(57)【要約】バイオ光学スキャナを較正するための方法（１８８）、装置（１０）、及び組成物のセット（３０）を開示する。スキャナは、組織の選定された分子構造を、非破壊的にインビボで検出する。装置（１０）には、スキャナに連結されたプロセッサ及びメモリを具えたコンピュータと、インビボの組織に光を非破壊的に導く照射装置と、光に対する組織の放射応答の強度を検出するための検出器と、光を被験体に導き、返ってくる放射応答を検出器に受けるためのプローブとを含めることができる。装置（１０）は、生きた組織の放射応答を模擬した合成材料（３０）を使用し、バックグラウンド蛍光及び弾性散乱を補正して較正される。合成材料（３０）のマトリクス（１２５ｂ）中のドーパント（１２５ｃ）は、組織中の選定された分子構造を模擬している。
2007527530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射されると、所定分子構造に対応する特徴的な目的のラマン散乱を欠いた、組織中のバックグラウンド成分の該光に対する放射応答にほぼ対応するホワイト応答を返す第一合成材料を含むマトリクスと、
該光を照射されると、組織中の該所定分子構造の該光に対する放射応答にほぼ対応する応答値を返すドーパントとを
含むシステムであって、
該マトリクスとドーパントとは、生きた組織の放射応答を模擬した放射応答を持つサンプルを提供するように選択的に混合されている、
システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は光学的に不透明である、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は粘弾性材料である、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はシリコーンを含む、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はジメチルシロキサンを含む、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は水晶シリカを含む、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は増粘剤を含む、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はポリジメチルシロキサンを含む、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はデカメチルシクロペンタシロキサンを含む、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はグリセリンを含む、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は二酸化チタンを含む、システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は水を含む、システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は末端水酸基ポリマーを含む、システム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はホウ酸を含む、システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はダイラタント複合材を含む、システム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はシリコーンオイル及びホウ酸を含む、システム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは天然材料を含む、システム。
【請求項１８】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは植物性材料を含む、システム。
【請求項１９】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは植物材料由来のカロチノイドを含む、システム。
【請求項２０】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは食材を含む、システム。
【請求項２１】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは食材由来のカロチノイドを含む、システム。
【請求項２２】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは合成材料を含む、システム。
【請求項２３】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは、カロチノイドに見られる特徴的分子結合に対応する分子結合構造を持つ材料を含む、システム。
【請求項２４】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは、カロチノイドに特徴的な分子結合構造を持つ材料を含む、システム。
【請求項２５】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは炭素結合鎖を含む、システム。
【請求項２６】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは炭素二重結合鎖を含む、システム。
【請求項２７】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは合成ポリマーを含む、システム。
【請求項２８】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは合成オリゴマーを含む、システム。
【請求項２９】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは配向した合成ポリマー鎖を含む、システム。
【請求項３０】
請求項１に記載のシステムであって、前記ドーパントは粉砕された固体を含む、システム。
【請求項３１】
請求項１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は、変形可能、可撓性で、機械的に粘着性の材料であり、可視スペクトルにおいてほぼ光学的に不透明である、システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はケイ素をさらに含む、システム。
【請求項３３】
請求項３２に記載のシステムであって、前記ケイ素はジメチルシロキサンとして具現化されている、システム。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムであって、前記ケイ素はポリジメチルシロキサンとしてさらに具現化されている、システム。
【請求項３５】
請求項３４に記載のシステムであって、前記ケイ素はデカメチルシクロペンタシロキサンとしてさらに具現化されている、システム。
【請求項３６】
請求項３１に記載のシステムであって、前記ケイ素は水晶結晶板として具現化されている、システム。
【請求項３７】
請求項３１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は増粘剤をさらに含む、システム。
【請求項３８】
請求項３７に記載のシステムであって、前記第一合成材料はグリセリンをさらに含む、システム。
【請求項３９】
請求項３７に記載のシステムであって、前記第一合成材料は二酸化チタンをさらに含む、システム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のシステムであって、前記第一合成材料は水をさらに含む、システム。
【請求項４１】
請求項３１に記載のシステムであって、前記第一合成材料は末端水酸基ポリマー類をさらに含む、システム。
【請求項４２】
請求項４１に記載のシステムであって、前記第一合成材料はホウ酸をさらに含む、システム。
【請求項４３】
請求項４２に記載のシステムであって、前記第一合成材料は、シリコーンオイル及びホウ酸含有するダイラタント複合材を含む、システム。
【請求項４４】
請求項４３に記載のシステムであって、前記ドーパントは天然材料を含む、システム。
【請求項４５】
請求項４３に記載のシステムであって、前記ドーパントは植物性材料を含む、システム。
【請求項４６】
請求項４３に記載のシステムであって、前記ドーパントは植物材料由来のカロチノイドを含む、システム。
【請求項４７】
請求項４３に記載のシステムであって、前記ドーパントは食材を含む、システム。
【請求項４８】
請求項４７に記載のシステムであって、前記ドーパントは食材由来のカロチノイドを含む、システム。
【請求項４９】
請求項３１に記載のシステムであって、前記ドーパントは合成材料を含む、システム。
【請求項５０】
請求項４９に記載のシステムであって、前記ドーパントは、カロチノイドに見られる特徴的分子結合に相当する分子結合構造を持つ材料を含む、システム。
【請求項５１】
請求項５０に記載のシステムであって、前記ドーパントは、カロチノイドに特徴的な分子結合構造を持つ材料を含む、システム。
【請求項５２】
請求項５１に記載のシステムであって、前記ドーパントは炭素結合鎖を含む、システム。
【請求項５３】
請求項５２に記載のシステムであって、前記ドーパントは炭素二重結合鎖を含む、システム。
【請求項５４】
請求項５３に記載のシステムであって、前記ドーパントは合成ポリマーを含む、システム。
【請求項５５】
請求項５４に記載のシステムであって、前記ドーパントは合成オリゴマーを含む、システム。
【請求項５６】
請求項５５に記載のシステムであって、前記ドーパントは、配向性の合成ポリマー鎖を含む、システム。
【請求項５７】
請求項５６に記載のシステムであって、前記ドーパントは粉砕された固体を含む、システム。
【請求項５８】
スキャナからの光照射に対する組織の放射応答から、組織の所定分子構造を非破壊的にインビボで検出するバイオ光学型のスキャナを較正するためのシステムであって、該システムは、
該スキャナの電気的アーチファクトに対応しているが、該光の照射に対する放射応答を実質的に含んでいないダーク応答を返すダーク・サンプルと、
第一合成材料を含み、該光の照射を受けると、特徴的な目的のラマン散乱応答を欠いた、該光に対する組織の放射応答にほぼ対応するホワイト応答を返すホワイト・サンプルと、
ドーパント処理された該第一合成材料を含み、該光を受けると、該光に対する組織の放射応答の比較的高い値にほぼ対応する高い応答値を返す高サンプルと、
ドーパント処理された該第一合成材料を含み、該光を受けると、該光に対する組織の放射応答の比較的低い値にほぼ対応する低い応答値を返す低サンプルとを
含み、
該ダークサンプル、ホワイトサンプル、高サンプル及び低サンプルは、各々数学的に組み合わされて該スキャナを較正して、該光に応答してインビボ組織中のカロチノイド含有量に対応する出力の再現性ある値を提供するパラメータを提供するよう選定され、該システムは、
該ホワイト、ダーク、高及び低サンプルの少なくとも２つを使って、該スキャナを較正するための数学的組み合わせを実行し、該光に応答して、インビボ組織中のカロチノイド含有量に対応する出力の再現性ある値を提供するようにプログラムされた、コンピュータ可読媒体中の実行可能較正を含む、
システム。
【請求項５９】
生きている生物体組織に光を照射し該光に対する該組織の放射応答を検出することによって、該組織中の所定分子構造を非破壊的にインビボで検出するスキャナを較正するためのシステムであって、該システムは、
該スキャナの電子的アーチファクトに起因する該スキャナのパラメータ出力のバラツキを補正するため、該スキャナによって照射及び検出されるよう位置付けられたダークスキャン構造体と、
引き続き該ダークスキャン構造体に置き換わって、各々のスキャナに固有の構造に起因して個別スキャナの間に生ずるバラツキを補正し、該スキャナを標準化するための工場用較正具と、
引き続き該工場用較正具に置き換わって、時間経過における該スキャナの状態変化に起因する該スキャナ自体の出力変動を標準化するための現場用較正具と、
コンピュータ可読媒体の中に具現され、該ダークスキャン構造体、該工場用較正具、及び該場用較正具のスキャンに対応するデータを受信し処理するようプログラムされた実行可能ファイルと、
該実行可能ソフトウエアを実行するようプログラムされ、該スキャナを較正し、被験体組織のインビボでの非破壊的スキャンの間、該スキャナによって採取されたデータに基づき、該所定分子構造の該量に対応する値を出力するコンピュータとを
備える、システム。
【請求項６０】
請求項５９に記載のシステムであって、前記実行可能ファイルは、被験体のスキャンから弾性散乱を除去するためのフィルタリング・パラメータを提供するようにプログラムされている、システム。
【請求項６１】
請求項６０に記載のシステムであって、前記第一及び第二サンプルは、実質的に同じ材料から選定され、該第一及び第二サンプルは前記検出器から２つの異なる区別可能な距離に配置される、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景）
（１．発明の分野）
本発明は光の強度の光学的測定、さらに具体的には、ラマン散乱の検出器の較正のための新規のシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（２．背景技術）
材料、特性、システムなどを表す特徴的信号を発生させ、検出し、観察し、追跡し、特性を決定し、処理し、操作し、表現し、またいろいろな方法で取扱うための光学的及び電子的機構が開発されてきた。工学の世界では、多くの物理原則が予測通りで再現可能に、またこれらの物理法則及び技術を使った計画及びスキームに従って機能する。このため、時の経過とともに、物理システムの性能及び挙動の数学的解析や予測は、高度な技術及び信頼性のある科学へと発展してきた。
【０００３】
機械的及び電子的装置、ならびに、光学システム、放射（例えば、レーダ、光など）及び音響（例えば、超音波スキャン、ソナーなど）が、多くの種類のシステムをモニターするのに有用であることが示されている。試験又はモニターされる多くのシステム、ならびに、設計及び制御される種々のシステムは、物理現象とそれら物理現象の数学的表現及びコンピュータの処理能力とを組み合わせた技術に依存している。これに加えて、物理挙動を検出するためのさまざまなシステム、これらの挙動の信号への変換、それら処理のための信号のコンピュータへの送信、及び人間が取り扱う技術分野の多くを、設計、解析、構築、観察及びその他のやり方でさらに分かりやすくし有用にすることができる。
【０００４】
生物科学において、計測器使用は、診断及び治療の双方で非常に有用であることが示されている。心電図、脳波図などは心臓、神経システムなどの動作を特徴付ける微弱な電磁信号を記録する。同様に、超音波画像、ｘ線及び同種装置は、特定の生物学的プロセスの洞察及び忠実な画像を提供する。同様に、ＣＴスキャン又はコンピュータ断層撮影技術は、生物学的なシステム及びプロセスをさらに高度に画像化する能力を提供している。
【０００５】
同じく、化学の分野でも、クロマトグラフ、スペクトル分析などといったデバイスを含む、多くの計測装置を含む技術からの恩恵を受けている。このような知識をそれぞれ得て、生物体、プロセスなどの理解及び制御に適用するには、このようなタスクに使用される計測装置の信頼できる較正が継続して必要となる。
【０００６】
