(57)【要約】  赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は：−サンプルからの測定された赤外線吸収スペクトルを提供する工程と、−少なくとも二つの波長量において吸収量がゼロであると予期される少なくとも一つのスペクトルインターバルを使用して基線修正曲線を決定する工程と、−測定された赤外線吸収スペクトルから基線修正曲線を減算して、第一の修正された吸収スペクトルを取得する工程と、−その位置が指紋領域から外にある少なくとも一つの吸収帯を抽出する工程と、−抽出された各吸収帯と予期される吸収帯とを比較する工程と、−比較工程の結果に従い基線修正曲線を修正して、修正された基線修正曲線を取得する工程と、−測定された赤外線吸収スペクトルから修正された基線修正曲線を減算する工程と、を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトルが既定の波長量の範囲における波長量に関する吸収量の変化であり、吸収量が吸収を表す量であり、波長量が波長を表す量である、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法であって、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法が少なくとも：
−サンプルからの測定された赤外線吸収スペクトルを提供する工程と、
−少なくとも二つの波長量において吸収量がゼロであると予期される少なくとも一つのスペクトルインターバルを使用して第一の基線修正曲線を決定する工程と、
−測定された赤外線吸収スペクトルから第一の基線修正曲線を減算して、第一の修正された吸収スペクトルを取得する工程と、
−第一の修正された吸収スペクトルから、その位置が指紋領域から外に置かれた少なくとも一つの吸収帯を抽出する工程であって、吸収帯がサンプルに存在する化学種の少なくとも一つの共有結合に関連する分布形状であり、分布形状が数学的パラメータによって特徴づけられ、数学的パラメータのうちの一つのパラメータが位置であり、位置が考慮された吸収帯の吸収量の絶対最大値の波長量である工程と、
−抽出された各吸収帯と予期される吸収帯とを比較する工程と、
−比較工程の結果に従い第一の基線修正曲線を修正して、修正された基線修正曲線を取得する工程と、
−測定された赤外線吸収スペクトルから修正された基線修正曲線を減算して、第二の修正された吸収スペクトルを取得する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
修正工程がさらに、少なくとも：
−第一の修正された吸収スペクトルから抽出された各吸収帯を減算して剰余スペクトルを計算する工程と、
−剰余スペクトルを修正された基線修正曲線を取得するための補助的な計算材料として使用して、第一の基線修正曲線を精密化する工程と、
を含む、請求項１記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項３】
決定工程において、第一の基線修正曲線が：
−多項式関数、好ましくは、４を下回るまたはそれと等しい桁の多項式、
−好ましくは、４を下回るまたはそれと等しい桁の多項式関数に基づくスプライン関数ならびに
−多項式関数および／またはスパイン関数の線形結合
からなるグループにおいて選ばれた補間曲線である、請求項１または２記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項４】
分布形状がガウス形状、ローレンツ形状およびフォークト形状の中から選ばれ、フォークト形状がガウス割合およびローレンツ割合によって特徴づけられる、請求項１〜３のいずれか１項記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項５】
数学的パラメータのうちの一つのパラメータが吸収帯の幅である、請求項１〜４のいずれか１項記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項６】
抽出工程が：
−第一の修正された吸収スペクトルにおける吸収帯（複数可）を探索し、求められた吸収帯（複数可）を取得する工程と、
−求められた各吸収帯の数学的パラメータについての値を推定して推定されたパラメータを取得する工程と、
を含む、請求項１〜５のいずれか１項記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項７】
−抽出工程がさらに：
−吸収帯および分布形状の推定されたパラメータを使用して各吸収帯を画定すること
を含む、請求項６記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項８】
精密化工程が抽出された各吸収帯について：
−考慮された吸収帯の位置および／または考慮された吸収帯の幅の端における剰余スペクトルの代数符号を決定することおよび／または
−考慮された各吸収帯の位置に関する剰余スペクトルの対称性を分析することと、
を含む、請求項２に従属しているときに、請求項１〜７のいずれか１項記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項９】
抽出工程において、その位置が指紋領域から外に置かれたすべての吸収帯が抽出される、請求項２〜８のいずれか１項記載の赤外線吸収スペクトルを修正するための方法。
【請求項１０】
