(57)【要約】  表面画像の光線を単一の撮像デバイスに導く能力を提供しつつ、被検体に戻る反射光を最小限にする光学システムによって、透過した光と後方散乱した表面光とがイメージングされるトモグラフィのイメージングに向けたデバイス、システム、および方法が説明される。一実施形態では、湾曲した反射器が部分的または完全に被検体を囲み、この反射器は、光を撮像カメラの方に反射するために傾いている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体支持物と、
前記被検体支持物の上に位置決めされた被検体からの光を受光するとともに、前記受光した光を別の方向に向けることによって前記受光した光の方向を第２の光学素子に向けて変更するように位置決めされた第１の光学素子と、
前記被検体支持物の上に置かれた被検体が複数の側から照射されるように様々な角度の光線を前記被検体支持物の方に導くように構成された照射光源と、
を備えるイメージングシステムであって、
前記第２の光学素子が、前記第１の光学素子から受光した光の方向をイメージングデバイスの方に変更するように配置され、
前記第１および前記第２の光学素子が鏡面反射または屈折を行い、
前記第１の光学素子が、前記被検体における複数の反対側の面からの前記光を受光するように構成され、
前記被検体支持物の上の被検体からの光の鏡面反射光または屈折光が前記被検体支持物の上の被検体から離れる方に導かれ、それによって、前記被検体の表面から放出される光子による被検体の二次照射が防止されるように、前記第１の光学素子が前記被検体支持物に対して位置決めされている、イメージングシステム。
【請求項２】
前記第１の光学素子が第１の組の光学素子を含み、前記第２の光学素子が、対応する第２の組の光学素子を含む、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項３】
前記第１および前記第２の光学素子がミラーを含む、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項４】
前記第１および前記第２の組の光学素子が、平面ミラーおよび／または円錐ミラーの組み合わせを含む、請求項２に記載のイメージングシステム。
【請求項５】
前記第２の光学素子が、画像を反射によって前記イメージングデバイスに転送する、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項６】
前記イメージングデバイスが、前記転送された画像から被検体画像を再構成するＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラである、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項７】
生物発光トモグラフィ、蛍光トモグラフィ、または拡散光トモグラフィに基づいて被検体の画像を生成するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のイメージングシステム。
【請求項８】
前記被検体支持物と一直線に合わせられた軸を前記第１の光学素子が少なくとも部分的に囲んでいる、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項９】
前記被検体支持物と一直線に合わせられた軸を前記第１の光学素子が完全に囲んでいる、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項１０】
前記第１の光学素子が円錐ミラーを含む、請求項４に記載のイメージングシステム。
【請求項１１】
前記円錐ミラーが軸を有し、前記被検体支持物が、前記軸に沿って前記円錐ミラーの大きい方の端部を越えた所に配置されている、請求項１０に記載のイメージングシステム。
【請求項１２】
光線が被検体の中に光子を射出し、前記光子が、前記被検体の内部で散乱または吸収された後に前記被検体を離れ、また、反射光が前記被検体の表面を離れるようにして前記被検体の表面に前記光線を導くステップであって、それにより、反射または透過した光線が前記被検体におけるそれぞれの箇所から前記被検体表面を離れる、ステップと、
前記被検体から離れた前記光線を光学素子を用いて導き、前記光線の一部の方向を変更するステップであって、それにより、前記光線が前記被検体の表面を再度照射することが防止される、ステップと
を含む、拡散光トモグラフィのデータを生成するための方法であって、
前記光線を導くステップが、前記光線の一部を、イメージングされることになる光が通る視野を有するイメージングデバイスに導くステップを含み、
前記光線を導くステップが、別の方向に向いている前記被検体の表面の部分の画像を取り込めるように前記光線の一部が前記視野の中に導かれるよう、前記光線の一部が前記被検体の表面を離れる際に発散する方向を変更するステップをさらに含む、方法。
【請求項１３】
