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技術 撮像技術を用いて解剖学的構造並びに血流及び灌流生理機能を可視化するための方法、システム及びコンピュータプログラム製品

出願人 イーストカロライナユニバーシティ
発明者 チェン,チェングファーグソン,ジェイアール.,トーマスブルースジェイコブス,ケネスマイケルペング,ジーヨング
出願日 2015年10月13日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2017-519923
公開日 2017年12月28日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-538458
状態 特許登録済
技術分野 脈拍・心拍・血圧・血流の測定 診断用測定記録装置 内視鏡
主要キーワード コンピュータ実装型 可視化領域 本発明概念 NIR波長 機能区分 論理コントローラ IR源 ハードウェア構成部品
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月28日)のものです。
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図面 (13)

課題・解決手段

単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するための方法を提供する。上記方法は、試料の画像、例えば生の近赤外線(NIR)画像又は可視光画像を取得するステップを含む。上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む。上記試料の血流及び灌流生理学マップを取得する。上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合する。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学的構造及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。関連するシステム及びコンピュータプログラム製品も提供する。

概要

背景

可視光撮像は、医療目的での器官及び/又は組織の表面の詳細な解剖学可視化に役立つ。しかしながら、可視光撮像は、生理機能、特に血流及び灌流の生理機能及び病態生理リアルタイム撮像には有用ではない。一方、近赤外線(Near Infra‐Red:NIR)撮像は、標的器官及び/又は組織の解剖学的構造の表面を可視化するために使用できるものの、可視光解剖学的撮像には大幅に劣る。器官及び/又は組織の可視化のための改良された技術が望まれている。

概要

単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するための方法を提供する。上記方法は、試料の画像、例えば生の近赤外線(NIR)画像又は可視光画像を取得するステップを含む。上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む。上記試料の血流及び灌流の生理学マップを取得する。上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合する。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学的構造及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。関連するシステム及びコンピュータプログラム製品も提供する。

目的

本発明は更に、上記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するための方法であって、前記方法は:試料の画像を取得するステップであって、前記試料の前記画像は、前記試料の解剖学的構造を含む、ステップ;前記試料の血流及び灌流生理学マップを取得するステップ;並びに前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記試料の単一の画像へと結合するステップであって、前記試料の前記単一の画像は、前記試料の解剖学及び生理機能を、前記単一の画像中でリアルタイムに表示する、ステップを含み、前記画像を取得するステップ、前記生理学的マップを取得するステップ、及び前記結合するステップのうちの少なくとも1つは、少なくとも1つのプロセッサによって実施される、方法。

請求項2

前記画像を取得する前記ステップは、約780nm〜約2500nmの波長の生の近赤外線(NIR)画像、及び約400nm〜約700nmの波長の可視光画像のうちの少なくとも1つを取得するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記単一の画像へと結合する前記ステップは、前記画像及び/又は前記生理学的マップの1つ又は複数の特性を調整するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記1つ又は複数の特性は、カラー化透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも1つを含み;前記生理学的マップは、流体力学モデリングに基づく、血流及び灌流、主血管中の血流の流れの分布、速度及び/又は容積流量(cc/分)の定量化のうちの1つを示す、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記結合するステップは更に、以下の等式:で表される8ビットRGBカラー画像を生成するステップを含み、ここでImgA(i,j)は、標的組織器官の8ビットグレースケール可視画像であり、i及びjはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するImgA(i,j)を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する、請求項3に記載の方法。

請求項6

前記試料は、組織及び器官のうちの1つを含み;前記画像を取得する前記ステップは、前記組織及び前記器官のうちの少なくとも1つの血管系の解剖学的構造を含む前記画像を取得するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項7

前記画像を取得する前記ステップは、前記試料を少なくとも1つの光源によって照明することによって進められ、前記方法は更に、前記少なくとも1つの光源からの光の一部分を反射するステップを含み、これによって、単回のデータ取得中に前記画像及び前記生理学的マップが取得される、請求項1に記載の方法。

請求項8

前記試料の前記生理学的マップを取得する前記ステップは:レーザスペックル撮像(laserspeckleimaging:LSI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;レーザドップラ撮像(laserdopplerimaging:LDI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも1つを取得するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項9

前記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。

請求項10

単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータシステムであって、前記システムは:プロセッサ;及び前記プロセッサに連結された、コンピュータ可読プログラムコードを含むメモリを備え、前記コンピュータ可読プログラムコードは、前記プロセッサによって実行された場合に、前記プロセッサに:試料の画像を取得するステップであって、前記試料の前記画像は、前記試料の解剖学的構造を含む、ステップ;前記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するステップ;並びに前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記試料の単一の画像へと結合するステップであって、前記試料の前記単一の画像は、前記試料の解剖学及び生理機能を、前記単一の画像中でリアルタイムに表示する、ステップを含む動作を実施させる、コンピュータシステム。

請求項11

前記プロセッサは更に、約780nm〜約2500nmの波長の生の近赤外線(NIR)画像、及び約400nm〜約700nmの波長の可視光画像のうちの少なくとも1つを取得するステップのうちの1つを含む動作を実施する、請求項10に記載のシステム。

請求項12

前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記単一の画像へと結合する前記ステップは、前記画像及び/又は前記生理学的マップの1つ又は複数の特性を調整するステップを含む、請求項11に記載のシステム。

請求項13

前記1つ又は複数の特性は、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも1つを含む、請求項12に記載のシステム。

請求項14

前記結合するステップは更に、以下の等式:で表される8ビットRGBカラー画像を生成するステップを含み、ここでImgA(i,j)は、標的組織/器官の8ビットグレースケール可視画像であり、i及びjはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するImgA(i,j)を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する、請求項12に記載のシステム。

請求項15

前記試料は、組織及び器官のうちの1つを含み;前記プロセッサは更に、前記組織及び前記器官のうちの少なくとも1つの血管系の解剖学的構造を含む前記生画像を取得するステップを含む動作を実施する、請求項10に記載のシステム。

請求項16

前記試料を照明するよう構成された少なくとも1つの照明源を更に備え、前記少なくとも1つの源からの光の一部分は反射されて、単回のデータ取得中に前記画像及び前記生理学的マップを取得するために使用される、請求項10に記載のシステム。

請求項17

前記プロセッサは更に:レーザスペックル撮像(laserspeckleimaging:LSI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;レーザドップラ撮像(laserdopplerimaging:LDI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも1つを取得するステップのうちの1つを含む動作を実施する、請求項10に記載のシステム。

請求項18

前記プロセッサは更に、前記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するステップを含む動作を実施する、請求項10に記載のシステム。

