(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、検出器と、前記光源及び前記検出器と電気通信するコントローラと、を備えたシステムにおいて、
前記コントローラは、
（ｉ）ターゲットを照らすために、第一のパルス持続期間を有する第一の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、
（ｉｉ）前記ターゲットからの第一信号を第一の検出時間について検出することを開始するために、前記第一の光のパルスの放出の後の第一の遅延時間の後に、前記検出器を作動させ、
（ｉｉｉ）前記第一のパルス持続期間、前記第一の遅延時間及び前記第一の検出時間のうちの少なくとも一つを、各繰り返しについて変化させて、前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）を少なくとも一度繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成され、
前記コントローラはさらに、各繰り返しからの検出された信号、前記パルス持続期間、前記遅延時間及び前記検出時間を計算装置に出力するよう構成され、
前記計算装置は、前記各繰り返しからの検出された信号、前記パルス持続期間、前記遅延時間及び前記検出時間を用いて、背景強度成分及び減衰成分を計算するよう構成された
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一のパルス持続期間と異なる第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために、前記光源が作動されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記ターゲットからの第二信号を検出することを開始するために、前記第二の光のパルスの放出の後の前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に、前記検出器が作動されるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一の遅延時間と異なる第二の遅延時間の後に、前記検出器が作動されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源が作動されるよう構成され、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記検出器が作動されるよう構成されたことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記検出器が、前記第一の検出時間と異なる第二の検出時間について作動されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源が作動されるよう構成され、前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に前記検出器が作動されるよう構成されたことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記光源が電子閃光装置であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記光源が少なくとも一つのバンドパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記検出器が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ及び電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ターゲットが酸素検出創傷被覆材を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第一信号が、前記検出器によって検出可能なりん光発光を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラが、
（ｉｖ）前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）に基づいて、前記ターゲットからの限界信号を取得するための繰り返しの数を計算し、そして、
前記（ｉｉｉ）において、少なくとも前記（ｉｖ）で計算された繰り返しの数、前記（ｉ）及び（ｉｉ）を繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成された
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
（ａ）ターゲットを照らすための、第一のパルス持続期間を有する第一の光のパルスを放出するために光源を作動させる工程と、
（ｂ）前記ターゲットから第一信号を第一の検出時間について検出することを開始するために、前記第一の光のパルスの放出の後の第一の遅延時間の後に、検出器を作動させる工程と、
（ｃ）前記第一のパルス持続期間、前記第一の遅延時間及び前記第一の検出時間のうちの少なくとも一つを、各繰り返しについて変化させて、前記（ａ）及び前記（ｂ）を少なくとも一度繰り返す工程と、
（ｄ）各繰り返しからの検出された信号、前記パルス持続期間、前記遅延時間及び前記検出時間を用いて、背景強度成分及び減衰成分を計算する工程と、を含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記方法の工程（ｃ）が、前記第一のパルス持続期間と異なる第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために、前記光源を作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法の工程（ｃ）が、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記ターゲットからの第二信号を検出することを開始するために、前記第二の光のパルスの放出の後の前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に、前記検出器を作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記方法の工程（ｃ）が、前記第一の遅延時間と異なる第二の遅延時間の後に、前記検出器を作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記方法の工程（ｃ）が、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記検出器を作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法の工程（ｃ）が、前記第一の検出時間と異なる第二の検出時間について前記検出器を作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法の工程（ｃ）が、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に前記検出器を作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
（ｄ）前記ターゲット上の少なくとも一つの位置についてりん光寿命を測定する工程と、
（ｅ）前記りん光寿命に基づいて、前記ターゲット上の前記少なくとも一つの位置について酸素分圧（ｐＯ2）を計算する工程と、をさらに含む
ことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記光源が電子閃光装置であることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記光源が少なくとも一つのバンドパスフィルタを含むことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記検出器が、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ及び電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ターゲットが酸素検出創傷被覆材を含むことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第一信号が、前記検出器によって検出可能なりん光発光を含むことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
光のパルスを放出するよう作動する光源と、
りん光発光信号を検出するための検出器と、
前記光源及び前記検出器と電気通信するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
（ｉ）ターゲットを照らすために、第一のパルス持続期間を有する第一の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、
（ｉｉ）前記ターゲットからの第一信号を第一の検出時間について検出することを開始するために、前記第一の光のパルスの放出の後の第一の遅延時間の後に、前記検出器を作動させ、
（ｉｉｉ）前記第一のパルス持続期間、前記第一の遅延時間及び前記第一の検出時間のうちの少なくとも一つを、各繰り返しについて変化させて、前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）を少なくとも一度繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成され、
前記ターゲットは、酸素感受性りん光体分子を有する酸素検出創傷被覆材であり、
前記コントローラはさらに、各繰り返しからの検出された信号、前記パルス持続期間、前記遅延時間及び前記検出時間を計算装置に出力するよう構成され、
前記計算装置は、前記各繰り返しからの検出された信号、前記パルス持続期間、前記遅延時間及び前記検出時間を用いて、背景強度成分及び減衰成分を計算するよう構成された
ことを特徴とする装置。
【請求項２８】
前記コントローラが、
（ｉｖ）前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）に基づいて、前記ターゲットからの限界信号を取得するための繰り返しの数を計算し、そして、
前記（ｉｉｉ）において、少なくとも前記（ｉｖ）で計算された繰り返しの数、前記（ｉ）及び（ｉｉ）を繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成された
ことを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１４年１月３１日に出願された「光ルミネセンス寿命の迅速画像ベース測定」と称する米国仮出願番号第６１／９３４，４８７号に基づくとともにその利益を主張し、当該仮出願の内容は全てここに引用することにより盛り込まれているものとする。
【０００２】
（連邦政府の支援による研究に関する言明）
該当無し。本発明は、米空軍科学研究局によって与えられたＦＡ９５５０１３１００６８に従う政府の支持とともになされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、概して、光ルミネセンス検出に関し、より詳細には、りん光寿命測定に基づく分析のためのシステム及び方法に関する。
【０００４】
臨床状況において、組織ガスレベルを測定することによって患者の健康状態をモニターすることが、多くの場合望ましい。組織ガス分析は、近代的な患者治療の根幹であり、多くの疾患の診断及び治療に用いられる。具体的には、組織の酸素濃度の測定は、全般的な患者の健康状態の通常のモニタリングと、局所貧血、火傷、糖尿病足症候群及び同様のもの特定の疾患の治療と、の両方において非常に信頼される。
【０００５】
血液及び組織ガス分析の実行には、複数のアプローチを用いることができる。侵襲的アプローチは、通常、動脈から抜かれた血液サンプルの収集及び分析を伴う。血液サンプル分析は、数分で行われるとともに正確な結果を提供するものの、検査においては経験のある施術者及びサンプルの慎重な取扱いを要し、さもなければ結果が不正確となる可能性がある。さらに、侵襲的検査は、繰り返し分析又は長期間にわたるモニタリングには適切でない。
【０００６】
組織の酸素濃度の測定は、非侵襲的にも達成される。例えば、パルス酸素濃度計は、入射光の反射率又は吸収率のモニタリングによってヘモグロビン飽和度を検出するベーシックな、非侵襲的器具である。これと比較して、経皮酸（ＴｃｐＯ２）を測定するために、プローブ・ベースのシステムを用いてもよく、この際、サンプル表面に取付けられて顕微鏡で非侵襲的に読み取る電極又は光センサ・ホイル・ベースのパッチが用いられる。一側面において、ＴｃｐＯ２システムは、特別に用意され明確に定義されたサンプルを用いるマルチポイント・キャリブレーションを必要とする。さらに、キャリブレーションは、通常、各モニタリング期間の前、測定位置を変更したとき、四時間毎、又は電極が再メンブレンされる毎に行われる。加えて、室内照明、温度及び他の因子などの条件が、測定の精度に影響を与える可能性がある。
【０００７】
したがって、高速で、簡単に実施でき、概して外部環境の影響を受けにくい、組織の酸素濃度の非侵襲的測定を実行するための方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、光ルミネセンス検出のためのシステム及び方法を提供することによって、上述の欠陥を克服する。
【０００９】
本発明の一側面によれば、システムは、光源と、検出器と、前記光源及び前記検出器と電気通信するコントローラと、を備える。前記コントローラは、（ｉ）ターゲットを照らすために、第一のパルス持続期間を有する第一の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、（ｉｉ）前記ターゲットからの第一信号を第一の検出時間について検出することを開始するために、前記第一の光のパルスの放出の後の第一の遅延時間の後に、前記検出器を作動させ、（ｉｉｉ）前記第一のパルス持続期間、前記第一の遅延時間及び前記第一の検出時間のうちの少なくとも一つを、各繰り返しについて変化させて、前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）を少なくとも一度繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成されている。
【００１０】
一側面では、前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一のパルス持続期間と異なる第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために、前記光源が作動される。さらに、前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記ターゲットからの第二信号を検出することを開始するために、前記第二の光のパルスの放出の後の前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に、前記検出器が作動される。
【００１１】
別の側面では、前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一の遅延時間と異なる第二の遅延時間の後に、前記検出器が作動される。さらに、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源が作動され、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記検出器が作動される。
【００１２】
