(57)【要約】  蛍光測定を改良するために、関連した組織サンプルの光学的分析に対する装置、方法及びコンピュータプログラムが提供され、前記装置は、光検出器を有する分光計と、光源と、前記関連した組織サンプル内に光子を放射する第１の発光素子２１９と、前記関連した組織サンプルからの光子を受け取る第１の集光器２２１と、第２の発光素子２２３と、第２の集光器２２５とを有し、反射スペクトルが、第１の発光素子２１９及び集光器２２１により得られ、蛍光スペクトルが、第２の発光素子２２３及び集光器２２５により得られ、前記第１の発光素子と集光器との間の第１の距離が、前記第２の発光素子と集光器との間の第２の距離より大きい。このようにして得られたデータを組み合わせることにより、固有蛍光スペクトルが得られることができる。
2014518390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関連した組織サンプルの光学的分析に対する装置において、前記装置が、
光検出器を有する分光器と、
光源と、
前記関連した組織サンプル内に光子を放射する第１の発光素子と、
前記関連した組織サンプルから光子を受け取る第１の集光器と、
前記関連した組織サンプル内に光子を放射する第２の発光素子と、
前記関連した組織サンプルから光子を受け取る第２の集光器と、
を有し、前記分光器、前記光源、前記第１の発光素子及び前記第１の集光器が、反射スペクトル、透過スペクトル及び吸収スペクトルを有するグループから選択されたスペクトルを表す第１セットのデータを取得し、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が、前記関連した組織サンプルの蛍光スペクトルを表す第２セットのデータを取得し、前記装置が、
前記第１セットのデータを受け取り、
前記第２セットのデータを受け取り、
前記第１及び第２セットのデータに基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定する、
プロセッサを更に有し、
前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離は、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離より実質的に大きい、
装置。
【請求項２】
前記装置が、前記第１セットの測定されたデータ及び前記第２セットの測定されたデータに基づく第３セットのデータの決定を可能にする補正係数の所定の表を有するデータベースを有し、
前記プロセッサが、前記データベースにアクセスし、
前記関連した組織の固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定するステップが、前記補正係数の所定の表に基づく、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の発光素子、前記第１の集光器、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器の各々が、ライトガイドの遠位端である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の発光素子、前記第１の集光器、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が、介入装置内に含まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離が、１ｍｍより大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離が、１ｍｍより小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が同一の空間を占める、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
それぞれ、前記第１の発光素子及び前記第１の集光器と前記第２の発光素子及び前記第２の集光器との間の最小距離が、前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の前記第１の距離より小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の集光器が、前記第２の集光器と同一の空間を占める、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセッサが、前記第１セットのデータから散乱及び／又は吸収係数の波長依存セットを決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記データベースが、所定の蛍光スペクトルを表す所定の第４セットのデータ、
を有し、
前記プロセッサが、前記第３セットのデータ及び前記第４セットのデータに基づいて前記関連した組織サンプル内の生体分子の濃度を示す第１のパラメータを決定する、
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
関連した組織サンプルの光学的分析に対する方法において、前記方法が、
前記関連した組織サンプルの反射スペクトル、透過スペクトル及び吸収スペクトルを有するグループから選択されたスペクトルを表す第１セットのデータを測定するステップと、
前記関連した組織サンプルの蛍光スペクトルを表す第２セットのデータを測定するステップと、
前記第１及び第２セットのデータに基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定するステップと、
を有し、前記第１セットのデータを測定するステップが、
第１の発光素子から光子を放射するステップと、
第１の集光器において光子を収集するステップと、
を有し、前記第２セットのデータを測定するステップが、
第２の発光素子から光子を放射するステップと、
第２の集光器において光子を収集するステップと、
を有し、前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離が、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離より実質的に大きい、
方法。
【請求項１３】
前記第１セットのデータの測定中に探査される前記関連した組織サンプルの第１の体積が、前記第２セットのデータの測定中に探査される前記関連した組織サンプルの第２の体積と実質的に重複する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の体積が、実質的に前記第１の体積のサブセットである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
関連付けられたデータ記憶手段を持つ少なくとも１つのコンピュータを有するコンピュータシステムが、
第１セットのデータに対応する情報を受け取り、
第２セットのデータに対応する情報を受け取り、
第３の光学パラメータから得られる情報を受け取り、
補正係数の所定の表を持つデータベースにアクセスし、
前記第１及び第２セットのデータ並びに前記補正係数の所定の表に基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定する、
ようにプロセッサを動作することを可能にするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関連した組織サンプルの光学的分析に対する装置に関し、より具体的には、関連した組織サンプルの光学的分析に対する装置、方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光分光法は、例えばがん検出に対する、生体組織の状態に関する重要な情報を与えることができる。しかしながら、散乱及び吸収の相互作用は、通常、固有蛍光スペクトルの深刻な歪を生じる。
【０００３】