例えば、近年、生体組織中の特定の化学組成物を測定するためのシステムが開発されている。このような装置の有用な例が、１９９９年２月２３日発行の、Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎらによる特許文献１の中で開示されている、この特許は斑状カロチノイド・レベルの測定の方法及びシステムを対象としており、参考として本明細書に組み込まれる。同じく、他の組織（ｔｉｓｓｕｅ）の非侵襲的測定に対しても特許が発行されている。この研究は、２００１年３月２０日発行のＧｅｌｌｅｒｍａｎｎらによる特許文献２に記載されたもので、カロチノイド及び生体組織中の関連化学物質に非侵襲的測定の方法及び装置を対象としている。この特許も参考として本明細書に組み込まれる。ほぼ同じ科学者のチームによる後続の研究結果が、米国特許出願第１０／０４０，８８３号、２００３年７月１０日に公開の特許文献３に示されている。この出願は、斑状色素のラマン画像化のための方法及び装置を対象としており、参考として本明細書に組み込まれる。この研究又はこの研究全体は、なかんずく、生きた皮膚などの組織中のカロチノイド又は類似の化合物のレベルの定量を提供する。非侵襲的で、迅速、高精度、及び安全なカロチノイド・レベル測定のための、特定の方法及び装置が開示されている。これらの測定値を、がんリスクに関する診断情報、又は、カロチノイド又は他の抗酸化剤化合物が診断情報を提供し得る状態のためのマーカーとして使用することができる。このように、この研究の多くは早期診断情報と、これによる予防又は治療とを対象としている。
【０００７】
一般に、これらのプロセスは、共鳴ラマン分光法を用いて、類似の物質及び組織の中のカロチノイド・レベルを測定する。特定の実施形態において、目的の組織の部分にレーザ光が当てられる。これにより散乱された光のごく一部は、ラマン散乱のプロセスによって、非弾性的に散乱され、目的の特定の分子にエネルギーを吸収され、入射レーザ光とは異なる周波数で再放射される。ラマン信号は、収集され、濾光され、測定され得る。次に、得られた信号を分析し、照射源の光の弾性散乱（例えば、反射）、及びバックグラウンド蛍光を除去することによって、ラマン散乱信号として識別された特性ピークを際立たせることができる。
【０００８】
特定の実施形態において、レーザ光源は、各種のレンズ、ビームスプリッターなどを含むプローブ・システムに通される。これによりレーザ源からのコヒーレント光をこれら一連のレンズ及びビームスプリッタを通して鏡面に導き、これを通して被験体（例えば、皮膚、斑紋など）の上に照射し、応答放射を生成することができる。応答放射はプローブ中を反対に向かい、典型的にはビームスプリッタ、又は、部分的に銀メッキされた鏡に反射されて検出器に導かれる。
【０００９】
一つの実施形態では、電荷結合素子のようなスペクトル選別の可能なシステムが、強度及び周波数（波長の逆数）によって放射（例えば、光波、光子など）を検出する。これにより、波長と強度とを処理し、周波数又は波長のスペクトルに沿って発生している放射の量を数値化することができる。
【００１０】
このように、コヒーレント光を組織に当てたときの応答を、特定の照射源に応答して検出器に到達するエネルギーの量又は光子の数などによって特徴付けることができる。このような装置に十分な精度があれば、放射エネルギー中の、個別光子レベルの量子変動にいたるまで、おそらく測定可能と考えられる。
【００１１】
このような装置を実現するためには、スキャナー（例えば、被験体を照射し、その応答を回収して処理するためのシステム）を信頼できるように較正でき、プロセッサ又はコンピュータがスキャナから受信したデータを操作又は他のやり方で処理するための、方法及び装置が必要である。このような計測装置を、実験的装置又は実験的興味レベルから、医療及び診断分野又は実市場に展開しようとするためには、いくつか必要な事項がある。
【００１２】
例えば、被検組織はその種類及び生物体の違いによって異なる。例えば、植物の組織はその特徴的な挙動を示すので、特定の条件の下で特定の範疇の植物に対しある特定の平均値、又は正常値又は値の範囲を設定することができる。同様に、動物や人間の組織を侵襲的又は非侵襲的に分析して、組織の特定の特質を、当該組織の照射に対する放射応答及びラマン散乱に相関付けることができる。平均値が、母集団の属性の対象特性となる。
【００１３】
とはいっても、電子的な構成要素の間のバラツキは無視できない。このため、電子部品及び光部品のどのような組み合わせにも、特定の「内在特性」が存在することになる。スキャナの作動において、測定値や計算値を解釈するためには、対象装置の電気的及び電子的なアーチファクト（例えば、誤差、不整合、偏差、バイアスなど）に対する特性設定をする必要がある。通常、一つの装置によるアウトプットを同じ別の装置でもで再現できるようにするためには、任意の２つの装置間の差異を何らかの形で較正（例えば、測定、補償、倍率設定、正規化など）する必要がある。すなわち、２台であれ１００台であれ同一設計の装置は、同一の対象を評価したときには、同一の値又はほぼ同一の値の検出パラメータを生成できる必要がある。つまり、同一設計の、２台又は１００台の異なる機械によってスキャンされたある個人の皮膚は、ある程度の合理的再現性（精度）及び確度（正確な事実の反映）を持つ、ほぼ同一のアウトプット値を提供すべきである。
【００１４】
このように、同一サンプルのスキャンに対し、ある容認可能なバラツキの範囲内で、各機械からのアウトプットが同じ値となるように、機械間の差異を読み取るための、個別スキャナを較正する装置と方法とが必要となる。さらに、短時間及び長時間の間に、予想通り、予想外、予測通り、予測外の何らかの状態で温度、湿度、化学雰囲気、物理特性のような条件が変化するので、機械自体の作動における時間的（時間推移）変動を除去するため、機械を較正することが必要になる。
【００１５】
すなわち、ある日時に作動されたスキャン装置は、別の日又は別の時間においても、前回日時と同一の条件にある実質的に同一な被験体を測定した場合には、ほぼ同じアウトプットを生成できる必要がある。つまり、ある特定の装置から得られたアウトプットの日によるバラツキ及び時間によるバラツキを較正する必要がある。すなわち、装置のアウトプットに影響を与える可能性のある物理条件、化学条件、温度、外部条件などの予測できない変化をおり込むようなやり方でスキャナを較正する方法と装置とが必要である。このように、スキャナに対する現場較正のための方法及び装置は、この面の技術を進展させるものとなろう。
【００１６】
可能な範囲内で、スキャン装置から受信した信号を処理するプロセスを確立し、ハードウエアの調整を不要にすることは、当該技術を進展させることになろう。すなわち、例えば、較正プロセスで各種の条件をモニター又は検出できる範囲であれば、スキャン装置に関連する一切の性能パラメータ、物理特性、又は他の制御パラメータを実際に修正したり変更したりせずに、単に、このような装置からのアウトプット信号を処理してこれら信号の値を補正することができる。このように、スキャナから得られた信号データの信号処理又はコンピュータ処理を開発し、上述の較正のすべての利点を提供することは当該技術を進展させることになろう。
【００１７】
生体材料はもともと大きく変化するものである。そこで、適切に識別された母集団に対する統計的に有意なサンプルを役立たせることができる。しかし、サンプルの持ち運びが問題になることがある。例えば、２つの異なる大陸にあって２つの異なる母集団をスキャンする２つの異なる機械を、それら装置の読み取りを同一とするために、どのように正規化又は較正するのであろうか。生体材料から採取された較正サンプルは、もともと問題が多い。生体組織というものは、インビボかそうでないかのいずれかである。いずれの場合にも、生体材料の取り扱いにおいて、サンプル量、サンプルの再現性、サンプルの制御および観察可能な特性を維持するのはほとんど不可能である。さらに、生体材料、有機体、生体組織又は他の物質の複製は非常に困難である。加えて、多くの環境の中で条件変動を正確に制御することはできない。生体の中で同一な条件、遺伝的特徴などを整えることは、較正サンプルを生成するための実用的な手段ではない。
【００１８】
一方で、電子カウント、電流、電圧、光子カウントなど、物理データの複雑なセットを生成することは可能であろう。しかし他方では、このような詳細データを収集することは不可能となろう。実際問題として、そういった収集及び分析は非常に複雑で法外な費用がかかることが多い。
【特許文献１】米国特許第５，８７３，８３１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２０５，３５４Ｂ１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／０１３０５７９Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
このように、スキャナを較正するサンプルを提供するために必要なものは、予測可能な標準のセットによって生成、製造、又は他の方法で作成でき、再現性を持って制御可能な何らかの処理法を具えた合成材料である。すなわち、必要なのは、スキャナに照射されても長期間にわたって一貫した放射応答を生成し維持することに信頼が置ける合成材料、又は合成材料のシステムである。これにより、このような合成材料を、世界中に持ち運んで検証できる較正標準として用いることができる。
【００２０】
さらに、製作工場においても、機械仕上がり性能の機械間変動を較正するために使用できる、安定的で、繰り返し使え、再現性があり、簡単に製造できる合成サンプルを持つことはすこぶる有益であろう。加えて、ある種の測定現場用の較正装置及び方法は、特に信頼性のある合成材料をサンプルとして用いている場合には、個別スキャン装置及び関連するプロセッサのアウトプット中の日毎の又は時間毎の変動を較正する点において、当該技術を大幅に進展させることになろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
（本発明の要約及び目的）
前記の必要性に基づいて、バイオ光学スキャン・システムを較正するための各種装置及び方法のシステムを本明細書に開示する。さらに、バイオ光学スキャナに必要な各種の較正機能を実施するための合成材料を、発見し、考案し、評価し、また他の方法で利用できるようにした。例えば、信頼性のある放射応答を得るために、繰り返し可能な構造と位置とで、確実な較正材料をスキャナに提供する機構を開発した。さらに、工場及び現場での較正作業のための各種の組成を開発した。例えば、レーザ照射に対して放射応答をほとんど返さないダーク・キャップによって、機械の電気的及び電子的アーチファクトを除去するための機構を提供する。同様に、生体組織のスペクトル応答の形状及び値を模擬しながら、簡単な非生物化学組成として再生可能なホワイトスキャン・サンプルを開発した。
【００２２】
さらに、目的の特定分子構造の合成模擬物質を生成するため、材料のマトリクスをドープ処理するための材料を発見し開発した。例えば、生体組織内に存在するカロチノイド及び他の化学組成物は、ある特徴を持つ炭素結合構造を含むと考えられる。類似の結合構造を含み、照射に対して、生体分子成分の放射応答（例えば、ラマン散乱など）と類似の放射応答を示す合成材料を発見した。
【００２３】
これによって、スキャン・システムを繰り返し較正するための較正サンプルとして合成材料を利用するシステム及び方法を開発した。さらに、これら開発し、発見した各種の組成及び装置を実行し、スキャナのアウトプットを処理するための一連の計算及び数学的処理によって、放射強度のスペクトル曲線中の望ましくない又は目的の外の特性を正規化又は別方法で削除し、実行は成功であった。このように、機械間の、及び単一の機械内での時間による変動を分離し、より改善された信号対ノイズ比及びはるかに明瞭なラマン応答を得た。これにより、適切な較正装置及び方法によるバイオ光学スキャナの正確で再現可能な利用を提供する。
【００２４】
本発明の前述の目的及び特質ならびに他の目的及び特徴は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を添付の図面と関連させることにより、さらに十分明らかになろう。これらの図面は本発明の典型的な実施形態を示すだけのものであり、従って、本発明の範囲を限定するものと見なさないことを明確にした上で、添付の図面を使い、さらなる具体性及び詳細内容をもって本発明を説明することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（図示された実施形態の詳細な説明）
本明細書の図に一般化して記載され例示されている本発明の構成要素を、さまざまな異なった構成に改作、設計できることは容易に理解できるであろう。従って、図１から１９までに表した、以下の本発明のシステム及び方法の実施形態のさらに詳細な説明は、本発明の特許請求の範囲を限定する意図のものでなく、現在説明している、本発明の特定の実施形態を表すだけのものである。
【００２６】
図面を参照することによって、本発明によるさまざまな実施形態の最良の理解が得られよう。なお、全図を通して同じ番号で指定されているものは同じ部分である。
【００２７】
図１を参照すると、本発明による装置１０には、電源、レーザ光源のような光源、及び検出器などのスキャン機構を含めることができる。検出器は、バックグラウンド蛍光、弾性散乱光（光源光の反射）、及び入射照射ビームとは異なる波長で検出器に戻るラマン散乱光を含む信号を受信することができる。
【００２８】
一般に、スキャン・機構は、ハウジング１２の中に収納され、ハウジングには、照射ビーム及び戻ってくる検出ビームを通すためのバレル１３が貫いている。通常、バレル１３は、バレル１３とハウジング１２との間に、半径方向に特定幅の逃げ又はクリアランスを備えている。
【００２９】
バレル１３に装着されたウインドウ１４は、照射ビームを外部方向に被験体に向け通過させ、戻ってくる「放射応答」をウインドウ１４に逆方向に通過させ検出器に受光させる。例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は電荷注入素子（ＣＩＤ）を、幅広い周波数（及び対応する波長）の光を検出できるセンサ・アレイに構成することができる。これにより、周波数の定義域（ｄｏｍａｉｎ）又は相当する波長の定義域に強度のヒストグラム又はスペクトルを表示することができる。
【００３０】
本発明による装置１０の一つの実施形態において、架台（ｒｅｓｔ）１６は、ウインドウ１４の下側に、外向きにすなわちウインドウの前側に設けられている。支持架（ｓｕｐｐｏｒｔ）１８を装置１０のハウジング１２内から延ばして架台１６を支えることができる。これにより、手、腕、又は被験体の他の身体部をウインドウ１４の前の架台１６に置くことができる。
【００３１】
本発明による装置１０及び方法の現在考えられている一つの実施形態では、ユーザは手を架台１６の上に置き、手のひらの皮膚をウインドウ１４に向ける。このようにして、ビアの法則に従う距離の影響を、ウインドウ１４の位置により繰り返し可能に制御する。
【００３２】
シールド２０はいくつかの機能特徴を提供することができる。例えば、一つの実施形態において、シールド２０は、装置１０からウインドウ１４を通る光ビームの出力に応答して輝く半透明物質で形成される。何もないスペースを通過する光には、ビーム自体を外部に見えるようにする機構はない。従って、安全の問題として、シールド２０によってレーザ光を阻止し散乱させることができる。また、ユーザはシールド２０の照射による光点が見えるので、装置１０の電源が入れられ作動しているのに気付くことができる。
【００３３】
