JP2013514156A - 診断又は治療処置においてリアルタイム解剖学的指針を提供するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1A
Description
本発明は、米国国立衛生研究所及び米国立癌研究所により交付された助成番号NIH/NCI U54CA011933を受けて、政府支援を伴ってなされた。合衆国政府は、この助成により本発明に対して一定の権利を有する。
本願は、米国特許法第119(e)条に基づき、Shuming Nie、Aaron Mohs、及びMichael Manciniにより2009年12月15日に出願された「SYSTEM AND METHODS FOR INTRAOPERATIVELY PROVIDING ANATOMICAL GUIDANCE IN A SURICAL PROCEDURE」という名称の米国仮特許出願第61/286,519号明細書及びShuming Nie、Aaron Mohs、及びMichael Manciniにより2010年9月23日に出願された「A HANDHELD SPECTROSCOPIC DEVICE FOR IN VIVO AND INTRA−OPERATIVE TUMOR DETECTION:CONTRAST ENHANCEMENT,DETECTION SENSITIVITY,AND TISSUE PENETRATION」という名称の米国仮特許出願第61/385,613号明細書の利益を主張し、これら両開示を参照により本明細書に援用する。
ハンドヘルドプローブに光学的に結合され、収集された光を検出し、収集光データを含む対応する信号を生成するように構成される。ハンドヘルドプローブは、光ファイバを通して収集光を第1の撮像装置に送るようにさらに構成される。システムは第2の撮像装置をさらに含み、第2の撮像装置は、第1の光源による照明に応答して、対象部位から放射される可視光を検出し、可視光データを含む対応する信号を生成するように構成される。第3の撮像装置もシステムに含まれ、第3の撮像装置は、第2の光源による照明に応答して、対象部位から放射される第1の所定の波長を有する近赤外線光を検出するように構成されるとともに、第1の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するようにも構成される。加えて、システムは第4の撮像装置を含み、第4の撮像装置は、第2の光源による照明に応答して、第1の所定の波長と異なる第2の所定の波長を有し、対象部位から放射される近赤外線光を検出するように構成されるとともに、第2の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するようにも構成される。データの少なくとも1つの視覚表現を表示するディスプレイもシステムにさらに含まれる。システムはコントローラも含み、コントローラは、第1の光源、第2の光源、第1の撮像装置、第2の撮像装置、第3の撮像装置、第4の撮像装置、及びディスプレイのそれぞれと通信する。コントローラは、特定の機能をコンピュータに実行させるように動作可能な1つ又は複数のプログラマブルプロセッサを含み得る。この実施形態では、コントローラは、収集光データ、可視光データ、第1の組の近赤外線光データ、及び第2の組の近赤外線光データのそれぞれから対象部位の少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を生成し、診断又は治療処置中の指針として、リアルタイム視覚表現をディスプレイに表示するようにプログラムされる。
本明細書で使用される用語は一般に、当分野、本発明の文脈中、及び各用語が使用される特定の文脈中で通常通りの意味を有する。
多くの変更及び変形が当業者には明白になるため、単なる例示を意図される以下の例において本発明をより詳細に説明する。本発明の様々な実施形態をこれより詳細に説明する。図面を参照すると、同様の番号は図全体を通して同様の構成要素を示す。本明細書での説明及び以下の特許請求の範囲全体を通して使用される場合、「a」、「an」、及び「the」の意味は、文脈により別段のことが明らかに示される場合を除き、複数の参照を含む。本発明の一実施形態による、「内(in)」の意味も、文脈により別段のことが明らかに示される場合を除き、「内(in)」及び「上(on)」を含む。
本発明の範囲を限定する意図なく、本発明の実施形態による例示的なシステム及び方法並びに関連する結果を以下に付与する。題名又は副題を読み手の都合のために実施例で使用し得、題名又は副題が本発明の範囲を決して限定すべきではないことに留意する。さらに、特定の理論がここで提案され開示されるが、正邪にかかわりなく、本発明が任意特定の理論又は動作方式に関係なく本発明により実施される限り、特定の理論は本発明の範囲を決して限定すべきではない。
