(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
標本を固定するように適合された載物台と、
多次元列に配列された複数のピクセルを含む複数のリニアアレイ検出器と、
光学システムであって、
前記光源によって発せられた第１光を受け取って前記標本が前記載物台に固定されたとき前記標本の選択された平面上に前記第１光を１本の線に集束するように位置付けられた円柱レンズと、
焦点軸を有する対物レンズであって、前記焦点軸は、前記標本への前記第１光の入射に応じて前記標本から第２光を受け取って前記複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つに前記第２光を集束するように、前記標本への前記第１光によって生成される照明光路に対して全体的に垂直に位置付けられ、前記第２光によって生成される検出光路が、前記第１光の前記照明光路に対して全体的に垂直である、対物レンズと、
を備える、光学システムと、
を備え、
前記照明光路が、ビームスプリッタを含み、かつ、前記第１光が前記対物レンズを通過することはなく、
前記載物台が、前記標本をほぼ前記対物レンズの焦点面に位置付けて、前記第１光の集束線に対して前記標本を移動させるように更に適合されている、
共焦点顕微鏡。
【請求項２】
前記光源が、単一レーザー光源を備える、請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項３】
光学チョッパを更に備え、前記光源が、各々異なるレーザービームを発する少なくとも２つのレーザーを備え、前記光学チョッパが、各異なるレーザービームが他方のレーザービームと異なる時点に前記標本へ伝わることを可能にする、請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項４】
前記チョッパの位置を計測し、前記標本を照明することを前記チョッパによって許可される第１光の前記光源を識別し、前記標本に対する前記光源の照明の継続時間を計測する計時システムを更に備える、請求項３に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項５】
前記計時システムが、前記チョッパの両側に位置付けられた運動検出器、信号光及びクロック検出器を備え、前記クロック検出器が、前記標本に対する前記識別された光源の照明の継続時間に対応する前記信号光の検出に応じてクロック信号を生成する、請求項４に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項６】
前記計時システムが、前記光源に対向して位置付けられた運動検出器及びクロック検出器を備え、前記クロック検出器が、前記識別された光源の照明の検出に応じてクロック信号を生成し、前記クロック信号が、前記標本に対する前記識別された光源の照明の継続時間に対応する、請求項４に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項７】
前記載物台が、前記第１光を移動することなく前記標本上に集束された前記第１光の線に対して前記標本を物理的に並進する、請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項８】
前記光学システムが、
前記標本から蛍光発光された第２光を前記複数のリニア検出器アレイの第１リニア検出器アレイへ反射するように位置付けられた第１ビームスプリッタと、
前記標本から反射された第２光を前記複数のリニア検出器アレイの第２リニア検出器アレイへ反射するように位置付けられた第２ビームスプリッタと、
を更に備える、請求項１に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項９】
前記標本から蛍光発光された前記第２光が、前記第１光の波長とは異なる波長を有し、前記標本から反射された前記第２光が、前記第１光の波長とほぼ同じ波長を有する、請求項８に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１０】
前記標本から蛍光発光された前記第２光と、前記第１リニア検出器アレイと、の間の光路が、前記標本から反射した前記第２光と、前記第２リニア検出器アレイと、の間の光路と、異なる、請求項８又は９に記載の共焦点顕微鏡。
【請求項１１】
標本を画像化する方法であって、
光源と、
標本を固定するように適合された載物台と、
多次元列に配列された複数のピクセルを含む複数のリニアアレイ検出器と、
光学システムであって、
前記光源によって発せられた第１光を受け取って前記標本が前記載物台に固定されたとき前記標本の選択された平面上に前記第１光を１本の線に集束するように位置付けられた円柱レンズと、
焦点軸を有する対物レンズであって、前記焦点軸は、前記標本への前記第１光の入射に応じて前記標本から第２光を受け取って前記複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つに前記第２光を集束するように、前記第１光の入射に対して全体的に垂直に位置付けられ、前記第２光によって生成される検出光路が、前記第１光によって生成される照明光路に対して全体的に垂直である、対物レンズと、
を備え、前記照明光路が、ビームスプリッタを含み、かつ、前記第１光が前記対物レンズを通過することはない、光学システムと、
を備え、
前記載物台が、前記標本をほぼ前記対物レンズの焦点面に位置付けて、前記第１光の集束線に対して前記標本を移動するように更に適合されている、共焦点顕微鏡を用意するステップと、
第１位置に前記載物台を位置付けるステップであって、前記第１光が前記標本の選択された第１平面上に１本の線に集束される、ステップと、
