(57)【要約】  いくつかの態様において、本開示は、対象の上皮組織における疾患を同定するための方法を提示する。上皮組織における疾患を同定するための方法は、上皮組織の表面に向けられた光のパルスによって組織から生成された信号を使用して、上皮組織の深度プロファイルを生成することを含む。本開示は、いくつかの態様で、本明細書の方法と一致する装置を提示する。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の上皮組織における疾患を同定するための方法であって、
（ａ）単一の光ビームのパルスを光源から前記上皮組織の表面に向けて送るために光プローブを使用するステップであって、前記単一の光ビームのパルスが、前記上皮組織に接触すると、前記上皮組織の固有の特性を示す信号を生成するステップと、
（ｂ）前記単一の光ビームの前記パルスの複数の異なる焦点面で少なくとも前記信号のサブセットを収集するステップと、
（ｃ）前記上皮組織の深度プロファイルを生成するために、前記信号の前記サブセットを処理するためにプログラムされたコンピュータプロセッサを使用するステップであって、前記深度プロファイルが、前記対象の前記上皮組織における前記疾患を同定するために使用可能であるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
（ａ）〜（ｃ）が、前記対象から前記上皮組織を除去せずに実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ａ）〜（ｃ）が、前記対象に造影剤を投与せずに実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記単一の光ビームの前記パルスが偏光されていない光を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記単一の光ビームの前記パルスが偏光されている光を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記偏光されている光が回転されている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記単一の光ビームの前記パルスの波長が４００ｎｍよりも長い、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記疾患が上皮癌である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記上皮癌が皮膚癌である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記深度プロファイルが、少なくとも前記上皮組織の基底層の下まで延びる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記上皮組織に対する移動性レンズの相対的な位置を変更するステップであって、前記複数の異なる焦点面を生成するために、前記移動性レンズが前記光プローブと光学的に通信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記上皮組織に対する前記移動性レンズの相対的な位置を変更するステップは、前記移動性レンズを移動させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記移動性レンズが少なくとも０．５Ｈｚのサイクリックレートで移動される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電気的又は電気機械的に調整可能なレンズの曲率を変調するステップであって、複数の異なる焦点面を生成するように、前記電気的又は電気機械的に調整可能なレンズが前記光プローブと電気的又は電気機械的に通信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記信号の前記サブセットが、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記収集するステップが、周囲光の存在下で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記深度プロファイルが単色画像を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記深度プロファイルが多色画像を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記対象の前記上皮組織における前記疾患の位置を示す境界を描くことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記上皮組織の前記固有の特性に関連する前記信号が、光電子増倍管（ＰＭＴ）センサによって検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＰＭＴセンサのパワー及び利得が、画像の質を向上させるように変調される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記上皮組織の前記固有の特性に関連する前記信号が、ハイブリッドＰＭＴ／アバランシェフォトダイオードセンサによって検出される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
中空光パイプ針を前記上皮組織に挿入することによって、前記深度プロファイルの最大分解深度が増加する、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記中空光パイプ針が単一の針である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記中空光パイプ針が中空光パイプ針のリングである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記単一の光ビームの前記パルスが前記ＰＭＴセンサによる検出と同期される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
（ａ）が前記対象の前記上皮組織を貫通することなく行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
対象の上皮組織における疾患を同定するための方法であって、
（ａ）前記対象の前記上皮組織を貫通することなく、光のパルスを光源から前記上皮組織の表面に向けて送るために光プローブを使用するステップであって、前記光のパルスが、前記上皮組織に接触すると、前記上皮組織の固有の特性を示す信号を生成し、移動性レンズを使用して前記光のパルスが前記上皮組織に対して複数の異なる相対的な位置で前記上皮組織に向けられるステップと、
（ｂ）前記光のパルスから生成された前記信号の少なくともサブセットを収集するステップと、
（ｃ）上皮組織のプロファイルを生成するために、前記信号の前記サブセットを処理するためにプログラムされたコンピュータプロセッサを使用するステップであって、前記プロファイルが、前記対象の前記上皮組織における前記疾患を同定するために使用可能であるステップと
を含む、方法。
【請求項２９】
前記光のパルスが、単一の光ビームのパルスである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記プロファイルが深度プロファイルである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記光プローブが前記上皮組織の前記表面と接触している、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記接触がモニタされる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記光プローブが前記上皮組織の前記表面を横切って移動することが可能である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記収集するステップが、周囲光の存在下で行われる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記光プローブは、検出される周囲光の量を減少させる光シールドを備える、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記光シールドは、複数の不透明な毛の層を備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記光シールドが格納式である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記光プローブは、前記光のパルスから生成された前記信号の収集中に存在する周囲光の量を検出する追加のセンサを備え、前記プログラムされたコンピュータプロセッサは、前記周囲光の前記量を前記光のパルスから生成された前記信号から除去するようプログラムされている、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記プロファイルが、カスタマイズ可能なディスプレイに提示される、請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記カスタマイズ可能なディスプレイは、前記光プローブに取り付けられる、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記カスタマイズ可能なディスプレイは、前記光プローブから取り外し可能である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記カスタマイズ可能なディスプレイは、前記光プローブに取り付けられた携帯電話のディスプレイである、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記カスタマイズ可能なディスプレイがズーム機能を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記カスタマイズ可能なディスプレイは、ワイドスクリーンと高解像度ビューとの間でトグルする、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
対象の上皮組織における疾患を同定するための装置であって、
単一の光ビームのパルスを光源から前記上皮組織の表面に向けて送る光プローブであって、前記単一の光ビームのパルスが、前記上皮組織に接触すると、前記上皮組織の固有の特性を示す信号を生成する光プローブと、
前記光プローブと光学的に通信する移動性レンズであって、使用時に、前記上皮組織に対して複数の異なる焦点面を生成する移動性レンズと、
前記信号を処理して前記上皮組織の深度プロファイルを生成するために、個別又は集合的にプログラムされた１つ以上のコンピュータプロセッサであって、前記深度プロファイルが、前記対象の前記上皮組織における前記疾患を同定するために使用可能であるコンピュータプロセッサと
を備える、装置。
【請求項４６】
対象の上皮組織における疾患を同定するための装置であって、
単一の光ビームのパルスを光源から前記上皮組織の表面に向けて送る光プローブであって、前記単一の光ビームのパルスが、前記上皮組織に接触すると、前記上皮組織の固有の特性を示す信号を生成する光プローブと、
前記光プローブと電気的又は電気機械的に通信する電気的又は電気機械的に調整可能なレンズであって、前記電気的又は電気機械的に調整可能なレンズの曲率を変調することによって、前記上皮組織に対して複数の異なる焦点面が得られる電気的又は電気機械的に調整可能なレンズと、
前記信号を処理して前記上皮組織の深度プロファイルを生成するために、個別又は集合的にプログラムされた１つ以上のコンピュータプロセッサであって、前記深度プロファイルが、前記対象の前記上皮組織における前記疾患を同定するために使用可能であるコンピュータプロセッサと
を備える、装置。
【請求項４７】
前記光プローブが光フィルタをさらに備え、前記光フィルタは、前記信号のサブセットを収集する、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記光プローブは、光フィルタをさらに備え、前記光フィルタは、前記信号のサブセットを収集し、前記信号のサブセットは、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項４９】
前記光源が、約２００フェムト秒未満のパルス持続時間を有する超高速パルスレーザを備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項５０】
前記光プローブが共焦点顕微鏡ではない、請求項４５に記載の装置。
【請求項５１】
前記移動性レンズは、前記複数の異なる焦点面を生成するように移動される、請求項４５に記載の装置。
【請求項５２】
前記移動性レンズが前記移動性レンズを移動させるアクチュエータに連結される、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記光プローブが前記上皮組織の前記表面と接触している、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項５４】
前記光プローブと前記上皮組織の前記表面との間の変位を検出するセンサをさらに備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項５５】
前記光プローブが、前記信号を収集する光電子増倍管（ＰＭＴ）を備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項５６】
前記光プローブは、前記信号を収集する光電子増倍管（ＰＭＴ）を備え、前記光電子増倍管（ＰＭＴ）は、活性化可能なシャッタをさらに備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項５７】
前記深度プロファイルがディスプレイ上の単色画像を含む、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項５８】
前記深度プロファイルがディスプレイ上の多色画像を含む、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項５９】
前記対象の前記上皮組織における前記疾患の位置を示す境界を描くためのマーキング用器具をさらに備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項６０】
前記光プローブがハンドヘルド式ハウジングを備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項６１】
前記光プローブが、前記信号を収集するハイブリッド光電子増倍管（ＰＭＴ）／アバランシェフォトダイオードを備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項６２】
前記装置がポータブル装置である、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項６３】
前記ポータブル装置がバッテリによって電力供給される、請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
前記ポータブル装置は、車輪を備える、請求項６２に記載の装置。
【請求項６５】
前記ポータブル装置は、ハウジング内に収容される、請求項６２に記載の装置。
【請求項６６】
前記ポータブル装置は、前記光プローブによって検出できない波長範囲内の光を放射するフィルタリングされた光源を備える、請求項６２に記載の装置。
【請求項６７】
前記ハンドヘルド式ハウジングは、表示画面をさらに備える、請求項６０に記載の装置。
【請求項６８】
前記表示画面は、取り外し可能な表示画面である、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記取り外し可能な表示画面が携帯電話の表示画面である、請求項６８に記載の装置。
【請求項７０】
前記表示画面はズーム機能を有する、請求項６７に記載の装置。
【請求項７１】
前記表示画面は、ワイドスクリーンと高解像度ビューとの間でトグルする、請求項６７に記載の装置。
【請求項７２】
前記表示画面は、前記表示画面上の上皮特徴のマーキングを可能にする編集可能な特徴を備える、請求項６７に記載の装置。
【請求項７３】
前記ハンドヘルド式ハウジングは、少なくとも１つのカメラをさらに備える、請求項６７に記載の装置。
【請求項７４】
前記少なくとも１つのカメラは巨視的画像を生成する、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記表示画面が分割され、前記巨視的画像と前記深度プロファイルの多色画像とを含む、請求項７４に記載の装置。
【請求項７６】
前記光プローブが、使い捨てのプローブ先端をさらに備える、請求項４５又は４６に記載の装置。
【請求項７７】
対象の上皮組織における疾患を同定するためのポータブル装置であって、（ｉ）単一の光ビームのパルスを前記上皮組織の表面に向けて送る光プローブであって、前記単一の光ビームのパルスが、前記上皮組織に接触すると、前記上皮組織の固有の特性を示す信号を生成する光プローブと、（ｉｉ）前記信号を処理して前記上皮組織の深度プロファイルを生成するために、個別又は集合的にプログラムされた１つ以上のコンピュータプロセッサであって、前記深度プロファイルが、前記対象の前記上皮組織における前記疾患を同定するために使用可能であるコンピュータプロセッサを備え、前記光プローブは約１ポンド以下の重量及び約１ｆｔ２以下のフットプリントを有するポータブル装置。
【請求項７８】
前記光プローブは、前記上皮組織の前記表面を貫通することなく、前記単一のビーム光の前記パルスを前記上皮組織の前記表面に送るように構成されている、請求項７７に記載のポータブル装置。
【請求項７９】
