撮影装置及び露出タイミング制御方法
【課題】生体での分布する化学発光物質や蛍光物質の画像をブレなく十分な露出量で撮影する。
【解決手段】蛍光物質が投与された生体３に麻酔ガスを吸引させるために装着されるマスク３５に呼吸センサ３６を組み込んである。また、拍動センサ３７が生体３に装着される。タイミング制御部３３は、イメージセンサ２１が光電変換し電荷を蓄積する状態を維持している下で、呼吸センサ３６と拍動センサ３７とからの各信号に基づいて、生体３の呼吸状態、拍動状態がいずれも特定の状態となるごとに、上部光源１６または底部光源１７をオンとして、励起光を生体３に照射し、蛍光物質から蛍光を発生させ。この蛍光をイメージセンサ２１で受光させる。
【解決手段】蛍光物質が投与された生体３に麻酔ガスを吸引させるために装着されるマスク３５に呼吸センサ３６を組み込んである。また、拍動センサ３７が生体３に装着される。タイミング制御部３３は、イメージセンサ２１が光電変換し電荷を蓄積する状態を維持している下で、呼吸センサ３６と拍動センサ３７とからの各信号に基づいて、生体３の呼吸状態、拍動状態がいずれも特定の状態となるごとに、上部光源１６または底部光源１７をオンとして、励起光を生体３に照射し、蛍光物質から蛍光を発生させ。この蛍光をイメージセンサ２１で受光させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体に分布する標識された対象物質からの光を受光して画像を生成する撮影装置、及びそのときの露出タイミング制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筐体内に被写体を配置し、筐体内に備えられた光源で被写体を照射して被写体を撮影する装置が、従来より様々な分野で利用されている。生化学、分子生物学の分野においては、化学発光物質や蛍光物質を標識物質として使用し、これらの発光や蛍光を読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは分子量、特性の評価などを行う撮影装置が知られている。
【０００３】
また、マウスやラット等の生体に上記の標識物質で標識された遺伝子や蛋白質、抗体、薬理物質を与え、生体の体内または体表に分布した標識物質からの光をカメラで撮影し、生体内における遺伝子の発現や薬理作用等を撮影する、いわゆるイン・ビボ・イメージング（in vivo imaging）を行う撮影装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この撮影装置では、例えば蛍光物質で標識を行っている場合には、生体に励起光を照射して蛍光物質を励起させ、生じた蛍光をカメラで受光することによって画像を生成する。
【０００４】
生体の撮影を行う場合では、その生体の呼吸動作等により、生体の部位が移動し、あるいは肺の収縮・拡張が生じるため、カメラによって生成される画像にブレが生じる。そこで、このような問題を解消するために、Ｘ線撮影の際に、撮影対象となる患者（人）の呼吸に同期させたタイミングでＸ線撮影を行うＣＴ装置が特許文献２，３によって知られている。
【０００５】
【特許文献１】特表２０００−５０２８８４号公報
【特許文献２】特開平５−２１２０２４号公報
【特許文献３】特開２０００−１３９８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば「人」を対象としたＣＴ装置等では、「人」の呼吸数が少なく、また個々の断層面のＸ線撮影に要する時間が短いため、特許文献２，３のように呼吸に同期させて撮影さえ行えば良好な撮影を行うことができる。しかしながら、マウスやラット等の生体を撮影する撮影装置に用いられる標識物質の化学発光や蛍光は、非常に微弱な光であるため、高感度カメラを用いたとしても、長い露出時間（例えば１０秒程度）を要する。またマウスやラット等の小動物では、人に比べて呼吸数、拍動が非常に多く、例えば呼吸数は１８０回／分に、拍動数は６００回／分にも及ぶ。したがって、たとえ呼吸に同期させて撮影行ったとしても、画像を生成するに足りる程度の露出量は得ることができないという問題があり、呼吸等によるブレのない画像を得ることは困難であった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、マウスやラット等の生体からの微弱な化学発光や蛍光からもブレのない画像を得ることができる撮影装置、及び露出タイミング制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために請求項１に記載の撮影装置では、生体の呼吸状態を検出して、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する呼吸検出手段と、生体の拍動状態を検出して、その拍動状態に応じた拍動信号を出力する拍動検出手段と、呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに生体からの光を受光するようにイメージセンサでの露出を制御して多重露出させるタイミング制御手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項２記載に撮影装置では、タイミング制御手段は、生体の特定の呼吸状態かつ特定の拍動状態となるタイミングを露出タイミングとし、呼吸及び拍動のそれぞれが特定の状態を維持している期間中に、継続してイメージセンサで生体からの光を受光させるように露出制御するものである。
【００１０】
請求項３記載の撮影装置では、生体とイメージセンサとの間に配され、イメージセンサに対する生体からの光の入射を許容する開き状態と入射を阻止する閉じ状態との間で変移するシャッタ機構を有し、タイミング制御手段は、露出タイミングごとにシャッタ機構を閉じ状態から開き状態にしてイメージセンサで生体からの光を受光させるものである。
【００１１】
請求項４記載の撮影装置では、生体に励起光を照射する励起光源を備え、タイミング制御手段は、露出タイミングごとに励起光源をオンすることによって、イメージセンサで生体からの光を受光させるものである。
【００１２】
請求項５記載の露出タイミング制御方法では、撮影対象の生体の呼吸状態及び拍動状態をそれぞれ検出し、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光するように露出制御し、略同一の呼吸状態及び拍動状態で多重露出するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、生体の呼吸状態と生体の拍動状態をそれぞれ検出して、その呼吸及び拍動の双方に同期した所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光させて多重露出を行うようにしたから、微弱な化学発光や蛍光からもブレのない画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１実施形態］
本発明を実施した撮影システムの外観を図１に示す。撮影システム２は、撮影対象、例えばマウスやラット等の生体３（図２参照）の体表や体内に分布する標識物質からの光を受光し、生体３に分布する標識物質の画像（以下、分布画像という）を撮影（生成）して表示する。この実施形態では、標識物質として、励起光を照射することにより蛍光を発する蛍光物質を生体３に投与し、その生体３に分布する蛍光物質の分布画像を生成する場合について説明するが、自家蛍光を発する組織、例えば腫瘍組織の分布画像を生成する場合についても同様である。
【００１５】
撮影システム２は、分布画像を生成する撮影装置５と、この撮影装置５に対する各種設定や撮影装置５で生成された分布画像に各種画像処理を施してモニタ６ａに表示し、また分布画像を記録媒体への記録等を行うＰＣ（パーソナルコンピュータ）６とから構成されている。ＰＣ６には、所定のソフトウェアをインストールすることによって、撮影装置５に対する設定機能や画像処理機能等を実現している。この例では、さらに麻酔ガスを供給する麻酔装置７を設けてある。
【００１６】
撮影装置５は、略直方体の形状をした筐体１１の中空の内部に撮影室１２を設けてある。撮影室１２には、カメラ部１４（図２参照）、撮影ステージ１５、上部光源１６、底部光源１７（図２参照）等を配してある。筐体１１には、蓋１８を設けてあり、この蓋１８を開くことによって、生体３を撮影室１２内へ収容し、また撮影室１２から生体を取り出すことができる。蓋１８を閉じたときには、撮影室１２内が遮光され、撮影の際に生体３から発せられる蛍光以外の光がカメラ部１４に入射することが防止される。
