(57)【要約】単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するための方法を提供する。上記方法は、試料の画像、例えば生の近赤外線（ＮＩＲ）画像又は可視光画像を取得するステップを含む。上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む。上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得する。上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合する。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学的構造及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。関連するシステム及びコンピュータプログラム製品も提供する。【選択図】図１
2017538458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するための方法であって、
前記方法は：
試料の画像を取得するステップであって、前記試料の前記画像は、前記試料の解剖学的構造を含む、ステップ；
前記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するステップ；並びに
前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記試料の単一の画像へと結合するステップであって、前記試料の前記単一の画像は、前記試料の解剖学及び生理機能を、前記単一の画像中でリアルタイムに表示する、ステップ
を含み、
前記画像を取得するステップ、前記生理学的マップを取得するステップ、及び前記結合するステップのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのプロセッサによって実施される、方法。
【請求項２】
前記画像を取得する前記ステップは、約７８０ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長の生の近赤外線（ＮＩＲ）画像、及び約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長の可視光画像のうちの少なくとも１つを取得するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記単一の画像へと結合する前記ステップは、前記画像及び／又は前記生理学的マップの１つ又は複数の特性を調整するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ又は複数の特性は、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも１つを含み；
前記生理学的マップは、流体力学的モデリングに基づく、血流及び灌流、主血管中の血流の流れの分布、速度及び／又は容積流量（ｃｃ／分）の定量化のうちの１つを示す、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記結合するステップは更に、以下の等式：
【数１】
2017538458.tif 000006
で表される８ビットＲＧＢカラー画像を生成するステップを含み、
ここでＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）は、標的組織／器官の８ビットグレースケール可視画像であり、ｉ及びｊはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記試料は、組織及び器官のうちの１つを含み；
前記画像を取得する前記ステップは、前記組織及び前記器官のうちの少なくとも１つの血管系の解剖学的構造を含む前記画像を取得するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記画像を取得する前記ステップは、前記試料を少なくとも１つの光源によって照明することによって進められ、
前記方法は更に、前記少なくとも１つの光源からの光の一部分を反射するステップを含み、これによって、単回のデータ取得中に前記画像及び前記生理学的マップが取得される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記試料の前記生理学的マップを取得する前記ステップは：レーザスペックル撮像（ｌａｓｅｒ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＳＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；レーザドップラ撮像（ｌａｓｅｒ  ｄｏｐｐｌｅｒ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＤＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも１つを取得するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータシステムであって、
前記システムは：
プロセッサ；及び
前記プロセッサに連結された、コンピュータ可読プログラムコードを含むメモリ
を備え、
前記コンピュータ可読プログラムコードは、前記プロセッサによって実行された場合に、前記プロセッサに：
試料の画像を取得するステップであって、前記試料の前記画像は、前記試料の解剖学的構造を含む、ステップ；
前記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するステップ；並びに
前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記試料の単一の画像へと結合するステップであって、前記試料の前記単一の画像は、前記試料の解剖学及び生理機能を、前記単一の画像中でリアルタイムに表示する、ステップ
を含む動作を実施させる、コンピュータシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサは更に、約７８０ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長の生の近赤外線（ＮＩＲ）画像、及び約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長の可視光画像のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの１つを含む動作を実施する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記単一の画像へと結合する前記ステップは、前記画像及び／又は前記生理学的マップの１つ又は複数の特性を調整するステップを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記１つ又は複数の特性は、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記結合するステップは更に、以下の等式：
【数２】
2017538458.tif 000007
で表される８ビットＲＧＢカラー画像を生成するステップを含み、
ここでＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）は、標的組織／器官の８ビットグレースケール可視画像であり、ｉ及びｊはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記試料は、組織及び器官のうちの１つを含み；
前記プロセッサは更に、前記組織及び前記器官のうちの少なくとも１つの血管系の解剖学的構造を含む前記生画像を取得するステップを含む動作を実施する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記試料を照明するよう構成された少なくとも１つの照明源を更に備え、
前記少なくとも１つの源からの光の一部分は反射されて、単回のデータ取得中に前記画像及び前記生理学的マップを取得するために使用される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プロセッサは更に：レーザスペックル撮像（ｌａｓｅｒ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＳＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；レーザドップラ撮像（ｌａｓｅｒ  ｄｏｐｐｌｅｒ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＤＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも１つを取得するステップのうちの１つを含む動作を実施する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは更に、前記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するステップを含む動作を実施する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータプログラム製品であって、
