(57)【要約】  乳房の拡散光トモグラフィ用イメージングインターフェースは、複数の同心リングを有する。各同心リングは、その径方向内面に配置された複数の光入出力開口部を有する。リングは、互いに異なる内径及び外径を有することができ、積層して配置することができる。リングは、積層体の中心軸に沿って互いに独立して平行移動することができる。イメージング時、乳房は積層リングの内部領域へ挿入される。リングを平行移動して、光入出力開口部を乳房の表面にタッチ接触（即ち、非圧迫接触）させることで、異なるサイズの乳房に対応することができる。リングを平行移動して、大きな乳房の場合には隣接するリング間の間隔を増やし、小さな乳房の場合には減らしてもよい。リングを取り外したり、更にリングを追加したりして、更なる乳房サイズに対応してもよい。【選択図】図３Ｂ
2014533126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体部位の光トモグラフィイメージング用インターフェース装置であって、
相互に取り付け可能な複数の環状部材上に支持された複数の光エミッタ及びレシーバを備え、
前記各光エミッタ及びレシーバは、それぞれの前記環状部材の軸に少なくとも部分的に面し、
前記環状部材は、様々なサイズを有するとともに、前記光エミッタ及びレシーバが所定の身体部位を受け止める形状の凹形境界面上に分布するように相互に取り付けられるように構成されている
ことを特徴とするインターフェース装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、前記環状部材は、円形であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１の装置において、前記環状部材が取り付けられるように構成されている少なくとも１つの長手部材を更に備えることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１の装置において、前記環状部材が移動可能に取り付けられることで、前記環状部材が、前記境界面がお椀状であるような軸方向位置の分布に沿って配置されるように構成されている少なくとも１つの長手部材を更に備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１の装置において、前記環状部材は、前記光エミッタ及びレシーバが所定の２つの身体部位を同時に受け止める形状の２つの凹形境界面上に分布するように相互に取り付けられるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１の装置を用いる方法であって、
特定の人物の対象身体部位のサイズ及び／又は形状に応じて、前記環状部材のいずれかを選択し、
前記選択した環状部材を、前記サイズ及び／又は形状に適合するように相互に取り付けるとともに軸方向に位置合わせし、
前記光エミッタ及びレシーバを用いて、光トモグラフィデータを生成する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
乳房組織の光トモグラフィイメージング用インターフェース装置であって、
軸方向に沿って積層して同心円状に配置された複数の環状部材を備え、
前記環状部材の各々は、他の環状部材とは異なる最小内径を有し、
前記環状部材は、積層体の第１の軸方向端部から積層体の反対側の第２の軸方向端部へ向かって前記内径が増加するように配置されており、
前記環状部材の各々は、その内面に配置された複数の光入力開口部及び光出力開口部を有し、
積層体は、前記環状部材の前記内面に囲まれた、乳房組織を受け止めてイメージングするための内部領域を形成し、
前記環状部材は、前記積層体内の隣接する環状部材間の間隔を調整するように軸方向に沿って互いに平行移動するように構成されている
ことを特徴とするインターフェース装置。
【請求項８】
請求項７のインターフェース装置において、前記光入力開口部及び光出力開口部は、各環状部材の前記内面の円周に沿って等間隔に交互に配置されていることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項９】
請求項７のインターフェース装置において、各環状部材の前記内面は、積層体の軸方向に対して角度をもって配置されており、各環状部材の内面角度は、他の環状部材とは異なることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１０】
請求項７のインターフェース装置において、前記環状部材は、前記光入力開口部及び前記光出力開口部の各々に対応する複数の光ファイバコネクタを有することを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１１】
請求項１０のインターフェース装置において、前記環状部材への前記光ファイバコネクタの前記軸方向に対する角度は、積層体第１端部から積層体第２端部へ向かって増加することを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１２】
請求項１１のインターフェース装置において、環状部材の数は４であり、積層体第１端部における第１の環状部材への光ファイバ接続角度は３０°であり、前記第１の環状部材に隣接する第２の環状部材への光ファイバ接続角度は４５°であり、前記第２の環状部材に隣接する第３の環状部材への光ファイバ接続角度は６０°であり、積層体第２端部における第４の環状部材への光ファイバ接続角度は７５°であることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１３】
請求項７のインターフェース装置において、環状部材の数は５であり、積層体第１端部における第１の環状部材は８個の開口部を有し、前記第１の環状部材に隣接する第２の環状部材は１２個の開口部を有し、前記第２の環状部材に隣接する第３の環状部材は１２個の開口部を有し、前記第３の環状部材に隣接する第４の環状部材は１６個の開口部を有し、積層体第２端部において隣接する第５の環状部材は１６個の開口部を有することを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１４】
請求項７のインターフェース装置において、前記複数の光入力及び光出力開口部に接続された複数のマルチモード光ファイバを更に備えることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１５】
請求項７のインターフェース装置において、各環状部材に接続されて、各環状部材を前記軸方向に沿って独立して変位させる平行移動装置を更に備えることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１６】
請求項１５のインターフェース装置において、前記平行移動装置を制御するコントローラと、少なくとも１つの接触センサとを更に備え、
前記平行移動装置は、スプリングプランジャ、ステッピングモータ又はリニアアクチュエータを有し、
前記少なくとも１つの接触センサは、１つの前記環状部材の表面が乳房組織に接触したことを示すように構成された圧力、温度、光又は音響センサであり、
前記コントローラは、前記少なくとも１つの接触センサからの信号に応じて各環状部材の変位を制御するように構成されている
ことを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１７】
請求項７のインターフェース装置において、環状部材の積層体を支えるマウントをさらに備え、前記マウントは、乳房組織に対する積層体の３次元位置合わせを可能にするように構成されていることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１８】
請求項７のインターフェース装置において、各環状部材の位置を示す位置センサを更に備えることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項１９】
請求項７のインターフェース装置において、各リングは、高分子材料から成ることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項２０】
請求項７のインターフェース装置において、各リングは、３Ｄ印刷しプラスチックを浸潤した高分子、又は射出成形プラスチックから成ることを特徴とするインターフェース装置。
【請求項２１】
乳房組織の光トモグラフィイメージング用システムであって、
軸方向に積層して同心円状に配置された複数の環状部材を有する平行移動リングインターフェースであって、前記環状部材は、積層体の第１の軸方向端部から積層体の反対側の軸方向端部へ向かって内径が増加するように配置されており、前記環状部材の各々は、その内面に配置された複数の光入力開口部及び光出力開口部を有し、該インターフェースは、前記環状部材の内面に囲まれた、イメージング時に乳房組織を受け止めるための内部領域を有する平行移動リングインターフェースと、
複数の実質的に単色の照明光源と、
前記複数の照明光源を前記光入力開口部に接続する複数の第１の光ファイバと、
複数の検出器と、
前記複数の検出器を前記光出力開口部に接続する複数の第２の光ファイバと、
前記照明光源を制御して乳房組織を前記第１の光ファイバの１つを介して光で照明するとともに、前記検出器を制御して前記第２の光ファイバを介して乳房組織からの光を検出するように構成されたプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、照明時に前記照明光源からの光の振幅を変調するとともに、検出光を復調して検出光信号を生成するように構成されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項２１のシステムにおいて、前記照明光源はレーザダイオードであることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項２１のシステムにおいて、前記検出器はシリコンフォトダイオードであることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２１のシステムにおいて、前記照明光源の各々は、他の照明光源とは異なる近赤外波長域の波長で光を発生することを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項２４のシステムにおいて、各照明光源は、波長７６５ｎｍ、８０８ｎｍ、８２７ｎｍ又は９０５ｎｍで光を発生することを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２１のシステムにおいて、前記プロセッサは、前記照明光源の第１の対を第１の周波数で変調するとともに、前記照明光源の第２の対を前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で変調するように構成されており、前記第１の対の一方からの光と前記第２の対の一方からの光とを組み合わせて乳房組織を同時に照明する光コンバイナを更に備えることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項２１のシステムにおいて、前記プロセッサは、検出光信号に基づいて乳房組織の画像を再構成するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２７のシステムにおいて、乳房組織に対する各環状部材の位置を示す位置センサを更に備え、前記プロセッサは、各環状部材の位置を用いて乳房組織の画像を再構成することを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項２１のシステムにおいて、各環状部材に接続されて、各環状部材を軸方向に沿って独立して変位させる平行移動装置を更に備えることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２１のシステムにおいて、環状部材の積層体を支持するマウントを更に備え、前記マウントは、乳房組織に対する積層体の３次元位置合わせを可能にするように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
乳房組織の光トモグラフィイメージングのための方法であって、
