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特表2024-512757合成多重露光スペックルイメージング（ｓｙＭＥＳＩ）方法及びシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-19
(54)【発明の名称】合成多重露光スペックルイメージング（ｓｙＭＥＳＩ）方法及びシステム
(51)【国際特許分類】
A61B 5/026 20060101AFI20240312BHJP
【ＦＩ】
A61B5/026 120
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023560786
(86)(22)【出願日】2022-03-31
(85)【翻訳文提出日】2023-11-07
(86)【国際出願番号】 US2022022734
(87)【国際公開番号】W WO2022212636
(87)【国際公開日】2022-10-06
(31)【優先権主張番号】63/200,914
(32)【優先日】2021-04-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521436740
【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ サウス フロリダ
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＳＯＵＴＨ ＦＬＯＲＩＤＡ
【住所又は居所原語表記】３８０２ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ，Ｓｕｉｔｅ １００，Ｔａｍｐａ，Ｆｌｏｒｉｄａ ３３６１２（ＵＳ）
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】パーササラティ，アシュウィン バラドワジュ
(72)【発明者】
【氏名】サフィ，アブドゥル モハイメン
【テーマコード（参考）】
4C017
【Ｆターム（参考）】
4C017AA11
4C017AB06
4C017AC26
4C017BB01
4C017BC11
(57)【要約】
合成多重露光スペックルイメージング（ｓｙＭＥＳＩ）により、従来の使用では、ＬＳＣＩ装置による（結像シーンでの）運動の定量的評価が従来実質的に不可能であるが、それらのような定量的な結果は、１つのみの固定された持続時間の露光時間で経験的に結像した後、そのようにして得られた生のスペックル画像（複数可）を様々な空間平均化を使用して変換し、複数の異なる合成露光時間を表すスペックル画像と、任意選択でスペックルコントラスト画像とを取得する。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学照明系であって、前記照明系の出力端部で光出力を生成するように構成され、光源を含むが、経時的に実質的に一定であるように前記光出力のパワーを維持するように構成される装置を含まない、前記光学照明系と、光検出系を含む光学結像系と、
前記光検出系に操作可能に接続され、そこから電気信号を受信するように構成されたコンピュータシステムであって、前記光学結像系によって前記光出力からの光で形成されたスペックル画像を表す、前記コンピュータシステムと、
有形の非一時的なコンピュータ可読媒体と、
を含み、
前記有形の非一時的なコンピュータ可読媒体は、その上に配置された、コンピュータ可読命令が格納されるコンピュータ可読プログラムコードを含むことで、前記命令が前記コンピュータシステムのプロセッサによって実行されるとき、前記命令は、前記プロセッサに少なくとも、
１つのみの固定された第一経験的露光時間で、前記結像系によって前記光で形成された１つ以上の生のスペックル画像を取得させ、
空間的に異なる寸法を有する複数のビニングアパーチャを使用して、前記１つ以上の生のスペックル画像のうちの選択された生のスペックル画像を空間的に平均させ、それぞれに対応する修正スペックル画像を形成させて、前記修正スペックル画像のそれぞれは複数の第二合成露光時間からのそれぞれに対応する第二合成露光時間に対応するスペックル画像を表し、
前記複数の第二合成露光時間からの各第二合成露光時間は、互いに異なり、前記第一経験的露光時間とは異なる、
複数合成露光時間スペックル結像（ｓｙＭＥＳＩ）系。
【請求項2】
前記命令はさらに、前記プロセッサに、前記修正スペックル画像のそれぞれを、前記同じ選択画像に対応する複数のスペックルコントラスト画像のそれぞれに対応するスペックルコントラスト画像に変換させる、請求項１に記載のｓｙＭＥＳＩ系。
【請求項3】
前記命令はさらに、前記プロセッサに、（３ａ）前記１つ以上の生のスペックル画像のうちの少なくとも１つ、前記選択画像、及び前記複数のスペックルコントラスト画像のうちの少なくとも１つを、視覚的に知覚可能な光放射照度の空間分布として表示させる、及び／または
（３ｂ）第二合成露光時間の関数として、前記所与のスペクトルコントラスト画像の少なくとも１ピクセルに対する前記スペックルコントラストの値のスペックル視感度曲線を決定させる、及び／または表示させる、
ように構成される、請求項１及び２のうちの１項に記載のｓｙＭＥＳＩ系。
【請求項4】
前記命令はさらに、前記プロセッサに、前記スペックル視感度曲線に少なくとも基づいて、前記ｓｙＭＥＳＩ系の動作中に前記光出力によって照射され、前記１つ以上の生のスペックル画像によって表されたシーンの一部での運動の定量値を評価させるように構成される、請求項３に記載のｓｙＭＥＳＩ系。
【請求項5】
前記命令はさらに、前記プロセッサに、前記ｓｙＭＥＳＩ系の動作中に前記光出力によって照射され、前記１つ以上の生のスペックル画像によって表されたシーンの一部の視覚的に知覚可能な画像を生成させるように構成され、前記視覚的に知覚可能な画像は、前記視覚的に知覚可能な画像にわたる光学パラメータの空間分布を介して前記シーンの前記一部での運動の定量値の空間分布を表示する、請求項３及び４のうちの１項に記載のｓｙＭＥＳＩ系。
【請求項6】
前記命令は、前記プロセッサに、前記１つのみの固定された第一経験的露光時間で、前記結像系によって前記光で形成された生のスペックル画像のシーケンスを取得させるように構成され、前記シーケンス内の生のスペックル画像の構成は、必然的に非連続である、請求項１から６のうちの１項に記載のｓｙＭＥＳＩ系。
【請求項7】
前記光学結像系は、直接隣接する生のスペックル画像間の内に異なる持続時間の時間ギャップを有する前記必然的に非連続な生のスペックル画像を取得するように構成される、請求項６に記載のｓｙＭＥＳＩ系。
【請求項8】
請求項１から７のうちの１項に構成された前記ｓｙＭＥＳＩ系によるシーンを特徴付けるための方法であって、前記光学照明系からの前記光出力を含む第一光によって前記シーンを照射することと、
前記１つのみの固定された第一経験的露光時間で、前記シーンによって後方散乱した前記第一光を表す第二光で前記シーンの１つ以上の生のスペックル画像を取得することと、
異なる空間寸法を有する複数のビニングアパーチャのそれぞれについて、前記１つ以上の生のスペックル画像のうちの選択画像を、前記選択画像の放射照度分布を前記複数のビニングアパーチャのそれぞれに対応するビニングアパーチャで空間的に平均することによって、複数の修正スペックル画像のうちの対応する１つに修正することにより、複数の修正スペックル画像を生成することであって、前記複数の修正スペックル画像のそれぞれは、複数の第二合成露光時間のうちの１つの第二合成露光時間に対応する前記シーンのスペックル画像を表す、前記生成することと、
を含み、
前記複数の第二露光時間からのすべての第二合成露光時間は、互いに異なり、前記第一経験的露光時間とは異なる、
前記方法。
【請求項9】
前記複数の修正スペックル画像のそれぞれを、前記同じ選択画像に対応する複数のスペックルコントラスト画像のそれぞれに対応するスペックルコントラスト画像に変換することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
（１０ａ）前記第一光は前記光出力である、及び／または（１０ｂ）前記光源はレーザ光源である、及び／または
（１０ｃ）前記複数の修正スペックル画像からの修正スペックル画像のそれぞれについて、前記第一経験的露光時間と前記対応する第二合成露光時間との間の数値関係は、前記所定のビニングアパーチャの寸法に依存する、及び／または
（１０ｄ）前記１つ以上の生のスペックル画像のうちの少なくとも１つ、前記選択画像、及び前記複数のスペックルコントラスト画像のうちの少なくとも１つは視覚的に知覚可能である、請求項８及び９のうちの１項に記載の方法。
【請求項11】
（１１ａ）前記少なくとも１つ以上の生のスペックル画像は、１つのみの生のスペックル画像を含む、または（１１ｂ）連続して取得される前記１つ以上の生のスペックル画像のうちの２つの生のスペックル画像は、次々に即時に取得されるのではなく、前記２つの画像の間に任意の時間遅延を有して取得される、請求項８から１０のうちの１項に記載の方法。
【請求項12】
（１２ａ）前記１つのみの固定された第一露光時間で、前記１つ以上の生のスペックル画像を取得することは、１つのみの生のスペックル画像を取得することを含む、及び／または（１２ｂ）前記１つ以上の初期スペックル画像のうちの前記選択画像を修正することは、前記１つ以上の生のスペックル画像のうちの１つのみの画像を修正することを含む、請求項８から１１のうちの１項に記載の方法。
【請求項13】
前記所与のスペックルコントラスト画像の各ピクセルは、前記修正スペックル画像のそれぞれに対応するピクセル強度の標準偏差と前記強度の平均との比率として決定されたスペックルコントラストの値を有する、請求項９から１２のうちの１項に記載の方法。
【請求項14】
前記複数のビニングアパーチャのうちの１つのビニングアパーチャは、多角形の形状を有する、請求項８から１３のうちの１項に記載の方法。
【請求項15】
前記多角形の形状は、凹状多角形の形状である、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
