JP6830454B2 - 血流及び灌流の画像化及び定量化を行うマルチスペクトルレーザ画像化(msli)方法及びシステム - Google Patents
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Description
本出願は、参照によってその全開示内容が説明されているかのように本明細書に組み込まれている、2015年3月20日に出願された米国特許仮出願第62/136,010号、発明の名称「血流及び灌流の画像化及び定量化を行うマルチスペクトルレーザ画像化(MSLI)方法及びシステム(Multi−Spectral Laser Imaging (MSLI) Methods and Systems for Blood Flow and Perfusion Imaging and Quantification)」の利益及び優先権を主張するものである。
本特許文書の開示の一部分は、著作権保護の対象となる素材を含む。著作権所有者のイーストカロライナ大学(East Carolina University)(ノースカロライナ州グリーンヴィル)は、特許商標庁の特許ファイル又は記録に現れる限り、特許文書又は特許開示の何人による複製にも異議を唱えないが、それ以外では、全ての著作権を留保する。
v12(r)=v13(r)+v32(r)=v13(r)−v23(r) 式(3)
但し、v13(r)は、検出器(カメラ)に対して相対的な、関心物体(血流及び灌流)の速度分布であり、v23(r)は、検出器(カメラ)に対して相対的な、ホスト物体(血管が埋め込まれている組織/器官)の速度分布であり、v12(r)は、ホスト物体(血管が埋め込まれている組織/器官)に対して相対的な、関心物体(血流及び灌流)の速度分布である。従って、本発明概念の実施形態は、現行のいずれのLSI法又はLDI法でも画像信号からv13(r)しか得られない状況下でv12(r)を求める要求に応えうる。本発明概念の幾つかの実施形態、マルチスペクトル画像化のアプローチによれば、v13(r)及びv23(r)の両方を利用可能にすることができる。
・対象の動き:図15A及び図15Bは、カスタマイズされた画像位置合わせアルゴリズムで検出された、静止している手の画像(15A)及び動いている手の画像(15B)を示す。
・視野又はカメラの動き:図16A及び図16Bは、カスタマイズされた画像位置合わせアルゴリズムで検出された、静止しているカメラでキャプチャされた手の画像(16A)及び動いているカメラでキャプチャされた手の画像(16B)を示す。
・ブロックされた視野:図17A及び図17Bは、手の画像(17A)及びツイスタで部分的にブロックされた手の画像(17B)を示しており、このブロックされた視野は、カスタマイズされた画像位置合わせアルゴリズムで検出されている。
・外科医/内科医のヘッドライトの介入:図18A及び図18Bは、手の画像(18A)及びヘッドライトで照らされた手の画像(18B)を示しており、この、視野内の追加ライトは、画像内のメタデータによりカスタマイズされたアルゴリズムで検出されている。
・周囲の照明条件:図19A及び図19Bは、室内照明オフ時の手の画像(19A)及び室内照明オン時の手の画像(19B)を示しており、これは、画像内のメタデータによりカスタマイズされたアルゴリズムで検出されている。
Claims (16)
- マルチスペクトル画像化システムであって、
第1の波長を有する第1の光源であって、試料を画像化するために非コヒーレント照明を生成するように構成された第1の光源と、
前記第1の光源とは別の第2のコヒーレント光源であって、前記第1の波長と異なる第2の波長を有し、前記第1の光源と同時に前記試料を画像化するように構成された前記第2の光源と、
前記試料から、前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報を同時に受け取るように構成されたカメラであって、前記第1の波長の光は、前記試料の表面を画像化して前記カメラに入るように構成されており、前記第2の波長の光は、前記試料に浸透して、浸透された前記試料に関連する情報を前記カメラに与えるように構成されている、前記カメラと、
前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報であって受信された情報を組み合わせることと、前記試料の表面の解剖学的構造と血流及び灌流の表面下の生理機能を含む前記試料の合成画像を血流速度分布の形で合成することと、を行うように構成されたプロセッサと、を含み、
前記プロセッサは更に、前記合成画像の血流及び灌流の動きからの表面の解剖学的構造から決定された、前記試料の動きを分離するように構成されている、
システム。 - 前記第1及び第2の波長は、350nmから1100nmの範囲にある別々の波長である、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の波長は、紫外(UV)スペクトル及び可視スペクトルのうちのいずれかにあり、前記第2の波長は、可視スペクトル及び近赤外スペクトルのうちのいずれかにある、請求項2に記載のシステム。
- 前記試料は、インビボ試料であり、組織及び器官の少なくとも一方を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記プロセッサは更に、少なくとも1つのモノクロカメラを使用して前記試料の表面解剖図を描いたカラー画像をリアルタイムで再構築することと、前記プロセッサと通信するディスプレイに、前記カラー画像をリアルタイムで表面下の血流及び灌流の分布マップと同時に表示するよう指示することと、を行うように構成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記プロセッサは更に、可視スペクトル及び近赤外(NIR)スペクトルのいずれかにある波長のコヒーレント光を使用して赤色スペクトルを置き換えることにより、前記合成画像のより深い表面下の組織の情報を生成するように構成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記システムの出力は、一般的な表面下の血流速度分布マップと表面の解剖学的構造を同時にリアルタイムで提供することを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記プロセッサは更に、表面下の血流速度分布の前記試料の視野内の速度の測定分布から表面下の血流速度を計算するように構成されている、請求項1から7のいずれか一項に記載のシステム。
