JP5675097B2 - 多モード撮像システム及び設定された仮説の検証のためのサポートを有するワークステーション - Google Patents

Description

本出願は、インビボ（in-vivo）撮像技術に関する。それは、研究環境における小動物撮像と関連したワークフロー及びソフトウェア処理による特定のアプリケーションを見出し、特にそれを参照して記載される。本出願は他の臨床的及び研究的環境（例えば人間の被検者による研究）における用途をも見いだすことが理解されるべきである。

現在利用可能な撮像スキャナは、医学的な仮説の検証に適した自動化された科学的に厳密なワークフローをサポートする標準化された機器及び技術を備えていない。臨床前撮像は、信頼性がまだ証明されていない医療治療アイデアと人間の治療におけるアプリケーションとの間のギャップを埋めるのを助ける。臨床前動物撮像調査は、臨床試験の条件及び評価項目を定めるのに用いられることができる。特に、臨床前インビボ小動物撮像は、他の重要な生物学的プロセスの中でもとりわけ、代謝活性、細胞増殖、アポトーシス、受容体状態及び免疫反応、血管形成並びに低酸素症を視覚化及び定量化するための能力を提供する。これは、様々な手段によって、最も一般的には放射ラベル付きトレーサによる放射撮像技術を使用して、遺伝子表現、酵素活性、受容体及びトランスポータ並びに分子の局所的濃度を間接的に測定することによって実行される。

この研究は、好奇心によって及び/又は生物学的プロセスに対する新しい洞察を発見するか若しくは探索するための研究費によってしばしば支援される仮説によるプログラムによって特徴づけられる。このように、感度及び空間的分解能のような装置特性は、特にますます小さな構造及びプロセスを視覚化することの絶え間ない必要性に照らすと、重要である。加えて、研究がシステムを記載することからシステムを測定することに移るにつれて、これらのプロセスの定量化の必要性は増大する。この研究は、主としてアカデミックな医療センターにおいて実行される。このように、コミュニティの知識は、文献、会議及びシンポジウムを通して進歩する。一般的に、小規模のアプリケーションが、同様に研究成果を約束するために追求される。成功の基準は、それが直接的な商業上の活動に結びつくかどうかに関係なく、明確かつ効果的に理解を実証及び拡張する能力を含む。

生物学的研究のより具体的な発現は、バイオマーカー、薬剤及び治療の系統的な発見及び開発であり、前臨床研究の間に有望であることが証明されると最終的に動物モデルから人間に変換される。より多種多様な一般的な生物学的領域からこの領域を区別するのは、厳格な規制申請をサポートすることが可能な標準化され較正されたプロセスに従う必要性である。このように、この研究は、民間の薬剤会社及び/又は測定器会社において（独占的ではなく）、一般的な知識をプロセスに組み込むだけでなくむしろ経済的な報酬のために、薬剤及び治療を発見し、開発し、そして最終的に商業化しようとするために、一般的に実行される。

定量化は、取得されたデータの信頼できる評価のために重要である。物理的な絶対単位でのトレーサ濃度に関する情報なしでは、それぞれのトレーサは、トレーサ開発に関連して客観的に互いと比較されることができない。同様に、取得された画像から抽出される診断用情報の質は、決定的にデータの定量性に依存する。特に小動物撮像から、例えば部分的ボリューム効果のような様々な考察は、重要な役割を果たし、意味がある濃度値を得るために補正されなければならない。これらの効果は、単一の撮像モードデザイン及び/若しくは補正によって、又はこの文脈において有用であることができるＣＴスキャンからの解剖学的情報のような（但しそれに限られない）相補的なモダリティデータを使用することによって軽減されることができる。

定量化はマーケットにおいて価値がある。部分的ボリューム及びモーション補正などを処理するソフトウェアツールが利用可能であり、信頼できる定量化に役立つ。動物撮像は、トレーサ特性を評価することに費やされなければならない時間及び労力の量を低減することによって、トレーサ開発及び検証プロセスにおいて重要な役割を果たす。インビボ撮像によって、ある期間にわたって同じ動物の連続的な分析を実行し、例えば長い時間スパンにわたるトレーサの生体分布を調査することが可能である。撮像なしでは、同じ調査は多くの動物を必要とし、それらの動物は生体外での方法によってトレーサ分布を測定するためにそれぞれの時点で犠牲にされなければならない。さらに、そのような薬物生体反応学的モデリングのような技術を適用することによって、１つの撮像手順中に一度に複数の生物学的パラメータを評価することが可能である。

薬力学の薬物生体反応学的モデリングは、一度に複数の生物学的パラメータ及び分子パラメータを同時に評価することを可能にする。時間の経過にともなう動物中のトレーサの分布は動的なプロセスであるので、動的プロセスを支配する速度定数へのアクセスを提供する動的なシーケンスの分析と比較して、静的な撮像は限られた情報のみを含む。

この活動をサポートする臨床前アプリケーションは、各々のレベルが装置に対する要求又は重点領域を強調する様々な範囲の調査、
単一対象（例えば摂取）に関するスナップショット測定、
放射ラベル付きマーカーの1-5半減期の間の時間活動、
複数の撮像セッションにわたる単一の対象に関する長期的な調査、
同じ研究所の複数の対象によるグループ調査、並びに
複数の分散型調査及び/又は系統的分類にわたる個体群分析、
を実行するための能力をユーザに提供するものとして要約されることができる。

