JP5283415B2 - Imaging apparatus and exposure control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体に分布する標識された対象物質からの光を受光して画像を生成する撮影装置、及びそのときの露出タイミング制御方法に関するものである。 The present invention relates to an imaging device that receives light from a labeled target substance distributed in a living body to generate an image, and an exposure timing control method at that time.
筐体内に被写体を配置し、筐体内に備えられた光源で被写体を照射して被写体を撮影する装置が、従来より様々な分野で利用されている。生化学、分子生物学の分野においては、化学発光物質や蛍光物質を標識物質として使用し、これらの発光や蛍光を読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは分子量、特性の評価などを行う撮影装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, apparatuses that place a subject in a housing and shoot the subject by irradiating the subject with a light source provided in the housing have been used in various fields. In the fields of biochemistry and molecular biology, chemiluminescent substances and fluorescent substances are used as labeling substances, and by reading these luminescence and fluorescence, gene sequences, gene expression levels, protein separation, identification, or molecular weight There are known imaging apparatuses that perform characteristic evaluation and the like.
また、マウスやラット等の生体に上記の標識物質で標識された遺伝子や蛋白質、抗体、薬理物質を与え、生体の体内または体表に分布した標識物質からの光をカメラで撮影し、生体内における遺伝子の発現や薬理作用等を撮影する、いわゆるイン・ビボ・イメージング(in vivo imaging)を行う撮影装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。この撮影装置では、例えば蛍光物質で標識を行っている場合には、生体に励起光を照射して蛍光物質を励起させ、生じた蛍光をカメラで受光することによって画像を生成する。 In addition, a gene, protein, antibody, or pharmacological substance labeled with the above-described labeling substance is given to a living body such as a mouse or rat, and light from the labeling substance distributed in the body or body surface of the living body is photographed with a camera. 2. Description of the Related Art An imaging apparatus that performs so-called in vivo imaging for imaging gene expression, pharmacological action, and the like is known (for example, see Patent Document 1). In this photographing apparatus, for example, when labeling is performed with a fluorescent substance, the living body is irradiated with excitation light to excite the fluorescent substance, and the generated fluorescence is received by a camera to generate an image.
生体の撮影を行う場合では、その生体の呼吸動作等により、生体の部位が移動し、あるいは肺の収縮・拡張が生じるため、カメラによって生成される画像にブレが生じる。そこで、このような問題を解消するために、X線撮影の際に、撮影対象となる患者(人)の呼吸に同期させたタイミングでX線撮影を行うCT装置が特許文献2,3によって知られている。 When photographing a living body, the part of the living body moves or the lung contracts / expands due to the breathing motion of the living body, and blurring occurs in the image generated by the camera. Therefore, in order to solve such a problem, Patent Documents 2 and 3 disclose CT apparatuses that perform X-ray imaging at a timing synchronized with the breathing of a patient (person) to be imaged during X-ray imaging. It has been.
ところで、例えば「人」を対象としたCT装置等では、「人」の呼吸数が少なく、また個々の断層面のX線撮影に要する時間が短いため、特許文献2,3のように呼吸に同期させて撮影さえ行えば良好な撮影を行うことができる。しかしながら、マウスやラット等の生体を撮影する撮影装置に用いられる標識物質の化学発光や蛍光は、非常に微弱な光であるため、高感度カメラを用いたとしても、長い露出時間(例えば10秒程度)を要する。またマウスやラット等の小動物では、人に比べて呼吸数、拍動が非常に多く、例えば呼吸数は180回/分に、拍動数は600回/分にも及ぶ。したがって、たとえ呼吸に同期させて撮影行ったとしても、画像を生成するに足りる程度の露出量は得ることができないという問題があり、呼吸等によるブレのない画像を得ることは困難であった。 By the way, for example, in a CT apparatus or the like for "person", the respiration rate of "person" is small and the time required for X-ray imaging of each tomographic plane is short. Good shooting can be performed if only synchronized shooting is performed. However, since chemiluminescence and fluorescence of a labeling substance used in an imaging device that images a living body such as a mouse or a rat are very weak light, a long exposure time (for example, 10 seconds) even if a high-sensitivity camera is used. Degree). Small animals such as mice and rats have much more respiratory rate and pulsation than humans. For example, the respiratory rate is 180 times / minute and the pulsation rate is 600 times / minute. Therefore, there is a problem that an exposure amount sufficient to generate an image cannot be obtained even if shooting is performed in synchronization with breathing, and it is difficult to obtain an image free from blurring due to breathing or the like.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、マウスやラット等の生体からの微弱な化学発光や蛍光からもブレのない画像を得ることができる撮影装置、及び露出制御方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above problem, an imaging device, and dew Desei control method capable of obtaining an image without blur from weak chemiluminescence or fluorescence from the living body such as a mouse or a rat The purpose is to provide.
