WO2007144542A1 - Dispositif d'imagerie optique - Google Patents

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WO2007144542A1
WO2007144542A1 PCT/FR2007/051433 FR2007051433W WO2007144542A1 WO 2007144542 A1 WO2007144542 A1 WO 2007144542A1 FR 2007051433 W FR2007051433 W FR 2007051433W WO 2007144542 A1 WO2007144542 A1 WO 2007144542A1
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WO
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camera
detection system
animal
optical detection
optical
Prior art date
Application number
PCT/FR2007/051433
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English (en)
Inventor
Marc Massonneau
Pascale Parrein
Original Assignee
Quidd
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Priority to US12/304,076 priority patent/US20100207036A1/en
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/40—Animals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
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    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence
    • G01N21/763—Bioluminescence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
    • G02B2207/113—Fluorescence

Definitions

  • the present invention relates to optical imaging devices and more particularly but not exclusively those intended for imaging the small animal.
  • the invention particularly relates to devices in which the body to be observed receives one or more photoluminescent probes, the detection being effected by means of an optical detection system while the body is optionally illuminated so as to cause the fluorescence of the probes.
  • US Pat. No. 6,894,289 discloses an imaging device in which a camera is fixedly mounted on the top of a box inside which the animal is placed.
  • WO 2006/033064 discloses a human skull imaging device in which a 3D reconstruction takes place from images acquired by the device.
  • the subject of the invention is an optical imaging device for the human or animal body, comprising: a support for receiving the body to be examined, an optical detection system, in particular a camera, a drive system of at least one light collector of the optical detection system, for modifying at least the position and / or orientation thereof, a control system of the drive system, arranged to bring about , in particular automatically, the light collector of the optical detection system in at least one observation situation of at least one selected region of the body, according to data concerning the topology thereof.
  • the optical detection system comprises a camera
  • it can be entirely mobile and movable by the drive system, being for example carried by an arm of the drive system.
  • the light collector of the optical detection system may be defined by an input of light into the detection system, for example an input face of light into a camera lens or an end of at least one guide optical collecting light to analyze.
  • the control system may be arranged to cause the optical detection system to cover a surface of the test region of between 1 and 5 cm 2 , for example. Thus, a relatively accurate image of the selected region can be obtained.
  • the mobility of the optical detection system can in particular allow the control system to position the light collector relatively close to the body to be observed, for example at a distance of less than 9 cm from it, which is favorable to the point of view of resolution and sensitivity.
  • the drive system can have three axes of displacement perpendicular two by two.
  • the mobility of the optical detection system can facilitate the observation of regions previously difficult to observe with known imaging devices.
  • the control system may be arranged to automatically position the optical detection system with an optical axis thereof substantially perpendicular to the region of the body to be examined. This positioning operation can be carried out thanks to the knowledge of topological data concerning the topology of the body to be observed.
  • the control system may be arranged to automatically calculate the position and orientation to be given to the light input into the optical detection system, to observe a selected region of the body.
  • the optical detection system may comprise a camera, as mentioned above, or any other photosensitive detector, possibly in association with one or more optical guides and / or light amplifiers.
  • the detection system may comprise several juxtaposed light amplifiers.
  • the imaging device may comprise at least one filter placed in the path of light between the animal and at least a part of the optical detection system, in particular a plurality of filters, for example a plurality of filters carried by a wheel, this can make it easy to replace one filter with another.
  • the wheel can be controlled by the control system, for example by means of a motorized drive.
  • the filter (s) may be of the interference type.
  • at least one wavelength tunable filter for example tunable liquid crystal (LCTF) or acousto-optic tunable type, is used.
  • LCTF tunable liquid crystal
  • acousto-optic tunable type is used.
  • the filter (s) may be of the lowpass, highpass or bandpass type.
  • the filter (s) used may be chosen so as to pass selectively only the light emitted by one or more probes, and not the possible light of fluorescence excitation. If necessary, the detection can be synchronous with the illumination, so as to improve the signal / noise ratio.
  • the filter or filters may be placed before the camera lens or between the lens and the camera or be integrated into the lens.
  • the filter is placed between the lens and the camera, this can reduce the footprint as well as the distance between the lens and the region of the body to be examined.
  • the optical detection system When the optical detection system includes a camera, it can be equipped with a telecentric lens.
  • the camera can be equipped with a lens having a greater depth of field than conventional lenses, for example greater than or equal to 0.5 cm, and constant magnification over a wide range of work.
  • a telecentric lens may make it possible to combine several sequentially acquired images of adjacent regions of the body of the animal.
  • the use of a telecentric lens also makes it possible to favor the collection of parallel rays to the optical axis and limits filter leakage of the filter (s) used.
  • the support of the body to be observed may be movable or fixed, preferably being movable along an axis, which may facilitate the construction of the support structure of the optical detection system.
  • the latter when the latter includes a camera, it can be part of a vision block also including the lens, the possible filtering system and all or part of a possible illumination system.
  • At least the camera and better the entire vision block is movable, for example according to at least two axes of translation substantially perpendicular to each other and about an axis of rotation, for example substantially parallel to the axis of movement of the support on which is placed the animal.
  • the optical imaging device may further comprise a topological acquisition system, for providing data describing the observed body topology to the control system of the drive system.
  • the topological acquisition system may comprise a camera, which is for example the same as that of the optical imaging device or alternatively a different camera.
  • the topological acquisition system comprises drive means for moving the support on which the animal is placed, relative to a topology analysis system.
  • These drive means are for example the same as those used by the imaging device, the support on which the animal is placed being for example movable between the topological acquisition system and the imaging system.
  • the support on which the animal is placed may comprise at least one detector sensitive to a movement of the animal relative to the support.
  • the imaging device can be arranged to warn the user of a movement of the animal relative to the support, for example by generating an audible or visual alarm. If necessary, the imaging device can be arranged to automatically trigger a new acquisition cycle of the topology of the animal. and / or mapping topological data with observed data, if a motion thereof is detected relative to the medium.
  • the detector sensitive to the movement of the animal may comprise one or more pads on which the animal rests, provided with at least one pressure sensor.
  • the pad or pads may be used, if necessary, to transport a fluid for heating the support.
  • the control system may be arranged to allow extended analysis of the observed body, by controlling the optical detection system to perform a reduced field observation sequence, with movement of the optical detection system between each of the observations .
  • control system can be arranged to control the camera in order to automatically take several successive views of the body, in order to recompose a more global view.
  • the imaging device may include at least one source for illuminating the body with radiation having a predefined spectral characteristic.
  • the source (s) used may be monochromatic or polychromatic sources, of the laser, electroluminescence or discharge type, for example xenon-mercury, optionally of adjustable power.
  • Light from at least one source may be routed to the body to be examined through at least one optical guide, including one or more optical fibers.
  • the source or sources and / or the optical guide or guides may be integral with the aforementioned vision block.
  • the light can be injected into the optical guide (s) via a focusing system.
  • At least one filter may be placed in the path of light for illuminating the body, for example to remove infrared radiation and / or pass essentially only the light for exciting fluorescence.
  • An automated filter wheel comprising a plurality of interference filters may be interposed between the source or sources and the aforementioned focusing system.
  • the light at the output of the optical fiber or fibers may be collimated, focused or diverged, as required.
  • the body to be observed can be illuminated from several places.