以下の条件、（１６ａ）前記方法は、前記選択画像の所与のピクセルによって表される前記シーンの一部での運動指数を定量的に決定することをさらに含むことと、
（１６ｂ）前記シーンが生体組織であるとき、前記運動指数は血流の指数であることと、
のうちの少なくとも１つを満たす、請求項８から１６のうちの１項に記載の方法。
【請求項17】
前記取得することは、前記１つのみの固定された第一経験的露光時間で、前記結像系によって前記光で形成された生のスペックル画像のシーケンスの間の時間ギャップによって複数の生のスペックル画像を取得することを含み、前記シーケンス内の前記生のスペックル画像の構成は必然的に非連続である、請求項８から１６のうちの１項に記載の方法。
【請求項18】
前記取得することは、異なる直接隣接する生のスペックル画像の間の内の異なる持続時間の時間ギャップによって前記必然的に非連続な生のスペックル画像を取得することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記複数のビニングアパーチャのそれぞれについての前記選択画像を修正することは、（１９ａ）前記選択画像にわたって空間的に再位置決めされる前記同じビニングアパーチャによって、前記選択画像の前記放射照度分布を空間的に平均することと、
（１９ｂ）異なるサイズ及び／または形状の複数のビニングアパーチャによって、前記選択画像の前記放射照度分布を空間的に平均することであって、そのそれぞれに対応する基準コーナーは前記選択画像の前記同じ位置に固定される、前記平均することと、
のうちの１つを含む、請求項８から１８のうちの１項に記載の方法。
【請求項20】
所与のスペックルコントラスト画像の各ピクセルは、時間領域、空間領域、または時空間領域内で決定されたスペックルコントラストの値を有する、請求項９から１９のうちの１項に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本国際特許出願は、２０２１年４月２日に出願された米国仮特許出願第６３／２００，９１４号の優先権及び利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に援用されている。
本国際特許出願は、２０２１年４月２日に出願された米国仮特許出願第６３／２００，９１４号の優先権及び利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に援用されている。
【背景技術】
【0002】
血流が組織への酸素送達を直接指示し、正常な組織機能にとって重要であるため、組織を通る血流は、そのような組織の健康状態の重要な生理学的指標として機能する。例えば、脳への酸素供給中の小さい変化でさえ、正常な生理学的プロセスに劇的な影響を与え得るため、脳への血流の減少は重大な結果を招く可能性がある。したがって、血流の撮像は、正常な生理機能を理解し、疾患の進行を監視し、治療を追跡するために重要である。
【0003】
一般に、光学イメージング方法は時空間分解能特性が優れているため、例えば、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、または拡散光断層撮影法（ＤＯＴ）よりも脳血流（ＣＢＦ）動態の可視化（特に個々の脳血管の解像度を必要とする用途）により適している。例えば、光子相関に根ざした光学イメージング方法（レーザスペックルコントラストイメージング、またはＬＳＣＩなど）は、赤血球の天然のコントラスト運動を使用してＣＢＦを評価するのに特によく適している。
【0004】
ＬＳＣＩは、特に、小動物モデルでの脳血流の撮像に有用であることが示されている。ＬＳＣＩの主な利点の１つは、使用される撮像装置が単純で安価でありながら、優れた時空間分解能を有する広視野ＣＢＦ画像を取得するその能力である。現在まで、ＬＳＣＩは、機能活性化研究では、ラット及びマウスの脳の虚血中にＣＢＦ動態を撮像し、虚血性脳卒中の進行をモデル化するために利用されてきた。
【0005】
関連技術で認識されているように、レーザスペックルは、光路長がわずかに異なっている軌道に沿ってサンプルから後方散乱したライトフィールド（例えば、レーザ光フィールド）のコヒーレントな加算によって生成されるランダムな干渉パターンである。この目的のために、図１Ｃは、典型的なＬＳＣＩセットアップを概略的に示す。ここでは、可視または近赤外のダイオードレーザ光源１１０からのわずかな発散光１０４が組織サンプル１２０に入射するように指向される。光１０４は組織内で散乱するが、組織１２０を通って異なる経路に沿って進むライトフィールドの成分は異なる位相シフトを受ける。後方散乱光１２４は結像レンズ１２８を通して集光され、適切に構成された電子回路１３０でのデータ処理のためにスペックル形態でカメラセンサ１３０に記録される。
【0006】
サンプル、細胞中の粒子（例えば、赤血球など）の運動は、スペックルパターンに時空間ゆらぎを与える（例えば、参考文献３を参照）。このような効果は、画像内に局所ブラー（または無相関）として現れる（図１Ａ）。このブラーまたは無相関の定量化により、組織１２０の脈管構造内の赤血球の流量の尺度が得られる。正式には、局所スペックルコントラスト、Ｋ＝σｓ／〈Ｉ〉、つまり、局所強度の正規化分散の平方根は、画像内の小さい窓（通常は７ｘ７ピクセル）で計算される。ここで、σｓは７ｘ７ピクセル窓内の強度の標準偏差で、〈Ｉ〉は７ｘ７ピクセル窓内の強度の平均である。処理されたスペックルコントラスト画像（図１Ｂ）は、生のスペックル画像全体で窓ごとに、この計算を繰り返すことによって生成される。図１Ｂの画像の所与の一部内でスペックルコントラストの値が高くなるのは、サンプルの対応する領域（すなわち、図１Ａ）内の空間ブラー量が減少する徴候であり、これは、ゆっくりと動く赤血球の直接的な結果である。
【0007】
特に、関連技術で認識されているように、ＬＳＣＩアプローチで測定されるスペックルコントラストは、ＣＢＦ変化の相対変化の急性測定にのみ適している。言い換えれば、ＬＳＣＩ系の従来の実装を実際に使用した結果では、標的組織またはその内での運動を定量的に測定することができず、代わりに、ＣＢＦ変化に関して得られた１つのみの結論に現れ、それを提供する、スペックル画像全体で相対的な（例えば、０から１の任意の単位のスケールで）コントラスト値の評価を生成し、これは、次のような、画像の第一部分内に示された標的組織の第一領域での標的粒子の運動（血流など）が、画像の第二部分内に示された標的組織の第二領域での標的粒子の運動よりも速く発生しているように表されることができる。これら２つの運動の速度値の定量的（つまり、数値的）評価は、相対的な（つまり、比較的な）結果を提供する従来のＬＳＣＩに基づくと単純には不可能である。その結果、従来のＬＳＣＩ系の適用は、最もごく単純な状況のみに限定されてきた。
【0008】
多重露光スペックルイメージング（または、ＭＥＳＩ）として知られる方法論は、従来のＬＳＣＩの不能を訂正するために、複数のカメラ露光で取得されたレーザスペックル画像を処理し、それらを定量的なスペックル視感度モデルに当てはめることによって、血流の定量的な測定を提供するために導入された。現在まで、ＭＥＳＩは、音響光学変調器もしくは回転フィルタホイールなどの比較的かさばって遅い機器を使用した（例えば、Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ ｅｔ ａｌ．，「Ｒｏｂｕｓｔ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ－ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｓｐｅｃｋｌｅ ｉｍａｇｉｎｇ」，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ１６，１９７５－１９８９；２００８）、または時間ビニングアプローチを使用した（ただし、８ｘ５ピクセルなどの低解像度画像により良く適した高価な高速検出器を使用する場合のみ、例えば、参考文献Ｇを参照）いずれかのレーザのタイムゲートによって実現されてきた。ＭＥＳＩアプローチのよく知られている欠点は、調査対象のサンプル（組織）で有用なレーザ出力パワーを一定に維持することに対処する専用のハードウェアの使用、及び／または複数の実際の用途にとって十分に短くない測定の持続時間を必要とすることに現れる。
【0009】
引用文献：
－参考文献Ａ Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ，Ａ．Ｂ．，Ｋａｚｍｉ，Ｓ．Ｍ．Ｓ．＆Ｄｕｎｎ，Ａ．Ｋ．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｉｓｃｈｅｍｉｃ ｓｔｒｏｋｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｉｎｎｅｄ ｓｋｕｌｌ ｉｎ ｍｉｃｅ ｗｉｔｈ Ｍｕｌｔｉ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｐｅｃｋｌｅ Ｉｍａｇｉｎｇ．Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ ｅｘｐｒｅｓｓ１，２４６－２５９，ｄｏｉ：１０．１３６４／ＢＯＥ．１．０００２４６（２０１０）。
－参考文献Ｂ Ｋａｚｍｉ，Ｓ．Ｍ．Ｓ．，Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ，Ａ．Ｂ．，Ｓｏｎｇ，Ｎ．Ｅ．，Ｊｏｎｅｓ，Ｔ．Ａ．＆Ｄｕｎｎ，Ａ．Ｋ．Ｃｈｒｏｎｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｃｏｒｔｉｃａｌ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉ－Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｐｅｃｋｌｅ Ｉｍａｇｉｎｇ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ＆Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ３３，７９８－８０８，ｄｏｉ：１０．１０３８／ｊｃｂｆｍ．２０１３．５７（２０１３）。
