JP2022524857A - 単一光源光音響リモートセンシング(ss-pars) - Google Patents
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-
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Abstract
Description
光音響イメージング技術は、光散乱媒質内の光吸収コントラストを可視化することのできるパワフルなモダリティファミリを代表する。一般に、ナノ秒又はピコ秒範囲の短い光パルスがサンプル中に発射され、そこでこれらが特異的な種によって優先的吸収される。このような光エネルギの吸収が今度は、局所熱を発生させ、それが初期圧として知られる局所的圧力上昇を生じさせる。従来の光音響技術は、これらの初期圧から生成された超音波が当初の発生源からある距離だけ伝搬するのを、通常はサンプルの外表面において記録する。
SS-PARSがPARSと異なる点は、それが(1)別の検出光源を必要としないこと、(2)ある励起イベントのために検出経路ごとに1つの(例えば正確に1つ、すなわち1つのみの)光学波長で意図的に実施されること、(3)光学遅延経路又はバーストパルス励起光源の何れかがあればよいこと、及び(4)サンプルの励起とサンプルからの光変調の検出の両方に使用される光学コンポーネントの多くを意図的に共有すること、である。
その他の態様は、以下の説明と特許請求の範囲から明らかであろう。他の態様において、本明細書に記載の態様は、当業者であればわかるように、何れの合理的組合せでも結合され得る。
トポロジトラッキングはサンプル表面の粗さを説明するために実施されてよく、ユーザによる準備をあまり必要とせずにイメージング一貫性を改善できる。
本明細書に記載のシステムは前述の目的等、各種の方法で使用されてよく、また、前述の態様を利用するためにその他の方法で使用されてもよいと理解されたい。用途の非網羅的な例について以下に論じる。
システムは、(1)組織学的サンプル、(2)細胞核、(3)たんぱく質、(4)シトクロム、(5)DNA、(6)RNA、及び(7)脂質のイメージングに使用され得る。システムはまた、カテーテル留置処置の代用、胃腸病学的応用、視野全体にわたる単一励起パルスイメージング、組織のイメージング、細胞のイメージング、物体表面からの散乱光のイメージング、散乱光の吸収誘導変化のイメージング、又は光吸収の非接触イメージングに使用され得る。
Claims (24)
- サンプルの表面下構造をイメージングする光音響リモートセンシングシステムであって、
前記サンプル中の励起位置において超音波圧力信号を生成するように構成されたパルス式又は強度変調励起ビームを生成するように構成された正確に1つのレーザ源と、
ここで、前記正確に1つのレーザ源は、前記サンプルの前記励起位置に入射するインタロゲーションビームを生成するようにも構成され、生成された前記超音波圧力信号を示す前記インタロゲーションビームの一部が前記サンプルから戻り、
前記励起ビーム又は前記インタロゲーションビームを前記サンプルの表面の下に集光させるように構成された光学系と、
前記インタロゲーションビームの戻ってきた一部を検出するように構成された検出器と、
前記サンプルの前記表面の下からの前記インタロゲーションビームの戻ってきた一部の検出された強度変調に基づいて前記サンプルの画像を計算するように構成されたプロセッサと、
を備える光音響リモートセンシングシステム。 - 前記正確に1つのレーザ源の出力を前記パルス式又は強度変調励起ビームと前記インタロゲーションビームに分割するように構成されたビームスプリッタと、
前記インタロゲーションビームを前記パルス式又は強度変調励起ビームに関して遅延及び減衰させるように構成された光学遅延ラインと、
をさらに備える、請求項1に記載のシステム。 - 前記パルス式又は強度変調励起ビームと遅延及び減衰された前記インタロゲーションビームとを結合するように構成されたビームコンバイナをさらに備える、請求項2に記載のシステム。
- 前記ビームスプリッタとビームコンバイナとの間で、遅延及び減衰された前記インタロゲーションビームが前記パルス式又は強度変調励起ビームより長い光路に沿って進行する、請求項2に記載のシステム。
- 前記サンプルへの表面放射を減少させるために前記インタロゲーションビームを光学減衰器へと方向付けるように構成される第二のビームスプリッタをさらに備える、請求項3に記載のシステム。
- 前記インタロゲーションビームが前記光学減衰器を通過した後に、前記インタロゲーションビームと前記励起ビームが第二のビームコンバイナで結合される、請求項5に記載のシステム。
- 前記第二のビームコンバイナを通過した後に、結合された前記インタロゲーション及び前記励起ビームは4分の1波長板を通過してそれらの偏光を円形にするように構成される、請求項6に記載のシステム。
- 前記4分の1波長板を通過した後、結合された前記インタロゲーションビーム及び前記励起ビームは前記光学系へと方向付けられる、請求項7に記載のシステム。
- 前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタである、請求項2に記載のシステム。
- ビームの特性を生成又は変更するように構成された非線形光学素子をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ビームの特性は波長及び/又はパルス幅を含む、請求項10に記載のシステム。
- 前記システムは、
組織学的サンプルのイメージング、
細胞核のイメージング、
たんぱく質のイメージング、
DNAのイメージング、
RNAのイメージング、
脂質のイメージング、
血中酸素飽和度のイメージング、