上記課題を達成するために請求項1に記載の撮影装置では、生体の呼吸状態を検出して、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する呼吸検出手段と、生体の拍動状態を検出して、その拍動状態に応じた拍動信号を出力する拍動検出手段と、呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに生体からの光を受光するようにイメージセンサでの露出を制御して所定の露出時間に達するまで多重露出させるタイミング制御手段とを備えたものである。 In order to achieve the above object, the imaging apparatus according to claim 1 detects a respiratory state of a living body and outputs a respiratory signal corresponding to the respiratory state, and detects a pulsating state of the living body. And at a predetermined exposure timing synchronized with both the respiratory motion and the pulsation of the living body based on the pulsation detection means for outputting the pulsation signal according to the pulsation state and the respiratory signal and the pulsation signal. And a timing control means for controlling the exposure by the image sensor so as to receive light from a living body and performing multiple exposure until a predetermined exposure time is reached .
請求項2記載に撮影装置では、タイミング制御手段は、生体の特定の呼吸状態かつ特定の拍動状態となるタイミングを露出タイミングとし、呼吸及び拍動のそれぞれが特定の状態を維持している期間中に、継続してイメージセンサで生体からの光を受光させるように露出制御するものである。 In the imaging device according to claim 2, the timing control means sets a timing at which the living body is in a specific breathing state and a specific pulsation state as an exposure timing, and a period in which each of breathing and pulsation maintains a specific state In the exposure control, the image sensor continuously receives light from the living body.
請求項3記載の撮影装置では、生体とイメージセンサとの間に配され、イメージセンサに対する生体からの光の入射を許容する開き状態と入射を阻止する閉じ状態との間で変移するシャッタ機構を有し、タイミング制御手段は、露出タイミングごとにシャッタ機構を閉じ状態から開き状態にしてイメージセンサで生体からの光を受光させるものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a shutter mechanism that is disposed between the living body and the image sensor and changes between an open state that allows light from the living body to enter the image sensor and a closed state that blocks the incidence. The timing control means is configured to change the shutter mechanism from the closed state to the open state at each exposure timing and receive light from the living body by the image sensor.
請求項4記載の撮影装置では、生体に励起光を照射する励起光源を備え、タイミング制御手段は、露出タイミングごとに励起光源をオンすることによって、イメージセンサで生体からの光を受光させるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the imaging apparatus includes an excitation light source that irradiates the living body with excitation light, and the timing control unit is configured to cause the image sensor to receive light from the living body by turning on the excitation light source at each exposure timing. is there.
請求項5記載の露出制御方法では、撮影対象の生体の呼吸状態及び拍動状態をそれぞれ検出し、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光するように露出制御し、略同一の呼吸状態及び拍動状態で所定の露出時間に達するまで多重露出するものである。
In
本発明によれば、生体の呼吸状態と生体の拍動状態をそれぞれ検出して、その呼吸及び拍動の双方に同期した所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光させて多重露出を行うようにしたから、微弱な化学発光や蛍光からもブレのない画像を得ることができる。 According to the present invention, the respiratory state of the living body and the pulsating state of the living body are detected, and the light from the living body is received by the image sensor at each predetermined exposure timing synchronized with both the breathing and the pulsation. Since multiple exposure is performed, a blur-free image can be obtained even from weak chemiluminescence or fluorescence.
[第1実施形態]
本発明を実施した撮影システムの外観を図1に示す。撮影システム2は、撮影対象、例えばマウスやラット等の生体3(図2参照)の体表や体内に分布する標識物質からの光を受光し、生体3に分布する標識物質の画像(以下、分布画像という)を撮影(生成)して表示する。この実施形態では、標識物質として、励起光を照射することにより蛍光を発する蛍光物質を生体3に投与し、その生体3に分布する蛍光物質の分布画像を生成する場合について説明するが、自家蛍光を発する組織、例えば腫瘍組織の分布画像を生成する場合についても同様である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the appearance of a photographing system embodying the present invention. The imaging system 2 receives light from a labeling substance distributed on the body surface of a living body 3 (see FIG. 2) such as a mouse or a rat (see FIG. 2) or a labeling substance distributed in the body (hereinafter referred to as an image of the labeling substance distributed on the living body 3). (Distributed image) is taken (generated) and displayed. In this embodiment, a case where a fluorescent substance that emits fluorescence by irradiating excitation light as a labeling substance is administered to the living body 3 and a distribution image of the fluorescent substance distributed in the living body 3 is generated will be described. The same applies to the case of generating a distribution image of a tissue that emits, for example, a tumor tissue.
