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观测系统、观测程序和观测方法.pdf

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观测 系统 程序 方法
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摘要
申请专利号:

CN201410182917.8

申请日:

2014.04.30

公开号:

CN104142287A

公开日:

2014.11.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 15/00申请日:20140430|||公开
IPC分类号: G01N15/00 主分类号: G01N15/00
申请人: 索尼公司; 国立大学法人京都大学
发明人: 堂胁优; 大岛志织; 松居惠理子; 中畑龙俊; 斋藤润; 丹羽明
地址: 日本东京
优?#28909;ǎ?/td> 2013.05.10 JP 2013-100142
专利代理机构: ?#26412;?#24247;信知识产权代理有限责任公司 11240 代理人: 余刚;吴孟秋
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410182917.8

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2019.03.01|||2016.05.25|||2014.11.12

法律状态类?#20572;?/td>

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及观测系统、观测程序和观测方法。一种观测系统包括显微镜光学系统、图像拾取单元、图像拾取控制单元、检测单元以及观测控制单元。图像拾取单元被配置为拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像。图像拾取控制单元被配置为使图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄视野范围中在观测样本的图像并且生成检测图像。检测单元被配置为从检测图像中检测观测样本中的观测目标物体的三维位置。观测控制单元被配置为使显微镜光学系统的视野范围适合于三维位置。

权利要求书

权利要求书
1.  一种观测系统,包括:
显微镜光学系统;
图像拾取单元,被配置为拍摄所述显微镜光学系统的视野范围的图像;
图像拾取控制单元,被配置为使所述图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄所述视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像;
检测单元,被配置为从所述检测图像中检测所述观测样本中的观测目标物体的三维位置;以及
观测控制单元,被配置为使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合于所述三维位置。

2.  根据权利要求1所述的观测系统,其中,
所述图像拾取控制单元将所述显微镜光学系统的放大倍率设定为第一放大倍率并且使所述图像拾取单元拍摄所述显微镜光学系统的所述视野范围的图像,以及
所述观测控制单元将所述显微镜光学系统的放大倍率设定为高于所述第一放大倍率的第二放大倍率并且使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合于所述三维位置。

3.  根据权利要求2所述的观测系统,其中,
所述观测控制单元使所述图像拾取单元拍摄适合于所述三维位置的所述显微镜光学系统的所述视野范围的图像。

4.  根据权利要求2所述的观测系统,进一步包括:
紫外光、可见光和红外光分光单元,被配置为?#28304;?#25152;述显微镜光学系统入射的紫外光、可见光和红外光中的一个进行分光,其中,
所述观测控制单元使所述紫外光、可见光和红外光分光单元扫描适合于所述三维位置的所述显微镜光学系统的所述视野范围。

5.  根据权利要求2所述的观测系统,进一步包括:
拉曼散射分光单元,被配置为?#28304;?#25152;述显微镜光学系统入射的拉曼散射光进行分光,其中,
所述观测控制单元使所述拉曼散射分光单元扫描适合于所述三维位置的所述显微镜光学系统的所述视野范围。

6.  根据权利要求1所述的观测系统,其中,
所述观测样本被存储在设置有多个孔的孔板的每个孔中,以及
所述观测目标物体是播种到所述孔板的所述多个孔中的每个孔中的细胞。

7.  根据权利要求6所述的观测系统,其中,
所述图像拾取控制单元将通过所述检测单元从中检测到所述观测目标物体的孔和所述观测目标物体的所述三维位置一起登记为观测目标孔,并且将通过所述检测单元从中没有检测到所述观测目标物体的孔从所述观测目标孔中排除。

8.  根据权利要求7所述的观测系统,其中,
所述图像拾取控制单元?#36816;?#36848;观测目标孔进行慢速图像拍摄。

9.  根据权利要求8所述的观测系统,进一步包括:
标识符读取单元,被配置为从设置至所述孔板的识别标记中读取所述孔板的标识符;以及
标识符管理单元,被配置为将从所述标识符读取单元提供的标识符与先前观测到的所述孔板的标识符进行核对并且将与所提供的标识符相对应的所述孔板的观测数据提供给所述图像拾取控制单元。

10.  一种观测程序,使计算机起到以下作用:
图像拾取控制单元,被配置为使拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像的图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄所述视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像,
检测单元,被配置为从所述检测图像中检测所述观测样本中的观测目标物体的三维位置,以及
观测控制单元,被配置为使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合于所述三维位置。

