JP4870356B2 - 組織を測定するための高波数ラマン分光法の使用 - Google Patents
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Description
アテローム性動脈硬化症は、世界の大部分における重要な死因である。従って、血管内に発生するプラークについての情報を得るための多くの技術が開発されてきた。血管造影法、磁気共鳴映像法、血管内超音波、および光学的干渉性断層撮影法などの撮像技術は、プラークまたは血管閉塞の位置に関し、およびプラークの形態または内部構造についての情報をもたらす。しかし、これらでは、プラークの分子組成の詳細な生体内分析はできない。プラークの分子組成についての知識は、たとえば急性の心臓イベントの危険度を決定するために重要である。いわゆる安定なプラークと脆弱なプラークは、区別されており、脆弱なプラークは、このような急性の、たいてい致命的なイベントを生じ得ると考えられている。このようなイベントは、プラークの薄い線維性被膜が破裂して、プラークの脂質プールの内容物が血流と接触して、動脈の血栓形成および閉塞に至ることによって誘発される。
本発明は、レーザー、ラマン・シグナルを測定するためのシグナル検出ユニット、および光ファイバー・プローブを含む機器であって、前記光ファイバー・プローブは、前記組織にレーザー光を向けるための、および前記組織によって分散される光を集めて、前記集めた光を前記組織から前記シグナル検出ユニットの方へ導くための1つまたは複数の光ファイバーを含み、前記ファイバーは、コア、クラッディング、および選択的にコーティングを含み、光を集めるための前記ファイバーまたはファイバー群は、実質的に2500〜3700cm-1スペクトル領域の1つまたは複数の部分のラマン・シグナルを有さず、前記検出ユニッストは、前記スペクトル領域の組織によって散乱されたラマン・シグナルを記録する装置および機器の使用を提供する。
本発明は、レーザー、ラマン・シグナルを測定するためのシグナル検出ユニット、および光ファイバー・プローブを含む機器の使用であって、前記光ファイバー・プローブは、前記組織にレーザー光を向けるための、および前記組織によって分散される光を集めて、前記集めた光を前記組織から前記シグナル検出ユニットの方へ導くための1つまたは複数の光ファイバーを含み、前記ファイバーは、コア、クラッディング、および選択的にコーティングを含み、光を集めるための前記ファイバーまたはファイバー群は、実質的に2500〜3700cm-1スペクトル領域の1つまたは複数の部分のラマン・シグナルを有さず、前記検出ユニッストは、前記スペクトル領域の組織によって散乱されたラマン・シグナルを記録する使用に関する。
-本発明に従った機器を使用することと、
-ファイバーの遠位端で、組織がない状態で測定を行うことと、
-ファイバーの遠位端で、組織がある状態で測定を行うことと、
-ファイバーが組織のラマン・シグナルを測定するために適していることを結論づけることと、
を含む方法に向けられる。
この実験は、アテローム硬化型プラークを研究するための、本発明のスペクトル領域におけるラマン分光法の可能性を記載してある。
全てのデータを処理するために、Matla b6.1 version R12(Mathworks Inc., Natick, MA)を使用した。
主要成因分析(PCA)に続きK-平均法クラスター解析(KCA)を使用して、非主観的な方法で、かつ動脈試料の形態および組成についての事前の知識を想定することなく、それぞれの組織試料内のラマン・スペクトルの不均一性を決定した。このクラスター解析のアルゴリズムを使用して、同様のスペクトル特性(クラスター)を有するスペクトル群を見いだした。簡単には、ラマン・シグナルの絶対強度のバリエーションのあらゆる影響を減弱させるために、および組織からのわずかな自己蛍光によってわずかにゆっくりと変動するシグナル・バックグラウンドを補正するために、基準化した第1の誘導体のスペクトル(2700〜3100cm-1)に対して解析を行った。最初に、PCAをラマン・スペクトルで行い、スペクトル・データセットの相違を表すために必要なパラメーターの数を直交化し、かつ減少させた。最初の100の主成分を算出すると、典型的にはシグナル相違の99%までを占めた。それぞれのスペクトルについて得られたPCスコアをKCAのための入力として使用した。スペクトルがKCAによってグループ化されるクラスターの数は、使用者によって定義される。KCAの後、特定のグレートーン(grey-tone)をそれぞれのクラスターに割り当てた。次いで、ラマン・マップのそれぞれの格子エレメントには、そのスペクトルが属した特定のクラスターのグレートーンを割り当てた。このような方法で、同様のスペクトルを有する領域は同じグレートーンを有する凍結切片のグレートーン・イメージを作製した。最後に、それぞれのクラスターの平均したラマン・スペクトルを算出した。
