[0002] 本申请要求2015年3月6日提交的英国
专利申请第1503876.3号、2015年3月6日提交的英国专利申请第1503864.9号、2015年10月16日提交的英国专利申请第1518369.2号、2015年3月6日提交的英国专利申请第1503877.1号、2015年3月6日提交的英国专利申请第
1503867.2号、2015年3月6日提交的英国专利申请第1503863.1号、2015年3月6日提交的英国专利申请第1503878.9号、2015年3月6日提交的英国专利申请第1503879.7号和2015年9月9日提交的英国专利申请第1516003.9号的优先权和权益。这些申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本
发明大体上涉及通过敞开式电离技术，例如快速
蒸发电离质谱测定(“REIMS”)、用于使用敞开式电离离子源分析目标的分析和诊断方法及设备对目标的分析(其可例如包括活体内、活体外或体外
生物组织、细菌或
真菌菌落或更通常的有机目标如塑料)。设想了各种
实施例，其中通过敞开式电离离子源生成的分析物离子随后经历以下中的任一者：(i)通过
质量分析器进行质量分析，所述质量分析器如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器；(ii)离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱测定(FAIMS)分析；和/或(iii)以下组合：首先进行离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱测定(FAIMS)分析，其次随后通过质量分析器进行质量分析，所述质量分析器如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器(或反之亦然)。各种实施例还涉及离子迁移谱仪和/或质量分析器与离子迁移谱测定方法和/或质量分析方法。
背景技术
[0004] 快速蒸发电离质谱测定法(“REIMS”)为一种相对较新的技术，其可用于许多不同类型样品的分析，所述分析包括组织的识别。
[0005] 参考N.Strittmatter等人，《分析化学(Anal.Chem.)》2014年第86卷6555到6562页，其公开了对使用快速蒸发电离质谱测定作为用于细菌和真菌的通用识别系统的适宜性的研究。
[0006] 用于通过快速蒸发电离质谱测定分析细菌菌落的已知方法涉及使用双极性电外科钳和电外科RF发生器。使用双极性电外科钳从琼脂层表面刮下细菌菌落且在双极性电外科钳之间施加来自电外科RF发生器的RF
电压的短脉冲。例如，已知在470kHz正弦曲线的
频率下在双极性模式中施加60W功率。施加到电外科钳的RF电压结果是细菌菌落的正被分析的特定部分因其非零阻抗而被快速加热。
微生物块体的快速加热导致
气溶胶生成。将气溶胶直接转移到质谱仪中，并且然后可以通过质谱仪分析气溶胶样品。为了有助于区分和识别不同样品，利用多变量统计分析是已知的。
[0007] 期望提供使用敞开式电离离子源分析目标或组织的改善方法。
发明内容
[0008] 根据一方面，提供一种方法，包括：
[0009] 从目标的一个或多个区域获得或采集图像或其它数据；
[0010] 使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域；以及
[0011] 使用第一装置生成来自所述目标的一个或多个区域的气溶胶、烟气或蒸气。
[0012] 根据各种实施例，目标(其可包括活体内、活体外或体外生物组织，细菌或真菌菌落或更通常的有机目标如塑料)被成像。例如，所述目标可被光学、
X射线或热成像，并且所述目标中的关注区域可从所述光学或热图像进行识别。潜在癌变组织的区域可基于具有比周围组织的
温度更高的温度来识别。然后所述图像数据可用于引导外科医生哪一组织可能需要
切除。
[0013] 特别有益的方面在于当敞开式电离源用于从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气时，所得气溶胶、烟气或蒸气可通过将所述气溶胶、烟气或蒸气引导到质谱仪和/或离子迁移谱仪的
真空室内的碰撞表面上来电离。然后可分析所得分析物离子并且可获得质谱数据和/或离子迁移率数据。
[0014] 所述质谱数据和/或离子迁移率数据可被实时分析并且进行多变量分析，使得能够实时确定哪一组织目前是否被切除或以其它方式分析是否为癌变。因此，外科医生能够准确确定任何被开刀或切除的组织的
疾病病况并且外科医生还能够准确确定
肿瘤的边缘。显而易见，特别重要的是，当切除肿瘤时，确保所有癌变组织被移除同时确保尽可能极少量的健康组织被移除。
[0015] 因此，采集目标(例如组织)的图像数据以及当外科医生使用手术工具如快速蒸发电离质谱测定装置对患者开刀时使用此图像数据辅助外科医生的能
力使得能够利用患者具有更大概率的积极手术成果的结果执行改善的分析方法。
[0016] N.Strittmatter等人在《分析化学(Anal.Chem.)》2014年第86卷6555到6562页中未公开从目标如活体内组织采集图像数据并且未公开使用图像数据确定为潜在关注的组织的一个或多个区域(即，有可能为癌变组织的组织的区域)。
[0017] 所述图像或其它数据可包括选自以下组成的组的数据：(i)热、温度或热像图像数据；(ii)
微波图像数据；(iii)视觉或光学图像数据；(iv)红外(“IR”)图像数据；(v)射频(“RF”)图像数据；(vi)X射线图像数据；(vii)
磁共振成像(“MRI”)图像数据；(viii)
超声波或超音波图像数据；(ix)
断层摄影图像数据；(x)光学或其它吸收数据；(xi)光学或其它散射系数数据；(xii)
氧合血凝素或脱氧血凝素吸光度数据；或(xiii)
近红外(NIR)图像数据。
[0018] 第一装置可包括敞开式离子源或电离源(或其它电离源)或形成所述敞开式离子源或电离源(或其它电离源)的一部分，或所述第一装置可生成气溶胶、烟气或蒸气以用于随后由敞开式离子源或电离源(或其它电离源)电离。
[0019] 所述目标可包含原生或未改质的目标材料。
[0020] 所述原生或未改质的目标材料不会因基质或
试剂的添加而改质。
[0021] 第一装置可以布置和调适成在目标无需任何事先准备的情况下从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气。
[0022] 第一装置可以包括选自由以下组成的组的离子源：(i)快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源；(ii)
解吸附电喷雾电离(“DESI”)离子源；(iii)激光解
吸附电离(“LDI”)离子源；(iv)
热解吸附离子源；(v)激光
二极管热解吸附(“LDTD”)离子源；(vi)解吸附
电流动聚焦(“DEFFI”)离子源；(vii)
电介质阻挡放电(“DBD”)
等离子体离子源；(viii)大气固体分析探针(“ASAP”)离子源；(ix)
超声波辅助喷雾电离离子源；(x)简易敞开式声波喷雾电离(“EASI”)离子源；(xi)解吸附
大气压光化电离(“DAPPI”)离子源；(xii)纸喷雾(“PS”)离子源；(xiii)喷射解吸附电离(“JeDI”)离子源；(xiv)触碰式喷雾(“TS”)离子源；(xv)纳DESI离子源；(xvi)
激光烧蚀电喷雾(“LAESI”)离子源；(xvii)实时直接分析(“DART”)离子源；(xviii)探针电喷雾电离(“PESI”)离子源；(xix)固体探针辅助电喷雾电离(“SPA-ESI”)离子源；(xx)卡维顿(cavitron)超声波外科吸引器(“CUSA”)装置；(xxi)聚焦或非聚焦超声波
消融装置；(xxii)微波谐振装置；以及(xxiii)脉冲等离子体RF解剖装置。
[0023] 使用第一装置以从目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气的步骤可另外包括使所述目标与一个或多个
电极接触。
[0024] 所述一个或多个电极可包括：(i)单极装置，其中所述方法任选地另外包括提供单独的返回电极；(ii)双极装置；或(iii)多相RF装置，其中所述方法任选地另外包括提供一个或多个单独的返回电极。
[0025] 所述一个或多个电极可包括快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)装置。
[0026] 所述方法可另外包括将AC或RF电压施加到一个或多个电极以便生成气溶胶、烟气或蒸气。
[0027] 将AC或RF电压施加到一个或多个电极的步骤可另外包括将AC或RF电压的一个或多个脉冲施加到一个或多个电极。
[0028] 将AC或RF电压施加到一个或多个电极的步骤可使得热量耗散到目标中。
[0029] 使用第一装置以从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气的所述步骤可另外包括用激光照射所述目标。
[0030] 所述第一装置可被布置和调适成通过由焦
耳加热或透热将来自目标的目标材料直接蒸发或
气化而从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶。
[0031] 使用第一装置以从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气的所述步骤可另外包括将超声波
能量引导到所述目标中。
[0032] 根据另一实施例，可使用与激
光源耦接的光纤来生成所述气溶胶、烟气或蒸气。
[0033] 所述气溶胶可包含任选地包含多孔材料的不带电的含