さらに別の側面では、前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記検出器が、前記第一の検出時間と異なる第二の検出時間について作動される。さらに、前記プログラムの（ｉｉｉ）において、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源が作動され、前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に前記検出器が作動される。
【００１３】
一側面において、前記光源は電子閃光装置である。別の側面において、前記光源は少なくとも一つのバンドパスフィルタを含む。さらに別の側面において、前記検出器は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ及び電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラのうちの少なくとも一つを含む。さらに別の側面において、前記ターゲットは酸素検出創傷被覆材を含む。さらなる側面において、前記第一信号は、前記検出器によって検出可能なりん光発光を含む。別の側面において、前記コントローラは、（ｉｖ）前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）に基づいて、前記ターゲットからの限界信号を取得するための繰り返しの数を計算し、そして、前記（ｉｉｉ）において、少なくとも前記（ｉｖ）で計算された繰り返しの数、前記（ｉ）及び（ｉｉ）を繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成されている。
【００１４】
本開示の別の側面によれば、方法は、（ａ）ターゲットを照らすための、第一のパルス持続期間を有する第一の光のパルスを放出するために光源を作動させる工程と、（ｂ）前記ターゲットから第一信号を第一の検出時間について検出することを開始するために、前記第一の光のパルスの放出の後の第一の遅延時間の後に、検出器を作動させる工程と、（ｃ）前記第一のパルス寿命、前記第一の遅延時間及び前記第一の検出時間のうちの少なくとも一つを、各繰り返しについて変化させて、前記（ａ）及び前記（ｂ）を少なくとも一度繰り返す工程と、を含む。
【００１５】
一側面において、前記方法の工程（ｃ）は、前記第一のパルス持続期間と異なる第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために、前記光源を作動させることをさらに含む。前記方法の工程（ｃ）は、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記ターゲットからの第二信号を検出することを開始するために、前記第二の光のパルスの放出の後の前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に、前記検出器を作動させることをさらに含む。
【００１６】
別の側面において、前記方法の工程（ｃ）は、前記第一の遅延時間と異なる第二の遅延時間の後に、前記検出器を作動させることをさらに含む。前記方法の工程（ｃ）は、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、前記第一の検出時間と同じ第二の検出時間について前記検出器を作動させることをさらに含む。
【００１７】
さらに別の側面において、前記方法の工程（ｃ）は、前記第一の検出時間と異なる第二の検出時間について前記検出器を作動させることをさらに含む。前記方法の工程（ｃ）は、前記第一のパルス持続期間と同じ第二のパルス持続期間を有する第二の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、前記第一の遅延時間と同じ第二の遅延時間の後に前記検出器を作動させることをさらに含む。
【００１８】
一側面において、前記方法は、（ｄ）前記ターゲット上の少なくとも一つの位置についてりん光寿命を測定する工程と、（ｅ）前記りん光寿命に基づいて、前記ターゲット上の前記少なくとも一つの位置について酸素分圧（ｐＯ2）を計算する工程と、をさらに含む。別の側面において、前記光源は電子閃光装置である。さらに別の側面において、前記光源は少なくとも一つのバンドパスフィルタを含む。さらに別の側面において、前記検出器は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ及び電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラのうちの少なくとも一つを含む。さらなる側面において、前記ターゲットは酸素検出創傷被覆材を含む。さらなる側面において、前記第一信号は、前記検出器によって検出可能なりん光発光を含む。
【００１９】
本開示のさらに別の側面によれば、装置は、光のパルスを放出するよう作動する光源と、りん光発光信号を検出するための検出器と、前記光源及び前記検出器と電気通信するコントローラと、を備える。前記コントローラは、（ｉ）ターゲットを照らすために、第一のパルス持続期間を有する第一の光のパルスを放出するために前記光源を作動させ、（ｉｉ）前記ターゲットからの第一信号を第一の検出時間について検出することを開始するために、前記第一の光のパルスの放出の後の第一の遅延時間の後に、前記検出器を作動させ、（ｉｉｉ）前記第一のパルス持続期間、前記第一の遅延時間及び前記第一の検出時間のうちの少なくとも一つを、各繰り返しについて変化させて、前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）を少なくとも一度繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成される。前記ターゲットは、酸素感受性りん光体分子を有する酸素検出創傷被覆材である。
【００２０】
一側面において、前記コントローラは、（ｉｖ）前記（ｉ）及び前記（ｉｉ）に基づいて、前記ターゲットからの限界信号を取得するための繰り返しの数を計算し、そして、前記（ｉｉｉ）において、少なくとも前記（ｉｖ）で計算された繰り返しの数、前記（ｉ）及び（ｉｉ）を繰り返すよう、前記コントローラに格納されたプログラムを実行するよう構成されている。
【００２１】
本発明の上記の及びその他の側面及び利点は以下の記載から明らかとなる。本明細書は、その一部を構成するとともに本発明の好ましい実施形態を例示する添付の図面を参照して記載されている。そのような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、したがって本発明の範囲は、特許請求の範囲及び本明細書の記載に基づいて解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】患者の右前腕に適用された酸素検出創傷被覆材の一実施形態の概略図である。
【図２】図１の酸素検出創傷被覆材の部分拡大図であって、酸素濃度の比色読み出し表現を示す。
【図３】図１の創傷被覆材とともに用いられる例示的な酸素感受性りん光体分子の化学構造の図である。
【図４】図３の酸素感受性りん光体分子などの三重項状態エミッタにおける失活経路を示す簡略化されたヤブロンスキー図である。
【図５】酸素存在下の酸素感受性りん光体分子のりん光消光に関連する比色読み出し情報を描写する光学画像である。（ａ）はＯ2の２０％存在下でのりん光検出、（ｂ）はＯ2の０％存在下でのりん光検出を示す。スケールバーは２ｍｍである。
【図６】光源、検出器、コントローラ及びインターフェースを備える、酸素を検出するための例示的なシステムの概略図である。
【図７】対応する光パルスについてのけい光及びりん光減衰を時間の関数として示す例示的なプロットである。
【図８】光パルスによる励起の後の、酸素感受性創傷被覆材からのけい光及びりん光信号に関連する比色読み出し情報を描写する光学画像である。（ａ）は、励起の後の遅延のないルミネセンス検出を示し、（ｂ）は、励起の後の短い（例えば約５００μｓ）遅延の後のルミネセンス検出を示す。
【図９】創傷を含む組織の部分断面図における酸素の流れを示す概略図である。
【図１０】リファレンス染料に対する酸素感受性りん光体の、時間の関数としての酸素分圧（左縦軸）と信号比（右縦軸）の両方の２軸プロットである。
