JP2004521324A

JP2004521324A - スペクトルを規格化するためのシステム

Info

Publication number: JP2004521324A
Application number: JP2002549942A
Authority: JP
Inventors: ピータージェイ．コスタ，; クウォングフイ，; ロバートジェイ．ノードストローム，
Original assignee: メディスペクトラ，インコーポレイテッド
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2004-07-15
Also published as: EP1342068A2; AU2002227343B2; WO2002048684A2; CA2431163A1; AU2734302A; US6839661B2; US20050043929A1; WO2002048684A3; US20020107668A1

Abstract

不均一セグメントの規格化を用いて、規格化する光学スペクトルのための方法およびシステム。スペクトルは、得られ、そしてそれぞれの特定の波長に対する振幅として波長の機能を表される。スペクトルの少なくとも１つのセグメントは、選択され、それぞれの選択されたセグメントは、波長の上限および波長の下限によって制限される。規格化因子は、それぞれの選択されたセグメントにたいする範囲の合計として計算される。スペクトルは、規格化因子によるスペクトルの少なくとも１つの波長を分割することによって規格化される。セグメントは、異なる波長範囲で選択され得、すなわち、セグメントは不均一であり得る。試験片は、規格化されるスペクトルの分析に基づき分類され得る。特に、試験されるべき試験片は、ヒトの頸部組織であり得、そして組織の健康状態は、測定され得る。

Description

【技術分野】
【０００１】
（出願に関する相互参照）
本出願は、本出願と同一日に出願された「ＳｐｅｃｔｒａｌＤａｔａＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＯｆＳａｍｐｌｅｓ」と表題される米国特許出願（ＡｔｔｏｒｎｅｙＤｏｃｋｅｔＮｕｍｂｅｒＭＤＳ−０２１によって確認される）、および本出願と同一日に出願された「ＡＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃＳｙｓｔｅｍＥｍｐｌｏｙｉｎｇＡＰｌｕｒａｌｉｔｙｏｆＤａｔａＴｙｐｅｓ」と表題される米国特許出願（ＡｔｔｏｒｎｅｙＤｏｃｋｅｔＮｕｍｂｅｒＭＤＳ−０２２によって確認される）に関連する。上記出願の全ては、本出願の共通譲受人に譲渡され、そして本明細書中で参考として援用される。
【０００２】
（政府の権利）
本発明は、ＮａｔｉｏｎａｌＣａｎｃｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＮＩＨ）によって与えられる契約番号ＣＡ６６４８１の下政府支持により達成された。政府は、本発明において、特定の権利を有し得る。
【０００３】
（本発明の分野）
本発明は、一般的にスペクトル分析に関する。より具体的には、１つの実施形態において、本発明は、データの規格化のための一部のスペクトル情報のみを用いた光学スペクトルの分析に関する。
【背景技術】
【０００４】
（本発明の背景）
一般的に、スペクトルは、振幅の値として記録し、代表的に、波長の関数（または波長の逆数、すなわち周波数）として励起に対する応答を測定する。スペクトル分析の分野において、スペクトルを比較するかまたはスペクトルから情報を抽出し得るために、１つ以上のスペクトルを、較正または予備処理することが、しばしば必要である。１つの較正または予備処理するアプローチは、スペクトルまたは一式のスペクトルを規格化するためである。規格化は、例えば、異なる振幅を有するスペクトルを比較する場合、必要とされ得る。特に光学スペクトルの場合において、振幅の差異は、イルミネーションのレベルにおける差異、検出器の応答における差異または別のサンプルと比較して１つのサンプルの光学挙動における差異から生じ得る。規格化は、プロセスであり、それによってスペクトルからスペクトルまでの機器の性能の差異は、減少されるかまたは除去される。
【０００５】
