JP2004534954A

JP2004534954A - マルチビュー画像化装置

Info

Publication number: JP2004534954A
Application number: JP2003512685A
Authority: JP
Inventors: ニルソン・デイビッド; ケーブル・マイケル・ディ．; ライス・ブラッドレー・ダブリュ．
Original assignee: Xenogen Corp
Current assignee: Xenogen Corp
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-11-18
Also published as: IL159782A0; KR20040031773A; US20030011701A1; US7595838B2; US20060250517A1; US20060250518A1; WO2003006966A1; EP1407251B1; EP1407251A1; US7113217B2; ATE557271T1; NO20040121L; US7589786B2; AU2002316673B2

Abstract

【課題】試料の画像を撮るシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】試料は、画像化ボックス内のさまざまな位置および角度から試料の画像が撮られることを可能にする可動ステージを備える画像化ボックス内に置かれる。画像はカメラによって撮られ、プロセッサに送られる。画像化ボックス内の１つ以上の視点から得られる構造化光画像は、試料の構造化光表現を構築するのに使用されえる。
【選択図】図２Ａ

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、大きくは画像化システムおよびその使用方法に関する。より具体的には本発明は、複数の視点から画像をキャプチャするのに用いられる画像化システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像化のある特別な種類は、低い強度の光（個々の光子のオーダーである）を発光する試料からキャプチャすること、および光子放射データに基づく画像の構築を伴う。この試料中の光源は、関心のある活性の源を視覚的に示す。例えば、特定のインビボ画像化の応用例は、標本の写真式表現上にスーパーインポーズされた、標本の内部からの光子放射の一つ以上の表現の分析を含む。ルミネセンス（発光、luminescence）表現は、対象となる活動が行われている標本の部分を示す。写真的表現は、ユーザに標本の画像的な基準を提供する。
【０００３】
インビボ画像化は、試料の画像をカメラを用いてキャプチャすることによって行われる。増倍または冷却電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラは、試料中の低強度発光細胞の所在を検出するのにしばしば用いられる。これらのカメラは、かなり複雑で特殊な冷却を必要とし、試料室の上部の単一の場所に固定される。ユーザは、上方のカメラの視野内の試料室の底部の所定の位置に試料を置く。カメラおよび試料のこの静的な関係によって、画像キャプチャは上からの画像だけに限定される。
【０００４】
しばしば、試料の異なる視像をキャプチャすることが望ましい。例えば、哺乳類試料の下側から内部の発光細胞を検出することは、上方カメラによってキャプチャされる前に光が透過しなければならない周りを覆う細胞によって影響されえる。異なる角度からのデータを集めることによって、動物の中の光源の位置および強度についてユーザは、単一の視点だけを用いて可能であるよりもより多くの情報を得ることができる。しかし上方のカメラを用いるとき、異なる視像をキャプチャするために試料を再位置決めするのは非実用的でありえる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のことを鑑みて、試料の姿勢を再位置決めすることなく異なる視点群からの画像群をキャプチャできる改良された画像化システムが非常に望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、試料の画像をキャプチャするシステムおよび方法に関する。試料は、画像化ボックス内の可動ステージ上に置かれる。可動ステージは、試料の画像、またはその一部がカメラによって画像化ボックス内の異なる視点、角度、および位置から、試料の姿勢を再位置決めすることなくキャプチャされることを可能にする。試料が画像化ボックス内でさまざまに位置付けられながら、光伝送デバイスは、試料から放射または反射された光をカメラに関連付けられた共通な基準線に伝達することによって画像キャプチャを助ける。
【０００７】
ある局面において、本発明は、カメラに電気的に結合されるプロセッサを含む。このプロセッサは、可動ステージの制御も行う。ある実施形態においては、透明なステージが用いられることでステージの下の角度からの画像キャプチャを可能にする。
【０００８】
他の構成において、画像化システムは、内部空間を閉じる一組の壁を持つ画像化ボックスを備える。画像化システムは、カメラで見るために壁のうちの一つに固定された基準線に対して前記カメラを位置付けるように構成されるカメラマウントおよび光伝送デバイスを備える。画像化システムは、移動機構および内部空間内で前記試料を支持するよう構成されるステージを含む可動ステージ装置をさらに備える。ステージは試料を内部空間内の複数の位置のうちの一つに移動させるよう移動機構に結合される。移動機構および光伝送デバイスは協働して試料から反射または放射された光を固定された基準線に導くことでカメラによって画像をキャプチャする。
【０００９】
他の局面において、画像化装置は、試料を受け入れる内部空間を含む画像化ボックスおよび試料を支持するステージを備える。画像化装置は、画像化ボックスに取り付けられ、可動ステージを第１方向に位置付けることができる第１リニアアクチュエータをさらに備える。画像化装置は、第１リニアアクチュエータに取り付けられ、ステージに取り付けられ、可動ステージを第２方向に位置付けることができる第２リニアアクチュエータをさらに備える。第１リニアアクチュエータおよび第２リニアアクチュエータは協働して内部空間内の複数の位置のうちの一つにおいてステージを位置付ける。
【００１０】
さらに他の局面において、画像化装置は、ステージに回転可能に結合され、画像化ボックスに回転可能に結合される位置決めアームであって、画像化ボックスに対する位置決めアームの任意の回転位置についてステージが実質的に水平を維持する位置決めアームを備える。画像化装置は、位置決めアームに取り付けられたミラーをさらに備える。ミラーは、試料から出された光を固定された基準線に沿って少なくとも部分的に反射するよう構成される。
【００１１】
他の局面において、本発明は、試料を画像化する方法に関する。試料は画像化ボックス内で移動可能なステージによって支持され、画像化ボックスは、試料の画像をキャプチャするよう構成されるカメラに結合される。この方法は、画像化ボックス内の第１位置にステージを動かすことを含む。この方法は、カメラを用いて第１位置からの試料の第１画像をキャプチャすることをさらに含む。この方法は、ステージを画像化ボックス内の第２位置に動かすことをさらに含む。第２位置は、カメラに関連付けられた固定された基準線に対して第１位置とは異なる角度を持つ。この方法は、カメラを用いて第２位置からの試料の第２画像をキャプチャすることをさらに含む。
【００１２】
さらに他の局面において、本発明は、カメラで試料の画像をキャプチャする画像化システムと共に用いるステージ装置に関する。画像化システムは、内部空間を規定する一組の壁を持つ画像化ボックス、および固定された基準線に対して前記壁のうちの一つにマウントされたカメラを含む。ステージ装置は、光伝送デバイスおよび移動機構を備える。ステージ装置は、内部空間内で試料を支持するよう構成されるステージであって、ステージは試料を内部空間内の複数位置のうちの一つに移動させるために移動機構に結合される、ステージをさらに備える。移動機構および光伝送デバイスは協働して、ステージ上の試料から反射または放射された光を前記固定された基準線に導くことでカメラによって画像をキャプチャする。
【００１３】
