JP7770682B2 - 3D image capturing device - Google Patents
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Description
本発明は、3次元画像撮像装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional image capturing device.
イメージングフローサイトメトリーにおいて、3次元画像は取得に時間がかかるため、一般的なフローサイトメトリーで用いられる流速(1-10メートル毎秒)で流れる細胞の3次元画像を取得することができなかった。
走査方向に傾けたライトシートを用いて観測対象物の断面を撮像することによって、観測対象物の3次元画像を高速に撮像する3次元顕微鏡法が知られている(非特許文献1)。また、複数の波長の光を用いたストロボ撮影によって、フェムト秒からピコ秒程度の非常に短い撮像時間において観測対象物の3次元画像を撮像する撮像方法が知られている(非特許文献2)。
In imaging flow cytometry, it takes a long time to acquire three-dimensional images, so it was not possible to obtain three-dimensional images of cells flowing at the flow speeds (1-10 meters per second) used in general flow cytometry.
A three-dimensional microscopy method is known in which a cross section of an object is imaged using a light sheet tilted in the scanning direction, thereby capturing a three-dimensional image of the object at high speed (Non-Patent Document 1). Also, a method is known in which a three-dimensional image of an object is captured in an extremely short imaging time of the order of femtoseconds to picoseconds by stroboscopic photography using light of multiple wavelengths (Non-Patent Document 2).
非特許文献1に記載の3次元顕微鏡法では、1枚のライトシートで1フレームの画像が撮像されるため、複数の断面を撮像する場合複数のフレームを必要とする。そのため、フローサイトメトリーのように高速で流れる細胞の断面を撮像する場合には、高いフレームレートを必要とする。一方、非特許文献2に記載の撮像方法では、波長毎に信号を取得しているため、蛍光を撮像する場合には適していない。 In the 3D microscopy method described in Non-Patent Document 1, one frame of image is captured using a single light sheet, so multiple frames are required to capture multiple cross sections. Therefore, a high frame rate is required when capturing images of cross sections of fast-flowing cells, as in flow cytometry. On the other hand, the imaging method described in Non-Patent Document 2 acquires signals for each wavelength, making it unsuitable for capturing fluorescence images.
一般的なフローサイトメトリーにおける3次元イメージングの実装のためには、一般的なフローサイトメトリーで用いられる流速(1-10メートル毎秒)で流れる細胞の3次元画像を、細胞から発せられる蛍光を用いて撮像することが求められる。
上述したように、蛍光を用いて撮像を行う場合に高速に3次元画像を撮像できることが求められている。
To implement 3D imaging in general flow cytometry, it is necessary to capture 3D images of cells flowing at the flow speeds used in general flow cytometry (1-10 meters per second) using the fluorescence emitted from the cells.
As described above, when imaging using fluorescence, it is required to be able to capture three-dimensional images at high speed.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、蛍光を用いて撮像を行う場合に高速に3次元画像を撮像できる3次元画像撮像装置を提供する。 The present invention was made in consideration of the above points, and provides a three-dimensional image capturing device that can capture three-dimensional images at high speed when capturing images using fluorescence.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、観測対象物に帯状の励起光を所定の時間間隔で照射する照射部と、前記観測対象物と前記励起光との相対位置を所定の走査方向について変化させる相対位置変化部と、前記相対位置変化部によって前記相対位置が変化させられることによって前記励起光が照射される前記観測対象物の部分が前記走査方向について変化させられながら前記照射部によって前記励起光が前記観測対象物の複数の部分それぞれに所定の時間間隔で照射されて前記複数の部分それぞれから発せられる蛍光を撮像素子上の異なる位置にそれぞれ結像することによって、一度の露光で前記複数の前記部分を撮像する撮像部と、を備える3次元画像撮像装置である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one aspect of the present invention is a three-dimensional image capturing device comprising: an irradiation unit that irradiates an object to be observed with band-shaped excitation light at predetermined time intervals; a relative position change unit that changes the relative position between the object to be observed and the excitation light in a predetermined scanning direction; and an imaging unit that captures the multiple portions with a single exposure by irradiating the excitation light onto each of multiple portions of the object to be observed at predetermined time intervals by the irradiation unit while changing the relative position by the relative position change unit, thereby changing the portion of the object to be observed that is irradiated with the excitation light in the scanning direction, and forming images of the fluorescence emitted from each of the multiple portions at different positions on an imaging element.
また、本発明の一態様は、上記の3次元画像撮像装置において、前記相対位置変化部は、前記観測対象物を前記走査方向とは異なる方向である移動方向に移動させ、かつ前記照射部が照射する帯状の前記励起光の長手方向を帯状の前記励起光の短手方向からみた場合に前記移動方向に対して所定の角度だけ傾けることによって前記相対位置を前記走査方向について変化させる。 In another aspect of the present invention, in the above-described three-dimensional image capturing device, the relative position change unit changes the relative position in the scanning direction by moving the object to be observed in a movement direction that is different from the scanning direction, and tilting the longitudinal direction of the strip-shaped excitation light irradiated by the irradiation unit by a predetermined angle with respect to the movement direction when viewed from the lateral direction of the strip-shaped excitation light.
また、本発明の一態様は、上記の3次元画像撮像装置において、前記撮像素子は、複数の素子が行列状に配置され行または列を単位として信号が読み出される素子の集まりであり、前記撮像素子は、前記複数の素子の信号が読み出される行または列の方向を、前記複数の部分それぞれから発せられる蛍光が結像される前記撮像素子上の異なる位置が並ぶ方向に応じた方向にして配置される。 In another aspect of the present invention, in the above-mentioned three-dimensional image capturing device, the imaging element is a collection of elements arranged in a matrix, with signals read out in units of rows or columns, and the imaging element is arranged such that the row or column direction in which the signals of the plurality of elements are read out corresponds to the direction in which different positions on the imaging element are aligned where the fluorescence emitted from each of the plurality of portions is imaged.
また、本発明の一態様は、上記の3次元画像撮像装置において、前記相対位置変化部は、固定されている前記観測対象物に対して前記励起光が照射される方向を変更することによって前記相対位置を前記走査方向について変化させる。 In another aspect of the present invention, in the above-mentioned three-dimensional image capturing device, the relative position change unit changes the relative position in the scanning direction by changing the direction in which the excitation light is irradiated onto the fixed observation object.
本発明によれば、蛍光を用いて撮像を行う場合に高速に3次元画像を撮像できる。 The present invention enables high-speed capture of three-dimensional images when imaging using fluorescence.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、細胞測定システム1の外観構成を示す図である。細胞測定システム1は、イメージングフローサイトメーター20と、表示部10とを備える。イメージングフローサイトメーター20は、観測対象物が流される少なくとも1つの流路を備える。なお、本実施形態では、観測対象物が細胞である場合について説明するが、観測対象物は細胞に限られない。観測対象物は、光を透過するものであればよい。この細胞は、蛍光染色された細胞である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the external configuration of a cell measuring system 1. The cell measuring system 1 includes an imaging flow cytometer 20 and a display unit 10. The imaging flow cytometer 20 includes at least one flow path through which an object to be observed flows. Note that, although the present embodiment describes a case in which the object to be observed is a cell, the object to be observed is not limited to a cell. The object to be observed may be anything that transmits light. The cell in question is a fluorescently stained cell.
イメージングフローサイトメーター20は、流路を流れる細胞の3次元画像を生成する。表示部10は、イメージングフローサイトメーター20が生成した3次元画像を表示する。表示部10は、例えば、液晶ディスプレイを備えており、さまざまな画像を表示する。この表示部10に表示される画像には、イメージングフローサイトメーター20が生成する細胞の3次元画像が含まれている。 The imaging flow cytometer 20 generates a three-dimensional image of cells flowing through a flow channel. The display unit 10 displays the three-dimensional image generated by the imaging flow cytometer 20. The display unit 10 is equipped with, for example, a liquid crystal display, and displays a variety of images. The images displayed on the display unit 10 include the three-dimensional image of cells generated by the imaging flow cytometer 20.
[イメージングフローサイトメーター20の機能構成]
次に図2を参照し、イメージングフローサイトメーター20の機能構成について説明する。
図2は、本実施形態に係るイメージングフローサイトメーター20の機能構成の一例を示す図である。イメージングフローサイトメーター20は、上述した流路21と、照射部22と、光学系23と、撮像部24と、制御部25とを備える。
[Functional configuration of imaging flow cytometer 20]
Next, the functional configuration of the imaging flow cytometer 20 will be described with reference to FIG.
2 is a diagram showing an example of the functional configuration of an imaging flow cytometer 20 according to this embodiment. The imaging flow cytometer 20 includes the above-described flow channel 21, an irradiation unit 22, an optical system 23, an imaging unit 24, and a control unit 25.
流路21は、細胞C1を流体とともに流すことによって細胞C1を流速の方向に移動させる。当該流体の流速は、一例として、1-10メートル毎秒である。当該流体は、例えば、シース液である。 The flow channel 21 moves the cells C1 in the direction of the flow velocity by flowing the cells C1 together with the fluid. The flow velocity of the fluid is, for example, 1-10 meters per second. The fluid is, for example, sheath fluid.
照射部22は、流路21に対して励起光P1を照射する。照射部22は、光源221を含む。光源は、励起光P1として帯状のコヒーレント光を発生させる。励起光P1は、コヒーレント光を絞ることにより、帯状にした励起光である。帯状にした励起光の具体的な形状については後述する。 The irradiation unit 22 irradiates the flow path 21 with excitation light P1. The irradiation unit 22 includes a light source 221. The light source generates band-shaped coherent light as the excitation light P1. The excitation light P1 is excitation light that has been formed into a band by narrowing the coherent light. The specific shape of the band-shaped excitation light will be described later.
照射部22は、細胞C1に帯状の励起光を所定の時間間隔で照射する。イメージングフローサイトメーター20では、細胞C1に所定の時間間隔で帯状の励起光を照射することによってストロボ撮影を行う。 The irradiation unit 22 irradiates the cell C1 with a band of excitation light at a predetermined time interval. The imaging flow cytometer 20 performs stroboscopic photography by irradiating the cell C1 with a band of excitation light at a predetermined time interval.