－参考文献Ｃ Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ，Ａ．Ｂ．，Ｔｏｍ，Ｗ．Ｊ．，Ｇｏｐａｌ， Ａ．，Ｚｈａｎｇ，Ｘ．＆Ｄｕｎｎ，Ａ．Ｋ．Ｒｏｂｕｓｔ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ－ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｓｐｅｃｋｌｅ ｉｍａｇｉｎｇ．Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ１６，１９７５－１９８９（２００８）。
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－参考文献Ｂ Ｋａｚｍｉ，Ｓ．Ｍ．Ｓ．，Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ，Ａ．Ｂ．，Ｓｏｎｇ，Ｎ．Ｅ．，Ｊｏｎｅｓ，Ｔ．Ａ．＆Ｄｕｎｎ，Ａ．Ｋ．Ｃｈｒｏｎｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｃｏｒｔｉｃａｌ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉ－Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｐｅｃｋｌｅ Ｉｍａｇｉｎｇ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ＆Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ３３，７９８－８０８，ｄｏｉ：１０．１０３８／ｊｃｂｆｍ．２０１３．５７（２０１３）。
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－参考文献Ｄ Ｒｉｃｈａｒｄｓ，Ｌ．Ｍ．ｅｔ ａｌ．Ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｍｕｌｔｉ－ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｓｐｅｃｋｌｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｂｌｏｏｄ Ｆｌｏｗ ＆Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ３７，３０９７－３１０９，ｄｏｉ：１０．１１７７／０２７１６７８Ｘ１６６８６９８７（２０１７）。
－参考文献Ｅ Ｖａｌｄｅｓ，Ｃ．Ｐ．ｅｔ ａｌ．Ｓｐｅｃｋｌｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ａ ｎｏｎ－ｉｎｖａｓｉｖｅ，ｄｉｆｆｕｓｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｉｃｒｏｖａｓｃｕｌａｒ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｉｓｓｕｅ．Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ ｅｘｐｒｅｓｓ５，２７６９，ｄｏｉ：１０．１３６４／ＢＯＥ．５．００２７６９（２０１４）。
－参考文献Ｆ Ｖａｒｍａ，Ｈ．Ｍ．，Ｖａｌｄｅｓ，Ｃ．Ｐ．，Ａｄａｍｓ，Ｋ．Ｅ．，Ｃｕｌｖｅｒ，Ｊ．Ｐ．＆Ｄｕｒｄｕｒａｎ，Ｔ．Ｓｐｅｃｋｌｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｅｐ ｔｉｓｓｕｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ．Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ ｅｘｐｒｅｓｓ５，１２７５，ｄｏｉ：１０．１３６４／ＢＯＥ．５．００１２７５（２０１４）。
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【発明の概要】
【0010】
本発明の実施形態は、複数合成露光時間スペックル結像（ｓｙＭＥＳＩ）系を提供し、ｓｙＭＥＳＩ系は、光学照明系、光学結像系（または集光系）、及びマイクロプロセッサ、またはプログラムされた電子回路、及び／または有形の非一時的な記憶媒体を備えたコンピュータシステム（簡単にするために、総称して、及び／または個別にコンピュータシステムと呼ばれる）を含む。光学照明系は、照明系の出力端部で光出力を生成するように構成され、光源を含むが、経時的に実質的に一定であるように光出力のパワーを維持するように構成される装置を含まない（つまり、それを欠く）。（それらのような装置には、ほんの数例を挙げると、プロセッサによって制御される電子回路、ニュートラルデンシティフィルタ、及び音響光学変調器が含まれる場合がある。）光学結像系（または集光系）には、光検出系が含まれる。コンピュータシステムは、光検出系に操作可能に接続され、そこから電気信号を受信するように構成され、光学結像系によって当該光出力からの当該光で形成されたスペックル画像を表す。有形の非一時的なコンピュータ可読媒体は、その上に配置された、コンピュータ可読命令が格納されるコンピュータ可読プログラムコードを含むように構成されることで、命令がコンピュータシステムのプロセッサによって実行されるとき、命令は、プロセッサに少なくとも、１つのみの固定された第一経験的露光時間に、結像系によって当該光で形成された１つ以上の生のスペックル画像を取得させ、空間的に異なる寸法を有する複数のビニングアパーチャの使用によって当該１つ以上の生のスペックル画像から選択された生のスペックル画像を空間的に平均させ、それぞれに対応する修正されたスペックル画像を形成させ、当該修正されたスペックル画像のそれぞれは、複数の第二合成露光時間からそれぞれに対応する第二合成露光時間に対応するスペックル画像を表す。少なくとも１つの実施形態では、ｓｙＭＥＳＩ系は、必然的に互いに異なり、第一経験的露光時間とは異なる、複数の第二合成露光時間からの各第二合成露光時間を有するように構成され得る。さらに、またはその代わりに、そして少なくとも一実施形態では、命令はさらに、プロセッサに、修正されたスペックル画像のそれぞれを、同じ選択画像に対応する複数のスペックルコントラスト画像のそれぞれに対応するスペックルコントラスト画像に変換させるように構成され得る、及び／または命令はさらに、プロセッサに、（ａ）１つ以上の生のスペックル画像のうちの少なくとも１つ、選択画像、及び複数のスペックルコントラスト画像のうちの少なくとも１つを、視覚的に知覚可能な光放射照度の空間分布として表示させる、及び／または（ｂ）第二合成露光時間の関数として、所与のスペクトルコントラスト画像の少なくとも１ピクセルについてのスペックルコントラストの値のスペックル視感度曲線を決定させる、及び／または表示させる、ように構成され得る。少なくとも後者の場合には（そして任意選択で、システムのすべての実装では）、命令はさらに、プロセッサに、スペックル視感度曲線に少なくとも基づいて、ｓｙＭＥＳＩ系の動作中に光出力によって照射され、１つ以上の生のスペックル画像によって表されたシーンの一部での運動の定量値を評価させるように構成され得る。代替的に、または加えて、そしてｓｙＭＥＳＩ系の特異的な実装に実質的に関係なく、命令は、さらにプロセッサに、ｓｙＭＥＳＩ系の動作中に当該光出力によって照射され、当該１つ以上の生のスペックル画像によって表されたシーンの一部の視覚的に知覚可能な画像を生成させるようにさらに構成され得、当該視覚的に知覚可能な画像は、当該視覚的に知覚可能な画像にわたる光学パラメータの空間分布を介して当該シーンの一部での運動の定量値の空間分布を表示する。（そのような光学パラメータは、ほんの数例を挙げると、実質的に単色画像（例えば、明視野画像）の場合の放射照度、及び／または多色画像の場合の画像の境界内の選択された色分布であり得る。）代替的または追加的に、そして実質的にｓｙＭＥＳＩ系のすべての実装では、命令は、プロセッサに、１つのみの固定された第一経験的露光時間で、結像系によって生成された光で形成された生のスペックル画像のシーケンスを取得させるように構成されることができ（ここで、少なくとも１つの場合には、そのようなシーケンス内の生のスペックル画像の構成は必然的に非連続になる）、そしてそのようなシーケンス内の生のスペックル画像の構成が必然的に非連続になるとき、光学結像系は、直接隣接する生のスペックル画像の間の内に異なる持続時間の時間ギャップで、そのような必然的に非連続の生のスペックル画像を取得するように構成され得る。
【0011】
