(57)【要約】  顕微鏡スライドの動的走査、および、他の交換可能な光路構成要素を取入れた自動式顕微鏡が開示される。【選択図】  図１
2010500617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に応じて３本の直交軸において運動すべく作用的に構成された載荷台と、試料を励起する励起源と、上記試料の励起により生成された信号から画像を生成すべく作用的に構成された画像捕捉デバイスと、上記試料の励起により生成された上記信号の特性を変更すべく設計された交換可能な光学的構成要素の回転台とを有する顕微鏡において、上記試料を自身上に有する顕微鏡スライドを動的に走査する方法であって、
上記顕微鏡スライドを上記載荷台上に取付ける段階と、
上記制御信号に応じて上記載荷台を所定様式で運動させる段階と、
上記制御信号に応じて上記回転台を循環させる段階と、
上記載荷台または上記回転台が運動している間に、上記制御信号に応じて上記画像捕捉デバイスにて画像を捕捉する段階とを備えて成る、
方法。
【請求項２】
３本の直交軸に沿い運動し得るべく、且つ、試料を自身上に備えた顕微鏡スライドを保持し得るべく作用的に構成された顕微鏡スライド載荷台を取入れた自動走査式顕微鏡と、
アクチュエータ制御信号に応じ、３本の直交軸の各々において上記顕微鏡スライドを動的に位置決めすべく作用的に構成された少なくともひとつの載荷台アクチュエータと、
上記顕微鏡上における上記試料に関して位置決めされた励起エネルギ源であって、上記顕微鏡スライド上に取付けられた試料に対して照射を行うという励起エネルギ源と、
上記顕微鏡スライド上に取付けられた上記試料の上記照射から帰着する光学的情報を処理すべく位置された電子的処理デバイスと、
複数の光学的構成要素を収容する回転台であって、該光学的構成要素のひとつ以上の光学的構成要素は上記電子的処理デバイスに対して利用される上記光学的情報を該複数の光学的構成要素の他の光学的構成要素とは別個の様式で変更し得、該回転台は上記電子的画像化デバイスと上記載荷台との間に配置され、且つ、該回転台は、制御信号の受信時に上記複数の光学的構成要素の内のひとつの光学的構成要素を上記複数の光学的構成要素の内の別の光学的構成要素と循環的に交換すべく構成されるという回転台と、
上記少なくともひとつの載荷台アクチュエータと、上記電子的処理デバイスと、上記回転台とに対して作用的に接続された同期コントローラであって、上記載荷台アクチュエータ、上記電子的処理デバイスおよび上記回転台運動の起動を同期させるべく作用的に構成された同期コントローラとを備えて成る、
動的走査を行う自動走査式顕微鏡システム。
【請求項３】
前記光学的構成要素は、フィルタおよびレンズから成る群から選択される、請求項２記載の動的走査を行う自動式顕微鏡システム。
【請求項４】
前記光学的構成要素は照明源である、請求項２記載の動的走査を行う自動式顕微鏡システム。
【請求項５】
前記光学的構成要素は画像捕捉デバイスである、請求項２記載の動的走査を行う自動式顕微鏡システム。
【請求項６】
前記顕微鏡スライド載荷台に対して作用的に連結されたリアルタイム位置センサを更に含む、請求項２記載の動的走査を行う自動式顕微鏡システム。
【請求項７】
前記回転台に対して作用的に連結されたリアルタイム位置センサを更に含む、請求項１記載の動的走査を行う自動式顕微鏡システム。
【請求項８】
顕微鏡スライド載荷台と、少なくともひとつの照明エネルギ源と、少なくともひとつの電子的画像化デバイスと、少なくともひとつの交換可能構成要素用回転台と、同期コントローラとを取入れた動的走査式顕微鏡において、顕微鏡スライド上に取付けられた試料を動的に走査する方法であって、
上記顕微鏡スライドを上記顕微鏡スライド載荷台上に取付ける段階と、
上記同期コントローラにおいて制御信号を生成し、且つ、該制御信号を、上記顕微鏡スライド載荷台、上記少なくともひとつの照明エネルギ源、上記少なくともひとつの電子的画像化デバイス、および、上記少なくともひとつの交換可能構成要素用回転台に対して供給する段階と、
上記制御信号に応じて上記顕微鏡スライド載荷台を所定様式で運動させる段階と、
上記制御信号に応じて上記回転台を循環させる段階と、
上記載荷台または上記回転台が運動している間に、上記制御信号に応じて画像を捕捉する段階とを備えて成る、
方法。
【請求項９】