水液滴。
[0034] 由所述第一装置生成并且形成气溶胶的块体或物质的至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％可以呈液滴形式。
[0035] 所述第一装置可被布置和调适成生成气溶胶，其中所述气溶胶的索特平均直径(“SMD”，d32)可在以下范围内：(i)＜5μm；(ii)5μm到10μm；(iii)10μm到15μm；(iv)15μm到20μm；(v)20μm到25μm；或(vi)＞25μm。
[0036] 所述气溶胶可按以下范围内的
雷诺数(Re)穿越流动区域：(i)＜2000；(ii)2000到2500；(iii)2500到3000；(iv)3000到3500；(v)3500到4000；或(vi)＞4000。
[0037] 大体上在生成气溶胶时，所述气溶胶可包含具有选自由以下组成的组的韦伯数(We)的液滴：(i)＜50；(ii)50到100；(iii)100到150；(iv)150到200；(v)200到250；(vi)250到300；(vii)300到350；(viii)350到400；(ix)400到450；(x)450到500；(xi)500到550；(xii)550到600；(xiii)600到650；(xiv)650到700；(xv)700到750；(xvi)750到800；(xvii)
800到850；(xviii)850到900；(xix)900到950；(xx)950到1000；和(xxi)＞1000。
[0038] 大体上在生成气溶胶时，所述气溶胶可包含具有如下范围内的斯托克斯数(Sk)的液滴：(i)1到5；(ii)5到10；(iii)10到15；(iv)15到20；(v)20到25；(vi)25到30；(vii)30到35；(viii)35到40；(ix)40到45；(x)45到50；以及(xi)＞50。
[0039] 大体上在生成气溶胶时，所述气溶胶可包含具有选自由以下组成的组的平均轴向速度的液滴：(i)＜20m/s；(ii)20m/s到30m/s；(iii)30m/s到40m/s；(iv)40m/s到50m/s；(v)50m/s到60m/s；(vi)60m/s到70m/s；(vii)70m/s到80m/s；(viii)80m/s到90m/s；(ix)90m/s到100m/s；(x)100m/s到110m/s；(xi)110m/s到120m/s；(xii)120m/s到130m/s；(xiii)130m/s到140m/s；(xiv)140m/s到150m/s；以及(xv)＞150m/s。
[0040] 所述目标可包括生物组织、生物物质、一个或多个细菌菌落或一个或多个真菌菌落。
[0041] 所述生物组织可包括人体组织或非人体的动物组织。
[0042] 所述生物组织可包括活体内生物组织。
[0043] 所述生物组织可包括活体外生物组织。
[0044] 所述生物组织可包括体外生物组织。
[0045] 根据实施例，一个或多个细菌或真菌菌落可被成像并且可采集图像或其它数据。所述成像过程可例如包括光学成像过程、X射线成像或偏振光。然后可识别一个或多个关注区域。例如，根据实施例，可识别所述一个或多个细菌或真菌菌落的一个或多个
相变区域或边界。由于确定相变区域或边界，可确定所述菌落中的关注区域。然后可使用敞开式电离离子源分析所述关注区域。
[0046] 设想了另外的实施例，其中所述目标可更一般化地包括有机目标，所述有机目标包含材料如塑料。所述目标可被成像(例如，使用X射线或微波成像)以识别所述目标的呈现出
密度或其它性质变化的区域(例如，在所述塑料中)。然后可识别所述(例如，塑料)有机目标中的一个或多个关注区域，并且然后可使用敞开式电离离子源对所述一个或多个关注区域进行分析。
[0047] 所述生物组织可包括(i)肾上腺组织、阑尾组织、膀胱组织、骨骼、肠组织、脑组织、乳房组织、支气管、冠状组织、耳组织、食道组织、眼组织、胆囊组织、生殖器组织、心脏组织、下丘脑组织、肾脏组织、大肠组织、肠道组织、喉组织、肝脏组织、
肺组织、淋巴结、
口腔组织、鼻组织、胰腺组织、副甲状腺腺体组织、脑垂体腺体组织、前列腺组织、直肠组织、唾液腺组织、骨骼肌组织、
皮肤组织、小肠组织、脊髓、脾组织、胃组织、胸腺腺体组织、气管组织、甲状腺组织、输尿管组织、尿道组织、软组织和结缔组织、腹膜组织、血管组织和/或脂肪组织；(ii)I级、II级、III级或IV级癌变组织；(iii)转移性癌变组织；(iv)混合级癌变组织；(v)子级癌变组织；(vi)健康或正常组织；或(vii)癌变或异常组织。
[0048] 所述第一装置可包括定点照护(“POC”)、诊断或外科装置。
[0049] 所述方法可另外包括使所述气溶胶、烟气或蒸气中的至少一些电离以便生成分析物离子。
[0050] 所述方法可另外包括引导或抽吸所述气溶胶、烟气或蒸气中的至少一些到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室中。
[0051] 所述方法可另外包括电离所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室或所述真空室内的至少一些所述气溶胶、烟气或蒸气以便生成多个分析物离子。
[0052] 所述方法可另外包括致使所述气溶胶、烟或蒸气撞击位于所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室内的碰撞表面以便生成多个分析物离子。
[0053] 所述方法可另外包括对所述分析物离子进行质量分析以便获得质谱数据和/或离子迁移率数据。
[0054] 设想了各种实施例，其中通过敞开式电离离子源生成的分析物离子随后经历以下中的任一者：(i)通过质量分析器进行质量分析，所述质量分析器如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器；(ii)离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱测定(FAIMS)分析；和/或(iii)以下组合：首先进行离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱测定(FAIMS)分析，其次随后通过质量分析器进行质量分析，所述质量分析例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器(或反之亦然)。各种实施例还涉及离子迁移谱仪和/或质量分析器与离子迁移谱测定方法和/或质量分析方法。
[0055] 所述方法可另外包括对所述气溶胶、烟气或蒸气或从所述气溶胶、烟气或蒸气得出的离子进行质量分析以获得质谱数据和/或离子迁移率数据。
[0056] 所述方法可另外包括对质谱数据和/或离子迁移率数据进行分析，以便进行以下中的任一者：(i)区分健康和病变组织；(ii)区分潜在癌变和非癌变组织；(iii)区分不同类型或等级的癌变组织；(iv)区分不同类型或类别的目标材料；(v)确定目标中是否存在一种或多种期望或非期望物质；(vi)确认目标的身份或真实性；(vii)确定目标中是否存在一种或多种杂质、非法物质或非期望物质；(viii)确定人类或动物患者罹患不良后果的
风险是否增加；(ix)作出诊断或
预后，或有助于作出诊断或预后；以及(x)使外科医生、护士、医师或
机器人知悉医疗、手术或诊断成果。
[0057] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括对所述一个或多个样品谱的有监督分析和/或对所述一个或多个样品谱的无监督分析。
[0058] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括使用以下各项中的一个或多个：单变量分析；多变量分析；主分量分析(PCA)；线性判别分析(LDA)；最大边缘准则(MMC)；基于库的分析；软独立建模分类法(SIMCA)；因子分析(FA)；递归划分(
决策树)；
随机森林；
独立分量分析(ICA)；偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)；隐结构
正交(偏最小二乘法)投影(OPLS)；OPLS判别分析(OPLS-DA)；
支持向量机(SVM)；(仿真)神经网络；多层
感知器；径向基函数(RBF)网络；贝叶斯分析；
聚类分析；核化方法；以及子空间判别分析。
[0059] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括使用一个或多个参考样品谱开发分类模型或库。
[0060] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括在执行主分量分析(PCA)之后执行线性判别分析(LDA)。
[0061] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括在执行主分量分析(PCA)之后执行最大边缘准则(MMC)过程。
[0062] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括在分类模型或库内定义一个或多个类别。
[0063] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括根据一个或多个类别或聚类准则在分类模型或库内人工或自动地定义一个或多个类别。
[0064] 针对每个类别的一个或多个类别或聚类准则可基于以下各项中的一个或多个：模型空间内的参考样品谱的一对或多对参考点之间的距离；模型空间内的参考样品谱的多组参考点之间的方差值；以及模型空间内的参考样品谱的一组参考点内的方差值。
