JP5226352B2 - 生体観察装置及び生体観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、生体観察装置及び生体観察方法に関する。

一般に、生体観察装置を用いて生体を精細に観察する際には、当該観察対象の生体自身の振動である生体振動が大きな問題となる。

ところで、生体観察の際には、観察対象の生体を、例えば蛍光色素や発光色素等の各種色素によって染色して観察する。これらの色素からの光は非常に弱い為、通常は高感度カメラを用いて上記生体を撮像する。

例えば特許文献１に開示されている技術によれば、高感度カメラよりも高いフレームレート（以降、ＦＰＳと称する）の振動検出用カメラを設け、該振動検出用カメラによって当該観察対象の生体の振動を検出している。

しかしながら、上述したように生体からの光は弱い為、当該生体における特徴点を撮像可能とする為に露光時間を或る程度長く設定しなければならない。つまり、必然的にＦＰＳを落とさざる得なくなる。そして、このＦＰＳ低下に伴って高精度な制御ができなくなる。換言すれば、高精度な制御を実現し得るような値にＦＰＳを設定すると、当該生体における特徴点を用いた生体振動の検出が困難になる。

このような事情に鑑みて、例えば非特許文献１には、次のような技術が提案されている。すなわち、非特許文献１には、観察対象の生体に対して、生体振動を検出する為のマーカを付す。これにより、高精度な生体の観察及び生体振動制御が可能となる。
特開２００７−１８７８１０号公報 "Ｏｆｆｉｃｉａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍｏｌｅｃｈｕｌａｒ Ｉｍａｇｉｎｇ"、ｖｏｌ．５ Ｊｕｌｙ，２００６ 抄録集，Ｐ２４０

しかしながら、上記非特許文献１に開示された技術によれば、図３に示すように上記マーカが観察画像に映り込んでしまう。このような観察画像では、上記生体を観察するのに適した露出時間を設定した場合、上記マーカと上記生体とのコントラストが高いことに起因して、所謂スミア・ブルーミングが発生してしまう。

つまり、上記非特許文献１に開示された技術によれば、観察画像を撮像する為の高感度カメラの露出時間を短くせざるを得ず、このことが精細な観察を妨げている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、生体振動を高精度で検出する為のマーカを用いた生体観察装置及び生体観察方法でありながら、観察画像において上記マーカが映りこまず、精細な生体観察を可能とする生体観察装置及び生体観察方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による生体観察装置は、生体を観察する為の生体観察装置であって、上記生体の振動を検出する為に上記生体に付されたマーカ手段と、上記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、上記マーカ手段からの光を検出する振動検出用撮像手段と、上記マーカ手段からの光を上記観察用撮像手段に入射させない為のフィルタ手段を有する光学系と、を具備することを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による生体観察装置は、生体を観察する為の生体観察装置であって、上記生体の振動を検出する為に上記生体に付されたマーカ手段と、上記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、上記マーカ手段からの光を結像する振動検出用撮像手段と、を具備し、上記観察用撮像手段の撮像視野と上記振動検出用撮像手段の撮像視野とは互いに異なる撮像視野であることを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第３の態様による生体観察装置は、生体を観察する為の生体観察装置であって、上記生体の振動を検出する為に上記生体に付されたマーカ手段と、上記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、上記マーカ手段からの光を結像する振動検出用撮像手段と、上記マーカ手段からの光を上記観察用撮像手段に入射させない為の分光手段を有する光学系と、を具備することを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第４の態様による生体観察方法は、生体を観察する為の生体観察方法であって、上記生体の振動を検出する為に上記生体にマーカを付すステップと、上記生体の観察像を撮像する観察用撮像ステップと、上記マーカからの光を上記観察用撮像ステップにおいて撮像させない為のフィルタ処理を行うフィルタ処理ステップと、上記マーカからの光を撮像する振動検出用撮像ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、生体振動を高精度で検出する為のマーカを用いた生体観察装置及び生体観察方法であって、観察画像において上記マーカが映りこまず、精細な生体観察を可能とする生体観察装置及び生体観察方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。ここでは顕微鏡様の形態を用いて説明するが、内視鏡等他の生体観察装置にも応用可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る生体観察装置の一構成例を示す図である。同図に示すように、生体観察装置１は、対物レンズ４と、ＸＹＺステージ６と、エンコーダ８と、ＸＹＺステージ支持部１０と、検出回路１２と、制御装置１４と、アンプ１６と、高速度カメラ１８と、Ｚ変位検出装置２０と、Ｚ変位検出回路２２と、高感度カメラ２４と、ランプ２６と、ユーザインターフェース２８と、モニタ３０と、ステージ３２と、照準つまみ３４と、除振台３６と、光学系３８と、を具備する。