前記顕微鏡スライド載荷台から前記同期コントローラに対して遠隔測定値を送信する段階を更に備えて成る、請求項８記載の試料を動的に走査する方法。
【請求項１０】
前記少なくともひとつの照明エネルギ源から前記同期コントローラに対して遠隔測定値を送信する段階を更に備えて成る、請求項９記載の試料を動的に走査する方法。
【請求項１１】
前記少なくともひとつの電子的画像化デバイスから前記同期コントローラに対して遠隔測定値を送信する段階を更に備えて成る、請求項９記載の試料を動的に走査する方法。
【請求項１２】
前記少なくともひとつの交換可能構成要素用回転台から前記同期コントローラに対して遠隔測定値を送信する段階を更に備えて成る、請求項９記載の試料を動的に走査する方法。
【請求項１３】
画像品質を改善する画像処理技術を採用する段階を更に備えて成る、請求項９記載の試料を動的に走査する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に関する相互参照
本出願は、米国仮出願第６０／８２１，５５２号の優先権の特典を主張するものであり、該出願は言及したことにより全体的に本明細書中に援用される。本明細書において引用される全ての文献およびそれらの言及文献は、付加的もしくは代替的な詳細、特徴および／または技術的背景の教示に対して適切である場合、言及したことにより本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００２】
自動式顕微鏡の技術は、医学の分野において用途が見出されつつある。一例として、蛍光ｉｎ  ｓｉｔｕハイブリダイゼーションすなわちＦＩＳＨに委ねられた身体組織の分析は、染色体異常の診断における有効なツールとなってきた。励起照明により照射されたとき、ハイブリッド形成もしくは結合されたマーカは、所定の波長における蛍光を放出することでＤＮＡ鎖の目標部分を特定する。これらの蛍光ドットは、顕微鏡下で検出可能である。上記分析は、ＦＩＳＨドットをカウントすると共に、異なる色のＦＩＳＨドットの分布を決定することにより実施される。
【０００３】
診断的なＦＩＳＨ光ドットの計数は習用的に、熟練した顕微鏡使用者により手動的に実施されてきた。染色体状態を正しく識別するためには、ドットおよびその色を正しく識別することに加え、他のサイズおよび形状の特性が分類されねばならない。上記分析は、上記現象により課される時間的制約条件により、更に困難とされる。故に顕微鏡使用者は、検査を実施するために徹底的に訓練されねばならない。最適条件下においてさえも、上記プロセスは単調かつ冗長であり、人的エラーに繋がり易いことが示されている。
【０００４】
自動式顕微鏡検査法を適用すれば、手動的な手法の欠点の多くを克服する可能性がある。自動式顕微鏡は、人的操作者により導入される不可避の主観的要因なしで、全て適時の様式にて、組織サンプルにおける蛍光ドットを確実に識別し、それらの色を正確に決定し、それらを形状およびサイズに基づいて分類し、且つ、目標とされた状態の有無を決定するために必要な総括的分析を実施し得る。
【０００５】
自動式顕微鏡を用いた組織サンプルの検査のために必要なプロトコルによれば、試料を含む単一もしくは複数のスライドは、関心領域の各々が視野内に在る様に位置決めされる必要がある。しかし通常、顕微鏡の視野は試料の面積よりも相当に小さい。これに加え、顕微鏡スライド上に呈された試料の厚みもしくは深度は、顕微鏡の焦点深度よりも相当に大きい。これらの要因によれば、試料を含むスライドを機械的に再位置決めしてサンプル全体を順次的に検査することが必要とされる。この再位置決めは習用的には、スライドを３本の直交軸において変位させ得る複数の線形アクチュエータを典型的に含む顕微鏡載荷台により実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】なし
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】なし
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
