專利名稱：虛擬顯微鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于估算通過(guò)拍攝染色樣品(stained sample)獲得的染色樣品圖像 的光譜的虛擬顯微鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光譜透射率光譜(spectral transmittance spectrum)是代表成像目標(biāo)特有的 物理性能的物理量之一。光譜透射率是代表各個(gè)波長(zhǎng)的透射光與入射光的比率的物理量， 并且與取決于照射光的變化的諸如RGB值等色彩信息不同，光譜透射率是目標(biāo)的特有的信 息，其值不隨外界的影響而變化。因此，光譜透射率作為再現(xiàn)目標(biāo)自身色彩的信息被用在各 種領(lǐng)域。例如，在使用人體組織樣品尤其是病理標(biāo)本的病理學(xué)診斷的領(lǐng)域中，光譜透射率作 為光譜特性值的示例被用于分析通過(guò)拍攝樣品而獲得的圖像。下面將具體說(shuō)明光譜透射率 用于病理學(xué)診斷的使用示例。作為病理學(xué)診斷用的一種病理檢查，已知利用顯微鏡觀察取自病變部位的組織用 于診斷疾病或病變的擴(kuò)散程度的組織診斷。該組織診斷也被稱為“活組織檢查”，其將通過(guò) 摘取器官獲得的大塊樣品或通過(guò)穿刺活檢獲得的病理標(biāo)本切成幾微米厚，并且利用顯微鏡 進(jìn)行放大以獲得各種發(fā)現(xiàn)，該診斷已經(jīng)被廣泛使用。因?yàn)樵O(shè)備和材料相對(duì)便宜并且易于操 作，因此使用光學(xué)顯微鏡的透射觀察是最普通的觀察方法之一，并且該方法已經(jīng)使用多年。 在透射觀察的情形中，切片樣品幾乎不吸收和散射光，并且?guī)缀跏峭该骱蜔o(wú)色的。因此，通 常在觀察之前通過(guò)染色劑(dye)給樣品染色。已經(jīng)提出了多種染色方法，并且總共已經(jīng)提出了上百種染色方法。特別地，對(duì)于病 理標(biāo)本，采用藍(lán)紫色的蘇木精和紅色的曙紅作為顏料的蘇木精-曙紅染色法(下文中稱為 “HE染色法”)已被用作標(biāo)準(zhǔn)染色方法。蘇木精是從植物中提取的自然物質(zhì)，并且本身不具有可染性。但是，作為蘇木精的 氧化產(chǎn)物的血色素是嗜堿性染色劑并且結(jié)合到帶負(fù)電荷的物質(zhì)。包含在細(xì)胞核中的脫氧核 糖核酸(DNA)通過(guò)作為組分包含的磷酸基團(tuán)而帶負(fù)電，因此當(dāng)脫氧核糖核酸與血色素結(jié)合 時(shí)被染成藍(lán)紫色。如上所述，具有可染性的物質(zhì)是蘇木精的氧化產(chǎn)物血色素，而不是蘇木 精。但是，普遍地用蘇木精作為染色劑的名稱，并且這也適用于后面的說(shuō)明。另一方面，曙紅是嗜酸性染色劑并且結(jié)合到帶正電的物質(zhì)。氨基酸和蛋白質(zhì)根據(jù) 它們的PH環(huán)境而帶負(fù)電或帶正電，并且在酸性環(huán)境下具有很強(qiáng)的帶正電的趨勢(shì)。因此，在 一些情況下乙酸被加入到曙紅溶液中。包含在細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)當(dāng)與曙紅結(jié)合時(shí)被染成紅 色或淺紅色。被HE染色后(染色樣品)，樣品中的細(xì)胞核、骨組織等被染成藍(lán)紫色，并且細(xì)胞質(zhì)、結(jié)締組織、血細(xì)胞等被染成紅色，這提供了可見(jiàn)性。于是觀察者獲知諸如細(xì)胞核等構(gòu)成組織 的元素的大小和位置關(guān)系等，由此能夠使觀察者從形態(tài)上確定樣品的狀態(tài)。除了通過(guò)觀察者目視檢查外，還可以通過(guò)顯示在外部裝置的顯示屏上的多譜帶 (multiband)成像觀察染色樣品。在圖像被顯示在屏幕上的情況下，進(jìn)行用于從所獲得的多 譜帶圖像估算樣品各點(diǎn)處的光譜透射率的處理和用于基于所估算的光譜透射率而估算給 樣品染色的染色劑的量的處理，等等，并且組成將顯示的圖像，該圖像是樣品的用于顯示的 RGB圖像。從樣品的多譜帶圖像估算樣品各點(diǎn)處的光譜透射率的方法包括，例如，主成分分 析、維納估算法(wiener estimation method)等。維納估算法被熟知為一種用于從所觀察 的混有噪聲的信號(hào)估算原始信號(hào)的線性過(guò)濾方法，并且維納估算法是用于使所觀察的目標(biāo) 和噪聲(觀察的噪聲)的統(tǒng)計(jì)特性方面的誤差最小化的方法。來(lái)自照相機(jī)的信號(hào)包含某些 種類的噪聲。因此維納估算法是用于估算原始信號(hào)的非常有用的方法。下面說(shuō)明通過(guò)從樣品的多譜帶圖像組成顯示圖像而制作虛擬切片(virtual slide)的方法。虛擬切片是通過(guò)拼接(patch)由顯微鏡裝置拍攝的一個(gè)或多個(gè)多譜帶圖像 而制作的圖像，例如是通過(guò)拼接由高倍顯微鏡物鏡拍攝的染色樣品的各部分的多個(gè)高分辨 率圖像而制作的圖像。虛擬切片是指染色樣品的整個(gè)視圖的廣視野且高清晰度的多譜帶圖 像。首先，在轉(zhuǎn)動(dòng)濾波器輪以切換16件帶通濾波器的同時(shí)，例如，基于幀順序法 (frame sequential method)拍攝樣品的多譜帶圖像。通過(guò)這種方式，能夠在樣品的各點(diǎn)處 獲得具有16條譜帶的像素值的多譜帶圖像。雖然染色劑初始被三維地分布到待觀察的樣 品中，但是因?yàn)槭鞘褂闷胀ǖ耐干溆^察系統(tǒng)，所以染色劑不能作為三維圖像被拍攝，并且通 過(guò)樣品的照射光作為投射在照相機(jī)的成像元件上的二維圖像被觀察。因此，這里所說(shuō)的各 點(diǎn)是指樣品的與投射到成像元件的各像素對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。對(duì)于所拍攝的多譜帶圖像的任意點(diǎn)(像素)x，基于照相機(jī)的響應(yīng)系統(tǒng)在譜帶b中 的像素值g(x，b)和樣品的對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的光譜透射率t(x，λ)之間建立由下面的式(1)表示 的關(guān)系g(x,b) =/ Af(b, A)s(A)e(A)t(x, λ ) d λ+η (b) · · · (1)在式(1)中，λ表示波長(zhǎng)，f(b，λ)表示第b濾波器的光譜透射率，s( λ)表示照 相機(jī)的光譜靈敏度特性，β(λ)表示照射光的光譜發(fā)光特性，并且η (b)表示譜帶b中的觀 察噪聲。b表示用于區(qū)分譜帶的序號(hào)，并且是滿足Kb <16的整數(shù)。