JP2008541891A - 組織を視覚的に特徴づけるための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】方向性を持つ電磁波を放出する放射源2が設けられるステップと、特徴付けられるべき組織1に前記電磁波が照射されて、該電磁波が組織1内に組織1固有の反射を生起させるステップと、組織1内に侵入した前記電磁波は該電磁波の伝搬方向に対して横方向に広がった励起域内で組織1内に固有反射を励起するのに十分な強度を有するステップとを含んでなる、細胞から形成されたヒト又は動物の組織1を視覚的に特徴付けるための方法であって、放射源2によって放出された前記電磁波には該電磁波の伝搬方向に対して横方向に強度プロフィルが付与され、該強度プロフィールは前記励起域が組織1の複数の細胞をカバーするように形成され、励起された前記反射電磁波は細胞間組織特性に由来している。
【選択図】図1
Description
2 放射源
3 ビームスプリッタ ビーム形成ユニット
5 レンズ
6 スキャナー
8 検出器
13 評価ユニット
20 干渉検出器
30 光ファイバ
40 スクリーン
Claims (66)
- 方向性を持つ電磁波を放出する放射源を設けるステップと、
特徴付けられるべき組織に前記電磁波を照射し、これにより、該組織内に該組織固有の反射電磁波が生成されるステップと、
前記組織内に侵入した前記電磁波は、前記電磁波の伝搬方向に対して横方向に広がった励起域内で、前記組織内に固有反射電磁波を励起するのに十分な強度を有するステップとを有する、細胞から形成されたヒトまたは動物の組織を視覚的に特徴付けるための方法であって、
前記放射源によって放出された前記電磁波は該電磁波の伝搬方向に対して横方向に強度プロフィルが付与され、前記強度プロフィールは前記励起域が前記組織の複数の細胞をカバーするように形成され、励起された前記反射電磁波は細胞間組織特性に由来していることを特徴とする方法。 - 請求項1において、前記強度プロフィルの付与は前記電磁波をレンズを経て前記組織内に結像させることであることを特徴とする方法。
- 請求項2において、前記レンズは0.3〜1.5の開口数を有することを特徴とする方法。
- 請求項1において、前記強度プロフィルの付与は前記放射源によって放出された前記電磁波を少なくとも2本の部分ビームに分割することであり、前記励起域は前記部分ビームの位置によって決定されることを特徴とする方法。
- 請求項4において、前記部分ビームはそれぞれ前記部分ビームの焦点が互いに離間するようにして前記組織内に集束されることを特徴とする方法。
- 請求項5において、前記強度プロフィールは個々の部分ビームの前記励起域が、前記放射源から放出した前記電磁波の伝搬方向に対して横方向に前記組織の1〜2500個の細胞に及ぶように選択されることを特徴とする方法。
- 請求項5または6において、生成した前記部分ビームの総和励起域は前記放射源から放出した前記電磁波の伝搬方向に対して横方向に前記組織の約1000〜200000個の細胞に及ぶことを特徴とする方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項において、前記反射電磁波は蛍光信号、前記放射源の前記電磁波の調波および/または反射信号であることを特徴とする方法。
- 請求項1〜8のいずれか1項において、前記電磁波の強度は前記組織内に2光子または多光子励起が生ずるように選択されることを特徴とする方法。
- 前記請求項1〜9のいずれか1項において、後方散乱電磁波は前記組織に照射される前記電磁波の2倍の周波数を有することを特徴とする方法。
- 請求項1〜10のいずれか1項において、前記放射源によって放出された前記電磁波は、コヒーレンス反射率測定による前記組織の付加的特徴付けのため、前記組織内に蛍光を励起するための励起ビームと参照ビームとに分割され、該励起ビームの一部は前記組織から反射戻しされ、前記参照ビームは前記組織から反射戻しされた電磁波と重ね合わされることを特徴とする方法。
- 請求項11において、前記参照ビームおよび励起ビームは空間分解の干渉検出器において重ね合わされることを特徴とする方法。
- 請求項12において、前記干渉検出器は少なくとも4ピクセルを有し、特にCCDチップ、CCDカメラ、CCDラインまたはラインカメラを有する一次元または二次元画像生成器であることを特徴とする方法。
- 請求項11〜13のいずれか1項において、前記放射源から発する前記電磁波に付与された強度プロフィールは少なくとも2つの強度最大値を有する固有の差異を有することを特徴とする方法。
- 請求項11,12および14において、前記参照ビームの光路長は前記放射源によって放出された前記電磁波に付与された強度分布が前記干渉検出器で検出されるように設定され、この場合、前記参照ビームの光路長は、前記放射源から焦点へ、さらに焦点から前記干渉検出器まで反射戻しされる前記励起ビームによってカバーされる光路長と同じであることを特徴とする方法。
