(57)【要約】      （修正有）【課題】大量の細胞を観察することができ、特定細胞（がん細胞）の識別に好適に用いられ得る細胞観察システムおよび細胞観察方法の提供。【解決手段】流路１０を流体２０とともに移動する細胞３０を観察するものであって、第１観察装置４０、第２観察装置５０および制御装置６０を備える。第１観察装置４０は、対物レンズ４１およびラインカメラ４２を備える。第２観察装置５０は、対物レンズ５１およびエリアカメラ５２を備える。制御装置６０は、第１観察装置４０から出力された第１撮像データを解析することにより細胞が特定条件を満たすか否かを判定し、特定条件を満たすと判定した細胞についての第２撮像データを出力するようエリアカメラ５２に対して指示し、第２観察装置５０から出力された第２撮像データを解析することにより該細胞が特定細胞であるか否かを判定する細胞観察システム１Ａ。【選択図】図１
2019041724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を流体とともに移動する細胞を観察する細胞観察システムであって、
ラインカメラおよび第１光学系を含み前記ラインカメラにより細胞を撮像して第１撮像データを取得して出力する第１観察装置と、
エリアカメラおよび第２光学系を含み前記エリアカメラにより細胞を撮像して第２撮像データを取得する第２観察装置と、
前記第１観察装置から出力された前記第１撮像データを解析することにより該細胞が特定条件を満たすか否かを判定し、前記特定条件を満たすと判定した細胞についての前記第２撮像データを出力するよう前記エリアカメラに対して指示し、前記第２観察装置から出力された前記第２撮像データを解析することにより該細胞が特定細胞であるか否かを判定する制御装置と、
を備える細胞観察システム。
【請求項２】
前記エリアカメラは、前記流路における細胞の移動方向に関して前記ラインカメラの撮像位置より下流の位置において撮像し、前記制御装置からの出力指示を受けて一定期間に亘って細胞を撮像して前記第２撮像データを出力する、
請求項１に記載の細胞観察システム。
【請求項３】
前記エリアカメラは、内蔵するリングバッファ方式のメモリに各時刻の前記第２撮像データを順次に記憶していき、前記制御装置からの出力指示を受けて前記メモリに記憶されている一定期間に亘る前記第２撮像データを出力する、
請求項１に記載の細胞観察システム。
【請求項４】
前記エリアカメラは、前記流路における細胞の移動方向に関して前記ラインカメラの撮像位置より上流または下流の位置において撮像する、
請求項３に記載の細胞観察システム。
【請求項５】
前記エリアカメラは、前記流路における細胞の移動方向に関して前記ラインカメラの撮像位置と同じ位置において撮像する、
請求項３に記載の細胞観察システム。
【請求項６】
前記第１光学系および前記第２光学系それぞれの少なくとも一部が共通である、
請求項５に記載の細胞観察システム。
【請求項７】
前記流路は、前記制御装置が前記特定細胞であると判定した細胞を選択的に流す分岐流路を有する、
請求項１〜６の何れか１項に記載の細胞観察システム。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記第１撮像データを解析することにより、がん細胞の疑いがあるか否かを判定し、
前記第２撮像データを解析することにより、がん細胞であるか否かを判定する、
請求項１〜７の何れか１項に記載の細胞観察システム。
【請求項９】
流路を流体とともに移動する細胞を観察する細胞観察方法であって、
ラインカメラおよび第１光学系を含み前記ラインカメラにより細胞を撮像して第１撮像データを取得して出力する第１観察装置から出力された前記第１撮像データを解析することにより該細胞が特定条件を満たすか否かを判定する第１判定ステップと、
前記特定条件を満たすと判定した細胞について、エリアカメラおよび第２光学系を含み前記エリアカメラにより細胞を撮像して第２撮像データを取得する第２観察装置に対して前記第２撮像データを出力するよう指示する指示ステップと、
前記第２観察装置から出力された前記第２撮像データを解析することにより該細胞が特定細胞であるか否かを判定する第２判定ステップと、
を含む細胞観察方法。
【請求項１０】
前記エリアカメラは、前記流路における細胞の移動方向に関して前記ラインカメラの撮像位置より下流の位置において撮像し、前記指示ステップにおける出力指示を受けて一定期間に亘って細胞を撮像して前記第２撮像データを出力する、
請求項９に記載の細胞観察方法。
【請求項１１】
前記エリアカメラは、内蔵するリングバッファ方式のメモリに各時刻の前記第２撮像データを順次に記憶していき、前記指示ステップにおける出力指示を受けて前記メモリに記憶されている一定期間に亘る前記第２撮像データを出力する、
請求項９に記載の細胞観察方法。
【請求項１２】
前記エリアカメラは、前記流路における細胞の移動方向に関して前記ラインカメラの撮像位置より上流または下流の位置において撮像する、
請求項１１に記載の細胞観察方法。
【請求項１３】
前記エリアカメラは、前記流路における細胞の移動方向に関して前記ラインカメラの撮像位置と同じ位置において撮像する、
請求項１１に記載の細胞観察方法。
【請求項１４】
前記第１光学系および前記第２光学系それぞれの少なくとも一部を共通に用いる、
請求項１３に記載の細胞観察方法。
【請求項１５】
前記流路は、前記第２判定ステップにおいて前記特定細胞であると判定した細胞を選択的に流す分岐流路を有する、
請求項９〜１４の何れか１項に記載の細胞観察方法。
【請求項１６】
前記第１判定ステップにおいて、前記第１撮像データを解析することにより、がん細胞の疑いがあるか否かを判定し、
前記第２判定ステップにおいて、前記第２撮像データを解析することにより、がん細胞であるか否かを判定する、
請求項９〜１５の何れか１項に記載の細胞観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞観察システムおよび細胞観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、流路を流体とともに移動する細胞によりドップラーシフトを受けた光をエリアカメラにより受光して該細胞を撮像し、当該撮像データを処理することで該細胞の３次元画像を作成する発明が開示されている。例えば、細胞核に存在する核小体の個数はがん細胞であるか否かの指標となり得るが、３次元的に配置されている複数の核小体を計数するには３次元画像の取得が必要である。したがって、細胞の３次元画像を取得することができる特許文献１に開示された発明では、単なる２次元画像を取得する場合と比較して、赤血球および白血球などの正常な細胞に対して血中循環腫瘍細胞（Circulating Tumor Cells、ＣＴＣ）を高精度に識別することができる。ＣＴＣは、原発腫瘍組織または転移腫瘍組織から遊離して血液中へ浸潤した細胞であり、固形癌患者の末梢血液中に約１００万個に１個の割合で微少量存在する。ＣＴＣと呼ばれる細胞には、他臓器への転移能を有している細胞が含まれると考えられている。
【０００３】
特許文献１に開示された発明では、高速撮像が可能なエリアカメラを用いることが要求される。市販されているエリアカメラは、内蔵されているメモリに撮像データを蓄積する型（以下「画像蓄積型」という。）と、撮像データを逐次的にエリアカメラ本体の外へ転送する型（以下「画像転送型」という。）と、に大別される。画像蓄積型のエリアカメラは、高速なデータ転送が可能なメモリを内蔵しており、そのメモリに撮像データを一旦蓄積する。そして、画像蓄積型のエリアカメラは、蓄積した撮像データのうち必要な撮像データを選択的に外部記憶装置（例えばコンピュータの記憶装置）へ出力することができる。これに対して、画像転送型のエリアカメラは、撮像データ逐次的に外部記憶装置へ出力する。
【０００４】
一般に、画像蓄積型のエリアカメラは、画像転送型のエリアカメラに比べて高速撮像に適している。その理由は、例えば、画像転送型のエリアカメラから外部記憶装置へのデータ転送の速度が０.５ＧＢ／ｓであるのに対して、画像蓄積型のエリアカメラの内部における内蔵メモリへのデータ蓄積の速度が２５ＧＢ／ｓであることにある。
【０００５】
この観点からは、特許文献１に開示された発明において、高速撮像が可能な画像蓄積型のエリアカメラを用いるのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０６５７９６号
【特許文献２】国際公開第２０１６／０１７５３３号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Daniel Malacara, et al, "InterferogramAnalysis For Optical Testing," Taylor & Francis Group, Second Edition,Chapter 6 (2005).
【非特許文献２】P. Hariharan, et al., "Digitalphase-shifting interferometry: a simple error-compensating phase calculationalgorithm," Appl. Opt. 26, 2504-2506 (1987).