撮影システム2は、分布画像を生成する撮影装置5と、この撮影装置5に対する各種設定や撮影装置5で生成された分布画像に各種画像処理を施してモニタ6aに表示し、また分布画像を記録媒体への記録等を行うPC(パーソナルコンピュータ)6とから構成されている。PC6には、所定のソフトウェアをインストールすることによって、撮影装置5に対する設定機能や画像処理機能等を実現している。この例では、さらに麻酔ガスを供給する麻酔装置7を設けてある。
The photographing system 2 generates a distribution image, performs various settings on the
撮影装置5は、略直方体の形状をした筐体11の中空の内部に撮影室12を設けてある。撮影室12には、カメラ部14(図2参照)、撮影ステージ15、上部光源16、底部光源17(図2参照)等を配してある。筐体11には、蓋18を設けてあり、この蓋18を開くことによって、生体3を撮影室12内へ収容し、また撮影室12から生体を取り出すことができる。蓋18を閉じたときには、撮影室12内が遮光され、撮影の際に生体3から発せられる蛍光以外の光がカメラ部14に入射することが防止される。
The photographing
図2において、カメラ部14は、撮影室12の上部に固定されており、生体3の分布画像を生成する。このカメラ部14は、イメージセンサ21,撮影レンズ22,カメラ側フィルタ23,冷却部24等から構成される。イメージセンサ21は、デジタルカメラ等に用いられているものと同様であり、その受光面に多数の受光素子をマトリクス状に配してある。
In FIG. 2, the
分布画像を生成する場合には、後述するように、受光素子で光電変換を行って電荷を蓄積する状態にイメージセンサ21を維持し、その間に生体3の呼吸と拍動との双方に同期せさせて蛍光物質から蛍光を受光させ、その光を電荷として蓄積させることによって多重露出を行う。
In the case of generating a distribution image, as will be described later, the
撮影レンズ22は、生体3からの蛍光をイメージセンサ21に結像する。カメラ側フィルタ23は、上部光源16や底部光源17からの励起光を遮断し、生体3に分布する蛍光物質からの蛍光を透過するフィルタである。このカメラ側フィルタ23としては、例えば蛍光物質からの蛍光よりも短波長側の光をカットするローパスフィルタを用い、生体3からの蛍光だけをイメージセンサ21に受光させる。冷却部24は、イメージセンサ21を冷却することにより暗電流を低減して、生成される分布画像のノイズを抑制する。
The taking
イメージセンサ21としては、CCDタイプやCMOSタイプ等の各種のものを用いることができる。また、半導体によって光電変換を行うものの他、有機光電変換膜を使ったイメージセンサを用いてもよい。さらには、単色のみならず、受光する光を複数色に色分解して撮影するようにしてもよい。
As the
カメラ部14の直下に撮影ステージ15が配されている。この撮影ステージ15は、生体3が置かれるステージ面27とその下側のハウジング28とからなる箱状となっている。この撮影ステージ15の中空な内部に底部光源17を配してある。ステージ面27は、その上に置かれた生体3に底部光源17からの励起光が照射されるように透明な板状となっている。ハウジング28は、底部光源17からの励起光を遮断するように不透明にしてありステージ面27以外から励起光が射出されないようにしている。
A
撮影ステージ15の上方には、上部光源16を配してある。この上部光源16と、上述の底部光源17は、いずれも生体3に分布する蛍光物質を励起して発光させるための励起光を生体3に向けて照射する励起光源となっている。各光源16,17としては、ハロゲンランプ,ストロボ放電管,レーザ、発光ダイオード等の各種のものを用いることができるが、生体3の呼吸、拍動に同期させて各光源16,17をオン・オフするため応答性の高い光源を用いるのがよい。この例では、白色LEDと蛍光物質からの蛍光の波長域とそれよりも長波長側の光をカットするハイパスフィルタ等で構成してある。
An
上部光源16は、いわゆる落射式の励起光源であり、生体3の上側から励起光を照射し、底部光源17は、生体3の下側から励起光を照射する。これらの上部光源16、底部光源17は、タイミング制御部33の制御の下で、それぞれ対応する上部光源ドライバ31、底部光源ドライバ32によって駆動される。
The upper
撮影室12内のマスク35は、チューブ等を介して麻酔装置7に接続されており、麻酔装置7から麻酔ガスが供給される。マスク35は、生体3、例えばマウスの鼻に装着され、麻酔ガスを生体3に吸引させる。これにより、生体3の麻酔状態を維持して、姿勢が変わらないようにする。
The
このマスク35には、呼吸センサ36が組み込まれており、この呼吸センサ36は、例えば湿度によって呼吸状態を検出し、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する。呼吸センサ36としては、これ以外の手法を用いて検出してもよく、また他の部位に装着されるものであってもよい。例えばマスク35内に組み込んだ圧力センサで呼吸状態を検出してもよい。
A
拍動センサ37は、生体3の拍動(心拍)状態を検出するためのものであり、例えば生体3の尾に装着され、例えば圧力によって拍動状態を検出する。この拍動センサ37は、生体3の拍動状態に応じた拍動信号を出力する。拍動センサ37としては、その他の手法、例えば電気的に拍動状態を検出する心電計や、心音トランスデューサ等を用いてもよい。また他の部位に装着されるものであってもよい。
The
タイミング制御部33は、生体3の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、イメージセンサ21が生体3からの光を受光するようにして、複数回の露出による多重露出を行わせる。これにより、各露出時における生体3の呼吸状態と拍動状態との両方を略同じ状態にし、イメージセンサ21で生成される画像のブレを防止しながら、十分に長い露出時間で分布画像を撮影できるようにしている。
The