前記光線を導くステップが、前記光線を反射させるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光学素子が、少なくとも部分的に相互対向している１つまたは複数の表面反射部分を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記光学素子が、第１および第２の連続的な反射において光を導くように構成された複数のミラーを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記光学素子が複数の切り子面を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記光学素子が、軸を有する円筒部分または円錐部分を画定している湾曲部分を有し、前記軸が前記被検体を通っている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記光学素子が、軸を有する円筒部分または円錐部分を画定している湾曲部分を有し、前記軸が前記被検体を通っており、前記光学素子が、前記軸に沿って前記被検体と前記イメージングデバイスとの間に配置されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記光学素子が、前記被検体からの光を前記イメージングデバイスの方に導くように傾いている反射面を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記光学素子が、平面ミラーおよび／または円錐ミラーの組み合わせを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記イメージングデバイスがＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラである、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記イメージングデバイスによって受光された前記被検体の画像をデジタル方式で処理し、前記画像の3次元トモグラフィのデータを生成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
被検体支持物と、
前記被検体支持物の上に位置決めされた被検体からの光を受光するとともに、受光した光を別の方向に向けることによって、前記受光した光の方向を、視野を有するイメージングデバイスに向けて変更するように位置決めされた第１の光学素子と、
前記被検体支持物の上に置かれた被検体が複数の側から照射されるように様々な角度の光線を前記被検体支持物の方に導くように構成された照射光源と
を備えるイメージングシステムであって、
前記被検体支持物の上の被検体からの光の鏡面反射光または屈折光が前記被検体支持物の上の被検体から離れる方に導かれ、それによって、前記被検体の表面から放出される光子による被検体の二次照射が防止されるように、前記第１の光学素子が前記被検体支持物に対して位置決めされ、
前記被検体支持物から離れる方に向けられた、前記第１の光学素子によって受光される第１の光線と第２の光線との間の角度を狭くするように前記第１の光学素子が構成され、それによって、前記第１および前記第２の光線が前記視野の中に導かれ得る、イメージングシステム。
【請求項２４】
前記光が前記イメージングデバイスに到達する前に前記光の方向をさらに変更する第２の光学素子をさらに備える、請求項２３に記載のイメージングシステム。
【請求項２５】
前記第１および前記第２の光学素子がミラーを含む、請求項２４に記載のイメージングシステム。
【請求項２６】
前記第１および前記第２の組の光学素子が、平面ミラーおよび／または円錐ミラーの組み合わせを含む、請求項２４に記載のイメージングシステム。
【請求項２７】
前記第２の光学素子が、画像を反射によって前記イメージングデバイスに転送する、請求項２４に記載のイメージングシステム。
【請求項２８】
前記イメージングデバイスが、前記転送された画像から被検体画像を再構成するＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラである、請求項２３に記載のイメージングシステム。
【請求項２９】
前記被検体支持物と一直線に合わせられた軸を前記第１の光学素子が少なくとも部分的に囲んでいる、請求項２３に記載のイメージングシステム。
【請求項３０】
前記被検体支持物と一直線に合わせられた軸を前記第１の光学素子が完全に囲んでいる、請求項２３に記載のイメージングシステム。
【請求項３１】
前記第１の光学素子が円錐ミラーを含む、請求項２３に記載のイメージングシステム。
【請求項３２】
前記円錐ミラーが軸を有し、前記被検体支持物が、前記軸に沿って前記円錐ミラーの大きい方の端部を越えた所に配置されている、請求項３１に記載のイメージングシステム。
【請求項３３】
被検体支持物と、
前記被検体支持物の上に位置決めされた被検体からの光を受光するとともに、受光した光を別の方向に向けることによって、前記受光した光の方向を、視野を有するイメージングデバイスに向けて変更するように位置決めされた第１の光学素子と
を備えるイメージングデバイスであって、
前記第１の光学素子によって受光される、前記被検体支持物の上の被検体からの反対方向に向けられた光が、前記被検体支持物の上の被検体から離れる方に周囲の空気を通じて完全に導かれ、それによって、前記被検体の表面から放出される光子による被検体の二次照射が防止されるようにして、前記第１の光学素子が前記被検体支持物に対して位置決めされ、
