(57)【要約】目的対象物（１）の三次元（３Ｄ）復元のための方法が、目的対象物を直線形の容器に詰め込む工程（３１）を含む。目的対象物（１）は少なくとも１つの光学投影ビーム（１３）で照明される。目的対象物（１）が少なくとも１つの光学投影ビーム（１３）の領域内に配置されるまで直線形の容器が平行移動させられる（３２）。目的対象物は必要に応じて中心に据えられ（３３）、複数の半径方向角度まで回されることで複数の角度の各々の半径方向角度で投影画像のセットを発生させる（３４）。
2005523455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的対象物（１）の三次元（３Ｄ）復元の方法であって、
（ａ）直線形の容器に目的対象物のセットを詰め込む工程（３１）、
（ｂ）前記目的対象物（１）のセットのうちの少なくとも１つの対象物を少なくとも１つの光学投影ビーム（１３）で照射する工程、
（ｃ）少なくとも１つの光学投影ビーム（１３）の領域内に前記少なくとも１つの対象物が配置されるまで前記直線形の容器を平行移動させる工程（３２）、
（ｄ）必要に応じて前記少なくとも１つの対象物を中心に据える工程（３３）、
（ｅ）前記少なくとも１つの対象物を複数の半径方向角度まで回す工程（３４）、
（ｆ）前記複数の半径方向角度の各々の半径方向角度で投影画像のセットを作り出す工程（３４）、および
（ｇ）前記目的対象物（１）のセットがスキャンされ切るまで（ｂ）から（ｆ）までの前記工程を繰り返す工程（３５、３６）を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの対象物が、細胞（１）または細胞核（２）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
直線形の容器（３）に目的対象物のセットを詰め込む前記工程（３１）が、複数の細胞（１）をチューブに詰め込む工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光学投影ビームが、扇状ビームおよび円錐形ビーム（１３）から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
復元用シリンダ（５２）設計を使用して目的対象物（１）を三次元（３Ｄ）に復元する方法であって、点光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）の平面と検出素子（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）の平面とは異なるが並行であり、復元用シリンダ（５２）がサンプルの周りで光源と検出器の配列を有し、
（ａ）直線形の容器に目的対象物のセットを詰め込む工程（３１）、
（ｂ）前記目的対象物（１）のうちの１つを複数の光学投影ビーム（１３）で照射する工程、
（ｃ）前記複数の光学投影ビーム（１３）の領域内に前記少なくとも１つの対象物（１）が配置されるまで直線形の容器を平行移動させる工程（３２）、
（ｄ）必要に応じて前記少なくとも１つの対象物を中心に据える工程（３３）、および
（ｅ）複数の角度で投影画像のセットを作り出す工程（３４）を含む方法。
【請求項６】
少なくとも１つの点光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）および前記少なくとも１つの点光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）から情報を受け取るように位置決めされた少なくとも１つの検出器（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）を含む復元用シリンダであって、前記少なくとも１つの点光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）がサンプルに衝突して前記少なくとも１つの検出器（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）上に投影画像を形成するように復元用シリンダ内のサンプルを回転させることによって別々の投影像が作り出される復元用シリンダ。
【請求項７】
チューブ壁および中心軸（４）を有する、目的対象物（１）を保持するチューブ（３）、
チューブの壁で円周の周りに光を投影するように配置される複数の点光源（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）、
複数の対向する検出器表面のいずれの上でも１つのビームが他と重なり合わず、かつ各々のビームの中心軸がチューブ（３）内で他のビームの中心軸と交差するように各々の前記点光源（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が検出器領域（１２）上にビーム（１３）を投影するように前記点光源（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）と同じ平面内にさらに広い円周で配置されることで復元ゾーン（５２）を形成する複数の対向する検出器表面（１２）、および