請求項19

単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は:非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、前記媒体中で具現化されるコンピュータ可読プログラムコードを有し、前記コンピュータ可読プログラムコードは:試料の画像を取得するためのコンピュータ可読プログラムコードであって、前記試料の前記画像は、前記試料の解剖学的構造を含む、コンピュータ可読プログラムコード;前記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するためのコンピュータ可読プログラムコード;並びに前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記試料の単一の画像へと結合するためのコンピュータ可読プログラムコードであって、前記試料の前記単一の画像は、前記試料の解剖学的構造及び生理機能を、前記単一の画像中でリアルタイムに表示する、コンピュータ可読プログラムコードを含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を備える、コンピュータプログラム製品。

請求項20

前記画像を取得する前記ステップは、約780nm〜約2500nmの波長の生の近赤外線(NIR)画像、及び約400nm〜約700nmの波長の可視光画像のうちの少なくとも1つを取得するステップを含む、請求項19に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項21

前記画像の前記解剖学的構造と、前記試料の前記生理学的マップとを、前記単一の画像へと結合するための前記コンピュータ可読プログラムコードは、前記画像及び/又は前記生理学的マップの1つ又は複数の特性を調整するためのコンピュータ可読プログラムコードを含む、請求項20に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項22

前記1つ又は複数の特性は、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも1つを含む、請求項21に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項23

前記結合するためのコンピュータ可読プログラムコードは更に、以下の等式:で表される8ビットRGBカラー画像を生成するためのコンピュータ可読プログラムコードを含み、ここでImgA(i,j)は、標的組織/器官の8ビットグレースケール可視画像であり、i及びjはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するImgA(i,j)を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する、請求項21に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項24

前記試料は、組織及び器官のうちの1つを含み;前記コンピュータプログラム製品は更に、前記組織及び前記器官のうちの少なくとも1つの血管系の解剖学的構造を含む前記生画像を取得するためのコンピュータ可読プログラムコードを含む、請求項19に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項25

前記試料は、少なくとも1つの源を用いて照明され、前記少なくとも1つの源からの光の一部分は反射され、これにより、単回のデータ取得中に前記画像及び前記生理学的マップが取得される、請求項19に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項26

前記試料の前記生理学的マップを取得するための前記コンピュータ可読プログラムコードは:レーザスペックル撮像(laserspeckleimaging:LSI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;レーザドップラ撮像(laserdopplerimaging:LDI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも1つを取得するためのコンピュータ可読プログラムコードのうちの1つを含む、請求項19に記載のコンピュータプログラム製品。

請求項27

前記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するためのコンピュータ可読プログラムコードを更に含む、請求項19に記載のコンピュータプログラム製品。

技術分野

0001

本発明概念は一般に、器官及び/又は組織可視化に関し、より詳細には、解剖学的構造血流及び灌流の可視化に関する。

0002

優先権の主張
本出願は、2014年10月14日出願の米国仮特許出願第62/063,673号、及び2015年3月20日出願の米国仮特許出願第62/136,010号からの優先権を主張するものであり、上記仮特許出願の開示は、その全体が本出願中に記載されているかのように、参照により本出願に援用される。

0003

著作権留保
特許文書の開示の一部分は、著作権保護を受けている資料を含む。著作権所有者であるイーストカロライナ大学(ノースカロライナ州グリーンヴィル)は、本特許文書又は本特許開示のいずれによる、特許商標の特許ファイル又は記録に見られるままの複製に対して、異議を有しないが、それ以外の場合は全ての著作権を留保する。

背景技術

0004

可視光撮像は、医療目的での器官及び/又は組織の表面の詳細な解剖学的可視化に役立つ。しかしながら、可視光撮像は、生理機能、特に血流及び灌流の生理機能及び病態生理リアルタイム撮像には有用ではない。一方、近赤外線(Near Infra‐Red:NIR)撮像は、標的器官及び/又は組織の解剖学的構造の表面を可視化するために使用できるものの、可視光解剖学的撮像には大幅に劣る。器官及び/又は組織の可視化のための改良された技術が望まれている。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明概念のいくつかの実施形態は、単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するための方法を提供し、上記方法は:試料の画像を取得するステップであって、上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む、ステップ;上記試料の血流及び灌流の生理学マップを取得するステップ;並びに上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合するステップを含む。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。画像を取得するステップ、生理学的マップを取得するステップ、及び結合するステップのうちの少なくとも1つは、少なくとも1つのプロセッサによって実施される。

0007

更なる実施形態では、上記取得するステップは、約780nm〜約2500nmの波長の生の近赤外線(NIR)画像、及び約400nm〜約700nmの波長の可視光画像のうちの少なくとも1つを取得するステップを含んでよい。

0008

また更なる実施形態では、上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、単一の画像へと結合する上記ステップは、上記画像及び/又は上記生理学的マップの1つ又は複数の特性を調整するステップを含んでよい。上記1つ又は複数の特性としては、カラー化透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも1つが挙げられる。上記生理学的マップは、流体力学モデリングに基づく、血流及び灌流、主血管中の血流の流れの分布、速度及び/又は容積流量(cc/分)の定量化のうちの1つを示してよい。

0009

いくつかの実施形態では、上記結合するステップは更に、以下の等式



で表される8ビットRGBカラー画像を生成するステップを含み、ここでImgA(i,j)は、標的組織/器官の8ビットグレースケール可視光画像であり、i及びjはそれぞれ水平方向及び垂直方向に沿った画素インデックスであり、各カラーチャネルに対するImgA(i,j)を別個に調整することによって、所望の可視化効果を達成する。

0010

更なる実施形態では、上記試料は、組織及び器官のうちの1つであってよい。上記取得するステップは、上記組織及び上記器官のうちの少なくとも1つの血管系の解剖学的構造を含む上記画像を取得するステップを含んでよい。

0011

また更なる実施形態では、上記画像を取得する上記ステップは、上記試料を少なくとも1つの光源によって照明することによって進めてよい。光の一部分は上記少なくとも1つの光源から反射され、これによって、単回のデータ取得中に上記画像及び上記生理学的マップを取得できる。

0012

いくつかの実施形態では、上記試料の生理学的マップを取得する上記ステップは:レーザスペックル撮像(laser speckle imaging:LSI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;レーザドップラ撮像(laser doppler imaging:LDI)を用いて、1つ又は複数の画像から血流及び灌流の生理学的マップを;並びに蛍光画像から血流及び灌流の血管造影の類似を、のうちの少なくとも1つを取得するステップを含んでよい。

0013

更なる実施形態では、本発明は更に、上記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を対応する複数の生理学的マップと結合するステップを含んでよい。

0014

本発明概念のまた更なる実施形態は、単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータシステムを提供し、上記システムは、プロセッサと、上記プロセッサに連結された、コンピュータ可読プログラムコードを含むメモリとを含み、上記コンピュータ可読プログラムコードは、上記プロセッサによって実行された場合に、上記プロセッサに以下を含む動作を実施させる:試料の画像を取得するステップであって、上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む、ステップ;上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するステップ;並びに上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合するステップ。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。