【図１１】酸素分圧（ｐＯ2）の関数としての、信号反比（即ち、リファレンス染料／酸素感受性りん光体）のプロットである。
【図１２】酸素分圧（ｐＯ2）の関数としての、信号比（即ち、酸素感受性りん光体／リファレンス染料）のプロットである。
【図１３】方形波光励起パルス及び対応するりん光減衰曲線の時間の関数としての信号強度のプロットである。
【図１４】時刻０μｓと５００μｓの間の方形波光励起パルスに畳み込まれた(convolved)理論的なりん光信号応答を示す、時間の関数としての信号強度のプロットである。
【図１５】カメラ取込りん光強度のカメラシャッター遅延時間の関数としてのプロットであり、時刻０μｓと５００μｓの間の方形波光励起パルスについてのカメラ取込理論強度を示す。
【図１６】カメラ取込りん光強度のカメラシャッター遅延時間の関数としてのプロットであり、図１５に類似したカメラ取込強度について収集された実験データを示す。
【図１７】図１６と同様の信号強度の時間の関数としてのプロットであり、ｐＯ2値の範囲にわたり収集された複数のデータセットの指数関数的フィッティングを示す。点線矢印で示すように、原点からより遠い曲線についてｐＯ2値が減少する。
【図１８】信号強度の対数の時間の関数としてのプロットであり、図１７に示すデータの線形フィッティングを示す。点線矢印で示すように、原点からより遠い曲線についてｐＯ2値が減少する。
【図１９】酸素存在下の酸素感受性りん光体分子のりん光消光に関連する比色読み出し情報を描写する光学画像である。（ａ）は火傷を含む組織についてのりん光強度の描写、（ｂ）は火傷がない対照組織についてのりん光強度の描写、（ｃ）は火傷を含む組織についてのりん光寿命の描写、（ｄ）は火傷がない対照組織についてのりん光寿命の描写である。（ａ）及び（ｂ）は信号強度（Ｒ／Ｇ）とパーセントＯ2消費率（％Ｃｏｎ）との間の関係を示す強度スケールに対応し、（ｃ）及び（ｄ）は逆りん光寿命（１／ｔａｕ）とパーセントＯ2消費率（％Ｃｏｎ）との間の関係を示す強度スケールに対応する。スケールバーは０．５ｃｍである。
【図２０】ブタ火傷モデルからの組織サンプルを描写する写真画像である。（ａ）は火傷のない対照組織サンプルの画像を示し、（ｂ）は火傷後０日目の火傷した組織サンプルの画像を示し、（ｃ）は火傷後７日目の火傷した組織サンプルの画像を示す。スケールバーは１ｃｍである。
【図２１】図２０（ａ）〜２０（ｃ）の組織サンプルについてのけい光読み出し情報を描写する光学画像である。（ａ）は図２０（ａ）の火傷のない対照組織サンプルについてのけい光読み出し情報を示し、（ｂ）は火傷後０日目の図２０（ｂ）の火傷した組織サンプルについてのけい光読み出し情報を示し、（ｃ）は火傷後７日目の図２０（ｃ）の火傷した組織サンプルについてのけい光読み出し情報を示す。スケールバーは１ｃｍである。
【図２２】図２０（ａ）〜２０（ｃ）の組織サンプルについてのパーセント酸素消費率（％Ｃｏｎ）を表す比色読み出し情報を描写する光学画像である。（ａ）は図２０（ａ）の火傷のない対照組織サンプルについての％Ｃｏｎの比色読み出し情報を示し、（ｂ）は火傷後０日目の図２０（ｂ）の火傷した組織サンプルについての％Ｃｏｎの比色読み出し情報を示し、（ｃ）は火傷後７日目の図２０（ｃ）の火傷した組織サンプルについての％Ｃｏｎの比色読み出し情報を示す。強度スケールは、対応するパーセント酸素消費率を描写する。スケールバーは１ｃｍである。
【図２３】ブタ火傷モデルからの組織サンプルを描写する写真画像である。（ａ）は移植後０日目の全層移植組織を含む組織サンプルの画像であり、（ｂ）は移植後０日目の部分層移植組織を含む組織サンプルの画像であり、（ｃ）は移植後一ヶ月の全層移植組織を含む組織サンプルの画像であり、（ｄ）は移植後一ヶ月の部分層移植組織を含む組織サンプルの画像である。スケールバーは１ｃｍである。
【図２４】図２３（ａ）〜２３（ｄ）の組織サンプルについてのけい光読み出し情報を描写する光学画像である。（ａ）は移植後０日目の全層移植組織を含む図２３（ａ）の組織サンプルのけい光発光画像であり、（ｂ）は移植後０日目の部分層移植組織を含む図２３（ｂ）の組織サンプルのけい光発光画像であり、（ｃ）は移植後一ヶ月の全層移植組織を含む図２３（ｃ）の組織サンプルのけい光発光画像であり、（ｄ）は移植後一ヶ月の部分層移植組織を含む図２３（ｄ）の組織サンプルのけい光発光画像である。スケールバーは１ｃｍである。
【図２５】図２３（ａ）〜２３（ｄ）の組織サンプルについてのパーセント酸素消費率（％Ｃｏｎ）を表す比色読み出し情報を描写する光学画像である。（ａ）は、移植後０日目の全層移植組織を含む図２３（ａ）の組織サンプルの％Ｃｏｎの比色読み出し情報を示し、（ｂ）は、移植後０日目の部分層移植組織を含む図２３（ｂ）の組織サンプルのｐＯ2の比色読み出し情報を示し、（ｃ）は、移植後一ヶ月の全層移植組織を含む図２３（ｃ）の組織サンプルの％Ｃｏｎの比色読み出し情報を示し、（ｄ）は  移植後一ヶ月の部分層移植組織を含む図２３（ｄ）の組織サンプルの％Ｃｏｎの比色読み出し情報を示す。強度スケールはパーセント酸素消費率を描写する。スケールバーは１ｃｍである。
【図２６】センサ素子を含むターゲットの分析のための例示的な方法の概略的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の様々な実施形態を、図面を参照して以下に記載する。図中、同じ又は同様の構成要素には類似の符号を付している。本明細書において、「一実施形態」、「実施形態」又は同様の用語は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書に記載の「一実施形態において」、「実施形態において」及び同様の用語は、全て同じ実施形態を参照するが、必ずしもそうである必要はない。
【００２４】
本明細書に記載される本発明の特徴、構造又は特性は、一以上の実施形態において適切に組み合わせることができる。システムの実施形態を十分に理解するために、数々の特定の詳細が以下に記載される。しかしながら、当該分野の当業者であれば、システム及び方法は両方とも一又は複数の具体的な詳細を用いずに、あるいは他の方法、部品、材料などを用いて実施できることを理解するであろう。他の例では、周知の構造、材料又は動作については、本発明の側面が曖昧となるのを回避するために、示されていない又は詳細に記載されていない。
【００２５】
上でも述べたように、様々な状況下において、血液及び組織ガス分析を実行するために非侵襲性技法を提供することが有用である。生物学的又は組織環境内の酸素を検出するための方法の一つは、りん光の酸素依存消光を含む。しかしながら、りん光寿命値の取得は、結果として、臨床及び他の非実験室環境へのりん光酸素センサ（即ち酸素感受性りん光体分子）の展開についての実用及び技術限定を生じる。典型的には、りん光寿命の測定は、りん光寿命分析として知られる技法を介する、一連の、独立した、時間分解強度測定の実行を含む。このアプローチでは、短い（即ち約１μｓより小さい）励起パルスが、りん光性材料を含むサンプルに与えられる。りん光性材料によって生成された、結果として得られるりん光減衰信号に関連する検出器へ入射した光子数を、一連の離散化された時間ビン(discretized time bins)で測定してもよく、これにより光子数がこれらの検出器への到着時間に基づいてグループ化される。この方法は、任意の時間ポイントにおいて信頼性のある測定を行うために広範囲の平均化を通常必要とし、そのため、時間がかかり、特別な装置を必要とし、特別に訓練を受けたオペレータに依存する。さらに、有限の励起パルス幅の存在により、測定された寿命トレースが励起パルスに畳み込まれる(convolved)可能性がある。その結果、さらなる分析を行う前に、取得されたデータへのパルス幅デコンボリューション(pulse width deconvolution)の適用が必要となる可能性がある。環境要因を考慮することで又は測定への要求がより厳しくなるにつれ、その他にもさまざまな課題が生じ得る。
【００２６】
