(57)【要約】本発明は、光学的に混濁した媒質（４０）の内部を撮像する方法および装置（３０、１２５）に関する。光源（３５）からの光が混濁媒質（４０）に入射させられる。光源（３５）からの光を混濁媒質（４０）中に入射させた（５）結果として混濁媒質（４０）から出てくる検出光が収集される。収集された検出光の第一の特性および第二の特性が同時に測定される。次に、測定された特性の第一の線形結合と測定された特性の第二の線形結合との比が取られる。これは、それらの線形結合中のノイズが相関しているという認識に基づいている。
2011503537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混濁媒質の内部を撮像する方法であって：
・光源からの照射光を前記混濁媒質中に入射させる段階と；
・前記混濁媒質に対する少なくとも一つの収集位置において前記混濁媒質から出てくる検出光を収集する段階であって、前記検出光は照射光を前記混濁媒質中に入射させた結果として前記混濁媒質から出てくるものである、段階と；
・前記収集された検出光の少なくとも第一の特性および第二の特性を同時に測定する段階であって、前記収集された検出光は単一の収集位置において収集されたものである、段階と；
・前記測定された特性の第一の線形結合と前記測定された特性の第二の線形結合の比を取る段階とを有する、
方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
・前記検出光は少なくとも、互いに実質的に異なる波長範囲によって特徴付けられる第一の光成分および第二の光成分を含み；
・前記第一の特性は前記第一の光成分の特性であり；
・当該方法は、前記測定する段階に先立って、第一の成分分離器を使って、前記収集された収集光から、前記第一の光成分の少なくとも一部分を別個に利用可能にする追加的段階を含む、
方法。
【請求項３】
混濁媒質の内部を撮像する方法であって：
・光源からの照射光を前記混濁媒質中に入射させる段階と；
・前記混濁媒質に対する少なくとも一つの収集位置において前記混濁媒質から出てくる検出光を収集する段階であって、前記検出光は照射光を前記混濁媒質中に入射させた結果として前記混濁媒質から出てくるものであり、前記検出光は第一の光成分および第二の光成分を含む、段階と；
・成分分離器を使って、単一の収集位置において収集された検出光から、前記第一の光成分および前記第二の光成分を別個に利用可能にする段階と；
・検出ユニットを使って、前記第一の光成分および前記第二の光成分の強度を同時に検出する段階と；
・前記第一の光成分および前記第二の光成分の検出された強度の第一の線形結合と、前記第一の光成分および前記第二の光成分の検出された強度の第二の線形結合との比を取る段階とを有する、
方法。
【請求項４】
前記第一の光成分は前記混濁媒質に含まれる蛍光物質を励起するよう選ばれた波長をもつ励起光を含み、前記第二の光成分は励起光で前記蛍光物質を励起した結果として前記蛍光物質によって生成される蛍光を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
混濁媒質の内部を撮像する装置であって：
・前記混濁媒質中に入射させるべき光を生成する光源と；
・前記光源からの光を前記混濁媒質中に入射させた結果として前記混濁媒質から出てくる検出光を収集する収集位置と；
・収集される検出光の少なくとも第一の特性および第二の特性を同時に測定する測定ユニットと；
・前記測定された特性の第一の線形結合と前記検出された特性の第二の線形結合の比を取る処理ユニットとを有する、
装置。
【請求項６】
混濁媒質の内部を撮像する装置であって：
・前記混濁媒質中に入射させるべき光を生成する光源と；
・前記光源からの光を前記混濁媒質中に入射させた結果として前記混濁媒質から出てくる検出光を収集する収集位置と；
・初期に前記混濁媒質に対して単一の収集位置において収集される検出光に含まれた第一の光成分および第二の光成分を波長に従って別個に利用可能にする成分分離器と；
・前記第一の光成分および前記第二の光成分の強度を検出する検出ユニットと；
・前記第一の光成分および前記第二の光成分の検出された強度の第一の線形結合と前記第一の光成分および前記第二の光成分の検出された強度の第二の線形結合との比を取る処理ユニットとを有する、
装置。
【請求項７】