本実施形態では、光源221は、一例として、パルスレーザである。本実施形態では、照射部22は、励起光P1としてパルス光を細胞C1に照射する。パルス光である励起光P1に含まれる複数のパルスそれぞれが帯状の励起光である。照射部22がパルス光を照射する場合、所定の時間間隔とは、所定の周期である。当該帯状の励起光をライトシート照明光LS1という。 In this embodiment, the light source 221 is, for example, a pulsed laser. In this embodiment, the irradiation unit 22 irradiates the cell C1 with pulsed light as excitation light P1. Each of the multiple pulses contained in the pulsed excitation light P1 is a band-shaped excitation light. When the irradiation unit 22 irradiates pulsed light, the predetermined time interval is a predetermined period. The band-shaped excitation light is referred to as light sheet illumination light LS1.
なお、光源221は、CW(Continuous Wave)レーザであってもよい。光源221がCWレーザである場合、照射部22は、励起光P1として、連続波であるレーザ光が所定の周期で変調された光を細胞C1に照射する。 The light source 221 may be a CW (Continuous Wave) laser. When the light source 221 is a CW laser, the irradiation unit 22 irradiates the cell C1 with light obtained by modulating continuous wave laser light at a predetermined period as excitation light P1.
光学系23は、光源221が発生させた励起光P1を、流路21の所定の位置に照射させる。光学系23は、照射部22が照射する帯状のライトシート照明光LS1の長手方向を流路21の側面からみた場合に流路21の流速の方向に対して所定の角度だけ傾ける。本実施形態では、励起光P1が照射される流路21の所定の位置は、予め決められており時間について変化しない。光学系23は、例えば、ダイクロイックミラー、対物レンズを含む各種のレンズを含む。 The optical system 23 irradiates the excitation light P1 generated by the light source 221 at a predetermined position in the flow path 21. The optical system 23 tilts the longitudinal direction of the band-shaped light sheet illumination light LS1 irradiated by the irradiation unit 22 by a predetermined angle relative to the direction of the flow velocity in the flow path 21 when viewed from the side of the flow path 21. In this embodiment, the predetermined position in the flow path 21 at which the excitation light P1 is irradiated is determined in advance and does not change over time. The optical system 23 includes various lenses, including, for example, a dichroic mirror and an objective lens.
以下の説明では、流路21の励起光P1が照射される位置のことを、照射位置とも記載する。この照射位置を通過した細胞C1は、励起光P1によって蛍光分子が励起されることにより発光する。この発光による光が、蛍光F1である。 In the following description, the position in the flow channel 21 where the excitation light P1 is irradiated will also be referred to as the irradiation position. When a cell C1 passes through this irradiation position, the fluorescent molecules are excited by the excitation light P1, causing the cell C1 to emit light. The light resulting from this emission is fluorescence F1.
撮像部24は、励起光P1が照射される流路21の位置を通過した細胞C1からの蛍光F1を撮像する。これにより、撮像部24は、細胞C1のある部分を撮像する。ここで、ある部分とは、励起光P1によって蛍光分子が励起された部分である。当該ある部分は、細胞C1に帯状の励起光が照射されることに応じて、当該励起光の厚さ程度の厚さをもつ。当該ある部分の上面または下面を、細胞C1の断面ともいう。 The imaging unit 24 images the fluorescence F1 from the cell C1 that has passed through the position in the flow path 21 where the excitation light P1 is irradiated. In this way, the imaging unit 24 images a certain portion of the cell C1. Here, the certain portion refers to a portion where fluorescent molecules are excited by the excitation light P1. The certain portion has a thickness approximately equal to the thickness of the excitation light, as the band of excitation light is irradiated onto the cell C1. The top or bottom surface of the certain portion is also referred to as the cross section of the cell C1.
撮像部24は、一度の露光で細胞C1の複数の部分を撮像する。撮像部24は、一例として、カメラを含む。当該カメラは、高速撮像可能なカメラが好ましい。当該カメラは、例えば、CCD(Charge Coupled Device)カメラやCMOS(Complementary MOS)カメラなどである。当該カメラは、撮像素子241を備える。撮像素子241は、CCDやCMOSなどの固体撮像素子である。 The imaging unit 24 images multiple portions of the cell C1 with a single exposure. The imaging unit 24 includes, for example, a camera. The camera is preferably capable of high-speed imaging. Examples of the camera include a CCD (Charge Coupled Device) camera and a CMOS (Complementary MOS) camera. The camera includes an imaging element 241. The imaging element 241 is a solid-state imaging element such as a CCD or CMOS.
本実施形態では、撮像素子241は、複数の素子が行列状に配置され行または列を単位として信号が読み出される素子の集まりである。撮像素子241は、横方向の画素数が縦方向の画素数より多い長方形の形状である。撮像素子241の読み出し回路は、撮像素子241の横方向の画素列毎に、検出された光の強さを取得するように構成される。後述するように、撮像素子241は、複数の素子の信号が読み出される横方向(行の方向)と、細胞C1の複数の部分それぞれから発せられる蛍光F1が結像される撮像素子241上の異なる位置が並ぶ方向とが一致する向きに配置される。 In this embodiment, the image sensor 241 is a collection of elements arranged in a matrix, with signals read out row by row or column by column. The image sensor 241 has a rectangular shape with more horizontal pixels than vertical pixels. The readout circuit of the image sensor 241 is configured to acquire the detected light intensity for each horizontal pixel column of the image sensor 241. As described below, the image sensor 241 is oriented so that the horizontal direction (row direction) in which signals from the multiple elements are read out coincides with the direction in which different positions on the image sensor 241 are aligned and in which fluorescence F1 emitted from each of the multiple portions of the cell C1 is imaged.
この一例では、撮像素子241は、sCMOS(Scientific CMOS;科学計測用CMOS)などから構成される撮像素子である。sCMOSは、従来のCCDや、CMOSによって構成される撮像素子よりも、高速かつ画質よく撮像できる。
なお、撮像部24は、細胞C1からの蛍光F1を撮像素子241上に集光するための光学系を含む。当該光学系の一部は、上述した光学系23の一部と兼ねられていてもよい。
In this example, the image sensor 241 is an image sensor configured with an sCMOS (Scientific CMOS) etc. The sCMOS can capture images faster and with better image quality than conventional image sensors configured with a CCD or CMOS.
The image capturing unit 24 includes an optical system for collecting the fluorescence F1 from the cell C1 onto the image capturing element 241. A part of the optical system may also serve as a part of the optical system 23 described above.
制御部25は、例えばCPUや、GPU(Graphics Processing Unit)、FPGA(field-programmable gate array)などを備えており、種々の演算や情報の授受を行う。制御部25は、3次元画像生成部251を、その機能部として備える。 The control unit 25 includes, for example, a CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), and other components, and performs various calculations and information exchange. The control unit 25 includes a 3D image generation unit 251 as one of its functional units.
3次元画像生成部251は、撮像素子241から撮像画像を取得する。3次元画像生成部251は、取得した撮像画像に含まれる複数の断面画像に基づいて、細胞C1の3次元画像を生成する。3次元画像を生成することを、3次元画像を再構成するともいう。 The three-dimensional image generation unit 251 acquires an image from the image sensor 241. The three-dimensional image generation unit 251 generates a three-dimensional image of the cell C1 based on multiple cross-sectional images included in the acquired image. Generating a three-dimensional image is also referred to as reconstructing a three-dimensional image.
[撮像方法]
ここで図3から図5を参照し、イメージングフローサイトメーター20による撮像方法について説明する。図3は、本実施形態に係る流路21に照射されるライトシート照明光LS1の一例を示す図である。図4は、本実施形態に係るライトシート照明光LS1と細胞C1との位置関係の一例を示す図である。
[Image capture method]
3 to 5, an imaging method using the imaging flow cytometer 20 will be described. Fig. 3 is a diagram showing an example of the light sheet illumination light LS1 irradiated onto the flow path 21 according to this embodiment. Fig. 4 is a diagram showing an example of the positional relationship between the light sheet illumination light LS1 and the cell C1 according to this embodiment.
図3及び図4には、3次元直交座標系として、xyz座標系を示す。本実施形態において、x軸方向は、流路21の長さ方向である。x軸方向が流路21における細胞C1が流される方向である。細胞C1は、x軸方向の+x方向に流される。また、y軸方向は、流路21の幅方向(奥行き方向ともいう)である。z軸方向は、流路21の高さ方向である。以下の説明では、流路21の幅方向において、y軸方向の正の側を「右側」と呼ぶ場合があり、y軸方向の負の側を「左側」と呼ぶ場合がある。また、z軸方向の正の側を「上側」と呼ぶ場合があり、z軸方向の負の側を「下側」と呼ぶ場合がある。 Figures 3 and 4 show an xyz coordinate system as a three-dimensional Cartesian coordinate system. In this embodiment, the x-axis direction is the length direction of the flow channel 21. The x-axis direction is the direction in which cell C1 flows in the flow channel 21. Cell C1 flows in the +x direction of the x-axis. The y-axis direction is the width direction (also called the depth direction) of the flow channel 21. The z-axis direction is the height direction of the flow channel 21. In the following description, in the width direction of the flow channel 21, the positive side of the y-axis direction may be referred to as the "right side," and the negative side of the y-axis direction may be referred to as the "left side." The positive side of the z-axis direction may be referred to as the "upper side," and the negative side of the z-axis direction may be referred to as the "lower side."
図3(A)は、流路21を上側からみた場合の流路21を示す。図3(B)は、流路21を側面(例えば、左側)からみた場合の流路21を示す。本実施形態では、流路21を流れる流体は定常流の状態に維持されている。そのため、細胞C1は、流路21を流れている間、少なくとも撮像部24による撮像の途中においては、流路21の幅方向の位置、流路21の高さ方向の位置、及び流路21の上面または底面に対する向きは変わらない。つまり、細胞C1は、少なくとも撮像部24による撮像の途中においては、流路21を真っすぐに上流から下流の向き(+x方向)へと回転せずに流れる。 Figure 3 (A) shows the flow channel 21 when viewed from above. Figure 3 (B) shows the flow channel 21 when viewed from the side (e.g., the left side). In this embodiment, the fluid flowing through the flow channel 21 is maintained in a steady flow state. Therefore, while the cell C1 flows through the flow channel 21, at least during the course of imaging by the imaging unit 24, the position of the cell C1 in the width direction of the flow channel 21, the position of the cell C1 in the height direction of the flow channel 21, and the orientation of the cell C1 relative to the top or bottom surface of the flow channel 21 do not change. In other words, the cell C1 flows straight through the flow channel 21 from upstream to downstream (+x direction) without rotating, at least during the course of imaging by the imaging unit 24.
