JP2019537486A - 眼底の蛍光分析のための空間的超解像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
− 第1の光源から基本光ビームを受光し、励起光ビームを生成するように構成された生成光学ユニットと、
− 生成光学ユニットから励起光ビームを受光し、励起光ビームがサンプル眼の眼底の少なくとも一部分を走査するように構成された走査システムと、
− 走査システムから励起光ビームを受光し、蛍光ビーム内の、サンプル眼の蛍光分子の等方性放射を少なくとも部分的にコリメートするように構成された光学出射ユニットであって、焦点距離fobjおよびKobj=1/fobj(式中、nは媒質の屈折率である)に等しい屈折力Kobjを有する対物レンズを備える光学出射ユニット(19)と、
− サンプル眼の角膜およびレンズを光学出射ユニットに向けて、頭部を支持し、サンプル眼を対物レンズから距離d離れた出射位置に位置決めするように構成された、患者の頭部支持および位置決めユニットであって、出射位置において、光学出射ユニットならびにサンプル眼の角膜およびレンズは、
(式中、feffは光出射アセンブリの有効焦点距離であり、Keyeは一定の屈折力の寄与率、niはサンプル眼と対物レンズとの間の媒質の屈折率である)に等しい有効屈折力Keffを有する光出射アセンブリを形成する、患者の頭部支持および位置決めユニットと、
− 光学出射ユニットから出射する蛍光ビームを検出するように構成されたセンサデバイスと、
− 生成光学ユニットから出射する上記励起光ビームを透過して走査システムに向け、光学出射ユニットおよび走査システムから出射する上記蛍光ビームを透過してセンサデバイスに向けるように構成された1つ以上の光学部品と
を有し、
上記患者の頭部支持および位置決めユニットがサンプル眼を出射位置に位置決めすると、光学出射ユニットならびにサンプル眼の角膜およびレンズによって形成される上記光出射アセンブリは、励起光ビームをサンプル眼の眼底の上記少なくとも一部分に送るように構成され、生成光学ユニットは、励起光ビームが光出射アセンブリを通過した後に、光伝搬軸に直交する平面に対応するサンプル眼の内部のベッセルビームに合成されるように構成された位相関係を有する励起光ビームを生成するように構成され、
上記平面は、サンプル眼のレンズとサンプル眼の眼底の上記少なくとも一部分との間にあり、対物レンズの焦点距離fobjは、NAeff=neye・sin(Reye/feff)(式中、neyeはサンプル眼の屈折率、Reyeはサンプル眼の半径である)で与えられる上記光出射アセンブリの有効開口数NAeffが0.9以上の条件を満たす、
蛍光顕微鏡装置である。
− 上記追加の光学部品に送られる第1のNIR光ビームを生成するように構成された第3の光源と、
− サンプル眼の網膜下構造によって反射され、追加の光学部品から出射される第2の反射NIR光ビームを検出するように構成された、任意選択的にはCCDセンサまたはSCMOSセンサであるNIRセンサデバイス、任意選択的に100フレーム/秒以上の周波数で動作するように構成されたNIRセンサデバイスと、
− 第3の光源からの上記第1のNIR光ビームを透過して上記追加の光学部品に向け、上記追加の光学部品から出射される上記第2の反射NIR光ビームを透過してNIRセンサデバイスに向けるように構成された1つ以上のNIR光学部品と
を有する。
t=λ/(2×NAeye) [1]
で表される。式中、λは第1の光源1の波長であり、サンプル眼7の開口数NAeyeの値によって、λ/2に近いベッセルビームの横方向分解能は得られないだろう。このため、その対物レンズ6(または6’)は、サンプル眼7の角膜およびレンズ8に近い距離dに配置される。
NAeff=neye・sin(Reye/feff) [2]
と定義される。式中、nは媒質(すなわちサンプル眼7)の屈折率であり、Reyeはサンプル眼7の半径であり、feffは光学出射ユニット19ならびにサンプル眼7の角膜およびレンズ8によって形成される出射アセンブリの有効焦点距離である。
に等しい。式中、
Keff=1/feff [4]
Kobj=1/fobj [5]
Keye=1/feye [6]
であり、niは、眼のサンプル7と対物レンズ6(または6’)との間の媒質の屈折率であり、特に、空気の場合には、niは1に等しいと推定することができ、一方、図2に示されるサンプル眼7と接触しているアダプティブレンズ6’の場合には、niは、レンズ6’とサンプル眼7との間に介在する液体の屈折率に等しくなり得る(しかしながら、この場合、距離dはゼロ、すなわちd=0であると推定することができ、寄与率d・Kobj・Keye/niもゼロである)。
