(57)【要約】  システム、構成物、および方法は、便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定する方法を使用して疾患を検出する。一実施形態では、システム、構成物および方法は、大腸癌および前癌性ポリープを検出するための非侵襲的方法を提供することができ、この方法は、癌性および非癌性対象からの便試料をハイパースペクトル分光法に供し、スペクトルの差が癌を示すか、またはその発症のリスクを評価することを含む。システム、構成物、および方法はまた、癌性、前癌性、および炎症性腸疾患の対象からの便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定するための方法を含み得る。【選択図】図１
2021502574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腸癌および前癌性ポリープを検出するための方法であって、
イメージセンサを使用して、対象の便試料からハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことと、
前記イメージセンサに接続された分析エンジンを使用して、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと大腸癌を示すスペクトルパターンを比較し、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと前記大腸癌を示すスペクトルパターンとの間の類似性を特定することと、
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと前記大腸癌を示すスペクトルパターンとの間に高い類似性がある場合に、前記対象の大腸癌を検出することと、を含む、方法。
【請求項２】
癌を有する対象の便試料から、および健常な対象の便試料から、前記イメージセンサを使用してスペクトル信号を収集し、かつ前記癌を有する対象および前記健常な対象の前記スペクトル信号を使用して前記分析エンジンをトレーニングし、前記大腸癌を示すスペクトルパターンを生成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルを前記大腸癌を示すスペクトルパターンと比較することが、機械学習を実施して、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと前記大腸癌を示すスペクトルパターンとの間の前記類似性を生成することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことは、前記便試料がトイレにあり、前記便試料を緩衝液と混合することなく前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことが、ハイパースペクトルカメラまたは単一点ハイパースペクトル分光デバイスを使用して対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことが、２００〜１１，１１１ｎｍの画像およびスペクトル情報を収集して処理することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことが、紫外線（ＵＶ）、可視スペクトルおよび近赤外線（ＮＩＲ）から画像およびスペクトル情報を収集して処理することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定する方法であって、
イメージセンサを使用して、対象の便試料からハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことと、
前記イメージセンサに接続された分析エンジンを使用して、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルを、癌を示すスペクトルパターンまたは炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンと比較し、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと、前記癌を示すスペクトルパターンまたは前記炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンとの間の類似性を特定することと、
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと、前記癌を示すスペクトルパターンまたは前記炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンとの間に高い類似性がある場合に、前記対象の癌および炎症性腸疾患のうちの１つを検出することと、を含む、方法。
【請求項９】
癌を有する対象の便試料から、炎症性腸疾患を有する対象の便試料から、および健常な対象の便試料から、前記イメージセンサを使用してスペクトル信号を収集し、かつ前記癌を有する対象の前記スペクトル信号、前記炎症性腸疾患を有する対象および前記健常な対象の前記スペクトル信号を使用して前記分析エンジンをトレーニングし、前記癌を示すスペクトルパターンおよび前記炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンを生成することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルを前記癌および炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンと比較することが、機械学習を行って、前記便試料からの前記ハイパースペクトルと前記癌および炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンとの間の前記類似性を生成することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことは、前記便試料がトイレにあり、前記便試料を緩衝液と混合することなく前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことが、ハイパースペクトルカメラまたは単一点ハイパースペクトル分光デバイスを使用して対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記癌が、癌腫、白血病、リンパ腫、肉腫、黒色腫および胚細胞腫瘍の対象のうちの１つ以上を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことが、２００〜１１，１１１ｎｍの画像およびスペクトル情報を収集して処理することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
対象の便試料から前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込むことが、紫外線（ＵＶ）、可視スペクトルおよび近赤外線（ＮＩＲ）から画像およびスペクトル情報を収集して処理することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
大腸癌および前癌性ポリープを検出するための装置であって、
対象の便試料からハイパースペクトルのスペクトルを取り込むイメージセンサと、
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと大腸癌を示すスペクトルパターンを比較し、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと前記大腸癌を示すスペクトルパターンとの間の類似性を特定する前記イメージセンサに接続された分析エンジンと、