実施形態はさらに、上記で特定された実施形態の少なくとも１つに従って構成されたｓｙＭＥＳＩ系を使用してシーンを特徴付ける方法を提供する。この方法の実施形態は、少なくとも、光学照明系からの光出力を含む第一光でシーンを照射することと、そのような１つのみの固定された第一経験的露光時間で、シーンによって後方散乱した当該第一光を表す第二光でシーンの１つ以上の生のスペックル画像を取得することと、異なる空間寸法を有する複数のビニングアパーチャのそれぞれについて、１つ以上の生のスペックル画像のうちの選択画像を、選択画像の放射照度分布を複数のビニングアパーチャのそれぞれに対応するビニングアパーチャによって空間的に平均することによって、複数の修正スペックル画像のうちの対応する１つに修正することにより、複数の修正スペックル画像を生成することであって、複数の修正スペックル画像のそれぞれは複数の第二合成露光時間のうちの１つの第二合成露光時間に対応するシーンのスペックル画像を表す、生成することと、を含む。ここで、複数の第二露光時間からのすべての第二合成露光時間は、互いに異なり、第一経験的露光時間とは異なる。方法の実施形態は、複数の修正スペックル画像のそれぞれを、同じ選択画像に対応する複数のスペックルコントラスト画像のそれぞれに対応するスペックルコントラスト画像に変換するステップをさらに含み得る。代替として、または追加として、そして方法の少なくとも１つの実装では、第一光は、結像系からの光出力であるように選択されてもよく、及び／または光源はレーザ光源であるように選択されてもよく、及び／または複数の修正スペックル画像からの修正スペックル画像のそれぞれについて、第一経験的露光時間と対応する第二合成露光時間との間の数値関係は、所定のビニングアパーチャの寸法に依存してもよく、及び／または１つ以上の生スペックル画像のうちの少なくとも１つ、選択画像、及び複数のスペックルコントラスト画像のうちの少なくとも１つは視覚的に知覚可能になってもよい。代替として、または追加として、そして実質的に方法のすべての実装では、少なくとも１つ以上の生のスペックル画像は、１つのみの生のスペックル画像を含むように定義されてもよく、または連続して取得されるそのような少なくとも１つ以上の生のスペックル画像のうちの２つの生のスペックル画像は、次々に即時に取得されるのではなく、それらのような２つの画像間に任意の時間遅延を有して取得されるように定義されてもよい。特定の実装の詳細に関係なく、また実質的に方法のすべての実施形態では、以下の条件：（ａ）１つのみの固定された第一露光時間で、１つ以上の生のスペックル画像を取得することは、１つのみの生のスペックル画像を取得することを含むこと、及び／または（ｂ）１つ以上の初期スペックル画像のうちの選択画像を修正するステップは、１つ以上の生のスペックル画像のうちの１つのみの画像を修正することを含むことのうちの少なくとも１つが満たされ得る。同様に、代替として、または追加として、そして方法の任意の選択された実装では、所与のスペックルコントラスト画像の各ピクセルは、それらのような修正スペックル画像のそれぞれに対応するピクセル強度の標準偏差と、手元の強度の平均との比率として決定されたスペックルコントラスト値を有するように定義され得る。複数のビニングアパーチャのうちの１つのビニングアパーチャは、多角形の形状と、特異的な場合には、凹状多角形の形状とを有してもよい（例えば、ｍａｔｈｏｐｅｎｒｅｆ．ｃｏｍで定義されているように）。
【0012】
さらに、そして実質的に方法のすべての実装では、方法は、以下の条件：（ｉ）方法は選択画像の所与のピクセルによって表されるシーンの一部での運動指数を定量的に決定するステップをさらに含むこと、及び（ｉｉ）関心対象のシーンが生体組織であるとき、運動指数は血流の指数であること、のうちの少なくとも１つを満たすように構成されることができる。少なくとも１つの実装では、当該取得するステップは、当該１つのみの固定された第一経験的露光時間でのそれらのような画像の間の時間ギャップと同様に複数の生のスペックル画像、それらのような画像の間の時間ギャップによって形成された生のスペックル画像シーケンス（ここでは、シーケンス内の生のスペックル画像の構成は必然的に非連続であるように選択される）を取得することを含むように構成され得る。後者の場合、この取得するステップは、異なる直接隣接する生のスペックル画像の間の内の異なる持続時間の時間ギャップによってそれらのような必然的に非連続な生のスペックル画像を取得することを含み得る。代替として、または追加として、そして実質的に方法のすべての実装では、複数のビニングアパーチャのそれぞれについて選択画像を修正するステップは、選択画像の放射照度分布を、選択画像全体で空間的に再位置決めされる同じビニングアパーチャによって空間的に平均することと、選択画像の放射照度分布を、異なるサイズ及び／または形状の複数のビニングアパーチャ（ここでは、アパーチャのそれぞれに対応する基準コーナーは選択画像の同じ位置に固定される）によって空間的に平均することと、のうちの１つを含むように構成され得る。方法の特定の実装の詳細に関係なく、この方法によって生成された所与のスペックルコントラスト画像の各ピクセルには、時間領域、空間領域、または時空間領域で決定されたスペックルコントラスト値が割り当てられ得る。
【0013】
本開示のより完全な理解のために、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】Ａ、Ｂ及びＣは、レーザスペックルコントラストイメージング（ＬＳＣＩ）方法の図解を提供する。ここで、Ａはカメラによって取得された「生の」スペックル画像を提示する。生の画像はランダムな干渉パターンを表示する。Ｂは高血流量及び低血流量の空間領域を強調表示する、処理された（Ａの画像に基づいて）「スペックルコントラスト」画像である。Ｃは脳血流の二次元イメージングのために構成された非定型ＬＳＣＩ装置を概略的に示す。
【図2】ラット脳の多重露光スペックルイメージング（ＭＥＳＩ）の結果を示す。カメラ露光持続時間Ｔの関数としてのスペックル分散を、スペックル視感度の式に当てはめて、４つの関心領域でのＣＢＦの定量的推定値を導出する。挿入図の画像は、マウス皮質内のＣＢＦのスペックルコントラスト画像である。カメラ露光持続時間によって血管の視感度が変調する。
【図3】多重露光スペックルイメージング（ＭＥＳＩ）の典型的なセットアップを概略的に示す。異なる露光時間にわたってレーザの強度を変調するには、音響光学変調器（ＡＯＭ）が必要である。カメラ及びＡＯＭは通常、データ取得電子回路（プロセッサ）によってトリガされる。
【図4】合成多重露光スペックルイメージング。より長い露光での生のスペックル画像は、より短い露光での画像を空間的に平均することによって合成されることができる。例えば、１ｍｓの露光持続時間でのスペックル画像は、０．２５ｍｓのスペックル画像の４ピクセルを空間的に平均することによって合成される。平均化は、２ｘ２移動窓または２ｘ２ビニングによって達成されることができる。各露光持続時間では、強度の平均に対する標準偏差の比率を計算することにより、時間領域内の各画像ピクセルでスペックルコントラストを計算する。
【図5】Ａ、Ｂ、Ｃは合成多重露光スペックルイメージング方法を示す。Ａ：結像系の概略図。シングルモードダイオードレーザからの光はサンプルを照明する。標準結像系及びＣＭＯＳカメラを使用して後方反射光を結像する。Ｂ：制御された流動実験用のマイクロ流体流動ファントム。画像を２つのファントムから、１つは２００μｍ層の静的散乱層有り、もう１つは無しで収集した。Ｃ：麻酔下ラットの脳血流を結像するためにインビボ実験を行った。
【図6A】２つのサンプルから取得され、参考文献Ｃで説明された多重露光スペックルモデルに当てはめられた合成多重露光スペックルコントラストデータを提示する。２つの異なる速度及び２つの静的散乱レベルでの露光持続時間の関数としてスペックル分散を示す。実線は静的散乱層無しのサンプルで行った測定を表す。破線は静的散乱層有りのサンプルで行った測定を表す。μ’ｓ値は２００μｍの静的散乱層内の換算散乱係数を指す。μ’ｓ＝０ｃｍ－１：静的散乱層無し。μ’ｓ＝４ｃｍ－１：静的散乱層中の０．９ｍｇ／ｇのＴｉＯ２（図５Ｂを参照）。
【図6B】相対速度に対する相対相関時間のプロットである。ベースライン流量：ｌμＬ／ｓｅｃ。示された２つの曲線は異なる静的散乱量を示した。新しいスペックルモデルは相対τｃ推定値の直線性を保持する。
【図7】Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：露光したラット皮質の明視野画像、Ａ；対応する合成ＭＥＳＩ画像、Ｂ。ＩＣＴ（１／τｃ）値が高いほど、流動が速いことを示す。Ｃは、Ｂからの対応する５つのＲＯＩについての合成ＭＥＳＩ計算したスペックル視感度曲線を含む。Ｄは、黄色の矩形ＲＯＩについての、三方血管分岐に対する流量保存解析を示す。２つの娘血管（Ｄ１、Ｄ２）及び親血管（Ｐ）からの流量組み合わせによる誤差のパーセントを計算した合成ＭＥＳＩをＢの挿入図に示す。スケールバー：１００μｍ。
【図8】Ａ、Ｂ：麻酔下ラット内の脳血管の焼灼前後の流量の合成ＭＥＳＩ測定したスペックル逆相関時間マップ（スケールバー：１００μｍ）、Ａ；選択したＲＯＩの対応するスペックル視感度曲線での脳血流の約５０％の減少を強調表示する、Ｂ。
【発明を実施するための形態】
【0015】
一般に、図面内の要素のサイズ及び相対的な縮尺は、図面の簡潔さ、明瞭さ、及び理解を適切に促進するために、実際のものとは異なっている場合があるように設定され得る。同じ理由で、ある図面に存在するすべての要素が必ずしも別の図面に示されるわけではない。本開示が例示であることを意図したものであることを理解した上で、特異的な実施形態が図に示されているが、これらの特異的な実施形態は、本明細書に記載され、図示される本発明の実施態様の範囲を限定することを意図したものではない。
【0016】
上記で示唆したように、多重露光スペックルイメージング（またはＭＥＳＩ）と呼ばれる関連技術で現在使用されているスペックルイメージング技術は（従来のＬＳＣＩ系のそれに比べて）より複雑な機器設計に、スペックルコントラストを定量的な血流指数に変換するための新しい数学モデルを組み合わせる。
【0017】
