(57)【要約】  胆道系における結石の検出のためのシステムおよび方法が開示される。システムは、照射源、第１の組の照射光子および第２の組の照射光子をフィルタリングする１つ以上のフィルタ、ならびに関連するプロセッサおよび検出器を含む。このシステムはまた、画像データセットを生成し、結石の位置に関する情報を生成するように設計されている。
2021533907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結石と周囲組織とを識別するためのイメージングシステムにおいて、
照射光子を生成するように構成された照射源と、
第１の複数の照射光子をフィルタリングし、第１の多通過帯域波長を含む第１の複数のフィルタリングされた光子と、第２の多通過帯域波長を含む第２の複数のフィルタリングされた光子と、を生成するように構成された、１つ以上のフィルタであって、サンプルが前記第１の複数のフィルタリングされた光子を照射されて、第１の複数の相互作用光子および第２の複数の相互作用光子を生成する、１つ以上のフィルタと、
第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出し、１つ以上の画像データセットを生成するように構成された１つ以上の検出器と、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成するプロセッサと、
を含む、イメージングシステム。
【請求項２】
周囲組織に対する結石の位置に関する前記情報が視覚画像である、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項３】
前記プロセッサが、前記視覚画像内の前記結石に対応する領域をカラー化し、それによって、前記結石と前記周囲組織との視覚コントラストを増大させる、請求項２に記載のイメージングシステム。
【請求項４】
前記イメージングシステムが内視鏡である、請求項１に記載のイメージングシステム。
【請求項５】
結石と周囲組織とを識別するためのイメージングシステムにおいて、
結石および周囲組織を照射し、それによって相互作用光子を生成するように構成された照射源と、
第１の複数の前記相互作用光子のうちの１つ以上をフィルタリングし、第１の多通過帯域波長を伝送し、第２の複数の相互作用光子をフィルタリングし、第２の多通過帯域波長を伝送するように構成された、１つ以上のフィルタと、
前記第１の多通過帯域波長および前記第２の多通過帯域波長を検出し、前記第１の通過帯域波長および前記第２の通過帯域波長の１つ以上の画像データセットを生成するように構成された１つ以上の検出器と、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成するプロセッサと、
を含む、イメージングシステム。
【請求項６】
周囲組織に対する結石の位置に関する前記情報が視覚画像である、請求項５に記載のイメージングシステム。
【請求項７】
前記プロセッサが、前記視覚画像内の前記結石に対応する領域をカラー化し、それによって、前記結石と前記周囲組織との視覚コントラストを増大させる、請求項６に記載のイメージングシステム。
【請求項８】
前記イメージングシステムが内視鏡である、請求項５に記載のイメージングシステム。
【請求項９】
結石と周囲組織とを識別するためのイメージングシステムであって、
第１の複数の相互作用光子を生成するための第１の波長を有する第１の複数の照射光子および第２の複数の相互作用光子を生成するための第２の波長を有する第２の複数の照射光子のうちの１つ以上を、結石および周囲組織に照射するように構成された照射源と、
前記第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出し、１つ以上の画像データセットを生成するように構成された１つ以上の検出器と、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成するプロセッサと、
を含む、イメージングシステム。
【請求項１０】
周囲組織に対する結石の位置に関する前記情報が視覚画像である、請求項９に記載のイメージングシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記視覚画像内の前記結石に対応する領域をカラー化し、それによって、前記結石と前記周囲組織との視覚コントラストを増大させる、請求項１０に記載のイメージングシステム。
【請求項１２】
前記イメージングシステムが内視鏡である、請求項９に記載のイメージングシステム。
【請求項１３】
結石と周囲組織とを識別する方法において、
照射光子を生成することと、
第１の複数の照射光子をフィルタリングして、第１の多通過帯域波長を含む第１の複数のフィルタリングされた光子と、第２の多通過帯域波長を含む第２の複数のフィルタリングされた光子と、を生成することであって、サンプルが、前記第１の複数のフィルタリングされた光子を照射されて、第１の複数の相互作用光子および第２の複数の相互作用光子を生成する、ことと、
第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出し、１つ以上の画像データセットを生成することと、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成することと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記方法が、手術中に行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
結石と周囲組織とを識別する方法において、
結石および周囲組織を照射し、それによって相互作用光子を生成することと、
第１の複数の前記相互作用光子のうちの１つ以上をフィルタリングし、第１の多通過帯域波長を伝送し、第２の複数の相互作用光子をフィルタリングし、第２の多通過帯域波長を伝送することと、
前記第１の多通過帯域波長および前記第２の多通過帯域波長を検出し、前記第１の通過帯域波長および前記第２の通過帯域波長の１つ以上の画像データセットを生成することと、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記方法が、手術中に行われる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
結石と周囲組織とを識別する方法において、
第１の複数の相互作用光子を生成するための第１の波長を有する第１の複数の照射光子および第２の複数の相互作用光子を生成するための第２の波長を有する第２の複数の照射光子のうちの１つ以上を、結石および周囲組織に照射することと、
前記第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出して、１つ以上の画像データセットを生成することと、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成することと、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記方法が、手術中に行われる、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本出願は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年８月１７日出願の、「ＤＩＳＣＲＩＭＩＮＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＡＬＣＵＬＩ  ＡＮＤ  ＴＩＳＳＵＥＳ  ＷＩＴＨ  ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ」と題する米国仮特許出願第６２／７１９，４６２号の優先権を主張する。
【０００２】
〔背景〕
ヒトまたは動物の体内に結石または石が存在することは、不快感、場合によっては著しい疼痛を引き起こす一般的な医学的状態である。結石は、尿路系、胆嚢および関連する胆道系、唾液腺、胃腸管、涙道を含む、体液が輸送または排泄される身体の様々な部位で形成される。これらの中で、胆嚢および関連する胆道系における結石は一般的であり、治療に関する難題を提起する。米国では、成人人口の約１０〜１５％が胆道系に結石を有し、毎年約１００万例が発症する。胆石症は米国で最も費用のかかる消化器疾患であり、推定年間費用は５０億ドルである。米国では約２０００万人に胆石がみられ、毎年、１００万人超が入院し、７０万件の手術が行われている。胆石は男性の約６．５％、女性の約１０．５％にみられ、胆石の有病率は年齢とともに上昇する。
【０００３】
胆嚢および関連する胆道系で形成される結石は、患者の食事、遺伝、および他の因子に応じて様々な物質から形成される。典型的には、この化合物には、肝臓から排出されて胆汁を形成する、コレステロール、胆汁酸塩、およびビリルビンが含まれる。１つまたは複数の結石が胆管をふさぐほど大きくなると、著しい疼痛が生じる。この問題が持続し、重篤な場合、従来の一般的な治療は腹腔鏡下胆嚢摘出術であり、これは、カメラを用いて腹部の小さな切開部を介して胆嚢を外科的に除去するものである。この技術はテクノロジーの進歩により改善されてきたが、依然として困難であり、ときに低侵襲の腹腔鏡下処置から、さらに侵襲的な開腹外科処置への「転換」をもたらす。胆嚢の非可視化、胆嚢の炎症、膵周囲液、複数の結石の存在、肝硬変、腹腔内癒着、および管異常（ductal anomalies）に起因して、問題が起こる。他の系からの結石の除去も合併症を引き起こす。例えば、唾液腺結石を除去すると、意図しない顔面神経の損傷が起こることがある。
【０００４】
結石の位置を特定して除去するのに使用される技術も問題を引き起こす。内視鏡的逆行性胆道膵管造影（ＥＲＣＰ）などの放射線学的検査は、胆道系における結石の位置を特定するのに一般的に使用されるが、侵襲的で時間がかかり、造影剤（contrast-enhancing agents）の使用を必要とする。造影剤はしばしば患者に不快感を与え、有毒となるかまたはアレルギー反応を引き起こすことさえある。膵炎、出血、穿孔、感染などの合併症が起こり得る。磁気共鳴胆道膵管撮影（ＭＲＣＰ）などの検査は関心を集めているが、侵襲性は低いものの、依然として高価で時間がかかり、造影剤の使用を必要とする。
【０００５】
したがって、手術中に、造影剤を使用することなく、体内の重要な解剖学的構造および結石をリアルタイムで検出するためのシステムおよび方法に対する必要性が存在する。このようなシステムおよび方法により、外科医は、組織、脂肪、血液、またはこれらの組み合わせによって覆われている場合などに、別の状況では位置を特定することが困難である、重要な解剖学的構造および結石を検出することができ、よって、外科的合併症ならびに追加の手術および処置の必要性が減少する。
【０００６】
〔概要〕
本開示は、医療用イメージングシステムについて説明する。医療用イメージングシステムは、内視鏡と共に使用することができる。一般に、医療用イメージングシステムは、照射光子を生成するように構成された照射源を含む。照射光子は、第１の複数の照射光子をフィルタリングし、第１の通過帯域波長を含む第１の複数のフィルタリングされた光子と、第２の通過帯域波長を含む第２の複数のフィルタリングされた光子と、を生成するように構成された、１つ以上のフィルタに伝送される。次いで、サンプルは、第１の複数のフィルタリングされた光子および第２の複数のフィルタリングされた光子を照射され、第１の複数の相互作用光子および第２の複数の相互作用光子をそれぞれ生成する。１つ以上の検出器は、第１の複数の相互作用光子および第２の複数の相互作用光子を検出し、１つ以上の画像データセットを生成するように構成される。
【０００７】
