(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光によって生体標本を撮像するための装置であって、
該装置は、
撮像容積内に生体標本の少なくとも１部を保持するための、透明部を有する撮像用のステージと、
前記撮像容積を貫通するように配置された第１の回転軸を有する第１の回転軸受と、
前記ステージと前記第１の回転軸受の間に延びる脚部であって、前記第１の回転軸受から前記ステージをオフセットさせる脚部と、
前記撮像容積を貫通するように配置された第２の回転軸を有する第２の回転軸受であって、該第２の回転軸は前記第１の回転軸に直交する、第２の回転軸受と、
前記第１の回転軸受と前記第２の回転軸受の間に延びるアーマチュアと、
前記撮像容積を照らすように構成された可視光源と、
前記撮像容積を照らすように構成された蛍光励起光源と、
前記撮像容積内に焦点深度を有するように構成されたカメラと
を備えた装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
該装置は、さらに、
コンピュータプロセッサであって、該コンピュータプロセッサにオペレーションを実行させるための指令を示す情報を具体化した機械読み取り可能な非一時的媒体に動作可能に接続されたコンピュータプロセッサを備え、
前記オペレーションは、
前記可視光源を照射している間に、前記カメラを用いて前記ステージ上の生体標本の反射光画像を撮影すること、
前記反射光画像を撮影する間に、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸の角度の周りに前記ステージを回転させ、前記反射光画像の少なくとも１つの画像は、前記ステージの前記透明部を通して撮影された標本のものであること、
前記蛍光励起光源を照射している間に、前記カメラを用いて前記生体標本の蛍光画像を撮影すること、
前記蛍光画像を撮影する間に、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸の角度の周りに前記ステージを回転させ、前記蛍光画像の少なくとも１つの画像は、前記ステージの前記透明部を通して収集された標本のものであること、および、
前記反射光画像および前記蛍光画像から生成された１つのレンダリング画像をレンダリングすることを備えたオペレーションである、
装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、
前記オペレーションは、さらに、
前記反射光画像を用いて前記標本の反射光３次元（３Ｄ）モデルを構築すること、および
前記蛍光画像を用いて前記３Ｄモデルに蛍光情報を追加することを備え、
前記レンダリング画像は前記３Ｄモデルからレンダリングされる、
装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、それぞれの角度毎に反射光画像が撮影され、別の角度への前記ステージの回転前に蛍光画像が収集される、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記脚部は、前記透明部の平面から前記第１の回転軸受に垂直に延びる、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記脚部は、前記ステージの下から下向きに前記第１の回転軸受に向かって延びる、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、撮像用の前記ステージ全体が透明である、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、さらに、前記第２の回転軸受を支持し、少なくとも１つの方向に水平方向に前記ステージを移動させるように構成された、少なくとも１つの並進軸受を備えた、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記並進軸受は、前記ステージを前記撮像容積内へおよび前記撮像容積から移動させるように構成された、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、さらに、生体標本を前記ステージへ、または前記ステージから移動させるためのコンベアシステムを備えた、装置。
【請求項１１】
蛍光によって生体標本を撮像するための装置であって、
該装置は、
撮像容積内に生体標本の少なくとも１部を保持するための透明部を有する撮像用のステージと、
前記撮像容積を貫通するように配置された第１の回転軸を有する回転軸受と、
前記ステージと前記回転軸受の間に延びる脚部であって、前記ステージを前記回転軸受からオフセットさせる脚部と、
複数の伸長可能なアームであって、各アームが圧縮位置と拡張位置を有し、枢軸によって前記回転軸受に結合されたアームとを備え、
少なくとも１つの伸長可能なアームの少なくとも１つの別の伸長可能なアームからの差動伸長は、前記第１の回転軸に直交する第２の回転軸に対して、前記ステージを傾斜させるように構成されており、
前記装置は、さらに、
前記撮像容積を照らすように構成された可視光源と、
前記撮像容積を照らすように構成された蛍光励起光源と、
前記撮像容積内に焦点深度を有するように構成されたカメラと、
