(57)【要約】【課題】フーリエ変換型近赤外分光法と比較して短時間で所望の波長領域のスペクトル情報を取得する。【解決手段】生体試料を構成する官能基の高次伸縮振動バンドの内のいずれかを主バンドとして、前記生体試料のスペクトルが該主バンドにおいて極大値を有する振動数を主バンド振動数とし、前記生体試料に含まれるオルガネラや組織等の分子に固有の振動数と前記主バンド振動数との結合音である分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を前記生体試料に照射して、その反射画像または透過画像を取得する赤外分光方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料を構成するＣＨ、ＯＨ、ＮＨの高次伸縮振動バンドの内のいずれかを主バンドとして、前記生体試料のスペクトルが該主バンドにおいて極大値を有する振動数を主バンド振動数とし、
前記生体試料に含まれるオルガネラや組織等の分子に固有の振動数と前記主バンド振動数との結合音である分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を前記生体試料に照射して、その反射画像または透過画像を取得する赤外分光方法。
【請求項２】
複数の前記分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を前記生体試料に照射して、複数の反射画像または透過画像を取得する撮影ステップと、
該観察用撮影ステップにより取得された複数の反射画像または透過画像の各画素もしくは複数の画素から構成される注目領域における近赤外光の強度を振動数について整理して離散近赤外スペクトルを生成するスペクトル生成ステップとを含む請求項１に記載の赤外分光方法。
【請求項３】
前記分子が、核酸であり、
前記分子に固有の振動数が、１１００ｃｍ−１または１３３６ｃｍ−１の少なくとも一方である請求項１または請求項２に記載の赤外分光方法。
【請求項４】
前記分子が、タンパクであり、
前記分子に固有の振動数が、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１である請求項２に記載の赤外分光方法。
【請求項５】
前記分子が、脂質であり、
前記分子に固有の振動数が、１６５０ｃｍ−１および１７５０ｃｍ−１である請求項２に記載の赤外分光方法。
【請求項６】
前記分子が、膠原線維であり、
前記分子に固有の振動数が、８５３ｃｍ−１、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１である請求項２に記載の赤外分光方法。
【請求項７】
前記分子が、細網線維であり、
前記分子に固有の振動数が、５３０ｃｍ−１、８５３ｃｍ−１、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１である請求項２に記載の赤外分光方法。
【請求項８】
前記分子が、弾性線維であり、
前記分子に固有の振動数が、５００ｃｍ−１、６６９ｃｍ−１、８５３ｃｍ−１、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１である請求項２に記載の赤外分光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外分光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象の近赤外領域の観察を行う方法として、フーリエ変換型近赤外分光法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この方法は、干渉計の可動ミラーの位置を走査して、干渉した光強度を観測し、インターフェログラムを取得した後に、取得されたインターフェログラムをフーリエ変換することにより、観察対象のスペクトルを取得するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２３６９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フーリエ変換型近赤外分光法により、各画素のスペクトルを取得するには、必ずしも解析に必要ではない領域のスペクトルをも同時に取得しなければならず、画像取得に長時間を要するという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、フーリエ変換型近赤外分光法と比較して短時間で所望の波長領域のスペクトル情報を取得することができる赤外分光方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体試料を構成する官能基の高次伸縮振動バンドの内のいずれかを主バンドとして、前記生体試料のスペクトルが該主バンドにおいて極大値を有する振動数を主バンド振動数とし、前記生体試料に含まれるオルガネラや組織等の分子に固有の振動数と前記主バンド振動数との結合音である分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を前記生体試料に照射して、その反射画像または透過画像を取得する赤外分光方法を提供する。