【００１７】
図２において、カメラ部１４は、撮影室１２の上部に固定されており、生体３の分布画像を生成する。このカメラ部１４は、イメージセンサ２１，撮影レンズ２２，カメラ側フィルタ２３，冷却部２４等から構成される。イメージセンサ２１は、デジタルカメラ等に用いられているものと同様であり、その受光面に多数の受光素子をマトリクス状に配してある。
【００１８】
分布画像を生成する場合には、後述するように、受光素子で光電変換を行って電荷を蓄積する状態にイメージセンサ２１を維持し、その間に生体３の呼吸と拍動との双方に同期せさせて蛍光物質から蛍光を受光させ、その光を電荷として蓄積させることによって多重露出を行う。
【００１９】
撮影レンズ２２は、生体３からの蛍光をイメージセンサ２１に結像する。カメラ側フィルタ２３は、上部光源１６や底部光源１７からの励起光を遮断し、生体３に分布する蛍光物質からの蛍光を透過するフィルタである。このカメラ側フィルタ２３としては、例えば蛍光物質からの蛍光よりも短波長側の光をカットするローパスフィルタを用い、生体３からの蛍光だけをイメージセンサ２１に受光させる。冷却部２４は、イメージセンサ２１を冷却することにより暗電流を低減して、生成される分布画像のノイズを抑制する。
【００２０】
イメージセンサ２１としては、ＣＣＤタイプやＣＭＯＳタイプ等の各種のものを用いることができる。また、半導体によって光電変換を行うものの他、有機光電変換膜を使ったイメージセンサを用いてもよい。さらには、単色のみならず、受光する光を複数色に色分解して撮影するようにしてもよい。
【００２１】
カメラ部１４の直下に撮影ステージ１５が配されている。この撮影ステージ１５は、生体３が置かれるステージ面２７とその下側のハウジング２８とからなる箱状となっている。この撮影ステージ１５の中空な内部に底部光源１７を配してある。ステージ面２７は、その上に置かれた生体３に底部光源１７からの励起光が照射されるように透明な板状となっている。ハウジング２８は、底部光源１７からの励起光を遮断するように不透明にしてありステージ面２７以外から励起光が射出されないようにしている。
【００２２】
撮影ステージ１５の上方には、上部光源１６を配してある。この上部光源１６と、上述の底部光源１７は、いずれも生体３に分布する蛍光物質を励起して発光させるための励起光を生体３に向けて照射する励起光源となっている。各光源１６，１７としては、ハロゲンランプ，ストロボ放電管，レーザ、発光ダイオード等の各種のものを用いることができるが、生体３の呼吸、拍動に同期させて各光源１６，１７をオン・オフするため応答性の高い光源を用いるのがよい。この例では、白色ＬＥＤと蛍光物質からの蛍光の波長域とそれよりも長波長側の光をカットするハイパスフィルタ等で構成してある。
【００２３】
上部光源１６は、いわゆる落射式の励起光源であり、生体３の上側から励起光を照射し、底部光源１７は、生体３の下側から励起光を照射する。これらの上部光源１６、底部光源１７は、タイミング制御部３３の制御の下で、それぞれ対応する上部光源ドライバ３１、底部光源ドライバ３２によって駆動される。
【００２４】
撮影室１２内のマスク３５は、チューブ等を介して麻酔装置７に接続されており、麻酔装置７から麻酔ガスが供給される。マスク３５は、生体３、例えばマウスの鼻に装着され、麻酔ガスを生体３に吸引させる。これにより、生体３の麻酔状態を維持して、姿勢が変わらないようにする。
【００２５】
このマスク３５には、呼吸センサ３６が組み込まれており、この呼吸センサ３６は、例えば湿度によって呼吸状態を検出し、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する。呼吸センサ３６としては、これ以外の手法を用いて検出してもよく、また他の部位に装着されるものであってもよい。例えばマスク３５内に組み込んだ圧力センサで呼吸状態を検出してもよい。
【００２６】
拍動センサ３７は、生体３の拍動（心拍）状態を検出するためのものであり、例えば生体３の尾に装着され、例えば圧力によって拍動状態を検出する。この拍動センサ３７は、生体３の拍動状態に応じた拍動信号を出力する。拍動センサ３７としては、その他の手法、例えば電気的に拍動状態を検出する心電計や、心音トランスデューサ等を用いてもよい。また他の部位に装着されるものであってもよい。
【００２７】
タイミング制御部３３は、生体３の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、イメージセンサ２１が生体３からの光を受光するようにして、複数回の露出による多重露出を行わせる。これにより、各露出時における生体３の呼吸状態と拍動状態との両方を略同じ状態にし、イメージセンサ２１で生成される画像のブレを防止しながら、十分に長い露出時間で分布画像を撮影できるようにしている。
【００２８】
この実施形態では、励起光源のオン・オフのタイミングを制御することにより、すなわち生体３の呼吸状態と拍動状態との両方が略同じ状態となっているとき、この例では、後述するように、図３に示すタイミング信号が出力されているＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・のときに励起光を生体３に照射して、生体３に分布する蛍光物質からの蛍光がイメージセンサ２１に受光されるようにしている。したがって、１回の励起光源のオンにより、多重露出の１回の露出を行う。
【００２９】
タイミング制御部３３は、呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体３の呼吸状態と拍動状態との両方が略同じ状態になっている露出タイミングを判定し、その露出タイミングごとにタイミング信号を出力する。このタイミング信号は、イメージセンサ２１が生体３からの蛍光を受光すべき期間、すなわち露出を行う期間に相当するパルス幅を有する。
【００３０】
タイミング制御部３３には、多重露出による合計露出時間、使用する励起光源の設定等がＰＣ６の操作で設定される。タイミング信号は、使用する励起光源に対応する上部光源ドライバ３１または底部光源ドライバ３２に送られる。また、タイミング制御部３３には、タイミング信号のパルス幅を積算するカウンタを有しており、このカウンタの内容が設定されている合計露出時間に達すると、タイミング信号の送出を停止するとともに、多重露出完了信号を出力する。
【００３１】
ドライバ３８は、タイミング制御部３３から入力される多重露出開始信号の入力に応答してイメージセンサ２１を作動させて、受光した光の光電変換とその光電変換で得られる電荷の蓄積とを開始させる。このドライバ３８は、タイミング制御部３３からの多重露出完了信号が入力されることに応答して、イメージセンサ２１での光電変換を停止し、それまでに蓄積された電荷を画像信号に変換して出力することにより、多重露出で得られる分布画像をＰＣ６に送る。
【００３２】
上部光源ドライバ３１及び底部光源ドライバ３２は、パルス状のタイミング信号が入力されている間、光源をオンとする。これにより、生体３の呼吸状態と拍動状態との両方を略同じ状態となっているときに、励起光源から励起光を生体３に照射して蛍光物質からの蛍光を発生させる。なお、光源をオン（点灯状態）としたまま、シャッタの開閉等によりタイミング信号に基づく生体への励起光の照射を行ってもよい。
【００３３】
図３に、呼吸信号，拍動信号，タイミング信号等の波形の一例を示す。この例では、呼吸信号と拍動信号は、タイミング制御部３３によって、それぞれ予め設定された振幅となるように調整された後、所定の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２で二値化されて呼吸二値化信号，拍動二値化信号とされる。そして、得られる呼吸二値化信号，拍動二値化信号が、タイミング制御部３３で論理積演算されることによりタイミング信号が生成される。
【００３４】
具体的には、閾値Ｔｈ１の設定により、生体３の呼気（呼吸信号の上昇）と吸気（呼吸信号の下降）との間となっている状態（タイミングＴａ１からタイミングＴａ２の期間）を特定の呼吸状態としている。また、閾値Ｔｈ２の設定により、生体３の心臓が収縮ないし血圧の上昇（拍動信号が上昇）から心臓の拡張ないし血圧の低下（拍動信号が下降）に転じる前後の状態（タイミングＴｂ１からタイミングＴｂ２の期間）を特定の拍動状態としている。そして、これら双方が特定状態であるＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・のときにタイミング信号を出力している。
【００３５】