放射源（２０２）、放射源（２０２）によって放出された放射をサンプルの方に運ぶための光学部品（２０４）、サンプルホルダ（２０８）、検出器（２１０）および請求項１〜９のいずれか１項記載の方法を実行するように適合された計算機を含む分光計（２００）。
【請求項１１】
プログラム命令を含むコンピュータプログラムであって、データ処理ユニットにロード可能であり、データ処理ユニットによってコンピュータプログラムが履行されたときに請求項１〜９のいずれか１項記載の方法を遂行させるように適合されたコンピュータプログラムをそこに有する、コンピュータ読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法に関係する。本発明は、関連する分光計およびコンピュータプログラム製品にも関係する。
【０００２】
発明の背景
生体サンプルは、さまざまな細胞集団および化合物を含む生体組織である。各細胞集団は、三次元において組織化および／または分布された具体的な代謝および生化学的特性を見せる。各化合物は、分析された組織の全体的挙動に影響を及ぼす。それ故に、三次元において生体サンプルのこれらの化合物および種々の細胞集団の変化を調査することが望ましい。
【０００３】
組織化合物の変化を辿るための組織病理学の技法が公知となっている。組織病理学は、病気の発現を調査するための組織の顕微鏡的な検査を参照する。具体的には、臨床医学では、組織病理学は、外科標本が処理され、組織学的切片がスライドガラス上に設置された後の、病理学者による生検または外科標本の検査を参照する。対照的に、細胞病理学は、遊離細胞または組織片を検査する。
【０００４】
免疫組織化学および免疫蛍光は、二つの広く使用されている組織病理学の技法である。
【０００５】
免疫組織化学またはＩＨＣは、生体組織内の、具体的には抗原との抗体結合の原理を活用することによって、組織切片の細胞または間質性の化学物質内のラベル（大部分が抗原である）を検出するプロセスを参照する。手順は、１９４１年にDr. Albert Coonsによって概念化され、最初に具現化された。抗体−抗原相互作用の視覚化は、多くの方式において達成することができる。最もありふれた事例では、抗体は、酵素、例えば、ペルオキシダーゼと共役し、色生成反応を触媒できる。
【０００６】
あるいは、抗体は、フルオロフォア、例えば、フルオレセインまたはローダミンにも付くことができる。そのような技法は、免疫蛍光またはＩＦと呼ばれる。したがって、この技法は、抗体の場所を視覚化するためにフルオロフォアを使用する免疫染色の広く使用されている実施例および免疫組織化学の具体的な実施例である。免疫蛍光は、組織切片、培養細胞株または個別細胞において使用でき、これを使用して、タンパク質、グリカンならびに小さな生体および非生体分子の分布を分析することができる。免疫蛍光は、蛍光染色の他の非抗体方法、例として、ＤＮＡをラベルするためのＤＡＰＩの使用と組み合わせて使用することができる。いくつかの顕微鏡設計を、免疫蛍光サンプルの分析に使用することができ、その最も簡単なものは、落射蛍光顕微鏡であり、共焦点顕微鏡も広く使用されている。遥かに高い解像能力がある様々な超解像顕微鏡設計も使用することができる。
【０００７】
しかしながら、免疫組織化学および免疫蛍光は、分析された組織内の空間的に順序付けられた化学物質および細胞化合物へのアクセスを提供しない組織病理学の画像化技法である。その上、これらの技法は、サンプル容積の定量的測定を提供することが可能ではない。これらの技法は、ラベル間の乏しい適合性に起因して、単一サンプルにおいて分析される化合物の数も限定される。
【０００８】
サンプル容積のそのような定量的かつより大域的な測定は、顕著には、分光技法によって提供することができる。定義により、分光法は、広帯域波長領域にわたる物質と放射エネルギとの間の相互作用の調査である。したがって、複数の実験的技法は、分光技法である。赤外線分光法、ラマン分光法、質量分析法、Ｘ線蛍光がサンプル容積の定量的測定を提供する分光技法の実施例である。
【０００９】
最近の取り組みは、組織切片の二次元画像をスタックすることによって、三次元赤外線画像化を再構成できることを実証した。そのような技法の実施例は、顕著には、その題名が「A three-dimensional multivariate image processing technique for the analysis of FTIR spectroscopic images of multiple tissue sections」であり、総説BMC Med Imaging 6 (12), 1 (2006)において公表された、B.R. Woodらによる論文に記載されている。
【００１０】
トモグラフィ再構成のために同じサンプル容量からいくつかの視野角を共に追加するためにもこれを提案することができる。この手法は、顕著には、その題名が「3D spectral imaging with synchrotron Fourier transform infrared spectro-microtomography」であり、総説Nat Methods 10 (9), 861 (2013)において公表された、M.C. Martinらによる論文に明らかにされている。
【００１１】
