(57)【要約】  提供されるものは、撮像平面における位置のシフトを得るために少なくとも二つの異なる角度で問題の物体を撮像するステップ及びその後に器官の表面に関する撮像された物体の座標を得るために二つの画像における物体の相対的なシフトを比較するステップを含む、本発明に従った、直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）を使用する、拡散性の散乱媒体の表面より下の物体の、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管の、検出用の方法及び装置である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散性の散乱媒体の表面より下の物体、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管を撮像する直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）を行う装置であって、とりわけ、少なくとも、
偏光した光を提供する光源、
撮像デバイス、
ビームスプリッター、
集束デバイス、及び
二つの異なる撮像角度で該物体を撮像する手段
を含む、装置。
【請求項２】
前記物体を撮像する手段は、異なる撮像角度を有する二つの対物によって、形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記物体を撮像する手段は、単一の主対物、走査ミラー、及び撮像ビームをそれの経路において前記偏光ビームスプリッターから前記撮像デバイスまでシフトさせる、回転するくさび又は二つのシフトするくさびによって、形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
別個の撮像デバイスが、各々の画像について提供されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
シャッターが、交互に二つの画像を透過させるために提供されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記シャッターは、前記偏光ビームスプリッターと前記撮像デバイスとの間に位置させられることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記シャッターは、回転する開口のシャッターであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記シャッターは、液晶セルのシャッターであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
二つの撮像角度は、１０度から３０度までだけ異なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記撮像デバイスは、ＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記撮像デバイスは、ＣＭＯＳセンサーであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記物体の位置を決定するデータ処理装置をさらに含み、
該位置は、少なくとも、光軸に平行であるｚ軸についての情報を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
分光学的な光源及び前記データ処理装置によって決定される前記物体の位置に依存して前記物体へ分光学的な光ビームを方向付ける分光学的な光ビームを位置決めするデバイスを備えた、分光分析システムをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）を使用する、拡散性の散乱媒体の表面より下の物体の、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管の検出用の方法であって、
撮像平面における位置のシフトを得るために少なくとも二つの異なる角度で問題の物体を撮像するステップ、及び
器官の表面に関する撮像された物体の座標を得るために二つの画像における物体の相対的なシフトを比較するステップ
を含む、方法。
【請求項１５】
前記撮像された物体が、焦平面より上にあるか又は焦平面より下にあるかが、前記シフトの方向に基づいて決定されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記物体と焦平面との間の距離は、前記シフトの大きさから計算されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