作動時に、試料を含む対象スライドは顕微鏡載荷台内へと装填される。各載荷台アクチュエータは、上記スライドを顕微鏡の接眼レンズの下方に位置し、それを所定位置に静止的に保持する。Ｘ軸およびＹ軸アクチュエータは検査のために選択された視野を決定する一方、Ｚ軸アクチュエータは焦点面を決定する。次に、サンプルが照射され、且つ、画像が捕捉される。また、光路に沿い挿入されたフィルタ・ホィールの位置により決定される各波長に対して別体的画像が撮られる。画像が捕捉された後、上記載荷台は再びスライドを次の静止位置へと３次元で再位置決めし、次の画像が捕捉される。このプロセスは、サンプル全体が画像化されるまで反復される。各画像に対してスライドを再位置決めして保持するために必要な時間は、相当になり得る。これに加え、始動／停止による再位置決め運動の夫々によれば、機械的振動が引き起こされる。上記システムは、夫々の運動の後で一時停止し、振動の減衰消失を許容せねばならない。
【０００９】
たとえば典型的なＦＩＳＨ検査プロトコルは、２００枚の試料用スライドの画像化および分析を必要とし得る。これに加え、試料の深度の故に、典型的には９個の焦点面および３つの波長の各々にて画像が撮られねばならない。顕微鏡の視野は小寸なので、各スライドの各焦点面を網羅するには、スライドの数十回のｘ、ｙ位置決めを必要とすることもある。故に、単一回の診断を実施するために必要な合計時間は、不適切に長時間となることもある。故に、診断を実施するための時間を相当に短縮することは、非常に望ましかろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書中に開示された実施例においては、検査の実施に必要な時間を相当に短縮し、引き起こされる振動を相当に低減し、且つ、診断結果を提供する機能を有する自動式顕微鏡が記述される。画像化プロセスの間において、載荷台および色フィルタ・ホィールは、従前の手法における如き静止的ではなく、定常的運動に在る。運動する下位システムの各々上におけるリアルタイム位置センサは、載荷台に取付けられたスライド、および、色フィルタ・ホィールの瞬間的位置を正確に遠隔測定する。上記色フィルタ・ホィールは、フィルタ波長の各々にて、且つ、各画像化箇所および焦点面にて画像の捕捉を許容するに十分な速度で回転する。画像化デバイスの実効的なシャッタ速度は、容認可能な画像が記録され得る様に、スライドおよび色ホィールの運動を“フリーズさせる”に十分なものである。載荷台の運動から帰着する小さな側方変位を補正するためには、習用のデジタル的な画像処理技術が採用され得る。
【００１１】
この簡潔な要約は載荷台および色ホィールのみを備えるシステムを記述しているが、上記概念は、他の交換可能な光路構成要素および照明源に対して容易に拡張され得る。
【００１２】
本明細書に開示された実施例は、３本の直交軸の各々において顕微鏡スライドを連続的に位置決めすべく構成されたアクチュエータを備える顕微鏡スライド載荷台を取入れた自動式顕微鏡と；上記顕微鏡スライド上に取付けられた試料を連続的に照射すべく位置決めされた少なくともひとつの照明エネルギ源と；上記試料の画像を連続的に捕捉すべく位置決めされた少なくともひとつの電子的画像化デバイスと；上記自動式顕微鏡の光軸内へと交換可能構成要素を連続的かつ循環的に挿入すべく構成された少なくともひとつの交換可能構成要素用回転台と；上記アクチュエータ、上記少なくともひとつのエネルギ源、上記少なくともひとつの電子的画像化デバイス、および、上記少なくともひとつの交換可能構成要素用回転台に対して作用的に接続された同期コントローラであって、連続的に制御信号を生成し且つ遠隔測定値を受信すべく作用的に構成された同期コントローラと；を備えて成る、動的走査を行う自動式顕微鏡システムを包含する。実施例はまた、動的走査を行う自動式顕微鏡システムも包含し、その場合に上記交換可能構成要素は、フィルタ、レンズ、照明源、および／または、画像捕捉源である。実施例において、電子的画像化デバイスは画像増強デバイスを付加的に備え得ると共に、上記システムは画像プロセッサを更に含み得る。
【００１３】