図3(B)に示すように、ライトシート照明光LS1は、流路21の底面と平行(xy平面と平行)な向きから流路21の幅方向に平行な方向(y軸方向)を回転軸として回転させられた向きにされて、流路21において細胞C1が流される方向(x軸方向)に対して所定の角度だけ傾けられて照射されている。
イメージングフローサイトメーター20に備えられる光学系は、照射部22が照射するライトシート照明光LS1の面の方向を流速の方向に対して所定の角度だけ傾ける。
As shown in Figure 3 (B), the light sheet illumination light LS1 is rotated from a direction parallel to the bottom surface of the flow path 21 (parallel to the xy plane) to a direction parallel to the width direction of the flow path 21 (y-axis direction) as the rotation axis, and is irradiated at a predetermined angle relative to the direction in which the cell C1 flows in the flow path 21 (x-axis direction).
The optical system provided in the imaging flow cytometer 20 tilts the direction of the surface of the light sheet illumination light LS1 emitted by the irradiation unit 22 by a predetermined angle with respect to the direction of the flow velocity.
なお、図3(B)では、ライトシート照明光LS1が、流路21の側面からみた場合に上流の側の高さが下流の側の高さに比べて低くなる向きに傾いている場合の一例について説明したが、これに限られない。ライトシート照明光LS1が、流路21の側面からみた場合に上流の側の高さが下流の側の高さに比べて高くなる向きに傾いていてもよい。 Note that Figure 3(B) describes an example in which the light sheet illumination light LS1 is tilted in a direction in which the height of the upstream side is lower than the height of the downstream side when viewed from the side of the flow path 21, but this is not limited to this. The light sheet illumination light LS1 may also be tilted in a direction in which the height of the upstream side is higher than the height of the downstream side when viewed from the side of the flow path 21.
上述したように本実施形態では、励起光P1はパルス光である。ライトシート照明光LS1は、励起光P1に含まれる1つのパルスである。したがって、励起光P1に含まれるパルスが流路21に照射されている場合に、流路21はライトシート照明光LS1が照射された状態となる。図4は、ライトシート照明光LS1が流路21に照射されている場合に対応する。一方、当該パルスが流路21に照射されていない場合には、流路21はライトシート照明光LS1が照射されていない状態となる。 As described above, in this embodiment, the excitation light P1 is pulsed light. The light sheet illumination light LS1 is one pulse contained in the excitation light P1. Therefore, when the pulse contained in the excitation light P1 is irradiated onto the flow path 21, the flow path 21 is in a state where it is irradiated with the light sheet illumination light LS1. Figure 4 corresponds to the case where the light sheet illumination light LS1 is irradiated onto the flow path 21. On the other hand, when the pulse is not irradiated onto the flow path 21, the flow path 21 is in a state where it is not irradiated with the light sheet illumination light LS1.
流路21及び光学系23は、相対位置変化部の一例である。つまり、本実施形態において相対位置変化部は、流路21によって細胞C1を走査方向とは異なる方向である流路21の流速の方向に移動させ、かつ光学系23によって照射部22が照射する帯状のライトシート照明光LS1の長手方向を帯状のライトシート照明光LS1の短手方向からみた場合に流路21の流速の方向に対して所定の角度だけ傾けることによって、細胞C1とライトシート照明光LS1との相対位置を走査方向について変化させる。したがって、相対位置変化部は、細胞C1とライトシート照明光LS1との相対位置を所定の走査方向について変化させる。なお、本実施形態において、帯状のライトシート照明光LS1の短手方向は、流路21の幅方向(奥行き方向またはy軸方向)と一致している。 The flow path 21 and the optical system 23 are an example of a relative position change unit. In other words, in this embodiment, the relative position change unit moves the cell C1 through the flow path 21 in the direction of the flow velocity of the flow path 21, which is a direction different from the scanning direction, and changes the relative position between the cell C1 and the light sheet illumination light LS1 in the scanning direction by tilting the longitudinal direction of the strip-shaped light sheet illumination light LS1 emitted by the irradiation unit 22 by a predetermined angle with respect to the direction of the flow velocity of the flow path 21 when viewed from the short side of the strip-shaped light sheet illumination light LS1. Therefore, the relative position change unit changes the relative position between the cell C1 and the light sheet illumination light LS1 in the predetermined scanning direction. Note that in this embodiment, the short side of the strip-shaped light sheet illumination light LS1 coincides with the width direction (depth direction or y-axis direction) of the flow path 21.
なお、本実施形態において、走査とは、観測対象物の複数の部分(断面)にそれぞれに所定の時間間隔において励起光をそれぞれ照射して、当該複数の部分それぞれから発せられる蛍光に基づいて、当該複数の部分の画像を撮像することをいう。走査方向とは、所定の時間間隔において励起光が照射される観測対象物の複数の部分(断面)の並ぶ方向である。 In this embodiment, scanning refers to irradiating multiple portions (cross sections) of the object to be observed with excitation light at predetermined time intervals, and capturing images of the multiple portions based on the fluorescence emitted from each of the multiple portions. The scanning direction is the direction in which the multiple portions (cross sections) of the object to be observed that are irradiated with excitation light at predetermined time intervals are lined up.
図4では、ライトシート照明光LS1が流路21に照射されている複数の時刻について、流路21を流れる細胞C1の各部分が発光する様子が時系列で示されている。当該複数の時刻は、図4では、「t=1」から「t=6」の6つ時刻によって示されている。本実施形態では、励起光P1はパルス光である。つまり、ライトシート照明光LS1は所定の周期で流路21に照射される。 Figure 4 shows a time series of the light emitted by each part of the cell C1 flowing through the flow path 21 at multiple times when the light sheet illumination light LS1 is irradiated onto the flow path 21. The multiple times are indicated by six times, "t=1" to "t=6," in Figure 4. In this embodiment, the excitation light P1 is pulsed light. In other words, the light sheet illumination light LS1 is irradiated onto the flow path 21 at a predetermined cycle.
上述したようにライトシート照明光LS1が流路21において細胞C1が流される方向(x軸方向)に対して所定の角度だけ傾いている。そのため、細胞C1の部分のうちライトシート照明光LS1が照射される部分は、細胞C1が流路21を流れるにつれて所定の走査方向について変化する。走査方向は、ライトシート照明光LS1の面の法線方向である。励起光P1に含まれる複数のパルスであるライトシート照明光LS1はそれぞれ、細胞C1の異なる部分に照射される。換言すれば、流路21を流れる細胞C1の部分は、帯状のライトシート照明光LS1の面の法線方向について走査される。 As described above, the light sheet illumination light LS1 is tilted at a predetermined angle relative to the direction in which the cell C1 flows in the flow channel 21 (the x-axis direction). Therefore, the portion of the cell C1 irradiated with the light sheet illumination light LS1 changes in a predetermined scanning direction as the cell C1 flows through the flow channel 21. The scanning direction is the normal direction to the plane of the light sheet illumination light LS1. The multiple pulses of the light sheet illumination light LS1 contained in the excitation light P1 are each irradiated to a different portion of the cell C1. In other words, the portion of the cell C1 flowing through the flow channel 21 is scanned in the normal direction to the plane of the strip-shaped light sheet illumination light LS1.
本実施形態では、流路21に対して位置が変化しないライトシート照明光LS1が照射される領域を、流路21を流れる細胞C1が一定の速度で通過する。そのため、細胞C1の各部分(断面)には、走査方向について等間隔でライトシート照明光LS1が照射される。 In this embodiment, the cell C1 flowing through the flow channel 21 passes through an area irradiated with the light sheet illumination light LS1, whose position does not change relative to the flow channel 21, at a constant speed. Therefore, each portion (cross section) of the cell C1 is irradiated with the light sheet illumination light LS1 at equal intervals in the scanning direction.
ライトシート照明光LS1が照射される部分は、帯状のライトシート照明光LS1と細胞C1とが交差する平面状の部分である。ライトシート照明光LS1が照射された細胞C1の部分は発光する。ライトシート照明光LS1が照射される部分が流路21を流れるにつれて変化するため、細胞C1の部分のうち発光する部分は細胞C1が流路21を流れるにつれて変化する。 The area irradiated with the light sheet illumination light LS1 is a planar area where the strip-shaped light sheet illumination light LS1 and the cell C1 intersect. The part of the cell C1 irradiated with the light sheet illumination light LS1 emits light. Because the area irradiated with the light sheet illumination light LS1 changes as the cell C1 flows through the flow path 21, the part of the cell C1 that emits light changes as the cell C1 flows through the flow path 21.
ここで上述したようにライトシート照明光LS1は、帯状にした励起光である。ライトシート照明光LS1の幅方向は、流路21の幅方向と一致している。ライトシート照明光LS1の長さ方向は、流路21の長さ方向に対して所定の角度だけ傾いている。ライトシート照明光LS1の厚さ(高さ)方向は、流路21を側面からみた場合に流路21の高さ方向に対して所定の角度だけ傾いている。所定の角度とは、例えば、0度より大きく45度未満の角度である。 As described above, the light sheet illumination light LS1 is a strip of excitation light. The width direction of the light sheet illumination light LS1 coincides with the width direction of the flow path 21. The length direction of the light sheet illumination light LS1 is inclined at a predetermined angle relative to the length direction of the flow path 21. The thickness (height) direction of the light sheet illumination light LS1 is inclined at a predetermined angle relative to the height direction of the flow path 21 when viewed from the side. The predetermined angle is, for example, an angle greater than 0 degrees and less than 45 degrees.
