(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光器顕微鏡であって、
ａ．標本を支持する標本ステージと、
ｂ．標本に光を供給するように配置された光源と、
ｃ．標本からの光を受けるように配置された検出器と、
ｄ．標本の画像を捕捉するように構成されたビデオカメラと、
ｅ．前記検出器と前記標本ステージとの間に介在された可動な開口ステージであって、調整可能なサイズの開口部を有している、前記開口ステージと、
ｆ．プロセッサであって、
（１）ピクセルの組から形成された、標本の前記画像を受けるように構成されており、
（２）前記画像内の同様なコントラストを有する隣接するピクセルの組であって、それぞれの組が画像領域を規定する前記ピクセルの組を隔離するようにさらに構成されており、
（３）前記開口部を、
（ａ）標本と前記検出器との間であって、
（ｂ）前記画像領域の１つに対応した標本の部分であって、標本領域を規定する前記標本の部分、
に整列させるように、前記開口ステージを動かすようにさらに構成されており、前記開口部は、その境界内に２以上の画像領域に対応する標本の部分を含んでおり、
（４）前記画像領域に対応した標本の部分にわたって、異なる位置に前記開口部を割り当てるようにさらに構成されており、
（５）前記開口部を通して、前記標本領域の領域スペクトルを取得するようにさらに構成されており、
（６）各位置に対して、その領域スペクトルから１又は複数の物質を特定するようにさらに構成されており、
（７）収集したスペクトルを処理して、これらの間の重複を減じ、それにより、前記画像領域の１つに対応した標本のそれぞれの部分をそれぞれ表すスペクトルを生成するようにさらに構成されている、
前記プロセッサと、
ｇ．表示装置であって、
（１）標本の前記画像と、
（２）前記特定された物質の出力と、
を示すようにさらに構成されている前記表示装置と、
を含むことを特徴とする分光器顕微鏡。
【請求項２】
ａ．前記開口部は、二次元方向にサイズを変化させて調整可能であり、それぞれの次元においてサイズが独立して調整可能であり、
ｂ．前記プロセッサは、前記開口部のサイズを少なくとも実質的に前記標本領域のサイズに対応させるように調整するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の分光器顕微鏡。
【請求項３】
ａ．前記開口部は回転可能であり、
ｂ．前記プロセッサは、
（１）前記標本領域の最小限の領域が前記開口部の外部にあるか、又は、
（２）前記標本領域外の標本の最小限の領域が前記開口部内にあるように、
前記標本領域に整列させるべく前記開口部を回転させるように構成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の分光器顕微鏡。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記開口部を通して前記標本領域の領域スペクトルを取得した後に、
ａ．前記開口部を、
（１）標本と前記検出器との間であって、
（２）前記画像領域のうちの第２の画像領域に対応する標本の部分であって、第２の標本領域を規定する前記標本の部分に、
整列させるように前記開口ステージを動かし、
ｂ．前記開口部を通して、前記第２の標本領域の第２の領域スペクトルを取得し、
ｃ．前記第２の領域スペクトルから１又は複数の物質を特定する、
ように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の分光器顕微鏡。
【請求項５】
前記プロセッサは、各領域スペクトルを取得する前に、対応する標本領域のサイズに少なくとも実質的に一致するように、前記開口部のサイズを調整することを特徴とする請求項４に記載の分光器顕微鏡。
【請求項６】
分光器顕微鏡の使用方法であって、
ａ．ピクセルの組から形成された、標本の画像を取得するステップと、
ｂ．プロセッサにより、
（１）前記画像内の同様なコントラストを有する隣接するピクセルの組であって、それぞれの組が画像領域を規定する前記ピクセルの組を隔離するステップと、
（２）前記画像領域の１つに対応し、標本領域を規定する標本の部分に開口部を整列させる命令を生成するステップであって、前記開口部は、その境界内に２以上の画像領域に対応する標本の部分を含む、前記ステップと、
ｃ．前記命令に従って、前記標本領域に前記開口部を整列させるステップと、
ｄ．前記画像領域に対応した標本の部分にわたって、異なる位置に前記開口部を割り当てるステップと、
ｅ．各位置において、
（１）標本に入射光を供給するステップと、
（２）前記標本領域から前記開口部を通して領域スペクトルを規定する光を検出して、各位置から領域スペクトルを収集するステップと、
ｆ．各領域スペクトルから１又は複数の物質を特定するステップであって、前記収集したスペクトルを処理して、これらの間の重複を減じ、それにより、前記画像領域の１つに対応した標本のそれぞれの部分をそれぞれ表すスペクトルを生成するステップを含む、前記ステップと、
ｇ．（１）標本の前記画像と、（２）前記特定された物質の出力と、を表示するステップと、
を備えたことを特徴とする分光器顕微鏡の使用方法。
【請求項７】
前記プロセッサからの命令に従って、前記標本領域のサイズに少なくとも実質的に対応するように、前記開口部のサイズを調整するステップをさらに具備していることを特徴とする請求項６に記載の分光器顕微鏡の使用方法。
【請求項８】
前記開口部の境界が前記標本領域内に完全に位置し、それにより、前記領域スペクトルが前記標本領域によってのみ規定されるように、前記開口部のサイズを調整するステップをさらに具備していることを特徴とする請求項７に記載の分光器顕微鏡の使用方法。
【請求項９】
ａ．前記開口部の境界内で、前記標本領域の範囲を最大化し、
ｂ．一方、前記開口部の境界内で、前記標本領域外の範囲を最小化するように、
前記開口部のサイズを調整するステップをさらに具備していることを特徴とする請求項７に記載の分光器顕微鏡の使用方法。
【請求項１０】
前記プロセッサからの命令に従って、前記開口部を回転して、
ａ．前記開口部外に位置する標本領域の範囲と、
ｂ．前記開口部内に位置する前記標本領域外の範囲と、
のうち少なくとも１つを最小化するステップを備えたことを特徴とする請求項６に記載の分光器顕微鏡の使用方法。
【請求項１１】
