JP2017503614A - 光音響断層撮影方法およびシステム - Google Patents

Abstract

ＰＡＩシステム（４０１〜４１３）を較正する方法が説明される。方法は、人または動物の動脈内のボクセルでの光学流束量を決定し、これらの測定から補間して、関係するすべてのボクセルに対する流束量値を有する流束量マップを提供する、信号処理ユニット（４０４）を含む。システム（４０４）は、流束量マップを、ＰＡＩ測定を行う際に後で使用するために記憶する。動脈光学流束量は、動脈血酸素飽和度（ＳａＯ２）が、循環システムの動脈部分の全体を通して同じであることを基礎として決定され得る。【選択図】図４

Description

本発明は、代替的に「光学音響断層撮影（ＯＡＴ：ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」または熱音響断層撮影（ＴＡＴ：ｔｈｅｒｍｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、およびおそらくは、より正しくは光音響画像化（ＰＡＩ：ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ）と称されることがある、光音響断層撮影（ＰＡＴ）に関する。換言すれば、本発明は、光音響源が、身体の内側で、外部で付与される電磁波の吸収により引き起こされる熱膨張により引き起こされて生み出される、任意の形態の断層撮影に適用される。用語「ＰＡＩ」または「光音響画像化」が、本明細書で使用される。

ＰＡＩは、光学吸収係数および光学流束量（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌｕｅｎｃｅ）に関係する、光学吸収を測定する画像化技法である。それは、表面下組織を監視することでの臨床用途を有する。

現在のＰＡＩシステムは、大部分は定性的なデータを提供するものであり、ゆえに用途は制限される。このことは、ＰＡＩでは光学流束量が、各々の体積要素（ボクセル）で知られている必要があるために生じるものである。論文、Ｊｕｎ Ｘｉａら、「Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｉｇｎａｌｓ」、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ（第３８巻、第１５号／２０１３年８月１日は、酸素飽和度（ｓＯ_２）での動力学を活用することにより、光学流束量を決定することの問題に対処するための手法を説明しており、その場合、各々の波長に対して、異なるｓＯ_２状態で測定される光音響振幅の比が利用される。

当分野での他の文献は、以下のものである。
ＷＯ２０１１／０３８００６（Ｖｉｓｅｎ）
ＷＯ２０１１／０００３８９（Ｈｅｌｍｈｎｏｌｔｚ）
Ｂ．Ｔ．Ｃｏｘ、Ｊ．Ｇ．Ｌａｕｆｅｒ、Ｐ．Ｃ．Ｂｅａｒｄ：「Ｔｈｅ １−１５ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ」、２００９年２月２７日（２００９−０２−２７）、ＳＰＩＥ、ＰＯ Ｂｏｘ １０ Ｂｅｌｌｉｎｈａｍ ＷＡ ９８２２７−００１０ ＵＳＡ、ＸＰ０４０４９２００２、ＤＯＩ：１０．１１１７／１２．８０６７８８において
Ｘｕ Ｍｉｎｇｈｕａら：「Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ」、Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＡＩＰ、Ｍｅｌｖｉｌｌｅ、ＮＹ、ＵＳ、第７７巻、第４号、２００６年４月１７日（２００６−０４−１７）、４１１０１〜０４１１０１ページ、ＸＰ０１２０９２９６５、ＩＳＳＮ：００３４−６７４８、ＤＯＩ：１０．１０６３／１．２１９５０２４

本発明は、ＰＡＩのための改善されたシステムおよび方法を提供することに向けられるものである。

本発明は、光音響画像化（ＰＡＩ）を定量的なものにすることを目的とする。いくつもの試みが、ＰＡＩシステムを較正するために行われてきたが、このことは達成困難であることが判明しており、その理由は、各々のボクセルに送達される光流束量が知られておらず、ゆえに検出される圧力振幅は、吸収体の高い濃度を指し示す、または、高い光流束量に起因する場合があるからというものである。これらのことを解きほぐすために、各々のボクセルでの流束量が決定されなければならない。本発明は、動脈血液の内容物は組織体を通して同じであり、ゆえにそのことは、システムを局所的流束量分布に対して較正するための局所的較正「ガイド星」として使用され得るという知識を使用する。吸収係数は、動脈血酸素飽和度（ＳａＯ_２）および総血色素（ｔｏｔａｌ ｈａｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）（ＨｂＴ）から知られる。較正されるシステムは、定量的となり、ゆえに、幹細胞追跡、がん治療の最適化、および基礎的な生理学研究を含む、臨床、前臨床、ならびに、基礎科学および発見において多くの用途を有する。