【非特許文献３】Kenichi Hibino, et al., "Phase-shiftingalgorithms for nonlinear and spatially nonuniform phase shifts," J. Opt.Soc. Am. A 14, 918-930 (1997).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、画像蓄積型のエリアカメラは、撮像時間が内蔵メモリの容量に制約されるという問題点を有している。例えば、ＶｉｓｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のエリアカメラであるＰｈａｎｔｏｍ  ｖ２５１２は、１秒あたり２５ＧＢのデータ量の画像を撮像して内蔵メモリに蓄積することができる。これは、１フレームあたり１２８０ｘ８００画素の画像を毎秒２５０００フレームの速さで撮像できる能力に相当する。したがって、エリアカメラに搭載したメモリの容量が７２ＧＢである場合、約３秒間（＝72GB／(25GB/s)）の撮像データの蓄積ができる。この撮像可能な時間をｔｒとする。その後、エリアカメラの内蔵メモリに蓄積した撮像データを例えばコンピュータへ約１５０秒かけて転送する。この１５０秒の期間では撮像ができない。この撮像不能の期間がデッドタイム（ｔｄ）となる。
【０００９】
特許文献１に開示された発明において、流路における細胞の移動速度が２ｍｍ／秒であるとして、上記のような高速撮像が可能な画像蓄積型のエリアカメラを用いて２５０００フレーム／秒の撮像を行う場合、多くても毎秒１００個の細胞しか観察することができない。したがって、連続的に撮像が可能な３秒間に多くても３００個の細胞しか観察することができない。すなわち、撮像が不可能な約１５０秒間のデットタイム期間を考慮すると、１５３秒間に多くても３００個の細胞しか観察することができないことになる。特許文献１に開示された発明において、細胞観察の速度はエリアカメラの性能に律速されており、大量の細胞を観察することは困難である。
【００１０】
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、大量の細胞を観察することができ、特定細胞（がん細胞）の識別に好適に用いられ得る細胞観察システムおよび細胞観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の細胞観察システムは、流路を流体とともに移動する細胞を観察する細胞観察システムであって、 (1) ラインカメラおよび第１光学系を含みラインカメラにより細胞を撮像して第１撮像データを取得して出力する第１観察装置と、(2) エリアカメラおよび第２光学系を含みエリアカメラにより細胞を撮像して第２撮像データを取得する第２観察装置と、(3) 第１観察装置から出力された第１撮像データを解析することにより該細胞が特定条件を満たすか否かを判定し、特定条件を満たすと判定した細胞についての第２撮像データを出力するようエリアカメラに対して指示し、第２観察装置から出力された第２撮像データを解析することにより該細胞が特定細胞であるか否かを判定する制御装置と、を備える。
【００１２】
本発明の細胞観察システムの一側面では、エリアカメラは、流路における細胞の移動方向に関してラインカメラの撮像位置より下流の位置において撮像し、制御装置からの出力指示を受けて一定期間に亘って細胞を撮像して第２撮像データを出力するのが好適である。
【００１３】
本発明の細胞観察システムの一側面では、エリアカメラは、内蔵するリングバッファ方式のメモリに各時刻の第２撮像データを順次に記憶していき、制御装置からの出力指示を受けてメモリに記憶されている一定期間に亘る第２撮像データを出力するのも好適である。
この場合、エリアカメラは、流路における細胞の移動方向に関してラインカメラの撮像位置より上流または下流の位置において撮像してもよいし、流路における細胞の移動方向に関してラインカメラの撮像位置と同じ位置において撮像してもよい。後者の場合、第１光学系および第２光学系それぞれの少なくとも一部が共通であってもよい。
【００１４】
本発明の細胞観察システムの一側面では、流路は、制御装置が特定細胞であると判定した細胞を選択的に流す分岐流路を有するのが好適である。
【００１５】
本発明の細胞観察システムの一側面では、制御装置は、第１撮像データを解析することにより、がん細胞の疑いがあるか否かを判定し、第２撮像データを解析することにより、がん細胞であるか否かを判定するのが好適である。
【００１６】
本発明の細胞観察方法は、流路を流体とともに移動する細胞を観察する細胞観察方法であって、(1) ラインカメラおよび第１光学系を含みラインカメラにより細胞を撮像して第１撮像データを取得して出力する第１観察装置から出力された第１撮像データを解析することにより該細胞が特定条件を満たすか否かを判定する第１判定ステップと、(2) 特定条件を満たすと判定した細胞について、エリアカメラおよび第２光学系を含みエリアカメラにより細胞を撮像して第２撮像データを取得する第２観察装置に対して第２撮像データを出力するよう指示する指示ステップと、(3) 第２観察装置から出力された第２撮像データを解析することにより該細胞が特定細胞であるか否かを判定する第２判定ステップと、を含む。
【００１７】
本発明の細胞観察方法の一側面では、エリアカメラは、流路における細胞の移動方向に関してラインカメラの撮像位置より下流の位置において撮像し、指示ステップにおける出力指示を受けて一定期間に亘って細胞を撮像して第２撮像データを出力するのが好適である。
【００１８】
本発明の細胞観察方法の一側面では、エリアカメラは、内蔵するリングバッファ方式のメモリに各時刻の第２撮像データを順次に記憶していき、指示ステップにおける出力指示を受けてメモリに記憶されている一定期間に亘る第２撮像データを出力するのも好適である。この場合、エリアカメラは、流路における細胞の移動方向に関してラインカメラの撮像位置より上流または下流の位置において撮像してもよいし、エリアカメラは、流路における細胞の移動方向に関してラインカメラの撮像位置と同じ位置において撮像してもよい。後者の場合、第１光学系および第２光学系それぞれの少なくとも一部を共通に用いてもよい。
【００１９】
本発明の細胞観察方法の一側面では、流路は、第２判定ステップにおいて特定細胞であると判定した細胞を選択的に流す分岐流路を有するのが好適である。
【００２０】
本発明の細胞観察方法の一側面では、第１判定ステップにおいて、第１撮像データを解析することにより、がん細胞の疑いがあるか否かを判定し、第２判定ステップにおいて、第２撮像データを解析することにより、がん細胞であるか否かを判定するのが好適である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、大量の細胞を観察することででき、特定細胞（がん細胞）を効率的に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、第１実施形態の細胞観察システム１Ａの構成を示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態の細胞観察システム１Ａの動作例を示すタイミングチャートである。
【図３】図３は、第２実施形態の細胞観察システム１Ｂの構成を示す図である。
【図４】図４は、第３実施形態の細胞観察システム１Ｃの構成を示す図である。
【図５】図５は、第４実施形態の細胞観察システム１Ｄの構成を示す図である。
【図６】図６は、第４実施形態の細胞観察システム１Ｄの動作例を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、第５実施形態の細胞観察システム１Ｅの構成を示す図である。
【図８】図８は、第６実施形態の細胞観察システム１Ｆの構成を示す図である。
【図９】図９は、第７実施形態の細胞観察システム１Ｇの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、第１観察装置４０の第１構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、流路１０を説明する図である。図１１（ａ）は、対物レンズ１２５の光軸の方向に見た図である。図１１（ｂ）は、対物レンズ１２５の光軸に垂直な方向に見た図である。
【図１２】図１２は、補正前の位相画像（元位相画像φ(ｘ,ｔ)）を示す図である。
【図１３】図１３は、オフセット減算後の位相画像を示す図である。
【図１４】図１４は、固定パターン減算後の位相画像を示す図である。
【図１５】図１５は、位相アンラップ後の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を示す図である。
【図１６】図１６は、第１観察装置４０の第２構成例を示す図である。
【図１７】図１７は、第１観察装置４０の第３構成例を示す図である。
【図１８】図１８は、第１観察装置４０の第４構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の細胞観察システム１Ａの構成を示す図である。細胞観察システム１Ａは、流路１０を流体２０とともに移動する細胞３０を観察するものである。細胞観察システム１Ａは、第１観察装置４０、第２観察装置５０および制御装置６０を備える。
【００２５】
例えば、流路１０はフローセルであり、流体２０は培養液であり、細胞３０は赤血球，白血球およびＣＴＣ等である。細胞３０は培養液に懸濁された状態で準備される。その懸濁液濃度は例えば１０６個／ｍＬとされる。その細胞懸濁液は流路１０に導かれる。シースフロー技術により、流路１０中を細胞３０が一列に整列して移動するようにする。このようにすることで、フォーカスの合った像を得ることができる。
【００２６】
第１観察装置４０は、対物レンズ４１（第１光学系）およびラインカメラ４２を備える。対物レンズ４１は、細胞３０の像をラインカメラ４２の受光面上に形成する。ラインカメラ４２は、対物レンズ４１と光学的に接続されており、１次元状に複数の画素が配列された受光面を有する。ラインカメラ４２の受光面における複数の画素の配列方向は、その受光面における細胞の像の移動方向と交差する。ラインカメラ４２は、細胞３０を撮像して第１撮像データを取得して逐次的に出力する。
【００２７】
ラインカメラ４２から出力される各時刻の第１撮像データは１次元画像を表すものであるが、細胞３０が移動していることから、各時刻の第１撮像データを時刻順に並べることで２次元画像とすることができる。ラインカメラ４２の撮像速度（ｌｉｎｅ／ｓ）をｆ１とし、細胞の直径をＤとし、細胞１個あたりのスキャン回数をＮとする。これらの間には、ｆ１＝Ｎ（Ｖ／Ｄ）なる関係がある。
【００２８】