11.  一种观测方法,包括:
通过图像拾取控制单元使拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像的图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄所述视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像;
通过检测单元从所述检测图像中检测所述观测样本中的观测目标物体的三维位置;以及
通过观测控制单元使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合于所述三维位置。

12.  根据权利要求11所述的观测方法,进一步包括:
通过所述图像拾取控制单元将所述显微镜光学系统的放大倍率设定为第一放大倍率并且使所述图像拾取单元拍摄所述显微镜光学系统的所述视野范围的图像;以及
通过所述观测控制单元将所述显微镜光学系统的放大倍率设定为高于所述第一放大倍率的第二放大倍率并且使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合于所述三维位置。

说明书

说明书观测系统、观测程序和观测方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年5月10日提交的日本在先专利申请JP2013-100142的权益,通过引用将其全部内容结合与本文中。
技术领域
本公开涉及通过使用显微镜用于观测目标物体的观测系统、观测程序和观测方法。
背景技术
在当观测诸如细胞的观测目标物体时,在一些情况下观测目标物体难以被带入显微镜的视野中。具体地,例如,在观测漂浮在培养液中的漂浮的细胞的情况下,细胞自身在培养液中移动或者由于与载物台(stage)的移动相关联的振动等导致细胞移动。在这种情况下,使用者必须调整载物台或焦点位置并且在注视着显微镜的视野的同?#20493;?#26399;望的观测目标物体进行搜寻。具体地,当观测?#32972;?#21464;的更长时,使用者必须针对每个预定时间段对观测目标物体进行搜寻,所以这个任务是使用者的沉重的负担。
同时,已开发出了通过图像处理来追踪观测目标物体移动的技术。例如,日本专利申请公开第2012-200156号公开了细胞追踪处理方法,其中图像处理是针对以预定时间间隔拍摄的包括多个细胞的观测图像来执?#26800;模?#24182;?#19968;?#20110;通过分析特征量所获得的细胞的形态特征,观测图像之间的细胞是相关的。
发明内容
然而,在如日本专利申请公开第2012-200156号中所公开的追踪中,必须以几分钟至几十分钟的间隔观测该观测目标物体。因此,存在由于光 毒性会损坏观测目标物体的顾虑。此外,近年来,已建立了单细胞分选技术,其中在设置有多个孔(well)的孔板(well plate)上,在每个孔中存储一个细胞。在其中每个孔存储多个细胞的情况下,细胞必须被追踪和识别。相反,在单细胞分选中,细胞不必被识别,并且仅需要掌握细胞的放置位置,从而使得可以执行观测。
有鉴于如上所述的情况,期望提供能够对观测目标物体自动搜寻的观测系统、观测程序和观测方法。
根据本公开的实施方式,提供了一种包括显微镜光学系统、图像拾取单元、图像拾取控制单元、检测单元和观测控制单元的观测系统。
图像拾取单元被配置为拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像。
图像拾取控制单元被配置为使图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像。
检测单元被配置为从检测图像中检测观测样本中的观测目标物体的三维位置。
观测控制单元被配置为使显微镜光学系统的视野范围适合三维位置。
使用这个结构,通过检测单元从图像拾取控制单元使图像拾取单元拍摄的检测图像中,检测观测目标物体的三维位置。观测控制单元使显微镜光学系统的视野范围适合检测到的三维位置,从而使得视野范围与观测目标物体相匹配。即,观测系统自动地对观测目标物体进行搜寻。通过使用与观测目标物体相匹配的视野范围,如上所述,观测控制单元可执行详细的观测,或者使用者可执行详细的观测。
图像拾取控制单元可将显微镜光学系统的放大倍率设定为第一放大倍率并且使图像拾取单元拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像。
观测控制单元可将显微镜光学系统的放大倍率设定为高于第一放大倍率的第二放大倍率并且使显微镜光学系统的视野范围适合三维位置。