ａ．プロセッサにより、前記画像領域のうちの第２の画像領域に対応する標本の第２の部分であって、第２の標本領域を規定する前記標本の第２の部分に前記開口部を整列させる命令を発生させるステップと、
ｂ．前記命令に従って、前記第２の標本領域に前記開口部を整列させるステップと、
ｃ．前記第２の標本領域から前記開口部を通して第２の領域スペクトルを規定する光を検出するステップと、
ｄ．前記第２の領域スペクトルから１又は複数の物質を特定するステップと、
ｅ．前記領域スペクトルから特定された物質の出力を表示するステップと、
を備えたことを特徴とする請求項６に記載の分光器顕微鏡の使用方法。
【請求項１２】
各標本領域からの光を検出して前記領域スペクトルを規定する前に、
ａ．前記開口部のサイズを、少なくとも実質的に前記標本領域のサイズに対応するように調整するステップと、
ｂ．前記開口部の方位を、少なくとも実質的に前記標本領域の方位に対応するように調節するステップと、
の少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の分光器顕微鏡の使用方法。
【請求項１３】
前記領域スペクトルから特定された物質の出力の表示が、
ａ．２以上の物質画像であって、それぞれの物質画像が、特定された物質に対応する、標本の画像の部分を表示する上記画像と、
ｂ．前記画像に存在する特定された各物質の見積り量であって、各見積り量が、特定された物質の１つに対応するピクセルのコントラストに少なくとも近似したコントラストを有する画像中のピクセルの数によって少なくとも部分的に定められている、上記見積り量と、
ｃ．１又はそれ以上の特定された物質についての、特定された物質を含む標本領域の数と、
ｄ．１又はそれ以上の標本領域のサイズと、
を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の分光器顕微鏡の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に係る発明は、一般的に、分子分光器のための機器に関し、特に、分光器顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００６年８月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／８４０，８８２号を基礎として、３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）に基づく優先権を主張し、同出願の全体をここで参照によって引用する。
【０００３】
分子分光計（分光器とも称される）は、多くは、固体、液体、又はガス状の標本を、赤外線スペクトル領域の光のような不可視の光で照明する機器である。標本からの光は、捕捉され分析されて、標本の特性に関する情報を明らかにする。例えば、所定の範囲の波長にわたって既知の強度をもった赤外線で標本を照明し、標本を透過した及び／又は反射した光を捕捉して照明光と比較する。捕捉されたスペクトルの観察（すなわち、光強度対波長データ）は、標本によって吸収された照明光の波長を示し、これは、標本中に存在する化学結合に関する情報、従って標本の組成及びその他の特性を与える。既知の組成をもった基準用標本から得られたスペクトルのライブラリが利用可能であり、測定されたスペクトルをこれらの基準スペクトルとマッチングすることで、得られた測定スペクトルから標本の組成を決定することができる。
【０００４】
２つの一般的なタイプの分光器は、分散分光器とフーリエ変換（ＦＴ）分光器である。分散分光器では、ある範囲の波長の入力光が標本に供給され、標本からの出力光が１又は複数の検出器を有するモノクロメータ（出力光を波長の成分に分割する装置）によって受けられ、１又は複数の検出器がこれらの出力波長における光強度を測定して出力スペクトルを生成する。ＦＴ分光器では、干渉計を使用して、標本にインターフェログラム（いくつかの入力光の波長の時間変化の混合）を供給し、１又は複数の検出器が、標本からの（時間変化する）出力光を測定する。次に、出力光の様々な波長は、フーリエ変換などの数学的技術を用いて“元に戻され”、その成分波長での出力光の強度を得て、それにより出力スペクトルを発生させる。
【０００５】
次に、分光器顕微鏡は、分光器測定を行う能力が光学顕微鏡に有用に組み入れられている。従って、ユーザは、分光器顕微鏡を使用して、（通常は拡大して）標本における興味がある領域の画像を見て、また、興味がある領域の１又は複数の位置から分光データを得る。いくつかの例においては、分光器の測定値は、興味がある領域の一次元の列（すなわち、興味がある領域の直線に沿って間隔を隔てた領域）に沿った分光器データを捕捉することで自動的に集められ、次に隣接する一次元の列から分光器のデータを繰り返して捕捉する。言い換えれば、分光器的に抽出された領域の線形アレイは、興味がある領域にわたって側方へステップしていき、二次元アレイの領域の分光器データを最終的に捕捉する。その結果、ユーザは、興味がある領域の画像を見ることができ、また、興味がある領域にわたって配列された位置における標本のスペクトル（及び、従って、組成）を観察することができる。このアプローチの不都合は、ある領域から捕捉された各スペクトルは、その領域に存在するいかなる物質の存在（又は、少なくとも入射光に応答する物質の存在）をも反映する。例えば、ある領域にユーザが特に興味のある粒子が含まれるならば、その領域から捕捉されたスペクトルは、その粒子のスペクトルだけを反映するのみならず、その領域内のその粒子を取り囲む物質からの影響を含む傾向がある。そうした測定値の結果は、依然として有用であり、ユーザはその粒子に関する情報を依然として得ることができるが、結果については慎重に解釈しなければならない。
【０００６】