  • the body may for example be illuminated from the ends of several optical fibers oriented in different directions, these optical fibers can for example be joined in a common beam illuminated by a common source.
  • the illumination system can at least partially accompany the optical detection system in its movement, providing substantially uniform and constant illumination over a given region.
  • a mechanical positioning system of the source (s) and / or optical guide (s) can ensure the adaptability of the illumination to the magnification of the camera lens and the repeatability of enlightenment between experiences.
  • the imaging device may include a user interface configured to allow the user to select at least one observation region on the body.
  • This user interface may include a screen allowing a 3D image of the body to be displayed and selection means for selecting the region to be observed, which can be made apparent on the 3D image of the body.
  • the user interface can allow the user to select an operating mode from the following three modes: moving the automatic light collector according to the topology data, - moving the light collector according to manually entered coordinates, moving of the light collector in response to the actuation of a manual control member of the displacement, along at least one axis.
  • the device may include a substantially monochromatic illumination source for illuminating the human or animal body, the device being devoid of a sealed, light-tight enclosure disposed between the user and the human or animal body.
  • the 3D image can be generated from the topology data of the animal.
  • the optical imaging device may, in an exemplary implementation of the invention, exercise at least one of the following functionalities: allow fluorescence imaging by reflectance or bio-luminescence, allow tomographic imaging.
  • Another subject of the invention is an imaging method, for example a tomography method, in particular a small animal, comprising the step of: - acquiring at least one image photoluminescence with the optical detection system of the device as defined above.
  • the acquisition of the image may be preceded by or be concomitant with the illumination of at least one region of the body so as to cause photoluminescence.
  • the body may be that of a small animal such as a rodent, the observation being carried out after injection into it of at least one fluorescent probe or after the expression of a gene encoding a photoluminescent protein, by fluorescent example.
  • the invention further relates, in another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, to an imaging device of the human or animal body, comprising:
  • a camera for example a camera belonging to a vision block also comprising an objective, a filtering system and possibly an illumination system,
  • a drive system making it possible to modify at least the position and / or the orientation of the body relative to the camera, either by a displacement of the support, or of the camera, or both, a system of control of the system of 'training,
  • a user interface comprising a screen on which a 3D image can be displayed at least partially representing the animal, the interface allowing selection of a region on this image, and the control device being arranged to automatically bring the camera to observe the selected region on the image.
  • the selected region may be highlighted or other color in the image.
  • an optical detection system in particular comprising a camera, the optical detection system being associated with a system for filtering the light coming from the body to be examined; a drive system making it possible to modify at least the position and / or the orientation of the body with respect to at least a part of the optical detection system,
  • a user interface arranged to display simultaneously on the same screen:
  • Such a display helps the interpretation of the results by allowing the user to have a global vision of the spectral conditions of image acquisition.
  • the invention further relates, in another of its aspects, independently or in combination with the above, to an imaging device of the human or animal body, comprising: a support for receiving the body to be examined,
  • an optical detection system in particular comprising a camera
  • a drive system for modifying at least the position and / or the orientation of the body relative to at least a part of the optical detection system, a control system of the drive system, an illumination system of the observed region, comprising a focusing system, which may be automatic, of the light on the observed region as a function of an observation field of the optical detection system.
  • the illumination system comprises at least one light projection head whose orientation is automatically controlled as a function, for example, of a selected magnification or the distance to the observed region of an entry of light into the light. optical detection system.
  • FIG. 1 is a view schematic overview of an example of a device according to the invention
  • FIG. 2 partially represents an example of an illumination system
  • FIG. 3 represents, in isolation, an example of a topological acquisition system
  • FIGS. 4 to 8 are examples. of pages displayed by the screen of the user interface
  • Figure 9 is a diagram to illustrate the calculation of the collected light flux
  • - Figure 10 shows a detail of a variant of the device.
  • FIG. 1 shows an imaging device 1 according to an exemplary implementation of the invention.
  • This device 1 comprises an imaging system 20 and a computer system
  • microcomputer 6 which comprises, in the illustrated example, a microcomputer, for example PC-type, but which could include other means of data processing, for example one or more specialized electronic cards, possibly integrated into the imaging system 20.
  • the device 1 may require working in a dark environment or including a safelight, which does not disturb the acquisition of photoluminescence.
  • the device may comprise a blue LED lighting, wavelength 470 nm, the room in which is placed the system imaging 20, the latter being devoid of light-tight box in which the animal would be placed. This can facilitate the connection of animal A to instruments.
  • the device 1 is intended for imaging a small animal A, for example a rodent, and the latter can be arranged, as shown in FIG. 1, on a support 10, which can be mobile. in translation along an axis X. Its movement can be controlled by the computer system 6.
  • the animal A may be connected to unrepresented instruments, assistance of the respirator type, to a gas anesthesia system, to a catheter, or to sensors of the thermometer, electrocardiograph type ...
  • the support 10 may optionally comprise a heating system to be maintained at a predetermined temperature, for example close to that of the animal A, in the case where the latter is alive.
  • the support 10 may comprise at least one detector for detecting a movement of the animal A, for example one or more pads provided with at least one pressure sensor and on which the animal A rests. A movement of the animal A relative to the support can thus be detected and the imaging device can warn the user and / or perform an update of the topological data and / or proceed to a new mapping of the topological data. and imaging data.
  • the imaging system 20 comprises, in the example considered, a vertical column 11 of Z axis, carried by a carriage 15 which can slide horizontally along a Y axis perpendicular to the aforementioned X axis.
  • the imaging system 20 also comprises an optical detection system composed in the example in question by a vision block carried by an arm 24 which can rotate about a horizontal axis of rotation R, carried by a mobile carriage 26 according to the invention. Z axis on the column 11.
  • the axis of rotation R is advantageously parallel to the axis X of displacement of the support 10.
  • the imaging system 20 could, without departing from the scope of the present invention, provide more degrees of freedom of movement and / or orientation.
  • the support 10 could be fixed and the column be carried by an additional carriage, movable along the X axis. Displacements along the X, Y and Z axes and in rotation about the R axis are motorized and controlled by the computer system 6. Thus, the latter can know the relative positions of the support 10 and the vision block.
  • This comprises, in the example considered, a camera 21, a lens 23 and a filtering system 22.
  • the position and orientation of the camera 21 are known to the computer system 6 and the movements of the camera 21 can be controlled by it.
  • the filtering system 22 comprises, for example, a filter wheel 27 which makes it possible to selectively place a filter chosen from among several on the path of the light analyzed by the camera 21.
  • the implementation of the selected filter is done automatically, the wheel 27 being rotated by a stepper motor 31 controlled by the computer system 6, a sensor for informing the computer system on the angular position of the wheel 27.
  • the filtering system 22 may comprise, for example, five filters having for example 5 cm in diameter. In the case where the wheel is placed between the lens and the camera, it may comprise, for example, 7 filters 2.5 cm in diameter.
  • the invention is not limited to a particular filtering system and the filter wheel illustrated by a wavelength tunable filter can be replaced.
  • the camera 21 may be a CCD camera, preferably "back thinned", having a resolution greater than or equal to one million pixels and pixels larger than 10 microns.
  • the camera 21 may be equipped with a thermoregulation system, for example Peltier effect.
  • the objective 23 has for example a magnification ranging from x1 to x ⁇ .5 and a focal length, for example equal to 50 mm, so as to make it possible to place in the field of view a relatively small region of the animal A, by example of surface between 1 and 2.3 cm side.
