched light reflected by the reflection surface of the reference mirror 15 and outputs the second branched light to the beam splitter 12.
チューブレンズ16は、干渉光学系を構成するビームスプリッタ12と光学的に結合され、ビームスプリッタ12から出力された干渉光を、ビームスプリッタ17を経て撮像器18の撮像面に結像する。ビームスプリッタ17は、チューブレンズ16から到達した光を2分岐して、一方の分岐光を撮像器18へ出力し、他方の分岐光を光検出器22へ出力する。ビームスプリッタ17は、例えばハーフミラーであってもよい。 The tube lens 16 is optically coupled to the beam splitter 12 forming the interference optical system, and images the interference light output from the beam splitter 12 on the imaging surface of the imaging device 18 through the beam splitter 17. The beam splitter 17 splits the light arriving from the tube lens 16 into two, outputs one of the split lights to the imager 18, and outputs the other split light to the photodetector 22. The beam splitter 17 may be, for example, a half mirror.
撮像器18は、ビームスプリッタ17と光学的に結合され、ビームスプリッタ17から到達した干渉光を受光して干渉画像を取得する。撮像器18は、例えば、CCDエリアイメージセンサおよびCMOSエリアイメージセンサなどのイメージセンサである。 The imager 18 is optically coupled to the beam splitter 17 and receives the interference light arriving from the beam splitter 17 to acquire an interference image. The imager 18 is an image sensor such as, for example, a CCD area image sensor and a CMOS area image sensor.
ピエゾ素子21は、参照ミラー15の反射面に垂直な方向に該反射面を移動させる。ピエゾ素子21は、この反射面の移動により、二光束干渉計における二光束の間の光路長差(すなわち位相差)を調整することができる。ピエゾ素子21は、波長未満の分解能で、参照ミラー15の反射面の位置を決めることができる。二光束干渉計において二光束の間の光路長差は可変である。 The piezo element 21 moves the reflective surface in a direction perpendicular to the reflective surface of the reference mirror 15. The piezoelectric element 21 can adjust the optical path length difference (that is, the phase difference) between the two light beams in the two light beam interferometer by the movement of the reflection surface. The piezo element 21 can determine the position of the reflection surface of the reference mirror 15 with a resolution less than the wavelength. In the two-beam interferometer, the optical path length difference between the two beams is variable.
なお、ビームスプリッタ12から反射増強コーティング71までの光学的距離をL1とし、ビームスプリッタ12から参照ミラー15の反射面までの光学的距離をL2とすると、二光束干渉計における二光束の間の光路長差は2(L1−L2)である。この光路長差が光源11の出力光のコヒーレント長以下であれば、撮像器18は明瞭な干渉画像を取得することができる。光源11の出力光の中心波長をλ0としたとき、二光束干渉計における二光束の間の位相差Δφは次式で表されるものとする。 Assuming that the optical distance from the beam splitter 12 to the reflection enhancing coating 71 is L1 and the optical distance from the beam splitter 12 to the reflecting surface of the reference mirror 15 is L2, the optical path length between the two light beams in the two light beam interferometer The difference is 2 (L1-L2). If this optical path length difference is equal to or less than the coherent length of the output light of the light source 11, the imager 18 can acquire a clear interference image. Assuming that the central wavelength of the output light of the light source 11 is λ0, the phase difference Δφ between the two light beams in the two light beam interferometer is represented by the following equation.
光検出器22は、ビームスプリッタ17と光学的に結合され、ビームスプリッタ17から到達した干渉光を受光して検出信号を出力する。光検出器22は、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管であり、また、ラインセンサ(リニアセンサ)、CCDエリアイメージセンサ、CMOSエリアイメージセンサなどであってもよい。 The light detector 22 is optically coupled to the beam splitter 17, receives the interference light arriving from the beam splitter 17, and outputs a detection signal. The photodetector 22 is, for example, a photodiode, an avalanche photodiode, or a photomultiplier, and may be a line sensor (linear sensor), a CCD area image sensor, a CMOS area image sensor, or the like.
位相制御回路23は、光検出器22と電気的に接続され、光検出器22から出力される検出信号を入力する。また、位相制御回路23は、ピエゾ素子21と電気的に接続され、ピエゾ素子21による光路長差の調整動作を制御する。位相制御回路23は、入力した検出信号に基づいて、二光束干渉計における二光束の間の光路長差を検出する。そして、位相制御回路23は、この検出結果に基づくフィードバック制御により、ピエゾ素子21による光路長差の調整動作を制御する。これにより、二光束干渉計における二光束の間の光路長差を設定値で安定化した状態(ロック状態)とすることができる。 The phase control circuit 23 is electrically connected to the light detector 22, and receives a detection signal output from the light detector 22. The phase control circuit 23 is electrically connected to the piezo element 21 and controls the adjustment operation of the optical path length difference by the piezo element 21. The phase control circuit 23 detects an optical path length difference between the two light beams in the two light beam interferometer based on the input detection signal. Then, the phase control circuit 23 controls the adjustment operation of the optical path length difference by the piezo element 21 by feedback control based on the detection result. As a result, the optical path length difference between the two light beams in the two-beam interferometer can be stabilized at the set value (locked state).
干渉画像取得部2は、ロック状態において対象物(細胞73)の干渉画像を撮像器18により撮像して取得することができる。演算部3は、干渉画像取得部2の撮像器18により取得された干渉画像に基づいて対象物の光学的厚さ画像を求める。演算部3は、パーソナルコンピュータおよびタブレット端末などのコンピュータであってもよい。また、演算部3は、操作者からの入力を受け付ける入力部(キーボード、マウス、タブレット端末など)、ならびに、干渉画像および光学的厚さ画像等を表示する表示部(ディスプレイ、タブレット端末など)を備えていてもよい。また、演算部3は、画面に画像等を表示するとともに、その画面において操作者による領域の指定を受け付ける機能を有するのが好適である。 The interference image acquisition unit 2 can capture and acquire an interference image of the object (cell 73) with the image pickup device 18 in the locked state. The calculation unit 3 obtains an optical thickness image of the object based on the interference image acquired by the imaging device 18 of the interference image acquisition unit 2. Arithmetic unit 3 may be a computer such as a personal computer and a tablet terminal. In addition, the computing unit 3 includes an input unit (keyboard, mouse, tablet terminal, etc.) for receiving an input from the operator, and a display unit (display, tablet terminal, etc.) for displaying an interference image, an optical thickness image, etc. You may have. Further, it is preferable that the calculation unit 3 has a function of displaying an image or the like on the screen and receiving specification of the area by the operator on the screen.