可変移動式でチューブを移動させるためにチューブに連結された手段（８、９）を含む可変移動式光トモグラフィ（ＶＯＴ）システム。
【請求項８】
前記移動させる手段が、コンピュータ制御式移動装置（７、８、９）を含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記移動させる手段が、或る回転移動値でチューブが回される度に投影像のセットが収集されるようにチューブを回転させる手段（５）を含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の点光源（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が２つ以上の点光源を含むことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
間隔を置かれた点光源の半円が、対向する半円の周りに配置された対向する検出器アレー（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を有し、間隔を置かれた点光源（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）および前記対向する検出器アレー（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）がチューブの軸（４）に対して概して直角の同じ中央平面上に配置されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の点光源（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）および前記複数の対向する検出器表面（１２）が同じ平面内にあり、前記複数の点光源（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が検出器アレーの間に散在することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
追加的な投影像データを提供するために、点光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）および検出器（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）の追加のセットが復元ゾーン（５２）の上および／または下に配置されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
目的対象物（１）を保持するチューブ（３）、および
平面内にある点光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）のリングを含み、その平面が、チューブ（３）を通る検出器平面（２１）の周りに位置する検出器のリング（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）の直ぐ上および／または直ぐ下に配置され、それにより、前記点光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）のリングが光学投影ビームを復元ゾーン（５２）内の対向する検出器表面に照準を合わせ、すべての光学投影ビームが重なり合う点で細胞（１）の中心が２つの平面の間に配置される可変移動式光トモグラフィ（ＶＯＴ）システム。
【請求項１５】
コンピュータ制御下で可変移動を提供する手段（７、８、９）をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
チューブ（３）の回転のための手段（５）をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記光学投影ビームが扇状ビームを含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記光学投影ビームが円錐形ビーム（１３）を含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
算出画像復元アルゴリズムに追加の投影像データを提供するために光源（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）および検出器（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）の追加のセットが復元ゾーン（５２）の上および／または下に配置されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
少なくとも１つの点光源（３７）と少なくとも１つの検出器（４５）の間に少なくとも２つの偏光フィルタ（４１、４３）が配置されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数の点光源（３７）と前記複数の対向する検出器表面（４５）の間に少なくとも２つの偏光フィルタ（４１、４３）が配置されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記点光源のリング（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）と前記対向する検出器表面（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）の間に少なくとも２つの偏光フィルタ（４１、４３）が配置されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２３】