代わりに、ユーザは、標本から分光器の読取値を手作業で集めることができる。例えば、上述の粒子のデータ取得に興味があるユーザは、開口部を通してその粒子だけが検出器に見えるように標本をマスクすることで、分光器の検出器の視野をその粒子の範囲だけに制限することができる。すると、その開口部から捕捉されたスペクトルは、開口部を通して検出器によって“見えた”物質の影響だけを反映する。開口部が可変であるマスクは、分光器顕微鏡において一般的に使用されており、マスクは２つの積層配置された板の対を有し、それぞれの対において、複数の板がそれらの隣接する縁部の間に空間を有するように同一平面上で隣接して配置され、これら対の縁部は互いに対して垂直に向けられている。従って、対の複数の板は、通常は同期した態様において可動であり、それぞれの対において板の縁部間のスペースを制御することができる。その結果、対の複数の板が一緒になるように、又は、離れるように動かすと、サイズが可変である矩形領域をもった開口部が生じる。手作業のアプローチの不都合は、それが時間のかかる面倒な作業であることであり、ユーザは、マスクを興味がある各粒子に移動させ、開口部のサイズを合わせて、所望の領域だけが検出器の画像になるようにするが、ここでも、結果は慎重に解釈しなければならない。例えば、分光器顕微鏡の多くの初心者のユーザは、粒子が標本内でもともとオクルージョンである場合に（例えば、見かけ上、他の物質の見えない層で被覆されているなど）、粒子から捕捉されたスペクトルが、粒子内に存在する物質だけを反映するのみならず、被覆層の物質をも反映することを認識し損なってしまう。顕微鏡のために正しい設定を得ることも困難であり、というのは、多くの初心者のユーザは、顕微鏡の接眼レンズ又はカメラを通して見える標本の画像が、分光器の検出器によって見える標本に対応しないことを認識し損ない、従って、単に、標本内の粒子などにフォーカシングしても、検出器の視野（及び従って分光器の読取値）はその粒子に制限されない。また、その他の微細なことも初心者のユーザを邪魔する傾向があり、例えば、単により小さな視野からはより少ない光が検出器により捕捉されるという理由から、より小さい開口部の設定（より小さい検出器の視野）にすると、得られるスペクトル読取値のＳＮ比が減少する傾向があるという問題点がある。従って、より小さい開口部の設定は、通常は、より長い露光時間（すなわち、長い検出器データ収集時間）、及び／又は、多重露光の使用を必要とし、これらを組み合せて（平均化して）、ノイズの影響を減少させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した問題点のすべては、特に新たなユーザにとって、分光器顕微鏡の有効な使用の妨げになる。従って、標本における興味のある領域内の特定領域からスペクトルデータを容易に且つ正確に集めることを可能にする、分光器顕微鏡と分光器顕微鏡の操作方法とを有することは有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述した問題点を少なくとも部分的に解決することを意図した、分光器顕微鏡のための方法及び装置に関する。本発明のいくつかの有利な特徴についての基本的な理解を読者に与えるために、以下は、好ましいバージョンの装置及び方法の簡潔な要旨であり、添付図面を参照して、読者の理解を高めるものである。これは単なる要旨であるので、本発明の好ましいバージョンに関するその他の詳細は、本願の別の箇所にある詳細な説明中に見い出されることを理解されたい。本願における特許請求の範囲は、排他的権利が確保される、本発明の様々なバージョンを定義している。
【０００９】
図１を参照すると、例示的な分光器顕微鏡１００は、標本を受ける標本ステージ１０２を具備しており、標本ステージ１０２は、好ましくはモータで駆動され、又は、別の方法で、顕微鏡１００内で再配置可能になっている。光源１０４（例えば、干渉計）は、第１のダイクロイック反射鏡１０６が光を通過させ、第２のダイクロイック反射鏡１０８が標本へ向けて光を反射することで、標本に光を提供する。次に、光は、フォーカシング光学系（焦点光学系）１１０にて焦点を合わせられ、開口ステージ１１４の開口部１１２を通して伝達され、標本に達する。検出器１１６は、標本から得られた反射／散乱光を受ける。これは、開口部１１２及びフォーカシング光学系１１０を通って戻り、第２の反射鏡１０８と第１の反射鏡１０６から反射される。また、ビデオカメラ１１８は、開口ステージ１１４、フォーカシング光学系１１０、及び第２のダイクロイック反射鏡１０８を通った、標本の画像を捕捉するために設けられる。また、これらの要素を通る標本の視野を、ユーザが直接見られるために、接眼レンズ１２０が設けられている。
【００１０】
開口ステージ１１４は、好ましくは、少なくとも二次元において大きさを調整可能な開口部１１２を有している。これを達成するために、例えば、マスク１２２内に、１つの軸線に沿って間隔調整可能な第１の対の隣接するマスク板１２４と、垂直な軸線に沿って間隔調整可能な第２の対の隣接するマスク板１２６（これは、好ましくは第１の対のマスク板１２４の間隔とは独立して調整可能である）とを有する開口部１１２を形成する。従って、マスク１２２は、可動なマスク板１２４，１２６の縁部によって仕切られた調整可能な寸法の矩形状の開口部１１２を規定する。また、開口ステージ１１４は、好ましくは、標本に対して所望の方位に回転可能であり（例えば、矩形状の開口部１１２の長さが、標本の領域の長さに整列されるように）、また、望むならば、開口部１１２は標本に隣接した平面のまわりに並進するように移動可能としてもよい。
【００１１】
前述した構成は、本願の背景技術として前述した従来の方法で使用することができ、分光器顕微鏡１００によって、標本の１又は複数の領域から検出器１１６によってスペクトルが捕捉されると、接眼レンズ１２０及び／又はカメラ１１８を介して標本を見ることができる（望むならば、開口部１１２により標本の特定の領域にスペクトルの捕捉を制限する）。しかしながら、分光器顕微鏡１００は、好ましくは、以下のやり方により、自動化されたスペクトルの捕捉を行い、スペクトルデータをユーザに提示することが可能である。
【００１２】
