(57)【要約】【課題】光および画像化の第２形態を用いてマルチモーダル画像化を行うシステムおよび方法を提供する。【解決手段】光学画像化は、発光対象物からの低強度の光をキャプチャすることを伴う。カメラは、対象物の表面から放射された光の２次元空間分布を得る。カメラと通信するコンピュータによって操作されるソフトウェアは、１つ以上の画像からの２次元空間分布を３次元空間表現へ変換しえる。第２画像化モードは、光学画像化を補完する任意の画像化技術を含みえる。例としては、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）およびコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）が含まれる。対象物ハンドリングシステムは、画像化される対象物を光学画像化システムおよび第２画像化システム間で移動させ、それぞれのシステムをインタフェースするよう構成される。【選択図】図１Ｂ
2007530077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の内部についての画像化データの複数タイプを提供するシステムであって、
前記対象物内部に位置する光源から放射される光に関する光学データを提供する光学画像化システムであって、
内部キャビティを備える画像化チャンバ、および
前記対象物が前記内部キャビティ内にあるとき、前記対象物からの光データをキャプチャするよう構成されるカメラ
を含む光学画像化システム、
前記対象物の内部についての画像化データを提供するよう構成され、前記対象物が前記受け取り領域内にあるとき、前記内部が画像化されることを可能にする受け取り領域を有する第２画像化システム、および
前記対象物を前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記第２画像化システムの前記受け取り領域の間で搬送する対象物ハンドリングシステム
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記第２画像化システムは、
磁気共鳴画像化磁石を通る円筒キャビティであって、前記円筒キャビティは、前記対象物ハンドリングシステムに含まれるステージ上に位置する前記対象物を受け取る前記受け取り領域を備える、円筒キャビティ
を備える磁気共鳴画像化システムであるシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記光学画像化システムと論理的通信をし、前記第２画像化システムと論理的通信をし、かつ前記対象物ハンドリングシステムと論理的通信をする少なくとも１つの処理装置をさらに備え、前記プロセッサは、前記第２画像化システムによって提供される情報を、前記光学画像化システムによって提供される情報と結合するシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記磁気共鳴画像化システムによって提供される空間情報を、前記光学画像化システムによって提供される機能情報と結合するシステム。
【請求項５】
請求項２または４に記載のシステムであって、前記対象物ハンドリングシステムは、金属部品を持たない携帯ステージを備えるシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記第２画像化システムは、
前記対象物ハンドリングシステム中に含まれる携帯ステージ上に位置し、前記受け取り領域内に位置する前記対象物を通るＸ線を放射するよう構成されるＸ線発生器、および
前記Ｘ線を受け取るＸ線センサのアレイ
を備えるコンピュータトモグラフィ画像化システムであるシステム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、前記光学画像化システムと論理的通信をし、前記第２画像化システムと論理的通信をし、かつ前記対象物ハンドリングシステムと論理的通信をする処理装置をさらに備え、前記プロセッサは、前記コンピュータトモグラフィシステムによって提供される情報を、前記光学画像化システムによって提供される情報と結合するシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記コンピュータトモグラフィ画像化システムによって提供される３次元空間情報を、前記光学画像化システムによって提供される３次元機能情報と結合するシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記対象物ハンドリングシステムは、前記光学画像化システム中での光学画像化および前記第２画像化システム中での画像化のあいだ、前記対象物を支持する携帯ステージを備えるシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記対象物ハンドリングシステムは、前記対象物を前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記第２画像化システムの前記受け取り領域の間で、前記携帯ステージ上で前記対象物を実質的に移動させることなく、搬送するシステム。
【請求項１１】
請求項１、２または６に記載のシステムであって、前記第２画像化システムは、前記内部についての空間情報を作るよう構成されるシステム。
【請求項１２】
請求項１または９に記載のシステムであって、前記画像化チャンバは、前記内部キャビティが前記画像化チャンバの外の空間から実質的に遮光性であるよう構成されるシステム。
【請求項１３】
請求項１または９に記載のシステムであって、前記画像化チャンバの外部壁上の遮光シールでインタフェースするよう構成され、前記携帯ステージが前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内にあるとき、前記光画像化システムの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバの外の空間の間で実質的に遮光性のシールを提供する、前記対象物ハンドリングシステム中に含まれる遮光シールをさらに備えるシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記対象物ハンドリングシステムは、前記対象物を前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内で移動させるシステム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムであって、前記画像化チャンバの外壁は移動可能なインタフェースを備え、前記移動可能なインタフェースは、
前記携帯ステージをそれを通して受け取る穴、
前記外壁および前記移動可能なインタフェースの壁の間に設けられ、前記外壁および前記移動可能なインタフェースの前記壁の間での回転を許す第１円形ベアリング、
前記移動可能なインタフェースの前記壁および前記対象物ハンドリングシステムの間での回転を許す第２円形ベアリング
を有するシステム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムであって、画像化される前記対象物は、約１０3および約１０10個のフォトン／秒／平方センチメートル／ステラジアンの間で放射するシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、前記第２画像化システムは、
前記対象物内の放射性物質によって作られる放射線放射を検出する１つ以上のセンサ
を備える核医療画像化システムであるシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、前記核医療画像化システムは、ポジトロン放射トモグラフィシステムおよび単一光子放射コンピュータトモグラフィシステムのうちの一つであるシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のシステムであって、前記第２画像化システムはポジトロン放射トモグラフィシステムであって、前記ポジトロン放射トモグラフィシステムは、
それぞれが光増倍管に接続されたシンチレーションクリスタルのセットを含む円形ガンマ線検出器アレイ
を備えるシステム。
【請求項２０】
請求項１に記載のシステムであって、前記第２画像化システムは超音波画像化システムであって、前記超音波画像化システムは、
前記対象物を通って伝わる音波を発生するよう構成され、前記対象物で作られた反射波を検出するよう構成されるプローブ
を備えるシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムであって、前記超音波画像化システムは、
前記プローブからの音波放射を決定する電流を前記プローブに送るよう構成され、前記プローブから反射表面への距離を対象物中での音の速度を用いて計算するよう構成されるプロセッサ
さらに備えるシステム。
【請求項２２】
光学画像化システム中に含まれる画像化チャンバの内部キャビティ中の対象物を位置付ける対象物ハンドリングシステムであって、
前記マニピュレータによって前記ステージの位置付けのあいだ前記対象物を支持する携帯ステージ、および
前記画像化チャンバの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバを囲む周囲領域の間で前記携帯ステージを移動させるよう構成されるマニピュレータ、
前記画像化チャンバの外壁上の光シールでインタフェースするよう構成され、前記携帯ステージが前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内にあるとき、前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバの外の空間の間で実質的に遮光性のシールを提供するよう構成される遮光シール
を備える対象物ハンドリングシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記マニピュレータは、前記光学画像化システムの前記内部キャビティ内で前記携帯ステージを移動させるよう構成される対象物ハンドリングシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記対象物ハンドリングシステムは、前記対象物を前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内において２次元で移動させる対象物ハンドリングシステム。
【請求項２５】
請求項２２または２３に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記携帯ステージは、鉄を含む金属部品を含まない対象物ハンドリングシステム。
【請求項２６】
請求項２２、２３または２５に記載の対象物ハンドリングシステムであって、画像化される前記対象物は、約１０3および約１０10個のフォトン／秒／平方センチメートル／ステラジアンの間で放射する対象物ハンドリングシステム。
【請求項２７】
請求項２２に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記マニピュレータは、前記画像化チャンバを通る軸の周りの受動的回転を可能にするよう構成される対象物ハンドリングシステム。
【請求項２８】
請求項２２、２３、２５または２６に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記対象物を支持する前記携帯ステージの一部は、実質的に透明である対象物ハンドリングシステム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記一部は実質的に透明なワイヤアレイを備える対象物ハンドリングシステム。
【請求項３０】
請求項２２に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記対象物が前記携帯ステージ上に位置するとき、麻酔ガスを前記対象物に与える少なくとも１つのガス送出吐出口に麻酔ガスを送るよう構成されるガス送出システムを備える対象物ハンドリングシステム。
【請求項３１】
請求項２２に記載の対象物ハンドリングシステムであって、前記光学画像化システムによって検出可能な位置を有する光学参照、および前記第２画像化システムによって検出可能な位置を有する第２参照をさらに備える対象物ハンドリングシステム。
【請求項３２】
対象物内に位置する光源の表現を得る画像化システムであって、前記画像化システムは、
画像化チャンバであって、
ａ）内部キャビティ、