異なるグレートーンを有する組織格子の位置は、分子組成に有意な相違を示す。
この実験は、癌組織を研究するための、本発明のスペクトル領域におけるラマン分光法の可能性を記載してある。
この実験は、癌組織を研究するための、本発明のスペクトル領域におけるラマン分光法の可能性を記載してある。
図6は、以下を含む特徴的なラマン測定および解析のセットアップを図式的に示す:レーザー100、連結光学部品110(これにより第1の光路105に続いてレーザー光が光ファイバー・プローブ120に連結されており、これが調査下でレーザー光を組織130に導き、かつ組織によって散乱される光を集めて、これを連結光学部品110に導き戻す)、フィルター140(これは、組織130からのラマン散乱光の光路145を作製し、レーザー100からのレーザー光に関して波長がへんかされる)、光路145のレーザー光と同じ波長の残りの光を強力に減弱させるための充填材150、複数の波長でラマン散乱された光の強度を測定する測定ユニット160、測定ユニット160に電子的に連結され、かつ測定した強度を記憶するシグナル記憶装置170、並びにシグナル解析装置180(シグナル記憶装置170に物理的に連結していてもよく、もしくはしていなくてもよく、またはシグナル記憶装置170と一致していてもよく、かつ測定されたシグナルを解析して、例えば組織130の分子組成に関する情報を提供するか、または組織を分類すること、たとえば組織が属する臨床的な診断の分類を決定することができる)。系は、特定の組織に遭遇したときに、聞き取れるか、または目に見えるシグナルを与えるユニットを含むことができる。本発明は、この配置に限られず;当業者であれば、彼の知識に従って望ましい、または必要である成分を変更し、および/または選ぶことができる。
この実験は、高波数-ラマン分光学を使用する組織解析を成し遂げるための工程を記載してある。本工程は、種々の方法で実行されるであろう(従って、下記の工程の詳細は、例証として与えられ、いかなる形であれ限定することは意味されない):
1)組織を光ファイバーによって照らし、組織によって散乱される光を同じ光ファイバーによって集める。
2)集めた光のラマン・スペクトルをシグナル強度、対、検出器チャンネル番号の形態で記録する。
3)測定されたスペクトルを最終的な解析の前に前処理し、この前処理工程は、検出器チャネルの波数の較正、波数依存的なシグナル検出効率を変化させるための補正、ラマン測定系のどこかで生じ、しかし調査下での組織によるものではないバックグラウンド・シグナルの寄与に対する測定されたスペクトルの補正を含んでもよい。
4)前処理スペクトルの解析。例として、古典的な最小2乗法解析(その際に測定されたスペクトルを、全体の組織スペクトルに対して検出可能な寄与を有するのに十分な量で組織に存在するであろうことが知られている化合物のスペクトルにフィットさせる)、たとえば試料中で励起された蛍光によるものであろう、ラマン・スペクトルに対するゆっくりと変化するバックグラウンドを考慮して至適にフィットさせることもできる係数を有する多項式を使用してもよい。化合物-スペクトルについて同量のこれらの化合物を含む試料のスペクトルのフィットから生じるフィット係数が同じであるような方法で組織スペクトルをフィッティングする前に化合物-スペクトルを強度計測すると、実際には異なる効率が異なる組織体積からのシグナルの収集のために適用されてもよく、また組織が分子組成において不均一であってもよいという事実とは別に、フィット係数の値は、組織が十分に均一である条件で組織に存在するそれぞれの化合物の重量百分率に直接的な関係がある。
図7は、図6に従ってラマン・セットアップで測定した脂質の混合物のスペクトル(A)を示す。特には、レーザー100は、720μmでレーザー光を放射するti-サファイア-レーザー(model 3900S、SpectraPhysics、USA)であった。フィルター140は、カスタムメイドの誘電性のフィルター(Omitec, UKによって製造)であり、720μmのレーザー光を透過し、反射光は、850μm以上の波長を有する試料から戻される。入射レーザー光の方向およびフィルター表面に対して正常であるものには、15度の角度が含まれる。レンズ110は、近赤外(×20 PL-FL Nachet、口径数0.35)に使用される顕微鏡目的のものであった。光ファイバー120は、CeramoptecからのWF200/220A光ファイバーであった。フィルター150は、カラー・ガラス・フィルターRG 780(Schott)であった。フィルター150によって透過される光は、100ミクロンのコア直径を有する64の光ファイバーの円形の束に接続された1000ミクロンのコアを有する光ファイバー上にイメージされる。この束の遠位端で、ファイバーは、線形配列に配置され、光はこのような方法で分光計160に導かれている。分光計160は、多チャネルのシグナル検出のための超消耗CCD-カメラ(deep-depleted CCD-camera)を備えているisnagingするRenishaw system PA100イメージング分光計であった。また、光ファイバー・プローブ自体のスペクトル(B、光ファイバーの遠位端に試料が存在することなく得た)およびスペクトルA-Bの差異を示してあり、単一の特性の選択したフィルターを通していない光ファイバーで、アテローム硬化型の病変において遭遇するであろうものと同様の分子組成の試料の高品質スペクトルを得ることができることを図示している。
