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課題・解決手段

本明細書に提示されるものは、1つ以上の励起源からの1つ以上の励起光ビームによる広視野にわたる複数の励起場所の迅速な照明を提供する断層撮像のためのシステムおよび方法である。本明細書に説明される手法は、ガルバノ光学スキャナを利用して、撮像される視野に対応する走査領域にわたる複数の場所を通して励起光ビームを走査する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、特別に調整された形状の励起光ビームを利用して、広い走査領域にわたって小さいスポットサイズを維持する。本明細書に説明される手法によって提供される小さいスポットサイズを依然として維持しながら広い領域全体を走査する能力は、大きいまたは複数の被験体の正確で高解像度の断層撮像を可能にし、それによって、断層撮像の性能を拡張する。

概要

背景

小型動物生体内撮像は、例えば、腫瘍学感染症、および創薬などの様々な分野の研究者の大規模コミュニティによって行われる。例えば、生物発光蛍光断層撮影、およびマルチモーダル撮像技術など、動物の生体内撮像を対象とする幅広い技術がある。

多くの画像診断法は、断層撮影法である。断層撮影は、試料から透過するか、または試料から発する光の検出に基づいて、画像を取得するか、または研究中の試料の光学特性を推測する。例えば、断層撮像は、研究中の被験体関心領域内組織吸収のマップ再構築するために使用され得る。他の用途では、断層撮像は、関心領域内に存在する蛍光エミッタなどのプローブ空間分布のマップを生成するために使用される。したがって、断層撮影は、非侵襲的様式で、物体の内部構造の詳細な画像、および被験体の関心領域内のプローブの分布構築を可能にする。

光断層撮像は、研究中の被験体内の生物学的プロセス分析に関連する貴重な情報を提供し得、この情報は、マイクロCTまたは磁気共鳴撮像MRI)などの非光学撮像技術から取得することができない。例えば、光学波長での組織吸収のマップは、特定の種類の腫瘍の検出に使用され得る、ヘモグロビン濃度および組織の酸素化状態に関連する生物学的機能情報を提供することができる。加えて、光吸収は、X線撮像またはMRI技術と比較して、心臓などの特定の器官定位のための改善されたコントラストを追加的に提供する。

光断層撮影はまた、蛍光または生物発光プローブなどの、投与されたか、または内因性発光プローブの空間分布をマッピングするために使用され得る。例えば、蛍光プローブは、物体の内部を伝播する光を吸収し、物体の内部で吸収された光よりも長い波長(より低エネルギー)の光を発し、動物およびヒトの組織全体の機能的および分子的特性の非侵襲的な生体内調査を可能にする。これによって、蛍光光断層撮影システムは、分子撮像を提供し、これは、従来の撮像法のように、分子異常が疑われるエリア解剖学的構造を単に撮像するのではなく、疾患の基礎となる分子異常を視覚的に示すために使用され得る。分子標的の特定の撮像は、疾患の早期発見および特徴化、ならびに治療効果の早期かつ直接的な分子評価を提供する。例示的な蛍光光断層撮影システムは、米国特許出願公開第US2004/0015062号に説明されており、その本文は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

光断層撮像では、撮像される領域(例えば、被験体、例えば、被験体内の関心領域)内の複数の場所が、励起光照明される。蛍光撮像アプリケーションでは、励起光によって照明された所与の場所内にある蛍光種が励起光を吸収し、1つ以上の検出器によって検出される蛍光を発する。このようにして、発せられた蛍光を表す検出器信号は、複数の照明場所の各々について記録される。照明場所の各々について検出された蛍光に対応するデータは、物体の領域内の蛍光エミッタの分布を再構築する断層再構成技術の入力として使用される。物体の特定の領域を効果的に撮像することは、断層再構成に適切なデータを提供するために、領域内の十分な数および密度の場所を照明することを必要とする。

したがって、撮像される1つ以上の物体を含む広視野内の複数の場所を迅速に照明することができる断層撮像用の改善されたシステムおよび方法の必要性が存在する。そのようなシステムおよび方法は、生体内の小型動物の断層撮像に特に関連している。

概要

本明細書に提示されるものは、1つ以上の励起源からの1つ以上の励起光ビームによる広視野にわたる複数の励起場所の迅速な照明を提供する断層撮像のためのシステムおよび方法である。本明細書に説明される手法は、ガルバノ光学スキャナを利用して、撮像される視野に対応する走査領域にわたる複数の場所を通して励起光ビームを走査する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、特別に調整された形状の励起光ビームを利用して、広い走査領域にわたって小さいスポットサイズを維持する。本明細書に説明される手法によって提供される小さいスポットサイズを依然として維持しながら広い領域全体を走査する能力は、大きいまたは複数の被験体の正確で高解像度の断層撮像を可能にし、それによって、断層撮像の性能を拡張する。

目的

例えば、光学波長での組織吸収のマップは、特定の種類の腫瘍の検出に使用され得る、ヘモグロビン濃度および組織の酸素化状態に関連する生物学的機能情報を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体断層撮像のための広視野にわたる励起光高速走査のためのシステムであって、(a)励起光ビームを発するように動作可能な励起源であって、前記励起源が、前記励起源の出力から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って前記励起光ビームを向けるように位置合わせされている、励起源と、(b)前記ガルバノ光学スキャナであって、前記ガルバノ光学スキャナが、前記1つ以上のガルバノミラーが回転すると、前記励起光ビームが走査領域にわたって走査されるように、前記1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、前記物体平面の前記走査領域内の複数の場所に前記励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、前記物体平面にわたって位置付けられた前記1つ以上の被験体の照明を提供する、ガルバノ光学スキャナと、(c)前記励起光による励起の結果として、前記1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、1つ以上の検出器と、(d)プロセッサと、(e)命令が記憶されているメモリと、を備え、前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、前記検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、前記検出された蛍光に対応する前記データを使用して、前記1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得することと、を行わせる、システム。

請求項2

前記ガルバノ光学スキャナが、前記1つ以上のガルバノミラーの1つ以上の最大回転角度に基づいて、所望されるサイズの走査領域を生成するために、前記ガルバノ光学スキャナから前記走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された特定の距離に位置付けられている、請求項1に記載のシステム。

請求項3

第1の寸法および/または第2の寸法に沿った前記走査領域の前記所望されるサイズが、少なくとも100mmである、請求項2に記載のシステム。

請求項4

前記ガルバノ光学スキャナから前記走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離が、150〜250mmである、請求項1に記載のシステム。

請求項5

前記励起源は、その出力から、(i)前記ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)前記ガルバノ光学スキャナから前記物体平面に移動するにつれて収束する集束ビームとして、前記励起光ビームを発するように動作可能である、請求項1に記載のシステム。

請求項6

前記励起源の前記出力から発せられた前記励起光の集束ビームが、前記走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する、請求項5に記載のシステム。

請求項7

前記励起源の前記出力から発せられた前記励起光の集束ビームが、であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、前記走査領域内の前記励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり、wbwが、前記励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり、d1が、前記ガルバノ光学スキャナから前記走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された最小距離であり、d2が、前記ガルバノ光学スキャナから前記走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である、請求項5に記載のシステム。

請求項8

前記励起源の前記出力から発せられた前記励起光の集束ビームの半角発散が、25mrad以下である、請求項6に記載のシステム。

請求項9

前記システムが、前記励起源の前記出力から前記ガルバノ光学スキャナまでの前記光路内に位置付けられたビーム整形光学系を備え、前記ビーム整形光学系が、(A)集束光学系であって、前記集束光学系を通過した後に、前記励起光ビームが、(i)前記ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)前記ガルバノ光学スキャナから前記物体平面に移動するにつれて収束するように、前記集束光学系が位置合わせされている、集束光学系と、(B)平行光学系であって、前記平行光学系を通過した後に、前記励起光ビームが、(i)前記ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)前記ガルバノ光学スキャナから前記物体平面に移動するにつれて発散するように、前記平行光学系が位置合わせされている、平行光学系と、のうちの少なくとも一方である、請求項1に記載のシステム。

請求項10

前記ビーム整形光学系が、前記集束光学系である、請求項9に記載のシステム。

請求項11

前記集束光学系は、前記励起光ビームのスポットサイズが、前記走査領域内の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている、請求項10に記載のシステム。

請求項12

前記集束光学系を通過した後の前記励起光ビームの半角発散φが、となるようなものであり、式中、wmaxが、前記励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり、wbwが、ビームウエストでの前記励起光ビームのスポットサイズであり、d1が、前記ガルバノ光学スキャナから前記走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離であり、d2が、前記ガルバノ光学スキャナから前記走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である、請求項10に記載のシステム。

請求項13

前記集束光学系を通過した後の前記励起光ビームの半角発散が、25mrad以下である、請求項10に記載のシステム。

請求項14

前記励起源のパワーが、100mW超、または100mWにほぼ等しい、請求項1に記載のシステム。

請求項15

前記励起源が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザであり、前記励起光ビームが発せられる前記励起源の前記出力が、前記ファイバ結合レーザまたは前記ファイバレーザの光ファイバ遠位端である、請求項1に記載のシステム。

請求項16

前記ファイバ結合レーザまたは前記ファイバレーザの前記光ファイバのコア直径が、5μm〜400μmである、請求項15に記載のシステム。

請求項17

前記光ファイバの開口数(NA)が、0.1〜0.3である、請求項15に記載のシステム。

請求項18

前記1つ以上の検出器が、透過照明幾何学的配置で前記蛍光種から発せられた前記蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、前記励起光ビームが、前記物体平面の第1の側部から前記物体平面の方に向けられ、前記1つ以上の検出器が、前記物体平面の反対側の第2の側部から外向きの方向に発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、請求項1に記載のシステム。

請求項19

前記1つ以上の検出器が、前記1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらから反射された励起光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、前記命令は、前記プロセッサに、前記検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、前記検出された励起光に対応する前記データおよび前記検出された蛍光に対応する前記データを使用して、前記1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得することと、を行わせる、請求項1に記載のシステム。

請求項20

前記ガルバノ光学スキャナが、前記走査領域内の複数の別個励起場所に前記励起光ビームを向けることによって、前記走査領域にわたって前記励起光ビームを走査するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、各別個の励起場所に関して、前記別個の励起場所に向けられた前記励起光ビームの前記経路に位置付けられている前記1つ以上の被験体のうちの所与の被験体が、前記被験体の表面上の対応する照明場所で前記励起光ビームによって照明され、それにより、前記励起光ビームが、前記対応する照明場所で前記所与の被験体の前記表面上に入射し、前記被験体内で拡散し、それによって、前記所与の被験体内での蛍光種の励起を提供し、前記1つ以上の検出器が、各別個の励起場所に関して、前記別個の励起場所に向けられた前記励起光ビームの前記経路内に位置付けられている所与の被験体内の蛍光種によって発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、別個の励起場所に各々対応する、複数の蛍光発光画像の検出を提供し、前記命令は、前記プロセッサに、前記複数の蛍光発光画像を含む前記検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、前記複数の蛍光発光画像を使用して、前記1つ以上の被験体の前記1つ以上の断層画像を取得することと、を行わせる、請求項1に記載のシステム。

請求項21

前記1つ以上の検出器は、各別個の励起場所に関して、前記励起光ビームが前記対応する照明場所で前記所与の被験体の前記表面上に入射したときに、前記所与の被験体を透過したか、またはそれによって反射された励起光を表す、対応する励起画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それにより、別個の励起場所に各々対応する複数の励起画像が検出され、前記命令は、前記プロセッサに、前記複数の励起画像を含む前記検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、前記複数の蛍光発光画像および前記複数の励起画像を使用して、前記1つ以上の被験体の前記1つ以上の断層画像を取得することと、を行わせる、請求項20に記載のシステム。

請求項22

前記ガルバノ光学スキャナが、前記走査領域内の複数の別個の励起場所に前記励起光ビームを向けることによって、前記走査領域にわたって前記励起光ビームを走査するように動作可能であり、前記別個の励起場所が、組として位置合わせされ、各組が、複数の別個の励起場所を含み、所与の組の各別個の励起場所が、1つ以上の被験体のうちの異なる被験体に対応し、前記ガルバノ光学スキャナが、一度に1組、前記励起光ビームを走査し、次の組に進む前に、所与の組の中の各別個の励起場所に前記励起光ビームを向けるように動作可能であり、前記ガルバノ光学スキャナが、1つ以上の検出器の露光窓に対応する時間内に、所与の組の全ての前記別個の励起場所を通って前記励起光ビームを走査するように動作可能であり、前記1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各組に関して、所与の組の中の各励起場所に向けられた励起光による前記1つ以上の被験体内の前記1つ以上の蛍光種の励起の結果として、前記1つ以上の検出器の前記露光窓の間に発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、請求項1に記載のシステム。

請求項23

前記検出された蛍光に対応する前記データが、別個の励起場所の各組に関して、前記対応する蛍光発光画像を含み、前記命令が、前記プロセッサに、前記蛍光発光画像を使用して、前記1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得させる、請求項22に記載のシステム。