この実施例は、生体内の術中癌検出に外因性造影剤を利用するハンドヘルド分光ペン装置に関する。ハンドヘルド分光ペン装置及び近赤外線造影剤は、蛍光信号及び表面増強ラマン散乱(SERS)信号の波長分解測定に基づいて悪性腫瘍の術中検出に使用される。ハンドヘルド分光ペン装置は、光を励起させ収集する小型ヘッドユニットに結合された近赤外線ダイオードレーザ(785nmで放射する)を利用する。このペン型装置は、シリカラマンピークを光ファイバから除去し、反射励起光を減衰させて、蛍光信号及びラマン信号の両方の高感度解析を可能にする。その全体性能を、蛍光造影剤(インドシアニングリーン又はICG)並びにSERS造影剤(PEG化コロイド金)を使用することによって評価した。生体内状況下で、検出限界は、インドシアニン色素の場合は約2〜5×10−11Mであり、SERS造影剤の場合は約0.5〜1×10−13Mである。生体外組織侵入データは、造影剤が新鮮な動物組織内の5〜10mmの深さに埋められた場合、減衰したが、分解可能な蛍光及びラマンを示す。生物発光4T1乳癌を担ったマウスを使用した生体内研究により、腫瘍境界を術前及び術中に精密に検出することができ、造影信号が腫瘍生物発光と強い相関を有することが示される。術後、ハンドヘルド分光ペン装置により、手術腔の周囲の陽性及び陰性腫瘍マージンの両方をさらに評価することができ、腫瘍のリアルタイム検出及び像支援外科に新しい潜在性を生じさせる。
超純水(18.2MΩ)をこの実施例による研究全体を通して使用した。インドシアニングリーン(ICG)、3,3’−ジエチルチアトリカルボシアニンヨウ化物(DTTC)、2,2,2トリブロムエタノール、第3級アミルアルコール、及びウシ血清アルブミン(BSA、98%)をSigma−Aldrich(St.Louis,MO)から購入した。2.6×1010粒子/mL濃度のクエン酸安定化金コロイド(60nm直径)をTed Pella,Inc.(Redding,CA)から取得した。ダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)(4.5g/Lグルコース、4.00mM L−グルタミン)、ウシ胎仔血清(FBS)、抗生/抗真菌液、及びリン酸緩衝生理食塩水(PBS)をThermo Scientific HyClone(Logan,UT)から購入した。XenoLight RediJect D−ルシフェリンサブトレートをCaliper Life Sciences(Hopkinton,MA)から購入した。すべての試薬は、さらなる精製なしで購入した状態で使用した。
ラマンプローブサンプリングヘッド及び接続用光ファイバをInPhotonics(Norwood,MA)から購入した。円柱形ステンレス鋼サンプリングヘッド(直径1.3mm、長さ10cm)を、一方はレーザ励起用、他方は光収集用の5mの2ファイバケーブルに統合した。サンプリングヘッド及びファイバケーブルは、FCコネクタを介してDelta Nu(Laramie,WY)により設計された分光計に結合した。結合されたサンプリングヘッド及び分光計システムは、蛍光測定では0.6nmスペクトル分解能で800〜930nmの波長範囲を有し、ラマン測定では8cm−1分解能で200〜2000cm−1のラマンシフト範囲を有する。レーザ励起は、785nmで放射する連続波200mWダイオードレーザにより提供した。
Stock ICG溶液をまずDMSOに溶かし、次に、アルブミンタンパク質(40mg/mL、血中タンパク質濃度と同様)を含む水溶液に希釈した。この条件下で、ICG分子はアルブミン分子に素早く結合し、水力学的サイズ4〜6nm(直径)を有するICG−アルブミン錯体になる。アルブミンの使用は、ICGの凝集及び蛍光の消滅も回避した[34]。特にコードされPEG安定化されたSERSナノ粒子をQian、Nie、及び共働者に従って準備した[26]。手短に言えば、水性ジエチルチアトリカルボシアニン(DTTC)溶液(4μM)を金ナノ粒子溶液中に滴下した。2×104DTTC分子が各60nm金粒子に適宜結合した場合、最適なSERS信号を検出した。チオール−PEG溶液(10μM)を添加し、次に遠心分離により精製することにより、粒子を安定化させた。
生体外研究に使用したブタ組織をUniversity of Georgia(Athens,GA)のAnimal and Dairy Science Departmentから得た。ブタの脂肪、肝臓、及び肺の蛍光スペクトル及びラマンスペクトルを5〜10秒にわたって収集した。これらの組織は、疾病プロセス及び光学特性の両方に対する妥当性により選択された。ハンドヘルド分光ペン装置が様々な臓器の蛍光色素又はSERSナノ粒子を検出することができる深度を特定するために、組織の8mm3部分に650nM ICG又は300pM SERSナノ粒子溶液のいずれかを20μL導入した。次に、対応する組織の薄くスライスした一片を造影剤が導入された標本の上に配置した。各組織片を適用した後、ハンドヘルド分光ペン装置を使用して蛍光スペクトル又はラマンスペクトルを0.1〜10秒にわたって収集した。外科使用中のハンドヘルド分光ペン装置の位置をシュミレートするために、ハンドヘルド分光ペン装置の先端と組織上層との間に1cmの距離を維持した。プラスチックラップの層を、造影剤が導入された組織と続く組織層との間に配置して、標識されない組織スライス内への造影剤への拡散を防いだ。スペクトルを必要に応じてスケーリングして、異なる積分時間を補正し、それから積分して報告される信号強度を得た。