ｂ）前記対象物が前記内部キャビティ中にあるとき、前記対象物からの光学データをキャプチャするカメラを位置付けるよう構成されるカメラマウント、および
ｃ）前記画像化チャンバの外壁上の光シール
を含む画像化チャンバ、および
前記画像化チャンバの前記内部キャビティ中で前記対象物を位置付ける対象物ハンドリングシステムであって、前記対象物ハンドリングシステムは、
ａ）前記対象物を支持する携帯ステージ、および
ｂ）前記携帯ステージを前記画像化チャンバの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバを囲む前記周囲領域の間で移動させるよう構成されるマニピュレータ、および
ｃ）前記画像化チャンバの外壁上の光シールでインタフェースするよう構成され、前記携帯ステージが前記内部キャビティ内にあるとき、前記画像化システムの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバの外の空間の間で実質的に遮光性シールを提供する光シール
を備える、対象物ハンドリングシステム
を備える画像化システム。
【請求項３３】
請求項３２に記載の画像化システムであって、前記画像化チャンバは移動可能なインタフェースを備え、前記移動可能なインタフェースは、
前記携帯ステージをそれを通して受け取る穴、
前記外壁および前記移動可能なインタフェースの壁の間に設けられ、前記外壁および前記移動可能なインタフェースの前記壁の間での回転を許す第１円形ベアリング、
前記移動可能なインタフェースの前記壁および前記対象物ハンドリングシステムの間での回転を許す第２円形ベアリング
を有する画像化システム。
【請求項３４】
対象物の画像化データの複数のタイプを得る方法であって、
前記対象物が光学画像化システムの前記内部キャビティ内にあるとき、前記対象物内に位置する光源から放射される光学データをキャプチャすること、
前記対象物が第２画像化システムの受け取り領域にあるとき、前記対象物の内部の画像化データを得ること、および
前記対象物を前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記第２画像化システムの前記受け取り領域の間で搬送すること
を含む方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、前記搬送は、前記対象物を前記内部キャビティおよび前記受け取り領域の両方の中で前記対象物を支持する携帯ステージ上で、前記対象物を実質的に移動させることなく、行われる方法。
【請求項３６】
請求項３４に記載の方法であって、前記第２画像化システムは、磁気共鳴画像化システムである方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、
前記磁気共鳴画像化システムによって提供される空間情報を、前記光学画像化システムによって提供される機能情報と結合すること
をさらに含む方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法であって、
前記磁気共鳴画像化システムによって提供される３次元空間情報を、前記光学画像化システムによって提供される３次元機能情報と結合すること
をさらに含む方法。
【請求項３９】
請求項３４に記載の方法であって、前記第２画像化システムは、コンピュータトモグラフィ画像化システムであり、画像化データを得ることは、前記対象物から放射されるＸ線を検出するＸ線センサのアレイを用いて前記画像化データを受け取ることを含む方法。
【請求項４０】
請求項３７に記載の方法であって、
前記コンピュータトモグラフィシステムによって提供される空間情報を、前記光学画像化システムによって提供される機能情報と結合すること
をさらに備える方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法であって、前記コンピュータトモグラフィ画像化システムによって提供される３次元空間情報を、前記光学画像化システムによって提供される３次元機能情報と結合することをさらに含む方法。
【請求項４２】
請求項３４、３６または３９に記載の方法であって、前記携帯ステージが前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内にあるとき、前記画像化チャンバの外壁上の光シールでインタフェースするよう構成される、前記対象物ハンドリングシステムに含まれる光シールを用いることをさらに含む方法。
【請求項４３】
請求項３４、３６または３９に記載の方法であって、前記対象物を前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内で移動させることをさらに含む方法。
【請求項４４】
請求項３４、３６または３９に記載の方法であって、前記対象物が画像化されるとき、前記光学画像化チャンバの前記内部キャビティは、約１０3から約１０10個のフォトン／秒／平方センチメートル／ステラジアンを含む方法。
【請求項４５】
請求項３４、３６または３９に記載の方法であって、表面光学画像データを、前記対象物表面の内部の光学データに変換することによって、前記光源の３次元表現を得ることをさらに含む方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の方法であって、前記第２画像化システムから前記対象物に関する解剖学的情報を得ること、および前記解剖学的情報を用いて前記対象物内に位置する前記光源の前記３次元表現を得ることをさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の内部の複数の表現を得るシステムおよび方法に関し、これは研究および画像化応用例において特に有用である。特に、本発明は、光および他のタイプの画像化を用いたマルチモードの画像化に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、研究者および画像化実務家は、内部画像を作るための多くの非侵襲性画像化技術のうちの一つを用いる。これらの技術は、Ｘ線、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、ＣＡＴスキャンおよび超音波を採用する。他のシステムにおいては、物体の光学画像を作るために光学画像化が用いられる。例えば、生物発光画像化は、医療研究および薬剤発見および開発の分野における動物物体に対するインビボ診断研究を実行するための非侵襲性技術である。生物発光は、ルシフェラーゼのような発光レポーターで移入された細胞によって典型的には作られ、特定の組織タイプ（例えば腫瘍）を区別し、生理学的機能をモニタし、対象物に処方された治療化合物の分布または病気の進行を追跡するためのマーカーとして用いられえる。蛍光は、細胞または分子をインビボで追跡するのに用いられえる別の光学的画像化技術である。この技術は、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）のような遺伝子的に発現されたレポーターおよびＣｙ５のような近赤外（ＮＩＲ）染料を用いて最近示されてきている。簡単には蛍光は、物質が特定の波長の光を吸収し、より長い波長の光を放射する分子現象である。光の吸収は、「励起」として呼ばれ、より長い波長の放出は「放射」と呼ばれる。
【０００３】
それぞれの技術は、異なる画像化の応用例について有用たらしめる長所および短所を有する。ある技術は、内部についての空間または解剖学的情報を提供するのに適し、一方、他の技術は画像化されている物体内部の対象活動についての機能的な情報を提供するのに適する。
【０００４】
今や研究者は、複数のシステムの出力および長所を結合することが望ましいと考えている。しかし、これらの従来の画像化システムのそれぞれのコストは、そのような組み合わせの障壁となっており、単一の場所における複数の技術を想定するときは、より不可能なくらいになっている。例えば、ＭＲＩおよびコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システムは、数百万ドルもかかりえる。加えて、ほとんどの従来の画像化システムは、複数の画像化システム環境における実現を不可能にする実際的な複雑さを有する。ＭＲＩシステムは、動作中は高電力磁石の付近には鉄を含む金属がないことを要求する。ポジトロン放出断層撮像（ＰＥＴ）センターは、当該技術で用いられる短寿命放射性同位元素を作る粒子加速装置に近くあるよう地理的に制限される。また、システム間での物体の搬送のために妥協することなくそれぞれのシステムによって提供される空間的正確さを維持するのが困難なように、画像化される物体を異なる画像化システム間で搬送することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述を鑑み、画像化の複数のモードを実行する新しいシステムが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光および画像化の第２形態を用いてマルチモーダル画像化を行うシステムおよび方法を提供する。光学画像化は、発光対象物からの低強度の光をキャプチャすることを伴う。低強度の光は、対象物内のさまざまな光源のうちの任意のものから放射されえる。例えば、光源は、マウスのような生きた試料内のルシフェラーゼ発現細胞に対応しえる。カメラは、対象物の表面から放射された光の２次元空間分布を得る。カメラと通信するコンピュータによって操作されるソフトウェアは、１つ以上の画像からの２次元（２−Ｄ）空間分布を３次元（３−Ｄ）空間表現へ変換しえる。
【０００７】
第２画像化モードは、光学画像化を補完する任意の画像化技術を含みえる。例としては、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）、ＣＡＴスキャン、Ｘ線、超音波、ポジトロン放射断層撮像（ＰＥＴ）、単一光子放射コンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）、心臓血管系画像化、および骨スキャニングのような核医学画像化が含まれる。第２画像化モードは、対象物の、またはその内部の２−Ｄ（絵的）または３−Ｄ幾何学記述に寄与する空間情報を作りえる。
【０００８】
コンピュータによって光学画像化システムおよび第２画像化システムと通信するよう操作されるソフトウェアは、それぞれの画像化システムによって提供される出力を分析および結合するよう動作しえる。例えば、光学画像化システムは、対象物内の関心のある活動に関する機能的情報を作るのに特に有用である。この機能情報は、第２画像化システムによって提供される対象物の内部に関する空間情報と結合されえる。
【０００９】
対象物ハンドリングシステムは、画像化される対象物を光学画像化システムおよび第２画像化システム間で移動させる。第２画像化システムは、対象物ハンドリングシステムから対象物を受け取る受け取り領域を備える。受け取り領域は、対象物が画像化される領域に対応しえ、またはそれを備える。例えば、ＭＲＩシステムは、磁気共鳴画像化磁石を通る円筒キャビティをふつう備える。この円筒キャビティは受け取り領域を含み、ハンドリングシステムは、対象物を円筒キャビティに移動させ、対象物をＭＲＩ画像化のために位置決めする。遮光性の要件および低強度の光の画像化システム中で用いられる画像化チャンバを受け入れるために、対象物ハンドリングシステム、光学画像化チャンバ、またはそれら両方は、画像化チャンバ中で採用される低い光レベルを維持するよう構成された光学封止のような特別の構成を含みえる。
【００１０】
ある局面において、本発明は、対象物の内部についての画像化データの複数のモードを提供するシステムに関する。このシステムは、前記対象物内部に位置する光源から放射される光に関する光学データを提供する光学画像化システムを含む。この光学画像化システムは、ａ）内部キャビティを備える画像化チャンバ、およびｂ）前記対象物が前記内部キャビティ内にあるとき、前記対象物からの光データをキャプチャするよう構成されるカメラを含む。このシステムは、また前記対象物の内部についての画像化データを提供するよう構成され、前記対象物が前記受け取り領域内にあるとき、前記内部が画像化されることを可能にする受け取り領域を有する第２画像化システムを含む。このシステムはさらに前記対象物を前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記第２画像化システムの前記受け取り領域の間で搬送する対象物ハンドリングシステムを備える。このシステムは、前記光学画像化システムと論理的通信をし、前記第２画像化システムと論理的通信をし、かつ前記対象物ハンドリングシステムと論理的通信をする少なくとも１つの処理装置をさらに含む。