さまざまな実施形態において、シールド２０を、透明に、半透明に、模様付きに、又は別法で単に光をランダムに拡散するようにすることができる。このような実施形態において、ユーザ又は操作者は、ウインドウ１４とシールド２０との間に光がある証拠として、シールド２０上の光点だけしか見ることができない。現在考えられている一つの実施形態では、不透明か半透明かあるいは透明かどうかに関わらず、拡散面はシールド２０上に形成される。
【００３４】
さらに別の実施形態において、十分な散乱を得るために、例えば、リンネルのような材料の拡散層を透明又は半透明のポリカーボネートの層内に埋め込むことができる。別の実施形態において、アクリル又は他の透過型ポリマーのような簡単なプラスチックの片面又は両面を、まだら模様又はでこぼこ面にして使い、シールド２０が、ウインドウ１４からの光の正透過又は反射を生じないようにすることができる。
【００３５】
ダーク・キャップ２２又はダーク・サンプル２２のような一連の付属具によって、装置１０の種々の機能特徴を保全することができる。ダーク・サンプル２２は、ウインドウ１４から受けた照射に対して装置１０にほとんどビームを返さない。従って、ウインドウ１４を通してダーク・キャップ２２を照射した後で装置１０に検出される応答又は放射応答は、ほとんど被験体からの放射（例えば、光）に対応するものでない。
【００３６】
結果として、ウインドウ１４を通したダーク・キャップ２２への照射は、装置１０のバックグラウンド異常（例えば、電気的又は電子的アーチファクト）を表す装置１０の信号をもたらすことになる。換言すれば、ダーク・キャップ２２を照射するビームに応答して装置１０中に逆受信される信号は、装置１０自体の電気的又は電子的アーチファクト（例えば、誤差、バックグラウンドノイズなど）が直接的にもたらす装置１０への偽の寄与を表す信号となる。
【００３７】
精度サンプル（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  ｓａｍｐｌｅ）２４を、現場用較正キャップ２４とも呼ばれるフィルム・キャップ２４として具現化できる。キャップ２４を、ウインドウ１４に対し、低い値あるいは高い値のポジションにセットすることができる。すなわち、精度サンプル２４は、装置１０中へ戻る信号の比較的に高い値及び装置１０へ戻る信号の比較的に低い値を代表する。その各々は、精度キャップ２４中の材料サンプルから直接的にも得られる。
【００３８】
すなわち、精度キャップ２４を、１８０度離れた２つの向きのどちらかにセットし、信号（例えば、ビーム）に曝して、材料に、高い又は低い放射応答を生成させることができる。照射及び放射応答の双方は、ウインドウ１４を通って、装置１０から、またその中へとそれぞれ伝搬される。
【００３９】
直接的な結果として、精度サンプル２４中の特定の材料から、高いあるいは低い値の放射応答が、ウインドウ１４を通って装置１０中に逆伝送されることになる。高い値及び低い値は、各種材料の放射応答から、ウインドウ１４との距離から、又はこれら双方によって得ることができる
装着されたキャップ２６は、繰り返し安定的に支持架１８に装着できる機構を具えており、ウインドウ１４に対し、試験サンプルをばね装着できる。同様に、二重キャップ２８又は試験ブロック２８は、その両端にばね装着され各々が高い又は低い値を生成するサンプルを具えており、ウインドウ１４とシールド２０との間にセットできる形状とサイズとにされている。二重キャップ・システム２８は、目的のサンプルをウインドウ１４に押し当て、これに対して繰り返し位置合わせができるばね装着機構を具えている。
【００４０】
マスタサンプル３０は主として製作工場（以下工場）での較正に使用される。特定の実施形態において、マスタサンプル３０を使用現場（以下現場）での較正に使うことができる。マスタサンプル３０は、一時的にウインドウ１４に接着させ、手のような身体部分のスキャンを合成的に模写することができる成型可能な材料を含む。例えば、マスタサンプル３０は、ウインドウ１４に付着するパテ様の材料として配置され、中性のバックグラウンド（ホワイトスキャン）結果と、比較的低い濃度の目的の分子組成物の結果と、比較的高い濃度の目的の分子組成物の結果とを生成するように、あるいはそう見えるよう構成されている。目的の分子組成物は、所望の目的の分子成分の濃度の比較値に準じて、サンプル３０のパテ内に分布されている。
【００４１】
引き続き図１を全般に参照しながら、図２Ａ−２Ｃを参照すると、キャップ２２、２４には一般に位置合わせマーク３２を含めることができる。ダーク・キャップ２２については位置合わせは特に重要ではない。しかしながら、精度サンプル２４については、少なくともその特定の実施形態に関しては、位置設定は重要な変数であり、基準指標３２又は位置合わせマーク３２を、精度サンプル２４の正確な位置合わせを行うための助力とすることができる。
【００４２】
とはいっても、ダーク・キャップ２２についても、スリーブ３４をバレル１３にぴったり嵌め合わせ、肩（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）３６をそのウインドウ１４に位置合わせする。すなわち、肩３６は、バレル１３の面１５と合わさる位置合わせ面３６を提供する。通常、面１５とウインドウ１４とを、実質的に相互に同一平面上にあるようにすることができる。
【００４３】
シム３８又はスペーサ３８は、バレル１３とスリーブ３４との間のグリップ又ははめ留めを提供する。実際的やり方として、シム３８をバレル１３に接触させてスリーブ３４をある程度歪ませることができる。これにより、バレル３４、シム３８、又はその双方のたわみによって、ダーク・キャップ２２の面１５に対するぴったりしたはめ合いを保持し、バレル１３に対するガタツキを少なくする弾力的な力を与える。
【００４４】
作動において、ダーク・キャップ２２は、ブラック・サンプル４０を含む。例示した実施形態において、ブラック・サンプル４０は、単純な、凹形の暗黒色の面４０である。特定の実施形態において、光トラップ、平行にされた、黒の、光トラップ又は黒布などを、ブラック・サンプル４０として使うことができる。ブラック・サンプル４０の傾斜した表面及び黒色の材料は、ウインドウ１４から放出される照射をウインドウ１４外に分散させ、放射応答がウインドウ１４を通って装置１０に実質的に返送されないようにする。
【００４５】
従って、ダーク・キャップ２２は、ウインドウ１４から進んできた信号を、吸収、屈折及び別法で分散させ、装置１０の電気的及び電子的アーチファクト以外の何ものも反射していない「ダーク」な読み取りを装置１０に提供する。ダーク・キャップ２２への照射に応答して装置１０に検出又は記録された読み取り又は一切の信号は、実際は、装置１０に固有のバックグラウンド効果及び誤差効果によるアーチファクトだけである。そこで、ダーク・キャップ２２を使って、バックグラウンド信号を表示させ、それをスキャンの読み取りから際し引いて、装置１０の電気的及び電子的アーチファクトを分離することができる。
【００４６】
ブラック・サンプル４０を構成する凹面４０の反対側の凸面４１は頂点４２にいたる。凸面４１をダーク・サンプル４１として機能させることができる。しかしながら、通常、製造工程において、内側（凹面）４０にはシャープな頂点４２を容易に形成できるが、凸面４１には高精度で点を形成することができず、これをダーク面４１として使った場合、その頂点４１は、一般にダーク・キャップ２２の適切な動作を防げる。
【００４７】
図２Ｃを参照すると、ウインドウ１４を通し光のビームをシールド２０に照射して光点４３を得ることができる。シールド２０のどちらの主要表面においても光点４３又は明領域４３を見ることができる。シールド２０が半透明又は透明な場合、装置１０に対し、ほぼ、どの有効角度からも光点４３を見ることができる。しかしながら、シールド２０が不透明な場合には、通常、シールド２０の装置１０に向いた面が見える位置だけから光点４３が見えることになる。
【００４８】
さりながら、本発明による装置及び方法の一つの実施形態において、シールド２０を複数の層４４で形成することができる。一つの実施形態において、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレンなどのような、半透明材料の単一の層４４ａをシールド２０のバルク材料として利用することができる。光点４３からのビームの反射又は正透過一切を散乱させる拡散機能を備えるために、シールド２０の面４４ｄ、４４ｅ自体を、模様付き又別法で処理した透明な材料とすることができる。
【００４９】
現在考えられている一つの実施形態では、層４４ａは、層４４ｃとともに、その間の拡散材料４４ｂを挟み込んでいる。例えば、ポリカーボネートは、ほとんど破断しない。従って、ポリカーボネートの２つの層４４ａ、４４ｃに、層４４ｂを組み込んで一体に成型、又は層４４ａ、４４ｃの間にリンネルの層４４ｂを入れて積層することができる。図示された実施形態において、層４４ａ、４４ｃの中間にある層４４ｂは、一切の実質的な正反射光の通過を排除する大きな散乱効果を提供することができる。
【００５０】
実際的処置として、誤っても人体組織の損傷、特に眼の損傷がないように、装置１０内のレーザ出力を十分に低く選定することができる。そうであっても、シールド２０は、装置１０の電源が入って作動していることの警告と、眼を曝し過ぎても緩やかな強度にまで保護してくれることとの両面で役立つ。拡散性の高いシールド２０は、ウインドウ１４から光点４３に当たる光の一切の正透過及び反射を大幅に阻害する。中間拡散層４４ｂの有無に関わらず、層４４ｄ、４４ｅの表面には、散乱機構として凹凸や模様を付けることができる。
【００５１】
引き続き図１−３を参照しながら図３Ａ−３Ｄを参照すると、精度キャップ２４には、キャップ２４をバレル１３に対して円周上に方向付けるための基準指標３２又は位置合わせマーク３２を具えることができる。精度キャップ２４、又はさらに厳密にはそれに内蔵されているサンプル材料５０は、設置の向きに影響される。バレル１３に対し精度キャップ２４を回転させて、光ビームによるサンプル材料５０の照射に応答して装置１０によって検出される放射応答の読み取りを変化させることができる。
【００５２】
通常、精度キャップ２４の両端には２つのスリーブ３４が具えられ、その各々がシム３８とともにバレル１３とぴったりとはまり合うようになっている。肩３６は、バレル１３の面１５に対してキャップ２４を位置合わせするのに利用される。
【００５３】
図示された実施形態において、ダストカバー４６は、スリーブ３４に対してその内側にはまり込み、キズ付き、ごみ堆積などから保護している。特定の実施形態において、ダストカバー４６を、アーム４８によって精度キャップ２４につなぐことができ、アーム４８を、精度キャップ２４の基本構造と一体に成型することができる。
【００５４】
精度キャップ２４の一部として形成されている脚（ｆｏｏｔ）５２又は脚（ｆｅｅｔ）５２は、架台１６にぴったりはまるように形成されている。これにより、脚５２は、ウインドウ１４に対するサンプル材料５０の位置合わせの維持を助けている。脚５２は、キャップ２４を適正な方向に向ける機能を持つ。一方、基準指標３２は、キャップ２４の配置が、バレル１３に対し所望の位置に合っていることを確実にする。
【００５５】
現在考えられている一つの実施形態では、開口部５４には、装置１０に固定するつなぎ紐５５を通す。例えば、精度サンプル２４が装置１０から持ち去られたり、取り違えられたりしないように、つなぎ紐５５を支持架１８にくくりつけることができる。
【００５６】
サンプル材料５０を、ウインドウ１４からの光ビームの照射結果による放射応答の高い値及び低い値をそれぞれ提供するように構成することができる。サンプル２４の両端には、サンプル５０を取り囲むスリーブ３４が具わっている。一つのサンプル５０は比較的に低い読み取りを提供し、他のサンプル５０は比較的に高い読み取りを提供する。
【００５７】
一つの実施形態において、サンプル５０の一つのコーナーが切り取られ、肩３６に対応する隙間が形成される。これにより、サンプル５０は、肩３６に形作られた単一の方向にしか位置付けることができない。こうして、サンプル５０は、精度キャップ２４の構造と正確に位置合わせされ、精度キャップは、脚５２により架台１６に対して方向付けられ、ウインドウ１４に対し正確に方向付けされることになる。
【００５８】
特定光による照射に対する放射応答として、カロチノイドがラマン散乱原理に従った光を返すことが知られている。例えば、波長４７３ナノメータ台の光は、カロチノイド内の特定の炭素結合を励起する。ある種の配向性高分子フィルム中に、類似の炭素結合、及び特に炭素二重結合が存在することが判明している。このように、特定種類の高分子フィルムでサンプル５０を形成し、４７３ナノメータ前後の波長のような適切な周波数の光で炭素結合を励起すると５１０ナノメータ波長のラマン散乱が生じる。
【００５９】
このように、サンプル５０を、天然に存在するか又は生体の組織材料でなく、比較的安定で、非消耗性の合成材料で形成することができる。例えば、Ｇｅｌｌｅｒｍａｎｎらが開発したような従来技術の装置（２００１年３月２０にＧｅｌｌｅｒｍａｎｎらに発行された米国特許第６，２０５，３５４Ｂ１号を参照。この特許を参考のため本明細書に組み込む）は、本体から切り取られた生体組織に依存していた。死体の砕いた組織から試験用の材料を得ることができる。これに比較して、合成材料から形成され適切な応答を提供するサンプル５０は、はるかに良好な再現性と、はるかに高い均一性と、均一なサンプル５０のほぼ無制限の供給とを提供できよう。
【００６０】
図３Ｂを参照すると、精度サンプル２４又は精度サンプル・キャップ２４を、装置１０のバレル１３にぴったりはめることができる。スリーブ３４をバレル１３の周りに受けるために、ハウジング１２を外すことができる。現在考えられている一つの実施形態では、サンプル５０は、装置１０のウインドウ１４に対してぴったり位置調整される。脚５２は架台１６又はプレート１６にはめ込まれて、キャップ・デバイス２４を方向付ける。キャップ２４を逆向きにし、ウインドウ１４に対する高い値のサンプル５０を低い値のサンプル５０と交換することができる。
【００６１】
図３Ｃを参照すると、本発明による精度キャップ２４の実施形態の一つの変形において、低い値のサンプル５０ａを、オフセット距離５５をおいてサンプル・キャップ２４構造の中にセットすることができる。すなわち、５０ａ、５０ｂを形成しているフィルムの材料は、その配向性高分子繊維の回転や配向に敏感に影響されるだけでなく、ある程度Ｂｉｅｒの法則に支配される。サンプル５０ａのウインドウ１４からの距離５５又はオフセット５５は、ウインドウ１４からの光ビームに対するサンプル５０ａの放射応答に影響を与えることになる。
【００６２】
これにより、オフセット５５を選定し計算して、サンプル５０ａの放射応答の所定の低減度を得ることができる。同様に、高い値のサンプル５０ｂをウインドウ１４と同一の面位置に保持するか、又は異なるオフセット５５に位置させることができる。このように、実際は一つの放射応答値しか持たない一つの材料から、単に、低い値のサンプル５０ａを高い方の値のサンプル５０ｂよりも深い又は大きなオフセット距離５５に配置することによって、実際上、異なる放射応答を生成するようにして使うことができる。
【００６３】
図３Ｄを参照すると、ダーク・キャップ２２は、ウインドウ１４に対向して配置され、ウインドウ１４からのビームに対し角度の付いた凹形面４０を曝している。これにより、ビームは、放射応答としてウインドウ１４を通り戻ることなく散乱する。このように、ダーク・キャップ２２の放射応答は、ほぼゼロレスポンスとなり、結果として、装置１０の電気的及び電子的アーチファクト（例えば、誤差、ノイズなど）に対応するバックグラウンド値のデータを生成する。
【００６４】