0015

本発明概念のいくつかの実施形態は、単一の画像上で解剖学的データと生理学的データとを結合するためのコンピュータプログラム製品を提供し、上記コンピュータプログラム製品は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含み、上記非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、上記媒体中で具現化されるコンピュータ可読プログラムコードを有し、上記コンピュータ可読プログラムコードは:試料の画像を取得するためのコンピュータ可読プログラムコードであって、上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む、コンピュータ可読プログラムコード;上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得するためのコンピュータ可読プログラムコード;並びに上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合するためのコンピュータ可読プログラムコードを含む。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学的構造及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。

図面の簡単な説明

0016

1つ又は複数の本発明概念のいくつかの実施形態によるシステムのブロック図である。
1つ又は複数の本発明概念の実施形態によるデータ処理システムのブロック図である。
1つ又は複数の本発明概念のいくつかの実施形態による、図2に示したデータ処理システムの、より詳細なブロック図である。
心臓前壁の可視光画像である。
心臓の前壁の近赤外線(NIR)画像である。
レーザスペックルコントラスト撮像技術に基づく、ヒトの心臓の前壁における血流及び灌流を示す画像である。
図3及び4の画像を結合する、本発明概念の実施形態による画像である。
本発明概念のいくつかの実施形態に従って生成される結合画像を生成する、一連の画像である。
1つ又は複数の本発明概念の様々な実施形態による、画像を結合するための操作を示すフローチャートである。
1つ又は複数の本発明概念の様々な実施形態による、画像を結合するための操作を示すフローチャートである。
本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第1のアプローチを示す図である。
本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第1のアプローチを示す図である。
本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第1のアプローチを示す図である。
本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第1のアプローチを示す図である。
本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第2のアプローチを示す図である。
本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第2のアプローチを示す図である。
本発明概念のいくつかの実施形態による、ブタを用いた研究における小腸の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第2のアプローチを示す図である。

実施例

0017

本発明概念の特定の具体的実施形態について、添付の図面を参照して説明する。しかしながら、この発明概念は多数の異なる形態で具現化でき、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈してはならない。寧ろこれらの実施形態は、本開示を徹底的かつ完全なものとし、本開示が本発明概念の範囲を当業者に完全に伝達するように、提供される。図面において、同様の番号は同様の要素を示す。ある要素が別の要素に「接続される(connected)」又は「連結される(coupled)」と言及されている場合、上記要素は上記別の要素に直接接続若しくは連結でき、又は介在要素が存在してもよい。本明細書において使用される場合、用語「及び/又は(and/or)」は、関連する列挙された項目のうちの1つ又は複数の、いずれのあらゆる組み合わせを含む。

0018

本明細書において使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的だけのためのものであり、本発明概念の限定となることを意図したものではない。本明細書において使用される場合、単数形「ある(a、an)」及び「上記(the)」は、そうでないことが明言されていない限り、複数形も同様に含むことを意図したものである。更に、用語「含む(include)」、「備える、含む(comprise)」、「含む(including)」及び/又は「備える、含む(comprising)」は、本明細書中で使用される場合、言及されている特徴部分、完全体、ステップ、操作、要素及び/又は構成部品の存在を明示するが、1つ又は複数の他の特徴部分、完全体、ステップ、操作、要素、構成部品及び/又はその群の存在又は追加を排除するものではないことが理解されるだろう。

0019

本明細書において使用される全ての用語(技術用語及び科学用語を含む)は、他の意味に定義されていない限り、本発明概念が属する技術分野の当業者によって通常理解されるものと同一の意味を有する。更に、通常使用される辞書において定義されている用語等の用語は、本明細書の文脈における上記用語の意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書中において明示的にそう定義されていない限り、理想化された、又は過度形式的な意味に解釈されてはならないことが理解されるだろう。

0020

上で議論したように、可視光撮像及び近赤外線(NIR)撮像は、解剖学的構造又は血流/灌流の1つ又は複数の可視化領域において不十分である。従って、本発明概念のいくつかの実施形態は、解剖学的構造の可視化と、例えばいずれの開放組織/器官のNIRスペクトルからの生画像データである画像データから引き出された生理学的機能とを組み合わせる。特に、本発明概念のいくつかの実施形態は、NIR撮像、可視光撮像等を用いて取得した解剖学的画像と、血流/灌流に関連する構造的細部とを組み合わせて、リアルタイムに提示するための新規の画像/ビデオを提供する。血流/灌流データは例えば、レーザスペックル若しくはレーザドップラ撮像技術(LDI)、又はいくつかの実施形態では蛍光撮像によって提供してよい。レーザスペックル撮像(LSI)を用いた血流/灌流データの提供については、例えば同一出願人による米国公開特許第2013/0223705号及び米国公開特許第2013/0245456号において議論されており、上記公開特許の内容は、その全体が本出願中に記載されているかのように、参照により本出願に援用される。本発明概念の実施形態は、LSI、LDI及び/又は蛍光撮像に限定されず、血流及び灌流の生理機能を提示するいずれの画像形態を使用してよいことが理解されるだろう。特に、血流及び灌流データは、本発明概念の範囲から逸脱することなく、本明細書において議論される実施形態に役立ついずれの効果的な方法によって提供してよい。

0021

本発明概念のいくつかの実施形態は、解剖学的‐生理学的結果の提示並びにリアルタイムでの評価及び判断のための、新規の画像/ビデオの可視化を提供する。換言すると、上記新規の画像は、例えばNIR又は可視光撮像によって提供される有用な解剖学的画像と、血流及び灌流の情報との両方を、リアルタイムで操作できる同一の画像上で提供する。従って、上記新規の可視化(これ以降「ベロシティ・フロー・アナトミー(Velocity‐Flow‐Anatomy(VFA))画像又はビデオ」と呼ぶ)は、解剖学的構造と、血流及び灌流の生理機能との両方の情報を、リアルタイムで同時に含む。
本発明概念のいくつかの実施形態によるVFA画像/ビデオは、(1)極めて明確な解剖学的細部と、(2)リアルタイムの医療的決定を行うために十分な、下層生理学的プロセスとを結合する。NIR/可視光画像は、最終的な可視化(VFA画像)の1つの層として使用され、これは、標的組織/器官表面及び血管系の解剖学的構造を明らかにする。例えばLSI、LDI及び蛍光技術によって定量化された血流及び灌流の生理学的マップは、最終的なVFA可視化の別の層として使用される。上記生理学的マップは、標的組織/器官及び血管系の機能性及び生理機能を提供する。本明細書において理解されるように、用語「生理学的マップ(physiologic map)」は、異なる複数のタイプの撮像によって生成されたマップを指し、例えばLSI及びLDIは「速度マップ(velocity map)」を生成できるが、用語「生理学的マップ」は一般に、いずれの撮像技術の使用から得られたマップを指してよい。例えば生理学的マップは、本発明概念の範囲から逸脱することなく、流体力学的モデリングに基づく、血流及び灌流、主血管中の血流の流れの分布、速度及び/若しくは容積流量(cc/分)の定量化のうちの1つ、並びに/又はこれらのいずれの組み合わせを示してよい。