別の実施形態では、イメージングシステムは、サンプルを照射し、相互作用光子を生成するように構成された照射源を含む。１つ以上のフィルタは、第１の複数の相互作用光子のうちの１つ以上をフィルタリングし、第１の通過帯域波長を伝送し、かつ第２の複数の相互作用光子をフィルタリングし、第２の通過帯域波長を伝送するように構成される。第１および第２の通過帯域波長は、第１の通過帯域波長および第２の通過帯域波長を検出し、かつ１つ以上の画像データセットを生成するように構成された、１つ以上の検出器に伝送される。
【０００８】
さらに別の実施形態では、イメージングシステムは、第１の複数の相互作用光子を生成するための第１の波長を有する第１の複数の照射光子および第２の複数の相互作用光子を生成するための第２の波長を有する第２の複数の照射光子のうちの１つ以上を用いてサンプルを照射するように構成された照射源を特徴とする。１つ以上の検出器が、第１の複数の相互作用光子および第２の複数の相互作用光子を検出して、１つ以上の画像データセットを生成するように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本開示は、Ｔｒｅａｄｏらの、２０１６年１２月９日に特許出願第１５／３７４，７６９号として出願され、「ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＥＮＤＯＳＣＯＰＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ」と題され、ペンシルベニア州ピッツバーグのＣｈｅｍＩｍａｇｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡されており、全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１８／０１１６４９４号のイメージングシステムを使用する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による二重偏光構成における複数のコンフォーマルフィルタを有するイメージングシステムを含む内視鏡を示す。
【図１Ａ】図１の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図１Ｂ】一実施形態によるＣＣＤ検出器と共にパターン化されたコンフォーマルフィルタ構成を示す。
【図２】一実施形態による複数の多変量光学素子（ＭＯＥ）フィルタを有するイメージングシステムを含む内視鏡を示す。
【図２Ａ】図２の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図２Ｂ】図２の実施形態による内視鏡の遠位端部の断面図である。
【図３】一実施形態によるコンフォーマルフィルタを有するイメージングシステムを含む内視鏡を示す。
【図３Ａ】図３の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図４】一実施形態による照射源変調（source illumination modulation）のための二重偏光構成における複数のコンフォーマルフィルタを有するイメージングシステムを含む内視鏡を示す。
【図４Ａ】図４の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図４Ｂ】図４の実施形態による内視鏡の代替実施形態の端面図である。
【図５】一実施形態による音響光学フィルタを有するイメージングシステムを含む内視鏡を示す。
【図５Ａ】図５の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図６】一実施形態によるＭＯＥフィルタホイールを有するイメージングシステムを含む内視鏡を示す。
【図６Ａ】図６の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図７】一実施形態によるパターン化エタロンフィルタ構造を有するイメージングシステムを含む内視鏡を示す。
【図８】飼育ブタから取り出された胆道系の注釈付き写真である。
【図９Ａ】スコア画像およびＲＧＢ画像である２つの画像と、飼育ブタから取り出された胆道系の胆嚢によって覆われた結石のオーバーレイ検出とを含む。
【図９Ｂ】スコア画像およびＲＧＢ画像である２つの画像と、飼育ブタから取り出された胆道系の胆嚢管によって覆われた結石のオーバーレイ検出とを含む。
【図９Ｃ】スコア画像およびＲＧＢ画像である２つの画像と、飼育ブタから取り出された胆道系の総胆管によって覆われた結石のオーバーレイ検出とを含む。
【図９Ｄ】スコア画像およびＲＧＢ画像である２つの画像と、飼育ブタから取り出された胆道系の膵臓によって覆われた結石のオーバーレイ検出とを含む。
【図１０】一貫したケーススコア９７０／８００を有する結果についての曲線下面積（ＡＵＣ）および信号対雑音比（ＳＮＲ）対ミリメートル単位の遮蔽厚のプロットであり、胆嚢、胆嚢管、総胆管、および膵臓によって覆われた結石についてプロットされたものである。
【図１１Ａ】総胆管と周囲組織とを識別するための実験中に使用されるサンプルの赤緑青（ＲＧＢ）画像である。
【図１１Ｂ】周囲組織からの総胆管のスコア画像である。
【図１１Ｃ】総胆管のＲＧＢ画像上にオーバーレイされた、総胆管の検出である。
【００１１】
〔詳細説明〕
本開示は、様々な医療処置において外科医を補助することができる手術中医療用イメージングシステムを特徴とする。本明細書に開示されるシステムは、スタンドアロン装置としての使用に適しているか、またはロボットプラットフォームなどの他の医療用イメージング装置に組み込むことができる。一実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、内視鏡と共に使用することができる。本明細書に開示される医療用イメージングシステムは、外科的、内視鏡的、診断的処置の間に、結石（石）または胆管および／または他の重要な解剖学的構造もしくは他の近傍組織のリアルタイムおよび／またはほぼリアルタイムの検出を提供することができる。一般に、本明細書に開示されるシステムは、生物学的サンプルを照射し、サンプルと相互作用した光子を収集し、相互作用光子を検出してサンプルの画像データセットを生成し、画像データセットを分析する。相互作用光子は、サンプルによって吸収された光子、サンプルによって反射された光子、サンプルによって散乱された光子、およびサンプルによって放出された光子のうちの１つ以上を含み得る。一実施形態では、医療用イメージングシステムは、多変量イメージングを提供する。多変量イメージングは、第１の画像データセット（Ｔ１）および第２の画像データセット（Ｔ２）に対応する２つ以上の波長を生成することを特徴とする。これらの第１および第２の画像データセットは、光学的計算を用いて分析することができる。多変量イメージングは、画像コントラストを高め、標的と背景との識別を高める。特定の実施形態では、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットは、ハイパースペクトル画像データを特徴とする。別の実施形態では、医療用イメージングシステムは、＞１０Ｈｚ（フレーム／秒）のイメージングフレームレートを特徴とする。
【００１２】
本明細書に開示されるシステムは、結石、組織、器官、解剖学的構造、生理系、細胞、血液、脂肪、神経、筋肉などの様々な生物学的サンプルに使用することができる。特定の実施形態では、システムを身体の様々な領域で使用することができ、これは、本開示を考慮すると当業者には明らかであろう。例えば、システムは、胆嚢および関連する胆道系、泌尿器系、消化管、口腔および唾液腺、涙道などを調査し、かつ／またはその手術を行うために使用され得る。このような適用において、システムは、食道、胃、十二指腸、小腸、大腸／結腸、胆管、直腸、肛門等のいずれにおいても使用することができる。システムは、鼻、副鼻腔および下気道を含むがこれらに限定されない気道の構造においてさらに使用され得る。他の実施形態において、本明細書に開示されるシステムは、膀胱、尿管、腎臓などの尿路を含む構造を調査し、かつ／またはその手術を行うために使用され得る。さらに他の実施形態では、システムは、子宮頸部、子宮、卵管などの女性生殖系を含む構造において使用され得る。さらに、このシステムは、羊膜および胎児を調査し、かつ／またはその医療処置を行うなど、妊娠中に実施される医療処置において使用され得る。別の実施形態では、本明細書に記載されるシステムは、手、膝、肘、肩、硬膜外腔を含む脊椎、滑液包、筋肉、靱帯、結合組織などの構造を含む、筋骨格系、すなわち整形外科学に関わる構造を調査し、かつ／またはその手術を行うために使用され得る。
【００１３】
さらに、このシステムは、２つ以上の異なる生物学的サンプルを識別するように構成され得る。例えば、本明細書に開示されるシステムは、結石と、胆嚢、胆管、肝臓、膵臓、および胆道系の他の構成要素の周囲組織とを識別するように構成され得る。他の実施形態では、システムは、結石と、膀胱、尿管、腎臓、および尿路の他の構成要素とを識別するように構成される。他の実施形態では、システムは、結石と口腔内の組織とを識別するように構成される。他の実施形態では、システムは、結石と循環系の組織とを識別するように構成される。他の実施形態では、システムは、異なる種類の組織、例えば、管と周囲組織とを識別するように構成される。
【００１４】
本明細書に開示されるように、本開示のシステムは、体内の組織に照明を提供する。このような照明は、波長および組織型に応じて、数センチメートルまで生物学的サンプルを透過し得ることが知られている。したがって、このような照明の透過は、解剖学的構造内に含まれる体液のイメージングを可能にする。これは、胆管、尿管、膀胱、腎臓、および類似の構造などの身体の器官または他の組織内に含まれ得る結石の検出に特に有用である。
【００１５】
上述したように、Ｘ線または磁気共鳴に基づく先行技術のイメージング技術に適した造影剤は、好ましくないか、毒性があるか、またはアレルギー反応を引き起こすことが多い。したがって、本開示のいくつかの実施形態は、造影剤の使用を完全に省略するものとして企図され、すなわち、システムは、造影剤を使用せずに動作し、方法は、造影剤を加えるいかなるステップも省略する。
【００１６】
しかしながら、他の実施形態では、造影剤を含むことが望まれる場合がある。これらの実施形態では、造影剤は、１つ以上の染料または色素を含み得る。１種類の染料または色素のみを使用する場合は、処置は染色と呼ばれる。多重染色は、複数の染料または色素の使用を含む。本明細書中で使用される場合、「染料」または「色素」は、生物学的サンプル中の物質に結合して色を誘導することができる任意の化学的または生物学的化合物であり、癌組織または器官などの特定の組織型に対して特異的親和性を有する抗体または抗体様分子に結合した色素を含み得る。例えば、染料または色素は、本明細書に記載のシステムを用いて観察した場合、特定の細胞または生化学的構造（例えば、細胞膜、細胞小器官、核酸、タンパク質）に結合して、コントラストを誘導することができる。いくつかの実施形態では、染料または色素は、励起されたときに、１つ以上の波長で電磁放射線を放射することによって色を誘発することができる（すなわち、蛍光を発する）。本開示によって企図される造影剤は、Ｘ線または磁気共鳴イメージと相互作用する必要がないので、先行技術の造影剤よりも安全で、毒性がなく、患者にとって不快感が少ないものにすることができると考えられる。
【００１７】
１つ以上の染料または色素は、例えば、ｉｎ  ｖｉｖｏまたはｅｘ  ｖｉｖｏで使用することができる。いくつかの実施形態において、染料または色素は、細胞を殺さない、生物／個体における使用に適した任意の染料または色素、すなわち生物学的染料である。生物学的染料の例としては、アゾ染料、アリールメタン染料、シアニン染料、チアジン染料、キサンテン染料（例えばエオシン）、天然染料（例えばアリザリンレッド）、ステロイド、トリパンブルー、ヤヌスグリーン、インドシアニングリーン、アリザリンレッド、ヨウ化プロピジウム、エリスロシン、７−アミノチノマイシンＤ、およびナイルブルーが含まれるが、これらに制限されない。一実施形態において、造影剤は蛍光造影剤である。一実施形態において、造影剤は、蛍光団を含むことができる。適切な蛍光団は、免疫蛍光化合物、好塩基性化合物、好酸性化合物、中性染料、および天然に存在する発光分子を含む。