ＭＥＳＩアプローチに従ってレーザスペックルイメージングを実行する際に（例えば、参考文献Ａ、Ｂ及びＣを参照）、例えば、瞬間的なスペックル強度ゆらぎの分散／平均値は、カメラの露光時間にわたって時間平均され、その結果、カメラの露光持続時間に依存するスペックルコントラスト値が得られる。別の言い方をすると、カメラの露光持続時間は、様々な流量によって特徴付けられる血管の「視感度」を効果的に変調する。スペックルコントラストは、露光時間が短いほど速い強度ゆらぎに対して感度がより高くなり、遅い強度ゆらぎを検出するにはより長い露光時間を必要とする。以前に提案されたＭＥＳＩ技術は、この現象を利用しており、複数のＬＳＣＩ画像の実験的記録を必要とする（カメラ露光の異なる持続時間で、例えば、図２の図解に示されるように、５０μｓから８０ｍｓまでの複数の持続時間で）。実際には、このような利用は、サンプルの照射パワーレベルが測定の動的範囲にわたって実質的に一定に保たれることを確保しながら、カメラの取得及びレーザ光源を外部からトリガすることによって達成される（参考文献Ｃを参照）。スペックルコントラストとカメラの露光持続時間との間の関係は、最も単純な形式では、Ｋ（Ｔ，τｃ）＝β（ｅ－２ｘ－１＋２ｘ）／２ｘ２で与えられるスペックル視感度の式によって特徴付けられることができる。ここで、ｘ＝Ｔ／τｃ、βは光の波長、検出器のピクセルサイズ及びスペックルサイズに依存するスペックル計測係数であり、Ｔはカメラ露光時間であり、τｃはスペックル無相関時間（血流に反比例する定量的指数）である。β及びτｃは、スペックル視感度の式に対する複数露光持続時間のスペックルデータ（すなわち、独立して複数の露光時間で光検出器によって取得されたスペックルデータ）の非線形曲線当てはめ（図２を参照）から推定される。この複数露光時間ＭＥＳＩ方法は、機器及びサンプルに依存する較正係数として機能するβの決定を可能にすることによって、ベースライン／絶対血流の結像を可能にすることが示された。βのインサイツ測定を使用して、単一露光ＬＳＣＩ測定から血流指数（τｃ）を定量的に推定することもできる。ＭＥＳＩによって、大きいＣＢＦ変化の過小評価を訂正することが実証され（参考文献Ａ、Ｃを参照）、頑健なスペックル視感度の式によって、頭蓋などの静的組織要素に対するスペックルイメージャの感度が低下した。参考文献Ａ、Ｃで説明された高度な機器の設計及びモデル（その必要な部分は機器の照明部分から標的となる検査対象に向けられる光出力を一定レベルに維持するように構成されたデバイスである）は、スペックルベースのイメージャを劇的に改善したため、同じ動物のＣＢＦ画像の初めての定量的で長期の比較、及び対象内の比較が可能になった。
【0018】
最近、ＭＥＳＩアプローチは、関連技術により、拡散スペックルコントラスト分析を用いた深部組織血流測定に拡張された。これらの研究では、「スペックルコントラスト」処理スキーム（ＤＳＣＡ）を利用して、大型ＣＣＤ／ＣＭＯＳカメラ、ＳＰＡＤアレイ、またはＥＭＣＣＤカメラなどの積分型検出器によって記録された拡散反射光から組織動態を測定する。基本的に、複数の検出器積分時間でスペックル強度ゆらぎ（つまり、Ｉｔ（Ｔ））を測定し、結果として得られるスペックル分散を拡散スペックルコントラストモデルに当てはめて血流を推定する。
【0019】
注目すべきことに、これまで関連技術で使用されてきた従来の多重露光スペックルイメージング（ＭＥＳＩ）アプローチは、そのようなイメージング方法がオンになっているため、スペックルコントラスト値の時間平均化を必然的に伴うことから、複数の異なるカメラ露光（すなわち、異なる持続時間の複数の露光）でのスペックル強度の画像の取得を必然的に必要とする。当業者であれば、複数露光時間ＭＥＳＩ方法の実際的な欠点がすぐに理解される。つまり、露光時間の広い動的範囲（例えば、５０μｓから８０ｍｓ）にわたって画像を取得することは、非自明な機器の課題である。実際、スペックルコントラストがそれらの平均に対して正規化された強度の分散として計算されるため、ＭＥＳＩのユーザは、非常に広範囲のカメラ露光にわたって、標的組織に到達するレーザビームの平均強度を何らかの方法で実質的に一定に維持する必要がある。しかし、露光時間が長くなると、レーザの低い光パワーを維持するために必要な電流がレーザ発振閾値を下回るため、この条件はレーザ電流の電子制御を使用した場合には満たされることができない。図３は、ＬＳＣＩで使用されたレーザ光源の強度を制御するために音響光学変調器（ＡＯＭ）が使用される従来のＭＥＳＩアプローチの１つの一般的な実装を示す。（あるいは、参考文献Ｄで説明されたように、ニュートラルデンシティフィルタのアレイを使用して照明の光パワーを制御することもできる）。
【0020】
ここでは当業者であれば理解されるように、複数露光時間の時間平均をとる従来のＭＥＳＩ方法の使用によって得られた実験的に所望の時間分解能は、標的（光による調査対象の）シーン（例えば、生体組織）に入射するレーザ光の光パワーを制御する能力に基づいて、その能力によって提供される。このようにレーザの光パワーを制御する必要があるため、現在採用されているＭＥＳＩアプローチには少なくとも２つの大きい欠点が生じる。まず、照明強度の制御を実現するための計装により、システムがさらに複雑になる（特により単純な従来のＬＳＣＩアプローチと比較した場合であっても）。これにより、術中血流イメージングまたは網膜血流イメージングなどの困難な環境でのマルチフレーム時間平均化ＭＥＳＩ法の実装が実質的に妨げられ、機器のアライメントが困難になり、低照度条件でのシステムの使用が妨げられる。さらに、または代わりに、広範囲の露光時間（最大８０ｍｓ）にわたって画像を取得する必要があるため、必然的かつ必ず効果的な画像取得速度がわずか数Ｈｚまで低下することによって、高速血流動態（例えば、いくつか例を挙げると、血液の脈動、急速な機能活性化、及び皮質拡延性抑制）の結像の忠実度が低下する。
【0021】
本発明の実施形態は、「合成ＭＥＳＩ」（または、ｓｙＭＥＳＩ）方法と呼ばれるが、同時に、標的シーンを照射するレーザ光のパワーを制御する必要性を回避する（したがって、例えば図１に概略的に示された基本的でより単純なＬＳＣＩ系の実際の使用にユーザが戻ることを可能にする）ことと同時に、従来の単一露光時間ＬＳＣＩアプローチでは提供できない、標的内の粒子運動の定量的評価を提供することによって、複数露光時間の時間平均化ＭＥＳＩベースのＬＳＣＩ実装に関連する問題を解決する。本発明の議論された着想の実装が様々な物体（それがたとえ無生物物体、または特定の動く部分もしくは要素、もしくは血流を担う生体組織などの生きた物体を含む空間であっても、これらすべてが本発明の範囲内である）の非侵入的な結像、及びそこに存在する運動の決定を対象としていることが理解される。そうは言っても、以下の本発明の実施形態の議論は、説明を簡単かつ確実にするために、生体組織である標的の特異的で非限定的な例を用いて提示される。
【0022】
上記ですでに触れたように、提案された「合成多重露光スペックルイメージング」（ｓｙＭＥＳＩ）技術の実装は、その結果、複数の露光時間での結像を使用せず、経験的に取得された画像を時間平均しないことを除き、広範囲のカメラ露光の持続時間（多くの場合、５０μｓから８０ｍｓ）にわたって標的シーンから送達された光のスペックル強度のゆらぎを経験的に捕捉することによって、従来の複数露光時間ＭＥＳＩ方法が送達するものと同じスペックル画像が形成されるように構成される。代わりに、従来のＭＥＳＩ技術とは対照的に有利には、ｓｙＭＥＳＩは、時間領域ではなく空間領域で複数露光時間の画像の取得を再構築するため、時間変化のない一定の光出力レベル（標的シーンの照射／照明を目的としてｓｙＭＥＳＩ系の照明部分によって生成されたもの）を維持するように構成されたコンポーネントまたは素子またはデバイスを必要とせず、またそれを使用する必要もない。
【0023】
本発明の着想は、スペックルがエルゴード性条件を満たすランダムなプロセスであるため、そしてカメラ（光検出系）の空間的に隣接するピクセルで受光されて取得されたスペックル強度または放射照度もしくはパワーの値が互いに独立しているため、本来であれば様々な所望の露光時間で光検出系による実際の「キャプチャ」が必要となる、シーンのスペックル画像が、これらの所望の露光時間のいずれよりも短い特定の露光時間で経験的に取得された画像（複数可）を空間的に平均することによって（光検出系またはカメラの光検出器がそれらのような様々な所望の露光時間で入射光に実際に露光されることなく）生成される、または合成されることができるという認識から生じる。例えば、４ｍｓの露光でのスペックル画像は、１ｍｓの露光時間で検出器を入射光に露光させることによって経験的に取得された画像を変換することによって（例えば、その画像の４ピクセルを空間的に平均することによって）形成されることができる。このように形成されたスペックル画像（複数合成露光時間スペックル画像または合成複数露光時間スペックル画像と互換的に呼ばれることができる）は、少なくとも１つの生のスペックル画像を含む生のスペックル画像の同じセットからの異なる合成（つまり、システム全体の光検出器による光取得のプロセスで実施されない）露光時間に容易に形成されることができる。
【0024】
したがって、一実施形態では、本発明のｓｙＭＥＳＩ装置は、光学照明系、及び光学結像系、及びｓｙＭＥＳＩ装置の動作を調整するコンピュータシステムを含む。
【0025】
図５Ａ、５Ｂ、５Ｃは、実用上、図１Ｃの従来のＬＳＣＩ装置と実質的に同様であるｓｙＭＥＳＩ装置またはシステム５００を概略的に示し、従来のＬＳＣＩ装置が実行するように構成されていない、標的（シーン、サンプル）１２０に存在する運動の定量的測定をシステム５００が提供するように構成されるという相当かつ有利な違いがある。ここで、出力端部５１０Ａを有する（装置５００の）光学照明系５１０は、光源５１４（ある場合には、適切なコントローラ／ドライバを備え、必要に応じて専用のハーネス構造体によってサポートされるレーザ光源を含む）と、光を光源５１４から出力端部５１０Ａに伝達して光出力１０４を発生する光送達系５１８とを含むように示されている。例５００では、光送達系は、図示のように、レンズ素子系及び光ファイバ素子を含む（ただし当然のことながら、そのような送達系は特異的な測定の特異的な要件を果たすために適切に修正され得る）。光学結像系５２０（レンズ素子などのいくつかの光リレー素子に加えて、図５Ａで「ＣＭＯＳ」とラベル付けされた光検出器または光検出系５２４を含む）は、光学照明系５１０と光通信して配置される。光学結像系５１０は、光出力１０４で照射されたシーン１２０の生のスペックル画像のセットを取得するように構成される。本発明の着想によれば、生のスペックル画像のセットは、１つ以上の生のスペックル画像を含むことができ、光検出系５２４の光検出器の露光時間の唯一の単一値で取られる。生のスペックル画像のセットが複数の生のスペックル画像５２８（ｊ）（そのうちの複数５２８が図５Ａに示されている）を含むとき、個々の生のスペックル画像の構成は、対応する取得時間に関していかなる前提条件もなく取られる、または取得される。ある特異的な場合、例えば、複数５２８の直接隣接する構成画像間の時間ギャップまたは遅延は、互いに異なることができる。従来のＭＥＳＩ方法とは異なり、提案されたｓｙＭＥＳＩの実装では生のスペックル画像を連続して取得する必要がない。（本開示の目的上、明示的に別段の定めがない限り、「連続した」という用語及び関連用語は、実質的に連続的に続いており、間に実質的に一時的な中断がない項目またはプロセスを識別するように定義される。）１つの特異的な実装では、システム５００は、生のスペックル画像の構成が必然的に非連続である生のスペックル画像のシーケンス（照明系５１０によって発生した光で（図示のように、シーン１０４によって後方散乱した光１０４の一部５３２で）結像系５２４によって形成されたもの）を（１つのみの所定の固定された露光時間で）取得するように構成される。