【００１１】
他の局面において、本発明は、光学画像化システム中に含まれる画像化チャンバの内部キャビティ中の対象物を位置付ける対象物ハンドリングシステムに関する。このシステムは、前記マニピュレータによって前記ステージの位置付けのあいだ前記対象物を支持する携帯ステージを備える。このシステムはまた、前記画像化チャンバの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバを囲む周囲領域の間で前記携帯ステージを移動させるよう構成されるマニピュレータを備える。このシステムは、前記画像化チャンバの外壁上の光シールでインタフェースするよう構成され、前記携帯ステージが前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内にあるとき、前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバの外の空間の間で実質的に遮光性のシールを提供するよう構成される遮光シールをさらに備える。
【００１２】
さらに他の局面において、本発明は、対象物内に位置する光源の表現を得る画像化システムに関する。前記画像化システムは、画像化チャンバであって、ａ）内部キャビティ、ｂ）前記対象物が前記内部キャビティ中にあるとき、前記対象物からの光学データをキャプチャするカメラを位置付けるよう構成されるカメラマウント、およびｃ）前記画像化チャンバの外壁上の光シールを含む画像化チャンバを備える。この画像化システムは、また、前記画像化チャンバの前記内部キャビティ中で前記対象物を位置付ける対象物ハンドリングシステムであって、ａ）前記対象物を支持する携帯ステージ、およびｂ）前記携帯ステージを前記画像化チャンバの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバを囲む前記周囲領域の間で移動させるよう構成されるマニピュレータ、およびｃ）前記画像化チャンバの外壁上の光シールでインタフェースするよう構成され、前記携帯ステージが前記内部キャビティ内にあるとき、前記画像化システムの前記内部キャビティおよび前記画像化チャンバの外の空間の間で実質的に遮光性シールを提供する光シールを備える、対象物ハンドリングシステムを備える。
【００１３】
他の局面において、本発明は、対象物の画像化データの複数のモードを得る方法に関する。この方法は、前記対象物が光学画像化システムの前記内部キャビティ内にあるとき、前記対象物内に位置する光源から放射される光学データをキャプチャすることを含む。この方法はまた、前記対象物が第２画像化システムの受け取り領域にあるとき、前記対象物の内部の画像化データを得ることを含む。この方法は、前記対象物を前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記第２画像化システムの前記受け取り領域の間で搬送することをさらに備える。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の特徴は、本発明の詳細な説明において、以下の図と併せて、より詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、添付図面の図において限定としてではなく例示として示され、これらの図中で同様の参照番号は同様の要素を参照する。
【００１６】
本発明の以下の詳細な説明において、多くの具体的な実施形態が述べられるが、これは本発明の完全な理解のためである。しかし当業者には明らかなように、本発明はこれらの特定の詳細なしで、または代替要素またはプロセスを用いることによって実施されえる。あるいは、本発明の局面を不必要にぼかさないために、よく知られたプロセス、要素、および設計は詳細に説明されない。
【００１７】
１．概観
【００１８】
図１Ａは、本発明のある実施形態による物体の内部のための画像化データの複数モードを提供する簡略化されたシステム１を示す。システム１は、光学画像化システム１０、第２画像化システム８、物体ハンドリングシステム６、および少なくとも１つのプロセッサ２を備える。物体ハンドリングシステム６は、画像化される物体（または試料）を光学画像化システムの内部キャビティおよび第２画像化システムの受け入れ領域の間で搬送する。本発明は、主に２つの画像化システムからのデータを結合することについて説明されるが、システム１は、２つより多いシステムを含みえ、例示的実施形態は、結合されるシステムの個数を限定するよう意図されない。
【００１９】
光学画像化を使用するシステム１０は、低い強度（しばしば約１０3から約１０10個のフォトン／秒／平方センチメートル／ステラジアンのオーダー）の光を発光物体から捕捉することを伴う。低強度光は、物体内のさまざまな光源の任意のものから放射されえる。例えば、光源は、マウスのような生体試料内のルシフェラーゼ発現細胞に対応しえる。光源は、生体試料の特定の部分中のトレースされた分子のような試料の一部を示し、対象となる活動が行われえる。
【００２０】
光学画像化システム１０は、物体の表面から放射された光の２次元（２−Ｄ）空間分布を得るためにカメラを採用する。物体内部の光源（表面放射よりも）の詳細を提供するために、プロセッサ２は、試料内部に位置する光源の３次元（３−Ｄ）表現を構築するよう記憶された命令について操作する。これは、表面光学放射データを、試料表面内部の光データに変換することを伴う。内部３−Ｄ光源表現のためのパラメータは、ソース放射強度、３−Ｄ位置および幾何学的配置に関する詳細を含みえる。
【００２１】
第２画像化システム８は、さまざまな画像化モードの任意のものを採用する。例示的な画像化システムは、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システム、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システム、ＣＡＴスキャンシステム、Ｘ線システム、超音波システム、ポジトロン放射断層撮像（ＰＥＴ）システム、心臓血管系画像化システム、および骨スキャニングシステムのような核医学画像化システムを含む。
【００２２】
光学画像化システム１０および第２画像化システム８は、空間的および／または機能的情報を作りえる。空間情報とは、物体またはその内部の２−Ｄ（画像）または３−Ｄの幾何学的記述に寄与する情報をいう。空間表現は、試料の２−Ｄまたは３−Ｄ画像レファレンスをユーザに提供する。３−Ｄ幾何学的記述は、複数の２−Ｄ画像群からのデータを処理することによって作られた再構築物を典型的には備える。機能的情報とは、物体内の対象となる要素または活動に寄与する情報をいう。ある画像化実施形態において、光学画像化システム１０は、マウスの内部の生物発光光源の２−Ｄまたは３−Ｄ表現を作る。生物発光光源は、マウスの内部の特定のガンの進行追跡のような、マウスの内部で追跡または試験されているさまざまな種類の生理学的組織に対応しえる。ある画像化実施形態は、試料の空間表現上にスーパーインポーズされた、試料の内部からの光放射の１つ以上の表現の分析を含む。発光表現は、対象となるアクティビティが行われている試料の部分を示す。ある画像化システム８または１０は、空間および機能情報の両方を作る。例えば光画像化システム１０は、構造および機能情報の両方を生成するのに適する。核医学は、放射性物質を用いて体内を画像化し、疾病を治療し、診断および治療を確立するのに対象物の生理学的（機能的）および解剖学的（空間的）の両方に有用な情報を提供しえる。
【００２３】
少なくともプロセッサ２は、光学画像化システム１０と論理的に通信し、第２画像化システム８と論理的に通信し、物体ハンドリングシステム６と論理的に通信する。通信は、システム要素、位置および動き制御の制御、画像キャプチャの制御などのような目的のために、データをそれぞれのシステム６、８および１０に送ることを含む。通信は、画像データ獲得、要素制御フィードバック、較正などのような目的のために、データをシステム６、８および１０の要素から受け取ることも含む。プロセッサ２は、記憶されたソフトウェアと協働し、光学画像化システム１０からのカメラ出力のような、それぞれの画像化システムによって提供される画像化センサデータをシステムユーザに有用な形に変換する。
【００２４】
プロセッサ２は、光学画像化システム１０および第２画像化システム８によって作られたデータを結合しえる。プロセッサ２によって実現される命令の一つの応用例は、１つ以上の表面光放射による画像を用いて、生きた動物の対象物内の生物発光または蛍光光源を再構築することである。これは、例えば、腫瘍学、感染症研究、遺伝子発現研究、および毒物学において有用である。本発明による光学画像化は、動物の対象物のような（例えばマウスまたはラット）複雑な表面を有する物体と共に用いるのに適する。ここでこの語が用いられるように、複雑な表面とは、単一の多角形記述を用いるだけでは記述されえない任意の表面である。ここで採用される光学再構成技術は、物体内の光源の個数またはソースのサイズおよび形状のようなソース分布に制限を加えず、かつ表面の幾何学的配置、サイズ、または形状に制限を加えない。以下に説明されるように、プロセッサ２は、システム８からの空間データを、システム１０からの光学画像化データと結合しえる。
【００２５】
２．光学画像化システム
【００２６】
図２Ａは、本発明のある実施形態による、試料内部に位置する光源の２−Ｄまたは３−Ｄ表現を作るよう構成された画像化システム１０を示す。画像化システム１０は、写真的、発光的、および構造的光学画像のキャプチャを含むさまざまな画像化作業のために用いられえる。コンピュータ２８およびそれに含まれる画像化システム１０と協働するプロセッサ２は、２−Ｄまたは３−Ｄ光源表現を獲得、処理および操作することのような処理および画像化タスクを実行しえる。
【００２７】
図２Ｂは、カメラ２０によって画像化されている哺乳類対象物３０２および光学画像化システム１０を示す。哺乳類組織および多くの他の混濁した媒体（turbid media）は、物体内の光源３０５から物体表面３０９へと移動する光について光子散乱３０７を起こし、その結果、表面３０９上で画像を拡散する。カメラ２０は、表面１０９において物体３０２から放射される光の表現をキャプチャする。光子拡散モデルおよび画像化データを用いて、記憶された命令で動作するコンピュータ２８内のプロセッサ２は、１つ以上の表面３０９の画像から光源３０５の位置、サイズ、および明るさについての３−Ｄ表現を作りえる。
【００２８】
表面光放射データとは、物体内部から漏れた光に関する情報をいう。この光は、まさに表面から直ぐ下の物体空間から典型的には漏れ出る。光源は、ルシフェラーゼ発現細胞、蛍光分子からの蛍光などの発光を含みえる。物体３０２は、一般に、ルシフェラーゼ発現細胞または蛍光レポーターを含むマウスおよびラットを含むさまざまな哺乳類の対象物をいう。ある応用例において、試料３０２は、光発生細胞を含む生物学的試料である。したがって結果として生じる発光像は、試料そのもの以外の光源を用いることなく捕捉されえる。試料３０２からの発光は、発光画像を作るために位置の関数として記録される。そのような複合写真／発光画像を生成するあるアプローチは、1997年7月22日付けでContagらに発行された米国特許第5,650,135号に記載される。共通して所有される米国特許第5,650,135号は、ディジタルオーバレイ画像のための分析アプリケーションのさらなる例を含む。
【００２９】
図２Ａを参照して、システム１０は、感光性カメラ２０を用いて低強度光源を画像化および処理する。光源からの光とは、波長範囲４００〜９５０ｎｍにおけるスペクトルの可視から近赤外（ＮＩＲ）部分中の任意のフォトンおよび電磁エネルギーをいう。システム１０において画像化および処理されたある強度は、直ぐには肉眼では検出されないことが理解されよう。例えば、試料から放射された低強度光は、約１０3から約１０10個のフォトン／秒／平方センチメートル／ステラジアンの間の表面輻射を有しえる。この範囲の下端は、典型的には肉眼で検出できるレベルよりはずっと下である。
【００３０】
示される実施形態において、画像化システム１０は、低強度光、例えばルシフェラーゼに基づく発光がその中で検出される、発光試料を受け取るよう構成された画像化チャンバ１２を含む。増感または電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラのような高感度カメラ２０は、画像化チャンバ１２と結合する。カメラ２０は、画像化チャンバ１２内の試料３０２の発光的、写真的（すなわち反射に基づく画像）および構造的な光学画像をキャプチャできる。冷凍装置２２は、導管２４を介してカメラ２０を冷却するための低温液体を循環する。