文献ＥＰ１９４２３３５は、組織を光学的に測定する装置を記載し、前記装置は、入射放射線で測定されるべき組織内の関心領域を照射する放射線源と、複数の波長における前記組織からの散乱及び蛍光光を収集する光学的システムと、前記収集された光を感知し、波長の関数として蛍光データ及び散乱光データを提供する検出器システムと、前記蛍光データ及び前記散乱光データを用いて前記関心領域の特性を決定するデータプロセッサとを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、上記の歪を考慮に入れる方法が存在する。しかしながら、当技術分野において、光学的測定及び／又は達成される蛍光スペクトルの更なる改良を得たいという願望が残る。
【０００５】
したがって、光学的測定及び達成される蛍光スペクトルを改良するのを助けることができる改良された装置は、有利であり、特に、より効率的及び／又は信頼できる装置が有利である。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術に対する代替物を提供することである。
【０００７】
特に、光学的測定及び／又は達成される蛍光スペクトルを改良することにより従来技術の上述の問題を解決する関連した組織サンプルの光学的分析に対する装置を提供することは、本発明の目的と見なされることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、上記の目的及びいくつかの他の目的は、関連した組織サンプルの光学的分析に対する装置を提供することにより本発明の第１の態様において得られると意図され、前記装置は、
‐光検出器を有する分光計と、
‐光源と、
‐前記関連した組織サンプル内に光子を放射するように構成された第１の発光素子と、
‐前記関連した組織サンプルから光子を受け取るように構成された第１の集光器と、
‐前記関連した組織サンプル内に光子を放射するように構成された第２の発光素子と、
‐前記関連した組織サンプルから光子を受け取るように構成された第２の集光器と、
を有し、前記分光器、前記光源、前記第１の発光素子及び前記第１の集光器が、前記関連した組織サンプルの反射スペクトル、透過スペクトル及び吸収スペクトルを有するグループから選択されたスペクトルを表す第１セットのデータを得るように構成され、前記分光器、前記光源、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が、前記関連した組織サンプルの蛍光スペクトルを表す第２セットのデータを得るように構成され、前記装置は、
‐前記第１セットのデータを受け取り、
‐前記第２セットのデータを受け取り、
‐前記第１及び第２セットのデータに基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定する、
ように構成されたプロセッサ、
を有し、前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離ｄ１が、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離ｄ２より実質的に大きい。
【０００９】
本発明は、特に、しかしながら排他的にではなく、前記第１及び第２セットのデータに基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定するのに有利である。前記第１及び第２セットのデータの測定の各々が最適化されることができることを可能にするように、前記第１及び第２セットのデータが、異なる距離で離間された発光素子及び集光器を使用して決定されることは、有利であると見なされうる。このように、前記第２セットのデータにおける歪を補正するのに前記第１セットのデータを使用する能力を保持しながら前記第１及び第２セットのデータの測定の各々が最適化されることができることを可能にするように、異なる距離で及び／又は異なる幾何構成の下で離間された発光素子及び集光器を使用して決定されることは、本発明の要点と見なされうる。
【００１０】
前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離ｄ１は、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離ｄ２より実質的に大きく、例えば、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離ｄ２より５％大きい、１０％大きい、２０％大きい、５０大きい、７５大きい、９０％大きい。
【００１１】
'光'は、可視、紫外（ＵＶ）、近赤外（ＮＩＲ）、赤外（ＩＲ）、Ｘ線を含む波長間隔を有する電磁放射線として幅広く解釈されるべきである。用語光学的は、光に関すると理解されるべきである。
【００１２】
'蛍光スペクトル'又は'反射スペクトル'は、複数の波長の光に対して与えられる強度パラメータ、吸収パラメータ、散乱パラメータ又は透過パラメータのような複数の波長の光に関連した情報であると理解される光学スペクトルであると各々理解される。連続スペクトルは、スペクトル情報を表すが、離散的な波長における光に関連した情報が光学スペクトルを表しうることが、更に理解される。
【００１３】
'分光器'は、当技術分野において一般的であると理解され、光学スペクトルの測定を可能にするように、複数の異なる波長範囲内の光を測定するのに適している。前記分光器は、入射光を検出することができるように少なくとも１つの光検出器を有する。前記分光器は、透過フィルタ又は格子のような波長を選択する手段を有することが、更に理解される。代わりに、発光ダイオード又はＬＡＳＥＲのような波長別光源が使用されうる又は波長別光検出器が使用されうる。スペクトル濾過が、システム内の異なる場所で生じることができ、例えば、第２の光源と介入装置との間で生じることができ、前記介入装置内で生じることができ、又は前記介入装置と前記光検出器との間で生じることができる。'分光器'は、異なる分光器が光学スペクトルの異なる部分を測定するように設計された分光器、ライトガイド及び場合によりビームスプリッタのセットを示すことができるとも理解される。本願を通して、'分光器'が'光学的分光器'と交換可能に使用され、'検出器'が'光検出器'と交換可能に使用されることに注意する。
【００１４】
この文脈において、'固有蛍光'は、前記関連した組織サンプル内に存在しうる吸収体及び散乱体からの干渉なしで、フルオロフォアのみによる蛍光として規定される。
【００１５】
様々な実施例及び詳細な説明から明らかになるように、前記第１及び第２の発光素子及び前記第１及び第２の集光器のいずれかを具体化する光学素子は、前記第１及び第２の発光素子及び前記第１及び第２の集光器の他の１つ又は２つを具体化するように機能を二重又は三重にすることができるので、前記第１及び第２の発光素子及び前記第１及び第２の集光器は、２つ、３つ又は４つの異なる光学素子を表しうる。例えば、特定の実施例において、ライトガイドの遠位端は、第１の発光素子、第２の発光素子及び第２の集光器の両方として機能することができ、他のライトガイドは、第１の集光器として機能することができる。この特定の実施例において、２つのライトガイドのみが、前記第１及び第２の発光素子及び前記第１及び第２の集光器を表すのに必要とされる。
【００１６】
本発明は、腫瘍学、又は組織タイプの決定が関連する他のヘルスケア応用の分野において使用されることができる。これは、光学的生検又は光学的組織区別が使用されうる他の医療分野に応用されることもできる。
【００１７】
前記装置は、リアルタイム術中針位置特定及び／又はアブレーション効力及び無病生存率を向上させるためのアブレーションモニタリングに対して応用可能でありうる。前記固有蛍光スペクトルに基づいて決定されうる様々な発色団の濃度は、正常組織から異常組織を区別するような、特定のタイプの組織を区別するために示しうることに注意する。本発明の実施例が、発色団の濃度又は存在の正確な決定が重要である分野における応用を含む。このように、肉製品内の組織のタイプを決定するような、例えば食物の品質パラメータの決定が関連する分野において使用されうる。これは、例えば特定のタイプの組織の生検を取る又は特定のタイプの組織内に物質を注射するために、針又はプローブの先端における組織のタイプを決定することが重要である場合に使用されることもできる。
