JP2008523474A - 三次元インビボ画像化のためのグラフィカルユーザインターフェース - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、ユーザが、二次元および三次元のインビボ画像および画像化データを容易に観察および解析することを可能にするコンピュータシステムおよびユーザインターフェースを提供する。ユーザインターフェースは、インビボ光画像化に関する以下の動作の１または複数に適している。それらの動作とは、三次元画像化データおよび再構成アルゴリズムの検査および制御、トポグラフィ再構成アルゴリズムの制御、トモグラフィスペクトル画像化および解析、違う時点に得られた二次元または三次元の画像化データの比較、である。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、コンピュータ上で実行されるユーザインターフェースソフトウェアに関し、特に、三次元インビボ画像を観察および解析する際に有用なユーザインターフェースソフトウェアに関する。

コンピュータ利用技術では、ユーザに情報を提示するための多くの方法が存在する。コンピュータシステム上でグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を用いることにより、ユーザに対して情報を表示するためのウィンドウ、制御アイコンなどの利用が簡単になる。ウィンドウに表示されるデータは、様々な種類のデータであってよい。アイコンや画像などのグラフィックや、ワープロ文書などのテキストであってもよいし、両方を組み合わせたものであってもよい。

科学の用途でデータ管理のためにコンピュータインターフェースを用いる場合には、その用途は、データに特異的な様々なツールや機能を必要とする場合がある。特殊化したインビボ画像化の用途は、適切なユーザインターフェースを設計する際に、格別な課題となりうる。インビボ画像は、試料の写真表現の上に重ね合わせた発光表現を含んでよい。写真を用いることで、ユーザは、画像として試料を参照できる。発光表現は、対象となる活動が起きている可能性のある試料の部分を示す。一例では、サンプルは、マウスなどの小型動物であり、光源は、ホタルルシフェラーゼや、蛍光タンパク質または蛍光色素などの発光レポータで標識された腫瘍細胞である。この技術は、インビボ光学画像化として知られている。

インビボ画像化の用途は、ますます複雑になっており、しばしば、多量の情報を提供する。三次元（３−Ｄ）画像化システムは、１つのデータ点または試料に対応する多数の画像を提供してよい。画像は、写真、複数の発光画像、異なる角度からのいくつかの構造光画像などを含んでよい。一般に、１つのデータ点について１０以上の画像が提供される。数週間または数ヶ月にわたって毎日取得された画像は、ファイルのライブラリを形成し、将来的には情報があふれることになる。研究者がデータセットに対して実行できる多数の解析処理も、利用を複雑にしている。過剰なデータと、多数の解析処理とによって、管理の容易なユーザインターフェースの設計が妨げられている。現在、ユーザは、完全にユーザの要求に応えつつ従来の画像化に関連する多量のデータおよび解析処理の簡単な管理を実現する環境を与えられていない。

以上の点から、画像化用途のための改良ユーザインターフェースがあれば、非常に有用である。

本発明は、ユーザが、二次元および三次元のインビボ画像および画像化データを容易に観察および解析することを可能にするコンピュータシステムおよびユーザインターフェースを提供する。ユーザインターフェースは、インビボ光画像化に関する以下の動作の１または複数に適している。それらの動作とは、三次元画像化データおよび再構成アルゴリズムの検査および制御、トモグラフィおよびトポグラフィアルゴリズムの制御、スペクトル画像化および解析の制御、違う時点に得られた二次元または三次元の画像化データの比較、である。

本発明の一実施形態によると、コンピュータシステムは、画像測定ウィンドウを備えており、画像測定ウィンドウは、ユーザが、トモグラフィ表現の構成、提示、および、解析に特に有用な特定の動作を実行することを可能にする。プロセッサ、メモリ、ディスプレイなどの従来のコンピュータハードウェアを有することに加えて、コンピュータシステムは、画像と、トポグラフィおよびトモグラフィ再構成を容易にする１または複数のツールとを提供する１または複数のウィンドウを有するグラフィカルユーザインターフェースを備える。１つの使いやすいグラフィカルユーザインターフェースに多くの機能を準備することにより、本発明のインターフェースは、ユーザが大量のデータを柔軟かつ容易に管理および利用することを可能にする。

一態様において、本発明は、画像を表示および解析できるコンピュータシステムに関する。コンピュータシステムは、１または複数のプロセッサと、１または複数のユーザ入力装置とを備える。コンピュータシステムは、さらに、１または複数の入力装置からの入力信号と、１または複数のプロセッサからの信号とに応答して、特定の方法で、画像および関連情報を表示できるディスプレイを備える。その画像は、対象物の表面の三次元表現に三次元発光表現を重ね合わせた表現を備え、三次元発光表現は、対象物内に位置する電磁放射の位置および大きさを記述する情報を備える。コンピュータシステムは、さらに、１または複数のプロセッサ上で実行されて１または複数の再構成ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースを備える。ユーザが、再構成ツールの１つを利用すると、コンピュータシステムは、対象物内に位置する電磁放射の三次元発光表現を再構成する。

別の態様において、本発明は、画像を表示および解析できるコンピュータシステムに関する。コンピュータシステムは、さらに、画像を表示できるディスプレイを備える。その画像は、対象物の表面の三次元トポグラフィ表現に発光表現を重ね合わせた表現を備え、発光表現は、トポグラフィ表現の表面から放射された光の位置および大きさを記述する情報を備える。コンピュータシステムは、さらに、プロセッサの内の１または複数の上で実行されて１または複数のトポグラフィ表現ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースを備える。ユーザが、１または複数のトポグラフィ表現ツールを選択すると、コンピュータシステムは、対象物のトポグラフィ表現を構成する。

さらに別の態様において、本発明は、画像を表示および解析できるコンピュータシステムに関する。コンピュータシステムは、さらに、画像を表示できるディスプレイを備える。その画像は、対象物の表面の三次元表現に対象物の三次元光表現を重ね合わせた表現を備え、三次元光表現は、対象物内に位置する光源の位置および大きさを記述する情報を備える。コンピュータシステムは、さらに、１または複数のプロセッサ上で実行されて１または複数のスペクトル解析ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースを備える。ユーザが、スペクトル解析ツールの１つを用いて、スペクトル情報を入力すると、コンピュータシステムは、１または複数のスペクトル解析ツールによって提供された入力に従って、光源の再構成を実行する。

さらに別の態様において、本発明は、画像を表示および解析できるコンピュータシステムに関する。コンピュータシステムは、１または複数のプロセッサと、１または複数のユーザ入力装置とを備える。コンピュータシステムは、さらに、１または複数の入力装置からの入力信号と、１または複数のプロセッサからの信号とに応答して、特定の方法で、画像および関連情報を表示できるディスプレイを備える。その画像は、ａ）対象物内から放射された光の位置および大きさを記述する第１の情報を備えた対象物の第１の発光表現と、ｂ）対象物内から放射された光の位置および大きさを記述する第２の情報を備えた対象物の第２の発光表現とを備える。コンピュータシステムは、さらに、１または複数のプロセッサ上で実行されて１または複数の評価ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースを備えており、ユーザが再構成ツールの１つを利用すると、コンピュータシステムは、第１の情報および第２の情報を量的に評価する。

本発明の上述およびその他の特徴および利点については、関連する図面を参照しつつ、以下で詳細に説明する。

以下では、添付の図面に図示した本発明のいくつかの好ましい実施形態を参照しつつ、本発明について詳細に説明する。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの具体的な詳細事項について説明する。しかしながら、当業者にとって明らかであるように、本発明は、それら具体的な詳細事項の一部または全部がなくとも実施可能である。また、本発明の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の処理工程および／または構造については、詳細には説明していない。

ユーザがインビボ画像化用途のための画像解析に適した数多くの動作を実行することを可能にするグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）が提供されている。本発明のＧＵＩを用いると、ユーザは、解析ツールを作成および操作して、容易かつ効率的に、複雑な画像（内部光源の三次元再構築インビボ画像など）に対して幅広い測定を実行することができる。さらに、本発明により、ユーザは、画像および画像データを操作して柔軟に提示し、トモグラフィ再構築パラメータを操作し、構造光およびトポグラフィの再構築と、インビボ画像化用途に関連する多くのさらなる作業とを実行できるようになる。

本発明は、トポグラフィ画像化ツールおよびトモグラフィ画像化ツールの両方を提供する。トポグラフィ画像化は、対象物の表面の特徴付けを行うものである。一実施形態では、本発明は、構造光を用いて、対象物の表面トポグラフィを決定する。トモグラフィ画像化は、表面の内部の情報を扱うものである。これは、対象物内で、内部の対象を三次元で位置特定する際に有用である。これら２つの画像化形態の代表的な視覚化では、対象物における二次元の平断面を用いる。すなわち、トポグラフィが、表面（外側の境界線）を与え、トモグラフィが、境界線の内側のすべてを与える。

本発明の一実施形態は、対象物内の電磁放射源に対応する光データを含む「放射」画像（すなわち、発光画像）を提示および解析するためのグラフィカルユーザインターフェースに関する。主に、光画像化に関連して本発明の説明を行うが、赤外線、近赤外線、紫外線など、他の形態の電磁放射が含まれてもよい。一用途では、対象物は、マウスなどの生物試料である。光を含む発光画像は、試料自体から放射された光以外の光源を用いることなく取得される。対象物からの発光は、二次元発光画像を生成するために、位置の関数として記録される。本明細書に記載したグラフィカルユーザインターフェースを動作させるコンピュータシステムは、カメラによって生成された二次元の光画像を三次元の発光画像およびデータに変換してよい。かかる二次元発光画像を生成する方法の１つが、１９９７年７月２２日にＣｏｎｔａｇ ｅｔ ａｌ．に発行された米国特許第５，６５０，１３５号で開示されている。二次元画像から三次元情報を構成する工程については、後に詳述する。

図１Ａおよび１Ｂは、写真画像、発光画像、構造光画像、および、蛍光画像を取得するよう構成された画像化システム１０を示す図である。画像化システム１０は、低光度の光を検出すべき発光サンプルまたは試験装置を受け入れるよう適合された内部空洞２１を規定するドア１８および内壁１９（図１Ｂ）を有する画像化ボックス１２を備える。画像化ボックス１２は、例えば、個々の光子ほどの低光度の光を捕捉することを含む画像化に適している。画像化ボックス１２は、しばしば、「遮光性がある」と言われる。すなわち、ボックス１２は、周囲の空間からの外部光の基本的にすべてがボックス１２に入らないように密封されており、ドア１８が閉じられた際にボックス内に光が入ることを防止する１または複数のシールを備えてよい。