[0065] 所述一个或多个类别各自可由一个或多个类别定义加以定义。
[0066] 所述一个或多个类别定义可包括以下各项中的一个或多个：模型空间内的参考样品谱的一组一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、
超平面、方差、体积、沃罗诺伊单元和/或
位置；以及类别层次结构内的一个或多个位置。
[0067] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括使用分类模型或库以对一个或多个未知的样品谱进行分类。
[0068] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括根据一个或多个分类准则对一个或多个样品谱人工或自动地进行分类。
[0069] 所述一个或多个分类准则可包括以下各项中的一个或多个：
[0070] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点之间的距离，与所述模型空间内的一个或多个参考样品谱的一组一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面、体积、沃罗诺伊单元或位置之间的距离低于距离
阈值或者是最低的此类距离；
[0071] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点的位置处于所述模型空间内的一个或多个参考样品谱的一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面或位置的一侧或另一侧；
[0072] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点的位置处于所述模型空间内的一个或多个体积或沃罗诺伊单元内；以及
[0073] 概率或分类分数高于概率或分类分数阈值，或是最高的此类概率或分类分数。
[0074] 分析所述质谱数据和/或离子迁移率数据的步骤可另外包括分析所述气溶胶、烟气或蒸气的分布或从所述气溶胶、烟气或蒸气得出的离子的分布。
[0075] 所述分布可选自由以下组成的组：(i)脂质组学分布；(ii)
脂肪酸分布；(iii)磷脂分布；(iv)磷脂酸(PA)分布；(v)磷脂酰
乙醇胺(PE)分布；(vi)磷脂酰甘油(PG)分布；(vii)磷脂酰丝
氨酸(PS)分布；(viii)磷脂酰肌醇(PI)分布；或(ix)三酸甘油酯(TG)分布。
[0076] 所述方法可另外包括使用一个或多个热或温度
传感器、检测器或装置以获得所述图像或其它数据。
[0077] 所述一个或多个热或温度传感器、检测器或装置可选自由以下组成的组：(i)一个或多个温度传感器；(ii)一个或多个热成像传感器；(iii)一个或多个红外热像图(“IRT”)传感器；以及(iv)一个或多个红外成像传感器。
[0078] 所述方法可另外包括，在一个或多个热或温度传感器、检测器或装置物理接触或不物理接触所述目标的情况下，使用所述一个或多个热或温度传感器、检测器或装置以获得所述图像或其它数据。
[0079] 所述方法可另外包括确定所述目标的一个或多个区域的温度、温度分布或热像图像。
[0080] 使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的所述步骤可包括确定所述目标的相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据具有不同的温度、温度分布或热像图像强度的一个或多个区域。
[0081] 使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的所述步骤可包括确定所述目标的区域相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据是否具有更高或更低的温度、温度分布或热像图像强度。
[0082] 使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的所述步骤可另外包括确定所述目标的一个或多个高温或低温区域。
[0083] 所述方法可另外包括使用一个或多个微波或RF传感器、检测器或装置以获得所述图像或其它数据。
[0084] 所述一个或多个微波或RF传感器、检测器或装置可包括一个或多个微波反射型传感器、检测器或装置。
[0085] 所述方法可另外包括使所述目标与所述一个或多个微波反射型传感器物理接触。
[0086] 所述方法可另外包括使用所述一个或多个微波反射型传感器确定所述目标的一个或多个区域的
流体含量。
[0087] 使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的所述步骤可包括确定所述目标的相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据具有不同的流体含量的一个或多个区域。
[0088] 使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的所述步骤可包括确定所述目标的区域相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据是否具有更高或更低的流体含量。
[0089] 所述方法可另外包括使用光学相干断层摄影(“OCT”)装置获得所述图像或其它数据。
[0090] 所述方法可另外包括使用低相干光源(“LCS”)、超
发光二极管(“SLD”)、扫频源或可调
激光器(“SS”)、超短
脉冲激光器或超连续谱激光器照射所述目标。
[0091] 所述光学相干断层摄影装置可包括干涉仪。
[0092] 所述方法可另外包括使用一个或多个计算机断层摄影装置获得所述图像或其它数据。
[0093] 所述方法可另外包括使用
正电子发射断层摄影(“PET”)装置获得所述图像或其它数据。
[0094] 所述方法可另外包括使用磁共振成像(“MRI”)装置获得所述图像或其它数据。
[0095] 所述方法可另外包括使用一个或多个超声波断层摄影装置获得所述图像或其它数据。
[0096] 所述方法可另外包括使用一个或多个光学成像传感器、检测器或装置获得所述图像或其它数据。
[0097] 所述方法可另外包括使用连续波(CW)光源照射所述目标。
[0098] 所述方法可另外包括使用时域
光子迁移(TDPM)成像系统获得所述图像或其它数据。
[0099] 所述方法可另外包括使用频域光子迁移(FDPM)成像系统获得所述图像或其它数据。
[0100] 所述方法可另外包括使用一种或多种
造影剂增强所述图像数据。
[0101] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种
荧光造影剂。
[0102] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种可见染料。
[0103] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种
放射性造影剂。
[0104] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种光学、近红外(“NIR”)、荧光、自发荧光或诊断造影剂。
[0105] 所述一种或多种造影剂可选自由以下组成的组：(i)靛氰绿(“ICG”)和靛氰绿的衍生物或轭合物，所述衍生物或轭合物包括三羰化菁；(ii)二乙硫代羰化菁碘化物(“DTTCI”)和二乙硫代羰化菁碘化物的衍生物或轭合物；(iii)若丹明B和若丹明B的衍生物或轭合物；(iv)包括己基焦脱镁叶绿酸己酯(“HPPH”)的光动力疗法(“PDT”)药剂；(v)包括Cy5.5染料的花菁染料；以及(vi)双官能造影剂。
[0106] 所述一种或多种造影剂可包含
纳米粒子。
[0107] 所述一种或多种造影剂可包含：(i)
磁性或
铁磁性纳米粒子；(ii)金纳米粒子；(iii)金属纳米粒子；(iv)官能化纳米粒子；(v)纳米球、
纳米棒、纳米星或纳米壳体；(vi)果聚糖纳米粒子；或(vii)
铜、锌、
钛、镁、藻酸盐、
合金或
银纳米粒子。
[0108] 所述一种或多种造影剂可为对所述目标为外源性的。另选地，所述一种或多种造影剂可对所述目标为内源性的。
[0109] 所述方法可另外包括使用X射线散射装置以获得所述图像或其它数据。
[0110] 所述方法可另外包括将X射线引导到所述目标的一个或多个区域上。
[0111] 所述方法可另外包括测量来自所述目标的散射X射线的
波长或频率。
[0112] 所述X射线散射装置可包括康普顿X射线散射装置。
[0113] 所述方法可另外包括使用所述康普顿X射线散射装置测量由于不相干的X射线散射引起的散射
信号。
[0114] 所述X射线可具有≥50keV的能量。
[0115] 另选地，所述X射线散射装置可包括瑞利X射线散射装置。
[0116] 所述方法可另外包括使用所述瑞利X射线散射装置测量由于相干的X射线散射引起的散射信号。
[0117] 所述X射线可具有≤30keV的能量。
[0118] 所述方法可另外包括显示所述图像或其它数据(或从所述图像或其它数据导出的数据)以辅助使用者人工地导引或引导一个或多个探针、手术工具、诊断工具、敞开式电离离子源或所述第一装置。
[0119] 显示所述图像或其它数据或从所述图像或其它数据导出的数据的所述步骤可包括使用间接转换检测器。
[0120] 所述间接转化检测器可被布置成将入射X射线光子转换为光学光子，并且然后将所述光学光子转换为电荷。
[0121] 显示所述图像或其它数据或从所述图像数据导出的数据的所述步骤可包括使用荧光检查装置或
闪烁体。