すべての生体内マウスの研究は、Emory University IACUCにより承認された手順下で実行された。ホタルルシフェラーゼ遺伝子を安定して発現するマウス乳癌細胞株4T1をEmory University(Atlanta,GA)のDr.Lily Yangから得た。10%FBSと、1X抗生/抗真菌剤とを含むDMEMで4T1細胞を培養した。マウスに注入する前に、細胞をPBSで2回洗浄し、最終濃度2×107細胞/mLまで希釈した。2×1064T1細胞をマウスの脇腹に皮下投与することにより、乳癌を裸マウスに植菌した。腫瘍が直径約4mmになると、ICGを357μg/kgの投与量で尾静脈を介して静脈注入(i.v.)により投与した。24時間後、トリブロムエタノールの2.5%溶液の腹腔内(i.p.)注入により(350mg/kg)、マウスに麻酔をかけた。生物発光撮像を受ける担癌マウスの腹腔内に、ルシフェリン溶液100uL(30mg/mL)を投与した。Carestream Molecular Imaging(Rochester,NY)からのKodak In−Vivo FX Imaging Systemで生物発光像を取得した。生物発光信号の解剖学的反射の対応する明視野像を取得した。ハンドヘルド分光ペン装置を使用して、担癌マウスの一連のスペクトルを取得した。まず、ハンドヘルド分光ペン装置の位置を、マウスの取得部位位置の上方約1〜2cmに固定した。腫瘍の中心の真上及び腫瘍周辺領域を含むいくつかの位置からスペクトルを1秒間収集し、取得した。スペクトルを取得した後、積分信号強度を計算した。信号強度を明視野解剖学的位置及び生物発光信号の両方と比較した。
ハンドヘルド分光ペン装置は、光ファイバケーブルを介してハンドヘルドサンプリングヘッドを、蛍光信号及びラマン信号を記録することができる分光計に接続する。背景組織からNIR蛍光及びラマン信号を分解する能力は、図3及び図4に示されるように、装置のハンドヘルド部分で行われる光学フィルタリングから生じる。図3はハンドヘルド分光ペン装置の光線路を概略的に示し、励起光は785nmレーザダイオード(200mW出力)から提供され、光線路は、励起ファイバ(「Ex」)、収集ファイバ(「Coll」)、バンドパスフィルタ(「BP」)、ロングパスフィルタ(「LP」)、ダイクロイックフィルタ(「D」)、及び反射鏡(「M」)を有する。示されるように、レーザ光は励起ファイバを通してペン内に送られる。第1のレンズが励起光をコリメートする。波長選択性がバンドパスフィルタにより提供される。次に、励起光は対象とする試料に合焦する。背景光が同じレンズを通して収集される。ダイクロイックミラー及びロングパスフィルタは、収集ファイバ内で108分の1にレイリー散乱を減衰させる。したがって、ストークスシフト光のみが分光計に送られる。光ファイバから生じるシリカラマンバンドは、励起光路及び放射光路の両方で物理的フィルタリングにより減衰する。ハンドヘルド分光ペン装置と標準ラマン分光計とを使用して得られたポリスチレンラマンスペクトルを比較することにより、装置の全体性能を評価した(図5参照)。結果は、2つの分光計でラマン信号が一致し、ポリスチレンの文献スペクトル[35]とも一致することを示す。ピーク位置(波数)の差は200〜2000cm−1の範囲全体にわたって0.5%未満である。
図4に示されるように、ハンドヘルド分光ペン装置では、蛍光造影剤及びSERS造影剤の両方の高感度検出が可能である。線形関係が、記録された信号強度と造影剤濃度との間に見られた。図6A及び図6Bは、積分強度と濃度との関係の曲線に適合する線形回帰モデルを示す。線形回帰モデルは、破線の赤線として示される95%信頼区間で青線として示される。R2は、線形回帰モデルの近似係数であり、完全に近似する場合、1の値を有する。P値は、線形回帰の傾きが有意にゼロと異なることを示す。さらなる例は、回帰近似がICG及びSERSの両造影剤で「真の」近似に非常に近いことを示す狭い95%CI帯(赤い破線)を示す。最小スペクトル分解可能濃度(すなわち、検出限界)は、ICGでは2〜5×10−11Mであり、SERS剤では0.5〜1×10−13Mである。ここで使用したラマンレポーター色素(ジエチルチアトリカルボシアニン)は、785nmの励起波長と共振するため、この現象は表面増強共振ラマン散乱(SERRS)と呼ばれるべきである。