画像化ボックス１２は、カメラ２０を収容するよう適合された上部ハウジング１６を備える（図１Ｂ）。高感度カメラ２０、例えば、増感すなわち電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラが、上部ハウジング１６の上に取り付けられ、画像化ボックス１２の上方に配置される。ＣＣＤカメラ２０は、画像化ボックス１２内に配置された生体サンプルまたは試験装置の発光画像、蛍光画像、構造光画像、および、写真画像（すなわち、反射に基づく画像）を取得できる。ＣＣＤカメラ２０は、冷却流体を流路２４に流す導管を通じてＣＣＤカメラを冷却するための低温流体を循環させる冷却装置など、適切なソースによって冷却される。

画像化システム１０は、さらに、試料または試験装置から光を収集して、その光をカメラ２０に供給するレンズ（図示せず）を備えてよい。ステージ２５は、画像化チャンバ２１の底面を形成しており、カメラ２０の視野２３を変更するようにステージ２５が上下動することを可能にするモータおよび制御部を備える。一実施形態では、モータおよび制御部は、画像化ボックス１２の側面に取り付けられたカメラに対して、２自由度で、ステージ２５を動かすことを可能にする。さらに、スペクトル画像化を可能とするために、多位置フィルタホイールを備えてもよい。画像化ボックス１０は、さらに、写真画像を取得する際にサンプルを照らすために、チャンバ２１の最上部に１または複数の発光ダイオードを備えてよい。他の要素としては、ガス麻酔システムや、画像の取得および麻酔中に動物の体温を維持するための加熱式ステージが備えられてよい。

適切な画像化システムの１つとして、カリフォルニア州アラメダのＸｅｎｏｇｅｎ社が提供するＩＶＩＳ−２００が挙げられる。ＩＶＩＳ−２００に備えられる様々な要素については、共同所有の特許第６，７７５，５６７号「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ」で詳述されている。適切な３−Ｄシステムの１つが、共同所有の係属中の特許出願Ｎｏ．０９／９０５，６６８、「３−Ｄ Ｉｍａｇｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｉｎ−Ｖｉｖｏ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ」、に記載されている。画像化システム１０は、１つのキャビネットを有する設計が図示されているが、本発明の別の実施形態は、画像化ボックス１２と、処理システム２８および専用ディスプレイ（ＬＣＤやＣＲＴモニタなど）を備えたコンピュータシステム（画像化システム１０と別個に購入された市販のコンピュータシステムなど）とを、別個に備える。

図１Ｂは、システム１０に備えられた様々な電子機器および処理構成要素を示すために、画像化ボックス１２の側面パネルを取り外した状態のシステム１０を示す図である。画像化システム１０は、画像処理部２６と、処理システム２８とを備える。画像処理部２６は、随意的に、カメラ２０と処理システム２８との間のインターフェースとして機能し、画像データ収集やビデオデータ処理を支援することが可能である。

処理システム２８は、任意の適切な種類であってよく、また、別のコンピュータに備えられてもよく、プロセッサ２８ａなどのハードウェアと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２８ｂや読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２８ｃなどの１または複数のメモリ要素とを備える。プロセッサ２８ａ（中央処理装置すなわちＣＰＵとも呼ばれる）は、メモリ２８ｂおよび２８ｃを含む記憶装置に接続している。さらに、プロセッサ２８ａには、固定ディスクが接続されており、データ記憶容量を提供している。固定ディスクは、グラフィカルユーザインターフェースソフトウェア、制御ソフトウェア、その他の画像化プログラム、画像化データなどを格納するために用いられてよい。

プロセッサ２８ａは、画像化ボックス１２の様々な構成要素と通信する。１または複数のシステム１０の構成要素と通信したり、それら構成要素を制御したりするために、処理システム２８は、画像化ボックス１２の構成要素との通信および／またはそれら構成要素の制御を可能にするよう構成されてメモリ２８ｃに格納されたソフトウェアを用いる。処理システム２８は、さらに、コンピュータのモニタなどの視覚的ディスプレイと、キーボードおよびマウスなどの入力装置とに接続されてよい。さらに、ユーザと画像化システム１０とのやり取りを円滑にするグラフィカルユーザインターフェース（後述）が、システム２８に格納され、視覚的ディスプレイへの出力や、キーボード、マウス、または、その他のコンピュータ入力からのユーザによる入力の受信を行ってよい。グラフィカルユーザインターフェースは、ユーザが画像化の結果を見ることを可能にし、画像化システム１０を制御するためのインターフェースとして機能し、さらに、後述するように、様々な解析ツールおよびリソースを提供する。

処理システム２８は、ソフトウェア、ハードウェア、もしくは、それらの組み合わせを備えてよい。システム２８は、インビボ画像化の用途に有用な、グラフィカルユーザインターフェースによって提供される情報を処理するために、さらなる画像化ハードウェアおよびソフトウェア、グラフィカルユーザインターフェースソフトウェア、画像処理ロジックおよび命令を備えてもよい。画像化システム１０は、処理システム２８を内部に備えているが、本発明の一部の実施形態は、画像化システム１０に接続する外部の処理システムを用いる。この場合、本明細書に記載されたグラフィカルユーザインターフェースは、画像化システムを備えたＣＤなど、別個のディスクやコンピュータ読み取り可能な媒体上に、コンピュータ実施の命令として格納される。これにより、任意のコンピュータが、本明細書に記載のグラフィカルユーザインターフェースを実行して、画像化システム１０と連動できるようになる。別の実施形態では、本明細書に記載のグラフィカルユーザインターフェースは、任意の画像化システムと別に、ＣＤなどの別個のディスクやコンピュータ読み取り可能な媒体上に準備される。これにより、ユーザが、システム１０などの画像化システムにアクセスできるか否かに関わらず、任意のコンピュータ（画像化システムに関連付けられているか否かに関わらない）が、本明細書に記載のグラフィカルユーザインターフェースを実行して、インビボ画像の解析を行うことができるようになる。この場合、ユーザは、解析すべき任意の画像化データおよび画像を取得するだけでよい。

図２は、本発明の一実施形態に従って、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）１００を示す図である。ＧＵＩ １００は、画像ウィンドウ１０１と、ＧＵＩウィンドウ１０３に最初に含まれているツールパレット１０２とを備える。

ＧＵＩウィンドウ１０３は、コンピュータに格納されて実行されるインビボユーザインターフェースプログラムに対応する。起動時、ＧＵＩウィンドウ１０３は、画像ウィンドウ１０１およびツールパレット１０２の両方を備える。ＧＵＩウィンドウ１０３は、さらに、ファイルを開く、印刷、ファイル保存のボタンなど、標準的なグラフィカルユーザインターフェースのツールを備えてよい。インビボユーザインターフェースプログラムの適切な一例としては、カリフォルニア州アラメダのＸｅｎｏｇｅｎ社が提供するＬｉｖｉｎｇ Ｉｍａｇｅ ３Ｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｐａｃｋａｇｅ １．０が挙げられる。

画像ウィンドウ１０１は、画像１０４と、画像ウィンドウツール１０５ａ〜１０５ｄとを備える。図に示すように、画像１０４は、写真画像１０６と発光画像１０８とを視覚的に重ね合わせたオーバーレイ画像を備える。この例では、写真画像１０６は、光学的に哺乳類の組織に似せた本体材料を備えるマウスのプラスチックモデル１０９を含む。写真表現１０６は、１または複数の対象物１０９の視覚的な枠をユーザに提供する。

発光画像１０８は、対象物１０９の内部の光源の光表現を備える。後述のように、発光画像１０８は、二次元または三次元の光データを備えてよい。したがって、発光画像１０８は、対象物１０９の表面上の光データ、および／または、表面の内部における対象物１０９のボリューム内の光データを備えてよい。多くの場合、画像１０８は、上述したような画像化システムを用いて、経時的に取得した光子放射データを備える。一実施形態では、二次元発光画像１０８は、カメラの各検出画素が所定の期間にわたって光子を受けた回数を示す。換言すると、発光表現は、個々の検出画素における光子のカウントを表す大きさの値を表示してよい。放射（例えば、光子）を発する対象物の領域が、発光表現内に現れる。

発光画像は、例えば、生体適合性のある実体の存在を示す対象物内の光源の光表現を備えてよい。その実体は、分子、高分子、細胞、微生物、粒子などであってよい。したがって、インビボでの解析は、哺乳類対象物における生体適合性の実体の位置を検出することを含んでよい。あるいは、１ヶ月間毎日取得された発光画像を用いて、マウスにおける癌の経過など、経時的に生体適合性の実体を追跡してもよい。

発光表現内のデータは、通例、対象となる１または複数の明確な発光部分を有する。画像ウィンドウ１０１は、２つの別個の画像からなるオーバーレイ画像を表示するが、ほとんどの解析が、発光画像１０８に対して実行される。特に、解析は、発光表現の一部分に含まれる画素について照射の大きさを合計することを含んでよい。後に詳述するトモグラフィ再構成アルゴリズムを用いて、三次元発光画像が得られる。

ウィンドウツール１０５ａ〜１０５ｄは、ユーザが、ウィンドウ１０１における１または複数の画像の表示を変更することを可能にする。単位ツール１０５ａは、ユーザが、カウントまたは光子を発光画像１０８の単位として選択することを可能にする。デジタルカメラは、「アナログデジタル変換単位（ＡＤＵ）」または「カウント」で生画像データを出力する。カウントは、ＣＣＤカメラに組み込まれたデジタイザによって検出された信号の振幅を示す未較正の単位である。デジタイザによって検出されるカウント数は、所与のＣＣＤ画素に入射する光子の数に比例する。物理的な絶対単位と相対的な単位「カウント」との間の差異は、放射輝度の単位が、動物またはファントム装置自体からの光の放射に関連するのに対し、カウントは、検出器に入射する光の放射に関連することである。拡散トモグラフィ再構成で実際の物理的な単位（放射輝度）を用いると、光束または光子／秒といった実際の物理的な単位で、光源の光度を再構成できる。

表示ツール１０５ｂは、ユーザが、現在のファイルに対して任意の画像から選択することを可能にする。現在のデータセットに対する画像の例が、図３Ｂに示されており、オーバーレイ画像、写真画像、発光画像、背景画像、飽和マップ、構造光画像、参照、および、３Ｄビューを含む。情報ボタンツール１０５ｃは、選択されると、ウィンドウ１１に示された画像の画像キャプチャに関する情報を表示する。