前記複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つによって、前記標本の前記選択された第１焦点面上に集束された前記第２光について時間に応じて強さを計測するステップと、
前記第１位置とは異なる第２位置に前記載物台を位置付けるステップであって、前記第１光が前記標本の選択された第２平面上に１本の線に集束される、ステップと、
前記複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つによって、前記標本の前記選択された第２焦点面上に集束された前記第２光について時間に応じて強さを計測するステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記選択された第１位置が、前記第１光の集束線の方向に対してほぼ垂直に並進する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記共焦点顕微鏡とは別個のデジタル画像捕捉装置から前記標本の光学画像を取得するステップを更に含み、前記光学画像が前記標本より大きい視野を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ターゲティングコンピュータ装置と通信するディスプレイ装置上に前記光学画像を表示することを更に含み、前記ターゲティングコンピュータ装置が、使用者からベクトルターゲティング入力を受け取るように適合されており、ベクトルターゲットが前記標本の対象領域に対応する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ターゲティングコンピュータ装置が前記載物台と通信し、前記載物台が、
前記ターゲティングコンピュータ装置から前記ベクトルターゲットを受け取り、
前記第１光が前記標本の前記対象領域内で１本の線に集束されるように前記標本を位置付ける、
ように更に適合されている、請求項１４に記載の方法。
【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、２０１４年８月１３日に提出された「線走査、標本走査共焦点顕微鏡」と題する米国仮特許出願第６２／０３７０３０号の優先権の利益を主張する。前述の出願の教示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
癌は米国において死亡原因第２位であり、年間約５０万人が癌で死亡する。早期発見は原発腫瘍の除去を容易にし、このことは、原発腫瘍の除去によって転移を予防するために重要である。初期増殖段階は、その後の転移開始段階に対する非常に好ましい発見の窓口である。
【０００３】
体内に癌が存在するか否かを判定する能力は、一般的に、組織標本を取り出して癌形質として知られる細胞の有無について組織を顕微鏡で検査する能力によって制限される。このプロセスは、典型的に、細胞より小さい規模の分解能を得るために組織を薄片にスライスし、この薄片を細胞及びその他の組織成分をラベル付けする化学薬品で染色し、観察して査定するために薄片を顕微鏡に乗せることによって達成される。
【０００４】
共焦点顕微鏡検査は、物理的に組織をスライスする（物理的薄切りとも呼ばれる）必要のない、組織内の細胞を画像化するための代替的技術である。代わりに、共焦点顕微鏡検査は、光学的薄切りを実施して、物理的薄切りの代わりに組織の異なる焦点面を画像化する。共焦点顕微鏡は、組織内の１点を探って、この点を二次元で走査して画像を形成する。
【０００５】
しかしながら、共焦点顕微鏡検査によって組織を画像化するための現在の技術は、特定の点において限界がある。１つの例において、共焦点顕微鏡検査は、広視野（例えば、約１ｃｍより大きい）及び高分解能（例えば、約５μｍ未満）の両方に関して連続的画像を得られない。別の例において、共焦点顕微鏡検査は、抜群の基準である組織変化と比較することのできる病理学的分析を実施するために必要とされる情報を提供できない。更なる例において、共焦点顕微鏡検査は、緩慢で面倒であり、手術又は術中の有用性を妨げる。
【０００６】
従って、共焦点顕微鏡検査システム及び対応する技術の改良が引き続き必要とされる。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の実施形態は、改良された共焦点顕微鏡システム及びこのシステムを用いる分析方法に関する。非限定的実施形態において、このシステムは、生物組織（例えば人間の生物組織）における癌の有無を迅速に判定できる分析方法で使用するための外科臨床病理装置として採用できる。
【０００８】
以下で詳細に論じるように、開示する共焦点顕微鏡の実施形態は、光源（例えば可干渉光源）と、標本を受けるように適合された可動載物台と、複数の光検出器と、光を光源から標本へ及び光を標本から複数のリニアアレイ検出器へ向けるように適合された光学システムと、を含む。
【０００９】
例えば、光源（例えばレーザー）が発した可干渉光は、光学システムによって受け取られて、１本の線に集束される（例えば光学システムの円柱レンズによって）。入射光のこの集束された線は、光学システムによって、載物台に固定された標的標本の対象焦点面へ向けられる。標本の焦点面から反射した、又は、入射光に応じて蛍光によって標本の焦点面から発せられた、入射光の少なくとも一部分は、光学システム（例えば体物レンズ）によって受け取られて、複数のリニアアレイ検出器上に集束される。複数のリニアアレイ検出器は、検出された光を時間に応じて計測する。光学システムは、更に、標本に入射する前の入射光の光路と、標本から反射する又は標本から蛍光発光された検出光の光路とが、異なる経路をたどるように構成できる。
【００１０】
