(57)【要約】【課題】標本における注目領域の高解像度の画像を簡易かつ効率的に取得する。【解決手段】標本Ｓの画像を取得する画像取得システム１０と、標本Ｓにおける複数の解剖学的領域を含むマップ画像を低倍率で取得するよう顕微鏡装置１を制御するマップ画像取得部１９と、解剖学的領域ごとに固有のＩＤにより、所望の解剖学的領域を注目領域としてユーザに指定させるインタフェース部１７と、顕微鏡装置１により取得されたマップ画像および各解剖学的領域の位置情報を有するアトラスデータに基づいて、インタフェース部１７により指定された注目領域の空間的位置を算出する処理部２１と、処理部２１により算出された注目領域の空間的位置に基づいて、標本Ｓにおける注目領域の高解像画像をマップ画像よりも高倍率で取得するよう顕微鏡装置１を制御する高解像画像取得部２３とを備える画像取得システム１０を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本の画像を取得する画像取得部と、
前記標本における複数の学術的領域を含む第１画像を第１撮影倍率で取得するよう前記画像取得部を制御する第１画像取得制御部と、
前記学術的領域ごとに固有の識別情報により、所望の前記学術的領域を注目領域としてユーザに指定させる注目領域指定部と、
前記画像取得部により取得された前記第１画像および各前記学術的領域の位置情報を有する参照画像に基づいて、前記注目領域指定部により指定された前記注目領域の空間的位置を算出する位置算出部と、
該位置算出部により算出された前記注目領域の空間的位置に基づいて、前記標本における前記注目領域の第２画像を前記第１撮影倍率よりも高倍率の第２撮影倍率で取得するよう前記画像取得部を制御する第２画像取得制御部とを備える画像取得システム。
【請求項２】
前記位置算出部が、前記参照画像を前記第１画像に位置合わせするための変換パラメータを算出するレジストレーション処理を施し、算出した該変換パラメータに基づいて前記注目領域の空間的位置を算出する請求項１に記載の画像取得システム。
【請求項３】
前記注目領域指定部が、前記注目領域の識別情報と各前記学術的領域の境界とを表示した前記参照画像を表示する請求項１または請求項２に記載の画像取得システム。
【請求項４】
前記第１画像取得制御部が、前記標本における光軸方向に段階的に位置をずらした複数の前記第１画像を取得するよう前記画像取得部を制御し、
前記第２画像取得制御部が、前記標本における前記光軸方向に前記第１画像取得制御部よりも細かいピッチで段階的に位置をずらした複数の前記第２画像を取得するよう前記画像取得部を制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像取得システム。
【請求項５】
第１画像取得制御部が、前記第１画像として前記標本全体の画像を取得するよう前記画像取得部を制御する請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像取得システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像取得システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、低解像度の標本全体の画像、例えばマップ画像上で注目領域を設定し、その注目領域の画像を高解像度で取得する画像取得システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
標本の一部の領域をより詳細に観察したい場合に、標本全体の画像を高解像度で取得すると、画像取得に掛かる時間が長くなるとともに、画像データの容量が大きくなるという問題がある。特許文献１に記載の画像取得システムは、標本全体の画像は低解像度で取得して注目領域の画像を高解像度で取得することで、画像取得に掛かる時間の短縮と画像データの容量の縮小を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５１９９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、脳などを撮影した低解像度のマップ画像上で、海馬などの一部の領域をユーザが正確に探し出して注目領域として設定することは、熟練した解剖学的な知識と経験がなければ困難という問題がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、標本における注目領域の高解像度の画像を簡易かつ効率的に取得することができる画像取得システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、標本の画像を取得する画像取得部と、前記標本における複数の学術的領域を含む第１画像を第１撮影倍率で取得するよう前記画像取得部を制御する第１画像取得制御部と、前記学術的領域ごとに固有の識別情報により、所望の前記学術的領域を注目領域としてユーザに指定させる注目領域指定部と、前記画像取得部により取得された前記第１画像および各前記学術的領域の位置情報を有する参照画像に基づいて、前記注目領域指定部により指定された前記注目領域の空間的位置を算出する位置算出部と、該位置算出部により算出された前記注目領域の空間的位置に基づいて、前記標本における前記注目領域の第２画像を前記第１撮影倍率よりも高倍率の第２撮影倍率で取得するよう前記画像取得部を制御する第２画像取得制御部とを備える画像取得システムを提供する。