使用这个结构,通过使用被设定为?#31995;?#25918;大倍率(第一放大倍率)的显微镜光学系统,观测系统可检测大范围的观测样本的检测目标物体。通过使用被设定为较高放大倍率(第二放大倍率)的显微镜光学系统,使用者或观测控制单元可对观测目标物体执行详细的观测。
观测控制单元可使图像拾取单元拍摄适合三维位置的显微镜光学系统的视野范围的图像。
使用这个结构,图像拾取单元拍摄与观测目标物体相匹配的视野范围的图像。在当图像拾取控制单元使图像拾取单元拍摄检测图像时,显微镜光学系统的放大倍率被设定为高于放大倍率(第一放大倍率)的第二放大倍率,并且因此图像拍摄使得可以生成观测目标物体的详细图像。
观测系统可进一步包括被配置为?#28304;?#26174;微镜光学系统入射的的紫外光、可见光和红外光中的一个进行分光的紫外光、可见光和红外光分光单元。
观测控制单元可使紫外光、可见光和红外光分光单元扫描适合三维位置的显微镜光学系统的视野范围。
使用这个结构,紫外光,可见光和红外光分光单元针对与观测目标物体相匹配的视野范围来执行紫外光分光、可见光分光或红外光分光。为了执行分光,必须进行扫描(行扫描等)。因为显微镜光学系统的视野范围与观测目标物体相匹配,故通过扫描视野范围,观测控制单元可执行分光。
观测系统可进一步包括拉曼散射分光单元,该单元被配置为?#28304;?#26174;微镜光学系统入射的拉曼散射光进行分光。
观测控制单元可使拉曼散射分光单元扫描适合于三维位置的显微镜光学系统的视野范围。
使用这个结构,拉曼散射分光单元针对与观测目标物体相匹配的视野范围执行拉曼散射分光。为了执行分光,必须进行扫描(行扫描等)。因为显微镜光学系统的视野范围与观测目标物体相匹配,故通过扫描视野范围,观测控制单元可执行分光。
观测样本可被存储在设置在孔板中的多个孔的每一个孔中。
观测目标物体可以是播种到孔板的多个孔的每一个孔中的细胞。
通过使用流式细胞仪进?#26800;?#32454;胞分选,细胞可被分别逐一地播种?#37327;?#26495;的孔。在其中细胞被分别逐一播种到孔的情况下,不需要通过追踪来追踪细胞。当在孔中检测到物?#36866;保?#35813;物质可以被认为是细胞。因此,根据本技术的观测系统尤其适合于其中被设定作为观测目标的细胞被分别逐一播种?#37327;?#30340;孔板的情况。
图像拾取控制单元将通过检测单元检测单元从中检测到观测目标物体的孔和所述观测目标物体的所述三维位置一起登记为观测目标孔,并且将通过检测单元将从中没有检测到观测目标物体的孔从观测目标孔中排除。
使用这个结构,将从中检测述观测目标物体的孔和所述观测目标物体的所述三维位置一起登记为观测目标孔,所以可以使用先前观测中所登记的三维位置拍摄检测图像的图像。此外,将从中没有检测出观测目标物体的孔从观测目标孔中排除,所以可以停止后续观测并防止多余的观测。
图像拾取控制单元可以对观测目标孔进行慢速(time-lapse)图像拍摄。
在其中以预定时间间隔连续进行图像拍摄的慢速图像拍摄的情况下,使用从先前的观测中所获得的观测目标孔和观测目标物体的三维位置,结果是可以对观测目标物体执行有效的观测。
观测系统可进一步包括标识符读取单元和标识符管理单元。
标识符读取单元被配置为从提供给孔板的识别标记中读取孔板的标识符。
标识符管理单元被配置为将从标识符读取单元所供给的标识符与先前已观测到的孔板的标识符进行核对并且将与所供给的标识符相对应的孔板的观测数据供应至图像拾取控制单元。
使用这个结构,当图像拾取控制单元拍摄检测图像时,可以参照针对每个孔板的先前的观测数据。具体地,图像拾取控制单元可省略对于先前观测中从观测目标孔排除的孔的检测图像的拍摄,或者使仅拍摄先前观测中检测到的观测目标物体的三维图像附近的图像。
根据本技术的另一实施方式,提供了一种使计算机起到图像拾取控制单元、检测单元和观测控制单元的作用的观测程序。
图像拾取控制单元被配置为使拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像的图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄视野范围中观测样本的图像并且生成检测图像。
检测单元被配置为从检测图像检测观测样本中的观测目标物体的三维位置。
观测控制单元被配置为使显微镜光学系统的视野范围适合于三维位置。