在實(shí)際計(jì)算中，使用 通過(guò)將式(1)沿波長(zhǎng)方向離散而獲得的下面的式O)。G (χ) = FSET (x) +N ... (2)在式O)中，當(dāng)沿波長(zhǎng)方向的樣品點(diǎn)的數(shù)量被表示為D并且譜帶的數(shù)量被表示為 Β(在該情形下，B = 16)時(shí)，G(X)表示與點(diǎn)χ處的像素值g(x，b)對(duì)應(yīng)的B行1列的矩陣。 以同樣的方式，T(X)表示與t(x，λ)對(duì)應(yīng)的D行1列的矩陣，而F表示與f(b，λ)對(duì)應(yīng)的 B行D列的矩陣。另一方面，S表示D行D列的對(duì)角矩陣，并且對(duì)角元素與8(λ)對(duì)應(yīng)。以 同樣的方式，E表示D行D列的對(duì)角矩陣，并且對(duì)角元素與e(X)對(duì)應(yīng)。N表示與n(b)對(duì)應(yīng) 的B行1列的矩陣。在式O)中，因?yàn)槔镁仃噷⒍鄠€(gè)譜帶的等式放在一起，所以不表述代 表譜帶的變量b。另外，波長(zhǎng)λ的積分被矩陣的乘積代替。
為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，引入由式(3)限定的矩陣H。矩陣H也被稱為系統(tǒng)矩陣。H = FSE ... (3)于是，式⑵可被下面的式(4)代替。G (χ) = HT (χ) +N …(4)接著，使用維納估算法從所拍攝的多譜帶圖像估算樣品的各點(diǎn)處的光譜透射率。 可通過(guò)下面的式( 計(jì)算光譜透射率的估算值(光譜透射率數(shù)據(jù)) (χ)。f表示代表估算 值的“~(尖號(hào))”位于T的上面。T(x) = WG(X) ... ( 5 )W由下面的式(6)表示，并且被稱為“維納估算矩陣”或者“用于維納估算的估算
算子”。W = RssHt (RssH^Rnn) ―1 ... (6)這里，Ot 轉(zhuǎn)置矩陣，和(Γ1 逆矩陣。在式(6)中，Rss是D行D列的矩陣并且代表樣品的光譜透射率的自相關(guān)矩陣，和 Rnn是B行B列的矩陣并且代表用于拍攝的照相機(jī)的噪聲的自相關(guān)矩陣。為了計(jì)算估算算子W，通過(guò)該估算算子能夠適當(dāng)?shù)毓浪阒T如細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、血細(xì) 胞、空腔(cavum)等各主要元素，事先需要諸如細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、血細(xì)胞、空腔等各主要元素 的光譜。因此，在移動(dòng)測(cè)量位置時(shí)，使用者需要利用分光儀事先測(cè)量樣品的各主要元素的光 譜，這將是麻煩的。為了解決上述問(wèn)題，例如，日本未審查的專利申請(qǐng)No. 2009-014354公開(kāi)了圖像處 理裝置，其中，自動(dòng)地計(jì)算適當(dāng)?shù)墓浪闼阕覹。在該圖像處理裝置中，當(dāng)移動(dòng)估算位置時(shí)，利 用分光儀自動(dòng)地測(cè)量樣品的各主要元素的光譜，并且從所測(cè)量的光譜計(jì)算估算算子W。然后 評(píng)價(jià)該估算算子W，如果其不適當(dāng)，則再次測(cè)量樣品的各主要元素的光譜，因此自動(dòng)地計(jì)算 適當(dāng)?shù)墓浪闼阕覹。根據(jù)上述文件中公開(kāi)的圖像處理裝置，自動(dòng)地計(jì)算適當(dāng)?shù)墓浪闼阕覹，由此減輕使 用者的負(fù)擔(dān)。但是，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為在上述的圖像處理裝置中，在移動(dòng)測(cè)量位置時(shí)，需 要利用分光儀事先測(cè)量樣品的多種元素的光譜。因此，該處理需要大量的時(shí)間，結(jié)果，樣品 的光譜的估算將是費(fèi)時(shí)的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種虛擬顯微鏡系統(tǒng)，通過(guò)該虛擬顯微鏡系 統(tǒng)能夠通過(guò)拍攝染色樣品而獲得染色樣品圖像并且能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得光譜的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的第一方面是一種虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其用于拍攝染色樣 品，以估算光譜，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng)包括圖像獲取單元，其用于獲取所述染色樣品的一個(gè)以上譜帶的染色樣品圖像；光譜獲取單元，其用于獲取所述染色樣品圖像的一個(gè)以上的預(yù)定部分的光譜；光路設(shè)定單元，其用于設(shè)定透過(guò)所述染色樣品的光通量相對(duì)于所述圖像獲取單元 和所述光譜獲取單元的光路，從而每次所述圖像獲取單元獲取所述染色樣品圖像時(shí)，能夠 通過(guò)所述光譜獲取單元獲取所述染色樣品圖像的光譜；以及
控制單元，其用于在所述染色樣品的兩個(gè)以上的觀察場(chǎng)中進(jìn)行控制以重復(fù)通過(guò)所 述圖像獲取單元獲取所述染色樣品圖像和通過(guò)所述光譜獲取單元獲取所述染色樣品圖像 的光譜，從而制作所述染色樣品的虛擬切片和光譜表。本發(fā)明的第二方面從屬于根據(jù)第一方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述光路設(shè)定 單元具有用于切換所述光通量的光路的光路切換鏡，從而透過(guò)所述染色樣品的所述光通量 選擇性地入射到所述圖像獲取單元或所述光譜獲取單元。本發(fā)明的第三方面從屬于根據(jù)第一方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述光路設(shè)定 單元具有配置切換機(jī)構(gòu)，其用于選擇性地將所述圖像獲取單元或所述光譜獲取單元置于透 過(guò)所述染色樣品的所述光通量的光路上。本發(fā)明的第四方面從屬于根據(jù)第一方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述光路設(shè)定 單元具有分束器，該分束器用于將所述光通量的光路分開(kāi)，從而使透過(guò)所述染色樣品的所 述光通量同時(shí)入射到所述圖像獲取單元和所述光譜獲取單元。本發(fā)明的第五方面從屬于根據(jù)第一方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述圖像獲取 單元是設(shè)置有照相機(jī)和光學(xué)濾波器的RGB照相機(jī)、黑白照相機(jī)、兩個(gè)以上譜帶的照相機(jī)和 多譜帶照相機(jī)中的任一種。