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと前記大腸癌を示すスペクトルパターンとの間に高い類似性がある場合に、前記対象の大腸癌を示すディスプレイを有するコンピューティングデバイスと、を備える、装置。
【請求項１７】
前記イメージセンサが、癌を有する対象の便試料から、および健常な対象の便試料から、前記イメージセンサを使用してスペクトル信号を収集し、前記分析エンジンが、前記癌を有する対象および前記健常な対象の前記スペクトル信号を使用してトレーニングされ、前記大腸癌を示すスペクトルパターンを生成する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記分析エンジンが、機械学習を実施して、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと前記大腸癌を示すスペクトルパターンとの間の前記類似性を生成する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記イメージセンサは、前記便試料がトイレにあり、前記便試料を緩衝液と混合することなく、前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記イメージセンサが、ハイパースペクトルカメラおよび単一点ハイパースペクトル分光デバイスのうちの１つである、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記イメージセンサが、２００〜１１，１１１ｎｍの画像およびスペクトル情報を取り込む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記イメージセンサが、紫外線（ＵＶ）、可視スペクトル、および近赤外線（ＮＩＲ）を取り込む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
トイレをさらに備え、前記イメージセンサが前記トイレに取り付けられる、請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定するための装置であって、
対象の便試料からハイパースペクトルのスペクトルを取り込むイメージセンサと、
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルを、癌を示すスペクトルパターンまたは炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンと比較し、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと、前記癌を示すスペクトルパターンまたは前記炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンとの間の類似性を特定する前記イメージセンサに接続された分析エンジンと、
前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと、前記癌を示すスペクトルパターンまたは前記炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンとの間に高い類似性がある場合に、前記対象の癌および炎症性腸疾患の指標を表示するディスプレイを有するコンピューティングデバイスと、を備える、装置。
【請求項２５】
前記イメージセンサが、癌を有する対象の便試料から、炎症性腸疾患を有する対象の便試料から、および健常な対象の便試料から、前記イメージセンサを使用してスペクトル信号を収集し、前記分析エンジンが、前記癌および炎症性腸疾患を有する対象ならびに前記健常な対象の前記スペクトル信号を使用してトレーニングされ、前記癌および炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンを生成する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記分析エンジンが、機械学習を実施して、前記便試料からの前記ハイパースペクトルのスペクトルと、前記癌または炎症性腸疾患を示すスペクトルパターンとの間の前記類似性を生成する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記イメージセンサは、前記便試料がトイレにあり、前記便試料を緩衝液と混合することなく、前記ハイパースペクトルのスペクトルを取り込む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記イメージセンサが、ハイパースペクトルカメラおよび単一点ハイパースペクトル分光デバイスのうちの１つである、請求項２４に記載の装置。
【請求項２９】
前記癌が、癌腫、白血病、リンパ腫、肉腫、黒色腫および胚細胞腫瘍の対象のうちの１つ以上を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記イメージセンサが、２００〜１１，１１１ｎｍの画像およびスペクトル情報を取り込む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
前記イメージセンサが、紫外線（ＵＶ）、可視スペクトル、および近赤外線（ＮＩＲ）を取り込む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
トイレをさらに備え、前記イメージセンサが前記トイレに取り付けられる、請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張／関連アプリケーション
本出願は、２０１７年１１月１０日に出願された「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｌｏｒｅｃｔａｌ  Ｃａｎｃｅｒ  ｆｒｏｍ  Ｓｔｏｏｌ  Ｓａｍｐｌｅｓ」と題する米国仮特許出願第６２／５８４，５６１号に対する米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、一般に、疾患検出のためのシステム、構成物および方法、ならびに便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
人体には、様々な疾患など、多くの疾病があるが、疾病のスペクトルバイオマーカーを検出して、パターンを決定し、疾病を検出することができる。既存の解決策の大部分は、侵襲的であり、疾病を検出することができるように針を刺すか、採血する必要がある。検出され得る疾病の例としては、大腸癌がある。
【０００４】
大腸癌は世界で３番目に多い癌であり、先進国では癌に関連した死亡の２番目に多い原因であるが、進行した疾患の治療に有効な治療法はほとんど残っていない。早期診断により大腸癌患者の命が救われる可能性があるものの、大腸内視鏡検査などの診断方法の侵襲性および費用対効果により、腫瘍を早期に検出することは困難となっている。したがって、大腸癌の早期診断のための非侵襲的スクリーニング法を開発する必要がある。
【０００５】
最近、血液およびＤＮＡの便キット（Ｃｏｌｏｇｕａｒｄ）などの大腸癌スクリーニングキットが上市されたが、これらのスクリーニングキットはすべて、大腸癌または大腸癌のリスクを検出するための血液化学分析またはＤＮＡ分析のために、便の収集、試料の調製、およびラボへの提出が必要である。便の収集または試料の調製をすることなく、検出およびスクリーニングを実施することができることが望まれている。
【０００６】