ウィンドウ１０１は、さらに、発光画像１０８の観察および把握の助けとなる発光画像表示セクション１０７を備える。発光画像表示セクション１０７は、発光の最大値および最小値１０７ａを備える。画像の最大値は、発光画像１０８のすべての画素に対する最高のデータ値（光子またはカメラのカウント）の大きさを示す。凡例最大値および凡例最小値１０７ｂも提供される。凡例最大値は、ウィンドウ３０１に対する最大のデータ値（光子カウント）を示す。スケール１０７ｃは、発光画像１０８の情報のための色の範囲と大きさの範囲との間の視覚的な対応を示す。個々の発光の大きさは、スケール１０７ｃによって示されるグレーの階調または色に対応する。

ツールパレット１０２は、画像ウィンドウ１０１での情報の操作および解析を容易にするための複数のユーザインターフェース制御コンポーネントを備える。図に示すように、ツールパレット１０２は、画像ウィンドウ１０１と独立に移動可能である別個のウィンドウを備える。例えば、ユーザは、ツールパレット１０２の縁の部分をクリックして、現存する画像ウィンドウ１０３の外にドラッグすることにより、ウィンドウ１０１の任意の情報を見る際に邪魔にならないようにすることができる。

ツールパレット１０２は、インビボ画像化のための多くのデータ操作および解析ツールを組織化した集中型のリソースを提供する。一実施形態では、ツールパレット１０２は、制御ツールをテーマ別のトグルにグループ化する。トグルとは、特定の主題に関連するツールセクションおよび情報の伸縮を簡単に実行できるようにするグラフィカルツールのことである。一般的な従来のトグルとしては、プルダウンメニュー、ボタン、クリックボックスなどが挙げられる。ツールパレット１０２は、個々のトグルがアクティブにされていない場合の同様のトグルを示しているが、設計の必要に応じて、異なる種類のトグルを備えてもよい。ツールパレット１０２のトグルのいずれかを選択すると、各トグルに対応するツールセクションが開く（図３Ａないし３Ｉ参照）。図に示すように、ツールパレット１０２は、情報クリックトグル１１０と、画像調整トグル１２０と、レイアウト制御トグル１３０と、補正／フィルタリングトグル１４０と、画像情報トグル１５０と、ＲＯＩツールトグル１６０と、画像計算トグル１８０と、表面トポグラフィ／ＤＬＩＴトグル２００と、スペクトル画像化トグル２２０と、を備える。その他の構成も可能である。各セクションは、多くの個々のツールを備えてよいため、個々のツールセクションのサイズを切り替えて最小化する機能を提供することで、ツールパレット１０２のサイズを低減し、ＧＵＩ１００での利用を簡単にできる。

図３Ａは、情報クリックトグル１１０を有効にして情報クリックセクション１１２を表示した状態のＧＵＩ １００を示す図である。情報クリックセクション１１２は、現在表示されているデータセットの情報を特定する。クリック番号１１４は、表示されている現在のデータセットを一意的に特定する。セクション１１２に提示される情報は、対象物１０９に関連するデータ、画像取得の具体的な日時、使用したカメラ、特定の画像に関連する任意の情報（カメラの設定、カメラの種類、ステージの位置、画像取得の際のフィルタの利用、その他の写真画像キャプチャ情報、その他の発光画像キャプチャ情報、その他の構造光情報など）を含んでよい。

図３Ｂは、画像調整トグル１２０およびレイアウト制御トグル１３０の両方を有効にして画像調整セクション１２２およびレイアウト制御セクション１３２の両方を表示した状態のＧＵＩ １００を示す図である。

画像調整セクション１２２は、ユーザが、写真画像１０６および発光画像１０８の表示を操作することを可能にするツールを備える。写真画像１０６の表示を操作するために、表示関数セクション３１４は、明るさ設定１２４と、ガンマ設定１２６とを備える。明るさ設定１２４は、ユーザが、画像１０６の明るさの調節を行うことにより写真画像１０６の視覚認知を改善することを可能にする。ガンマ設定１２６は、ユーザが、画面１０６のシャープネスを設定することを可能にする。

発光画像１０８の表示を操作するために、画像調整セクション１２２は、不透明度設定１２８と、最小輝度１２１と、最大輝度１２３と、色スケール１２５と、色テーブル１２７と、を備える。

不透明度設定１２８は、ユーザが、写真画像１０６に対する発光画像１０８の明るさを変更することを可能にする。このように、不透明度設定１２８を増大させると、写真画像１０６上の発光データが、より目立つようになる。不透明度設定１２８を減少させると、発光データの透明度が増す（そして、このオーバーレイ領域における下層の写真データ視認性が増す）。

最大輝度１２３は、ユーザが、発光画像１０８に表示される最大データ値を指定することを可能にする。この最大値以上のデータ値（例えば、光子カウント）を有する発光表現内の任意の画素は、最大輝度１２３に対応する色で表示される。最小輝度１２１は、ユーザが、発光画像１０８に表示される最小データ値を指定することを可能にする。最小値未満のデータ値を有する発光画像１０８内の任意のデータは、表示されない。最大輝度１２３および最小輝度１２１は、ユーザが、特定の解析のために、離れ値データのオーバーレイ画像を選択的に除去したい場合に有用である。最小輝度１２１は、ユーザが、画像１０８からノイズを除去したい場合にも有用である。

全設定１２５ｂは、発光画像１０８の表示のためのデフォルト選択を提供し、最大輝度１２３および最小輝度１２１を発光画像１０８における「全範囲」の値に設定する。自動ツール１２５ａは、最大輝度１２３および最小輝度１２１を、画像１０８について、所定の組の値に設定する。例えば、所定の範囲は、最大輝度１２３を、画像１０８の最大光子カウントの９５％に設定し、最小輝度１２１を、最大光子カウントの５％に設定してよい。手動設定１２５ｃは、ユーザが、最大輝度１２３および最小輝度１２１を入力することを可能にする。

色テーブル１２９ａは、ユーザが、スケール１０７ｃで用いられる色スキームを変更することを可能にする。こうして、グレイスケールまたは適切な色スキーム（レインボー、イエローホット、ブルーホット、プラネットアースなど）が、発光画像１０８における大きさを示す。逆転トグル１２９ｂは、大きさを示すための色の順序を逆転させる。対数スケールトグル１２９ｃは、画像１０８において、発光データのカラーバースケールを、線形ではなく対数表示に変更する。

レイアウト制御セクション１３２は、ユーザが、ウィンドウ１０１内の表示を変更することを可能にするツールを備える。ズームツール１２４は、ズームイン、ズームアウト、矩形ズーム、および、リフレッシュズームを備える。トグルボックス１３６は、ユーザが、発光画像表示セクション１０７の個々の要素を適用したり排除したりすることを可能にする。

図３Ｃは、補正／フィルタリングトグル１４０および画像情報トグル１５０の両方を有効にして補正／フィルタリングセクション１４２および画像情報セクション１５２の両方を表示した状態のＧＵＩ １００を示す図である。

対象物１０９を収容していない画像化チャンバの空白の視野の画像は、しばしば、「暗画像」と呼ばれる。しばしば、空白の視野を補償するように、写真画像および発光画像を較正することが望ましい。暗画像は、例えば、カメラのオフセットおよび漏れ電流を特徴付けることが可能であり、それらは、カメラで取得された画像から減算されることが好ましい。暗画像の補正を可能にするために、表示関数セクション３１４は、暗背景減算チェックボックスツール１４４を備える。

補正／フィルタリングセクション１４２は、さらに、平坦視野補正チェックボックスツール１４６を備えており、そのツールは、切り替えられると、ウィンドウ１０１におけるカメラレンズ照明視野の任意の既知の変動を補正する。一部の画像は、長時間の画像キャプチャの間の放射異常に対応する明るい点を含む場合がある。かかる不良画素の補正を可能にするために、セクション１４２は、さらに、無限補正チェックボックスツール１４４を備える。補正／フィルタリングセクション１４２は、さらに、ユーザが、発光データのピクセル表示を変更および操作することを可能にするビニングツール１４５およびスムージングツール１４７を備える。例えば、ビニングは、画素ごとの情報が不十分である場合に対処できる。ユーザが、４×ビニングを適用すると、ＧＵＩ １００は、発光画像１０８について、各方向の画素数を半分にして、以前の４つの画素の大きさを１つの新しい画素に備えた新しい画素配列を生成する（統計解析を変更する）。

画像情報セクション１５２は、ユーザが、発光画像１０８内の発光データおよび統計データを得ることを可能にする様々なツールを備える。ヒストグラムボタン１５１を選択することにより、発光画像１０８のヒストグラム（発光波長、対、発光画像１０８における波長域のグラフ）が生成される。

線プロファイルツール１５３ａは、ユーザが、発光画像１０８の一部を横切って直線１５３ｂを引いて、その直線に沿って発光データを読むことを可能にする。ユーザは、さらに、直線１５３ｂをクリックして、発光画像１０８の所望の部分に直線を移動させることもできる。線プロファイルツール１５３ａを選択すると、さらに、線プロファイルウィンドウ１５３ｃが開かれる。線プロファイルウィンドウ１５３ｃは、直線１５３ｂについて、光子（現在の選択に従ったカウント）対位置のグラフを備える。

距離測定ツール１５４は、ユーザが、直線上でウィンドウの画像における２点間の直線距離を決定することを可能にする。座標表示１５７は、画像ウィンドウ１０１で用いられるポインタの位置を出力する。スケール表示ツール１５９は、選択すなわち適用されると、ＧＵＩ １０１内の画像ウィンドウ１０１の直交する辺にルーラーを表示する。画像切り取りツール１５５は、ユーザが、画像１０４の一部分を選択することを可能にする。切り取りの寸法および距離の情報も、画像情報セクション１５２のボタン部分に提供される。

図３Ｃは、さらに、ＧＵＩ １００のウィンドウが最大サイズではないことを示している。この場合、ツールパレット１０２は、ＧＵＩ １００のウィンドウ内での利用に制限されておらず、ユーザが望むように、ウィンドウの外側のより便利な位置に移動されてもよい。さらに、線プロファイルウィンドウ１５３ｃも、ＧＵＩ １００の主要な境界線の外側に作成される。ウィンドウ１０１、ツールパレット１０２、および、線プロファイルウィンドウ１５３ｃのようにＧＵＩ １００の利用を拡大する後から表示されるウィンドウについて、独立したウィンドウを作成することにより、多くのウィンドウのレイアウトや視認性を望むようにカスタマイズできる柔軟性が、ユーザに与えられる。

