JP2012504035A

JP2012504035A - 生物医学撮像デバイス及び方法

Info

Publication number: JP2012504035A
Application number: JP2011530043A
Authority: JP
Inventors: ウェアリング、ジョージ・オー・ザ・フォース
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2012-02-16
Also published as: US20100079580A1; EP2344981A1; WO2010039206A1

Abstract

これは、身体組織の所望の部分の２次元画像をキャプチャーし、これらの画像を３次元仮想環境画像に変換するように構成及び最適化された撮像システムである。そして、これらの３次元仮想環境画像は、複数の没入型の全方向視角で見られる。そして、視角は、所望のシーケンスに演出され、身体組織の所望の部分の細胞層を通るフライスルーシーケンスが作成される。

Description

本発明は、撮像（imaging：イメージング）システムに関し、より詳細には、角膜の３次元フライスルー画像に対し複数の視点及び没入型の全方向視覚を表示する撮像システムに関する。

角膜は、透明性、無血管性及び免疫学的特権により、検査することが非常に困難である。従来の撮像デバイスでは、２次元画像を用いて角膜の３次元画像が作成される。しかしながら、大量の２次元画像を処理して３次元画像にすることに関連して限界があり、かつ角膜が透明な性質を有することにより、角膜及び患者の身体の他の部位の従来の３次元画像では、見る人は、画像を複数の視点、及び見る人が角膜又は関心身体部位の組織自体の中から細胞層において自身の視野（viewing perspective）を没入させることができる複数の視点から見ることはできない。
角膜又は関心身体部位(area of interest)を、その角膜又は関心部位の周囲の複数の視角から、角膜又は関心部位自体の中をかつその中から眺めるように見ることができないため、患者及び医者は最良の透視像を得ることができない。
現在、フーリエドメイン光干渉断層撮影（Fourier domain Optical coherence tomography）（ＯＣＴ）では、他の撮像モダリティのように、角膜又は選択された関心身体部位の全方向の立体３次元表示に限られている。
したがって、見る人が、角膜の組織又は関心組織部位の中からの複数の視点を含む、複数の視点から関心部位を検査するのを可能にする一方で、角膜又は他の関心身体部位の透明な構造を見ることができるようにする必要がある。したがって、見る人が、身体の任意の選択された組織に対し、細胞層内に自身の視角を没入させることができる。

角膜又は身体の従来の３次元撮像では、見る人は、単一パスで組織の細胞層を通過することはできない。ひと目見ただけで、組織画像を評価し、組織の複数の３次元視角及び画像を可能にするために必要な空間的関係を得ることが望ましい。
単一パスを形成することができることにより、複数の視角及び画像を見る人が、角膜又は関心身体部位の細胞層すべての間の空間的な関係を感じ取ることができるようになる。
単一パスで角膜又は関心身体部位を見ることができることにより、患者又は医師は、その組織を通る行程（trip）を計画することができ、そこでは、患者又は医師は、一見で各細胞及び細胞層の相対的な空間的関係を依然として維持しながら、複数の関心細胞層の視覚を選択的に演出する（choreograph）ことができる。
代替の実施の形態では、マウス又はジョイスティックを使用して、組織を通る行程の計画を削除するようにこの単一パスが制御される。これにより、見る人は、ジョイスティックに一度触れることでパスを細胞及びそれらの層を通るようにかつそれらの周囲に向けることができる。

したがって、本発明は、関連技術の限界及び不都合による問題のうちの１つ又は複数を実質的に取り除く、眼又は神経系を含む、角膜撮像又は身体の任意の構造に関する。

本発明の一利点は、
２次元画像(two dimensional images)をキャプチャーする撮像デバイスと、
前記撮像デバイスに動作可能に接続され、前記撮像デバイスを制御するコンピューターと、
前記コンピューターに接続されコマンドを受け取る入力デバイスと、
前記コンピューターに接続され画像を表示する出力デバイスと、
を具備し、
前記コンピューターは、
前記２次元画像のキャプチャーを制御する画像抽出ソフトウェアと、
前記２次元画像を３次元仮想環境画像に変換し、該３次元仮想環境画像の複数の視点を作成すると共に、該３次元仮想環境画像内で没入型の全方向視覚を作成するポストプロダクションソフトウェアとを有する、撮像システムを提供することである。