請求項24

前記命令は、前記プロセッサに、前記1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の組に対応し、それによって、前記被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、かつ別個の励起場所の前記組に対応する、各蛍光発光画像に関して、前記被験体と関連付けられた前記蛍光発光画像の一部分を決定し、それによって、前記被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、前記被験体と関連付けられた前記複数の単一被験体蛍光発光画像を使用して、前記被験体の断層画像を取得することと、を行わせる、請求項23に記載のシステム。

請求項25

前記1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各組に関して、所与の組の中の各励起場所に向けられた前記励起光ビームによる前記1つ以上の被験体の照明の結果として、前記1つ以上の検出器の前記露光窓の間に検出された、1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらによって反射された励起光を表す、対応する励起画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、前記命令は、前記プロセッサに、別個の励起場所の各組に関して前記対応する励起画像を含む、前記検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、前記検出された蛍光発光画像および前記検出された励起画像を使用して、前記1つ以上の被験体の各被験体の断層画像を取得することと、を行わせる、請求項22に記載のシステム。

請求項26

(元の請求項)前記命令は、前記プロセッサに、前記1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の組に対応する各蛍光発光画像に関して、前記被験体と関連付けられた前記蛍光発光画像の一部分を決定し、それによって、前記被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、前記被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光発光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、別個の励起場所の組に対応する各励起画像に関して、前記被験体と関連付けられた励起画像の一部分を決定し、それによって、前記被験体と関連付けられ、かつ前記別個の励起場所の組に対応する、単一被験体励起画像を決定し、それによって、前記被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を決定することであって、各単一被験体励起画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、前記被験体と関連付けられた前記複数の単一被験体蛍光発光画像および前記被験体と関連付けられた前記複数の単一被験体励起画像を使用して、前記被験体の断層画像を取得することと、を行わせる、請求項25に記載のシステム。

請求項27

(元の請求項)物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の断層撮像のための広視野にわたる複数の励起源からの励起光の高速走査のためのシステムであって、(a)複数の励起源であって、各励起源が、それぞれの励起光ビームを発するように動作可能であり、第1の励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、前記第1の励起源の出力から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの第1の光路に沿って向けるように位置合わせされており、前記第1の励起源以外の各励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、その出力からガルバノ光学スキャナまでのそれぞれの光路に沿って、前記第1の光路に対して対応するオフセット角度で向けるように位置合わせされている、複数の励起源と、(b)前記ガルバノ光学スキャナであって、前記ガルバノ光学スキャナが、各励起源に関して、前記1つ以上のガルバノミラーが回転すると、前記励起源によって発せられた前記それぞれの励起光ビームがそれぞれの走査領域にわたって走査されるように、前記1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、前記物体平面の前記それぞれの走査領域内のそれぞれの複数の場所に、前記励起源によって発せられた前記それぞれの励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、前記物体平面にわたって位置付けられた前記1つ以上の被験体の照明を提供する、ガルバノ光学スキャナと、(c)前記複数の励起源のうちの少なくとも1つからの前記励起光による励起の結果として、前記1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、1つ以上の検出器と、(d)プロセッサと、(e)命令が記憶されているメモリと、を備え、前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、前記検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、前記検出された蛍光に対応する前記データを使用して、前記1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得することと、を行わせる、システム。

請求項28

各励起源が、前記1つ以上の被験体内の対応する蛍光種の励起帯域内の別個の励起波長を有する励起光を発する、請求項27に記載のシステム。

請求項29

前記1つ以上の検出器が、前記複数の励起源のうちの2つ以上の励起源の各々からの前記励起光による励起の結果として、前記1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、請求項27に記載のシステム。

請求項30

前記検出された蛍光に対応する前記データが、前記複数の励起源のうちの2つ以上の励起源の各々に関して、前記励起源の前記それぞれの走査領域にわたって複数の励起場所の各々に向けられた励起光による励起に続いて検出された、一組の関連付けられた蛍光発光信号を含み、前記命令は、前記プロセッサに、前記2つ以上の励起源の各々に関して、前記関連付けられた蛍光発光信号を使用して前記1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像のそれぞれの組を取得させ、それによって、前記2つ以上の励起源の各々に関する一組の1つ以上の断層画像を取得させる、請求項27に記載のシステム。

請求項31

前記励起源の各々の前記それぞれの走査領域の各々の少なくとも一部分が、互いに重なり合って、共有走査領域を生成する、請求項27に記載のシステム。

請求項32

前記ガルバノ光学スキャナが、前記1つ以上のガルバノミラーの1つ以上の最大回転角度に基づいて、所望されるサイズの共有走査領域を生成するために、前記ガルバノメータから前記共有走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された特定の距離に位置付けられている、請求項31に記載のシステム。

請求項33

第1の寸法および/または第2の寸法に沿った前記共有走査領域の前記所望されるサイズが、少なくとも100mmである、請求項32に記載のシステム。

請求項34

物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の断層撮像のための広視野にわたる励起光の高速走査のための方法であって、(a)励起源からの励起光ビームを用いて前記1つ以上の被験体を照明することであって、前記励起源が、前記励起源の出力から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って前記励起光ビームを向けるように位置合わせされており、前記ガルバノ光学スキャナが、前記1つ以上のガルバノミラーが回転すると、前記励起光ビームが走査領域にわたって走査されるように、前記1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、前記物体平面の前記走査領域内の複数の場所に前記励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、前記物体平面にわたって位置付けられた前記1つ以上の被験体の照明を提供する、照明することと、(b)1つ以上の検出器を用いて、前記励起光による励起の結果として、前記1つ以上の被験体内の蛍光種から発せられる蛍光を検出することと、(c)コンピューティングデバイスのプロセッサによって、前記検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、(d)前記プロセッサによって、前記検出された蛍光に対応する前記データを使用して、前記1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得することと、を含む、方法。

請求項35

物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の断層撮像のための広視野にわたる複数の励起源からの励起光の高速走査のための方法であって、(a)複数の励起源のそれぞれ1つから発せられる少なくとも1つの励起光ビームを用いて前記1つ以上の被験体を照明することであって、(i)第1の励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、前記第1の励起源から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの第1の光路に沿って向けるように位置合わせされており、(ii)前記第1の励起源以外の各励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、ガルバノ光学スキャナに向かうそれぞれの光路に沿って、前記第1の励起源から前記ガルバノ光学スキャナまでの前記第1の光路に対して対応するオフセット角度で向けるように位置合わせされており、(iii)前記ガルバノ光学スキャナが、各励起源に関して、前記1つ以上のガルバノミラーが回転すると、前記励起源によって発せられた前記それぞれの励起光ビームがそれぞれの走査領域にわたって走査されるように、前記1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、前記物体平面の前記それぞれの走査領域内のそれぞれの複数の場所に、前記励起源によって発せられた前記それぞれの励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、前記物体平面にわたって位置付けられた前記1つ以上の被験体の照明を提供する、照明することと、(b)1つ以上の検出器を用いて、前記複数の励起源のうちの少なくとも1つからの前記励起光による励起の結果として、前記1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出することと、(c)コンピューティングデバイスのプロセッサによって、前記検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、(d)前記プロセッサによって、前記検出された蛍光に対応する前記データを使用して、前記1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得することと、を含む、方法。

技術分野

0001

相互参照セクション
本出願は、2017年7月19日出願の米国非仮出願第15/654,442号、発明の名称「SYSTEMS AND METHODS FOR RAPID WIDE FIELDILLUMIATIONSCANNING FOR IN VIVOSMLLANIMALFLUORESCNCE TOMOGRAPHIC IMAGING」の優先権を主張し、この米国非仮出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

0002

本発明は、概して、撮像のためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、特定の実施形態では、本発明は、広視野にわたる高速断層撮像のためのシステムおよび方法に関する。

背景技術

0003

小型動物生体内撮像は、例えば、腫瘍学感染症、および創薬などの様々な分野の研究者の大規模コミュニティによって行われる。例えば、生物発光蛍光断層撮影、およびマルチモーダル撮像技術など、動物の生体内撮像を対象とする幅広い技術がある。

0004

多くの画像診断法は、断層撮影法である。断層撮影は、試料から透過するか、または試料から発する光の検出に基づいて、画像を取得するか、または研究中の試料の光学特性を推測する。例えば、断層撮像は、研究中の被験体関心領域内組織吸収のマップ再構築するために使用され得る。他の用途では、断層撮像は、関心領域内に存在する蛍光エミッタなどのプローブ空間分布のマップを生成するために使用される。したがって、断層撮影は、非侵襲的様式で、物体の内部構造の詳細な画像、および被験体の関心領域内のプローブの分布構築を可能にする。

0005

光断層撮像は、研究中の被験体内の生物学的プロセス分析に関連する貴重な情報を提供し得、この情報は、マイクロCTまたは磁気共鳴撮像MRI)などの非光学撮像技術から取得することができない。例えば、光学波長での組織吸収のマップは、特定の種類の腫瘍の検出に使用され得る、ヘモグロビン濃度および組織の酸素化状態に関連する生物学的機能情報を提供することができる。加えて、光吸収は、X線撮像またはMRI技術と比較して、心臓などの特定の器官定位のための改善されたコントラストを追加的に提供する。

0006

光断層撮影はまた、蛍光または生物発光プローブなどの、投与されたか、または内因性発光プローブの空間分布をマッピングするために使用され得る。例えば、蛍光プローブは、物体の内部を伝播する光を吸収し、物体の内部で吸収された光よりも長い波長(より低エネルギー)の光を発し、動物およびヒトの組織全体の機能的および分子的特性の非侵襲的な生体内調査を可能にする。これによって、蛍光光断層撮影システムは、分子撮像を提供し、これは、従来の撮像法のように、分子異常が疑われるエリア解剖学的構造を単に撮像するのではなく、疾患の基礎となる分子異常を視覚的に示すために使用され得る。分子標的の特定の撮像は、疾患の早期発見および特徴化、ならびに治療効果の早期かつ直接的な分子評価を提供する。例示的な蛍光光断層撮影システムは、米国特許出願公開第US2004/0015062号に説明されており、その本文は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

0007

光断層撮像では、撮像される領域(例えば、被験体、例えば、被験体内の関心領域)内の複数の場所が、励起光照明される。蛍光撮像アプリケーションでは、励起光によって照明された所与の場所内にある蛍光種が励起光を吸収し、1つ以上の検出器によって検出される蛍光を発する。このようにして、発せられた蛍光を表す検出器信号は、複数の照明場所の各々について記録される。照明場所の各々について検出された蛍光に対応するデータは、物体の領域内の蛍光エミッタの分布を再構築する断層再構成技術の入力として使用される。物体の特定の領域を効果的に撮像することは、断層再構成に適切なデータを提供するために、領域内の十分な数および密度の場所を照明することを必要とする。

0008

したがって、撮像される1つ以上の物体を含む広視野内の複数の場所を迅速に照明することができる断層撮像用の改善されたシステムおよび方法の必要性が存在する。そのようなシステムおよび方法は、生体内の小型動物の断層撮像に特に関連している。

課題を解決するための手段

0009

本明細書に提示されるものは、1つ以上の励起源からの1つ以上の励起光ビームによる広視野にわたる複数の励起場所の迅速な照明を提供する断層撮像のためのシステムおよび方法である。本明細書に説明される手法は、ガルバノ光学スキャナを利用して、撮像される視野に対応する走査領域にわたる複数の場所を通して励起光ビームを走査する。特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、特別に調整された形状の励起光ビームを利用して、広い走査領域にわたって小さいスポットサイズを維持する。本明細書に説明される手法によって提供される小さいスポットサイズを依然として維持しながら広い領域全体を走査する能力は、大きいまたは複数の被験体の正確で高解像度の断層撮像を可能にし、それによって、断層撮像の性能を拡張する。例えば、特定の実施形態では、本明細書に説明される断層撮像手法は、複数の小型動物などの複数の被験体が一緒に迅速に撮像されることを可能にし、それによって小型動物の生体内断層撮像を容易にする。

0010

とりわけ、特定の実施形態では、本明細書に説明されるビーム整形手法は、使用されることになる100mW程度の(例えば、それを超えるか、またはそれにほぼ等しい)出力パワーを有する、多種多様高パワーレーザを可能にする。特に、特定の実施形態では、励起光の平行ビームではなく、集束ビームを利用するビーム整形手法が使用される。多くの高パワーレーザは、大きい出力エリアから非常に発散した励起光ビームを発し、したがって、平行化が困難である。この困難を克服することによって、本明細書に説明されるビーム整形手法は、断層撮像に使用され得る励起源(例えば、レーザ)の種類に関して向上した柔軟性を提供する。これは、いくつかの利点を提供する。

