JPWO2018230318A1 - スケール、撮像装置、撮像システム、キット、および撮像装置の調整方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第2の実施形態によれば、上記のスケールを撮像する撮像装置が提供される。
第3の実施形態によれば、上記のスケールの表示を含む撮像システムが提供される。
第4の実施形態によれば、上記のスケールを複数備えるキットが提供される。
第5の実施形態によれば、上記のスケールを用いて、撮像部の設定および/または光源の設定を調整することを含む、撮像装置の調整方法が提供される。
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2017−118173号の開示内容を包含する。
実施形態によれば、カーボンナノチューブ(CNT)を含む複数のファントムと、該ファントムが配置される部材と、を備え、該カーボンナノチューブは、赤外領域における光吸収を有する、スケールが提供される。例えば、本実施形態のスケールは、赤外領域における光(例、近赤外光などの赤外光)に対する既知の吸光度を有し、任意の波長に対するサンプルの吸光度を評価(見積もり、推定)することに用いられる。
この図2では、異なる波長(λ1・・λn)(例、n≧2)の各々についてCNT濃度を高濃度から低濃度に段階的に変えた各ファントムのスポットを一定間隔で一列に配置した個々のスケールを、赤外波長域の短波長から長波長(例、800から1600nm)に順番にマトリクス状に配置している。赤外領域のうち近赤外領域は、血液や水の吸収がなく生体透過性の高い領域であることから、この領域に吸収を有するCNTは上記スケールの材料として有効に使用できる。
さらに別の実施形態によれば、上記の異なるピーク波長を有する複数のスケールを備えるキットが提供される。
(1)カーボンナノチューブ(CNT)の精製
CNTは、例えば長さ、電気的性質、または、直径とカイラリティの違いに基づいて分離精製される。CNTは、単層カーボンナノチューブおよび多層カーボンナノチューブのいずれかであり、好ましくは単層カーボンナノチューブである。
次に、上記のファントムを作製するために、例えば、上述のように精製したCNT粉末を、粘性のある液体状の樹脂に練り込み、CNTを均一に分散させてCNTインクを作製する。続いて、CNTインクを部材(例、基板、光反射層、もしくは基板と光反射層の組み合わせ)上に垂らし、もしくは塗布し、ブレードを(例えば、自動装置により)一定速度で動かして膜状のファントム(この場合、樹脂膜)を形成し、硬化させる(ファントムの形成工程)。このとき、部材とブレードとの距離を変えることにより膜厚が異なる種々の樹脂膜を作製することができる。また、CNTインクのCNT濃度を(例えば、希釈系列により段階的に)変えることによりCNT濃度の異なる種々の樹脂膜(ファントム)を作製することができる。なお、CNTインクの樹脂膜を部材上に形成する方法としてはスピンコート法、ディップコート法、ブレードコート法、キャスト法などがあり、CNTインクを形成してから部材上に固定する方法としては型を用いた成形法などが挙げられる。
上記の樹脂膜をパンチ等で任意の形状に加工し、例えば、上記の構造白色を有する部材(例、近赤外領域で90%以上、好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の反射率を有する光反射層)6上に、膜厚の異なる樹脂膜を厚み順に配置するか、あるいはCNT濃度の異なる樹脂膜を高濃度から低濃度の順(または、その逆の順)に配置し、固定する。部材6上へのファントムの配置の仕方は規則的であればいずれでもよく、例えば格子状もしくはマトリクス状、あるいは1列、2列、3列・・・n列となるように配置する。
実施形態によれば、上記のスケールを撮像する撮像装置、あるいは上記のスケールの表示を含む撮像システムが提供される。
さらに別の実施形態によれば、上記のスケール6を用いて、機器設定として撮像装置の撮像部(21、22)の設定(例、感度、絞りなど)および/または光源(可視光源部13、赤外光源部11)の設定(例、波長、強度など)を調整することを含む、撮像装置の調整方法が提供される。
医療現場で使用される撮像装置の光源部の照明の波長および強度範囲は、赤外光によって腫瘍などの患部を可視化できる臨床研究の成果として、予め分かっている場合、製造現場では、入力部を介して照明設定(例、光の波長、強度、絞りなど)を変えたときに、設計者が意図した通りに、照明光の波長と強度とが切り替わるかどうかを確認するために、医療現場で使用される照明光の波長と強度範囲とをカバーする上記のスケール6(例、特定の波長に光の吸収ピークを有するファントムと該ファントムの希釈系列とを備えるスケール)を撮影する。スケールの写り方(スケールの撮像画像、該画像の明るさや画素ごとの輝度値、該輝度値の組み合わせパターン、画像の視野など)から、検査対象の撮像装置が、製品としての仕様を満たしているか否か(例、輝度値が仕様値や想定値と同じか否か)を判断して評価する(例、図13、図15、図16)。
医療現場での調整例(設定、選定を含む)を以下に記載する。
(例1)
