(57)【要約】  本技術の一形態に係る分光イメージング装置は、分光部と、イメージセンサと、制御ユニットとを具備する。前記分光部は、入射光を波長ごとに分散させる。前記イメージセンサは、画素単位で露光時間またはゲインを設定可能に構成され、前記分光部において分散された各波長の光を検出する。前記制御ユニットは、前記イメージセンサの露光時間またはゲインを所定の画素領域単位で設定することが可能に構成される。【選択図】図２
2020044860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を波長ごとに分散させる分光部と、
画素単位で露光時間またはゲインを設定可能に構成され、前記分光部において分散された各波長の光を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサの露光時間またはゲインを所定の画素領域単位で設定することが可能に構成された制御ユニットと
を具備する分光イメージング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分光イメージング装置であって、
前記分光部は、前記入射光を波長ごとに一軸方向に分散させ、
前記制御ユニットは、前記イメージセンサの露光時間またはゲインを前記一軸方向に直交するライン単位で設定するように構成される
分光イメージング装置。
【請求項３】
請求項１に記載の分光イメージング装置であって、
前記イメージセンサは、画素部と、前記画素部から出力される画像データから画素値を算出する演算部を有し、
前記制御ユニットは、前記画素値の算出に用いられるゲインを前記所定の画素領域単位で設定するように構成される
分光イメージング装置。
【請求項４】
請求項１に記載の分光イメージング装置であって、
前記制御ユニットは、前記イメージセンサの出力に基づいて前記入射光の発光スペクトルを取得する評価部と、複数の基準となる成分スペクトルおよび自家蛍光スペクトルを記憶する記憶部とを有し、
前記評価部は、前記複数の基準となる成分スペクトルおよび自家発光スペクトルの線形和となるように、前記発光スペクトルの成分割合を算出するように構成される
分光イメージング装置。
【請求項５】
請求項４に記載の分光イメージング装置であって、
前記評価部は、前記所定の画素領域ごとに設定された露光時間またはゲインをもとに、前記発光スペクトルおよび前記成分スペクトルの少なくとも一方を校正するように構成される
分光イメージング装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分光イメージング装置であって、
前記評価部は、前記撮影スペクトルから画素値がサチュレーションに達している画素の有無を判定し、前記サチュレーションに達している画素を前記撮影スペクトルの成分割合の演算から除外するように構成される
分光イメージング装置。
【請求項７】
蛍光染色された病理標本を支持可能なステージと、
前記ステージ上の病理標本にライン照明を照射する励起部と、
前記ライン照明によって励起された蛍光を波長ごとに分散させる分光部と、
画素単位で露光時間またはゲインを設定可能に構成され、前記分光部において分散された各波長の光を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサの露光時間またはゲインを所定の画素領域単位で設定するように構成される制御ユニットと
を具備する蛍光観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の蛍光観察装置であって、
前記イメージセンサの出力に基づいて前記蛍光のスペクトルを表示する表示部をさらに具備する
蛍光観察装置。
【請求項９】
請求項８に記載の蛍光観察装置であって、
前記表示部は、前記所定の画素領域単位での露光時間またはゲインの入力を受け付ける操作領域を有する
蛍光観察装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の蛍光観察装置であって、
前記表示部は、設定された露光時間またはゲインをもとに、設定後のスペクトルとヒストグラムを表示する表示領域を有する
蛍光観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、例えば、病理画像の診断に用いられる分光イメージング装置および蛍光観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定量性や多色性に優れた手法として、蛍光染色による病理画像診断法が提案されている（例えば特許文献１参照）。蛍光手法によると、着色染色に比べて多重化が容易で、詳細な診断情報が得られる点で有利である。病理診断以外の蛍光イメージングにおいても、色数の増加は、サンプルに発現するさまざまな抗原を一度に調べることを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４５２８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エリアセンサの水平軸を空間、垂直軸を波長に展開する分光観察装置は、簡便にサンプル上の１ラインの分光スペクトルを取得することができる。しかしながら、明るい波長帯や非常に暗い波長帯などがスペクトルに混在する場合、センサ自体のダイナミックレンジが不足し、暗い部分が潰れてしまったり、明るい部分がサチュレーション（飽和）してしまったりして、十分なデータを得られない場合がある。一方、この問題を解決するため、記録容量の大きいセンサを使うと、病理画像など全体の画素数が膨大になる対象においては保存容量が肥大化し、データへのアクセサビリティの低下やシステム全体の動作が緩慢になるなどの新たな問題が生じる。【０００５】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、センサの記録容量を抑えつつ、高ダイナミックレンジの記録を行うことができる分光イメージング装置および蛍光観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術の一形態に係る分光イメージング装置は、分光部と、イメージセンサと、制御ユニットとを具備する。