本發(fā)明的第六方面從屬于根據(jù)第一方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述光譜獲取 單元具有用于放大所述染色樣品圖像的光學(xué)倍率增大單元，并且所述光譜獲取單元從由所 述光學(xué)倍率增大單元放大的所述染色樣品圖像獲取光譜。本發(fā)明的第七方面從屬于根據(jù)第一方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng) 還包括光譜獲取位置像素值計(jì)算單元，其用于從由所述圖像獲取單元獲得的所述染色樣 品圖像獲取由所述光譜獲取單元獲得光譜的位置處的像素值，其中，制作至少包含所述光譜和所述像素值的光譜表作為光譜表。本發(fā)明的第八方面從屬于根據(jù)第一方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng) 還包括估算算子計(jì)算單元，其用于由所述光譜表計(jì)算估算算子；和光譜估算單元，其用于通過(guò)使用所述估算算子估算構(gòu)成所述虛擬切片的像素的光
譜ο本發(fā)明的第九方面從屬于根據(jù)第八方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng) 還包括光譜選擇單元，其用于從所述光譜表中選擇與構(gòu)成所述虛擬切片的像素的像素值 對(duì)應(yīng)的多個(gè)光譜，其中，所述估算算子計(jì)算單元從由所述光譜選擇單元選擇的所述多個(gè)光譜計(jì)算用 于各像素值的估算算子；以及所述光譜估算單元通過(guò)使用用于各像素值的估算算子估算構(gòu)成所述虛擬切片的 像素的光譜。本發(fā)明的第十方面從屬于根據(jù)第八方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng) 還包括光譜選擇單元，其用于從所述光譜表中選擇與構(gòu)成所述虛擬切片的像素的像素值 對(duì)應(yīng)的光譜，
其中，由所述光譜選擇單元選擇的光譜是光譜估算值。本發(fā)明的第十一方面從屬于根據(jù)第七方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，存儲(chǔ)在所述 光譜表中的像素值是所獲得的像素值、轉(zhuǎn)換成色彩空間的像素值以及從所述像素值計(jì)算的 特征值中的任一種。本發(fā)明的第十二方面從屬于根據(jù)第七方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述光譜表 由包含至少所述光譜、所述像素值和獲得所述光譜的像素位置的信息的數(shù)據(jù)集構(gòu)成。本發(fā)明的第十三方面從屬于根據(jù)第七方面的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其中，所述光譜獲 取位置像素值計(jì)算單元計(jì)算光譜獲取區(qū)域中的中央像素的像素值、所述獲取區(qū)域中的像素 的像素值的統(tǒng)計(jì)值以及通過(guò)對(duì)所述獲取區(qū)域中的像素值和所述光譜獲取單元的光接收特 性進(jìn)行卷積而計(jì)算出的值中的一種。根據(jù)本發(fā)明的虛擬顯微鏡系統(tǒng)能夠幾乎同時(shí)地制作光譜的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和虛擬切片。 因此能夠高速地估算染色樣品的光譜。


圖1是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的原理的圖；圖2是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的原理的圖；圖3是示出圖1所示的光譜獲取單元的變型例的圖；圖4是示出圖1所示的光路設(shè)定單元的另一構(gòu)造的圖；圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)造的功能方塊圖；圖6是示出圖5所示的圖像獲取單元的主要部件的構(gòu)造的方塊圖；圖7是示出圖6所示的RGB照相機(jī)的光譜靈敏度特性的圖；圖8是示出組成圖6所示的濾波器單元的兩個(gè)光學(xué)濾波器的光譜透射率特性的 圖；圖9是示出圖5所示的顯微鏡設(shè)備的具體構(gòu)造的圖；圖10是示出通過(guò)圖5所示的虛擬顯微鏡系統(tǒng)制作虛擬切片和光譜表的處理的流 程圖；圖11是示出通過(guò)圖5所示的虛擬顯微鏡系統(tǒng)估算光譜的處理的流程圖；圖12是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的原理的圖；圖13是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)造的功能方塊圖；圖14是示出通過(guò)圖13所示的虛擬顯微鏡系統(tǒng)制作虛擬切片和光譜表的處理的流 程圖；圖15是示出通過(guò)圖14所示的處理所制作的光譜表的示例的圖；圖16是示出通過(guò)圖13所示的虛擬顯微鏡系統(tǒng)估算光譜的處理的流程圖；圖17是示出具有多個(gè)組織的目標(biāo)樣品的圖；以及圖18是示出圖1所示的光路設(shè)定單元的其它構(gòu)造的圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖具體說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)注意，本發(fā)明不限于下面示 出的實(shí)施方式，并且圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。
