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この項目の情報は公開日時点(1999年2月26日)のものです。
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図面 (6)

課題

標本に対する光ダメージを最小限に抑えることができ、しかも変化が起きている画像を確実に記録することができる画像取得装置を提供する。

解決手段

時間的に連続して複数の画像を取得するスキャナ制御回路4と、スキャナ制御回路4で取得した標本8の画像を経時的に表示するモニタ22と、画像を記録するハードディスク23とを備える画像取得装置に、モニタ22に時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔を決定するCPU21を設けた。

概要

背景

画像取得装置は、時間的に連続して複数の画像を取得する画像取得部と、画像取得部で取得した標本の画像を経時的に表示する表示装置と、画像を記録する記録装置とを備える。

従来、画像取得装置を用い、生体細胞(標本)に光を照射したときに生体細胞に起きる現象(経時的な変化)を画像として記録し、この記録した画像を再生して画像解析を行うことは一般的に行われている。

このとき、画像を確実に取得できるように、変化が起きている画像だけでなく、変化の前後の画像(コントロール画像)も記録されるのが一般的である。

ところで、この画像取得装置を例えば光走査型顕微鏡に用いた場合には、レーザ光走査によって生体細胞や生体細胞内に予め注入されている蛍光色素の退色が進んでしまう。

そのため、従来は次のような2つの方法によって画像の記録が行われていた。
コントロール画像を記録するタイミングと、変化が起きている画像を記録するタイミングとを、記録中の画像を観察しながら随時設定する。例えば、コントロール画像を1枚/秒の割合で記録し、変化が起きているときの画像をビデオレート(30枚/秒)で記録すると設定しておき、記録中の画像を観察しながら、コントロール画像を記録するタイミングと変化が起きている画像を記録するタイミングとをマニュアル切換える。
変化が起きている画像を記録するタイミング、又はそのときの記録時間分解能(枚/秒)を予めプログラムしておく。例えば、画像の記録を、最初の10秒間は1枚/秒、次の10秒間はビデオレート(30枚/秒)、更に次の10秒間は1枚/秒、というようにプログラムによって予め記録タイミングや記録時間分解能を設定しておく。

概要

標本に対する光ダメージを最小限に抑えることができ、しかも変化が起きている画像を確実に記録することができる画像取得装置を提供する。

時間的に連続して複数の画像を取得するスキャナ制御回路4と、スキャナ制御回路4で取得した標本8の画像を経時的に表示するモニタ22と、画像を記録するハードディスク23とを備える画像取得装置に、モニタ22に時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔を決定するCPU21を設けた。

目的

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は標本に対する光ダメージを最小限に抑えることができ、しかも変化が起きている画像を確実に記録することができる画像取得装置を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
3件

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請求項1

時系列的に複数の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段で取得した標本の画像を経時的に表示する表示手段と、前記画像を記録する記録手段とを備える画像取得装置において、前記表示手段に時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔を決定する制御手段を備えることを特徴とする画像取得装置。

請求項2

前記制御手段は前記画像間の輝度の変化量がないとき、前記画像取得間隔を変更することを特徴とする請求項1に記載の画像取得装置。

技術分野

0001

この発明は画像取得装置に関する。

背景技術

0002

画像取得装置は、時間的に連続して複数の画像を取得する画像取得部と、画像取得部で取得した標本の画像を経時的に表示する表示装置と、画像を記録する記録装置とを備える。

0003

従来、画像取得装置を用い、生体細胞(標本)に光を照射したときに生体細胞に起きる現象(経時的な変化)を画像として記録し、この記録した画像を再生して画像解析を行うことは一般的に行われている。

0004

このとき、画像を確実に取得できるように、変化が起きている画像だけでなく、変化の前後の画像(コントロール画像)も記録されるのが一般的である。

0005

ところで、この画像取得装置を例えば光走査型顕微鏡に用いた場合には、レーザ光走査によって生体細胞や生体細胞内に予め注入されている蛍光色素の退色が進んでしまう。

0006

そのため、従来は次のような2つの方法によって画像の記録が行われていた。
コントロール画像を記録するタイミングと、変化が起きている画像を記録するタイミングとを、記録中の画像を観察しながら随時設定する。例えば、コントロール画像を1枚/秒の割合で記録し、変化が起きているときの画像をビデオレート(30枚/秒)で記録すると設定しておき、記録中の画像を観察しながら、コントロール画像を記録するタイミングと変化が起きている画像を記録するタイミングとをマニュアル切換える。
変化が起きている画像を記録するタイミング、又はそのときの記録時間分解能(枚/秒)を予めプログラムしておく。例えば、画像の記録を、最初の10秒間は1枚/秒、次の10秒間はビデオレート(30枚/秒)、更に次の10秒間は1枚/秒、というようにプログラムによって予め記録タイミングや記録時間分解能を設定しておく。