それらのレベルは、薬剤及びバイオマーカーの発見及び開発プロセスに最も直接に当てはまる。これらの調査様式を実現するソフトウェアアプリケーションは、そうすることで、時間がかかり誤差を起こしやすい手動の方法に代わるより高品質でより再現可能な調査につながる標準化又はデータボリュームがこの研究に関連したと仮定すると特に難しいカスタムプログラミングを容易にするので、重要である。重要な標準化は、個々の主な研究員に依存することよりむしろ計装によって駆動されなければならない。

本出願は、上述の問題その他を克服する新規かつ改善された小動物操作、撮像及び研究データ分析技術を提供する。

１つの態様によれば、インビボ撮像システムが提供される。少なくとも１つの撮像モダリティが、撮像装置の撮像領域中の対象のインビボ撮像データを取得する。再構成プロセッサは、生データを画像表現に再構成する。準備モジュールは、対象が撮像モダリティにおける撮像のために準備されるスペースを提供する。研究ワークステーションは、撮像モダリティへの電子的インタフェイスをユーザに提供する。

他の態様によれば、インビボ撮像方法が提供される。調査は、インビボ撮像システム上の実行のために設計される。所望のデータマイニング及び計算バイオインフォマティクス活動が選択され、撮像調査を補完する。撮像データが取得されて処理される。処理された撮像データが定量化される。統計分析が、処理された撮像データに関して及び/又は計算活動からの結果によって実行される。それから、統計分析は、ユーザが選択する形式で報告される。

他の態様によれば、インビボ撮像調査を設計するための研究ワークステーションが提供される。ワークステーションは、調査を作成及び定義するための調査設計ポータルを含む。ユーザは、ワークステーションがデータマイニングポータルにおいてアクセスするリソースから調査に関係するデータを選択することができる。ユーザは、画像収集、再構成及び/又は画像処理ポータルから利用可能なツールを選択することができる。ユーザは、定量化ポータルにおいてツール及び臨床パッケージの事前に決められたセットから利用可能なツールを選択することができる。

ユーザは、統計分析ポータルにおいて事前に決められた後処理分析及びアドホック後処理分析の少なくとも一つを選択することができる。報告ポータルは、ユーザがデータ報告方法をカスタマイズすることを可能にする。

他の態様によれば、調査を設計する方法が提供される。インビボ撮像環境において検証されることが可能な仮説は、ユーザによって設定される。調査設計ワークフロールーチンが、ワークステーションコンピュータ上で開始される。撮像と計算方法との間の関係が特定される。調査のパラメータが特定される。調査が設計されるときに、調査設計における信頼水準が、調査の有望な結果のモデルの構築を要求することによって得られる。

１つの利点は、向上した調査の再現性にある。

他の利点は、ユーザが調査を設計及び実行するためのより大きなフレキシビリティにある。

他の利点は、既存の調査及び情報データベースへのアクセスにある。

他の利点は、撮像調査のための標準化されたプロトコルを参照する能力にある。

他の利点は、結果の統計的な確かさを最大化するための撮像データの構造化された後処理にある。

他の利点は、新規な診断及び治療学の有効性を確立する規制申請において報告された結果を利用する能力にある。

本発明のまた更なる利点は、以下の詳細な説明を読んで理解することにより、当業者に認識される。本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置並びに様々なステップ及びステップの配列の形を取ることができる。図面は好ましい実施の形態を図示することのみを目的としており、本発明を制限するように解釈されてはならない。

図1を参照して、診断、治療及び/又は研究活動に使用される撮像システムの例示的な環境が示される。

図2及び引き続き図1を参照して、例示的な撮像システム10が示される。小動物撮像を容易にする任意の構成要素が図に含まれる。本出願は、陽電子射出断層撮影（PET）、コンピュータ断層撮影（CT）、単一光子放射形コンピュータ断層撮影（SPECT）、動物準備、及び視覚化、画像表示、融像及び分析能力のための研究ワークステーション並びに他の撮像及びデータ操作のためのモジュールを有するシステムを意図する。様々なモジュールは、スペース及びスループットの問題によって決定される、隣り合わせの構成、背中合わせの構成、分散された構成及び/又は一列に並んだ構成の様々な組み合わせによる柔軟な構成を可能にするカバー内で組み合わせられる。共通の対象保定器が、保定器にドッキングされ及びドッキングを解かれることができる動物ホルダーと同様に意図される。図2に図示されるような並んだ構成において、動物ホルダーがドッキングされ及びドッキングを解かれるときの位置精度及び再現性を提供するドッキング機能を通して、正確な画像登録が達成される。追加の画像登録は、基準のマーカーの使用によって得られることができる。

図5及び引き続き図2を参照して、撮像モダリティ12は、撮像データ取得の役割を果たす。上で述べたように、モダリティ12は、PET，SPECT，CT及びMRIのうちの一つ以上（但しこれらに限られない）を含む任意の撮像モダリティであることができる。動物カプセル14は、撮像セッションの間に一つ以上の動物を保持する。カプセル14は、一般的に、一つ以上のホルダー又はベッド16、円筒状のカバー18、生理的パラメータセンサ20、麻酔用設備22（例えば動物の鼻がフィットするノーズコーン）及びホルダー側ドッキングインタフェイス24を含む。あるいはカバー18は、対象に適合させるために排気されることができるバッグを含むことができる。ドッキングインタフェイス24は好ましくは、ホルダーが撮像モダリティ12に挿入されるときに最小限の挿入/捻り力が与えられるように、設計される。１つのモダリティから他のモダリティに転送されるときに動物の位置が乱されないことが好ましい。同一のドッキングインタフェイス24によって全てのモダリティ及びドッキングステーションを構成することによって、取扱者は、異なるモダリティ及びドッキングステーション間でホルダーを交換することができる。ドッキングインタフェイス機能は、取扱者へのモニタリングインタフェイス、加熱インタフェイス及び麻酔インタフェイスの提供、並びに最大４つの動物のためのサポートの提供を含む。安全性の理由で、麻酔バルブは、カプセル14が分離されるときに自動的に遮断されることができ、取り付けられるときに再び開かれることができる。カプセルは、好ましくは、多くの清掃及び殺菌（例えばアルコール、蒸気、放射など）に耐えるように構成される。