光源11から出力された光はビームスプリッタ12により二光束に分岐されて第1分岐光および第2分岐光とされ、ビームスプリッタ12から第1分岐光および第2分岐光が出力される。ビームスプリッタ12から出力された第1分岐光は、対物レンズ13により容器70内の細胞73に集光され、容器70の底部の内側に設けられた反射増強コーティング71で反射される。反射増強コーティング71で反射された第1分岐光は、対物レンズ13を経てビームスプリッタ12に入力される。ビームスプリッタ12から出力された第2分岐光は、対物レンズ14により参照ミラー15の反射面に集光され、その反射面で反射される。参照ミラー15の反射面で反射された第2分岐光は、対物レンズ14を経てビームスプリッタ12に入力される。 The light output from the light source 11 is split into two light beams by the beam splitter 12 to be the first split light and the second split light, and the beam splitter 12 outputs the first split light and the second split light. The first branched light output from the beam splitter 12 is focused on the cells 73 in the container 70 by the objective lens 13, and is reflected by a reflection enhancing coating 71 provided on the inside of the bottom of the container 70. The first branched light reflected by the reflection enhancing coating 71 is input to the beam splitter 12 through the objective lens 13. The second branched light output from the beam splitter 12 is focused by the objective lens 14 on the reflection surface of the reference mirror 15, and is reflected by the reflection surface. The second branched light reflected by the reflection surface of the reference mirror 15 is input to the beam splitter 12 through the objective lens 14.
対物レンズ13からビームスプリッタ12に入力された第1分岐光、および、対物レンズ14からビームスプリッタ12に入力された第2分岐光は、ビームスプリッタ12により合波されて、ビームスプリッタ12から干渉光が出力される。この干渉光は、チューブレンズ16を経た後にビームスプリッタ17により2分岐されて、撮像器18および光検出器22それぞれにより受光される。干渉光を受光した光検出器22から検出信号が出力され、この検出信号に基づいて位相制御回路23により二光束干渉計における二光束の間の光路長差が検出される。そして、位相制御回路23によるピエゾ素子21に対するフィードバック制御により、二光束干渉計における二光束の間の光路長差が設定値で安定化した状態(ロック状態)とされる。ロック状態において干渉光を受光した撮像器18により干渉画像が取得され、その干渉画像は演算部3へ出力される。そして、演算部3により、干渉画像に基づいて対象物(細胞73)の光学的厚さ画像が求められる。 The first split light input from the objective lens 13 to the beam splitter 12 and the second split light input from the objective lens 14 to the beam splitter 12 are multiplexed by the beam splitter 12 and interference light from the beam splitter 12 Is output. The interference light passes through the tube lens 16 and is branched into two by the beam splitter 17 and is received by the imaging device 18 and the light detector 22 respectively. A detection signal is output from the light detector 22 that has received the interference light, and the phase control circuit 23 detects the difference in optical path length between the two light beams in the two light beam interferometer based on the detection signal. Then, by feedback control on the piezo element 21 by the phase control circuit 23, the optical path length difference between the two light beams in the two light beam interferometer is stabilized at the set value (locked state). An interference image is acquired by the imaging device 18 that receives the interference light in the locked state, and the interference image is output to the calculation unit 3. Then, the arithmetic unit 3 obtains an optical thickness image of the object (cell 73) based on the interference image.
計数装置1は、位相シフト法により、複数の干渉画像から光学的厚さ画像を求める。すなわち、干渉画像取得部2は、二光束干渉計の光路長差を互いに異なる複数の設定値それぞれで安定化した状態とし各状態において干渉画像を取得する。演算部3は、干渉画像取得部2により取得された複数の干渉画像に基づいて位相画像を求めることができる(特許文献1参照)。更に、演算部3は、この位相画像から光学的厚さ画像を求めることができる。 The counting device 1 obtains an optical thickness image from a plurality of interference images by a phase shift method. That is, the interference image acquisition unit 2 acquires the interference image in each state in a state in which the optical path length difference of the two-beam interferometer is stabilized with each of a plurality of different setting values. The calculation unit 3 can obtain a phase image based on the plurality of interference images acquired by the interference image acquisition unit 2 (see Patent Document 1). Furthermore, the calculation unit 3 can obtain an optical thickness image from this phase image.
例えば、干渉画像取得部2は、ピエゾ素子21、光検出器22および位相制御回路23を用いたフィードバック制御により干渉光の位相差を或る初期位相で安定化させて、位相差を安定化させた状態で干渉画像I1を撮像器18により取得する。次に、干渉画像取得部2は、ピエゾ素子21、光検出器22および位相制御回路23を用いて干渉光の位相差を“初期位相+π/2”で安定化させ、位相差を安定化させた状態で干渉画像I2を撮像器18により取得する。同様にして、干渉画像取得部2は、干渉光の位相差を“初期位相+π”で安定化させた状態で干渉画像I3を撮像器18により取得し、干渉光の位相差を“初期位相+3π/2”で安定化させた状態で干渉画像I4を撮像器18により取得し、干渉光の位相差を“初期位相+2π”で安定化させた状態で干渉画像I5を撮像器18により取得する。 For example, the interference image acquisition unit 2 stabilizes the phase difference of the interference light at a certain initial phase by feedback control using the piezo element 21, the light detector 22, and the phase control circuit 23, and stabilizes the phase difference. The interference image I1 is acquired by the imaging device 18 in the state as described above. Next, the interference image acquisition unit 2 stabilizes the phase difference of the interference light at “initial phase + π / 2” using the piezo element 21, the light detector 22, and the phase control circuit 23, and stabilizes the phase difference. The interference image I2 is acquired by the imaging device 18 in the state as described above. Similarly, the interference image acquisition unit 2 acquires the interference image I3 with the imaging device 18 in a state in which the phase difference of the interference light is stabilized at “initial phase + π”, and the phase difference of the interference light is “initial phase + 3π The interference image I4 is acquired by the imaging device 18 in a stabilized state at 1/2 ′ ′, and the interference image I5 is acquired by the imaging device 18 in a state where the phase difference of the interference light is stabilized at “initial phase + 2π”.
演算部3は、これら5つの干渉画像I1〜I5を用いて、下記(2)式の演算を行って位相画像Φを求める。argは複素数の変換を取得する演算子である。iは虚数単位である。演算部3は、この位相画像Φに対して位相アンラップ処理および背景歪み補正処理をした後、光学的厚さOTを下記(3)式で求めて光学的厚さ画像を求める。なお、これらの式に現れる各パラメータは画素位置(x,y)の関数であり、これらの式の演算は画素毎に行われる。 The calculation unit 3 calculates the phase image Φ by performing the calculation of the following equation (2) using the five interference images I1 to I5. arg is an operator for acquiring complex number transformations. i is an imaginary unit. After performing the phase unwrapping process and the background distortion correction process on the phase image 演算, the calculation unit 3 obtains the optical thickness image by obtaining the optical thickness OT by the following equation (3). Each parameter appearing in these formulas is a function of the pixel position (x, y), and the calculation of these formulas is performed for each pixel.