を備えた装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
該装置は、さらに、
コンピュータプロセッサであって、該コンピュータプロセッサにオペレーションを実行させるための指令を示す情報を具体化した機械読み取り可能な非一時的媒体に動作可能に接続されたコンピュータプロセッサを備え、
前記オペレーションは、
前記可視光源を照射している間に、前記カメラを用いて前記ステージ上の生体標本の反射光画像を撮影すること、
前記反射光画像を撮影する間に、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸の角度の周りに前記ステージを回転させ、前記反射光画像の少なくとも１つの画像は、前記ステージの前記透明部を通して撮影された標本のものであること、
前記蛍光励起光源を照射している間に、前記カメラを用いて前記ステージ上の生体標本の蛍光画像を撮影すること、
前記蛍光画像を撮影する間に、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸の角度の周りに前記ステージを回転させ、前記蛍光画像の少なくとも１つの画像は、前記ステージの前記透明部を通して収集された標本のものであること、および、
前記反射光画像および前記蛍光画像から生成された１つのレンダリング画像をレンダリングすることを備えたオペレーションである、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年６月２６日に出願された米国仮出願第６２／１８５，４０７号および２０１５年２月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／１１９，６６０号の利益を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦支援の研究開発の下でなされた発明に関する権利に関する声明：適用なし
【背景技術】
【０００３】
ガン手術の主たる目標は、十分な腫瘍のない正常組織部位（adequate tumor free margins）とともに腫瘍を一塊切除して、罹患率および再発を最小化することである。手術は、固形腫瘍に対する効果的な治療法ではあるものの、手術を受けた患者の約１／３には局所再発が起こる。外科医は、腫瘍を摘出するのに必要な切除の程度を決定するために外科病理に依存するので、手術の完全な正確さと効能はいまだに達成されていない。外科病理学では、通常、凍結切片を用いて、外科的に切除した組織を約１０μｍの厚さのスライドに調整して、ヘマトキシリンおよびエオシン（Ｈ＆Ｅ）染色を用いた組織学的検査を行う。これによって、切除断端（surgical margins）における病変の存在を判定することができる。
【０００４】
注目すべきことに、肉眼的検査（gross examination）は、組織学的に切片化され分析される病変組織の位置を特定できるため、「凍結切片室」（frozen section room）における重要な手順となりうる。時間的制約および人的制約からほんの少しの標本部分しか組織学的に検査できないので、肉眼的検査を改善する方法はサンプリング誤差に対する最大の防御である。これらの誤差は、正確な診断を与えるという病理学者の能力に悪影響を及ぼすとともに、究極的には、外科医が正常断端状態（clear margin status）を獲得する能力に影響する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の観点から、肉眼的検査および断端状態の改善のために、新しいシステム、装置および方法が必要である。本発明はこれらおよび他の必要性を満たす。
【０００６】
一般的に、患者から外科的に切除された腫瘍などの生体標本をカメラシステムの前に保持する撮像システムおよび使用方法が説明される。標本をカメラの周りに移動させるか、標本の周りにカメラシステムを移動させるか、またはこれらの組み合わせによって、カメラシステムは、標本の上、側面、および下から数多くの異なる角度で２次元（２Ｄ）写真を撮影する。標本の下から写真を撮るためには、標本を透明なプレートの上に支持するか、ピンに突き刺すことができる。標本は、全身にまたは手術後に病変組織に結合親和性を有する蛍光染料によって処置される。すなわち、生体内の病変組織を染色する染料の全身適用（術前または術中）および／または切除した組織細胞への染料の術後適用を実施することができる。角度ごとに、標本は、通常写真のための白色光によって照らされ、その後、標本に蛍光を生じさせるための蛍光発生拡散レーザ光によって照らされる。白色光写真は、コンピュータ内で標本の３次元（３Ｄ）モデルを生成するのに用いられ、蛍光写真は、病変部位を示すように該モデルを着色するのに用いられる。そして、外科医は３Ｄモデルを回転しズームして観察することができ、それによって、腫瘍の周りの十分な断端を切除することができるか判断することができ、腫瘍が患者に残らないようにすることができる。
【０００７】
