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JP6547424B2 - Fluorescent image focusing system, focusing method and focusing program - Google Patents

Fluorescent image focusing system, focusing method and focusing program Download PDF

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JP6547424B2 JP2015111139A JP2015111139A JP6547424B2 JP 6547424 B2 JP6547424 B2 JP 6547424B2 JP 2015111139 A JP2015111139 A JP 2015111139A JP 2015111139 A JP2015111139 A JP 2015111139A JP 6547424 B2 JP6547424 B2 JP 6547424B2
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雄一 尾崎
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

本発明は蛍光画像の合焦システム、合焦方法および合焦プログラムに関する。   The present invention relates to a fluorescence image focusing system, a focusing method and a focusing program.

従来から、がん診断方法として組織標本中の抗原を検出する免疫染色法が知られている。免疫染色法のなかでも、近年では酵素抗体法に代えて蛍光抗体法が使用されることが多くなってきている。「蛍光抗体法」とは、抗体に蛍光体を標識しておき、組織標本の染色(抗原抗体反応)後にその組織標本に励起波長を照射し蛍光発光させ、これを蛍光顕微鏡で観察する手法である。
特許文献1には蛍光抗体法を用いた例が開示されている。特に特許文献1では、生体物質に結合した蛍光体の蛍光輝点数および蛍光強度を蛍光顕微鏡で計測し、生体物質の発現レベルを評価する手法が提案されている。
Conventionally, an immunostaining method for detecting an antigen in a tissue sample is known as a cancer diagnostic method. Among the immunostaining methods, in recent years, the fluorescent antibody method has been increasingly used in place of the enzyme antibody method. The “fluorescent antibody method” is a method in which an antibody is labeled with a fluorescent substance, and after staining (antigen-antibody reaction) a tissue sample, the tissue sample is irradiated with an excitation wavelength to cause fluorescence, and this is observed with a fluorescence microscope. is there.
Patent Document 1 discloses an example using a fluorescent antibody method. In particular, Patent Document 1 proposes a method of measuring the level of expression of a biological substance by measuring the number of fluorescent luminescence points and the fluorescence intensity of a fluorescent substance bound to the biological substance using a fluorescence microscope.

ところで上記蛍光輝点数および蛍光強度を計測するには、高い倍率と開口数(NA)を有する光学系が必要となる。光学系の倍率や開口数が高くなると焦点深度が狭くなってしまうため、合焦位置の調整が重要になる。「合焦」とはいわゆるピント合わせのことである。合焦ずれが発生すると、蛍光輝点を含む顕微鏡画像(蛍光画像)において、蛍光輝点を見失う可能性があり、見失うことがなくても蛍光輝点の輝度が低下するためにS/Nが低くなり、バックグランドノイズの影響を受けやすくなる、といった問題が発生する。   By the way, in order to measure the number of fluorescence points and the fluorescence intensity, an optical system having a high magnification and a numerical aperture (NA) is required. As the magnification and numerical aperture of the optical system become high, the depth of focus becomes narrow, so it is important to adjust the in-focus position. "Focusing" is what is called focusing. If a focus shift occurs, in the microscopic image (fluorescent image) including the fluorescent luminescent spot, the fluorescent luminescent spot may be lost, and even if it is not lost, the luminance of the fluorescent luminescent spot is lowered. The problem is that it becomes low and it is susceptible to background noise.

この点、蛍光画像の合焦方法が特許文献2、3に開示されている。
特許文献2の技術では、ユーザーがハンドル(26)を操作してステージ(21)を下降させる一方で、顕微鏡画像のコントラスト値を算出し、そのコントラスト値が閾値以上かどうかを比較して当該閾値以上となったときに、合焦したと判断するように構成している(段落0018、0023、0029〜0036、図1、図3参照)。
In this regard, methods of focusing fluorescent images are disclosed in Patent Documents 2 and 3.
In the technique of Patent Document 2, while the user operates the handle (26) to lower the stage (21), the contrast value of the microscope image is calculated, and whether the contrast value is equal to or more than the threshold value is compared to determine the threshold value. When it becomes above, it is comprised so that it may be judged that it focused (paragraph 0018, 0023, 0029-0036, refer FIG. 1, FIG. 3).

特許文献3の技術では、ステージ(11)を、Z軸方向に下から上に等速移動させるとともにXY平面において等速円移動させ、蛍光マーカー(55)による円形状の蛍光像を撮像する(段落0065〜0082、図7参照)。かかる場合に、Z軸方向の撮影範囲を複数に分け、複数の蛍光像の撮影を行う(段落0083〜0090、図8〜図10参照)。その後、複数の蛍光像に対して周波数解析を実行し、最大周波数成分が最も高い蛍光像を選択し、その蛍光像について蛍光マーカー(55)の軌跡の像を解析して合焦位置を算出している(段落0091〜0102、図11、段落0142参照)。   In the technique of Patent Document 3, the stage (11) is moved at a constant speed upward from the bottom in the Z-axis direction and is moved at a constant speed circle in the XY plane to capture a circular fluorescent image by the fluorescent marker (55) ( Paragraphs 0065 to 0082, see FIG. 7). In such a case, the imaging range in the Z-axis direction is divided into a plurality of portions, and a plurality of fluorescent images are captured (see paragraphs 0083 to 0090 and FIGS. 8 to 10). Thereafter, frequency analysis is performed on a plurality of fluorescent images, a fluorescent image having the highest maximum frequency component is selected, an image of a locus of the fluorescent marker (55) is analyzed with respect to the fluorescent image, and an in-focus position is calculated. (Refer to paragraphs 0091 to 0102, FIG. 11, paragraph 0142).

その他、焦点深度よりも小さい間隔で焦点位置を切り替えながらその都度画像を撮影し(Z-stack撮影)、撮影画像それぞれを分析することで合焦位置を算出する方法もある(特許文献3の段落0010、0138、0143〜0144参照)。   In addition, there is also a method of calculating an in-focus position by capturing an image each time while switching the focal position at intervals smaller than the focal depth (Z-stack imaging) and analyzing each of the photographed images (paragraph of Patent Document 3) 0010, 0138, 0143 to 0144).

特開2013−57631号公報JP, 2013-57631, A 特開2010−2534号公報JP, 2010-2534, A 特開2014−98575号公報JP, 2014-98575, A

しかしながら、特許文献2の技術では、組織標本の表面に凹凸があり蛍光輝点が光軸方向に分布するような場合、すなわち蛍光輝点が同一平面上に存在せず蛍光輝点の高さ位置にずれがある場合、コントラスト値を用いるがゆえに正確な合焦位置を算出することができない。
この点、特許文献3の技術では、特許文献2の問題を解決しうるものの、ステージのZ軸方向およびXY平面の移動制御と、蛍光像の撮像および画像解析とが連動した複雑なコントロールが必要となるため、ハードウエアとソフトウエアとの両面から高度な合焦システムが要求される。
Z-stack撮影を用いる方法でも、撮影画像ごとに蛍光輝点1つ1つの推移を解析するため、撮影画像間の同一蛍光輝点のラベリングやマッチングなどが必要となり、分析に時間がかかるという問題がある。
さらに蛍光体が密集してクラスター状となっている箇所は生体物質が多く発現しており、発現レベルを評価する際には非常に重要となるものの、上記のとおり蛍光画像のコントラスト値や周波数解析を用いた合焦方法では、合焦判定時に当該箇所の発現レベル評価に対する寄与のウエイトが小さくなる可能性もある。
However, in the technique of Patent Document 2, when the surface of the tissue sample has unevenness and the fluorescent luminescent spots are distributed in the optical axis direction, that is, the fluorescent luminescent spots do not exist on the same plane and the height position of the fluorescent luminescent spots If there is a gap between the two, it is not possible to calculate an accurate in-focus position because the contrast value is used.
In this respect, although the technique of Patent Document 3 can solve the problem of Patent Document 2, it is necessary to perform complicated control in which movement control of the Z-axis direction and XY plane of the stage and imaging and image analysis of fluorescent image are linked. Therefore, an advanced focusing system is required in terms of both hardware and software.
Even in the method using Z-stack imaging, in order to analyze the transition of fluorescent luminescent spots one by one for each captured image, labeling and matching of the same fluorescent luminescent spot between captured images are required, which takes a long time for analysis. There is.
Furthermore, although many biomaterials are expressed at locations where phosphors are densely clustered, which is very important when evaluating the expression level, contrast value and frequency analysis of fluorescence image as described above In the focusing method using the above, there is also a possibility that the weight of the contribution to the expression level evaluation of the portion concerned becomes small at the time of focusing judgment.

したがって本発明の主な目的は、蛍光画像の合焦位置を容易および迅速でかつ定量的に算出することができる蛍光画像の合焦システム、合焦方法および合焦プログラムを提供することにある。   Therefore, the main object of the present invention is to provide a fluorescence image focusing system, a focusing method and a focusing program capable of easily, quickly and quantitatively calculating the focusing position of the fluorescence image.

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する蛍光顕微鏡と、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段と、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段と、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段と、
を備え
前記算出手段が、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域の輝度値を合算した輝度積分値を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記輝度積分値が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする
ことを特徴とする蛍光画像の合焦システムが提供される。
本発明の他の態様によれば、
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する蛍光顕微鏡と、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段と、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段と、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段と、
を備え、
前記算出手段が、前記輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算し、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域における蛍光ナノ粒子数の総数を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする
ことを特徴とする蛍光画像の合焦システムが提供される。
According to one aspect of the present invention to solve the above-mentioned problems,
A fluorescence microscope for imaging a plurality of fluorescence images while making focal positions of a tissue sample different ;
Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extracting means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating means for calculating the in-focus position;
Equipped with
The calculation means calculates a brightness integral value obtained by summing the brightness values of all the bright spot areas on one fluorescence image, and a focal point in the fluorescence image in which the brightness integral value is maximum among a plurality of the fluorescence images A focusing system for a fluorescence image is provided, characterized in that the position is a focusing position of the fluorescence image.
According to another aspect of the invention,
A fluorescence microscope for imaging a plurality of fluorescence images while making focal positions of a tissue sample different;
Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extracting means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating means for calculating the in-focus position;
Equipped with
The calculation means converts the luminance value of the bright spot area into the number of fluorescent nanoparticles, calculates the total number of fluorescent nanoparticles in all the bright spot areas on one fluorescent image, and a plurality of the fluorescent images The focal position in the fluorescence image at which the total number of the fluorescent nanoparticles is the largest among them is taken as the in-focus position of the fluorescence image.
A focusing system for fluorescence images is provided.