【００１８】
１つ以上の染料または色素が本明細書に記載されるシステムおよび方法と共に使用される場合、使用者（例えば外科医）は、生物学的サンプルの中または周囲の組織構造、病状、形態、位置、化学物質、および化学反応を手術中に同定することができる。例えば、いくつか（１つ以上）の生物学的染料は癌細胞を特定することができるため、外科医は腫瘍を切除することができる。他の生物学的染料も、生きている細胞（組織）と生きていない細胞とを同定することができる。いったん造影剤が生物学的サンプルに適用されると、本開示に記載されるようなスペクトル画像を得るために、適用される造影剤の照射波長範囲内の波長を有する光子をサンプルに照射することができる。
【００１９】
別の実施形態では、造影剤は、対象により摂取されてもよく、その場合、造影剤は体液中に現れる。一実施形態において、造影剤は、経口的に、ＩＶを介して、局所部位もしくはサンプルに適用されて、または本開示を考慮すれば当業者に明らかである他の手段を介して、摂取されてもよい。いったん造影剤が摂取されると、標的の生物学的サンプルが、本明細書に開示されるシステムによって検査され得る。このシステムは、体液中の造影剤を検出して、体液を含む構造と、周囲の生物学的サンプル、例えば周囲組織との間にコントラストを提供するように構成することができる。例えば、患者は、造影剤を含む溶液を経口摂取することができ、造影剤はその後のある時点で患者の尿中に現れる。本開示によるシステムを用いて、患者の腎臓領域に内視鏡処置を実施することができる。このシステムは、尿管と他の周囲組織とを区別するために、尿管内に位置する尿中に存在する造影剤を検出するように構成される。
【００２０】
別の実施形態では、生物学的組織は、本開示によるシステムにより、ｅｘ  ｖｉｖｏで撮像され得る。そのような適用において、生物学的サンプルは、手術部位の外側で除去され、分析され得る。従来の染色法を切除組織に適用して、サンプルの１つ以上の生物学的特徴を決定することができる。ｅｘ  ｖｉｖｏ技術は当技術分野で既知であり、本開示を考慮すると当業者には明らかであろう。
【００２１】
別の実施形態において、生物学的サンプルは、完全に電子的で試薬を含まないデジタル染料をサンプルに適用することによって増強され得る。アルゴリズムを用いて画像データセットにデジタル染料を適用する。デジタル染料を使用すると、物理的および／または化学的染料を生物学的サンプルに適用する必要がなくなる。デジタル染料は、本明細書に開示されるシステムを介して得られた画像データセットのうちの任意のものに適用することができる。ラマンデータセットへのデジタル染料の適用の一例は、Ｄｒａｕｃｈらの、２０１１年９月３０日に特許出願第１３／２００，７７９号として出願され、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＲＡＭＡＮ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＡＮＡＬＹＳＩＳ  ＯＦ  ＬＵＮＧ  ＣＡＮＣＥＲ  ＷＩＴＨ  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＳＴＡＩＮＩＮＧ」と題され、ペンシルベニア州ピッツバーグのＣｈｅｍＩｍａｇｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡されており、全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１２／００８３６７８号において見ることができる。デジタル染料は、造影剤を含めずに単独で用いてもよく、または造影剤と共に用いてもよい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、システムは、診断または手術に使用できる内視鏡、腹腔鏡、または外科用顕微鏡の形態である。他の実施形態では、システムは、手術室で使用される固定式または半可動式のイメージングプラットフォームの形態である。他の医療用イメージング器具類、および他のタイプの生物学的サンプルの検出が、本開示によってさらに企図され、本開示を考慮すると当業者に明らかであろう。
【００２３】
本明細書に開示される医療用イメージング器具は、１つ以上の検出器を用いて多変量信号を生成することによって、リアルタイム多変量イメージングを提供する。検出器は、多変量信号を検出して、１つ以上の画像データセットを生成する。この結果を達成するための２つの方法を本明細書において提供する。そのような方法の１つは、サンプルを照射し、サンプルと相互作用した相互作用光子を収集し、収集した信号を検出器に送る前に変調することを含む。第２の方法は、サンプルとの相互作用の前に照射源信号を変調し、変調された信号の相互作用光子を収集し、信号の相互作用光子を検出することを含む。両プロセスは、周囲組織から結石を除去する外科医を支援するために、コントラストを増強してリアルタイムで多変量化学画像を生成するため、変調された信号を提供する。本明細書に含まれる実施形態は、立体視で表示されるリアルタイム画像を提供するようにさらに構成することができる。このような構成は、本開示を考慮すると当業者には明らかであろう。立体視は、内視鏡処置など、医療用イメージング技術を使用する医療処置に必要な奥行き知覚を提供することによって、外科医をさらに支援する。内視鏡下処置、腹腔鏡下処置、および開腹処置のための立体視技術は、処置の精度および有効性を改善するので、企図される。本明細書に記載のシステムおよび方法は、本開示の例示的な実施形態を提供し、本開示を任意の特定の実施形態に限定することを意図しない。リアルタイムビジョンは、外科医が処置の見通しを遅滞なく改善することを可能にし、また、体内で、かつ処置中に、器具および動作の効果を即座に観察することを可能にする。
【００２４】
本開示のシステムおよび方法は、コントラストの増強およびイメージングの改善を、しばしばリアルタイムで提供するので、それらは、医療診断および手術室に特に適している。いくつかの実施形態において、このシステムは、ヒトまたは動物から結石を除去するために手術または他の医療処置の間に使用される。このような処置は、開腹処置および腹腔鏡処置を含むが、これらに限定されない。開示されるシステムおよび方法の使用は、口腔および唾液腺、胆道、尿路、または本明細書に記載される身体の任意の他の領域から結石を除去する際に使用され得る。いくつかの実施形態において、システムおよび方法は、管、胆管、脈管構造、静脈、器官、神経などの重要な組織と、筋肉、脂肪などの周囲組織とを区別するのに有用である。
【００２５】
さらなる実施形態において、本開示のシステムおよび方法は、サンプルの多標的分析を提供し得る。複数の標的を分析する能力は、外科医および医療スタッフが他の組織に対する結石の位置を同定するだけでなく、異なるタイプの組織を同定することを可能にするので、上記のような処置において特に有用である。例えば、本発明のシステムおよび方法は、結石、管、および周囲組織を同定し、区別することができる。他の実施形態では、システムおよび方法は、結石、管、および周囲の器官を同定し、区別することができる。他の実施形態では、システムおよび方法は、結石、管、および周囲の脈管構造を同定し、区別することができる。本開示のシステムおよび方法は、結石が存在しない場合であっても、管および周囲組織を同定し、区別するために使用され得る。
【００２６】
多標的チューニング（Multi-target tuning）は、複数の標的を一度に検出するために、例えば、順次走査イメージングおよびコンフォーマルイメージングにおける、２つの異なるチューニング状態を使用することによって達成される。順次走査イメージングでは、少なくとも２つの波長を使用して、単一視野内で複数の標的（例えば、胆管と周囲組織と結石）を一度に検出する。コンフォーマルイメージングでは、コンフォーマルフィルタが、同じ視野内で複数の画像または標的を一度に検出するために、少なくとも２つのチューニング状態に調整される。
【００２７】
他の実施形態では、イメージングは、順次走査イメージング技術を用いて達成される。このような技術では、システムは、経時的に複数の別個の波長画像を収集し、各個々の画像を組み合わせてハイパーキューブを生成する。ハイパーキューブは個々のピクセルを含み、各個々のピクセルは、収集された個々の画像スペクトルに対応する少なくとも２つの値を含む。例えば、順次走査フィルタは、２つの別個の波長を収集し、各ピクセルが波長に対応する２つの強度値を含むハイパーキューブを生成し、ハイパーキューブを処理して、これらの強度値を示すスコア画像を形成することができる。この実施例は、限定することを意図したものではなく、適用に応じて任意の数の追加の波長があり得ることが企図される。
【００２８】
他の実施形態では、イメージングは、複数の通過帯域などのある範囲の波長を同時に（つまり、１回の取得で）収集し、それらをハイパーキューブから処理する、コンフォーマルイメージングを用いて達成される。ここでも、この実施例は、限定することを意図したものではなく、任意の数の波長の組み合わせを、検出される標的の任意の組み合わせと共に使用することができる。
【００２９】
収集した光信号の変調
以下の実施形態は、サンプルと相互作用した光子の収集後に光信号を変調することを特徴とする。
【００３０】
二重偏光構造におけるコンフォーマルフィルタを有するシステム
ここで図１を参照すると、生物学的サンプル１００は、照射源１０３によって照射および／または励起され得る。一実施形態では、照射源１０３は、石英タングステンハロゲン光源を含むことができる。他の実施形態では、照射源１０３は、金属ハロゲン化物光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）、一定の波長範囲にわたって発光するエミッターの均一な選択物または多様な波長範囲にわたって発光する複数のエミッターを有するＬＥＤアレイ、パルスＬＥＤ、パルスＬＥＤアレイ、レーザー、パルスレーザー、広帯域照射源、ガス放電光源、蛍光光源、アーク光源、キセノンアークランプ光源、蛍光体および／または量子ドットと組み合わせたＬＥＤ光源など、ならびにそれらの組み合わせを含むことができる。照射源１０３は、とりわけ、分析の対象となる波長、および光源に利用可能な物理的フットプリントに応じて選択される。上記のうち、レーザーおよび／またはＬＥＤ光源は、対象となる波長に応じて選択することができる。レーザーは、ガス放電またはソリッドステートまたは半導体レーザーであってよく、ヘリウム−ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンイオン、窒素、一酸化炭素、エキサイマ、スチルベン、クマリンおよびローダミンなどの色素レーザー、ルビー、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＮｄＣｒＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＣａ４Ｏ４、Ｎｄ：ＹＣａ４Ｏ（ＢＯ３）３、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧ、Ｙｂドープガラス、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｅ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｅ：ＬｉＣＡＦ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、および鉛塩などの、ソリッドステートまたは半導体レーザー、垂直共振器面発光レーザー、量子カスケードレーザー、およびハイブリッドシリコンレーザーを含み得る。照射源は、固定スペクトル放射を有してもよく、または光源を組み合わせ、フィルタリングし、かつ／または光源および／もしくはフィルタを変調することによって調整可能であってもよい。サイズ、熱出力、電力要件などに応じて、照射源は、内視鏡もしくはシステム内で直接使用されてもよく、または所望の波長を透過させる光ファイバを介して遠隔的に使用されてもよい。照射源１０３は、照射源１０３から内視鏡１０２の遠位端部まで光ファイバ束１０４を介して導かれる照射光子を生成する。内視鏡１０２は、生物学的サンプル１００と相互作用した相互作用光子１０１を偏光ビームスプリッタ１０７に向けるように構成される。２つの独立に調整可能なコンフォーマルフィルタ１０５ａ、１０５ｂは、偏光ビームスプリッタ１０７から生じる直交偏光成分をフィルタリングするために、別個の直交ビーム経路に沿って配置される。本開示で使用される適切なコンフォーマルフィルタとしては、２０１３年１月４日に出願され、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された、「ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＴＥＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＵＳＥ  ＯＦ  ＴＨＥＯＦ」と題する、Ｐｒｉｏｒｅらの米国特許出願公開第２０１３／０１７６５６８号に開示されたものが挙げられ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