(第一實(shí)施方式)圖1和圖2是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的原理的 圖。在根據(jù)本實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)中，放置在顯微鏡設(shè)備的鏡臺(tái)(stage)上的染色 樣品(下文中稱為“目標(biāo)樣品”)11通過(guò)照射光學(xué)系統(tǒng)13被光源12照射，并且透過(guò)染色樣 品的透射光通過(guò)觀察光學(xué)系統(tǒng)14入射到光路設(shè)定單元15，其中觀察光學(xué)系統(tǒng)14包括顯微 鏡物鏡。例如，光路設(shè)定單元15由光路切換鏡1 構(gòu)成。例如，光路切換鏡15a由可相對(duì) 于入射光的光路撤出的反射鏡構(gòu)成。通過(guò)從入射光路中撤出光路切換鏡1 而使來(lái)自觀察 光學(xué)系統(tǒng)14的入射光的光路指向圖像獲取單元16，通過(guò)將光路切換鏡1 插入到入射光路 中而使來(lái)自觀察光學(xué)系統(tǒng)14的入射光的光路指向光譜獲取單元17。如圖2(a)所示，在從入射光路中撤出光路切換鏡15a的狀態(tài)下，通過(guò)圖像獲取單 元16獲取目標(biāo)樣品11的一個(gè)或多個(gè)譜帶(band)的目標(biāo)樣品圖像21，并且所獲得的目標(biāo)樣 品圖像21被存儲(chǔ)在未示出的存儲(chǔ)單元中作為虛擬切片22的一部分。之后，在將光路切換 鏡1 插入到入射光路中的狀態(tài)下，通過(guò)光譜獲取單元17獲取由圖像獲取單元16獲得的 目標(biāo)樣品圖像21的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分23 (見(jiàn)圖1)的光譜24 (見(jiàn)圖2 (b))，并且所獲得的 預(yù)定部分23的各光譜M被寄存在圖2所示的光譜表中。圖1示出了獲取目標(biāo)樣品圖像21 的兩個(gè)預(yù)定部分23的每個(gè)部分的光譜M的示例。在移動(dòng)目標(biāo)樣品11的同時(shí)，重復(fù)獲取目 標(biāo)樣品圖像21和獲取目標(biāo)樣品圖像21的光譜24，由此幾乎同時(shí)制作mXn張切片22和光 譜表25。在上述說(shuō)明中，在獲得目標(biāo)樣品圖像21之后，獲取其預(yù)定部分23處的光譜24。但 是，順序可以顛倒。另外，光譜獲取單元17可構(gòu)造成不僅獲取目標(biāo)樣品圖像21的兩個(gè)預(yù)定 部分23的每個(gè)部分處的光譜M ；而且還獲取一個(gè)預(yù)定部分23處的光譜M ；或者如圖3所 示，通過(guò)利用放大光學(xué)系統(tǒng)27使從觀察光學(xué)系統(tǒng)14輸出并且通過(guò)光路切換鏡15a的入射 光放大，獲取三個(gè)以上的預(yù)定部分23的每個(gè)部分處的光譜M。另外，如圖4所示，光路設(shè)定單元15也可構(gòu)造成通過(guò)使用諸如半透明反射鏡(half mirror)等分束器1 將來(lái)自觀察光學(xué)系統(tǒng)14的入射光的光路分開(kāi)，并且分別設(shè)定用于圖 像獲取單元16的光路和用于光譜獲取單元17的光路。在該情形下，可同時(shí)進(jìn)行通過(guò)圖像獲 取單元16獲取目標(biāo)樣品圖像21和通過(guò)光譜獲取單元17獲取目標(biāo)樣品圖像21的光譜24。另外，當(dāng)通過(guò)使用圖1和圖3所示的可撤出的光路切換鏡1 構(gòu)成光路設(shè)定單元 15時(shí)，可有效地使用目標(biāo)樣品11的透射光，從而與圖4所示的示例相比可以減少照射光的 光量。另外，如圖4所示，當(dāng)通過(guò)使用分束器1 構(gòu)成光路設(shè)定單元時(shí)，與圖1和圖3所示 的示例相比可在較短的時(shí)間內(nèi)制作虛擬切片22和光譜表25。圖5是示出基于上述原理、根據(jù)本實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)造的功能方塊 圖。虛擬顯微鏡系統(tǒng)由顯微鏡設(shè)備100和主機(jī)系統(tǒng)200組成，主機(jī)系統(tǒng)200控制顯微鏡設(shè) 備100并且進(jìn)行虛擬切片制作、光譜估算等。顯微鏡設(shè)備100包括圖像獲取單元110、光譜 獲取單元130、光路設(shè)定單元150和鏡臺(tái)170。圖像獲取單元110(與圖1中的圖像獲取單元16相當(dāng))獲取通過(guò)顯微鏡拍攝的目 標(biāo)樣品的一個(gè)或多個(gè)譜帶的目標(biāo)樣品圖像(在本情形中為六個(gè)譜帶圖像)，例如，如示出主 要部件的典型構(gòu)造的圖6所示，圖像獲取單元110包括RGB照相機(jī)111以及濾波器單元113， 其中，RGB照相機(jī)111具有諸如CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)等成像元件，濾波器單元113將形成圖像的光的波段限制到預(yù)定范圍。如圖7所示，RGB照相機(jī)111具有例如R(紅)、G(綠)、B (藍(lán))譜帶中的每一者的 光譜靈敏度特性。濾波器單元113包括轉(zhuǎn)動(dòng)濾波器切換單元115，具有不同的光譜透射率特 性的兩個(gè)光學(xué)濾波器117a和117b被保持于該轉(zhuǎn)動(dòng)濾波器切換單元115，從而R、G、B譜帶 中的每一者的可透過(guò)的波長(zhǎng)區(qū)域被分為二。圖8(a)示出了光學(xué)濾波器117a的光譜透射率 特性，圖8(b)示出了另一光學(xué)濾波器117b的光譜透射率特性。首先，例如，光學(xué)濾波器117a位于從光源119(與圖1中的光源12相當(dāng))延伸到 RGB照相機(jī)111的光路上，從而光源119照射放置在鏡臺(tái)170上的目標(biāo)樣品11，并且透射光 通過(guò)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)121(與圖1中的觀察光學(xué)系統(tǒng)14相當(dāng))和光學(xué)濾波器117a形成 在RGB照相機(jī)上。通過(guò)該方式，進(jìn)行第一拍攝。然后，轉(zhuǎn)動(dòng)濾波器切換單元115使得光學(xué)濾 波器117b位于從光源119延伸到RGB照相機(jī)111的光路上。于是，以同樣的方式，進(jìn)行第 二拍攝。以這種方式，通過(guò)第一拍攝和第二拍攝分別獲取互不相同的三個(gè)譜帶的圖像，由 此獲得總共六個(gè)譜帶的多譜帶圖像。應(yīng)注意，設(shè)置于濾波器單元113的光學(xué)濾波器的數(shù)量 不限于兩個(gè)，可以使用三個(gè)以上的光學(xué)濾波器以獲取更多譜帶的圖像。所獲得的目標(biāo)樣品 11的目標(biāo)樣品圖像作為虛擬切片的一部分被存儲(chǔ)在后述的主機(jī)系統(tǒng)200的存儲(chǔ)單元230 中。圖像獲取單元110可以使用RGB照相機(jī)111僅獲得RGB圖像。在圖5中，光譜獲取單元130 (與圖1中的光譜獲取單元17相當(dāng))獲取通過(guò)圖像獲 取單元110所獲得的目標(biāo)樣品圖像的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定部分的光譜，并且光譜獲取單元130 設(shè)置有與上述預(yù)定部分對(duì)應(yīng)的分光儀(spectrometer)，該分光儀使用硅檢測(cè)器和光纖。