(57)【要約】カメラを使用して哺乳動物のデジタル画像を得、デジタル画像を使用して関心領域を選択するように構成された、光学撮像のために哺乳動物を配置するための方法およびシステムを提供する。選択された領域は光学撮像システムに登録され、哺乳動物は選択された関心領域を撮像するように撮像システム内に配置される。
2006505376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
哺乳動物またはその一部を光学撮像のために配置するための方法において、
ｉ）  関心領域を含む前記哺乳動物の表面のデジタル画像を得るステップと、
ｉｉ）  前記関心領域を画定するステップと、
ｉｉｉ）  集光部品を有する光学撮像システムに前記関心領域の座標を登録するステップと、
ｉｖ）  前記関心領域を撮像するために、前記関心領域の前記登録座標に基づき、集光光学系の対物面に対して相対的に前記哺乳動物を配置するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
デジタル画像を得る前記ステップが、
ｉ）  前記関心領域を含む前記哺乳動物の表面をカメラの視野に露出させるように、支持体上に前記哺乳動物を配置するステップと、
ｉｉ）  前記露出表面のデジタル画像を取得するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記関心領域を確定する前記ステップが、
ｉ）  前記関心領域を含む前記表面の画像をディスプレイ上に表示するステップと、
ｉｉ）  前記関心領域を選択して前記関心領域の座標をデジタル記録するステップと、
ｉｉｉ）  前記関心領域のデジタル化された座標をコンピュータに格納するステップと、
を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記関心領域を光学撮像システムに登録する前記ステップが、前記デジタル化された座標によって画定される前記関心領域から光学データを取得するように前記光学撮像システムをプログラムするステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記撮像システムが光学データを取得するために合焦される、集光光学系の対物面に対する前記哺乳動物の高さを選択するステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記哺乳動物の前記高さを選択する前記ステップが、
ｉ）  前記関心領域を含む前記哺乳動物の表面の平面に略垂直な平面によって画定される、前記哺乳動物の表面のデジタル画像を得るステップと、
ｉｉ）  前記撮像システムが合焦されている前記哺乳動物に対する所望の対物面に対応する平面を確定するステップと、
ｉｉｉ）  前記画定された対物面の座標をデジタル記録するステップと、
ｉｖ）  前記画定された対物面の座標を格納するステップと
ｖ）  前記撮像システムに前記対物面の前記座標を登録するステップと、
ｖｉ）  前記対物面が前記関心領域を含むように、前記集光光学系に対して相対的に前記哺乳動物を配置するステップと、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
時間の経過と共に前記関心領域の複数の画像を取得し、前記画定された平面および前記関心領域の前記格納された座標を使用して、各画像に対し前記哺乳動物を実質的に同一位置に配置する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記哺乳動物の関心領域の表面に基準マークを記して、各画像に対し実質的に同一位置に前記哺乳動物を配置するため、および実質的に同一関心領域を選択するための基準を提供する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
光学撮像システムを使用して哺乳動物またはその一部を撮像するための方法において、
ｉ）  前記動物を支持手段上に配置するステップと、
ｉｉ）  関心領域を画定するステップと、
ｉｉｉ）  少なくとも前記関心領域を含む前記動物の三次元（３Ｄ）輪郭を得るステップと、
ｉｖ）  集光光学系部品を有する光学撮像システムに前記関心領域および３Ｄ輪郭の座標を登録するステップと、
ｖ）  前記光学撮像システムを使用して、前記支持部材上に配置された哺乳動物の前記関心領域を撮像するステップであって、前記３Ｄ輪郭の前記座標が前記関心領域の画像の前記生成に使用されて成るステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記３Ｄ輪郭を得る前記ステップが、
ｉ）  前記関心領域に対し略垂直に向けられたレーザビームにより前記関心領域を走査するステップと、
ｉｉ）  前記哺乳動物の前記表面で前記ビームの画像を同時に得るステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
光学撮像のために哺乳動物を配置するためのシステムにおいて、
ｉ）  哺乳動物支持部材と、
ｉｉ）  関心領域を含む哺乳動物の表面をデジタル撮像するためのカメラと、
ｉｉｉ）  デジタル画像を格納するための格納手段と、