この構造では、フィルタリングされたビームの経路は、コンフォーマルフィルタ１０５ａ、１０５ｂを通って平行ではないが、適切な反射器、すなわちミラー１０９ａ、１０９ｂによってビームコンバイナ１１１に向けられる。代替実施形態では、ビームコンバイナは、偏光キューブまたは偏光ビームスプリッタであってもよい。別の実施形態では、直交成分は、同じかまたは異なる多通過帯域波長（multi-passband wavelengths）Σλ１およびΣλ２を含み得る。例示的な実施形態では、コンフォーマルフィルタ１０５ａは、偏光多通過帯域波長Σλ１を生成するように構成され、コンフォーマルフィルタ１０５ｂは、偏光多通過帯域波長Σλ２を生成するように構成される。例示的な実施形態では、多通過帯域波長Σλ１およびΣλ２は、レンズ組立体（不図示）を通して検出器１１５に向けられる。別の実施形態では、多通過帯域波長Σλ１およびΣλ２は、検出器１１５に向けられるときに組み合わせられ得る。いくつかの実施形態では、偏光ビームスプリッタ１０７からビームコンバイナ１１１へのビーム経路は、例えば、無限に補正される光学系の必要性を回避するために、対称にされてもよい。
【００３２】
図示の検出器１１５は、ＣＣＤ検出器を含む。しかしながら、本開示は、検出器１１５が、例えば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）検出器、ヒ化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）検出器、テルル化カドミウム水銀（ＨｇＣｄＴｅ）検出器、またはこれらの組み合わせを含む、他の適切な検出器を含み得ることを企図している。検出器１１５は、分析される所望のスペクトルに応じて選択される。スペクトルは、紫外線（ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂおよび／またはＵＶ−Ｃ）から短波長赤外線（ＳＷＩＲ）の範囲の光または放射線を含むことができ、近赤外線（ＮＩＲ）および可視光をさらに含む。さらに図１を参照すると、２つのコンフォーマルフィルタ１０５ａおよび１０５ｂは、コントローラ１１７を使用して、同じ多通過帯域波長（Σλ１＝Σλ２）に一斉に調整することができる。別の実施形態では、コントローラ１１７は、各多通過帯域波長Σλ１およびΣλ２を独立して調整して、入力の直交成分をそれぞれ処理するように構成することができる。したがって、適切な制御によって、コンフォーマルフィルタ１０５ａおよび１０５ｂは、同じ多通過帯域波長に、または２つの異なる多通過帯域波長（Σλ１≠Σλ２）に同時に調整され得る。コントローラ１１７は、ユーザが所望に応じて各コンフォーマルフィルタを選択的に調整することができるように、プログラム可能であってもよいし、ソフトウェアを実装されてもよい。図１の実施形態では、高速スイッチング機構（不図示）を設けて、コンフォーマルフィルタ１０５ａおよび１０５ｂのそれぞれから検出器１１５によって収集されたスペクトルデータに対応する２つのビュー（またはスペクトル画像）を切り替えることができる。代わりに、２つのこのようなスペクトルビューまたは画像は、コントラストもしくは強度を増加させるために、または比較の目的で、１つの画像へと合成またはオーバーレイされてもよい。図１の例示的な実施形態は、単一のＣＣＤ検出器１１５を含み、コンフォーマルフィルタ１０５ａおよび１０５ｂから受信された、フィルタリングされた信号を捕捉する。
【００３３】
図１Ｂは、本開示の代替的な実施形態を示す。本実施形態では、ビームコンバイナ１１１およびミラー１０９ａを除去することができ、２つの検出器を使用することができる。第１のコンフォーマルフィルタ１０５ａは、Ｔ１状態に対応する第１の多通過帯域波長をフィルタリングし、第１の検出器１１５ａに伝送するように構成され、第１の検出器は、第１の多通過帯域波長を検出し、第１の画像データセット（Ｔ１）を生成する。同様に、第２のコンフォーマルフィルタ１０５ｂは、Ｔ２状態に対応する第２の多通過帯域波長をフィルタリングし、第２の検出器１１５ｂに伝送するように構成され、第２の検出器１１５ｂは、第２の多通過帯域波長を検出し、第２の画像データセット（Ｔ２）を生成する。
【００３４】
２０１４年１月１５日に出願され、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡され、「ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＡＳＳＥＳＳＩＮＧ  ＡＮＡＬＹＴＥＳ  ＵＳＩＮＧ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＴＥＲＳ  ＡＮＤ  ＤＵＡＬ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ」と題された、Ｔｒｅａｄｏらの米国特許出願公開第２０１４／０１９８３１５号は、上述したような二重偏光構成におけるコンフォーマルフィルタの使用を開示しており、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００３５】
図１Ａは、内視鏡１０２の遠位端部の端面図を示す。遠位端部は、相互作用光子１０１を収集するためのレンズ１１９と、生物学的サンプル１００を照射して相互作用光子１０１を生成する、光ファイバ束１０３のファイバ端部１２１と、を特徴とする。検出器１１５は、コンフォーマルフィルタ１０５ａおよび１０５ｂから多通過帯域波長を検出し、１つ以上の画像データセットを生成するように構成される。画像データセットは、第１の多通過帯域波長Σλ１に対応するＴ１画像と、第２の多通過帯域波長Σλ２に対応するＴ２画像と、を含み得る。一実施形態では、画像データセットは、ラマン画像データセットを含む。検出器１１５によって生成された１つ以上の画像データセットは、以下に記載されるようにさらに分析することができる。
【００３６】
多変量光学素子（ＭＯＥ）フィルタ構造を有するシステム
図２は、収集された光信号を変調することを特徴とする別の実施形態を示す。図２において、照射源１０３は、光ファイバ束１０４に沿って内視鏡１０２を通って横断し、（図２Ａに示す）内視鏡１０２の遠位端部上の一連のファイバ端部１２１で終了する照射光子を生成する。ファイバ端部１２１は、照射光子を放出してサンプル１００を照射し、複数の相互作用光子１０１を生成する。相互作用光子１０１は、第１の収集光学機械２３１および第２の収集光学機械２３３によって収集される。第１の収集光学機械２３１は、相互作用光子１０１の第１の部分を収集し、これらの光子を第１の多変量光学素子（ＭＯＥ）フィルタ２３７（図２Ｂに示す）に送り、このフィルタは、相互作用光子１０１の第１の部分をフィルタリングして、フィルタリングされた光子の第１の部分を生成する。フィルタリングされた光子の第１の部分は、第１の検出器２４１によって検出される。さらに、第２の収集光学機械２３３は、相互作用光子１０１の第２の部分を収集し、これらの光子を第２のＭＯＥフィルタ２３８に送り、フィルタリングされた光子の第２の部分を生成する。フィルタリングされた光子の第２の部分は、第２の検出器２３９によって検出される。一実施形態では、第１の検出器２４１および第２の検出器２３９は、Ｓｉまたは他の材料から構成される電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器である。他の実施形態では、検出器２３９および２４１は、例えば、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）検出器、Ｓｉまたは他の材料の検出器、Ｓｉ量子ドット検出器、ヒ化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）検出器、テルル化カドミウム水銀（「ＨｇＣｄＴｅ」）検出器、シリコンゲルマニウム検出器（ＳｉＧｅ）、またはこれらの組み合わせを含む、他の適切な検出器を含んでもよい。
【００３７】
一実施形態では、第１のＭＯＥフィルタ２３７は、第１のフィルタリングされた通過帯域を生成するように構成することができる。一実施形態では、第１のＭＯＥフィルタ２３７は、ランダム化された標的または背景と一致する第１のフィルタリングされた通過帯域を生成するように構成される。一実施形態では、第２のＭＯＥフィルタ２３８は、標的またはサンプル１００と一致する第２のフィルタリングされた通過帯域を生成するように構成することができる。第１のＭＯＥフィルタ２３７が、ランダム化された標的または背景に対応する第１のフィルタリングされた通過帯域を生成するように構成される実施形態において、第２のＭＯＥフィルタ２３８は、標的またはサンプルに対応する第２のフィルタリングされた通過帯域を生成するように構成され得る。このタイプの実施形態は、標的および背景の両方の識別を可能にする。
【００３８】
ＭＯＥは、標的に固有のアプリケーション特有の回帰（またはパターン）でエンコードされた、広帯域の光干渉フィルタを特徴とする。ＭＯＥは、フィルタのパターンに基づいて光学計算を行うことにより、多変量光学計算を提供する。換言すれば、ＭＯＥは、標的の全スペクトルを推定するために異なる波長で複数の測定値を捕捉し、多変量統計をスペクトルに適用することによってこの情報を処理するのとは対照的に、フィルタに対し多変量分析を使用して測定される必要があるパターンに独自に調整される。このように、ＭＯＥは、従来のフィルタよりもスループットおよび効率を増大させ、これにより、分析の速度を上げることができる。
【００３９】
第１の検出器２４１は、第１のＭＯＥフィルタ２３７からの第１のフィルタリングされた通過帯域を検出して第１の画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成され、第２の検出器２３９は、第２のＭＯＥフィルタ２３８からの第２のフィルタリングされた通過帯域を検出して第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成される。第１の画像データセットおよび第２の画像データセットは、以下に示すようにさらに分析されてもよい。
【００４０】
照射源信号の変調
