生体内情報を画像化するためのツールおよびその利用
【課題】放射線情報として提示される生体内物質動態についての鮮明な画像を得る技術を実現する。
【解決手段】放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部１２、および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部１３を備えている放射線情報の画像化器具１１を提供する。画像化器具１１において、受光部１２は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、光拡大部１３は、受光部１２が設けられている第１面１４と第１面１４に対向して第２可視光情報が生成される第２面１５とを有し、第２面１５から第１面１４に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバー１６から構成されている。
【解決手段】放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部１２、および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部１３を備えている放射線情報の画像化器具１１を提供する。画像化器具１１において、受光部１２は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、光拡大部１３は、受光部１２が設けられている第１面１４と第１面１４に対向して第２可視光情報が生成される第２面１５とを有し、第２面１５から第１面１４に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバー１６から構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内情報を画像化するためのツールおよびその利用に関するものであり、より詳細には、ラジオアイソトープトレーサーを取り込ませた被験体から放出される放射線情報をより高感度で検出しかつ高解像度で画像化するためのツールおよびその利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体内情報を得るために放射線が利用されている。用いられる放射線としては、α線、β線、γ線、Ｘ線などが挙げられる。α線は、ヘリウムの原子核に相当する複合粒子であり、β線は、高速で飛行する電子（β−）または高速で飛行する陽電子（β＋）であるが、一般的には電子（β−）が意図されている。γ線およびＸ線は、ともにエネルギーの高い電磁波であるが、原子核から放出される電磁波をγ線、軌道電子の再配列等により原子から放出される電磁波をＸ線として区別されている。
【０００３】
このような放射線を可視光（例えば、蛍光）に変換する物質をシンチレータ（蛍光体）という。放射線をシンチレータに入射させると、入射した放射線のエネルギーによって、原子および／又は分子の電子状態が励起状態に変化し、これにより蛍光体において可視領域の電磁波、すなわち蛍光が放出される。シンチレータは、放射線の測定又はＸ線による医療診断の現場でしばしば利用されている。
【０００４】
シンチレータは、無機シンチレータと有機シンチレータとに分けられる。無機シンチレータはγ線に対する発光効率が高く、γ線の計測には、例えば、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）に少量のタリウムを添加したＮａＩシンチレータが、使用されている。
【０００５】
一方、有機シンチレータは、放射能濃度の高い試料の測定に適している。有機シンチレータとしては、アントラセン結晶およびポリスチレン又はポリビニルトルエンなどの有機固体（プラスチックシンチレータ）が挙げられる。プラスチックシンチレータは比重が小さくかつ密度が低いため、γ線の計測には適さないが、速中性子用検出器として用いられている。また、有機シンチレータは、低エネルギーのβ線を効率よく検出できる液体シンチレータとして、３Ｈ、１４Ｃ等の測定に広く用いられている。
【０００６】
このような放射線は、生体の内部構造を画像化するために、特に医療分野においては診断の際の判断材料として利用されている。診断に用いられる放射線画像としては、Ｘ線写真（レントゲン写真）が知られている。Ｘ線写真は、生体の外部から照射したＸ線が生体を透過する際に、生体内の各組織におけるＸ線の吸収率の差に基づいて生成される透過像をフィルム上に記録したものである。生体内の構造又は組成によりＸ線の吸収率が異なるため、Ｘ線写真では、その差異が影絵となって現れる。
【０００７】
実験室等における放射線の利用法としては、オートラジオグラフィーが挙げられる。生体の外側から放射線を照射してその透過像を画像化するＸ線写真に対して、オートラジオグラフィーは、生体内に取り込ませた放射性核種から放出される放射線を、生体の外側から測定し画像化する技術である。具体的には、オートラジオグラフィーは、トレーサーとして放射性核種を投与した生体の組織もしくはスライスして作製した組織切片をフィルムに密着させ、放出される放射線を露光することにより、トレーサーの移動又は分布を画像化する。オートラジオグラフィー技術は、放射線源の像を直接画像化するため、生体内の情報を２次元的に正確に読み取ることが可能である。また、上記フィルムより高感度のイメージングプレート（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｌａｔｅ：ＩＰ）もまた開発されている。また、特許文献１には、生体スライス標本を撮影するためのポジトロン（β＋）撮影装置が開示されており、特許文献２には、反射膜を取り付けたプラスチックシンチレータを用いて、培養切片に取り込ませた放射性核種から放出されるβ＋線およびβ＋線が対消滅して生じるγ線を検出する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、非接触的／非破壊的にトレーサーの分布を二次元画像として得るための、中空のガラス管よりなるＸ線導管の複数個を平行に束ねたＸ線導管束を利用した撮影装置が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２９２４６６号公報（平成９年１１月１１日公開）
【特許文献２】特開２００４−２１２２２４号公報（平成１６年７月２９日公開）
【特許文献３】特開平７−２９４６５５号公報（平成７年１１月１０日公開）
【非特許文献１】http://jp.hamamatsu.com/resources/products/sys/pdf/jpn/c4880fib.pdf
【非特許文献２】http://jp.hamamatsu.com/resources/products/etd/pdf/ALS_ACS_FOS_TMCP1031E03.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、生体内における物質の輸送、シグナル伝達のメカニズム等をより詳細に解析することが試みられており、そのために、生体中で物質がどのように移動しているのかを解析する技術の開発が望まれている。生体内情報を得るために目的のタンパク質などを蛍光標識してその蛍光像を観察する技術が主に用いられているが、放射性核種を利用する場合は、特に、上述したような種々の技術が検討されている。
【０００９】
β−線から画像を構成するためには、Ｘ線フィルムまたはイメージングプレート（ＩＰ）などを植物体に接触させる方法が用いられているが、これらの実験では、遮光および／またはサンプルのフィルムへの密着のために、サンプルとフィルムをカセッテなどで固定する必要がある。そのために、サンプルからの放射線情報（放射線像）の単独取得しかできず、他の情報（例えば、明視野像、蛍光像など）を同時に取得することができない。また、高感度であっても瞬間的な静止画像しか得ることができず、同じ生体で異なるステージにて連続的なリアルタイム解析を行うことができない。
【００１０】
リアルタイムで連続画像を取得するためには、放射線を直接検出する半導体検出器デバイスの使用、または放射線を一旦可視光に変換してＣＣＤカメラなどによってこの可視光を直接検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、β＋線を用いる技術では、核種の崩壊によって生じたβ＋線が、対消滅により、実際の検出対象となるγ線を放出するまでに数ｍｍ移動する。そのため、実際の核種の存在位置を正確に知ることは困難であり、よって高解像度な画像を得ることができない。例えば、γ線を計測することにより生きたままの植物中にて水の動きをリアルタイムで画像化することができるＰＥＴＩＳ（Positron Emitting Tracer Imaging System）については、解像度および定量性の観点から改善の余地が残されているといわれている。なお、従来の放射線による植物機能の解明についてはhttp://mext-atm.jst.go.jp/atomica/08030105_1.htmlを参照のこと。
【００１１】
このように、γ線または中性子線を用いた場合に高感度の画像を得ること、および微弱なβ−線を用いた場合にリアルタイムでの検出を行うことは、これまでに達成されていない。すなわち、高感度かつ高解像度でのリアルタイムイメージングシステムは未だ存在しない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ラジオアイソトープトレーサーを取り込ませた被験体から得られる放射線像を高感度かつ高解像度で提供するとともに、このような放射線像を、被験体から得られる明視野像や蛍光像などと同時に検出するための技術を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、放射性同位元素のトレーサーを用いて、このトレーサーの動態をリアルタイム画像として取得することにより、植物ホルモンおよび／または生合成産物の動態、ならびに植物体内での無機栄養塩類、重金属などの移動および／または吸収を解析することを試みた。その結果、本発明者らは、特定の構成を採用すれば、放射線情報から変換された可視光情報を高解像度にて画像化し得るとともに、従来の二重観察（明視野観察および蛍光観察）と組み合わせ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明に係る放射線情報の画像化器具は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部、および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部を備えており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されていることを特徴としている。
【００１５】
後述するように、一実施形態において、本発明に係る画像化器具の光拡大部は光ファイバーから構成されている。放射線を可視光に変換するシンチレータを、光ファイバーから構成されるファイバー束の端面に設けたものを用いて、放射線情報を画像化することは、例えば、特許文献２および３、非特許文献１および２などに示されている。しかし、特許文献２や非特許文献１に示されている技術は、シンチレータによって変換された可視光情報を、光ファイバーを用いて集光する技術であり、非特許文献２および３に示されている技術は、シンチレータによって変換された可視光情報を、平行なファイバー束からなるファイバープレートを用いてリフトアップさせる技術である。本発明の特徴点は、これらの技術とは異なり、放射線情報がシンチレータによって変換されて生成された可視光情報を拡大させるものである。本発明の上記構成は、本発明者らの独自の観点に基づいて採用されたものであり、このような構成を採る画像化器具によって、従来なし得なかったβ−情報の検出が容易になったことは、全く予測し得るものではなかった。すなわち、本発明において対象とされる放射線は、好ましくはβ線であり、より好ましくはβ−線である。なお、本発明に係る画像化器具は、第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部がさらに設けられていてもよい。
【００１６】