0022

組織/器官における、血流及び灌流の正常な生理機能、並びに血流及び灌流の異常の病態生理学的兆候の両方の態様を提供できる。本発明概念のいくつかの実施形態は、上記層それぞれの複数の態様、例えば上記層のカラー化及び透明度を調整するよう構成された、ソフトウェアアルゴリズムを提供する。いくつかの実施形態では、上記層のそれぞれは、生NIRデータ/可視光画像の同一の単回のビデオ取得から引き出してよい。

0023

本発明概念のいくつかの実施形態は、従来の可視化方法を上回る明確な利点を提供できる。例えば本発明概念の実施形態は、NIR画像/可視光画像の解剖学的忠実度の大幅な改善を提供できる。更に、上記解剖学的な層は、速度の撮像のために重要な背景を提供し得る。改善された解剖学的忠実度は、速度の忠実度、速度データの解釈、解釈のタイミング、及び解釈の理解を改善し、これら全てにより、VFA画像/ビデオ結果の解釈がより直観的なものとなる。上記解剖学的忠実度により、標的心外膜冠動脈(流れ)及び周囲の心筋組織(灌流)といった、複数のレベル分析の同時かつリアルタイムの判断が可能となる。最後に、本発明概念の実施形態によって提供される、解剖学及び生理学の結合は、機能データが本物であり、下層の生理機能及び/又は病態生理を正確に示していることを、ユーザ、即ち手術中の外科医確信させる際に有用となり得る。VFA画像/ビデオは、未知のもの、即ち灌流の定量化を、既知のもの、即ち解剖学と結合して表示し、ここで解剖学的構成要素は、本明細書において図1〜11Cに関して更に議論されるように、有用な基準フレームを提供する。

0024

まず図1を参照すると、本発明概念のいくつかの実施形態による、リアルタイム画像/ビデオにおいて解剖学的情報速度情報とを結合するためのシステムについて議論する。本発明概念の実施形態によるいくつかのシステムは非侵襲的であり得ることが理解されるだろう。本明細書において使用される場合、「非侵襲的(non‐invasive)」は、染料注入物体による貫入、又は1つ若しくは複数の体内プローブによる接触を被験者が受ける必要がない、システム又は方法を指す。従って本明細書において使用される場合、用語「非侵襲的」は、被験者との接触が最小であるシステム又は方法を指す。本明細書において使用される場合、「被験者(subject)」は、撮像されるヒト又は物を指す。被験者は、家畜死体検体又はヒト被験者を含むいずれの被験者とすることができる。本明細書において使用される場合、「灌流(perfusion)」は、スペックル撮像によって検出される、組織灌流分布レベルにおける血流を指す。

0025

図1に示すように、システム100は、少なくとも1つの光源ユニット120、カメラ130、画像処理デバイス110及びVFAデバイス130を含む。図1のシステムはこれらの要素のみを含むものとして示されているが、本発明概念の範囲から逸脱することなく、他の要素もシステム内に存在してよいことが理解されるだろう。例えば本発明概念のいくつかの実施形態は、本発明概念の範囲から逸脱することなく、複数の光源120を含んでよい。複数の光源120は、異なる波長の光源を含んでよく、例えば近赤外線及び可視光を、各光/レーザデバイスによって提供してよい。

0026

特に、いくつかの実施形態では、光源ユニット120は、例えば1つ又は複数のレーザ又は発光ダイオードLED)によって提供してよい。いくつかの実施形態では、光源120は、約780nm〜約2500nmの波長を有するNIR光源である。いくつかの実施形態では、光源120は、約400nm〜約780nmの波長を有する可視光源であってよい。いくつかの実施形態では、それぞれの波長を有する可視光源及びNIR光源の両方を使用してよい。従って、本発明概念のいくつかの実施形態は、LSI及び/又はLDIを適用するために、試料を通る異なる透過性の2つの波長を用いるシステムを提供する。例えば上記2つの波長のうちの第1のものは、貫入がないか又は極めて浅い、青色光450〜495nm等の可視範囲内であってよい。この波長は、組織/器官表面の解剖学的構造を捕捉し、試料の位置マーカとして機能するが、血流及び灌流の表面下移動のマーカとしては機能しない。第2の波長は近赤外線(NIR)範囲内であってよく、これは遥かに深く貫入する。この波長により、下層の血流の生理機能が明らかになり、またこの波長は、試料の運動と、血流及び灌流の運動との両方に相関する。可視光の撮像測定をベースラインとして用いて、血流及び灌流の実際の運動を、標的の運動アーティファクトに影響されることなく、NIR撮像測定から引き出すことができる。更に、可視光によって捕捉される解剖学的構造の情報と、NIR光によって測定される生理学的特徴とを結合させる。2つの波長を使用するシステムに関する詳細は、2015年3月20日出願の米国仮特許出願第62/136010号において詳細に議論されており、上記仮特許出願の開示は、上述のように、参照により本出願に援用される。NIR生画像及び可視光画像に関する実施形態についてここで議論しているが、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されない。本発明概念の範囲から逸脱することなく、解剖学的構造を十分に提示できる他のいずれの画像形態を使用できる。

0027

光源120を用いて、関心対象領域140(これ以降「組織/器官」)を照明してよい。本明細書において使用される場合、「関心対象領域(region of interest)」は、撮像されている被験者の領域、例えば主血管及び組織、器官等を指す。光源120からの入射光127、例えばNIR光又は可視光が、組織/器官等の生体標的(関心対象領域140)に向けられている場合、上記光の一部は、標的の内部での複数の散乱を経て、最終的には図1に示すようにカメラ130に戻るように反射する(反射光)。

0028

カメラ130は、反射光を集めて、例えば波長エネルギによって決定される照明光の貫入の深さに応じて異なる波長をそれぞれ有する、可視光又はNIR画像(NIR/可視光層115)を提供するよう構成される。いくつかの実施形態では、カメラ130は、単一波長(可視光/NIR)画像取得に関して、ルメネラ(Lumenera)Lt225 NIRCMOSカメラによって提供される。同時複数波長画像取得の用途に関しては、カスタム設計ビーム分割システムを、通常のカメラ本体の前方に配置してよい。