背景補正については、x,yを変数とする多項式関数(たとえばゼルニケ多項式)を用いることで良好な(フラットな)バックグラウンドを得ることができる。また、背景における歪み成分の空間周波数が個々のサンプルの空間周波数よりも十分に低い場合には、ハイパスフィルタリング処理をすることもできる。光学的厚さ画像の背景における平坦性は、光学的厚さの標準偏差にして5nm未満であるのが好ましい。 With regard to background correction, a good (flat) background can be obtained by using a polynomial function (for example, Zernike polynomials) having x and y as variables. Also, high pass filtering may be performed if the spatial frequency of the distortion component in the background is sufficiently lower than the spatial frequency of the individual samples. The flatness in the background of the optical thickness image is preferably less than 5 nm in standard deviation of the optical thickness.
この光学的厚さOTは、サンプルを透過した光に与えられた位相変化量を表したものである。細胞73の厚さをdとし、細胞73の平均的な屈折率をncとし、培養液72の屈折率をnmとすると、光学的厚さOTは次式で与えられる。 The optical thickness OT represents the amount of phase change given to the light transmitted through the sample. The thickness of the cells 73 is d, an average refractive index of the cells 73 and n c, and the refractive index of the culture solution 72 and n m, the optical thickness OT is given by the following equation.
以下では、具体的な実施例の構成および画像例を示しつつ、より詳細に実施形態について説明する。光源11として中心波長730nmのLEDを用いた。対物レンズ13および対物レンズ14それぞれの焦点距離は18mmであった。チューブレンズ16の焦点距離は125mmであった。撮像器18の撮像素子サイズは4.8mm×3.6mmであった。撮像器18の画素数は1280ピクセル×960ピクセルであった。サンプル面での視野サイズは691.2μm×518.4μmであった。サンプルの細胞73としてメラノーマ由来培養細胞SK-MEL-28を用いた。 Below, an embodiment is described in more detail, showing the composition and the example of an image of a concrete example. An LED having a central wavelength of 730 nm was used as the light source 11. The focal length of each of the objective lens 13 and the objective lens 14 was 18 mm. The focal length of the tube lens 16 was 125 mm. The image pickup device size of the image pickup device 18 was 4.8 mm × 3.6 mm. The number of pixels of the imaging device 18 was 1280 pixels × 960 pixels. The visual field size at the sample surface was 691.2 μm × 518.4 μm. Melanoma-derived cultured cells SK-MEL-28 were used as cells 73 of the sample.
図3は、干渉画像取得部2により取得された5つの干渉画像I1〜I5を示す図である。図4は、図3の干渉画像I1〜I5に基づいて演算部3により求められた光学的厚さ画像を示す図である。図4の光学的厚さ画像から、光学的厚さの積分値を細胞数で除算することにより、細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めることができる。 FIG. 3 is a view showing five interference images I1 to I5 acquired by the interference image acquisition unit 2. As shown in FIG. FIG. 4 is a view showing an optical thickness image obtained by the calculation unit 3 based on the interference images I1 to I5 of FIG. From the optical thickness image of FIG. 4, the integral value of the optical thickness can be divided by the number of cells to determine the integral value of the average optical thickness per cell.
この光学的厚さ画像には53個の細胞が含まれている。ここで、視野の端にあって一部が視野外に出ている細胞については0.5個と数えた。この光学的厚さ画像における細胞数の真値は、図5の細胞核染色画像において目視で計数することで求めた。図5は、図3の干渉画像と同視野の細胞核染色画像を示す図である。 The optical thickness image contains 53 cells. Here, the number of cells at the edge of the field of view and partially out of the field of view was counted as 0.5. The true value of the cell number in this optical thickness image was determined by visual counting in the cell nucleus stained image of FIG. FIG. 5 is a view showing a cell nucleus staining image of the same field of view as the interference image of FIG.
光学的厚さの積分値は、全画素の光学的厚さOTの総和に1画素当たりのサンプル面積(0.54μm×0.54μm)を乗算することで求めた。その結果、光学的厚さの積分値は1.12×107(nm×μm2)であった。したがって、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値は2.12×105(nm×μm2/cell)と見積もられた。 The integral value of the optical thickness was determined by multiplying the sum of the optical thicknesses OT of all the pixels by the sample area per pixel (0.54 μm × 0.54 μm). As a result, the integrated value of the optical thickness was 1.12 × 10 7 (nm × μm 2 ). Therefore, the integral value of the average optical thickness per cell was estimated to be 2.12 × 10 5 (nm × μm 2 / cell).
図3の干渉画像とは異なる9つの視野の光学的厚さ画像を取得し、各視野の光学的厚さの積分値を、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値(2.12×105(nm×μm2/cell))で除算することで、各視野に存在する細胞の個数を推定した。図6は、9つの視野(FOV#1〜9)それぞれについて光学的厚さの積分値、推定細胞数、真の細胞数および誤差を纏めた表である。図7は、9つの視野それぞれについて推定細胞数および真の細胞数を示すグラフである。なお、真の細胞数は、別途同視野の細胞核染色画像を取得して、該画像において目視で計数することで求めた。図6は、推定細胞数と真の細胞数との間の誤差をも示している。誤差の絶対値の平均は4.5%であった。本実施形態の計数手法により短時間に精度よく細胞数を計数できることが確認された。 Optical thickness images of nine fields of view different from the interference image of FIG. 3 are acquired, and the integral of the optical thickness of each field of view is the integral of the average optical thickness per cell (2 The number of cells present in each visual field was estimated by dividing by 12 × 10 5 (nm × μm 2 / cell). FIG. 6 is a table summarizing the integrated values of optical thickness, estimated cell number, true cell number, and errors for each of nine fields of view (FOV # 1 to 9). FIG. 7 is a graph showing the estimated number of cells and the number of true cells for each of nine fields of view. The true cell number was obtained by separately obtaining cell nucleus stained images of the same field of view and visually counting the images. FIG. 6 also shows the error between the estimated cell number and the true cell number. The average absolute value of the error was 4.5%. It was confirmed that the number of cells can be accurately counted in a short time by the counting method of the present embodiment.