シンクロトロン放射の使用は、三次元再構成における定量的なアーチファクトを限定してきた、高い信号／ノイズ値を取得するためのグローバー源に代わる有益なものとして考慮されてきた。そのようなアイデアは、顕著には、その題名が「A bright future for synchrotron imaging」であり、総説Nat Photonics 3 (4), 179 (2009)において公表されたC. Petiboisらによる論文に明らかにされている。このアイデアは、その題名が「Synchroton infrared confocal microscope: Application to infrared 3D spectral imaging」であり、総説J Phys: Conf Series 425 (142002), 1 (2012)において公表されたF. Jammeらによる論文にも見ることができる。
【００１２】
しかしながら、そのような技法の使用は、比較的に高い電力をもつ放射源の使用を暗示する。質量分析法におけるＸ線蛍光またはイオン源のためのシンクロトロンは、そのような放射源の実施例である。そのような電力源の使用は、診療所における分光技法の発展を限定する。顕著には、シンクロトロン施設は、容易にアクセス可能ではなく、シンクロトロン放射源を暗示する技法の使用の考慮を抑制する。そのような赤外線は、長く続くスペクトルデータ収集を可能にするのに十分に安定したものとしては考慮されず、したがって、高いスペクトルおよび画素解像度において大きな組織サンプルを分析する能力を限定することも述べなければならない。
【００１３】
その上、診療所において使用される検出器は、通例、小さな寸法であり、したがって、画像化方法の適用性を小さなサンプルエリアまたは容量に制限する。
【００１４】
また、そのような技法は、それらの利用の専門家ではないエンドユーザ、すなわち、臨床医および生物学者にとっての使いやすさの乏しさが依然としてある。
【００１５】
加えて、先に述べた技法のいずれも、大きなスケール、換言すれば、例として、外科切除の生検のための１cm3の容量である三次元サンプル画像化を実現可能ではない。
【００１６】
透過スペクトルを修正するための方法は、文献米国特許第２０１２／２８７４１８号、Georg SCHULZEらによる、その題名が「Investigation of Selected Baseline Removal Techniques as Candidates for Automated Implementation」である論文、Juwhan LIU et J.L. KOENIGによる、その題名が「A New Baseline Correction Algorithm Using Objective Criteria」である論文およびT. LANらによる、その題名が「Automatic baseline correction of infrared spectra」である論文からも公知である。
【００１７】
発明の概要
それ故に、先に述べた瑕疵を少なくとも幾分軽減する、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法が要望されている。
【００１８】
このために、スペクトルが既定の波長量の範囲における波長量に関する吸収量の変化であり、吸収量が吸収を表す量であり、波長量が波長を表す量である、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法が提案され、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、少なくとも：
−サンプルからの測定された赤外線吸収スペクトルを提供する工程と、
−少なくとも二つの波長量において吸収量がゼロであると予期される少なくとも一つのスペクトルインターバルを使用して第一の基線修正曲線を決定する工程と、
−測定された赤外線吸収スペクトルから第一の基線修正曲線を減算して、第一の修正された吸収スペクトルを取得する工程と、
−第一の修正された吸収スペクトルから、その位置が指紋領域から外に置かれた少なくとも一つの吸収帯を抽出する工程であって、吸収帯がサンプルに存在する化学種の少なくとも一つの共有結合に関連する数学的形状であり、数学的形状が数学的パラメータによって特徴づけられ、数学的パラメータのうちの一つのパラメータが位置であり、位置が考慮された吸収帯の吸収量の絶対最大値の波長量である工程と、
−抽出された各吸収帯と予期される吸収帯とを比較する工程と、
−比較工程の結果に従い第一の基線修正曲線を修正して、修正された基線修正曲線を取得する工程と、
−測定された赤外線吸収スペクトルから修正された基線修正曲線を減算して、第二の修正された吸収スペクトルを取得する工程と、
を含む。
【００１９】
有利であるが、強制的ではないさらなる態様により、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、任意の受け入れられる組み合わせにおいて取り込まれる以下の特徴の一つまたはいくつかを具現化することができる：
−修正工程がさらに、少なくとも、第一の修正された吸収スペクトルから抽出された各吸収帯を減算して剰余スペクトルを計算する工程と、剰余スペクトルを修正された基線修正曲線を取得するための補助的な計算材料として使用して、第一の基線修正曲線を精密化する工程と、を含む。
−決定工程において、第一の基線修正曲線が多項式関数、好ましくは、４を下回るまたはそれと等しい桁の多項式、好ましくは、４を下回るまたはそれと等しい桁の多項式関数に基づくスプライン関数ならびに多項式関数および／またはスパイン関数の線形結合からなるグループにおいて選ばれた補間曲線である。