平行移動リングインターフェースの内部領域へ乳房組織を挿入することを含み、前記平行移動リングインターフェースは、軸方向に沿って積層して同心円状に配置された複数の環状部材を有し、前記環状部材は、積層体の第１の軸方向端部から積層体の反対側の軸方向端部へ向かって内径が増加するように配置されており、前記環状部材の各々は、その内面に配置された複数の開口部を有し、前記内部領域は、前記環状部材の内面に囲まれており、
前記環状部材を前記軸方向に沿って平行移動して、各内面を乳房組織の表面にタッチ接触させることと、
乳房組織を前記開口部の１つを介して光で照明するとともに、他の前記開口部を介して乳房組織からの光を受光することにより検出光信号を生成することと、
前記検出光信号に基づいて乳房組織の画像を再構成することと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１の方法において、前記照明することは、前記光の振幅を所定の周波数で変調することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２の方法において、前記受光することは、前記所定の周波数に基づいて乳房組織からの光を復調することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３１の方法において、前記照明することは、近赤外領域における第１の波長の単色光と、近赤外領域における別の第２の波長の単色光とで同時に照明することを含み、前記第１の波長は、第１の波長で変調され、前記第２の波長は、別の第２の周波数で変調されることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３４の方法において、前記第１及び第２の波長は、７６５ｎｍ、８０８ｎｍ、８２７ｎｍ及び９０５ｎｍから選択されることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３４の方法において、前記第１及び第２の周波数は、１５ｋＨｚ未満であることを特徴とする方法。
【請求項３７】
乳房組織の光トモグラフィイメージング用インターフェース装置であって、
軸方向に沿って積層して同心円状に配置された複数の環状部材を備え、
前記環状部材は、光入力開口部及び光出力開口部が内面に配置された径方向内側部分を有し、
積層体は、前記径方向内側部分の内面に囲まれた、乳房組織を受け止めてイメージングするための内部領域を形成し、
前記環状部材は、前記積層体内の隣接する環状部材間の間隔を調整するように軸方向に沿って互いに平行移動するように構成されており、
各環状部材において、前記径方向内側部分は、各内面を該環状部材の径方向に変位させて、異なるサイズの乳房組織に対応できるように構成されている
ことを特徴とするインターフェース装置。
【請求項３８】
請求項３７のインターフェース装置において、各径方向内側部分は、対応する環状部材にばねで取り付けられており、前記内部領域に挿入された乳房組織に接触すると該環状部材の外径側へ変位することを特徴とするインターフェース装置。
【請求項３９】
請求項３７のインターフェース装置において、各径方向内側部分は、各内面を径方向に変位させて、乳房組織が前記内部領域に挿入された時に内面が乳房組織に接触するようにするアクチュエータを有することを特徴とするインターフェース装置。
【請求項４０】
請求項３７のインターフェース装置において、前記径方向内側部分は、乳房組織が前記内部領域に挿入された時に乳房組織に適合する変形可能表面を有することを特徴とするインターフェース装置。
【請求項４１】
患者の身体部位と、光源から身体部位へ照明光を伝える複数の光ファイバ及び身体部位から光検出器へ検出光を伝える複数の光ファイバとをインターフェースして拡散光トモグラフィを行わせるための構造体であって、
直径が最も小さいリング状要素を一番下にして互いに積み重ねられた直径が漸増する複数のリング状要素の第１の集合を備え、
前記リング状要素は、身体部位を保持するように構成されたお椀状構造体を全体として形成し、
各リング状要素は、隣接するリング状要素に着脱可能に取り付けられるとともに、垂直方向に沿って高さを変更可能であり、
リング状要素の数及びリング状要素の高さは、身体部位のサイズおよび形状に基づいて調整可能であり、
各リング状要素には、複数の光ファイバが接続されている
ことを特徴とする構造体。
【請求項４２】
請求項４１の構造体において、身体部位が乳房である場合、各集合が対応する乳房を保持するように前記リング状要素の第１の集合に隣接して配置された複数のリング状要素の第２の集合を更に備えることを特徴とする構造体。
【請求項４３】
請求項４１の構造体において、前記リング状要素は、可撓性のある材料から成ることを特徴とする構造体。
【請求項４４】
患者の身体部位と、光源から身体部位へ照明光を伝える複数の光ファイバ及び身体部位から光検出器へ検出光を伝える複数の光ファイバとをインターフェースして拡散光トモグラフィを行わせるためのシステムであって、
請求項４２に記載のインターフェース構造体と、
各集合が対応する乳房を保持するように前記リング状要素の第１及び第２の集合を互いに隣接して保持するための保持装置とを備え、
前記第１及び第２の集合間の距離は、乳房間の距離に対応して調整可能である
ことを特徴とするシステム。
【請求項４５】
請求項４１に記載のインターフェース構造体を製造する方法であって、３Ｄ印刷することを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４１〜４３のいずれか１項に記載のインターフェース構造体において、拡散光トモグラフィデータを収集して身体部位の画像を再構築するデジタルイメージングシステムに用いられることを特徴とするインターフェース構造体。
【請求項４７】
患者の身体部位と、光源から身体部位へ照明光を伝える複数の光ファイバ及び身体部位表面の複数箇所で身体部位から受信した検出光に対して有効な機構とをインターフェースして拡散光トモグラフィを行わせるための構造体であって、
身体部位を内部に保持するように構成された身体部位適合構造体を規定するシャシであって、互いに移動可能な複数の光ファイバ受光部を該シャシ上に支持することで、身体適合形状を可変にするとともに、それにより規定される凹部内に身体部位を挿入可能にするシャシと、
前記光ファイバの前記受光部とは反対側の一端が取り付けられ、光信号を検出及び処理するとともに光トモグラフィ画像を生成し表示するシステムと
を備えることを特徴とする構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１１年９月３０日出願の米国仮特許出願第６１／５４１，５０３号の利益を主張するものであり、その全体がここに参照により援用される。
【０００２】
本発明は、概して組織の光イメージングに関し、より詳しくは乳房組織の拡散光イメージング用のインターフェースに関する。
【背景技術】
【０００３】
乳癌は、米国女性の約８人に１人にみられ、乳癌の発生率は世界中で増加している。乳癌は、現在、女性が新たに診断される癌の２８％を占め、毎年およそ４万人が乳癌で亡くなっている。乳癌のスクリーニングに用いられる最も一般的なモダリティは、Ｘ線マンモグラフィである。しかし、電離放射線が使用されることから、このモダリティが利用できる回数は限られている。更に、マンモグラフィは、若い女性に対しては信頼性が低いことが分かっている上、患者の不快感を伴うものである。また、マンモグラフィは、比較的高い偽陽性率に悩まされている。核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は、乳癌リスクの高い女性をモニタリングするための強力なツールであるが、コストが高いこと及び特異度にばらつきがあることから、一般的なスクリーニングモダリティとしての利用は進んでいない。超音波イメージングを控えの診断ツールとして用いて、Ｘ線マンモグラフィにより検出したしこりを識別することができるが、術者による違いや特異度の低さから、メインのスクリーニングには適していない。
【発明の概要】
【０００４】
拡散光トモグラフィ（ＤＯＴ）は、近赤外〜赤外波長域の低強度光を用いて乳房組織を探査及びキャラクタライズ（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ）する。非電離放射線を用い、低コストであるため、このイメージングモダリティは、乳癌スクリーニングに理想的と考えられる。また、ＤＯＴが組織中の生理学的変化から取得するコントラストを用いて、癌病変部の検出及びキャラクタリゼーションを行うことができる。例えば、腫瘍が成長するには、継続して十分な血液供給を受けるために血管新生が増加する必要があり、腫瘍により形成された血管系は、正常組織の血管系よりもはるかに無秩序で漏れやすくなる傾向にある。こうした生理学的変化に起因して、発色団の組成及び密度に測定可能な変化が生じるため、腫瘍組織を通過する光の挙動が、周囲の組織に比べて測定可能に変化する。様々な波長の光を用いることにより、酸化及び脱酸素化ヘモグロビン、脂質及び水をはじめとする乳房内の主要な吸光源の濃度を取り出すことができる。更に、光は、組織内における散乱の変化にも敏感である。例えば、肥大した核や密集した核などの細胞変化による組織の散乱特性の違いを利用して、乳癌を検出することができる。具体的には、散乱能や散乱振幅の増加に基づいて、特定のタイプの癌と健康な細胞を区別することができる。
【０００５】
ＤＯＴは、乳房を赤色〜近赤外波長域の光で照明した上で、乳房の透過光及び反射光を検出する。様々な波長を用いることで、乳房における血液、脂肪、水及びコラーゲン含有率の３Ｄマップを作成することができる。乳房インターフェースは、照明光を乳房に接触させた上で、検出光を乳房から光検出器へ伝える役割を担う。乳房全体の完全な３Ｄ画像を作成するために、インターフェースは、光源の光が乳房全体に届くように、また検出器が乳房全体から光を収集できるように構成される。更に、インターフェースは、乳房を完全にカバーすることにより、乳房組織を完全に探査して、乳輪下部から胸壁付近までの間のどこかに存在するかもれしれない腫瘍の検出を可能にする。また、本開示のインターフェースは、様々な乳房サイズに対応するとともに、乳房の圧迫を最小限にするか又は無くしつつ、光入出力と乳房表面との接触を維持することができる。これにより、患者の不快感ならびに光整合液の必要性を最小化するか又は少なくとも低減する臨床上有用な設計が提供される。
【０００６】
実施形態において、乳房イメージングインターフェースは、複数の光入出力開口部が径方向内面に配置された複数の同心リングを備える。リングは、それぞれ互いに異なる内径及び外径を有するとともに、積層して配置されており、直径が増加する順に積層されることによって、漸次変化する解剖学的に対応力のある不連続な内面を規定している。リングは、積層体の中心軸に沿って互いに独立して平行移動することができる。イメージング時、乳房は積層したリングの径方向内面によって形成される内部領域へ挿入される。リングを平行移動して、光入出力開口部が乳房表面に近づくように、より好ましくは直接接触（即ち、非圧迫接触）するようにすることができる。構造を調整して、異なるサイズの乳房に対応することができる。例えば、リングを平行移動して、大きな乳房の場合には隣接するリング間の間隔を増やし、小さな乳房の場合には減らしてもよい。リングを取り外したり、更にリングを追加したりして、更なる乳房サイズや形状に対応してもよい。リングインターフェースに機能を追加して、リングの光入出力と乳房の表面との直接接触を確保しつつ乳房への圧迫を最小化することができる。
【０００７】
実施形態において、身体部位の光トモグラフィイメージング用インターフェース装置は、相互に取り付け可能な環状部材に支持された光エミッタ及びレシーバを備えることができる。各光エミッタ及びレシーバは、それぞれの環状部材の軸に少なくとも部分的に面することができる。環状部材は、様々なサイズを有するとともに、光エミッタ及びレシーバが所定の身体部位を受け止める形状の凹形境界面上に分布するように相互に取り付けられるように構成することができる。特定の人物の対象身体部位のサイズ及び／又は形状に応じて、環状部材のいずれかを選択することができる。選択した環状部材を、該サイズ及び／形状に適合するように相互に取り付けるとともに軸方向に位置合わせすることができる。光エミッタ及びレシーバを用いて、光トモグラフィデータを生成することができる。
【０００８】
