(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内の組織の少なくとも１つの部分に第１の電磁放射を向けるように構成された、少なくとも１つの第１の構成と、
前記第１の電磁放射に基づく、前記少なくとも１つの部分から反射されたスペクトル符号化された共焦点の第２の電磁放射を受け取るように構成された、少なくとも１つの第２の構成と、
深度分解された画像情報を生成し、そして該画像情報に関連して少なくとも１つの特定の細胞を計数するように構成された、少なくとも１つの第３の構成と、を備える装置。
【請求項２】
前記第２の電磁放射が前記少なくとも１つの部分で反射される、または前記少なくとも１つの第３の構成が前記少なくとも１つの特定の細胞を撮像するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第３の構成が、前記少なくとも１つの特定の細胞の断面を撮像するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第３の構成が、前記少なくとも１つの特定の細胞を、（ｉ）１ｍｍ2よりも大きい組織の領域にわたってまたは（ｉｉ）３次元で撮像するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記組織が管腔器官である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記管腔器官が、食道または肺気道の少なくとも一方である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１の構成または前記少なくとも１つの第２の構成の少なくとも一方がカテーテル内に提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記カテーテルが、
（ｉ）経口または経鼻で挿入されて前記組織に達するように構造化される、
（ｉｉ）（ａ）５ｍｍ未満の断面直径を有するまたは（ｂ）体内に挿入される実質的に可撓性の部分を有する、
（ｉｉｉ）バルーン構成、巻線ケーブル、または体内の前記組織の圧力を測定するように構成されたさらなる構成を含む、
（ｉｖ）経鼻胃管内に進められるように構成化される、の少なくともいずれか１つである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
さらに、体内の組織の圧力を測定するように構成されたバルーン構成を含み、該バルーン構成が自動合焦構成を含み、該自動合焦構成が、前記少なくとも１つの部分に自動合焦するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの特定の細胞が複数の特定の細胞であり、かつ、前記少なくとも第３の構成が、（ｉ）前記特定の細胞の数を決定するようにまたは（ｉｉ）前記特定の細胞の数を自動的に計数するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の構成または前記第２の構成の少なくとも一方が、
（ｉ）前記第１の電磁放射または前記第２の電磁放射の少なくとも一方をそれぞれスペクトル分散するように構成されたさらなる構成を含む、または、
（ｉｉ）複数の導波領域を有する少なくとも１つの光ファイバ構成を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの光ファイバ構成が二重クラッドファイバコアを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第１の構成が、広帯域の光または周波数が時間と共に変化する光の少なくとも一方を伝送するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第３の構成が、
（ａ）基底層過形成、膿瘍、好酸球脱顆粒、または基底膜線維化の少なくとも１つを他の細胞から区別するようにさらに構成される、または
（ｂ）前記少なくとも１つの特定の細胞の核の形状に基づいて前記少なくとも１つの特定の細胞を区別するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの第３の構成が、さらに、前記第２の電磁放射に基づいて、前記少なくとも１つの部分内で、好酸球、マスト細胞、好塩基球、単核球、または好中球の少なくとも１つである少なくとも１つの特定の細胞を他の細胞から区別するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の構成又は前記第２の構成のうちの少なくとも１つは、（ａ）前記第１の電磁放射の各波長が該少なくとも１つの部分内で別個の横断方向及び軸方向の位置を照明するように、ある角度にて前記少なくとも１つの部分を照明する、又は（ｂ）前記角度にて提供された前記少なくとも１つの部分からの戻り放射を検出する、の少なくとも１つを実行するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、好酸球を含むがこれに限定されない特定の細胞を撮像するための装置および方法の例示的実施形態に関し、より詳細には、例えば、好酸球を含めた特定の細胞を撮像するために共焦点顕微鏡法を使用することができるそのような例示的な装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００９年１０月６日出願の米国特許出願第６１／２４９２０７号からの優先権の利益を主張するものであり、その出願の開示は全て参照することにより本明細書の一部である。
【０００３】
（概要）
好酸球性食道炎（ＥｏＥ）は、小児および成人どちらでも発症する疾患であり、食物アレルギーによって引き起こされると考えられており、食道扁平上皮内部の好酸球の存在によって特徴付けられる。現在、ＥｏＥは、一般的な疾患であり、発生率が急速に増加していることが知られている。ＥｏＥ患者は、吐き気や嘔吐から嚥下障害や食片圧入までの症状を示すことがある。一般に、治療しないでおくと、好酸球性炎症が、基底膜の線維化、狭穿、穿孔を含めた重大な永久的な損傷をもたらすおそれがあると考えられている。そのため、現在、ＥｏＥ患者は、症状と食道好酸球の両方が寛解するまで治療を続けられる。
【０００４】
ＥｏＥにはコルチコステロイドが効果的であるが、通常、この薬剤の使用が止められるとこの疾患は元に戻る。ＥｏＥに関する他の治療法は、厳しい食事制限である。食事制限を行った後、食事が受け入れられるようになるか、または症状および／もしくは食道好酸球が再発するまで食物が徐々に再導入される。ＥｏＥを診断するための唯一の客観的方法は、複数の上部内視鏡生検の組織病理学的評価であるので、療法および食物再導入プロセス中の食道の監視は、多数回繰り返される内視鏡検査を伴う。このプロセスは、時間がかかり、患者やその家族にとってストレスの溜まるものである。内視鏡生検は、意識下鎮静を必要とするので、これもまたコストがかかることがあり、健康管理システムにかなりの経済的な負担がかかる。この疾患を患う患者の数の急速な増加に鑑みて、食道内の好酸球を識別するための、低侵襲性でより費用対効果の高い方法が切実に必要とされている。
【０００５】
組織内で細胞レベルで撮像を行うために、共焦点顕微鏡法が開発されている。近年、反射型共焦点顕微鏡法（ＲＣＭ）は、食道内の好酸球を撮像できることが確認されている。ＲＣＭの１つの例示的実施形態は、スペクトル符号化共焦点顕微鏡法（ＳＥＣＭ）と呼ばれ、その利点は、小型化して、小さい直径の可撓性プローブに組み込むことができること、および非常に高速で画像を取得することができること（例えばビデオレートよりも１０〜１００倍速い）であり、これは、現実的な処置時間内で管腔器官全体の顕微鏡スクリーニングを可能にする特徴である。
【０００６】
（好酸球性食道炎）
好酸球性食道炎（ＥｏＥまたはＥＥ）は、主に食物アレルギーによって引き起こされる食道の炎症性疾患である。ＥｏＥを患う患者の約５０〜７０％が、別の併発のアトピー疾患を患っている。ＥｏＥは、小児でも成人でも発症し、白色人種（＞９０％）および男性（２〜４：１の比率）でより一般的である。ＥｏＥの顕著な特徴は、食道扁平上皮の内部への好酸球性侵潤であり、これは、減酸治療後にも消失せず、胃腸管中にはどこにも存在しない。ＥｏＥを患う患者は、例えば胸痛、吐き気、嘔吐、嚥下障害、食片圧入、および成長障害など様々な好ましくない症状を示すことがある。この疾患の自然史は十分には理解されていないが、専門家は、長期にわたる好酸球性炎症は永久的な食道の損傷をもたらすことがあり、基底膜の線維化、食道狭窄、狭穿、および穿孔を引き起こすことがあると危惧している。
【０００７】
ＥｏＥの重大さは、２０年間過小評価されていた。しかし、ここ１０年にわたって、多くの研究者たちによる先駆的な研究により、この疾患の重要性が明らかになってきている。この間、ＥｏＥを患っていることが判明した患者の数は急増している。新たに得られたデータによれば、ＥｏＥの有病率は、一般人口の０．０１〜０．１％に近付く可能性があり、ことによるとクローン病など他の炎症性腸疾患よりも高いことが示唆されている。ＥｏＥの発生率も急速に増加しており、同期間に西欧諸国で見られたアトピー疾患の発生率の増加を反映している。現在、ＥｏＥの認知度は、以前よりもはるかに高い。そのため、ＥｏＥの高い有病率および発生率とあいまって、小児および成人胃腸病の専門医は、この疾患を患う患者の来院に懸命に対応している。
【０００８】
（ＥｏＥ診断）
近年、ＥｏＥの診断は、生検と共に上部内視鏡検査を必要とすることがある。上部内視鏡検査では、ＥｏＥ患者は、脈管質の減少（ｄｉｍｉｎｉｓｈｅｄ  ｖａｓｃｕｌａｒｉｔｙ）、長手索溝（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｆｕｒｒｏｗｉｎｇ）、脆砕性、微小膿瘍（白点）、滲出物、食道輪（食道の気管化）、食道口径の狭窄、狭穿、および食片圧入の所見を有することがある。これらの所見は他の疾患でも見られることがあり、内視鏡検査では最大３０％の症例で食道が正常とされることがあるので、ＥｏＥに関する内視鏡検査単独での精度はそれほど高くない。ＥｏＥ診断のための唯一の客観的方法は、内視鏡生検である。現在の治療の標準は、食道の遠位部分（胃食道接合部（ＧＥＪ）から約５ｃｍ）と、近位部分（ＧＥＪから約１５ｃｍ）で得られるピンチ生検である。生検は、異常な内視鏡的所見を有する部位から取られ、また疾患の視覚的な証拠を示さない位置からも取られる。得られる生検の数も重要である。なぜなら、最近の研究で示されたように、ＥｏＥの組織病理学的診断は、１個の生検では患者の５５％においてしか正確になされなかったが、５個の生検の後には１００％まで上がったからである。生検標本の任意の１つにおいて高出力領域（ＨＰＦ＝４００倍）につき１５個を超える好酸球が見つかると、ＥｏＥの診断となる。好酸球脱顆粒、微小膿瘍、好酸球の表面層化、基底層過形成、マスト細胞および他の白血球数の増加など、他の組織病理学的所見もＥｏＥで見られるが、現在、診断には必要とされていない。
