JP2022522168A - 組織検出システムおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

組織検出システムおよびその使用方法が提供される。組織検出システムは、人体の対象領域（複数可）における照射を介した蛍光の刺激を容易にし、そのような刺激の目的の視認不能または容易に視認可能ではない目的の領域を検出し、これらの目的の領域を効率的に識別する。組織検出システムは、目的の組織の照射／刺激を容易にするためのプローブ、目的の組織に適用される放射線を生成するための少なくとも１つのエミッタ、および目的の蛍光を発する組織の放射線を捕捉するための少なくとも１つの検出器を採用することができる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／８１０，５１０号、２０１９年３月２５日に出願された同第６２／８２３，２５２号、および２０１９年４月３０日に出願された同第６２／８４０，６０９号の利益を主張しており、これらは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本技術は、概して、人間の目には視認可能ではないか、または容易に視認可能ではないエリア（複数可）を有する人体での目的の外科手術領域を照射および刺激することにより、これらのエリアを検出し、かつこれらのエリアをユーザに効率的に識別させるための組織検出システムおよびその使用方法に関する。

外科手術を含む多くのプロセスでは、人体の領域内の目的のエリア（複数可）は、プロセスを実施する人の目には視認可能ではない場合があるが、これらのエリアは他の手段によって検出可能であり得る。しかしながら、蛍光は、手術の目的のエリア（複数可）を含む人体の領域のエリアを識別するために使用され得る。いくつかの物質は、非可視波長において蛍光を呈し得る。他の目的のエリアは、人間の目とのコントラストが低すぎて容易に視認可能ではない可能性がある。したがって、人体の目的のエリア（複数可）において蛍光を刺激することにより、そのような刺激の目的の対象となる視認不能または容易に視認可能ではないエリアを検出し、かつこれらの目的のエリアを効率的に識別するための組織検出システムおよびその使用方法が必要である。

本開示の技術は、概して、組織検出システムおよびその使用方法に関する。

一態様において、本開示は、手術領域内の蛍光を局所的に刺激し、手術領域内の蛍光エリアを特定するための組織検出システムを提供し、システムは、遠位端を有するプローブであって、遠位端は、手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバであって、少なくとも１つのエミッタは、目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、少なくとも１つのエミッタに結合され、かつプローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバと、少なくとも１つの検出器および少なくとも１つの検出器光ファイバであって、少なくとも１つの検出器は、目的の手術領域内の組織物質からの蛍光を検出するように構成されており、少なくとも１つの検出器光ファイバは、少なくとも１つの検出器に結合され、かつプローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも１つの検出器および少なくとも１つの検出器光ファイバと、エミッタおよび検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、コントローラは、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つの検出器の動作を開始するように構成されており、ユーザインターフェースは、組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を含み、少なくとも１つのエミッタ光ファイバおよび少なくとも１つの検出器光ファイバの遠位端が、プローブの遠位端と併置され、少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、エミッタからの放射線をその遠位端に伝達するように構成され、少なくとも１つの検出器光ファイバは、蛍光に対応する信号を検出器に伝達するように構成される。

別の態様において、本開示は、手術領域内の蛍光を局所的に刺激し、手術領域内の蛍光エリアを特定するための組織検出システムを提供し、システムは、遠位端を有するプローブであって、遠位端は、手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバであって、少なくとも１つのエミッタは、目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、少なくとも１つのエミッタに結合され、かつプローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバと、目的の手術領域における組織物質からの蛍光を検出するように構成されている少なくとも１つのカメラと、エミッタおよび検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、コントローラは、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのカメラの動作を開始するように構成されており、ユーザインターフェースは、組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を含み、少なくとも１つのエミッタ光ファイバの遠位端は、プローブの遠位端と併置され、少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、エミッタからの放射線をその遠位端に伝達するように構成され、少なくとも１つのカメラは、手術領域の上に離間され、少なくとも１つのカメラは、広い視野にわたって蛍光を検出する。

さらに別の態様において、本開示は、組織検出システムを使用する組織検出および手術の方法を提供し、方法は、組織検出システムのプローブの遠位端を、目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けることと、少なくとも１つのエミッタを使用して放射線を発生することであって、少なくとも１つのエミッタは、少なくとも１つのエミッタ光ファイバに接続されており、少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、プローブの少なくとも一部を通ってプローブの遠位端まで延在している、生成することと、放射線を、少なくとも１つのエミッタ光ファイバを通って、目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けられているプローブの遠位端に伝達することと、プローブの遠位端にある少なくとも１つのエミッタからの放射線を使用して、目的の組織物質の蛍光を刺激することと、少なくとも１つの検出器を使用して刺激された蛍光を検出することであって、少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つの検出器光ファイバに接続されており、少なくとも１つの検出器光ファイバは、プローブの少なくとも一部を通ってプローブの遠位端まで延在している、検出することと、検出され、刺激された蛍光を使用して、目的の組織物質を識別することと、目的の組織物質を識別した後、手術中に、的の組織物質を除去することと、を含む。