以下の実施形態は、サンプルとの相互作用の前に照射源信号を変調することを特徴とする。上述のように、照射源１０３は、石英タングステンハロゲン光源を含むことができる。他の実施形態では、照射源１０３は、金属ハロゲン化物光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）、一定の波長範囲にわたって発光するエミッターの均一な選択物または多様な波長範囲にわたって発光する複数のエミッターを有するＬＥＤアレイ、パルスＬＥＤ、パルスＬＥＤアレイ、レーザー、パルスレーザー、広帯域照射源、ガス放電光源、蛍光光源、アーク光源、キセノンアークランプ光源、蛍光体および／または量子ドットと組み合わせたＬＥＤ光源など、ならびにそれらの組み合わせを含むことができる。照射源１０３は、とりわけ、分析の対象となる波長、および光源に利用可能な物理的フットプリントに応じて選択される。上記のうち、レーザーおよび／またはＬＥＤ光源は、対象となる波長に応じて選択することができる。レーザーは、ガス放電またはソリッドステートまたは半導体レーザーであってよく、ヘリウム−ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンイオン、窒素、一酸化炭素、エキサイマ、スチルベン、クマリンおよびローダミンのような色素レーザー、ルビー、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＮｄＣｒＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＣａ４Ｏ４、Ｎｄ：ＹＣａ４Ｏ（ＢＯ３）３、Ｎｄ：ガラス、Ｔｉ：サファイア、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧ、Ｙｂドープガラス、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｅ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｅ：ＬｉＣＡＦ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、および鉛塩などの、ソリッドステートまたは半導体レーザー、垂直共振器面発光レーザー、量子カスケードレーザー、およびハイブリッドシリコンレーザーを含み得る。照射源は、固定スペクトル放射を有してもよく、または光源を組み合わせ、フィルタリングし、かつ／または光源および／もしくはフィルタを変調することによって調整可能であってもよい。サイズ、熱出力、電力要件などに応じて、照射源は、内視鏡もしくはシステム内で直接使用されてもよく、または所望の波長を透過させる光ファイバを介して遠隔的に使用されてもよい。
【００４１】
コンフォーマルフィルタ構造を有するシステム
図３は、フィルタ３０５を通って透過される照射光子を生成するように構成された照射源１０３を示す。一実施形態では、フィルタ３０５は、本明細書に開示されるようなコンフォーマルフィルタを含む。別の実施形態では、フィルタ３０５は、液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）などの他のフィルタ、または本開示を考慮すると当業者に明らかとなるであろうフィルタを含んでもよい。一実施形態では、フィルタ３０５は、多重共役フィルタを含むことができる。フィルタ３０５は、コントローラ（不図示）によって制御され、このコントローラは、第１の多通過帯域波長（Σλ１）を通すようにフィルタ構成を切り替えるように構成され、次に、第２の多通過帯域波長（Σλ２）を通すようフィルタを構成するように切り替えられる。一実施形態では、コントローラが２つの状態を切り替える速度は、ミリ秒の規模である。フィルタ３０５は、それぞれの多通過帯域波長Σλ１およびΣλ２を、光ファイバ束３０９を通して、内視鏡１０２の遠位端部まで伝送し、ここで、各多通過帯域波長は、図３Ａに示すように、ファイバ端部３２１を介して内視鏡１０２の遠位端部を出て、サンプル１００を照射し、相互作用光子３２９を生成する。相互作用光子３２９は、内視鏡１０２の遠位端部に位置する第１の検出器３３１および第２の検出器３３５によって収集される。図示された実施形態の検出器３３１および３３５は、ＣＣＤ検出器を含む。しかし、本明細書に開示されているような他の検出器を使用してもよい。第１の検出器３３１は、実質的に第１の多通過帯域波長のみを検出するように構成され得る。一実施形態では、第１の検出器３３１は、第１の多通過帯域波長を伝送するフィルタ３０５と同時に第１の多通過帯域波長を検出するように、タイミングを合わせられる、すなわち、オフおよびオンにすることができる。同様に、第２の検出器３３５は、実質的に第２の多通過帯域波長のみを検出するように構成することができる。一実施形態では、第２の検出器３３５は、第２の多通過帯域波長を伝送するフィルタ３０５と同時に第２の多通過帯域波長を検出するように、タイミングを合わせられる、すなわち、オフおよびオンにすることができる。別の実施形態では、第１の多通過帯域波長と第２の多通過帯域波長との間の変調のタイミングシーケンス、および対応する検出器による第１の多通過帯域波長と第２の多通過帯域波長との検出を、コントローラ（不図示）によって制御することができる。第１の検出器３３１は、第１の多通過帯域波長を検出して第１の画像データセット（Ｔ１）を生成し、第２の検出器３３５は、第２の多通過帯域波長を検出して第２の画像データセット（Ｔ２）を生成する。一実施形態では、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットは、以下に示すようにさらに分析されてもよい。
【００４２】
二重偏光構造にあるコンフォーマルフィルタを有するシステム
図４は、照射源変調の別の実施形態を示す。この実施形態では、照射源１０３は、偏光ビームスプリッタ４０５を通じて伝送される光信号を生成し、偏光ビームスプリッタは、光信号を第１の偏光信号と第２の偏光信号とに分割する。第１の偏光信号は第１のフィルタ４０９に伝送され、第２の偏光信号は第２のフィルタ４１１に伝送される。一実施形態では、第１のフィルタ４０９および第２のフィルタ４１１はそれぞれ、本明細書に記載されるような、コンフォーマルフィルタを含む。別の実施形態では、第１のフィルタ４０９および第２のフィルタ４１１はそれぞれ、ＬＣＴＦを含む。一実施形態では、第１のフィルタ４０９および第２のフィルタ４１１はそれぞれ、多重共役フィルタを含むことができる。第１のフィルタ４０９は、第１の偏光信号をフィルタリングして第１の多通過帯域波長（Σλ１）を伝送するように構成され、第２のフィルタ４１１は、第２の偏光信号をフィルタリングして第２の多通過帯域波長（Σλ２）を伝送するように構成される。第１の多通過帯域波長および第２の多通過帯域波長は、それぞれのフィルタ４０９、４１１から内視鏡１０２の遠位端部に、それぞれ第１の光ファイバ束４１７および第２の光ファイバ束４１９を介して伝送される。一実施形態では、第１の光ファイバ束４１７および第２の光ファイバ束４１９は、偏光保持光ファイバ束を含む。
【００４３】
図４Ａおよび図４Ｂは、内視鏡１０２の遠位端部の異なる実施形態を示す。第１の光ファイバ束４１７および第２の光ファイバ束４１９は、遠位端部まで内視鏡１０２を通って横断する。第１の光ファイバ束４１７は第１のファイバ端部４２３で終端し、第２の光ファイバ束４１７は第２のファイバ端部４２５で終端する。図４Ａは、第２のファイバ端部４２５に対する第１のファイバ端部４２３の１つの例示的な構造を示す。この実施形態では、第１のファイバ端部４２３は、内視鏡１０２の遠位端部の一方の側に一緒に分配され、第２のファイバ端部４２５は、内視鏡１０２の遠位端部の他方の側に一緒に分配される。図４Ｂには、第１のファイバ端部４２３と第２のファイバ端部４２５が内視鏡１０２の遠位端部の周りで交互に配置された別の実施形態が示されている。ファイバ端部の適切な構造は、本開示を考慮すると当業者には明らかであろう。サンプル１００は、第１のファイバ端部４２３および第２のファイバ端部４２５からそれぞれ放射される第１の多通過帯域波長（multi-first passband wavelengths）および第２の多通過帯域波長から照射され、相互作用光子４３５を生成する。相互作用光子４３５は、内視鏡１０２の遠位端部に配置された第１の検出器４３７および第２の検出器４４１によって検出される。図示の実施形態では、第１の検出器４３７および第２の検出器４４１はＣＣＤ検出器である。しかし、本明細書に開示されているような他の適切な検出器を使用することができ、そのような検出器は、本開示を考慮すると当業者には明らかであろう。一実施形態では、第１の光ファイバ束４１７および第２の光ファイバ束４１９は、偏光保持光ファイバ束を含む。このような実施形態において、偏光子（不図示）が、立体視のために配置され、かつ偏光に基づいてＴ１状態とＴ２状態とを区別するように構成された、検出器４３７および４４１の前に配置されてもよい。一実施形態では、第１の検出器４３７は、第１の多通過帯域波長から生成された相互作用光子のみを実質的に検出するように構成され、第２の検出器４４１は、第２の多通過帯域波長から生成された相互作用光子のみを実質的に検出するように構成される。したがって、第１のファイバ端部４２３および第２のファイバ端部４２５は、第１の検出器４３７および第２の検出器４４１に対して配置されて、第１の検出器による第１の多通過帯域波長に対応する相互作用光子の検出、および第２の検出器による第２の多通過帯域波長に対応する相互作用光子の検出を最適化することができる。いったん第１の検出器４３７および第２の検出器が相互作用光子４３５を検出すると、第１の検出器４３７は、第１の画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成され、第２の検出器４４１は、第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成される。一実施形態では、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットをさらに分析することができる。
【００４４】
音響光学フィルタ構造を有するシステム
図５は、音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）を使用する本開示の実施形態を示す。この実施形態は、サンプル１００を照射するための照射光子を生成する照射源１０３を特徴とする。フィルタ５０７は、照射源１０３から放出される光子をフィルタリングするように構成される。一実施形態では、フィルタ５０７は、ＡＯＴＦが単一の通過帯域波長を伝送する、ＡＯＴＦを含む。＞１０ｆｐｓのサンプリング・レートを達成するために、ＡＯＴＦは、標的および背景の通過帯域波長間で迅速に切り換えられる。別の実施形態では、フィルタは、ＡＯＴＦが多通過帯域波長を同時に伝送する、ＡＯＴＦテクノロジーに基づくコンフォーマルフィルタを含む。Ｔ１状態とＴ２状態とを切り替えるために、コンフォーマルフィルタＡＯＴＦをマイクロ秒の切り替え速度で連続して切り替える。他の実施形態では、Ｔ１状態およびＴ２状態が同時に選択される、複数のコンフォーマルＡＯＴＦを使用することができる。複数の音響光学フィルタを使用する実施形態では、各フィルタは、各フィルタが異なる多通過帯域波長を同時に伝送する、様々な波長に調整され得る。
【００４５】
音響光学フィルタは当技術分野で既知であり、一般に、光源光のビームを基板、典型的には石英に通すことによって動作する。基板は、圧電トランスデューサ変調器によって振動される。ＲＦ周波数が変調器に印加され、基板を振動させる。光源光または放射線が振動する基板を通過し、これにより、基板を通過する光源光が回折し、よって、光源光のフィルタ勾配が形成される。音響光学フィルタから放射された光源光は、圧電トランスデューサに印加されたＲＦ周波数によって所望の通過帯域波長にフィルタリングすることができる。音響光学フィルタの動作に関する詳細は、Ｔｕｒｎｅｒ，  Ｊｏｈｎ  Ｆ．およびＴｒｅａｄｏ，  Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｊ．の“Ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｈａｄａｍａｒｄ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，  ５０．２  （１９９６），  ２７７−２８４にさらに詳細に記載されており、これは参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００４６】