上記光学系３８は、本一実施形態に係る生体観察装置の主な特徴部の一つであって、第１ＤＭ（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ Ｍｉｒｒｏｒ；ダイクロイックミラー）１０１と、第２ＤＭ１０３と、第３ＤＭ１０５と、第１ＢＡ（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ；バリアフィルタ）１０７と、第２ＢＡ（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ）１０９と、ＥＸ（Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ；励起フィルタ）１１１と、を有する。

なお、上記ステージ３２上には、マーカ５３を付された観察対象生体５１が載置されている。

上記対物レンズ４は、上記エンコーダ８が接続された上記ＸＹＺステージ６に取り付けられ、上記ＸＹＺステージ支持部１０に支持されている。

上記ＸＹＺステージ６は、上記対物レンズ４をＸＹＺ方向に移動可能に支持している。

上記エンコーダ８は、上記ＸＹＺステージ６の変位を検出し、該検出結果を上記検出回路１２へ出力する。

上記検出回路１２は、上記エンコーダ８の出力に基づいて、上記ＸＹＺステージ６の位置を検出する。

上記制御装置１４は、当該生体観察装置１の各部を統括的に制御する。例えば、上記制御装置１４は、上記検出回路１２によって検出された上記ＸＹＺステージ６の位置及び後述する高速度カメラからの情報に基づいて、上記ＸＹＺステージ６の位置制御演算を行う。

上記アンプ１６は、上記制御装置１４から出力された制御信号を増幅して、上記ＸＹＺステージ６に供給し、上記ＸＹＺステージ６の位置を移動させる。

上記高速度カメラ１８は、詳細は後述するが、上記マーカ５３に合焦するように調整されており、上記マーカ５３を撮像する為のカメラである。なお、上記高速度カメラ１８は、上記高感度カメラ２４よりも高いＦＰＳを有する。このような構成により上記マーカの検出を容易且つ高精度とすることで、マーカの誤検出等を防ぎ、像ブレを高精度で抑制することが可能となる。

上記Ｚ変位検出装置２０は、Ｚ方向における上記ＸＹＺステージ６の変位を検出する為の装置である。上記Ｚ変位検出装置２０は、例えばレーザ光の発信及び受信を行う装置であり、このレーザ光を照射された上記観察対象生体５１から反射された光を受信し、上記レーザ光の送受信結果を上記Ｚ変位検出回路２２へ出力する。

つまり、上記Ｚ変位検出装置２０は、例えばレーザ変位計のような構成を採る。なお、上記対物レンズ４の種類等によって出力が異なる場合には、当然ながら所定の補正式によって補正を行なう。

上記Ｚ変位検出回路２２は、上記Ｚ変位検出装置２０からの出力に基づいて、上記観察対象生体５１のＺ方向における位置を検出し、該検出結果を上記制御装置１４へ出力する。上記制御装置１４は、上記Ｚ変位検出回路２２によって検出された上記観察対象生体５１の位置に基づいて、上記ＸＹＺステージ６の位置制御演算を行う。上記アンプ１６は、上記制御装置１４から出力された制御信号を増幅して、上記ＸＹＺステージ６に供給し、上記ＸＹＺステージ６の位置を移動させる。

上記高感度カメラ２４は、詳細は後述するが、上記観察対象生体５１のみに合焦し、上記観察対象生体５１の精細な観察画像を取得する為の撮像を行うカメラである。

上記ランプ２６は、上記ＥＸ１１１を介して観察及び検出に必要な照射する為の光源である。

上記ユーザインターフェース２８は、例えば観察条件等の各種設定をユーザが行う為のインターフェースである。

上記モニタ３０は、例えば上記高速度カメラ１８や上記高感度カメラ２４による撮像で取得した観察画像等を表示する表示手段である。

上記ステージ３２は、上記観察対象生体５１を載置する為のステージである。

上記照準つまみ３４は、上記対物レンズ４のＺ方向における位置を調節する為の部材である。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、図１におけるＸＹＺ軸に示す通りである。