本開示の１つ以上の態様の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。本開示に記載される技術の他の特徴、目的、および利点は、本明細書および図面から、ならびに特許請求の範囲から明らかになるであろう。

患者とユーザとの関係で組織検出システムを示す組織検出システムの概要であり、患者の内部エリアが拡大され、内部エリアの場所が参照用に示されている。 組織検出を説明する部分的なブロック図である。 図２Ａの組織検出システムのプローブの拡大された遠位端を示す図である。 組織検出システムで使用される内視鏡プローブを示す透視写真図である。 図３Ａの内視鏡プローブの拡大された遠位端を示す図である。 カメラが使用される組織検出システムの概要であり、患者とユーザとの関係で組織検出システムおよびカメラを示し、患者の内部エリアが拡大され、参照用に内部エリアの場所が示されている。 カメラおよび対応するレンズの使用を示す組織検出システムのブロック図である。 近赤外線カメラおよび対応するレンズの使用を示す組織検出システムのブロック図である。 組織検出のための方法を示すフローチャートである。 組織検出を容易にするための較正方法を示すフローチャートである。 ピクセルごとの復調を伴う近赤外線カメラを使用する組織検出システムのブロック図である。 カメラおよび近赤外線カメラを使用した、ピクセルごとの復調を伴う組織検出システムのブロック図である。

以下に説明するように、人体の目的のエリア（複数可）の照射を介して蛍光を刺激し、そのような刺激の目的の視認不能または容易に視認可能ではないエリアを検出し、これらの目的のエリアを効率的に識別するためのデバイスおよび方法が提供される。組織検出システムおよび組織検出システムの使用方法は、そのような刺激、検出、および識別を容易にするために使用される。以下で論じるように、組織検出システムの実施形態は、目的の組織における蛍光を刺激し、それらの目的の組織からの蛍光を迅速かつ便利に検出するために使用される。

組織検出システムのいくつかの実施形態において、刺激および検出が限定された領域で行われるように、エミッタおよび検出器は、目的のエリア（複数可）の潜在的に蛍光を発する組織物質と直接接触またはほぼ接触して配置され得る。説明のために、エミッタおよび検出器は、光ファイバを使用してまたは使用せずに、プローブから分離するか、またはプローブの一部にすることができ、プローブは、エリア（複数可）内に接触して位置付けられるか、または接近して近接させられることができ、エリア（複数可）における蛍光はエミッタで刺激される可能性があり、そのような蛍光が閾値を超えた場合、エリア（複数可）における蛍光を検出器で検出することができる。いくつかの実施形態において、放出および検出は、例えば副甲状腺組織における蛍光を刺激および検出するために選択することができる近赤外線（ＩＲ）スペクトル帯域にある。

副甲状腺物質を頸部領域の甲状腺物質または他の組織から区別するために自己蛍光を使用する方法は、米国出願第１３／０６５，４６９号に記載されており、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。米国出願第１３／０６５，４６９号は、視認可能な範囲のすぐ外側にある約７８５ｎｍの狭い波長範囲の放射線にさらされると、甲状腺と副甲状腺との両方が８００ｎｍを超え、場合によっては８２２ｎｍを中心とする波長範囲で自己蛍光を発することを開示している。８００ｎｍを超える波長範囲も視認可能ではなく、副甲状腺物質の蛍光強度は、甲状腺物質の蛍光強度よりも大幅に高くなる。

蛍光の相対量のこの違いは、手術のためになる組織（例えば、副甲状腺物質、甲状腺物質、および頸部領域の他の組織）を区別するために使用され得る。説明のために、副甲状腺物質の一般的な場所はわかっていても、副甲状腺物質は手術のために視覚的に十分に正確に区別することが難しく、副甲状腺物質の識別を必要とする外科的処置では問題になる可能性があり得る。

本明細書に開示される組織検出システム１０、１０’、および１０”、ならびに組織検出システム１０、１０’、および１０”の使用方法は、組織の識別を必要とする外科的処置に適用可能であり得る。組織検出システム１０、１０’、および１０”を使用して、例えば、副甲状腺物質、甲状腺物質、および頸部領域の他の組織などの組織を識別して、手術中の除去を容易にすることができる。言い換えれば、組織検出システム１０、１０’、および１０”による組織の識別は、組織の肯定的または否定的な識別を使用して組織物質を識別することを可能にする。識別されると（肯定的または否定的な識別を介して）、組織物質は手術中に除去され得る。