【００３１】
画像化処理ユニット２６は、オプションとして、カメラ２０およびコンピュータ２８をケーブル３０および３２をそれぞれ通してインタフェースする。コンピュータ２８は、任意の適切なタイプでありえるが、プロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）のようなメモリ要素、およびディスクドライブ要素（例えばハードドライブ、ＣＤ、フレキシブルディスクドライブなど）を含むハードウェアを含むメインユニット３６を典型的には備える。コンピュータ２８は、ディスプレイ３８およびキーボード４０およびマウス４２のような入力デバイスも含む。コンピュータ２８は、ケーブル３４を介して画像化チャンバ１２内のさまざまな要素と通信する。他の実施形態において、コンピュータ２８は、単一のユニットに画像化装置と一体化される。
【００３２】
システム１０中の要素のための制御および通信を提供するために、コンピュータ２８は、システム１０内の画像化要素を制御およびモニタするハードウェアおよびソフトウェアと共に実現される。コンピュータ２８によって制御される要素は、カメラ２０、カメラ２０のフォーカス、カメラレンズ、ｆ絞りを担うモータ、チャンバ１２内に含まれる可動ステージに結合された１つ以上のモータ（不図示）などを含みえる。コンピュータ２８は、画像化情報をユーザに示し、画像化システム１０を制御するインタフェースとして働くためにディスプレイ３８とも通信する。
【００３３】
コンピュータ２８は、ここで説明される画像処理およびデータ操作のための適切な処理ハードウェアおよびソフトウェアを含む。例えば、コンピュータ２８は、試料の表面からの光放射計測を用いた光源の３−Ｄ表現を構築するソフトウェアと共に構成されえる。加えて、コンピュータ２８は、チャンバ１２の内部キャビティ中のステージの１つ以上の位置から撮られた２−Ｄ構造化光画像を用いて３−Ｄ表面トポグラフィを作るよう構成されえる。
【００３４】
ある実施形態において、３−Ｄ光再構築技術は、生物発光表面輻射および全体の試料表面にわたる表面トポグラフィ計測を要求する。この場合、画像化システム１０は、複数の視線および視点からの対象物表面の画像キャプチャのための命令およびメカニズムを含む。これら複数の位置からのデータは、それから対象物の３−Ｄ表現を構築するのに用いられる。システム１０は、以下のスキームに従って３−Ｄで画像化しえる。すなわち、１）カメラ２０が固定されたままである（カメラを冷却するためのさまざまなケーブルおよび供給ラインが煩わしく画像化のあいだに動けない）、２）画像化のあいだ試料が水平である、３）画像化システムが複数の視線および視点からの対象物の画像を得る、および４）ソフトウェア中に記憶された再構築命令に従ってコンピュータ２８が複数の画像群を用いて対象物の３−Ｄ表面トポグラフィを構築する。
【００３５】
対象物または動物の対象は、画像キャプチャのために典型的には画像化チャンバ１２にローディングされる。画像化チャンバ１２は、対象物を内部キャビティ４４にローディングするための複数の選択肢を提供する。図２Ｃは、本発明のある実施形態による画像化チャンバ１２の上部透視図を示す。ドア１８は、ユーザが手動でドアを開閉し、対象物を内部キャビティ４４内に置くことを可能にする。
【００３６】
図２Ｄは、本発明のある実施形態によってチャンバ１２の内部キャビティ４４におけるステージ６０９の自動化された位置付けを許す要素を示す。筐体壁１０３ａは、カメラ２０を受け入れる側壁の反対にある。壁１０３ａ上の可動インタフェース９０は、自動化された対象物ハンドリングシステム６がステージ６０９をチャンバ１２内に穴９１を通して挿入し、ステージをチャンバ１２内で移動することを可能にする。可動インタフェース９０は、壁１０３ａ、壁９２、円形ベアリング９３、円形ベアリング９４、および内部カラー９５を備える。内部カラー９５は、携帯ステージ６０９が受け入れられる穴９１の形状およびサイズを規定する。使用されないとき、キャップ（不図示）が穴９１をカバーし、内部キャビティ４４に入る光を遮りえる。円形ベアリング９３は、画像化チャンバ壁１０３ａおよび壁９２の間に配置され、外部固定壁１０３および可動壁９２間での回転を許す。円形ベアリング９３は、壁９２および内部カラー９５間での回転を許す。累積して、ベアリング９３および９４は、穴９１が中心基準線１０２の周りに円形軌道をトレースするのを可能にする。基準線１０２は、ステージ６０９の動きに対する固定点および試料の画像化についての共通点を表す。ベアリング９３および９４は、それが基準線１０２の周りに回るとき、外部壁１０３に対して内部カラー９５およびステージ６０９が一定の角度を維持することも可能にする。ある実現例において、ステージ６０９は、基準線１０２の周りを回りながら水平を維持する。ベアリング９３および９４は、内部カラー９５とインタフェースするロボットマニピュレータ５０２の基準に対してステージ６０９が一定の角度を維持することも可能にする。
【００３７】
ある実施形態において、対象物ハンドリングシステム６は、内部キャビティ４４中で可動ステージ６０９を移動させるように構成される。図１Ｂに示されるように、対象物ハンドリングシステム６は、トラック５０４およびステージ６０９を移動させるマニピュレータ５０２を備える。トラック５０４は、ステージ６０９を画像化システム１０の近傍へ搬送し、部屋の間でのように長い距離にわたって対象物ハンドリングシステム６の大きな動きを可能にする。これは、画像化システム８が、付近またはＭＲＩシステムを収める部屋内で鉄系の金属が最小であることを好むＭＲＩシステムであるときに用いられる。マニピュレータ５０２は、ステージ６０９をそれぞれのシステム８および１０において位置付け、アラインさせる。よってマニピュレータ５０２は、ステージ６０９を穴９１に挿入し、ステージ６０９を、ＭＲＩ画像化システム８のための円筒の受け入れ領域に対して位置付けもする。より具体的には、マニピュレータ５０２は、ステージ６０９および穴９１の間で適切な垂直および水平位置付けを確立し、ステージ６０９をチャンバ１２内へ光画像化システム１０のための穴９１を介して挿入する。
【００３８】
いったんチャンバ１２の内部に入ると、本発明は、キャビティ４４内でステージ６０９を位置付け、移動させる複数のやり方が考えられる。ある実施形態において、ベアリング９３および９４は受動であり、対象物ハンドリングシステム６が、例えばマニピュレータ５０２を介し、ステージ６０９を内部キャビティ４４内で基準線１０２に対して移動させる。この場合、図２Ｂのコンピュータ２８内のプロセッサは、ステージ６０９についての所望の位置のユーザ入力を、マニピュレータ５０２に含まれるモータのためのモータ位置に変換する位置制御ソフトウェアを採用する。図２Ｄに示される他の実施形態において、モータ９５ａおよびセンサ９６ａは、外部壁１０３に対して壁９２の回転を制御するためにベアリング９３に結合され、一方、モータ９５ｂおよびセンサ９６ｂは、壁９２に対して内部カラー９５の回転を制御するためにベアリング９４に結合される。この場合、マニピュレータ５０２は受動のままであるが、モータ９５は、固定基準線１０２の周りのステージの軌道位置を制御する。
【００３９】
可動ステージ６０９は、対象物の光源、またはその一部が、対象物３０２の位置を再位置付けすることなく、カメラ２０によって画像化チャンバ１２内で異なる視線、角度、および位置からキャプチャされることを可能にする。複数の視線から試料を画像化することは、３−Ｄ内部光源表現を構築するのを助けるさらなる情報を提供する。追加情報は、コンピュータ２８上のソフトウェアに記憶された３−Ｄ再構築モデルを制限することによって、対象物のより正確な３−Ｄ表現を提供するのに用いられえる。
【００４０】
マニピュレータ５０２は、ステージ６０９をキャビティ４４内に位置付ける。さまざまな商業的に入手可能なロボットマニピュレータ５０２は、ステージ６０９を位置付けるのに適切なエンドエフェクター位置付けスキーム（end-effector positioning schemes）を提供する。一つのよくあるスキームは、マニピュレータ内の上流のジョイントがステージ６０９の冗長な位置付けを達成できるようにする円形のロール、ピッチおよびヨージョイントを採用する。マニピュレータ５０２の１つ以上の上流のジョイントは、チャンバ１２の中および外でステージ６０９を移動するよう構成されえる。チャンバ１２およびマニピュレータ５０２間のシールは、ステージ６０９がチャンバ１２内にあるとき外の部屋からの光がチャンバ１２内部へ入るのを効果的に封止する（図６Ｃ）。
【００４１】
マニピュレータ５０２は、実質的に互いに垂直に方向付けられ、マニピュレータ５０２の上流アーム５０６に取り付けられた直線アクチュエータを代替として備えうる。それぞれの直線アクチュエータは、ステージ６０９を直交方向において直線的に位置付ける。例えば、第１直線アクチュエータは、ステージ６０９のための垂直位置付けを提供し、第２直線アクチュエータは、ステージのための水平位置付けを提供する。第１直線アクチュエータ２０６は、マニピュレータ５０２で上流のアームまたは基台に取り付けられた比較的静止した部分および垂直な直線平行移動ができる部分を有する。第２直線アクチュエータ２０８は、第１直線アクチュエータに取り付けられた比較的静止した部分および水平な直線平行移動ができる部分を有しえる。地面に平行にステージ６０９を平行移動させ、ステージを穴９１を通してチャンバ１２へ、かつチャンバ１２から移動させるために、第３直線アクチュエータも用いられえる。マニピュレータ５０２において用いられるのに適切なそのような直線アクチュエータのある例は、ニューヨーク州、Port WashingtonのThomson Industriesによって作られるLC-33である。
【００４２】
システム１は、内部キャビティ４４中のステージ６０９のために閉ループ位置制御を含む。より具体的には、ユーザは、コンピュータ２８を介して、固定された基準線１０２の周りの実質的に円形のパスに沿ったステージ６０９についての１つ以上の位置を入力する。代替として、ユーザは、固定された基準線１０２に対するステージ６０９についての視角を提供しえる。コンピュータ２８に含まれるソフトウェアは、それから視角を、ステージ６０９をその現在の位置から所望の位置へ移動させる制御信号に変換する。マニピュレータ５０２のためのアクチュエータのそれぞれに含まれるモータは、コンピュータ２８によって提供された制御信号を受け取り、それに従ってステージ６０９を位置付ける。マニピュレータ５０２およびマニピュレータ５０２中のそれぞれのジョイントは、ステージ６０９の位置フィードバックおよび制御を促進するためにプロセッサコンピュータ２８と通信する位置センサを含みえる。
【００４３】
本発明と共に用いるのに適する光学画像化システム１０は、カリフォルニア州、AlamedaのXenogen Corporationから入手可能である。本発明と共に用いるのに適するいくつかの光学画像化システムは、2001年7月13日に出願された発明者としてD. Nilsonらを挙げる「Multi-View Imaging Apparatus」と題された共通に所有された係属中の米国特許出願第09/905,668号に記載される。本発明と共に用いるのに適する３−Ｄ画像化システムは、本発明と共に用いるのに適するいくつかの光学画像化システムは、2003年6月25日に出願された発明者としてD. Stearns らを挙げる「Method and Apparatus for 3-D Imaging of Internal Light Source」と題された共通に所有された係属中の米国特許出願第09/905,668号にさらに記載される。
【００４４】
３．第２画像化システム
【００４５】
ある実施形態において、第２画像化システムは、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムである。図３は、本発明のある実施形態による磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システム３００を示す。ＭＲＩシステム３００は、ＭＲＩ装置３０１およびＭＲＩシステム３００の電子要素とディジタル通信する少なくとも１つのプロセッサ（図２Ａからのコンピュータ２８に含まれるプロセッサのような）を典型的には備える。ＭＲＩ装置３０１は、サイズ、形状、および構成において変わりえ、あるモデルは円筒側面において開口を含む。示されるように、ＭＲＩ装置３０１は、磁石３０４を通る水平円筒キャビティ３０３を含む。この場合、キャビティ３０３は、ＭＲＩ装置３０１の前面３０７から背面３０９へ磁石３０４を通って走る。円筒キャビティ３０３は、磁石３０４のボアともよく呼ばれる。画像化される対象物３０８は、円筒キャビティ３０３内へ移動されるステージ３１０上に置かれる。対象物ハンドリングシステム６がステージ３１０および対象物３０８を円筒キャビティ３０３内で位置付けする。実行される試験の種類によって、哺乳類試料３０８が頭が先に入るか、足が先に入るかと共に、磁石３０４の中にどのくらい深くそれらが配置されるかが決定される。いったんスキャンされるべき試料部分が磁石３０４の磁界の中心または等角点に位置するとＭＲＩスキャニングが開始されえる。