図３Ｄは、本発明の具体的な実施形態に従って、ＲＯＩツールトグル１６０を有効にしてＲＯＩツールセクション１６２を表示した状態のＧＵＩ １００を示す図である。

ＲＯＩセクション１６２は、ユーザが、画像測定ウィンドウ１０１内のトモグラフィデータの簡単かつ柔軟な解析を実現するツールを作成および操作することを可能にする制御部を備える。円作成ツール１６４は、ユーザが、ツールパレット１０２上での１回の動作で、円形または楕円形の対象領域（ＲＯＩ）を作成することを可能にする。例えば、ユーザが、単に、ポインタでボタン１６４をクリックすると、新しい円１６５（ＲＯＩ１）が、ウィンドウ１０１内に現れる。一実施形態では、大円ボタン１６４は、ユーザが、複数（例えば、２、３、４）の円を一度に作成することを可能にするプルダウンメニューを備える。四角作成ボタン１６６は、ユーザが、正方形または長方形の対象領域（ＲＯＩ２）を作成することを可能にする。格子ボタン１６８は、ユーザが、格子状のＲＯＩ １６９を作成することを可能にする。格子ボタン１６８のプルダウンメニューは、ユーザが、格子１６９の行および列の数（例えば、２×３、３×４、５×８など）を設定することを可能にする。ＲＯＩの作成の際に、ユーザにわかりやすいように、ＲＯＩの幾何学的輪郭に、ラベルが付けられる。除去ツール１７２は、ユーザが、ウィンドウ１０１内のＲＯＩを消去することを可能にする。ＲＯＩセクション１６２は、ＲＯＩにラベルを付けて保存することを可能にする保存セクション１７６を備える。さらに、保存セクション１７６は、ユーザが、以前に保存されたＲＯＩをロードして再アクセスすることを可能にする。

ＧＵＩ １００は、さらに、ユーザが各ＲＯＩを操作することを可能にする。現在観察されているＲＯＩは、ハイライトによってユーザに示される。したがって、円１６５が作成された後に、円１６５のサイズ、形状、位置、および、向きを変更してもよい。一実施形態では、ポインタで円１６５をクリックすることにより、ＲＯＩを作り直す。あるいは、ポインタでハイライト１６５ａをクリックしてドラッグすることにより、ＲＯＩを作り直してもよい。同様に、ユーザは、ＲＯＩの角部分をクリックして辺をドラッグすることにより、ウィンドウ１０１内のＲＯＩ２またはＲＯＩ３の寸法を変更してもよい。

ＲＯＩセクション１６２は、ユーザが、ウィンドウ１０１内のトモグラフィデータを測定および解析することを可能にするＧＵＩ制御部を備える。測定ボタン１７０をアクティブにすると、ＲＯＩ測定ウィンドウ１７１が作成される。ＲＯＩ測定ウィンドウ１７１は、ウィンドウ１０１に現在表示されている各ＲＯＩに対する項目１７５を備える。さらに、格子ＲＯＩ １６９の各部分は、別個の項目１７５を備える。図に示すように、各項目１７５は、解析されている現在の画像を指定するクリック番号フィールドと、ＲＯＩ指定フィールドと、画像レイヤフィールドと、ＲＯＩにおける総カウント数のフィールドと、ＲＯＩにおける平均カウント数のフィールドと、ＲＯＩの発光データに対する他の統計的測定に対応するフィールドと、を備える。各項目１７５のためのフィールド（および、表示される関連データ）は、設計に応じて変更されてもよい。

構成ボタン１７７は、ユーザが、ＲＯＩ測定ウィンドウ１７１にどのフィールドを表示するかを指定することを可能にする。具体的な実施形態では、構成ボタン１７７は、ＲＯＩ測定ウィンドウ１７１に表示されたフィールドの制御を可能にする別個の測定値構成ウィンドウ１７９を開く。図３Ｅに示すように、測定値構成ウィンドウ１７９は、ユーザが、対象領域についてどの情報を提示するかを設定できるようにする様々なツールを備える。例えば、利用可能なフィールドがリストアップされており、追加ボタンによって、ユーザは、任意のフィールドをＲＯＩ測定ウィンドウ１７１に追加することができる。一般に、ウィンドウ１０１に示された画像に関する任意の情報が、別個の指定されたフィールドを備えてよい。フィールドの例としては、平均放射輝度、最小および最大の放射輝度、全効率、合計または平均の発光背景カウント、ＲＯＩ画素統計値、面積、長さまたは体積、順序の識別、日時、ビニング、露出、視野、Ｆストップ、画像の角度、蛍光レベル、実験装置、解析のコメントなどが挙げられる。

ここまで、発光および写真画像を重ねた１つの二次元オーバーレイ画像に関連して、ＧＵＩ １００の説明をしたが、本発明の解析ツールおよび方法は、三次元の用途やその他の高度な用途での利用にも適している。

図４Ａは、本発明の別の実施形態に従って、配列ウィンドウ１８５を示す図である。配列ウィンドウ１８５は、ユーザが、特定の哺乳類１８４の複数の画像を容易に観察および評価することができるようにする。これは、複数の波長または複数の視角で取得された１つの対象物の複数の画像を解析する際に有用である。あるいは、各オーバーレイ画像１８３ａ−ｆは、連続した６日間に同じ哺乳類１８４について実行された発光画像化に対応してよく、この場合、配列ウィンドウ１８５は、経時的な内部光源の経過を示す。

配列ウィンドウ１８５は、ユーザが、マウスやラットなど、小型の実験動物の中で発光する細胞の経過を評価することを可能にする。これは、感染症のインビボでの監視、転移における腫瘍の増殖、導入遺伝子の発現など、薬学や毒物学の研究で様々に応用できる。リアルタイムで動物生体内の信号を検出できるということは、同じ哺乳類１８４を用いた１つの実験を通して、病気や生物学的過程の進行を容易に研究できることを意味する。

ユーザは、オーバーレイ画像１８３のいずれかをダブルクリック、すなわち選択し、上述のツールのいずれかを用いて、各画像１８３に対して測定および／または調整を行ってよい。さらに、ＧＵＩ １００は、１つのオーバーレイ画像１８３を別のオーバーレイ画像１８３と比較するためのツールを提供する。

図４Ｂは、本発明の具体的な実施形態に従って、画像計算トグル１８０を有効にして画像計算ツールセクション１８２を表示した状態のＧＵＩ １００を示す図である。ウィンドウ１８６は、ウィンドウ１８５に現在開かれているすべての配列を表示する。画像計算ボタン１８８および新規ウィンドウトグル１８９は、ユーザが、２つの発光表現を評価することを可能にする。

図４Ｃは、ユーザが、第１の発光表現および第２の発光表現からの情報の評価を可能にする画像計算ウィンドウ１８６を示す図である。ウィンドウ１８６は、ユーザ選択ボタン１８８および新規ウィンドウトグル１８９に応じて現れる。

ウィンドウ１８６は、２つのリスト１９０ａおよび１９０ｂを備える。各リスト１９０は、ユーザが、対象物の発光表現のリストから、対象物の発光表現を選択することを可能にする。例えば、リストは、対象物について取得された１日ごとの画像の配列に対応してよい。便宜上、第１の発光表現は、ウィンドウ１８６内で「Ａ」と標識されており、第２の発光表現は、「Ｂ」と標識されている。図に示すように、表現Ａは、一連の画像の中の２番目の発光画像を含み、表現Ｂは、一連の画像の中の１番目の画像を含む。

評価ツール１９６は、ユーザが、ＡおよびＢの量的な評価のために数学演算を入力または選択することを可能にする。ユーザが、ツール１９６によって数学演算を選択すると、ＧＵＩ １００は、数学演算に従って、ＡおよびＢについての量的な評価を実行する。図に示すように、ユーザは、ＢからＡを引く数学演算を選択している。２つの発光表現の間の差を算出することにより、前の発光表現Ａと、後の表現Ｂとの間の比較が可能になる。これは、蛍光画像から組織の自己蛍光を減算する際に有用である。これは、対象物内での病原体の進行を評価および表示する際にも有用である。１日ごとの配列のそれぞれの日について、同様の比較が行われてよい。発光表現１９８は、ＡとＢとの間の差を視覚的に画像で示す。定数ｋは、ユーザが、２つの発光表現の間の差を増幅（または低減）することを可能にする。

評価ツール１９６のプルダウンウィンドウは、さらに、ユーザが、ＡおよびＢに対して、その他の所定の数学演算および評価を選択することを可能にする。図に示すように、ツール１９６は、ユーザが、ＡおよびＢを加算、ＡおよびＢを乗算、ＡでＢを除算することを可能にする。一般に、評価ツール１９６は、複数の発光表現に含まれる情報を解析する際に有用なＡとＢとの間の任意の数学演算関係を備えてよい。

表示ウィンドウ１９２は、ＡおよびＢの発光表現１９４と、発光表現１９８とを表示する。発光スケールグラフ１９５は、表現１９４および１９８のデータの大きさについて示す参照を提供する。色範囲制御部１９７などの表示制御部は、ユーザが、Ａ、Ｂ、および、発光表現１９８についての表示ウィンドウ１９２における視覚的出力を調節することを可能にする。

表示ツール１９９は、ユーザが、量的評価の出力のために、オーバーレイ画像（図２に示したように、発光画像と、写真画像などの参照画像とを組み合わせたもの）を作成することを可能にする。

本発明は、さらに、改良スペクトル画像化解析およびデータ操作を実現する。本明細書で用いられているように、スペクトル画像化という用語は、複数の波長を用いる任意の画像化のことを意味する。スペクトル画像化データは、一連の帯域通過フィルタを用いて取得可能である。吸収は波長に依存するため、スペクトル画像化データは、特定の光源の深さに関する情報を提供する。帯域通過フィルタは、異なる波長によってレポータを区別するために用いることもできる。一実施形態では、ＧＵＩ １００のためのスペクトル画像化は、単純化モデルを用いて、内部光源のデータ情報を得る。例えば、光源は、点として再構成されてよい。これにより、再構成が迅速に処理され、光束および深さを有する光源のより簡単な表現が提供される。これで、ユーザは、対象物内の光源の深さおよび強さを容易に読み取ることができる。具体的な実施形態では、ＧＵＩ １００は、単純なスラブ（平面）モデル近似を用いて、内部光源の深さおよび明るさを決定する。その他の再構成技術は、ＧＵＩ １００におけるスペクトル画像化解析での利用に適している。

図５Ａは、本発明の具体的な実施形態に従って、スペクトル画像化トグル２２０を有効にしてスペクトル画像化ツールセクション２２２を表示した状態のＧＵＩ １００を示す図である。スペクトル画像化ツールセクション２２２は、対象物内の内部光源の位置および明るさを決定するためのスペクトル画像化を容易にする複数のスペクトルデータ解析ツールを備える。スペクトル画像化ツールは、ユーザが、内部再構成で用いる波長特性の内の１または複数を変更するなど、再構成を変更または再構成に影響を与えることを可能にする任意の入力を備えてよい。スペクトル画像化ツールセクション２２２は、さらに、ユーザが再構成の結果を解釈、解析、および、表示する際の助けとなるツールを備えてよい。スペクトル画像化ツールセクション２２２を介しての入力の結果として、ＧＵＩ １００を実行するコンピュータは、ユーザが提供したスペクトル入力に従って、発光表現の再構成を行う。スペクトル画像化ツールセクション２２２は、３つのタブ付きウィンドウ、すなわち、解析ウィンドウ２２４（図５Ａ）と、光学特性ウィンドウ２２６（図５Ｂ）と、スペクトル結果ウィンドウ２２８（図５Ｃ）とを備える。