経時変動性の検出光の特性は、載物台が照光線に対して標本を移動して、線が標本の異なる区分に衝突してその結果これらの区分を探査するとき、変化する。載物台は、標本を横切るように線を導き、対象の焦点面全体について光学的計測を行えるように、移動できる。このプロセスは、時間及び位置に応じて標本の光学的計測値を得るために、複数の焦点面について反復できる。光学、時間および位置データの少なくとも一部分は更に、共焦点顕微鏡と通信するコンピュータ装置に送られてもよく、コンピュータ装置は、データを分析して、標本の三次元画像を生成する。
【００１１】
開示する共焦点顕微鏡及び対応する分析技術の実施形態は、著しい進歩を示す。特に、最近まで、リニアアレイ検出器によって信号を記録するために必要な入射光の強さは、組織に熱による損傷を生じるか又は標本が蛍光標識細胞核（fluorescently labeled nuclei）を含む場合には蛍光分子の光退色を生じるので、リニアアレイ検出器を用いる共焦点顕微鏡検査を実施することは実現性がなかった。しかしながら、最近、リニアアレイ検出器は、微量の細胞からの弱い光信号を検出できるようにするのに充分な感度を得た。
【００１２】
共焦点顕微鏡による標本の線走査及びリニアアレイ検出器を用いる検出の実施は、二次元（例えば平面的）ラスタ走査法を用いて検出を実施する点走査共焦点顕微鏡に比べて著しい利点を提供する。１つの側面において、線走査共焦点顕微鏡は、二次元画像を形成するために２つの独立した方向に走査する必要がないので、より単純かつ安価に製造できる。典型的な点走査顕微鏡は、偏向されたレーザービームが、焦点面内の側方位置を順番に変化させる可変角度でチルトされて対物レンズへ向けられるように、可動ミラー（例えば、ガルバノミラー）を使用する。ミラーを移動し運動を計時するために必要な光電子機器は、複雑であり、「レーザー品質」でなければならないミラー自体を含む構成要素は高価である。別の側面において、線走査共焦点顕微鏡は、１回に１ピクセルではなく１回に線１本のピクセルを画像に加えるので、点走査より迅速に画像を形成できる。典型的なリニアアレイ検出器は、数千ピクセルを同時に記録できるのに対して、点検出器は、任意の所与の瞬間に１ピクセル記録するのみである。
【００１３】
本開示の実施形態において、共焦点顕微鏡が提供される。顕微鏡は、光源と、標本を固定するように適合された載物台と、複数のリニアアレイ検出器と、光学システムと、を含む。光学システムは、光源から発せられた第１光を受け取って標本が載物台に固定されたとき標本の選択された平面上で第１光を１本の線に集束するように位置付けられた円柱レンズと、標本への第１光の入射に応じて標本から第２光を受け取って複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つに第２光を集束するように位置付けられた対物レンズと、を含み、載物台は、ほぼ対物レンズの焦点面に標本を位置付けて、第１光の集束線に対して標本を移動するように更に適合されている。
【００１４】
共焦点顕微鏡の実施形態は、以下の１つ又は複数を任意の組合せで更に含むことができる。
【００１５】
共焦点顕微鏡の実施形態において、光源は単一レーザー光源である。
【００１６】
実施形態において、共焦点顕微鏡は、光学チョッパを更に含み、光源は、各々異なるレーザービームを発する少なくとも２つのレーザーを含む。光学チョッパは、各異なるレーザービームが、他のレーザービームと異なる時点に標本に伝わることを可能にする。
【００１７】
実施形態において、共焦点顕微鏡は、チョッパの位置を計測し、第１光が標本を照明することをチョッパによって許可される光源を識別し、標本に対する光源の照明の継続時間を計測する計時システムを更に含む。
【００１８】
共焦点顕微鏡の実施形態において、計時システムは、チョッパの両側に配置された運動検出器、信号光、及びクロック検出器を含み、クロック検出器は、標本に対する識別された光源の照明の継続時間に対応する信号光の検出に応じて、クロック信号を生成する。
【００１９】
共焦点顕微鏡の実施形態において、計時システムは、光源に対向して位置付けられた運動検出器及びクロック検出器を含み、クロック検出器は、識別された光源の照明の検出に応じてクロック信号を生成し、かつクロック信号は、標本に対する識別された光源の照明の継続時間に対応する。
【００２０】
共焦点顕微鏡の実施形態において、載物台は、第１光を移動することなく標本上で集束された第１光の線に対して標本を物理的に並進する。
【００２１】
共焦点顕微鏡の実施形態において、光学システムは、標本から蛍光発光された第２光を複数のリニア検出器アレイの第１リニア検出器アレイへ反射するように位置付けられた第１ビームスリッタと、標本から反射した第２光を複数のリニア検出器アレイの第２リニア検出器アレイへ反射するように位置付けられた第２ビームスリッタと、を更に含む。
【００２２】
共焦点顕微鏡の実施形態において、標本から蛍光発光された第２光は、第１光の波長とは異なる波長を有し、標本から反射した第２光は、第１光の波長とほぼ同じ波長を有する。
【００２３】
共焦点顕微鏡の実施形態において、標本から蛍光発光された第２光と第１リニア検出器アレイとの間の光路は、標本から反射した第２光と第２リニア検出器アレイとの間の光路と異なる。
【００２４】
本開示の実施形態において、標本を画像化する方法が提供される。方法は、光源と、標本を固定するように適合された載物台と、複数のリニアアレイ検出器と、光学システムと、を含む共焦点顕微鏡を用意することを含む。光学システムは、光源によって発せられた第１光を受け取って載物台に固定されたとき標本の選択された平面上に第１光を１本の線に集束するように位置付けられた円柱レンズと、標本への第１光の入射に応じて標本から第２光を受け取って複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つに第２光を集束するように位置付けられた対物レンズと、を含み、載物台は、ほぼ対物レンズの焦点面に標本を位置付けて第１光の集束線に対して標本を移動するように更に適合されている。方法の実施形態は、第１光が標本の選択された第１平面上に１本の線に集束される第１位置に載物台を位置付けることと、複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つによって、標本の選択された第１焦点面上に集束された第２光について時間に応じて強さを計測することと、第１光が標本の選択された第２平面上で１本の線に集束される第１位置とは異なる第２位置に載物台を位置付けることと、複数のリニアアレイ検出器の少なくとも１つによって標本の選択された第２焦点面上に集束した第２光について時間に応じて強さを計測することと、を更に含む。