【０００９】
一次ＥｏＥ診断は、酸逆流がない状態で、かつ胃腸管の他の区間の関与がない状態で、増加した食道好酸球の病理学的所見を必要とすることがある。その結果、最初の診断の際に、生検は胃および十二指腸からも取られる。さらに、一次診断に関して、生検は通常、ＧＥＲＤの病因論を除外するために１ヶ月のプロトンポンプ阻害薬（ＰＰＩ）投与後に繰り返される。内視鏡生検による追跡診断は、はるかに一般的であり、疾患の過程にわたって複数回の療法決定および養生法を管理するために利用される。
【００１０】
（ＥｏＥ治療）
薬理学的療法と食事療法はどちらも症状を緩和することができ、食道を組織学的に正常に戻す。唯一の確立されている薬理学的療法は、コルチコステロイドである。急性症状を速やかに和らげるために全身性ステロイド剤が推奨され、管理のために経口または嚥下局所投与経路が推奨される。経口および局所コルチコステロイドの主な合併症は食道カンジダ症であり、これは、最大２０％の患者で観察されている。コルチコステロイドの主な限界は、服用を止めたときにＥｏＥが一般に再発することであり、その結果、コルチコステロイドが唯一の治療ラインである場合、疾患の期間中はずっと継続して服用しなければならない。ステロイド投与を調節しなければならない、または中断しなければならない時を決定するための生検を用いた追跡内視鏡検査の間隔は、現在議論中である。ＥｏＥ患者での寛解の持続に関するコルチコステロイドの長期的な効果もよく分かっていない。好酸球走化性を制御するサイトカインに対する抗体であるａｎｔｉ−ＩＬ−５やＩＬ−１３など、他のより新しい薬剤は現在研究中である。
【００１１】
ＥｏＥ患者のための別の効果的な療法の選択肢は、原因抗原を除去するための厳しい食物除去療法である。最も効果的な食事法は成分栄養剤食事法であり、これは、アミノ酸やペプチドなどのタンパク質、オリゴ糖類や単糖類などの炭水化物、および中鎖トリグリセリドなどの脂肪を含めた低分子量化合物として栄養を供給するものである。小児研究では、成分栄養剤食事法の実施が最大９８％の症例でＥｏＥを消失することが示されている。しかし、成分栄養剤食事法は、非常に制限が厳しく、許容度が低く、また供給管による投与を行わなければならないこともある。その結果、それほど厳しくない除去食療法が提案されており、例えば６種除去食療法（牛乳、卵、大豆、小麦粉、甲殻類、およびナッツ）であり、これは、ある研究では、約７５％の患者においてＥｏＥを効果的に治癒した。皮膚プリックテストやアレルギーパッチテスト（ＡＰＴ）など責任食事抗原（ｃｕｌｐｒｉｔ  ｄｉｅｔａｒｙ  ａｎｔｉｇｅｎ）を所見するための方法が提案されているが、ＥｏＥ患者の食事法を管理するために推奨するにはまだ十分に正確ではない。除去食療法は、患者が耐えるのが非常に困難であり、その結果、食物が食事に徐々に再導入され、結局、症状および／または食道好酸球が再発する。
【００１２】
（ＥｏＥ患者における好酸球の監視の改良）
生活の質に対するＥｏＥの影響、およびこの疾患が未知の長期的な危険を伴う食道線維化まで進行する可能性の懸念により、専門家は、症状および好酸球浸潤が消失するまでＥｏＥを治療することを推奨している。これらの患者の管理は、食道好酸球を評価するために、食物再導入中および／またはコルチコステロイド投与プロセス中に何度も繰り返し内視鏡生検を必要とする。このプロセスは、患者やその家族にとって不便であり負担となる。また、このプロセスは、内視鏡に関連する小さいが現実的な合併症の危険にも関連付けられる。さらに、現在、ＥｏＥ監視のための内視鏡生検には、１回の処置あたり平均約１０００ドルかかり、健康管理システムに対するかなりの出費となることがある。これらの考慮事項から、食道好酸球数を取得するための、より低侵襲性でより費用対効果の高い方法を見出すことが望まれている。
【００１３】
（鎮静および上部内視鏡検査のコスト）
鎮静剤および麻酔性鎮痛薬のＩＶ投与による鎮静は、上部内視鏡検査のコストを高める唯一の最重要な寄与因子であり、処置コスト全体の３０〜５０％を占めると推定される。鎮静に関係する合併症に関わる死亡率および罹患率により、患者は、内視鏡処置中に継続的な心肺監視および看護補助を受けなければならない。処置後の回復期間も出費の一因となる。なぜなら、大きな特殊な物理空間でのさらなる看護、監視、および患者ケアを必要とするからである。退院後、患者は家まで送ってもらう必要があることもたびたびあり、成人は、少なくとも１日仕事ができなくなる。最後に、鎮静処置に対する患者の許容度は、非鎮静処置に比べて低い。鎮静の出費以外で、変えることができる他の上部内視鏡検査コストは、医師の時間および生検処置を含む。食道好酸球の評価は、その処置を看護婦または技師が行うことができれば安価になることは疑いない。生検は、標本あたり約１５０ドルのコストがかかる可能性がある。これらの因子を考慮すると、上部内視鏡検査の総コストの最大で半分は鎮静によるものとなり得る。
【００１４】
（有望なＥｏＥ用の血液バイオマーカー）
内視鏡生検の高いコストと不便さといった制限を克服するために、食道好酸球の代用物となり得る血液バイオマーカーが活発に研究されている。この疾患の病態生理学の研究から、ＥｏＥが、ＩＬ−５およびＩＬ−１３で媒介され、エオタキシン−３（Ｅｏｔａｘｉｎ−３）に依存して、ＴＨ２炎症プロセスから生じていることが示されている。これらのサイトカインに加えて、末梢血中好酸球、血清ＩｇＥ、ＣＤ２３、および好酸球由来神経毒も、生検好酸球レベルに関する有望なバイオマーカー代用物として提案されている。これらのバイオマーカーとＥｏＥのいくらかの相関は分かっているが、この分野の研究は初期段階であり、これらの試験のコスト、ロバストなカットオフ値、ならびに年齢、症状、および性別の影響など、重要なパラメータはまだ分かっていない。特に他の共存するアトピー疾患を患っていると考えられる患者における食道好酸球に対するこれらのバイオマーカーの特異性が、療法決定を導くのに十分なものであるかどうか判断することが好ましいことがある。
【００１５】
（非鎮静経鼻処置）
例えば、食道への経鼻および経口到達は、成人および小児患者集団どちらに関しても、鎮静なしで外来環境で達成することができる。非鎮静患者にカテーテルを通すとき、一般に、経口処置で生じる咽頭反射のほうが激しいので、経口手法よりも経鼻到達のほうが許容度が高い。経鼻胃管（ＮＧ管）挿入など標準的な経鼻処置は、年間で数百万人の患者に行われており、主な合併症は、あったとしても年間数例である。ＮＧ管挿入では、最初に、直径１０〜１８Ｆ（３〜６ｍｍ）の可撓性管を、鼻孔から剣状突起までの寸法に合わせる。次いで、麻酔ジェルで潤滑し、患者の鼻孔の一方に挿入する。鼻孔は、局所リドカインスプレーで事前に麻酔しておく。管を、後方に向けて下へ進める。管が後咽頭を通るとき、咽頭反射を抑えるためにストローで水を飲むまたはすするように患者に要求する。管は、咽頭を通るとき、食道を通って胃まで容易に進められる。管が胃の中にあることの確認は、管を通して空気を注入し、聴診器で聴診する、または吸入された流体のｐＨを測定することによって達成することができる。次いで、管を食道内に引き戻すことができる。処置後、患者は通常、普段の活動をすぐに再開することができる。
【００１６】
（反射型共焦点顕微鏡法）
反射型共焦点顕微鏡法（ＲＣＭ）は、ＥｏＥ患者での食道好酸球を撮像するのに適していることがある。なぜなら、この顕微鏡は非侵襲性の光学撮像法であり、約１μｍの分解能で細胞構造の視覚化を可能にし、また外因性造影剤の投与を必要としないからである。ＲＣＭは、組織からの多重散乱光を拒否または無視し、強集束ビームから反射される光の共焦点選択を採用することによって、構造情報を含む１回後方散乱光子を検出する。最も一般的には、ＲＣＭは、集束されたビームを組織表面に平行な平面内で高速走査することによって実施され、組織の横方向画像または正面画像が得られる。ＲＣＭで使用される対物レンズの大きい開口数（ＮＡ＞０．３）が、非常に高い空間分解能を生み出す。ＲＣＭの撮像侵入深さ（数百ミリメートル）は、典型的には管腔表面付近に現れるＥｏＥの検出によく適している。
【００１７】
（臨床への適用に関する従来の共焦点顕微鏡法に生じ得る限界）
今日まで提案されているすべての内臓共焦点顕微鏡撮像診断は、内視鏡によって案内しながら離散的な位置でのみ顕微鏡画像を提供する。これは、いわゆる「点サンプリング」法である。点サンプリングは、ＲＣＭにおいて避けられないものであり得る。なぜなら、ＲＣＭは、非常に限られた視野（約２００〜５００μｍの範囲内）を有するからであり、この視野は、ＥｏＥ診断に使用されるピンチ生検よりも小さい。本明細書で提案する経鼻手法によって、内視鏡による案内なしで診断プローブを挿入することができ、データを自動的に獲得することができる。したがって、この「案内なし」の方法が、増加した好酸球を含んでいる、全体的な疾患状態を代表する領域からの情報を確実に捕捉できるようにするために、食道の比較的大きい領域を撮像すべきである。
【００１８】
（包括的体積顕微鏡法）
この動作形態は、パラダイムシフトを必要とすることがあり、これは「包括的体積顕微鏡法（ＣＶＭ）」と呼ぶことができ、すなわち、大きな粘膜領域の上皮の顕微鏡画像を３次元で得ることができる機能である。現在、この分野での他の研究者が、このコンセプトの価値を認識している。興味深いモザイク手法が開発されており、複数の共焦点画像を一体に継ぎ合わせて数ｍｍ2をカバーするが、この技術は、好酸球に関して食道の十分な長さ（１０＋ｃｍ）を走査するのに必要とされる包括的な撮像にはまだ遠い。
【００１９】
ＣＶＭでは、顕微鏡情報の非常に広い帯域幅、および現実的な処置時間内（＜１０分）でこのデータを取得するという制約により、撮像速度をビデオレートよりも少なくとも１桁大きくすべきである。さらに、これらの大きな組織表面積にわたって高速で高精度で顕微鏡を自動的に走査するためにＲＣＭプローブを開発しなければならない。近年、光学周波数領域撮像法（ＯＦＤＩ）と呼ばれるＯＣＴの第２世代の形態と、高速ヘリカルスキャンカテーテルとを使用してＣＶＭを実施することができる。この研究は、遠位食道全体（長さ６．０ｃｍ）の３次元顕微鏡画像を数分で獲得できるようにし、また、患者の冠動脈の長い区間（約１０ｃｍ）を５秒未満で獲得できるようにしている。ＯＦＤＩシステムおよび方法は、様々な臨床適用例で非常に有用となり得るが、そのような例示的なシステムおよび方法による約１０μｍの分解能の使用は、個々の細胞を識別するには十分でないことがある。
【００２０】
（好酸球の反射型共焦点顕微鏡法）