なお、上記の実施例では、細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるに際して、細胞数を正確に計数するために細胞核染色画像を用いた。また、細胞数の推定結果を検証するために、計数対象の関心領域についても核染色画像を用いた。細胞核の染色は、検証を確実に行うためであり、必須ではない。 In the above example, when obtaining the integral value of the average optical thickness per cell, a cell nuclear staining image was used to accurately count the number of cells. In addition, in order to verify the estimation result of the cell number, a nuclear staining image was also used for the region of interest to be counted. Staining of cell nuclei is to ensure verification and is not essential.
次に、図8を用いて、本実施形態の計数装置1の動作および本実施形態の計数方法の手順について説明する。図8は、第1実施形態の計数装置1の動作および第1実施形態の計数方法を説明するフローチャートである。 Next, the operation of the counting device 1 of the present embodiment and the procedure of the counting method of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flow chart for explaining the operation of the counting device 1 of the first embodiment and the counting method of the first embodiment.
ステップS1(画像取得ステップ)において、干渉画像取得部2により干渉画像を取得することができるように二光束干渉計に対して光学調整を行い、複数の干渉画像を干渉画像取得部2により取得する。ステップS2〜S5(演算ステップ)において、演算部3により、干渉画像取得部2により取得された複数の干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求め、この光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値と、細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、関心領域内の細胞の個数を求める。 In step S1 (image acquisition step), optical adjustment is performed on the two-beam interferometer so that the interference image can be acquired by the interference image acquisition unit 2, and a plurality of interference images are acquired by the interference image acquisition unit 2 . In steps S2 to S5 (calculation step), the calculation unit 3 obtains an optical thickness image based on the plurality of interference images acquired by the interference image acquisition unit 2, and the region of interest in the optical thickness image The number of cells in the region of interest is determined based on the integral value of the optical thickness and the integral value of the average optical thickness per cell.
より詳細には、ステップS2において、干渉画像取得部2により取得された複数の干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求め、この画像に対して背景補正を行う。ステップS3において、必要に応じて、複数の光学的厚さ画像を接合する。ステップS4において、複数の細胞を含む関心領域(Region of Interest、ROI)を設定する。関心領域は、1つであってもよいし、複数であってもよい。ステップS5において、光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値を求め、これを細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値で除算することで、関心領域内の細胞の個数を推定する。 More specifically, in step S2, an optical thickness image is obtained based on the plurality of interference images acquired by the interference image acquisition unit 2, and background correction is performed on this image. In step S3, a plurality of optical thickness images are joined as needed. In step S4, a region of interest (ROI) including a plurality of cells is set. The region of interest may be one or more. At step S5, the integral of the optical thickness within the region of interest of the optical thickness image is determined and divided by the integral of the average optical thickness per cell to obtain the interest. Estimate the number of cells in the area.
次に、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を取得する方法の好適例について説明する。 Next, a preferred example of a method for obtaining an integral value of the average optical thickness per cell will be described.
図9は、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を取得する方法の第1の好適例を説明するための視野を示す図である。この方法では、演算部3は、干渉画像取得部2により取得された干渉画像のうち、関心領域(図9(b))内の細胞の分布密度より低い密度で細胞が分布する領域(図9(a))に基づいて、光学的厚さ画像を求めて細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求める。図9(a)は、関心領域内の細胞の分布密度より低い密度の細胞の分布を示す。図9(b)は、関心領域内の細胞の分布を示す。細胞の分布密度が低い領域(図9(a))では、個々の細胞が互いに離間して分布しているのが好ましい。このように、細胞の分布密度が低い領域(図9(a))の光学的厚さ画像を用いれば、その領域内の細胞の個数を正確に計数することができるので、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を正確に取得することができる。なお、細胞の分布密度が低い領域(図9(a))および関心領域(図9(b))は、同一視野内の互いに異なる領域であってもよいし、互いに異なる視野に含まれるものであってもよい。 FIG. 9 is a view showing a visual field for describing a first preferred example of a method for obtaining an integral value of average optical thickness per cell. In this method, in the interference image acquired by the interference image acquisition unit 2, the operation unit 3 distributes cells at a density lower than the distribution density of cells in the region of interest (FIG. 9 (b)) (FIG. 9). Based on (a), an optical thickness image is determined to determine the integral value of the average optical thickness per cell. FIG. 9 (a) shows the distribution of cells having a density lower than the distribution density of cells in the region of interest. FIG. 9 (b) shows the distribution of cells in the region of interest. In the region where the distribution density of cells is low (Fig. 9 (a)), it is preferable that the individual cells be distributed apart from one another. Thus, using the optical thickness image of a region where the distribution density of cells is low (FIG. 9 (a)), the number of cells in that region can be accurately counted. The integral value of the average optical thickness can be accurately obtained. Note that the region where the distribution density of cells is low (FIG. 9A) and the region of interest (FIG. 9B) may be different regions within the same field of view or may be included in different fields of view. It may be.
図10は、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を取得する方法の第2の好適例を説明するための視野を示す図である。この図に示されるように、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を取得するための領域Aは、関心領域Bの一部であって、細胞の分布密度が低い領域であってもよい。領域Aでは、個々の細胞が互いに離間して分布しているのが好ましい。この場合にも、細胞の分布密度が低い領域Aの光学的厚さ画像を用いれば、その領域内の細胞の個数を正確に行うことができるので、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を正確に取得することができる。 FIG. 10 is a view showing a visual field for describing a second preferred example of a method for obtaining an integral value of average optical thickness per cell. As shown in this figure, the region A for obtaining the integral value of the average optical thickness per cell is a part of the region of interest B and in the region where the distribution density of the cells is low. It may be. In region A, individual cells are preferably distributed apart from one another. Also in this case, if the optical thickness image of the region A in which the distribution density of the cells is low is used, the number of cells in that region can be accurately determined, so the average optical thickness per cell can be obtained. The integral value of H can be accurately obtained.
また、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるに際して、関心領域内の細胞の個数を求める度に求めてもよいし、或いは、それ以前に同種の細胞について求めた値を演算部3の記憶部に記憶しておき、その記憶していた値を用いてもよい。演算部3は、複数種類それぞれの細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を記憶しておき、そのうちの何れかの種類の細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を選択して用いるのも好適である。 Also, when calculating the integral value of the average optical thickness per cell, it may be determined each time the number of cells in the region of interest is determined, or a value determined for the same kind of cells before that. May be stored in the storage unit of the calculation unit 3, and the stored value may be used. The computing unit 3 stores the integral value of the average optical thickness per cell of each of the plurality of types, and the average optical thickness per cell of any of these types of cells. It is also preferable to select and use the integral value of.