−分布形状がガウス形状、ローレンツ形状およびフォークト形状の中から選ばれ、フォークト形状がガウス割合およびローレンツ割合によって特徴づけられる。
−数学的パラメータのうちの一つのパラメータが吸収帯の幅である。
−数学的パラメータのうちの一つのパラメータが吸収帯の半値全幅である。
−抽出工程が第一の修正された吸収スペクトルにおける吸収帯（複数可）を探索し、求められた吸収帯（複数可）を取得する工程と、求められた各吸収帯の数学的パラメータについての値を推定して推定されたパラメータを取得する工程と、を含む。
−抽出工程がさらに、吸収帯および分布形状の推定されたパラメータを使用して各吸収帯を画定することを含む。
−精密化工程が抽出された各吸収帯について、考慮された吸収帯の位置および／または考慮された吸収帯の幅の端における剰余スペクトルの代数符号を決定することおよび／または考慮された各吸収帯の位置に関する剰余スペクトルの対称性を分析することと、を含む。
−抽出工程において、その位置が指紋領域から外に置かれたすべての吸収帯が抽出される。
【００２０】
放射源、放射源によって放出された放射をサンプルの方に運ぶための光学部品、サンプルホルダならびにここに先に記載したような方法を実行するように適合された検出器および計算機を含む分光計も提案される。
【００２１】
プログラム命令を含むコンピュータプログラムであって、データ処理ユニットにロード可能であり、ここに先に記載したような方法を遂行させるように適合されたコンピュータプログラムをそこに有する、コンピュータ読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品にも関係する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明は、本発明の対象を制限することなく、付属の図面に対応しておよび実例となる実施例として与えられる以下の説明に基づいてよりよく理解される。付属の図面において：
【図１】その相互作用が赤外線吸収スペクトルを修正するための方法の実行を可能にする、システムおよびコンピュータプログラム製品の模式図である。
【図２】赤外線吸収スペクトルを修正するための方法を実行する実施例のフローチャートである。
【図３】波数に対する吸光度の変化である吸光度スペクトルを例証するグラフである。
【図４】波数に対する吸光度の変化である吸光度スペクトルを例証するグラフである。
【図５】波数に対する吸光度の変化である吸光度スペクトルを例証するグラフである。
【図６】波数に対する吸光度の変化である吸光度スペクトルを例証するグラフである。
【図７】波数に対する吸光度の変化である吸光度スペクトルを例証するグラフである。
【図８】分光計の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
一部の実施形態を実施するための形態
システム１０およびコンピュータプログラム製品１１が図１に表される。コンピュータプログラム製品１１とシステム１０との間の相互作用は、サンプルに存在する化学種の共有結合に関連する少なくとも一つの吸収帯を決定するための方法の実行を可能にする。これは、二つのボックス１２および１３によって図１に象徴される。第一のボックスは、この文脈ではスペクトルである入力に対応する。第二のボックスは、この文脈では修正された吸収スペクトルである出力に対応する。
【００２４】
システム１０は、コンピュータである。本場合では、システム１０は、ラップトップである。
【００２５】
より一般的には、システム１０は、コンピュータもしくはコンピューティングシステムまたは物理量、例えば、コンピューティングシステムのレジスタおよび／またはメモリ内の電子として表されたデータを、コンピューティングシステムのメモリ、レジスタまたは他のそのような情報ストレージ、伝送もしくは表示装置内の物理量として同様に表された他のデータを操作および／または変換するように適合された同様の電子コンピューティング装置である。
【００２６】
システム１０は、プロセッサ、キーボード１４および表示ユニット１６を含む。
【００２７】
プロセッサは、データ処理ユニット、メモリおよびコンピュータ読み取り可能な媒体を読み取るように適合されたリーダを含む。
【００２８】
コンピュータプログラム製品１１は、コンピュータ読み取り可能な媒体を含む。
【００２９】
コンピュータ読み取り可能な媒体は、プロセッサのリーダによって読み取ることができる媒体である。コンピュータ読み取り可能な媒体は、電子命令を記憶するのに好適であり、コンピュータシステムバスに連結する能力がある媒体である。
【００３０】
そのようなコンピュータ読み取り可能なストレージ媒体は、例として、ディスク、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）電気的にプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なかつプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、磁気もしくは光カードまたは電子命令を記憶するのに好適であり、コンピュータシステムバスに連結する能力がある任意の他のタイプの媒体である。
【００３１】
コンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能なストレージ媒体に記憶される。コンピュータプログラムは、一つ以上の記憶されたプログラム命令のシーケンスを含む。