根据本技术的另一实施方式,提供了一种观测方法,该方法包括通过图像拾取控制单元使拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像的图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像。
通过检测单元从检测图像检测出观测样本中的观测目标物体的三维位置。
通过观测控制单元使显微镜光学系统的视野范围适合于三维位置。
如上所述,根据本技术,可以提供能够自动搜寻观测目标物体的观测系统、观测程序和观测方法。
根据如在附图中示出的本公开的最佳模式的实施方式的以下详细描述,本公开的这些和其他目标、特征和优势将变得更加显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本技术的实施方式的观测系统的结构的示意图;
图2是示出了通过观测系统观测的孔板的示意图;
图3是示出了观测系统的操作的流程图;
图4是示出了相对于孔的观测系统的光学系统的视野范围的大小的示意图;
图5是示出了在拍摄检测目标图像时观测系统的显微镜光学系统的视野范围的示意图;
图6是示出了在通过观测系统观测时的显微镜光学系统的视野范围的示意图;
图7是示出了根据本技术的实施方式的具有孔板识别功能的观测系统的结构的示意图;以及
图8是示出了观测系统的操作的流程图。
具体实施方式
(观测系统的结构)
图1是示出了根据本实施方式的观测系统的示意图。如图所示,观测系统100?#19978;?#24494;镜单元110和控制单元120组成。控制单元120可以与显微镜单元110整体形成或者可以是独立于显微镜单元110的信息处理装置。
显微镜单元110包括载物台111、显微镜光学系统112、自动调焦机构113、光路切换单元114、图像拾取单元115、紫外光、可见光和红外光分光单元116、拉曼散射分光单元117以及透射照明118。此外,在载物台111上放置培养器N。
载物台111支?#25490;?#20859;器N并且限定培养器N与显微镜光学系统112之间的相对位置。通过诸如电动机的驱动源,载物台111可以是在水平方向(X-Y方向)上可移动的X-Y载物台。此外,载物台111在除水平方向之外的竖直方向(Z方向)上是可移动的。通过由控制单元120控制,载物台111?#19978;?#23545;于显微镜光学系统112来移动位置。
培养器N存储其中包含观测目标物体(细胞等)的孔板并且可利用所保持的培养环境来执行各种观测。图2是示出了孔板P的示意图。如图所示,孔板P包括多个孔W。在每个孔W中,存储包含观测目标物体C的观测样本L。观测目标物体C可以是通过单细胞分选逐一播种到每个孔W中的细胞,并且观测样本L可以是细胞培养液。
显微镜光学系统112设置有诸如物镜(objective len)和光圈的各种透镜。显微镜光学系统112增加透射通过观测样本的光(包括紫外光和红外光)或者在观测样本上生成的光并且?#26500;?#36827;入光路切换单元114。期望的是显微镜光学系统112可执行至诸如稍后描述的第一放大倍率和第二放大倍率的多个放大倍率的改变。
自动调焦机构113调整显微镜光学系统112的焦点位置。具体地,通过由控制单元120来控制,自动调焦机构113调整物镜与载物台111之间的距离和不同的透镜之间的间隔,从而在Z方向上移动显微镜光学系统112的焦点位置。期望的是自动调焦机构113可以移动显微镜光学系统112的焦点位置,使得可拍摄Z堆栈(Z-Stack)图像(在Z方向上移动焦点的同时拍摄图像)。
光路切换单元114将从显微镜光学系统112中出射的光以预定的百分比分配给图像拾取单元115、紫外光、可见光和红外光分光单元116以及拉曼散射分光单元117。此外,光路切换单元114也可以将入射光以预定百分比分配给图像拾取单元115、紫外光、可见光和红外光分光单元116以及拉曼散射分光单元117的?#25105;?#19968;个或两个或多个,以用于观测观测目标物体。此外,光路切换单元114使得从拉曼散射分光单元117出射的用于拉曼散射观测的激发光(excitation light)进入显微镜光学系统112。
图像拾取单元115使用显微镜光学系统112拍摄观测样本的显微镜图像。图像拾取单元115设置有诸如CCD(电荷耦?#26174;?#20214;(charge coupled device))图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器的图像拾取元件并且可拍摄观测样本的图像。根据显微镜光学系统112、透射 照明118等的结构,图像拾取单元115可拍摄亮视野图像、暗视野图像、相位差图像、荧光图像、偏光显微镜图像等中的所有或至少一个。