前記コンピュータプログラム製品は：
非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、前記媒体中で具現化されるコンピュータ可読プログラムコードを有し、前記コンピュータ可読プログラムコードは：
試料の画像を取得するためのコンピュータ可読プログラムコードであって、前記試料の前記画像は、前記試料の解剖学的構造を含む、コンピュータ可読プログラムコード；
前記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するためのコンピュータ可読プログラムコード；並びに
前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記試料の単一の画像へと結合するためのコンピュータ可読プログラムコードであって、前記試料の前記単一の画像は、前記試料の解剖学的構造及び生理機能を、前記単一の画像中でリアルタイムに表示する、コンピュータ可読プログラムコード
を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体
を備える、コンピュータプログラム製品。
【請求項２０】
前記画像を取得する前記ステップは、約７８０ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長の生の近赤外線（ＮＩＲ）画像、及び約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長の可視光画像のうちの少なくとも１つを取得するステップを含む、請求項１９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２１】
前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記単一の画像へと結合するための前記コンピュータ可読プログラムコードは、前記画像及び／又は前記生理学的マップの１つ又は複数の特性を調整するためのコンピュータ可読プログラムコードを含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２２】
前記１つ又は複数の特性は、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２３】
前記結合するためのコンピュータ可読プログラムコードは更に、以下の等式：
【数３】
2017538458.tif 000008
で表される８ビットＲＧＢカラー画像を生成するためのコンピュータ可読プログラムコードを含み、
ここでＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）は、標的組織／器官の８ビットグレースケール可視画像であり、ｉ及びｊはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する、請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２４】
前記試料は、組織及び器官のうちの１つを含み；
前記コンピュータプログラム製品は更に、前記組織及び前記器官のうちの少なくとも１つの血管系の解剖学的構造を含む前記生画像を取得するためのコンピュータ可読プログラムコードを含む、請求項１９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２５】
前記試料は、少なくとも１つの源を用いて照明され、
前記少なくとも１つの源からの光の一部分は反射され、これにより、単回のデータ取得中に前記画像及び前記生理学的マップが取得される、請求項１９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２６】
前記試料の前記生理学的マップを取得するための前記コンピュータ可読プログラムコードは：レーザスペックル撮像（ｌａｓｅｒ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＳＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；レーザドップラ撮像（ｌａｓｅｒ  ｄｏｐｐｌｅｒ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＤＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも１つを取得するためのコンピュータ可読プログラムコードのうちの１つを含む、請求項１９に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２７】
前記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するためのコンピュータ可読プログラムコードを更に含む、請求項１９に記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明概念は一般に、器官及び／又は組織の可視化に関し、より詳細には、解剖学的構造、血流及び灌流の可視化に関する。
【０００２】
優先権の主張
本出願は、２０１４年１０月１４日出願の米国仮特許出願第６２／０６３，６７３号、及び２０１５年３月２０日出願の米国仮特許出願第６２／１３６，０１０号からの優先権を主張するものであり、上記仮特許出願の開示は、その全体が本出願中に記載されているかのように、参照により本出願に援用される。
【０００３】
著作権の留保
本特許文書の開示の一部分は、著作権保護を受けている資料を含む。著作権所有者であるイーストカロライナ大学（ノースカロライナ州グリーンヴィル）は、本特許文書又は本特許開示のいずれによる、特許商標庁の特許ファイル又は記録に見られるままの複製に対して、異議を有しないが、それ以外の場合は全ての著作権を留保する。
【背景技術】
【０００４】
可視光撮像は、医療目的での器官及び／又は組織の表面の詳細な解剖学的可視化に役立つ。しかしながら、可視光撮像は、生理機能、特に血流及び灌流の生理機能及び病態生理のリアルタイム撮像には有用ではない。一方、近赤外線（Ｎｅａｒ  Ｉｎｆｒａ‐Ｒｅｄ：ＮＩＲ）撮像は、標的器官及び／又は組織の解剖学的構造の表面を可視化するために使用できるものの、可視光解剖学的撮像には大幅に劣る。器官及び／又は組織の可視化のための改良された技術が望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明概念のいくつかの実施形態は、単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するための方法を提供し、上記方法は：試料の画像を取得するステップであって、上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む、ステップ；上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するステップ；並びに上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合するステップを含む。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。画像を取得するステップ、生理学的マップを取得するステップ、及び結合するステップのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのプロセッサによって実施される。
【０００７】
更なる実施形態では、上記取得するステップは、約７８０ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長の生の近赤外線（ＮＩＲ）画像、及び約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長の可視光画像のうちの少なくとも１つを取得するステップを含んでよい。
【０００８】