【００４６】
ＭＲＩ装置３０１は、約０．５テスラから約６０．０テスラまで、つまり約５，０００から約６００，０００ガウスまでの磁石を採用しえる。磁石３０４によって作られる高周波パルスエネルギーを用いて、ＭＲＩ装置３０１は、試料の体内を点から点へと通して対象物および内部の部分をスキャンし、現在スキャンされている組織タイプの２−Ｄまたは３−Ｄマップを構築する。装置３０１と電気的に通信するプロセッサ２は、磁気的出力を受け取り、記憶されたソフトウェア命令に基づいてスキャンされた情報を統合し、２−Ｄまたは３−Ｄモデルを作るよう動作する。
【００４７】
ＭＲＩシステム３００は、他の画像化手法と比較して高いレベルの空間情報を提供する。ＭＲＩシステム３００によって作られた３−Ｄモデルは、３−Ｄ光学再構築を補助するよう、例えば表面光学放射データを対象物３０８の内部の光学表現に変換するのに有用な表面表現を作るよう用いられえる。プロセッサは、ＭＲＩシステム３００によって提供される２−Ｄまたは３−Ｄ空間情報を、光学画像化システム１０によって提供される３−Ｄ機能情報と結合することもできる。上述の生物発光技術を用いて対象となる生物学的実体を追跡する能力と結合され、ＭＲＩシステム３００および光学画像化システム１０は、以前には達成不可能だった忠実性および特徴で試料３０８の特定の内部部分を通して、研究者が生物学実体の進行をマッピングすることを可能にする。ある応用例において、ＭＲＩシステム３００からの空間情報は、対象物３０８の特定の解剖学的構造に対して３−Ｄ光データを位置付けるのに用いられる。例えば、哺乳類試料３０８内の腫瘍の物理的サイズは、ＭＲＩシステム３００から得られ、光学画像化システム１０によって提供される腫瘍からの３−Ｄ光放射をより正確に再構築するために用いられえる。
【００４８】
ＭＲＩシステム３００で用いられる磁界強度に依存して、ＭＲＩシステム使用に関連した鉄系金属の制限が存在しえる。この場合、ステージ３１０は、鉄を含む金属部品を欠くかもしれない。加えて、磁石３０４（オン／オフ制御を含む抵抗に基づく磁石のような）は、試料の搬送のあいだはシャットオフされえる。本発明と共に用いるのに適するあるＭＲＩシステムは、マサチューセッツ州、BillericaのBruker BioSpinから入手可能なBruker BioSpecである。
【００４９】
他の実施形態において、第２画像化システム８は、コンピュータトモグラフィ画像（ＣＴ）システムである。ＭＲＩ装置３００と同様に、ＣＴシステムは、高いレベルの空間情報を提供し、これは光学画像化システム１０によって集められた機能情報と結合されえる。
【００５０】
図４は、本発明のある実施形態によるコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システム６００のブロック図である。ＣＴシステム６００は、Ｘ線ＣＣＤカメラ６０２、対象物ハンドリングシステム６０４、マイクロフォーカスＸ線管のアレイ６０６、およびプロセッサ６０８を備える。対象物ハンドリングシステム６０４は、ＣＣＤカメラ６０２から放射されたＸ線が対象物６１０を通るように、受け取り領域において携帯ステージ６０９上に置かれる対象物６１０を位置付ける。Ｘ線は、それからマイクロフォーカスＸ線管アレイ６０６によって受け取られる。プロセッサ６０８は、これら装置のそれぞれとディジタル的に通信し、記憶されたソフトウェアからの命令を走らせてＣＣＤカメラ６０２からのＸ線放射を制御し、試料６１０を位置付け、かつマイクロフォーカスＸ線管アレイ６０６によって集められたデータを処理する。
【００５１】
ＣＴシステム６００は、固体対象物の一連のＸ線ベースの断面画像を生む。Ｘ線強度プロファイル計測は、Ｘ線でスキャンされた材料または部分を通る２次元スライス、または平面を表す画像を作る再構築アルゴリズムを用いて典型的には処理される。スライスのそれぞれの点は、物質の密度に対応する。プロセッサ６０８は、高解像度画像を再構築し、マイクロフォーカスコンピュータトモグラフィおよび産業用マイクロＣＴスキャナを用いて１〜１０μｍのオーダーの詳細が検出されえ、マイクロメートルレンジの体積要素解像度を生む。ＣＴスキャンニングは、生きた、または生きていない試料の内部の解剖学的特徴および部分を明らかにするのに特に有用である。
【００５２】
ＣＴシステム６００は、３−Ｄ空間および／またはトポロジーデータの獲得を許容もする。連続的な断面画像は、試料６１０の部分の３−Ｄ画像を形成するために積層されえる。試料６１０の全体をスキャンすることは、全体の空間画像が構築されることを可能にする。３−Ｄ画像データから、部分境界を見つけ、コンピュータモデルおよび試料６１０の全体または興味のある特定の部分の表現を作るためにソフトウェア中の命令が採用されえる。本発明と共に用いるのに適するあるＣＴシステムは、{ HYPERLINK "http://ut-battelle.org" ,UT-Battelle, LLC}による{ HYPERLINK "http://energy.gov" ,U.S. Department of Energy}のために管理されるOak Ridge National Labにおける研究者によって開発されたMicroCATである。
【００５３】
ＭＲＩシステム３００と同様に、ＣＴシステム６００は、光学画像化システム１０によって作られた機能情報を補完する高解像度空間情報を提供する。ＣＴシステム６００によって作られた３−Ｄモデルは、表面光学放射データをその対象物の外部または内部の詳細な光学表現に変換するのに有用な表面または内部表現を作るために３−Ｄ光学再構築を補助するのに用いられえる。プロセッサは、ＣＴシステム６００によって提供される２−Ｄまたは３−Ｄ空間情報を、光学画像化システム１０によって提供される２−Ｄまたは３−Ｄ機能情報と結合しえる。試料６１０の内部についてＣＴシステム６００が高解像度空間情報を作れるというこの能力は、生きた動物の対象物内における、高度に詳細な生物発光または蛍光光源、またはソース分布を再構築するのに有用である。例えば、マウス６１０の内部の３次元光学データは、内部臓器の生物学的活動の詳細な絵を作るために、ＣＴシステム６００によって生成された３−Ｄ構造情報とマッチングされえる。空間および機能情報のこの結合は、腫瘍学、感染症研究、遺伝子発現研究、および毒物学において、スナップショット画像化および進行追跡の両方について有用である。
【００５４】
核医療画像化システム８は、哺乳類の体のような対象物の内部を見るために、研究者および画像化実務家に他の画像化モードを与える。核画像化システムは、既知の特性を有する放射性粒子を放射する放射性物質、およびその放射性物質およびその放射を検出する１つ以上のセンサを採用する。従来の核医療画像化システムは、ポジトロン放射断層撮像（ＰＥＴ）システム、単一光子放射コンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）システム、心臓血管系画像化システム、および骨スキャニングシステムを含む。これらシステムは、放射性元素のさまざまな特性を用いて画像を作る。核医療画像化は、腫瘍、動脈瘤、さまざまな組織への不規則または不適切な血流、血液細胞障害、および甲状腺および肺機能欠陥のような臓器の不適切な機能を検出するのに有用である。これら医療画像化システムのいずれも、光学画像化システム１０によって作られた空間および／または機能情報を補完する代替の画像化システム８を提供する。例えば、光学画像化および核医療画像化の両方が腫瘍学の応用例において腫瘍を検出しえる。
【００５５】
図５は、本発明のある実施形態によるＰＥＴシステムによる画像化を示す。ＰＥＴシステムは、対象物内の放射性物質から放射された放射線を検出することによって対象物、またはその一部の画像を作る。これら物質は、対象物に注射され、短い崩壊時間を有する炭素１１、フッ素１８、酸素１５、または窒素１３のような放射性原子でふつうは標識が付けられる。ＰＥＴスキャンにおいて、対象物は、放射性物質が注射され、「ドーナツ」形状の筐体４０４の円筒受け入れ領域４０５を通して少しずつ移動する平らなステージ上に配置される。筐体４０４は、それぞれが光電増倍管４０８と関連付けられるシンチレーションクリスタルのセットを含む円形ガンマ線検出器アレイ４０６を含む。クリスタルは、対象物４１０内部から放射されたガンマ線４０９を光の光子に変換する。光電増倍管４０８は、光子を電気信号に変換および増幅する。これら電気信号は、光電増倍管４０８からの電気信号に基づいて画像を生成するよう構成される光電増倍管とディジタル的に通信するプロセッサによってそれから処理される。それからステージ４０２は、円筒受け入れ領域４０５を通して移動され、処理が反復され、その結果、対象となる内部（例えば脳、胸部、肝臓）にわたる対象物４１０の一連の薄いスライス画像群が生まれる。プロセッサは、これら薄いスライス画像を内部の３次元表現に組み立てる。ＰＥＴは、放射性によって標識が付けられる分子のタイプに依存して、血流および他の生化学的機能の画像を提供するのに特に有用である。例えば、ＰＥＴ画像は、さまざまな体内の領域における糖代謝または活動の急速な変化を示しえる。
【００５６】
単一光子放射コンピュータトモグラフィ（ＳＰＥＣＴ）は、ＰＥＴと類似の技術であるが、ＳＰＥＣＴで用いられる放射性物質（キセノン１３３、テクネチウム９９、ヨウ素１２３）は、ＰＥＴで用いられるそれらより長い崩壊時間を有し、２重ガンマ線の代わりに単一のガンマ線を放射する。ＳＰＥＣＴシステムは、血流および体内での放射性物質の分布に関する情報を提供するのに適する。その画像は、ＰＥＴ画像よりも感度が低く、詳細さも低いが、ＳＰＥＣＴシステムは、ＰＥＴシステムよりも安価である。光学画像化システム１０は、比較的安価であるので、結合されたＳＰＥＣＴシステム８および光学画像化システム１０は、低価格のマルチモード画像化の代替品を提供する。
【００５７】
他の実施形態において、第２画像化システム８は、超音波画像化システムを備える。図９は、本発明のある実施形態による超音波画像化システム８００を示す。超音波システム８００は、プローブ８０２、プロセッサ８０４、プローブ制御８０６、メモリ８０８およびディスプレイ８１０を備える。
【００５８】
超音波システム８００は、プローブ８０２を用いて試料６１０内に高周波（例えば１から５メガヘルツ）の音響パルスを発する。プローブ８０２は、試料６１０を通して伝わり、組織間の境界（例えば液体および柔らかい組織、柔らかい組織および骨）に当たる音波を発生する。一部の音波は、プローブ８０２へ反射して戻り、一方、他のものはさらに伝わり、それらは他の境界に届き、反射する。プローブ８０２は、反射された波を検出し、対応するする信号をプロセッサ８０４に伝える。プローブ８０２の形状は、その視野を決定し、一方、放射される音波の周波数は一般にどのくらい深く音波が浸透するか、および画像データの解像度を決定する。ある実施形態において、プローブ８０２は、圧電効果を用いて音波を発生および受信する。例えば、プローブ８０２は、１つ以上のクリスタル要素を含みえ、複数の要素のプローブにおいて、それぞれのクリスタルはそれ自身の回路を含みえる。複数要素のプローブ８０２は、それぞれの要素がパルス状に駆動されるタイミングを変えることによって、超音波ビームが「指向性を付けられる（steered）」ことを可能にする。試料６１０の表面にわたって動かされえるプローブ８０２に加えて、いくつかのプローブ８０２は、調べられる臓器（例えば前立腺、胃）により近くなるよう試料６１０の開口部（例えば直腸、食道）を通して挿入することを許される。
【００５９】
プロセッサ８０４は、音波放射を決定する電気的電流をプローブ８０２に送り、戻ってくるエコーを用いて作られたプローブ８０２からの電気的パルスを受け取る。プロセッサ８０４は、組織内での音の速度（5,005ft/sまたは1,540m/s）およびそれぞれのエコーの戻り（ふつうは１秒の数百万分の１のオーダー）を用いてプローブ８０２から反射する表面または境界（例えば組織または臓器）への距離を計算する。それからプロセッサ８０４は、ディスプレイ８１０上にエコーの距離および強度を表示し、２次元画像を形成する。プロセッサ８０４は、プローブ８０２のための電源を含むコンピュータシステム中に含まれえ、これは増幅器および信号処理電子回路を含みえる。プロセッサ８０４は、処理されたデータおよび／または画像をメモリ８０８に記憶もしえる。
