JP2010509973A - 蛍光体を含むマーカーを有した拡散光トモグラフィ - Google Patents

Abstract

本発明は、混濁媒体の内部のイメージングのシステム、医用画像収集システム、及び方法に関する。本発明はまた、混濁媒体の内部をイメージングする方法において使用するマーカーにも関する。システム、医用画像収集システム及び方法は、混濁媒体の内部の画像を取得するのに使用され：
受容容積の内部での混濁媒体の収容；
光源からの光によって受容容積を照射すること；及び
光源からの光によって受容容積を照射した結果、受容容積から発する光の光検出器ユニットを使用した検出；
を含む。検出光は次に、混濁媒体の内部の画像の再構成に使用される。
本発明によると、システム、医用画像収集システム及び方法は、測定の間に受容容積が所定密度の選択された蛍光剤を含む少なくとも1つのマーカーを有するという条件を満たすように適合されている。光源は、マーカーにおいて蛍光放射を起こす励起光を発するように配置され、光検出器ユニットは、励起光によって受容容積を照射した結果受容容積から発する光を検出するように配置される。本発明によればマーカーの使用は、混濁媒体の形状に関する情報の取得を可能にする。混濁媒体が未知の密度の第2蛍光剤を含み、光源及び光検出器ユニットが、それぞれ第2蛍光剤において蛍光発光を起こす及び検出するように配置された場合、本発明によるマーカーの使用は、この蛍光放射光に起因するシグナルのキャリブレーションを可能にする。

Description

本発明は、混濁媒体の内部をイメージングするシステムに関し：
a.
混濁媒体を収容する受容容積；
b.
受容容積を照射する光源；及び
c.
受容容積を光源からの光で照射した結果、受容容積から発する光を検出するための光検出器ユニット；
を含む。

本発明はまた、混濁媒体の内部をイメージングする次を含む医用画像収集システムに関し：
a. 混濁媒体を収容する受容容積；
b. 受容容積を照射する光源；及び
c. 受容容積を該光源からの光で照射した結果、受容容積から発する光を検出するための光検出器ユニット；
を含む。

本発明はまた、混濁媒体の内部のイメージングの次の段階を含む方法に関し：
a.
受容容積の内部における混濁媒体を収容する段階；
b.
光源からの光による受容容積の照射段階；及び
c.
該光源からの光で受容容積を照射した結果、受容容積から発する光を光検出器ユニットの使用を通して検出する段階；
を含む。

本発明はまた、次に使用されるマーカーに関し：
a.
混濁媒体の内部をイメージングするシステム；
b.
混濁媒体の内部をイメージングする医用画像収集システム；及び
c.
混濁媒体の内部をイメージングする方法；
を含む。

この種の従来のシステム及び方法は特許文献1によって知られている。特許文献1に記載されたシステム及び方法は、例えば生物組織などの混濁媒体の内部のイメージングを行うのに使用できる。医療診断において該システム及び方法は、例えば女性の***の内部のイメージングを行うのに使用できる。受容容積は、***などの混濁媒体を収容する。次に、光源から発する光は受容容積に結合する。この光は混濁媒体内を伝播する条件を満たすように選択され、この手順は徹照法（transillumination）と呼ばれる。光源からの光で受容容積を照射した結果受容容積から発する光は、光検出器ユニットの使用を通し検出される。そして、該検出光に基づいて混濁媒体の内部の画像が再構成される。

特許文献2は蛍光媒介式分子断層撮影法を対象とする。それは、深部組織の蛍光近赤外線の活性化を検出するように設計されている蛍光媒介式分子断層イメージングシステムを開示している。そのシステムには標的蛍光分子プローブまたは高感度活性化蛍光分子プローブが使用できる。そのようなプローブは分子特異性を加え、高い蛍光コントラストを生成し、癌などの体内における病変組織の早期検出及び分子標的評価を可能にする。該システムは深部組織の3次元的局所化及び分子プローブの量子化を可能にする。