また、株化された細胞(セルライン)を用いる場合は、演算部3は、予め測定した幾つかの細胞株についての1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を記憶部により記録しておくことが可能である。この場合、操作者は、細胞種を指定するだけの操作により、視野の光学的厚さの面内積分値を、指定された細胞種の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値で除算することにより、細胞数を求めることができる。細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値は、演算部3の記憶部により記憶されていてもよいし、通信ネットワーク経由でダウンロードすることで短期的に演算部3の記憶部に記憶されたものを用いてもよい。なお、生物学分野で頻繁に使われる株化された細胞種としては、HeLa、CHO、MCF7などが挙げられる。 In addition, in the case of using established cells (cell lines), the computing unit 3 records the integrated value of the average optical thickness per cell for several cell lines measured in advance by the storage unit. It is possible to In this case, the operator simply designates the cell type to obtain the in-plane integral value of the optical thickness of the field of view as the integral value of the average optical thickness per one of the designated cell types. The number of cells can be determined by dividing by. The integral value of the average optical thickness per cell may be stored by the storage unit of the computing unit 3 or may be downloaded to the storage unit of the computing unit 3 in a short period by downloading via the communication network. You may use what was memorized. In addition, HeLa, CHO, MCF7 etc. are mentioned as a established cell type frequently used in the field of biology.
(第2実施形態)
第2実施形態は、対象物の集合体としての細胞集団に含まれる細胞の個数を計数するものである。第2実施形態の計数装置は、図1に示された構成と同様の構成を有する。
Second Embodiment
In the second embodiment, the number of cells included in a cell population as a collection of objects is counted. The counting device of the second embodiment has the same configuration as the configuration shown in FIG.
本実施形態では、解析対象の関心領域は、細胞同士が重なり合った細胞集団を含む。従来の細胞数カウンティング法では、細胞集団に含まれる細胞の個数を計数することは困難であった。細胞集団は、コロニー様またはスフェロイド様に複数の細胞の集合したものである。コロニーとは、典型的には複数個の細胞が空間的にひとまとまりの集団を形成したものである。スフェロイドとは、典型的には厚さ100μm以上に細胞が積み重なり、球体状になった細胞集団である。1個のスフェロイドには典型的には1000個〜数万個の細胞が含まれる。 In the present embodiment, the region of interest to be analyzed includes a cell population in which cells overlap each other. It has been difficult to count the number of cells contained in a cell population by the conventional cell counting method. A cell population is a collection of multiple cells in a colony-like or spheroid-like manner. A colony is typically one in which a plurality of cells form a spatially integrated group. A spheroid is a cell population in which cells are stacked, typically in a thickness of 100 μm or more, and formed into a sphere. One spheroid typically contains 1000 to several tens of thousands of cells.
図11は、解析対象領域の光学的厚さ画像の模式図である。この図では、3つの関心領域ROI1,ROI2およびROI3が設定され、各関心領域内に1つの細胞集団が含まれている。干渉画像取得部2は、これら3つの関心領域を視野に含む干渉画像を取得する。演算部3は、干渉画像取得部2により取得された干渉画像から光学的厚さ画像を求め、この光学的厚さ画像のうちの各関心領域内の細胞集団の光学的厚さの積分値を求める。そして、演算部3は、各細胞集団の光学的厚さの積分値を、細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値で除算することで、各細胞集団に含まれる対象物の個数を求めることができる。ここで用いる細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値は、別途測定してもよいし、予め求めたおいた典型的な値を用いてもよい。 FIG. 11 is a schematic view of an optical thickness image of a region to be analyzed. In this figure, three regions of interest ROI1, ROI2 and ROI3 are set, and one cell population is included in each region of interest. The interference image acquisition unit 2 acquires an interference image including the three regions of interest in the field of view. The calculation unit 3 obtains an optical thickness image from the interference image acquired by the interference image acquisition unit 2 and calculates the integrated value of the optical thickness of the cell population in each region of interest in the optical thickness image. Ask. Then, the calculation unit 3 divides the integrated value of the optical thickness of each cell population by the integrated value of the average optical thickness per cell to obtain an object contained in each cell population. The number of can be determined. The integral value of the average optical thickness per cell used here may be measured separately, or a typical value previously determined may be used.
図12は、マルチウェルプレートの各ウェルを解析対象の関心領域とした場合の光学的厚さ画像の模式図である。この図では、6つのウェルのうち、5つのウェルに関心領域ROI-1〜ROI-5が設定され、各ウェルに1つの細胞集団が含まれている。残りの1つのウェルには、個々に分離された複数の細胞を含む領域ROIconが設定されている。この場合、領域ROIconの光学的厚さ画像から、細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めることができる。そして、これを用いて、関心領域ROI-1〜ROI-5それぞれの細胞集団に含まれる対象物の個数を求めることができる。 FIG. 12 is a schematic view of an optical thickness image when each well of the multiwell plate is a region of interest to be analyzed. In this figure, regions of interest ROI-1 to ROI-5 are set in five wells out of six wells, and each well contains one cell population. In the remaining one well, an area ROIcon including a plurality of individually separated cells is set. In this case, an integral value of the average optical thickness per cell can be obtained from the optical thickness image of the region ROIcon. Then, using this, it is possible to determine the number of objects included in the cell population of each of the regions of interest ROI-1 to ROI-5.
また、細胞集団を対象とした解析に際して、細胞1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値が未知である場合には、以下に述べる手法を用いることができる。図13〜図15を用いて説明する。図13は、容器80に入れられた培養液82中の複数の細胞集団83を示す図である。図14は、容器90のウェル91に個々に分散されて入れられた細胞73、および、容器90のウェル92に入れられた細胞集団83を示す図である。図15は、細胞集団に含まれる細胞の個数を計数する手順を説明するフローチャートである。 In addition, in the case of analysis of a cell population, when the integral value of the average optical thickness per cell is unknown, the method described below can be used. This will be described using FIG. 13 to FIG. FIG. 13 is a view showing a plurality of cell populations 83 in the culture solution 82 contained in the container 80. As shown in FIG. FIG. 14 shows cells 73 dispersed and contained in wells 91 of container 90 and cell populations 83 contained in wells 92 of container 90. FIG. 15 is a flow chart for explaining the procedure for counting the number of cells contained in the cell population.
