CN101951982A - 细胞和组合物的光学相干断层扫描术检测 - Google Patents

Abstract

本发明提供利用光学相干断层扫描术进行细胞和组合物检测的系统和方法。

Description

细胞和组合物的光学相干断层扫描术检测

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年5月27日提交的第60/685,559号美国临时申请的优先权，该临时申请全文以引用的方式纳入本说明书。

背景技术

动脉硬化(也被称为动脉粥样硬化)是常见的人类疾病，该疾病由脂肪样物质(指粥样斑或斑块)在血管壁上的沉积引起。虽然有一些斑块相对稳定，但是其他的斑块却容易破裂并把其内含物释放到血液中，从而可以造成血凝块的形成。心脏病发作和其他急性心血管症状通常由冠状动脉中的高危、易破裂斑块的破裂引起。易破裂斑块被认为有三个主要特征-脂质的沉积、覆盖在脂质池(lipid pool)上的纤维材料的薄帽和被称作巨噬细胞的免疫细胞的渗入。这种沉积在外周血管和冠状血管中都有发生。当沉淀在血管的局部区域聚集的时候，会出现狭窄或血管通道的缩小。血流受限并且人的健康受到严重的威胁。对动脉斑的早期检测和鉴定可以用于鉴别患者，所述患者不清楚他们已经处于患有心肌梗塞或其他如中风之类的心血管疾病的危险中。

光学相干断层扫描术(Optical coherence tomography)(OCT)已经被成功地应用于对各种器官和组织进行成像。OCT可以产生相对高分辨率的图像，特别是当与其他成像模式比较的时候。然而，现在对动脉斑块的OCT成像限制了其成功并且对于易破裂斑块的鉴定效果并不理想。需要能够产生高分辨率OCT图像的方法和装置对动脉斑成像并对易破碎斑进行鉴别。而且，需要类似的方法和装置对其他正常和疾病组织、组合物、细胞和受试者的病状(包括癌症和癌变前的症状)进行成像。

发明内容

本发明提供应用光学相干断层扫描术进行细胞和组合物检测的系统和方法。

所述的方法、系统和装置一部分在接下来的说明书中已被阐明，还有一部分从本说明书中可显而易见，或者可以通过对这些方法、装置和系统的实践获悉。这些方法、装置和系统的优点将通过所附权利要求中具体指出的元素和组合实现并获得。必须理解的是，前述一般性描述和后文的具体实施方式都仅仅是示例性的和说明性的，并不是对所要求保护的方法、装置和系统的限制。

附图说明

附图被纳入本说明书并组成本说明书的一部分，其用于图解本方法、装置和系统的各方面，并且与说明书一起解释本方法、装置和系统的原理。

图1是一个框图，显示一个示例性相位敏感的OCT系统。

图2是一个框图，显示一个示例性相位敏感的多通道OCT系统。

图3是一个示意图，显示图1中的示例性相位敏感的OCT系统的各方面。

图4是一个示意图，显示图2中的示例性相位敏感的多通道OCT系统的各方面。

图5A和B显示了螺线管驱动信号和光路长度变化，该变化用有金属纳米颗粒成像的光笔(A)和用无金属纳米颗粒成像的光笔(B)观测。

图6显示一个与磁场发生器结合的微分相位光学相干断层扫描术(DP-OCT)系统的示意图：(a)DP-OCT系统，(b)DP-OCT样品路径的共线性结构和包括锥形铁芯的磁场发生器的设计。

图7显示使用聚焦磁场激励(2Hz，4V_pp)用不同剂量SPIO(1.0、0.1mmolFe/Kg和盐对照)在肝脏中的光路长度变化(Δp)(a)。在1.0mmolFe/KgSPIO(b)、0.1mmolFe/Kg SPIO和盐对照的肝脏样品中的光路长度变化(Δp)。在肝脏样品上施加的磁通密度是B_Z＝0.47特斯拉。

图8显示注射了不同剂量SPI O(1.0和0.1mmo lFe/Kg)的小鼠对聚焦磁场的反应中的纳米颗粒运动引起的含铁肝脏样品中的最大的光路长度变化(Δp)。输入频率为2Hz，并且具有范围从2到8V_pp的外加电压(a)和每个输入电压下的磁场强度(b)。

图9显示注射了不同剂量SPIO(1.0和0.1mmolFe/Kg)的小鼠对具有(1-10Hz)扫频频率输入的聚焦磁场的反应中纳米颗粒运动引起的含铁肝脏样品中的光路长度变化(Δp)。(a)。在1.0mmolFe/Kg剂量SPIO(b)、0.1mmolFe/Kg剂量SPIO(c)和盐对照(d)的肝脏的光路长度变化(Δp)。在该样品上施加的聚焦磁通密度是1.3特斯拉。

图10显示注射了不同剂量SPIO(1.0和0.1mmolFe/Kg)的小鼠对具有(1-10Hz)扫频频率输入的聚焦磁场的反应中纳米颗粒运动引起的含铁肝脏样品中的最大的光路长度变化(Δp)。输入的扫频频率在2秒期间从1至10Hz，并且具有由2增加到10V_PP的输入电压(a)和每个输入电压下的磁场强度(b)。

图11显示所测的含铁的家兔动脉(0.1Fe/kg)对2Hz频率的正弦输入反应的光路长度变化(Δp)。

具体实施方式

通过参考以下对本方法、装置和系统的详细说明，以及本发明所包括的实施例，并且参考附图及其上下文的描述，可以更容易地理解本方法、装置和系统。

在公开和描述本发明的化合物、组合物、物品、装置和/或方法之前，应当理解它们并不局限于特定的合成方法、特定成分，或者特定的组合物，因为它们理所当然可以有所变化。也应当理解这里使用的术语仅仅是为了描述具体实施方案的目的，并不是用于限制。

如在本说明书和所附的权利要求中所用的单数形式“一”、“一个”和“该”，除了文中明确地另外指出的情况之外，均包括复数所指物。因此，例如所述“一个纳米颗粒”包括纳米颗粒的混合物、所述“一个纳米颗粒”包括两个或多个这种纳米颗粒的混合物，等等。

本文中范围可以表示为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表示为这样一个范围的时候，另外一种实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。相似地，数值通过使用先行词“约”以近似值的形式表达的时候，应当理解的是，该特定值可以构成另外一个实施方案。应当理解的是，范围的每个端点与另一个端点相关时或独立于另一个端点时都是有意义的。

“任选的”或“任选地”的意思是随后描述的事件或情况可以出现，也可以不出现，并且该描述包括所述事件或情况出现情况和其不出现的情况。例如，短语“任选地取代的有壳金属(shelled metal)”的意思是有壳金属可以被取代或可以不被取代，并且该描述包括未被取代的有壳金属和被取代的有壳金属。

在全文中所用的一个“受试者”是指一个个体。因此，该“受试者”可以包括家养动物(例如猫、狗等)、家畜(如牛、马、猪、绵羊、山羊等)、实验动物(例如小鼠、兔、大鼠、豚鼠等)和禽类。在一方面，该受试者可以是哺乳动物，例如灵长类动物或人。该术语并不指明特定年龄或性别。因此，该术语意欲涵盖雄性或雌性的、成年的和新生的受试者以及胎儿。

现在将详细地参照该系统、方法、装置和/或组合物的示例性方面，它们的实例在附图中已有图解。

本方面提供了方法、组合物和装置以使用光学相干断层扫描术(OCT)对细胞和/或金属组合物进行检测。一个“细胞”是指活生物体或受试者的一个或多个细胞，或者来自于活体生物或受试者的一个或多个细胞。这(些)细胞可以位于受试者体内或者可以是离体的。通过参照细胞、组合物和/或金属组合物，用于细胞和/或金属组合物检测的已公开方法、组合物和装置在这里被广泛地描述。应当理解的是，除非文中明确地另外指出，通过参照一个或一组细胞、组合物或金属组合物对该已公开的方法、组合物和装置的各个方面进行的描述，也构成了所公开的方法、组合物和装置用于非参照细胞、组合物和金属组合物的相应方面的描述。

用于检测细胞的一种示例性方法包括对该细胞施加一个磁场。细胞可以包括细胞膜和金属组合物。任选地，该金属组合物是金属纳米颗粒，所述颗粒是受试者服用的或者以另外的方式与细胞接触的。

该金属组合物可以位于细胞中，包括在细胞的细胞膜内或者在细胞的外表面。如果金属颗粒位于细胞的外表面，其可以被连接或定位到细胞的细胞膜的外表面上。把金属组合物定位或结合到细胞上的例证方法在这里被描述。

外加磁场可以与金属组合物相互作用，无论其在细胞内还是位于细胞外部并与细胞相连。磁场与组合物的相互作用可以引起细胞中的变化。细胞“中”的变化并不限于细胞的细胞膜内的变化。细胞“中”的变化包括细胞中的变化，并且也包括由磁场与组合物相互作用引起的细胞相关的、细胞的或细胞内的任何变化。例如，可能出现在细胞“中“的变化包括细胞的运动、金属组合物的运动、细胞的细胞膜张力水平的变化和细胞的内张力场的变化。引起邻近的或外周的细胞或者组织的变化(包括上述列出的)的细胞中的变化也可以被检测。因此，一个细胞中的变化可以引起外周的细胞或组织的变化。周围细胞或组织的该变化可以使用本文描述的方法和系统进行检测。当通过外加磁场接触的时候，位于细胞内或细胞外部的组合物可以引起细胞的一个或多个可检测的变化。

当金属组合物(包括金属纳米颗粒)在外力的作用下的时候，在细胞中形成可检测的内张力场。该外力可以通过应用一个外部磁通密度(B)提供。在每个金属组合物上的外张力的作用可以产生金属组合物的运动(Z_np(t))，所述运动产生细胞膜张力水平或细胞内的内张力场的变化。在细胞或组织中的每个金属组合物上施加力产生金属组合物的运动(Z_np(t))。金属组合物的运动可以沿着z-方向。该金属组合物也可以向任何方向运动，所述方向可以以矢量位移的形式写出，方向r₀的金属组合物为u_np(r₀)。金属组合物位移u_np(r₀)可以产生包含金属组合物的细胞和外周细胞中的蛋白的位移场(u(r，r₀))。在均质弹性介质的情况下，可以按照例如Mindlin的方法计算半无限空间的位移场(u(r，r₀))(R.D.Mindlin，A force at point of a semi-infinite solid，Physics 1936，7：195-202，基于该文献中教导的方法将其以引用的方式纳入本文)。在不均质粘弹性介质的情况下，可以用有限元法数值方法计算细胞中的位移场。由金属组合物产生的方向r₀的位移场(u(r，r₀))可以形成一个内张力场，所述内张力场是由位移场沿特定方向的变化确定的。该张力场(ε_ij(r，r₀))是一个张量定量，并且由 ${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ij}}(r,r_0)=\frac{{\∂u}_i(r,r_0)}{{\∂x}_j}$ 给出，其中u_i(r，r₀)是位移场的第i个组分并且x_j是j^th坐标方向。例如，当j＝3的时候，x₃是z-方向。由细胞和外周细胞中的所有金属组合物引起的细胞中的内张力场是每种金属组合物引起的张力场的叠加。

细胞中的变化可以使用光学相干断层扫描成像模式检测。因此，通过利用这种成像模式检测磁场与金属组合物的相互作用引起的细胞中变化可以检测细胞。该变化可以用相位敏感光学相干断层扫描成像模式检测。本文中描述了相位敏感光学相干断层扫描(OCT)成像模式的非限制性实例。相位敏感OCT成像模式可以包括一个探针，用于将光能传送到细胞并接收来自细胞的光能。探针可按一定尺寸、形状制造，或者按照特定形式制造以用于进行血管内操作。探针还可包括一个磁源用于对细胞施加磁场。该磁场可由位于受试者体外或者体内的磁源施加于细胞。该体外的源可以位于探针中或者可以与探针分开。

金属组合物可以包括多个金属纳米颗粒。这些纳米颗粒可以基本上是球体形状，并且可以具有从约0.1纳米(nm)至约1000.0nm的直径。然而，这些纳米颗粒并不局限于为球状。例如，这些纳米颗粒的形状不对称。如果这些纳米颗粒的形状不对称，这些纳米颗粒的最大的断面尺寸的长度可以是从约0.1纳米(nm)至约1000.0nm。

金属组合物可以包括具有非零磁化率或零磁化率的金属，或者非零和零磁化率金属的组合。因此，如果该组合物包含纳米颗粒，这些纳米颗粒可以都具有非零磁化率或零磁化率，或者是具有非零磁化率和零磁化率的颗粒的组合。具有非零磁化率的金属组合物可以包括选自氧化铁、铁、钴、镍、铬及其组合的物质。该金属组合物可以包括具有非零导电性或者零导电性的金属，或者非零和零导电性金属的组合。本文还提供一种检测组合物的方法，其中所述组合物包括一种磁性的或顺磁性的材料。任何磁性的或顺磁性的材料(无论是金属还是非金属)都可以用于本文所描述的方法或被本文所描述的系统使用。按照这种考虑，可以使用引起细胞中变化的任何物质，或者使用在接触外加磁场的时候可以使用相位敏感的光学相干断层扫描术检测的任何物质。类似地，非金属的、非磁性的颗粒可用于引起细胞中的变化，或者可以通过这里描述的方法和系统在接触外加磁场的时候使用相位敏感的光学相干断层扫描术进行检测。

