(57)【要約】  開示は、１つまたはそれ以上の光学部品および照射光子を使用して、動的試料のより広い視野内で１つまたはそれ以上の関心領域を識別することに関する。より広い視野の区画内で関心領域が識別された後、照射光子または光学部品を関心領域に合焦させることによって、関心領域からラマンスペクトルの形の化学情報を取得する。
2008529091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料から光学情報を取得するための方法であって、
前記試料と相互作用するように照射光子を提供し、それによって散乱光子を発生させるステップと、
前記散乱光子から前記試料のマクロ視野のラマン画像を取得するステップと、
前記ラマン画像から関心領域を選択するステップと、
前記関心領域に対応する前記試料の区画に前記照射光子を集束させるためのステップと、
前記試料の前記区画から光学情報を取得するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記光学情報が化学画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学情報がラマン画像である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記試料のマクロ視野のラマン画像を取得する前記ステップおよび前記試料の前記区画から光学情報を取得する前記ステップが各々、１組だけの光学レンズを持つ光学システムを使用することによって達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光学情報が少なくとも１つのラマンスペクトルから構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記試料と相互作用するように照射光子を提供する前に、照射光子の偏光を制御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７】
関心領域を選択する前記ステップがさらに、照射を最適化する方向に前記試料を移動または回転させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
試料から光学情報を得るためのシステムであって、
前記試料と相互作用するように照射光子を提供し、それによって散乱光子を発生させるための光子源と、
前記散乱光子から前記試料のマクロ視野のラマン画像を得ることのできる撮像サブシステムと、
前記ラマン画像から関心領域を選択するための手段と、
前記関心領域に対応する前記試料の区画に前記照射光子を集束させるための集束サブシステムと、
さらに前記試料の前記区画から光学情報を取得することのできる前記撮像サブシステムと、
を備えるシステム。
【請求項９】
前記撮像サブシステムはさらに前記試料の前記区画から化学画像を取得することができる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記撮像サブシステムはさらに前記試料の前記区画からラマン画像を取得することができる、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記撮像サブシステムが１組だけの光学レンズを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記光子源がさらに偏光制御装置および制御光学系の少なくとも１つを備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光学情報が少なくとも１つのラマンスペクトルから構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
光子源または撮像サブシステムの少なくとも１つがさらに偏光器を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１５】
プロセッサを作動させて試料から光学情報を取得するための複数の実行可能な命令が格納されている機械可読媒体であって、前記複数の命令が、
前記試料と相互作用して散乱光子を発生させるように照射光子を提供する命令と、
前記散乱光子から前記試料のマクロ視野のラマン画像を取得する命令と、
前記ラマン画像から関心領域を選択する命令と、
前記関心領域に対応する前記試料の区画に前記照射光子を集束させるための命令と、
前記試料の前記区画から光学情報を取得する命令と、
を含む、機械可読媒体。
【請求項１６】
前記光学情報が化学画像である、請求項１５に記載の機械可読媒体。
【請求項１７】
前記光学情報がラマン画像である、請求項１５に記載の機械可読媒体。
【請求項１８】