本発明の別の利点は、
撮像デバイスを最適化すること、
２次元画像をキャプチャーすること、
前記２次元画像を３次元仮想環境画像に変換すること、及び
フライスルーシーケンスを作成すること、
を含む撮像方法を提供することである。

本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の記述により説明され、それらは、部分的には、当該記述から明らかとなり、又は本発明の実施により学習され得る。
本発明の目的及び他の利点は、書かれている説明及びその特許請求の範囲と共に添付図面において特に指摘されている構造によって具現化されかつ得られるであろう。
これらの利点及び他の利点を達成するために、本発明の目的に従って、具現化しかつ広く説明しているように、２次元画像をキャプチャーする撮像デバイスと、撮像デバイスに動作可能に接続され、撮像デバイスを制御するコンピューターとコンピューターに接続されコマンドを受け取る入力デバイスと、コンピューターに接続され画像を表示する出力デバイスとを具備し、コンピューターは、２次元画像のキャプチャーを制御する画像抽出ソフトウェアと、２次元画像を３次元仮想環境画像に変換し、３次元仮想環境画像の複数の視点を作成すると共に、３次元仮想環境画像内で没入型の全方向視覚を作成するポストプロダクションソフトウェアとを有する、撮像システム。

本発明の別の態様では、撮像方法は、撮像デバイスを最適化すること、２次元画像をキャプチャーすること、２次元画像を３次元仮想環境画像に変換すること、及びフライスルーシーケンスを作成することを含む。

上述した概略的な説明及び以下の詳細な説明は共に、例示的でありかつ説明のためのものであり、請求項に記載されている本発明のさらなる説明を提供するように意図されていることが理解されるべきである。

本発明がさらなる理解をもたらすように含められ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書本文と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。

撮像システムのブロック図である。コンピューター及びその関連するソフトウェアのブロック図である。角膜の３次元フライスルー画像を作成することに関与する高レベルプロセスに関連するフローチャートである。撮像デバイスを最適化することに関与するプロセスに関連するフローチャートである。２次元画像のキャプチャーに関与するプロセスに関連するフローチャートである。２次元画像データを３次元画像に変換することに関与するプロセスに関連するフローチャートである。フライスルー画像の作成に関与するプロセスに関連するフローチャートである。

ここで、本発明の実施形態について詳細に言及し、その例は添付図面に示す。

図１は、本発明の多くの実施形態のうちの１つの一例である。
図１の撮像システムは、撮像デバイス１０２、コンピューター１０４、入力デバイス１０６及び出力デバイス１０８から構成されている。
撮像デバイス１０２は、２次元画像をキャプチャーし、その後２次元画像データを作成するように使用される。この２次元画像データは、ソフトウェアを有するコンピューター１０４を使用することによって３次元画像に変換される。ユーザーは、入力デバイス１０６を使用して、多数の視角から３次元画像を見ることができ、３次元画像内から視点を没入させることができる。
これらの３次元画像は、画像のフライスルーシーケンスを作成するように順次演出される。このシーケンスは、コンピューターに取り付けられている出力デバイス１０８を通じて表示される。
出力装置１０８を、画像を表示する任意のデバイスとすることができ、それは、モニター、テレビ受像機、液晶ディスプレイ又はプラズマスクリーンに限定されない。また、入力デバイス１０６を、ユーザーがコンピューター１０４にコマンドを入力することができるようにする任意のデバイスとすることができ、それは、キーボード、マウス、スタイラス又は音声コマンド受信機のみに限定されない。