図１に示されるように、組織検出システム１０は、プローブ１００、コントローラ１４０、およびユーザインターフェース１５０を含む。コントローラ１４０およびユーザインターフェース１５０は、互いに組み合わせるか、または互いに分離することができ、コントローラ１４０および／またはユーザインターフェース１５０は、例えば、組織検出システム１０を使用して作成されたビデオのような画像を表示するためのディスプレイ（図５Ａおよび図５Ｂからのディスプレイ２１０など）を含むことができる。

図１に示されるように、プローブ１００は、手術台１６０に受け入れられた患者Ｐに対して、操作者Ｏによって位置付けられ得る。図１は、手術中に操作者Ｏによって位置付けられて、患者Ｐの副甲状腺物質３００などの潜在的に蛍光を発する組織物質に接触するか、または接近して近接させられるプローブ１００を示す。したがって、本開示の実施形態によれば、組織検出システム１０は、手術中に患者Ｐの露出した内頸部領域の副甲状腺物質３００を（肯定的または否定的な識別を介して）検出するために使用され得る。

副甲状腺物質３００の識別は、操作者Ｏ、例えば、外科医、看護師、外科助手、または他の手術室の個人が、組織検出システム１０を使用して、目的のエリア（複数可）が目で見られ得ない、目的のエリア（複数可）での手術の実施を容易にすることができるプロセスの例である。副甲状腺物質の識別の場合、副甲状腺物質は近赤外線で蛍光を発するため、視認可能ではない。隣接する甲状腺物質などの蛍光強度は、副甲状腺物質の蛍光強度とは異なる。したがって、副甲状腺物質である組織物質（肯定的な識別）と副甲状腺物質ではない組織物質（否定的な識別）とを識別することができる。したがって、プローブ１００をコントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０と組み合わせて使用することで、目的の領域を触覚的に識別し得る。刺激および検出を含む副甲状腺組織に好適な特定のパラメータについて以下で説明するが、開示されている基本的な概念は、蛍光が刺激され得る他のアプリケーションに適用され得る。

図２Ａは、組織検出システム１０の追加の要素を示している。プローブ１００は、いくつかの実施形態では、管状の形状または便利に手持ち式であり、金属、プラスチック、および／またはとりわけ複合体を含む様々な可能な物質で作製することができるいくつかの他の形状であり得る１つ以上のプローブ本体１３０を含み得る。

図２Ａに示されるように、単一のプローブ本体１３０が提供され、組織検出システム１０はまた、エミッタ光ファイバ（複数可）１１５に結合されたエミッタ（複数可）１０５および検出器光ファイバ（複数可）１２０に結合された検出器（複数可）１１０をそれぞれ含む。エミッタ１０５は、回転および／またはデバイス選択を介して目的の領域の蛍光を刺激するように、選択された波長で放射線を放出するように構成され得、光学要素１２５を提供して、フィルタリングを介してエミッタ１０５から放出される放射線をより低くまたはより高く変更することができる。さらに、検出器１１０は、プローブ１００によって捕捉された放射線を処理するように構成される。副甲状腺物質の識別の場合、エミッタ１０５（光学要素１２５の使用の有無にかかわらず）は、副甲状腺物質の自己蛍光を容易にするために約７８５ｎｍの波長で放射線を放出し、検出器１１０は、プローブ１００によって捕捉された、副甲状腺物質が自己蛍光した８０８～１０００ｎｍの範囲の波長である放射線を処理するために構成される。

エミッタ１０５および検出器１１０は、プローブ本体１３０から分離するか、またはその一部とすることができる。プローブ本体１３０は、遠位端１３５を含み（図２Ｂ）、エミッタ光ファイバ（複数可）１１５の少なくとも一部は、少なくともプローブ本体１３０を通って延在し、エミッタ１０５からプローブ本体１３０の遠位端１３５への放射線の伝達を容易にし、検出器光ファイバ（複数可）１２０の少なくとも一部は、少なくともプローブ本体１３０を通って延在し、プローブ本体１３０の遠位端１３５から検出器１１０への放射線の捕捉および伝達を容易にする。図２Ｂに示されるように、エミッタ光ファイバ（複数可）１１５および検出器光ファイバ（複数可）１２０は、プローブ本体１３０の遠位端１３５で終端することができる。しかしながら、複数の束ねられたプローブ本体における複数のファイバなどの他の配設もまた好適であり得る。いずれの場合でも、放出および検出ファイバは、プローブ本体１３０の遠位端１３５で一緒に終端するか、または互いに接近することができる。