解析ウィンドウ２２４は、ユーザが、発光表現の再構成のための波長を選択することを可能にする波長選択ツール２３０を備える。図に示すように、波長選択ツール２３０は、ユーザが、個々に、または、まとめて（例えば、シフトキーを押しながら複数の波長を選択することにより）、選択することができる１組の所定の波長を備える。これにより、ユーザは、光再構成のための波長域を選択することができる。ボタン２３２は、ユーザが、ウィンドウツール２３０のすべての波長を選択することを可能にする。当業者にとって明らかであるが、可変および／または複数の波長を用いる画像化には利点がある。例えば、画像化装置は、異なる波長で対象物の発光画像を取得することで、画像の深さへの依存を克服し、異なるサイズの試料や様々な深さの画像を補償することができる。波長ツール２３０は、ユーザが、１または複数の波長で、柔軟に、内部発光データの再構成を行うことを可能にする。

ＲＯＩツール２３４は、複数のＲＯＩが作成された場合に、ユーザが、スペクトル解析を行う対象領域を選択することを可能にする。ＲＯＩツール２３４は、現在の発光画像１０８に対して、ＲＯＩツールセクション１６２で作成された、および／または、以前に記憶された各対象領域をリストアップするプルダウンメニューを備える。

ＲＯＩ解析ボタン２３５は、スペクトル画像化ツールセクション２２２でのユーザ入力に従った発光表現１０８の再構成を、ＧＵＩ １００を実行するコンピュータシステムに行わせる。一実施形態では、ＲＯＩボタン２３５を用いた発光表現１０８のスペクトル再構成は、対象物内に点光源を生成する。表示トグル２３３は、（波長ウィンドウ２３０で複数の波長が選択された場合に）、ユーザが、各波長についてのスペクトル解析の結果を表示する別個のウィンドウを作成することを可能にする。

図５Ｂは、光学特性ウィンドウ２２６が備えるさらなるスペクトル解析ツールを示す図である。組織特性ツール２３６からの入力により、ユーザは、発光表現１０８の再構成のための組織特性モデルを選択することができる。この場合、ＧＵＩ １００は、プルダウンメニュー２３６にリストアップされたいくつかの記憶された組織特性モデルを備える。各モデルは、対象物の一部であり再構成の光源を含むボリューム媒体の光学的挙動を累積的に表す記憶値を備える。代表的なモデルとしては、哺乳類組織モデル、マウスモデル、ファントム（組織のプラスチック表現）、皮下モデル、下半身モデル、および、画像化されている特定の対象物に対応する具体的なモデルが挙げられる。

光源スペクトルツール２３８からの入力により、ユーザは、再構成のために、哺乳類１０９内の内部光源を表現するスペクトルを指定することができる。この場合、ＧＵＩ １００は、プルダウンメニュー２３８にリストアップされたいくつかの記憶されたスペクトル表現を備える。各スペクトル表現は、数学的に、光源のスペクトル放射プロファイルに対応する。光源およびスペクトルの表現の例としては、ルシフェラーゼ、蛍光マーカまたは色素、トリチウムビーズ、試験装置内で用いられるＬＥＤ光源など、に対するスペクトル表現が挙げられる。

表示ウィンドウ２３９は、ツール２３６で選択された現在の組織特性、または、ツール２３８で選択された光源スペクトルのいずれかを表示する。図に示すように、表示ウィンドウ２３９は、波長の関数としてチタニウムビーズに対する正規化された振幅応答を表示する。ツール２３６の各組織特性の表示は、例えば、１または複数の光学係数対波長のグラフを含んでよい。

図５Ｃは、結果ウィンドウ２２８が備えるいくつかのスペクトル解析ツールを示す図である。ＲＯＩ結果ウィンドウ２４０は、ＲＯＩ解析ツール２３５（図５Ａ）を用いて指示された際にコンピュータによって実行された再構成の基本的な結果を表示する。具体的には、ウィンドウ２４０は、光源の再構成された位置（例えば、表面からの深さ、および／または、三次元的な位置）および大きさ（例えば、光束、細胞内でのサイズ、ワットなど）のような、対象物１０９内の光源に関する情報と併せて、発光画像１０８の各ＲＯＩをリストアップする。

結果ウィンドウ２２８は、さらに、ユーザに選択されると再構成に関する情報をグラフ表示する１または複数のプロットツール２４２を備える。かかるツール２４２の例が２つ図示されている。すなわち、線形フィットプロットボタン２４２ａおよび光度対波長プロットボタン２４２ｂである。各ツール２４２ａおよび２４２ｂを選択すると、別個のウィンドウ２４４ａおよび２４４ｂが、ディスプレイ上に表示される。保存ツール２４６は、ユーザが、解析ウィンドウ２２４や光学特性ウィンドウ２２６のツールを用いて設定されたパラメータを含めて、再構成の結果を保存することを可能にする。

ＧＵＩ １００は、さらに、ユーザが、内部光源の再構成に影響を与えることを可能にする他のスペクトル解析ツールを備えてもよい。例えば、ツール２３７は、ユーザが、スペクトル再構成のために、内部媒体の屈折率を指定することを可能にする。その他のスペクトル解析ツールを、ＧＵＩ １００で利用することも可能である。

図６Ａは、本発明の具体的な実施形態に従って、表面トポグラフィ／ＤＬＩＴトグル２００を有効にして表面トポグラフィ／ＤＬＩＴツールセクション２０２を表示した状態のＧＵＩ １００を示す図である。

ユーザ入力の結果として、ＧＵＩ １００は、ユーザが提供した入力に従って、発光表現の再構成を、処理システムに行わせる。本明細書で用いられているように、「再構成」、「構成」、「構築」（および、それらの派生語）は、同じ意味で用いられており、一般に、１組の入力データと数学モデルとを用いて、表現と、それに関連する情報とを数学的に組み立てることを指す。通例、コンピュータシステムは、ａ）１または複数の画像に含まれるデータ、ｂ）任意のユーザ入力、および、ｃ）コンピュータが実施する再構成モデルを用いて、対象物（例えば、哺乳類、試験装置など）の内部の光源の二次元または三次元表現を構築する。本発明での利用に適した再構成モデルには、様々なものがある。

一実施形態では、再構成は、トモグラフィ再構成である。この場合、ＧＵＩ １００は、組織内での光子の拡散を評価する定量的モデルを用いる。具体的な実施形態では、モデルは、インビボ画像データと、深さの関数としての空間分解能とを処理すると共に、画像キャプチャの際に画像化要素の要件を規定する助けとなる。哺乳類対象物や試験装置を通しての光子の伝播を表現するために、様々な拡散および再構成のモデルが、ＧＵＩ １００によって実施されてよい。１または複数の画像からのデータを用いて哺乳類または試験装置内の光源のデジタル表現を構築するソフトウェアの適切な例の１つは、共同所有の係属中の特許出願Ｎｏ．１０／６０６，９７６、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ３−Ｄ Ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ」、発明者Ｂｒａｄ Ｒｉｃｅ ｅｔ ａｌ．、に記載されている。

組織、または、組織に似せて構成された光選択性材料を備える疑似（ファントム）装置を通過する赤ないし近赤外光のように、吸収に比べて散乱が大きい場合には、サンプル内での光の伝播を、拡散理論によって記述してもよい。この場合、コンピュータによる再構成モデルは、拡散モデルを用いて、光源のデジタル表現を生成する。三次元拡散ソフトウェアの一実施例は、表面光の画像データに基づいて、対象物の表面の内部の光データを再構成する。この場合、画像および表面光のデータは、ファントム装置表面の直下の光子密度に変換され、この光子密度を用いて、光源を含む対象物表面の内部の三次元光データが生成される。

光源のデジタル表現を生成する工程は、対象物の光学特性の仮定または推定に基づいてよい。例えば、光源のデジタル表現を再構成する工程は、ａ）哺乳類組織、または、ファントム装置で用いられている光選択性材料、の光散乱表現と、ｂ）１または複数の波長における組織または光選択性材料の光吸収表現とを用いてよい。いくつかの表現が、メモリに格納され、ツール２３６および２３８（図５Ｂ）を介してのユーザの選択、または、ツール２３６および２３８（図５Ｂ）に従って、再構成アルゴリズムに提供される。

結果としての光源のデジタル表現は、以下の数学的記述を含む情報を備えてよい。すなわち、数学的記述は、光源の推定光度、ファントム装置内での光源の推定位置、および／または、光源の推定サイズもしくは形状、を含む。一実施形態では、光源は、三次元で空間的に特徴付けられた複雑な光源として再構成される。この再構成は、対象物の表面トポグラフィを用いて、サイズ、方向、および形状などの三次元情報を有する光源を生成する。別の実施形態では、光源は、点として再構成される。

表面トポグラフィ／ＤＬＩＴツールセクション２０２は、対象物１０９の三次元トポグラフィおよびトモグラフィ再構成のための複数のツールを備える。セクション２０２は、４つのタブ付きウィンドウに分かれている。すなわち、解析ウィンドウ２０２（図６Ａ）、ＤＬＩＴパラメータウィンドウ２１２（図６Ｃ）、光学特性ウィンドウ２１４（図６Ｄ）、および、再構成結果ウィンドウ２１８（図６Ｂ）である。

まず、図６Ａを参照して、ユーザが、トポグラフィ表現ツール２０６を選択すると、ＧＵＩ １００を実行するコンピュータシステムは、対象物の三次元トポグラフィ表現（表面マップ）を構築する。この場合、ツール２０６は、チェックボックス２０６と、対象物１０９のトポグラフィ再構成を開始する開始ボタン２０７とを備える。一実施形態では、コンピュータシステムは、トポグラフィ表現を構築する際に、１または複数の構造光画像からの構造光データを用いる。再構成の完了後、ＧＵＩ １００は、三次元トポグラフィ再構成のための別のウィンドウ２１０を作成する。ウィンドウ２１０は、トポグラフィ表現２１２の画像を備える。