前記分光部は、入射光を波長ごとに分散させる。
前記イメージセンサは、画素単位で露光時間またはゲインを設定可能に構成され、前記分光部において分散された各波長の光を検出する。
前記制御ユニットは、前記イメージセンサの露光時間またはゲインを所定の画素領域単位で設定することが可能に構成される。【０００７】
上記分光イメージング装置によれば、最適な露出条件が得られるとともに、記録されるスペクトルのダイナミックレンジを拡張することができる。【０００８】
前記分光部は、前記入射光を波長ごとに一軸方向に分散させ、前記制御ユニットは、前記イメージセンサの露光時間を前記一軸方向に直交するライン単位で設定するように構成されてもよい。【０００９】
前記イメージセンサは、画素部と、前記画素部から出力される画像データから画素値を算出する演算部をさらに有してもよい。この場合、前記制御ユニットは、前記画素値の算出に用いられるゲインを前記所定の画素領域単位で設定するように構成される。【００１０】
前記制御ユニットは、前記イメージセンサの出力に基づいて前記入射光の発光スペクトルを取得する評価部と、複数の基準となる成分スペクトルおよび自家蛍光スペクトルを記憶する記憶部とを有してもよい。前記評価部は、前記複数の基準となる成分スペクトルおよび自家発光スペクトルの線形和となるように、前記発光スペクトルの成分割合を算出するように構成される。【００１１】
前記評価部は、前記所定の画素領域ごとに設定された露光時間またはゲインをもとに、前記発光スペクトルおよび前記成分スペクトルの少なくとも一方を校正するように構成される。【００１２】
前記評価部は、前記撮影スペクトルから画素値がサチュレーションに達している画素の有無を判定し、前記サチュレーションに達している画素を前記撮影スペクトルの成分割合の演算から除外するように構成されてもよい。【００１３】
本技術の一形態に係る蛍光観察装置は、ステージと、励起部と、分光部と、イメージセンサと、制御ユニットとを具備する。
前記ステージは、蛍光染色された病理標本を支持可能に構成される。
前記励起部は、前記ステージ上の病理標本にライン照明を照射する。
前記分光部は、前記ライン照明によって励起された蛍光を波長ごとに分散させる。
前記イメージセンサは、画素単位で露光時間またはゲインを設定可能に構成され、前記分光部において分散された各波長の光を検出する。
前記制御ユニットは、前記イメージセンサの露光時間またはゲインを所定の画素領域単位で設定するように構成される。【００１４】
前記蛍光観察装置は、前記イメージセンサの出力に基づいて前記蛍光のスペクトルを表示する表示部をさらに具備してもよい。【００１５】
前記表示部は、前記所定の画素領域単位での露光時間またはゲインの入力を受け付ける操作領域を有してもよい。【００１６】
前記表示部は、設定された露光時間またはゲインをもとに、設定後のスペクトルとヒストグラムを表示する表示領域を有してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本技術によれば、ンサの記録容量を抑えつつ、高ダイナミックレンジの記録を行うことができる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本技術の一実施形態に係る分光イメージング装置の基本構成を示す概略図である。
【図２】上記分光イメージング装置を備えた蛍光観察装置の光学系を示す概略図である。
【図３】観察対象である病理標本の概略図である。
【図４】上記蛍光観察装置の構成を示すブロック図である。
【図５】上記蛍光観察装置における検出部およびその周辺の構成を示すブロック図である。
【図６】画素部と発光スペクトルとの関係を説明する模式図である。
【図７】検出領域における発光スペクトルとダイナミックレンジとの関係を示す説明図である。
【図８】制御ユニットにおいて実行される発光スペクトルの成分分離計算までの処理手順を示すフローチャートである。
【図９】実施形態におけるサチュレーション処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】上記サチュレーション処理の一例を説明する模式図である。
【図１１】上記蛍光観察装置における表示部の概略図である。
【図１２】上記表示部における励起部の設定領域の画面構成の一例を示す図である。
【図１３】上記表示部における一のライン照明由来の蛍光スペクトルの検出設定領域の画面構成の一例を示す図である。
【図１４】上記表示部における他のライン照明由来の蛍光スペクトルの検出設定領域の画面構成の一例を示す図である。
【図１５】上記表示部におけるヒストグラムウィンドウを説明する図である。
【図１６】上記制御ユニットにおいて実行される処理を説明する蛍光観察装置のブロック図である。
【図１７】上記蛍光観察装置の一変形例を示す概略ブロック図である。
【図１８】上記蛍光観察装置の他の変形例を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
［装置の概要］