コントローラ１４０は、エミッタ１０５からの放射線の伝達を制御し、検出器１１０での放射線の検出を制御するために使用することができ、ユーザインターフェース１５０は、コントローラ１４０と相互作用し、かつその動作を制御するために使用され得る。使用中、エミッタ１０５（コントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０を使用する制御を介して）は、光学要素（複数可）１２５（１つまたは複数の光学レンズおよび／またはフィルタなどのような）とともに、エミッタ光ファイバ（複数可）１１５を通ってプローブ本体１３０の遠位端１３５まで蛍光を刺激するために照射するように、選択された放射線を送達するように構成される。使用中、検出器１１０（コントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０を使用する制御を介して）は、光学要素（複数可）１２５とともに、検出器光ファイバ（複数可）１２０を通ってプローブ本体１３０の遠位端１３５に収集された放射線を検出するように構成される。光学要素（複数可）１２５が図２Ａのプローブ本体１３０の端部に提供されるが、ファイバ結合におけるフィルタリングのための他の配設、またはエミッタおよび検出器自体が可能である。さらに、ユーザインターフェース１５０は、例えば、エミッタ１０５および検出器１１０からの照射の放出および蛍光の検出をそれぞれ開始するための手または足スイッチの形態のスイッチ（図示せず）を含み得る。さらに、好適な蛍光信号が検出されたことを示す音声および／または視覚的表示があり得る。

手術での使用中、プローブ本体１３０の遠位端１３５は、体内の目的の領域の潜在的に蛍光を発する組織物質と物理的に接触またはほぼ接触（すなわち、少なくとも１～２ｃｍ以内）し、ユーザインターフェース１５０を介した操作者Ｏは、プローブ本体１３０の遠位端１３５が目的の領域の表面と接触しているか、またはほぼ接触している場合、放出および検出の両方を実行するようにコントローラ１４０に指示する。次に、目的の組織について検出された蛍光信号を、参照組織についての閾値蛍光信号と比較して、検出された蛍光信号が参照組織の存在を示しているか否かを判定する。エミッタ光ファイバ（複数可）１１５および検出器光ファイバ（複数可）１２０は、プローブ本体１３０の遠位端１３５において、およそファイバ端（複数可）のサイズの小さなエリアで終端し、この小さなエリアが表面に接触している、またはほぼ接触している場合、照射／刺激および検出にさらされるエリアは非常に小さいため、目的の組織の正確な特定を可能とする。

副甲状腺物質の識別の場合、エミッタ１０５は、固体レーザ、レーザダイオード、または他の好適な光源などの狭帯域光源であり得、光学要素（複数可）１２５を使用する調整、デバイス選択、および／またはフィルタリングの組み合わせを介するその放射線出力波長は、７８５ｎｍ、またはほぼその付近の狭帯域にある。検出器１１０は、アバランシェフォトダイオードまたは他の近赤外検出器またはＩＲ検出器の２Ｄアレイであり得、これは、波長が光源波長よりも高い（例えば、８００ｎｍを超え、８０８～１０００ｎｍの範囲の）放射線が検出されるように、例えば、（光学要素（複数可）１２５の）ハイパス（またはロングパス）光学フィルタを使用する復調と協調して使用され得る。エミッタ１０５によって出力される放射線波長（光学要素（複数可）１２５を使用する調整、デバイス選択、および／またはフィルタリングの使用を介して）は、他の組織物質の識別を容易にするために、副甲状腺物質３００の識別に使用されるものよりも低くまたは高く変更され得る。

プローブ本体１３０（エミッタ光ファイバ（複数可）１１５および検出器光ファイバ（複数可）１２０が終端するところ）の遠位端１３５の小さなエリアで目的の領域の表面に接触することの有利なことの１つは、手術室の場合、かなりの量の近赤外線成分を有する可能性があり得るので、光信号が周囲光の影響を受けないことである。そのような周囲光に対する耐性は、エミッタ放射を変調し、ロックイン検出またはＦＦＴ（高速フーリエ変換）技術などの位相ロック技術を使用して蛍光信号を収集することによってさらに増加させることができる。

図３Ａに示されるように、組織検出システム１０または少なくともプローブ１００は、内視鏡プローブ１７０と統合され得る。この配設において、内視鏡プローブ１７０は、内視鏡カメラ１７５、内視鏡プローブ本体１８０を含み、エミッタ光ファイバ（複数可）１１５および検出器光ファイバ（複数）１２０は、少なくとも内視鏡プローブ本体１８０の遠位端１９０（図３Ｂ）で、内視鏡プローブ本体１８０にもたらされ、内視鏡光学系１８５と統合される。内視鏡プローブ本体１８０は、遠位端１９０で終端するそれを通って延びる管腔１９５を含み、内視鏡カメラ１７５は、管腔１９５を介して遠位端１９０に隣接する目的の領域を視覚化することができる。これは、内視鏡プローブ本体１８０の遠位端１９０を配置するように、ガイドとして内視鏡カメラ１７５を使用してプロービングを行うことを可能にし、それに応じて、外科的に開く必要があるはるかにより小さなエリアの使用をサポートする。