ビデオカメラ１１８が標本を画像化すると（そうした画像は標本を表すピクセルの組から形成される）、画像はプロセッサ１２８に供給され、画像分析が実行される。同様なコントラストを有する隣接するピクセルの組が特定され、そのような各組が画像領域を規定する。例として、図２Ａを見ると、標本の例示的なビデオ画像２００が示されている。これは、例えば、バインダ内に埋設された活性薬剤の粒子を有する薬物のサンプルを示しており、４つの異なるコントラストを有する画像領域が示されている：隣接する黒いピクセルから形成された複数（１１個）の第１の画像領域２００ａと、隣接する暗い灰色のピクセルから形成された複数（３個）の第２の画像領域２００ｂと、隣接する明るい灰色のピクセルから形成された複数（４個）の第３の画像領域２００ｃと、隣接する白色のピクセルから形成された第４の画像領域２００ｄ（これはマトリクス画像領域とみなされ、すなわち、他の画像領域が埋設又は重ね合わされるマトリクスを示している）とを備えている。次に、プロセッサ１２８は、画像領域２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄのサイズを計算し（領域が含んでいるピクセルの数を数えることによる）、また、各画像領域の少なくとも一部分を含むボックスの座標を生成することにより、各画像領域に対して指示された開口部１１２を規定する。例として、図２Ｂは、可能な指示開口部２０２，２０４，２０６，２０８を示しており（そうした開口部は、マスク板１２４，１２６の縁部を表す仮想線／破線によって描かれている）、また、これらの開口部については詳しく後述する。
【００１３】
次に、プロセッサ１２８は、標本ステージ１０２を動かして、開口部１１２のサイズ及び／又は方位を調整し、開口部１１２を標本領域の少なくとも一部分（すなわち、画像領域２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄの１つに対応する標本上の範囲）に整列させる。標本上の検出器１１６の視野は、開口部１１２内の範囲に制限されており、従って、検出器１１６は、開口部１１２を通して、領域スペクトル（標本領域のスペクトル）を集め、それをプロセッサ１２８に供給する。プロセッサ１２８は、次に、参照用スペクトルのライブラリを用いて（及び／又は、スペクトル識別アルゴリズムを用いて）、領域スペクトル中に存在する１又は複数の物質を特定する。プロセッサ１２８は、標本ステージ１０２、及び／又は、開口ステージ１１４を動かし続けて、他の標本領域を適当なサイズの開口部１１２に整列させ、そこからスペクトルを集め、ついには、すべての標本領域からスペクトルを集める。代わりに、画像領域２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄのそれぞれのタイプ／分類あたり、１つの標本領域だけについてスペクトルを集めてもよく、すなわち、所定の区別できるコントラストを有する画像領域のそれぞれの組毎に１つのスペクトルを集めてもよい。この場合、標本領域の１つから集められた領域スペクトルは、同一のタイプ／分類の他のすべての標本領域に適用されると仮定される。
【００１４】
次に、プロセッサ１２８は、それぞれの標本領域の物質を特定するための出力を生成し、すなわち、物質の名称、及び／又は、それらの特性（例えば、結晶性、フェーズ、形態）に関する他の特定情報を生成する。特定された物質は、データと結合して出力することができ、データには、標本の画像２００、標本の物質画像（すなわち、特定された物質のそれぞれに対応する画像領域を強調又は単に示すように処理した標本の画像）、対応する画像領域内のピクセル数によって少なくとも部分的に規定されるサイズである標本領域のサイズ、特定された物質を含む画像領域のサイズに応じたそれぞれの見積り量であるその画像に存在するそれぞれの特定された物質の見積り量、特定された物質を含む標本領域の数、などがある。図３は、図２Ａの画像に対応する標本に対して提供される例示的な出力３００を示しており、標本の物質画像３００ａ，３００ｂ，３００ｃ、各物質のスペクトル３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃと、上述したその他の量と共に、標本の画像２００が提供される。例えば、スペクトル３００ａは、図２Ａ及び図２Ｂの画像領域２００ａの物質画像を提供しており、スペクトル３０２ａは、対応する標本領域の一部分又はすべての領域スペクトルを平均化することにより生成される。対応する標本領域内の物質の特定、及び、物質画像から生成された統計も提供される。
【００１５】
好ましくは、スペクトルを集めるための標本領域を区切るために開口部１１２が調整されるとき、開口部１１２のサイズは、少なくとも実質的に標本領域のサイズに対応し、対応する領域スペクトルは実質的に標本領域内のそれら物質だけに対応する。より詳しくは、開口部１１２のサイズは、開口部１１２の境界が標本領域内に完全に位置するように調整することが好ましく、それにより、領域スペクトルは、その標本領域によってのみ定められる。そうした構成は図２Ｂに示されており、画像領域２００ｂのための標本領域は、開口部２０２内のものが検出器１１６によって画像化される。しかしながら、いくつかの場合において（標本領域が非常に小さい場合など）、これは開口部のサイズを領域スペクトルを有効に捕捉するには過度に小さく設定してしまう。これは、例えば、開口部１１２のサイズが回折限界の最小値に比べて小さく、又は、開口部１１２のサイズを、スペクトル信号の強度が不都合に多いノイズを含むような及び／又は適当な信号強度を得るために過剰な追加的露光が必要になるようなものとする場合である。これらの場合においては、開口部１１２は、代わりに、１又は複数の隣接する標本領域のいくつかの部分が加えられた標本領域の許容可能な部分を区切るように設定される（標本領域２００ｃでは、開口部２０４は、標本領域２００ｃに加えて、マトリクス標本領域２００ｄの部分を取り囲む）。最も好ましくは、開口部１１２は、開口部１１２の境界内の標本領域の範囲を最大化し、同時に、開口部１１２の境界内にある標本領域外の領域を最小化するように寸法決めされる。
【００１６】
開口ステージ１１４及び／又は標本ステージ１０２が、回転再配置と共に並進再配置に適合しているならば、プロセッサ１２８が開口部１１２を回転させて、標本領域の最小限の範囲が開口部１１２の外側にあり、及び／又は、標本領域の外側の最小限の範囲が開口部１１２内あるように、それぞれの標本領域に整列させれば有用である。この構成の例は、図２Ｂの画像領域２００ａに示され、対応する標本領域に近接して区切り（すなわち、画像領域２００ａ内のピクセルを区切る）、一方、標本領域の外側にある最小限の領域を取り囲む（すなわち、画像領域２００ｄ内の最小限のピクセルを区切る）ような方位に向くように、矩形の開口部２０６を回転させる。
【００１７】