上記除振台３６は、外部から当該生体観察装置１へ加わる振動を抑制する為の防振部材である。

以下、本一実施形態に係る生体観察装置１の主な特徴の一つである上記光学系３８について詳細に説明する。

（ランプ２６によって照射された光）
上記ランプ２６によって照射された光は、上記ＥＸ１１１を介して上記第１ＤＭ１０１へ入射し、上記第１ＤＭ１０１によって上記第２ＤＭ１０３側へ反射される。その後、上記第２ＤＭ１０３によって上記対物レンズ４側へ反射され、上記対物レンズ４によって上記観察対象生体５１に照射される。

（観察対象生体５１からの蛍光／反射光）
上記観察対象生体５１からの蛍光／反射光は、上記対物レンズ４を介して上記第２ＤＭ１０３に入射し、該第２ＤＭ１０３によって上記第１ＢＡ１０７側へ反射され、上記第１ＤＭ１０１を透過した後上記第１ＢＡ１０７を介して上記高感度カメラ２４に入射する。

なお、上記第１ＢＡ１０７は、生体情報（上記観察対象生体５１からの蛍光／反射光）以外の光を除去するバリアフィルタである。従って、上記高感度カメラ２４には、上記観察対象生体５１からの光のみ入射する。

ところで、上記マーカ５３からの光は、上記第２ＤＭ１０３によってほぼ除去され、上記第１ＤＭ１０１及び上記第１ＢＡ１０７によってさらに低減される。従って、上記高感度カメラ２４によって上記マーカ５３からの光が感知されることはない。上記高感度カメラ２４には、上記観察対象生体５１の観察像のみが結像される。

（マーカ５３からの蛍光）
上記マーカ５３からの蛍光は、上記対物レンズ４及び上記第２ＤＭ１０３を透過した後、上記第２ＢＡ１０９を介して上記高速度カメラ１８に入射する。なお、上記第２ＢＡ１０９は、上記マーカ５３からの光以外の光を除去するバリアフィルタである。

つまり、上記マーカ５３からの光以外の光は、上記第２ＤＭ１０３及び上記第３ＤＭ１０５を透過した後、上記第２ＢＡ１０９によって除去される。従って、上記高速度カメラ１８には、上記マーカ５３からの光のみが入射して結像する。

なお、上記マーカ５３からの光は、上記第３ＤＭ１０５によって反射され、上記Ｚ変位検出装置２０にも入射する。

以下、上記高速度カメラ１８と、上記高感度カメラ２４との主な相違点について説明する。

（ＦＰＳについて）上記高速度カメラ１８のＦＰＳは、上記高感度カメラ２４のＦＰＳより高い。

（露出時間について）上記高速度カメラ１８の露出時間は、上記高感度カメラ２４のＦＰＳより短い。

（撮像対象について）上記高速度カメラ１８では上記マーカ５３のみが精細に撮像され、上記高感度カメラ２４では上記観察対象生体５１のみが精細に撮像される。つまり、上記高速度カメラ１８には上記観察対象生体５１の像は映らず、上記マーカ５３の像のみが精細に撮像されるので、画像処理が容易になり、精度向上も図りやすくなる。一方、上記高感度カメラ２４には、上記観察対象生体５１の像のみが映る為、精細な生体観察が可能となる。

（分解能について）上記高速度カメラ１８の分解能を、上記高感度カメラ２４の分解能よりも高くすることで、生体観察の精度をより一層向上させることができる。

（合焦対象について）
上記高感度カメラ２４は上記観察対象生体５１に合焦させ、上記高速度カメラ１８は上記マーカ５３に合焦させる。これにより、上記観察対象生体５１の精細な観察と、上記マーカ５３の良好な検出精度と、を両立することができる。つまり、像ブレを精度よく抑制し、且つ高精細な観察画像を取得することが可能となる。