【００２５】
方法の実施形態は、以下の１つ又は複数を任意の組合せで更に含むことができる。
【００２６】
方法の実施形態において、選択された第１位置は、第１光の集束線の方向に対してほぼ垂直に並進する。
【００２７】
実施形態において、方法は、共焦点顕微鏡とは別個のデジタル画像捕捉装置から標本の光学画像を取得することを更に含み、光学画像は、標本より大きい視野を有する。
【００２８】
１つ実施形態において、方法は、ターゲティングコンピュータ装置と通信するディスプレイ装置上での光学画像の表示を更に含み、ターゲティングコンピュータ装置は、使用者からベクトルターゲティング入力を受け取るように適合されており、ベクトルターゲットは、標本の対象領域に対応する。
【００２９】
方法の実施形態において、ターゲティングコンピュータ装置は、載物台と通信し、載物台は、ターゲティングコンピュータ装置からベクトルターゲットを受け取って、標本の対象領域内で第１光が１本の線に集束されるように標本を位置付けるように更に適合されている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１ａ】本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態の概略図である。
【図１ｂ】本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態の概略図である。
【図１ｃ】本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態の概略図である。
【図２】図２ａ，図２ｂは、開示される共焦点顕微鏡システムの特定の実施形態に採用される照明及び計時機構の概略図である。
【図３】本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態に使用される照明及び検出光路の概略図である。
【図４】図４ａ，図４ｂは、本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態に使用される検出チャンネルの概略図である。
【図５】本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態に使用される光学構成の概略図である。
【図６】本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態に使用される標本走査機構の概略的ブロック図である。
【図７】本開示の共焦点顕微鏡システムの実施形態を組み込む臨床顕微鏡設計を示す概略的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本開示の実施形態について、図面を参照しながら論じる。図１ａは、本開示の共焦点顕微鏡（１０１）の実施形態の概略図である。顕微鏡（１０１）は、光源（１０３）と、円柱レンズ（１０５）と、複数の検出器（１０７）と、対物レンズ（１０９）と、ビームスプリッタ（１１１）と、載物台（１１３）と、を含む。図１ａにおいて、レンズシステムは、説明の明快さのために象徴的に単レンズ（１０５）及び（１０９）として表す。しかしながら、その後の図４から始まる図面において、レンズ及び光学構成を明確に表わす。
【００３２】
光源（１０３）から出る光は、円柱レンズ（１０５）によって標本の平面上に１本の線として集束される。この光は、本出願において「照明光」と呼ぶことができる。次に、照明光は、標本から反射し及び／又は後方へ蛍光発光される。標本からのこの光は、入射ビームの光路から、１つ又は複数のリニアアレイ検出器を含むことができる検出器（１０７）へ向かって、（ビームスプリッタ１１１によって）分割される。検出された光は、標本上の入射光の集束線を共役焦点面（複数の検出器の場合には複数の共役焦点面）においてリニアアレイ検出器（１０７の）の１つ又は複数にマッピングする共役光学システム（１０９）によって調整される。載物台（１１３）は、光学システム（例えば、１０５、１０９）に対して空間的に標本（例えば組織標本）を並進して、標本全体の部分を探査できるようにする。
【００３３】
開示する共焦点顕微鏡（１０１）の特定の実施形態において、入射レーザー光の線は、標本（例えば組織標本）が配置される窓の表面に又はその近隣に集束され、その平面をリニアアレイ検出器を含む共役焦点面に画像化するための別個の光路が使用される。照明及び検出のために２つの別個の光路を使用することによって、２つの光線を別個に調整できる（例えば、標本焦点面に集束光の線を生成するために、照明光路の中に円柱レンズ（１０５）を置くことによって）。
【００３４】
顕微鏡（１０１）の別の実施形態において、組織標本（例えば、癌組織）の走査は、線によって標本を照明して照明された線を検出器平面において画像化する装置に対して、空間で標本（例えば組織標本）を並進するように載物台を移動することによって、実施される。特定の実施形態において、ビーム走査（顕微鏡に対してビームを光学的に移動すること）は、必要ない。
【００３５】
図１ｂは、蛍光核染色による画像コントラストを可能にするために使用される蛍光検出構成の共焦点顕微鏡（１０１）の実施形態の別の概略図を示している。例えば、対物レンズＬobj（１０９）は、Ｌobjが、光がリニアアレイ検出器に衝突する前に標本からの回帰蛍光及び／又は反射光を協働して調整する複合レンズ及び検出器レンズから成るレンズシステムであることを示すために、２つのレンズに拡張される。