【００１８】
本発明の一実施例によると、前記装置は、
‐前記第１セットの測定されたデータ及び前記第２セットの測定されたデータに基づく第３セットのデータの決定を可能にする補正係数の所定の表を有するデータベース、
を有し、前記プロセッサが、前記データベースにアクセスするように構成され、前記関連した組織の固有蛍光スペクトルを表す前記第３セットのデータの決定が、更に、前記補正係数の所定の表に基づく。
【００１９】
この実施例の利点は、前記第３セットのデータを生じるデータの後の分析がより複雑でありうるように見えうるが、本発明の発明者が、補正係数の所定の表を確立したことが、前記第１及び第２セットのデータが異なる距離ｄ１及びｄ２で離間された発光素子及び集光器を使用して決定されるにもかかわらず、改良された、速い、正確な、信頼できる分析を可能にするという基本的洞察を得たことでありうる。このように、前記補正係数の所定の表は、改良された、速い、正確な、信頼できる分析を可能にしうる。
【００２０】
前記補正係数の所定の表は、例えばモンテカルロ法を使用することにより、計算により事前に与えられるか、又は例えばファントムを使用することにより、測定されることができる。
【００２１】
本発明の一実施例によると、前記第１の発光素子、前記第１の集光器、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器の各々がライトガイドの遠位端でありうる装置が提供される。
【００２２】
ライトガイドは、当技術分野において一般的であると理解されるべきであり、光がガイドされることができる光学素子を示す。ライトガイドを使用する利点は、光の生成又は検出が前記第１の発光素子、前記第１の集光器、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器において生じる必要がなく、したがって前記光源及び前記検出器を有する分光器が、前記ライトガイドの遠位端から離れて配置されることができることでありうる。
【００２３】
本発明の他の実施例によると、前記第１の発光素子、前記第１の集光器、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が介入装置内に含まれる装置が提供される。
【００２４】
'介入装置'は、組織及び／又は体腔に入るのに適した細長いボディであると理解される。介入装置は、内視鏡、カテーテル、針、カニューレ、生検針及びドレーン管のいずれか１つを含みうる。前記第１の発光素子、前記第１の集光器、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器を介入装置内に一体化することにより、前記関連した組織サンプルの光学的特性の検査は、前記介入装置のみが前記関連した組織サンプルに隣接して配置される必要があるような形で容易化される。
【００２５】
本発明の他の実施例によると、前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離が１ｍｍより大きい、１．２５ｍｍより大きい、１．５ｍｍより大きい、１．７５ｍｍより大きい、２ｍｍより大きい、２．２５ｍｍより大きい、２．５ｍｍより大きい、３ｍｍより大きい、５ｍｍより大きい、装置が提供される。前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離は、中心間距離、すなわち前記第１の発光素子の遠位端の中心のような前記発光素子の中心から、第１の集光ライトガイドの遠位端の中心のような前記第１の集光器の中心までの距離として規定されうると理解される。
【００２６】
本発明の他の実施例によると、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離が１ｍｍより小さい、０．９ｍｍより小さい、０．７５ｍｍより小さい、０．６ｍｍより小さい、０．５ｍｍより小さい、０．２５ｍｍより小さい、０．１０ｍｍより小さい、実質的に０ｍｍに等しい、０ｍｍに等しい、装置が提供される。前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離は、中心間距離、すなわち、第２の発光ライトガイドの遠位端の中心のような前記第２の発光素子の中心から、第２の集光ライトガイドの遠位端の中心のような前記第２の集光器の中心までの距離として規定されることができる。０ｍｍに等しい距離を持つ場合は、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が同一の空間を占めることに対応し、これは、例えば、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が、前記光源及び前記検出器を有する分光器の両方に光学的に接続されたライトガイドの同一の遠位端である場合であることができ、本発明の他の実施例によると、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器がライトガイドの同一の遠位端であるような、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器が同一の空間を占める装置が提供される。この実施例の起こりうる利点は、蛍光光の強度を、したがって蛍光スペクトルの信号対雑音比を最大化することである。起こりうる他の利点は、より少数の素子が必要とされ、例えば、第２の発光素子、第２の集光器及び第１の発光素子の両方として機能する１つのライトガイドが、第１の集光器として機能する他のライトガイドと一緒に、可能な実施例において十分であることでありうる。この場合、２つのライトガイドのみが必要とされる。
【００２７】
本発明の他の実施例によると、前記第１の発光素子がライトガイドの前記第２の発光素子と同じ遠位端であるような、前記第１の発光素子が前記第２の発光素子と同一の空間を占める装置が提供される。
【００２８】
本発明の他の実施例によると、それぞれ、前記第１の発光素子及び前記第１の集光器と前記第２の発光素子及び前記第２の集光器との間の最小距離ｄ１２が前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離ｄ１より小さい装置が提供される。この実施例の起こりうる利点は、実質的に同じ体積の前記関連した組織サンプルが分析され、したがって（ｄ１のオーダの長さスケールに対して）不均一なサンプルでさえ正確に分析されることができることでありうる。
【００２９】
本発明の他の実施例によると、前記第１の集光器が前記第２の集光器と同じ集光器であるような、前記第１の集光器が前記第２の集光器と同じライトガイドであるような、前記第１の集光器が前記第２の集光器と同一の空間を占める装置が提供される。この構成の起こりうる利点は、単一の集光器が前記第１の集光器及び前記第２の集光器の両方として機能しうることであり、このようにして、集光器の数が２つから１つに減少される。更に、第１及び第２の集光器の両方として同じ集光器を使用することは、追加の光学素子を必要とせずに、蛍光スペクトル及びＤＲＳスペクトルのような、前記第１及び第２セットのデータを得る検出器を有する同じ光学的分光器を使用することを可能にしうる。
【００３０】
本発明の他の実施例によると、前記プロセッサが前記第１セットのデータから散乱及び／又は吸収係数の波長依存セットを決定するように構成される装置が提供される。
【００３１】
他の実施例によると、前記プロセッサは、前記第１セットのデータから散乱及び／又は吸収係数のセットを決定するように構成され、前記散乱及び／又は吸収係数のセット内の前記散乱及び／又は吸収係数の各々は、特定の波長に対応する。
【００３２】