本発明に係る放射線情報の画像化器具は、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎおよび１７６Ｌｕからなる群より選択される放射性核種とトレーサーとして取り込んだ被験体（例えば、植物）から放出される放射線情報を画像化するために用いられることが好ましく、より詳細には、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることが好ましい。また、本発明に係る放射線情報の画像化器具において、上記シンチレータは無機シンチレータであることが好ましい。また、上記シンチレータは１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る放射線情報の画像測定装置は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部と第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部とを備えた可視光生成部、および第２可視光情報を撮影する撮影部を有しており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されていることを特徴としている。なお、本発明に係る画像測定装置は、第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が上記光拡大部と上記撮影部との間に設けられていてもよい。
【００１８】
本発明に係る画像測定装置は、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎおよび１７６Ｌｕからなる群より選択される放射性核種とトレーサーとして取り込んだ被験体（例えば、植物）から放出される放射線情報を画像化するために用いられることが好ましく、より詳細には、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることが好ましい。また、本発明に係る画像測定装置において、上記シンチレータは無機シンチレータであることが好ましい。また、上記シンチレータは１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る画像化システムは、被験体の生体内情報を画像化するために、放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を測定する第１測定部；第１測定部にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成する制御部；および該制御部から出力された第１画像情報を表示する表示部を備えており、
第１測定部は、被験体から放出される放射線情報から可視光情報を生成する可視光生成部；および該可視光情報を撮影する第１撮影部を有しており、
該可視光生成部は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部；および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部を備えており、
該受光部は、放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されており、
第１撮影部は、第２可視光情報を撮影することを特徴としている。
【００２０】
上記構成に基づけば、被験体から放出されたβ−線（放射線情報）が可視光生成部の受光部にて第１可視光情報に変換される。この受光部中の第１可視光情報が可視光生成部の光拡大部によって拡大され、第２可視光情報として撮影部に入射し得る。撮影部は、入射した第２可視光情報を処理して画像情報を生成するための制御部と連結されており、撮影部に入射した第２可視光情報が制御部へ出力される。次いで、制御部にて解析された結果は表示部に出力され、被験体におけるトレーサーの分布状態（放射線情報）が表示部に表示され得る。本システムを用いれば、実際の核種の存在位置を正確に知ることができるので、検出感度、定量性、解像度において優れた検出を行うことができる。なお、本発明に係る画像化システムは、第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が上記光拡大部と撮影部との間に設けられていてもよい。また、本発明に係る画像化システムは、被験体を固定する固定部をさらに備えていてもよい。
【００２１】
本発明に係る画像化システムは、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎおよび１７６Ｌｕからなる群より選択される放射性核種とトレーサーとして取り込んだ被験体（例えば、植物）から放出される放射線情報を画像化する際に用いられることが好ましく、より詳細には、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化する際に用いられることが好ましい。また、本発明に係る画像化システムにおいて、上記シンチレータは無機シンチレータであることが好ましい。また、上記シンチレータは１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る画像化システムは、被験体からの明視野情報を撮影する第２撮影部を有している第２測定部や、被験体からの蛍光情報を撮影する第３撮影部を有している第３測定部をさらに備えていてもよい。
【００２３】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記被験体は植物であってもよい。
【００２４】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記測定部は遮光されていることが好ましい。これにより、本発明に係る画像化システムにおいて、微弱な可視光が検出され易くなる。
【００２５】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記画像情報は二次元または三次元の画像情報であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記画像情報の画像解像度は０．１〜３００μｍが好ましいが、１〜２５μｍであってもよい。
【００２７】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記生体内情報は、細胞間での物質の動態を示す情報や、細胞レベルでの物質の分布像を示す情報であることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る放射線情報の画像化方法は、受光した放射線情報を、シンチレータを介して第１可視光情報に変換する第１工程、および第１可視光情報を、光拡大部を介して拡大して第２可視光情報を生成する第２工程を包含し、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されていることを特徴としている。
【００２９】
本発明に係る画像化方法は、第２可視光情報を撮影する第３工程、該撮影した第２可視光情報を処理して画像情報を生成する第４工程、および該画像情報を表示する第５工程をさらに包含してもよく、明視野情報を撮影する工程および蛍光情報を撮影する工程の少なくとも一方をなおさらに包含してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明を用いれば、被験体から得られる放射線情報を高感度かつ高解像度の画像として提供し得るとともに、このような放射線情報の画像を、被験体から得られる明視野像や蛍光像などと同時に検出することができる。また、本発明を用いれば、生体内情報（例えば、生体内での物質の挙動）について、従来では得ることができなかった鮮明な画像をリアルタイムで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
生体内で物質がどのように移動しているのかを高感度かつ高解像度の画像として提供されるようになれば、生体内での物質輸送のメカニズムをより詳細に明らかにすることができる。特に、植物が有する本来の能力を理解するためには、植物の特徴である導管および篩管によって形成されたネットワークにおける種々の物質の輸送過程を解析することが、重要である。
【００３２】
そこで、本発明者らは、放射性同位元素のトレーサーを用いて、このトレーサーの動態を高感度かつ高解像度の画像として取得することにより、植物ホルモンおよび／または生合成産物の動態、ならびに植物体内での無機栄養塩類、重金属などの移動および／または吸収を解析することを試みた。その結果、本発明者らは、特定のシンチレータおよび特定の光拡大部を用いたシステムを採用すれば、放射線から変換された微量な蛍光を高感度かつ高解像度で検出し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００３３】
なお、特許文献２記載の技術は、厚さが０．２ｍｍ〜５ｍｍの有機シンチレータを用いるとともに光ファイバーを集光部として用いる技術である。すなわち、特許文献２のような従来技術から本発明の構成を導き出すことは、当業者に容易なことではなかった。また、特許文献２記載の技術は、あくまでもβ＋線検出のための技術である。β＋線を用いる技術では、実際の核種の存在位置を正確に知ることは困難であるため、どんなに高性能の撮影部を用いても、高解像度の画像を得ることは困難である。本明細書に接した当業者は、本発明によって達成し得た鮮明な画像が、従来では得ることができなかったものであり、本発明が従来の技術より明らかに秀でていることを容易に理解する。
【００３４】
〔１：画像化器具および画像化装置〕
本発明に係る画像化器具の一実施形態を、図１に基づいて説明する。
【００３５】
本発明の一実施形態に係る画像化器具１１の要部構成を図１（ａ）〜（ｂ）に示す。本実施形態に係る画像化器具１１は、受光部１２および光拡大部１３を備えている。受光部１２は、放射線を可視光に変換するシンチレータからなり、画像化すべき放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する。光拡大部１３において、第１面１４と第２面１５とが対向しており、第１面１４には受光部１２が設けられている。また、光拡大部１３は、第２面１５から第１面１４に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバー１６の束として構成されている。なお、複数の光ファイバー１６の隙間はクワッドガラス１６’などで埋められている。このような構成を有していることにより、本実施形態に係る画像化器具１１は、画像化すべき放射線情報を第２可視光情報として光拡大部１３の第２面１５上に提示することができる。
【００３６】
なお、第２可視光情報の撮影を補助するための撮影補助部１７が画像化器具１１の一部として構成されていてもよい。撮影補助部１７としては、内部を完全に遮光する鏡筒やバンドパスフィルターが本発明に好適に利用され得る。また、撮影補助部１７としてリレーレンズが挙げられる。好ましい実施形態において、本発明に係る画像化器具１１は、シンチレータ１２を蒸着したテーパー状ファイバー束１３および高開口率レンズ１７’を鏡筒１７と一体化した態様であり得る（図２）。画像化器具がこのような構成を有していることにより、内部を完全に遮光してシンチレータからの光のみを撮影可能にする。なお、シンチレータ光以外の光をより完全に遮断するためには、撮影補助部１７がバンドパスフィルターをさらに備えていることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る画像化器具は、放射線情報を画像化するために用いられ、特に、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることが好ましい。このようなβ−線を放出する放射線核種としては、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが挙げられる。また、このような放射線情報を画像化する際には、シンチレータが無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。また、シンチレータは、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００３８】
なお、本発明に係る画像化器具は、微弱なβ−線を検出して画像化するために用いられるので、画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、スライスにより組織切片を作製するのであればこれらに限定されず、哺乳動物（例えば、ヒト）であってもよい。
【００３９】
本発明に係る画像化器具は、上述した画像化器具の構成を有する可視光生成部１１と、第２可視光情報を撮影するための撮影部１８を備えている画像測定装置１０を構成する一部品として利用されてもよい。また、上述したような撮影補助部１７が画像測定装置１０の一部として構成されていてもよい。好ましい実施形態において、本発明に係る画像測定装置１０は、シンチレータ１２がテーパー状ファイバー束１３に蒸着してなる可視光生成部１１、高開口率レンズと一体化された鏡筒（撮影補助部）１７、およびＣＣＤカメラ（撮影部）１８から構成される（図３）。画像測定装置がこのような構成を有していることにより、内部を完全に遮光してシンチレータからの光のみを撮影可能にする。なお、シンチレータ光以外の光をより完全に遮断するためには、撮影補助部１７がバンドパスフィルターをさらに備えていることが好ましい。