ユーザが、トポグラフィ表現ツール２０６を選択すると、それに応じて、ＧＵＩ １００は、さらに、ツールパレット１０２に新しい三次元ツールタブ３００を作成する。三次元ツールタブ３００をアクティブにすると、三次元ツールセクション３０２が開く。三次元ツールセクション３０２は、ユーザが、ウィンドウ２１０に提示された対象物１０９の三次元画像化情報およびトポグラフィ表現２１２を解析することを可能にする１または複数のツールを備える。三次元ツールセクション３０２については、後に詳述する。

表面トポグラフィ／ＤＬＩＴツールセクション２０２は、さらに、三次元再構成ツール２０８を備える。ユーザが、再構成ツール２０８を選択すると、コンピュータシステムは、対象物１０９の内部の光源の三次元表現を構築する。通例、これは、対象物の内部の光源の三次元トモグラフィ再構成を実行することを含む。この場合、ツール２０８は、チェックボックス２０８と、対象物１０９の内部の光源のトモグラフィ再構成を開始する開始ボタン２０７とを備える。

ＧＵＩ １００は、複数の種類の三次元情報の表示および操作を独自の方法で柔軟に可能にする。インビボ画像化に有用なデータの三次元表現は、表面メッシュおよび内部ボクセルのデータを含んでよい。一実施形態では、表面メッシュのデータは、カメラおよび構造光生成部を用いて、対象物について得られた構造光情報から取得される。表面メッシュのデータは、表面トポグラフィデータとも呼ばれる。内部光度データは、例えば、拡散トモグラフィを用いて、内部のボリュームエレメント（すなわち、「ボクセル」）の計算から得られ、各ボリュームエレメントにおける光度を提供する。本発明は、観察者が、データの表面メッシュ表現および内部ボリュームエレメント三次元表現の両方を見て、互いに対して表示を変更することを可能にする点で有利である。逆に、多くの従来のシステムは、それらの内の一方または他方のみを表示する。例えば、ＭＲＩは、内部ボクセル（すなわちボリューム）データのみを表示する。さらに、ＧＵＩ １００は、測定された光度（または、光子密度）を表面上にマッピングして表示してもよい。

図６Ｂ、６Ｃ、および、６Ｄは、ウィンドウ２１０における再構成２０８の三次元出力の例を示す。図６Ｃは、カメラによって受光された通りに、内部光源３０４の深さと、対象物１０９の上面における表面放射３０９への内部光源３０４の投射とを示す対象物１０９の背面図（ピクセル描画形式で表示）を示している。このように、図６Ｃは、表面の表現１１５と、内部光源の表現３０４と、表面上への光源３０４の投射１０９とを示す。図６Ｂは、対象物１０９の上側斜視図（ソリッド描画形式で表示）と、三次元トモグラフィ表現１１５上にマッピングされた内部光源３０４の表面放出３０９とを示す図である。図６Ｄは、対象物１０９の上面斜視図（ソリッド描画形式で表示）と、対象物１０９を通って描画された前頭面、矢状面、および、横断面とを示す。

このように、ＧＵＩ １００は、ユーザが、１つの画像内にいくつかの種類の三次元視覚化を表示することを可能にする。具体的には、図６Ｂは、１）表面メッシュ１１５と、２）疑似カラースケールで表された表面上の光子密度３０９と、３）ボリューム内部の非ゼロ（例えば、＞２％）光度を有するボクセル３０４の位置と、４）別の疑似カラースケールで表された（一般に、発光画像表示部１０７の凡例によって示された）ボクセルの光度と、を同時に示している。一実施形態では、トモグラフィ再構成は、さらに、スペクトル画像化およびパラメータを用いる。図６Ａを参照すると、解析ウィンドウ２０２は、ユーザが、再構成ツール２０８によって開始されるトモグラフィ再構成のために、１または複数の波長を選択することを可能にする波長選択ウィンドウ２０４を備える。例えば、マウスや同様の入力装置を用いて、ユーザは、ボックスを作成して、ウィンドウ２０４に提示された１、２、または、３以上の波長を選択してよい。

図６Ｃを参照すると、ＤＬＩＴパラメータウィンドウ２１２は、ユーザが、トモグラフィ再構成のための再構成パラメータを変更することを可能にするいくつかのツールを備える。ウィンドウ２１３は、ユーザが、トモグラフィ再構成で用いられる複数の表面エレメントを設定することを可能にする。ウィンドウ２１５は、ユーザが、トモグラフィ再構成で用いられる複数の内部ボリュームエレメントを設定することを可能にする。ユーザは、さらに、ウィンドウ２１７を用いて、ボリュームメッシュ再構成のための増分を設定してよく、これは、トモグラフィ再構成が、ボリュームメッシュのサイズについて対話型のアプローチを用いる場合に有用である。チェックボックス２６０は、ユーザが、再構成で一様な表面サイズを用いるか否かを指定することを可能にする。一実施形態では、トモグラフィ再構成は、最小二乗フィットを用いて、内部光源を表す解を導く。チェックボックス２６２および２６４は、ユーザが、最小二乗フィットおよび解の実施方法（例えば、非負最小二乗フィットを有効にするなど）を決定することを可能にする。ＤＬＩＴパラメータウィンドウ２１２は、さらに、ユーザが、トモグラフィ再構成のために構造光表現において用いられるパスの平均サイズを指定することを可能にするウィンドウ２６５を備える。また、図に示すように、ユーザは、再構成での角度制限と、数学的再構成で用いられる１または複数の定数もしくは変数（カッパ）の値とを設定してもよい。

図６Ｄは、光学特性ウィンドウ２１４を示す図であり、光学特性ウィンドウ２１４は、ユーザが、再構成のために１または複数の光学特性を指定することを可能にするいくつかのスペクトル解析ツールを備える。光学特性ウィンドウ２１４は、図５Ｂの光学特性ウィンドウ２２６と同様のものであり、ユーザが、再構成ツール２０８を用いた内部光源の再構成に影響する組織の光学特性、光源のスペクトル、および、媒体の屈折率を指定することを可能にする同様のツールを備える。ユーザは、ウィンドウ２２６に関して上述したのと同様に、光学特性ウィンドウ２１４のツールとやり取りするので、簡単のため、ここでは説明を省略する。

再構成結果ウィンドウ２１８（図６Ｂ）は、再構成ツール２０８によって開始されコンピュータシステムによって実行された再構成の結果をリストアップするサブウィンドウ２１９を備える。一般に、ウィンドウ２１９は、再構成の任意の結果、または、再構成で用いられたパラメータをリストアップしてよい。ユーザが、光子密度マップボタン２６５を選択すると、ＧＵＩ １００は、対象物１０９の光表現についての測定光学データおよびシミュレーション光学データの間の差をグラフ表示する新規ウィンドウ（図示せず）を開く。

上述のように、三次元ツールセクション３０２は、ユーザが、対象物１０９のトポグラフィ／トモグラフィ表現を解析することを可能にするいくつかのグラフィッカルツールを備える。セクション３０２は、２つのタブ付きウィンドウを備える。すなわち、ウィンドウ３０３（図６Ａ、６Ｄ、および、６Ｅ）と、ボリュームウィンドウ３０７（図６Ｂおおよび６Ｃ）である。メッシュタブは、表面トモグラフィの視覚化、すなわち、表面メッシュを制御する。ボリュームタブは、表面内部の光源の点／ボクセルの表示を制御する。３つの直交した断面３０８ａ〜３０８ｃが備えられており、各断面で規定される平面に従った対象物１０９の形状の特徴を、ユーザに提供する。トグル３０５は、断面３０８のオン（図６Ｄおよび６Ｅ）とオフ（図６Ａ−Ｃ）とを切り替える。図６Ｄに示すように、直交した断面３０８ａ〜３０８ｃは、ウィンドウ２１０に表示される。また、各直交断面３０８ａ〜３０８ｃに対して、それぞれ、ウィンドウ２１０内にサブウィンドウ３１０ａ〜３１０ｃが設けられる。各サブウィンドウ３１０は、それぞれの断面３０８の現在の位置に従って、対象物１０９の境界の輪郭を表示する。スライダ３０６ａ〜３０６ｃは、断面３０８ａ〜３０８ｃの位置をそれぞれ制御する。断面３０８は、さらに、現在の位置に基づいて、空間的な三次元ボリューム情報を提供する。

直交断面３０８ａ〜３０８ｃは、さらに、それらの現在の位置に従って、交差ボリュームデータを示す。具体的な実施形態では、断面３０８ａ〜３０８ｃは、０（または、その他の閾値）よりも高い光度を有する交差ボクセルを示す。図６Ｂは、内部光源情報３０４と交わる位置にある断面３０８ａ〜３０８ｃを示している。光情報は、サブウィンドウ３１０ａ〜３１０ｃでは、個々のボリュームエレメントに対応する点として示されている。したがって、各断面の位置に応じて、これらの断面ツールは、特定の平面における表面の形状を示すだけでなく、交差ボリュームデータも示すことができる。換言すれば、それらは、０またはその他の所定の閾値よりも高い光度を有するボクセルを示す。

三次元ツールセクション３０２は、さらに、ウィンドウ２１０のトポグラフィ表現１１５の表示および位置を操作するための様々なツールを備える。プルダウンメニュー３２２は、ユーザが、トポグラフィ表現１１５の向き、位置、または、視角を制御することを可能にする。プルダウンメニュー３２４は、ユーザが、トポグラフィ表現１１５の描画形式を指定することを可能にする。描画形式の例としては、ワイヤメッシュ表現、表面ノード表現（図６Ｃ）、ボリュームによる表現（図６Ａ）などが挙げられる。プルダウンメニュー３２６は、ユーザが、トポグラフィ表現１１５を観察するための照明条件を指定することを可能にする。境界ボックスボタン３２８は、トポグラフィ表現１１５の周りにボックスを配置する（図６Ａ）。メッシュトグル３１２は、ユーザが、トポグラフィ表現をオンオフすることを可能にする。図６Ｅは、オブジェクト１０９のトポグラフィ表現１１５を表示しない状態での内部光源３０４を示す図であり、カメラで得られた表面画像データから再構成された内部光源のみが示されている。

図６Ｂを参照すると、ボリュームウィンドウ３０７は、凡例制御および視覚出力ツール３３０、光度閾値ツール３３４、および、ボクセルレンダリング・プルダウンメニュー３３２など、ユーザが、対象物１０９のボリューム表示を変更することを可能にする様々なツールを備える。ボクセルレンダリング・プルダウンメニュー３３２は、ユーザが、内部のボリュームデータを提示する方法を選択することを可能にする。プルダウンメニュー３３２には、４つのオプションが提供される。すなわち、テクスチャ、点、球、および、立方体である。内部データの画像化を容易にするために、他のオプションを設けてもよい。図６Ｃは、点によるボクセルのレンダリングを示しており、内部光源データの正確な位置が特定されている。図６Ｂは、立方体によるボクセルのレンダリングを示しており、内部ボリュームデータをより大きく、より明るく表示することで、しばしば、オーバーレイ画像内で見やすくなる。図６Ｄは、テクスチャによるボクセルのレンダリングを示しており、ボクセルデータを滑らかに表示するため、例えば、腎臓の構造またはその他のマクロ構造において、多数の点が存在する場合に適切である。