スペクトル情報を規格化するための２つの通常の方法は、スペクトル中の最大値の振幅についてスペクトルを規格化する（「ピークの規格化」）こと、そして波長または周波数の範囲にわたってスペクトルを統合することによって測定した面積についてスペクトルを規格化する（「面積の規格化」）ことである。ピークの規格化は、個々のスペクトルの最大振幅によってスペクトル中のそれぞれのポイントとして振幅を分割することによって行われる。スペクトルの振幅が消滅する場合、最大位置としての１．０〜できるだけ小さい０．０までに分布する強度を有する規格化されたスペクトルを得る。原則としてピークの規格化は、スペクトルからスペクトルまでの機器の動作の変化を取り除く。しかし、ピークの規格化は、不変の励起に対する応答の振幅における差異の原因である、サンプル中の差異についての情報を捨てる。このような情報は、非常に有用であり得るが、しかし通常最大の１．０の規格化された振幅のセットにおいて、全てのスペクトルを規格化することによって除去される。
【０００６】
ピークの規格化は、スペクトル中に存在する単一の振幅値に基づく。この単一値が不正確である範囲まで、イルミネーション強度の変化、機器の誤調整、データ中の過剰なノイズなどを介して、ピークの規格化方法は、誤った情報を与える。
【０００７】
面積の規格化は、スペクトルを規格化する別の方法であり、このスペクトル下での面積が、例えば、波長または振動数の機能としてのスペクトルの振幅を統合することによって計算され、そして全体のスペクトルが、面積について測定された値によって、それぞれの振幅の値を分割することによって再計算される。規格化したスペクトルの得られた面積は、１面積あたり１つの面積を有する。しかし、電磁放射によって運ばれるエネルギーは、放射の周波数（ν）に比例（例えば、エネルギー＝ｈν）し、あるいは同等に波長（λ）に反比例（すなわち、エネルギー＝ｈｃ／λ）し、ここで、ｈは、プランク定数であり、そしてｃは光速である。従って、放射のエネルギー定数に基づく１つの領域が、別のものよりも極端に異なる影響または効果を有し得る場合、波長にわたる振幅の統合は、長波長に対する１単位あたりの振幅（すなわち低エネルギー）と同様に短波長に対する1単位あたりの振幅（すなわち高エネルギー）と等しい「重量」を適用する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の要旨）
本発明は、先行技術に存在する規格化方法の不都合を克服し、そしてスペクトルを規格化するための改善された方法およびシステムを提供する。スペクトルにおいて、単一の観測によるか、または観測の範囲全体によるのとは異なり、１つの実施形態において、本発明は、スペクトルの規格化のための基礎として、スペクトル中の意味のある内容に対応するスペクトルにおける観測範囲を使用する。１つの実施形態において、本発明のプロセスは、スペクトルの中の均一な幅に制限されず、観測は、スペクトル全体にわたる波長において均等に配置されなくてもよく、スペクトルの１つ以上のセグメントの使用に基づくため、不均一セグメントの規格化といわれる。
【０００９】
１つの局面において、本発明は、スペクトルの分析を実施するための方法を特徴とする。この方法は、光学スペクトルを得る工程、および不均一セグメントの規格化の適用による光学スペクトルの規格化工程を包含する。１つの実施形態において、この方法はさらに以下の工程：光学スペクトルから１つ以上のセグメントを選択する工程であって、セグメントの各々は、高波長および低波長に束縛され、そして１つ以上の波長を含み、これらの波長の各々は、関連づけられた振幅を有する、工程；特定のセグメントの各々と関連する曲線下面積を決定する工程であって、ここで曲線の各々は、特定のセグメントの高波長および低波長の間による第１の軸に従って制限され、そして特定のセグメントに含まれる各波長と関連する振幅による第２の軸に従って制限される、工程；規格化因子を決定するために、セグメントの各々について面積を加算する工程；および規格化因子によってセグメントの中に含まれる波長の一つに対して、少なくとも一つの関連する振幅を分割する工程を包含する。
【００１０】
１つの実施形態において、第１のセグメントは、第２のセグメントと波長範囲のサイズが異なり、ここで、この波長範囲のサイズは、高波長と低波長との間の差の絶対的な大きさとして規定される。別の実施形態において、第１のセグメントは、第２のセグメントの波長範囲と等しい。
【００１１】
１つの実施形態において、１つ以上のセグメントは、少なくとも第１の連続セグメントおよび第２の連続セグメントを含有する。別の実施形態において、１つ以上のセグメントは、少なくとも第１、第２および第３のセグメントを含み、そして、第１のセグメントの高波長と第２のセグメントの低波長との間の第１のスパンおよび、第２のセグメントの高波長と第３のセグメントの低波長との間の第２のスパンが、存在する。１つの実施形態において、第１のスパンおよび第２のスパンは、大きさについて異なる。代替の実施形態において、第１のスパンおよび第２のスパンは、大きさについて実質的に等しい。
【００１２】
１つの実施形態において、この方法は、ヒトの頸部組織の試料からスペクトルを獲得する工程をさらに包含する。別の実施形態において、この方法は、さらに光学スペクトルから試験パラメータを抽出する工程を包含する。さらに別の実施形態において、この方法はさらに、規格化に続き光学スペクトルを分析することによって試験試料の疾患状態を決定する工程を包含する。