発明が解決しようとする課題

0007

しかし、の方法では、変化がゆっくりと起きる場合には、観察者が記録中の画像を観察しながら随時設定可能であるが、例えばビデオレート(30枚/秒)より速く変化する場合(例えば、細胞内のある特定のカルシウムの変化等)に、たとえ変化が大きくても、人間の動態視力では変化をとらえることができないことが多く、画像取得中の記録タイミングの切換えは事実上不可能となる。

0008

の方法では、次に起きる変化が予想できる場合には非常に有効であるが、生体細胞を観察対象とする場合のように、細胞が何時、どのように変化するのかを予想することが難しい場合には採用できない。

0009

また、いずれの方法にも、生体細胞や蛍光色素の退色を防止し、変化が起きている画像を確実に記録することは困難であるという問題があった。

0010

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は標本に対する光ダメージを最小限に抑えることができ、しかも変化が起きている画像を確実に記録することができる画像取得装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0011

上記課題を解決するため請求項1に記載の発明の画像取得装置は、時系列的に複数の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段で取得した標本の画像を経時的に表示する表示手段と、前記画像を記録する記録手段とを備える画像取得装置において、前記表示手段に時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔を決定する制御手段を備えることを特徴とする。

0012

制御手段が表示手段に時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数又は画像取得間隔が設定されるので、所定時間内に取得する画像数や画像取得間隔を自動的に設定することができ、標本に対する光ダメージを最小限に抑えることができる。

0013

請求項2に記載の発明の画像取得装置は、請求項1に記載の画像取得装置において、前記制御手段は前記画像間の輝度の変化量がないとき、前記画像取得間隔を変更することを特徴とする。

0014

画像間の輝度の変化量がないとき、画像取得間隔を変更するので、適当な画像数や画像取得間隔で標本を記録できる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

0016

図1はこの発明に係る画像取得装置を備えたレーザ走査型顕微鏡ブロック構成図である。

0017

レーザ走査型顕微鏡は、レーザ光源1と、ダイクロイックミラー2と、XYスキャナ3と、スキャナ制御回路(画像取得手段)4と、フォトマル光電変換素子)5と、A/D変換素子6と、画像処理回路7と、シャッタ16と、シャッタ制御回路17と、CPU(制御手段)21と、モニタ(表示手段)22と、ハードディスク(記録手段)23とを備える。

0018

ダイクロイックミラー2は、レーザ光を反射し、試料8で励起された蛍光を透過させる。

0019

XYスキャナ3はステージ9に載置された試料8上でレーザ光を2次元的に走査させる。

0020

スキャナ制御回路4は、CPU21の指令に基づいてXYスキャナ4の駆動を制御する。

0021

フォトマル5は、試料8の蛍光を検出し、入力した光の強度を表す電気信号に変換する。

0022

A/D変換素子6は光強度を表す電気信号をデジタル化し、例えば光強度を256段階に分割した値の一番近いレベル割り当てる。

0023

画像処理回路7はデジタル化された光強度を表す電気信号とCPU21から出力される走査位置情報とに基づいて試料の画像信号を出力する。この画像処理回路7は、フレームメモリ、D/A変換素子等の画像化するための回路を備える。

0024

シャッタ16はレーザ光の光路中挿脱可能に配置され、シャッタ制御回路17によって駆動される。

0025

CPU21はモニタ22に時間的に相前後して取得される画像間の輝度の変化量に基づいて、シャッタ制御回路17の駆動を制御する。

0026

ハードディスク23は、複数枚磁気ディスクから構成され、取得された画像を記録する。

0027

モニタ22は、例えばCRTであり、細胞等の標本8の取得された画像を表示する。

0028

上記構成におけるレーザ光の光路を説明する。

0029

レーザ光源1から射出され、集光レンズ10を透過したレーザ光は、ダイクロイックミラー2で反射され、XYスキャナ3へ導かれる。レーザ光はスキャナ制御回路4によって2次元走査され、対物レンズ11によって試料8に集光される。

