JP6696998B2 - 光学撮像デバイス及びキャップ - Google Patents

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Description

本発明は、光学的撮像の分野に関し、特に、血腫を検出するための光学撮像デバイスに関する。
血腫は、臓器、腔、又は組織内の、通常は凝固した溢血(例えば、破裂血管等からの血液)の局所的蓄積であり、打撲及び目の周りの黒あざはよく知られている形態であり、重症であることはほとんどない。血腫は、頭蓋骨の内側を含む身体のほとんど至る所に発生でき、ほとんどの場合、骨折を伴い、軽傷の場合には、感染症が起きなければ血液は吸収される。
頭蓋骨内の血腫は、脳に対する局所的な圧力を生成し得るため、特に深刻である。頭蓋骨内の血腫のうち最も一般的な2種は、硬膜外(脳及び脳の線維性の被膜である硬膜の外側であるが、頭蓋骨の下)血腫、並びに硬膜下(脳と脳の硬膜との間)血腫とである。頭蓋骨内で発生する他のタイプの血腫としては、脳内(脳組織内の)血腫、及びくも膜下(硬膜とくも膜との間の脳の表面にわたる)血腫が挙げられる。このような血腫は、頭部損傷又は頭部外傷といった多くの原因により、及び出血性疾患又は動脈瘤によって、発生し得る。
硬膜下血腫は通常、重度の頭部損傷の結果として生じる。硬膜下血腫がこのようにして生じる場合、これは典型的には急性硬膜下血腫と呼ばれる。急性硬膜下血腫は、出血が脳領域を急速に充填することによって脳組織を圧迫し、脳損傷をもたらす可能性があるため、最も死亡率の高い頭部損傷のうちの1つである。
また、硬膜下血腫は、特に負傷者が高齢者の場合には、軽度の頭部損傷によっても生じ得る。このような血腫は、長期間にわたって(例えば数日から数週間も)気付かれないまま進行してしまう可能性があり、慢性硬膜下血腫と呼ばれることが多い。硬膜下血腫ができると、脳の表面と脳の硬膜との間の非常に細い血管が伸びて破れ、その結果、血液が蓄積される。高齢者の場合、このような血管は、脳の萎縮又は収縮によって伸びることが多く、そのため比較的容易に損傷する。
頭部又は頭蓋骨内の血腫に伴うマイナスの結果により、適切な医学的処置及び外科的処置(例えば血腫の除去)を適時に実施することによって死亡及び/又は生存者の予後悪化の可能性を低減できるよう、このような頭蓋骨内の血腫を特定して位置を確認できる必要がある。このような適時の治療とは、損傷の発生からおよそ4時間での血腫の除去である。
外傷性の頭部損傷における血腫の検出及び撮像のための標準治療は、コンピュータ断層撮影(CT)スキャン又は磁気共鳴映像法(MRI)のいずれかである。急性血腫は、頭部損傷による死亡原因の第1位であり、死亡率は50〜60%である。死亡率は、外傷性の頭部損傷後の「ゴールデンアワー」以内での診断及び治療によって低下させることができる。しかしながら、CT及びMRIは、大規模な医療センターで採用される後段の技術であるために、損傷から診断までにかかる時間は通常、少なくとも1時間であり、その後の治療はゴールデンアワーの時間外となってしまう。
慢性出血は、出血の発生をチェックするために継続的に監視される場合が多い。副次的な懸念としては、放射線被曝を低減するために、CTスキャンの回数を一般に(特に小児集団では)減らす必要があるとの考えが増えていることが挙げられる。反復CTは、小児集団の外傷性脳損傷(TBI)の一般的な形態である慢性血腫を監視するために選択される方法である。
CTスキャン及びMRIは、外傷性頭蓋内血腫を特定して位置を確認するために使用できる撮像技術であるが、全ての医療施設(例えば外傷センター)が必ずしも毎日24時間、即時にCTスキャン及びMRIを行うことができるわけではないため、このようなケースにおいて、これらのスキャンを実施して、望ましい時間枠内で特定された血腫を除去できない場合がある。また、血腫を処置する手術が必要な患者を適時に特定することは、世界中の後進地域における、又は毎日24時間CTスキャン若しくはMRIを行うことができる外傷センターへのアクセスが制限されている、若しくは負傷者のいる場所から治療施設までの移動時間の問題がある地域(例えば農村地域若しくは戦場)における、頭部外傷等の緊急時には、より困難であり得る。
このように望ましい時間枠内でCTスキャンを行うことができない環境においては、血腫の患者を特定するための一次的方法は、神経学的検査による方法となる。しかしながら、神経学的検査は、1つの身体的症状では血腫の存在を確実に示すことはできないため、CTスキャンの代替とすることは難しい。局所神経学的所見は、外科的血腫を有する患者のごく一部にしか見られない。重度の頭部損傷を煩った患者の大半で、外科的血腫の発生を伴わない昏睡の発生が報告されている。頭蓋内血腫の患者には頭蓋内圧亢進(ICP)が現れるが、ICP関連する視神経乳頭の浮腫(乳頭浮腫)は、頭部損傷後にはめったに現れない。
血腫のタイプを確実に決定できなくても、何らかのタイプの血腫が存在するということは、脳神経学的診断や手術を行うことができる病院への患者のトリアージを即時に行うために、現場において必要な唯一の情報である。
従って、臨床医、医療スタッフ、救命救急士、野外医療従事者等がCTスキャンシステム又はMRIシステムのような撮像システム又は技術を使用しなくても、病院のER環境や、戦場、農村地域、若しくは世界の発展途上地域での使用を含む広範囲の環境において、このような血腫を検出できるデバイスを提供することが望ましい。
血腫を検出するために近赤外線(NIR)スペクトルを利用する撮像技術が存在し、その例は、特許文献1及び2に記載されている。
国際公開第2006/121833号は、着脱式導光アセンブリを備えた、放射線を放出及び検出するための携帯用デバイスを含む、脳の血腫を判断するためシステムの方法を開示している。脳の血腫の状態を判断する方法は、近赤外分光法を使用して脳の様々な領域の光学密度を判断することを含む。上記公開公報では、記載されているデバイスは頭部の所定位置に位置決めされ、このデバイスを使用してデータが取得される。上記デバイスは、この位置のデータを取得した後、別の位置に再配置され、新しい位置で別のデータセットが取得される。このデバイスの再配置及びデータセットの取得は、上記デバイスを頭部の全ての可能な位置又は望ましい位置に配置するまで繰り返される。