低酸素腫瘍のイメージング、
創傷治癒、火傷診断、又は手術のイメージング、
微小循環のイメージング、
血液酸素化パラメータのイメージング、
組織のある領域に流入する、及びそこから流出する血管内の血液流の推定、
分子的に特異的な標的のイメージング、
前臨床期腫瘍モデルの血管新生のイメージング、
微小及び大循環並びに色素細胞の臨床イメージング、
眼のイメージング、
蛍光アンギオグラフィの補足又は代用、
皮膚病変のイメージング、
メラノーマのイメージング、
基底細胞癌のイメージング、
血管腫のイメージング、
乾癬のイメージング、
湿疹のイメージング、
皮膚炎のイメージング、
モース術のイメージング、
腫瘍マージン切除を確認するためのイメージング、
抹消血管病変のイメージング、
糖尿病及び/又は褥瘡のイメージング、
火傷のイメージング、
整形外科手術、
顕微鏡下手術、
循環性腫瘍細胞のイメージング、
メラノーマ細胞のイメージング、
リンパ節血管新生のイメージング、
光線力学的療法に対する応答のイメージング、
血管焼灼メカニズムによるものを含む光線力学的療法に対する応答のイメージング、
化学療法に対する応答のイメージング、
抗血管新生薬に対する応答のイメージング、
放射線療法に対する応答のイメージング、
多波長光音響励起を用いた酸素飽和度の推定、
パルスオキシメトリを使用できない場合の静脈酸素飽和度の推定、
脳静脈酸素飽和度及び/又は中心静脈酸素飽和度の推定、
酸素フラックス及び/又は酸素消費量の推定、
血管床及びバレット食道及び/又は結腸直腸癌の深達度のイメージング、
脳手術中の機能イメージング、
内出血の評価及び/又は焼灼の確認、
臓器及び臓器移植の灌流の十分さのイメージング、
膵島移植部周囲の血管新生のイメージング、
皮膚移植片のイメージング、
組織スキャフォルド及び/又は生体材料のイメージングによる血管新生及び/又は免疫拒否反応の評価、
顕微鏡下手術を支援するためのイメージング、
血管及び/又は神経の切断を回避するためのガイダンス、
臨床又は前臨床用途での造影剤のイメージング、
センチネルリンパ節の識別、
リンパ節腫瘍の非侵襲又は低侵襲的識別、
遺伝子工学的に符号化されたレポータであって、前臨床期又は臨床期分子イメージング用途のためのチロシナーゼ、色素たんぱく質、及び/又は蛍光たんぱく質を含む遺伝子工学的に符号化されたレポータのイメージング、
分子イメージングのための能動的又は受動的に標的とされた光吸収ナノ粒子のイメージング、
血栓のイメージング、
血栓の年数のステージ特定、
内因性グルコース吸収ピークの検出によるグルコース濃度のリモート又は非侵襲的腫瘍内評価、
オルガノイド成長の評価、
発生中の胚のモニタリング、
バイオフィルムの組成物の評価、
齲歯の評価、
無生物構造の査定、
真贋の非侵襲的検証を行うための絵の具の組成の評価、
考古学的人工産物の評価、
製造品質管理、
製造品質保証、
カテーテル留置処置の代用、
胃腸病学的用途、
視野全体にわたる単一励起パルスイメージング、
組織のイメージング、
細胞のイメージング、
物体表面からの散乱光のイメージング、
散乱光の吸収誘導変化のイメージング、又は
光吸収の非接触イメージング
の用途の1つ又は複数で使用される、請求項1に記載のシステム。 - 第一及び第二の焦点は前記サンプルの前記表面から50nm~8mm下の深さにある、請求項12に記載のシステム。
- 前記励起ビームと前記インタロゲーションビームは前記サンプルの前記表面から1mm以内に集光される、請求項1に記載のシステム。
- 前記励起ビーム又は前記インタロゲーションビームの少なくとも一方は、前記サンプルの前記表面の下の1μmを超える深さに集光される、請求項1に記載のシステム。
- 前記光学系は、前記励起ビームを第一の焦点に、前記インタロゲーションビームを第二の焦点に集光し、前記第一及び第二の焦点は前記サンプルの前記表面より下にあり、
前記第一又は第二の焦点の少なくとも一方は、前記サンプルの前記表面の下の、前記励起ビーム及び前記インタロゲーションビームのそれぞれの少なくとも一方の集光領域を超える深さにある、請求項1に記載のシステム。 - 前記励起ビームと前記インタロゲーションビームの横方向の分離は前記サンプル内で1mm未満である、請求項1に記載のシステム。
- 前記励起ビームの焦点は横方向に前記インタロゲーションビームの集光領域内にあり、又は前記インタロゲーションビームの焦点は横方向に前記励起ビームの集光領域内にある、請求項1に記載のシステム。
- 前記検出器は干渉計である、請求項1に記載のシステム。
- 前記検出器は非干渉計検出器である、請求項1に記載のシステム。
- 前記サンプルの構造を、前記サンプルを保持するガラス窓を通じてイメージングするように構成される、請求項1に記載のシステム。
- 第一の波長板及び第二の波長板と、
第二のビームスプリッタ及び第三のビームスプリッタと、ここで、前記第二のビームスプリッタ及び前記第三のビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタであり、
折り返しミラーと、
をさらに備え、
前記第一の波長板、前記第二の波長板、前記第二のビームスプリッタ、前記第三のビームスプリッタ、及び前記折り返しミラーは、主励起経路と前記光学遅延ラインの経路との間にある、請求項2に記載のシステム。 - ハンドヘルドイメージングプローブであって、
請求項1に記載のSS-PARSと、
偏波保持光ファイバと、
連結可能なスキャニングヘッドと、
を備えるハンドヘルドイメージングプローブ。 - 内視鏡であって、
請求項1に記載のSS-PARSと、
偏波保持光ファイバと、
を備える内視鏡。
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