以下、上記マーカ５３について詳細に説明する。

（蛍光タイプのマーカを用いる場合）
上記マーカ５３が発する蛍光と、上記観察対象生体５１を染色した色素（以降、生体色素と称する）が発する蛍光と、を光学的に分離できるように構成する。なお、上記マーカ５３が発する蛍光と、上記生体色素が発する蛍光とが光学的に分離可能であれば、上記マーカ５３が発する蛍光に対する励起光と、上記生体色素に対する励起光とに、同一の励起光を用いてもよいし、互いに異なる励起光を用いてもよい。

また、上記マーカ５３が発する蛍光強度は、生体色素より例えば１０倍以上強くするとよい。

さらには、上記マーカ５３及び上記生体色素を、よりブロードな波長域の励起光に対応するように構成すること、及びそれらが発する蛍光自体の波長域がブロードであるように構成することが好ましい。

なお、例えばＧＦＰ（Ｇｒｅｅｎ Ｆｌｕｏｒｏ Ｐｒｏｔｅｉｎ；４８８ｎｍの励起光で励起）を用いて上記観察対象生体５１を染色する場合、上記マーカ５３を、赤い蛍光波長を有する材料で構成すると良い。

また、蛍光体は生体色素に比較して非常に明るい為、高速度カメラによっても撮像できる。

（反射光タイプのマーカを用いる場合）
当該マーカへの照射光の方向に対してほぼ正反射する面を有する構成とする。照射光として、上記生体色素の励起光を兼用してもよい。さらには、照射光として、より多くの光を反射可能なように（反射効率を高める為に）白色光を用いてもよい。

なお、蛍光の励起効率に比べて反射効率は十分に高く、また上記第３ＤＭ１０５によるフィルタ効果を鑑みると、反射光タイプのマーカを用いる場合には、上記第２ＢＡ１０９を設けなくともよい。

さらに、反射光によれば蛍光に比べて波長域をよりブロードにすることができる為、より明るいマーカ像を得ることができる。つまり、上記高速度カメラ１８のＦＰＳをより低く設定できる為、より高速なビジュアルサーボが可能となり、追従精度をより向上させることが可能となる。

以下、上記ＸＹＺステージ６について詳細に説明する。

上記ＸＹＺステージ６は、Ｘ軸ステージと、Ｙ軸ステージと、Ｚ軸ステージとを備える。上記Ｘ軸ステージは、上記高速度カメラ１８の走査方向に平行に往復運動可能に構成されている。上記Ｙ軸ステージは、上記Ｘ軸ステージに垂直な方向に往復運動可能に構成されている。上記Ｚ軸ステージは、光軸に垂直な方向に往復運動可能に構成されている。

そして、上記ＸＹＺステージ６には、その位置を検出する為の位置センサである上記エンコーダ８が取り付けられている。ここで、当該ＸＹＺステージ６のストロークは、上記観察対象生体５１の振動幅の２倍以上の幅を有することが好ましい。

以下、上記ＸＹＺステージ６の向きの調整について詳細に説明する。

まず、Ｘ軸ステージとＹ軸ステージとＺ軸ステージとを、それぞれ互いに垂直に組み立てる。

（ＸＹＺステージの向きの調整）
ここで図示はしていないが、上面の一部に直線状にめっきが施されている透明な平板を用いる。この平板に施された上記めっきは、上記高速度カメラ１８の視野よりも長く形成されていることが好ましい。また、上記平板は、取り付け治具（不図示）に把持されている。そして、上記取り付け治具を、低倍の（視野が広い）対物レンズ４が取り付けられた上記ＸＹＺステージ６に固定する。このとき、上記平板においては、Ｘ軸ステージの運動方向に平行に、且つ上記高速度カメラ１８の視野の中心に、上記めっきの端部が位置している。そして、例えば白色光を上記平板に照射することで、上記平板における上記めっきに光を反射させる。

なお、上記取り付け治具には、合焦位置を調整する為の合焦調整機構を設けても良い。この場合、上記合焦調整機構により、上記対物レンズ４の合焦位置に上記平板の上面が位置するように調整する。さらに、上記取り付け治具には、ＸＹ方向の調整機能を設けてもよい。このように構成する場合、ＸＹ方向における調整機能により、上記高速度カメラ１８に投影される視野内に上記めっきの端部が位置するように調整する。

