JP2002509467A - 厚い皮膚組織を通す共焦点画像化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 皮膚及び皮下組織のインビボ観察用の携帯式共焦点画像化システムが皮膚の表面に実質上真下の状態の診断を可能にする。組織の垂直部分の画像をもたらすように組織を走査する光学系を共焦点ヘッドが有している２次元及び３次元画像化の両方が基底細胞ガンやメラノームの診断や位置の決定に利用しうると共に切除前の腫瘍部位の目視化も可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 厚い皮膚組織を通す共焦点画像化 〔発明の属する技術分野〕 本発明は非イオン化照射を用いる皮膚及び皮下組織のインビボ臨床試験用の携 帯共焦点画像化システムに関し、特に皮膚に浸透しうる波長をもつレーザー照射 を用いる上記システムに関する。 本発明は特に皮膚病理で利用する機器を提供するのに適している。本発明はま た組織以外の走査性媒体の部分を可視化するのにも利用しうる。本発明はレーザ ーを照射源として用いることを可能にする。本発明の機器は皮膚部分の高解像画 像をもたらすようプログラムされうる画像処理コンピュータにデータを提供しう る。 〔従来の技術〕 皮膚の表面領域又は内部組織の外表面を観察するシステムか提案されている。 走査なしでの観察は１９８９年４月４日発行のペニパッカーの米国特許第４，８ １７，６２２に記載されている。ビーム走査による内部組織表面の検査は１９９ ２年６月９日発行のハリスの米国特許第５，１２０，９５３、１９９２年６月１ ６日発行のオーキの米国特許第５，１２２，６５３、１９８８年９月６日発行の ウエブの米国特許第４，７６８，８７４及び１９９１年２月１２日発行のフリブ センの米国特許第４，９９１，９５３に提案されている。表皮及び真皮、特に皮 膚の表面の下の所望の深さの垂直部分（セクション）又は水平部分の画像化の臨 床試験で外科医が取り扱い易い携帯機器は上記の提案では与えられていない。 〔発明が解決すべき課題〕 従って、本発明の第１の目的は臨床皮膚病理における画像化システムを提供し また改良することにある。 本発明の更なる目的は皮膚病理上の組織の画像をもたらす改良された共焦点画 像化システムであって基底細胞ガン及び黒色腫のような異常部位の検出に生検を 必要としない同システムを提供することになる。 本発明の更なる目的はイオン化照射を必要とせずまたレーザービームを用いう る改良された共焦点皮膚病理画像システムを提供することにある。 本発明の更なる目的は皮膚及びその下の両者の皮膚病理組織のインビボ画像化 をもたらし且つ携帯でに扱いが可能で且つ種々の走査媒体中で操作可能な改良さ れた共焦点画像化システムを提供することにある。 本発明の更なる目的は共焦点画像化をもたらす光学系によってもたらされたデ ータから画像をつくりまた更なる評価やコンピュータ強化用に画像を表示したり 与えるためにコンピュータを用いうる改良された共焦点皮膚病理画像化システム を提供することにある。 〔図面の簡単な説明〕 本発明の前記目的、特徴及び利点は添付図面と以下の説明からより明瞭になろ う。 図１は本発明を具体化する共焦点画像化システムの概略図である。 図１ａは図１のシステムのヘッドの平面図である。 図２は図１に示すシステムのブロック図であり、特に光学画像取得及び処理用 のコンピュータコントロール及び画像化システムを示す。 図３は使用時の図２の携帯共焦点画像化システムの概略図である。 〔発明の詳しい説明〕 図１には皮膚病理組織のインビボ診断用のシステム１０を示す。このシステム １０は、図１ａ及び図３に示されるように、携帯（手持ち）ヘッド３２中に組込 まれうる。 さらに詳しく図１について説明すると、光学ディスクの記録及び読みとりに用 いられる光学データ保存ヘッド内で用いられるタイプの光学系（オプティックス ）を含むシステム１０（又は機器）が示されている。