図４−７を参照すると、装着キャップ２６又は自己装着キャップ２６には、支持架１８に合うサイズにしたマウント５６を含めることができる。接合用ブラケット５８はマウント５６に対して閉じる。操作者は、ハンドル５９をマウント５６に向けて動かし、戻り止め５７をかみ合わせ、ブラケット５８のマウント５６に対する閉状態をしっかりと保持する。
【００６５】
自己装着キャップ２６は、バレル１３の面１５に向け、マウント５６上をスライド可能なスリーブ３４を含む。かくして、肩３６によりサンプル５０はウインドウ１４に対し位置合わせされ、適正で再現可能な放射応答を実現する。通常、支持架１８は、マウント５６とブラケット５８との間に形成される開口部６０によって受けられる。こうして、受け部６２が十分ウインドウ１４に近接し、スリーブ３４及び肩３６が、ウインドウ１４及びバレル１３の面１５に対し適切に配置されるような位置にマウント５６を調整することができる。
【００６６】
現在考えられている一つの実施形態では、受け部６２は、その中を通りハンドル６６で位置決めできるプランジャー６４を受ける。ハンドル６６を後に引き、スリーブ３４と受け部６２との間のばね６８を圧縮することができる。プランジャー６４は、受け部６２とプランジャー６４との間で作動する戻り止め（図示せず）により留められる。これにより、スリーブ３４及び肩３６は、それらが支えるサンプル５０とともに、ウインドウ１４から効果的に引き下げられる。このような位置にしておいて、図６に示すように、装置１０の支持架１８を開口部６０内に通し、スリーブ３４をバレル１３近縁に配置することができる。
【００６７】
ハンドル６６を、バレル１３及びこれに含まれるウインドウ１４に向けて押し、戻り止めを乗り越えると、ばね６８は、スリーブ３４、肩３６、及びそれに含まれるサンプル５０をウインドウ１４に向けて押し付ける。肩３６は面１５に対して位置合わせされる。肩３６と面１５との位置合わせにより、サンプル５０はウインドウ１４に対向して位置付けされる。
【００６８】
現在考えられている一つの実施形態では、スペーサ７２は、スリーブ３４の横断又は半径方向にこれを通り抜けて終端７４まで延びている。サンプル５０を露出できるように、スペーサ７２には穴が開いている。しかしながら、図５に示すように、スペーサ７２が占める厚さ７６、又は立ち幅７６によって、サンプル５０ａは、バレル１３のウインドウ１４から距離７６だけ遠く間隔をあけられている。ウインドウ１４からの照射に対するサンプル５０の放射応答を、十分に低減させるオフセット７６を計算、試験して、放射応答の「低い値」を得る。
【００６９】
スペーサ７２の挿入口穴７８を、出口穴７９よりも大きくすることができる。そこで、端部７４の断面をスペーサ７２の大きさより小さくすることができる。これにより、スリーブ３４内でスペーサの位置を調整して、サンプル５０を露出している開口部の安定した位置決めをすることができる。ハンドル６６を、バレル１３及び囲まれたウインドウ１４の方に押すことによって、受け部６２を通りプランジャー６４を前進させる。プランジャー６４は、スリーブ３４、肩３６、及びサンプル５０をウインドウ１４に向けて前進させる。同様に、スペーサ７２は、肩３６を、ウインドウ１４からより遠くの位置に置き、それ自体７２が肩３６の機能を果たす。
【００７０】
このような環境において、ばね６８は、スリーブ３４及び肩３６を、内包されるサンプル５０とともに、可能な程度において面１３及びウインドウ１４に押し当てる。こうして、ウインドウ１４に対するサンプル５０の繰り返し位置合わせが成就される。一方、スペーサ７２は、ウインドウ１４に対するサンプル５０位置の距離の差の効果によって、サンプル５０から第二又はより低い放射応答を提供する。
【００７１】
図８−９を参照すると、二重キャップ２８又は二重端キャップ２８には、対向する両端からのスライド８２ａ、８２ｂを収納するフレーム８０を含めることができる。スライド８２ａ、８２ｂは、それぞれのスリーブ３４ａ、３４ｂを搭載している。各スリーブ３４ａ、３４ｂは、必要に応じ、適切なスペーサ７２によって、それぞれのサンプル５０ａ、５０ｂにオフセットを与えることができる。作動において、ばね６８はスライド８２を押し離している。
【００７２】
フレーム８０の壁を抜けるスロット８６中で作動するハンドル８４は、スライド８２に固定され、スライド８２を引き込む。すなわち、例えば、ユーザは、ハンドル８４、又はプレート８８を具えたハンドル８４、又は親指プレート８８を具えたハンドル８４を一緒に引いて、それぞれのスリーブ３４ａ、３４ｂとともにスライド８２ａ、８２ｂを引き込むことができる。このようなやり方で、装置２８又はキャップ・システム２８の有効長さ８９を、ウインドウ１４又は面１５とシールド２０との間で低減し容易に合わせることができる。
【００７３】
これにより、フレーム８０を、ウインドウ１４の下の架台１６又はデッキ１６に具合よく設置する。ユーザがハンドル８４を放すと、ばね６８はそれぞれのスライド８２及び対応するスリーブ３４を押し離す。一つのスリーブ３４ａ、３４ｂはシールド２０に接し、反対側のスリーブ３４ａ、３４ｂはバレル１３を囲み、その側の肩３６を、面１５と内包されるウインドウ１４とに位置合わせすることになる。このように、ウインドウ１４に対し肩３６をきちんと合わせることにより、サンプル５０を、装置１０からウインドウ１４を通して受ける照射に応答して、ウインドウ１４を通して所定の較正用放射応答を返すために適切な位置に設定することができる。
【００７４】
図１０を参照すると、マスタサンプル３０には、中性サンプル９０、低い値のサンプル９２、及び高い値のサンプル９４を含めることができる。これら３つのサンプル９０、９２、９４を適切に表示されたケース９６中に保持することにより、工場の較正で、機械間の動作状況バラツキをほとんどなくすことができる標準のセットを提供する。すなわち、マスタサンプル３０又はサンプルセット３０は、生産された各々の装置１０が、同一のサンプル材料に対しほぼ等しい読み取りを提示することを保証するための較正標準を提供する。
【００７５】
マスタサンプル３０を、面１５及びウインドウ１４に直接固着することができる。通常、ウインドウ１４は、カラー（ｃｏｌｌａｒ）９８又は他の内部の位置合わせ機構のような何らかの機構で、バレル１３又はその内部に固定される。これにより、ウインドウ１４それ自体が、サンプル３０の実際の位置を決定する。
【００７６】
サンプル３０は、透明部分や半透明部分が生じないよう十分に厚くすべきである。同様に、サンプル３０でウインドウを完全に覆って、周辺光が生じないようにすべきである。同じ理由で、周辺光を適切に排除し、試験被験体の距離合わせのため、被験体の手、腕又は他の身体部分を、同様にウインドウ１４に直接接触するようにおくことができる。
【００７７】
本出願人は、マスタサンプル３０を、ポリマー組成により効果的に形成できることを発見した。現在考えられている一つの実施形態では、ダウ・コーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）３１７９ダイラタント複合材として知られる材料が、人体組織の特定の特質を非常に効果的に模擬するため大いに有効であることを発見した。一般に、ホウ酸で架橋されたシリコーンオイルは、ヒトの皮膚から検出されるものとの対比において、類似した反射度又は弾性光散乱、及び類似の蛍光を生成するために非常に効果的であることを発見した。
【００７８】
現在考えられている一つの実施形態では、マスタサンプル・セット３０に、特に中性サンプル９０又はホワイトスキャン・サンプル９０には、ジメチルシロキサンを含有させることができる。これは、ホウ酸を持つ末端水酸基ポリマー類である。さらに、水晶、及び市販の増粘剤としてのシリカを組成に加えることができる。この増粘剤は、製造者がチクソトロル（ｔｈｉｘｏｔｒｏｌ）ＳＴという商品名を付けている。
【００７９】
含有させる他のシリコーン組成物には、ポリジメチルシロキサン、及び微量のデカメチルシクロペンタシロキサンが含まれる。類似量のグリセリン及び二酸化チタンをこれらの成分に添加することができる。
【００８０】
現在考えられている一つの実施形態では、マスタサンプル３０、特に中性サンプル９０を形成するマトリクスは、約６５パーセントのジメチルシロキサン、１７パーセントのシリカ、９パーセントの増粘剤、４パーセントのポリジメチルシロキサン、１パーセントのデカメチルシクロペンタシロキサン、１パーセントのグリセリン、及び１パーセントの二酸化チタンを含有する。中性サンプル９０を形成するマトリクスは、粘弾性材料として特徴付けることができる。すなわち、材料９０は、高速度のひずみ（例えば、衝撃）に対しては弾力的に応答し、比較して非常に低速度の応力及びひずみ（例えば、それ自体の重量）に対しては液体として応答する。
【００８１】
中性サンプル９０中にドーピング剤又はドーパントを混ぜて、低い値のサンプル材料９２及び高い値のサンプル材料９４を生成することができる。天然材料又は生物学的供給源からの「有機」材料は、効果的であることが分かっている。例えば、高い値のカロチノイドを含有する食品を砕いて（例えば、粉砕する、すりつぶすなど）マトリクス９０に混合することができる。トマト、にんじん、野菜類、果物類、及び適切なカロチノイド量を含有する類似食品を、マトリクス９０の中に混合又は溶解して、サンプル９２、９４を生成することができる。
【００８２】
また、本出願人らは、カロチノイドの炭素結合の作用を示す合成材料をすりつぶし、又は挽いて、又は他の方法で砕いて、マトリクス９０の中に分散し、低い値のサンプル９２及び高い値のサンプル９４を生成できることを発見した。例えば、ホワイトスキャン・サンプル９０、低い値のサンプル９２、及び高い値のサンプル９４を含むマスタサンプル３０を使い工場較正を行って、装置１０の機械間バラツキを除去することができる。
【００８３】
すなわち、ミクロ粉砕した又は微細に砕いた、カロチノイドによく似た放射応答特性を持つ合成材料の種々の濃度のものを、高い値のサンプル９４及び低い値のサンプル９２として、非常に安定で繰り返し使え再現性のあるサンプルとして利用することができる。マトリクス９０中のこのような合成ドーパントの濃度を調整して、低い値又は「低」材料９２を適切な低さの値とし、高い値又は「高」材料９４を適切な高さの値とすることができる。
【００８４】
ポリビニールアルコールから作ったある種の材料が、このドーピング機能を行う働きをすることを発見した。例えば、オリゴマーと呼ばれる長いポリマーからＫタイプの偏光フィルム材料を形成する。このような材料は偏光フィルタとして使用される。これらを偏光フィルムとして基材の上に形成することができる。これらの材料は、ポリビニレン及びポリビニルアルコールの配向性ブロックセグメントを包含する分子レベル配向性のポリビニルアルコールから形成される。具体的には、このようなＫタイプの高分子材料は、ポリビニルアルコール／ポリビニレンブロック共重合体材料を含み、ポリビニレン・ブロックはポリビニレンアルコールのシートの分子脱水によって形成される。
【００８５】
これより、このシートは、ポリビニルアルコール／ポリビニレン・ブロック共重合体材料の長さの異なる光偏光分子の均一な分布を形成する。この長さは、共重合体のポリビニレン・ブロックの共役な繰り返しビニレンユニットの、２から２４までの範囲の大数ｎによって定まる長さである。
【００８６】
各ポリビニレン・ブロックの集中は、２００から７００ナノメータの範囲の波長を吸収する傾向があり、大体において比較的一定である。これら材料のフィルムは、スペクトル二色比すなわちＲ（Ｄ）によって識別される。二色比は、ポリビニレン・ブロックの長さｎの増大とともに増大する。このように、ポリビニレン・ブロックの集中及び分子の配向度により、少なくとも約４５台の光学的二色比が得られる。このような材料はさまざまなメーカーによって生産されていて、米国特許第５，６６６，２２３号に開示されており、この特許を参考として本明細書に組み込む。
【００８７】
本出願人は、このような材料を非常に微細な粉砕サイズに砕くことにより、ダイラタント複合材のマトリクス９０内にうまく分布させることのできるドーパントが得られ、適切な低い値の材料９２及び高い値の材料９４を作成できることを発見した。ドーパントは、ＣＡＢ／Ｋタイプ材料の処理表面を砕いて得ることができる。Ｋタイプ材料自体を挽いて、削って又は他の方法で粉砕してドーパントとして利用することができる。現在考えられている一つの実施形態では、不純物を防止するための閉じた面を持つ、４００グリットのエメリー研磨紙を使って、ドーパント材料を一体固体シート形状から粉末に挽いた。粉末は長方形の結晶を形成しているように見える。この粉末を、化学分野で公知の２００番ふるいを通して分級すると適切に機能する。１００番又は５０番ふるいのような、これより大きな粒子でも使えるが、サイズ及び分布の均一性により結果の均一性が向上するようである。
【００８８】
ヒト被験体のサンプルを幅広く試験することで、低い値及び高い値のサンプル９２、９４の値を確かにすることができる。しかる後、マトリクス９０に適切な量のドーパントを添加して、インビボのヒト組織に対応して、放射応答の比較的高い及び比較的低い範囲を代表する適切な低い値の材料９２及び適切な高い値の材料９４を得ることができる。
【００８９】
マスタサンプル３０は、合成材料から再現性を持って合成でき、非常に安定した結果が得られるので、高い有用性を提供する。放射（例えば、光）が、試験及び較正の基となる材料中の分子結合に影響を与え得る程度において、マトリクス９０を成型し異なった粒子にして暴露することができる。すなわち、マトリクス９０を成型可能なプラスチック又は粘弾性的な材料とし、これを成型又は混練して、選定した量のドーパントをくまなく均等に分散させることができる。
【００９０】
同様に、連続した又は長期の放射を受けた結果としてドーパント材料が化学構造を変え得る程度において、マスタサンプル３０を混練して、ドーパントを再分散させ、装置１０のウインドウ１４からの照射に対して、連続的で、ほぼ一定値の放射応答を得ることができる。
【００９１】
図１１Ａ−１１Ｄを参照すると、こういったフィルム材料を、精度キャップ２４中の日毎の較正材料として直接利用することができる。本出願人らは、ヒトの個体又は組織のサンプルをスキャンすることは、安全、倍率設定など幾多の問題、及び、広範囲すぎて制御不可能な装置１０の動作状態の変動をもたらすことに気付いた。合成材料により日常較正を行い、さまざまな条件の変動を分析する方がもっと適切である。例えば、温度、湿度、電子的ドリフトなどにより装置１０の構成要素の動作が変化する可能性がある。従って、各々のスキャン作業開始時に、又は一つのスキャン作業内であっても、長時間経過後には装置１０を較正するのが適切であろう。
【００９２】
装置１０の較正に使用する精度キャップ２４をこの装置１０にひもでつないでおく。後に、機械の経年、条件の変化などに応じて、装置１０を再較正し、スキャンから得られた数値が、予測可能で一貫性があり再現可能な仕方で出力できるようにすることができる。
【００９３】
一つの実施形態において、精度キャップ２４の中に設けられるサンプル５０を円偏光素子として機能させることができる。円偏光素子は、リニア偏光素子を４分の１波長遅延素子と組み合わせたものである。無偏光の光は、リニア偏光素子を通過して一方向に方向付けされる。次にそれが４分の１波長遅延素子を通って円偏光される。すなわち、らせん状に「回転」することになる。表面に当たると反射され、反射した面かららせん状で逆方向に戻る。戻る光は、当初の偏光素子を逆通過する能力を制限されている。ビームは、偏光素子の伝送軸に対し９０度の差のある新しい指向方向のリニア偏光を受け、相互に直角に方向付けされた２つの偏光素子と同様な効果を持つ障害に出会ったことになる。
【００９４】