図9は、ラマン分光法を蛍光およびNlR吸収分光法と組み合わせた態様を図式的に示す。この態様は、図の左側に1つの単一ファイバーおよびファイバー内の反射器を経て連結された励起光を示す。同じかまたはもう一つの反射器を使用して、得られたシグナルから検出のための蛍光光をファイバーの外に切り離す。さらに右には、もう一つの反射器により、試料からのラマン・シグナルを生じさせるためのファイバーにレーザー光を連結する。同じかまたはもう一つの反射器を使用して、検出器に対してファイバーからラマン・シグナルを分離する。図の右側では、NIR供与源のNIR光をファイバーに連結し、同じファイバーによって導き戻されるNIRシグナルを適切な検出器によって測定する。測定は、経時的または同時にすることができる。また、示したファイバーは、ファイバーの束であることもできる。当業者であれば、光学部品、供与源、検出ユニット、その他を彼の目的、測定される組織、または要求される情報に適応させるであろう。
Claims (9)
- 組織のラマン・シグナルを測定するための機器であって、前記機器は、レーザー、ラマン・シグナルを測定するためのシグナル検出ユニット、および光ファイバー・プローブを含み、前記光ファイバー・プローブは、前記組織にレーザー光を向けることと、前記組織によって散乱される光を集めて、当該集めた光を前記組織から前記シグナル検出ユニットの方へ導くこととを両方とも行う1つの光ファイバーまたは複数の光ファイバーを含み、前記ファイバーまたはファイバー群は、コア、クラッディング、および選択的にコーティングを含み、前記ファイバーまたはファイバー群は、2700〜3100cm-1スペクトル領域の1つまたは複数の部分に、当該組織のラマン・シグナルと同じかまたは当該組織のラマン・シグナルよりも小さい強度のラマン・シグナルを有し、前記検出ユニットは、前記スペクトル領域の前記組織によって散乱されたラマン・シグナルを記録し、前記機器は、記録された2700〜3100cm-1のスペクトル領域の1つまたは複数の部分のラマン・シグナルを解析するシグナル分析ユニットをさらに含み、前記分析ユニットは、前記組織の分子組成および/または前記組織が属する臨床的診断の分類に関するデータを出力するアルゴリズムを含む機器。
- 請求項1に記載の機器であって、前記ファイバーまたはファイバー群が、低OH-溶融シリカ・コアを有する機器。
- 請求項1または2に記載の機器であって、前記ファイバーまたはファイバー群が、溶融シリカ・コアおよび溶融シリカまたはTECSクラッディングを有する機器。
- 2700〜3100cm-1の波数間隔に、当該組織のラマン・シグナルと同じかまたは当該組織のラマン・シグナルよりも小さい強度のラマン・シグナルが生じるコーティング材料を使用することによる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の機器。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の機器であって、前記検出ユニットは、蛍光を測定するための検出器および/または近赤外吸収を測定するための検出器も含む機器。
- 請求項5に記載の機器であって、蛍光および/または近赤外吸収の測定は、ラマン・シグナルを得る際にも使用されるファイバーを使用し、さらに前記検出ユニットは、蛍光を測定するための検出器および/または近赤外吸収のための検出器も含む機器。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の機器であって、前記光ファイバー・プローブは、組織領域を測定および/または走査するためのファイバーの束を含む機器。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の機器であって、前記光ファイバーの一部は、前記組織についての付加的情報を提供するカテーテルに組み込まれているか、もしくは組み合わせられているか、または組織試料を得るための手段、組織を治療するための手段、および/または外科的手技に使用される手段を含む機器。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の機器であって、前記光ファイバー・プローブは、1つの単一の光ファイバーを含む機器。
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