組織検出システム１０を使用するプロービングは、図４に示されるように、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用することができる外部カメラ２００を使用することによって強化され得る。組織検出システム１０とともに外部カメラ２００を使用することは、組織検出システム１０の動作を視覚によって指示するのとは対照的に、増加した照射および明瞭さを提供し得る。なぜなら、外部カメラ２００は、より広い視野にわたって潜在的に蛍光を発する組織物質を指し示すことができるからである。組織検出システム１０およびプローブ１００のみを使用する場合、潜在的に蛍光を発する組織物質の潜在的な候補を目で識別する必要があるが、プローブ１００の使用は、潜在的な候補の蛍光を介した確認情報の提供を容易にする。外部カメラ２００をプローブ１００と組み合わせて使用することにより、外部カメラ２００によって提供される画像化エリアを使用して、より広い視野にわたって潜在的に蛍光を発する組織物質の候補を識別することができ、次に、プローブを、潜在的に蛍光を発する組織物質の表面に接触またはほぼ接触させることにより、プローブ１００を、潜在的に蛍光を発する組織物質の候補の各々から取得した蛍光情報を介して確認のために使用することができる。外部カメラ２００は、有用であるが決定的ではない可能性がある画像コントラストレベルを提供し、一方、プローブ１００は、潜在的に蛍光を発する組織材料の各々において、高感度かつ定量的な測定を提供するために使用することができ、プローブ本体１３０の遠位端１３５は、それと接触またはほぼ接触するように位置付けることができ、蛍光の決定的な指標を取得および測定することができる。したがって、組織検出システム１０およびプローブ１００の使用を外部カメラ２００と組み合わせることは、最も高い蛍光のエリア（複数）を識別するための強力な解決策を提供することができる。

図５Ａは、内視鏡カメラ１７５、外部カメラ２００、またはその他を含むカメラを使用する組織検出システム１０の別の配設を概略的に示しており、カメラ光学系２０５（１つ以上の光学レンズおよび／またはフィルタなどのような）およびディスプレイ２１０（コンピュータモニタ／スクリーンなど）がプローブ１００およびコントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０を使用する組織検出システム１０とともに使用される。図５Ａには示されていないが、エミッタ１０５は、コントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０の間に挿入され得、コントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０は、内視鏡カメラ１７５、外部カメラ２００、およびディスプレイ２１０の動作を制御するために使用され得る。さらに、ディスプレイ２１０は、コントローラ１４０および／もしくはユーザインターフェース１５０から分離されるか、またはそれらと統合され得る。

図５Ｂは、代替的なプローブ２２０および代替的なカメラ２２５の実施形態を使用する組織検出システム１０のさらに別の配設を概略的に示し、プローブ２２０は、照射のみを提供し、検出は、カメラ２２５によるものである。プローブ２２０は、操作者Ｏによって潜在的に蛍光を発する組織物質の表面と接触またはほぼ接触するように位置付けられ得る手持ち式の可撓性照射プローブである。さらに、カメラ２２５は、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用される。図５Ｂには示されていないが、エミッタ１０５は、コントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０の間に挿入され得、コントローラ／ユーザインターフェース１４０／１５０は、カメラ２２５およびディスプレイ２１０の動作を制御するために使用され得る。さらに、ディスプレイ２１０は、コントローラ１４０および／またはユーザインターフェース１５０から分離されるか、またはそれらと統合され得る。

プローブ２２０は、潜在的に蛍光を発する組織物質と、または蛍光が励起されている組織に対して任意の所望の角度で、接触もしくはほぼ接触させることができる。プローブ２２０の使用は、照射が通常到達しない目的の領域の照射／刺激を可能にする。しかしながら、目的の組織で刺激された蛍光は、プローブ本体１３０に組み込まれた検出器光ファイバ（複数可）１２０では見るのが難しい場合がある。この例は、蛍光が通常弱すぎて検出器光ファイバ（複数可）１２０で検出することができない表面下領域であり得る。他の例は、検出器光ファイバ（複数可）１２０の視野の境界または境界のすぐ外側で組織物質を蛍光することであり得る。プローブ２２０は、光源を目的の領域に近づけ、それは次に、放出される蛍光を増加させ、カメラ２２５がそれを見るおよび捕捉することを可能にする。外部カメラ２２５は、目的の領域全体を含むより広い視野にわたって潜在的に蛍光を発する組織物質を指し示すことができる。プローブ２２０は、そこからの放射線の透過を最大化するように選択された照射ファイバのみ、およびわずか１本のファイバを含むことができる。この照射ファイバ（複数可）はまた、その端部（複数可）（最終的には組織に向けられる）に１つ以上のレンズおよび／またはフィルタなどを有し得、これは、照射に応答してファイバ物質によって放出されるいずれの蛍光も排除することができる。

照射／刺激が手持ち式照射プローブ２２０で達成されるが、検出は、例えば、カメラ２２５を使用して、目的の領域全体の画像を見ることによって達成される場合、例えば、手術室の照明からの背景光の問題は、照射および検出の両方がプローブ１００の遠位端１３５で達成される場合とは異なる。カメラ２２５は、本質的に、並列の複数の検出器と同等であり、蛍光のエリアは、画像化されたエリア内のどこにあってもよいので、上記の復調技術を直接適用することはできない。