この実施形態では、励起光源のオン・オフのタイミングを制御することにより、すなわち生体3の呼吸状態と拍動状態との両方が略同じ状態となっているとき、この例では、後述するように、図3に示すタイミング信号が出力されているT1,T2,T3・・・のときに励起光を生体3に照射して、生体3に分布する蛍光物質からの蛍光がイメージセンサ21に受光されるようにしている。したがって、1回の励起光源のオンにより、多重露出の1回の露出を行う。
In this embodiment, by controlling the on / off timing of the excitation light source, that is, when both the breathing state and the pulsation state of the living body 3 are substantially the same state, in this example, as will be described later. 3, when the timing signal shown in FIG. 3 is output, T1, T2, T3..., The living body 3 is irradiated with excitation light, and the fluorescence from the fluorescent material distributed in the living body 3 is received by the
タイミング制御部33は、呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体3の呼吸状態と拍動状態との両方が略同じ状態になっている露出タイミングを判定し、その露出タイミングごとにタイミング信号を出力する。このタイミング信号は、イメージセンサ21が生体3からの蛍光を受光すべき期間、すなわち露出を行う期間に相当するパルス幅を有する。
The
タイミング制御部33には、多重露出による合計露出時間、使用する励起光源の設定等がPC6の操作で設定される。タイミング信号は、使用する励起光源に対応する上部光源ドライバ31または底部光源ドライバ32に送られる。また、タイミング制御部33には、タイミング信号のパルス幅を積算するカウンタを有しており、このカウンタの内容が設定されている合計露出時間に達すると、タイミング信号の送出を停止するとともに、多重露出完了信号を出力する。
In the
ドライバ38は、タイミング制御部33から入力される多重露出開始信号の入力に応答してイメージセンサ21を作動させて、受光した光の光電変換とその光電変換で得られる電荷の蓄積とを開始させる。このドライバ38は、タイミング制御部33からの多重露出完了信号が入力されることに応答して、イメージセンサ21での光電変換を停止し、それまでに蓄積された電荷を画像信号に変換して出力することにより、多重露出で得られる分布画像をPC6に送る。
The
上部光源ドライバ31及び底部光源ドライバ32は、パルス状のタイミング信号が入力されている間、光源をオンとする。これにより、生体3の呼吸状態と拍動状態との両方を略同じ状態となっているときに、励起光源から励起光を生体3に照射して蛍光物質からの蛍光を発生させる。なお、光源をオン(点灯状態)としたまま、シャッタの開閉等によりタイミング信号に基づく生体への励起光の照射を行ってもよい。
The top
図3に、呼吸信号,拍動信号,タイミング信号等の波形の一例を示す。この例では、呼吸信号と拍動信号は、タイミング制御部33によって、それぞれ予め設定された振幅となるように調整された後、所定の閾値Th1,Th2で二値化されて呼吸二値化信号,拍動二値化信号とされる。そして、得られる呼吸二値化信号,拍動二値化信号が、タイミング制御部33で論理積演算されることによりタイミング信号が生成される。
FIG. 3 shows an example of waveforms such as a respiratory signal, a pulsation signal, and a timing signal. In this example, the respiratory signal and the pulsation signal are adjusted by the
具体的には、閾値Th1の設定により、生体3の呼気(呼吸信号の上昇)と吸気(呼吸信号の下降)との間となっている状態(タイミングTa1からタイミングTa2の期間)を特定の呼吸状態としている。また、閾値Th2の設定により、生体3の心臓が収縮ないし血圧の上昇(拍動信号が上昇)から心臓の拡張ないし血圧の低下(拍動信号が下降)に転じる前後の状態(タイミングTb1からタイミングTb2の期間)を特定の拍動状態としている。そして、これら双方が特定状態であるT1,T2,T3・・・のときにタイミング信号を出力している。 Specifically, by setting the threshold Th1, a state (period from timing Ta1 to timing Ta2) between the expiration of the living body 3 (respiration signal rise) and inspiration (respiration signal fall) is determined as a specific breath. State. Further, depending on the setting of the threshold Th2, the state of the living body 3 before and after the heart is contracted or blood pressure is increased (the pulsation signal is increased) to heart expansion or blood pressure is decreased (the pulsation signal is decreased) (timing from the timing Tb1). The period of Tb2) is a specific pulsation state. A timing signal is output when T1, T2, T3... Are in a specific state.