前記散乱及び吸収は、前記関連した組織サンプルに関する情報を表すので、これら自体に関連しうる。更に、これらは、歪パラメータを決定するのに使用されうる。この文脈において、'歪パラメータ'は、散乱及び吸収からの寄与に依存し、散乱及び吸収を表すと理解される。この歪パラメータは、蛍光放射波長における散乱及び吸収に依存するが、加えて、蛍光励起波長における散乱及び吸収にも依存しうる。前記'歪パラメータ'は、単一の数であるとは限定されないが、前記'歪パラメータ'が、複数の波長にわたって、生体分子のような複数の成分に対する散乱及び吸収からの歪寄与を記述することを可能にするように、数、ベクトル、行列、表又は数学的関数として記述されてもよいと容易に理解される。前記歪パラメータを知ることの起こりうる利点は、例えば、前記第１セットの測定されたデータから決定された前記歪パラメータが前記第２セットの測定されたデータからの散乱及び吸収の効果の除去を可能にするように、前記歪パラメータを考慮に入れることを可能にすることでありうる。例えば、サンプル内の、発色団のような１つ又は複数の異なる光学活性成分の蛍光スペクトル内の散乱、吸収及び蛍光からの寄与を分離するアルゴリズムは、前記アルゴリズムが前記歪パラメータを決定し、これを考慮に入れない限り、（散乱及び吸収のような）歪が前記サンプル内に存在する場合に、前記寄与を正しく分離し、前記成分を正しく数量化することができない。前記歪パラメータは、固有蛍光が散乱及び／又は吸収の効果と絡み合っている場合に蛍光分光スペクトルにおける固有蛍光の決定を可能にするパラメータでありうる。特定の実施例において、前記歪パラメータは、前記関連した組織サンプルの散乱、吸収、プローブ固有関数、アルゴリズム及び／又は定数及び異方性パラメータのいずれか１つに基づく。
【００３３】
本発明の他の実施例によると、前記データベースが、
‐所定の蛍光スペクトルを表す所定の第４セットのデータ、
を更に有し、前記プロセッサが、
‐前記第３セットのデータ及び前記第４セットのデータに基づいて前記関連した組織サンプル内の生体分子の濃度を示す第１のパラメータを決定する、
ように構成される、装置が提供される。
【００３４】
本発明の他の実施例によると、前記データベースが光学スペクトルを表す所定のデータを有する装置が提供される。前記データベースに記憶された光学スペクトルを表す所定のデータを持つことは、前記第１セットの測定されたデータから及び／又は前記第２セットの測定されたデータからのような、前記測定されたデータから、それぞれ、前記関連した組織サンプル内の生体分子の濃度を示す第１のパラメータ及び／又は第２のパラメータを決定するのに有益でありうる。前記所定のデータは、組織タイプのスペクトルを表しうる、又は前記所定のデータは、前記関連した組織サンプル内で期待される発色団の光学スペクトルを表しうる、又は所定のデータは、所定の波長の光を用いる励起後のフルオロフォアの放射スペクトルを表しえ、これらは、例えば、数学モデルにおける入力パラメータとして有用でありうる。所定の光学スペクトルは、例えば数学モデルにより、理論的に計算されたスペクトル、又は前記関連した組織サンプル内で期待される成分を混合することにより作成されたサンプルのようなファントムにおいて測定されたスペクトルを含みうる。多変量分析は、当技術分野において一般的に既知であり、主成分分析（ＰＣＡ）及び最小二乗判別分析を含むと理解される。
【００３５】
本発明の他の実施例によると、前記装置が、治療用の光を提供する光源及び／又は超音波ユニットのいずれか１つを有する、装置が提供される。治療用光源を設けることの起こりうる利点は、光を使用する治療を可能にすることである。超音波ユニットを設けることの利点は、無線周波数アブレーションのようなアブレーション又は撮像を可能にすることでありうる。
【００３６】
本発明は、関連した組織サンプルの光学的分析に対する方法に関し、前記方法は、
‐前記関連した組織サンプルの反射スペクトル、透過スペクトル及び吸収スペクトルを有するグループから選択されたスペクトルを表す第１セットのデータを測定するステップと、
‐前記関連した組織サンプルの蛍光スペクトルを表す第２セットのデータを測定するステップと、
‐前記第１及び第２セットのデータに基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定するステップと、
を有し、前記第１セットのデータを測定するステップが、
第１の発光素子から光子を放射するステップ、及び
第１の集光器において光子を収集するステップ、
を有し、前記第２セットのデータを測定するステップが、
第２の発光素子から光子を放射するステップ、及び
第２の集光器において光子を収集するステップ、
を有し、前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離が、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離より実質的に大きい。
【００３７】
本発明のこの態様は、特に、しかし排他的にではなく、本発明による方法が本発明の第１の態様による装置を使用して実施されることができる点で有利である。
【００３８】
前記方法は、リストされた順序で実行されてもよいが、ステップがリストされた又は実行された順序は、重要ではない。
【００３９】
前記方法は、患者の身体との相互作用又は医師の関与を要求しない。一般に、本発明は、診断を提供する又は患者を治療することに関せず、本発明は、診断に至る又は患者を治療する際に医師を援助する技術的解決法を提供することができる。
【００４０】
特定の実施例において、前記方法は、補正係数の所定の表を持つデータベースにアクセスするステップと、前記第１及び第２セットのデータ並びに前記補正係数の所定の表に基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定するステップとを更に含みうる。
【００４１】
本発明の他の実施例によると、前記第１セットのデータの測定中に探査される前記関連した組織サンプルの第１の体積が、前記第２セットのデータの測定中に探査される前記関連した組織サンプルの第２の体積に実質的に重複する、方法が提供される。この発明の起こりうる利点は、前記関連した組織サンプルの実質的に同じ体積が分析され、（ｄ１のオーダの長さスケールに対して）不均一なサンプルでさえ正しく分析されうることでありうる。
【００４２】
本発明の他の実施例によると、前記第２の体積が実質的に前記第１の体積のサブセットである、方法が提供される。代替的な実施例において、前記第２の体積の少なくとも５０％、少なくとも８０％が、前記第１の体積のサブセットである。
【００４３】
本発明の他の実施例によると、
前記関連した組織サンプル内の生体分子の濃度を示す第１のパラメータを決定するステップ、
を有する方法が提供され、前記第１のパラメータの決定は、
‐前記第３セットのデータを数学的モデルにフィッティングする、
‐ＰＣＡ又は部分最小二乗判別分析のような多変量統計分析を実行する、及び
‐所定の蛍光スペクトルを表す所定の第４セットのデータを有するルックアップテーブルにアクセスする、
のいずれか１つを含む。
【００４４】
関連した組織サンプルの光学的分析に対するこの方法によると、前記第１のパラメータの決定は、前記第３のデータを数学的モデルにフィッティングすることを含みうる。数学的モデルは、この文脈において、前記光学スペクトルに対して影響を持つ入力パラメータの所定のセット、例えば存在する発色団の量に対して、出力として光学スペクトルを表すデータを生じうる理論的表現であると理解される。フィッティングは、測定された光学スペクトルと理論的に与えられた光学スペクトルとの間の差を最小化するように前記入力パラメータを調整するプロセスであると理解される。この方法の利点は、前記第１のパラメータを量的に推定するのに使用されうる。
【００４５】
本発明の第３の態様によると、本発明は、関連付けられたデータ記憶手段を持つ少なくとも１つのコンピュータを有するコンピュータシステムが、
‐前記第１セットのデータに対応する情報を受け取り、
‐前記第２セットのデータに対応する情報を受け取り、
‐第３の光学パラメータから得られる情報を受け取り、
‐補正係数の所定の表を持つデータベースにアクセスし、
‐前記第１及び第２セットのデータ並びに前記補正係数の所定の表に基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定する、