また更なる実施形態では、上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、単一の画像へと結合する上記ステップは、上記画像及び／又は上記生理学的マップの１つ又は複数の特性を調整するステップを含んでよい。上記１つ又は複数の特性としては、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも１つが挙げられる。上記生理学的マップは、流体力学的モデリングに基づく、血流及び灌流、主血管中の血流の流れの分布、速度及び／又は容積流量（ｃｃ／分）の定量化のうちの１つを示してよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、上記結合するステップは更に、以下の等式：
【数１】
2017538458.tif 000003
で表される８ビットＲＧＢカラー画像を生成するステップを含み、ここでＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）は、標的組織／器官の８ビットグレースケール可視光画像であり、ｉ及びｊはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する。
【００１０】
更なる実施形態では、上記試料は、組織及び器官のうちの１つであってよい。上記取得するステップは、上記組織及び上記器官のうちの少なくとも１つの血管系の解剖学的構造を含む上記画像を取得するステップを含んでよい。
【００１１】
また更なる実施形態では、上記画像を取得する上記ステップは、上記試料を少なくとも１つの光源によって照明することによって進めてよい。光の一部分は上記少なくとも１つの光源から反射され、これによって、単回のデータ取得中に上記画像及び上記生理学的マップを取得できる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、上記試料の生理学的マップを取得する上記ステップは：レーザスペックル撮像（ｌａｓｅｒ  ｓｐｅｃｋｌｅ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＳＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；レーザドップラ撮像（ｌａｓｅｒ  ｄｏｐｐｌｅｒ  ｉｍａｇｉｎｇ：ＬＤＩ）を用いて、１つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを；並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも１つを取得するステップを含んでよい。
【００１３】
更なる実施形態では、本発明は更に、上記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するステップを含んでよい。
【００１４】
本発明概念のまた更なる実施形態は、単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータシステムを提供し、上記システムは、プロセッサと、上記プロセッサに連結された、コンピュータ可読プログラムコードを含むメモリとを含み、上記コンピュータ可読プログラムコードは、上記プロセッサによって実行された場合に、上記プロセッサに以下を含む動作を実施させる：試料の画像を取得するステップであって、上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む、ステップ；上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するステップ；並びに上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合するステップ。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。
【００１５】
本発明概念のいくつかの実施形態は、単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータプログラム製品を提供し、上記コンピュータプログラム製品は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含み、上記非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、上記媒体中で具現化されるコンピュータ可読プログラムコードを有し、上記コンピュータ可読プログラムコードは：試料の画像を取得するためのコンピュータ可読プログラムコードであって、上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む、コンピュータ可読プログラムコード；上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するためのコンピュータ可読プログラムコード；並びに上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合するためのコンピュータ可読プログラムコードを含む。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学的構造及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】１つ又は複数の本発明概念のいくつかの実施形態によるシステムのブロック図である。
【図２Ａ】１つ又は複数の本発明概念の実施形態によるデータ処理システムのブロック図である。
【図２Ｂ】１つ又は複数の本発明概念のいくつかの実施形態による、図２に示したデータ処理システムの、より詳細なブロック図である。
【図３】心臓の前壁の可視光画像である。
【図４】心臓の前壁の近赤外線（ＮＩＲ）画像である。
【図５】レーザスペックルコントラスト撮像技術に基づく、ヒトの心臓の前壁における血流及び灌流を示す画像である。
【図６】図３及び４の画像を結合する、本発明概念の実施形態による画像である。
【図７】本発明概念のいくつかの実施形態に従って生成される結合画像を生成する、一連の画像である。
【図８】１つ又は複数の本発明概念の様々な実施形態による、画像を結合するための操作を示すフローチャートである。
【図９】１つ又は複数の本発明概念の様々な実施形態による、画像を結合するための操作を示すフローチャートである。
【図１０Ａ】本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第１のアプローチを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第１のアプローチを示す図である。
【図１０Ｃ】本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第１のアプローチを示す図である。
【図１０Ｄ】本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第１のアプローチを示す図である。
【図１１Ａ】本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第２のアプローチを示す図である。
【図１１Ｂ】本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第２のアプローチを示す図である。
【図１１Ｃ】本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第２のアプローチを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明概念の特定の具体的実施形態について、添付の図面を参照して説明する。しかしながら、この発明概念は多数の異なる形態で具現化でき、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈してはならない。寧ろこれらの実施形態は、本開示を徹底的かつ完全なものとし、本開示が本発明概念の範囲を当業者に完全に伝達するように、提供される。図面において、同様の番号は同様の要素を示す。ある要素が別の要素に「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」又は「連結される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」と言及されている場合、上記要素は上記別の要素に直接接続若しくは連結でき、又は介在要素が存在してもよい。本明細書において使用される場合、用語「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」は、関連する列挙された項目のうちの１つ又は複数の、いずれのあらゆる組み合わせを含む。
【００１８】