本発明によれば、ＰＡＩシステムを較正する方法であって、
人または動物の動脈内のボクセルでの光学流束量を決定する工程と、
前記測定から補間して、関係するすべてのボクセルに対する流束量値を有する流束量マップ（ｆｌｕｅｎｃｅ ｍａｐ）を提供する工程と、
前記流束量マップを、ＰＡＩ測定を行う際に後で使用するために記憶する工程とを含み、
動脈光学流束量は、動脈血酸素飽和度（ＳａＯ_２）が、循環システムの動脈部分の全体を通して同じであることを基礎として決定される、
方法が提供される。

１つの実施形態では流束量マップは、関係するすべての波長に対して生成される。
１つの実施形態では方法は、ＳａＯ_２を、患者の動脈内のボクセルの前記光学流束量を決定するために測定する工程を含む。１つの実施形態ではパルス酸素測定（ｐｕｌｓｅ ｏｘｉｍｅｔｒｙ）が、ＳａＯ_２値を決定するために使用される。

１つの実施形態では動脈光学流束量は、動脈総血色素割合（ＨｂＴ）が、循環システムの動脈部分の全体を通して同じであることを基礎として決定される。
１つの実施形態では方法は、ＳａＯ_２およびＨｂＴを、ボクセルの前記光学流束量を決定するために測定する工程を含む。１つの実施形態ではパルス同時酸素測定（ｐｕｌｓｅ ｃｏ−ｏｘｉｍｅｔｒｙ）が、ＨｂＴ値を決定するために使用される。

１つの実施形態では動脈血酸素飽和度（ＳａＯ_２）は、

によって決定される。
１つの実施形態では較正は、動脈および／または細動脈の小さな経路長変化を使用して、動脈血液のみに起因する吸収を切り離す。

１つの実施形態ではパルス酸素測定は、動脈および／または細動脈の小さな経路長変化を使用して、動脈血液のみに起因する吸収を切り離す。
１つの実施形態では細動脈は指内にある。

別の態様では本発明は、任意の実施形態で、上記で定義されたような方法で較正を実行するように適合される処理装置を備える、ＰＡＩシステムを提供する。
１つの実施形態ではシステムは、腫瘍治療可能性の評価を、かん流血管密度（ｐｅｒｆｕｓｅｄ ｖｅｓｓｅｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）などの血管分布、および境界を決定することにより実行するように適合される。

１つの実施形態ではシステムは、腫瘍治療可能性の評価を、がん薬剤、治療機構の部分として一重項酸素を生み出すように設計されるそのようながん薬剤に反応しない場合がある低酸素領域の体積および境界を識別することにより実行するように適合される。

１つの実施形態ではシステムは、動物または人内の、薬物送達および分布の評価を、染料または蛍光体を使用して薬物を標識することにより実行するように適合される。１つの実施形態ではシステムは、動物または人内の、薬物送達および分布の評価を、ナノ粒子を使用して薬物を標識することにより実行するように適合される。

１つの実施形態ではシステムは、動物または人内の、薬物送達および分布の評価を、ナノ粒子を使用して薬物を標識することにより実行するように適合される。
１つの実施形態ではシステムは、動物または人内の、薬物送達および分布、または生体分布（動物または人内の細胞の分布）の評価を、高縦横比（ｈｉｇｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）または他のナノ粒子を使用して薬物を標識し、そのことにより、より深い画像化を可能とすることにより実行するように適合される。１つの実施形態ではシステムは、幹細胞療法に対する生体分布（動物または人内の細胞の分布）の評価を実行するように適合される。

１つの実施形態ではシステムは、幹細胞療法に対する生体分布（動物または人内の細胞の分布）の評価を、染料／蛍光体／ナノ粒子を使用して細胞を標識して実行するように適合される。