国際公開第2011/084480号は、患者の組織内の血腫を検出するための方法、装置、及びデバイスを開示している。一態様では、この方法は、非固定式近赤外発光体から近赤外光を上記組織に連続的に放射すること、及び反射光を連続的に検出するために非固定式プローブを使用して上記組織を監視することを含む。近赤外光は、患者の脳から少なくとも2つの距離において放射され、これにより、放射された光は2つの異なる深さに到達する。この方法はまた、反射光にレシオメトリック分析を適用して、正常な組織と血液貯留を示す組織との境界を見分けることを含む。
これらの技術は携帯用デバイスを使用した血腫の検出を可能にするが、平坦でない表面での使用に好適でありながら、周辺光の侵入を効果的に防止することにより信号対雑音比を改善できる技術が、依然として必要である。
この背景技術の情報は、本願出願人が本発明に関連する可能性があると考える情報を明らかにするために示されている。上述の情報のいずれかが本発明に対する先行技術を構成することを承認することを必ずしも意図しておらず、またそのように解釈してはならない。
本発明の目的は、光学撮像デバイス及び撮像デバイスと併用するための着脱式キャップを提供することである。本発明の一態様によれば、被写体を撮像するための近赤外(NIR)光光学撮像デバイスと併用するための光学撮像デバイスキャップが提供される。撮像デバイスは、本体と、上記本体内に配置される3つの第1の光学送受信機及び少なくとも1つの第2の光学送受信機と、上記デバイスキャップが設置される設置表面とを備える。上記設置表面は、略平面の設置面と、上記面の外周から延在する外壁とを有し、上記外壁及び上記面は設置表面内容積を画定し、上記設置面は複数の開口を備え、上記複数の開口は、所定の構成で配置され、かつ上記第1の光学送受信機及び上記第2の光学送受信機を受承するように適合される。上記光学撮像デバイスキャップは、ベロー支持板と、上記ベロー支持板に封止係合される変形可能なベローとを備える。上記ベロー支持板は:上記デバイスキャップを上記設置表面内容積内に設置したときに上記設置面に係合するよう成形された第1の支持板面と;上記撮像される被写体の表面に面するように構成された第2の支持板面と;3つの固定ハウジングであって、上記3つの固定ハウジングはそれぞれ、固定光導体を受承するよう適合され、上記固定光導体はそれぞれ、上記第1の光学送受信機のうちの1つに対応する、3つの固定ハウジングと;可動光導体を受承するように適合された少なくとも1つの変形可能なハウジングであって、上記少なくとも1つの第2の光学送受信機に対応する、少なくとも1つの変形可能なハウジングとを備える。上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングはそれぞれ、上記撮像される被写体の上記表面に接触するように適合された先端を有する。上記変形可能なベローは、第1の周囲リムと第2の周囲リムとを画定する略C字形の断面プロファイルを有し、上記第1の周囲リムは、上記ベロー支持板に封止係合し、使用時に、上記ベローの上記第2の周囲リムは、上記撮像される被写体の上記表面に接触し、上記ベローは変形することによって、上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングの先端を上記撮像される被写体の上記表面に接触させる。
本発明の別の態様によれば、被写体を撮像するための近赤外(NIR)光光学撮像デバイスが提供される。上記撮像デバイスは、本体と、上記本体内に配置される3つの第1の光学送受信機及び少なくとも1つの第2の光学送受信機と、上記本体上に配置された設置表面に設置される本発明のデバイスキャップとを備え、上記設置表面は、略平面状の設置面と、上記面の外周から延在する外壁とを有し、上記外壁及び上記面は、設置表面内容積を画定し、上記設置面は複数の開口を備え、上記複数の開口は、所定の構成で配置され、かつ上記第1の光学送受信機及び上記第2の光学送受信機を受承するように適合される。
本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの端面図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの側断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの分解側面図である。 本発明の一実施形態に係る着脱式キャップの底面図である。 本発明の一実施形態に係る着脱式キャップの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る着脱式キャップの分解図である。 本発明の一実施形態に係る着脱式キャップの断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの正面図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの背面図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの分解図である。 本発明の一実施形態に係る基板の上面斜視図である。 図9の基板の底面斜視図である。 本発明の一実施形態に係るベロー支持板の斜視図である。 図11のベロー支持板の上面図である。 図11のベロー支持板の底面図である。 本発明の一実施形態に係るベローの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る着脱式キャップの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る着脱式キャップの断面図である。 本発明の一実施形態に係る着脱式キャップの分解図である。 本発明の一実施形態に係る基板を組み付けた状態の着脱式キャップの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、着脱式キャップが取り付けられた状態の光学撮像デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、着脱式キャップが取り外された状態の光学撮像デバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学撮像デバイスの分解図である。
定義
用語「頭蓋内出血(intracranial bleeding)」と「頭蓋内血腫(intracranial hematoma)」は、区別しないで使用されるものとし、硬膜外血腫、硬膜下血腫、脳内血腫、くも膜下血腫、並びに片側性及び両側性血腫を含む、患者の頭蓋骨内のあらゆる血液の貯留を包含する。