【００３２】
コンピュータプログラムは、データ処理ユニットにロード可能であり、データ処理ユニットによってコンピュータプログラムが履行されたときに吸収帯を決定するための方法を遂行させるように適合される。
【００３３】
システム１０の動作を、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法を実行する実施例を例証する図２のフローチャートを参照して今ここで記載する。そのような修正するための方法は、取得したスペクトルおよび基線修正曲線を示す図３〜図７を参照して下に詳細にする。
【００３４】
修正するための方法は、サンプルからの測定された赤外線吸収スペクトルを提供する工程１５０を含む。
【００３５】
測定された吸収スペクトルは、明細書の残りにおいてＳＭＥＡＳＵＲＥＤとラベルされる。
【００３６】
定義により、スペクトルは、既定の波長量の範囲における波長量に関する吸収量の変化を表す分光データのセットである。
【００３７】
吸収量は、吸収を表す量である。例として、吸収の強度または吸光度が吸収量である。
【００３８】
波長量は、波長を表す量である。例として、周波数、波数または波長が波長を表す量である。
【００３９】
既定の波長量の範囲は、データが利用できる波長領域を表す。
【００４０】
残りの説明において、実施例として、吸収量が吸光度であり、波長量が波数であることが考慮される。しかしながら、吸光度に関する各特徴を、もう一つの吸収量に適用することができる。同様に、波長量に関する各特徴を、もう一つの波長量に適用することができる。したがって、残りの説明において、吸収スペクトルが既定の波数の範囲における波数に関する吸光度の変化を表す分光データのセットであることが考慮される。
【００４１】
吸収分光法は、サンプルとのその相互作用に起因する、周波数または波長の関数として放射の吸収を測定する分光技法を参照する。サンプルは、放射場からのエネルギ、すなわち、光子を吸収する。吸収量は、波長量の関数として変動し、この変動が吸収スペクトルである。したがって、吸収分光法は、電磁スペクトルに渡って行われる。
【００４２】
これは、既定の波数の範囲は、概して、可視光線、紫外線、赤外線のような電磁スペクトルの任意の一部分であることができることを意味する。
【００４３】
好ましくは、既定の波数の範囲は、吸収分光法が赤外線分光法であるものとする。
【００４４】
より好ましくは、既定の波数の範囲は、（１．５ミクロン〜１０００ミクロンに含まれる波長の範囲に対応する）７０００cm-1〜１０cm-1まで広がる。
【００４５】
吸収スペクトルを測定するための広範囲の実験的手法がある。最もありふれた配置では、生成された放射ビームをサンプルに導き、その中を通る放射の強度を検出する。伝送されたエネルギは、吸収を計算することに使用できる。源、サンプル配置および検出技法は、周波数範囲および実験の目的に応じて有意に変わる。
【００４６】
それ故に、サンプルから測定された吸収スペクトルを提供する工程１５０は、吸収スペクトルを取得できる任意のスペクトルを提供することによって実現される。
【００４７】
顕著には、吸収スペクトルは、透過スペクトルから得ることができる。実際には、吸収および透過スペクトルは、同等の情報を表し、その一つは、数学的変換を通じて他のものから計算することができる。透過スペクトルは、より多くの光がサンプルの中を透過するので、吸収が最も弱い波長において最大強度を有する。吸収スペクトルは、吸収が最も強い波長においてその最大強度を有する。
【００４８】
あるいは、吸収スペクトルは、放出スペクトルから生じる。放出は、材料が電磁放射の形態でエネルギを放出するプロセスである。放出は、吸収が発生することができる任意の周波数において発生することができ、これにより、放出スペクトルから吸収線を決定することが可能になる。けれども、放出スペクトルは、通常、吸収スペクトルとはかなり異なる強度パターンを有し、そのため二つは同等ではない。吸収スペクトルは、材料の量子力学状態についての適切な理論モデルおよび追加の情報を使用して、放出スペクトルから計算することができる。
【００４９】
もう一つの実施形態によって、吸収スペクトルは、散乱または反射スペクトルから得ることができる。材料の散乱および反射スペクトルは、その屈折率およびその吸収スペクトルの両方によって影響が及ぼされる。光学に関連して、吸収スペクトルは、通常、減衰係数によって定量化され、減衰とインデックス係数とは、クラマース・クローニッヒの関係式を通じて定量的に関連付けられる。それ故に、吸収スペクトルは、散乱または反射スペクトルから得ることができる。これは、通常、仮定またはモデルを簡単にする必要があり、そのため、得られた吸収スペクトルは、概算である。
【００５０】
好ましい実施形態において、サンプルから測定された吸収スペクトルを提供する工程１５０は、サンプルにおいて吸収実験を実行することによって実現される。
【００５１】
そのような吸収分光法実験を実行する最も直接的な手法では、源と検出器との間に対象となる材料を設置した後に、源を用いて放射を生成し、検出器を用いてその放射の基準スペクトルを測定し、次に、サンプルスペクトルを再測定する。次に、二つの測定したスペクトルを組み合わせて、材料の吸収スペクトルを決定することができる。サンプルスペクトルは、実験的状況、つまり、源のスペクトル、源と検出器との間における他の材料の吸収スペクトルおよび検出器の波長に応じて決まる特性の影響を受けるので、単独では吸収スペクトルを決定するのに十分ではない。基準スペクトルは、これらの実験的状況によって同様に影響を受けるけれども、それ故に、その組み合わせが材料単独の吸収スペクトルを生む。