- マルチスペクトル画像化システムであって、
第1の波長を有する第1の光源であって、試料を画像化するために非コヒーレント照明を生成するように構成された第1の光源と、
前記第1の光源とは別の第2のコヒーレント光源であって、前記第1の波長と異なる第2の波長を有し、前記第1の光源と同時に前記試料を画像化するように構成された前記第2の光源と、
前記試料から、前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報を同時に受け取るように構成されたカメラであって、前記第1の波長の光は、前記試料の表面を画像化して前記カメラに入るように構成されており、前記第2の波長の光は、前記試料に浸透して、浸透された前記試料に関連する情報を前記カメラに与えるように構成されている、前記カメラと、
前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報であって受信された情報を組み合わせることと、前記試料の表面の解剖学的構造と血流及び灌流の表面下の生理機能を含む前記試料の合成画像を血流速度分布の形で合成することと、を行うように構成されたプロセッサと、を含み、
前記プロセッサは更に、表面下の血流及び灌流の定量化の精度を高める為に、試料の動きに起因する、前記画像化された試料の動きアーチファクトを除去するように構成されており、
血管を含むホスト組織/器官に対する前記試料の血流と灌流が、
v12(r)=v13(r)+v32(r)=v13(r)−v23(r)
の式により計算され、
ここで、v12(r)は、前記ホスト組織/器官に対する前記試料の血流及び灌流であり;v13(r)は、前記カメラに対する前記試料の速度分布であり;v32(r)は、前記ホスト組織/器官に対する前記カメラの速度分布であり;v23(r)は、前記カメラに対してする前記ホスト組織/器官の速度分布である、
システム。 - マルチスペクトル画像化システムであって、
第1の波長を有する第1の光源であって、試料を画像化するために非コヒーレント照明を生成するように構成された第1の光源と、
前記第1の光源とは別の第2のコヒーレント光源であって、前記第1の波長と異なる第2の波長を有し、前記第1の光源と同時に前記試料を画像化するように構成された前記第2の光源と、
前記試料から、前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報を同時に受け取るように構成されたカメラであって、前記第1の波長の光は、前記試料の表面を画像化して前記カメラに入るように構成されており、前記第2の波長の光は、前記試料に浸透して、浸透された前記試料に関連する情報を前記カメラに与えるように構成されている、前記カメラと、
前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報であって受信された情報を組み合わせることと、前記試料の表面の解剖学的構造と血流及び灌流の表面下の生理機能を含む前記試料の合成画像を血流速度分布の形で合成することと、を行うように構成されたプロセッサと、を含み、
前記プロセッサは更に、血流及び灌流の定量化の精度を高める為に、前記カメラを保持する画像化プラットフォーム及び又は前記カメラの動きに起因する、前記画像化された試料の動きアーチファクトを除去するように構成されている、
システム。 - マルチスペクトル画像化システムであって、
第1の波長を有する第1の光源であって、試料を画像化するために非コヒーレント照明を生成するように構成された第1の光源と、
前記第1の光源とは別の第2のコヒーレント光源であって、前記第1の波長と異なる第2の波長を有し、前記第1の光源と同時に前記試料を画像化するように構成された前記第2の光源と、
前記試料から、前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報を同時に受け取るように構成されたカメラであって、前記第1の波長の光は、前記試料の表面を画像化して前記カメラに入るように構成されており、前記第2の波長の光は、前記試料に浸透して、浸透された前記試料に関連する情報を前記カメラに与えるように構成されている、前記カメラと、
前記第1の光源に関連付けられた情報及び第2の光源に関連付けられた情報であって受信された情報を組み合わせることと、前記試料の表面の解剖学的構造と血流及び灌流の表面下の生理機能を含む前記試料の合成画像を血流速度分布の形で合成することと、を行うように構成されたプロセッサと、を含み、
前記第1の光源は、非コヒーレント光源又は著しく減じられたレーザ照明のコヒーレント波長を有するレーザを備え、
前記プロセッサは更に、前記画像化された試料の動きアーチファクトを除去することにより、血流及び灌流技術に基づくコヒーレント照明の定量化精度を高めるように構成されている、
システム。 - 前記マルチスペクトル画像化システムは、レーザスペックル画像化(LSI)、レーザドップラ画像化(LDI)、蛍光画像化、反射率画像化、及び/又はLSIと蛍光画像化の1つ以上を備えるレーザベースの血流及び灌流測定システムとして構成されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記プロセッサは更に、不均一散乱媒体の光学特性の差に起因する静的な背景を除去することにより、レーザベースの血流及び灌流測定技術の定量化精度を高めるように構成されている、請求項11又は12に記載のシステム。
- 前記プロセッサは更に、前記プロセッサと通信するディスプレイに、試料の表面の解剖学的構造並びに表面下の血流及び灌流の生理機能を同時にリアルタイムで表示するように指示するように構成されている、請求項1から13のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記カメラは更に、2つ以上の波長に関連する情報を受信するように構成されており、前記2つ以上の波長の各々が、前記試料の対応する異なる深さの表面の解剖学的構造及び表面下の血流の生理機能に関連するデータを提供する、請求項1から14のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1の波長は、前記表面を画像化し、300〜600nmに及んで前記試料に入るように構成されており、前記第2の波長は、500〜1500nmに及んで前記試料に浸透するように構成されている、請求項1から15のいずれか一項に記載のシステム。
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