[0122] 所述闪烁体可包括铯碘化物(“CsI”)层或钆硫氧化物(“GOS”)层。
[0123] 所述方法可另外包括使用一个或多个图像强化器强化所述图像或其它数据或从所述图像或其它数据导出的数据以用于向使用者显示。
[0124] 显示所述图像或其它数据或从所述图像或其它数据导出的数据的所述步骤可包括使用间接转换检测器。
[0125] 所述直接转换检测器可包括光导体，其将入射X射线光子直接转换为电荷。
[0126] 所述光导体可包含无定形硒(“a-Se”)、镉碲化物(“CdTe”)、氧化铅(“PbO”)或
硅(“Si”)。
[0127] 所述方法可另外包括使用导引系统人工地、自动地或以机器人方式导引或引导一个或多个探针、手术工具、诊断工具、敞开式电离离子源或所述第一装置。
[0128] 所述导引系统可包括磁共振成像(“MRI”)导引系统。
[0129] 所述导引系统可包括超音波或超声
波导引系统。
[0130] 所述超音波或超声波导引系统可包括手术期间超音波(“IOUS”)导引系统。
[0131] 所述导引系统可包括导引线
定位(“GWL”)、芯线定位(“WL”)或芯线导引定位(“WGL”)装置。
[0132] 所述导引系统可包括放射性导引隐性损害定位(“ROLL”)导引系统。
[0133] 所述方法可另外包括在一个或多个目标区域喷射核放射性示踪剂。
[0134] 所述核放射性示踪剂可包含99mTc。
[0135] 所述方法可另外包括使用γ射线检测探针以检测通过所述核放射性示踪剂的衰变发出的γ射线，从而能够定位和/或
可视化所述目标区域。
[0136] 所述导引系统可包括放射性晶种定位(“RSL”)系统。
[0137] 所述方法可另外包括在所述目标中插入、喷射或植入一个或多个放射性晶种。
[0138] 所述一个或多个放射性晶种可包括钛壳体。
[0139] 所述钛壳体可容纳1251。
[0140] 所述方法可另外包括使用γ射线检测探针以检测通过所述放射性晶种的衰变发出的γ射线，从而能够定位和/或可视化目标关注区域。
[0141] 所述导引系统可包括乳房X线照相导引系统。
[0142] 所述导引系统可包括计算机断层摄影(“CT”)导引系统。
[0143] 所述导引系统可包括正电子发射断层摄影(“PET”)导引系统。
[0144] 所述导引系统可包括射线照相导引系统。
[0145] 所述导引系统可包括用于检测磁性粒子或磁性纳米粒子的磁性或磁力感测导引系统或超导量子干涉装置(“SQUID”)导引系统。
[0146] 所述导引系统可包括用于检测纳米粒子的导引系统。
[0147] 所述方法可另外包括使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的边缘或边界。
[0148] 所述一个或多个关注区域可包括癌变生物组织或肿瘤。
[0149] 所述癌变生物组织或肿瘤可包括以下中的任一者：(i)I级、II级、III级或IV级癌变组织；(ii)转移性癌变组织；(iii)混合级癌变组织；或(iv)子级癌变组织。
[0150] 根据另一方面，提供包括如上所公开的方法的敞开式电离的方法。
[0151] 根据另一方面，提供包括如上所公开的方法的快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)的方法。
[0152] 根据另一方面，提供包括如上所公开的方法的分析方法。
[0153] 根据另一方面，提供包括如上所公开的方法的手术、诊断、
治疗或药物治疗的方法。
[0154] 根据另一方面，提供包括如上所公开的方法的非手术、非治疗性的质谱测定方法和/或离子迁移谱测定方法。
[0155] 根据另一方面，提供包括如上所公开的方法的质谱测定方法和/或离子迁移谱测定方法。
[0156] 根据另一方面，提供设备，包括：
[0157] 被布置和调适成从目标的一个或多个区域获得或采集图像或其它数据的装置；
[0158] 被布置和调适成使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的控制系统；以及
[0159] 用于从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气的第一装置。
[0160] 所述图像或其它数据可包括选自由以下组成的组的数据：(i)热、温度或热像图像数据；(ii)微波图像数据；(iii)视觉或光学图像数据；(iv)红外(“IR”)图像数据；(v)射频(“RF”)图像数据；(vi)X射线图像数据；(vii)磁共振成像(“MRI”)图像数据；(viii)超声波或超音波图像数据；(ix)断层摄影图像数据；(x)光学或其它吸收数据；(xi)光学或其它散射系数数据；(xii)氧合血凝素或脱氧血凝素吸光度数据；(xiii)近红外(NIR)图像数据；或(xiv)磁性数据。
[0161] 第一装置可包括敞开式离子源或电离源(或其它电离源)或形成所述敞开式离子源或电离源(或其它电离源)的一部分，或所述第一装置可生成气溶胶、烟气或蒸气以用于随后由敞开式离子源或电离源(或其它电离源)电离。
[0162] 所述目标可包含原生或未改质的目标材料。
[0163] 所述原生或未改质的目标材料不会因基质或试剂的添加而改质。
[0164] 所述第一装置可被布置和调适成在目标无需事先准备的情况下从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气。
[0165] 所述第一装置可包括选自由以下组成的组的离子源：(i)快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源；(ii)解吸附电喷雾电离(“DESI”)离子源；(iii)激光解吸附电离(“LDI”)离子源；(iv)热解吸附离子源；(v)
激光二极管热解吸附(“LDTD”)离子源；(vi)解吸附电流动聚焦(“DEFFI”)离子源；(vii)电介质阻挡放电(“DBD”)等离子体离子源；(viii)大气固体分析探针(“ASAP”)离子源；(ix)超声波辅助喷雾电离离子源；(x)简易敞开式声波喷雾电离(“EASI”)离子源；(xi)解吸附大气压光化电离(“DAPPI”)离子源；(xii)纸喷雾(“PS”)离子源；(xiii)喷射解吸附电离(“JeDI”)离子源；(xiv)触碰式喷雾(“TS”)离子源；(xv)纳DESI离子源；(xvi)激光烧蚀电喷雾(“LAESI”)离子源；(xvii)可实时直接分析(“DART”)离子源；(xviii)探针电喷雾电离(“PESI”)离子源；(xix)固体探针辅助电喷雾电离(“SPA-ESI”)离子源；(xx)卡维顿超声波外科吸引器(“CUSA”)装置；(xxi)聚焦或非聚焦超声波消融装置；
(xxii)微波谐振装置；以及(xxiii)脉冲等离子体RF解剖装置。
[0166] 所述第一装置可被布置和调适成通过将所述目标与一个或多个电极接触从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气。
[0167] 所述一个或多个电极可包括：(i)单极装置，其中所述设备任选地另外包括单独的返回电极；(ii)双极装置；或(iii)多相RF装置，其中所述设备任选地另外包括一个或多个单独的返回电极。
[0168] 所述一个或多个电极可包括快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)装置。
[0169] 所述装置可设置成被布置和调适成向一个或多个电极施加AC或RF电压以便生成所述气溶胶、烟或蒸气。
[0170] 用于将AC或RF电压施加到所述一个或多个电极的所述装置可被布置成将所述AC或RF电压的一个或多个脉冲施加到所述一个或多个电极。
[0171] 将所述AC或RF电压施加到所述一个或多个电极可使得热量耗散到所述目标中。
[0172] 第一装置可包括用于照射目标的激光器。
[0173] 第一装置可被布置和调适成通过由焦耳加热或透热将来自目标的目标材料直接蒸发或气化而从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶。
[0174] 第一装置可被布置和调适成将超声波能量引导到所述目标中。
[0175] 所述气溶胶可任选地包含多孔材料的不带电的含水液滴。
[0176] 由所述第一装置生成并且形成气溶胶的块体或物质的至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％可以呈液滴形式。
[0177] 所述第一装置可被布置和调适成生成气溶胶，其中所述气溶胶的索特平均直径(“SMD”，d32)可在以下范围内：(i)＜5μm；(ii)5μm到10μm；(iii)10μm到15μm；(iv)15μm到20μm；(v)20μm到25μm；或(vi)＞25μm。
[0178] 所述气溶胶可按以下范围内的雷诺数(Re)穿越流动区域：(i)＜2000；(ii)2000到2500；(iii)2500到3000；(iv)3000到3500；(v)3500到4000；或(vi)＞4000。
[0179] 大体上在生成气溶胶时，所述气溶胶可包含具有选自由以下组成的组的韦伯数(We)的液滴：(i)＜50；(ii)50到100；(iii)100到150；(iv)150到200；(v)200到250；(vi)250到300；(vii)300到350；(viii)350到400；(ix)400到450；(x)450到500；(xi)500到550；(xii)550到600；(xiii)600到650；(xiv)650到700；(xv)700到750；(xvi)750到800；(xvii)
800到850；(xviii)850到900；(xix)900到950；(xx)950到1000；和(xxi)＞1000。