標本は、正確なステッパモータなどで移動させることができ、２Ｄピクセルから標本上の特徴の空間におけるレジストレーション（registration，位置合わせ）は、ロバスト（robust，堅牢）となる。全システムは、手術室内で運営することができ、また、コンベヤシステムは、多数の主たる標本および周辺標本を、カメラの撮像容積および照射の撮像容積内へ立て続けに移動させることを補助できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態は、蛍光を有する生体標本を撮像するための装置に関する。該装置は、撮像容積内の生体標本の少なくとも１部を保持するための透明部を有する撮像用ステージと、撮像容積を貫通するように配置された第１の回転軸を有する第１の回転軸受と、ステージと第１の回転軸受の間に延びる脚部であって、第１の回転軸受からステージをオフセットさせる脚部と、撮像容積を貫通するように配置された第２の回転軸を有する第２の回転軸受であって、第２の回転軸は第１の回転軸に直交する、第２の回転軸受と、第１および第２の回転軸受の間に延びるアーマチュア（armature）と、撮像容積を照らすように構成された可視光源と、撮像容積を照らすように構成された蛍光励起光源と、撮像容積内に焦点深度を有するように構成されたカメラとを含む。
【０００９】
装置は、コンピュータプロセッサであって、該コンピュータプロセッサにオペレーションを実行させるための指令を示す情報を具体化した機械読み取り可能な非一時的媒体に動作可能に接続されたコンピュータプロセッサを含むことができる。このオペレーションは、可視光源を照射している間に、カメラを用いてステージ上の生体標本の反射光画像を撮影すること、反射光画像を撮影する間に、第１の回転軸および第２の回転軸の角度の周りにステージを回転させ、反射光画像の少なくとも１つの画像は、ステージの透明部を通して撮影した標本のものであること、蛍光励起光源を照射している間に、カメラを用いて生体標本の蛍光画像を撮影すること、蛍光画像の間に、第１の回転軸および第２の回転軸の角度の周りにステージを回転させ、蛍光画像の少なくとも１つの画像は、ステージの透明部を通して収集した標本のものであること、および、反射光画像および蛍光画像から生成された１つのレンダリング画像をレンダリングする（rendering，描画、画像生成）ことを含む。
【００１０】
装置は、さらに、反射光画像を用いて標本の反射光３次元（３Ｄ）モデルを構築すること、および蛍光画像を用いて３Ｄモデルに蛍光情報を追加することを含み、レンダリング画像は、３Ｄモデルからレンダリングされる。
【００１１】
いくつかの実施形態は、蛍光を有する生体標本を撮像するための装置に関する。装置は、撮像容積内に生体標本の少なくとも１部を保持するための透明部を有する撮像用ステージと、撮像容積を貫通するように配置された第１の回転軸を有する回転軸受と、ステージと回転軸受の間に延びる脚部であって、ステージを回転軸受からオフセットさせる脚部と、複数の伸長可能なアームであって、各アームが圧縮位置と拡張位置を有し、枢軸によって回転軸受に結合されたアームとを備え、少なくとも１つの伸長可能なアームの少なくとも１つの別の伸長可能なアームからの差動伸長は、第１の回転軸に直交する第２の回転軸に対して、ステージを傾斜させるように構成されており、装置はさらに、撮像容積を照らすように構成された可視光源と、撮像容積を照らすように構成された蛍光励起光源と、撮像容積内に焦点深度を有するように構成されたカメラとを含む。
【００１２】
装置は、反射光画像を用いて標本の反射光３次元（３Ｄ）モデルを構築すること、および蛍光画像を用いて３Ｄモデルに蛍光情報を追加することを含むことができ、レンダリング画像は配列された３Ｄモデルからレンダリングされる。
【００１３】
装置は、直流（ＤＣ）モータ、リニアステッパ、リニアモータ、ピストンおよび油圧アームからなる群から選択されたアクチュエータを含むことができ、伸縮可能なアームがアクチュエータと結合される。
【００１４】
いくつかの実施形態では、本発明は、蛍光を有する生体標本を撮像するための方法を提供する。該方法は、ｉ）可視光で撮像用ステージ上の生体標本を照らすステップ、および複数の第１の２Ｄ画像を生成するために第１のカメラを使用するステップと、ｉｉ）近赤外光で撮像用ステージ上の生体標本を照らすステップ、および複数の第２の２Ｄ画像を生成するために第２のカメラを使用するステップと、ｉｉｉ）複数の第１の２Ｄ画像に基づいて、生体標本の３Ｄモデルを構築するステップと、ｉｖ）複数の第２の２Ｄ画像に基づいて、生体標本の３Ｄモデルに蛍光情報を追加するステップと、を備える。
【００１５】
前記方法において、３Ｄモデルは、第１の３Ｄモデルとよぶことができ、該方法は、さらに、複数の第２の２Ｄ画像に基づいて、生体標本の第２の３Ｄモデルを構築するステップと、蛍光情報を３Ｄモデルに追加するために、第１の３Ｄモデルに第２の３Ｄモデルの点を挿入することによって、第２の３Ｄモデルを第１の３Ｄモデルに投影するステップと、を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態は、被験体からの生体標本を撮像するための方法に関する。該方法は、カメラを用いて複数の角度において生体標本の反射光２Ｄ画像を撮像するステップと、生体分子の細胞のサブセットと結合親和性を有するプローブ生体分子を適用するステップであって、生体分子は蛍光染料マーカーと結合した、適用するステップと、蛍光染料マーカーを蛍光励起光源の周波数とは異なる１または複数の周波数で蛍光させるように構成された１または複数の周波数を有する蛍光励起光源を用いて、生体標本を照らすステップと、照らすステップの間に、カメラを用いて、複数の角度における生体標本の蛍光２Ｄ画像を収集するステップと、反射光２Ｄ画像に基づいて生体標本の第１の３Ｄモデルを構築するステップと、蛍光２Ｄ画像に基づく蛍光情報を３Ｄモデルに追加するステップと、３Ｄモデルから画像をレンダリングするステップと、を含む。