図２は、コンピューターの一例である。
コンピューター１０４は、撮像デバイス１０２を制御するために、画像抽出ソフトウェア４０を有することができ、又は撮像デバイス自体が、画像抽出ソフトウェア（図面には示さず）を有することができる。通常、画像抽出ソフトウェアを有するのは撮像デバイスである。異なる撮像デバイスは、異なる画像抽出ソフトウェアを要求する。
選択された撮像デバイスに対し、画像抽出ソフトウェアは、選択された特定の撮像デバイスと互換性があるべきである。
撮像デバイス１０２を制御するために使用することができる１つのタイプの画像抽出ソフトウェア４０は、郵便番号４４３−００３８、日本国愛知県蒲郡市拾石町前浜３４−１４に位置する株式会社ニデックが商標「Ｎａｖｉｓ（登録商標）」で製造したソフトウェアである。
好ましくは、共焦点顕微鏡がＮａｖｉｓソフトウェアを有しかつそれと互換性がある。使用されるＮａｖｉｓソフトウェアバージョンが、特定の共焦点顕微鏡バージョン又はモデルと互換性のあるバージョンであることも好ましい。ニデックが製造した共焦点顕微鏡のバージョン４が、顕微鏡のこのバージョンと互換性のあるＮａｖｉｓソフトウェアバージョンと共に好ましい。
コンピューター１０４はまた、図２に示すようにポストプロダクションソフトウェア４２を有することができ、又は撮像デバイス自体が、ポストプロダクションソフトウェア４２（図には示さず）を含むことができる。
当業者には、画像抽出及び操作用の単一アプリケーションとして（図には示さず）、ポストプロダクションソフトウェア４２を画像抽出ソフトウェア４０と結合することができることが明らかとなろう。しかしながら、ポストプロダクションソフトウェア４２は、画像抽出ソフトウェア４０と結合されるか又は別個のアプリケーションとして使用されるかに関らず、３次元フライスルー画像を作成するように抽出された画像を処理するために使用されることが好ましい。

図３は、３次元フライスルー画像を作成することに関与する手続きを示す一実施形態のブロック図である。
撮像デバイスを最適化する手続き５０２を使用して、２次元画像をキャプチャーする（５０４）ように撮像デバイス１０２を準備する。
次に、２次元画像データを３次元画像データに変換する手続き５０６において、キャプチャーした画像を２次元画像から３次元画像に変換する。
そして、３次元画像データのポストプロダクション処理５０８を行うことにより、３Ｄ画像データのフライスルービューを作成する。
最後に、フライスルー画像を表示する手続き５１０において、出力デバイス１０８を使用することにより３Ｄ画像データのフライスルービューを表示する。
ここで、図３における各手続きについて、以下でさらに詳細に説明する。
撮像デバイス１０２は、限定されないが眼又は身体の神経系等の部分を含む患者の身体の画像をキャプチャーするために使用される、任意のデジタル撮像デバイス又は医療撮像デバイスとされ得る。
撮像デバイス１０２は、好ましくは、細胞レベルで画像をキャプチャーして、眼、神経系、又は患者の概して任意の身体部分内に位置する細胞及び細胞層を表示する機能を有している。
撮像デバイス１０２は、断層撮影装置又はボリュームイメージング装置であり得る。断層撮影装置又はボリュームイメージング装置は、限定されないが、以下のタイプの断層撮影装置であり得る。すなわち、コンピューター断層撮影、単一光子放射コンピューター断層撮影（ＣＴ）、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）又は核磁気共鳴画像法（ＮＭＲＩ）、医療超音波検査法（超音波診断法）、透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）、アトムプローブ及びシンクロトロンＸ線断層撮影顕微鏡法（ＳＲＸＴＭ）である。
撮像デバイス１０２はまた、限定されないが結合されたＣＴ／ＭＲＩ及び結合されたＣＴ／ＰＥＴ等、上述したタイプの断層撮影装置の組合せを使用することも可能である。
撮像デバイス１０２は、限定されないが、以下のタイプの断層撮影装置を使用する撮像デバイス又は撮像デバイスのタイプであり得る。すなわち、アトムプローブ断層撮影（ＡＰＴ）、コンピューター断層撮影（ＣＴ）、共焦点レーザ走査顕微鏡法（ＬＳＣＭ）、低温電子断層撮影（Ｃｒｙｏ−ＥＴ）、電気容量断層撮影（ＥＣＴ）、電気抵抗断層撮影（ＥＲＴ）、電気インピーダンス断層撮影（ＥＩＴ）、機能的磁気共鳴画像法（ｆＭＲＩ）、磁気誘導断層撮影（ＭＩＴ）、以前は磁気共鳴断層撮影（ＭＲＴ）又は核磁気共鳴断層撮影という名前で知られていた磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、中性子断層撮影、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）、光投射型断層撮影（ＯＰＴ）、プロセス断層撮影（ＰＴ）、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）、陽電子放射断層撮影・コンピューター断層撮影（ＰＥＴ−ＣＴ）、量子断層撮影、単一光子放射コンピューター断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、地震断層撮影、超音波支援光断層撮影（Ultrasound assisted optical tomography）（ＵＡＯＴ）、超音波透過断層撮影（Ultrasound transmission tomography）、Ｘ線断層撮影（ＣＴ、ＣＡＴＳｃａｎ）、光音響（Optoacoustic）断層撮影（ＯＡＴ）又は熱音響断層撮影（ＴＡＴ）としても知られる光音響（Photoacoustic）断層撮影（ＰＡＴ）、ゼーマン・ドップラー（Zeeman-Doppler）イメージングである。
撮像デバイス１０２は、限定されないが、以下の技法を使用する撮像デバイス又は撮像デバイスのタイプであり得る。すなわち、共焦点顕微鏡法、電子顕微鏡法、蛍光透視法、断層撮影、共焦点顕微鏡イメージング、光音響イメージング、投影Ｘ線撮影、走査レーザ検眼鏡検査、共焦点レーザ走査顕微鏡法（ＣＬＳＭ又はＬＳＣＭ）、細隙灯写真撮影法、シャインプルーフ写真撮影法、ハイデルベルグ網膜断層撮影装置及びハイデルベルグ網膜断層撮影装置ＩＩ（ＨＲＴＩＩ）である。
好ましくは、細胞レベルで画像をキャプチャーするために、共焦点顕微鏡撮像デバイスが使用される。しかしながら、細胞レベルで情報をキャプチャーするために、上述した撮像デバイス又は上述した断層撮影装置のタイプの多くを使用することができる。
細胞レベルで患者の神経活動をキャプチャーするために、機能的撮像デバイスを使用することができる。撮像デバイス１０２は、共焦点顕微鏡イメージングを使用することにより、身体部分、眼又はより詳細には眼の角膜の２次元画像をキャプチャーする機能を有する。使用される撮像デバイス１０２の１つタイプの一例は、株式会社ニデック（上述）によって商標「Ｃｏｎｆｏｓｃａｎ４」で製造されている角膜共焦点顕微鏡である。