混濁媒体の形状が簡単に判断できないことは、複数の既知のシステム及び方法の特徴である。

米国特許第6,327,488B1号明細書 国際公開第02／41760 A2号パンフレット 欧州特許出願公開第05111164.9号明細書

本発明の目的は、混濁媒体の形状に関する情報を取得する簡単な方法をシステムに提供することである。

本発明によれば：
‐ システムはさらに、受容容積内の混濁媒体の外側で使用する少なくとも1つのマーカーを含み、該マーカーは所定密度の選択された第1蛍光剤を含む；
‐ 光源は第1励起光で受容容積を照射するように配置され、第1励起光は第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択される；
‐ 光検出器ユニットは、光源からの第1励起光で受容容積を照射した結果、受容容積から発する光を検出するように配置される；
条件を満たすようにシステムが配置されると本発明の目的が達成される。

本発明は、所定密度の選択された第1蛍光剤を含んだ（混濁媒体の表面上に位置する又は受容容積に含まれる混濁媒体を囲む）少なくとも1つのマーカーからの蛍光発光の検出は、混濁媒体の形状に関する情報の取得を可能にするという認識に基づく。少なくとも1つのマーカーが混濁媒体の表面上に位置する場合、その少なくとも1つのマーカーからの蛍光発光の源は混濁媒体の表面であることを示す。少なくとも1つのマーカーが受容容積に含まれた混濁媒体の周りを密接に囲む場合、受容容積に含まれた、蛍光によって発光する若しくは発光しない領域の決定は、混濁媒体が占める容積及びその形状を示す。少なくとも1つのマーカーに含まれる、所定密度の選択した第1蛍光剤は、少なくとも1つのマーカーから蛍光シグナルが取得できるという条件を満たさなければいけない。

本発明によるとシステムの実施形態は、複数個のマーカーが混濁媒体の表面上の所定位置に位置するように適合されていることに特徴づけられる。この実施形態では複数個のマーカーが混濁媒体の表面上に付着されることだけが必要なため、実施が簡単であるという利点を持つ。例えば女性の***の内部のイメージングを行うのにシステムが使用される医療診断では、複数個のマーカーが簡単に剥がせる接着剤で一時的に皮膚に接着される。

システムのさらなる実施態様は本発明によれば、少なくとも1つのマーカーが混濁媒体を囲むように適合されていることに特徴づけられる。受容容積内で混濁媒体が占めていない空間は、媒体によって充填される。この媒体が所定密度の蛍光剤を含む場合、該媒体は本発明によりマーカーの構成要素となる。実施形態の特殊なケースは、混濁媒体によって占められていない受容容積内の空間が光学的適応媒体を含むケースである。既知のシステムにおいて、混濁媒体で占められていない受容容積内の空間は、混濁媒体に出入りする結合光より生じる光学的境界効果の画像再構成処理への影響を低減するために、光学的適応媒体を含む。本発明によると、適応媒体は光学的適応媒体の役割に加えて第2の役割を持ち、所定密度の蛍光剤を含む。これは、既知のシステムに既に存在する適応媒体が使用されるため、簡単に実施できるという利点を持つ。その上、受容容積の既知の形状と共に混濁媒体の複数個の位置にあるマーカーからの蛍光発光量の決定によって、混濁媒体の形状に関する情報が得られる。それは、混濁媒体に面した受容容積の境界と混濁媒体自体の外側の間に位置するマーカーの量によって蛍光発光量が決まるためである。