「硬膜外血腫(epidural hematoma)」は、頭部内部の、血液は脳及び脳の線維性被膜である硬膜の外側であるが頭蓋骨の下に蓄積する又は溜まる血腫を意味すると理解されたい。
「硬膜下血腫(subdural hematoma)」は、頭部内部の、血液が脳と硬膜との間に蓄積する又は溜まる血腫を意味すると理解されたい。
「脳内血腫(intracerebral hematoma)」又は「脳内大出血(intracerebral hemorrhage)」は、頭部内部の、血液が脳組織内に蓄積する又は溜まる血腫を意味すると理解されたい。
「硬膜下血腫(subarachnoid hematoma)」又は「硬膜下大出血(subarachnoid hemorrhage)」は、頭部内部の、血液が脳の表面の硬膜とくも膜との間に蓄積する又は溜まる血腫を意味すると理解されたい。
「頭蓋外出血(extra cranial bleed)」は、患者の頭蓋骨の外側のあらゆる血液貯留を指すものとする。
「片側性血腫(unilateral hematoma)」は、頭部内部の、血液蓄積又は貯留が頭部の片側で発生する血腫を意味すると理解されたい。
「両側性血腫(bilateral hematoma)」は、頭部内部の、血液蓄積又は貯留が頭部の両側で発生する血腫を意味すると理解されたい。
用語「患者(patient)」と「対象者(subject)」は、区別しないで使用されるものとし、ヒト及び動物界の他の生き物を含むと理解されたい。
用語「光学送受信機(optical transceiver)」は、光ファイバ送受信機を説明するために使用される。本開示では、用語「光学送受信機」は、発光体(若しくは光源)又は光検出器としてのみ動作するデバイスを指すことも意図している。
別段の定義がなければ、本明細書内で使用される全ての科学技術用語は、本発明が属する技術分野の技術者に一般に理解される意味と同じ意味を有する。
本明細書に開示されているように、近赤外(NIR)光検出を採用した、頭蓋内血腫検出用の携帯用光学撮像デバイスが提供される。NIR検出による頭蓋内血腫の特定は、血管外の血液が血管内の血液より多くのNIR光を吸収することにより可能になる。これは、血腫内のヘモグロビン濃度が、血液が血管内に内包された脳組織におけるヘモグロビン濃度より高いためである。従って、血腫を含む組織のNIR光の吸光度は、損傷のない組織の吸光度より高くなる(及び反射光は少なくなる)。
従って、上記携帯用光学撮像デバイスは、複数の光学送受信機を備える。一実施形態では、上記複数の光学送受信機は、1つ又は複数のNIR光源と、2つ以上のNIR光検出器とを備える。
現場での、例えば救急車内での、スポーツイベントのサイドラインでの、又は戦場での上記デバイスの使用を容易にするために、上記デバイスは、手での操作のために、また便利な可搬性のために好適なサイズ及び形状の本体を有する。更に上記デバイスは、厳しい環境又は遠隔環境での使用に適するように、ロバストな設計にしなければならない。
更に上記撮像デバイスは、典型的には患者の頭部の撮像に使用されるため、清潔な状態での使用のために提示する必要がある。従って、確実に清潔にするために、上記デバイスには、撮像される被写体の表面と接触し得る全ての部分を覆う着脱式キャップが設けられる。また、上記着脱式キャップは、光密性を損なうものであってはならない。上記着脱式キャップは、安全であると同時に、装着及び取り外しが容易であるように設計されなければならない。
従って、本発明によれば、上記携帯用光学撮像デバイスは、上記携帯用撮像デバイスの本体への取り付けに適した着脱式キャップを備える。上記着脱式キャップは、ベロー支持板と、上記ベロー支持板に設置されるベローとを備える。一実施形態では、上記着脱式キャップの上記ベロー支持板は、適切に構成された設置表面上の上記デバイスの上記本体に直接設置される。一実施形態では、上記着脱式キャップの上記ベロー支持板は、上記デバイスの上記本体に取り付けられた固定基板を介して、上記本体に取り付けられる。
上記デバイスは、使用時に、撮像される被写体(例えば対象者の頭蓋骨)の表面上を通過しながら、上記表面にNIRを照射する。頭蓋骨の表面は滑らかではないことも、頭蓋骨は完全な円形でないことも認識されている。従って、本発明によれば、上記着脱式キャップは、平坦でない表面での使用に適したものでなければならない。
上記着脱式キャップは、NIR光を所望の位置に到達させ、かつ所望の位置からNIRを検出できなければならない。上記着脱式キャップはまた、外部(周辺)光を排除して、周辺光との組織相互作用が、人工的に供給された光との組織相互作用と共に測定されないことを保証することで、信号対雑音比を改善し、偽陽性又は偽陰性の測定値の発生率を低減できなければならない。従って、上記着脱式キャップは、上記デバイスの個々の要素間の封止係合によって、例えば、上記着脱式キャップと上記デバイスの設置表面との間の嵌合係合によって、又は上記基板が採用される場合には、上記固定基板と上記着脱式キャップとの間の嵌合係合によって、光の漏れを防ぐように設計される。隣接する表面間の嵌合係合は、一方の表面上の開口の周囲に位置する隆起プロファイルと、隣接する表面上の対応する凹部との嵌め合いによって提供できる。また、光の侵入は、上記着脱式キャップの装着時に、上記設置表面と上記ベロー支持板との間の境界面を覆うように上記デバイスの上記設置表面の外周から延在する、外壁の存在によって防止してもよい。
更に、光を内反射させない材料、例えば、マット仕上げした材料、又はNIR吸収剤が添加されたポリマー材料を使用することで、光の漏れを最小限に抑えることもできる。一実施形態では、支持板(及び上記基板が存在する場合は上記基板)は、ポリマー材料で製造される。好ましい実施形態では、上記ポリマー材料は、ABSプラスチックである。一実施形態では、上記支持板及び(上記基板が存在する場合は)上記基板はそれぞれ、単一部品として製造される。
上記着脱式キャップは、可撓性ベローの存在によって、上記キャップと撮像される上記被写体の表面との間の光の漏れが防止されるようにも設計される。上記ベローは、上記撮像デバイスにとって、撮像される上記被写体(一般には患者の頭部)との境界面となる。従って上記ベローは、生体適合性材料で製造されるのが好ましい。一実施形態では、上記ベローは、医療グレードのシリコーンで製造される。一実施形態では、上記ベローは、マットブラック仕上げが施される。