本発明の他の態様によれば、
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する工程と、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する工程と、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する工程と、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程と、
を備え
前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程が、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域の輝度値を合算した輝度積分値を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記輝度積分値が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする工程を含む
ことを特徴とする蛍光画像の合焦方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する工程と、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する工程と、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する工程と、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程と、
を備え、
前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程が、前記輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算し、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域における蛍光ナノ粒子数の総数を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする工程を含む
ことを特徴とする蛍光画像の合焦方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
Imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of the tissue sample different ;
Generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating the in-focus position;
Equipped with
The step of calculating the in-focus position of the fluorescence image calculates a brightness integral value obtained by summing the brightness values of all the bright spot regions on one fluorescence image, and the brightness integral value of the plurality of fluorescence images is calculated. There is provided a method of focusing a fluorescence image, comprising the step of setting the focal position in the fluorescence image at which is the maximum to the in-focus position of the fluorescence image .
According to another aspect of the invention,
Imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of the tissue sample different;
Generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating the in-focus position;
Equipped with
The step of calculating the in-focus position of the fluorescent image converts the luminance value of the bright spot area into the number of fluorescent nanoparticles, and the total number of fluorescent nanoparticles in all the bright spot areas on one fluorescent image Calculating, and setting a focal position in the fluorescence image that maximizes the total number of the fluorescent nanoparticles among the plurality of fluorescence images as the in-focus position of the fluorescence image
There is provided a method of focusing a fluorescent image characterized by

本発明の他の態様によれば、
コンピュータに、
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像させる撮像手段、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段、
として機能させ、
前記算出手段に、前記輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算させ、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域における蛍光ナノ粒子数の総数を算出させ、複数の前記蛍光画像のうち前記蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とさせる
ための蛍光画像の合焦プログラムが提供される。
本発明の他の態様によれば、
コンピュータに、
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像させる撮像手段、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段、
として機能させ、
前記算出手段に、前記輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算させ、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域における蛍光ナノ粒子数の総数を算出させ、複数の前記蛍光画像のうち前記蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とさせる
ための蛍光画像の合焦プログラムが提供される。
According to another aspect of the invention,
On the computer
Imaging means for imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of a tissue sample different ;
Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extraction means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculation means for calculating focus position,
To act as
The calculation means converts the luminance value of the bright spot area into the number of fluorescent nanoparticles, and calculates the total number of fluorescent nanoparticles in all the bright spot areas on one fluorescent image, and a plurality of the fluorescent images There is provided a focusing program of a fluorescence image for setting a focusing position in the fluorescence image in which the total number of the fluorescent nanoparticles is the largest among them, as a focusing position of the fluorescence image.
According to another aspect of the invention,
On the computer
Imaging means for imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of a tissue sample different;
Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extraction means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculation means for calculating focus position,
To act as
The calculation means converts the luminance value of the bright spot area into the number of fluorescent nanoparticles, and calculates the total number of fluorescent nanoparticles in all the bright spot areas on one fluorescent image, and a plurality of the fluorescent images The focal position in the fluorescence image at which the total number of the fluorescent nanoparticles is the largest among them is set as the in-focus position of the fluorescence image.
A fluorescence image focusing program is provided.

本発明によれば、蛍光画像の合焦位置を容易かつ迅速に定量的に算出することができる。   According to the present invention, the in-focus position of the fluorescence image can be calculated easily and quickly quantitatively.

蛍光画像の合焦システムの概略的な構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the focusing system of a fluorescence image. 蛍光画像の合焦方法(合焦位置算出処理)を概略的に説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating schematically the focusing method (focusing point calculation process) of a fluorescence image. 蛍光画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a fluorescence image. 蛍光画像から自家蛍光領域を除外する処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which excludes a self-fluorescence area | region from a fluorescence image. 蛍光画像から自家蛍光領域を除外する処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which excludes a self-fluorescence area | region from a fluorescence image. 蛍光輝点の一部を穴埋めする処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which carries out hole filling of a part of fluorescent luminescent point. 蛍光輝点の一部を削除する処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which deletes a part of fluorescent luminescent point. 輝点領域の面積と輝度値との関係を示すルックアップテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the look-up table which shows the relationship between the area of a luminescent point area | region, and a luminance value. 最適な合焦位置を算出するための処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process for calculating an optimal focusing position. 図9の変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of FIG. 蛍光画像から一定の領域を指定する例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example which designates a fixed area | region from a fluorescence image. 実施例1において焦点位置を切り替えるごとに蛍光画像を生成している例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example in which a fluorescence image is generated each time the focus position is switched in the first embodiment. 実施例1における合焦位置の算出結果を概略的に示す図である。FIG. 7 is a view schematically showing calculation results of the in-focus position in the first embodiment. 実施例2における合焦位置の算出結果を概略的に示す図である。FIG. 10 is a view schematically showing calculation results of a focusing position in Example 2. 比較例1における合焦位置の算出結果を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the calculation result of the focusing position in the comparative example 1. FIG. 比較例1における問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem in the comparative example 1. FIG.

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[蛍光画像の合焦システム]
図1に示すとおり、蛍光画像の合焦システム1は蛍光顕微鏡10、制御装置60および表示装置70を備えている。
蛍光顕微鏡10はステージ12、対物レンズ14、鏡筒16、接眼レンズ18および撮像素子20を備えている。ステージ12には免疫染色後の組織標本30が設置される。鏡筒16にはランプ40および蛍光キューブ50が内蔵されている。蛍光キューブ50は励起フィルター52、ダイクロイックミラー54および吸収フィルター56を備えている。
ランプ40は励起光を出射するランプである。励起フィルター52は励起光だけを透過するフィルターである。ダイクロイックミラー54は所定波長の光を境界として反射または透過するミラーであって、ここでは励起光を反射し蛍光を透過するものである。吸収フィルター56は励起光を遮断し蛍光だけを透過するフィルターである。
蛍光顕微鏡10では、ランプ40が点灯すると、励起光が励起フィルター52を透過しダイクロイックミラー54で反射され、対物レンズ14を通過し組織標本30に照射される。その結果組織標本30で蛍光が発光され、蛍光は対物レンズ14で集光されダイクロイックミラー54および吸収フィルター56を透過する。その後、蛍光は蛍光像として接眼レンズ18を介して観察されるとともに、撮像素子20に撮像される。
[Fluorescent image focusing system]
As shown in FIG. 1, the fluorescence image focusing system 1 includes a fluorescence microscope 10, a control device 60 and a display device 70.
The fluorescence microscope 10 includes a stage 12, an objective lens 14, a lens barrel 16, an eyepiece lens 18, and an imaging device 20. At stage 12, a tissue sample 30 after immunostaining is placed. The lens barrel 16 incorporates a lamp 40 and a fluorescent cube 50. The fluorescence cube 50 comprises an excitation filter 52, a dichroic mirror 54 and an absorption filter 56.
The lamp 40 is a lamp that emits excitation light. The excitation filter 52 is a filter that transmits only excitation light. The dichroic mirror 54 is a mirror that reflects or transmits light having a predetermined wavelength as a boundary. Here, the dichroic mirror 54 reflects excitation light and transmits fluorescence. The absorption filter 56 is a filter that blocks excitation light and transmits only fluorescence.
In the fluorescence microscope 10, when the lamp 40 is turned on, excitation light passes through the excitation filter 52, is reflected by the dichroic mirror 54, passes through the objective lens 14, and is irradiated to the tissue specimen 30. As a result, fluorescence is emitted from the tissue sample 30, and the fluorescence is collected by the objective lens 14 and transmitted through the dichroic mirror 54 and the absorption filter 56. Thereafter, the fluorescence is observed through the eyepiece lens 18 as a fluorescence image, and is imaged by the imaging device 20.

蛍光顕微鏡10にはこれらを制御する制御装置60が接続されている。
制御装置60は制御部62および記憶部64を備えている。
制御部62はステージ12と接続され、ステージ12の昇降を制御し焦点位置(高さ位置)を制御しうる。制御部42は撮像素子20と接続され、撮像素子20を制御し蛍光像を撮像させ、その蛍光像を受け蛍光画像を生成しうる。制御部62はランプ40と接続され、ランプ40の点灯および消灯を制御しうる。記憶部64には図2の合焦位置算出処理を実行するための蛍光画像の合焦プログラムが記憶されている。
制御装置60には表示装置70が接続され、表示装置70には制御装置60による算出結果などが表示される。
A control device 60 for controlling these is connected to the fluorescence microscope 10.
The control device 60 includes a control unit 62 and a storage unit 64.
The control unit 62 is connected to the stage 12 and can control the elevation of the stage 12 to control the focal position (height position). The control unit 42 is connected to the imaging device 20, controls the imaging device 20 to capture a fluorescence image, and can receive the fluorescence image to generate a fluorescence image. The control unit 62 is connected to the lamp 40 and can control lighting and extinguishing of the lamp 40. The storage unit 64 stores a fluorescence image focusing program for executing the focusing position calculation process of FIG.
A display device 70 is connected to the control device 60, and a calculation result by the control device 60 and the like are displayed on the display device 70.