レーザー及びコリメーター アセンブリ１２に含まれるレーザーダイオードからの光がアセンブリ１２中の回 折制限レンズによって平行にされ、ビームスプリッターアセンブリ１４上に斜め の角度で入射する。この斜めの角度での反射が楕円のレーザーダイオードビーム を円形断面にする。この円形ビームはビームスプリッターアセンブリ１４及び四 分の一波長板１６を通過し、検査すべき試料や組織２２から離れた接触窓２０（ ガラス窓板）を経て、好ましくは光学接触液体２１によって、組織２２中に焦点 合わせされる。この場合試料は粘性体か液体であり試料入れ（図示せず）に配さ れうる。 ビームスプリッターアセンブリ１４と四分の一波長板１６を通過した円形ビー ムは、好ましくは０．５の開口数と４．３ｍｍの焦点距離をもつ、精密焦点レン ズ１８で試料中に焦点合わせされる。上記のレンズの寸法及びパラメータはこの 光学系１０が携帯するに適するように小型化されることを示している。 四分の一波長板１６はアセンブリ１２中のレーザーからの入射線状偏光を円形 偏光にかえる。即ち四分の一波長板は入射偏光に対し４５°向される。換言する と、四分の一波長板１６からのビームは円形状に偏向（分極）される。焦点レン ズ１８は矢印２４と２５で示すように、その光学軸に沿う方向と横方向の両方に 可動である。位置機械的アクチュエータ３４（図１ａ）をレンズ１８の移動に用 いうる。それによって試料中のビームの焦点スポットの位置を制御する。これら のアクチュエータ３４は光学ディスク系で用いられているものと同様のものでよ い。レンズ１８は一対のこれらの機械的アクチュエータ上に配しうる。アクチュ エータ３４は組織試料中での焦点合わせされたレーザービームの横方向と縦方向 の走査をもたらす。 焦点レンズ１８はまた試料から反射した散乱光を集光する。（レンズ１８、板 １６及びアセンブリ１４を含む）検知システムへ散乱してもどる干渉光の量は焦 点スポットのすぐ近くの屈折率及び吸収の局部変動に依存する。干渉光は組織試 料中に焦点合わせされた光の偏向に対して直交する円形偏光をもつ反射光の成分 として定義されうる。散乱光は板１６に入射してからビームスプリッターアセン ブリ１４に入る。板１８は散乱した光の干渉成分を線状偏光にかえ、そこでビー ムスプリッターアセンブリ１４が反射（又はフィルター）によって散乱光の干渉 光成分をビームスプリッターアセンブリ１４中のビームスブリット表面１５に向 ける。反射光はリレーレンズ２６を通過する。リレーレンズ２６からの光は一対 の折り（フォールド）ミラー２８から反射される（図１ａも参照）。これらの折 りミラー２８はビームスプリッターアセンブリ１４の１部でもよい。リレーレン ズ２６もこのアセンブリ１４の１部でもよい。 焦点スポットからの走査された光は折れミラー２８からピンホール光検知アセ ンブリ３０へと反射される。このアセンブリ３０も検知システムの１部と考えう る。折れミラー２８はよりコンパクトな機器を作るのに用いられる。プリズムア センブリも用いうる。これはビームスプリッターアセンブリ１４の１部であり、 試料をうつ伏せ状に配すること可能にする。この配置が試料を安定に目視できる 位置に保持するのに役立つ。安定な目視位置の保持は図ｌに示すように窓２０の 使用によっても促進される。 図１ａは機器の上面図である。典型的な寸法は共焦点画像化ヘッド３２のコン パクトなサイズを示している図１に示される。ヘッド３２の各要素は単一ボード 上に位置して統一化した構造をとりうる。ヘッドの高さは底部から焦点レンズ１ ８の公称焦点までほぼ２インチ（５．０８ｃｍ）である。 機械的アクチュエータ３４を走査して連続的な線を連続的な深さにおいて走査 して垂直部分の（即ち組織試料を通る垂直な面に沿った）画像をもたらしうる。 