JP2018537690A - コヒーレントラマンイメージング用生検装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、国立衛生研究所により与えられたEB017254の下での米国政府支援によりなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
本出願は、2015年9月25日に出願された米国特許出願第62/232,633号の利益及び優先権を主張するものである。その全開示が参照により本明細書に組み込まれる。
図1Aは、脳腫瘍のある患者の手術前MRIスキャン100を示す図である。図1Bは、同じ患者の頭蓋骨を開頭後のその患者の露出した脳102の全体像を示す図である。図1Bに示すように、正常な脳組織と脳腫瘍を視覚的に見分けるのは困難である。腫瘍を除去する際に最適な手術結果を得る上での制限要因は、癌性脳組織と非癌性脳組織は肉眼では見分けがつかない場合があるため、相当な腫瘍がすべていつ除去されたかを把握することである。従って、切除をガイドするための高度な画像診断技術を用いることが望ましい。
腫瘍浸潤度や切除を継続するか否かに時間遅延なくアクセスするための露出した外科的キャビティの表面から、できるだけ小さいが(神経障害のリスクを最小限に抑えるのに)診断上適切な量の組織生検を取ることを可能にする生検装置と併用して、SRSや他の光学イメージング又は分光法技術を使用することが望ましい。図5の画像の取得については、切断機構を用いた標準の脳神経外科生検鉗子(例えば、B.Braun、ペンシルバニア州ベツレヘム)により行われた。240μmスペーサ(Grace Biolabs社、オレゴン州ベンド)を用いて圧縮状態の保持した顕微鏡スライドと1.5番カバースリップとの間に小さい組織片を載置した。この変形例では、画質が優良ではあるが、サンプル処理がやや煩雑なため、神経外科ワークフローに組み込むにはやや不向きである。
本明細書に記載の生検装置はいずれも、生体外イメージングシステムと併用して利用可能である。
生体内又は生体外イメージングの共通の課題は、目で識別できる特徴と比べて、イメージング情報が顕微鏡スケールであるということである。顕微鏡的及び巨視的データの両方を便利な方法で提示する必要がある。巨視的イメージングモダリティの例としては、肉眼、外科用顕微鏡、超音波システム、MRI、CTがある。本技術によれば、組織キャビティの複数の画像を迅速に取得することができる。従って、画像がどこから取得されたかを追跡する技術が必要である。本技術では、これらのニーズに対応する。
組織病理学的所見の解釈は、主観的要素を有し、時間集約的であったり、病理学者の専門的知識を必要とする場合がある。イメージングデータは、腫瘍浸潤の自動検出手段による手術ワークフローに組み込まれてもよい。分類体系により、ロバストな定量化されたSRS画像属性(過形成、軸索密度、タンパク質:脂質比)を、浸潤検出を行うための単一の測定基準に統合する場合がある。図27は、腫瘍浸潤の度合いを算出するためのSRS画像の分類を示す。この図は、SRS画像における定量化された核密度、軸索密度、タンパク質:脂質比の3次元散布図を示す。測定値は、18人の患者(3人のてんかん患者、8人の特異的な組織学的サブタイプを含む15人の脳及び脊椎腫瘍患者)から得られた51個の新鮮な組織生検からの1477の300×300μm2のFOVから得られたものである。この散布図上の各ポイントは、各生検の平均値を示す。生検は、H&E染色に基づき、有資格の神経病理学者によって、主に正常からわずかに過形成(n=21)、浸潤性の腫瘍(n=14)、高密度腫瘍(n=16)に分類された。マーカ色は、各生検の平均分類値を示し、0(正常な可能性が高い)がシアン(四角)で、1(腫瘍の可能性が高い)が赤色(丸及び三角)で示されている。正常な大脳皮質、正常な白質、低グレード神経膠、高グレード神経膠腫の代表的なFOVが示されている。
本技術によれば、組織サンプルの分析方法も提供される。この方法には、本明細書に記載の生検装置により患者から組織サンプル、すなわち、生検を取り出す工程と、その組織サンプルの光学イメージングを行う工程とが含まれる。組織サンプルのイメージングは、光学切片を行うモダリティ及び/又は固有分光法コントラストに基づくモダリティによって行うことができる。そのようなモダリティとしては、誘導ラマン散乱(SRS)、コヒーレント反ストークスラマン散乱(CARS)、共焦点ラマン、共焦点反射、共焦点蛍光、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)、2光子励起蛍光(TPEF)、第2高調波発生(SHG)、第3高調波発生(THG)を含むがこれらに限定されるものではない。
Claims (51)
- 第1端部から第2端部まで延在し、サンプル収集部を有する中空体と、
陰圧源を収容するよう構成された、前記中空体の第1端部にある第1開口部と、
生体サンプルを収容するよう構成された、前記中空体の第2端部にある第2開口部と、
前記サンプル収集部に対応する領域に配置された前記中空体の光透過性領域であって、前記サンプル収集部に配置された場合に前記生体サンプルのイメージングを実行可能なイメージング装置からの電磁波を透過するよう構成された光透過性領域と、