[0180] 大体上在生成气溶胶时，所述气溶胶可包含具有如下范围内的斯托克斯数(Sk)的液滴：(i)1到5；(ii)5到10；(iii)10到15；(iv)15到20；(v)20到25；(vi)25到30；(vii)30到35；(viii)35到40；(ix)40到45；(x)45到50；以及(xi)＞50。
[0181] 大体上在生成气溶胶时，所述气溶胶可包含具有选自由以下组成的组的平均轴向速度的液滴：(i)＜20m/s；(ii)20m/s到30m/s；(iii)30m/s到40m/s；(iv)40m/s到50m/s；(v)50m/s到60m/s；(vi)60m/s到70m/s；(vii)70m/s到80m/s；(viii)80m/s到90m/s；(ix)90m/s到100m/s；(x)100m/s到110m/s；(xi)110m/s到120m/s；(xii)120m/s到130m/s；(xiii)130m/s到140m/s；(xiv)140m/s到150m/s；以及(xv)＞150m/s。
[0182] 所述目标可包括生物组织、生物学物质、细菌菌落或真菌菌落。
[0183] 所述生物组织可包括人体组织或非人体的动物组织。
[0184] 所述生物组织可包括活体内生物组织。
[0185] 所述生物组织可包括活体外生物组织。
[0186] 所述生物组织可包括体外生物组织。
[0187] 根据实施例，一个或多个细菌或真菌菌落可被成像并且可采集图像或其它数据。所述成像过程可例如包括光学成像过程、X射线成像或偏振光。然后可识别一个或多个关注区域。例如，根据实施例，可识别所述一个或多个细菌或真菌菌落的一个或多个相变区域或边界。由于确定相变区域或边界，可确定所述菌落中的关注区域。然后可使用敞开式电离离子源分析所述关注区域。
[0188] 设想了另外的实施例，其中所述目标可更一般化地包括有机目标，所述有机目标包含材料如塑料。所述目标可被成像(例如，使用X射线或微波成像)以识别所述目标的呈现出密度或其它性质变化的区域(例如，在所述塑料中)。然后可识别所述(例如，塑料)有机目标中的一个或多个关注区域，并且然后可使用敞开式电离离子源对所述一个或多个关注区域进行分析。
[0189] 所述生物组织可包括：(i)肾上腺组织、阑尾组织、膀胱组织、骨骼、肠组织、脑组织、乳房组织、支气管、冠状组织、耳组织、食道组织、眼组织、胆囊组织、生殖器组织、心脏组织、下丘脑组织、肾脏组织、大肠组织、肠道组织、喉组织、肝脏组织、肺组织、淋巴结、口腔组织、鼻组织、胰腺组织、副甲状腺腺体组织、脑垂体腺体组织、前列腺组织、直肠组织、唾液腺组织、骨骼肌组织、皮肤组织、小肠组织、脊髓、脾组织、胃组织、胸腺腺体组织、气管组织、甲状腺组织、输尿管组织、尿道组织、软组织和结缔组织、腹膜组织、血管组织和/或脂肪组织；(ii)I级、II级、III级或IV级癌变组织；(iii)转移性癌变组织；(iv)混合级癌变组织；(v)子级癌变组织；(vi)健康或正常组织；或(vii)癌变或异常组织。
[0190] 所述第一装置可包括定点照护(“POC”)、诊断或外科装置。
[0191] 所述设备可另外包括用于电离所述气溶胶、烟气或蒸气中的至少一些以便生成分析物离子的装置。
[0192] 装置可被布置和被调适成引导或抽吸所述气溶胶、烟气或蒸气中的至少一些到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室中。
[0193] 装置可被布置和调适成电离所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室或所述真空室内的至少一些所述气溶胶、烟气或蒸气以便生成多个分析物离子。
[0194] 根据实施例，装置被设置成致使所述气溶胶、烟气或蒸气撞击位于所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室内的碰撞表面以便生成多个分析物离子。
[0195] 可提供用于对所述分析物离子进行质量分析和/或离子迁移率分析以便获得质谱数据和/或离子迁移率数据的质量分析器和/或离子迁移率分析器。
[0196] 所述设备可另外包括用于对所述气溶胶、烟气或蒸气或从所述气溶胶、烟气或蒸气得出的离子进行质量分析和/或离子迁移率分析以便获得质谱数据和/或离子迁移率数据的质量分析器和/或离子迁移率分析器。
[0197] 所述质量分析器和/或离子迁移率分析器可被布置和调适成分析所述质谱数据和/或离子迁移率数据以便进行以下中的任一者：(i)区分健康和病变组织；(ii)区分潜在癌变和非癌变组织；(iii)区分不同类型或等级的癌变组织；(iv)区分不同类型或类别的目标材料；(v)确定所述目标中是否存在一种或多种期望或非期望物质；(vi)确认所述目标的身份或真实性；(vii)确定所述目标中是否存在一种或多种杂质、非法物质或非期望物质；(viii)确定人类或动物患者遭遇不良后果的风险是否增加；(ix)作出诊断或预后或有助于作出诊断或预后；以及(x)使外科医生、护士、医师或机器人知悉医疗、手术或诊断成果。
[0198] 根据实施例，装置可被布置和调适成分析一个或多个样品谱以便对气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类。
[0199] 装置可被布置和调适成执行对所述一个或多个样品谱的有监督分析和/或对所述一个或多个样品谱的无监督分析。
[0200] 用于对所述一个或多个样品谱进行分析以便对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类的所述装置可使用以下各项中的一个或多个：单变量分析；多变量分析；主分量分析(PCA)；线性判别分析(LDA)；最大边缘准则(MMC)；基于库的分析；软独立建模分类法(SIMCA)；因子分析(FA)；递归划分(决策树)；随机森林；独立分量分析(ICA)；偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)；隐结构正交(偏最小二乘法)投影(OPLS)；OPLS判别分析(OPLS-DA)；支持向量机(SVM)；(仿真)神经网络；
多层感知器；径向基函数(RBF)网络；贝叶斯分析；聚类分析；核化方法；以及子空间判别分析。
[0201] 所述设备可另外包括被布置和调适成使用一个或多个参考样品谱开发分类模型或库的装置。
[0202] 所述设备可另外包括用于在执行主分量分析(PCA)之后执行线性判别分析(LDA)的装置。
[0203] 所述设备可另外包括用于在执行主分量分析(PCA)之后执行最大边缘准则(MMC)过程的装置。
[0204] 所述设备可另外包括用于定义分类模型或库内的一个或多个类别的装置。
[0205] 所述设备可另外包括根据一个或多个类别或聚类准则用于人工或自动地定义分类模型或库内的一个或多个类别的装置。
[0206] 针对每个类别的一个或多个类别或聚类准则可基于以下各项中的一个或多个：模型空间内的参考样品谱的一对或多对参考点之间的距离；模型空间内的参考样品谱的多组参考点之间的方差值；以及模型空间内的参考样品谱的一组参考点内的方差值。
[0207] 所述一个或多个类别各自可由一个或多个类别定义加以定义。
[0208] 所述一个或多个类别定义可包括以下各项中的一个或多个：模型空间内的参考样品谱的一组一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面、方差、体积、沃罗诺伊单元和/或位置；以及类别层次结构内的一个或多个位置。
[0209] 所述设备可另外包括被布置和调适成使用分类模型或库以对一个或多个未知样品谱进行分类的装置。
[0210] 所述设备可另外包括根据一个或多个分类准则用于对一个或多个样品谱人工或自动地进行分类的装置。
[0211] 所述一个或多个分类准则可包括以下各项中的一个或多个：
[0212] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点之间的距离，与所述模型空间内的一个或多个参考样品谱的一组一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面、体积、沃罗诺伊单元或位置之间的距离低于距离阈值或者是最低的此类距离；
[0213] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点的位置处于所述模型空间内的一个或多个参考样品谱的一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面或位置的一侧或另一侧；
[0214] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点的位置处于所述模型空间内的一个或多个体积或沃罗诺伊单元内；以及
[0215] 概率或分类分数高于概率或分类分数阈值，或是最高的此类概率或分类分数。
[0216] 所述设备可另外包括用于分析所述气溶胶、烟气或蒸气的分布或从所述气溶胶、烟气或蒸气得出的离子的分布的装置。
[0217] 所述分布可选自由以下组成的组：(i)脂质组学分布；(ii)脂肪酸分布；(iii)磷脂分布；(iv)磷脂酸(PA)分布；(v)磷脂酰乙醇胺(PE)分布；(vi)磷脂酰甘油(PG)分布；(vii)磷脂酰丝氨酸(PS)分布；(viii)磷脂酰肌醇(PI)分布；或(ix)三酸甘油酯(TG)分布。
[0218] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的一个或多个热或温度传感器、检测器或装置。
[0219] 所述一个或多个热或温度传感器、检测器或装置可选自由以下组成的组：(i)一个或多个温度传感器；(ii)一个或多个热成像传感器；(iii)一个或多个红外热像图(“IRT”)传感器；以及(iv)一个或多个红外成像传感器。