所望により線を水平に走査して画像を水平部分から（即ち組織試料を通る水平面 に沿って）つくりうる。試料を傾けることによって試料の表面に対する所望の角 度の（即ち傾斜した又は非垂直面に沿った）部分を形成しうる。この部分はまた アクチュエータ３４を介してレンズ１８を所望角に動かすことによっても形成し うる。 図２には本発明の画像化システム１０の１部であるデータ取得及び分析システ ムのブロック図を示す。共焦点ヘッド３２は図１及び図１ａに示すヘッドである 。ヘッド３２からのアウトプット３６はピンホール検知アセンブリ３０からのア ウトプットである。このアウトプット３６は共焦点検知信号である。信号はセン サー３８、即ち横位置センサー及び垂直位置センサーからももたらされる。増幅 及びフィルターがけした後のこれらの信号アナログによってデジタルＩ／Ｏボー ド４０のデジタルコンバータに取得される。このボード４０はまた横モーション アクチュエータを駆動させるためアナログチャネルにデジタルをもたらす回路を ボ ード上にもちうる。垂直走査アクチュエータは一般的な発振機からの信号で駆動 される。ＡからＤ、ＤからＡ及びデジタルＩ／Ｏボード４０が制御され、データ がマッキントッシュカドラ９５０のようなパーソナルコンピュータ４４にソフト ウエアを介して取得される。一般的なソフトウエアパッケージを画像分析用及び ディスプレー４６の駆動用に用いうる。これは一例として１４７２×１０８８ピ クセルディスプレーとして示してある。 図３では光学インデックスマッチング用流体として鉱油を用いて試料の皮膚４ ８に対して接触させた共焦点画像化ヘッド３２を示している。上記液体は皮膚の 表面からの望ましくない光の反射を減少させるための光学接触液体２１（図１） である。皮膚４８に対する力はヘッド３２の接触窓２０に対して皮膚を押圧する に要する力によって制限される。相対的に低い力（たとえば光学力の６．３ミリ ワット）のレーザービーム５０を試料に真皮中に焦点合わせする。このレーザー は試料の皮膚中に浸透できる波長で操作される。それ故皮膚はこのレーザー波長 に透過性があると考えられる（換言すれば、皮膚は特定の周波数の電磁照射に透 過性である）。焦点又はスポット５２の深さは薄い角質層の表面から薄い角質層 下数ｍｍまでかわる。公称ビームスポットのサイズはたとえば２．５ｍｍの全幅 ハーフマキシマムである。レーザースポットはたとえば３〜１０ヘルツの速度で 皮膚を横方向に横断して走査される。異なるレーザー波長が異なる解像に選択的 に用いられる。運ばれるエネルギーがスポットの直径で割った焦点合わせした照 射フラックスに比例する限りは、走査長及び走査速度又は回数、入射フラックス の量は試料へのダメージを防ぐに十分な小ささである。組織によって散乱した光 を集め、図１及び１ａに示すように、アセンブリ３０のピンホール開口５４上に 光干渉成分を再画像化する。ピンホール５４は、入射ビーム５３の焦点領域から の干渉光を、（アセンブリ３０）の検知器５３に移送し、そこでこの光が電気信 号に変換される。レンズ１８が横方向に走査されるにつれて、電気信号がコンピ ュータによって取得されて蓄積される。各走査は皮膚４８の表面の下の与えられ たレベルで真皮の部分を横切る反射率及び散乱の寸法上のトレースを示す。一連 の走査は連続的に小さくなっている深さに位置する焦点をもってなされそれによ りＢ−走査超音波画像に類似する皮膚の垂直断面画像が与えられる。前記したよ うに、これらの走査は、水平断面を与えるよう水平でもよく、また皮膚の角度の ある断面を与えるため角度をもって行ってもよい。 上記から明らかなように、皮膚病理学分野での共焦点画像化システムの態様に ついて説明したが、本発明のシステムの変型や他の用途への利用がそれらから示 唆されることも当業者に明らかである。