【００４０】
〔２：画像化システム〕
本発明に係る画像化システムを、図４〜８に基づいて以下に説明する。なお、本発明に係る画像化システムを構成する部材２０〜２８は、上述した画像化器具または画像化装置を構成する部材１０〜１８にそれぞれ対応している。
【００４１】
（１）第１実施形態
本実施形態に係る画像化システム１００は、放射性核種を取り込んだ被験体６０からの放射線情報を測定する第１測定部２０；第１測定部２０にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成する制御部３０；および、制御部３０から出力された第１画像情報を表示する表示部４０を備えている。本実施形態に係る画像化システム１００の制御の流れを示すフローチャートを図４に示す。図４に示すように、画像化システム１００は、固定部５０に固定された被験体６０からの放射線情報を、第１測定部２０によって測定し、第１測定部２０にて得られた情報を、制御部３０が処理して第１画像情報を生成し、制御部３０から出力された第１画像情報を、表示部４０が表示する。なお、制御部３０は、第１測定部２０から送信された画像信号に所定の加工および／または処理を施して第１画像情報（動画または静止画）を生成し、これを記録部にて記録するとともに、表示部４０に表示させる。また、制御部３０は、記録された画像信号に基づいてデータ解析を行う。
【００４２】
本実施形態に係る画像化システム１００において、第１測定部２０は、被験体６０から放出される放射線情報から可視光情報を生成する可視光生成部２１；および、該可視光情報を撮影する撮影部２８を有している。さらに、可視光生成部２１は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部２２；および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部２３を備えている。ここで、受光部２２は、放射性核種を取り込んだ被験体６０からの放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなる。また、光拡大部２３は、受光部２２が設けられている第１面２４と第１面２４に対向して第２可視光情報が生成される第２面２５とを有しており、第２面２５から第１面２４に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバー２６から構成されている。
【００４３】
本実施形態において、上記構成に基づいて、固定部５０上に固定された被験体６０から放出された放射線情報が可視光生成部２１にて生成された可視光情報として撮影部２８に入射し得る。すなわち、撮影部２８の撮影対象は第２可視光情報である。撮影部２８は、入射した可視光を処理して第１画像情報を生成するための制御部３０と連結されており、撮影部２８に入射した可視光の情報が制御部３０へ出力される。次いで、制御部３０にて解析された結果は表示部４０に出力され、被験体６０におけるトレーサーの分布状態が表示部４０に表示される。
【００４４】
本実施形態に係る画像化システム１００において、固定部５０上に固定された被験体６０は、受光部２２を構成するシンチレータによって被覆される。被験体６０から拡散する放射線のうちの撮影に不要なものは吸収されることが好ましいので、固定部５０は放射線吸収性材料（例えば、鉛）からなることが好ましい。高解像度を得るためには、シンチレータと被験体６０とは密着していることが好ましいが、リレーレンズなどの撮影補助部１７を設けることにより、密着を回避することができる。
【００４５】
本発明に係る画像化システム１００において使用される放射性核種は、β−線を放出する放射性核種であることが好ましく、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが使用され得る。
【００４６】
本発明に係る画像化システム１００において、受光部２２を構成するシンチレータは、無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。一実施形態において、シンチレータは、ファイバープレートに蒸着させたＣｓＩである。さらに、シンチレータは、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００４７】
β−線を放出する放射性核種を放射線情報の線源として用いる場合、微弱なβ−線から変換された可視光もまた微弱であるため、受光部２２と撮影部２８との間隔もまた離れていないことが好ましいが、撮影部２８の性能に応じて適宜変更され得る。なお、撮影部２８としては、公知のフォトンカウンティングＣＣＤカメラ等を用いればよい。
【００４８】
なお、第１測定部２０は暗室内に設置されることが好ましいが、被験体６０から放出された放射線情報を高感度で検出しかつ高解像度で画像化し得るように、少なくとも固定部５０、受光部２２および撮影部２８が遮光部内に設置されていればよい。
【００４９】
本発明に係る画像化システム１００において、制御部３０は、第１測定部２０（撮影部２８）において検出した可視光を演算しかつ収集したデータを処理し、その結果を表示部４０へ出力する。本発明における制御部３０は、演算部、記憶部、処理部などの複数の機能部位を併せ持つ構成を有し、制御部３０の記憶部には、制御部３０の処理部にて行われる演算を実行するプログラムが格納されており、記憶部には収集されたデータもまた記録され、必要に応じて処理部に入力される。制御部３０において、記憶部に格納されたプログラムを演算部が実行し、図示しない入出力回路などの周辺回路を制御することによって、制御が実現される。これらの機能ブロックは、全て演算部の制御を受けており、これら機能ブロックは、その具体的な構成、機能等は特に限定されるものではない。一実施形態において、本発明における制御部３０は、種々の言語を用いて作製されかつＲＯＭおよび／またはＲＡＭなどの記録媒体に格納されたプログラムコードを実行するＣＰＵなどの演算手段であり得る。
【００５０】
なお、本発明に係る画像化システム１００は、放射線情報として提供される生体内情報を高感度で検出しかつ高解像度で画像化することができるので、画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、これらに限定されず、哺乳動物（例えば、ヒト）であってもよい。
【００５１】
本発明は、顕微鏡を用いて実行されてもよく、動植物の内部の状態を定量的に観測し得る。本発明は、０．１〜３００μｍの解像度を有する画像や、１〜２５μｍの解像度を有する画像を提供し得る。
【００５２】
（２）第２実施形態
本実施形態に係る画像化システム１００は、第１の実施形態において示した構成以外に、被験体からの明視野情報を撮影する第２撮影部２８’を有している第２測定部２０’、および被験体からの蛍光情報を撮影する第３撮影部２８’’を有している第３測定部２０’’の少なくとも一方をさらに備えている。第２測定部２０’および第３測定部２０’’の両方を備えている画像化システム１００の制御の流れを示すフローチャートを図５に示す。
【００５３】
本実施形態において、制御部３０は、第１測定部２０にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成するだけでなく、第２測定部２０’にて得られた情報を処理して第２画像情報を生成するとともに、第３測定部２０’’にて得られた情報を処理して第３画像情報を生成し、表示部４０は、制御部３０から出力された第１画像情報、第２画像情報および第３画像情報を表示する。すなわち、制御部３０は、第１測定部２０、第２測定部２０’および第３測定部２０’’から送信された画像信号に所定の加工および／または処理を施し、それぞれに対応する第１画像情報、第２画像情報および第３画像情報（いずれも動画または静止画）を生成し、これらを記録部にて記録するとともに、表示部４０に表示させる。また、制御部３０は、記録された画像信号に基づいてデータ解析を行う。なお、被験体からの明視野情報を撮影する手段や、被験体からの蛍光情報を撮影する手段としては、当該分野において周知の種々の技術が適用され得る。
【００５４】
本実施形態に係る画像化システム１００の要部構成を、図８に示す。図８においては、制御部３０および表示部４０が省略されており、第２撮影部２８’以外の第２測定部２０’の構成および第３撮影部２８’’以外の第３測定部２０’’の構成も省略されている。
【００５５】
本実施形態に係る画像化システム１００において、第１測定部２０は、シンチレータ（受光部）２２がテーパー状ファイバー束（光拡大部）２３に蒸着してなる可視光生成部２１、高開口率レンズと一体化された鏡筒（撮影補助部）２７、ＧａＡｓＰイメージングインテンシファイアおよびＣＣＤカメラ（撮影部）２８から構成されたＲＩ撮影ユニットである。画像化システム１００を構成する顕微鏡の上部に、上記構成を有するＲＩ撮影ユニット２０を搭載し、これと連動する、上下動が可能な電動ユニット（操作部）２９を用いてサンプルの厚さに応じてＲＩ撮影ユニットを下降させてサンプルに密着させ、イメージングインテンシファイアで２〜１０分間の積算画像を取得する。これにより、植物組織におけるＲＩ標識化合物の分布を細胞レベルで観察することができる。なお、電動ユニット２９を用いることにより、撮影時にはＲＩ撮影ユニットのシンチレータ面２２をサンプルにぎりぎりまで密着させることが容易になる。
【００５６】
画像化システム１００を構成する顕微鏡には、第２測定部２０’および第３測定部２０’’が、通常の蛍光顕微鏡と同様に設けられている。具体的には、第２撮影部２８’としてフロントポートのＣＣＤを設置した。これにより、ステージ上からの落斜光源からの光を用いて植物組織の顕微鏡像（明視野像）を撮影し得る。また、第３撮影部２８’’としてサイドポートのモノクロＣＣＤを設置した。これにより、倒立顕微鏡の蛍光光源（ＨＢＯ１００）からの特定の励起波長を用いて蛍光像の撮影し得る。サンプル（または含有される物質）を予め蛍光標識しておくことにより、蛍光色素による細胞内でのＣａシグナル検出および細胞内ｐＨ変化、あるいはＧＦＰ等蛍光タンパクによる遺伝子発現解析を観察することができる。
【００５７】
（３）第３実施形態
本実施形態に係る画像化システム１００は、第２の実施形態において示した構成以外に、第２測定部２０’にて得られた情報を処理して第２画像情報を生成する第２制御部３０’、および第３測定部２０’’にて得られた情報を処理して第３画像情報を生成する第３制御部３０’’が、制御部３０以外に別途設けられている。第２制御部３０’および第３制御部３０’’の両方を備えている画像化システム１００の制御の流れを示すフローチャートを図６〜７に示す。
【００５８】
第２制御部３０’および第３測定部３０’’は、制御部３０について上述したものと同様の機能を有しており、それぞれ第２測定部２０’および第３測定部２０’’において検出した可視光を演算しかつ収集したデータを処理し、その結果を表示部４０へ出力する。すなわち、本実施形態では、異なる複数の画像信号に対する加工、処理、記録などが、それぞれ独立した制御部によって行われる。なお、生成された第１画像情報、第２画像情報および第３画像情報を表示する表示部は図６に示すように単一であってもよく、あるいは図７に示すように第２画像情報を表示する第２表示部４０’、および第３画像情報を表示する第３表示部４０’’が、第１画像情報を表示する表示部４０以外に別途設けられていてもよい。なお、被験体からの明視野情報を撮影する手段や、被験体からの蛍光情報を撮影する手段としては、当該分野において周知の種々の技術が適用され得る。
【００５９】
なお、図８には、本実施形態と第２の実施形態との間で共通する部分を図示している。すなわち、図８に示された画像化システム１００の要部構成は、本実施形態の例示としてもまた認識されるべきである。
【００６０】
〔３：画像化方法〕
別の局面において、本発明は、生体内情報を画像化するための方法を提供する。本発明に係る画像化方法は、上述した実施形態を実行するための方法である。
【００６１】
一実施形態において、本発明に係る生体内情報を画像化するための方法は、放射性核種を取り込んだ被験体から放出される放射線情報を受光し、これを、シンチレータを介して第１可視光情報に変換する工程；および、第１可視光情報を、光拡大部を介して拡大して第２可視光情報を生成する第２工程、を包含することを特徴としている。なお、上記光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている。
【００６２】