一つの動物カプセル14は、いくつかの異なるベッド16の構成をサポートすることができる。１つのカプセル14は、最高２つのラットベッド16を収容することができ、あるいは、１つのカプセル14は、より多数（例えば4つ）のマウスベッド16を収容することができる。ベッドマウントから離れて、各々のカプセルインタフェイス24はまた、測定センサ20、空気及び麻酔のための流体インタフェイスなどに接続される一つ以上のソケットを提供する。ベッド16は、輪郭付けされたベッド（profiled bed）又は平パレットのいずれかであることができる。加熱効率を高めるために、別々のできるだけ小さいシリンダ18が、全ての動物を覆う１つの大きなシリンダ18の代わりに、各々の動物を囲んで用いられることが好ましい（但し後者の実施例が決して実行できないわけではない）。シリンダ18は好ましくは容易に取り外し可能である。穴が同様に提供され、それを通して、同位元素の注入並びに/又は任意の測定及び物理的な相互作用のためのカテーテルを挿入して又は引き出すことが可能である。

平パレットベッドタイプは、標準でない測定で、又は共通に使われていない動物若しくは動物構成で、動物技術者が働くこと可能にする。技術者は、異なるサイズ及び体重の異なる動物を自由に配置することができる。パレットベッド16上のノーズコーン22は、異なるサイズの動物に対応するために好ましくは入れ替え可能である。ノーズコーン22は、好ましくは、放射に対して半透明であり、しっかりと動物の頭部をおおう。加えて、ノーズコーン22は、例えば注射による麻酔が用いられる場合、取り外されることができる。パレットベッド16は、動作拘束具を取り付けるために両側に穴を備えている。

他の実施例において、ベッド16は、形状に適合して輪郭付けされたベッドである。輪郭付けされたベッド16は、好ましくはいくつかのタイプとして提供され、各々は、異なる動物カテゴリ（ラット、マウス）及びサイズ（小、中、大）に対応するように構成される。ベッドのカーブは、時間的に離れたスキャンにおける同じ対象又は異なる対象の両方に対して、容易かつ再現可能な動物位置決めを可能にする。動作拘束具は、スキャン中又はその間の対象の再配置を防ぐために、ベッドに組み込まれる。ベッド16に組み込まれる拘束具はまた、従来のようにテープで貼ったり外したりする代わりを意図する。

好ましくはECG及び呼吸プローブ20がベッド16に集積化される。あるいは、センサは手動で対象につけられることができる。SpO₂及び加熱素子もベッド16の一部であることができる。ベッド上の位置マーク（すなわち定規状マーク）は、対象をベッド16に載置するときに位置を再現することを助ける。正確に再配置することが脳撮像において望ましいとすると、定位固定フレームが含まれることができる。ベッド16に固定される間、対象の位置を乱すことなく対象にアクセスすることを可能にするために、動物がベッド16に固定される間、動物の尾、脚及び眼球をアクセス可能なままにしておくことが好ましい。動物と接触する構成要素を加圧滅菌処理することが望ましく、したがって好ましくはそれらの特定の構成要素は高温蒸気清浄及び消毒に強い。多動物構成において対象へのアクセスを容易にするために、ベッドは独立して取り外し可能である。ラット及びマウスの被検体については、加熱された尾部ホルダーが、尾部静脈の冷たい環境における収縮及び血流量の変化を防止するのを助けるので、好ましい。吸収性材料が、撮像セッションの間の排泄を処理するために含まれることができる。ベッドデザインは使い捨ての材料を収めることができ、又はそれらはベッド16に組み込まれることができる。ベッド16は、全ての又はほとんどの所望のプローブをベッド16に埋め込むように設計されることができる。あるいは、ベッドは、オペレータによって必要とされる場所ならどこへでも配置されるために十分に柔軟な全てのプローブと共に設計されることができる。集積化センサは、特にスループットが問題である場合、標準の撮像にとって有用である。外部プローブは、例えば最大の精度で所与のシナリオを実行することがより重要である複雑な研究シナリオにおいて、用いられることができる。動物準備及び撮像モジュールが検討されて並んで示されたが、動物準備及び撮像は、別の部屋に設置されることができる。

再び図2を参照して、システム10は同様に、カプセル14を受け入れてドッキングすることが可能な対象保定器26を含む。保定器26は、撮像セッションの間、スキャナ12の撮像領域中に動物カプセル14を最適に配置するために用いられる。カプセル14は、システムに固有のホルダー識別を提供するための識別子を持つ。識別子は、ホルダーが対象保定器26に接続されるときに読みとられることができ、例えば撮像中に読み取り機を通過するバーコードである。図2には２つのモジュールのみが描かれているが、必要に応じて、及びスペースが許すならば、更にいくつかのモジュールがシステムに追加されることができることが意図される。例えば、PETモジュールがCTモジュールの隣にあることができる。または、一般的にPET撮像における撮像時間が長いので、スループットを改善するためにいくつかのPETモジュールが各々のCTモジュールに提供されることができる。保定器26は、例えばスキャンの間に、１つのモジュールからカプセル14を受け取り隣のモジュールに渡す機能を持つ。保定器26はまた、カプセル14の向きを変えるために、その長手方向軸まわりでカプセル14を回転させることが可能なカプセルローラを含むことができる。