りん光寿命分析のための開示されたシステム及び方法は、これら及びその他の問題に対処する。一側面において、本開示は、任意の表面にわたって分散したりん光体からのりん光寿命を決定する。りん光体は、酸素感受性りん光体分子又は他のりん光体分子でもよい。システム及び方法は、カメラと、少なくとも一つの閃光源又は光源と、前記カメラと光源とを同期させるための可変な時間遅延信号を提供するコントローラ又は他の装置と、を含んでもよい。一側面において、前記カメラは、一般的な市販の広視野カメラ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ、又は電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラなどでもよい。別の側面において、光源は、電子閃光装置、一以上の発光ダイオード（ＬＥＤｓ）の集合体、又は他の適切な光源でもよい。また、光源は、光源から出た（複数の）波長を特定するために、一以上のバンドパスフィルタをさらに備えてもよい。方法の実施形態は、閃光パルスのオンセットとカメラによる画像の取得の開始の期間との間の時間遅延の高速な交代を含んでもよい。取得された画像の分析は、時間ビンの使用、繰り返しの平均化、又はいくつかの実施形態では励起パルスデコンボリューションの必要なく、画像又は画像系列内の任意の画素におけるりん光寿命の正確な測定を提供してもよい。一側面において、前記システム及び方法は、臨床及びポイントオブケア薬物療法を含むさまざまな最終用途におけるりん光寿命ベースのセンサの展開を容易にしてもよい。
【００２７】
本開示の一側面は、高速の広視野画像化及び画像分析を介して、画像化領域内に含まれるりん光体のりん光寿命を測定するための方法を含む。りん光寿命分析の伝統的手法は、りん光寿命曲線の個別の離散化領域の区分的時間依存分析を介して寿命曲線を再構成する時間分解画像化に依存する。これに対し、本開示の実施形態は、一連の画像内の一以上の画素の分析を介して、同様又は同一の情報を生成することが可能なアプローチを提供する。一側面において、画像は、一般的又は伝統的な広視野カメラを用いて取得されてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、りん光寿命を測定するためのシステム及び方法は、閃光又は光源が作動する時と画像又は信号を取得するためにカメラが作動する時との間の遅延を操作することが可能な時間変化トリガ信号を含む。一側面において、閃光パルスは画像の取得の前に完全に消失してもよく、これにより画像取得期間中のりん光体の再励起及びこれに関連する問題を省くことができる。別の側面において、りん光よりも桁違いに速い発光寿命を有する自己けい光もまたりん光寿命の分析を複雑にする可能性がある。したがって、システム及び方法の実施形態は、自己けい光を画像取得の前に完全に消失させてもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態において、コントローラは、カメラ又は他の検出器をりん光減衰曲線の任意のポイントで検出するよう作動させるよう構成されてもよい。カメラが作動された後、通常の固定長さ画像取得サイクルが完了し、これによりターゲット上の画像化ポイント又は領域のりん光強度マップが生成される。一側面において、全プロセスは約２０ミリ秒（ｍｓ）要し、この時点でシステムは別の画像を取得する準備ができていてもよい。閃光のトリガ（発生させること）と検出器の作動の間の時間遅延を順次変化させることで、りん光強度画像の時系列を高速で取得することができる。各ポイント又は画素におけるりん光寿命を計算するために、画像あたりの強度をプロットして一連の画像の全てについて分析してもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態において、本開示は、励起パルスデコンボリューションを必要とせずに画素あたりのりん光寿命を測定する能力を提供する。さらに、りん光体分子についての寿命データは、上述の方法で取得された画像系列の分析により決定されてもよく、結果として得られるデータは、伝統的な寿命分析を用いて決定された寿命データと同等である。
【００３１】
限定を意図しない例では、ポリマー包帯マトリクスなどの酸素検出創傷被覆材内にりん光体分子を埋め込み、この創傷被覆材を創傷の上に適用してもよい。光源、検出器、及び時間変化トリガ信号を提供するためのコントローラを含むシステムの実施形態を用いて、光源のトリガ（光源の作動を引き起こすこと）と検出器の作動の間の遅延を各閃光検出サイクル間で０．１ｍｓ間隔で変化させて、被覆材の一連のりん光強度寿命画像を連続的に取得してもよい。約１０から約１５個の画像を取得してもよく、全画像系列は終わるまで約１０秒より短い時間かかってもよい。各画素でのりん光強度は、各画像から測定されて集められてもよい。この情報から、画素あたりのりん光減衰曲線を再構成してもよく、そしてりん光寿命を計算してもよい。この情報を用いて、被覆材の下にある組織を評価してもよい。例えば、組織酸化を測定するために、りん光寿命データを、酸素濃度又は酸素分圧（ｐＯ2）に関連付けてもよい又は酸素濃度又は酸素分圧（ｐＯ2）と同一としてもよい。
【００３２】
一側面において、本開示に係わるシステム及び方法は、実験室又は臨床状況におけるりん光寿命測定に用いられてもよい。さらに、臨床創傷評価、移植組織モニタリング、火傷深さ分析、かん流、組織酸化測定及び同様のもの、並びにこれらの組み合わせを含む用途、しかしこれらに限定されない、における寿命ベース測定のために、画像分析アルゴリズム、ソフトウェア又は同様のものを提供してもよい。本開示の実施形態は、酸素及び他の生理学的パラメータの寿命ベース測定のためのキャリブレーション手法をさらに提供してもよい。
【００３３】
次に、図面を参照すると、本開示の実施形態は、図１及び図２に示す被覆材１００などのターゲットを分析するためのシステム、装置又は方法を含んでもよい。被覆材１００は、患者の体の一部の表面などの表面に適用されるカバーリングを含んでもよい。図１及び図２に示す例では、被覆材１００は、対象の前腕１０４上の創傷１０２の上に適用される。被覆材との用語は、軟膏、ガーゼ、固体若しくは液体カバーリング、又は同様のものなどの各種カバーリングを指すことが認識される。本明細書において、被覆材、包帯、カバーリング及び関連する用語は、被覆材として用いられる。被覆材の更なる例は、例えばＥｖａｎｓらによるＷＯ２０１４／０１１７２４に記載されている。
【００３４】
引き続き被覆材１００を参照すると、組織パラメータなどのパラメータの測定は、酸素感受性りん光体分子などの一以上のセンサ素子１０６（図３）を用いて行われる。センサ素子１０６は、創傷１０２などの組織と直接接触していなくともよい。一側面において、センサ素子１０６は、下にある組織と物理的に接触してもよい被覆材１００内に含まれる若しくは区分化される、又はこれらの組み合わせでもよい。組織との受動的又は能動的相互作用に応じて吸収又は発光特性が変化する発色団、けい光体又はりん光体を含む、しかしこれらに限定されない種について、組織パラメータの読み出し及び定量化を行ってもよい。信号は、電磁場の非弾性散乱の変調によって組織内の検体に応答してもよく、そのようなメカニズムは、りん光、けい光発光、吸収及び同様のものを含む。
【００３５】
一側面において、センサ素子１０６の励起状態寿命を変更及び設定することが可能である。分子の励起状態は固有の寿命を有し、この期間中、励起状態は密集することができる。寿命は、分子構造、温度、溶媒和状態、周囲の分子及び化学的相互作用などを含む数々のパラメータに依存してもよい。これらの状態の寿命は、酸素検出などの場合に、センサ要素１０６の展開において重要である。例えば、体内の組織は、光の所定波長へ組織がさらされるとけい光発光するよう、自然のままでけい光性である分子を含んでもよい。これらの発光の信号強度は、いくつかのセンサ素子の発光と同等か又はそれよりも大きくてもよい。センサ素子１０６の発光とけい光を分離するために、けい光発光を生じさせる分子の状態よりも長い放射性励起状態寿命を有するセンサ素子を化学的に作成することが可能である。センサ素子が寿命の長い励起三重項状態を有するように作成された場合、そしてこの三重項状態がりん光を生じさせる場合（図４）、センサ素子の長寿命のりん光とセンサ素子のけい光とを時間的に区別することが可能である。例えば、酸素センサ素子Ｏｘｙｐｈｏｒ  Ｒ２は、最大りん光寿命が約１ミリ秒であり、これは最長組織けい光源よりも一千倍長い寿命である。短い一時的な照明（例えば約５００マイクロ秒長さ）と、より長い寿命（例えば、光パルス後約８００マイクロ秒）で放出された信号を検出するために一時的にゲート又は制御されたカメラ又は検出器とを共に用いることによって、けい光信号を検出することなくりん光だけを選択的に検出することが可能である。