本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのためのものであり、本発明概念の限定となることを意図したものではない。本明細書において使用される場合、単数形「ある（ａ、ａｎ）」及び「上記（ｔｈｅ）」は、そうでないことが明言されていない限り、複数形も同様に含むことを意図したものである。更に、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び／又は「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書中で使用される場合、言及されている特徴部分、完全体、ステップ、操作、要素及び／又は構成部品の存在を明示するが、１つ又は複数の他の特徴部分、完全体、ステップ、操作、要素、構成部品及び／又はその群の存在又は追加を排除するものではないことが理解されるだろう。
【００１９】
本明細書において使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、他の意味に定義されていない限り、本発明概念が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同一の意味を有する。更に、通常使用される辞書において定義されている用語等の用語は、本明細書の文脈における上記用語の意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書中において明示的にそう定義されていない限り、理想化された、又は過度に形式的な意味に解釈されてはならないことが理解されるだろう。
【００２０】
上で議論したように、可視光撮像及び近赤外線（ＮＩＲ）撮像は、解剖学的構造又は血流／灌流の１つ又は複数の可視化領域において不十分である。従って、本発明概念のいくつかの実施形態は、解剖学的構造の可視化と、例えばいずれの開放組織／器官のＮＩＲスペクトルからの生画像データである画像データから引き出された生理学的機能とを組み合わせる。特に、本発明概念のいくつかの実施形態は、ＮＩＲ撮像、可視光撮像等を用いて取得した解剖学的画像と、血流／灌流に関連する構造的細部とを組み合わせて、リアルタイムに提示するための新規の画像／ビデオを提供する。血流／灌流データは例えば、レーザスペックル若しくはレーザドップラ撮像技術（ＬＤＩ）、又はいくつかの実施形態では蛍光撮像によって提供してよい。レーザスペックル撮像（ＬＳＩ）を用いた血流／灌流データの提供については、例えば同一出願人による米国公開特許第２０１３／０２２３７０５号及び米国公開特許第２０１３／０２４５４５６号において議論されており、上記公開特許の内容は、その全体が本出願中に記載されているかのように、参照により本出願に援用される。本発明概念の実施形態は、ＬＳＩ、ＬＤＩ及び／又は蛍光撮像に限定されず、血流及び灌流の生理機能を提示するいずれの画像形態を使用してよいことが理解されるだろう。特に、血流及び灌流データは、本発明概念の範囲から逸脱することなく、本明細書において議論される実施形態に役立ついずれの効果的な方法によって提供してよい。
【００２１】
本発明概念のいくつかの実施形態は、解剖学的‐生理学的結果の提示並びにリアルタイムでの評価及び判断のための、新規の画像／ビデオの可視化を提供する。換言すると、上記新規の画像は、例えばＮＩＲ又は可視光撮像によって提供される有用な解剖学的画像と、血流及び灌流の情報との両方を、リアルタイムで操作できる同一の画像上で提供する。従って、上記新規の可視化（これ以降「ベロシティ・フロー・アナトミー（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ‐Ｆｌｏｗ‐Ａｎａｔｏｍｙ（ＶＦＡ））画像又はビデオ」と呼ぶ）は、解剖学的構造と、血流及び灌流の生理機能との両方の情報を、リアルタイムで同時に含む。
本発明概念のいくつかの実施形態によるＶＦＡ画像／ビデオは、（１）極めて明確な解剖学的細部と、（２）リアルタイムの医療的決定を行うために十分な、下層の生理学的プロセスとを結合する。ＮＩＲ／可視光画像は、最終的な可視化（ＶＦＡ画像）の１つの層として使用され、これは、標的組織／器官表面及び血管系の解剖学的構造を明らかにする。例えばＬＳＩ、ＬＤＩ及び蛍光技術によって定量化された血流及び灌流の生理学的マップは、最終的なＶＦＡ可視化の別の層として使用される。上記生理学的マップは、標的組織／器官及び血管系の機能性及び生理機能を提供する。本明細書において理解されるように、用語「生理学的マップ（ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ  ｍａｐ）」は、異なる複数のタイプの撮像によって生成されたマップを指し、例えばＬＳＩ及びＬＤＩは「速度マップ（ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｍａｐ）」を生成できるが、用語「生理学的マップ」は一般に、いずれの撮像技術の使用から得られたマップを指してよい。例えば生理学的マップは、本発明概念の範囲から逸脱することなく、流体力学的モデリングに基づく、血流及び灌流、主血管中の血流の流れの分布、速度及び／若しくは容積流量（ｃｃ／分）の定量化のうちの１つ、並びに／又はこれらのいずれの組み合わせを示してよい。
【００２２】
組織／器官における、血流及び灌流の正常な生理機能、並びに血流及び灌流の異常の病態生理学的兆候の両方の態様を提供できる。本発明概念のいくつかの実施形態は、上記層それぞれの複数の態様、例えば上記層のカラー化及び透明度を調整するよう構成された、ソフトウェアアルゴリズムを提供する。いくつかの実施形態では、上記層のそれぞれは、生ＮＩＲデータ／可視光画像の同一の単回のビデオ取得から引き出してよい。
【００２３】
本発明概念のいくつかの実施形態は、従来の可視化方法を上回る明確な利点を提供できる。例えば本発明概念の実施形態は、ＮＩＲ画像／可視光画像の解剖学的忠実度の大幅な改善を提供できる。更に、上記解剖学的な層は、速度の撮像のために重要な背景を提供し得る。改善された解剖学的忠実度は、速度の忠実度、速度データの解釈、解釈のタイミング、及び解釈の理解を改善し、これら全てにより、ＶＦＡ画像／ビデオ結果の解釈がより直観的なものとなる。上記解剖学的忠実度により、標的心外膜冠動脈（流れ）及び周囲の心筋組織（灌流）といった、複数のレベルの分析の同時かつリアルタイムの判断が可能となる。最後に、本発明概念の実施形態によって提供される、解剖学及び生理学の結合は、機能データが本物であり、下層の生理機能及び／又は病態生理を正確に示していることを、ユーザ、即ち手術中の外科医に確信させる際に有用となり得る。ＶＦＡ画像／ビデオは、未知のもの、即ち灌流の定量化を、既知のもの、即ち解剖学と結合して表示し、ここで解剖学的構成要素は、本明細書において図１〜１１Ｃに関して更に議論されるように、有用な基準フレームを提供する。
【００２４】
まず図１を参照すると、本発明概念のいくつかの実施形態による、リアルタイム画像／ビデオにおいて解剖学的情報と速度情報とを結合するためのシステムについて議論する。本発明概念の実施形態によるいくつかのシステムは非侵襲的であり得ることが理解されるだろう。本明細書において使用される場合、「非侵襲的（ｎｏｎ‐ｉｎｖａｓｉｖｅ）」は、染料の注入、物体による貫入、又は１つ若しくは複数の体内プローブによる接触を被験者が受ける必要がない、システム又は方法を指す。従って本明細書において使用される場合、用語「非侵襲的」は、被験者との接触が最小であるシステム又は方法を指す。本明細書において使用される場合、「被験者（ｓｕｂｊｅｃｔ）」は、撮像されるヒト又は物を指す。被験者は、家畜、死体検体又はヒト被験者を含むいずれの被験者とすることができる。本明細書において使用される場合、「灌流（ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ）」は、スペックル撮像によって検出される、組織灌流分布レベルにおける血流を指す。
【００２５】
図１に示すように、システム１００は、少なくとも１つの光源ユニット１２０、カメラ１３０、画像処理デバイス１１０及びＶＦＡデバイス１３０を含む。図１のシステムはこれらの要素のみを含むものとして示されているが、本発明概念の範囲から逸脱することなく、他の要素もシステム内に存在してよいことが理解されるだろう。例えば本発明概念のいくつかの実施形態は、本発明概念の範囲から逸脱することなく、複数の光源１２０を含んでよい。複数の光源１２０は、異なる波長の光源を含んでよく、例えば近赤外線及び可視光を、各光／レーザデバイスによって提供してよい。
【００２６】
特に、いくつかの実施形態では、光源ユニット１２０は、例えば１つ又は複数のレーザ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）によって提供してよい。いくつかの実施形態では、光源１２０は、約７８０ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長を有するＮＩＲ光源である。いくつかの実施形態では、光源１２０は、約４００ｎｍ〜約７８０ｎｍの波長を有する可視光源であってよい。いくつかの実施形態では、それぞれの波長を有する可視光源及びＮＩＲ光源の両方を使用してよい。従って、本発明概念のいくつかの実施形態は、ＬＳＩ及び／又はＬＤＩを適用するために、試料を通る異なる透過性の２つの波長を用いるシステムを提供する。例えば上記２つの波長のうちの第１のものは、貫入がないか又は極めて浅い、青色光４５０〜４９５ｎｍ等の可視範囲内であってよい。この波長は、組織／器官表面の解剖学的構造を捕捉し、試料の位置マーカとして機能するが、血流及び灌流の表面下移動のマーカとしては機能しない。第２の波長は近赤外線（ＮＩＲ）範囲内であってよく、これは遥かに深く貫入する。この波長により、下層の血流の生理機能が明らかになり、またこの波長は、試料の運動と、血流及び灌流の運動との両方に相関する。可視光の撮像測定をベースラインとして用いて、血流及び灌流の実際の運動を、標的の運動アーティファクトに影響されることなく、ＮＩＲ撮像測定から引き出すことができる。更に、可視光によって捕捉される解剖学的構造の情報と、ＮＩＲ光によって測定される生理学的特徴とを結合させる。２つの波長を使用するシステムに関する詳細は、２０１５年３月２０日出願の米国仮特許出願第６２／１３６０１０号において詳細に議論されており、上記仮特許出願の開示は、上述のように、参照により本出願に援用される。ＮＩＲ生画像及び可視光画像に関する実施形態についてここで議論しているが、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されない。本発明概念の範囲から逸脱することなく、解剖学的構造を十分に提示できる他のいずれの画像形態を使用できる。
【００２７】
光源１２０を用いて、関心対象領域１４０（これ以降「組織／器官」）を照明してよい。本明細書において使用される場合、「関心対象領域（ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）」は、撮像されている被験者の領域、例えば主血管及び組織、器官等を指す。光源１２０からの入射光１２７、例えばＮＩＲ光又は可視光が、組織／器官等の生体標的（関心対象領域１４０）に向けられている場合、上記光の一部は、標的の内部での複数の散乱を経て、最終的には図１に示すようにカメラ１３０に戻るように反射する（反射光）。
【００２８】
カメラ１３０は、反射光を集めて、例えば波長エネルギによって決定される照明光の貫入の深さに応じて異なる波長をそれぞれ有する、可視光又はＮＩＲ画像（ＮＩＲ／可視光層１１５）を提供するよう構成される。いくつかの実施形態では、カメラ１３０は、単一波長（可視光／ＮＩＲ）画像取得に関して、ルメネラ（Ｌｕｍｅｎｅｒａ）Ｌｔ２２５  ＮＩＲ  ＣＭＯＳカメラによって提供される。同時複数波長画像取得の用途に関しては、カスタム設計のビーム分割システムを、通常のカメラ本体の前方に配置してよい。
【００２９】
反射したＮＩＲ／可視光画像１１５は、解剖学的構造を明らかにする。いくつかの実施形態では、この解剖学的構造は、波長及びエネルギの関数である組織内への貫入に応じて、組織／器官の表面の数ミリメートル下側であってよい。得られる未修正画像の提示（図４の生ＮＩＲ画像）は、同様の構造の可視光画像（図３）ほど詳細ではない。
【００３０】
図３は、心臓の前壁の可視光画像であり、図４は、冠動脈の解剖学的構造を明らかにする、心臓の前壁のＮＩＲ画像である。図３と図４との間の差異は、解剖学的構造のみならず、速度の違いにも基づく。
【００３１】
更に、図４のＮＩＲ画像は２５６グレースケール画像であるため、色によって達成される解剖学的な識別は、ＮＩＲ生画像では失われる場合がある。このような忠実度の損失は、例えば医学におけるＬＳＩ及びＬＤＩの用途を相当な程度限定する。解剖学及び解剖学的構造は、医学、特に手術及び介入処置における根本的な基準構成物である。解剖学的忠実度の損失により、生理学的及び病態生理学的血流及び灌流データの理解のための、並びにこのような撮像技術の使用をより直観的なものとするための、重要な枠組みが失われる。
【００３２】
従って図１に示すように、本発明概念の実施形態は、ＶＦＡ画像／ビデオを構成するＶＦＡデバイスを提供する。特に図１に示すように、ＶＦＡデバイスは、ＮＩＲ／可視光解剖学的画像１１５を、画像処理デバイス１１０、例えばＬＳＩ、ＬＤＩ又は蛍光によって提供される血流及び灌流情報１１７（生理学層）と結合して、より忠実度の高い解剖学的詳細を、上記解剖学的詳細の構成要素に関する血流及び灌流、即ち心外膜冠動脈における流れ及び周囲の心筋における灌流の生理学的マップデータと組み合わせて提供するよう構成される。従ってＶＦＡ画像／ビデオは、これら２つのタイプのデータを独自に結合する。ここで議論されている実施形態による新規のＶＦＡ画像は、例えばＬＳＩ、ＬＤＩ又は蛍光によって提供される血流及び灌流速度データを、生ＮＩＲ画像／可視光画像１１５（図４）よりも良好な解剖学的忠実度で、そして可視光画像（図３）と殆ど同等の詳細さで、表示する。
【００３３】
ＬＳＩ分析のＶＦＡ画像提示は、外科医及び医療撮像技師には既に知られており理解されている枠組みにおいて上記速度データを提示することによって、この新規の流れ及び灌流データの解釈を、より容易に理解可能でありかつ決定を行う際に有用なものとするための、方法論を生成する。上記解剖学的詳細は、既知のもの（解剖学）と未知のもの又は測定したもの（流れ及び灌流）とを結合するための基準フレームを提供する。解剖学的詳細は、生理学的及び病態生理学的状況の両方において、流れ及び灌流データの解釈及び理解の精度を改善する。これは、撮像技術が２つの異なる「レベル」の速度（及び流れ）データを提供する場合、例えば心臓の心外膜表面を撮像して、心外膜冠動脈における流れ（レベル１）及び周囲の心筋における灌流（レベル２）を測定する場合に特に当てはまる。
【００３４】
本発明概念のいくつかの実施形態では、解剖学的詳細及び生理学的マップ分析の両方は、同一の単一の生ＮＩＲ画像データ／可視光画像から引き出すことができる。従って、これらの解剖学的データ及び分析データを結合すること、並びに例えばデータのカラー化、透明度、重ね合わせ及び統合を調整するために、本発明概念の実施形態によるアルゴリズムを使用することによって、新規のＶＦＡ分析画像１３０を、例えば図６に示すような組織／器官の解剖学的（血管構造）情報並びに機能的（血流及び灌流）情報の両方を含むように生成できる。
【００３５】
特に図６は、本発明概念のいくつかの実施形態による処理後のＶＦＡ画像を示す。従って図６は、図４と図５とを結合したＶＦＡ画像／ビデオ表示を示す。本発明概念のいくつかの実施形態では、各層のカラー化、透明度及び他の特徴を調整することによって、（冠）動脈流及び周囲の組織（心筋）の灌流の解剖学と機能性との両方を、同時かつリアルタイムに、最適に明らかにする。
【００３６】
ここで図７を参照して、本発明概念のいくつかの実施形態によるＶＦＡ画像／ビデオについて議論する。図７Ａは、可視波長撮像によって提供される心臓の従来の解剖学的画像を示す。図７Ｂは、ＮＩＲ撮像によって生成される解剖学画像を示す。図７Ｃは、試料の血流及び灌流を詳細に示すためにＬＳＩを用いて生成された生理機能画像である。本発明概念の実施形態によるＶＦＡ画像は、７Ｂと７Ｃとを結合して、図７Ｄに示すように、試料の解剖学と生理機能（血流及び灌流）とを示す。この結合されたデータを作成する際に、このＶＦＡ分析画像に相当な値を付加するアプローチにより、上記結合されたデータは、上記構成要素（解剖学、速度）のいずれよりも視覚的に直観的なものとなり、従って、供給元／医師が迅速に理解及び解釈するのが容易になる。これは、以前よりも遥かに多くの生理学的及び病態生理学的データを自由に用いて、医師がより良好な健康管理を提供することに直接つながり得る。リアルタイムデータは容易に取得され、本発明概念の実施形態によるＶＦＡ画像において直観的に提示され、これにより、より良好な決定及びより良好かつ安全な手術が可能となる。
【００３７】
ここでは単一のＶＦＡ画像の生成について議論したが、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されないことが理解されるだろう。例えば、本発明概念の範囲から逸脱することなく、一連のＶＦＡビデオ画像を生成してよく、これらを集合させてＶＦＡビデオ画像シーケンスとしてよい。
【００３８】
本発明概念の実施形態は、いずれの組織及び／又は器官系からの血流及び灌流データの確定的な取得に適用でき、ここで血流及び灌流は、評価、測定、臨床的な決定の実施、治療的な決定の実施、この技術によって引き出された生理学的撮像データを用いた製品開発、又は血流及び灌流の生理機能及び／若しくは病態生理への実験的調査のための重要な決定因子である。
【００３９】