前記対象物（４２）と前記少なくとも１つの検出器（４５）の間に少なくとも１つの位相板（４６）が配置されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項２４】
前記対象物（４２）と前記複数の対向する検出器表面（１２）の間に少なくとも１つの位相板（４６）が配置されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項２５】
前記対象物（４２）と前記対向する検出器表面（１２）の間に少なくとも１つの位相板（４６）が配置されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２６】
少なくとも１つの点光源と少なくとも１つの対象物を有し、前記少なくとも１つの点光源と前記少なくとも１つの対象物との間に空間を備え、前記少なくとも１つの点光源と前記対象物との間の空間、および前記対象物と前記少なくとも１つの検出器の間の空間が、屈折率がチューブの屈折率と一致する材料で満たされる光トモグラフィ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して光トモグラフィ（Ｏptical Ｔomographic：ＯＴ）撮像システムに関し、さらに特定すると、動きが必ずしも一定および／または単一方向性ではないが、可変でかつ多方向性であることが可能な機械的動きによって、例えば生物細胞のような微小対象物の移動が制御される可変移動式光トモグラフィ（Ｖariale-motion Ｏptical Ｔomography：ＶＯＴ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００３年２月１８日に発行された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＭＡＬＬ  ＯＢＪＥＣＴＳ  ＩＮ  Ａ  ＦＬＯＷ  ＳＴＲＥＡＭ  ＵＳＩＮＧ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＴＯＭＯＧＲＡＰＨＹ」（これ以降はＦＯＴ設計と呼ばれる）という表題のＡｌａｎ  Ｃ．Ｎｅｌｓｏｎの米国特許第６，５２２，７７５号が本明細書に参照で組み入れられている。前述のＮｅｌｓｏｎの特許出願では、細胞の移動は流動ストリーム中で遂行され、懸濁細胞はキャピラリ・チューブの単一の流動の軸に沿って一定の速度で移動する。
【特許文献１】米国特許第６，５２２，７７５号
【非特許文献１】Ｂｌａｓｓ，Ｍ編集長のＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ：Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓ，第２版、４巻、Ｍｃｇｒａｗ−Ｈｉｌｌ社、２００１年
【非特許文献２】Ｋａｋ，Ａ．Ｃ．とＳｌａｎｅｙ，Ｍ．のＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ，ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８８年
【非特許文献３】Ｈｅｒｍａｎ，ＧのＩｍａｇｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ：Ｔｈｅ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８０年
【非特許文献４】Ｇｉｌｂｅｒｔ，Ｐ．の「Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｆｒｏｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ、３６巻、１０５〜１１７頁、１９７２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＦＯＴ設計は細胞の移動の速度および／または方向が変わり得るさらに一般的なケースに対処しない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
目的対象物（１）の三次元（３Ｄ）復元のための方法は目的対象物を直線形の容器に詰め込む工程（３１）を含む。目的対象物（１）は少なくとも１つの光学投影ビーム（１３）で照明される。直線形の容器は、目的対象物（１）が少なくとも１つの光学投影ビーム（１３）の領域内に配置されるまで平行移動させられる（３２）。目的対象物は必要に応じて中心に据えられ（３３）、複数の半径方向角度で回転させられ、それにより、複数の角度のうちの各々の半径方向角度で投影画像のセットを作り出す（３４）。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