- 請求項15において、a)前記干渉検出器は焦点に達する前記電磁波の強度を該電磁波に対して垂直な面内で空間分解した形で判定し、
b)各々の場合に、互いに近接した位置で前記強度を比較して、位置依存コントラスト値を決定し、
c)前記位置依存コントラスト値から、前記干渉検出器になる前記電磁波の固有の積分コントラスト変数を表す平均値を決定し、
d)前記付与された強度プロフィールは最大値に達する前記積分コントラスト変数によって検出されることを特徴とする方法。 - 請求項15において、a)前記干渉検出器は焦点に達する前記電磁波の強度を該電磁波に対して垂直な面内で空間分解した形で判定し、
b)前記判定された強度値と、前記放射源の前記電磁波に付与された前記強度プロフィールとから、相関値が決定され、
c)前記付与された強度プロフィールは最大値になる前記相関値によって検出されることを特徴とする方法。 - 請求項1〜17のいずれか1項において、前記放射源によって放出された前記電磁波は該電磁波の伝搬方向に対して横方向に偏向されて、前記組織表面と平行に広がる前記組織域が走査されることを特徴とする方法。
- 請求項1〜18のいずれか1項において、前記放射源によって放出された前記電磁波の焦点面への集束は時間に依存して行われ、該焦点面は前記電磁波の伝搬方向に変位させられて、前記組織表面に対して垂直に広がる領域が走査されることを特徴とする方法。
- 請求項1〜19のいずれか1項において、前記組織内に励起された前記後方散乱電磁波は検出器によって検出され、該強度は波長および/時間に依存して決定されることを特徴とする方法。
- 請求項1〜20のいずれか1項において、a)前記組織は波長域720〜800nmの電磁波で照射され、これによって、前記組織内に2光子蛍光が励起され、
b)第1の蛍光信号の強度は460±30nmの波長で、第2の蛍光信号の強度は550±30nmの波長でそれぞれ検出され、
c)前記第1と第2の蛍光信号の強度比が決定され、
d)該ステップc)で決定された比に応じて信号が生成されることを特徴とする方法。 - 請求項1〜21のいずれか1項において、a)前記組織は500〜550nmの波長域の電磁波で照射され、この場合、
b)2光子蛍光の第1の強度は340±40nmの波長で検出され、
c)前記組織は720〜800nmの波長域の電磁波で照射され、この場合、
d)2光子蛍光の第2の強度は460±40nmの波長で検出され、
e)該ステップb)で決定された前記第1の強度と該ステップd)で決定された前記第2の強度との比が決定され、
f)該ステップe)で決定された比に応じて信号が生成されることを特徴とする方法。 - 請求項1〜22のいずれか1項において、a)前記組織は720〜800nmの波長域の電磁波で照射され、この場合、
b)2光子蛍光の強度は460±40nmの波長で検出されることを特徴とする方法。 - 請求項23において、前記電磁波はレンズを経て前記組織内に結像され、該レンズは前記放射源によって放出された前記電磁波の伝搬方向に沿って徐々に変位させられ、前記ステップa)と前記ステップb)は複数のレンズポジションにつき実施され、こうして、焦点が前記組織を通って前記電磁波の伝搬方向に案内されて、複数の組織深さにつき蛍光信号が測定されることを特徴とする方法。
- 請求項24において、前記方法は健康な組織について実施され、こうして測定された前記蛍光信号の強度は参照値として記憶されることを特徴とする方法。
- 請求項24と25において、a)前記方法は請求項24の記載の方法に従って、特徴付けられるべき組織につき実施され、
b)各々の深さにつき測定された前記強度は前記記憶された参照信号のそれぞれの強度と比によって関係付けられ、
c)該ステップb)で測定された比に応じて信号が生成されることを特徴とする方法。 - 請求項26において、前記信号は前記ステップb)で決定された前記比が値1から30%偏差している場合に生成されることを特徴とする方法。
- 請求項1〜27のいずれか1項において、a)前記組織は波長域720〜880nmまたは980〜1080nmの短パルスレーザビームで照射され、
b)該ステップa)による前記組織の照射に使用される電磁波の1/2の波長の戻り電磁波の強度を検出することを特徴とする方法。 - 請求項28において、前記電磁波はレンズを経て前記組織内に結像され、該レンズは前記放射源によって放出された前記電磁波の伝搬方向に沿って徐々に変位させられ、前記ステップa)と前記ステップb)は複数のレンズポジションにつき実施され、こうして、焦点が前記組織を通って前記電磁波の伝搬方向に案内されて、複数の組織深さにつき蛍光信号が測定されることを特徴とする方法。
- 請求項29において、前記方法は健康な組織について実施され、こうして測定された前記蛍光信号の強度は参照値として記憶されることを特徴とする方法。