ここで図２Ａ及び２Ｂを参照して、本発明概念のいくつかの実施形態による、図１に示すシステム１００において使用できるデータ処理システム２００について議論する。データ処理システム２００は、ＶＦＡデバイス１２０、カメラ１３０に含まれていてよく、又は本発明概念の範囲から逸脱することなく、システム１００の様々な要素間を分割してよい。図２に示すように、図１のシステム１００における使用に好適なデータ処理システム２００の例示的な実施形態は、キーボード、キーパッド、タッチパッド等のユーザインタフェース２４４、Ｉ／Ｏデータポート２４６、及びプロセッサ２３８と通信するメモリ２３６を含む。Ｉ／Ｏデータポート２４６は、データ処理システム２００と別のコンピュータシステム又はネットワークとの間で情報を転送するために使用できる。これらの構成部品は、本明細書に記載されているように動作するよう構成してよい多くの従来のデータ処理システムにおいて使用されているもののような、従来の構成部品であってよい。
【００４０】
ここで図２Ｂを参照して、本発明概念のいくつかの実施形態によるデータ処理システム２００の、より詳細なブロック図について議論する。プロセッサ２３８は、アドレス／データバス３４７を介してディスプレイ３４５と通信し、アドレス／データバス３４８を介してメモリ２３６と通信し、またアドレス／データバス３４９を介してＩ／Ｏデータポート２４６と通信する。プロセッサ２３８は、いずれの市販の又はカスタムメイドのマイクロプロセッサ又はＡＳＩＣとすることができる。メモリ２３６は、データ処理システム２００の機能性を実装するために使用されるソフトウェア及びデータを内包するメモリデバイスの全体的な階層の代表となる。メモリ２３６は以下のタイプのデバイスを含むことができるが、これらに限定されない：キャッシュ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＳＲＡＭ及びＤＲＡＭ。
【００４１】
図２Ｂに示すように、メモリ２３６は、データ処理システム２００において使用される複数のカテゴリのソフトウェア及びデータ；オペレーティングシステム３５２；アプリケーションプログラム３５４；入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスドライバ３５８；並びにデータ３５６を含んでよい。当業者には理解されるように、オペレーティングシステム３５２は：インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ニューヨーク州アーモンク））製のＯＳ／２、ＡＩＸ若しくはｚＯＳ；マイクロソフト・コーポレーション（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ワシントン州レドモンド））製のＷｉｎｄｏｗｓ９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ９８、Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００、ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ若しくはＶｉｓｔａ；Ｕｎｉｘ；Ｌｉｎｕｘ（登録商標）；ＬａｂＶｉｅｗ；又はＱＮＸ若しくはＶｘＷｏｒｋｓ等のリアルタイムオペレーティングシステムといった、データ処理システムと共に使用するために好適ないずれのオペレーティングシステムであってよい。Ｉ／Ｏデバイスドライバ３５８は典型的には、アプリケーションプログラム３５４が、１つ又は複数のＩ／Ｏデータポート２４６及び特定のメモリ２３６といったデバイスと通信するために、オペレーティングシステム３５２を通してアクセスする、ソフトウェアルーチンを含む。アプリケーションプログラム３５４は、本発明概念のいくつかの実施形態によるシステムに含まれるデータ処理システム２００の様々な特徴を実装するプログラムの実例であり、好ましくは、本発明概念のいくつかの実施形態による動作をサポートする少なくとも１つのアプリケーションを含む。最終的には、データ３５６は、アプリケーションプログラム３５４、オペレーティングシステム３５２、Ｉ／Ｏデバイスドライバ３５８、及びメモリ２３６内に存在し得る他のソフトウェアプログラムによって使用される、静的及び動的データを提示する。
【００４２】
図２Ｂに示すように、本発明概念のいくつかの実施形態によるデータ３５６は、取得された生画像３６０、解剖学層の画像／データ３６１、算出された血流／灌流量（速度データ）３６３、ＶＦＡ画像／ビデオ３６４、及び血流の容積流量（ｃｃ／分）のデータ３６５を含んでよい。血流の容積流量（ｃｃ／分）のデータ３６５は、流体力学的モデリングに基づく主血管の血流の容積流量（ｃｃ／分）定量化を指す。
【００４３】
図２Ｂに示すデータ３５６は、５つの異なるファイル３６０、３６１、３６３、３６４及び３６５を含むが、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されない。本発明概念の範囲から逸脱することなく、２つ以上のファイルを組み合わせて単一のファイルを作成する、単一のファイルを２つ以上のファイルに分割する等してよい。
【００４４】
図２Ｂに更に示すように、アプリケーションプログラム３５４は、本発明概念のいくつかの実施形態によると、調整モジュール３５１、画像キャプチャモジュール３５２、ＮＩＲ／可視光モジュール３５３、及びＶＦＡ処理モジュール３５４を含んでよい。本発明概念を、例えば図２Ｂにおける、調整モジュール３５１、画像キャプチャモジュール３５２、ＮＩＲ／可視光モジュール３５３、及びＶＦＡ処理モジュール３５４がアプリケーションプログラムであるものを参照して例示しているが、当業者には理解されるように、本発明概念の教示からの利益を依然として得ながら、他の構成を利用することもできる。例えば調整モジュール３５１、画像キャプチャモジュール３５２、ＮＩＲ／可視光モジュール３５３、及びＶＦＡ処理モジュール３５４を、オペレーティングシステム３５２、又はデータ処理システム３００の他のこのような論理区分に組み込んでもよい。従って本発明概念は、図２Ｂの構成に限定されるものと解釈してはならず、本明細書に記載の動作を実施できるいずれの構成を包含することを意図している。
【００４５】
更に、調整モジュール３５１、画像キャプチャモジュール３５２、ＮＩＲ／可視光モジュール３５３、及びＶＦＡ処理モジュール３５４は、単一のデータ処理システム内に図示されているが、当業者には理解されるように、これらの機能性を１つ又は複数のデータ処理システムにわたって分散させてよい。従って本発明概念は、図２Ａ及び２Ｂの構成に限定されるものと解釈してはならず、データ処理システム間の他の複数の構成及び／又は機能区分によって提供してよい。
【００４６】
図１に関して上で議論したように、光源、例えばＮＩＲ源及び／又は可視光源は、組織／器官の試料を照明してよく、光はカメラへと反射してよい。ＮＩＲ／可視光モジュール３５３は、反射光からＮＩＲ画像３６１を提供してよく、画像キャプチャモジュール３５２は、例えばＬＳＩ、ＬＤＩ又は蛍光を用いて画像（スペックル画像）３６０を提供してよい。血流及び灌流データを算出してよい（速度データ）。これらの画像を処理して、速度データ３６３、及び本明細書中で議論されている実施形態による少なくとも１つのＶＦＡ画像３６４を提供してよい。特にデータ３５６をＶＦＡ処理モジュール３５４が使用することによって、ＮＩＲ画像３６１と速度データ３６３との組み合わせを提供できる。上で議論したように、ＮＩＲ画像３６１の色、透明度等を、調整モジュール３５１で調整することによって、解剖学的データ及び生理学的データの両方を含むリアルタイムの有用な画像を提供できる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、底部のベースとして一様の色、例えば黒色を使用し；生理学的画像又はその調整された形態を上記ベースの上の層として使用し；解剖学的画像又はその調整された形態を、上記生理学層の透明度を修正するために使用し；従って、解剖学的に比較的重要でない部分（解剖学的画像において強度が低い）は、生理学的画像をより多く透過させることになり、従ってより視認しにくくなる。
【００４８】
更なる実施形態では、底部のベースとして一様の色、例えば黒色を使用し；解剖学的画像又はその調整された形態を上記ベースの上の層として使用し；生理学的画像又はその調整された形態を、上記解剖学層の透明度を修正するために使用し；従って、生理学的に比較的重要でない部分（生理学的画像において価値が低い）は、解剖学的画像をより多く透過させることになり、従ってより視認しにくくなる。
【００４９】
ＮＩＲ波長、レーザスペックル画像及びレーザドップラ技術の使用により、血流及び灌流の速度を定量化でき、従って血管系の機能性を明らかにすることができる。多くの臨床的状況において、解剖学的細部と、上記解剖学的細部の中の下層の生理学的プロセスとの組み合わせのリアルタイムの可視化を用いる新たな機会により、現在及び将来の治療戦略が変化することになる。
【００５０】