【００３６】
図１ｂは、ビームスプリッタ（１１１）が照明レーザー光を送って蛍光発光を反射する構成を更に示す。その結果、入射光は、ビームスプリッタ（１１１）を通過して送られる一方で、標本から発せられた蛍光は、ビームスプリッタから検出器（１０７）即ちリニア蛍光検出器アレイへ反射される。
【００３７】
図１ｃは、反射及び蛍光の２つのモードを持つ多モード画像コントラストが得られる共焦点顕微鏡（１０１）の実施形態の更なる概略図を示す。反射モードは、標本の組織構造に対してコントラストを与え、蛍光モードは標本の細胞核に対してコントラストを与える。この構成において、検出された光は、反射光路と蛍光光路とに分離されて、光は、別個の検出器（それぞれ、１０７ａ、１０７ｂ）によって検出される。（図１ａ〜図１ｃに示される）ビームスプリッタは、照明光を反射するように（図１ａ）、又は、検出光を反射するように（図１ｂ、図１ｃ）、作用できることが留意され得る。
【００３８】
顕微鏡（１０１）の実施形態は、共焦点顕微鏡検査におけるパラダイムシフトを表す。１つの側面において、従来の共焦点顕微鏡検査は、点走査共焦点構成により正方形視野を得る。これに対して、本開示の共焦点顕微鏡（１０１）の実施形態は、高分解能における視野の限界を克服するために線走査を実施する。即ち、線は叙述の（predicate）点走査システムにおける正方形視野より長くなり得る。
【００３９】
別の側面において、従来の共焦点顕微鏡検査は、典型的には照明ビームを回転鏡から外して集束させることによって得られる走査レーザービームを採用する。これに対して、走査レーザービームではなく並進載物台を採用することによって、（回転鏡をスキャンオフするとき生じる）像面湾曲がなくなる。本開示において、標本は、不定に（モーターが載物台を駆動する範囲で）並進して、線に対して垂直な方向に視野を広げて叙述の点走査システムの正方形視野より大きくできる。従って、共焦点顕微鏡の実施形態は、載物台の移動方向において無制限の視野を与える。
【００４０】
上述のように載物台走査の方向における照明像面湾曲を排除することの利点は、別個の照明光路と検出光路との利点と結び付けられる。即ち、視野は、集束された光の線の方向（載物台走査の方向に対してほぼ垂直）における像面湾曲によっても制限されない。これは、円柱レンズがその軸（集束された光の線の軸）において湾曲がなく、従って、物理的寸法において拡張して空間的に直線の（即ち実質的に湾曲のない）長い線を作ることができるという事実から生じる。
【００４１】
集束された光の線の方向において像面湾曲がなくかつ載物台並進方向において像面湾曲がないことは、妥当な制限内で大きい視野を与える。例えば、開示する共焦点顕微鏡の実施形態によって、数センチメートルの視野を容易に得ることができる。これに対して、標準的な高分解能顕微鏡は、典型的に、１ｍｍ未満の視野に制限される。このことは、視野が十倍以上改良されたことを示し、このことは、切除された組織標本（一般的に１ｍｍの視野より大きい）を検査する際に、非常に有利である。
【００４２】
光源（１０３）の実施形態は、レーザーなどの可干渉点光源とすることができる。特定の実施形態において、レーザー光源は平行光源である。代替実施形態において、レーザー光源は非平行であり、円柱レンズ（１０５）の湾曲の方向に分散し、光が標本に衝突する前に対物レンズシステムの複合構成要素を通過してレーザービームが分散しない方向に対物レンズの集束力を使用するように光がシステムに送り込まれることを条件として、円柱レンズは省略できる。この場合のレーザーの重要なパラメータは、分散（度）が標本における線の長さを決めることである。約３度の典型的な分散係数は、標準的対物レンズの視野の場合には充分であるが、線はより大きいレーザー分散を使用することによって拡張できる。
【００４３】
円柱レンズ（１０５）の実施形態は、照明光の波長と結合して、生物組織の病理学的状態を測定できるように生物組織の重要な細胞及び細胞核の細部を解像するのに充分に小さい集束線を生じる開口数を持つことができる。例えば、集束線は、約１μ以下の厚みを有し得る。
【００４４】
複数の検出器（１０７）の実施形態は、検出器焦点面に投影されたときに集束線の厚みにほぼ等しい、リニアアレイに対して垂直な方向におけるピクセル幅を含むことができる。このようにして、線検出における共焦点ゲーティングが得られる。複数の検出器はまた、載物台（１１３）の移動速度に対応する線捕捉速度が可能である。複数の検出器の感度（例えば、光電感度、電子ゲイン及び信号調整の少なくとも１つ）は、強い信号対雑音比を与える。例えば、複数の検出器の各々の信号対雑音比は、約１０〜約１００の間の範囲内で個別に選択できる。
【００４５】
対物レンズ（１０９）の実施形態は、ほぼ平坦な焦点面を持つように設計される球面レンズを含むことができる。この場合、開口数を高い値に維持する（それによって優れた分解能を維持する）ためには大きいレンズを実現する必要がある。従って、特定の実施形態において、対物レンズは、約１.２７ｃｍ（約０.５インチ）〜約３.８１ｃｍ（約１.５インチ）の範囲内で選択された直径を持つことができる。対物レンズ（１０９）の代替実施形態は、照明線が共役検出器焦点面に入射する標本焦点面の領域のほぼ平坦な共役を生じる、特殊なレンズ設計を含むことができる。
【００４６】
ビームスプリッタ（１１１）の実施形態は、非常に薄い膜（例えば、約３〜５μｍ）である薄膜ビームスプリッタの実施を含むことができる。薄いビームスリッタを使用する利点は、球面収差が最小限に抑えられることである。ビームスプリッタ（１１１）の実施形態は、四分の一波長板（図３、要素８）と結合して光を最大限反射するために使用するための偏光されるプレートビームスリッタ（図３、要素１１）を含むこともできる。代替実施形態は、蛍光発光波長の光を分離するために、二色ビームスプリッタとも呼ばれる色彩ビームスプリッタ（１０）を含む。