ここで、図４を参照して、撮像デバイス１０２の最適化に関与する手続きを例示する。
撮像デバイス１０２を最適化する際、角膜共焦点顕微鏡の固定焦点距離が２６ミクロンにされる（２００）。撮像デバイス１０２をさらに最適化するために、選択された拡大プローブ２０２は、４０倍の大きさであるべきである。
角膜共焦点顕微鏡又は撮像デバイスで２Ｄ画像をキャプチャーするとき、装置が、画像をキャプチャーする際に使用する輝度レベルの調整２０４を可能にする輝度レベル調整器を有することも好ましい。この輝度レベル調整器は、個々の細胞画像がキャプチャーされるときにもたらされる光反射を最小限にすることができる。角膜共焦点顕微鏡の輝度レベルは、好ましくは、Ｎｉｄｅｋ顕微鏡で９０のレベルに設定される。
撮像デバイス１０２に、角膜の撮像中に、画像オブジェクト、又はより詳細には眼を安定化する（２０６）オブジェクト安定器（object stabilizer）も備えるべきである。画像オブジェクトを安定化する（２０６）ことにより、撮像デバイス１０２が、画像間の角膜の移動を最小限にすることによって複数の２次元画像を位置合せすることができる。これにより、各個々の細胞又は細胞層を各２次元画像と位置合せすることも可能になる。画像オブジェクト安定器の一例は、株式会社ニデックによって商標「Ｚ−Ｒｉｎｇ」で製造されているタイプである。
設定が行われると、角膜の軸方向スライスが、好ましくは、逐次、種々の深さレベルでキャプチャーされる（２１２）。これは、放射状画像をキャプチャーするのに好ましい。
画像を互いに軸方向の関係でキャプチャーすることが好ましいが、限定されないが冠状面、矢状面、水平面又は放射状関係等、多数の関係でキャプチャーすることも可能である。しかしながら、画像をキャプチャーするために放射状関係を使用する場合、３次元撮像に対して画像を所望のフォーマットにするために放射状の補間を行う。
正確かつ再現可能な画像データを増大させるために、撮像デバイスを、単一パスモードに設定する（２０８）べきである。単一パスモードにより、撮像デバイスによって画像キャプチャーを初期化した後に自動的に画像をキャプチャーすることができる。
撮像デバイス１０２に、キャプチャーされた各画像スライス間の非画像深さ（non-image depth）に対して最小距離を設定する深さ調整器を備えるべきである。キャプチャーされた各画像スライス間の非画像深さは、使用される撮像モダリティ又は装置によって決まる。たとえば、Ｃｏｎｆｏｓｃａｎ撮像デバイスは、限定されないが、キャプチャーされる各画像スライス間の最小の非画像深さが１．５又は２ミクロンであり得る。これにより、画像間の画像損失が低減し、単一パスモードを使用している間にキャプチャーされる画像の量が最適化される。また、単一パスモードを使用して画像をキャプチャーすることにより、角膜を通しての画像スライスを、眼の画像スライス間の相対的な深さに従って逐次自動的に記録することができる。これにより、画像スライスをそれらの相対的な深さに従って順序を変える必要がなくなる。
上述した設定により、ユーザーは、角膜の透明な構造及び組織の別個の層を視認し、拡大し、測定し、撮影することができる。また、２次元画像のキャプチャーに関連する画像抽出ソフトウェア４０を使用して、上述した所望の設定を制御することができる。たとえば、株式会社ニデックによって作成されたＮＡＶＩＳを使用して、上述した所望の設定を制御することができる。