図１は、本技術の一実施形態に係る分光イメージング装置１０の基本構成を示す概略図である。
同図に示すように、分光イメージング装置１０は、ラインスキャン型のイメージング分光器であり、分光部１１と、検出部１２とを備える。分光部１１は、Ｘ軸方向に平行なスリット１１１と、波長分散素子１１２とを有する。検出部１２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などの固体撮像素子で構成されたイメージセンサ（エリアセンサ）１２１を有する。
【００２１】
スリット１１１は、ｘｙ平面上にある図示しない試料からの入射光（蛍光）のＸ軸方向の空間成分を抽出する。波長分散素子１１２は、スリット１１１を通過した入射光Ｌｘを波長ごとに分散させて、イメージセンサ１２１に結像させる。波長分散素子１１２としては、典型的には、プリズムや回折格子が用いられ、入射光Ｌｘの各波長帯域をＹ軸方向に分離させる。イメージセンサ１２１は、波長分散素子１１２において波長分離された入射光Ｌ１の（Ｘ、λ）のスペクトルイメージを取得する。Ｙ軸方向に試料をスキャンする機構を組み込めば、（Ｘ、Ｙ、λ）のスペクトルイメージを取得することができる。
【００２２】
イメージセンサ１２１は、後述するように、画素単位で露光時間またはゲインを設定することが可能に構成される。各波長帯域の光の受光領域に応じて露光時間またはゲインを調整することで、明るい波長帯域の光に対してはサチュレーションを抑制し、暗い波長帯域の光に対しては十分な感度でスペクトルイメージを取得することが可能となる。
【００２３】
さらに、イメージセンサ１２１は、フルフレームの読み出し領域から、一部の領域のみを読み出すように構成される。これにより、読み出し領域を減らした分だけ、フレームレートを向上させることができる。さらに、読み出し領域のうち任意の領域を複数に分割し、それぞれの領域に異なるゲインと露光時間を設定することができる。
【００２４】
［蛍光観察装置］
図２は、本実施形態の分光イメージング装置１０を備えた蛍光観察装置１００の光学系を示す概略図である。
同図に示すように、蛍光観察装置１００は、分光部１１と、検出部１２と、蛍光励起部１３とを有する。蛍光励起部１３は、励起光光学系１３１と、フィルタブロック１３２と、対物レンズ１３３とを有する。
【００２５】
励起光光学系１３１は、励起光を出射可能な単数又は複数の光源を含む。光源には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、水銀ランプなどが用いられる。励起光はライン照明化されて、ｘｙ平面に平行なステージ２０上のサンプルＳに照射される。
【００２６】
サンプルＳは、典型的には、図３に示すような組織切片等の観察対象Ｓａを含むスライドで構成されるが、勿論それ以外であってもよい。サンプルＳ（観察対象Ｓａ）は、励起光の照射により励起される複数の蛍光色素によって染色されている。
【００２７】
フィルタブロック１３２は、ダイクロイックミラー、バンドパスフィルタ等を含む。ダイクロイックミラーは、励起光光学系１３１からの励起光を対物レンズ１３３に向けて反射し、対物レンズ１３３を透過したサンプルＳからの蛍光を分光部１１に向けて透過させる。バンドパスフィルタは、サンプルＳから分光部１１に向かう光のうち、励起光の波長帯域をカットするバンドパス特性を有する。
【００２８】
図４は蛍光観察装置１００の構成を示すブロック図である。蛍光観察装置１００は、装置本体１と、制御ユニット２と、表示部３とを備える。
【００２９】
装置本体１は、ステージ２０、励起光源（励起部）１０１、分光イメージング部１０２、観察光学系１０３、走査機構１０４、フォーカス機構１０５、非蛍光観察部１０６などを有する。
【００３０】
励起光源１０１は励起光光学系１３１に相当し、分光イメージング部１０２は分光部１１および検出部１２に相当する。観察光学系１０３は、フィルタブロック１３２および対物レンズ１３３に相当する。
【００３１】
走査機構１０４は、典型的には、ステージ２０を少なくともＸ軸およびＹ軸の２方向に平行移動させるＸＹ移動機構で構成される。この場合、例えば図３に示すように撮影領域ＲｓがＸ軸方向に複数に分割され、Ｙ軸方向にサンプルＳをスキャンし、その後、Ｘ軸方向に移動し、さらにＹ軸方法へのスキャンを行うといった動作が繰り返される。これにより、大面積のスペクトルイメージを取得することができ、例えば病理スライドなどであれば、ＷＳＩ（Whole slide imaging）を取得することができる。
【００３２】
フォーカス機構１０５は、最適な焦点位置にステージ２０または対物レンズ１３３をＸ軸およびＹ軸に直交する方向に移動させる。非蛍光観察部１０６は、サンプルＳの暗視野観察、明視野観察などに用いられるが、必要に応じて省略されてもよい。
【００３３】
蛍光観察装置１００は、蛍光励起部（ＬＤやシャッターの制御）、走査機構であるＸＹステージ、分光イメージング部（カメラ）、フォーカス機構（検出器とＺステージ）、非蛍光観察部（カメラ）などを制御する制御部８０と接続されていてもよい。
【００３４】
［イメージセンサ］
図５は、検出部１２およびその周辺の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、検出部１２は、イメージセンサ１２１と、信号処理回路１２２とを有する。イメージセンサ１２１は、画素部３０と、演算部３１とを有する。
【００３５】