【００１３】
別の局面において、本発明は、スペクトル分析を行うためのシステムを特徴とする。このシステムは、試験試料から光学スペクトルを獲得するために適合した分光学的デバイス、および不均一セグメント規格化の適用によって、光学スペクトルを規格化するために適合した処理装置を備える。
【００１４】
１つの実施形態において、このシステムは、さらに処理装置を実行させ、そして光学スペクトルから１つ以上のセグメントを選択するために適合する機械読み取り可能な命令（ｍａｃｈｉｎｅｒｅａｄａｂｌｅｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を含み、ここでセグメントの各々は、高波長と低波長により制限され、そして１つ以上の波長を包含し、波長の各々は、関連する振幅を有し；セグメントの各々の特定の１つと関連する曲線下面積を決定し、ここで、曲線の各々は、特定のセグメントの高波長および低波長による第１の軸に沿って、および特定のセグメントの含まれる波長の各々と関連する振幅による第２の軸に沿って限定され；規格化因子を決定するために、セグメントの各々についての面積を合計し；そして規格化因子によってセグメント中に含まれる波長の１つについて、少なくとも１つの関連する振幅を分割する。
【００１５】
１つの実施形態において、この機械読み取り可能な命令は、さらに選択の１つと適合し、そして使用者が、第２のセグメントと波長範囲のサイズが異なる第１のセグメントを選択することを可能にし、ここで、この波長範囲のサイズは、高波長と低波長との間の差の絶対的な大きさとして規定される。別の実施形態において、この機械読み取り可能な命令は、さらに選択の１つと適合し、そして、波長範囲のサイズが第２のセグメントと実質的に等しい第１のセグメントを、使用者が選択することを可能にする。さらに別の実施形態において、この機械読み取り可能な命令は、さらに選択の１つと適合し、そして使用者が、１つ以上のセグメントを少なくとも第１および第２の非連続セグメントを含むように選択することを可能にする。またさらに別の実施形態において、この機械読み取り可能な命令は、さらに選択の１つと適合し、そして使用者が、１つ以上のセグメントを少なくとも第１、第２および第３のセグメントを含むように、選択することを可能にし、そして第１のセグメントの高波長と第２のセグメントの低波長との間の第１の波長スパン、および、第２のセグメントの高波長と第３のセグメントの低波長との間の第２の波長スパンが存在する。１つの実施形態において、第１のスパンおよび第２のスパンは、大きさについて異なる。別の実施形態において、第１のスパンおよび第２のスパンは、大きさについて実質的に同一である。
【００１６】
別の実施形態において、分光学的デバイスはさらに、ヒトの頸部組織の試料から光学スペクトルを獲得するために適合する。別の実施形態において、機械読み取り可能な命令はさらに、さらに光学スペクトルから試験パラメータを抽出することに適合する。さらに別の実施形態において、この機械読み取り可能な命令は、さらに、規格化に続き光学スペクトルを分析することによって、試験試料の疾患状態の決定に適合する。
【００１７】
本発明の前述のあるいはその他の目的、局面、特徴および利点は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲からより明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（詳細な説明）
光学スペクトルの規格化に関する実施形態に関して、特に、医学的診断の領域について、とりわけ、子宮頸癌の検出においてヒト頸部組織から得られたスペクトルの分析に関して、実施形態を、記載する。しかし、本発明は、一般的に、光学スペクトルの規格化の領域において適用性を有する。
【００１９】
図１は、本発明の例示的な実施形態に従う不均一セグメント規格化法を使用する例示的な分光学的システム１００を描く。この分光学的システムは、図２に描かれる、ケーブル１０６を通してプローブ１０４に連結するコンソール１０２を含む。ケーブル１０６は、コンソール１０２とプローブ１０４との間で、電気的シグナルおよび光学的シグナルを伝える。プローブ１０４は、１度しか使用されず、使用後廃棄される、使い捨て可能な構成要素１０８に適応する。１つの実施形態において、コンソール１０２およびプローブ１０４は、間接型アーム１１０によって、機械的に連結され、この間接型アーム１１０はまた、ケーブル１０６を支持する。コンソール１０２は、システムのうちの多くのハードウェアおよびソフトウェアを納め、そしてプローブ１０４は、適切な分光学的観測を行うために必要なハードウェアを含む。システムの詳細を、図２と合わせて、さらに説明する。