[0220] 所述一个或多个热或温度传感器、检测器或装置可被布置成在所述一个或多个热或温度传感器、检测器或装置与所述目标物理接触或不物理接触的情况下获得所述图像或其它数据。
[0221] 所述设备可另外包括用于确定所述目标的一个或多个区域的温度、温度分布或热像图像的装置。
[0222] 所述设备可另外包括用于确定所述目标的相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据具有不同的温度、温度分布或热像图像强度的一个或多个区域的装置。
[0223] 所述设备可另外包括用于确定所述目标的区域相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据是否具有更高或更低的温度、温度分布或热像图像强度的装置。
[0224] 所述设备可另外包括用于确定所述目标的一个或多个高温或低温区域的装置。
[0225] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的一个或多个微波或RF传感器、检测器或装置。
[0226] 所述一个或多个微波或RF传感器、检测器或装置可包括一个或多个微波反射型传感器、检测器或装置。
[0227] 所述一个或多个微波反射型传感器可被布置和调适成物理接触所述目标。
[0228] 所述设备可另外包括用于确定所述目标的一个或多个区域的流体含量的一个或多个微波反射型传感器。
[0229] 所述设备可另外包括用于确定所述目标的一个或多个区域相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据具有不同流体含量的装置。
[0230] 所述设备可另外包括用于确定所述目标的区域相对于正常组织、周围组织、对照样品、对照区域、对照数据或预定数据是否具有更高或更低的流体含量的装置。
[0231] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的光学相干断层摄影(“OCT”)装置。
[0232] 所述设备可另外包括用于照射所述目标的低相干光源(“LCS”)、超发光二极管(“SLD”)、扫频源或可调激光器(“SS”)、超短脉冲激光器或超连续谱激光器。
[0233] 所述光学相干断层摄影装置可包括干涉仪。
[0234] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的一个或多个计算机断层摄影装置。
[0235] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的正电子发射断层摄影(“PET”)装置。
[0236] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的磁共振成像(“MRI”)装置。
[0237] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的一个或多个超声波断层摄影装置。
[0238] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的一个或多个光学成像传感器、检测器或装置。
[0239] 所述设备可另外包括用于照射所述目标的连续波(CW)光源。
[0240] 所述设备可另外包括时域光子迁移(TDPM)成像系统以获得所述图像或其它数据。
[0241] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的频域光子迁移(FDPM)成像系统。
[0242] 所述设备可另外包括用于增强所述图像数据的一种或多种造影剂。
[0243] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种荧光造影剂。
[0244] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种可见染料。
[0245] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种放射性造影剂。
[0246] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种光学、近红外(“NIR”)、荧光、自发荧光或诊断造影剂。
[0247] 所述一种或多种造影剂可选自由以下组成的组：(i)靛氰绿(“ICG”)和靛氰绿的衍生物或轭合物，所述衍生物或轭合物包括三羰化菁；(ii)二乙硫代羰化菁碘化物(“DTTCI”)和二乙硫代羰化菁碘化物的衍生物或轭合物；(iii)若丹明B和若丹明B的衍生物或轭合物；(iv)包括己基焦脱镁叶绿酸己酯(“HPPH”)的光动力疗法(“PDT”)药剂；(v)包括Cy 5.5染料的花菁染料；以及(vi)双官能造影剂。
[0248] 所述一种或多种造影剂可包含纳米粒子。
[0249] 所述一种或多种造影剂可包含：(i)磁性或
铁磁性纳米粒子；(ii)金纳米粒子；(iii)金属纳米粒子；(iv)官能化纳米粒子；(v)纳米球、纳米棒、纳米星或纳米壳体；(vi)果聚糖银纳米粒子；或(vii)铜、锌、钛、镁、藻酸盐、合金或银纳米粒子。
[0250] 所述一种或多种造影剂可对所述目标为外源性的。另选地，所述一种或多种造影剂可对所述目标为内源性的。
[0251] 所述设备可另外包括用于获得所述图像或其它数据的X射线散射装置。
[0252] 所述设备可另外包括用于将X射线引导到所述目标的一个或多个区域上的装置。
[0253] 所述设备可另外包括用于测量来自所述目标的散射X射线的波长或频率的装置。
[0254] 所述X射线散射装置可包括康普顿X射线散射装置。
[0255] 所述康普顿X射线散射装置可被布置成测量由于不相干的X射线散射引起的散射信号。
[0256] 所述X射线可具有≥50keV的能量。
[0257] 所述X射线散射装置可包括瑞利X射线散射装置。
[0258] 所述瑞利X射线散射装置可被布置成测量由于相干的X射线散射引起的散射信号。
[0259] 所述X射线可具有≤30keV的能量。
[0260] 所述设备可另外包括用于显示所述图像或其它数据或从所述图像或其它数据导出的数据以便辅助使用者人工地导引或引导一个或多个探针、手术工具、诊断工具、敞开式电离离子源或所述第一装置的装置。
[0261] 所述设备可另外包括用于显示所述图像或其它数据或从所述图像或其它数据导出的数据的间接转换检测器。
[0262] 所述间接转换检测器可被布置和调适成将入射X射线光子转换为光学光子，并且然后将所述光学光子转换为电荷。
[0263] 所述设备可另外包括用于显示所述图像或其它数据或从所述图像数据导出的数据的荧光检查装置或闪烁体。
[0264] 所述闪烁体可包括铯碘化物(“CsI”)层或钆硫氧化物(“GOS”)层。
[0265] 所述设备可另外包括用于强化所述图像或其它数据或从所述图像或其它数据导出的数据以用于向使用者显示的图像强化器。
[0266] 所述设备可另外包括用于显示所述图像或其它数据或从所述图像或其它数据导出的数据的直接转换检测器。
[0267] 所述直接转换检测器可包括光导体，其将入射X射线光子直接转换为电荷。
[0268] 所述光导体可包含无定形硒(“a-Se”)、镉碲化物(“CdTe”)、氧化铅(“PbO”)或硅(“Si”)。
[0269] 所述设备可另外包括用于人工地、自动地或以机器人方式导引或引导一个或多个探针、手术工具、诊断工具、敞开式电离离子源或所述第一装置的导引系统。
[0270] 所述导引系统可包括磁共振成像(“MRI”)导引系统。
[0271] 所述导引系统可包括超音波或超声波导引系统。
[0272] 所述超音波或超声波导引系统可包括手术期间超音波(“IOUS”)导引系统。
[0273] 所述导引系统可包括导引线定位(“GWL”)、芯线定位(“WL”)或芯线导引定位(“WGL”)装置。
[0274] 所述导引系统可包括放射性导引隐性损害定位(“ROLL”)导引系统。
[0275] 所述设备可另外包括用于在一个或多个目标区域喷射核放射性示踪剂的装置。
[0276] 所述核放射性示踪剂可包含99mTc。
[0277] 所述设备可另外包括用于检测通过所述核放射性示踪剂的衰变发出的γ射线，从而能够定位和/或可视化所述目标区域的γ射线检测探针。
[0278] 所述导引系统可包括放射性晶种定位(“RSL”)系统。
[0279] 所述设备可另外包括用于将一个或多个放射性晶种插入、喷射或植入到所述目标中的装置。
[0280] 所述一个或多个放射性晶种可包括钛壳体。
[0281] 所述钛壳体可容纳125I。
[0282] 所述设备可另外包括用于检测通过所述放射性晶种的衰变发出的γ射线，从而能够定位和/或可视化目标关注区域的γ射线检测探针。
[0283] 所述导引系统可包括乳房X线照相导引系统。
[0284] 所述导引系统可包括计算机断层摄影(“CT”)导引系统。
[0285] 所述导引系统可包括正电子发射断层摄影(“PET”)导引系统。
[0286] 所述导引系统可包括射线照相导引系统。
[0287] 所述导引系统可包括用于检测磁性粒子或磁性纳米粒子的磁性或磁力感测导引系统或超导量子干涉装置(“SQUID”)导引系统。
[0288] 所述导引系统可包括用于检测纳米粒子的导引系统。
[0289] 所述设备可另外包括用于使用所述图像或其它数据以确定所述目标的一个或多个关注区域的边缘或边界的装置。
[0290] 所述一个或多个关注区域可包括癌变生物组织或肿瘤。
[0291] 所述癌变生物组织或肿瘤可包括以下中的任一者：(i)I级、II级、III级或IV级癌变组织；(ii)转移性癌变组织；(iii)混合级癌变组织；或(iv)子级癌变组织。