【0026】
図５Ａに５３０として示される、コンピュータシステムのマイクロプロセッサまたはプロセッサなどの専用の（好ましくはプログラム可能な）電子回路は、装置５００の様々なサブシステムの動作を管理し（例えば、標的／シーン１２０が配置される再位置決めステージを含む；図５Ａには示されていない）、光学結像情報を取得して適切に処理するように構成されたプログラムコードを適切に備えている。特に、装置５００は、１つのみの固定された経験的露光時間で、光学照明系５１０によって発生した光で形成された１つ以上の生のスペックル画像を取得し、そして空間的に異なる寸法を有する複数のビニングアパーチャを使用して、それらのような１つ以上の生のスペックル画像の選択された生のスペックル画像を空間的に平均することにより、それぞれに対応する第二（今回は合成）露光時間に対応するスペックル画像をそれぞれが表す、それぞれに対応する修正スペックル画像を形成するように動作するように構成される。合成露光時間の値のそれぞれは、別の合成露光時間とは異なり、光学結像系５２０を用いて画像セット５２８が取得される第一（経験的）露光時間とは異なる。
【0027】
本発明の着想に従って構成された合成多重露光イメージングプロシージャの一例を図４に概略的に説明する。示されるように、少なくとも１つまたは一連の複数の生のスペックル画像４２８、５２８は、唯一の単回の固定された露光時間でカメラによって、従来法で構造化された従来のＬＳＣＩ計装（例えば、図１Ｃまたは図５Ａ）を使用して、取得される（生のスペックルデータの経験的取得；ここでは０．２５ｍｓで）。次に１回で、これらの画像のうちの選択されたもの、または代替にこれらの画像のそれぞれは、カメラが記録した選択画像５２８（ｊ）を、適切な空間窓またはアパーチャ（互換的に、ビニングアパーチャ）を用いて空間的に平均することによって、対応する合成複数露光時間画像（すなわち、複数の合成露光時間に対応する画像）に修正される／変換される／変えられる。アパーチャの形状は、好ましくは多角形であり（生のスペックル画像５２８のピクセル化性質を考慮して）、特異的な場合には、平均化空間アパーチャは、凹状多角形、すなわち、少なくとも１つの角度が１８０度を上回る多角形の形状を有してもよい。ここで、図４の例に示されるように、２×２の正方形窓／ビニングアパーチャを用いて０．２５ｍｓの経験的露光時間で取られている選択された生のスペックル画像５２８（ｊ）を空間平均すると、合成露光画像４３８（ｊ）である修正画像が得られる。この画像４３８（ｊ）は、１ｍｓの合成（経験的ではない）露光時間に対応するシーン１２０のスペックル画像である。合成１ｍｓ画像４３８（ｊ）の各ピクセルは、カメラが取得した０．２５ｍｓの経験的露光時間の画像４２８（ｊ）、５２８（ｊ）の２×２＝４の隣接したピクセルの平均である。このようにして、図４はまた、２．２５ｍｓの合成露光時間に対応する修正スペックル画像４４８（ｊ）がどのように形成されることができるかを示す。このプロセスを複数回繰り返すことにより、図４には楕円で示されているが、セット４２８からの少なくとも１つの（必要に応じて１つより多い）経験的に記録された生のスペックル画像用の様々な形状及び／またはサイズに作られたビニング窓を用いて、ユーザまたはシステムは、複数の修正スペックル画像を生成し、それぞれが（決定された複数の合成露光時間のうちの）対応する合成露光時間に対応するシーンのスペックル画像を表す。
【0028】
さらに任意選択で、そして再び図４を参照すると、本発明の少なくとも１つの特異的な実施形態では、結像シーン１２０に存在する運動に関する情報（非限定的な例として、生体組織内の血流情報）は、少なくともある場合には、すべての合成露光時間について各画像ピクセルでの時間スペックルコントラストを決定することによって、つまり、σｓが標準偏差であり、〈Ｉ〉がｎ個の修正スペックル画像（通常、ｎ＝３０～５０の合成画像フレーム）の画素強度の平均である、各ピクセルでＫ＝σＳ／〈Ｉ〉を計算することによって、定量化されてもよい。これにより、修正スペックル画像４３８（ｊ）、４４８（ｊ）などのセット（複数可）は、スペックルコントラストに関する情報を含むそれぞれに対応する画像に変換される。０．２５ｍｓの露光時間で経験的に取得された画像（複数可）４２８、５２８の範囲内のスペックルコントラストの空間分布を表すスペックルコントラスト画像４７８（０．２５）を参照されたい。１．０ｍｓの合成露光時間に対応する、空間ビニング平均によって生成された合成画像（複数可）４３８（ｊ）の範囲内のスペックルコントラストの空間分布を表すスペックルコントラスト画像４７８（１．０）も参照されたい。２．２５ｍｓの合成露光時間に対応する、空間ビニング平均によって生成された合成画像（複数可）４４８（ｊ）の範囲内のスペックルコントラストの空間分布を表すスペックルコントラスト画像４７８（２．２５）も参照されたい。さらに、そのようなスペックルコントラスト画像（複数可）の各ピクセルでは、したがって、スペックル視感度（少なくとも一例では、スペックル分散対合成露光時間のプロットまたは曲線として表現される、例えば、図２）を評価することができる。このスペックル視感度は、単一散乱定量的スペックルコントラスト分光モデル（参考文献Ａ、Ｃを参照）、または拡散散乱定量的スペックルコントラスト分光モデル（参考文献Ｅ、Ｆを参照）のいずれかにさらに当てはめられ、選択された生のスペックル画像の所与のピクセルによって表される、調査対象のシーン１２０の一部での運動指数（及びシーンが生体組織である場合には、その組織の対応する部分での血流指数）を推定することができる。
【0029】
特に、空間平均化は、選択された生のスペックル画像と実質的に同じ位置に配置された様々なサイズ及び／または形状の空間窓もしくはアパーチャによって、または選択された生のスペックル画像全体に再位置決めされる、固定されたサイズ及び／または形状の空間窓もしくはアパーチャによって、ピクセルごとのビニング（図４に明確に示されている）を含む、用途に適した様々なアプローチを使用して実行されることができる。後者は、画像の高い空間分解能を維持することができる。これらの操作は、標準の画像処理アルゴリズムを使用して実行されることができる。さらに、当業者であれば上記の説明からすでに理解されたように、空間平均化は矩形形状の空間窓またはビニングアパーチャに限定されない。例えば、図４を参照すると、３×２の空間窓を使用して、０．２５×６＝１．５ｍｓの露光画像を合成することができる。用途の要求に応じて、任意の（任意選択で多角形の）形状及びサイズの窓を使用することができる。
【0030】
以下は、本発明の合成ＭＥＳＩの一実施形態における画像取得／画像形成／画像変換ステップの一例を提供する。
ａ）イメージングカメラをセットアップし、システムを初期化する。
ｂ）カメラで１つ以上の生のスペックル画像を取得する；Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔａｃｑ）－第ｎカメラ画像、Ｉ（ｘ，ｙ）は時間ｔ及び事前に定義された単一経験的露光時間Ｔａｃｑに取得された。
ｃ）要求された第ｉ合成露光時間（Ｔｉ）及び経験的露光時間Ｔａｃｑに応じて、空間窓／アパーチャの形状及びサイズを定義する：
矩形／正方形窓ｐ＝ｑ≒ｒｏｕｎｄ（Ａ／２）の場合、ｐ×ｑ＝Ａとなる窓サイズｐ×ｑ。
ｄ）空間平均窓（カーネル）ｈ（ｐ，ｑ）を生成する：各ピクセルの大きさ＝１／Ａ。
ｅ）イメージングカメラ（光検出器）で経験的に取得された生のスペックルの選択されたものを（例えば、空間ビニングを介して）空間的に平均することによって、修正スペックル画像から合成スペックル画像（複数可）Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）を形成する。例えば、経験的に取得された生のスペックル画像及びカーネルの畳み込みを決定する；
空間平均化は、空間ビニングなどの方法、または画像内の強度の局所平均を実行する任意のアルゴリズムによって実行されることもできる。
ｆ）必要に応じて、すべての事前に決定された合成露光時間Ｔｉに対してステップｃ）及びｄ）を繰り返す。
ｇ）必要に応じて、画像変換セッションが終了するまでステップｂ）からｆ）を繰り返す。
ａ）イメージングカメラをセットアップし、システムを初期化する。
ｂ）カメラで１つ以上の生のスペックル画像を取得する；Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔａｃｑ）－第ｎカメラ画像、Ｉ（ｘ，ｙ）は時間ｔ及び事前に定義された単一経験的露光時間Ｔａｃｑに取得された。
ｃ）要求された第ｉ合成露光時間（Ｔｉ）及び経験的露光時間Ｔａｃｑに応じて、空間窓／アパーチャの形状及びサイズを定義する：
【数1】
ｄ）空間平均窓（カーネル）ｈ（ｐ，ｑ）を生成する：各ピクセルの大きさ＝１／Ａ。
ｅ）イメージングカメラ（光検出器）で経験的に取得された生のスペックルの選択されたものを（例えば、空間ビニングを介して）空間的に平均することによって、修正スペックル画像から合成スペックル画像（複数可）Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）を形成する。例えば、経験的に取得された生のスペックル画像及びカーネルの畳み込みを決定する；
【数2】
ｆ）必要に応じて、すべての事前に決定された合成露光時間Ｔｉに対してステップｃ）及びｄ）を繰り返す。