１つの実施形態ではシステムは、前記較正で使用するための内視鏡を備える。
本発明は、付随する図面を参照する、単に例として与えられる、本発明の一部の実施形態の以下の説明から、より明確に理解されよう。

使用中の超音波プローブを示す図である。 動脈血酸素飽和度ＳａＯ_２を決定するためのシステムを示す図である。 前臨床光音響構成を示す図である。 前臨床および臨床の両方使用するためのシステムを示す図である。

パルス酸素測定手段は、動脈血酸素飽和度（ＳａＯ_２）を非侵襲的に決定するために使用され得るものであり、この飽和度は、循環システムの動脈側内のあらゆる所で同じであることが知られている。

本発明の断層撮影システムは、組織を体積要素（ボクセル）に分割し、視野内の動脈内の各々のボクセルで生成される音響圧力を測定する。このこと、および、ＳａＯ_２はこれらの位置のすべてで同じであるという知識から、そのシステムは、動脈内のすべてのボクセルでの流束量を容易に算出し得る。このことからそのシステムは、補間して、すべてのボクセルでの流束量のマップを算出する。そのシステムが流束量マップを有すると、そのシステムは較正され、視野内の任意のボクセルでの任意の吸収発色団の真の濃度を与え得る。

本発明のシステムは、以下の工程を実行する：
（ａ）各々のボクセルでの未加工の光音響圧力測定を取得する。
（ｂ）関係する領域内で、最も近い動脈／細動脈を見出だす。
（ｃ）局所的流束量を（ｂ）での測定から算出する。酸化血色素および脱酸素化血色素の濃度は、動脈システム内のあらゆる所で同じである（指上で容易に測定され得る）ので、動脈血液の吸収係数は、パルス酸素濃度計（ｐｕｌｓｅ ｏｘｉｍｅｔｅｒ）測定によって算出され得る。
（ｄ）局所的流束量を較正因子として付与して、ボクセル内の任意の吸収体の濃度を、知られる吸収係数によって、同じ流束量を有することが予測される領域（例えば、１０ｘ１０ｘ２ｍｍ）内で与える。
（ｅ）（ａ）から（ｄ）を、（分析物（吸収体）の吸収周波数域から決定されるような、関係するすべての波長に対して繰り返す。

システムは、流束量マップを、体積を通して分布する動脈での測定から算出し、それを較正因子として付与する。第１の実例では、動脈は手動で識別され、各々のボクセルに対する流束量は、識別されるそれらのものから補間される。このことは、動脈血液の脈動する性質を使用して自動化され得る。

較正のためにシステムは、人または動物の動脈内のボクセルでの光学流束量を決定する。そのシステムはこのことを、音響圧力パルス振幅を測定することにより行う。これは、ボクセル内に預けられるエネルギーに比例する。預けられるエネルギーは本質的には、吸収係数倍の流束量である。吸収係数はＳａＯ_２およびＨｂＴから知られるものであり、これらが動脈システム内のあらゆる所で同じであることがわかっているので、本発明のシステムは、動脈「樹」内のすべてのボクセルに対する流束量マップを決定し得る。そのシステムは、補間して、残りのボクセル内の流束量を推定する。

図面を参照すると図１は、反射モードで動作される、臨床超音波プローブ１の使用を示す。超音波出力の代わりに、音響信号が、組織内で吸収される、短い（典型的には＜１０ｎｓ）レーザパルスにより生成される。計器は、波長の変動で、１０ｎｓで近似的に５０ｍＪの光パルスを生成するための調節可能なレーザシステムを備える。光パルスは、投光される場の中のすべての動脈により吸収される。動脈血液は、温度が数ｍＫだけ上昇することになり、パルス時間は熱希釈に対しては短すぎるので、動脈血液は、ＭＨｚ範囲での周波数の周波数域を有する音響振動（圧力波）を放出することになる。この圧力変動は、すべての方向で等方的に進行することになり、任意の方向で検出され得る。本発明者らはここで、その変動が、臨床超音波計器と同様の反射モードで検出されることを想定する。