【００１７】
これらおよび他の態様、目的および実施形態は、以下の詳細な説明および図面とともに読むことによってさらに明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】１実施形態の２回転軸受装置である。
【００１９】
【図２】垂直軸回りに回転させた図１の装置である。
【００２０】
【図３】水平軸回りに回転させた図１の装置である。
【００２１】
【図４】標本を撮像用ステージの透明部を通して見ることができるように、水平軸回りに回転させた図１の装置である。
【００２２】
【図５】図１の装置の分解図である。
【００２３】
【図６】１実施形態による別の撮像用ステージ支持機構を示す。
【００２４】
【図７】１実施形態による別の撮像用ステージ支持機構を示す。
【００２５】
【図８】１実施形態によるシステムのブロック図である。
【００２６】
【図９】１実施形態による生体標本の反射光２Ｄ画像である。
【００２７】
【図１０】１実施形態による図９の生体標本の蛍光２Ｄ画像である。
【００２８】
【図１１Ａ】１実施形態による腫瘍を持つ患者の皮膚の写真である。
【００２９】
【図１１Ｂ】１実施形態による抽出された腫瘍の白色光画像である。
【００３０】
【図１１Ｃ】１実施形態による１標本のレンダリング画像である。
【００３１】
【図１２】本発明による１実施形態を示すフローチャートである。
【００３２】
【図１３】本発明による１実施形態を示すフローチャートである。
【００３３】
図面は、本発明による異なる実施形態を示すために以下に使用される。図面は、実施形態の特定の実施例であって、限定的な実施形態としてではなく、むしろ例示的な形態および手順として解釈されるべきである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
用語「被験体」（subject）「患者」（patient）または「個体」（individual）は、典型的には人間を指すが、たとえば、他の霊長類、げっ歯類、イヌ、ネコ、ウマ、ヒツジ、ブタなどを含む他の動物をも指す。
【００３５】
光照射野（illumination light field(s)）、対物レンズの撮像焦点深度、および、画像形成用ヘッドの視野または当該技術分野で知られている他の方法によって、「撮像容積」（imaging volume）または「撮像ウィンドウ」（imaging window）が形成される。
【００３６】
「回転子軸受」（rotor bearing）は、ハブ、軸、または軸回りの回転を可能にする少なくとも２つの部品間の接触を担う他の機械要素、あるいは当該技術分野で知られている別のものを含む。回転軸受（rotary bearing）は、ボールベアリング、潤滑表面、および他の摩擦低減器具のための円形トラックおよびケージを含んでもよい。
【００３７】
図１は、１実施形態による２回転軸受装置を示す。撮像システム１００において、カメラ１０１は、対物レンズ１０２を有する。スペースを考慮して、その視野は、ミラー１０４から反射される。カメラ焦点線１０３は、撮像容積１１０内で焦点を合わせるように示されている。
【００３８】
１または複数の白色光１５０は、撮像容積１１０を照らす。蛍光励起レーザ１５２も、撮像容積１１０に蛍光励起光を供給する。これらの照射源は、標本１１２を照らすのに用いられる。
【００３９】
白色光、単色光、近赤外線（ＩＲ）または他の蛍光照射、および／または他の電磁放射で標本を照らすために、照射源を標本に近接して配置してもよい。
【００４０】
標本操作装置１０６は、水平軸１３４を有する回転軸受１０８を含む。回転軸受１０８は、インターフェース１３６に設置されたモータに取り付けられ、モータは、該軸受の回転部の動きと正確な位置を制御する。水平軸１３４は、撮像容積１１０を通過するように配置される。Ｌ字状アーマチュア１２０は、回転軸受１０８に取り付けられた垂直要素１２６から、水平要素１２８に延びる。水平要素１２８は、別の回転軸受である、回転軸受１２４を支持する。回転軸受１２４は、ステージを異なる角度に正確な増分で進ませるように構成された薄型ステッパモータによって、軸１３２の周りにプラットフォーム１１４の底部１２２を移動させる。回転軸受１２４は、ステージおよび標本を３６０°回転させることができる。回転軸受１２４は、可動アーマチュア１２０によって支持されているので、その軸１３２は、垂直から傾斜した方向へ移動することができる。
【００４１】
プラットフォーム１１４は、底部１２２、３つの脚部１１８および撮像用ステージ１１４を備える。３つの脚部は、底部の回転軸受から標本をオフセットさせるか、または離れて保持し、それによって、底部からの視界を遮るものが少なくなる。撮像用ステージ１１４の透明部は、図示のように、スルーホール（その内部にはなにもない）または透明ガラススライドであってもよい。これによって標本１１２を撮像容積１１０内に保持する。
【００４２】