フィルタ５０７から伝送された通過帯域波長は、光ファイバ束５１５を通して内視鏡１０２の遠位端部に伝送される。図５Ａは、内視鏡１０２の遠位端部を示し、光ファイバ束５１５からの複数のファイバ端部５１９を特徴とする。ファイバ端部５１９は、フィルタ５０７から通過帯域波長を伝送してサンプル１００を照射し、相互作用光子５２１を生成し、これは、内視鏡１０２の遠位端部に位置する第１の検出器５２５および第２の検出器５２９によって検出される。一実施形態では、１つの検出器、すなわち第１の検出器５２５のみを使用して、複数の相互作用光子５２１を検出する。別の実施形態では、相互作用光子５２１は、両方の検出器５２５および５２９によって検出される。別の実施形態では、複数の音響光学フィルタが使用され、第１の通過帯域波長および第２の通過帯域波長を生成する。第１の検出器５２５は、第１の通過帯域波長を検出して第１の画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成されてもよく、第２の検出器５２９は、第２の通過帯域波長を検出して第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成されてもよい。一実施形態において、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットは、以下に記載するようにさらに分析され得る。
【００４７】
ＭＯＥフィルタホイール構造を有するシステム
図６は、本開示による別の実施形態を示す。照射源１０３は、フィルタホイール６０５に伝送される照射光子を生成し、ここで、照射光子はフィルタリングされ、フィルタリングされた光子を生成する。フィルタホイール６０５は、複数のフィルタ要素６０９を含む。一実施形態では、各フィルタ要素６０９はＭＯＥを含む。本開示で使用するための適切なＭＯＥは、当技術分野で既知であり、本明細書に記載される。各フィルタ要素６０９は、異なるものであってもよく、各フィルタ要素は、異なる通過帯域波長をフィルタリングして伝送するように構成されてもよい。例えば、フィルタ要素６０９ａは、特定のタイプの組織または解剖学的構造などの背景に対応する波長を伝送するように構成されてもよく、フィルタ要素６０９ｂは、組織上の癌性腫瘍などの組織サンプルにおける異常に対応する通過帯域波長を伝送するように構成されてもよい。このタイプの実施形態では、フィルタホイール６０５は、外科医が正常組織を癌組織から区別するのを補助するために、外科的処置の間に回転させることができる。別の実施形態では、フィルタ要素６０９は、複数の異なるサンプルを検出するように構成される。一実施形態では、フィルタ要素６０９は、尿管などの解剖学的構造から背景組織を識別するように構成される。
【００４８】
フィルタリングされた光子は、光ファイバ束６０３を介して、内視鏡１０２の遠位端部に伝送され、図６Ａに示されるような複数のファイバ端部６２１を通って内視鏡の遠位端部を出る。フィルタリングされた光子は、サンプル１００を照射し、複数の相互作用光子６０１を生成する。相互作用光子６０１は、１つ以上の検出器６１９によって検出され、１つ以上の検出器６１９は、画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成される。一実施形態では、画像データセットは、以下に示すように、さらに分析されてもよい。
【００４９】
パターン化エタロンフィルタ構造を有するシステム
図７は、本開示の別の実施形態を示す。照射源１０３は、光ファイバ束１０４を通って内視鏡１０２の遠位端部へとファイバ端部１２１に伝送される照射光子を生成する。照射光子は、ファイバ端部１２１から出て、サンプル１００を照射し、サンプル１００からの相互作用光子１０１を生成する。相互作用光子１０１は、内視鏡１０２の遠位端部に配置された第１の検出器７０５および第２の検出器７０７によって検出される。一実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７は、ハイパースペクトルカメラを含む。一実施形態では、検出器７０５および７０７は、検出器の各ピクセル上に配置されたファブリ・ペロー干渉計（パターン化エタロン）フィルタ構成を含む。パターン化エタロンフィルタ構造および関連する検出器の適切な例は、Ｘｉｍｅａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。各ピクセル上のフィルタは、各ピクセルについて１つ以上の通過帯域波長を伝送するように構成される。一実施形態では、第１の検出器７０５は、モザイクスナップショット構造におけるパターン化エタロンフィルタ構造を含む。モザイクスナップショットは、１０８８×２０４８ピクセル超で取得できる。一実施形態では、モザイクスナップショットは、１６の波長域を有する４×４のモザイクを含む。別の実施形態では、モザイクスナップショットは、１１ｎｍ間隔で４６５〜６３０ｎｍのサンプルのスナップショットを含む。別の実施形態では、モザイクスナップショットは、約６００〜１，０００ｎｍの波長範囲にわたって２５の帯域を有する５×５のモザイクを含むことができる。モザイクスナップショットは、補間によって最大２メガピクセルで帯域当たり約５１２×２７２の空間分解能を含み、１秒当たり最大で１７０のデータキューブを収集し得る。
【００５０】
別の実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７は、スナップショットタイル構成（snapshot tiled configuration）を得るためのパターン化エタロンフィルタ構造を含むことができる。一実施形態では、スナップショットタイル構成は、各ピクセルで通過帯域波長を伝送する。パターン化エタロンスナップショットタイルフィルタ構成は、１０８８×２０４８ピクセルまで取得することができる。一実施形態では、タイルスナップショットは、最大３２帯域のスペクトル分解能を有し、１２の増分ステップで６００〜１，０００ｎｍの範囲の波長を検出することができる。別の実施形態では、帯域当たりの空間分解能は約２５６×２５６である。別の実施形態では、タイルスナップショットは、１秒当たり最大で１７０のデータキューブを検出することができる。パターン化エタロンフィルタ構造はまた、分析されるサンプルと所望の結果に基づいて所定の応答を生成するようにカスタマイズすることができる。このようなカスタマイズは、本開示を考慮すれば、当業者には明らかであろう。さらに別の実施形態では、パターン化エタロンフィルタは調整可能である。
【００５１】
一実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７は、ＩＭＥＣモザイクフィルタ構造を含む。このような実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７のパターン化エタロンモザイクフィルタ構造は、各ピクセルにおいて１つ以上の異なる波長帯域を伝送するように構成される。別の実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７は、パターン化エタロンタイルフィルタ構造を含む。このような実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７のパターン化エタロンタイルフィルタ構造は、各ピクセルにおいて異なる波長帯域を検出するように構成される。別の実施形態では、第２の検出器は排除され、本実施形態は、スナップショットモザイクパターン化エタロンフィルタ構造またはスナップショットタイルパターン化エタロンフィルタ構造のいずれかを有する第１の検出器７０５を使用する。
【００５２】
検出器７０５および７０７は、フィルタ構造から伝送される通過帯域波長ごとに１つ以上の画像データセットを生成するように構成される。一実施形態では、検出器７０５および７０７は、第１の画像データセット（Ｔ１）および第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成される。一実施形態では、画像データセットは、以下に記載するように、さらに分析されてもよい。
【００５３】
他の特徴
さらに別の実施形態では、照射源は、特定の波長で照射光子を生成するように構成することができる。例えば、照射源は、複数のＬＥＤを含むことができ、ＬＥＤの第１の部分は、第１の波長を生成するように構成され、ＬＥＤの第２の部分は、サンプルを照射するための第２の波長を生成するように構成される。このような実施形態では、第１の検出器は、第１の波長から相互作用光子を検出し、第１の画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成されてもよく、第２の検出器は、第２の波長から相互作用光子を検出し、第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成されてもよい。複数の波長で照射光子を生成することができる他の照射源または構造を使用することができる。一実施形態では、照射源は、複数の波長を生成することができる変調レーザーを含む。
【００５４】
本明細書に記載される画像データセットは、紫外線（ＵＶ）画像データセット、蛍光画像データセット、可視（ＶＩＳ）画像データセット、ラマン画像データセット、近赤外線（ＮＩＲ）画像データセット、短波長赤外線（ＳＷＩＲ）データセット、中赤外線（ＭＩＲ）データセット、および長波長赤外線（ＬＷＩＲ）データセットのうちの１つ以上を含んでもよい。別の実施形態では、画像データセットはハイパースペクトル画像データセットを含む。本開示の画像データセットをさらに分析してもよい。一実施形態では、本明細書に開示するシステムは、ファイバアレイスペクトルトランスレータ（ＦＡＳＴ）を含むことができる。適切なＦＡＳＴ装置は、２０１０年４月１３日に出願され、ＣｈｅｍＩｍａｇｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された「ＳＰＡＴＩＡＬＬＹ  ＡＮＤ  ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹ  ＰＡＲＡＬＬＥＬＩＺＥＤ  ＦＩＢＥＲ  ＡＲＲＡＹ  ＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＴＲＡＮＳＬＡＴＯＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＵＳＥ」と題する、Ｎｅｌｓｏｎらの米国特許第８，０９８，３７３号に開示され、その開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００５５】
一実施形態では、フィルタは、多重共役液晶チューナブルフィルタ（ＭＣＦ）であり得る。ＭＣＦは、偏光子、リターダー、および液晶から構成される一連のステージを含む。この構造の結果として、ＭＣＦは、単段分散モノクロメータ（single stage dispersive monochromator）と一致する回折限界の空間分解能およびスペクトル分解能を提供することができる。ＭＣＦは、所与のフィルタ範囲内の任意の波長に調整され得る。いくつかの実施形態では、ＭＣＦは、プロセッサによって制御されてもよい。
【００５６】