【００５２】
赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、少なくとも二つの波長量において吸収量がゼロであると予期される少なくとも一つのスペクトルインターバルを使用して基線修正曲線を決定する工程１５２も含む。そのような決定工程１５２は、図８に顕著に例証される。
【００５３】
そのようなスペクトルインターバルにおける吸収の存在は、環境の存在の現れである。そのような存在は、吸収測定を乱し、修正すべきものである。
【００５４】
基線修正曲線は、赤外線スペクトルにおける吸収が欠如しているスペクトルインターバルを考慮した補間によって決定される。
【００５５】
好ましくは、補間は、４０００cm-1〜３７００cm-1および２７００cm-1〜１８５０cm-1に含まれるスペクトルインターバルにリンクされた吸光度をゼロにすべきことを設定する。定義により、値は、値がＡを上回るまたはそれと等しい場合かつ値がＢを下回るまたはそれと等しい場合に、Ａ〜Ｂに含まれる。
【００５６】
好ましい実施形態により、補間は、基線修正曲線が多項式であることも設定する。
【００５７】
好ましくは、基線修正曲線は、４を下回る桁の多項式である。
【００５８】
あるいは、補間は、基線修正曲線がスプライン関数であることを設定する。
【００５９】
好ましくは、スプライン関数は、４を下回るまたはそれと等しい桁の多項式関数に基づく。
【００６０】
もう一つの実施形態において、基線修正曲線は、多項式関数の線形結合である。
【００６１】
もう一つの実施形態において、基線修正曲線は、スプライン関数の線形結合である。
【００６２】
もう一つの実施形態において、基線修正曲線は、多項式関数およびスプライン関数の線形結合である。
【００６３】
赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、測定された赤外線吸収スペクトルから基線修正曲線を減算して、第一の修正された吸収スペクトルを取得する工程１５４も含む。そのような減算工程１５４は、図４に顕著に例証される。
【００６４】
赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、その位置が指紋領域から外にある少なくとも一つの吸収帯を抽出する工程１５６も含む。各吸収帯は、サンプルに存在する化学種の共有帯に関連する分布形状である。
【００６５】
この文脈における「抽出する」という言葉によって、抽出された各吸収帯がモデル化された吸収帯であることを理解すべきである。
【００６６】
定義により、共有結合は、原子間の電子対の共用を伴う化学結合である。原子が電子を共用するときの原子間の引き付ける力と反発する力との安定したバランスは、共有結合として公知である。多数の分子において、電子の共用は、安定した電子構成に対応するような全部の外殻の等価を各原子が成し遂げることを可能にする。
【００６７】
共有結合は、σ結合、π結合、金属間結合、アゴスティック相互作用および三中心二電子結合を包含する多数の種類の相互作用を包含する。
【００６８】
共有結合は、二つ以上の同一原子、二つの異なる原子または異なる種類の原子の任意の他の組み合わせに適用される。三つ以上の原子にわたる電子の共用を内含する共有結合は、非局在化と言われる。
【００６９】
吸収が発生する周波数のほかに、それらの相対強度もまた、主としてサンプルの電子および分子の構造に応じて決まる。周波数は、サンプルにおける化合物間の相互作用、固体における結晶構造、超分子の組織（ポリマー、分子間の結合）およびいくつかの環境因子（例として、温度、圧力、電磁場）にも応じて決まる。吸収帯は、スペクトル密度またはシステムの状態の密度によって主として決定された幅および形も有する。
【００７０】
吸収帯は、通常、分子または原子において誘発される量子力学の変化の性質によって分類される。回転帯は、例として、分子の回転状態が変化したときに発生する。回転帯は、通常、マイクロ波スペクトル領域に見られる。振動帯は、分子の振動状態における変化に対応し、通常、赤外線領域に見られる。電子帯は、原子または分子の電子状態における変化に対応し、通常、可視光線および紫外線領域に見られる。Ｘ線吸収は、原子における内殻電子の励起に関連する。これらの変化は、二つの変化の組み合わされたエネルギにおける新規の吸収帯をもたらすように組み合わせる（例えば、回転振動遷移）こともできる。
【００７１】
量子力学の変化に関連するエネルギは、主として、吸収線の周波数を決定するが、周波数は、いくつかのタイプの相互作用によってシフトさせることができる。電場および磁場はシフトをもたらすことができる。隣接する分子との相互作用はシフトをもたらすことができる。例として、気相分子の吸収帯は、その分子が液相または固相であるときに有意にシフトして、隣接する分子との相互作用をより強力にすることができる。
【００７２】
観測された吸収帯は、常に、観測のために使用される機器、放射を吸収する材料およびその材料の物理的環境によって決定された幅および形を有する。したがって、吸収帯の数学的分布は、数学的パラメータによって特徴づけられた分布形状である。ガウスまたはローレンツ分布は、分布の実施例である。強度、幅および位置は、数学的パラメータの実施例である。
【００７３】
定義により、位置は、考慮された吸収帯の吸収量の絶対最大値の波長量である。