ここで生物細胞に関連する特定の例に関して本発明が説明されるが、しかしながら、これらの例が本発明の主部を具体的に示す目的のためのものであり、本発明がそのように限定されないことは理解されるであろう。１つの例では、微視的容積内の点密度および発光強度の三次元分布の構築が微視的容積のどのような場所の密度および蛍光の測定も可能にし、目的対象の構造体、分子、または分子プローブの場所を判定する。標識分子プローブを使用することによって、微視的対象物の特異的構造に付着するプローブの量が測定されることが可能である。具体例を示す目的で、生物細胞のような対象物が少なくとも１つの標識分子プローブで標識されることが可能であり、測定されたこのプローブの量と場所が、限定はされないが肺癌、結腸癌、前立腺癌、乳癌、子宮頸癌および卵巣癌といった様々な癌、または感染物質を含む細胞の疾病状態に関する重要な情報を生じることが可能である。
【０００６】
ここで図１を参照すると、本発明の実施形態によって検討されるキャピラリ・チューブに詰め込まれた細胞の例となる具体例が概略で示されている。この例の実施形態では、キャピラリ・チューブ３の断面はチューブ内に固く詰め込まれる細胞１で満たされる。細胞の各々は核２を含む可能性がある。キャピラリ・チューブ３は、ｘ、ｙおよびｚ方向に座標を有する座標系６に関連して配向される中心軸４を有する。いくつかの例では、少なくとも１つの分子プローブ５３が細胞内に結合される可能性がある。コンピュータ７は回転用モータ５および平行移動用モータ８に制御信号を供給するために連結される。キャピラリ・チューブまたは他の担体の必要な平行移動または回転運動を達成するために、１つまたは複数のモータ、歯車もしくは流体、または移動を生じさせるためのその他の手段の同等の配列もやはり使用される可能性があることは認識されるであろう。いくつかのケースでは、１つまたは複数のモータは手動式の位置決め装置または歯車または油圧素子もしくは圧電素子といった運動を生じさせる他の手段で置き換えられる可能性がある。平行移動の軸はｚ軸であり、回転はｚ軸の周りである。中心設定目的の中心軸に対して実質的に直角にｘ、ｙ軸によって規定される平面内で細胞を必要に応じて移動させるために、位置決め用モータ９が連結される。
【０００７】
キャピラリ・チューブの曲率を有する表面が円筒のレンズとしてはたらくであろうこと、およびこの焦点集束効果が投影システムに望ましくない可能性があることは認識されるであろう。点光源とチューブの間、およびチューブと検出器表面の間の空間がキャピラリ。チューブのそれと一致する屈折率の材料５４で満たされればチューブによるフォトンの屈曲が除外されることが可能であること、およびチューブが空間充填材料に（例えばオイルもしくはゲルで）光学的に結合させられることが可能であることを当業者は理解するであろう。
【０００８】
キャピラリ・チューブに詰め込まれた細胞の本例について考察する。細胞は、それらが重ならないように単一の縦列に詰め込まれることが好ましい可能性がある。１００μｍ未満の直径を備えたキャピラリ内の約１００ミクロンの直径の全体細胞の詰め込み密度は１センチメートルのチューブ長さ当たりおよそ１００個の細胞であることが可能である。直径約２０ミクロンのむき出しの核に関すると、詰め込みは１センチメートルのチューブ長さ当たりおよそ核５００個であることが可能であり、チューブの直径は対象物の直径に比例してこのケースでは約２０ミクロンである。したがって、数センチメートルのキャピラリ・チューブの長さの中に重なっていない数千個のむき出しの核が詰め込まれることが可能である。チューブをその中心軸４に沿って平行移動させることにより、ｚ方向の移動が達成されることが可能である。ｘ、ｙ方向のチューブの移動は光トモグラフィ・システムの復元用シリンダ内でチューブの中の対象物が必要に応じて中心に据えられることを可能にする。チューブをその中心軸４の周りで回転させることによって、多数の半径方向の投影図が作成されることが可能である。チューブを一定の速度でｚ方向に移動させ、かつ回転させないと流動式光トモグラフィの特定のケースをシミュレートする。
【０００９】
他の方法では一時的にチューブ内にある細胞で充填したチューブを移動させることの１つの利点はその目的対称物が停止させられ、その後、細胞毎の基準で光トモグラフィのためのほぼ最適の照射を可能にする速度で回転させられることが可能であることである。すなわち、投影画像の信号対ノイズ比は流動式のシステムの通常の一定速度と一定方向で普通に作り出され得るよりも優れた画像を作り出すように改善されることが可能である。多数の細胞で構成されるサンプル内の目的対象の細胞の分析で全体的スピードを獲得するために、目的対象ではない対象物が迅速に画像化システムから外に移動させられることが可能である。付け加えると、目的対象物上で停止し、その後、多数回の投影に必要とされる通りに回転する性能は移動の人為的影響を殆ど除外する。またさらに、移動はサブミクロンの移動で導かれることが可能であり、かつ都合のよいことに検出器の画素サイズにより与えられるそれよりも高い分解能で細胞のサンプリングを可能にする方式で適用されることが可能である。さらに特定すると、例えば画素幅の半分を満たす増分で移動する移動システムによってナイキスト・サンプリング２が達成されることが可能である。同様に、本移動システムは検出器の不充分な充填比を補償することが可能である。