【００２０】
図２は、図１に描かれた型の分光学的システムの例示的な操作ブロック図２００を示す。この分光学的システムは、単一ビーム方式（ｓｉｎｇｌｅ−ｂｅａｍ）分光計デバイスに類似するが、本発明の特徴を含むように適合される。コンソール１０２は、分光学的システム１００の操作を制御するソフトウェアを実行するコンピュータ２０２を含む。このソフトウェアは、機械取り可能な媒体（ｍａｃｈｉｎｅ−ｒｅａｄａｂｌｅｍｅｄｉａ）に記録される１つ以上のモジュールを含み、このメディアは、磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリなどのいずれかの媒体であり得る。好ましくは、機械取り可能な媒体は、コンピュータ２０２内に常在する。別の実施形態において、機械取り可能な媒体は、通信回線によってコンピュータ２０２に連結され得る。別の実施形態において、ソフトウェアの代わりにハードワイヤードロジック（ｈａｒｄｗｉｒｅｄｌｏｇｉｃ）の形態のコンピュータ指示書を使用し得るか、またはソフトウェアの代わりにファームウェア（ｆｉｒｍｗａｒｅ）（すなわち、ＰＲＯＭｓ、ＥＰＲＯＭＳまたはＥＥＰＲＯＭｓなどのようなデバイス上に記録されたコンピュータ指示書）を使用し得る。本明細書中で使用される場合、用語、機械読み取り可能な命令は、ソフトウェア、ハードワイヤードロジック、ファームウェアなどを含むことが意図される。
【００２１】
コンピュータ２０２は、汎用コンピュータである。このコンピュータ２０２は、内蔵型のコンピュータであり得るか、またはパーソナルコンピュータ（例えば、ラップトップ型コンピュータまたはデスクトップ型コンピュータ）であり得、ソフトウェアを実行可能であり、適切な制御コマンドを命令し（ｉｓｓｕｉｎｇ）、そしてリアルタイムで情報を記録する。このコンピュータ２０２は、操作者に分光学的システム１００の情報を報告するためのディスプレイ２０４、操作者が情報およびコマンドを入力することを可能にするためのキーボード２０６、ならびに分光学的システム１００によりなされた測定のプリントアウトまたは永久的な記録を提供するためおよび診断結果（例えば、患者の病歴（ｃｈａｒｔ）の包含について）を印刷するための、プリンター２０８を有する。以下により詳細に記載されるように、本発明の例示的な実施形態において、キーボードで入力されたいくつかのコマンドは、使用者が規格化のためにスペクトルの特定のセグメントを選択することが可能である。他のコマンドは、使用者が特定のセグメントの各々について波長範囲を選択することが可能であり、そして使用者が連続セグメントおよび不連続セグメントの両方の波長を特定することが可能である。
【００２２】
コンソール１０２はまた、紫外（ＵＶ）源２１０（例えば、窒素レーザーまたは周波数三重Ｎｄ：ＹＡＧレーザー）、白色光源２１２（例えば、１つ以上のキセノン閃光電球）、ならびにこれらの光源を、強度と、作動の発生および作動の持続時間の時間との両方で制御するための、制御エレクトロニクス２１４を備える。１つ以上の電源２１６が、コンソール１０２に含まれて、全ての構成要素の作動のために調節された電力を提供する。コンソール１０２はまた、光源の各々と共に使用するために適した、少なくとも１つの分光計および少なくとも１つの検出器（分光計および検出器２１８）を備える。いくつかの実施形態において、単一の分光計が、ＵＶ光源と白色光源との両方について作動し得る。いくつかの実施形態において、同じ検出器が、ＵＶ光信号および白色光信号を記録し得、そしていくつかの実施形態において、異なる検出器が、各光源に対して使用される。
【００２３】
コンソール１０２はまた、ＵＶ光源２１０からのＵＶ照射を、プローブ１０４への伝達のためのケーブル１０６中の１つ以上の光ファイバーに結合するため、および白色光源２１２からの白色光照射を、プローブ１０４への伝達のためのケーブル１０６中の１つ以上の光ファイバーに結合するための、結合オプティクス２２０を備える。コンソール１０２はまた、プローブ１０４によって観察され、そしてケーブル１０６内の１つ以上の光ファイバーによって運ばれた、ＵＶ光源２１０からのＵＶ照射に対する標本のスペクトル応答を、伝達のために、分光計および検出器２１８に結合するため、ならびにプローブ１０４によって観察され、そしてケーブル１０６内の１つ以上の光ファイバーによって運ばれた、白色光源２１２からの白色光照射に対する標本のスペクトル応答を、伝達のために、分光計および検出器２１８に結合するための、結合オプティクス２２２を備える。コンソール１０２は、スペクトル観察を開始することが適切な場合に、分光システム１００の操作者がフットスイッチを踏むことによって信号を送ることを可能にするための、フットスイッチ２２４を備える。この様式で、操作者は、他の作業（例えば、プローブ１０４を整列させること）をするために、自分の手を自由にする。