0030

試料8で励起された蛍光は励起光と同じ光路を逆行し、XYスキャナ3でデスキャニングされ、ダイクロイックミラー2を透過し、励起光と分離される。ダイクロイックミラー2を透過した蛍光のうち、集光レンズ12によって集光された蛍光だけがフォトマル5に入射する。

0031

図2(a)は画像の取得のタイミングを説明する図、図2(b)は経時的な輝度変化がないときの差分信号波形図、図2(c)はCPUの出力信号の波形図である。

0032

なお、図2(b)において、縦軸輝度変化量を、横軸は時間を示し、図2(c)において、縦軸は電圧を、横軸は時間を示している。

0033

コントロール画像(#1〜#10)はそれぞれモニタ22に時系列的に表示されている(図2(a)参照)。

0034

CPU21は隣り合う画像間の輝度の変化量Δに相当する差分信号22aを入力する。また、CPU21はスキャナ制御回路4に画像取得の時間間隔の変更を指示する取得間隔変更信号21aを出力するとともに、ハードディスク23に前記時間間隔で取得された画像を記録する取得画像数変更信号21bを出力し、サンプル画像(コントロール画像)を取得する。

0035

ところで、コントロール画像(#1〜#10)は、通常同じ輝度を有し、差分信号22aは図2(b)に示すように0である。

0036

このように画像間に輝度の変化がない(画像(#1)と画像(#2)との輝度の変化量Δが「0」)場合、CPU21は画像(#2)を表示した後、サンプル画像を取得する時間間隔を、画像2枚おきになるように変更し、図2(a)に示す取得間隔変更信号21aに基づいて所定時間の間シャッタ16を閉じるようにシャッタ制御回路17を駆動する。

0037

ビデオレートの場合、2/30秒(画像2枚分)後、パルス立ち上がりに同期して、シャッタ16を開き、スキャナ制御回路4で標本8の走査を行い、画像(#5)を取得し、画像(#5)をハードディスク23に記録するとともに、モニタ22に表示する。

0038

画像(#2)と画像(#5)との輝度の変化量Δが演算され、変化量Δが「0」であるので、シャッタ16を閉じ、再び2/30秒(画像2枚分)後、パルスの立ち上がりに同期して、シャッタ16を開き、スキャナ制御回路4で標本8の走査を行い、画像(#8)を取得し、画像(#8)をハードディスク23に記録するとともに、モニタ22に表示する。

0039

図3は変化が起きている画像を取得し、記録する方法を説明する図、図4(a)は輝度変化量が一定の場合の差分信号の波形図、図4(b)はCPUの出力信号の波形図、図4(c)は輝度量が変化する場合の差分信号の波形図である。

0040

画像(#11)〜画像(#100)を変化が起きている画像とする。

0041

CPU21は隣り合う画像間の輝度の変化量である差分信号122aを入力する。また、CPU21はスキャナ制御回路4に画像取得の時間間隔の変更を指示する取得間隔変更信号121aを出力するとともに、ハードディスク23に前記時間間隔で取得された画像だけを記録する取得画像数変更信号121bを出力する。

0042

CPU21は隣り合う画像、例えば画像(#10)と画像(#11)との間の輝度の変化量Δである差分信号121aを検出する(図3参照)。

0043

図4(a)に示すように、画像(#11)から画像(#100)までの変化量が一定の場合、CPU21は図4(b)に示す取得間隔変更信号21a及び取得画像数変更信号121bを出力する。

0044

画像(#11)に対するパルスの立ち上がりに同期して、シャッタ16を開き、スキャナ制御回路4で標本8の走査を行い、画像(#11)から画像(#100)までの画像を取得し、ハードディスク23に記録するとともに、モニタ22に表示する。

0045

また、図4(c)に示すように、輝度変化量Δが変化する場合、CPU21は輝度変化量Δを差分信号122aとして検出し、前述の場合と同様に、画像(#11)から画像(#100)までの画像を取得し、ハードディスク23に記録するとともに、モニタ22に表示する。