因 此，如果設(shè)定多個(gè)預(yù)定部分，則設(shè)置多個(gè)分光儀。光路設(shè)定單元150相對(duì)于圖像獲取單元110和光譜獲取單元130設(shè)定由顯微鏡物 鏡會(huì)聚的光通量的光路，從而每次圖像獲取單元110獲取目標(biāo)樣品圖像時(shí)，光譜獲取單元 130能夠獲取目標(biāo)樣品圖像的預(yù)定部分的光譜，并且如圖1或圖4所示，光路設(shè)定單元150 由光路切換鏡1 或分束器1 構(gòu)成。鏡臺(tái)170用于在其上放置目標(biāo)樣品和相對(duì)于顯微鏡物鏡定位該目標(biāo)樣品，并 且鏡臺(tái)170例如由可在與顯微鏡物鏡的光軸垂直的平面內(nèi)沿二維方向移動(dòng)的電鏡臺(tái) (electrical stage)構(gòu)成。另一方面，主機(jī)系統(tǒng)200包括控制單元210、存儲(chǔ)單元230、計(jì)算單元250、輸入單元 270和顯示單元四0。輸入單元270通過(guò)諸如鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸面板和各種開(kāi)關(guān)等輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)，并且輸 入單元270響應(yīng)于操作輸入而將輸入信號(hào)輸出到控制單元210。顯示單元290通過(guò)諸如IXD (液晶顯示器)、EL(電發(fā)光)顯示器、CRT(陰極射線 管)顯示器等顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)，并且基于從控制單元210輸入的顯示信號(hào)而顯示各種屏幕 (screen)。計(jì)算單元250包括估算算子(estimation operator)計(jì)算單元255、光譜估算單元 257和虛擬切片制作單元259。虛擬切片制作單元259處理多個(gè)目標(biāo)樣品圖像中的每一個(gè)， 由此制作虛擬切片圖像，其中多個(gè)目標(biāo)樣品圖像通過(guò)利用顯微鏡設(shè)備100多譜帶拍攝目標(biāo) 樣品11的一部分而獲得。
存儲(chǔ)單元230通過(guò)諸如ROM和RAM等各種IC存儲(chǔ)器、能夠更新和存儲(chǔ)的閃存、諸如 集成的或通過(guò)數(shù)據(jù)通信端子連接的硬盤和CD-ROM等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)以及其讀取器等實(shí)現(xiàn)。 存儲(chǔ)單元230存儲(chǔ)用于處理通過(guò)圖像獲取單元110獲得的圖像的圖像處理程序231、用于制 作虛擬切片的虛擬切片制作程序233、制作好的虛擬切片235、通過(guò)光譜獲取單元130獲得 的光譜表237(與圖2中的光譜表25相當(dāng))、在程序運(yùn)行過(guò)程中將使用的數(shù)據(jù)等?？刂茊卧?10包括用于控制圖像獲取單元110的操作以獲取目標(biāo)樣品的圖像的圖 像獲取控制單元211、用于控制光譜獲取單元130的操作以獲取目標(biāo)樣品的光譜的光譜獲 取控制單元213、用于控制光路設(shè)定單元150的操作以切換光路的光路設(shè)定控制單元215以 及用于控制鏡臺(tái)170以移動(dòng)觀察場(chǎng)的鏡臺(tái)控制單元217。控制單元210基于從輸入單元270 輸入的輸入信號(hào)、從圖像獲取單元110輸入的目標(biāo)樣品圖像、存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元230中的程序 或數(shù)據(jù)等給出指令或傳送數(shù)據(jù)到構(gòu)成虛擬顯微鏡系統(tǒng)的各單元，由此控制整個(gè)操作。控制 單元210通過(guò)諸如CPU等硬件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)光路設(shè)定單元150由如圖4所示的分束器1 構(gòu)成 時(shí)，不需要光路設(shè)定控制單元215。盡管圖5示出了主機(jī)系統(tǒng)200的功能構(gòu)造，實(shí)際的主機(jī)系統(tǒng)200能夠通過(guò)公眾所 知的硬件構(gòu)造實(shí)現(xiàn)，其設(shè)置有CPU、顯示板(video board)、諸如主存儲(chǔ)器(RAM)等主存儲(chǔ) 單元、用于連接諸如硬盤和各種存儲(chǔ)介質(zhì)等外部存儲(chǔ)單元的接口裝置、通信裝置、外部輸入 等。因此，例如工作站和個(gè)人電腦等通用計(jì)算機(jī)可以用作主機(jī)系統(tǒng)200。圖9是示出圖5所示的顯微鏡設(shè)備100的具體構(gòu)造的圖。顯微鏡設(shè)備100包括 鏡臺(tái)170，其上放置目標(biāo)樣品11 ；從側(cè)面看為大致U形的顯微鏡主體127，其支撐鏡臺(tái)170 并且通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)器123保持物鏡125(與圖1中的觀察光學(xué)系統(tǒng)14相當(dāng))；光源119，其設(shè)置 在顯微鏡主體127的底部的后方；以及透鏡鏡筒129，其放置在顯微鏡主體127的頂部。另 外，用于視覺(jué)地觀察目標(biāo)樣品11的樣品圖像的雙目鏡單元(binocular unit) 131和用于拍 攝目標(biāo)樣品11的樣品圖像并且獲取目標(biāo)樣品圖像的TV照相機(jī)133(與圖6中RGB照相機(jī) 111相當(dāng))安裝到透鏡鏡筒129。應(yīng)注意，如圖9所示，物鏡125的光軸方向被定義為Z方 向，并且與Z方向垂直的平面被定義為XY平面。鏡臺(tái)170被構(gòu)造成可沿X、Y和Z方向移動(dòng)。換句話說(shuō)，可通過(guò)馬達(dá)135和控制馬 達(dá)135的驅(qū)動(dòng)的XY驅(qū)動(dòng)控制單元137使鏡臺(tái)170在XY平面內(nèi)移動(dòng)。XY驅(qū)動(dòng)控制單元137 通過(guò)XY位置用的原始位置傳感器(未示出)檢測(cè)鏡臺(tái)170在XY平面中的預(yù)定的原始位置， 并且基于該原始位置控制馬達(dá)135的驅(qū)動(dòng)量，由此移動(dòng)目標(biāo)樣品11的觀察場(chǎng)。另外，可通過(guò)馬達(dá)139和控制馬達(dá)139的驅(qū)動(dòng)的Z驅(qū)動(dòng)控制單元141使鏡臺(tái)170 沿ζ方向移動(dòng)。