ドライバ38への多重露光開始信号の入力から多重露光完了信号の入力までが、1個の分布画像を生成するために、イメージセンサ21が電荷を蓄積する電荷蓄積期間である。この電荷蓄積期間中に、複数のタイミング信号によって上部光源16または底部光源17がオンとなることに応答して生体3に分布する蛍光物質からの光がイメージセンサ21で受光され、結果として多重露出が行われる。
From the input of the multiple exposure start signal to the input of the multiple exposure completion signal to the
分布画像にブレが発生しないようにするには、生体3の部位、特には撮影対象となる部位がほぼ同じ位置となっているときに、多重露出における各露出を行うことが重要であり、上記の特定の呼吸状態と特定の拍動状態に限るものではない。例えば呼吸においては、吸気から呼気に転じる前後、吸気または呼気中の一定の区間を特定な呼吸状態としてもよい。なお、呼吸あるいは拍動のいずれか一方にのみ同期させて多重露出の各露出を行うことも有用な態様である。 In order to prevent the distribution image from blurring, it is important to perform each exposure in the multiple exposure when the part of the living body 3, particularly the part to be imaged, is at substantially the same position. It is not limited to a specific respiratory state and a specific pulsatile state. For example, in breathing, before and after the change from inspiration to expiration, a certain interval during inspiration or expiration may be set as a specific breathing state. It is also a useful aspect to perform multiple exposures in synchronization with only one of breathing and pulsation.
次に、上記構成の作用について説明する。まず、蓋18を開いて、蛍光物質を予め投与した生体3が撮影ステージ15に置かれる。このとき、生体3は、プレ麻酔が施された状態とされている。続いて、マスク35と拍動センサ37を生体3に装着してから蓋18を閉じる。そして、麻酔装置7から麻酔ガスの供給が開始される。
Next, the operation of the above configuration will be described. First, the
次に、PC6を操作して、上部光源16と底部光源17とのいずれを使用するかを設定し、さらに合計露出時間を設定した後に、撮影開始を指示する。撮影開始が指示されると、タイミング制御部33は、呼吸センサ36からの呼吸信号と拍動センサ37からの拍動信号を二値化した呼吸二値化信号と拍動二値化信号が出力されていることを確認してから、多重露出開始信号をドライバ38に送る。
Next, the
ドライバ38が多重露出開始信号を受けることにより、イメージセンサ21が作動を開始して、各受光素子で受光する光を電荷に光電変換し蓄積する状態となる。一方、タイミング制御部33では、呼吸二値化信号と拍動二値化信号とを論理積演算してタイミング信号を生成する処理が開始される。そして、この処理で発生する各タイミング信号が使用設定されている光源のドライバに順次に送出される。例えば、使用設定されている光源が底部光源17であった場合には、底部光源ドライバ32に各タイミング信号が順次に送られる。
When the
タイミング信号が底部光源ドライバ32に入力されると、底部光源17がオンとされて、励起光がステージ面27を通して、このステージ面27に置かれている生体3に照射される。照射された励起光は、生体3内で拡散して、生体3の体内または体表に分布している蛍光物質を励起させ蛍光を発生させる。このようにして生体3に分布する蛍光物質から発せられた蛍光は、カメラ側フィルタ23、撮影レンズ22を通してイメージセンサ21に受光される。
When the timing signal is input to the bottom light source driver 32, the bottom
同様にして、タイミング信号が底部光源ドライバ32に入力されるごとに、底部光源17がオンとされ、そのオンごとに発生する蛍光がイメージセンサ21に受光され、その受光による電荷が徐々に蓄積される。
Similarly, every time the timing signal is input to the bottom light source driver 32, the bottom
なお、上部光源16を使用光源として設定している場合には、上部光源ドライバ31にタイミング信号が送られ、このタイミング信号の入力ごとに上部光源16がオンとなって生体3に向けて励起光が照射される。そして、その照射で蛍光物質から発せられる蛍光がカメラ側フィルタ23、撮影レンズ22を通してイメージセンサ21に受光される。
When the upper
上記のようにして、光源のオン・オフによって多重露出を行っている間では、タイミング信号のパルス幅の積算、すなわち露出時間の積算がタイミング制御部33で行われる。そして、積算された露出時間がPC6で設定された合計露出時間に達すると、タイミング制御部33からのタイミング信号の送出が停止されてから、ドライバ38に多重露光完了信号が送られ多重露出が終了される。
As described above, while the multiple exposure is performed by turning on and off the light source, the
上記のようにして多重露出が終了すると、ドライバ38からの駆動信号によって、それまでにイメージセンサ21に蓄積された電荷の読み出しが行われて、多重露出で得られた分布画像の画像信号がPC6に送られる。PC6では、各種画像処理を施してから、モニタ6aに多重露出で得られた画像が表示され、または記録媒体に記録される。
When the multiple exposure is completed as described above, the charge accumulated in the
以上のようにして得られる分布画像は、多重露出を行っているので十分な露出時間であり、しかも生体3の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、すなわち生体3の部位がほぼ同位置にあるときに、励起光を照射させて発生される蛍光を受光して生成された画像であるからブレのない良好なものとなっている。 The distribution image obtained as described above has a sufficient exposure time because multiple exposure is performed, and when both the breathing and pulsation of the living body 3 are in a specific state, that is, the part of the living body 3 is Since the images are generated by receiving fluorescence generated by irradiating excitation light when they are substantially at the same position, they are excellent without blurring.