该系统、装置和方法可以使用没有磁化率的金属组合物实施。当使用没有磁化率的金属组合物或者使用具有非零磁化率的复合物的时候，在该组合物中可以感生出电涡流。

为了在金属组合物中感生出涡流电流，第一时间变化磁场可以施加在细胞上。该第一磁场可以与细胞内外的金属组合物相互作用，在该金属组合物中感生出电涡流。第二磁场可施加于与所感生出的涡流电流相互作用的细胞上，以引起细胞的变化。对该细胞的检测可以通过使用相位敏感的光学相干断层扫描术成像模式对第二磁场与涡流电流相互作用引起的细胞的变化的检测实现。由第二磁场与涡流电流相互作用引起的细胞的示例性变化包括细胞的运动、金属组合物的运动、细胞膜张力水平的变化和细胞的内张力场的变化。

因此，可以使用不具有显著的磁导率的金属组合物或纳米颗粒。例如，虽然金纳米颗粒不具有显著的磁导率，但是可以将许多靶特异的分子试剂(如抗体)结合到该纳米颗粒表面。当使用高导电性颗粒进行检测的时候，可以通过暴露于随时间变化的磁场(B(t))而在该颗粒中感应磁偶极子。

随时间变化的磁场(B(t))可以在该颗粒中产生电动势或电位，所述电动势或电位可以引起高导电性纳米颗粒的内部的(volumetric)和表面的电涡流。能够用于产生涡流电流的磁脉冲发生器的示例性电路记载于GHSchroder，Fast pulsed magnet systems，Handbook of AcceleratorPhysics and Engineering，A.Chao and M.Tinger，Eds.1998，或者IEEE transact ions on instrumentation and measurement，VOL.54，NO.6，December 2005，pp 2481-2485中，基于这两篇文献中描述的电路和方法将其以引用的方式纳入本文。

该涡流电流可以产生随时间变化的磁矩，所述磁矩可以与第二外加磁场(B₂)相互作用。在高导电性纳米颗粒或金属组合物中感生出的涡流电流和第二外加磁场可以相互作用以产生纳米颗粒或金属组合物的转矩或扭曲。该感生出的转矩可以对纳米颗粒进行扭曲，所述纳米颗粒与细胞(如细胞膜)中的靶机械连接或者位于细胞内部。纳米颗粒的该扭曲运动可以改变细胞(外周细胞和组织)的内张力场，所述内张力场可以用相位敏感的光学相干断层扫描术检测。

在作为示例的实施方案中，大的磁场可以通过低温超导磁体产生。这些磁体仅需要“充电”一次，就可以在低温下维持并且不需要外部电流来维持磁场。

可以将金属组合物给予受试者。外源金属组合物(例如金属纳米颗粒)的给予将在下文更详细地描述。任选地，细胞可以位于受试者的体内并且金属组合物可以被给予该受试者。任选地，该细胞可以是巨噬细胞，并且至少一个金属纳米颗粒可以位于该巨噬细胞内或者可以与该巨噬细胞相连接。巨噬细胞可位于受试者体内的粥样硬化斑块。巨噬细胞也可以位于受试者的眼睛内。

由磁场和金属组合物的相互作用造成的细胞内的变化可以通过形成相位敏感的光学相干断层扫描图检测。相位敏感的光学相干断层扫描图可以包括使用相位敏感的光学相干断层扫描术模式获取的一行或多行相差敏感的光能量数据，其中至少一行是在施加磁场过程中获取的。

一个或多个数据行的生成可以通过生成光能量并把所生成的光能量的至少第一部分传送到参比反射器上进行，其中所传送的第一部分的光能量的至少一部分被参比反射器反射。所生成的光能量的至少第二部分可被传送以接触细胞，其中接触细胞的光能量的至少一部分被细胞反射。被参比反射器和细胞反射的光能量可以被接收，所接收到的光能量可被结合，并且接收到的光能量可能发生干涉。被结合的光能量经处理生成相位敏感的光学相干断层数据行。

一个或多个数据行的生成也可以通过生成光能量并把所生成的光能量的至少第一部分传送到参比反射器上进行，其中所传送的第一部分的光能量的至少一部分被参比反射器反射。所生成的光能量的至少第二部分可被传送以接触金属组合物，其中接触金属组合物的光能量的至少一部分被该组合物反射。被参比反射器和组合物反射的光能量可以被接收。所接收到的光能量可被结合，其中所接收到的光能量可能发生干涉。被结合的光能量经处理生成相位敏感的光学相干断层数据行。

相位敏感的光能量数据行可以包括由细胞反射的光的依赖于光谱的复振幅A_c(v)，其中v是该光的光频。更明确地，可以测量的是由细胞和参比反射的光的幅度的乘积：A_c(v)·A_r(v)^*，其中A_r(v)^*是由参比反射的光的依赖于光谱的复振幅的结合物。A_c(v)·A_r(v)^*的量可用于确定A_c(τ)，通过使用时间频率转换(如傅里叶变换)由细胞/组织在不同时间延迟τ下背向反射的光的相位敏感的振幅。

可以获取多个相位敏感的光能量数据行并用于构建图像。利用所述的系统和方法生成的相位敏感的图像可以具有至少约30.0纳米(nm)、25.0nm、15.0nm、10.0nm、5.0nm、4.0nm、3.0nm或2.0nm的相位敏感的分辨率。多个相位敏感的光能量数据行可以是在空间上和时间上分开的，并且该图像可以包括至少两个数据行的B-型图像画面。多个相位敏感的光能量数据行也可以在时间上分开，并且该图像可以包括一个包括至少两行的M-型图像。

当使用多行来生成图像的时候，在施加磁场之前可以获得至少一个第一相位敏感的光能量数据行，并且在施加磁场的过程中可以获得至少一个第二相位敏感的光能量数据行。可以在获得不同数据行或者在获得不同图像时改变所述磁场强度。例如，在施加磁场的过程中可以获得至少一个第一相位敏感的光能量数据行(其中该磁场具有第一预设的强度)，并且在施加具有第二预设的强度的第二磁场的过程中可以获得至少一行第二相位敏感的光能量数据行。所获得的数据行可经处理而生成图像。任选地，第一预设强度可以小于第二预设强度。

所述方法可用于基于常规强度的OCT B-型扫描图像和相位敏感的B-型扫描图像的构建。观察到的相位敏感的B-型扫描图像可以与相位的变化相对应，该相位由对应于不同的磁场强度(其中一个可以是零磁场强度)的至少两个相位敏感的B-型扫描图像形成。可以观察到至少两种类型的图像：一类是基于常规强度的OCT B-型扫描图像，另一类是相位敏感的B-型扫描图像，所述相位敏感的B-型扫描图像由在不同磁场强度下记录到的两个相位敏感的图像的差异形成。

本发明还提供通过对含金属的组合物施加磁场从而检测该组合物的方法，其中该磁场与该组合物相互作用。该金属组合物可以通过使用相位敏感的光学相干断层扫描图像模式检测。如本发明全文所述，该组合物可以位于细胞中或者可以与细胞相连接。该组合物也可以通过与非细胞的生物物质连接而定位。例如，非细胞生物物质可以包括蛋白、脂质、肽和核酸。

使用光学相干断层扫描术检测细胞和组合物的方法可以包括对一个受试者给予多个金属纳米颗粒。

任选地，至少一种所给予的纳米颗粒定位于受试者体内的巨噬细胞内。至少一种给予的纳米颗粒也可以任选地被设计以便定位于受试者体内的靶位点。

在本文所述的方法中，包括非零磁化率金属的纳米颗粒可以通过外加磁场在体内或在体外进行位置上的移动。非零磁化率的材料可以包括各种材料。例如，纳米颗粒可以包括任何生理上耐受的磁性材料或它们的组合物。术语磁性材料可以任选地包括显示铁磁性的、顺磁性的或超顺磁性的任何材料。例如，纳米颗粒可以包括选自氧化铁、铁、钴、镍和铬的材料。本文全文所描述的金属组合物(包括给予的纳米颗粒)可以是有磁性的。任选地，纳米颗粒包括氧化铁。当包含金属或磁性材料的纳米颗粒在受试者体内时，使用内部的或外部的外加磁场可以使之运动，如下文所述。可以使用任何非零磁化率的相关金属或其组合物。许多可以使用的金属是本领域已知的；然而，可以使用具有期望特性的任何金属。纳米颗粒也可以包括具有非零磁化率的材料和具有较低或零磁化率的材料的组合物。例如，金可以与具有较高磁化率的材料(如铁)相组合。例如，可以使用金包被的铁。纳米颗粒也可以包括聚合物或者其他包被材料的一种或组合物。如下文所述，这些聚合物或包被材料可用于吸附靶向配体，所述配体包括但不限于抗体。在体内使用的时候，被给予的纳米颗粒可以是受试者生理耐受的，这可以由本领域技术人员容易地确定。

纳米颗粒可以是固体的、中空的或者部分中空的，并且可以是球形或不对称的形状。任选地，不对称纳米颗粒的横断面是卵形或椭圆形。然而，如本领域技术人员所理解的那样，也可使用其他不对称形状。纳米颗粒可以包括带壳的或多壳的纳米颗粒。带壳的或多壳的纳米颗粒可以具有连接壳材料的靶向配体，其中靶向配体亲和或结合受试者体内的或离体(exvevo)的靶位点。这些带壳的或多壳的纳米颗粒可按如下所述制备，例如用本领域已知的技术，例如Loo et al，″Nanoshell-EnabledPhotonics-Based Imaging and Therapy of Cancer，″Tech.Cancer Res.and Treatment，(2004)3(1)33-40所述的方法，该文献通过引用的方式纳入本文用于本文所教导的方法。还有Oldenburg et al，″Nanoengineering of Optical Resonances，″Chemical Physics Letters(1998)288，243-247中教导的方法，该文献中用于纳米壳合成的方法被纳入本文。

金属组合物(包括纳米颗粒)可以被设计以便定位到受试者体内的靶位点。例如，该金属组合物可以被设计以便定位于赘生性细胞、肽、蛋白或核酸。任选地，该靶位点是蛋白的胞外域。各种细胞类型也可以作为金属组合物的靶。例如，靶细胞可以选自赘生性细胞、鳞状上皮细胞(squameous cell)、转移细胞、基底细胞、肌细胞、上皮细胞和粘膜细胞的一个或多个。这些靶细胞也可以定位于受试者体内的不同解剖学位置。例如，该细胞可以定位于一个选自如下位置的受试者的解剖学位置上：肺、支气管、肠、胃、结肠、眼睛、心脏、血管、宫颈、膀胱、尿道、皮肤、肌肉、肝脏、肾和血液。

一个或多个给予的纳米颗粒可以利用被动或主动靶向机制定位于受试者体内的期望的靶标。被动靶向机制利用受试者的内在防御机制以突出天然用于颗粒清除的吞噬细胞。例如，富含巨噬细胞的区域与受试者体内不稳定的动脉粥样斑块在病理学上相关。而且，被给予的纳米颗粒(例如小的超顺磁性的和超小的超顺磁性的氧化铁颗粒)被过度服用或被吞入，巨噬细胞聚位于不稳定斑块中。因此，通过受试者的天然防御机制，其中巨噬细胞在不稳定的动脉粥样斑块中聚集并且吞噬给予的纳米颗粒，给予的纳米颗粒可以被动地对不稳定斑块进行定位。相似地，定位于受试者眼睛中的巨噬细胞可以吞噬纳米颗粒。这种纳米颗粒的被动定位可以和本发明所描述的方法和装置一块使用来突出斑块的不稳定性或者突出吞噬细胞的其他聚集。

主动的靶向机制可以指使用配体定向的、位点特异的纳米颗粒进行靶定向。可以施用多种靶向配体设计纳米颗粒以便使其定位到受试者体内的期望靶位点，所述靶向配体包括但不限于抗体、多肽、肽、核酸和多糖。这些纳米颗粒在这里指“靶向的纳米颗粒”。它们的靶向配体或片段可用于把纳米颗粒定位到受试者体内的细胞的或者其他内源的或外源的生物标记。这种生物标记或“靶位点”可以包括但不限于蛋白、多肽、肽、多糖、脂质或它们的抗原部分，所述抗原部分在受试者体内表达。当主动的靶定向机制用于对细胞进行靶向时，靶向的纳米颗粒可任选地被靶细胞纳入。

因此，使用本发明公开的方法，至少一个被给予的纳米颗粒可以任选地定位于受试者体内的巨噬细胞中，并且/或者至少一个被给予的靶向纳米颗粒可以定位到受试者体内的期望靶位点。

然而，这些方法和装置并不局限于被给予至受试者的体内。本领域技术人员应该清楚，纳米颗粒(包括靶向的纳米颗粒)可以在体外被给予至离体样品，所述样品把该纳米颗粒定位于期望的靶位点并且随后进行体外的成像。而且，包含至少一种纳米颗粒的组合物可以被给予至受试者体内，并在随后从该受试者体内取样，并用本文所描述的方法、系统和装置进行体外成像。