【００６０】
プローブ制御８０６は、トランスデューサプローブ８０２から放射される音響パルスの振幅、周波数および期間を変化させる。プローブ制御８０６は、オペレータが、システム８００のスキャンモードと共に、超音波の周波数および期間を設定および変更することも可能にする。ディスプレイ８１０は、プロセッサ８０４によって提供される超音波データからの画像を出力する。メモリ８０８は、システム８００の３−Ｄデータ獲得および２−Ｄまたは３−Ｄ画像再構築のための獲得された画像および命令を記憶するディスク記憶装置（ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ）を含みえる。
【００６１】
超音波システム８００は、３−Ｄ空間情報を作りえる。この場合、いくつかの２−Ｄ画像が試料６０９の表面にわたってプローブ８０２を移動させることによって、または挿入されたプローブを回転させることによって得られる。それから２次元データは、３−Ｄ画像を形成するためにメモリ８０８に記憶されたソフトウェアによって結合される。ある超音波画像化システム８００は、３０ミクロンの低さにまで達する解剖学的および生理学的構造の２−Ｄまたは３−Ｄ空間画像解像度を提供する。加えて、ユーザは、複数の任意の平面を見て分析し、腫瘍の体積を決定することのような空間測定を実行することができる。本発明と共に用いるのに適する超音波システムは、カナダ、トロントのVisualSonicsによって提供されるVevo 660を含みえる。超音波システム８００は、また比較的安価であり、結合された超音波画像化システム８００および光学画像化システム１０は、よって低コストなマルチモード画像化代替品を提供する。
【００６２】
４．対象物ハンドリングシステム
【００６３】
対象物ハンドリングシステムは、画像化される対象物を光学画像化システム１０および第２画像化システム８の間で移動させる。図６Ａは、本発明のある実施形態による対象物ハンドリングシステム７００を示す。対象物ハンドリングシステム７００は、対象物７０１を、光学画像化システム７０２の内部キャビティ７２０および第２画像化システム７０６の受け取り領域７０４の間で搬送する。
【００６４】
対象物ハンドリングシステム７００は、マニピュレータ７０８およびマニピュレータ７０８に取り外し可能に結合される携帯ステージ７１０を備える。マニピュレータ７０８は、携帯ステージ７１０を光学画像化システム７０２および第２画像化システム７０６の近傍に位置付け、またそれぞれのシステムの画像化または受け取り領域内で携帯ステージ７１０の正確な位置付けおよび方向づけを提供しえる。上述のように、それぞれの画像化システム８は、対象物７０１を受け入れる受け取り領域を備え、これはＭＲＩ装置の円筒キャビティ３０３のような、対象物が画像化される領域に対応し、またはそのような領域を備えうる。この場合、ハンドリングシステム７００は、対象物７０１を円筒キャビティ３０３中に位置付け、ＭＲＩ画像化のためにステージ７１０および対象物７０１の位置を設定する。マニピュレータ７０８は、２つの画像化システム間での、またはそれらの中での携帯ステージ７１０の移動、位置付けおよび方向づけに適切な任意の個数のアームおよびジョイントを含みえる。例えば、いくつかの商業用ロボット製造者は、約１ｋｇから約２０ｋｇの範囲のペイロード重量に適切な５および６自由度のマニピュレータを提供する。対象物ハンドリングシステム７００と共に用いるのに適するあるロボットマニピュレータは、マサチューセッツ州、BillericaのBruker BioSpinから入手可能なDenso Model VMである。
【００６５】
第２画像化システム７０６が、磁気的な目的のために第２ルーム内に配置されるＭＲＩ画像化システムであるとき、マニピュレータ７０８は、ルーム間での大幅な移動を可能にするトラック７１４も含みえる。自動化されたトラックインタフェース７１６は、トラック７１４に沿って移動し、マニピュレータ７０８の基台アーム７１８の底部に取り付けられる。トラックインタフェース７１６は、ａ）マニピュレータ７０８が、ルーム間で用いられるような大きな距離を動くことを可能にし、かつｂ）基台アーム７１８（またはロボット内の任意の他の第１または基台リンク）の第１回転ジョイントのための静止レファレンスを提供する。マニピュレータ７０８および自動化されたトラックインタフェース７１６を移動させ位置付けるために、１つ以上のプロセッサを介して上述のようなコンピュータ制御が用いられえる。全体として、マニピュレータ７０８およびトラック７１４は、長い距離にわたる大きな全体的動き、および携帯ステージ７１０を正確に位置付けおよび方向づけする能力の両方を提供する。
【００６６】
対象物ハンドリングシステム７００は、画像化チャンバ７１２または他の画像化システムの内部キャビティ中での対象物７０１の正確な位置付けの責任を担いえる。図６Ｂは、本発明のある実施形態によるＭＲＩ受け取り領域内で携帯ステージを位置付けする図６Ａのマニピュレータを示す。この場合、マニピュレータ７０８は、ＭＲＩ画像化システム７０６の円筒中央キャビティの中心軸に沿って携帯ステージ７１０を位置付けおよび方向づけする。
【００６７】
マニピュレータ７０８の最後のアームまたはリンクに取り外し可能に結合される携帯ステージ７１０は、マニピュレータ７０８による位置付けのあいだ対象物７０１を支持する。ステージ７１０は、対象物７０１を支持するのに適する任意の平らな表面または携帯テーブルを一般にさす。ある実施形態において、それぞれの画像化システムにおいて、画像システム群間での搬送のあいだ、同じステージ７１０が対象物７０１を支持する。携帯ステージ７１０は、複数の画像化システムでの使用のために設計された特別のロボットエンドエフェクター（robotic end effector）を備えうる。対象物７０１は、画像化システム間で実質的に移動することなく、携帯ステージ７１０上に位置し、対象物ハンドリングシステム７００によって位置付けられる。したがって、対象物ハンドリングシステム７００は、画像化チャンバ７１２の内部キャビティ７１０中で、ステージ７１０を挿入および位置付けし、ステージ７１０を内部キャビティ７２０から取り除き、ステージ７１０を第２画像化チャンバ７０６の受け取り領域７０４へ搬送し、ステージ７１０を受け取り領域７０４内で位置付けすることができ、これらは対象物７０１を乱すことなくなされえる。これは、それぞれの画像化システムによって提供される位置付け正確さを維持し、または哺乳類試料７０１の麻酔状態を維持するのに特に有利である。非金属の周辺部によって支持される実質的に透明なメッシュテーブルまたはワイヤアレイ（釣り糸のような）を備えるステージ７１０が、ＭＲＩシステム３００における画像化に影響を与えないために適切である。加えて、ステージ７１０または光学画像化システム１０である。
【００６８】
２つの画像化システム間の位置付け正確さおよび対象物の参照（object referencing）を促進するために、携帯ステージ７１０は、光学画像化システム１０によって検出可能な位置を有する光学参照、および第２画像化システム８によって検出可能な位置を有する第２参照を備える。固定するペグおよび他の基準ツールが、空間参照情報を提供するのに適する。このペグおよびツールは、それぞれの画像化システムについての検出可能性を増すアイテムでマークが付けられえる。すなわち、このマークは、試験下で光学的に検出可能で対象物７０１から区別可能なように構成される。携帯ステージ７１０上で既知の位置を有する標的、十字、バーコード、既知の多角形の形状などが光学画像化システム１０のための位置参照として適切である。第２参照マーキングは、第２画像化システム８の種類に依存する。例えば、鉛のマーカーがＸ線システムと共には適しえる。ＭＲＩ画像化システムは、水素源または既知の密度の他の区別できる物質を有する位置付けペグを参照しえる。具体的な実施形態において、光学画像化システム１０によって検出可能な参照位置および第２画像化システム８によって検出可能な参照位置は、ステージ７１０上の同じ位置を含む。
【００６９】
対象物ハンドリングシステム７００は、光学画像化システム７０４の内部キャビティ中の対象物７０１を位置付けするためにも適切である。図６Ｄを参照して、チャンバ７１２の外部壁７４４は、ステージ７１０が内部チャンバ７２０内にアクセスできるようにする穴７４２を含む。光学画像化チャンバ７０２は、内部キャビティ７２０が画像化チャンバ７０２の外の空間から実質的に光を通さないように構成されえる。光学画像化システムにおいて用いられる光学的密閉の要件を満たすために、対象物ハンドリングシステム７００、光学画像化チャンバ７０２、またはその両方は、画像化チャンバ７０２中で採用される低い光レベルを維持する光シールおよび他の部品のような特殊な構成を含みえる。ある実施形態において、対象物ハンドリングシステム７００および画像化チャンバ７０２は、携帯ステージ７１０が内部キャビティ７２０内に位置しながら、画像化チャンバ７１２の内部キャビティ７２０およびチャンバ７１２の外の空間の間に実質的に光を阻止する障壁を提供するよう構成される相補的円形光シールを備える。プラグは、画像化システム１０が使用中でないときに穴７４２を封止しえる。プラグなしでは、穴７４２はマニピュレータ７０８が内部キャビティ７２０にアクセスできるようにする。
【００７０】
図６Ｃは、本発明のある実施形態による、マニピュレータ７０８が携帯ステージ７１０を内部キャビティ７２０内に位置付けるときに確立された光シール７６１を示す。壁７５０は、穴７４２の周縁の周りに延び、壁７４４から外に向かい、垂直である。壁７５０は、マニピュレータ７０８が携帯ステージ７１０を内部キャビティ７２０内に配置するとき、マニピュレータ７０８上の後部壁７７０に実質的に隣接して配置された遠端部を含む。
【００７１】
画像化チャンバ７１２の壁７４８および７５０は、マニピュレータ７０８上の壁７６４および７６６と協働して、キャプチャ空間７７４を形成し、これは穴７４２の円形周縁の周りに周囲に沿って延びる。この場合、キャプチャ空間７７４は、ボックス壁７４８および７５０によって形成される頂点Ａが、ドア壁７６４および７６６によって形成される頂点Ｂに対向する長方形の断面領域を有する。マニピュレータ７０８上の壁７６６、７６４および７７０は、光学画像化ボックス壁７４８および７５０上の外部表面と協働して、キャプチャ空間７７２を定義する。
【００７２】
圧縮可能な材料７６２が、キャプチャ空間７７２内でマニピュレータ７０８の壁７６４と接触する。圧縮可能な材料７６２は、周囲の部屋から内部キャビティ７２０への光による光の浸入を防ぐ。マニピュレータ７０８が携帯ステージ７１０を内部キャビティ７２０内に位置付けるとき、材料７６２の圧縮は、実質的に「遮光」封止を形成する。よって圧縮可能な材料７６２は、マニピュレータ７０８が携帯ステージ７１０を内部キャビティ７２０内に位置付けるときに、キャビティ７２０に入る外部光の量を最小化する。ある実施形態において、マニピュレータ７０８が携帯ステージ７１０を内部キャビティ７２０内に位置付けるとき、カラー壁７７０は、圧縮可能な材料７６２の第１側７６３ａに実質的に沿って圧縮可能な材料７６２を圧縮するよう構成され、壁７４８は、圧縮可能な材料７６２を側部７６３ｂに実質的に沿って圧縮可能な材料７６２を圧縮するよう構成される。圧縮可能な材料７６２は、不透明な、好ましくは黒い、可撓性の変形可能な材料である。
【００７３】
マニピュレータ７０８は、前壁７６４、側壁７６６および第２壁セグメント７６８を備える。カラー後壁７７０は、光学画像化チャンバと共に遮光を促進するためにマニピュレータ７０８に含まれるカラー７６４の内部表面に接触する。具体的な実施形態において、マニピュレータ７０８が携帯ステージ７１０を内部キャビティ７２０内に位置付けるとき、マニピュレータ７０８のカラー壁７７０は、穴７４２の周りに周囲に沿って延びる壁部７７１を有する。他の実施形態において、壁部７７１は、ボディ前壁７４８によって係合されるその第２側部７６３ｂおよびマニピュレータ７０８のカラー壁７７０によって係合される圧縮可能な材料７６２の第１側部７６３ａ間で、圧縮可能な材料７６２の第４側壁部７６３ｄを係合する向きにおいてボディ前壁７４８に向かって延びる。
【００７４】