ライトシート照明光LS1の幅は、観測対象物である細胞C1の径よりも十分に長い。本実施形態では、ライトシート照明光LS1の幅は、流路21の幅よりも長い。ライトシート照明光LS1の高さ(厚み)は、細胞C1の径よりも十分に短い。ライトシート照明光LS1と細胞C1とが交差する部分の位置は、細胞C1が流路21を流れるにつれて変化するが、ライトシート照明光LS1のうちそれらの部分からなる領域は、撮像部24に含まれる撮像素子241の垂直画角に含まれる程度に狭い。撮像素子241の垂直画角の方向は、ライトシート照明光LS1の長さ方向である。 The width of the light sheet illumination light LS1 is sufficiently longer than the diameter of the cell C1, which is the object of observation. In this embodiment, the width of the light sheet illumination light LS1 is longer than the width of the flow path 21. The height (thickness) of the light sheet illumination light LS1 is sufficiently shorter than the diameter of the cell C1. The position of the intersection between the light sheet illumination light LS1 and the cell C1 changes as the cell C1 flows through the flow path 21, but the area of the light sheet illumination light LS1 consisting of these parts is narrow enough to be included in the vertical angle of view of the image sensor 241 included in the imaging unit 24. The direction of the vertical angle of view of the image sensor 241 is the length direction of the light sheet illumination light LS1.
撮像部24は、カメラのレンズの光軸の方向と、ライトシート照明光LS1の面の法線の方向とが一致するように設置される。なお、撮像部24に備えられるカメラのレンズの光軸の方向は、ライトシート照明光LS1の面の法線の方向から傾いていてもよい。
撮像部24は、ライトシート照明光LS1が細胞C1の複数の部分それぞれに所定の時間間隔で照射されて細胞C1の複数の部分から発せられる蛍光それぞれを撮像素子241上の異なる位置に結像することによって、一度の露光で細胞C1の複数の部分を撮像する。撮像部24は、1個の細胞C1について当該細胞C1の複数の部分を撮像する間、露光状態を維持する。
The imaging unit 24 is installed so that the direction of the optical axis of the camera lens coincides with the direction of the normal to the surface of the light sheet illumination light LS1. Note that the direction of the optical axis of the camera lens provided in the imaging unit 24 may be tilted from the direction of the normal to the surface of the light sheet illumination light LS1.
The imaging unit 24 images the multiple parts of the cell C1 with a single exposure by irradiating the light sheet illumination light LS1 onto each of the multiple parts of the cell C1 at a predetermined time interval and forming images of the fluorescence emitted from each of the multiple parts of the cell C1 at different positions on the imaging element 241. The imaging unit 24 maintains the exposure state while imaging the multiple parts of one cell C1.
撮像部24は、例えば、以下のシャッターの開閉の条件に基づいてシャッターの開閉を行うことが好ましい。なお、以下のシャッターの開閉の条件は必須でなない。例えば、撮像部24は、流路21を流れる細胞C1が流路21の所定の位置(露光開始位置)を通過した場合に、シャッターを開いて露光を開始する。露光開始位置は、例えば、流路21において励起光P1の照射位置よりも上流側の位置であって、撮像素子241の画角外の位置である。撮像部24は、露光を開始してから所定時間が経過するとシャッターを閉じて露光を終了する。なお、撮像部24は、細胞C1が流路21の所定の位置(露光終了位置)を通過した場合に、露光を終了してもよい。露光終了位置は、例えば、流路21において励起光P1の照射位置よりも下流側の位置であって、撮像素子241の画角外の位置である。
撮像部24は、流路21を流れる細胞C1の位置に応じてシャッターを開閉する。したがって、撮像部24は、観測対象物の動きに同期させて、シャッターを開閉する。
The image capturing unit 24 preferably opens and closes the shutter based on, for example, the following shutter opening and closing conditions. However, the following shutter opening and closing conditions are not essential. For example, the image capturing unit 24 opens the shutter to start exposure when the cell C1 flowing through the flow path 21 passes a predetermined position (exposure start position) in the flow path 21. The exposure start position is, for example, a position upstream of the irradiation position of the excitation light P1 in the flow path 21 and outside the angle of view of the image capturing element 241. The image capturing unit 24 closes the shutter and ends the exposure when a predetermined time has elapsed since the start of exposure. However, the image capturing unit 24 may also end exposure when the cell C1 passes a predetermined position (exposure end position) in the flow path 21. The exposure end position is, for example, a position downstream of the irradiation position of the excitation light P1 in the flow path 21 and outside the angle of view of the image capturing element 241.
The imaging unit 24 opens and closes the shutter in accordance with the position of the cell C1 flowing through the flow channel 21. Therefore, the imaging unit 24 opens and closes the shutter in synchronization with the movement of the object to be observed.
流路21には、複数の細胞C1が流されて、撮像部24は、複数の細胞C1それぞれを撮像してもよい。その場合、撮像部24は、一度の露光につき1個の細胞C1を撮像する。撮像部24は、シャッターの開閉を繰り返して、流路21を流れる複数の細胞C1それぞれを順に撮像する。 Multiple cells C1 may be flowed through the flow path 21, and the imaging unit 24 may capture an image of each of the multiple cells C1. In this case, the imaging unit 24 captures an image of one cell C1 per exposure. The imaging unit 24 repeatedly opens and closes the shutter to sequentially capture an image of each of the multiple cells C1 flowing through the flow path 21.
なお、流路21に複数の細胞C1が流される場合、それら複数の細胞C1同士の間隔は、撮像部24がある細胞C1の撮像を行う間に、撮像素子241の画角内間に別の細胞C1が入ってしまわない程度に離される。
なお、流路21の幅が十分に広ければ、流路21の幅方向について異なる位置を流れる複数の細胞について、一度の露光で撮像してもよい。
When multiple cells C1 are flowed through the flow path 21, the distance between the multiple cells C1 is set to a level that prevents another cell C1 from entering the field of view of the imaging element 241 while the imaging unit 24 is imaging a certain cell C1.
If the width of the flow channel 21 is sufficiently wide, images of a plurality of cells flowing at different positions in the width direction of the flow channel 21 may be captured in a single exposure.
図5は、本実施形態に係る撮像部24によって撮像された撮像画像T1の一例を示す図である。図5には、2次元直交座標系として、XY座標系を示す。本実施形態において、X方向は、撮像素子241の横方向である。X方向は、流路21の流速の方向(図3及び図4におけるx軸方向)と一致している。Y方向は、撮像素子241の縦方向である。 Figure 5 is a diagram showing an example of an image T1 captured by the imaging unit 24 according to this embodiment. Figure 5 shows an XY coordinate system as a two-dimensional Cartesian coordinate system. In this embodiment, the X direction is the horizontal direction of the imaging element 241. The X direction coincides with the direction of the flow velocity of the flow channel 21 (the x-axis direction in Figures 3 and 4). The Y direction is the vertical direction of the imaging element 241.
図5では、複数の時刻においてそれぞれ発光した細胞C1の部分の画像である断面画像が、撮像素子241上の互いに異なる位置に1フレームの画像として撮像されている。撮像画像T1では、「t=1」から「t=6」によってそれぞれ示される6つ時刻において細胞C1の部分から発せられる蛍光が撮像素子241上の互いに異なる位置に結像されて、1フレームの画像として撮像されている。 In Figure 5, cross-sectional images, which are images of portions of cell C1 that have emitted light at multiple times, are captured as one frame of image at different positions on the image sensor 241. In captured image T1, fluorescence emitted from portions of cell C1 at six times, respectively indicated by "t=1" to "t=6," is focused at different positions on the image sensor 241 and captured as one frame of image.
撮像部24は、流路21及び光学系23によってライトシート照明光LS1との相対位置が変化させられることによってライトシート照明光LS1が照射される細胞C1の部分が走査方向について変化させられながら照射部22によってライトシート照明光LS1が細胞C1の複数の部分それぞれに所定の時間間隔で照射されて細胞C1の複数の部分それぞれから発せられる蛍光を撮像素子241上の異なる位置にそれぞれ結像することによって、一度の露光で細胞C1の複数の部分を撮像する。つまり、撮像部24では、複数のフレームを必要とせずに1枚のフレームで細胞C1の複数の部分を撮像する。 The imaging unit 24 images multiple parts of the cell C1 with a single exposure by irradiating each of the multiple parts of the cell C1 with the light sheet illumination light LS1 at predetermined time intervals using the irradiation unit 22 while changing the relative position of the imaging unit 24 with the light sheet illumination light LS1 in the scanning direction by changing the portion of the cell C1 irradiated with the light sheet illumination light LS1 using the flow path 21 and the optical system 23, and forming images of the fluorescence emitted from each of the multiple parts of the cell C1 at different positions on the imaging element 241. In other words, the imaging unit 24 images multiple parts of the cell C1 in a single frame without requiring multiple frames.
上述したように撮像素子241では、横方向(X方向)の画素列について、検出された光の強さを同時に取得する。さらに、撮像素子241では、縦方向(Y方向)に並ぶ横方向の画素列の全てについて同時に光の強さを取得する処理を行う。つまり、撮像部24に備えられるカメラでは、グローバルシャッターが用いられる。そのため、1枚の撮像画像T1を撮像するのに要する撮像時間は、縦方向(Y方向)を走査する時間に比例して長くなる。つまり、1枚の撮像画像T1を撮像するのに要する撮像時間は、縦方向の画素数に比例して長くなる。したがって、撮像素子241が単位時間当たりに撮像できる画像の枚数は、縦方向の画素数に反比例し、横方向の画素数には依存しない。 As described above, the image sensor 241 simultaneously acquires the detected light intensity for each pixel row in the horizontal direction (X direction). Furthermore, the image sensor 241 simultaneously acquires the light intensity for all horizontal pixel rows aligned in the vertical direction (Y direction). In other words, the camera provided in the imaging unit 24 uses a global shutter. Therefore, the imaging time required to capture one captured image T1 increases in proportion to the time required to scan in the vertical direction (Y direction). In other words, the imaging time required to capture one captured image T1 increases in proportion to the number of pixels in the vertical direction. Therefore, the number of images that the image sensor 241 can capture per unit time is inversely proportional to the number of pixels in the vertical direction and is independent of the number of pixels in the horizontal direction.
本実施形態では、撮像素子241は、複数の素子の信号が読み出される横方向(X方向)と、細胞C1の複数の部分それぞれから発せられる蛍光F1が結像される撮像素子241上の異なる位置が並ぶ方向とが一致する向きに配置される。そのため、イメージングフローサイトメーター20による撮像速度は撮像素子241の横方向の画素数には依存しない。イメージングフローサイトメーター20による撮像速度は、撮像部24に用いるカメラ自体の撮像速度による制限を受けない。 In this embodiment, the image sensor 241 is oriented so that the horizontal direction (X direction) in which signals from multiple elements are read out coincides with the direction in which different positions on the image sensor 241 are aligned, where the fluorescence F1 emitted from each of the multiple portions of the cell C1 is imaged. Therefore, the imaging speed of the imaging flow cytometer 20 does not depend on the number of pixels in the horizontal direction of the image sensor 241. The imaging speed of the imaging flow cytometer 20 is not limited by the imaging speed of the camera itself used in the imaging unit 24.