  • the objective 23 is advantageously a telecentric objective.
  • the imaging system 20 may also include an illumination system to illuminate the animal A to allow detection of fluorescence from one or more fluorescent probes therein.
  • the wavelength of the light illuminating the animal A as well as the spectral characteristics of the filtering system will be chosen according to the probe to be detected.
  • the animal A is illuminated for example in at least two directions from optical guides, for example optical fibers, which can receive light from a single source.
  • optical guides lead for example to heads 60 and 61 carried by the arm 24 as illustrated in FIG. 2, and which can be oriented by the user in order to illuminate the animal at a particular incidence ⁇ with a possibility, the if necessary, adjusting the orientation to change the angle of incidence ⁇ and focus the light on the region observed.
  • the angle of incidence ⁇ is changed according to the distance of the observed region and / or magnification, automatically by the computer system 6, through a motorization of the lighting heads 60 and 61. This can allow, in an automated way, to concentrate the light on the observed region.
  • a light filtering system may be associated with the source (s) of the illumination system to control the spectral characteristics of the light illuminating animal A.
  • the imaging device may also include, where appropriate, several light sources which are selectively switched on depending on the position of the camera relative to the animal, for example to not illuminate the animal with sources that could interfere the detection of luminescence.
  • the positioning of the camera 21 can be performed automatically using topological data of the animal A, in order to place the region to be observed in the field thereof.
  • topological data can be obtained in various ways and for example by means of the topological acquisition system 30 illustrated in FIG. 3.
  • This system 30 comprises a device 31 for projecting a structured light onto the animal A and at least one camera 32 to proceed to the acquisition of the relief of the animal thus lit.
  • the latter can be mounted during the acquisition of the topological data on the same support 10 as that used for imaging.
  • the support 10 is moved in a controlled manner along the X axis and the projection system 31 makes it possible to project on the animal a luminous ray oriented transversely to the axis X.
  • an image of the profile illuminated by the projected line is acquired and the topology of the animal can then be reconstructed by software, for example by the computer system 6 which then directly at least one file containing the topological data of the animal.
  • the topological acquisition system 30 is distinct from the imaging system 20, the support 10 passing from one to the other by a displacement along the axis X, but in a variant not illustrated, the same camera is used for both the acquisition of the topology and the imaging, a structured light projection device being then added to the imaging system 20.
  • the acquisition of the topological data takes place while the support 10 has been removed from the imaging device 20 and placed in a topological acquisition system which has support drive means 10 distinct from those of the imaging device 20.
  • the support 10 can be made with at least one mark that can be identified by the camera 21 to facilitate, for example, the matching of the topology data with that from the imaging system.
  • Topological acquisition can still be done by laser triangulation.
  • the computer system 6 is advantageously provided with a user interface that allows the latter to control the positioning of the camera 21 in order to observe a predefined region of the animal A.
  • the user interface may include a screen 50 and at least one information input system that may include a mouse 52, a joystick, a keyboard 51, a graphics tablet, a stylus or a touch screen.
  • the computer system 6 may be arranged to allow the opening of one or more windows on the screen 50, for example a window 42 for controlling the camera and a window 44 for the images acquired during the imaging, as shown in Figure 4,
  • a window 43 may still be displayed concerning the topology of the animal A, as illustrated in FIGS. 7 and 8, and a window, not shown, in which a drop-down menu concerning the history of the images acquired may appear.
  • the aforementioned window 42 may contain fields for entering coordinates that can be filled by the user, and the computer system 6 can be arranged to automatically cause the camera 21 to observe the region centered on the point whose coordinates have been entered, the optical axis of the camera being for example substantially perpendicular to this point.
  • the window 42 may make it possible to modify, if necessary, the resolution of the camera, the exposure time, the filters selected for the source and for the camera, the magnification, the distance to the animal, and may possibly allow the user manually controlling the movement of the camera in at least one direction relative to the observed region.
  • the window 44 may include the image observed by the camera in real time and a histogram showing the number of pixels for each gray level.
  • the window 43 may be used to trigger a sequence of acquisition of the topology of the animal, and may allow the opening of a window for controlling the positioning of the camera.
  • the window 43 may include a 3D synthetic image of the animal.
  • the region covered by the field of view of the camera can be materialized on this 3D image, for example by highlighting and / or by showing the contour 48 of the region covered by the observation field of the camera, as illustrated. in Figure 7.
  • the computer system 6 may be arranged in such a way as to make it possible, according to a probe, to memorize the matched filter and possibly the characteristics of the source, as illustrated in FIG. 5.
  • the spectra of the incident light, of the light emitted by the source and the filter receiving this light can be displayed simultaneously, as shown in Figure 5.
  • the topological data can be imported in a predefined format in the computer system 6, as illustrated in FIG. 6, these topological data having for example been obtained using another acquisition system than that illustrated. in Figure 3, in another experiment.
  • the computer system 6 can be arranged to perform, if desired, a tomographic reconstruction. This reconstruction can use the optical parameters of the system and rely on one or more models to describe the propagation of luminescence within the animal to its surface.
  • the light propagation, in a turbid medium and of a complex geometry can be described in particular by a direct model.
  • the reconstruction of the position and intensity of the light source from the acquired data is achieved by solving an inverse problem.
  • a photometric calibration can make it possible to make a link between the data acquired by the camera and those resulting from the modeling.
  • This calibration can allow a mapping of the local illumination E s (Wm ⁇ ) to the surface of the sample obtained by modeling with the flux detected at the pixel.
  • D is the maximum gray level - Doffset
  • x and y are the coordinates of the measured pixel.
  • the flux measured by a pixel can be considered as equal to the flux emitted by the surface A s (eq.3) and collected by the optical opening system equal toA r .
  • u is the size of a pixel
  • m is the magnification of the optical system.
  • the flux collected at an angle ⁇ r is connected to the luminance of the source L s by:
  • G 0 is the geometric extent defined on the optical axis of the system
  • T d N (6q - 5) where N is the opening number of the system.
  • the measured flux is connected to the local illumination Es by the following formula (eq.6)
  • F E s - U 2 - COS 4 ( ⁇ r ) (eq.6) ⁇ r ⁇ - (m - N - cos ( ⁇ r - ⁇ j) 2
  • the imaging device can in particular be used to detect a photoluminescence that would not be induced by the illumination of the animal with a particular light.
  • the imaging device may optionally include a box for isolating the animal from ambient lighting.
  • the imaging device may comprise other means for positioning the camera, for example a manipulator arm.
  • the invention can also be applied to the imaging of a larger animal, or even a human.
  • the imaging device may include, where appropriate, at least a second camera whose positioning can be controlled by the computer system for example to refine the location of the probe in the body of the animal.
  • the motorized axes X and Y are carried by parts 70 and 71 rigidly coupled to one another.
  • the X axis is raised relative to the Y axis, so as to approach the acquisition system of the subject A, thus limiting the movements along the Z axis.
  • Parts 70 and 71 also make it possible to increase the stability of the device.
  • the processing of the images and topology data can be effected delocalised by a server to which the computer system 6 would be connected, the function of the latter being for example limited to controlling the positioning system of the camera and to the acquisition of the images coming from the camera.
  • the camera of the imaging device can be replaced by another optical detection system, for example one or more photosensitive detectors possibly associated with one or more light amplifiers.
  • the optical detection system may comprise a fixed part and a movable part defining an entrance for the light coming from the animal and whose position and / or orientation can be modified by the drive system.