本発明によるシステムのさらなる実施形態は、混濁媒体が第2蛍光剤を含むこと、光源が受容容積を該第2励起光によって照射するように配置されること、該第2励起光が第2蛍光剤における蛍光放射を起こすように選択されること、及び光検出器ユニットが第2励起光で受容容積を照射した結果、受容容積から発する光を検出するように配置されることに特徴づけられる。該実施形態は、本発明によるマーカーの使用によって、混濁媒体に含まれる第2蛍光剤からの蛍光放射から生じる蛍光シグナルのキャリブレーションの容易な方法が得られるという利点を持つ。上記で述べたように、システムの実施形態は特許文献1によって知られており、該システムは徹照測定法に使用されている。しかし、光源は代替手段として、混濁媒体に含まれる蛍光剤から蛍光放射を起こす励起光を発するように配置してもよい。その場合、光検出器ユニットは、励起光で受容容積を照射した結果、受容容積から発する光を検出するように配置される。徹照測定法に類似して、光源からの光で受容容積を照射した結果受容容積から発する光は、光検出器ユニットの使用を通して検出される。次にその検出光に基づいて、混濁媒体の内部の画像が再構成される。本手順は蛍光測定と呼ばれ、特許文献3(PH004270、弁理士参考文献)に記載されている。蛍光測定に使用した場合、いくかの効果が光検出器ユニットで検出された蛍光シグナルの絶対尺度の再構成を妨害することは、既知のシステム及び方法の特徴である。例えば、励起光が光検出器ユニットに達するのを防ぐように意図された光学フィルターは、励起光を完全には抑制しない。従って、蛍光シグナルの測定時に測定した励起光の残りの部分は蛍光シグナルのキャリブレーションの効率を妨げる。蛍光測定においての本発明の付加的利点は、所定密度の選択された第1蛍光剤を含むマーカーを使用することによって、混濁媒体から収集された蛍光シグナルのキャリブレーションの簡単な方法が得られることである。該付加的利点は、受容容積に含まれた、所定密度の選択された第1蛍光剤を含むマーカーから第1蛍光シグナルを収集することによって、受容容積に同様に含まれた、未知の密度の第2蛍光剤を含む混濁媒体から収集された第2蛍光シグナルのキャリブレーションが可能になることである。キャリブレーションの目的として、本発明による少なくとも1つのマーカーに含まれる第1蛍光剤及び混濁媒体に含まれる第2蛍光剤はなるべく同じものとする。なぜならば、そうすることによって第1蛍光剤及び第2蛍光剤からのシグナルが簡単に比較できるからである。使用されるマーカーの数が増えるとキャリブレーションの正確さも増す。混濁媒体の形状に関する情報を取得するには、本発明による少なくとも1つのマーカーに含まれる第1蛍光剤並びに混濁媒体に含まれる第2蛍光剤はなるべく異なるものにする。そうした場合、異なった蛍光剤から生じるシグナルは簡単に区別でき、混濁媒体の外部の判断が簡単になる。

本発明の目的は同様に：
‐ システムはさらに少なくとも1つの使用するマーカーを受容容積の混濁媒体の外側に有し、所定密度の選択された第1蛍光剤を含む；
‐ 光源は第1励起光で受容容積を照射するように配置され、第1励起光は第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択される；及び
‐ 光検出器ユニットは光源からの第1励起光によって受容容積を照射した結果受容容積から発する光を検出するように配置される；
という条件を満たすように混濁媒体内部のイメージングを行う医用画像収集システムが配
置されると達成される。混濁媒体内部のイメージングを行う医用画像収集システムは、
前述のいかなる実施形態からも恩恵を得る。

本発明の目的は同様に：
‐ 受容容積の照射の段階において、受容容積が所定密度の選択された第1蛍光剤を含む少なくとも1つのマーカーを混濁媒体の外側に有する；
‐ 光源からの光は、第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択される；及び
‐ 受容容積から発する光の検出段階において、第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択された光で受容容積を照射した結果、光検出器ユニットが受容容積から発する光を検出するように配置している；
という条件を満たすように混濁媒体の内部のイメージング法が配置されると達成される。

混濁媒体の内部のイメージング法は、前述のいかなる実施形態からも恩恵を得る。

本発明の目的は、混濁媒体内部のイメージング法にマーカーが使用され、該マーカーが所定密度の選択された蛍光剤を含むと、さらに達成される。

本発明による混濁媒体の内部のイメージングを行うシステムの実施形態を図式的に表す。 混濁媒体の表面上に位置する複数個の蛍光性マーカーを図式的に表し、ここでは混濁媒体は女性の***である。 本発明による医用画像収集システムの実施形態を図式的に表す。