第２観察装置５０は、対物レンズ５１（第２光学系）およびエリアカメラ５２を備える。対物レンズ５１は、細胞３０の像をエリアカメラ５２の受光面上に形成する。エリアカメラ５２は、対物レンズ５１と光学的に接続されており、２次元状に複数の画素が配列された受光面を有する。エリアカメラ５２は、高速撮像が可能な画像蓄積型のものであって、高速なデータ転送が可能なメモリを内蔵している。エリアカメラ５２は、細胞３０を撮像して第２撮像データを取得し、その第２撮像データをメモリに蓄積することができる。
【００２９】
制御装置６０は、コンピュータ６１およびコンピュータ６２を備える。コンピュータ６１は、ラインカメラ４２およびエリアカメラ５２と電気的に接続されている。コンピュータ６２は、エリアカメラ５２と電気的に接続されている。コンピュータ６１およびコンピュータ６２は、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶媒体であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）、キーボードまたはマウス等の入力部、及び入出力モジュールを含んで構成された汎用のコンピュータであってもよい。また、コンピュータ６１およびコンピュータ６２は、例えばマイコンまたはＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等を用いて専用機として構成されてもよい。
【００３０】
コンピュータ６１は、第１観察装置４０のラインカメラ４２から出力された第１撮像データを入力し、この第１撮像データを解析することにより、細胞の位置を検出するとともに該細胞が特定条件を満たすか否かを判定する（第１判定ステップ）。コンピュータ６１は、特定条件を満たすと判定した細胞３０について第２撮像データを出力するよう第２観察装置５０のエリアカメラ５２に対して指示するトリガ信号Ｔｒｇを出力する（指示ステップ）。このトリガ信号Ｔｒｇは、エリアカメラ５２に入力される。そして、コンピュータ６２は、トリガ信号Ｔｒｇによる出力指示を受けた第２観察装置５０のエリアカメラ５２から出力された第２撮像データを入力し、この第２撮像データを解析することにより、細胞３０が特定細胞（がん細胞）であるか否かを判定する（第２判定ステップ）。
【００３１】
なお、第１判定ステップにおいて特定条件を満たすと判定される細胞の出現頻度ｆｔ（個／ｓ）は、１／ｔｄ 以下であるのが好ましい。
【００３２】
第１判定ステップにおける細胞が特定条件を満たすか否かの判定は、第２判定ステップにおける細胞が特定細胞であるか否かの判定と同様の目的をもって行われる。しかし、第１判定ステップにおける判定はラインカメラ４２の第１撮像データの解析に基づくものであるのに対して、第２判定ステップにおける判定は、エリアカメラ５２の第２撮像データの解析に基づくものであることから、高精度なものとなる。すなわち、第２判定ステップにおける判定においては、第１判定ステップにおける判定において特定細胞（がん細胞）の疑いがあると判定された細胞について、高精度に特定細胞であるか否かを判定する。
【００３３】
第１観察装置４０の具体的な構成および第１撮像データの解析処理の内容については後に詳述する。第２観察装置５０の具体的な構成および第２撮像データの解析処理の内容については、特許文献１に開示された発明を採用することができる。第１判定ステップおよび第２判定ステップそれぞれにおける判定処理の内容については、特許文献２に開示された発明を採用することができる。
【００３４】
この実施形態では、エリアカメラ５２は、流路１０における細胞３０の移動方向（図において右方向）に関して、ラインカメラ４２の撮像位置Ｐ１より下流の位置Ｐ２において撮像する。エリアカメラ５２は、制御装置６０のコンピュータ６１からの出力指示（トリガ信号Ｔｒｇ）を受けて撮像を開始し、一定期間に亘って細胞を撮像して得た第２撮像データを内蔵メモリに蓄積する。そして、エリアカメラ５２は、その一定期間に亘る撮像が終了した後に、内蔵メモリに蓄積していた第２撮像データをコンピュータ６２へ出力する。エリアカメラ５２は、コンピュータ６２への第２撮像データの送出の後に、内蔵メモリに蓄積していた該第２撮像データを消去する。
【００３５】
図２は、第１実施形態の細胞観察システム１Ａの動作例を示すタイミングチャートである。この動作例では、流路における細胞の移動速度Ｖを２ｍｍ／ｓとし、細胞のサイズを１０μｍとする。ラインカメラ４２から出力される第１撮像データに基づいて細胞の２次元画像を作成するには、少なくとも５ｍｓ間の第１撮像データが必要である。コンピュータ６１における第１判定ステップの処理に要する時間を１ｍｓとし、遅延時間τ後に指示ステップを行うこととする。この指示ステップでは、コンピュータ６１におけるトリガ信号Ｔｒｇの送信処理に要する時間を１ｍｓとし、エリアカメラ５２におけるトリガ信号Ｔｒｇの受信処理に要する時間を１ｍｓとする。その後、トリガ信号を受けたエリアカメラ５２が撮像を開始する。エリアカメラ５２における撮像に要する時間を、細胞の前後に余裕を確保して１５ｍｓとする。そして、撮像が終了した後にエリアカメラ５２からコンピュータ６２への第２撮像データが送出される。撮像データ送出に要する時間は、撮影に要した時間の５０倍であるから、第２撮像データ送出に要する時間は７５０ｍｓ（＝１５ｍｓ×５０）とする。
【００３６】
この動作例では、或る細胞についてラインカメラ４２による撮像の開始時刻から該細胞についてエリアカメラ５２による撮像の開始時刻までの時間Ｔは、８ｍｓ＋τである、この時間Ｔと、流路１０に沿った位置Ｐ１から位置Ｐ２まで距離Ｌと、細胞の移動速度Ｖとの間に、Ｌ＝Ｖ・Ｔなる関係がある。遅延時間τは、距離Ｌおよび移動速度Ｖに応じて設定される。
【００３７】
この実施形態では、流路１０を流れる全ての細胞３０は、第１観察装置４０のラインカメラ４２により撮像される。そして、流路１０を流れる全ての細胞３０は、このラインカメラ４２から逐次的に出力される第１撮像データに基づいて、コンピュータ６１により、特定条件を満たすか否か、すなわち、特定細胞（がん細胞）の疑いがあるか否かが判定される（第１判定ステップ）。コンピュータ６１により特定細胞の疑いがあると判定された細胞３０は、第２観察装置５０のエリアカメラ５２により選択的に撮像される。そして、この細胞３０は、このエリアカメラ５２から出力される第２撮像データに基づいて、コンピュータ６２により、特定細胞（がん細胞）であるか否かが、より厳格に判定される（第２判定ステップ）。
【００３８】
このように、全ての細胞について、外部へのデータ転送量が少なく転送に時間を要しないラインカメラ４２の第１撮像データに基づいて特定細胞の疑いがあるか否かが判定される。その一方で、特定細胞の疑いがある細胞についてのみ、外部へのデータ転送量が多く転送に時間を要するエリアカメラ５２の第２撮像データに基づいて特定細胞であるか否かが判定される。したがって、この実施形態では、大量の細胞を観察することででき、特定細胞（がん細胞）を効率的に識別することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の細胞観察システム１Ｂの構成を示す図である。第１実施形態と比較すると、この第２実施形態は、制御装置６０の構成の点で相違する。第２実施形態における制御装置６０は、コンピュータ６１およびコンピュータ６２を備える。コンピュータ６１は、ラインカメラ４２と電気的に接続されている。コンピュータ６２は、エリアカメラ５２と電気的に接続されている。コンピュータ６１とコンピュータ６２とは互いに電気的に接続されている。
【００４０】
コンピュータ６１は、第１観察装置４０のラインカメラ４２から出力された第１撮像データを入力し、この第１撮像データを解析することにより、細胞の位置を検出するとともに該細胞が特定条件を満たすか否かを判定する（第１判定ステップ）。コンピュータ６１は、特定条件を満たすと判定した細胞３０について第２撮像データを出力するよう第２観察装置５０のエリアカメラ５２に対して指示するトリガ信号Ｔｒｇを出力する（指示ステップ）。このトリガ信号Ｔｒｇは、コンピュータ６２に入力され、さらにコンピュータ６２からエリアカメラ５２に入力される。そして、コンピュータ６２は、トリガ信号Ｔｒｇによる出力指示を受けた第２観察装置５０のエリアカメラ５２から出力された第２撮像データを入力し、この第２撮像データを解析することにより、細胞３０が特定細胞（がん細胞）であるか否かを判定する（第２判定ステップ）。
【００４１】
この第２実施形態では、第１実施形態とはトリガ信号Ｔｒｇの経路が相違するものの、第１実施形態と同様に動作して同様の効果を奏する。
【００４２】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の細胞観察システム１Ｃの構成を示す図である。第１実施形態および第２実施形態と比較すると、この第３実施形態は、制御装置６０の構成の点で相違する。第３実施形態における制御装置６０は、ラインカメラ４２およびエリアカメラ５２の双方と電気的に接続された１つのコンピュータを備える。
【００４３】
制御装置６０は、第１観察装置４０のラインカメラ４２から出力された第１撮像データを入力し、この第１撮像データを解析することにより、細胞の位置を検出するとともに該細胞が特定条件を満たすか否かを判定する（第１判定ステップ）。制御装置６０は、特定条件を満たすと判定した細胞３０について第２撮像データを出力するよう第２観察装置５０のエリアカメラ５２に対して指示するトリガ信号Ｔｒｇを出力する（指示ステップ）。このトリガ信号Ｔｒｇは、エリアカメラ５２に入力される。そして、制御装置６０は、トリガ信号Ｔｒｇによる出力指示を受けた第２観察装置５０のエリアカメラ５２から出力された第２撮像データを入力し、この第２撮像データを解析することにより、細胞３０が特定細胞（がん細胞）であるか否かを判定する（第２判定ステップ）。
【００４４】
この第３実施形態でも、第１実施形態および第２の実施形態と同様に動作して同様の効果を奏する。
【００４５】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態の細胞観察システム１Ｄの構成を示す図である。第１実施形態と比較すると、この第４実施形態は、エリアカメラ５２の構成および動作の点で相違し、流路１０に沿った位置Ｐ１から位置Ｐ２まで距離Ｌの点で相違する。
【００４６】
第１実施形態におけるエリアカメラ５２は、トリガ信号Ｔｒｇを受けて撮像を開始し、一定期間に亘って細胞を撮像して得た第２撮像データを内蔵メモリに蓄積し、その一定期間に亘る撮像が終了した後に第２撮像データをコンピュータ６２へ出力するものであった。これに対して、第４実施形態におけるエリアカメラ５２は、内蔵するリングバッファ方式のメモリに各時刻の第２撮像データを順次に記憶していき、トリガ信号Ｔｒｇを受けて内蔵メモリに記憶されている一定期間に亘る第２撮像データを出力する。