標本操作装置は、並進軸受１３０、「ｘ−ｙテーブル」を含み、撮像用ステージを撮像容積内へまたは撮像容積から移動させることができる。リニア並進モータ１３８および１４０は、並進軸受１３０を水平方向へ正確な増分で移動させる。これによって、大きな標本を撮像するとき焦点合わせに役立つ。リニア移動テーブルは、また、撮像容積内または撮像容積からアクセスに間隔があるような領域へ、標本を移動させることができる。例えば、標本は、撮像用ステージに設置することができ、その後、撮像容積が存在する遮光ハウジング内の位置に移動させることができる。
【００４３】
図２は、モータを用いて垂直軸回りに回転した図１の装置を示す。システム１００において、カメラ焦点線１０３は、カメラが、撮像容積内で焦点が合っていることを示す。回転軸受１０８は、軸１３４回りに回転しておらず、アーマチュア１２０は、同じ位置にある。標本は、底部１２２、脚部１１８および撮像用ステージ１１４を備えた撮像プラットフォームを回転することによって、軸１３２回りに回転している。透明部１１６は、標本を保持しつづける。
【００４４】
図３は、水平軸回りに回転した図１の装置を示す。Ｌ字状ブラケット１２０は、ステージ（および脚部１１８、撮像用ステージ１１４および透明部１１６）の底部１２２を傾斜した状態で保持しており、底部回転軸受の回転軸１３２は垂直ではない。しかしながら、底部回転軸受の回転軸１３２は、側部回転軸受の軸１３４に対して依然として垂直である。
【００４５】
図示された傾斜位置において、標本の斜めの頂角をカメラで撮像できるように、底部軸受を用いて標本を回転させることができる。標本がガラスから摺動または転倒する可能性を低くするために、側部回転軸受の最大傾斜を３０°から４５°に制限することができる。
【００４６】
ガラスの代わりに、１または複数のピンで標本を突き刺して位置決めしているいくつかの実施形態では、最大傾斜に制限はなくてもよい。
【００４７】
撮像用ステージの透明部１１６を通して標本を見ることができるように、回転軸受１０８の水平軸１３４を介して回転した図１の装置を示す。この点で、標本の下側は、焦点線１０３を介してカメラによって撮像することができ、白色光およびレーザによって照らすことができる。脚部１１８およびアーマチュア１２０は、撮像用ステージの回転する底部１２２が撮像用ステージの透明部１１６の底部をふさがないように、オフセットさせるので、カメラは、透明部１１６を通して見ることができ、底部回転軸受を異なる角度で回転している間に撮像することができる。
【００４８】
図５は、図１の装置の分解図を示す。底部１２２、脚部１１８および撮像用ステージ１１４を含む標本ホルダは、図示のように、Ｒｙ軸回りに回転ステージ、回転軸受１２４によって回転される。標本操作機構１０６は、図示のとおり、Ｒｘ軸および／またはＲｙ軸に対して撮像用ステージを傾斜させるためにモータ１３６によって駆動される回転軸受１０８を含む。２軸並進ステージ１３０は、ｘ方向またはｙ方向に平行移動することができる。
【００４９】
マイクロプロセッサ５４４、メモリ５４６および不揮発性記憶装置５４８を含むコンピュータ５４２が、ステージの正確な位置決めのためにモータを制御する。コンピュータ５４２は、カメラから白色光画像および蛍光画像の２Ｄ画像を受け取り、それを処理して蛍光部分で「ペイントされた」標本の３Ｄモデルを生成する。
【００５０】
図６は、１実施形態による別の撮像用ステージ支持機構を示す。システム６００において、標本ステージの頂部に、標本を載置することができる長方形スライド領域６１６がある。他のスライドの形状、サイズ、および湾曲を使用することができる。脚部６１８は、長方形スライド領域を取り囲む撮像用ステージ６１４を支持する。標本ホルダの底部は、モータ６２４によって動かされる薄型回転軸受６２２に固定されており、該薄型回転軸受６２２は、モータによって小さく精密な増分で動かすことができる。
【００５１】
全部で８本の拡張可能で伸長できるピストンアーム６５０は、回転軸受６２２の底部にそれぞれ枢動点６５２を有しており、標本を傾斜させるために、差動的に拡張または圧縮することができる。ピストンアームは、それぞれに対して角度がずれているので、差動拡張によって撮像用ステージを傾斜させることができる。
【００５２】
プロセッサ６４４、メモリ６４６おおび不揮発性ハードディスクメモリ６４８を含むコンピュータ６４２はステージの動きを制御する。コンピュータ６４２はまた、対物レンズ６０２および照射源６５０（モノクロ光）および６５２（拡散レーザ）を有するカメラ６０１を制御する。
【００５３】
図７は、１実施形態による別の撮像用ステージ支持機構を示す。６本の伸縮可能なピストンアーム７５０は、すべて共通の方向に配置され、標本ステージを支持する。それらは、機械的ピンジョイント７５２によって回転軸受７２２上の異なる位置および方向に、回転軸受７２２の底部に結合される。回転軸受７２２は、撮像用ステージ７１４および透明部７１６を同様に支持する脚部７１８を支持する。
【００５４】
図８は、１実施形態によるシステムのブロック図を示す。システム８００において、システムコントロール８６２は、２Ｄ画像処理８６４、３Ｄ画像再構築およびレンダリング８６６、ならびにユーザインターフェースおよびディスプレイ６８６モジュールのためのコンピュータ読み取り可能な媒体８６３内のソフトウェアを制御する。ソフトウェアはまた、ユーザ装置８７０に表示され、撮像カメラ８０１を制御してもよい。