【０００６】
本発明によれば、生体試料に分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を照射すると、生体試料内に特定のオルガネラや組織等の分子が含まれる場合には、その分子の含有量に応じた吸収が発生し、生体試料からの反射光の強度が低下する。したがって、生体試料の各位置における反射光強度の２次元的な分布により、生体試料内に含まれる特定分子の所望の波長領域におけるスペクトル画像を取得することができる。この場合に、従来のフーリエ変換型近赤外分光法のように必ずしも解析に必要のない領域のスペクトルを取得する必要がなく、所望の波長帯域のスペクトル画像を短時間で取得することができる。
【０００７】
上記発明においては、複数の前記分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を前記生体試料に照射して、複数の反射画像または透過画像を取得する撮影ステップと、該観察用撮影ステップにより取得された複数の反射画像または透過画像の各画素もしくは複数の画素から構成される注目領域における近赤外光の強度を振動数について整理して離散近赤外スペクトルを生成するスペクトル生成ステップとを含んでいてもよい。
【０００８】
このようにすることで、撮影ステップにおいて、生体試料に対して複数の分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光をそれぞれ照射して撮影することにより、複数の反射画像または透過画像が取得され、スペクトル生成ステップにおいて、複数の反射画像または透過画像の各画素もしくは複数の画素から構成される注目領域における近赤外光の強度を振動数について整理することにより、画素毎に離散近赤外スペクトルが取得される。このようにして取得された離散近赤外スペクトルは、解析に必要な波長における情報を含んでおり、従来のフーリエ変換型近赤外分光法により取得されたスペクトルと同様の処理、例えば、分子、組織、病変あるいは病態等に応じて予め取得しておいたスペクトルのデータベースをリファレンスとした多変量解析を行うことにより、生体試料における分子、組織、病変の画像あるいは病態の分類等を行うことができる。
【０００９】
また、上記発明においては、前記分子が、核酸であり、前記分子に固有の振動数が、１１００ｃｍ−１または１３３６ｃｍ−１の少なくとも一方であってもよい。
また、上記発明においては、前記分子が、タンパクであり、前記分子に固有の振動数が、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１であってもよい。
【００１０】
また、上記発明においては、前記分子が、脂質であり、前記分子に固有の振動数が、１６５０ｃｍ−１および１７５０ｃｍ−１であってもよい。
また、上記発明においては、前記分子が、膠原線維であり、前記分子に固有の振動数が、８５３ｃｍ−１、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１であってもよい。
【００１１】
また、上記発明においては、前記分子が、細網線維であり、前記分子に固有の振動数が、５３０ｃｍ−１、８５３ｃｍ−１、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１であってもよい。
また、上記発明においては、前記分子が、弾性線維であり、前記分子に固有の振動数が、５００ｃｍ−１、６６９ｃｍ−１、８５３ｃｍ−１、１２６０ｃｍ−１および１６５０ｃｍ−１であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フーリエ変換型近赤外分光法と比較して短時間で所望の波長領域のスペクトル情報を取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る赤外分光方法を説明するフローチャートである。
【図２】図１の赤外分光方法において使用される分子固有振動数とこれに対応する波長とを示す表を表す図である。
【図３】図１の赤外分光方法により線維を個別に画像化する波長の組み合わせを示す表を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係る赤外分光方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る赤外分光方法は、生体試料から該生体試料内に含まれる特定の分子、組織あるいは病変の画像の取得あるいは病態の判別を行うためのスペクトル画像を取得する方法である。