当該装置が混濁媒質の内部を撮像する医療画像取得装置である、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記第一の光成分および前記第二の光成分が互いに異なる波長範囲によって特徴付けられ、前記成分分離器が、前記第一の光成分および前記第二の光成分を波長によって別個に利用可能にするよう構成されている、請求項６または７記載の装置。
【請求項９】
前記成分分離器が：ダイクロイック・ミラー、透過格子およびプリズムからなる群に含まれる要素の少なくとも一つを含む、請求項６ないし８のうちいずれか一項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混濁媒質の内部を撮像する方法であって：
・光源からの照射光を混濁媒質中に結合する段階と；
・混濁媒質に対する少なくとも一つの収集位置において混濁媒質から出てくる検出光を収集する段階であって、前記検出光は照射光を混濁媒質中に結合した結果として混濁媒質から出てくるものである、段階と；
・前記収集された検出光の少なくとも第一の特性および第二の特性を同時に測定する段階であって、前記収集された検出光は単一の収集位置において収集されたものである、段階とを有する方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、光学的に混濁した媒質（optically  turbid  medium）（以下、混濁媒質［turbid  medium］）の内部を撮像する方法であって：
・光源からの照射光を混濁媒質中に結合する段階と；
・混濁媒質に対する少なくとも一つの収集位置において混濁媒質から出てくる検出光を収集する段階であって、前記検出光は照射光を混濁媒質中に結合した結果として混濁媒質から出てくるものであり、前記検出光は第一の成分および第二の成分を含み、第一の光成分および第二の光成分は互いに実質的に異なる波長範囲によって特徴付けられる、段階と；
・第一の光成分および第二の光成分の強度を検出ユニットを使って検出する段階とを有する方法にも関する。
【０００３】
本発明はまた、前記諸方法に基づいて混濁媒質の内部を撮像する装置にも関する。
【背景技術】
【０００４】
混濁媒質の内部を撮像する方法および装置のある実施形態は、国際特許出願PCT/IB2007/052823から知られている。混濁媒質が受容体積中に受け入れられる。次に、光源からの光が受容体積中に結合される。光源によって生成される光の波長は、受容体積中に受け入れられる混濁媒質に含まれる蛍光剤を励起するよう使用されうる。光源からの光を受容体積中に結合したのち、検出光が受容体積から取り出され、受容体積から取り出される検出光は光源からの光を受容体積中に入力した結果として受容体積から出てくるものである。上記から、受容体積から取り出される検出光が、互いに異なる波長をもつ第一の光成分および第二の光成分を含むことは明らかである。異なるサブ光源からの光が受容体積中に結合される場合、第一の光成分は第一のサブ光源によって生成された光を含み、第二の光成分は第二のサブ光源によって生成された光を含む。検出された第一の光成分および第二の光成分の強度の比に基づいて、混濁媒質の内部の像が再構成される。光源からの光が混濁媒質中に含まれる蛍光物質を励起するのに使われる場合、第一の光成分は光源によって生成された光を含み、第二の光成分は蛍光物質によって生成された光を含む。今度は、蛍光と励起光の強度の比に基づいて画像が再構成される。検出光が、よって第一の光成分および第二の光成分が、混濁媒質の内部の再構成された画像の品質に対して負の効果をもつノイズを受けやすいことは、既知の方法および装置の特性である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
混濁媒質の内部の再構成された画像の品質に対するノイズの効果を軽減することが本発明の一つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、前記方法がさらに：
・検出された特性の第一の線形結合および測定された特性の第二の線形結合の比を取る、
段階を有することにおいて実現される。
【０００７】