酸素飽和度（ｓＯ_２）は、酸素に結合される総血色素（ＨｂＴ）の割合である。

残りの割合は、酸素に結合されない血色素である。動脈血酸素飽和度（ＳａＯ_２）は、酸素に結合される動脈血液内の総血色素の割合である。ＳａＯ_２は、パルス酸素濃度計（まさにパルス測定を指示するためにＳｐＯ_２と呼ばれる）によって指で容易に測定され得るものであり、動脈システム内のすべての位置で同じである。ベール−ランバート（Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ）の法則（または、ベールの法則）は、吸収種の吸収度と濃度との間の線形関係である。

Ａ＝ａ_λｘｃ
ただしＡは、測定される吸収度であり、ａ_λは波長依存の吸収係数であり、ｘは経路長であり、ｃは分析物濃度である。

または、
ｄＩ＝−ｃσ_ａＩｄｘ
であり、ただしｄＩは、透過強度の測定される変動であり、Ｉは入射強度であり、σ_ａは波長依存の吸収断面積であり、ｄｘは経路長変化であり、ｃは種濃度である。

図２を参照すると、波長６６０ｎｍ（２０１）および平均強度Ｉ_Ｒの赤色光が、救命救急診療での患者の指２０４を通過して、検出器２０３に当たる。波長９６０ｎｍおよび平均強度Ｉ_ＩＲの赤外光２０２が、同じ経路を進行して、同じ検出器に当たる。６６０ｎｍ光は、ｄＩ_Ｒのピーク間強度変動を有し、一方で９６０ｎｍでの光は、ｄＩ_ＩＲだけ変動する。赤色および赤外光は、交互にオンおよびオフするようにパルス化され、そのことによってそれらの光は、同じ検出器−増幅器の組み合わせ上で検出され、赤色および赤外成分信号を提供するために、後で逆多重化され得る。血液体積の心臓同期変動は、変動する光学経路長につながる。ベール−ランバートの法則は、受信される強度が、変動する光学経路長に比例することを定める。ベール−ランバートの法則は、受信される強度が、それが通過する物質、この事例では血液の吸収係数に比例することを定める。各々の半透明物質は、波長による吸収の変動である、吸収周波数域を有する。パルス酸素濃度計は、心臓パルスにより引き起こされる指の動脈の小さな経路長変化（動脈側に存在するのみである）を使用して、動脈血液のみに起因する吸収を切り離すことにより動作する。計器は、振幅ｄＩ_ＲおよびｄＩ_ＩＲの交流信号をフィルタリングし、それらをＩ_ＲおよびＩ_ＩＲにより正規化する。

図３は、前臨床ＰＡＩシステムを示す。レーザ３０１が、パルス化される照射源を提供する。レーザ光線が、鏡３１２により再方向設定され、レンズ３１１によりピンホール３１０を通して集束させられ、そのピンホール３１０でそのレーザ光線は、空間フィルタリングされ、次いで対物レンズ３１３により集束させられる。超音波集束が、音響レンズ３１５の使用により実現される。対物レンズおよび超音波振動子が、補正レンズ３０９、直角プリズム３１４、およびケイ素油層３０７によって共焦点的に構成される。試料３０４は、音響レンズから、可塑性膜３０５および水槽３０６により隔てられる。音響信号が、試料３０４標的部位で、対物レンズ３１３から集束させられる、パルス化されたレーザエネルギーの吸収に関連付けられる温度上昇に起因して生成される。検出される音響データは、振動子（３０８）から、増幅器３０３を介して、データ取得および信号処理ユニット３０２に送出され、そのユニット３０２でその音響データは、画像に、画像再構築技法を使用して変換される。３Ｄ画像が、横断面内のラスタ走査により生成され、そのことは、走査器３０５（２次元移動台）上の試料３０４を移動させることにより実現される。走査器は、走査器制御器３０４により制御され、その走査器制御器３０４は、データ取得装置３０２により制御される。