図３に戻ると、撮像デバイス５０２を最適化した後、その撮像デバイスを使用して、身体又は眼並びにそれらのそれぞれの細胞及び細胞層の２次元画像をキャプチャーする（５０４）。ここで図５を参照すると、撮像デバイス１０２を、コンピューター１０４、入力デバイス１０６及び出力デバイス１０８と共に使用して、所望の量の画像の画像キャプチャーを開始する（４００）。２次元画像の好ましい量は、Ｃｏｎｆｏｓｃａｎ撮像デバイスを使用する場合、角膜に対して３５０〜５００画像である。この２次元画像の好ましい量はそれより多くても少なくてもよいが、キャプチャーされるべき画像の最大数は、画像のすべてを処理するためにかかる所望のコンピューター処理時間を最小限にするか又は選択する一方で、関心身体部位の平滑なフライスルーシーケンスを作成するために必要な画像の数によって決まる。

所望の量の２次元画像をキャプチャーした（４００）後、コンピューター１０４のメモリ又は記憶用デバイス内に画像を格納する（４０２）。
２Ｄ画像を格納する際、画像抽出ソフトウェア４０を使用して、各２次元画像スライスの深さを指定された組織又は角膜深さで記録する（４０４）。これには、記録されている２Ｄ画像スライス毎に、深さを位置付ける（map out）か、又は深さ位置を眼に関して関連付ける必要があり、それにより、眼の中の各スライスの既知の位置決め深さが維持される。
また、２Ｄ画像は所望の画像フォーマットに変換される（４０６）。好ましくは、２Ｄ画像データを限定されないがＪＰＥＧ又はビットマップフォーマット等の標準画像フォーマットに変換することによって、２Ｄ画像を指定されたフォーマットに設定する。

２Ｄ画像を所望の画像フォーマットに変換した（４０６）後、２Ｄ画像のポストプロダクション処理６００のためにポストプロダクションソフトウェア４２を使用する。
一例は、ミネソタ州ロチェスター（Rochester、Minnesota）に位置するメイヨー・クリニック（Mayo Clinic）によって開発され、米国、６６０８５、カンザス州オーバーランドパーク、１６１ｓｔストリート、７３８０Ｗ．（7380W.161^st Street, Overland Park, KS, 66085 USA）に位置するAnalyzeDirect社が商標「Ａｎａｌｙｚｅ６．０」ソフトウェアバージョン６．０で流通させているタイプのソフトウェアである。
このアプリケーションについては、「Analyze 6.0 Users Manual」と題し、「http://www.analyzedirect.com/support/downloads.asp#6doc（「Analyze 6.0 Users Manual」のハイパーリンクを辿られたい）で入手可能な、一般に入手可能な文書に記載されており、その全体が参照により本明細書に援用される。好ましくは、ポストプロダクションソフトウェア４２としてバージョン８．１のＡｎａｌｙｚｅが使用される。
しかしながら、ポストプロダクションソフトウェア４２として、限定されないがＡｎａｌｙｚｅ７．０又はＡｎａｌｙｚｅ６．０等の異なるソフトウェアバージョンを使用することができる。