ドライバ３８への多重露光開始信号の入力から多重露光完了信号の入力までが、１個の分布画像を生成するために、イメージセンサ２１が電荷を蓄積する電荷蓄積期間である。この電荷蓄積期間中に、複数のタイミング信号によって上部光源１６または底部光源１７がオンとなることに応答して生体３に分布する蛍光物質からの光がイメージセンサ２１で受光され、結果として多重露出が行われる。
【００３６】
分布画像にブレが発生しないようにするには、生体３の部位、特には撮影対象となる部位がほぼ同じ位置となっているときに、多重露出における各露出を行うことが重要であり、上記の特定の呼吸状態と特定の拍動状態に限るものではない。例えば呼吸においては、吸気から呼気に転じる前後、吸気または呼気中の一定の区間を特定な呼吸状態としてもよい。なお、呼吸あるいは拍動のいずれか一方にのみ同期させて多重露出の各露出を行うことも有用な態様である。
【００３７】
次に、上記構成の作用について説明する。まず、蓋１８を開いて、蛍光物質を予め投与した生体３が撮影ステージ１５に置かれる。このとき、生体３は、プレ麻酔が施された状態とされている。続いて、マスク３５と拍動センサ３７を生体３に装着してから蓋１８を閉じる。そして、麻酔装置７から麻酔ガスの供給が開始される。
【００３８】
次に、ＰＣ６を操作して、上部光源１６と底部光源１７とのいずれを使用するかを設定し、さらに合計露出時間を設定した後に、撮影開始を指示する。撮影開始が指示されると、タイミング制御部３３は、呼吸センサ３６からの呼吸信号と拍動センサ３７からの拍動信号を二値化した呼吸二値化信号と拍動二値化信号が出力されていることを確認してから、多重露出開始信号をドライバ３８に送る。
【００３９】
ドライバ３８が多重露出開始信号を受けることにより、イメージセンサ２１が作動を開始して、各受光素子で受光する光を電荷に光電変換し蓄積する状態となる。一方、タイミング制御部３３では、呼吸二値化信号と拍動二値化信号とを論理積演算してタイミング信号を生成する処理が開始される。そして、この処理で発生する各タイミング信号が使用設定されている光源のドライバに順次に送出される。例えば、使用設定されている光源が底部光源１７であった場合には、底部光源ドライバ３２に各タイミング信号が順次に送られる。
【００４０】
タイミング信号が底部光源ドライバ３２に入力されると、底部光源１７がオンとされて、励起光がステージ面２７を通して、このステージ面２７に置かれている生体３に照射される。照射された励起光は、生体３内で拡散して、生体３の体内または体表に分布している蛍光物質を励起させ蛍光を発生させる。このようにして生体３に分布する蛍光物質から発せられた蛍光は、カメラ側フィルタ２３、撮影レンズ２２を通してイメージセンサ２１に受光される。
【００４１】
同様にして、タイミング信号が底部光源ドライバ３２に入力されるごとに、底部光源１７がオンとされ、そのオンごとに発生する蛍光がイメージセンサ２１に受光され、その受光による電荷が徐々に蓄積される。
【００４２】
なお、上部光源１６を使用光源として設定している場合には、上部光源ドライバ３１にタイミング信号が送られ、このタイミング信号の入力ごとに上部光源１６がオンとなって生体３に向けて励起光が照射される。そして、その照射で蛍光物質から発せられる蛍光がカメラ側フィルタ２３、撮影レンズ２２を通してイメージセンサ２１に受光される。
【００４３】
上記のようにして、光源のオン・オフによって多重露出を行っている間では、タイミング信号のパルス幅の積算、すなわち露出時間の積算がタイミング制御部３３で行われる。そして、積算された露出時間がＰＣ６で設定された合計露出時間に達すると、タイミング制御部３３からのタイミング信号の送出が停止されてから、ドライバ３８に多重露光完了信号が送られ多重露出が終了される。
【００４４】
上記のようにして多重露出が終了すると、ドライバ３８からの駆動信号によって、それまでにイメージセンサ２１に蓄積された電荷の読み出しが行われて、多重露出で得られた分布画像の画像信号がＰＣ６に送られる。ＰＣ６では、各種画像処理を施してから、モニタ６ａに多重露出で得られた画像が表示され、または記録媒体に記録される。
【００４５】
以上のようにして得られる分布画像は、多重露出を行っているので十分な露出時間であり、しかも生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、すなわち生体３の部位がほぼ同位置にあるときに、励起光を照射させて発生される蛍光を受光して生成された画像であるからブレのない良好なものとなっている。
【００４６】
［第２実施形態］
第２実施形態は、シャッタ装置を用いて、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、イメージセンサが生体からの光を受光するようにしたものである。なお、以下に説明する他は、第１実施形態と同様であり、実質的に同じ構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
この例では、図４に示すように、イメージセンサ２１と撮影レンズ２２との間にシャッタ装置４１を設けてある。このシャッタ装置４１は、生体３からの蛍光のイメージセンサ２１への入射を許容する開き状態と、入射を阻止する閉じ状態との間で変移する。シャッタドライバ４２は、タイミング制御部３３からのタイミング信号が入力されている間だけシャッタ装置４１を開き状態とする。上部光源１６または底部光源１７は、多重露出中に常にオンとされるが、シャッタ装置４１が開き状態となっているときにだけオンとなるように制御してもよい。
【００４８】
シャッタ装置４１としては、シャッタ羽根を作動させて開口の開閉を行う機械式のシャッタ装置や、電子光学シャッタ、ゲート動作が可能なイメージインテンシファイア等、各種のものを用いることができるが、応答性が高いものが好ましい。また、シャッタ装置４１は、生体３とイメージセンサ２１との間であれば、いずれの位置であってもよい。
【００４９】
これによれば、上部光源１６または底部光源１７がオンとなっていることにより、生体３に分布する蛍光物質から蛍光が継続的に発せられるが、タイミング信号によるシャッタ装置４１の開閉によって、生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるときの蛍光だけがイメージセンサ２１に受光される。これにより、第１実施形態と同じく、十分な露出時間で、しかもブレのない良好な分布画像を得ることができる。
【００５０】
なお、このようにシャッタ装置４１を用いた場合には、標識物質として化学発光物質の分布画像を撮影する場合にも利用することができる。化学発光物質の分布画像を撮影する場合には、励起光源による励起光の照射等が不要であり、またカメラ側フィルタ２３も省略できる。
【００５１】
［第３実施形態］
第３実施形態は、複数の生体を対象として、それらを同時に撮影するものである。なお、以下に説明する他は、第１実施形態と同様である。また、図５では、撮影装置の要部のみを示してある。
【００５２】
図５に示すように、撮影装置には、第１ユニット５０ａと、第２ユニット５０ｂとを設けてある。第１ユニット５０ａは、撮影ステージ５１ａ，呼吸センサ５２ａ，拍動センサ５３ａ，撮影ステージ５１ａ内に設けた底部光源５４ａ，光源ドライバ５５ａ，タイミング制御部５６ａから構成される。
【００５３】
呼吸センサ５２ａ及び拍動センサ５３ａは、撮影ステージ５１ａに置かれた生体３に装着され、タイミング制御部５６ａが、それらからの呼吸信号と拍動信号とに基づいてタイミング信号を発生する。そして、タイミング制御部５６ａからのタイミング信号が入力されている間だけ底部光源ドライバ５５ａが底部光源５４ａをオンとする。
【００５４】
第２ユニット５０ｂについても、第１ユニット５０ａと同様であり、撮影ステージ５１ｂ，呼吸センサ５２ｂ，拍動センサ５３ｂ，撮影ステージ５１ｂ内に設けた底部光源５４ｂ，光源ドライバ５５ｂ，タイミング制御部５６ｂから構成される。呼吸センサ５２ｂ及び拍動センサ５３ｂは、撮影ステージ５１ｂに置かれた生体３に装着される。そして、呼吸センサ５２ｂ，拍動センサ５３ｂからの呼吸信号と拍動信号とに基づいてタイミング制御部５６ｂで発生されるタイミング信号が入力されている間だけ底部光源ドライバ５５ｂが底部光源５４ｂをオンとする。
【００５５】
各ユニット５０ａ，５０ｂの間には、仕切り板５８が配されており、一方のユニット側の撮影ステージからの励起光が他方のユニットの生体３に照射されないようにしてある。なお、仕切り板５８は、ケラレが生じないようにその高さが調整されている。
【００５６】