更に、上記撮像デバイスは、平坦でない表面を有する被写体(例えば頭蓋骨)を撮像するために使用されるため、上記ベローは、連続的に変化するC(n>0)表面に適合するのに十分な可撓性を有する材料で製造する必要がある。上記ベローにとって適切なデュロメータ等級を選択することにより、遮蔽環境を確実に形成できる。上記ベローは、円形又は三角形を含むがこれらに限定されない、用途に必要となり得る任意の適切な形状で提供してよい。一実施形態では、上記ベローは、以下でより詳細に説明するように、好ましい構成によれば、アクティブな撮像領域の形状を反映する三角形の形状を有する。この実施形態では、上記ベローの三角形のプロファイルは、ユーザに対する方向ガイドとして作用して、撮像プロセスを容易にする。更なる実施形態では、例えば、アクティブ領域の外周の位置、又は1つ若しくは複数の光学送受信機の位置を示すことによって、撮像要素に関する追加の情報を提供するために、上記ベローにマークが施される。これらのガイドマークは、隆起リブ、溝若しくは着色ラインの形態、又は上記ベローの外表面に配置される他のマークであってよい。
一実施形態では、上記ベローはベロー支持板に取り付けられ、上記ベロー支持板は、撮像される上記被写体の上記表面と相互作用するように構成される。この点に関して、上記支持板は複数の光導体を備え、各上記光導体は、上記撮像デバイスの上記本体内部に位置する各光学送受信機に対応する。各上記光導体は、それぞれのハウジング内に配置される。好ましい実施形態では、上記支持板は、3つの固定ハウジングと、撮像される表面に向かって延在する少なくとも1つの変形可能なハウジングとを備える。更に、上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングはそれぞれ、使用中に、撮像される上記被写体の上記表面に接触する先端を有する。
一実施形態では、上記光導体は、光学的に透明な材料で形成される。一実施形態では、上記光学的に透明な材料は、光学的に透明なアクリルである。一実施形態では、上記光導体は、内部光反射を引き起こさないようにマット仕上げした内部を有する。好ましい実施形態では、上記光導体は、典型的には軟質組織である撮像される上記被写体の上記表面との良好な接触を確実にするために、丸い先端を備える。
別の好ましい実施形態では、毛管現象により流体又は汚染物質が上記デバイスに流入しないように、中実の透明なコアが採用され、これにより、上記光導体の閉塞又はセンサの損傷を回避できる。
一実施形態では、上記撮像デバイスの3つの上記光学送受信機は、三角形の構成で配置される。好ましい実施形態では、上記三角形は正三角形である。別の実施形態では、3つの上記光学送受信機は、1つのNIR光源と、2つのNIR光検出器とを備える。この正三角形の構成により、確実に、3つの上記固定ハウジング全てが、連続的に変化するC(n>0)表面に同時に接触できる状態を維持しながら、上記光検出器を上記光源から適切に離間させることができる。この正三角形の配置はまた、上記デバイスを上記被写体表面上に配置したときに、最も安定性のある3点基部を提供する。
上記固定ハウジングによって形成された正三角形の内部に配置される、変形可能なハウジングにより、更なる接触点が提供される。好ましい実施形態では、2つの変形可能なハウジングを上記三角形の縁部に配置することにより、最適な安定基部が維持される。またこれにより、上記検出器が直線状配置において異なる複数の離間状態に維持され、その結果、光感度、及び上記デバイスの内包物の検出精度を向上させることができる。
上記変形可能なハウジングはばね懸架式であり、データに影響を及ぼす恐れのある任意の水平方向の移動を防ぐように設計される。ばねは、光の漏れを防ぐために、重複した構成の幾何学的形状によって、光路から隠される。更に、上記ばねは、任意の可能性のある生物学的汚染(血液/毛)から上記検出器を保護するために、上記検出器と上記光導体との間に配置される。一実施形態では、上記ばねは、円形キャップによって定位置に保持される。一実施形態では、上記ばねは、ばね板によって定位置に保持される。一実施形態では、上記ハウジング内での上記光導体の変位は、ステーによって制限される。
上記ベロー支持板の上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングの上記先端は、不使用時には、上記ベローの下部周囲リムより上に位置する。従って、上記ハウジングの上記先端及びそこに収容される上記光導体が、撮像される上記被写体の上記表面に確実に接触するように、上記ベローが圧縮されることが必須要件である。
更に、上記着脱式キャップは、使用時に、「真空」シール部の形成又は吸引作用を回避ように設計される必要があり、これにより、上記デバイスは確実に、光の漏れを回避しながら、撮像される上記表面を、妨害されることなく移動できる。従って、一実施形態では、上記着脱式キャップは、使用時に、上記ベローの内部に周辺光を侵入させずに、上記ベローの内部に空気を流入させることができる、空気流入システムを備える。
上記空気流入システムの一実施形態では、上記ベローの上部周囲リムには、上記着脱式キャップを上記デバイスの上記本体に装着したときに、上記着脱式キャップの内部に空気を流入させながら、外部と内部との間の直接的な見通し線を防止する、溝、又は隙間が設けられる。一実施形態では、空気は、上記キャップと上記本体との間の境界面の小さな隙間から、光を侵入させずに通過できる。このような実施形態では、上記ベローの内部に空気を流入させることができるように、上記支持板に1つ又は複数の空気孔が設けられる。
上記空気流入システムの一実施形態では、上記ベローの上記下部周囲リムには、上記ベローの外部と内部との間の直接的な見通し線を防止する、S字型溝が設けられる。従って、上記上部周囲リムの上記隙間又は上記下部周囲リムの上記S字型溝は、光をトラップするように作用すると同時に、空気通路を形成でき、これにより、上記可撓性ベローが撮像される上記被写体の表面に対して「封着する(sealing)」のを防ぎ、上記デバイスが使用時に上記表面を自由に移動できるようにする。上記ベロー材料にも、光の反射を最小限に抑えるためにマット仕上げが施されてよい。
上記携帯用光学撮像デバイスは、ユーザの手の中に収まるよう成形及びサイズ設定された本体を備える。