本明細書に開示された実施例は、顕微鏡スライド載荷台と、少なくともひとつの照明エネルギ源と、少なくともひとつの電子的画像化デバイスと、少なくともひとつの交換可能構成要素用回転台と、同期コントローラとを取入れた動的走査式顕微鏡において顕微鏡スライド上に取付けられた試料を動的に走査する方法であって、上記顕微鏡スライドを上記顕微鏡スライド載荷台上に取付ける段階と；上記同期コントローラにおいて制御信号を生成すると共に、該制御信号を、上記顕微鏡スライド載荷台、上記少なくともひとつの照明エネルギ源、上記少なくともひとつの電子的画像化デバイス、および、上記少なくともひとつの交換可能構成要素用回転台に対して供給する段階と；上記制御信号に応じて所定様式で上記顕微鏡スライド載荷台を連続的に運動させる段階と；上記制御信号に応じて上記回転台を連続的に循環させる段階と；上記載荷台もしくは上記回転台が運動している間に、上記制御信号に応じて連続的に画像を捕捉する段階と；を備える方法を更に包含する。上記方法は更に、上記顕微鏡スライド載荷台、照明源、電子的画像化デバイス、および／または、交換可能構成要素用回転台から上記同期コントローラに対して遠隔測定値を送信する段階を含み得る。上記方法はまた、画像品質を改善する画像処理技術を採用する段階も含み得る。
【００１４】
実施例は、以下の図面の助けを借りて記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】動的走査を行う自動式顕微鏡の実施例の簡略図である。
【図２】交換可能なフィルタ回転台の実施例の簡略図である。
【図３】Ｘ、ＹおよびＺ軸線形アクチュエータを備える顕微鏡スライド載荷台の実施例の簡略図である。
【図４】Ｚ軸線形アクチュエータおよび取付けられたスライド・ホルダの実施例の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施例において自動式顕微鏡システムは、光路内への連続的で循環的な挿入を許容すべく構成されたスライド位置決め載荷台および交換可能構成要素を備えて成る。アクチュエータ駆動式の回転台上に設定され得るこれらの交換可能構成要素としては、フィルタ、レンズ、光調節板、照明源および／または画像化デバイスが挙げられる。実施例においては、反射画像および透過画像の両方を捕捉すべく、上方および下方の照明源が循環され得る。載荷台、および、交換可能構成要素用回転台の各々の位置は、夫々のフィードバック・ループ制御アクチュエータにより決定される。各々の瞬間的箇所は、同期コントローラにより正確かつ厳密に遠隔測定される。
【００１７】
作動時に、上記載荷台上には試料用スライドが装填される。Ｘ軸およびＹ軸線形アクチュエータは、試料全体が顕微鏡の視野内を通過する様に、一定速度でスライドのＸ、Ｙ位置を走査する。同時に、上記載荷台のＺ軸アクチュエータはスライドのＺ位置を走査することから、顕微鏡の焦点面は対応して、各関心物体に対して“最適焦点合わせされた”焦点面を含め、試料の全深度を走査する。同時に、フィルタの選択物を含む回転台は、各フィルタが画像を獲得すべく適切な時間だけ光路内に留まる様に回転される。画像獲得露光時間、および、対応するフィルタ挿入時間は、上記載荷台の運動を“フリーズさせる”のに十分なだけ短い。
【００１８】
検査プロトコルと、同期制御生成器から発せられる同期制御信号とに基づき、画像が露光される。交換可能構成要素の各々の状態、ならびに、載荷台の瞬間的位置が、露光毎に記録される。夫々の交換可能フィルタを通した露光から帰着する別体的な波長の画像は、組み合わされることでＦＩＳＨ構造の分析が許容される。組み合わされつつある各画像の整列は、習用の画像処理技術を用いて補正され得る。
【００１９】
顕微鏡構成要素の各々の相対的タイミングは、相関かつ同期される。上記画像化デバイスは、その露光時間（すなわち露光の持続時間）およびその露光間サイクル時間（すなわち各露光間の時間）により特性記述され得る。これらの時間は、画像化デバイス技術により決定される。上記露光時間は、試料用スライドおよびフィルタ・ホィールの運動が実効的にフリーズされることを確実とすべく、十分に短くされねばならない。典型的に、試料の載置毎に、少なくとも３回の露光が行われねばならない。フィルタ・ホィールの回転は、画像化デバイスの露光間サイクル時間に対応する時的間隔にて光路内に次の順次的なフィルタを載置すべきである。試料のＺ軸深度の各々に対し、３つの異なる波長に対応する一群の３回の露光が捕捉されねばならない。また一例として、単一のｘ、ｙ位置にて試料を完全に特性記述するためには９個の焦点面における画像が必要とされ得る。故に、顕微鏡の各視野に対し、合計で２７回の露光が必要とされよう。ｚ軸アクチュエータは、これらのタイミング要件の全てを満足する変位を提供せねばならない。試料は、該試料を完全に画像化するためにｘ、ｙ平面において走査されねばならない。故にｘ、ｙ平面における走査速度は、顕微鏡の視野毎に２７個の画像の捕捉を許容せねばならない。種々の動作に依り必要とされる各画像間の整列を補正すべく、画像処理法が採用され得る。
