与拉曼光谱学有关的诊断仪器和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及特别地但非排他性地用在内窥镜中的将拉曼光谱学用于实时体内组织测量的探头、诊断仪器和方法。
【背景技术】
[0002]拉曼光谱学是一种使用单色光的非弹性或拉曼散射的技术。常规上，单色光源是一种可见或者近红外(“NIR”)范围内的激光器。散射光子的能量响应于改变散射光子的波长的与振动模式的相互作用或者照射的材料中的激发而上移或下移。因此，来自散射光的光谱可以提供关于散射材料的信息。
[0003]已知的是使用NIR拉曼光谱学作为用于表征和诊断若干器官中的癌前和癌细胞以及体内组织的潜在技术。该技术是所希望的，因为它可以是无创或者微创的，不需要活检或者其他组织移除。已知的是使用两个波长范围内的NIR拉曼光谱学。第一个是所谓的指纹(“FP”)范围，具有SOO-lSOOcnT1的波数，因为大量例如来自蛋白质、DNA和脂类含量的高度特异性双分子信息包含在该光谱区内以用于组织表征和诊断。该波长范围的缺点是，当与常用的785nm激光源一起使用时，照射的组织自发荧光，生成强背景(“AF”)信号。此夕卜，在探测器使用光纤链路的情况下，拉曼信号从光纤中的熔融石英散射。特别地，在使用电荷耦合器件(“CCD”)测量散射光谱的情况下，自发荧光信号可能使CCD饱和并且干扰该波长区域中的相对较弱的拉曼信号的检测。
[0004]同样已知的是测量具有范围2800-3700(^1内的波数的相对较高波数范围(“HW”)内的拉曼散射。该波数范围是所希望的，因为强拉曼信号从蛋白质和脂类中的CHJP CH3部分拉伸振动以及水的OH拉伸振动生成，是表征生物组织所希望的。来自组织自发荧光的背景信号以及来自纤维中的熔融石英的拉曼散射在该范围内也是较少的。
[0005]对于实际生物医学和诊断应用而言，为了识别可能的疾病或病理，希望的是可以将拉曼光谱学应用到体内组织，并且尽可能快地生成有用光谱，具有最大的信息量。
[0006]特征性地，初癌或者早期癌症典型地在浅组织层启动，并且当以高精度测试初癌或者早期癌症时，希望的是将捕获的拉曼光子限制为来自例如小于500 μ m的深度的上皮组织或者表面的光子。
[0007]在一些情况下，如上面所讨论的组织自发荧光背景信号可能起源于相对较深的组织。这在特别希望对于表面或者上皮组织执行拉曼组织测量时可能是个问题，其中AF信号可能干扰来自表面组织的相对较弱的拉曼信号。在组织具有若干层的情况下，拉曼光子可能起源于不令人感兴趣的层，从而干扰来自受调查层的光谱。当测试初癌时，对于分光镜希望的是尽可能降低或者排除自发荧光光子和/或来自其他组织层的拉曼光子。
【发明内容】
[0008]依照本发明的第一方面，提供了一种用于诊断仪器的探头，该探头包括传输光纤、多根收集光纤以及将来自传输光纤的光透射到测试部位的透镜，其中收集光纤的端部是成斜面的。
[0009]收集纤维的每个斜面端部可以包括相对于与收集光纤的纵轴垂直的平面成角度的端面。
[0010]该端面可以在背离传输光纤的方向上成角度。可替换地，该端面可以在朝向传输光纤的方向上成角度。
[0011]端面的角度可以在0° -25°范围内。
[0012]端面的角度可以在0° -20°范围内。
[0013]端面的角度可以在10° -15°范围内。
[0014]透镜可以与传输光纤的端面隔开。
[0015]从透镜到传输光纤的端面的距离可以小于1000 μ m。
[0016]收集光纤可以布置成围绕传输光纤的环。
[0017]透镜可以包括球透镜、凸透镜、双凸透镜、轴棱锥透镜、梯度折射率透镜或者由若干透镜组成的透镜系统之一。
[0018]探头可以进一步包括与传输光纤关联的窄带滤波器。
[0019]窄带滤波器可以包括设置在传输光纤的远端、透镜以及位于传输光纤与透镜之间的板之一上的滤波器。
[0020]探头可以进一步包括与收集光纤关联的长通滤波器。
[0021]长通滤波器可以设置在收集光纤的远端、透镜以及位于收集光纤与透镜之间的板之一上。
[0022]依照本发明的第二方面，提供了一种诊断仪器，其包括单色光源以及依照本发明第一方面的探头，使得来自单色光源的光通过传输光纤传输，以及接收来自收集光纤的光的光谱分析设备，该光谱分析设备包括光栅元件，该光谱分析设备进一步包括光感测设备，其中光栅元件被布置成将光衍射到光感测设备的区域上。