本発明は、第一の特性のノイズの一部と第二の特性のノイズが相関しているという認識に基づいている。結果として、第一および第二の光特性の第一の線形結合ならびに両特性の第二の線形結合のノイズも相関しており、第一の線形結合と第二の線形結合の比における相関したノイズ因子どうしは消し合う。たとえば、第一の特性が混濁媒質を光源からの光で照射した結果として混濁媒質に含まれる蛍光物質によって生成される蛍光の強度（またはいずれも混濁媒質から出てくる、光源からの光の強度と蛍光の強度の線形結合）であり、第二の特性が混濁媒質から出てくる、光源からの光の強度（またはいずれも混濁媒質から出てくる、光源からの光の強度と蛍光の強度の線形結合）である場合、相関は、蛍光が混濁媒質を光源からの光で照射する結果であるという事実ならびに光源からの光が蛍光において少なくとも部分的に同じ光路を共有するという事実の結果である。光源の出力が時間的に変わる場合、蛍光の強度もしかるべく変わる。しかしながら、二つの特性の二つの線形結合の比は、時間的変動によって概して影響されない。分母と分子における相関したノイズ因子が互いに打ち消し合うからである。光源からの光の強度と蛍光の強度との線形結合は、混濁媒質から出てくる光から蛍光をフィルタリングするための不完全フィルタから帰結しうる。不完全フィルタは、蛍光ばかりでなく、光源によって生成された一部の光をも通過させる（特許出願PH008928（部内参照）も参照）。
【０００８】
本発明に基づく方法のある実施形態では：
・検出光は少なくとも、互いに実質的に異なる波長範囲によって特徴付けられる第一の光成分および第二の光成分を含み；
・第一の特性は第一の光成分の特性であり；
・本方法は、測定段階に先立って、第一の成分分離器を使って、収集された収集光から、第一の光成分の少なくとも一部分を別個に入手可能にする追加的段階を含む。
【０００９】
この実施形態は、第一の特性が上記のような混濁媒質から出てくる蛍光の少なくとも一部の強度である状況をカバーするという利点をもつ。その際、第二の光成分は、混濁媒質から出てくる光源からの光または光源からの光と第一の成分に含まれない蛍光の線形結合を含む。光源からの光および蛍光はいずれも混濁媒質から出てくる。第一の光成分は、たとえば光学フィルタを使って別個に利用可能にされる。第二の光成分が、光源によって生成される光および第一の成分に含まれない蛍光のような少なくとも二つのさらなる成分を含む場合、これらさらなる成分の一つまたは複数は、第二の成分分離器を使って別個に利用可能にされてもよい。第一の成分分離器および第二の成分分離器は、光学フィルタ、ダイクロイック・ミラー、格子およびプリズムのような単一の成分分離器に含まれてもよい。
【００１０】
本発明の目的は、
・光源からの照射光を混濁媒質中に結合する段階と；
・混濁媒質に対する少なくとも一つの収集位置において混濁媒質から出てくる検出光を収集する段階であって、前記検出光は照射光を混濁媒質中に結合した結果として混濁媒質から出てくるものであり、前記検出光は第一の光成分および第二の光成分を含む、段階と；
・成分分離器を使って、単一の収集位置において収集された検出光から、第一の光成分および第二の光成分を別個に利用可能にする段階と；
・検出ユニットを使って、第一の光成分および第二の光成分の強度を同時に検出する段階と；
・第一の光成分および第二の光成分の検出された強度の第一の線形結合と、第一の光成分および第二の光成分の検出された強度の第二の線形結合との比を取る段階とを有する方法を用いても実現される。
【００１１】
この方法は、上記の発明に基づく方法の一つの好ましい実施形態である。本発明に基づく方法のあるさらなる実施形態では、第一の光成分は混濁媒質に含まれる蛍光物質を励起するよう選ばれた波長をもつ励起光を含み、第二の光成分は励起光で蛍光物質を励起した結果として蛍光物質によって生成される蛍光を含む。この実施形態は、混濁媒質の内部の、検出された蛍光に基づく再構成された画像の品質に対するノイズの影響を軽減するという利点がある。
【００１２】
本発明はまた、混濁媒質の内部を撮像する装置であって：
・混濁媒質中に結合されるべき光を生成する光源と；
・光源からの光を混濁媒質中に結合した結果として混濁媒質から出てくる検出光を収集する収集位置と；
・収集される検出光の少なくとも第一の特性および第二の特性を同時に測定する測定ユニットと；
・測定された特性の第一の線形結合と検出された特性の第二の線形結合の比を取る処理ユニットとを有する装置を用いても実現される。
【００１３】
本発明はまた、混濁媒質の内部を撮像する装置であって：
・混濁媒質中に結合されるべき光を生成する光源と；
・光源からの光を混濁媒質中に結合した結果として混濁媒質から出てくる検出光を収集する収集位置と；
・第一の光成分および第二の光成分を波長に従って別個に入手可能にする成分分離器であって、第一の光成分および第二の光成分は初期に混濁媒質に対して単一の収集位置において収集される検出光に含まれ、互いに異なる波長範囲によって特徴付けられる、成分分離器と；
・第一の光成分および第二の光成分の強度を検出する検出ユニットと；