【００３６】
一側面において、センサ素子１０６の感度を変調する、センサ組織１０６の安定性及び有効寿命を向上させる又はその両方の役割を果たす被覆材１００又は他の互換性のあるマトリクス内に一以上のセンサ素子１０６を埋め込む又は絡み合わせてもよい。特定の実施形態において、センサ素子１０６は、発泡体、ヒドロゲル、ポリマーあるいは均一若しくは可変多孔率を有する複数の成分の混合、又は、個々のセンサ素子１０６を囲む不均一／非対称若しくは均一／対称デンドリマ構造若しくは層あるいはこれらの組み合わせを含む。
【００３７】
図５（ａ）及び５（ｂ）を参照すると、酸素感受性りん光体分子を含む材料は、酸素感受性りん光体の周囲の環境にある酸素の濃度に依存する様々なりん光発光信号を提供してもよい。例えば、約２０％のＯ2の存在下での酸素感受性りん光体分子を含む材料（図５（ａ））は、約０％のＯ2の存在下での同じ材料（図５（ｂ））と比べてりん光発光信号が減少する。比色又は信号強度読み出しに関し、より明るい信号（より輝いている外観）は、より大きなりん光発光信号及びより低いＯ2濃度に対応する。比較すると、より薄暗い信号（より暗い外観）は、りん光発光信号の減少及びより高いＯ2濃度に対応する。
【００３８】
次に図６を参照すると、ターゲット１１２を分析するためのシステム１１０は、光源１１４、検出器１１６及びコントローラ１１８を有する。コントローラ１１８は、光源１１４及び検出器１１６と電気通信している。さらに、コントローラ１１８は、一以上の工程又は動作などを実施するために、コントローラ１１８に格納されたプログラムを実行するよう構成されてもよい。コントローラは、カメラ又はハンドヘルド装置の本体内に物理的に含まれる又はカメラ又はハンドヘルド装置の本体と合体されてもよい。一側面において、システム１１０は、図６に示されるように、キーボード及びディスプレイユニットを有するコンピュータなどのインターフェース１２０をさらに含む。インターフェースは、タブレットコンピュータ、スマートフォン又は同様のものでもよい。インターフェース１２０は、光源１１４、検出器１１６及びコントローラ１１８のうちの一以上と電気（有線又はワイヤレス）通信してもよい。さらに、いくつかの実施形態において、光源１１４、検出器１１６、コントローラ１１８及びインターフェース１２０のうちの二以上は、単一のハンドヘルド装置、テーブルトップモジュール又は同様のものに組み込まれてもよい。例えば、ハンドヘルド装置は、大きいペン又はスタイラスに似たものでもよい。この装置は、光源１１４、検出器１１６及びコントローラ１１８、並びにオプションでインターフェース１２０を含んでもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態において、ターゲット１１２は、被覆材１００などの被覆材でもよい。したがって、ターゲット１１２は、酸素感受性りん光体分子などの一以上のセンサ素子１０６を含んでもよい。システム１００は、分析のためにターゲット１１２を収容又は位置決めするスタンド又は支持体１２２を含んでもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、ターゲット１１２は、別の表面又は位置に位置決め又は配置されてもよい。例えば、ターゲット１１２は、図１に示すように、対象又は患者の組織又は創傷に適用された被覆材でもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態では、システム１００は、単一の光源１１４又は複数の（即ち二以上の）光源１１４を含んでもよい。複数の光源１１４の場合、光源１１４は単一の装置又はハウジング内に組み込まれてもよく、あるいは、光源１１４は図６に示すように分離した装置として設けられてもよい。一側面では、光源１１４は電子閃光装置でもよい。別の側面では、光源１１４は、一以上のバンドパスフィルタ、ポラライザ若しくは同様のものを含む又はこれらを備えてもよい。例えば、特定の波長又はバンドの光を選択的に放出するよう光源を制御するために、バンドパスフィルタを設けてもよい。バンドパスフィルタ又は光源（例えば放射源）の他の特性は、ターゲット１１２、酸素感受性りん光体、リファレンス染料及び同様のもの又はこれらの組み合わせに応じて選択してもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、システム１００は、単一の検出器１１６又は複数の検出器１１６を含んでもよい。一例では、検出器は、広視野カメラ、光の所定の波長又はバンド（例えば、赤外、近赤外、可視、紫外など）を検出するよう構成されたＣＭＯＳカメラ、ＣＣＤカメラ又は同様のものなどのカメラでもよい。検出器１１６は、ターゲット１１２から放出された信号を収集するために、一以上のレンズ、ミラー、フィルタ及び同様のものをさらに含んでもよい。例えば、検出器１１６は、異なる色チャンネル画像を捉えるために一以上のバンドパスフィルタを含んでもよい。一側面では、システム１１０は、異なるフィルタを手動又は自動で切り替えるためのメカニズムを含んでもよい。別の側面では、カメラ又は他の検出器は独立した色チャンネルを含んでもよく、これにより一以上のフィルタの使用を不要にすることができる。
【００４２】
引き続き図６を参照すると、光源１１４及び検出器１１６は、コントローラ１１８と通信するとともにコントローラ１１８によって制御されてもよい。一例では、コントローラ１１８はデジタル遅延又はパルス発生器である。コントローラ１１８は、ターゲット１１２を照らす又は励起するために、光源１１４からの光のパルス又は閃光パルスの放出を生じさせるためにコントローラ１１８内に格納された一以上のプログラムを含んでもよい。さらに、コントローラ１１８は、ターゲット１１２から画像又は他の信号が取得できるよう、カメラのシャッターの開き動作又は検出器の他の機能を作動させるためにコントローラ１１８内に格納された一以上のプログラムを含んでもよい。一側面において、コントローラ１１８は、光源１１４が作動された後の所定の時間ポイントにおいて検出器１１６を作動させてもよい。検出器１１６によって取得された信号データ又は画像は、インターフェース１２０によって受信されてもよい。インターフェース１２０は、計算の実行、データの分析、画像解析の実行、プロット、グラフ、レポートなどの作成、及びこれらの組み合わせを行うよう、さらに構成されていてもよい。
【００４３】
一例において、コントローラ１１８は、ターゲット１１２を照らすための光のパルスを放出するよう光源１１４を作動させるために、コントローラ１１８内に格納されたプログラムを実行するよう構成されてもよい。光のパルスは、予め定められた又は任意のパルス持続期間を有してもよい。プログラムは、検出又は取得時間の間のターゲット１１２からの信号の検出を開始するために、光のパルスの放出の後の遅延時間の後に検出器１１６をさらに作動させてもよい。励起−検出サイクル（ＥＤＣ）は、コントローラ１１８により実行される光源１１４のトリガ及び検出器１１６の作動のプログラム工程の組み合わせを含んでもよい。図７を参照すると、ＥＤＣは、図示するように矩形形状の光のパルス又は閃光パルスを含んでもよい。しかしながら、他のパルス形状を用いてもよい。一例では、光のパルスは、パルス寿命、パルス持続期間又はパルス幅が５００マイクロ秒（μｓ）でもよい。図７において縦方向の矢印で示すように、検出器の作動は、光のパルスが発生させられる前、その間又はその後の何れの時間に開始してもよい。ターゲット１１２が光のパルスによる励起に応答してけい光及びりん光信号の両方を放出する場合、検出器１１６は、図８（ａ）及び８（ｂ）に示される例で説明されるように、検出器がいつ作動されるかによって、けい光信号とりん光信号のうちいずれか又は両方を検出してもよい。一側面において、図８（ａ）のテガダーム（登録商標）フィルムの下の皮膚組織は、光のパルスのトリガ後の遅延がない場合に作動された時に検出器１１６によって取得され得るけい光信号を放出する。しかしながら、光源１１４のトリガと検出器１１６の作動との間に遅延がある場合、図８（ｂ）に示されるように、皮膚組織（ターゲット１１２）からのけい光信号は避けられてりん光信号のみが観測される。