[0292] 根据另一方面，提供包括如上所公开的设备的敞开式电离离子源。
[0293] 根据另一方面，提供包括如上所公开的设备的快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源。
[0294] 根据另一方面，提供一种方法，包括：
[0295] 使用导航装置或系统以将第一装置导引或引导到目标的一个或多个区域；以及[0296] 使用所述第一装置从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气。
[0297] 所述导航装置可选自由以下组成的组：(i)磁共振成像(“MRI”)导航装置；(ii)超音波或超声波导航装置；(iii)X射线导航装置；(iv)用于检测放射性粒子或放射性纳米粒子的放射性检测导航装置；(v)手术期间超音波(“IOUS”)导引系统；(vi)导引线定位(“GWL”)、芯线定位(“WL”)或芯线导引定位(“WGL”)装置；(vii)放射性导引隐性损害定位(“ROLL”)导引系统；(viii)放射性晶种定位(“RSL”)系统；(ix)乳房X线照相导引系统；(x)计算机断层摄影(“CT”)导引系统；(xi)正电子发射断层摄影(“PET”)导引系统；(xii)射线照相导引系统；(xiii)磁性或磁力感测导引系统；以及(xiv)用于检测磁性粒子或磁性纳米粒子的超导量子干涉装置(“SQUID”)导引系统。
[0298] 所述方法可另外包括人工操作或导引所述导航装置或系统。
[0299] 所述方法可另外包括以机器人方式或自动地操作或导引所述导航装置或系统。
[0300] 根据另一方面，提供包括如上所公开的方法的质谱测定方法和/或离子迁移谱测定方法。
[0301] 根据另一方面，提供设备，包括：
[0302] 用于从目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气的第一装置；以及[0303] 被布置和调适整成将所述第一装置导引或引导到所述目标的一个或多个区域的导航装置或系统。
[0304] 所述导航装置可选自由以下组成的组：(i)磁共振成像(“MRI”)导航装置；(ii)超音波或超声波导航装置；(iii)X射线导航装置；(iv)用于检测放射性粒子或放射性纳米粒子的放射性检测导航装置；(v)手术期间超音波(“IOUS”)导引系统；(vi)导引线定位(“GWL”)、芯线定位(“WL”)或芯线导引定位(“WGL”)装置；(vii)放射性导引隐性损害定位(“ROLL”)导引系统；(viii)放射性晶种定位(“RSL”)系统；(ix)乳房X线照相导引系统；(x)计算机断层摄影(“CT”)导引系统；(xi)正电子发射断层摄影(“PET”)导引系统；(xii)射线照相导引系统；(xiii)磁性或磁力感测导引系统；(xiv)用于检测磁性粒子或磁性纳米粒子的超导量子干涉装置(“SQUID”)导引系统；以及(xv)用于检测纳米粒子的导引系统。
[0305] 所述导航装置或系统可被人工操作或导引。
[0306] 所述设备可另外包括用于以机器人方式或自动操作或导引所述导航装置或系统的机器人式或自动导引系统。
[0307] 根据另一方面，提供一种包括与质谱仪和/或离子迁移谱仪组合的如上所公开的设备的质谱测定系统。
[0308] 分析所述
光谱数据和/或离子迁移率数据可包括分析一个或多个样品谱以便对气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类。
[0309] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括对所述一个或多个样品谱的有监督分析和/或对所述一个或多个样品谱的无监督分析。
[0310] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括使用以下各项中的一个或多个：单变量分析；多变量分析；主分量分析(PCA)；线性判别分析(LDA)；最大边缘准则(MMC)；基于库的分析；软独立建模分类法(SIMCA)；因子分析(FA)；递归划分(决策树)；随机森林；独立分量分析(ICA)；偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)；隐结构正交(偏最小二乘法)投影(OPLS)；OPLS判别分析(OPLS-DA)；支持向量机(SVM)；(仿真)神经网络；多层感知器；径向基函数(RBF)网络；贝叶斯分析；聚类分析；核化方法；以及子空间判别分析。
[0311] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括使用一个或多个参考样品谱开发分类模型或库。
[0312] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括在执行主分量分析(PCA)之后执行线性判别分析(LDA)。
[0313] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括在执行主分量分析(PCA)之后执行最大边缘准则(MMC)过程。
[0314] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括在分类模型或库内定义一个或多个类别。
[0315] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括根据一个或多个类别或聚类准则在分类模型或库内人工或自动地定义一个或多个类别。
[0316] 针对每个类别的一个或多个类别或聚类准则可基于以下各项中的一个或多个：模型空间内的参考样品谱的一对或多对参考点之间的距离；模型空间内的参考样品谱的多组参考点之间的方差值；以及模型空间内的参考样品谱的一组参考点内的方差值。
[0317] 所述一个或多个类别各自可由一个或多个类别定义加以定义。
[0318] 所述一个或多个类别定义可包括以下各项中的一个或多个：模型空间内的参考样品谱的一组一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面、方差、体积、沃罗诺伊单元和/或位置；以及类别层次结构内的一个或多个位置。
[0319] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括使用分类模型或库以对一个或多个未知的样品谱进行分类。
[0320] 为了对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类而对所述一个或多个样品谱进行分析可包括根据一个或多个分类准则对一个或多个样品谱人工或自动地进行分类。
[0321] 所述一个或多个分类准则可包括以下各项中的一个或多个：
[0322] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点之间的距离，与模型空间内的一个或多个参考样品谱的一组一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面、体积、沃罗诺伊单元或位置之间的距离低于距离阈值或者是最低的此类距离；
[0323] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点的位置处于所述模型空间内的一个或多个参考样品谱的一个或多个参考点、数值、边界、线、平面、超平面或位置的一侧或另一侧；
[0324] 模型空间内的一个或多个样品谱的一个或多个投影样品点的位置处于所述模型空间内的一个或多个体积或沃罗诺伊单元内；以及
[0325] 概率或分类分数高于概率或分类分数阈值或是最高的此类概率或分类分数。
[0326] 设想了各种实施例，其涉及使用敞开式电离离子源从目标生成烟气、气溶胶或蒸气(其详情在本文中的别处提供)。然后可将所述气溶胶、烟气或蒸气与基质混合且抽吸到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室中。可使所述混合物撞击碰撞表面，致使所述气溶胶、烟气或蒸气通过撞击
离子化发生电离，从而生成分析物离子。然后可对所得分析物离子(或由分析物离子衍生的碎片或产物离子)进行质量分析和/或离子迁移率分析，并且可对所得质谱数据和/或离子迁移谱数据进行多变量分析或其它数学处理以便实时确定所述目标的一种或多种性质。
[0327] 根据实施例，用于从所述目标生成气溶胶、烟气或蒸气的第一装置可包括利用RF电压的工具，所述RF电压如连续的RF
波形。
[0328] 设想了其它实施例，其中用于从所述目标生成气溶胶、烟气或蒸气的第一装置可包括氩等离子体
凝结(“APC”)装置。氩等离子体凝结装置涉及使用通过探针引导的电离氩气(等离子体)喷流。所述探针可穿过
内窥镜。因为探针被放置在距离所述目标的一定距离处，所以氩等离子体凝结基本上为非接触式过程。氩气从探针放出且然后通过高电压放电(例如6kV)来电离。然后通过气体喷流传导高频电流，使得在喷流的另一端上的目标凝结。凝结深度通常只有几毫米。
[0329] 在本文的方面或实施例的任一个中公开的第一装置、手术或电手术工具、装置或探针或其它取样装置或探针可包括非接触式手术装置，如水疗外科装置、外科水射流装置、氩等离子体凝结装置、混合型氩等离子体凝结装置、水射流装置以及激光装置中的一种或多种。
[0330] 非接触式外科装置可定义为被布置和调适成解剖、碎片化、
液化、抽吸、电灼治疗或以其它方式破坏生物组织但不与组织发生物理接触的外科装置。示例包括激光装置、水疗外科装置、氩等离子体凝结装置和混合式氩等离子体凝结装置。