0011

例えば、高パワーレーザは、厚い物体(例えば、被験体、例えば、小型動物)の断層撮像に有利であり、これは、それらが厚い物体に位置する蛍光種を励起するために十分なパワーを物体内の深い場所に送達することを可能にするためである。これは、励起光ビームが物体を通って伝播する際に著しく減衰される、組織などの高い吸収性および/または散乱性(例えば、拡散性)の媒体を含む物体(例えば、被験体、例えば、小型動物)に特に関連する。

0012

さらに、簡単に平行化され得るレーザのみならず、多種多様な高パワーレーザが使用されることを可能にすることによって、本明細書に説明される手法は、撮像に使用され得る励起波長の範囲を大幅に拡大する。特定のレーザが発する波長は、任意に選択することができないが、代わりに、レーザキャビティの種類、使用される特定のゲイン媒体、および所与のポンピングスキームなどの、レーザの相互依存特性の範囲に対して複雑な様式で依存する。したがって、様々な種類のレーザが、限られた別個の波長の組で励起光を生成する。例えば、ファイバレーザは、特定の場合、適切な励起光の平行ビームを生成し得るが、ゲイン媒体として限られた元素の組(例えば、希土類元素)を利用し、したがって、近赤外線スペクトル領域内の限られた波長の組の発光に限られる。したがって、様々な種類の励起源に対応する能力は、様々な励起波長を介して励起可能である様々な蛍光プローブの撮像を劇的に容易にする。

0013

本明細書に説明される断層撮像システムおよび方法で使用され得る励起光の波長範囲の柔軟性はまた、マルチスペクトル撮像も容易にする。特定の実施形態では、マルチスペクトル撮像は、各々が別個の波長を有する複数の励起光ビームを用いて1つ以上の物体を照明することを伴う。特定の実施形態では、各励起光ビームは、したがって、励起し、1つ以上の物体内の別個の蛍光種からの蛍光発光を引き起こす。したがって、各励起波長で断層撮像を連続して実施することによって、1つ以上の被験体内の複数の蛍光種の各々の分布を表す断層画像が取得され得る。これは、例えば、複数のタイプの細胞および/またはタンパク質(例えば、異なる蛍光プローブでラベル付けされた各タイプ)のコロケーションを伴う研究が実施されることを可能にする。そのような研究は、様々な病気およびその治療メカニズムの理解に非常に関連する。

0014

特定の実施形態では、本明細書に説明される断層撮像手法は、単一システムに組み込まれ、堅牢かつ効率的な方式で切り替えられる複数の励起源を提供することによって、マルチスペクトル撮像をさらに容易にする。特に、特定の実施形態では、複数の励起源の各々は、そのそれぞれの励起光ビームが、対応するオフセット角度だけ他からオフセットされる、対応する光路に沿ってガルバノ光学スキャナの方に向けられるように位置合わせされる。これは、複数の励起源が固定位置に装着されることを可能にし、励起源を切り替えるために、とりわけ、低速かつ複雑であることに加えて、経時的におよび/または機械的振動の結果として定期的な使用を介して位置ずれし易い手法である、電動ステージを使用する必要性を回避する。迅速な切り替え、および迅速な走査を行う能力を組み合わせることで、高パワー励起源は、マルチスペクトル撮像の適用を大幅に容易にする。

0015

一態様では、本発明は、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の断層撮像のための広視野にわたる励起光の高速走査のためのシステムを対象とし、システムは、(a)励起光ビーム(例えば、1つ以上の被験体内の蛍光種の励起のための)を発するように動作可能な励起源であって、励起源が、励起源の出力(例えば、ファイバ結合源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、自由空間レーザのレーザ開口)から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って励起光ビームを向けるように位置合わせされている、励起源と、(b)ガルバノ光学スキャナであって、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上のガルバノミラーが回転すると、励起光ビームが走査領域にわたって走査される[例えば、走査領域内の複数の別個の励起場所の方に向けられる(例えば、一度に1つ)]ように、1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、物体平面の走査領域内の複数の場所(例えば、別個の励起場所)に励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の照明を提供する、ガルバノ光学スキャナと、(c)励起光による励起の結果として、1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、1つ以上の検出器[例えば、複数の別個の励起場所の各々の方に向けられた励起光ビームによる励起の結果として、例えば、別個の励起場所の各々に対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、1つ以上の検出器]と、(d)プロセッサと、(e)命令が記憶されているメモリと、を備え、命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、検出された蛍光に対応するデータ[例えば、走査領域にわたって複数の励起場所の各々の方に向けられた励起光による励起に続いて検出された蛍光発光信号(例えば、画像、例えば、2D画像)を含むデータ]を受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって)ことと、を行わせる。

0016

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上のガルバノミラーの1つ以上の最大回転角度に基づいて、所望されるサイズの走査領域を生成するために、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所(例えば、走査領域の中央の場所)までの最小長光路に沿って測定された特定の距離に位置付けられている。

0017

特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った走査領域の所望されるサイズが、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った走査領域の所望されるサイズが、100〜200mm(例えば、100〜150mm、例えば、約140mm)である。

0018

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離が、150〜250mm(例えば、約200mm)である。

0019

特定の実施形態では、励起源は、その出力から、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束する集束ビームとして、励起光ビームを発するように動作可能である[例えば、それにより、物体平面での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、励起源の出力での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]。

0020

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0021

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、走査領域内の励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された最小距離であり(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0022

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0023

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0024

特定の実施形態では、励起源は、その出力から、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)平行ビームとして、励起光ビームを発するように動作可能である。

0025

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0026

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、走査領域内の励起光の平行ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、励起源の出力(例えば、自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(1)が、励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿った距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定される)。

0027

特定の実施形態では、d0(1)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(1)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(1)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0028

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0029

特定の実施形態では、システムは、励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路内に位置付けられたビーム整形光学系を備え、ビーム整形光学系が、(A)集束光学系であって、集束光学系を通過した後に、励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束するように、集束光学系が位置合わせされている[例えば、それにより、物体平面での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、集束光学系での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]、集束光学系と、(B)平行光学系であって、平行光学系を通過した後に、励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)ように、平行光学系が位置合わせされている、平行光学系と、のうちの少なくとも一方である。

0030

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、集束光学系である。

0031

特定の実施形態では、集束光学系は、励起光ビームのスポットサイズが、走査領域内の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)励起源の出力(例えば、ビーム励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0032

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、ビームウエストでの励起光ビームのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離であり(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0033

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0034

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0035

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、平行光学系である。

0036

特定の実施形態では、平行光学系は、励起光ビームのスポットサイズが、走査領域内の物体平面の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)励起源の出力(例えば、励起光ビームが発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0037

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、走査領域内の励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり[例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長]、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、励起源の出力(例えば、励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(2)が、励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って測定された、平行光学系からガルバノ光学スキャナまでの距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定される)。

0038

特定の実施形態では、d0(2)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(2)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(2)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0039

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0040

特定の実施形態では、励起源のパワーが、100mW超、または100mWにほぼ等しい(例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、300mW超、または300mWにほぼ等しい)。

0041

特定の実施形態では、励起源が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザであり、励起光ビームが発せられる励起源の出力が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバの遠位端である。

0042

特定の実施形態では、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバのコア直径が、5μm〜400μmである(例えば、光ファイバは、5〜10μmのコア直径を有するシングルモード光ファイバであり、例えば、光ファイバは、50〜400μmのコア直径を有するマルチモード光ファイバである)。特定の実施形態では、光ファイバの開口数(NA)が、0.1〜0.3(例えば、0.1〜0.25、例えば、0.15〜0.25)である。

0043

特定の実施形態では、励起源が、自由空間レーザであり、励起光ビームが発せられる励起源の出力が、自由空間レーザのレーザ開口である。

0044

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、複数の画素を含む焦点面アレイFPA)検出器(例えば、CCDカメラ、例えば、CMOSカメラ)を含み、FPA検出器が、走査領域を撮像するように位置合わせされている(例えば、FPA検出器の視野が走査領域を含むように)。

0045

特定の実施形態では、1つ以上の検出器は、複数のファイバを含むファイバ束を含み、各ファイバが、走査領域内の異なる場所から発せられる光を収集するように位置合わせされ、対応する単一元素検出器(例えば、Si PD)まで収集した光をガイドする。

0046

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、透過照明幾何学的配置で蛍光種から発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、励起光ビームが、物体平面の第1の側部から物体平面の方に向けられ、1つ以上の検出器が、物体平面の反対側の第2の側部(例えば、第1の側部の反対側)から外向きの方向に発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である(例えば、1つ以上の検出器が、ガルバノ光学スキャナから物体平面の反対側にある)。

0047

特定の実施形態では、1つ以上の被験体が、小型動物(例えば、マウスラットハタネズミウサギハムスター、および同サイズの動物)である。

0048

特定の実施形態では、1つ以上の被験体のうちの少なくとも1つの被験体の厚さが、約1cmである。

0049

特定の実施形態では、システムは、複数の小型動物を固定するように動作可能な動物ホルダを含む(例えば、動物ホルダは、撮像中に小型動物を固定するように各マウントが動作可能な複数のマウントを含む)。

0050

特定の実施形態では、動物ホルダは、1つ以上の光学バッフルを含む[例えば、1つ以上のバッフルの各々が動物ホルダから外向きに、物体平面に対して実質的に直交する方向に順方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向)および/または逆方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向の反対)に突出する構造に対応し、各バッフルは、励起光および/または発せられた蛍光の波長を有する光を実質的に通さず、小型動物が動物ホルダによって固定されている2つの位置の間に位置する(例えば、クロストークを低減/排除するために)]。

0051

特定の実施形態では、断層撮像が、生体内で実施される。

0052

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらから反射された励起光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり[例えば、1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各々に対応する励起画像(例えば、2D画像)を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である]、命令は、プロセッサに、検出された励起光に対応するデータ[例えば、励起光が走査領域にわたる複数の別個の励起場所の各々に向かって向けられているときに、励起光の透過または1つ以上の被験体による励起光の反射に続いて検出される励起信号(例えば、励起画像(例えば、2D画像))を含むデータ]を受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、検出された励起光に対応するデータ、および検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって)ことと、を行わせる。

0053

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナが、走査領域内の複数の別個の励起場所に励起光ビームを向けることによって、走査領域にわたって励起光ビームを走査するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、各別個の励起場所に関して、別個の励起場所に向けられた励起光ビームの経路に位置付けられている1つ以上の被験体のうちの所与の被験体が、被験体の表面上の対応する照明場所で励起光ビームによって照明され、それにより、励起光ビームが、対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射し、被験体内で拡散し、それによって、所与の被験体内での蛍光種(例えば、1つ以上の蛍光種のうちの)の励起を提供し(例えば、対応する照明場所からの励起光の拡散の結果として、例えば、それによって、対応する照明場所で被験体上に入射する励起光が拡散する、被験体の表面下の対応する拡散容積内に位置する蛍光種の励起を提供する)、1つ以上の検出器が、各別個の励起場所に関して、別個の励起場所に向けられた励起光ビームの経路内に位置付けられている所与の被験体内の蛍光種によって発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、別個の励起場所に各々対応する、複数の蛍光発光画像の検出を提供し、命令は、コンピュータに、複数の蛍光発光画像を含む検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、複数の蛍光発光画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0054

特定の実施形態では、1つ以上の検出器は、各別個の励起場所に関して、励起光ビームが対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射したときに、所与の被験体を透過したか、またはそれによって反射された励起光を表す、対応する励起画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それにより、別個の励起場所に各々対応する複数の励起画像が検出され、命令は、コンピュータに、複数の励起画像を含む検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、複数の蛍光発光画像および複数の励起画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0055

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナが、走査領域内の複数の別個の励起場所に励起光ビームを向けることによって、走査領域にわたって励起光ビームを走査するように動作可能であり、別個の励起場所が、組として位置合わせされ、各組が、複数の別個の励起場所を含み、所与の組の各別個の励起場所が、1つ以上の被験体のうちの異なる被験体に対応し(例えば、各組が、1つ以上の被験体のうちの各被験体に対応する別個の励起場所を含む)、ガルバノ光学スキャナが、一度に1組、励起光ビームを走査し、次の組に進む前に、所与の組の中の各別個の励起場所に励起光ビームを向けるように動作可能であり(例えば、第2の組の中の各別個の励起場所に励起光ビームを向ける前に第1の組の中の各別個の励起場所に励起光ビームを向ける)、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上の検出器の露光窓に対応する時間内に、所与の組の全ての別個の励起場所を通って励起光ビームを走査するように動作可能であり、1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各組に関して、所与の組の中の各励起場所に向けられた励起光による1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種の励起の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である(例えば、それにより、各蛍光発光画像が、各被験体内の蛍光種によって、1つ以上の被験体の各々の中から発せられた、検出された蛍光を表す複数の被験体の蛍光発光画像である)。

0056

特定の実施形態では、検出された蛍光に対応するデータが、別個の励起場所の各組に関して、対応する蛍光発光画像を含み、命令は、プロセッサに、データ蛍光発光画像(各々が別個の励起場所の組に対応する)を使用して1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得させる(例えば、算出させる)(例えば、断層再構成を実施することによって)。