本実施形態に係る方法は、第２可視光情報を撮影する第３工程；撮影した第２可視光情報を処理して画像情報を生成する第４工程；および該画像情報を表示する第５工程をさらに包含してもよい。また、本実施形態に係る方法は、明視野情報を撮影する工程および蛍光情報を撮影する工程の少なくとも一方をさらに包含してもよい。
【００６３】
本実施形態に係る方法において使用される放射性核種は、β−線を放出する放射性核種であれば何でもよく、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが使用され得る。また、本実施形態に係る方法において使用されるシンチレータは、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。さらに、シンチレータは、無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。また、本実施形態に係る方法において使用される放射性核種は、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線を放出する核種であることが好ましい。
【００６４】
このように、本発明は、動植物の体内の状態を観測するシステムおよび方法に関し、本発明を用いれば、動植物の体内の状態を２次元または３次元の画像として可視化することができる。なお、本発明に係る方法は、上述した画像化システムを用いて行われることが好ましいが、必ずしも上述した構成の全てを有するシステムが用いられる必要はないということを、当業者は容易に理解する。また、本発明に係る方法を用いれば、生体内情報を高感度で検出しかつ高解像度で画像化することができる。画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６５】
なお、後述する実施例において、植物を被験体として用いて本発明を実証しているが、本発明の適用対象は植物に限定されないことを、本明細書を読んだ当業者は容易に理解する。また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
【実施例】
【００６６】
光透過度が高いコアガラス（浜松ホトニクス）を細い棒状に加工し、その数百本を束にした。束上にしたコアガラスを加熱して一体化し、次いで、これを延伸して、ファイバー構造を有する棒状のインゴットを作製した。インゴットを作製する際に、光を反射するクワッドガラス（浜松ホトニクス）をコアガラスの束の隙間に挿入して、コアガラスのファイバー間をクワッドガラスで埋めた。これにより、各コアガラスのファイバー同士がクワッドガラスにより独立したファイバー構造を維持することができる。また、ファイバー軸に対して垂直に入射しなかった光もクワッドガラスによる光反射により、反射しながら軸方向へ透過させることができる。
【００６７】
このようなインゴットを複数重ね、加熱延伸の過程を繰り返してより大きなインゴットを作製した。この大きなインゴットを切断し、切断面を光学研磨することにより円柱状のファイバープレートを作製した。
【００６８】
円柱状のインゴットであるファイバープレートの一部分のみを加熱し、次いで、円柱の中心軸方向の両側に延伸した。部分的に細くなった円柱の部分を切断して、テーパー型のファイバープレートを作製した（テーパー形状の底面積比が１：５）。テーパー型のファイバープレートを構成しているコアガラスの各々もファイバー構造を維持したまま細くなっていた（径がφ３μｍ〜φ１５μｍ）。
【００６９】
従来のプレート状のファイバープレート（直線状の光ファイバ束）にＣｓＩからなるシンチレータ（浜松ホトニクス）を蒸着したものと、テーパー形状のファイバープレートにシンチレータを蒸着したものとを用いて、放射性核種を取り込んだ生物サンプルを観察した。５ｃｍ×５ｃｍの視野において、後者を使用して取得したラジオアイソトープ像（５ｃｍ×５ｃｍの視野）では前者のものに対して感度が約１０倍向上した。
【００７０】
次いで、明視野観察および蛍光観察を行い得る顕微鏡システム（カールツァイス株式会社）に、シンチレータを蒸着したテーパー形状のファイバープレートを組み込んで、放射性核種を取り込んだサンプルについての、３種類の異なる観察を行った（図８）。サンプルとしての植物切片を以下に従って調製した。ホークランド水耕液で４週間生育させた大豆（エンレイ）の第３本葉を茎の分岐部から切り取り、４５Ｃａ（ＣａＣｌ２） ５００ＫＢｑで標識した０．１ｍＭのＣａＣｌ２溶液１ｍｌを、切り口から３時間吸収させた。その後、切り口から２ｃｍ上の茎部分をビブラトームに固定し、７０μｍ厚の茎のスライス切片を作製し、その切片をＦｌｕｏ−３ ＡＭ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ）により１０分間染色した。染色後の切片について、４５０〜４９０ｎｍ励起 ＦＴ５１０ｎｍフィルターを用いて蛍光像を取得した。また、先細側の端面にＣｓＩからなるシンチレータを蒸着したテーパー型ファイバープレートを介して、切片上の４５Ｃａのラジオアイソトープ分布像を取得した。このラジオアイソトープ分布像は、ＧａＡｓＰイメージングインテンシファイアの蛍光像検出にＡｘｉｏＣａｍ ＨＲｍを用いたシステムにて、５分間の積算により検出した。
【００７１】
本システムを用いて観察したところ、蛍光像、明視野像と同様にＲＩ標識化合物分布についても鮮明な画像を取得し得た（図９）。本発明の技術を用いれば、生体内情報（例えば、生体内での物質の挙動）を高感度で検出しかつ高解像度で画像化することができる。さらに、ＲＩ（β線）観察、明視野観察および蛍光観察の３種類の異なる観察を一台の顕微鏡で行うことを可能にする。このように、本発明は、生体内での現象を解明するための新たなアプローチを提供し得る。
【００７２】
本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
放射線情報として提示される生体内物質動態についての鮮明な画像を得ることはこれまで困難であったが、本発明を用いることにより、明視野像および蛍光像との三重撮影が実現した。さらなるシンチレータの開発により、本発明の応用範囲が拡大され得る。また、本発明の改良および／または発展に必要とされる高性能カメラの開発もまた期待され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、（ａ）は画像化器具の要部構成を示す側面図であり、（ｂ）は画像化器具の要部構成を示す上面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化器具の要部構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであり、画像測定装置の要部構成を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る画像化システムの一実施形態の構成を示す側面図である。
【図９】図８に示した本発明に係る画像化システムを用いてダイズ葉からの生体内情報を観察した結果を示す図である（画像の上下方向で３ｍｍのスケールである）。（ａ）は、［４５Ｃａ］−塩化カルシウムを吸収させたダイズ葉から放出されるβ−線を検出した結果を示す図である。（ｂ）は、（ａ）と同一のダイズ葉における明視野観察の結果を示す図である。（ｃ）は、（ａ）と同一のダイズ葉における蛍光観察の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０・２０ 画像測定装置（第１測定部、ＲＩ撮影ユニット）
１１・２１ 画像化器具（可視光生成部）
１２・２２ 受光部
１３・２３ 光拡大部
１４・２４ 第１面
１５・２５ 第２面
１６・２６ 光ファイバー
１７・２７ 撮影補助部（鏡筒）
１８・２８ 撮影部
３０ 制御部
４０ 表示部
５０ 固定部
６０ 被験体
１００ 画像化システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内情報を画像化するためのツールおよびその利用に関するものであり、より詳細には、ラジオアイソトープトレーサーを取り込ませた被験体から放出される放射線情報をより高感度で検出しかつ高解像度で画像化するためのツールおよびその利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体内情報を得るために放射線が利用されている。用いられる放射線としては、α線、β線、γ線、Ｘ線などが挙げられる。α線は、ヘリウムの原子核に相当する複合粒子であり、β線は、高速で飛行する電子（β−）または高速で飛行する陽電子（β＋）であるが、一般的には電子（β−）が意図されている。γ線およびＸ線は、ともにエネルギーの高い電磁波であるが、原子核から放出される電磁波をγ線、軌道電子の再配列等により原子から放出される電磁波をＸ線として区別されている。
【０００３】
このような放射線を可視光（例えば、蛍光）に変換する物質をシンチレータ（蛍光体）という。放射線をシンチレータに入射させると、入射した放射線のエネルギーによって、原子および／又は分子の電子状態が励起状態に変化し、これにより蛍光体において可視領域の電磁波、すなわち蛍光が放出される。シンチレータは、放射線の測定又はＸ線による医療診断の現場でしばしば利用されている。
【０００４】
シンチレータは、無機シンチレータと有機シンチレータとに分けられる。無機シンチレータはγ線に対する発光効率が高く、γ線の計測には、例えば、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）に少量のタリウムを添加したＮａＩシンチレータが、使用されている。
【０００５】
一方、有機シンチレータは、放射能濃度の高い試料の測定に適している。有機シンチレータとしては、アントラセン結晶およびポリスチレン又はポリビニルトルエンなどの有機固体（プラスチックシンチレータ）が挙げられる。プラスチックシンチレータは比重が小さくかつ密度が低いため、γ線の計測には適さないが、速中性子用検出器として用いられている。また、有機シンチレータは、低エネルギーのβ線を効率よく検出できる液体シンチレータとして、３Ｈ、１４Ｃ等の測定に広く用いられている。
【０００６】
このような放射線は、生体の内部構造を画像化するために、特に医療分野においては診断の際の判断材料として利用されている。診断に用いられる放射線画像としては、Ｘ線写真（レントゲン写真）が知られている。Ｘ線写真は、生体の外部から照射したＸ線が生体を透過する際に、生体内の各組織におけるＸ線の吸収率の差に基づいて生成される透過像をフィルム上に記録したものである。生体内の構造又は組成によりＸ線の吸収率が異なるため、Ｘ線写真では、その差異が影絵となって現れる。
【０００７】
実験室等における放射線の利用法としては、オートラジオグラフィーが挙げられる。生体の外側から放射線を照射してその透過像を画像化するＸ線写真に対して、オートラジオグラフィーは、生体内に取り込ませた放射性核種から放出される放射線を、生体の外側から測定し画像化する技術である。具体的には、オートラジオグラフィーは、トレーサーとして放射性核種を投与した生体の組織もしくはスライスして作製した組織切片をフィルムに密着させ、放出される放射線を露光することにより、トレーサーの移動又は分布を画像化する。オートラジオグラフィー技術は、放射線源の像を直接画像化するため、生体内の情報を２次元的に正確に読み取ることが可能である。また、上記フィルムより高感度のイメージングプレート（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｌａｔｅ：ＩＰ）もまた開発されている。また、特許文献１には、生体スライス標本を撮影するためのポジトロン（β＋）撮影装置が開示されており、特許文献２には、反射膜を取り付けたプラスチックシンチレータを用いて、培養切片に取り込ませた放射性核種から放出されるβ＋線およびβ＋線が対消滅して生じるγ線を検出する技術が開示されている。さらに、特許文献３には、非接触的／非破壊的にトレーサーの分布を二次元画像として得るための、中空のガラス管よりなるＸ線導管の複数個を平行に束ねたＸ線導管束を利用した撮影装置が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２９２４６６号公報（平成９年１１月１１日公開）
【特許文献２】特開２００４−２１２２２４号公報（平成１６年７月２９日公開）
【特許文献３】特開平７−２９４６５５号公報（平成７年１１月１０日公開）
【非特許文献１】http://jp.hamamatsu.com/resources/products/sys/pdf/jpn/c4880fib.pdf
【非特許文献２】http://jp.hamamatsu.com/resources/products/etd/pdf/ALS_ACS_FOS_TMCP1031E03.pdf