前記光プローブは、光フィルタをさらに備え、前記光フィルタは、前記信号のサブセットを収集し、前記信号のサブセットは、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項７７に記載のポータブル装置。
【請求項８０】
前記重量は、約０．５ポンド以下である、請求項７７に記載のポータブル装置。
【請求項８１】
前記フットプリントが約０．５ｆｔ２以下である、請求項７７に記載のポータブル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、２０１６年３月８日に出願された米国仮特許出願第６２／３０５，２０７号、及び２０１６年１２月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／４３７，５０７号に対する優先権を主張する。これらの各々は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
上皮癌の一種である皮膚癌は、最も一般的な癌の１つである。皮膚癌は、頬や、眼、鼻、口の近くなどの顔の領域を含め、身体の様々な部分で発生し得る。皮膚癌は、転移を防ぐために外科的に除去することができる。外科手術の目標が、顔から健常な皮膚を過度に除去することなく、すべての癌を除去することである場合がある。これを行うために、外科医は、目に見える皮膚癌の病変又は癌が存在する皮膚の領域のまわりに境界を描き、次にその境界に沿って癌を除去すべく切ることができる。場合によっては、一部の健常な組織を除去して、すべてではないにしてもほとんどの癌を確実に除去することもできる。この種の外科手術は、１９３０年代に手技を発明した外科医にちなんで、モース術と呼ばれることがある。モース術は導入以来ほとんど変わらず、毎年２５０万回以上の手術が米国で行われている。
【０００３】
モース術は、癌の境界を知らなくても行うことができ、場合によっては、除去する組織の量を確実に判定することができない場合がある。その結果、健常な皮膚が除去される可能性がある。手術の半分程度で、癌が残り得る。この処置の間、外科医が除去された組織を分析している間、患者は待つことがある。この分析は、場合によっては、顕微鏡分析のための組織の組織学的調製を伴う場合があり、その過程は約１時間かかる可能性がある。外科医、又は場合によっては病理学者は、次いで、除去された組織の境界が癌を含むか癌を含まないかどうかを判断するために組織を検査し得る。これらの外科手術の約半分の場合のように、何らかの癌が残っている場合、より多くの組織を除去するために第２の外科処置を行う場合がある。次いで、その組織は、患者が結果を再び待つ間に顕微鏡分析のために調製する場合がある。これらの症例の約２０％において、いくらかの癌が依然として存在する可能性があり、第３の手術が必要とされる可能性がある。すべての癌を除去するためには、最大８回の手術が必要になることがある。このプロセスは、患者にとって苦痛であり、保険会社にとっては高額であり、外科医にとっては非効率的であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書では、皮膚疾患の非侵襲的検出に有用であり得る方法及び装置が提示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、対象の上皮組織における疾患を同定するための方法は、（ａ）単一の光ビームのパルスを光源から上皮組織の表面に向けて送るために光プローブを使用するステップであって、前記単一の光ビームのパルスが、上皮組織に接触すると、上皮組織の固有の特性に関する信号を生成するステップと、（ｂ）単一の光ビームのパルスの複数の異なる焦点面で少なくとも信号のサブセットを収集するステップと、（ｃ）信号のサブセットを処理して上皮組織の深度プロファイルを生成するために、プログラムされたコンピュータプロセッサを使用するステップであって、前記深度プロファイルが、対象の上皮組織における疾患を同定するために使用可能であるステップとを含む。いくつかの実施形態において、（ａ）〜（ｃ）は、対象から上皮組織を除去せずに実施される。いくつかの実施形態では、（ａ）〜（ｃ）は、対象に造影剤を投与せずに実施される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、単一の光ビームのパルスは偏光されていない光を含む。いくつかの実施形態では、単一の光ビームのパルスは偏光された光を含む。いくつかの実施形態では、偏光された光が回転される。いくつかの実施形態では、単一の光ビームのパルスの波長が４００ｎｍよりも長い。
【０００７】
いくつかの実施形態では、疾患は上皮癌である。いくつかの実施形態では、上皮癌は皮膚癌である。いくつかの実施形態では、深度プロファイルが、少なくとも上皮組織の基底層の下まで延びる。いくつかの実施形態では、方法は、複数の異なる焦点面を生成するために、移動性レンズが光プローブと光学的に通信する、上皮組織に対する移動性レンズの相対的な位置を変更するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、上皮組織に対する移動性レンズの相対的な位置を変更するステップは、移動性レンズを移動させることを含む。いくつかの実施形態では、移動性レンズが少なくとも０．５Ｈｚのサイクリックレートで移動される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、方法は、電気的又は電気機械的に調整可能なレンズが光プローブと電気的又は電気機械的に通信して、複数の異なる焦点面を生成するよう電気的又は電気機械的に調整可能なレンズの曲率を変調するステップをさらに含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、信号のサブセットが、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、収集するステップが、周囲光の存在下で行われる。いくつかの実施形態では、深度プロファイルが単色画像を含む。いくつかの実施形態では、深度プロファイルは多色画像を含む。いくつかの実施形態では、方法は、対象の上皮組織における疾患の位置を示す境界を描くことをさらに含む。いくつかの実施形態において、（ａ）は、対象の上皮組織に貫通することなく行われる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、上皮組織の固有の特性に関連する信号が、光電子増倍管（ＰＭＴ）センサによって検出される。いくつかの実施形態では、ＰＭＴセンサのパワー及び利得が、画像の質を向上させるように変調される。いくつかの実施形態において、上皮組織の固有の特性に関連する信号が、ハイブリッドＰＭＴ／アバランシェフォトダイオードセンサによって検出される。いくつかの実施形態では、単一の光ビームのパルスがＰＭＴセンサによる検出と同期される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、中空光パイプ針を上皮組織に挿入することによって、深度プロファイルの最大分解深度が増加する。いくつかの実施形態では、中空光パイプ針が単一の針である。いくつかの実施形態では、中空光パイプ針が中空光パイプ針のリングである。
【００１２】
別の態様では、対象の上皮組織における疾患を同定するための方法は、（ａ）対象の上皮組織を貫通することなく、光のパルスを光源から上皮組織の表面に向けて送るために光プローブを使用するステップであって、光のパルスが、上皮組織に接触すると、上皮組織の固有の特性に関連する信号を生成し、光のパルスが上皮組織に対して複数の異なる相対的な位置で移動性レンズを使用して上皮組織に向けられるステップと、（ｂ）光のパルスから生成された信号の少なくともサブセットを収集するステップと、（ｃ）信号のサブセットを処理して上皮組織のプロファイルを生成するためにプログラムされたコンピュータプロセッサを使用するステップであって、プロファイルが、対象の上皮組織における疾患を同定するために使用可能であるステップとを含む。いくつかの実施形態では、光のパルスが、単一の光ビームのパルスである。いくつかの実施形態では、プロファイルは深度プロファイルである。いくつかの実施形態では、光プローブは、上皮組織の表面と接触することができる。いくつかの実施形態では、接触がモニタされる。いくつかの実施形態では、光プローブは上皮組織の表面を横切って移動することが可能である。
【００１３】
いくつかの実施形態では、収集するステップが、周囲光の存在下で行われる。いくつかの実施形態では、光プローブは、検出された周囲光の量を減少させる光シールドを備える。いくつかの実施形態では、光シールドは、複数の不透明な毛の層を備える。いくつかの実施形態では、光シールドは格納式である。いくつかの実施形態では、光プローブは、光のパルスから生成された信号の収集中に存在する周囲光の量を検出する追加のセンサを備え、プログラムされたコンピュータプロセッサは、周囲光の量を光のパルスから生成された信号から除去するようプログラムされている。
【００１４】
いくつかの実施形態では、プロファイルが、カスタマイズ可能なディスプレイに提示される。いくつかの実施形態では、カスタマイズ可能なディスプレイは、光プローブに取り付けられる。いくつかの実施形態では、カスタマイズ可能なディスプレイは、光プローブから取り外し可能である。いくつかの実施形態では、カスタマイズ可能なディスプレイは、光プローブに取り付けられた携帯電話のディスプレイである。いくつかの実施形態では、カスタマイズ可能なディスプレイがズーム機能を有する。いくつかの実施形態では、カスタマイズ可能なディスプレイは、ワイドスクリーンと高解像度ビューとの間でトグルする。
【００１５】
別の態様では、対象の上皮組織における疾患を同定するための装置は、単一の光ビームのパルスを光源から上皮組織の表面に向けて送る光プローブであって、単一の光ビームのパルスが、上皮組織に接触すると、上皮組織の固有の特性に関連する信号を生成する光プローブと、光プローブと光学的に通信する移動性レンズであって、使用時に、上皮組織に対して複数の異なる焦点面を生成する移動性レンズと、信号を処理して上皮組織の深度プロファイルを生成するためにプログラムされたコンピュータプロセッサであって、深度プロファイルが、対象の上皮組織における疾患を同定するために使用可能であるコンピュータプロセッサとを備える。
【００１６】
別の態様では、対象の上皮組織における疾患を同定するための装置は、単一の光ビームのパルスを光源から上皮組織の表面に向けて送る光プローブであって、単一の光ビームのパルスが、上皮組織に接触すると、上皮組織の固有の特性に関連する信号を生成する光プローブと、光プローブと電気的又は電気機械的に通信する電気的又は電気機械的に調整可能なレンズであって、電気的又は電気機械的に調整可能なレンズの曲率を変調することによって、上皮組織に対して複数の異なる焦点面が得られる電気的又は電気機械的に調整可能なレンズと、信号を処理して上皮組織の深度プロファイルを生成するためにプログラムされたコンピュータプロセッサであって、深度プロファイルが、対象の上皮組織における疾患を同定するために使用可能であるコンピュータプロセッサとを備える。
【００１７】
いくつかの実施形態では、光プローブが光フィルタをさらに備え、光フィルタは、信号のサブセットを収集する。いくつかの実施形態では、光プローブは、光フィルタをさらに備え、光フィルタは、信号のサブセットを収集し、信号のサブセットは、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを備える。いくつかの実施形態では、光源が、約２００フェムト秒未満のパルス持続時間を有する超高速パルスレーザを備える。いくつかの実施形態では、光プローブは共焦点顕微鏡ではない。いくつかの実施形態では、移動性レンズは、複数の異なる焦点面を生成するように移動される。いくつかの実施形態では、移動性レンズは、移動性レンズを移動させるアクチュエータに連結される。いくつかの実施形態では、光プローブは、上皮組織の表面と接触する。いくつかの実施形態では、装置は、光プローブと上皮組織の表面との間の変位を検出するセンサをさらに備える。いくつかの実施形態では、光プローブが、信号を収集する光電子増倍管（ＰＭＴ）を備える。いくつかの実施形態では、光プローブは、信号を収集する光電子増倍管（ＰＭＴ）を備え、光電子増倍管（ＰＭＴ）は、活性化可能なシャッタをさらに備える。いくつかの実施形態では、深度プロファイルがディスプレイ上の単色画像を含む。いくつかの実施形態では、深度プロファイルがディスプレイ上の多色画像を含む。いくつかの実施形態では、装置は、対象の上皮組織における疾患の位置を示す境界を描くためのマーキング用器具をさらに備える。いくつかの実施形態では、光プローブがハンドヘルド式ハウジングを備える。いくつかの実施形態では、光プローブが、信号を収集するハイブリッド光電子増倍管（ＰＭＴ）／アバランシェフォトダイオードを備える。
【００１８】
いくつかの実施形態では、装置がポータブル装置である。いくつかの実施形態では、ポータブル装置がバッテリによって電力供給される。いくつかの実施形態では、ポータブル装置はホイールを含む。いくつかの実施形態では、ポータブル装置はハウジング内に収容される。いくつかの実施形態では、ポータブル装置は、光プローブによって検出できない波長範囲内の光を放射するフィルタリングされた光源を備える。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ハンドヘルド式ハウジングは、表示画面をさらに備える。いくつかの実施形態では、表示画面は、取り外し可能な表示画面である。いくつかの実施形態では、表示画面がズーム機能を有する。いくつかの実施形態では、表示画面は、ワイドスクリーンと高解像度ビューとの間でトグルする。いくつかの実施形態では、表示画面は、表示画面上上皮特徴のマーキングを可能にする編集可能な特徴を備える。
【００２０】
いくつかの実施形態では、ハンドヘルド式ハウジングは、少なくとも１つのカメラをさらに備える。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのカメラは巨視的画像を生成する。いくつかの実施形態では、表示画面が分割され、巨視的画像と深度プロファイルの多色画像とを含む。いくつかの実施形態では、光プローブが、使い捨てのプローブ先端をさらに備える。
【００２１】
別の態様では、対象の上皮組織における疾患を同定するためのポータブル装置は、（ｉ）単一の光ビームのパルスを当該の上皮組織の表面に向けて送る光プローブであって、単一の光ビームのパルスが、上皮組織に接触すると、当該の上皮組織の固有の特性を示す信号を生成する光プローブと、（ｉｉ）当該の信号を処理して当該の上皮組織の深度プロファイルを生成するために、個別又は集合的にプログラムされた１つ以上のコンピュータプロセッサであって、深度プロファイルが、対象の当該の上皮組織における当該の疾患を同定するために使用可能であるコンピュータプロセッサを備え、当該の記光プローブは約１ポンド以下の重量及び約１ｆｔ２以下のフットプリントを有する。
【００２２】
いくつかの実施形態では、光プローブは、上皮組織の表面を貫通することなく、単一のビーム光のパルスを上皮組織の表面に送るように構成されている。いくつかの実施形態では、光プローブは、光フィルタをさらに備え、光フィルタは、信号のサブセットを収集し、信号のサブセットは、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを備えている。いくつかの実施形態では、重量は約０．５ポンド以下である。いくつかの実施形態では、フットプリントは約０．５ｆｔ２以下である。
【００２３】
本開示のさらなる態様及び利点は、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。それにおいて、本開示の例示的な実施形態のみが示されて記載されている。理解されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて開示から逸脱することなく様々な明白な点で変更可能である。したがって、図面及び説明は、本質的に例示的であるとみなされるべきであり、限定的ではないとみなされるべきである。
【００２４】
参照による組み込み
個々の刊行物、特許、又は特許出願が具体的かつ個別に参照により組み込まれることを示しているかのように、それと同程度に、本明細書にて言及されるすべての刊行物、特許、及び特許出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２５】
本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴及び利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明、及び添付の図面（「Ｆｉｇｕｒｅ（図）」や「ＦＩＧ（図）」とも本明細書では称される）を参照することによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】約７８０ｎｍの光のパルスによる第２高調波及び２光子蛍光信号の発生を示す図である。
【図２】疾患を同定するため組織の深度プロファイルを生成するために使用され得る装置の図である。
【図３Ａ】上皮組織における疾患を同定するための方法を示す。
【図３Ｂ】上皮組織における疾患を同定するための方法を示す。
【図４】周辺マージン評価（例えば、健常及び癌）における２つの可能な組織学的結果を示す。
【図５】いくつかの光プローブを示す図である。
【図６Ａ】古典的病理分析及びリアルタイムの多色深度プロファイルに由来する試料を示す。
【図６Ｂ】古典的病理分析及びリアルタイムの単色深度プロファイル由来する試料を示す図である。
【図７Ａ】モース顕微鏡手術の実例を示す。
【図７Ｂ】モース顕微鏡手術のいくつかの段階及び各段階の関連する処理時間を示す。
【図８】上皮組織における疾患を同定するための撮像システムの設定を示す。
【図９】撮像システムの光学システムモジュールを概略的に示す。
【図１０Ａ】例示的なファイバ発射モジュールの要素を示す。
【図１０Ｂ】例示的なファイバ発射モジュールの要素を示す。