【００５５】
システムコントロール８６２はまた、光学コンパートメント８７２に入力を提供する。光学コンパートメント８７２は、広帯域照射レーザ源８５２（６８５ナノメータ（ｎｍ）または７８５ｎｍ）、可視光源８５０ならびに光路および部品８０２を含む。これは撮像カメラ８０１を含んでもよい。
【００５６】
システムコントロール８６２は、標本操作モジュールに入力を提供する。標本操作は、位置決め、および、１または複数の標本の操作などが提供される。標本操作は、ステージ８３０、曲面または平面の標本ホルダ８１４、高スループット標本キャリア８７４および自動コンベア機構８７６の位置決めおよび水平回転を含むことができる。
【００５７】
図９は、生体標本の反射光２Ｄ画像であり、図１０は、本実施形態による図９の生体標本の蛍光２Ｄ画像である。反射光画像は、明るい白色光で照らされたときの切除された生検組織標本の図を示す。周囲光を使用することができるし、単一色の照射光を使用することができる。腫瘍細胞に結合親和性を有するプローブ生体分子を腫瘍に適用した後に、蛍光画像を撮影する。これは、生体内（in vivo）または生体外（ex vivo）でも可能である。プローブ分子は、蛍光染料マーカーと直接、または、第２のプローブ分子と結合する。蛍光染料に蛍光を生じさせることが意図された光の周波数で標本が照らされるとき、カメラ（冷却されていてもよい）は、蛍光のかすかな画像を撮像するために用いられる。これらの画像を周囲光から遮断するために、標本の周りに遮光ハウジングがあってもよい。
【００５８】
蛍光は極めて暗いため、蛍光画像は暗い環境下で取得される。カメラおよび標本操作装置の周囲の遮光ハウジングは、明るい手術室内で光を遮蔽するのに役立つ。標本エリアへのアクセスのために、遮光シールを有するドアを用いてもよい。
【００５９】
カメラは、カメラの電荷結合素子（ＣＣＤ）撮像センサを低温に維持するために能動的に冷却された熱交換器を有する。冷却は、光学的バックグラウンドノイズおよびカメラノイズ（例えば、暗い（dark）、焦点ボケ（blooming）および輻射（radiation）事象）を防止することができる。この例示的な実施形態に用いられるカメラ、光学系および他の要素は、米国特許第７，２８６，２３２号、第８，２２０，４１５号および第８，８５１，０１７号に記載されている。
【００６０】
図１１Ａないし図１１Ｃは、実施形態による患者の腫瘍、生体標本の画像、および標本のレンダリング画像を含む。図１１Ａでは、被験体の腫瘍上の皮膚が示されている。被験体の皮膚上のマーキングは、手術計画に用いられる。図１１Ｂに、切除された腫瘍のトゥルーカラー画像を示す。図１１Ｃに、腫瘍の３Ｄモデルからのレンダリングを示す。３Ｄモデルは、腫瘍周囲に適切な断端を適用したか否かを判断するのに用いることができる。
【００６１】
ある態様では、本発明は、組織学的検査の時間効率および病理学上の正確性を改善するために肉眼的検査を補助する方法を提供する。本明細書に記載の方法は、外科的結果を著しく改善するとともに、ガンの局所再発を減少させる。特定の態様では、本発明は、外科標本の再構築された画像モデル上に蛍光画像の３Ｄ表面マッピングを提供し、標本上の病変組織を示す信号の位置を特定するための蛍光撮像システムを提供する。ある態様では、本明細書に記載された装置および方法は、組織学的分析のための切片化の前に肉眼的検査を支援する。
【００６２】
１実施形態では、本発明は、患者（被験者）からの生体標本を撮像するための方法を提供する。該方法は、ｉ）可視光で撮像用ステージ上の生体標本を照らすステップ、および複数の第１の２Ｄ画像を生成するためにカメラを使用するステップと、ｉｉ）近赤外光で撮像用ステージ上の生体標本を照らすステップ、および複数の第２の２Ｄ画像を生成するためにカメラを使用するステップと、ｉｉｉ）複数の第１の２Ｄ画像に基づいて、生体標本の３Ｄモデルを構築するステップと、ｉｖ）複数の第２の２Ｄ画像に基づいて、生体標本の３Ｄモデルに蛍光情報を追加するステップとを備える。
【００６３】
特定の態様では、方法は、可視光で生体標本を照らすステップと、可視光を用いて複数の第１の２Ｄ画像を取得するステップとを備える。方法はさらに、近赤外光で同一のまたは異なる生体標本を照らすステップと、赤外光を用いて複数の第２の２Ｄ画像を取得するためにカメラを用いるステップとを含む。可視光画像が近赤外画像の外観を変化させることがなく、また、その逆もなく、両方の照射技術を単一の標本に対して同時に使用することができるように、単一の標本を用いることが好ましい。
【００６４】
蛍光色素分子法（fluorophore methods）は、１つのスペクトルの光を吸収し、異なるスペクトルの光を放射する分子を利用する。蛍光色素分子（例えば、赤外または近赤外蛍光色素分子）との組み合わせで可視光画像を利用するためには、吸収され、反射され、および放射された様々な光のスペクトルが著しく重なり、成分の互いの識別、および内因性の組織材料からの成分の識別を混乱させないように注意する必要がある。本明細書では、不可視光（例えば、赤外または近赤外）、蛍光色素分子および可視光画像の組み合わせを利用して、生体標本を視覚化し、分析する方法が提供される。
【００６５】