【００２４】
コンソール１０２は、分光計システムの光学要素を較正するための、較正ポート２２６を備える。操作者は、プローブ１０４を較正ポート２２６と位置合わせして配置し、そして較正作動を開始する命令を発する。較正作動において、較正された光源が、既知の強度の照射を、波長の関数として、較正信号として提供する。プローブ１０４は、この較正信号を検出する。プローブ１０４は、検出した信号を、ケーブル１０６内の光ファイバーを通し、結合オプティクス２２２を通して、分光計および検出器２１８へと伝達する。試験スペクトル結果が得られる。分光システムの較正は、特定の波長における既知の照射の振幅を、同じ波長での試験スペクトル結果で除算した比として、計算される。
【００２５】
プローブ１０４は、分析されるべき標本を、ＵＶ源２１０および白色光源２１２からのＵＶおよび白色光で照射するため、そして分析されている標本からの蛍光および後方散乱照射を収集するための、プローブオプティクス２３０を備える。このプローブは、走査アセンブリ２３２を備え、これは、分析されるべき頸部組織の標的領域にわたって、ラスターパターンで、ＵＶ源２１０からの照射を提供する。このプローブは、分析中の標本の可視的映像を観察および記録するための、ビデオカメラ２３４を備える。プローブ１０４は、標的化源２３６を備え、これは、分析されるべき標本の表面上のどこを、プローブ１０４が指し示すかを決定するために、使用され得る。プローブ１０４はまた、白色光照射器２３８を備えて、分析されるべき標本の可視化において、操作者を補助する。一旦、操作者が分光システムを整列させ、そしてフットスイッチ２２４を押すと、コンピュータ２０２は、光源２１０、２１２、結合オプティクス２２０の作動、光信号および電気信号の、ケーブル１０６を通る伝達、プローブオプティクス２３０およびスキャナアセンブリ２３２の作動、ケーブル１０６を通して観察される頸部、結合オプティクス２２２を介して観察されるスペクトルの、分光計および検出器２１８への結合、分光計および検出器２１８の作動、ならびに引き続く、記録されたスペクトルの信号処理および分析を制御する。
【００２６】
図３は、本発明の特徴を組み込む代表的な分光分析プロセスの、概略流れ図３００である。図３において、蛍光スペクトルおよび広帯域反射率スペクトルの両方についての情報の流れが、概説として説明される。図３は、コンピュータ２０２が、１つ以上の蛍光スペクトルを、分析のための分光結果の適切なセットである地点に処理したことを示す。蛍光データに関して、図３の代表的な分析は、データの読取り３０２、データの較正３０４、データの予備処理３０６、および認容可能な妥当なデータとしてのデータの品質認定３０８を包含する。白色光の広帯域反射率スペクトルに関して、図３の例示的な分析は、データの読取り３０２’、データの較正３０４’、データの予備処理３０６’、および認容可能な妥当なデータとしてのデータの品質認定３０８’を包含する。分類工程３１０において、コンピュータ２０２は、蛍光スペクトルから得たデータと白色光広帯域反射率スペクトルから得たデータとを組み合わせて、標本を分類する。必要に応じて、分光システム１００は、これら２つの型のスペクトルデータから画像を作成し、そしてこの画像を、膣鏡研究者／使用者によって所望される形態で、リアルタイムのビデオ画像または印刷および／もしくは電子形態で記録された画像のいずれかまたは両方で、出力３１２としての画像を提供する。
【００２７】
図４は、図３に示される型の例示的な較正工程３０４、３０４’を示し、そして本発明の例示的な実施形態による不均一なセグメントの規格化法４３０を組み込む、さらに詳細な概略流れ図４００である。工程４１０において、例示的な分光システム１００は、例えば、標本の信号対ノイズ比を試験してその標本が認容可能な品質にあることを保証するによって、標本の品質のチェックを実行する。工程４１５において、認容不可能なスペクトル品質を示す工程４１０のチェックの結果に応答して、プロセス４００が、その標本を拒絶する。工程４２０に示されるように、十分なスペクトル品質を示す、工程４１０のチェックに応答して、プロセス４００は、その標本を認容する。工程４３０に示すように、プロセス４００は、認容可能な標本を、本発明の不均一なセグメントの規格化法を使用して、規格化する。工程４４０に示すように、プロセス４００は、さらなる処理および分析のために、規格化された標本を記録する。
【００２８】