  • the movable portion may comprise an optical guide, for example to one or more optical fibers, the distal end of which defines the aforementioned entry is orientable so as to be positioned in the desired manner relative to the animal and whose proximal portion is for example fixed and connected to a camera or any other optical detection system.
  • an optical guide for example to one or more optical fibers, the distal end of which defines the aforementioned entry is orientable so as to be positioned in the desired manner relative to the animal and whose proximal portion is for example fixed and connected to a camera or any other optical detection system.

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'imagerie optique du corps humain ou animal, comportant : un système de détection optique (21); un système d'entraînement (24, 26) d'au moins un collecteur de lumière du système de détection optique, permettant d'en modifier au moins la position et/ou l'orientation; un système de commande (6) du système d'entraînement, agencé de manière à amener le collecteur de lumière du système de détection optique (21) dans au moins une situation d'observation d'au moins une région choisie du corps (A) à examiner, en fonction de données concernant la topologie de celui-ci.

Description

Dispositif d'imagerie optique
La présente invention concerne les dispositifs d'imagerie optique et plus particulièrement mais non exclusivement ceux destinés à l'imagerie du petit animal.
L'invention concerne notamment les dispositifs dans lesquels le corps à observer reçoit une ou plusieurs sondes photoluminescentes, la détection s'effectuant au moyen d'un système de détection optique alors que le corps est éventuellement illuminé de manière à provoquer la fluorescence des sondes.
De nombreux dispositifs d'imagerie optique pour le petit animal ont déjà été proposés. Le brevet US 6,894,289 divulgue un dispositif d'imagerie dans lequel une caméra est montée fixement sur le dessus d'un caisson à l'intérieur duquel est disposé l'animal.
La demande internationale WO 03/006966 Al divulgue un dispositif d'imagerie dans lequel l'animal est placé sur un support allongé, mobile selon deux axes, l'observation s'effectuant au moyen d'une caméra par l'intermédiaire d'un miroir, rotatif autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal du support. Une acquisition de la topologie de l'animal est également effectuée. La présence d'un miroir ne permet pas une acquisition en champ proche et de plus celle-ci ne s'effectue pas toujours avec l'orientation la plus favorable pour la détection. D'autres dispositifs d'imagerie sont divulgués dans les publications
WO 2005/043138 Al et WO 02/41760 A2. Dans cette dernière demande, la lumière recueillie est acheminée par un faisceau de fibres optiques jusqu'à une caméra. L'animal est immergé dans un liquide entre deux plaques transparentes, ce qui s'avère peu pratique.
WO 2006/033064 divulgue un dispositif d'imagerie du crâne humain dans lequel une reconstruction 3D a lieu à partir d'images acquises par le dispositif.
Il existe un besoin pour bénéficier d'un nouveau dispositif d'imagerie optique présentant des sensibilité et résolution satisfaisantes, et pratique à utiliser.
L'invention a pour objet, selon l'un de ses aspects, un dispositif d'imagerie optique du corps humain ou animal, comportant : - un support pour recevoir le corps à examiner, un système de détection optique, notamment une caméra, un système d'entraînement d'au moins un collecteur de lumière du système de détection optique, permettant d'en modifier au moins la position et/ou l'orientation, un système de commande du système d'entraînement, agencé de manière à amener, notamment automatiquement, le collecteur de lumière du système de détection optique dans au moins une situation d'observation d'au moins une région choisie du corps, en fonction de données concernant la topologie de celui-ci.
Lorsque le système de détection optique comporte une caméra, celle-ci peut être entièrement mobile et déplaçable par le système d'entraînement, étant par exemple portée par un bras du système d'entraînement. Le collecteur de lumière du système de détection optique peut être défini par une entrée de la lumière dans le système de détection, par exemple une face d'entrée de la lumière dans un objectif de la caméra ou par une extrémité d'au moins un guide optique collectant la lumière à analyser.
Le système de commande peut être agencé de manière à amener le système de détection optique à couvrir une surface de la région à examiner comprise entre 1 et 5 cm2, par exemple. Ainsi, une image relativement précise de la région sélectionnée peut être obtenue.
De plus, la mobilité du système de détection optique peut notamment permettre au système de commande de positionner le collecteur de lumière relativement près du corps à observer, par exemple à une distance de moins de 9 cm de celui-ci, ce qui est favorable du point de vue de la résolution et de la sensibilité.
Le système d'entraînement peut comporter trois axes de déplacement perpendiculaires deux à deux.
Enfin, la mobilité du système de détection optique peut faciliter l'observation de régions jusque-là difficilement observables avec les dispositifs d'imagerie connus.
Le système de commande peut être agencé de manière à positionner automatiquement le système de détection optique avec un axe optique de celui-ci sensiblement perpendiculaire à la région du corps à examiner. Cette opération de positionnement peut s'effectuer grâce à la connaissance de données topologiques concernant la topologie du corps à observer. Le système de commande peut être agencé pour calculer automatiquement la position et l'orientation à donner à l'entrée de la lumière dans le système de détection optique, pour observer une région sélectionnée du corps.
Le système de détection optique peut comporter une caméra, comme mentionné ci-dessus, ou tout autre détecteur photosensible, éventuellement en association avec un ou plusieurs guides optiques et/ou amplificateurs de lumière. Le système de détection peut comporter plusieurs amplificateurs de lumière juxtaposés.
Le dispositif d'imagerie peut comporter au moins un filtre placé sur le trajet de la lumière entre l'animal et au moins une partie du système de détection optique, notamment une pluralité de filtres, par exemple une pluralité de filtres portés par une roue, ce qui peut permettre de remplacer facilement un filtre par un autre. La roue peut être contrôlée par le système de commande, par exemple grâce à un entraînement motorisé.
Le ou les filtres peuvent être de type interférentiel. Dans une variante, au moins un filtre accordable en longueur d'onde, par exemple accordable à cristaux liquides (LCTF) ou du type accordable acousto-op tique, est utilisé.
Le ou les filtres peuvent être du type passe-bas, passe-haut ou passe-bande.
Le ou les filtres utilisés peuvent être choisis de manière à ne laisser passer sélectivement que la lumière émise par une ou plusieurs sondes, et non la lumière éventuelle d'excitation de la fluorescence. Le cas échéant, la détection peut être synchrone avec l'illumination, de manière à améliorer le rapport signal/bruit.
Dans le cas où le système de détection optique comporte une caméra, le ou les filtres peuvent être placés avant l'objectif de la caméra ou entre l'objectif et la caméra ou encore être intégrés à l'objectif. Lorsque le filtre est placé entre l'objectif et la caméra, cela peut permettre de réduire l'encombrement ainsi que la distance entre l'objectif et la région du corps à examiner.
Lorsque le système de détection optique comporte une caméra, celle-ci peut être équipée d'un objectif télécentrique.
La caméra peut être équipée d'un objectif ayant une profondeur de champ supérieure à celle des objectifs conventionnels, par exemple supérieure ou égale à 0,5 cm, et un grandissement constant sur une large plage de travail. L'utilisation d'un objectif télécentrique peut permettre de combiner plusieurs images acquises séquentiellement, de régions adjacentes du corps de l'animal. L'utilisation d'un objectif télécentrique permet aussi de privilégier la collection des rayons parallèles à l'axe optique et limite les fuites de filtrage du ou des filtres utilisés. Le support du corps à observer peut être mobile ou fixe, étant de préférence mobile selon un axe, ce qui peut faciliter la construction de la structure de support du système de détection optique.