特定の態様では、複数の第１の２Ｄ画像は、垂直軸回りに回転された撮像用ステージの異なる角度で撮像される。別の態様では、複数の第１の２Ｄ画像は、水平軸回りに回転された撮像用ステージの異なる角度で撮像される。
【００６６】
ある態様では、複数の第２の２Ｄ画像は、垂直軸回りに回転された撮像用ステージの異なる角度で撮像される。別の態様では、複数の第２の２Ｄ画像は、水平軸回りに回転された撮像用ステージの異なる角度で撮像される。
【００６７】
ある好ましい態様では、撮像用ステージは透明である。
【００６８】
特定の態様では、生体標本の可視光での照射は、約３８０ｎｍから約７００ｎｍの、１または複数の波長で実行される。これらの波長には、例えば、約３８０，３９０，４００，４２５，４５０，４７５，５００，５２５，５５０，５７５，６００，６２５，６５０，６７５，または約７００ｎｍを含む。これらは、広帯域白色光などのように組み合わせで発生させることができる。
【００６９】
ある態様では、生体標本の近赤外光の照射は、約６５０ｎｍから１４００ｎｍの、１または複数の波長で実行することができる。これらの波長は、例えば、約７００，７２５，７５０，７７５，８００，８２５，８５０，８７５，９００，９１０，９２０，９３０，９４０，９５０，９６０，９７０，９８０，９９０，１０００，１１００，１２００，１３００，および１４００ｎｍを含む。これらの波長は、ＮＩＲ−Ｉ（７５０ｎｍと１０６０ｎｍの間）およびＮＩＲ−ＩＩ（１０００ｎｍと１７００ｎｍの間）の波長領域にあるとよばれる。
【００７０】
特定の態様では、生体標本は、蛍光染料を備える。ある態様では、蛍光群は、約６５０ｎｍから約１４００ｎｍの範囲で放射する近赤外（ＮＩＲ）蛍光色素分子である。近赤外蛍光技術の使用は、組織の自己蛍光からのバックグラウンドを実質的に排除または減少させるので、本明細書に記載した方法において有利である。近赤外蛍光技術の別の利点は、散乱強度は波長の逆４乗に比例するので、励起源からの散乱光が大幅に削減されることである。低いバックグラウンド蛍光および低い散乱によって、高感度検出に必須の高い信号対雑音比が達成される。さらに、生体組織における、ＮＩＲ領域（６５０ｎｍから９９０ｎｍ）またはＮＩＲ−ＩＩ領域（約１０００ｎｍと１４００ｎｍの間）の光学的に透明なウィンドウによって、ＮＩＲ蛍光は、生体成分を透過する光伝導を必要とする撮像および細胞内検出アプリケーションのための有用な技術となる。
【００７１】
ある形態では、蛍光群は、好ましくは、ＩＲＤｙｅ（登録商標）８００ＲＳ，ＩＲＤｙｅ（登録商標）８００ＣＷ，ＩＲＤｙｅ（登録商標）８００，ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ（登録商標）６６０，ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ（登録商標）６８０，ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ（登録商標）７００，ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ（登録商標）７５０，ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ（登録商標）７９０，Ｃｙ５，Ｃｙ５．５，Ｃｙ７，ＤＹ６７６，ＤＹ６８０，ＤＹ６８２，およびＤＹ７８０からなる群から選択される。特定の形態では、近赤外群は、ＩＲＤｙｅ（登録商標）８００ＣＷ，ＩＲＤｙｅ（登録商標）８００，ＩＲＤｙｅ（登録商標）７００ＤＸ，ＩＲＤｙｅ（登録商標）７００，またはＤｙｎｏｍｉｃＤＹ６７６である。
【００７２】
ある形態では、患者から生体標本を切除する前に、蛍光染料は生体標本に接触する。例えば、染料は、手術前または手術後に患者に注射または投与することができる。ある形態では、染料は、腫瘍に対して親和性を有する抗体、リガンド、または標的化部分（targeting moiety）に結合されているか、または、染料は腫瘍抗原を認識する。ある形態では、蛍光染料は、標的化部分を備える。１つの形態では、外科医は腫瘍に染料を「塗る」。
【００７３】
いくつかの形態では、標的化分子は、肺がん細胞表面抗原、脳腫瘍細胞表面抗原、神経膠腫細胞表面抗原、乳がん細胞表面抗原、食道がん細胞表面抗原、一般的な上皮がん細胞表面抗原、一般的な肉腫細胞表面抗原、または骨肉腫細胞表面抗原などの抗原に結合する抗体である。
【００７４】
特定の形態では、本明細書に記載した方法は、様々な腫瘍の外科的処置で用いられる。例えば、優れた信号対バックグラウンド比、および最小化された散乱および吸収効果のために、ＮＩＲ蛍光染料を用いることによって標識化を達成することができる。適切な実施例は、透過性亢進がん組織（hyperpermeable cancer tissues）にたまるＩＣＧ、または、ＥＧＦＲを標的とするＩＲＤｙｅ（登録商標）８００ＣＷ−パニツムマブ（または類似の部分）などのＮＩＲ標識である。
【００７５】
ある形態では、患者から生体標本を切除した後に、蛍光染料を生体標本と接触させる。このように、染料は、腫瘍断端で組織に接触することができる。特定の形態では、生体標本は、腫瘍組織または腫瘍細胞などの腫瘍を備える。
【００７６】