Claims (14)
- 患者のサンプル眼(7)の眼底を分析するための蛍光顕微鏡装置(100、100’)であって、
− 第1の光源(1)から基本光ビームを受光して、励起光ビームを生成するように構成された生成光学ユニット(2)と、
− 前記生成光学ユニット(2)から前記励起光ビームを受光して、前記励起光ビームに、前記サンプル眼(7)の前記眼底の少なくとも一部分を走査させるように構成された走査システム(5)と、
− 前記走査システム(5)から前記励起光ビームを受光して、蛍光ビーム内の、前記サンプル眼(7)の蛍光分子の等方性放射を少なくとも部分的にコリメートするように構成された光学出射ユニット(19)であって、前記光学出射ユニット(19)は対物レンズ(6、6’)を含み、前記対物レンズ(6、6’)は、焦点距離fobj、および屈折力Kobjであって、nが媒質の屈折率であるとき、
Kobj=1/fobj
である屈折力Kobjを有している、光学出射ユニット(19)と、
− 前記サンプル眼(7)の角膜およびレンズ(8)が前記光学出射ユニット(19)に対面するように頭部を支持し、且つ前記サンプル眼(7)を前記対物レンズ(6、6’)から距離d離れた出射位置に位置決めするように構成された、患者の頭部支持および位置決めユニットであって、前記出射位置において、前記光学出射ユニット(19)ならびに前記サンプル眼(7)の前記角膜および前記レンズ(8)は、有効屈折力Keffを有する光出射アセンブリを形成し、前記有効屈折力Keffは、feffが前記光出射アセンブリの有効焦点距離であり、Keyeが一定の屈折力の寄与率であり、niがサンプル眼(7)と対物レンズ(6、6’)の間の媒質の屈折率であるとき、
である、患者の頭部支持および位置決めユニットと、
− 前記光発射ユニット(19)から出射された前記蛍光ビームを検出するように構成されたセンサデバイス(11)と、
− 前記生成光学ユニット(2)から出射された前記励起光ビームを前記走査システム(5)に伝達し、また前記光学出射ユニット(19)からの前記蛍光ビームであって、前記走査システム(5)から出射された前記蛍光ビームを、前記センサデバイス(11)に伝達するように構成された1以上の光学部品(4、9)と
を有する、蛍光顕微鏡装置(100、100’)において、
前記患者の頭部支持および位置決めユニットが前記サンプル眼(7)を前記出射位置に位置決めしたとき、前記光学出射ユニット(19)ならびに前記サンプル眼(7)の前記角膜およびレンズ(8)によって形成される前記光出射アセンブリは、前記励起光ビームを前記サンプル眼(7)の前記眼底の前記少なくとも一部分に送るように構成され、また前記生成光学ユニット(2)は、励起光ビームを生成するように構成され、前記励起光ビームは、前記光出射アセンブリを通過した後、前記励起光ビームが、光伝搬軸に直交する平面(A)に対して前記サンプル眼(7)の内部でベッセルビームに合成されるように構成された位相関係を有し、
前記平面(A)は、前記サンプル眼(7)の前記レンズ(8)と、前記サンプル眼(7)の前記眼底の前記少なくとも一部分との間にあり、前記対物レンズ(6、6’)の前記焦点距離fobjは、neyeが前記サンプル眼(7)の屈折率であり、Reyeが前記サンプル眼(7)の半径であるとき、NAeff=neye・sin(Reye/feff)で与えられる前記光出射アセンブリの有効開口数NAeffが0.9以上であるという条件を満たす
蛍光顕微鏡装置。 - 前記患者の頭部支持および位置決めユニットが前記サンプル眼(7)を前記出射位置に位置決めしたとき、前記対物レンズ(6、6’)から前記サンプル眼(7)までの距離dが、20mm以下、任意選択的に10mm以下、より任意選択的に5mm以下、さらにより任意選択的に2mm以下である、請求項1に記載の装置(100、100’)。
- 前記励起光ビームから疑似蛍光バックグラウンドを除去するように構成された少なくとも1つの第1の狭帯域除去フィルタ(3)をさらに含む、請求項1または2に記載の装置(100、100’)。
- 前記対物レンズ(6)が、単一または二重のアダプティブレンズであり、また任意選択的に接触式のアダプティブレンズ(6’)であり、それにより前記対物レンズ(6、6’)から前記サンプル眼(7)までの距離dがゼロである、請求項1から3までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。