本発明によれば、上記着脱式キャップの上記変形可能なベローを患者の頭部の表面に押しつけ、上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングの上記先端を上記頭部の上記表面に接触させることによって、上記デバイスを使用して血腫又は出血性事象の有無が判断される。上記先端が上記頭部の上記表面に接触している間に、上記デバイスはNIR光を上記表面に照射しながら上記表面上を通過する。血腫又は出血性事象の有無は、上記デバイスの上記本体上に位置する光の照射によって示される。
従って、上記光学撮像デバイスは、上記NIR検出器によって収集されたデータを処理するように構成されたプロセッサを更に備え、上記プロセッサは、血腫の存在を示すためのディスプレイを有する。血腫の存在は、組織を通過する赤外光の測定特性(例えば脳の領域に関連する光学密度)に基づく。一実施形態では、上記デバイスは、撮像プロセスの現在の状態を示すために設けられる状態インジケータライトを備える。例えば、上記状態インジケータは、異なる色及び/又は点滅パターンを使用して、例えば、上記デバイスがスキャンモードであること、撮像エラーが発生したこと、又は血腫が検出されたことを示すことができる。
一実施形態では、上記本体は、2部品構成ハウジングとして設けられ、上記本体内に収容されるのは、機能に必要な電子部品である。一実施形態では、上記本体は、ポリマー材料で製造される。一実施形態では、上記ポリマー材料はABSプラスチックである。一実施形態では、上記ポリマー材料は難燃性である。上記本体は、射出成形若しくは押出成形プロセス又は3D印刷プロセスを含むがこれらに限定されない、当分野で周知の任意の適切な方法を使用して製造されてよい。
撮像プロセスは、上記デバイスの上記本体上に配置された電源スイッチを使用して起動される。一実施形態では、上記電源スイッチは、「デッドマンスイッチ(deadman’s switch」として設けられ、この場合、撮像プロセスは、上記ボタンが押されているときのみ起動される。一実施形態では、上記デバイスには、左利きのユーザ及び右利きのユーザのどちらでも使用できるように、上記本体の両側に1つずつ2つのスイッチが設けられる。好ましい実施形態では、上記デバイスは、電源を容易に利用できない遠隔地域での可搬性及び使用性を考慮して、バッテリによって電力供給される。
本発明の一実施形態によれば、図1〜6に示されているように、上記デバイスは、デバイス10の本体12に、上記本体の設置表面22を介して直接取り付けられる、着脱式キャップ20を備える。この実施形態では、設置表面22は、略平面状の設置面23と、面23の外周から延在する外壁25とを有し、これらは共に、着脱式キャップ20が設置される設置表面内容積24を画定する。
上記設置面は、デバイス10の上記本体内に配置される光学送受信機を受承するように適合された、複数の開口を備える。着脱式キャップ20は、ベロー支持板40と、上記支持板に封止係合される変形可能なベロー60とを備える。ベロー支持板40は、着脱式キャップ20が設置表面内容積24内に設置されたときに設置面23と係合するよう成形された、第1の支持板5と、撮像される被写体の表面に面するように構成された、第2の支持板6とを備える。
この実施形態に係る着脱式キャップの細部は、図3〜6に示されている。
この実施形態では、ベロー支持板40は、2つの固定ハウジング43Bと1つの固定ハウジング43Aとを更に備え、固定ハウジング43A、43Bはそれぞれ光導体35A又は光導体35Bを受承するように適合される。3つの固定ハウジング43A、43Bは、正三角形の構成で配置される。
この実施形態では、それぞれが可動光導体45を受承するように適合された2つの変形可能なハウジング44により、更なる接触点が提供される。この実施形態では、2つの変形可能なハウジング44を上記三角形の縁部に配置することにより、最適な安定基部が維持される。
この実施形態では、各上記光導体は、上記デバイスの上記本体内に配置された各光学送受信機に対応する。従って、ベロー支持板40は、第1の支持板面5に要素53A、53Bを更に備え、要素53A、53Bはそれぞれ、光学送受信機を嵌合受承するように適合される。この実施形態では、固定光導体35Aに対応する光学送受信機はNIR光源であり、固定光導体35Bに対応する光学送受信機はNIR光検出器である。
この実施形態では、固定ハウジング43A、43B及び変形可能なハウジング44はそれぞれ、撮像される上記被写体の上記表面に向かって第2の支持板面6から延在する。上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングそれぞれの上記先端は、撮像される上記被写体の上記表面に接触するように適合される。
この実施形態では、図5及び6に示されているように、変形可能なハウジング44はばね懸架式であり、データに影響を及ぼす恐れのある任意の水平方向の移動を防ぐように設計される。ばね47は、光の漏れを防ぐために、重複した構成の幾何学的形状によって、光路から隠される。更に、上記ばねは、任意の可能性のある生物学的汚染(血液/毛)から上記検出器を保護するために、上記検出器と上記光導体との間に配置される。ばね47は、キャップ49によって定位置に保持され、上記ハウジング内での光導体45の変位は、ステー48によって制限される。各キャップ49は、各光学送受信機に係合するように適合される。
この実施形態では、光の侵入は、ベロー支持板40と、設置表面22の外周から延在する外壁25との間の嵌合係合によって防止される。外壁25は、着脱式キャップ20を装着したときに、ベロー支持板40と設置面23との間の境界面を覆うように設けられる。
この実施形態では、変形可能なベロー60は、第1の上部周囲リム61及び第2の下部周囲リム62を画定する、略C字形の断面プロファイルを有する。この実施形態では、第1の周囲リム61は、キャップ20を設置表面内容積24内に設置したときに、ベロー支持板40に封止係合し、設置表面22の外壁25内にフィットする。この実施形態では、キャップ20は、追加の取付手段を必要とせずに、上部周囲リム61が外壁25内に弾性摩擦嵌合することによって、上記設置表面に固定された状態で保持される。
ベロー支持板40の固定ハウジング43及び変形可能なハウジング44の先端は、不使用時には、ベロー60の第2の周囲リム62より上に位置する。従って、上記ハウジングの上記先端及びそこに収容される上記ファイバが、撮像される上記被写体の上記表面に確実に接触するように、ベロー60が圧縮されることが必須要件である。従って、ベロー60の下部周囲リム62は、使用時に、撮像される上記被写体の上記表面に接触し、上記ベローは変形して、上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングの上記先端を、撮像される上記被写体の上記表面に接触させる。