なお、撮像素子241は、複数の素子の信号が読み出される横方向(X方向)と、細胞C1の複数の部分それぞれから発せられる蛍光F1が結像される撮像素子241上の異なる位置が並ぶ方向とが一致する向き以外の向きに配置されてもよい。その場合であっても、撮像素子241は、複数の素子の信号が読み出される行または列の方向を、細胞C1の複数の部分それぞれから発せられる蛍光が結像される撮像素子241上の異なる位置が並ぶ方向に応じた方向にして配置されることが好ましい。当該異なる位置が並ぶ方向に応じた方向とは、例えば、当該異なる位置が並ぶ方向から0度より大きい角度であって所定の角度(例えば、45度)未満の角度だけ傾いた方向である。 The image sensor 241 may be oriented in a direction other than the direction in which the horizontal direction (X direction) in which signals from the multiple elements are read out coincides with the direction in which different positions on the image sensor 241 are aligned, where the fluorescence F1 emitted from each of the multiple portions of the cell C1 is imaged. Even in this case, the image sensor 241 is preferably oriented such that the row or column direction in which signals from the multiple elements are read out coincides with the direction in which different positions on the image sensor 241 are aligned, where the fluorescence F1 emitted from each of the multiple portions of the cell C1 is imaged. The direction in which the different positions are aligned is, for example, a direction tilted at an angle greater than 0 degrees and less than a predetermined angle (e.g., 45 degrees) from the direction in which the different positions are aligned.
また、本実施形態では、撮像素子241は、複数の素子が行列状に配置され行または列を単位として信号が読み出される素子の集まりであり、横方向に配置される画素の数が縦方向に配置される画素の数よりも多い長方形の形状である場合の一例について説明したが、これに限られない。撮像素子241は、横方向に配置される画素の数と縦方向に配置される画素の数とが等しい正方形の形状であってもよい。 In addition, in this embodiment, the image sensor 241 is a collection of elements in which multiple elements are arranged in a matrix and signals are read out in units of rows or columns, and an example has been described in which the image sensor 241 has a rectangular shape in which the number of pixels arranged horizontally is greater than the number of pixels arranged vertically, but this is not limited to this. The image sensor 241 may also be square in shape, in which the number of pixels arranged horizontally and the number of pixels arranged vertically are equal.
本実施形態では、3次元画像生成部251は、撮像画像T1に撮像された細胞C1の複数の断面画像を、走査方向に基づく順序で結合する。3次元画像生成部251は、走査方向と撮像素子241の縦方向及び横方向との関係を示す情報を予め取得する。3次元画像生成部251は、当該関係を示す情報に基づいて、撮像画像T1に撮像された複数の断面画像について結合する順序を判定する。3次元画像生成部251は、判定した順序に基づいて当該複数の断面画像を結合することによって、3次元画像を生成する。 In this embodiment, the three-dimensional image generation unit 251 combines multiple cross-sectional images of the cell C1 captured in the captured image T1 in an order based on the scanning direction. The three-dimensional image generation unit 251 acquires information in advance indicating the relationship between the scanning direction and the vertical and horizontal directions of the image sensor 241. Based on the information indicating this relationship, the three-dimensional image generation unit 251 determines the order in which to combine the multiple cross-sectional images captured in the captured image T1. The three-dimensional image generation unit 251 generates a three-dimensional image by combining the multiple cross-sectional images based on the determined order.
ライトシート照明光LS1の傾きは、例えば、流路21を流れる流体の流速、励起光P1に含まれるパルスの周期、及び、細胞C1の部分の奥行(厚さ)方向についての所望の解像度に基づいて決定される。細胞C1の部分の奥行(厚さ)方向とは、細胞C1がライトシート照明光LS1によって走査される方向である。 The tilt of the light sheet illumination light LS1 is determined based on, for example, the flow rate of the fluid flowing through the flow path 21, the pulse period contained in the excitation light P1, and the desired resolution in the depth (thickness) direction of the cell C1 portion. The depth (thickness) direction of the cell C1 portion is the direction in which the cell C1 is scanned by the light sheet illumination light LS1.
[撮像結果]
図6は、本実施形態に係る撮像結果の一例を示す図である。なお、図6に示す撮像画像には、スケールとして「30μm」が示されている。
撮像画像T10は、流路21を流れる流体の流速が1.3m/sであって、光源221として、50kHzの周波数で変調されたCWレーザが用いられた場合の撮像結果である。
撮像画像T20は、流路21を流れる流体の流速が11.8m/sであって、光源221として、500kHzの周波数で変調されたCWレーザが用いられた場合の撮像結果である。
撮像画像T30は、流路21を流れる流体の流速が0.98m/sであって、光源221としてパルス周波数が48kHzのQスイッチレーザが用いられた場合の撮像結果である。
[Image results]
6 is a diagram showing an example of an imaging result according to this embodiment. Note that the captured image shown in FIG. 6 shows a scale of "30 μm."
The captured image T10 is an image captured when the flow velocity of the fluid flowing through the flow channel 21 is 1.3 m/s and a CW laser modulated at a frequency of 50 kHz is used as the light source 221.
The captured image T20 is the result of imaging when the flow velocity of the fluid flowing through the flow channel 21 is 11.8 m/s and a CW laser modulated at a frequency of 500 kHz is used as the light source 221.
The captured image T30 is the result of capturing an image when the flow velocity of the fluid flowing through the flow channel 21 is 0.98 m/s and a Q-switched laser with a pulse frequency of 48 kHz is used as the light source 221.
撮像画像T20の撮像条件と撮像画像T10、撮像画像T30の撮像条件とを比較すると、撮像画像T20の撮像条件では、流速が撮像画像T10、撮像画像T30の撮像条件の流速の約10倍である。これに応じて、撮像画像T20の撮像では、CWレーザの周波数は、撮像画像T10の撮像に用いられたCWレーザの周波数、または撮像画像T30の撮像に用いられたQスイッチレーザの周波数の約10倍に設定されている。 Comparing the imaging conditions for captured image T20 with those for captured images T10 and T30, the flow velocity under the imaging conditions for captured image T20 is approximately 10 times that under the imaging conditions for captured images T10 and T30. Accordingly, the frequency of the CW laser used to capture captured image T20 is set to approximately 10 times the frequency of the CW laser used to capture image T10 or the frequency of the Q-switched laser used to capture image T30.
なお、一般に、Qスイッチレーザの方がCWレーザに比べてパルス当たりの光量が多い。そのため、光源221としてQスイッチレーザが用いられた場合、光源221としてCWレーザが用いられる場合に比べて、断面画像に撮像される細胞C1の断面画像のコントラストを高くできる。 In general, a Q-switched laser emits a greater amount of light per pulse than a CW laser. Therefore, when a Q-switched laser is used as the light source 221, the contrast of the cross-sectional image of cell C1 captured in the cross-sectional image can be increased compared to when a CW laser is used as the light source 221.
図7は、本実施形態に係る3次元画像生成部251によって生成された3次元画像の一例を示す図である。図7では、細胞C1の3次元画像が再構成された結果が示されている。 Figure 7 is a diagram showing an example of a three-dimensional image generated by the three-dimensional image generation unit 251 according to this embodiment. Figure 7 shows the result of reconstructing a three-dimensional image of cell C1.
なお、本実施形態では、光学系23によってライトシート照明光LS1の面の方向が流路21の流速の方向に対して所定の角度だけ傾ける場合の一例について説明したが、これに限られない。光学系23は、ライトシート照明光LS1の面を流路21の上面(または下面)と平行にして、ライトシート照明光LS1の位置を深さ方向について変化させてもよい。 In this embodiment, an example has been described in which the optical system 23 tilts the plane of the light sheet illumination light LS1 by a predetermined angle relative to the direction of the flow velocity of the flow path 21, but this is not limited to this. The optical system 23 may make the plane of the light sheet illumination light LS1 parallel to the upper surface (or lower surface) of the flow path 21, and change the position of the light sheet illumination light LS1 in the depth direction.
なお、本実施形態では、照射部22は所定の周期でライトシート照明光LS1を細胞C1に照射する場合の一例について説明したが、これに限られない。照射部22は、周期的でない時間間隔でライトシート照明光LS1を細胞C1に照射してもよい。例えば、上述したようにライトシート照明光LS1の面を流路21の上面(または下面)と平行にして、ライトシートの位置を深さ方向について変化させる場合、照射部22は、周期的でない時間間隔でライトシート照明光LS1を細胞C1に照射してもよい。 In this embodiment, an example has been described in which the irradiating unit 22 irradiates the cell C1 with the light sheet illumination light LS1 at a predetermined period, but this is not limited to this. The irradiating unit 22 may also irradiate the cell C1 with the light sheet illumination light LS1 at non-periodic time intervals. For example, as described above, when the surface of the light sheet illumination light LS1 is parallel to the upper surface (or lower surface) of the flow channel 21 and the position of the light sheet is changed in the depth direction, the irradiating unit 22 may irradiate the cell C1 with the light sheet illumination light LS1 at non-periodic time intervals.
また、例えば、位置の変化しないライトシート照明光LS1が照射される領域を通過する間に、細胞C1の移動速度が変化する場合、当該移動速度の変化に応じて、照射部22は、周期的でない時間間隔でライトシート照明光LS1を細胞C1に照射してもよい。 Furthermore, for example, if the movement speed of cell C1 changes while passing through an area irradiated with light sheet illumination light LS1 whose position does not change, the irradiation unit 22 may irradiate light sheet illumination light LS1 onto cell C1 at non-periodic time intervals in accordance with the change in movement speed.