糞便分析に分光法を使用する以前の研究では、便試料の緩衝液懸濁液の赤外線または磁気共鳴分光法が大腸癌を検出する方法として使用することができることを示唆している（ＷＯ２００５／０１７５０１Ａ１）。ただし、分析のために、緩衝液と混合せずに便試料を直接分析して上清を抽出することの可能性は、不明である。
【０００７】
ハイパースペクトル分光法などの分光法の最近の発展により、様々な波長帯域にわたるヒトの標本の可視および不可視の吸収スペクトルを調べることができる。ハイパースペクトル分光法は、疾患の診断および画像誘導手術を含む様々なアプリケーションで検討されてきたが、大腸癌を検出する非侵襲的方法として便試料の直接分析にハイパースペクトル分光法を使用することは検討されていない。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の一態様は、便試料から大腸癌および前癌性ポリープを検出するためのシステム、装置および方法に関する。この方法は、癌性および非癌性対象の便試料をハイパースペクトル分光法に供することを含み、スペクトルの差により癌が示され、またはその発症のリスクが評価される。別の態様では、この方法は、便試料から疾病のスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定するために使用され得、疾病は、大腸癌、前癌性ポリープ、胃腸疾患、炎症性疼痛、慢性疾患、心血管疾患、心肥大、心不全および癌を含む群から選択される。癌は、癌腫、肉腫、黒色腫、胚細胞腫瘍、リンパ腫または白血病であり得る。
【０００９】
いくつかの実施形態では、ハイパースペクトル分光計は、２００〜１１，１１１ｎｍのスペクトル範囲、紫外（ＵＶ）および可視スペクトルおよび近赤外（ＮＩＲ）を含むスペクトル範囲、１〜１０μｍ／ピクセルのスペクトル分解能、０．３ｎｍ〜１．５ｎｍのスペクトル分解能（半値全幅）を含む群から選択される。ハイパースペクトル分光計は、Ｓｉ（シリコン）電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルライド）検出器、強化型電荷結合素子（ＩＣＣＤ）検出器、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）検出器、フォーカルプレーンアレイ（ＦＰＡ）検出器、フィルタホイール分散デバイス、プリズム分散デバイス、液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）分散デバイス、音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）分散デバイス、グレーティング分散デバイス、コンピュータ生成ホログラフィック（ＣＧＨ）分散型デバイス、プリズム格子プリズム（ＰＧＰ）分散型デバイス、凝視取得モード、プッシュブルーム取得モード、フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）取得モード、スナップショット取得モード、反射率測定モード、蛍光および反射率測定モード、透過測定モード、蛍光測定モードを使用することができる。
【００１０】
別の態様において、大腸癌および前癌性ポリープを便試料から検出するための構成物が開示される。構成物は、ハイパースペクトル分光計と、非癌性および大腸癌の対象から得られた便のハイパースペクトルのスペクトルを比較し、大腸癌および前癌性ポリープを示すスペクトルの差を特定するための統計的方法またはコンピュータアルゴリズムと、を含む。
【００１１】
別の態様では、本出願は、試料を緩衝液と混合して分析のために上清を抽出することなく、便試料から大腸癌を検出するための方法に関する。便試料は、直接ハイパースペクトル分光法に供され、赤外および近赤外分光法を含む他の分光法に使用することができる。
【００１２】
別の態様では、本出願は、便試料の新規のスペクトルバイオマーカーおよびパターンを疾病から同定するための方法に関する。この方法は、（ａ）異なる疾病の対象から便試料を収集するステップと、（ｂ）ハイパースペクトル分光法により便試料を分析するステップと、（ｃ）異なる対象の便試料からスペクトルを分類するステップと、（ｄ）コンピュータアルゴリズムを開発するステップと、（ｅ）スペクトルのバイオマーカーおよびパターンを同定するステップと、を含む。疾病は、大腸癌、前癌性ポリープ、胃腸疾患、炎症性疼痛、慢性疾患、心血管疾患、心肥大、心不全、癌を含む群から選択される。癌は、癌腫、肉腫、黒色腫、胚細胞腫瘍、リンパ腫または白血病であり得る。他の実施形態では、スペクトルバイオマーカーおよびパターンは、２００〜１１，１１１ｎｍの範囲である。他の実施形態では、スペクトルバイオマーカーおよびパターンは、紫外（ＵＶ）および可視スペクトルおよび近赤外（ＮＩＲ）を含むスペクトル範囲の範囲にある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ハイパースペクトル分光計などのイメージングを使用して、便試料からヒトの疾病を検出することができるシステムの実施形態の例を示す。
【図２】図１に示されているシステムの部分のより詳細を示す。
【図３】図１に示されているシステムの部分のより詳細を示す。
【図４】便試料から疾病を検出する方法を示す。
【図５】便試料のスペクトルデータから、大腸癌またはポリープを含む疾病を特定することができるハイパースペクトルイメージング分析の例を示す。
【図６】図５のハイパースペクトルイメージング分析の結果の例を示す。
【図７】大腸癌の便試料を特定する単一点ハイパースペクトル分光計分析の例を示す。
【図８】図７のハイパースペクトル分光計分析の結果の例を示す。
【図９】図７のハイパースペクトル分光計分析の結果の例を示す。
【図１０】ヒトの便に基づいた、後期大腸癌およびヒトの健常な対象のハイパースペクトル分光計分析を示す。
【図１１】ヒトの便に基づいた、ポリープおよび初期大腸癌およびヒトの健常な対象のハイパースペクトル分光計分析を示す。
【図１２】図１のシステムの便試料センサの第１の実施形態の例を示す。
【図１３】トイレに取り付けられた図１２の便試料センサを示す。
【図１４】図１のシステムの便試料センサおよびトイレに取り付けられた便試料センサの第２の実施形態の例を示す。
【図１５】図１のシステムの便試料センサおよびトイレに取り付けられた便試料センサの第２の実施形態の例を示す。
【図１６】図１のシステムの便試料センサおよびトイレに取り付けられた便試料センサの第２の実施形態の例を示す。
【図１７】便試料センサ１４の一部であるコアデバイス１２０および撮像感知デバイス１２２の詳細を示す。
【図１８】イメージセンサで生成されたスペクトルの例を示す。
【図１９】図１のシステムにより生成されたユーザ用ユーザインターフェースの例を示す。
【図２０】図１のシステムにより生成された医師用ユーザインターフェースの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
開示されたシステムおよび方法を実行するためのいくつかのモードは、本明細書で以下で考察されるその例示的な実施形態に関して提示される。しかしながら、開示されたシステムおよび方法は、説明された実施形態に限定されず、当業者は、開示されたシステムおよび方法の基本概念から逸脱することなく、他の多くの実施形態が可能であり、そのような回避策もまた本出願の範囲に含まれることを理解するであろう。開示されたシステムおよび方法の他のスタイルおよび構成は、本開示の教示に容易に組み込むことができ、範囲を限定するものではなく、明確化および開示の目的で、１つの特定の構成のみを示し、説明するものとする。例示の目的で、大腸癌および前癌性ポリープを検出する目的で便試料のスペクトル画像を取得するシステムおよび方法の実施形態が記載されているが、開示されたシステムおよび方法は、より一般的には、便試料から新規なスペクトルバイオマーカーおよび様々な疾病のパターンを収集して同定するために使用されてもよい。