試料のマクロ視野のラマン画像を取得するステップおよび試料の前記区画から光学情報を取得するステップが各々、１組の光学レンズを持つ光学システムを使用することによって達成される、請求項１５に記載の機械可読媒体。
【請求項１９】
前記光学情報が少なくとも１つのラマンスペクトルから構成される、請求項１５に記載の機械可読媒体。
【請求項２０】
試料の前記区画から光学情報を取得するステップがさらに、試料を移動または回転させることを含む、請求項１５に記載の機械可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
分光撮像は、デジタル撮像と、ラマン散乱、蛍光、光ルミネセンス、紫外、可視、および赤外吸収分光法を含むことのできる分子分光技術とを結合する。物質の化学分析に適用される場合、分光撮像は通常、化学撮像と呼ばれる。分光（つまり化学）撮像を実行するための器具は通常、画像収集光学系、焦点面アレイ撮像用検出器、および撮像用分光器を含む。
【０００２】
一般的に、試料サイズが画像収集光学系の選択を決定する。例えば、サブミクロンないしミリメートルの空間次元の試料の分析には、通常、顕微鏡が使用される。ミリメートルないしメートル次元の範囲のより大きい物体の場合、マクロレンズ光学系が適している。比較的アクセスし難い環境内に位置する試料の場合、可撓性ファイバスコープまたは剛性ボアスコープを使用することができる。惑星規模の物体のような非常に大規模の物体の場合、望遠鏡が適切な画像収集光学系である。
【０００３】
光学機器の種類に関係なく、どの分光学的研究においても最初のステップは、適切な目標を定義することである。例えば細胞の詳細な診断には、細胞を表面全体に塗抹し、細胞を調べることが必要である。細胞の分光学的診断は一般的ではないが、様々な分析的分光法を使用して実現することができる。また、そのような細胞の従来の分光撮像は、ラスタ点走査または全視野撮像によって実行される。前者は、スポット集束レーザポイントを試料上でラスタ走査することを含む。後者は、レーザ励起源による試料の広域照射、および領域全体のラマン散乱光を全部同時に集光して分析することを含む。
【０００４】
どの細胞学的検査でも重要なステップは、さらなる検査が必要な疾患細胞を識別することである。従来の方法のどちらでも使用するには、最初に大きい領域の細胞を観察して関心領域（例えば疾患のある細胞）を識別し、次いで関心領域を標的にしてデータ収集システム（例えば光学部品）を手動で整列させることが必要である。しかし、多くの化学的および生物学的試料は、測定期間中にさえ動的に変化する。従来の技術は、第１機器を使用して試料のマクロ視野を提供する。関心領域が識別された後、二次装置を使用して特定の関心領域を検査する。したがって、細胞学的検査のための細胞の化学撮像は手間と時間がかかる。
【０００５】
疾患のある細胞を識別する細胞の顕著な分光学的特徴の最近の識別およびカタロギングは、標的細胞を迅速に識別して、標的セルから分光学的情報を可能な限り迅速かつ正確に取得する必要性を生み出した。上述した従来の方法は、その後のデータ取得のために重要な細胞を整列または定義するための単純なまたは自動化された技術を提供することができない。従来の方法は幾つかの欠点を有する。第一に、試験中の装置の交換は撮像プロセスに悪影響を及ぼすかもしれない。第二に、生物学的および化学的試料は、第２分光器が作動できるようになる前に変化が完了することがある。最後に、複数の分光装置の使用は、関心領域を識別する作業を難しくかつ時間のかかるものにする。したがって、細胞学的診断のために細胞を迅速かつ正確に特徴付ける必要性に伴い、適切な装置および方法が必要である。
【発明の開示】
【０００６】
１つの実施形態では、開示は、試料から光学情報を取得するための方法であって、試料と相互作用するように照射光子を提供し、それによって散乱光子を生成するステップと、散乱光子から試料のマクロ視野のラマン画像を取得するステップと、ラマン画像から関心領域を選択するステップと、関心領域に対応する試料の区画に照射光子を集束させるステップと、試料の該区画から光学情報を取得するステップとを含む方法に関する。該方法は、全ての広視野ラマン測定（例えば可視ラマン、ＬＣＴＦ）により実現することができ、通常の可視ビデオ顕微鏡法（撮像）およびＮＩＲ撮像、可視ＬＣＴＦ、または蛍光撮像のいずれかとの組合せが可能である。
【０００７】