【００２０】
実施例においては、自動式顕微鏡の側面図が図１の如く提供される。載荷台１００は、カセット操作器１１０に装填されたカセットから試料用スライドを、顕微鏡の光軸１２０へと移行する。顕微鏡上には図２に示された如き交換可能フィルタ回転台１３０が配置されることから、個々の交換可能フィルタ２１０は光軸１２０上に位置決めされ得る。フィルタ回転台１３０は、同期モータ１３５により回転される。
【００２１】
電子的画像化デバイス１４０は、感光荷電結合素子（ＣＣＤ）もしくは相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）素子の多重ピクセル平坦配列、または、光学的画像を電気信号へと変換するに適した他の任意の技術とされ得る。低強度の検出は、画像増強器および同様の技術の採用により強化され得る。
【００２２】
実施例において、上記載荷台は図３に示された如き３個の線形アクチュエータから構成される。スライド・ホルダ載荷台２９０は、必要な変位を提供すべく機械的に連結されて直交配向された３個の線形アクチュエータ３１０、３２０、３３０から構成される。Ｘ軸線形アクチュエータ３１０は、送りネジ用ナットをＸ軸に沿い移動させるモータ３１２により駆動される送りネジ機構３１１である。Ｙ軸線形アクチュエータ３２０は、Ｘ軸線形アクチュエータ３１０の送りネジ用ナットに対して機械的に接続される。Ｙ軸線形アクチュエータ３２０は、Ｙ軸に沿い送りネジ用ナット３２３を移動させるモータ３２２により駆動される。Ｚ軸線形アクチュエータ３３０は、上記Ｙ軸線形アクチュエータの送りネジ用ナットに対して機械的に接続される。図４に示された如く上記Ｙ軸線形アクチュエータは、電気制御信号を比例的な線形変位へと変換する圧電変換器３３１から構成される。スライド・ホルダ基部２８５は、電気信号の印加がＺ軸に沿う変位に帰着する様に、圧電変換器３３１に対して機械的に締着される。故にスライド・ホルダ基部２８５は、上記３個のアクチュエータに対して適切な制御信号を夫々印加することにより、３つの直交座標において位置決めされ得る。
【００２３】
Ｘ軸アクチュエータ３１０およびＹ軸アクチュエータ３２０上に取付けられたＺ軸線形アクチュエータ３３０の構成は、Ｚ軸変位を提供すべく変位されるべき質量を最小限とする役割を果たす。Ｚ軸走査制御信号は、正弦波状、三角形状または他の適切な形状を有することから、対応する変位に帰着し得る。Ｚ軸走査制御信号の周波数はＸ軸およびＹ軸の運動に対して十分に高いことから、所定の試料の関心部位に対し、所望の焦点距離の各々において画像が捕捉され得る。
【００２４】
この実施例は、顕微鏡載荷台および色フィルタ・ホィールの動的走査に対処しているが、他の実施例は、限定的なものとしてで無く、画像捕捉デバイス、照明源、レンズ、および、光学的調節板などの他の光路構成要素およびサブアセンブリの走査に対処している。光学的構成要素の走査に加え、付加的実施例は、温度、過渡的現象に対する経過時間、変化する圧力などの如き実験パラメータの走査を包含している。
【００２５】
好適実施例に関する陳述
本発明は好適実施例に関して記述されたが、当業者であれば、本発明に対しては添付の各請求項により定義された本発明の精神または有効範囲から逸脱せずに種々の変更および／または改変が為され得ることを容易に理解し得よう。付加的もしくは代替的な詳細、特徴および／または技術的背景の教示に対して適切な場合、本明細書において引用された全ての文献は言及したことにより本明細書中に援用される。
【符号の説明】
【００２６】
１００  載荷台
１１０  カセット操作器
１２０  光軸
１３０  交換可能フィルタ回転台
１３５  同期モータ
１４０  電子的画像化デバイス
２１０  交換可能フィルタ
２８５  スライド・ホルダ基部
２９０  スライド・ホルダ載荷台
３１０  Ｘ軸線形アクチュエータ
３１１  送りネジ機構
３１２  モータ
３２０  Ｙ軸線形アクチュエータ
３２２  モータ
３２３  送りネジ用ナット
３３０  Ｚ軸線形アクチュエータ
３３１  圧電変換器
【図１】
2010500617.tif 000003
【図２】
2010500617.tif 000004
【図３】
2010500617.tif 000005
【図４】
2010500617.tif 000006
【国際調査報告】
2010500617.tif 000007