なお、本実施形態では、細胞C1は、少なくとも撮像部24による撮像の途中においては、流路21を真っすぐに上流から下流の向き(+x方向)へと回転せずに流れる場合の一例について説明したが、これに限られない。例えば、制御部25は、細胞C1が回転した場合に、細胞C1の向きについて回転前からのずれを検出する検出部を備えてもよい。3次元画像生成部251は、3次元画像を再構成する過程において、検出部が検出したずれに基づいて細胞C1が回転したことによるずれを補正する。 In this embodiment, an example has been described in which cell C1 flows straight through flow channel 21 from upstream to downstream (+x direction) without rotating, at least during imaging by imaging unit 24, but this is not limited to this. For example, control unit 25 may include a detection unit that detects a deviation in the orientation of cell C1 from before the rotation when cell C1 rotates. In the process of reconstructing a three-dimensional image, three-dimensional image generation unit 251 corrects the deviation caused by the rotation of cell C1 based on the deviation detected by the detection unit.
以上に説明したように、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、イメージングフローサイトメーター20)は、照射部22と、相対位置変化部(本実施形態において、流路21及び光学系23)と、撮像部24とを備える。
照射部22は、観測対象物(本実施形態において、細胞C1)に帯状の励起光(本実施形態において、ライトシート照明光LS1)を所定の時間間隔で照射する。
相対位置変化部(本実施形態において、流路21及び光学系23)は、観測対象物(本実施形態において、細胞C1)と励起光(本実施形態において、ライトシート照明光LS1)との相対位置を所定の走査方向(本実施形態において、ライトシート照明光LS1の面の法線方向)について変化させる。
撮像部24は、相対位置変化部(本実施形態において、流路21及び光学系23)によって相対位置(本実施形態において、細胞C1とライトシート照明光LS1との相対位置)が変化させられることによって励起光(本実施形態において、ライトシート照明光LS1)が照射される観測対象物(本実施形態において、細胞C1)の部分が走査方向(本実施形態において、ライトシート照明光LS1の面の法線方向)について変化させられながら照射部22によって励起光(本実施形態において、ライトシート照明光LS1)が観測対象物(本実施形態において、細胞C1)の複数の部分それぞれに所定の時間間隔で照射されて複数の部分(本実施形態において、細胞C1の複数の部分)それぞれから発せられる蛍光を撮像素子241上の異なる位置にそれぞれ結像することによって、一度の露光で複数の部分(本実施形態において、細胞C1の複数の部分)を撮像する。
As described above, the three-dimensional image capturing device according to this embodiment (in this embodiment, the imaging flow cytometer 20) comprises an irradiation unit 22, a relative position change unit (in this embodiment, the flow path 21 and the optical system 23), and an imaging unit 24.
The irradiation unit 22 irradiates the observation object (in this embodiment, cell C1) with band-shaped excitation light (in this embodiment, light sheet illumination light LS1) at a predetermined time interval.
The relative position change unit (in this embodiment, the flow path 21 and the optical system 23) changes the relative position between the object to be observed (in this embodiment, the cell C1) and the excitation light (in this embodiment, the light sheet illumination light LS1) in a predetermined scanning direction (in this embodiment, the normal direction of the surface of the light sheet illumination light LS1).
The imaging unit 24 images multiple parts (in this embodiment, multiple parts of the cell C1) with a single exposure by changing the relative position (in this embodiment, the relative position between the cell C1 and the light sheet illumination light LS1) using a relative position change unit (in this embodiment, the flow path 21 and the optical system 23), thereby changing the part of the object to be observed (in this embodiment, the cell C1) to be irradiated with the excitation light (in this embodiment, the light sheet illumination light LS1) in the scanning direction (in this embodiment, the normal direction of the surface of the light sheet illumination light LS1), and by irradiating the excitation light (in this embodiment, the light sheet illumination light LS1) to each of multiple parts of the object to be observed (in this embodiment, the cell C1) at a predetermined time interval using the irradiation unit 22, and imaging the fluorescence emitted from each of the multiple parts (in this embodiment, multiple parts of the cell C1) at different positions on the imaging element 241.
この構成により、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、イメージングフローサイトメーター20)では、一度の露光で観測対象物の複数の部分を撮像できるため、蛍光を用いて撮像を行う場合に、高速に3次元画像を撮像できる。ここで高速とは、観測対象物の複数の部分それぞれを複数のフレームそれぞれで撮像する場合に比べて高速であることを意味する。本実施形態に係る3次元画像撮像装置では、一度の露光で観測対象物の複数の部分を撮像できるため高いフレームレートを必要としない。 With this configuration, the three-dimensional imaging device according to this embodiment (in this embodiment, the imaging flow cytometer 20) can image multiple portions of an object to be observed with a single exposure, allowing for high-speed imaging of three-dimensional images when imaging using fluorescence. Here, "high-speed" means faster than when multiple portions of an object to be observed are each imaged in multiple frames. The three-dimensional imaging device according to this embodiment does not require a high frame rate because it can image multiple portions of an object to be observed with a single exposure.
また、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、イメージングフローサイトメーター20)では、相対位置変化部(本実施形態において、流路21及び光学系23)は、観測対象物(本実施形態において、細胞C1)を走査方向(本実施形態において、ライトシート照明光LS1の面の法線方向)とは異なる方向である移動方向(本実施形態において、流路21の流速の方向)に移動させ、かつ照射部22が照射する帯状の励起光(本実施形態において、ライトシート照明光LS1)の長手方向を帯状の励起光(本実施形態において、ライトシート照明光LS1)の短手方向からみた場合に移動方向(本実施形態において、流路21の流速の方向)に対して所定の角度だけ傾けることによって相対位置(本実施形態において、細胞C1とライトシート照明光LS1との相対位置)を走査方向(本実施形態において、ライトシート照明光LS1の面の法線方向)について変化させる。 In addition, in the three-dimensional image capturing device according to this embodiment (in this embodiment, the imaging flow cytometer 20), the relative position change unit (in this embodiment, the flow path 21 and the optical system 23) moves the object to be observed (in this embodiment, the cell C1) in a movement direction (in this embodiment, the direction of the flow velocity of the flow path 21), which is different from the scanning direction (in this embodiment, the direction normal to the surface of the light sheet illumination light LS1), and changes the relative position (in this embodiment, the relative position between the cell C1 and the light sheet illumination light LS1) in the scanning direction (in this embodiment, the direction normal to the surface of the light sheet illumination light LS1) by tilting the longitudinal direction of the band-shaped excitation light (in this embodiment, the light sheet illumination light LS1) emitted by the irradiation unit 22 by a predetermined angle with respect to the movement direction (in this embodiment, the direction of the flow velocity of the flow path 21) when viewed from the short side of the band-shaped excitation light (in this embodiment, the light sheet illumination light LS1).
この構成により、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、イメージングフローサイトメーター20)では、移動している観測対象物の3次元画像を撮像する場合に一度の露光で観測対象物の複数の部分を撮像できるため、蛍光を用いて撮像を行う場合に、高速に3次元画像を撮像できる。ここで高速とは、移動している観測対象物の複数の部分それぞれを複数のフレームそれぞれで撮像する場合に比べて高速であることを意味する。 With this configuration, the 3D image capturing device according to this embodiment (in this embodiment, the imaging flow cytometer 20) can capture multiple portions of a moving object with a single exposure when capturing a 3D image of the object. This allows for high-speed capture of 3D images when using fluorescence imaging. Here, "high-speed" means faster than capturing multiple portions of a moving object in multiple frames.
本実施形態に係る3次元画像撮像装置は、上記に説明したようにイメージングフローサイトメーター20として用いることが好適である。シース流を用いるフローサイトメトリーでは、流速1-10m/sで細胞が流路を流れる。イメージングフローサイトメーター20では、上記の構成により、流速1-10m/sで流れる細胞を撮影できる。
また、イメージングフローサイトメーター20では、流路21を流れる細胞の3次元画像を即時に取得できるため、機械学習によって細胞を即時に判別すること、及びセルソーターの実装が可能である。
As explained above, the three-dimensional image capturing device according to this embodiment is suitable for use as an imaging flow cytometer 20. In flow cytometry using a sheath flow, cells flow through a flow channel at a flow velocity of 1-10 m/s. With the above configuration, the imaging flow cytometer 20 can capture images of cells flowing at a flow velocity of 1-10 m/s.
Furthermore, the imaging flow cytometer 20 can instantly acquire three-dimensional images of cells flowing through the flow channel 21, making it possible to instantly distinguish cells using machine learning and to implement a cell sorter.
なお、本実施形態では、観測対象物である細胞C1を流路21に流すことによって細胞C1を走査方向とは異なる方向である移動方向に移動させる場合の一例について説明したが、これに限られない。観測対象物を走査方向とは異なる方向である移動方向に移動させられさえすれば、流路以外の機構が用いられてもよい。 In this embodiment, an example has been described in which the cell C1, which is the object to be observed, is moved in a movement direction that is different from the scanning direction by flowing the cell C1 through the flow channel 21, but this is not limited to this. As long as the object to be observed can be moved in a movement direction that is different from the scanning direction, a mechanism other than a flow channel may be used.
また、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、イメージングフローサイトメーター20)では、撮像素子241は、複数の素子が行列状に配置され行または列を単位として信号が読み出される素子の集まりであり、撮像素子241は、複数の素子の信号が読み出される行または列の方向を、観測対象物(本実施形態において、細胞C1)の複数の部分それぞれから発せられる蛍光F1が結像される撮像素子241上の異なる位置が並ぶ方向に応じた方向にして配置される。 In addition, in the three-dimensional image capturing device according to this embodiment (in this embodiment, the imaging flow cytometer 20), the image capturing element 241 is a collection of elements in which multiple elements are arranged in a matrix and signals are read out in units of rows or columns, and the image capturing element 241 is arranged so that the row or column direction in which signals from the multiple elements are read out corresponds to the direction in which different positions on the image capturing element 241 are aligned at which fluorescence F1 emitted from each of multiple portions of the observation object (in this embodiment, the cell C1) is imaged.