【００１５】
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、開示された方法および構成物が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に他のことを指示しない限り、複数の参照を含むことに注意しなければならない。
【００１６】
本明細書で使用する「検出する（ｄｅｔｅｃｔ）」および「検出（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）」という用語は、大腸癌などの疾病に関連する１つ以上の症状の特定、および大腸癌などの疾病に関連する１つ以上の症状の診断を指す。治療される個体（「患者」または「対象」とも呼ばれる）は、任意の疾病の胎児、乳児、子供、青年、または成人のヒトであり得る。検出された疾病は、大腸癌、前癌性ポリープ、胃腸疾患、炎症性疼痛、慢性疾患、心血管疾患、心肥大、心不全および癌のうちの１つ以上を含み得る。
【００１７】
本明細書で使用する場合、「癌」という用語は、周囲の組織に侵入する能力および／または新たなコロニー形成部位に転移する能力を有する細胞の増殖を特徴とする様々な悪性新生物のいずれかを指し、これには、癌腫、白血病、リンパ腫、肉腫、黒色腫および胚細胞腫瘍が含まれるが、これらに限定されない。開示されたシステムおよび方法を使用して治療または特定され得る癌の、代表的であるが非限定的なリストには、リンパ腫、Ｂ細胞リンパ腫、Ｔ細胞リンパ腫、菌状息肉症、ホジキン病、骨髄性白血病、膀胱癌、脳癌、神経系癌、頭頸部癌、頭頸部扁平上皮癌腫、腎臓癌、小細胞肺癌および非小細胞肺癌などの肺癌、神経芽細胞腫／膠芽腫、卵巣癌、膵臓癌、前立腺癌、皮膚癌、肝臓癌、黒色腫、口腔・咽頭・喉頭および肺の扁平上皮癌腫、結腸癌、子宮頸癌、子宮頸癌腫、乳癌、ならびに上皮癌、腎臓癌、泌尿生殖器癌、肺癌、食道癌腫、頭頸部癌腫、大腸癌、造血器癌；精巣腫瘍；結腸および直腸癌、前立腺癌、または膵臓癌が含まれ得る。
【００１８】
「癌腫」という用語は、周囲の組織に浸潤して転移を引き起こす傾向がある上皮細胞から構成される悪性の新たな増殖を指す。例示的な癌腫には、例えば、肛門癌、尖圭癌、腺嚢胞癌、腺様嚢胞癌、腺腫性癌、副腎皮質の癌腫、肺胞癌、肺胞細胞癌、基底細胞癌（ｂａｓａｌ  ｃｅｌｌ  ｃａｒｃｉｎｏｍａ）、癌細胞、基底細胞癌（ｂａｓａｌｏｉｄ  ｃａｒｃｉｎｏｍａ）、基底扁平上皮癌、気管支肺胞癌、細気管支癌、気管支癌、小脳癌、胆管細胞癌、絨毛癌、コロイド癌、コメド癌、コーパス癌、篩状癌、乳癌、皮膚癌、円柱状癌、円柱細胞癌、乳管癌、癌デュラム、胎児性癌、脳腫瘍、類上皮癌、癌上皮性アデノイド、外向性癌、潰瘍以外の癌腫、線維芽細胞癌、ゼラチン状（ｇｅｌａｔｉｎｉｆｏｒｍ）癌、ゼラチン状（ｇｅｌａｔｉｎｏｕｓ）癌、巨細胞癌、巨大細胞癌、腺癌、顆粒膜細胞癌、毛母細胞癌、血腫、肝細胞癌、ハースル細胞癌、硝子癌、子宮内膜腫、乳児胎児性癌、上皮内の癌、表皮内癌、上皮内癌、クロムペッチャー癌、クルチツキー細胞癌、大細胞癌、レンチキュラー癌（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ  ｃａｒｃｉｎｏｍａ）、レンチキュラー癌（ｃａｒｃｉｎｏｍａ  ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒｅ）、脂肪腫性癌、リンパ上皮癌、髄様癌（ｃａｒｃｉｎｏｍａ  ｍｅｄｕｌｌａｒｅ）、髄様癌（ｍｅｄｕｌｌａｒｙ  ｃａｒｃｉｎｏｍａ）、黒色腫、軟癌、粘液性癌、癌性粘液、癌性粘液細胞、粘表皮癌、癌性粘膜、粘膜癌、癌粘液腫、鼻咽頭癌、エンバク細胞癌、癌性骨腫、類骨癌、乳頭癌、門脈周囲癌、前浸潤癌、棘細胞癌、湿疹癌、腎臓の腎細胞癌、予備細胞癌、癌腫肉腫、シュナイダー癌、スキルス癌、癌腫スクロティ、印環細胞癌、単純癌、小細胞癌、ソラノイド癌、球状細胞癌、紡錘細胞癌、海綿状癌、扁平上皮癌（ｓｑｕａｍｏｕｓ  ｃａｒｃｉｎｏｍａ）、扁平上皮癌（ｓｑｕａｍｏｕｓ  ｃｅｌｌ  ｃａｒｃｉｎｏｍａ）、弦状癌、癌性毛細血管拡張症、癌性毛細管拡張症、移行上皮癌、癌性結節、結節性癌、疣贅癌、および絨毛癌が含まれる。
【００１９】
「白血病」という用語は、造血器官の広く進行性の悪性疾患を指し、一般に、血液および骨髄における白血球およびその前駆体の歪んだ増殖および発達を特徴とする。白血病疾患には、例えば、急性非リンパ性白血病、慢性リンパ性白血病、急性顆粒球性白血病、慢性顆粒球性白血病、急性前骨髄球性白血病、成人Ｔ細胞白血病、白血病性白血病、白血球性白血病、好塩基球性白血病、芽細胞白血病、ウシ白血病、慢性骨髄性白血病、白血病の皮膚、胎児性白血病、好酸球性白血病、総白血病、有毛細胞白血病、血球性白血病、血球芽球性白血病、組織球性白血病、幹細胞白血病、急性単球性白血病、白血球減少性白血病、リンパ性白血病（ｌｙｍｐｈａｔｉｃ  ｌｅｕｋｅｍｉａ）、リンパ芽球性白血病、リンパ性白血病（ｌｙｍｐｈｏｃｙｔｉｃ  ｌｅｕｋｅｍｉａ）、リンパ性白血病（ｌｙｍｐｈｏｇｅｎｏｕｓ  ｌｅｕｋｅｍｉａ）、リンパ性白血病（ｌｙｍｐｈｏｉｄ  ｌｅｕｋｅｍｉａ）、リンパ肉腫細胞白血病、マスト細胞白血病、巨核球性白血病、微小骨髄芽球性白血病、単球性白血病、骨髄芽球性白血病、骨髄性白血病、骨髄性顆粒球性白血病、骨髄単球性白血病、ネゲリ白血病、形質細胞白血病、形質細胞性白血病、前骨髄球性白血病、リーダー細胞白血病、シリングの白血病、幹細胞白血病、亜白血病性白血病、および未分化細胞白血病が含まれる。
【００２０】
「肉腫」という用語は一般に、間葉起源の形質転換細胞から生じる腫瘍を指す。肉腫は、結合組織の悪性腫瘍であり、一般に、線維性または均質な物質に埋め込まれた密集した細胞で構成されている。肉腫には、例えば、軟骨肉腫、線維肉腫、リンパ肉腫、メラノ肉腫、粘液肉腫、骨肉腫、アベメシー肉腫、肉腫脂肪、脂肪肉腫、歯槽軟部肉腫、エナメル上皮肉腫、甲状腺肉腫、クロロマ肉腫、脈絡膜癌、胚肉腫、ウィルンズ腫瘍肉腫、子宮内膜肉腫、間質肉腫、ユーイング肉腫、筋膜肉腫、線維芽細胞肉腫、巨細胞肉腫、顆粒球性肉腫、ホジキン肉腫、特発性多発性出血性肉腫、Ｂ細胞の免疫芽細胞肉腫、リンパ腫（例えば、非ホジキンリンパ腫）、Ｔ細胞の免疫芽細胞肉腫、ジェンセン肉腫、カポジ肉腫、クッパー細胞肉腫、血管肉腫、白質肉腫、悪性間葉腫肉腫、傍骨肉腫、網状肉腫、ラウス肉腫、漿液性肉腫、肉腫滑膜、および毛細血管拡張肉腫が含まれる。
【００２１】
「黒色腫」という用語は、皮膚および他の器官のメラニン細胞系から生じる腫瘍を意味すると解釈される。黒色腫には、例えば、末端黒斑性黒色腫、黒色腫、良性若年性黒色腫、クラウドマン黒色腫、Ｓ９１黒色腫、ハーディング−パッシー黒色腫、若年性黒色腫、黒子黒色腫、悪性黒色腫、結節性黒色腫、および扁平上皮黒色腫が含まれる。
【００２２】