前記第１の光学素子が、前記第１の光学素子によって受光された前記光を、イメージングデバイスの視野を画定する領域に導くように構成されている、イメージングデバイス。
【請求項３４】
前記被検体支持物の上に置かれた被検体が複数の側から照射されるように、様々な角度の光線を前記被検体支持物の方に導くように構成された照射光源をさらに備える、請求項３３に記載のイメージングデバイス。
【請求項３５】
前記光が前記イメージングデバイスに到達する前に前記光の方向をさらに変更する第２の光学素子をさらに備える、請求項３３に記載のイメージングデバイス。
【請求項３６】
前記第１および前記第２の光学素子がミラーを含む、請求項３５に記載のイメージングデバイス。
【請求項３７】
前記第１および前記第２の組の光学素子が、平面ミラーおよび／または円錐ミラーの組み合わせを含む、請求項３５に記載のイメージングデバイス。
【請求項３８】
前記第２の光学素子が、画像を反射によって前記イメージングデバイスに転送する、請求項３５に記載のイメージングデバイス。
【請求項３９】
前記イメージングデバイスが、前記転送された画像から被検体画像を再構成するＣＣＤカメラである、請求項３３に記載のイメージングデバイス。
【請求項４０】
前記被検体支持物と一直線に合わせられた軸を前記第１の光学素子が少なくとも部分的に囲んでいる、請求項３３に記載のイメージングデバイス。
【請求項４１】
前記被検体支持物と一直線に合わせられた軸を前記第１の光学素子が完全に囲んでいる、請求項３３に記載のイメージングデバイス。
【請求項４２】
前記第１の光学素子が円錐ミラーを含む、請求項３３に記載のイメージングデバイス。
【請求項４３】
前記円錐ミラーが軸を有し、前記被検体支持物が、前記軸に沿って前記円錐ミラーの大きい方の端部を越えた所に配置されている、請求項４２に記載のイメージングデバイス。
【請求項４４】
請求項３３から４３のいずれか一項に記載のイメージングデバイスを備え、イメージングデバイスと、前記イメージングデバイスによって受光された画像から光トモグラフィのデータを生成するようにプログラムされたプロセッサとをさらに備える、イメージングシステム。
【請求項４５】
台の近傍に配置されるとともに前記台と対向し、前記台の上の被検体の画像を少なくとも１つの第１のカメラの方に反射させるために離れて傾いている一対のミラーと、
前記台の上に置かれた被検体の直線部分を照射するために前記台を横切るラインを投射するように構成されたラインスキャン用光源と、
前記台に置かれた被検体の表面をスキャンするためにラインスキャン用光源に対して前記台を移動する横方向移動システムと、
前記横方向移動システムに接続されているとともに、前記台の上に置かれた被検体の上に複数の点光源を作り出すように構成された第２の光源と、
前記台の上に置かれた被検体の画像を前記被検体の複数の面から受光するように位置決めされたトモグラフィ画像カメラ、および光イメージング装置と
を備えるイメージングシステム。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの第１のカメラから複数の画像を生成するように構成された画像データ取得部をさらに備える、請求項４５に記載のイメージングシステム。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの第１のカメラが、前記台の反対側において異なる方向を向いている少なくとも２つのカメラである、請求項４５または４６に記載のイメージングシステム。
【請求項４８】
前記光イメージング装置が、前記台の上に置かれた被検体の反対側からの画像を、前記トモグラフィイメージングカメラに向けて反射するように構成されている、請求項４５に記載のイメージングシステム。
【請求項４９】
前記イメージング装置が、前記台の上の被検体の反対側から発散する光線を、前記トモグラフィイメージングカメラにおける単一の視野の中に導く２つの反射部分をもたらすように構成されている、請求項４８に記載のイメージングシステム。
【請求項５０】
前記横方向移動システムが、回転変位用の構成要素と、平行移動による変位用の構成要素とを含む、請求項４９に記載のイメージングシステム。
【請求項５１】
前記平行移動による変位用の構成要素が、前記台を動かすリニアドライブである、請求項５０に記載のイメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［連邦政府資金による研究開発の記載］
本発明は、国立癌研究所に認められたＮＣＩ−４Ｒ３３ＣＡ１１８６６６に基づき、政府支援によってなされた。合衆国政府は、本発明における特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
拡散光トモグラフィ（ＤＯＴ）では、被験体における発色団（または、用いられる場合には蛍光体）の３次元分布を求めるために、被験体の表面における光イメージングが用いられる。被験体には実験動物や人体の部位が含まれ得る。この３次元分布は、バイオマーカーと、酸素や特定の対象分子などの生理学的パラメータとの追跡を可能にし得る。この技術は非侵襲であり、有害な放射線を使用しない。