SERRSナノ粒子も、主にICGの不良な光学特性(2%未満の量子収量及び凝集により誘発される蛍光消滅)により、上述した実験条件下のICGよりも40〜50倍高感度である。検出可能な最大濃度は、検出器信号飽和、アナログ/デジタル変換器(16ビット、216=65,536)、及びデータ積分時間によって決まる。すなわち、低造影信号では、積分時間を増大させて、信号対雑音比を向上させるべきであり、その一方で、高造影信号では、積分時間を低減して、検出器の飽和を回避すべきである(腫瘍コントラスト信号の高速取得を可能にする)。次に、コントラスト信号強度が濃度に伴って線形である下限及び上限により、ダイナミックレンジが定義される。蛍光測定及びラマン測定の両方で、ハンドヘルド分光ペン装置は、50〜60倍のダイナミックレンジを提供する。したがって、中央腫瘍信号よりも50分の1〜60分の1の弱い腫瘍マージン信号を、さらに後述するように、データ取得パラメータを調整せずに同時に測定することができる。
ハンドヘルド分光ペン装置を術中に使用する目的は、腫瘍の塊のマージンでの腫瘍病巣の検出であり、それにより、陽性マージンのリスクを最小にすることである。実際には、この実施例に開示される例示的な実施形態の態様によるリアルタイム検出システムでは、外科医は、検出されなかった可能性がある腫瘍組織を摘出することができ、手術の繰り返しから患者を救い、潜在的に生存率を向上させる。高感度の腫瘍検出は、造影剤としてのアルブミン結合ICG又はSERSナノ粒子の使用に基づく。より詳細に後述するように、主なメカニズムは、ナノ粒子が主に増大した浸透性及び滞留(EPR)効果を通して腫瘍間質空間内に蓄積され保持される「受け身的な腫瘍標的」であると信じられる[36,37]。
生体内調査を行い、静脈注入後のICGの腫瘍内への蓄積を検出するハンドヘルド分光ペン装置の能力をテストした。この造影剤は、米食品医薬品局(FDA)により承認されており、心拍出量、肝機能、肝血流量の特定及び眼血管造影等でヒトへの様々な用途に使用される[38]。ICGを使用した腫瘍コントラスト増強の程度を評価するために、4T1腫瘍細胞(2×106数)が撮像の18日前に皮下注入されたマウスを使用した。腫瘍細胞は、ホタルルシフェラーゼ遺伝子を発現するように遺伝操作され、腫瘍成長後のルシフェリンの静脈注入により、これらの細胞に生物発光を放射させ、生物発光撮像を使用して腫瘍の正確な位置を特定することができる。したがって、ICGコントラスト増強を同時生物発光撮像と相関付けて、ICGコントラスト増強(もしあれば)が腫瘍部位からのものであるか否かを判断することができる。腫瘍細胞植菌から17日目に、ヒト用途で使用される投与量と同等の357μg/kgの投与量でICGをマウスに静脈注入し、それから、24時間後にハンドヘルド分光ペン装置を使用してマウスを撮像した。生物発光撮像を使用して、腫瘍細胞の植菌に使用したニードルの跡に沿って主要な腫瘍部位を2つの衛星腫瘍部位と共に識別した(図10A及び図10B)。ハンドヘルド分光ペン装置を使用して、1組14のスペクトルをマウスから得た。
この実施例は、画像誘導手術の積分撮像及び分光システムに関する。一実施形態によれば、システムは、患者に導入され、対照とする疾病部位(例えば、腫瘍)に局所化された蛍光又はラマン活性プローブから信号を検出するように構成される。このシステムを使用する外科医は、疾病部位を完全に摘出し、疾病部位の摘出に成功し、疾病部位が完全に摘出されたことを確認し得る。
この実施例は、「ラマンペン」分光計により記録された分光器情報を、「仮想リン光(Virtual phosphorescence)」とも呼ばれる広視野ビデオディスプレイ(上の実施例2によるシステムも参照)上に要約する方法に関する。一実施形態によれば、仮想リン光表示モードは、ラマンペン分光計から連続して記録された情報を広視野像上にオーバーレイする方法である。分光計から記録されるデータはスペクトル(所与の波長での光の強度)である。蛍光プローブの場合、データは、単純な曲線下面積(AUC)法(最小/背景に対する積分蛍光の比率)で解析され、ラマン散乱プローブ(及び任意選択的に蛍光プローブ)の場合、計算的により複雑なデコンボリューション法が使用される(最適化を介する記録スペクトルへの既知のスペクトルのマッチング)。蛍光AUC比が所定の閾値を超える場合、又はデコンボリューションを通して得られるスペクトルのAUC比が所定の閾値を超える場合、陽性信号がとられる。両事例で、所定の閾値は少なくとも、背景信号レベルの上の3標準偏差であり、分光計のサンプル領域での蛍光又はラマンプローブの有意量に対応する。
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Claims (15)
- 診断又は治療処置において解剖学的指針を術中に提供するシステムにおいて、