図４は、臨床および前臨床用途によるＰＡＩシステムの使用を示す。このシステムで示されるプローブは、光音響プローブ４０９、すなわち、レーザ源および超音波振動子検出器が同じユニット内に収容されるプローブである。パルス化された光学エネルギーが、レーザ４０１により生成され、鏡４１２、４１１によって、光学パラメータ式発振器（ＯＰＯ：ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）４０２に方向設定されるものであり、そのＯＰＯ４０２は、入射光を、制御ユニット４０４により指定される所与の範囲内の異なる波長に変換するために使用される装置である。ＯＰＯ４０２から出力されるレーザは、レンズ４０６を通過させられ、そのレンズ４０６は、光を光ファイバ結合４０７上に集束させ、その光ファイバ結合４０７は、光ファイバケーブル４１３に、次いでプローブ４０９に接続される。音響信号が、患者４０８内の関係する部位で、プローブにより送達されるパルス化されたレーザエネルギーの吸収に起因して生成される。音響情報は、超音波検出器４０３を介して、信号処理および制御ユニット４０４に中継され、そのユニット４０４でデータは、画像へと、再構築算法により処理される。３Ｄ画像は、プローブを、組織の表面の全域で、ステッパ電動機４１０によって移動させることにより入手され得る。

信号処理および制御ユニット４０４は、ＯＰＯ４０２に、光パルスを、１つの走査に対して７５０ｎｍで、および、別の走査に対して７９５ｎｍで（ＨｂおよびＨｂＯ_２に対して等吸収である）、および、第３の走査に対して１０６４ｎｍで（他の波長が使用され得る）送達させる。音圧に関係する電圧が、超音波検出器４０３により検出され、信号処理および制御ユニット４０４に給送され、そのユニット４０４で下記の式が、血液ｓＯ_２を、これらの波長の２つ以上から推定するために使用され得る。これらの波長のすべては血液により強く吸収されるので、超音波振動子４０３は、血液を内包するボクセルからの強い信号を検出することになり、信号処理および制御ユニット４０４は、このデータを、画像化される体積内の動脈および静脈樹の画像として描写することが可能となる。ゆえに動脈樹は、区分され得るものであり、組織の全体を通しての流束量に対する、分布する較正基準として働き得る。このことが、流束量マップ、およびゆえに、ｓＯ_２または関係する他の吸収体の較正される分布を提供するために、下記で説明されるように使用されることになる。

局所的流束量（Ｆ）は、初期圧力上昇（ｐ_０）に比例し、グリュンアイゼン（Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ）係数（Γ）および光学吸収係数（μ_ａ）の積に反比例し、したがって次式となる。

グリュンアイゼン係数（Γ）は波長に独立であるので、その係数は、比率計量的（ｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃ）測定で相殺となり（すなわち、本発明者らは全体的に、１つの波長での測定されるｐ_０を、別の波長でのものにより除算している）、または本発明者らは、分光測定で測定されるΓを使用することが可能であり［Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ８５８１、Ｐｈｏｔｏｎｓ Ｐｌｕｓ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ：Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｎｓｉｎｇ ２０１３、８５８１３８（２０１３年３月４日）；ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．２００４１１７］、もしくは、脂肪、皮膚、筋肉、および血液に対する値を文献から推測することが可能である。ゆえに大部分の事例では本発明者らは、ｐ_０を単純な積μ_ａＦとみなすことが可能である。可視および近赤外光に対して、血管内の主な吸収体は、酸化血色素（ＨｂＯ_２）および脱酸素化血色素（Ｈｂ）である。したがって、波長λ_１およびｓＯ_２での光学吸収係数は、次式として表現され得る。

μ_ａ（λ_１；ｓＯ_２）＝ｌｎ（１０）［Ｃ_ＨｂＴ・ｓＯ_２・ε_ＨｂＯ２（λ_１）＋Ｃ_ＨｂＴ・（１−ｓＯ_２）・ε_Ｈｂ（λ_１）］
ただしＣＨｂＴは総血色素濃度であり、εＨｂＯ_２およびεＨｂは、それぞれＨｂＯ_２およびＨｂの分子吸光係数であり、それらのすべては、事前に知られており、または、動脈血液試料採取によって、パルス（同時）酸素測定もしくは実験室同時酸素濃度計（ｌａｂ ｃｏ−ｏｘｉｍｅｔｅｒ）を使用して決定され得る。ゆえにシステムは、各々のボクセルでの流束量を算出し、３Ｄ流束量マップを生み出し得る。このことからシステムは、ｓＯ_２を、他の毛細血管、細静脈、および静脈、ならびに、有意な、および独特の吸収周波数域を有する任意の分析物で決定し得る。