Lorsque ce dernier comporte une caméra, celle-ci peut faire partie d'un bloc de vision comprenant également l'objectif, le système de filtrage éventuel et tout ou partie d'un système d'illumination éventuel.
Au moins la caméra et mieux l'ensemble du bloc de vision est mobile, par exemple selon au moins deux axes de translation sensiblement perpendiculaires entre eux et autour d'un axe de rotation par exemple sensiblement parallèle à l'axe de déplacement du support sur lequel est placé l'animal. Le dispositif d'imagerie optique peut comporter en outre un système d'acquisition topologique, permettant de fournir des données décrivant la topologie du corps observé au système de commande du système d'entraînement.
Le système d'acquisition topologique peut comporter une caméra, laquelle est par exemple la même que celle du dispositif d'imagerie optique ou en variante une caméra différente.
Le cas échéant, le système d'acquisition topologique comporte des moyens d'entraînement pour déplacer le support sur lequel l'animal est placé, relativement à un système d'analyse de la topologie.
Ces moyens d'entraînement sont par exemple les mêmes que ceux utilisés par le dispositif d'imagerie, le support sur lequel est placé l'animal étant par exemple mobile entre le système d'acquisition topologique et le système d'imagerie.
Le support sur lequel est placé l'animal peut comporter au moins un détecteur sensible à un mouvement de l'animal relativement au support.
Le dispositif d'imagerie peut être agencé pour prévenir l'utilisateur d'un déplacement de l'animal relativement au support, par exemple en générant une alarme sonore ou visuelle. Le cas échéant, le dispositif d'imagerie peut être agencé pour déclencher automatiquement un nouveau cycle d'acquisition de la topologie de l'animal et/ou de mise en correspondance de données topologiques avec des données observées, en cas de détection d'un mouvement de celui-ci relativement au support.
Le détecteur sensible au mouvement de l'animal peut comporter un ou plusieurs coussinets sur lesquels repose l'animal, muni d'au moins un capteur de pression. Le ou les coussinets peuvent servir, le cas échéant, au transport d'un fluide permettant de réchauffer le support.
Le système de commande peut être agencé de manière à permettre une analyse étendue du corps observé, en commandant le système de détection optique de manière à effectuer une séquence d'observation à champ réduit, avec un mouvement du système de détection optique entre chacune des observations.
Lorsque le système de détection optique comporte une caméra, le système de commande peut être agencé pour contrôler la caméra afin de prendre automatiquement plusieurs vues successives du corps, afin de recomposer une vue plus globale.
Le dispositif d'imagerie peut comporter au moins une source pour illuminer le corps avec un rayonnement présentant une caractéristique spectrale prédéfinie.
La ou les sources utilisées peuvent être des sources monochromatiques ou polychromatiques, de type laser, à électroluminescence ou à décharge, par exemple xénon- mercure, éventuellement de puissance réglable.
La lumière issue d'une source au moins peut être acheminée vers le corps à examiner par l'intermédiaire d'au moins un guide optique, notamment une ou plusieurs fibres optiques. La ou les sources et/ou le ou les guides optiques éventuels peuvent être solidaires du bloc de vision précité.
La lumière peut être injectée dans le ou les guides optiques par l'intermédiaire d'un système de focalisation. Au moins un filtre peut être placé sur le trajet de la lumière destinée à éclairer le corps, par exemple afin d'éliminer le rayonnement infrarouge et/ou ne laisser passer essentiellement que la lumière destinée à exciter la fluorescence.
Une roue à filtre automatisée comportant plusieurs filtres interférentiels peut être intercalée entre la ou les sources et le système de focalisation précité. La lumière en sortie de la ou des fibres optiques peut être collimatée, focalisée ou divergente, selon les besoins.
Le corps à observer peut être éclairé depuis plusieurs endroits. Le corps peut par exemple être éclairé à partir des extrémités de plusieurs fibres optiques orientées dans des directions différentes, ces fibres optiques pouvant par exemple se rejoindre en un faisceau commun éclairé par une source commune.
Le système d'illumination peut accompagner au moins partiellement le système de détection optique dans son mouvement, assurant un éclairage sensiblement homogène et constant sur une région donnée. Lors de l'utilisation d'une caméra, un système mécanique de positionnement de la ou des sources et/ou du ou des guides optiques éventuels peut assurer l'adaptabilité de l'illumination au grandissement de l'objectif de la caméra et la répétabilité de l'illumination entre les expériences. Le dispositif d'imagerie peut comporter une interface utilisateur configurée pour permettre à l'utilisateur de sélectionner au moins une région d'observation sur le corps.
Cette interface utilisateur peut comporter un écran permettant à une image 3D du corps d'être affichée et des moyens de sélection permettant de sélectionner la région à observer, laquelle peut être rendue apparente sur l'image 3D du corps.
L'interface utilisateur peut permettre à l'utilisateur de sélectionner un mode de fonctionnement parmi les trois modes suivants : déplacement du collecteur de lumière automatique en fonction des données concernant la topologie, - déplacement du collecteur de lumière en fonction de coordonnées entrées manuellement, déplacement du collecteur de lumière en réponse à l'actionnement d'un organe de commande manuelle du déplacement, selon au moins un axe.
Le dispositif peut comporter une source d'éclairage sensiblement monochromatique pour éclairer le corps humain ou animal, le dispositif étant dépourvu d'enceinte fermée étanche à la lumière disposée entre l'utilisateur et le corps humain ou animal.
L'image 3D peut être générée à partir des données de topologie de l'animal. Le dispositif d'imagerie optique peut, dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, exercer au choix l'une au moins des fonctionnalités suivantes : permettre l'imagerie par fluorescence par réflectance ou de bio luminescence, permettre l'imagerie tomographique.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé d'imagerie, par exemple de tomographie, notamment du petit animal, comportant l'étape consistant à : - procéder à l'acquisition d'au moins une image d'une photoluminescence avec le système de détection optique du dispositif tel que défini plus haut.
L'acquisition de l'image peut être précédée par ou être concomitante à l'illumination d'au moins une région du corps de manière à provoquer la photoluminescence. Le corps peut être celui d'un petit animal tel qu'un rongeur, l'observation s'effectuant après injection dans celui-ci d'au moins une sonde fluorescente ou après l'expression d'un gène codant une protéine photoluminescente, par exemple fluorescente.