【００４７】
リングバッファ方式のメモリは、或るアドレスから順にデータを蓄積していき、最終アドレスに到達すると先頭アドレスに戻って順にデータを蓄積していく。リングバッファ方式のメモリは、既にデータが蓄積されているアドレスでは、その既に蓄積されているデータに替えて新たなデータを蓄積する。したがって、リングバッファ方式の内蔵メモリは、容量に応じた時間（撮像可能時間ｔｒ）に亘る各時刻の第２撮像データを蓄積することができる。
【００４８】
第４実施形態では、エリアカメラ５２は、コンピュータ６１からトリガ信号Ｔｒｇを受けると、内蔵メモリへの新たな第２撮像データの蓄積を中断して、その時点で内蔵メモリに記憶されている第２撮像データのうち過去の一定期間に亘る第２撮像データをコンピュータ６２へ出力する。
【００４９】
図６は、第４実施形態の細胞観察システム１Ｄの動作例を示すタイミングチャートである。この動作例でも、流路における細胞の移動速度Ｖを２ｍｍ／ｓとし、細胞のサイズを１０μｍとする。ラインカメラ４２から出力される第１撮像データに基づいて細胞の２次元画像を作成するには、少なくとも５ｍｓ間の第１撮像データが必要である。コンピュータ６１における第１判定ステップの処理に要する時間を１ｍｓとし、遅延時間τ後に指示ステップを行うこととする。この指示ステップでは、コンピュータ６１におけるトリガ信号Ｔｒｇの送信処理に要する時間を１ｍｓとし、エリアカメラ５２におけるトリガ信号Ｔｒｇの受信処理に要する時間を１ｍｓとする。その後、トリガ信号を受けたエリアカメラ５２からコンピュータ６２へ、過去の一定期間に亘る第２撮像データが送出される。その第２撮像データ送出に要する時間を７５０ｍｓ（＝１５ｍｓ×５０）とする。
【００５０】
第４実施形態では、エリアカメラ５２の内蔵メモリは、トリガ信号Ｔｒｇを受けて第２撮像データの出力を開始する時点で、対象細胞の第２撮像データを既に蓄積していて且つ消去前であることが必要である。したがって、或る細胞についてラインカメラ４２による撮像の開始時刻からエリアカメラ５２からの第２撮像データ出力の開始時刻までの時間Ｔ（上記動作例では、８ｍｓ＋τ）と、撮像可能時間ｔｒとの間に、Ｔ＜ｔｒなる関係がある。さらに、流路１０に沿った位置Ｐ１から位置Ｐ２まで距離Ｌと、細胞の移動速度Ｖと、撮像可能時間ｔｒとの間に、Ｌ＜Ｖ・ｔｒ なる関係がある。
【００５１】
この実施形態では、流路１０を流れる全ての細胞３０は、第１観察装置４０のラインカメラ４２により撮像される。そして、流路１０を流れる全ての細胞３０は、このラインカメラ４２から逐次的に出力される第１撮像データに基づいて、コンピュータ６１により、特定条件を満たすか否か、すなわち、特定細胞（がん細胞）の疑いがあるか否かが判定される（第１判定ステップ）。コンピュータ６１により特定細胞の疑いがあると判定された細胞３０の第２撮像データは、エリアカメラ５２のリングバッファ方式の内蔵メモリに既に記憶されており、エリアカメラ５２から選択的に出力される。このとき、コンピュータ６１により特定細胞の疑いがあると判定された細胞３０が２以上ある場合には、これら２以上の細胞３０の第２撮像データがエリアカメラ５２から連続して出力されてもよい。そして、この細胞３０は、このエリアカメラ５２から出力される第２撮像データに基づいて、コンピュータ６２により、特定細胞（がん細胞）であるか否かが、より厳格に判定される（第２判定ステップ）。
【００５２】
このように、全ての細胞について、外部へのデータ転送量が少なく転送に時間を要しないラインカメラ４２の第１撮像データに基づいて特定細胞の疑いがあるか否かが判定される。その一方で、特定細胞の疑いがある細胞についてのみ、外部へのデータ転送量が多く転送に時間を要するエリアカメラ５２の第２撮像データに基づいて特定細胞であるか否かが判定される。したがって、この第４実施形態でも、大量の細胞を観察することででき、特定細胞（がん細胞）を効率的に識別することができる。
【００５３】
この第４実施形態における制御装置６０は、第１実施形態と同様の構成であってもよいが、この構成に替えて第２実施形態または第３実施形態と同様の構成であってもよい。
【００５４】
（第５実施形態）
図７は、第５実施形態の細胞観察システム１Ｅの構成を示す図である。第４実施形態と比較すると、この第５実施形態は、ラインカメラ４２およびエリアカメラ５２それぞれによる撮像の位置の点で相違する。
【００５５】
第４実施形態では、流路１０における細胞３０の移動方向に関して、エリアカメラ５２による撮像の位置Ｐ２は、ラインカメラ４２による撮像の位置Ｐ１の下流にあった。これに対して、第５実施形態では、流路１０における細胞３０の移動方向に関して、エリアカメラ５２による撮像の位置Ｐ２は、ラインカメラ４２による撮像の位置Ｐ１の上流にある。
【００５６】
この第５実施形態でも、第４実施形態と同様に、大量の細胞を観察することででき、特定細胞（がん細胞）を効率的に識別することができる。
【００５７】
この第５実施形態における制御装置６０も、第１実施形態と同様の構成であってもよいが、この構成に替えて第２実施形態または第３実施形態と同様の構成であってもよい。
【００５８】
（第６実施形態）
図８は、第６実施形態の細胞観察システム１Ｆの構成を示す図である。第４実施形態および第５実施形態と比較すると、この第６実施形態は、ラインカメラ４２およびエリアカメラ５２それぞれによる撮像の位置の点で相違する。
【００５９】
第４実施形態および第５実施形態では、エリアカメラ５２による撮像の位置Ｐ２は、ラインカメラ４２による撮像の位置Ｐ１と異なっていた。これに対して、第６実施形態では、流路１０における細胞３０の移動方向に関して、エリアカメラ５２による撮像の位置Ｐ２は、ラインカメラ４２による撮像の位置Ｐ１と同じである。
【００６０】
この第６実施形態では、第１観察装置４０および第２観察装置５０それぞれの光学系（第１光学系および第２光学系）の少なくとも一部が共通であってもよい。例えば、対物レンズ４１および対物レンズ５１として共通のものを用いることができる。この場合、対物レンズから出力された光はビームスプリッタ４３により２分岐され、一方の分岐光はラインカメラ４２により受光され、他方の分岐光はエリアカメラ５２により受光される。その他、第１観察装置４０および第２観察装置５０で共通に用いられる得る光学部品として、光源、ミラー、レンズおよび変調器などが挙げられる。
【００６１】
この第６実施形態でも、第４実施形態と同様に、大量の細胞を観察することででき、特定細胞（がん細胞）を効率的に識別することができる。
【００６２】
この第６実施形態における制御装置６０も、第１実施形態と同様の構成であってもよいが、この構成に替えて第２実施形態または第３実施形態と同様の構成であってもよい。
【００６３】
（第７実施形態）
図９は、第７実施形態の細胞観察システム１Ｇの構成を示す図である。第１実施形態と比較すると、この第７実施形態は、流路１０が分岐流路１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに分岐される点で相違し、制御装置６０が判定結果に応じて細胞を分岐流路１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの何れかに振り分ける点で相違する。
【００６４】
コンピュータ６１は、第１観察装置４０のラインカメラ４２から出力された第１撮像データを入力し、この第１撮像データを解析することにより、細胞の位置を検出するとともに該細胞が特定条件を満たすか否かを判定する（第１判定ステップ）。コンピュータ６１は、特定条件を満たすと判定した細胞３０について第２撮像データを出力するよう第２観察装置５０のエリアカメラ５２に対して指示するトリガ信号Ｔｒｇを出力する（指示ステップ）。このトリガ信号Ｔｒｇは、エリアカメラ５２に入力される。また、コンピュータ６１は、第１判定ステップにおける判定結果に応じて異なる流路に細胞３０を流す。すなわち、コンピュータ６１は、特定条件を満たさないと判定した細胞３０Ａを分岐流路１０Ａに流し、特定条件を満たすと判定した細胞３０を、そのまま流路１０に流す。
【００６５】
コンピュータ６２は、トリガ信号Ｔｒｇによる出力指示を受けた第２観察装置５０のエリアカメラ５２から出力された第２撮像データを入力し、この第２撮像データを解析することにより、細胞３０が特定細胞（がん細胞）であるか否かを判定する（第２判定ステップ）。また、コンピュータ６２は、第２判定ステップにおける判定結果に応じて異なる流路に細胞３０を流す。すなわち、コンピュータ６２は、特定細胞でないと判定した細胞３０Ｂを分岐流路１０Ｂに流し、特定細胞であると判定した細胞３０Ｃを分岐流路１０Ｃに流す。
【００６６】
分岐流路１０Ａに流れる細胞３０Ａは、第１判定ステップにおいて特定細胞でないと判定された細胞である。分岐流路１０Ｂに流れる細胞３０Ｂは、第１判定ステップにおいて特定細胞である疑いがあると判定されたものの、第２判定ステップにおいて特定細胞でないと判定された細胞である。分岐流路１０Ｃに流れる細胞３０Ｃは、第２判定ステップにおいて特定細胞であると判定された細胞である。
【００６７】
この第７実施形態では、第１実施形態と同様に、大量の細胞を観察することででき、特定細胞（がん細胞）を効率的に識別することができる。また、第７実施形態では、特定細胞（がん細胞）と非特定細胞（正常細胞）とを分取することができる。
【００６８】
なお、第２〜第６の実施形態においても、特定細胞であると判定した細胞を選択的に流す分岐流路が設けられてもよい。
【００６９】
（第１観察装置４０の第１構成例）
以下では、第１観察装置４０の構成例および撮像データの解析処理の内容について詳述する。
【００７０】
図１０は、第１観察装置４０の第１構成例を示す図である。第１構成例の観察装置４０Ａは、流路１０を流体２０とともに流れる細胞３０の干渉画像に基づいて位相画像を作成する。例えば、流路１０はフローセルであり、流体２０は血液であり、細胞３０は赤血球，白血球およびＣＴＣ等である。
【００７１】
観察装置４０Ａは、光源１０１、光ファイバ１０２、分岐部１１１、合波部１１２、光ファイバ１２１、コリメータ１２２、シリンドリカルレンズ１２３、対物レンズ１２５、光ファイバ１３１、コリメータ１３２、シリンドリカルレンズ１３３、ミラー１３４、対物レンズ１３５、変調部１４０、レンズ１５１および撮像部１５２を備える。なお、対物レンズ１２５は、図１等における対物レンズ４１に相当する。撮像部１５２は、図１等におけるラインカメラ４２に相当する。この図中における解析部１６１および表示部１６２は、図１等におけるコンピュータ６１に相当する。
【００７２】