Z驅(qū)動(dòng)控制單元141通過(guò)Z位置用的原始位置傳感器(未示出)檢測(cè)鏡臺(tái) 170的Z方向上的預(yù)定的原始位置，并且基于該原始位置控制馬達(dá)139的驅(qū)動(dòng)量，由此將目 標(biāo)樣品11的焦點(diǎn)移動(dòng)到預(yù)定的高度范圍內(nèi)的任意的Z位置。轉(zhuǎn)動(dòng)器123相對(duì)于顯微鏡主體127被可轉(zhuǎn)動(dòng)地保持，并且將物鏡125布置在目標(biāo) 樣品11的上方。物鏡125被以可與具有不同倍率(觀察倍率)的其它物鏡更換的方式相 對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)器123安裝，并且物鏡125響應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)器123的轉(zhuǎn)動(dòng)而被插入觀察光的光路中，以 允許用于觀察目標(biāo)樣品11的物鏡125可選地切換。顯微鏡主體127中包括位于其底部的用于進(jìn)行目標(biāo)樣品11的透過(guò)照射的照射光 學(xué)系統(tǒng)(與圖1中的照射光學(xué)系統(tǒng)13相當(dāng))。在照射光學(xué)系統(tǒng)中，用于收集從光源119輸出的照射光的收集透鏡143、照射系統(tǒng)濾波器單元145、場(chǎng)闌(field stop) 147、孔徑光闌 (aperture stop) 149、用于沿物鏡125的光軸偏轉(zhuǎn)照射光的光路的折疊式反射鏡151、聚光 元件單元(condenser optical element unit) 153、上部透鏡單元155等沿照射光的光路被 布置在適當(dāng)?shù)奈恢?。從光?19輸出的照射光通過(guò)照射光學(xué)系統(tǒng)照射目標(biāo)樣品11，并且從 目標(biāo)樣品11透過(guò)的透射光作為觀察光入射到物鏡125上。另外，顯微鏡主體127包括光譜獲取單元130和位于物鏡125和透鏡鏡筒1 之 間的光路上的光路設(shè)定單元150，從而光路被設(shè)定在光譜獲取單元130和透鏡鏡筒1 上。 通過(guò)使用圖1所示的光路切換鏡1 或圖4所示的分束器1 而構(gòu)成光路設(shè)定單元150。另外，顯微鏡主體127中包括位于光路設(shè)定單元150和透鏡鏡筒1 之間的光路 上的濾波器單元157。濾波器單元157與圖7中示出的濾波器單元113相當(dāng)，并且可轉(zhuǎn)動(dòng)地 保持兩個(gè)以上的光學(xué)濾波器159以將作為樣品圖像聚焦的光的波段限制到預(yù)定的范圍，并 且適當(dāng)?shù)貙⒐鈱W(xué)濾波器159插入物鏡125之后的觀察光的光路中。透鏡鏡筒1 中包括用于切換通過(guò)濾波器單元157的觀察光的光路以將光導(dǎo)向雙 目鏡單元131或?qū)⒐鈱?dǎo)向TV照相機(jī)133的分束器161。目標(biāo)樣品11的樣品圖像通過(guò)分束 器161被引入雙目鏡131中，并且被使用顯微鏡的技術(shù)人員通過(guò)目鏡163視覺(jué)地觀察到，或 者被TV照相機(jī)133拍攝。TV照相機(jī)133通過(guò)包括諸如CXD或CMO S等形成樣品圖像(更 具體地，在物鏡125的視野范圍內(nèi)的樣品圖像)的成像元件而構(gòu)成，TV照相機(jī)133拍攝樣 品圖像并且將樣品圖像(目標(biāo)樣品圖像)的圖像數(shù)據(jù)輸出到主機(jī)系統(tǒng)200。顯微鏡設(shè)備100還包括顯微鏡控制器165、TV照相機(jī)控制器167和光譜獲取控制 器169。顯微鏡控制器165在主機(jī)系統(tǒng)200的控制下控制構(gòu)成顯微鏡設(shè)備100的各部件的 整體操作。例如，顯微鏡控制器165通過(guò)使轉(zhuǎn)動(dòng)器123轉(zhuǎn)動(dòng)而切換布置在觀察光的光路上 的物鏡125，并且進(jìn)行顯微鏡設(shè)備100的各部件的與目標(biāo)樣品11的觀察相關(guān)諸如光源119 的與切換后的物鏡125的倍率等對(duì)應(yīng)的變暗控制等調(diào)節(jié)、切換各種光學(xué)元件或者將用于移 動(dòng)鏡臺(tái)170的指令給到XY驅(qū)動(dòng)控制單元137和Z驅(qū)動(dòng)控制單元141，等等，同時(shí)顯微鏡控制 器165適當(dāng)?shù)貙⒏鲉卧臓顟B(tài)報(bào)告給主機(jī)系統(tǒng)200。TV照相機(jī)控制器167在主機(jī)系統(tǒng)200的控制下，進(jìn)行自動(dòng)增益控制的0N/0FF切 換、增益的設(shè)定、自動(dòng)曝光控制的0N/0FF切換、曝光時(shí)間的設(shè)定等，以驅(qū)動(dòng)TV照相機(jī)133并 且控制TV照相機(jī)133的拍攝操作。另外，光譜獲取控制器169在主機(jī)系統(tǒng)200的控制下， 控制通過(guò)光譜獲取單元130來(lái)獲取光譜并且將所獲得的光譜提供給主機(jī)系統(tǒng)200。以下參照?qǐng)D10和圖11中示出的流程圖說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的 主要部件的操作。圖10是示出虛擬切片和光譜表的制作過(guò)程的流程圖。首先，在控制單元210中， 鏡臺(tái)控制單元217控制鏡臺(tái)170的操作，以移動(dòng)目標(biāo)樣品11的觀察場(chǎng)(步驟S101)。接著， 光路設(shè)定控制單元215控制光路設(shè)定單元150的操作，以將光路指向圖像獲取單元110 (步 驟 S103)。然后，控制單元210的圖像獲取控制單元211控制圖像獲取單元110的操作，以獲 取目標(biāo)樣品11的目標(biāo)樣品圖像(步驟S105)，并且將所獲得的目標(biāo)樣品圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單 元230中作為虛擬切片235的一部分(步驟S107)。然后，控制單元210的光路設(shè)定控制單元215控制光路設(shè)定單元150的操作，以將光路指向光譜獲取單元130(步驟S109)。然后，控制單元210的光譜獲取控制單元213控 制光譜獲取單元130的操作，以獲取目標(biāo)樣品11的光譜(步驟S111)，并且將所獲得的目 標(biāo)樣品11的光譜存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元230的光譜表237中(步驟Sli;3)。當(dāng)光譜獲取單元130 獲取目標(biāo)樣品圖像的多個(gè)部分的光譜時(shí)，從所有部分獲得光譜(步驟S115)。