【図１１Ａ】例示的なスキャナモジュールの要素を示す。
【図１１Ｂ】例示的なスキャナモジュールの要素を示す。
【図１２Ａ】例示的な第１の収集モジュールの要素を示す。
【図１２Ｂ】例示的な第１の収集モジュールの要素を示す。
【図１３Ａ】例示的な光プローブモジュールの要素を示す。
【図１３Ｂ】例示的な光プローブモジュールの要素を示す。
【図１４Ａ】例示的な第２の収集モジュールの要素を示す。
【図１４Ｂ】例示的な第２の収集モジュールの要素を示す。
【図１５Ａ】上皮組織の垂直面すなわち深度プロファイルの走査を示す。
【図１５Ｂ】最大画質のための垂直面すなわち深度プロファイル走査中のパワー及びＰＭＴ利得変調を示す。
【図１５Ｃ】正弦波走査からの画像歪みを除去するための湾曲した表示画面の使用を示す。
【図１５Ｄ】ハンドヘルド式装置の格納式光シールドを示す。
【図１５Ｅ】取り付けられている、及び取り付け可能な表示画面を有するハンドヘルド式装置を示す。
【図１６Ａ】バッテリ駆動のポータブルシステムを示す。
【図１６Ｂ】異なるスペクトル応答の上皮組織の特徴の３色の撮像を示す。
【図１６Ｃ】モールドされた光ソーターを示す。
【図１６Ｄ】物理的な場所マーキング機構を備えたハンドヘルド式装置を示す。
【図１６Ｅ】プローブの外部視覚位置マッピングを有するハンドヘルド式装置を示す図である。
【図１６Ｆ】プローブのデジタル位置マッピングを示す図である。
【図１７Ａ】航行光の検知及びパルス化に同期するハンドヘルド式装置を示す。
【図１７Ｂ】例示的な皮膚鏡及び顕微鏡の組み合わせを示す。
【図１７Ｃ】スペクトルフィルタリングを伴う照明を統合したシステムを示す。
【図１７Ｄ】携帯電話アダプタを有するハンドヘルド式装置を示す。
【図１７Ｅ】高解像度と広視野とをトグルすることができるズーム機能付きディスプレイを示す。
【図１７Ｆ】単一の深部マージン光パイプ針を備えたプローブと、深部マージン光パイプ針のリングを備えるプローブとを示す。
【図１８】患者の顔面における使い捨て光プローブ撮像組織を有するハンドヘルド式装置の使用を示す。
【図１９】ハンドヘルド式装置の内部特徴の図解を示す。
【図２０】第２高調波周波数２倍器の図解を示す。
【図２１Ａ】ｚ平面の上皮組織を走査する例示的な装置を示す。
【図２１Ｂ】ｚ平面の組織を走査するための装置のための励起経路の例示的な設計を示す。
【図２２】水平面で上皮組織を走査する例示的な装置を示す。
【図２３】深度プロファイル走査の間に使用され得る例示的なリレーレンズを示す。
【図２４】組織を走査するために使用され得る収集光学系の例示的な構成を示す。
【図２５】ハンドヘルド式装置からの結合信号を個々の信号に分割する収集装置の図解を示す。
【図２６】使い捨ての非侵襲性プローブの図解を示す。
【図２７Ａ】例示的なハンドヘルド式装置の内部特徴の複数の向きを示す。
【図２７Ｂ】例示的なハンドヘルド式装置の内部特徴の複数の向きを示す。
【図２７Ｃ】例示的なハンドヘルド式装置の内部特徴の複数の向きを示す。
【図２８】本明細書で提供される方法を実施するようにプログラムさもなければ構成されたコンピュータ制御システムの例示的な概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の様々な実施形態が本明細書に示され説明されてきたが、そのような実施形態が単なる例示として提示されていることは、当業者に明らかであろう。本発明から逸脱することなく、多くの変形、変更、及び置換をすることを、当業者は思い浮かべることができる。本明細書に記載された本発明の実施形態の様々な代替物を使用することができることを理解されたい。
【００２８】
本明細書で使用される「対象」という用語は、一般に、哺乳動物などの動物を示す。対象は、ヒト又は非ヒト哺乳動物であり得る。対象は、疾患に罹患しているか、疾患に罹患している疑いがあるものとし得る。場合によっては、対象は、治療して疾患の症状を緩和する、又は疾患の対象を治癒することが所望される。対象は、医者などの医療従事者による治療を受けている患者であってもよい。
【００２９】
本明細書で使用される「疾患」という用語は、一般に、異常な状態、又は対象の一部又は全部が罹患する生物学的機能の障害又は臓器などの生物学的構造の障害を示す。疾患は、元来、感染性疾患などの外部要因に起因する要因、又は自己免疫疾患などの内的機能障害によって引き起こされる可能性がある。疾患とは、罹患した対象に痛み、機能不全、苦痛、社会的問題、及び／又は死を引き起こす任意の状態を示し得る。疾患は、急性的な状態であっても慢性的な状態であってもよい。疾患は、ウイルス、細菌、真菌、原生動物、多細胞生物、及びプリオンとして知られる異常タンパク質を含む病原性の微生物病原体の存在に起因し得る感染性疾患を意味し得る。疾患は、限定されるものではないが、癌及び遺伝性疾患を含む非感染性疾患を意味し得る。場合によっては、疾患を治癒できる。場合によっては、疾患を治癒できない。
【００３０】
本明細書で使用する「上皮組織」及び「上皮」という用語は、一般に、身体全体の血管及び臓器の腔部及び表面を覆う組織を示す。上皮組織は上皮細胞を含み、その中に、通常扁平、円柱及び立方体の３つの形状が存在する。上皮細胞は、扁平、円柱又は立方体の細胞いずれかを含む単純な上皮として細胞の単一層に、又は扁平、円柱及び／又は立方体のいずれかを含む層状で深さを有する２つ以上の細胞の層に、配備され得る。
【００３１】
本明細書で使用する「基底層」という用語は、一般に、層状の上皮の層の１つを示す。基底層は、基底膜と接触し得る。これは、上皮が存在する上皮細胞によって分泌される細胞外マトリックスの層を示し得る。
【００３２】
本明細書で使用される「癌」という用語は、一般に、正常な増殖制御に対する感受性を失った細胞の増殖によって引き起こされる又は特徴付けられる増殖性障害を示す。同じ組織型の癌は、通常、同じ組織に由来し、その生物学的特性に基づいて異なるサブタイプに分けることができる。癌のカテゴリーの非限定的な例は、癌腫（上皮細胞由来）、肉腫（結合組織又は中胚葉由来）、白血病（血液形成組織由来）及びリンパ腫（リンパ組織由来）である。癌は、体のあらゆる器官や組織に関与し得る。癌の定義を限定しない癌の具体例は、メラノーマ、白血病、星状細胞腫、膠芽細胞腫、網膜芽腫、リンパ腫、神経膠腫、ホジキンリンパ腫及び慢性リンパ球性白血病を含み得る。様々な癌の影響を受け得る器官及び組織の例として、膵臓、乳房、甲状腺、卵巣、子宮、精巣、前立腺、下垂体、副腎、腎臓、胃、食道、直腸、小腸、結腸、肝臓、胆嚢、頭頸部、舌、口、眼及び眼窩、骨、関節、脳、神経系、皮膚、血液、鼻咽頭組織、肺、喉頭、泌尿器、子宮頸部、膣、外分泌腺及び内分泌腺が挙げられる。場合によっては、癌は多中心性であり得る。場合によっては、癌は未知の原発（ＣＵＰ）の癌であり得る。
【００３３】
本明細書で使用される「病変」という用語は、一般に、疾患の領域及び／又は疾患の疑いがある領域、創傷、切開及び／又は手術マージンの領域を示す。創傷には、擦り傷、擦過傷、切り傷、裂傷、切断、穿刺、深い切り傷、刃物での傷、及び／又は外来生物が浸透するのに十分な出血及び／又は皮膚の外傷を引き起こすいずれかの傷害が含まれ得るが、これらに限定されない。切開は、非限定的に、外科処置などの治療中に、医師、看護師、助産婦、及び／又は実地看護婦、及び歯科専門家などの医療専門家によって作られたものが含まれ得る。
【００３４】
本明細書で用いられる「組織病理学」という用語は、一般に、疾患の徴候を研究するための組織の顕微鏡検査を示す。組織を対象から除去し、次いで顕微鏡検査のために調製することができる。試料は、凍結切片で化学的に固定又は処理し、次いで１つ以上の色素、顔料及び／又は抗体などで染色することができる。染色は、例えば、細胞の成分及び組織構造成分を明らかにすること、及び／又はコントラストを増強することによって、組織の検査を促進すべく使用できる。
【００３５】
本明細書で使用される「光」という用語は、一般に、赤外線（例えば、約７００ｎｍ〜約１ｍｍ）から紫外線（例えば、約１０ｎｍ〜約３８０ｎｍ）までの波長の範囲の電磁放射線を示す。
【００３６】
本明細書で使用する「周囲光」という用語は、一般に、健康診断又は手術室の光など、環境又は対象を取り囲む光を示す。
【００３７】
本明細書で使用される「焦点面」という用語は、一般に、レンズ又はミラーの軸に垂直であり、レンズ又はミラーの焦点を通る平面を示す。焦点は、一般に、平行な光線が収束して試料の画像を形成することができるレンズ又はミラーの軸上の点を示す。
【００３８】
本明細書で使用される「蛍光」という用語は、一般に、１つ以上の異なる波長の入射電磁放射線の吸収の結果として放出され得る放射線を示す。場合によっては、蛍光は、外因として提供されるタグ及び／又はマーカーからの放出に起因し得る。場合によっては、蛍光は、電磁放射線による励起に対する、１つ以上の内在する分子の固有の反応として生じ得る。
【００３９】
本明細書で使用する「自己蛍光」という用語は、一般に、電磁放射線による励起に対する、１つ以上の内在する分子の蛍光を示す。
【００４０】
本明細書で使用される「多光子励起」という用語は、一般に、複数の光子による蛍光体の励起を指し、蛍光性の光子の放出をもたらす。場合によっては、放出された光子は、励起光子よりも高いエネルギーである。
【００４１】
本明細書で使用される「第２高調波発生」及び「ＳＨＧ」という用語は、一般に、非線形材料と相互作用する光子が効果的に「結合されて」、約２倍のエネルギーを有し、そのため初期の光子の約２倍の周波数及び約半分（１／２）の波長を有する新しい光子を形成する非線形光学プロセスを示す。
【００４２】
本明細書で使用される「第３高調波発生」及び「ＴＨＧ」という用語は、一般に、非線形材料と相互作用する光子が効果的に「結合されて」、約３倍のエネルギーを有し、そのため初期の光子の約３倍の周波数及び約３分の１（１／３）の波長を有する新しい光子を形成する非線形光学プロセスを示す。
【００４３】
本明細書で使用する「偏光された光」という用語は、一般に、１つの平面で振動する波を有する光を示す。無偏光とは、一般に、複数の平面で振動する波を有する光を示すことができる。
【００４４】
本明細書で使用される「造影剤」という用語は、一般に、非限定的にフルオロフォア、金属ナノ粒子、ナノシェル複合体、及び光学的撮像技術を使用して得られる試料の画像のコントラストを高めるために試料に適用できる半導体ナノ結晶などの任意の薬剤を示す。フルオロフォアは、抗体標的化フルオロフォア、ペプチド標的化フルオロフォア、及び代謝活性の蛍光プローブであり得る。金属ナノ粒子は、光を散乱させることができる金や銀などの金属を含むことができる。ナノシェル複合体は、誘電体コアや金属シェルを含むナノ粒子を含むことができる。半導体ナノ結晶は、量子ドット、例えばセレン化カドミウム又は硫化カドミウムを含む量子ドットを含むことができる。
【００４５】
本明細書で使用される「深度プロファイル」という用語は、一般に、組織試料などの試料の垂直の断面又はほぼ垂直の断面を示す。例えば、皮膚組織などの組織試料の深度プロファイルは、一般に、皮膚組織の表面に対して垂直方向に延びる断面を示す。深度プロファイルは、試料の様々な深度において、例えば皮膚組織の様々な深さにおいて、情報を提供することができる。深度プロファイルは、リアルタイムで提供され得る。
【００４６】
本明細書で使用する「単色」という用語は、一般に、単一の色相の色を示す。
【００４７】
本明細書で使用する「多色」という用語は、一般に、２つ以上の色を示す。
【００４８】
本明細書で使用される「リアルタイムで」及び「リアルタイム」という用語は、一般に、即座で迅速で、オペレータの介入が不要で、自動及び／又はプログラム化していることを示す。リアルタイムには、フェムト秒、ピコ秒、ナノ秒、ミリ秒、秒、ならびにより長い、及びより短くてもよい時間間隔の測定値が含まれ得るが、これに限定されない。
【００４９】
上皮癌を検出するための光学的技術
本開示は、上皮の疾患及び皮膚の病態を診断するために使用され得る光学的技術を提示する。光学的撮像技術は、核及び細胞の形態を表示することができ、組織学のような試料処理を必要とせずに、新たに切除した組織又は生検組織の広い領域の腫瘍をリアルタイムで検出できるようにすることができる。また、光学的撮像法は、組織試料を切除し、切片化し、及び／又は染色することなく、疑わしい組織の非侵襲的なリアルタイムの視覚化を促進することができる。光学的撮像は、（例えば、線維症又は壊死を伴う領域を回避することによって）診断可能な組織の収率を改善し、不要な生検又は内視鏡での切除を最小限に抑え（例えば、新生物を炎症性病変と区別することによって）、リアルタイムで手術マージンを評価して、（例えば、限定的な切除を行うため）陰性マージンを確認することができる。組織の処理、切片化、及び染色を待つ必要なく、リアルタイムで組織試料を評価できることは、特にモース術の間などの時間的な制約がある状況において、診断所要時間を改善する可能性がある。上皮の疾患及び癌を診断するための光学的撮像技術の非限定的な例としては、多光子顕微鏡法、自己蛍光顕微鏡法、偏光顕微鏡法、共焦点顕微鏡法、ラマン分光法、光干渉断層撮影法、及び超音波断層法が挙げられる。
【００５０】
多光子顕微鏡法（ＭＰＭ）は、患者の皮膚組織のような生体検体中の固有の分子信号を撮像するために使用することができる。ＭＰＭでは、試料は通常の励起波長よりも長い波長、例えば２倍の長さ又は３倍の長さの光で照射される。ＭＰＭは、第２高調波発生顕微鏡（ＳＨＧ）及び第３高調波発生顕微鏡（ＴＨＧ）を含むことができる。第３高調波発生を使用して、神経組織を撮像することができる。
【００５１】
自己蛍光顕微鏡法は、本質的に蛍光性である生体分子（例えば、フルオロフォア）を撮像するために使用することができる。自己蛍光の内因性生体分子の非限定的な例には、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、コラーゲン、レチノール、及びトリプトファン及びトリプトファンのインドールアミン誘導体が含まれる。これらのフルオロフォアの蛍光レベルの変化、例えば腫瘍の進行は、光学的に検出することができる。変化は、細胞代謝経路の変化（ＮＡＤＨ、ＦＡＤ）又は変化した構造組織マトリックス（コラーゲン）と関連している可能性がある。
【００５２】
偏光は、生物学的構造を評価し、細胞の大きさや屈折率などのパラメータを調べるために使用することができる。屈折率は、細胞、例えば組織試料中の細胞の組成及び組織構造に関する情報を提供することができる。癌は組織の機構を著しく変える可能性があり、これらの変化は偏光された光によって光学的に検出できる。
【００５３】
また、共焦点顕微鏡法を用いて上皮組織を検査することもできる。可視性を高めるために、外因性造影剤を投与することが可能である。共焦点顕微鏡法は、約０．５〜１．０μｍの側方分解能を備える、生きているヒトの皮膚での約２〜５マイクロメーター（μｍ）の薄切片における核及び細胞形態の非侵襲的な撮像を提供することができる。共焦点顕微鏡法は、表皮などのインビボのミクロの解剖学的構造、及び個々の細胞、例えばメラノサイトを視覚化するために使用することができる。
【００５４】
また、ラマン分光法を用いて上皮組織を検査することもできる。ラマン分光法は、脂質、タンパク質、及びアミノ酸などの疾患進行バイオマーカーのスペクトルシグネチャを検出する非弾性散乱（いわゆる「ラマン」散乱）現象に依存する。
【００５５】
また、光干渉断層撮影法を用いて上皮組織を検査することもできる。光干渉断層撮影法は干渉計に基づいており、この場合、レーザ光線をビームスプリッタで分割し、光線の一部を試料に送り、光線の一部を基準点に送る。試料と基準からの反射光の組み合わせは、試料内の構造の空間的な寸法及び位置に関する情報を提供する反射率プロファイルを判定するために使用され得る干渉パターンをもたらすことができる。現在市販されている光干渉断層撮影システムは、約１０〜１５μｍの側方分解能を有し、約１ｍｍ以上の撮像深度を有する。この技術は、異なる層の組織の成分（例えば、細胞、結合組織など）を反映する３次元（３Ｄ）の画像のボリュームを迅速に生成することができるが、画像の解像度（例えば、組織顕微鏡の×４の対物レンズに類似）は、通常の組織病理学的診断には十分ではないことがある。
【００５６】
また、超音波を用いて上皮組織を検査することもできる。超音波を用いて、深度や血管分布などの上皮癌の関連特性を評価することができる。メラニンなどの色素の検出には超音波断層法が制限される場合があるが、組織学的分析を補完し、治療の決定に役立つ追加の詳細を提供することができる。これは、原発腫瘍の厚さや血流などの特性の非侵襲的評価に使用され、重大な管理上の決定の変更に役立つ可能性がある。
【００５７】
本明細書に開示される上皮の疾患及び皮膚の病態を診断するための方法は、多光子顕微鏡法、自己蛍光顕微鏡法、偏光顕微鏡法、共焦点顕微鏡法、ラマン分光法、光干渉断層撮影法、及び超音波断層法の１つ以上を含み得る。場合によっては、上皮の疾患及び／又は皮膚の病態を診断するための方法は、自己蛍光顕微鏡法及び多光子顕微鏡法を含む。代替として、上皮の疾患及び／又は皮膚の病態を診断するための方法は、自己蛍光顕微鏡法、多光子顕微鏡法、及び偏光顕微鏡法を含む。第２高調波発生顕微鏡法及び第３高調波発生顕微鏡法の両方を用いることができる。場合によっては、第２高調波発生顕微鏡法及び第３高調波発生顕微鏡法のうちの１つが使用される。
【００５８】
上皮組織における疾患を同定するための方法
対象の上皮組織における疾患を同定するための方法が本明細書に開示されている。一態様では、対象の上皮組織における疾患を同定する方法は、光の単一ビームのパルスを光源から上皮組織の表面に伝えるために光プローブを使用することを含むことができる。光の単一ビームのパルスは、上皮組織と接触すると、上皮組織の固有の特性に関連する信号を生成し得る。例えば、図１に示すように、約７８０ｎｍに集中される波長を有する光パルス１０１は、素子１０２と接触すると、第２高調波信号や２光子蛍光信号などの素子１０２の固有の特性に関する信号１０３を生成することができる。次に、信号の少なくとも一部のサブセットを、単一の光ビームのパルスの複数の異なる焦点面に集めることができる。次いで、信号のサブセットは、例えば、プログラムされたコンピュータプロセッサに補助されて処理をし、上皮組織の深度プロファイルを生成することができる。深度プロファイルは、対象の上皮組織における疾患を同定するために使用可能であり得る。