【０００８】
本発明によれば、第１画像取得制御部により画像取得部が制御されて、標本の複数の学術的領域を含む第１画像が取得され、注目領域指定部によりユーザが標本における所望の学術的領域を注目領域として指定すると、位置算出部により、第１画像と各学術的領域の位置情報を有する参照画像とに基づいて、ユーザが指定した注目領域の空間的位置が算出される。そして、その注目領域の空間的位置に基づいて、第２画像取得制御部により画像取得部が制御されて、標本における注目領域の第２画像が取得される。
【０００９】
ここで、第１画像を低倍率で取得し第２画像を高倍率で取得することにより、標本全体の画像を高解像度で取得する場合と比較して、画像取得に掛かる時間の短縮と画像データの容量の縮小を図ることができる。この場合において、熟練した解剖学的な知識と経験がなくても、ユーザが所望の学術的領域の識別情報を入力するだけで、その注目領域の高解像度の画像を取得することができる。したがって、標本における注目領域の高解像度の画像を簡易かつ効率的に取得することができる。
【００１０】
上記発明においては、前記位置算出部が、前記参照画像を前記第１画像に位置合わせするための変換パラメータを算出するレジストレーション処理を施し、算出した該変換パラメータに基づいて前記注目領域の空間的位置を算出することとしてもよい。
【００１１】
このように構成することで、参照画像における注目領域の位置、方向または形状等が、第１画像における対応する学術的領域の位置、方向または形状等と一致しない場合においても、レジストレーション処理により参照画像と第１画像とを関連付けて、注目領域の空間的位置を簡易かつ精度よく算出することができる。
【００１２】
上記発明においては、前記注目領域指定部が、前記注目領域の識別情報と各前記学術的領域の境界とを表示した前記参照画像を表示することとしてもよい。
このように構成することで、ユーザは、表示される参照画像を見て注目領域を直感的に指定することができる。
【００１３】
上記発明においては、前記第１画像取得制御部が、前記標本における光軸方向に段階的に位置をずらした複数の前記第１画像を取得するよう前記画像取得部を制御し、前記第２画像取得制御部が、前記標本における前記光軸方向に前記第１画像取得制御部よりも細かいピッチで段階的に位置をずらした複数の前記第２画像を取得するよう前記画像取得部を制御することとしてもよい。
このように構成することで、標本における光軸方向にも分解能を向上した３次元的な画像により、標本における注目領域を観察することができる。
【００１４】
上記発明においては、第１画像取得制御部が、前記第１画像として前記標本全体の画像を取得するよう前記画像取得部を制御することとしてもよい。
このように構成することで、１つの第１画像により、標本が有する全ての学術的領域から注目領域を指定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、標本における注目領域の高解像度の画像を簡易かつ効率的に取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像取得システムを示す概略構成図である。
【図２】インタフェース部により図１のモニタに表示される入力欄や指示ボタンの一例を示す図である。
【図３】脳のアトラスデータの一例を示す図である。
【図４】図４（ａ)はアトラスデータの移動を説明する図であり、図４（ｂ)はアトラスデータの回転を説明する図であり、図４（ｃ)はアトラスデータの縮小または拡大を説明する図であり、図４（ｄ）はアトラスデータのせん断を説明する図である。
【図５】アトラスデータの非線形的な複雑な変換を説明する図である。
【図６】変換パラメータを適用したアトラスデータとマップ画像の位置合わせを説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態の第１変形例に係る画像取得システムにより、モニタに表示されるアトラスデータ、入力欄および指示ボタンの一例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態の第３変形例に係る画像取得システムにより、標本における２箇所の特徴部分の一例を示す図である。
【図９】（ａ）は標本の一部の範囲の画像を説明する図であり、（ｂ）は未取得部分を輝度値−１とした標本のマップ画像を説明する図であり、（ｃ）は変換パラメータを適用したアトラスデータとマップ画像の一部の範囲の位置合わせを説明する図である