従って、上記の記載は本発明を例示する ものであり、制限するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．携帯しうるハウジング部材、組織試料の露出表面上又は表面下に焦点合わせ してそして該露出表面下の組織試料を通る面に焦点スポットを走査する共焦点 画像化光学系、及び共焦点画像化スポットを通して組織試料を照射するレーザ ー照射源からなることを特徴とする露出表面をもつ皮膚の検査用共焦点画像化 システム。 ２．該共焦点画像化光学系が照射した組織試料からの反射光を集めそして画像化 する手段をも有する請求項１のシステム。 ３．該源が該組織を透過する波長でレーザー照射しうるものである請求項１のシ ステム。 ４．該共焦点画像化光学系がレンズ、及び組織試料を通って該焦点スポットを走 査できるように該レンズの位置を動かす手段をもつ請求項１のシステム。 ５．該動かす手段が水平に間隔のある部分、角度をもって間隔のある部分及び垂 直に間隔のある部分からなる群から選ばれる部分を与えるように組織試料を通 る該異なる面の１つに試レンズを動かす手段からなる請求項４のシステム。 ６．該動かす手段が複数の位置決めアクチュエータによってもたらされる請求項 ４のシステム。 ７．該共焦点画像化光学系が、円形偏光のよって組織試料が照射されるように該 レーザー照射を円形偏光に変換する手段を有する請求項１のシステム。 ８．該共焦点画像化光学系が組織試料を照射する円形偏光に直交する照射された 組織試料からの円形偏光反射光を集める手段をも有する請求項７のシステム。 ９．該ハウジング部材に設けた、該組織試料を該共焦点画像化光学系がそこを通 して照射する、該組織試料から離れた表面をもつ窓をさらにもつ請求項１のシ ステム。 10．該窓の表面と該組織試料との間に位置する光学インデックスマッチング用液 体をも有する請求項９のシステム。 11．照射された組織試料からの干渉成分含有反射光を受け入れる検知系をも有す る請求項１のシステム。 12．該検知系が、該受け入れられた反射光の該干渉成分に応答して、該組織試料 の部分を示す電気信号を生ずる請求項１１にシステム。 13．該検知系が光検知器アセンブリ及び該反射光を該検知器アセンブリにリレー するために光学素子をも有し、該光検知器アセンブリが該反射光を電気信号に 変換しうる請求項１１のシステム。 14．該電気信号を示すデータを集める手段及び該集めたデータに基づいて該組織 試料の走査画像を表示するために該集めたデータを処理する手段をも有する請 求項１２のシステム。 15．該共焦点画像化光学系、該検知系及び該源が該ハウジング部材内に一体構造 化している請求項１１のシステム。 16．該源からの該レーザー照射がレーザービームであり、該システムが受け入れ た光を電気信号に変換するための光検知器アセンブリをも有し、且つ該共焦点 画像化光学系が、該源からの該レーザービームを傾斜角で受け入れて円形ビー ムを与えるビームスプリッター、該円形ビームを偏向して円形偏向ビームをも たらす該円形ビームに入射するプレート、該円形偏向ビームを該組織試料中に 焦点合わせし且つ該組織試料からもどった光を集めるために該円形偏向ビーム に入射するレンズを有し、該もどった光が該プレートに入射してから該ビーム スプリッターに入射し、そして該ビームスプリッターがそれに入射する該もど った光の一部を反射し、そして該もどった光の該反射した一部が該光検知器ア センブリに光学的に合体される請求項１にシステム。 17．該レンズによって集められた該組織試料からの該もどった光が組織試料中に 焦点合わせされたビームに直交して円形に偏向した成分をもち、該プレートが 該もどった光の成分を線状に偏向した直交光に変換し、そして該もどった光の 一部を反射することによる該ビームスプリッターが該もどった光からの該成分 をフィルターする請求項１６のシステム。 18．