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、生体内における物質の輸送、シグナル伝達のメカニズム等をより詳細に解析することが試みられており、そのために、生体中で物質がどのように移動しているのかを解析する技術の開発が望まれている。生体内情報を得るために目的のタンパク質などを蛍光標識してその蛍光像を観察する技術が主に用いられているが、放射性核種を利用する場合は、特に、上述したような種々の技術が検討されている。
【０００９】
β−線から画像を構成するためには、Ｘ線フィルムまたはイメージングプレート（ＩＰ）などを植物体に接触させる方法が用いられているが、これらの実験では、遮光および／またはサンプルのフィルムへの密着のために、サンプルとフィルムをカセッテなどで固定する必要がある。そのために、サンプルからの放射線情報（放射線像）の単独取得しかできず、他の情報（例えば、明視野像、蛍光像など）を同時に取得することができない。また、高感度であっても瞬間的な静止画像しか得ることができず、同じ生体で異なるステージにて連続的なリアルタイム解析を行うことができない。
【００１０】
リアルタイムで連続画像を取得するためには、放射線を直接検出する半導体検出器デバイスの使用、または放射線を一旦可視光に変換してＣＣＤカメラなどによってこの可視光を直接検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、β＋線を用いる技術では、核種の崩壊によって生じたβ＋線が、対消滅により、実際の検出対象となるγ線を放出するまでに数ｍｍ移動する。そのため、実際の核種の存在位置を正確に知ることは困難であり、よって高解像度な画像を得ることができない。例えば、γ線を計測することにより生きたままの植物中にて水の動きをリアルタイムで画像化することができるＰＥＴＩＳ（Positron Emitting Tracer Imaging System）については、解像度および定量性の観点から改善の余地が残されているといわれている。なお、従来の放射線による植物機能の解明についてはhttp://mext-atm.jst.go.jp/atomica/08030105_1.htmlを参照のこと。
【００１１】
このように、γ線または中性子線を用いた場合に高感度の画像を得ること、および微弱なβ−線を用いた場合にリアルタイムでの検出を行うことは、これまでに達成されていない。すなわち、高感度かつ高解像度でのリアルタイムイメージングシステムは未だ存在しない。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ラジオアイソトープトレーサーを取り込ませた被験体から得られる放射線像を高感度かつ高解像度で提供するとともに、このような放射線像を、被験体から得られる明視野像や蛍光像などと同時に検出するための技術を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、放射性同位元素のトレーサーを用いて、このトレーサーの動態をリアルタイム画像として取得することにより、植物ホルモンおよび／または生合成産物の動態、ならびに植物体内での無機栄養塩類、重金属などの移動および／または吸収を解析することを試みた。その結果、本発明者らは、特定の構成を採用すれば、放射線情報から変換された可視光情報を高解像度にて画像化し得るとともに、従来の二重観察（明視野観察および蛍光観察）と組み合わせ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明に係る放射線情報の画像化器具は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部、および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部を備えており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されていることを特徴としている。
【００１５】
後述するように、一実施形態において、本発明に係る画像化器具の光拡大部は光ファイバーから構成されている。放射線を可視光に変換するシンチレータを、光ファイバーから構成されるファイバー束の端面に設けたものを用いて、放射線情報を画像化することは、例えば、特許文献２および３、非特許文献１および２などに示されている。しかし、特許文献２や非特許文献１に示されている技術は、シンチレータによって変換された可視光情報を、光ファイバーを用いて集光する技術であり、非特許文献２および３に示されている技術は、シンチレータによって変換された可視光情報を、平行なファイバー束からなるファイバープレートを用いてリフトアップさせる技術である。本発明の特徴点は、これらの技術とは異なり、放射線情報がシンチレータによって変換されて生成された可視光情報を拡大させるものである。本発明の上記構成は、本発明者らの独自の観点に基づいて採用されたものであり、このような構成を採る画像化器具によって、従来なし得なかったβ−情報の検出が容易になったことは、全く予測し得るものではなかった。すなわち、本発明において対象とされる放射線は、好ましくはβ線であり、より好ましくはβ−線である。なお、本発明に係る画像化器具は、第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部がさらに設けられていてもよい。
【００１６】
本発明に係る放射線情報の画像化器具は、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎおよび１７６Ｌｕからなる群より選択される放射性核種とトレーサーとして取り込んだ被験体（例えば、植物）から放出される放射線情報を画像化するために用いられることが好ましく、より詳細には、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることが好ましい。また、本発明に係る放射線情報の画像化器具において、上記シンチレータは無機シンチレータであることが好ましい。また、上記シンチレータは１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る放射線情報の画像測定装置は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部と第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部とを備えた可視光生成部、および第２可視光情報を撮影する撮影部を有しており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されていることを特徴としている。なお、本発明に係る画像測定装置は、第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が上記光拡大部と上記撮影部との間に設けられていてもよい。
【００１８】
本発明に係る画像測定装置は、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎおよび１７６Ｌｕからなる群より選択される放射性核種とトレーサーとして取り込んだ被験体（例えば、植物）から放出される放射線情報を画像化するために用いられることが好ましく、より詳細には、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることが好ましい。また、本発明に係る画像測定装置において、上記シンチレータは無機シンチレータであることが好ましい。また、上記シンチレータは１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る画像化システムは、被験体の生体内情報を画像化するために、放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を測定する第１測定部；第１測定部にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成する制御部；および該制御部から出力された第１画像情報を表示する表示部を備えており、
第１測定部は、被験体から放出される放射線情報から可視光情報を生成する可視光生成部；および該可視光情報を撮影する第１撮影部を有しており、
該可視光生成部は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部；および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部を備えており、
該受光部は、放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されており、
第１撮影部は、第２可視光情報を撮影することを特徴としている。
【００２０】
上記構成に基づけば、被験体から放出されたβ−線（放射線情報）が可視光生成部の受光部にて第１可視光情報に変換される。この受光部中の第１可視光情報が可視光生成部の光拡大部によって拡大され、第２可視光情報として撮影部に入射し得る。撮影部は、入射した第２可視光情報を処理して画像情報を生成するための制御部と連結されており、撮影部に入射した第２可視光情報が制御部へ出力される。次いで、制御部にて解析された結果は表示部に出力され、被験体におけるトレーサーの分布状態（放射線情報）が表示部に表示され得る。本システムを用いれば、実際の核種の存在位置を正確に知ることができるので、検出感度、定量性、解像度において優れた検出を行うことができる。なお、本発明に係る画像化システムは、第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が上記光拡大部と撮影部との間に設けられていてもよい。また、本発明に係る画像化システムは、被験体を固定する固定部をさらに備えていてもよい。
【００２１】
本発明に係る画像化システムは、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎおよび１７６Ｌｕからなる群より選択される放射性核種とトレーサーとして取り込んだ被験体（例えば、植物）から放出される放射線情報を画像化する際に用いられることが好ましく、より詳細には、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化する際に用いられることが好ましい。また、本発明に係る画像化システムにおいて、上記シンチレータは無機シンチレータであることが好ましい。また、上記シンチレータは１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００２２】
本発明に係る画像化システムは、被験体からの明視野情報を撮影する第２撮影部を有している第２測定部や、被験体からの蛍光情報を撮影する第３撮影部を有している第３測定部をさらに備えていてもよい。
【００２３】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記被験体は植物であってもよい。
【００２４】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記測定部は遮光されていることが好ましい。これにより、本発明に係る画像化システムにおいて、微弱な可視光が検出され易くなる。
【００２５】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記画像情報は二次元または三次元の画像情報であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記画像情報の画像解像度は０．１〜３００μｍが好ましいが、１〜２５μｍであってもよい。
【００２７】
本発明に係る画像化システムにおいて、上記生体内情報は、細胞間での物質の動態を示す情報や、細胞レベルでの物質の分布像を示す情報であることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る放射線情報の画像化方法は、受光した放射線情報を、シンチレータを介して第１可視光情報に変換する第１工程、および第１可視光情報を、光拡大部を介して拡大して第２可視光情報を生成する第２工程を包含し、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されていることを特徴としている。
【００２９】