[組織標本]
続いて、組織標本30について説明する。
組織標本30は目的生体物質を含む組織切片であって免疫染色剤で染色され、染色後の組織標本30が蛍光顕微鏡10のステージ12に設置される。
[Tissue sample]
Subsequently, the tissue sample 30 will be described.
The tissue sample 30 is a tissue section containing a target biological material and stained with an immunostaining agent, and the tissue sample 30 after staining is placed on the stage 12 of the fluorescence microscope 10.

(1)目的生体物質
目的生体物質とは、主に病理診断の観点からの検出または定量のために、蛍光標識体を用いた免疫染色の対象とするものをいい、組織切片に発現している生体物質、特にタンパク質(抗原)である。
典型的な目的生体物質としては、各種の癌組織の細胞膜で発現しており、バイオマーカーとして利用することができる生体物質が挙げられる。
(1) Target biological substance Target biological substance is intended for immunostaining using a fluorescent label mainly for detection or quantification from the viewpoint of pathological diagnosis, and is expressed in tissue sections It is a biological substance, in particular a protein (antigen).
Typical target biological substances include biological substances that are expressed on cell membranes of various cancer tissues and can be used as biomarkers.

(2)免疫染色剤(抗体−蛍光ナノ粒子の結合体)
免疫染色剤としては、蛍光標識の効率を向上させて蛍光の劣化につながる時間経過をなるべく抑えるために、一次抗体および蛍光ナノ粒子が間接的に、つまり抗原抗体反応などを利用した、共有結合以外の結合によって連結される複合体を用いることが好ましい。染色操作を簡便にするため、免疫染色剤として、一次抗体または二次抗体に蛍光ナノ粒子が直結している複合体を用いることもできる。
(2) Immunostaining agent (conjugate of antibody-fluorescent nanoparticle)
As an immunostaining agent, in order to improve the efficiency of the fluorescent labeling and to minimize the time course leading to the deterioration of the fluorescence, the primary antibody and the fluorescent nanoparticle indirectly, that is, an antigen-antibody reaction etc. It is preferred to use a complex linked by a bond of In order to simplify the staining procedure, a complex in which a fluorescent nanoparticle is directly linked to a primary antibody or a secondary antibody can also be used as an immunostaining agent.

免疫染色剤の一例として、[目的生体物質に対する一次抗体]…[一次抗体に対する抗体(二次抗体)]〜[蛍光ナノ粒子]が挙げられる。
“…”は抗原抗体反応により結合していることを表し、“〜”が示す結合の態様としては特に限定されず、たとえば、共有結合、イオン結合、水素結合、配位結合、抗原抗体結合、ビオチンアビジン反応、物理吸着、化学吸着などが挙げられ、必要に応じてリンカー分子を介していてもよい。
Examples of the immunostaining agent include: [Primary antibody to target biological substance] ... [Antibody to primary antibody (secondary antibody)] to [fluorescent nanoparticle].
“...” represents binding by an antigen-antibody reaction, and there is no particular limitation on the mode of binding represented by “-”, for example, covalent bond, ionic bond, hydrogen bond, coordination bond, antigen-antibody bond, Biotin avidin reaction, physical adsorption, chemical adsorption, etc. may be mentioned, and it may be through a linker molecule as required.

(3)抗体
一次抗体には、目的生体物質としてのタンパク質を抗原として特異的に認識して結合する抗体(IgG)を用いることができる。たとえば、HER2を目的生体物質とする場合は抗HER2抗体を、HER3を目的生体物質とする場合は抗HER3抗体を、それぞれ用いることができる。
二次抗体には、一次抗体を抗原として特異的に認識して結合する抗体(IgG)を用いることができる。
一次抗体および二次抗体はいずれも、ポリクローナル抗体であってもよいが、定量の安定性の観点から、モノクローナル抗体が好ましい。抗体を産生する動物(免疫動物)の種類は特に限定されるものではなく、従来と同様、マウス、ラット、モルモット、ウサギ、ヤギ、ヒツジなどから選択すればよい。
(3) Antibody As a primary antibody, an antibody (IgG) that can specifically recognize and bind a protein as a target biological substance as an antigen can be used. For example, when HER2 is a target biological substance, an anti-HER2 antibody can be used, and when HER3 is a target biological substance, an anti-HER3 antibody can be used.
For the secondary antibody, an antibody (IgG) that can specifically recognize and bind the primary antibody as an antigen can be used.
Although both the primary antibody and the secondary antibody may be polyclonal antibodies, monoclonal antibodies are preferred from the viewpoint of quantitative stability. The type of animal producing the antibody (immune animal) is not particularly limited, and may be selected from mice, rats, guinea pigs, rabbits, goats, sheep and the like as in the prior art.

(4)蛍光ナノ粒子
蛍光ナノ粒子とは、励起光の照射を受けて蛍光発光するナノサイズの粒子であって、目的生体物質を1分子ずつ輝点として表すのに十分な強度の蛍光を発光しうる粒子である。
蛍光ナノ粒子として、好ましくは量子ドット(半導体ナノ粒子)、蛍光物質集積ナノ粒子が使用される。
(4) Fluorescent nanoparticle The fluorescent nanoparticle is a nano-sized particle that emits fluorescence upon receiving irradiation of excitation light, and emits fluorescence with an intensity sufficient to represent the target biological substance as a bright spot. It is a possible particle.
As the fluorescent nanoparticles, preferably quantum dots (semiconductor nanoparticles) and fluorescent substance-integrated nanoparticles are used.

(4.1)量子ドット
量子ドットとしては、II−VI族化合物、III−V族化合物またはIV族元素を含有する半導体ナノ粒子が使用される。たとえば、CdSe、CdS、CdTe、ZnSe、ZnS、ZnTe、InP、InN、InAs、InGaP、GaP、GaAs、Si、Geなどが挙げられる。
(4.1) Quantum dot As a quantum dot, the semiconductor nanoparticle containing a II-VI group compound, a III-V group compound, or a IV group element is used. For example, CdSe, CdS, CdTe, ZnSe, ZnS, ZnTe, InP, InN, InAs, InGaP, GaP, GaAs, Si, Ge and the like can be mentioned.

(4.2)蛍光物質集積ナノ粒子
蛍光物質集積ナノ粒子は、有機物または無機物でできた粒子を母体とし、複数の蛍光物質(たとえば、上記量子ドット、蛍光色素など)がその中に内包されているおよび/またはその表面に吸着している構造を有する、ナノサイズの粒子である。
蛍光物質集積ナノ粒子としては、母体と蛍光物質とが、互いに反対の電荷を有する置換基または部位を有し、静電的相互作用が働くものであることが好適である。
蛍光物質集積ナノ粒子としては、量子ドット集積ナノ粒子、蛍光色素集積ナノ粒子などが使用される。
(4.2) Fluorescent substance accumulation nanoparticle The fluorescent substance accumulation nanoparticle uses a particle made of an organic substance or an inorganic substance as a matrix, and a plurality of fluorescent substances (for example, the above-mentioned quantum dots, fluorescent dyes, etc.) are contained therein. And / or nano-sized particles having a structure adsorbed on the surface thereof.
As the fluorescent substance accumulation nanoparticles, it is preferable that the matrix and the fluorescent substance have substituents or sites having opposite charges to each other, and electrostatic interaction occurs.
As the fluorescent substance integrated nanoparticles, quantum dot integrated nanoparticles, fluorescent dye integrated nanoparticles, etc. are used.

(4.2.1)母体
母体のうち、有機物としては、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、グアナミン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂など、一般的に熱硬化性樹脂に分類される樹脂;スチレン樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル樹脂、AS樹脂(アクリロニトリル−スチレン共重合体)、ASA樹脂(アクリロニトリル−スチレン−アクリル酸メチル共重合体)など、一般的に熱可塑性樹脂に分類される樹脂;ポリ乳酸等のその他の樹脂;多糖を例示することができる。
母体のうち、無機物としては、シリカ、ガラスなどを例示することができる。
(4.2.1) Base material Among the base materials, as organic substances, resins generally classified as thermosetting resins, such as melamine resin, urea resin, aniline resin, guanamine resin, phenol resin, xylene resin, furan resin, etc. Resins generally classified as thermoplastic resins, such as styrene resin, acrylic resin, acrylonitrile resin, AS resin (acrylonitrile-styrene copolymer), ASA resin (acrylonitrile-styrene-methyl acrylate copolymer), etc .; Other resins such as lactic acid and the like; polysaccharides can be exemplified.
Among the matrix, examples of the inorganic substance include silica, glass and the like.

(4.2.2)量子ドット集積ナノ粒子
量子ドット集積ナノ粒子とは、上記量子ドットが、上記母体の中に内包されている、および/またはその表面に吸着している構造を有する。
量子ドットが母体に内包されている場合、量子ドットは母体内部に分散されていればよく、母体自体と化学的に結合していてもよいし、していなくてもよい。
(4.2.2) Quantum Dot Accumulated Nanoparticle The quantum dot integrated nanoparticle has a structure in which the quantum dot is contained in the matrix and / or adsorbed on the surface thereof.
When the quantum dot is contained in the matrix, the quantum dot may be dispersed in the matrix, and may or may not be chemically bonded to the matrix itself.