0057

特定の実施形態では、命令は、プロセッサに、1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0058

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各組に関して、所与の組の中の各励起場所に向けられた励起光ビームによる1つ以上の被験体の照明の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に検出された、1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらによって反射された励起光を表す、対応する励起画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり(例えば、それにより、各励起画像が、1つ以上の被験体の各々を透過したか、またはそれらによって反射された、検出された励起光を表す複数の被験体の励起画像である)、命令は、プロセッサに、別個の励起場所の各組に関して対応する励起画像を含む、検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、蛍光発光画像および励起画像を使用して、1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって、例えば、各々が別個の励起場所の組に対応する蛍光発光画像および励起画像を使用して)ことと、を行わせる。

0059

特定の実施形態では、命令は、プロセッサに、1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光発光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、別個の励起場所の組に対応する各励起画像に関して、被験体と関連付けられた励起画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体を透過したか、またはそれによって反射された、検出された励起光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する励起画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられ、かつ別個の励起場所の組に対応する、単一被験体励起画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を決定することであって、各単一被験体励起画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像および被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0060

別の態様では、本発明は、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の断層撮像のための広視野にわたる複数の励起源からの励起光の高速走査のためのシステムを対象とし、システムは、(a)複数の励起源であって、各励起源が、それぞれの励起光ビームを発するように動作可能であり(例えば、1つ以上の被験体内の蛍光種の励起のために)、第1の励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、第1の励起源の出力から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って向けるように位置合わせされており、第1の励起源以外の各励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、その出力からガルバノ光学スキャナまでのそれぞれの光路に沿って、第1の光路に対して対応するオフセット角度で向けるように位置合わせされている、複数の励起源と、(b)ガルバノ光学スキャナであって、ガルバノ光学スキャナが、各励起源に関して、1つ以上のガルバノミラーが回転すると、励起源によって発せられたそれぞれの励起光ビームがそれぞれの走査領域にわたって走査される(例えば、それぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所の方に向けられる)(例えば、各それぞれの走査領域が、複数の励起源のうちの励起源と関連付けられている)ように、1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、物体平面のそれぞれの走査領域内のそれぞれの複数の場所(例えば、別個の励起場所)に、励起源によって発せられたそれぞれの励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の照明を提供する、ガルバノ光学スキャナと、(c)複数の励起源のうちの少なくとも1つからの励起光による励起の結果として[例えば、励起源のそれぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所の各々の方に向けられた少なくとも1つの励起源から発せられた励起光による励起の結果として、例えば、1つ以上の検出器は、別個の励起場所の各々に対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である]、1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である、1つ以上の検出器と、(d)プロセッサと、(e)命令が記憶されているメモリと、を備え、命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、検出された蛍光に対応するデータ(例えば、少なくとも1つの励起源のそれぞれの走査領域にわたって複数の励起場所の各々の方に向けられた励起光による励起に続いて検出された蛍光発光信号(例えば、画像、例えば、2D画像)を含むデータ)を受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって)ことと、を行わせる。

0061

特定の実施形態では、各励起源が、1つ以上の被験体内の対応する蛍光種の励起(吸収)帯域内の別個の励起波長を有する励起光を発する(各別個の励起波長は、400nm〜1300nmの範囲内の波長である)。

0062

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、複数の励起源のうちの2つ以上の励起源の各々からの励起光による励起の結果として、1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である[例えば、2つ以上の励起源の各々に関して、1つ以上の検出器が、励起源から発せられた励起光による励起の結果として、1つ以上の蛍光種のうちの関連付けられた蛍光種によって発せられた蛍光(例えば、関連付けられた蛍光種は、励起源からの励起光による励起に応答して蛍光を発する)を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である]。

0063

特定の実施形態では、検出された蛍光に対応するデータが、複数の励起源のうちの2つ以上の励起源の各々に関して、励起源のそれぞれの走査領域にわたって複数の励起場所の各々に向けられた励起光による励起に続いて検出された、一組の関連付けられた蛍光発光信号(例えば、画像、例えば、2D画像)を含み、命令は、プロセッサに、2つ以上の励起源の各々に関して、関連付けられた蛍光発光信号を使用して1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像のそれぞれの組を取得させ(例えば、算出させ)(例えば、断層再構成を実施することによって)、それによって、2つ以上の励起源の各々に関する一組の1つ以上の断層画像を取得させる。

0064

特定の実施形態では、励起源の各々のそれぞれの走査領域の各々の少なくとも一部分が、互いに重なり合って、共有走査領域を生成する。

0065

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上のガルバノミラーの1つ以上の最大回転角度に基づいて、所望されるサイズの共有走査領域を生成するために、ガルバノメータから共有走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された特定の距離に位置付けられている。

0066

特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った共有走査領域の所望されるサイズが、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った共有走査領域の所望されるサイズが、100〜200mm(例えば、100〜150mm、例えば、約140mm)である。

0067

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナから共有走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離が、150〜250mm(例えば、約200mm)である。

0068

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源は、その出力からそのそれぞれの励起光ビームを、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束する集束ビームとして発するように動作可能である、集束励起源である[例えば、それにより、物体平面での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、励起源の出力での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]。

0069

特定の実施形態では、集束励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0070

特定の実施形態では、集束励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、集束励起源のそれぞれの走査領域内の励起光の集束ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光の集束ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された最小距離であり(例えば、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0071

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0072

特定の実施形態では、集束励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0073

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源は、その出力からそのそれぞれの励起光ビームを、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)平行ビームとして発するように動作可能である、平行励起源である。

0074

特定の実施形態では、平行励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0075

特定の実施形態では、平行励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、平行励起源のそれぞれの走査領域内の励起光の平行ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、励起源の出力(例えば、自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(1)が、平行励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿った距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから平行励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから平行励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定される)。

0076

特定の実施形態では、d0(1)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(1)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(1)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0077

特定の実施形態では、平行励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0078

特定の実施形態では、システムは、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、励起源と関連付けられ、かつ関連付けられた励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでのそれぞれの光路内に位置付けられたビーム整形光学系を備え、ビーム整形光学系が、(A)集束光学系であって、集束光学系を通過した後に、関連付けられた励起源の出力から発せられた、関連付けられた励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束するように、集束光学系が位置合わせされている[例えば、それにより、物体平面での関連付けられた励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、集束光学系での関連付けられた励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]、集束光学系と、(B)平行光学系であって、平行光学系を通過した後に、関連付けられた励起源の出力から発せられた、関連付けられた励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)ように、平行光学系が位置合わせされている、平行光学系と、のうちの少なくとも一方である。

0079

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、集束光学系である。

0080

特定の実施形態では、集束光学系は、関連付けられた励起光ビームのスポットサイズが、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)関連付けられた励起源の出力(例えば、関連付けられたビーム励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、関連付けられた励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0081

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、関連付けられた励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、ビームウエスト場所での関連付けられた励起光ビームのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離であり(例えば、最小距離d1は、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、d2は、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0082

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0083

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0084

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、平行光学系である。

0085

特定の実施形態では、平行光学系は、関連付けられた励起光ビームのスポットサイズが、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の物体平面の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)関連付けられた励起源の出力(例えば、励起光ビームが発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0086

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の関連付けられた励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり[例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長]、wbwが、関連付けられた励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、関連付けられた励起源の出力(例えば、励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、それぞれの励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(2)が、関連付けられた励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って測定された、平行光学系からガルバノ光学スキャナまでの距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、d2は、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定される)。

0087

特定の実施形態では、d0(2)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(2)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(2)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0088

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0089

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源のパワーが、100mW超、または100mWにほぼ等しい(例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、300mW超、または300mWにほぼ等しい)。

0090

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザであり、励起光ビームが発せられる少なくとも1つの励起源の出力が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバの遠位端である。

0091

特定の実施形態では、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバのコア直径が、5μm〜400μmである(例えば、光ファイバは、5〜10μmのコア直径を有するシングルモード光ファイバであり、例えば、光ファイバは、50〜400μmのコア直径を有するマルチモード光ファイバである)。特定の実施形態では、光ファイバの開口数(NA)が、0.1〜0.3(例えば、0.1〜0.25、例えば、0.15〜0.25)である。

0092

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源が、自由空間レーザであり、励起光ビームが発せられる少なくとも1つの励起源の出力が、自由空間レーザのレーザ開口である。

0093

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、複数の画素を含む焦点面アレイ(FPA)検出器(例えば、CCDカメラ、例えば、CMOSカメラ)を含み、FPA検出器が、励起源の各々の各それぞれの走査領域の少なくとも一部分を撮像するように位置合わせされている(例えば、FPA検出器の視野が各それぞれの走査領域の少なくとも一部分を含むように)。

0094

特定の実施形態では、1つ以上の検出器は、複数のファイバを含むファイバ束を含み、各ファイバが、走査領域内の異なる場所から発せられる光を収集するように位置合わせされ、対応する単一元素検出器(例えば、Si PD)まで収集した光をガイドする。

0095

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、透過照明の幾何学的配置で蛍光種から発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、各それぞれの励起光ビームが、物体平面の第1の側部から物体平面の方に向けられ、1つ以上の検出器が、物体平面の反対側の第2の側部(例えば、第1の側部の反対側)から外向きの方向に発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である(例えば、位置合わせされている)(例えば、1つ以上の検出器が、ガルバノ光学スキャナから物体平面の反対側にある)。

0096

特定の実施形態では、1つ以上の被験体が、小型動物(例えば、マウス、ラット、ハタネズミ、ウサギ、ハムスター、および同サイズの動物)である。

0097

特定の実施形態では、1つ以上の被験体のうちの少なくとも1つの被験体の厚さが、約1cmである。

0098

特定の実施形態では、システムは、複数の小型動物を固定するように動作可能な動物ホルダを含む(例えば、動物ホルダは、撮像中に小型動物を固定するように各マウントが動作可能な複数のマウントを含む)。

0099

特定の実施形態では、動物ホルダは、1つ以上の光学バッフルを含む[例えば、1つ以上のバッフルの各々が動物ホルダから外向きに、物体平面に対して実質的に直交する方向に順方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向)および/または逆方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向の反対)に突出する構造に対応し、各バッフルは、励起光および/または発せられた蛍光の波長を有する光を実質的に通さず、小型動物が動物ホルダによって固定されている2つの位置の間に位置する(例えば、クロストークを低減/排除するために)]。

0100

特定の実施形態では、断層撮像が、生体内で実施される。

0101

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、1つ以上の被験体を透過するか、またはそれらから反射される、少なくとも1つの励起源によって発せられた励起光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり[例えば、1つ以上の検出器が、少なくとも1つの励起源のそれぞれの走査領域内の別個の励起場所の各々に対応する励起画像(例えば、2D画像)を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である]、命令は、プロセッサに、検出された励起光に対応するデータ[例えば、励起光が、少なくとも1つの励起源のそれぞれの走査領域にわたる複数の別個の励起場所の各々に向かって向けられているときに、励起光の透過または1つ以上の被験体による励起光の反射に続いて検出される励起信号(例えば、励起画像(例えば、2D画像))を含むデータ]を受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、検出された励起光に対応するデータ、および検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって)ことと、を行わせる。

0102

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、ガルバノ光学スキャナが、それぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向けることによって、励起源のそれぞれの走査領域にわたって励起源によって発せられたそれぞれの励起光ビームを走査するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、各別個の励起場所に関して、別個の励起場所に向けられたそれぞれの励起光ビームの経路に位置付けられている1つ以上の被験体のうちの所与の被験体が、被験体の表面上の対応する照明場所でそれぞれの励起光ビームによって照明され、それにより、それぞれの励起光ビームが、対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射し、被験体内で拡散し、それによって、所与の被験体内での蛍光種(例えば、1つ以上の蛍光種のうちの)の励起を提供し(例えば、対応する照明場所からの励起光の拡散の結果として、例えば、それによって、対応する照明場所で被験体上に入射する励起光が拡散する、被験体の表面下の対応する拡散容積内に位置する蛍光種の励起を提供する)、1つ以上の検出器が、各別個の励起場所に関して、別個の励起場所に向けられたそれぞれの励起光ビームの経路内に位置付けられている所与の被験体内の蛍光種によって発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、励起源のそれぞれの走査領域内の別個の励起場所に各々対応する、複数の蛍光発光画像の検出を提供し、命令は、コンピュータに、励起源に関して検出された複数の蛍光発光画像を含む検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、励起源に関して検出された複数の蛍光発光画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0103

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、1つ以上の検出器は、励起源のそれぞれの走査領域内の各別個の励起場所に関して、それぞれの励起光ビームが対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射したときに、所与の被験体を透過するか、またはそれによって反射される、励起源によって発せられた励起光を表す、対応する励起画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、励起源のそれぞれの走査領域内の別個の励起場所に各々対応する複数の励起画像の検出を提供し、命令は、コンピュータに、励起源に関して検出された複数の励起画像を含む検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、励起源に関して検出された複数の蛍光発光画像、および励起源に関して検出された複数の励起画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0104