【００４４】
いくつかの実施形態において、プログラムは、複数のＥＤＣｓを実行する工程又は動作を含んでもよい。例えば、プログラムは、光源１１４をトリガする（光源の作動を引き起こす）工程及び検出器１１６を作動させる工程を少なくとも一度繰り返してもよい。さらに、各ＥＤＣについて、プログラムは、パルス持続期間、遅延時間、検出時間又はこれらの組み合わせを変えることができる。別の例では、コントローラは、さらに、第一のＥＤＣの出力に基づき、ターゲット１１２から限界信号(threshold signal)を取得するための繰り返しの数を算出するよう、コントローラ内に格納されたプログラムを実行するように構成されてもよい。算出された繰り返しの数に基づき、プログラム又はコントローラは、算出された数、これを含む、まで、ＥＤＣｓをさらに実行してもよい。あるいは（又は追加で）、ＥＤＣｓは、ターゲット１１２からの限界信号が達成されるまで実行されてもよい。一側面において、システム及び方法は、少なくとも１のＥＤＣを含んでもよい。一側面において、システム及び方法は、約１００より少ないＥＤＣｓを含んでもよい。さらに別の側面において、システム及び方法は、約１から約２０の間のＥＤＣｓを含んでもよい。さらなる側面において、システム及び方法は、約２から約１０のＥＤＣｓを含んでもよい。
【００４５】
一側面において、限界信号は、ターゲット１１２の特性の正確な測定を達成するために必要とされる信号でもよい。酸素感受性りん光体分子を含む被覆材からのりん光発光信号を測定する場合、限界信号は、ターゲット１１２上の一以上の点又は検出器１１６によって取得された画像内の画素についてのりん光減衰寿命の正確な測定を達成するのに必要とされる総合又は平均信号でもよい。特に、システム１００は、りん光強度などの周知の手法や本開示に基づく手法を含むさまざまな手法を用いてキャリブレートすることができる。
【００４６】
次に図９〜１８を参照すると、検出層１３２及びバリア層１３４を含む被覆材１３０の例が示される。検出層１３２は、酸素感受性りん光体及び酸素非感受性けい光体をリファレンスとして含んでもよい。検出層１３２は、けい光体のキャリアとしてのポリマーマトリクス材をさらに含んでもよい。一側面において、検出層１３２は、組織１３６に、液体又は液体スプレーの形で塗布又は適用されてもよい。組織は、正常又は健康な皮膚領域、治癒領域及び創傷領域などの一以上の領域を含んでもよい。その後、検出層１３２は乾燥又は硬化されてもよい。バリア層１３４は、オプションで透明な材料でもよい。バリア層１３４は、検出層１３２と併用されてもよく、又は順次適用されてもよい。図１０に示されるように、被覆材１３０は、信号（Ｒ）対リファレンス（Ｇ）比を決定する、即ち組織−被覆材システムが平衡に近づくにつれての経時的な酸素濃度を決定するために、周知の方法又は本開示に基づく方法を用いて分析されてもよい。
【００４７】
図１１及び１２を参照すると、りん光信号に基づいて酸素濃度を決定するための周知の方法の一つは、強度測定に基づいている。一側面において、酸素感受性りん光体からの信号（Ｒ又は赤信号）を、リファレンスりん光体からの信号（Ｇ又は緑信号）と比較してもよい。キャリブレーション曲線は、周知の酸素濃度又は分圧（ｐＯ2）におけるＲ／Ｇ比をプロットすることによって構成されてもよい。一側面では、りん光発光の強度（Ｉ）は、式１（図１２）に示されるシュテルン−フォルマーの関係によってｐＯ2に関連付けられてもよい。
【数１】
0006612240.tif 000002
ここで、Ｉ0はＯ2が０％（即ち消光剤なし）での強度、Ｋqは定数（消光剤速度係数）である。式１を逆強度について書き換えると、シュテルン−フォルマーの関係は式２で与えられる。
【数２】
0006612240.tif 000003
これにより、ｐＯ2に対する線形関係が得られる（図１１）。次に図１３〜１６を参照すると、本開示に基づいてｐＯ2を計算するための方法は、りん光減衰又は寿命アプローチを用いてもよい。
【００４８】
図１３を参照すると、パルス又は閃光持続期間（τF）を有する光のパルスについて、対応するりん光減衰寿命（τP）は、以下の式３によって、瞬間的りん光強度（ＩP）に関連付けられる。
【数３】
0006612240.tif 000004
ここで、ｔは、ｔ＝０での光のパルスに関する測定時間である。有限のパルス幅（τF）を有する光のパルス（閃光励起）について、瞬間的りん光強度は以下の式４で与えられる。
【数４】
0006612240.tif 000005
ここで、０≦χ≦τFであり、χは光のパルスの持続期間である。一側面において、式３及び式４は、励起後のりん光減衰の全体の形状を表す。
【００４９】
次に図１４を参照すると、パルス持続期間に等しい又はこれよりも小さい時間についての時間の関数としてのりん光強度は、以下の式５で与えられる。
【数５】
0006612240.tif 000006
ここでｔ≦τFである。しかしながら、パルス持続期間よりも大きい時間についての時間の関数としてのりん光については、以下の式６で与えられる。
【数６】
0006612240.tif 000007
ここでｔ＞τFである。図１４に示されるように、例示的なパルス持続期間τF＝５００μｓ及び推定りん光減衰寿命τP＝８００μｓについて、強度（ｙ軸）は鋭く増加し、その後、上式に基づいて減衰する。式５を外から無限の時間にわたって(for time out to infinity)積分すると（検出器が連続的に開いている場合）、式７が得られる。
【数７】
0006612240.tif 000008
ここで、ｔ≦τFである。同様に、式６を積分すると式８が得られる。
【数８】
0006612240.tif 000009
ここで、ｔ＞τFである。検出器が作動された時点によってｔ＝０が定義されるときの理論的りん光減衰挙動（図１５）（例えば、光のパルスの後の遅延の後）が、実験的に取得されたデータ（図１６）と高い相関があると断定された。
【００５０】
光のパルスの後の時間のみを考慮すると（例えばｔ＞τF）、りん光寿命データの指数関数（図１７）又は線形（図１８）フィッティングの何れかを可能とするために、式８を再アレンジしてもよい。測定データの指数関数フィッティング（ｙ＝Ａ＋Ｂｅ-xの形式）は、以下の式９に示される。
【数９】
0006612240.tif 000010
ここで、ＩBは背景強度であり、Ｉ0'は式１０によって与えられる。
【数１０】
0006612240.tif 000011
線形フィッティングは、式１１を与えるために再アレンジすることで達成することができる。
【数１１】
0006612240.tif 000012
【００５１】
次に図１９（ａ）〜１９（ｄ）を参照すると、本開示に基づく方法の例示的な実施と、強度ベースの方法との比較によって、本発明の方法が周知の方法と同等の結果をもたらすことが示された。特に、本発明の方法を用いて取得された画像（図１９（ｃ）及び１９（ｄ））によって、図１９（ａ）及び１９（ｂ）のような正確な画素あたりのりん光寿命が提供された。
【００５２】
本発明の方法のさらなる適用例が、図２０（ａ）〜２５（ｄ）に示される。例えば、図２０（ａ）〜２２（ｃ）には、本開示に係わる方法の実施形態が、火傷した及び火傷していない組織に適用された酸素感受性創傷被覆材についての酸素化に関連したデータを提供することを示す。一側面において、当該データは、経時的な組織酸素化の理解に使用される。当該データは、酸素消費量データ、ｐＯ２データ又は同様のものを含んでもよい。別の側面において、図２３（ａ）〜２５（ｄ）は、本開示が、全層又は部分層植皮に適用された酸素感受性創傷被覆材についての酸素化に関連したデータを提供することを示す。