【００４７】
載物台（１１３）の実施形態は、画像化を容易にするための１つ又は複数の機能を持つことができる。１つの形態において、載物台（１１３）は、核及び細胞細部を解像するために充分に小さい最小ステップサイズ（例えば約０.１μｍ以下）を持つ。別の形態において、載物台（１１３）は、順次取得される隣り合う走査をシームレスに縫い合わせられるように（即ち実質的な記録誤差なしに）充分に精密な位置反復性を持つ。更なる形態において、載物台（１１３）は、標本の大きい側方領域において載物台を並進させるとき光窓の位置が約５μｍよりも変動しないように、光窓（載物台（１１３）に取り付けられ、標本が保持される）の平面を、所望の値の約１μｍの範囲内で対物レンズの焦点面に整列させるために、チップ及びチルト調節を有する。
【００４８】
次に、異なる波長を持つ照明光を発する２つの光源（１０３ａ、１０３ｂ）の間で光源を交互に代える、共焦点顕微鏡（１０１）の実施形態を示す図２ａ〜図２ｂについて論じる。特定の実施形態において、共焦点顕微鏡（１０１）は、ファンの回転羽根と同様に作用する光学チョッパ（１２５）を更に含む。チョッパ（１２５）の機能は、チョッパを通過することが許可されて標本上に線として集束する照明光を交互に代えることである。
【００４９】
実施形態において、信号光（破線）とクロック検出器（実線）とを有する運動検出器（１２７）が、チョッパファンの両側に配置されて、別個のレーザー１０３ａ、１０３ｂによる照明時間を示すために使用されるクロック信号を生成する。代替実施形態において、クロック信号は、運動検出器において光源を省略し、その代わりに一方又は両方のレーザービームの小部分を検出することによって取得できる。共焦点顕微鏡のこの構成は、光源（即ち２つのレーザーの間）、したがって波長を交互に代える照明光の出力、及び、捕捉のタイミングを決めるために使用されるクロック信号（１３１）を生じる。このようにして、別個のレーザー波長照明の下でリニアアレイ検出器によって別個の線計測を得ることができ、全てのレーザー照明が得られたのちに標本が新たな位置へ移動してプロセスを反復するように、標本を支持する載物台の移動のタイミングを決めることができる。特定の実施形態において、クロック信号（１３１）は、１つ又は複数のリニアアレイ検出器（１８）へ直接向かうが（図４、図５参照）、別の実施形態において、クロック信号（１３１）は、コンピュータ（２８）へ向かい（図７）、コンピュータは、１つ又は複数のリニアアレイ検出器（１８）を順番に駆動させ、これに入射する光の測定値を取得する。
【００５０】
特定の実施形態において（例えば、図３参照）、共焦点顕微鏡は、光源（例えば、（１）、（２））からの光を四分の一波長板（８）を通過させて標本上に１本の線（９）に集束させる円柱レンズ（７）を含む。光が標本から発して光学システムへ向かって戻る回帰光路において、第１ビームスプリッタ（１０）は、レーザー光照明に対して約９０度に蛍光発光を反射するように位置付けられる。同様に、偏向ビームスプリッタ（１１）は、線が組織を照明するとき散乱するレーザー光をレーザー光照明に対して約９０度で反射するように位置付けられる。２つの反射ビームスプリッタは、標本から発する光を（蛍光（１２）及び反射光（１３）の両方）を２つの検出チャンネル即ち蛍光検出チャンネル（１４）（例えば、第１リニアアレイ検出器）及び反射検出チャンネル（１５）（例えば、第２リニアアレイ検出器）へ向けて導く。
【００５１】
四分の一波長板（８）を光路に配置することが不利である特定の実施形態において、四分の一波長板（８）が省略されて、偏向ビームスプリッタ（１１）が５０／５０ビーム／スプリッタに取り替えられる。
【００５２】
特定の実施形態において、共焦点顕微鏡（図４参照）は、光検出のための無限遠補正対物レンズ（１６）を更に含む。レンズ（１６）は、対物レンズ（１６）とビームスプリッタ（１０）との間の距離と、ビームスプリッタ（１０）と線照明（９）との間の距離と、の合計が、対物レンズ（１６）の焦点長さにほぼ等しいように、標本焦点面（９）において照明線を含む平面に焦点を結ぶように、位置付けられる。間隔に関して、これらの実施形態における用語「対物レンズ」は、多レンズ複合光学系であってもよい対物レンズと同等の薄肉レンズの理論上の平面を意味することに留意されたい。
【００５３】
検出器レンズ（１７）は、対物レンズから、対物レンズ（１６）の焦点長さと検出器レンズ（１７）の焦点長さとの合計である距離に配置される。リニアアレイ検出器（１８）は、検出器レンズの焦点面に（即ち検出器レンズから、ほぼ検出器レンズの焦点長さの距離に）配置される。蛍光検出チャンネル（１４）による蛍光検出は、反射チャンネル（１５）による光検出のための機構に従う。
【００５４】
特定の実施形態では、照明線（９）のリニアアレイ検出器（１８）上での共役の倍率を調節するために、付加的テレスコープ（１９）をレンズ（１６、１７）の間に随意的に挿入して、付加的な光調整光学系（２２）の追加を可能にするか、又は、単に便宜のために、光学システムを長くすることができる。レンズ（１６、１７）は、（例えばこの実施例において）レンズ（２１）とレンズ（１７）との間の距離が２つのレンズ（２１、１７）の焦点長さの合計であり、レンズ（２０）とレンズ（２１）との間の距離が２つのレンズ（２０、２１）の焦点長さの合計であり、レンズ（２０）とレンズ（１６）との間の距離が２つのレンズ（２０、１６）の焦点長さの合計であるように配置される。共焦点顕微鏡（１０１）を不定に修正するために、付加的なテレスコープ（２２）を同様に追加できる。
【００５５】
特定の実施形態において（図５参照）、対物レンズ（１６）の位置は、レーザー光が円柱レンズ（７）によって対物レンズ（１６）の背面焦点面上に集束されるように、調節される。