ｉｖ）  格納されたデジタル画像を表示するために前記格納手段に作動的に連結されたディスプレイと、
ｖ）  前記関心領域を画定するユーザインタフェースと、
ｖｉ）  前記画定された関心領域を光学撮像システムに登録するための登録手段と、
を備えたシステム。
【請求項１２】
前記哺乳動物支持手段がトレイである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記トレイが前記光学撮像システムに対して相対的に移動可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記トレイが加温トレイである、請求項１２または１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記トレイが撮像中の前記哺乳動物の動きを検出する動きセンサを備えた、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記トレイが、前記哺乳動物の所望の生理学的状態を監視するために一つまたはそれ以上の生理学的センサを備えた、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記システムが、前記第一カメラの視野に対して略垂直な視野を提供するように配置された第二カメラをさらに備えた、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第一および第二カメラ、前記哺乳動物支持手段、前記格納手段、前記ディスプレイ、前記ユーザインタフェース、および前記登録手段がコンピュータに作動的に連結された、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００３年７月２３日に出願した「光学撮像におけて関心領域を選択するための方法および装置（METHOD AND APPARATUS FOR SELECTING REGIONS OF INTEREST IN OPTICAL IMAGING）」と称する米国特許出願第10/624,902号の継続出願であり、米国特許法第119条(e)項に基づき、２００２年１１月１１日に出願した光学撮像におけて関心領域を選択するための方法および装置」と称するＰＣＴ出願第PCT/IB02/04697号の優先権を主張し、かつさらに２００２年１２月１２日に出願した光学撮像におけて関心領域を選択するための方法および装置」と称する米国特許出願第60/505,339号、および２００３年７月２３日に出願した「光学撮像におけて関心領域を選択するための方法および装置」と称する米国特許出願第10/624/902号の優先権を主張する。
本願は、同一人に譲渡された同時係属米国特許出願（代理人事件番号15186-32USを持つ）に関連し、その明細書をここに参照によって組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本願は、光学撮像の分野に関し、さらに詳しくは、光学撮像用の被験体の関心領域を選択する分野に関する。
【発明の背景】
【０００３】
光学撮像は有用な診断ツールになるまでに発達してきた。人体の様々な部分の撮像に対応するように、様々なシステム設計が開発されてきた。例えば、ヒルマンら（Hillmann et al.:下記非特許文献１）は前腕からの光信号を取得するための構成を記載し、ポーグら（Pogue et al.: 下記非特許文献２）は乳房撮像用のシステムを記載している。哺乳動物の生理の変化を撮像することができ、かつ発色団およびフルオロフォアのような生体内分布分子に関する情報を提供することもできる、研究用ツールを提供することを視野に入れて、小型哺乳動物用の光学撮像システムも開発されている。小型哺乳動物用の光学撮像システムの一例が下記特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】「フィジカル  メディカル  バイオ（Phys.Med.Bio）」46巻 (2001年) 1117〜1130頁
【非特許文献２】「オプティカル  エクスプレス（Opt.Express）」 1巻(1997年) 391〜403頁
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０１３７１９５号パンフレット
【０００４】
生理学的および薬物動態学的研究のみならず診断も、予め定められた特徴に関する被験体内の時間的変化を明らかにするのに、経時的プロトコルに依存する。したがって、適切な撮像ツールは、被験体の同一関心領域の画像を経時的に確実にかつ再現可能に生成することができなければならない。この点において、撮像光学系に対する被験体の正確かつ再現可能な配置は非常に重要である。
【０００５】
上記光学撮像システムは、数回の撮像セッションにわたっておおよそ同一位置に被験体を再配置することが可能であるが、それらには信頼できかつ正確な位置決めシステムが欠如している。したがって、被験体の関心領域を選択し、選択された領域を経時的に再現可能に撮像するための改善されたシステムおよび方法が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、哺乳動物のような被験体の関心領域（ＲＯＩ）を選択し、かつ被験体を再現可能に配置して経時的に同一ＲＯＩを撮像するためのシステムおよび方法を提供する。