[第2実施形態]
第2実施形態は、シャッタ装置を用いて、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、イメージセンサが生体からの光を受光するようにしたものである。なお、以下に説明する他は、第1実施形態と同様であり、実質的に同じ構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, an image sensor receives light from a living body at every predetermined exposure timing synchronized with both respiration and pulsation of the living body using a shutter device. In addition, except being demonstrated below, it is the same as that of 1st Embodiment, The same code | symbol is attached | subjected to the substantially same structural member, and the detailed description is abbreviate | omitted.
この例では、図4に示すように、イメージセンサ21と撮影レンズ22との間にシャッタ装置41を設けてある。このシャッタ装置41は、生体3からの蛍光のイメージセンサ21への入射を許容する開き状態と、入射を阻止する閉じ状態との間で変移する。シャッタドライバ42は、タイミング制御部33からのタイミング信号が入力されている間だけシャッタ装置41を開き状態とする。上部光源16または底部光源17は、多重露出中に常にオンとされるが、シャッタ装置41が開き状態となっているときにだけオンとなるように制御してもよい。
In this example, as shown in FIG. 4, a
シャッタ装置41としては、シャッタ羽根を作動させて開口の開閉を行う機械式のシャッタ装置や、電子光学シャッタ、ゲート動作が可能なイメージインテンシファイア等、各種のものを用いることができるが、応答性が高いものが好ましい。また、シャッタ装置41は、生体3とイメージセンサ21との間であれば、いずれの位置であってもよい。
As the
これによれば、上部光源16または底部光源17がオンとなっていることにより、生体3に分布する蛍光物質から蛍光が継続的に発せられるが、タイミング信号によるシャッタ装置41の開閉によって、生体3の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるときの蛍光だけがイメージセンサ21に受光される。これにより、第1実施形態と同じく、十分な露出時間で、しかもブレのない良好な分布画像を得ることができる。
According to this, since the top
なお、このようにシャッタ装置41を用いた場合には、標識物質として化学発光物質の分布画像を撮影する場合にも利用することができる。化学発光物質の分布画像を撮影する場合には、励起光源による励起光の照射等が不要であり、またカメラ側フィルタ23も省略できる。
In addition, when the
[第3実施形態]
第3実施形態は、複数の生体を対象として、それらを同時に撮影するものである。なお、以下に説明する他は、第1実施形態と同様である。また、図5では、撮影装置の要部のみを示してある。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, a plurality of living bodies are photographed simultaneously. Other than that described below, the second embodiment is the same as the first embodiment. FIG. 5 shows only the main part of the photographing apparatus.