紫外光、可见光和红外光分光单元116对透射通过观测样本的紫外光、可见光或红外光进行分光。从透射照明118出射的紫外光、可见光或红外光透射通过观测样本,并通过显微镜光学系统112以预定放大倍率放大,并且通过光路切换单元114引导至紫外光、可见光和红外光分光单元116。紫外光、可见光和红外光分光单元116可从紫外光、可见光或红外光在观测样本的紫外光区域、可见光区域或红外光区域生成二维的光谱图像,并且可从二维光谱图像生成紫外光、可见光或红外光的吸收光谱(紫外光、可见光或红外光分光光谱)。紫外光、可见光或红外光分光光?#36164;?#30456;对于透射通过观测样本的紫外光、可见光或红外光的波长的吸收曲线并且包括与观测样本的特性(分子结构或化学状态)相关的信息。
应注意的是紫外光、可见光和红外光分光单元116仅需要获得紫外光、可见光和红外光区域中的至少一个的吸收光谱或者可获得紫外光、可见光和红外光区域的所有区域中的吸收光谱。此外,紫外光、可见光和红外光分光单元116也可以通过预?#26085;?#23545;观测样本执行荧光标记来获得荧光的紫外光、可见光或红外光分光光谱。
拉曼散射分光单元117对在观测样本中生成的拉曼散射光进行分光。具体地,拉曼散射分光单元117使用通过显微镜光学系统112的具有特定波长的激发光(激光)照射观测样本。因此从观测样本出射的拉曼散射光通过显微镜光学系统112被引导至拉曼散射分光单元117。
从入射的拉曼散射光中,拉曼散射分光单元117可生成由观测样本所产生的拉曼散射的二维光谱图像,并且可从二维光谱图像中生成拉曼散射光谱(拉曼光谱)。拉曼散射光的波长偏移(拉曼位移)根据观测样本的特性(分子结构或晶体结构)而不同。即,拉曼光谱包括与观测样本有关的特性。
透射照明118将照明光发射至观测样本。如上所述,图像拾取单元115可拍摄亮视野图像、暗视野图像、相位差图像、荧光图像、偏光显微 镜图像等中的所有或者至少一个,并且透射照明118可使用与其相对应的光来照射观测样本。此外,透射照明118可使用如上所述的紫外光、可见光、红外光?#26085;?#23556;观测样本。
(控制单元的结构和操作)
控制单元120控制显微镜单元110的相应的部分。图3是示出了控制单元120的操作的流程图。如图1中所示,控制单元120包括图像拾取控制单元121、检测单元122和观测控制单元123。
图像拾取控制单元121使得图像拾取单元115在多个焦点位置处拍摄观测样本的图像并且生成检测图像(St101)。具体地,图像拾取控制单元121控制图像拾取单元115、自动调焦机构113和载物台111等以将显微镜光学系统112的视野范围设定至特定孔并且将显微镜光学系统112的放大倍率设定为预定的放大倍率(如第一放大倍率)。
这里,显微镜光学系统112的视野范围是由图像拾取单元115的图像的大小和显微镜光学系统112的放大倍率(第一放大倍率)来确定的。图4是示出了孔W和显微镜光学系统112的视野范围S的大小的实例的示意图。例如,在其中2/3英寸(8.8mm x6.6mm)的CCD图象传感器被设置至图像拾取单元115,并且显微镜光学系统的放大倍?#36866;?X的情况下,视野的范围S是2.2mm x1.65mm。这里,在其中孔板P是96孔显微板的情况下,底面的内径是大约φ6.4mm,所以视野范围S小于孔W的尺寸。图5是示出了这时在视野范围S中的观测目标物体R(细胞等)的示意图。
图像拾取控制单元121在通过自动调焦机构113在Z方向上移动显微镜光学系统112的焦点位置的同时使图像拾取单元115拍摄观测样本的图像并且生成视野范围中的观测样本的Z堆栈图像。应注意的是图像拾取控制单元121可通过移动载物台111在多个焦点位置处拍摄观测样本的图像。在下文中,将在多个焦点位置处拍摄的观测样本的图像(诸如Z堆栈图像)被设定为检测图像。
在其中显微镜光学系统112的视野范围小于孔的情况下,图像拾取控制单元121针对一个视野范围拍摄检测图像,然后将视野范围S移动至还未拍摄图像的孔W中的区域,并且可产生其将被拍摄的检测图像。以这种方法,图像拾取控制单元121可针对孔的整个区域来拍摄检测图像。
应注意,在其中观测目标物体的位置不改变的情况下,例如,在其中流式细胞仪的分选准确度高的情况下,不总是需要拍摄孔的整个区域的图像,而是仅在一个视野中拍摄孔的中心的图像就足够了。在这种情况下,图像拾取控制单元121使得仅拍摄孔的中心?#31995;?#35270;野的图像并且使得生成检测图像。