然后，控制單元210重復(fù)步驟SlOl至S115，直到目標(biāo)樣品11的所需場(chǎng)被獲得，以 制作整個(gè)目標(biāo)樣品11或部分目標(biāo)樣品11的切片235和光譜表237(步驟S117)。當(dāng)光路設(shè) 定單元150如圖4所示地由分束器15b構(gòu)成時(shí)，則不需要步驟S103和S109。在該情形下， 通過(guò)圖像獲取單元110獲取目標(biāo)樣品圖像的處理和通過(guò)光譜獲取單元130獲取光譜的處理 同時(shí)進(jìn)行或者順序進(jìn)行。通過(guò)這種方式，每次通過(guò)圖像獲取單元110獲取目標(biāo)樣品圖像時(shí)，通過(guò)光譜獲取 單元130獲取目標(biāo)樣品圖像的光譜，由此高速地制作虛擬切片235和光譜表237。特別地， 當(dāng)光路設(shè)定單元150如圖4所示地由分束器1 構(gòu)成時(shí)，不需要用于切換光路切換鏡1 的時(shí)間，而當(dāng)使用可動(dòng)的光路切換鏡15a時(shí)該時(shí)間是需要的，因此，能夠更高速地制作虛擬 切片235和光譜表237。另外，當(dāng)光譜獲取單元130獲取目標(biāo)樣品圖像的多個(gè)部分的光譜時(shí)，能夠制作包 含更豐富的信息的光譜表237。另外，存儲(chǔ)在光譜表237中的光譜是從目標(biāo)樣品11獲得的 光譜，因此，它們是用于計(jì)算估算算子W的合適的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，估算算子W用于估算目標(biāo)樣品 11的光譜。圖11是示出光譜的估算處理的流程圖。首先，在控制單元210中，估算算子控 制單元225基于存儲(chǔ)在光譜表237中的多個(gè)光譜計(jì)算式(6)中表示的估算算子W(步驟 S201)。為此，首先，估算算子控制單元225基于存儲(chǔ)在光譜表237中的多個(gè)光譜找到平均 矢量(Vector)V,并且基于該平均矢量V通過(guò)下面示出的式(7)計(jì)算自相關(guān)矩陣I ss。這里， 上標(biāo)T表示行列式的轉(zhuǎn)置。Rss = Σ V · Vt …(7)然后，估算算子計(jì)算單元255基于該自相關(guān)矩陣Iiss通過(guò)式(6)計(jì)算出估算算子W。 式(6)再次在下面示出。W = RssHt(RssH^Rra)"1 · · · (6)這里，Ot 轉(zhuǎn)置矩陣，和O—1 逆矩陣。由此獲得適合用于估算目標(biāo)樣品圖像的光譜的估算算子W。所獲得的估算算子W 被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元230中。至于用于計(jì)算自相關(guān)矩陣用的光譜，可以使用存儲(chǔ)在光譜表237 中的所有光譜或者使用為了某一目的通過(guò)去除特定的數(shù)據(jù)而提取的部分光譜。另外，當(dāng)數(shù) 據(jù)量不充足時(shí)，可與其它樣品的光譜或通用光譜一起使用。另外，可使用協(xié)方差矩陣代替自 相關(guān)矩陣。然后，在控制單元210中，光譜估算單元257基于包含在虛擬切片235中的待估算 的像素的像素值估算目標(biāo)樣品11的光譜(步驟S203)。換句話說(shuō)，在光譜估算單元257中， 基于待估算的像素的像素值G(X)通過(guò)使用上述式( 的估算算子W來(lái)估算目標(biāo)樣品11的 對(duì)應(yīng)的樣品點(diǎn)處的光譜透射率的估算值f (χ),式( 再次在下面示出。Τ(Χ) = WG(X) ... ( 5 )
通過(guò)這種方式，能夠通過(guò)估算光譜透射率的估算值f O)而減小光譜估算誤差。光 譜透射率的估算值f (χ)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元230中。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，能夠幾乎同時(shí)地制作光譜表237 和虛擬切片235，由此高速地估算光譜。另外，當(dāng)光路設(shè)定單元150由分束器1 構(gòu)成時(shí)，能 夠以更快的速度估算光譜。另外，由于能夠計(jì)算出適合于目標(biāo)樣品的估算算子，所以能夠減 小光譜估算中的估算誤差。而且，當(dāng)光譜獲取單元130獲取目標(biāo)樣品圖像的多個(gè)部分的光 譜時(shí)，能夠進(jìn)一步減小光譜估算中的估算誤差。(第二實(shí)施方式)圖12(a)和圖12(b)是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的 原理的圖。在根據(jù)本實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)中，除由圖2(a)和圖2(b)描述的第一實(shí) 施方式的操作原理之外，當(dāng)從目標(biāo)樣品圖像獲得的光譜M被寄存在光譜表25中時(shí)，從目標(biāo) 樣品圖像21獲取測(cè)量光譜M的部分23處的像素的像素值和位置信息，并且該像素值和位 置信息被存儲(chǔ)在光譜表25中作為數(shù)據(jù)集26，由此幾乎在制作虛擬切片的同時(shí)制作包含像 素值的光譜表。除此以外，其原理與圖2(a)和圖2(b)中示出的原理相同。圖13是示出基于上述原理的根據(jù)本實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的構(gòu)造的功能方 塊圖。在虛擬顯微鏡系統(tǒng)中，主機(jī)系統(tǒng)200的計(jì)算單元250的構(gòu)造與圖5所示的計(jì)算單元 的構(gòu)造不同。換句話說(shuō)，除圖5示出的估算算子計(jì)算單元255、光譜估算單元257和虛擬切 片制作單元259之外，計(jì)算單元250還包括用于從目標(biāo)樣品圖像計(jì)算光譜獲取區(qū)域中的像 素值的光譜獲取區(qū)域像素值計(jì)算單元251和用于從光譜表237選擇光譜的光譜選擇單元 253。除此以外，構(gòu)造與圖5中示出的構(gòu)造相同，因此具有相同功能的組件被以相同的附圖 標(biāo)記表示，并且略去其說(shuō)明。下面說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的虛擬顯微鏡系統(tǒng)的主要部件的操作。圖14是示出虛擬切片和光譜表的制作過(guò)程的流程圖。首先，如圖10中示出的第一 實(shí)施方式中的情形那樣，控制單元210執(zhí)行步驟SlOl至S111。然后，控制單元210的光譜 獲取區(qū)域像素值計(jì)算單元251從對(duì)應(yīng)的目標(biāo)樣品圖像計(jì)算光譜獲取區(qū)域中的像素值(步驟 S112)。在該情形下，通過(guò)光路設(shè)定單元150使圖像獲取單元110和光譜獲取單元130的光 軸一致，由此使得光譜獲取區(qū)域像素值計(jì)算單元251能夠獲取獲得光譜的區(qū)域中的像素。通常，光譜獲取單元130的空間分辨率低于圖像獲取單元110的空間分辨率。因 此，光譜獲取區(qū)域像素值計(jì)算單元251通過(guò)式(8)對(duì)獲取光譜的區(qū)域中的像素的像素值G 和光譜獲取單元130的光接收特性A進(jìn)行卷積，由此基于獲取光譜的區(qū)域中的像素的像素 值計(jì)算與光譜對(duì)應(yīng)的像素值。