別の実施形態では、開示は試料から光学情報を取得するためのシステムに向けられる。該システムは、試料と相互作用するように照射光子を提供し、それによって散乱光子を生成するための光子源と、散乱光子から試料のマクロ視野のラマン画像を取得することのできる撮像サブシステムと、ラマン画像から関心領域を選択するための手段と、関心領域に対応する試料の区画に照射光子を集束させるための集束サブシステムと、試料の該区画から光学情報をさらに取得することのできる撮像サブシステムとを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、開示は、プロセッサを動作させて試料から光学情報を取得するための複数の実行可能な命令が格納された機械可読媒体に関し、該複数の命令は、試料と相互作用して散乱光子を生じるように照射光子を提供し、散乱光子から試料のマクロ視野のラマン画像を取得し、ラマン画像から関心領域を選択し、関心領域に対応する試料の区画に照射光子を集束させ、かつ試料の該区画から光学情報を取得する命令を含む。
【０００９】
本書に開示する原理は一般的に、動的分子撮像に関係する。さらに詳しくは、本書に開示する原理は、試料の関心領域を定位し、標的細胞を識別し、標的細胞に対する照射を最適化し、かつ関心領域の高品質のスペクトル画像を取得する新規かつ統合的方法を提供する。これらのステップはデータの効率および品質を改善し、プロセスからオペレータの主観的エラーを排除する。さらに、これらのステップは、ポイント走査方法に関連付けられる熱ドリフト、機器の振動、および他の時間依存干渉によって生じる画像信号ノイズを排除する。
【００１０】
１つの実施形態では、開示は、単一の装置を使用して試料内の様々な関心領域を観察し、記録することを可能にする。試料の連続監視のための手段を提供することによって、これおよび他の実施形態は、検査対象試料が化学的または生物学的アッセイであるときに、特に有利である。動的測定は、運動が関心領域内である場合に、運動する試料（例えば流体の連続流動／流れ）のスペクトル画像を監視し記録することを可能にする。関心領域は固定（静的）または可変（動的）とすることができる。
【００１１】
１つの実施形態では、開示は、試料に光子を照射して試料と相互作用させ、活性化光子を発生させることによって、試料から光学情報を取得するための方法に関する。照射光子は任意選択的に、ＮＩＲ、ＶＩＳ、蛍光、またはラマンバンドの波長を持つことができる。照射光子は、試料の上または下の供給源から提供することができる。相互作用光子は、中でも特に、ラマン散乱光子、放射光子、または吸収光子を含む。相互作用光子は、マクロ視野の試料の画像を取得するために、適切な撮像装置に差し向けることができる。従来の撮像装置は光学フィルタおよび電荷結合デバイスを含む。光学フィルタは液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）、音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）、または類似物を含むことができる。
【００１２】
マクロ視野から画像（例えばラマン画像）を取得した後、マクロ視野内の関心領域を識別することができる。関心領域を識別するために様々な基準を使用することができる。例えば関心領域は、領域の相互作用光子の波長の強度に基づいて識別することができる。さらに、関心領域は幾つかの部位を含むことができ、１つの部位だけに限定する必要は無い。関心領域が識別された後、照射光子を関心領域に対応する試料の区画に集束させて、例えばレーザビームを再集束させることによって、該領域から光学情報を取得することができる。１つの実施形態では、レーザビームの再集束は、光学または画像倍率を変化させることなく実現される。この方法は、対物レンズを取り替えるより高速であり、かつ標的細胞に対して高いパワー密度を可能にし、それによって短時間に高い品質を可能にするので、特に有利である。
【００１３】
マクロ視野のラマン画像を取得するステップおよび関心領域を含む試料の区画から光学情報を取得するステップは、１組の光学レンズを持つ光学システムを用いることによって達成することができる。光学情報は、化学画像またはラマンスペクトル画像を含むことができる。光学レンズは光学トレインまたは顕微鏡対物とすることができる。１つの実施形態では、光学システムは、試料に支障を来すことなく複数のレンズの交換を可能にする定置構造によって受容された複数の交換可能なレンズを含む。
【００１４】
図１は、開示の１つの実施形態に従って試料の第１視野を得ることを概略的に示す。特に、図１は、試料を照射するように焦点調整および／または偏光濾波することのできる、一般的に略単色光（例えば約０．２５ｎｍのＦＷＨＭ）のレーザ源またはフィルタ付き光源によって生成される照射光子の供給源を示す。試料は、照射野内の様々な物体１００または領域を含む。照射野１０４はマクロ視野である。照射野１０４はラマン散乱光を発生し、それはラマン光子検出器１２０によって収集することができる。ここに、ラマン散乱光の収集野が図示されており、一般的に図１に示す視野１０４および照射野の大きさ程度である。
【００１５】