を具備することを特徴とする生検装置。 - 前記生体サンプルは、脳組織であることを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記陰圧源は、固定真空システムに関連するパイプであることを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記陰圧源は、ポンプに関連するパイプであることを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記陰圧源は、固定真空システム又はポンプに関連する外科吸引装置であることを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記外科吸引装置は、前記陰圧のレベルを制御する圧力制御調整器を備えていることを特徴とする請求項5に記載の生検装置。
- 前記中空体内の陰圧レベルを制御する圧力制御調整器
をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の生検装置。 - 前記圧力制御調整器は、前記生検装置の外面と内部間の流体連結を可能にする、前記中空体に配置された開口部であり、
前記中空体の陰圧レベルは、前記開口部を前記生検装置のユーザの指で部分的に又は完全に覆うことで制御可能である、
ことを特徴とする請求項7に記載の生検装置。 - 前記サンプル収集部内の前記中空体により、いずれもほぼ平面である上面と底面を有する収集チャネルが形成されることを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記収集チャネルは、約500μm以下の高さを有することを特徴とする請求項9に記載の生検装置。
- 前記収集チャネルは、約20μm以下の高さを有することを特徴とする請求項9に記載の生検装置。
- 前記収集チャネルは、約100μm以下の高さを有することを特徴とする請求項9に記載の生検装置。
- 前記サンプル収集部の高さは、
a.前記第2端部に十分な陰圧量を生じさせて前記生体サンプルをキャプチャし、
b.前記生体サンプルに関する構造情報を提供する前記生体サンプルの画像をキャプチャすることができる、
ように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の生検装置。 - 前記中空体は、完全に光透過性を有することを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記光透過性領域は、約0.5μmから約1.1μmの波長域に対して光透過性を有することを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記光透過性領域は、約2800cm−1から約3100cm−1のスペクトル領域においてラマン活性であることを特徴とする請求項15に記載の生検装置。
- 前記光透過性領域は、約2800cm−1から約3100cm−1のスペクトル領域においてラマン活性でないことを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記中空体の少なくとも前記光透過性領域がプラスチックを含むことを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記光透過性領域は、電磁波に対して少なくとも部分的に透過性を有することを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記中空体の第2端部は、前記生体サンプルを収容するために、組織へとまとめる、切り込む又は突き刺すよう構成されていないことを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記サンプル収集部は、サンプル導入部を有することを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記サンプル導入部は、第2開口部を有し、前記第2開口部は、前記サンプル導入部内で第2幅まで徐々に小さくなる第1幅を有することを特徴とする請求項21に記載の生検装置。
- 前記第2開口部は、前記サンプル導入部内で小さい第2高さまで徐々に小さくなる第1高さを前記第2開口部に有することを特徴とする請求項22に記載の生検装置。
- 前記生検装置は、前記生検装置の中空体の前記光透過性領域と位置合わせされた少なくとも一つの光透過性検出窓を有する外部キャリアバイアルの中空内部コンパートメントに挿入されることを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記外部キャリアバイアルは、浸漬液を収容していることを特徴とする請求項24に記載の生検装置。
- ラベルをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の生検装置。
- 前記ラベルは、バーコード又はQRコードであることを特徴とする請求項26に記載の生検装置。
- 前記ラベルは、数字又は文字であることを特徴とする請求項26に記載の生検装置。
- 請求項1に記載の生検装置を具備する光学イメージングシステムであって、
前記生検装置の前記サンプル収集部に配置された場合に、前記生体サンプルのイメージングを行うイメージング装置、
をさらに具備することを特徴とする光学イメージングシステム。 - イメージングが行われる軸に沿った前記生体装置の前記サンプル収集部の寸法より大きな距離分解能を有することを特徴とする請求項29に記載の光学イメージングシステム。
- 前記イメージング装置は、誘導ラマン散乱(SRS)装置、コヒーレント反ストークスラマン散乱(CARS)装置、共焦点ラマン装置、共焦点反射装置、共焦点蛍光装置、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)装置、2光子励起蛍光(TPEF)装置、第2高調波発生(SHG)装置、第3高調波発生(THG)装置から成る群から選択されることを特徴とする請求項29に記載の光学イメージングシステム。