本明細書で使用される場合、「ハイパースペクトル分光法」という用語は、紫外（ＵＶ）および可視スペクトルおよび近赤外（ＮＩＲ）を含む、２００〜１１，１１１ｎｍのスペクトル範囲を収集および分析する分光計またはセンサを指す。ハイパースペクトル分光法の例には、２００〜１１，１１１ｎｍのスペクトル範囲、紫外（ＵＶ）および可視スペクトルおよび近赤外（ＮＩＲ）を含むスペクトル範囲、１〜１０μｍ／ピクセルのスペクトル分解能、０．３ｎｍ〜１．５ｎｍの間のスペクトル分解能（半値全幅）を含む群から選択されるハイパースペクトル分光計が含まれるが、これらに限定されない。Ｓｉ（シリコン）電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルライド）検出器、強化型電荷結合素子（ＩＣＣＤ）検出器、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）検出器、フォーカルプレーンアレイ（ＦＰＡ）検出器、フィルタホイール分散デバイス、プリズム分散デバイス、液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）分散デバイス、音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）分散デバイス、グレーティング分散デバイス、コンピュータ生成ホログラフィック（ＣＧＨ）分散型デバイス、プリズム格子プリズム（ＰＧＰ）分散型デバイス、凝視取得モード、プッシュブルーム取得モード、フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）取得モード、スナップショット取得モード、反射率測定モード、蛍光および反射率測定モード、透過測定モード、蛍光測定モードである。
【００２３】
本明細書で使用する場合、「対象」、「個体」、および「動物」という用語は、脊椎動物、好ましくは哺乳類を指すために本明細書では互換的に使用される。「哺乳類」または「哺乳動物」という用語は、マウス、サル、ヒト、農場の動物、競技用動物、およびペットを含むが、これらに限定されない。生体内で得られた、または生体外で培養された生物学的実体の組織、細胞およびそれらの子孫も含まれる。
【００２４】
システムの例示的な実施形態
図１は、ハイパースペクトル分光計などのイメージングを使用して、便試料からヒトの疾病を検出することができるシステム１０の実施形態の例を示す。システム１０は、便試料センサ１４を取り付け／配置し得る典型的なトイレ１２を含むことができ、便試料センサ１４は、一実施形態では大腸癌などの疾病のスペクトルバイオマーカーを生成することができる。便試料センサ１４は、様々なタイプの光学センサであり得、例えば、ハイパースペクトル分光計カメラ（例は図５に示されている）、単一点ハイパースペクトル分光計（例は図７に示されている）または本明細書で開示される波長の範囲でスペクトルバイオマーカーのセットを生成することができる他の任意の光学センサを含む。対象が便試料を収集する必要がないように（スクリーニングキットで行う必要があるか、便試料の分析を行う前に、便試料を既知のシステムのような別の物質と混合する必要なく）対象がトイレで排便するとき、便試料センサ１４は、１つ以上の異なる疾病のスペクトルバイオマーカーのセットを生成することができる。さらに、便試料センサ１４はトイレの内側／近くにあるため、疾病検出はその場で（試料をラボに送る必要なく）そしてリアルタイムで（試料がラボに到着してラボでテストされるのを待つ必要なく）実施される。便試料センサ１４は、通信経路２０を介してユーザのコンピューティングデバイス１６またはバックエンドシステム１８に通信され得るスペクトルバイオマーカーのセットを生成し得る。バックエンドシステム１８、コンピューティングデバイス１６、および便試料センサ１４は各々、分析の一部を実施し得（以下でより詳細に説明）、それによって、システムは、大腸癌のような症状および疾病を、便試料センサ１４によって収集／生成された特定の対象のスペクトルバイオマーカーのセットから特定する。一実施形態では、システムは、０．３〜１ｎｍの波長ごとに信号を収集する。便試料センサ１４のさらなる詳細は、便試料センサ１４のいくつかの異なる実施形態を示す図１２〜１７を参照して以下に提供される。他の実施形態では、便試料センサ１４は、トイレとは別に使用されてもよいが、病院設定などでのデータ分析を伴う。
【００２５】
各コンピューティングデバイス１６は、メモリ、ディスプレイ、および有線または無線接続回路を備えたプロセッサベースのデバイスであり得、これにより、コンピューティングデバイス１６は、便試料センサ１４および／またはバックエンドシステム１８と通信し、便試料センサ１４および／またはバックエンドシステム１８と相互作用／データ交換することができる。例えば、コンピューティングデバイス１６は、バックエンドシステム１８とデータを交換し、便試料センサ１４からデータのセットの分析の結果を示すグラフィックまたはビジュアルデータを受け取ることができる。システムは、図１に示すように、スマートフォンデバイス１６ａおよびパーソナルコンピュータ１６ｂなどの複数のコンピューティングデバイスを有することができ、各コンピューティングデバイスは、アップルのｉＰｈｏｎｅ製品またはＡｎｄｒｏｉｄ  ＯＳベースのシステムなどのスマートフォンデバイス、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、端末デバイスなどであり得る。各コンピューティングデバイス１６は、情報をユーザに視覚的に表示することができる、コンピューティングデバイス１６のプロセッサによって実行されるアプリケーション、ウェブアプリ、またはモバイルアプリを有することができ、ここで、患者／対象用のユーザインターフェースの例を図１９に示し、医師用のユーザインターフェースの例を図２０に示す。通信経路２０は、様々なデバイスおよびバックエンド２０が既知のデータおよび転送プロトコルを使用して互いに接続および通信することを可能にする１つ以上の有線または無線ネットワーク／システムを含み得る。バックエンドシステム１８は、以下で説明するように、スペクトルデータに基づいて疾病を検出するための新規の処理を実施する１つ以上の既知のコンピューティングリソースとして実装することができる。１つ以上の既知のコンピューティングリソースは、クラウドサーバー、サーバーコンピュータ、ブレードサーバー、アプリケーションサーバー、データベースサーバーなどであってよい。
【００２６】
図２および３は、図１に示されるシステムの部分のより詳細を示し、具体的には、便試料センサ１４、コンピューティングデバイス１６およびバックエンド１８によって実施され得る分析のより詳細を示す。図２に示すように、便試料センサデバイス１４は、トイレに取り付けられるか、またはトイレに統合され得、スペクトルデータを生成／収集するセンサに加えて、他のタイプのデータを生成する他のセンサを有し得る。例えば、他のタイプのセンサは、便試料センサデバイス１４に統合し得る光学的および化学的センサを含むが、これらに限定されない。図２の実施形態に示すように、便試料センサデバイス１４は、既知の無線または有線通信技術を介してコンピューティングデバイス１６またはバックエンド１８に転送／通信され得るデバイス１４内のハイパースペクトル分光法を介して便データを生成／収集し得る。
【００２７】
図２は、便試料データを分析（バックエンド１８による分析、コンピューティングデバイス１６による分析、もしくはセンサデバイス１４による分析、またはバックエンド１８、コンピューティングデバイス１６およびセンサデバイス１４の１つ以上の組み合わせによる分析）することができるいくつかの異なる実施形態を示す。バックエンド１８分析（クラウドベースの分析としてクラウドで実施）では、バックエンド
【００２８】
一実施形態では、バックエンド１８は、クラウドベースのコンピューティングリソースを使用して実装され得る。バックエンドは、便試料からのデータに対して人工知能演算を実施し得る分析エンジンをさらに含むことができる。一実施形態では、分析エンジンは、データ分析を実施するためにバックエンド１８の一部であるプロセッサによって実行される複数の命令行として実装されてもよい。一実施形態では、データ分析は、機械学習アルゴリズム（便試料からのスペクトルデータを処理するための分類、パターン認識および画像認識など）であり得る。これらの機械学習プロセスは、例えば、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｃｌｏｕｄの市販のＡｕｔｏＭＬエンジンを使用して実装され得る。データがバックエンド１８で分析されているとき、データはバックエンド１８に格納されてもよい（２０）。次に、一実施形態では、ポリープおよび大腸癌などの症状または疾病を検出するために、機械学習によって便データ分析が行われる（２２）。結果分析は、ユーザインターフェースを介してユーザ（医師および／または患者／対象）に送信することができ（２４）、その例を図１９〜２０に示す。