(a)可視光線を生体の対象部位に放射するように構成された第1の光源と、
(b)近赤外線光線を前記対象部位に放射するように構成された第2の光源と、
(c)前記第2の光源に光学的に結合されたハンドヘルドプローブであって、前記対象部位を照明するように、放射された近赤外線光線を送るように構成されるとともに、前記第2の光源による照明に応答して、前記対象部位の標的組織内に導入された造影剤から散乱又は放射される光を収集するように構成された光ファイバを備える、ハンドヘルドプローブと、
(d)前記ハンドヘルドプローブに光学的に結合され、前記収集された光を検出し、収集光データを含む対応する信号を生成するように構成された第1の撮像装置であって、前記ハンドヘルドプローブが、前記光ファイバを通して前記収集光を前記第1の撮像装置に送るようにさらに構成される、第1の撮像装置と、
(e)前記第1の光源による照明に応答して、前記対象部位から放射される可視光を検出し、可視光データを含む対応する信号を生成するように構成された第2の撮像装置と、
(f)前記第2の光源による照明に応答して、前記対象部位から放射される第1の所定の波長を有する近赤外線光を検出し、第1の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するように構成された第3の撮像装置と、
(g)前記第2の光源による照明に応答して、前記第1の所定の波長と異なる第2の所定の波長を有し、前記対象部位から放射される近赤外線光を検出し、第2の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するように構成された第4の撮像装置と、
(h)データの少なくとも1つの視覚表現を表示するディスプレイと、
(i)前記第1の光源、前記第2の光源、前記第1の撮像装置、前記第2の撮像装置、前記第3の撮像装置、前記第4の撮像装置、及び前記ディスプレイのそれぞれと通信し、前記収集光データ、前記可視光データ、前記第1の組の近赤外線光データ、及び前記第2の組の近赤外線光データのそれぞれから前記対象部位の少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を生成し、前記診断又は治療処置中の指針として、前記少なくとも1つのリアルタイム視覚表現を前記ディスプレイに表示するようにプログラムされたコントローラと、
を備えることを特徴とする、システム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、それぞれ、前記造影剤がラマンプローブ及び蛍光プローブのうちの少なくとも一方を含み、前記収集光データがラマンデータ及び蛍光データのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする、システム。
- 請求項2に記載のシステムにおいて、前記少なくとも1つの積分視覚表現が、前記可視光データから生成される前記対象部位の広視野像と、前記広視野像内に画定され、前記生成される第1の組の近赤外線光データ及び前記生成される第2の組の近赤外線光データのうちの少なくとも一方から生成される前記対象部位のうちの選択された部位のレーザ励起像と、前記ラマンデータから生成されるラマン像及び前記蛍光データから生成される蛍光像のうちの少なくとも一方とを含み、前記ラマン像及び前記蛍光像のうちの少なくとも一方が、前記広視野像及び前記レーザ励起像内に画定されることを特徴とする、システム。
- 請求項3に記載のシステムにおいて、前記ラマン像及び前記蛍光像のうちの少なくとも一方が、前記レーザ励起像上のオーバーレイ像であることを特徴とする、システム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第1の撮像装置が分光計を含み、前記第2の撮像装置、前記第3の撮像装置、及び前記第4の撮像装置のそれぞれがCCDカメラを含むことを特徴とする、システム。
- 積分明視野撮像と、近赤外線撮像と、ラマン撮像及び蛍光撮像のうちの少なくとも一方とを使用して、生体の対象部位内の標的組織を術中に評価する撮像システムにおいて、
(a)前記対象部位に可視光線を送る第1の光源及び前記対象部位に近赤外線光線を送る第2の光源と、
(b)ラマン及び蛍光撮像手段であって、
(i)前記第2の光源に光学的に結合され、前記対象部位の標的組織を照明するように前記近赤外線光を送り、前記標的組織に導入され、前記第2の光源により照明されるラマンプローブ及び蛍光プローブのうちの対応する少なくとも一方からの散乱光及び放射光のうちの少なくとも一方を収集するハンドヘルドプローブ、及び
(ii)前記ハンドヘルドプローブと通信し、前記収集散乱光からのラマンデータ及び前記収集放射光からの蛍光データのうちの少なくとも一方を得る第1の撮像装置
を備える、ラマン及び蛍光撮像手段と、
(c)明視野撮像手段であって、