本発明のこれらの形態及び他の形態は図の参照によって明確化及び記載される。図1は本発明に従って混濁媒体の内部のイメージングを行うシステムの実施形態を図式的に表す。システム1は励起光を放射する光源5（該励起光は混濁媒体25の蛍光剤において蛍光放射を起こす条件を満たすように選択される）、混濁媒体25を収容する受容容積20（受容容積20は容器30に限定されている（容器は光35aの複数個の入口位置及び光35bの出口位置を含む））、及び光35aの入口位置及び光35bの各出口位置にそれぞれ結合された光ガイド40a及び40bを含む。システム1はさらに、受容容積20から発する光を検出する光検出器ユニット10、光検出器ユニット10を使用して検出した光に基づいて混濁媒体25の内部画像を得るための画像再構成ユニット15、及び容器内の光35a用の数々の選択した入口位置にインプット・光ガイド50を結合させる選択ユニット45を含む。明確化のため、光35a用の入口位置及び光35b用の出口位置は容器30の反対側の面に位置している。しかし、実際には、光35a用の入口位置及び光35b用の出口位置は受容容積20の周辺に分配してもよい。受容容積20は混濁媒体25を収容する。そして混濁媒体25は、光源5からの光により複数個の位置から照射され、そのことは選択ユニット45を使用して光源5を継続的に選択された光35aのための位置に結合させることによって達成される。光は混濁媒体25を伝播することができるという条件を満たすように選択される。医療診断のケースとしてあるように、システム1が女性の***の内部のイメージングに使用される場合、適切な光は例として波長領域が400nmから1400nmまでの範囲内にあるレーザー光である。混濁媒体25を照射した結果受容容積20から発する光は、出口位置35bの使用及び光検出器ユニット10の使用によって複数個の出口位置から検出される。検出光は次に、混濁媒体25の内部の画像の再構成に使用される。混濁媒体25から出入りする結合光によって生じる光学的境界効果の画像再構成処理に対する影響を低減するため、混濁媒体25は既知のシステムにおいて、適応媒体55に囲まれる。この適応媒体は吸収係数などの光学的特徴を有し、それらは混濁媒体25の光学的特徴に適合するように選択される。システム1を蛍光測定に使用する場合、光源5は、混濁媒体25に含まれる蛍光剤において蛍光放射を起こす条件を満たすように、励起光を発生するように配置される。その次にシステム1は、受容容積20から生じる蛍光発光より受容容積20から発する励起光を区別できるという条件を満たすように配置されなければいけない。これは、例えば、受容容積20から発する光が励起光を除去する光学フィルター52の中を通るようにシステム1を配置することによって達成できる。しかし、光学フィルター52は励起光を完全には抑制しない。従って、検出された蛍光発光によって生じるシグナルの正確なキャリブレーションが妨げられる。システム1の実施形態では本発明によれば、適応媒体55は所定密度の選択された蛍光剤を含むことによって本発明によればマーカーになることがある。受容容積20から混濁媒体25に相対する複数個の位置から生じる蛍光発光の量を決定することによって混濁媒体25の形状に関する情報が取得できる。所定密度の選択された蛍光剤を含む適応媒体55の一単位の容積からの蛍光発光の量がわかると、受容容積20の形状もわかり、混濁媒体25の形状は、受容容積20からの蛍光発光の量により推定できる。混濁媒体25の形状に関する情報は次に、混濁媒体25の内部画像の再構成処理中に使用できる。マーカーとして使用される適応媒体55は本発明によると、本発明の実施形態の特殊なケースであり、少なくとも1つのマーカーが受容容積20に含まれる混濁媒体25を取り囲むように配置している。そのようなマーカーは、上記に説明された選択技ではあるが、適応媒体の役割を果たす必要はない。

図2は混濁媒体25（この場合、女性の***）の表面上に位置する複数個の蛍光マーカー60を図式的に表す。該***は受容容積20に含まれ、受容容積20は、図1に表すように容器30に固定されている。図2では、マーカー60は所定密度の選択された蛍光剤を含む円形の物体として表されている。ただし、マーカー60の正確な形は絶対不可欠ではない。キャリブレーションの目的上、マーカー60の寸法はイメージング・プロセスの解像度よりも大きくなければいけない。イメージング・プロセスの解像度は受容容積20の異なった位置では異なっているかもしれない。例えば生物組織のイメージングをする際、組織内の位置によってイメージングの解像度が異なるかもしれない。光トモグラフィでは、イメージング・プロセスの解像度よりも大きなサイズのマーカー60を使用することは、この場合では該マーカー60のサイズは1から2cm程度にするべきである。しかし、マーカー60が混濁媒体25の形状に関する情報を取得するのに使用する場合、マーカー60からの蛍光放射が検出できる限り、該マーカー60の正確なサイズは極めて重要ではない。複数個のマーカー60は、***の表面上に均一に分布しており、蛍光マーカー60を検出することによって該***の形状に関する情報の取得を円滑にする。***の形状に関する情報を取得するためには、マーカー60に含まれる蛍光剤はできれば混濁媒体25に含まれる蛍光剤と違ったものとする。その場合、混濁媒体25の形状に関する情報を含む蛍光シグナルは、混濁媒体25に含まれる蛍光剤からの蛍光シグナルと容易に区別することができる。異なった蛍光剤が使用された場合、光源5（図1参照）は第1励起光及び第2励起光を発することができるように配置されなければいけなく、第1励起光はマーカー60に含まれる蛍光剤において蛍光放射を起こし、第2励起光は混濁媒体25に含まれる蛍光剤において蛍光放射を起こす。マーカー60は、簡単に除去できる接着剤で一時的に皮膚に接着することによって***に付着することができる。明らかに蛍光マーカーは、本発明のいかなる実施形態に従っても混濁媒体25の形状に関する情報の取得に使用してもよく、混濁媒体25は必ずしも蛍光剤を含んでいなくてもよい。