モジュールは、図2に示されるように平行に並んで配置されることができるが、例えば、直列に（すなわち一方が他方の後に）、又は図3に描かれるように共通の中央点の周りに放射状に、向けられることができる。モダリティの他の可能な配置は、図4に示されるような回転ガントリシステムである。モジュール12は、その時のユーザの必要性に応じて、移動可能であり、他のモジュールへの切り替えが可能であり、又は向きを変更されることが望ましいが、永久的に又は半永久的に壁に取り付けられるモジュールも同様に意図される。移動可能なモジュールは、好ましくは、ユーザが所望の構成でモジュールを設置した後の運動を防止するために、制動装置又は他の固定装置を備える。ドッキングステーション28は、動物カプセル14がスキャンを待って取り付けられる間、麻酔及びモニタリングを提供する。示されるように、ドッキングステーションは、使用されていない追加のベッド16、シリンダ18又は他の装置の収納のための収納場所31を含むことができる。導入チャンバ（図示せず）は意識がある動物が配置される領域を提供し、それは動物ベッド16に載せられる前に麻酔をかけられることができる。モダリティ12のように、ドッキングステーションは移動可能であることが好ましい。このように、ユーザは、それとともに働くことになったいかなるモダリティ12にも隣接して、ドッキングステーションを動かすことができる。

図2の実施の形態において、システム10は２つのモジュール、すなわち収集モジュール12及び動物準備モジュール（つまりドッキングステーション28）を含む。好ましくは、ドッキングステーション28は、いくつかの態様の機能を追加する。これらの態様は、そこで対象が麻酔される前述のような導入チャンバ、対象をベッドに取り付けて必要なセンサを設置するための物理的ワークスペース27、調査間の対象の生命維持及び麻酔の継続のためのドッキングポート29、並びに対象を目覚めさせる間の生命維持を提供する"起床ボックス"（図示せず）を含む。受け入れシステムにカプセルをドッキングする好ましい方法は、保定器26中に配置されるアクチュエータによって印加される軸力によってかみ合わされる正のロックメカニズムである。また、アクチュエータの係合は、動物の妨害を必要としてはならない。各々のカプセル14上のドッキングインタフェイス24は、電気的接続及び気体接続を含む、動物モニタリング麻酔（AMA）システム38に結合するためのリードを含む。麻酔接続は、環境への麻酔の損失を防ぐために、「切断時の自動シャットオフ」機能を含む。

このようにシステムのハードウェア及びモジュール性を記載して、本願は次に、小さな動物被検体を撮像する典型的なワークフロープロセスに着目する。最初に、動物が設備に持ってこられる。従来、調査に関与する動物は、一般的に生体外で測定値を取得するために犠牲にされることを必要とし、ある時点で本質的に摂取特性を止める。本システムにおいて、そのような犠牲は必要なく、したがって同じ動物が調査の経過を通じて何度も撮像されることができる。したがって、一般的に動物は現場に保持されるが、それらは離れた場所から持ってこられることが意図される。動物は、スキャン室に運ばれて麻酔される。上で述べたように、これは導入チャンバにおいて粗い麻酔によって実行される。一旦動物が麻酔されると、動物は撮像ベッド16に配置されて貼られる。動物の関心領域の位置を定めることに加えて、動物の位置を定めることは同様に、麻酔の自動的な連続的な供給のためにノーズコーン22にしっかりと動物頭部の位置を定めることを含む。この時にセンサ20が被検動物に取り付けられる。一旦動物がベッド16上で位置を定められると、カバー18が動物の上に配置され、カプセル14はドッキングポート29のうちの１つに取り付けられる。

次に、ユーザはシステムを較正する（40）。これは、ソフトウェア較正及びハードウェア較正（例えばX及びY軸ゼロ点調整）の両方を必要とする。一旦スキャナが較正されると、保定器26は、準備モジュール28のドッキングポート29からスキャンモジュール12のドッキングポート29へとカプセル14を移動させる。一旦カプセルがスキャンモジュール中に適切に配置されると、スキャンが開始される。スキャンが進行している間、AMA38は、カプセル14の環境要因及び被検体のバイタルサインをモニタリングし、連続的に被検体に麻酔を供給する。対象モニタリングは、ユーザができるかぎり生理的変数を除去することを可能にする。生理的変数を制御することによって、結果がより容易に再現可能であるように、調査設計信頼性が改良される。言い換えれば、生理的変数の変動は、他の正常な調査を損なう可能性があり、したがってこれらの変数を可能な限り制御することが望ましい。

一旦スキャンが完了すると、動物はカプセルから取り出されて、目覚めさせるために麻酔後チャンバ中に配置される。ここで、AMA38はチャンバの温度をモニタリングする。動物が意識を回復すると、それはその生活環境に戻される。それから撮像スキャンは処理されてユーザの全体的な臨床的調査に組み込まれることができる。