一実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、プロセッサと、プロセッサと動作可能に通信する非一時的プロセッサ読み取り可能記憶媒体とを含むことができる。記憶媒体は、実行時にプロセッサに画像データセットを分析させる１つ以上のプログラミング命令を含むことができる。一実施形態では、分析は、光学的計算をデータセットに適用することを含むことができる。別の実施形態では、光学的計算は、Ｔ１および（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ２）のうちの１つ以上を含むことができる。当技術分野で既知の他の光学的計算を適用することができる。一実施形態において、分析は、１つ以上のケモメトリックス技術を画像データセットに適用することを含み得る。ケモメトリックス分析は、多変量曲線分解能分析、主成分分析（ＰＣＡ）、部分最小二乗判別分析（ＰＬＳＤＡ）、ｋ−平均クラスタリング分析、バンドｔエントロピー分析（band t entropy analysis）、適応部分空間検出器分析、コサイン相関分析、ユークリッド距離分析、部分最小二乗回帰分析、スペクトル混合分解能分析、スペクトル角度マッパーメトリック分析（spectral angle mapper metric analysis）、スペクトル情報発散メトリック分析（spectral information divergence metric analysis）、マハラノビス距離メトリック分析（Mahalanobis distance metric analysis）、およびスペクトル非混合分析のうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実施形態では、プロセッサは、システムの動作を制御するように構成されてもよい。例えば、チューナブルフィルタが使用される実施形態では、プロセスは、所望の通過帯域伝送を得るために、プロセッサがチューナブルフィルタに電圧を印加するように構成することができる。さらに、プロセッサは、正しい検出器が特定の照射のために動作するように、照射源と検出器のタイミングを制御するように構成されていてもよい。他のプロセッサ構成も企図され、本開示を考慮すると当業者には明らかであろう。
【００５７】
本開示によるシステムは、ディスプレイをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、検出器のうちの１つ以上からの１つ以上の結果を提供することができる。別の実施形態では、ディスプレイは、プロセッサの分析から１つ以上の結果を提供することができる。一実施形態では、ディスプレイは、検出器のうちの１つ以上からの１つ以上の結果、およびプロセッサの分析からの１つ以上の結果を提供することができる。
【００５８】
本開示のシステムおよび方法は、複数のスペクトル範囲からの画像の同時処理をさらに含み得る。一実施形態では、赤緑青（ＲＧＢ）画像として可視範囲で生成された画像は、ＵＶ範囲から生成された画像と共に処理される。別の実施形態では、ＲＧＢ画像として可視範囲で生成された画像は、ＳＷＩＲまたはＮＩＲ範囲から生成された画像と共に処理される。別の実施形態では、ＲＧＢ画像として可視範囲で生成された画像は、分子化学イメージング（ＭＣＩ）によって可視範囲で生成された画像と共に処理される。
【００５９】
〔実施例〕
ヒト患者から摘出した胆管結石を、飼育ブタ（豚）の胆道系内の種々の位置に置いた。胆管結石は２種類あり、典型的には黄色または緑色である、コレステロールから形成されたものと、黒色または茶色である、「色素」から形成されたものであった。胆道系の主要な解剖学的位置に、胆道系で撮影した赤緑青（ＲＧＢ）画像内で注釈をつけた。胆管結石の位置にもＲＧＢ画像内で注釈をつけて、基礎的な事実（ground truth）を示した。主要な解剖学的位置には、肝臓、胆嚢、胆嚢管、脂肪、総胆管、膵臓、および大静脈が含まれる。
【００６０】
データは、限定することを意図しない本開示のシステムの一実施形態の例である、ペンシルベニア州ピッツバーグのＣｈｅｍＩｍａｇｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＨＳＩ  ＥＸＡＭＩＮＥＲ  ２００ＱＤ（「Ｅｘａｍｉｎｅｒ」）によって収集された。Ｅｘａｍｉｎｅｒは、高精細ＲＧＢカメラ（３．１メガピクセル、８ビットＲＧＢカラー）およびハイパースペクトルカメラ（１．４メガピクセル、１４ビット）を含む。感知モダリティは、２つの１５０ワット石英タングステンハロゲンフラッドランプを用いた拡散反射／吸収；斜め反射照明；１つの１５０ワット石英タングステンハロゲンランプを用いた透過率；フィルタリングされた２５０ワット石英タングステンハロゲン光源の調整可能な励起光源と独立したロングパスフィルタおよびショートパスフィルタとを用いたルミネッセンス；ＵＶ−Ａ（３６８ｎｍ）、ＵＶ−Ｂ（３０６ｎｍ）およびＵＶ−Ｃ（２５３ｎｍ）範囲の紫外線励起光源を用いたルミネッセンス；水平および垂直の白色光とＵＶ（３６５ｎｍ）ＬＥＤ照明とを用いた光学可変素子（ＯＶＤ）角度感応照明を含む。広帯域ルミネッセンスイメージングでは、７つのハイパスフィルタは、波長４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍのためのものであり、２つのショートパスフィルタは、波長７００ｎｍおよび７５０ｎｍのためのものである。この装置は、可視および近赤外線（ＮＩＲ）のデュアル液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）を含み、４００ｎｍ〜１１００ｎｍのスペクトル範囲で動作し、調整増分は１ｎｍ〜２０ｎｍの刻み幅で取得する。スペクトル分解能は４ｎｍ〜１０ｎｍバンドパス（ＦＷＨＭ）と７ｎｍ平均バンドパスである。この装置はまた、０．５倍〜０．６２倍の電動ズーム光学倍率を有し、地上サンプル距離は１０．４μｍ／ピクセルで、倍率０．６２倍である。視野は１６３ｍｍ×１２４ｍｍ×１３ｍｍ×１０ｍｍであり、収集光学機械で６００ｄｐｉの分解能を達成している。検出時間は、白色光ハイパースペクトル取得については約２〜５分であり、ルミネッセンスハイパースペクトル取得については５〜３０分である。
【００６１】
実験中、結石を胆嚢内、胆嚢管内、総胆管内、および膵臓内に置いた。図８は、飼育ブタから摘出された胆道系の注釈付き写真を示し、これは、解剖学的に類似し、ヒトの胆道を表す、飼育ブタの種々の解剖学的位置を含む。結石は、胆嚢、胆嚢管、総胆管および膵臓により覆われるように、別々のイメージング試験において置かれた。次いで、各位置は、コントラストの検出可能なレベルを決定するために、可視およびＮＩＲ分子化学イメージング技術を用いて、Ｅｘａｍｉｎｅｒによってイメージングされた。
【００６２】
図９Ａは、上記胆道系の胆嚢によって覆われた結石から得られた２つの画像を含む。第１の画像は、胆嚢によって覆われたときの結石と周囲組織との間のコントラストを分析する際に、Ｅｘａｍｉｎｅｒによって収集されたハイパーキューブから生成されたスコア画像であり、ＲＧＢ画像との合成によって高められていない。結石は周囲組織とは異なる化学的組成を有するため、上の画像は、結石を周囲の濃い灰色の組織に対して明るい白色で示している。下の画像は同じ画像であるが、画像処理技術によって、対応するＲＧＢ画像と合成され処理されている。検出は、スコア画像から生成され、検出は、標的組織の境界、例えば、結石を画定する。検出は、ＲＧＢ画像にオーバーレイされた場合に区別されるように色づけされる。結石を表す検出は、可視性とコントラストを高めるために緑色で強調表示される。
【００６３】
図９Ｂ、図９Ｃ、および図９Ｄは類似しており、胆嚢管（図９Ｂ）、総胆管（図９Ｃ）、および膵臓（図９Ｄ）によってそれぞれ覆われた結石を示す。いずれの場合も、上の画像は、覆われた場合に結石と周囲組織とのコントラストを分析する際に撮影され、ＲＧＢ画像との合成によって高められていない。また、それぞれの下の画像は同じ画像であるが、画像処理技術により、対応するＲＧＢ画像と合成され処理されている。上記の説明と同様に、結石を表す検出は、可視性とコントラストを高めるために緑色で強調表示される。
【００６４】
さらなる実験では、９７０ｎｍおよび８００ｎｍの波長の第１および第２の光子で測定したときに一貫したケーススコアを有するサンプルを選択した。これらの試験では、結石と周囲組織との間に良好なコントラストが認められたが、それぞれ５４５ｎｍおよび７１５ｎｍの波長の第１および第２の光子を試験した際にも良好なコントラストが観察された。図１０は、これらの試験の結果をグラフで示す。図１０の左端のプロットでは、９７０ｎｍ／８００ｎｍの一貫したケーススコアを有する結果について、曲線下面積（ＡＵＣ）対ミリメートル単位の遮蔽厚が開示される。遮蔽厚は、結石を覆う組織の厚さの測定値であり、すなわち、より高い遮蔽厚を有する所与の結石のイメージングは、分析がより困難であると予想される。図１０の右端のプロットでは、９７０ｎｍ／８００ｎｍの一貫したケーススコアを有する結果について、信号対雑音比（ＳＮＲ）対ミリメートル単位の遮蔽厚が開示される。この場合も、遮蔽厚が大きいほど、分析がより困難なサンプルであることを示している。いくつかの例において、ＡＵＣおよびＳＮＲは、遮蔽厚の増加と共に低下するが、試験は、３ｍｍまでの遮蔽組織であっても、結石は、本開示のシステムおよび方法を用いて検出することができることを実証する。
【００６５】
さらに別の実験では、サンプルを選択して分析し、管と周囲組織とを区別する性能を決定した。このため、飼育ブタの胆管を用い、周囲組織からの総胆管の同定を試験した。図１１Ａは、実験で使用されたサンプル領域の注釈付きＲＧＢ画像を示す。図１１Ｂは、胆道系で形成されたスコア画像が分析されたものを示し、図１１Ｃは、ＲＧＢ画像とスコア画像とを画像処理して合成した結果を示し、コントラストの領域が見えるように緑色で強調表示されている。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの検出画像が、少なくとも１つのＲＧＢ画像上にオーバーレイされる。
【００６６】
本開示は、種々の態様の例示として意図された、本出願に記載される特定の実施形態に関して限定されるものではない。当業者には明らかなように、その趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの改変および変更を行うことができる。本明細書に列挙したものに加えて、本開示の範囲内の機能的に等価な方法および装置は、前述の説明から当業者に明らかであろう。このような改変および変更は、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。本開示は、添付の特許請求の範囲が権利を有する等価物の全範囲に加え、添付の特許請求の範囲の条件によってのみ制限される。本開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物または生物学的システムに限定されず、これらは、当然、変化し得ることを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することを目的としているにすぎず、限定する意図はないことを理解されたい。
【００６７】
本明細書における実質的に任意の複数および／または単数の用語の使用に関して、当業者は、文脈および／または適用に適切なように、複数から単数および／または単数から複数に変換することができる。種々の単数／複数の入れ替えは、明確にするために本明細書において明示的に記載される場合がある。
【００６８】