２Ｄ画像データをポストプロダクションソフトウェア４２又はＡｎａｌｙｚｅソフトウェアにインポートするには複数の方法がある。
２Ｄ画像データをインポートする一つの方法は、複数のＪＰＥＧファイルのインポートを可能にするインポート／エクスポートツールを使用することである。好ましくは、ツールとしてのロードを使用して、２Ｄ画像データを含む単一のオーディオビデオインターリーブファイルをインポートすることができる。そして、Ａｎａｌｙｚｅのツール、好ましくは画像をＡｎａｌｙｚｅに導入する（Getting the Images into Analyze）ツールを使用して、２Ｄ画像データを３Ｄボリュームとしてロードする。
２Ｄ画像をインポートしロードした後、Ａｎａｌｙｚｅツールは、複数の２Ｄ画像を単一ボリュームとして添付するのを可能にし、これを、添付（Appending）ツールを使用して又はボリューム（Volume）ツールによって行うことができる。また、ワイルドカード（Wild Card）ツールを使用して、２Ｄ画像の或る特定の事前に定義した１つ又は複数のパラメータに一致するファイルをインポートするようにフィルタを用いてファイルを選択することができる。

次に、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアを使用して、多面（Multiplanar）ツール及びスキャン（Scan）ツールが、２Ｄ画像データをスライス毎にレビューするのを可能にする。
そして、多断面（Multiplanar Sections）ツール並びに２Ｄレジストレーション（2D Registration）及び３Ｄレジストレーション（3D Registration）ツールと共に立方体断面（cube sections）ツールを使用して、複数の画像データに関連する次元を整合させ統一することによって、２Ｄ画像のボクセル出力次元を調整する。これにより、画像が１つ又は複数の次元において伸張することが防止されかつ最小限になる。
そして、所望の画像のタイプに応じて、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアツールを使用して、画像の周囲の空間を全体として埋めるか又は切り取るようにいくつかの次元を設定することができる。

２Ｄ画像のすべてをインポートした後、ポストプロダクションは、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアのレンダリング（Rendering）ツールを使用して所望の関心部位の最終的な固定３Ｄ画像を細胞レベルで作成するのを開始する。
より詳細には、ポストプロダクション処理は、３次元（３Ｄ）画像を表示するために３Ｄ画像データを構築するように２Ｄ画像データを変換することを含む。
しかしながら、まず２Ｄ画像データを３Ｄ画像に変換するために、２Ｄ画像データが、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアによってボリュームレンダリングされる（６０２）。
生成されている３Ｄ画像が所望のものであることを検証するために、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアを使用して、２Ｄ画像データのボリュームレンダリングを任意の時点で行うことができる。
２Ｄ画像データをボリュームレンダリングして（６０２）、３Ｄ画像データを作成すると、この３Ｄ画像データもまた、角膜又は眼の透明な性質による細胞組織の画像の明瞭さを維持しながら、細胞組織レベルを通しての明白な最大被写界深度を生成するように最適化される。したがって、これは、見る人が角膜又は眼の個々の細胞層及び細胞を識別することができるように角膜又は眼の細胞組織内の十分なコントラストを生成することにより、画像の明瞭さを依然として維持しながら、角膜又は眼の組織のレベルを通しての被写界深度を最大限にするように細胞要素を可能な限り透明にすることのバランスをもたらす。この最適化は、好ましくは、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアプログラムを用いてレンダリングツール及びボリュームレンダリングツールを使用して行われる。
本明細書で述べる本発明の全体的な概念、特に、細胞組織の画像の明瞭さを維持しながら細胞組織レベルを通しての最大被写界深度を最適化することはまた、眼、角膜又は神経系に限定されない身体の他の部分に対して行うことも可能である。