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る画像取得システムについて図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る画像取得システム１０は、図１に示されるように、標本Ｓの画像を取得する顕微鏡装置（画像取得部）１と、顕微鏡装置１を制御するＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）３と、ＰＣ３に接続されたモニタ５、キーボード７およびマウス９とを備えている。
【００１８】
顕微鏡装置１は、図示しない光源や光検出器、レボルバ等を備える顕微鏡本体１１と、標本Ｓを載置するステージ１３と、互いに倍率が異なる複数の対物レンズ１５とを備えている。本実施形態では、標本Ｓとして、大脳皮質視角野や海馬など複数の解剖学的領域（学術的領域）を有する脳を例示して説明する。
【００１９】
ステージ１３は、対物レンズ１５の光軸方向（Ｚ方向）および光軸方向に交差する方向（Ｘ方向およびＹ方向）にそれぞれ移動させることができるようになっている。
複数の対物レンズ１５は、レボルバに取り付けられており、レボルバにより切り換えられてレーザ光の光路上に択一的に配置されるようになっている。
【００２０】
この顕微鏡装置１は、光源から発せられたレーザ光を対物レンズ１５により標本Ｓに照射する一方、標本Ｓからの戻り光を対物レンズ１５により集光して光検出器により検出することにより、戻り光の輝度に応じた画像を取得することができるようになっている。
【００２１】
ＰＣ３は、標本Ｓにおける所望の解剖学的領域を注目領域としてユーザに指定させるインタフェース部（注目領域指定部）１７と、標本Ｓにおける複数の解剖学的領域を含むマップ画像（第１画像）を低倍率（第１撮影倍率）で取得するよう顕微鏡装置１を制御するマップ画像取得部（第１画像取得制御部）１９と、インタフェース部１７により指定された注目領域の空間的位置を算出する処理部（位置算出部）２１と、標本Ｓにおける注目領域の高解像画像（第２画像）をマップ画像よりも高倍率（第２撮影倍率）で取得するよう顕微鏡装置１を制御する高解像画像取得部（第２画像取得制御部）２３とを備えている。
これらインタフェース部１７、マップ画像取得部１９、処理部２１および高解像画像取得部２３は、それぞれソフトウェアで実現されるようになっている。
【００２２】
インタフェース部１７は、図２に示すように、モニタ５上に表示される「Ａｔｌａｓ  ｄａｔａ」および「Ｔａｒｇｅｔ  ｒｅｇｉｏｎ」の入力欄および「Ａｃｑｕｉｒｅ」の撮影開始ボタンにより、ユーザからの指示がマウス９やキーボード７を介して入力されるようになっている。
【００２３】
このインタフェース部１７は、例えば、標本Ｓにおける各解剖学的領域の位置情報を有するアトラスデータ（参照画像）をユーザに指定させるようになっている。アトラスデータとしては、例えば、図３に示すような各解剖学的領域の名称と位置情報を有する２Ｄの画像データが挙げられる。ユーザは、一般に公開されているアトラスデータを指定することとしてもよいし、ユーザ自身で構築したアトラスデータを指定することとしてもよい。
【００２４】
また、インタフェース部１７は、標本Ｓの解剖学的領域ごとに固有のＩＤ（ＩＤＥＮＴＩＦＩＣＡＴＩＯＮ、識別情報）をユーザに入力または選択させて、所望の解剖学的領域を注目領域として指定させるようになっている。ＩＤとしては、例えば、海馬であれば、「海馬」または「Ｈｉｐｐｏｃａｍｐｕｓ」といった名称や「ＨＣ」といった略称を用いることとしてもよい。また、インタフェース部１７は、ユーザが撮影を指示すると、マップ画像取得部１９に撮影の指示を入力するようになっている。
【００２５】
マップ画像取得部１９は、顕微鏡本体１１に対してレボルバを回転させ、予め設定されている低倍率の対物レンズ１５をレーザ光の光路上に配置させるようになっている。また、マップ画像取得部１９は、インタフェース部１７からの撮影の指示により、顕微鏡本体１１に対してステージ１３をＺ方向に所定のピッチで段階的に移動させて、標本ＳのＺスタック画像（マップ画像）を取得させるようになっている。マップ画像取得部１９により選択される対物レンズ１５は、ユーザが予め設定しておくこととすればよい。
【００２６】
また、マップ画像取得部１９は、標本Ｓが１視野に納まらないような大きさの場合には、Ｚ位置ごとに、顕微鏡本体１１に対してステージ１３をＸ方向およびＹ方向に移動させてＸＹ方向に複数の範囲の画像を取得させ、同じＺ位置ごとにそれらの画像を１つのスタック画像（マップ画像）に合成するようになっている。
【００２７】
処理部２１は、顕微鏡装置１によって取得された標本Ｓのマップ画像に対して、インタフェース部１７によって指定されたアトラスデータを位置合わせするための変換パラメータをレジストレーション処理により算出するようになっている。
【００２８】