本発明に係る画像化方法は、第２可視光情報を撮影する第３工程、該撮影した第２可視光情報を処理して画像情報を生成する第４工程、および該画像情報を表示する第５工程をさらに包含してもよく、明視野情報を撮影する工程および蛍光情報を撮影する工程の少なくとも一方をなおさらに包含してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明を用いれば、被験体から得られる放射線情報を高感度かつ高解像度の画像として提供し得るとともに、このような放射線情報の画像を、被験体から得られる明視野像や蛍光像などと同時に検出することができる。また、本発明を用いれば、生体内情報（例えば、生体内での物質の挙動）について、従来では得ることができなかった鮮明な画像をリアルタイムで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
生体内で物質がどのように移動しているのかを高感度かつ高解像度の画像として提供されるようになれば、生体内での物質輸送のメカニズムをより詳細に明らかにすることができる。特に、植物が有する本来の能力を理解するためには、植物の特徴である導管および篩管によって形成されたネットワークにおける種々の物質の輸送過程を解析することが、重要である。
【００３２】
そこで、本発明者らは、放射性同位元素のトレーサーを用いて、このトレーサーの動態を高感度かつ高解像度の画像として取得することにより、植物ホルモンおよび／または生合成産物の動態、ならびに植物体内での無機栄養塩類、重金属などの移動および／または吸収を解析することを試みた。その結果、本発明者らは、特定のシンチレータおよび特定の光拡大部を用いたシステムを採用すれば、放射線から変換された微量な蛍光を高感度かつ高解像度で検出し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００３３】
なお、特許文献２記載の技術は、厚さが０．２ｍｍ〜５ｍｍの有機シンチレータを用いるとともに光ファイバーを集光部として用いる技術である。すなわち、特許文献２のような従来技術から本発明の構成を導き出すことは、当業者に容易なことではなかった。また、特許文献２記載の技術は、あくまでもβ＋線検出のための技術である。β＋線を用いる技術では、実際の核種の存在位置を正確に知ることは困難であるため、どんなに高性能の撮影部を用いても、高解像度の画像を得ることは困難である。本明細書に接した当業者は、本発明によって達成し得た鮮明な画像が、従来では得ることができなかったものであり、本発明が従来の技術より明らかに秀でていることを容易に理解する。
【００３４】
〔１：画像化器具および画像化装置〕
本発明に係る画像化器具の一実施形態を、図１に基づいて説明する。
【００３５】
本発明の一実施形態に係る画像化器具１１の要部構成を図１（ａ）〜（ｂ）に示す。本実施形態に係る画像化器具１１は、受光部１２および光拡大部１３を備えている。受光部１２は、放射線を可視光に変換するシンチレータからなり、画像化すべき放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する。光拡大部１３において、第１面１４と第２面１５とが対向しており、第１面１４には受光部１２が設けられている。また、光拡大部１３は、第２面１５から第１面１４に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバー１６の束として構成されている。なお、複数の光ファイバー１６の隙間はクワッドガラス１６’などで埋められている。このような構成を有していることにより、本実施形態に係る画像化器具１１は、画像化すべき放射線情報を第２可視光情報として光拡大部１３の第２面１５上に提示することができる。
【００３６】
なお、第２可視光情報の撮影を補助するための撮影補助部１７が画像化器具１１の一部として構成されていてもよい。撮影補助部１７としては、内部を完全に遮光する鏡筒やバンドパスフィルターが本発明に好適に利用され得る。また、撮影補助部１７としてリレーレンズが挙げられる。好ましい実施形態において、本発明に係る画像化器具１１は、シンチレータ１２を蒸着したテーパー状ファイバー束１３および高開口率レンズ１７’を鏡筒１７と一体化した態様であり得る（図２）。画像化器具がこのような構成を有していることにより、内部を完全に遮光してシンチレータからの光のみを撮影可能にする。なお、シンチレータ光以外の光をより完全に遮断するためには、撮影補助部１７がバンドパスフィルターをさらに備えていることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る画像化器具は、放射線情報を画像化するために用いられ、特に、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることが好ましい。このようなβ−線を放出する放射線核種としては、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが挙げられる。また、このような放射線情報を画像化する際には、シンチレータが無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。また、シンチレータは、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００３８】
なお、本発明に係る画像化器具は、微弱なβ−線を検出して画像化するために用いられるので、画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、スライスにより組織切片を作製するのであればこれらに限定されず、哺乳動物（例えば、ヒト）であってもよい。
【００３９】
本発明に係る画像化器具は、上述した画像化器具の構成を有する可視光生成部１１と、第２可視光情報を撮影するための撮影部１８を備えている画像測定装置１０を構成する一部品として利用されてもよい。また、上述したような撮影補助部１７が画像測定装置１０の一部として構成されていてもよい。好ましい実施形態において、本発明に係る画像測定装置１０は、シンチレータ１２がテーパー状ファイバー束１３に蒸着してなる可視光生成部１１、高開口率レンズと一体化された鏡筒（撮影補助部）１７、およびＣＣＤカメラ（撮影部）１８から構成される（図３）。画像測定装置がこのような構成を有していることにより、内部を完全に遮光してシンチレータからの光のみを撮影可能にする。なお、シンチレータ光以外の光をより完全に遮断するためには、撮影補助部１７がバンドパスフィルターをさらに備えていることが好ましい。
【００４０】
〔２：画像化システム〕
本発明に係る画像化システムを、図４〜８に基づいて以下に説明する。なお、本発明に係る画像化システムを構成する部材２０〜２８は、上述した画像化器具または画像化装置を構成する部材１０〜１８にそれぞれ対応している。
【００４１】
（１）第１実施形態
本実施形態に係る画像化システム１００は、放射性核種を取り込んだ被験体６０からの放射線情報を測定する第１測定部２０；第１測定部２０にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成する制御部３０；および、制御部３０から出力された第１画像情報を表示する表示部４０を備えている。本実施形態に係る画像化システム１００の制御の流れを示すフローチャートを図４に示す。図４に示すように、画像化システム１００は、固定部５０に固定された被験体６０からの放射線情報を、第１測定部２０によって測定し、第１測定部２０にて得られた情報を、制御部３０が処理して第１画像情報を生成し、制御部３０から出力された第１画像情報を、表示部４０が表示する。なお、制御部３０は、第１測定部２０から送信された画像信号に所定の加工および／または処理を施して第１画像情報（動画または静止画）を生成し、これを記録部にて記録するとともに、表示部４０に表示させる。また、制御部３０は、記録された画像信号に基づいてデータ解析を行う。
【００４２】
本実施形態に係る画像化システム１００において、第１測定部２０は、被験体６０から放出される放射線情報から可視光情報を生成する可視光生成部２１；および、該可視光情報を撮影する撮影部２８を有している。さらに、可視光生成部２１は、放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部２２；および第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部２３を備えている。ここで、受光部２２は、放射性核種を取り込んだ被験体６０からの放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなる。また、光拡大部２３は、受光部２２が設けられている第１面２４と第１面２４に対向して第２可視光情報が生成される第２面２５とを有しており、第２面２５から第１面２４に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバー２６から構成されている。
【００４３】
本実施形態において、上記構成に基づいて、固定部５０上に固定された被験体６０から放出された放射線情報が可視光生成部２１にて生成された可視光情報として撮影部２８に入射し得る。すなわち、撮影部２８の撮影対象は第２可視光情報である。撮影部２８は、入射した可視光を処理して第１画像情報を生成するための制御部３０と連結されており、撮影部２８に入射した可視光の情報が制御部３０へ出力される。次いで、制御部３０にて解析された結果は表示部４０に出力され、被験体６０におけるトレーサーの分布状態が表示部４０に表示される。
【００４４】
本実施形態に係る画像化システム１００において、固定部５０上に固定された被験体６０は、受光部２２を構成するシンチレータによって被覆される。被験体６０から拡散する放射線のうちの撮影に不要なものは吸収されることが好ましいので、固定部５０は放射線吸収性材料（例えば、鉛）からなることが好ましい。高解像度を得るためには、シンチレータと被験体６０とは密着していることが好ましいが、リレーレンズなどの撮影補助部１７を設けることにより、密着を回避することができる。
【００４５】
本発明に係る画像化システム１００において使用される放射性核種は、β−線を放出する放射性核種であることが好ましく、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが使用され得る。
【００４６】
本発明に係る画像化システム１００において、受光部２２を構成するシンチレータは、無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。一実施形態において、シンチレータは、ファイバープレートに蒸着させたＣｓＩである。さらに、シンチレータは、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。
【００４７】
β−線を放出する放射性核種を放射線情報の線源として用いる場合、微弱なβ−線から変換された可視光もまた微弱であるため、受光部２２と撮影部２８との間隔もまた離れていないことが好ましいが、撮影部２８の性能に応じて適宜変更され得る。なお、撮影部２８としては、公知のフォトンカウンティングＣＣＤカメラ等を用いればよい。
【００４８】
なお、第１測定部２０は暗室内に設置されることが好ましいが、被験体６０から放出された放射線情報を高感度で検出しかつ高解像度で画像化し得るように、少なくとも固定部５０、受光部２２および撮影部２８が遮光部内に設置されていればよい。
【００４９】
本発明に係る画像化システム１００において、制御部３０は、第１測定部２０（撮影部２８）において検出した可視光を演算しかつ収集したデータを処理し、その結果を表示部４０へ出力する。本発明における制御部３０は、演算部、記憶部、処理部などの複数の機能部位を併せ持つ構成を有し、制御部３０の記憶部には、制御部３０の処理部にて行われる演算を実行するプログラムが格納されており、記憶部には収集されたデータもまた記録され、必要に応じて処理部に入力される。制御部３０において、記憶部に格納されたプログラムを演算部が実行し、図示しない入出力回路などの周辺回路を制御することによって、制御が実現される。これらの機能ブロックは、全て演算部の制御を受けており、これら機能ブロックは、その具体的な構成、機能等は特に限定されるものではない。一実施形態において、本発明における制御部３０は、種々の言語を用いて作製されかつＲＯＭおよび／またはＲＡＭなどの記録媒体に格納されたプログラムコードを実行するＣＰＵなどの演算手段であり得る。
【００５０】
なお、本発明に係る画像化システム１００は、放射線情報として提供される生体内情報を高感度で検出しかつ高解像度で画像化することができるので、画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、これらに限定されず、哺乳動物（例えば、ヒト）であってもよい。
【００５１】
本発明は、顕微鏡を用いて実行されてもよく、動植物の内部の状態を定量的に観測し得る。本発明は、０．１〜３００μｍの解像度を有する画像や、１〜２５μｍの解像度を有する画像を提供し得る。