本発明のこれらや他の特徴は、本発明の詳細な説明において、以下の図面と共により詳細に以下に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、添付図面の図において限定としてではなく例示として示され、これらの図中で同様の参照番号は同様の要素を参照する。
【００１５】
本発明の以下の詳細な説明において、多くの具体的な実施形態が述べられるが、これは本発明の完全な理解のためである。しかし当業者には明らかなように、本発明はこれらの特定の詳細なしで、または代替要素またはプロセスを用いることによって実施されえる。あるいは、本発明の局面を不必要にぼかさないために、よく知られたプロセス、プロシージャ、要素、および回路は詳細に説明されない。
【００１６】
Ｉ．画像化システム
【００１７】
ある局面において、本発明は大きくは改良された画像化システムに関する。図１Ａは、本発明のある実施形態によって写真および発光画像をキャプチャする画像化システム１０を示す。システム１０は、画像化ボックス１２内の画像キャプチャの自動化された制御をユーザに提供する。画像化システム１０はまた、構造化光画像をキャプチャおよび構築するのに便利である。
【００１８】
画像化システム１０は、発光試料を受け入れる画像化ボックス１２を備え、このボックス中では低強度の光、例えばルシフェラーゼによる発光が検出される。画像化ボックス１２は、ボックスの側面鉛直壁上にある、カメラを取り付けるカメラマウント１０９を持つハウジング１６を含む（図２Ａ〜２Ｃ）。画像化ボックス１２は、「光が漏れない」ように構成され、すなわち、実質的に全ての外部光は周囲の室内からボックス１２へと入射することを阻止される。
【００１９】
高感度カメラ、例えば増倍された、または電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ２０が、ハウジングに固定されたカメラマウント１０９を好ましくは通して画像化ボックス１２に取り付けられる。ＣＣＤカメラ２０は、画像化ボックス１２内で、試料の発光および写真（すなわち反射光による画像）の画像をキャプチャすることができる。ＣＣＤカメラ２０は、低温流体を管路２４を介してＣＣＤカメラを通して循環させる冷却装置２２のような適切な冷却源によって冷却されてもよい。適切な冷却装置には、ペンシルバニア州アレンタウンのIGC-APD Cryogenics Inc.から入手可能な「ＣＲＹＯＴＩＧＥＲ（登録商標）」コンプレッサがある。液体窒素または固体装置のような他の冷媒もＣＣＤカメラ２０を冷却するのに用いられえる。
【００２０】
画像処理ユニット２６はカメラ２０およびコンピュータ２８をそれぞれケーブル３０および３２を通してインタフェースしてもよい。コンピュータ２８は任意の適切な種類でありえ、典型的にはプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）のようなメモリ要素、およびディスクドライブ要素（例えばハードドライブ、ＣＤ、フレキシブルディスクドライブなど）を含むハードウェアを含むメインユニット３６を備える。コンピュータ２８はまたディスプレイ３８およびキーボード４０およびマウス４２のような入力デバイスを含む。コンピュータ２８は、ケーブル３４を介して画像化ボックス１２中のさまざまな要素と通信できる。
【００２１】
これら要素の通信および制御を提供するために、コンピュータ２８は、画像化ボックス１２中の任意のデバイスを制御する出力を提供するように構成された適切な処理ハードウェアおよびソフトウェアを含む。処理ハードウェアおよびソフトウェアは、Ｉ／Ｏカード、画像化システム１０の任意の要素を制御する制御ロジック、および画像化システム１０のための適切なグラフィックユーザインタフェースを含みえる。コンピュータ２８はまた、カメラ２０によって得られた情報を処理するための追加の画像化ハードウェア、ソフトウェア、および画像処理ロジックのようなカメラ２０のための適切な処理ハードウェアおよびソフトウェアを含む。コンピュータ２８によって制御される要素は、カメラ２０、カメラ２０のフォーカスを担うモータ、試料を支持するステージの位置制御を担う一つ以上のモータ、カメラレンズ、Ｆストップなどを含みえる。コンピュータ２８のロジックは、ソフトウェア、ハードウェアまたはそれらの組み合わせの形をとりえる。コンピュータ２８はまた、画像化情報をユーザに提示するためのディスプレイ３８と通信する。例として、ディスプレイ３８は、ユーザが画像化の結果を視覚化できるようにし、かつ画像化システム１０を制御するためのインタフェースとして機能する画像測定グラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）を提供するモニタでありえる。
【００２２】
処理ハードウェアおよびソフトウェアはまた、ボックス１２中に含まれた可動ステージに結合されたモータに制御信号を提供するように構成される適切なプロセッサを含みえる。プロセッサはまた、ステージの移動中にステージが光伝送デバイスに接触することを防ぐように構成されえる。機能を制御するのに加えて、プロセッサはまた、ここに説明されるさまざまな画像処理機能を実行するように応用されてもよい。例えばプロセッサは、内部空間内のステージの一つ以上の位置から得られた２−Ｄ構造化光画像を用いて構造化光表現を生成するように構成されえる。
【００２３】
画像化システム１０は、さまざまな視点およびカメラ２０に対する試料の位置から複数の画像をキャプチャするのに適している。これらの画像は、試料の写真的表現上にスーパーインポーズされた試料の内部からの発光（emissions）の一つ以上の表現の分析を含むインビボ画像化の応用例で用いられえる。ある実施形態において、画像化システム１０は、ルシフェラーゼ発光細胞（luciferase-expressing cells）からの発光、蛍光分子からの蛍光などの低強度光源の２−Ｄおよび構造化光画像化のために用いられる。低強度光源は、任意の種類の発光体または試料から放射されえ、これらには例えば、組織培養板、マルチウェル板（９６、３８４、および８６４ウェル板を含む）、およびルシフェラーゼ発光細胞を持つマウスを含むさまざまな哺乳類の対象物のような、発光分子を含む動物または植物が含まれる。
【００２４】
ある実施形態において試料は、発光細胞を含む生物学的試料である。したがって結果として生じる発光画像は、試料そのもの以外の光源を用いることなくキャプチャされえる。試料からの発光は、位置の関数として記録されることで発光画像を作る。そのような複合型の写真／発光画像を発生するアプローチの一つは、Ｃｏｎｔａｇらに１９９７年７月２２日に発行された米国特許第５，６５０，１３５号に記載されている。この特許の開示内容全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【００２５】
ある特定の実施形態において２−Ｄ発光画像は、ある規定された期間にわたってＣＣＤカメラ２０のそれぞれの検出器ピクセルによって受け取られた放射された光子の集積を表現する。換言すれば、発光画像は、個々の検出器ピクセルにおける光子カウントを表現する大きさの値を示しえる。試料が発する放射（例えば光子）の領域は、発光画像に現れる。発光画像は、例えば生体適合性のある実体の存在を示しえる。そのような実体は、分子、巨大分子、細胞、微生物、粒子などでありえる。よってインビボ分析は、哺乳類の対象物中の生体適合性のある実体の位置を検出することを含みえる。あるいは、ライブモードの情報は、時間の経過の中での実体の位置を追跡するのに用いられえる。本発明とともに利用するのに適切なディジタルオーバレイ画像のための分析応用例の他の例については、先に参照によって援用された米国特許第５，６５０，１３５号を参照されたい。
【００２６】
ＩＩ．画像化ボックス
【００２７】
ある局面において本発明は、さまざまな画像化操作に適切な画像化装置に関する。図１Ｂは、本発明のある実施形態による図１Ａの画像化ボックス１２の外部要素を示す。図２Ａ〜Ｅおよび４Ａ〜Ｄは、本発明のさまざまな実施形態によるボックス１２の内部要素を示す。説明される画像化装置のそれぞれは、ボックス１２内の試料の画像をボックスに結合されたカメラを用いてキャプチャすることができる。
【００２８】
図１Ｂに示されるように、画像化ボックス１２は開いた位置にあるドア１８と共に示され、試料を受け入れるための内部空間４４を示す。内部空間４４は、対向する側面エンクロージャパネル１０３ａおよび１０３ｂ（１０３ｂは図２Ｄで見える）、底部にある光を漏らさないパーティション５２、背面エンクロージャパネル４７、および内部空間４４の空間開口部４９を規定する前面壁４８によって規定される。