(4.2.3)蛍光色素集積ナノ粒子
蛍光色素集積ナノ粒子とは、蛍光色素が、上記母体の中に内包されている、および/またはその表面に吸着している構造を有する。
蛍光色素としては、ローダミン系色素分子、スクアリリウム系色素分子、シアニン系色素分子、芳香環系色素分子、オキサジン系色素分子、カルボピロニン系色素分子、ピロメセン系色素分子などを例示することができる。
蛍光色素としては、Alexa Fluor(登録商標、インビトロジェン社製)系色素分子、BODIPY(登録商標、インビトロジェン社製)系色素分子、Cy(登録商標、GEヘルスケア社製)系色素分子、HiLyte(登録商標、アナスペック社製)系色素分子、DyLight(登録商標、サーモサイエンティフィック社製)系色素分子、ATTO(登録商標、ATTO−TEC社製)系色素分子、MFP(登録商標、Mobitec社製)系色素分子、CF(登録商標、Biotium社製)系色素分子、DY(登録商標、DYOMICS社製)系色素分子、CAL(登録商標、BioSearch Technologies社製)系色素分子などを用いることができる。
なお、蛍光色素が母体に内包されている場合、蛍光色素は母体内部に分散されていればよく、母体自体と化学的に結合していてもよいし、していなくてもよい。
(4.2. 3) Fluorescent dye integrated nanoparticle The fluorescent dye integrated nanoparticle has a structure in which a fluorescent dye is contained in the above-mentioned matrix and / or adsorbed on the surface thereof.
Examples of fluorescent dyes include rhodamine dye molecules, squarylium dye molecules, cyanine dye molecules, aromatic ring dye molecules, oxazine dye molecules, carbopyronine dye molecules, and pyromecene dye molecules.
As a fluorescent dye, Alexa Fluor (registered trademark, manufactured by Invitrogen Corporation) dye molecule, BODIPY (registered trademark, manufactured by Invitrogen Corporation) dye molecule, Cy (registered trademark, manufactured by GE Healthcare) dye molecule, HiLyte (registered trademark) Trademark, manufactured by Anapeck Co., Ltd., DyLight (registered trademark, manufactured by Thermo Scientific Co., Ltd.), colored pigment molecule, ATTO (registered trademark, manufactured by ATTO-TEC), dye molecule, MFP (registered trademark, manufactured by Mobitec) ) Dye molecules, CF (registered trademark, manufactured by Biotium) dye molecules, DY (registered trademark, manufactured by DYOMICS company), dye molecules, CAL (registered trademark, manufactured by BioSearch Technologies), etc. can be used. .
When the fluorescent dye is contained in the matrix, the fluorescent dye may be dispersed in the matrix, and may or may not be chemically bonded to the matrix itself.

(5)組織切片の染色方法
染色方法の一例について説明する。
この染色方法が適用できる組織切片(単に「切片」ともいい、病理切片などの切片も含まれる。)の作製法は特に限定されず、公知の手順により作製されたものを用いることができる。
(5) Staining Method of Tissue Section An example of a staining method will be described.
The method for preparing tissue sections (also referred to simply as "sections" and including sections such as pathological sections) to which this staining method can be applied is not particularly limited, and those prepared according to known procedures can be used.

(5.1)標本作製工程
(5.1.1)脱パラフィン処理
キシレンを入れた容器に、切片を浸漬させ、パラフィン除去する。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また必要により浸漬途中でキシレンを交換してもよい。
(5.1) Specimen preparation step (5.1.1) Deparaffinization treatment The sections are immersed in a container containing xylene to remove paraffin. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or more and 30 minutes or less. If necessary, xylene may be replaced during immersion.

次いでエタノールを入れた容器に切片を浸漬させ、キシレン除去する。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また必要により浸漬途中でエタノールを交換してもよい。   The sections are then immersed in a container containing ethanol to remove xylene. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or more and 30 minutes or less. If necessary, ethanol may be replaced during immersion.

水を入れた容器に、切片を浸漬させ、エタノール除去する。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また必要により浸漬途中で水を交換してもよい。   Immerse the sections in a water container and remove ethanol. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or more and 30 minutes or less. Also, water may be exchanged during immersion if necessary.

(5.1.2)賦活化処理
公知の方法に倣い、目的生体物質の賦活化処理を行う。賦活化条件に特に定めはないが、賦活液としては、0.01Mのクエン酸緩衝液(pH6.0)、1mMのEDTA溶液(pH8.0)、5%尿素、0.1Mのトリス塩酸緩衝液などを用いることができる。
pH条件は用いる組織切片に応じてpH2.0〜13.0の範囲から、シグナルが出て、組織の荒れがシグナルを評価できる程度となる条件で行う。通常はpH6.0〜8.0で行うが、特殊な組織切片ではたとえばpH3.0でも行う。
加熱機器はオートクレーブ、マイクロウェーブ、圧力鍋、ウォーターバスなどを用いることができる。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。温度は50〜130℃、時間は5〜30分で行うことができる。
(5.1.2) Activation treatment The target biological material is activated according to a known method. Although the activation conditions are not particularly limited, as an activation solution, 0.01 M citrate buffer (pH 6.0), 1 mM EDTA solution (pH 8.0), 5% urea, 0.1 M Tris-HCl buffer A liquid etc. can be used.
The pH condition is such that the signal is output from the range of pH 2.0 to 13.0 depending on the tissue section to be used, and the condition that roughening of the tissue can be evaluated. Usually, it is carried out at pH 6.0 to 8.0, but in special tissue sections it is also carried out, for example, at pH 3.0.
The heating apparatus can use an autoclave, a microwave, a pressure cooker, a water bath etc. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The temperature can be 50 to 130 ° C., and the time can be 5 to 30 minutes.

次いでPBSを入れた容器に、賦活処理後の切片を浸漬させ、洗浄を行う。温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。浸漬時間は、3分以上30分以下であることが好ましい。また必要により浸漬途中でPBSを交換してもよい。   Then, the section after activation treatment is immersed in a container containing PBS and washed. The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The immersion time is preferably 3 minutes or more and 30 minutes or less. If necessary, the PBS may be replaced during immersion.

(5.2)免疫染色工程
免疫染色工程では、目的生体物質を染色するために、目的生体物質に直接的または間接的に結合しうる部位を有する蛍光ナノ粒子を含む免疫染色剤の溶液を、切片に乗せ、目的生体物質との反応を行う。免疫染色工程に用いる免疫染色剤の溶液については、この工程の前にあらかじめ調製しておけばよい。
(5.2) Immunostaining Step In the immunostaining step, a solution of immunostaining agent containing fluorescent nanoparticles having a site capable of binding directly or indirectly to a target biological substance to stain the target biological substance, Place on a section and react with the target biological material. The solution of the immunostaining agent used in the immunostaining step may be prepared in advance prior to this step.

免疫染色工程を行う上での条件、すなわち免疫染色剤の溶液に組織標本を浸漬する際の温度および浸漬時間は、従来の免疫染色法に準じて、適切なシグナルが得られるよう適宜調整することができる。
温度は特に限定されるものではないが、室温で行うことができる。反応時間は、30分以上24時間以下であることが好ましい。
上述したような処理を行う前に、BSA含有PBSなど公知のブロッキング剤やTween20などの界面活性剤を滴下することが好ましい。
The conditions for performing the immunostaining step, that is, the temperature and immersion time for immersing the tissue specimen in the immunostaining agent solution, are appropriately adjusted to obtain an appropriate signal according to the conventional immunostaining method. Can.
The temperature is not particularly limited, but can be performed at room temperature. The reaction time is preferably 30 minutes or more and 24 hours or less.
It is preferable to drip a known blocking agent such as BSA-containing PBS or a surfactant such as Tween 20 before performing the treatment as described above.

(5.3)標本後処理工程
免疫染色工程を終えた組織標本は、観察に適したものとなるよう、固定化・脱水、透徹、封入などの処理を行うことが好ましい。
(5.3) Sample Post-Treatment Step It is preferable that the tissue sample subjected to the immunostaining step is subjected to treatments such as immobilization / dehydration, clearing and encapsulation so as to be suitable for observation.

固定化・脱水処理は、組織標本を固定処理液(ホルマリン、パラホルムアルデヒド、グルタールアルデヒド、アセトン、エタノール、メタノールなどの架橋剤)に浸漬すればよい。透徹処理は、固定化・脱水処理を終えた組織標本を透徹液(キシレンなど)に浸漬すればよい。封入処理は、透徹処理を終えた組織標本を封入液に浸漬すればよい。
これらの処理を行う上での条件、たとえば組織標本を所定の処理液に浸漬する際の温度および浸漬時間は、従来の免疫染色法に準じて、適切なシグナルが得られるよう適宜調整することができる。
The immobilization / dehydration treatment may be performed by immersing the tissue specimen in a fixation treatment solution (formalin, paraformaldehyde, glutaraldehyde, acetone, ethanol, methanol, or other crosslinking agent). In the clearing process, a tissue sample which has been fixed and dehydrated may be immersed in a clearing solution (such as xylene). In the sealing process, the tissue sample after the clearing process may be immersed in the sealing solution.
The conditions for performing these treatments, for example, the temperature and immersion time for immersing the tissue specimen in a predetermined treatment solution, may be appropriately adjusted to obtain an appropriate signal according to the conventional immunostaining method. it can.

(5.4)形態観察染色工程
免疫染色工程とは別に、明視野において細胞、組織、臓器などの形態を観察することができるようにするための、形態観察染色を行ってもよい。
形態観察染色工程は、常法に従って行うことができる。
組織標本の形態観察に関しては、細胞質・間質・各種線維・赤血球・角化細胞が赤〜濃赤色に染色される、エオジンを用いた染色が標準的に用いられている。細胞核・石灰部・軟骨組織・細菌・粘液が青藍色〜淡青色に染色される、ヘマトキシリンを用いた染色も標準的に用いられている(これら2つの染色を同時に行う方法はヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)として知られている)。
形態観察染色工程を含める場合は、免疫染色工程の後に行うようにしてもよいし、免疫染色工程の前に行うようにしてもよい。
(5.4) Morphological observation staining step Aside from the immuno staining step, morphological observation staining may be performed to enable observation of the morphology of cells, tissues, organs and the like in the bright field.
The morphological observation staining step can be performed according to a conventional method.
For morphological observation of tissue specimens, staining with eosin in which cytoplasm, stroma, various fibers, red blood cells, and keratinocytes are stained in red to dark red is generally used. Staining with hematoxylin, in which cell nuclei, lime area, cartilage tissue, bacteria and mucus are stained in blue to pale blue, is also used as standard (Hematoxylin and Eosin staining for performing these two staining simultaneously) (Known as HE staining).
When the morphological observation staining step is included, it may be performed after the immunostaining step, or may be performed before the immunostaining step.