撮像角度は、１０度と３０度との間にあるように、選ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
単一の対物が、前記物体を撮像するために使用されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記対物の部分が、少なくとも二つの画像を得るために、平行なビームで照明されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記対物の全体が、少なくとも二つの画像を得るために、定義された角度で照明されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立の特許請求項１の前提部によって記載されるような直交偏光分光撮像（Orthogonal  Polarized  Spectral  Imaging）（ＯＰＳＩ）を使用する、拡散性の散乱媒体の表面より下の物体の、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管の、検出用の方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
とりわけ、患者に対する緊張のみならず危険度を減少させるために、患者の最小限の観血的な又は非観血的な処置を可能なものにする方法及びシステムを提供することは、医療の全ての領域における周知の風潮である。この風潮と一致して、非観血的な血液分析の方法を提供するための計画が、手配されてきた。非観血的血液分析（Non-Invasive  Blood  Analysis）において、可能性の一つは、共焦点のラマン（Raman）分光法の手段によって、生体内で血液における様々な分析物の濃度を測定することである。
【０００３】
皮膚の代わりに血液からのラマン信号を達成するために、皮膚の表面の近くの毛細血管を、視角化する必要があり、且つ、ラマン検出の容積を、これらの毛細血管の一つに照準を定める必要がある。皮膚の表面に近い毛細血管は、５μｍから１５μｍまでの直径を有する。共焦点の検出は、収集されたラマン信号の源を、＜５×５×１０μｍ３のスポットに、三次元の全てにおいて良好に制限されたものに、保つ。これは、焦点が毛細血管の中に位置させられるとすれば、皮膚の組織からの背景の信号無しに血液からのラマン信号を収集することを、可能なものにする。
【０００４】
この点において、器官の表面に近い血管を視角化する単純な安価な且つ確固とした方法は、前記の直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）である。直交偏光分光撮像の医療の用途を、例えば、ここでは参照によって組み込まれる、特許文献１から獲得することができる。最近の試験は、人間の皮膚における毛細血管を視角化するためにＯＰＳＩを使用することもまた、可能であることを示してきた。ＯＰＳＩにおいては、偏光した光が、偏光ビームスプリッターを通じて皮膚に入射する。光の一部は、表面から直接反射する（正反射）。別の部分は、その皮膚の中へ浸透するが、ここでは、それが、吸収されるか又は皮膚の表面から再放出される前に、一度又は数回散乱する（拡散反射）。これらの散乱する事象のいずれにおいても、入射光の偏光が変化させられるという機会がある。直接反射させられる又は皮膚の中へわずかにだけ浸透する光は、それが、再放出される前に、一度のみ又は少数回散乱することになり、且つ、それの初期の偏光をほとんど保持することになる。他方では、皮膚の中へより深く浸透する光は、多重散乱を受け、表面に向かって逆戻りに再放出される前に偏光解消させられる。第一の偏光子に直交する方向に精確に配向させた第二の偏光子を通じて主体を見るとき、皮膚の中へより深い深さまで浸透してしまった光が、ほとんど検出されるのに対して、皮膚の表面又は上側の部分から反射させられた光は、たいてい抑制される。結果として、画像は、まるでそれが、背面照明されたものであるかのように、見える。しかしながら、５９０ｎｍより下の波長が、血液によって強く吸収されるので、血管は、ＯＰＳＩの画像においては、暗いものにみえる。
【０００５】