変換パラメータとしては、図４（ａ)に示すようにアトラスデータを移動したり、図４（ｂ)に示すようにアトラスデータを回転したりする剛体変換のパラメータ、図４（ｃ)に示すようにアトラスデータを縮小または拡大したり、図４（ｄ）に示すようにアトラスデータをせん断したりするアフィン変換のパラメータ、図５に示すようにアトラスデータを非線形的に複雑に変換する非線形変換のパラメータ等が挙げられる。
【００２９】
具体的には、処理部２１は、上記いずれかの変換パラメータによりアトラスデータを変換して変換後のアトラスデータとマップ画像とを比較し、例えば正規化相互相関を用いて、変換後のアトラスデータとマップ画像の類似度を算出するようになっている。
【００３０】
そして、処理部２１は、変換パラメータを変更して、変換パラメータごとにアトラスデータの変換および変換後のアトラスデータとマップ画像との類似度の算出を行い、例えば最急降下法により、類似度が最大となる変換パラメータを算出するようになっている。なお、レジストレーション処理を施す場合は、例えば、アトラスデータをグレースケール１ｃｈのデータ（目的の臓器の例えば脳と、脳以外とが区別されるデータ等）または１ｂｉｔデータに変換しておくことが好ましい。
【００３１】
また、処理部２１は、算出した変換パラメータをユーザが指定したアトラスデータの注目領域に適用して、図６に示すように、アトラスデータをマップ画像の座標系に合わせ込み、マップ画像における注目領域のＸＹＺ座標を算出するようになっている。
【００３２】
高解像画像取得部２３は、顕微鏡本体１１に対してレボルバを回転させて、予め設定されている高倍率の対物レンズ１５をレーザ光の光路上に配置させるようになっている。また、高解像画像取得部２３は、顕微鏡本体１１に対して処理部２１により算出された注目領域のＸＹ座標上にステージ１３を移動させるようになっている。高解像画像取得部２３により選択される対物レンズ１５は、ユーザが予め設定しておくこととすればよい。
【００３３】
また、高解像画像取得部２３は、注目領域のＸＹ座標上で、顕微鏡本体１１に対してステージ１３をＺ方向に所定のピッチで段階的に移動させて、注目領域のＺスタック画像（高解像画像）を取得させるようになっている。高解像画像取得部２３は、注目領域が１視野に納まらない大きさの場合は、Ｚ位置ごとに、顕微鏡本体１１に対してステージ１３をＸ方向およびＹ方向に移動させて、ＸＹ方向に複数の範囲の画像を取得させるようになっている。
【００３４】
このように構成された画像取得システム１０の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る画像取得システム１０によりステージ１３上の脳を標本Ｓとして観察するには、ユーザは、インタフェース部１７により、使用する所望のアトラスデータを指定するとともに、標本Ｓにおける所望の注目領域のＩＤを入力する。次いで、ユーザは、インタフェース部１７により、撮影の実行を指示する。
【００３５】
次に、インタフェース部１７からの撮影の指示に応じて、マップ画像取得部１９によりレボルバが作動され、予め設定されている低倍率の対物レンズ１５がレーザ光の光路に配置される。そして、マップ画像取得部１９により、ステージ１３がＺ方向に段階的に移動させられるとともに、Ｚ位置ごとにステージ１３がＸＹ方向に移動させられてＸＹ方向に複数の範囲の標本Ｓの画像が取得される。そして、マップ画像取得部１９により、同じＺ位置ごとに各範囲の画像が合成されて標本Ｓ全体の１つのスタック画像（マップ画像）が生成される。
【００３６】
次に、処理部２１により、ユーザが指定したアトラスデータにレジストレーション処理が施され、マップ画像にそのアトラスデータを位置合わせするための変換パラメータが算出される。そして、処理部２１により、算出した変換パラメータがアトラスデータに適用されて、図６に示すようにアトラスデータがマップ画像に位置合わせされ、マップ画像における注目領域のＸＹＺ座標が算出される。
【００３７】
次に、高解像画像取得部２３により、レボルバが作動されて、予め設定されている高倍率の対物レンズ１５がレーザ光の光路上に配置される。次いで、高解像画像取得部２３により、算出された注目領域のＸＹ座標にステージ１３が移動させられ、そのＸＹ座標においてステージ１３がＺ方向に段階的に移動させられて、注目領域のＺスタック画像（高解像画像）が取得される。
【００３８】
以上説明したように本実施形態に係る画像取得システム１０によれば、標本Ｓ全体のマップ画像を低倍率で取得して、所望の注目領域の画像を高倍率で取得することにより、標本Ｓ全体の画像を高解像度で取得する場合と比較して、画像取得に掛かる時間の短縮と画像データの容量の縮小を図ることができる。
【００３９】
この場合において、熟練した解剖学的な知識と経験がなくても、ユーザが標本Ｓにおける所望の解剖学的領域のＩＤを入力するだけで、その注目領域の高解像度の画像が取得される。したがって、標本Ｓにおける注目領域の高解像度の画像を簡易かつ効率的に取得することができる。
【００４０】