【０００３】
拡散光トモグラフィ、蛍光トモグラフィ、および生物発光トモグラフィなどの光トモグラフィの技術は、生体内診断に向けた非侵襲の技術である。これらの光トモグラフィの技術は、生体内の生物学的因子における３次元の定量的な情報を提供し得るため、生物医学研究および医用診断に向けた重要なツールと考えられている。
【０００４】
光トモグラフィの機器は、被験体を照射するための装置と、被験体の表面から放出された光子を測定するための機器とからなる。照明は、被験体における落射照明（ｅｐｉ−ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）または透過照明（ｔｒａｎｓ−ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を可能にし得る。コンピュータは、数値再構成アルゴリズムを用いて、測定データから３次元情報を生成する。いくつかのＤＯＴシステムでは、表面から放出された光子の高解像度の像を取り込むためにＣＣＤカメラが用いられる。これは、表面に接触するファイバーベースのシステムと異なり、より多くの測定点をもたらす。
【０００５】
公知のデバイスは、落射照明と透過照明の両方を施された被験体の画像を取り込むために、落射照明と透過照明の両方に対する画像データを組み合わせるための処理と共に用いられている。このことを実現するためには、ある固定カメラと共に被験体を回転させること、いくつかの別の方向に向けられた複数のカメラを用いること、および、角錐または円錐のミラーを被験体の周囲に配置し、その被験体から反射した画像を取り込むように、あるカメラを向けることなどの手法が必要となる。特に、円錐ミラーの場合には、被験体の表面全体を同時に観察することができ、また平面ミラー方式に比べて、より多くの放出光子を検出することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開示される主題における実施形態の目的および利点は、添付図面と共に考慮される際に以下の説明より明らかとなろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
いくつかの実施形態では、被検体をさらに照射して、取り込まれる画像データに妨害を及ぼす、照射された被検体からの後方散乱を低減するために２つの連続的なミラーによる反射部分が配置される。一次反射器は、被検体から離れて配置されて被検体を少なくとも部分的に囲み、二次反射器は、一次反射器からの画像をカメラに向けて反射する。この実施形態では、２つの反射器を用いることによって、後方散乱が低減または排除されるように一次反射器の位置と向きを決めることが可能となる。
【０００８】
以下では、同一の参照番号が同一の要素を表している添付図面を参照して、いくつかの実施形態を詳しく説明する。これらの添付図面は、必ずしも一定の縮尺比で示されていない。特徴のいくつかは、該当する場合には、基本的な特徴の説明を妨げることのないように図示されていない場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】従来技術による、光トモグラフィの画像を取り込むために用いられる円錐型反射デバイスを示す図である。
【図１Ｂ】従来技術による、光トモグラフィの画像を取り込むために用いられる円錐型反射デバイスを示す図である。
【図２】開示される主題の実施形態による、トモグラフィの画像データを取り込むための第１の複数の反射デバイスを示す図である。
【図３Ａ】開示される主題の実施形態による、トモグラフィの画像データを取り込むための、胸部組織または類似の体部位の画像を取り込む際の用途に適合した第２の複数の反射デバイスを示す図である。
【図３Ｂ】開示される主題の実施形態による、トモグラフィの画像データを取り込むための、胸部組織または類似の体部位の画像を取り込む際の用途に適合した第２の複数の反射デバイスを示す図である。
【図４】開示される主題の実施形態による、トモグラフィの画像データを取り込むための第３の複数の反射デバイスを示す図である。
【図５Ａ】他の実施形態と共に用いられてもよい、落射照明および透過照明に向けた特徴を示している、トモグラフィのデータを取り込むための第４の複数の反射デバイスを示す図である。
【図５Ｂ】他の実施形態と共に用いられてもよい、被スキャン体を支持するための特徴を示している、トモグラフィのデータを取り込むための第４の複数の反射デバイスを示す図である。
【図６Ａ】開示される主題の実施形態による、イメージングデバイスの動作原理を示す図である。
【図６Ｂ】開示される主題の実施形態による、イメージングデバイスの動作原理を示す図である。
【図７Ａ】開示される主題の実施形態による表面スキャンシステムと、トモグラフィのイメージングシステムとを示す図である。