この構成により、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、イメージングフローサイトメーター20)では、撮像素子241が複数の素子の信号が読み出される行または列の方向を、観測対象物(本実施形態において、細胞C1)の複数の部分それぞれから発せられる蛍光F1が結像される撮像素子241上の異なる位置が並ぶ方向に応じた方向にして配置されない場合に比べて撮像速度は撮像素子241の読み出し速度による制限を受けないため、3次元画像の撮像速度を高速化することができる。特に、撮像素子241が複数の素子の信号が読み出される行または列の方向と、観測対象物(本実施形態において、細胞C1)の複数の部分それぞれから発せられる蛍光F1が結像される撮像素子241上の異なる位置が並ぶ方向とが一致する向きに配置される場合には、撮像速度は撮像素子241の読み出し速度による制限を受けない。 With this configuration, in the three-dimensional image capturing device according to this embodiment (in this embodiment, the imaging flow cytometer 20), the imaging speed is not limited by the readout speed of the imaging element 241 compared to when the imaging element 241 is not arranged so that the row or column direction in which signals from multiple elements are read out corresponds to the direction in which different positions on the imaging element 241 at which images of the fluorescence F1 emitted from each of the multiple portions of the observation object (in this embodiment, the cell C1) are formed are aligned. This allows for faster imaging of three-dimensional images. In particular, when the imaging element 241 is arranged so that the row or column direction in which signals from multiple elements are read out corresponds to the direction in which different positions on the imaging element 241 at which images of the fluorescence F1 emitted from each of the multiple portions of the observation object (in this embodiment, the cell C1) are aligned, the imaging speed is not limited by the readout speed of the imaging element 241.
(第2の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。
上記第1の実施形態では、3次元画像撮像装置は、観測対象物が流路に流されることによって観測対象物と励起光(ライトシート照明光)との相対位置が変化する場合について説明をした。本実施形態では、観測対象物の位置は固定されており、ポリゴナルミラーを用いて励起光の観測対象物に対する相対位置を変化させる場合について説明をする。
本実施形態に係る細胞測定システムを細胞測定システム1aという。
Second Embodiment
The second embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
In the first embodiment, the three-dimensional image capturing device was described as a case where the relative position of the observation object and the excitation light (light sheet illumination light) changes as the observation object flows through the flow channel. In this embodiment, the position of the observation object is fixed, and a polygonal mirror is used to change the relative position of the excitation light with respect to the observation object.
The cell measuring system according to this embodiment is referred to as a cell measuring system 1a.
図8は、本実施形態に係る細胞測定システム1aの構成の一例を示す図である。図9は、本実施形態に係るライトシート照明光LS2と細胞C2との位置関係の一例を示す図である。
図8及び図9には、3次元直交座標系として、xyz座標系を示す。z軸の向きは、鉛直上向きである。x軸、及びy軸は、水平面に平行である。
Fig. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a cell measurement system 1a according to this embodiment. Fig. 9 is a diagram showing an example of the positional relationship between the light sheet illumination light LS2 and the cell C2 according to this embodiment.
8 and 9 show an xyz coordinate system as a three-dimensional Cartesian coordinate system. The z-axis is oriented vertically upward. The x-axis and y-axis are parallel to the horizontal plane.
細胞測定システム1aは、光源D1と、カメラCM1と、光学系O1とを備える。光学系O1は、各種のレンズと、各種のミラー、絞りA1などを備える。光学系O1が備える各種のレンズには、レンズL1と、レンズL2と、レンズL3と、対物レンズL4と、レンズL5と、レンズL6と、レンズL7とが含まれる。光学系O1が備える各種のミラーには、ダイクロイックミラーM1と、ポリゴナルミラーM2と、ハーフミラーM3と、ティルテッドミラーM4とが含まれる。 The cell measurement system 1a includes a light source D1, a camera CM1, and an optical system O1. The optical system O1 includes various lenses, various mirrors, an aperture A1, and the like. The various lenses included in the optical system O1 include lens L1, lens L2, lens L3, objective lens L4, lens L5, lens L6, and lens L7. The various mirrors included in the optical system O1 include a dichroic mirror M1, a polygonal mirror M2, a half mirror M3, and a tilted mirror M4.
レンズL1、レンズL2、レンズL3、レンズL5、レンズL7はそれぞれ、一例として、チューブレンズであって、かつアクロマティックレンズ(アクロマートレンズ)であるレンズである。アクロマティックレンズとは、例えば、低屈折ガラスのクラウンガラスと、高屈折率ガラスのフリントガラスの2枚の光学素子を貼り合わせて作られたレンズである。 Lens L1, lens L2, lens L3, lens L5, and lens L7 are, for example, tube lenses and achromatic lenses. An achromatic lens is a lens made by bonding together two optical elements, for example, crown glass, which has a low refractive index, and flint glass, which has a high refractive index.
光源D1は、励起光E1を射出する。励起光E1は、パルス光である。励起光E1に含まれるパルスは、それぞれが帯状のコヒーレント光である。光源D1は、一例として、パルスレーザである。
光源D1から射出された励起光E1は、ダイクロイックミラーM1によって反射される。ダイクロイックミラーM1によって反射された励起光E1は、レンズL1によって集光される。
The light source D1 emits excitation light E1. The excitation light E1 is pulsed light. Each pulse contained in the excitation light E1 is a band-shaped coherent light. The light source D1 is, for example, a pulse laser.
The excitation light E1 emitted from the light source D1 is reflected by the dichroic mirror M1. The excitation light E1 reflected by the dichroic mirror M1 is collected by the lens L1.
レンズL1によって集光された励起光E1は、励起光E2としてポリゴナルミラーM2によって反射される。ポリゴナルミラーM2によって反射された励起光E2は、レンズL2によって集光され、絞りA1を通過した後、レンズL3によって集光されて対物レンズL4に入射する。励起光E2に含まれる複数のパルスそれぞれは、対物レンズL4を介して、ライトシート照明光LS2として観測対象物である細胞C2に照射される。 Excitation light E1 focused by lens L1 is reflected by polygonal mirror M2 as excitation light E2. The excitation light E2 reflected by polygonal mirror M2 is focused by lens L2, passes through aperture A1, and then focused by lens L3 to enter objective lens L4. Each of the multiple pulses contained in excitation light E2 is irradiated via objective lens L4 as light sheet illumination light LS2 onto cell C2, the object of observation.
ここでポリゴナルミラーM2は、複数の反射面を備える。図8に示す例では、ポリゴナルミラーM2は、8つの反射面を備える。ポリゴナルミラーM2は、回転機構を有し、y軸方向と平行な回転軸の周りに高速に回転可能である。 Here, the polygonal mirror M2 has multiple reflecting surfaces. In the example shown in Figure 8, the polygonal mirror M2 has eight reflecting surfaces. The polygonal mirror M2 has a rotation mechanism and can rotate at high speed around a rotation axis parallel to the y-axis direction.
ポリゴナルミラーM2は、回転軸の周りに回転することによって反射面の励起光E2の入射方向に対する角度を変化させながら、励起光E2に含まれる複数のパルスを反射面の1つによって反射する。複数のパルスが反射面によって反射される過程において、反射面の励起光E2の入射方向に対する角度を変化するため、複数のパルスはそれぞれ異なる方向に反射される。ポリゴナルミラーM2は、複数のパルスそれぞれが観測対象物である細胞C2の異なる部分それぞれに照射されるような回転速度において回転する。 Polygonal mirror M2 reflects the multiple pulses contained in excitation light E2 from one of its reflecting surfaces while rotating around its axis of rotation, changing the angle of the reflecting surface relative to the incident direction of excitation light E2. As the multiple pulses are reflected by the reflecting surface, the angle of the reflecting surface relative to the incident direction of excitation light E2 changes, so the multiple pulses are reflected in different directions. Polygonal mirror M2 rotates at a rotational speed such that each of the multiple pulses is irradiated onto a different part of cell C2, which is the object of observation.
図9に、本実施形態に係るライトシート照明光LS2と細胞C2との位置関係の一例を示す。ライトシート照明光LS2は、励起光E2に含まれる複数のパルスのうちの1つのパルスに対応する。ポリゴナルミラーM2の回転に伴う反射面の向きの変化に応じて、ライトシート照明光LS2が照射される細胞C2の部分は、所定の方向にについて変化する。当該所定の方向は、例えば、ライトシート照明光LS2の面の法線方向(図9では、矢印AR1によって示される方向)である。換言すれば、細胞C2の部分は、所定の方向(走査方向)について走査される。 Figure 9 shows an example of the positional relationship between the light sheet illumination light LS2 and cell C2 according to this embodiment. The light sheet illumination light LS2 corresponds to one of the multiple pulses contained in the excitation light E2. As the orientation of the reflective surface changes with the rotation of the polygonal mirror M2, the portion of cell C2 irradiated with the light sheet illumination light LS2 changes in a predetermined direction. This predetermined direction is, for example, the normal direction of the surface of the light sheet illumination light LS2 (the direction indicated by the arrow AR1 in Figure 9). In other words, the portion of cell C2 is scanned in a predetermined direction (scanning direction).
ポリゴナルミラーM2は、相対位置変化部の一例である。つまり、ポリゴナルミラーM2は、固定されている観測対象物に対して励起光が照射される方向を変更することによって、観測対象物と励起光との相対位置を走査方向について変化させる。 Polygonal mirror M2 is an example of a relative position changer. In other words, polygonal mirror M2 changes the direction in which excitation light is irradiated onto a fixed observation object, thereby changing the relative position between the observation object and the excitation light in the scanning direction.
図8に戻って細胞測定システム1aの構成の説明を続ける。
ライトシート照明光LS2が細胞C2の部分に照射されて、当該部分から発せられた蛍光F1は、対物レンズL4、レンズL3、絞りA1、レンズL2を介してポリゴナルミラーM2へと入射する。ポリゴナルミラーM2へ入射した蛍光F1は、ポリゴナルミラーM2の反射面によってレンズL1の方向へ反射される。
Returning to FIG. 8, the description of the configuration of the cell measuring system 1a will be continued.
The light sheet illumination light LS2 is irradiated onto a portion of the cell C2, and the fluorescence F1 emitted from that portion is incident on the polygonal mirror M2 via the objective lens L4, the lens L3, the aperture A1, and the lens L2. The fluorescence F1 incident on the polygonal mirror M2 is reflected by the reflective surface of the polygonal mirror M2 toward the lens L1.