0029

反射したNIR/可視光画像115は、解剖学的構造を明らかにする。いくつかの実施形態では、この解剖学的構造は、波長及びエネルギの関数である組織内への貫入に応じて、組織/器官の表面の数ミリメートル下側であってよい。得られる未修正画像の提示(図4の生NIR画像)は、同様の構造の可視光画像(図3)ほど詳細ではない。

0030

図3は、心臓の前壁の可視光画像であり、図4は、冠動脈の解剖学的構造を明らかにする、心臓の前壁のNIR画像である。図3図4との間の差異は、解剖学的構造のみならず、速度の違いにも基づく。

0031

更に、図4のNIR画像は256グレースケール画像であるため、色によって達成される解剖学的な識別は、NIR生画像では失われる場合がある。このような忠実度の損失は、例えば医学におけるLSI及びLDIの用途を相当な程度限定する。解剖学及び解剖学的構造は、医学、特に手術及び介入処置における根本的な基準構成物である。解剖学的忠実度の損失により、生理学的及び病態生理学的血流及び灌流データの理解のための、並びにこのような撮像技術の使用をより直観的なものとするための、重要な枠組みが失われる。

0032

従って図1に示すように、本発明概念の実施形態は、VFA画像/ビデオを構成するVFAデバイスを提供する。特に図1に示すように、VFAデバイスは、NIR/可視光解剖学的画像115を、画像処理デバイス110、例えばLSI、LDI又は蛍光によって提供される血流及び灌流情報117(生理学層)と結合して、より忠実度の高い解剖学的詳細を、上記解剖学的詳細の構成要素に関する血流及び灌流、即ち心外膜冠動脈における流れ及び周囲の心筋における灌流の生理学的マップデータと組み合わせて提供するよう構成される。従ってVFA画像/ビデオは、これら2つのタイプのデータを独自に結合する。ここで議論されている実施形態による新規のVFA画像は、例えばLSI、LDI又は蛍光によって提供される血流及び灌流速度データを、生NIR画像/可視光画像115(図4)よりも良好な解剖学的忠実度で、そして可視光画像(図3)と殆ど同等の詳細さで、表示する。

0033

LSI分析のVFA画像提示は、外科医及び医療撮像技師には既に知られており理解されている枠組みにおいて上記速度データを提示することによって、この新規の流れ及び灌流データの解釈を、より容易に理解可能でありかつ決定を行う際に有用なものとするための、方法論を生成する。上記解剖学的詳細は、既知のもの(解剖学)と未知のもの又は測定したもの(流れ及び灌流)とを結合するための基準フレームを提供する。解剖学的詳細は、生理学的及び病態生理学的状況の両方において、流れ及び灌流データの解釈及び理解の精度を改善する。これは、撮像技術が2つの異なる「レベル」の速度(及び流れ)データを提供する場合、例えば心臓の心外膜表面を撮像して、心外膜冠動脈における流れ(レベル1)及び周囲の心筋における灌流(レベル2)を測定する場合に特に当てはまる

0034

本発明概念のいくつかの実施形態では、解剖学的詳細及び生理学的マップ分析の両方は、同一の単一の生NIR画像データ/可視光画像から引き出すことができる。従って、これらの解剖学的データ及び分析データを結合すること、並びに例えばデータのカラー化、透明度、重ね合わせ及び統合を調整するために、本発明概念の実施形態によるアルゴリズムを使用することによって、新規のVFA分析画像130を、例えば図6に示すような組織/器官の解剖学的(血管構造)情報並びに機能的(血流及び灌流)情報の両方を含むように生成できる。

0035

特に図6は、本発明概念のいくつかの実施形態による処理後のVFA画像を示す。従って図6は、図4図5とを結合したVFA画像/ビデオ表示を示す。本発明概念のいくつかの実施形態では、各層のカラー化、透明度及び他の特徴を調整することによって、(動脈流及び周囲の組織(心筋)の灌流の解剖学と機能性との両方を、同時かつリアルタイムに、最適に明らかにする。

0036

ここで図7を参照して、本発明概念のいくつかの実施形態によるVFA画像/ビデオについて議論する。図7Aは、可視波長撮像によって提供される心臓の従来の解剖学的画像を示す。図7Bは、NIR撮像によって生成される解剖学画像を示す。図7Cは、試料の血流及び灌流を詳細に示すためにLSIを用いて生成された生理機能画像である。本発明概念の実施形態によるVFA画像は、7Bと7Cとを結合して、図7Dに示すように、試料の解剖学と生理機能(血流及び灌流)とを示す。この結合されたデータを作成する際に、このVFA分析画像に相当な値を付加するアプローチにより、上記結合されたデータは、上記構成要素(解剖学、速度)のいずれよりも視覚的に直観的なものとなり、従って、供給元医師が迅速に理解及び解釈するのが容易になる。これは、以前よりも遥かに多くの生理学的及び病態生理学的データを自由に用いて、医師がより良好な健康管理を提供することに直接つながり得る。リアルタイムデータは容易に取得され、本発明概念の実施形態によるVFA画像において直観的に提示され、これにより、より良好な決定及びより良好かつ安全な手術が可能となる。

0037

ここでは単一のVFA画像の生成について議論したが、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されないことが理解されるだろう。例えば、本発明概念の範囲から逸脱することなく、一連のVFAビデオ画像を生成してよく、これらを集合させてVFAビデオ画像シーケンスとしてよい。

0038

本発明概念の実施形態は、いずれの組織及び/又は器官系からの血流及び灌流データの確定的な取得に適用でき、ここで血流及び灌流は、評価、測定、臨床的な決定の実施、治療的な決定の実施、この技術によって引き出された生理学的撮像データを用いた製品開発、又は血流及び灌流の生理機能及び/若しくは病態生理への実験調査のための重要な決定因子である。

0039

ここで図2A及び2Bを参照して、本発明概念のいくつかの実施形態による、図1に示すシステム100において使用できるデータ処理システム200について議論する。データ処理システム200は、VFAデバイス120、カメラ130に含まれていてよく、又は本発明概念の範囲から逸脱することなく、システム100の様々な要素間を分割してよい。図2に示すように、図1のシステム100における使用に好適なデータ処理システム200の例示的な実施形態は、キーボードキーパッドタッチパッド等のユーザインタフェース244、I/Oデータポート246、及びプロセッサ238と通信するメモリ236を含む。I/Oデータポート246は、データ処理システム200と別のコンピュータシステム又はネットワークとの間で情報を転送するために使用できる。これらの構成部品は、本明細書に記載されているように動作するよう構成してよい多くの従来のデータ処理システムにおいて使用されているもののような、従来の構成部品であってよい。