組織や臓器のサンプル等の被写体を撮像装置を用いた撮影によって、上記スケール(各ファントム)を被写体と関連づけることができる(例、図14)。具体的には、疾患Aを罹患した患者等の臓器のサンプルの撮影時に、臓器の近くに上記スケールを置いて、一回の撮影で同一画像内に両者(臓器・スケール)が写り込むように撮影を行う。この臓器のサンプルは、事前にMRI(磁気共鳴診断装置)、PET(ポジトロン断層装置)やCT(X線コンピュータ断層撮影装置)等の医療機器(画像診断装置)で撮影されていて、MRI等の画像データ(診断画像)から、疾患部が特定されている。そのため、医師などのユーザは、近赤外照明(赤外光)の波長選択および強度調整によって、疾患部が強調される条件(例、グレースケールの範囲Rと吸光度範囲)を見出すことができる。このとき、ユーザは、疾患部と近いコントラストで撮影されるスケールを、疾患Aのファントムに設定する。
患者を対象として、疾患部を強調するために撮影を行う場合、ユーザは、対象疾患(例、疾患A)のファントムを、観察対象とする臓器の近くに配置し、用いるファントムが強調されるように、近赤外照明の波長選択および強度調整を実施する(例、図15、図16)。そして、ユーザは、臓器内にあって、ファントムと同様に強調される箇所(例、赤外光の吸収によって黒色になる箇所)を、疾患部として特定して認識する。
単純に、目視観察が難しい、近赤外光によって照明されていることを確認したい場合には、特定の波長のみに応答するスケールを、複数用意して、撮影する。照明波長の切り替えによって、撮像画像上で強調されるスケールが切り替わることによって、今、どの波長の光によって照明されているか(装置がどの波長の赤外光を照射しているのか)を目視観察によって確認することができる(例、図13)。
<スケールの作製>
カイラリティの異なる4種のCNT材料として、図10に示す吸収特性を有する4種のCNT(C1、C2、C3およびC4)すなわち、C1:単層カーボンナノチューブSWeNT(R)SG65(型番704148、吸収ピーク966nm、SIGMA−ALDRICH製)、C2:単層カーボンナノチューブSWeNT(R)SG76(型番704121、吸収ピーク1153nm、SIGMA−ALDRICH製)、C3:KH Single−Walled Carbon Nanotubes, ED(吸収ピーク1588nm、KH CHEMICALS Co., LTD.製)、C4は、単層カーボンナノチューブSO(型番SWNT SO、吸収ピーク1821nm、(株)名城ナノカーボン(日本)製)を使用した。これらの材料を上記の精製工程にかける場合には、さらにピークの半値幅を小さくすることができる。本実施例では、照明部3(この場合、赤外光源部11)の光強度を調整し透過率を上げることによって各材料のピークのみを分別することが可能であった。また、各材料のピーク部分が黒つぶれになるように照明部3(この場合、赤外光源部11)の照明強度を調整した。
フッ素系樹脂(CYTOP(R)(AGC旭硝子(日本)製))10mlに上記の各CNT粉末1mg〜10mgを添加した(CNT濃度0.1mg/ml〜1mg/ml)。この樹脂は、近赤外領域(800nm〜2000nm)で際立った光吸収がなく、かつ屈折率が1.5以下である。
樹脂にCNT粉末を練りこみ、CNTを一様に分散した。
樹脂を用いて希釈系列によってCNT含有量の異なる溶液を作製した。
工程3の溶液(例、50μl〜500μlの範囲内の一定量100μl)をガラス基板9aに塗布し、直径(例、5mm〜10mmの範囲内の直径)10mmとなるように形成し、ファントム5を作製した。具体的には、工程3の溶液をレジストパターンが形成されたガラス基板9aに滴下し、滴下した溶液をスピンコーターで膜厚(例、0.1μm〜10μmの範囲内の一定の厚さ)が均一になるようにする。その後、レジストを剥離することによって、目的の形状のファントムをガラス基板に形成する。
ファントム5をオーブンを用いた加熱により硬化処理したのち、図12に示すようにガラス基板9aを光反射層9bに重ね合わせ、CNT濃度が異なるファントム5を一定間隔で配置したスケールを得た。
<スケールの使用例1>
単純に、目視観察が難しい、近赤外光によって照明されていることを確認したい場合には、図13に示すような特定の波長のみに応答するスケールを、複数用意して、本実施形態の撮像装置1を用いて撮影する。照明波長の切り替えによって、強調されるスケールが切り替わることによって、今、どの波長の光によって照明されているかを目視観察によって確認することができる。
図14に示すように、吸収ピーク波長(a〜d)の異なるCNTファントム5を含むスケール6と、モデルケースの被写体P(例、生体組織の疾患部)とを本実施形態の撮像装置を用いて同じ撮像視野内において同時に撮影し、画像データから近赤外照明の波長選択と強度調整とによって、被写体Pの撮影に適した範囲のファントムのグレースケールの範囲Rと吸光度範囲を決定することができる。
図15に示すように、決定されたグレースケールの範囲Rに基づく、吸収ピーク波長(a〜d)の異なるCNTファントム5を含むスケール6を基準にして評価対象の被写体Pの撮影に適した照明の波長と強度を選択することが可能になる。そして、スケール6に基づいて評価対象の被写体Pの吸光度を評価することができる。