図3は本発明に従って医用画像収集システムの実施形態を図式的に表す。医用画像収集システム75は、図1において述べられるシステム1を含み、破線の四角で示される。システム1に加えて医用画像収集システム75はさらに、画像再構成ユニット15により再構成された混濁媒体25の内部画像を表示するスクリーン80及び入力インターフェース85を含む。入力インターフェース85は例えば、オペレータが医用画像収集システム75と情報のやりとりをすることを可能にするキーボードである。

上記に述べた実施形態は本発明を限定するよりもむしろ説明していること、及び当技術に精通している者は追加の請求項の範囲から外れることなく多くの代替の実施形態を設計することができることに注目するべきである。いくつかの手段を列挙しているシステム請求項では、それらの手段のいくつかはコンピューター可読のソフトウェア又はハードウェアの同一の物品に統合できる。特定の手段が互いに異なった従属した請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを利用することができないということは示さない。

Claims (7)

1. 混濁媒体の内部をイメージングするシステムであり：
   前記混濁媒体を収容する受容容積；
   前記受容容積内で使用する少なくとも1つのマーカーであり、所定密度の選択された第1蛍光剤を含むマーカー；
   第1励起光で前記受容容積を照射する光源であり、該第1励起光は前記第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択されている、光源；及び
   前記光源からの第1励起光で前記受容容積を照射した結果、前記受容容積から発する光を検出するための光検出器ユニット；
   を含むシステム。
2. 複数個のマーカーが前記混濁媒体の表面上の所定位置に置かれる、請求項1に記載されたシステム。
3. 少なくとも1つのマーカーが前記混濁媒体を囲む、請求項1に記載されたシステム。
4. 前記混濁媒体は第2蛍光剤を含み、前記光源が第2励起光により前記受容容積を照射し、該第2励起光が該第2蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択され、前記光検出器ユニットが第2励起光で前記受容容積を照射した結果、前記受容容積から発する光を検出するように配置された、請求項1乃至3のうち1項に記載されたシステム。
5. 混濁媒体の内部をイメージングする医用画像収集システムであり：
   前記混濁媒体を収容する受容容積；
   前記受容容積内で使用する少なくとも1つのマーカーであり、所定密度の選択された第1蛍光剤を含むマーカー；
   第1励起光で前記受容容積を照射するための光源であり、該第1励起光が前記第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択される、光源；及び
   前記光源から発する第1励起光によって前記受容容積を照射した結果、前記受容容積から発する光を検出する光検出器ユニット；
   を含むシステム。
6. 混濁媒体の内部をイメージングする方法であり：
   受容容積内に前記混濁媒体を収容する段階；
   光源からの光により前記受容容積を照射する段階であり、前記受容容積は所定密度の選択された第1蛍光剤を含む少なくとも1つのマーカーを有し、前記光源から発する光は前記第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択されている、照射段階；及び
   前記第1蛍光剤において蛍光放射を起こすように選択された光で前記受容容積を照射した結果、前記受容容積から発する光を検出する段階；
   を含む方法。
7. 請求項6記載の混濁媒体の内部をイメージングする方法に使用するマーカーであり、所定密度の選択された蛍光剤を含むマーカー。

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