[蛍光画像の合焦方法]
続いて、蛍光画像の合焦方法について説明する。
かかる方法は、蛍光画像の合焦システム1を用いて、免疫染色後の組織標本30から目的生体物質を検出する際に行われる方法である。
[Focusing method of fluorescence image]
Then, the focusing method of a fluorescence image is demonstrated.
Such a method is a method performed when detecting a target biological material from a tissue sample 30 after immunostaining using a focusing system 1 for fluorescence image.

はじめに、免疫染色後の組織標本30を蛍光顕微鏡10のステージ12に設置する。
その後、制御装置60を用いて、組織標本30から蛍光画像を生成しこれを画像処理して最適な合焦位置を算出する処理(合焦位置算出処理)を実行する。
First, the tissue sample 30 after immunostaining is placed on the stage 12 of the fluorescence microscope 10.
Thereafter, using the control device 60, processing for generating a fluorescent image from the tissue sample 30 and processing the image to calculate an optimal in-focus position (in-focus position calculation processing) is executed.

当該合焦位置算出処理は、制御部62と記憶部64に記憶されているプログラムとの協働により実行され、制御部62はそのプログラムにしたがって下記の処理を実行する。かかるプログラムとしては、たとえば「ImageJ」(オープンソース)が挙げられる。かかる画像処理ソフトウエアを利用することにより、蛍光画像から所定の波長(色)の蛍光輝点を抽出し、輝点領域の輝度値や蛍光ナノ粒子数を算出する処理を、半自動的に迅速に行いうる。   The focusing position calculation process is executed by cooperation of the control unit 62 and the program stored in the storage unit 64, and the control unit 62 executes the following process according to the program. As such a program, for example, "ImageJ" (open source) can be mentioned. By using such image processing software, a process of extracting fluorescent luminescent spots of a predetermined wavelength (color) from a fluorescent image and calculating the luminance value of the luminescent spot area and the number of fluorescent nanoparticles can be performed semiautomatically and quickly. It can be done.

図2に示すとおり、制御部62はまず、ステージ12の焦点位置を調整して組織標本30を対物レンズ14の近傍に位置させる(ステップS1)。
その後、制御部62は、ランプ40を点灯させ励起光を組織標本30に照射する。その結果、組織標本30の蛍光ナノ粒子が蛍光発光し、蛍光輝点が出現する。制御部62はその蛍光像を撮像素子20に撮像させる。
その後、制御部62は、撮像素子20の撮像結果に基づき、蛍光像から蛍光画像を生成する(ステップS2)。
図3(a)は蛍光画像の一例である。
As shown in FIG. 2, the control unit 62 first adjusts the focal position of the stage 12 to position the tissue sample 30 in the vicinity of the objective lens 14 (step S1).
Thereafter, the control unit 62 turns on the lamp 40 to irradiate the tissue sample 30 with excitation light. As a result, the fluorescent nanoparticle of the tissue sample 30 emits fluorescence and a fluorescent luminescent spot appears. The control unit 62 causes the imaging device 20 to capture the fluorescent image.
Thereafter, the control unit 62 generates a fluorescence image from the fluorescence image based on the imaging result of the imaging device 20 (step S2).
FIG. 3 (a) is an example of a fluorescence image.

その後、制御部62は蛍光画像に対し前処理を実行する(ステップS3)。
図3(b)は前処理後の蛍光画像の一例である。
前処理には、自家蛍光領域を除去する処理などがある。
ステップS3では、たとえば、組織標本30の作製時にエオジンで染色した場合においてエオジンの自家蛍光が発生したときは、図4に示すとおり、エオジンの自家蛍光により発生したバックグラウンド領域を除去したり、または図5に示すとおり、組織標本30自体の自家蛍光領域を除去したりする。
Thereafter, the control unit 62 performs preprocessing on the fluorescence image (step S3).
FIG. 3 (b) is an example of a fluorescence image after pre-processing.
The pretreatment includes, for example, treatment for removing the autofluorescent region.
In step S3, for example, when staining with eosin at the time of preparation of tissue specimen 30, when eosin autofluorescence occurs, as shown in FIG. 4, the background region generated by eosin autofluorescence is removed, or As shown in FIG. 5, the autofluorescent region of the tissue sample 30 itself is removed or the like.

その後、制御部62は蛍光画像から蛍光輝点を抽出する(ステップS4)。
その後、制御部62は輝点領域に対し後処理を実行する(ステップS5)。
「輝点領域」とは蛍光輝点が存在する領域であって、図3(b)の例では白抜き部分に対応する領域である。
図3(c)は後処理後の蛍光画像の一例である。
後処理には、輝点領域に対しその一部を穴埋めする処理、輝点領域に対しその一部を削除する処理などがある。
ステップS5では、たとえば、図6に示すとおり、リング状の輝点領域の内部を穴埋めしたり、図7に示すとおり、リング状の輝点領域を削除したりする。
Thereafter, the control unit 62 extracts a fluorescent bright spot from the fluorescent image (step S4).
Thereafter, the control unit 62 performs post-processing on the bright spot area (step S5).
The “bright spot area” is an area in which a fluorescent bright spot is present, and in the example of FIG. 3B, is an area corresponding to an open area.
FIG. 3 (c) is an example of a fluorescence image after post-processing.
The post-processing includes, for example, a process of filling in a part of the bright spot area and a process of deleting a part of the bright spot area.
In step S5, for example, as shown in FIG. 6, the inside of the ring-shaped bright spot area is filled, or as shown in FIG. 7, the ring-shaped bright spot area is deleted.

その後、制御部62は、輝点領域ごとに輝度値を算出し、その蛍光画像中のすべての輝点領域の輝度積分値を算出する(ステップS6)。
ここで、撮像素子20の受光感度が輝点領域の蛍光強度と線形関係にないような場合、算出した輝度値をそのまま使用することができない。かかる場合、制御部62は、輝点領域の輝度積分値を、算出される輝度値とそれを補正した補正輝度値との関係があらかじめ決定されたルックアップテーブル66(図8参照)を用いて算出してもよい。すなわち、ルックアップテーブル66を制御装置60の記憶部64に記憶しておき、制御部62が、輝点領域ごとに、まずは輝度値を算出し、その後に記憶部64のルックアップテーブル66を参照しながら当該輝度値に対する補正輝度値を算出する。そして最終的に、制御部62が、蛍光画像中のすべての輝点領域の補正輝度値を合算しこれを輝度積分値とする。
Thereafter, the control unit 62 calculates the brightness value for each bright spot area, and calculates the brightness integral value of all the bright spot areas in the fluorescent image (step S6).
Here, when the light receiving sensitivity of the image sensor 20 does not have a linear relationship with the fluorescence intensity of the bright spot area, the calculated luminance value can not be used as it is. In such a case, the control unit 62 uses the look-up table 66 (see FIG. 8) in which the relationship between the calculated luminance value and the corrected luminance value obtained by correcting the luminance integral value of the bright spot region is previously determined. It may be calculated. That is, the lookup table 66 is stored in the storage unit 64 of the control device 60, and the control unit 62 first calculates the luminance value for each bright spot area and then refers to the lookup table 66 of the storage unit 64. The corrected luminance value for the luminance value is calculated. Finally, the control unit 62 adds the corrected luminance values of all the bright spot areas in the fluorescence image, and sets this as the integrated luminance value.

その後、制御部62は、蛍光画像が一定数に達したかどうかを判断し(ステップS7)、蛍光画像が一定数に達するまで、ステージ12の焦点位置を段階的に下降させ(ステップS8)、その都度ステップS2〜S6の処理を繰り返し実行する。
蛍光画像が一定数に達したら、制御部62は、焦点位置それぞれでの輝度積分値同士を比較し、その輝度積分値が最大となる焦点位置を、蛍光画像の合焦位置とする(ステップS9)。
すなわち、図9に示すとおり、ステップS6では、焦点位置ごとにその焦点位置での蛍光画像の輝度積分値を求め、ステップS9において、その輝度積分値が最大となる焦点位置を、蛍光画像の合焦位置とする。
図9では9段階の焦点位置(●)で輝度積分値を算出し、5段階目の焦点位置を合焦位置とする例を示している。
After that, the control unit 62 determines whether the fluorescence image has reached a predetermined number (step S7), and lowers the focal position of the stage 12 stepwise until the fluorescence image reaches a predetermined number (step S8). The processing of steps S2 to S6 is repeatedly executed each time.
When the fluorescence image reaches a certain number, the control unit 62 compares the luminance integral values at each of the focal positions, and sets the focal position at which the luminance integral value is maximum as the in-focus position of the fluorescence image (step S9). ).
That is, as shown in FIG. 9, in step S6, the luminance integral value of the fluorescence image at the focal position is determined for each focal position, and in step S9, the focal position at which the luminance integral value becomes maximum Focus position.
FIG. 9 shows an example in which the integrated luminance value is calculated at nine different focus positions (●) and the fifth focus position is set as the in-focus position.

以上の本実施形態によれば、ステージ12の焦点位置を切り替えながらその都度蛍光画像を生成して輝度積分値を算出し、輝度積分値が最大となる焦点位置を蛍光画像の合焦位置とするため、蛍光画像の合焦位置を容易および迅速でかつ定量的に算出することができる。   According to the above-described embodiment, the fluorescent image is generated each time the focal position of the stage 12 is switched to calculate the integrated luminance value, and the focal position at which the integrated luminance value becomes maximum is set as the in-focus position of the fluorescent image. Therefore, the in-focus position of the fluorescence image can be calculated easily, quickly and quantitatively.