図５は、本発明による例示的な不均一なセグメントの規格化法を示す、より詳細な流れ図５００である。１つの実施形態において、検出器は、分光計からの波長の関数として、振幅として、標本を検出する。さらなる実施形態において、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）は、各不連続なの波長におけるスペクトルの振幅を、デジタルの値に変換する。このＡ／Ｄ変換器は、所望の正確さ（例えば、１０ビット、１２ビット、１４ビット、またはさらに高い正確さ）で出力を提供する。工程５１０に示すように、このように得られたデジタル化された振幅は、コンピュータメモリまたは機械読み取り可能な記録に、選択された不連続な波長で記録された振幅の表として、記録される。コンピュータ２０２は、１つ以上の波長を含む範囲にわたって選択されたスペクトルを、複数の部分またはスペクトルのセグメントに分割する。各セグメントは、波長の上限および波長の下限を境とする。工程５２０に示すように、コンピュータ２０２は、規格化プロセスのために、複数のセグメントのサブセットを選択する。あるいは、使用者が、規格化のためのセグメントのサブセットを選択し得る。セグメントまたは範囲は、波長の間隔において幅が均一である必要はなく、セグメントは、互いに対して連続である必要も、波長の間隔において等しく分離されている必要もない。しかし、セグメントは、均一な幅を有し得、連続であり得、そして／または波長の間隔において等しく分離され得る。波長範囲の幅は、波長の上限と波長の下限との間の差異の絶対的な大きさとして、定義される。これらの範囲および分離は、波長間隔が不均一であり得るので、この方法は、本明細書中において、「不均一なセグメントの」規格化法と称される。
【００２９】
各セグメントの面積が、計算される。工程５３０に示すように、この面積は、ストリップの数ｎを合計することによって、計算される。各ストリップは、そのストリップに対応する特定の波長における振幅に、スペクトルにおいてその波長からその次に長い不連続な波長に延びる波長範囲を乗算することによって、決定される。この積分は、数学的に、以下のように表される：
【００３０】
【数１】

ここで、Ａ_ｉは、ｉ番目のセグメントの面積であり、ｉ番目のセグメントにおいて、特定の波長における一連の強度または振幅によって代表される、ｎ個の振幅が存在し、ｎは、波長範囲に対応し、波長λ_ｉにおける振幅Ｓは、Ｓ（λ_ｉ）によって表され、そして差λ_ｊ＋１−λ_ｊは、連続する振幅の間の波長の軸に沿った距離を表す。この計算はまた、数値積分としても公知である。当業者は、多数の方法のうちの任意の１つを使用して、目的のセグメントの面積を決定し得ることを理解する。
【００３１】
工程５４０において、全てのセグメントについての合計面積が、Ａ_ｉの値を合計することによって、決定される。工程５５０に示すように、コンピュータ２０２は、面積Ａ_ｉを合計して、値ＮＦ（ここでＮＦは、規格化因子である）を得、そして振幅Ｓ（λ_ｉ）を、値ＮＦで除算することによって、またはＮＦの逆数を乗算することによって、Ｓ（λ_ｉ）の各々を規格化する。コンピュータ２０２は、規格化されたセットの振幅を得る。工程５６０において、コンピュータ２０２は、この規格化されたセットの振幅を、振幅対波長の新たな表として記録する。この規格化されたスペクトルは、以下のように表される：
【００３２】
【数２】

コンピュータ２０２は、この規格化されたスペクトルを使用して、試験されている組織標本についての健康または疾患の状態を決定する。
【００３３】
図６は、本発明による不均一なセグメントの規格化プロセスを適用するための、特定の波長領域の選択を表すグラフ６００である。１つの実施形態において、標本は、周波数三重Ｎｄ：ＹＡＧレーザーからの３５５ｎｍの波長の紫外放射線で照射される。
【００３４】
図６に示されるように、異なる疾患状態または異なる健康状態を有する種々の組織標本からの蛍光スペクトルが、記録される。スペクトル６０２は、正常な扁平上皮細胞を有する健常な頸部組織の代表である。頸部組織は、頸部上皮内癌（ＣＩＮ）（３つの悪性度分類に分けられた状態）として公知の前癌病巣を示し得る。ＣＩＮＩは、新形成の最も穏やかな形態であり、最もしばしば、介入なしで正常組織に退行する。ＣＩＮＩＩおよびＣＩＮＩＩＩは、新形成のより重篤な悪性度分類であり、ＣＩＮＩＩＩは、インサイチュの癌腫（ＣＩＳ）に進行する潜在的なシグナルである。しばしば、ＣＩＮＩＩおよびＣＩＮＩＩＩの処置の経過は類似しており、生検またはループ電気切除手順（ＬＥＥＰ）を介する組織の除去を包含し、従って、病理学者は、通常、ＣＩＮＩＩおよびＣＩＮＩＩＩの診断を、ＣＩＮＩＩ／ＩＩＩとして組み合わせる。図６のスペクトル６０４は、ＣＩＮＩＩ／ＩＩＩの代表例である。スペクトル６０６は、ＣＩＮＩの代表例である。
【００３５】