【００７４】
現在の場合では、各吸収帯は、二つの端間を延在する幅を有する。幅は、（ＦＨＷＭともラベルされる）半値全幅として定義される。そのような幅は、従属変数がその最大値の半分に等しい独立変数の二つの極値間の差異によって与えられる、関数の範囲に対応する。換言すると、幅は、その端に関連する二つの具体的な波長量によって定義される。
【００７５】
サンプルは、好ましくは、生体サンプルまたは任意の他の有機物質含有サンプルである。これらは、顕著には、生体組織および細胞、合成生体材料、植物種、ケロゲン含有サンプル（瀝青砂、化石、アスファルト）ならびに工業材料（ゴム、ポリマー、プラスチック、ゴム製品、ペンキ、接着剤）を包含する。
【００７６】
指紋領域は、サンプルにおける化学種の共有結合に割当可能な吸収帯によって波数限界が設定されたスペクトル領域である。
【００７７】
換言すると、指紋領域は、サンプルの具体的な吸収線を含有する。
【００７８】
一般的に、指紋領域は、１７００cm-1〜５００cm-1に広がるスペクトル領域である。
【００７９】
Ｏ−Ｈ共有結合、Ｈ−Ｈ共有結合またはＮ−Ｈ吸収帯は、その吸収帯が指紋領域の外側の位置を有する共有結合の実施例である。
【００８０】
抽出工程１５６は、第一の修正された吸収スペクトルにおける吸収帯（複数可）を探索し、求められた吸収帯（複数可）を取得する工程と、求められた各吸収帯の数学的パラメータについての値を推定して推定されたパラメータを取得する工程と、を含むことができる。
【００８１】
場合により、抽出工程１５６は、吸収帯および分布形状の推定されたパラメータを使用して各吸収帯を画定する工程も含むことができる。
【００８２】
好ましくは、分布形状がガウス形状、ローレンツ形状およびフォークト形状の中から選ばれ、フォークト形状がガウス割合およびローレンツ割合によって特徴づけられる。
【００８３】
場合により、抽出工程１５６は、第一の修正された吸収スペクトルの最大値を取得することと、波長量に関する吸収量の一次導関数を計算して、第一の修正された吸収スペクトルの一次導関数を取得することと、波長量に関する吸収量のニ次導関数を計算して、第一の修正された吸収スペクトルのニ次導関数を取得することと、波長量に関する吸収量のニ次導関数である、第一の修正された吸収のニ次導関数の最小値を取得することと、からなるグループにおいて選ばれた工程を実行することを含むことができる。
【００８４】
赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、抽出された各吸収帯と予期される吸収帯とを比較する工程１５８も含む。
【００８５】
予期される吸収帯は、抽出された吸収帯を取得するために考慮された、サンプルに存在する化学種の共有帯の知識から取得できる理論上の吸収帯である。
【００８６】
例として、共有結合がＯ−Ｈである場合には、予期される吸収帯は、そのような共有結合の理論上の吸収帯である。
【００８７】
比較は、顕著には、予期される吸収帯の形と抽出された吸収帯の形とを比較することを含む。
【００８８】
赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、比較工程１５８の結果に従い基線修正曲線を修正して、修正された基線修正曲線を取得する工程１６０も含む。そのような修正工程１６０は、図６に顕著に例証される。
【００８９】
好ましい実施形態により、修正工程１６０は、第一の修正された吸収スペクトルから抽出された各吸収帯を減算して剰余スペクトルを計算する工程と、剰余スペクトルを修正された基線修正曲線を取得するための補助的な計算材料として使用して第一の基線曲線を精密化する工程と、を含む。
【００９０】
実際に、そのような修正工程１６０を実行する方式は、具現化が容易である。
【００９１】
具体的な実施形態において、精密化工程は、抽出された各吸収帯について、考慮された吸収帯の位置における剰余スペクトルの代数符号を決定することを含む。
【００９２】
実施形態により、精密化工程は、抽出された吸収帯について、考慮された吸収帯の幅の端における剰余スペクトルの代数符号を決定することを含む。
【００９３】
あるいは、考慮された剰余スペクトルの値は、吸収帯の幅の端から遠く離れた任意の位置において取られる。例として、中心の位置と中心の位置に最も近い端との間の距離の半分に定められた位置は、吸収帯の幅の端から遠く離れていると考慮される。
【００９４】
実施形態により、精密化工程は、考慮された吸収帯の位置に関する剰余スペクトルの対称性を分析することを含む。
【００９５】
好ましい実施形態において、比較工程１５８の場合において、考慮された吸収帯の対称性が分析され、比較工程１６０において、基線修正曲線が考慮された吸収帯の対称性を確保するように修正される。
【００９６】
任意の非対称性がアーチファクトに対応するので、対称性は、比較工程のための効率的なパラメータである。
【００９７】
これは、よりよい修正された基線の曲線の取得を可能にする。
【００９８】
赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、測定された赤外線吸収スペクトルから修正された基線修正曲線を減算して、第二の修正された吸収スペクトルを取得する工程１６２も含む。そのような減算工程１６２は、図７に顕著に例証される。
【００９９】
結果的に、赤外線吸収スペクトルを修正するための方法は、環境のスペクトル寄与が除去された、現在の技術水準の方法よりも正確な、修正された赤外線吸収スペクトルの取得を可能にする。