領域スペクトルが標本領域から集められた後に（例えば、図２Ｂの領域２００ｃ）、下層にある又は隣接する標本領域（例えば、マトリクス２００ｄの標本領域）が開口部１１２内にあるように、標本ステージ１０２を動かせば有用である。そして、マトリクス標本領域におけるマトリクススペクトルを、開口部１１２を通して集め、好ましくは、標本領域のために使用されるのと同一の開口部サイズを維持する（例えば、図示の通り、図２Ｂにおける開口部２０４ｂ）。次に、開口部２０４ｂから集められたマトリクススペクトルは、開口部２０４から集められた領域スペクトルから差し引かれる。領域スペクトルからマトリクススペクトルを差し引くと、修正領域スペクトルが得られ、これは、標本領域の物質だけを少なくとも実質的に表し、これにより、参照用ライブラリなどを用いて、これらの物質を特定することが容易になる。
【００１８】
次に、図４は、上述した方法に代えて又は加えて使用できる、特に好ましい画像ベースの分光器の使用方法を模式的に示している。ビデオカメラ１１８からの標本画像４００が示され、ここでの標本は、例えば、区別されるコントラストを備えた３つの層を有する薄膜の横断である。これらの層は、第１の画像領域４００ａ、第２の画像領域４００ｂ、及び、第３の画像領域４００ｃとして、取り囲む／下層にあるマトリクス領域４００ｄと併せて見える。次に、標本画像４００の連続的な表示（Ａ）〜（Ｅ）は、例示的な開口部４０２を示しており、１つはスペクトル捕捉が成功するための最小サイズであるが、任意の領域４００ａ，４００ｂ，４００ｃ内に完全に適合する標本領域だけを区切るには大きすぎる（すなわち、開口部４０２の配置にかかわらず、２以上の画像領域４００ａ，４００ｂ，４００ｃに対応する標本の部分を境界内部に有する）。一連の表示（Ａ）〜（Ｅ）に示されるように、開口部は標本にわたって異なる位置にインデックス付けられて割り当てられ、それぞれの位置からスペクトルが集められる。図示の通り、（Ａ）では、開口部４０２は、マトリクス領域４００ｄのスペクトル（右側に示す）を捕捉し（領域４００ｄのスペクトルのピークはｄに存在している）、（Ｂ）では、開口部４０２は、領域４００ａ，４００ｄのスペクトルを捕捉し（領域４００ａ，４００ｄのスペクトルのピークはａ及びｄに存在している）、（Ｃ）では、開口部４０２は、領域４００ａ，４００ｂ，４００ｃのスペクトルを捕捉し（対応するスペクトルのピークはａ，ｂ，ｃに存在している）、（Ｄ）では、開口部４０２は、領域４００ｂ，４００ｃ，４００ｄのスペクトルを捕捉し（対応するスペクトルのピークはｂ，ｃ，ｄに存在している）、（Ｅ）では、開口部４０２は、領域４００ｄのスペクトルを捕捉し（対応するスペクトルのピークはｄに存在している）。次に、プロセッサ１２８は、これらのスペクトルを、数学的／統計学的な方法を用いて処理し、これらの間のあらゆる重複を減少させ、それにより、画像領域の１つに対応する標本のそれぞれの部分をより代表するスペクトルを生成する。例えば、（Ａ）を見ると、開口部は画像領域４００ｄだけを取り囲んでおり、スペクトルは、画像領域４００ｄに対応する標本領域における物質だけに対応すると仮定することができる。次に、（Ｂ）を見ると、開口部は領域４００ａ，４００ｄを取り囲んでおり、領域４００ｄの寄与は領域４００ａのスペクトルを生じさせるために差し引かれる。異なる画像領域の寄与を分離するこの処理は、集められたすべてのスペクトルに対して続けて適用される。従って、本発明は、標本における興味がある領域の全体にわたって割り当て、その配列の位置にてスペクトルを捕捉し、集められたスペクトル行列は、興味がある領域の画像から抽出されたデータと併せて使用されて、区別される画像領域のスペクトル寄与を分離する。変形例としては、標本における興味のある領域全体にわたって割り当てる代わりに、そうした割り当ては、興味のある領域の部分だけに対して実行する（例えば、画像領域が小さくて、開口部を単一の画像領域だけを取り囲むように設定できない部分に実行する）。例えば、図２Ｂにおいて、開口部２０８は、画像領域２００ａのまわりに設定されるが、画像領域２００ｂの部分と共に、（マトリクスの）画像領域２００ｄの部分を取り囲む。従って、開口部２０８は、画像領域２００ａのまわりに、一次元配列又は二次元配列において割り当てられ、それぞれの画像位置にてスペクトルを捕捉することで、画像領域２００ａ，２００ｂ，２００ｄの個々のスペクトルが抽出できるようにする。
【００１９】
本発明のさらに別の利点、特徴、及び目的は、添付図面と関連して、この文書の残余の部分から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の概念を具現した分光器顕微鏡１００を示した模式的な斜視図である（カメラ１１８及び／又は接眼レンズ１２０が標本１０２の視覚画像を提示し、一方、検出器１１６が開口部１１２を通して標本１０２からスペクトルを集める）。
【図２Ａ】例示的な標本画像２００（標本の興味のある領域の画像）である（標本画像２００のコントラスト分析によって規定された、複数の画像領域２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄを示している）。
【図２Ｂ】画像領域２００ａ，２００ｂ，２００ｃの内部又はまわりに形成されている例示的な開口部２０２，２０４，２０６を備えた図２Ａの標本画像２００である。
【図３】標本の興味のある領域のスペクトル及び画像分析から得られる例示的な出力表示である。
【図４】標本の対応する位置にわたって開口部４０２が割り当てられた例示的な標本画像４００と、それぞれの開口部の位置で集められたスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
前述した要旨における説明を再検討して拡張するために、分光器顕微鏡によって取得された画像を用いて、標本からスペクトルが集められる開口部のサイズ及び位置を定め、集められたスペクトルをそれらに対応する画像領域（画像分析中に同一又は類似の外観を有する領域として特定される）に結び付け、有用で容易に理解できる出力を提供する。領域は、その外観だけに基づいて、特定し、分光器的にサンプリングすることができ、例えば、特定された画像領域に対応するそれぞれの標本領域は、スペクトル的に分析される。代替的に又は追加的に、標本の興味がある領域の全体又は一部分は、サンプリング領域の一次元又は二次元マトリクス（行列）についてのスペクトルを捕捉することで、分光器的にサンプリングされ、また、そのマトリクスのスペクトル間の相関関係を用いて、標本画像から特定された標本領域に関連させて、抽出されたスペクトルを各標本領域に割り当てる。開口部の調整とデータの収集／分析を自動化することは、ほとんどの従来の分光器顕微鏡システムにおいて使用される面倒な測定及び分析ステップを回避するのに役立ち、初心者のユーザのために操作を大いに容易にする。