図16に示すように、吸収ピーク波長(a〜d)の異なるCNTファントム5を含むスケール6を基準にして被写体P内の疾患部P1の撮影に適した照明の波長と強度を選択し、被写体P内でファントム5と同様に強調される箇所を疾患部として判定することができる。
2 標本支持部
3 照明ユニット
4 撮像ユニット(検出ユニット)
5 ファントム
6 スケール
7 制御部
8 収容部
9 部材
9a 基板
9b 光反射層
10 撮像装置
11 赤外光源部
12 保持部材
13 可視光源部
14 光源移動部
16 複数の光源
21 第1撮像部
22 第2撮像部
23 撮像光学系(検出光学系)
24 撮像素子(受光素子)
31 画像処理部
32 記憶装置
A1 検出範囲
P 被写体
C−F LED駆動信号
A トリガー信号
B 一画面(1フレーム)分の画像信号
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。
Claims (26)
- カーボンナノチューブ(CNT)を含む複数のファントムと、
前記ファントムが配置される部材と、を備え、
前記カーボンナノチューブは、赤外領域における光吸収を有する、
スケール。 - 前記複数のファントムは、互いに濃度が異なる前記カーボンナノチューブを含む、請求項1に記載のスケール。
- 前記複数のファントムは第1ファントムおよび第2ファントムを含み、
前記第1ファントムと前記第2ファントムとは、互いに前記赤外領域におけるスペクトルが異なる前記カーボンナノチューブを含む、
請求項1または請求項2に記載のスケール。 - 前記ファントムは、前記カーボンナノチューブを含む樹脂膜であり、構造白色を有する部材上に配置されている、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記カーボンナノチューブが樹脂中に分散している、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記樹脂は前記赤外領域の光に対し透過特性を有する、請求項4または請求項5に記載のスケール。
- 前記部材が前記赤外領域で90%以上、95%以上または98%以上の反射率を有する、請求項4から請求項6のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブを含む、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記スケールがグレースケールである、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記複数のファントムにそれぞれ含まれる前記カーボンナノチューブは、互いにカイラリティの違いにより前記赤外光に対する吸収率の波長依存性を有する、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記複数のファントムは、前記カーボンナノチューブの濃度順に前記部材に配置されている、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記複数のファントムは、段階的に異なる厚さを有する、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記複数のファントムは、格子状またはマトリクス状に配置される、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のスケール。
- 撮像部の設定および/または光源の設定を調整するために使用される、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載のスケール。
- 前記ファントムがパンチまたはスポットの形状である、請求項1から請求項14のいずれか一項に記載のスケール。
- 請求項1から請求項15のいずれか一項に記載のスケールを撮像する撮像装置。
- 近赤外光イメージング装置である、請求項16に記載の撮像装置。
- 前記スケールが配置される支持部を備える、請求項16または請求項17の撮像装置。
- 請求項1から請求項15のいずれか一項に記載のスケールの表示を含む撮像システム。
- 撮像ユニット、照明ユニット、制御装置および表示装置を備える、請求項19に記載の撮像システム。
- 前記照明ユニットが、波長700nm以上3000nm以下の波長帯域のうち所定波長の光を発する、請求項20に記載の撮像システム。
- 前記制御装置が光源移動部および画像処理部を含む、請求項20または請求項21に記載の撮像システム。
- 前記表示装置が、被写体の画像と一緒に前記スケールを表示する、請求項20から請求項22のいずれか一項に記載の撮像システム。
- 請求項1から請求項15のいずれか一項に記載のスケールを複数備える、キット。
- 請求項1から請求項15のいずれか一項に記載のスケールまたは請求項24に記載のキットを用いて、撮像部の設定および/または光源の設定を調整することを含む、撮像装置の調整方法。
- 赤外光を前記スケールに照射することを含む、請求項25に記載の調整方法。
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