以这种方式,在其中针对其获得的检测图像的视野范围相对于孔的大小不充分情况下(St102中的否),图像拾取控制单元121使得视野范围被移动至仍未拍摄图像的区域,并且使得图像拾取单元115再次拍摄检测图像(St101)。另一方面,在其中针对其获得的检测图像的视野范围相对于孔的尺寸充分的情况下(St102中的是),图像拾取控制单元121将从图像拾取单元115获得的检测图像供应至检测单元122。
检测单元122分析检测图像(St103)。具体地,检测单元122使用通过边缘过滤器(edge filter)的轮廓抽取或?#21450;?#21305;配来分析检测目标图像,从而检测观测目标物体。应注意,当在一个孔中针对多个视野范围拍摄检测图像时,则对每个检测图像进行分析。
在其中通过如上所述的单细胞分选等仅一个观测目标物体被存储在每个孔中的情况下,检测单元122检测每个孔中的一个观测目标物体或者不检测。当检测单元122从检测图像中检测观测目标物体时(St104中的是),检测单元122将检测到的观测目标物体的三维位置(在下文中,称作观测目标位置)供应给观测控制单元123。
此外,检测单元122将观测目标位置通知给图像拾取控制单元121,并且图像拾取控制单元121登记观测目标位置与从中执行检测的孔(在下文中,称作观测目标孔)(St105)。另一方面,在其中检测单元122从检测图像中没有检测到观测目标物体的情况下(St104中的否),检测单元 122通知图像拾取控制单元121其中拍摄了检测图像的孔。因此,图像拾取控制单元121把该孔从观测目标孔中排除(St106)。
观测控制单元123使得图像拾取单元115、紫外光、可见光和红外光分光单元116或者拉曼散射分光单元117基于从检测单元122所供应的观测目标位置来观测观测样本(St107)。具体地,观测控制单元123将显微镜光学系统112的放大倍率设定为在拍摄检测图像?#22791;?#20110;第一放大倍率的第二放大倍率,并且以观测目标位置与显微镜光学系统112的视野范围的中心相对应的这样的方式来整显微镜光学系统112。结果,以高的放大倍率放大的显微镜光学系统112的视野范围与观测目标物体相匹配。图6是示出了此时观测目标物体R在视野范围S中的示意图。
在其中通过使用图像拾取单元115观测观测目标物体的情况下,观测控制单元123控制光路切换单元114以将光路切换至图像拾取单元115。观测控制单元123可增加显微镜光学系统112的放大倍率,减小视野深度,并且使得以高的放大倍率来拍摄显微镜图像。此外,观测控制单元123通过对比度检测系统来执行自动调焦等,从而分析具有更高准确度的Z位置。此后,观测控制单元123可以以高的放大倍率详细地执行观测目标物体的形态观测。
另外,观测控制单元123控制光路切换单元114以将光路切换至紫外光、可见光和红外光分光单元116并且控制紫外光、可见光和红外光分光单元116以扫描视野范围,结果是可生成红外吸收光谱。此外,观测控制单元123控制光路切换单元114以将光路切换至拉曼散射分光单元117并且控制拉曼散射分光单元117以扫描视野范围,结果是可生成拉曼散射光谱。
应注意,观测控制单元123仅可以使设定为第二放大倍率的显微镜光学系统112的视野范围适合于观测目标物体。因此,通过使用适合于观测目标物体的视野范围,使用者可使用图像拾取单元115、紫外光、可见光和红外光分光单元116以及拉曼散射分光单元117来观测观测目标物体。
在其中孔板P上?#28304;?#22312;未搜寻的孔(拍摄检测图像的后续步骤)的情况下(St108中的是),图像拾取控制单元121将显微镜光学系统112的视野范围移动?#37327;?St109)并且执行该步骤。另一方面,在其?#32961;?#23384;在没有被搜寻到的孔的情况下(St108中的否),图像拾取控制单元121终?#20849;?#20316;。
在其中以预定时间间隔观测(慢速观测)观测目标物体的情况下,图像拾取控制单元121使得再次针对每个孔拍摄检测图像并且通过检测单元122执行观测目标物体的检测,以及通过观测控制单元123进行观测。这里,如上所述,因为从中没有检测到观测目标物体的孔被从观测目标孔中排除,故防止了图像拾取控制单元121对不存在观测目标物体的孔的图像的多余的拍摄。
另外,在其中第二图像的拍摄中,在显微镜光学系统112的视野相对于孔的大小狭窄的情况下或者在其中自动调焦机构113的摆动(stroke)短的情况下,并且其后,图像拾取控制单元121使得主要针对先前登记的观测目标位置来拍摄检测图像,从而使得可以减少针对一个孔的图像拍摄次数。