(i)前記第1の光源による照明に応答して、前記対象部位から放射される可視光から可視光データを得る第2の撮像装置、
(ii)前記第2の光源による照明に応答して、前記対象部位から放射される第1の所定の波長を有する第1の組の近赤外線データを得る第3の撮像装置、及び
(iii)前記第2の光源による照明に応答して、第1の所定の波長と異なる第2の所定の波長を有し、前記対象部位から放射される第2の組の近赤外線データを得る第4の撮像装置
を備える、明視野撮像手段と、
(d)データの少なくとも1つの視覚表現を表示するディスプレイと、
(e)前記第1の光源、前記第2の光源、前記第1の撮像装置、前記第2の撮像装置、前記第3の撮像装置、前記第4の撮像装置、及び前記ディスプレイのそれぞれと通信し、前記可視光データ、前記第1の組の近赤外線光データ、前記第2の組の近赤外線光データ、及びラマンデータ及び蛍光データのうちの少なくとも一方から前記対象部位の少なくとも1つの積分視覚表現をリアルタイムで生成し、前記積分視覚表現を前記ディスプレイに表示して、診断又は治療処置を実行する指針を提供するようにプログラムされたコントローラと、
を備えることを特徴とする、システム。 - 請求項6に記載の撮像システムにおいて、前記明視野が、
(iv)光学ポートと、
(v)UV−NIRコンパクトレンズ及び第1の色収差補正レンズを備えるシステムレンズと、
(vi)銀鏡と、
(viii)第1のダイクロイックミラー及び第2のダイクロイックミラーと、
(ix)第1のショートパスフィルタ及び第2のショートパスフィルタと、
(x)減光フィルタと、
(xi)バンドパスフィルタと、
(xii)ロングパスフィルタと、
(xiii)第2の色収差補正レンズ、第3の色収差補正レンズ、及び第4の色収差補正レンズと、
をさらに備え、
前記光学ポート及び前記第1の撮像装置が間に、前記銀鏡と、前記第1のダイクロイックミラーと、前記第2のダイクロイックミラーと、前記第2の色収差補正レンズとを有する第1の光路を画定し、前記光学ポート及び前記第2の撮像装置が間に、前記銀鏡と、前記第1のダイクロイックミラーと、前記第2のダイクロイックミラーと、前記減光フィルタと、前記第3の色収差補正レンズとを有する第2の光路を画定し、前記光学ポート及び前記第3の撮像装置が間に、前記銀鏡と、前記第1のダイクロイックミラーと、前記ロングパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと、前記第4の色収差補正レンズとを有する第3の光路を画定することを特徴とする、撮像システム。 - 請求項6に記載の撮像システムにおいて、前記対象部位の前記少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現が、前記可視光データから生成される前記対象部位の広視野像と、前記第1の組の近赤外線光データ及び前記第2の組の近赤外線光データのうちの少なくとも一方から生成される、前記広視野像内に画定される所定の部位のレーザ励起像と、前記ラマンデータ及び前記蛍光データのうちの対応する少なくとも一方から生成されるラマン像及び蛍光像のうちの少なくとも一方とを含むことを特徴とする、撮像システム。
- 請求項8に記載の撮像システムにおいて、
(a)前記レーザ励起像が、前記広視野像上のオーバーレイ像であり、前記対象部位内の近赤外線光線が送られた位置を表し、
(b)前記ラマンデータ及び前記蛍光データのうちの少なくとも一方が、事前定義された閾値レベルを超えた場合、前記標的組織内の疾病を示す信号により表され、(c)前記ラマン像及び前記蛍光像のうちの少なくとも一方が、前記レーザ励起像上のカラーオーバーレイ像であり、前記事前定義される閾値レベルを超える信号のレベルを表す不透明度を有し、
(d)前記カラーオーバーレイ像の不透明度が、時間の経過に伴って低下し、前記レーザ励起像に相対して徐々に透明になることを特徴とする、撮像システム。 - 診断又は治療処置において解剖学的指針を術中に提供する方法において、
(a)少なくとも1つの造影剤を、生体の対象部位にある標的組織に導入するステップと、
(b)第1の光源を使用して可視光線を前記対象部位に放射するステップと、
(c)第2の光源を使用して近赤外線光線を前記対象部位に放射するステップと、
(d)前記第2の光源に光学的に結合されたハンドヘルドプローブの光ファイバを使用して、前記対象部位を照明するように前記放射された近赤外線光線を送るステップと、
(e)前記ハンドヘルドプローブの前記光ファイバを使用して、前記第2の光源による照明に応答して、前記造影剤からの散乱光及び放射光のうちの少なくとも一方を収集するステップであって、前記造影剤がラマンプローブ及び蛍光プローブのうちの少なくとも一方を含むステップと、
(f)前記光ファイバに光学的に結合された第1の撮像装置を使用して、前記収集光を検出し、収集光データを含む対応する信号を生成するステップであって、前記光ファイバが前記収集光を第1の撮像装置に送るようにさらに構成されるステップと、