図5に示すように、撮影装置には、第1ユニット50aと、第2ユニット50bとを設けてある。第1ユニット50aは、撮影ステージ51a,呼吸センサ52a,拍動センサ53a,撮影ステージ51a内に設けた底部光源54a,光源ドライバ55a,タイミング制御部56aから構成される。
As shown in FIG. 5, the imaging apparatus is provided with a
呼吸センサ52a及び拍動センサ53aは、撮影ステージ51aに置かれた生体3に装着され、タイミング制御部56aが、それらからの呼吸信号と拍動信号とに基づいてタイミング信号を発生する。そして、タイミング制御部56aからのタイミング信号が入力されている間だけ底部光源ドライバ55aが底部光源54aをオンとする。
The
第2ユニット50bについても、第1ユニット50aと同様であり、撮影ステージ51b,呼吸センサ52b,拍動センサ53b,撮影ステージ51b内に設けた底部光源54b,光源ドライバ55b,タイミング制御部56bから構成される。呼吸センサ52b及び拍動センサ53bは、撮影ステージ51bに置かれた生体3に装着される。そして、呼吸センサ52b,拍動センサ53bからの呼吸信号と拍動信号とに基づいてタイミング制御部56bで発生されるタイミング信号が入力されている間だけ底部光源ドライバ55bが底部光源54bをオンとする。
The
各ユニット50a,50bの間には、仕切り板58が配されており、一方のユニット側の撮影ステージからの励起光が他方のユニットの生体3に照射されないようにしてある。なお、仕切り板58は、ケラレが生じないようにその高さが調整されている。
A partition plate 58 is disposed between the
時間制御部59は、各ユニット50a,50bのいずれもが設定された合計露出時間に達したときに、イメージセンサ21の電荷蓄積期間を終了させ、各ユニット50a,50bに対しては合計露出時間に達したユニットにタイミング信号の送出が停止されるようにタイミング制御部56a,56bを制御する。
The
上記構成によれば、第1ユニット50a側の生体3は、その生体3の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、底部光源54aによって励起光が照射されて蛍光を発し、その蛍光がイメージセンサ21で受光される。また、第2ユニット50側の生体3は、その生体3の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、底部光源54bから励起光が照射されて蛍光を発し、その蛍光がイメージセンサ21で受光される。これにより、いずれの生体3についてもブレのない分布画像を同時に得ることができる。
According to the above configuration, the living body 3 on the
この実施形態では、底部光源を用いた例について説明したが、落射式の励起光源を用いてもよい。この場合には、ユニットごとに落射式の励起光源を設け、1つのユニットの励起光が他のユニットの生体に対して照射されないようにすればよい。また、各生体の直上にそれぞれシャッタ装置を配して、生体ごとに対応するシャッタ装置の開閉を行うようにしてもよい。このようにすれば、標識物質が化学発光物質である場合にも利用できる。上記では、ユニット2個としたが3個以上であってもよい In this embodiment, the example using the bottom light source has been described, but an epi-illumination type excitation light source may be used. In this case, an epi-illumination type excitation light source may be provided for each unit so that the excitation light of one unit is not irradiated to the living body of another unit. Alternatively, a shutter device may be provided directly above each living body, and the shutter device corresponding to each living body may be opened and closed. In this way, it can also be used when the labeling substance is a chemiluminescent substance. In the above, two units are used, but three or more units may be used.
[第4実施形態]
第4実施形態は、密着型イメージセンサを用いるものである。なお、以下に説明する他は、第1実施形態と同様であり、実質的に機能が同じ構成部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
The fourth embodiment uses a contact image sensor. In addition, except being demonstrated below, it is the same as that of 1st Embodiment, The same code | symbol is attached | subjected to the structural member which is substantially the same function, and the description is abbreviate | omitted.
図6に示すように、撮影装置5の筐体内部には、撮影ステージ61と、落射式の励起光源62とを配してある。光源ドライバ63は、タイミング制御部33が発生するタイミング信号が入力されている間、励起光源62をオンする。
As shown in FIG. 6, an
撮影ステージ61は、その上面がイメージセンサ65の受光面65aとなっている。このイメージセンサ65は、ドライバ66で駆動され、その受光面65aに直接に載せられた生体3に分布する蛍光物質からの蛍光を受光することにより分布画像を生成する。受光面65aと反対側のイメージセンサ65の面には、イメージセンサ65を冷却する冷却部67を取り付けてある。なお、冷却部67は、冷却の際に発生する熱を撮影装置5の外部に放出するようになっている。
The upper surface of the
図7にイメージセンサ65の構造の一例を示す。このイメージセンサ65は、いわゆる密着型2次元イメージセンサであり、また有機光電変換膜を用いたものとなっているが、半導体素子を用いた密着型2次元イメージセンサを用いてもよい。
FIG. 7 shows an example of the structure of the
イメージセンサ65は、CMOS構造が形成されたシリコン基板71と、このシリコン基板71の上に順次に積層された光電変換部72,フィルタ73,レンズアレイ74とからなる。レンズアレイ65cは、生体3からの光を光電変換部72に結像するためのものであって、例えばセルフォックレンズアレイ(登録商標)を用いている。フィルタ73は、第1実施形態におけるカメラ側フィルタ23に相当し、蛍光物質からの蛍光のみを透過する。
The
光電変換部72は、上側(受光面65a側)から順番に、透明電極膜72a,感光光電変換膜72b,電極膜72c、絶縁膜72dを積層してあり、光電変換膜72bに光が入射するとその光の光量に応じた電荷を発生させる。光電変換膜72bは、有機光電変換膜であり、それで発生した電荷は、各電極膜72a,72cに電圧を印加することにより、電極膜72c,絶縁膜72dを貫通するように形成された柱状のビア75を介してシリコン基板71に設けられた電荷蓄積領域76に蓄積されるようになっている。
The
上記のように密着型イメージセンサを用いた場合には、やはり生体3の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごと、すなわち生体3の呼吸と拍動がいずれも特定の状態となっているときに励起光源62をオンとして生体3に励起光を照射する。そして、生体3に分布する蛍光物質からの蛍光を、その生体3が受光面65aに載せられたイメージセンサ65で受光することにより分布画像を生成する。
When the contact-type image sensor is used as described above, every predetermined exposure timing synchronized with both the breathing motion and pulsation of the living body 3, that is, the breathing and pulsation of the living body 3 are both in a specific state. The
なお、標識物質として化学発光物質を用いる場合には、イメージセンサ65と生体3との間、あるいはイメージセンサ65の光電変換部72よりも生体側に薄いシャッタ装置を設けることにより、多重露出を行ってもよい。