【００５３】
次に図２６を参照すると、本開示に係わる方法２００は、被覆材、バンデージ又は他の検出システムを含んでもよいターゲットを準備する工程２０２を含む。工程２０２は、組織又は他の表面に適用するために酸素感受性りん光体とマトリクス材とを混合することを含んでもよく、被覆材の適用は、組織又は他の表面へのセンサ素子、又は適用された被覆材の洗浄又は平衡化などを含む。したがって、工程２０２は、後続の本開示に係わるシステムの実施形態を用いる分析のためのターゲットの任意の適切な準備又は適用などを含んでもよい。
【００５４】
方法２００の工程２０４において、ユーザ又はオペレータは、検出システムを起動させてもよい。一側面において、検出システムは図６に示すシステム１００と類似又は同じでもよい。システムの起動は、電源オン、平衡化、接続、又は被覆材若しくは他のターゲットの分析のためにシステムを使用可能な状態にすることを含む。方法２００は、コントローラパラメータを設定する工程２０６をさらに含む。工程２０６は、システムのオペレータにより手動で実施されてもよく、あるいはシステム自体によって自動で実施されてもよい。一側面において、ユーザは、システムがコントロールパラメータを設定すべきであることを示すためにシステムとインターフェースをとってもよい。別の側面において、ユーザに、パラメータのリスト又は範囲から入力又は選択するためのプロンプトが与えられてもよい。さらに別の側面において、システムは、工場又はユーザ指定パラメータなどに基づく検出状態又は環境特性（例えば、外部光強度、温度、湿度又は同様のもの）に基づいて、コントローラパラメータを自動で設定してもよい。コントローラパラメータは、パルス持続期間、遅延時間、検出時間、閾値又は他の適切なパラメータを含んでもよい。
【００５５】
方法２００の工程２０８において、ユーザ、システム又はコントローラは、光源を作動させるために、コントローラ内に格納されたプログラムを実行してもよい。光源は、ターゲットを照らすために、第一の光のパルスを放出するためにトリガされてもよい。第一の光のパルスはパルス持続期間を有してもよい。一側面において、パルス持続期間は、少なくとも約１μｓでもよい。別の側面においては、パルス持続期間は約１秒より短くてもよい。特定の実施形態においては、パルス持続期間は約１００μｓから約９００μｓの間でもよい。
【００５６】
方法２００は、検出器を作動させることを含む工程２１０をさらに含んでもよい。ユーザ、システム又はコントローラは、検出器を作動させるために、コントローラ内に格納されたプログラムを実行してもよい。さらに、検出器は、ターゲットからの信号を検出時間の間検出することを開始するために、工程２０８での光のパルスの放出の後の遅延時間の後に作動されてもよい。一側面において、遅延時間は約１μｓから約１分の間でもよい。別の側面において、遅延時間は少なくとも約１μｓでもよい。さらに別の側面において、遅延時間は約１秒より短くてもよい。特定の実施形態において、遅延時間を省略してもよい（即ち、遅延時間はゼロである）。一側面において、検出時間は約１μｓから約１分の間でもよい。別の側面において、検出時間は少なくとも約１μｓでもよい。さらに別の側面において、検出時間は約１秒より短くてもよい。特定の実施形態において、検出時間は約１０μｓから約９００μｓの間でもよい。
【００５７】
方法２００の工程２１２において、システムは現行値(current value)を計算してもよい。一側面において、現行値は、総合若しくは平均値、標準誤差若しくは偏差、又は取得されたデータの別の質若しくは量（例えば、信号強度）でもよい。別の側面において、現行値について限界信号を参照してもよい。上述のように、限界信号は、例えば、所定の目的を達成するために実行される取得サイクル又はＥＤＣｓの数に関係付けられてもよい。一例では、少なくとも工程２０８及び工程２１０を含む第一ＥＤＣを実行した後、システムは現行値を計算してもよい。別の例では、システムは、現行値を提供するために、前回のＥＤＣｓの各々から取得されたそのデータを平均化又は総合してもよい。特に、方法２００は任意の数のＥＤＣｓを含んでもよい。例えば、方法２００は、約１から約２０のＥＤＣｓを含んでもよい。方法２００の工程２１４において、現行値を限界信号と比較してもよい。現行値が閾値より小さい場合、方法は工程２０６に進む。一例において、少なくとも工程２０８及び工程２１０を含む第一取得サイクルを実行した後、システムは、約１０の取得サイクルの後に限界信号が達成されるよう、計算を行ってもよい。別の例では、閾値又はサイクル数は、ユーザによって特定されてもよく、あるいは別の入力に基づいて決定されてもよい。したがって、いくつかの実施形態においては、工程２１４を省略し、方法２００を、算出されたサイクルの数に基づいて工程２０６から工程２１２までを単純に実行するようにしてもよい。
【００５８】
工程２１４で限界信号が達成された場合（例えば現行値が限界信号以上のとき）、方法２００は工程２１６に進む。工程２１６において、結果、データ、画像又は他の情報が、システムの部品又は外部部品によって受信可能な出力として、提供される。例えば、結果は、ハードドライブ又はフラッシュメモリデバイス又はデスクトップコンピュータ、タブレット若しくは他の計算装置などの処理ユニットなどのメモリユニットによって、受信可能である。別の例では、システムは、一以上のプロセッサ、ソフトウェアプログラム、又は結果をインターフェース、ディスプレイ又は同様のものに提供するための他の分析部品を含んでもよい。特に、方法２００は、同時収集及びデータ出力を含んでもよい。他のバリエーションもまた方法２００の範囲に含まれる。
【００５９】
図２６に示される概略的なフローチャートは、概して論理的フローチャート図として示される。したがって、描写された順序及び示された工程は本発明の方法の一実施形態を示す。示された一以上の工程又はその部分と同等の機能、論理又は効果を有する他の工程及び方法が考えられてもよい。さらに、図２６で採用されたフォーマット及び記号は、方法の論理的工程を説明するためのものであって、方法の範囲を限定するものではない。様々な種類の矢印及び線を採用してもよいが、これらは対応する方法の範囲を限定するものではない。実際、いくつかの矢印又は他の接続線は、単に方法の論理フローを示すために用いられている。例えば、矢印は、示された方法の列挙された工程間の不特定の持続期間の待ち期間又はモニタリング期間を示してもよい。したがって、特定の方法が起こる順序は、示された対応する工程の順序に厳密に忠実であってもなくてもよい。
【００６０】
本発明は、本明細書において一以上の好ましい実施形態に基づき記載され、明確に記載されたもの以外にも、多くの同等のもの、代替のもの、バリエーション及び修正が可能であるとともに本発明の範囲内である。
【００６１】
本出願において示された各参考文献の内容は全てここに引用することにより盛り込まれているものとする。
【００６２】
本発明のコンセプトが特定の実施形態を参照して記載されたが、本発明のコンセプトの範囲を逸脱せずにこれらの実施形態に対して様々な入替及び／又は他の代替を行ってもよいことは当業者に明らかである。したがって、上述の記載は例示的なものであり、本発明のコンセプトの範囲を限定するものではない。
【００６３】
本明細書において数々の例が記載されるにも関わらず、様々な修正が加えられてもよいことは明らかである。例えば、記載した技法を異なる順序で実施した場合、並びに／又は記載したシステム、構造、装置若しくは回路における部品が異なる形で組み合わされた及び／あるいは他の若しくは同等の部品で差し替え若しくは補充された場合には、適切な結果が達成されてもよい。したがって、他の実施もまた本発明のコンセプトの範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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