時間制御部５９は、各ユニット５０ａ，５０ｂのいずれもが設定された合計露出時間に達したときに、イメージセンサ２１の電荷蓄積期間を終了させ、各ユニット５０ａ，５０ｂに対しては合計露出時間に達したユニットにタイミング信号の送出が停止されるようにタイミング制御部５６ａ，５６ｂを制御する。
【００５７】
上記構成によれば、第１ユニット５０ａ側の生体３は、その生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、底部光源５４ａによって励起光が照射されて蛍光を発し、その蛍光がイメージセンサ２１で受光される。また、第２ユニット５０側の生体３は、その生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、底部光源５４ｂから励起光が照射されて蛍光を発し、その蛍光がイメージセンサ２１で受光される。これにより、いずれの生体３についてもブレのない分布画像を同時に得ることができる。
【００５８】
この実施形態では、底部光源を用いた例について説明したが、落射式の励起光源を用いてもよい。この場合には、ユニットごとに落射式の励起光源を設け、１つのユニットの励起光が他のユニットの生体に対して照射されないようにすればよい。また、各生体の直上にそれぞれシャッタ装置を配して、生体ごとに対応するシャッタ装置の開閉を行うようにしてもよい。このようにすれば、標識物質が化学発光物質である場合にも利用できる。上記では、ユニット２個としたが３個以上であってもよい
【００５９】
［第４実施形態］
第４実施形態は、密着型イメージセンサを用いるものである。なお、以下に説明する他は、第１実施形態と同様であり、実質的に機能が同じ構成部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
図６に示すように、撮影装置５の筐体内部には、撮影ステージ６１と、落射式の励起光源６２とを配してある。光源ドライバ６３は、タイミング制御部３３が発生するタイミング信号が入力されている間、励起光源６２をオンする。
【００６１】
撮影ステージ６１は、その上面がイメージセンサ６５の受光面６５ａとなっている。このイメージセンサ６５は、ドライバ６６で駆動され、その受光面６５ａに直接に載せられた生体３に分布する蛍光物質からの蛍光を受光することにより分布画像を生成する。受光面６５ａと反対側のイメージセンサ６５の面には、イメージセンサ６５を冷却する冷却部６７を取り付けてある。なお、冷却部６７は、冷却の際に発生する熱を撮影装置５の外部に放出するようになっている。
【００６２】
図７にイメージセンサ６５の構造の一例を示す。このイメージセンサ６５は、いわゆる密着型２次元イメージセンサであり、また有機光電変換膜を用いたものとなっているが、半導体素子を用いた密着型２次元イメージセンサを用いてもよい。
【００６３】
イメージセンサ６５は、ＣＭＯＳ構造が形成されたシリコン基板７１と、このシリコン基板７１の上に順次に積層された光電変換部７２，フィルタ７３，レンズアレイ７４とからなる。レンズアレイ６５ｃは、生体３からの光を光電変換部７２に結像するためのものであって、例えばセルフォックレンズアレイ（登録商標）を用いている。フィルタ７３は、第１実施形態におけるカメラ側フィルタ２３に相当し、蛍光物質からの蛍光のみを透過する。
【００６４】
光電変換部７２は、上側（受光面６５ａ側）から順番に、透明電極膜７２ａ，感光光電変換膜７２ｂ，電極膜７２ｃ、絶縁膜７２ｄを積層してあり、光電変換膜７２ｂに光が入射するとその光の光量に応じた電荷を発生させる。光電変換膜７２ｂは、有機光電変換膜であり、それで発生した電荷は、各電極膜７２ａ，７２ｃに電圧を印加することにより、電極膜７２ｃ，絶縁膜７２ｄを貫通するように形成された柱状のビア７５を介してシリコン基板７１に設けられた電荷蓄積領域７６に蓄積されるようになっている。
【００６５】
上記のように密着型イメージセンサを用いた場合には、やはり生体３の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごと、すなわち生体３の呼吸と拍動がいずれも特定の状態となっているときに励起光源６２をオンとして生体３に励起光を照射する。そして、生体３に分布する蛍光物質からの蛍光を、その生体３が受光面６５ａに載せられたイメージセンサ６５で受光することにより分布画像を生成する。
【００６６】
なお、標識物質として化学発光物質を用いる場合には、イメージセンサ６５と生体３との間、あるいはイメージセンサ６５の光電変換部７２よりも生体側に薄いシャッタ装置を設けることにより、多重露出を行ってもよい。
【００６７】
上記各実施形態では、多重露出を行っている間に、イメージセンサの電荷の蓄積を継続することで、多重露出における各露出の結果をイメージセンサ上に合成しているが、１回の露出ごと、または所定の回数の露出ごとに、蓄積された電荷による画像信号を出力し、ＰＣ等の画像処理によって出力ごとの画像を合成した分布画像を生成してもよい。
【００６８】
また、多重露出の開始直前と、多重露出の終了直後の生体を白色光を照射する等して通常撮影し、各撮影で得られる画像に基づいて生体の多重露出中の姿勢の動きを検出して、その情報や画像を分布画像に付加したり、許容量を超える場合には再撮影（多重露出）を実施する等の制御を行ってもよい。多重露出に用いるイメージセンサに対する光の入射を一時的にシャッタ装置で阻止して、多重露出の途中で通常撮影を行い、多重露出の途中での姿勢の動きを検出できるようにしてもよい。通常撮影を行うには、別途カメラを設けることが簡便であるが、カメラ側フィルタを退避させて、分布画像を撮影するカメラ部を用いて、例えば多重露出の開始直前と直後の通常撮影を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明を実施した撮影システムの構成を示す斜視図である。
【図２】撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図３】呼吸信号と拍動信号とタイミング信号との関係を示すタイミングチャートである。
【図４】シャッタ装置を用いて多重露出を行う第２実施形態の撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図５】複数の生体の撮影を行う第３実施形態の撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図６】密着型イメージセンサを用いた第４実施形態の撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態のイメージセンサの構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
５ 撮影装置
１４ カメラ部
２１，６５ イメージセンサ
１６，１７，５４ａ，５４ｂ，６２ 光源
３３，５６ａ，５６ｂ タイミング制御部
３６，５２ａ，５２ｂ 呼吸センサ
３７，５３ａ，５３ｂ 拍動センサ
４１ シャッタ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体に分布する標識された対象物質からの光を受光して画像を生成する撮影装置、及びそのときの露出タイミング制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筐体内に被写体を配置し、筐体内に備えられた光源で被写体を照射して被写体を撮影する装置が、従来より様々な分野で利用されている。生化学、分子生物学の分野においては、化学発光物質や蛍光物質を標識物質として使用し、これらの発光や蛍光を読み取ることによって、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、蛋白質の分離、同定、あるいは分子量、特性の評価などを行う撮影装置が知られている。
【０００３】
また、マウスやラット等の生体に上記の標識物質で標識された遺伝子や蛋白質、抗体、薬理物質を与え、生体の体内または体表に分布した標識物質からの光をカメラで撮影し、生体内における遺伝子の発現や薬理作用等を撮影する、いわゆるイン・ビボ・イメージング（in vivo imaging）を行う撮影装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この撮影装置では、例えば蛍光物質で標識を行っている場合には、生体に励起光を照射して蛍光物質を励起させ、生じた蛍光をカメラで受光することによって画像を生成する。
【０００４】
生体の撮影を行う場合では、その生体の呼吸動作等により、生体の部位が移動し、あるいは肺の収縮・拡張が生じるため、カメラによって生成される画像にブレが生じる。そこで、このような問題を解消するために、Ｘ線撮影の際に、撮影対象となる患者（人）の呼吸に同期させたタイミングでＸ線撮影を行うＣＴ装置が特許文献２，３によって知られている。