画素部３０は、例えば、ＲＧＢ画素からなるベイヤー配列の画素配列の各画素における光電変換によって、露光時間に応じた電荷情報を出力する。画素部３０は、制御ユニット２の制御（シャッタ制御）により、画素領域単位（例えば行（ライン）単位）で異なる露光時間に設定される。長時間露光のなされる行からは長時間露光に基づく蓄積電荷に対応する高感度画素情報３１１が出力される。短時間露光のなされる行からは短時間露光に基づく蓄積電荷に対応する低感度画素情報３１２が出力される。
【００３６】
演算部３１は、画素部３０から出力される画像データから画素値を算出する。本実施形態において演算部３１は、画素部３０から出力される高感度画素情報３１１と低感度画素情報３１２とを入力し、これらの入力情報に基づいて１つの画像情報を生成する画像情報合成部３１３を有する。画像情報合成部３１３の出力は、信号処理回路１２２に入力される。信号処理回路１２２は、例えば、ホワイトバランス（ＷＢ）調整、γ補正などの信号処理を実行して出力画像を生成する。出力画像は、制御ユニット２へ供給され、後述する記憶部２１に格納され、あるいは表示部３に出力される。
【００３７】
イメージセンサ１２１は、画素部３０のＹ軸方向（垂直方向）の画素アレイを波長のチャンネルとして利用した蛍光の分光データ（ｘ、λ）を取得する。得られた分光データ（ｘ、λ）は、それぞれどの励起波長から励起された分光データであるかが紐づけられた状態で制御ユニット２（記憶部２１）に記録される。
【００３８】
画素部３０の露光時間は、制御ユニット２によって所定の画素領域ごとに設定される。本実施形態では、分光部１１における波長分散素子１１２が入射光Ｌｘ（図１参照）をＹ軸方向に波長分離するため、イメージセンサ１２１の画素部３０にはＹ軸方向に異なる波長の光（発光スペクトル）が到達する。そのため本実施形態では、上述のように、制御ユニット２の制御（シャッタ制御）により、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に平行な行（ライン）単位で、画素部３０の露光時間が設定される。
【００３９】
制御ユニット２はさらに、演算部３１の画像情報合成部３１３において高感度画素情報３１１および低感度画素情報３１２各々に乗じられる感度補償用のゲインを画素領域単位で個別に設定することが可能に構成される。これにより、高感度画素情報３１１のサチュレーションを抑制しつつ、低感度画素情報の感度の上昇を図ることが可能となる。
【００４０】
露光時間およびゲインの設定値は特に限定されず、任意の値でもよいし、予め測定した色素の発光スペクトル強度に基づく値でもよい。例えば、低感度画素領域の露光時間およびその画素値のゲインを１としたとき、高感度画素情報領域の露光時間およびその画素値のゲインは、例えば、１．５〜５．０程度の範囲に設定される。
【００４１】
また、露光時間およびゲインの双方が設定される場合に限られず、露光時間のみ調整可能に設定されてもよいし、ゲインのみ調整可能に設定されてもよい。あるいは、露光時間およびゲインのうち一方を主たる設定値とし、他方を補助的な設定値としてもよい。例えば、露光時間の設定を主たる設定値とすることで、Ｓ／Ｎの良好なイメージデータを取得することができる。
【００４２】
図６は、画素部３０と発光スペクトルとの関係を説明する模式図である。
同図に示すように、制御ユニット２は、発光スペクトルの波長範囲、フィルタブロック１３２（図２参照）の透過波長範囲からイメージセンサ１２１（画素部３０）の全読出し領域から検出領域を決定する。蛍光イメージングの場合、フィルタブロック１３２は、励起光をカットするバンドパス特性を有することが一般的であることから、複数の励起波長が存在する場合は、同図に示すような波長の透過しない帯域（不透過帯DZ）が生じる。制御ユニット２は、このような検出したい信号を含まない領域を検出領域から除外する。
【００４３】
図６に示すように、不透過帯DZの上下に位置する領域をそれぞれROI1およびROI2としたとき、それぞれに対応したピークを持つ色素の発光スペクトル（以下、蛍光スペクトルともいう）が検出される。図７は、検出領域における発光スペクトルとダイナミックレンジとの関係を示す説明図であり、同図（ａ）は、露光時間およびゲインの設定前（各検出領域において露光時間あるいはゲインが同一）、そして同図（ｂ）は、露光時間およびゲインの設定後における取得データをそれぞれ示している。
【００４４】
図７（ａ）に示すように、ROI1の色素はスペクトル強度が強く、検出のダイナミックレンジを超えてサチュレーションしているが、ROI2の色素は強度が弱い。本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、ROI1に相当する（Ｘ、λ）領域の露光時間を比較的短く（あるいはゲインを比較的小さく）設定し、逆に、ROI2に相当する（Ｘ、λ）領域の露光時間を比較的長く（あるいはゲインを比較的大きく）設定する。その結果、暗い色素も明るい色素も好適な露出によって撮影することができる。これらROI1およびROI2などの検出領域の座標情報とゲイン、露光時間に関する情報は、制御ユニット２の記憶部２１に格納される。
【００４５】
［制御ユニット］
イメージセンサ１２１を含む検出部１２（分光イメージング部１０２）で取得された蛍光スペクトルは、制御ユニット２に出力される。多重蛍光スペクトルの撮影データは、色素単体のスペクトルなどを基に成分分析（色分離）することによって定量的に評価することができる。制御ユニット２は、図４に示すように、記憶部２１と、評価部２２とを有する。
【００４６】