【００２９】
空間４４の下には、光を漏らさないパーティション５２によって空間４４から遮られたより小さなコンパートメントがあり、その上部表面が空間４４の床として働く。ある実施形態においてはこのより小さなコンパートメントは、本体１４内に形成された前面開口部５５を通して引き出し５４をスライド可能に受け入れるように構成されるハウジングスペースを提供する。引き出し５４は、コンピュータ２８と電気的に通信し、ボックス１４のさまざまな要素および機能を制御する電子部品５６を格納する。ある特定の実施形態において画像化ボックス１２は、鋼のような適切な金属で作られた本体１４を有する。
【００３０】
ラッチのかかるドア１８は、支点の回りに回転可能にボックス本体１４にヒンジ４６によって取り付けられ、このヒンジによりドア１８が図１Ａに示される閉じた位置から図１Ｂに示される開いた位置に移動しえる。開いた位置において、ドア１８はユーザが開口部４９を通して空間４４にアクセスできるようにする。閉じた位置において、ドア１８は開口部４９を通して空間４４にアクセスできないようにする。
【００３１】
ここで図２Ａ〜Ｅを主に参照して、ボックス１２のさまざまな内部要素（破線で示される）が本発明のある実施形態に基づいて説明される。図２Ａは、外部壁を取り除いたボックス１２の要素の上面透視図であり、固定された基準線１０７の真下のステージ２０４を示す。図２Ｂは、外部壁を取り除いたボックス１２内の要素の上面透視図であり、固定された基準線１０７の下の中心からずれたステージ２０４を示す。図２Ｃは、外部壁を取り除いたボックス１２内の要素の上面透視図であり、固定された基準線１０７の上の中心からずれたステージ２０４を示す。図２Ｄは、ボックス１２の内部側面図であり、光伝送デバイス１１１なしで側壁１０３ｂおよびハウジング１６を示す。図２Ｅは光伝送デバイス１１１なしの側壁１０３ｂおよびハウジング１６の内部上面透視図である。図２Ａ〜Ｅは、全てドア１８と共に示され、外部壁は図示のために取り除かれている。
【００３２】
図２Ｃ〜２Ｅを参照して、カメラ２０は、カメラレンズ１００がボックス１２の側壁１０３ｂに形成されたポート１０１を通して内部空間４４を見るように側面ハウジング１６にマウントされる。カメラレンズ１００は、図１Ａのカメラ２０に光学的に結合され、Ｆストップまたはレンズ１００の開口を調節し、それによってレンズを通る光の量を変化させるユーザに制御される絞りまたはＦストップリング１０２を含む。Ｎａｖｉｔａｒ社のＦ０．９５、５０ｍｍのＴＶレンズが、カメラレンズ１００として使用するのに適切である。Ｆストップリング１０２は、Ｆストップモータ１０５によって駆動されるギア１０４と係合する円周状に配置された歯を含む。Ｆストップモータ１０５は、電気的要素５６と電気的に通信し、コンピュータ２８によって制御される。全体として、モータ１０５およびコンピュータ２８内のプロセッサが協働してレンズ１００のＦストップの位置決めを行う。
【００３３】
フォーカス機構１０６（図２Ｅ）は、そのフォーカスを合わせるためにレンズの往復運動を提供する。フォーカス機構は、レンズ支持体１０７を含み、これは上部ハウジング１６にマウントされた静止部分およびネジ山が切られた内径１１３を含む可動部分を示す。ボルト１０８は内径１１３と係合可能であり、カメラレンズ１００をフォーカスが合うように移動させるために、カメラレンズフォーカスモータ１１４の対応する駆動ホイール１１２を通して歯の付けられたベルト１１０によって駆動されるホイールを含む。カメラレンズフォーカスモータ１１４は、電気要素５６と電気的に通信し、図１Ａのコンピュータ２８に含まれるプロセッサによって制御される。
【００３４】
固定された基準線は、カメラレンズ１００の場所の直線に沿ってボックス１２の内部空間４４へつながる固定された領域を表す。よって固定された基準線１０７は、側壁１０３ｂに実質的に垂直な向きに内部空間からカメラレンズ１００の中心を通って（図２Ａ〜Ｅ）伸びる。この基準線１０７は簡単のために、移動機構２０２および光伝送デバイス１１１がその上でそれらの間で協働して試料から反射または放射された光をカメラレンズ１００に向かってレンズ中へと導き、カメラ２０によって画像をキャプチャする場所の基準線を提供する静止した軸によって表される。
【００３５】
図２Ｃに示されるように、カメラマウント１０９は、側壁１０３ｂの側面ハウジング１６に取り付けられる。カメラマウント１０９は、空間４４内の試料１０６をカメラ２０によって見るためにカメラ２０を受け入れ、固定基準線１０７に対して位置付けるように構成される。カメラ２０は試料１０６の写真の画像（すなわち反射に基づく画像）をキャプチャすることができる一方で、その発光画像をキャプチャできるだけ充分に高感度でもある。カメラ２０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）、フォトダイオードアレイ、フォトゲートアレイ、または同様の画像キャプチャデバイスを利用しえる。
【００３６】
可動ステージ装置２００は、内部空間４４内に配置され、移動機構２０２および発光試料１０６を支持するステージ２０４を含む。可動ステージ装置２００は、ステージ２０４（および試料１０６）を内部空間４４内で複数の位置に再位置決めするための動きの２つの自由度が可能である。それらの間の任意の位置が画像キャプチャのために維持されえる。
【００３７】
図２Ａ〜Ｃに示されるように、実施形態中の移動機構２０２は、互いに実質的に垂直に方向付けられる２つのリニアアクチュエータ２０６および２０８を備える。それぞれのリニアアクチュエータ２０６および２０８は、ステージ２０４をそれぞれのアクチュエータに沿って直線的に位置付けることが可能である。リニアアクチュエータ２０６はステージ２０４の鉛直の位置付けを行い、リニアアクチュエータ２０８はステージ２０４の水平の位置付けを行う。リニアアクチュエータ２０６は、ボックス１２に取り付けられた静止部分およびリニアアクチュエータ２０８に取り付けられた可動部分を持つ。リニアアクチュエータ２０８は、リニアアクチュエータ２０６に取り付けられた比較的静止の部分およびステージ２０４に取り付けられた可動部分を持つ。移動機構２０２に用いるのが適切なこのようなリニアアクチュエータの一例は、ニューヨーク州、ポート・ワシントンのThomson Industriesによって製造されるＬＣ−３３である。それぞれのリニアアクチュエータ２０６および２０８はまた、それらの個々の移動部分に沿った動きを制限するために両端に変位制限デバイスを含む。
【００３８】
移動機構２０２は好ましくは、コンピュータ２８に動作可能に結合されてステージ２０４の位置を制御するために位置フィードバックを与える位置センサ群のセットを含む。この場合、位置センサ群は、一端がステージ２０４に固定され、もう一端が巻き取りリール２１２ａ（図２Ａ）に固定された紐または細い紐１４４を含む。リール上に巻かれた紐１４４の量および紐１４４の全長に基づいて、コンピュータ２８はステージ２０４およびセンサ１４２の間の紐の長さを決定できる（すなわち長さによって変化する紐の抵抗に基づいてコンピュータ２８中のルックアップテーブルを用いて変換を実行する）。他の実施形態において位置センサは、開始鉛直または水平位置において可動ステージ２０４をインターセプトする内部空間４４内に配置されたレーザによって提供される。このレーザは、それから移動ステージ５８の位置を共通の鉛直または水平位置にキャリブレートするのに用いられえる。
【００３９】
リニアアクチュエータ２０６および２０８、位置センサ２１２、およびコンピュータ２８は、内部空間４４内のステージ２０４のための閉ループ位置制御を行うために結合される。より具体的にはユーザは、コンピュータ２８を介して、固定基準線１０７の回りの実質的に円形のパスに沿った一つ以上のステージ２０４の位置を入力できる。ある実施形態においてユーザは、固定基準線１０７に対するステージ２０４の視点角度（viewing angle）を与える。コンピュータ２８に含まれるソフトウェアはそれから視点角度を、リニアアクチュエータ２０６および２０８のそれぞれを動かす制御信号に変換する。２つのリニアアクチュエータ２０６および２０８のそれぞれに含まれるモータはそれからコンピュータ２８によって与えられる制御信号を受け取り、ステージ２０４をそれに従って位置決めする。画像キャプチャ位置群の間のステージ２０４の動きは、アクチュエータ２０６および２０８の同時の動きによって、またはアクチュエータ２０６および２０８のそれぞれをステップ的に順次アクティベートすることによって達成される。