実施形態において、乳房組織の光トモグラフィイメージング用インターフェース装置は、複数の環状部材を備える。複数の環状部材は、軸方向に沿って積層して同心円状に配置することができる。環状部材の各々は、他の環状部材と異なる最小内径を有することができる。環状部材は、積層体の第１の軸方向端部から積層体の反対側の第２の軸方向端部へ向かって内径が増加するように配置することができる。少なくとも一部の環状部材は、その内面に配置された１つ又は複数の光入力開口部及び光出力開口部を有する。積層体は、環状部材の内面に囲まれた、乳房組織を受け止めてイメージングするための内部境界面を形成することができる。環状部材は、前記積層体内の隣接する環状部材間の間隔を調整するように軸方向に沿って互いに平行移動するように支持することにより、内部境界面の深さ及び形状を調節可能とすることができる。各環状部材の平行移動量は、例えば、後続のイメージング作業において画像再構成及び／又は再現性に用いられるそれぞれの変位センサによって定量することができる。各環状部材は、ステッピングモータ、リニアアクチュエータ又は他の平行移動装置などのそれぞれの平行移動装置によって平行移動可能とされている。
【０００９】
実施形態において、乳房組織の光トモグラフィイメージング用システムは、平行移動リングインターフェースと、複数の照明光源と、複数の第１の光ファイバと、複数の検出器と、複数の第２の光ファイバと、プロセッサとを備える。平行移動リングインターフェースは、軸方向に沿って積層して同心円状に配置された複数の環状部材を有する。環状部材は、積層体の第１の軸方向端部から積層体の第２の反対側の軸方向端部へ向かって内径が漸次増加するように配置することができる。環状部材の各々は、その内面に配置された複数の光入力開口部及び光出力開口部を有することができる。インターフェースは、環状部材の内面に囲まれた、イメージング時に乳房組織を受け止めるための内部領域を有することができる。照明光源は、実質的に単色とすることができる。複数の第１の光ファイバは、複数の照明光源を光入力開口部に接続してよい。複数の第２の光ファイバは、複数の検出器を光出力開口部に接続することができる。プロセッサは、照明光源を制御して乳房組織を第１の光ファイバの１つを介して光で照明するとともに、検出器を制御して乳房組織からの光を第２の光ファイバを介して検出するように構成することができる。プロセッサは、照明時に照明光源からの光の振幅を変調するとともに、検出光を復調して検出光信号を生成するように構成することができる。
【００１０】
実施形態において、乳房組織の光トモグラフィイメージングのための方法は、平行移動リングインターフェースの内部領域へ乳房組織を挿入することを含むことができる。平行移動リングインターフェースは、軸方向に沿って積層して同心円状に配置された複数の環状部材を有することができる。環状部材は、積層体の第１の軸方向端部から積層体の反対側の軸方向端部へ向かって内径が増加するように配置することができる。環状部材の各々は、その内面に配置された複数の開口部を有することができる。内部領域は、環状部材の内面で囲むことができる。この方法は、環状部材を軸方向に沿って平行移動して、各内面を乳房組織の表面にタッチ接触させることを更に含むことができる。また、この方法は、乳房組織を開口部の１つを介して光で照明するとともに、他の開口部を介して乳房組織からの光を受光することにより検出光信号を生成することを含むことができる。この方法は、検出光信号に基づいて乳房組織の画像を再構成することを含むことができる。
【００１１】
実施形態において、乳房組織の光トモグラフィイメージング用インターフェース装置は、軸方向に沿って積層して同心円状に配置された複数の環状部材を備えることができる。環状部材は、光入力開口部及び光出力開口部が内面に配置された径方向内側部分を有することができる。積層体は、径方向内側部分の内面に囲まれた、乳房組織を受け止めてイメージングするための内部領域を形成することができる。環状部材は、前記積層体内の隣接する環状部材間の間隔を調整するように軸方向に沿って互いに平行移動するように構成することができる。各環状部材の径方向内側部分は、各内面を該環状部材の径方向に変位させて、異なるサイズの乳房組織に対応できるように構成することができる。また、各部材を、例えば軸方向に他の環状部材とは無関係に位置させるとともに、軸方向に対して垂直な面から面外へ回転するように位置させることにより、単一のイメージングインターフェースを用いて幅広い範囲の体型及びサイズに対応できるようにすることができる。
【００１２】
実施形態において、構造体は、患者の身体部位と、光源から身体部位へ照明光を伝える複数の光ファイバ及び身体部位から光検出器へ検出光を伝える複数の光ファイバとをインターフェースして拡散光トモグラフィを行わせることができる。構造体は、直径が最も小さいリング状要素を一番下にして互いに積み重ねられた直径が漸増する複数のリング状要素の第１の集合を備えることができる。リング状要素は、身体部位を内部に保持するように構成されたお椀状構造体を全体として形成する。各リング状要素は、隣接するリング状要素に着脱可能に取り付けられるとともに、垂直方向に沿って高さを変更可能とすることができる。リング状要素の数及びリング状要素の高さは、身体部位のサイズおよび形状に基づいて調整可能とすることができる。各リング状要素には、これに接続される複数の光ファイバを有することができる。患者の身体部位と、複数の光ファイバとをインターフェースするシステムは、当該構造体と、各集合が対応する乳房を保持するようにリング状要素の第１及び第２の集合を互いに隣接して保持するための保持装置とを備えることができる。第１及び第２の集合間の距離は、乳房間の距離に対応して調整可能とすることができる。
【００１３】
実施形態において、構造体は、患者の身体部位と、光源から身体部位へ照明光を伝える複数の光ファイバ及び身体部位表面の複数箇所で身体部位から受信した検出光に対して有効な機構とをインターフェースして拡散光トモグラフィを行わせることができる。構造体は、身体部位を内部に保持するように構成された身体部位適合構造体を規定するシャシを備えることができる。シャシは、互いに移動可能な複数の光ファイバ受光部を該シャシ上に支持することで、身体適合形状を可変にするとともに、それにより規定される凹部内に身体部位を挿入可能にすることができる。構造体は、光ファイバの受光部とは反対側の一端が取り付けられ、光信号を検出及び処理するとともに光トモグラフィ画像を生成し表示するシステムを備えることができる。
【００１４】
本開示の主題の実施形態の目的及び利点については、添付の図面とともに考慮することで以下の説明から明らかとなろう。
【００１５】
以下、添付の図面を参照しながら実施形態について説明するが、これらの図面は必ずしも縮尺通りに描かれたものでない。して、その内在特徴の図示及び説明を容易にするための適宜特徴の図示を省略する場合もある。ここで、図面全体を通して、同じ参照符号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、乳房イメージング用拡散光トモグラフィ（ＤＯＴ）システムの構成要素を示す模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、平行移動リングインターフェースを小さいサイズの乳房のイメージングに使用する様子を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、平行移動リングインターフェースを大きいサイズの乳房のイメージングに使用する様子を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、平行移動リングインターフェースを初期状態から乳房とのタッチ接触状態へと動かす様子を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、平行移動リングインターフェースを初期状態から乳房とのタッチ接触状態へと動かす様子を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、タッチ確認機構を有する平行移動リングインターフェースの断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、タッチ確認機構を有する平行移動リングインターフェースの上面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、平行移動リングインターフェースをレンダリングした上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、小さなサイズの乳房イメージング構成における図３Ａの平行移動リングインターフェースをレンダリングした側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、小さなサイズの乳房イメージング構成における図３Ａの平行移動リングインターフェースをレンダリングした断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、大きなサイズの乳房イメージング構成における図３Ａの平行移動リングインターフェースをレンダリングした側面図である。
【図４】図４は、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、平行移動リングインターフェースを用いた乳房スクリーニング装置を示す。
【図５Ａ】図５Ａは，本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、平行移動リングインターフェースを有する乳房スクリーニング装置の光ファイバ接続前の画像である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、図５Ａの乳房スクリーニング装置の光ファイバ接続後の画像である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、図５Ａの乳房スクリーニング装置の光ファイバ接続後の画像である。
【図６】図６は、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、ＤＯＴシステム用の検出回路及びロジックの模式図である。
【図７】図７は、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、ＤＯＴシステムの構成要素間の同期タイミングシーケンスを示す。
【図８】図８は、図５Ａ〜図５Ｃの乳房スクリーニング装置を用いて取得した腫瘍を有する乳房のＤＯＴ画像である。
【図９Ａ】図９Ａは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、イメージング時に乳房との接触を図るための伸長可能部を有する平行移動リングインターフェースの動作を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、イメージング時に乳房との接触を図るための伸長可能部を有する平行移動リングインターフェースの動作を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、イメージング時に乳房との接触を図るためのばね作動部を有する平行移動リングインターフェースの動作を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、イメージング時に乳房との接触を図るためのばね作動部を有する平行移動リングインターフェースの動作を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、イメージング時に乳房との接触を図るための変形可能部を有する平行移動リングインターフェースの動作を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、イメージング時に乳房との接触を図るための変形可能部を有する平行移動リングインターフェースの動作を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本開示の主題の実施形態に係る光学要素のための平行移動リングインターフェースの調節式支持体の別の実施形態を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本開示の主題の実施形態に係る光学要素のための平行移動リングインターフェースの調節式支持体の別の実施形態を示す。
【図１３】図１３は、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係る、身体部位の等角接触イメージング用インターフェースの模式図である。