【０００７】
本発明の一態様では、光学撮像のためにマウスのような小型哺乳動物を配置するための方法であって、哺乳動物をカメラの視野内に配置することによって哺乳動物のデジタル画像を得、それを使用してＲＯＩを画定して成る方法を提供する。次いでＲＯＩは光学撮像システムに登録され、哺乳動物は、ＲＯＩの座標に従って撮像システムに対して相対的に配置される。
【０００８】
該方法の一実施形態では、ＲＯＩは、ＲＯＩを含む表面のコンピュータ表示画像上で、ＲＯＩの輪郭を決定することによって選択される。
【０００９】
さらに別の態様では、光が空気中を伝搬しかつレンズを使用して光学信号が捕集される光学系を使用するときに、光学データを取得するために撮像システムが合焦される面を決定するために、第二デジタル画像を得ることができる。
【００１０】
該方法のさらに別の実施形態では、被験体に基準マークを記し、それを被験体の再現可能な配置のため、および経時的に同一ＲＯＩを選択するための基準として使用することができる。
【００１１】
本発明の別の態様では、ＲＯＩを含む動物の少なくとも一部分の三次元（３Ｄ）輪郭を決定し、かつその３Ｄ輪郭情報をＲＯＩの画像再現に使用することを含む、光学撮像用に哺乳動物を配置するための方法をも提供する。
【００１２】
本発明はまた、哺乳動物支持手段と、ＲＯＩを含む哺乳動物の表面を撮像するためのカメラと、デジタル画像を格納するための格納手段と、格納されたデジタル画像を表示するために格納手段に動作的に連結されたディスプレイと、ＲＯＩを画定するユーザインタフェースと、画定されたＲＯＩを光学撮像システムに登録するための登録手段とを備えた、被験体を配置するためのシステムをも提供する。
【００１３】
本発明のさらなる特長および利点は、添付の図面と共に取り上げる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１４】
添付の図面全体を通して、同様の特長は同様の参照番号で識別されることに留意されたい。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【００１５】
本発明は、哺乳動物のような被験体の光学撮像用の関心領域（ＲＯＩ）を選択するため、および同一ＲＯＩを経時的に撮像すべく被験体を再現可能に配置するためのシステムおよび方法を提供する。
【００１６】
本発明の一実施形態では、哺乳動物またはその一部を哺乳動物のＲＯＩの光学撮像用に配置するためのシステムであって、ユーザが哺乳動物のＲＯＩを選択し、かつ選択された領域の座標を光学撮像システムに登録することを可能にするシステムを提供する。これは、正確かつ再現可能な光学画像を取得することを視野に入れた哺乳動物の操作を大きく促進する。加えて、本発明に係るシステムは、所望のＲＯＩの自動光学信号取得のために、光学撮像システムをプログラミングすることを可能にする。さらに、ＲＯＩの座標は、将来の検索、およびＲＯＩを高度の再現性で経時的に繰返し撮像することを有利に可能にするために、電子的に格納することができる。この特徴は、例えば薬物動態学的研究、腫瘍成長の評価、および類似物を可能にすることによって、哺乳動物に対し経時変化実験を実行することを可能にする。
【００１７】
図１は、哺乳動物１０を配置するためのシステムを備えた、光学撮像システムの実施形態を示す。一実施形態では、システムはカメラ１２と、哺乳動物用の支持体１４と、カメラおよび光学撮像システムに作動的に連結されたコンピュータ１６とを備える。
【００１８】
哺乳動物支持体は加温トレイであることが好ましく、光学撮像システムに対して相対的に移動させることができる、非反射性物質から作製されることが好ましい。これは、トレイが搭載される並進ステージ１８を設けることによって、達成することができる。並進ステージの軸線に沿った動きに加えて、トレイは、動物を撮像光学系の対物面に配置するために、上下動することもできる。トレイの位置を遠隔的に制御するための手段をユーザに提供するために、コンピュータをトレイに結合することができる。動物は画像取得中に動くのを防止するために麻酔することが好ましい。これに関して、動物が撮像されている間に動物に麻酔剤を投与するために、トレイは、麻酔剤供給源に結合されたマスクおよび／またはチューブを含むことができる。トレイはまた、データ取得中の動物の動きを監視するために、センサを備えることもできる。有利にトレイはまた、心電計、体温センサ、呼吸モニタ、およびその類似物のような生理学的モニタも備えることができる。
【００１９】
光学撮像システムは、光源２３を哺乳動物の表面上に向けるための鏡２０およびレンズ２２の組合せを含み、かつ哺乳動物から再放出された光を捕集して検出器に向けるために、第二組の鏡２４およびレンズ２６が設けられる。検出器は次にコンピュータに連結され、取得された光学信号はそこで、画像を生成するために処理される。
【００２０】