図６は、組織検出システム１０を使用するための方法の一実施形態を示している。まず、２０において、プローブ１００が提供され、プローブ１００は、プローブ本体１３５の遠位端までそれを通って延在するエミッタ光ファイバ（複数可）１１５と、検出器光ファイバ（複数可）１２０と、を含む。２２において、操作者Ｏは、プローブ本体１３０の遠位端１３５が潜在的に蛍光を発する組織物質の表面と接触、またはほぼ接触しているという指標（視覚的またはその他）を受信する。２４において、潜在的に蛍光を発する組織物質は、光学要素（複数可）１２５およびエミッタ光ファイバ（複数可）１１５を介したエミッタ１０５からの放射線で照射される。２６において、蛍光（もしあれば）は、光学要素（複数可）１２５および検出器光ファイバ（複数可）１２０を介して検出器１１０によって検出される。２８において、コントローラ１４０および／またはユーザインターフェース１５０は、検出器１１０によって検出された蛍光が閾値を超えた場合に指標を提供することができる。ステップ２４、２６、および２８はまた、本明細書に開示される他の実施形態を用いて実施することができる。

図７は、組織検出システム１０を較正するために使用される方法の一実施形態を示す。まず、３０において、プローブ本体１３０の遠位端１３５は、潜在的に蛍光を発する組織物質の表面上の様々場所に位置付けられる。３２において、それぞれ、エミッタ１０５および検出器１１０を使用する放出および検出が、様々な場所の各々で開始される。検出された蛍光（もしあれば）に対応する検出された蛍光信号は、コントローラ１４０によって取得される。３４において、コントローラ１４０は、所定の範囲外にある検出された蛍光信号に対応するいずれのデータも破棄する。３６において、閾値レベルは、対応する検出された蛍光信号の残りのデータから統計的に導出される。したがって、そのような較正を使用して、潜在的に蛍光を発する組織物質および潜在的に蛍光を発する組織物質とは明らかに異なる他の組織の閾値レベルを取得することができる。これらの閾値レベルは、比率を計算するために使用することができ、コントローラ１４０および／またはユーザインターフェース１５０は、比率が閾値比率よりも低いかまたは高い場合、指標を提供することができる。ステップ３２、３４、および３６はまた、本明細書に開示される他の実施形態を用いて実施することができる。

図８を参照すると、概して数字１０’によって参照される組織検出システムの代替的な実施形態が示されている。組織検出システム１０’は、固体レーザ、レーザダイオード、または選択された波長で放射線を放出するように構成することができる他の好適な光源などのエミッタ２３０（エミッタ１０５と同様であり得る）を含み、そのエミッタは放出される放射線をより低くまたはより高く変更するために、変調器２３５によって変調され得る。変調器２３５は、チョッパ、ポッケルセル、音響光学変調器、または他の光変調装置などの様々なタイプのものであり得る。変調されたエミッタ信号は、エミッタ２３０から変調器２３５を介してプローブ２４０（代替的なプローブ２２０と同様であり得る）に送達され、プローブ２４０からの変調されたプローブ信号は、目的の領域に適用される。その後、カメラ光学系２５０（１つ以上の光学レンズおよび／またはフィルタなどのような）の使用の有無にかかわらず、近赤外線カメラ２４５が目的の領域を見る。近赤外線カメラ２４５は、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用することができる。近赤外線カメラ２４５からの信号は、復調器２５５からの復調信号がディスプレイ２６０に渡される前に、変調器２３５からの変調器周波数を入力として使用することもできる復調器２５５を通過することができる。ディスプレイ２１０と同様に、ディスプレイ２６０は、コントローラ１４０および／またはユーザインターフェース１５０から分離するか、またはそれらと統合され得る。

復調器２５５は、グラフィックスまたはゲームプロセッサなどの高速デジタルプロセッサ、または多数の高速並列処理アルゴリズムを実施することができるＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）の形態であり得る。近赤外線カメラ２４５からの画像の連続するフレームは、ピクセルごとの復調機能の対象となり、すなわち、各ピクセルは、復調器による高速並列プロセッサによって復調される。ピクセルごとの復調機能には、変調周波数へのデジタルロックインまたはフーリエ変換復調が含まれ得る。

復調されたビデオフレームのローリングウィンドウは、復調器２５５からの表示のためにディスプレイ２６０に連続的に渡され得、その結果、わずかな起動遅延が発生し、変調されたプローブ信号によって刺激された放射光のゲインが非常に高く、例えば手術室の照明からの背景照明が大幅に除去されるリアルタイム復調ビデオが生成され得る。