当使用靶向的纳米颗粒的时候，体内或体外的靶位点可以是内源的或者是外源的。靶位点可以选自器官、细胞、细胞类型、血管、血栓、纤维蛋白和传染物抗原或者它们的部分。任选地，靶位点可以是赘生性细胞。靶位点也可以是蛋白的胞外域。而且，靶位点可以选自肺、支气管、肠、胃、结肠、心脏、脑、血管、宫颈、膀胱、尿道、皮肤、肌肉、肝脏、肾和血液。靶位点也可以是细胞。例如，细胞可以选自但不限于赘生性细胞、鳞状上皮细胞、转移细胞、基底细胞、肌细胞、上皮细胞、淋巴细胞、白细胞、单核细胞、红细胞和粘膜细胞。

因此，靶向的纳米颗粒可以靶向至各种细胞、细胞类型、抗体(内源的和外源的)、抗原决定簇、细胞膜蛋白、器官、标记、肿瘤标记、血管发生标记、血管、血栓、纤维蛋白和传染物抗原。例如，可以产生对在受试者体内表达的靶标进行定位的靶向的纳米颗粒。任选地，该靶标可以是蛋白，并且可以是具有胞外域或跨膜区的蛋白。任选地，该靶标可以是蛋白的胞外域。

期望的靶标可以基于但不限于各种病理、器官和/或细胞的分子特性。例如，黏附分子(如整合素(integrin)αvβ3、细胞间粘附分子-1(I-CAM-1)、纤维蛋白素原受体GPIIb/IIIa和VEGF受体)在血管发生、炎症或血栓的区域表达。通过使用靶向配体，这些分子特性可用于对纳米颗粒进行定位。这里描述的方法任选地使用靶向VEGFR2、I-CAM-1、αvβ3整合素、αv整合素、纤维蛋白素原受体GPIIb/IIIa、P-选择蛋白和/或粘膜血管地址素(adressin)细胞黏附分子-1中的一个或多个黏附分子的纳米颗粒。

本发明中所用的术语“表位”是指包括如下文所述的可与靶向配体进行特异性相互作用的任何决定子。表位决定子可以由有化学活性表面的分子组——所述分子例如氨基酸或糖侧链——组成，并且可以具有特定的三维结构特征，也具有特定的电荷特性。

用于成像的靶向细胞、组织或器官(如癌变前的、癌症的、肿瘤或增殖细胞、组织或器官)中表达或过表达的分子特异的靶向配体可以与本文所述的纳米颗粒一块使用。这一用途可以包括组织或器官中癌变前的、癌症的、赘生性、或过度增殖的细胞的体内或体外成像、检测或诊断。本发明的组合物和方法可以以诊断套药的形式被使用或被提供用于癌症的检测和诊断。

在本文中，可被成像、检测或诊断的靶向癌可以选自但不限于：淋巴瘤(霍杰金氏的和非霍杰金氏的)、B细胞淋巴瘤、T细胞淋巴瘤、髓细胞性白血病、非白血性白血病、蕈样霉菌病、癌、固体组织癌、鳞状上皮细胞癌、腺癌、肉瘤、神经胶质瘤、胚细胞瘤、成神经细胞瘤、浆细胞瘤、组织细胞瘤、黑素瘤、腺瘤、乏氧肿瘤、骨髓瘤、AIDS相关的淋巴瘤或肉瘤、转移癌、膀胱癌、脑癌、神经系统癌、头和颈的鳞状上皮细胞癌、成神经细胞瘤/成胶质细胞癌、卵巢癌、皮肤癌、肝癌、黑素瘤，口、咽喉、喉头和肺的鳞状细胞癌，结肠癌、子宫颈癌、宫颈肿瘤、乳癌、上皮癌、肾癌、生殖泌尿系统癌、肺癌、食道癌、头颈癌、造血癌(hematopoieticcancer)、睾丸癌、结肠直肠癌、前列腺癌或胰腺癌。

可被成像、检测或诊断的前癌症状包括但不限于宫颈非典型增生和肛门发育异常、其他发育异常、重度发育异常、超常增生、非典型增生和瘤形成。然而，本领域技术人员应该清楚，使用本文描述的方法和装置可以对其他的癌症和癌变前的症状进行成像、检测或诊断。

使用本领域已知的和这里描述的方法，靶向配体(如多克隆或单克隆抗体)可以在受试者中产生期望的靶位点。因此，靶向的纳米颗粒还可以包括抗体或者其片段。制备和表征抗体的方法为本领域技术人员熟知(见如，Antibodies：A Laboratory Manual，Cold Spring Harbor Laboratory，1988；基于该文献所教导的方法将其以引用的方式纳入本文)。

单克隆抗体可以由大量基本上同质的抗体获得，即除了可少量存在的可自然发生的变异之外，组成抗体群的抗体单体是完全相同的。因此，修饰词“单克隆的”指抗体不是由不同抗体混合而得的这一特征。

例如，本发明的单克隆抗体可以使用杂交瘤的方法制备，所述方法在Kohler&Milstein，Nature 256：495(1975)中第一次提出，或者可以使用重组DNA的方法制备(Cabilly，等人，美国专利No.4,816,567)。

在杂交瘤方法中，可以免疫小鼠或其他合适的宿主动物(如仓鼠)以获得产生抗体或者能够产生抗体的淋巴细胞，所述抗体特异性地与用于免疫的抗原相结合。或者，可以在体外免疫淋巴细胞。然后使用合适的融合试剂(如聚乙二醇)，淋巴细胞可以与骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞(Goding，Monoclonal Antibodies：Principles and Practice，pp.59-103(Academic Press，1986))。

使用常规的实验步骤(如，通过使用能够特异性结合编码鼠抗体重链和轻链的基因的寡核苷酸探针)，编码单克隆抗体的DNA可以很容易地被分离并测序。杂交瘤细胞可以作为这种DNA的一个优选的源。一旦被分离，该DNA可以被置入表达载体，所述表达载体可以随后被转染进不另外产生免疫球蛋白的宿主细胞(如猿猴COS细胞、中国仓鼠卵巢(CHO)细胞或骨髓瘤细胞)，以在重组宿主细胞中获得单克隆抗体的合成。该DNA也可以被修饰，例如通过用人的重链和轻链恒定区的编码序列对鼠的同源序列进行替换(Morrison，等人，Proc.Nat.Acad.Sci.81，6851(1984)，或者通过将免疫球蛋白的编码序列与全部或部分的非免疫球蛋白多肽的编码序列共价连接。以这种方式，可以制备“嵌合”或“杂合”抗体，所述抗体具有抗癌、癌前期或过度增殖细胞或其他靶分子的结合特异性。任选地，这里使用的抗体是“人源化”抗体或完全人类抗体。

可以用非免疫球蛋白多肽替换本发明的抗体的恒定区，或者可以用它们替换本发明的抗体的一个抗原结合位点的可变区，以产生嵌合的二价抗体，所述二价抗体包括对第一抗原有特异性的一个抗原结合位点和对另一不同抗原有特异性的另一个抗原结合位点。

嵌合或杂交抗体也可以使用合成蛋白质化学中已知的方法在体外制备，所述方法包括那些涉及到交联剂的方法。

非人抗体的人源化方法为本领域技术人员所熟知。通常，人源化抗体将来自非人来源的一个或多个氨基酸残基引入其中。这些非人氨基酸残基经常被称为“输入”残基，该残基通常来自一个“输入”可变区。人源化可以基本上根据Winter及其合作者的方法进行(Jones et al.，Nature321，522-525(1986)；Riechmann et al.，Nature 332，323-327(1988)；Verhoeyen et al.，Science 239，1534-1536(1988)：通过把啮齿动物的CDR或CDR序列替换为人抗体的相应的序列。因此，这种“人源化”抗体是嵌合抗体，其中基本上少于一个完整的人类抗体可变区被来自非人类抗体种类的相应序列替换。在实践中，人源化抗体通常是人抗体，其中一些CDR残基和可能的一些FR残基被来自啮齿动物抗体中的同工位点的残基所替换。

抗体可以被人源化并且保持靶位点抗原的高亲和性和其他有用的生物学性质。利用亲本和人源化序列的三维模型，通过分析亲本序列和各种概念上的人源化产物的过程，可以制备人源化抗体。三维免疫球蛋白模型以通常的形式获得并且为本领域技术人员所熟悉。说明和显示所选定的候选免疫球蛋白序列的可能的三维构象结构的计算机程序是可以获得的。对这些显示结果进行检查就能够分析该候选免疫球蛋白序列功能中残基的可能的作用，即分析影响候选的免疫球蛋白结合其抗原的能力的残基。以这种方式，FR残基可以从共有序列和输入序列选择并组合，以便能获得所需的抗体特征，例如较高的对靶位点抗原的亲和性。通常，CDR残基直接地并最显著地影响抗原的结合。

人单克隆抗体可以通过杂交瘤方法制备。人骨髓瘤和小鼠-人异源骨髓瘤细胞系用于人单克隆抗体的制备已经被描述，例如Kozbor，J.Immuno l.133，3001(1984)和Brodeur，et al.，Monoclonal AntibodyProduction Techniques and Applications，pp.51-63(Marcel Dekker，Inc.，New York，1987)。

可以使用转基因动物(如小鼠)，经过免疫接种这些动物可以产生人抗体库，所述动物不产生内源性的免疫球蛋白。例如，前人已经描述过在嵌合和种系突变小鼠中抗体重链连接区(JH)基因的纯合子缺失能使内源抗体的产生被完全抑制。人的种系免疫球蛋白基因阵列在这种种系突变小鼠中的转移将导致人抗体在抗原激发时候的生成。见如，Jakobovits et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90，2551-255(1993)；Jakobovits et al.，Nature 362，255-258(1993)。

或者，噬菌体展示技术(McCafferty et al.，Nature 348，552-553(1990))可以用于在体外制备人抗体和抗体片段，所述抗体和抗体片段来自非免疫的供体的免疫球蛋白可变(V)区基因库。根据这项技术，抗体V区基因被结构内克隆到或者大量的或者少量的丝状噬菌体(如M13或fd)的外壳蛋白基因中，并且在噬菌体颗粒表面被显示为功能性抗体片段。因为该丝状颗粒包含噬菌体基因组的单链DNA拷贝，所以通过基于抗体的功能性质的筛选也能完成编码显示这些特征抗体的基因的筛选。因此，该噬菌体可以模拟B-细胞的一些性质。噬菌体展示可以以各种形式进行；综述见如Johnson，Kevin S.and Chiswell，David J.，Current Opinionin Structural Biology 3，564-571(1993)。几种V-基因区段的来源可被应用于噬菌体展示。Clackson et al.，Nature 352，624-628(1991)分离了来自免疫小鼠脾脏的V基因的小的随机组合文库的不同的抗氧氮杂环戊酮抗体系列。大体上按照Marks et al，J.Mol.Biol.222，581-597(1991)，或者Griffith et al，EMBO J.12，725-734(1993)描述的技术，可以构建来自非免疫的人供体的V基因库，并且可以分离不同的抗原(包括自身抗原)系列的抗体。在自然免疫反应中，抗体基因以高比例累积突变(体细胞高度突变)。引入的一些变化可以赋予较高亲和性，并且使展示高亲和性表面免疫球蛋白的B细胞在随后的抗原激发过程中优先地被复制并分化。这个自然过程可以通过应用被称作“链改组”的技术(Markset al.，Bio/Technol.10，779-783(1992))来进行模拟。在这种方法中，可以通过用从非免疫化的供体中获得的V区基因的自然出现变体(库)的库逐一地替换重链和轻链V区基因，从而提高通过噬菌体展示获得的“初级”人抗体的亲和性。这项技术可产生具有亲和性的nM范围内的抗体和抗体片段。制备极大的噬菌体抗体库的策略(也被称为“所有库的母库”)已经被Waterhouse et al.，Nucl.Acids Res.21，2265-2266(1993)描述，并且从这种大噬菌体库直接分离高亲和性人抗体被Griffith et al.，EMBO J.(1994)报道。若人抗体与啮齿动物抗体有相似的亲和性和特异性，基因改组也可用于从起始的啮齿动物抗体中衍生人抗体。根据这个方法(也称为“表位印记”)，由噬菌体展示技术获得的啮齿动物抗体的重链或轻链V区基因被人V区基因的库替代，产生啮齿动物-人嵌合体。对抗原的选择使得可以分离出能够重建功能性抗原结合位点的人类抗体可变区，也就是说，表位决定(支配)着配偶体的选择。当重复此过程而取代了剩余的啮齿动物V区时，就得到了人抗体(见PCT专利申请WO 93/06213，1993年4月1日公布)。与通过CDR移植的啮齿动物抗体的传统的人源化不同，该技术提供完全的人抗体，它没有啮齿动物源的框架或CDR残基。

双特异性抗体是单克隆(优选为人的或人源化的)抗体，所述抗体具有对至少两个不同抗原的结合特异性。一个结合特异性对应于第一抗原并且另一个对应于第二抗原。

通常，双特异性抗体的重组体的产生是基于两个免疫球蛋白重链-轻链对的共表达，这里两个重链具有不同的特异性(Millstein和Cuello，Nature 305，537-539(1983)。因为免疫球蛋白重链和轻链的随机组合，这些杂交瘤(细胞杂交瘤)产生10个不同抗体分子的可能的混合物，其中仅仅一个具有正确的双特异性结构。正确分子的纯化(通常通过亲和层析步骤完成)是非常繁琐的，并且产物收率很低。相似的步骤在PCT申请公开文本No.WO 93/08829(1993年5月13日公布)和Traunecker et al.，EMBO 10，3655-3659(1991)中被公开。形成双特异性抗体进一步的详情见，如Suresh et al.，Methods in Enzymology 121，210(1986)。