ようにプロセッサを動作することを可能にするように構成されたコンピュータプログラムに関する。
【００４６】
本発明の第１、第２及び第３の態様は、各々、他の態様のいずれかと結合されうる。本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。
【００４７】
本発明による関連した組織サンプルの光学的分析に対する方法及びコンピュータプログラムは、添付の図面を参照してより詳細に記載される。図面は、本発明を実施する一つの方法を示し、添付の請求項セットの範囲内に入る他の可能な実施例に限定すると解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例の概略図を示す。
【図２】介入装置の一実施例の透視図を示す。
【図３】本発明の一実施例による介入装置の遠位端の概略図を示す。
【図４】本発明の一実施例による介入装置の遠位端の概略図を示す。
【図５】血液、水及び脂質に対する吸収スペクトルを示す。
【図６】プローブの上部の概略図を示す。
【図７】人間の乳房の測定されたＤＲＳスペクトルを示す。
【図８】同じ人間の乳房の散乱及び吸収係数のグラフである。
【図９】同じ人間の乳房の蛍光スペクトルの測定結果を示す。
【図１０】測定された固有及び真の蛍光スペクトルを示す。
【図１１】ｋの値を持つルックアップテーブルの一例を示す。
【図１２】図示された様々な距離を持つプローブの上部を示す。
【図１３】一実施例による方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に、本願明細書を通して、"ライトガイド"は、"ファイバ"又は"光ファイバ"と交換可能に使用される。更に、"ソースライトガイド"は、"発光素子"と交換可能に使用され、"検出器ライトガイド"は、"集光器"と交換可能に使用され、"反射分光"は、"拡散反射分光"（ＤＲＳ）と交換可能に使用される。
【００５０】
図１は、第１の光源１０４、第２の光源１０６、第１の検出器１０８を有する第１の分光計１１０及び第２の検出器１０９を有する第２の分光計１１１を有する光学コンソール１０２を有する本発明の一実施例による装置１００を示すことにより本発明の一実施例の概略図を示す。図は、介入装置１１２を示し、介入装置１１２は、４つのライトガイドを持ち、前記４つのライトガイドの端部は、それぞれ第１の発光素子、第１の集光器、第２の発光素子及び前記第２の集光器に対応する。各ライトガイドは、光源１０４、１０６から前記介入装置の遠位端まで光をガイドし、前記介入装置の遠位端において前記光を放射することができる及び／又は前記介入装置の遠位端から光検出器１０８、１０９を有する分光計１１０、１１１まで光をガイドすることができる光学的導波路のような光学素子であると理解される。前記ライトガイドは、光が関連した組織サンプル１１６に入ることを可能にし、前記ライトガイドは、収集され、光検出器１０８、１０９を有する分光計１１０、１１１に導かれるように光が前記関連した組織サンプルから離れることを可能にする。前記装置は、このように、関連した組織サンプル１１６の光学スペクトルを表す測定されたデータの獲得を可能にする。光検出器１０８、１０９を有する分光計１１０、１１１は、前記測定されたデータを取得するようにプロセッサ１１３により制御されうる。前記プロセッサは、更に、データベース１１４にアクセスしなくてはならず、前記装置は、データベース１１４にアクセスするように構成され、データベース１１４は、前記第１セットの測定されたデータ及び前記第２セットの測定されたデータに基づく第３セットのデータの決定を可能にする補正係数の所定の表を有する。プロセッサ１１３は、前記第１セットのデータを受け取り、前記第２セットのデータを受け取り、補正係数の所定の表を持つデータベース１１４にアクセスし、前記第１及び第２セットのデータ並びに前記補正係数の所定の表に基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定するように構成され、第１の光源の遠位端と検出器ライトガイドの遠位端との間の第１の距離ｄ１（図２参照）は、第２の光源の遠位端と検出器ライトガイドの遠位端との間の第２の距離ｄ２（図２参照）より実質的に大きい。
【００５１】
この実施例において、第１の光源１０４は、拡散反射分光（ＤＲＳ）のような反射分光に適したランプであり、第２の光源１０６は、蛍光分光に適したＬＡＳＥＲである。代替的な実施例において、放射される周波数の範囲を制限するように機能し、これにより帯域幅を狭め、これにより蛍光分光を行うのに適切な帯域幅を得る切り替え可能フィルタと組み合わせて使用されることができる単一のランプのような単一の光源しか存在しなくてもよい。
【００５２】
図２は、介入装置１１２の一実施例の透視図を示し、前記介入装置は、第１のガイド２１８、第２のガイド２２０、第３のガイド２２２及び第４のガイド２２４を有する。図は、前記第１のガイドの遠位端において、第１の発光素子２１９である出口位置、及び前記第２のガイドの遠位端において、第１の集光器２２１である入口位置を示す。同様に、前記第３のガイドの遠位端において、第２の発光素子２２３である出口位置、及び前記第４のガイドの遠位端において、第２の集光器２２５である入口位置が示される。図面は、正しい縮尺ではない。以下、'出口位置'は、'発光素子'と交換可能に使用され、'入口位置'は、'集光器'と交換可能に使用される。前記第１、第２、第３及び第４のガイドは、光ファイバのような、光学的導波路のようなライトガイドであると理解される。更に、第１のガイド２１８上の第１の発光素子２１９に対応する出口位置と、第２のガイド２２０上の第１の集光器２２１に対応する入口位置との間の第１の距離ｄ１が示される。更に、第３のガイド２２２上の第２の発光素子２２３に対応する出口位置と、第４のガイド２２４上の第２の集光器２２５に対応する入口位置との間の第２の距離ｄ２が示される。前記介入装置は、反射分光に対してｄ１を最適化するように構成されうることに注意されたい。他の特定の実施例において、前記介入装置は、蛍光分光に対してｄ２を最適化するように構成されうる。前記第１の光源の遠位端と検出器ライトガイドの遠位端との間の第１の距離ｄ１は、前記第２の光源の遠位端と検出器ライトガイドの遠位端との間の第２の距離ｄ２より実質的に大きい。
【００５３】
特定の実施例において、図１に描かれた光学コンソール１０２のような光学コンソールに接続されることができる光ファイバ２１８、２２０、２２２、２２４を持つ針である介入装置１１２のような光学プローブが提供される。前記光学コンソールは、光が前記ファイバの１つを介して前記光学プローブの遠位端まで供給されることを可能にする第１の光源１０４を含む。散乱光は、他のファイバにより収集され、第１の光検出器１０８を有する第１の分光計１１０に向けてガイドされる。前記光学コンソールは、例えば、組織サンプルにおいて自己蛍光を誘起するために４５０ｎｍより小さい波長を持つＬＡＳＥＲ源である第２の光源１０６を含むこともできる。前記第１及び／又は第２セットの測定されたデータのような、得られたデータは、専用アルゴリズムを使用してプロセッサ１１３により処理される。例えば、光は、第１及び／又は第２の発光素子に対応する線源として機能する少なくとも１つのファイバを通って遠位端の外に結合され、波長は、例えば５００ないし１６００ｎｍでスイープされるか又は広帯域光源が使用される。対応する波長依存反射は、少なくとも０．５、少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも５ｍｍの第１の距離ｄ１のように前記光源から空間的に分離されることができる前記第１及び／又は第２の集光器のような少なくとも１つの他のファイバにより測定される。集光器である遠位端を持つファイバに対応する"検出"ファイバにおいて測定された反射光の量は、探査される構造（すなわち、関連した組織サンプル）の吸収及び散乱性質により決定される。この信号から、発色団の濃度を推定することが可能でありうる。前記自動蛍光は、第２の光源ライトガイド、すなわち、前記第２の発光素子である遠位端を持つライトガイドの遠位端から２ｍｍより小さい、１ｍｍより小さい、０．６ｍｍより小さい、０．５ｍｍより小さい、０．２５ｍｍより小さい第２の距離ｄ２内であるような、前記第２の発光素子である遠位端を持つファイバに対応する励起ファイバと近接した集光器である遠位端を持つファイバに対応するファイバを通して測定される。前記測定された自動蛍光は、推定された固有蛍光が得られるように散乱及び吸収に対して補正される。