【００２９】
コンピューティングデバイス１６がデータ分析を実施するとき、コンピューティングデバイスは、便試料からのデータに対して人工知能演算を実施し得る分析エンジンをさらに含むことができる。一実施形態では、分析エンジンは、データ分析を実施するためにコンピューティングデバイス１６の一部であるプロセッサによって実行される複数の命令行として実装されてもよい。一実施形態では、データ分析は、機械学習アルゴリズム（便試料からのスペクトルデータを処理するための分類、パターン認識および画像認識など）であり得る。データがコンピューティングデバイス１６で分析されているとき、便データ分析は、機械学習によって実施され（２２）、一実施形態では、ポリープおよび大腸癌などの症状または疾病を検出する。結果分析は、ユーザインターフェースを介してユーザ（医師および／または患者／対象）に送信することができ（２４）、その例を図１９〜２０に示す。
【００３０】
便試料センサデバイス１４がデータ分析を実施するとき、コンピューティングデバイスは、便試料からのデータに対して人工知能演算を実施し得る分析エンジンをさらに含むことができる。一実施形態では、分析エンジンは、データ分析を実施するために便試料センサデバイス１４の一部であるプロセッサによって実行される複数の命令行として実装されてもよい。一実施形態では、データ分析は、機械学習アルゴリズム（便試料からのスペクトルデータを処理するための分類、パターン認識および画像認識など）であり得る。データが便試料センサデバイス１４で分析されているとき、便データ分析は、機械学習によって実施され（２２）、一実施形態では、ポリープおよび大腸癌などの症状または疾病を検出する。結果分析は、ユーザインターフェースを介してユーザ（医師および／または患者／対象）に送信することができ（２４）、その例を図１９〜２０に示す。
【００３１】
図３および４は、図１に示されるシステムを使用して、便試料から大腸癌および／または他の疾患を検出する方法４０のさらなる詳細を示す。この方法では、大腸癌、前癌性ポリープ、非癌性（正常）の対象から便試料を収集し、それらの便試料をハイパースペクトル分光計ベースのセンサデバイス１４に供されている（４２）。次に、２００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルが、分光計（一連のスペクトルバイオマーカーまたはハイパースペクトル信号）によって収集されている。ハイパースペクトル分光計ベースのセンサデバイス１４によって収集された便試料のデータは、分析エンジン（上記の機械学習プロセスを含む）をトレーニングするためのデータセットとして使用することができ、大腸癌、前癌性ポリープ、その他の疾患および健常な対象の便試料のスペクトルバイオマーカーおよびスペクトルパターンを同定する。これにより、分析エンジンは、スペクトル情報の特徴を学習および分類する（４４）。次に、新しい便試料のスペクトルデータの新しいセットがセンサデバイス１４によってリアルタイムで取り込まれ得、（トレーニングデータに基づいて）データ分析エンジンの既知のスペクトルパターンと比較され得（４６）、大腸癌、ポリープ、その他の疾患または健常な対象（大腸癌、ポリープまたはその他の疾患のスペクトルパターンがないこと）のうちの１つ以上を特定する。新しい便試料のスペクトルと、大腸癌、ポリープおよび他の疾患（完全一致またはスペクトルパターンの所定の割合以内）の１つ以上を示すスペクトルパターンとの間の類似性に基づいて、システムは、対象が大腸癌、ポリープ、その他の疾患のうちの１つ以上を有することを検出することができる。
【００３２】
図５は、便試料のスペクトルデータから大腸癌またはポリープを含む疾病を同定することができるハイパースペクトルイメージング分析（イメージセンサにハイパースペクトルイメージングカメラの実装形態を使用）の一例を示し、図６は、ハイパースペクトルイメージング分析の結果の一例を示す。図５は、ハイパースペクトルイメージセンサ／カメラを示しており、ハイパースペクトル画像は、センサから様々な波長で収集され、便試料の信号は、統計的手法またはコンピュータアルゴリズムを使用して分析および分類される。図６は、健常な対照群（黒色、ｎ＝３は四角のボックスでマーク）と、Ａｐｃmut／ＫｒａｓG12D／ｐ５３mut大腸癌のＣ５７Ｂｌ／６マウス（赤色、ｎ＝３はＸでマーク）の便試料のハイパースペクトルイメージング分析を示しており、健常な対象および大腸癌の対象の正規化された強度および異なる波長、ならびにスペクトルの差を示している。図６はまた、健常な対照群（黒色、ｎ＝３は四角のボックスでマーク）および大腸炎のＣ５７Ｂｌ／６マウス（緑色、ｎ＝３は丸でマーク）の便試料のハイパースペクトルイメージング分析を示しており、健常な対象および大腸炎の対象の正規化された強度および異なる波長、ならびにスペクトルの差を示している。図６はまた、健常な対照群（黒色、ｎ＝３は四角形のボックスでマーク）および急性骨髄性白血病のＣ５７Ｂｌ／６マウス（青色、ｎ＝３はダイヤモンドでマーク）の便試料のハイパースペクトルイメージング分析を示しており、健常な対象および白血病の対象の正規化された強度および異なる波長、ならびにスペクトルの差を示している。図６はまた、健常な対象（マウス）と大腸癌（赤色）、大腸炎（緑色）、急性骨髄性白血病（青色）のマウスのハイパースペクトルイメージング分析を組み合わせた結果を示す。図６では、健常な対象のスペクトル信号の差は、各場合に対照として異なる健常な対象が使用されたという事実によるものである。
【００３３】
図７は、便試料のスペクトルデータから大腸癌またはポリープを含む疾病を同定することができる単一点ハイパースペクトルイメージング分析（イメージセンサに単一点ハイパースペクトルイメージングの実装形態を使用）の一例を示し、図８および９は、図７のハイパースペクトルイメージング分析の結果の例を示す。図７は、単一点ハイパースペクトル分光計を示しており、ハイパースペクトル画像は、センサから様々な波長で収集され、便試料の信号は、統計的手法またはコンピュータアルゴリズムを使用して分析および分類される。図９は、健常な対照群（黒色、ｎ＝３は四角のボックスでマーク）と、Ａｐｃmut／ＫｒａｓG12D／ｐ５３mut大腸癌のＣ５７Ｂｌ／６マウス（赤色、ｎ＝３はＸでマーク）の便試料のハイパースペクトルイメージング分析を示しており、健常な対象および大腸癌の対象の正規化された強度および異なる波長、ならびにスペクトルの差を示している。図９はまた、健常な対照群（黒色、ｎ＝３は四角のボックスでマーク）および大腸炎のＣ５７Ｂｌ／６マウス（緑色、ｎ＝３は丸でマーク）の便試料のハイパースペクトルイメージング分析を示しており、健常な対象および大腸炎の対象の正規化された強度および異なる波長、ならびにスペクトルの差を示している。図９はまた、健常な対照群（黒色、ｎ＝３は四角形のボックスでマーク）および急性骨髄性白血病のＣ５７Ｂｌ／６マウス（赤色、ｎ＝３はダイヤモンドでマーク）の便試料のハイパースペクトルイメージング分析を示しており、健常な対象および白血病の対象の正規化された強度および異なる波長、ならびにスペクトルの差を示している。図９はまた、健常な対象（マウス）と大腸癌（赤色）、大腸炎（緑色）、急性骨髄性白血病（青色）のマウスのハイパースペクトルイメージング分析を組み合わせた結果を示す。図６では、健常な対象のスペクトル信号の差は、各場合に対照として異なる健常な対象が使用されたという事実によるものである。