【００４０】
図２Ａ〜２Ｃにおいて最もよくわかる光伝送デバイス１１１は、試料１０６から反射または放射された光を固定基準線１０７の向きに沿って導き、カメラ２０による画像キャプチャのためにレンズ１００に入射させる。光伝送デバイス１１１は、静止ブラケット１１９（図２Ａ）を用いてハウジング１６にマウントされ、このブラケットは、ミラーアセンブリ１２０が静止ブラケット１１９に対して自由に回転できるようにする、静止ブラケット１１９および可動ブラケット１２６の間に円周状に配置されたベアリングを含む。ミラーアセンブリ１２０は、よって回転可能にハウジング１６に結合され、固定基準線１０７の静止軸に同軸状にアラインされた軸の回りに回転する。
【００４１】
図２Ｃを参照して、ミラーアセンブリ１２０は、ステージ２０４上の試料１０６からの光を固定された基準線１０７に沿った向きに反射する角度の付けられたミラー１２１を備える。外側壁１２３は、実質的に円筒状であり、光がステージ２０４およびミラー１２１の間を通ることを可能にする開口部１２２を含む。ミラーアセンブリ１２０の外側壁１２３はまた、ステージ２０４の現在の視点角度と直接に関係しない、内部空間４４内に残留する光がレンズ１００に到達するのを防ぐ。これは、ステージ２０４の長さにわたるだけミラー１２１を充分に長く構成することによって部分的には達成される。ステージが静止軸の周りの円形パスに沿って位置するとき、外側壁１２３およびミラー１２１は協働してステージ２０４の角度が付けられた向きから主に光を集め、この光はレンズ１００によって受光されるためにそれから固定基準線１０７に沿って反射される。
【００４２】
図２Ｆは、光伝送デバイス１１１を用いたボックス１２内での光伝送の簡略化された図を示す。図２Ｆで示されるように、図２Ａに示されるステージ２０４の位置について、光は試料１０６から放射され、ミラー１２１で反射され、固定基準線１０７に沿って伝送される。
【００４３】
ある実施形態において光源は、ミラーアセンブリ１２０の筒内に設けられ、画像化ボックス１２内の試料または標本を照らす。光源は、試料の写真画像をキャプチャするために連続的に照らしても、瞬間的に光ってから発光画像をキャプチャするときには消されてもよい。ある特定の実施形態において光源は、カメラレンズ１００の周囲に円周上に配置された低電力のライトの輪を備える。他の実施形態において光源は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の４つのペアを備え、これらのうちの一つのペアは、カメラレンズ１００の周囲の４つの角のそれぞれにマウントされる。ＬＥＤを用いる一つの優位性は、そのスペクトル放射が赤外光を含まずに可視光を含みえることである。ワイヤ（不図示）がライトから電子要素５６およびコンピュータ２８に伸びて、光量がコンピュータ２８を通して外部から制御することが可能でありえる。
【００４４】
図２Ｆはまた、構造化光源１７０の使用を示す。示されるように構造化光源１７０から放射される構造化光源１７５は、ミラー１７３で反射され、部分的に透明なミラー１２１を通過し、試料１０６に達する。ある実施形態において、ミラー１２１の部分的に透明であることは、ハーフミラーまたは部分的に鍍金されたミラーを用いて達成される。他の実施形態において、波長に特定の透明度特性を持つダイクロイックミラーが用いられる。構造化光１７５はそれからカメラ２０によってキャプチャされえる。
【００４５】
図２Ａ〜２Ｅで示される実施形態において光伝送デバイス１１１は、コンピュータ２８を用いてミラーアセンブリ１２０の制御および固定基準線１０７に対する位置付けを行う。ミラーアセンブリ１２０は、ミラーアセンブリモータ１２８によって駆動されるベルトに係合する（図２Ｅ）円周上に配置された歯を可動ブラケット１２６の内側に含む（歯は不図示）。可動ブラケット１２６はそれから、モータ１２８の入力について静止ブラケット１１９に対して回転運動を提供する。モータ１２８は電子要素５６と電気的に通信し、コンピュータ２８によって制御される。モータ１２８およびコンピュータ２８内のプロセッサは併せて協働してミラーアセンブリ１２０の回転位置を制御する。
【００４６】
移動機構２０２によって提供される２つの自由度の動きは、カメラ２０による画像キャプチャのために、ステージ２０４および試料１０６が固定基準線１０７に対して複数の角度で位置することを可能にする。よってコンピュータ２８を介したユーザ入力に基づいて、移動機構２０２および光伝送デバイス１１１は協働してステージ２０４上の試料１０６からの光を固定基準線１０７およびレンズ１００に導くことによって、カメラ２０を用いて画像をキャプチャする。円形パスの周りに試料１０６の全３６０度の角度の視点を提供するのにくわえて、移動機構２０２は、固定基準線１０７に対するステージ２０４の与えられた角度について画像の深さを変化させることが可能である。併せて移動機構２０２および光伝送デバイス１１１は協働して、約７．５ｃｍから約１６．５ｃｍの範囲のカメラ２０の視野を提供する。ある特定の実施形態において、光伝送デバイス１１１は協働して、約１３ｃｍから約１６．５ｃｍの範囲のカメラ２０の視野を提供する。上述のユーザが設定する角度位置制御と同様に、ユーザはステージ２０４の所望の焦点深度および視点角度を入力しえる。コンピュータ２８に含まれるソフトウェアおよびリニアアクチュエータ２０６および２０８はそれから協働してステージ２０４を固定基準線１０７に対して所望の角度および深さに位置付ける。
【００４７】
動作中にステージ２０４およびミラーアセンブリ１２０が不用意に接触しないように、移動機構２０２は、衝突防止機構を内蔵してもよい。ある実施形態においてそのような衝突防止機構は、ソフトウェアによるものであり、コンピュータ２８内のプロセッサによって制御される。よってステージ２０４の位置フィードバックおよびミラーアセンブリ１２０の既知の位置に基づいて、コンピュータ２８はステージ２０４が不用意にミラーアセンブリ１２０に接触しないようにする制御信号を発生する。これは、図２Ｃに示されるような位置および１８０度離れた位置の間のステージ２０４の移動に有利でありえる。この場合、コンピュータ２８のプロセッサは制御信号をリニアアクチュエータ２０６および２０８に伝達し、これらアクチュエータがステージ２０４をミラーアセンブリ１２０の周りに軌道をもって移動する、例えば、固定基準線１０７からの最小半径を維持しながら移動する。
【００４８】
こんどは図３Ａおよび３Ｂを参照して、本発明のある実施形態によるステージ２０４の上面図および側面図がそれぞれ示される。
【００４９】
ある実施形態において、ステージ２０４は、ステージ２０４およびボックス１２内の他の要素が不用意に接触することを防止するハードウェアによる衝突防止機構を含む。特定の実施形態において衝突ピン２５０は、図３Ａに示されるようにステージ２０４のカメラ２０に最も近い側面に配置される。衝突ピン２５０は、ステージ２０４および要素が空間４４内で接触することを防止する。ステージ２０４と光伝送デバイス１１１、カメラ２０または壁１０３ｂとの間の接触を防止するために、金属リング２６０が静止ブラケット１１９上に光伝送デバイス１１１の周りに円周状に配置される。金属衝突ピン２５０はグラウンドに落とされ、金属リング２６０は５Ｖに維持されるので、衝突ピン２５０および金属リング２６０の間の予期しない接触は、リミットスイッチとして機能し、ステージ２０４に接触した旨の電気的通信をコンピュータ２８と即時に行う。それからステージ２０４の動きは停止される。併せて衝突ピン２５０および金属リング２６０は、リニアアクチュエータ２０６および２０８が動くあいだ、円形の衝突防止境界を光伝送デバイス１１１の周囲に設定する。
【００５０】
他の実施形態において、ステージ２０４が不用意に空間４４内の要素に接触することを防ぐためのソフトウェアによる衝突防止が実現されえる。位置センサ２１２を用いたステージ２０４の位置フィードバックおよびミラーアセンブリ１２０の既知の位置に基づいて、コンピュータ２８は、ステージ２０４がミラーアセンブリ１２０と重ならないようにし、よって試料１０６および空間４４内の要素の間の不用意な接触のリスクを最小限にする制御信号を作る。
【００５１】