Préalablement à l'acquisition de la photo luminescence, une acquisition topologique du corps peut être effectuée. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif d'imagerie du corps humain ou animal, comportant :
- un support pour recevoir le corps à examiner,
- une caméra, par exemple une caméra appartenant à un bloc de vision comportant également un objectif, un système de filtrage et éventuellement un système d'illumination,
- un système d'entraînement permettant de modifier au moins la position et/ou l'orientation du corps relativement à la caméra, soit par un déplacement du support, soit de la caméra, soit des deux, - un système de commande du système d'entraînement,
- une interface utilisateur comportant un écran sur lequel peut être affichée une image 3D représentant au moins partiellement l'animal, l'interface permettant la sélection d'une région sur cette image, et le dispositif de commande étant agencé pour amener automatiquement la caméra à observer la région sélectionnée sur l'image. La région sélectionnée peut notamment apparaître en surbrillance ou d'une autre couleur sur l'image. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif d'imagerie du corps humain ou animal, comportant :
- un support pour recevoir le corps à examiner, ce dernier ayant reçu au moins une sonde,
- un système d'illumination pour exciter la sonde,
- un système de détection optique, notamment comportant une caméra, le système de détection optique étant associé à un système de filtrage de la lumière provenant du corps à examiner, - un système d'entraînement permettant de modifier au moins la position et/ou l'orientation du corps relativement à une partie au moins du système de détection optique,
- un système de commande du système d'entraînement,
- une interface utilisateur agencée pour afficher simultanément sur un même écran :
- le spectre de la lumière d'excitation de la sonde émise par le système d'illumination,
- le spectre d'émission de la sonde, et
- le spectre du système de filtrage. Un tel affichage aide à l'interprétation des résultats en permettant à l'utilisateur d'avoir une vision globale des conditions spectrales d'acquisition des images.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un dispositif d'imagerie du corps humain ou animal, comportant : - un support pour recevoir le corps à examiner,
- un système de détection optique, notamment comprenant une caméra,
- un système d'entraînement permettant de modifier au moins la position et/ou l'orientation du corps relativement à une partie au moins du système de détection optique, - un système de commande du système d'entraînement, - un système d'illumination de la région observée, comportant un système de focalisation, qui peut être automatique, de la lumière sur la région observée en fonction d'un champ d'observation du système de détection optique.
Par exemple, le système d'illumination comporte au moins une tête de projection de lumière dont l'orientation est contrôlée automatiquement en fonction par exemple d'un grossissement sélectionné ou de la distance à la région observée d'une entrée de la lumière dans le système de détection optique.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'un exemple de dispositif selon l'invention, la figure 2 représente partiellement un exemple de système d'illumination, la figure 3 représente isolément un exemple de système d'acquisition topologique, les figures 4 à 8 sont des exemples de pages affichées par l'écran de l'interface utilisateur, la figure 9 est un schéma pour illustrer le calcul du flux de lumière collecté, et - la figure 10 représente un détail de réalisation d'une variante du dispositif.
On a représenté à la figure 1 un dispositif d'imagerie 1 selon un exemple de mise en œuvre de l'invention.
Ce dispositif 1 comporte un système d'imagerie 20 et un système informatique
6 qui comprend, dans l'exemple illustré, un micro-ordinateur, par exemple de type PC, mais qui pourrait comporter d'autres moyens de traitement des données, par exemple une ou plusieurs cartes électroniques spécialisées, éventuellement intégrées au système d'imagerie 20.
Le dispositif 1 peut nécessiter de travailler dans un environnement obscur ou incluant une lumière inactinique, ne venant pas perturber l'acquisition de la photoluminescence. Par exemple, le dispositif peut comporter un éclairage à diodes LED bleues, de longueur d'onde 470 nm, de la pièce dans laquelle est placé le système d'imagerie 20, ce dernier étant dépourvu de caisson étanche à la lumière dans lequel serait placé l'animal. Cela peut faciliter le raccordement de l'animal A à des instruments.
Dans l'exemple considéré, le dispositif 1 est destiné à l'imagerie d'un petit animal A, par exemple un rongeur, et ce dernier peut être disposé, comme illustré à la figure 1, sur un support 10, lequel peut être mobile en translation selon un axe X. Son déplacement peut être contrôlé par le système informatique 6.
L'animal A peut être connecté à des instruments non représentés, d'assistance du type respirateur, à un système d'anesthésie gazeuse, à un cathéter, ou à des capteurs du type thermomètre, électrocardiographe ... Le support 10 peut éventuellement comporter un système de chauffage afin d'être maintenu à une température prédéfinie, par exemple proche de celle de l'animal A, dans le cas où celui-ci est vivant.
Le support 10 peut comporter au moins un détecteur permettant de détecter un mouvement de l'animal A, par exemple un ou plusieurs coussinets pourvus d'au moins un capteur de pression et sur lesquels l'animal A repose. Un mouvement de l'animal A relativement au support peut ainsi être détecté et le dispositif d'imagerie peut en avertir l'utilisateur et/ou effectuer une mise à jour des données topologiques et/ou procéder à une nouvelle mise en correspondance des données topologiques et des données d'imagerie.
Le système d'imagerie 20 comporte, dans l'exemple considéré, une colonne verticale 11 d'axe Z, portée par un chariot 15 qui peut coulisser horizontalement selon un axe Y perpendiculaire à l'axe X précité.
Le système d'imagerie 20 comporte également un système de détection optique composé dans l'exemple considéré par un bloc de vision porté par un bras 24 qui peut tourner autour d'un axe de rotation R horizontal, porté par un chariot 26 mobile selon l'axe Z sur la colonne 11.
L'axe de rotation R est avantageusement parallèle à l'axe X de déplacement du support 10.
Le système d'imagerie 20 pourrait, sans que l'on sorte du cadre de la présente invention, offrir davantage de degrés de liberté de déplacement et/ou d'orientation. Le support 10 pourrait être fixe et la colonne être portée par un chariot additionnel, mobile selon l'axe X. Les déplacements selon les axes X, Y et Z et en rotation autour de l'axe R sont motorisés et commandés par le système informatique 6. Ainsi, ce dernier peut connaître les positions relatives du support 10 et du bloc de vision.
Celui-ci comporte, dans l'exemple considéré, une caméra 21, un objectif 23 et un système de filtrage 22.
La position et l'orientation de la caméra 21 sont connues du système informatique 6 et les mouvements de la caméra 21 peuvent être commandés par celui-ci.
Le système de filtrage 22 comporte, par exemple, une roue 27 à filtres qui permet de placer sélectivement un filtre choisi parmi plusieurs sur le trajet de la lumière analysée par la caméra 21.
Dans l'exemple considéré, la mise en place du filtre sélectionné s'effectue de manière automatisée, la roue 27 étant mise en rotation par un moteur pas à pas 31 commandé par le système informatique 6, un capteur permettant de renseigner le système informatique sur la position angulaire de la roue 27. Le système de filtrage 22 peut comporter, par exemple, cinq filtres ayant par exemple 5 cm de diamètre. Dans le cas où la roue est placée entre l'objectif et la caméra, celle-ci peut comporter, par exemple, 7 filtres de 2,5 cm de diamètre.
L'invention n'est pas limitée à un système de filtrage particulier et l'on peut remplacer la roue à filtres illustrée par un filtre accordable en longueur d'onde. La caméra 21 peut être une caméra CCD, de préférence « back thinned », présentant une résolution supérieure ou égale à un million de pixels et des pixels de taille supérieure à 10 μm. La caméra 21 peut être équipée d'un système de thermorégulation, par effet Peltier par exemple.
L'objectif 23 présente par exemple un grossissement allant de xl à xθ.5 et une focale par exemple égale à 50 mm, de façon à permettre de placer dans le champ d'observation une région relativement peu étendue de l'animal A, par exemple de surface comprise entre 1 et 2,3 cm de côté.
L'objectif 23 est avantageusement un objectif télécentrique.
Le système d'imagerie 20 peut comporter également un système d'illumination pour éclairer l'animal A afin de permettre la détection d'une fluorescence provenant d'une ou plusieurs sondes fluorescentes intérieures à celui-ci. La longueur d'onde de la lumière éclairant l'animal A ainsi que les caractéristiques spectrales du système de filtrage seront choisies en fonction de la sonde à détecter.