【００３４】
図１０は、ヒトの便に基づいた、後期大腸癌およびヒトの健常な対象のスペクトル分析を示す。図は、正常なヒトの便の試料（ｎ＝５、四角でマークされた青い線）からの４００〜１，１００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルの正規化された強度を示しており、次に分類され、ステージＩＩＩおよびＩＶの大腸癌のヒトの便試料（ｎ＝７、Ｘでマークされた赤色）と比較されている。これらの疾患からのスペクトルの観察された差は、図１０に示すように、大腸癌を示す。
【００３５】
図１１は、ヒトの便に基づいた、ポリープおよびステージ０の大腸癌とヒトの健常な対象のスペクトル分析を示す。図１１は、正常なヒトの便試料（ｎ＝９、四角でマークされた青い線）からの４００〜１，１００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルの正規化された強度を示しており、次に、分類され、前癌性ポリープおよびステージ０のヒトの便の試料（ｎ＝１１、Ｘでマークされた赤色）と比較され、これらの疾患からのスペクトルで観察された差は、前癌性ポリープおよびステージ０を示す。
【００３６】
図１２は、図１のシステムの便試料センサ１４の第１の実施形態の例を示しており、図１３は、トイレに取り付けられた図１２の便試料センサ１４を示すが、便試料センサ１４は、上述のように病院環境のトイレに取り付けられずに使用されてもよい。便試料センサ１４は、デバイスの電子機器などを含むコアデバイス１２０と、ケーブルによってコアデバイスに接続し得る感知／照明デバイス１２２とを有することができる。図２に示すように、便試料センサ１４は、感知照明デバイス１２２を保持する取り付けブラケット１２４をさらに含むことができる。図１３は、トイレに取り付けられたコアデバイス１２０を示す。図１３に示すように、コアデバイス１２０は、トイレの蓋に取り付けられ得るか、またはトイレに統合され得るが、感知照明デバイス１２２は、便試料の感知および採取を可能にする便座の下のトイレの後部に配置され得、影のないトイレ内の適切な範囲を照らし、光源は、３６０〜２５００ｎｍ、または３６０〜２５００ｎｍ、または２００〜１１，１１１ｎｍの任意の範囲をカバーする必要がある。
【００３７】
図１４〜１６は、図１のシステムの便試料センサデバイス１４およびトイレに取り付けられた便試料センサの第２の実施形態の例を示す。便試料センサデバイス１４は、同じコアデバイス１２０と、２つのデバイス１２０、１２２が図１５に見られ得るケーブル／ワイヤを介して互いに接続されている感知照明デバイス１２２とを有する。試料センサデバイス１４のいずれかを用いて、デバイス１２０、１２２の一方または両方をトイレに統合することもできる。
【００３８】
図１７は、便試料センサ１４の一部であるコアデバイス１２０および撮像感知デバイス１２２のさらなる詳細を示し、図１８は、イメージセンサによって生成されたスペクトルの例を示す。図１７に示すように、コアデバイス１２０は、相互接続されたマイクロコントローラ、電源、および光学センサをさらに含むことができる。光学センサは、ＵＳＢコネクタおよび触覚スイッチをさらに含み得、ハイパースペクトル分光計を実施する。触覚スイッチは、電源スイッチであり、電源は充電式で取り外し可能であるため、新しい電源と交換することができる。電源は、マイクロコントローラおよび光学センサに電力を供給し、マイクロコントローラは、光学センサの動作を制御し、光学センサからスペクトルデータを取り込み、バックエンドまたはコンピューティングデバイスが実施しているときに転送するためのスペクトルデータをデータ分析用に準備する。コアデバイス１２０は、コアデバイス１２０が便試料スペクトルデータをバックエンドまたはコンピューティングデバイスに通信することを可能にする（無線または有線）通信回路をさらに含む。感知照明デバイス１２２は、スペクトルデータを収集するために光ファイバを介して光学センサに接続されるコリメータと、便試料に向けて照明を向け得る照明デバイスと、周囲光などの環境データを測定するタッチセンサ／周囲光センサと、をさらに含み得る。コアセンサデバイスは、コリメータを介して物体をスキャンし、コリメータは、コリメート光をマルチモード光ファイバに結合したり、ファイバから放出された発散光をコリメートするために使用することができる。照度計は光量を調整することができる。タッチセンサ／周囲光センサ機器。この部分の目的は、電源をオン／オフするように制御することである。
【００３９】
図１９は、図１のシステムによって生成されたユーザ用のユーザインターフェースの例を示し、図２０は、図１のシステムによって生成された医師用のユーザインターフェースの例を示す。例えば、ユーザインターフェースは、ユーザインターフェースの例に示すように、大腸癌、前癌性ポリープおよび／または「血液の存在」の指標を表示する。
【００４０】
便試料から大腸癌および前癌性を検出する方法
システムの一態様は、便試料から大腸癌および前癌性ポリープを検出するための方法に関する。この方法は、癌性および非癌性対象の便試料をハイパースペクトル分光法に供するステップを含み、スペクトルの差は癌を示すか、またはその発症のリスクを評価する。別の態様では、この方法は、便試料のスペクトルバイオマーカーおよびパターンを疾病から同定するためのものであり、疾病は、大腸癌、前癌性ポリープ、胃腸疾患、炎症性疼痛、慢性疾患、心血管疾患、心肥大、心不全、癌を含む群から選択される。癌は、癌腫、肉腫、黒色腫、胚細胞腫瘍、リンパ腫または白血病であり得る。
【００４１】
いくつかの実施形態では、ハイパースペクトル分光計は、２００〜１１，１１１ｎｍのスペクトル範囲、紫外（ＵＶ）および可視スペクトルおよび近赤外（ＮＩＲ）を含むスペクトル範囲、１〜１０μｍ／ピクセルのスペクトル分解能、０．３ｎｍ〜１．５ｎｍのスペクトル分解能（半値全幅）を含む群から選択される。Ｓｉ（シリコン）電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミウムテルライド）検出器、強化型電荷結合素子（ＩＣＣＤ）検出器、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）検出器、フォーカルプレーンアレイ（ＦＰＡ）検出器、フィルタホイール分散デバイス、プリズム分散デバイス、液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）分散デバイス、音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）分散デバイス、グレーティング分散デバイス、コンピュータ生成ホログラフィック（ＣＧＨ）分散型デバイス、プリズム格子プリズム（ＰＧＰ）分散型デバイス、凝視取得モード、プッシュブルーム取得モード、フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）取得モード、スナップショット取得モード、反射率測定モード、蛍光および反射率測定モード、透過測定モード、蛍光測定モードである。
【００４２】
別の態様では、本出願は、大腸癌および前癌性ポリープを便試料から検出するための構成物に関する。構成物は、ハイパースペクトル分光計と、非癌性および大腸癌の対象から得られた便のハイパースペクトルのスペクトルを比較し、大腸癌を示すスペクトルの差を特定するための統計的方法またはコンピュータアルゴリズムと、を含む。
【００４３】