【図７Ｂ】開示される主題の実施形態による表面スキャンシステムと、トモグラフィのイメージングシステムとを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａおよび図１Ｂは、従来技術による、光トモグラフィの画像を取り込むために用いられる円錐型反射デバイス１００を示す。被験体１０６は、光学的に透明であってもよい台１０８に支持されている。低パワーレーザなどの照射ビーム１０４は、１１０の所で示されているように、円錐ミラー１０２による反射によって被験体１０６の表面の上の多くの箇所に導かれるが、ここでは一箇所における照射が図示されている。光は被験体１０６を通り抜けるが、１１２において示されているように内部で散乱する。透過光１１４は、円錐ミラー１０２によって反射し（１１６）、１１８の所で示されているように被験体を照射し得る。このことは、当然ながら多くの箇所で生じ、後方散乱光による被験体１０６の拡散照射をもたらす。図１Ｂに示されているように、最初の照射ビームは、ミラー１０２によって直接的に後方散乱するか（１２６）、または間接的に後方散乱して（１３０、１３２）、１３４、１３６などの様々な箇所で被験体１０６を照射する正反射光１２４をもたらし得る。図１Ａに示されている透過光による後方照射は、概して重大な問題ではない。これは、照射光が被験体を通り抜ける際に散乱するとともに吸収によって減衰するためである。反射光による後方照射は、図１Ｂに示されているように一般に強力である。このため、一次、二次、または三次（等）の反射光が、被験体とミラーとの間を行ったり来たりし、かつ／または、被験体が測定データに著しい影響を及ぼし得る。
【００１１】
図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、被験体１０６が高反射性の円錐ミラーの内側に置かれ、その円錐ミラーによってソース光が被験体の表面に照射されるため、再構成に負の影響のある、被験体の表面と円錐ミラーとの間の後方反射が生じる。このことは、データ計測と、再構成の結果とにおける正確さと精度とを低下させ得る。開示される主題は、この影響を低減し、光イメージングシステムと他の撮像手段（ｍｏｄａｌｉｔｙ）との組み合わせに向けた柔軟性を提供するものである。本開示では、限定されないが、例として、小動物（たとえば、マウスまたはラット）、手、足、または、ヒトの胸部などの体の部位である被験体から非接触である多方向の光トモグラフィのデータを取得するためのイメージングシステムが説明される。
【００１２】
図２に示されているように、イメージング方式は、いくつかの実施形態では２つの連続したミラーによる反射を用いる。被験体の近くにある第１のミラー２０４が、その被験体２０２の表面画像を第２のミラー２０６に反射し、第２のミラー２０６が、その画像をＣＣＤカメラ２１０に反射することによって、反射したすべての画像が一枚の写真として得られる。このように、ビーム２０８で示されている、被験体２０２の表面からの最初の透過光または反射光（表面における様々な箇所において光が複数の方向に同時に発生または反射すると理解されたい）が第１のミラー（または、第１の複数のミラー）２０４によって第２のミラー２０６に反射し、それによって光２１２がカメラ２１０の方に導かれる。ミラー２０４および２０６は、たとえば環状の円錐部分でもよく、または、角錐状のものであってもよく、または、不連続性を有するか、もしくは不連続性を有していない部分的に円錐状のものでもあってもよく、または、複数の角度の光を反射し得る、完全もしくは部分的な一周構造からなるいかなる種類のものであってもよい。
【００１３】
コントローラ２１４は、レーザなどの照射光源２０９と、カメラ２０１および２１０とを制御することができる。コントローラ２１４は、カメラ２０１および２１０から画像データを受信することができる。カメラ２１０は、被験体２０２の表面におけるすべての画像を取り込むために用いられてもよい。カメラ２１０のＣＣＤへの表面の投射は歪むことになるが、予測できる形で歪み、表面部分の３次元モデル（メッシュ）に対する、被験体２０２の表面部分ごとの、表面から放出する光子束の計算は、その系の形状がわかっているためにコントローラ２１４において非常に正確に行われ得る。カメラ２０１は、被験体２０２のモデリングに向けて、被験体２０２の精密な表面形状を取り込むために用いられてもよい。光源２０９は、被験体２０２の形状に応じて様々な位置に位置決めされ得る。光源２０９は、様々な方向を向く被験体２０２の部分を照射するために、回転または移動可能なガントリーに支持されていてもよい。また複数の光源２０９が、代替的または付加的に用いられてもよい。
【００１４】
図２の反射方式における配置は、被験体２０２の形状に応じて変更されてもよい。第１および第２のミラーの形状は、被験体の表面形状に応じて平面でもよく、または円錐でもよく、または平面と円錐の形状の組み合わせでもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、図４に示されているとともに以下で説明される円錐ミラーのペアが用いられる。この円錐ミラーのペアは、小動物のイメージングに適し得る。平面ミラー方式は、図５Ｂに示されているとともに以下で説明されるように、手や足などの比較的平らな体の部位のイメージングに用いられ得る。また、たとえば胸部面をイメージングするために、図３に示されているとともに以下で説明される、平面ミラーと円錐ミラーの組み合わせが用いられてもよい。カメラ２０１は、いくつかの実施形態では、トモグラフィのデータを生成するために、さらなる表面光子放出データなどの他の役割を果たしてもよい。図２に関して説明されたコントローラ、複数のカメラ、および照射光源の特徴は、本明細書で説明される他の実施形態において提供されてもよい。