L'animal A est éclairé par exemple dans au moins deux directions à partir de guides optiques, par exemple des fibres optiques, qui peuvent recevoir la lumière d'une source unique.
Ces guides optiques aboutissent par exemple à des têtes 60 et 61 portées par le bras 24 comme illustré à la figure 2, et qui peuvent être orientées par l'utilisateur afin d'éclairer l'animal sous une incidence particulière α avec une possibilité, le cas échéant, de réglage de l'orientation pour modifier l'angle d'incidence α et focaliser la lumière sur la région observée.
Le cas échéant, l'angle d'incidence α est modifié en fonction de la distance de la région observée et/ou du grossissement, de façon automatique par le système informatique 6, grâce à une motorisation des têtes d'éclairage 60 et 61. Cela peut permettre, de façon automatisée, de concentrer la lumière sur la région observée.
Un système de filtrage de la lumière peut être associé à la ou aux sources du système d'illumination afin de contrôler les caractéristiques spectrales de la lumière éclairant l'animal A.
Le dispositif d'imagerie peut également comporter, le cas échéant, plusieurs sources lumineuses qui sont allumées sélectivement en fonction de la position de la caméra relativement à l'animal, afin par exemple de ne pas éclairer l'animal avec des sources qui pourraient gêner la détection de la luminescence.
Le positionnement de la caméra 21 peut s'effectuer automatiquement grâce à des données topologiques de l'animal A, afin de placer la région à observer dans le champ de celle-ci.
Ces données topologiques peuvent être obtenues de diverses façons et par exemple au moyen du système d'acquisition topologique 30 illustrée à la figure 3. Ce système 30 comporte un dispositif 31 de projection d'une lumière structurée sur l'animal A et au moins une caméra 32 pour procéder à l'acquisition du relief de l'animal ainsi éclairé. Ce dernier peut être monté lors de l'acquisition des données topologiques sur le même support 10 que celui servant à l'imagerie. Dans l'exemple illustré, le support 10 est déplacé de façon contrôlée selon l'axe X et le système de projection 31 permet de projeter sur l'animal une raie lumineuse orientée transversalement à l'axe X.
Pour chaque position du support 10 selon l'axe X, une image du profil éclairé par la raie projetée est acquise et la topologie de l'animal peut être ensuite reconstruite par un logiciel, par exemple par le système informatique 6 qui dispose alors directement d'au moins un fichier contenant les données topologiques de l'animal.
Dans l'exemple illustré, le système d'acquisition topologique 30 est distinct du système d'imagerie 20, le support 10 passant de l'un à l'autre par un déplacement selon l'axe X, mais dans une variante non illustrée, on utilise la même caméra pour à la fois effectuer l'acquisition de la topologie et l'imagerie, un dispositif de projection de lumière structurée étant alors ajouté au système d'imagerie 20.
Dans une autre variante, l'acquisition des données topologiques a lieu alors que le support 10 a été retiré du dispositif d'imagerie 20 et placé dans un système d'acquisition topologique qui dispose de moyens d'entraînement du support 10 distincts de ceux du dispositif d'imagerie 20.
Le support 10 peut être réalisé avec au moins un repère qui peut être identifié par la caméra 21 afin de faciliter par exemple la mise en correspondance des données de topologie avec celles provenant du système d'imagerie. L'acquisition topologique peut encore s'effectuer par triangulation laser.
Le système informatique 6 est avantageusement muni d'une interface utilisateur qui permet à ce dernier de commander le positionnement de la caméra 21 afin d'observer une région prédéfinie de l'animal A.
L'interface utilisateur peut comporter un écran 50 et au moins un système d'entrée des informations pouvant comporter une souris 52, un joystick, un clavier 51, une tablette graphique, un stylet ou un écran tactile.
Le système informatique 6 peut être agencé de manière à permettre l'ouverture d'une ou de plusieurs fenêtres sur l'écran 50, par exemple une fenêtre 42 concernant le pilotage de la caméra et une fenêtre 44 concernant les images acquises lors de l'imagerie, comme illustré à la figure 4, Peuvent encore être affichées une fenêtre 43 concernant la topologie de l'animal A, comme illustré sur les figures 7 et 8, et une fenêtre non représentée dans laquelle peut apparaître un menu déroulant concernant l'historique des images acquises.
La fenêtre 42 précitée peut contenir des champs pour rentrer des coordonnées qui peuvent être renseignés par l'utilisateur, et le système informatique 6 peut être agencé pour amener automatiquement la caméra 21 à observer la région centrée sur le point dont les coordonnées ont été entrées, l'axe optique de la caméra étant par exemple sensiblement perpendiculaire à ce point.
La fenêtre 42 peut permettre de modifier, le cas échéant, la résolution de la caméra, le temps d'exposition, les filtres sélectionnés pour la source et pour la caméra, l'agrandissement, la distance à l'animal, et peut éventuellement permettre à l'utilisateur de commander manuellement le déplacement de la caméra dans au moins une direction relativement par rapport à la région observée.
La fenêtre 44 peut comporter l'image observée par la caméra en temps réel et un histogramme faisant apparaître le nombre de pixels pour chaque niveau de gris.
La fenêtre 43 peut permettre de déclencher une séquence d'acquisition de la topologie de l'animal, et peut permettre l'ouverture d'une fenêtre permettant de commander le positionnement de la caméra.
La fenêtre 43 peut comporter une image 3D de synthèse de l'animal. La région couverte par le champ d'observation de la caméra peut être matérialisée sur cette image 3D, par exemple par une surbrillance et/ou en faisant apparaître le contour 48 de la région couverte par le champ d'observation de la caméra, comme illustré à la figure 7.
Le système informatique 6 peut être agencé de manière à permettre de mémoriser, en fonction d'une sonde, le filtre adapté et éventuellement les particularités de la source, comme illustré à la figure 5. Les spectres de la lumière incidente, de la lumière émise par la source et du filtre recevant cette lumière peuvent être affichés simultanément, comme illustré à la figure 5.
Le cas échéant, les données topologiques peuvent être importées sous un format prédéfini dans le système informatique 6, comme illustré à la figure 6, ces données topologiques ayant par exemple été obtenues à l'aide d'un autre système d'acquisition que celui illustré à la figure 3, au cours d'une autre expérience. Une fois les images de luminescence acquises, le système informatique 6 peut être agencé pour effectuer, si on le souhaite, une reconstruction tomographique. Cette reconstruction peut faire appel aux paramètres optiques du système et reposer sur un ou plusieurs modèles permettant de décrire la propagation de la luminescence au sein de l'animal jusqu'à sa surface.
Sans être lié à une théorie particulière, la propagation lumineuse, dans un milieu turbide et d'une géométrie complexe, peut être décrite notamment par un modèle direct. La reconstruction de la position et de l'intensité de la source lumineuse à partir des données acquises se réalise en résolvant un problème inverse. Une calibration photométrique peut permettre de faire un lien entre les données acquises par la caméra et celles issues de la modélisation.