一般に、本明細書および特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の主要部）において使用される用語は、概ね、「制約のない（open）」用語（例えば、「含む（including）」という用語は「以下を含むが、これに限定されない（including but not limited to）」と解釈すべきであり、「有する」という用語は「少なくとも有する」と解釈すべきであり、「含む（includes）」という用語は「以下を含むが、これに限定されない（includes but is not limited to）」と解釈すべきである等）として意図されることが、当業者によって理解されるであろう。様々な組成物、方法、および装置は、様々な成分またはステップを「含む（comprising）」（「以下を含むが、これに限定されない」という意味で解釈される）ことに関して記載されているが、組成物、方法、および装置は、様々な成分およびステップから「本質的に成る」または「成る」こともでき、このような用語は、本質的に限定されたメンバー群を定義するものとして解釈されるべきである。特定数の導入された請求項記載が意図されている場合、そのような意図は、明示的に請求項中に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者によってさらに理解されるであろう。
【００６９】
例えば、理解の助けとして、以下の添付の特許請求の範囲は、請求項記載を導入するために導入句「少なくとも１つ」および「１つ以上」の使用を含むことができる。しかしながら、このような語句の使用は、同じ請求項が導入句「１つ以上」または「少なくとも１つ」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項記載の導入により、そのような導入された請求項記載を含む任意の特定の請求項が、そのような記載を１つだけ含む実施形態に限定されることを意味するものと解釈されるべきではなく（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味すると解釈すべきである）、請求項記載を導入するために使用される定冠詞の使用についても同様である。
【００７０】
さらに、特定数の導入された請求項記載が明示的に記載されていても、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきである（例えば、他の修飾語を伴わない「２つの記載」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）ことを、当業者は認識するであろう。さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似する慣例が使用される場合、一般に、そのような構成は、当業者がその慣例を理解するであろうという意味で意図される（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ共に、ＡおよびＣ共に、ＢおよびＣ共に、ならびに／またはＡ、ＢおよびＣ共に、などを有するシステムを含むが、これらに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似する慣例が使用される場合、一般に、そのような構成は、当業者がその慣例を理解するであろうという意味で意図される（例えば、「Ａ、ＢまたはＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ共に、ＡおよびＣ共に、ＢおよびＣ共に、ならびに／またはＡ、ＢおよびＣ共に、などを有するシステムを含むが、これらに限定されない）。明細書、特許請求の範囲または図面のいずれにおいても、２つ以上の代替用語を提示する実質的に任意の離接語および／または語句は、用語のうちの１つ、用語のいずれか、または両方の用語を含む可能性を企図するものと理解されるべきであることが、当業者によってさらに理解されるであろう。例えば、語句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」もしくは「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むものと理解されるであろう。
【００７１】
さらに、開示の特徴または態様がマーカッシュ群に関して記載される場合、本開示がこれによりマーカッシュ群の任意の個別のメンバーまたはメンバーのサブグループに関して記載されていることを、当業者は認識するであろう。
【００７２】
当業者には理解されるように、書面による説明を提供するなどのあらゆる目的のために、本明細書に開示されているすべての範囲は、あらゆる可能な部分範囲およびその部分範囲の組み合わせも含む。列挙されている範囲はどれも、同じ範囲を少なくとも等しい二分割、三分割、四分割、五分割、十分割などに分割することを十分に説明し、可能にするものとして容易に認識することができる。非限定的な例として、本明細書で説明する各範囲は、下部３分の１、中部３分の１、および上部３分の１などに容易に分解することができる。当業者には理解されるように、「まで（up to）」、「少なくとも」等の全ての言語は、列挙された数を含み、上述のように後に部分範囲に分割され得る範囲を指す。最後に、当業者には理解されるように、ある範囲は各個々のメンバーを含む。したがって、例えば、１〜３個の細胞を有する群は、１個、２個、または３個の細胞を有する群を指す。同様に、１〜５個の細胞を有する群は、１個、２個、３個、４個または５個の細胞を有する群を指し、以下同様である。
【００７３】
上記で開示された特徴および機能ならびに他の特徴および機能の様々なもの、またはそれらの代替物は、多くの他の異なるシステムまたは適用へと組み合わせることができる。その中の様々な現在予想されないまたは予期されない代替物、改変、変形または改良が、その後、当業者によってなされてもよく、その各々はまた開示された実施形態によって包含されることが意図される。
【００７４】
〔実施の態様〕
（１）  結石と周囲組織とを識別するためのイメージングシステムにおいて、
照射光子を生成するように構成された照射源と、
第１の複数の照射光子をフィルタリングし、第１の多通過帯域波長を含む第１の複数のフィルタリングされた光子と、第２の多通過帯域波長を含む第２の複数のフィルタリングされた光子と、を生成するように構成された、１つ以上のフィルタであって、サンプルが前記第１の複数のフィルタリングされた光子を照射されて、第１の複数の相互作用光子および第２の複数の相互作用光子を生成する、１つ以上のフィルタと、
第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出し、１つ以上の画像データセットを生成するように構成された１つ以上の検出器と、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成するプロセッサと、
を含む、イメージングシステム。
（２）  周囲組織に対する結石の位置に関する前記情報が視覚画像である、実施態様１に記載のイメージングシステム。
（３）  前記プロセッサが、前記視覚画像内の前記結石に対応する領域をカラー化し、それによって、前記結石と前記周囲組織との視覚コントラストを増大させる、実施態様２に記載のイメージングシステム。
（４）  前記イメージングシステムが内視鏡である、実施態様１に記載のイメージングシステム。
（５）  結石と周囲組織とを識別するためのイメージングシステムにおいて、
結石および周囲組織を照射し、それによって相互作用光子を生成するように構成された照射源と、
第１の複数の前記相互作用光子のうちの１つ以上をフィルタリングし、第１の多通過帯域波長を伝送し、第２の複数の相互作用光子をフィルタリングし、第２の多通過帯域波長を伝送するように構成された、１つ以上のフィルタと、
前記第１の多通過帯域波長および前記第２の多通過帯域波長を検出し、前記第１の通過帯域波長および前記第２の通過帯域波長の１つ以上の画像データセットを生成するように構成された１つ以上の検出器と、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成するプロセッサと、
を含む、イメージングシステム。
【００７５】
（６）  周囲組織に対する結石の位置に関する前記情報が視覚画像である、実施態様５に記載のイメージングシステム。
（７）  前記プロセッサが、前記視覚画像内の前記結石に対応する領域をカラー化し、それによって、前記結石と前記周囲組織との視覚コントラストを増大させる、実施態様６に記載のイメージングシステム。
（８）  前記イメージングシステムが内視鏡である、実施態様５に記載のイメージングシステム。
（９）  結石と周囲組織とを識別するためのイメージングシステムであって、
第１の複数の相互作用光子を生成するための第１の波長を有する第１の複数の照射光子および第２の複数の相互作用光子を生成するための第２の波長を有する第２の複数の照射光子のうちの１つ以上を、結石および周囲組織に照射するように構成された照射源と、
前記第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出し、１つ以上の画像データセットを生成するように構成された１つ以上の検出器と、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成するプロセッサと、
を含む、イメージングシステム。
（１０）  周囲組織に対する結石の位置に関する前記情報が視覚画像である、実施態様９に記載のイメージングシステム。
【００７６】
（１１）  前記プロセッサが、前記視覚画像内の前記結石に対応する領域をカラー化し、それによって、前記結石と前記周囲組織との視覚コントラストを増大させる、実施態様１０に記載のイメージングシステム。
（１２）  前記イメージングシステムが内視鏡である、実施態様９に記載のイメージングシステム。
（１３）  結石と周囲組織とを識別する方法において、
照射光子を生成することと、
第１の複数の照射光子をフィルタリングして、第１の多通過帯域波長を含む第１の複数のフィルタリングされた光子と、第２の多通過帯域波長を含む第２の複数のフィルタリングされた光子と、を生成することであって、サンプルが、前記第１の複数のフィルタリングされた光子を照射されて、第１の複数の相互作用光子および第２の複数の相互作用光子を生成する、ことと、
第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出し、１つ以上の画像データセットを生成することと、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成することと、
を含む、方法。
（１４）  前記方法が、手術中に行われる、実施態様１３に記載の方法。
（１５）  結石と周囲組織とを識別する方法において、
結石および周囲組織を照射し、それによって相互作用光子を生成することと、
第１の複数の前記相互作用光子のうちの１つ以上をフィルタリングし、第１の多通過帯域波長を伝送し、第２の複数の相互作用光子をフィルタリングし、第２の多通過帯域波長を伝送することと、
前記第１の多通過帯域波長および前記第２の多通過帯域波長を検出し、前記第１の通過帯域波長および前記第２の通過帯域波長の１つ以上の画像データセットを生成することと、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成することと、
を含む、方法。
【００７７】
（１６）  前記方法が、手術中に行われる、実施態様１５に記載の方法。
（１７）  結石と周囲組織とを識別する方法において、
第１の複数の相互作用光子を生成するための第１の波長を有する第１の複数の照射光子および第２の複数の相互作用光子を生成するための第２の波長を有する第２の複数の照射光子のうちの１つ以上を、結石および周囲組織に照射することと、
前記第１の複数の相互作用光子および前記第２の複数の相互作用光子を検出して、１つ以上の画像データセットを生成することと、
前記１つ以上の画像データセットを処理し、周囲組織に対する結石の位置に関する情報を生成することと、
を含む、方法。
（１８）  前記方法が、手術中に行われる、実施態様１７に記載の方法。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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