杂共轭(heteroconjugate)抗体也在所描述的组合物和方法的范围内。杂共轭抗体由两个共价连接的抗体组成。杂共轭抗体可以使用任何的方便交联方法制备。合适的交联剂是本领域技术人员熟知的，并且在美国专利No.4,676,980中与许多的交联技术一块被公布。

各种免疫测定的形式都可以用于选择抗体，所述抗体选择性地结合期望的靶位点或者靶位点抗原。例如，固相ELISA免疫测定常规地被应用于选择抗体，所述抗体可选择性地与蛋白、蛋白变体或其片段免疫反应。关于可以用来确定选择性结合的免疫测定形式和条件的描述见Harlow andLane.Antibodies，A Laboratory Manual.Cold Spring HarborPublications，New York，(1988)。单克隆抗体的结合亲和性，例如可以通过Munson et al.，Anal.Biochem.，107：220(1980)的Scatchard分析确定。

不但靶向的纳米颗粒可以包括抗体或其片段，而且靶向的纳米颗粒也可以包括靶向配体，所述配体是多肽或其片段。任选地，可以被靶细胞纳入的多肽可以被吸附于纳米颗粒的表面。纳入的配体可以任选地被应用于把纳米颗粒纳入靶细胞。修饰的噬菌体库可以被应用于筛选特异的多肽序列，所述多肽序列可以被纳入期望靶细胞。例如，应用Kelly et al.，″Detection of Vascular Adhesion Molecule-1 Expression Using a NovelMultimodal Nanoparticle，″Circulation Res.，(2005)96：327-336中描述的方法(基于该文献中教导的方法而将其纳入本文)，可选择被VCAM-I表达细胞或者表达所关注的配体的其他细胞内化的多肽。

有许多方法可以分离可结合期望靶标的蛋白质。例如，噬菌体展示技术已经被应用于分离与特异靶相互作用的大量多肽。(见例如，美国专利，No.6,031,071；5,824,520；5,596,079和5,565,332，至少基于这些专利文献中与噬菌体展示相关的材料和与组合化学相关的方法，将它们以引用的方式纳入本文)。因此，靶向的纳米颗粒可以包括与期望靶标相互作用的多肽或其片段。靶向的纳米颗粒也可以包括抗体或噬菌体的结合域。

术语“多肽”或“肽“在本文中以广义使用，是指通过肽键连接的两个或多个氨基酸。在本文中也使用了术语“片段”或“蛋白水解片段”指明多肽上的蛋白水解反应的产物，即切割多肽中的肽键生成的肽。片段可以由蛋白水解反应产生，但是应当清楚的是，片段不是必须由蛋白水解反应产生，而是可以通过使用化学合成或重组DNA技术的方法产生，以产生与蛋白水解片段等价的合成肽。必须清楚这里使用的术语“多肽”不是指特定大小的或包含一定数量氨基酸的分子，本发明的多肽可以包含最多达几个或者更多的氨基酸残基。

纳米颗粒可以选择性或者特异性地结合于期望靶位点，并且/或者可以被靶细胞内化。这种选择性或特异性结合和/或纳入可以很方便地通过这里描述的方法、系统和装置确定。例如，通过体内或体外给予靶向的纳米颗粒并且检测纳米颗粒与期望靶位点结合或纳入期望靶细胞的光散射的增加，可以确定选择性或特异性结合。光散射的检测可以用下文描述的系统和装置测定。

因此，靶向的纳米颗粒可以和对照纳米颗粒相对比，所述对照纳米颗粒具有靶向纳米颗粒的除了靶向特征(例如靶向配体)之外的所有组分。从与期望靶位点结合的靶向的纳米颗粒与对照纳米颗粒比较的相位敏感图像数据的检测，可以确定结合或纳入的特异性或选择性。如果使用的是抗体、多肽或者其片段、或者其它靶向配体，基于标准的抗原/多肽/表位/抗体互补结合关系可以确定与靶的选择性或特异性结合。而且，可以使用其他的对照。例如，通过把靶向的纳米颗粒暴露于对照组织可以确定纳米颗粒的特异性或选择性靶向，所述组织包括测试或受试者组织中除了期望的靶向配体或抗原决定簇的所有组分。为了比较对照样品和测试样品，可以通过如下文描述的系统检测光散射的水平，并且可以比较水平和位置的不同。

靶向配体可以被偶联到至少一个纳米颗粒的表面或者壳上。包含靶向配体的靶向的纳米颗粒可以用本领域已知的方法产生。例如，配体可以被结合到该纳米颗粒表面，所述配体包括但不限于抗体、肽、多肽或者它们的片段。

本领域已知的应用于靶向配体与纳米颗粒结合的任何方法都可以被使用，包括例如由Hunter，et al.，Nature 144：945(1962)；David，etal.，Biochemistry 13：1014(1974)；Pain，et al.，J.Immunol.Meth.40：219(1981)；和Nygren，J.Histochem.and Cytochem.30：407(1982)描述的方法。已经开发了用于金属纳米颗粒的大范围的生物分子的标记的成熟方案，这些生物分子包括蛋白A、抗生物素蛋白、抗生蛋白链菌素、葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶和IgG(抗体)。纳米颗粒可以在生物有机分子(DNA、抗体、抗生物素蛋白、磷脂等)表面用其制备。纳米颗粒可以进行表征、修饰，并且可以与有机和生物分子结合。聚合体或其他中间分子可以被应用于把抗体或其他靶向配体吸附于纳米颗粒的表面。把配体吸附于纳米颗粒的方法是本领域已知的，例如在如Loo et al.，“Nanoshell-Enabled Photonics-Based Imaging and Therapy ofCancer，”Tech.Cancer Res.and Treatment，(2004)3(1)33-40中所记载，基于所述文献中教导的方法将其以引用的方式纳入本文。

例如通过现存侧链的直接浓缩或者通过外部桥接分子的引入，可以获得靶向配体与纳米颗粒的共价结合。许多二价或多价试剂可以被用于将多肽分子偶联到其他颗粒、纳米颗粒、蛋白、肽或氨基官能团上。偶联试剂的实例有碳二亚胺、二异氰酸酯、戊二醛、重氮苯和六亚甲基二胺。如上列举的目的并不意在穷尽本领域已知的各种偶联剂，而是可以使用的更通用偶联试剂的例子。

任选地，如果使用某一抗体，可以首先衍生该抗体，并且然后将该纳米颗粒吸附至该衍生的产物上。如这里所用，术语“衍生”用于描述利用合适的交联剂对抗体底物进行的化学修饰。以这种方式使用的交联剂的例子包括含二硫键的交联剂SPDP(N-琥珀酰亚胺基-3-(2-吡啶基二硫)丙酸酯)和SMPT(4-琥珀酰亚胺基-氧羰基-α-甲基-α(2-吡啶基二硫)甲苯)。

也可以使用如下的方法把靶向配体连接到纳米颗粒上，该方法包括生物素化的抗体分子的制备和随后它们与抗生物素蛋白链菌素/纳米颗粒轭合物的相互作用。这个方法利用生物素和抗生物素蛋白链菌素之间的强的生物专一的相互作用和把抗生物素蛋白链菌素固定于纳米颗粒上的已知的方案。具有硫醇末端的烷基链的多肽可以被直接吸附于纳米颗粒的表面上，所使用的方法记载于Elghanian，R.，et al.，Selectivecolorimetric detection of polynucleotides based on thedistance-dependent optical properties of gold nanoparticles.Science，1997.277(5329)：p.1078-1080(基于该文献中教导的方法将其以引用的方式纳入本文)中。为了实施结合方法，可以使用硫醇末端的多肽和相对小的巯基乙酸分子的混合物，以避免多肽的高密度固定。

靶向的纳米颗粒可以用生物素化的表面制备，并且利用抗生物素蛋白-生物素桥联化学方法，可以将抗生物素蛋白化的抗体、肽、多肽或它们的片段吸附于纳米颗粒表面。可以使用抗生物素蛋白化的纳米颗粒，并且可以将生物素化的抗体或其片段或者其他生物素化的靶向配体或其片段给予受试者。例如，可以使用生物素化的靶向配体，所述配体例如抗体、蛋白或其他生物轭合物。因此，生物素化的抗体、靶向配体或分子或者它们的片段可以与受试者体内的预期靶标结合。一旦与预期靶标结合，具有抗生物素蛋白化表面的纳米颗粒可以与生物素化的抗体、靶向分子或者它们的片段相结合。当以这个方式结合的时候，光能量可以被传送到结合的纳米颗粒，所述纳米颗粒可以产生被传送光的光散射。抗生物素蛋白化的纳米颗粒也可以在被给予受试者之前与生物素化的抗体、靶向配体或分子，或者它们的片段相结合。

当使用具有生物素化的表面或抗生物素蛋白化的表面的靶向的纳米颗粒的时候，可以将靶向配体给予受试者。例如，可以将生物素化的靶向配体(如抗体、多肽或其他生物结合物，或者它们片段)给予受试者，并使它们在靶位点聚集。

当使用具有生物素化的表面的靶向的纳米颗粒时，可以将抗生物素蛋白连接分子给予受试者，所述连接分子吸附于生物素化的靶向配体。然后，可以将具有生物素化的壳的靶向的纳米颗粒给予受试者。该靶向的纳米颗粒结合抗生物素蛋白连接分子，所述抗生物素蛋白分子结合生物素化的靶向配体，所述靶向配体本身结合于期望的靶标。以这种方式，一个三步的方法可以用于将纳米颗粒定位到期望靶标。靶向配体可以结合以上详述的所有期望的靶标，这对本领域技术人员是清楚的。

纳米颗粒(包括靶向的纳米颗粒)也包括各种标记、可检测部分或标签。因此，例如配备靶向配体吸附于其表面的纳米颗粒也可以包括另一个可检测部分或标签。如这里所用，术语“可检测部分”是指任何合适标签，包括但不限于酶、荧光基团、生物素、发色团、放射性同位素、有色颗粒、电化学的、化学修饰的或化学发光部分。常用荧光部分包括荧光素、花青染料、香豆素、藻红蛋白、藻胆蛋白、丹磺酰氯、德克萨斯红和稀土元素复合物。当然，这些复合物的衍生物以常用荧光部分也包括于其中。

只要可检测部分本身是可检测的——例如可检测部分为荧光基团——可检测部分的检测可以直接地进行。或者，对可检测部分的检测可以间接地进行。对于后一种情况，可以使用可与可检测部分反应的另一部分(该另一部分本身是可以直接地被检测的)。

包含至少一个纳米颗粒的组合物可以通过以下方式给予受试者：口服、肠胃外给药(如静脉内)、肌肉注射、腹腔注射、经皮肤给药、体外给药、局部给药等等。如果使用肠胃外给药法给予组合物，通常是指注射给予。注射剂可以以常规的形式制备：或者是液体溶液或悬浮液、在注射前适于溶解液体中悬浮物的固体形式，或者是乳剂。

组合物(包括纳米颗粒)可以与可药用的载体联合使用。“可药用”是指没有生物的或其他不良反应的物质，即该物质可以与纳米颗粒一块给予受试者，而不产生任何不良的生物效应或者与该药物组合物包含的任何其他组分以有害的方式相互作用。载体的选择自然要使活性成分的任何降解最小化，并且使受试者的任何不良副作用最小化，这是本领域技术人员所熟知的。

合适的载体及其制剂记载于Remington：The Science and Practiceof Pharmacy(19th ed.)ed.A.R.Gennaro，Mack Publishing Company，Easton，PA 1995中。通常，在制剂中使用适合量的可药用的盐以使该制剂等渗。可药用的载体的例子包括但不限于生理盐水、林格溶液(Ringer′ssolution)和葡萄糖溶液。溶液的pH优选从约5.0到约8.0，并且更优选从约7.0到约7.5。如上文所述，组合物可以血管内形式给予。给予的组合物除了所选择的组合物之外还包括载体、增稠剂、稀释剂、缓冲剂、防腐剂、表面活性剂等等。给予的组合物也可以包括一种或多种活性成分，例如抗微生物剂、抗炎剂、麻醉剂等等。

当在所述方法中使用时，本发明的组合物之一(含纳米颗粒)的有效量可以由本领域技术人员确定。任何具体受试者的特定有效剂量水平可取决于各种因素，包括靶位点的类型和位置、所用的特定组合物的活性、所用的特定组合物、受试者的年龄、体重、身体状况、性别和饮食、给药的时间、给药途径、所用特定组合物的排泄率、治疗的持续时间、与所用的特定组合物联合或同时使用的药物，以及医学领域熟知的类似因素。例如，本领域技术人员都熟知，组合物的起始剂量要低于达到预期诊断和成像效应的所需剂量，并逐渐地增加剂量至得到预期的效应。如果需要，可以为了施药的目的把有效剂量分成多个剂量。

根据上述的示例性因素、所用的组合物、组合物的预期靶位点和所述组合物使用的主动或者被动的靶向，所述组合物的给药和在受试者中检测到所述的纳米颗粒之间的时间可以不同。例如，所述纳米颗粒的检测可以在给予该组合物给受试者后的数秒、数分钟、数小时、数天和/或数周进行一次或多次。实施所给予组合物的检测方法的时间和频率可以由本领域技术人员通过常规的给药和检测确定。