如上所述,在观测系统中,图像拾取控制单元121拍摄检测图像,并且检测单元122从检测图像中检测观测目标物体,结果是观测控制单元123可观测观测目标物体。结果,不需要由使用者针对观测样本中的观测目标物体进行搜寻,所以可执行高效的观测。另外,与现有技术中的追踪技术不同,在该观测系统?#32961;?#38656;要使用光进行长时间的照射,并且可以防止针对观测目标物体的光毒性。
(关于孔板的自动识别)
如上所述,孔板被存储在培养器N中(参见图1),并且可在培养观测目标物体(细胞等)的同时执行观测。然而,在其中观测?#32972;?#38271;的情况下,例如,在慢速观测的情况下,一个孔板?#21152;?#35266;测系统,所以可能不可以将观测系统用于另一个观测。出于这个原因,在当慢速观测的单个观测的定时终止时,孔板可以被移动至另一个培养器。
在其中存在多个如上所述的孔板的情况下,需要对孔板进行识别。期望的是观测系统可如下自动地识别孔板。应注意的是包括孔板的标识符的识别标记(诸如条型码和使用者?#20013;?#30340;标记)被分别预先提供?#37327;?#26495;。
图7是示出?#21496;?#26377;孔板识别功能的观测系统的示意图。在观测系统100中,显微镜单元110被进一步设置有标识符读取单元119,并且控制单元120进一步包括标识符管理单元124。
标识符读取单元119从设置?#37327;?#26495;的识别标记中读取标识符。标识符读取单元119是照相机或条型码读取器并且不受具体限制,只要标识符读取单元119可读取标识符即可。标识符读取单元119将读取的标识符供应至标识符管理单元124。
图9是示出?#21496;?#26377;孔板识别功能的观测系统的操作的流程图。当孔板被设定为培养器时(St201),载物台111被驱动,并且孔板与培养器一起被移动至标识符读取区域。标识符读取单元119读取孔板的标识符(St202)并且将标识符供应给标识符管理单元124。
标识符管理单元124将先前观测到的孔板的标识符与从标识符读取单元119供应的标识符进行核对(St203)。在其中所供应的标识符与先前观测到的孔板的标识符一致的情况下(St204中的是),标识符管理单元124读取先前观测到的孔板的观测数据(St205)。先前观测到的孔板的观测数据包括在先前观测中的观测目标位置和通过检测单元122从中检测到观测目标物体的观测目标孔(参见St105)。标识符管理单元124将读取的观测数据供应至图像拾取控制单元121。
因此,当图像拾取控制单元121使得图像拾取单元115拍摄检测图像时(St101),可以将其?#32961;?#23384;在观测目标物体的孔?#20248;?#25668;的图像的目标中排除并且使得主要针对其中在先前观测中执行检测的观测目标位置进?#20449;?#25668;。
在其中从标识符读取单元119所供应的标识符与先前观测的孔板的标识符不一致的情况下(St204中的否),标识符管理单元124将提取的标 识符登记为新的孔板(St206)。结果,当在后续观测中观测孔板时,图像拾取控制单元121可使用本观测数据。
如上所述,在其中观测系统具有孔板识别功能的情况下,观测系统可以针对每个孔板将先前的观测数据用于观测。结果,观测系统可将无需执行观测的孔从观测目标中排除并?#19968;?#20110;先前观测中检测到的观测目标物体的三维位置来设定图像拍摄的范围,结果是可执行高效的观测。
应注意,标识符读取单元119不需要一定是读取标识符。图像拾取单元115可从通过显微镜光学系统112拍摄的显微镜图像中读取标识符。例如,在其中显微镜光学系统112的放大倍?#36866;?X的情况下,视野范围S是2.2mm x1.65mm,因此如果提供?#21496;?#26377;这个大小或更小的识别标记,则可?#28304;?#26174;微镜所拍摄的图像中读取标识符。另外,在其中显微镜光学系统112的放大倍?#36866;?X的情况下,可以读取具有4.4mm x3.3mm的大小或更小的识别标记。即,根据识别标记的大小,即使在难以将标识符管理单元119提供至结构(图1中所?#38236;?#32467;构)的情况下,可读取标识符。
应注意,本公开可以采用以下构造。
(1)一种观测系统,包括:
显微镜光学系统;
图像拾取单元,被配置为拍摄所述显微镜光学系统的视野范围的图像;
图像拾取控制单元,被配置为使所述图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄所述视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像;