0046

図5(a)は変化が起きている画像を取得し、記録する他の方法を説明する図、図5(b)は輝度変化量にしきい値を設定した場合の差分信号の波形図、図5(c)はCPUの出力信号の波形図である。

0047

CPU21は隣り合う画像間の輝度の変化量Δである差分信号222aを入力する。また、CPU21はスキャナ制御回路4に画像取得の時間間隔の変更を指示する取得間隔変更信号221aを出力するとともに、ハードディスク23に前記時間間隔で取得された画像だけを記録する取得画像数変更信号221bを出力する。

0048

CPU21には隣り合う画像間の輝度の変化量Δに対して、図5(b)に示すように所定のしきい値Thが設定されている。

0049

画像の輝度量の変化量Δがしきい値以下の場合、CPU21は、図5(a)に示す取得間隔変更信号221a及び取得画像数変更信号221bを出力する。

0050

その結果、パルスの立ち上がりに同期して、シャッタ16を開き、スキャナ制御回路4で標本8の走査を行い、ハードディスク23に画像(#13)をハードディスク23に記録するとともに、モニタ22に表示する。

0051

同様に、画像(#16)〜画像(#95)及び画像(#97)以後がハードディスク23に記録されるとともに、モニタ22に表示される。

0052

上記実施形態によれば、モニタ22に表示される画像の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数や画像取得間隔を自動的に設定することができる。

0053

その結果、ビデオレート以上の速い変化であっても確実に変化が起きている画像を記録でき、予想できない変化にも対応することができる。しかも、変化が起きている画像の前後のコントロール画像を標本8に対するダメージを最小限に抑えて取得することができる。

0054

なお、上記実施形態においては、輝度の変化量Δを、CPU21を制御するパラメータとして用いたが、パラメータは輝度の変化量Δに限るものではなく、微分であってもよい。

0055

また、モニタに表示される画像全体でなく、ある特定領域における輝度情報をパラメータとしてもよい。

0056

更に、上記実施形態ではモニタ22に表示された画像に基づいて輝度の変化量を検出し、演算したが、モニタ22に表示する前に演算を行うようにしてもよい。この構成によれば、図2(a)の場合、モニタ22には画像(#1)の次に画像(#8)が表示される。

0057

また、画像に基づいて輝度の変化量を検出するのではなく、例えばフォトマル5とともにセンサを設け、このセンサの出力値に基づいて輝度の変化量を検出してもよい。

0058

更に、記録手段としてハードディスクを用いたが、光ディスク等を用いるようにしてもよく、ステージ9を画像取得手段として用いてもよい。

発明の効果

0059

以上に説明したように請求項1に記載の発明の画像取得装置によれば、表示手段に表示される画像の輝度の変化量に基づいて、所定時間内に取得する画像数や画像取得間隔を自動的に設定することができるので、ビデオレート以上の速い変化であっても確実に変化が起きている画像を記録でき、予想できない変化にも対応することができ、しかも、変化が起きている画像の前後のコントロール画像を減少させて光の照射に起因する標本のダメージを最小限に抑えることができる。

0060

請求項2記載の発明の画像取得装置によれば、適当な画像数や画像取得間隔で標本を記録できる。変化が起きている画像の前後のコントロール画像を減少させて光の照射に起因する標本のダメージを最小限に抑えることができる。

図面の簡単な説明

0061

図1図1はこの発明に係る画像取得装置を備えたレーザ走査型顕微鏡のブロック構成図である。
図2図2(a)は画像の取得のタイミングを説明する図、図2(b)は経時的な輝度変化がないときの差分信号の波形図、図2(c)はCPUの出力信号の波形図である。
図3図3は変化が起きている画像を取得し、記録する方法を説明する図である。
図4図4(a)は輝度変化量が一定の場合の差分信号の波形図、図4(b)はCPUの出力信号の波形図、図4(c)は輝度量が変化する場合の差分信号の波形図である。
図5図5(a)は変化が起きている画像を取得し、記録する他の方法を説明する図、図5(b)は輝度変化量にしきい値を設定した場合の差分信号の波形図、図5(c)はCPUの出力信号の波形図である。

--

0062

4スキャナ制御回路(画像取得手段)
8標本
21 CPU(制御手段)
22モニタ(表示手段)
23ハードディスク(記録手段)

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