【００１０】
ここで図２を参照すると、本発明の実施形態によって検討される光トモグラフィ復元用シリンダの例となる具体例が概略で示されている。円周１１に沿ってチューブの壁に固定の角度で取り付けられた少なくとも１つの点光源１０ｂを備えたＶＯＴ構造が示されている。少なくとも１つの検出器５０ｂは少なくとも１つの検出表面１２を有し、表面は少なくとも１つの点光源１０ｂに対向し、点光源と同じ平面内でさらに広い円周に配置される。各々の点光源は投影される円錐が検出器上で重なり合わないように円錐形ビーム１３を検出器領域１４に投影する。扇状ビームおよびペンシル・ビームの投影を利用するような他の投影幾何学形状が受容可能であることは理解されるであろう。図を単純化して理解するために、１つの円錐形ビームだけが示されているが、各々の点光源が別々の円錐形ビームを投影することは理解されるであろう。各々の円錐形ビームの中心軸はチューブの中央またはあり得るケースではチューブ内の細胞の中央の中心点１５で他の円錐形ビームの中心軸と交差する。点光源と検出器の配列を固定したままで毎回チューブが所望の増分角度１６で回転させられて投影像の別のセットが集められ、その結果、様々な半径方向角度で独立した新たな投影像のセットを作り出し、以下同様である。
【００１１】
コンピュータ７はデータ、制御信号およびタイミング信号を点光源１０ｂ、感知素子１２およびモータへと送信するために連結される。このコンピュータは知られているコンピュータもしくは複数のコンピュータ、および画像収集と画像復元の処理に適したアレー・プロセッサを含むことが可能である。
【００１２】
この新しい構造の復元用シリンダはＦＯＴ設計と比較してさらに最適に設計されることが可能である。特に、目的対象物が回転させられることが可能であるので、都合のよいことに復元用シリンダは各々の回転角度で投影画像（ときには影絵として知られている）を作り出して捕捉する単一の点光源と検出器の対で設計されることが可能である。
【００１３】
図２に示された例の実施形態では、一例のＶＯＴ構造はチューブの壁に半径方向で２０度の間隔を開けて円周に配置された９本の光ファイバ点光源を有する。対向する９つの検出器表面は点光源と同一平面内でさらに広い円周に配置される。各々の点光源は投影される円錐が検出器上で重なり合わないように円錐形ビームを検出器領域上に投影する。各々の円錐形ビームの中心軸はチューブの中央またはチューブ内の細胞の中央の中心点で他の円錐形ビームの中心軸と交差する。チューブが２度の増分で回される度に投影像の別のセットが収集され、それにより、１０回の増分の回転の後、合計９０の独立した投影像が各々２度の増分で円周の半径方向角度１８０度で作り出される。同様に、目的対象物を含むチューブが中心に据えられ、２０回、１度の増分で回されると、１８０の独自の投影画像が作り出される。適切な数の投影画像が作り出された後、目的対象の細胞または他の目的対象の細胞を含むチューブがｚ方向に平行移動されて新たな光景を提供して画像収集工程を繰り返すことが可能である。
【００１４】
この設計では、等間隔を置かれた点光源の半円は対向する半円の周りに配置された対向する検出器アレーを有し、画像化システムのすべての素子はチューブの軸に対して概して直角の同じ中央平面上に配置される。しかしながら、点光源／検出器の組み合わせは必ずしも同じ中央平面上にある必要はなく、点光源が異なる間隔を置かれることが可能であり、検出器アレーの間に散在させられることが好都合である。
【００１５】
やはり図２に示されるように、復元ゾーン５１を含む点光源と検出器の円の上と下でｚ方向に制限を受けないチューブの性質が理由で、算出される画像復元の精度を改善する画像を作り出すために復元ゾーン５１の上と下に追加の光源１０ａ、１０ｃおよび追加の検出器５０ａ、５０ｃを配置することが有用である可能性がある。特定の実施形態で、復元ゾーンが点光源と検出器の配置によって規定される平面を含む可能性があることに留意すべきである。そのような構造は流動式光トモグラフィ（ＦＯＴ）システムに同様に当てはまる。
【００１６】
ここで図３を参照すると、本発明の実施形態によって検討される可変移動式光トモグラフィ（ＶＯＴ）のための別の選択肢のシステムの例が示されている。特に有用な設計は検出器の平面２１の周りに位置する検出器のリング１９ｂの直ぐ上または最も近い下に位置する平面１８に点光源１７ｂのリングを配置する工程を含み、それにより、投影の円錐形はそれらのそれぞれの検出器表面に照準を合わせ、細胞２０の中心が、すべての投影円錐形が重なる点で２つの平面の間に配置される。この構造では、細胞は３６０度の完全な円周の周りでサンプリングされることが可能であり、それにより、適切な数の点光源／検出器の対が与えられると最適の画像復元を達成し、したがってチューブの回転は必要とされない。算出される画像復元の精度を向上させるために、やはり点光源１７ａ、１７ｃおよび対向する検出器１９ａ、１９ｃを復元ゾーン５２の上および／または下に配置することが有用になる可能性がある。図３の例では、復元ゾーン５２は平面１８の上および／または下に配置される。この幾何学構造はＦＯＴにもまた当てはまる。