【００１５】
本実施形態に係る赤外分光方法は、図１に示されるように、特定の分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を生体試料に照射する照明ステップＳ１と、生体試料において反射した近赤外光、あるいは、生体試料を透過した近赤外光を撮影する撮影ステップＳ２と、該撮影ステップＳ２において取得された近赤外光の反射画像または透過画像の各画素もしくは複数の画素から構成される注目領域について、スペクトル画像を生成するスペクトル生成ステップＳ３とを含んでいる。
【００１６】
本実施形態においては、特定の分子あるいは組織として、核酸、タンパクおよび脂質を画像化するために、これらの分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光を照明ステップにおいて生体試料に照射するようになっている。
【００１７】
分子固有結合音は、生体試料を構成する官能基、例えば、ＣＨ，ＯＨ，ＮＨの高次伸縮振動バンドの内のいずれかを主バンドとして、生体試料のスペクトルが該主バンドにおいて極大値を有する振動数を主バンド振動数としたときの、生体試料に含まれる分子に固有の振動数と主バンド振動数との結合音である。
【００１８】
ＣＨの伸縮振動の２倍音に対する主バンド振動数は５７００ｃｍ−１、ＯＨ，ＮＨ，ＣＨの伸縮振動の２倍音に対する主バンド振動数は６９００ｃｍ−１、ＣＨの伸縮振動の３倍音に対する主バンド振動数は８２４０ｃｍ−１である。
主バンド振動数としては上記のいずれを選択してもよいが、ここでは、生体試料におけるスペクトルの値が最も大きな６９００ｃｍ−１を主バンド振動数として選択することとする。
【００１９】
核酸、タンパクおよび脂質の固有の振動数は、図２の通りである。
例えば、核酸に固有の振動としては、ＰＯ２伸縮振動（１１００ｃｍ−１近傍）、Ｏ−Ｐ−Ｏ伸縮振動（８４８ｃｍ−１近傍）、チミン（Ｔ），シトシン（Ｃ），ウラシル（Ｕ）の環呼吸振動（７８５ｃｍ−１近傍）、グアニン（Ｇ）環呼吸振動（６２０〜６８５ｃｍ−１近傍）、ポリヌクレオチド鎖の振動（１３３６ｃｍ−１近傍）および、アデニン（Ａ），Ｔ，Ｇ，Ｃ，Ｕの振動（１１８０ｃｍ−１，１４８５ｃｍ−１近傍）等がある。
【００２０】
ここでは、核酸を画像化するための分子固有振動数として、他の分子の固有振動数に対して比較的離れたＰＯ２伸縮振動（１１００ｃｍ−１近傍）およびポリヌクレオチド鎖の振動（１３３６ｃｍ−１近傍）を選択している。
したがって、この場合の分子固有結合音は、６９００＋１１００＝８０００ｃｍ−１および６９００＋１３３６＝８２３６ｃｍ−１となる。これらは、いずれも他の分子の分子固有結合音から離れているので、いずれかを用いてもよいし、両方とも使用することにしてもよい。これらの分子固有結合音に対応する波長をそれぞれλ１、λ２とする。
【００２１】
また、タンパクに固有の振動としては、アミドＩ振動バンド領域（１６５０ｃｍ−１近傍）、アミドＩＩＩ振動バンド領域（１２６０ｃｍ−１近傍）、フェニルアラニンの振動（１０００ｃｍ−１近傍）、チロシン・ヒスチジン・トリプトファンの骨格振動、プロリンのＮＨを含む５印環の骨格振動（８５３ｃｍ−１，８６９ｃｍ−１近傍）、システインのＳ−Ｓ振動（５００ｃｍ−１，６６９ｃｍ−１近傍）等がある。
【００２２】
ここでは、タンパクを画像化するための分子固有振動数として、アミドＩ振動バンド領域（１６５０ｃｍ−１近傍）およびアミドＩＩＩ振動バンド領域（１２６０ｃｍ−１近傍）を選択している。
したがって、この場合の分子固有結合音は、６９００＋１６５０＝８５５０ｃｍ−１および６９００＋１２６０＝８１６０ｃｍ−１となる。これらの分子固有結合音に対応する波長をそれぞれλ３、λ４とする。
【００２３】
また、脂質に固有の振動としては、脂質、脂肪酸のＣ＝Ｃ伸縮振動（１６５０ｃｍ−１近傍）、Ｃ＝Ｏ伸縮振動（１７５０ｃｍ−１近傍）等が挙げられる。
ここでは、脂質を画像化するための分子固有振動数として、上記２つを選択し、したがって、この場合の分子固有結合音は、６９００＋１６５０＝８５５０ｃｍ−１および６９００＋１７５０＝８６５０ｃｍ−１となる。これらの分子固有結合音に対応する波長をそれぞれλ３、λ５とする。
【００２４】
撮影ステップＳ２においては、照明ステップＳ１において上記により設定された複数の分子固有結合音に対応する波長λ１〜λ５を有する近赤外光を生体試料に照射したときのそれぞれの場合の２次元的な反射画像あるいは透過画像を取得するようになっている。
【００２５】
スペクトル生成ステップＳ３においては、撮影ステップＳ２において取得された複数の反射画像あるいは透過画像の各画素もしくは複数の画素から構成される注目領域における輝度値を照射した近赤外光の波長に対してプロットすることにより、画素毎に、離散した複数波長について輝度値を整理した離散近赤外スペクトルが生成される。