【図１４】図１４は、図１３の実施形態及び他の実施形態を実現するのに利用できるアクチュエータ部品の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
拡散光トモグラフィは、定常状態において、又は対象となる組織構造の生理機能の状態を撹乱して過渡応答を発生させた後に、該生理機能により生じる内因性コントラストを用いて健康な組織と癌組織の識別を行う。内皮細胞が過剰であったり血管周囲細胞が異常であったりすると、腫瘍血管系が無秩序となり透過性過多となる。血管漏出により、血管と間質腔との間の圧力勾配が維持できなくなるとともに、流体及び分子の流れが阻害される。また、腫瘍細胞は大量の酸素を消費するため、酸素の運搬不良と相まって、腫瘍が低酸素となる。全体としては、こうした変化により癌組織の血液動態反応が変化することから、診断に利用できる組織の追加情報が得られる。血液動態反応を誘発する動態コントラスト源としては、呼吸動作、乳房への加圧、カルボゲンの吸入及びインドシアニングリーン（ＩＣＧ）注射が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
動態変化を調べる場合、過渡応答を捉えるために、十分な時間分解能が必要となる。また、十分な三次元空間分解能で乳房をカバーするために、多くの光源及び検出器が必要である。更に、両方の乳房を同時にイメージングすることにより、対側乳房を、癌を有する乳房と同じ外部刺激を受けた基準項として用いることが可能になる。こうしたイメージング上の目標を達成するために、本開示の主題の実施形態に係るイメージングシステムは、大量のデータを高いイメージング速度で取得する能力を有する。また、本開示の主題の実施形態に係るイメージングシステムは、広いダイナミックレンジを提供し、様々な振幅の反射光及び透過光を取り込むことにより、乳房光トモグラフィにおける多種多様な配列構成に対応するものである。
【００１９】
本開示の主題の実施形態によると、動的光乳房イメージング用光トモグラフィ乳房イメージングシステムは、マスター・スレーブ構成の複数のデジタル信号処理（ＤＳＰ）チップを用いて、処理スループットを最大化し、ノイズを低減するとともに、可変数の検出器及び波長に対応して規模を変更可能なシステム設計を提供する。該システムは、例えば４つの波長と、６４個の光源と、１２８個の検出器とを用いて、１．７Ｈｚで両乳房を同時にイメージングすることが可能であり、広いダイナミックレンジ（例えば、約１０８）が得られる。
【００２０】
図１を参照すると、光トモグラフィシステム１００は、照明光（例えば、実質的な単色光）を発生する光入力部１０２と、対象組織１０８からの光を測定し定量する検出部１０４と、端末１０６とを有する。端末１０６は、ユーザインターフェース部１４４（例えば、グラフィカルユーザインターフェース）及び／又はホストコンピュータを有して、操作者がイメージング結果を制御及び閲覧できるようにしてもよい。入力部１０２が発生する光により、対象１０８を１つ又は複数の光ファイバを介して照明する。システム１００は、複数の照明光源１１０ａ〜１１０ｄを用いる。各照明光源は、サンプル１０８を照明するためのそれぞれ異なる波長を、他の波長による照明と同時に又は後に発生することができる。例えば、高出力連続波レーザダイオードにより、７６５ｎｍ、８０８ｎｍ、８２７ｎｍ及び９０５ｎｍの４波長の近赤外光を発生する。
【００２１】
各レーザダイオード１１０ａ〜１１０ｄは、レーザドライバコントローラで制御して、５ｋＨｚ（例えば、波長７６５ｎｍ及び８０８ｍｍの場合）又は７ｋＨｚ（例えば、波長８２７ｎｍ及び９０５ｎｍの場合）のいずれかの入力電流で変調することができる。レーザ光強度を変調することにより、対象を複数の波長で同時に照明するとともに、環境光を除去することが可能になる。復調時に周波数の選択により検出光の弁別が可能であれば、他の変調周波数を選択してもよい。光源１１０ａ〜１１０ｄからの４波長を２つの波長分割マルチプレクサ１１２に通すことで、２つの独立した光線を生成する。例えば、第１の光線は、（例えば５ｋＨｚで変調した波長７６５ｎｍの）光源１１０ａからの光と、（例えば７ｋＨｚで変調した波長８２７ｎｍの）光源１１０ｂからの光とを用いて生成してもよく、第２の光線は、（例えば５ｋＨｚで変調した波長８０８ｎｍの）光源１１０ｃからの光と、（例えば７ｋＨｚで変調した波長９０５ｎｍの）光源１１０ｄからの光とを用いて生成してもよい。
【００２２】
各光線は同じハードウェア（即ち、検出部１０４）で検出されるので、光線の全波長に同量のゲインが適用される。組織内での減衰が波長によって著しく異なる場合には、４波長全てに対応できるゲインを１つ設定しようとしても難しい場合がある。光線毎に２つの波長を有する２つの異なる光線を用いることにより、この問題に対処することができる。但し、様々な変調周波数を用いて、４波長（又はそれ以上）を単一の光線内で組み合わせることも可能である。ダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ）チップにより変調周波数を発生して、一連のフィルタ並びにオフセット及び振幅調整段を通した後に、レーザドライバコントローラに入力することができる。プログラマブルマイクロコントローラにより、ＤＤＳチップの出力周波数を制御することができる。
【００２３】
２つの光線は、光スイッチ１１４、例えば２×３２の光学機械スイッチを通すことができる。スイッチ１１４は、ある光源位置の対象１０８を、第１の波長セット（例えば、７６５ｎｍ及び８２７ｎｍ）で照明し、次いで第２の波長セット（例えば、８０８ｎｍ及び９０５ｎｍ）で照明した後に、次の光源位置に移ることができる。異なる光源照明位置を切り替え続けて、全ての光源位置（即ち、対象を取り囲むイメージングインターフェース１５０の入力開口部）で対象１０８を照明してもよい。各光源位置で別の波長セットのため測定を再度繰り返す必要はないので、システム１００が２つの波長を倍の速さで使えるように切り替えをカスタマイズしてもよい。光スイッチは、７ミリ秒未満の安定時間で位置を切り替えることができる。
【００２４】
スイッチ１１４から引き出したマルチモード光ファイバ（例えば、内径６５μｍ、外径１２５μｍ）を分岐させて、左右の乳房１０８を同時に照明することができる。平行移動リングインターフェース１５０を用いて、ファイバを乳房１０８にタッチ接触（即ち、非圧迫接触）させることができる。平行移動リングインターフェース１５０は、様々なサイズ及び形状の乳房１０８に対応できるように設計されている。平行移動リングインターフェース１５０は、照明時の乳房１８０からの光を検出部１０４へ伝えて、復調及び信号処理させるためのマルチモード光ファイバを更に備えることができる。
【００２５】
平行移動リングインターフェース１５０は、図２Ａ〜図２Ｂに示すように、互いに積層された複数の環状部材２０２ａ〜２０２ｅを有することができる。環状部材は、積層体の一番下の環状部材２０２ａの直径が最も小さく、積層体の一番上の環状部材２０２ｅの直径が最も大きくなるように直径が漸増していてもよい。各環状部材２０２は、乳房１０８の表面２１４に接触するように構成された内面２１２を有することができる。これにより、環状部材２０２ａ〜２０２ｅの積層体は、各環状部材の内面２１２に囲まれた、乳房１０８を受け止めてイメージングを行うための内部領域を形成する。
【００２６】
また、内面２１２は、照明光を乳房１０８に供給し、乳房１０８からの光を検出器へ誘導する各光ファイバにそれぞれ結合された複数の光入力及び出力開口部を有する。例えば、平行移動リングインターフェース１５０は、直径が漸増する（例えば４ｃｍ、８ｃｍ、１２ｃｍ及び１６ｃｍ）４つの環状部材を有することができる。リングが大きくなるにつれて、光入出力用の開口部を増やしてもよい。例えば、最小のリングは８つの開口部を有してもよく、２番目に小さいリングは１２個の開口部を有してもよく、３番目に小さいリングは１６個の開口部を有してもよく、最大のリングは２８個の開口部を有してもよい。あるいは、平行移動リングインターフェース１５０は、直径が漸増する５つの環状部材を有することもできる。例えば、最小のリングは８つの開口部を有してもよく、２番目に小さいリングは１２個の開口部を有してもよく、中間のリングは１２個の開口部を有してもよく、次に大きいリングは１６個の開口部を有してもよく、最大のリングは１６個の開口部を有してもよい。
【００２７】
最小の環状部材（例えば、部材２０２ａ）以外の各環状部材２０２を取り外すことで、Ａ（例えば、最小の２つの部材２０２ａ及び２０２ｂを使用）からＤＤＤ（例えば、２０２ａから２０２ｅまでの全てのリングを使用）までの様々な乳房サイズに対応することが可能である。また、リング２０２は、図２Ｂに示すように、積層体の軸方向に独立して平行移動することができる。具体的には、各環状部材２０２を、乳房１０８に沿う位置へ軸方向に移動させることにより、内面２１２が乳房１０８の表面２１４にタッチ接触するように、即ち、乳房の直径が内面２１２の直径に対応するようにする。更に／あるいは、各環状部材が面外へ回転変位できるようにすることもできる。例えば、環状部材を、インターフェース１５０の軸方向に対して垂直な平面２１６から面外へ回転させることにより、環状部材の相互反対側の光学開口部同士が軸方向の異なる高さに位置するようになる。このようにして、各環状部材２０２を適宜平行移動させ、環状部材同士の間隔を変更するとともに内面２１２を乳房に沿った適切な位置に配置することにより、より大きな及び／又は形状の異なる乳房１０８を収容することができる。
【００２８】
こうした平行移動は、手動で行うことができ、５ｍｍ間隔の穴を有するシャフトと相互作用するスプリングプランジャを用いて固定することができる。２つ以上のシャフトを各リングに取り付けて、位置を保持することができる。あるいは、各環状部材２０２を独立して軸方向に移動させる平行移動装置を設けることもできる。例えば、平行移動装置は、ステッピングモータ、リニアアクチュエータ又は他のいかなる平行移動装置であってもよい。平行移動装置は、画像再構成に用いる各環状部材２０２及びその開口部の正確な位置を追跡するための位置フィードバック又は位置センサを有してもよい。イメージング中の身体部位に対する各インターフェースの正確な位置及びそれに伴う各光入出力の正確な位置を用いて、画像形成用の再構成メッシュを適切に生成することができる。また、正確な位置情報に加えて、各環状部材の位置が制御できることから、複数期間にわたる繰り返し測定が可能となる。これにより、光源及び／又は検出器を前回のイメージング作業とほぼ同じ位置に配置することが可能となるので、例えば乳癌の発見及び／又は治療などの臨床及び／又は治療用途に有用であると考えられる。
【００２９】
図２Ｃに、乳房組織１０８のイメージング用の初期位置にある乳房イメージングインターフェース１５０を示す。乳房１０８は、第１の部材２０２ａ（例えば、最小の環状部材）に接触させることができる。部材２０２ｂ〜２０２ｅは、初めのうちは、それぞれの表面２１２が乳房表面２１４から離れるように配置することができる。各部材２０２ｂ〜２０２ｅは、別々に軸方向に移動（及び／又は面外へ回転）させて、図２Ｄに示すように、各々の表面２１２を乳房表面２１４にタッチ接触させることができる。各部材２０２は、アクチュエータ（図示しない）によって位置決めをすることができる。光入出力の位置を正確に割り出して画像再構成を行うために、適切な機構により部材２０２の変位を決めることができる。例えば、部材の変位は、アクチュエータに付随するセンサ又はエンコーダに基づいて決めることができる。
【００３０】
図２Ｅ〜図２Ｆに示すように、１つ又は複数の部材２０２は、光入出力開口部２１８に加えて、１つ又は複数のタッチ確認装置２２０を備えることができる。例えば、タッチ確認装置２２０は、光センサ、導電率センサ、音響センサ、又は部材表面２１２がイメージング対象組織とタッチ接触しているかを判断する他のいかなる手段であってもよい。プロセッサ又は他の制御装置は、タッチ確認装置２２０からの信号をフィードバックとして用いて、各部材２０２の作動を調整し、表面２１２をタッチ接触させることができる。あるいは／さらに、アクチュエータに力フィードバックを搭載することで、部材２０２を変位させるのに要する力の増加によってイメージング対象組織との接触を表すことができる。あるいは／さらに、イメージングシステムの光学特性、例えば、光学開口部２１８を介して特定の光学信号を読み出すのに要するゲインを用いて、以下に述べるように、タッチ接触に関するフィードバックを得ることができる。フィードバック制御は、基づいてもよい