- 請求項29と30において、a)前記方法は請求項28に記載の方法に従って、特徴付けられるべき組織につき実施され、
b)各々の深さにつき測定された前記強度は前記記憶された参照信号のそれぞれの強度と比によって関係付けられ、
c)該ステップb)で決定された比に応じて信号が生成されることを特徴とする方法。 - 請求項31において、前記信号は前記ステップb)で決定された前記比が値1から40%偏差している場合に生成されることを特徴とする方法。
- 方向性を持つ電磁波を放出する放射源を設けるステップと、
特徴付けられるべき組織に測定位置で前記電磁波を照射し、これにより、該組織内に該組織固有の後方散乱電磁波が励起されるステップとを有する、細胞から形成された組織を視覚的に特徴付けるための方法であって、
前記放射源によって放出された前記電磁波は伝搬方向に対して横方向に周期的に偏向させられ、こうして、前記電磁波は前記組織の複数の細胞に及んで広がる前記測定位置の周辺組織域を周期的に走査することを特徴とする方法。 - 請求項33において、前記電磁波は前記組織内に集束させられ、前記電磁波の強度は、伝搬方向に沿って広がる焦点の周囲の焦点域に固有の反射電磁波が励起されるように選択されることを特徴とする方法。
- 請求項34において、前記固有の反射電磁波が生成される前記焦点域は前記電磁波の伝搬方向に沿って周期的に運動させられ、こうして、測定位置周囲の特定の組織体積が走査されることを特徴とする方法。
- 請求項35において、前記組織体積は前記電磁波の伝搬方向に対して横方向に2〜10mmの広がりを有することを特徴とする方法。
- 請求項35または36において、前記組織体積は前記電磁波の伝搬方向に0.3〜4mmの広がりを有することを特徴とする方法。
- 請求項33〜37において、前記放射源はパルス電磁波を放出するパルス源であることを特徴とする方法。
- 請求項38において、前記パルス源は35〜150MHzの範囲内のパルス繰返し周波数を有することを特徴とする方法。
- 請求項33〜39のいずれか1項において、測定位置周囲の前記周期的走査は0.5〜2MHzの繰返し周波数で実施されることを特徴とする方法。
- 請求項33〜40のいずれか1項において、前記放射源から放出した前記電磁波は、前記周期的偏向に加えて、伝搬方向に対して横方向に偏向させられ、こうして、複数の測定位置で前記組織を走査することを特徴とする方法。
- 請求項33〜41のいずれか1項において、前記放射源によって放出された電磁波は少なくとも2本の部分ビームに分割されることを特徴とする方法。
- 請求項42において、前記部分ビームは前記組織内に集束させられることを特徴とする方法。
- 請求項42または43において、前記個々の部分ビームは別々にまたは一緒に偏向されることを特徴とする方法。
- 請求項33〜44のいずれか1項において、前記部分ビームは隣接部分ビームの焦点が互いに一定の距離を保って離間するように集束させられ、前記部分ビームは前記離間距離と同一であるそれぞれの大きさだけ偏向されて、前記部分ビーム間のギャップを埋め合わせて補償されることを特徴とする方法。
- 特徴付けられるべき組織に照射されて、該組織内に組織固有の後方散乱電磁波を励起させることのできる方向性を持つ電磁波を放出する放射源と、
前記組織内に侵入して、前記電磁波の伝搬方向に対して横方向に広がった励起域内で、前記組織内に固有後方散乱電磁波を励起するのに十分な強度を有する電磁波とを有し、請求項1〜33のいずれか1項に記載の方法を実施するための装置であって、
前記放射源によって放出された前記電磁波に、前記励起域が前記組織の複数の細胞をカバーし得るようにする強度プロフィールを付与するビーム形成手段が設けられ、前記組織の照射によって励起された前記後方散乱電磁波は細胞間組織特性に由来していることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。 - 請求項46において、前記放射源によって放出された前記電磁波を前記組織内に集束させるためのイメージング手段を備えることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項47において、前記イメージング手段は、前記放射源から見て、前記ビーム形成手段の上流または下流に配置されることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項46〜48のいずれか1項において、前記ビーム形成手段は前記放射源によって放出された前記電磁波を少なくとも2本の部分ビームに分割することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項47と49において、前記イメージング手段は複数のレンズを有し、各々の部分ビームは専用のレンズによって前記組織内に集束させられることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項46〜50のいずれか1項において、前記イメージング手段は前記電磁波を集束させるための少なくとも1個のレンズと、さらに、少なくとも1個の該レンズを前記電磁波の伝搬方向に沿って運動させて、該レンズの焦点を前記方向に沿って運動させ、こうして、前記組織が該組織表面に対して垂直に広がる面内で走査されるようにする調節ユニットとを有することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項51において、前記調節ユニットと前記レンズは、検査されるべき前記組織の上に位置して該組織表面と平行に変位させることのできるハウジング内に組み込まれていることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項52において、前記ハウジングを前記組織表面と平行に変位させることのできる電動式および/またはマイクロメカニカル作動手段を備えることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項46〜53のいずれか1項において、前記放射源によって生成された前記電磁波を、特徴付けられるべき前記組織に向かって案内する光ファイバを有することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項54において、前記光ファイバは前記イメージング手段および/又は前記ビーム形成手段を有することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項55において、前記イメージング手段および/または前記ビーム形成手段は前記光ファイバと一体に形成されていることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項46〜56のいずれか1項において、前記後方散乱電磁波を検出して、検出された該電磁波に応じて電気信号を生成する検出器を備えることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項57において、前記検出器によって生成された前記電気信号を評価するための評価ユニットを備えることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項58において、前記評価ユニットは前記検出器によって生成された前記電気信号をイメージ情報信号に変換することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項59において、前記評価ユニットは前記イメージ情報信号を視覚表示するためのスクリーンを有することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 特徴付けられるべき前記組織に照射される方向性を持つ電磁波を生成するための放射源を有する、請求項34〜45のいずれか1項に記載の方法を実施するための装置であって、
前記放射源によって生成された前記電磁波を偏向させるための偏向手段を備え、該偏向手段により前記電磁波を伝搬方向に対して横方向に周期的に偏向し、こうして、前記電磁波を前記組織の複数の細胞に及んで広がる前記組織域に周期的に走査することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。 - 請求項61において、前記偏向手段は、電場または磁場によって周期運動を行い、前記電磁波を偏向するためのミラー要素を含むことを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項61または62において、前記ミラー要素は前記電磁波の伝搬方向に対して横向きの第1の方向に第1の共振周波数を有し、該第1の方向ならびに前記電磁波の伝搬方向に対して垂直な第2の方向に第2の共振周波数を有することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項1〜63のいずれか1項において、前記放射源はパルスレーザであることを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項64において、前記レーザは500〜1000nmの範囲の波長を有する電磁波を放出することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
- 請求項64または65において、前記レーザは80フェムト秒(fs)〜800ピコ秒(ps)の範囲のパルス幅を有するパルスを生成することを特徴とする組織を視覚的に特徴づける装置。
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