ＧＵＩ １００は、ルシフェラーゼの発現した細胞からの発光や、蛍光性分子からの蛍光など、低光度の光源を画像化するために用いられてよい。低光度の光源は、様々な生体または非生体の発光サンプルのいずれに含まれてもよい。非生体発光サンプルは、較正装置や試験装置を含んでよい。生体発光サンプルとしては、例えば、発光性分子を含む動物または植物、生きた有機体を含む組織培養プレート、および、生きた有機体を含むマルチウェルプレート（９６、３８４、８６４ウェルプレートなど）が挙げられる。動物は、ルシフェラーゼの発現した細胞を含むマウスやラットなど、任意の哺乳類であってよい。

ＧＵＩ １００は、画像化および研究で幅広く利用できる。マウスのような小型の実験動物の中で発光する細胞を追跡する能力は、薬学や毒物学の研究で様々に応用できる。そのような応用としては、感染症のインビボでの監視、転移における腫瘍の増殖、導入遺伝子の発現、化合物の毒性、および、遺伝子治療のためのウイルス感染すなわち導入システム、が挙げられる。リアルタイムで動物生体内の信号を検出できることは、１つの実験を通して、各データ点に対して生体を犠牲にする必要なしに、同じ組の動物を用いて、病気や生物学的過程の進行を研究できることを意味する。これにより、少ない動物で質の高いデータが得られるようになり、化合物の選別過程が速くなるため、迅速な創薬が可能になる。

本明細書で用いられているように、ツールという用語は、ユーザが、コンピュータシステムに情報を入力することを可能にする任意の単体のグラフィカルツールまたは複数のグラフィック制御を組み合わせたものを指す。一般的な従来のグラフィカルツールとしては、ボタン、テキストボックス、スクロールバー、画像、スピンダイヤル、リストボックス、オプション選択などが挙げられる。例えば、チェックボックスは、空白のボックスを備えるオプション選択制御ツールである。ユーザがボックスを選択すると、そのボックス内に、「Ｘ」またはその他の視覚的な情報が表示されることで、ユーザが、そのボックスに対応するオプションを選択したことが示される。例えば、ユーザが、上述の組織特性など、１または複数の所定の組織特性から、スペクトル画像化のために素早く選択できるように、１または複数のチェックボックスを利用してよい。

本発明は、画像を表示して画像に含まれるデータを解析することのできる何らかの形態のコンピュータシステムを用いる。少なくとも、コンピュータシステムは、１または複数のプロセッサと、１または複数のユーザ入力装置と、ディスプレイと、複数のプロセッサの内の１または複数で動作するグラフィカルユーザインターフェースとを備える。ディスプレイは、入力装置からの入力信号や複数のプロセッサの内の１または複数からの信号に応答して、特定の方法で、写真画像、構造光画像、および、発光データ画像と、関連情報とを、表示することができる。プロセッサは、格納された命令に基づいて、トポグラフィおよびトモグラフィ再構成アルゴリズムや、ＧＵＩ １００を実行する。

図７Ａおよび７Ｂは、本発明の実施形態を実施するのに適したコンピュータシステム６００を示す図である。図７Ａは、コンピュータシステムの物理的形態の一例を示す。もちろん、コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、小型携帯デバイスから、最新の市販モデルまで、多くの物理的形態を有しうる。コンピュータシステム６００は、ＣＲＴモニタ６０２と、ディスプレイ６０４と、筐体６０６と、ＣＤドライブ６０８と、キーボード６１０と、マウス６１２とを備える。ディスク６１４は、コンピュータシステム６００とデータをやり取りするために用いられるコンピュータ読み取り可能な媒体である。ディスプレイ６０４は、一般に、ＣＲＴモニタ、ＬＣＤスクリーン、プロジェクタ、ＯＬＥＤ装置など、ディスプレイ技術によって提供されるビデオ出力を意味する。

図７Ｂは、コンピュータシステム６００のブロック図の一例である。システムバス６２０には、様々なサブシステムが取り付けられる。プロセッサ６２２（中央処理装置すなわちＣＰＵとも呼ばれる）は、メモリ６２４を含む記憶装置に接続されている。メモリ６２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）とを含む。当業者に周知のように、ＲＯＭは、ＣＰＵに対して単方向的にデータおよび命令を転送するよう機能し、ＲＡＭは、通例、双方向的にデータおよび命令を転送するために用いられる。ＣＰＵ６２２には、さらに、固定ディスク６２６が双方向的に接続されている。固定ディスク６２６は、さらなるデータ記憶容量を提供するものであり、任意の適切なコンピュータ読み取り可能な媒体であってよい。固定ディスク６２６は、トポグラフィおよびトモグラフィの再構成プログラム、ＧＵＩ １００を表示して動作させる命令、画像データなどを格納するために用いられてよく、通例は、一次記憶装置よりも遅い二次記憶装置（ハードディスクなど）である。リムーバブルディスク６１４は、後に示すコンピュータ読み取り可能な媒体の内の任意の形態を取ってよい。

ＣＰＵ６２２は、さらに、ディスプレイ６０４、キーボード６１０、マウス６１２、スピーカ６３０など、様々な入出力装置に接続されている。ＣＰＵ６２２は、入出力装置およびディスプレイ６０４と連携して、上述のＧＵＩ １００を実施する。一般に、入出力装置は、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロホン、タッチセンシティブディスプレイ、変換器型カードリーダ、磁気テープもしくは紙テープリーダ、タブレット、スタイラス、音声または手書き文字認識装置、バイオメトリクス読み取り装置、他のコンピュータ、の内のいずれであってもよい。ＣＰＵ６２２は、必要に応じて、ネットワークインターフェース６４０を用いて、別のコンピュータや通信ネットワークに接続されてもよい。

さらに、本発明の実施形態は、様々なコンピュータによる動作を実行するためのコンピュータコードを有するコンピュータ読み取り可能な媒体を備えたコンピュータストレージ製品に関する。媒体およびコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計および構成されたものでもよいし、コンピュータソフトウェア分野の当業者にとって、周知かつ入手可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体の例としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、磁気テープなどの磁気媒体；ＣＤ−ＲＯＭ、ホログラフィック装置などの光媒体；フロプティカルディスクなどの光磁気媒体；特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＤ）、ＲＯＭ、ＲＡＭなど、プログラムコードを格納および実行するよう特別に構成されたハードウェア装置、が挙げられるが、それらに限定されない。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成されるコードなどのマシンコードや、インタープリタを用いてコンピュータが実行する高級言語のコードを含むファイルが挙げられる。一実施形態では、本発明は、例えば、ＣまたはＣ＋＋で書かれた１または複数のプログラムに含まれる命令として格納される。

理解しやすいように、本発明について詳細に説明したが、添付の請求項の範囲内で、変更例や変形例を実施することができる。例えば、本発明は、別個のツールパレット１０２、および、多くのツールのために作成された別個のウィンドウに関して説明されているが、本発明は、多くの別個のウィンドウを表示する必要はなく、いくつかのウィンドウを一体化してもよい。したがって、上述の例は、例示的なものであって制限的ではないものと見なされ、本発明は、本明細書に記載された詳細事項に限定されず、添付の特許請求の範囲内で変形可能である。

本発明の一実施形態に従って、画像化システムを示す斜視図。 本発明の一実施形態に従って、画像化システムを示す斜視図。 本発明の一実施形態に従って、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を示す図。 情報クリックトグルを有効にして情報クリックセクションを表示した状態の画像化ＧＵＩを示す図。 画像調整トグルおよびレイアウト制御トグルの両方を有効にして画像調整セクションおよびレイアウト制御セクションの両方を表示した状態の画像化ＧＵＩを示す図。 補正／フィルタリングトグルおよび画像情報トグルの両方を有効にして補正／フィルタリングセクションおよび画像情報セクションの両方を表示した状態の画像化ＧＵＩを示す図。 本発明の具体的な実施形態に従って、対象領域（ＲＯＩ）ツールトグルを有効にしてＲＯＩツールセクションを表示した状態の画像化ＧＵＩを示す図。 本発明の具体的な実施形態に従って、代表的な測定値構成ウィンドウを表示した状態の画像化ＧＵＩを示す図。 本発明の一実施形態に従って、配列ウィンドウを表示した画像化ＧＵＩを示す図。 本発明の具体的な実施形態に従って、画像計算トグルを有効にして画像計算ツールセクションを表示した状態の画像化ＧＵＩを示す図。 ユーザが、第１の発光表現および第２の発光表現からの情報を評価することを可能にする画像計算ウィンドウを示す図。 本発明の具体的な実施形態に従って、スペクトル画像化トグルを有効にしてスペクトル画像化ツールセクションを表示した状態の画像化ＧＵＩを示す図。 光学特性ウィンドウが備えるスペクトル解析ツールを示す図。 スペクトル結果ウィンドウが備えるいくつかのスペクトル解析ツールを示す図。 本発明の具体的な実施形態に従って、表面トポグラフィおよび再構成ツールを表示した画像化ＧＵＩを示す図。 トポグラフィおよびトモグラフィ再構成の後の対象物および内部光源を示す上側斜視図。 内部放射源の深さと、トポグラフィ表現の上面における表面放射への内部放射源の投射とを示す、点描画で表示された対象物の背面図。 ユーザが再構成のために１または複数の光学特性を指定することを可能にするいくつかのスペクトル解析ツールを備えた光学特性ウィンドウを示す図。 トポグラフィ表現を表示しない状態で再構成済み内部光源を示す図。 本発明の実施形態を実施するのに適したコンピュータシステムを示す図。 本発明の実施形態を実施するのに適したコンピュータシステムを示す図。

Claims (41)