【００３１】
図３Ａ〜図３Ｄに、本開示の主題の１つ又は複数の実施形態に係るインターフェース装置の様々な構成を示す。図３Ａに、インターフェース装置の上面図を示す。図３Ｂ〜３Ｃに、小さな乳房のイメージング構成におけるインターフェース装置の側面図及び断面図を示す。図３Ｄに、大きな乳房のイメージング構成におけるインターフェース装置の側面図を示す。
【００３２】
上述の通り、インターフェース装置は、イメージング時に乳房１０８に接触する内面３１０をそれぞれ有する複数の環状部材３０２ａ〜３０２ｅを有してもよい。図３Ｃに示すように、各内面３１０は、乳房１０８へ光を誘導するとともに乳房１０８から光を収集する開口部３０８を有する。乳房１０８へ光を誘導する開口部３０８（即ち、光入力開口部）及び乳房１０８から光を収集する開口部（即ち、光出力開口部）を交互に各環状部材３０２の内面３１０の円周の周りに配置することができる。例えば、光入力開口部及び光出力開口部は、内面の円周の周りに等間隔に配置することができる。光ファイバは、３０６においてファイバの先端を固定するシャフトカラー３０４により各開口部３０８に連結することができる。
【００３３】
シャフトカラー３０４の（従って、環状部材に対するファイバの）角度及び／又は内面３１０を、環状部材３０２のサイズに基づいて変えることにより、入出力を乳房組織表面に対して実質的に垂直に保つことができる。例えば、最小の環状部材３０２ａのシャフトカラー３０４ａは、インターフェース装置の軸方向に最も近い角度で配置してもよく、最大の環状部材３０２ｅのシャフトカラー３０４ｅは、軸方向から最も遠い角度で（例えば、軸方向に対してほぼ垂直に）配置してもよい。他の環状部材のシャフトカラー３０４は、最小の部材３０２ａ及び最大の部材３０２ｅの両極端の間であってよい。例えば、最小の環状部材３０２ａのシャフトカラー３０４ａの角度は、水平面に対して６０°（即ち、軸方向に対して３０°）とすることができ、積層体の残りの各環状部材３０２に対しては、約１５°ずつ角度を減らすことができる（即ち、部材３０２ｂ〜３０２ｅのシャフトカラーの場合、水平面に対してそれぞれ４５°、３０°、１５°、０°）。同様に、図３Ｃに示すように、最小の環状部材３０２ａの内面３１０は、水平面に最も近く平行な角度で配置することができ、最大の環状部材３０２ｅの内面３１０は、軸方向に最も近く平行な角度で配置することができる。他の環状部材３０２ｂ〜３０２ｄの内面は、両極端の間の角度とする。
【００３４】
インターフェース装置は、例えば、３Ｄ印刷を用いて高分子材料で製作することができる。印刷後、各部品にプラスチック材料を浸潤させることにより、強度及び／又は剛性を高めることができる。なお、インターフェース装置の製作については、上に開示の技術に限定されるものではない。１つ又は複数の考え得る実施形態に応じて、他の製作技術や方法を用いてもよい。例えば、ブロック材を加工してインターフェース装置を製作してもよく、成形により製作してもよい。
【００３５】
このように、平行移動リングによると、各光源・検出器位置に対する正確なメッシュを作成するのに必要とされる精密な幾何学的情報を犠牲にすることなく、ファイバの位置決めを患者ごとに調整することが可能になる。各リングの位置を記録して、各リングの位置に基づいて患者ごとにメッシュを新規作成することができる。位置検出器を各リングに設けることにより、各リングの正確な位置、ならびにそこに含まれる入出力開口部の位置を求めることができる。こうした位置情報を用いて、リング及び開口部をそれぞれ実質的に同じ位置に配置し直して、その後のイメージングを行うことができる。こうした正確な位置合わせは、長期に渡るイメージング時点を通じて光源及び検出器の位置を入念に維持するような治療モニタリング用途において、特に有用であると考えられる。
【００３６】
図４に、患者のイメージング用システム４０２を示す。システム４０２は、上述の平行移動リングインターフェース１５０を含む。インターフェース１５０は、患者の快適さを最適化するように設計されるため、数多くの調整機能を備えることができる。例えば、マウント４０８は、イメージングインターフェース１５０を支持するとともに、多次元の調整を行うことが可能である。例えば、左右の乳房の間隔や、乳房リング構造体の高さを変更することができる。また、マウント４０８は、高い自由度を有しており、インターフェース１５０内の環状部材を独立して平行移動させるのとは別に、インターフェース１５０を患者の乳房に位置合わせすることができる。例えば、マウント４０８は、カメラマウントのように、三次元位置調整能力を有してもよい。また、位置検出器を設けることにより、インターフェースの正確な位置を記録することができる。このようにして、長期に渡る研究において、イメージング時点を通じて正確な位置決めを維持することができる。
【００３７】
例えば、患者が椅子又はスツール４０６に座り、インターフェース装置１５０上にかがみ込むことにより、乳房をインターフェース装置１５０の内側領域に位置させることができる。重力の助けを借りて、例えば、患者の胸部から乳房を引き離すことにより、乳房をイメージング用インターフェース内に位置させてもよい。調整機構を設けて、イメージング時の患者のストレスをできるだけ軽減してもよい。例えば、ハンドルバー４０４を設けて、患者がつかまれるようにすることができる。ハンドルバー４０４により、光ファイバ４１４の歪みを軽減してもよい。光ファイバ４１４は、インターフェース１５０とコンピュータ４１０との間で入出力光を誘導するものである。また、例えば発泡ヘッドレスト等のヘッドレスト（図示しない）を設けて、患者が顎及び／又は額を休められるようにしてもよい。ユーザが制御部４１０と対話を行い、入力装置１０２を用いて照明を行ったり、検出部１０４を介して乳房からの光を検出したりすることにより、患者のイメージングを操作することができる。後述するように、例えば検出部１０４及び／又は端末１０６を介して検出光信号を処理して、例えばディスプレイ４１２での閲覧用の乳房画像を生成するように制御部４１０を構成してもよい。図５Ａ〜図５Ｃに、構成したイメージングシステムの画像を示す。
【００３８】
図１〜図６を参照すると、光検出部１０４は、大量のデータの高速収集及び処理が可能である。検出部１０４を構成する様々な基板及びチップ間の相互作用の概要を図６に示す。検出部１０４は、アナログ／デジタル変換器１２６（ＡＤＣ）による量子化に先立って信号を増幅しフィルタリングするアナログ回路を有する。ＡＤＣ１２６は、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）及びデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）チップと１２８において相互作用を行う。ＣＰＬＤ及びＤＳＰチップは、信号を取得し、信号を復調して振幅を抽出するとともに、振幅をデータ取得カード１４０及び１４２を介してホストコンピュータ１０６へ渡す働きをするものである。ＤＳＰおよびＣＰＬＤチップは、また、システムのタイミングを調整し、各部の同期を維持しつつ、システム性能を最適化する。
【００３９】
検出部１０４のアナログ部分は、検出した光子を電子信号に変換した後、デジタル化に備えて該信号の調整を行う。同時検出したい光出力の数に対応して、複数の検出器基板１１６ｎを設けることができる。各検出器基板１１６ｎは、入射した光子を電流へ変換する半導体光検出器１１８、例えばシリコンフォトダイオード（Ｓｉ−ＰＤ）を有するアナログ電子回路を含むことができる。該電流は、トランスインピーダンス増幅器１２０（ＴＩＡ）を用いて増幅し、電圧として出力することができる。ＴＩＡ１２０は、帯域幅拡張技術を用いて、５ｋＨｚ及び７ｋＨｚの信号を増幅するための高いゲイン及び十分な帯域幅を確保することができる。ＴＩＡ１２０の後段では、パッシブＲＣハイパスフィルタによって、信号のＤＣ成分を除去することができる。そこから信号は、プログラマブルゲイン増幅器１２４（ＰＧＡ）と称する第２の増幅段を通過することができる。ＰＧＡは、信号対雑音比（ＳＮＲ）を上げることなく更なる増幅を行うものである。ＰＧＡの主な役割は、信号をＡＤＣ１２６による検出に適した範囲にすることである。
【００４０】
【表１】
2014533126.tif 000003
【００４１】
ＴＩＡ１２０及びＰＧＡ１２２増幅段の両端の抵抗値を制御するために、３ビットを用いてゲイン設定範囲をエンコードすることができる。ＴＩＡ１２０の抵抗値は１０ｋΩ〜１００ＭΩの範囲であり、ＰＧＡ１２２のゲインは１〜１００の範囲である。この３ビットのゲインビットにより、値の切り替えに用いられるマルチプレクサ及びリードリレーを介して、ＴＩＡ１２０およびＰＧＡ１２２の抵抗値を制御する。利用可能なゲインビットとそのＴＩＡ及びＰＧＡゲインを、上記の表１に示す。
【００４２】
ゲインビットは、ホストコンピュータユーザインタフェースを介して手動で制御するか、最適設定をテストして選択する自動検出ルーチンを介して制御することができる。最適設定は、飽和を起こさない最高の信号対雑音比（ＳＮＲ）として求められる。得られたゲイン信号をフィードバックとして用いて、適切な接触が達成できるかを判断することができる。このゲイン値が想定よりも高い場合は、接触が不十分あるいは不適切である可能性がある。インターフェースのリングを更に平行移動して乳房へ接触させ（例えば、テスト照明及び検出時）、期待値（例えば、組織表面への適切な接触を示す値）に近いゲイン値が得られるようにしてもよい。光フィードバック信号を用いて、例えば図１４の実施形態のアクチュエータをフィードバック制御してもよい。別の実施形態では、特定の検出器、又は各検出器からの信号の品質に順次基づいてゲイン値を決定してもよい。既に知られている参照範囲との比較によって品質を求めてもよく、隣接する検出器からの信号と比較して求めてもよい。特定のレベルの接触が達成されているか否かについては、システムがゲイン又は検出器信号を観察しつつ検出器を対象組織へ向かって移動させ、例えばゲインの急激な変化などといった固有の特徴（シグネチャー：ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が得られることから判断してもよい。
【００４３】
ホストコンピュータは、検出基板をデイジーチェイン接続する一連のシフトレジスタを介してゲインビットをＤＳＰに渡す。全ゲインビットが基板１１６ｎに行き渡ると、信号によりゲインビットは先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファに転送され、各検出基板に格納される。イメージング時に光源位置が変化すると、新たなゲインビット設定がＦＩＦＯからローカルに読み出される。これにより、ＴＩＡ１２０及びＰＧＡ１２２両端の抵抗値は迅速に変更される。
【００４４】
ＴＩＡ１２０及びＰＧＡ１２２増幅段に続いて、信号は、高周波成分を除去する８次バターワースアンチエイリアシングフィルタでフィルタリングされる。８次バターワースアンチエイリアシングフィルタの主な目的は、ナイキスト周波数よりも高い周波数がデジタル化以前に存在しないようにすることである。信号は７５ｋサンプル／秒でサンプリングされるが、これはナイキスト周波数の３７．５ｋＨｚに相当する。結果として、１２．５ｋＨｚのカットオフ周波数を選択することができる。バターワースフィルタは、５ｋＨｚ及び７ｋＨｚの信号に対して平坦な通過帯域を有するとともに、通過帯域中にエイリアシングを引き起こす恐れのある高周波ノイズを強力に減衰させることができる。最後に、オペアンプにより、２．５Ｖを中心にするように信号をオフセットし、ＡＤＣ１２６の入力範囲である０〜５Ｖの全域を利用できるようにする。
【００４５】
最後に、最高１Ｍサンプル／秒の速度でサンプリングを行う４チャネル１６ビットの逐次近似レジスタ（ＳＡＲ）ＡＤＣ１２６を用いて、信号をデジタル化する。ＡＤＣ１２６は、各検出器チャネルからのデータを７５ｋＨｚでサンプリングすることができる。ＡＤＣのタイミングは、マスターＣＰＬＤ１２６およびＤＳＰ１３２を介して他のデジタル電子回路と同期させることができる。
【００４６】