【０００５】
【特許文献１】特表２０００−５０２８８４号公報
【特許文献２】特開平５−２１２０２４号公報
【特許文献３】特開２０００−１３９８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば「人」を対象としたＣＴ装置等では、「人」の呼吸数が少なく、また個々の断層面のＸ線撮影に要する時間が短いため、特許文献２，３のように呼吸に同期させて撮影さえ行えば良好な撮影を行うことができる。しかしながら、マウスやラット等の生体を撮影する撮影装置に用いられる標識物質の化学発光や蛍光は、非常に微弱な光であるため、高感度カメラを用いたとしても、長い露出時間（例えば１０秒程度）を要する。またマウスやラット等の小動物では、人に比べて呼吸数、拍動が非常に多く、例えば呼吸数は１８０回／分に、拍動数は６００回／分にも及ぶ。したがって、たとえ呼吸に同期させて撮影行ったとしても、画像を生成するに足りる程度の露出量は得ることができないという問題があり、呼吸等によるブレのない画像を得ることは困難であった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、マウスやラット等の生体からの微弱な化学発光や蛍光からもブレのない画像を得ることができる撮影装置、及び露出タイミング制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために請求項１に記載の撮影装置では、生体の呼吸状態を検出して、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する呼吸検出手段と、生体の拍動状態を検出して、その拍動状態に応じた拍動信号を出力する拍動検出手段と、呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに生体からの光を受光するようにイメージセンサでの露出を制御して多重露出させるタイミング制御手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項２記載に撮影装置では、タイミング制御手段は、生体の特定の呼吸状態かつ特定の拍動状態となるタイミングを露出タイミングとし、呼吸及び拍動のそれぞれが特定の状態を維持している期間中に、継続してイメージセンサで生体からの光を受光させるように露出制御するものである。
【００１０】
請求項３記載の撮影装置では、生体とイメージセンサとの間に配され、イメージセンサに対する生体からの光の入射を許容する開き状態と入射を阻止する閉じ状態との間で変移するシャッタ機構を有し、タイミング制御手段は、露出タイミングごとにシャッタ機構を閉じ状態から開き状態にしてイメージセンサで生体からの光を受光させるものである。
【００１１】
請求項４記載の撮影装置では、生体に励起光を照射する励起光源を備え、タイミング制御手段は、露出タイミングごとに励起光源をオンすることによって、イメージセンサで生体からの光を受光させるものである。
【００１２】
請求項５記載の露出タイミング制御方法では、撮影対象の生体の呼吸状態及び拍動状態をそれぞれ検出し、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光するように露出制御し、略同一の呼吸状態及び拍動状態で多重露出するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、生体の呼吸状態と生体の拍動状態をそれぞれ検出して、その呼吸及び拍動の双方に同期した所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光させて多重露出を行うようにしたから、微弱な化学発光や蛍光からもブレのない画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１実施形態］
本発明を実施した撮影システムの外観を図１に示す。撮影システム２は、撮影対象、例えばマウスやラット等の生体３（図２参照）の体表や体内に分布する標識物質からの光を受光し、生体３に分布する標識物質の画像（以下、分布画像という）を撮影（生成）して表示する。この実施形態では、標識物質として、励起光を照射することにより蛍光を発する蛍光物質を生体３に投与し、その生体３に分布する蛍光物質の分布画像を生成する場合について説明するが、自家蛍光を発する組織、例えば腫瘍組織の分布画像を生成する場合についても同様である。
【００１５】
撮影システム２は、分布画像を生成する撮影装置５と、この撮影装置５に対する各種設定や撮影装置５で生成された分布画像に各種画像処理を施してモニタ６ａに表示し、また分布画像を記録媒体への記録等を行うＰＣ（パーソナルコンピュータ）６とから構成されている。ＰＣ６には、所定のソフトウェアをインストールすることによって、撮影装置５に対する設定機能や画像処理機能等を実現している。この例では、さらに麻酔ガスを供給する麻酔装置７を設けてある。
【００１６】
撮影装置５は、略直方体の形状をした筐体１１の中空の内部に撮影室１２を設けてある。撮影室１２には、カメラ部１４（図２参照）、撮影ステージ１５、上部光源１６、底部光源１７（図２参照）等を配してある。筐体１１には、蓋１８を設けてあり、この蓋１８を開くことによって、生体３を撮影室１２内へ収容し、また撮影室１２から生体を取り出すことができる。蓋１８を閉じたときには、撮影室１２内が遮光され、撮影の際に生体３から発せられる蛍光以外の光がカメラ部１４に入射することが防止される。
【００１７】
図２において、カメラ部１４は、撮影室１２の上部に固定されており、生体３の分布画像を生成する。このカメラ部１４は、イメージセンサ２１，撮影レンズ２２，カメラ側フィルタ２３，冷却部２４等から構成される。イメージセンサ２１は、デジタルカメラ等に用いられているものと同様であり、その受光面に多数の受光素子をマトリクス状に配してある。
【００１８】
分布画像を生成する場合には、後述するように、受光素子で光電変換を行って電荷を蓄積する状態にイメージセンサ２１を維持し、その間に生体３の呼吸と拍動との双方に同期せさせて蛍光物質から蛍光を受光させ、その光を電荷として蓄積させることによって多重露出を行う。
【００１９】
撮影レンズ２２は、生体３からの蛍光をイメージセンサ２１に結像する。カメラ側フィルタ２３は、上部光源１６や底部光源１７からの励起光を遮断し、生体３に分布する蛍光物質からの蛍光を透過するフィルタである。このカメラ側フィルタ２３としては、例えば蛍光物質からの蛍光よりも短波長側の光をカットするローパスフィルタを用い、生体３からの蛍光だけをイメージセンサ２１に受光させる。冷却部２４は、イメージセンサ２１を冷却することにより暗電流を低減して、生成される分布画像のノイズを抑制する。
【００２０】
イメージセンサ２１としては、ＣＣＤタイプやＣＭＯＳタイプ等の各種のものを用いることができる。また、半導体によって光電変換を行うものの他、有機光電変換膜を使ったイメージセンサを用いてもよい。さらには、単色のみならず、受光する光を複数色に色分解して撮影するようにしてもよい。
【００２１】
カメラ部１４の直下に撮影ステージ１５が配されている。この撮影ステージ１５は、生体３が置かれるステージ面２７とその下側のハウジング２８とからなる箱状となっている。この撮影ステージ１５の中空な内部に底部光源１７を配してある。ステージ面２７は、その上に置かれた生体３に底部光源１７からの励起光が照射されるように透明な板状となっている。ハウジング２８は、底部光源１７からの励起光を遮断するように不透明にしてありステージ面２７以外から励起光が射出されないようにしている。
【００２２】
撮影ステージ１５の上方には、上部光源１６を配してある。この上部光源１６と、上述の底部光源１７は、いずれも生体３に分布する蛍光物質を励起して発光させるための励起光を生体３に向けて照射する励起光源となっている。各光源１６，１７としては、ハロゲンランプ，ストロボ放電管，レーザ、発光ダイオード等の各種のものを用いることができるが、生体３の呼吸、拍動に同期させて各光源１６，１７をオン・オフするため応答性の高い光源を用いるのがよい。この例では、白色ＬＥＤと蛍光物質からの蛍光の波長域とそれよりも長波長側の光をカットするハイパスフィルタ等で構成してある。
【００２３】
上部光源１６は、いわゆる落射式の励起光源であり、生体３の上側から励起光を照射し、底部光源１７は、生体３の下側から励起光を照射する。これらの上部光源１６、底部光源１７は、タイミング制御部３３の制御の下で、それぞれ対応する上部光源ドライバ３１、底部光源ドライバ３２によって駆動される。