制御ユニット２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のコンピュータに用いられるハードウェア要素および必要なソフトウェアにより実現され得る。ＣＰＵに代えて、またはこれに加えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のＰＬＤ(Programmable Logic Device)、あるいは、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、その他ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等が用いられてもよい。
【００４７】
記憶部２１は、サンプルＳを染色する色素単体の複数の基準となる成分スペクトルとサンプルＳの自家発光スペクトル（以下、これらを標準スペクトルとも総称する）を予め記憶する。評価部２２は、イメージセンサ１２１で取得したサンプルＳの発光スペクトルを記憶部２１に記憶された標準スペクトルに基づいて色素由来のスペクトルと自家発光スペクトルとに分離し、それぞれの成分割合を算出する。本実施形態では、標準スペクトルの線形和となるように、撮影されたサンプルＳの発光スペクトルの成分割合が算出される。
【００４８】
一方、イメージセンサ１２１で取得したサンプルＳの発光スペクトルは、各検出領域について露光時間およびゲインが個別に設定されているため、本来のスペクトルから変調されている。したがって、イメージセンサ１２１で取得されたデータをそのまま使用すると、成分スペクトルの色分離計算を正確に行うことができない場合がある。
そこで、評価部２２は、イメージセンサ１２１の所定の画素領域（検出領域）ごとに設定された露光時間およびゲインをもとに、発光スペクトルおよび基準となる成分スペクトルの少なくとも一方を校正するように構成される。
【００４９】
図８は、制御ユニット２において実行される発光スペクトルの成分分離計算までの処理手順を示すフローチャートである。以下、イメージセンサ１２１で取得されたサンプルＳの発光スペクトルを撮影スペクトルともいう。
【００５０】
同図に示すように、制御ユニット２は、イメージセンサ１２１の画素部３０の検出領域の露光時間およびゲインを設定する（ステップ１０１）。これらの設定値は、後述する表示部３を介して、ユーザにより入力される。制御ユニット２は、設定された露光時間およびゲインを記憶部２１へ記録した後、イメージセンサ１２１を介してサンプルＳの撮影スペクトルを取得する（ステップ１０２，１０３）。
【００５１】
制御ユニット２は、設定された各検出領域のゲインおよび露光時間に基づいて、撮影スペクトルを復調し、あるいは、記憶部２１に格納された標準スペクトルを変調することで、撮影スペクトルを校正する（ステップ１０４）。つまり、設定された露光時間とゲインをもとに、撮影スペクトルと標準スペクトルとを共通の強度軸に変換する。強度軸としては、例えば、単位時間あたりの電荷数［ｅ−］や分光放射輝度［Ｗ／（ｓｒ・ｍ２・ｎｍ）］などが挙げられる。標準スペクトルを変更する場合、撮影時の各検出領域の相対強度比を標準スペクトルに乗じる。その後、必要に応じて後述するサチュレーション処理（ステップ１０５）を実行した後、撮影スペクトルの成分分離計算を行う（ステップ１０６）。
【００５２】
一方、分光法で多重蛍光サンプルのスペクトル撮影を行う場合、あらかじめサチュレーションなく撮影できるように各画素の露光時間やゲインなどのパラメータを設定することが重要である。しかしながら、ＷＳＩなどにおいてサンプルすべての領域において最適な露出を求めることは非常に困難で、時間的ロスも大きい。撮影時にサチュレーションが起きるとスペクトルのピークがセンサのＡＤ（Analog to Digital）最大値で頭打ちになってしまい、正しいスペクトルを撮影することができない。そのため、色分離計算のために予め用意していた成分スペクトル（標準スペクトル）との乖離が大きくなり、正しい計算ができなくなるという問題が発生する。
【００５３】
そこで本実施形態では、ROI（Region of interest）設定によるダイナミックレンジの拡張に加えて、後述するサチュレーション処理が実行される。これにより、撮影スペクトルに多少のサチュレーションが生じた場合においても色分離計算を正しく遂行でき、撮影のリトライを減らすことが可能となる。
【００５４】
本実施形態におけるサチュレーション処理は、サチュレーションの生じている画素を特定し、計算から除外する処理を実行する。その処理手順の一例を図９に示す。
【００５５】
図９は、サチュレーション処理の手順を示すフローチャートである。
同図に示すように、制御ユニット２は、取得した撮影スペクトルからサチュレーション検出配列を生成する処理を実行する（ステップ２０１）。これは図１０に示すように、撮影スペクトルを波長（チャネル）ごとにサチュレーションの有無を判定し、サチュレーションが無いチャネルを「１」、サチュレーションがあるチャネルを「０」とするサチュレーション検出配列を生成する。
【００５６】
サチュレーションの有無は、各検出領域の画素値を参照し、それが最大輝度値に達しているか否かで判定する。最大輝度値に達している画素領域は、本来の正しいスペクトルと比較して画素値が飽和していると推定されるため、当該画素領域（チャネル）に対応する基準スペクトルのチャネルを、成分分離の計算から除去する。
【００５７】
一般に、スペクトル撮影で記録される波長のチャネル数（ＣＨ数）は、最終的に出力する成分数よりも多いことが多い。そのため、サチュレーションの生じていない有効なチャネル数が成分数よりも多ければ、サチュレーションの生じているチャネルのデータを計算から除去したとしても、成分分離の計算を実行することが可能となる。
【００５８】