組織の露出表面下に位置する部分の表示をもたらす方法において、レンズを もつ共焦点光学系を介してレーザービームを組織に向け、該レンズの位置をか えて該表面下の該部分を通して焦点スポットを走査し、該スポットの走査で組 織からもどった光を検知し、該光を電気信号に変換し、そして該信号を処理し て該部分の表示をもたらすことを特徴とする上記方法。 19．該レーザービームを組織を透過する波長で操作する請求項１８の方法。 20．光を検知する工程が該レンズに該位置に応答する請求項１８の方法。 21．該レンズの位置をかえる工程が水平に間隔のある部分、角度をもって間隔の ある部分及び垂直に間隔のある部分からなる群から選ばれる部分をもたらすよ うに、該レンズの位置をかえて表面下に配向した面に沿って走査する工程をも 有する請求項１８の方法。 22．共焦点光学系を介してレーザービームを向ける工程が該レーザービームを円 形偏光に変換しそして該円形偏光によって該組織を照射する工程をも有する請 求項１８の方法。 23．組織からもどった光を検知する工程が組織を照射した円形偏光に直交する照 射した組織から反射した円形偏光を集める工程をも有する請求項２２の方法。 24．共焦点光学系を介してレーザービームを向ける工程が該レーザービームをそ こを通して組織に向ける表面をもつ窓を設け、そして組織の表面から反射した 光を減少させるために該窓の表面と該組織の表面間に位置する光学インデック スマッチング用流体を付与することをも有する請求項１８の方法。 25．レンズをもつ共焦点光学系を介してレーザービームを組織に向ける工程が、 該レーザービームを円形ビームに変換し、該円形ビームを円形に偏向し、そし て該レンズで該円形偏向ビームを該組織中に焦点合わせする工程をさらに有す る請求項１８の方法。 26．該スポットを走査して該組織からもどった光を検知する固定が、該組織中に 焦点合わせした該円形偏光ビームに直交する円形偏光の成分をもつ該組織から もどった光を該レンズで集め、該もどった光の成分を線状に偏向し、そして該 線状に偏向した成分をフィルターする工程をさらに有し、且つ該変換工程が該 もどった光のフィルターした線状に偏向した成分に応答する請求項２５の方法 。 27．該組織試料が患者の組織片又はインビボ組織である請求項１のシステム。 28．該インビボ組織が皮膚組織である請求項２７のシステム。 29．該レーザー照射源が該ハウジング部材内にある請求項１のシステム。 30．対象物が患者又は組織片である請求項１８の方法。 31．対象が患者で、該組織が該患者のインビボ組織である請求項３０の方法。 32．該インビボ組織が皮膚組織層にある請求項３１の方法。 33．該レンズの位置をかえる工程が該露出表面下の部分にある連続した脾臓に焦 点スポットを走査するよう該レンズの位置をかえる工程をも有する請求項１８ の方法。 34．そこを通って該共焦点画像化光学系を該組織試料に照射する窓を有し、且つ 該ハウジング部材及び該窓が組立てられた関係にある請求項１のシステム。 35．そこを通って該共焦点画像化光学系を該組織試料に照射する窓を有し、且つ 該組織試料及び該窓が画像化中接触している関係にあるよう共にプレスされて いる請求項１のシステム。 36．該検知工程がそこを通って該共焦点光学系がレーザービームを組織に向ける 窓をもたらす工程をも有する請求項１８の方法。 37．該窓と該組織の表面を接触している関係にあるようプレスする工程をも有す る請求項３６の方法。 38．組織試料を画像化するための携帯マイクロスコープ画像化装置であって、該 マイクロスコープの対物レンズ、及び該組織試料が該対物レンズによって画像 化されるときに該組織試料の表面と直接圧接関係にある組織接触表面を定める 窓アセンブリからなることを特徴とする上記装置。 39．該窓アセンブリが対物レンズ、及び該アセンブリを該組織表面に対して動か す手段を有する請求項３８の装置。