【００５４】
特定の実施例において、前記装置は、埋め込まれたシャッタを持つハロゲン広帯域光源の形式の第１の光源１０４と、４つのガイドを持つ介入装置１１２と、実質的に４００ｎｍないし１７００ｎｍのような可視及び赤外領域の波長スペクトルのような波長の範囲にわたって光を分解することができる第１の光検出器１０８を有する第１の分光計１１０とを有する。前記装置は、（３７４ｎｍの波長を持つ光を放射するＬＡＳＥＲが使用される場合に）４０５ｎｍより小さい波長の光をブロックするフィルタのような、（第２の光源１０６に対応する）前記ＬＡＳＥＲ源から放射された光の波長に対応する波長のような特定の波長に対する光を拒絶するフィルタを有することができ、前記フィルタは、第１及び第２の光検出器１０８、１０９を有する第１及び第２の分光計１１０、１１１の前に取り付けられることができる。介入装置１１２は、前記光源に接続された第１のガイドを持ち、前記第２のガイドは、第１の光検出器１０８に接続される。第１の（放射）ガイド２１８上の第１の発光素子２１９に対応する出口位置のような前記第１の光源ライトガイドのような前記第１の発光素子の遠位端と、第２の（集光）ガイド２２０上の第１の集光器２２１に対応する出口位置のような第１の検出器ライトガイドのような前記第１の集光器の遠位端との間の中心間距離分離ｄ１は、ミリメートル範囲であることができ、少なくとも１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、１．８ｍｍ、２．４８ｍｍでありうる。全てのライトガイドは、２００ミクロンのコア径のようなミクロン範囲のコア径の低ＯＨファイバであることができる。時々ＶＩＳ−ＮＩＲファイバとも称される低ＯＨを含む光ファイバは、典型的には、前記光学スペクトルの可視（ＶＩＳ）及び近赤外（ＮＩＲ）部分に適している。
【００５５】
代替的な実施例において、それぞれ４００ｎｍないし１１００ｎｍ及び８００ｎｍないし１７００ｎｍのような、実質的に可視及び近赤外領域の波長スペクトルのような異なる長さ領域において光を分解することができる１つ又は複数の光検出器を持つ２つの分光計のような、１つ又は複数の光検出器を有する複数の分光計が使用される。
【００５６】
好ましくは、前記光学コンソールは、蛍光励起波長が変更されることを可能にする。これは、切り替えられる又は多重化される（例えば周波数変調される）又は調整可能光源を持つ複数の光源で達成されることができる。異なる励起波長において異なる蛍光放射スペクトルを測定することは、例えばコラーゲン及びエラスチン（加えて異なるタイプのコラーゲン）のような異なる生体分子エンティティを区別することに潜在的に関連する情報を提供する。
【００５７】
二光子蛍光励起が使用されることもできる。これは、一光子励起と比較して深い侵入深さの利益を持ちうる。二光子蛍光測定を用いて探査される体積は、赤外における反射測定に対して探査される体積に対して、より類似していることができる。
【００５８】
図３ないし４は、本発明の一実施例による介入装置の遠位端の概略図を示し、前記介入装置は、図７、９−１０に示されるスペクトルのような、前記関連した組織サンプルの反射スペクトル及び蛍光スペクトルにそれぞれ対応する前記第１及び第２セットのデータを測定するのに使用される針プローブである。
【００５９】
図３は、カニューレベベル３３４と、探り針端面３３６を持つカニューレ内腔内の探り針と、ライトガイドを各々収容することができる前記探り針内の孔３３８、３４０、３４２、３４４を持つカニューレ３３２を示す。
【００６０】
図４は、図３に示される切断面Ａによる断面図を示し、これは、カニューレ３３２及び探り針４４４、それぞれ孔３３８及び３４０内に配置されたライトガイド４４１及び４４３の端面４４０及び４４２を示す。端部４４６、４４８は、前記探り針の斜めのカットオフ角度のため、埋められていない。前記ライトガイドの実質的に直交するカットオフ角度は、内部反射を減少するように機能することができる。
【００６１】
（孔３４２、３４４内に配置された）上の２つのファイバは、各々、蛍光及びＤＲＳ測定に対する検出器ライトガイドである（この特定のプローブは、ＤＲＳ及び蛍光に対して同じ検出器ライトガイドを使用する）。検出器を有する異なる分光計が、可視及びＩＲ波長範囲に対して使用されるので、２つのファイバが存在する。（孔３４０内に配置された）真ん中のファイバ４４３は、蛍光励起光に対する光源ファイバである。（孔３４２内に配置された）下のファイバ４４１は、ＤＲＳ光に対する光源ファイバである。この特定の実施例において、前記第１の発光素子と前記第１の集光器との間の第１の距離は、このように、（孔３４２、３４４内に配置された）上の２つのファイバの遠位端点とライトガイド４４１の端面４４０との間の距離により与えられ、前記第２の発光素子と前記第２の集光器との間の第２の距離は、（孔３４２、３４４内に配置された）上の２つのファイバとライトガイド４４３の端面４４２との間の距離により与えられる。
【００６２】
アルゴリズム
以下、反射分光スペクトルから情報を抽出するアルゴリズムが説明される。本出願の発明者は、反射スペクトルから異なる組織発色団、例えば、ヘモグロビン、酸化ヘモグロビン、水、脂質、コラーゲン及びエラスチンの散乱係数及び吸収係数のような光学的組織特性を得るのに使用されることができるアルゴリズムを開発するのに参加していた。これらの特性は、正常組織と以上組織との間で異なりうる。
【００６３】
前記アルゴリズムは、以下のように説明されることができる。スペクトルフィッティングは、最近、著者として本願の発明者の何人かをフィーチャしている科学論文"Estimation of lipid and water concentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from 900 to 1600 nm", Nachabe et al., Journal of Biomedical Optics 15(3), 1 (May/June 2010)に記載されている反射分光に対する分析的に得られた式を使用することにより実行され、この論文は、全体が参照により本明細書に含まれ、以下、[Nachabe2010a]と称される。これらの著者による他の科学論文は、"Estimation of biological chromophores using diffuse optical spectroscopy: benefit of extending the UV-VIS wavelength range to include 1000 to 1600 nm", R. Nachabe et al., Optics Express 18, 1432-1442 (2010)により与えられ、この論文は、全体が参照により本明細書に含まれ、以下、と称される。
【００６４】
拡散反射モデルは、[Nachabe2010a]の２章に、より具体的には２．３章に記載される。反射分布Ｒは、
【数１】
2014518390.tif 000003
により与えられる。
【００６５】
この式において、組織との相互作用の可能性を記述する３つの巨視的パラメータは、両方ともｃｍ-1単位の吸収係数μa及び散乱係数μs並びに散乱角度のコサインの平均であるｇである。更に、組織との相互作用に対する合計機会を与える合計換算（total reduced）減衰係数μt'は、
μt'＝μa＋μs(１−ｇ)    （２）
により与えられる。
【００６６】
アルベドａ'は、相互作用の合計可能性に対する散乱の可能性であり、
ａ'＝μs／μt'    （３）
である。深さｚ0＝１／μt'における点光源、及び境界不一致なし、したがって、ｚb＝２／(３μt')を仮定する。式を単純化するために、
μs'＝μs(１−ｇ)    （４）