生成した配列中の有効チャネルの数（「１」と判定されたチャネルの数）が最終的に出力したい成分数（チャネル数）よりも多いときは、サチュレーション検出配列を撮影スペクトルおよび基準スペクトルに乗算する処理を実行し（ステップ２０３，２０４）、それ以外の場合は計算が不可能なため、成分分離計算を実行せずに終了する。これにより、サチュレーションの生じているチャネルが最小二乗法の計算から除外されるため、正しく測定された波長のみで成分割合計算を行うことができる。
【００５９】
以上のように本実施形態によれば、任意の検出領域のゲイン設定や露光時間を変えることのできるイメージセンサ１２１に対して、イメージセンサ１２１の水平軸を空間、垂直軸を波長に展開する分光イメージング光学系を備える。イメージセンサ１２１の各領域から、検出領域だけを読み出すように設定し、さらにその検出領域内を２つ以上の波長×空間の２次元空間ROIに分割し、それぞれの検出領域に異なるゲインおよび露光時間を組み合わせて設定することで、最適な露出条件が得られるとともに、記録されるスペクトルのダイナミックレンジを拡張することができる。
【００６０】
例えば、多重蛍光染色した試料を撮影する場合、青色の蛍光色素が赤色の蛍光色素に比べて、非常に高い強度をもつことがある。このような条件では、青色の波長帯の露光時間を短め、ゲインを低めに設定し、赤色の波長帯の露光時間を長め、ゲインを高めに設定する。これにより、ビットレンジが浅い記録を行うことができるため、センサの記録容量を抑えつつ、高ダイナミックレンジの記録を行うことが可能となる。
【００６１】
イメージセンサ１２１の検出領域は、センサの感度域内で、測定される対象のスペクトルから設定される。観察光路中にノッチフィルタのような非透過帯がある場合や光が存在しない領域がある場合は、それらを読出し領域から除外することによって、記録フレームレートを向上させることができる。
【００６２】
さらに本実施形態によれば、取得したスペクトルから各色素の混色割合を分離計算する場合、撮影したスペクトルに多少のサチュレーションがあったとしても、サチュレーションした波長とそれ以外を区別するためのサチュレーション検出配列（図１０参照）を生成することによって、スペクトルフィッティングによる色分離を行うことができる。
【００６３】
［表示部］
ROIによる撮影パラメータ設定の課題として、撮影条件がユーザに分かりにくい点が挙げられる。データが空間と波長の３次元状であるため、どこでサチュレーションが起こったのか、どの波長のシグナルが不足しているのかが分かりにくい。スペクトルへのROI設定と表示を行う部分は、設定パラメータと撮影範囲の関係、設定パラメータとセンサ出力の関係などを網羅的に表示し、設定できるようにする必要がある。
【００６４】
そこで本実施形態では、表示部３が以下のように構成される。以下、表示部３の詳細について説明する。ここでは、一例として、多重蛍光イメージングを想定した表示部３の構成について説明する。
【００６５】
図１１は、表示部３を説明する概略図である。表示部３は、イメージセンサ１２１の出力に基づいて、サンプルＳの蛍光のスペクトルを表示することが可能に構成される。表示部３は、制御ユニット２に一体的に取り付けられたモニタで構成されてもよいし、制御ユニット２に接続された表示装置であってもよい。表示部３は、液晶デバイスあるいは有機ＥＬデバイス等の表示素子と、タッチセンサとを備え、撮影条件の入力設定や撮影画像等を表示するＵＩ（User Interface）として構成される。
【００６６】
表示部３は、図１１に示すように、主画面３０１と、サムネイル画像の表示画面３０２と、スライド情報の表示画面３０３と、撮影済みスライドリストの表示画面３０４とを有する。主画面３０１には、撮影用の制御ボタン（キー）類の表示領域３０５、励起レーザ（ライン照明）の設定領域３０６、スペクトルの検出設定領域３０７，３０８、スペクトルの自動設定制御エリア３０９等を有する。これらの領域３０５〜３０９は少なくとも１つあればよく、また、１つの表示領域に他の表示領域が含まれていてもよい。
【００６７】
蛍光観察装置１００は、図示しないスライドラックからのスライド（サンプルＳ）の取り出し、スライド情報の読み取り、スライドのサムネイル撮影、露光時間の設定などを順に行う。スライド情報には患者情報、組織部位、疾患、染色情報等が含まれており、スライドに付されたバーコードやＱＲコード（登録商標）などから読み取られる。サンプルＳのサムネイル画像及びスライド情報は、表示画面３０２，３０３にそれぞれ表示される。表示画面３０４には、撮影済みのスライド情報がリストとして表示される。
【００６８】
主画面３０１には、サンプルＳの蛍光画像のほか、現在撮影中のスライドの撮影状況が表示される。励起レーザは、設定領域３０６において表示あるいは設定され、励起レーザに由来する蛍光スペクトルは、検出設定領域３０７，３０８において表示あるいは設定される。
【００６９】
図１２は、励起レーザの設定領域３０６の画面構成の一例を示す図である。ここには、各励起ラインＬ１〜Ｌ４の出力のＯＮ／ＯＦＦがチェックボックス８１へのタッチ操作により選択あるいは切り替えられる。また、各光源の出力の大きさは操作部８２を介して設定される。
【００７０】
図１３は、励起ライン１におけるスペクトルの検出設定領域３０７の画面構成の一例を示し、図１４は、励起ライン２におけるスペクトルの検出設定領域３０８の画面構成の一例を示している。各図において縦軸は輝度、横軸は波長を示している。これらの検出設定領域３０７，３０８は、イメージセンサ１２１の所定の画素単位での露光時間やゲインの入力を受け付ける操作領域として構成される。
【００７１】