[0023]所述诊断仪器可以包括接纳探头的仪器头，其中探头延伸到仪器头的端部之外以便允许将透镜放置成在测量期间与组织直接接触。
[0024]光栅元件可以包括透射光栅和反射光栅之一。
[0025]所述诊断仪器可以进一步包括处理设备，该处理设备可操作来接收来自光感测设备的数据并且生成输出。
[0026]光感测设备可以包括传感器阵列并且数据可以包括像素值。
[0027]可以针对饱和检查数据并且如果发现饱和，则拒绝数据。
[0028]生成光谱可以包括将相应像素划分面元。
[0029]生成光谱可以包括从接收的数据中减去背景信号。
[0030]生成光谱可以包括对接收的数据进行平滑。
[0031]生成光谱可以包括将多项式曲线拟合到平滑的接收数据并且从平滑的接收数据中减去拟合的曲线。
[0032]所述诊断仪器可以可操作来针对污染检查光谱，并且如果光谱有效，则将光谱分类为相应于健康或者异常组织并且相应地生成输出。
[0033]依照本发明的第三方面，提供了一种执行活检的方法，包括使用依照本发明第二方面的诊断仪器，测试组织位置，接收相应于健康或者异常组织的光谱分类，以及如果组织异常，则采取样本。
【附图说明】
[0034]本发明的实施例仅仅通过实例的方式参照附图进行描述，其中:
[0035]图1A为实施本发明的诊断系统的图解说明，
[0036]图1B示出了图1A的内窥镜的仪器头的图解说明，
[0037]图1C为图1A的光谱仪的图解说明，
[0038]图2A为供图1B的仪器头使用的实施本发明的探头的图解说明，
[0039]图2B为供图1B的仪器头使用的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0040]图2C为供图1B的仪器头使用的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0041]图2D为供图2C的探头使用的球透镜的侧视图，
[0042]图2E为供图1B的仪器头使用的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0043]图2F为供图1B的仪器头使用的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0044]图2G为用在图2E和图2F的探头中的板的透视图，
[0045]图2H为供图1B的仪器头使用的、结合了半球透镜的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0046]图21为供图1B的仪器头使用的、结合了半球透镜的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0047]图2J为供图1B的仪器头使用的、结合了双凸透镜的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0048]图2K为供图1B的仪器头使用的、结合了双凸透镜的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0049]图2L为供图1B的仪器头使用的、结合了双凸透镜的实施本发明的另一探头的图解说明，
[0050]图3为供图1B的仪器头使用的已知探头的图解说明，
[0051]图4为示出操作图1A的系统的方法的流程图，
[0052]图5为更详细地示出图4方法的部分的流程图，
[0053]图6为示出探测器内的拉曼散射的光谱，
[0054]图7A为示出包括图3探头的仪器的探头的模拟和测量的效能的曲线图，
[0055]图7B为示出2层组织模型中的拉曼光子的起源的绘图，
[0056]图7C为示出2层组织模型中的拉曼光子的起源的深度的曲线图，
[0057]图8A为利用图2A和图3的探头获得的原始光谱的比较，
[0058]图8B为利用图2A和图3的探头获得的处理的光谱的比较，
[0059]图9为示出在不同的解剖部位处利用图2A和图3的探头获得的拉曼光子对自发荧光光子的比值的曲线图，
[0060]图1OA示出了使用图2的探头捕获的来自正常和异常组织的光谱，
[0061]图1OB示出了用于图9A的正常和异常光谱的主分量载荷，以及
[0062]图1OC为用于区分正常和异常光谱的第一和第二主分量得分的绘图。