上述した構成によって、上記高速度カメラ１８の視野に対して、上記めっきの端部の直線が平行になるように、上記ＸＹＺステージ６の向きを調整機構（不図示）で調整する。

（ＸＹＺステージ６の原点位置の調整）
上記制御装置１４による制御演算の効率化の観点から、上記ＸＹＺステージ６の原点位置を、上記高速度カメラ１８の視野の中心と一致させることが好ましい。なお、上記平板には細線で十字にめっきが施されており、上述したように上記ＸＹＺステージ６に取り付けることで、上記ＸＹＺステージ６の原点位置に、上記平板に記された上記十字の交点が位置する。また、上記十字は、ＸＹステージの走りに対して斜め４５度を有するように構成されている。

上記高速度カメラ１８の視野の四隅に上記十字の線が交わるように、上記高速度カメラ１８の位置（光軸に垂直な方向；Ｚ方向の位置）を、不図示の調整機構によりシフトさせる。なお、この調整機構は、例えば複数の螺子と板バネ等によって構成すればよい。この場合、上記螺子によって上記板バネに押し付ける量を調整することができる。

なお、以上の説明は、上記高速度カメラ１８の視野が正方形の場合を想定した説明であるが、上記高速度カメラ１８の視野が長方形の場合は例えば次のように構成すればよい。

すなわち、上記高速度カメラ１８の視野が長方形の場合は、上記十字の線が上記高速度カメラ１８の四隅に交わるように十字の角度を変さらすれば良い。この場合、上記高速度カメラ１８の位置をずらしても良いし、上記ＸＹＺステージ６の原点位置をシフトさせても良い。なお、上記ＸＹＺステージ６の原点位置をシフトさせる為に、物理的にシフトさせても良いし、ソフトウェア上でシフトさせても良い。

このように構成することで、上述したような調整機構を設ける必要がなくなり、構成をより簡略化することができる。また、画像処理で検出された振動の残差ΔxΔyをそのままＸＹステージにおけるエラー信号として用いることが可能となる。

（ＸＹＺステージ６の保持）
図１に示す例では、上記ＸＹＺステージ６は、上記光学系３８と一体に保持される構成としている。このように構成することで、上記光学系３８における光軸と上記対物レンズ４における光軸とを一致させることが容易になり、精細な観察画像を得ることができる。

しかしながら、上記ＸＹＺステージ６を、上記光学系３８の支持台とは別の支持台に保持させてもよい。この場合、上記対物レンズ４の光軸と上記光学系３８の光軸とを一致するように規定して構成する。このように構成することで、支持剛性を向上させることができ、また高速・高精度の追従が可能となる。

なお、上記別の支持台は、当該生体観察装置と同様、上記除振台３６上に載置する。このように両者を上記除振台３６に載置することで、基準位置が一つに定まる為、両者の位置関係を保持して光学性能を保ちやすい。

また、上記別の支持台を上記光学系３８と違う台に載置してもよい。このような構成にすることで、上記ＸＹＺステージ６の動作に起因して振動が発生する場合等において、当該振動が上記光学系３８に伝達するのを遮断することができる。

なお、上記ＸＹＺステージの支持形態としては、所謂片持ち支持として構成してもよいし、所謂両持ち支持として構成しても勿論よい。但し、例えば生体のように急峻に変化する対象を追従する為には、より剛性の高い支持である両持ち支持として構成することが好ましい。また、光学性能を維持する為に結像光学系と上記対物レンズ４との距離を短く構成する場合は、片持ち支持として構成するほうが好ましい。

以下、上記制御装置１４による画像処理について説明する。

まず、画像処理によって、上記観察対象生体５１におけるＸＹ方向の変位量を検出する。続いて、上記高速度カメラ１８の視野の中心を原点とし、撮像された画像を閾値で二値化する。さらに、二値化した画像のうち明るい領域の重心位置を求める。この重心位置を現在位置として制御系において用いる。

このような処理を行うことで、上記高速度カメラ１８の視野の中心とＸＹステージの原点とを一致させているので、画像処理の結果に分解能を掛けた値を、そのまま制御に利用することができる。

なお、分解能が上記対物レンズ４の倍率によって異なる為、上記対物レンズ４によって出力演算を変える必要がある。従って、現に使用している対物レンズ４の種類をユーザによってプルダウンメニューで選択可能とする。