【００１５】
図３Ａおよび図３Ｂは、平面および湾曲面を含む第１および第２の反射器面を有するイメージングデバイス３００を示す。平面ミラー３０８および３１４は、一次反射器の一部を形成しており、その平面部分３０８には円錐部分３０６が隣接している。また二次反射器も、平面部分と湾曲部分とから構成されている。平面部分３０４は円錐部分３１２に隣接している。平面状の支持物３１０は、両胸部間の光のクロストークを抑えるために光吸収性であってもよい。一次反射器は、単体である中空の硬質構造体３０２に支えられることによって、その構造体３０２に支えられた反射面の剛性と正確な位置とを可能にしてもよい。構造体３０３の場合も同様である。二次反射器は、代替実施形態では、反射面、カメラ、および被験体の向きが適切な状態で、一次反射器によって囲まれた空間の外側に配置されていてもよい点に留意されたい。
【００１６】
イメージングデバイス３００は、一方または両方の胸部を同時にイメージングするために用いられてもよい。対象となる胸部は、図の位置から見て装置３００の後ろに位置決めされるとともに装置３００と対向していてもよい。この向きは、被験体からの光がまず反射器３０６、３１４、および３０８に当たり、次に、図を見ている人の位置に対して装置３００の左側にあるカメラに導かれるように反射器３０４、３１１、および３１２に当たる向きである。この装置３００は、いくつかの実施形態では、図３Ｂに示されているように、胸部３５２が下方に突き出る開口部を有するとともに患者３４８を支えるベッド３５８の下方で、システム３５０によって水平の向きに位置決めされてもよい。反射器３５６は、カメラ３５４が水平方向に位置決めされることを可能にし得る。
【００１７】
図４では、装置４００は、図３の装置より低いアスペクト比のイメージングデバイスである。単一の円錐部は一次反射面４１６を画定し、単一の円錐反射器４１４は二次反射器を画定している。被験体は、図を見ている人の位置から見て装置４００の後ろに位置決めされ、カメラは、図を見ている人の位置から見て装置４００の前に位置決めされる。スポーク４１８は、二次反射器４１４を支えることができ、一次反射器４１６および二次反射器４１４の両方は、表面の剛性と正確な位置とを可能にする中空構造体であってもよい硬質フレーム４１８に支えられていてもよい。スポーク４１８は、二次反射器を固定して保持するために張力がかけられていてもよく、二次反射器４１４の向きの調整を可能にしてもよい。また、これらのスポークは、二次反射器の向きを決める調整可能ねじなどの、シャーシ調整用の留め具を支える硬質構造体であってもよい。この装置４００は、図５Ａに示されているように小動物のイメージングシステムに用いられてもよく、または人体構造のイメージングに用いられてもよい。
【００１８】
図５Ａを参照すると、小動物のイメージングシステムは、第１の円錐反射器５１４と、第２の円錐反射器５１６とを含み得る。動き制御装置は、（表面形状の取得用にカメラも含み得る）照射光源５０４と、小動物などの被験体５１２との相対的な移動を提供し得る。第１の動き軸は、カメラおよび／または照射光源５０４を位置決めするために支持アーム５０６を回転させるドライブ５０８を有し得る。第２のドライブ５１１は、被験体５１２を動かすために台５１５を位置決めし得る。被験体および／またはイメージング素子の相対的な移動を提供するための他の構成も可能であり、この図は単なる例を示すものである。円錐ミラーのペアとＣＣＤカメラとによって小動物の表面の光子が計測され、回転ガントリーと、直線的に平行移動する台とからなる動き制御部を用いることによって、被験体の表面のあらゆる領域がピンポイントのレーザ光源によって照射され得る。
【００１９】
図５Ｂを参照すると、イメージングデバイス５３１は、第１および第２の反射器を画定している平面反射器５４２および５４０を有している。これらの反射器の構成では、足首の部分５３６などの比較的平らな表面部分のイメージングに適した左右対称の配置が定められている。構造体５３４は光源を支持し、光源の平行移動または他の動きをもたらし得る。台は、（１つもしくは複数の）光源による照射、もしくは拡散透過光の受光を可能にする開口部または窓５３２を提供し得る。
【００２０】
図６Ａを参照すると、一般的なカメラの構成において、イメージングされている被験体６０２における任意の箇所６０１から発散している光線６２０が、カメラ６１０の光学部品６０８によって（矢印６２２によって示されているように）再度集束しており、それによって、それらの光線がＣＣＤなどの感光面６０６における共通の点に注がれている。カメラ６１０は、被験体の他に、被験体６０２の周囲の領域の一部を取り込み得る視野６１６を有し得る。図６Ｂに示されているように、被験体における箇所６０１から離れた箇所６０３からの、光線６２０から大きい角度６４２だけ発散する光線６３６は、ミラー６４０などの光学素子を特定の向きと場所に配置することにより、経路６３４に沿ってカメラの方に向けることができ、それによってこの光線は感光面６０６の別の部分に導かれる（６３０）。また同時に、光学素子６４０の角度と位置は、光線６３８などの、被験体表面における実質的に任意の点からの光が依然として被験体６０２から離れた方に向けられるようになっている。