まず、複数の細胞集団からなる母集団を用意する(ステップS10)。その母集団のうちの1または複数の細胞集団83を無作為に取り出し(ステップS11)、ピペッティング等の操作により一個一個の細胞73に分散させて、図14に示される容器90のウェル91に入れる(ステップS12)。分散させる細胞集団の個数は、総個数の半数を超えないのが好ましい。一個一個の細胞73に分散させたサンプルは、十分均一になるまでピペッティングして細胞懸濁液とし、個々の弁別が容易な低密度でウェル91に播種する。これをコントロール群とする。一方、分散化を行わず細胞集団としての形態を保っている残りの細胞集団83を、そのまま、図14に示される容器90のウェル92に入れる(ステップS13)。これを細胞計測群とする。 First, a population consisting of a plurality of cell populations is prepared (step S10). One or more cell populations 83 in the population are randomly taken out (step S11), dispersed into individual cells 73 by pipetting and other operations, and placed in the wells 91 of the container 90 shown in FIG. Insert (step S12). The number of cell populations to be dispersed preferably does not exceed half of the total number. The sample dispersed in each single cell 73 is pipetted until it becomes uniform enough to be a cell suspension, and seeded in the well 91 at a low density at which individual discrimination is easy. Let this be a control group. On the other hand, the remaining cell population 83, which is not dispersed and remains in the form of a cell population, is placed as it is in the well 92 of the container 90 shown in FIG. 14 (step S13). Let this be a cell measurement group.
ウェル91とウェル92とは物理的に領域が隔離されている。ウェル91の底部の内側には反射増強コーティング93が設けられている。ウェル92の底部の内側には反射増強コーティング94が設けられている。ウェル91およびウェル92はカバーガラス95で封止される。なお、細胞懸濁液用の観察容器と、スフェロイド観察用の観察容器は、サンプルを注入するためのウェル部分が隔離されていれば良く、容器の外装部が物理的に一体になっていても構わない。図14に示される容器90は、外装部分が一体となっているものの、サンプル注入部が隔離された2つのウェル91,92をもつ。一方のウェル91に、低密度に播種した細胞73を播種し、他方のウェル92に細胞集団83を播種する。 The well 91 and the well 92 are physically separated in area. Inside the bottom of the well 91 is provided a reflection enhancing coating 93. Inside the bottom of the well 92 is provided a reflection enhancing coating 94. The wells 91 and 92 are sealed with a cover glass 95. In addition, the observation container for cell suspension and the observation container for spheroid observation may be isolated as long as the well part for injecting the sample is separated, and the exterior part of the container is physically integrated. I do not care. The container 90 shown in FIG. 14 has two wells 91 and 92 in which the sample injection part is isolated although the exterior part is integrated. One well 91 is seeded with cells 73 seeded to a low density, and the other well 92 is seeded with a cell population 83.
このような前処理の後、干渉画像取得部2は、ウェル91内の低密度播種された細胞73の干渉画像を取得する。演算部3は、この干渉画像から光学的厚さ画像を求めて背景補正を行い(ステップS14)、必要に応じて複数の光学的厚さ画像を接合し(ステップS15)、この光学的厚さ画像において領域ROIconを設定して(ステップS16)、領域ROIcon内の細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求める(ステップS17)。 After such pretreatment, the interference image acquisition unit 2 acquires an interference image of the low density seeded cells 73 in the well 91. The arithmetic unit 3 obtains an optical thickness image from the interference image and performs background correction (step S14), joins a plurality of optical thickness images as necessary (step S15), and the optical thickness The region ROIcon is set in the image (step S16), and the integral value of the average optical thickness per cell in the region ROIcon is determined (step S17).
また、干渉画像取得部2は、ウェル92内の細胞集団83の干渉画像を取得する。演算部3は、この干渉画像から光学的厚さ画像を求めて背景補正を行い(ステップS18)、必要に応じて複数の光学的厚さ画像を接合し(ステップS19)、この光学的厚さ画像において関心領域ROIを設定して(ステップS20)、関心領域ROI内の細胞集団83の光学的厚さの積分値を求める(ステップS21)。 Further, the interference image acquisition unit 2 acquires an interference image of the cell population 83 in the well 92. The arithmetic unit 3 obtains an optical thickness image from the interference image and performs background correction (step S18), joins a plurality of optical thickness images as necessary (step S19), and the optical thickness A region of interest ROI is set in the image (step S20), and the integrated value of the optical thickness of the cell population 83 in the region of interest ROI is obtained (step S21).
そして、演算部3は、細胞集団83の光学的厚さの積分値と細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、細胞集団83に含まれる細胞の個数を求める(ステップS22)。 Then, the calculation unit 3 calculates the number of cells contained in the cell population 83 based on the integral value of the optical thickness of the cell population 83 and the integral value of the average optical thickness per cell. It asks for (Step S22).
ここで用いる容器90は、観察の前に滅菌されたものであることが望ましい。この容器90が滅菌されたものであれば、ウェル92に播種された細胞集団83は、細胞一個一個に分散されたものでなく、染色されたものでもないので、細胞数計数後も培養を続けることが可能となる。また、本手法による計測の過程で、もともとの母集団に含まれる細胞集団のうち何個かの細胞集団は、分散状態で低密度に播種されることで細胞集団としての機能を失ってしまうものの、母集団の他の殆どの細胞集団は、細胞数を全数検査した後も細胞集団としての機能を維持したままで残すことができる。 The container 90 used here is desirably sterilized prior to observation. If this container 90 is sterilized, the cell population 83 seeded in the wells 92 is not dispersed one by one or stained, so the culture is continued even after counting the number of cells. It becomes possible. Also, in the process of measurement by this method, some cell populations among the cell populations included in the original population lose their function as cell populations by being seeded at low density in a dispersed state. However, most other cell populations in the population can remain functional as cell populations after 100% cell number inspection.
なお、容器90がマルチウェルプレートであるとして説明したが、低密度に播種した細胞73が播種される容器と、細胞集団が播種される容器とは、物理的に分離されていてもよい。その場合、一方の容器として図13に示された容器80をそのまま用いてもよい。 Although the container 90 is described as a multi-well plate, the container in which the cells 73 seeded at low density are seeded and the container in which the cell population is seeded may be physically separated. In that case, the container 80 shown in FIG. 13 may be used as it is as one of the containers.
(第3実施形態)
第3実施形態は、干渉画像取得部2が干渉画像を取得する際の光学倍率が可変であることを利用して、関心領域を含む干渉画像を干渉画像取得部2により取得する際と比べて、細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるための領域を含む干渉画像を干渉画像取得部2により取得する際の光学倍率を高くするものである。
Third Embodiment
The third embodiment uses the fact that the optical magnification at the time of acquiring the interference image by the interference image acquisition unit 2 is variable, compared to when the interference image acquisition unit 2 acquires the interference image including the region of interest. The optical magnification is increased when the interference image acquisition unit 2 acquires an interference image including a region for obtaining an integral value of the average optical thickness per cell.