光源１０１は、光を出力する。光源１０１は、時間的にも空間的にもコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、時間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、空間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよい。また、光源１０１は、時間的にも空間的にもインコヒーレントな光を出力するものであってもよい。光源１０１は、例えばレーザ光源であって、具体的には光出力パワー７ｍＷのＨｅＮｅレーザ光源等が用いられる。
【００７３】
光ファイバ１０２は、光源１０１と分岐部１１１とを光学的に結合（coupling）するものであって、光源１０１から出力される光を分岐部１１１まで導光する。分岐部１１１は、光ファイバ１０２から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光として出力する。分岐部１１１は、例えば、ハーフミラーであってもよいし、ファイバカプラであってもよい。分岐部１１１から合波部１１２までの干渉光学系は、マッハツェンダ（Mach-Zehnder）干渉計を構成している。
【００７４】
分岐部１１１から合波部１１２までの第１分岐光の光路上に、光ファイバ１２１、コリメータ１２２、シリンドリカルレンズ１２３および対物レンズ１２５が設けられている。また、この第１光路と交差するように流路１０が配置されている。
【００７５】
光ファイバ１２１は、分岐部１１１とコリメータ１２２とを光学的に結合するものであって、分岐部１１１から出力される第１分岐光をコリメータ１２２まで導光する。コリメータ１２２は、光ファイバ１２１から出力される第１分岐光を入力して、この第１分岐光をコリメートして所定ビーム径の平行光として出力する。
【００７６】
シリンドリカルレンズ１２３は、流路１０中の細胞３０の移動方向よりも、当該移動方向と交差する方向に長い集光領域に第１分岐光を集光照射する集光光学素子である。シリンドリカルレンズ１２３は、コリメータ１２２から出力される第１分岐光を入力して、この第１分岐光を細胞３０の移動方向に対して集光する。この集光領域は、流路１０中の細胞３０の移動方向と交差するライン状の領域である。対物レンズ１２５は、流路１０中を移動する流体２０や細胞３０を透過した第１分岐光を入力して、この第１分岐光を合波部１１２へ出力する。
【００７７】
分岐部１１１から合波部１１２までの第２分岐光の光路上に、光ファイバ１３１、コリメータ１３２、シリンドリカルレンズ１３３、ミラー１３４および対物レンズ１３５が設けられている。また、この第２分岐光の光路上に音響光学素子１４１，１４２も設けられている。
【００７８】
光ファイバ１３１は、分岐部１１１とコリメータ１３２とを光学的に結合するものであって、分岐部１１１から出力される第２分岐光をコリメータ１３２まで導光する。コリメータ１３２は、光ファイバ１３１から出力される第２分岐光を入力して、この第２分岐光をコリメートして所定ビーム径の平行光として出力する。
【００７９】
シリンドリカルレンズ１３３は、一方向に長い集光領域に第２分岐光を集光照射する集光光学素子である。シリンドリカルレンズ１３３は、コリメータ１３２から出力され音響光学素子１４１，１４２を経て到達する第２分岐光を入力して、この第２分岐光をミラー１３４の反射面上に集光する。この集光領域は、一方向に長いライン状の領域である。対物レンズ１３５は、シリンドリカルレンズ１３３から出力されミラー１３４で反射された第２分岐光を入力して、この第２分岐光を合波部１１２へ出力する。
【００８０】
合波部１１２は、対物レンズ１２５から出力される第１分岐光を入力するとともに、対物レンズ１３５から出力される第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光をレンズ１５１へ出力する。合波部１１２は例えばハーフミラーである。
【００８１】
第２分岐光の光路上に設けられるコリメータ１３２、シリンドリカルレンズ１３３および対物レンズ１３５は、それぞれ、第１分岐光の光路上に設けられるコリメータ１２２、シリンドリカルレンズ１２３および対物レンズ１２５と同様のものであるのが好適である。このようにすることで、光源１０１が時間的にインコヒーレントである場合であっても、合波部１１２により合波される第１分岐光と第２分岐光との干渉性を高めることができる。
【００８２】
一方向に長いライン状の領域に光を集光する集光光学素子として、シリンドリカルレンズの他に、フレネルバイプリズム、フレネルゾーンプレート、アキシコンレンズ、ホログラフィック光学素子、空間光変調器などが用いられてもよい。
【００８３】
変調部１４０は、音響光学素子１４１，１４２を含み、合波部１１２による合波の際の第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる。前段の音響光学素子１４１は、周波数Ω０の正弦波の電気信号を入力して回折格子を形成し、コリメータ１３２から出力される第２分岐光を入力して、この第２分岐光を回折格子により回折させて＋１次回折光を出力する。後段の音響光学素子１４２は、周波数(Ω０＋Ω)の正弦波の電気信号を入力して回折格子を形成し、音響光学素子１４１から出力される第２分岐光の＋１次回折光を入力して、この第２分岐光を回折格子により回折させて−１次回折光を出力する。
【００８４】
音響光学素子１４２から出力される第２分岐光の−１次回折光は、第１分岐光の光周波数に対して周波数Ωだけシフトした光周波数を有する。例えば、Ω０は２００ＭＨｚであり、Ωは２０ｋＨｚである。
【００８５】
音響光学素子１４１が−１次回折光を出力して、音響光学素子１４２が＋１次回折光を出力することとしても、同様に、音響光学素子１４２から出力される第２分岐光の＋１次回折光は、第１分岐光の光周波数に対して周波数Ωだけシフトした光周波数を有することができる。
【００８６】
このように、音響光学素子１４１，１４２を含む変調部１４０は、合波部１１２による合波の際に、第１分岐光と第２分岐光との間の光周波数をΩだけ互いに異ならせることで、第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を周波数Ωで時間的に変化させることができる。
【００８７】
なお、音響光学素子１４１，１４２は、第１分岐光の光路上に設けられてもよいし、一方が第１分岐光の光路上に設けられ他方が第２分岐光の光路上に設けられてもよい。合波部１１２による合波の際の第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を時間的に変化させる変調部は、音響光学素子を含む構成に限定されない。
【００８８】
レンズ１５１は、合波部１１２から出力される合波光を入力して、その合波光を撮像部１５２の受光面に入射させる。流路１０中の細胞３０と撮像部１５２の受光面とは、両者の間の光路上にある対物レンズ１２５およびレンズ１５１により結像関係にある。
【００８９】
撮像部１５２は、受光面上において細胞３０の像の移動方向と交差する方向に配列された複数の画素を有する光検出器である。受光面上において、シリンドリカルレンズ１２３によるライン状の集光領域が結像される結像領域は所定方向に長い領域であり、その結像領域内に該所定方向に沿って複数の画素が配列されている。撮像部１５２は、合波部１１２から出力されレンズ１５１を経て到達する合波光を受光して、１次元干渉画像を表す検出信号を一定のラインレートで繰り返し出力する。撮像部１５２は、例えば１次元に複数の画素が配置されたラインセンサである。また、撮像部１５２は、受光面上において細胞３０の像の移動方向と交差する方向に配列された任意の１ラインの画素列が読み出し可能に構成された２次元センサであってもよい。以下では、撮像部１５２がラインセンサであるとして説明するが、撮像部１５２が２次元センサである場合には上記１ラインの画素列をラインセンサと見做して説明する。
【００９０】
解析部１６１は、撮像部１５２から繰り返し出力される検出信号を入力し、この検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて２次元画像を作成する。解析部１６１は、２次元画像として、例えば各時刻の１次元干渉画像に基づいて位相回復法（非特許文献１〜３を参照）により、細胞３０の２次元位相画像を作成する。位相回復法として、例えば、位相シフト法、フーリエ変換法およびヒルベルト変換法などが用いられる。また、例えば、解析部１６１は、複数の時刻における複数の１次元干渉画像に基づいて２次元干渉画像を作成する。
【００９１】
解析部１６１が干渉画像に基づいて高精度の位相画像を作成する為には、変調部１４０（音響光学素子１４１，１４２）による位相差変化の周波数Ωは、撮像部１５２のラインレートの１／３倍以下であるのが好適である。また、周波数Ωは該ラインレートの１／４倍であるのが好適である。
【００９２】
解析部１６１は、２次元位相画像に基づいて細胞３０の形態（外形や核の形状など）を解析することで、細胞３０がＣＴＣであるか否かを判別することができる。また、解析部１６１は、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理を行うのが好適である。
【００９３】
解析部１６１は、例えば汎用のコンピュータにより構成されてもよい。コンピュータは、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（RandomAccess Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）、キーボードやマウス等の入力部、及び入出力モジュールを含んで構成される。コンピュータは、ＣＰＵ及びＲＡＭ等のハードウェア上にプログラム等を読み込ませることにより、ＣＰＵによって撮像部１５２からの検出信号に基づく位相画像の作成等を実行するとともに、ＲＡＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行う。また、解析部１６１は、例えばマイコンまたはＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等を用いて専用機として構成されてもよい。専用機として構成される場合、解析部１６１は、位相画像の作成や解析を高速に行うことができ、例えば、撮像部１５２からの検出信号の入力と、入力した検出信号に基づく位相画像の作成等の処理とを、リアルタイムで並列的に処理することができる。
【００９４】
表示部１６２は、例えばディスプレイであり、解析部１６１により作成された干渉画像や位相画像を表示したり、解析部１６１による位相画像に基づく解析結果を表示したりする。細胞３０がＣＴＣであると解析部１６１が判定したときに、表示部１６２は、音や光を発することで、その旨を表示してもよい。
【００９５】