図３Ａに示されるように、ステージ２０４は、フレーム２５２および透明部２５４を備える。透明部２５４は、固定基準線１０７の周りのステージ２０４の任意の位置について、試料１０６から放射または反射された光が光伝送デバイス１１１へと実質的に干渉なしに最小限の歪みで伝わることを可能にする。透明部２５４は、試料１０６を支持する透明なワイヤアレイ２５６を好ましくは備える。特定の実施形態において透明なワイヤアレイ２５６は、フレーム２５２の対向するエッジ上の穴２５８を通して編まれた単一の透明なナイロン糸であり、試料１０６を支持するために張られた状態に保持される。他の実施形態においてアレイ２５６は、テニスラケットのメッシュと同様のクロスパターンの格子に似たメッシュである。
【００５２】
ボックス１２はまた、ボックス１２内で試料の画像キャプチャを促進する他の要素を含んでもよい。カメラレンズ１００の自動焦点制御に加えシステム１０は、カメラ２０および固定基準線１０７に沿った光の通路の間に、マルチフィルタ群１１８を少なくとも部分的に選択的に提供する自動フィルタ選択デバイス１１７も含む。フィルタ１１８のそれぞれは、一つ以上の特定の画像化応用例について画像キャプチャを促進しえる。図２Ｄに示されるように、光フィルタ選択デバイス１１７は、その周囲に複数の光学フィルタ群１１８を備えるように構成された円形フィルタ選択ホイール１１６を含む。ホイール１１６は、その中心で回転可能なように、側面ハウジング１６に付けられた取り付けブラケット１３０に装着される。フィルタホイール１１６は、レンズ１００からは中心がずらされて装着されることによって、試料から放射されカメラレンズ１００に達する前にミラー１２１によって反射された光が交差する位置に、個々のフィルタ１１８がそれぞれ回転できる。フィルタ１１６は、その周辺のエッジに溝を持ち、この中に歯の付けられたベルト１３１が噛み合う。歯の付けられたベルト１３１はまた、フィルタホイールモータ１３６上のドライブホイール１３４と係合する。フィルタホイールモータ１３６は、電気要素５６と電気的に通信し、コンピュータ２８に含まれるプロセッサによって制御される。フィルタホイール１１６によって支持される複数の光学フィルタ１１８は、明るい試料のための中性灰色フィルタ、特定の波長を制限する１つ以上の波長阻止フィルタ、励起光が検出光とは異なる蛍光の応用例のための蛍光フィルタなど、画像キャプチャを促進する任意の幅広い光学フィルタを含みえる。
【００５３】
ボックス１２内の試料の画像キャプチャを促進するのに用いられる他の要素は、１つ以上の哺乳類試料を麻酔するガスマニホールドを含みえる。ある実施形態においてガスマニホールドは、着脱可能にステージ２０４に結合され、複数の境界面を含む。それぞれの境界面は、ステージ２０４上に置かれた哺乳類試料にガスを供給するよう構成される。本発明と共に使用するのに適切な例示的なガスマニホールドは、Ｎｅｌｓｏｎらによる２００１年２月２１日に出願された共有された同時係属中の米国特許出願第０９／７９５，０５６号に記載され、その全体が全ての目的のためにここで参照によって援用される。
【００５４】
こんどは図３Ｃを参照して、引き出し５４およびその中に収められた電子要素５６の上透視図が示される。前述のように、これらの要素はコンピュータ２８とインタフェースし、画像化システム１０のさまざまなモータおよび他の要素を制御するのに用いられる。３Ｖ電源１３７は引き出し５４内のさまざまな能動要素に電力を供給する。モータ制御ボード１４６は、その上にマウントされた４つのモータコントローラ１４８、１５０、１５２、１５４を持つ。モータコントローラ１４８、１５０、１５２、１５４は、Ｆストップモータ１０９、レンズフォーカスモータ１１４、フィルタホイールモータ１３６、ミラーアセンブリモータ１２８、およびステージモータ１３８とそれぞれ通じる。適切な制御ボードは、カリフォルニア州マウンテンビューのＴＭＧによって供給されるＴＭＧ制御ボードを含む。それぞれのモータコントローラは、ケーブル３４を介してコンピュータ２８とインタフェースし、コンピュータ２８おいてモータコントローラおよびモータはユーザ入力およびコンピュータ２８上で走る適切なソフトウェアによって制御される。引き出し５４はまた、データ取り込みボード（ＤＡＢ）１５６を収める。引き出し５４の正面にはノブ１５５があり、これは内部の内部空間４４の光源と通じ、ユーザが手動で内部空間４４内の光強度を制御できるようにする。
【００５５】
Ｆストップモータ１０９、レンズフォーカスモータ１１４、ミラーアセンブリモータ１２８、およびフィルタホイールモータ１３６はそれぞれ、それらの個別の要素の適切な位置制御が可能なステッピングモータである。例として、日本のShinano Kenshi Co., Ltdによって製造される型番SST 39D 1010（１．８度／ステップ、４．３Ｖ、０．８５Ａ）がモータ１０９、１１４、１２８および１３６のいずれに使用するのにも適する。モータのそれぞれは、引き出し５４内に収められた１つ以上の電子要素５６と電気的に通じる。電子要素５６が今度はコンピュータ２８と通信して、コンピュータ２８でモータ１０９、１１４、１２８および１３６は適切なソフトウェアおよび／またはユーザ入力によって制御されえる。
【００５６】
今度は図４Ａ〜Ｃを主に参照して、試料３０６の画像をカメラ２０でキャプチャする画像化装置が本発明の他の実施形態によって示される。図４Ａは、外壁が取り除かれたボックス１２内の要素の上面透視図であり、固定基準線３０７の直上のステージ３０４を示す。図４Ｂは、外壁が取り除かれたボックス１２内の要素の上面透視図であり、固定基準線３０７の下で中心がずらされたステージ３０４を示す。図４Ｃは、外壁が取り除かれたボックス１２内の要素の上面透視図であり、固定基準線３０７の上で中心がずらされた可動ステージを示す。
【００５７】
ボックス１２は、図２Ｃ〜２Ｅについての説明されたのと同様に、側部ハウジング１６上にマウントされ、カメラ２０に結合されたカメラレンズ１００を含む。この基準線１０７は簡単のために、移動機構２０２および光伝送デバイス１１１がその上でそれらの間で協働して試料から反射または放射された光をカメラレンズ１００に向かってレンズ中へと導き、カメラ２０によって画像をキャプチャする場所の基準線を提供する静止した軸によって表される。
【００５８】
可動ステージ装置３００は、内部空間４４に配置され、移動機構３０２および発光試料３０６を支持するステージ３０４を含む。可動ステージ装置３００は、ステージ３０４（および試料３０６）を内部空間４４内で複数の位置に再位置決めするための動きの２つの自由度が可能である。それらの間の任意の位置が画像キャプチャのために維持されえる。
【００５９】
図４Ａ〜Ｃに示されるように、移動機構３０２は、側壁１０３ａを通過する主軸３２０の周りに回転する。主軸３２０の回転の中心は、固定基準線３０７の静止軸と同軸上にアラインされる。主軸３２０および側壁１０３ａの間にはベアリングが含まれ、これにより主軸３２０が側壁１０３ａに対して自由に回転することが可能になる。主軸３２０の近位端３２０ａは、ウォームギヤ３２５に固定され、このギヤは動作可能にモータ３２４によって駆動される。主軸３２０の遠位端３２０ｂは、位置決めアーム３２２に固定され、このアームは可動ステージ装置３００を支持する。モータ３２４がウォームギヤ３２５を回転すると、この回転の動きは、位置決めアーム３２２および固定基準線３０７の周りに回転するための可動ステージ装置３００に伝えられる。カリフォルニア州のPetalumaのIndustrial Devices Corp.によって提供されるＳ２３Ｔはモータ３２４として使用するのに適する。
【００６０】
モータ３２４は、電気的に電気要素５６と通じ、コンピュータ２８によって制御される。併せてモータ３２４およびコンピュータ２８のプロセッサは、可動ステージ装置３００を固定基準線３０７の周りの円形パスに沿って位置付ける。ボックス１２の要素をステージ機構に電気的に結合して、主軸３２０の回転位置付けに関係なく巻き付きのリスクなしで連続的な電気的通信を維持するためにスリップリング３２３が提供される。カリフォルニア州のPetalumaのIndustrial Devices Corp.によって提供されるＡＣ４８３１−１８は電気的スリップリング３２３として使用するのに適する。
【００６１】