３次元画像データを最適化すると、その後データを用いて、角膜又は関心身体部分の３Ｄ画像を作成し（６０４）、それを用いて、身体又は角膜の角膜細胞又は身体細胞及び細胞層の３次元仮想環境画像を構築する（８００）。角膜又は身体の細胞及び細胞層の３次元仮想環境画像の作成８００は、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアを使用することによって行われる。
この３Ｄ仮想環境撮像には、ユーザーが実際のオブジェクトのコンピューターシミュレーション環境とインタラクトすることができるという概念が含まれる。この場合、実際のオブジェクトは、角膜又は関心身体部分である。そして、３Ｄ画像を、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアの切取（Clip）、閾値（Threshold）及びレンダリング（Render）タイプツールを使用して、編集し、サイズを決め、次元を整合させることができる。

そして、ステップ８０２において、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアを使用して３Ｄ仮想環境画像の複数の視角を作成する。この３Ｄ仮想環境画像は、最終的に、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアを用いて出力デバイス１０８に表示される。
複数の視点を作成する際、作成者は、限定されないがタッチスクリーン、スタイラス、キーボード、マウス、音声コマンド受信機等の入力デバイス１０６を使用して、３Ｄ仮想環境画像が最終的に表示される視角を操作することができる。
代替の実施形態では、マウス又はジョイスティックを使用して、リアルタイムで３Ｄ仮想環境画像の視角を制御しフライスルーシーケンスを方向付けることができる。
代替の実施形態では、フライスルーシーケンスのリアルタイム操作は、組織モデルのリアルタイム操作を伴う大量データセットを処理する、ゲームエンジン並びに／又は視覚化及びコンピュータープラフィックスツールを使用することによって行われる。

また、ポストプロダクションソフトウェア４２又はＡｎａｌｙｚｅソフトウェアは、出力デバイス１０８における３Ｄ仮想環境画像の全方向視覚を可能にする。全方向視覚は、見る人が関心対象を複数の視角又は視野方向から見るのを可能にする視覚概念である。
本発明は、ユーザーが角膜又は関心身体部位を３次元で多数の透視角度から見るのを可能にするだけではなく、３Ｄ仮想環境画像内の没入型の全方向視覚も可能にする。没入型の全方向視覚は、視野が３次元画像又は幾何オブジェクトの境界内に没入する一方で、見る人が３Ｄ画像を複数の視角から見ることができるようにする概念である。
そして、この没入型の全方向ビュー又はカメラアングル及び位置は、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアのボリュームレンダリング表示ツール、パースペクティブツール及びボリュームレンダリングツールを用いて作成される。

そして、複数の視角を、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアのボリュームレンダリングツール及びパースペクティブレンダリングツールを用いてフライスルーシーケンスを計画し作成することにより逐次演出する（８０４）。
フライスルーシーケンスの経路を、Ａｎａｌｙｚｅソフトウェアを用いて、角膜又は限定されないが神経系を含む患者の身体の他の選択された部位と共に撮像されているものに応じて、所望の関心部位をフライスルー及びフライアラウンドするようにカスタマイズする。代替の実施形態では、フライスルーシーケンスの経路を、関心部位をフライスルー及びフライアラウンドするようにジョイスティックで制御することができる。
そして、このカスタマイズされたフライスルーシーケンスを、限定されないがムービー（Movie）ツールを含むＡｎａｌｙｚｅソフトウェアツールを使用して、後に使用するために種々の角膜画像に対して事前に定義されたカメラルーチンとして保存又は記録することができる。
フライスルーシーケンスは、多数の透視角度が出力デバイス１０８から適時の順序で表示されている（８０６）とき、見る人に対し、患者の身体に関連する角膜又は関心部位の３Ｄ画像をフライスルー、フライイン（fly into）及びフライアラウンドすることができるという一意の感覚を与える。
角膜又は関心部位をフライスルーするという視覚的感覚により、患者、医師又は見る人は、表示するオブジェクトの２次元のスライス毎の表示ではなく、細胞及び細胞層の内側及び外側両方から患者の角膜又は身体部位を見ることにより、細胞レベルで関与する空間的関係の完全で包括的な知覚を得ることができる。

当業者には、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明においてさまざまな変更及び変形を行うことができることが明らかとなろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内にある本発明の変更形態及び変形形態を包含することが意図されている。