次に、第１構成例の観察装置４０Ａの動作について説明するとともに、解析部１６１の処理内容について説明する。
【００９６】
光源１０１から出力された光は、光ファイバ１０２により分岐部１１１まで導光され、この分岐部１１１により分岐されて第１分岐光および第２分岐光とされる。
【００９７】
分岐部１１１から出力された第１分岐光は、光ファイバ１２１によりコリメータ１２２まで導光され、このコリメータ１２２から所定ビーム径の平行光として出力される。コリメータ１２２から出力された第１分岐光は、シリンドリカルレンズ１２３により、流路１０中の細胞３０の移動方向と交差する方向に長い集光領域に集光照射される。流体２０や細胞３０を透過した第１分岐光は、対物レンズ１２５を経て合波部１１２に入力される。
【００９８】
分岐部１１１から出力された第２分岐光は、光ファイバ１３１によりコリメータ１３２まで導光され、このコリメータ１３２から所定ビーム径の平行光として出力される。コリメータ１３２から出力された第２分岐光は、変調部１４０により光周波数がΩだけシフトされ、シリンドリカルレンズ１３３により一方向に長い集光領域に集光される。さらに、この第２分岐光は、対物レンズ１３５を経て合波部１１２に入力される。
【００９９】
対物レンズ１２５から出力された第１分岐光、および、対物レンズ１３５から出力された第２分岐光は、合波部１１２により合波される。その合波部１１２から出力された合波光は、レンズ１５１を経て撮像部１５２により受光される。撮像部１５２から、１次元干渉画像を表す検出信号が一定のラインレートで繰り返し出力される。
【０１００】
撮像部１５２から繰り返し出力される検出信号は解析部１６１に入力される。この解析部１６１において、検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて、位相回復法により細胞３０の２次元位相画像が作成される。また、解析部１６１において、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理が行われる。
【０１０１】
解析部１６１において干渉画像から位相回復法により位相画像を作成する方法の一例は以下のとおりである。撮像部１５２から出力される検出信号をＩ(ｘｉ,ｔ)と表記する。ｘｉは、撮像部１５２の受光面において複数の画素が配列された方向についての位置（画素番号ｉ）を表し、また、流路１０中の細胞３０の移動方向と交差する方向についての位置をも表す。ｔは、撮像部１５２から検出信号が出力された時刻を表し、また、流路１０中の細胞３０の移動方向についての位置をも表す。したがって、撮像部１５２から一定のラインレートで繰り返し出力される検出信号Ｉ(ｘｉ,ｔ)は、２次元干渉画像を表す。したがって、この２次元干渉画像に基づいて位相回復法により２次元位相画像を作成することができる。
【０１０２】
例えば、位相回復法のうちの位相シフト法を用い、撮像部１５２のラインレートｆlineが光周波数シフト量（位相差の時間的な変化の周期の逆数）Ωの４倍である場合、下記（１）式により２次元位相画像φ(ｘｉ,ｔ)を作成することができる。ｔ１〜ｔ４は、細胞３０が静止していると見なせる期間内の互いに異なる時刻を表し、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４である。ｔは、その期間を代表する時刻（例えば、ｔ＝(ｔ１＋ｔ４)／２）を表す。ｊは虚数単位である。
【０１０３】
【数１】
2019041724.tif 000003
【０１０４】
撮像部１５２の受光面上において細胞３０の像の移動方向と交差する画素の配列ピッチをｐとし、細胞３０を撮像部１５２の受光面上に結像する際の倍率をＭとすると、撮像部１５２の受光面上における当該画素の配列方向の解像度ｒｘは下記（２）式で表される。また、流路１０における細胞３０の移動速度をＶとし、撮像部１５２のラインレートをｆlineとすると、撮像部１５２の受光面上における像の移動方向の解像度ｒｙは下記（３）式で表される。２次元位相画像においてｘ方向およびｙ方向それぞれの解像度を互いに等しくするには、撮像部１５２は、下記（４）式で表されるラインレートをｆlineで動作すればよい。
【０１０５】
【数２】
2019041724.tif 000004
【０１０６】
【数３】
2019041724.tif 000005
【０１０７】
【数４】
2019041724.tif 000006
【０１０８】
解析部１６１において位相画像を補正する方法は以下のとおりである。一般に、干渉画像に基づいて作成された位相画像φ(ｘ,ｔ)は、下記（５）式で表される。Φ(ｘ,ｔ)は、真の位相画像である。φｓ(ｘ)は、バックグラウンドの固定パターンの位相データである。φdev(ｔ)は、オフセット値の時間的変動の位相データである。
【０１０９】
【数５】
2019041724.tif 000007
【０１１０】
φｓ(ｘ)は、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に対して空間的なノイズとして重畳されるものであり、光学系や流路による光波面の歪みに因り生じる。φｓ(ｘ)については、流路１０に例えば細胞３０を流さない状態の干渉画像や、細胞３０が流れている状態で細胞３０のない領域の干渉画像を取得し、この干渉画像に基づいて位相画像を作成すればよい。このようにして作成された位相画像がφｓ(ｘ)となる。
【０１１１】
φdev(ｔ)は、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に対して時間的なノイズとして重畳されるものであり、光学系への外乱ノイズによる振動に因り生じる。図１１に示されるように、流路１０においては、細胞３０が通過する測定領域Ａを挟んで両側に、細胞３０が通過しない参照領域Ｂが存在するので、位相画像φ(ｘ,ｔ)のうち参照領域Ｂの位相画像から得られる時間変動成分としてφdev(ｔ)を求めることができる。図１１（ａ）は、対物レンズ１２５の光軸の方向に見た図であり、図１１（ｂ）は、対物レンズ１２５の光軸に垂直な方向に見た図である。また、この図には、シリンドリカルレンズ１２３による第１分岐光Ｃの集光の様子も示されている。
【０１１２】
解析部１６１は、干渉画像に基づいて作成された位相画像φ(ｘ,ｔ)からφｓ(ｘ)およびφdev(ｔ)を減算する補正処理を行うとともに、位相アンラップ処理を行うことで、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を求めることができる。なお、位相画像φ(ｘ,ｔ)からφｓ(ｘ)およびφdev(ｔ)のうちの何れか一方のみを減算することによっても、ＳＮ比が改善された位相画像を求めることができる。
【０１１３】
解析部１６１は、固定パターン減算（φｓ(ｘ)の減算）、オフセット減算（φdev(ｔ)の減算）および位相アンラップを任意の順序で行うことができ、何れの場合にも同じ結果を得ることができる。すなわち、下記の６通りの順序のうちの何れでもよい。
（Ａ） 「位相アンラップ」⇒「固定パターン減算」⇒「オフセット減算」
（Ｂ） 「位相アンラップ」⇒「オフセット減算」⇒「固定パターン減算」
（Ｃ） 「固定パターン減算」⇒「位相アンラップ」⇒「オフセット減算」
（Ｄ） 「固定パターン減算」⇒「オフセット減算」⇒「位相アンラップ」
（Ｅ） 「オフセット減算」⇒「位相アンラップ」⇒「固定パターン減算」
（Ｆ） 「オフセット減算」⇒「固定パターン減算」⇒「位相アンラップ」
【０１１４】
ただし、何れの場合においても、位相アンラップより後に行われる固定パターン減算では、予め位相アンラップされたφｓ(ｘ)を用いることが必要である。また、位相アンラップより後に行われるオフセット減算では、予め位相アンラップされたφdev(ｔ)を用いることが必要である。
【０１１５】
一方、位相アンラップより前に行われる固定パターン減算およびオフセット減算では、これらの処理の結果として得られる位相の値が、幅２πの所定の範囲（例えば、−π≦φ＜π）から外れる場合がある。例えば、φ(ｘ,ｔ)＝−２（radian）、φｓ(ｘ)＝−１（radian）、φdev(ｔ)＝−１（radian）とすると、補正処理の結果、Φ(ｘ,ｔ)＝−４（radian）となり、−π≦Φ＜π の範囲から外れる。その場合には、剰余演算子を用いることで、補正処理の結果を−π≦Φ＜π の範囲に収めることができる。
【０１１６】
位相範囲を −π≦φ＜π に保ったまま補正処理をするには、固定パターン減算およびオフセット減算を複素数領域での除算により行えばよい。すなわち、位相φ１から位相φ２を減算する際に、下記（６）式のように、絶対値が１であって位相がφ１である複素数Ｃ１、および、絶対値が１であって位相がφ２である複素数Ｃ２を想定する。複素数Ｃ１を複素数Ｃ２で除算すると下記（７）式のようになる。そして、この除算結果の位相として下記（８）式のように位相φ１から位相φ２を減算した値を一意的に求めることができる。
【０１１７】
【数６】
2019041724.tif 000008
【０１１８】
【数７】
2019041724.tif 000009
【０１１９】
【数８】
2019041724.tif 000010
【０１２０】
同様にして、下記（９）式の補正処理をするに際して、φ(ｘ,ｔ)、φｓ(ｘ)、φdev(ｔ) それぞれに対して、下記（１０）式で表される複素数Ｃ(ｘ,ｔ)、Ｃｓ(ｘ)、Ｃdev(ｔ) を想定する。そして、下記（１１）式により、位相アンラップ前の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を一意的に求めることができる。
【０１２１】
【数９】
2019041724.tif 000011
【０１２２】
【数１０】
2019041724.tif 000012
【０１２３】
【数１１】
2019041724.tif 000013
【０１２４】
このように複素数領域での除算により位相の減算を行なうことの利点として、位相計算の元データが、位相としてではなく、その位相の偏角を持つ複素数として与えられている場合に、計算ステップを減らし、計算を高速化できることが挙げられる。例えば、上記（１）式に示された４点位相シフト法の場合、φは、（１ｂ）式のＺ(ｘ,ｔ)の偏角として表される。電子計算機による計算において偏角の計算すなわち逆正接の計算は長時間を要するものの、得られた位相データを複素数のまま扱って、位相アンラップの直前になって初めて位相値に直すようにすれば、長時間を要する逆正接の計算は一回で済み、（１１）式によって計算を高速化することができる。
【０１２５】
真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を求める手順として、直感的に分かりやすいのは、最初に位相アンラップをしてしまう上記（Ａ）の手順（「位相アンラップ」⇒「固定パターン減算」⇒「オフセット減算」）である。電子計算機にとって扱いやすいのは、最後に偏角の計算および位相アンラップをする上記（Ｆ）の手順（「オフセット減算」⇒「固定パターン減算」⇒「位相アンラップ」）である。