このＤＳＰによるシステムは、マスター・スレーブアーキテクチャを利用して、単一ＤＳＰチップではなく、マルチＤＳＰチップにデータ取得能力を拡張するものである。こうした設計によって、より多くの光源、検出器及び波長を用いた乳房イメージングに対応することができる。マスターＤＳＰ（ｍＤＳＰ）チップ１３２は、他のスレーブＤＳＰ（ｓＤＳＰ）チップ１３０ａ〜１３０ｃを含む本システムの挙動を調整する単一のＤＳＰである。ｍＤＳＰチップ１３２は、ホストコンピュータとの全てのハンドシェークを処理するとともに、マスターＣＰＬＤ（ｍＣＰＬＤ）１３６と連携して、光スイッチ、ゲインビット、及びＡＤＣ１２６からの信号取得のタイミングを制御する。ｍＤＳＰ１３２は、ゲインビットのシフト及び設定、ＡＤＣ１２６からの変換及びサンプリングの制御、並びにアドレス信号を送出して光スイッチの光源位置を制御することに関する全ての信号のタイミングの制御をｍＣＰＬＤ１３６に委ねることができる。
【００４７】
ｍＤＳＰ１３２及びｍＣＰＬＤ１３６は、緊密に連携して、システム内のイベントのタイミングを制御し、他のチップとの通信を行う。検出基板への制御ロジックの通信にはｍＣＰＬＤ１３６が用いられるが、ｍＣＰＬＤ１３６を詳細に制御するとともに、７ミリ秒を計時して光スイッチを安定させるのはｍＤＳＰ１３２である。ｍＤＳＰ１３２及びｍＣＰＬＤ１３６が連携して行う種々の設定及び取得状態の詳細を、表２に示す。
【００４８】
ｍＤＳＰ１３２は、また、スレーブＣＰＬＤ１３４（ｓＣＰＬＤ）を利用する。ｓＣＰＬＤ１３４の役割は、検出器ＡＤＣチップ１２６（それぞれ４つの検出器チャネルのデジタル化を担当する）から到来するデータを多重化するとともに、ＤＳＰチップにルーティングして処理を行わせることである。この多重化については、ＣＰＬＤ、ＡＤＣ及びＤＳＰの同期を維持するチップ選択（ＣＳ）信号を介して制御が行われる。各ＤＳＰは、Ａ及びＢシリアルポートを介して２系統のシリアルデータを同時に取得する。ここで、１つのＤＳＰを、マスターＤＳＰ１３２（ｍＤＳＰ）と称する。ｍＤＳＰ１３２は、システムの管理を担当する。他の３つのＤＳＰチップ１３０ａ〜１３０ｃ（ｓＤＳＰ１、ｓＤＳＰ２、ｓＤＳＰ３）を、スレーブチップと称する。スレーブチップは、データを取得するか待機するかを指示する信号（例えば、イメージングスタート）に反応するだけである。マスター・スレーブ構成により、システムの制御が簡略化され、全てのＤＳＰチップのデータ取得が同調される。この構成によって、より多くの光源、波長又は検出器を使用できるようにシステムの規模を変更することが容易になる。こうした規模の変更は、既存のＤＳＰを再プログラミングするか、スレーブＤＳＰチップを追加することにより達成することができる。
【００４９】
【表２】
2014533126.tif 000004
【００５０】
各ＤＳＰチップ対（ｍＤＳＰ１３２とｓＤＳＰ１  １３０ａ；ｓＤＳＰ２  １３０ｂとｓＤＳＰ３  １３０ｃ）は、８，１９２×９のデュアル同期ＦＩＦＯデータバッファ１３８を共有することができ、これによりデータがホストコンピュータ１０６へ返される。ＤＳＰチップがＦＩＦＯ１３８に書き込みを行うことにより、ＦＩＦＯの「空」信号が変更され、ホストコンピュータ１０６へのリクエストが発行される。ホストコンピュータ１０６は、リクエストを受け付けると、ＦＩＦＯ１３８への読み出しを開始する。これによりデータがユーザインターフェース１４４へ送信される。ＦＩＦＯ１３８は、本来、ホストコンピュータの準備が整うまでデータを保持するためのデータバッファである。ユーザインターフェースからの制御信号は、データ取得カード１４２、例えば２４ビットのデジタルＩ／Ｏインターフェースを介して検出器ハードウェアに引き渡される。ＤＳＰチップからのデータは、データ取得カード１４０を介してホストコンピュータ１０６に取得される。データ取得カード１４０は、例えば、それぞれ独立して入力又は出力として構成可能な３２本のデジタルデータ線を有し、４組の８ビットポートに分かれている。８ビットポートの各組は、１つのＤＳＰ専用であり、ホストコンピュータへのデータ転送を行う。
【００５１】
各ＤＳＰは、到来するデータを復調し、信号振幅の抽出を行うことができる。デジタルロックイン検出アルゴリズムを採用することができる。例えば、該アルゴリズムは、単純平均フィルタを用いて、以下に示すように、信号の周波数ｆｍ（本システムでは７ｋＨｚ及び５ｋＨｚ）と取得したサンプル数ＮＳとの間の一定の関係に基づいて信号の振幅を抽出することができる。
【００５２】
【数１】
2014533126.tif 000005
【００５３】
従来のようにアナログ回路を用いるのではなく、ＤＳＰチップを用いてデジタルでロックイン検出を行うことにより、復調に必要なハードウェアの量が減少するだけではなく、耐ノイズ性に優れたよりロバストな解が得られる。ＤＳＰチップを再プログラミングするだけで、ロックイン周波数、フィルタリング及び検出器数を調整することが可能である。また、アナログ部品の公差は、温度や経年によって変化するとともに検出器チャネル毎にも異なるが、ＤＳＰによる復調は、こうした公差の影響を受けにくい。高いイメージング速度を得るためには、システムの様々な構成要素同士を入念に調整する必要があり、電子及び光スイッチの安定時間を考慮する必要もあると考えられる。システムをマルチタスク化してイメージング速度を最適化することも多い。システムタイミングの概要を、図７に詳細に示す。
【００５４】
例えば、ＤＳＰは、２ｍｓの期間に１２８個の検出器の各々から１５０個のサンプルを取得することができ、各検出器では実質的に７５ｋサンプル／秒でサンプリングが行われる。チップ選択信号（ＣＳ）は、順次、ＤＳＰ１つ当たり２つのＡＤＣを同時に選択して、デジタル化したサンプルを該ＤＳＰに引き渡す。１６ビットのＡＤＣは、それぞれ、２つのチャネルを同時にデジタル化して、１つの３２ビットのパケットとしてＤＳＰに引き渡すことができる。例えば、ｍＤＳＰは、まずＡＤＣ１及び２のチャネル１及び３からサンプル１を受信し、次いでＡＤＣ３及び４のチャネル１及び３からサンプル１を受信し、次いでＡＤＣ５及び６のチャネル１及び３からサンプル１を受信し、最後にＡＤＣ７及び８のチャネル１及び３からサンプル１を受信する。次に、ＡＤＣの各組からチャネル２及び４からのサンプル１を取得した後、次のサンプルへと移る。これと並行して、ｓＤＳＰ１、ｓＤＳＰ２及びｓＤＳＰ３は、ＡＤＣ９〜３２からデータを受信する。チップ選択（ＣＳ）信号による調整に従って、ｓＣＰＬＤは、サイクル毎に適切なＤＳＰへとＡＤＣデータをルーティングする。ＤＳＰが１２８個の検出器全てから１５０個のサンプルを受信し終えると、ｍＤＳＰは、光源位置を変えるようにｍＣＰＬＤに対して信号を送るとともに、７ミリ秒の待機を開始してスイッチが安定化するのを待つ。この安定時間内に、ＤＳＰに前回の光源からのサンプルに対するロックイン検出を行わせた後、サンプルをホストコンピュータへ送出することによって、システムの速度を最適化する。また、光スイッチが新たな光源位置へ移る間に、ゲインビットが更新されるとともに、アナログ電子回路が安定化する。
【００５５】
本システムは、動的乳房イメージング用に設計されたものであり、ダイナミックレンジと取得速度を二つの主要な判断基準とする。時間応答は、光スイッチの安定時間並びに光源位置及び波長の数によって制限される。スイッチが安定するには、位置切り替えから７ミリ秒を要し、その光源位置で全ての検出器のデータを取得するのに更に２ミリ秒が必要である。この結果、一つの光源位置に対して９ミリ秒のイメージング時間となる。２つの波長セットで順次イメージングするため、イメージング速度は波長の数にも依存する。従って、最速の場合、本システムは、１つの光源と２つの波長を用いて１フレームを０．００９秒で収集することになる（例えば、１１１Ｈｚ）。３２個の光源と２つの波長を用いる場合、１フレームを０．２８８秒で取得することができる（例えば、３．５Ｈｚ）。最後に、最も遅い構成では、３２個の光源と４つの波長を全て用いるが、この場合、１フレームを取得するのに０．５７６秒かかる（例えば、１．７Ｈｚ）。
【００５６】
測定データに対して、ＰＤＥ制約付きマルチスペクトルイメージング法を用いて三次元再構成を行う。以下、この方法について、光伝播モデルとしての拡散近似法、及び組織内の発色団濃度を直接回復するＰＤＥ制約付き逆モデルを含め、簡単に説明する。
【００５７】
例えば乳房組織等の、散乱が支配的な媒体中の光伝播については、放射伝搬方程式への拡散近似（ＤＡ）により、次のようにうまく表すことができる。
【００５８】
【数２】
2014533126.tif 000006
【００５９】
ここで、Ａは屈折率の不一致による反射に関し、
【数３】
2014533126.tif 000007
は放射密度である。
【００６０】
【数４】
2014533126.tif 000008
は拡散係数であり、
【数５】
2014533126.tif 000009
で表される。（２）の解から、媒体表面での予測値は次のように予測される。
【００６１】
【数６】
2014533126.tif 000010
【００６２】
ここで、Ｑは、前方解
【数７】
2014533126.tif 000011
をわれわれのデジタル動的イメージングシステムで測定可能な量へと射影する測定演算子である。組織発色団のＤＯＴイメージングにおける基本的な考え方は、組織の吸収率と組織内の発色団濃度との間の次のような線形相関：
【数８】
2014533126.tif 000012
を利用するというものである。ここで、εｉ（λ）及びＣｉは、それぞれ組織内のｉ番目の発色団の吸光係数及び濃度であり、ＮＣは、波長λでの吸収に寄与する総発色団数である。乳房イメージングに関する主な発色団は、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）、脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）、水（Ｈ２Ｏ）及び脂質であり、これらのモル吸光係数については文献に詳しい記載がある。マルチスペクトル逆モデルにより、全波長のデータを用いて再構成と同時に発色団濃度の空間分布を直接再現することができる。ここでは、以下のＰＤＥ制約付きマルチスペクトル最適化のラグランジュ形式による定式化：
【数９】
2014533126.tif 000013
を用いて行うことができる。ここで、ｘは、ＨｂＯ２、Ｈｂ、Ｈ２Ｏ又は脂質濃度を含む全ての未知の発色団のベクトルであり、Ａｕ＝ｂは、離散化した拡散方程式系であり、ｚλは、波長λにおける測定値であり、βは、平滑化Ｒの強度を制御する正則化パラメータである。
【００６３】
放射基底関数（ＲＢＦ）型の平滑化演算子を用いることができ、非構造メッシュの格子に対して好適である。ＰＤＥ制約付きマルチスペクトル逆問題は、簡約ヘッセ行列逐次二次計画法（ｒＳＱＰ）の枠組みで解くことにより、再構成プロセスをスピードアップすることができる。ｒＳＱＰ法では、線形拘束下にあるラグランジュ関数Ｌの二次近似への最小化：
【数１０】
2014533126.tif 000014
【数１１】
2014533126.tif 000015
（［数１０］を制約する） 
により次ステップｐ＝（Δｘ，Δｕ）を発見する。ここで、ｇｋは簡約勾配であり、Ｈｒｋはラグランジュ関数の簡約ヘッセ行列である。Ｃｋは、ｐ＝（ｘ，ｕ）に対するＤＡのヤコビアン行列を表す。Ｃｋは以下で与えられる。
【００６４】
【数１２】
2014533126.tif 000016
【００６５】
二次問題（式８、式９）の解から、最適化の各ステップにおける前方及び逆変数の両者に対する新たな反復が次のように求められる。
【００６６】
【数１３】
2014533126.tif 000017
【００６７】
【数１４】
2014533126.tif 000018
【００６８】
ここで、αｋは、直線探索で選択したステップ長である。簡約空間での定式化については、「放射伝搬の周波数領域方程式に基づく光学トモグラフィのためのＰＤＥ制約付きＳＱＰアルゴリズム（Ａ  ＰＤＥ−ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ  ＳＱＰ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎ  ｅｑｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｒａｄｉａｔｉｖｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）」、２００９年刊「逆問題（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｐｒｏｂｌｅｍｓ）」誌、第２５巻、第１号に詳しく、その全体がここに参照により援用される。上述の方法を用いて、例えば図８に示すように、乳房組織内の発色団濃度を再構成することができる。図８は、本開示の光イメージングシステムを用いて取得した、癌を有する乳房のサジタルスライスの、癌治療期間にわたる静的光イメージを示すものである。