【０１００】
好ましくは、基線修正曲線は、多項式である。実際に、多項式は、補間を実現するための好都合な関数である。
【０１０１】
より好ましくは、基線修正曲線は、４を下回る桁の多項式である。これは、補間を速めることを可能にする。
【０１０２】
具体的な実施形態により、決定工程において、基線修正曲線は、赤外線スペクトルにおける吸収が欠如しているスペクトルインターバルを踏まえた補間によって決定される。
【０１０３】
好ましくは、補間は、４０００cm-1〜３７００cm-1および２７００cm-1〜１８５０cm-1に含まれるスペクトルインターバルにおける測定された赤外線吸収スペクトルの吸収量の値をゼロにすべきことを設定する。
【０１０４】
本明細書に提示する方法および表示は、任意の特定のコンピュータまたは他の器具に本質的には関しない。様々な汎用システムを本明細書の教示に従いプログラムとともに使用できるまたはそれが所望の方法を行うためのより専門化された器具を構築するのに好都合であることを証明できる。いろいろなこれらのシステムのための所望の構造が下の説明から現れる。加えて、本発明の実施形態は、任意の特定のプログラミング言語を参照しては記載されない。いろいろなプログラミング言語を使用して本明細書に記載したような本発明の教示を具現化できることが認識される。
【０１０５】
例として、図８に例証するように、システム１０を包含する分光計２００が提案される。
【０１０６】
そのような分光計２００は、放射源２０２、放射源２０２によって放出された放射をサンプル２０６の方に運ぶための光学部品２０４、サンプルホルダ２０８、検出器２１０を包含する。
【０１０７】
電磁スペクトルをカバーするため、広く様々な放射源が採用される。分光法では、一般的に、吸収スペクトルの広帯域領域を測定するために、広い帯域の波長をカバーする源が望ましい。一部の源は、本質的に、広帯域スペクトルを放出する。これらの実施例は、赤外線におけるグローバーまたは他の黒体源、可視範囲の水銀灯、紫外線およびｘ線管、ならびに赤外線範囲において放出する様々なレーザーテクノロジを包含する。一つの最近に開発された広帯域スペクトル放射の新たな源は、これらのスペクトル領域のすべてをカバーするシンクロトロン放射である。他の放射源は、狭スペクトルを生成し、放出波長はスペクトル範囲をカバーするように調整されうる。これらの実施例は、マイクロ波領域におけるクライストロンならびに（すべてのレーザーが調整可能な波長を有するのではないけれども）赤外線、可視光線および紫外線領域に渡るレーザーを包含する。
【０１０８】
本出願に関連して、放射源２０２は、好ましくは、既定の波数の範囲に含まれる波長を放出するように適合された赤外線源である。先に説明したように、この範囲は、７０００cm-1〜１０cm-1に広がることができる。
【０１０９】
放射源２０２によって放出された放射をサンプル２０６の方に運ぶための光学部品２０４の材料は、対象となる波長範囲に関して選ばれる。実際に、対象となる波長範囲において比較的少ししか吸収しない材料が考慮されるべきである。例として、吸収は、０．５％、好ましくは、０．０１％より下回るようにすべきである。他の材料の余りにも高い吸収は、サンプルからの吸収を干渉するまたはそれを隠すことができる。例として、いくつかの波長範囲において、サンプル２０６の吸収測定は、空気中のガスが吸収に干渉する特徴を有するので、真空下または希ガス環境においてなされる。
【０１１０】
生体の関連においては、光学部品は、一般的に、顕微鏡対象物および鏡である。
【０１１１】
サンプルホルダ２０８は、特定の材料、換言すると、対象となる波長範囲において比較的少ししか吸収しない材料でも作られる。例として、吸収は、５０％、好ましくは、０．０１％を下回るべきである。
【０１１２】
放射出力を測定するのに採用される検出器２１０は、対象となる波長範囲にも応じて決められる。大抵の検出器は、かなりの広帯域スペクトル範囲に感度よく、選択されたセンサは、多くの場合、所与の測定の感度およびノイズ要件に、より応じて決まる。分光法にありふれた検出器の実施例は、マイクロ波におけるヘテロダイン受信機、ミリ波および赤外線におけるボロメータ、赤外線におけるテルル化カドミウム水銀および他の冷却半導体検出器ならびに可視光線および紫外線におけるフォトダイオードおよび光電子増倍管を包含する。
【０１１３】
場合により、分光計２００は、スペクトルグラフも包含する。スペクトルグラフは、放射の波長を空間的に分離するように使用され、それによって、各波長における出力を独立して測定できる。スペクトルを決定するために放射の波長を分解するそのような手段は、顕著には、源と検出器との両方が広帯域スペクトル領域をカバーする場合に使用される。実際に、スペクトルが波長によって再構成された波長であり得るから、スペクトルグラフは必要ない。
【０１１４】
ここに先に考慮された実施形態と代替実施形態とを組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を生成することができる。
【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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【国際調査報告】
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