【０１２６】
図１２〜図１５は、位相画像の一例を示す図である。ここでは、干渉画像に基づいて作成した位相画像（元位相画像）に対し、オフセット減算、固定パターン減算および位相アンラップの各処理を順に行って、補正された位相アンラップ後の位相画像を作成した。これらの図において、横方向は時刻を表し、縦方向は流路１０の幅方向についての位置を表す。流体２０は血液であり、各図で中央付近に細胞３０としてＣＴＣが存在している。
【０１２７】
図１２は、補正前の位相画像（元位相画像φ(ｘ,ｔ)）を示す図である。この位相画像φ(ｘ,ｔ)は、真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に対して時間的ノイズおよび空間的ノイズが重畳したもの（上記（５）式）であり、上記（１０）式のように複素数領域で表現した場合は arg(Ｃ(x,t)) に対応する。
【０１２８】
図１３は、オフセット減算後の位相画像（φ(ｘ,ｔ)−φdev(ｔ)）を示す図である。この位相画像は、元位相画像φ(ｘ,ｔ)から時間的ノイズを差し引いたものであり、複素数領域で表現した場合は arg(Ｃ(x,t)／Ｃdev(t)) に対応する。
【０１２９】
図１４は、固定パターン減算後の位相画像（φ(ｘ,ｔ)−φdev(ｔ)−φｓ(ｘ)）を示す図である。この位相画像は、元位相画像φ(ｘ,ｔ)から時間的ノイズおよび空間的ノイズを差し引いたものであり、複素数領域で表現した場合は上記（１１）式に対応する。この位相画像は、位相アンラップ前の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)に相当する。
【０１３０】
図１５は、位相アンラップ後の真の位相画像Φ(ｘ,ｔ)を示す図である。これらの図から分るように、元位相画像（図１２）においても細胞３０の形態を認識することができるが、オフセット減算後の位相画像（図１３）および固定パターン減算後の位相画像（図１４）において細胞３０の形態を明瞭に認識することができ、また、位相アンラップ後の真の位相画像（図１４）において細胞３０の形態を更に明瞭に認識することができる。
【０１３１】
以上のとおり、本実施形態では、合波光を受光して１次元干渉画像を表す検出信号を繰り返し出力する撮像部１５２を用い、この撮像部１５２から出力される検出信号に基づいて解析部１６１により細胞３０の２次元位相画像を作成することにより、流路１０を流体２０とともに流れる細胞３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
【０１３２】
また、第１分岐光の光路上に配置された集光光学素子（例えばシリンドリカルレンズ）により、流路１０中の細胞３０の移動方向と交差する方向に長い集光領域に第１分岐光を集光照射することにより、第１分岐光の強度を高めつつ、観察するライン以外に照射される光が少なくなって迷光を抑えることができ、より高精度な位相画像を得ることができる。また、２次元位相画像から空間的なノイズを低減する補正、または、２次元位相画像から時間的なノイズを低減する補正をすることにより、より高精度な位相画像を得ることができる。
【０１３３】
（第１観察装置４０の第２構成例）
図１６は、第１観察装置４０の第２構成例の構成を示す図である。この第２構成例は、第１構成例の変形例である。第２構成例の観察装置４０Ｂは、光源１０１、光ファイバ１０２、分岐部１１１、合波部１１２、光ファイバ１２１Ａ，１２１Ｂ、コリメータ１２２、光アイソレータ１２４、対物レンズ１２５、光ファイバ１３１Ａ，１３１Ｂ、コリメータ１３２、変調部１４０、撮像部１５２、解析部１６１および表示部１６２を備える。
【０１３４】
本実施形態では、光源１０１から出力された光は、光ファイバ１０２により分岐部１１１まで導光され、この分岐部１１１により分岐されて第１分岐光および第２分岐光とされる。
【０１３５】
分岐部１１１から出力された第１分岐光は、光ファイバ１２１Ａにより光アイソレータ１２４まで導光される。光アイソレータ１２４は、光ファイバ１２１Ａから光ファイバ１２１Ｂへの順方向には光を通過させるが、逆方向には光を通過させない。光アイソレータ１２４を通過した第１分岐光は、光ファイバ１２１Ｂによりコリメータ１２２まで導光され、このコリメータ１２２から所定ビーム径の平行光として合波部１１２へ出力される。
【０１３６】
コリメータ１２２から出力されて合波部１１２に入力された第１分岐光のうち合波部１１２を透過した光は、対物レンズ１２５により、流路１０中の細胞３０に集光照射される。流路１０の底面は反射面とされている。この反射面で反射されて対物レンズ１２５に入力された第１分岐光は、対物レンズ１２５から合波部１１２へ出力される。
【０１３７】
分岐部１１１から出力された第２分岐光は、光ファイバ１３１Ａにより変調部１４０まで導光される。変調部１４０は、第２分岐光の光周波数をΩだけシフトさせる。変調部１４０から出力された第２分岐光は、光ファイバ１３１Ｂによりコリメータ１３２まで導光され、このコリメータ１３２から所定ビーム径の平行光として合波部１１２へ出力される。
【０１３８】
対物レンズ１２５から出力された第１分岐光、および、コリメータ１３２から出力された第２分岐光は、合波部１１２により合波される。その合波部１１２から出力された合波光は撮像部１５２により受光される。撮像部１５２から、１次元干渉画像を表す検出信号が一定のラインレートで繰り返し出力される。
【０１３９】
撮像部１５２から繰り返し出力される検出信号は解析部１６１に入力される。この解析部１６１において、検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて、位相回復法により細胞３０の２次元位相画像が作成される。また、解析部１６１において、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理が行われる。
【０１４０】
なお、コリメータ１３２から出力される第２分岐光の一部は、合波部１１２により反射されてコリメータ１２２に入力されるが、光アイソレータ１２４により遮断されるので、光源１０１に戻ることが抑制される。
【０１４１】
本実施形態では、合波部１１２と流路１０との間では、第１分岐光および第２分岐光のうち第１分岐光のみが伝搬する。この間の第１分岐光の光路の途中にシリンドリカルレンズを挿入して、流路１０中の細胞３０の移動方向と交差する方向に長い集光領域に第１分岐光を集光照射すればよい。
【０１４２】
この第２構成例においても、第１構成例の場合と同様に、流路１０を流体２０とともに流れる細胞３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
【０１４３】
（第１観察装置４０の第３構成例）
図１７は、第１観察装置４０の第３構成例の構成を示す図である。第３構成例の観察装置４０Ｃは、流路１０を流体２０とともに流れる細胞３０の干渉画像に基づいて位相画像を作成する。例えば、流路１０はフローセルであり、流体２０は血液であり、細胞３０は赤血球，白血球およびＣＴＣ等である。
【０１４４】
観察装置４０Ｃは、光源２０１、コリメータ２０２、シリンドリカルレンズ２０３、球面レンズ２０４、分岐合波部２１０、球面レンズ２２１、シリンドリカルレンズ２３１、ミラー２４１、直動ステージ２４２、球面レンズ２５１および撮像部２５４を備える。なお、球面レンズ２５１は、図１等における対物レンズ４１に相当する。撮像部２５４は、図１等におけるラインカメラ４２に相当する。この図中における解析部２６１および表示部２６２は、図１等におけるコンピュータ６１に相当する。この図において、紙面水平方向の光のビーム幅の変化を実線で示し、紙面垂直方向の光のビーム幅の変化を破線で示す。
【０１４５】
光源２０１は、光を出力する。光源２０１は、時間的にも空間的にもコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、時間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよいし、空間的にのみコヒーレントな光を出力するものであってもよい。また、光源２０１は、時間的にも空間的にもインコヒーレントな光を出力するものであってもよい。光源２０１は、例えばレーザ光源であって、具体的には光出力パワー７ｍＷのＨｅＮｅレーザ光源等が用いられる。
【０１４６】
コリメータ２０２は、光源２０１から出力される光をコリメートして所定ビーム径の平行光として出力する。
【０１４７】
シリンドリカルレンズ２０３は、正の焦点距離を有する凸レンズである。シリンドリカルレンズ２０３は、コリメータ２０２から出力される光を入力して、この光を紙面水平方向に収斂させる。
【０１４８】
球面レンズ２０４は、シリンドリカルレンズ２０３から出力される光を入力して、この光を紙面水平方向については平行光とするとともに、この光を紙面垂直方向については収斂させる。
【０１４９】
分岐合波部２１０は、光源２０１から出力されてコリメータ２０２，シリンドリカルレンズ２０３および球面レンズ２０４を経て到達する光を入力し、この入力した光を分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を流路１０へ出力し、第２分岐光をミラー２４１へ出力する。また、分岐合波部２１０は、流路１０の底面で反射されて到達する第１分岐光を入力するとともに、ミラー２４１で反射されて到達する第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光を撮像部２５４へ出力する。分岐合波部２１０は分岐部および合波部を兼ねている。分岐合波部２１０と流路１０等との間の第１分岐光の光学系、および、分岐合波部２１０とミラー２４１との間の第２分岐光の光学系は、マイケルソン（Michelson）干渉計を構成している。
【０１５０】
球面レンズ２２１は、分岐合波部２１０と流路１０等との間の第１分岐光の光路上に設けられた対物レンズである。球面レンズ２２１は、分岐合波部２１０から出力される第１分岐光を入力して、第１分岐光を紙面水平方向については収斂させるとともに、第１分岐光を紙面垂直方向については平行光として、この第１分岐光を流路１０へ出力する。球面レンズ２２１は、流路１０の底面で反射された第１分岐光を入力して、この第１分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
【０１５１】