0040

ここで図2Bを参照して、本発明概念のいくつかの実施形態によるデータ処理システム200の、より詳細なブロック図について議論する。プロセッサ238は、アドレスデータバス347を介してディスプレイ345と通信し、アドレス/データバス348を介してメモリ236と通信し、またアドレス/データバス349を介してI/Oデータポート246と通信する。プロセッサ238は、いずれの市販の又はカスタムメイドマイクロプロセッサ又はASICとすることができる。メモリ236は、データ処理システム200の機能性を実装するために使用されるソフトウェア及びデータを内包するメモリデバイスの全体的な階層の代表となる。メモリ236は以下のタイプのデバイスを含むことができるが、これらに限定されない:キャッシュ、ROM、PROMEPROM、EEPROM、フラッシュメモリ、SRAM及びDRAM

0041

図2Bに示すように、メモリ236は、データ処理システム200において使用される複数のカテゴリのソフトウェア及びデータ;オペレーティングシステム352;アプリケーションプログラム354;入出力(I/O)デバイスドライバ358;並びにデータ356を含んでよい。当業者には理解されるように、オペレーティングシステム352は:インターナシナルビジネスマシーンズ・コーポレーション(International Business Machines Corporation(ニューヨークアーモンク))製のOS/2、AIX若しくはzOS;マイクロソフト・コーポレーション(Microsoft Corporation(ワシントン州レドモンド))製のWindows95、Windows98、Windows2000、WindowsXP若しくはVista;Unix;Linux(登録商標);LabView;又はQNX若しくはVxWorks等のリアルタイムオペレーティングシステムといった、データ処理システムと共に使用するために好適ないずれのオペレーティングシステムであってよい。I/Oデバイスドライバ358は典型的には、アプリケーションプログラム354が、1つ又は複数のI/Oデータポート246及び特定のメモリ236といったデバイスと通信するために、オペレーティングシステム352を通してアクセスする、ソフトウェアルーチンを含む。アプリケーションプログラム354は、本発明概念のいくつかの実施形態によるシステムに含まれるデータ処理システム200の様々な特徴を実装するプログラムの実例であり、好ましくは、本発明概念のいくつかの実施形態による動作をサポートする少なくとも1つのアプリケーションを含む。最終的には、データ356は、アプリケーションプログラム354、オペレーティングシステム352、I/Oデバイスドライバ358、及びメモリ236内に存在し得る他のソフトウェアプログラムによって使用される、静的及び動的データを提示する。

0042

図2Bに示すように、本発明概念のいくつかの実施形態によるデータ356は、取得された生画像360、解剖学層の画像/データ361、算出された血流/灌流量(速度データ)363、VFA画像/ビデオ364、及び血流の容積流量(cc/分)のデータ365を含んでよい。血流の容積流量(cc/分)のデータ365は、流体力学的モデリングに基づく主血管の血流の容積流量(cc/分)定量化を指す。

0043

図2Bに示すデータ356は、5つの異なるファイル360、361、363、364及び365を含むが、本発明概念の実施形態はこの構成に限定されない。本発明概念の範囲から逸脱することなく、2つ以上のファイルを組み合わせて単一のファイルを作成する、単一のファイルを2つ以上のファイルに分割する等してよい。

0044

図2Bに更に示すように、アプリケーションプログラム354は、本発明概念のいくつかの実施形態によると、調整モジュール351、画像キャプチャモジュール352、NIR/可視光モジュール353、及びVFA処理モジュール354を含んでよい。本発明概念を、例えば図2Bにおける、調整モジュール351、画像キャプチャモジュール352、NIR/可視光モジュール353、及びVFA処理モジュール354がアプリケーションプログラムであるものを参照して例示しているが、当業者には理解されるように、本発明概念の教示からの利益を依然として得ながら、他の構成を利用することもできる。例えば調整モジュール351、画像キャプチャモジュール352、NIR/可視光モジュール353、及びVFA処理モジュール354を、オペレーティングシステム352、又はデータ処理システム300の他のこのような論理区分に組み込んでもよい。従って本発明概念は、図2Bの構成に限定されるものと解釈してはならず、本明細書に記載の動作を実施できるいずれの構成を包含することを意図している。

0045

更に、調整モジュール351、画像キャプチャモジュール352、NIR/可視光モジュール353、及びVFA処理モジュール354は、単一のデータ処理システム内に図示されているが、当業者には理解されるように、これらの機能性を1つ又は複数のデータ処理システムにわたって分散させてよい。従って本発明概念は、図2A及び2Bの構成に限定されるものと解釈してはならず、データ処理システム間の他の複数の構成及び/又は機能区分によって提供してよい。

0046

図1に関して上で議論したように、光源、例えばNIR源及び/又は可視光源は、組織/器官の試料を照明してよく、光はカメラへと反射してよい。NIR/可視光モジュール353は、反射光からNIR画像361を提供してよく、画像キャプチャモジュール352は、例えばLSI、LDI又は蛍光を用いて画像(スペックル画像)360を提供してよい。血流及び灌流データを算出してよい(速度データ)。これらの画像を処理して、速度データ363、及び本明細書中で議論されている実施形態による少なくとも1つのVFA画像364を提供してよい。特にデータ356をVFA処理モジュール354が使用することによって、NIR画像361と速度データ363との組み合わせを提供できる。上で議論したように、NIR画像361の色、透明度等を、調整モジュール351で調整することによって、解剖学的データ及び生理学的データの両方を含むリアルタイムの有用な画像を提供できる。

0047

いくつかの実施形態では、底部のベースとして一様の色、例えば黒色を使用し;生理学的画像又はその調整された形態を上記ベースの上の層として使用し;解剖学的画像又はその調整された形態を、上記生理学層の透明度を修正するために使用し;従って、解剖学的に比較的重要でない部分(解剖学的画像において強度が低い)は、生理学的画像をより多く透過させることになり、従ってより視認しにくくなる。

0048

更なる実施形態では、底部のベースとして一様の色、例えば黒色を使用し;解剖学的画像又はその調整された形態を上記ベースの上の層として使用し;生理学的画像又はその調整された形態を、上記解剖学層の透明度を修正するために使用し;従って、生理学的に比較的重要でない部分(生理学的画像において価値が低い)は、解剖学的画像をより多く透過させることになり、従ってより視認しにくくなる。

0049

NIR波長、レーザスペックル画像及びレーザドップラ技術の使用により、血流及び灌流の速度を定量化でき、従って血管系の機能性を明らかにすることができる。多くの臨床的状況において、解剖学的細部と、上記解剖学的細部の中の下層の生理学的プロセスとの組み合わせのリアルタイムの可視化を用いる新たな機会により、現在及び将来の治療戦略が変化することになる。

0050

本発明概念の様々な実施形態による動作について、図8及び9のフローチャートに関してここで議論する。まず図8を参照すると、単一画像上での解剖学的データと生理学的データとの結合のための動作が、ブロック815において、試料の画像を取得することによって開始される。上記画像は例えば、約780nm〜約2500nmの波長の試料の生の近赤外線(NIR)画像、及び/又は約400nm〜約700nmの波長の試料の可視光画像であってよい。