检测单元,被配置为从所述检测图像中检测所述观测样本中的观测目标物体的三维位置;以及
观测控制单元,被配置为使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合所述三维位置。
(2)根据条款(1)所述的观测系统,其中,
所述图像拾取控制单元将所述显微镜光学系统的放大倍率设定为第一放大倍率并且使所述图像拾取单元拍摄所述显微镜光学系统的所述视野范围的图像,以及
所述观测控制单元将所述显微镜光学系统的放大倍率设定为高于所述第一放大倍率的第二放大倍率并且使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合所述三维位置。
(3)根据条款(1)或(2)所述的观测系统,其中,
所述观测控制单元使所述图像拾取单元拍摄适合所述三维位置的所述显微镜光学系统的所述视野范围的图像。
(4)根据条款(1)至(3)中?#25105;?#39033;所述的观测系统,进一步包括:
紫外光、可见光和红外光分光单元,被配置为?#28304;?#25152;述显微镜光学系统入射的紫外光、可见光和红外光中的一个进行分光,其中,
所述观测控制单元使所述紫外光、可见光和红外光分光单元扫描适合于所述三维位置的所述显微镜光学系统的所述视野范围。
(5)根据条款(1)至(4)中?#25105;?#39033;所述的观测系统,进一步包括:
拉曼散射分光单元,被配置为?#28304;?#25152;述显微镜光学系统入射的拉曼散射光进行分光,其中,
所述观测控制单元使所述拉曼散射分光单元扫描适合所述三维位置的所述显微镜光学系统的所述视野范围。
(6)根据条款(1)至(5)?#25105;?#39033;所述的观测系统,其中,
所述观测样本被存储在设置有多个孔的孔板的每个孔中,以及
所述观测目标物体是播种到所述孔板的所述多个孔中的每个孔中的细胞。
(7)根据条款(1)到(6)的?#25105;?#39033;所述的观测系统,其中,
所述图像拾取控制单元将通过所述检测单元从中检测到所述观测目标物体的孔和所述观测目标物体的所述三维位置一起登记为观测目标孔,并且将通过所述检测单元从中没有检测到所述观测目标物体的孔从所述观测目标孔中排除。
(8)根据条款(1)至(7)中?#25105;?#39033;所述的观测系统,其中,
所述图像拾取控制单元?#36816;?#36848;观测目标孔进行慢速的图像拍摄。
(9)根据条款(1)至(8)中?#25105;?#39033;所述的观测系统,进一步包括:
标识符读取单元,被配置为从设置至所述孔板的识别标记中读取所述孔板的标识符;以及
标识符管理单元,被配置为将从所述标识符读取单元提供的标识符与先前观测到的所述孔板的标识符进行核对并且将与所提供的标识符相对应的所述孔板的观测数据提供给所述图像拾取控制单元。
(10)一种观测程序,使计算机起到以下作用:
图像拾取控制单元,被配置为使拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像的图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄所述视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像;
检测单元,被配置为从所述检测图像中检测所述观测样本中的观测目标物体的三维位置;以及
观测控制单元,被配置为使所述显微镜光学系统的视野范围适合所述三维位置。
(11)一种观测方法,包括:
通过图像拾取控制单元使拍摄显微镜光学系统的视野范围的图像的图像拾取单元在多个焦点位置处拍摄所述视野范围中的观测样本的图像并且生成检测图像;
通过检测单元从所述检测图像中检测所述观测样本中的观测目标物体的三维位置;以及
通过观测控制单元使所述显微镜光学系统的所述视野范围适合所述三维位置。
本领域的技术人员应理解的是,只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内,可根据设计要求和其他因素进行各种变形、组合、子组合和修改。

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本文标题:观测系统、观测程序和观测方法.pdf
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