【００１７】
前の例では、３Ｄ画像復元は円錐形ビーム幾何学形状から得られる２Ｄ投影画像を使用して達成される。扇状ビームの幾何学形状を使用することもやはり可能であり、それによると３Ｄ画像は、扇状ビーム復元アルゴリズムを使用して線形（１Ｄ）投影から復元される連続的な平面画像を積層することによって作り出される。扇状幾何学形状でもって、扇状ビームを発射するように視準される複数の点光源１０ｂはチューブの円周の周りに装着された対向する検出器１２と連動して、細胞１全体が光源を通過するときにそれを通る多数の投影角度をサンプリングすることが可能である。その結果、細胞は細胞を通る投影で光学的に区分化され、それらが復元されてｘ−ｙ平面内で２Ｄスライスを形成することが可能である。連続したスライスを積層するか、または数学的に組み合わせることによって、細胞の３Ｄ画像が出現するであろう。細胞の３Ｄ像は亜細胞構造、および診断情報を提供する標識分子プローブの場所と量の定量的測定を生じさせることが可能である。
【００１８】
光源
各々の光源が同じ一般的性質を有し得ることが好ましい。すなわち、
・円錐形ビームの幾何学形状のための小さい円形の点光源に近似し得る。
・明るく、均一であり、かつ分かっているスペクトル内容を備えることが可能である。
・光源から発射されるフォトンが円錐形ビームまたは扇状ビームといった知られている幾何学形状を有し得る。
さらに、光源の波長は様々なレーザダイオード発光器もしくはその他のレーザの使用によるか、あるいは白色もしくは他の広帯域光源、例えば水銀もしくはキセノン・アークのランプのバンドパス・フィルタによる処理によるかのいずれかで選択可能である。
【００１９】
点光源を作り出すために使用される可能性のあるいくつかの選択肢が存在し、例えば、
・前方にピンホールを設けたレーザまたはその他の高輝度フォトン源、
・小さい断面および小さい外見の開口を備えた光ファイバ、
・短い焦点距離のレンズを前方に設けたフォトン源、
・リンの表面の点に照射する電子ビーム（ＣＲＴの形式）、および
・以上の項の様々な組み合わせである。
【００２０】
幾何学構造は、点光源が目的対象物（細胞）に近くなるにつれて、光源に近接した対象物によって範囲が決まるさらに広い角度のせいで倍率が高くなるようにされる。単純な投影システムの倍率はほぼＭ＝（Ａ＋Ｂ）／Ａであり、ここでＡは点光源と対象物（細胞）の間の距離であり、Ｂは対象物と検出器の間の距離である。反対に、もしもシステム設計の前に必要な分解能が分かっている場合、その特定の分解能のために幾何学構造が最適化されることが可能である。背景については、当業者はＢｌａｓｓ，Ｍ編集長のＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ：Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓ，第２版、４巻、Ｍｃｇｒａｗ−Ｈｉｌｌ社、２００１年を対象にする。
【００２１】
ここで図４を参照すると、本発明の実施形態によって検討される三次元（３Ｄ）画像復元を例示するフロー図の例が示されている。本発明の１つの例によって検討されるように、３Ｄ画像復元方法３０は細胞を詰め込まれたチューブを装填する工程３１、最初の目的対象細胞が配置されるまでチューブを平行移動させる工程３２、必要に応じて目的対象細胞を中心に据える工程３３、各々異なる回転角度で投影像のセットを作り出す工程３４、データ・セットが完成する時を判定する工程３５、および目的対象の複数の細胞が分析され終わるまで工程３２から工程３５の処理を繰り返す工程を含む。本方法は工程３６で停止する。本方法は、例えばコンピュータ７のようなパーソナルコンピュータによって実行されるコンピュータ・ソフトウェア・プログラム内に導入されることが可能である。
【００２２】
画像復元
フィルタ補正逆投影法として知られている最も普通でかつ容易に導入される復元アルゴリズムは円錐形ビームおよび扇状ビームの幾何学形状を使用するｘ線コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）の同様のパラダイムからから導き出される。（例えば次の文献すなわち、Ｋａｋ，Ａ．Ｃ．とＳｌａｎｅｙ，Ｍ．のＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ，ＩＥＥＥ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８８年、およびＨｅｒｍａｎ，ＧのＩｍａｇｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ：Ｔｈｅ  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８０年参照）。これらの方法は、光源／検出器構成および照射ビームの光線経路の特定の幾何学構造を反映する変形を伴なったラドン変換の定理に基づいている。しかしながら、診断用ｘ線ＣＴのケースでは、多数の投影角度からデータ収集するためにｘ線源と検出器アレーが患者の周りの円弧または螺旋に沿って移動し得る間、ヒト被検者は普通では動かないように保たれる。その後、ヒト被検者はｚ軸に沿って移動させられデータの他のセットが収集される。場合によっては、さらに最新の診断用ヘリカルＣＴでは、螺旋投影データを提供するために光源−検出器組み立て体が連続的に回転し、患者のｚ軸に対して直角の投影を供給する工程を挿入される間、患者はｚ方向に連続的に平行移動させられることが可能である。