ｇ）必要に応じて、画像変換セッションが終了するまでステップｂ）からｆ）を繰り返す。
【0031】
以下のステップｈ）、ｉ）、ｊ）は、任意選択で、結像シーン”で運動の定量的マップ（空間分布）のリアルタイム計算のためにステップａ）からｇ）とオフライン（画像処理後）でも同時でも完了されることができる：
ｈ） 各露光時間での時間スペックルコントラスト画像を計算する。
ここで、σ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）は画像Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ－ｎａｖｇ，Ｔｉ）からＩ（ｘ，ｙ，ｎ＋ｎａｖｇ，Ｔｉ）でのピクセル値の標準偏差として計算されることができる；〈Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）〉は画像Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ－ｎａｖｇ，Ｔｉ）からＩ（ｘ，ｙ，ｎ＋ｎａｖｇ，Ｔｉ）でのピクセル値の平均として計算されることができる；そしてσ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）及び〈Ｉ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）〉の両方は移動時間窓、または代替に移動空間窓、または時空間方式で計算されることができる、
ｉ）必要に応じて、ピクセルｘ、ｙごとの、そして画像フレームｎごとのスペックル視感度曲線（ｖ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）＝Ｋ２（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ））を、合成露光時間Ｔｉの関数として決定する、及び／または表示する。
ｊ）必要に応じて、ステップｉ）からのスペックル視感度曲線を定量的スペックルコントラスト分光運動モデル（非限定的な一例では、血流モデル）に当てはめて、ピクセルｘ、ｙごとの、そして画像フレームｎごとの運動指数（血流指数など）（Ｆ（ｘ，ｙ，ｎ）を推定する。
ｈ） 各露光時間での時間スペックルコントラスト画像を計算する。
【数3】
ｉ）必要に応じて、ピクセルｘ、ｙごとの、そして画像フレームｎごとのスペックル視感度曲線（ｖ（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ）＝Ｋ２（ｘ，ｙ，ｎ，Ｔｉ））を、合成露光時間Ｔｉの関数として決定する、及び／または表示する。
ｊ）必要に応じて、ステップｉ）からのスペックル視感度曲線を定量的スペックルコントラスト分光運動モデル（非限定的な一例では、血流モデル）に当てはめて、ピクセルｘ、ｙごとの、そして画像フレームｎごとの運動指数（血流指数など）（Ｆ（ｘ，ｙ，ｎ）を推定する。
【0032】
上記の本開示の利点を利用して、当業者であれば、関連技術で使用されている既存のシステム及び方法と比べて、提案された方法の様々な動作上の利点が容易にここで理解されよう。空間平均化を使用して複数露光時間のスペックル画像を合成する（実際に取得するのではなく）というアプローチは、当然のことながら、同等の機器に比べて（そして特に血流の結像／測定の分野で）いくつかの利点をもたらす。
【0033】
合成ＭＥＳＩアプローチの計測は極めて単純であり、この機器に必要なのは、ＣＭＯＳ／ＣＣＤカメラ及びシングルモードレーザからの照明のみである。従来から利用可能な画像サイズ（１メガピクセル程度）、ビット深度、及び光感度などを備えた任意のカメラを使用することができる。特殊なセンサ技術（ＡＰＤアレイなど）、冷却、または画像増感の要件がないが、この技術はショットノイズに制限される。
【0034】
多重露光画像を生成するために、音響光学変調器、フィルタホイール、またはパルスレーザなどの特別な機器は必要ない。
【0035】
単一露光時間イメージングのみが関与し、異なる露光画像に対応する複数のスペックル画像は、実際には取得されないが、経験的に取得された１つ以上の生のスペックル画像（複数可）の変換の結果として、記録されたカメラフレームごとに生成される。この技術を利用するには、高フレームレートのカメラは必要とされない。その結果、提案されたアプローチは、定量的なビデオレートの多重露光スペックルイメージング（現在の関連技術よりも約１０倍高速）を実行するようにうまく使用されることができる。
【0036】
スペックル視感度曲線を生成するための合成露光時間の範囲は、用途の必要に応じて容易に調整されることができる。唯一の要件は、少なくとも１つの生のスペックル画像を取得するためのカメラの唯一の単一経験的露光時間の持続時間を事前に決定することである。
【0037】
アルゴリズムは、所与の経験的露光時間で以前に記録されたスペックル画像に遡及的に適用されることができる。
【0038】
実験結果の考察：
再び図５Ａ、５Ｂ、５Ｃを参照すると、多重露光スペックルイメージングの１つの特徴は、特に表面の静的散乱層の存在下で、ベースライン血流を結像するその能力である。最初の実験（図５Ａのセットアップを参照）では、提案された合成ＭＥＳＩ方法に従って変換された画像が、従来の複数露光時間ＭＥＳＩ機器の機能を首尾よく再現したことを妥当性確認した。簡潔にいえば、シングルモードレーザダイオード（λ＝７８５ｎｍ、９０ｍＷ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）からの直線偏光出力１０４をコリメートして、マイクロ流体流動ファントムをシミュレートした組織を実質的に均一に照明した（図５Ｂ）。サンプル１２０からの後方散乱光５３２は、ＣＭＯＳカメラ（Ｂａｓｌｅｒ ａｃＡ２０００－１６５ｕｍＮＩＲ）及び対物レンズ（４Ｘ、ＮＡ０．１０、Ｏｌｙｍｐｕｓ）を含んだカスタムシステムを使用して結像した。生のスペックル画像のシーケンスは、２５０μｓの（経験的）露光時間に１００ｆｐｓのフレームレートで記録された。合成ＭＥＳＩ画像及びスペックル視感度曲線は、２５０μｓ～２５ｍｓの合成露光時間について上記で説明されたアプローチを使用して導出された。流動ファントムをシミュレートした２つの異なる組織サンプル、すなわち、一方は２００μｍの厚さの静的散乱層（μ’ｓ＝４ｃｍ－１）有り、そして他方は無し（図５Ｂを参照）を使用した。２０％のイントラリピドを２００μｍ×１５０μｍの流路に通して流速１～５μＬ／ｓで流動させながら、生のスペックル画像を収集した。
再び図５Ａ、５Ｂ、５Ｃを参照すると、多重露光スペックルイメージングの１つの特徴は、特に表面の静的散乱層の存在下で、ベースライン血流を結像するその能力である。最初の実験（図５Ａのセットアップを参照）では、提案された合成ＭＥＳＩ方法に従って変換された画像が、従来の複数露光時間ＭＥＳＩ機器の機能を首尾よく再現したことを妥当性確認した。簡潔にいえば、シングルモードレーザダイオード（λ＝７８５ｎｍ、９０ｍＷ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）からの直線偏光出力１０４をコリメートして、マイクロ流体流動ファントムをシミュレートした組織を実質的に均一に照明した（図５Ｂ）。サンプル１２０からの後方散乱光５３２は、ＣＭＯＳカメラ（Ｂａｓｌｅｒ ａｃＡ２０００－１６５ｕｍＮＩＲ）及び対物レンズ（４Ｘ、ＮＡ０．１０、Ｏｌｙｍｐｕｓ）を含んだカスタムシステムを使用して結像した。生のスペックル画像のシーケンスは、２５０μｓの（経験的）露光時間に１００ｆｐｓのフレームレートで記録された。合成ＭＥＳＩ画像及びスペックル視感度曲線は、２５０μｓ～２５ｍｓの合成露光時間について上記で説明されたアプローチを使用して導出された。流動ファントムをシミュレートした２つの異なる組織サンプル、すなわち、一方は２００μｍの厚さの静的散乱層（μ’ｓ＝４ｃｍ－１）有り、そして他方は無し（図５Ｂを参照）を使用した。２０％のイントラリピドを２００μｍ×１５０μｍの流路に通して流速１～５μＬ／ｓで流動させながら、生のスペックル画像を収集した。
【0039】
マイクロ流体ファントム実験からの以下の２つの重要な結果（図６Ａ、６Ｂを参照）は注目に値した。
【0040】
（１）静的散乱体の存在下での流動の定量的結像を図６Ａに示す。この図は、流路内の領域から得られたスペックル視感度曲線を示し、これらは、２つのファントム（実線／破線）の２つの流量（青線／赤線）の定量的スペックル流量モデルに当てはめられる。当てはめの結果は、提案された合成ＭＥＳＩアプローチの実施形態が従来のＭＥＳＩで最初に報告された定量的流量イメージングを首尾よく再現することを示す（１８を参照）。特に、流量ごとに推定された推定スペックル無相関時間は、静的層の存在に関係なく、同様である。合成ＭＥＳＩは、静的散乱体の存在によるスペックル視感度曲線の形状における古典的な変化を再現し、データは従来のＭＥＳＩモデルによく当てはまる。従来のＭＥＳＩのその他の特徴も再現されており、所与の露光持続時間及び速度の場合、測定されたスペックルコントラスト値は、静的散乱光の非存在下で得られたスペックルコントラスト値と比較したとき、静的散乱光の存在下では異なる。従来のＭＥＳＩアプローチと同様に、合成ＭＥＳＩは、合成多重露光画像を生成し、スペックル視感度曲線を測定し、当てはめて、τｃ（流動指数）を一貫して再現することにより、この懸念に対処している。
【0041】
（２）静的散乱体の存在下での大きい流量変化の直線性（図６Ｂ）。ここでも、合成ＭＥＳＩ方法が静的散乱体の存在下での大きい相対流量変化の定量的測定を提供することが検証された。この目的を達成するために、静的散乱体の有り無し両方で、マイクロ流体ファントム内の様々な流量の流動に対するスペックル無相関時間を計算した。スペックル視感度曲線を計算し、流量ごとにτｃを推定した。流量における相対変化（ベースラインτｃ／測定したτｃ）を推定し、シリンジポンプによって設定された相対流量の関数としてプロットした。図６Ｂは、本開示で提案された合成ＭＥＳＩが線形目盛上に相対流量を正確にマッピングし、静的散乱体（従来の複数経験的露光時間ＭＥＳＩと同様）の存在下でも相対相関時間測定の線形性を保持するという、当業者には理解される明確なエビデンスを提供する。これは、合成ＭＥＳＩアルゴリズムが静的散乱体の存在下で一貫した相関時間を予測することができるという事実を再度増強した。