また、アトラスデータにおける注目領域の位置、方向または形状等が、標本Ｓ全体のマップ画像における対応する解剖学的領域の位置、方向または形状等と一致しない場合においても、レジストレーション処理により、アトラスデータとマップ画像とを関連付けて、注目領域の空間的位置を簡易かつ精度よく算出することができる。
【００４１】
本実施形態は以下のように変形することができる。
第１変形例としては、図７に示すように、インタフェース部１７が、注目領域のＩＤと標本Ｓの各解剖学的領域の境界とを表示したアトラスデータをモニタ５に表示することとしてもよい。
【００４２】
この場合、インタフェース部１７は、モニタ５上でアトラスデータの所望の解剖学的領域をユーザがマウス９によってクリックすることにより、クリックされたその解剖学的領域が注目領域として指定されたものとしてもよい。
このようにすることで、ユーザは、モニタ５に表示されるアトラスデータを見て注目領域を直感的かつ簡易に指定することができる。
【００４３】
第２変形例としては、高解像画像取得部２３が、標本ＳにおけるＺ方向にマップ画像取得部１９よりも細かいＺステップ（ピッチ）で段階的に位置をずらして複数のＺスタック画像を取得するよう、顕微鏡装置１を制御することとしてもよい。
【００４４】
この場合、例えば、高解像画像取得時の観察条件から計算される光学分解能の１／２をＺステップサイズとしてもよい。
このようにすることで、標本ＳにおけるＺ方向にも分解能を向上した３次元的な高解像画像により、標本Ｓにおける注目領域を詳細に観察することができる。
【００４５】
第３変形例としては、マップ画像取得部１９により、標本Ｓの一部の範囲の画像を取得してレジストレーション処理を施すこととしてもよい。例えば、図８に示すように、マップ画像取得部１９により、輪郭など標本Ｓにおける特徴がある２箇所以上の画像を取得して、アトラスデータと位置合わせすることが好ましい。
【００４６】
この場合、図９（ａ）に示すように、マップ画像取得部１９により、標本Ｓにおける輪郭を有するいずれかの範囲にステージ１３を移動させ、ユーザがインタフェース部１７により撮影を指示して、標本におけるその範囲の画像を取得する。この操作を標本Ｓにおける特徴がある２箇所以上の範囲で行う。次いで、マップ画像取得部１９により、図９（ｂ）に示すように、標本Ｓにおける未取得部分の輝度値をマーキングし（例えば、輝度値−１とする。）、取得した特徴部分の画像と合わせて標本Ｓのマップ画像を生成する。
【００４７】
次いで、処理部２１により、図９（ｃ）に示すように、ユーザが指定したアトラスデータにレジストレーション処理を施してアトラスデータをマップ画像に位置合わせし、マップ画像における所望の注目領域のＸＹＺ座標を算出する。レジストレーション処理においては、アトラスデータとマップ画像の類似度を算出する場合に、マップ画像における未取得部分は無視し、取得した特徴部分の画像のみを使用することとすればよい。ＸＹＺ座標が算出された注目領域の高解像画像の取得については、上述した本実施形態と同様であるので説明を省略する。
本変形例によれば、標本Ｓ全体のマップ画像を生成する必要がない分だけ、画像取得に掛かる時間の短縮と画像データの容量の縮小を図り、作業効率を向上することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。また、上記実施形態においては、顕微鏡装置１として、カメラとレーザ走査型顕微鏡装置を採用し、標本Ｓにおける複数の解剖学的領域を含むマップ画像をカメラで取得し、標本Ｓの注目領域の高解像画像をレーザ走査型顕微鏡装置により取得することとしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態においては、標本における学術的領域として解剖学的領域を例示して説明したが、標本における学術的領域は、固有の識別情報により識別可能な領域であればよく、例えば、解剖学領域以外にも、遺伝学や細胞生物学等の観点およびこれらを組み合わせて定義される領域に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１    顕微鏡装置（画像取得部）
１０  画像取得システム
１７  インタフェース部（注目領域指定部）
１９  マップ画像取得部（第１画像取得制御部）
２１  処理部（位置算出部）
２３  高解像画像取得部（第２画像取得制御部）
Ｓ    標本
【図１】
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【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】
2017173653.tif 000009
【図８】
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【図９】
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