入射光に対して放射応答を提供する材料を保護するために、保護塗料を塗布することができる。特定の実施形態において、サンプル５０のフィルムには、酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）の支持シートの間のサンドイッチ構成の中に配列、延伸されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の薄いシートを含めることができる。
【００９５】
図１１Ａを参照すると、光を、垂直配向性の波１０４として、入射軸１０２（例えば、軸１０２ａ、１０２ｂ）に沿って当てることができる。図示したような方向性を持つ配向性フィルム１１０に当たった結果、垂直波は出射軸１０６に沿って通過することができる。かくて、通過波１０８は、入射波１０４と同じ方向性を持つシート１１０を通過する。なお、フィルム１１０を通過できる波１０４の配向は、実際には、フィルム１１０を形成するポリマー又はオリゴマーの連鎖の実際方向と直行している。
【００９６】
同様に、入射軸１０２ｂに沿って水平に方向付けられた波１１２が、垂直に方向付けられたフィルム１１０に接近した場合には、波はフィルム１１０に吸収されるか、反射されて軸１１６ｂに沿って進行する反射波１１４になる。方向付けされていないビーム１０１は、たぶん、あらゆる方向の配向性を持つ光１０１を含むことになろう。ビーム１０１が垂直に方向付けられたフィルム１１０上に当たると、垂直成分の波１０４は通過波１０８として通過し、水平成分の波１１２は吸収されるか、反射波１１４として反射される。
【００９７】
図１１Ｂを参照すると、軸１０２ｂに沿って当たった水平波１１２は、水平に指向されたフィルム１２０に当たった後、退去軸１０６ｂに沿った通過波１１８になる。しかしながら、ビーム１０１が垂直偏光フィルム１１０によって効果的に「分割」されるのと同様に、入射経路１０２ａに沿って水平偏光フィルム１２０に当たるビーム１０１又はその垂直成分波１０４は、フィルムによって垂直成分を吸収されるか、経路１１６ａに沿った反射波１２２として反射されることになり、これに対しては違った放射応答が生成されることになろう。実際的問題として、フィルム１２０がコヒーレント光の入射光線１０１に対してきっちりと法線方向に指向されていれば、経路１０２ａと１１６ａとは同一経路となろう。他の事象については他の反射法則が適用される。
【００９８】
図１１Ｃを参照すると、現在考えられている一つの実施形態では、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＫＮＣＰ３５円偏光フィルタとして知られるフィルムは、部分的に配向され、これにより４分の１波長偏光素子として動作するポリビニルアルコール（ＰＶＡ）層１２４ａを具えている。その後ろに光学的に透明な酢酸酪酸セルロース（ＣＡＢ）の層１２４ｂ、さらにその後方に、配向性を得るために１０倍伸長された、ホウ酸架橋のポリビニルアルコール及びポリビニレンの別の層１２４ｃを配置することができる。
【００９９】
第一方向に伸長されたプラスチックは、長い分子のリニア配向方向と直行する方向に配向された光を通過させる。スキャン装置１０からの光ビーム１０１が二色フィルタを通過する際には、光の偏光は制御されない。しかしながら、サンプル５０として機能するフィルム１１０、１２０は、偏光に大きく影響される。
【０１００】
これらにより、精度キャップ２４は各装置１０によって異なった挙動をすることになる。現在考えられている一つの実施形態では、装置１０のウインドウ１４から発する光ビーム１０１の偏光又は偏りがどうであれ、そのまま許容することになる。とはいっても、日常較正プロセスに使用する精度キャップ２４中のサンプルフィルム５０の配向性は、再現性がなければならない。
【０１０１】
従って、材料５０を方向付けすることができ、その指向方向はキャップ・システム２４に対して固定されこれに沿って配向されることになる。同じ様に、キャップ２４は、ウインドウ１４下側のデッキ１６又は架台１６上に脚５２で配向されることになる。一部の実施形態において、図１１Ｃのフィルムを基材上に積層することができる。例えば、ベース１２４ｄを、ガラス又は類似材料で形成することができる。別の実施形態においては、ベース１２４ｄは使われない。ベースでなく、間にある光学的透明層１２４ｂに構造上ＣＡＢ基材の役割を持たせることができる。
【０１０２】
特定の実施形態において、高及び低フィルム・サンプル５０を、ただ一つのフィルム組成で作成し、異なる位置に配置して、比較的に高い、及び低い放射応答（例えば、読み取り）を得ることができる。他の実施形態において、高い値及び低い値のサンプルに対し異なったフィルムを使うことができる。例えば、ＨＲタイプとして知られるフィルムは、放射応答の比較的に低い値を提供することができる。このようなフィルムは、炭素原子の二重結合の特定なセットを持つポリビニルアルコール／ポリビニレンである。また、この材料は、しばしばヨウ素でドープされて赤外分光法に用いられる。
【０１０３】
これに対して、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＫＮＣＰ３５及び他の類似構成の「Ｋベース」フィルムとして知られるフィルムは、装置１０のウインドウ１４からのビーム１０１による照射に曝されたときに、比較的に高い放射応答値を提供する。ＫＮＣＰ３５タイプのフィルムは、前述した、円偏光のサンドイッチＨＲタイプのフィルムとして作用する。
【０１０４】
較正のためのスキャナ出力（強度、スコアなど）の低い値は、ＨＲタイプのフィルム１１０、１２０を使って得ることができる。このようなフィルムには、ベース１２４ｄの有無に関わらず、図１１Ｃに示すようなＰＶＡ１２４ａ、ＣＡＢ１２４ｂ、及びＫタイプフィルム１２４ｃが含まれる。これに対し、較正のためのスキャナ出力の高い値は、図１１Ｄのような、Ｋタイプ・フィルムを光学的に透明なＣＡＢのシールド層に接合したフィルム１１０、１２０から得ることができよう。
【０１０５】
図１２を参照すると、本出願人らは、非組織材料１２５ａは、装置１０のウインドウ１４からのビーム１０１に曝されると、比較的透明で明確な形状１２６ａをとることを観察した。交差部分の領域１２７ａは、他の領域１２７ｃ、１２７ｂの内側にある１２７ｂ、１２７ｃとして、もしくは図のようにオフセットに位置付けされることがある。ウインドウ１４から進んでくるビーム１０１の照射領域を表している光源エンベロープ１２７ｂの面積又はサイズよりも、交差部分１２７ａがかなり小さくなることがある。同様に、交差部分の面積１２７ａが、検出器エンベロープ１２７ｃの面積１２７ｃよりもかなり小さくなり、これとずれることがある。
【０１０６】
すなわち、光源に照射されている領域、光源エンベロープ１２７ｂと、装置１０内の検出器に「読み取られる」領域、検出器エンベロープ１２７ｃとがずれることがある。従って、面積１２７ａは、サンプル、較正材料３０などの真の放射応答を表すためには不十分になることがある。
【０１０７】
これに対し、ヒトの皮膚及びドープされないマトリクス１２５ｂ（マスタサンプル・セット３０中の中性材料９０）はブルーミング応答１２７ｂを生じる。他の多くの材料で見られる澄んで明確なエンベロープ１２７ｂ、１２７ｃでなく、人間の皮膚、及び、ドープされない、マスタサンプル３０中の中性サンプル９０又はホワイトスキャン・サンプル９０のマトリクス１２５ｂはブルーミング形状１２６ｂを生ずる。このブルーミング形状１２６ｂは、大きく拡がった形状１２６ｂにおいて、放射応答、反射、散乱などの面積が拡大したことによるものと考えられる。ブルーミング形状１２６ｂ又は効果１２６ｂは、光源エンベロープ１２７ｂと検出器エンベロープ１２７ｃとの間にはるかに良好な交差部分１２７ａをもたらす。
【０１０８】
このように、ドープしないマトリクス１２５ｂ（例えば、材料９０）は、カロチノイドや類似の炭素結合を含有する他の材料によるラマン散乱が除かれた、人間の皮膚の挙動を比較的正確に表現する。ドープなしのマトリクス１２５ｂを較正サンプルとして使用することにより、皮膚の弾性散乱部分及び蛍光を反映する曲線１２６ｅを実現することができる。
【０１０９】
これに対し、天然材料、又は、カロチノイドや他の目的の分子構造体の挙動を模擬するための適切な炭素結合構造を持つ合成材料などの、ドーパント剤１２５ｃは、ラマン応答として識別される曲線１２６ｃを提供する。このように、ピーク、特に、典型的には５１０ナノメータ波長において見られる最も高いピークは、装置１０のウインドウ１４から試験サンプル３０、５０を照射する光によるドーパント１２５ｃに対する照射からもたらされたものである。
【０１１０】
本出願人らは、ドーパント１２５ｃをマトリクス１２５ｂ中に混合することにより、人間の皮膚を信頼性と再現性を持って実質的に模擬できるマスタサンプル３０を作成できることを発見した。マスタサンプル３０を照射し、読み取って（例えば、スキャン）取得された、波長の関数としての強度曲線１４０は、対象の皮膚に予測される全スペクトル・プロフィール１４０を提供する。ドープされないマトリクス１２５ｂで構成される中性サンプル９０は、照射光の弾性散乱及び皮膚の自然蛍光の影響を識別し、これにより、これら影響を排除できる曲線１２６ｅを提供する。他方、マスタサンプル３０の低い値のサンプル９２及び高い値のサンプル９４の中の異なる濃度のドーピングは、比べて異なる曲線１４０、及び特にこれに寄与するラマン応答の曲線１２６ｃを提供する。
【０１１１】
引き続き図１〜１２を全般的に参照しながら、図１３〜１５を参照すると、波長軸１３２を定義域とし、強度軸１３４を値域（ｒａｎｇｅ）として図示したあるチャートは、４７３ナノメータの波長１３６及び５１０ナノメータの波長１３８を概略的に示している。４７３ナノメータの波長１３６は、放射応答の曲線１４０中の固有のアーチファクトであって、そこにほぼ集中する弾性散乱ピーク１４２である。一方、曲線１４０の蛍光応答１４４を表す大きなドーム１４４は、特徴的な５１０ナノメータ波長１３８の両側に張り出している。
【０１１２】
一般に、弾性曲線１４２に示される弾性散乱は、ウインドウ１４から投射されたビーム１０１の入射周波数を持つ反射光と考えられる。周波数と波長とは逆数であり置き換えが可能なので、その双方をデータ取得の定義域にして説明することができる。曲線１４０の蛍光部分１４４は、吸収された光の周波数と異なった周波数の光の再放射であり、通常、岩石や人間の皮膚など、特定の材料の表面からのものである。
【０１１３】
比較的小さな発端のピーク１４６、１４８は、特徴的な５１０ナノメータ波長１３８におけるラマン散乱を表している。これより大きくて見分けの付くピーク１５０は、５１０ナノメータ波長１３８周りのラマン応答を表している。
【０１１４】
図１４を参照すると、曲線１４０のラマン散乱部分１４６、１４８、１５０は、ある程度バックグラウンド・ノイズ１５２に影響されることがある。それはあっても、元の放射応答曲線１４０を修正し、弾性散乱部分１４２及び蛍光部分１４４を除去することによって、ラマン散乱曲線１４６、１４８、１５０の信号対ノイズ比は大幅に改善される。通常、対象とする領域（ｒｅｇｉｏｎ）を５１０ナノメータ波長領域周辺、対象域の下限１５４の約４５０ナノメータから、上限１５６の約５５０ナノメータまでとする。
【０１１５】
ホワイトフィールド（ｗｈｉｔｅ  ｆｉｅｌｄ）正規化を実施して、図１４の曲線１４０を得ることができる。これはホワイトスキャン曲線１４０（ドープなし中性サンプル９０によるスキャンに基づく）を活性スキャン曲線１４０（ドープされた又は活性材料サンプルのスキャンに基づく）と対比して行うことができる。そこで、ホワイトスキャンを使って弾性散乱部分１４２及び蛍光部分１４４の影響を排除することができる。ホワイトスキャン曲線１４０を活性スキャン曲線から差し引くか又はこれにより除算することができる。多くの数の小さな差異が必要となるので減算は厄介となろう。ホワイトスキャンで活性スキャンを除算することで２つの曲線１４０中の共通な影響が正規化除去され、図１４に示すように、ピーク１４６、１４８、１５０が浮き彫りにされる。
【０１１６】
図１４の全体曲線１５１は、ほぼ平らな又は一定のベースライン曲線１５８を示しているが、常にこうなるとは限らない。すなわち、ベースライン曲線がゼロでない勾配を持つことがある。といっても、例示概略図の中では、必要により、誇張したり最小化したりすることがある。
【０１１７】
ホワイトフィールド正規化スキャン又はホワイトスキャンは、装置１０の制御パラメータを調整（例えば、較正）し、これらの装置１０が、所定の較正被験体３０のスキャンに対して同一な出力を生成することを保証するための役割を果たすことができる。中性サンプル９０又はホワイトスキャン・サンプル９０のドープなしマトリクス１２５ｂを持つことにより、活性材料（例えば、ドープ材、活性化材など）からの実質データを正規化するためのホワイトスキャンを実施する能力が持てる。ホワイトスキャンを、ダークキャップ２２を使って行われるダークスキャンとほとんど同程度に用いることができる。ホワイトスキャンを使って、被験体の弾性散乱１４２及び蛍光１４４応答（放射応答）をはじめ、装置１０の光学システムの光学的アーチファクトを取り去ることができる。これは、スキャナ１０の電気的及び電子的影響に起因する、電気的及び電子的アーチファクト（例えば、誤差、不整合、バックグラウンド、ノイズなど）に対応する。
【０１１８】
本出願人らは、ダイラタント複合材を、中性サンプル９０（例えば、ドープなしマトリクス１２５ｂ）として利用でき、ダークキャップ（例えば、ダーク・スキャン）が電気的アーチファクトに対して行うのと同様に、この複合材は、光学的なアーチファクト及びバックグラウンド放射応答に対し、かなりの抑制及び正規化作用を行うことを見出した。これらの効果を曲線１４０から除去することにより、得られたラマン散乱曲線１５１の信号対ノイズ比を向上することができる。この点において、ホワイトスキャンを「フィルタリング」機構と見なすことができよう。
【０１１９】
例えば、曲線１４０の弾性応答部分１４２及び蛍光部分１４４は、は、ウインドウ１４からの光ビーム１０１に対する被験体（人、サンプルなど）の全体的な放射応答の一部を表している。ドープなしのマトリクス１２５ｂで形成されるホワイトスキャン・サンプル９０又は中性サンプル９０は、正規化して除去することになる２つの部分１４２、１４４を提示する。これにより、ホワイトスキャンからの曲線１４０を基準合わせして（チャート中の値域の値を合わせ調整する）、活性スキャン（ドープされたサンプル９２、９４などを使う）から得た曲線１４０にぴったり合わせてから除算する。
【０１２０】
２つの曲線１４０を相互に１点ずつ（又は他の任意な適切な方法で）除算することができる。２つの曲線の差を求めることもできなくはないが、かなり多数の値の間での小さな差異によって、信号対ノイズ比はかなりの制限を受けることになろう。ホワイトフィールド正規化又はフラットフィールド（ｆｌａｔ  ｆｉｅｌｄ）正規化は、通常、初めに２つの曲線を同一の値域にぴったりと合わせ、次に除算して、点（定義域の一切の位置における値域の値）の相対的な大きさがほぼ等しい新しい正規化曲線を得る。この除算は、合理的な範囲で一貫性のある結果をもたらす。通常、これにより信号対ノイズ比の大幅な向上が得られ、活性材料（例えば、サンプル９２、９４）とホワイト・サンプル９０との間の違いが浮き彫りになる。
【０１２１】
このように、ホワイトフィールド正規化、又は中性サンプル９０を使ったホワイトスキャンは、ダークスキャンではまだ除去されていない、バックグラウンド、電子的、他の波長、強度、光の収差、ノイズなどの影響を計算除去するための曲線１２６ｅを効果的に提供する。ダークスキャンによる、曲線１４０中の電気的及び電子的アーチファクトの削減と合わせ、天然の被験体のスキャンを用いることもできる。