- 前記蛍光ビームを前記センサデバイス(11)上に集束させるように構成された撮像光学ユニット(10)をさらに有する、請求項1から4までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。
- 前記センサデバイス(11)が、光電子増倍管、アバランシェダイオード、CCD、またはSCMOSを含む群から選択された複数の検知素子を含む、請求項1から5までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。
- 前記センサデバイス(11)の上流に配置された複数のマイクロレンズ(13)を含み、前記マイクロレンズの各々が、前記センサデバイス(11)の前記複数の検知素子のそれぞれの素子に双方向に結合されている、請求項6に記載の装置(100、100’)。
- 前記生成光学ユニット(2)によって生成された前記励起光ビームによって走査される前記サンプル眼(7)の前記少なくとも一部分を内部に含む前記サンプル眼(7)の少なくとも1つの追加部分を励起するように構成された追加励起光ビームを生成する第2の光源を含み、前記追加励起光ビームが前記サンプル眼(7)の眼内組織の自家蛍光を飽和させるように構成されている、請求項1から7までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。
- 前記生成光学ユニット(2)が、前記光学出射ユニット(19)のフーリエ面上に配置された静的光学位相フィルタ(21、22)、任意選択的に複数の誘電体層からなる二次元格子、より任意選択的にはアキシコンレンズ(21)、さらにより任意選択的には位相マスク(22)を備えたアキシコンレンズを含む、請求項1から8までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。
- 前記生成光学ユニット(2)が、空間光変調器、任意選択的に位相空間光変調器(23)、または後方にフーリエレンズ(25)を伴う振幅空間光変調器(24)を含む、請求項1から8までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。
- 前記走査システム(5)が、2つの別々のモータによって独立して回転するように構成され、同期的に制御されるように構成された、第1および第2の楔形部分(27、28)を含み、前記2つの楔形部分(27、28)が、任意選択的に、少なくとも1/50度に等しい角度位置の分解能を有し、したがって走査分解能が±1°の視域において少なくとも1マイクロラジアンに等しい、請求項1から10までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。
- 前記サンプル眼(7)の網膜下構造を撮像するための近赤外(NIR)で動作する広視野撮像システム(400)と、前記走査システム(5)と前記光学出射ユニット(19)の間に配置された追加の光学部品(12)とを有し、前記追加の光学部品(12)が、近赤外の放射に対して透明であり、且つ前記走査システム(5)からの前記励起光ビームを前記光学出射ユニット(19)に向けて反射するように構成され、また前記システム(400)が、
− 前記追加の光学部品(12)に送られる第1のNIR光ビームを生成するように構成された第3の光源(29)と、
− 前記サンプル眼(7)の網膜下構造によって反射され、前記追加の光学部品(12)から出射される第2の反射NIR光ビームを検出するように構成された、任意選択的にはCCDセンサまたはSCMOSセンサであるNIRセンサデバイス(18)であって、任意選択的に100フレーム/秒以上の周波数で動作するように構成されたNIRセンサデバイス(18)と、
− 前記第3の光源(29)からの前記第1のNIR光ビームを透過して前記追加の光学部品(12)に向け、前記追加の光学部品から出射される前記第2の反射NIR光ビームを透過して前記NIRセンサデバイス(18)に向けるように構成された1以上のNIR光学部品(15、16)と
をさらに有する、請求項1から11までのいずれか一項に記載の装置(100、100’)。 - 前記システム(400)が、前記第2のNIR光ビームを前記NIRセンサデバイス(18)に集束させるように構成された撮像光学ユニット(17)をさらに含む、請求項12に記載の装置(100、100’)。
- 前記第1のNIR光ビームから疑似蛍光バックグラウンドを除去するように構成された少なくとも1つの第2の狭帯域除去フィルタ(14)を含む、請求項12または13に記載の装置(100、100’)。
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