(g)第2の撮像装置を使用して、前記第1の光源による照明に応答して前記対象部位から放射される可視光を検出し、可視光データを含む対応する信号を生成するステップと、
(h)第3の撮像装置を使用して、前記第2の光源による照明に応答して前記対象部位から放射される、第1の所定の波長を有する近赤外線光を検出し、第1の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するステップと、
(i)第4の撮像装置を使用して、前記第1の所定の波長と異なる第2の所定の波長を有し、前記第2の光源による照明に応答して、前記対象部位から放射される近赤外線光を検出し、第2の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するステップと、
(j)前記第1の撮像装置、前記第2の撮像装置、前記第3の撮像装置、及び前記第4の撮像装置のそれぞれと通信するコントローラを使用して、前記収集光データ、前記可視光データ、前記第1の組の近赤外線データ、及び前記第2の組の近赤外線データから前記対象部位の少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を生成するステップと、
(k)前記コントローラと通信するディスプレイを使用して、診断又は治療処置中の指針として前記コントローラにより生成される前記少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を表示するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。 - コントローラにより実行されると、外科処置において解剖学的指針を術中に提供する機能をコンピュータに実行させるコンピュータ実行可能命令を記憶したコンピュータ可読媒体において、前記機能が、
(a)前記コントローラと通信する第1の光源に、生体の対象部位に可視光線を放射させること、
(b)光ファイバに光学的に結合され、前記コントローラと通信する第2の光源に、前記光ファイバを通して前記対象部位に近赤外線光線を放射させること、
(c)ハンドヘルドプローブの前記光ファイバに、前記第2の光源による照明に応答して前記標的組織内に導入されたラマンプローブから散乱する光及び前記第2の光源による照明に応答して前記標的組織内に導入された蛍光プローブから放射される光のうちの少なくとも一方を収集させること、
(d)前記コントローラ及び前記光ファイバと通信する第1の撮像装置に、前記ラマンプローブから散乱する光及び前記蛍光プローブから放射される光のうちの少なくとも一方を検出させ、前記第2の光源からの照明に応答して、前記光ファイバを通して収集させること、
(e)前記第1の撮像装置に、ラマンデータを含む検出散乱光からの信号及び蛍光データを含む検出放射光からの信号のそれぞれのうちの少なくとも一方を生成させること、
(f)前記コントローラと通信する第2の撮像装置に、前記第1の光源による照明に応答して前記対象部位から放射される可視光を検出させ、可視光データを含む対応する信号を生成させること、
(g)前記コントローラと通信する第3の撮像装置に、前記第2の光源による照明に応答して前記対象部位から放射される、第1の所定の波長を有する近赤外線光を検出させ、前記第3の装置に、第1の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成させること、
(h)前記コントローラと通信する第4の撮像装置に、前記第1の所定の波長と異なる第2の所定の波長を有し、前記第2の光源による照明に応答して前記対象部位から放射される近赤外線光を検出させ、第2の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成させること、
(i)前記可視光データと、前記第1の組の近赤外線データと、前記第2の組の近赤外線データと、前記ラマンデータ及び前記蛍光データのうちの少なくとも一方とから、前記対象部位の少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を生成すること、並びに
(j)前記コントローラと通信するディスプレイに、診断又は治療処置中の指針のために、生成された少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を表示させること
を含むことを特徴とする、コンピュータ可読媒体。 - 診断又は治療処置において切除すべき、生体の対象部位の標的組織内の疾病を術中に識別する方法において、
(a)ラマンプローブ及び蛍光プローブのうちの少なくとも一方を、前記少なくとも一方のプローブが前記標的組織内に蓄積されるまで、前記対象部位内に導入するステップと、
(b)診断又は治療処置に向けて前記生体及び前記対象部位を準備するステップと、