本発明の方法の実施形態について今から説明する。第一に、ＲＯＩを含む哺乳動物の表面のデジタル画像が、この表面をカメラ１２の視野に露出させることによって取得される。ＲＯＩのデジタル画像は、以下で述べるように、ユーザがＲＯＩを画定し、かつＲＯＩを光学撮像システムに登録することを可能にする。デジタル画像はライブ画像であり、連続的に更新されることが好ましい。次いで、画像認識用の光学信号を取得するために、光学撮像システムに対し哺乳動物を適切に配置するためのソフトウェア命令を使用できる。画像の取得は、座標の内部基準を設けるために、光学撮像システムに対して相対的に予め定められた位置にテーブルをおいて実行することが好ましい。
【００２１】
ひとたびデジタル画像を取得すると、ＲＯＩは、ＲＯＩを含む表面の画像をディスプレイスクリーン２８（図２）に表示することによって、画定することができる。次いでユーザは、例えばマウス１７のようなユーザインタフェース描画装置を使用して、ＲＯＩ３０を選択することができる。ＲＯＩの選択が引き金となり、コンピュータはＲＯＩの座標をデジタル記録する。座標は、後の検索用にメモリに格納することができる。
【００２２】
ＲＯＩの座標は次いで、座標によって画定された領域を走査するように、光学撮像システムをプログラムするために使用される。これは、例えば、哺乳動物から再放射された照明ビームおよび光学信号を適切な位置に向けるように、鏡の位置をプログラムすることによって、達成することができる。ＲＯＩの画定に加えて、ユーザは、光ビームによって表面を照明されるＲＯＩ内の位置３２、および哺乳動物の表面から再放出された光学信号が捕集される位置をも画定することができる。照明点および検出点の選択は、光学撮像の所望のモード（連続波、時間または周波数領域）、所望の解像度、画像がトポグラフィックまたは断層撮影およびその類似物のいずれであるかによって異なる。
【００２３】
更なる実施形態では、システムは、ＲＯＩを含む表面のデジタル画像を取得するために使用されるカメラの視野に対して略垂直な視野を提供するように、装置の脇に配置された第二カメラ３４をも備えることができる。光が空気中（すなわち自由空間光学系中）を伝搬し、かつ哺乳動物から再放出された光がレンズで捕集される光学撮像システムにおいて、第二カメラは、集光光学系の対物面３６に対して相対的な哺乳動物の高さを設定するために使用できるデジタル画像の取得を可能にする（図３）。したがって、第一カメラによって取得された画像はコンピュータに格納し、ライブビデオ画像と重ねてスクリーンに表示することができ、よって、その後の走査の前に、ユーザが哺乳動物を特定の面内に再位置合わせすることが可能になる。ＲＯＩの選択に関しては、撮像面は、例えばマウスのようなユーザインタフェース装置を使用して選択することができる。
【００２４】
このシステムはまた、動物の体積プロファイルを決定する手段をも備えることができる。一実施形態では、体積プロファイルは、動物に対し略垂直に向けられたレーザビームにより動物を走査することによって、決定することができる。同時に、レーザ光路に対してある角度で配置されたビデオカメラにより、動物の表面のレーザビームの画像を取得することによって、体積プロファイルを決定することができる。動物は、トレイを動かすことによって走査することができる。こうして得られた体積プロファイルが、画像再現および表示に有用な空間情報を提供することは、理解されるであろう。
【００２５】
好ましい実施形態では、カメラは、バフル４２によって光学部品を含むチャンバ４０から光学的に絶縁された位置決めチャンバ３８内に配置される。本実施形態では、トレイは光学チャンバと位置決めチャンバとの間で、二つのコンパートメントにまたがる並進ステージ上の変位によって、前後に移動することができる。これにより、ユーザは、様々な光学部品との衝突、またそれらを乱す危険を冒すことなく、位置決めチャンバ内の哺乳動物を容易に操作することが可能になる。
【００２６】
別の実施形態では、多数の光学画像を経時的に取得する場合に、同一関心領域を選択して光学システムに登録するように、関心領域を選択するのに使用できる基準を提供するために、哺乳動物に基準マークを記すことができる。基準マークは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）およびその類似物のような別の撮像モダリティに光学画像を登録するためにも使用することができる。
【００２７】
上記の本発明の実施形態は単なる例証として意図されたものである。したがって、本発明の範囲は、添付する請求の範囲の記載によってのみ限定することを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る哺乳動物を配置するためのシステムを含む、光学撮像システムの実施形態の斜視図である。
【図２】関心領域の選択の実施形態を示すコンピュータディスプレイの略図である。
【図３】本発明に係る光学データ取得面の選択を示すコンピュータディスプレイの略図である。
【図１】
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【図２】
2006505376.tif 000004
【図３】
2006505376.tif 000005
【国際調査報告】
2006505376.tif 000006
2006505376.tif 000007