【００２３】
流動式光トモグラフィ（ＦＯＴ）および可変移動式光トモグラフィ（ＶＯＴ）では、対象物（細胞）は静止した光源と検出器アレーに相対して移動させられ、所定のスライスもしくは容積内で多数の投影角度のデータを生じる様式で複数の光源／検出器システムが細胞の速度ベクトルに沿って特定のゲート化された時間点と同期してデータを獲得する。扇状のビームを使用するスライス毎のスキャンに関すると、復元アルゴリズムが移動の軸に対して直角の平面の２Ｄ画像を算出し、多数のスライスの連続的積層化が対象物の３Ｄ画像を作り出し、そこではコントラストはＣＴまたは流動式光トモグラフィそれぞれに関して対象物内の密度の指標であるｘ線減衰係数または光学吸収係数の変化の関数である。容積測定の円錐形ビーム・スキャンに関すると、復元アルゴリズムが平面状の透過または発光投影像から直接的に細胞または他の対象物内の容積の３Ｄ画像を算出し、そこではコントラストは画像化対象物内の光学密度および／または標識プローブ密度の分布の関数である。
【００２４】
細胞密度の復元を生じるための透過データまたは標識プローブの分布を復元するための（あるとすれば内部光源から由来する）発光データのいずれか、あるいは両方がフィルタ補正逆投影法以外の画像復元アルゴリズムを使用することが望ましい可能性がある。反復復元アルゴリズムとして知られている一般的部類はいくつかの例、特に発光トモグラフィに関して、あるいは対象物の軸対称で３区画の性質が分かっている本発明の例のように復元の品質を向上させるために情報を先験的に復元アルゴリズムに組み入れることが可能であるとき（例えばＧｉｌｂｅｒｔ，Ｐ．の「Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｆｒｏｍ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ、３６巻、１０５〜１１７頁、１９７２年、および前文に注記された他の参考文献参照）にさらに有効である。
【００２５】
ここで図５を参照すると、本発明の実施形態によって検討される三次元（３Ｄ）画像復元での偏光フィルタ（および／または位相板）の使用を例示する例が概略で示されている。すべての画像復元アルゴリズムは投影の中の散乱および回折といった様々な形のノイズに対して無防備である。光の散乱および回折は照射フォトンの波長が復元される対象物内の望ましい分解能と同位であり、かつ照射波長とサイズで同位である構造体を対象物が含む光トモグラフィでは重大になる可能性がある。フォトンの偏光を変えるか、または位相シフトを引き起こす可能性のある相互作用は偏光フィルタおよび／または位相板の使用を通じて投影画像内の異物混入を除去もしくは減少させる機会を与える。例えば、もしも点光源３７が第１の直線偏光器４１を通してフィルタ処理されると、第１の偏光光線３９が作り出され、それが対象物４２に衝突する。光線４０は第１の偏光光線３９が対象物４２に衝突する結果として散乱されるフォトンを表わす。点光源３７によって作り出された投影画像を感知するように位置決めされたセンサ４５の表面は第１の直線偏光器４１と同じ配向を有する第２の直線偏光器４３を通して同様にフィルタ処理される。光線４０で示されるように、その偏光ベクトルがシフトされたフォトンは検出から除外されるであろう。同時に、散乱されない光線は両方の偏光フィルタを通過し、その結果、非散乱光の一部４４がセンサ４５に衝突することにつながるであろう。位相シフトを取り除くために、位相板４６が第２の直線偏光器４３に隣接して配置される可能性がある。この方式で、偏光および位相のシフトに起因するノイズのバックグラウンドは大幅に削減されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態によって検討されるキャピラリ・チューブに詰め込まれた細胞の例となる具体例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態によって検討される光トモグラフィ復元用シリンダの例となる具体例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態によって検討される可変移動式光トモグラフィ（ＶＯＴ）のための別の選択肢のシステムの例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施形態によって検討される三次元（３Ｄ）画像復元を例示するフローの例を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態によって検討される三次元（３Ｄ）画像復元での偏光フィルタおよび／または位相板の使用を例示する例を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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