血液における分析物の測定された濃度の信頼性は、ラマン検出の容積を血管の内側に方向付ける能力に直接依存する。しかしながら、たとえ直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）が、人間の皮膚における毛細血管を検出する方法であるとしても、それは、３次元の画像が正確にラマン検出の容積の照準を定めることができることが望ましいものであろうと思われるのに対して、本質的に２次元の技術である。ＯＰＳＩの側方の解像度が、ラマンの技術と同じ程度の大きさのものである一方、ＯＰＳＩは、ほとんど、どんな深さの情報をも提供するというものではない。利用可能な唯一の深さの識別は、撮像対物の焦点の深さによってもたらされる。その毛管が、焦平面の外に移動すると、それは、不鮮明なものである。血管の深さを決定するために撮像された血管の鮮鋭度を使用することは、数個の不都合を有する。それは、非常に精確なものではない。その毛管が、不鮮明なものとして見られるとき、その毛管が、焦平面よりも上にあるか又は焦平面よりも下にあるかは、演繹的に明確ではない。その毛管が、不鮮明なものとして見られるとき、毛細血管と焦平面との間の距離が、どのようなものであるかは、演繹的に明確ではない。付加的な複雑化は、毛細血管の焦点における画像でさえも、毛細血管より上の皮膚の組織における光の散乱のために、不鮮明なものであるというものである。信頼性のある深さの情報の不足は、血管にラマンのレーザーの照準を定めることを、困難にする。
【特許文献１】国際公開第０１／２２７４１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえに、本発明の目的は、物体の、特に、人間の皮膚における毛管の、より精確な位置確認を提供する、直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）を使用する、拡散性の散乱媒体の表面より下に物体の、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管の、検出用の方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項に含まれるような特徴が、好適な且つ有用な実施形態を記載する一方で、独立請求項に従った特徴によって、達成される。
【０００８】
提供されるものは、撮像平面における位置のシフトを得るために少なくとも二つの異なる角度で問題の物体を撮像するステップ及びその後に焦平面に関する撮像された物体の座標を得るために二つの画像における物体の相対的なシフトを比較するステップを含む、本発明に従った、直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）を使用する、拡散性の散乱媒体の表面より下の物体の、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管の、検出用の方法である。
【０００９】
それゆえに、深さの情報を得るために様々な立体視のＯＰＳＩを使用することが、提案され、ここで、毛細血管が、画像平面における位置のシフトに帰着する、異なる角度で撮像される。毛細血管と焦平面との間の距離を、シフトの大きさから計算することができる一方で、毛細血管が、焦平面より上にあるか又は焦平面より下にあるかを、シフトの方向から決定することができる。立体視は、従来の顕微鏡法には周知の技術である。物体は、異なる角度で撮像され、且つ、深さの情報は、二つの画像における物体の相対的なシフトを比較することによって、得られる。人間の脳は、目が、二つの画像を別個に目視するとき、これを自動的にする。また、画像解析のアルゴリズムは、この情報を抽出し、且つ、それを定量化することができる。
【００１０】
現代の立体顕微鏡は、二つの異なる原理に基づいたものである。いわゆるグリーノー（Ｇｒｅｅｎｏｕｇｈ）の設計においては、二つの同一の対物が、異なる角度で使用される。いわゆる望遠鏡の設計又は共通の対物の設計においては、二つの部分的な顕微鏡システムが、相互に平行に配置され、且つ、同じ主対物を使用する。本発明の好適な実施形態において、少なくとも二つの画像の光路間の角度は、１０度と３０度との間にあるように、選ばれる。
【００１１】
さらには、共焦点のラマン分光法による非観血的な血液分析は、ラマンレーザーを集束させるために、且つ、ラマン信号を収集するために、短い作動距離を備えた相対的に高い倍率因子及び高い開口数（ＮＡ）の対物を使用する。構築及び整列の容易さのために、並びに、空間及び費用の限定のために、ＯＰＳＩ用の同じ対物を使用することは、好都合なことである。単一の対物を使用する、立体視の画像を得るための基本的に二つの方式、平行なビームで対物の一部分のみを照明すること、又は、ある一定の角度で対物の全体を照明すること、がある。
【００１２】
ＯＰＳＩは、人間の皮膚における血管を検出するために５４０ｎｍから５８０ｎｍまでの波長を備えた光を使用する。１μｍの側方の解像度は、ＯＰＳＩの撮像には好ましく、その解像度を、０．３５のＮＡを使用することによって、達成することができる。深さの解像度Δｚと立体視の角度αとの間の関係は、
Ｔａｎα＝０．５Δｘ／Δｚ
によって与えられる。
【００１３】