図６Ｅは、本発明の他の実施形態による遮光シール６１ｄを示す。遮光シール６１ｄは、２つのチャネル７７ａおよび７７ｂの中にそれぞれ保持される２つの圧縮可能な材料６２ｄおよび６２ｅを含む。チャネル壁７８および７９は、両方がマニピュレータ７０８から延び、チャネル７７ａを形成する。チャネル７７ｂは、概ね平行なチャネル壁５０ａおよび５０ｂによって形成され、これら両方は、チャネル１２の前壁４８から延び、実質的に穴９１の周りの周囲に沿う。この場合、マニピュレータ７０８がステージ３１０をキャビティ４４内に挿入するとき、チャネル壁７９は、チャネル７７ｂに受け入れられる。よって、チャネル壁７９は、ボディ１４の外部から第２チャネル７７ｂに入る光が第２圧縮可能な材料６２ｅによって遮断されるように、第２圧縮可能な材料６２ｅを係合する。
【００７５】
材料６２ｄおよび６２ｅは、それぞれチャネル７７ａおよび７７ｂのうちの一部しか満たさない。ある実施形態において、材料６２ｄおよび６２ｅは、それぞれ壁７０および４８から測られると、多くてチャネル７５の深さの約３／４を満たす。他の実施形態において、材料６２ｄおよび６２ｅは、多くてチャネル深さの約１／２を満たす。具体的な実施形態において、材料６２ｄおよび６２ｅは、多くてチャネル深さの約１／４を満たす。よって、相互に係合された壁５０ａおよび５０ｂおよびチャネル壁７８および７９は、マニピュレータ７０８がステージ３１０をキャビティ４４内に挿入するとき、それらのそれぞれの深さに対して、実質的に重複する。光障壁を浸入しようとする光は、それが周囲の部屋から内部キャビティ４４に入るまでに、少なくとも６回（圧縮可能な材料６２ｄおよび６２ｅを通る４回を含む）直角に曲がることを要求される。
【００７６】
遮光シール６１ｄは、マニピュレータ７０８がステージ３１０をキャビティ４４に挿入するとき、マニピュレータ７０８から外に前壁４８に向かって延びるマニピュレータ側壁６６をさらに含む。この場合、マニピュレータ側壁６６は、チャネル壁７８および７９および相互係合壁５０の外側を周囲に沿って、これら壁にほぼ平行に配置される。マニピュレータ７０８は、マニピュレータ７０８がステージ３１０をキャビティ４４に挿入するとき、側壁６６から延び、前壁４８に実質的に隣接して方向付けられる第２壁セグメント６８をさらに含む。示されるように、第２壁セグメント６８は、相互係合前壁５０およびチャネル壁７８および７９に向かって内側方向に延びる。
【００７７】
図６Ｄは、携帯ステージ７１０を光学画像化チャンバ７１２の内部キャビティ７２０内に位置付けるマニピュレータ７０８を示す。この場合、マニピュレータ７０８は、携帯ステージ７１０、およびその上に置かれる対象物７０１を光学画像化チャンバ７１２の内部キャビティ内で２次元に動かす。より具体的には、マニピュレータ７０８は、携帯ステージ７１０を、チャンバ７１２中のカメラまたは共通視点基準線の周りに円形軌道で移動させる。対象物がチャンバ７１２内で可変におよび複数の位置で配置されえるので、光伝達装置７１１は、対象物から放射または反射された光を、横にマウントされたカメラ２０に関連付けられる共通基準線へ伝送する。ある実施形態において、光伝達装置７１１は、ステージ７１０と共に共通基準線の周りを回転し、常に対象物７０１に向き、ステージ７１０上の対象物からの光を共通基準線に沿って固定されたカメラ２０へ反射する鏡７１３を備える。これは、対象物の光画像、またはその一部が、ステージ７１０上の対象物７０１の姿勢を再位置付けすることなく、またはカメラ２０を動かすことなく、画像化チャンバ１２内で異なる視線、角、および位置からカメラによってキャプチャされることを可能にする。
【００７８】
そのような動きを促進するために、画像化チャンバ７１０の外部壁７４０は、ａ）携帯ステージ７１０をその中を通って受け取る穴７４２を有する移動可能なインタフェース、ｂ）外部壁７４０および移動可能なインタフェースの壁７４２の間に配置された第１円形ベアリング７４１、およびｃ）壁７４２および対象物ハンドリングシステム７０８間での回転を許す第２円形ベアリング７４３を備える。併せると、円形ベアリング７４１および７４３は、反対の自由回転（ステージ７１０およびチャンバ７１２間での相対的回転をなくす）を許し、ステージ７１０が軌道パス内で移動するあいだ、水平で留まることを許す。
【００７９】
携帯ステージ７１０は、対象物７０１を乱すことなく、複数の画像化システム８および１０内で画像化が行われることを可能にする。動物７０１について、腹側を見るために動物を回転させたりひっくり返したりすることは、動物の内臓位置に大きなズレを生じ、これは観測に影響を与えうる。システム８および１０のそれぞれにおける画像化およびシステム間での搬送は、かなりの時間を要求しえる。発光表現を得ることも、数分のような長い期間にわたった画像キャプチャを伴いえる。画像化のあいだに生きた試料の動きを防ぐために、対象物ハンドリングシステム７００は、１つ以上の生きた試料の近傍にある吐出口へ麻酔ガスを送出する麻酔送出システムを備えうる。麻酔送出システムは、画像化システム間での搬送のあいだに生きた試料を麻酔するにも有用である。本発明と共に用いるのに適する例示的麻酔送出システムおよびガス送出システムは、2002年2月20日に出願されたRichard George Dalgettyらによる「Multiple Output Anesthesia System」と題された共通して所有された同時係属中の米国特許出願第10/081,040号（弁護士整理番号XENOP008）に記載される。
【００８０】
ここで記載された画像化技術は、適切なプロセッサまたはコンピュータベースの装置と併せて実現される。図７を参照して、例示的コンピュータシステム３５０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）３５２、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３５４、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３５６、拡張ＲＡＭ３５８、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路３６０、ディスプレイアセンブリ３６２、入力デバイス３６４、および拡張バス３６６を含む。コンピュータシステム３５０は、オプションとして、ディスクドライブユニットまたはフラッシュメモリのような不揮発性メモリのような大量記憶ユニット３６８およびリアルタイムクロック３６０を含みえる。大量記憶ユニット３６８は、プログラムおよびデータの記憶ためにフレキシブルディスク、光磁気ディスク、光学媒体などのような取り外し可能なコンピュータで読み取り可能な媒体を利用するユニットを含みえる。
【００８１】
ＣＰＵ３５２は、好ましくはインテル（Pentium（商標）を含む）またはモトローラのチップファミリーの中の一つ、モトローラ社から入手可能なPowerPC（商標）マイクロプロセッサのような縮小命令セットコンピュータ（RISC）チップ、または任意の他の適切なプロセッサのような商業的に入手可能なマイクロプロセッサである。ＣＰＵ３５２は、ＲＯＭ３５４にデータバス３７２、制御バス３７４、およびアドレスバス３７６によって結合される。ＲＯＭ３５４は、コンピュータシステム３５０のために部分的に基本オペレーティングシステムを含みえる。ＣＰＵ３５２は、スクラッチパッドメモリとしてのＲＡＭ３５６の使用を可能にするためにＲＡＭ３５６にもバス３７２、３７４、および３７６によって接続される。拡張ＲＡＭ３５８は、オプションとして、ＣＰＵ３５２によって用いられるようにＲＡＭ３５６に結合される。ＣＰＵ３５２は、周辺装置とのデータ転送を可能にするためにデータバス３７２、制御バス３７４、およびアドレスバス３７６によってＩ／Ｏ回路３６０にも結合される。
【００８２】
適切なＩ／Ｏ入力を介して、ＣＰＵ３５２は、光学画像化システム１０と論理的に通信し、第２画像化システム８と論理的に通信し、かつ対象物ハンドリングシステム６と論理的に通信する。ＣＰＵ３５２は、第２画像化システム８によって提供される空間情報を、光学画像化システム１０によって提供される情報と結合するよう、記憶された命令に対して動作する。ＲＯＭ３５４は、画像処理命令を記憶しえる。ＲＯＭ３５４は、マルチモーダル画像化システムの位置決めの必要に応じて対象物ハンドリングシステム６を制御するプロトコルも記憶しえ、例えば、画像化のための位置決め命令にしたがってロボットの動きを支配する所有権を持ったロボット制御コマンドを記憶する。
【００８３】
Ｉ／Ｏ回路３６０は、多くのラッチ、レジスタおよび直接メモリアクセス（ＤＭＡ）コントローラを典型的には含む。Ｉ／Ｏ回路３６０の目的は、ＣＰＵ３５２およびディスプレイアセンブリ３６２、入力デバイス３６４、大量記憶３６８、および／または画像化システム８および１０中の任意の他のＩ／Ｏデバイスのような周辺機器の間のインタフェースを提供することである。Ｉ／Ｏ回路３６０は、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、ディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器と共に、制御し、かつフィードバックデータをＩ／Ｏデバイスから受け取る他の制御回路も含みえる。コンピュータシステム３５０のディスプレイアセンブリ３６２は、オブジェクトおよびデータの他の視覚的表現を表示するための出力デバイスである。
【００８４】
ディスプレイアセンブリ３６２のためのスクリーンは、さまざまな製造者から商業的に入手可能なタイプの陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などを用いるデバイスでありえる。入力デバイス３６４は、キーボード、マウス、位置感応性ディスプレイと協働して働くスタイラスなどでありえる。代替として、入力デバイス３６４は、「アクティブな」ＲＦスタイラスによってアクティベートされる埋め込みＲＦディジタイザでありえる。さらなる代替物として、入力デバイス３６４は、試験対象の応答をコンピュータシステム３５０に通信することができる任意のタイプのスイッチでありえる。したがって、ここで用いられるように、入力デバイスという語は、データを入力するおよび／または特定の位置をコンピュータディスプレイのスクリーン上で指し示す任意のメカニズムまたはデバイスをいう。コンピュータ３５０を制御するために、および／またはテスト対象からの応答を受け取るために１つ以上の入力デバイスが提供されえる。前述の入力デバイスは、さまざまなベンダーから入手可能であり、この技術でよく知られている。
【００８５】
大量記憶３６８のあるタイプが一般に望ましいと考えられる。しかし、大量記憶３６８は、ユーザアプリケーションプログラムおよびデータを記憶するために充分な量のＲＡＭ３５６および拡張ＲＡＭ３５８を提供することによってなくしえる。その場合、ＲＡＭ３５６および３５８は、コンピュータシステム３５０がオフにされているときにもデータの損失が防げるように、バックアップバッテリと共にオプションとして提供されえる。しかし、商業的に入手可能なハードディスクドライブ、フラッシュメモリのような不揮発性メモリ、バッテリバックアップされたＲＡＭ、ＰＣデータカードなどのような長期大量記憶３６８のなんらかのタイプを有することが一般には望ましい。
【００８６】
コンピュータシステム３５０の構成にかかわりなく、それは、ロボット制御、光源の３次元表現を得ること、およびここで記載された本発明の他の画像化機能のためのプログラム命令を記憶するよう構成された１つ以上のメモリまたはメモリモジュールを採用しえる。そのようなメモリまたはメモリ群は、データ構造、画像化データ、またはここで記載された他の具体的な非プログラム情報を記憶するようにも構成されえる。コンピュータシステム３５０は、説明を進めるためにここではある程度詳細に議論されているが、本発明はさまざまな適切なコンピュータによって実現される技術を用いて実現されえる。一般に、試料内部に位置する光源の３次元表現を得るために、任意の適切なコンピュータシステムが採用されえる。
【００８７】
情報およびプログラム命令は、ここで記載されたシステム／方法を実現するために採用されえるので、本発明は、ここで記載されたさまざまな操作を実行するためのプログラム命令、状態情報などを含む機械で読み取り可能な媒体に関する。機械で読み取り可能な媒体の例は、以下に限定されないが、ハードディスク、フレキシブルディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭのような光媒体、フロプティカルディスクのような光磁気媒体、および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような特別に構成されたハードウェアデバイスを含む。プログラム命令の例は、コンパイラによって作られるような機械コード、およびインタープリタを用いてコンピュータによって実行されえるより高レベルのコードを含むファイルの両方を含む。