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して(例えば、複数の励起源のうちの各励起源に関して)、ガルバノ光学スキャナが、励起源のそれぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向けることによって、それぞれの走査領域にわたってそれぞれの励起光ビームを走査するように動作可能であり、別個の励起場所が、組として位置合わせされ、各組が、複数の別個の励起場所を含み、所与の組の各別個の励起場所が、1つ以上の被験体のうちの異なる被験体に対応し(例えば、各組が、1つ以上の被験体のうちの各被験体に対応する別個の励起場所を含む)、ガルバノ光学スキャナが、一度に1組、それぞれの励起光ビームを走査し、次の組に進む前に、所与の組の中の各別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向けるように動作可能であり(例えば、第2の組の中の各別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向ける前に第1の組の中の各別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向ける)、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上の検出器の露光窓に対応する時間内に、所与の組の全ての別個の励起場所を通ってそれぞれの励起光ビームを走査するように動作可能であり、1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各組に関して、励起源によって発せられ、かつ所与の組の中の各励起場所に向けられた励起光による1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種の励起の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である(例えば、それにより、各蛍光発光画像が、各被験体内の蛍光種によって、1つ以上の被験体の各々の中から発せられた、検出された蛍光を表す複数の被験体の蛍光発光画像である)。

0105

特定の実施形態では、検出された蛍光に対応するデータが、別個の励起場所の各組に関して、対応する蛍光発光画像を含み、命令は、プロセッサに、蛍光発光画像(各々が別個の励起場所の組に対応する)を使用して1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得させる(例えば、算出させる)(例えば、断層再構成を実施することによって)。

0106

特定の実施形態では、命令は、プロセッサに、1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0107

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各組に関して、所与の組の中の各励起場所に向けられたそれぞれの励起光ビームによる1つ以上の被験体の照明の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に検出された、1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらによって反射された対応する励起画像励起光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり(例えば、それにより、各励起画像が、1つ以上の被験体の各々を透過したか、またはそれらによって反射された、検出された励起光を表す複数の被験体の励起画像である)、命令は、プロセッサに、別個の励起場所の各組に関して対応する励起画像を含む、検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、蛍光発光画像および励起画像を使用して、1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって、例えば、各々が別個の励起場所の組に対応する蛍光発光画像および励起画像を使用して)ことと、を行わせる。

0108

特定の実施形態では、命令は、プロセッサに、1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光発光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、別個の励起場所の組に対応する各励起画像に関して、被験体と関連付けられた励起画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体を透過したか、またはそれによって反射された、検出された励起光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する励起画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられ、かつ別個の励起場所の組に対応する、単一被験体励起画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を決定することであって、各単一被験体励起画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像および被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を行わせる。

0109

別の態様では、本発明は、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の断層撮像のための広視野にわたる励起光の高速走査のための方法を対象とし、方法は、(a)励起源からの励起光ビームを用いて1つ以上の被験体を照明することであって、励起源が、励起源の出力から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って励起光ビームを向けるように位置合わせされており、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上のガルバノミラーが回転すると、励起光ビームが走査領域にわたって走査される(例えば、複数の別個の励起場所の方に向けられる)ように、1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、物体平面の走査領域内の複数の場所(例えば、複数の別個の励起場所)に励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の照明を提供する、照明することと、(b)1つ以上の検出器を用いて、励起光による励起の結果として、1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出することと[例えば、複数の別個の励起場所の各々の方に向けられた励起光による励起の結果として、例えば、1つ以上の検出器が、別個の励起場所の各々に対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出するように構成されている]、(c)コンピューティングデバイスのプロセッサによって、検出された蛍光に対応するデータ(例えば、走査領域内の複数の励起場所の各々の方に向けられた励起光による励起に続いて検出された蛍光発光信号(例えば、画像、例えば、2D画像)を含むデータ)を受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、(d)プロセッサによって、検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって)ことと、を含む。

0110

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上のガルバノミラーの1つ以上の最大回転角度に基づいて、所望されるサイズの走査領域を生成するために、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所(例えば、走査領域の中央の場所)までの最小長光路に沿って測定された特定の距離に位置付けられている。

0111

特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った走査領域の所望されるサイズが、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。

0112

特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った走査領域の所望されるサイズが、100〜200mm(例えば、100〜150mm、例えば、約140mm)である。

0113

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離が、150〜250mm(例えば、約200mm)である。

0114

特定の実施形態では、励起源は、その出力から、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束する集束ビームとして、励起光ビームを発するように動作可能である[例えば、それにより、物体平面での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、励起源の出力での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]。

0115

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0116

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、走査領域内の励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された最小距離であり(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0117

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0118

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0119

特定の実施形態では、励起源は、その出力から、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)平行ビームとして、励起光ビームを発するように動作可能である。

0120

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0121

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、走査領域内の励起光の平行ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、励起源の出力(例えば、自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(1)が、励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿った距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定される)。

0122

特定の実施形態では、d0(1)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(1)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(1)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0123

特定の実施形態では、励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0124

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路内に位置付けられており、ビーム整形光学系が、(A)集束光学系であって、集束光学系を通過した後に、励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束するように、集束光学系が位置合わせされている[例えば、それにより、物体平面での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、集束光学系での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]、集束光学系と、(B)平行光学系であって、平行光学系を通過した後に、励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)ように、平行光学系が位置合わせされている、平行光学系と、のうちの少なくとも一方である。

0125

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、集束光学系である。

0126

特定の実施形態では、集束光学系は、励起光ビームのスポットサイズが、走査領域内の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)励起源の出力(例えば、ビーム励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0127

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、ビームウエストでの励起光ビームのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離であり(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0128

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0129

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0130

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、平行光学系である。

0131

特定の実施形態では、平行光学系は、励起光ビームのスポットサイズが、走査領域内の物体平面の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)励起源の出力(例えば、励起光ビームが発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0132

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、走査領域内の励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり[例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長]、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、励起源の出力(例えば、励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(2)が、励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って測定された、平行光学系からガルバノ光学スキャナまでの距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから走査領域までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから走査領域の角の場所まで測定される)。

0133

特定の実施形態では、d0(2)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(2)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(2)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0134

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の励起光ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0135

特定の実施形態では、励起源のパワーが、100mW超、または100mWにほぼ等しい(例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、300mW超、または300mWにほぼ等しい)。

0136

特定の実施形態では、励起源が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザであり、励起光ビームが発せられる励起源の出力が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバの遠位端である。

0137

特定の実施形態では、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバのコア直径が、5μm〜400μmである(例えば、光ファイバは、5〜10μmのコア直径を有するシングルモード光ファイバであり、例えば、光ファイバは、50〜400μmのコア直径を有するマルチモード光ファイバである)。特定の実施形態では、光ファイバの開口数(NA)が、0.1〜0.3(例えば、0.1〜0.25、例えば、0.15〜0.25)である。

0138

特定の実施形態では、励起源が、自由空間レーザであり、励起光ビームが発せられる励起源の出力が、自由空間レーザのレーザ開口である。

0139

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、複数の画素を含む焦点面アレイ(FPA)検出器(例えば、CCDカメラ、例えば、CMOSカメラ)を含み、FPA検出器が、走査領域を撮像するように位置合わせされている(例えば、FPA検出器の視野が走査領域を含むように)。

0140

特定の実施形態では、1つ以上の検出器は、複数のファイバを含むファイバ束を含み、各ファイバが、走査領域内の異なる場所から発せられる光を収集するように位置合わせされ、対応する単一元素検出器(例えば、Si PD)まで収集した光をガイドする。

0141

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、透過照明の幾何学的配置で蛍光種から発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、励起光ビームが、物体平面の第1の側部から物体平面の方に向けられ、1つ以上の検出器が、物体平面の反対側の第2の側部(例えば、第1の側部の反対側)から外向きの方向に発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である(例えば、1つ以上の検出器が、ガルバノ光学スキャナから物体平面の反対側にある)。

0142

特定の実施形態では、1つ以上の被験体が、小型動物(例えば、マウス、ラット、ハタネズミ、ウサギ、ハムスター、および同サイズの動物)である。

0143

特定の実施形態では、1つ以上の被験体のうちの少なくとも1つの被験体の厚さが、約1cmである。

0144

特定の実施形態では、1つ以上の被験体は、複数の小型動物を固定するように動作可能な動物ホルダを使用して物体平面にわたって位置付けられている(例えば、動物ホルダは、撮像中に小型動物を固定するように各マウントが動作可能な複数のマウントを含む)。

0145

特定の実施形態では、動物ホルダは、1つ以上の光学バッフルを含む[例えば、1つ以上のバッフルの各々が動物ホルダから外向きに、物体平面に対して実質的に直交する方向に順方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向)および/または逆方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向の反対)に突出する構造に対応し、各バッフルは、励起光および/または発せられた蛍光の波長を有する光を実質的に通さず、小型動物が動物ホルダによって固定されている2つの位置の間に位置する(例えば、クロストークを低減/排除するために)]。

0146

特定の実施形態では、断層撮像が、生体内で実施される。

0147

特定の実施形態では、方法は、1つ以上の検出器を用いて、1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらから反射された励起光を検出すること[例えば、別個の励起場所の各々に対応する励起画像(例えば、2D画像)を検出すること]と、プロセッサによって、検出された励起光に対応するデータ[例えば、励起光が走査領域にわたる複数の別個の励起場所の各々に向かって向けられているときに、励起光の透過または1つ以上の被験体による励起光の反射に続いて検出される励起信号(例えば、励起画像(例えば、2D画像))を含むデータ]を受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと、プロセッサによって、検出された励起光に対応するデータ、および検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得すること(例えば、算出すること)(例えば、断層再構成を実施することによって)と、を含む。

0148

特定の実施形態では、ステップ(a)は、ガルバノ光学スキャナを使用して、走査領域内の複数の別個の励起場所に励起光ビームを向けることであって、各別個の励起場所に関して、別個の励起場所に向けられた励起光ビームの経路に位置付けられている1つ以上の被験体のうちの所与の被験体が、被験体の表面上の対応する照明場所で励起光ビームによって照明され、それにより、励起光ビームが、対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射し、被験体内で拡散し、それによって、所与の被験体内の蛍光種(例えば、1つ以上の蛍光種のうちの)を励起すること(例えば、対応する照明場所からの励起光の拡散の結果として、例えば、それによって、対応する照明場所で被験体上に入射する励起光が拡散する、被験体の表面下の対応する拡散容積内に位置する蛍光種を励起すること)を含み、ステップ(b)は、各別個の励起場所に関して、所与の被験体内の蛍光種の励起の結果として、別個の励起場所の方に向けられた励起光ビームの経路内に位置付けられた所与の被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出し、それによって、別個の励起場所に各々対応する、複数の蛍光発光画像を検出することを含み、ステップ(c)は、複数の蛍光発光画像を含む検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることを含み、ステップ(d)は、複数の蛍光発光画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む。

0149

特定の実施形態では、ステップ(b)は、各別個の励起場所に関して、1つ以上の検出器を用いて、励起光ビームが対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射するときに、別個の励起場所の方に向けられた励起光ビームの経路内に位置付けられた所与の被験体を通過したか、またはそれによって反射された励起光を表す対応する励起画像を検出し、それによって、別個の励起場所に各々対応する複数の励起画像を検出することを含み、ステップ(c)は、複数の励起画像を含む検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることを含み、ステップ(d)は、複数の蛍光発光画像および複数の励起画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む。

0150

特定の実施形態では、ステップ(a)は、ガルバノ光学スキャナを使用して、走査領域内の複数の別個の励起場所に励起光ビームを向けることを含み、別個の励起場所が、組として位置合わせされ、各組が、複数の別個の励起場所を含み、所与の組の各別個の励起場所が、1つ以上の被験体のうちの異なる被験体に対応し(例えば、各組が、1つ以上の被験体のうちの各被験体に対応する別個の励起場所を含む)、ガルバノ光学スキャナが、一度に1組、励起光ビームを走査し、次の組に進む前に、所与の組の中の各別個の励起場所に励起光ビームを向けるように動作可能であり(例えば、第2の組の中の各別個の励起場所に励起光ビームを向ける前に第1の組の中の各別個の励起場所に励起光ビームを向ける)、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上の検出器の露光窓に対応する時間内に、所与の組の全ての別個の励起場所を通って励起光ビームを走査するように動作可能であり、ステップ(b)は、別個の励起場所の各組に関して、蛍光発光画像を検出することを含み、各蛍光発光画像が、所与の組の中の各励起場所に向けられた励起光による1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種の励起の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に発せられた、検出された蛍光を表す(例えば、それにより、各蛍光発光画像が、各被験体内の蛍光種によって、1つ以上の被験体の各々の中から発せられた、検出された蛍光を表す複数の被験体の蛍光発光画像である)。