シリンドリカルレンズ２３１は、分岐合波部２１０とミラー２４１との間の第２分岐光の光路上に設けられている。シリンドリカルレンズ２３１は、正の焦点距離を有する凸レンズである。シリンドリカルレンズ２３１は、分岐合波部２１０から出力される第２分岐光を入力して、この第２分岐光を平行光としてミラー２４１へ出力する。シリンドリカルレンズ２３１は、ミラー２４１で反射された第２分岐光を入力して、この第２分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
【０１５２】
直動ステージ２４２は、ミラー２４１の反射面に垂直な方向にミラー２４１を移動させる。直動ステージ２４２は、ミラー２４１の移動によりドップラーシフトを生じさせることにより第２分岐光の光周波数をシフトさせる。すなわち、直動ステージ２４２は、分岐合波部２１０における合波の際の第１分岐光と第２分岐光との間の位相差を周波数Ωで時間的に変化させる変調部として用いられる。
【０１５３】
ミラー２４１の移動速度をＶとし、光の波長をλとすると、ドップラーシフト量Ωは下記（１２）式で表される。例えば、光源２０１から出力される光の波長λを０.６３３μｍとして、ドップラーシフト量Ωとして２０ｋＨｚを得たい場合、直動ステージ２４２によりミラー２４１を約１５.８ｍｍ／ｓの定速度移動Ｖで移動させればよい。
【０１５４】
【数１２】
2019041724.tif 000014
【０１５５】
なお、ドップラーシフトにより第２分岐光の光周波数をシフトさせる手法として、半径ｒの円の周に沿って形成された勾配ｄ（radian）を有する円盤を円の中心位置の周りに角速度ωで回転させ、その円の周上に第２分岐光を入射させて反射させることとしてもよい。この場合、第２分岐光の光周波数シフト量Ωは、下記（１３）式で表される。
【０１５６】
【数１３】
2019041724.tif 000015
【０１５７】
分岐合波部２１０は、球面レンズ２２１から到達する第１分岐光を入力するとともに、シリンドリカルレンズ２３１から到達する第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光を球面レンズ２５１へ出力する。
【０１５８】
球面レンズ２５１は、分岐合波部２１０から出力される合波光を入力して、合波光を紙面水平方向については収斂させ、合波光を紙面垂直方向については平行光として、合波光を撮像部２５４の受光面に入射させる。流路１０中の細胞３０と撮像部２５４の受光面とは、両者の間の光路上にある球面レンズ２２１および球面レンズ２５１により結像関係にある。
【０１５９】
撮像部２５４は、受光面上において細胞３０の像の移動方向と交差する方向に配列された複数の画素を有する光検出器である。受光面上において、ライン状の集光領域が結像される結像領域は所定方向に長い領域であり、その結像領域内に該所定方向に沿って複数の画素が配列されている。撮像部２５４は、分岐合波部２１０から出力され球面レンズ２５１を経て到達する合波光を受光して、１次元干渉画像を表す検出信号を一定のラインレートで繰り返し出力する。撮像部２５４は、例えば１次元に複数の画素が配置されたラインセンサである。また、撮像部２５４は、受光面上において細胞３０の像の移動方向と交差する方向に配列された任意の１ラインの画素列が読み出し可能に構成された２次元センサであってもよい。以下では、撮像部２５４がラインセンサであるとして説明するが、撮像部２５４が２次元センサである場合には上記１ラインの画素列をラインセンサと見做して説明する。
【０１６０】
解析部２６１は、撮像部２５４から繰り返し出力される検出信号を入力し、この検出信号が表す各時刻の１次元干渉画像に基づいて２次元画像を作成する。解析部２６１は、２次元画像として、例えば各時刻の１次元干渉画像に基づいて位相回復法（非特許文献１〜３を参照）により、細胞３０の２次元位相画像を作成する。位相回復法として、例えば、位相シフト法、フーリエ変換法およびヒルベルト変換法などが用いられる。また、例えば、解析部２６１は、複数の時刻における複数の１次元干渉画像に基づいて２次元干渉画像を作成する。
【０１６１】
解析部２６１が干渉画像に基づいて高精度の位相画像を作成する為には、ドップラーシフトによる位相差変化の周波数Ωは、撮像部２５４のラインレートの１／３倍以下であるのが好適である。また、周波数Ωは該ラインレートの１／４倍であるのが好適である。この位相画像作成処理は、第１構成例で既に説明したとおりである。
【０１６２】
解析部２６１は、２次元位相画像に基づいて細胞３０の形態（外形や核の形状など）を解析することで、細胞３０がＣＴＣであるか否かを判別することができる。また、解析部２６１は、位相画像における時間的または空間的なノイズの影響を低減するために補正処理を行うのが好適である。この補正処理は、第１構成例で既に説明したとおりである。
【０１６３】
解析部２６１は、汎用のコンピュータにより構成されてもよいし、例えばマイコンまたはＦＰＧＡ等を用いて専用機として構成されてもよい。専用機として構成される場合、解析部２６１は、位相画像の作成や解析を高速に行うことができ、例えば、撮像部２５４からの検出信号の入力と、入力した検出信号に基づく位相画像の作成等の処理とを、リアルタイムで並列的に処理することができる。
【０１６４】
また、解析部２６１は、直動ステージ２４２を制御して、撮像部２５４の露光期間では一方向にミラー２４１を移動させ、撮像部２５４のＡ／Ｄ変換およびデータ転送の期間では逆方向にミラー２４１を移動させる。
【０１６５】
表示部２６２は、例えばディスプレイであり、解析部２６１により作成された干渉画像や位相画像を表示したり、解析部２６１による位相画像に基づく解析結果を表示したりする。細胞３０がＣＴＣであると解析部２６１が判定したときに、表示部２６２は、音や光を発することで、その旨を表示してもよい。
【０１６６】
この第３構成例においても、第１構成例の場合と同様に、流路１０を流体２０とともに流れる細胞３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
【０１６７】
（第１観察装置４０の第４構成例）
図１８は、第１観察装置４０の第４構成例の構成を示す図である。この第４構成例は、第３構成例の変形例である。第４構成例の観察装置４０Ｄは、コリメータ２０２と分岐合波部２１０との間の光路上に球面レンズ２０５を備え、分岐合波部２１０と流路１０との間の第１分岐光の光路上にシリンドリカルレンズ２２２および球面レンズ２２３を備え、分岐合波部２１０とミラー２４１との間の第２分岐光の光路上に球面レンズ２３２を備え、また、分岐合波部２１０と撮像部２５４との間の合波光の光路上にシリンドリカルレンズ２５２および球面レンズ２５３を備える。この図においても、紙面水平方向の光のビーム幅の変化を実線で示し、紙面垂直方向の光のビーム幅の変化を破線で示す。
【０１６８】
球面レンズ２０５は、コリメータ２０２から出力される光を入力して、この光を収斂させて分岐合波部２１０へ出力する。
【０１６９】
シリンドリカルレンズ２２２は、負の焦点距離を有する凹レンズである。シリンドリカルレンズ２２２は、分岐合波部２１０から出力される第１分岐光を入力して、第１分岐光を紙面水平方向については平行光とし、第１分岐光を紙面垂直方向については収斂させる。球面レンズ２２３は、シリンドリカルレンズ２２２から出力される第１分岐光を入力して、第１分岐光を紙面水平方向については収斂させ、第１分岐光を紙面垂直方向については平行光として、この第１分岐光を流路１０へ出力する。球面レンズ２２３およびシリンドリカルレンズ２２２は、流路１０の底面で反射された第１分岐光を入力して、この第１分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
【０１７０】
球面レンズ２３２は、分岐合波部２１０から出力される第２分岐光を入力し、この第２分岐光を平行光としてミラー２４１へ出力する。球面レンズ２３２は、ミラー２４１で反射された第２分岐光を入力して、この第２分岐光を分岐合波部２１０へ出力する。
【０１７１】
分岐合波部２１０は、シリンドリカルレンズ２２２から到達する第１分岐光を入力するとともに、球面レンズ２３２から到達する第２分岐光を入力して、これら第１分岐光と第２分岐光とを合波して当該合波光を球面レンズ２５１へ出力する。
【０１７２】
シリンドリカルレンズ２５２は、正の焦点距離を有する凸レンズである。シリンドリカルレンズ２５２は、分岐合波部２１０から出力される合波光を入力して、合波光を紙面水平方向については平行光とし、合波光を紙面垂直方向については発散光とする。球面レンズ２５３は、シリンドリカルレンズ２５２から出力される合波光を入力して、合波光を紙面水平方向については収斂させ、合波光を紙面垂直方向については平行光として、合波光を撮像部２５４の受光面に入射させる。流路１０中の細胞３０と撮像部２５４の受光面とは、両者の間の光路上にある球面レンズ２２３，シリンドリカルレンズ２２２，シリンドリカルレンズ２５２および球面レンズ２５３により結像関係にある。
【０１７３】
この第４構成例においても、第１構成例の場合と同様に、流路１０を流体２０とともに流れる細胞３０の良好な位相画像を容易に作成することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１Ａ〜１Ｇ…細胞観察システム、１０…流路、１０Ａ〜１０Ｃ…分岐流路、２０…流体、３０，３０Ａ〜３０Ｃ…細胞、４０，４０Ａ〜４０Ｄ…第１観察装置、４１…対物レンズ、４２…ラインカメラ、５０…第２観察装置、５１…対物レンズ、５２…エリアカメラ、６０…制御装置、６１…コンピュータ、６２…コンピュータ。
１０１…光源、１０２…光ファイバ、１１１…分岐部、１１２…合波部、１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ…光ファイバ、１２２…コリメータ、１２３…シリンドリカルレンズ、１２４…光アイソレータ、１２５…対物レンズ、１３１，１３１Ａ，１３１Ｂ…光ファイバ、１３２…コリメータ、１３３…シリンドリカルレンズ、１３４…ミラー、１３５…対物レンズ、１４０…変調部、１４１，１４２…音響光学素子、１５１…レンズ、１５２…撮像部、１６１…解析部、１６２…表示部。
２０１…光源、２０２…コリメータ、２０３…シリンドリカルレンズ、２０４…球面レンズ、２０５…球面レンズ、２１０…分岐合波部、２２１…球面レンズ、２２２…シリンドリカルレンズ、２２３…球面レンズ、２３１…シリンドリカルレンズ、２３２…球面レンズ、２４１…ミラー、２４２…直動ステージ、２５１…球面レンズ、２５２…シリンドリカルレンズ、２５３…球面レンズ、２５４…撮像部、２６１…解析部、２６２…表示部。
【図１】
2019041724.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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