以下、上記制御装置１４の制御による当該生体観察装置１の制御系について説明する。

上記制御装置１４は、上述したようにして検出したＸＹ方向における変位量及び上記Ｚ変位検出回路２２からの出力（指令値）に基づいて、制御を行う。

つまり、上記制御装置１４は、このような変位量（指令値）と、位置センサである上記エンコーダ８（上記検出回路１２）で検出した上記ＸＹＺステージ６の位置情報との差分をエラー信号として算出して制御演算を行い、この制御演算結果に対してＤ／Ａ処理を行い且つ上記アンプ１６による増幅処理を行い上記ＸＹＺステージ６に出力する。

なお、上記対物レンズ４によって重量や形状が異なる為、実際に用いる上記対物レンズ４毎に、上記制御装置１４のチューニングを変更すると、より高精度な制御が可能となる。

また、所謂内部モデル等を用いる場合には、上記対物レンズ４によって当該内部モデルも異なることを鑑みて、上記対物レンズ４によって使用する内部モデルを変さらするほうが好ましい。例えば、使用する上記対物レンズ４の種類をプルダウンメニューでユーザにより選択可能なようにしても良い。また、上記対物レンズ４の螺合部近傍における型番を示すバーコード等の識別番号を用いて、上記対物レンズ４の種類を自動認識する構成としても良い。

以下、上記ステージ３２について説明する。

上記ステージ３２は、例えばマウス等の小動物を載せる所謂試料台である。このステージ３２は、ＸＹ方向に移動可能に構成されている。なお、このステージ３２の移動は、電動による移動が好ましい。

上記ステージ３２の移動を電動により行う構成とすることで、観察対象生体５１の臓器の振動の位置を、最も光学性能及び追従性能が良好な位置に自動制御により移動させることができる。

具体的には、例えば非呼吸時の観察対象生体５１（マーカ５３）の位置を、上記対物レンズ４の光軸にほぼ一致する位置に、当該ステージ３２を自動制御により移動させることができる。

また、上記ステージ３２の移動を電動により行う構成とすることで、最も安定して観察できる時間帯に最も光学性能が良好な状態を作ることができる。具体的には、例えば呼吸を含めた全振動の振幅の中心を、上記対物レンズ４の光軸にほぼ一致する位置になるように、当該ステージ３２を自動制御により配置することができる。

さらには、上記ステージ３２の移動を電動により行う構成とすれば、どのタイミングでも平均した光学性能を得ることができる。

上述したように、本一実施形態に係る生体観察装置１では、観察対象生体５１の振動の全域が、ある程度上記対物レンズ４の光軸に近い領域に保持される為、光量ムラの影響を受けにくくなり、常に安定してマーカ５３を検出することができる。

従って、例えば上記ステージ３２における両端部の検出性能が良好でない位置センサを用いて上記ステージ３２の位置を検出する場合であっても、高精度な制御を実現することができる。

また、上記ステージ３２の中央部を安定して使用可能であるので、上記観察対象生体５１の振動の方向に拘らず、より大きな振動に追従させることが可能である。

以下、本一実施形態に係る生体観察装置による生体観察の手順を説明する。

まず、ユーザが、生体観察装置１を起動して立ち上げる。具体的には、例えば上記ステージ３２及び上記ＸＹＺステージ６について、全ストロークを往復運動させ且つ原点復帰させる（光軸を合わせる）ことで初期化する。

次に、ユーザは、上記ユーザインターフェース２８を操作して、当該生体観察に用いる上記対物レンズ４を指定する。この指定に基づいて、上記制御装置１４は、分解能や制御アルゴリズムのチューニング等の最適化、つまり内部モデルの最適化を行う。

続いて、ユーザは、上記ユーザインターフェース２８を操作して、当該生体観察に用いる観察波長を指定し、上記第１ＤＭ１０１乃至上記第３ＤＭ１０５、上記ＥＸ１１１、及び上記第１ＢＡ１０７及び上記第２ＢＡ１０９を最適化する。

ここで、ユーザは、例えば小動物である上記観察対象生体５１を開腹して、上記対物レンズ４の直下の上記ステージ３２上に載置する。さらに、上記観察対象生体５１における観察対象の臓器に上記マーカ５３を載置する。具体的には、ユーザは、例えばビーズ状のマーカ５３を生理食塩水に分散させて、上記観察対象の臓器上に載置する。