図１３及び図１４において、指標８３は、励起光源（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４）が点灯していることを表しており、指標８３の長さが大きいほど光源のパワーが大きいことを示している。蛍光スペクトル８５の検出波長範囲は操作バー８４によって設定される。蛍光スペクトル８５の表示方法は特に限定されず、例えば、励起ライン１，２での全画素平均スペクトル（波長×強度）で表示される。
【００７２】
また、蛍光スペクトル８５は、図１３及び図１４に示すように、値の頻度情報を濃淡で表現するヒートマップ方式で表示されてもよい。この場合、平均値ではわからなかった信号の分散も可視化することができる。
【００７３】
なお、蛍光スペクトル８５を表示するグラフの縦軸は、線形軸に限られず、対数軸やハイブリッド軸（バイエクスポーネンシャル軸）であってもよい。
【００７４】
蛍光スペクトル８５は、励起光源の波長やパワーに応じて設定可能である。蛍光スペクトル８５の波長範囲は、マウスなどの入力装置を用いた操作バー８４に対するカーソル移動操作で任意に変更することが可能である。蛍光スペクトル８５は、現在の平均、または、最後に撮影した波形から設定変更分を加味して計算される波形で表される。
【００７５】
制御ユニット２は、検出設定領域３０７，３０８に入力された波長帯（設定値）に基づいて、イメージセンサ１２１の読出し領域を設定する。検出設定領域３０７，３０８によって設定された波長帯と予め求めておいた所定の変換式（波長に対応する画素への変換式）とをもとにセンサ座標が特定され、露光時間およびゲインが設定される。露光時間やゲインを個別に設定可能な表示領域が別途設けられてもよい。検出設定領域３０７，３０８は、操作バー８４を介して入力された設定された露光時間やゲインなどをもとに、設定後の蛍光スペクトル８５を表示する。
【００７６】
図１５は、スペクトルの自動設定制御エリア３０９の画面構成の一例を示している。スペクトルの自動設定制御エリア３０９には、自動設定キー８６、ヒストグラムウィンドウ８７などが配置されている。自動設定開始キー８６は、プレサンプリング撮影と上述したスペクトルの検出設定を自動的に行う。ヒストグラムウィンドウ８７は、検出設定領域３０７，３０８で設定されたスペクトルの波長範囲に対応するヒストグラムを計算して表示する。ヒストグラムの縦軸は頻度、横軸は波長である。
【００７７】
ヒストグラムウィンドウ８７を参照することで、検出設定領域３０７，３０８にて設定されたスペクトルの検出条件で撮影したときのサチュレーションの発生や信号不足（強度不足）の有無を明示的に確認することができる。また、当該ヒストグラムを確認しながら露光時間やゲインを変更することができる。
【００７８】
図１６は、制御ユニット２において実行される処理を説明する蛍光観察装置１００のブロック図である。
【００７９】
制御ユニット２は、表示部３の各種設定領域３０６〜３０８において設定されたパラメータを記憶部２１（図４参照）に格納するとともに、イメージセンサ１２１へ当該パラメータに基づく読出し領域（波長帯域）や露光時間、ゲインを設定する（Ｓ４０１）。
【００８０】
制御ユニット２は、イメージセンサ１２１によって取得されたサンプルＳの発光スペクトルを表示部３へ出力し（Ｓ４０２）、検出設定領域３０７，３０８において当該スペクトルの波形が表示される（図１３、図１４参照）。
【００８１】
自動設定制御モードでは、制御ユニット２は、イメージセンサ１２１の撮影データに基づいて露光時間やゲインの最適化処理を実行し（ステップ４０３）、変更後のパラメータでの撮影データを取得する処理を繰り返す。
他方、撮影スペクトルの成分分離計算をするときは、イメージセンサ１２１の撮影データに基づいて上述した成分分離計算を実行し、その結果を表示部３（例えば、主画面３０１）に表示させる（Ｓ４０４）。
【００８２】
以上のように、本実施形態によれば、設定された波長帯域や露光時間、ゲインをもとに、設定後のスペクトルとヒストグラムがリアルタイムで撮影、表示されるとともに、取得済スペクトルから新しい設定値におけるスペクトルとヒストグラムが表示される。これにより、設定パラメータと撮影範囲の関係、設定パラメータとセンサ出力の関係などを網羅的に表示し、設定することが可能となる。
【００８３】
＜変形例＞
続いて、上述した蛍光観察装置１００の構成の変形例について説明する。
【００８４】
図１７は、変形例１に係る蛍光観察装置２００の概略ブロック図、図１８は、変形例２に係る蛍光観察装置３００の概略ブロック図である。蛍光観察装置２００，３００は、装置本体１と、制御ユニット２と、表示部３と、制御用プログラム８１とを有する。
【００８５】
制御用プログラム８１は、前述した蛍光観察装置１００の制御部８０が行う制御機能と同様の機能を、蛍光観察装置２００，３００に実行させるプログラムである。図１７に示す蛍光観察装置２００において、制御用プログラム８１は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等の記録媒体に格納された状態で提供され、これを蛍光観察装置２００に接続された電子計算機Ｃ等にダウンロードして用いられる。
【００８６】
一方、図１８に示す蛍光観察装置３００においては、インターネット等のネットワークを介して、外部から配信された制御用プログラム８１を、電子計算機Ｃ等にダウンロードして用いられる。この場合、蛍光観察装置３００と、制御用プログラム８１を取得するためのコードと、がパッケージされた状態で提供される。
【００８７】