【００５９】
深度プロファイルは、リアルタイムで生成することができる。例えば、深度プロファイルは、光プローブが光源からの光の単一ビームのパルスを上皮組織の表面に向けて伝える間に生成される。深度プロファイルは、少なくとも１フレーム／秒（ＦＰＳ）、２ＦＰＳ、３ＦＰＳ、４ＦＰＳ、５ＦＰＳ、１０ＦＰＳ、又はそれを超えるフレームレートで生成されてもよい。フレームレートは、一般に、撮像装置がフレームと呼ばれる連続画像を表示する速度を示す。深度プロファイルの画像フレームは、上皮組織の断面画像を提供することができる。画像フレームは、任意の適切な寸法を有する四辺形であってもよい。画像フレームは、長方形であってもよく、場合によっては、等辺（例えば、正方形）を有し、例えば、２００μｍ×２００μｍの上皮組織の断面を示す。画像フレームは、約５０μｍ×５０μｍ、１００μｍ×１００μｍ、１５０μｍ×１５０μｍ、２００μｍ×２００μｍ、２５０μｍ×２５０μｍ、３００μｍ×３００μｍ、又はそれを超える寸法を有する上皮組織の断面を示すことができる。場合によっては、画像フレームが等しい辺を有さない場合がある。
【００６０】
同定された疾患は上皮癌であり得る。上皮癌は、限定されるものではないが、基底細胞癌（ＢＣＣ）や扁平上皮癌（ＳＣＣ）などの非メラノーマ皮膚癌、及びメラノーマ皮膚癌を含む皮膚癌である。
【００６１】
対象の上皮組織における疾患を同定するための本明細書中に開示される方法は、例えば皮膚癌を治療するためのモース術の間など、疾患の治療中及び／又は治療のために使用できる。場合によっては、対象の上皮組織の疾患、例えば皮膚癌を同定することは、対象から上皮組織を除去しないで行うことができる。これは、対象への疼痛及び不快感を有利にも防止し、疾患の検出及び／又は同定を促進することができる。疾患の位置は、非侵襲的な方法で検出することができ、これにより、医療従事者（例えば、外科医、医師、看護士又は他の開業医）のような使用者が、手術前に疾患領域の位置及び／又は境界を判定できるようになる。場合によっては、対象の上皮組織の疾患を同定することは、針などによって対象の上皮組織を貫通させることなく行うことができる。
【００６２】
図２は、上皮組織における疾患を同定するための深度プロファイルを生成するために使用され得る装置の図解を提示する。深度プロファイルを生成するために使用され得る装置は、光プローブ２０１と、超高速パルスレーザ２０２を有する携帯用カートとを備えてもよい。図３Ａ及び図３Ｂに示す例示的な方法では、光プローブ３０１は、ポータブルカートの超高速パルスレーザのような、光源からの単一の光ビームのパルスを、疾患の疑いがある領域などの上皮組織３０２の表面に向けて送る。上皮組織３０２に接触すると、単一の光線３０３のパルス、例えば、図３Ｂに示すように約７８０ｎｍに集中される波長の光のパルスが、上皮組織の固有の特性に関する、自己蛍光信号３０４及び第２高調波発生信号３０５などの信号を発生することができる。図４は、皮膚組織の固有の特性に関連する信号から生成され得る例示的な深度プロファイル、すなわち健常４０１及び癌性４０２を示す。これらの深度プロファイルは、腫瘍の縁部を同定し、迅速な腫瘍の除去を促進するために使用できる。深度プロファイルは、モバイルコンピューティングデバイス、例えば、電話又はタブレットのディスプレイのようなディスプレイ上に提示され、疾患の位置を判定するために外科医によって評価され得る。
【００６３】
光プローブは、細胞構造を撮像するために組織と直接接触する光学素子を含むことができる。リレーレンズ、コリメートレンズ、及びフィールドレンズなどの複数の屈折レンズを使用して、光源からの超高速パルスを上皮組織内の小さなスポットに集束させることができる。集束光の小さなスポットは、上皮組織に接触すると、第２高調波発生、２光子自己蛍光、第３高調波発生、コヒーレント・アンチストークス・ラマン分光、又は他の非線形多光子発生信号などの内因性組織信号を発生することができる。プローブはまた、ミラーのような光学素子によって生成され、構造を通して焦点を走査するために組織内の焦点の移動に対してレンズを移動させる走査パターンを移すことができ、また組織の点ごとの画像を生成することができる。プローブは、収差を最小にし、焦点走査の線形マッピングを最適化し、分解能及び視野を最大にするために複数のレンズを含むことができる。図５は、本明細書に記載の方法に適合するいくつかの光プローブを示す。光プローブに、医療従事者（例えば、外科医、医師、看護師、又は他の開業医）が、対象のベッドサイドで疾患を同定するのを可能にするハンドヘルド及びポータブルの撮像装置を形成するために、他のモジュール又はサブグループ（例えば、走査モジュール及び１つ以上の収集モジュール）を接続してもよい。
【００６４】
単一の光ビームのパルスは、超短パルス光であってもよい。超短パルス光は、超短パルスレーザ（本明細書では、「超高速パルスレーザ」とも呼ばれる）から放射することができる。超短パルス光は、様々な材料において非線形の相互作用をもたらす高いピーク強度を有することができる。超短パルス光は、一般に、フェムト秒又はピコ秒の次元の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有する光を示す。場合によっては、超短パルス光は、少なくとも約１フェムト秒、１０フェムト秒、１００フェムト秒、１ピコ秒、１００ピコ秒、又は１０００ピコ秒のＦＷＨＭを有する。超短パルス光は、パルス持続時間、パルス繰り返し率、及び平均出力を含むいくつかのパラメータによって特徴付けることができる。パルス持続時間は、一般に光パワー対時間のＦＷＨＭを示す。パルス繰り返し率は、一般に、パルスの周波数又は１秒当たりのパルス数を示す。超短パルスレーザ技術の非限定的な例には、Ｔｉ：サファイアレーザ、モードロックダイオード励起レーザ、モードロックファイバレーザ、及びモードロック色素レーザが含まれる。Ｔｉ：サファイアレーザは、レーザ発振媒質（例えば、レーザ内の光学利得源である活性レーザ媒質）としてチタンイオンをドープされたサファイア（Ａｌ２Ｏ３）の結晶を使用する調整可能なレーザである。超短パルスを得るために、例えばダイオード励起レーザ、ファイバレーザ、及び色素レーザなどのレーザは、アクティブモードロック又はパッシブモードロックによってモードロックすることができる。ダイオード励起レーザは、利得媒質がレーザ結晶又はバルクのガラス片（例えば、イッテルビウム結晶、イッテルビウムガラス、及びクロムドープレーザ結晶）を含む固体レーザである。パルス持続時間は、Ｔｉ：サファイアレーザで可能な時間ほど短くない可能性があるが、超高速ダイオード励起レーザは、パルス持続時間、パルス繰り返し率、及び平均出力に関して広いパラメータ領域を網羅することができる。エルビウム、イッテルビウム、ネオジム、ジスプロシウム、プラセオジム、ツリウムのような希土類元素でドープされたガラスファイバをベースとするファイバレーザ、又はそれらの組み合わせを使用することもできる。場合によっては、ローダミン、フルオレセイン、クマリン、スチルベン、ウンベリフェロン、テトラセン、マラカイトグリーンなどの有機色素をレーザ媒質として、場合によっては溶液として含む色素レーザを用いることができる。
【００６５】
超短パルスの光を供給する光源は、波長可変の超短パルスのＴｉ：サファイアレーザであってもよい。Ｔｉ：サファイアレーザは、モードロック発振器、チャープパルス増幅器、又は可変持続波レーザとすることができる。モードロック発振器は、約数ピコ秒〜約１０フェムト秒の持続時間、場合によっては約５フェムト秒の持続時間の超短パルスを生成することができる。パルス繰り返し周波数は、約７０〜９０メガヘルツ（ＭＨｚ）とすることができる。「チャープパルス」という用語は、一般に、パルスがレーザの構成要素に損傷を与えないようにし得る特別な構成を示す。「チャープパルス」レーザでは、時間内にパルスを広げることができ、そのため全エネルギーが時間と空間において同一の点にあるわけではなく、増幅器の光学系の損傷を防ぐことができる。その後、パルスを光学的に増幅し、時間内に再圧縮して、短く局在化したパルスを形成することができる。これらの装置は、約２０フェムト秒〜約１００フェムト秒の持続時間を有する超短超高強度パルスを生成することができる。
【００６６】
光の超短パルスは、利得切り替えによって生成することができる。利得切り替えでは、レーザ利得媒質は、例えば別のレーザで励起される。利得切り替えは、ガスレーザ（例えば、横方向励起大気（ＴＥＡ）二酸化炭素レーザ）を含む様々なタイプのレーザに適用することができる。
【００６７】
場合によっては、レーザ共振器の設定を変更することなく、利得切り替えを電子ドライバで制御できるため、パルス繰り返し率を調整することは、モードロックレーザよりも利得切り替え型レーザによって容易に達成できる。場合によっては、パルスレーザを使用して利得切り替えレーザを光学的に励起することができる。例えば、窒素紫外線レーザ又はエキシマレーザは、色素レーザのパルス励起に使用することができる。場合によっては、光の超高速パルスを生成するためにＱ−スイッチングを使用することができる。
【００６８】
超高速パルスレーザは、パルス持続時間が５００フェムト秒、４５０フェムト秒、４００フェムト秒、３５０フェムト秒、３００フェムト秒、２５０フェムト秒、２００フェムト秒、１５０フェムト秒、１００フェムト秒又はそれより短い光のパルスを生成することができる。場合によっては、パルス持続時間は約１５０フェムト秒である。超高速パルスレーザのパルス繰り返し周波数は、少なくとも１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、９０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又はそれより多くてもよい。場合によっては、パルス繰り返し周波数は約８０ＭＨｚである。
【００６９】
上皮組織の組織及び細胞構造は、波長に依存して単一光線のパルスと相互作用し、上皮組織の固有の特性に関連する信号を生成することができる。生成された信号は、皮膚組織などの組織の癌の状態を評価するために使用することができる。発生され収集される信号のサブセットは、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、偏光信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを含むことができる。非線形多光子励起に基づく高次高調波発生顕微鏡法（ＨＨＧＭ）（例えば、第２高調波発生及び第３高調波発生）を用いて、生きている組織及び固定の組織における細胞構造を調べることができる。ＳＨＧは一般に、ほぼ同じ周波数の光子が非線形材料と相互作用し、効果的に「結合されて」、初期の光子の約２倍のエネルギーを有し、そのため約２倍の周波数及び約半分（１／２）の波長を有する新しい光子を発生させる非線形光学プロセスを示す。同様に、ＴＨＧは一般に、ほぼ同じ周波数の光子が非線形材料と相互作用し、効果的に「結合されて」、初期の光子の約３倍のエネルギーを有し、そのため約３倍の周波数及び約半分（１／３）の波長を有する新しい光子を発生させる非線形光学プロセスを示す。非限定的にコラーゲン、微小管、及び筋ミオシンなどの秩序ある内在分子中の第２及び第３高調波発生（ＳＨＧ、ＴＨＧ）は、外因性標識を使用することなく得ることができ、線維性コラーゲン、ミオシン、微小管、ならびに膜電位及び細胞脱分極のような他の細胞の情報を含む分子の詳細でリアルタイムの光学的再構成を提供することができる。組織、例えば、Ｉ型及びＩＩ型コラーゲン、ミオシン及び微小管中のタンパク質及び分子の順序付け及び編成は、光と相互作用すると、組織の癌の状態を評価するために使用できる信号を生成し得る。ＳＨＧ信号は、癌、線維症、及び結合組織障害を含む疾患において起こり得るコラーゲン線維／繊維構造の変化などの変化を検出するために使用できる。様々な生物学的構造がＳＨＧ信号を生成することができる。場合によっては、生物学的システムの機能を変化させる可能性のある、外因性プローブ及び造影剤を用いた分子の標識は、必要ではない可能性がある。場合によっては、対象の上皮組織における疾患を同定するための本明細書の方法は、対象に造影剤を投与しないで実施される。
【００７０】
上皮組織における疾患の判定に使用するために生成及び採取することができる別のタイプの信号は、自己蛍光である。自己蛍光は、一般に、タンパク質、小分子及び／又は生物学的構造などの特定の生体分子によって自然に放出される光を示す。上皮組織及び細胞は、様々な自己蛍光タンパク質及び化合物を含むことができる。明確な波長は、細胞及び組織に天然に存在する内因性分子、タンパク質、水、及び脂肪などの発色団によって吸収され得る。組織に見出すことができる自己蛍光フルオロファの非限定的な例には、ＵＶ範囲で発光することができるトリプトファンや、チロシン、フェニルアラニンなどの芳香族アミノ酸を含むポリペプチド及びタンパク質、及び約４００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲の波長で発光することができるビタミン誘導体、例えばレチノール、リボフラビン、ナイアシンから誘導されたＮＡＤ（Ｐ）Ｈのニコチンアミド環、及びピリドキシン（ビタミンＢ６）に基づくエラスチン及び一部のコラーゲンに見られるピリドラミン架橋を含む。
【００７１】
場合によっては、光プローブを使用して、偏光パルスを上皮組織の表面に向けて伝えることができる。偏光された光は、セルロースやデンプンなどの複屈折分子から得る生物学的検体のコントラストを生成するために使用できる。偏光された光は、細胞の大きさや屈折率などのパラメータを調べるために使用することができる。屈折率は、細胞、例えば組織試料中の細胞の組成及び細胞の組織構造に関する情報などの情報を提供することができる。
【００７２】
癌は組織の機構を著しく変える可能性がある。細胞の大きさや屈折率などの特定のパラメータは、上皮組織における前癌性変化を検出及び診断するために使用することができる。場合によっては、単一の光ビームのパルスは偏光された光を含む。偏光面を回転させて異なる偏光面の偏光を生じさせることができる。偏光面は、少なくとも約１０°、２０°、３０°、４０°又は４５°回転させることができる。偏光された光の回転は、上皮組織の様々な構造を強調するために使用することができる。代替として、単一の光ビームのパルスは偏光されていない光を含む。
【００７３】
単一の光ビームのパルスの波長は、少なくとも約４００ナノメートル（ｎｍ）、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ又はそれを超えたものである。場合によっては、光のパルスの波長は、約７００ｎｍ〜９００ｎｍ、約７２５ｎｍ〜８７５ｎｍ、約７５０ｎｍ〜８５０ｎｍ、又は約７７５ｎｍ〜８２５ｎｍである。複数の波長を使用することもできる。複数の波長の光が使用される場合、波長は、約４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ又はそれより長く、帯域幅は、少なくとも約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１２５ｎｍ、１５０ｎｍ、１７５ｎｍ、２００ｎｍ、２２５ｎｍ、２５０ｎｍ、２７５ｎｍ、３００ｎｍ又はそれより長い状態で、集中させることができる。例えば、波長は約７８０ｎｍで、約５０ｎｍの帯域幅（例えば、約（７８０−（５０／２）＝７５５ｎｍ）〜約（（７８０＋（５０／２））＝８０５ｎｍ））に集中させることができる。
【００７４】
光パルスの結果として生成された信号のサブセットは、光電子増倍管（ＰＭＴ）や、フォトダイオード、電荷結合素子（ＣＣＤ）、電荷注入装置（ＣＩＤ）、相補型金属酸化膜半導体検出器（ＣＭＯＳ）などの光検知器によって収集することができる。光フィルタは、例えば、自己蛍光信号、第２高調波発生信号、及び第３高調波発生信号に対応する光など、信号のサブセットを収集するために使用することができる。光フィルタは、異なる波長の光を選択的に透過することができ、光学経路に窓ガラス又はプラスチック製装置を含むことができる。光フィルタは、バンドパスフィルタであってもよく、バンドパスフィルタは、バンドパス範囲から外れた光を反射する。バンドパスフィルタは、バンドパス範囲外にある光の少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又はそれを超えるものを反射することができる。場合によっては、光フィルタは、例えば、第２高調波発生信号、第３高調波発生信号、偏光からの信号、及び自己蛍光信号などの信号のサブセットを収集するために使用することができる。
【００７５】
場合によっては、これらの信号は、周囲光の存在下で収集してもよい。周囲光は、外科的処置が行われる診察室又は手術エリアにおける、白熱電球又はランプ、ハロゲンランプ、ガス放電ランプ、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプ、及びカーボンアークランプを含む様々なタイプの電気照明源により得られるような通常の室内照明を示すことができる。
【００７６】