本発明概念の様々な実施形態による動作について、図８及び９のフローチャートに関してここで議論する。まず図８を参照すると、単一画像上での解剖学的データと生理学的データとの結合のための動作が、ブロック８１５において、試料の画像を取得することによって開始される。上記画像は例えば、約７８０ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長の試料の生の近赤外線（ＮＩＲ）画像、及び／又は約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長の試料の可視光画像であってよい。
【００５１】
上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む。上記試料は例えば、組織及び／又は器官であってよい。上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得する（ブロック８２５）。上記試料の上記生理学的マップは、例えばＬＳＩ、ＬＤＩ又は蛍光を用いて取得してよい。上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合させる（ブロック８３５）。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。図８に更に示すように、いくつかの任意の実施形態では、血流の容積流量（ｃｃ／分）を、流体力学的モデリングに基づいて、主血管において算出してよい（ブロック８３２）。
【００５２】
いくつかの実施形態では、上記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を、対応する複数の生理学的マップと結合してよい。
【００５３】
いくつかの実施形態では、上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、単一の画像へと結合する上記ステップは、上記画像及び／又は上記生理学的マップの１つ又は複数の特性を調整するステップを含む。上記１つ又は複数の特性としては、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも１つが挙げられる。
【００５４】
ここで図９を参照すると、いくつかの実施形態では、上記取得するための動作は、上記試料を光源、例えばＮＩＲ源及び／又は可視光源によって照明することによって進められる（ブロック９１７）。これらの実施形態では、光の一部分は上記光源から反射され、これによって、単回のデータ取得中に上記画像及び上記生理学的マップが取得される（ブロック９２７）。
【００５５】
ここで、本明細書において議論されている実施形態による更なる動作について、図１０Ａ〜１１Ｃに示されている図に関して議論する。本明細書において議論されているような、組織及び器官の解剖学的構造と血流生理機能との両方の可視化は、様々なアプローチによって達成できることが理解されるだろう。これより図１０Ａ〜１１Ｃに関して、２つの異なるアプローチについて議論する。
【００５６】
まず図１０Ａ〜１０Ｄを参照して、上で議論した動作に類似した二重層設計を用いた第１のアプローチについて議論する。図１０Ａ及び１０Ｂは解剖学層を示し、これは、ある波長の照明（可視光及び／又は近赤外線）の生（オリジナル）画像フレームである。ＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）は、標的組織／器官の８ビットグレースケール可視光画像であり、ｉ及びｊは、水平及び垂直方向に沿った画素インデックスである。この画像の明度、コントラスト及びガンマ値を調整することによって、より良好な可視化効果を達成できる。
【００５７】
図１０Ｃは生理学層を示し、これは、例えばＬＳＩ又はＬＤＩ技術を用いて撮像された組織／器官の血流及び灌流の２Ｄ速度分布を反映するための、近赤外線光の１つ又は複数の生画像フレームに基づく、処理済み画像である。ＩｍｇＰ（ｉ，ｊ）は、（黒色及び白色で示されている）８ビットインデックス付きカラー画像であり、その数値は所定のカラーマップにマッピングされている。通常、色は青色から赤色まで（０〜２５５）の範囲であり、青色は流速がゼロ／最小であることを表し、赤色はシステムが検出できる最高の流速を表す。
【００５８】
最後に図１０Ｄは、図１０Ａ〜１０Ｃの組み合わせを示す。上記解剖学層又は上記解剖学層の一部を上記生理学層の上に重ねる従来の方法を用いると、下層が視認できなくなる（被覆される）か、又は部分的に視認できなくなる（部分的に被覆される）。同様に、上記生理学層又は上記生理学層の一部を上記解剖学層の上に重ねる従来の方法を用いると、下層が視認できなくなる（被覆される）か、又は部分的に視認できなくなる（部分的に被覆される）。従って本発明概念の実施形態は、解剖学層及び生理学層の両方の視認性を増大させるために適用される、透明度マップ／マトリクスを提供する。上記透明度マップは、以下の等式で表すことができる：
【数２】
2017538458.tif 000004
【００５９】
ここでＩｍｇは、可視又は近赤外線光の生（オリジナル）画像フレーム（１０Ａ及び１０Ｂ）であり、ｘは、ゼロより大きく（＞０）２以下である（≦２）調整可能なパラメータである。換言すると、Ｔ（ｉ，ｊ）における各画素値は０〜１であり、０は透明度ゼロを表し、１は１００％の透明度を表す。パラメータｘは、透明度マップのコントラストを制御し、ｘ＞１である場合、透明度はより大きなダイナミックレンジを有し、ｘ＜１である場合、透明度はより小さなダイナミックレンジを有する。
【００６０】
ここで図１１Ａ〜１１Ｃを参照して、色及び明度設計を用いた、組織及び器官の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第２のアプローチについて議論する。まず図１１Ａを参照すると、解剖学層が示されており、これは画像の明度によって表される。ある波長の照明（可視光及び／又は近赤外線）の生（オリジナル）画像フレーム。ＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）は、標的組織／器官の８ビットグレースケール可視光画像であり、ｉ及びｊは、水平及び垂直方向に沿った画素インデックスである。この画像の明度、コントラスト及びガンマ値を調整することによって、より良好な可視化効果を達成できる。
【００６１】
図１１Ｂは、（黒色及び白色で示されている）カラー画像として上記生理学層を示しており、これは、例えばＬＳＩ又はＬＤＩ技術を用いて撮像された組織／器官の血流及び灌流の２Ｄ速度分布を反映するための、近赤外線光の１つ又は複数の生画像フレームに基づく、処理済み画像である。まず８ビットインデックス付きカラー画像が生成され、その数値は所定のカラーマップにマッピングされている。図１０Ａ〜１０Ｄに関して上で議論したように、通常、色は青色から赤色まで（０〜２５５）の範囲であり、青色は流速がゼロ／最小であることを表し、赤色はシステムが検出できる最高の流速を表す。次に上記８ビットインデックス付きカラー画像を、平準化されたＲＧＢマップＲＧＢ（ｉ，ｊ）に変換し、各画素の色は、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の３つの値で表され、各値は０〜１の範囲である。ＲＧＢ画像の各画素は、赤色、緑色及び青色の成分に対応する３つの数（Ｒ，Ｇ，Ｂ）で構成される。これら３つの数はそれぞれ、８ビット値を使用する場合は０〜２５５の範囲であり得、又は平準化された値を使用する場合は０〜１の範囲であり得、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、画素内の色及び色の明度を決定する。
【００６２】
ここで図１１Ｃを参照すると、解剖学層（図１１Ａ）及び生理学層（図１１Ｂ）は、以下の等式で表される８ビットＲＧＢカラー画像を生成することによって一体に融合される：
【数３】
2017538458.tif 000005
ここで各カラーチャネルに関するＩｍｇＡ（ｉ，ｊ）を別個に異なる様式で調整することによって、最適な可視化効果を達成できる。従って図１１Ａの画像は明度を調整し、図１１Ｂの画像は色を調整し、それによって、解剖学及び生理機能両方の組み合わせである図１１Ｃの画像が提供される。
【００６３】
上で議論したように、近赤外線画像／可視光画像は、組織／器官の血管系の表面及び表面下の解剖学的構造を可視化できる。ＬＳＩ、ＬＤＩ又は蛍光等の血流測定技術は、血流及び灌流の速度を定量化でき、従って組織／器官の血管系の機能性を明らかにする。特定の臨床的状況では、組織／器官の血管系の解剖学的構造及び機能性の両方の可視化は重要である。従って本発明概念のいくつかの実施形態では、ＮＩＲ画像をＶＦＡ画像の１つの層として使用し、これは、標的組織／器官の血管系の解剖学的構造を明らかにする。例えばＬＳＩ、ＬＤＩ又は蛍光技術によって定量化された血流及び灌流の生理学的マップを、ＶＦＡの別の層として使用し、これは、標的組織／器官の血管系の機能性及び生理機能を明らかにする。本発明概念の実施形態は、これら２つの層のカラー化及び透明度を調整するよう構成され、特定の組織／器官の血管系の解剖学及び機能性の両方を提示する最終的な可視化（ＶＦＡ画像）が得られる。