本发明还提供用于检测细胞或金属组合物的系统。一个示例性系统包括对细胞施加磁场的磁体和用于检测细胞和/或金属组合物的相位敏感的光学相干断层扫描成像模式。相位敏感的光学相干断层扫描成像模式可以包括向细胞传送并从细胞接收光能量的探针。所述探针可以是血管内探针。

包括相位敏感的光学相干断层扫描成像模式的系统可以包括光源、分光器、探针和参比反射器。光源产生的光能量可以被传输到分光器并被分光器分开以传送到参比反射器和探针。可以配置探针以将至少一部分传送到该探针的光能量传送至靶细胞中，并且接收来自靶细胞的反射的光能量，并且可以配置参比反射器以反射至少一部分的传送到该反射器的光能量。该系统还可包括一个处理器用于处理来自参比反射器反射的光能量和探针接收到的光能量，以产生相位敏感的光学相干断层扫描图像。参比反射器可以位于探针中。

虽然以下描述以及图2和图4中所示的示例性系统表明在样品路径中有大量纤维，但是所述的系统和方法并非意欲被限制于具有大量纤维的实施方案。因此也涵盖包括单个纤维的系统和使用这些示例性系统的方法。任选地，一个示例性系统包括具有单个光学纤维的探针和与该单个光学纤维进行光学通信的旋转反射器。

图1的方块图显示示例性系统100，所述系统可用于实施本发明所公开的成像方法。图2的方块图显示另一个示例性系统200，所述系统可以用于实施本发明所公开的成像方法。图3的示意图显示图1的系统的一部分。图4的示意图显示图2的系统的一部分。这些示例性的OCT系统仅仅是相位敏感的光谱域OCT系统的实例，并不意欲表示对该用途的范围或OCT构架的功能性的任何限制。两个OCT系统都不应解释为它们对于与这些示例性OCT系统中显示的部件的任一个或组合具有任何的依赖性或必要性。

图1和2的示例性OCT系统(分别为100和200)包含计算机101形式的通用计算装置，所述计算机在图3中表示为311并且在图4中表示为416。计算机101的组件可以包括但不限于一个或多个处理器或处理单元103、系统存储器112和系统总线113，所述系统总线113把各个系统组件连接起来，其中包括处理器103与系统存储器112的连接。

系统总线113代表几种可能的总线结构类型的一种或多种，包括存储总线或存储控制器、外围总线、图像加速端口和使用各种总线结构中的任何结构的处理器或局部总线。以实例的方式，这些结构可以包括工业标准体系结构(ISA)总线、微通道结构(MCA)总线、扩展的工业标准体系结构(EISA)总线、视频电子标准协会(VESA)局部总线和外设部件互连(PCI)总线(也被称为夹层总线)。这个总线以及本说明书指定的所有总线也可以通过有线的或无线的网络连接实现。总线113以及本说明书指定的所有总线也可以通过有线的或无线的网络连接实现，并且每个子系统(包括处理器103、海量存储器104、操作系统105、图像构造软件106、纳米颗粒运动图像构建软件107、光信号数据108、系统存储器112、OCT输入接口111、OCT输出接口110、显示适配器109、显示装置127、人机界面装置102和数字图像采集装置117)可以被包含在一台或多台远程计算机(未示出)中，所述远程计算机位于物理上不同的位置通过这种类型的总线连接，实际上实现完全的分布式系统。

计算机101可以包括各种各样的计算机可读取介质。这种介质可以是计算机101可访问的任何可获得的介质，并且包括易失性和非易失性介质、可拆卸和非可拆卸的介质。

系统存储器112包括易失性存储器形式的计算机可读取介质，例如随机存取存储器(RAM)；和/或非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)。系统存储器112通常包含数据(例如光信号数据108)和/或程序模块(例如操作系统105)、图像构建软件106和纳米颗粒运动(或者细胞膜张力水平或内张力场变化)图像构建软件107，所述图像构建软件107可以被处理单元103随时接入和/或即时操作。在本申请通篇中，所公开的用于检测细胞和/或金属组合物的方法、组合物和装置在这里进行各种各样的描述，所述描述是通过参考金属颗粒运动、细胞运动、细胞张力水平的变化、细胞中的内张力场的变化以及邻近的或外周的细胞和/或组织的变化。应理解的是，除非在上下文中明确地指出相反的情况之外，通过参考检测一种或多种的金属颗粒运动、细胞运动、细胞张力水平的变化、细胞内张力场的变化以及邻近的或外周的细胞和/或组织的变化对所公开的方法、组合物和装置的各个方面的描述，组成了该所公开的方法、组合物和装置的非参考检测的金属颗粒运动、细胞运动、细胞张力水平的变化、细胞内张力场的变化以及邻近的或外周的细胞和/或组织的变化的方面的描述。因此，纳米颗粒图像构建软件也可以包括或者可选择性地包括细胞运动、细胞张力水平的变化、细胞内张力场的变化以及邻近的或外周的细胞和/或组织中的变化的图像构建软件。

计算机101也可以包括其他可拆卸/非可拆卸、易失性/非易失性计算机存储介质。以实例的方式，图1显示了海量存储器104(它可以提供计算机码的非易失性存储)、计算机可读取指令、数据结构、程序模块和计算机101的其他数据。例如，海量存储器104可以是硬磁盘、可拆卸磁盘、抽取式光盘、盒式磁带或其他磁存储器、闪存卡、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦编程只读存储器(EEPROM)等等。

任何数量的程序模块可以被存储于海量存储器104上，以实例的形式包括，操作系统105、图像构建软件106、纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场变化)图像构建软件107和光信号数据108。操作系统105、图像构建软件106、纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场变化)图像构建软件107和光信号数据108的每一个(或者它们的一些组合)可以包括编程图像构建软件106和纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场变化)图像构建软件107的元件。

用户可以通过输入设备(未示出)将指令和信息输入计算机101。这些输入设备的例子包括但不限于键盘、点击设备(如“鼠标”)、话筒、操纵杆、串行端口、扫描仪等等。这些输入设备和其他输入设备可以通过连接在系统总线113上的人机界面102连接在处理单元103上，但是可以被其他界面和总线结构连接，例如并行端口、游戏口或通用串行总线(USB)。

显示装置127也可以通过接口(例如显示适配器109)被连接到系统总线113上。例如，显示装置可以是一台显示器。除了显示装置127之外，其他输出外周设备可以包括如扬声器(未示出)和打印机(未示出)的部件，所述部件可通过输入/输出端接口(未示出)与计算机101相连接。

计算机101可以使用与一个或多个远程计算设备(未示出)的逻辑连接在网络环境中运行。以实例的方式，远程计算设备可以是个人计算机、便携式计算机、服务器、路由器、网络计算机、同级设备(peer device)或其他通用网络节点等等。

计算机101与远程计算设备(未示出)之间的逻辑连接可以通过局域网(LAN)和通用的广域网(WAN)实现。这些计算环境在办公室、企业广域计算机网络、内联网和因特网中是常用的。在一个网络环境中，关于计算机101或其部分所描述的图像构造软件106、纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或细胞内张力场的变化)图像构造软件107和光信号数据108可以被保存在远程存储器装置(未示出)中。为了图解的目的，应用程序和其他可执行程序组件(如操作系统)在图中显示为分离的方块，但是应该理解的是，这些程序和组件在各个不同时间驻留在计算设备101的不同存储部件中，并且通过计算机的数据处理器执行。

图像构造软件106和纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或细胞内张力场的变化)图像构造软件107的执行可以被存储于或者被传输到某些形式的计算机可读取的介质上。计算机可读取的介质可以是计算机可以访问的任何可获得的介质。作为非限制性实例，计算机可读取的介质可以包括“计算机存储器介质”和“通讯介质”。“计算机存储器介质”包括易失性/非易失性、可拆卸/非可拆卸介质，所述介质在任何方法或技术中执行以存储信息，所述信息是如计算机可读取的指令、数据结构、程序模块或其他数据。计算机存储器介质包括但不局限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁存储装置，或者可以用于存储期望信息的并且可被计算机访问的任何其他介质。

光信号数据108可以通过OCT输入接口111输入到计算机101中。该OCT输出接口可以是IEEE-488、IEEE-1394、通用串行总线(USB)等等。光信号数据108可以存储于海量存储器104中，并且当光信号数据108被图像构造软件106和纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或细胞内张力场的变化)图像构造软件107使用时，被传输到系统存储器112中。

OCT输出接口110连接计算机101与磁控制器114。通过磁控制器114，这个连接可以使得用户调节输入磁体115和磁体116的电流。磁控制装置114把电流导入磁体115或116。磁控制器114可以与行扫描相机139联合工作，使得在扫描点出现用户特异的场频脉冲序列。

图1显示了一个相位敏感OCT系统100的实例。相位敏感OCT系统100可以与上文描述的计算机和网络结构联合使用。

如前文所述，相位敏感OCT系统100可以包括以计算机101的形式的通用计算设备(在图3图示中为311)和计算机101的所有子系统。如前文所述，相位敏感OCT系统200也可以包括显示装置127、磁控制器114和磁体114和/或磁体115。

光能量可以由在图3中表示为301的光源117产生。光源117可以是连接入光学纤维的宽带激光光源，该光源在一个宽的光频率范围内发射光能量。例如，该范围可以从约400纳米到约1600纳米。该光能量可以在多光波长或频率下发射。如这里所用，光学纤维可以指玻璃的或塑料的线或纤维。图1、2、3和4中标明的光学纤维是连接图中的各个方块的线。当光能量被描述为“通过”、“运转”、“返回”、“定向”或类似的运动时，这些运动可以是通过光学纤维进行的。

所产生的一部分的光能量由光源117通过进入光谱分析仪118。光谱分析仪118在光能量从光源117发出的时候以时间的函数的形式测定光频率。光谱分析仪118取样光源117发出的部分光。光谱分析仪118监视进入分光器119的光的功率谱密度。来自光源117的光能量的剩余部分通过进入分光器119(在图3中图示为302)。分光器119可以是具有示意图3上的四个端口312、314、316和318的一个装置。端口1(312)使得光能量进入分光器119。端口2(314)和3(316)使得光能量离开并重新进入分光器119。端口4(318)使得光能量离开分光器119。分光器119将光连接入端口1(312)。分光器119根据用户选择的预设的分光率进行分光。例如，分光率可以是50/50，其中由端口1(312)进入分光器119的光能量的一半从分光器119中经端口2(314)出来，并且一半从分光器119中经过端口3(316)出来。在另外一个非限制的实例中，分光率可以是60/40，其中60％的光能量经端口2(314)出来并且40％的光能量经端口3(316)通过。

从分光器119经端口2(314)出来的部分光能量(由分光率确定)运转至参比反射器表面120(在图3中的图示为303)。光能量由参比反射器表面120反射回到分光器119进入端口2(314)。该参比反射器可以是，作为非限制性实例，平面金属镜或具有特定的光谱幅度/相位反射率的多层介质反射镜。经端口1(312)进入分光器119的光的其余部分从分光器119经端口3(316)出来并且进入OCT探针122，该探针在图3中图示为304。OCT探针122可以是如于2004年4月23日提交的专利合作条约申请PCT/US04/12773中所描述的一个涡轮型导管，所述申请要求于2003年4月28日提交的美国临时申请60/466,215的优先权，基于上述每个申请中教导的方法、装置和系统，将它们以引用的方式纳入本文。OCT探针122可以位于受试者121体内以使光可以从受试者121组织(在图3中图示为305)和纳米颗粒123(在图3中图示为306)反射出。

进入OCT探针122的光能量从受试者121的组织和纳米颗粒123被反射出。反射的光能量返回通过OCT探针122经端口3(316)进入分光器119。返回到分光器119的端口2(314)和端口3(316)的反射光能量根据分光率进行复合和干涉。依赖于不同的光路长度，光复合或者是建设性的或者是破坏性的。反射光的一系列的建设性的和破坏性的复合可以用于产生干涉图(检测器响应的光路长度差异(cτ)或光时间延迟(τ)函数的曲线)。从受试者121和纳米颗粒123反射的每个界面可以产生干涉图。分光器119可以复合经端口2(314)和端口3(316)返回的光能量，从而形成光能量干涉。以反转的分光率可以复合光能量。例如，如果是60/40的分光率，仅40％的经端口2(314)返回的光能量和60％的经端口3(316)返回的光能量会进行复合。经复合的反射光能量从分光器119的端口4(318)出来定向进入耦接镜137(在图3中图示为308)。耦接镜137接收从分光器119输出的光并且设置光束展性(beam etendue)(光束直径和分散性)以与光谱计138相匹配。耦接镜137将光线耦接进入光谱计138(在图3中图示为309)中。分光计138可以把经复合的反射光能量光分成不同的光频并且把它们定向空间的不同点，这些光频通过行扫描相机139(在图3中图示为310)检测。行扫描相机139完成光到电的转换，形成数字光信号数据108。数字光信号数据108通过OCT输入接口111被转移到计算机101中。行扫描相机139和计算机101之间的接口可以是，例如IEEE-488、IEEE-1394、通用串行总线(USB)等等。数字光信号数据108可以存储于海量存储器104或系统存储器112中，并且被图像构造软件106和纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或细胞内张力场的变化)图像构造软件107使用。