収集された信号は、プログラムされたコンピュータプロセッサによって処理され、深度プロファイルを生成することができる。信号は、プログラムされたコンピュータプロセッサに無線で送信することができる。代替として、信号は、有線接続を介して、プログラムされたコンピュータプロセッサに送信してもよい。上皮組織の固有の特性に関連する信号又は信号のサブセットは、プログラムされたコンピュータプロセッサの補助により深度プロファイルを生成するために使用することができる。収集された信号及び／又は生成された深度プロファイルは、電子的に格納することができる。場合によっては、外科医、医師、看護師、又は他の医療従事者などの使用者によって削除されるまで、信号及び／又は深度プロファイルが格納される。診断及び／又は治療のために使用する場合、深度プロファイルは、リアルタイムで使用者に提供されてもよい。リアルタイムで提供される深度プロファイルは、例えば皮膚癌などの疾患の境界を特定するための手術前画像として使用することができる。深度プロファイルは、表皮、真皮及び／又は皮下脂肪組織を含む皮膚組織などの、上皮組織の様々な層の視覚化を提示することができる。深度プロファイルは、少なくとも角質層、粘液膜、顆粒層、層状紡錘体又は扁平上皮細胞層、及び／又は基底細胞層より下に延びることができる。場合によっては、深度プロファイルは、上皮組織の表面よりも下方に少なくとも２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍ、４５０μｍ、５００μｍ、５５０μｍ、６００μｍ、６５０μｍ、７００μｍ、７５０μｍ又はさらに多く延びる。場合によっては、深度プロファイルは、上皮組織の表面よりも下方に約１００μｍ〜１ｍｍ、約２００μｍ〜９００μｍ、約３００μｍ〜８００μｍ、約４００μｍ〜７００μｍ、又は約５００μｍ〜６００μｍ延びる。
【００７７】
深度プロファイルは、単一の基本色相から導かれた色を表示する単色画像を含むことができる。代替として、深度プロファイルは、複数の色を表示する多色画像を含むことができる。多色画像では、複数の色を使用して、細胞核や細胞質などの細胞の異なる要素を強調表示することができる。コントラストは、構造特有のコントラストを提示し及び／又は高めるためにリアルタイムで調整することができる。コントラストは、使用者（例えば、外科医、医師、看護師又は他の医療従事者）によって調整することができ、又はプログラムされたコンピュータプロセッサが、リアルタイムでコントラストを自動的に最適化することができる。多色画像では、例えば、第２高調波発生信号、第３高調波発生信号、偏光から生じた信号、及び自己蛍光信号など、収集された信号の特定のサブセットを表すために各々の色を使用することができる。多色深度プロファイルの色は、標準的な組織病理学を使用するときに外科医及び／又は病理学者が通常見ることができる画像パターンを反映するようにカスタマイズすることができる。病理学者は、従来型の組織学的試料、例えば、ヘマトキシリン及びエオシンで染色された試料の見え方と類似して深度プロファイルが表示される場合、深度プロファイルの結果をより容易に解釈し得る。図６Ａ及び６Ｂは、古典的病理分析、及び多色画像（図６Ａ）及び単色画像（図６Ｂ）として提示されるリアルタイム深度プロファイルに由来する試料を示す。図６Ａの多色画像は、赤色の第１の信号サブセット６０１及び緑色の第２の信号サブセット６０２を示す。図６Ｂの単色画像は、暗紫色の第１の信号サブセット６０３及び薄紫色の第２の信号サブセット６０４を示す。
【００７８】
深度プロファイルを生成するために、複数の焦点面からの信号を収集することができる。複数の異なる焦点面は、移動性レンズの上皮組織に対する相対的な位置を変化させることによって得ることができる。移動性レンズは、光プローブと光通信することができる。移動性レンズの相対的な位置を変更することは、移動性レンズを移動させることを含むことができる。移動性レンズは、少なくとも１フレーム／秒（ＦＰＳ）、２ＦＰＳ、３ＦＰＳ、４ＦＰＳ、５ＦＰＳ、１０ＦＰＳ、又はそれを超えるフレームレートを生じるために、サイクリックレートで移動させることができる。サイクリックレートは、少なくとも０．５Ｈｚ、１Ｈｚ、２Ｈｚ、３Ｈｚ、４Ｈｚ、５Ｈｚ又はそれを超えるものであり得る。移動性レンズの代わりに、又は移動性レンズと共に、複数の異なる焦点面は、光プローブと電気的又は電気機械的に通信する電気的又は電気機械的に調整可能なレンズの曲率を変調することによって得ることができる。調整可能なレンズは、焦点距離及び／又は光軸の位置などの光学特性が、使用中に、例えば電子制御によって調整可能な光学素子を示すことができる。電気的に調整可能なレンズは、適切な電気光学的材料の薄層（例えば、局所的に有効な屈折率が、材料に印加される電圧の関数として変化する材料）を含むことができる。屈折率を所望の値に局所的に調整するために所望の電圧を印加すべく電極又は電極のアレイを使用することができる。電気光学的材料は、液晶を含むことができる。液晶を含む電気光学的材料の複屈折の軸及び有効屈折率を変調するために電圧を印加することができる。場合によっては、ポリマーゲルを使用することができる。調整可能なレンズは、液晶ディスプレイに使用される画素グリッドと同様に、液晶の画素のグリッドを定める電極アレイを備えることができる。個々の画素の屈折率は、所望の位相変調プロファイルを得るために電気的に制御することができ、位相変調プロファイルは、調整可能なレンズの電気光学層の領域にわたり局所的に変化する有効屈折率の結果として層を通る光に適用される、局所的な位相シフトの分布を示す。
【００７９】
光のパルスを送る光プローブは、上皮組織の表面を横切って移動でき、その結果、使用者は、疾患を有するか疾患を有する疑いのある領域全体を検査することができる。これにより、使用者は疾患の境界及び位置を評価することができるようになる。場合によっては、対象の上皮組織における疾患、例えば非メラノーマ皮膚癌のような皮膚癌の位置の指標である境界を描くことができる。光プローブは、病変領域の境界を描くために、インクを含むマーキング用器具などのマーキング用器具を含むことができる。マーキング用器具は、ＦＤＡ認可の皮膚マーキングインクを含むペン又は他の筆記用具、例えばＧｅｎｅｔｉａｎ  Ｖｉｏｌｅｔ  Ｉｎｋ、例えばＣＨＧ／イソプロピルアルコール処理のような侵襲的な皮膚用調製物と共に使用することができる調製抵抗性インク、防水パーマネントインク、又はアルコールの使用などで容易に除去可能なインクであり得る。ペンは、細い先端、極細の先端、又は広い先端を有することができる。マーキング用器具は、無菌ペンであってもよい。代替として、マーキング用器具は、無菌でないペンでもよい。
【００８０】
本明細書に開示された方法によって生成された深度プロファイルの使用により、手術前に、健康な組織を癌性組織と区別し、疾患、例えば癌の境界を特定することができる。深度プロファイルは、外科医及び／又は患者に近接したディスプレイに提示でき、その結果、使用者は、上皮組織における疾患をリアルタイムで評価し、疾患の位置及び／又は境界を判定することができる。ディスプレイは、コンピュータ、テレビジョン、又は電話やタブレットのようなモバイルコンピューティングデバイスなど、任意のコンピューティングデバイスに関連する画面であってもよい。対象の上皮組織における疾患を検出するための本明細書の方法は、１回の外科手術で皮膚癌の治療を可能にすることができる。上皮組織における癌及びその位置を同定することによって、癌は、最小量の健康な組織の喪失で除去できる。
【００８１】
一態様では、対象の上皮組織における疾患を同定する方法は、対象の上皮組織に貫通することなく、光のパルスを光源から上皮組織の表面に伝えるために、光プローブを使用することを含み得る。光のパルスは、上皮組織と接触すると、上皮組織の固有の特性に関連する信号を生成し得る。光のパルスは、上皮組織に対して複数の異なる相対的な位置で移動性レンズを使用して、上皮組織に向けることができる。次に、光のパルスから生成された信号の少なくとも一部のサブセットを収集することができる。信号のサブセットを、例えば、プログラムされたコンピュータプロセッサに補助されて処理をし、上皮組織のプロファイルを生成することができる。深度プロファイルは、対象の上皮組織における疾患を同定するために使用可能であり得る。場合によっては、プロファイルは深度プロファイルである。プロファイルは、情報が使用者になじんでいる方法で提供されるように、カスタマイズ可能なディスプレイに提示することができる。
【００８２】
光のパルスは、単一の光ビームのパルスであってもよい。単一の光ビームのパルスは、本明細書に記載される他の態様におけるように、超短パルス光であり得る。超短パルス光は、超短パルスレーザ又は利得切り替えレーザのような光源から得ることができる。光パルスの結果生成された信号を収集するために、光検知器を使用することができる。光検知器は、収集された信号の強度に感応するＰＭＴであってもよい。場合によっては、信号が光検知器の検出能力を超えることがある。周囲光が一部の光検知器の検出能力を超える可能性がある。光検知器の検出能力を超える信号は、光検知器を損傷する可能性がある。周囲光からの光検知器への損傷を防止するために、光検知器を配置し得る光プローブは、上皮組織の表面と接触して最少量の周囲光が光検知器に到達するようにすることができる。上皮組織の表面と光プローブとの間の接触が妨害されたとき、（例えば、光の経路に対して）検出器の前に配置されたシャッタを作動させ、入射光を遮断することができるように、接触をモニタすることができる。場合によっては、ＰＭＴは、電気的インターロック及び／又はシャッタを備える。電気的インターロック及び／又はシャッタは、上皮組織の表面と光プローブの間の接触が妨害されたときに作動することによって、光電子増倍管が周囲光に曝されたときにＰＭＴを保護することができる。作動可能インターロック及び／又はシャッタを使用することによって、周囲光の存在下で信号を収集することができ、それにより、使用者が、患者のベッドサイドで１つ以上のリアルタイムの術前の深度プロファイルを生成することが可能になる。
【００８３】
場合によっては、光プローブは上皮組織の表面を横切って移動することが可能である。プローブは、皮膚組織の表面を自由に移動させて操作することができる。光プローブを上皮組織の表面を横切って移動させることにより、上皮組織の広い領域をリアルタイムで検査することができる。移動可能な光プローブは、ハンドヘルド型及びポータブル型のハウジングを含むことができる。これにより、外科医は、患者のベッドサイドで、皮膚組織の疾患、例えば癌の位置などをリアルタイムで検査することができる。ハウジングは、少なくとも約０．１ｆｔ２、０．２ｆｔ２、０．３ｆｔ２、０．４ｆｔ２、０．５ｆｔ２、又は１ｆｔ２のフットプリントを有することができる。代替として、ハウジングは、約１ｆｔ２、０．５ｆｔ２、０．４ｆｔ２、０．３ｆｔ２、０．２ｆｔ２、又は０．１ｆｔ２以下のフットプリントを有することができる。一態様では、本明細書の方法と一致する対象の上皮組織における疾患を同定するための装置が提供される。本明細書の方法と一致する装置は、限定されるものではないが、光プローブ、超短パルスレーザのような１つ以上の光源、１つ以上の移動可能又は調整可能なレンズ、１つ以上の光フィルタ、１つ以上の光検知器、１つ以上のコンピュータプロセッサ、又は１つ以上のマーキング用器具、及びそれらの組み合わせを含む本方法の任意の要素を含むことができる。
【００８４】
対象の上皮組織における疾患を同定するための装置は、光プローブを含むことができる。光プローブは、光源からの光の単一ビームのパルスを上皮組織の表面に向けて伝えることができる。光の単一ビームのパルスは、上皮組織と接触すると、その後上皮組織の固有の特性に関連する信号を生成し得る。光源は、Ｔｉ：サファイアレーザのような超高速パルスレーザを含むことができる。超高速パルスレーザは、５００フェムト秒、４００フェムト秒、３００フェムト秒、２００フェムト秒、１００フェムト秒、又はそれより小さいパルス持続時間を生成することができる。超短光パルスのパルス繰り返し周波数は、少なくとも１０ＭＨｚ、２０ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、７０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、９０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又はそれより多くてもよい。
【００８５】
装置は、光プローブと光通信する移動性レンズを備えていてもよい。使用中、移動性レンズは、上皮組織に対して複数の異なる焦点面をもたらすことができる。
【００８６】
装置の移動可能なレンズは、複数の異なる焦点面を生成するように移動させることができる。移動性レンズは、レンズを移動させるアクチュエータに連結されてもよい。アクチュエータは、プログラムされたコンピュータプロセッサによって制御することができる。アクチュエータは、機械式アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、リニアモータ、又はそれらの組み合わせなどのリニアアクチュエータとすることができる。機械式アクチュエータは、例えば、ねじ機構、ホイール軸機構、及びカム機構によって、回転運動を直線運動に変換することによって動作することができる。油圧アクチュエータは、ピストンと非圧縮性液体とを含む中空シリンダを含むことができる。空気圧アクチュエータは、油圧アクチュエータに類似している場合があるが、液体の代わりに圧縮ガスを含む。圧電アクチュエータは、電圧の印加の下で膨張することができる材料を含むことができる。その結果、圧電アクチュエータは非常に微細な位置決め分解能を達成することができるが、動作範囲は非常に狭くてもよい。場合によっては、圧電材料は、ヒステリシスを示すことがあり、それにより、それらの膨張を反復可能に制御することが困難になり得る。電気機械アクチュエータは、機械式アクチュエータに類似しているが、制御ノブ又はハンドルが電気モータに置き換えられている点が異なる。
【００８７】
場合によっては、光プローブと電気的又は電気機械的に通信する電気的又は電気機械的に調整可能なレンズを使用して、複数の異なる焦点面を生成することができる。電気的又は電気機械的に調整可能なレンズの曲率を変調することにより、上皮組織に対して複数の異なる焦点面を得ることができる。調整可能なレンズの曲率は、電流を印加することによって変調することができる。この装置はまた、電流の印加を制御するためのプログラムされたコンピュータプロセッサを備えてもよい。
【００８８】
上皮組織における疾患を同定するための装置は、光フィルタを含むことができる。本明細書の他の箇所に記載されているように、光フィルタは、上皮組織の１つ以上の固有の特性に関連する１つ以上の特定の信号のサブセットを収集するために使用することができる。これらの光フィルタは、自己蛍光波長などの特定の波長の光及び／又は偏光された光などの他の特定の属性を有する光を選択的に透過することができるコーティングされたガラス又はプラスチック要素であってもよい。光フィルタは、第２高調波発生（ＳＨＧ）信号、第３高調波発生（ＴＨＧ）信号、偏光信号、及び自己蛍光信号のうちの少なくとも１つを収集できる。
【００８９】
プログラムされたコンピュータプロセッサは、移動性レンズの移動を制御すること、又は調整可能なレンズの曲率を変調することに加えて、信号を処理して深度プロファイルを生成することができる。深度プロファイルは、非メラノーマ皮膚癌などの上皮組織における癌の境界を特定するための手術前画像として使用することができる。深度プロファイルは、画面に表示することができる。画面は、コンピュータ、テレビジョン、又は電話やタブレットのようなモバイルデバイスなど、コンピューティングデバイスに関連する画面であってもよい。深度プロファイルは、ディスプレイ上の単色画像又はディスプレイ上の多色画像を含むことができる。多色画像は、異なる色で異なる構造を強調表示することができ、本明細書で開示される様々な他の態様について説明したように、構造特有のコントラストを提示する。
【００９０】
場合によっては、光プローブはハンドヘルド式ハウジングを備え、使用者が、例えば患者のベッドサイドで深度プロファイルを生成することを可能にする。この装置は、ペンのようなマーキング用器具をさらに備えていてもよく、その結果、使用者は、リアルタイムで生成された深度プロファイルを評価しているときに、対象の上皮組織における疾患の境界又は位置をマーキングし、表示することができる。
【００９１】
この装置は、光プローブと上皮組織の表面との間の変位を検出するセンサをさらに備えていてもよい。このセンサは、周囲光がＰＭＴの検出能力を超える場合に、周囲光がＰＭＴに到達してＰＭＴを損傷するのを防ぐために、ＰＭＴシャッタを作動させることによって光検知器、例えばＰＭＴを周囲光から保護することができる。
【００９２】
場合によっては、光プローブは共焦点顕微鏡ではない。
【００９３】
上皮癌
癌腫は、一般に、上皮細胞から発生する癌のタイプを示す。癌腫は、身体の内面又は外面を覆う組織由来であり、一般に、胚形成中に内胚葉又は外胚葉の層に由来する細胞から生じる。癌腫は、組織病理学に基づいて群に分類することができる。これらの群の非限定的な例には、腺癌、扁平上皮癌（ＳＣＣ）、腺扁平上皮癌、未分化癌、大細胞癌及び小細胞癌が含まれる。
【００９４】
癌腫は、身体の様々な領域に見出すことができる。上皮癌の非限定的な例には、卵巣、結腸、直腸、乳房、前立腺、膵臓、口腔、食道、肺、膀胱、肝臓、子宮、皮膚及び脳の上皮癌が含まれる。口腔に見出される癌腫は、扁平上皮癌を含み得る。乳癌は、乳管癌を含むことができる。前立腺癌は腺癌を含むことができる。結腸及び直腸の癌は、腺癌及び／又は扁平上皮細胞癌を含み得る。膵臓癌は腺癌を含むことができる。癌腫は、それらの推定上の細胞起源（例えば、肝細胞癌及び腎細胞癌）に対して名付けることができる。癌腫はまた、紡錘細胞癌、巨細胞癌、及び肉腫様癌のような低分化、未分化癌の稀なサブタイプを含むことができる。
【００９５】
癌腫は、病気分類でき、過程は一般に物理的及び臨床的検査の併用、細胞及び組織の病理学的レビュー、外科技術、実験検査、及び異常増殖又は病変の大きさ、及びその浸潤及び転移の程度に関する情報を得るために論理的に行われる撮像研究を参照する。癌腫の病期は、病状の予後と関連している可能性がある。癌腫は、通常、ローマ数字（例えば、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ及びＩＶ）で病気分類される。いくつかのタイプの癌腫において、ステージ０は、インサイチュで癌腫を記述するために使用されている。すなわち、これは原発部位からまだ転移していない癌腫である。ステージＩ及びステージＩＩは、小さい腫瘍及び／又は局所構造に転移した腫瘍を表すために使用することができる。ステージＩＩＩは、局所リンパ節、組織及び／又は臓器構造に転移している腫瘍を記述するために使用することができる。ステージＩＶは、遠隔の部位、組織、及び／又は器官へ血液を介して既に転移している可能性のある腫瘍を記述するために使用することができる。より近年の病期分類システムでは、サブステージ（ａ、ｂ、ｃ）を使用して、同様の予後又は治療オプションを有する患者の群をよりよく定義することができる。病期分類の基準は、腫瘍が発生する臓器系に基づいて異なり得る。例えば、大腸癌及び膀胱癌の病期分類システムは、浸潤の深さに依存することができ、一方、乳癌の病期分類は、より腫瘍の大きさに依存し得る。腎癌では、病期分類は、腫瘍の大きさ及び腎洞への腫瘍浸潤の深さの両方に基づくことができる。肺癌の説明は、多くの大きさ及び解剖学的変数を考慮に入れるため、より複雑化し得る。