そして、ユーザは、上記対物レンズ４の下に、上記観察対象の臓器が位置するように、上記ステージ３２の位置を調節する。さらに、ユーザは、上記ユーザインターフェース２８におけるプレビューボタン（不図示）を押圧操作する。このプレビューボタン（不図示）の押圧操作により、上記高感度カメラ２４の像が上記モニタ３０に表示される。

なお、このとき、上記マーカ５３を配置すべき領域を示すＲＯＩを設定して上記高感度カメラ２４の像に重畳表示させても勿論よい。

続いて、ユーザは、上記照準つまみ３４を回転させることで、上記対物レンズ４のＺ方向における位置を下げる。具体的には、上記観察対象の臓器が可能な限り長い時間安定して観察できる位置まで、上記対物レンズ４のＺ方向における位置を下げる。なお、ステージ３２にＺ方向の調整機能を持たせてもよい（ＸＹＺステージ６にではなく）。

これにより、例えば上記ＸＹＺステージ６としてピエゾステージのようにストロークが短いステージを用いた場合であっても、当該ステージのストロークを最大限に活かした振動抑制を行うことが可能となる。また、ピエゾステージのように原点ではピエゾ素子に対する印加電圧が０Ｖである場合、該印加電圧が低い状態で追従できる時間が長くなる為、省電力化が可能となる。

なお、上述したように上記対物レンズ４を上記観察対象の臓器が可能な限り長い時間安定して観察できる位置まで下げるのではなく、Ｚ方向における上記観察対象生体５１の振動における振幅の途中まで降ろしても良い。

このようにした場合、任意の方向に動作可能なＸＹＺステージ６において、ストロークの端を使用しなくても良い為、当該ＸＹＺステージ６の分解能等が安定する。また、当該ＸＹＺステージ６の原点に対して、上下方向（Ｚ方向）に余裕を持った範囲で上記観察対象生体５１の振動が生じるので、何らかの外乱等により上記観察対象生体５１におけるより大きな振動が生じた場合にも対応できる。

以上説明した手順を終えた後、ユーザは、上記マーカ５３が上記ＲＯＩの範囲内に入るように上記ステージ３２の位置を調整する。そして、ユーザは、上記ユーザインターフェース２８における振動抑制処理の開始を実行する為のボタンを押下操作する。これにより、上記Ｚ変位検出装置２０及び上記Ｚ変位検出回路２２と上述した画像処理とにより、上記観察対象生体５１のＺ方向とＸＹ方向とにおける振動が検出され、上記制御装置１４による制御によって、上記ＸＹＺステージ６が上記観察対象生体５１の振動による像ブレを抑制する方向に駆動される。

以上説明したように、本一実施形態に係る生体観察装置によれば、生体振動を高精度で検出する為のマーカ５３を用いた生体観察装置及び生体観察方法でありながら、観察画像において上記マーカ５３が映りこまず、精細な生体観察を可能とする生体観察装置及び生体観察方法を提供することができる。

具体的には、上述した光学系３８によって上記マーカ５３からの光を排除することで、図２に示すように、上記高感度カメラ２４における表示画像に上記マーカ５３が映りこまないので、上記観察対象生体５１を精細に観察することが可能となる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。

例えば、上記高感度カメラ２４に上記マーカ５３が映りこまないように、上記高感度カメラ２４の視野外に上記高速度カメラ１８の視野が位置するように構成してもよい。

また、上記第１ＢＡ１０９を上記高速度カメラ１８と一体に構成しても良いし、上記第２ＢＡ１０７を上記高感度カメラ２４と一体に構成しても勿論よい。

さらには上記マーカ５３の発する光の波長を上記高感度カメラ２４の感度が低い領域に設定しても良い。

なお、上記光学系３８における上述したフィルタ機能を担う部材の代わりに、分光器を用いて分光を行うことで、上記高速度カメラ１８及び上記高感度カメラ２４に入射する光を波長によって選択しても勿論よい。

さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る生体観察装置の一構成例を示す図。 本発明の一実施形態に係る生体観察装置による高感度カメラで撮像された観察対象生体の画像を示す図。 従来の生体観察装置により撮像された観察対象生体の画像を示す図。