【００５６】
特定の実施形態において、レーザー光源は平行ではなく、円柱レンズ（７）の湾曲方向に分散し、円柱レンズ（７）は完全に省略できる。
【００５７】
特定の実施形態において、本出願において開示する装置は、移動光ビームを含まない。代わりに、標本が、光学システムに対して、チップされ、チルトされ、並進される。並進は、画像を形成するために必要とされ、チップ／チルトは、対物レンズの焦点面に対して標本の表面を平行化するために必要とされる。並進機構（例えば図６参照）は、光学システムに強固に結合され（２４）、且つ、標本のｘ、ｙ、ｚ位置並びに照明光路（２６）及び検出光路（２７）に対して垂直な平面に対する標本のチップ及びチルトを制御する、５次元顕微位置決めユニット（２３）を含む。
【００５８】
特定の実施形態において、標本固定具（画像化対象の標本を含む）は、調節可能な様式（２５）で、顕微位置決めユニット（２３）に機械的に結合される。チップ、チルト及びｚマイクロマニピュレータを用いて、標本の表面が対物レンズ（１６）の焦点面になるように、標本を位置付けることができる。ｙマイクロマニピュレータは、対物レンズ（１６）の焦点面において照明線（９）に対して垂直に標本を移動し、リニアアレイ検出器（１４）は、一連の線を捕捉して、一連の線は、組み合わされて平面視野を形成する。ｙマイクロマニピュレータは、視野が捕捉された後にその後の１つ又は複数の視野を捕捉して標本表面の付加的部分をカバーできるように、照明線の方向に標本を移動させる。ｚマイクロマニピュレータは、３Ｄ画像を形成すべく多数の平面を捕捉するために用いられることができる。
【００５９】
特定の実施形態において、取得した画像データは、１つ又は複数のコンピュータプロセッサ（２８、３６など）によって処理及び／又は表示でき、処理されたデータ（３４、３７）、皮膚疾患（３８）の有無の診断又は指標が１つ又は複数のディスプレイモジュールへ出力され表示される。特定の実施形態においては、顕微鏡画像を病理専門家がリアルタイムに精査できるように、手術環境及び遠隔医療療法（３６）のために最適化されたデジタルディスプレイ（３２）が存在する。共焦点顕微鏡（例えば、図７参照）は、概略的に、コンピュータプロセッサ（２８）によって接続される共焦点顕微鏡を備え、顕微位置付け並進載物台（２３）を駆動するためのコマンド、１つ又は複数のリニアアレイ検出器（１８）においてデータを捕捉するためのトリガー、レーザー（１、２）及びチョッパ（３）をオンオフにするための信号などがコンピュータから顕微鏡へ通信（２９）され、チョッパ（６）からのクロック信号、１つ又は複数のリニアアレイ検出器（１８）からの画像データなどが顕微鏡からコンピュータへ通信（３０）される。
【００６０】
特定の実施形態において、従来のデジタルカメラ（３１）は、標本を画像化し、ライブビデオフィード（３３）がコンピュータプロセッサ（２８）に送られ、プロセッサは、オペレータが手でタッチして又はマウスでクリックして所望の共焦点走査の領域座標を選択できるように、デジタルタッチスクリーンディスプレイ（３２）上でデータストリーム（３４）として画像を送る。この使用者選択の座標情報は、共焦点画像捕捉の制御に使用するためにコンピュータへ中継される（３５）。
【００６１】
特定の実施形態において、共焦点画像走査の際に、１つ又は複数の共焦点画像が捕捉され、潜在的に併合されて組み立てられ、表示のために臨床ディスプレイモニタ（３２）に対する信号（３４）として送られる。
【００６２】
特定の実施形態において、ディスプレイを持つ遠隔病理コンピュータプロセッサ（３６）は、画像データ（３７）を受け取り、皮膚疾患の有無の診断若しくは指標又は標本画像の対象領域が示される場合には（３８）修正画像を送るために使用できる。
【００６３】
本出願において採用する用語及び表現は、限定のためではなく説明のための用語として使用され、これらの用語及び表現の使用においては、図示し説明する特徴の任意の同等物又はその部分を排除する意図はなく、本発明の範囲内において様々な修正が可能であることが認識される。従って、本発明を好ましい実施形態、例示的実施形態及び任意の特徴によって具体的に開示したが、当業者は本出願において開示する概念の修正及び変形を使用でき、これらの修正及び変形は特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に在るとみなされることが分かるはずである。本出願において提示する具体的実施形態は本発明の有用な実施形態の例であり、本発明の説明において示す装置、装置構成要素、方法のステップの多数の変形を用いて本発明を実施できることが、当業者には明白であろう。当業者には明らかなように、本発明の方法及び方法にとって有用な装置は、多数の任意の構成及び処理要素並びにステップを含むことができる。
【００６４】
一群の置換物が本出願において開示される場合、この群の全ての個別の構成要素及び全ての小群（群の構成要素の任意の異性体、鏡像体及びジアステレオ異性体を含めて）が個別に開示されると理解すべきである。マーカッシュ群又はその他のグループ化が本出願において使用される場合、その群の全ての個別の構成要素及びその群の可能な全ての組合せ及び小組合せは、開示に個別に含まれることが意図されている。例えば化学式又は化学名において化合物の特定の異性体、鏡像体又はジアステレオ異性体が指定されずに本出願において化合物について説明する場合、この説明は、記述する化合物の各異性体及び鏡像体を個別に又は任意の組合せで含むことを意図する。更に、特に明示しない限り、本出願において開示する化合物の全ての同位異形体が開示に包含されることが意図されている。例えば、開示される分子の中の任意の１つ又は複数の水素は重水素又は三重水素に置き換えることができることが理解されるだろう。分子の同位異形体は、一般的に、分子の分析において及び分子又はその使用に関する化学的及び生物学的研究において標準として有用である。このような同位異形体を作る方法は、技術上知られている。当業者は同じ化合物を別の名前で呼ぶことができることが知られているので、化合物の具体的な名前は例示であることが意図されている。