【００９６】
癌腫の等級付けは、一般に、癌腫が由来する正常な親の上皮組織の外観と比較して、形質転換細胞に見られる細胞性及び組織性の成熟の程度を部分的に又は完全に定量するための基準の使用を示す。癌腫の等級付けは、疑わしい腫瘍組織を含む試料を用いて実施されることが多い。病理学者は、染色、免疫組織化学、及びフローサイトメトリーを含むがこれらに限定されない技術を用いて組織試料を検査することができる。癌腫は、通常、４つの等級のうちの１つに分類され得る。グレード１は、一般に、形質転換された細胞が、癌腫が由来する正常な親の上皮組織に非常に類似している状態を示す。グレード２は、一般に、形質転換された細胞が、癌腫が由来する正常な親の上皮組織にかなり類似している状態を示す。グレード３は、一般に、形質転換された細胞が、癌腫が由来する正常な親の上皮組織とほとんど類似性のない状態を示す。グレード４は、一般に、形質転換された細胞が、癌腫が由来する正常な親の上皮組織に著しく類似性のない状態を示す。
【００９７】
癌腫は、非限定的に、生検、例えば針吸引、細針吸引、コア針生検、真空支援生検、ラージコア生検、切開生検、切除生検、パンチ生検、薄片生検、又は皮膚生検を含む技術を用いて得られた組織試料を検査することによって、確定的に診断することができる。組織試料は、組織病理学的又は細胞病理学的分析のために調製され、組織試料の上皮細胞の分子、細胞及び／又は組織の構造的特徴を同定するために、例えば顕微鏡で検査され得る。病理組織学的分析は、組織試料の細胞の組織化及び構造的特徴の配置を調べるため染色及び色素を使用することを含み得る。組織病理学的分析のための染色の非限定的な例には、ヘマトキシリン・エオシン（Ｈ＆Ｅ）、サフラニン、オイルレッドＯ、コンゴレッド、ファーストグリーンＦＣＦ及び銀塩が含まれる。病理組織学的試料はまた、放射性技術により調べることもできる。放射性技術では、組織試料の放射性標識物質をＸ線によって検出することができる。組織病理学的検査はまた、抗体、例えば非標識抗体及び標識抗体を含むがこれらに限定されない抗体が、特異的タンパク質、炭水化物、及び脂質を検出するために使用され得るプロセスである、免疫組織化学を含み得る。特定のタンパク質、炭水化物、及び脂質の位置は、このプロセスによって判定することができる。染色が蛍光分子である場合、この技術は免疫蛍光と称してもよい。組織試料の遺伝子プロファイリングは、組織病理学的検査の代替として、又はそれに加えて、癌を診断する際にも使用できる。いくつかの腫瘍型については癌腫のグレードと腫瘍の予後との間に統計的相関関係がある可能性があるが、この関連性の強さは非常に変化しやすい。
【００９８】
治療選択肢の選択は、癌腫の段階、グレード、及び場所に依存し得る。治療オプションの非限定的な例には、腫瘍の外科的切除又は摘除、モース術又はモース顕微鏡手術、放射線療法、化学療法、掻爬及び電気治療、光線力学療法及びレーザ治療が含まれる。治療は切除を含むことができ、それにおいては腫瘍が外科的に除去され、いくつかの場合には、腫瘍のまわりに存在する腫瘍のない皮膚も除去される。モース術は、いくつかの皮膚癌を除去するために使用できる特殊な手術である。モース術では、外科医は腫瘍に加えて、正常に見える腫瘍を囲むごくわずかな皮膚を切ることが可能である。患者が待機している間、外科医は顕微鏡を使用して、除去された組織を検査し、具体的には癌の存在を調べることができる。必要であれば、外科医は少量の組織を取り出して顕微鏡下でそれを検査することができる。これは、顕微鏡下で組織を検査する際に、もはや外科医が癌を検出しなくなるまで継続することができる。治療は、放射線療法、つまり、癌細胞を死滅させるための高エネルギー放射線の使用を含む治療を含むことができる。別の形態の治療は、化学療法を伴うことができ、これには、化学療法剤の投与が含まれる。化学療法剤は全身又は局所投与することができる。全身投与の非限定的な方法には、ピル、錠剤、カプセル剤などの腸内投与、及び静脈内注射及び動脈内注射などの点滴及び非経口投与が含まれる。局所投与の非限定的な方法には、化学療法クリーム及び局所注射などの局所投与が含まれる。治療は、掻爬及び電気治療を含み得る。最初に、掻爬又はすくい取ることによって組織を除去するためにキューレットを使用し、いずれかの残りの癌細胞を破壊するために電気を印加する。場合によっては、光線力学的療法（ＰＤＴ）、つまり、何らかの早期皮膚癌を除去するため光の使用を伴う治療を含むことができる。
【００９９】
皮膚癌
皮膚癌は、癌の一般的な形態と考えられ、少なくとも４０％の症例を全体的に占めている。皮膚癌は、皮膚細胞の異常な増殖から生じることが可能であり、非メラノーマ及びメラノーマと分類され得る。非メラノーマ皮膚癌はメラノーマ皮膚癌よりも一般的であり得る。非メラノーマ癌の非限定的な例には、基底細胞癌（ＢＣＣ）、扁平上皮癌（ＳＣＣ）、血管肉腫、皮膚Ｂ細胞リンパ腫、皮膚Ｔ細胞リンパ腫、隆起性皮膚線維肉腫、メルケル細胞癌及び脂腺癌が含まれる。非メラノーマ皮膚癌のうち、約８０％は基底細胞癌であり得、２０％は扁平上皮癌であり得る。ＢＣＣは、顔面などの、皮膚の日光に曝された領域に存在し得るが、手術又は放射線で容易に治療され得る。悪性メラノーマと呼ばれることもあるメラノーマは、色素含有細胞であるメラノサイトから発生し得る癌の一種である。メラノーマは、ＢＣＣ及びＳＣＣよりも侵襲的であり得る。
【０１００】
癌、例えば皮膚癌の治療は、癌のタイプ、癌の位置、及び患者の年齢に依存し得る。予後は、臨床的及び組織学的要因及び癌の解剖学的位置によって影響され得る。非メラノーマ皮膚癌は、通常、治癒することができ、治療は一般に外科的除去を含むことができるが、放射線療法、フルオロウラシルのような局所薬剤の適用、及びそれらの組み合わせを含むこともできる。メラノーマの治療は、手術、化学療法、放射線療法、標的療法、及びそれらの組み合わせを含むことができる。
【０１０１】
高リスクの解剖学的部位、例えば目、鼻、及び口の近くの領域における上皮癌の除去は、手術中の各切除の組織学的検査によって誘導される精密な顕微手術切除を伴い得る。周囲の正常組織への最小限の損傷が望まれ得る。
【０１０２】
モース顕微鏡手術（モース術）
皮膚癌などの上皮癌の治療は、モース顕微鏡手術（本明細書では「モース術」とも呼ばれる）を含み得る。モース術は、組織の外科的除去及びその後の切除された組織の組織病理学的検査を含むことができる。組織学的検査は、外科的に除去又は切除された組織において癌の存在を検出するために、新鮮な組織試料又は固定の組織試料に対して行うことができる。モース術は、外科医が外科手術時にすべての癌細胞が除去されたことを確認することを可能にする。これは、すべての癌組織を除去する機会を増やせ、追加の治療及び／又は追加の手術の必要性を減少させる可能性がある。
【０１０３】
図７Ａは、モース術の実例を示す。例えば、視覚検査、触診、外科医又は医師による穏やかな掻爬によって、推定腫瘍マージンが同定された後、組織病理学的検査のための新鮮な組織試料が、例えば、推定の腫瘍マージン周囲の領域に外科用メスによる切開によって得られる。切開時に、組織の方向付けのために検体及び手術部位の両方にスコアマークを置くことができる。悪性腫瘍の種類、悪性腫瘍の大きさ、及び悪性腫瘍の境界線の程度に応じて、癌の臨床境界と切開部との間の距離を変えることができる。場合によっては、手術部位を局所麻酔薬で麻酔することができる。
【０１０４】
次いで、組織検体を組織病理学的分析のために調製することができる。検体は、スコアマークに基づいてより小さな部分に分割され、組織の向きを保つためにインクでマークすることができる。場合によっては、外科的欠陥と標示された検体とを関連付けるマップを生成することができる。次いで、組織検体を処理して、検体の周辺マージン全体の薄い凍結させた切片を、例えば凍結切片を介して作製することができる。切片は可変の厚さであり得る。切片は、４μｍから８μｍの厚さであってもよい。切片は、例えばＨ＆Ｅ及びトルイジンブルーのような染色及び／又はサイトケラチン染色ＡＥ１／ＡＥ３、Ｐｅｒ−ＥＰ４、ＭＮＦ１１６、ＣＤ３４、低分子量サイトケラチン及びサイトケラチン７及びＭａｒｔ−１のような免疫組織化学染色で染色することができる。その後、組織切片を癌性細胞の存在について検査することができる。残存腫瘍がスライド上で同定された場合、その位置をマップ上にマーキングして、外科的欠陥とマークした検体とを関連付けることができる。次いで、このマップを使用して、手術部位における腫瘍関与の対応する領域を同定することができる。その後、この領域は、さらなる組織処理及び検査のために除去でき、前述の組織調製及び染色プロセスを繰り返す。このプロセスは、周辺及び深部マージンが組織学的に腫瘍細胞を含まなくなるまで繰り返すことができる。
【０１０５】
組織学的検査のため固定の組織試料を得るために、塩化亜鉛を含む混合物のような固定剤を、サンプリングされることが望まれる組織の深さに応じて約６〜２４時間の範囲の可変長の時間皮膚に適用することができる。固定後、試料を外科的に除去又は切除し、顕微鏡検査をすることができる。皮膚に適用される固定剤は、腫瘍及び細胞組織学を保存することができるので、一般に、さらなる染色及び処理は必要とされない。固定の組織が死んで痛みが感じられない可能性があるため、麻酔薬は切除中に必要とされないことがある。切除された試料の顕微鏡検査の結果に応じて、追加の固定剤を腫瘍関連のいずれかの残りの領域に約６〜２４時間さらに適用することができ、検査される組織試料が組織学的に腫瘍を有さなくなるまでこのプロセスを繰り返すことができる。固定切片の調製には少なくとも１〜２日かかることがある。そのような時間の遅れにより、大量の組織をサンプリングすることができず、リアルタイムで残留腫瘍マージンを検出することができなくなることがある。いくつかの場合、腫瘍の除去は不完全であり、患者は追加の外科手術、放射線療法、化学療法、及びそれらの組み合わせを受ける場合がある。
【０１０６】
モースの処置は、病変の大きさ、形状及び複雑さに依存して、１回から数回の切除を必要とすることがある。新鮮な組織試料又は固定の組織試料が使用されるかどうかに応じて、プロセス全体の時間の長さを変えることができる。図７Ｂは、新鮮な組織試料を使用するモース顕微鏡手術のいくつかの段階及び各段階の関連する処理時間を示す。１回の組織切除と試料分析とを合わせた時間は、非限定的に組織試料の大きさ、及び外科医及び／又は技術者の技術などの様々な要因に応じて、約０．１時間〜４時間、又は０．５時間〜２時間かかる可能性がある。合わせた時間は、４時間、３時間、２時間、１時間、３０分、１０分、５分、又は１分以下であり得る。
【０１０７】
外科医は、試料が健常であるか癌性であるかを判定することができる。試料が癌性に見える場合、外科的切除及び組織検査のさらなるラウンドを実施することができる。試料が健常に見えることがあり、場合によっては外科的切除の付加的なラウンドは必要ない場合がある。別のシナリオでは、外科医は、試料が健常であるか癌性であるかを画定的に判定することができない場合がある。
【０１０８】
モース術は数時間続く可能性があり、対象はこの処置の大半を、局所麻酔下で創傷が開いた状態で待機している可能性がある。これは、患者にとって不快な、遅くて時間的に非効率であるプロセスであり得る。
【０１０９】
撮像システムの設定
図８を参照すると、本明細書で説明される方法を実行するのに有用な撮像システム構成は、ファイバ発射モジュール８０１、スキャナモジュール８０２、第１の収集モジュール８０３、光プローブモジュール８０４、及び第２の収集モジュール８０５を含み得る。ファイバ発射モジュール８０１は、光の発生のために使用されてもよい。ファイバ発射モジュール８０１は、超高速パルスレーザなどの光源を備えることができる。超高速パルスレーザからの光のパルスは、空心を有する単一モードファイバのような光ファイバに、一連の光学素子を介して送出されることができる。光ファイバは、次いで走査パターンを生成することができるスキャナモジュール８０２に光のパルスを送ることができる。次いで、光は、スキャナモジュール８０２から第１の収集モジュール８０３に進み、そこで、例えばダイクロイックミラーによって、光プローブモジュール８０４にさらに導かれる。光プローブモジュール８０４は、光の単一ビームのパルスを、皮膚組織などの上皮組織の表面に向けて送ることができる。上皮組織に接触すると、自己蛍光信号及び第２高調波発生信号などの上皮組織の固有の特性に関連する信号が発生され得る。これらの信号は、光プローブモジュール８０４によって収集され、第１の収集モジュール８０３に、さらに第２の収集モジュール８０５に送られることができる。第２の収集モジュールは、上皮組織の固有の特性に関連する信号を処理するための１つ以上の光電子増倍管を含むことができる。図９は、ファイバ発射モジュール９０１、スキャナモジュール９０２、第１の収集モジュール９０３、光プローブモジュール９０４、及び第２の収集モジュール９０５などの光学システムモジュールを概略的に示す。
【０１１０】
図１０Ａ及び１０Ｂは、例示的なファイバ発射モジュールの要素を概略的に示す。ファイバ発射モジュールは、レーザ１００１のような光源と、１つ以上のステアリングミラー１００２ａ及び１００２ｂと、アイソレータ１００３と、１つ以上の光フィルタ１００４と、ビームサンプラ１００５と、光センサ１００６と、波長板１００７と、１つ以上のレンズ１００８と、光ファイバ１００９を含み得る。Ｔｏｐｔｉｃａ  ＦｅｍｔｏＦｉｂｅｒ  Ｐｒｏ  ＮＩＲ  ７８０ｎｍレーザなどのレーザ１００１は、超高速光パルスの光発生源として機能することができる。１つ以上のステアリングミラー１００２ａ及び１００２ｂを使用して、例えば、ファイバ発射モジュールの他の要素に向かって光パルスを向けることができる。光のパルスを回転させる、例えば、偏光された光のパルスを回転させるために、ＥＯＴ  ３３  ｄＢ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｓｏｌａｔｏｒなどのアイソレータ１００３を含めることができる。光源からの光の強度を低減又は変更するために、連続可変反射性中性濃度（ＮＤ）フィルタのような１つ以上の光フィルタ１００４を使用することができる。ビームサンプラ１００５は、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）フォトダイオードのような光センサ１００６に向かって光の一部を迂回させることができる。光の一部を光センサ１００６に向けて偏向させることによって、光パルスは、光の劣化又は不安定性、例えば動力の変動についてモニタすることができる。さらに、光の偏光状態を変化させるために、多次元１／２波長板のような波長板１００７が設けられてもよい。１つ以上のレンズ１００８を使用して、光のパルスをスキャナモジュールに送ることができる空心を有する単一モードファイバなどの光ファイバ１００９に、光を向けることができる。
【０１１１】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、例示的なスキャナモジュールを概略的に示す。スキャナモジュールは、光ファイバ１１０１と、１つ以上のレンズ１１０２、１００３及び１１０４と、１つ以上のミラー１１０５とを含む。ファイバ発射モジュールの光ファイバ及びスキャナモジュールの光ファイバは、同じ光ファイバであってもよく、光ファイバはファイバ発射モジュールからスキャナモジュールに光を送ってもよい。光は、コリメートレンズのようなレンズ１１０２によってコリメートされてもよい。光の焦点面は、移動可能な集束レンズ１１０３及び固定された集束レンズ１１０４のような一対のレンズを使用して変更することができる。次に、集束された光は、光を第１の収集モジュールに向けて導く微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー１１０５に向けることができる。
【０１１２】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、例示的な第１の収集モジュールを概略的に示す。第１の収集モジュールは、１つ以上のリレーレンズ１２０１及び１２０２、ダイクロイックミラー１２０３、光センサ１２０４、レンズ１２０５、及び光ファイバ１２０６を含むことができる。スキャナモジュールから受け取った光のパルスは、リレーレンズ１２０１及び１２０２によってダイクロイックミラー１２０３に伝えてもよい。ダイクロイックミラー１２０３は、光の一部を光センサ１２０４に送ることができる。光検知器に伝えられた光は、透過光の特性をモニタするために使用することができる。光検知器１２０４に伝えられない光は、ダイクロイックミラーによって光プローブモジュールに向けて迂回させることができ、それが光を上皮組織の表面に向けることができる。光プローブモジュールに光を向けることに加えて、ダイクロイックミラーは、収集された信号を光プローブモジュールから第２の収集モジュールに向けて伝えるように機能することもできる。収集された信号は、レンズ１２０５によって、光を第２の収集モジュールに送信する液状光ガイドのような光ファイバ１２０６に送信することができる。光ガイドは、アクリル樹脂、ポリカーボネート、エポキシ、液体、及びガラスのような任意の光学グレードの材料で作ることができる。
【０１１３】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、例示的な光プローブモジュールを概略的に示す。光プローブモジュールは、１つ以上のリレーレンズ１３０１及び１３０２と、コリメートレンズ１３０３と、視野レンズ１３０４と、１つ以上の対物レンズ１３０５及び１３０６とを含むことができる。光プローブモジュールのレンズ及び対物レンズは、上皮組織に向かって光を送り（上ビーム）、上皮組織の固有の特性に関連して生成された信号（下ビーム）を信号処理及び分析のための第２の収集モジュールに送ることができる。