調査の作成を容易にするために、システムは研究ワークステーション30を含む。ワークステーション30は、主要なシステム機能を制御して、画像データによって作業するためのインタフェイスをユーザに提供するコンピュータを含む。研究ワークステーション30は、画像収集を開始し、休止し、再開しそして停止すること並びに収集に関するステータス及び進捗情報を示すことを可能にする収集制御部を含む。研究ワークステーション30は同様に、いくつかのモダリティ及び動物準備ステージにわたってスキャンされる複数の動物のバイタルサインをワークステーション上に表示するために、AMA38にインタフェイスする。加えて、収集制御部及び再構成ユーザインタフェイスは、全体的にあるいは部分的に、研究ワークステーション30に属することができる。マルチモダリティ機能は、PET-CT非剛体登録のような研究ワークステーション30に含まれる。このような状況では、CT取得制御部にインタフェイスすることは、研究ワークステーション30を介して実行されることができる。研究ワークステーション30が、システム10の全てのアプリケーションがインフラストラクチャサービス及びオペレーションのための共通のプラットフォームを使用するための移動経路を提供することが好ましい。当然、新規な準備技術、スキャン技術、ソフトウェア、ハードウェアなどが利用可能になる度に、研究ワークステーション30は改良されることができる。

研究目的で実行される調査は、しばしば仮説に主導される。技術者又は臨床医はアイデアを持ち、それを辿ることができる。多分、１つの調査の結果によって、技術者は、さもなければ尋ねなかったであろう疑問を尋ねる。他の調査は、新規なアイデアを完全に調査しているわけでないが、既存の仮説の妥当性を補強している。いずれにせよ、技術者が撮像調査を設計及び修正する能力を持つことは有益である。これは、調査の新規な態様を開発すること及び新規なアイデアを補う既知の方法及び技術を求めることの両方を含む。

図6を参照して、研究ワークステーション30は、対象及び調査管理のための機能を含む。調査管理コンポーネントは、プロトコル定義のためのプロトコル設定コンポーネントと相互に作用する。これは、ユーザがパラメータを設定及び編集することを可能にする。研究ワークステーション30は、実行中の調査に関する情報を提供し、調査を活性化するために、モダリティコントローラ36と相互に作用する。調査は、モダリティコントローラ36の要求に応じて活性化される。研究ワークステーション30は同様に、収集コントローラ12にプロトコルを渡し、収集を開始、休止、停止又は再開するために収集コントローラ12と対話し、収集コントローラ12から進捗最新情報を受け取り、そしてそれらをユーザに示すことができ、それらをモダリティコントローラ36に渡すことができる。研究ワークステーション30中のプロトコル設定は、好ましくはプロトコルパラメータの編集及び入力が可能である。結果のプロトコルは、記憶されて、調査と関連づけられる。研究ワークステーション30は、また、モダリティコントローラ36から修正要求を受け取ることができ、それにプロトコル情報を提供することができる。調査がモダリティ12において活性化される瞬間まで、調査のためのプロトコル設定は行われることができる。

調査設計及び管理について、研究ワークステーション30は、調査アプローチ、ステップ、対象数量、統計分析及び他のデータ処理結果などを評価するためのビジュアルユーザ調査設計インタフェイス33を提供する。これは、局所的撮像と計算方法（例えばデータマイニング及びバイオインフォマティクス）との間の関係を特定することと同様に、蓄積されたシステムの正確さ及び不正確さを前提として、ユーザが特定の信頼水準を獲得することを可能にする。研究ワークステーション30は、調査を実行するためのステップのシーケンスを選択する能力によって、ユーザが図式で複雑なプロセスを設定することを可能にする。ユーザは、ゆるく構築されたパイロット調査からますます厳格な制御された調査にわたる様々な広く認められた調査タイプを指定することができる。

様々なデータインポート、収集、処理、定量化、視覚化、分析及び報告機能を示すブロックをそれらの要求に従って画像及びデータフローを示すパレット上へユーザが「ドラッグアンドドロップする」能力を提供することによって、調査設計能力は機能する。ワークステーション30は、確立されたステップ及び新規なステップの組み合わせを提供するブロックのライブラリを提供する。一旦ブロックがパレット上にドラッグされると、ユーザは、特定の調査用にそれを設定して望まれるユーザ定義の相互接続からなるブロックのプロバティを設定することができる。複数の被検体を測定する手段とともに、システム精度及び信頼水準を評価する計算機がシステムによって提供され、又は仮説に関して予測の統計的な有意性を達成するために必要とされる撮像セッションが提供される。調査、設定、指標付け、データ処理、制御及びオプション設定から達成される結果は、全て指定された調査と関連づけられ、後の使用のために呼び戻されることができる。このように、ユーザは、適切に機能した調査のみを研究ワークステーション30に呼び戻させ、そして一から新たな調査を定義するのではなく、新たな調査を作成するために選択されたパラメータ又はブロックを適応させることができる。

研究ワークステーション30は、また、データマイニング/バイオインフォマティクス設計インタフェイス又はポータルを含む。このサブスクリーンによって、ユーザは、臓器モデル35b及び疾患モデル35c、個体群データベース35d、被検体固有データ35e、IPデータ35f、定量化データ35g、報告データ35h、バイオバンク(biobank)35i、電子患者診療記録（EPR）35j並びに他の知識データベース35kにアクセスするために、サードパーティ検索エンジン35a又は内部財産権的情報アプリケーションにアクセスすることができる。そのような情報は、編集可能なテンプレート、STLファイル、基準、集合体などを含むことができる。この態様は、標準の撮像を補う情報科学研究アプリケーションを商業化するための場所を提供する。なお、調査が作成されて及び検証された後で、それは後の参考のために様々な知識データベース35jに組み込まれることができる。