図3及び4に示されているように、ベロー60には、上記ベロー内のアクティブな撮像領域の外側限界を示すマーカー69Aと、照射している上記光学送受信機の位置を示すマーカー69Bとが設けられ、これらは全て、撮像される上記表面全体をユーザが確実にカバーするためのガイドを提供することにより、撮像プロセスを容易にする。
この実施形態では、上記着脱式キャップ及び上記ベローは、上記光学送受信機の三角形の構成に対応するように、三角形の形状で形成される。
この実施形態では、ベロー60の上部周囲リム61には、上記着脱式キャップを上記デバイスの上記本体に装着したときに、キャップ20と本体12との間の境界面の隙間18から、光を侵入させることなく、空気を上記着脱式キャップ内部に流入させることができる、一連の溝38が設けられる。この実施形態では、上記空気流入システムは、下部ベロー支持板上に、上記ベローの上記第1の周囲リムの溝に対応する開口68を更に備える。この実施形態では、空気をベロー内部に流入させることができるよう、支持板40に空気孔46が更に設けられ、これにより、ベロー60が撮像される上記被写体の上記表面に押しつけられたときの吸引事象を防ぐことができる。
この実施形態では、デバイス10は、撮像プロセスの現在の状態を示すために設けられる状態インジケータライト13を含む。例えば、状態インジケータ13は、異なる色を使用して、上記デバイスがスキャンモードであること(例えば緑色)、撮像エラーが発生したこと(例えば橙色)、又は血腫が検出されたこと(例えば赤色)を示す。
この実施形態では、デバイス10は、左利きのユーザ及び右利きのユーザのどちらでも使用できるように、上記本体の両側に1つずつ2つの電源ボタン14を含み、各上記ボタンは「デッドマンスイッチ」として設けられ、この場合、撮像プロセスは、上記ボタンが押されているときのみ起動される。
本発明の別の実施形態によれば、図7〜17に示されているように、上記デバイスは、着脱式キャップ200を受承するように構成された固定基板300を備える。図9及び10に示されているように、固定基板300は略平面状の本体320を有し、略平面状の本体320は、基板面305と、所定の構成で配置された上記平面状の本体内の複数の基板開口310A〜310Cとを備える。基板開口310A〜310Cはそれぞれ、光学送受信機を受承するように適合される。固定基板300は、基板面305の外周から延在する外壁315を更に備える。外壁315及び基板面305は共に、基板内容積を画定する。
この実施形態では、光の侵入は、固定基板300上の光学送受信機用の開口310A〜310Cそれぞれの周囲に配置される隆起プロファイル330A〜330Cと、ベロー支持板400上の対応する凹部415A〜415Cとの嵌め合いによって形成される、固定基板300とベロー支持板400との間の嵌合係合によって防止される。
この実施形態では、光の侵入は、基板300の外周から延在する外壁315の存在によっても防止される。外壁315は、上記着脱式キャップを装着したときに、固定基板300とベロー支持板400との間の境界面を覆うように設けられる。
図12A及び12Bに示されている実施形態では、着脱式光学撮像デバイスキャップ200は、ベロー支持板400及び変形可能なベロー600を備える。
この実施形態では、ベロー支持板400は、第1の部分410及び第2の部分420を備える。ベロー支持板400の第1の部分410は、基板内容積内にフィットするよう成形されているため、第1の支持板面405は、第1の部分410を基板内容積内に配置すると、固定基板面305に嵌合係合する。ベロー支持板400は、撮像される上記被写体の表面に面するように構成された第2の支持板面406と、撮像される上記表面に向かって第2の支持板面406から延在する3つの固定ハウジング430A、430B及び2つの変形可能なハウジング440とを更に有する。固定ハウジング430A、430Bはそれぞれ、固定光導体435を受承するように適合され、各固定光導体435は、上記第1の光学送受信機のうちの1つに対応する。変形可能なハウジング440はそれぞれ、光導体445を受承するように適合され、各光導体445は、上記第2の光学送受信機に対応する。更に、上記固定ハウジング及び上記変形可能なハウジングはそれぞれ、撮像される上記被写体の上記表面に接触するように適合された先端432A、432B、442を有する。
ベロー支持板400の第2の部分は、検出器への周辺光の侵入を排除するために、変形可能なベロー600に封止係合するように適合される。
上述したように、ベロー支持板400は、固定基板300上の光学送受信機用の開口310A〜310Cを囲む隆起プロファイル330A〜330Cを受承するよう、適切にサイズ設定及び配置された、凹部/ディンプル415A〜415Cを備える。図11は、ベロー支持板400上の凹状開口415A〜415Cの一実施形態を示している。凹状開口415A〜415C各隆起プロファイル330A〜330Cとの嵌め合いは、着脱式キャップ200用の接続面において上記光源と上記検出器との間の光の漏れを防ぐように設計される。
従って、ベロー支持板400上の3つの固定ハウジング430A、430Bはそれぞれ、3つの光学送受信機110のうちの1つに対応するように設けられる。固定ハウジング430A、430Bはそれぞれ、光学的に透明な材料で形成された光導体435を収容する。
この実施形態では、変形可能なハウジング440により、更なる接触点が提供される。この実施形態では、2つの変形可能なハウジング440を三角形の縁部に配置することにより、最適な安定基部が維持される。これらの変形可能なハウジング440はそれぞれ、光導体435を収容する。
上記変形可能なハウジングは、ばね懸架式であり、データに影響を及ぼす恐れのある任意の水平方向の移動を防ぐように設計される。ばね447は、光の漏れを防ぐために、重複した構成の幾何学的形状によって、光路から隠される。更に、上記ばねは、任意の可能性のある生物学的汚染(血液/毛)から上記検出器を保護するために、上記検出器と上記光導体との間に配置される。ばね447は、ばね板448によって定位置に保持される。
図16は、この実施形態に係る着脱式キャップ200の分解図であり、変形可能なハウジング440の部品の図を含む。