(c)積分明視野撮像、近赤外線撮像、及びラマン撮像及び蛍光撮像のうちの少なくとも一方に向けて撮像システムを初期化するステップと、
(d)前記対象部位での診断又は治療処置を開始するステップと、
(e)前記撮像システムにより生成される前記対象部位及び前記標的組織の第1のリアルタイム積分視覚表現を使用して、疾病を有する前記標的組織の境界を識別するステップと、
(f)前記境界内の識別された疾病を有する標的組織の外科的切除を実行するステップと、
(g)前記外科的切除の後、前記撮像システムにより生成される前記対象部位及び前記標的組織の表示される第2の少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を使用して、前記境界内のあらゆる残留疾病標的組織を識別するステップと、
(h)任意の残留疾病標的組織が識別される場合、前記対象部位から疾病標的組織がなくなるまで、一連のさらなる外科的切除を、前記撮像システムにより生成されるリアルタイム積分視覚表現の各シリーズに対応する識別された残留疾病標的組織に対して実行するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。 - 請求項12に記載の方法において、前記撮像システムが、
(a)可視光線を生体の対象部位に放射するように構成された第1の光源と、
(b)近赤外線光線を前記対象部位に放射するように構成された第2の光源と、
(c)前記第2の光源に光学的に結合されたハンドヘルドプローブであって、前記対象部位を照明するように、放射された近赤外線光線を送るように構成されるとともに、前記第2の光源による照明に応答して、前記対象部位の標的組織内に導入された造影剤から散乱又は放射される光を収集するように構成された光ファイバを備える、ハンドヘルドプローブと、
(d)前記ハンドヘルドプローブに光学的に結合され、前記収集された光を検出し、収集光データを含む対応する信号を生成するように構成された第1の撮像装置であって、前記ハンドヘルドプローブが、前記光ファイバを通して前記収集光を前記第1の撮像装置に送るようにさらに構成される、第1の撮像装置と、
(e)前記第1の光源による照明に応答して、前記対象部位から放射される可視光を検出し、可視光データを含む対応する信号を生成するように構成された第2の撮像装置と、
(f)前記第2の光源による照明に応答して、前記対象部位から放射される第1の所定の波長を有する近赤外線光を検出し、第1の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するように構成された第3の撮像装置と、
(g)前記第2の光源による照明に応答して、前記第1の所定の波長と異なる第2の所定の波長を有し、前記対象部位から放射される近赤外線光を検出し、第2の組の近赤外線光データを含む対応する信号を生成するように構成された第4の撮像装置と、
(h)データの少なくとも1つの視覚表現を表示するディスプレイと、
(i)前記第1の光源、前記第2の光源、前記第1の撮像装置、前記第2の撮像装置、前記第3の撮像装置、前記第4の撮像装置、及び前記ディスプレイのそれぞれと通信し、前記収集光データ、前記可視光データ、前記第1の組の近赤外線光データ、及び前記第2の組の近赤外線光データのそれぞれから前記対象部位の少なくとも1つのリアルタイム積分視覚表現を生成し、前記診断又は治療処置中の指針として、前記少なくとも1つのリアルタイム視覚表現を前記ディスプレイに表示するようにプログラムされたコントローラと、
を備えることを特徴とする、方法。 - 請求項12に記載の方法において、前記疾病を有する前記標的組織の前記境界を識別するステップ及び前記境界内のあらゆる残留疾病標的組織を識別するステップが、前記積分視覚表現の選択された部位に表示される、前記第1の組の近赤外線光データ、前記第2の組の近赤外線光データ、及び前記収集光データの視覚表現を識別することを含むことを特徴とする、方法。
- 請求項12に記載の方法において、
(a)前記第1の組の近赤外線データ及び前記第2の組の近赤外線データの前記視覚表現が、前記対象部位内に送られる近赤外線光線の位置を表し、前記広視野像上のカラーオーバーレイ像として表示されるレーザ励起像であり、
(b)前記第1の撮像装置により生成される前記収集光を表す信号は、所定の閾値レベルを超える場合、前記標的組織内の疾病を示し、
(c)前記収集光データの前記視覚表現が、前記事前定義される閾値レベルを超える信号のレベルを表す不透明度を有する、前記レーザ励起像上のカラーオーバーレイ像であり、
(d)前記収集光データを表す前記カラーオーバーレイ像の不透明度が、時間の経過に伴って低下し、前記レーザ励起像に相対して徐々に透明になる
ことを特徴とする、方法。
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