【００２２】
本発明は、図１に示したものとは異なる要素及び構成を有する分光器顕微鏡と共に利用できることを強調しておく。例えば、分光器顕微鏡１００は、反射モードの分光器を用いており、光源１０４からの光線は、検出器１１６にて測定するために、標本１０２に向けられ及び標本１０２から反射される。しかしながら、本発明は、透過モードの分光器にも等しく使用可能であり、例えば、標本１０２は、光源と集光光学系１１０／１０８／１０６との間に配置され、検出器１１６は、標本１０２から散乱／反射された光ではなく、標本１０２を透過した光を受ける。さらに、光学系１１０／１０８／１０６のタイプ、数、及び配置は、分光器顕微鏡１００について示した構成から広く変化できることを理解されたい。
【００２３】
分光器顕微鏡１００が反射モードの分光器を利用する場合には、標本ステージ１０２は、鏡又はその他の反射部分（図示せず）を支持するのが有用であり、この反射部分は入射光ビームと整列され、“背景”又は基準信号を検出器１１６に届け、すなわち、信号は、標本が存在しないときの分光器顕微鏡１００に固有の背景吸収及び／又は反射を表す。標本領域から領域スペクトルが捕捉された時刻の後又はこの時刻近くで、この反射部分が入射光ビームと整列できるように、標本ステージ１０２を並進することができ、標本領域に使用するのと同一の開口部サイズで、背景スペクトルを検出器１１６に集めることができる。この背景スペクトルは、領域スペクトルから差し引かれて、顕微鏡１００のスペクトルへの寄与を修正する。透過モードの分光器が使用される場合には、透明部分（例えば、孔又はボイド）が、同一の目的のために標本ステージ１０２に設けられる。
【００２４】
前述した背景スペクトルが集められ差し引かれたならば、本発明において、同様な画像領域の平均サイズを決定し、従って、平均サイズに設定された開口部を用いて、対応する標本領域から領域スペクトルを収集することは有用である。次に、これらの標本領域について背景スペクトルを集めることが望ましい場合には、開口部は再び平均的な標本領域サイズに設定され、領域スペクトルから差し引くために必要な単一の背景スペクトルだけが集められる。
【００２５】
前述した説明において、開口ステージ１１４並びに標本ステージ１０２は、並進可能で、また回転可能であることに留意されたい。この構成は用途が広いけれども、標本が入射光ビームに対して垂直な平面に沿って任意の方向に並進でき、入射光ビームを中心として開口ステージ１１４を回転可能とし、その開口部１１２が入射光ビームのまわりに中心合わせされ様々にサイズを変えられれば、通常は並進可能な標本ステージ１０２を単に提供するので十分である。開口部１１２は、矩形の開口部である必要はなく、代わりに、円形の開口部（絞りシャッターによって提供される）、又は、何かその他の多角形を有する開口部でもよい。例えば、２つの追加的な対のマスク板が加える場合、これらのマスク板は軸線に沿って４５度に向けられて開くことで、八角形の開口部が形成される。それぞれのマスク板の対が他の対と独立して間隔調整できる能力、及び、それぞれの対にいてマスク板を非対称に変位できる能力（すなわち、対の板が、それぞれ開口部の中心から異なる量だけ変位できる能力）により、開口部を、様々な広範囲の標本領域に非常に密接に適合させることができる。
【００２６】
プロセッサ１２８及びユーザに出力を示す表示装置１３０は、（関連するモニタを備えた）パーソナルコンピュータの形態を呈することができ、分光器顕微鏡１００と通信するように接続される。しかしながら、プロセッサ１２８と表示装置１３０は、別の形態を呈することもでき、例えば、顕微鏡１００にユニットとして設けられた専用のプロセッサ及び表示装置でもよい。プロセッサ１２８及び表示装置１３０は、顕微鏡１００に近接して設ける必要はなく、（例えば）遠隔地に設けて、プロセッサ１２８と表示装置１３０との間で情報交換をするために、有線又は無線の通信（例えば、インターネット又はその他のクライアントサーバー通信）を介してもよい。
【００２７】
ビデオカメラ１１８は、標本１０４のピクセル化された画像を発生できるような、任意の画像システムの形態を呈する。ビデオカメラ１１８は、可視のスペクトルにおいて（又は可視のスペクトルだけにおいて）標本１０４を画像化する必要はなく、紫外線及び／又は赤外線の範囲並びに可視の範囲（又は可視の範囲の代わりに）のスペクトルの画像を捕捉して、区別できる画像領域のより良い特定を潜在的に補助する。偏向した入射光の使用により、標本１０４から捕捉された画像を用いることも可能である。標本１０４の複数の画像は、異なるタイプの光を用いて標本から取得することができ、これらのそれぞれの標本画像から特定される区別される標本領域は、組み合せられて、多くの数の画像領域を（可能なら）有する最終的な標本画像を提供し、各画像領域が、異なる物質又はその他の特性を（可能なら）有する標本領域を代表することを理解されたい。例えば、可視光を用いて標本が画像化されたときには、区別できるコントラストを有するいくつかの数の画像領域が生成され、紫外線又は偏向光を用いて標本が画像化されたときには、いくつかのこれらの画像領域は結合され、他の画像領域は追加的な画像領域に分割されうる。全体的に異なる画像領域の組が現れることもありうる。これらの例において、異なる態様の光の下に現れる様々な画像領域に対応する、様々な標本領域からスペクトルが集められる場合、（同一ではないが）重なり合う標本領域から集められたスペクトルは、前述したように、数学的／統計学的に分析され（例えば、図４に関連する）、標本領域に存在する区別できる物質のスペクトルが良好に分離される。追加的に又は代替的に、異なる態様の入射光の下で異なる画像領域が現れる場合には、画像領域の境界は、画像領域の最終的な“組合せマップ”を生成するために重ね合わされ、スペクトルは、得られた画像領域から集めることができる。
【００２８】