【００２４】
撮影室１２内のマスク３５は、チューブ等を介して麻酔装置７に接続されており、麻酔装置７から麻酔ガスが供給される。マスク３５は、生体３、例えばマウスの鼻に装着され、麻酔ガスを生体３に吸引させる。これにより、生体３の麻酔状態を維持して、姿勢が変わらないようにする。
【００２５】
このマスク３５には、呼吸センサ３６が組み込まれており、この呼吸センサ３６は、例えば湿度によって呼吸状態を検出し、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する。呼吸センサ３６としては、これ以外の手法を用いて検出してもよく、また他の部位に装着されるものであってもよい。例えばマスク３５内に組み込んだ圧力センサで呼吸状態を検出してもよい。
【００２６】
拍動センサ３７は、生体３の拍動（心拍）状態を検出するためのものであり、例えば生体３の尾に装着され、例えば圧力によって拍動状態を検出する。この拍動センサ３７は、生体３の拍動状態に応じた拍動信号を出力する。拍動センサ３７としては、その他の手法、例えば電気的に拍動状態を検出する心電計や、心音トランスデューサ等を用いてもよい。また他の部位に装着されるものであってもよい。
【００２７】
タイミング制御部３３は、生体３の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、イメージセンサ２１が生体３からの光を受光するようにして、複数回の露出による多重露出を行わせる。これにより、各露出時における生体３の呼吸状態と拍動状態との両方を略同じ状態にし、イメージセンサ２１で生成される画像のブレを防止しながら、十分に長い露出時間で分布画像を撮影できるようにしている。
【００２８】
この実施形態では、励起光源のオン・オフのタイミングを制御することにより、すなわち生体３の呼吸状態と拍動状態との両方が略同じ状態となっているとき、この例では、後述するように、図３に示すタイミング信号が出力されているＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・のときに励起光を生体３に照射して、生体３に分布する蛍光物質からの蛍光がイメージセンサ２１に受光されるようにしている。したがって、１回の励起光源のオンにより、多重露出の１回の露出を行う。
【００２９】
タイミング制御部３３は、呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体３の呼吸状態と拍動状態との両方が略同じ状態になっている露出タイミングを判定し、その露出タイミングごとにタイミング信号を出力する。このタイミング信号は、イメージセンサ２１が生体３からの蛍光を受光すべき期間、すなわち露出を行う期間に相当するパルス幅を有する。
【００３０】
タイミング制御部３３には、多重露出による合計露出時間、使用する励起光源の設定等がＰＣ６の操作で設定される。タイミング信号は、使用する励起光源に対応する上部光源ドライバ３１または底部光源ドライバ３２に送られる。また、タイミング制御部３３には、タイミング信号のパルス幅を積算するカウンタを有しており、このカウンタの内容が設定されている合計露出時間に達すると、タイミング信号の送出を停止するとともに、多重露出完了信号を出力する。
【００３１】
ドライバ３８は、タイミング制御部３３から入力される多重露出開始信号の入力に応答してイメージセンサ２１を作動させて、受光した光の光電変換とその光電変換で得られる電荷の蓄積とを開始させる。このドライバ３８は、タイミング制御部３３からの多重露出完了信号が入力されることに応答して、イメージセンサ２１での光電変換を停止し、それまでに蓄積された電荷を画像信号に変換して出力することにより、多重露出で得られる分布画像をＰＣ６に送る。
【００３２】
上部光源ドライバ３１及び底部光源ドライバ３２は、パルス状のタイミング信号が入力されている間、光源をオンとする。これにより、生体３の呼吸状態と拍動状態との両方を略同じ状態となっているときに、励起光源から励起光を生体３に照射して蛍光物質からの蛍光を発生させる。なお、光源をオン（点灯状態）としたまま、シャッタの開閉等によりタイミング信号に基づく生体への励起光の照射を行ってもよい。
【００３３】
図３に、呼吸信号，拍動信号，タイミング信号等の波形の一例を示す。この例では、呼吸信号と拍動信号は、タイミング制御部３３によって、それぞれ予め設定された振幅となるように調整された後、所定の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２で二値化されて呼吸二値化信号，拍動二値化信号とされる。そして、得られる呼吸二値化信号，拍動二値化信号が、タイミング制御部３３で論理積演算されることによりタイミング信号が生成される。
【００３４】
具体的には、閾値Ｔｈ１の設定により、生体３の呼気（呼吸信号の上昇）と吸気（呼吸信号の下降）との間となっている状態（タイミングＴａ１からタイミングＴａ２の期間）を特定の呼吸状態としている。また、閾値Ｔｈ２の設定により、生体３の心臓が収縮ないし血圧の上昇（拍動信号が上昇）から心臓の拡張ないし血圧の低下（拍動信号が下降）に転じる前後の状態（タイミングＴｂ１からタイミングＴｂ２の期間）を特定の拍動状態としている。そして、これら双方が特定状態であるＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・のときにタイミング信号を出力している。
【００３５】
ドライバ３８への多重露光開始信号の入力から多重露光完了信号の入力までが、１個の分布画像を生成するために、イメージセンサ２１が電荷を蓄積する電荷蓄積期間である。この電荷蓄積期間中に、複数のタイミング信号によって上部光源１６または底部光源１７がオンとなることに応答して生体３に分布する蛍光物質からの光がイメージセンサ２１で受光され、結果として多重露出が行われる。
【００３６】
分布画像にブレが発生しないようにするには、生体３の部位、特には撮影対象となる部位がほぼ同じ位置となっているときに、多重露出における各露出を行うことが重要であり、上記の特定の呼吸状態と特定の拍動状態に限るものではない。例えば呼吸においては、吸気から呼気に転じる前後、吸気または呼気中の一定の区間を特定な呼吸状態としてもよい。なお、呼吸あるいは拍動のいずれか一方にのみ同期させて多重露出の各露出を行うことも有用な態様である。
【００３７】
次に、上記構成の作用について説明する。まず、蓋１８を開いて、蛍光物質を予め投与した生体３が撮影ステージ１５に置かれる。このとき、生体３は、プレ麻酔が施された状態とされている。続いて、マスク３５と拍動センサ３７を生体３に装着してから蓋１８を閉じる。そして、麻酔装置７から麻酔ガスの供給が開始される。
【００３８】
次に、ＰＣ６を操作して、上部光源１６と底部光源１７とのいずれを使用するかを設定し、さらに合計露出時間を設定した後に、撮影開始を指示する。撮影開始が指示されると、タイミング制御部３３は、呼吸センサ３６からの呼吸信号と拍動センサ３７からの拍動信号を二値化した呼吸二値化信号と拍動二値化信号が出力されていることを確認してから、多重露出開始信号をドライバ３８に送る。
【００３９】
ドライバ３８が多重露出開始信号を受けることにより、イメージセンサ２１が作動を開始して、各受光素子で受光する光を電荷に光電変換し蓄積する状態となる。一方、タイミング制御部３３では、呼吸二値化信号と拍動二値化信号とを論理積演算してタイミング信号を生成する処理が開始される。そして、この処理で発生する各タイミング信号が使用設定されている光源のドライバに順次に送出される。例えば、使用設定されている光源が底部光源１７であった場合には、底部光源ドライバ３２に各タイミング信号が順次に送られる。
【００４０】
タイミング信号が底部光源ドライバ３２に入力されると、底部光源１７がオンとされて、励起光がステージ面２７を通して、このステージ面２７に置かれている生体３に照射される。照射された励起光は、生体３内で拡散して、生体３の体内または体表に分布している蛍光物質を励起させ蛍光を発生させる。このようにして生体３に分布する蛍光物質から発せられた蛍光は、カメラ側フィルタ２３、撮影レンズ２２を通してイメージセンサ２１に受光される。
【００４１】
同様にして、タイミング信号が底部光源ドライバ３２に入力されるごとに、底部光源１７がオンとされ、そのオンごとに発生する蛍光がイメージセンサ２１に受光され、その受光による電荷が徐々に蓄積される。
【００４２】