符号の説明

１…生体観察装置、 ４…対物レンズ、 ６…ＸＹＺステージ、 ８…エンコーダ、 １０…ＸＹＺステージ支持部、 １２…検出回路、 １４…制御装置、 １６…アンプ、 １８…高速度カメラ、 ２０…Ｚ変位検出装置、 ２２…Ｚ変位検出回路、 ２４…高感度カメラ、 ２６…ランプ、 ２８…ユーザインターフェース、 ３０…モニタ、 ３２…ステージ、 ３６…除振台、 ３８…光学系、 ５１…観察対象生体、 ５３…マーカ、 １０１…第１ＤＭ、 １０３…第２ＤＭ、 １０５…第３ＤＭ、 １０７…第１ＢＡ、 １０９…第２ＢＡ、 １１１…ＥＸ。

Claims (18)

1. 生体を観察する為の生体観察装置であって、
   上記生体の振動を検出する為に上記生体に付されたマーカ手段と、
   上記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、
   上記マーカ手段からの光を検出する振動検出用撮像手段と、
   上記マーカ手段からの光を上記観察用撮像手段に入射させない為のフィルタ手段を有する光学系と、
   を具備することを特徴とする生体観察装置。
2. 上記フィルタ手段は、波長分離を行うことで、上記マーカ手段からの光を上記観察用撮像手段に入射させないことを特徴とする請求項１に記載の生体観察装置。
3. 上記マーカ手段は、蛍光により光を発することを特徴とする請求項２に記載の生体観察装置。
4. 上記マーカ手段の蛍光の為の励起光は、上記生体を染色した色素に対する励起光と同様の励起光であることを特徴とする請求項３に記載の生体観察装置。
5. 上記マーカ手段の蛍光の為の励起光は、上記生体を染色した色素に対する励起光とは異なる励起光であることを特徴とする請求項３に記載の生体観察装置。
6. 上記マーカ手段の蛍光強度は、上記生体を染色した色素の蛍光強度より強いことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の生体観察装置。
7. 上記マーカ手段は光を反射又は散乱することを特徴とする請求項２に記載の生体観察装置。
8. 上記マーカ手段に白色光を照射する照射手段を含むことを特徴とする請求項７に記載の生体観察装置。
9. 生体を観察する為の生体観察装置であって、
   上記生体の振動を検出する為に上記生体に付されたマーカ手段と、
   上記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、
   上記マーカ手段からの光を検出する振動検出用撮像手段と、
   を具備し、
   上記観察用撮像手段の撮像視野と上記振動検出用撮像手段の検出領域とは互いに異なる領域であることを特徴とする生体観察装置。
10. 生体を観察する為の生体観察装置であって、
    上記生体の振動を検出する為に上記生体に付されたマーカ手段と、
    上記生体の観察像を結像する観察用撮像手段と、
    上記マーカ手段からの光を検出する振動検出用撮像手段と、
    上記マーカ手段からの光を上記観察用撮像手段に入射させない為の分光手段を有する光学系と、
    を具備することを特徴とする生体観察装置。
11. 生体を観察する為の生体観察方法であって、
    上記生体の振動を検出する為に上記生体にマーカを付すステップと、
    上記生体の観察像を撮像する観察用撮像ステップと、
    上記マーカからの光を上記観察用撮像ステップにおいて撮像させない為のフィルタ処理を行うフィルタ処理ステップと、
    上記マーカからの光を検出する振動検出用撮像ステップと、
    を有することを特徴とする生体観察方法。
12. 上記フィルタ処理とは波長分離であることを特徴とする請求項１１に記載の生体観察方法。
13. 上記マーカは、蛍光により光を発することを特徴とする請求項１２に記載の生体観察方法。
14. 上記マーカの蛍光の為の励起光は、上記生体を染色した色素に対する励起光と同様の励起光であることを特徴とする請求項１３に記載の生体観察方法。
15. 上記マーカの蛍光の為の励起光は、上記生体を染色した色素に対する励起光とは異なる励起光であることを特徴とする請求項１３に記載の生体観察方法。
    
16. 上記マーカの蛍光強度は、上記生体を染色した色素の蛍光強度より強いことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の生体観察方法。
17. 上記マーカは、光を反射又は散乱することを特徴とする請求項１２に記載の生体観察方法。
18. 上記マーカに白色光を照射する照射ステップを有することを特徴とする請求項１７に記載の生体観察方法。

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