【０１１４】
図１４Ａ及び１４Ｂは、例示的な第２の収集モジュールを概略的に示す。２色収集モジュールなどの第２の収集モジュールは、光ファイバ１４０１と、集光レンズ１４０２、１４０５及び１４０８と、ダイクロイック素子１４０３と、光フィルタ１４０４及び１４０７と、光検知器１４０６及び１４０９とを含むことができる。液状光ガイドなどの光ファイバ１４０１を使用して、第１の収集モジュールから第２の収集モジュールへ光を伝送することができる。非球面集光レンズなどの集光レンズ１４０２は、集光された光を、約４２５ｎｍのカットオフを有するロングパスダイクロイックなどのダイクロイック素子１４０３に導くことができる。ダイクロイックは、カットオフよりも短い波長の光を検出器１４０６に送り、カットオフよりも長い波長を有する光を追加の検出器１４０９に向けることができる。送られた光、例えば、約４２５ｎｍより短い波長の光は、ＳＨＧ信号を送るＳＨＧフィルタなどの光フィルタ１４０４、及び非球面集光レンズなどの集光レンズ１４０５に向けられ、ＳＨＧ信号が検出される光電子増倍管（例えば、Ｈａｍａｍａｔｓｕ  ＰＭＴ）のような光検知器１４０６に向けることができる。向けられた光、例えば、約４２５ｎｍより長い波長の光は、自己蛍光信号を送る自己蛍光フィルタなどの光フィルタ１４０７、及び非球面集光レンズなどの集光レンズ１４０８に向けられ、自己蛍光信号が検出される光電子増倍管（例えば、Ｈａｍａｍａｔｓｕ  ＰＭＴ）のような別の光検知器１４０９に向けることができる。収集されたＳＨＧ信号及び自己蛍光信号は、例えばプログラムされたコンピュータプロセッサを用いて処理されて、上皮組織の疾患を同定するために使用可能な上皮組織のプロファイル（例えば、深度プロファイル）を生成することができる。疾患は、例えば、皮膚癌であり得る。
【０１１５】
図１５Ａは、組織の垂直面すなわち深度プロファイルの走査を概略的に示す。水平面の撮像は、ＭＥＭＳミラーをｘ方向及びｙ方向に傾けることによって制御することができる。撮像深度を制御することは、アフォーカルな配置における一対のレンズ間の距離を変更することによって達成され得る。深度プロファイルは、ＭＥＭＳミラーを単一の軸に沿って走査し、一対のレンズの間の距離を反復して変更して垂直方向に走査することによって生成することができる。図１５Ｂは、走査プロセス中のパワー及びＰＭＴ利得を変調することによって深度プロファイルの画像の質を変更することができることを概略的に示す。組織を通る信号の強度は、深さと共に指数関数的に減少し得る。この信号の強度の低下は、フィードバック信号アルゴリズムを使用してリアルタイムでパワー及びＰＭＴ利得両方を変調して、完全な断面の画像にわたって均一な輝度及びコントラストの画像を得ることによって、打ち消される可能性がある。図１５Ｃは、正弦波走査によって生じ得る画像の歪みを示す。画像を構築するための信号処理は、顕微鏡が線形三角波で走査するという仮定を用いて、ラスタ走査を用いて行うことができる。線形パターンでＭＥＭＳミラーを移動させることは困難な場合があり、したがって、顕微鏡は、正弦波走査を用いて三角波走査を近似することができる。正弦波走査は、ｘ方向の拡張に伴って画像の歪みを引き起こす可能性がある。この歪みは、ｘ方向に湾曲した表示画面を使用することによって打ち消される可能性がある。
【０１１６】
ハンドヘルド式装置は、機能及び使いやすさを改善するための多くの機能を備えていてもよい。図１５Ｄは、格納式光シールドを備えたハンドヘルド式装置を示す。周囲光の汚染が最小限に抑えられれば、より高い解像度の撮像が達成できる。多くの状況で、暗い部屋で撮像することは実現可能ではない可能性がある。光の汚染を制限することは、格納式の光シールドを含めることによって達成され得る。格納式光シールドは、ハンドヘルド式装置のボタンを用いて作動させることができる。光シールドは、走査中にプローブを囲み、光を遮断することができる。シールドは、プローブを不明瞭にしない位置に保管することができる。シールドは、身体のあらゆる部分に付けることができる可撓性の不透明な毛のいくつかの層を含むことができる。ハンドヘルド式装置は、図１５Ｅに示すように、ディスプレイをさらに備えることができる。ディスプレイが恒久的に取り付けられているか、ディスプレイが取り外し可能な場合がある。また、ディスプレイは静止していてもよいし、ヒンジに取り付けてディスプレイを折り畳んで回転することを可能にしてもよい。
【０１１７】
図１６Ａは、バッテリ駆動ポータブル撮像システムの説明図である。システムは、容易に動くための車輪、使用されていない間にハンドヘルド式装置を保持するためのスタンド、内部構成要素、例えばコンピュータプロセッサ、光発生源、及びバッテリを含むことができる。図１６Ｂは、システムによって生成され得る３色画像を示す。３色画像は、異なるスペクトル応答によって特徴付けられる組織の特徴を強調することができる。例えば、ハンドヘルド式装置によって収集された光は、フィルタリングされ、波長によって収集チャネルに分類され得る。信号光は、フィルタリングされ、広い波長範囲を含む少数の収集チャネル又は狭い波長範囲を含む多数の収集チャネルに分類され得る。例えば、信号光をフィルタリングし、ＴＨＧ信号、ＳＨＧ信号、及び自己蛍光信号に分類することができる。ＴＨＧ信号は、パルス光の波長の約３分の１である狭い帯域の収集光を含むことができる。収集されたＴＨＧ信号の波長範囲は、約１２５ｎｍ、１５０ｎｍ、１７５ｎｍ、２００ｎｍ、２２５ｎｍ、２５０ｎｍ、２７５ｎｍ、３００ｎｍ、３２５ｎｍ又はそれより長いものに集中させることができる。ＳＨＧ信号は、パルス光の波長の約半分（例えば３９０ｎｍ）である狭い帯域の集光を含むことができる。収集されたＳＨＧ信号の波長範囲は、約２００ｎｍ、２２５ｎｍ、２７５ｎｍ、３００ｎｍ、３２５ｎｍ、３５０ｎｍ、３７５ｎｍ、４００ｎｍ、４２５ｎｍ、４５０ｎｍ、４７５ｎｍ又はそれより長いものに集中させることができる。自己蛍光信号は、狭い帯域の集光又は広い帯域の集光を含むことができる。集められた自己蛍光信号の波長範囲は、４００ｎｍ〜４５０ｎｍ、４００ｎｍ〜５００ｎｍ、４００ｎｍ〜５５０ｎｍ、４００ｎｍ〜６００ｎｍ、４００ｎｍ〜６５０ｎｍ、４５０ｎｍ〜５００ｎｍ、４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ、４５０ｎｍ〜６００ｎｍ、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ、５００ｎｍ〜５５０ｎｍ、５００ｎｍ〜６００ｎｍ、５００ｎｍ〜６５０ｎｍ、５５０ｎｍ〜６００ｎｍ、５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ、又は６００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内であってよい。
【０１１８】
波長範囲は、マルチカラーの画像を生成するためにコンピュータプロセッサで色を割り当ててもよい。例えば、フィルタリングされソートされたＳＨＧ信号は、真皮結合組織を表し得、緑色に割り当てられ得る。フィルタリングされた自己蛍光信号は、単一の収集チャネルに分類されるか、波長によって分割され、複数の収集チャネルに分類され得る。例えば、ろ過された自己蛍光信号は、短いものと長いものの２つの範囲にソートすることができる。短波長領域内の信号は、ケラチノサイトを表し得、青色に割り当てられ得る。長波長領域内の信号は、メラノサイトを表し得、赤色に割り当てられ得る。色付けされた信号情報は、単一の画像にまとめられてもよい。
【０１１９】
光のフィルタリングは、モールドされた光ソーターを使用して達成され得る。図１６Ｃは、電力損失を最小限に抑えながら光を分けるために内部の全反射を利用し得る、モールドされた光ソーターの図である。モールドされた光ソーターは、小さな形状因子と光学素子の単純化を可能にする。モールドされた光ソーターは、３アーム形状にモールドされたガラス又はポリマーを含むことができる。３アーム形状は、各端部に接着されたフィルタを有してもよく、またＰＭＴのガラス面に接着されてもよい。液状光ガイドは、型の面に直接接着させてもよい。直接接着させると、フレネル反射を最小にすることができる。
【０１２０】
ハンドヘルド式装置は、プローブを位置決めし、組織をマーキングするための特徴をさらに含むことができる。図１６Ｄは、物理的な場所マーキング機構を備えたハンドヘルド式装置を示す。物理的な場所マーキング機構は、使用者が、ハンドヘルド式装置により注視されている組織の領域に物理的マーキングを配置することを可能にできる。例えば、物理的な場所マーキング機構は、肉眼で見ることができない癌の増殖の縁部をマークするために使用されてもよい。マーキング材料はインクを含むことができ、マーカーはボタンを押すことによって展開することができる。ハンドヘルド式装置はまた、外部視覚位置決め機構を備えてもよい。図１６Ｅは、プローブの両側に配置されたデュアルカメラを備えたハンドヘルド式装置を示す。ディスプレイは、プローブの物理的な位置と顕微鏡画像の両方を示す分割スクリーンを含むように変更されてもよい。さらに、デジタル位置マッピングを作成するためにカメラを使用することができる。図１６Ｆは、巨視的画像及び顕微鏡画像を有する分割スクリーンを示す。巨視的画像は、プローブの１つ以上のカメラによって生成できる。顕微鏡とカメラとの間の通信により、顕微鏡画像からのデジタルマーカーを巨視的画像に投影することができる。微視的画像から巨視的画像への特徴又はデジタルマーカーの投影は、顕微鏡的癌組織の境界を、巨視的画像のマージンラインとして示すことを可能にし得る。
【０１２１】
図１７Ａは、光検知と航行光パルスが交互にあるハンドヘルド式装置を示す。正弦波走査を使用する場合、ほぼ直線である走査の部分のみが使用可能である。したがって、走査の約２０％が無駄になる可能性がある。この無駄にされた走査の部分は、光の検知と航行光パルスとを交互にすることによって、減少させることができる。例えば、走査が正弦波走査の線形部分にあるとき、ハンドヘルド式装置は検知モードにあり、航行光パルスはオフであってもよい。走査が正弦波走査の非線形部分にあるとき、ハンドヘルド式装置は光パルスモードにすることができ、ＰＭＴセンサはオフであり得る。シャッタで光を物理的にゲーティングすることによって、光を遮断することができる。光パルスは、人間の目に連続して現れるように高い周波数であってもよい。交互の光検知及び航行光パルスは、光シールドと組み合わせて使用することができ、光シールドの内部を照らすことができる。光シールドの内部を照らすことは、ハンドヘルド式装置の位置決めカメラの使用を促進することができる。
【０１２２】
図１７Ｂは、例示的な皮膚鏡及び顕微鏡の組み合わせを示す。皮膚病変の視界を改善するために、皮膚鏡を使用することができる。ハンドヘルド式装置は、装置の機能性を最大限にするために、皮膚鏡と組み合わせてもよい。皮膚鏡は、外部の拡大鏡又はプローブの端部近くのカメラであってもよい。ハンドヘルド式装置は、皮膚鏡と顕微鏡の機能を切り替える能力を有することができる。
【０１２３】
撮像システムは、光汚染を低減するためのスペクトルフィルタを備えた統合式の照明をさらに備えることができる。図１７Ｃは、フィルタリングされた光を放射する一体化された光源を含む例示的な撮像システムを示す。フィルタリングされた光はハンドヘルド式装置では検出できない場合がある。光源は、６００ｎｍ〜６５０ｎｍ、６００ｎｍ〜７００ｎｍ、６００ｎｍ〜７５０ｎｍ、６００ｎｍ〜８００ｎｍ、６５０ｎｍ〜７００ｎｍ、６５０ｎｍ〜７５０ｎｍ、６５０ｎｍ〜８００ｎｍ、７００ｎｍ〜７５０ｎｍ、７００ｎｍ〜８００ｎｍ、又は７５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する光を放射することができる。撮像システムは、スマートフォンに接続するようにさらに適合されてもよい。図１７Ｄは、スマートフォンを取り付けるためのクランプ及びケーブルを備えたハンドヘルド式装置を示す。互換性のあるスマートフォンは、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ、Ａｎｄｒｏｉｄ対応デバイス、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標）デバイスを含み得る。ハンドヘルド式装置は、さらに、ズーム機能を組み込むことができる。図１７Ｅは、ズーム機能を備えたハンドヘルド式装置と、ワイドスクリーンビューと高解像度ビューとをトグルすることができるディスプレイを示す。ズーム機能は、視野を増大させてよりワイドな画像を生成するために、ハンドヘルド式装置の光路にレンズ又はレンズ群を組み込むことができる。レンズ又はレンズ群は、ＭＥＭＳミラーの後に挿入してもよい。レンズは、ビームウエストを修正し、焦点距離を維持しながら、光線をより広い角度でより薄いビームとして出現させるように作用することができる。角度が広いとよりワイドな画像を作成し得る。よりワイドな画像を作成すると、画像の解像度が低下することがある。よりワイドな画像を見るために、ハンドヘルド式装置ディスプレイは、水平のワイドスクリーンの向きに切り替えるように構成されてもよい。モードの切り替えは、ディスプレイの向きを変更するかボタンを押して、制御することができる。高解像度画像を見るために、ハンドヘルド式装置は垂直方向にトグルするように構成されてもよく、ＭＥＭＳミラーと次のミラーとの間のレンズは光路から除去してもよい。
【０１２４】
図１７Ｅは、単一の深部マージン光パイプ針を備えたプローブと、複数の深部マージン光パイプ針からなるリングを備えるプローブとを有するハンドヘルド式装置を示す。ハンドヘルド式装置から放射される大量の光は、失われて周囲の組織に達する可能性がある。周囲の組織に達するまでに失われる光の量を減少させ、組織を穿刺することなく検出可能な深度プロファイルの最大分解深度を増加させるために、光パイプ針を腫瘍の中心を通して挿入して、出ていく光を吸収することができる。ハンドヘルド式装置のプローブは、単一の光パイプ針又は複数の光パイプ針を備えてもよい。複数の光パイプ針は、リング構成を含む様々な構成で使用することができる。光パイプ針の使用は、より良質の画像を提供することができる。
【０１２５】
図１８は、使い捨てのプローブ先端を有するハンドヘルド式装置を示す。図２６は、使い捨てのプローブ先端の拡大図を示す。プローブは、約１０ｍｍ、８ｍｍ、６ｍｍ、４ｍｍ、又は２ｍｍ未満の先端の直径を有することができる。ハンドヘルド式装置は、使い捨てプローブを容易に接続及び切断することを可能にする機構を有することができる。機構は、プローブとハンドヘルド式装置との間の精密な光学的整合な位置合わせを可能にする位置合わせ機能を有することができる。ハンドヘルド式装置は、耳鏡のような形状のものでも、銃のような形状因子の皮膚鏡でもよい。ハンドヘルド式装置は、最大約０．２５ポンド（ｌｂｓ）、０．５ポンド、１ポンド、２ポンド、４ポンド、又は８ポンドの重量を有することができる。スクリーンをハンドヘルド式装置に組み込んで、ポイント・オブ・ケアの様子を見ることができる。スクリーンは取り外し可能であってよく、向きを変えることができる。ハンドヘルド式装置は、ローリングカート又はブリーフケース型の構成を含むことができるポータブルシステムに取り付けることができる。ポータブルシステムは、レーザ、電子機器、光センサ、及び動力システムを含むことができる。レーザは、送達のために最適な周波数で光を提供することができる。ハンドヘルド式装置は、送達に有用な周波数（例えば、１５６０ｎｍ）から組織を撮像するのに有用な周波数（例えば、７８０ｎｍ）に光を変換するための第２高調波周波数ダブラーを含むことができる。例えば、送達周波数は、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、１１００ｎｍ、１２００ｎｍ、１３００ｎｍ、１４００ｎｍ、１５００ｎｍ、１６００ｎｍ、１７００ｎｍ、１８００ｎｍ、１９００ｎｍ又はそれを超えるものであり得、撮像周波数は、少なくとも約４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ、又はそれを超えてもよい。レーザは、バッテリ電力でシステムを動作させるのに十分低い電力のものであってもよい。システムは、動作中にポータブル式装置を保持するための充電ドック又はミニスタンドをさらに備えることができる。１つの診療所に多くのミニスタンドと、部屋の間を移動することができる単一のポータブルシステムがあってよい。
【０１２６】
図１９はハンドヘルド式装置の内部構成要素の図を示す。ハンドヘルド式装置の付加的な向きが図２７Ａ〜図２７Ｃに示されている。レーザは、光ファイバケーブルを介してハンドヘルド式装置に低周波超高速パルス光を提供することができる。光ビームは、第２高調波周波数２倍器１９１０を通り、そこでコリメートされ、より高い周波数の光に変換され得る。周波数２倍器１９１０を通った後、光ビームは、１つ以上のビームステアリングミラー１９２０と接触することができる。ビームステアリングミラー１９２０は、最適化されたビームの位置合わせを可能にすることができる。ビームの位置合わせがビームステアリングミラー１９２０によって最適化されると、アフォーカルｚ平面スキャナ１９３０に接触することができる。アフォーカルｚ平面スキャナは、走査している間、軸方向の焦点を変化させ、深度プロファイル撮像を可能にし得る。プローブの先端に入る前に、ＭＥＭＳミラー１９４０は、ビームをｘ方向及びｙ方向に走査することができる。ハンドヘルド式装置の先端は、組織に入るよう光のビームをプローブの後部開口に導く、リレーレンズ１９５０を含むことができる。ハンドヘルド式装置の先端は収集光学系１９６０をさらに含むことができ、これは撮像に使用されるより低い周波数の光を反射することや、より高い周波数の信号光を収集することができる。図２１Ｂは、アフォーカルｚ平面スキャナからプローブの対物レンズまでの励起経路を示す。
【０１２７】