すなわち、ステージ12の移動制御と蛍光像の撮像および画像解析とが連動する複雑なコントロールは不要であり、特許文献3の技術とは異なり、蛍光画像の合焦位置を容易に算出することができる。
焦点位置がずれ輝点領域の輝度値が低下しても、それはそのまま輝度積分値に反映されその蛍光画像に対する処理が終了するため、Z-stack撮影を用いる方法とは異なり、蛍光画像間の同一蛍光輝点のラベリングやマッチングなども不要であり、蛍光画像の合焦位置を迅速に算出することができる。
蛍光ナノ粒子が密集してクラスター状となっている箇所でも、その輝点領域の輝度値が輝度積分値に反映され、蛍光画像の合焦位置を定量的に算出することができ、その箇所は発現レベル評価に対する寄与のウエイトにも大きく影響し、評価精度を向上させることもできる。
That is, complicated control in which movement control of the stage 12 and imaging and image analysis of the fluorescence image are interlocked is not necessary, and unlike the technique of Patent Document 3, the focusing position of the fluorescence image can be easily calculated. .
Even if the focal position deviates and the luminance value in the bright spot area decreases, it is reflected on the integral value of the luminance as it is and processing for the fluorescence image is completed. Therefore, unlike the method using Z-stack imaging, the same among the fluorescence images It is not necessary to label and match fluorescent light spots, and the focus position of the fluorescent image can be calculated quickly.
Even in a place where fluorescent nanoparticles are densely clustered, the luminance value of the bright spot area is reflected in the integrated luminance value, and the in-focus position of the fluorescent image can be quantitatively calculated, and the place is It greatly influences the weight of contribution to expression level evaluation, and can also improve evaluation accuracy.

また本実施形態では、蛍光画像への前処理および輝点領域への後処理により、蛍光輝点のS/N比が向上し、蛍光画像のバックグラウンドノイズの影響を抑えることができる。
さらに本実施形態では、輝度積分値で合焦位置を算出するため、蛍光画像中で蛍光輝点を見失うという事象も解消しうるし、蛍光輝点が蛍光顕微鏡10の光軸方向に分布するような場合でも、それを考慮した合焦位置を算出することができる。
Further, in the present embodiment, the S / N ratio of the fluorescent bright spot can be improved by the pretreatment to the fluorescent light image and the post-treatment to the bright spot area, and the influence of the background noise of the fluorescent light image can be suppressed.
Furthermore, in the present embodiment, since the in-focus position is calculated by the luminance integral value, an event that the fluorescent bright spot is lost in the fluorescent light image can be resolved, and the fluorescent bright spots are distributed in the optical axis direction of the fluorescence microscope 10 Even in this case, the in-focus position can be calculated in consideration of it.

[変形例]
ステップS6では、輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算し、ステップS9では、図10に示すとおり、その蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる焦点位置を、蛍光画像の合焦位置としてもよい。
かかる場合、ステップS6では、輝点領域の輝度値を、あらかじめ走査型電子顕微鏡を用いて計測した蛍光ナノ粒子1個あたりの平均輝度値で除算し蛍光ナノ粒子数に換算すればよい。たとえば、輝点領域の輝度値が50000で蛍光ナノ粒子1個あたりの平均輝度値が10000である場合、蛍光ナノ粒子数は5個となる。
図10では9段階の焦点位置(●)で蛍光ナノ粒子数の総数を算出し、5段階目の焦点位置を合焦位置とする例を示している。
[Modification]
In step S6, the luminance value of the bright spot area is converted to the number of fluorescent nanoparticles, and in step S9, as shown in FIG. 10, the focal position at which the total number of fluorescent nanoparticles is maximum is the focal position of the fluorescent image. It may be
In such a case, in step S6, the luminance value of the bright spot area may be divided by the average luminance value per fluorescent nanoparticle measured in advance using a scanning electron microscope to convert it into the number of fluorescent nanoparticles. For example, when the luminance value of the bright spot area is 50000 and the average luminance value per fluorescent nanoparticle is 10000, the number of fluorescent nanoparticles is five.
FIG. 10 shows an example in which the total number of fluorescent nanoparticles is calculated at nine different focus positions (●) and the fifth focus position is set as the in-focus position.

なお、本実施形態(変形例を含む。)では、ステップS2においてたとえば図3(a)の蛍光画像を形成した場合に、その蛍光画像全体に対しステップS3〜S6の処理を実行し、蛍光画像の合焦位置を算出している。
これに代えて、図11(a)に示すとおり、蛍光画像を複数の領域に分割しそのなかから指定した指定領域80に対しステップS3〜S6の処理を実行し、蛍光画像の合焦位置を算出してもよい。または図11(b)に示すとおり、蛍光画像のなかから任意に指定した指定領域82に対しステップS3〜S6の処理を実行し、蛍光画像の合焦位置を算出してもよい。
かかる場合はもちろん、ステージ12の焦点位置を切り替えるごとに、蛍光画像間で同一の指定領域80、82を指定する。
In the present embodiment (including the modification), for example, when the fluorescence image of FIG. 3A is formed in step S2, the processing of steps S3 to S6 is performed on the entire fluorescence image, and the fluorescence image is generated. The in-focus position of is calculated.
Instead of this, as shown in FIG. 11A, the fluorescence image is divided into a plurality of regions, and the processing of steps S3 to S6 is executed on the designated region 80 designated from among them, and the in-focus position of the fluorescence image is determined. It may be calculated. Or as shown in FIG.11 (b), the process of step S3-S6 may be performed with respect to the designation | designated area | region 82 designated arbitrarily out of the fluorescence image, and the focus position of a fluorescence image may be calculated.
In such a case, as a matter of course, each time the focal position of the stage 12 is switched, the same designated area 80 or 82 is designated among the fluorescence images.

本実施例では、蛍光ナノ粒子aとしてCy5内包シリカナノ粒子を作製し、蛍光ナノ粒子aに対して抗HER2抗体を結合させた免疫染色剤Aを作製した。
その後、免疫染色剤Aを用いてヒト乳房組織の組織切片に対し免疫染色を行い、免疫染色後の組織標本における蛍光画像の合焦位置を算出した。
In the present example, Cy5-encapsulated silica nanoparticles were produced as the fluorescent nanoparticles a, and the immunostaining agent A in which an anti-HER2 antibody was bound to the fluorescent nanoparticles a was produced.
Thereafter, immunostaining agent A was used to immunostain tissue sections of human breast tissue, and the in-focus position of the fluorescence image in the tissue sample after immunostaining was calculated.

[実施例1]
(1)蛍光ナノ粒子aの合成
下記工程(1.1)〜(1.5)の方法により、Cy5内包シリカナノ粒子を作製した。
工程(1.1):Cy5のN−ヒドロキシスクシンイミドエステル誘導体(GEヘルスケア社製)1mg(0.00126mmol)とテトラエトキシシラン400μL(1.796mmol)を混合した。
工程(1.2):エタノール40mLと14%アンモニア水10mLを混合した。
工程(1.3):工程(1.2)で作製した混合液を室温下で撹拌しているところに、工程(1.1)で調製した混合液を添加した。添加開始から12時間撹拌を行った。
工程(1.4):反応混合物を10000Gで60分遠心分離を行い、上澄みを除去した。
工程(1.5):エタノールを加え、沈降物を分散させ、再度遠心分離を行った。同様の手順でエタノールと純水による洗浄を1回ずつ行った。
得られた蛍光ナノ粒子aを走査型電子顕微鏡(SEM;日立(登録商標)社製S−800型)で観察したところ、平均粒径は110nm、変動係数は12%であった。
Example 1
(1) Synthesis of Fluorescent Nanoparticle a The Cy5-encapsulated silica nanoparticle was produced by the method of the following steps (1.1) to (1.5).
Step (1.1): 1 mg (0.00126 mmol) of an N-hydroxysuccinimide ester derivative of Cy5 (manufactured by GE Healthcare) and 400 μL (1.796 mmol) of tetraethoxysilane were mixed.
Step (1.2): 40 mL of ethanol and 10 mL of 14% aqueous ammonia were mixed.
Step (1.3): While stirring the mixture prepared in step (1.2) at room temperature, the mixture prepared in step (1.1) was added. Stirring was performed for 12 hours from the start of the addition.
Step (1.4): The reaction mixture was centrifuged at 10000 G for 60 minutes, and the supernatant was removed.
Step (1.5): Ethanol was added to disperse the precipitate, and centrifugation was performed again. Washing with ethanol and pure water was performed once in the same manner.
When the obtained fluorescent nanoparticles a were observed with a scanning electron microscope (SEM; S-800 manufactured by Hitachi (registered trademark)), the average particle diameter was 110 nm and the variation coefficient was 12%.

(2)免疫染色剤Aの作製
下記工程(2.1)〜(2.12)の方法により、蛍光ナノ粒子aに対して抗体を結合させた。
工程(2.1):1mgの蛍光ナノ粒子aを純水5mLに分散させた。次いで、アミノプロピルトリエトキシシラン水分散液100μLを添加し、室温で12時間撹拌した。
工程(2.2):反応混合物を10000Gで60分遠心分離を行い、上澄みを除去した。
工程(2.3):エタノールを加え、沈降物を分散させ、再度遠心分離を行った。同様の手順でエタノールと純水による洗浄を1回ずつ行った。
得られたアミノ基修飾したシリカナノ粒子のFT−IR測定を行ったところ、アミノ基に由来する吸収が観測でき、アミノ基修飾されたことが確認できた。
(2) Preparation of Immunostaining Agent A An antibody was bound to the fluorescent nanoparticle a by the following steps (2.1) to (2.12).
Step (2.1): 1 mg of fluorescent nanoparticles a was dispersed in 5 mL of pure water. Then, 100 μL of aminopropyltriethoxysilane aqueous dispersion was added and stirred at room temperature for 12 hours.
Step (2.2): The reaction mixture was centrifuged at 10000 G for 60 minutes, and the supernatant was removed.
Step (2.3): Ethanol was added, the precipitate was dispersed, and centrifugation was performed again. Washing with ethanol and pure water was performed once in the same manner.
When the FT-IR measurement of the obtained amino group modified silica nanoparticle was performed, the absorption derived from the amino group could be observed, and it could be confirmed that the amino group was modified.