Cette calibration peut permettre une mise en correspondance de l'éclairement local Es (W.m~ ) à la surface de l'échantillon obtenu par la modélisation avec le flux détecté au niveau du pixel. L'émission à la surface de l'échantillon diffusant peut être supposée lambertienne et peut être reliée à la luminance de la source Ls (W.m^.sr"1) par : Es = π - Ls (eq.l)
Le flux reçu par un pixel vaut, en W :
Figure imgf000017_0001
q est le pas de quantification de la caméra en e-/niveau h est la constante de Planck A=6.626 1034J.s c est la vitesse de la lumière dans le vide c=3 108 m. s"1 λ est la longueur d'onde η est le rendement quantique T est le temps d'intégration
D est le niveau de gris maximal - Doffset, et x et y sont les coordonnées du pixel mesuré.
Le flux mesuré par un pixel (eq. 2) peut être considéré comme égal au flux émis par la surface As (eq.3) et collecté par le système optique d'ouverture égale àAr.
Figure imgf000017_0002
u est la taille d'un pixel, et m est le grandissement du système optique.
Le flux collecté selon un angle θr, comme illustré à la figure 9, est relié à la luminance de la source Ls par :
F,r - L1 . G, - cos*(θ, ) . V Λ βU (eq 4)
où G0 est l'étendue géométrique définie sur l'axe optique du système
T d N (6q-5) où N est le nombre d'ouverture du système.
Le flux mesuré est relié à l'éclairement local Es par la formule suivante (eq.6) F = E s - U 2 - COS 4 (θ r ) (eq.6) θr π - (m - N - cos( θ r - θ j )2
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Le dispositif d'imagerie peut notamment être utilisé pour détecter une photoluminescence qui ne serait pas induite par l'illumination de l'animal par une lumière particulière.
Le dispositif d'imagerie peut éventuellement comporter un caisson permettant d'isoler l'animal de l'éclairage ambiant.
Diverses modifications peuvent être apportées au système informatique et la liaison entre celui-ci et la caméra peut être totalement filaire ou non. Le dispositif d'imagerie peut comporter d'autres moyens de positionnement de la caméra, par exemple un bras manipulateur.
L'invention peut s'appliquer également à l'imagerie d'un animal de taille plus importante, voire d'un homme.
Le dispositif d'imagerie peut comporter, le cas échéant, au moins une deuxième caméra dont le positionnement peut être contrôlé par le système informatique afin par exemple d'affiner la localisation de la sonde dans le corps de l'animal.
Dans la variante illustrée à la figure 10, les axes motorisés X et Y sont portés par des pièces 70 et 71 rigidement accouplées l'une à l'autre.
L'axe X est surélevé par rapport à l'axe Y, de façon à approcher le système d'acquisition du sujet A, limitant ainsi les déplacements selon l'axe Z. Les pièces 70 et 71 permettent également d'accroître la stabilité du dispositif.
Le cas échéant, le traitement des images et des données de topologie peut être effectué de manière délocalisée par un serveur auquel serait relié le système informatique 6, la fonction de celui-ci étant par exemple limitée au pilotage du système de positionnement de la caméra et à l'acquisition des images provenant de la caméra.
La caméra du dispositif d'imagerie peut être remplacée par un autre système de détection optique, par exemple un ou plusieurs détecteurs photosensibles éventuellement associés à un ou plusieurs amplificateurs de lumière.
Le cas échéant, le système de détection optique peut comporter une partie fixe et une partie mobile définissant une entrée pour la lumière provenant de l'animal et dont la position et/ou l'orientation peut être modifiée par le système d'entraînement.
La partie mobile peut comporter un guide optique, par exemple à une ou plusieurs fibres optiques, dont l'extrémité distale qui définit l'entrée précitée est orientable de façon à être positionnée de la manière souhaitée relativement à l'animal et dont la partie proximale est par exemple fixe et reliée à une caméra ou tout autre système de détection optique.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'imagerie optique du corps humain ou animal, comportant :
- un système de détection optique (21), - un système d'entraînement (24, 26) d'au moins un collecteur de lumière du système de détection optique, permettant d'en modifier au moins la position et/ou l'orientation,
- un système de commande (6) du système d'entraînement, agencé de manière à amener le collecteur de lumière du système de détection optique (21) dans au moins une situation d'observation d'au moins une région choisie du corps (A) à examiner, en fonction de données concernant la topologie de celui-ci.
2. Dispositif selon la revendication 1, le système de détection optique comportant une caméra (21).
3. Dispositif selon la revendication précédente, la caméra (21) étant équipée d'un objectif télécentrique.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, le système de commande (6) étant agencé de manière à positionner le collecteur de lumière du système de détection (21) à une distance inférieure à 9 cm de la région du corps (A) observée.
5. Dispositif selon la revendication 2, le système de commande (6) étant agencé de manière à positionner la caméra (21) avec son axe optique sensiblement perpendiculaire à la région du corps (A) à examiner.
6. Dispositif selon la revendication 2, le système de commande (6) étant agencé de manière à amener la caméra (21) à couvrir une surface de la région du corps (A) à examiner ayant de 1 à 2,3 cm de côté.
7. Dispositif selon la revendication 2, comportant au moins un filtre (22) placé devant la caméra (21), notamment une pluralité de filtres, en particulier une pluralité de filtres portés par une roue (27), notamment une roue (27) contrôlée par le système de commande (6) grâce à un entraînement motorisé (31).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un support (10) du corps (A) à examiner qui est mobile relativement à une structure (11, 15, 26) de support du système de détection optique.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un système d'acquisition topologique (30) permettant de fournir des données décrivant la topologie du corps (A) examiné au système de commande (6).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le système de commande (6) étant agencé de manière à permettre une observation étendue de la région observée en commandant le système de détection optique (21) de manière à effectuer une séquence d'observations à champ réduit, avec un mouvement du système de détection optique entre chacune des observations.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une interface utilisateur (41, 42, 43, 44) configurée pour permettre à l'utilisateur de sélectionner au moins une région d'observation sur le corps (A).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins une source pour illuminer le corps (A) avec un rayonnement présentant une caractéristique spectrale prédéfinie.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, étant agencé pour permettre l'imagerie de fluorescence par réflectance ou de bio luminescence ou l'imagerie tomographique, ces deux fonctionnalités étant offertes par le dispositif.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le système d'entraînement comportant trois axes de déplacement perpendiculaires deux à deux.
15. Dispositif selon la revendication 11, l'interface utilisateur permettant à l'utilisateur de sélectionner un mode de fonctionnement parmi les trois modes suivants : déplacement du collecteur de lumière automatique en fonction des données concernant la topologie, - déplacement du collecteur de lumière en fonction de coordonnées entrées manuellement, déplacement du collecteur de lumière en réponse à l'actionnement d'un organe de commande manuelle du déplacement, selon au moins un axe.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une source d'éclairage sensiblement monochromatique pour éclairer le corps humain ou animal, le dispositif étant dépourvu d'enceinte fermée étanche à la lumière disposée entre l'utilisateur et le corps humain ou animal.
17. Dispositif selon la revendication 14, comportant deux pièces (70, 71) rigidement accouplées s 'étendant selon deux axes (X, Y) de déplacement perpendiculaires, l'un (X) des axes étant surélevé.
18. Procédé d'imagerie optique, notamment de tomographie, comportant l'étape consistant à procéder à l'acquisition d'au moins une image avec le système de détection optique (21) du dispositif (1) tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes.
19. Procédé selon la revendication 18, l'acquisition de l'image étant précédée par ou étant concomitante à l'illumination d'au moins une région du corps (A) de manière à provoquer une photo luminescence au sein de celui-ci.
20. Procédé selon l'une des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel on procède préalablement à l'acquisition optique à une acquisition topologique.
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