【００６５】
本出願において説明又は例示する化合物の全ての調合又は組合せは、特に明示しない限り本発明の実施に使用できる。
【００６６】
明細書において範囲、例えば、温度範囲、時間範囲、又は、組成、構成要素若しくは濃度範囲が示される場合、全ての中間範囲及び部分範囲並びに所与の範囲に含まれるすべての個別の値が本開示に含まれることが意図されている。本出願の説明に含まれる範囲又は部分範囲の任意の部分範囲または個別の値を本出願の特許請求の範囲から除外できることが分かるはずである。
【００６７】
明細書において言及される全ての特許及び公開は、本発明が属する技術分野の当業者の技術レベルを示す。本出願で引用される参考文献は、参照によりその全体が本出願に組み込まれて、その公開又は出願日における技術状態を示し、必要であれば先行技術の具体的実施形態を除外するためにこの情報を本出願に採用できることが意図されている。例えば、物質組成が請求される場合、出願者の発明以前に技術上既知であり利用できる化合物は、本出願において引用される参考文献において授権開示が提示される化合物を含めて、本出願の物質組成クレームに含まれることが意図されていないことが理解されるべきである。
【００６８】
本出願及び特許請求の範囲において使用するとき、単数冠詞「a」、「an」及び「the」は、文脈上明確に他に指示しない限り、複数を含むことが留意されなければならない。従って、例えば、「１つの細胞（a cell ）」は、複数のこの細胞及び当業者には既知のその同等物等を含む。また、用語「１つ（"a" or "an"）」、「１つ又は複数」及び「少なくとも１つ」は、本出願において交換可能に使用できる。また、用語「備える」、「含む」及び「有する」は、交換可能に使用できることも分かるはずである。表現「請求項ＸＸ〜ＹＹ（ＸＸ及びＹＹは請求項番号を示す）のいずれか１項の」は、代替形式の複数の従属請求項を提供することが意図されており、いくつかの実施形態においては、「請求項ＸＸ〜ＹＹのいずれか１項に記載の」と言う表現と交換可能である。
【００６９】
特に規定されない限り、本出願において使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般に理解するのと同じ意味を有する。本出願において説明するものと同様又は等しい任意の方法及び材料を、本発明の実施または試験において使用できるが、好ましい方法及び材料について記述する。本出願に示すことは何も、本発明が先行発明による開示に先行する権限を持たないことを認めるものとして解釈されないものとする。
【００７０】
本出願において説明又は例示する構成要素の全ての調合又は組合せは、特に指示がない限り、本発明を実施するために使用できる。
【００７１】
明細書において範囲、例えば、温度範囲、時間範囲、又は、組成若しくは濃度範囲を示す場合、全ての中間範囲及び部分範囲並びに所与の範囲に含まれる全ての個別の値が本開示に含まれることが意図されている。本出願において使用する場合、範囲は、具体的に範囲の終点値として示される値を含む。例えば、１〜１００の範囲は、具体的には、終点値１及び１００を含む。本出願の説明に含まれる範囲または部分範囲の任意の部分範囲または個別の値を本出願の特許請求の範囲から除外できることが分かるはずである。
【００７２】
本出願において使用するとき、「備える（comprising）」は、「含む（including）」、「包含する（containing）」又は「〜を特徴とする（characterized by）」と同義であり、包括的又は無制約であり、付加的な言及されない要素又は方法のステップを除外しない。本出願において使用するとき、「〜から成る（consisting of）」は、特許請求の範囲の要素において明記されない要素、ステップ又は成分を除外する。本出願において使用するとき、「本質的に〜から成る（consisting essentially of）」は、特許請求の範囲の基本的かつ新規の特徴に実質的に影響を与えない物質又はステップを除外しない。本出願の各事例において、用語「備える」、「本質的に〜から成る」及び「〜から成る」はいずれも他の２つの用語と置き換えることができる。本出願において例示的に説明する本発明は、本出願において具体的に開示されない１つ若しくは複数の要素又は１つ若しくは複数の限定なしで適切に実施できる。
【００７３】
当業者は、具体的に例示されるもの以外の出発物質、生物物質、試験薬、合成方法、純化方法、分析方法、査定方法及び生物学的方法を不当な実験に頼ることなく本発明の実施に採用できることが、分かるはずである。このような物質及び方法の技術上既知の全ての機能的同等物は、本発明に含まれることが意図されている。採用した用語及び表現は、限定ではなく説明の用語として使用しており、このような用語及び表現の使用において図示及び説明する特徴又はその部分の同等物を除外する意図はなく、請求する本発明の範囲内で様々な修正が可能であることが認識される。従って、本発明について好ましい実施形態及び任意の特徴によって具体的に開示したが、本出願において開示する概念の修正及び変形に当業者は頼ることができ、このような修正及び変形は、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内に在るものとみなされることが理解されるべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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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