これまで、食道好酸球のＲＣＭ装置および方法の例示的実施形態は述べられていなかった。そこで、本開示の例示的実施形態によれば、図１に示されるように、そのような細胞１００をＲＣＭによって高いコントラストで視覚化することができる。例えば、この機能に関する物理的な基礎は、おそらく、大きなサイズ、高い屈折率、および好酸球の細胞質内部の粒子の存在度に主に関係付けられる。細胞からの光散乱のモデル化によって、高い屈折率勾配を有する大きい細胞小器官がより強い光学的後方散乱、したがってより強いＲＣＭ信号を示すことを示すことができる。好酸球の細胞質中に存在する粒子の３つの主要なタイプのうち、主要な塩基性タンパク質、好酸球ペルオキシダーゼ、好酸球カチオンタンパク質、好酸球由来神経毒を含めた「特異性」晶質粒子が最も多いことがあり得る。これらの晶質粒子は、直径約０．５〜１．３μｍであることがあり、他の顆粒球で見られる直径よりもかなり大きい。これらの粒子の屈折率は直接測定されていないが、中に含まれる晶質タンパク質の密度およびタイプにより、例えば約１．６に近付くほど高いことがあり得る。細胞質の屈折率は１．３５〜１．３７であるので、これらの粒子によって誘発される屈折率勾配は非常に大きい。対照的に、扁平上皮細胞はそのような粒子を有さず、比較的均質な細胞質を有する。その結果、好酸球の細胞質は、周囲の食道上皮よりも強く光を後方散乱することができ、高いＲＣＭ画像コントラストをもたらす。粒子に加えて、核も、それらのサイズおよびクロマチンの屈折率（１．３９〜１．４５）により、ＲＣＭ信号を発生することができる。したがって、好酸球はさらに、それらの２葉の形状など核形態学的な手がかりを利用することによってＲＣＭ画像内で区別することができる。
【００２１】
（内臓系に関する共焦点顕微鏡法）
ＲＣＭ装置および方法は、それを皮膚に適用する場合については述べられているが、内臓撮像のための小さい共焦点顕微鏡プローブは、走査顕微鏡の小型化に関連する技術的な課題により開発されていなかった。１つの難点は、小さい直径の可撓性プローブの遠位端で、集束されたビームを高速でラスタ走査するためのメカニズムの開発であり得る。この問題に対処するために、遠位マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）ビーム走査デバイスの使用やシングルモードファイバ束の近位走査を含めた様々な手法が試みられている。別の課題は、光学的な区分化に使用される高いＮＡの対物レンズの小型化であり得る。
【００２２】
この例示的な必要性から、本開示によるＲＣＭの装置および方法の例示的実施形態の開発が行われている。これは、スペクトル符号化共焦点顕微鏡法（ＳＥＣＭ）と呼ぶことができ、例えば小さい直径のプローブを介してより高い解像度のＣＶＭ画像を高速で取得するように構成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の１つの目的は、正確であり安価なＥｏＥ用の診断ツールを提供することである。この目的は、ＲＣＭおよびＳＥＣＭ技術を利用し、好酸球を識別するために食道を自動的に走査することができる小型の可撓性の経鼻または経口プローブにそれらの技術を組み込むことができるようにすることによって達成することができる。このデバイスは、鎮静、内視鏡検査、または生検を必要とせずに外来環境で利用することができ、それにより、ＥｏＥの治療を受ける患者の好酸球数監視の不便さおよびコストを減らす。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本開示の１つの例示的実施形態によれば、本開示による例示的なＲＣＭ技法、方法、および装置を、食道好酸球を識別するために構成することができる。
【００２５】
本開示の例示的実施形態の目的の１つは、ヒト患者における食道好酸球の有無を判断することである。本開示の別の目的は、手動で、半自動で、またはコンピュータ処理で、ヒト患者における好酸球の数を計数することである。本開示のさらなる目的は、好酸球の計数を可能にするために、細胞レベルで組織の断面画像を取得することである。本開示の例示的実施形態の別の目的は、ＥｏＥにおいてやはり増加することがある、マスト細胞、リンパ球、好塩基球、および好中球を含めた、白血球など他の細胞を識別することである。本開示の例示的実施形態のさらなる目的は、基底層過形成、膿瘍、好酸球脱顆粒、および基底膜線維化を含めたインビボでのＥｏＥの他の組織学的特徴を評価するためのデバイスを提供することである。
【００２６】
本開示のさらに別の目的は、食道好酸球を撮像するためのＲＣＭまたはＳＥＣＭ装置および経鼻プローブの例示的実施形態を提供することである。
【００２７】
例えば、経鼻または経口ＲＣＭプローブは、経鼻胃（ＮＧ）管、例えば合法的に市販された装置（ｐｒｅｄｉｃａｔｅ  ｄｅｖｉｃｅ）に基づいて設計および作製することができる。圧力センサを利用して、胃食道接合部付近へのＲＣＭプローブの光学系の配置を容易にすることができる。プローブの光学系は、遠位食道から近位食道まで走査することができ、３次元ＲＣＭ画像を生成し、この画像は、０〜１０００ｍｍ2の範囲内であり得る食道の表面領域をカバーする。さらに、数分でスキャンを完了することができるように、より高速でより高い分解能のＲＣＭシステムを提供することができる。
【００２８】
したがって、本開示の例示的実施形態によれば、内視鏡生検のコストおよび複雑さをなくして、食道好酸球を直接測定することができるデバイスおよび方法を提供することができる。例示的実施形態は、例えば小さい直径（約３ｍｍ）の可撓性経鼻プローブによって実施される反射型共焦点顕微鏡技法を使用することができる。例示的なデバイスは、外来環境で技師が操作して、鎮静なしで使用できるように構成または構造化することができる。挿入されると、食道の全長からの画像を自動的に取得して、コンピュータによって解析して好酸球数を提供することができる。本開示の例示的実施形態は、治療の過程で患者を追跡検査するために使用することができる、費用対効果が高く低侵襲性である組織画像ベースのＥｏＥ用バイオマーカーを提供することができる。さらに、この例示的なデバイスは、ＥｏＥの病態生理学および自然史に関する謎を解くためにこの疾患を研究するために利用することができる。
【００２９】
本開示の例示的実施形態は、例えば、増加した組織好酸球に関連する他の疾患に関する研究および臨床適用例において利用することができる。例えば、喘息のある種の亜型は気道好酸球の存在によって特徴付けられ、本願で開発した技術は、喘息治療に対する応答を個人化して監視するための新規の手段を提供することができる。好酸球性胃炎、胃腸炎、大腸炎、および過好酸性症候群など、他の好酸球性疾患の理解、診断、および治療的監視の改良も、これらの細胞を生体内で視覚化するための本開示の例示的実施形態によって容易に行うことができる。
【００３０】
本開示のさらなる例示的実施形態によれば、経鼻的ＳＥＣＭシステム、装置、および方法は、それらの臨床での使用が容易であり、大きな表面積にわたって食道好酸球を検出することができる。この例示的な機能は、現行のガイドラインに従って、ＥｏＥ患者の管理を大幅に改良することができる。しかし、この疾患単位は比較的新しいので、今日のガイドラインは、主に、症例報告や個々の臨床実験などクラス３の証拠に基づいている。本開示による例示的なＳＥＣＭシステム、装置、および方法が最小侵襲性で食道好酸球を長期にわたって監視することができることにより、それらを使用して、症状および長期合併症を引き起こす好酸球の役割を知ることができる。
【００３１】
したがって、本開示による装置および方法の例示的実施形態を提供することができる。例えば、少なくとも１つの第１の構成を使用して、体内の組織の少なくとも一部分に少なくとも１つの第１の電磁放射を向けることができる。少なくとも１つの第２の構成を使用して、第１の電磁放射に基づく、該部分から提供される少なくとも１つの第２の電磁放射を受け取ることができる。さらに、少なくとも１つの第３の構成を使用して、第２の電磁放射に基づいて、該部分内で、好酸球、マスト細胞、好塩基球、単核球、および／または好中球である少なくとも１つの特定の細胞を他の細胞から区別することができる。
【００３２】
本開示の１つの例示的実施形態によれば、第２の電磁放射を該部分で反射することができる。第３の構成は、特定の細胞を撮像するように構成することができる。第３の構成は、１ｍｍ2よりも大きい組織の領域にわたって特定の細胞を撮像するように構成することができる。また、第３の構成は、特定の細胞を３次元で撮像する、および／または特定の細胞の断面を撮像するように構成することもできる。組織は管腔器官でよく、管腔器官は食道および／または肺気道でよい。
【００３３】
本開示の別の例示的実施形態によれば、第１の構成および／または第２の構成をカテーテル内に提供することができる。カテーテルは、組織に経口または経鼻で達するように挿入されるように構造化および／またはサイズ設定することができ、および／または５ｍｍ未満の断面直径を有することができる。カテーテルはバルーン構成を含むことができ、バルーン構成は、該部分に自動合焦するように構成された自動合焦構成を含むことができる。カテーテルは、経鼻胃管内に進めることができ、および／または巻線ケーブルを含むことができる。追加または代替として、カテーテルは、体内の組織の圧力を測定するように構成されたさらなる構成を含むことができる。カテーテルは、体内に挿入される実質的に可撓性の部分を有することができる。
【００３４】
本開示のさらに別の例示的実施形態では、特定の細胞が複数の特定の細胞を含むことができ、構成はさらに、複数の特定の細胞を決定するように、および／または特定の細胞の数を自動的に計数するように構成することができる。さらに、第２の構成は、共焦点光および／またはスペクトル符号化共焦点光を受け取るように構成することができる。さらに、第２の構成は、蛍光性電磁放射を受け取って検出するように構成することができる。
【００３５】
本開示のさらなる例示的実施形態によれば、第１の構成および／または第２の構成は、それぞれ第１の電磁放射および／または第２の電磁放射をスペクトル拡散するように構成されたさらなる構成を含むことができる。第１の構成および／または第２の構成は、複数の導波領域を有する少なくとも１つの光ファイバ構成を含むことができる。光ファイバ構成は、二重クラッドファイバコアを含むことができる。さらに、第１の構成は、広帯域の光および／または周波数が時間と共に変化する光を伝送するように構成することができる。さらに、第３の構成は、基底層過形成、膿瘍、好酸球脱顆粒、および／または基底膜線維化を他の細胞から区別するようにさらに構成することができる。区別する対象となる特定の細胞は、好酸球でよく、または好酸球を含むことができる。さらに、第３の構成は、（i）細胞質からの信号の強度、および／または（ｉｉ）特定の細胞の核の形状に基づいて、特定の細胞を区別することができる。
【００３６】
本開示の例示的実施形態のこれらならびに他の目的、特徴、および利点は、添付の特許請求の範囲に関連付けて以下の本開示の例示的実施形態の詳細な説明を読めば明らかになろう。
【００３７】
本開示の例示的実施形態のさらなる目的、特徴、および利点は、本開示の例示的実施形態を図示する添付図面に関連付けられた以下の詳細な説明から明らかになり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】食道好酸球に対応する多数の白い点を示す、ＥｏＥを患う患者からの生検試料の例示的なＳＥＣＭ画像である。