位置決めアーム３２２は、ステージ３０４が回転可能でスライド可能に結合される可動ステージ装置３００のための主たる構造支持を提供する。位置決めアーム３２２が主軸３２０を介して固定基準線３０７の周りに回転するとき、ステージ３０４が空間４４の底部に対して実質的に水平を維持するように、ステージ３０４は位置決めアーム３２２に結合される。これによりステージ３０４上で支持される試料３０６は、ステージ３０４から落ちることなく複数の位置および角度から見られることが可能となる。主軸３２０の周りに位置決めアーム３２２が回転するとき、ステージ３０４をこの水平位置に維持するために、ステージ３０４を主支持３２２に回転可能に結合するベベルギヤ３５０ａおよび３５０ｂ（図４Ｄ）からなるセットが主軸３２０およびロッド３３０の間に配置される。よってベベルギヤ３５０ａおよび３５０ｂは、回転可能に主軸３２０をステージ３０４に結合する。ベベルギヤ３５０ａおよび３５０ｂは、主軸３２０によって提供される回転のために反転ギヤ比１：１でロッド３３０によって受け取られた回転を反転する。例えば主軸３２０が時計回りに３０度回転すれば、ロッド３３０は反時計回りに３０度、ベベルギヤ３５０ａおよび３５０ｂを介して回転し、よってステージ３０４を水平に維持する。このようにして、図４Ｂおよび４Ｃに示されるようにボックス１２に対しての位置決めアーム３２２の任意の回転位置についてステージ３０４は実質的に水平を維持する。
【００６２】
主支持３２２の中央に取り付けられるのは光伝送デバイス３１１である。光伝送デバイス３１１は、主支持３２２と共に固定基準線３０７の周りに回転し、カメラ２０による画像キャプチャのために、試料１０６から反射または放射された光を固定基準線３０７に沿ってレンズ１００に導く。光伝送デバイス３１１は、２つのミラー３３５および３３６を含む。それぞれのミラー３３５および３３６は、ミラー支持３３９に取り付けられ、ミラー支持３３９は位置決めアーム３２２に固定され、アーム３２２から垂直に伸びる。ミラー３３５および３３６は固定基準線３０７の周りに位置決めアーム３２２と共に回転する。それぞれのミラー３３５および３３６は、試料３０６から放射または反射された光を少なくとも部分的には固定基準線３０７に沿ってレンズ１００に向けて反射するように構成される。
【００６３】
モータ３２４を用いた主軸３２０の周りの回転は、可動ステージ装置３００のための第１回転自由度を提供する。可動ステージ装置３００はまた第２回転自由度も含む。より具体的には、ステージ３０４は、ステージ３０４上の試料３０６を見る視野を変えるために、ミラー３３５および３３６に近づくように、または遠ざかるように直線的に位置決めアーム３２２に沿って平行移動しえる。ステージ３０４が位置決めアーム３２２に沿って直線的に平行移動することを可能にするために、位置決めアーム３２２は、スライドバー３４２ａおよび３４２ｂを受け入れる２つの円筒穴を含むリニアスライド３４２を含む。スライドマウント３４６は、ステージ３０４によってリニアスライド３４２に固定することを可能にする。スライドマウント３４６は、ロッド３３０を介して回転可能にリニアスライド３４２およびそれらの間に配置されたベアリングに結合される。よってステージ３０４は、直交するようにスライドマウント３４６に固定され、スライドマウント３４６はロッド３３０を介して回転し、リニアスライド３４２を介して平行移動する。
【００６４】
モータ３４０は、モータ３４０およびリニアスライド３４２に動作可能に結合されたウォームギヤ３４９を用いて、スライドマウント３４６をスライドバー３４２ａおよび３４２ｂに沿って移動させることが可能である。日本のShinano Kenshi Co., Ltdによって製造されるSSD55D5C0D0がモータ３４０として使用するのに適する。併せてモータ３４０およびコンピュータ２８内のプロセッサは、ステージ３０４をミラー３３５および３３６に対して位置決めし、ステージ３０４上の試料３０６を見る視野を制御するように働く。
【００６５】
動作中、可動ステージ装置３００および光伝送デバイス３１１は、以下のように使用されえる。ユーザはコンピュータ２８を介して、固定基準線３０７に対するステージ３０４の１つ以上の位置または角度を入力する。例えばユーザは、固定基準線３０７に対するステージ３０４の２つの視点角度を与えてもよく、これらは共に同じ視野を持つ。第１の視点角度（viewing angle）について、コンピュータ２８に含まれるソフトウェアはそれから視点角度をモータ３２４を制御する制御信号に変換する。モータ３２４はそれからコンピュータ２８によって与えられる制御信号を受け取り、固定基準線３０７に対して第１角度を持つ第１位置にステージ３０４を位置決めする。第１視点角度からの画像化が完了した後で、コンピュータ２８に含まれるソフトウェアはそれから制御信号をモータ３２４に送り、モータ３２４は、固定基準線３０７に対して第２角度を持つ第２位置にステージ３０４を再位置決めする。
【００６６】
それぞれのミラー３３５および３３６は、空間４４内の画像化のための異なる視野を与えるように設計される。ステージ３０４をミラー３３５および３３６に近づけて、または遠ざけて移動させる能力と併せて、ミラー３３５は、約１５ｃｍから２５ｃｍの範囲の視野を提供する。同様に、ミラー３３６は、約９ｃｍから１１ｃｍの範囲の視野を提供する。
【００６７】
図３Ａのステージ実施形態と同様に、ステージ３０４は、試料３０６から放射または反射された光が、固定基準線３０７の周りのステージ３０４の任意の位置について、実質的に干渉なしに最小限の歪みで光伝送デバイス３１１に伝達されることを可能にする透明部を備える。さらに可動ステージ装置３００は、ステージ３０４およびボックス１２内の他の要素が不用意に接触することを防止するハードウェアによる衝突保護装置を含む。例えばスライド３４２は、ステージ３０４が位置決めアーム３２２に沿って望ましくない位置に動くことを防ぐハードストップをそれぞれの端部に持つ。さらに主軸３２０はまた、ステージ装置３００が主軸３２０の周りに連続的に回転することを防ぐハードストップをその上部中央に持つ。第１の向きから上部中央においてこのハードストップに達すると、上部中央においてハードストップの反対側への動きが、可動ステージ装置を主軸３２０の周りに反対の向きに３６０度回転させることによって達成される。
【００６８】
ＩＩＩ．画像化システムの動作
【００６９】
本発明は、幅広い画像化応用例において利用されえる。大きくは本発明は、哺乳類の対象中の発光する実体および生物学的事象を検出、位置決定および追跡する非侵襲性の方法および構成物と共に適用されえる。例えば画像化システム１０は、マウスのような生きた動物の体内の発光細胞（例えば、ルシフェラーゼＤＮＡ構造と共に変形することによって生物発光がなされるある種のバクテリアまたは腫瘍細胞）の位置を検出するための増倍電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラと共に実現されえる。このような応用例では、生物発光細胞を含む動物はボックス１２内のステージ２０４上に置かれる。カメラ２０がそれからアクティベートされて、放射される光子を検出する。光子信号はそれから光子放射の発光画像を構築するのに用いられえる。発光画像は、試料そのものからの発光以外の光源を用いることなく構築される。この発光は、位置の関数として記録され、発光画像を作る。写真画像も同じ試料から撮られて、発光画像の位置の視覚化を助ける。このような複合型写真／発光画像を生成する一つのアプローチは、１９９７年７月２２日にＣｏｎｔａｇらに発行された米国特許第５，６５０，１３５号に記載されている。この特許の開示の全体は、以前にここで参照によって援用されている。
【００７０】
今度は図５を参照して、プロセスフロー５００は、本発明のある実施形態による画像化システム１０を用いて写真および発光画像をキャプチャする方法を示す。プロセスフロー５００は、発光を画像化されるべき試料または検査対象物を画像化ボックス１２内のステージ２０４上に置くことによって始まる。入力に基づいて、移動機構２０２は、コンピュータ２８によって与えられる制御信号に従ってステージ２０４を対応する位置に移動させる（５０４）。光伝送デバイス１１１はまた、コンピュータ２８によって与えられる制御信号に従って再位置決めする。画像化ボックス１２および関連する画像要素は、それから試料の写真画像キャプチャのために準備される（５０６）。準備は、画像化および取り込みソフトウェア（例えば、カリフォルニア州アラメダのXenogen Corporationによって提供される「LivingImage」）をコンピュータ２８上に立ち上げること、およびカメラ２０を初期化することを含みえる。さらなる準備には、ドア１８を閉じること、ソフトウェア中の写真キャプチャオプションをアクティベートすること、カメラ２０を試料または動物の特定の深さにフォーカスを合わせること、およびボックス１２内でライトを点灯させることが含まれえる。準備にはまた、レンズ１００のフォーカスを合わせること、選択的に適切なレンズフィルタ１１８を位置付けること、Ｆストップを設定することなどが含まれえる。