【０１２２】
マスタサンプル３０の合成サンプル９０、９２、９４には、生体の持つバラツキ、腐食しやすさなどがない。そうでありながら、ダイラタント複合材は、シリコーン自体は他面では光学的に透明にできるという事実にもかかわらず、皮膚とほぼ同様な蛍光及び反射率を備えている。
【０１２３】
マスタサンプル３０の中性サンプル９０を形成しているドープなしマトリクス１２５ｂは、実際には固体（ｓｏｌｉｄｕｓ）ソリダスな有機材料（例えば、食材、栄養素の結晶など）を効率的に吸収し、また、液状材料も吸収する。一部の実施形態において、中性サンプル９０を形成しているダイラタント複合材は、実際は少量の水を含有している。アルコール、アセトン、又は四塩化炭素などのような他の溶剤を使って、材料をダイラタント複合材に取り入れることができる。
【０１２４】
ベース材料９０又は中性サンプル９０は、皮膚を模擬しているが、対応するドーパント１２５ｃがないので実質上「カロチノイド模擬」はしていない。本出願人らは、２００番メッシュふるいを１００パーセント通る固体粒子サイズが満足できるものであることを発見した。マトリクス１２５ｂ（中性サンプル９０）全体に均等にブレンドされた十分に均一な粒子が、低い値のサンプル９２及び高い値のサンプル９４の均一な結果を与えるようである。
【０１２５】
同様に、ホワイトフィールド補正、又は「ホワイトスキャン」補正をしない場合、サンプルに過大な不均一性が生じることも重要である。固体結晶は幾分信頼性に欠け、ブルーミング効果１２６ｂをもたらさないことが分かった。液体は、一般に、適当な結果を得るためには十分な均一性及び不透過度に欠けることが分かった。手の均一性をベースに、手を使っていく台かの機械を較正することができる。多数の機械を手を使って較正するやり方は、手の利用可能性及び均一性によって制限される。液体中に懸濁された材料の一サンプルも概して信頼性を示さなかった。不透明な材料とともにドーパント１２５ｃを使うことによって適切な懸濁液を得ることができる。
【０１２６】
そういったことはあるが、ダイラタント複合材の粘弾性材料は、適切な不透過性、放射応答、弾性を示し、粘着性及びドーパント１２５ｃを均一に懸濁させ、分布させる能力を示した。この材料は、放射応答１４０の反射部分１４２及び蛍光部分１４４をほぼ皮膚のものと同じに模擬する並外れた能力を示した。
【０１２７】
中性サンプル９０として又はドープサンプル９２、９４として、ダイラタント複合材をスキャンするにあっての一つの注意点は、曲線１４０中のラマン散乱ピーク１５０に関する。主ピーク１５０は炭素二重結合に関連するように見える。ピーク１４８は、一重炭素結合からのラマン散乱によりもたらされたものと思われる。同様に、ピーク１４６は、メチル基に付着している一重炭素結合からのラマン散乱からきたように見える。すべてのピーク１４６、１４８、１５０がそのままぴったりと整合はしそうにない。値は相対的なものであるが、関係はない。
【０１２８】
任意の適切な基準を取って較正を実施することができる。例えば、弾性応答１４２と蛍光応答１４４とを除去した曲線１４０のベース値をゼロに設定することができる。一方で、ラマン散乱ピーク１５０の最大値を１の値に設定することができる。同様に、ベースラインをゼロに設定し、最大値を１００にすることもできよう。現在考えられている一つの実施形態では、ラマン散乱ピーク１５０の最大値を６万を超える値又は寄与値にし、例えば６７，０００に設定することができる。同様に、低い値を、スケールの限度に応じて適切な値に設定することができる。
【０１２９】
実際上は、被験者に対する実際の範囲は、単に、約６７，０００の最大強度値に基づいて、部分的には、特定レベルのレーザ出力における光子カウントを概算した任意のスケールにより決められた。このような尺度上での人間の皮膚のスキャンの実際の値は、低いものは２０，０００あたりから高いものは５０，０００台の間の範囲にわたることになろう。もちろん、これらは人によって異なる。しかしながら、現在考えられている一つの実施形態における任意の強度スケールはあったとしても、ゼロから６７，０００までの範囲は適切である。これにより、数学、信号処理及び他の技術で知られているような任意の適切な間隔で簡単に目盛りし、マップすることが可能となろう。
【０１３０】
例えば、この範囲をゼロから１、マイナス１から１、ゼロから１０、１から１０、１から１００などなどにスケールすることができる。いうなれば、尺度というものは常にいくらかは任意なものである。事実上、常に値を目盛ることができる。
【０１３１】
ドーパント１２５ｃを適切なドーパントなしマトリクス１２５ｂに添加して、標準化された「合成組織」として適当な範囲を表すのに適した妥当なマスタサンプル３０を作成することができる。本出願人らは、較正のための標準を開発し、ウインドウ１４からのビーム１０１による照射に対する被験体の放射応答に依存する出力を標準化することができた。このような較正材料、構造体、及び方法が出現するまでは、装置からの数字の出力は単に無原則な数値であり、十分に解釈のできる値を提供しなかった。
【０１３２】
図１５Ａ−１５Ｄを参照すると、電子的及び電気的アーチファクト、反射又は弾性光部分１４２、及び蛍光１４４を補正された放射応答の曲線１４０は、残ったデータ曲線１６０で特徴付けられている。適切な数値手法によって、データ曲線１６０をベースライン曲線１５８に当てはめることができる。双方の曲線１４０、１６０の形状及び次数を適切な次数とすることができる。３次のベースライン曲線１５８が適切な当てはまりを示した。これより高い次数及び低い次数の使用もうまくできたが、高い次数は、数学的アーチファクトとして変則的なピークを生成することがある。より低い次数は、ピーク１５０を基調曲線１６０と対比するためには、粗すぎる当てはめを生成する可能性がある。
【０１３３】
ベースライン曲線１５８を形成する際には、目的のカロチノイドピーク１５０又はラマン散乱ピーク１５０の影響を含めないようにすべきである。ピーク１５０を検討から外すための境界点１６２ａ、１６２ｂを選定することができる。すなわち、境界点１６２ａ、１６２ｂによってピーク１５０を区切り、その内側にある点は、ベースライン１５８の曲線当てはめには含めない。同様にして、極値１６４ａ、１６４ｂを選定することができる。通常、中間点１６６ａ、１６６ｂは、それぞれの内側の境界１６２とそれぞれの外側の境界１６４との間のサンプリング周期に含まれる。通常、ピーク１５０の各々の側の境界１６２と１６４との間には約２０個の点が含まれている。ベースライン曲線は、すべての点１６２、１６４、１６６にわたって当てはめられる。しかる後、ピーク１５０の最高値の強度をその下のベースライン１５８と対比することができる。
【０１３４】
図１５Ｂ〜１５Ｄを参照すると、実際の曲線１６０は、前に述べたダークスキャン、ホワイトスキャン及び適切な正規化によって補正され、データ中の望ましくないアーチファクト及び効果が除去されている。当てはめられたベースライン曲線１５８、それらが当てはめられた曲線１６０は、低い値のサンプル９２、実際の手（インビボ被験体）、及び高い値のサンプル９４の実際のスキャンを表している。
【０１３５】
較正において、一つの曲線を、これに沿って機械を較正するための基準とすることができる。これに対して、別の曲線を実際データ曲線とすることができる。これら曲線の間でマップを実行、さらに具体的に言えば、曲線のピークを合わせて、曲線どうしをほぼ整列させることができる。加えて、ピーク域１５０を最も正確にマップできよう。
【０１３６】
較正調整を、曲線の勾配及び切片を補正し、基準曲線の勾配及び切片に合わせる工程と考えることができる。すなわち、線形曲線当てはめを想定すると、勾配の補正により回転が得られ、切片の補正によって平行移動が得られる。実際の装置１０において、パラメータを調整し、最も興味のあるピーク域１５０の下に横たわるベースライン曲線１５８に対する、係数及び信号減算、又は「勾配及び切片」を調整することができる。
【０１３７】
較正により少なくとも２つの目的が成就される。標準参照物質により、グローバルな機械間の一貫性（機械間整合性）が提供される。このことには、将来現場の較正で頼ることのできる、機械のためのベースライン１５８が含まれる。これにより、装置１０に対する標準化されたセッティング方法が設定され、標準マスタサンプル３０によって、どの個別装置１０に対しても適切なベースライン曲線１５８を提供することができよう。
【０１３８】
装置１０には、識別可能な機械固有の、６０有余になんなんとする個別パラメータが確認されている。従って、工場較正では、どの２つの機械も同一のマスタサンプル３０を同一に読み取ることできるようにパラメータをセットする。同様に、現場で装置１０が再現性を持って使えるように、装置１０の他の制御パラメータを調整する。かくして、装置１０に割り当てられた、装置に固有のダーク・キャップ２２及び精度キャップ２４を使って工場で較正をすることにより、必要に応じ現場で装置１０を、元の仕様に照らして較正をすることを保証できよう。
【０１３９】
ダーク・キャップ２２は、非光学的ノイズ又はバックグラウンドを取り去る方法を提供する。同様に、ホワイトスキャン材料９０又は中性サンプル９０をスキャンして、蛍光バックグラウンド、反射光を取り出し、検出器（例えば、ＣＣＤなど）からの出力中のピクセルごとの偏差を正規化することができる。低い値のサンプル９２を用いて低い値（例えば、一つの実施形態において約２１，５００）を設定できる。高い値のサンプル９４を用いて高いレベルの値（例えば、約６７、０００）を設定できる
本発明による装置及び方法の一つの実施形態において、装置１０に接続された又はそれに内蔵された、ノートパソコン、ＰＤＡのようなコンピュータ、又は他のプロセッサは、すべての較正計算を提供できるので、工場出荷後、又は工場以外でハードウエアを再設定する必要はない。例えば、装置１０が工場で較正されたならば、制御、照射、及び被験体からの放射応答の検出は、すべて装置と一体になったソフトウエア中の較正ファクターに従って処理することができる。従って、装置１０に内蔵された、又は外部から接続されたＣＰＵ又はプロセッサは、装置１０を動作させるために必要なすべての処理を簡単に実施することができる。このように、較正は、実際にパラメータを操作するよりは、パラメータを計算処理する工程の多い作業となる。
【０１４０】
本発明による装置及び方法の一つの実施形態において、一つの被験体に対し、何回ものスキャン又は照射、及び放射応答の読み取りを行うことができる。例えば、現在考えられている一つの実施形態では、約３００ミリ秒の持続時間（検出器による読み取りの収集時間）のスキャンを１７５回行うことができる。
【０１４１】
約１分以内に、およそ３００ミリ秒の収集データで表わされた１７５ほどものスキャン、映像、写真などを取得することができる。本出願人らは、概してこのような一連のスキャンを３回行うことが効果的であることを見出した。各々が約３００ミリ秒持続時間の１７５回のショート・スキャンを表す、これら３回の一連スキャンの処理結果の平均が、効果的で、再現性及び信頼性があることが分かった。
【０１４２】
３００ミリ秒より大幅に長くしたスキャン期間は、装置１０のセンサを飽和させることがある。スキャン時間を２００ミリ秒より短くすると、検出量を大きくしても、得られる放射応答曲線１４０の信号対ノイズ比が悪化する傾向がある。
【０１４３】
本出願人らは、特定の「曲線スムージングアルゴリズム」を使用すると効果があることを見出した。例えば、サビツキー−ゴーレイ法とも呼ばれる手法は、ピークをこわさないで曲線をスムージングしてくれる。このように、熟練した操作者は、ピーク域１５０を観測し、境界点１６２ａ、１６２ｂを選定することができよう。実際上は、多くの手間による作業が最も効果的であろう。もちろん現在の数値解析手法を使って特定の自動処理をすることができる。しかし、主ピーク１５０の両側境界点１６２ａ、１６２ｂを設定するには、手作業による吟味が適切であることが分かった。しかる後、ベースライン曲線１５８を当てはめることができる。
【０１４４】
ピーク１５０に多項式を当てはめることができる。例えば、３次及び４次の多項式が適切であることが判明している。このように、曲線部分１５０中の最高値の読み取りの最高値ピクセルを極大として設定することができ、これから、これに対応するベースライン値を差し引く。
【０１４５】
対応するベースライン曲線値の上の、このピーク１５０の極大値を乗算することによって、個別の機械を個々に調整することができる。例えば、工場精度キャップ１２４を適切な調整ファクターによって適合させ、装置１０の検出器の放射応答からの読み取りを、キャップ２４に尺度合わせして、標準と整合させることができる。装置１０が長期に使われるにつれ、時間ごと又は場所ごとにバラツキ状態が発生しよう。機械のウオームアップをすることで、ある程度の量のバラツキは低減される。
【０１４６】
現場較正は、キャップ２４の読み取りとして最初に設定された値と、同一のキャップ２４に対しそれが繋索されている装置１０から得られた現時点の日毎の読み取りとを対比した比率を表す。
【０１４７】
図１６を参照すると、式１６８は尺度のマッピングを表している。すでに尺度設定されているものも含め他の装置１０を較正できる、特定のスタンダードを構築することができる。試験所のユニット又は他のデバイスをスタンダードとして設定することができる。システム又は装置１０が提供する数値カウント（範囲、強度、出力など）は、実際は、検出強度の反映であり、特定の周波数及び波長で検出器に衝突する光子の数の関数である。実験段階の初期の装置は、十分な感度を持ち、ほとんど一個一個の光子カウントを提示した。このように、ゼロから６７，０００までの尺度における１カウントは、スキャンの結果として検出器にぶつかる光子の１カウントに近いものであった。
【０１４８】
装置１０は、強度の測定が正確で再現性があるならば、あらゆる個別光子の到達に対応した記録するほどの感度は必要がない。各装置１０は、所定のサンプル（例えば、マスタサンプル３０、生体被験体など）を読み取り、検出した光の強度に対し同一の値を識別するスコア又は数値を出力する必要がある。よって、工場において各装置１０を較正し、スタンダードに整合させる必要がある。合成マスタサンプル・セット３０の構築は、このようなスタンダードを提供するものである。このスタンダード又はマスタサンプル３０は、生物学的プロセス及び劣化の予測困難性に影響されないので、人間や植物材料のような生物サンプルから採取されたデータよりも信頼性がある。
【０１４９】
図１６において、皮膚カロチノイド・スコアＳＣＳは、装置１０の出力として得られた読み取りに対応するスコア又は数値である。較正において、これはマスタサンプル３０の読み取りから出力された所定値である。これは値域（縦）軸に表される。定義域軸は、同一のスタンダード（例えば、マスタサンプル３０）を使った較正において、機械１０によって得られたラマン散乱強度に対応する値を表す。
【０１５０】
低及び高サンプル９２、９４に対し行われたスキャンに対応するピーク高さ１５０によって、線を定義することができる。高サンプル９４は、所定の高い値（例えば一つの実施形態において６７，０００）として読み取られなければならならず、低サンプル９２は、所定の低い値（例えば一つの実施形態において２１，５００）として読み取られなければならない。前に説明したように他の数値の尺度を使うことができ、前記所定数は一つの例として挙げたものである。
【０１５１】
機械１０に対する較正結果として得られた何らかのピーク高さ１５０を、図１６の直線、すなわち較正対象の機械の値域を標準試験（例えば、標準装置）において同じサンプルから得られた標準値のセットにマッピングして得られた線によって調整することができる。マップが作成され、工場較正に使う線形のマッピング式が得られる。係数（勾配Ｍを表す）及び信号減算（切片Ｂに該当する）を使って、較正対象スキャナからのどのインプット読み出し値（独立変数ｘ）に対しても、標準読み出し値（従属変数ｙに対応）を求めることができる。