ユーザが利用可能な他の設計インタフェイス又はポータルは、画像収集及び再構成部37に関する選択を含む。研究ワークステーション30は、調査を作成し、動物データを登録し、そしてワークフローを実行するのに用いられる。研究ワークステーション30は、プロトコルの視覚化、取得制御及びステータスの提供及びレビュー用画像の提供において、オペレータワークフローをサポートする。研究ワークステーション30は、接続される大きな高解像度ディスプレイを持つ。このディスプレイは、微妙な被検体制御をサポートし、大量の情報への容易なアクセスを提供する。これはプロトコル選択及び修正を含む。加えて、ユーザは、他の元々インポートされた画像フォーマットと同様に、Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) 58フォーマットを管理することができる。機器較正及び精度データは、専用のタグで輸送されることができる。機器較正及び精度タグを持たない外部データは、研究ワークステーション30によるプロンプトに対して手入力されることができる。そしてデータは、画像保管通信システム（Picture Archiving Communication System）すなわちPACS60に対して出力されることができる。

画像処理ワークフロー設計インタフェイス39において、ユーザは、様々な収集後画像調整及び増強から選択することができる。一実施例において、このサブスクリーンは、様々なタイプの登録、面及びボリュームレンダリング、モデルベース区分化、視覚化、融像などのためのグラフィックユーザインタフェイスを示す。加えて、ユーザは、部分的ボリューム補正及び局所的動き補正のような補正を選択するためのオプションを持つ。データは、複数の入力から複数の出力への「変換」として示されることができ、表示可能な部分（例えば画像）及び表示不可能な部分（例えば変形フィールド）を含む。また、画像処理サブスクリーンは、長期的及びグループ調査プロトコル56を含めるのに都合がいい場所である。

研究ワークステーション30は、また、定量化設計インタフェイス41を含む。この点で、ユーザは、他のパッケージと同様に、標準摂取値（SUV）、薬物生体反応学、特定の臓器系と関連づけられるツール及び/又は疾患プロセス（例えば心臓病学、神経病学、腫瘍学、骨密度計測、新血管形成）を選択することができる。通常、ユーザは、それほど知られてはいないが認められたパッケージになる途中であるパッケージと同様に、検証されてしばしば再利用される既存のパッケージを選択するためのオプションを持つ。ユーザが必要に応じてパッケージを作成する融通性を持つことが同様に好ましい。いくつかの分析は一般に臨床前領域に対して重要であり、一方多くの場合、パッケージは、最終的には臨床的使用のために検証される初期のバージョンである場合がある。このようにして、システムは、動物モデルから人間モデルへの機能の変換を援助する。

統計分析ワークフロー設計インタフェイス43において、ユーザは、以前に設計した調査の分析を計画及び実行することができる。ここでユーザは、例えばベイズ確実性計算を仮説評価部47のために利用することができる。仮説評価部47は、調査設計部33及び統計分析部43の両方を含む。ユーザがデータから何を得ることを望むのかによって、いくつかの自動評価フレームワークが周知の調査フォーマットにおいて利用可能である。このサブスクリーンは、また、アドホックスキャン後分析のための統計計算へのアクセスを含み、事前に設計された調査に制限されない。このようにして、ユーザがデータ中になんらかの傾向又は関連が存在する可能性があることを察知する場合、ユーザは、それを調査するためにユーザの自身の分析を設計することができる。

最終的に、ユーザは、データを報告することに関していくつかのオプションを持つ。報告設計インタフェイス45において、ユーザがそれらの調査を報告するために、チャート、グラフ、調査報告概要、標準FDA報告などが利用可能である。もちろん、ユーザは、即席の調査を示すことに役立つ報告方法をカスタム設計することができる。好ましくは、ワークステーション30はまた、ユーザが自由に使うことができるハードウェアの方向及び配置をユーザが設計することを可能にするハードウェアモデリング機能を含む。各々の研究環境が異なる機能及び制約（資金、物理的スペースなど）を持つので、各々の環境はそれが利用可能な異なるハードウェアを持つ。ユーザは、システムにそれがどんな利用可能なハードウェアを持つかを示すことができ、そして、ワークフロー及び対象処理において援助する配置を設計することができる。移動可能なモジュール式モダリティによって、ユーザは仮説検証の実行を最も容易にするようにモダリティを配置するための融通性を持つ。システムはまた、調査を評価する（例えば潜在的なボトルネックや被検体をあまりに長く麻酔下に保持しておくことに関する問題などを同定する）ときに、ハードウェア配置を考慮することができる。

システムの構成要素及びそれらの相互の関係は図7に示される。撮影装置12のサブシステムは、PET、SPECT、CT、MRI、他の撮像モダリティ又はそれらの組み合わせであろうが、検出器及び特定のシステムと密接な関係がある電子装置を含む。ローカルユーザインタフェース32は、被検体保定器26、動物モニタリング及び麻酔システム38への命令入力及びステータス又はデータ読出し、並びに収集シーケンスを開始又は中止するための撮影装置制御のためのローカルユーザアクセスを提供する。図2に描かれるローカルユーザインタフェースは、タッチスクリーンであるが、いくつかの異なるモダリティとインタフェイスすることができる一般的な着脱可能なコントロールパネルであることもできる。互いの隣に向きを定められるモジュール12にとって、インタフェイス32は、モジュールのラインに沿った軌道に追従する移動可能なプラットフォームに取り付けられることができ、インタフェイス32は、ユーザがその時に働くことになった任意の場所に存在することができる。さらに他の代わりの実施の形態において、インタフェイス32は、無線装置（例えばタブレットPC、PDA又はシステム10との無線通信が可能である他の無線装置）であることができる。