流束量が知られていない場合に、および、経路長がよく知られている場合に（光音響顕微鏡検査）、Ｗａｎｇら、２００６（Ｘｕｅｄｉｎｇ Ｗａｎｇ、Ｘｕｅｙｉ Ｘｉｅ、Ｇｅｎｇ Ｋｕ、Ｌｉｈｏｎｇ Ｖ．Ｗａｎｇ、Ｇｅｏｒｇｅ Ｓｔｏｉｃａ、２００６．「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｈａｅｍｏｇｌｏｂｉｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｔ ｂｒａｉｎ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」Ｂｉｏｍｅｄ Ｏｐｔ．１１（２）、０２４０１５；ｄｏｉ：１０．１１１７／１．２１９２８０４）は、知られていないものの影響を最小限に抑えることを試みる、ＨｂＴおよびｓＯ_２に対するこれらの式を与える。

これに対して、μ_ａ（λ_１；ｓＯ_２）に対する式から、２つの波長（λ_１、λ_２）に対する光音響圧力振幅比は、したがって、

であり、その式は、任意の血管でのｓＯ_２を与えるように再整理され得るものであり、したがって、

となることになる［２０１３／第３８巻、第１５号／ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ２８０１］。
流束量が、上記で述べられたように決定されると、システムは較正され得るものであり、多くの用途が、臨床、前臨床（および、他の研究）に対して可能になる。これらは、幹細胞療法に対する生体分布（動物または人内の、細胞または薬物の分布）の評価、および、腫瘍内の低酸素領域の識別を含む。

幹細胞療法は、組織または全体の器官を生成する／再生させる可能性を有する。細胞は、生体適合性、拒絶の問題点を回避するために、同じ患者から取られ得る。進歩は、動物または人内の生体分布を決定するための方法がないことにより制限される。現在はこのことは主に、動物を安楽死させること、および組織学的試験に依拠する。このことは１つの時点を提供するものであり、このことは動的な過程であるので、この時点がその過程内のどこであるか（ピーク、ピーク前、ピーク後…）が不明確である。生きている動物および人内の幹細胞分布を生体内で監視することは、時間経過を示す長期的な研究を可能とし、最適化される治療措置を容易にすることになる。さらに幹細胞は、それらは一部の環境では腫瘍を位置特定する能力を有することになるので、薬物送達の機構として推薦される。幹細胞追跡のためのＰＡＩ画像化は、おそらくは、ナノ粒子または染料または蛍光体による細胞標識を要することになる。

薬物耐性は、がん治療に関する重大な問題である。多くのがん薬剤は、一重項酸素を腫瘍内で生成することを試行し、一重項酸素は腫瘍細胞を死滅させる。耐性腫瘍の相当な割合は、低酸素領域を有し（酸素を欠き）、ゆえに、一重項酸素を生み出す低い可能性を有することが見出だされている。このことは、腫瘍が急速に（制御不能に）成長してしまい、多くの細胞が、酸素送達のための血管から遠すぎるためであり得る。血管構造、およびそのｓＯ_２内容物の画像化は、これらの治療に耐性をもつことになる腫瘍の識別を容易にし、ゆえに、これらの患者をそれらの化学療法活動の心的外傷から救うことになる。

較正されるシステムはさらには、酸素供給および消費を含む多くのことに関する、較正される信頼性の高いデータを提供することにより、基礎科学および発見に対して非常に助力となる。例えばそのシステムは、脳機能のはるかに多くの直接的な定量的な画像化、ならびに、様々な機能に関与する脳の部分、および重要なことには、脳の様々な部分からの相対的寄与（または負担）のより良好な知識を提供し得る。

本発明は、説明される実施形態に制限されず、構築および詳細において変わり得る。例えば、較正のための、または、分析技法の任意のもののための処理は、局所的信号処理装置よりむしろ、光音響検出器に連結される遠隔処理装置により実行され得る。

Claims (21)