本発明のこの実施形態では、図15に示されているように、着脱式光学撮像デバイスキャップ200は、ベロー支持板400に封止係合される変形可能なベロー600を備える。
この実施形態では、変形可能なベロー600は、第1の上部周囲リムと第2の下部周囲リムとを画定する略C字形の断面プロファイルを有する。C字形のプロファイルは、図15に明確に示されている。ベロー600は、第1の周囲リムにおいて、ベロー支持板上に配置されたフランジと封止嵌合することによって、ベロー支持板の第2の部分に封止係合するように適合される。
ベロー支持板400のハウジング430A、430B、440の先端432A、432B、442は、不使用時には、ベロー600の第2の周囲リム620より上に位置する。従って、ハウジングの先端、ひいては、そこに収容されるファイバが確実に撮像される被写体の表面に接触するように、ベロー600が圧縮されることが必須要件である。
図12Bに示されているように、確実に光密状態にすると同時に、上記ベローが撮像される上記表面と接触したときの吸引作用を防ぐために、ベロー600には、上記リムに沿ってS字型の溝が設けられる。この実施形態では、S字型溝とマット仕上げとを組み合わせて、光をトラップすると同時に、空気通路を形成でき、これにより、成形シリコーンベローが撮像される上記被写体の上記表面に対して「封着する」のを防ぎ、上記デバイスが使用時に上記表面を自由に移動できるようにする。
図16に示されている実施形態によれば、ベロー支持板400を固定基板300に可逆的に取り付けるための取付手段が設けられる。
この実施形態では、上記取付手段は、タブ‐スロット機構によって形成され、タブ510はベロー支持板400上に配置され、スロット520は基板300の外壁315上に配置される。封止部を形成するために、タブ510がスロット520に挿入され、次に固定基板300が定位置に「ヒンジ連結(hinge)」し、固定基板300とベロー支持板400との間に封止部が形成される。この実施形態では、上記取付手段は、ベローの外縁に配置された1つ又は複数の「ソフトボタン」530を更に備え、上記ソフトボタンは、外壁315の内表面に配置された凹部340内に「押し込む(click)」ように位置決めされる。
上記取付手段は、タブ510がスロット520に係合されたときに、凹部415A〜415Cとそれぞれの隆起プロファイル330A〜330Cとが位置合わせされるように構成される。また、この構成により、送受信機がベロー支持板400の凹部/ディンプルに最適な形で収まる。
一実施形態では、上記取付手段はバヨネット式嵌合によって形成されるが、「イン/アウト(in/out)」接続が容易である任意の手段は適切であり、本発明の範囲内にあると考えられる。
具体例を参照しながら、本発明について説明する。以下の例は、本発明の実施形態を説明するためのものであって、決して本発明を制限するものではないことは理解されるであろう。
実施例1:携帯用光学撮像デバイス
図1A、1B及び2A、2Bは、本発明に係る携帯用光学撮像デバイス10の一実施形態を示している。光学撮像デバイス10は、ユーザの手の中に容易に収まるよう適切にサイズ設定及び成形された本体12に取り付けられる着脱式キャップ20を備える。
図1A、1B及び2A、2Bに示されている実施形態では、上記デバイスは、1つのNIR光源180と、4つのNIR光検出器170とを備える
この実施形態の光学撮像デバイスの分解図は、図2Bに示されている。図2Bは、上記本体を形成する2部品ハウジング120A、120Bを示している。ハウジング120A、120Bは、その内部に、機能に必要な電子装置160と、撮像プロセスの間に得られたデータを分析するために必要なプロセッサとを収容するように設計される。
実施例2:携帯用光学撮像デバイス
図7A〜7C及び8は、本発明に係る携帯用光学撮像デバイス100の別の実施形態を示している。光学撮像デバイス100は、ユーザの手の中に容易に収まるような適切なサイズ及び形状の本体に取り付けられる着脱式キャップ200を備える。
図7A〜7C及び8に示されている実施形態では、上記デバイスは、1つのNIR光源880と、4つのNIR光検出器870とを備える。
この実施形態の光学撮像デバイスの分解図は、図8に示されている。図8は、上記本体を形成する2部品ハウジング820A、820Bを示している。ハウジング820A、820Bは、その内部に、機能に必要な電子装置860と、撮像プロセスの間に得られたデータを分析するのに必要なプロセッサとを収容するように設計される。
使用前に、着脱式キャップ200は、固定基板300に取り付けることによって装着される。上記デバイスは、バッテリ(図示せず)によって電力供給される。
実施例3:ハイブリッド軍用フラッシュライト/光学撮像デバイス
図18〜20は、本発明の代替形態の携帯用光学撮像デバイス700を示している。この実施形態は、標準仕様の軍用フラッシュライトの修正に基づいている。この実施形態では、光学撮像デバイス700は、軍用フラッシュライトの主本体720に取り付けられる着脱式キャップ725を備え、上記フラッシュライトのヘッド710には、標準的なフラッシュライト機能の他に、着脱式キャップ725を受承するためのキャップポート730が設けられる。光学撮像デバイスとして使用しないときには、図19に示されているように、着脱式キャップ725は取り外され、キャップポート730はポートカバー735によって覆われる。撮像デバイスとして使用する前に、着脱式キャップ725は、キャップポート730に取り付けることによって装着される。
図18は、着脱式キャップ725がキャップポート730に装着された状態の、軍用の実施形態を示している
図20に示されている実施形態では、上記デバイスは、1つのNIR光源780と、4つのNIR光検出器770とを備える。
この実施形態の光学撮像デバイスの分解図は、図20に示されている。図20は、デバイス700の主本体720を形成する、細長ハウジングを示している。上記ハウジングは、その内部に、機能に必要な電子装置760と、撮像プロセスの間に得られたデータを分析するのに必要なプロセッサを収容するように設計される。フラッシュライト電源スイッチ790は、フラッシュライト機能を起動させるために設けられ、撮像デバイス電源スイッチ(図示せず)は、撮像機能を起動させるために設けられている。上記デバイスは、バッテリ750によって電力供給される。