サーバ34は、スキャナ12によって集められたデータを処理し、そして制御、再構成処理及び収集システムに対するプログラムに基づいたインタフェイスのサポートを提供する。モダリティコントローラ36は、ローカルモダリティ機能を制御し、モダリティのために定義された調査の経過を追う。これらは、AMAサブシステム38、保定器26、ドッキング29、ユーザインタフェイス32及び位置決めレーザ42を含む。コントローラ36は、また、モダリティ12のインタフェイス32から研究ワークステーションコンピュータ30への入力を提供する。コントローラ36は、カプセル14が取り付けられるときに調査の選択を可能にする。それは、選択された調査のためのプロトコル情報を読み出して、選択された調査の更新を可能にする。タッチスクリーン32において収集スクリーンが選択される場合、それは研究ワークステーション30において調査を活性化し、研究ワークステーション30によって収集コントローラ12にプロトコルをロードする。

AMAサブシステム38は、バイタルサインモニタリング（体温、脈拍数、血圧、ECGなど）、麻酔及び排ガス排気、及び被検体の温度制御を実現する。AMAサブシステム38は、モニタリングプローブ20、温度制御のためのヒーター及び麻酔及び排ガスを運ぶチューブのためのリードによって動物カプセル14に物理的に接続される。

再構成プロセッサ44は、再構成のための計算リソースとして用いられる。再構成プロセッサ44は、生データ処理、再構成制御及び画像転送処理をサポートする第２のThin-Net接続のようなネットワーク接続を介してサーバ34に接続される。追加のモダリティがシステム10に導入されることができ、この場合、再構成プロセッサ44はそれらの画像形成タスクを処理することもできる。そのような場合、再構成プロセッサ44は、専用の高速シリアルリンクを介して生画像データを受け取る。再構成プロセッサ44は、例えば次にCT再構成プロトコル及び画像転送のためのより高水準プログラムに基づいたインタフェイスをサポートする1GB thin-net接続を介してサーバ34に接続される。サーバ34はまた、再構成プロセッサユニット44にプログラムに基づいたインタフェイスを介して再構成制御を提供するために、このインタフェイスを使用する。好ましくは、再構成プロセッサ44は５つのサーバを含むが、処理タスク要求次第でより多くの又はより少ないサーバを含むことができる。研究ワークステーション30は、本明細書において記載されるようなツール及び適切な迅速試作環境ソフトウェアを含む。

保定器制御サブシステム46は、例えばEthernet(登録商標)接続を介して、モダリティコントローラ36にインタフェイスする。この接続を介して、動作コマンドが発行され、ステータス及び位置情報が返される。保定器制御部46は、被検体保定器26の位置の制御に対して責任を負う。保定器26の動きは、モダリティコントローラ36及び位置コントローラ46で実行される。モダリティコントローラ36は、選択されたベッド運動を実行するインタフェイスを実現する。保定器コントローラ46はこれをサーボコマンドに変換する。高速ルーター48は、研究ワークステーション30、再構成プロセッサ44及びサーバ34を撮影装置12に接続する。ルーター48は好ましくは、部門又は外部ネットワーク50からの収集サブネットの絶縁を可能にする1GBインテリジェントルーターである。撮像モダリティ12、研究ワークステーション30、サーバ34、再構成プロセッサ44及びルーター48は、ひとまとめにして収集サブネット51とみなされることができる。論理上、収集サブネット51は、（所与のモダリティ内に配置される）収集制御部、サーバ34、研究ワークステーション30及び再構成プロセッサ44をリンクする。このインタフェイスは、研究ワークステーション30から撮像収集部12及びサーバへ収集制御命令を伝達し、研究ワークステーション30が被検体保定器26の動作を要求することを可能にし、そして生撮像データが収集部12からサーバ34及び再構成プロセッサ44まで転送される経路を提供する。インテリジェントルーター48は、この論理接続を分離するために用いられる。研究ワークステーション30への接続は、また、サーバプラットフォーム34及び外部（すなわち部門ネットワーク）装置50への最小限に処理された画像の転送をサポートする。

電源52のサブシステムは、様々な交流及び直流電圧をコンポーネントに提供する。緊急シャットオフ（E-stop）回路54は、回路が中断されるときに電力を遮断する。E-stop回路54が活性化されると、電源はセーフモードへ切り替わり、例えば、高電圧及び動作制御電力はオフに切り替えられ、一方、演算要素は使用可能なままである。モダリティコントローラ36は、ステータスを読みとって制御することができる。電源システム52は、120V又は230Vの交流に順応するために工場設定可能であることができることが意図される。加えて、電源は電力適応モジュールを含む。このモジュールは、より高い電圧を必要とするモジュール（例えば再構成プロセッサ44）に供給するために、230Vを出力する。

ドッキングインタフェースモジュール29は、保定器26への動物カプセル14の正確なドッキングを可能にする役割を果たす。さらに、モジュール29は、確固とした電気的及び気体の接続を行う役割を果たす。ドッキングインタフェイスは、アクチュエータによって電気的に制御されることができる。通常、収集モジュール12及びドッキングステーション28は、好ましくは、重量を最小限に抑えて及びシステムの剛性を最大化するフレームに入れられる。加えて、フレームは放射現象に対して実質的に透明でなければならないので、それは撮像装置のボアをおおうことができる。ファイバーグラスは、典型的なフレーム材料である。好ましくは、タッチスクリーン32又は他のローカルユーザインタフェースが、AMAデータを表示し、保定器26を制御し、及び被検体の位置決めを援助するために含まれる。保定器コントローラ46は、ベッド運動を実行するために、同様にモダリティコントローラ36上で動作するソフトウェアを介してタッチスクリーン32から動作コマンドを受け取る。タッチスクリーン32は、モダリティヒューマンインタフェイスの一部を提供する。タッチスクリーン32のためのソフトウェアはモダリティコントローラ36上で動作して、同様にモダリティコントローラ36上で動作するAMA38、動作制御及び収集情報コンポーネントとインタフェイスする。ローカルユーザインタフェース32の位置は、機能的な考察（例えば一般的に撮像の間に装置のボア中又はそのまわりにある対象物など）によって決定される。好ましくは、フレームは、カバーが開けられたときに電源をオフにするための、E-stop回路に組み込まれるカバースイッチを備えている。