図２０は、第２高調波周波数２倍器１９１０の拡大図である。周波数２倍器１９１０は、周期的に分極されたニオブ酸リチウム結晶のような非線形結晶を含むことができる。周波数２倍器１９１０の効率は、温度の関数として変化してもよい。周波数２倍器１９１０の最適な性能を得るために、温度制御及びフィードバックセンサを使用して、生成される光の量に基づいて装置の温度を調整することができる。
【０１２８】
図２１Ａは、アフォーカルｚ平面スキャナ１９３０の拡大図である。アフォーカルｚ平面スキャナ１９３０は、コリメートされた光ビームを収束又は発散させ、撮像中に焦点を軸方向に動かすことができる。焦点を軸方向に移動させることにより、ｚ平面を走査し、深度プロファイルを撮像することを可能にし得る。レンズの１つの質量は、ボイスコイルアクチュエータを使用してレンズが数Ｈｚで走査することを可能にできる小型のものにすることができる。アフォーカルｚ平面スキャナは、ＭＥＭＳミラー１９４０からの線をｚ方向に走査することができ、遅い軸方向の走査として動作することができる。
【０１２９】
図２２は、ＭＥＭＳミラーアセンブリ１９４０の拡大図である。深度プロファイル走査の場合、ＭＥＭＳミラー１９４０は、ｚ方向、すなわち深度プロファイルのスキャナ１９３０がｚ方向にゆっくりとラインをシフトさせながら、ｘ方向のラインを迅速に走査することができる。水平方向の撮像の場合、ＭＥＭＳミラー１９４０は、ｘ方向に速く、ｙ方向にゆっくりと走査し、一方でｚ平面スキャナを、準静的フォーカシングに使用することができる。
【０１３０】
図２３は、ビームをプローブの後方開口に向けるリレーレンズアセンブリ１９５０の拡大図である。リレーレンズ１９５０は、光をプローブに入るように調整することができる。リレーレンズ１９５０は、ＭＥＭＳミラー１９４０及びアフォーカルｚ平面スキャナ１９３０からの走査を、対物レンズの後方焦点面に結像することができ、それは対物レンズの走査をテレセントリックにすることができる。深度の関数として倍率に差がない深度プロファイル画像を得るために、テレセントリックな対物レンズを使用する必要のある場合がある。テレセントリックな対物レンズはまた、一定の開口数（ＮＡ）を維持することができ、したがって、同様に、走査された領域を通して一定の解像度を可能にする。励起経路のダイクロイックミラーは、撮像に使用される光をプローブに反射できるが、信号光を収集ファイバに通らせることができる。
【０１３１】
図２４は、収集光学系１９６０の拡大図である。収集光学系１９６０は、ポータブル式撮像システムのＰＭＴセンサへの送達のためにより高い周波数の光をマルチモードファイバに送達する間に、撮像に使用される光などの低周波光を組織に反射するダイクロイックミラーを備えていてもよい。収集光学系１９６０は、光をマルチモードファイバ又は液状光ガイドに向けるための複数のレンズを含むことができる。結合組織は、励起光のＳＨＧを生じ、狭い高周波信号（例えば、３９０ｎｍ）を生成し得る。細胞内の特定のタンパク質（例えば、ＮＡＤＨ、メラニン、ＦＡＤ、ケラチン、エラスチンなど）は、自己蛍光を経て、広範囲の波長に亘る信号を生成し得る。マルチモードファイバ又は液状光ガイドは、信号を波長によって分離することができる収集装置内のポータブル式撮像システムに信号を送達することができる。
【０１３２】
図２５は、収集装置の図である。ポータブル式撮像システムは、複数のＰＭＴセンサを備えることができる。マルチモード又は液状光ガイドケーブルからの光は、複数のダイクロイックミラーを用いて３つの成分に分割させてもよい。信号のＳＨＧ部分は、第１のＰＭＴセンサ（ＰＭＴ１）に行くことができる。信号の自己蛍光部分は、第２のＰＭＴセンサ（ＰＭＴ２）に向かう一方のチャネルと第３のＰＭＴセンサ（ＰＭＴ３）に向かう第２のチャネルとの２つのチャネルに分割してもよい。各ＰＭＴに入る光は、バックグラウンドノイズ、照射レーザパルスからの後方反射光、及びＰＭＴチャネル間の光の混合を除去するために、光フィルタを通ることができる。各ＰＭＴは、それぞれの信号成分の強度のデジタル画像を提供することができる。次に、コンピュータプロセッサを、励起が走査されるときに、各チャネルから画素ごとの画像を構築するようにプログラムしてもよい。次いで、画像を、元の画像のそれぞれが、異なる組織構造間の色のコントラストを提供することができる固有の色により表される単一の画像にまとめてもよい。
【０１３３】
撮像システムは完全に移動可能にすることができ、患者が待機している部屋に臨床医が移動させることができる。機械の電源を入れることができ、医師は取り外し可能なプローブをハンドヘルド式装置に取り付けることができる。撮像を最適化するために、臨床医は、周囲光条件下、照明なし、又は顕微鏡光学系を妨害しないカスタムの照明で、機械を使用することができる。また、ハイブリッド光子増倍管やアバランシェフォトダイオードなど、より高速なダイナミクスを備えたセンサを使用することで、周囲のバックグラウンド信号が少ない最適化された撮像が可能になる。これらのタイプのハイブリッドセンサは、数百ピコ秒（ｐｓ）程度の速いセトリングタイムを有することがある。ダイナミクスの増加は、システムが、励起レーザのパルス発生中に信号のみを検知することを可能にし、レーザがオンでないときのインターバルの間バックグラウンド光の記録を排除し得るようにする。バックグラウンド信号を最小限に抑えるための別のアプローチは、そのサンプリングプローブ用の追加のＰＭＴセンサ及び電子機器と共に、組織に入る周囲光の量を測定するために、プローブの先端の近くに追加のファイバを含めることであり得る。その後、サンプリングプローブからの信号は、バックグラウンド信号を補正することができるパルス光から検出された信号から除去することができる。プローブは、水、アルコール、グリセリン、ワセリン、又はオイルを先端に使用して、組織への光の光学的連結を改善することができる。機械が準備され、プローブが取り付けられた状態で、臨床医は顕微鏡及びプローブを操作して組織上の様々な関心領域に接触させ、その間にリアルタイムで得られる画像を記録及び表示することができる。
【０１３４】
コンピュータシステム
本開示は、本開示の方法を実施するようにプログラムされたコンピュータ制御システムを提供する。図２８は、本明細書で提供される方法を実施するようにプログラムさもなければ構成することができるコンピュータシステム２８０１を示す。コンピュータシステム２８０１は、例えば、複数の異なる焦点面で生成された信号の少なくともサブセットを収集すること、及び上皮組織の深度プロファイルを生成するために信号を使用することなど、対象の上皮組織における疾患を識別する様々な態様を調整することができる。コンピュータシステム２８０１は、使用者の電子デバイス、又は電子デバイスに対して遠隔に配置することができるコンピュータシステムとすることができる。電子デバイスは、モバイル式電子デバイスであってもよい。
【０１３５】
コンピュータシステム２８０１は、単一コア又はマルチコアプロセッサ、又は並列処理のための複数のプロセッサとすることができる中央処理装置（ＣＰＵ、本明細書では「プロセッサ」及び「コンピュータプロセッサ」とも）２８０５を含む。コンピュータシステム２８０１はまた、メモリ又はメモリ位置２８１０（例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶装置２８１５（例えばハードディスク）、１つ以上の他のシステムと通信するための通信インタフェース２８２０（例えば、ネットワークアダプタ）、及び周辺装置２８２５、例えばキャッシュ、他のメモリ、データストレージ及び／又は電子ディスプレイアダプタを含む。メモリ２８１０、記憶装置２８１５、インタフェース２８２０及び周辺装置２８２５は、マザーボードなどの通信バス（実線）を介してＣＰＵ２８０５と通信する。記憶装置２８１５は、データを格納するためのデータ記憶装置（又はデータリポジトリ）とすることができる。コンピュータシステム２８０１は、通信インタフェース２８２０に補助されてコンピュータネットワーク（「ネットワーク」）２８３０に動作可能に連結することができる。ネットワーク２８３０は、インターネット、インターネット及び／又はエクストラネット、又はインターネットと通信可能なイントラネット及び／又はエクストラネットとすることができる。ネットワーク２８３０は、場合によっては、電気通信及び／又はデータネットワークとすることができる。ネットワーク２８３０は、クラウドコンピューティングのような分散コンピューティングを可能にすることができる１つ以上のコンピュータサーバを含むことができる。ネットワーク２８３０は、場合によってはコンピュータシステム２８０１に補助されて、コンピュータシステム２８０１に連結された装置がクライアント又はサーバとして動作することを可能にし得るピアツーピアネットワークを実装することができる。
【０１３６】
ＣＰＵ２８０５は、プログラム又はソフトウェアで実施することができる一連の機械可読命令を実行することができる。命令は、メモリ２８１０のようなメモリ位置に格納することができる。命令は、ＣＰＵ２８０５に向けることができ、ＣＰＵ２８０５は、その後、本開示の方法を実施するためにＣＰＵ２８０５をプログラムさもなければ構成することができる。ＣＰＵ２８０５によって実行される動作の例は、フェッチ、デコード、実行、及びライトバックを含むことができる。
【０１３７】
ＣＰＵ２８０５は、集積回路などの回路の一部とすることができる。システム２８０１の１つ以上の他の構成要素を回路に含めることができる。場合によっては、回路は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。
【０１３８】
記憶装置２８１５は、ドライバ、ライブラリ及び保存されたプログラムなどのファイルを格納することができる。記憶装置２８１５は、使用者データ、例えば、使用者プリファレンス及び使用者用プログラムを格納することができる。コンピュータシステム２８０１は、場合によっては、イントラネット又はインターネットを介してコンピュータシステム２８０１と通信しているリモートサーバに位置するような、コンピュータシステム２８０１の外部にある１つ以上の追加データ記憶装置を含むことができる。
【０１３９】
コンピュータシステム２８０１は、ネットワーク２８３０を介して１つ以上のリモートコンピュータシステムと通信することができる。例えば、コンピュータシステム２８０１は、使用者（例えば、サービスプロバイダ）のリモートコンピュータシステムと通信することができる。リモートコンピュータシステムの例としては、パーソナルコンピュータ（例えば、ポータブルＰＣ）、スレート又はタブレットＰＣ（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙ  Ｔａｂ）、電話、スマートフォン（例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ、Ａｎｄｒｏｉｄ対応デバイス、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））、又はパーソナルデジタルアシスタントを含む。使用者は、ネットワーク２８３０を介してコンピュータシステム２８０１にアクセスすることができる。
【０１４０】
本明細書で説明される方法は、例えばメモリ２８１０又は電子記憶装置２８１５など、コンピュータシステム２８０１の電子記憶位置に格納された機械（例えばコンピュータプロセッサ）実行可能コードにより実施することができる。機械実行可能コード又は機械可読コードは、ソフトウェアの形態で提供することができる。使用中、プロセッサ２８０５によってコードを実行することができる。場合によっては、コードは、記憶装置２８１５から検索し、プロセッサ２８０５による準備周到なアクセスのためにメモリ２８１０に記憶することができる。一部の状況では、電子記憶装置２８１５は排除でき、機械実行可能命令はメモリ２８１０に記憶される。
【０１４１】
コードは、コードを実行するように適合されたプロセッサを有する機械と共に使用するために予めコンパイル及び構成してもよく、実行時にコンパイルしてもよい。コードは、プリコンパイル又はコンパイルされた様式でコードを実行できるように選択できるプログラミング言語で提供することができる。
【０１４２】
コンピュータシステム２８０１のような、本明細書で提供されるシステム及び方法の態様は、プログラミングにおいて具現化することができる。技術の様々な態様は、典型的には機械（又はプロセッサ）実行可能コード及び／又は機械可読媒体の一種に搭載又は組み込まれた関連データの形式の「製品」又は「製造された物品」と考えることができる。機械実行可能コードは、メモリ（例えば、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ）又はハードディスクなどの電子記憶装置に格納することができる。「記憶」タイプのメディアは、コンピュータ、プロセッサなどの有形のメモリ、又はその関連するモジュール、例えば様々な半導体メモリ、テープドライブ、ディスクドライブなどのいずれか又はすべてを含むことができ、それらはソフトウェアプログラミングのためにいつでも非一時的な記憶を提供することができる。ソフトウェアの全部又は一部は、時々、インターネット又は様々な他の電気通信ネットワークを介して通信され得る。このような通信は、例えば、管理サーバ又はホストコンピュータからアプリケーションサーバのコンピュータプラットフォームへなど、あるコンピュータ又はプロセッサから別のものへのソフトウェアのロードを可能にすることができる。したがって、ソフトウェアの素子を支えることができる別のタイプの媒体には、有線及び光陸上通信線ネットワークを介して、及び様々な空中でのリンクを介して、ローカルデバイス間の物理的な境界面を越えて使用されるような光、電気及び電磁波が含まれる。このような波を運ぶ物理的要素、例えば有線又は無線リンク、光リンクなどもまた、ソフトウェアを支える媒体と考えることができる。本明細書で使用される場合、非一時的な有形の「記憶」媒体に限定されない限り、コンピュータ又は機械の「可読媒体」などの用語は、実行のためにプロセッサに命令を提供することに関与する任意の媒体を示す。
【０１４３】
したがって、コンピュータ実行可能コードのような機械可読媒体は、有形記憶媒体、搬送波媒体又は物理的伝送媒体を含むが、これに限定されない多くの形態を取ることができる。不揮発性記憶媒体は、例えば、図面に示されるデータベースなどを実装するために使用され得るような、任意の（１又は複数の）コンピュータなどにおける記憶装置のいずれかなどの光学ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性記憶媒体は、そのようなコンピュータプラットフォームのメインメモリのような動的メモリを含む。有形の伝送媒体は、同軸ケーブル、銅線及び光ファイバ、例えばコンピュータシステム内のバスを含むワイヤを含む。搬送波伝送媒体は、電気又は電磁信号、又は無線周波数（ＲＦ）及び赤外線（ＩＲ）データ通信中に生成されるような音響波又は光波の形態をとることができる。したがって、コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の任意の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ又はＤＶＤ−ＲＯＭ、任意の他の光学媒体、パンチカード紙テープ、ホールのパターンを有する任意の他の物理的記憶媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ及びＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップ又はカートリッジ、データ又は命令を送る搬送波、そのような搬送波を伝えるケーブル又はリンク、又はコンピュータがプログラミングコード及び／又はデータを読み取ることができる他の任意の媒体が含まれる。これらの形式のコンピュータ可読媒体の多くは、実行のために、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを、プロセッサに搬送することに関与することができる。
【０１４４】
コンピュータシステム２８０１は、例えば、上皮組織の深度プロファイルを提示するためのユーザインタフェース（ＵＩ）２８４０を含む電子ディスプレイ２８３５を含むか、それと通信することができる。ＵＩの例としては、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）及びウェブベースのユーザインタフェースが挙げられるが、これに限定されない。
【０１４５】
本開示の方法及びシステムは、１つ以上のアルゴリズムによって実装することができる。アルゴリズムは、中央処理装置２８０５による実行時にソフトウェアによって実施することができる。アルゴリズムは、例えば、複数の異なる焦点面で収集された信号のサブセットを使用して深度プロファイルを生成することができる。場合によっては、アルゴリズムはリアルタイムで深度プロファイルを生成することができる。
【０１４６】
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され説明されてきたが、そのような実施形態が単なる例示として提示されていることは、当業者に明らかであろう。もはや、本発明から逸脱することなく、多くの変形、変更、及び置換をすることを、当業者は思い浮かべるであろう。本発明の実施において、本明細書に記載された本発明の実施形態の様々な代替物を使用できることを理解されたい。以下の特許請求の範囲は本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造及びそれらの均等物がそれによって網羅されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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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２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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