【００７１】
写真画像がそれからキャプチャされる（５０８）。ある実施形態においては、試料をリアルタイムで観察するために、試料の写真的画像化のあいだには「ライブモード」が用いられる。ライブモードは、ライブビデオをシミュレーションするのに充分に頻繁に撮られる写真画像群のシーケンスを含む。写真キャプチャが終わると、写真画像データは、画像処理ユニット２６および／またはコンピュータシステム２８内のプロセッサに転送される（５１０）。これらは、コンピュータモニタ３８上に表示するためにデータを処理するのと共に、写真画像データを操作および格納するのに用いられえる。
【００７２】
その後、ステージ２０４を同じ位置にしたままで、画像化装置１０は、発光画像キャプチャのために準備される（５１２）。この準備には、コンピュータ２８を用いた発光露光時間およびビニングレベルの選択、および内部空間４４内のライトの消灯が含まれえる。準備が整うと、ＣＣＤカメラ２０はそれから発光画像を所定の期間にわたってキャプチャ（５１４）する（数分に至るまで）。発光画像データは、画像処理ユニット２６および／またはコンピュータシステム２８内のプロセッサに転送される（５１６）。
【００７３】
この時点で、ユーザは発光画像データを、コンピュータディスプレイ３８上に表示するために処理するのと共に、操作および格納しえる。この発光画像データの操作には、発光画像を写真画像にオーバレイすること、および２つの画像群を併せて２−Ｄの「オーバレイ」画像として表示することを含み、典型的には発光データは強度を示すために疑似カラーで示される。このオーバレイ画像はそれからユーザの分析の根拠となりえ、必要に応じて分析および操作されえる。特に分析には、発光表現のある部分内のピクセルにわたって輝度の総和を計算することが含まれえる。ここでの説明は、オーバレイ画像についての単一の発光表現に焦点がおかれているが、プロセスフロー５００は複数の発光表現をステージ２０４の同じ位置から、例えば同時に、または後で撮ってもよい（５１８）ことに注意されたい。
【００７４】
所望であれば、ステージ２０４はそれから第２の位置に移動されえる（５２０）。ステージが第２位置にあるとき、試料の１つ以上の写真および／または発光画像が上述のようにキャプチャされえる。それぞれの画像キャプチャが完了すると、コンピュータ２８のプロセッサはそれから画像データを受け取る。画像取り込みは、試料の代替の位置および視点から試料の画像をキャプチャすることによってさらに続く。
【００７５】
説明されたように、光子放射データは、画像キャプチャ期間の持続するあいだにわたって光子を検出するＣＣＤカメラ２０上の特定のピクセルを表現しえる。併せて、試料の構造化光写真表現および試料の発光表現も組み合わされて、構造化光スーパーポジションまたはオーバレイ画像を形成する。画像化装置１００は典型的には試料１０６全体を測定するのに用いられるので、発光表現のデータは典型的には、興味の対象となる１つ以上の別個の発光部分を持つ。
【００７６】
ある実施形態において本発明は、画像キャプチャのあいだに構造化光の使用を含む。この場合、画像化装置１００は、生物発光源を含む小さな動物の画像群のシーケンスを提供する。この画像群のシーケンスは、異なる視点角度において撮られ、動物内の生物発光源の位置、明るさ、および大きさを再構築するのに必要な情報を提供する。いったん画像がプロセッサ２８によって受け取られると、本発明と共に使用するのに適したある適切な再構築アルゴリズム（または反転アルゴリズム）は、拡散光学トモグラフィである。拡散光学トモグラフィを適用するためには、動物の３Ｄ表面トポロジを決定し、生物発光放射をこの表面上にマッピングすることが必要である。ある実施形態において、３Ｄ表面トポロジは、構造化光投影システムを用いて達成される。
【００７７】
構造化光は、表面の法線についてある角度で（例えば約３０度で）対象物上に投影される光の一連の線群を用いる。この線群は対象物を通過するときに曲げられ、この線群の曲がりを用いて構造化光投影機１７０によって照射される全ての位置における表面の高さを決定できる。図２Ａに示されるように、構造化光投影機１７０は、光伝送デバイス１１１に取り付けられ、光伝送デバイス１１１と共に回転する。この場合、構造化光投影機１７０は、スライドが光源によって照射され、それからスライドの画像が動物に投影されるケーラー照明システムからなる。投影角度は、空間解像度を得るために充分な線群の「曲がり」を得るのに充分なだけ大きく、大きな影が存在しないように充分小さい。
【００７８】
構造化光の画像がカメラ２０で撮られる。２−Ｄ構造化光画像がキャプチャされ、記憶された後で、コンピュータ２８はそれから構造化光データを処理して構造化光表現を生成する（５２２）。当業者には理解されるように、構造化光画像から表面を再構築する多くの従来のアルゴリズムが存在する。例えば、画像上の全ての点におけるそれぞれの線の位相のずれは、計算上効率的な２Ｄフーリエ変換から決定されえる。実際の表面高はそれから、位相マップを「アンラップ（unwrapping）」することによって計算される。
【００７９】
それぞれの構造化光画像は、動物のほぼ対向する半面だけについて表面トポロジを提供する。いくつかの視点角度から、例えば約４５度おきに画像を撮ることによって、動物の３Ｄ表面の全体が、それぞれの視点から得られた部分的な表面の再構築物を併せて「縫い合わせる」ことによって再構築されえる。
【００８０】
本発明は、インビボ画像化応用例に便利な可動ステージの文脈で主に説明されてきたが、本発明は他の画像化応用例にも適し、それらに対応して変更できる。さらに、本発明は個別のボックス１２および分離されたコンピュータ２８について説明されてきたが、本発明のある実施形態は、全ての画像化要素およびコンピュータ処理要素をその中に収めるスタンドアローンキャビネットに関する。さらに本発明は、特定の応用例の要求にふさわしい大きさに変更して構成することが可能である。さまざまな詳細は簡潔さのために省略されてきたが、明らかな設計の代替物も実現されえる。したがって本発明は、例示的であって、限定的ではなく、本発明はここに挙げられた詳細に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲内で改変されえる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】本発明のある実施形態によって画像をキャプチャするよう構成される画像化ボックスを含む画像化システムの透視図である。
【図１Ｂ】本発明のある実施形態による図１Ａの画像化ボックスの構成要素の図である。
【図２Ａ】本発明のある実施形態による、図１Ａの外部壁を取り除いたボックスの要素の上面透視図であり、固定された基準線の真下のステージを示す図である。
【図２Ｂ】本発明のある実施形態による、図１Ａの外部壁を取り除いたボックス内の要素の上面透視図であり、固定された基準線の下の中心からずれたステージを示す図である。
【図２Ｃ】本発明のある実施形態による、図１Ａの外部壁を取り除いたボックス内の要素の上面透視図であり、固定された基準線の上の中心からずれたステージを示す図である。
【図２Ｄ】本発明のある実施形態による、図１Ａのボックスの内部側面図であり、側壁およびハウジングを示す図である。
【図２Ｅ】本発明のある実施形態による、図１Ａの側壁およびハウジングの内部上面透視図である。
【図２Ｆ】図１Ａのボックスに含まれる光伝送デバイスを用いるボックス内の光伝送の簡略図である。
【図３Ａ】本発明のある実施形態による、図１Ａの画像化ボックス内に含まれるステージの上面図である。
【図３Ｂ】本発明のある実施形態による、図１Ａの画像化ボックス内に含まれるステージの側面図である。
【図３Ｃ】本発明のある実施形態による、引き出しおよびその中に収められた電子要素の上面透視図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施形態による、外壁が取り除かれたボックス内の要素の上面透視図であり、固定基準線の直上のステージを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施形態による、外壁が取り除かれたボックス内の要素の上面透視図であり、固定基準線の下で中心がずらされたステージを示す図である。