ポリゴナルミラーM2の反射面によって反射された蛍光F1は、レンズL1によって集光された蛍光F1は、蛍光F2としてダイクロイックミラーM1に入射する。ダイクロイックミラーM1は、入射した蛍光F2をレンズL5の方へと透過させる。ダイクロイックミラーM1を透過した蛍光F2は、レンズL5によって集光されて、蛍光F3としてハーフミラーM3に入射する。ハーフミラーM3は、入射した蛍光F3をレンズL6の方へと透過させる。 Fluorescence F1 reflected by the reflective surface of polygonal mirror M2 and collected by lens L1 enters dichroic mirror M1 as fluorescence F2. Dichroic mirror M1 transmits the incident fluorescence F2 toward lens L5. Fluorescence F2 that passes through dichroic mirror M1 is collected by lens L5 and enters half mirror M3 as fluorescence F3. Half mirror M3 transmits the incident fluorescence F3 toward lens L6.
レンズL6は、入射する蛍光F3を結像させて細胞C2の部分(断面)の像を形成する。レンズL6によって像を形成した蛍光F3は、ティルテッドミラーM4によって反射される。ここでティルテッドミラーM4は、レンズL6の光軸に対して所定の角度(例えば45度)だけ傾けられている。 Lens L6 focuses the incident fluorescence F3 to form an image of a portion (cross section) of cell C2. The fluorescence F3 imaged by lens L6 is reflected by tilted mirror M4, which is tilted at a predetermined angle (e.g., 45 degrees) relative to the optical axis of lens L6.
ティルテッドミラーM4によって反射された蛍光F3は、蛍光F4としてレンズL6を介してハーフミラーM3へと入射する。ハーフミラーM3へと入射した蛍光F4は、ハーフミラーM3によってレンズL7の方へと反射される。レンズL7は、ハーフミラーM3によって反射された蛍光F4を集光する。レンズL7によって集光された蛍光F4は、カメラCM1の撮像素子上に結像される。 Fluorescence F3 reflected by tilted mirror M4 enters half mirror M3 via lens L6 as fluorescence F4. Fluorescence F4 that enters half mirror M3 is reflected by half mirror M3 toward lens L7. Lens L7 collects fluorescence F4 reflected by half mirror M3. Fluorescence F4 collected by lens L7 forms an image on the image sensor of camera CM1.
カメラCM1は、ライトシート照明光LS2が所定の時間間隔で照射されて細胞C2の複数の部分から発せられる蛍光それぞれを撮像素子上の異なる位置に結像することによって、一度の露光で細胞C2の複数の部分を撮像する。カメラCM1は、1個の細胞C2について当該細胞C2の複数の部分を撮像する間、露光状態を維持する。 Camera CM1 captures multiple parts of cell C2 with a single exposure by irradiating light sheet illumination light LS2 at predetermined time intervals and imaging the fluorescence emitted from multiple parts of cell C2 at different positions on the imaging element. Camera CM1 maintains the exposure state while capturing images of multiple parts of a single cell C2.
以上に説明したように、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、細胞測定システム1a)では、相対位置変化部(本実施形態において、ポリゴナルミラーM2)は、固定されている観測対象物(本実施形態において、細胞C2)に対して励起光(本実施形態において、ライトシート照明光LS2)が照射される方向を変更することによって相対位置(本実施形態において、細胞C2とライトシート照明光LS2との相対位置)を走査方向(本実施形態において、ライトシート照明光LS2の面の法線方向)について変化させる。 As described above, in the three-dimensional image capturing device according to this embodiment (in this embodiment, cell measurement system 1a), the relative position change unit (in this embodiment, polygonal mirror M2) changes the direction in which excitation light (in this embodiment, light sheet illumination light LS2) is irradiated onto a fixed observation object (in this embodiment, cell C2), thereby changing the relative position (in this embodiment, the relative position between cell C2 and light sheet illumination light LS2) in the scanning direction (in this embodiment, the normal direction to the surface of light sheet illumination light LS2).
この構成により、本実施形態に係る3次元画像撮像装置(本実施形態において、細胞測定システム1a)では、停止している観測対象物の3次元画像を撮像する場合に一度の露光で観測対象物の複数の部分を撮像できるため、停止している観測対象物の複数の部分それぞれを複数のフレームそれぞれで撮像する場合に比べて高速に3次元画像を撮像できる。 With this configuration, the 3D image capturing device according to this embodiment (in this embodiment, cell measurement system 1a) can capture 3D images of a stationary object of observation with a single exposure, thereby capturing 3D images faster than when capturing images of multiple portions of a stationary object of observation in multiple frames each.
なお、上述した各実施形態においては、観測対象物の複数の部分は帯状の励起光が照射されるに際の走査方向は、直線によって示される方向である場合の一例について説明したが、これに限られない。走査方向は、角度方向であってもよい。つまり、観測対象物の角度方向についての観測対象物を異なる方向からみた複数の部分(断面)それぞれに励起光が所定の時間間隔においてそれぞれ照射されて、当該異なる方向の複数の部分の断面画像が撮像されてもよい。 In the above-described embodiments, an example has been described in which the scanning direction when irradiating multiple portions of the observation object with band-like excitation light is a direction indicated by a straight line, but this is not limited to this. The scanning direction may also be an angular direction. In other words, excitation light may be irradiated at predetermined time intervals onto multiple portions (cross sections) of the observation object viewed from different directions in the angular direction of the observation object, and cross-sectional images of the multiple portions in the different directions may be captured.
なお、上述した各実施形態においては、観測対象物の複数の部分が走査される順番は、走査方向について連続して並んでいなくてもよい。例えば、第1の実施形態において、ライトシート照明光LS1の面が流路21の上面(下面)に対して傾けられておらずライトシート照明光LS1の位置を深さ方向について変化させる場合に、ライトシート照明光LS1が所定の時間間隔でそれぞれ照射される細胞C1の複数の部分の順番は、走査方向である高さ方向(z軸方向)について連続して並んでいなくてもよい。 In each of the above-described embodiments, the order in which multiple portions of the observation object are scanned does not have to be consecutive in the scanning direction. For example, in the first embodiment, when the surface of the light sheet illumination light LS1 is not tilted with respect to the upper surface (lower surface) of the flow channel 21 and the position of the light sheet illumination light LS1 is changed in the depth direction, the order in which the multiple portions of the cell C1 are irradiated with the light sheet illumination light LS1 at predetermined time intervals does not have to be consecutive in the height direction (z-axis direction), which is the scanning direction.
なお、上述した各実施形態においては、3次元画像を撮像する対象である観測対象物が、細胞である場合の一例について説明したが、これに限られない。当該観測対象物は、励起光が照射されて蛍光を発する物質であれば、微粒子、マクロな物体などであってもよい。 In each of the above-described embodiments, an example has been described in which the observation object, which is the object for capturing a three-dimensional image, is a cell, but this is not limited to this. The observation object may be a particle, a macroscopic object, or the like, as long as it is a substance that emits fluorescence when irradiated with excitation light.
なお、上述の各装置は内部にコンピュータを有している。そして、上述した装置の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。 Note that each of the above-mentioned devices has an internal computer. The processing steps of each of the above-mentioned devices are stored in the form of a program on a computer-readable recording medium, and the computer reads and executes this program to perform the above-mentioned processing. Here, computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, magneto-optical disk, CD-ROM, DVD-ROM, semiconductor memory, etc. Alternatively, the computer program may be distributed to a computer via a communication line, and the computer that receives the program may execute the program.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
The program may also be for realizing part of the above-mentioned functions.
Furthermore, the above-mentioned functions may be realized in combination with a program already recorded in the computer system, that is, a so-called differential file (differential program).
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。 One embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to that described above, and various design modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
1、1a…細胞測定システム、20…イメージングフローサイトメーター、21…流路、22…照射部、23…光学系、24…撮像部、241…撮像素子、LS1、LS2…ライトシート照明光、C1、C2…細胞 1, 1a... cell measurement system, 20... imaging flow cytometer, 21... flow path, 22... illumination unit, 23... optical system, 24... imaging unit, 241... imaging element, LS1, LS2... light sheet illumination light, C1, C2... cells
Claims (4)
前記観測対象物と前記励起光との相対位置を所定の走査方向について変化させる相対位置変化部と、
前記相対位置変化部によって前記相対位置が変化させられることによって前記励起光が照射される前記観測対象物の部分が前記走査方向について変化させられながら前記照射部によって前記励起光が前記観測対象物の複数の部分それぞれに所定の時間間隔で照射されて前記複数の部分それぞれから発せられる蛍光を撮像素子上の異なる位置にそれぞれ結像することによって、一度の露光で前記複数の前記部分を撮像する撮像部と、
を備える3次元画像撮像装置。 an irradiation unit that irradiates the object to be observed with a strip of excitation light at predetermined time intervals;
a relative position change unit that changes the relative position between the object to be observed and the excitation light in a predetermined scanning direction;
an imaging unit that images the plurality of portions with a single exposure by irradiating the excitation light onto each of the plurality of portions of the observation object at predetermined time intervals using the irradiation unit while changing the relative position using the relative position change unit to change the portion of the observation object that is irradiated with the excitation light in the scanning direction, and forming images of fluorescence emitted from each of the plurality of portions at different positions on an imaging element;
A three-dimensional image capturing device comprising:
請求項1に記載の3次元画像撮像装置。 2. The three-dimensional image capturing device according to claim 1, wherein the relative position changing unit changes the relative position in the scanning direction by moving the object to be observed in a movement direction that is different from the scanning direction and tilting a longitudinal direction of the strip-shaped excitation light irradiated by the irradiation unit by a predetermined angle with respect to the movement direction when viewed from a lateral direction of the strip-shaped excitation light.
前記撮像素子は、前記複数の素子の信号が読み出される行または列の方向を、前記複数の部分それぞれから発せられる蛍光が結像される前記撮像素子上の異なる位置が並ぶ方向に応じた方向にして配置される
請求項2に記載の3次元画像撮像装置。 The imaging element is a group of elements in which a plurality of elements are arranged in a matrix and signals are read out in units of rows or columns,
3. The three-dimensional image capturing device according to claim 2, wherein the imaging element is arranged such that a row or column direction in which signals from the plurality of elements are read out corresponds to a direction in which different positions on the imaging element at which fluorescence emitted from each of the plurality of portions is imaged are aligned.
請求項1に記載の3次元画像撮像装置。 The three-dimensional image capturing device according to claim 1 , wherein the relative position changing unit changes the relative position in the scanning direction by changing a direction in which the excitation light is irradiated onto the fixed observation target.
Priority Applications (1)
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