【0042】
合成ＭＥＳＩの有用性を実証するために、別の実験をインビボで実施した。ラット（Ｂｒｏｗｎ－Ｎｏｒｗａｙ、雄、４００～４５０ｇ）を塩酸ケタミン（７５ｍｇ／ｋｇ）及びキシラジン（７．５ｍｇ／ｋｇ）の腹腔内注射で麻酔し、必要に応じて補充し、開頭術を行って脳脈管構造を露光させた。脈管構造の合成ＭＥＳＩ画像を、脳血管の電気焼灼の前後に取得した。動物を実験後に屠殺した。インビボ実験は、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ ＦｌｏｒｉｄａのＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ Ａｎｉｍａｌ Ｃａｒｅ ａｎｄ Ｕｓｅ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅによって承認されたプロトコルを用いて実施された。
【0043】
【0044】
（Ａ）定量的な血流を測定する能力。図８Ａから図７Ｄは、ラットの脳から記録されたベースラインのインビボ脳血流画像を提示する。「明視野」画像及び対応する合成ＭＥＳＩスペックル逆相関時間（ＩＣＴ）画像（１／τｃ）をそれぞれ図７Ａ及び７Ｂに示す。スペックルＩＣＴは、血流に直線的に比例する流動指数である。様々なサイズの血管及び様々な種類の組織の血流量を評価するために、合成ＭＥＳＩ ＩＣＴフレームなどで５つの関心領域（ＲＯＩ）を選択する。図７Ｃは、ＲＯＩのそれぞれについてのスペックル分散曲線を示す。これらの曲線は、合成ＭＥＳＩによって得られたτｃが所期の生理学的傾向に従うことを示している。ＲＯＩ１（最大の血管）のスペックル視感度曲線は、ＲＯＩ２～４（より小さい血管）及びＲＯＩ５（実質）の曲線よりも速く減衰し、対応するτｃ値はＲＯＩ１からＲＯＩ５まで増加する。合成ＭＥＳＩが血流を定量的に測定することをさらに妥当性確認するために、流量保存解析も実施した。ここで、スペックルＩＣＴ値は、図７Ｂの挿入図に示されるように、１つの親血管（Ｐ）及び２つの娘血管（Ｄ１及びＤ２）で計算された。流量保存をＩＣＴ及び血管の直径の積として計算し、親血管内の流量は、娘血管内の流量の合計の２．６％以内であることがわかった。
【0045】
Ｂ）定量的な血流変化を測定する能力（図８Ａ、８Ｂを参照）。ここでは、術中の血流変化の臨床イメージングの実現可能性を示すために、脳血管の焼灼の前後に合成ＭＥＳＩイメージングを実施した。図８Ａは、脳血管の焼灼前後の合成ＭＥＳＩ ＩＣＴ画像を２つの部分に示す。焼灼後の合成ＭＥＳＩでは、焼灼位置における血流の減少が明らかに示される。焼灼から離れた組織位置では、最小限の変化で血流が保持される。図８Ｂは、選択されたＲＯＩに対する焼灼前後のスペックル分散曲線を示し、焼灼により、脳血流の５０％減少が観察されることができる。
【0046】
ここで当業者であれば、提案された合成ＭＥＳＩ方法が多種多様な用途に容易に使用できることが理解されることできる。第一に、このアプローチは、例えば、皮膚微小血管の機能及び機能不全、創傷治癒の血管新生、組織熱傷の診断、皮膚癌、内視鏡検査手術手技及び消化管手術、潰瘍、心血管研究、糖尿病、ならびに脳血管研究のイメージングを含むが、これらに限定されない、血流イメージングにレーザスペックルコントラストイメージングを利用する様々な用途に適用されることができる。より一般的には、合成ＭＥＳＩアプローチは、拡散相関分光法、レーザスペックルレオロジー及びスペックルベースの血栓症測定に適用されるシステムを含む、あらゆるマルチスペックル検出系におけるスペックルゆらぎ動態の定量化に適用されることができる。
【0047】
本開示で特定される関連技術の参考文献及び／または論文のそれぞれの内容は、参照により本明細書に援用されている。
【0048】
「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「関連する実施形態」、または類似の言葉に対する本明細書全体を通した言及は、言及されている「実施形態」に関連して記載される特定の特徴、構造、または特質が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる「一実施形態では（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態では（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句及び類似の言葉の出現は、必然ではないが、すべて同じ実施形態を指す場合がある。開示のどの部分も、単独で、また場合によっては図と関連させて解釈しても、本発明のすべての特徴の完全な説明を提供することを意図したものではないことを理解されたい。
【0049】
本明細書内では、明瞭かつ簡潔な明細書を作成できるように実施形態を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態を様々に組み合わせてもよく、または分離してもよいことが意図されており、理解されよう。特に、本明細書に記載されるすべての特徴が本発明のすべての態様に適用できることが理解されよう。
【0050】
また、本開示が本発明の特徴を対応する図面（可能な限り同様の番号は同じまたは類似の要素を表す）を参照して説明する場合、図示された構造要素は一般に縮尺通りではなく、強調及び理解を目的として、特定の構成要素が他の構成要素に対して拡大されている。単一の図面が本発明のすべての特徴の完全な説明を支援することを意図したものではないことを理解されたい。換言すれば、所与の図面は、一般に本発明の一部の特徴のみを説明し、一般に全ての特徴を説明するものではない。所与の図面及びそのような図面を参照する説明を含む本開示の関連部分は、一般に、少なくとも所与の図面及び議論を簡略化する目的、ならびにこの図に描かれている特定の要素に議論を向ける目的で、特定の図のすべての要素、またはこの図で提示できるすべての特徴を含むわけではない。当業者であれば、本発明が特異的な特徴、要素、構成要素、構造、詳細、もしくは特性のうちの１つ以上を使用せずに、または他の方法、構成要素、材料などを使用して、実施できる可能性があることが認識されよう。したがって、本発明の実施形態の特定の詳細がそのような実施形態を説明する一つ一つの図面に必ずしも示されなくてもよく、説明の文脈で別段の必要がない限り、図面におけるこの特定の詳細の存在が黙示され得る。他の例では、議論されている本発明の実施形態の態様を曖昧にすることを避けるために、周知の構造、詳細、材料、または動作が所与の図面に示されない、または詳細に説明されない場合がある。さらに、本発明の記載された単一の特徴、構造、または特性は、１つ以上のさらなる実施形態において任意の適切な方法で組み合わされ得る。
【0051】
本開示及び添付の特許請求の範囲の目的上、手元にある値、要素、特性または特徴の記述子に関して「実質的に」、「おおよそ」、「約」という用語及び類似の用語を使用することは、言及される値、要素、特性、または特徴が、必ずしも記載どおりではないが、それでも当業者によって記載されているように、実用的な目的で考慮されることを強調することを意図したものである。特定の特性または品質記述子に適用されるこれらの用語は、当業者であればその範囲が理解されるように、近似の言語を合理的に示し、特定の特性または記述子を説明するなど、「ほとんど」、「主に」、「かなり」、「概して」、「本質的に」、「大幅またはかなりの範囲で」、「大部分が同じであるが必ずしも完全に同じではない」ことを意味する。ある特異的な場合では、「おおよそ」、「実質的に」、及び「約」という用語は、数値に関して使用される場合、指定された値に対してプラスまたはマイナス２０％、より好ましくはプラスまたはマイナス１０％、さらにより好ましくはプラスまたはマイナス５％、最も好ましくは指定された値に対してプラスまたはマイナス２％の範囲を表す。非限定的な例として、２つの値が互いに「実質的に等しい」ということは、２つの値の間の差が値自体の＋／－２０％の範囲内、好ましくは値自体の＋／－１０％の範囲内、より好ましくは値自体の＋／－５％の範囲内、及びさらにより好ましくは値自体の＋／－２％以下の範囲内であり得ることを黙示する。
【0052】
選択された特性または概念を説明する際のこれらの用語の使用は、指定された特性または記述子に対する数値制限の数量未確定及び追加を黙示することも、そのいかなる根拠を提供することもない。当業者には理解されるように、そのような値、要素、または特性の正確な値または特性の記載されたものからの実際の偏差は、それらのような目的のために当技術分野で許容される測定方法を使用する場合に典型的な実験測定誤差によって定義される数値範囲内にあり、その範囲内で変動する可能性がある。
【0053】
「画像」という用語は、一般に、空間位置に対応する検出器出力の順序付けられた表現を指す。例えば、視覚的画像は、光検出器によって検出された光のパターンに応答して、ビデオスクリーンまたはプリンタなどの表示装置Ｘ上に形成され得る。「定量的」という用語は、量によって表されるもの、または表される可能性があるものとして定義される。
【0054】
本開示に添付された特許請求の範囲に記載されている本発明は、参照される関連技術で開示された特徴を含む、本開示全体に照らして評価されることを意図したものである。
【0055】
本発明が上述の例示的な実施形態を通じて説明されているが、本明細書に開示されている本発明の概念から逸脱することなく、図示された実施形態に対する修正及び変形が可能であることが当業者には理解されよう。開示された態様、またはこれらの態様の一部は、上記に列挙されていない方法で組み合わされることができる。したがって、本発明は、開示された実施形態（複数可）に限定されるものとみなされるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】