【００５２】
（２）第２実施形態
本実施形態に係る画像化システム１００は、第１の実施形態において示した構成以外に、被験体からの明視野情報を撮影する第２撮影部２８’を有している第２測定部２０’、および被験体からの蛍光情報を撮影する第３撮影部２８’’を有している第３測定部２０’’の少なくとも一方をさらに備えている。第２測定部２０’および第３測定部２０’’の両方を備えている画像化システム１００の制御の流れを示すフローチャートを図５に示す。
【００５３】
本実施形態において、制御部３０は、第１測定部２０にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成するだけでなく、第２測定部２０’にて得られた情報を処理して第２画像情報を生成するとともに、第３測定部２０’’にて得られた情報を処理して第３画像情報を生成し、表示部４０は、制御部３０から出力された第１画像情報、第２画像情報および第３画像情報を表示する。すなわち、制御部３０は、第１測定部２０、第２測定部２０’および第３測定部２０’’から送信された画像信号に所定の加工および／または処理を施し、それぞれに対応する第１画像情報、第２画像情報および第３画像情報（いずれも動画または静止画）を生成し、これらを記録部にて記録するとともに、表示部４０に表示させる。また、制御部３０は、記録された画像信号に基づいてデータ解析を行う。なお、被験体からの明視野情報を撮影する手段や、被験体からの蛍光情報を撮影する手段としては、当該分野において周知の種々の技術が適用され得る。
【００５４】
本実施形態に係る画像化システム１００の要部構成を、図８に示す。図８においては、制御部３０および表示部４０が省略されており、第２撮影部２８’以外の第２測定部２０’の構成および第３撮影部２８’’以外の第３測定部２０’’の構成も省略されている。
【００５５】
本実施形態に係る画像化システム１００において、第１測定部２０は、シンチレータ（受光部）２２がテーパー状ファイバー束（光拡大部）２３に蒸着してなる可視光生成部２１、高開口率レンズと一体化された鏡筒（撮影補助部）２７、ＧａＡｓＰイメージングインテンシファイアおよびＣＣＤカメラ（撮影部）２８から構成されたＲＩ撮影ユニットである。画像化システム１００を構成する顕微鏡の上部に、上記構成を有するＲＩ撮影ユニット２０を搭載し、これと連動する、上下動が可能な電動ユニット（操作部）２９を用いてサンプルの厚さに応じてＲＩ撮影ユニットを下降させてサンプルに密着させ、イメージングインテンシファイアで２〜１０分間の積算画像を取得する。これにより、植物組織におけるＲＩ標識化合物の分布を細胞レベルで観察することができる。なお、電動ユニット２９を用いることにより、撮影時にはＲＩ撮影ユニットのシンチレータ面２２をサンプルにぎりぎりまで密着させることが容易になる。
【００５６】
画像化システム１００を構成する顕微鏡には、第２測定部２０’および第３測定部２０’’が、通常の蛍光顕微鏡と同様に設けられている。具体的には、第２撮影部２８’としてフロントポートのＣＣＤを設置した。これにより、ステージ上からの落斜光源からの光を用いて植物組織の顕微鏡像（明視野像）を撮影し得る。また、第３撮影部２８’’としてサイドポートのモノクロＣＣＤを設置した。これにより、倒立顕微鏡の蛍光光源（ＨＢＯ１００）からの特定の励起波長を用いて蛍光像の撮影し得る。サンプル（または含有される物質）を予め蛍光標識しておくことにより、蛍光色素による細胞内でのＣａシグナル検出および細胞内ｐＨ変化、あるいはＧＦＰ等蛍光タンパクによる遺伝子発現解析を観察することができる。
【００５７】
（３）第３実施形態
本実施形態に係る画像化システム１００は、第２の実施形態において示した構成以外に、第２測定部２０’にて得られた情報を処理して第２画像情報を生成する第２制御部３０’、および第３測定部２０’’にて得られた情報を処理して第３画像情報を生成する第３制御部３０’’が、制御部３０以外に別途設けられている。第２制御部３０’および第３制御部３０’’の両方を備えている画像化システム１００の制御の流れを示すフローチャートを図６〜７に示す。
【００５８】
第２制御部３０’および第３測定部３０’’は、制御部３０について上述したものと同様の機能を有しており、それぞれ第２測定部２０’および第３測定部２０’’において検出した可視光を演算しかつ収集したデータを処理し、その結果を表示部４０へ出力する。すなわち、本実施形態では、異なる複数の画像信号に対する加工、処理、記録などが、それぞれ独立した制御部によって行われる。なお、生成された第１画像情報、第２画像情報および第３画像情報を表示する表示部は図６に示すように単一であってもよく、あるいは図７に示すように第２画像情報を表示する第２表示部４０’、および第３画像情報を表示する第３表示部４０’’が、第１画像情報を表示する表示部４０以外に別途設けられていてもよい。なお、被験体からの明視野情報を撮影する手段や、被験体からの蛍光情報を撮影する手段としては、当該分野において周知の種々の技術が適用され得る。
【００５９】
なお、図８には、本実施形態と第２の実施形態との間で共通する部分を図示している。すなわち、図８に示された画像化システム１００の要部構成は、本実施形態の例示としてもまた認識されるべきである。
【００６０】
〔３：画像化方法〕
別の局面において、本発明は、生体内情報を画像化するための方法を提供する。本発明に係る画像化方法は、上述した実施形態を実行するための方法である。
【００６１】
一実施形態において、本発明に係る生体内情報を画像化するための方法は、放射性核種を取り込んだ被験体から放出される放射線情報を受光し、これを、シンチレータを介して第１可視光情報に変換する工程；および、第１可視光情報を、光拡大部を介して拡大して第２可視光情報を生成する第２工程、を包含することを特徴としている。なお、上記光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている。
【００６２】
本実施形態に係る方法は、第２可視光情報を撮影する第３工程；撮影した第２可視光情報を処理して画像情報を生成する第４工程；および該画像情報を表示する第５工程をさらに包含してもよい。また、本実施形態に係る方法は、明視野情報を撮影する工程および蛍光情報を撮影する工程の少なくとも一方をさらに包含してもよい。
【００６３】
本実施形態に係る方法において使用される放射性核種は、β−線を放出する放射性核種であれば何でもよく、例えば、３Ｈ、１４Ｃ、３２Ｐ、３３Ｐ、３５Ｓ、４５Ｃａ、８７Ｒｂ、１１５Ｉｎ、１７６Ｌｕからなる群より選択されるものが使用され得る。また、本実施形態に係る方法において使用されるシンチレータは、１０〜２００μｍの範囲の厚さを有していることが好ましい。さらに、シンチレータは、無機シンチレータであることが好ましい。無機シンチレータとしては、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＦ、ＣａＦ２（Ｅｕ）、ＢａＦ２、ＣｄＷＯ４、ＺｎＷＯ４、ＰｂＷＯ４などが挙げられるがこれらに限定されない。また、本実施形態に係る方法において使用される放射性核種は、１０〜２０００ＫｅＶのβ−線を放出する核種であることが好ましい。
【００６４】
このように、本発明は、動植物の体内の状態を観測するシステムおよび方法に関し、本発明を用いれば、動植物の体内の状態を２次元または３次元の画像として可視化することができる。なお、本発明に係る方法は、上述した画像化システムを用いて行われることが好ましいが、必ずしも上述した構成の全てを有するシステムが用いられる必要はないということを、当業者は容易に理解する。また、本発明に係る方法を用いれば、生体内情報を高感度で検出しかつ高解像度で画像化することができる。画像化に適した生体としては比較的薄いサンプルを提供し得る植物、培養細胞が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６５】
なお、後述する実施例において、植物を被験体として用いて本発明を実証しているが、本発明の適用対象は植物に限定されないことを、本明細書を読んだ当業者は容易に理解する。また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
【実施例】
【００６６】
光透過度が高いコアガラス（浜松ホトニクス）を細い棒状に加工し、その数百本を束にした。束上にしたコアガラスを加熱して一体化し、次いで、これを延伸して、ファイバー構造を有する棒状のインゴットを作製した。インゴットを作製する際に、光を反射するクワッドガラス（浜松ホトニクス）をコアガラスの束の隙間に挿入して、コアガラスのファイバー間をクワッドガラスで埋めた。これにより、各コアガラスのファイバー同士がクワッドガラスにより独立したファイバー構造を維持することができる。また、ファイバー軸に対して垂直に入射しなかった光もクワッドガラスによる光反射により、反射しながら軸方向へ透過させることができる。
【００６７】
このようなインゴットを複数重ね、加熱延伸の過程を繰り返してより大きなインゴットを作製した。この大きなインゴットを切断し、切断面を光学研磨することにより円柱状のファイバープレートを作製した。
【００６８】
円柱状のインゴットであるファイバープレートの一部分のみを加熱し、次いで、円柱の中心軸方向の両側に延伸した。部分的に細くなった円柱の部分を切断して、テーパー型のファイバープレートを作製した（テーパー形状の底面積比が１：５）。テーパー型のファイバープレートを構成しているコアガラスの各々もファイバー構造を維持したまま細くなっていた（径がφ３μｍ〜φ１５μｍ）。
【００６９】
従来のプレート状のファイバープレート（直線状の光ファイバ束）にＣｓＩからなるシンチレータ（浜松ホトニクス）を蒸着したものと、テーパー形状のファイバープレートにシンチレータを蒸着したものとを用いて、放射性核種を取り込んだ生物サンプルを観察した。５ｃｍ×５ｃｍの視野において、後者を使用して取得したラジオアイソトープ像（５ｃｍ×５ｃｍの視野）では前者のものに対して感度が約１０倍向上した。
【００７０】
次いで、明視野観察および蛍光観察を行い得る顕微鏡システム（カールツァイス株式会社）に、シンチレータを蒸着したテーパー形状のファイバープレートを組み込んで、放射性核種を取り込んだサンプルについての、３種類の異なる観察を行った（図８）。サンプルとしての植物切片を以下に従って調製した。ホークランド水耕液で４週間生育させた大豆（エンレイ）の第３本葉を茎の分岐部から切り取り、４５Ｃａ（ＣａＣｌ２） ５００ＫＢｑで標識した０．１ｍＭのＣａＣｌ２溶液１ｍｌを、切り口から３時間吸収させた。その後、切り口から２ｃｍ上の茎部分をビブラトームに固定し、７０μｍ厚の茎のスライス切片を作製し、その切片をＦｌｕｏ−３ ＡＭ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ）により１０分間染色した。染色後の切片について、４５０〜４９０ｎｍ励起 ＦＴ５１０ｎｍフィルターを用いて蛍光像を取得した。また、先細側の端面にＣｓＩからなるシンチレータを蒸着したテーパー型ファイバープレートを介して、切片上の４５Ｃａのラジオアイソトープ分布像を取得した。このラジオアイソトープ分布像は、ＧａＡｓＰイメージングインテンシファイアの蛍光像検出にＡｘｉｏＣａｍ ＨＲｍを用いたシステムにて、５分間の積算により検出した。
【００７１】
本システムを用いて観察したところ、蛍光像、明視野像と同様にＲＩ標識化合物分布についても鮮明な画像を取得し得た（図９）。本発明の技術を用いれば、生体内情報（例えば、生体内での物質の挙動）を高感度で検出しかつ高解像度で画像化することができる。さらに、ＲＩ（β線）観察、明視野観察および蛍光観察の３種類の異なる観察を一台の顕微鏡で行うことを可能にする。このように、本発明は、生体内での現象を解明するための新たなアプローチを提供し得る。
【００７２】
本発明は上述した各実施形態および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
放射線情報として提示される生体内物質動態についての鮮明な画像を得ることはこれまで困難であったが、本発明を用いることにより、明視野像および蛍光像との三重撮影が実現した。さらなるシンチレータの開発により、本発明の応用範囲が拡大され得る。また、本発明の改良および／または発展に必要とされる高性能カメラの開発もまた期待され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、（ａ）は画像化器具の要部構成を示す側面図であり、（ｂ）は画像化器具の要部構成を示す上面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化器具の要部構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであり、画像測定装置の要部構成を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態を示すものであり、画像化システムの制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る画像化システムの一実施形態の構成を示す側面図である。