【００６９】
本開示の主題の実施形態によると、平行移動リングインターフェースは、環状部材の入出力開口部と乳房表面とを密着させるとともに、乳房組織の不快な圧迫を回避する（又は少なくとも軽減する）ように設計された種々の特徴を含むことができる。例えば、入出力開口部を有する径方向内側部分を、環状部材の径方向に変位するように構成することで、様々な乳房サイズ及び形状への対応が可能である。このようなインターフェースを図９Ａ〜９Ｂに示す。インターフェースは、インターフェースの内部領域の境界を画する内面９０６を有する径方向内側部分９０４をそれぞれ備えた複数の環状部材９０２ａ〜９０２ｅを有する。乳房１０８をインターフェースの内部領域に挿入するが、図９Ａに示すように、インターフェース内へ完全に挿入したとしても、１つ又は複数の環状部材が乳房１０８の表面９０８に接触しなくてもよい。各環状部材９０２ａ〜９０２ｅは、内側部分９０４を径方向に移動させて、各環状部材９０２の内面を乳房表面９０８に接触させるアクチュエータ９１０、例えばリニアアクチュエータを含む。
【００７０】
乳房と環状部材との接触の質は、環状部材のセンサから検出する光の振幅及び特性に基づいて計算することができる。例えば、接触が行われない場合、光源と組織との間には空気の層が存在するため、空気−組織間の光反射が増加する。こうした光反射があると、光源に近いセンサからの検出信号が予想よりもはるかに大きくなるとともに、光源から遠い（例えば、乳房の光源開口部と反対側の）センサの検出信号が予想よりもはるかに小さくなる。閉ループ制御システムは、こうした検出信号を用いて、最適な接触となるように各環状部材の位置合わせを制御することができる。あるいは／さらに、組織と環状部材との接触を最適化するために、制御システムは、圧力センサ、近接センサ、光センサ又は音響センサを用いて接触を調べることができる。
【００７１】
別の例では、図１０Ａ〜１０Ｂに示すように、乳房組織をインターフェース内に挿入することにより径方向内側部分が変位するように構成することができる。インターフェースは、インターフェースの内部領域の境界を画する内面１００６を有する径方向内側部分１００４をそれぞれ備えた複数の環状部材１００２ａ〜１００２ｅを有する。内側部分１００４を、屈曲部１０１０、例えばコイルばねに取り付けることで、径方向の動きを可能にしてもよい。図１０Ａに示すように、少なくとも初めのうちは、内側部分１００４が、乳房１０８のサイズを収容するには小さすぎる内部領域を規定することができる。乳房を内部領域に挿入すると、屈曲部１０１０によって内側部分１００４を径方向外側へ移動させることができるため、図１０Ｂに示すように、内面１００６を乳房表面１００８に密着させつつ乳房組織への圧迫を最小化することができる。また、屈曲部１０１０によって、内側部材１００４が特定の環状部材の平面から面外へ回転できるようにすることにより、内面１００６の乳房表面１００８への位置合わせを可能にして、患者の不快感を更に回避してもよい。
【００７２】
各内側部分１００４の位置を正確に調べるために、１つ又は複数のセンサ１０１２を設けることができる。センサ１０１２は、電磁式、光学式、又は径方向内側部分１００４の変位の測定値を得られる他のいかなる検知方式であってもよい。例えば、センサ１０１２は、屈曲部１０１０及び部分１００４の変位に対応して屈曲部１０１０に作用する力を測定することができる。別の例では、屈曲部１０１０が、各内側部分１００４を支持する複数の屈曲部を含んでもよい。複数の屈曲部の各々のセンサ１０１２を用いることにより、内側部分１００４の径方向の変位とともに、面外への変位（例えば、面外への回転）を測定することもできる。例えば、複数の屈曲部の力の差は、内側部分１００４の回転量に対応してもよく、これを用いることにより内側部分１００４の位置を正確に測定することができる。
【００７３】
さらに別の例では、図１１Ａ〜１１Ｂに示すように、径方向内側部分を変形可能材料で形成して、インターフェース内に挿入された乳房組織に適合するようにすることができる。インターフェースは、変形可能材料で形成した径方向内側部分１１０４をそれぞれ備えた複数の環状部材１１０２ａ〜１１０２ｅを有する。例えば、変形可能材料は、可撓性高分子、ジェル充填パッド、液体充填パッド又は気体充填パッドであってよい。少なくとも初めのうちは、内側部分１１０４は、図１１Ａに示すように、乳房１０８のサイズを収容するには小さすぎる内部領域を規定することができる。乳房を内部領域に挿入すると、図１１Ｂに示すように、乳房表面１１０８と内側部分１１０４の相互作用により、内側部分１１０４が乳房表面１１０８に適合するようになる。所期の圧迫が加わると入出力が乳房表面１１０８に対してほぼ垂直になるように開口部を内側部分１１０４に配置してもよい。乳房の挿入により変形した変形可能材料１１０４の最終的な形状を光学技術を用いて定量して、メッシュを生成してもよい。
【００７４】
図１２Ａ及び１２Ｂに、台座１２２０から立ち上がるとともに支持されたステム１２１０上を滑動可能なシリンダ１２０８により、光学素子１２０２及び１２０４を環状要素１２１２、１２１４及び１２１６に間接的に取り付けた実施形態を示す。各環状要素１２１２、１２１４及び／又は１２１６をステム１２１０上で上下に平行移動させることで、光学素子１２０２及び１２０４（図面を複雑にしないよう、２つだけに符号を付す）をグループ毎にまとめて調整することができる。結果として、光学素子１２０２及び１２０４の各々が属する光学素子のリング状アレイを位置合わせして、調査対象の身体部位、例えば乳房の形状の境界面１２２４を規定することができる。各ステムの頂部は、組織表面に対して直角に十分な角度を持って接触するように連結することができる。光学素子の配置を更にカスタマイズして、図１２Ｂに示すように、拡大可能又は変形可能な環状要素としてもよい。環状部材１２４０は、その全径を（実施形態では、形状も）増減することで、光学素子の径方向の間隔及び軸方向の位置を変更できるように構成してもよい。図示の実施形態において、シリンダ１２０８は、ヒンジ１２４２で接続した連接環１２４４の開口部１２１４に保持される。ヒンジ１２４２は、決められた形状及びサイズを維持するのに十分な摩擦をもって旋回する。
【００７５】
以上、光源及び検出器をインターフェースから離間して配置するとともに光ファイバを介して各開口部に結合した具体例を説明してきたが、本開示の主題の実施形態はこれらに限定されるものでない。光源及び／又は検出器は、インターフェースの個々の部材に直接組み込むことができる。例えば、各インターフェース部材は、多数の光源、例えばレーザダイオードと、多数の検出器、例えばフォトダイオードとを、開口部の位置に有することができる。適切な照明／検出電子回路を、各部材に備えることができる。検出データを、例えば無線又は有線伝送を介して中央処理装置へ伝達して、画像処理することができる。
【００７６】
リング状及び環状構成を有するインターフェースの具体例をここでは説明してきたが、本開示の主題の実施形態はこれらに限定されるものではない。患者の身体部位との等角なタッチ接触を可能にするとともに、繰り返し検出可能な光源／検出器位置を提供する他の形状や構成も考えられる。例えば、複数の区分的連続部材を用いて各環状部を形成することができる。別の例では、インターフェースの入出力部材を、Ｃ字形、長円形、矩形としてもよく、入出力をイメージング組織に対して等角にほとんど圧迫なしで接触させることができるのであれば他のいかなる形状であってもよい。あるいは／さらに、入出力部材は、診断イメージングの一環として組織に対して選択的に圧迫力を加えることで、例えば入出力部材が及ぼす圧力に基づいて動的な血管反応を判定してもよい。
【００７７】
例えば、図１３に、組織イメージング用汎用インターフェースの模式図を示す。インターフェース部材１３０２は、例えばレーザダイオード及び／又はフォトダイオード等の光入力及び／又は出力１３０４を有することができる。あるいは、光入出力１３０４は、上述のように、離れた場所にある光源及び検出器に光導波路によって接続された開口部であってもよい。例えば、各部材は、単一の光入力及び／又は単一の光出力を有してもよい。更に、システムが複数の別個の部材を含んでもよい。各部材１３０２は、本システムに付随する他の部材１３０２に関わりなく、組織表面と接触するように独立して位置合わせ可能にすることができる。接触判定装置１３０６を設けて、いつ部材１３０２が組織に接触したかを検出してもよい。コントローラ１３１２は、接触判定装置１３０６が提供する情報を用いて、アクチュエータ１３０８により部材１３０２を移動させて組織に接触させることができる。アクチュエータ１３０８は、部材１３０２を複数の方向、例えば少なくとも２方向に移動させるとともに、回転させて部材１３０２の調査／検出面を組織表面に等角に接触させることが可能であってもよい。プロセッサ１３１０は、作動に基づいてコントローラ１３１２が提供する部材１３０２の位置情報を用いて、イメージングメッシュを構成することができる。各部材１３０２はイメージングメッシュの個々の点を表し、（例えば前回のイメージング作業を基準として）各部材１３０２を所望のメッシュ点に位置させることが可能である。このようにして、複数のインターフェース部材１３０２を有するイメージングインターフェースは、リング又は環状配列に必ずしも限定されることなく、様々な組織配列及び形状に対応することができる。
【００７８】
図１４に、プローブヘッド１２６４を動かして、プローブヘッド１２６４を身体部位表面１２６６に適切に接触させたり、プローブヘッド１２６４により身体部位に圧力を加えたり圧力を取り除いたりして現在調査中の組織に変化を起こすように構成されたアクチュエータ１２６２を示す。例えば、アクチュエータの力を用いて、部位から血液を押しのけた後、力を取り除くか又は減らすことにより血液を再び流してもよい。アクチュエータ１２６２の動作中に、連続する画像フレーム又は他のデータを取り込んで、発色団の濃度及び位置を瞬時的に又は時間平均して表示してもよい。プローブに接続したイメージングシステムを用いて、接触の有無を判断することもできる。様々な制御目標を用いて、プローブヘッドの作動を制御してもよい。
【００７９】
いずれの実施形態においても、各光源／検出器位置のエンコーダ値に基づいて、例えば環状部材の位置に基づいて、イメージング用メッシュを生成することができる。更に、組織又は患者に関して以前取得した情報に基づいて、各環状部材の最適な位置及び／又はその光源／検出器位置を推定又は予測することができる。例えば、患者の体重、身長、年齢、ボディマスインデックス、ブラジャーのサイズ及び／又は患者の画像（例えば、ＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴ又は光学画像）に関する情報を用いて、イメージング装置の最適な初期構成を決定することができる。初期構成としては、患者用椅子の高さ、インターフェースの高さ及び傾き、インターフェース部材の初期配置、インターフェース部材の数などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。作動をフィードバック制御することにより、イメージングインターフェースが患者の組織に接触するように微調整を行うことができる。
【００８０】
このようにして、本開示の主題の実施形態は、乳房イメージングインターフェースに伴う問題、具体的には、乳房が十分にカバーされないこと、さまざまな乳房サイズ（Ａ〜ＤＤＤ）をイメージングできないこと、整合液を使用すること、圧迫を使用すること、及び正確な光入出力位置を検出できないことを回避する。
【００８１】