別の態様では、本出願は、試料を緩衝液と混合して分析のために上清を抽出することなく、便試料から大腸癌および前癌性ポリープを検出するための方法に関する。便試料は、直接ハイパースペクトル分光法に供され、赤外および近赤外分光法を含む他の分光法に使用することができる。
【００４４】
癌性および炎症性腸疾患の対象の便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定する方法
別の態様では、本出願は、便試料の新規のスペクトルバイオマーカーおよびパターンを疾病から同定するための方法に関する。この方法は、（ａ）異なる疾病の対象から便試料を収集するステップと、（ｂ）ハイパースペクトル分光法により便試料を分析するステップと、（ｃ）異なる対象の便試料からスペクトルを分類するステップと、（ｄ）コンピュータアルゴリズムを開発するステップと、（ｅ）スペクトルのバイオマーカーおよびパターンを同定するステップと、を含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、疾病は、大腸癌、前癌性ポリープ、胃腸疾患、炎症性疼痛、慢性疾患、心血管疾患、心肥大、心不全、癌を含む群から選択される。癌は、癌腫、肉腫、黒色腫、胚細胞腫瘍、リンパ腫または白血病であり得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、スペクトルバイオマーカーおよびパターンは、２００〜１１，１１１ｎｍの範囲である。
【００４７】
いくつかの実施形態では、スペクトルバイオマーカーおよびパターンは、紫外（ＵＶ）および可視スペクトルおよび近赤外（ＮＩＲ）を含むスペクトル範囲の範囲にある。
【実施例】
【００４８】
実施例１．材料および方法。
マウスの便試料の収集
便試料は、正常なＣ５７Ｂｌ／６マウスと、Ａｐｃmut／ＫｒａｓG12D／ｐ５３mut大腸癌腫瘍のＣ５７Ｂｌ／６マウス（Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅ  ＫＰ  ｅｔ  ａｌ．Ｎａｔ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．２０１７）と、デキストラン硫酸ナトリウム（ＤＳＳ）によって１週間誘発された大腸炎のＣ５７Ｂｌ／６マウス（ＷＯ２０１７／１００４３２Ａ１）と、急性骨髄性白血病のＣ５７Ｂｌ／６マウスと、から収集された。
【００４９】
便試料のハイパースペクトル分光分析
大腸癌または大腸炎または急性骨髄性白血病を有するマウスから収集された便試料を、試料を緩衝液と混合せずに直接ハイパースペクトル分光法に供して、分析のために上清を抽出した。次に、２００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域にわたる画像または単一点スペクトルを分光計で収集し、コンピュータソフトウェアで処理して、画像からスペクトル強度を抽出した。次に、健常な便試料からの２００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルの正規化された強度を分類し、大腸癌、大腸炎、または急性骨髄性白血病の対象の便試料と比較した。これらの疾患からのスペクトルで観察された差は、大腸癌を示す。
【００５０】
実施例２．ハイパースペクトル分光法により、便試料を分析し、他の癌および大腸炎から大腸癌の対象を特定する。
大腸癌または大腸炎または急性骨髄性白血病を有するマウスから収集された便試料を、ハイパースペクトルイメージセンサに供した。次に、６００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域にわたる画像をセンサで収集し、コンピュータソフトウェアで処理して、画像からスペクトル強度を抽出した。次に、健常な便試料からの６００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルの正規化された強度を分類し、大腸癌、大腸炎、または急性骨髄性白血病の対象の便試料と比較した。これらの疾患からのスペクトルで観察された差は、大腸癌を示す。
【００５１】
大腸癌または大腸炎または急性骨髄性白血病を有するマウスから収集された便試料を、単一点ハイパースペクトル分光計に供した。次に、２００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルを分光計で収集し、コンピュータソフトウェアで処理してスペクトル強度を抽出した。次に、健常な便試料からの２００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルの正規化された強度を分類し、大腸癌、大腸炎、または急性骨髄性白血病の対象の便試料と比較した。これらの疾患からのスペクトルで観察された差は、大腸癌を示す。
【００５２】
大腸癌、大腸炎、または急性骨髄性白血病の便試料から収集された２００〜１，０００ｎｍの様々な波長帯域のスペクトルをデータセットとして使用し、機械学習法によってコンピュータアルゴリズムをトレーニングして、癌性および炎症性腸疾患の対象の便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定した。
【００５３】
実施例３．ハイパースペクトル分光法により、便試料を分析し、非癌性対象から大腸癌および前癌性ポリープを特定する。
大腸癌または前癌性ポリープまたは非癌性を有する、ヒトから収集された便試料を、単一点ハイパースペクトル分光計に供した。次に、４５０〜１，１００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルを分光計で収集し、コンピュータソフトウェアで処理してスペクトル強度を抽出した。非癌性便試料からの４５０〜１，１００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルの正規化された強度を分類し、大腸癌または前癌性ポリープの対象の便試料と比較した。これらの疾患のスペクトルで観察された差は、大腸癌または前癌性ポリープを示す。
【００５４】
大腸癌または前癌性ポリープまたは非癌性の便試料から収集された４５０〜１，１００ｎｍの様々な波長帯域にわたるスペクトルをデータセットとして使用し、機械学習法によってコンピュータアルゴリズムをトレーニングして、大腸癌または前癌性ポリープの対象の便試料からスペクトルバイオマーカーおよびパターンを同定した。
【図１】
2021502574.tif 000003
【図２】
2021502574.tif 000004
【図３】
2021502574.tif 000005
【図４】
2021502574.tif 000006
【図５】
2021502574.tif 000007
【図６】
2021502574.tif 000008
【図７】
2021502574.tif 000009
【図８】
2021502574.tif 000010
【図９】
2021502574.tif 000011
【図１０】
2021502574.tif 000012
【図１１】
2021502574.tif 000013
【図１２】
2021502574.tif 000014
【図１３】
2021502574.tif 000015
【図１４】
2021502574.tif 000016
【図１５】
2021502574.tif 000017
【図１６】
2021502574.tif 000018
【図１７】
2021502574.tif 000019
【図１８】
2021502574.tif 000020
【図１９】
2021502574.tif 000021
【図２０】
2021502574.tif 000022
【国際調査報告】
2021502574.tif 000023