図１で、照射源１１０は光子の供給源であり、照射源１１２、光学制御装置１１４、および偏光制御装置１１６を含むことができる。光学制御装置１１４は、必要に応じて照射光子を集束させるように、１つまたはそれ以上のレンズを制御する。偏光制御装置１１６は光子偏光への切替えを可能にする。光学制御装置１１４および偏光制御装置１１６は、マクロ視野１０４が領域１００を照射するように選択することができる。同様に、ラマン検出器１２０は偏光制御装置１２２、光学制御装置１２４、およびラマン検出器１２６を含むことができる。光学制御装置１２４および偏光制御装置１２６は、照射源１１０の装置１１４および１１６と同様に動作する。ラマン検出器１２６はさらに、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）と組み合わされた液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）のような、電子的に同調可能な撮像装置および光子検出器を含むことができる。
【００１６】
１つの実施形態では、視野１０４全体の検討後に、関心物体１０６の１つを図２に示すように光学照射軸と一致させるように、様々な手段によって、試料を再配置させることができる。ここで、マクロ視野１０４は前のステップの場合と同一のままである。しかし、照射面積またはスポットサイズ１０５は、主として詳細な検査のために関心物体または関心領域１０６を含むように、照射光学系によって制御される。ラマン検出器１２０は今、物体１０６を含む照射領域１０５から放出される光子を収集する。１０６だけを観察するように、図２のラマン光子検出器の焦点調整を変更することが可能であるが、図示しない。関心領域１０６に合焦させるためのラマン光子検出器のそのような変更は、状況によっては有利であるかもしれないが、一般的には必要ない。照射光子の偏光は、いずれかの特定の物体または試料の配向に対して、必要に応じて偏光制御器１１６（図１参照）を用いて変化させることができる。ラマン光子の偏光は同様に、必要に応じて偏光制御装置１２２によって再配向させることができる。
【００１７】
開示はまた、試料から光学情報を取得するためのシステムに関する。１つの実施形態では、該システムは、試料と相互作用するように照射光子を提供するための光子源を含む。相互作用する光子は、放射、吸収、およびラマンバンドの波長を含むことができる。該システムはまた、散乱光子を用いて試料のマクロ視野のラマン画像を取得することのできる、撮像サブシステムをも含むことができる。該システムは、予め定められた閾値パラメータを使用して、ラマン画像から１つまたはそれ以上の関心領域を選択することができる。二次光学システムを使用して、関心領域に対応する試料の一部分に照射光子を集束させることができる。
【００１８】
開示の１つの実施形態に係るシステムは、１組だけの光学レンズを含む。したがって、マクロ視野を調べるためだけでなく、関心領域のラマン画像を取得するためにも、１組の光学レンズが使用される。別の実施形態では、撮像システムは、マクロ視野の取得用のみならず、関心領域のラマン画像の検出用でもある、特異な光学部品を含むことができる。
開示の原理はまた、試料のマクロ視野から関心領域のラマン画像を取得する命令をプログラムされたプロセッサと通信する制御装置を使用することによっても実現することができる。したがって、１つの実施形態では、開示は、プロセッサを作動させて試料から光学情報を取得するための複数の実行可能な命令が格納されている、機械可読媒体に関する。該複数の命令は、（ｉ）試料と相互作用して散乱光子を発生するように照射光子を提供する命令と、（ｉｉ）散乱光子から試料のマクロ視野のラマン画像を取得する命令と、（ｉｉｉ）ラマン画像から関心領域を選択する命令と、（ｉｖ）関心領域に対応する試料の区画に照射光子を集束させる命令と、（ｖ）試料の区画からラマン画像のような光学情報を取得する命令とを含む。
【００１９】
機械可読媒体は、１組の光学レンズを持つ光学システムを使用することによって、試料のマクロ視野のラマン画像を取得するステップ、および試料の区画から光学情報を取得するステップを実現することができる。代替的実施形態では、関心領域から光学情報を取得するために二次光学レンズを使用することができる。
【００２０】
本書に開示した実施形態は例示であって、限定ではない。開示内容の原理を特定の例示的実施形態に関連して開示したが、本発明の原理はそれらに限定されず、本書に開示した特定の実施形態の全ての修正および変形を含むことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】開示の１つの実施形態に従って試料の第１視野を得ることを概略的に示す。
【図２】開示の１つの実施形態に従って試料の第２視野を得ることを概略的に示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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