【図２】本開示によるＳＥＣＭシステムおよびプローブの例示的実施形態の概略図である。
【図３】胃食道接合部、扁平上皮、および胃噴門を示す、ヒトの食道生検試料の例示的なＳＥＣＭ画像である。
【図４】扁平上皮、ケラチノサイト細胞壁、および基底膜乳頭を示す、ヒトの食道生検試料の例示的なＳＥＣＭ画像である。
【図５】ＥｏＥの病歴がある３１才の男性から得られた食道生検の例示的なＳＥＣＭおよび組織学的画像である。
【図６】ＥｏＥの病歴がある患者からの食道生検の例示的なＳＥＣＭおよび組織学的画像である。
【図７】Ａ〜Ｆは、嚥下障害を患う２９才の男性からの例示的な画像である。
【図８】Ａは、食道光学撮像カテーテルの概略図である。Ｂは、食道撮像用のカテーテルの例示的な写真である。Ｃは、例示的な食道バルーンカテーテルの概略図である。Ｄは、食道撮像用のバルーンカテーテルの例示的な写真である。
【図９】Ａ〜Ｃは、生体内で得られる、バレット食道を患う患者からの例示的な画像である。
【図１０】ＡおよびＢは、生体内で得られる、バレット食道および生検で実証された形成異常を患う患者からの例示的な画像である。
【図１１】Ａは、５０／５０ビームスプリッタを含む本開示による例示的なＳＥＣＭベンチトッププローブの概略図である。Ｂは、撮像アームの例示的な写真である。Ｃは、例示的なモータ取付けハウジングの例示的な写真である。
【図１２】Ａ〜Ｅは、倍率を高くして表示した、レンズペーパーファントムからの例示的な包括的ＳＥＣＭ画像である。
【図１３】二峰性ヒストグラム分割およびサイズしきい値設定に基づく自動化ＳＥＣＭ好酸球計数の例示的な画像／データである。
【図１４】Ａは、好酸球を少数（Ａ）有する患者からの生検から取得される例示的なＳＥＣＭ断面画像である。Ｂは、好酸球を中程度（Ｂ）有する患者からの生検から取得される例示的なＳＥＣＭ断面画像である。Ｃは、好酸球を多数（Ｃ）有する患者からの生検から取得される例示的なＳＥＣＭ断面画像である。Ｄは、２つの測定値の高い相関性を実証する、ＳＥＣＭ好酸球数と組織学的好酸球数の関係を示す例示的な散乱プロットである。
【図１５】本開示による経鼻ＳＥＣＭデバイスの例示的実施形態の概略図である。
【図１６】本開示による圧力測定に関する光ファイバファブリ−ペローセンサの例示的実施形態の概略図である。
【図１７】本開示によるＳＥＣＭプローブの例示的実施形態の概略図である。
【図１８】本開示によるＳＥＣＭシステムコンソールの例示的実施形態の概略図である。
【図１９】本開示によるシングルモード／マルチモードスプリッタおよび二重クラッドファイバを有する回転接合部の例示的実施形態の概略図である。
【図２０】本開示による例示的なＳＥＣＭ感度ノイズ分析のグラフである。
【図２１】ＡおよびＢは、例示的なプローブ光学系のＺＥＭＡＸモデル化の例示的な画像およびグラフである。
【図２２】ＡおよびＢは、本開示による例示的なプローブアセンブリの３次元モデル化の例示的な図である。
【図２３】ＡおよびＢは、本開示の例示的実施形態による経鼻バルーンセンタリングＳＥＣＭプローブの概略図である。
【図２４】本開示による例示的なバルーンセンタリングＳＥＣＭプローブの概略図である。
【図２５】本開示によるフィードバックを伴う組織への例示的なスペクトル符号化照明の概略図である。
【図２６】ＡおよびＢは、適応合焦のために使用される例示的なＳＥＣＭ画像および強度プロファイルをそれぞれ示す図である。
【図２７】本開示による自動合焦機能を備えるＳＥＣＭプローブの例示的な写真である。
【図２８】Ａ〜Ｄは、図２７の例示的なプローブを用いて取得されるレンズペーパーファントムの例示的な画像である。Ａは、適応合焦を用いずに取得された画像の例示的な円筒形表現である。Ｂは、ＳＥＣＭ信号ドロップアウトの領域を示す図２８Ａでの赤色の点線領域の例示的拡大図である。Ｃは、適応合焦を用いて取得された画像の例示的な円筒形表現である。Ｄは、図２８Ｃでの赤色の点線領域の例示的な拡大図であり、ファントムの完全な撮像を示す。
【図２９】Ａ〜Ｃは、２０μｍの厚さの基底細胞層を示す正常な食道の例示的な図である。Ａは、好酸球の証拠がない正常な扁平上皮粘膜を示す例示的な組織病理学的区域（例えばＨ＆Ｅ染色；元の倍率は２０倍）を示す。Ｂは、低倍率で横方向断面での乳頭を示す正常な扁平上皮粘膜の対応するＳＥＣＭ画像である。Ｃは、乳頭を取り囲むより高い反射率の領域を示すＳＥＣＭ画像の例示的な高倍率の図である。
【図３０】Ａ〜Ｄは、ＥｏＥを患う１１才の男性患者から取得された例示的な図である。Ａは、輪のかすかな証拠およびわずかに減少した血管パターンを示す例示的なビデオ内視鏡画像である。Ｂは、扁平上皮内部の多数の好酸球（例えば約２５を超えるｅｏｘ／ＨＰＦ）を示す病理学的画像（例えばＨ＆Ｅ染色）である。Ｃは、高い散乱性の細胞のびまん性浸潤影を示す低倍率での例示的なＳＥＣＭ画像である。Ｄは、これらの細胞が２葉の核を有する好酸球であることを示す（挿入図）、Ｃでの黄色い点線の領域の例示的なより高い倍率の図である。
【図３１】Ａ〜Ｆは、１対１の細胞レベル合致を示す、ＥｏＥを患う６才の男性患者から取得されたＳＥＣＭおよび組織病理学的画像の例示的な図である。Ａは、乳頭構造および上皮好酸球を示す例示的なデジタル組織学的画像（Ｈ＆Ｅ染色；元の倍率は２０倍）である。Ｂは、無傷の好酸球および好酸球細胞質断片を示す図３１Ａの例示的な拡大図である。ＣおよびＤは、それぞれＡおよびＢでの組織学的画像の例示的な色変換（Ｒ／Ｇ）であり、好酸球をより明瞭に見ることができるようにしたものである。ＥおよびＦは、例示的な対応する登録されたＳＥＣＭ画像であり、乳頭と、組織学的画像で見られる好酸球に直接合致する高い反射性の細胞とを示し、スケールバー＝約１００μｍを有する。
【図３２】Ａ〜Ｆは、ＥｏＥの顕微鏡的特徴を示す組織学的画像およびＳＥＣＭの例示的な図である。Ａは、食道上皮内の好酸球の凝集体を示す好酸球性膿瘍の例示的な組織学的画像である。Ｂは、多数の密集した好酸球を示す例示的な対応するＳＥＣＭ画像である。Ｃは、サテライト好酸球と細胞外好酸球粒子を示す好酸球脱顆粒の組織学的画像である。Ｄは、例示的な対応するＳＥＣＭ画像であり、不規則形状および曖昧な細胞境界を有する細胞を示し、組織学的画像で見られる粒子に合致する細胞外の高い散乱性の粒子の密度を有する。Ｅは、肥厚化した基底層と細長い乳頭を示す基底細胞過形成の例示的な組織学的画像である。Ｆは、例示的な対応するＳＥＣＭ画像であり、多数の好酸球と、基底膜の乳頭を取り囲む肥厚化した高い反射性の層（例えば約７０μｍ）（図２９Ｃの正常な食道で見られる乳頭を取り囲む層と比較することができる）とを示し、スケールバー＝１００μｍである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
特に記載がない限り、図面全体を通じて、図示される実施形態の同様の特徴、要素、構成要素、または部分を示すために同じ参照番号および参照符号を使用する。さらに、以下、図面を参照しながら本開示を詳細に説明するが、説明は例示的実施形態に関連付けて行う。本開示の真の範囲および精神から逸脱することなく、説明する実施形態に変更および修正を施すことができる。
【００４０】
（予備情報）
本明細書では、食道生検研究からの結果、ＯＦＤＩ臨床食道撮像デバイスの説明、および経鼻的ＳＥＣＭプローブの実装に必要とされる重要な構成要素を組み込むベンチトップＳＥＣＭプローブプロトタイプを含めて、好酸球計数用の経鼻ＳＥＣＭデバイスの実現可能性を説明する。
【００４１】
（スペクトル符号化共焦点顕微鏡法）
図２に、単一光ファイバ共焦点顕微鏡構成を撮像に利用するＳＥＣＭシステム／装置の例示的実施形態を示す。特に、図２に示す例示的なシステム／装置は、広帯域幅または波長掃引光源２００を含み、この光源２００からの光がカプラまたはサーキュレータ２１０に入力されて、光スペクトルの空間情報の１次元を符号化する。例示的なシステム／装置のプローブの遠位端で、シングルモードまたは二重クラッドファイバ２３０のコアからの出力が透過回折格子２４０を照明する。対物レンズ２５０が、標本２７０、組織、または別の解剖学的構造、またはそれらのうちの複数の内部における異なる空間位置２６０に対して１つまたは複数の電磁放射（例えば光）の各回折波長を合焦することができる。組織で反射した後、電磁放射は、レンズ２５０を通って戻って進み、格子２４０によって再結合され、ファイバ２３０によって収集される。ファイバの開口が空間フィルタリング構成／構造を提供して、焦点がずれている電磁放射を拒否またはフィルタ除去する。
【００４２】
プローブの外部で（例えば、例示的なシステム／装置のコンソール内部で）、当業者に知られている検出器もしくは分光計もしくは他のスペクトル検出構成／システム２２０を使用して、戻ってきた電磁放射のスペクトルを測定することができ、および／または試料内部での横方向変位の関数として共焦点反射率に変換することができる。画像内のラインのスペクトル復号化は、例えば最大約４００ｋＨｚの速度で非常に迅速に行うことができ、この速度は、ビデオレート共焦点顕微鏡システムの速度の約２５倍となることができ、またいくつかの内視鏡ＲＣＭシステムの約２５０倍を超えることができる。画像の他の横軸は、多様な内視鏡プローブに使用することができるヘリカルスキャンなど、比較的ゆっくりとした単純な機械的作動によって得ることができる。他のＲＣＭ技法と同様に、例示的なＳＥＣＭシステム、装置、および方法によって得られる画像は、図１に示されるように細胞レベル下の微細構造の視覚化を容易にすることができ、これは好酸球の識別を容易にする。本開示による例示的なＳＥＣＭシステム、装置、および方法は、ＧＩスクリーニングに利用することができるように提供することができ、１５点の異なる深さ位置で、遠位食道（例えば長さ約５ｃｍ、直径約２．５ｃｍ）の領域と同等の領域を数分で走査する例示的なベンチトップＳＥＣＭプローブを実証している。本開示の例示的実施形態によれば、そのような例示的なシステム、装置、および方法は、独立した非鎮静好酸球計数を行うため、およびＥｏＥと関連付けられる他の組織学的特徴の診断を行うために、経鼻プローブ内に組み込むことができ、または経鼻プローブと共に使用することができる。
【００４３】
（好酸球を識別するためのＳＥＣＭの例示的な機能）
本開示によるＳＥＣＭ技法および／または構造を利用するシステムおよび方法の例示的実施形態を使用して、形成異常および初期段階の腺癌を含めたバレット食道を診断することができる。診断に関するＳＥＣＭの精度を決定するために、組織病理学のための切除した上部ＧＩ生検試料をＳＥＣＭ撮像することが可能であり、これもまた好酸球の視覚化を容易にする。
【００４４】