・第一の光成分および第二の光成分の検出された強度の第一の線形結合と第一の光成分および第二の光成分の検出された強度の第二の線形結合との比を取る処理ユニットとを有する装置を用いても実現される。
【００１４】
本発明に基づく装置のあるさらなる実施形態では、当該装置は混濁媒質の内部を撮像するための医療画像取得装置である。この実施形態は、本発明に基づく混濁媒質の内部を撮像する装置が医療上の用途をもつことができるようにするという利点がある。
【００１５】
本発明に基づく装置のあるさらなる実施形態では、成分分離器は：ダイクロイック・ミラー、透過格子およびプリズムからなる群に含まれる要素の少なくとも一つを含む。この実施形態は、ダイクロイック・ミラー、透過格子およびプリズムが、波長に従って互いに異なる波長範囲によって特徴付けられる光成分を分離するよう簡単に実装できる成分分離器の例であるという利点をもつ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に基づく方法のある実施形態を概略的に示す図である。
【図２】本発明に基づく混濁媒質の内部を撮像する装置のある実施形態を概略的に示す図である。
【図３】本発明に基づく混濁媒質の内部を撮像する医療画像取得装置のある実施形態を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に基づく方法のある実施形態を概略的に示している。まず、ステップ５で、光源からの照射光が混濁媒質中に結合される。照射光は第一の光成分および第二の光成分を含み、異なる成分は光源に含まれる異なるサブ光源によって生成され、それらの成分は互いに異なる波長範囲によって特徴付けられる。第一の光成分の少なくとも一部および第二の光成分の少なくとも一部が次いで混濁媒質中を進み、その後、混濁媒質から出てくる。あるいはまた、照射光は混濁媒質に含まれる蛍光物質を励起するよう選ばれる。この場合、混濁媒質から出てくる光は蛍光物質と相互作用しなかった光源からの光を含む第一の光成分と、照射光による励起に応答して蛍光物質によって生成された蛍光を含む第二の光成分とを含む。結果として、いずれの場合においても、混濁媒質から出てくる光は第一の光成分および第二の光成分を含む。混濁媒質から出てくる光は、検出光と呼ばれる。検出光は、混濁媒質に対して少なくとも一つの収集位置において収集される。これは、ステップ１０で行われる。ステップ１５において、成分分離器を使って、単一の収集位置において収集される検出光から、第一の光成分および第二の光成分が、波長に応じて、別個に入手可能にされる。次に、ステップ２０において、第一の光成分および第二の光成分の強度が、光検出器ユニットを使って検出される。その後、処理ユニットを使って、第一の光成分および第二の光成分の検出された強度の第一の線形結合と、それらの検出された強度の第二の線形結合との比が取られる。これはステップ２５において行われる。その後、この比は、混濁媒質の内部の画像を再構成するための画像再構成プロセスにおいて使用されることができる。
【００１８】
図２は、本発明に基づく混濁媒質の内部を撮像する装置の実施形態を概略的に示している。装置３０は、混濁媒質４０中に結合されるべき光を生成する光源３５を含む。光源３５は複数のサブ光源４５を含みうる。異なる各サブ光源は、他の各サブ光源によって生成される光とは異なる波長をもつ。混濁媒質４０は受容体積５０中に受け入れられ、受容体積５０は受容器（receptacle）５５によって境が定められる。受容器５５は、光源３５からの光を受容体積５０中に結合するために、光のための複数の入射位置６０を含む。受容器５５はさらに、混濁媒質４０から、よって受容体積５０から出てくる光を収集するために、光のための複数の収集位置６５を含む。光源３５は、光学スイッチ７０を使って、前記複数の光入射位置６０のうちから選ばれる少なくとも一つの光入射位置に逐次的に結合される。光源３５は、光ガイド７３を使って光学スイッチ７０に光学的に結合される。光学スイッチ７０は光ガイド７５を使って受容器５５に光学的に結合される。光源３５は、複数の異なるサブ光源が異なる入射位置に同時に結合されることができるという意味で、複数の入射位置に同時に結合されてもよい。単一の収集位置において収集される検出光は、第一の光成分および第二の光成分を含み、両成分は互いに異なる波長範囲によって特徴付けられる。明らかに、検出光は三つ以上の光成分を含んでいてもよく、そのうちのいくつが（二つまたはそれ以上が）本発明に基づいて別個に利用可能にされてもよい。異なる成分は、複数のサブ光源を使った結果であってもよい。