【００６４】
本発明概念の実施形態は、臨床的撮像のいずれのフォーマットにおいて使用してよく、これは本発明概念の範囲から逸脱することなく、外科的撮像（通常は患者体内での用途）と、その他の患者体外撮像手順（非外科的用途）との両方を含むことが理解されるだろう。
【００６５】
方法、デバイス、システム及び／又はコンピュータプログラム製品のブロック図及び／又はフローチャートによる図示を参照して、例示的実施形態を上で説明した。上記ブロック図及び／又はフローチャートによる図示のあるブロック、並びに上記ブロック図及び／又はフローチャートによる図示の複数のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装できることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、及び／又は他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに供給することによって、機械を製造してよく、これにより、上記コンピュータ及び／又は他のプログラム可能なデータ処理装置によって実行される上記命令は、上記ブロック図及び／又はフローチャートの１つ又は複数のブロックに明記された機能／作用を実装するための手段（機能性）及び／又は構造を生成する。
【００６６】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読メモリに記憶させてもよく、これは特定の様式でコンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置を機能させることができ、これによって上記コンピュータ可読メモリに記憶された命令は、上記ブロック図及び／又はフローチャートの１つ又は複数のブロックに明記された機能／作用を実装する命令を含む物品を製造する。
【００６７】
上記コンピュータプログラム命令を、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置にロードして、上記コンピュータ又は他のプログラム可能な装置に一連の動作ステップを実施させることにより、コンピュータ実装型プロセスを生成してもよく、これにより、上記コンピュータ又は他のプログラム可能な装置によって実行される上記命令は、上記ブロック図及び／又はフローチャートの１つ又は複数のブロックに明記された機能／作用を実装するためのステップを提供する。
【００６８】
従って、例示的実施形態は、ハードウェア及び／又はソフトウェア（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等）で実装してよい。更に例示的実施形態は、コンピュータが使用可能な記憶媒体又はコンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ってよく、これは、命令実行システムによって又は命令実行システムを接続して使用するために、コンピュータが使用可能なプログラムコード又はコンピュータ可読プログラムコードを上記媒体中に備える。本文書の文脈において、コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置若しくはデバイスによって、又は命令実行システム、装置若しくはデバイスを接続して使用するために、上記プログラムを内包、記憶、通信、伝播又は転送できる、いずれの媒体であってよい。
【００６９】
コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体は例えば、磁気、光、電磁気、赤外線又は半導体システム、装置、デバイス又は伝播媒体であってよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非包括的なリスト）は、以下を含む：１つ又は複数のワイヤを有する電気的接続；携帯型コンピュータディスケット；ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）；読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）；消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）；光ファイバ；及び携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ‐ＲＯＭ）。コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体はプログラムが印刷され紙又は別の好適な媒体でさえあってよいことに留意されたい。というのは、例えば上記紙又は別の媒体の光学スキャンによって上記プログラムを電気的にキャプチャでき、続いて必要な場合はコンパイル、解釈、又はその他の処理を好適な様式で実施でき、その後コンピュータメモリに記憶できるためである。
【００７０】
本明細書において議論されているデータ処理システムの動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、開発における利便性のために、Ｊａｖａ（登録商標）、ＡＪＡＸ（非同期ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ）（登録商標）、Ｃ及び／又はＣ＋＋といった高級プログラミング言語で書かれていてよい。更に、例示的実施形態の動作を実施するためのコンピュータプログラムコードはまた、限定するものではないがインタプリタ形式言語等の、他のプログラミング言語で書かれていてもよい。いくつかのモジュール又はルーチンは、性能及び／又はメモリ使用率の向上のために、アセンブリ言語又は更にマイクロコードで書かれていてよい。しかしながら、実施形態は特定のプログラミング言語に限定されない。更に、いずれの又はあらゆるプログラムモジュールの機能性は、個別のハードウェア構成部品、１つ若しくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はプログラムされたデジタル信号プロセッサ、プログラムされた論理コントローラ（ＰＬＣ）、又はマイクロコントローラを用いて実装してもよいことが理解されるだろう。
【００７１】
いくつかの代替実装形態において、上記ブロックに記載の機能／作用は、フローチャートに記載の順序以外の順序で実現できることにも留意されたい。例えば、連続して示されている２つのブロックは、関わる機能性／作用に応じて、実際には実質的に同時に実行でき、又はこれらのブロックを、場合によっては逆の順序で実行してよい。更に、フローチャート及び／若しくはブロック図の１つの所与のブロックの機能性を、複数のブロックに分割してよく、並びに／又はフローチャート及び／若しくはブロック図の２つ以上のブロックの機能性を少なくとも部分的に統合してよい。
【００７２】
図面及び明細書において、本発明概念の例示的実施形態を開示した。特定の用語が採用されているものの、これらの用語は一般的及び説明的な意味でのみ使用され、限定を目的としておらず、本発明概念の範囲は以下の「特許請求の範囲」によって定義される。
【符号の説明】
【００７３】
１００  システム
１１０  画像処理デバイス
１１５  ＮＩＲ／可視光層、生ＮＩＲ画像／可視光画像
１１７  生理学層、灌流情報
１２０  光源ユニット、光源、ＶＦＡデバイス
１２７  入射光
１３０  カメラ、ＶＦＡデバイス、ＶＦＡ分析画像
１４０  関心対象領域
２００  データ処理システム
２３６  メモリ
２３８  プロセッサ
２４４  ユーザインタフェース
２４６  Ｉ／Ｏデータポート
３４５  ディスプレイ
３４７  アドレス／データバス
３４８  アドレス／データバス
３４９  アドレス／データバス
３５１  調整モジュール
３５２  オペレーティングシステム、画像キャプチャモジュール
３５３  ＮＩＲ／可視光モジュール
３５４  アプリケーションプログラム、ＶＦＡ処理モジュール
３５６  データ
３５８  Ｉ／Ｏデバイスドライバ
３６０  取得された生画像
３６１  解剖学層の画像／データ、ＮＩＲ画像
３６３  算出された血流／灌流量、速度データ
３６４  ＶＦＡ画像／ビデオ
３６５  血流の容積流量（ｃｃ／分）のデータ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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１１】
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【国際調査報告】
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