ある形態では、第１の３Ｄモデルは、健常組織と病変組織の両方を備える。第１の３Ｄモデルは、複数の第１の２Ｄ画像に基づいて生体標本から構築される。ある形態では、第２の３Ｄモデルは、病変組織を含む。例えば、第２の３Ｄモデルは、複数の第２の２Ｄ画像に基づいて生体標本から構築される。１つの形態では、第１の３Ｄモデルは可視画像から作られ、第２の３Ｄモデルは蛍光画像から作られる。別の形態では、第１の３Ｄモデルは蛍光画像から作られ、第２の３Ｄモデルは可視画像から作られる。
【００７７】
特定の形態では、本発明の方法を用いることによって、より広い健常組織領域（例えば、可視３Ｄ画像）内で、病変組織領域またはガン領域（例えば、蛍光３Ｄ画像）を確認することができる。このように、病変組織の正確な位置を特定することができる。
【００７８】
ある形態では、生体標本は、既に除去された組織標本の周辺生検材料（peripheral biopsy）を含む。別の形態では、生体標本は、乳房コア生検などの腫瘍組織である。生体標本のサイズは、組織切片から大きな標本までであってもよい。
【００７９】
特定の形態では、生体標本のレジストレーションが維持される。例えば、被験体から腫瘍生検が除去された場合は、生検の正確な位置が維持される。
【００８０】
特定の形態では、生体標本の完全性が維持される。
【００８１】
ある形態では、被験体の手術中に生体標本の撮像が実施される。
【００８２】
１つの形態では、病理学者は、被験体から切除された全主要標本のどこから凍結切片を採取するかを決定する。典型的には、病理学者は、外科医に断端の状態を伝える。ある形態では、外科医は、全主要標本を凍結ラボ（frozen lab）に送り、病理学者が凍結切片を利用して、断端の状態を判断する。本発明の装置および方法を使用して、組織学的評価のために断端標本抽出の指標として蛍光を用いる。ある場合には、本明細書に記載の方法は、切片化の前に実施される。
【００８３】
別の形態では、外科医は、被験体からその場で切除されたか、または切除後創傷床から切除された１０から２０の断端を凍結ラボに送ることができる。病理学者は、典型的には、各標本から１０ないし５０ミクロン（μｍ）の切片を検査する。切片の厚さは、典型的には１０μｍである。平均的には、これは断端の１％未満を表わす。本明細書に記載した方法を利用して、病理学者は組織学的切片化の前に各断端を撮像する。蛍光情報は、断端の切片化を誘導するのに用いられる。
【００８４】
装置および方法は、凍結切片分析の精度を改善し、最終正常部位率（final clear margin rates）を改善し、局所再発の減少によって生存率を改善し、さらに、標本内の複数領域での標本化の必要性を排除して、手術時間を短縮する画像誘導病理学（image-guide pathology）を提供する。
【００８５】
図１２は、１実施形態によるプロセスのフローチャートである。オペレーション１２０１では、撮像用ステージ上の生体標本は可視光によって照らされ、カメラは、複数の第１の２次元（２Ｄ）画像を生成するために用いられる。オペレーション１２０２では、撮像用ステージ上の生体標本は近赤外光によって照らされ、カメラは、複数の第２の２Ｄ画像を生成するために用いられる。オペレーション１２０３では、生体標本の第１の３次元（３Ｄ）モデルが複数の第１の２Ｄ画像に基づいて構築される。オペレーション１２０４では、生体標本の第２の３Ｄモデルが複数の第２の２Ｄ画像に基づいて構築される。オペレーション１２０５では、複数の第２の２Ｄ画像に基づいて、蛍光情報が生体標本の３Ｄモデルに追加される。この追加は、統合された３Ｄモデルを生成するために、第１の３Ｄモデルに第２の３Ｄモデルの点を挿入して、第２の３Ｄモデルを第１の３Ｄモデルに投影することによって実行される。
【００８６】
図１３は、１実施形態によるプロセスのフローチャートである。オペレーション１３０１では、反射光２次元（２Ｄ）画像が、カメラを用いて複数の角度で生体標本から撮影される。オペレーション１３０２では、生体標本の細胞のサブセットに結合親和性を有するプローブ生体分子が生体標本に適用され、この生体分子は蛍光染料マーカーと結合している。オペレーション１３０３では、生体標本は、１または複数の周波数を有し、蛍光染料マーカーを蛍光励起光源の周波数とは異なる１または複数の周波数で蛍光させるように構成された蛍光励起光源によって照らされる。オペレーション１３０４では、前記の照射中に、カメラを用いて、複数の角度における生体標本の蛍光２Ｄ画像を収集する。オペレーション１３０５では、反射光２Ｄ画像に基づいて生体標本の第１の３次元（３Ｄ）モデルを構築する。オペレーション１３０６では、蛍光２Ｄ画像に基づく蛍光情報を３Ｄモデルに追加する。オペレーション１３０７では、３Ｄモデルから生成された画像をレンダリングする。
【００８７】
前述の発明は、理解を明確にするために図示と実施例によってある程度詳細に記述されているが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正を実施してもよいことが理解されるであろう。加えて、本明細書で提示した各参考文献は、各参考文献がそれぞれ参照によって組み込まれるように、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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