【００２６】
生体試料内の特定の分子の分子固有結合音に対応する波長を有する近赤外光は、当該分子の含有量に応じて吸収される度合いが変化する。したがって、反射画像あるいは透過画像には、当該分子の含有量の情報が直接的に含まれていることになる。
【００２７】
このように、本実施形態に係る赤外分光方法によれば、得られる近赤外スペクトルは離散的ではあるが、各波長に対応する輝度値は生体試料内の特定の分子の含有量を反映する情報を含んでいるため、従来と同様の解析手法によって、簡易に各分子を個別に画像化することができる。
【００２８】
すなわち、予め核酸、タンパクおよび脂質について離散近赤外スペクトルを取得しておき、それらの離散近赤外スペクトルをリファレンスとして、本実施形態に係る赤外分光方法により取得された、生体組織についての離散近赤外スペクトルをＰＣＡ解析等の多変量解析することにより、核酸、タンパクおよび脂質の含有量の分布を個別に画像化することができる。
【００２９】
そして、本実施形態に係る赤外分光方法によれば、生体試料内の特定の分子の含有量を反映する情報を含む波長のみについて取得した反射画像あるいは透過画像から離散近赤外スペクトルを生成するので、従来、必ずしも解析に必要ではない波長についても干渉光強度の測定が必要であったフーリエ変換型近赤外分光法と比較すると、近赤外スペクトルの取得に要する時間を大幅に短縮することができるという利点がある。
【００３０】
また、フーリエ変換型近赤外分光法のように、干渉計のような特殊な装置を用意する必要がなく、装置を簡易に構成することができるという利点もある。また、多変量解析に用いる数値データの数も、フーリエ変換型近赤外分光法で取得した場合の近赤外スペクトルより少ないので、多変量解析の処理に要する負荷も低減することができる。
【００３１】
なお、本実施形態に係る赤外分光方法においては、核酸、タンパクおよび脂質を個別に画像化するための離散近赤外スペクトルを取得する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の任意の分子あるいは組織に適用してもよい。
例えば、生体試料に含まれる各線維を個別に画像化するために、タンパク、膠原線維、細網線維および弾性繊維の分子固有振動数を利用する。ここで、線維を構成する分子はタンパクであるが、線維の種類が異なる場合には、それぞれの線維に特徴的な分子固有振動数を利用する。
【００３２】
タンパクの分子固有振動数としては、アミドＩ振動バンド領域（１６５０ｃｍ−１近傍）およびアミドＩＩＩ振動バンド領域（１２６０ｃｍ−１近傍）を選択している。したがって、この場合の分子固有結合音は、６９００＋１６５０＝８５５０ｃｍ−１および６９００＋１２６０＝８１６０ｃｍ−１となる。これらの分子固有結合音に対応する波長はそれぞれλ３、λ４である。
【００３３】
膠原線維の分子固有振動数としては、タンパクの上記２つの分子固有振動数に加えて、膠原線維に多く含まれるプロリンのＮＨを含む５印環の骨格振動（８６０ｃｍ−１近傍）を選択している。したがって、この場合の分子固有結合音は、６９００＋８６０＝７７６０ｃｍ−１となる。この分子固有結合音に対応する波長をλ１１とする。すなわち、膠原線維の分子固有結合音に対応する波長は、λ３，λ４およびλ１１である。
【００３４】
細網線維の分子固有振動数としては、上記３つの分子固有振動数に加えて、キシロースもしくはＮ−アセチルグルコサミンの振動（５３０ｃｍ−１近傍）を選択している。したがって、この場合の分子固有結合音は、６９００＋５３０＝７４３０ｃｍ−１となる。この分子固有結合音に対応する波長をλ１２とする。すなわち、細網線維の分子固有結合音に対応する波長は、λ３，λ４，λ１１およびλ１２である。
【００３５】
弾性繊維の分子固有振動数としては、新たに、システインのＳ−Ｓ振動（５００ｃｍ−１，６６９ｃｍ−１近傍）を使用する。したがって、この場合の分子固有結合音は、６９００＋５００＝７４００ｃｍ−１および６９００＋６６９＝７５６９ｃｍ−１となる。この分子固有結合音に対応する波長をλ１３，λ１４とする。すなわち、弾性線維の分子固有結合音に対応する波長は、λ３，λ４，λ１１，λ１３およびλ１４である。
【００３６】
これをまとめると図３の通りとなる。この図に示されるように、タンパク、膠原線維、細網線維および弾性繊維は、相互に重複する吸収帯域を有するものの、異なる波長に吸収帯域を有しているため、取得された画像から多変量解析によって個々の情報を分離して、個別に画像化することができる。
【符号の説明】
【００３７】
Ｓ２  撮影ステップ
Ｓ３  スペクトル生成ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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