【００２１】
図６Ｂの構成では、光学素子６４０がない場合にはカメラ６１０の取込み開口部６０４に入ることのない２つの光線の発散角が、両方の光線６２０および６３４がカメラの取込み開口部６０４の中に入るように小さくなっている。このことは、別の方向に向いている被験体６０２の複数の面が単一の撮像面にイメージングされることを可能にする。また、図６Ｂに示されている実施形態は、これまでの実施形態における利点のいくつかが、直列である複数の方向変更素子以外の光学素子によって一回の方向変更で実現され得るということを示している。
【００２２】
図７Ａを参照すると、小動物のイメージングシステムは、第１の円錐反射器７１４と第２の円錐反射器７１６とを有する、図４の装置４００と同様に構成されたイメージング素子を含み得る。動き制御装置は、被験体の台７１５に対する照射光源７０４の相対的な変位をもたらし得る。被験体７１２は、透明であってもよい台７１５の上に示されている。被験体７１２は小動物でもよい。第２の照射光源７０３は、図７Ａに直交しているとともに図７Ｂの面に平行な角度を通じてスキャンするラインスキャナでもよい。このラインスキャナは、被験体７１２に向けられたカメラ７２１に被験体７１２の形状をはっきりと示す走査線を作り出すために用いられてもよい。
【００２３】
ミラーのペア７２５は、図７Ｂに最も良く示されているように、たとえば９０度から１２０度離れて、互いに対して傾いて位置決めされている。これらのミラー７２５は、被験体７１２の背面と側面をカメラ７２１に反映し、被験体７１２の表面モデルを作り出して、トモグラフィのデータ生成に適したメッシュの生成を可能にするために公知の技術を用いて処理され得るオーバーラップデータ（ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ  ｄａｔａ）を提供する。ドライブ７２９は、照射光源７０４を被験体７１２の周りの任意の方向に位置決めするために回転リング７２８を回転させる。第２のリニアドライブ７２７は、ミラーのペア７２５と２つのカメラ７２１とからなるプラットフォーム７２６を表面スキャンに向けて位置決めする。このプラットフォーム７２６は、表面スキャンの後にリニアドライブ７２７によって横方向に動かされてもよい。また光源７０４は、トモグラフィのデータ収集に向けて光源の位置を選択するために、プラットフォーム７２６が動かされた後に回転ドライブ７２９によって連続的な回転位置に導かれてもよい。イメージング素子の相対的な移動を行うための他の構成も可能であり、図は単なる例を提供するものである。円錐ミラーのペア７０１とＣＣＤカメラ７１２とによって、第１および第２のドライブのそれぞれの位置と照射光源７０４とによって生成される、点光源ごとの、小動物の表面全体からの光子が計測される。
【００２４】
説明されたシステムでは、被験体の表面全体が単一の円錐ミラー方式と同様に観測され得るが、これは、被験体がミラーペア構造体の外側に置かれ、不要な後方反射の影響が低減され得るためである。さらに、被験体の周りの空きスペースを利用することにより、ＣＴまたはＰＥＴなどの他の撮像手段が、被験体の周りのミラー構造体によって妨げられることなく、この光イメージングシステムと組み合わされてもよい。
【００２５】
開示された実施形態のいずれにおいても、光源は、ＤＬＰタイプのスキャナを用いてスキャンしてもよく、または、他の好適な任意の向き決め機構を用いてスキャンしてもよい。実施形態のいずれにおいても、被検体は、被検体および／または光源の相対的な移動を行うことによってスキャンされてもよい。実施形態のいずれにおいても、円筒形の光学面と平らな光学面とは、画像を生成し得る非円筒形の面、および平らでない面、ならびに3次元の湾曲部分に置き換えられてもよい。実施形態のいずれにおいても、表面形状は、多視点表面イメージング（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｖａｎｔａｇｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｉｍａｇｉｎｇ）以外のレーザスキャン、または他の任意の手段によって取得されてもよい。開示された実施形態のいずれにおいても、ミラー以外の反射を実現するためにプリズムなどの屈折デバイスが用いられてもよい。実施形態のいずれにおいても、ミラーは、被検体における一部またはすべての表面を有効とするために、湾曲面以外の多数の切り子面を含み得る。
【００２６】