図６において、２つの領域が、３個のスペクトル６０２、６０４、６０６を交差する垂直線によって示される。これらの垂直線は２つの領域を規定し、１つはＲ１と称し、波長４１４ｎｍ〜４５１ｎｍ（両端を含む）にわたり、そしてもう１つはＲ２と称し、４５２ｎｍ〜４８９ｎｍ（両端を含む）にわたる。不均一セグメント規格化法の１実施形態において、これらの領域が選択される。これらのスペクトル領域は、正常で健常な状態とＣＩＮＩＩ／ＩＩＩの状態とを最も容易に区別するデータを提供する。これらの２個の領域の外側に位置するスペクトル情報を使用することは有用でない。このような使用は、正常で健常な状態とＣＩＮＩＩ／ＩＩＩの状態との間を区別することをより困難にし得るアーティファクトを導入する危険にさらす。例えば、図６のスペクトルにおいて、各スペクトル６０２、６０４、６０６は、約５３２ｎｍの波長において最大値を示し、これは目的の範囲の外側である。５３２ｎｍラインを使用するピーク規格化は、意味のないデータの誤差が目的の領域内のデータをゆがませ得るという危険性を冒す。あるいは、約３７０ｎｍ〜約６００ｎｍの全スペクトル範囲にわたる各スペクトルの領域を使用する領域規格化はまた、意味のないデータによって重度に影響される領域を使用して、有用なデータを規格化する危険性を検査する。
【００３６】
本発明の例示的な実施形態によれば、コンピュータ２０２は、試験パラメータ、例えば、選択された各領域内の規格化された振幅の平均値を計算する。図６に記載される実施形態において、コンピュータ２０２は、例えば、領域Ｒ１についての平均規格化振幅およびＲ２についての平均規格化振幅を計算し得る。
【００３７】
コンピュータ２０２は、不均一セグメント規格化を使用して規格化されたスペクトルを使用し、記録される標本（すなわち、試験標本）の疾患状態または健常の状態を決定する。１実施形態において、コンピュータ２０２は、試験標本から得られるスペクトルと既知の健常標本および疾患標本から得られたスペクトル（すなわち、既知のスペクトル）を比較することによって分析を実施する。コンピュータ２０２は、試験標本から得られるスペクトルがどの既知のスペクトルと最も密接に似ているかを決定する。図６に記載される実施形態において、コンピュータ２０２は、領域Ｒ１内および領域Ｒ２内の平均規格化振幅を得ることによって計算された試験パラメータを、既知の健常状態の標本について計算された同じパラメータと比較し得る。
【００３８】
（均等物）
本発明が特定の好ましい実施形態を参照して具体的に示され記載される一方で、形態および詳細における種々の変更が、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく本明細書中で行われ得ることを、当業者は理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
本発明の目的および特徴は、下記の図面、および特許請求の範囲を参照してよりよく理解され得る。図面は、必ずしも一定の割合ではなく、それに代わって一般的に強調が、本発明の本質を説明するものとして位置付けられる。図面において、同等の数字が、種々の図面にわたり、同等の部分を示すために使用される。
【図１】図１は、本発明の例示の実施形態に従う、不均一セグメント規格化法を使用する例示的な分光学的システムを示す。
【図２】図２は、図１の分光学的なシステムの例示的な操作のためのブロック図を示す。
【図３】図３は、本発明の特徴を具体化する例示的なスペクトル分析プロセスの概略的な流れ図である。
【図４】図４は、図３に描かれた型の例示的な較正工程を描き、そして本発明の例示的な実施形態に従う、不均一セグメント規格化法を具体化する、より詳細な概略的な流れ図である。
【図５】図５は、本発明の例示的な実施形態に従う、例示的な不均一セグメント規格化法の工程を示す、詳細な流れ図である。
【図６】図６は、本発明の例示的な実施形態に従う、不均一セグメント規格化プロセスを適用するための特定の選択波長領域の選択を描くグラフである。

Claims

スペクトル分析を行う方法であって、該方法は、
光学スペクトルを得る工程、および
不均一なセグメントの規格化の適用によって該光学スペクトルを規格化する工程、
を包含する、方法。
請求項１に記載の方法であって、前記規格化する工程が、以下：
前記光学スペクトルから１つ以上のセグメントを選択する工程であって、
それぞれの該セグメントは、波長の上限および波長の下限によって制限され、そして１つ以上の波長を含み、それぞれの該波長が関連する振幅を有する、工程、
それぞれの特定のセグメントに関連する曲線の下の面積を決定する工程であって、それぞれの該曲線は、該特定のセグメントの該波長の上限および該波長の下限によって第１軸に沿って制限され、そして該特定のセグメント中に含まれるそれぞれの該波長に関連する該振幅によって第２軸に沿って制限される、工程、
規格化因子を決定するためにそれぞれの該セグメントに対する該面積を合計する工程、および
該規格化因子によって該セグメント中に含まれる１つの該波長に対する、少なくとも１つの該関連する振幅を分割する工程、