として規定される換算（reduced）散乱係数μs'を導入する。当業者は、いずれの散乱係数を選択するか（換算散乱係数μs'又は従来の散乱係数μs）の選択が、（ｇに対する合理的推測又は計算を使用して）一方が他方に容易に変換されることができるので、主に利便性の問題であることに気付くだろう。したがって、これ以降、μs'を含む如何なる演算も、μsを用いて行われることもでき、逆も同様であると理解されるべきである。
【００６７】
更に、前記換算散乱係数が、
μs'(λ)＝ａλ-b    （５）
と書かれることができ、ここでλは波長であり、ａ及びｂは固定パラメータであると仮定する。
【００６８】
可視及び近赤外範囲での吸収を支配する正常組織内の主な吸収成分は、血液（すなわち、ヘモグロビン）、水及び脂質である。
【００６９】
全吸収係数は、探査されるサンプル、例えば図３に描かれるような血液、水及び脂質における発色団の吸収係数の線形結合である。血液は、可視範囲における吸収を支配するのに対し、水及び脂肪は、近赤外範囲を支配する。
【００７０】
各成分に対して、図３に示されるものの値は、体積分率により乗算されなければならない。散乱に対するべき法則を使用しながら上の式をフィッティングすることにより、存在する発色団、例えば血液、水、脂質、コラーゲン及びエラスチンの体積分率並びに前記散乱係数を決定することが可能である。この方法を用いて、前記測定されたスペクトルを、例えば異なる組織を区別するのに使用されることができる生理パラメータに変換することが可能である。
【００７１】
前記関連した組織の光学スペクトルを表す前記第１及び第２セットのデータの測定が、光学経路の異なる位置における様々なフィルタシステム、１つ又は複数の区切られた波長帯域において放射する１つ又は複数の光源、又は異なる区切られた波長帯域に対する（検出器を有する）分光計若しくは異なる区切られた波長帯域に対して適用可能である検出器を用いるような、様々な方法で実行されることができることに注意する。これは、当業者により一般的に知られていると理解される。前記光源において異なる変調周波数で様々な波長帯域を変調し、前記検出器においてこれらを復調することも可能である（この技術は、全体が参照により本明細書に含まれる公開特許出願ＷＯ２００９／１５３７１９に記載されている）。例えば１つ又は複数の検出器を有するより多い分光計を使用する、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）若しくはＬＡＳＥＲ源のような異なる波長帯域を持つ１より多い光源を使用する、様々な他の修正が、本発明の範囲から逸脱することなしに想定されることができる。
【００７２】
図５は、人体に存在する最も重要な発色団のいくつか、特に血液、水及び脂質の吸収スペクトルを示す。このグラフは、波長の関数として脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）５２４、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）５２６、水５２８及び脂質５３０の吸収係数を示す。血液が可視範囲の吸収を支配し、水及び脂質が近赤外範囲を支配することに注意する。前記グラフは、第１の横軸において、ナノメートル（ｎｍ）で与えられる波長（λ、ラムダ）を持ち、第２の縦軸において、センチメートルの逆数（１／ｃｍ）で与えられる吸収係数μa（ミュー＿ａ）を持つ。
【００７３】
本発明の一実施例によると、前記装置は、プローブ、コンソール並びに必要な制御及び評価ソフトウェアを有しうる。
【００７４】
図６は、介入装置でありうるプローブ６３３の上部の概略図を示す。このプローブは、コンソールに接続される３つの光ファイバを含む。ファイバＡ６４５は、検出器を有する分光計に接続され、ファイバＢ６４３は、蛍光励起光源、例えばＬＡＳＥＲに接続され、ファイバＣ６４１は、ＤＲＳ測定に対する光源として使用するのに適した広帯域光源に接続される（当業者は、検出器を有する分光計及び／又はファイバの数を変更することが可能であり、例えば、蛍光及びＤＲＳに対して又は異なるスペクトル範囲に対して異なる分光計を使用することができることに気づくだろう）。１より多い光源及び／又は検出器ファイバ等を使用することができ、前記組織から反射されるファイバＣからの（すなわち、第１の発光素子に対応するファイバＣの遠位端から放射される）光は、ファイバＡにより収集され（すなわち、第１の集光器に対応するファイバＡの遠位端において収集され）、ＤＲＳスペクトルとして前記分光計において測定されることができる。ファイバＢからの（すなわち、第２の発光素子に対応するファイバＢの遠位端から放射される）光は、前記組織において蛍光を励起し、前記蛍光は、ファイバＡにより収集され（すなわち、第２の集光器として機能するファイバＡの遠位端において収集され）、蛍光スペクトルとして前記分光計において測定される。この特定の実施例において、広帯域光源又は励起光源のいずれかをオンにする同じ分光計が、使用される。より多くの分光計、ファイバ又は光源に対する一般化は、直接的である。蛍光測定に対する光源‐検出器間の第２の距離ｄ２（すなわち、第２の発光素子と第２の集光器との間の距離）は、ＤＲＳ測定に対する第１の距離ｄ１（すなわち、第１の発光素子と第１の集光器との間の距離）より大幅に小さいが、蛍光により探査される体積６５２は、依然としてＤＲＳにより探査される体積と大きく重複する。
【００７５】
図７ないし９は、実際の組織に対する典型的な測定結果を示す。使用されるプローブの遠位端の概略図は、図３ないし４に示される。先端は、前記組織内に挿入されることができるように成形された鋭い針である。前記プローブは、ＤＲＳ及び蛍光測定に対して同じ検出器ライトガイドを使用する。可視光及び近赤外光は、別々に収集され、異なる分光器（可視範囲に対してAndor Technology, DU420A-BRDD、ＮＩＲ範囲に対してAndor Technology, DU492A-1.7）で分析される。ＤＲＳ測定に対して、aventes AvaLight-Hal-S広帯域白色光源を使用した。蛍光源として、３７５ｎｍの波長を持つNichia NDU113Eダイオードレーザが使用された。自己蛍光を抑制するために、フィルタが、可視分光計の前に配置され、前記フィルタは、４０５ｎｍより低い全ての波長を抑制する。２００ミクロンの直径及び０．２２のＮＡを持つ光ファイバが使用された。ＤＲＳ測定に対する第１の距離ｄ１は、１．８ｍｍであり、蛍光測定に対する第２の距離ｄ２は、０．３２ｍｍである。前記測定は、励起プロシージャの直後に、切除された人間乳房組織に対して行われた。
【００７６】
図７は、人間乳房の測定されたＤＲＳスペクトル（黒線）を示す。フィッティングされた散乱曲線は、図７においてグレイの線７５４として描かれる。拡散反射スペクトルは、第一に基本的な組織特性、特に換算散乱及び吸収係数μs'及びμaを抽出するのに使用される。ＤＲＳ測定に対する光源‐検出器間距離は、拡散理論を適用するのに十分に長いので、標準的な理論[Nachabe2010a, Nachabe2010b]が、組織発色団をフィッティングし、励起波長λx及び放射波長λmにおいて散乱及び吸収係数μs'及びμaを決定するのに使用されることができる［図８参照］。
【００７７】
ＤＲＳフィッティングから、各データ点に対して、ここで、４つのパラメータ、すなわちμsx'、μax、μsm'及びμamが得られ、ここで添え字ｘ及びｍは、それぞれ励起波長及び放射波長を表す。
【００７８】
測定された蛍光スペクトルＦ(λx,λm)は、式、
ｆ(λx,λm)＝Ｆ(λx,λm)／ｋ(μsx'(λx),μax(λx),μsm'(λm),μam(λm))    （５）
により固有蛍光ｆ(λx,λm)に関連付けられる。
【００７９】