【０１５２】
このように、較正された機械１０により行われたスキャンの結果得られた何らかのピーク高さ１５０を、標準値に換算する。この式は必要な２点だけで的確に定まる。というのは、ラマン散乱は線形の効果だからである。従って、機械の較正尺度をマップするために、これより高次の項は必要ない。
【０１５３】
実施において、皮膚被験体１７２は、通常、人の手のひらである。一方、ユーザの血清１７４（例えば、血流）中の分子構造の含有量を相関させることができる。皮膚被験体１７２の読み取りを、同一被験体の血清１７４内の栄養素成分（目的の分子構造）を体外評価によって測定した値にマップ又は相関付ける。
【０１５４】
従前は、カロチノイド含有量に対するラマンスキャン分光法の研究開発者は、死体からの破砕組織１７６に頼ってきた。そのスライド１７７をセットし固定するやり方は、本来的に現場較正に対するサンプルの供給及び再現性の欠如を免れない。照射にさらされるので、工場サンプル自体も深刻な再現性問題を抱えている。照射は、時としてカロチノイドの化学構造に影響を与える。従って、機械１０評価のための工場サンプル自体が問題となり得る。さらに、こういったサンプル源から、再現性があり安定的なサンプルを得る望みがあるとは考えられない。
【０１５５】
こういったことから、本出願人らは、合成材料、有機材料などの懸濁液１７８で満たされたキュベットを用いた。ウインドウ１４からのサンプルの距離が問題となる。不透明な懸濁液１７８を用いることが、この問題を解決する助力となる。
【０１５６】
実際には、ダイラタント複合材のマトリクス１８０（例えば、マスタサンプル３０の中性サンプル９０、又はドープなしのマトリクス１２５ｂ）は必要な不透明性を具えており、技術的には液体である。この粘弾性材料は、ゆっくりではあるが、小さな力で流動する。
【０１５７】
前述したフィルム１１０、１２０のようなフィルム１８２、及び、入射ビーム１０１に応じて応答１２３又は放射応答１２３を提供する、材料１２４積層システムの使用は、安定的で、予測可能であり、非常に有用であることが判明した。その上に、これらのオリゴマー・フィルム１８２は、その配向性性質（例えば、偏光機能）によって、工場で整合されたシステムを現場で較正するための最適の材料となっている。
【０１５８】
例えば、装置１０は、配向性のない光の、又は制御されない配向性を持つ光のビーム１０１を提供するので、これから発する光に特定の配向性を確実に与えるためには、装置１０をもっと複雑にすることになろう。しかしながら、実際問題として、フィルム１８２サンプルに当たる光ビーム１０１に対する放射応答１２３から計算される応答曲線１４０中の目的のピーク１５０は必要がない。フィルム１８２の特定のサンプル５０が機械１０に合わされその整合が持続している限り、フィルム・サンプル５０（例えば、１８２）の偏光効果は、再現性を持つものであり、較正ができ又は較正に対応することができる。
【０１５９】
ダイラタント複合材マトリクス１８０を、マスタサンプル３０として、装置１０のあらゆる操作者に配布したらどうかとの考え方もあろう。おそらくそうすることは可能であろう。しかしながら、そういった配布のためには、多量の材料、重量、及び幾多の管理及び保護に対する問題が生じる。例えば、マスタサンプル３０の取り扱いによって、汚染、読み取りの変動などが生じる。これに対し、合成フィルム１８２は、十分に安定で、保護された、堅実な較正サンプルを代表している。
【０１６０】
他の材料１８４も使用することができる。ではあるが、不透明な材料、又は少なくとも十分に硬く、配置距離の効果に応答する材料が望ましい。例えば、前に説明したように、フィルム材料１８２で形成されたサンプル５０を異なる距離で用い、あたかも、配置距離が被験体分子構造の濃度の差異の代りとなるようにして、異なった放射応答を表させることができる。
【０１６１】
図１７を参照すると、較正プロセス１８８を、装置均一性制御プロセス１９０、及び条件均一性制御プロセス１９２として考えることができる。装置均一性管理プロセス１９０は、工場での適切な較正により成就される必要な機械間均一性の管理である。これに対し、条件均一性管理プロセス１９２は、単一の機械に対する、日毎又は測定時毎の均一性管理である。
【０１６２】
前に述べたように、ダークスキャン１９４を実施した後、装置１０に関連する制御パラメータのバックグラウンド調整１９５を行い、装置に関連するＣＰＵによって、そのＣＰＵが装置１０に内蔵されているか外部のものかに関わらず、ソフトウエア処理を行う。同様に、ビーム１０１によって中性サンプル９０を照射し、それからの放射応答１２３を収集してホワイトスキャン１９６を得る。これにより、得られたデータ曲線１４０を用いて、データ曲線１４０の弾性及び蛍光部分に対して調整１９７を加えることができる。
【０１６３】
工場サンプル・スキャン１９８を、低い値のサンプル９２又は高い値のサンプル９４のいずれかを使って実施し、その後に、それぞれ、他方の高い値のサンプル９４又は低い値のサンプル９２のスキャン１９９を使って実施することができる。これら２つの、必要によりさらに多くの、データ点に基づいて、較正調整２００を行うことができる。そこで、この較正調整によって、装置１０内のパラメータとその影響を受ける読み取りとを調整する。装置１０及びデータ処理法を調整して、これらからの出力が、同一のマスタサンプル３０を用いた他の機械と比較して、曲線１４０、ベースライン１５８から出ている特性ピーク１５０の標準値と整合するようにする。
【０１６４】
精度キャップ２４を使って、工場で条件均一性較正１９２を実施することができ、このキャップは、装置１０の動作寿命の間これに繋索して置かれることになる。現場における条件均一性試験１９２を、ダークスキャン２０２から開始することができ、又は、当初実施のダークスキャン１９４に依存することもできる。そうであっても、条件均一性較正１９２を行うとした所定スキャン作業期間に生じた装置１０及びその環境中のいろいろな条件バラツキを調整するため、通常、ダークスキャン２０２から現場の条件均一性較正１９２を開始する。ダークスキャン２０２に続いて、バックグラウンド調整２０３を実施し、データ曲線１４０から、装置１０の電気的及び電子的な動作中のアーチファクト及び他の不整合を補正除外する。
【０１６５】
しかる後、キャップ２４又は精度キャップ２４中に内蔵されたサンプル５０の現場サンプル・スキャン２０４が実施され、次に別のサンプルのスキャン２０５が行われる。すなわち、高い値及び低い値のサンプル５０のスキャン２０４、２０５が、いずれか妥当な順序で実施されることになる。実際上は、本明細書における、精度キャップ２４に関するすべての言及には、ばね装着キャップ２６、二重端キャップ２８などの別の実施形態の使用が含まれる。精度キャップ２４又は他のキャップ２６、２８のいずれにおいても、それぞれ異なる値のサンプル５０を、両端に又は別の試みにより使用することができる。
【０１６６】
しかしながら、ばね装着キャップ２６の一つ実施形態は、入射ビーム１０１に対する応答１２３又は放射応答１２３の変化を、距離に依存するよう特に設計された。同様に、距離によって、あるいはサンプルの濃度値によって、サンプル５０を高い動作値と低い動作値との間で変化させることができる。少なくとも２回のスキャン２０４、２０５の後で、較正調整２０６を実施し、目的の特性ピーク１５０を表す出力数の値を調整することができる。
【０１６７】
図１８を参照すると、マスタサンプル３０を作成するためのプロセス２１０には、材料２１２を選定する工程を含めることができる。これには、マトリクス１２５ｂに適切な材料、及び適切なドーパント１２５ｃの選定が含まれる。同様にして、複数のマトリクス１２５ｂ、又は単一のマトリクス１２５ｂのための複数の構成物質を選定することができる。同じく、マトリクス１２５ｂ中に混合分散、又は懸濁させるための一つ以上のドーパント１２５ｃを選定することができる。
【０１６８】
適切な試験及び他の評価を含めた材料の選定２１２の後、所要に応じマトリクス１２５ｂの調合２１４を行うことができる。これは、マトリクス１２５ｂの再現性あるバッチを納入できる供給者にやらせることができる。
【０１６９】
ドーパントの調製２１６には、例えば、適切な目的の化学構造又は分子構造の配合２１７ａを含めることができる。同様に、適切な形態での、こういったドーパント１２５ｃの形成２１７ｂが必要となろう。例えば、現在考えられている一つの実施形態では、オリゴマー偏光種のＫタイプフィルムを粉砕、切断、又は切磨して微細粉にすることができる。一つの実施形態において、汚染防止のため閉じた面を持つ４００グリットのエメリー紙を使って、２００メッシュ化学処理ふるいをほぼ通過する粉体を削り出す。
【０１７０】
このように、このような粒子状物質の形成には、粒子の機械的構造、サイズなどを含めることができる。結局のところ、サイズ決定２１７ｃは、均一性確保のために非常に重要なものとなる。大きすぎる粒子サイズは、異常な結果をもたらすことがある。同様に、小さすぎる粒子は、コスト効果や制御性に欠けることになろう。
【０１７１】
結論としては、マトリクス１２５ｂ中のドーパント１２５の分布２１８によって、マスタサンプルの全セットが得られる。すなわち、中性サンプル９０は、一つの実施形態においてドープなしのマトリクス１２５を含むが、これに換えて、何らかの目的のバックグラウンドドーパントを持つ各種マトリクス１２５ｂを中性サンプルに含めることができる。同様に、低及び高サンプル９２、９４は、通常、計算され試験されたさまざまな濃度のドーパント１２５を含み、特に、予期される測定結果の上限から下限に近い、適切な幅広い範囲の値を提供する。例えば、ゼロから６７，０００までの尺度では２０，０００を示す低い値、及びゼロから６７，０００までの尺度では約６０，０００を示す高い値の組成物９４が適切であることが分かった。このような尺度で、ヒト被験体をスキャンし、その典型的な読み取りは、２０，０００から５０，０００までに入ることが判明している。とはいっても、この範囲の上側や下側の外れ値が存在する可能性はある。
【０１７２】
図１９を参照すると、現場での較正プロセス２２４において、本発明による装置１０及び方法を実施することができる。スキャナ電源を「作動」又は「オン」の位置に作動して２２６プロセス２２４を開始することができる。同様に、通常は、スキャンプロセスの選択２２８が必要となろう。すなわち、スキャナ電源オン２２６とはある程度別個に、スキャナに連結されたコントローラの起動２３２を行うことができる。上記のように、プロセッサ（ＣＰＵ）を装置１０に内蔵することも、あるいは装置から分離することもできる。このように、コントローラの電源オン２３２又は電源投入２３２により、適切な時間をおいて、判断（ｄｅｃｉｓｉｏｎ）２３４が行われる。
【０１７３】
電源投入２３２の後、約１時間半位の、ある程度の順応時間が必要なことがある。その後、通常、スキャナ１０はウオームアップされて動作準備が整う。ユーザは、そこで、例えば、スキャンの実施、以前のスキャンのデータ曲線１４０のアップロード、サポート・プログラムの呼び出し、レポートの読み出し又は出力、又は作動の中止などの間での選択をすることができる。オプションの決定後、判断２３４により、スキャンの選択２２８、又は何らかの他の作業２３６のいずれかの選択がなされる。
【０１７４】
スキャンを選択２２８したならば、操作者は装置１０を制御するためのソフトウエアをロード２３０することができる。スキャン作業の開始、ウオームアップ、較正プロセス、以前のスキャンからの情報又は一般情報の取り出し、新しいスキャン作業を始めずに追加のスキャンを実施、結果の出力などを含む、いくつかのプロセスを実施することができる。これにより、ユーザは作業を検索２３８し、適切な作業を選定することができる。
【０１７５】
スキャンを実施する場合には、較正プロセスにおいて、最初にダークスキャン２４０を行うことができる。この特定のスキャン作業の条件の下での、特定の装置１０の較正２４６を支持するために、精度サンプル２４（例えば、キャップ、ばね装着キャップ、二重端キャップなど）によった基準スキャン２４２及びその後に第二基準スキャン２４４が行われる。一つ以上の実物被験体を使って品質管理チェック２４８を実施し、読み取りが予期する範囲内で作動していることを検証することができる。
【０１７６】
一つの実施形態において、証明番号２５０の入力を使って、装置１０の管理を行うことができる。証明番号２５０は、有効な特許、ライセンスなどによる装置１０の使用の制御を支援する。被験体に関連する個体群統計の入力２５２には、スキャン操作者、被験体又はその双方のため役立つような情報の追跡が含まれる。例えとして、データが多数の被験体から匿名で収集される場合、これにより、目的の分子構造体（例えば、カロチノイド、抗酸化物、栄養素、アミノ酸、及び他の目的の分子など）の摂取、血清レベル１７４と皮膚レベル１７２との間の関係を特徴付けるための別の助力を得ることができる。
【０１７７】
被験体の手を、通常、デッキ１６又は架台１６にのせて、ウインドウ１４の前に位置付ける２５４。前に記載したように、被験体のスキャン２５６を、数分にわたって「数百回スキャン」で実施し、適切で統計的に有意なサンプルを取得することができる。そこで、データの処理２５８を実施して、出力曲線１４０を生成し、前記のようにベースラインのピーク１５０の値を識別することができる。
【０１７８】
判断２６０により、当面の作業のスキャンが完了したかどうかが判定される。完了していない場合、新しい被験体を識別する別の証明番号の入力２５０によって、作業を継続することができる。そうでなければ、判断２６２により、新しい作業を開始するかどうかが判定される。例えば、操作者の交代、被験体の群の変更、又は動作時間が長くなった後で較正が妥当などの理由で、作業を中止することができる。新しい作業を実施しない場合、装置は、作動を終了２６４することができる。
【０１７９】
新しい作業が行われる場合、判断２６６により、使用時間、スキャンの回数、又は装置１０の使用を制御するための他のパラメータの有効期限が過ぎていないかどうかの判定が行われる。判断２６６により、期限が過ぎていないと判定されると、新しい作業を開始することができ、ダークスキャン２４０及び他のスキャン２４２、２４４が行われて較正２４６が完了する。他方、判断２６６により、有効期間又は最大スキャン回数又は他の制御パラメータが、期限切れとされた場合、判断２６８により、現在スキャンされているデータをサーバにアップロードするかどうかが判定される。アップロードをしない場合、通常、システムは無効２７０にされることになる。
【０１８０】
これに対し、曲線１４０からのデータをアップロードする場合、アップロード・プロセス２７２が実施される。同様に、アップロード２７２の際には、全体プロセスには、通常、新規のスキャン、期限延長などに対する認可のダウンロードが含まれる。同じく、オプションのステップに、作動ソフトウエアのアップグレードのダウンロード２７４を含めることができる。このように、個別の操作者に対して、コントローラ・ソフトウエア、較正スキームなどの定期的更新をすることができる。
【０１８１】
当業者には、記載された本発明の基本的特質から逸脱せずに、図１−１９の説明概略図に対しさまざまな変更を容易に加えることができるのは自明であろう。このように、添付の図１−１９の説明は、単なる例示を意図したものであり、添付の特許請求の範囲で請求する本発明に呼応した特定の現在好ましいの実施形態の概略図を図示しただけのものである。
【０１８２】