前面示例性的相位敏感OCT系统仅仅是用于组织和纳米颗粒成像的预期系统的一个实例。也考虑到了本领域技术人员已知的设计和设备的各种变化。相位敏感OCT系统的另一个可以用于实现本发明的方法的实例在图2中显示。

图2是多通道相位敏感OCT系统200的一个例证性方块图。如本文所述，该例证性多通道相位敏感OCT系统200可以包括计算机101形式的通用计算设备(在图4中图示为416)和计算机101的所有子系统。如前所述，该例证性多通道相位敏感OCT系统200也可以包括显示装置127、磁控制器114、和磁体114或磁体115。

光能量由光源212(在图4中图示为401)产生。光源212可以是窄带可调谐激光光源，其中所产生的光波长范围从约400纳米到约1600纳米。光波长的范围的合适的选择可以由本领域技术人员很容易地确定。例如，若光能量会通过实质的水路(即深部组织)，则操作员可以选择更长的光波长。例如，1300-1600纳米。光谱是连续地随时间在一个特定的光谱区内变化的。一部分的光能量由光源212通过进入光谱分析仪118中。光谱分析仪118取样光源212发出的一部分光。光谱分析仪118监视进入环行器201的光的功率谱密度。光谱分析仪118可以测定以时间的函数当其由光源212发出时的光频。由光源212产生的光能量的剩余部分通过进入纤维环行器201(在图4中图示为402)。纤维环行器201可以包括标为端口1、端口2和端口3的三个端口，它们在图4中图示分别为418、420和422。光能量可以进入端口1(418)。光能量可以出去并再进入端口2(420)。光能量可以从端口3出去。纤维环行器201可以复合经端口2(420)再进入的光能量。由光源212产生的光能量经端口1(418)通过进入纤维环行器201。光能量经端口2(420)从纤维环行器201出去并进入OCT探针207(在图4中图示为403)。光能量被连接到准直镜202(在图4中图示为404)。该准直镜202将纤维发出的光聚集到距纤维端头的无限远处的一个点上。

光能量被对准进入透镜阵列203(在图4中图示为405)中。透镜阵列203可以包括微透镜或小透镜的点阵(在图4中图示为422)。在透镜阵列203中的微透镜的数量可以由本领域技术人员很容易地确定。对于每个微透镜，有光纤通道204(在图4中图示为406)与该微透镜连接。光纤通道204是限制并引导光沿通路的光波导。光纤通道204的长度可以变化。为光纤通道204选择合适的长度是本领域技术人员已知的。光纤通道204之间的长度的差异可以是受试者121的组织的扫描深度的约1.5倍到约10倍。这个可变长度可以使得从通道检测的光信号分用。传送到光纤通道204中的一部分光能量从参比反射器表面120反射回光纤通道204中，经透镜阵列203，进入准直镜202并进入纤维环行器201。这个反射的光能量可以作为参比反射。没有从参比反射器表面120反射回来的光能量经参比反射器表面120通过并且到成像镜205(在图4中图示为407)上。该成像镜205把从光纤通道204端点来的光能量成像到受试者121的组织上。光能量通过成像镜205到反射器表面206(在图4中图示为408)上，该反射器表面把光能量转动90度。这使得反射出来的光能量径向地到组织内部。每个光纤通道204有一个反射器表面206。被反射器表面206转动90度的光能量被受试者121的组织(在图4中图示为409)和纳米颗粒123(在图4中图示为410)向回反射出来。

光被由受试者121的组织和纳米颗粒123反射。该光能量到达反射器表面206并且被反转90度。然后该光能量被成像镜205经参比反射器表面120连接，并且返回到每个光纤通道204中。由纳米颗粒123和受试者121的组织反射的光能量与光纤通道204中的参比反射器表面120反射的光进行复合和干涉。经复合的光能量可以经准直镜202被连接回透镜阵列203中，并且连接回纤维环行器201的端口2(420)中。该经复合的光能量经端口3(422)从纤维环行器201出去。耦接镜208(在图4中显示为412)将从纤维环行器201出来的经复合的光能量耦接进入光接收器209(在图4中显示为413)中。该光接收器209把光能量信号转换成电压信号，该电压信号与经复合的光能量中所包括的光子的数量成比例。该电压信号由光接收器209通过进入前置放大器210(在图4中图示为414)中。该前置放大器210获得电压信号并把它放大。经放大的电压信号进入A/D转换器211(在图4中图示为415)。该A/D转换器211把电压信号数字化。这个数字化的光信号数据然后经OCT输入接口111进入计算机101。数字光信号数据108可以被存储于海量存储器104或系统存储器112中，并且被图像构建软件106和纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场)图像构建软件107使用。

该方法还可包括产生光能量用于光能量的至少两次连续扫描。扫描是由光源的光在一个光频范围内的发射。在具有外加磁场和不具外加磁场的情况下，多次扫描可以与磁场的施加联合以形成图像。

该方法还可以包括为了进行每次的光能量的连续扫描将磁场施加于受试者，其中再次扫描中所施加磁场的强度强于前次扫描的磁场的强度，并且其中该磁场引起至少一种金属纳米颗粒的运动。该方法还可以包括将外源的磁场施加于受试者或者将内源的磁场施加于受试者。产生磁场的线圈可以被集成到导管中或者可以位于扫描的受试者外部。

如图1和2所示，非均一磁场可以施加于受试者121的组织和纳米颗粒123上。该非均一磁场可以通过磁体116(在图3中图示为307并且在图4中图示为411)实施，该磁体可以是OCT探针122或OCT探针207的内磁体，或者该非均一磁场可以通过磁体115体外施加于受试者121。磁体115和磁体116都由磁控制器114控制。该磁控制器可以提供驱动磁体115和磁体116的电流源，并且受计算机101控制。磁控制器114可以经OCT输出接口110与计算机101连接。磁控制器114可通过IEEE-488、IEEE-1394、通用串行总线(USB)等等与计算机101连接。

该方法还可以包括处理接收到的光能量以产生相位敏感OCT图像。产生的OCT图像可以有至少30纳米(nm)的相位分辨率。相位分辨率被定义为从扫描的组织中返回的光信号的相延迟。例如，该图像可以具有约至少30nm、25nm、20nm、15nm、10nm、5nm、4nm、3nm或2nm的相位分辨率。

接收到的光能量的处理可以用软件构件完成。图像构建软件106和纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场)图像构建软件107可以以计算机可执行的指令的一般性语境进行描述，该指令(例如程序模块)被一台或多台计算机或其他设备执行。通常，程序模块包括计算机码、例程、程序、客体、构件、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。图像构建软件106和纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场变化)图像构建软件107也可以在分布式计算环境中运行，其中任务通过经通信网络连接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的局部的和远程的计算机存储介质中。

图像构建软件106可以从光信号数据108产生受试者121的组织的图像。该图像构建软件106可以接收光信号数据108，并且对光信号数据108进行时间-频率转换(如傅里叶变换)产生幅度和相位数据。该幅度和相位数据(光路长度差异(cτ)或光时间延迟(τ))可以被分成分离的通道，并且可以产生每个通道的强度相对于深度(或幅度相对于深度)的曲线。这种曲线在本领域内被称为“A”扫描。所有的“A”扫描的组合可以构成一个图像。

纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场)图像构建软件107从光信号数据108产生纳米颗粒123的运动的图像。纳米颗粒运动(或细胞膜张力水平或内张力场)图像构建软件107接收光信号数据108用于光源117或光源212的至少两次连续扫描，并对光信号数据108进行傅里叶变换产生幅度和相位数据。幅度和相位数据可以被分成分离的通道，每个光纤通道204一个通道，并且每个通道可以产生相位相对于深度(光时间延迟(τ))的曲线。当指定深度的相位在光源117或光源212的对应于两个外加磁场强度的两个连续扫描间变化的时候，纳米颗粒123运动的点可以被鉴定。

任选地，可以从光信号数据108提取附加信息以产生附加图像。光信号数据108可以被进一步处理以提取多普勒频移，这对本领域技术人员而言是很容易获知的。在与极性检测器(未示出)和极化透镜(未示出)联合使用的时候，光信号数据108也可以被进一步处理以产生Stokes参数极化图像，从而从光信号数据108中提取极化数据，这对本领域技术人员而言是很容易获知的。

实施例

提出以下实施例是为了向本领域普通技术人员提供关于本发明所要求保护的组合物、组合物、物品、装置、系统和/或方法如何制备和评估的完全的公开和描述，并且其意欲为纯粹的例证，并不意在限制组合物、组合物、物品、装置、系统和/或方法的范围。已经努力确保关于数字(如数量、温度等)的精确，但是应考虑到某些误差和偏差。除非另外指出，份数以重量份数表示，温度以℃表示或者为环境温度，并且压力为大气压或者接近于大气压。

实施例1

使用具有铁氧体磁芯的螺线管对从ApoE-/-敲除小鼠的肝脏取样的组织施加正弦的磁场。在成像前一周使一只小鼠服用磁性纳米颗粒，而没有服用磁性纳米颗粒的小鼠作为对照。图5a显示在服用纳米颗粒的小鼠中实测的螺线管驱动信号(上)和光路长度变化(下)。图5b显示在对照小鼠(无纳米颗粒)中实测的螺线管驱动信号(上)和光路长度变化(下)。这些数据证明，氧化铁颗粒已被小鼠的肝脏和脾脏中的巨噬细胞摄入。而且，这些颗粒已随磁体运动，并且使用本文所描述的系统和方法用微分相位OCT检测。

为了计算磁场强度，可以使用有限元法(FEM)。可以使用符合特定边界条件的麦克斯韦方程解决低频静磁问题。麦克斯韦方程的应用和解法在如Monk P.，Finite Element Methods for Maxwell′s Equations，OxfordUniversity Press，2003中描述，所述文献全文以引用的方式纳入本文。

麦克斯韦方程可如下书写：

$\▿\×H=J+\frac{\∂D}{\∂t}---\left(1.1\right)$

$\▿\×E=-\frac{\∂B}{\∂t}---\left(1.2\right)$

·H＝ρ               (1.3)

·B＝0                (1.4)

在静磁问题 $(\frac{\∂D}{\∂t}=0)$ 的情况下，磁场(H)和磁通密度(B)满足以下的方程：

×H＝J                (1.5)

·B＝0                (1.6)

B和H符合广义本构关系：

B＝u₀(H+M)              (1.7)

使用有限元法(FEM)的磁矢位(A)来求磁场强度。

B＝×A                (1.8)

方程(1.5)可以重写为

$\▿\×(u_0^{-1}\▿\×A-M)=J---\left(1.9\right)$

从方程(1.9)，可以解磁场强度和磁通密度。用于解FEM问题的电磁量的符号和单位包括：

H：磁场(安培/米)

E：电场(伏特/米)

B：磁通密度(特斯拉)

D：电通密度(库仑/米²)

A：磁位(韦伯/米)

M：磁化强度(安培/米)

μ₀：真空磁导率＝4π·10^-7(H/m)

$\▿\·B=\mathrm{div}B=\frac{\∂}{\∂x}{B}_x+\frac{\∂}{\∂y}{B}_y+\frac{\∂}{\∂z}{B}_z$ (

·B是B的散度)

使用约1.5和2.0特斯拉之间的磁场来引起纳米颗粒的运动。也可以使用约1.0和9.0特斯拉之间的磁场。当与具有较少的纳米颗粒或铁的组织比较时，如果所研究的组织包含更多数量的纳米颗粒或铁，则其使用的磁场通常要更高。

实施例2

SPIO纳米颗粒的胶体悬浮液是组织特异性MRI对比剂，其在1997年由美国食品与药品管理局(FDA)批准可以用于人体。SPIO颗粒也叫作菲立磁(Ferumoxides)或AMI-25，并且它们的商品名是Feridex

IV.(美国)和Endorem

(欧洲)。这些颗粒的平均核心直径是20nm，并且总聚合直径是约100nm。SPIO纳米颗粒包括非化学计量的磁铁晶体核心、铁和葡聚糖T-10包被层，所述葡聚糖T-10包被层是用来防止其在肝脏中的聚集和稳定。80％的注射剂量的SPIO纳米颗粒累积在基于巨噬细胞(Kupffer细胞)的组织中，因为其与超微SPIO纳米颗粒相比有相对短的血半衰期。巨噬细胞摄取的SPIO纳米颗粒与静脉注射(IV)浓度、血半衰期和核心的大小成正比例。

为了评估超顺磁性(SPIO)纳米颗粒上的磁力，磁势能U可用于计算由于施加外部的磁通密度(B)的力。

$U=-\frac{1}{2}m\·B---\left(1\right)$

如果磁性材料暴露在外部磁通密度B中，单个的颗粒具有由磁矩m确定的总反应。磁性纳米颗粒上的磁通密度可以写为：

B＝u₀(H+M)                     (2)

其中μ₀(4π×10^-7H/M)是自由空间磁导率，并且M是每单位体积的磁矩且H是磁场强度。作用于磁性体积V的磁矩m由m＝MV给出。磁性颗粒的磁化强度可以根据标准关系M＝χH分类。因此，磁矩m变成：

m＝MV＝χ_sVH＝χ_sVB/u₀         (3)