工程(2.4):工程(2.3)で得られたアミノ基修飾したシリカナノ粒子を、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)を2mM含有したPBSを用いて3nMに調整した。
工程(2.5):工程(2.4)で調整した溶液に、最終濃度10mMとなるようSM(PEG)12(サーモサイエンティフィック社製、succinimidyl−[(N−maleomidopropionamid)−dodecaethyleneglycol]ester)を混合し、1時間反応させた。
工程(2.6):反応混合液を10000Gで60分遠心分離を行い、上澄みを除去した
工程(2.7):EDTAを2mM含有したPBSを加え、沈降物を分散させ、再度遠心分離を行った。同様の手順による洗浄を3回行った。最後に500μLのPBSを用いて再分散させた。
Step (2.4): The amino group-modified silica nanoparticles obtained in step (2.3) were adjusted to 3 nM with PBS containing 2 mM of EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid).
Step (2.5): SM (PEG) 12 (Thermo Scientific Inc., succinimidyl-[(N-maleimidopropionamid) -dodecaethyleneglycolic ester] ester so that the solution prepared in step (2.4) has a final concentration of 10 mM ) Were mixed and allowed to react for 1 hour.
Step (2.6): The reaction mixture was centrifuged at 10000 G for 60 minutes and the supernatant was removed Step (2.7): PBS containing 2 mM EDTA was added, the precipitate was dispersed, and centrifugation was repeated again went. Washing was performed three times according to the same procedure. Finally, redispersion was performed using 500 μL of PBS.

工程(2.8):抗HER2抗体100μgを100μLのPBSに溶解させたところに、1Mジチオスレイトール(DTT)を添加し、30分反応させた。
工程(2.9):反応混合物についてゲルろ過カラムにより過剰のDTTを除去し、還元化抗HER2抗体溶液を得た。
Step (2.8): To 100 μl of anti-HER2 antibody dissolved in 100 μl of PBS, 1 M dithiothreitol (DTT) was added and reacted for 30 minutes.
Step (2.9): Excess DTT was removed from the reaction mixture by gel filtration column to obtain a reduced anti-HER2 antibody solution.

工程(2.10):蛍光ナノ粒子aを出発原料として工程(2.7)で得られた粒子分散液と工程(2.9)で得られた還元化抗HER2抗体溶液とをPBS中で混合し、1時間反応させた。
工程(2.11):10mMメルカプトエタノール4μLを添加し、反応を停止させた。
工程(2.12):反応混合物を10000Gで60分遠心分離を行い、上澄みを除去した後、EDTAを2mM含有したPBSを加え、沈降物を分散させ、再度遠心分離を行った。同様の手順による洗浄を3回行った。最後に500μLのPBSを用いて再分散させ、抗HER2抗体が結合されたCy5内包シリカナノ粒子(免疫染色剤A)を得た。
Step (2.10): Using the fluorescent nanoparticle a as a starting material, the particle dispersion obtained in step (2.7) and the reduced anti-HER2 antibody solution obtained in step (2.9) in PBS Mix and react for 1 hour.
Step (2.11): 4 μL of 10 mM mercaptoethanol was added to stop the reaction.
Step (2.12): The reaction mixture was centrifuged at 10000 G for 60 minutes, the supernatant was removed, PBS containing 2 mM EDTA was added, the precipitate was dispersed, and centrifugation was performed again. Washing was performed three times according to the same procedure. Finally, the resultant was re-dispersed with 500 μl of PBS to obtain Cy5-encapsulated silica nanoparticles (immunostain A) to which an anti-HER2 antibody was bound.

(3)組織標本の免疫染色
下記工程(3.1)〜(3.10)の方法により、免疫染色剤Aを用い、ヒト乳房組織の組織切片に対し免疫染色を行った。組織切片はコスモバイオ社製の組織アレイスライド(CB−A712)を用いた。
(3) Immunostaining of Tissue Specimens Immunostaining was performed on tissue sections of human breast tissue using immunostaining agent A according to the following steps (3.1) to (3. 10). The tissue sections used Cosmo array tissue array slides (CB-A712).

工程(3.1):キシレンを入れた容器に組織切片を30分浸漬させた。途中3回キシレンを交換した。
工程(3.2):エタノールを入れた容器に組織切片を30分浸漬させた。途中3回エタノールを交換した。
工程(3.3):水を入れた容器に組織切片を30分浸漬させた。途中3回水を交換した。
工程(3.4):10mMクエン酸緩衝液(pH6.0)に組織切片を30分浸漬させた。
工程(3.5):121度で10分オートクレーブ処理を行った。
工程(3.6):PBSを入れた容器に、オートクレーブ処理後の切片を30分浸漬させた。
工程(3.7):1%BSA含有PBSを組織に載せて、1時間放置した。
工程(3.8):1%BSA含有PBSで0.05nMに希釈した抗HER2抗体が結合された免疫染色剤Aを、各組織切片に載せて3時間放置した。
工程(3.9):PBSを入れた容器に、染色後の切片をそれぞれ30分浸漬させた。
工程(3.10):Merck Chemicals社製Aquatexを滴下後、カバーガラスを載せ封入した。
Step (3.1): The tissue section was immersed for 30 minutes in a container containing xylene. On the way, xylene was replaced 3 times.
Step (3.2): The tissue section was immersed in a container containing ethanol for 30 minutes. On the way, ethanol was replaced 3 times.
Step (3.3): The tissue section was immersed in a water container for 30 minutes. We changed the water three times on the way.
Step (3.4): The tissue section was immersed in 10 mM citrate buffer (pH 6.0) for 30 minutes.
Process (3.5): The autoclave process was performed at 121 degree | times for 10 minutes.
Step (3.6): The autoclaved sections were immersed for 30 minutes in a container containing PBS.
Step (3.7): PBS containing 1% BSA was placed on the tissue and left for 1 hour.
Step (3.8): The immunostaining agent A conjugated with anti-HER2 antibody diluted to 0.05 nM in PBS containing 1% BSA was placed on each tissue section and left for 3 hours.
Step (3.9): The stained sections were immersed for 30 minutes in a container containing PBS.
Step (3.10): After dripping Aquatex manufactured by Merck Chemicals, a cover glass was placed and sealed.

(4)合焦位置の算出
図1と同様の蛍光画像の合焦システムを用いて図2の合焦位置算出処理を実行し、上記組織標本から蛍光画像を生成し蛍光画像の合焦位置を算出した。
蛍光顕微鏡として、カールツアイス社製正立顕微鏡Axio Imager M2を用い、対物レンズを20倍に設定し、波長630〜670nmの励起光を照射し、組織標本から発せられる蛍光像を撮像素子(顕微鏡設置カメラ、モノクロ)で撮像し、画像解析ソフトにより合焦位置算出処理を実行した。
なお、上記カメラは画素サイズ6.4μm×6.4μm、縦画素数1040個、横画素数1388個(撮像領域8.9mm×6.7mm)を有している。
ここでは図12に示すとおり、ステージの焦点位置を段階的に(9段階)切り替えながら、その都度蛍光画像を生成して輝度積分値を算出した。
その結果、図13に示すとおり、5段階目の焦点位置で輝度積分値が最大となり、当該焦点位置が接眼レンズから目視で確認した合焦位置と一致していた。
(4) Calculation of in-focus position The in-focus position calculation process of FIG. 2 is executed using the same in-focus system of the fluorescence image as in FIG. 1 to generate a fluorescence image from the tissue sample and Calculated.
As a fluorescence microscope, using an upright microscope Axio Imager M2 manufactured by Carl Zeiss, an objective lens is set at 20 ×, excitation light with a wavelength of 630 to 670 nm is irradiated, and a fluorescence image emitted from a tissue specimen is an imaging device (microscope installation The image was taken with a camera, monochrome, and an in-focus position calculation process was executed using image analysis software.
The camera has a pixel size of 6.4 μm × 6.4 μm, 1040 vertical pixels, and 1388 horizontal pixels (imaging area of 8.9 mm × 6.7 mm).
Here, as shown in FIG. 12, while the focal position of the stage was switched stepwise (9 steps), a fluorescent image was generated each time to calculate a luminance integral value.
As a result, as shown in FIG. 13, the integrated luminance value is maximized at the fifth focus position, and the focus position matches the in-focus position visually confirmed from the eyepiece.

[実施例2]
実施例1と同様の条件において、輝点領域の輝度値を、あらかじめ走査型電子顕微鏡を用いて計測した蛍光ナノ粒子1個あたりの平均輝度値で除算し蛍光ナノ粒子数に換算したところ、図14に示すとおり、5段階目の焦点位置で蛍光ナノ粒子数の総数が最大となり、当該焦点位置も接眼レンズから目視で確認した合焦位置と一致していた。
Example 2
Under the same conditions as in Example 1, the luminance value of the bright spot area was divided by the average luminance value per fluorescent nanoparticle measured in advance using a scanning electron microscope to convert it into the number of fluorescent nanoparticles, As shown in 14, the total number of fluorescent nanoparticles was the largest at the fifth-step focal position, and the focal position was also in agreement with the in-focus position visually confirmed from the eyepiece.