前述したように、画像領域は、標本画像内において同一又は類似のコントラストを有する範囲として特定される（一般的に、この文書において画像領域を表すのに、グレースケールよりもむしろ、色が使用される）。“コントラスト”は、任意の１又は複数の色相（色）、彩度（混色）、明度（明るさ）、及び同様な視覚品質の差を包含するものとして理解されるべきである。従って、例えば、カメラ１１８が標本画像（図２Ａ）を取得した後に、プロセッサ１２８は、標本画像での隣接するピクセルのグループが、コントラストを規定する色相、彩度、明度、及び／又はその他の特質の１又はそれ以上においてどこに位置するかに応じて画像領域の組を自動的に規定する。これは、好ましくは、ピクセルのクラスタ分析を実行することで行われる（すなわち、前述したコントラストの特質でマッピングしたとき、近接するピクセルを特定することで行われる）。標本領域のピクセルは、色相、彩度、明度の特質（並びに、それらのＸ／Ｙピクセル位置の大きさ）でマッピングされ、マップの特定の領域にクラスタ化されたこれら隣接するピクセルは、同一の画像領域に属するとみなされる。複数の標本画像が集められる場合（例えば、可視光、偏向光、紫外線などの光の下で得られた同一の標本の画像）、様々な標本画像からのコントラスト値を付加的な特質として扱うことができる。変形例としては、クラスタ分析を実行するよりもむしろ、画像領域は、色相範囲Ｘ１−Ｘ２、彩度範囲Ｙ１−Ｙ２、及び明度範囲Ｚ１−Ｚ２にあるすべてのピクセルで画像領域を規定することにより、所定の区別できる範囲又は種々のコントラスト特質の値の“ビン”内に適合するすべてのピクセルとしてより簡単に規定することができる。この場合、隣接するビンが多数のピクセルを含むならば、これらは単一の画像領域を規定するために結合される。
【００２９】
いったん画像領域が標本画像の分析を介してプロセッサ１２８によって自動的に特定されると、特定された画像領域は、次に、本発明のユーザに（画像領域の輪郭を描くために挿入された色付き境界と共に標本画像を表示することにより）提示され、ユーザはそれらを受容し、排除し、又は改変する。例えば、ユーザが、標本画像の上にカーソルを動かして、１又は複数の画像領域を選択し（例えば、図２Ｂの左側付近にある画像領域２００ａ及び２００ｂを選択し）、以後単一の画像領域として扱われるように、それらを“結合”させることができるようにしてもよい。これは特に、標本の領域（及び、従って、対応する画像領域）がボイド／孔を有する場合に有用であり、ユーザはそのボイド／孔（これらは一般的に別々の画像領域として現れる）を選択し、これらを周囲の領域と結合させることができる。別の例としては、ユーザは、標本画像、及び”囲み（lasso）”又は”ボックス”選択された領域の上でカーソルを動かし、選択された領域と同一又は類似のコントラストを有する標本画像のすべての部分を、画像領域として選択することができる。
【００３０】
画像領域を特定する前に、標本画像からノイズ及び異常を除去するために、画像フィルタを適用することが有用であり、これにより、区別される画像領域（及び、同一又は類似のコントラストを有する画像領域）のより正確な特定を補助する。例えば、周囲とは著しく異なるコントラストを有する分離されたピクセル（又は小数のピクセルの組）は、ノイズであるとみなされ、また、それらのコントラストの値をそれらを取り囲む値にリセットし、又は、別の方法でそれらを取り囲む画像領域にグループ化する。画像領域を特定するために前述したクラスタ分析を実行する場合、“飛び地”であるピクセル（すなわち、類似のコントラスト値を有するピクセルのクラスタのいずれとも合致しないように見えるもの）は、標本画像の隣接するピクセルのコントラスト値と近似するコントラスト値に単に再割り当てすることができる。
【００３１】
既に留意したように、標本領域が、開口部内の隣接する第２の標本領域を含むことなしに、スペクトル捕捉のために開口できない場合、この第２の標本領域に開口し、その領域のスペクトルを捕捉し、それを第１及び第２の標本領域から取得された領域スペクトルから差し引いて、第１の標本領域の修正領域スペクトルを取得することは有用である。ある種のタイプの標本においては、たとえ開口部が単一の標本領域のみを読み取るように設定できるようであっても、修正領域スペクトルを取得することは有用である。例えば、図２Ａの画像が薄膜から取得され、画像領域が膜マトリクス内のオクルージョン（occlusion）を表している場合を考える（画像領域２００ｄによって表される）。そして、図２Ｂの右側付近の標本領域２００ｂについて考える。ここで、たとえ開口部２０２が画像領域２００ｂに対応する標本領域内に完全に適合するように設定できるとしても、標本領域はオクルージョンであるから、そこから集められるどのような領域スペクトルも、（オクルージョン２００ｂに重なって位置する）膜マトリクス２００ｄの寄与を含む。従って、膜マトリクス２００ｄからマトリクススペクトルを集めて、オクルージョン２００ｂについて集められた領域スペクトルからそれを差し引くことで、オクルージョン２００ｂ内の物質のみをより正確に表す修正領域スペクトルを取得できる。
【００３２】
また、マトリクススペクトルを領域スペクトルから差し引くとき、又は、より一般的に、任意の領域のスペクトルを別の領域のスペクトルから差し引くときには、差し引かれるスペクトルが、均一性を確認されたいくつかのスペクトルを平均化して得られたものであるならば有用である。例えば、図２Ｂを参照すると、既に留意したように、画像領域２００ｃをより正確に表現する修正領域スペクトルを取得するため、開口部２０４ｂから集められたマトリクススペクトルを、開口部２０４から集められた領域スペクトルから差し引くことができる。しかしながら、開口部２０４ｂから集められたマトリクススペクトルを単に差し引くよりもむしろ、いくつかのマトリクススペクトル（例えば、画像領域２００ｃのまわりの様々な領域のもの）を捕捉し、それらが比較的一貫した組成を有することを保証するために、それらの相違を確認することが有用である。これは、おそらく画像領域が画像から特定されるのに充分なコントラストを呈していなかったことにより、異なる組成を有する区別される近傍の画像領域を画像分析で特定し損なうか否かの効果的な確認になる。相違がゼロに近いならば、いくつかのマトリクススペクトルを平均化して、開口部２０４から集められた領域スペクトルから差し引く。この方法論は、より信頼性のある結果を生成するのに役立つ。
【００３３】