細胞の集合体である細胞集団を関心領域とする場合、細胞数を計数したい関心領域ROImainの観察に際しては低倍率の光学系で広い面積を撮像することが望ましい。一方、細胞1個あたりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるに際しては、低倍率の光学系で撮像した画像では細胞一個一個の弁別が困難になるので、高倍率の光学系で撮像することが望ましい。したがって、好ましくは、干渉画像取得部2の光学倍率を切り替えて、細胞1個あたりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるための領域ROIconについては高倍率で観察し、その一方で、細胞数を計数したい関心領域ROImainについては低倍率で観察を行うのがよい。 When using a cell population which is a collection of cells as a region of interest, it is desirable to image a large area with a low-power optical system when observing the region of interest ROImain for which it is desired to count the number of cells. On the other hand, when determining the integral value of the average optical thickness per cell, discrimination of each cell is difficult in an image captured by a low magnification optical system, so imaging is performed with a high magnification optical system. It is desirable to do. Therefore, preferably, the optical magnification of the interference image acquisition unit 2 is switched to observe the region ROIcon for obtaining the integral value of the average optical thickness per cell at high magnification, while The region of interest ROImain for which the number of cells is to be counted should be observed at low magnification.
図16は、互いに異なる光学倍率で干渉画像取得部2により取得した干渉画像から得られる光学的厚さ画像を示す図である。図16(a)は、細胞数を計数したい関心領域ROImain、および、細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求めるための領域ROIconの双方を含む光学的厚さ画像を示す。図16(b)は、関心領域ROImainを含まず領域ROIconのみを含む光学的厚さ画像を示す。図16(a)の光学的厚さ画像を取得する際と比べて、図16(b)の光学的厚さ画像を取得する際の方が、光学倍率が高い。 FIG. 16 is a view showing an optical thickness image obtained from interference images acquired by the interference image acquisition unit 2 at optical magnifications different from each other. FIG. 16 (a) shows an optical thickness image including both a region of interest ROImain for which the number of cells is to be counted, and a region ROIcon for obtaining an integral value of the average optical thickness per cell. Show. FIG. 16 (b) shows an optical thickness image not including the region of interest ROImain but including only the region ROIcon. The optical magnification is higher at the time of acquiring the optical thickness image of FIG. 16B than at the time of acquiring the optical thickness image of FIG.
図17は、干渉画像取得部2の光学倍率を切り替えて細胞の個数を計数する手順を説明するフローチャートである。 FIG. 17 is a flowchart illustrating the procedure of switching the optical magnification of the interference image acquisition unit 2 to count the number of cells.
まず、低密度領域および高密度領域の双方を含む細胞サンプルを用意する(ステップS30)。高密度領域と比べて低密度領域では、低い密度で細胞が分散して存在している。干渉画像取得部2は、低密度領域について高倍率で干渉画像を取得する。演算部3は、この干渉画像から光学的厚さ画像を求めて背景補正を行い(ステップS31)、必要に応じて複数の光学的厚さ画像を接合し(ステップS32)、この光学的厚さ画像において領域ROIconを設定して(ステップS33)、領域ROIcon内の細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求める(ステップS34)。 First, a cell sample including both low density region and high density region is prepared (step S30). In the low density region as compared to the high density region, the cells are dispersed and present at a low density. The interference image acquisition unit 2 acquires an interference image at a high magnification for the low density region. The arithmetic unit 3 obtains an optical thickness image from the interference image and performs background correction (step S31), joins a plurality of optical thickness images as necessary (step S32), and the optical thickness Region ROIcon is set in the image (step S33), and an integral value of average optical thickness per cell in region ROIcon is determined (step S34).
また、干渉画像取得部2は、高密度領域について低倍率で干渉画像を取得する。演算部3は、この干渉画像から光学的厚さ画像を求めて背景補正を行い(ステップS35)、必要に応じて複数の光学的厚さ画像を接合し(ステップS36)、この光学的厚さ画像において関心領域ROIを設定して(ステップS37)、関心領域ROI内の細胞の光学的厚さの積分値を求める(ステップS38)。そして、演算部3は、高密度領域における光学的厚さの積分値と細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、高密度領域における細胞の個数を求める(ステップS37)。 Moreover, the interference image acquisition part 2 acquires an interference image by low magnification about a high density area | region. The arithmetic unit 3 obtains an optical thickness image from the interference image and performs background correction (step S35), joins a plurality of optical thickness images as necessary (step S36), and the optical thickness The region of interest ROI is set in the image (step S37), and the integral value of the optical thickness of cells in the region of interest ROI is obtained (step S38). Then, the calculation unit 3 obtains the number of cells in the high density region based on the integral value of the optical thickness in the high density region and the integral value of the average optical thickness per cell ((3) Step S37).
干渉画像取得部2の光学倍率を切り替えることにより、高密度領域の光学的厚み画像と低密度領域の光学的厚み画像との間で、1つの細胞領域に対応する画素数が互いに異なることから、1つの細胞領域における光学的厚さの総和は互いに異なる。しかし、光学的厚さの積分値として、光学的厚さの総和に1画素当たりのサンプル面積を乗じた値を用いれば、1画素当たりのサンプル面積が光学倍率に反比例するので、光学倍率に拘わらず同じ領域における光学的厚さの積分値は同じである。なお、光学的厚さの積分値として光学的厚さの総和を用いる場合には、光学倍率の二乗の値を用いて校正すればよい。 By switching the optical magnification of the interference image acquisition unit 2, the number of pixels corresponding to one cell area is different between the optical thickness image of the high density area and the optical thickness image of the low density area, The sum of optical thicknesses in one cell area is different from one another. However, if the sum of the optical thickness and the sample area per pixel is used as the integral value of the optical thickness, the sample area per pixel is inversely proportional to the optical magnification, regardless of the optical magnification. The integral value of the optical thickness in the same region is the same. In addition, what is necessary is just to calibrate using the value of the square of an optical magnification, when using the sum total of optical thickness as an integral value of optical thickness.
また、干渉画像取得部2の特徴として、光学的厚さはサンプルの屈折率および厚さにより決まる物理量であり、撮像系の倍率および照明光の強度に依らないという性質がある。したがって、高倍率で細胞1個あたりの平均的な光学的厚さの積分値を求めたうえで、低倍率領域の画像に対する計算を行っても問題は生じない。 Further, as a feature of the interference image acquisition unit 2, the optical thickness is a physical quantity determined by the refractive index and thickness of the sample, and has a property that it does not depend on the magnification of the imaging system and the intensity of the illumination light. Therefore, there is no problem in calculating the image of the low magnification area after obtaining the integral value of the average optical thickness per cell at high magnification.