上記の必要性に基づいて、組織の選択された分子構造を、インビボで非破壊的に検出するバイオ光学スキャナを、較正するための装置と方法とを開示する。システムを、スキャナに連結されたプロセッサとメモリとを含むコンピュータに頼ることができる。スキャナは、インビボの組織に光を非破壊的に導く照射装置（例えば、光源、レーザなど）を具える。光は、蛍光、反射又は弾性散乱、及びラマン種の散乱として検出器に戻る。検出器を電荷結合素子、又は光に対する組織の放射応答の強度を検出する他の機構とすることができる。スキャナは、コンピュータ・インタフェースを介しコンピュータと交信することができる。
【０１８３】
特定の実施形態において、較正器具は組織の放射応答を模擬するため選択された模擬材料を含むサンプルを包含する。スキャナに対する較正パラメータを決定するためには、光を照射装置から模擬材料上に導き、それからの第一放射応答を検出することが必要である。光の状態、光に対する第一放射応答、及び較正パラメータに対応する、プロセッサへの入力によって較正ができる。照射装置からの光への曝露結果によるインビボ組織様の第二放射応答を、再現性をもって検出するための入力処理が行われる。
【０１８４】
本方法には、放射応答から補正除去することになるスキャナの電気的アーチファクト及び光学的アーチファクトに起因する誤差に対応する曲線の選定を含め、較正パラメータを決定する工程を含めることができる。また、本方法に、濾光パラメータを選定する工程を含め、放射応答から弾性散乱をフィルタ除去することができる。
【０１８５】
バックグラウンド蛍光に対応する曲線を選定して、この特質を放射応答から補正除外することができる。目的のラマン散乱応答が存在しない放射応答部分に対応する曲線を点で区切って、目的のラマン散乱応答を分離することができる。
【０１８６】
通常、照射装置からの光は、レーザのようなコヒーレント光であり、放射応答は、選択された組織の分子構造、すなわち、カロチノイド物質、抗酸化剤、ビタミン、ミネラル、アミノ酸などといった、目的の成分に対応する強度である。カロチノイドに対応するラマン散乱応答が効果的であることは判明している。さらに、非動物組織材料で、相互に異なる明確な読み取りを提供する「模擬材料」を使って較正スキャンを行うことができる。また、一種類の材料を、検出器から、２つの異なるはっきり区別できる距離に配置することにより、異なる強度を実現することができる。
【０１８７】
効果のあることが判明したサンプルには、さまざまな、ポリマー、偏光フィルタに使用される長鎖及びオリゴマーのような合成材料が含まれる。例えば、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のＫタイプ・フィルム及びＨＲタイプ・フィルムが試験に使われた。他のサンプルには、異なる濃度のドーパントの選定された量を含有する可撓マトリクスが含まれる。ドーパントを、固体パウダー、又は植物材料、植物誘導体などの天然材料とすることができる。およそ２００番のふるいを通過するサイズの粉体化フィルムが良好なドーパントを形成することが判明した。
【０１８８】
２つの濃度のドーパントにドープされたダイラタント複合材は、天然材料又は合成材料を受容できる。効果的合成材料は、カロチノイド中の類似結合に対応する炭素−炭素結合を含有するようである。
【０１８９】
較正パラメータの算定に補正曲線の計算を含め、これを試験（較正）材料の放射応答に対応するデータ曲線と組み合わせて「カロチノイド」タイプの応答を分離することができる。補正曲線には、弾性散乱光、蛍光、及びスキャナのバックグラウンドアーチファクトの、少なくとも一つに対応するデータを含めることができる。
【０１９０】
較正のため、機械には、目的の光がほとんど検出器に戻らず、スキャナの電気的アーチファクトを表すダーク・データを収集するための「ダーク・キャップ」が用意される。照射装置からの光の強度、較正に使用される模擬材料の応答、及び異なる濃度のドーパントを含有するサンプル間の放射応答の相関度に従って調整を行うことができる。ドーパントに対する放射応答について、サンプルとインビボ組織との間の相関が取られる。
【０１９１】
一つの実施形態において、操作者は、フィードバック制御ループでスキャナを作動し、被験体の組織内のカロチノイドの初期レベルを検出することができる。そこで被験体は、その後の期間に、ある処方計画に従って栄養サプリメントを摂取することができる。後のスキャナ検査で、栄養サプリメント投与に対応する組織中のカロチノイドの経過レベルを検出する。
【０１９２】
プロセッサとメモリとを具えたコンピュータに連結されたスキャナの較正では、弾性散乱、蛍光、及びスキャナの電気的、光学的アーチファクトから、カロチノイドのラマン応答を分離することができる。第一合成材料をスキャンし、スキャナの光学的アーチファクト、反射光、及び目的でない波長の再放射光（例えば、蛍光）に起因する組織の放射応答の部分を表す「ホワイトスキャン」を得ることができる。適切な合成材料として、もともとはＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社によって配合設計されダイラタント複合材として知られる粘弾性材料がある。バックグラウンド放射効果の「ホワイトスキャン」を実施するための中性サンプルとしての機能に加え、このダイラタント複合材をさまざまな濃度にドープすることができる。
【０１９３】
本発明によるシステム及び方法の一つの実施形態において、バイオ光学型のスキャナは、スキャナからの光照射に対する組織の放射応答から、非破壊的にインビボで、選定された組織の分子構造を検出する。本較正システムには、スキャナの電気的アーチファクトに対応し、光による照射に対する放射応答をほとんど含まないダーク応答を返すダーク・サンプルを含めることができる。ホワイト・サンプルは、光を照射されると、目的の特徴のラマン散乱を欠いた、光に対する組織の放射応答にほぼ対応するホワイト応答を返す第一合成材料を含む。
【０１９４】
高い値のサンプルを、ドーパント処理された第一合成材料で形成し、光を照射されると、光に対する組織の放射応答の比較的に高い値にほぼ匹敵する高い応答値を返すようにすることができる。低い値のサンプルを、ドーパント処理された第一合成材料で形成し、光を照射されると、光に対する組織の放射応答の比較的に低い値にほぼ匹敵する高い応答値を返すようにすることができる。ダーク、ホワイト、高及び低サンプルは、各々、数学的に組み合わせて、スキャナ、制御コンピュータ又はその双方を較正するためのパラメータを生成し、光に応答して、インビボ組織内の分子含有量に対応する出力の再現性ある値を提供するように選定、処方、形成される。
【０１９５】
基礎合成材料（例えば、マトリクス）は、光学的に不透明で、粘弾性のシリコーン・ベースの複合材である。これには、主要成分として、ジメチルシロキサン、結晶シリカ、増粘剤、及びポリジメチルシロキサンを含有させることができる。比較的に少量のデカメチルシクロペンタシロキサン、グリセリン、及び二酸化チタン、及び少量の水が存在することができる。シリコーン鎖は、ホウ酸架橋の末端水酸基ポリマーである。
【０１９６】
ドーパントを天然材料（例えば、植物、野菜、食材由来のカロチノイド）又は合成材料とすることができる。カロチノイドに見られる特徴的分子結合に相応する分子結合構造を持つ合成材料が目的に適っているようである。一つのドーパントは、特徴的炭素−炭素二重結合を含む炭素結合の連鎖を含有することを発見した。微細に粉砕した固体としてドーパントをシリコーン・ベースのマトリクスに懸濁させ、皮膚のラマン散乱及び他の放射応答特性を模擬する。
【０１９７】
バイオ光学型のスキャナを較正するための装置には、ダークスキャン構造体と、異なったレベルでドープさせた合成材料による標準セットの工場用較正具と、偏光フィルムの現場用較正具と、ダークスキャン構造体、工場用較正具などのハードウェア、及び現場用較正具のスキャンに対応してデータを受信し処理するコンピュータ可読媒体中の実行可能ソフトウエアとを含めることができる。コンピュータは、実行可能ソフトウエアを起動するようプログラムされ、スキャナを較正し、スキャナ制御を操作し、被験体組織の非破壊的スキャンにより採取したデータに基づき、選定された分子構造体の量に対応する数値を出力する。
【０１９８】
本発明を、その基本的特質から逸脱することなく、他の特定の形態に具現することができる。記載した実施形態は、あらゆる点において、単なる例示と見なすべきものであって、制限的なものでない。従って、本発明の範囲は、上記の記載によるのでなく、添付の特許請求の範囲によって示される。請求内容と同等な意味及び範囲内のすべての変更は、特許請求の範囲の中に包含されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】図１は、較正プロセスにおけるスキャン・サンプルを構成するいくつかの機構を含む、本発明による装置の一つの実施形態の斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明による、較正で使用されるダーク・キャップの凸面側の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａのダーク・キャップの凸面側の斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、レーザの「オン」状態を識別し、レーザ・エネルギーを乱反射させコヒーレント光の正透過又は反射を除去するためのシールドの一つの実施形態の斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明による装置及び方法の中で用いるための、合成較正材料の複数サンプルを含む精度キャップの一つの実施形態の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明による、スキャナの較正のために位置合わせされた精度キャップの右側立面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明による精度キャップの別の実施形態の側方立面断面図であり、高い値の材料を使って低い値のサンプルを作成するためのオフセット使用を例示している。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明による較正用装置のバレル及びウインドウに取り付けられたダーク・キャップの側方立面断面図である。
【図４】図４は、閉位置にあるバネ装着較正装置の斜視図である。
【図５】図５は、図４の較正装置の斜視図であって、開状態の装着ブラケットと、対応する凹部と、単一のサンプルから、較正のため低減された値の読み取りを得るためのスペーサの使用とを示す。
【図６】図６は、図４の較正装置の背面斜視図であって、スリーブを引き込んだ引き位置にあるプランジャーと、較正機構の据付過程において適切にスキャナのバレルからサンプルが取り外された状態を示している。
【図７】図７は、本発明による図４−６の装置の背面斜視図であって、プランジャー及びハンドルが展開位置にあり、スリーブ及びサンプルをスキャナのウインドウ及びバレルに向けてセットしている状態を示す。
【図８】図８は、本発明による、スキャナの較正のため両端を使うサンプル・システムの一つの実施形態の斜視図である。
【図９】図９は、本発明による両端使用の二重サンプル較正装置の部分切り取り斜視図であって、較正作業においてこの装置を使用のためにスキャナ中で位置設定をするためのスライド機構及び引き込みハンドルを示している。
【図１０】図１０は、スキャナのプローブのウインドウ及びバレル部分を、組織の放射応答を模写した合成模擬材料を用いたマスタサンプル・システム及びスキャナの較正時のそのサンプル取付けとともに示した斜視図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、垂直な配向性を持つフィルム材料の斜視図であり、これに対応する作動配向性を持つ光波が描かれている。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、水平な配向性を持つフィルム材料の斜視図であり、これに対応する作動配向性を持つ光波が描かれている。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明による較正装置において有用な典型的配向性高分子フィルムの積層材であって、典型的な低い値の較正サンプルの一つの実施形態の概略図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、本発明による較正装置及び方法において使用するための高い値サンプルとして特に有用な、配向性で偏光タイプの高分子フィルムの一つの実施形態の概略図である。
【図１２】図１２は、ドープなし合成マトリクス材料、ドーパント、及びこれらによるマスタサンプルを含む、本発明による装置及び方法の作動に有用な合成材料及び他の非生体組織材料と、これら材料の選別された放射応答特性との間の関係を示す概略図である。
【図１３】図１３は、被験体の弾性放射応答、蛍光放射応答、及びラマン放射応答効果の結果を、放射応答の強度曲線の形を波長の関数として概略的に描いたチャートである。
【図１４】図１４は、弾性散乱及び蛍光だけでなく、本発明による装置及び方法中の、ダークスキャンされた電子的アーチファクトを正規化し低減した後のラマン散乱効果を概略的に描いたチャートである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明により、基礎データに整合させて当てはめ、その上にラマン散乱ピークを投影することのできるベースライン曲線の当てはめを選定する方法を概略的に描いたチャートである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、較正プロセスに必要な、特性ピーク判定のためのベースライン曲線の当てはめを含め、合成マスタサンプルからの、正規化され処理された実際のスキャンキャンデータを描いたチャートである。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、本発明の装置及び方法による組織の実際のスキャンの特性ピークの値を確かめるために、処理及び正規化の後、ベースライン曲線に当てはめて実データを描いたチャートである。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、本発明による、フィルムタイプ較正サンプルのスキャンに基づいて、処理及び正規化の後、多項式ベースライン曲線に当てはめて実データを描いたチャートである。
【図１６】図１６は、スキャン又は別法によって評価して、生データ、放射応答、又は較正曲線を得ることのできるさまざまな組成材料及びフォーマットを、個別スキャン結果の較正をスキャン結果に対する特定の標準尺度に沿って基準化するためのチャート略図とともに描いた概略図である。
【図１７】図１７は、本発明によるスキャナ及び較正システムに対し、合成サンプル又は他のマスタサンプルを用いて、装置間の均一性、及び時間経過による条件変動に対する均一性を確保する較正プロセスの一つの実施形態の概略ブロック図である。
【図１８】図１８は、本発明による、天然材料ドーパント、ならびに完全合成のマトリクス及びドーパント材料に適用可能な、スキャナ較正のためのマスタサンプルの配合及び使用のプロセスの概略ブロック図である。
【図１９】図１９は、本発明による、現場でのスキャナの作動及び較正方法ならびに較正装置及び方法の概略ブロック図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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