開示された実施形態のいずれにおいても、開示されたイメージングデバイスは、トモグラフィの再構成に用いられる点照射とカメラによるイメージングの代わりに、表面モデルを作り出すために複数の画像を用いるか、またはレーザスキャンを用いるか、または任意の他の手段を用いることによる、表面の取得に用いられてもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態によれば、開示される主題にはイメージングシステムが含まれる。本システムは、被検体を保持するように構成された被検体支持物を有する。被検体自体はイメージングシステムの一部ではない。本システムは、第１の光学素子を有しており、この第１の光学素子は、上記支持物の上に位置決めされた被検体からの光を受光するとともに、受光した光を別の方向に向けることによってその光の方向を第２の光学素子に向けて変更するように構成および位置決めされている。光学素子は、光ファイバー、すなわち、電子信号への変換によってではなく、空気経路によって光を導くために、反射または屈折によってこのことを行う。このように方向を変更することは、たとえば、被検体における互いに反対側の位置からの光をイメージングデバイス（たとえばカメラ）の方へ反射することによって、被検体における複数の面のイメージングを効果的に可能にし、それにより、カメラによる被検体の複数の成分冗長のビュー、または部分的に成分冗長のビューが生み出される。反射波のコサイン圧縮に基づく入射角の広さと、忠実度における損失の低さとを可能にするため、光学素子には直列である複数の反射器が用いられてもよい。
【００２８】
また本システムは、上記被検体支持物の上に置かれた被検体が複数の側から照射され得るよう、様々な角度の光線を上記被検体支持物の方に導くように構成された照射光源を有し得る。この照射光源は、高速検査システムで使用されている、被検体の3次元モデルを生成するために用いられるレーザ・スポット・スキャンまたはレーザ・ライン・スキャンなどの表面スキャンに用いられてもよい。この照射光源、または別の照射光源は、光トモグラフィにおける用途に向け、周期的かつ多様に位置している被検体表面の放出源、または、被検体内部の深い所にある放出源を作り出すために用いられてもよい。また本システムは、たとえば被検体内部における光源（生物発光の光源）の分布をトモグラフィによって求めることに用いられる場合には、照射光源を使用せずに用いられてもよい。
【００２９】
最終的には、上記のいくつかの実施形態の特徴のうちの１つは、光学素子が、被検体に戻る光の反射を避ける方向に光を導くということである。たとえば、被検体表面に向けられたレーザスポットなどの光源によって表面の放出源が生成される場合には、その表面から大量の光が反射する。光学素子のいずれの部分も反射器を有しており、また反射器のいずれの部分も、レーザスポットから拡散反射された光線を反射し得る場合、このことは、被検体に、より多くの照射をもたらすことになる。このことは、検査されている被検体の内部特性をイメージングするために用いられる光トモグラフィの信号を劣化させる可能性がある。生物発光トモグラフィの場合と同様に、被検体の外に透過した光であっても、光学素子から表面などに「再び戻るように反射する」場合がある。したがって、光学素子のうちの第１の光学素子は、被検体支持物の上の被検体からの光の鏡面反射光または屈折光が上記被検体支持物の上の被検体から離れる方に導かれ、それにより、上記被検体の表面から放出された光子による、被検体における二次照射が防止され得るように上記被検体支持物に対して位置決めされ得る。第２の素子は、反射光を撮像カメラの視野の中に導くことを可能にし得る。
【００３０】
第１の光学素子は、いくつかの実施形態では、被検体における複数の反対側の面からの光を受光するように構成されている。第２の素子は、カメラによる取り込みに向けて画像をそろえるために用いられる。第１および第２の光学素子の組は、平面ミラーおよび／または円錐ミラーの組み合わせを含み得る。被検体を部分的に囲うために、たとえば角錐または円錐の構成が用いられてもよい。
【００３１】
本システムは、一実施形態として、ユーザが自身のカメラを提供することを可能にするシステムの一部として、カメラを含んでいても含んでいなくてもよい。いくつかの実施形態では、カメラはシステムの一部として含まれている。他の実施形態では、カメラのないシステムがユーザによるカメラと共に用いられ、それにより、本システムはカメラなしで提供されるが、カメラ用の標準的な取り付け台や位置決め台を含んでいてもよい。この台は、上記の特徴を実現するためにカメラの視野を適切にそろえるよう、光学素子に対するカメラの位置決めを可能にし得る。
【００３２】
イメージングシステムには、トモグラフィのデータ構築を可能にするコントローラおよび／またはコンピュータが提供され得る。また本システムは、発色団の分布における３次元ビューなどの、トモグラフィによる構築結果を提示するためのディスプレイを含み得る。
【００３３】
このように、光トモグラフィに向けた光学的方法、デバイス、およびシステムが本開示に従って提供されることは明白である。本開示により、多くの代替形態、変形形態、および変更形態が可能である。開示された実施形態の特徴は、さらなる実施形態を生み出すために、本発明の範囲内において、組み合わせ、再構成、省略等がなされてもよい。さらに、いくつかの特徴は、場合によっては、有利となるように他の特徴を使用せずに用いられてもよい。このように、出願人らは、本発明の趣旨および範囲に含まれるすべての代替形態、変形形態、等価物、および変更形態の包含を意図している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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