をさらに包含する、方法。
第１のセグメントが、第２のセグメントの波長と波長範囲の大きさにおいて異なり、ここで、波長範囲の該大きさは、前記波長の上限と前記波長の下限との間の差異の絶対量として定義される、請求項２に記載の方法。
第１のセグメントが、第２のセグメントと波長範囲において等しく、ここで前記波長範囲の大きさは、前記波長の上限と前記波長の下限との間の差異の絶対量として定義される、請求項２に記載の方法。
前記１つ以上のセグメントが、少なくとも第１および第２の不連続セグメントを含む、請求項２に記載の方法。
前記１つ以上のセグメントが、少なくとも第１、第２および第３のセグメントを含み、そして該第１のセグメントの波長の上限と前記第２のセグメントの波長の下限との間の第１のスパン、および該第２のセグメントの波長の上限と該第３のセグメントの波長の下限との間の第２のスパンが存在する、請求項２に記載の方法。
前記第１のスパンおよび第２のスパンが、大きさにおいて異なる、請求項６に記載の方法。
前記第１のスパンおよび第２のスパンが、大きさにおいて十分に等しい、請求項６に記載の方法。
ヒトの頸部組織の試験片からの前記スペクトルを得る工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
前記光学スペクトル分析に引き続く前記規格化によって、前記試験片の疾患の状態を測定する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
スペクトル分析を行うためのシステムであって、
試験片からの光学スペクトルを得るために適用される分光デバイス、および
不均一セグメントの規格化の適用によって該光学スペクトルを規格化するために適用されるプロセッサー
、を含む、スペクトル分析を行うためのシステム。
機械読み取り可能な命令をさらに含む請求項１１に記載のシステムであって、該命令は、前記プロセッサーで実行し、かつ、以下：
前記光学スペクトルから１つ以上のセグメントを選択し、
該セグメントのそれぞれの特定の１つに関連する曲線の下の面積を決定し、
規格化因子を決定するためのそれぞれの前記セグメントに対する前記面積を合計し、そして
該規格化因子によって該セグメント中に含まれる１つの前記波長に対する、少なくとも１つの関連する振幅を分割するように適用され、
ここでそれぞれの該セグメントは、波長の上限および波長の下限によって制限され、そして１つ以上の波長を含み、それぞれの該波長が関連する振幅を有し、
そして
それぞれの該曲線は、該特定のセグメントの該波長の上限および該波長の下限によって、第１の軸に沿って制限され、そして該特定のセグメント中に含まれるそれぞれの該波長に関連する前記振幅によって第２の軸に沿って制限される、
システム。
前記機械読み取り可能な命令が、さらに１つの選択のために適用され、そして第２セグメントの波長範囲の大きさとは異なる第１セグメントを使用者に選択させ、ここで、波長範囲の該大きさは、前記波長の上限と前記波長の下限との間の差異の絶対量として定義される、請求項１２に記載のシステム。
前記機械読み取り可能な命令が、さらに１つの選択のために適用され、そして第２セグメントの波長範囲の大きさと実質的に等しい第１セグメントを使用者に選択させ、ここで、波長範囲の該大きさは、前記波長の上限と前記波長の下限との間の差異の絶対量として定義される、請求項１２に記載のシステム。
前記機械読み取り可能な命令が、さらに１つの選択のために適用され、そして少なくとも第１の非連続セグメントおよび第２の非連続セグメントを含むように１つ以上の前記セグメントを使用者に選択させる、請求項１２に記載のシステム。
前記機械読み取り可能な命令が、さらに１つの選択のために適用され、そして少なくとも第１セグメント、第２セグメントおよび第３セグメントを含むように１つ以上の該セグメントを使用者に選択させ、該第１セグメントの波長の上限と第２セグメントの波長の下限との間の第１波長のスパン、および該第２セグメントの波長の上限と該第３セグメントの波長の下限との間の第２波長のスパンが存在する、請求項１２に記載のシステム。
前記第１スパンおよび前記第２スパンが、大きさにおいて異なる、請求項１６に記載のシステム。
前記第１スパンおよび前記第２スパンが、大きさにおいて実質的に等しい、請求項１６に記載のシステム。
前記分光デバイスが、さらにヒトの頸部組織の試験片からの光学スペクトルを得るために適用される、請求項１１に記載のシステム。
前記機械読み取り可能な命令が、前記光学スペクトルからの試験パラメーターを抽出するためにさらに適用される、請求項１２に記載のシステム。
前記機械読み取り可能な命令が、前記光学スペクトルを分析し、引く続いて規格化することによって、前記試験片の疾患状態を測定するためにさらに適用される、請求項１２に記載のシステム。