[比較例1]
実施例1と同様の条件において、輝点領域の輝度値が閾値を超えたかどうかを判定し、輝点領域の蛍光輝点数をカウントした。
その結果、図15に示すとおり、7段階目の焦点位置で蛍光輝点数の総数が最大となり、当該焦点位置は接眼レンズから目視で確認した合焦位置とは明らかにずれていた。
かかる原因は下記のように考えられた。目的生体物質の発現量が多い箇所では複数の蛍光ナノ粒子が付着するため、輝点領域の輝度値が高くなる。そのような輝点領域では、フォーカスがボケた状態でもピントが合った単一の蛍光ナノ粒子よりも輝度値が高くなることがある。そのため、図16に示すとおり、焦点位置が切り替わっても、リング状のボケた輝点領域の蛍光輝点数を複数回にわたりカウントしてしまい、正確な蛍光輝点数を計測することができなくなってしまったと考えられた。
Comparative Example 1
Under the same conditions as in Example 1, it was determined whether the luminance value of the bright spot area exceeded the threshold value, and the number of fluorescent spots on the bright spot area was counted.
As a result, as shown in FIG. 15, the total number of fluorescent luminescent spots is maximized at the seventh-step focal position, and the focal position is clearly deviated from the in-focus position visually confirmed from the eyepiece.
The cause was considered as follows. Since a plurality of fluorescent nanoparticles adhere to a portion where the amount of expression of the target biological substance is large, the luminance value of the bright spot region becomes high. In such a bright spot area, the luminance value may be higher than that of a single focused fluorescent nanoparticle even in a defocused state. Therefore, as shown in FIG. 16, even if the focus position is switched, the number of fluorescent spots on the ring-shaped bright spot region is counted multiple times, and it becomes impossible to measure the number of accurate fluorescent spots. It was thought that.

1 蛍光画像の合焦システム
10 蛍光顕微鏡
12 ステージ
14 対物レンズ
16 鏡筒
18 接眼レンズ
20 撮像素子
30 組織標本
40 ランプ
50 蛍光キューブ
52 励起フィルター
54 ダイクロイックミラー
56 吸収フィルター
60 制御装置
62 制御部
64 記憶部
66 ルックアップテーブル
70 表示装置
80、82 指定領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 fluorescence image focusing system 10 fluorescence microscope 12 stage 14 objective lens 16 lens barrel 18 eyepiece lens 20 imaging device 30 tissue specimen 40 lamp 50 fluorescence cube 52 excitation filter 54 dichroic mirror 56 absorption filter 60 control device 62 control unit 64 storage unit 66 Look-up table 70 Display 80, 82 Specified area

Claims (12)

組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する蛍光顕微鏡と、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段と、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段と、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段と、
を備え
前記算出手段が、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域の輝度値を合算した輝度積分値を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記輝度積分値が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする
ことを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
A fluorescence microscope for imaging a plurality of fluorescence images while making focal positions of a tissue sample different ;
Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extracting means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating means for calculating the in-focus position;
Equipped with
The calculation means calculates a brightness integral value obtained by summing the brightness values of all the bright spot areas on one fluorescence image, and a focal point in the fluorescence image in which the brightness integral value is maximum among a plurality of the fluorescence images A focusing system of a fluorescence image , wherein the position is a focusing position of the fluorescence image.
請求項に記載の蛍光画像の合焦システムにおいて、
前記算出手段が、前記輝点領域の輝度積分値を、前記輝点領域の輝度値とそれを補正した補正輝度値との関係があらかじめ決定されたルックアップテーブルを用いて算出することを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
In the fluorescence image focusing system according to claim 1 ,
The calculation means may calculate the luminance integral value of the bright spot area using a look-up table in which the relationship between the luminance value of the bright spot area and a corrected luminance value obtained by correcting the luminance value is previously determined. Focusing system for fluorescent images.
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する蛍光顕微鏡と、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段と、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段と、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段と、
を備え、
前記算出手段が、前記輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算し、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域における蛍光ナノ粒子数の総数を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする
ことを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
A fluorescence microscope for imaging a plurality of fluorescence images while making focal positions of a tissue sample different;
Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extracting means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating means for calculating the in-focus position;
Equipped with
The calculation means converts the luminance value of the bright spot area into the number of fluorescent nanoparticles , calculates the total number of fluorescent nanoparticles in all the bright spot areas on one fluorescent image, and a plurality of the fluorescent images The focus position in the fluorescence image in which the total number of the fluorescent nanoparticles is the largest among them is the focus position of the fluorescence image.
請求項に記載の蛍光画像の合焦システムにおいて、
前記算出手段が、前記輝点領域の輝度値を、あらかじめ走査型電子顕微鏡を用いて計測した蛍光ナノ粒子1個あたりの平均輝度値で除算し蛍光ナノ粒子数に換算することを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
In the fluorescence image focusing system according to claim 3 ,
The fluorescence is characterized in that the calculation means divides the luminance value of the bright spot area by the average luminance value per fluorescent nanoparticle measured in advance using a scanning electron microscope to convert it into the number of fluorescent nanoparticles. Image focusing system.
請求項1〜のいずれか一項に記載の蛍光画像の合焦システムにおいて、
前記蛍光画像から自家蛍光領域を除去する除去手段を備えることを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
The fluorescence image focusing system according to any one of claims 1 to 4 .
A focusing system for a fluorescence image, comprising: removing means for removing an autofluorescence area from the fluorescence image.
請求項1〜のいずれか一項に記載の蛍光画像の合焦システムにおいて、
前記輝点領域に対しその一部を穴埋めする穴埋め手段を備えることを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
In the fluorescence image focusing system according to any one of claims 1 to 5 ,
A focusing system for a fluorescence image, comprising hole filling means for filling a part of the bright spot area.
請求項1〜のいずれか一項に記載の蛍光画像の合焦システムにおいて、
前記輝点領域に対しその一部を削除する削除手段を備えることを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
In the fluorescence image focusing system according to any one of claims 1 to 5 ,
A focusing system for a fluorescence image, comprising: deletion means for deleting a part of the bright spot area.
請求項1〜のいずれか一項に記載の蛍光画像の合焦システムにおいて、
前記算出手段が、前記蛍光画像の一定の指定領域を対象として、その指定領域に含まれる前記輝点領域の輝度値を算出することを特徴とする蛍光画像の合焦システム。
In the fluorescence image focusing system according to any one of claims 1 to 7 ,
A focusing system for a fluorescence image, wherein the calculation means calculates a luminance value of the bright spot area included in the designated area for the designated area of the fluorescence image as a target.
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する工程と、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する工程と、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する工程と、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程と、
を備え
前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程が、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域の輝度値を合算した輝度積分値を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記輝度積分値が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする工程を含む
ことを特徴とする蛍光画像の合焦方法。
Imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of the tissue sample different ;
Generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating the in-focus position;
Equipped with
The step of calculating the in-focus position of the fluorescence image calculates a brightness integral value obtained by summing the brightness values of all the bright spot regions on one fluorescence image, and the brightness integral value of the plurality of fluorescence images is calculated. A method of focusing a fluorescence image, comprising the step of setting the focal position in the fluorescence image at which x is maximum as the in-focus position of the fluorescence image .
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像する工程と、Imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of the tissue sample different;
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する工程と、Generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する工程と、Extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image;
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程と、The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculating the in-focus position;
を備え、Equipped with
前記蛍光画像の合焦位置を算出する工程が、前記輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算し、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域における蛍光ナノ粒子数の総数を算出し、複数の前記蛍光画像のうち前記蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とする工程を含むThe step of calculating the in-focus position of the fluorescent image converts the luminance value of the bright spot area into the number of fluorescent nanoparticles, and the total number of fluorescent nanoparticles in all the bright spot areas on one fluorescent image Calculating, and setting a focal position in the fluorescence image that maximizes the total number of the fluorescent nanoparticles among the plurality of fluorescence images as the in-focus position of the fluorescence image
ことを特徴とする蛍光画像の合焦方法。A focusing method of a fluorescence image characterized by
コンピュータに、
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像させる撮像手段、
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段、
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段、
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段、
として機能させ、
前記算出手段に、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域の輝度値を合算した輝度積分値を算出させ、複数の前記蛍光画像のうち前記輝度積分値が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とさせる
ための蛍光画像の合焦プログラム。
On the computer
Imaging means for imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of a tissue sample different ;
Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
Extraction means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image
The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculation means for calculating focus position,
To act as
The calculation unit is configured to calculate a luminance integral value obtained by summing the luminance values of all the bright spot regions on one of the fluorescence images, and a focal point in the fluorescence image having the largest luminance integral value among the plurality of fluorescence images. A focusing program of a fluorescence image for setting a position as a focusing position of the fluorescence image.
コンピュータに、On the computer
組織標本の焦点位置を異ならせながら複数の蛍光像を撮像させる撮像手段、Imaging means for imaging a plurality of fluorescent images while making focal positions of a tissue sample different;
前記複数の蛍光像の各々から蛍光画像を生成する生成手段、Generation means for generating a fluorescence image from each of the plurality of fluorescence images;
前記蛍光画像から蛍光輝点を抽出する抽出手段、Extraction means for extracting fluorescent luminescent spots from the fluorescent image
前記蛍光輝点が存在する輝点領域の輝度値を輝点領域ごとに算出し、一の前記蛍光画像上の全ての輝点領域の輝度値の総計を算出した結果に基づき前記蛍光画像の合焦位置を算出する算出手段、The luminance value of the luminescent spot area where the fluorescent luminescent spot exists is calculated for each of the luminescent spot areas, and the sum of the luminance values of all the luminescent spot areas on one of the fluorescent image is calculated. Calculation means for calculating focus position,
として機能させ、To act as
前記算出手段に、前記輝点領域の輝度値を蛍光ナノ粒子数に換算させ、一の前記蛍光画像上の全ての前記輝点領域における蛍光ナノ粒子数の総数を算出させ、複数の前記蛍光画像のうち前記蛍光ナノ粒子数の総数が最大となる蛍光画像における焦点位置を、前記蛍光画像の合焦位置とさせるThe calculation means converts the luminance value of the bright spot area into the number of fluorescent nanoparticles, and calculates the total number of fluorescent nanoparticles in all the bright spot areas on one fluorescent image, and a plurality of the fluorescent images The focal position in the fluorescence image at which the total number of the fluorescent nanoparticles is the largest among them is set as the in-focus position of the fluorescence image.
ための蛍光画像の合焦プログラム。Program for focusing fluorescent images.
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