既に留意したように、いったん画像領域が特定されると、プロセッサ１２８は、画像領域に対応した各標本領域に（又はこれらの標本領域のいくつかだけに）開口部１１２を整列させ、開口部１１２のサイズを適切に調整し、それらの領域スペクトルを捕捉するように、開口ステージ１１４の下方にある標本ステージ１０２を割り当てる。この割り当ては、（例えば）標本画像における最も小さなＸ座標と、二次的には最も小さなＹ座標とによって、それぞれの画像領域をランク付けすることにより自動的に実行することができる。次に、標本ステージ１０２は、Ｘ／Ｙの値にわたってスキャンし、各標本領域から領域スペクトルを集める。適切な場合には、プロセッサ１２８は、差し引きのためにスペクトル（例えば、背景スペクトル、及び／又は隣接するマトリクス又は他の領域のスペクトル）、又は図４に関連して既述した抽出方法に使用するためのスペクトルを集めるサブルーチンを実行する。また、既に留意したように、顕微鏡１００は、個々の標本領域のそれぞれからスペクトルを集める必要はなく、（例えば）画像領域２００ｂに対応する標本領域のひとつだけから領域スペクトルを集め、同一のタイプ／分類のすべての標本領域に、同一の領域スペクトルが適用されると仮定する。顕微鏡１００は、標本領域間で自動的に割り当てて領域スペクトルを集める必要はなく、それに代えて、ユーザによって選択された標本領域だけから領域スペクトルを集めてもよい（ユーザが領域スペクトルを求める標本画像２００における画像領域上にカーソルを合わせて、“クリック”することによる）。
【００３４】
図４を参照して前述したように、本発明は、代替的に又は追加的に、標本上の隣接した（又は重なった）位置でのスペクトルを集め、次に、数学的／統計学的に、集められたスペクトルから純粋な物質のスペクトルを抽出することで標本を分析することができる。そうした抽出は、画像領域の位置に対するスペクトル収集位置を参照して処理が促進されるが、望むならば、スペクトル抽出は、画像情報を全く参照せずに実行することもできる。これは、例えば、標本画像が、区別された画像領域が現れる、充分なコントラストを表示しない場合に有用である。この場合、スペクトルは、標本を横切るグリッドの位置から集められ、純粋な物質のスペクトルが数学的／統計学的に抽出され、ピクセルにて検出された物質に従って、それぞれのピクセルが色分けされて人工的な標本画像（並びに、物質画像など）が構築される。この工程が実行されると、スペクトルの抽出を、粗いグリッド（例えば、スペクトルサンプリング領域が離れて間隔を隔てている）よりもむしろ、しばしば、密なサンプリンググリッドを用いて（好ましくは、オーバーサンプリング、すなわち、スペクトルは重なった領域から集められる）多くはより正確に実行することができる。
【００３５】
図３に示した出力のタイプ及び形式は、単なる例示的なものであり、出力は、様々に異なった内容及び外観を有することができる。しかしながら、図３は、簡単な形式において、出力の好ましい要素を図示している。標本画像は、シリアル番号などのユーザが標本のために割り当てた識別子と、標本画像のサイズ（すなわち、標本の画像領域のサイズ）と共に提供される。標本領域に存在する各物質についてのスペクトル的に決定された特定も提供され、標本画像に対する相対的な割合、その物質画像（すなわち、興味のある物質を含むものを除いて、標本のすべての領域を差し引くように処理された標本画像）、特定を決定するために使用されたスペクトルも共に提供される。（マトリクスのスペクトルは、一般的に、標本画像にわたる最大のピクセル計数を有する画像領域であり、及び／又は、標本画像に重ねられるグリッドとの最も多くの交差点を有する画像領域であり、図３には示されていないが、同様に含まれてもよい）。標本領域内で物質を特定するのに使用されるスペクトルは、平均化されたスペクトルであってよく、例えば、図３に示した“イブプロフェン”のスペクトルは、スペクトルの左側に示された物質画像に描かれた標本領域にわたって集められた複数のスペクトルの平均である。すべての画像領域の計数、及び、特定のタイプの画像領域（すなわち、“イブプロフェン”、“アスコルビン酸”など）の計数も、平均サイズ及び頻度と併せて提供される。その他のパラメータ及び測定は、共に又は代替的に表示され、例えば、画像領域のアスペクト比（すなわち、最も長い寸法のサイズの垂直な寸法のサイズに対する比）、標本領域の特定のタイプ／分類のサイズの変動、物質の化学式、及び、それらの一般的な名称などである。前述した情報は、テキストの形態にて、又は、例えばプロット及び／又は模式図で図形的な形態にて提供され、テキストはグラフィックスに重ねられる（例えば、物質の名称が、標本画像に直接、重ねられる）。
【００３６】
上述した本発明のバージョンは単なる例示であって、本発明をこれらのバージョンに制限する意図はないことを理解されたい。むしろ、本発明の権利範囲は、特許請求の範囲のみによって制限され、本発明は、これらのクレームの範囲内に文言上又は均等的に含まれる、すべての異なるバージョンを包含する。
【符号の説明】
【００３７】
１００    分光器顕微鏡
１０２    標本ステージ
１０４    光源
１０６，１０８  ダイクロイック反射鏡
１１０    フォーカシング光学系
１１２    開口部
１１４    開口ステージ
１１６    検出器
１１８    ビデオカメラ
１２０    接眼レンズ
１２２    マスク
１２４，１２６  マスク板
１２８    プロセッサ
１３０    表示装置
２００    標本画像
２００ａ，２００ｂ，２００ｃ  画像領域
２００ｄ  画像領域（マトリクス標本領域）
２０２，２０４，２０６，２０８  開口部
３００ａ，３００ｂ，３００ｃ  物質画像
３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ  スペクトル
４００    標本画像
４００ａ，４００ｂ，４００ｃ  画像領域
４００ｄ  画像領域（マトリクス領域）
４０２    開口部
【図１】
0005507247.tif 000002
【図２Ａ】
0005507247.tif 000003
【図２Ｂ】
0005507247.tif 000004
【図３】
0005507247.tif 000005
【図４】
0005507247.tif 000006
【図４Ａ】
0005507247.tif 000007
【図４Ｂ】
0005507247.tif 000008
【図４Ｃ】
0005507247.tif 000009
【図４Ｄ】
0005507247.tif 000010
【図４Ｅ】
0005507247.tif 000011