在方程(3)中，SPIO颗粒χ_s的磁化率在SI单元中是无量纲的，并且对每种顺磁性材料由偶极子密度给出且是表征SPIO纳米颗粒的磁特征的重要参数。从方程(1)，在外磁场中的SPIO纳米颗粒的磁量U由下式给出，

$U=-\frac{1}{2}m\·B=-\frac{x_{s}V}{{2u}_0}{B}^2.---\left(4\right)$

作用于SPIO纳米颗粒上的磁力变成：

$F=-\▿U=\▿\left(\frac{{\mathrm{\χ}}_{s}V}{{2u}_0}{B}^2\right)={\mathrm{\χ}}_{s}V\▿\left(\frac{B^2}{{2u}_0}\right).---\left(5\right)$

假设了主要沿z-方向的正弦磁通密度。因此，

$\stackrel{\→}{B}(x,y,z;t)=\sin \left(2\mathrm{\π}{f}_{n}t\right)B_z\left(z\right)\hat{k},$ 并且在z-方向作用于纳米颗粒的磁力F_z由下式给出

$\mathrm{\Σ}{F}_z=m\frac{{\∂}^{2}z\left(t\right)}{{\∂t}^2}=F_m-\mathrm{kz}\left(t\right)-r\frac{\∂z}{\∂t}---\left(6\right)$

$\mathrm{\Σ}{F}_z=\frac{{\mathrm{\χ}}_s{V}_s}{{2\mathrm{\μ}}_0}[1-\cos \left(4\mathrm{\π}{f}_{n}t\right)]B_z\left(z\right)\frac{{\∂B}_z}{\∂z}-\mathrm{kz}\left(t\right)-r\frac{\∂z}{\∂t},---\left(7\right)$

其中F_m是磁力，f_n是外加正弦磁场的调制频率，kz(t)是弹性恢复力，并且

是说明局部组织环境的粘弹性的粘滞曳力。负号的粘滞曳力和恢复力表示该力与运动z(t)的方向相反。方程8可以以质量m的除法写出。

$\frac{{\∂}^{2}z\left(t\right)}{{\∂t}^2}+\frac{\mathrm{kz}\left(t\right)}{m}+\frac{r}{m}\frac{\∂z}{\∂t}=\frac{{\mathrm{\χ}}_s{V}_s}{{2\mathrm{m\μ}}_0}[1-\cos \left(4\mathrm{\π}{f}_{n}t\right)]B_z\left(z\right)\frac{{\∂B}_z}{\∂z}---\left(8\right)$

使用磁场的马克劳林级数(Maclarin series)中的首项，方程8可以被重新写成，

$\frac{{\∂}^{2}z\left(t\right)}{{\∂t}^2}+\frac{r}{m}\frac{\∂z}{\∂t}+\frac{\mathrm{kz}\left(t\right)}{m}\≅\frac{{\mathrm{\χ}}_s{V}_s}{{2\mathrm{m\μ}}_0}[1-\cos \left(4\mathrm{\π}{f}_{n}t\right)]B_z\left(0\right)\frac{{\∂B}_z\left(0\right)}{\∂z}---\left(8\right)$

若 $a=\frac{{\mathrm{\χ}}_s{V}_s}{{2\mathrm{m\μ}}_0}{B}_z\left(0\right)\frac{{\∂B}_z\left(0\right)}{\∂z},c=4\mathrm{\π}{f}_n,$ 则方程(8)的二级微分可以被写为

$\frac{{\∂}^{2}z\left(t\right)}{{\∂t}^2}+\frac{r}{m}\frac{\∂z}{\∂t}+\frac{\mathrm{kz}\left(t\right)}{m}=a[1-\cos \left(\mathrm{ct}\right)],---\left(9\right)$

若为了求零起始位移和速率，可以使用拉普拉斯转换求解方程(9)的二级微分；

$s^{2}Z\left(s\right)+\frac{r}{m}\mathrm{sZ}\left(s\right)+\frac{k}{m}Z\left(s\right)=\frac{a}{s}-\frac{\mathrm{as}}{(s^2+c^2)}$

$Z\left(s\right)=\frac{\frac{a}{s}-\frac{\mathrm{as}}{(s^2+c^2)}}{(s^2+\frac{r}{m}s+\frac{k}{m})}=a(\frac{1}{(s^2+\frac{r}{m}s+\frac{k}{m})s}-\frac{s}{(s^2+\frac{r}{m}s+\frac{k}{m})})---\left(10\right)$

通过计算转换的和，Z(s)可以从方程(10)中导出。

$z\left(t\right)=\frac{\mathrm{ma}\left(\begin{array}{c}-2\mathrm{mk}{c}^2+c^2{r}^2+k^2+c^4{m}^2-\cos \left(\mathrm{ct}\right)k^2+\cos \left(\mathrm{ct}\right)c^2\mathrm{mk}-\mathrm{cr}\sin \left(\mathrm{ct}\right)k+\\ \exp (-\frac{1}{2}\frac{\mathrm{tr}}{m})\left(\begin{array}{c}{c}^2(\mathrm{km}-r^2-c^2{m}^2\cosh (\frac{1}{2}\frac{t{(r^2-4\mathrm{km})}^{\frac{1}{2}}}{m})+\\ \frac{c^{2}r(3\mathrm{km}-r^2-c^2{m}^2)\sinh \left(\frac{1}{2}\frac{t{(r^2-4\mathrm{km})}^{\frac{1}{2}}}{m}\right)}{{(r^2-4\mathrm{km})}^{\frac{1}{2}}}\end{array}\right)\end{array}\right)}{\left(k\right(-2{\mathrm{mkc}}^2+c^2{r}^2+k^2+c^4{m}^2)}---\left(11\right)$

纳米颗粒的位移z(t)可以通过使用逆向的拉普拉斯转换求出；该解包括瞬时和稳态项。磁性纳米颗粒的初始运动由恒磁力驱动，并且在稳态运动占据外加正弦磁场的两次调制频率(f_n)之前显示阻尼的瞬时运动。纳米颗粒在双倍调制频率的运动源于与场和场梯度的积成比例的磁力(方程7)。

使用12周大的ApoE^-/-高脂肪饮食小鼠的肝脏组织，因为这样的小鼠包含基于组织的巨噬细胞。所述小鼠通过颈静脉注射用于静脉注射给药(1.0、0.1和0.01mmol Fe/kg体重量)的Feridex LV.(菲立磁可注射溶液；Berelex Laboratories，蒙特维尔，NJ)或者生理盐水，并且在静脉注射2天后被处死。用致死剂量的氯胺酮(Katamine)和甲苯噻嗪(Xylazine)使小鼠安乐死。把安乐死之后的小鼠进行剖腹手术以取出整个肝脏。用切片机切片。肝脏样品的物理厚度是1mm并且横面尺寸是0.5cm×0.5cm。在完成DP-OCT测量之后，小鼠肝脏被浸入10％的甲醛酸溶液，并且进行组织学处理。切5μm厚的切片并且用普鲁士蓝染色，以鉴定小鼠肝脏组织中的肝Kupffer细胞中的铁沉积。为了从组织切片验证巨噬细胞对SPIO的摄取，使用Image Pro Plus(Mediacynernetics Inc.，Silver Spring，MD)来测量肝脏的总面积和包含普鲁士蓝阳性的SPIO聚集的累积面积。

图6a和b显示一个示意图，所述示意图显示具有一个磁场发生器的基于纤维的双通道微分相位光学相干断层扫描术(DP-OCT)系统(a)，和样品路径配置(b)。该磁场发生器包括螺线管、信号发生器和电流放大器。使用双通道迈克尔逊(Michelson)干涉仪测量通过施加正弦聚焦的磁场激发由样品反向散射的光之间的微分相位。来自光学半导体放大器(AFCTechnologies，Rancho Cordova，CA，中央波长λ₀＝1.31μm，FWHM＝60nm，光学相干长度＝22μm)的部分偏振光被偏振并且被耦合到输入端口的偏振保持(PM)纤维的快轴和慢轴中。

组织中的光路长度变化(Δp)可以由两个通道间的微分相位(Δφ)和宽谱带光源(λ₀＝1,310nm)的中央波长进行计算。

根据随时间(t)变化的磁通密度驱动的装载组织中的纳米颗粒的位移z(t)，可以导出OCT边缘解析表达式，

$I_f=2\sqrt{I_R{I}_S}\cos [2\mathrm{\π}{f}_{0}t+\frac{4\mathrm{\πz}\left(t\right)}{{\mathrm{\λ}}_0}]---\left(12\right)$

其中I_R和I_S分别是来自参比和样品臂的反向散射信号。f₀是边缘载波频率，并且z(t)是纳米颗粒位移。该OCT边缘信号可以用纳米颗粒位移方程(12)表达。被DP-OCT系统从通道1和2记录的两个信号可用于测量纳米颗粒位移，所述纳米颗粒位移代表两个扫描束间的相对表面组织位移。

有限元法(FEM)被用来设计磁场发生器并评估时空的磁通密度。该磁场发生器包括螺线管(Ledex 6EC，Saia-Burgess Inc.，Vernon Hills，IL)、函数发生器(HP 33120A，Hewlett Packard Inc.，Palo Alto，CA)、电流放大器和电源。FEM计算(MaxwellSV，Ansoft Inc.，Pittsburgh，PA)和Teslameter

(Magnetometer

，AlphaLab Inc.，SaltLake City，UT)测量表明，在铁核心的顶端1.5mm的距离处的最大磁通密度约是2特斯拉。FEM模拟证明，沿螺线管中线上放置的铁核心显著地增加了靶样品的磁通密度。显示磁场强度的最大和主方向的FEM模拟的磁场分布在z-方向。该圆锥形的铁核心提供磁场强度的聚焦和显著增加。

微分相位OCT(DP-OCT)测量在分离的肝脏样品上进行，所述肝脏样品取自给予不同剂量(1.0、0.1和0.01mmolFe/kg体重)SPIO和盐对照样品的ApoE-/-小鼠。图7显示瞬时的光路长度变化(Δp)的测量，所述测量是对不同剂量(1.0、0.1mmolFe/kg体重)SPIO和盐对照样品对施加正弦变化的聚集磁场的反应进行的。图7(a)显示在1秒的时间内的磁场输入(f_n＝2Hz)、峰间电压(V_pp＝4)。最大磁场强度是0.47特斯拉并且在含1.0mmol Fe/kg铁的肝脏中的最大组织位移的光路长度变化(Δp)是2,273nm。与高剂量的样品相比，含1.0mmol Fe/kg铁的肝脏显示127nm的最大光路长度变化(Δp)，并且其在记录信号中具有可见的相加噪声。如较早前注意到的，含铁肝脏的频率响应(4Hz)(图7(b)、(c)正好是调制频率(2Hz)的两倍。在图7(d)中的盐对照肝脏样品或者在0.01mmolFe/Kg剂量的样品(未示出)中没有观察到SPIO纳米颗粒的显著的位移。

SPIO纳米颗粒在含铁肝脏(0.1和1.0mmol Fe/kg)中的运动被用来定量观察光路长度变化(Δp)相对于不同的外加磁场强度的关系(图8(a)。在这个实验中使用的输入频率是2Hz，幅度从2到8V_pp。图8(b)显示与图8(a)具有相同电压下的磁通密度。表明含铁肝脏的运动的光路长度变化(Δp)的幅度直接取决于SPIO剂量浓度和外部磁场的强度。

由于SPIO纳米颗粒周围结构的受限的频率反应，可以忽略在高调频(大于100Hz)下的光路长度变化(Δp)。通常，由组织中纳米颗粒运动引起的光路长度变化(Δp)随磁场强度的增高而增加。

如图9所示，含铁肝脏(0.1和1.0mmolFe/kg)中的光路长度变化(Δp)可以使用扫描输入频率测量。图9(a)显示在2秒的时间内具有从1到10Hz的扫频的磁场输入。光路长度变化(Δp)的幅度在高剂量的肝脏(1.0mmolFe/kg)中是2,318nm，在低剂量浓度(0.1mmolFe/kg)中是177nm，并且磁场强度是1.3特斯拉。作用于含铁肝脏的力的频率响应恰好是图9(b)和(c)中的外部施加的调制频率的两倍。在图9(d)中示出的盐对照肝脏样品或者在0.01mmolFe/Kg剂量的样品中没有观察到显著的位移。

图10显示由含铁小鼠肝脏中的光路长度变化(Δp)测量的SPIO纳米颗粒运动，所述测量是为了定量地观察组织中的磁响应相对于不同的外加磁场强度的关系，其中扫频在2秒的时间内从1Hz至10Hz。在扫频过程中输入电压从2V_pp逐渐增加到10V_pp的时候，光路长度变化(Δp)的幅度变大。在这些电压下，相应的磁场强度分别是1.24、1.58、1.71、1.75和1.84特斯拉。对于给定的扫频，含0.1和1.0mmolFe/kg铁肝脏样品的最大光路长度变化(Δp)在10V_pp下分别是3,700nm和750nm，并且磁场是1.84特斯拉。

识别了组织样品中的SPIO纳米颗粒，其在含铁的小鼠肝脏的普鲁士蓝染色剂中为蓝色颗粒。与对照肝脏样品对比，含铁样品显示平均分布于所有的观测区域的明显的铁聚积。虽然在对照样品中也观察到了细胞内的铁，但是自然的铁是均一和同质的，而不是如SPIO铁纳米颗粒那样显现为颗粒状。总SPIO铁面积占组织图像的5.45％，这是通过Image-Pro PLUS5.1软件(Mediacynernetics Inc.，Silver Spring，MD)计算得到的。