本発明の上述の実施形態は例であり、多数の方法で変更可能であることは明らかである。このような現在又は将来の変更は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとは見なされず、当業者には明らかであろう全てのこのような修正は、以下の請求項の範囲内に含まれるものとする。

Claims (20)

  1. 被写体を撮像するための近赤外(NIR)光光学撮像デバイスと併用するための、光学撮像デバイスキャップであって、
    前記撮像デバイスは:
    本体;
    前記本体内に配置される3つの第1の光学送受信機及び少なくとも1つの第2の光学送受信機;並びに
    前記光学撮像デバイスキャップが設置される設置表面
    を備え、
    前記設置表面は、略平面の設置面と、前記面の外周から延在する外壁とを有し、
    前記外壁及び前記面は設置表面内容積を画定し、
    前記設置面は複数の開口を備え、前記複数の開口は、所定の構成で配置され、かつ前記第1の光学送受信機及び前記第2の光学送受信機を受承するように適合される、光学撮像デバイスキャップにおいて、
    前記光学撮像デバイスキャップは、ベロー支持板と、前記ベロー支持板に封止係合される変形可能なベローとを備え、
    前記ベロー支持板は:
    前記デバイスキャップを前記設置表面内容積内に設置したときに前記設置面に係合するよう成形された第1の支持板面;
    前記撮像される被写体の表面に面するように構成された第2の支持板面;
    3つの固定ハウジングであって、前記3つの固定ハウジングはそれぞれ、固定光導体を受承するよう適合され、前記固定光導体はそれぞれ、前記第1の光学送受信機のうちの1つに対応する、3つの固定ハウジング;
    可動光導体を受承するように適合された少なくとも1つの変形可能なハウジングであって、前記少なくとも1つの第2の光学送受信機に対応する、少なくとも1つの変形可能なハウジング
    を備え、
    前記固定ハウジング及び前記変形可能なハウジングはそれぞれ、前記撮像される被写体の前記表面に接触するように適合された先端を有し、
    前記変形可能なベローは、第1の周囲リムと第2の周囲リムとを画定する略C字形の断面プロファイルを有し、前記第1の周囲リムは、前記ベロー支持板に封止係合し、
    使用時に、前記ベローの前記第2の周囲リムは、前記撮像される被写体の前記表面に接触し、前記ベローは変形することによって、前記固定ハウジング及び前記変形可能なハウジングの先端を前記撮像される被写体の前記表面に接触させる、光学撮像デバイスキャップ。
  2. 前記第1の周囲リムは、前記デバイスキャップを前記設置表面内容積内に設置した時に、前記設置表面の前記外壁内にフィットする、請求項1に記載のキャップ。
  3. 使用時に、空気を前記デバイスの外部から前記ベローの内部へと通過させるための空気流入システムを更に備える、請求項1又は2に記載のキャップ。
  4. 前記空気流入システムは、前記第1の支持板面と前記第2の支持板面との間に、1つ又は複数の空気孔を備える、請求項3に記載のキャップ。
  5. 前記空気流入システムは更に、前記ベローの前記第1の周囲リムに、1つ又は複数の溝を備える、請求項3又は4に記載のキャップ。
  6. 前記空気流入システムは更に、前記ベローの前記第1の周囲リムの前記1つ又は複数の溝に対応する、前記ベロー支持板上の1つ又は複数の開口を備える、請求項5に記載のキャップ。
  7. 前記設置表面は、前記デバイスの前記本体に取り付けられた、固定基板として形成され、
    前記第1の支持板面は、前記固定基板と嵌合係合するように成形される、請求項1に記載のキャップ。
  8. 前記固定基板は更に、前記基板の前記開口それぞれの周囲の隆起プロファイルを備え、
    前記第1の支持板面は、前記隆起プロファイルを受承することによって、前記第1の支持板面と前記固定基板の面との嵌合係合を提供する、凹部を備える、請求項7に記載のキャップ。
  9. 前記デバイスキャップは更に、前記ベロー支持板を前記固定基板に可逆的に取り付けるための取付手段を備える、請求項7又は8に記載のキャップ。
  10. 前記取付手段は、タブ‐スロット機構を備え、
    前記タブは前記ベロー支持板上に配置され、前記スロットは前記基板の外壁上に配置される、請求項9に記載のキャップ。
  11. 前記ベローは更に、前記第2の周囲リムに、非直線状の、径方向に配置された溝を備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載のキャップ。
  12. 前記径方向に配置された溝は、S字型である、請求項11に記載のキャップ。
  13. 前記少なくとも1つの変形可能なハウジングは、2つの変形可能なハウジングである、請求項1〜12のいずれか1項に記載のキャップ。
  14. 前記固定ハウジングは、三角形を形成する、請求項1〜13のいずれか1項に記載のキャップ。
  15. 前記三角形は正三角形である、請求項14に記載のキャップ。
  16. 前記少なくとも1つの変形可能なハウジングは、前記固定ハウジングによって形成された前記三角形の縁部に位置する、請求項14又は15に記載のキャップ。
  17. 前記ベロー支持板は、ポリマー材料から形成される、請求項1〜16のいずれか1項に記載のキャップ。
  18. 前記ポリマー材料は、任意に近赤外光吸収剤が添加された、ABSプラスチックである、請求項17に記載のキャップ。
  19. 前記ベローは、シリコーンポリマーから形成される、請求項1〜18のいずれか1項に記載のキャップ。
  20. 被写体を撮像するための近赤外(NIR)光光学撮像デバイスであって、
    前記撮像デバイスは:
    本体;
    前記本体内に配置される3つの第1の光学送受信機及び少なくとも1つの第2の光学送受信機;
    前記本体上に配置された設置表面であって、前記設置表面は、略平面状の設置面と、前記面の外周から延在する外壁とを有し、前記外壁及び前記面は、設置表面内容積を画定し、前記設置面は複数の開口を備え、前記複数の開口は、所定の構成で配置され、かつ前記第1の光学送受信機及び前記第2の光学送受信機を受承するように適合される、設置表面;並びに
    前記設置表面に設置される、請求項1〜19のいずれか1項において定義されるデバイスキャップ
    を備える、近赤外(NIR)光光学撮像デバイス。
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