例示的な組織病理学的相関処置に使用することができる例示的な経鼻デバイスを利用するための光学的仕様を備えることができる、本開示によるＳＥＣＭシステムの例示的実施形態を提供することができる。例示的なＳＥＣＭシステムは、例示的な波長掃引光源（中心波長＝１３２０ｎｍ；帯域幅＝７０ｎｍ；繰り返し率＝５ｋＨｚ）と、実効ＮＡ０．５の対物レンズとを利用することができる。レーザスペックルノイズを減少させるために、例示的なシングルモード照明およびマルチモード検出撮像構成を使用することができる。例示的なＳＥＣＭシステムの横方向および軸方向分解能は、それぞれ例えば２．３μｍおよび９．７μｍとすることができる。図３は、この生検分析からそのような例示的なＳＥＣＭシステムを使用して生成された例示的な画像を示し、この画像は、食道３１０および胃噴門３２０の扁平上皮を含めた正常な胃食道接合部３００の構造形態を示す。図４は、好酸球の組織学的証拠がない正常な食道扁平上皮粘膜の例示的なＳＥＣＭ画像を示す。図４には、細胞膜４００および基底膜４１０の乳頭が示されている。
【００４５】
ＥｏＥの病歴がある３１才の男性からこの例示的な分析で撮像された例示的な生検（図５Ａおよび図５Ｂ）の１つにおいて、病理学的診断が、点在する食道好酸球の存在を示した。この症例に関するデータのさらなる検査から示されるように、正常な扁平上皮（図４）とは異なり、図５Ａの例示的なＳＥＣＭ画像は、上皮の内部および基底膜の乳頭の血管の内部に斑点状の高反射率の点５００を示している。また、これらの例示的な領域５００の拡大画像は、これらの特徴が、明確に画定された核５１０と細胞質を有する個々の細胞であることを示す（図５Ａの３０倍の挿入図参照）。
【００４６】
図５Ａに示される核は、好酸球５１０の特徴的な２葉の外観を有する。これらの細胞の細胞質からの反射率は、周囲の上皮細胞の反射率よりもかなり高いことがある。図５Ｂに示されるこの生検からの代表的な組織学的特徴は、好酸球５２０が、例示的なＳＥＣＭ画像に示されるのと同じ、または非常によく似た空間分布で存在することを示す。さらに、これらの好酸球の例示的な核形態５３０（図５Ｂの挿入図。黒い矢印）は、ＳＥＣＭ画像で識別される例示的な核形態（図５Ａの３０倍の挿入図。白い矢印）と合致することがあり、２葉の外観を示す。
【００４７】
例示的なＳＥＣＭシステム、装置、および方法によって好酸球を見ることができることを確認した後、ＥｏＥの疑いがある小児患者からの生検を撮像するためにプロトコルを修正することができる。ＥｏＥの病歴がある小児患者から、例示的な小児生検を得ることができる。図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、管腔表面下約１４０μｍで獲得された例示的なＳＥＣＭ画像において、高反射率の点６２０の大きな集塊６００を見ることができる。これらの細胞は、隣接する領域６１０にある上皮細胞核６３０（図６Ｄ）よりも少なくとも約１０倍大きい散乱強度を有する。多くの細胞で反射された光は、検出器を飽和することができる。したがって、この生検に関する例示的な診断は、約１０のｅｏｓ／ＨＰＦ６４０（図６Ｃ）を有する点在する好酸球の病巣（ｆｏｃｕｓ）となることがあり、これはＥｏＥの組織病理学的しきい値未満である。
【００４８】
図７Ａは、別の患者の食道の例示的なビデオ内視鏡画像を示し、この画像は、ＥｏＥの従来の内視鏡的所見である食道気管化（複数の同心円）を示す。例示的なＳＥＣＭシステム、装置、および方法は、約１５を超えるｅｏｓ／ＨＰＦ（図７Ｂ〜図７Ｆ）の証拠を示した扁平上皮内部の対象の複数の高倍率視野領域（例えば約２５０μｍ×２５０μｍ）の識別を容易にすることができる。この試料の例示的な組織病理学的分析は、ＥｏＥの診断を裏付けることができる。
【００４９】
（食道の例示的な包括的顕微鏡撮像）
食道の大きな領域を撮像するための例示的な光コヒーレントトモグラフィまたは例示的な光学周波数領域撮像プローブを提供することができる。図８Ａ〜図８Ｄは、大きな食道粘膜領域を撮像するために利用することができる、本開示によるいくつかの例示的な設計および構成を示す。例示的なカテーテルの例示的な一形態は、光ファイバおよび遠位光学系を組み込むことができる内部ケーブル（図８Ａおよび図８Ｂ）を含むことができる。このケーブルは、外側透明シース内部で回転および並進（移動）することができ、食道のヘリカルスキャンを行う。図８Ａに示されるように、吹送されていない食道の管腔への挿入時、食道がプローブの周りにしぼむことがあり、したがって、例えば対象の食道表面積全体の約１０％を撮像できるようになる（図９Ｃ）。本開示によるシステム、装置、および方法の別の例示的実施形態では、センタリングバルーンを透明シース内部または透明シース上に提供することができる（図８Ｃおよび図８Ｄ）。バルーンは、食道の拡張を促すことができ、全周を撮像することができるように光学系を中心合わせすることができる（図８Ｃおよび図１０Ｂ）。また、本明細書で上述したカテーテル構成の例示的実施形態を、経鼻で実装することができるように、および大きい食道領域の細胞レベル解像度の画像を得るためのＳＥＣＭ撮像を行うために構成することができるように変形することもできる。
【００５０】
（例示的な設計、システム、装置、および方法）
（例示的な構成要素を備える例示的なＳＥＣＭプローブ）
本開示によるプローブの例示的実施形態は、遠位食道の包括的ＳＥＣＭ撮像を容易にするために提供することができる。そのような例示的なプローブ（例えば図１１Ａおよび図１１Ｂ）では、ファイバ結合型の２．０ｍＷスーパルミネセントダイオードを提供することができ、これは、８００ｎｍに中心を合わされ、４５ｎｍの帯域幅を有し、５０／５０シングルモード光ファイバビームスプリッタを照明する。スプリッタの１つのポートを通して伝送された光を、合焦装置を通して格子−レンズ対（例えば、レンズ−３５０２３０−Ｂ非球状、ｆ＝４．５ｍｍ、開口径＝５．０ｍｍ、ＮＡ＝０．５５）にコリメートして伝送することができ、それにより、円筒形の試料の内面に、合焦されたスペクトル符号化されたスポットの５００μｍ長手方向直線アレイを生成する。例示的な格子−レンズ対を、カスタム加工されたハウジングによってモータ（例えば１５１６ＳＲ、直径１５ｍｍ）のシャフトに取り付けることができる。モータが回転したとき、試料の内周にわたって、スペクトル符号化されたラインを走査した。同時に、モータ、ハウジング、およびレンズ−格子対を、ステージによって円筒体の長手方向軸（ｚ）に沿って並進（移動）させて、試料の内面全体のヘリカルスキャンを生み出すことができる。試料で反射された光を、光学システムを通してシングルモードファイバに戻し、ファイバによって、カスタム構成された分光計および直線型ＣＣＤ（２０４８ピクセル、３０ｋＨｚラインレート）に送った。１．０μｍ円周方向サンプリングを実現するために、例えば、モータ１回転につき約６０,０００点（０．５Ｈｚまたは３０ｒｐｍ）をデジタル化することができる。モータの長手方向速度は、約０．２５ｍｍ／ｓとすることができる。約２．０ｃｍ（直径）×２．５ｃｍ（長さ）の領域の１回の完全なスキャンにかかる時間は１００秒とすることができる。
【００５１】
格子−レンズ対の上でのコリメートされたビームの例示的な１／ｅ2直径は、４．０ｍｍとすることができる。したがって、例示的なシステム／装置の実効ＮＡは約０．４とすることができ、それにより、約１．２μｍの例示的な可能なスポット直径および約２．５μｍの共焦点パラメータを生み出す。焦点を通して走査されたミラーからの、横方向線広がり関数半値全幅（ＦＷＨＭ）および軸方向ＦＷＨＭは、それぞれ約２．１μｍおよび約５．５μｍと測定されることがある。視野は約５００μｍでよい。これらの例示的な測定値は、理論値よりもわずかに低いことがあり、これはおそらく光路の収差による。
【００５２】
図１２Ａ〜図１２Ｅは、例えば長さ２．５ｃｍのファントムの完全な引き戻し画像に関する例示的なＳＥＣＭ画像を示す。例示的なファントムは、内径約２．１ｃｍのテフロン（登録商標）管の内面に取り付けたレンズペーパーから形成することができる。表示前に、円筒形座標を直交座標系に変換することができる。低倍率（図１２Ａ）では、皺および空隙を含むペーパーの巨視構造を視覚化することができる。このデータセットの領域をより高い倍率で示したとき、１本１本の繊維および繊維の微細構造が明瞭に解像された（図１２Ｂ〜図１２Ｅ）。
【００５３】
（例示的な画像解釈手順、技法、および方法）
好酸球の定性的識別および好酸球の自動的な定量化のための例示的な実施形態は、信号強度（図５Ａ〜図７Ｆ）および従来の組織学的特徴（例えば細胞のサイズ、細胞質の性質、および核形態）に基づく識別を含むことができる。定量的な形態学的基準は、散乱強度、細胞サイズ、ならびに自動化された組織病理学および細胞病理学検査のために開発された核測定基準（ｎｕｃｌｅａｒ  ｍｅｔｒｉｃｓ）に基づくことがある。図１３に示されるように、これらのパラメータに基づいて例示的な分割を行うことができ、従来のブロブ計数法（ｂｌｏｂ  ｃｏｕｎｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄｓ）を使用して細胞を計数することができる。計数法のロバスト性を最適化するために、複数の深さ平面を使用することができる。ＳＥＣＭ画像内で他の炎症性細胞（例えばマスト細胞、リンパ球、好中球）を識別する場合には、これらの細胞タイプを識別するために、やはり信号強度および核形態に基づく基準を使用することができる。炎症性細胞に加えて、基底細胞過形成、微小膿瘍、脱顆粒、基底膜線維化を含めたＥｏＥの他の組織病理学的特徴の特性も評価および定量化することができる。これらの特徴は、ＥｏＥ診断のためのスコアリングシステムを形成するために収集することができる。例えば図１３に示されるように、本開示の１つの例示的な実施形態によれば、組織を処理するために例示的なコンピュータを使用することができる。その後、パラフィンブロック作製を開始することができる。さらに、画像の区分化を行うことができる。これは、生成された画像を区分化することによって行うことができ、３次元形式で提供することができる。カバーガラスを染色することができ、染色されたスライドを保存することができる。
【００５４】
（横方向画像平面と断面画像平面）
一般に、病理学者は、断面向きで生検を観察することができる。図１４Ａ〜図１４Ｃに示されるように、生検の横軸に沿ってＳＥＣＭおよび組織学画像および／またはデータを取得することができ、この横方向断面は、断面平面に対して垂直でよい。試料内への深さに応じて複数の横方向断面を得ることができるので、断面ＳＥＣＭおよび組織学画像を再構成することができる。本開示の１つの例示的な実施形態では、この例示的な断面領域は、組織学的な高倍率領域（例えばＨＰＦ、４０倍）と同じ横方向寸法とすることができる。本開示の例示的実施形態の例示的実装では、生検から得られたＳＥＣＭ好酸球数を組織病理学的な好酸球数と比較して、２つの方法の間の高い相関性（図１４Ｄ参照）、および約１５を超えるｅｏｓ／ＨＰＦの好酸球数カットオフ値に基づくＥｏＥの診断の高い精度を見出すことができる。
【００５５】
（例示的な経鼻的ＳＥＣＭデバイスおよび装置）