实施例3

在含铁家兔动脉(0.1Fe/kg)中，对2Hz频率正弦输入的响应的光路长度变化(Δp)进行测定(图11)。图11(a)显示在2.5秒的时间内的2Hz固定频率的磁场输入。光路长度变化(Δp)的幅度表明瞬时的和稳态的响应。瞬时响应在指数衰减振荡中是明显的，所述指数衰减振荡存在于0.5-1.0秒之间的时间中所观察的测量的光路长度变化之中。稳态响应在均一振荡中是明显的，所述均一振荡存在于1.25-3.0秒之间的时间中测量的光路长度变化之中。瞬时响应表明有高频(40Hz-80Hz)“振铃”振荡和约0.3秒的阻尼张弛时间。作用于含铁家兔动脉的稳态频率响应的力恰好是图11(b)中的外部施加的调制频率的两倍。

在本申请通篇引用了各种出版物。这些出版物的全文公开内容因此以引用的方式纳入本申请中，以更全面地描述本发明所属技术领域的状态。

对本领域技术人员而言显而易见的是，在不背离本发明的范围或精神的前提下可以对本发明做出各种修改和变化。通过对本文所公开的本发明的说明书和实践的考虑，本发明的其他实施方案将对本领域技术人员是显而易见的。说明书和实施例应仅仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和精神通过所附的权利要求书给出。

Claims (71)

1. 一种用于检测细胞的方法，包括：

对细胞施加一磁场，其中所述细胞包括细胞膜和金属组合物，并且其中所述磁场与所述金属组合物相互作用以引起所述细胞的变化；和

通过检测所述磁场与所述金属组合物相互作用引起的细胞的变化检测所述细胞，其中所述变化使用相位敏感的光学相干断层扫描成像模式进行检测。

2. 权利要求1的方法，其中由所述磁场与所述金属组合物相互作用引起的所述细胞的变化选自：所述细胞的运动、所述金属组合物的运动、所述细胞膜张力水平的变化和所述细胞的内张力场的变化。

3. 权利要求1的方法，其中所述相位敏感的光学相干断层扫描成像模式包括一个用于将光能量传送到所述细胞和从所述细胞接受光能量的探针。

4. 权利要求3的方法，其中所述探针还包括一个用于对所述细胞施加磁场的磁源。

5. 权利要求1的方法，其中所述磁场由位于受试者外部的一个磁源施加到所述细胞。

6. 权利要求1的方法，其中所述金属组合物位于细胞内。

7. 权利要求1的方法，其中所述金属组合物被靶向定位到所述细胞的细胞膜上的位置。

8. 权利要求1的方法，其中所述金属组合物具有非零磁化率。

9. 权利要求1的方法，其中所述金属组合物包括多个金属纳米颗粒。

10. 权利要求9的方法，其中所述纳米颗粒基本为球状，并且具有从约0.1纳米(nm)至约1000.0nm的直径。

11. 权利要求9的方法，其中所述纳米颗粒具有不对称的外形。

12. 权利要求11的方法，其中所述纳米颗粒的最大断面尺寸的长度为从约0.1纳米(nm)到约1000.0nm。

13. 权利要求8的方法，其中所述金属组合物包括一种选自氧化铁、铁、钴、镍和铬的材料。

14. 权利要求9的方法，其中所述细胞位于受试者体内并且所述金属组合物被给予所述受试者。

15. 权利要求14的方法，其中所述细胞为巨噬细胞并且其中至少一个纳米颗粒位于所述巨噬细胞内。

16. 权利要求15的方法，其中所述巨噬细胞位于所述受试者体内的粥样硬化斑块中。

17. 权利要求15的方法，其中所述巨噬细胞位于所述受试者的眼睛内。

18. 权利要求14的方法，其中至少一个纳米颗粒被设计为定位于所述受试者体内的靶位点。

19. 权利要求18的方法，其中所述靶位点是赘生性细胞。

20. 权利要求18的方法，其中所述靶位点是蛋白的胞外结构域。

21. 权利要求18的方法，其中在所述细胞中包含所述靶位点，并且其中所

述细胞位于所述受试者的一个解剖学位置，所述解剖学位置选自肺、支气管、肠、胃、结肠、眼睛、心脏、血管、宫颈、膀胱、尿道、皮肤、肌肉、肝脏、肾和血液。

22. 权利要求18的方法，其中所述细胞包含所述靶位点并且其中所述细胞

选自赘生性细胞、鳞状上皮细胞、转移细胞、基底细胞、肌细胞、上皮细胞和粘膜细胞。

23. 权利要求18的方法，其中所述纳米颗粒包含抗体或其片段。

24. 权利要求23的方法，其中所述抗体或其片段被偶联到所述纳米颗粒的表面上。

25. 权利要求18的方法，其中所述纳米颗粒包含肽或其片段。

26. 权利要求25的方法，其中所述肽或其片段被偶联到所述纳米颗粒的表面上。

27. 权利要求1的方法，其中对由所述磁场与所述金属组合物相互作用引起细胞的变化的检测过程包括产生相位敏感的光学相干断层扫描图像，其中所述图像包括一行或多行的相位敏感的光能量数据，所述数据行是用相位敏感的光学相干断层扫描术方式获取的，并且其中至少一行是在施加磁场过程中获取的。

28. 权利要求27的方法，其中产生一个或多个数据行的过程包括：

产生光能量；

把所产生的光能量的至少第一部分传送到一个参比反射器上，其中所传送的第一部分的光能量的至少一部分被所述参比反射器反射；

将所产生的光能量的至少第二部分传送以接触所述细胞，其中与所述细胞接触的光能量的至少一部分被所述细胞反射；

接收被所述参比反射器和被所述细胞反射的光能量；

把从所述细胞和参比反射器接收的光能量复合，其中所述接收的光能量发生干涉；和

对经复合的光能量进行处理，以产生相位敏感的光学相干数据行。

29. 权利要求28的方法，其中由所述磁场与所述金属组合物相互作用引起的所述细胞的运动被检测。

30. 权利要求28的方法，其中由所述磁场与所述金属组合物相互作用引起的所述细胞膜的张力水平或内张力场的变化被检测。

31. 权利要求28的方法，其中所产生的图像具有至少约30.0纳米(nm)、25.0nm、15.0nm、10.0nm、5.0nm、4.0nm、3.0nm或2.0nm的相位敏感的分辨率。

32. 权利要求27的方法，其中产生一个或多个数据行的过程包括：

产生光能量；

把所产生的光能量的至少第一部分传送到一个参比反射器上，其中所传送的第一部分的光能量的至少一部分被所述参比反射器反射；

将所产生的光能量的至少第二部分传送以接触所述金属组合物，其中接触所述金属组合物的光能量的至少一部分被所述组合物反射；

接收被所述参比反射器和被所述组合物反射的光能量；

把接收的光能量复合，其中所接收的光能量发生干涉；和对经复合的光能量进行处理，以产生相位敏感的光学相干数据行。

33. 权利要求32的方法，其中由所述磁场与所述金属组合物相互作用引起的所述金属组合物的运动被检测。

34. 权利要求32的方法，其中所产生的图像具有至少约30.0纳米(nm)、25.0nm、15.0nm、10.0nm、5.0nm、4.0nm、3.0nm或2.0nm的相位敏感的分辨率。

35. 权利要求27的方法，其中多个相位敏感的光能量数据行被获取，并且被用于构建所述图像。

36. 权利要求35的方法，其中所述多个相位敏感的光能量数据行是在空间上和时间上分离的，并且其中所述图像包括含至少两行的B-型图像画面。

37. 权利要求35的方法，其中所述多个相位敏感的光能量数据行是在时间上分离的，并且其中所述图像包括含至少两行的M-型图像画面。

38. 权利要求35的方法，其中在施加所述磁场前获取至少一个第一相位敏感的光能量数据行，其中在施加所述磁场过程中获取至少一个第二相位敏感的光能量数据行，并且其中所述被获取的行被用于产生所述图像。

39. 权利要求35的方法，还包括以下步骤：

在施加磁场过程中，获取至少一个第一相位敏感的光能量数据行，其中所述磁场具有第一预设强度；

在施加第二磁场过程中，获取至少一个第二相位敏感的光能量数据行，所述磁场具有第二预设强度；和

处理所获取的行以产生所述图像。

40. 权利要求39的方法，其中所述第一预设强度小于所述第二预设强度。

41. 一种用于检测细胞的方法，包括：

对一个细胞施加随时间变化的第一磁场，其中所述细胞包含一个细胞膜和一种金属组合物，并且其中所述第一磁场与所述金属组合物相互

作用以感生出所述金属组合物中的电涡流；

对所述细胞施加第二磁场，所述第二磁场与所感生出的涡电流相互作用以引起所述细胞的变化；和

通过检测由磁场和涡电流相互作用引起的细胞的变化进行细胞检测，其中所述变化使用相位敏感的光学相干断层扫描成像模式进行检测。

42. 权利要求41的方法，其中由所述第二磁场和涡电流相互作用引起的细胞的变化选自：所述细胞的运动、所述金属组合物的运动、所述细胞膜张力水平的变化和所述细胞的内张力场的变化。

43. 权利要求41的方法，其中所述金属组合物是无磁性的。

44. 权利要求43的方法，其中所述金属组合物包括金、银或锌。

45. 权利要求41的方法，其中所述金属组合物是有磁性的。

46. 权利要求41的方法，其中所述相位敏感的光学相干断层扫描成像模式包括一个用于将光能量传送到所述细胞和从所述细胞接受光能量的探针。

47. 权利要求46的方法，其中所述探针还包含一个磁源，用于对所述细胞施加磁场。

48. 权利要求41的方法，其中所述磁场是由位于所述受试者体外的一个磁源施加到所述细胞。

49. 权利要求41的方法，其中所述金属组合物位于细胞中。

50. 权利要求41的方法，其中所述金属组合物被定位于所述细胞的细胞膜上的位置。

51. 权利要求41的方法，其中所述金属组合物包括多个金属纳米颗粒。

52. 权利要求51的方法，其中所述细胞位于受试者的体内并且所述金属组合物被给予所述受试者。

53. 一个用于检测细胞的系统，包括：

一个用于对细胞施加磁场的磁体；和

一种用于检测在存在磁场的条件下的细胞的相位敏感的光学相干断层扫描成像模式。

54. 权利要求53的系统，其中所述相位敏感的光学相干断层扫描成像模式包括一个用于将光能量传送到所述细胞和从所述细胞接受光能量的探针。

55. 权利要求54的系统，其中所述探针还包含一个磁体，用于对所述细胞施加磁场。

56. 权利要求53的系统，其中所述系统的磁体位于所述受试者的体外。

57. 权利要求53的系统，其中所述相位敏感的光学相干断层扫描成像模式包括：

一个光源、一个分光器、一个探针和一个参比反射器，其中所述光源产生的光能量可以被传送到分光器并被分光器分开，以传送到参比反射器和传送到探针，其中所述探针被被设计为将传送到它的光能量的至少一部分传送至靶细胞并且接收来自靶细胞的反射的光能量，并且其中所述参比反射器被设计为反射至少一部分的传送到它的光能量；和

一个处理器，所述处理器用于处理从所述参比反射器反射的光能量和所述探针接收到的光能量，以产生相位敏感的光学相干断层扫描术图像。

58. 权利要求57的方法，其中所述探针还包括单个光学纤维和与所述单个光学纤维进行光学通信的一个旋转反射器。

59. 权利要求57的方法，其中所述探针包含所述参比反射器。

60. 一种检测包含金属的组合物的方法，所述方法包括：

对所述组合物施加一磁场，其中所述磁场与所述组合物相互作用；和使用相位敏感的光学相干断层扫描成像模式检测所述组合物。

61. 权利要求60的方法，其中所述组合物位于细胞的内部。

62. 权利要求60的方法，其中所述组合物与细胞的细胞膜的外表面相连接。

63. 权利要求61的方法，其中对所述组合物的检测是使用相位敏感的光学相干断层扫描成像模式通过检测细胞的变化实现的。

64. 权利要求63的方法，其中所述被检测的细胞的变化选自：所述细胞的运动、所述金属组合物的运动、所述细胞膜张力水平的变化和所述细胞的内张力场的变化。

65. 权利要求62的方法，其中对所述组合物的检测是使用相位敏感的光学相干断层扫描成像模式通过检测细胞的变化实现的。

66. 权利要求65的方法，其中所述被检测的细胞的变化选自：所述细胞的运动、所述金属组合物的运动、所述细胞膜张力水平的变化和所述细胞的内张力场的变化。

67. 权利要求61的方法，其中所述组合物与非细胞的生物物质相连接。

68. 权利要求67的方法，其中所述非细胞的生物物质选自：蛋白、脂质、肽和核酸。

69. 权利要求60的方法，其中所述组合物包括顺磁性的或磁性的材料。

70. 一种检测组合物的方法，所述方法包括：

将一磁场施加于所述组合物，其中所述磁场与所述组合物相互作用；和使用相位敏感的光学相干断层扫描成像模式检测所述组合物。

71. 权利要求70的方法，其中所述组合物包括磁性的或顺磁性的材料。

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