なお、上部光源１６を使用光源として設定している場合には、上部光源ドライバ３１にタイミング信号が送られ、このタイミング信号の入力ごとに上部光源１６がオンとなって生体３に向けて励起光が照射される。そして、その照射で蛍光物質から発せられる蛍光がカメラ側フィルタ２３、撮影レンズ２２を通してイメージセンサ２１に受光される。
【００４３】
上記のようにして、光源のオン・オフによって多重露出を行っている間では、タイミング信号のパルス幅の積算、すなわち露出時間の積算がタイミング制御部３３で行われる。そして、積算された露出時間がＰＣ６で設定された合計露出時間に達すると、タイミング制御部３３からのタイミング信号の送出が停止されてから、ドライバ３８に多重露光完了信号が送られ多重露出が終了される。
【００４４】
上記のようにして多重露出が終了すると、ドライバ３８からの駆動信号によって、それまでにイメージセンサ２１に蓄積された電荷の読み出しが行われて、多重露出で得られた分布画像の画像信号がＰＣ６に送られる。ＰＣ６では、各種画像処理を施してから、モニタ６ａに多重露出で得られた画像が表示され、または記録媒体に記録される。
【００４５】
以上のようにして得られる分布画像は、多重露出を行っているので十分な露出時間であり、しかも生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、すなわち生体３の部位がほぼ同位置にあるときに、励起光を照射させて発生される蛍光を受光して生成された画像であるからブレのない良好なものとなっている。
【００４６】
［第２実施形態］
第２実施形態は、シャッタ装置を用いて、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、イメージセンサが生体からの光を受光するようにしたものである。なお、以下に説明する他は、第１実施形態と同様であり、実質的に同じ構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
この例では、図４に示すように、イメージセンサ２１と撮影レンズ２２との間にシャッタ装置４１を設けてある。このシャッタ装置４１は、生体３からの蛍光のイメージセンサ２１への入射を許容する開き状態と、入射を阻止する閉じ状態との間で変移する。シャッタドライバ４２は、タイミング制御部３３からのタイミング信号が入力されている間だけシャッタ装置４１を開き状態とする。上部光源１６または底部光源１７は、多重露出中に常にオンとされるが、シャッタ装置４１が開き状態となっているときにだけオンとなるように制御してもよい。
【００４８】
シャッタ装置４１としては、シャッタ羽根を作動させて開口の開閉を行う機械式のシャッタ装置や、電子光学シャッタ、ゲート動作が可能なイメージインテンシファイア等、各種のものを用いることができるが、応答性が高いものが好ましい。また、シャッタ装置４１は、生体３とイメージセンサ２１との間であれば、いずれの位置であってもよい。
【００４９】
これによれば、上部光源１６または底部光源１７がオンとなっていることにより、生体３に分布する蛍光物質から蛍光が継続的に発せられるが、タイミング信号によるシャッタ装置４１の開閉によって、生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるときの蛍光だけがイメージセンサ２１に受光される。これにより、第１実施形態と同じく、十分な露出時間で、しかもブレのない良好な分布画像を得ることができる。
【００５０】
なお、このようにシャッタ装置４１を用いた場合には、標識物質として化学発光物質の分布画像を撮影する場合にも利用することができる。化学発光物質の分布画像を撮影する場合には、励起光源による励起光の照射等が不要であり、またカメラ側フィルタ２３も省略できる。
【００５１】
［第３実施形態］
第３実施形態は、複数の生体を対象として、それらを同時に撮影するものである。なお、以下に説明する他は、第１実施形態と同様である。また、図５では、撮影装置の要部のみを示してある。
【００５２】
図５に示すように、撮影装置には、第１ユニット５０ａと、第２ユニット５０ｂとを設けてある。第１ユニット５０ａは、撮影ステージ５１ａ，呼吸センサ５２ａ，拍動センサ５３ａ，撮影ステージ５１ａ内に設けた底部光源５４ａ，光源ドライバ５５ａ，タイミング制御部５６ａから構成される。
【００５３】
呼吸センサ５２ａ及び拍動センサ５３ａは、撮影ステージ５１ａに置かれた生体３に装着され、タイミング制御部５６ａが、それらからの呼吸信号と拍動信号とに基づいてタイミング信号を発生する。そして、タイミング制御部５６ａからのタイミング信号が入力されている間だけ底部光源ドライバ５５ａが底部光源５４ａをオンとする。
【００５４】
第２ユニット５０ｂについても、第１ユニット５０ａと同様であり、撮影ステージ５１ｂ，呼吸センサ５２ｂ，拍動センサ５３ｂ，撮影ステージ５１ｂ内に設けた底部光源５４ｂ，光源ドライバ５５ｂ，タイミング制御部５６ｂから構成される。呼吸センサ５２ｂ及び拍動センサ５３ｂは、撮影ステージ５１ｂに置かれた生体３に装着される。そして、呼吸センサ５２ｂ，拍動センサ５３ｂからの呼吸信号と拍動信号とに基づいてタイミング制御部５６ｂで発生されるタイミング信号が入力されている間だけ底部光源ドライバ５５ｂが底部光源５４ｂをオンとする。
【００５５】
各ユニット５０ａ，５０ｂの間には、仕切り板５８が配されており、一方のユニット側の撮影ステージからの励起光が他方のユニットの生体３に照射されないようにしてある。なお、仕切り板５８は、ケラレが生じないようにその高さが調整されている。
【００５６】
時間制御部５９は、各ユニット５０ａ，５０ｂのいずれもが設定された合計露出時間に達したときに、イメージセンサ２１の電荷蓄積期間を終了させ、各ユニット５０ａ，５０ｂに対しては合計露出時間に達したユニットにタイミング信号の送出が停止されるようにタイミング制御部５６ａ，５６ｂを制御する。
【００５７】
上記構成によれば、第１ユニット５０ａ側の生体３は、その生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、底部光源５４ａによって励起光が照射されて蛍光を発し、その蛍光がイメージセンサ２１で受光される。また、第２ユニット５０側の生体３は、その生体３の呼吸及び拍動のいずれもが特定の状態にあるとき、底部光源５４ｂから励起光が照射されて蛍光を発し、その蛍光がイメージセンサ２１で受光される。これにより、いずれの生体３についてもブレのない分布画像を同時に得ることができる。
【００５８】
この実施形態では、底部光源を用いた例について説明したが、落射式の励起光源を用いてもよい。この場合には、ユニットごとに落射式の励起光源を設け、１つのユニットの励起光が他のユニットの生体に対して照射されないようにすればよい。また、各生体の直上にそれぞれシャッタ装置を配して、生体ごとに対応するシャッタ装置の開閉を行うようにしてもよい。このようにすれば、標識物質が化学発光物質である場合にも利用できる。上記では、ユニット２個としたが３個以上であってもよい
【００５９】
［第４実施形態］
第４実施形態は、密着型イメージセンサを用いるものである。なお、以下に説明する他は、第１実施形態と同様であり、実質的に機能が同じ構成部材には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
図６に示すように、撮影装置５の筐体内部には、撮影ステージ６１と、落射式の励起光源６２とを配してある。光源ドライバ６３は、タイミング制御部３３が発生するタイミング信号が入力されている間、励起光源６２をオンする。
【００６１】
撮影ステージ６１は、その上面がイメージセンサ６５の受光面６５ａとなっている。このイメージセンサ６５は、ドライバ６６で駆動され、その受光面６５ａに直接に載せられた生体３に分布する蛍光物質からの蛍光を受光することにより分布画像を生成する。受光面６５ａと反対側のイメージセンサ６５の面には、イメージセンサ６５を冷却する冷却部６７を取り付けてある。なお、冷却部６７は、冷却の際に発生する熱を撮影装置５の外部に放出するようになっている。
【００６２】
図７にイメージセンサ６５の構造の一例を示す。このイメージセンサ６５は、いわゆる密着型２次元イメージセンサであり、また有機光電変換膜を用いたものとなっているが、半導体素子を用いた密着型２次元イメージセンサを用いてもよい。
【００６３】
イメージセンサ６５は、ＣＭＯＳ構造が形成されたシリコン基板７１と、このシリコン基板７１の上に順次に積層された光電変換部７２，フィルタ７３，レンズアレイ７４とからなる。レンズアレイ６５ｃは、生体３からの光を光電変換部７２に結像するためのものであって、例えばセルフォックレンズアレイ（登録商標）を用いている。フィルタ７３は、第１実施形態におけるカメラ側フィルタ２３に相当し、蛍光物質からの蛍光のみを透過する。