一実施形態において、近赤外線カメラ２４５は、近赤外線カメラ２４５のカメラ撮像アレイ内の各検出器によって検出された蛍光に直接対応する出力を含み得る。この場合、検出された蛍光の輝度値をピクセルごとに解析し、復調機能を復調器２５５の高速デジタルプロセッサで並行して実施することができる。一実施形態において。Ｎｖｉｄｉａ Ｔｅｇｒａプロセッサは、ビデオレートで数百ピクセルを並列に解析してデジタルロックイン動作を実施するようにプログラムすることができる。

図９において、数字１０”によって参照される組織検出システムの代替的な実施形態が示されている。組織検出システム１０”は、組織検出システム１０’に類似しているが、組織検出システム１０”は、代わりに、両方が同一の目的の領域を画像化する、標準のビデオカメラ２７０（カメラ光学系２０５を採用することができる）および近赤外線カメラ２７５（カメラ光学系２５０を採用することができる）を採用することができる。近赤外線カメラ２７５は、目的の蛍光組織からの放射線を捕捉するための検出器として使用することができる。この実施形態において、ピクセルロックインは、復調器２５５による近赤外線カメラ２７５からの出力に対して実施され、所定の基準を満たすピクセルは、最終的にディスプレイ２６０に表示される画像に蛍光を示すピクセル用の標準ビデオカメラ２７０からビデオのハイライトを生成するために、復調器２５５による標準ビデオカメラ２７０からの出力と混合される。

実施形態の様々な態様は、ソフトウェアルーチンを実行するコンピューティングデバイス、例えば、コンピュータおよび個人用電子デバイスを含むデバイス、ならびにプログラム可能な電子機器、論理回路、および他の電子実装を含み得る処理要素およびメモリの任意の組み合わせを含み得る。レーザ、ＬＥＤ、および他の光源、フィルタ、レンズ、ミラー、ビームスプリッタなどを含む光学要素の様々な組み合わせを採用することができる。本明細書に記載の光学的、電子的、および処理の実施形態の詳細は例示であり、同様の要素の他の組み合わせを使用する代替的なアプローチを使用して本質的に同じ方法で同じ結果を達成することができるので、限定することを意図しない。

本明細書で開示される様々な態様は、説明および添付の図面に具体的に提示される組み合わせとは異なる組み合わせで組み合わせることができることを理解されたい。本明細書に記載のプロセスまたは方法のいずれかの特定の行為または事象は、実施例に応じて異なる順序で実施されてもよく、追加、併合、または完全に省略されてもよい（例えば、すべての記載された行為または事象は、本技法を実行するために必要ではない場合がある）ことも理解されたい。加えて、本開示の特定の態様は、明確にするために単一のモジュールまたはユニットによって実施されるものとして説明されているが、本開示の技法は、例えば、医療デバイスに関連するユニットまたはモジュールの組み合わせによって実施され得ることを理解されたい。

Claims (20)