- 前記光学イメージングシステムの前記イメージング装置は、前記生体サンプルからの透過時に光信号を収集することを特徴とする請求項29に記載の光学イメージングシステム。
- 前記光学イメージングシステムの前記イメージング装置は、前記生体サンプルからの反射時に光信号を収集する
ことを特徴とする請求項29に記載の光学イメージングシステム。 - 前記サンプル収集部に対応する領域における前記中空体には、励起及び収集光路が含まれることを特徴とする請求項29に記載の光学イメージングシステム。
- 前記イメージング装置は、前記生検装置における前記生体サンプルから収集された光信号を反射により生成することを特徴とする請求項29に記載の光学イメージングシステム。
- 前記生検装置の外面を洗浄する洗浄機能をさらに具備することを特徴とする請求項29に記載の光学イメージングシステム。
- 被検者から組織を採取する方法であって、
請求項1に記載の生検装置の前記サンプル収集部に収集された生体サンプルを該生検装置により前記被検者から採取する工程と、
前記生検装置の前記サンプル収集部に前記生体サンプルを保持しながら前記生体サンプルのイメージングを行って、前記生体サンプルの光学画像を取得する工程と、
前記光学画像を画面に表示する工程と、
を具備することを特徴とする方法。 - 前記生体サンプルのイメージングは、光学切片を行うモダリティによって行われることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- イメージングは、内因性分光コントラストに基づくモダリティによって行われることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記生体サンプルのイメージングには、誘導ラマン散乱(SRS)、コヒーレント反ストークスラマン散乱(CARS)、共焦点ラマン、共焦点反射、共焦点蛍光、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)、2光子励起蛍光(TPEF)、第2高調波発生(SHG)、又は、第3高調波発生(THG)により前記生体サンプルの画像を生成する工程が含まれることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記生検装置の座標及び/又は方向を追跡及び記録し、前記生体サンプルが収集されると、その位置及び/又は方向に対応する記録された座標及び/又は方向を提供する工程と、
術前又は術中巨視的イメージングデータを前記記録された座標及び/又は方向に表示する工程と、
をさらに具備することを特徴とする請求項37に記載の方法。 - 請求項1に記載の生検装置を少なくとも一つ具備し、
前記少なくとも一つの生検装置が滅菌状態で包装されていることを特徴とするキット。 - 前記キットは、まとめて又は個別に包装された複数の生検チップを含むことを特徴とする請求項42に記載のキット。
- 前記キットは、前記少なくとも一つの生検装置の一つを収容するよう構成された少なくとも一つの外部キャリアバイアルをさらに含むことを特徴とする請求項42に記載のキット。
- 前記キットは、浸漬液の容器をさらに含むことを特徴とする請求項44に記載のキット。
- 前記少なくとも一つの生検装置は、固有のラベルを有することを特徴とする請求項42に記載のキット。
- 被検者から得られた組織を分析する方法であって、
生検装置により被検者から組織サンプルを採取する工程と、
前記組織サンプルの光学的イメージングを行う工程と、
前記組織サンプルに対して二次分析を行う工程と、
を具備することを特徴とする方法。 - 前記組織サンプルの光学的イメージングは、誘導ラマン散乱(SRS)、コヒーレント反ストークスラマン散乱(CARS)、共焦点ラマン、共焦点反射、共焦点蛍光、光コヒーレンストモグラフィー(OCT)、2光子励起蛍光(TPEF)、第2高調波発生(SHG)、第3高調波発生(THG)の少なくともいずれか一つにより行われ、
前記二次分析は、DNA塩基配列決定法、RNA塩基配列決定法、転写優先、マイクロアレイ分析、抗体、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)、クロマチン免疫沈降(ChIP)、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、質量分析から成る群から選択される少なくとも一つの分子生物学技術により行われる、
ことを特徴とする請求項47に記載の方法。 - 前記生検装置は、
第1端部から第2端部まで延在し、サンプル収集部を有する中空体と、
陰圧源を収容するよう構成された、前記中空体の第1端部にある第1開口部と、
生体サンプルを収容するよう構成された、前記中空体の第2端部にある第2開口部と、
前記サンプル収集部に対応する領域に配置された前記中空体の光透過性領域であって、前記サンプル収集部に配置された場合に前記生体サンプルのイメージングを実行可能なイメージング装置からの電磁波を透過するよう構成された光透過性領域と、
を備えていることを特徴とする請求項47に記載の方法。 - 前記組織サンプルは、前記生検装置の開口部から陽圧を印加することにより前記装置から除去されることを特徴とする請求項47に記載の方法。
- 前記組織サンプルは、前記生検装置の一部を取り外すことにより前記生検装置から除去されることを特徴とする請求項50に記載の方法。
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