上述の方法、プロセス及びシステムは、ハードウェア、ソフトウェアによりプログラムしたハードウェア、非一時的コンピュータ可読媒体に格納されたソフトウェア命令、又は以上の組み合わせにより実現できることは言うまでもない。例えば、本明細書に記載のプロセッサは、非一時的コンピュータ可読媒体に格納された一連のプログラム命令を実行するように構成することができる。プロセッサとしては、パーソナルコンピュータ、あるいはワークステーション、あるいはプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ装置を含むか、又は例えば特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの集積回路を始めとする制御ロジックから成るその他のコンピューティングシステムが挙げられるが、これらに限定されるものでない。命令は、例えばＪａｖａ、Ｃ＋＋、Ｃ＃．ｎｅｔ等のプログラミング言語に従って提供されるソースコード命令からコンパイルすることができる。命令は、例えば、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ（登録商標）言語、あるいは他の構造化又はオブジェクト指向プログラミング言語に従って提供されるコード及びデータオブジェクトから成ってもよい。一連のプログラム命令及びそれに関するデータは、例えばコンピュータメモリ等の非一時的コンピュータ可読媒体、又は記憶装置に格納することができる。記憶装置は、いかなる適切なメモリ装置であってもよく、例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、電気消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、ディスクドライブ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００８２】
更に、本開示の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズムは、単一のプロセッサでも分散したプロセッサでも実現することができる。更に、当然のことながら、本明細書に記載のステップは、単一の又は分散したプロセッサ（シングル及び／又はマルチコア）で実行することができる。また、上述の実施形態及びその様々な図面で説明した方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズムは、複数のコンピュータ又はシステムに分散することも、単一のプロセッサ又はシステムに共存させることもできる。以下、本明細書に記載の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズムを実現するのに適した例示的な構造の別の実施形態について説明するが、これらに限定されるものではない。
【００８３】
本明細書に記載の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズムは、例えば、プログラムされた汎用コンピュータ、マイクロコードでプログラムされた電子装置、ハードウェア組み込みアナログ論理回路、コンピュータ可読媒体又は信号に格納されたソフトウェア、光コンピューティング装置、電子及び／又は光学装置のネットワークシステム、特殊用途向けコンピューティング装置、集積回路装置、半導体チップ、並びにコンピュータ可読媒体又は信号に格納されたソフトウェアモジュール又はオブジェクトとして実現することができる。更に、本開示の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズム（即ち、コンピュータプログラム製品）の実施形態は、プログラムされた汎用コンピュータ、特殊用途向けコンピュータ、マイクロプロセッサ等で実行されたソフトウェアとして実現することができる。
【００８４】
本開示の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズム（あるいはそのサブコンポーネント又はモジュール）の実施形態は、汎用コンピュータ、特殊用途向けコンピュータ、プログラムされたマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ及び周辺集積回路要素、ＡＳＩＣ又は他の集積回路、デジタル信号プロセッサ、例えば個別要素回路等のハードウェア組み込み電子又は論理回路、並びに、例えばプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）デバイス等のプログラムドロジック回路上で実現することができる。概して言えば、本明細書に記載の機能又はステップを実現可能ないかなるプロセスを用いても、本方法、プロセス、システム、アルゴリズム及び／又はコンピュータプログラム製品（非一時的コンピュータ可読媒体に格納されたソフトウェアプログラム）の実施形態を実現することができる。
【００８５】
更に、本開示の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズムの実施形態は、全体として又は部分的に、例えば、種々のコンピュータプラットフォームで使用可能な高移植性ソースコードを提供するオブジェクト又はオブジェクト指向ソフトウェア開発環境を用いてソフトウェアとして容易に実現することができる。あるいは、本開示の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズムの実施形態は、部分的に又は全体として、例えば、標準論理回路又は超大規模集積（ＶＬＳＩ）設計を用いてハードウェアとして実現することができる。システムに要求される速度及び／又は効率、特定の機能、並びに／あるいは利用する特定のソフトウェア又はハードウェアシステム、マイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータによっては、他のハードウェア又はソフトウェアを用いて実施形態を実現することもできる。本開示の方法、プロセス、システム及び／又はアルゴリズムの実施形態は、当業者には、本明細書における機能の説明並びにイメージング及び／又はコンピュータプログラミング技術の一般的基本知識に基づいて、公知の又は後の開発によるシステム又は構造、装置及び／又はソフトウェアを用いてハードウェア又はソフトウェアとして実現可能である。
【００８６】
更に、以上の説明は、場合によっては研究室で行われた例に当てはまるものであるが、こうした例については、製品技術に拡張することができる。例えば、研究室での例に当てはまる量及び技術については、これに限定されるものと考えてはならない。また、本明細書において特定の薬品や材料が開示されている場合であっても、１つ又は複数の考えられる実施形態に従って、他の薬品や材料を用いてもよい。
【００８７】
本開示の実施形態の特徴については、本発明の範囲内で組み合わせたり、再配置したり、省略する等して、新たな実施形態を作り出してもよい。更に、ある特徴を効果的に用いて、他の特徴を相応に用いなくてもよい。
【００８８】
以上明らかなように、本開示によると、光イメージング用インターフェースシステム、装置及び方法が提供される。本開示には、多くの代替、変更、変形が可能である。具体的な実施形態を図示するとともに詳細に説明することで本発明の原理の適用例を示してきたが、こうした原理から逸脱しない範囲で本発明を別様に実施できることは言うまでもない。よって本出願人は、本発明の精神及び範囲内にある全てのこうした代替、変更、等価物及び変形が包含されることを意図するものである。
【図１】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図４】
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【図１３】
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【図１４】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月11日(2014.8.11)
【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】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
請求項７のインターフェース装置において、環状部材の数は５であり、積層体第１端部における第１の環状部材は８個の開口部を有し、前記第１の環状部材に隣接する第２の環状部材は１２個の開口部を有し、前記第２の環状部材に隣接する第３の環状部材は１２個の開口部を有し、前記第３の環状部材に隣接する第４の環状部材は１６個の開口部を有し、積層体第２端部における第５の環状部材は１６個の開口部を有することを特徴とするインターフェース装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
請求項７のインターフェース装置において、各環状部材は、高分子材料から成ることを特徴とするインターフェース装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２０】
請求項７のインターフェース装置において、各環状部材は、３Ｄ印刷しプラスチックを浸潤した高分子、又は射出成形プラスチックから成ることを特徴とするインターフェース装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
各レーザダイオード１１０ａ〜１１０ｄは、レーザドライバコントローラで制御して、５ｋＨｚ（例えば、波長７６５ｎｍ及び８０８ｎｍの場合）又は７ｋＨｚ（例えば、波長８２７ｎｍ及び９０５ｎｍの場合）のいずれかの入力電流で変調することができる。レーザ光強度を変調することにより、対象を複数の波長で同時に照明するとともに、環境光を除去することが可能になる。復調時に周波数の選択により検出光の弁別が可能であれば、他の変調周波数を選択してもよい。光源１１０ａ〜１１０ｄからの４波長を２つの波長分割マルチプレクサ１１２に通すことで、２つの独立した光線を生成する。例えば、第１の光線は、（例えば５ｋＨｚで変調した波長７６５ｎｍの）光源１１０ａからの光と、（例えば７ｋＨｚで変調した波長８２７ｎｍの）光源１１０ｂからの光とを用いて生成してもよく、第２の光線は、（例えば５ｋＨｚで変調した波長８０８ｎｍの）光源１１０ｃからの光と、（例えば７ｋＨｚで変調した波長９０５ｎｍの）光源１１０ｄからの光とを用いて生成してもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図２Ｅ〜図２Ｆに示すように、１つ又は複数の部材２０２は、光入出力開口部２１８に加えて、１つ又は複数のタッチ確認装置２２０を備えることができる。例えば、タッチ確認装置２２０は、光センサ、導電率センサ、音響センサ、又は部材表面２１２がイメージング対象組織とタッチ接触しているかを判断する他のいかなる手段であってもよい。プロセッサ又は他の制御装置は、タッチ確認装置２２０からの信号をフィードバックとして用いて、各部材２０２の作動を調整し、表面２１２をタッチ接触させることができる。あるいは／さらに、アクチュエータに力フィードバックを搭載することで、部材２０２を変位させるのに要する力の増加によってイメージング対象組織との接触を表すことができる。あるいは／さらに、イメージングシステムの光学特性、例えば、光学開口部２１８を介して特定の光学信号を読み出すのに要するゲインを用いて、以下に述べるように、タッチ接触に関するフィードバックを得ることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
検出部１０４のアナログ部分は、検出した光子を電子信号に変換した後、デジタル化に備えて該信号の調整を行う。同時検出したい光出力の数に対応して、複数の検出器基板１１６ｎを設けることができる。各検出器基板１１６ｎは、入射した光子を電流へ変換する半導体光検出器１１８、例えばシリコンフォトダイオード（Ｓｉ−ＰＤ）を有するアナログ電子回路を含むことができる。該電流は、トランスインピーダンス増幅器１２０（ＴＩＡ）を用いて増幅し、電圧として出力することができる。ＴＩＡ１２０は、帯域幅拡張技術を用いて、５ｋＨｚ及び７ｋＨｚの信号を増幅するための高いゲイン及び十分な帯域幅を確保することができる。ＴＩＡ１２０の後段では、パッシブＲＣハイパスフィルタによって、信号のＤＣ成分を除去することができる。そこから信号は、プログラマブルゲイン増幅器１２２（ＰＧＡ）と称する第２の増幅段を通過することができる。ＰＧＡは、信号対雑音比（ＳＮＲ）を上げることなく更なる増幅を行うものである。ＰＧＡの主な役割は、信号をＡＤＣ１２６による検出に適した範囲にすることである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
最後に、最高１Ｍサンプル／秒の速度でサンプリングを行う４チャネル１６ビットの逐次近似レジスタ（ＳＡＲ）ＡＤＣ１２６を用いて、信号をデジタル化する。ＡＤＣ１２６は、各検出器チャネルからのデータを７５ｋＨｚでサンプリングすることができる。ＡＤＣのタイミングは、マスターＣＰＬＤ１３６およびＤＳＰ１３２を介して他のデジタル電子回路と同期させることができる。
【国際調査報告】
2014533126.tif 000047