本発明は、好ましい実施の形態を参照して記載された。前述の詳細な説明を読んで理解することによって、修正及び変更を思いつくだろう。それらが添付の請求の範囲又はその均等の範囲内である限り、本発明が全てのそのような修正及び変更を含むように解釈されることが意図される。

記載されるシステム及びワークステーションが動作することを意図する状況。 本出願による動物撮像システムの概略図。 共通の中央点のまわりに放射状に向きを定められるいくつかのモダリティを表す図。 いくつかのモダリティを有する回転ガントリを表す図。 動物撮像カプセルの側面図。 ユーザが利用可能な研究ワークステーションのサブシステムを表す図。 図2のシステムの構成要素間の関係を図示するフローチャート。

Claims (9)

1. インビボ（in-vivo）撮像システムであって、
   モダリティの撮像領域中の被検体のインビボ撮像データを取得するための、小型動物撮像モダリティである、第１撮像モダリティ、及び、前記第１撮像モダリティに対して移動可能な第２撮像モダリティであって、ユーザの仮説検証の要求を容易にするためにユーザによって配置可能である第２撮像モダリティ、
   生データを画像表現に再構成する再構成プロセッサ、
   前記第１及び前記第２撮像モダリティへの電子インタフェイスをユーザに提供する研究ワークステーションであって、前記第１及び前記第２撮像モダリティと接続可能である研究ワークステーションを有し、
   前記ワークステーションは、ユーザが前記インビボ撮像システムに用いるために新たな調査を作成すること及び既存の調査を修正することの１つを可能にする調査設計ユーザインタフェイスを含み、前記ワークステーションはさらに、
   ユーザが既存の臨床調査パッケージを呼び出すことを可能にし、標準摂取値ツール、薬物生体反応学ツール、心臓病学ツール、神経病学ツール、腫瘍学ツール、骨密度計測ツール及び新血管形成ツールのうちの少なくとも１つをユーザが評価することを可能にする定量化ユーザインタフェイスをさらに含み、
   前記インビボ撮像システムが、撮像セッションの間に動物カプセルを前記第１又は前記第２撮像モダリティの撮像領域中に最適に位置決めする保定器をさらに含み、
   前記動物カプセルは、複数の動物ベッド、生理学的センサ、ヒーター、麻酔用コーン、及び、前記複数の動物ベッドと前記生理学的センサと前記ヒーターと前記麻酔用コーンとを覆う単一のカバーを有し、
   前記動物カプセルが、準備領域、前記第１撮像モダリティ及び前記第２撮像モダリティに配置されるいくつかのドッキングインタフェイスにドッキング可能であるように、前記準備領域、前記第１撮像モダリティ及び前記第２撮像モダリティに配置される前記ドッキングインタフェイスは同じであり、
   前記インビボ撮像システムが、
   鎮静期間の間に被検体のバイタルサインをモニタリングし、前記いくつかのドッキングインタフェイスを介して前記被検体に調整された麻酔を供給する、少なくとも１つの動物モニタリング及び麻酔システムをさらに含む、インビボ撮像システム。
2. 前記調査設計ユーザインタフェイスが、ユーザが撮像と計算方法との間の関係を指定することを可能にする、請求項１に記載のインビボ撮像システム。
3. 前記調査設計ユーザインタフェイスが、後で呼び出すために、少なくとも結果、指標付け設定、データ処理設定、制御設定及びオプション設定をユーザが保存することを可能にする、請求項１に記載のインビボ撮像システム。
4. データマイニングユーザインタフェイスをさらに含み、当該データマイニングユーザインタフェイスを通して、作成又は修正された調査に関連するデータマイニングタスクをユーザが実行する、請求項１に記載のインビボ撮像システム。
5. ユーザ制御の下で、予め設計された調査の分析、仮説評価のためのベイズ確実性計算の利用、周知の調査に対する自動分析の受け入れ、大きなデータセットの個体群の分析、及びアドホック調査後分析の実行のうちの少なくとも１つを行う統計分析ユーザインタフェイスをさらに含む、請求項１に記載のインビボ撮像システム。
6. 統計分析を報告するためのデータ報告方法をユーザがカスタマイズすることを可能にする報告ユーザインタフェイスをさらに含む、請求項５に記載のインビボ撮像システム。
7. 準備領域、前記第１撮像モダリティ及び前記第２撮像モダリティのうちの少なくとも１つを介した麻酔供給を調整するためにユーザによって制御可能な麻酔制御ユーザインタフェイスをさらに含む、請求項１に記載のインビボ撮像システム。
8. 前記第１又は前記第２撮像モダリティに配置されるタッチスクリーンをさらに含み、当該タッチスクリーンを介してユーザと前記研究ワークステーションが接続される、請求項１に記載のインビボ撮像システム。
9. ローカルモダリティ機能を制御し、前記第１又は前記第２撮像モダリティに対して定義された調査の経過を追い、前記タッチスクリーンから前記研究ワークステーションへ入力を提供するモダリティコントローラをさらに含む、請求項８に記載のインビボ撮像システム。

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