ここで、Δｘは、システムの側方の解像度である。左（−α）からの及び右（＋α）からの撮像が比較されるので、係数０．５が、生じる。いくつかの典型的な値が、以下の表に与えられる。
【００１４】
【表１】
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ＮＡ＝０．９の対物について、光が物体空間において伝わることができる最大の角度は、６４°である。１μｍの側方の解像度について、０．３５の有効なＮＡ及び２１°の角度が、要求される。従って、（像空間における幾何学的な制約と同様の他の限定を無視する）最大の立体視の角度は、４３°である。０．５４μｍの最も高い深さの解像度は、この角度で達成される。
【００１５】
さらには、少なくとも、偏光した光を提供する光源、ＣＣＤカメラのような撮像デバイス、好ましくは偏光ビームスプリッターである、ビームスプリッター、対物のような集束デバイス、又はミラー、及び、連続的に若しくは同時に二つの異なる撮像角度で物体を撮像するための手段を含む、立体視の直交偏光散乱撮像（Orthogonal  Polarized  Scattering  Imaging）（ＯＰＳＩ）が、拡散性の散乱媒体の、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管の、表面より下の物体を撮像するために提供される。光源は、好ましくは、拡散性の散乱する媒体を照明するように、配置されるが、その光源は、この照明の際に、偏光解消された光で物体を照明する。物体を撮像するための手段を、異なる撮像角度を有する二つの対物によって、又は、単一の主対物、及び、偏光ビームスプリッターから撮像デバイスまでのそれの経路において撮像ビームをシフトさせるための走査ミラーによって、形成してもよい。二つの撮像角度は、好ましくは、１０度から３０度までだけ異なる。
【００１６】
さらには、別個の撮像デバイスを、各々の画像について提供してもよいか、又は、代案として、二つの画像の一つの透過を交替するためのシャッターが、提供され、そのシャッターは、好ましくは、偏光ビームスプリッターと撮像デバイスとの間に位置させられ、且つ、そのシャッターは、回転する開口のシャッター、液晶セルシャッター、若しくは、任意の他の適切な手段として具体化されてもよい。撮像デバイスは、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラであってもよい。
【００１７】
その装置は、物体の位置を決定するためのデータ処理装置をさらに含んでもよいが、その位置は、少なくとも、光軸に平行なｚ軸についての情報を含む。
【００１８】
その装置は、分光学的な光ビームを提供するためのレーザーであってもよい分光学的な光源、データ処理装置によって決定される物体の位置に依存して物体へ分光学的な光ビームを方向付けるための分光学的な光ビームを位置決めするデバイスを有する分光分析システムをさらに含んでもよい。分光分析システムは、国際公開第０２／０５７７５９号パンフレットに記載されたものと同一のものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のさらなる特徴及び利点は、付属の図と関連して、以下に続く好適な実施形態の記載を読むことで、当業者に、より明らかなものになると思われる。
【００２０】
図１は、ランプ、レーザー、ＬＥＤなどのような光源１、コンデンサー２、絞り３、色フィルター４、偏光子５、偏光ビームスプリッター６、及び対物７を含む、ＯＰＳＩ用の典型的な装備を概略的に示す。さらには、図１は、毛細血管９と一緒に（ａ）表皮及び（ｂ）真皮からなる皮膚８を示す。最後に、分析器１０が、示されるが、ここで、偏光が、偏光子４、レンズ１１、及びＣＣＤカメラ１２に対して垂直にもたらされる。
【００２１】
図２ａは、平行なビーム１４、１５を使用するＯＰＳＩの光路を伴った撮像対物の射出瞳１３の平面図である。非観血的な血液の分析器は、０．９のＮＡを備えた対物を使用する。１μｍ又は２μｍの側方の解像度が、ＯＰＳＩの撮像に要求されるが、その解像度を、０．３５のＮＡを備えた対物を使用することによって達成することができる。ＯＰＳＩに要求されるＮＡ（０．３５）が、利用可能なＮＡ（０．９）よりもはるかに小さいので、撮像のために瞳１３の領域の一部分のみを使用することは、可能である。異なる立体視の角度を、瞳１３の異なる領域を照明することによって、達成することができる。平行なビーム１４、１５を使用すると、焦平面における血管９が、二つの立体視の角度で観察されるとすれば、同じ位置に撮像される。焦平面の前方又は後方に存在する血管９は、二つの画像において異なる位置を有する。可能な実施形態は、図３に示される。
【００２２】