0051

上記試料の上記画像は、上記試料の解剖学的構造を含む。上記試料は例えば、組織及び/又は器官であってよい。上記試料の血流及び灌流の生理学的マップを取得する(ブロック825)。上記試料の上記生理学的マップは、例えばLSI、LDI又は蛍光を用いて取得してよい。上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、上記試料の単一の画像へと結合させる(ブロック835)。上記試料の上記単一の画像は、上記試料の解剖学及び生理機能を、上記単一の画像中でリアルタイムに表示する。図8に更に示すように、いくつかの任意の実施形態では、血流の容積流量(cc/分)を、流体力学的モデリングに基づいて、主血管において算出してよい(ブロック832)。

0052

いくつかの実施形態では、上記試料の解剖学及び生理機能をリアルタイムに表示するビデオを提供するために、複数の画像を、対応する複数の生理学的マップと結合してよい。

0053

いくつかの実施形態では、上記画像の上記解剖学的構造と、上記試料の上記生理学的マップとを、単一の画像へと結合する上記ステップは、上記画像及び/又は上記生理学的マップの1つ又は複数の特性を調整するステップを含む。上記1つ又は複数の特性としては、カラー化、透明度及び重み付け関数のうちの少なくとも1つが挙げられる。

0054

ここで図9を参照すると、いくつかの実施形態では、上記取得するための動作は、上記試料を光源、例えばNIR源及び/又は可視光源によって照明することによって進められる(ブロック917)。これらの実施形態では、光の一部分は上記光源から反射され、これによって、単回のデータ取得中に上記画像及び上記生理学的マップが取得される(ブロック927)。

0055

ここで、本明細書において議論されている実施形態による更なる動作について、図10A〜11Cに示されている図に関して議論する。本明細書において議論されているような、組織及び器官の解剖学的構造と血流生理機能との両方の可視化は、様々なアプローチによって達成できることが理解されるだろう。これより図10A〜11Cに関して、2つの異なるアプローチについて議論する。

0056

まず図10A〜10Dを参照して、上で議論した動作に類似した二重層設計を用いた第1のアプローチについて議論する。図10A及び10Bは解剖学層を示し、これは、ある波長の照明(可視光及び/又は近赤外線)の生(オリジナル画像フレームである。ImgA(i,j)は、標的組織/器官の8ビットグレースケール可視光画像であり、i及びjは、水平及び垂直方向に沿った画素インデックスである。この画像の明度、コントラスト及びガンマ値を調整することによって、より良好な可視化効果を達成できる。

0057

図10Cは生理学層を示し、これは、例えばLSI又はLDI技術を用いて撮像された組織/器官の血流及び灌流の2D速度分布を反映するための、近赤外線光の1つ又は複数の生画像フレームに基づく、処理済み画像である。ImgP(i,j)は、(黒色及び白色で示されている)8ビットインデックス付きカラー画像であり、その数値は所定のカラーマップマッピングされている。通常、色は青色から赤色まで(0〜255)の範囲であり、青色は流速がゼロ/最小であることを表し、赤色はシステムが検出できる最高の流速を表す。

0058

最後に図10Dは、図10A〜10Cの組み合わせを示す。上記解剖学層又は上記解剖学層の一部を上記生理学層の上に重ねる従来の方法を用いると、下層が視認できなくなる(被覆される)か、又は部分的に視認できなくなる(部分的に被覆される)。同様に、上記生理学層又は上記生理学層の一部を上記解剖学層の上に重ねる従来の方法を用いると、下層が視認できなくなる(被覆される)か、又は部分的に視認できなくなる(部分的に被覆される)。従って本発明概念の実施形態は、解剖学層及び生理学層の両方の視認性を増大させるために適用される、透明度マップ/マトリクスを提供する。上記透明度マップは、以下の等式で表すことができる:

0059

ここでImgは、可視又は近赤外線光の生(オリジナル)画像フレーム(10A及び10B)であり、xは、ゼロより大きく(>0)2以下である(≦2)調整可能なパラメータである。換言すると、T(i,j)における各画素値は0〜1であり、0は透明度ゼロを表し、1は100%の透明度を表す。パラメータxは、透明度マップのコントラストを制御し、x>1である場合、透明度はより大きなダイナミックレンジを有し、x<1である場合、透明度はより小さなダイナミックレンジを有する。

0060

ここで図11A〜11Cを参照して、色及び明度設計を用いた、組織及び器官の解剖学的構造及び血流生理機能の両方の可視化のための第2のアプローチについて議論する。まず図11Aを参照すると、解剖学層が示されており、これは画像の明度によって表される。ある波長の照明(可視光及び/又は近赤外線)の生(オリジナル)画像フレーム。ImgA(i,j)は、標的組織/器官の8ビットグレースケール可視光画像であり、i及びjは、水平及び垂直方向に沿った画素インデックスである。この画像の明度、コントラスト及びガンマ値を調整することによって、より良好な可視化効果を達成できる。

0061

図11Bは、(黒色及び白色で示されている)カラー画像として上記生理学層を示しており、これは、例えばLSI又はLDI技術を用いて撮像された組織/器官の血流及び灌流の2D速度分布を反映するための、近赤外線光の1つ又は複数の生画像フレームに基づく、処理済み画像である。まず8ビットインデックス付きカラー画像が生成され、その数値は所定のカラーマップにマッピングされている。図10A〜10Dに関して上で議論したように、通常、色は青色から赤色まで(0〜255)の範囲であり、青色は流速がゼロ/最小であることを表し、赤色はシステムが検出できる最高の流速を表す。次に上記8ビットインデックス付きカラー画像を、平準化されたRGBマップRGB(i,j)に変換し、各画素の色は、(R,G,B)の3つの値で表され、各値は0〜1の範囲である。RGB画像の各画素は、赤色、緑色及び青色の成分に対応する3つの数(R,G,B)で構成される。これら3つの数はそれぞれ、8ビット値を使用する場合は0〜255の範囲であり得、又は平準化された値を使用する場合は0〜1の範囲であり得、(R,G,B)は、画素内の色及び色の明度を決定する。

0062

ここで図11Cを参照すると、解剖学層(図11A)及び生理学層(図11B)は、以下の等式で表される8ビットRGBカラー画像を生成することによって一体に融合される:



ここで各カラーチャネルに関するImgA(i,j)を別個に異なる様式で調整することによって、最適な可視化効果を達成できる。従って図11Aの画像は明度を調整し、図11Bの画像は色を調整し、それによって、解剖学及び生理機能両方の組み合わせである図11Cの画像が提供される。