權(quán)利要求
1.一種虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其用于拍攝染色樣品，以估算光譜，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng)包括圖像獲取單元，其用于獲取所述染色樣品的一個(gè)以上譜帶的染色樣品圖像； 光譜獲取單元，其用于獲取所述染色樣品圖像的一個(gè)以上的預(yù)定部分的光譜； 光路設(shè)定單元，其用于設(shè)定透過(guò)所述染色樣品的光通量相對(duì)于所述圖像獲取單元和所 述光譜獲取單元的光路，從而每次所述圖像獲取單元獲取所述染色樣品圖像時(shí)，能夠通過(guò) 所述光譜獲取單元獲取所述染色樣品圖像的光譜；以及控制單元，其用于在所述染色樣品的兩個(gè)以上的觀察場(chǎng)中進(jìn)行控制以重復(fù)通過(guò)所述圖 像獲取單元獲取所述染色樣品圖像和通過(guò)所述光譜獲取單元獲取所述染色樣品圖像的光 譜，從而制作所述染色樣品的虛擬切片和光譜表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述光路設(shè)定單元具有用于切換所述光通量的光路的光路切換鏡，從而透過(guò)所述染色 樣品的所述光通量選擇性地入射到所述圖像獲取單元或所述光譜獲取單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述光路設(shè)定單元具有配置切換機(jī)構(gòu)，其用于選擇性地將所述圖像獲取單元或所述光 譜獲取單元置于透過(guò)所述染色樣品的所述光通量的光路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述光路設(shè)定單元具有分束器，該分束器用于將所述光通量的光路分開(kāi)，從而使透過(guò) 所述染色樣品的所述光通量同時(shí)入射到所述圖像獲取單元和所述光譜獲取單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像獲取單元是設(shè)置有照相機(jī)和光學(xué)濾波器的RGB照相機(jī)、黑白照相機(jī)、兩個(gè)以 上譜帶的照相機(jī)和多譜帶照相機(jī)中的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜獲取單元具有用于放大所述染色樣品圖像的光學(xué)倍率增大單元，并且所述光 譜獲取單元從由所述光學(xué)倍率增大單元放大的所述染色樣品圖像獲取光譜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng)還包括 光譜獲取位置像素值計(jì)算單元，其用于從由所述圖像獲取單元獲得的所述染色樣品圖像獲取由所述光譜獲取單元獲得光譜的位置處的像素值，其中，制作至少包含所述光譜和所述像素值的光譜表作為光譜表。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng)還包括 估算算子計(jì)算單元，其用于由所述光譜表計(jì)算估算算子；和光譜估算單元，其用于通過(guò)使用所述估算算子估算包括在所述虛擬切片中的像素的光譜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng)還包括 光譜選擇單元，其用于從所述光譜表中選擇與包括在所述虛擬切片中的像素的像素值對(duì)應(yīng)的多個(gè)光譜，其中，所述估算算子計(jì)算單元從由所述光譜選擇單元選擇的所述多個(gè)光譜計(jì)算用于各 像素值的估算算子；以及所述光譜估算單元通過(guò)使用用于各像素值的估算算子估算構(gòu)成所述虛擬切片的像素的光譜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬顯微鏡系統(tǒng)還包括光譜選擇單元，其用于從所述光譜表中選擇與包括在所述虛擬切片中的像素的像素值 對(duì)應(yīng)的光譜，其中，由所述光譜選擇單元選擇的光譜是光譜估算值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，存儲(chǔ)在所述光譜表中的像素值是所獲得的像素值、轉(zhuǎn)換成色彩空間的像素值以及從所 述像素值計(jì)算的特征值中的任一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜表由包含至少所述光譜、所述像素值和獲得所述光譜的像素位置的信息的數(shù) 據(jù)集構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜獲取位置像素值計(jì)算單元計(jì)算光譜獲取區(qū)域中的中央像素的像素值、所述獲 取區(qū)域中的像素的像素值的統(tǒng)計(jì)值以及通過(guò)對(duì)所述獲取區(qū)域中的像素值和所述光譜獲取 單元的光接收特性進(jìn)行卷積而計(jì)算出的值中的一種。
全文摘要
提供一種虛擬顯微鏡系統(tǒng)，其能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取染色樣品圖像和光譜的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，該虛擬顯微鏡系統(tǒng)包括圖像獲取單元，其用于獲取染色樣品圖像；光譜獲取單元，其用于獲取染色樣品圖像的光譜；光路設(shè)定單元，其用于設(shè)定透過(guò)染色樣品的光通量相對(duì)于圖像獲取單元和光譜獲取單元的光路；以及控制單元，其用于在染色樣品的觀察場(chǎng)中進(jìn)行控制以重復(fù)通過(guò)圖像獲取單元獲取染色樣品圖像和通過(guò)光譜獲取單元獲取染色樣品圖像的光譜，以制作染色樣品的虛擬切片和光譜表。
文檔編號(hào)G01N21/25GK102073133SQ201010540079
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者大塚武 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社