1. 手術領域内の蛍光を局所的に刺激し、前記手術領域内の蛍光エリアを特定するための組織検出システムであって、
   遠位端を有するプローブであって、前記遠位端は、前記手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、
   少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバであって、前記少なくとも１つのエミッタは、前記目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、前記少なくとも１つのエミッタに結合され、かつ前記プローブの一部を通って延在する、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバと、
   少なくとも１つの検出器および少なくとも１つの検出器光ファイバであって、前記少なくとも１つの検出器は、前記目的の手術領域内の前記組織物質からの蛍光を検出するように構成されており、前記少なくとも１つの検出器光ファイバは、前記少なくとも１つの検出器に結合され、かつ前記プローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも１つの検出器および少なくとも１つの検出器光ファイバと、
   前記エミッタおよび前記検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、前記コントローラは、前記少なくとも１つのエミッタおよび前記少なくとも１つの検出器の動作を開始するように構成されており、前記ユーザインターフェースは、前記組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を備え、
   前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバおよび前記少なくとも１つの検出器光ファイバの遠位端は、前記プローブの前記遠位端と併置され、前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、前記エミッタからの前記放射線をその前記遠位端に伝達するように構成され、前記少なくとも１つの検出器光ファイバは、前記蛍光に対応する信号を前記検出器に伝達するように構成されている、組織検出システム。
2. 前記目的の組織物質は、副甲状腺組織である、請求項１に記載の組織検出システム。
3. 前記エミッタは、周波数が７８５ｎｍ±１０ｎｍを中心とする狭帯域放射線源を備える、請求項２に記載の組織検出システム。
4. エミッタ帯域幅をさらに制限するフィルタをさらに備え、前記エミッタは固体レーザまたはレーザダイオードである、請求項３に記載の組織検出システム。
5. 前記検出器は、ハイパスフィルタを有する近赤外線カメラであり、前記ハイパスフィルタは、前記エミッタの放出された波長を超える光波長を通過させるように構成されている、請求項４に記載の組織検出システム。
6. 前記ハイパスフィルタは、８００ｎｍを超える光波長を通過させるように構成されている、請求項５に記載の組織検出システム。
7. 前記プローブは、内視鏡プローブシステムの一部である、請求項１に記載の組織検出システム。
8. 前記エミッタからの前記放射線を変調するように構成されている少なくとも１つの変調器と、前記蛍光に対応する前記信号を復調するように構成されている少なくとも１つの復調器と、をさらに備える、請求項１に記載の組織検出システム。
9. 前記蛍光に対応する前記信号は、ピクセルごとに前記復調器によって復調される、請求項８に記載の組織検出システム。
10. 手術領域内の蛍光を局所的に刺激し、前記手術領域内の蛍光エリアを特定するための組織検出システムであって、
    遠位端を有するプローブであって、前記遠位端は、前記手術領域において目的の組織物質と接触またはほぼ接触して配置されるように構成されている、プローブと、
    少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバであって、前記少なくとも１つのエミッタは、目的の組織物質内の蛍光を刺激するための放射線を放出するように構成されており、前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、前記少なくとも１つのエミッタに結合され、かつ前記プローブの少なくとも一部を通って延在する、少なくとも１つのエミッタおよび少なくとも１つのエミッタ光ファイバと、
    前記目的の手術領域における前記組織物質からの蛍光を検出するように構成されている少なくとも１つのカメラと、
    前記エミッタおよび前記検出器に結合されているコントローラおよびユーザインターフェースであって、前記コントローラは、前記少なくとも１つのエミッタおよび前記少なくとも１つのカメラの動作を開始するように構成されており、前記ユーザインターフェースは、前記組織検出システムの動作に関して操作者にフィードバックを提供するように構成されている、コントローラおよびユーザインターフェースと、を備え、
    前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバの遠位端は、前記プローブの前記遠位端と併置され、前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、前記エミッタからの前記放射線をその前記遠位端に伝達するように構成され、前記少なくとも１つのカメラは、前記手術領域の上に離間され、前記少なくとも１つのカメラは、広い視野にわたって蛍光を検出する、組織検出システム。
11. 前記目的の組織物質は、副甲状腺組織である、請求項１０に記載の組織検出システム。
12. 前記エミッタは、周波数が７８５ｎｍ±１０ｎｍを中心とする狭帯域放射線源を備える、請求項１１に記載の組織検出システム。
13. エミッタ帯域幅をさらに制限するフィルタをさらに備え、前記エミッタは、固体レーザまたはレーザダイオードである、請求項１２に記載の組織検出システム。
14. 前記カメラは、ハイパスフィルタを有する近赤外線カメラであり、前記ハイパスフィルタは、前記エミッタの放出された波長を超える光波長を通過させるように構成されている、請求項１３に記載の組織検出システム。
15. 前記ハイパスフィルタは、８００ｎｍを超える光波長を通過させるように構成されている、請求項１４に記載の組織検出システム。
16. 組織検出システムを使用する組織検出および手術の方法であって、前記方法は、
    前記組織検出システムのプローブの遠位端を、目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けることと、
    少なくとも１つのエミッタを使用して放射線を生成することであって、前記少なくとも１つのエミッタは、前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバに接続されており、前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバは、前記プローブの少なくとも一部を通って前記プローブの前記遠位端まで延在している、生成することと、
    前記放射線を、前記少なくとも１つのエミッタ光ファイバを通って、前記目的の組織物質と接触またはほぼ接触して位置付けられている前記プローブの前記遠位端に伝達することと、
    前記プローブの前記遠位端にある前記少なくとも１つのエミッタからの前記放射線を使用して、前記目的の組織物質の蛍光を刺激することと、
    少なくとも１つの検出器を使用して前記刺激された蛍光を検出することであって、前記少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つの検出器光ファイバに接続されており、前記少なくとも１つの検出器光ファイバは、前記プローブの少なくとも一部を通って前記プローブの前記遠位端まで延在している、検出することと、
    前記検出され、刺激された蛍光を使用して、前記目的の組織物質を識別することと、
    前記目的の組織物質を識別した後、前記手術中に前記目的の組織物質を除去することと、を含む、方法。
17. 前記目的の組織物質は、副甲状腺組織である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記エミッタは、周波数が７８５ｎｍ±１０ｎｍを中心とする狭帯域放射線源を備える、請求項１６に記載の方法。
19. フィルタは、エミッタ帯域幅をさらに制限するために使用され、前記エミッタは、固体レーザまたはレーザダイオードである、請求項１８に記載の方法。
20. 前記検出器は、ハイパスフィルタを有する近赤外線カメラであり、前記ハイパスフィルタは、前記エミッタの放出された波長を超える光波長を通過させるように構成されている、請求項１９に記載の方法。

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