制御用プログラム８１がダウンロードされた電子計算機Ｃは、励起光源１０１、分光イメージング部１０２、走査機構１０４、フォーカス機構１０５、非蛍光観察部１０６などを制御する各種のデータを取得し、ダウンロードされた制御用プログラム８１の制御アルゴリズムが実行され、蛍光観察装置２００，３００の制御条件が算出される。電子計算機Ｃが、算出された条件に基づいて、蛍光観察装置２００，３００へ指令を出すことにより、蛍光観察装置２００，３００の条件が自動制御される。
【００８８】
以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。
【００８９】
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）  入射光を波長ごとに分散させる分光部と、
画素単位で露光時間またはゲインを設定可能に構成された画素部を有し、前記分光部において分散された各波長の光を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサの露光時間またはゲインを所定の画素領域単位で設定することが可能に構成された制御ユニットと
を具備する分光イメージング装置。
（２）上記（１）に記載の分光イメージング装置であって、
前記分光部は、前記入射光を波長ごとに一軸方向に分散させ、
前記制御ユニットは、前記イメージセンサの露光時間を前記一軸方向に直交するライン単位で設定するように構成される
分光イメージング装置。
（３）上記（１）又は（２）に記載の分光イメージング装置であって、
前記イメージセンサは、画素部と、前記画素部から出力される画像データから画素値を算出する演算部をさらに有し、
前記制御ユニットは、前記画素値の算出に用いられるゲインを前記所定の画素領域単位で設定するように構成される
分光イメージング装置。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の分光イメージング装置であって、
前記制御ユニットは、前記イメージセンサの出力に基づいて前記入射光の発光スペクトルを取得する評価部と、複数の基準となる成分スペクトルおよび自家蛍光スペクトルを記憶する記憶部とを有し、
前記評価部は、前記複数の基準となる成分スペクトルおよび自家発光スペクトルの線形和となるように、前記発光スペクトルの成分割合を算出するように構成される
分光イメージング装置。
（５）上記（４）に記載の分光イメージング装置であって、
前記評価部は、前記所定の画素領域ごとに設定された露光時間またはゲインをもとに、前記発光スペクトルおよび前記成分スペクトルの少なくとも一方を校正するように構成される
分光イメージング装置。
（６）上記（５）に記載の分光イメージング装置であって、
前記評価部は、前記撮影スペクトルから画素値がサチュレーションに達している画素の有無を判定し、前記サチュレーションに達している画素を前記撮影スペクトルの成分割合の演算から除外するように構成される
分光イメージング装置。
（７）  蛍光染色された病理標本を支持可能なステージと、
前記ステージ上の病理標本にライン照明を照射する励起部と、
前記ライン照明によって励起された蛍光を波長ごとに分散させる分光部と、
画素単位で露光時間またはゲインを設定可能に構成され、前記分光部において分散された各波長の光を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサの露光時間またはゲインを所定の画素領域単位で設定するように構成される制御ユニットと
を具備する蛍光観察装置。
（８）上記（７）に記載の蛍光観察装置であって、
前記イメージセンサの出力に基づいて前記蛍光のスペクトルを表示する表示部をさらに具備する
蛍光観察装置。
（９）上記（８）に記載の蛍光観察装置であって、
前記表示部は、前記所定の画素領域単位での露光時間またはゲインの入力を受け付ける操作領域を有する
蛍光観察装置。
（１０）上記（８）または（９）に記載の蛍光観察装置であって、
前記表示部は、設定された露光時間またはゲインをもとに、設定後のスペクトルとヒストグラムを表示する表示領域を有する
蛍光観察装置。
【符号の説明】
【００９０】
２…制御ユニット
３…表示部
１０…分光イメージング装置
１１…分光部
１２…検出部
１３…蛍光励起部
２０…ステージ
２１…記憶部
２２…評価部
３０…画素部
３１…演算部
１００，２００，３００…蛍光観察装置
１２１…イメージセンサ
【図１】
2020044860.tif 000003
【図２】
2020044860.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020044860.tif 000006
【図５】
2020044860.tif 000007
【図６】
2020044860.tif 000008
【図７】
2020044860.tif 000009
【図８】
2020044860.tif 000010
【図９】
2020044860.tif 000011
【図１０】
2020044860.tif 000012
【図１１】
2020044860.tif 000013
【図１２】
2020044860.tif 000014
【図１３】
2020044860.tif 000015
【図１４】
2020044860.tif 000016
【図１５】
2020044860.tif 000017
【図１６】
2020044860.tif 000018
【図１７】
2020044860.tif 000019
【図１８】
2020044860.tif 000020
【国際調査報告】
2020044860.tif 000021
2020044860.tif 000022
2020044860.tif 000023
2020044860.tif 000024