0151

特定の実施形態では、検出された蛍光に対応するデータが、別個の励起場所の各組に関して、対応する蛍光発光画像を含み、ステップ(d)は、蛍光発光画像を使用して1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む(例えば、断層再構成を実施することによって、例えば、各々が別個の励起場所の組に対応する蛍光発光画像を使用して)。

0152

特定の実施形態では、ステップ(d)は、1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の各組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を含む。

0153

特定の実施形態では、ステップ(b)は、別個の励起場所の各組に関して、対応する励起画像を検出することを含み、各励起画像が、所与の組の中の各励起場所に向けられた励起光ビームによる1つ以上の被験体の照明の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらによって反射された、検出された励起光を表し(例えば、それにより、各励起画像が、1つ以上の被験体の各々を透過したか、またはそれらによって反射された、検出された励起光を表す複数の被験体の励起画像である)、ステップ(c)は、別個の励起場所の各組に関して対応する励起画像を含む、検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることを含み、ステップ(d)は、蛍光発光画像および励起画像を使用して、1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む(例えば、断層再構成を実施することによって、例えば、各々が別個の励起場所の組に対応する蛍光発光画像および励起画像を使用して)。

0154

特定の実施形態では、ステップ(d)は、別個の励起場所の各組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光発光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、別個の励起場所の各組に対応する各励起画像に関して、被験体と関連付けられた励起画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体を透過したか、またはそれによって反射された、検出された励起光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する励起画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられ、かつ別個の励起場所の組に対応する、単一被験体励起画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を決定することであって、各単一被験体励起画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像および被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を含む。

0155

別の態様では、本発明は、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の断層撮像のための広視野にわたる複数の励起源からの励起光の高速走査のための方法を対象とし、方法は、(a)複数の励起源のそれぞれ1つから発せられる少なくとも1つの励起光ビームを用いて1つ以上の被験体を照明することであって、(i)第1の励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、第1の励起源から、1つ以上の回転ガルバノミラーを含むガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って向けるように位置合わせされており、(ii)第1の励起源以外の各励起源が、そのそれぞれの励起光ビームを、ガルバノ光学スキャナに向かうそれぞれの光路に沿って、第1の励起源からガルバノ光学スキャナまでの第1の光路に対して対応するオフセット角度で向けるように位置合わせされており、(iii)ガルバノ光学スキャナが、各励起源に関して、1つ以上のガルバノミラーが回転すると、励起源によって発せられたそれぞれの励起光ビームがそれぞれの走査領域にわたって走査される(例えば、それぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所の方に向けられる)(例えば、各それぞれの走査領域が、複数の励起源のうちの励起源と関連付けられている)ように、1つ以上の回転ガルバノミラーによる反射を介して、物体平面のそれぞれの走査領域内のそれぞれの複数の場所に、励起源によって発せられたそれぞれの励起光ビームを向けるように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、それによって、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体の照明を提供する、照明することと[例えば、被験体の後ろの所与の別個の励起場所の方に向けられた励起光の経路内の走査領域に近接して(例えば、その正面に、例えば、そこに)位置付けられた所与の被験体は、被験体の後ろの所与の別個の励起場所の方に向けられた励起光が関連付けられた照明場所で被験体の表面上に衝突し、それによって、関連付けられた照明場所からの励起光の拡散と関連付けられた(例えば、それによって画定された)被験体の表面下の容積内に位置する蛍光種の励起を提供するように、励起光によって照明される]、(b)1つ以上の検出器を用いて、複数の励起源のうちの少なくとも1つからの励起光による励起の結果として、1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出することと[例えば、励起源のそれぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所の各々で少なくとも1つの励起源から発せられた励起光による励起の結果として、例えば、1つ以上の検出器は、別個の励起場所の各々に対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出するように構成されている]、(c)コンピューティングデバイスのプロセッサによって、検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることと(例えば、データは、少なくとも1つの励起源のそれぞれの走査領域にわたる複数の励起場所の少なくとも一部分の各々での励起に続いて検出された蛍光発光画像(例えば、画像、例えば、2D画像)を含む)、(d)プロセッサによって、検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって)ことと、を含む。

0156

特定の実施形態では、各励起源が、1つ以上の被験体内の対応する蛍光種の励起(吸収)帯域内の別個の励起波長を有する励起光を発する(各別個の励起波長は、400nm〜1300nmの範囲内の波長である)。

0157

特定の実施形態では、ステップ(b)は、複数の励起源のうちの2つ以上の励起源の各々からの励起光による励起の結果として、1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種から発せられる蛍光を検出することを含む[例えば、励起源から発せられた励起光による励起の結果として、1つ以上の蛍光種のうちの関連付けられた蛍光種によって発せられた2つ以上の蛍光の各々に関して(例えば、関連付けられた蛍光種は、関連付けられた励起源からの励起光による励起に応答して蛍光を発する)]。

0158

特定の実施形態では、検出された蛍光に対応するデータが、複数の励起源のうちの2つ以上の励起源の各々に関して、励起源のそれぞれの走査領域にわたって複数の励起場所の各々に向けられた励起光による励起に続いて検出された、一組の関連付けられた蛍光発光信号(例えば、画像、例えば、2D画像)を含み、ステップ(c)は、2つ以上の励起源の各々に関して、関連付けられた蛍光発光信号を使用して1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像のそれぞれの組を取得し(例えば、算出させ)(例えば、断層再構成を実施することによって)、それによって、2つ以上の励起源の各々に関する一組の1つ以上の断層画像を取得することを含む。

0159

特定の実施形態では、励起源の各々のそれぞれの走査領域の各々の少なくとも一部分が、互いに重なり合って、共有走査領域を生成する。

0160

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上のガルバノミラーの1つ以上の最大回転角度に基づいて、所望されるサイズの共有走査領域を生成するために、ガルバノメータから共有走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された特定の距離に位置付けられている。

0161

特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った共有走査領域の所望されるサイズが、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、第1の寸法および/または第2の寸法に沿った共有走査領域の所望されるサイズが、100〜200mm(例えば、100〜150mm、例えば、約140mm)である。

0162

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナから共有走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離が、150〜250mm(例えば、約200mm)である。

0163

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源は、その出力からそのそれぞれの励起光ビームを、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束する集束ビームとして発するように動作可能である、集束励起源である[例えば、それにより、物体平面での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、励起源の出力での励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]。

0164

特定の実施形態では、集束励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0165

特定の実施形態では、集束励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、集束励起源のそれぞれの走査領域内の励起光の集束ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光の集束ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最小長光路に沿って測定された最小距離であり(例えば、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから集束励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0166

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0167

特定の実施形態では、集束励起源の出力から発せられた励起光の集束ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0168

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源は、その出力からそのそれぞれの励起光ビームを、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)平行ビームとして発するように動作可能である、平行励起源である。

0169

特定の実施形態では、平行励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、走査領域内の全場所で1mm未満、または1mmにほぼ等しいスポットサイズを有する。

0170

特定の実施形態では、平行励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームが、



であるような半角発散φを有し、式中、wmaxが、平行励起源のそれぞれの走査領域内の励起光の平行ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、励起源の出力(例えば、自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(1)が、平行励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿った距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから平行励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、ガルバノ光学スキャナから平行励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定される)。

0171

特定の実施形態では、d0(1)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(1)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(1)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0172

特定の実施形態では、平行励起源の出力から発せられた励起光の平行ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0173

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、励起源と関連付けられたビーム整形光学系は、関連付けられた励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでのそれぞれの光路内に位置付けられ、ビーム整形光学系が、(A)集束光学系であって、集束光学系を通過した後に、関連付けられた励起源の出力から発せられた、関連付けられた励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて収束するように、集束光学系が位置合わせされている[例えば、それにより、物体平面での関連付けられた励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)が、集束光学系での関連付けられた励起光ビームのスポットサイズ(例えば、直径)よりも小さくなる]、集束光学系と、(B)平行光学系であって、平行光学系を通過した後に、関連付けられた励起源の出力から発せられた、関連付けられた励起光ビームが、(i)ガルバノ光学スキャナに向かって、かつ(ii)ガルバノ光学スキャナから物体平面に移動するにつれて発散する(例えば、徐々に発散する)ように、平行光学系が位置合わせされている、平行光学系と、のうちの少なくとも一方である。

0174

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、集束光学系である。

0175

特定の実施形態では、集束光学系は、関連付けられた励起光ビームのスポットサイズが、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)関連付けられた励起源の出力(例えば、関連付けられたビーム励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、関連付けられた励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0176

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、関連付けられた励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり(例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長)、wbwが、ビームウエスト場所での関連付けられた励起光ビームのスポットサイズであり、d1が、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最小長光路に沿った最小距離であり(例えば、最小距離d1は、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域の中央の場所まで測定される)、d2が、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の場所までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、d2は、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定され、例えば、d2は、d1よりも大きい)。

0177

特定の実施形態では、d1が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)である。特定の実施形態では、d1が、300mm未満(例えば、250mm未満)である。特定の実施形態では、d1が、100mm〜500mm(例えば、150〜250mm、例えば、200〜250mm、例えば、220〜250mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm、例えば、少なくとも200mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、500mm未満(例えば、250mm未満)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm、例えば、220〜250mm)であり、d1よりも大きい。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0178

特定の実施形態では、集束光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散が、25mrad以下(例えば、20mrad以下、例えば、15mrad以下)である。

0179

特定の実施形態では、ビーム整形光学系が、平行光学系である。

0180

特定の実施形態では、平行光学系は、関連付けられた励起光ビームのスポットサイズが、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の物体平面の全場所で直径1mm未満、または1mmにほぼ等しいように、位置付けられている[例えば、(i)ガルバノ光学スキャナ、および(ii)関連付けられた励起源の出力(例えば、励起光ビームが発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)に対して]。

0181

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散φが、



となるようなものであり、式中、wmaxが、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域内の関連付けられた励起光ビームの所望されるスポットサイズの上限であり[例えば、約1mm、例えば、撮像される被験体の拡散媒体(例えば、組織)内の励起光の散乱長]、wbwが、関連付けられた励起光ビームのそのビームウエスト場所でのスポットサイズであり[例えば、ビームウエスト場所は、関連付けられた励起源の出力(例えば、励起光が発せられるファイバ結合励起源またはファイバレーザのファイバの遠位端、例えば、それぞれの励起光ビームが発せられる自由空間レーザのレーザ開口)にある]、d0(2)が、関連付けられた励起源の出力からガルバノ光学スキャナまでの光路に沿って測定された、平行光学系からガルバノ光学スキャナまでの距離であり、d2が、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域までの最大長光路に沿った最大距離である(例えば、d2は、ガルバノ光学スキャナから、関連付けられた励起源のそれぞれの走査領域の角の場所まで測定される)。

0182

特定の実施形態では、d0(2)が、少なくとも50mm(例えば、少なくとも100mm)である。特定の実施形態では、d0(2)が、250mm以下(例えば、200mm以下)である。特定の実施形態では、d0(2)が、50mm〜200mm(例えば、50〜180mm)である。特定の実施形態では、d2が、少なくとも100mm(例えば、少なくとも150mm)である。特定の実施形態では、d2が、500mm以下(例えば、250mm以下)である。特定の実施形態では、d2が、50〜500mm(例えば、100〜250mm、例えば、150〜250mm)である。特定の実施形態では、wmaxが、2mm以下(例えば、1.5mm以下、例えば、1mm以下)である。特定の実施形態では、wmaxが、約1mmである。特定の実施形態では、wmaxが、約0.5mmである。

0183

特定の実施形態では、平行光学系を通過した後の関連付けられた励起光ビームの半角発散が、5mrad以下(例えば、2mrad以下、例えば、1.5mrad以下、例えば、1.25mrad以下)である。

0184

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源のパワーが、100mW超、または100mWにほぼ等しい(例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、200mW超、または200mWにほぼ等しい、例えば、300mW超、または300mWにほぼ等しい)。

0185

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザであり、励起光ビームが発せられる少なくとも1つの励起源の出力が、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバの遠位端である。

0186

特定の実施形態では、ファイバ結合レーザまたはファイバレーザの光ファイバのコア直径が、5μm〜400μmである(例えば、光ファイバは、5〜10μmのコア直径を有するシングルモード光ファイバであり、例えば、光ファイバは、50〜400μmのコア直径を有するマルチモード光ファイバである)。特定の実施形態では、光ファイバの開口数(NA)が、0.1〜0.3(例えば、0.1〜0.25、例えば、0.15〜0.25)である。

0187

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源が、自由空間レーザであり、励起光ビームが発せられる少なくとも1つの励起源の出力が、自由空間レーザのレーザ開口である。