1. 光音響画像化システム（４０１〜４１２）を較正する方法であって、
   人または動物の動脈内のボクセルでの光学流束量を決定する工程と、
   前記測定から補間して、関係するすべてのボクセルに対する流束量値を有する流束量マップを提供する工程と、
   前記流束量マップを、光音響画像化測定を行う際に後で使用するために記憶する工程とを含み、
   前記動脈光学流束量は、動脈血酸素飽和度ＳａＯ_２が、循環システムの前記動脈部分の全体を通して同じであることを基礎として決定される、
   方法。
2. 前記流束量マップは、関係するすべての波長に対して生成される、請求項１に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
3. ＳａＯ_２を、患者の動脈内のボクセルの前記光学流束量を決定するために測定する工程を含む、請求項１または２に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
4. パルス酸素測定が、前記ＳａＯ_２値を決定するために使用される、請求項３に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
5. 前記動脈光学流束量は、動脈総血色素割合（ＨｂＴ）が、前記循環システムの前記動脈部分の全体を通して同じであることを基礎として決定される、請求項１から４のいずれか１項に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
6. ＳａＯ_２およびＨｂＴを、ボクセルの前記光学流束量を決定するために測定する工程を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
7. パルス同時酸素測定が、前記ＨｂＴ値を決定するために使用される、請求項６に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
8. 前記動脈血酸素飽和度（ＳａＯ_２）は、
   

   

   によって決定される、請求項１から７のいずれか１項に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
9. 前記較正は、動脈および／または細動脈の小さな経路長変化を使用して、動脈血液のみに起因する吸収を切り離す、請求項４から８のいずれか１項に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
10. 前記パルス酸素測定は、動脈および／または細動脈の前記小さな経路長変化を使用して、動脈血液のみに起因する吸収を切り離す、請求項４から９のいずれか１項に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
11. 前記細動脈は指内にある、請求項９または１０に記載の光音響画像化システムを較正する方法。
12. 放射源（４０７、４１３、４０９）、光音響検出器（４０９、４０３）、および、処理装置（４０４）であって、
    人または動物の動脈内のボクセルでの光学流束量を決定する工程と、
    前記測定から補間して、関係するすべてのボクセルに対する流束量値を有する流束量マップを提供する工程と、
    前記流束量マップを、光音響画像化測定を行う際に後で使用するために記憶する工程とを含み、
    前記動脈光学流束量は、動脈血酸素飽和度ＳａＯ_２が、循環システムの前記動脈部分の全体を通して同じであることを基礎として決定される、
    方法で較正を実行するように構成される、処理装置（４０４）を備える、光音響画像化システム。
13. 腫瘍治療可能性の評価を、かん流血管密度などの血管分布、および境界を決定することにより実行するように構成される、請求項１２に記載の光音響画像化システム。
14. 腫瘍治療可能性の評価を、がん薬剤、治療機構の部分として一重項酸素を生み出すように設計されるがん薬剤に反応しない場合がある低酸素領域の体積および境界を識別することにより実行するように構成される、請求項１２または１３に記載の光音響画像化システム。
15. 動物または人内の、薬物送達および分布の評価を、染料または蛍光体を使用して前記薬物を標識することにより実行するように構成される、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の光音響画像化システム。
16. 動物または人内の、薬物送達および分布の評価を、ナノ粒子を使用して前記薬物を標識することにより実行するように構成される、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の光音響画像化システム。
17. 動物または人内の、薬物送達および分布の評価を、ナノ粒子を使用して前記薬物を標識することにより実行するように構成される、請求項１２から１６のいずれか１項に記載の光音響画像化システム。
18. 動物または人内の、薬物送達および分布、または生体分布の評価を、高縦横比または他のナノ粒子を使用して前記薬物を標識することにより、より深い画像化を可能とすることにより実行するように構成される、請求項１２から１７のいずれか１項に記載の光音響画像化システム。
19. 幹細胞療法に対する生体分布の評価を実行するように構成される、請求項１２から１８のいずれか１項に記載の光音響画像化システム。
20. 幹細胞療法に対する生体分布の評価を、染料および／または蛍光体および／またはナノ粒子を使用して細胞を標識して実行するように構成される、請求項１２から１９のいずれか１項に記載の光音響画像化システム。
21. 前記較正で使用するための内視鏡を備える、請求項１２から２０のいずれか１項に記載の光音響画像化システム。

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