補正係数ｋの値は、蛍光測定に対して使用される正確な測定幾何構成に強く依存する。非常に限定的な条件下を除き、補正係数ｋを計算する分析的アルゴリズムは存在しない。しかしながら、全体が参照により本明細書に含まれる論文"A diffusion theory model of spatially resolved fluorescence from depth-dependent fluorophore concentrations", by D. E. Hyde et al., Phys. Med. Biol. 46, 369-383 (2001) 全体が参照により本明細書に含まれる及び"Monte-Carlo-based model for the extraction of intrinsic fluorescence from turbid media" by G. M. Plamer et al., J. Biomed. Opt. 13 (2008)に記載されているような蛍光モンテカルロシミュレーションを使用してｋを計算することが可能であることが分かった。補正係数ｋは、この場合、パラメータセットμsx'(λx),μax(λx),μsm'(λm)及びμam(λm)に対して使用される幾何構成の下で収集された放射光の強度に比例する。上に記載されたフィッティング方法は、散乱角度ｇのコサインの平均に関する情報をもたらさないので、ｇ＝０．９５が全ての計算に対して使用される。これは、生体組織に存在すると知られている強力な前方散乱に対応する。
【００８０】
モンテカルロ計算は、長時間かかるので、これらの計算は、事前に行われて、ルックアップテーブルに記憶されなければならない。前記ルックアップテーブルに記憶されていないμsx',μax,μsm'及びμamの値に対するｋの値は、補間されることができる（代替的な実施例は、μs'及びμaのみを使用し、μsx'及びμ＝を標準値にセットすることができる）。これは、精度を劣化させるが、値の数を大幅に制限するので、前記ルックアップテーブルをコンパイルするのを容易にする。実際に、単純化されたルックアップテーブルを用いて、適切な蛍光ファントムを測定し、これらから補間することにより前記ルックアップテーブルの値を決定することが、可能になる。非蛍光サンプルにおけるμs'及びμaの決定に対する同様のアプローチは、全体が参照により本明細書に含まられる"Lookup table based inverse model for determining optical properties of turbid media", by N. Rajaram et al., J. Biomed. Opt. 13 (2008)に記載されている。更に、ルックアップテーブルをμs'の代わりにμsに基づかせる、すなわち、前記換算散乱係数の代わりに前記散乱係数を使用することが可能である。
【００８１】
前記ルックアップテーブルは、事前に計算されるので、前記装置は、前記固有蛍光スペクトルを再構成するのに式（５）を使用しなくてはならないだけである（図９ないし１０）。したがって、限定的な計算／信号処理能力のみが必要とされる。
【００８２】
図８は、図７における測定されたＤＲＳスペクトルに対する前記フィッティングからこの方法により得られた励起波長（大きな円８５６）及び放射波長（小さなドット）における散乱及び吸収係数μs'及びμaのグラフである。
【００８３】
図９は、図７に関連する前記関連した組織サンプルに対応する人間乳房の蛍光スペクトルの測定結果を示す。グレイの線９６０は、本出願において明らかにされた方法により決定された固有蛍光スペクトルである。前記測定された蛍光スペクトル（黒線９５８）が、波長≒４８０ｎｍにおける目立つ低下９５９を示し、これが吸収により引き起こされ、固有蛍光スペクトル９５０において補正されることに注意する。
【００８４】
図１０は、図６に及び対応する記載に記載された実施例による装置の典型的な結果を示す。描かれているのは、純粋なフルオロフォアの'真の'固有蛍光スペクトル１０６２（点線）と比較した測定された蛍光スペクトル１０５８（黒い実線）及び回復された固有蛍光スペクトル１０６０（破線）である。この測定は、ファントムに対して行われ、したがって、真の蛍光スペクトルは、周知である。
【００８５】
図１１は、ｋ(μsx'(λx),μax(λx),μsm'(λm),μam(λm))のルックアップテーブルの一例を示す。完全なルックアップテーブルは、もちろん４次元であり、この図は、固定されたμsx'(λx)‐μax(λx)の組み合わせに対するサブセットのみを示す。必要なルックアップテーブルを計算することは、通常のＰＣにおいて約３週間かかる。
【００８６】
図１２は、示された様々な距離を持つプローブ１２３３の上部を示す。更に、第１の発光素子１２１９と第１の集光器１２２１との間の第１の距離ｄ１、及び第２の発光素子１２３３と第２の集光器１２２５との間の第２の距離ｄ２が示される。更に、（実際には球であるが、描写が２次元である）円１２６４は、前記第１の発光素子又は前記第１の集光器のいずれかからｄ１の半径を持つ点を含む。この例において、それぞれ前記第１の発光素子及び前記第１の集光器の遠位端と、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器の遠位端との間の最小距離ｄ１２は、前記第１の発光素子及び前記第１の集光器の遠位端の間の第１の距離ｄ１より小さい。これは、前記第２の発光素子が円（球）１２６４の１つの中にあるので、図において見られることができる。
【００８７】
図１３は、本発明による方法のフローチャートであり、前記方法は、
‐前記関連した組織サンプルの反射スペクトルを表す第１セットのデータを測定するステップ１３６８と、
‐前記関連した組織サンプルの蛍光スペクトルを表す第２セットのデータを測定するステップ１３７０と、
‐補正係数の所定の表を持つデータベースにアクセスするステップ１３７２と、
‐前記第１及び第２セットのデータ並びに前記補正係数の所定の表に基づいて前記関連した組織サンプルの固有蛍光スペクトルを表す第３セットのデータを決定するステップ１３７４と、
を有し、前記第１セットのデータを測定するステップ１３６８は、
‐第１の発光素子の遠位端から光子を放射するステップ１３７６と、
‐第１の集光器の遠位端において光子を収集するステップ１３７８と、
を有し、前記第２セットのデータを測定するステップ１３７０が、
‐第２の発光素子の遠位端から光子を放射するステップ１３８０と、
‐第２の集光器の遠位端において光子を収集するステップ１３８２と、
を有し、前記第１の発光素子及び前記第１の集光器の遠位端の間の第１の距離は、前記第２の発光素子及び前記第２の集光器の遠位端の間の第２の距離より実質的に大きい。
【００８８】
要約すると、蛍光測定を改良するために、関連した組織サンプルの光学的分析に対する装置、方法及びコンピュータプログラムが提供され、前記装置は、光検出器を有する分光器と、光源と、前記関連した組織サンプル内に光子を放射するように構成された第１の発光素子と、前記関連した組織サンプルからの光子を受け取るように構成された第１の集光器と、第２の発光素子と、第２の集光器とを有し、反射スペクトルは、前記第１の発光素子及び集光器により得られ、蛍光スペクトルは、前記第２の発光素子及び集光器により得られ、前記第１の発光素子と集光器との間の第１の距離ｄ１は、前記第２の発光素子と集光器との間の第２の距離ｄ２より大きい。このように得られたデータを結合することにより、固有蛍光スペクトルが、得られることができる。
【００８９】
本発明は、特定の実施例に関連して説明されているが、何らかの形でこれらの例に限定されると解釈されるべきではない。本発明の範囲は、添付の請求項のセットにより制限される。請求項との関連で、用語"有する"は、他の可能な要素又はステップを除外しない。また、"１つの"等のような言及は、複数を除外すると解釈されるべきではない。図に示された要素に対する請求項内の参照符号の使用は、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。更に、異なる請求項に述べられた個別のフィーチャは、場合により有利に組み合わせられることができ、異なる請求項におけるこれらのフィーチャの言及は、フィーチャの組み合わせが可能及び有利ではないことを除外しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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