0188

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、複数の画素を含む焦点面アレイ(FPA)検出器(例えば、CCDカメラ、例えば、CMOSカメラ)を含み、FPA検出器が、各励起源の各それぞれの走査領域の少なくとも一部分を撮像するように位置合わせされている(例えば、FPA検出器の視野が各それぞれの走査領域の少なくとも一部分を含むように)。

0189

特定の実施形態では、1つ以上の検出器は、複数のファイバを含むファイバ束を含み、各ファイバが、走査領域内の異なる場所から発せられる光を収集するように位置合わせされ、対応する単一元素検出器(例えば、Si PD)まで収集した光をガイドする。

0190

特定の実施形態では、1つ以上の検出器が、透過照明の幾何学的配置で蛍光種から発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能であり、各それぞれの励起光ビームが、物体平面の第1の側部から物体平面の方に向けられ、1つ以上の検出器が、物体平面の反対側の第2の側部(例えば、第1の側部の反対側)から外向きの方向に発せられた蛍光を検出するように位置合わせされ、かつそのように動作可能である(例えば、位置合わせされている)(例えば、1つ以上の検出器が、ガルバノ光学スキャナから物体平面の反対側にある)。

0191

特定の実施形態では、1つ以上の被験体が、小型動物(例えば、マウス、ラット、ハタネズミ、ウサギ、ハムスター、および同サイズの動物)である。

0192

特定の実施形態では、1つ以上の被験体のうちの少なくとも1つの被験体の厚さが、約1cmである。

0193

特定の実施形態では、1つ以上の被験体は、複数の小型動物を固定するように動作可能な動物ホルダを使用して物体平面にわたって位置付けられている(例えば、動物ホルダは、撮像中に小型動物を固定するように各マウントが動作可能な複数のマウントを含む)。

0194

特定の実施形態では、動物ホルダは、1つ以上の光学バッフルを含む[例えば、1つ以上のバッフルの各々が動物ホルダから外向きに、物体平面に対して実質的に直交する方向に順方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向)および/または逆方向(例えば、励起光ビームが物体平面上に入射する方向の反対)に突出する構造に対応し、各バッフルは、励起光および/または発せられた蛍光の波長を有する光を実質的に通さず、小型動物が動物ホルダによって固定されている2つの位置の間に位置する(例えば、クロストークを低減/排除するために)]。

0195

特定の実施形態では、断層撮像が、生体内で実施される。

0196

特定の実施形態では、ステップ(b)は、1つ以上の検出器を用いて、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、1つ以上の被験体を透過するか、またはそれらから反射される、少なくとも1つの励起源によって発せられた励起光を検出すること[例えば、少なくとも1つの励起源のそれぞれの走査領域内の別個の励起場所の各々に対応する励起画像(例えば、2D画像)を検出すること]を含み、ステップ(c)は、検出された励起光に対応するデータ[例えば、励起光が、少なくとも1つの励起源のそれぞれの走査領域にわたる複数の別個の励起場所の各々に向かって向けられているときに、励起光の透過または1つ以上の被験体による励起光の反射に続いて検出される励起信号(例えば、励起画像(例えば、2D画像))を含むデータ]を受信し、かつ/またはそれにアクセスすることを含み、ステップ(d)は、検出された励起光に対応するデータ、および検出された蛍光に対応するデータを使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)(例えば、断層再構成を実施することによって)ことを含む。

0197

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、ステップ(a)は、ガルバノ光学スキャナを使用して、それぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向けることであって、各別個の励起場所に関して、別個の励起場所に向けられたそれぞれの励起光ビームの経路に位置付けられている1つ以上の被験体のうちの所与の被験体が、被験体の表面上の対応する照明場所でそれぞれの励起光ビームによって照明され、それにより、それぞれの励起光ビームが、対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射し、被験体内で拡散し、それによって、所与の被験体内の蛍光種(例えば、1つ以上の蛍光種のうちの)を励起すること(例えば、対応する照明場所からの励起光の拡散の結果として、例えば、それによって、対応する照明場所で所与の被験体上に入射する励起光が拡散する、被験体の表面下の対応する拡散容積内に位置する蛍光種を励起すること)を含み、ステップ(b)は、各別個の励起場所に関して、所与の被験体内の蛍光種の励起の結果として、別個の励起場所の方に向けられたそれぞれの励起光ビームの経路内に位置付けられた所与の被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像(例えば、2D画像)を検出し、それによって、励起源のそれぞれの走査領域内の別個の励起場所に各々対応する、複数の蛍光発光画像を検出することを含み、ステップ(c)は、励起源に関して検出された複数の蛍光発光画像を含む検出された蛍光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることを含み、ステップ(d)は、励起源に関して検出された複数の蛍光発光画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む。

0198

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して、ステップ(b)は、励起源のそれぞれの走査領域内の各別個の励起場所に関して、1つ以上の検出器を用いて、それぞれの励起光ビームが対応する照明場所で所与の被験体の表面上に入射したときに、所与の被験体を透過するか、またはそれによって反射される、励起源によって発せられた励起光を表す、対応する励起画像を検出し、それによって、励起源のそれぞれの走査領域内の別個の励起場所に各々対応する複数の励起画像を検出することを含み、ステップ(c)は、励起源に関して検出された複数の蛍光発光画像を含む検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることを含み、ステップ(d)は、励起源に関して検出された複数の蛍光発光画像、および励起源に関して検出された複数の励起画像を使用して、1つ以上の被験体の1つ以上の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む。

0199

特定の実施形態では、複数の励起源のうちの少なくとも1つの励起源に関して(例えば、複数の励起源のうちの各励起源に関して)、ステップ(a)は、ガルバノ光学スキャナを使用して、励起源のそれぞれの走査領域内の複数の別個の励起場所に、励起源によって発せられたそれぞれの励起光ビームを向けることを含み、別個の励起場所が、組として位置合わせされ、各組が、複数の別個の励起場所を含み、所与の組の各別個の励起場所が、1つ以上の被験体のうちの異なる被験体に対応し(例えば、各組が、1つ以上の被験体のうちの各被験体に対応する別個の励起場所を含む)、ガルバノ光学スキャナが、一度に1組、それぞれの励起光ビームを走査し、次の組に進む前に、所与の組の中の各別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向けるように動作可能であり(例えば、第2の組の中の各別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向ける前に第1の組の中の各別個の励起場所にそれぞれの励起光ビームを向ける)、ガルバノ光学スキャナが、1つ以上の検出器の露光窓に対応する時間内に、所与の組の全ての別個の励起場所を通ってそれぞれの励起光ビームを走査するように動作可能であり、ステップ(b)は、別個の励起場所の各組に関して、励起源によって発せられ、かつ所与の組の中の各励起場所に向けられた励起光による1つ以上の被験体内の1つ以上の蛍光種の励起の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に発せられた、検出された蛍光を表す、対応する蛍光発光画像を検出することを含む(例えば、それにより、各蛍光発光画像が、各被験体内の蛍光種によって、1つ以上の被験体の各々の中から発せられた、検出された蛍光を表す複数の被験体の蛍光発光画像である)。

0200

特定の実施形態では、検出された蛍光に対応するデータが、別個の励起場所の各組に関して、対応する蛍光発光画像を含み、ステップ(d)は、蛍光発光画像(各々が別個の励起場所の組に対応する)を使用して1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む(例えば、断層再構成を実施することによって)。

0201

特定の実施形態では、ステップ(d)は、1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の各組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を含む。

0202

特定の実施形態では、ステップ(b)は、別個の励起場所の各組に関して、所与の組の中の各励起場所に向けられたそれぞれの励起光ビームによる1つ以上の被験体の照明の結果として、1つ以上の検出器の露光窓の間に1つ以上の被験体を透過したか、またはそれらによって反射された、検出された励起光を表す(例えば、それにより、各励起画像が、1つ以上の被験体の各々を透過したか、またはそれらによって反射された、検出された励起光を表す複数の被験体の励起画像である)、対応する励起画像を検出することを含み、ステップ(c)は、別個の励起場所の各組に関して対応する励起画像を含む、検出された励起光に対応するデータを受信し、かつ/またはそれにアクセスすることを含み、ステップ(d)は、蛍光発光画像および励起画像を使用して、1つ以上の被験体のうちの各被験体の断層画像を取得する(例えば、算出する)ことを含む(例えば、断層再構成を実施することによって、例えば、各々が別個の励起場所の組に対応する蛍光発光画像および励起画像を使用して)。

0203

特定の実施形態では、ステップ(d)は、1つ以上の被験体の各被験体に関して、別個の励起場所の各組に対応する各蛍光発光画像に関して、被験体と関連付けられた蛍光発光画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体内から発せられた、検出された蛍光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する蛍光発光画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられた単一被験体蛍光発光画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像を決定することであって、各単一被験体蛍光発光画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、別個の励起場所の各組に対応する各励起画像に関して、被験体と関連付けられた励起画像の一部分を決定し(例えば、決定された部分が被験体を透過したか、またはそれによって反射された、検出された励起光を表す、例えば、共同登録された明視野像を使用して、被験体に対応する励起画像の空間領域を識別する)、それによって、被験体と関連付けられ、かつ別個の励起場所の組に対応する、単一被験体励起画像を決定し、それによって、被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を決定することであって、各単一被験体励起画像が、別個の励起場所の組に対応する、決定することと、被験体と関連付けられた複数の単一被験体蛍光発光画像および被験体と関連付けられた複数の単一被験体励起画像を使用して、被験体の断層画像(例えば、3D断層画像)を取得する(例えば、算出する)ことと、を含む。

図面の簡単な説明

0204

本開示の前述および他の目的、態様、特徴、および利点は、添付の図面と併せて以下の記載を参照することによって、より明らかになり、よりよく理解されるであろう。

0205

例示的な実施形態による、広視野にわたって励起光ビームを迅速に走査するためのシステムのレイアウトを示す概略図である。
例示的な実施形態による、ビーム整形光学系を含む、広視野にわたって励起光ビームを迅速に走査するためのシステムのレイアウトを示す概略図である。
例示的な実施形態による、複数の励起源が直線ステージを介してガルバノ光学スキャナに別個に位置合わせされるシステムを示す概略図である。
例示的な実施形態による、複数のレーザをガルバノ光学スキャナに同時に位置合わせするためのシステムのレイアウトを示す概略図である。
例示的な実施形態による、ガルバノ光学スキャナのガルバノミラーによる3つの異なるレーザからの励起光の3つのビームの反射を例示する概略図である。
例示的実施形態による、3つのレーザが、2つの回転ガルバノミラーを備えるガルバノ光学スキャナに同時に位置合わせされているシステムを示す概略図である。
例示的な実施形態による、広視野の透過照明励起システムの一組の2枚の写真である。
例示的な実施形態による、物体平面で測定された、自由空間ダイオードレーザからの励起光ビームの2つの寸法に沿った直線幅走査を示す一組のプロットである。
例示的な実施形態による、走査領域内の複数の励起場所、および物体平面にわたって位置付けられた複数の被験体の位置に対する複数の励起場所の関係を例示する一組の2つの画像である。
例示的な実施形態による、物体平面を通る励起光の集束ビームの発散を例示する概略図である。
例示的な実施形態による、励起光の集束ビームの半角発散を決定するための方程式導出である。
例示的な実施形態による、物体平面を通る励起光の平行ビームの発散を例示する概略図である。
例示的な実施形態による、励起光の平行ビームの半角発散を決定するための方程式の導出である。
例示的な実施形態による、励起光の平行ビームの伝播を例示する概略図である。
例示的な実施形態による、励起光の平行ビームの初期直径を決定する要因を例示する概略図である。
例示的な実施形態による、励起光の集束ビームの伝播を例示する概略図である。
例示的な実施形態による、励起光の集束ビームの初期直径を決定する要因を例示する概略図である。
例示的な一実施形態による、励起光ビームの迅速な走査を介して1つ以上の物体の断層画像を取得するためのプロセスのブロックフロー図である。
特定の実施形態で使用される、例示的なクラウドコンピューティング環境のブロック図である。
は、特定の実施形態で使用される例示的なコンピューティングデバイスおよび例示的なモバイルコンピューティングデバイスのブロック図である。
例示的な実施形態による、本明細書に説明されるビーム走査手法を介して3匹のマウスについて得られた3次元断層画像の一組の上面図および側面図である。

実施例

0206

本開示の特徴および利点は、同様の参照文字が全体を通して対応する要素を識別する図面と併せて考慮されるとき、以下に記載の詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同様の参照数は、概して、同一の、機能的に類似の、かつ/または構造的に類似の要素を示す。

0207

定義
およそ:本明細書で使用される場合、「およそ」または「約」という用語は、対象となる1つ以上の値に適用される場合、述べられた参照値に類似する値を指す。特定の実施形態では、「およそ」または「約」という用語は、特に明記しない限り、または別様に文脈から明らかでない限り、述べられた参照値のいずれかの方向(超えるか、または下回る)において、そのような数が可能な値の100%を超える場合を除き、25%、20%、19%、18%、17%、16%、15%、14%、13%、12%、11%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%以下の範囲内に該当する値の範囲を指す。