1. 画像を表示および解析できるコンピュータシステムであって、
   １または複数のプロセッサと、
   １または複数のユーザ入力装置と、
   前記１または複数の入力装置からの入力信号と、前記１または複数のプロセッサからの信号とに応答して、特定の方法で、前記画像および関連情報を表示できるディスプレイと、前記画像は、対象物の表面の三次元表現に三次元発光表現を重ね合わせた表現を備え、前記三次元発光表現は、前記対象物内に位置する電磁放射の位置および大きさを記述する情報を備え、
   前記１または複数のプロセッサ上で実行されて１または複数の再構成ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースと、を備え、ユーザが前記再構成ツールの１つを利用すると、前記コンピュータシステムは、前記対象物内に位置する前記電磁放射の前記三次元発光表現を再構成する、コンピュータシステム。
2. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記電磁放射は、可視スペクトルまたは近赤外スペクトルの波長を備える、コンピュータシステム。
3. 請求項２に記載のコンピュータシステムであって、前記光源は、蛍光を放出する、コンピュータシステム。
4. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記ユーザが前記１または複数の再構成ツールを利用すると、前記コンピュータシステムは、前記対象物内の前記電磁放射源のトモグラフィ再構成を実行する、コンピュータシステム。
5. 請求項４に記載のコンピュータシステムであって、前記再構成ツールは、前記ユーザが、前記電磁放射源の前記トモグラフィ再構成で用いられた再構成パラメータを変更することを可能にするツールを備える、コンピュータシステム。
6. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記再構成ツールは、１組の断面を生成すると共に各断面によって規定される平面と交差する電磁放射データをユーザに提供する１組の直交断面ツールを備える、コンピュータシステム。
7. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記１または複数の再構成ツールは、ユーザが、前記三次元発光表現の再構成で用いられる１または複数の波長を選択することを可能にする波長選択ツールを備える、コンピュータシステム。
8. 請求項７に記載のコンピュータシステムであって、前記波長選択ツールは、前記ユーザが、前記電磁放射の前記三次元表現の再構成のための波長域を選択することを可能にする、コンピュータシステム。
9. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記１または複数の再構成ツールは、ユーザが、前記電磁放射の前記三次元表現の再構成で用いられる組織特性モデルを選択することを可能にする組織特性ツールを備える、コンピュータシステム。
10. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記三次元光表現は、さらに、前記対象物の表面の前記三次元表現の上への前記内部光源のマッピングを含む、コンピュータシステム。
11. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、さらに、前記画像上に対象領域を規定するための１または複数のツールを備え、ユーザが、前記対象領域ツールの１つを利用すると、前記コンピュータシステムは、前記規定された対象領域に対する前記画像の一部についての情報を算出する、コンピュータシステム。
12. 請求項１１に記載のコンピュータシステムであって、前記対象領域を規定するための１または複数のツールは、前記ユーザが、前記画像上の長方形と、前記画像上の楕円形と、前記画像上の直線と、前記画像上の格子と、の内の少なくとも１つを描画することを可能にする、コンピュータシステム。
13. 請求項１２に記載のコンピュータシステムであって、前記グラフィカルユーザインターフェースは、線プロファイルツールを備え、前記線プロファイルツールは、選択されると、光子またはカウントと、前記画像上に作成された直線に対応する線分に対する位置との関係を示すグラフを備えた線プロファイルウィンドウを開く動作を、前記コンピュータシステムに実行させる、コンピュータシステム。
14. 請求項１１に記載のコンピュータシステムであって、前記グラフィカルユーザインターフェースは、前記ユーザが、前記入力装置１または複数を用いて、前記画像上の前記線分を移動させることと、前記画像上の前記線分のサイズを変更することを可能にする、コンピュータシステム。
15. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記表示ウィンドウは、ヒストグラムツールを備え、前記ヒストグラムツールは、選択されると、波長に対する前記発光表現の輝度レベルの統計マップを自動的に算出して表示する動作を、前記コンピュータシステムに実行させる、コンピュータシステム。
16. 請求項１に記載のグラフィカルユーザインターフェースであって、さらに、ユーザが、前記表面メッシュの透明度を変更して、前記内部光源をより良好に視覚化することを可能にする不透明度設定を備える、グラフィカルユーザインターフェース。
17. 請求項１に記載のコンピュータシステムであって、前記グラフィカルユーザインターフェースは、前記１または複数のツールを備えるツールパレットをグラフィクスとして提供する、コンピュータシステム。
18. 請求項１７に記載のコンピュータシステムであって、前記画像および前記ツールパレットは、別々のウィンドウに提供される、コンピュータシステム。
19. 請求項１８に記載のコンピュータシステムであって、前記ツールパレットは、１組のテーマ別ツールセクションを備える、コンピュータシステム。
20. 画像を表示および解析できるコンピュータシステムであって、
    １または複数のプロセッサと、
    １または複数のユーザ入力装置と、
    前記１または複数の入力装置からの入力信号と、前記１または複数のプロセッサからの信号とに応答して、特定の方法で前記画像および関連情報を表示できるディスプレイであって、前記画像は、対象物の表面の三次元トポグラフィ表現に発光表現を重ね合わせた表現を備え、前記発光表現は、前記トポグラフィ表現の表面から放射された光の位置および大きさを記述する情報を備え、
    前記１または複数のプロセッサ上で実行されて１または複数のトポグラフィ表現ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースと、を備え、ユーザが前記１または複数のトポグラフィ表現ツールを選択すると、前記コンピュータシステムは、前記対象物の前記トポグラフィ表現を再構成する、コンピュータシステム。
21. 請求項２０に記載のコンピュータシステムであって、前記ユーザが、前記１または複数のトポグラフィ表現ツールを選択した時に、前記トポグラフィ表現の画像表現を前記ディスプレイに出力する、コンピュータシステム。
22. 請求項２０に記載のコンピュータシステムであって、前記トポグラフィ表現を構築する際に、１または複数の構造光画像を用いる、コンピュータシステム。
23. 請求項２０に記載のコンピュータシステムであって、前記トポグラフィ表現ツールは、前記ユーザが、前記トポグラフィ表現を構築する際に用いられた数学パラメータを変更することを可能にするツールを備える、コンピュータシステム。
24. 請求項２０に記載のコンピュータシステムであって、前記トポグラフィ表現ツールは、１組の断面を生成すると共に各断面によって規定される平面に従った前記トポグラフィ表現の形状特性をユーザに提供する１組の直交断面ツールを備える、コンピュータシステム。
25. 請求項２４に記載のコンピュータシステムであって、さらに、ユーザが前記１組の断面に含まれる各断面の位置を制御することを可能にするグラフィカルスライダツールを、各断面に対して備える、コンピュータシステム。
26. 画像を表示および解析できるコンピュータシステムであって、
    １または複数のプロセッサと、
    １または複数のユーザ入力装置と、
    前記１または複数の入力装置からの入力信号と、前記１または複数のプロセッサからの信号とに応答して、特定の方法で前記画像および関連情報を表示できるディスプレイであって、前記画像は、対象物の表面の三次元表現に前記対象物の三次元光表現を重ね合わせた表現を備え、前記三次元光表現は、前記対象物内に位置する光源の位置および大きさを記述する情報を備え、
    前記１または複数のプロセッサ上で実行されて１または複数のスペクトル解析ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースと、を備え、ユーザが、前記スペクトル解析ツールの内の１つを用いて、スペクトル情報を入力すると、前記コンピュータシステムは、前記１または複数のスペクトル解析ツールによって提供された入力に従って前記光源の再構成を実行する、コンピュータシステム。
27. 請求項２６に記載のコンピュータシステムであって、前記スペクトル解析ツールは、ユーザが、前記発光表現の再構成のための波長を選択することを可能にする波長選択ツールを備える、コンピュータシステム。
28. 請求項２７に記載のコンピュータシステムであって、前記波長選択ツールは、前記ユーザが、前記発光表現の再構成のための波長域を選択することを可能にする、コンピュータシステム。
29. 請求項２６に記載のコンピュータシステムであって、前記スペクトル解析ツールは、ユーザが、前記発光表現の再構成のための組織特性モデルを選択することを可能にする組織特性ツールを備える、コンピュータシステム。
30. 請求項２６に記載のコンピュータシステムであって、前記スペクトル解析ツールは、ユーザが、前記光源を表現するスペクトルを選択することを可能にする光源スペクトルツールを備える、コンピュータシステム。
31. 請求項２６に記載のコンピュータシステムであって、前記三次元光表現は、さらに、前記対象物の表面の前記三次元表現の上への前記内部光源のマッピングを含む、コンピュータシステム。
32. 請求項２６に記載のコンピュータシステムであって、前記電磁放射は、可視スペクトルまたは近赤外スペクトルの波長を備える、コンピュータシステム。
33. 請求項２６に記載のコンピュータシステムであって、前記スペクトル解析ツールは、プロットツールを備え、前記プロットツールは、ユーザによって選択されると、前記再構成に関する情報をグラフ表示する、コンピュータシステム。
34. 画像を表示および解析できるコンピュータシステムであって、
    １または複数のプロセッサと、
    １または複数のユーザ入力装置と、
    前記１または複数の入力装置からの入力信号と、前記１または複数のプロセッサからの信号とに応答して、特定の方法で前記画像および関連情報を表示できるディスプレイであって、前記画像は、ａ）前記対象物内から放射された光の位置および大きさを記述する第１の情報を備えた前記対象物の第１の発光表現と、ｂ）前記対象物内から放射された光の位置および大きさを記述する第２の情報を備えた前記対象物の第２の発光表現とを備え、
    前記プロセッサの内の１または複数の上で実行されて１または複数の評価ツールを提供するグラフィカルユーザインターフェースと、を備え、ユーザが前記再構成ツールの１つを利用すると、前記コンピュータシステムは、前記第１の情報および前記第２の情報を量的に評価する、コンピュータシステム。
35. 請求項３４に記載のコンピュータシステムであって、前記量的な評価は、前記第１の情報および前記第２の情報に対して数学演算を実行することを含む、コンピュータシステム。
36. 請求項３５に記載のコンピュータシステムであって、前記ツールは、前記ユーザが、前記第２の情報から前記第１の情報を減算することを可能にする、コンピュータシステム。
37. 請求項３６に記載のコンピュータシステムであって、前記第１の情報は組織の自己蛍光情報を含み、前記第２の発光表現は蛍光画像を含む、コンピュータシステム。
38. 請求項３４に記載のコンピュータシステムであって、さらに、前記ユーザが、前記量的な評価の結果に対してオーバーレイ画像を作成することを可能にするツールを備える、コンピュータシステム。
39. 請求項３４に記載のコンピュータシステムであって、さらに、ユーザが、発光表現のリストから前記第１の発光表現を選択することを可能にするツールを備える、コンピュータシステム。
40. 請求項３４に記載のコンピュータシステムであって、前記第１の発光表現および前記第２の発光表現は、同じウィンドウに表示される、コンピュータシステム。
41. 請求項３４に記載のコンピュータシステムであって、前記ツールは、前記ユーザが、前記第１の情報と前記第２の情報とを加算すること、前記第１の情報と前記第２の情報とを乗算すること、または、前記第２の情報を前記第１の情報で除算することを可能にする、コンピュータシステム。

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