0063

上で議論したように、近赤外線画像/可視光画像は、組織/器官の血管系の表面及び表面下の解剖学的構造を可視化できる。LSI、LDI又は蛍光等の血流測定技術は、血流及び灌流の速度を定量化でき、従って組織/器官の血管系の機能性を明らかにする。特定の臨床的状況では、組織/器官の血管系の解剖学的構造及び機能性の両方の可視化は重要である。従って本発明概念のいくつかの実施形態では、NIR画像をVFA画像の1つの層として使用し、これは、標的組織/器官の血管系の解剖学的構造を明らかにする。例えばLSI、LDI又は蛍光技術によって定量化された血流及び灌流の生理学的マップを、VFAの別の層として使用し、これは、標的組織/器官の血管系の機能性及び生理機能を明らかにする。本発明概念の実施形態は、これら2つの層のカラー化及び透明度を調整するよう構成され、特定の組織/器官の血管系の解剖学及び機能性の両方を提示する最終的な可視化(VFA画像)が得られる。

0064

本発明概念の実施形態は、臨床的撮像のいずれのフォーマットにおいて使用してよく、これは本発明概念の範囲から逸脱することなく、外科的撮像(通常は患者体内での用途)と、その他の患者体外撮像手順非外科的用途)との両方を含むことが理解されるだろう。

0065

方法、デバイス、システム及び/又はコンピュータプログラム製品のブロック図及び/又はフローチャートによる図示を参照して、例示的実施形態を上で説明した。上記ブロック図及び/又はフローチャートによる図示のあるブロック、並びに上記ブロック図及び/又はフローチャートによる図示の複数のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装できることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、及び/又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに供給することによって、機械を製造してよく、これにより、上記コンピュータ及び/又は他のプログラム可能なデータ処理装置によって実行される上記命令は、上記ブロック図及び/又はフローチャートの1つ又は複数のブロックに明記された機能/作用を実装するための手段(機能性)及び/又は構造を生成する。

0066

これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読メモリに記憶させてもよく、これは特定の様式でコンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置を機能させることができ、これによって上記コンピュータ可読メモリに記憶された命令は、上記ブロック図及び/又はフローチャートの1つ又は複数のブロックに明記された機能/作用を実装する命令を含む物品を製造する。

0067

上記コンピュータプログラム命令を、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置にロードして、上記コンピュータ又は他のプログラム可能な装置に一連の動作ステップを実施させることにより、コンピュータ実装型プロセスを生成してもよく、これにより、上記コンピュータ又は他のプログラム可能な装置によって実行される上記命令は、上記ブロック図及び/又はフローチャートの1つ又は複数のブロックに明記された機能/作用を実装するためのステップを提供する。

0068

従って、例示的実施形態は、ハードウェア及び/又はソフトウェア(ファームウェア常駐ソフトウェアマイクロコード等)で実装してよい。更に例示的実施形態は、コンピュータが使用可能な記憶媒体又はコンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ってよく、これは、命令実行システムによって又は命令実行システムを接続して使用するために、コンピュータが使用可能なプログラムコード又はコンピュータ可読プログラムコードを上記媒体中に備える。本文書の文脈において、コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置若しくはデバイスによって、又は命令実行システム、装置若しくはデバイスを接続して使用するために、上記プログラムを内包、記憶、通信、伝播又は転送できる、いずれの媒体であってよい。

0069

コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体は例えば、磁気、光、電磁気赤外線又は半導体システム、装置、デバイス又は伝播媒体であってよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読媒体のより具体的な例(非包括的なリスト)は、以下を含む:1つ又は複数のワイヤを有する電気的接続携帯型コンピュータディスケットランダムアクセスメモリ(RAM);読み取り専用メモリ(ROM);消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ(EPROM又はフラッシュメモリ);光ファイバ;及び携帯コンパクトディスク読み取り専用メモリ(CD‐ROM)。コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体はプログラムが印刷され紙又は別の好適な媒体でさえあってよいことに留意されたい。というのは、例えば上記紙又は別の媒体の光学スキャンによって上記プログラムを電気的にキャプチャでき、続いて必要な場合はコンパイル、解釈、又はその他の処理を好適な様式で実施でき、その後コンピュータメモリに記憶できるためである。

0070

本明細書において議論されているデータ処理システムの動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、開発における利便性のために、Java(登録商標)、AJAX(非同期JavaScript)(登録商標)、C及び/又はC++といった高級プログラミング言語で書かれていてよい。更に、例示的実施形態の動作を実施するためのコンピュータプログラムコードはまた、限定するものではないがインタプリタ形式言語等の、他のプログラミング言語で書かれていてもよい。いくつかのモジュール又はルーチンは、性能及び/又はメモリ使用率の向上のために、アセンブリ言語又は更にマイクロコードで書かれていてよい。しかしながら、実施形態は特定のプログラミング言語に限定されない。更に、いずれの又はあらゆるプログラムモジュールの機能性は、個別のハードウェア構成部品、1つ若しくは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)、又はフィールドプログラマブルゲートアレイFPGA)、又はプログラムされたデジタル信号プロセッサ、プログラムされた論理コントローラPLC)、又はマイクロコントローラを用いて実装してもよいことが理解されるだろう。

0071

いくつかの代替実装形態において、上記ブロックに記載の機能/作用は、フローチャートに記載の順序以外の順序で実現できることにも留意されたい。例えば、連続して示されている2つのブロックは、関わる機能性/作用に応じて、実際には実質的に同時に実行でき、又はこれらのブロックを、場合によっては逆の順序で実行してよい。更に、フローチャート及び/若しくはブロック図の1つの所与のブロックの機能性を、複数のブロックに分割してよく、並びに/又はフローチャート及び/若しくはブロック図の2つ以上のブロックの機能性を少なくとも部分的に統合してよい。

0072

図面及び明細書において、本発明概念の例示的実施形態を開示した。特定の用語が採用されているものの、これらの用語は一般的及び説明的な意味でのみ使用され、限定を目的としておらず、本発明概念の範囲は以下の「特許請求の範囲」によって定義される。

0073

100 システム
110画像処理デバイス
115 NIR/可視光層、生NIR画像/可視光画像
117生理学層、灌流情報
120光源ユニット、光源、VFAデバイス
127入射光
130カメラ、VFAデバイス、VFA分析画像
140関心対象領域
200データ処理システム
236メモリ
238プロセッサ
244ユーザインタフェース
246 I/Oデータポート
345ディスプレイ
347アドレス/データバス
348 アドレス/データバス
349 アドレス/データバス
351調整モジュール
352オペレーティングシステム、画像キャプチャモジュール
353 NIR/可視光モジュール
354アプリケーションプログラム、VFA処理モジュール
356 データ
358 I/Oデバイスドライバ
360 取得された生画像
361解剖学層の画像/データ、NIR画像
363 算出された血流/灌流量、速度データ
364 VFA画像/ビデオ
365 血流の容積流量(cc/分)のデータ

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