0208

画像:本明細書で使用される場合、単語「画像」(例えば、哺乳類の3D画像)には、写真、ビデオフレームストリーミングビデオなどの任意の視覚的表現、ならびに写真、ビデオフレーム、またはストリーミングビデオの任意の電子デジタル、または数学類似物が含まれる。特定の実施形態では、本明細書に記載のいずれの装置も、画像またはプロセッサによって作成される任意の他の結果を表示するためのディスプレイを含む。特定の実施形態では、本明細書に記載のいずれの方法も、画像または方法を介して作成される任意の他の結果を表示するステップを含む。

0209

3D、3次元:本明細書で使用される場合、「画像」に関する「3D」または「3次元」という用語は、3次元に関する情報を伝達することを意味する。3D画像は、3次元のデータセットとしてレンダリングされてもよく、かつ/または2次元表現のセットとして、もしくは3次元表現として表示されてもよい。特定の実施形態では、3D画像はボクセル(例えば、体積ピクセル)データとして表される。

0210

地図:本明細書で使用される場合、「地図」という用語は、視覚的表示、または空間相関情報を含有する視覚的表示に関して解釈され得る任意のデータ表現を意味すると理解される。例えば、所与の容量の3次元マップは、容量全体で3つの空間次元で変化する所与の量の値のデータセットを含み得る。3次元地図は、2次元(例えば、2次元画面上、または2次元印刷上)で表示されてもよい。

0211

蛍光画像、発光画像:本明細書で使用される場合、「蛍光画像」および「発光画像」という用語は、蛍光剤またはプローブの発光波長に対応する波長で取得された画像を意味すると理解される。

0212

励起画像:本明細書で使用される場合、「励起画像」という用語は、励起源によって発せられた励起光の波長に対応する波長で取得された画像を意味すると理解される。

0213

電磁放射放射:本明細書で使用される場合、「電磁放射」および「放射」という用語は、互いにおよび伝播方向に直角に振動し、かつ互いに同相である、電気および磁気構成要素の空間での自己伝播波を意味すると理解される。電磁波は、電波マイクロ波赤色光赤外線近赤外線可視光線紫外線X線ガンマ線を含む。

0214

光路:本明細書で使用される場合、「光路」という用語は、光ビームが伝播し、光学システムの様々な光学要素レンズミラー偏光子ビームスプリッタなど)によって方向付けられるときに移動する経路を指す。光学要素は、反射、屈折などの様々な物理的メカニズムによって光ビームを方向付け得る。第1の点から第2の点までの光路は、第1および第2の点の間にある任意の光学要素による方向(例えば、反射、屈折などを介する)に従って、光ビームが第1の点から第2の点まで移動する経路を指す。

0215

光路長、光路に沿った距離:本明細書で使用される場合、「光路長」という用語は、光ビームが2点間を伝播する際に従う光路の幾何学的長さを指す。同様に、「距離」という用語は、特定の光路に沿った距離を指す場合、特定の光路に沿って伝播するときに光ビームが移動する幾何学的距離を指す。

0216

検出器:本明細書で使用される場合、「検出器」という用語は、限定されるものではないが、CCDカメラ、光電子増倍管フォトダイオード、およびアバランシェフォトダイオードを含む、電磁放射の任意の検出器を含む。

0217

ガルバノ光学スキャナ:本明細書で使用される場合、「ガルバノ光学スキャナ」という用語は、1つ以上の回転ガルバノミラーを備える光学システム構成要素を指す。ガルバノ光学スキャナは、光ビームが、ガルバノ光学スキャナから所与の距離だけ離れた対象平面内の複数の場所にわたって走査されることを可能にする。これは、適切に位置合わせされた光路に沿ってガルバノ光学スキャナに光ビームを向けることによって達成される。ガルバノ光学スキャナに向けられた光ビームは、1つ以上のガルバノミラーによって連続して反射され、1つ以上の光学走査角度によって画定される方向に、対象平面に向かって外方に向けられる。通常、各光学走査角度は、特定のガルバノミラーと関連付けられ、関連付けられたガルバノミラーが光ビームを反射する角度によって決定される。所与のガルバノミラーを回転させることは、ミラーが光ビームを反射する角度を変化させるため、関連付けられた光学走査角度を変化させる。したがって、ガルバノ光学スキャナのガルバノミラーを回転させることは、1つ以上の光学走査角度、したがって、光ビームがガルバノ光学スキャナから外方に向けられる方向を変化させる。所与のガルバノミラーが回転すると、その関連付けられた光学走査角度が変化し、光学走査角度が対象平面と交差する場所が、特定の方向に沿って変化する。

0218

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナは、対象平面内の特定の方向に沿った複数の場所を通して光ビームを走査するために使用され得る単一ガルバノミラーを備える。したがって、ガルバノミラーの回転は、物体平面の1次元走査領域(例えば、線)にわたって光ビームを走査する。

0219

特定の実施形態では、ガルバノ光学スキャナは、2つの回転ガルバノミラーを備え、それにより、光ビームは、2つの方向に沿った複数の場所を通して走査され得る。したがって、2つのガルバノミラーを一緒に回転させることは、光ビームが対象平面の2次元領域にわたってラスタ走査されることを可能にする。特定の実施形態では、ガルバノミラーは、第1のガルバノミラーが第1の方向に第1の光学走査角度を変化させ、第2のガルバノミラーが第1の方向に実質的に直交する第2の方向に第2の光学走査角度を変化させるように位置合わせされる。第1の光学走査角度の変化(例えば、第1のガルバノミラーの回転を介した)は、ガルバノ光学スキャナから外方に向けられた光ビームが第1の方向に対象平面と交差する位置を変化させる。第2の光学走査角度の変化(例えば、第2のガルバノミラーの回転を介した)は、ガルバノ光学スキャナから外方に向けられた光ビームが第2の方向に対象平面と交差する位置を変化させる。したがって、第1および第2のガルバノミラーは、一緒に回転して、対象平面の2次元走査領域にわたって光ビームをラスタ走査し得る。

0220

本明細書で使用される場合、「ガルバノ光学スキャナに」光ビームを向けることは、光ビームが、ガルバノ光学スキャナが備える1つ以上のガルバノミラーの各々に入射して、それらによって反射されるように、適切に位置合わせされた光路に沿ってガルバノ光学スキャナに向けられることを意味すると理解される。本明細書で使用される場合、ガルバノ光学スキャナまでの距離(例えば、特定の光路に沿って、特定の場所からの)は、光ビームが入射する第1のガルバノミラーまでの距離を意味すると理解される。本明細書で使用される場合、ガルバノ光学スキャナからの距離(例えば、特定の光路に沿って、特定の場所までの)は、ガルバノ光学スキャナが備える任意の他のミラーによって反射される際に移動した距離を含む、ガルバノ光学スキャナに向けられた光ビームが入射する第1ガルバノミラーからの距離を意味すると理解される。

0221

順方向モデル:本明細書で使用される場合、「順方向モデル」という用語は、光源から検出器までの所与の媒体内の光伝播(例えば、光子輸送)の物理的モデルを意味すると理解される。

0222

断層画像:本明細書で使用される場合、「断層画像」という用語は、例えば、光断層画像X線断層画像磁気共鳴陽電子放出断層撮影(PET)、磁気共鳴、(MR単一光子放射断層撮影(SPECT)、および/または超音波によって生成された断層画像、ならびにこれらの任意の組み合わせを指し得る。

0223

拡散媒体、拡散性媒体:本明細書で使用される場合、「拡散媒体」および「拡散性媒体」という用語は、互換的に使用され、波が、別様に均一な媒体内の小さい粒子散乱体)による複数の散乱事象被り、それらの相をランダム化する、媒体を意味すると理解され、この場合、調査されるもの平均波強度である。平均波強度は、拡散方程式に従うことになり、それ自体が「拡散波」として振る舞い、表面および境界相互作用する。

0224

対象平面:本明細書で使用される場合、「対象平面」という用語は、撮像される1つ以上の物体(例えば、被験体)が位置する、またはその近傍の光学撮像システム理想的な2次元撮像平面を指す。

0225

励起源:本明細書で使用される場合「励起源」という用語は、蛍光の光学励起のために光学システムに光を提供するために使用されるレーザなどの光源を指す。特定の実施形態では、励起源は、励起源の出力から励起光ビームを発する。励起源からの励起光ビームは、次いで、光学システムの様々な光学構成要素(例えば、光学系、ミラー、ガルバノ光学スキャナなど)に励起源の出力からの励起光ビームを向けることによって、光学システムに提供され得る。

0226

光学系:本明細書で使用される「光学系」という用語は、1つ以上のレンズを使用して光ビームを整形するために使用される1つ以上の光学要素の集合を指す。焦点距離開放口などの光学系(例えば、集束光学系、例えば、平行光学系)の様々なパラメータが本明細書で説明されるとき、それらは、光学系の特性、すなわち、光学系の個々の要素のうちのいずれか1つの特性ではなく、光学系が備える全ての光学要素の正味の効果を指すように理解される。

0227

スポットサイズ:本明細書で使用される場合、「スポットサイズ」という用語は、特定の位置および光ビームの伝搬方向に実質的に直交する直交平面で測定された光ビームの直径の尺度を指す。特定の実施形態では、スポットサイズは、光ビームの強度を表す信号( (例えば、検出器によって検出された際の)が、光ビームの最大強度の所定の割合(例えば、最大強度の半分、例えば、最大強度の1/e2 )未満に収まる線に沿った第1および第2の場所間の直交平面内の線に沿って測定された距離に対応する光ビームの直径の尺度を指す。例えば、スポットサイズは、直交平面内の特定の線(例えば、x軸に沿った線、例えば、y軸に沿った線)に沿って測定された半値全幅に対応し得る。特定の実施形態では、スポットサイズは、上記のように直交平面内の異なる線に沿って各々測定される2つ以上の距離の関数に対応する光ビームの直径の尺度を指す。例えば、スポットサイズは、直交面内の第1の線に沿って測定された第1の距離と、直交面内の第2の線に沿って測定された第2の距離との最大値として測定され得る。特定の実施形態では、第2の線は、第1の線に直交する。

0228

被験体:本明細書で使用される「被験体」という用語は、撮像される個体を指す。特定の実施形態では、被験体は、ヒトである。特定の実施形態では、被験体は、小型動物である。

0229

小型動物:本明細書で使用される場合、「小型動物」は、マイクロCTおよび/またはマイクロMR撮像装置を用いて撮像され得る小型哺乳類を指す。いくつかの実施形態では、「小型動物」は、マウス、ラット、ハタネズミ、ウサギ、ハムスター、および同様のサイズの動物を指す。
(発明を実施するための形態)

0230

請求される本発明のシステム、アーキテクチャデバイス、方法、およびプロセスは、本明細書に記載の実施形態からの情報を使用して開発された変形形態および適応形態を包含することが企図される。本明細書に記載のシステム、アーキテクチャ、デバイス、方法、およびプロセスの適応および/または修正は、この記載により企図されるように行うことができる。

0231

記載全体を通して、物品、デバイス、システム、およびアーキテクチャが特定のコンポーネントを有するか、含むか、もしくは含むと記載されている場合、またはプロセスおよび方法が、特定のステップを有するか、含むか、もしくは含むと記載されている場合、さらに、列挙された処理ステップから本質的になるか、もしくはこれからなる、本発明の物品、デバイス、システム、およびアーキテクチャがあり、列挙された処理ステップから本質的になるか、もしくはこれからなる、本発明によるプロセスおよび方法があることが企図される。

0232

本発明が実施可能である限り、ステップの順序または特定の動作を行う順序は、重要ではないことが理解されるべきである。さらに、2つ以上のステップまたは動作を同時に実行することができる。

0233

例えば、背景技術の節における任意の出版物の本明細書での言及は、本出版物が本明細書で提示される特許請求の範囲のうちのいずれかに関する先行技術として役立つことを認めるものではない。背景技術の節は、明確にするために提示されており、いずれの請求項に関する先行技術の記載を意味するものではない。

0234

文書は、言及したように、参照により本明細書に組み込まれる。特定の用語の意味に何らかの矛盾がある場合、上記の定義の節で提供される意味が優先される。

0235

読者の便宜のためにヘッダーが提供される−ヘッダーの存在および/または配置は、本明細書に記載の主題の範囲を制限することを意図していない。

0236

本明細書に説明されているものは、広視野にわたる高速断層撮像を容易にするシステムおよび方法である。特に、特定の実施形態では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、励起光ビームが、物体平面の広い走査領域にわたる複数の場所を通して迅速に走査されることを可能にする。このようにして、ガルバノ光学スキャナから走査領域内の様々な場所に向けられる際の励起光ビームの経路内で、物体平面にわたって位置付けられた1つ以上の被験体は、励起光ビームが場所から場所へと操作される際に複数の照明場所で照明される。

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