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微生物の3次元トラッキング

概要

これまで運動する微生物対象が常に顕微鏡視野内に捕捉され続けるようにする 微生物トラッキングシステムを構築してきたが, 対象の2次元的な運動にしか対応できないという問題点があった.そこで, 細胞に対する高速なオートフォーカスを実現する DFDi手法を微生物トラッキングシステムと組み合わせて, 3次元的に運動する微生物をトラッキングするシステムを構築した.

本システムでは, 顕微鏡視野内の微生物対象の3次元位置を高速な視覚システムで計測・フィードバックすることで, 運動する微生物対象の顕微鏡視野内へのトラッキングを実現している. 画像重心から対象の画像面内における2次元的な位置を計測し, 残りの1次元である対象の奥行き方向位置はDFDi手法により計測している.

実際に自由に遊泳するゾウリムシに対して3次元トラッキング実験をおこない, 約70秒間にわたり対象をトラッキングし続けられることが確かめられた. また, そのときのXYZステージの軌跡から対象微生物の3次元遊泳軌跡が計測できた. この記録から対象微生物の運動をコンピュータグラフィックスで再構成した映像を動画として以下に示した.

System diagram of the three-dimensional tracking system and photographs of the tracked paramecium.

動画



3次元トラッキング実験のビデオ
微生物の3次元的な運動をコンピュータグラフィックス(CG)で動画として再構成したものである. 画面左上には実際の顕微鏡画像を, 右下には顕微鏡画像と同じ視点からみたCGを示す.



トラッキング方法の説明

参考文献

  1. Hiromasa Oku, Masatoshi Ishikawa, Theodorus, and Koichi Hashimoto : High-speed autofocusing of a cell using diffraction pattern, Optics Express 14, pp.3952-3960 (2006) http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-14-9-3952
  2. Hiromasa Oku, Theodorus, Koichi Hashimoto and Masatoshi Ishikawa : High-speed Focusing of Cells Using Depth-From-Diffraction Method, 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA 2006) (Orlando,2006.5.18)/Proceedings, pp.2626-2641 [PDF (716K)] *IEEE
  3. 奥寛雅,Theodorus,橋本浩一,石川正俊:回折パターンを用いた細胞の高速フォーカシング, 第6回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2005) (熊本,2005.12.16)/講演会論文集,pp.121-122
  4. Theodorus, Hiromasa Oku, Koichi Hashimoto and Masatoshi Ishikawa : Optical axis tracking of microorganism using highspeed vision, Focus on Microscopy 2005 (Jena, 2005.3.22)/Program and Abstract Book, pp.105

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東京大学 情報理工学系研究科 システム情報学専攻 ・創造情報学専攻 / 工学部 計数工学科 石川渡辺研究室
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