【００６４】
光電変換部７２は、上側（受光面６５ａ側）から順番に、透明電極膜７２ａ，感光光電変換膜７２ｂ，電極膜７２ｃ、絶縁膜７２ｄを積層してあり、光電変換膜７２ｂに光が入射するとその光の光量に応じた電荷を発生させる。光電変換膜７２ｂは、有機光電変換膜であり、それで発生した電荷は、各電極膜７２ａ，７２ｃに電圧を印加することにより、電極膜７２ｃ，絶縁膜７２ｄを貫通するように形成された柱状のビア７５を介してシリコン基板７１に設けられた電荷蓄積領域７６に蓄積されるようになっている。
【００６５】
上記のように密着型イメージセンサを用いた場合には、やはり生体３の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごと、すなわち生体３の呼吸と拍動がいずれも特定の状態となっているときに励起光源６２をオンとして生体３に励起光を照射する。そして、生体３に分布する蛍光物質からの蛍光を、その生体３が受光面６５ａに載せられたイメージセンサ６５で受光することにより分布画像を生成する。
【００６６】
なお、標識物質として化学発光物質を用いる場合には、イメージセンサ６５と生体３との間、あるいはイメージセンサ６５の光電変換部７２よりも生体側に薄いシャッタ装置を設けることにより、多重露出を行ってもよい。
【００６７】
上記各実施形態では、多重露出を行っている間に、イメージセンサの電荷の蓄積を継続することで、多重露出における各露出の結果をイメージセンサ上に合成しているが、１回の露出ごと、または所定の回数の露出ごとに、蓄積された電荷による画像信号を出力し、ＰＣ等の画像処理によって出力ごとの画像を合成した分布画像を生成してもよい。
【００６８】
また、多重露出の開始直前と、多重露出の終了直後の生体を白色光を照射する等して通常撮影し、各撮影で得られる画像に基づいて生体の多重露出中の姿勢の動きを検出して、その情報や画像を分布画像に付加したり、許容量を超える場合には再撮影（多重露出）を実施する等の制御を行ってもよい。多重露出に用いるイメージセンサに対する光の入射を一時的にシャッタ装置で阻止して、多重露出の途中で通常撮影を行い、多重露出の途中での姿勢の動きを検出できるようにしてもよい。通常撮影を行うには、別途カメラを設けることが簡便であるが、カメラ側フィルタを退避させて、分布画像を撮影するカメラ部を用いて、例えば多重露出の開始直前と直後の通常撮影を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明を実施した撮影システムの構成を示す斜視図である。
【図２】撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図３】呼吸信号と拍動信号とタイミング信号との関係を示すタイミングチャートである。
【図４】シャッタ装置を用いて多重露出を行う第２実施形態の撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図５】複数の生体の撮影を行う第３実施形態の撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図６】密着型イメージセンサを用いた第４実施形態の撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第４実施形態のイメージセンサの構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
５ 撮影装置
１４ カメラ部
２１，６５ イメージセンサ
１６，１７，５４ａ，５４ｂ，６２ 光源
３３，５６ａ，５６ｂ タイミング制御部
３６，５２ａ，５２ｂ 呼吸センサ
３７，５３ａ，５３ｂ 拍動センサ
４１ シャッタ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体からの光を受光して画像を生成するイメージセンサを備えた撮影装置において、
生体の呼吸状態を検出して、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する呼吸検出手段と、
生体の拍動状態を検出して、その拍動状態に応じた拍動信号を出力する拍動検出手段と、
前記呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに生体からの光を受光するように前記イメージセンサでの露出を制御して多重露出させるタイミング制御手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記タイミング制御手段は、生体の特定の呼吸状態かつ特定の拍動状態となるタイミングを露出タイミングとし、呼吸及び拍動のそれぞれが特定の状態を維持している期間中に、継続して前記イメージセンサで生体からの光を受光させるように露出制御することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
生体と前記イメージセンサとの間に配され、前記イメージセンサに対する生体からの光の入射を許容する開き状態と入射を阻止する閉じ状態との間で変移するシャッタ機構を有し、
前記タイミング制御手段は、前記露出タイミングごとに前記シャッタ機構を閉じ状態から開き状態にして前記イメージセンサで生体からの光を受光させることを特徴とする請求項１または２記載の撮影装置。
【請求項４】
生体に励起光を照射する励起光源を備え、前記タイミング制御手段は、前記露出タイミングごとに前記励起光源をオンすることによって、前記イメージセンサで生体からの光を受光させることを特徴とする請求項１または２記載の撮影装置。
【請求項５】
撮影対象の生体の呼吸状態及び拍動状態をそれぞれ検出し、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光するように露出制御し、略同一の呼吸状態及び拍動状態で多重露出することを特徴とする露出タイミング制御方法。
【請求項１】
生体からの光を受光して画像を生成するイメージセンサを備えた撮影装置において、
生体の呼吸状態を検出して、その呼吸状態に応じた呼吸信号を出力する呼吸検出手段と、
生体の拍動状態を検出して、その拍動状態に応じた拍動信号を出力する拍動検出手段と、
前記呼吸信号と拍動信号とに基づいて、生体の呼吸運動と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに生体からの光を受光するように前記イメージセンサでの露出を制御して多重露出させるタイミング制御手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記タイミング制御手段は、生体の特定の呼吸状態かつ特定の拍動状態となるタイミングを露出タイミングとし、呼吸及び拍動のそれぞれが特定の状態を維持している期間中に、継続して前記イメージセンサで生体からの光を受光させるように露出制御することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
生体と前記イメージセンサとの間に配され、前記イメージセンサに対する生体からの光の入射を許容する開き状態と入射を阻止する閉じ状態との間で変移するシャッタ機構を有し、
前記タイミング制御手段は、前記露出タイミングごとに前記シャッタ機構を閉じ状態から開き状態にして前記イメージセンサで生体からの光を受光させることを特徴とする請求項１または２記載の撮影装置。
【請求項４】
生体に励起光を照射する励起光源を備え、前記タイミング制御手段は、前記露出タイミングごとに前記励起光源をオンすることによって、前記イメージセンサで生体からの光を受光させることを特徴とする請求項１または２記載の撮影装置。
【請求項５】
撮影対象の生体の呼吸状態及び拍動状態をそれぞれ検出し、生体の呼吸と拍動の双方に同期させた所定の露出タイミングごとに、生体からの光をイメージセンサで受光するように露出制御し、略同一の呼吸状態及び拍動状態で多重露出することを特徴とする露出タイミング制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２３６８４６（Ｐ２００９−２３６８４６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８６１２９（Ｐ２００８−８６１２９）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]