1…計数装置、2…干渉画像取得部、3…演算部、11…光源、12…ビームスプリッタ、13,14…対物レンズ、15…参照ミラー、16…チューブレンズ、17…ビームスプリッタ、18…撮像器、21…ピエゾ素子、22…光検出器、23…位相制御回路、70…容器、71…反射増強コーティング、72…培養液、73…細胞、80…容器、82…培養液、83…細胞集団、90…容器、91,92…ウェル、93,94…反射増強コーティング、95…カバーガラス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Counting apparatus, 2 ... Interference image acquisition part, 3 ... Calculation part, 11 ... Light source, 12 ... Beam splitter, 13, 14 ... Objective lens, 15 ... Reference mirror, 16 ... Tube lens, 17 ... Beam splitter, 18 ... Imaging device, 21: Piezo element, 22: Photodetector, 23: Phase control circuit, 70: Container, 71: Reflection-enhanced coating, 72: Culture fluid, 73: Cell, 80: Container, 82: Culture fluid, 83 ... Cell population, 90 ... container, 91, 92 ... well, 93, 94 ... reflection enhancing coating, 95 ... cover glass.
Claims (14)
前記干渉画像取得部により取得された干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求め、前記光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値と、前記対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、前記関心領域内の前記対象物の個数を求める演算部と、
を備える計数装置。 An interference image acquisition unit that acquires an interference image including one or more objects;
An optical thickness image is obtained based on the interference image acquired by the interference image acquisition unit, and an integral value of the optical thickness in a region of interest of the optical thickness image and one of the objects. An arithmetic unit for determining the number of the objects in the region of interest based on an integral value of the average optical thickness of each layer;
A counting device comprising
請求項1に記載の計数装置。 The arithmetic unit is configured to calculate the optical thickness based on a region in which the target is distributed at a density lower than a distribution density of the target in the region of interest in the interference image acquired by the interference image acquisition unit. An image is obtained to obtain an integral value of an average optical thickness per one of the objects.
The counting device according to claim 1.
請求項1または2に記載の計数装置。 The computing unit stores, when there are a plurality of types of objects, an integral value of the average optical thickness per one of the plurality of types of objects, and any one of the types is Select and use the integral value of the average optical thickness per object
The counting device according to claim 1.
請求項1〜3の何れか1項に記載の計数装置。 The interference image acquisition unit includes an interference image including a region for obtaining an integral value of an average optical thickness per one object compared to when acquiring an interference image including the region of interest. High optical magnification when acquiring,
The counting device according to any one of claims 1 to 3.
前記演算部は、前記干渉画像取得部により取得された干渉画像から求められた光学的厚さ画像のうちの前記集合体の光学的厚さの積分値と、前記対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、前記集合体に含まれる対象物の個数を求める、
請求項1〜4の何れか1項に記載の計数装置。 The interference image acquisition unit acquires an interference image including a collection of objects;
The arithmetic unit is configured to calculate an integrated value of the optical thickness of the aggregate among the optical thickness images obtained from the interference image acquired by the interference image acquisition unit, and an average per one object. The number of objects contained in the assembly is determined based on the integral value of the typical optical thickness,
The counting device according to any one of claims 1 to 4.
前記干渉画像取得部により取得された干渉画像に基づいて光学的厚さ画像を求め、前記光学的厚さ画像のうちの関心領域内の光学的厚さの積分値と、前記対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、前記関心領域内の前記対象物の個数を求める演算ステップと、
を備える計数方法。 An image acquisition step of acquiring an interference image including one or more objects by an interference image acquisition unit;
An optical thickness image is obtained based on the interference image acquired by the interference image acquisition unit, and an integral value of the optical thickness in a region of interest of the optical thickness image and one of the objects. Calculating the number of the objects in the region of interest based on the integral value of the average optical thickness of each layer;
Counting method.
請求項6に記載の計数方法。 In the calculation step, the optical thickness is determined based on a region in which the target is distributed at a density lower than a distribution density of the target in the region of interest in the interference image acquired by the interference image acquiring unit. An image is obtained to obtain an integral value of an average optical thickness per one of the objects.
A counting method according to claim 6.
請求項6または7に記載の計数方法。 In the calculating step, when there are a plurality of types of objects, an integral value of an average optical thickness per one of the plurality of types of objects is stored, and any one of them is stored. Select and use the integral value of the average optical thickness per object
A counting method according to claim 6 or 7.
請求項6〜8の何れか1項に記載の計数方法。 In the image acquisition step, an area for obtaining an integral value of an average optical thickness per one of the objects, as compared to when an interference image including the area of interest is acquired by the interference image acquisition unit. High optical magnification when acquiring an interference image including the
The counting method according to any one of claims 6 to 8.
前記演算ステップにおいて、前記干渉画像取得部により取得された干渉画像から求められた光学的厚さ画像のうちの前記集合体の光学的厚さの積分値と、前記対象物の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、前記集合体に含まれる対象物の個数を求める、
請求項6〜9の何れか1項に記載の計数方法。 In the image acquisition step, an interference image including an aggregate of objects is acquired by the interference image acquisition unit,
In the calculating step, an integral value of the optical thickness of the aggregate among the optical thickness images obtained from the interference image acquired by the interference image acquiring unit, and an average per object of the object. The number of objects contained in the assembly is determined based on the integral value of the typical optical thickness,
The counting method according to any one of claims 6 to 9.
請求項6〜10の何れか1項に記載の計数方法。 The flatness in the background of the optical thickness image is less than 5 nm in standard deviation of optical thickness,
The counting method according to any one of claims 6 to 10.
請求項6〜11の何れか1項に記載の計数方法。 The object is a cell,
The counting method according to any one of claims 6 to 11.
前記演算ステップにおいて、前記第1干渉画像から求められた光学的厚さ画像に基づいて前記細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値を求め、前記第2干渉画像から求められた光学的厚さ画像に基づいて前記集合体の光学的厚さの積分値を求めて、前記集合体の光学的厚さの積分値と前記細胞の1個当たりの平均的な光学的厚さの積分値とに基づいて、前記集合体に含まれる細胞の個数を求める、
請求項12に記載の計数方法。 In the image acquisition step, the interference image acquisition unit acquires a first interference image of one or more aggregates of a population including a plurality of cell aggregates as the object separated into individual cells. And acquiring a second interference image for the remaining one or more aggregates of the population by the interference image acquisition unit,
In the calculation step, an integral value of an average optical thickness per cell is determined based on an optical thickness image determined from the first interference image, and is determined from the second interference image. The integral of the optical thickness of the assembly is determined based on the selected optical thickness image, and the integral of the optical thickness of the assembly and the average optical thickness per cell Determine the number of cells contained in the assembly, based on the integral value of
A counting method according to claim 12.
請求項12または13に記載の計数方法。 When the interference image acquisition unit acquires an interference image including a region for obtaining an integral value of an average optical thickness per cell as the object in the image acquisition step, the cells Staining the nuclei of the to obtain the interference image,
A counting method according to claim 12 or 13.
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