【００８８】
図８は、本発明のある実施形態によって対象物についての複数のタイプの画像化データを得るプロセスフロー９００を示す。本発明によるプロセスは、本発明をぼかさないためにここでは記載または図示されていないいくつかのさらなるステップまでも含みえる。
【００８９】
プロセスフロー９００は、対象物内部に位置する光源から放射される光データをキャプチャすることによって始まり、一方、対象物は光学画像化システムの内部キャビティ内にある（９０２）。画像化システム１０についての、表面光放射データは、カメラ２０によってキャプチャされた画像内に含まれる。画像は、表面の１つ以上の部分にわたる光放射の一連の計測を含む。ある実施形態において、試料の複数の画像は、カメラに対する試料の複数の視点から得られる。この場合、それぞれの画像は、試料からの表面光放射の異なる２次元画像を提供する。複数の画像は、複数の角度からさらなるデータを提供するために取られえる。
【００９０】
それからプロセスフロー９００は、対象物の内部の画像化データを得ることによって続き、一方、対象物は、第２画像化システムの受け取り領域にある（９０４）。第２画像化システムが磁気共鳴システムであるとき、画像化データを得ることは、磁気共鳴画像化磁石を用いて画像化データを受け取ることを含む。コンピュータトモグラフィ画像化システムについては、画像化データを得ることは、対象物から放射されるＸ線を検出するＸ線センサのアレイを用いて画像化データを受け取ることを含む。
【００９１】
光学画像化または第２画像化システム中の画像化は、決まった順番で起こらないことが理解されよう。画像化システムのどちらが最初に用いられても、対象物は光学画像化システムの内部キャビティおよび第２画像化システムの受け取り領域の間で搬送される（９０６）。ある実施形態において、搬送は、実質的に対象物をその対象物が載っている携帯ステージ上を移動させることなく起こる。搬送は、光学画像化チャンバを封止することも含み、一方、携帯ステージは、光学画像化チャンバの内部キャビティ内にあり、対象物ハンドリングシステムに含まれる遮光シールを用いる。
【００９２】
プロセスフロー９００は、それぞれの画像化システムの出力を結合しえる。例えば、ソフトウェアおよびユーザ入力が用いられて、磁気共鳴画像化システムによって提供される空間データを、光学画像化システムによって提供される機能データと結合することができる。場合によっては、ソフトウェアは、ＭＲＩまたはコンピュータトモグラフィによって提供される３次元空間情報を、光学画像化システムによって提供される３次元機能情報と結合することができる。
【００９３】
試料表面から放射された光学データを再構築するために３−Ｄ光学再構築技術が採用されえる。再構築技術は、試料の幾何学形状および試料表面からの光放射の空間分布に関する情報を提供するデータを用いる。これは、ａ）試料の表面表現（例えば第２システム８からの）、およびｂ）表面の少なくとも一部にわたる光放射の一連の計測（例えば画像）を備えるデータを含みえる。このデータのあるフォーマットは、（１）試料の表面を定義する表面表現、（２）試料表面からの光放射画像のセット、および（３）試料およびそれぞれの画像の間の空間的関係を定義するパラメータのセットを備える。それから３−Ｄ光再構築は、内部光源の３次元表現を得るために、表面光画像データを、対象物表面の内部の光データに変換することを含む。これは、対象物内の空間要素のセットを作ることを含みえる。
【００９４】
表面表現は、第２画像化システムまたは構造化光技術を介しても獲得されえる。例えば、コンピュータトモグラフィ画像化システム８によって提供される３次元空間情報は、表面表現を構築するために用いられえる。光学３−Ｄ光再構築を促進するために、表面表現は、試料の実際の表面を近似する表面要素または適切な表面メッシュに分割される。例えば、表面メッシュは、接続されたポリゴン群のセットによって定義されえ、ここでそれぞれのポリゴンは表面要素である。表面要素の数は、対象物のサイズおよび所望の解像度正確性に従って変わる。表面表現の正確性は、表面要素の個数を増すことによって一般に改善する。
【００９５】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態について記載されてきたが、簡潔さのために省略された、本発明の範囲に入る代替物、組み合わせ、および等価物が存在する。例えば、画像化チャンバ１２は、内部キャビティ４４への対象物のアクセスのために複数のオプションと共に記載されているが、本発明は１つだけのアクセスの形態を含みえる（例えば手動アクセスまたは自動化アクセスであって、両方ではない）。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきであると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１Ａ】本発明のある実施形態による物体の内部のための画像化データの複数モードを提供するシステムを示す図である。
【図１Ｂ】本発明のある実施形態による光および磁気共鳴（ＭＲＩ）画像化データを提供するシステムを示す図である。
【図２Ａ】本発明のある実施形態による、試料内部に位置する光源の２−Ｄまたは３−Ｄ表現を作るよう構成された画像化システムの透視図である。
【図２Ｂ】本発明のある実施形態による光学画像化の簡略化された図である。
【図２Ｃ】本発明のある実施形態によるサイドマウントカメラの反対側の外壁の透視図である。
【図２Ｄ】本発明のある実施形態によるサイドマウントカメラの反対側の外壁の側面図である。
【図３】本発明のある実施形態による磁気共鳴画像（ＭＲＩ）システムを示す図である。
【図４】本発明のある実施形態によるコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）システムのブロック図である。
【図５】本発明のある実施形態によるポジトロン放射断層撮像法（ＰＥＴ）システムによる画像化を示す図である。
【図６Ａ】本発明のある実施形態による対象物ハンドリングシステムを示す図である。
【図６Ｂ】本発明のある実施形態によるＭＲＩ受け取り領域内で携帯ステージを位置付けする図６Ａのマニピュレータを示す図である。
【図６Ｃ】本発明のある実施形態による外に延び、壁に概ね垂直である穴の周囲の周りの第２壁を示す図である。
【図６Ｄ】本発明のある実施形態による図６Ａの光学画像化チャンバの内部キャビティ内の携帯ステージを位置付ける図６Ａのマニピュレータを示す図である。
【図６Ｅ】本発明の他の実施形態による遮光シールを示す図である。
【図７】本発明のある実施形態による例示的コンピュータシステムを示す図である。
【図８】本発明のある実施形態によって対象物についての複数のモード表現を得るプロセスフローの図である。
【図９】本発明のある実施形態による超音波画像化システムを示す図である。
【図１Ａ】
2007530077.tif 000003
【図１Ｂ】
2007530077.tif 000004
【図２Ａ】
2007530077.tif 000005
【図２Ｂ】
2007530077.tif 000006
【図２Ｃ】
2007530077.tif 000007
【図２Ｄ】
2007530077.tif 000008
【図３】
2007530077.tif 000009
【図４】
2007530077.tif 000010
【図５】
2007530077.tif 000011
【図６Ａ】
2007530077.tif 000012
【図６Ｂ】
2007530077.tif 000013
【図６Ｃ】
2007530077.tif 000014
【図６Ｄ】
2007530077.tif 000015
【図６Ｅ】
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【図７】
2007530077.tif 000017
【図８】
2007530077.tif 000018
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月11日(2007.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の内部についての画像化データの複数タイプを提供するシステムであって、
前記対象物内部に位置する光源から放射される光に関する光学データを提供する光学画像化システムであって、
内部キャビティを備える画像化チャンバ、および
前記対象物が前記内部キャビティ内にあるとき、前記対象物からの光データをキャプチャするよう構成されるカメラ
を含む光学画像化システム、
前記対象物の内部についての画像化データを提供するよう構成され、前記対象物が前記受け取り領域内にあるとき、前記内部が画像化されることを可能にする受け取り領域を有する第２画像化システム、および
前記対象物を前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記第２画像化システムの前記受け取り領域の間で搬送する対象物ハンドリングシステム
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記第２画像化システムは、
磁気共鳴画像化磁石を通る円筒キャビティであって、前記円筒キャビティは、前記対象物ハンドリングシステムに含まれるステージ上に位置する前記対象物を受け取る前記受け取り領域を備える、円筒キャビティ
を備える磁気共鳴画像化システムであるシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記第２画像化システムは、
前記対象物ハンドリングシステム中に含まれる携帯ステージ上に位置し、前記受け取り領域内に位置する前記対象物を通るＸ線を放射するよう構成されるＸ線発生器、および
前記Ｘ線を受け取るＸ線センサのアレイ
を備えるコンピュータトモグラフィ画像化システムであるシステム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシステムであって、前記光学画像化システムと論理的通信をし、前記第２画像化システムと論理的通信をし、かつ前記対象物ハンドリングシステムと論理的通信をする処理装置をさらに備え、前記プロセッサは、前記第２画像化システムによって提供される情報を、前記光学画像化システムによって提供される情報と結合するシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記第２画像化システムによって提供される３次元空間情報を、前記光学画像化システムによって提供される３次元機能情報と結合するシステム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のシステムであって、前記画像化チャンバは、前記内部キャビティが前記画像化チャンバの外の空間から実質的に遮光性であるよう構成されるシステム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のシステムであって、前記対象物ハンドリングシステムは、前記対象物を前記画像化チャンバの前記内部キャビティ内で移動させるシステム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のシステムであって、前記画像化チャンバの外壁は移動可能なインタフェースを備え、前記移動可能なインタフェースは、
前記携帯ステージをそれを通して受け取る穴、
前記外壁および前記移動可能なインタフェースの壁の間に設けられ、前記外壁および前記移動可能なインタフェースの前記壁の間での回転を許す第１円形ベアリング、
前記移動可能なインタフェースの前記壁および前記対象物ハンドリングシステムの間での回転を許す第２円形ベアリング
を有するシステム。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のシステムであって、画像化される前記対象物は、約１０3および約１０10個のフォトン／秒／平方センチメートル／ステラジアンの間で放射するシステム。
【請求項１０】
対象物の画像化データの複数のタイプを得る方法であって、
前記対象物が光学画像化システムの前記内部キャビティ内にあるとき、前記対象物内に位置する光源から放射される光学データをキャプチャすること、
前記対象物が第２画像化システムの受け取り領域にあるとき、前記対象物の内部の画像化データを得ること、および
前記対象物を前記光学画像化システムの前記内部キャビティおよび前記第２画像化システムの前記受け取り領域の間で搬送すること
を含む方法。
【国際調査報告】
2007530077.tif 000020
2007530077.tif 000021