対物の瞳１３における撮像ビームの位置を、走査（回転）ミラー１６及び中継レンズ１７によって、シフトさせることができる。このレンズ１７と走査ミラー１６との間の距離が、中継レンズ１７の焦点距離に等しいとすれば、ミラー１６の傾斜は、対物の瞳１３における撮像ビームの平行な変位に帰着する。対物の瞳１３と血管９との間の距離は、（人間の皮膚の屈折率について補正された）対物の瞳１３の焦点距離に等しい。
【００２３】
代替の実施形態が、図４に示されるが、ここでは、先の図におけるものと同じ要素を、対応する符号と共に提供してある。偏光ビームスプリッター６は、照明システム及び撮像システムの光路を分離する。撮像システムは、走査ミラー１６における回転の中心が、対物レンズ１３の中心に結像されるように、走査ミラー１６及び中継レンズ１７を含む。撮像レンズは、ＣＣＤカメラに対物レンズ１３の焦平面を撮像するために、使用される。
【００２４】
走査ミラー１６が、揺れる運動を行うと、ＯＰＳＩの画像は、移動する。焦平面の前方又は焦平面より上にある物体は、焦平面の後方又は焦平面より下の物体よりも少なく、移動することになる。焦平面にある物体は、距離Ｍｆｔａｎβにわたって移動することになるが、ここで、Ｍは、ＯＰＳＩシステムの倍率因子であり、ｆは、対物の焦点距離であり、且つ、βは、顕微鏡の対物を通じた視角である。βは、以下に続く
ｔａｎβ＝（Ａ／Ｂ）ｔａｎ２σ
ように走査ミラー１６の走査角度σに関係付けられるが、ここで、Ａは、走査ミラー１６から中継レンズ１７までの距離であり、且つ、Ｂは、中継レンズ１７から対物レンズ１３までの距離である。
【００２５】
焦平面より下の距離δにおける物体が、Ｍ（ｆ＋δ）ｔａｎβの、わずかにより大きい距離にわたって移動することになるのに対して、焦平面より上の距離デルタにある物体は、Ｍ（ｆ−δ）ｔａｎβの、わずかにより小さい距離にわたって移動することになる、図５を参照のこと。
【００２６】
図５は、血管１８の概略の位置を示す。図５に示された三つの血管１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、β＝０の場合に、全て重なり合うが、焦平面におけるそれらの射影は、全て、β≠０について、異なる変位を有する。
【００２７】
上に記載した実施形態の他にも、例えば、回転するくさびによる又は二つのシフトするくさびによる走査ミラーについての取り替えを含む単一の撮像デバイスのような、他の実施形態が、可能である。また、異なる角度で対物を通して見る二つの撮像デバイスを使用することも、可能である。これは、動く部分が無いという利点及び両側からの画像を同時に検出することができるという利点を有する。デフォーカスの量を、相関関数の手段によって、又は、二つの画像を差し引くことによって、得られた画像から決定することができる。
【００２８】
提供されるものは、撮像平面における位置のシフトを得るために少なくとも二つの異なる角度で問題の物体を撮像するステップ及びその後に器官の表面に関する撮像された物体の座標を得るために二つの画像における物体の相対的なシフトを比較するステップを含む、本発明に従った、直交偏光分光撮像（ＯＰＳＩ）を使用する、拡散性の散乱媒体の表面より下の物体の、特に、ヒトの皮膚のような器官における毛細血管の、検出用の方法及び装置である。
【００２９】
上述した実施形態が、本発明を限定するというよりもむしろ説明すること、及び、当業者が、添付した特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、多数の代替の実施形態を設計することができると思われることは、留意されるべきである。特許請求の範囲において、括弧の間に置かれたいずれの符号も、特許請求の範囲を限定するようなものと解釈されるものではない。単語“を含む”は、特許請求の範囲に挙げられたもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先立つ単語“ある”は、複数のこのような要素の存在を排除しない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、ＯＰＳＩ用の装備の概略の表現である。
【図２Ａ】図２ａは、平面図における、平行なビームを使用するＯＰＳＩの光路を伴った撮像する対物の射出瞳の概略の表現である。
【図２Ｂ】図２ｂは、図２ａの側面図である。
【図３】図３は、平行な撮像ビームを使用するＯＰＳＩの装備の実施形態を示す。
【図４】図４は、同じ対物及び傾斜させた撮像ビームを使用する実施形態を示す。
【図５】図５は、視角及び焦平面に対する位置の関数としての画像における血管の概略の位置を示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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