あるいはまた、それらは光源３５によって生成された光を使って混濁媒質４０に含まれる蛍光物質を励起した結果であってもよい。その際、光源３５によって生成される光で蛍光物質と相互作用しなかったものが第一の光成分に含まれ、光源３５によって生成された光による励起に応答して蛍光物質によって生成された蛍光が第二の光成分に含まれる（図１を参照しての議論を参照）。単一の収集位置において収集された検出光に含まれる第一の光成分および第二の光成分は、複数の成分分離器８０を使って、波長に従って、別個に、該検出光から利用可能にされる。ダイクロイック・ミラー、透過格子およびプリズムが、成分分離器として使用できる要素の例である。検出光は、光ガイド８５を使って、受容器５５内に含まれる複数の光収集位置６５から、成分分離器８０に結合される。今、光ガイド９０によって伝えられる第一の光成分（種々の光収集位置において収集される種々の第一の光成分）の強度は複数の検出器要素９５を使って検出される。同様に、今、光ガイド１００によって伝えられる第二の光成分（種々の光収集位置において収集される種々の第二の光成分）の強度は複数の検出器要素１０５を使って検出される。検出器要素９５および検出器要素１０５は単一の検出器ユニット１１０に含まれていてもよい。第一の光成分および第二の光成分の強度の検出後、処理ユニット１１５を使って、検出された強度の第一の線形結合および検出された強度の第二の線形結合の比が取られる。この比は、次いで、混濁媒質４０の内部の画像を再構成するために使用される。
【００１９】
画像再構成プロセスは、画像再構成ユニット１２０を使って実行される。混濁媒質４０によって占められていない受容器５５内部のスペースは、混濁媒質４０の対応する特性に実質的に整合する吸収および散乱係数のような光学的特性をもつ整合媒質（matching  medium）２００で充填されてもよい。このようにして、混濁媒質４０中に光を結合し、混濁媒質４０から光を取り出すことから生じる境界効果が軽減される。さらに、整合媒質の使用は、光学的短絡の発生を防止する。光学的短絡（optical  short-circuit）は、ある収集位置において収集された光が、混濁媒質４０を通過した光と受容体積５０を通過したが混濁媒質４０は通過していない光の両方を含む場合に生じる。混濁媒質はその中を通過する光を強く減衰させるので、混濁媒質４０を通過することなく収集位置に達する光は、混濁媒質４０を通過した光の強度を圧倒してしまうことがありうる。これは、適正な測定を妨げるであろう。整合媒質２００を使うときは、混濁媒質４０と整合媒質２００が、実効的に、受容体積５０を満たす単一の混濁媒質をなす。
【００２０】
図３は、本発明に基づく混濁媒質の内部を撮像するための医療画像取得装置のある実施形態を概略的に示している。本医療画像取得装置１２５は、図２との関係で論じた撮像装置３０に含まれる諸要素を含む。これは、破線の長方形１３０によって示されている。医療画像収集装置１２５はさらに、混濁媒質４０の内部の再構成された画像を表示する画面１３５と、操作者が本医療画像取得装置１２５と対話することを許容する操作者インターフェース１４０、たとえばキーボードを含む。
【００２１】
上記の諸実施形態は本発明を限定するというよりは例解するものであり、当業者は付属の請求項の範囲から外れることなく数多くの代替的な実施形態を設計できるであろうことを注意しておくべきである。請求項において、括弧内に置かれた参照符号があったとしても、その請求項を限定するものと解釈してはならない。「有する」の語は請求項において挙げられている以外の要素やステップの存在を排除しない。要素の単数形の表現はそのような要素の複数の存在を排除しない。本発明は、いくつかの相異なる要素を有するハードウェアの手段によって、あるいは好適にプログラムされたコンピュータによって実装されることができる。いくつかの手段を列挙するシステム請求項では、これらの手段のいくつかは、コンピュータ可読ソフトウェアまたはハードウェアの同一項目によって具現されることができる。ある種の施策が互いに異なる従属請求項に記載されているというだけの事実がそれらの施策の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【図１】
2011503537.tif 000003
【図２】
2011503537.tif 000004
【図３】
2011503537.tif 000005
【国際調査報告】
2011503537.tif 000006
2011503537.tif 000007
2011503537.tif 000008