Claims

２次元画像をキャプチャーする撮像デバイスと、
前記撮像デバイスに動作可能に接続され、前記撮像デバイスを制御するコンピューターと、
前記コンピューターに接続されコマンドを受け取る入力デバイスと、
前記コンピューターに接続され画像を表示する出力デバイスと、
を具備し、
前記コンピューターは、
前記２次元画像のキャプチャーを制御する画像抽出ソフトウェアと、
前記２次元画像を３次元仮想環境画像に変換し、該３次元仮想環境画像の複数の視点を作成すると共に、該３次元仮想環境画像内で没入型の全方向視覚を作成するポストプロダクションソフトウェアとを有する、撮像システム。
前記撮像デバイスは角膜共焦点顕微鏡である、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは断層撮影撮像デバイスである、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは機能的撮像デバイスである、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは、２次元画像を２次元画像データに変換する、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは、固定焦点距離を有することをさらに含む、請求項１に記載の撮像システム。
前記固定焦点距離は２６ミクロンである、請求項２に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは、拡大プローブを有することをさらに含む、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは、拡大プローブを有することをさらに含む、請求項２に記載の撮像システム。
前記拡大プローブは４０倍の倍率である、請求項９に記載の拡大プローブ。
前記撮像デバイスは、輝度レベル調整器を有することをさらに含む、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは、オブジェクト安定器を有することをさらに含む、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは、オブジェクト安定器を有することをさらに含む、請求項２に記載の撮像システム。
前記オブジェクト安定器はｚ−ｒｉｎｇである、請求項１３に記載のオブジェクト安定器。
前記撮像デバイスは、単一パスモードを有することをさらに含む、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは深さ調整器をさらに備える、請求項１に記載の撮像システム。
前記撮像デバイスは深さ調整器をさらに備える、請求項２に記載の撮像システム。
前記深さ調整器は２ミクロン以下に設定される、請求項１７に記載の深さ調整器。
前記２次元画像は、各２次元画像に対して軸方向関係を有する、請求項１に記載の撮像システム。
前記２次元画像は逐次キャプチャーされる、請求項１に記載の撮像システム。
前記ソフトウェアは、画像を指定されたフォーマットに変換し、組織深さを各２次元画像に関連付ける、請求項１に記載の撮像システム。
前記ポストプロダクションソフトウェアは、フライスルーシーケンスを作成するように使用される、請求項１に記載の撮像システム。
撮像デバイスを最適化すること、
２次元画像をキャプチャーすること、
前記２次元画像を３次元仮想環境画像に変換すること、及び
フライスルーシーケンスを作成すること、
を含む撮像方法。
前記撮像デバイスを最適化することは、
焦点距離を固定すること、
プローブ倍率を設定すること、
輝度レベルを調整すること、
画像オブジェクトを安定化すること、
前記撮像デバイスを単一パスモードに設定すること、
各画像スライス間の非画像深さを設定すること、
２次元画像間の関係を設定すること、及び
前記２次元画像をキャプチャーする所望の順序を設定すること、
をさらに含む、請求項２３に記載の撮像方法。
前記２次元画像をキャプチャーすることは、
最適な量の２次元画像のキャプチャーを開始すること、及び
深さ位置を各２次元画像と関連付けること、
をさらに含む、請求項２３に記載の撮像方法。
前記２次元画像を３次元仮想環境画像に変換することは、
２次元画像データを３次元画像データにボリュームレンダリングすること、
前記３次元画像データを最適化すること、及び
３次元画像を作成すること、
をさらに含む、請求項２３に記載の撮像方法。
前記フライスルーシーケンスを作成することは、
３次元仮想環境画像を構築すること、
複数の視角を作成すること、及び
複数の視角を演出すること、
をさらに含む、請求項２３に記載の撮像方法。
前記フライスルーシーケンスを作成することは、
前記３次元仮想環境画像の複数の視点を表示すること、及び
前記３次元仮想環境画像内に没入型の全方向視覚を表示すること、
をさらに含む、請求項２３に記載の撮像方法。
２次元撮像データを作成するために角膜共焦点顕微鏡を使用すること
をさらに含む、請求項２３に記載の撮像方法。
断層撮影撮像デバイスを使用することをさらに含む、請求項２３に記載の撮像方法。
前記２次元画像をキャプチャーすることは、
単一パスで複数の深さにおける組織の２次元画像スライスをキャプチャーすること
を含む、請求項２３に記載の撮像方法。
前記２次元画像間の関係を設定することは、
前記２次元画像間の軸方向関係を設定すること、
をさらに含む、請求項２４に記載の撮像方法。