本開示の例示的実施形態による経鼻デバイスの概略図が図１５に示されている。例示的なデバイスは、ＳＥＣＭ撮像プローブ１５３０を含むことができ、このプローブ１５３０は、透明な感圧経鼻胃（ＰＳ−ＮＧ）管１５１０の主管腔１５００の内部に提供することができる。例示的なＳＥＣＭプローブ１５３０は、内部トルク伝達ケーブル１５２０の内部にある光ファイバと、遠位撮像光学系１５２０とを含むことができる。ＰＳ−ＮＧ管１５１０は、標準的な１０Ｆ（３．３ｍｍＯＤ）ＮＧ管と寸法的および機械的に同一または同様でよい。この例示的な外径を使用することができるのは、成人および小児集団において不快感なく使用するのに十分に小さいからである。例示的なプローブの複雑さを最小限にするために、１つの例示的な実施形態によれば、例示的なデバイスは、センタリングバルーンを除くことができ、吹送されていない食道１５５０内でヘリカルスキャン１５４０を行うことができる（図８Ａ、図９Ｃ）。ＰＳ−ＮＧ管１５１０の例示的な直径に基づき、この例示的な構成は、対象の食道表面積全体の約１０％の撮像を容易にする（例えば図９Ｃ）。
【００５６】
例示的なＰＳ−ＮＧ管１５１０および例示的なＳＥＣＭプローブ１５２０は、本明細書で説明する標準的なＮＧ管配置技法を使用して胃１５６０に進めることができる。デバイスが胃１５６０の中にあることを確認した後、例示的なデバイスを引き戻すことができ、それと同時に、単一センサ食道圧測定と同一または同様の様式で、圧力センサ１５７０によって連続的な圧力測定値を記録する。標的位置は、下部食道括約筋（ＬＥＳ）１５８０でよい。ＬＥＳ１５８０が識別されると、例示的なＳＥＣＭプローブ１５２０を、ＬＥＳ１５８０の近位で約５ｃｍの位置（１５９０）に位置決めすることができ、ＳＥＣＭ撮像を開始する。例示的な撮像処置の後、デバイス全体を患者から取り外すことができる。この例示的なデバイスは、ＰＳ−ＮＧ管を滅菌して再使用することができるので、費用対効果が高いことがある。ＰＳ−ＮＧ管１５１０が閉じられた場合、ＳＥＣＭプローブが患者に接触することはおそらくなく、したがって使用ごとの滅菌をする必要なく再使用することができる。
【００５７】
（例示的な圧力測定）
油圧センサ、ソリッドステートセンサ、圧電センサ、および光センサを含めた、ＰＳ−ＮＧ管の壁に組み込むことができる様々なタイプの圧力センサがあり得る。光圧力センサを使用することが好ましいことがある。なぜなら、光圧力センサは、非常に小型にすることができ、正確であり、ロバストであり、ＰＳ−ＮＧ管を通した流体および電流の伝達を必要としないからである。１つの例示的な光圧力センサは、図１６に示されるように光ファイバ１６００の先端に配置されたファブリ−ペロー隔膜フィルタである。隔膜１６２５からの第１の反射１６１０と第２の反射１６２０の干渉を、白色光または低コヒーレンス干渉法を使用して検出することができる。スペクトル分解された干渉縞の周波数は、キャビティの幅Ｌs１６３０の決定を容易にすることができ、次いでこれを使用して圧力１６４０を決定することができる。
【００５８】
この例示的な圧力装置は、図１６Ｂに示されるように、直径２５０μｍのファブリ−ペロー隔膜を先端に備える直径１２５μｍのシングルモードまたはマルチモード光ファイバを備えることができる。例示的なセンサは、この例示的な用途に好ましいことがある圧力範囲（例えば０〜５０ｍｍＨｇ）を測定することができる。２５０μｍバッファおよび／または３２５μｍポリイミドコーティングが、ファイバを保護することができる。隔膜１５７０は、シリコーンによって保護することができる。図１５に示されるように、カスタム押出成形された二重内腔ＰＳ−ＮＧ管１５１０の小さい方の内腔にファイバを組み込むことができる。ＰＳ−ＮＧ管１５１０は、ポリエチレン、ＰＶＣ、またはシリコーンから形成することができ、市販のＮＧ管と同じ物理的および機械的特性を有する。ＰＳ−ＮＧ管は、ＳＥＣＭ撮像に使用することができるスペクトル領域に関して光学的に透明とすることができる。近位端で、長いパッチコードを、ＳＥＣＭファイバと並行させて圧力センサファイバから延ばすことができ、カスタム設計されたバルクヘッドコネクタを介して例示的なシステムコンソールに接続することができる。例示的なシステムコンソールは感圧モジュールを含むことができ、感圧モジュールは、光源と、干渉計と、検出器とを含む。例示的なモジュールは、０．５ｍｍＨｇの圧力測定分解能を有することができ、これは、ＬＥＳから胃への約１０ｍｍＨｇの勾配に鑑みれば十分となり得る。
【００５９】
（ＳＥＣＭプローブ設計の例示的な説明）
本開示によるＳＥＣＭプローブの例示的実施形態の詳細な概略図が図１７に示される。例えば、内部巻線ケーブル１７００が、撮像光を送受信する二重クラッドファイバ（ＤＣＦ）１７０５を取り囲むことができる。スペックルノイズを減少させるために、ＤＣＦ１７０５のコアを介して試料を照明し、試料からＤＣＦ１７０５の内側クラッドを介して伝送されて戻る光を受信することによって撮像を達成することができる。内部巻線ケーブル１７００は機械的なハウジング１７１０に取り付けることができ、ハウジング１７１０は遠位光学系を含むことができる。機械的なハウジング１７１０は、ＰＳ−ＮＧ管１７２０の内腔から光学系を隔離することができる薄い透明シース１７１５によって取り囲むことができる。近位端での巻線ケーブル１７００の回転および並進（移動）により、約１０ｃｍの長さにわたってヘリカル撮像を容易に行うことができる。例示的なＳＥＣＭプローブの近位端では、巻線ケーブル１７００は、先行技術文献で説明されている回転接合部を使用してコンソールとインターフェースすることができる。
【００６０】
ハウジング１７１５の内部で、ＤＣＦ１７０５からの照明光を単レンズ１７２５によってコリメートすることができる。図１７に示されるように、補償プレート１７３０を使用して、ＰＳ−ＮＧ管１７２０によって誘発される非点収差を事前に補償することができる。コリメートされて事前に補償された光は、回折格子１７３５（例えば、１２４０ｌｐｍｍ）によって回折させることができ、例えばＮＡが０．４６の対物レンズ１７４０によって、ＰＳ−ＮＧ管１７２０を通して食道１７４５上に合焦させることができる。
【００６１】
対物レンズ１７４０は、各波長が食道壁内部の異なる横方向および軸方向（例えば深さ）位置を照明することができるように、ある角度を付けて組み立てることができる。この例示的な構成は、撮像ライン１７５０に示されるように、１回のヘリカルスキャン中に、多くの深さ位置での画像の同時獲得を容易にすることができる。対物レンズ１７４０と内部シース１７４５の間に、ＰＳ−ＮＧ管１７２０と同様の屈折率を有するプラスチックエポキシを含むことができるソリッドイマージョン層１７５５を配置することができる。ソリッドイマージョン層１７５５は、ＰＳ−ＮＧ管１７２０によって引き起こされる非点収差をさらに減少させることができる。ＳＥＣＭプローブの光学窓とＰＳ−ＮＧ管１７２０との間に潤滑剤１７６０を使用して、回転および並進（移動）中の摩擦を減少させることができる。
【００６２】
（例示的なＳＥＣＭシステムコンソール）
図１８は、本開示によるＳＥＣＭシステムコンソールの例示的実施形態の例示的なブロック図を示す。例えば、そのような例示的なシステムコンソールは、ＳＥＣＭ撮像に必要な光源と検出器を含むことができる。１つの例示的実施形態では、高速波長掃引レーザ１８００（中心波長＝１３００ｎｍ；帯域幅＝１６０ｎｍ；繰り返し率＝２５４ｋＨｚなどの仕様を有する）を撮像に利用することができる。レーザ１８００からの照明光を回転接合部１８１０に送ることができ、回転接合部１８１０は、この光をＳＥＣＭ  ＤＣＦ１８２０のコアに結合させることができる。組織から伝送されて戻る光は、ＤＣＦ１８２０の内側クラッドから回転接合部１８１０に向けて送ることができる。回転接合部１８１０からの光は、マルチモードファイバを通して、高速ＩｎＧａＡｓ光検出器１８３０に送ることができる。収集された光検出器１８３０からのデータをデジタル化し、高いサンプリングレートでコンピュータに転送し、データ記録システム１８４０（例えばＳｉｇｎａｔｅｃ  ＤＲ３５０（Ｎｅｗｐｏｒｔ  Ｂｅａｃｈ，ＣＡ））にリアルタイムで保存することができる。圧力測定に関しては、感知モジュール１８５０が照明光を圧力センサに提供して、圧力センサからの戻りの光を、ＰＳ−ＮＧ管１８７０の壁に位置する個々の感圧光ファイバ１８６０を介して検出することができる（図１５、図１８）。別の例示的実施形態によれば、例示的なシステムは、広帯域光源と、スペクトル符号化された光を検出するための分光計とを備えることができる。
【００６３】
コンソールとプローブの間で光を結合させ、また透明シース内部でＳＥＣＭプローブを回転させるために、例示的な回転接合部（図１９）を提供することができる。例示的なＳＥＣＭ光学回転接合部は、光源１９１０からＤＣＦのコア１９５１内に撮像光を伝送することができる。ＤＣＦの内側クラッド１９５２は、試料から戻ってきた撮像光を検出器１９７０に送ることができる。マルチモード光からのシングルモード光の分離を達成するために、例示的な回転接合部は、２つ以上の集束レンズ１９２０、１９４０と、シングルモード／マルチモードスプリッタ１９３０とを含むことができ、スプリッタ１９３０は、例えば、中心透明アパーチャを有するミラーとリレーレンズとから構成される（図１９）。例示的な回転接合部は、巻線ケーブル１９５３を回転させることができる。
【００６４】
（例示的なＳＥＣＭレーザ）
現在のレーザ技術によって、より広い帯域幅にわたってより高速の波長調整を容易に行うことができる。例示的なスクリーニング処置の合計時間を短縮することができる。従来のＳＥＣＭシステムと比較して、本開示によるシステムの例示的実施形態は、例えば５０倍を超える速さで撮像するように構成することができる（例えば２５４ｋＨｚ対５ｋＨｚＡのラインレート）。撮像速度を上げるために、新規のデジタルデータ獲得ハードウェアを組み込む高速動作のための例示的なレーザ構成を提供することができる。伝送ライン幅を狭めずに動作の自由スペクトル領域を大きくするために、例示的な波長掃引レーザの走査スペクトルフィルタの例示的な特性が検討されている。このようにフィルタを動作させると、レーザ掃引速度を倍増させることができ、放出のデューティサイクルを半分に短縮することができる。すなわち、レーザからの出力は、１回の高速の波長スキャンと、それに続く、放出のない同じ時間間隔とでよい。デューティサイクルを完了させ、繰り返し率の倍増を実現するために、直接のレーザ出力を、放出時間と等しい相対遅延を有する２つの経路に分割することができる。次いで、２つの経路からの光を、Ｈｕｂｅｒ他によって提案されているバッファリング法と同様にして再結合させることができる。この多重化操作での損失を補償するために、バッファ半導体光増幅器を組み込んで、平均出力パワーを例えば約８０ｍＷまで回復することができる。
【００６５】
（例示的な仕様および性能）