【図４Ｃ】本発明の他の実施形態による、外壁が取り除かれたボックス内の要素の上面透視図であり、固定基準線の上で中心がずらされた可動ステージを示す図である。
【図４Ｄ】本発明の他の実施形態による、図４Ａの可動ステージの水平位置を維持するのに用いられるギヤリング機構を示す図である。
【図５】本発明のある実施形態による、図１Ａの画像化装置を用いて写真および発光画像をキャプチャする方法を示すプロセスフローの図である。

Claims

試料の画像をカメラでキャプチャする画像化システムであって、
内部空間を閉じる一組の壁を持つ画像化ボックス、
前記カメラで見るために前記壁のうちの一つに固定された基準線に対して前記カメラを位置付けるように構成されるカメラマウント、
光伝送デバイス、および
移動機構および前記内部空間内で前記試料を支持するよう構成されるステージを含む可動ステージ装置であって、前記ステージは前記試料を前記内部空間内の複数の位置のうちの一つに移動させるよう前記移動機構に結合され、前記移動機構および前記光伝送デバイスは協働して前記試料から反射または放射された光を前記固定された基準線に導くことで前記カメラによって前記画像をキャプチャする、可動ステージ装置
を備える画像化システム。
請求項１に記載のシステムであって、前記光伝送デバイスは、前記試料から出された光を前記固定された基準線に向けて反射するミラーを備えるシステム。
請求項２に記載のシステムであって、前記固定された基準線は、前記カメラマウントを通り、前記画像化ボックスの鉛直な壁に対して垂直である固定された軸であるシステム。
請求項３に記載のシステムであって、前記光伝送デバイスは、前記固定された軸について回転するシステム。
請求項３に記載のシステムであって、前記可動ステージ装置は、前記ステージを前記固定された軸について回転させるシステム。
請求項５に記載のシステムであって、前記ステージは、前記固定された軸についての回転のあいだ実質的に水平であるシステム。
請求項５に記載のシステムであって、前記光伝送デバイスは、前記ステージを前記固定された軸について回転させるシステム。
請求項１に記載のシステムであって、前記カメラマウントは、前記一組の壁のうちの鉛直壁上に配置されるシステム。
請求項１に記載のシステムであって、前記試料を支持する前記ステージの一部は、透明であるシステム。
請求項９に記載のシステムであって、前記一部は、透明なワイヤアレイを備えるシステム。
請求項１に記載のシステムであって、前記可動ステージ装置に結合されたモータに制御信号を提供するよう構成されるプロセッサをさらに備えるシステム。
請求項１１に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記可動ステージ装置の移動中に衝突保護をさらに行うよう構成されるシステム。
請求項１に記載のシステムであって、前記可動ステージに配置されたハードウェアによる衝突保護機構をさらに含むシステム。
請求項１に記載のシステムであって、前記試料に構造化光を伝達するよう構成される構造化光源をさらに含むシステム。
請求項１４に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記内部空間内の前記複数位置のうちの一つから得られた構造化光画像を用いて構造化光表現を生成するようさらに構成されるシステム。
試料の画像をカメラでキャプチャする画像化装置であって、
前記試料を受け入れる内部空間を含む画像化ボックス、
前記試料を支持するステージ、
前記画像化ボックスに取り付けられ、前記可動ステージを第１方向に位置付けることができる第１リニアアクチュエータ、および
前記第１リニアアクチュエータに取り付けられ、前記ステージに取り付けられ、前記可動ステージを第２方向に位置付けることができる第２リニアアクチュエータ
を備え、
前記第１リニアアクチュエータおよび前記第２リニアアクチュエータは協働して前記内部空間内の複数の位置のうちの一つにおいて前記ステージを位置付ける、画像化装置。
請求項１６に記載の装置であって、受光デバイスおよび光伝送デバイスをさらに含み、前記光伝送デバイスは、前記画像化ボックスに結合され、前記試料から出た光を前記受光デバイスの固定された基準線に伝達するよう構成される、装置。
請求項１７に記載の装置であって、前記光伝送デバイスは、前記試料から出た光を前記固定された基準線に向けて反射するミラーを備える装置。
請求項１７に記載の装置であって、前記固定された基準線は、前記画像化ボックスの鉛直な壁に対して垂直である固定された軸である装置。
請求項１９に記載の装置であって、前記受光デバイスは、前記固定された軸について回転する装置。
請求項１６に記載の装置であって、前記第１方向および前記第２方向は直交する装置。
請求項２１に記載の装置であって、前記第１リニアアクチュエータは、前記ステージの鉛直位置決めを行い、前記第２リニアアクチュエータは、前記ステージの水平位置決めを行う装置。
請求項１６に記載の装置であって、画像化ボックスは、カメラを受け入れるよう構成されたカメラマウントを備え、前記カメラは前記内部空間内の前記試料の画像をキャプチャできる、装置。
試料の画像をカメラでキャプチャする画像化装置であって、
前記試料を受け入れる内部空間を含む画像化ボックス、
前記試料を支持するステージ、および
前記ステージに回転可能に結合され、前記画像化ボックスに回転可能に結合される位置決めアームであって、前記画像化ボックスに対する前記位置決めアームの任意の回転位置について前記ステージが実質的に水平を維持する位置決めアーム、および
前記試料から出された光を固定された基準線に沿って少なくとも部分的に反射するよう構成される、位置決めアームに取り付けられたミラー
を備える装置。
請求項２４に記載の装置であって、前記ステージは、前記画像化ボックス内で前記固定された軸について回転する装置。
請求項２４に記載の装置であって、前記位置決めアームは、第１位置および第２位置の間で回転するよう構成され、前記第１および第２位置は、前記固定された軸に対して異なる角度を持つ装置。
請求項２４に記載の装置であって、前記位置決めアームは、前記位置決めアームに対して２つの自由度をさらに含み、前記２つの自由度は前記ミラーに対しての前記ステージの前記位置を適用できる装置。
請求項２４に記載の装置であって、前記ステージの一部は透明である装置。
試料を画像化する方法であって、前記試料は画像化ボックス内で移動可能なステージによって支持され、前記画像化ボックスは、前記試料の画像をキャプチャするよう構成されるカメラに結合され、前記方法は、
前記画像化ボックス内の第１位置に前記ステージを動かすこと、
前記カメラを用いて前記第１位置からの前記試料の第１画像をキャプチャすること、
前記ステージを前記画像化ボックス内の、前記カメラに関連付けられた固定された基準線に対して前記第１位置とは異なる角度を持つ前記第２位置に動かすこと、および
前記カメラを用いて前記第２位置からの前記試料の第２画像をキャプチャすること
を含む方法。
請求項２９に記載の方法であって、前記第１位置から前記試料の第３画像をキャプチャすることをさらに含む方法。
請求項３０に記載の方法であって、前記第１画像は発光データを備え、前記第３画像は写真データを備える方法。
請求項２９に記載の方法であって、前記第１および第２位置は、前記カメラに対して異なる角度を持つ方法。
カメラで試料の画像をキャプチャする画像化システムと共に用いるステージ装置であって、前記画像化システムは、内部空間を規定する一組の壁を持つ画像化ボックス、および固定された基準線に対して前記壁のうちの一つにマウントされたカメラを含み、前記ステージ装置は、
光伝送デバイス、
移動機構、および
前記内部空間内で前記試料を支持するよう構成されるステージであって、前記ステージは前記試料を前記内部空間内の複数位置のうちの一つに移動させるために前記移動機構に結合される、ステージ
を備え、
前記移動機構および前記光伝送デバイスは協働して、前記ステージ上の前記試料から反射または放射された光を前記固定された基準線に導くことで前記カメラによって前記画像をキャプチャする装置。
請求項３３に記載の装置であって、前記光伝送デバイスは、前記試料から出た光を前記固定された基準線に向けて反射するミラーを備える装置。
請求項３４に記載の装置であって、前記光伝送デバイスは、前記固定された基準線について回転する装置。
請求項３３に記載の装置であって、前記ステージは、前記複数の位置の全てについて実質的に水平である装置。
請求項３３に記載の装置であって、前記試料を支持する前記ステージの一部は透明である装置。