【図９】図８に示した本発明に係る画像化システムを用いてダイズ葉からの生体内情報を観察した結果を示す図である（画像の上下方向で３ｍｍのスケールである）。（ａ）は、［４５Ｃａ］−塩化カルシウムを吸収させたダイズ葉から放出されるβ−線を検出した結果を示す図である。（ｂ）は、（ａ）と同一のダイズ葉における明視野観察の結果を示す図である。（ｃ）は、（ａ）と同一のダイズ葉における蛍光観察の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０・２０ 画像測定装置（第１測定部、ＲＩ撮影ユニット）
１１・２１ 画像化器具（可視光生成部）
１２・２２ 受光部
１３・２３ 光拡大部
１４・２４ 第１面
１５・２５ 第２面
１６・２６ 光ファイバー
１７・２７ 撮影補助部（鏡筒）
１８・２８ 撮影部
３０ 制御部
４０ 表示部
５０ 固定部
６０ 被験体
１００ 画像化システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線情報の画像化器具であって、
放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部、および
第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部
を備えており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている
ことを特徴とする画像化器具。
【請求項２】
第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像化器具。
【請求項３】
１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の画像化器具。
【請求項４】
前記シンチレータが無機シンチレータであることを特徴とする請求項１に記載の画像化器具。
【請求項５】
放射線情報の画像測定装置であって、
放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部と、第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部とを備えた可視光生成部、および
第２可視光情報を撮影する撮影部を有しており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている
ことを特徴とする画像測定装置。
【請求項６】
第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が前記光拡大部と前記撮影部との間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の画像測定装置。
【請求項７】
１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることを特徴とする請求項５に記載の画像測定装置。
【請求項８】
前記シンチレータが無機シンチレータであることを特徴とする請求項５に記載の画像測定装置。
【請求項９】
生体内情報を画像化する画像化システムであって、
該画像化システムは、
放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を測定する第１測定部；
第１測定部にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成する制御部；および
該制御部から出力された第１画像情報を表示する表示部
を備えており、
第１測定部は、
被験体から放出される放射線情報から可視光情報を生成する可視光生成部；および
該可視光情報を撮影する第１撮影部
を有しており、
該可視光生成部は、
放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部；および
第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部
を備えており、
該受光部は、放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、
該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、
第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されており、
第１撮影部は、第２可視光情報を撮影する
ことを特徴とする画像化システム。
【請求項１０】
第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が前記光拡大部と第１撮影部との間に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１１】
被験体を固定する固定部をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１２】
被験体からの明視野情報を撮影する第２撮影部を有している第２測定部をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１３】
被験体からの蛍光情報を撮影する第３撮影部を有している第３測定部をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１４】
前記生体内情報が、細胞間での物質の動態を示す情報、または細胞レベルでの物質の分布像を示す情報であることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１５】
放射線情報の画像化方法であって、
受光した放射線情報を、シンチレータを介して第１可視光情報に変換する第１工程、および
第１可視光情報を、光拡大部を介して拡大して第２可視光情報を生成する第２工程
を包含し、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている
ことを特徴とする画像化方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の画像化方法であって、
第２可視光情報を撮影する第３工程
該撮影した第２可視光情報を処理して画像情報を生成する第４工程；および
該画像情報を表示する第５工程
をさらに包含することを特徴とする画像化方法。
【請求項１７】
明視野情報を撮影する工程および蛍光情報を撮影する工程の少なくとも一方をさらに包含することを特徴とする請求項１６に記載の画像化方法。
【請求項１】
放射線情報の画像化器具であって、
放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部、および
第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部
を備えており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている
ことを特徴とする画像化器具。
【請求項２】
第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像化器具。
【請求項３】
１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の画像化器具。
【請求項４】
前記シンチレータが無機シンチレータであることを特徴とする請求項１に記載の画像化器具。
【請求項５】
放射線情報の画像測定装置であって、
放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部と、第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部とを備えた可視光生成部、および
第２可視光情報を撮影する撮影部を有しており、
該受光部は、放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている
ことを特徴とする画像測定装置。
【請求項６】
第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が前記光拡大部と前記撮影部との間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の画像測定装置。
【請求項７】
１０〜２０００ＫｅＶのβ−線による放射線情報を画像化するために用いられることを特徴とする請求項５に記載の画像測定装置。
【請求項８】
前記シンチレータが無機シンチレータであることを特徴とする請求項５に記載の画像測定装置。
【請求項９】
生体内情報を画像化する画像化システムであって、
該画像化システムは、
放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を測定する第１測定部；
第１測定部にて得られた情報を処理して第１画像情報を生成する制御部；および
該制御部から出力された第１画像情報を表示する表示部
を備えており、
第１測定部は、
被験体から放出される放射線情報から可視光情報を生成する可視光生成部；および
該可視光情報を撮影する第１撮影部
を有しており、
該可視光生成部は、
放射線情報を受光しかつ第１可視光情報を生成する受光部；および
第１可視光情報を拡大して第２可視光情報を生成する光拡大部
を備えており、
該受光部は、放射性核種を取り込んだ被験体からの放射線情報を第１可視光情報に変換するシンチレータからなり、
該光拡大部は、
該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、
第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されており、
第１撮影部は、第２可視光情報を撮影する
ことを特徴とする画像化システム。
【請求項１０】
第２可視光情報の撮影を補助する撮影補助部が前記光拡大部と第１撮影部との間に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１１】
被験体を固定する固定部をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１２】
被験体からの明視野情報を撮影する第２撮影部を有している第２測定部をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１３】
被験体からの蛍光情報を撮影する第３撮影部を有している第３測定部をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１４】
前記生体内情報が、細胞間での物質の動態を示す情報、または細胞レベルでの物質の分布像を示す情報であることを特徴とする請求項９に記載の画像化システム。
【請求項１５】
放射線情報の画像化方法であって、
受光した放射線情報を、シンチレータを介して第１可視光情報に変換する第１工程、および
第１可視光情報を、光拡大部を介して拡大して第２可視光情報を生成する第２工程
を包含し、
該光拡大部は、該受光部が設けられている第１面と第１面に対向して第２可視光情報が生成される第２面とを有し、第２面から第１面に向けてテーパー形状を成している複数の光ファイバーから構成されている
ことを特徴とする画像化方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の画像化方法であって、
第２可視光情報を撮影する第３工程
該撮影した第２可視光情報を処理して画像情報を生成する第４工程；および
該画像情報を表示する第５工程
をさらに包含することを特徴とする画像化方法。
【請求項１７】
明視野情報を撮影する工程および蛍光情報を撮影する工程の少なくとも一方をさらに包含することを特徴とする請求項１６に記載の画像化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−８５７７６（Ｐ２００９−８５７７６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５６０３３（Ｐ２００７−２５６０３３）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
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