表１は、例示的なＳＥＣＭプローブおよびシステムのための例示的な仕様および目標（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｔａｒｇｅｔ；ＯＰＴ）を示す。本開示のいくつかの例示的実施形態の目的に見合うＯＰＴは、食道の内視鏡撮像に使用することができる共焦点顕微鏡の構成に基づくことができる。経鼻プローブの外径は約３．３ｍｍ（１０Ｆ）、剛性部の長さは約１０ｍｍとすることができ、これは、小さな子供および成人に対する好都合な経鼻到達を容易にするはずである。約１０ｃｍの長手方向引き戻しスキャン長さは、標準的な内視鏡生検処置で利用される近位生検と遠位生検の間の典型的な距離に合致する。この例示的な設計における例えば０．４６の対物レンズＮＡおよび例えば１６のＤＣＦ内側クラッドモード数に関して、約１．４μｍの横方向分解能および約１３．５μｍの軸方向分解能を実現することができ、これらの値は、本発明者らの予備研究において好酸球を視覚化することができることが実証されたベンチトップＳＥＣＭシステムの値と同様であり得る（図５〜図７参照）。レーザ源の調整帯域幅および格子−レンズ構成に鑑みて、波長スキャン当たり１０個の光学区域にわたって分散された例えば総計２３６点の解像可能な点を得ることができる。検出器の帯域幅は、全体の獲得速度に上限を課す。例えば６０ＭＨｚの検出器の帯域幅を仮定すると、レーザ調整速度は２５４ｋＨｚとすることができ、ナイキスト周波数で食道を空間サンプリングすることが有益である場合には、データセットは約２１Ｇを備え得る。したがって、２５４ｋＨｚ×２３６×２点＝１２０Ｍｓ／ｓ＝２４０ＭＢ／ｓの１６ビットＡ／Ｄサンプリングレートを仮定すると、１０個の１０００ｍｍ2の光学区域を提供する１回の完全なヘリカルスキャンを行うのに、例えば約２．９分かかり得る。必要であれば、この総計の画像獲得時間は、例示的な設計の何らかの例示的な変更によって減少させることができる。
【００６６】
（例示的な感度）
本明細書では最小の検出可能な反射率（ＳＮＲ＞１）として定義する感度は、画像品質および侵入深さに影響を及ぼす重要なシステムパラメータである。例えば、最大３００μｍの深さにある皮膚で入射光の１０-4〜１０-7が反射されることが示されている。皮膚は、食道の非角化上皮粘膜よりも光を大きく減衰するので、２つのシステム間での波長および対物レンズＮＡの差を考慮すると、組織内部１３０μｍの位置で、ＳＥＣＭプローブの対物レンズが照明光の約３×１０-3〜３×１０-6を集光することができると推定される。したがって、例示的な光源が例えば８０ｍＷを放出することができ、例示的な最大１０ｄＢの２回通過挿入損失（例えばプローブから６ｄＢ、光ファイバおよび回転接合部から４ｄＢ）を仮定すると、反射される出力は、検出器上で約２５μＷ（最大）〜２５ｎＷ（最小）の範囲になると推定される。検出器でのノイズは、ショットノイズ、相対強度ノイズ（ＲＩＮ）、および熱的／電気的ノイズからなることがある。検出される試料出力がより高いとき、本発明による掃引光源の狭いライン幅（約０．６ｎｍ）により、ＲＩＮノイズがショットノイズよりも優勢である。図２０は、本開示によるＳＥＣＭシステム／装置の例示的実施形態に関するノイズ分析のプロットを示す。図２０から分かるように、本発明による最大撮像深さで検出することを予想することができる、伝送されて戻る出力の全範囲にわたって、ＳＮＲ＞１である。より高い感度が必要であると判断された場合、検出器を冷却して、熱的なノイズを減少させ、最大約１０ｄＢの感度改良を実現することができる。
【００６７】
（例示的な構成要素および試験手順）
（ＰＳ−ＮＧ管）
例えば、外側に１ｃｍごとに印を付けられた二重内腔１０Ｆ（ＯＤ＝３．３ｍｍ）経鼻管をカスタム押出成形することができる。可撓性と操作性の適切な組合せを決定するために、様々な壁厚、およびポリウレタン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、タイゴン、およびシリコーンを含めた様々な材料を提供することができる。挿入されたＳＥＣＭプローブと共に、ＰＳ−ＮＧ管を、可撓性および追従性に関して試験することができ、市販のＮＧ管と比較し、経鼻または経口挿入に適切な機械的特性を有することを保証することができる。さらに、本発明者によるＳＥＣＭプローブをＰＳ−ＮＧ内部で引き戻すことができる能力をさらに試験することもできる。
【００６８】
（例示的な圧力センサ）
小さな直径の圧力センサは、被覆された、バッファされた、および裸のファイバを備えることができ、それらを可撓性および耐性に関して試験することができる。追従性および押しやすさ（ｐｕｓｈａｂｉｌｉｔｙ）を、内腔ＰＳ−ＮＧ管内に挿入されたセンサによって試験することができる。気密封止ファントム内部の様々な既知の圧力を使用して、管の外部および管の内部にあるセンサを用いて圧力測定値を試験および較正することができる。隔膜を保護する様々な材料を、安定性、滅菌性、および正確性かつ高信頼性を保って外圧を変換することができる能力に関して試験することができる。
【００６９】
（例示的なプローブ光学系）
ＳＥＣＭプローブを小型化するために、例示的な光学構成要素を提供することができる。プローブ直径および長さを最小にするために、例えばコリメートレンズ（例えばシングレット；ＢＫ７；ＯＤ＝１．２ｍｍ；ｆ＝５ｍｍ）を作製することができる。ＰＳ−ＮＧ管を通る食道への非対称光路によって誘発される非点収差を補償するために、補償プレート（例えばＬＡＳＦ３５；ＯＤ＝１．２ｍｍ；ｆ＝２３３ｍｍ）を製造および使用することができる。ＳＥＣＭ撮像に使用することができるスペクトル領域に関する回折限界光学性能を有するように、カスタム対物レンズ（ダブレット；ＬＡＳＦ１８およびＬＡＳＦ３５；ＯＤ＝１．２ｍｍ；ｆ＝１．１ｍｍ；ＮＡ＝０．４６）を作製することができる。１２２０ｎｍ〜１３８０ｎｍの間のスペクトルで最大の１次回折効率を有するように格子（溝密度＝１２４０ｌｐｍｍ）を設計および作製することができる。光学モデリングプログラム／ソフトウェアで例示的なプローブ光学系（図２１Ａ）を提供することができ、シミュレーション結果は、プローブ光学系が、視野にわたってほぼ回折限界性能を有することができることを実証する（図２１Ｂ）。小型の光学構成要素は、直径０．５ｍｍで以前に開発されている。焦点距離での伝送および分解能をＳＥＣＭ帯域幅全体に関して試験することができる。横方向分解能は、基準エッジ標準の画像から抽出された線広がり関数（ＬＳＦ）の半値全幅（ＦＷＨＭ）として測定することができる。軸方向分解能は、電動式の並進（移動）ステージによって走査されるミラーを撮像することによって測定することができる。ロンキールーリングを撮像することによって決定されるスペクトル視野は、横方向分解能がその所望のＯＰＴを保つ視野長さとすることができる（表１参照）。
【００７０】
【表１】
0005856061.tif 000002
【００７１】
プローブを検証するために、様々な円筒形ファントムを構成することができる。例示的な分解能ファントムは、分解能標準が内面に取り付けられた中空円筒体からなることがある。円筒形イントラリピド／ゼラチンファントムおよびブタ食道上皮を生体外で撮像することで、侵入深さを試験することができる。最後に、プローブを使用して、新たに切除した豚および死体の食道の区間を撮像することができる。
【００７２】
（例示的なプローブアセンブリ）
プローブアセンブリのための例示的な機械的ハウジングおよび透明シースを提供することができる。図２２Ａおよび図２２Ｂは、本開示によるプローブアセンブリの例示的実施形態およびその分解図をそれぞれ示す。例示的な機械的ハウジングは、作製を容易にするために複数の部品から構成することができる。各部品の例示的な寸法は、約１ｍｍ〜７ｍｍで異なることがあり、最小の要素のサイズは１２５μｍでよい。これらの寸法を有する部品の機械加工は、厳密なコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工システム／装置で行うことができる。例示的な光学構成要素および機械加工部品を、３軸ステージを使用して厳密に位置合わせして、光学グレードのエポキシを使用して一体に組み立てることができる。その１つの例示的実施形態が図２７に示されている。
【００７３】
（ＤＣＦ）
例えば軸方向および横方向分解能ＯＰＴを満足するのに必要なコア内側クラッドモード比を含むことができる、様々な例示的なＤＣＦを提供することができる。
【００７４】
（巻線ケーブル）
例示的な多層巻線駆動シャフトを使用して、例示的なカテーテル設計内部の遠位光学系をヘリカルスキャンすることができる。運動変換精度および再現性のために、カテーテルを通してカスタム巻線ケーブルを提供することができる。例えば、多層構成を有する巻線ケーブルを提供して、ＳＥＣＭ画像内の並進（移動）および回転歪みを減少するか、または最小限にすることができる。
【００７５】
（潤滑剤）
ＳＥＣＭプローブとＰＳ−ＮＧ管との間の潤滑剤として、生理食塩水を使用することができる。また、光学的性能をさらに改良するために、ＰＳ−ＮＧ管の屈折率により良く合致する比較的高い屈折率を有する様々な潤滑剤を試験することができる。
【００７６】
（プローブコンソールインターフェース）
光学回転接合部（図１９）を使用して、シングルモード光を伝送し、内側クラッドを通して伝送されるマルチモード光を検出することができる。回転接合部は、機械的なモデリングプログラムで設計して、光学モデリングソフトウェアでシミュレートすることができる。最大のスループットならびに製造の容易さおよび公差に関して、例示的な構成を最適化することができる。１回通過および２回通過スループットおよび回転一様性に関して、選択された例示的な構成を提供することができる。さらに、標準的な電動式引き戻しトレイの内部に適合するように回転接合部を提供することができる。
【００７７】
（例示的なコンソール）
撮像レーザの例示的な実施形態は、出力、スペクトル、瞬時ライン幅、および繰り返し率に関して構成することができる。例示的な光学系は、適切なスループットおよび効率を得られるように提供することができる。カートに組み込むために、小さなブレッドボード上で光学レイアウトを組み立てることができる。
【００７８】
（ソフトウェア）
回転接合部を制御し、圧力センサからデータを読み取って表示するために、ソフトウェアを提供することができる。例えば、新たなボードを制御し、デジタル化されたデータを処理して画像にするために、Ｓｉｇｎａｔｅｃ  ＰＤＡ１６データ獲得ソフトウェアをプログラムすることができる。ソフトウェアは、圧力センサの読取値のリアルタイム表示のために提供することができ、グラフィカルユーザインターフェースに一体化することができる。多重解像度ＳＥＣＭ画像ナビゲーションおよび自動化された好酸球計数を、既存のコードおよびユーザインターフェースに組み込むことができる。
【００７９】
（滅菌および再使用）
滅菌して再使用することができるように、本開示による経鼻プローブ構成の例示的な実施形態を使用することができ、これは、例示的なデバイス／装置、したがって例示的な監視処置のコストを下げる。例えば、外面を滑らかに欠陥なしで保つことができ、ＣＩＤＥＸまたはＥＴＯ滅菌処置後に安定な材料を利用する。