When a chemiluminescent substance is used as the labeling substance, multiple exposure is performed by providing a thin shutter device between the
上記各実施形態では、多重露出を行っている間に、イメージセンサの電荷の蓄積を継続することで、多重露出における各露出の結果をイメージセンサ上に合成しているが、1回の露出ごと、または所定の回数の露出ごとに、蓄積された電荷による画像信号を出力し、PC等の画像処理によって出力ごとの画像を合成した分布画像を生成してもよい。 In each of the above embodiments, the result of each exposure in multiple exposure is synthesized on the image sensor by continuing to accumulate the charge of the image sensor while performing multiple exposure. Alternatively, for each predetermined number of exposures, an image signal based on the accumulated charge may be output, and a distribution image may be generated by combining the images for each output by image processing such as a PC.
また、多重露出の開始直前と、多重露出の終了直後の生体を白色光を照射する等して通常撮影し、各撮影で得られる画像に基づいて生体の多重露出中の姿勢の動きを検出して、その情報や画像を分布画像に付加したり、許容量を超える場合には再撮影(多重露出)を実施する等の制御を行ってもよい。多重露出に用いるイメージセンサに対する光の入射を一時的にシャッタ装置で阻止して、多重露出の途中で通常撮影を行い、多重露出の途中での姿勢の動きを検出できるようにしてもよい。通常撮影を行うには、別途カメラを設けることが簡便であるが、カメラ側フィルタを退避させて、分布画像を撮影するカメラ部を用いて、例えば多重露出の開始直前と直後の通常撮影を行ってもよい。 In addition, the body immediately before the start of multiple exposure and immediately after the end of multiple exposure is normally photographed by irradiating white light, etc., and the movement of the posture during the multiple exposure of the living body is detected based on the images obtained by each photographing. Then, control such as adding the information or image to the distribution image or performing re-photographing (multiple exposure) when the allowable amount is exceeded may be performed. It is also possible to temporarily prevent the incidence of light on the image sensor used for multiple exposure with a shutter device so that normal shooting is performed in the middle of multiple exposure and the movement of the posture in the middle of multiple exposure can be detected. To perform normal shooting, it is convenient to provide a separate camera. However, for example, normal shooting immediately before and after the start of multiple exposure is performed using the camera unit that retracts the camera-side filter and captures the distribution image. May be.
5 撮影装置
14 カメラ部
21,65 イメージセンサ
16,17,54a,54b,62 光源
33,56a,56b タイミング制御部
36,52a,52b 呼吸センサ
37,53a,53b 拍動センサ
41 シャッタ装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
生体の呼吸状態を検出して、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する呼吸検出手段と、
生体の拍動状態を検出して、その拍動状態に応じた拍動信号を出力する拍動検出手段と、
前記呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに生体からの光を受光するように前記イメージセンサでの露出を制御して所定の露出時間に達するまで多重露出させるタイミング制御手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。 In a photographing apparatus equipped with an image sensor that receives light from a living body and generates an image,
Respiration detection means for detecting a respiration state of the living body and outputting a respiration signal corresponding to the respiration state;
Pulsation detecting means for detecting a pulsating state of a living body and outputting a pulsating signal corresponding to the pulsating state;
Based on the respiratory signal and the pulsation signal, the exposure at the image sensor is controlled so as to receive light from the living body at every predetermined exposure timing synchronized with both the respiratory movement and the pulsation of the living body. An imaging apparatus comprising timing control means for performing multiple exposure until a predetermined exposure time is reached .
前記タイミング制御手段は、前記露出タイミングごとに前記シャッタ機構を閉じ状態から開き状態にして前記イメージセンサで生体からの光を受光させることを特徴とする請求項1または2記載の撮影装置。 A shutter mechanism that is arranged between a living body and the image sensor, and changes between an open state that allows light from the living body to enter the image sensor and a closed state that blocks the incidence;
3. The photographing apparatus according to claim 1, wherein the timing control unit changes the shutter mechanism from a closed state to an open state at each exposure timing and causes the image sensor to receive light from a living body.
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