【００８０】
（例示的な代替実施形態および手法）
経鼻処置が禁忌である特定の患者では、ＰＳ−ＮＧ管を経口で配置することができる。安全性の理由から、ＮＧ管が気道に入らないことが好ましいことがある。管の位置を検証するための例示的な手法は、吸入流体から酸性ｐＨを求めることを含むことができる。流体吸入のためにＰＳ−ＮＧ管の壁に別の内腔を設けることができる。あるいは、遠位端でＰＳ−ＮＧ管を開き、ＳＥＣＭ内腔を使用して流体吸入を行うことができる。この場合、ＳＥＣＭプローブとＰＳ−ＮＧ管の間で追加のシースを使用する、またはＳＥＣＭプローブを滅菌可能にすることができる。１つの例示的な実施形態によれば、食道の寸法および形状によっては、撮像領域の一部に関して、ＰＳ−ＮＧ管と食道壁の接触を保つことができないことがある。代替手法は、バルーンセンタリングＳＥＣＭカテーテルを提供し、撮像のためにカテーテルをＰＳ−ＮＧ管に通して導入するというものであり得る（例えば図８Ｃおよび図８Ｄ参照）。例えば、バルーンセンタリング食道カテーテルは、例示的なＯＦＤＩ臨床研究で実証されている（図８Ｄおよび図１０Ｂ参照）。図２３Ａおよび図２３Ｂは、経鼻バルーンセンタリングＳＥＣＭカテーテル設計の例示的実施形態の概略図、および本開示によるその動作モードを示す。これらの図面に示されるように、小さな直径（例えば２．５ｍｍ）のバルーンセンタリングＳＥＣＭカテーテル２３００を、ＰＳ−ＮＧ管２３１０（ＯＤ＝３．３ｍｍ）を通して導入することができる。ＰＳ−ＮＧ管２３１０は、ＬＥＳ２３２０の近位で５ｃｍの位置（２３４０）に位置決めされるとき（図２３Ａ参照）、約１０ｃｍ（２３５０）だけ引き戻して、バルーン２３３０を露出させることができる（図２３Ｂ）。バルーン２３３０を膨張させることができ（図２３Ｂ）、１０ｃｍの長さにわたってＳＥＣＭ撮像を行うことができる。撮像後、バルーン２３３０を収縮させることができ、バルーンカテーテルをＰＳ−ＮＧ管２３００内に引き戻し、例示的なデバイス全体を患者から取り外すことができる。
【００８１】
バルーンセンタリングＳＥＣＭプローブの光学系は、既存の設計のものと同様でよいが、ただし、ヘリカルスキャン中に食道壁内部に焦点を保つために自動合焦メカニズム（図２４）を追加することができる。適応合焦を行うために、バルーンセンタリングＳＥＣＭプローブは、小型の並進（移動）アクチュエータ２４００を有することができ、このアクチュエータ２４００が、コリメートレンズ１７２５（図２４）または対物レンズ自体（図２７）を移動させる。レンズの変位により、軸方向に沿って焦点面１７５０を変えることができる。スペクトル符号化されたライン２５１０の一部を使用してバルーン２５００の底面を撮像することができ（図２５、図２６）、バルーン２５００は、バルーン材料の屈折率によって与えられる強い反射２６００を有するように構成することができる。バルーン表面からのＳＥＣＭ信号強度が最大である波長２６１０を求めることによって、合焦メカニズムを制御するためのフィードバック信号を導出することができる（図２５、図２６）。例示的な小型の圧電トランスデューサアクチュエータ（シャフト直径＝１ｍｍ；可動部直径＝１．６ｍｍ）、および例示的なベンチトップＳＥＣＭプローブ（図２７）の適応合焦方式を提供することができる。図２８は、適応合焦なしの場合（図２８Ａ、Ｂ）と適応合焦を行った場合（図２８Ｃ、Ｄ）の、２．０ｃｍファントムの完全な引き戻し画像に関する例示的なＳＥＣＭ画像データを示す。ファントムは、バルーンの外面に取り付けられたレンズペーパーからなるものとした（直径＝２０ｍｍ）。例示的なＳＥＣＭプローブは、２０ｒｐｍの回転速度を使用して走査した。総計４００回の円周方向スキャンを２０分で獲得した。これは主に、制御信号を生成するために使用される方法の速度によって制限された。スペクトル符号化されたライン１本の長さは４００μｍであったので、５０μｍの長手方向ステップサイズが、８つの異なる深さレベルを提供した。低倍率（図２８Ａ、Ｃ）では、皺および空隙を含むペーパーの巨視構造を視覚化することができる。このデータセットの領域がより高い倍率で示されるとき、１本１本の繊維および繊維の微細構造を明瞭に解像することができる（図２８Ｂ、図２８Ｄ、および図２８Ｄの挿入図）。自動合焦メカニズム（図２８Ｃ、Ｄ）を利用することによって、プローブが中心合わせされていなかったときでさえ、焦点内にある全データセットおよび情報は、５０μｍ範囲内ですべての光学区域から獲得された。対照的に、合焦メカニズムがオフであったときには、ファントムの小さな部分のみに焦点が合っており、見ることができた（図２８Ａ、Ｂ）。これらの例示的な結果は、管腔器官のための例示的な包括的ＳＥＣＭの技術的な実現可能性を実証する。
【００８２】
（例示的な小型化）
角度研磨された円筒体に、エポキシベースの格子を刻むことができる。
【００８３】
（モーションアーチファクト）
一連の円周方向スキャン中に大きな長手方向移動が発生することがある場合、スキャンの位置が整わないことがある。ＳＥＣＭデータセットを再構成する前に、隣接するスキャンに対する相関技法を使用することによって、この発生を補正することができる。
【００８４】
（例示的な撮像侵入深さ）
ＳＥＣＭプローブの測定深さは、例えば約１３０μｍとすることができる。ＥｏＥの好酸球浸潤は典型的には管腔表面の近くに現れることがあるので、この深さにわたって得られる画像が、正しい診断を行うのに十分な好酸球の分布に関する情報を提供すると考えられる。より大きな撮像侵入深さが好ましいと判断される場合、対物レンズの色収差を増加するために例示的な設計を変更することができ、これは測定深さを増加する。代替手法は、フレネル対物レンズを利用するものでよい。また、撮像侵入深さを増加させるこれらの構成は、撮像することができる異なる深さ位置の数を増加させることもでき、これにより、場合によっては獲得時間が長くなる。
【００８５】
（例示的な軸方向分解能）
正確な好酸球計数を行うために断面撮像が使用され、ＤＣＦを介するマルチモード検出が、断面再構成画像上で好酸球を視覚化するのに十分に高い軸方向分解能を提供しないことがある場合、より少数のモードを有する別のＤＣＦ構成を使用することができる。例えば、モードの数を約１６から１０へ減少させることで、スペックルコントラストは約６％しか増加せず、その一方で軸方向分解能を２７％改良することができる。
【００８６】
（獲得の速度の増加）
例示的な構成は、約１０個の異なる光学区域で、食道の例えば１０００ｍｍ2の面積を約２．９分で走査することができ、これは、成人患者が十分に耐えられるものである。この撮像時間が長すぎると判断される場合、光学区域の数を減少させる、データを臨床サンプリングする、または引き戻し長さを減少させることによって撮像時間を短縮することができる。例えば、総撮像時間を減少させるための１つの手法は、例えば近位食道および遠位食道において２つの１ｃｍの長手方向区間を撮像するものでよく、これは、獲得時間を約３０秒に短縮することができる変更である。
【００８７】
（ＥｏＥを診断するために経鼻ＳＥＣＭを行うための例示的な方法）
例示的な非鎮静経鼻ＳＥＣＭは、食道好酸球を計数するための内視鏡生検と同程度の精度にすることができる。これは、ＥｏＥに関する評価を受ける例えば３００人の患者において、非鎮静経鼻ＳＥＣＭを上部内視鏡生検と比較することによって試験することができる。さらに、例示的なＳＥＣＭ処置の患者許容度に関する情報を得ることができる。
【００８８】
（非鎮静経鼻的ＳＥＣＭ撮像）
鎮静および上部内視鏡検査の前に、本明細書で説明する例示的な経鼻ＳＥＣＭプローブおよびシステムを使用して、多数またはすべての患者を撮像することができる。本開示による代替実施形態は、本明細書で説明する経口プローブを利用することができる。食道内圧による案内を使用する例示的な挿入法は、本明細書で上述したものと同様または同一でよい。プローブがＧＥＪから約５ｃｍの位置に配置されると、ヘリカルＳＥＣＭ撮像が開始される。例示的なプローブ内部の例示的な光学系構成は、遠位食道から近位食道へ例えば約１０ｃｍの長さにわたって、約０．５ｍｍ／秒の速度でヘリカルスキャンで引き戻すことができ、これにより例えば約２．９分の引き戻し時間となる。例示的なＳＥＣＭデータをリアルタイムで処理して、引き戻しが完了した直後に閲覧して、データが診断品質であることを確認することができる。経鼻プローブの例示的な光学系構成を位置決めし直すことができ、必要な場合または望まれる場合には例示的な撮像処置を繰り返すことができる。例示的な撮像処置の後、次いで、例示的な経鼻プローブを患者から取り外すことができる。本明細書で説明する方法に従って、患者、撮像領域、あるいは１つまたは複数の高出力領域に関して好酸球を識別して計数することができる。次いで、定性的なユーザ適用基準、半自動、または自動画像処理構成を使用して、ＳＥＣＭまたはＲＣＭデータセットに対して、基底層過形成、脱顆粒、膿瘍、基底膜線維化を含めたＥｏＥの他の特徴を表すことができる。その後、この情報を使用して、ＥｏＥの診断を行う、または患者の診断ステータスに関する追加情報を提供することができる。
【００８９】
したがって、本開示の例示的実施形態は、食道好酸球を監視するための低侵襲性技術を提供することができる。そのような進歩は、好酸球監視のコストを下げることができ、好酸球評価処置を追跡検査するための患者許容度を高める。さらに、例示的な技術は、将来の研究において疾患の病態生理学および自然史を見出すのに有用となり得る。
【００９０】
以上のことは、本発明の原理を例示したにすぎない。本明細書における教示に鑑みて、説明した実施形態に対して様々な修正および変更を行うことができることが当業者には明らかであろう。実際、本開示の例示的実施形態による構成、システム、および方法は、任意のＯＣＴシステム、ＯＦＤＩシステム、ＳＤ−ＯＣＴシステム、または他の撮像システムと共に使用することができ、例えば、２００４年９月８日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２９１４８号、２００５年１１月２日出願の米国特許出願第１１／２６６７７９号、および２００４年７月９日出願の米国特許出願第１０／５０１２７６号に記載されているシステムと共に使用することができ、これらの開示全体を参照により本明細書に組み込む。したがって、本明細書に明示的には図示または記載していないが、本発明の原理を具現化し、したがって本開示の精神および範囲内に含まれる多くのシステム、構成、および方法を当業者が開発することができることを理解されたい。さらに、従来技術の知識を、上で参照により本明細書に明示的に組み込んでいなかった範囲まで、その全体を本明細書に明示的に組み込む。本明細書において上で参照したすべての公開文献の全体を参照により本明細書に組み込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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