[0331] 由于非接触式装置可不与组织产生物理接触，因此手术可视为相对安全的并且可用于处理具有较低胞内键的脆弱组织，如皮肤或脂肪。
[0332] 根据各种实施例，质谱仪和/或离子迁移谱仪可按仅负离子模式、仅正离子模式或按正离子和负离子两者模式获得数据。可将正离子模式光谱数据与负离子模式光谱数据组合或串接。负离子模式可以提供特别适用于对气溶胶、烟气或蒸气样品(如来自包含脂质的目标的气溶胶、烟气或蒸气样品)进行分类的光谱。
[0333] 离子迁移谱数据可使用不同的离子迁移漂移气体获得，或可向漂移气体添加
掺杂剂以诱导一个或多个物种的漂移时间变化。然后可合并或串接该数据。
[0334] 显然，将基质或试剂直接添加到样品的要求可能阻碍了对组织执行活体内分析的能力，且更一般来说，还阻碍了对目标材料进行快速简单分析的能力。
[0335] 根据其它实施例，敞开式电离离子源可包括超声波消融离子源或混合型电外科-超声波消融源，其生成然后作为气溶胶被抽吸的液体样品。所述超声波消融离子源可包括聚焦或未聚焦超声波。
[0336] 任选地，所述第一装置包括离子源或形成所述离子源的一部分，所述离子源选自由以下组成的组：(i)快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源；(ii)解吸附电喷雾电离(“DESI”)离子源；(iii)激光解吸附电离(“LDI”)离子源；(iv)热解吸附离子源；(v)激光二极管热解吸附(“LDTD”)离子源；(vi)解吸附电流动聚焦(“DEFFI”)离子源；(vii)介质阻挡放电(“DBD”)等离子体离子源；(viii)大气固体分析探针(“ASAP”)离子源；(ix)超声波辅助喷雾电离离子源；(x)简易敞开式声波喷雾电离(“EASI”)离子源；(xi)解吸附大气压光化电离(“DAPPI”)离子源；(xii)纸喷雾(“PS”)离子源；(xiii)喷射式解吸附电离(“JeDI”)离子源；(xiv)触碰式喷雾(“TS”)离子源；(xv)纳DESI离子源；(xvi)激光烧蚀电喷雾(“LAESI”)离子源；(xvii)直接实时分析(“DART”)离子源；(xviii)探针电喷雾电离(“PESI”)离子源；(xix)固体探针辅助电喷雾电离(“SPA-ESI”)离子源；(xx)卡维顿超声波外科吸引器(“CUSA”)装置；(xxi)混合式CUSA-透热装置；(xxii)聚焦或未聚焦超声波消融装置；
(xxiii)混合式聚焦或未聚焦超声波消融和透热装置；(xxiv)微波谐振装置；(xxv)脉冲等离子体RF解剖装置；(xxvi)氩等离子体凝结装置；(xxvi)混合式脉冲等离子体RF解剖和氩等离子体凝结装置；(xxvii)混合式脉冲等离子体RF解剖和JeDI装置；(xxviii)外科水/生理盐水喷流装置；(xxix)混合式电外科和氩等离子体凝结装置；以及(xxx)混合式氩等离子体凝结和水/生理盐水喷流装置。
附图说明
[0337] 现将仅通过举例且参考附图来描述各种实施例，在所述附图中：
[0338] 图1示出了快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)方法，其中向双极钳施加RF电压，从而生成气溶胶或外科羽流，其通过双极钳的灌注端口被捕获且然后转移到质谱仪以用于电离和质量分析；
[0339] 图2示出了普通实施例，其中一个或多个成像传感器或检测器用于在激活快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源之前或与此同时从目标(例如，活体内组织)获得图像数据，尤其是分析目标并确定例如组织是否可能癌变；
[0340] 图3示出了可根据各种实施例使用以便获得成像数据的微波反射型传感器；
[0341] 图4示出了根据各种实施例的包括构建分类模型的分析方法；
[0342] 图5示出了一组从两类已知参考样品获得的参考样品谱；
[0343] 图6示出了多变量空间，其具有由强度轴定义的三个维度，其中多变量空间包括多个参考点，每个参考点对应于一组从参考样品谱导出的三个峰强度值；
[0344] 图7示出了PCA模型的累积方差与分量数量之间的大体关系；
[0345] 图8示出了具有由主分量轴定义的两个维度的PCA空间，其中PCA空间包括多个变换参考点或分数，每个变换参考点或分数对应于图6的参考点；
[0346] 图9示出了具有单个维度或轴的PCA-LDA空间，其中LDA基于图8的PCA空间执行，PCA-LDA空间包括多个另外的变换参考点或类别分数，每个另外的变换参考点或类别分数对应于图8的变换参考点或分数；
[0347] 图10示出了根据各种实施例的包括使用分类模型的分析方法；
[0348] 图11示出了从未知样品获得的样品谱；
[0349] 图12示出了图9的PCA-LDA空间，其中所述PCA-LDA空间另外包括PCA-LDA投影样品点，所述投影样品点从图11的样品谱的峰强度值导出；
[0350] 图13示出了根据各种实施例的包括构建分类库的分析方法；以及
[0351] 图14示出了根据各种实施例的包括使用分类库的分析方法。
具体实施方式
[0352] 现将在下面更详细描述各种实施例，其大体涉及从目标(例如，活体内组织)的一个或多个区域获得成像或其它数据，且然后使用敞开式电离离子源从所述目标的一个或多个区域生成气溶胶、手术烟气或蒸气。
[0353] 然后所述气溶胶、手术烟气或蒸气被抽吸到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空室中并被致使撞击碰撞表面，使得所述气溶胶、烟气或蒸气通过撞击离子化被电离，从而生成分析物离子。
[0354] 然后对所得分析物离子(或衍生自分析物离子的碎片或产物离子)进行质量分析，且然后可对所得质谱数据和/或离子迁移率数据进行多变量分析以便实时确定所述目标的一种或多种性质。
[0355] 例如，多变量分析可使得能够确定当前正被切除的组织的一部分是否发生癌变。
[0356] 使用成像数据使得能够在外科手术之前和/或期间识别潜在担忧的组织，并使得外科医生能够有更大的信心定位和完全移除所有非期望的或潜在癌变的组织，与此同时确保移除最小量的健康组织。
[0357] 敞开式电离离子源
[0358] 根据各种实施例，装置用于从目标(例如，活体内组织)的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气。所述装置可包括敞开式电离离子源，其特征在于从原生或未改质目标生成分析物气溶胶、烟气或蒸气的能力。例如，其它类型的电离离子源，如基质辅助激光解吸附电离(“MALDI”)离子源要求在电离之前向样品添加基质或试剂。
[0359] 显然，将基质或试剂添加到样品的要求阻碍了对组织执行活体内分析的能力，且更一般来说，还阻碍了对目标材料进行快速简单分析的能力。
[0360] 因此，相比之下，敞开式电离技术特别有利，因为首先是其不要求添加基质或试剂(且因此适用于活体内组织的分析)且其次是其使得能够对目标材料执行快速简单分析。
[0361] 多种不同的敞开式电离技术已为人所知且预计落入本发明的范围内。按照历史记录，解吸附电喷雾电离(“DESI”)为第一种开发的敞开式电离技术并在2004年公开。自2004年以来，已开发了多种其它的敞开式电离技术。这些敞开式电离技术的不同之处在于其精确的电离方法，但是其共享从原生(即未处理或未改质)样品直接生成气相离子的相同的一般能力。旨在落入本发明的范围内的各种敞开式电离技术的特定优点在于，所述各种敞开式电离技术不要求任何事先的样品制备。因此，各种敞开式电离技术使得能够在无需向组织样品或其它目标材料添加基质或试剂的时间和
费用的情况下对活体内组织和活体外组织两者的样品进行分析。
[0362] 下表中给出旨在落入本发明的范围内的敞开式电离技术的列表：
[0363]
[0364]
[0365]
[0366] 根据实施例，敞开式电离离子源可包括快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源，其中向一个或多个电极施加RF电压以便通过焦耳加热来生成气溶胶或手术烟气的羽流。
[0367] 然而，应了解，也可以利用其它敞开式离子源，包括上文提及的那些离子源。例如，根据另一实施例，敞开式电离离子源可包括激光电离离子源。根据实施例，激光电离离子源可包括中IR激光烧蚀离子源。例如，存在若干种激光器，它们发出的
辐射接近于或处于2.94μm，2.94μm对应于在水的吸收光谱中的峰值。根据各种实施例，敞开式电离离子源可包括激光烧蚀离子源，基于水在2.94μm下的高吸收系数，所述激光烧蚀离子源具有接近2.94μm的波长。根据实施例，激光烧蚀离子源可包括在2.94μm发出辐射的Er：YAG激光器。
[0368] 设想了其它实施例，其中可使用
中红外光学参数
振荡器(“OPO”)来产生波长比2.94μm更长的激光烧蚀离子源。例如，可使用Er：YAG
泵浦的ZGP-OPO来产生具有例如6.1μm、
6.45μm或6.73μm波长的激光辐射。在一些情况下，因为只有表
面层将被烧蚀且可引起较小的热损伤，所以使用波长比2.94μm更短或更长的激光烧蚀离子源可能是有利的。根据实施例，Co：MgF2激光器可用作激光烧蚀离子源，其中所述激光器可从1.75μm调谐到2.5μm。根据另一实施例，可使用由Nd：YAG激光器泵浦的光学参数振荡器(“OPO”)系统产生具有2.9μm到
3.1μm之间波长的激光烧蚀离子源。根据另一实施例，可使用具有10.6μm波长的CO2激光器来生成气溶胶、烟气或蒸气。
[0369] 根据其它实施例，所述敞开式电离离子源可包括超声波消融离子源，其生成然后作为气溶胶被抽吸的液体样品。所述超声波消融离子源可包括聚焦或未聚焦的源。
[0370] 根据实施例，用于从目标的一个或多个区域生成气溶胶、烟气或蒸气的第一装置可包括利用连续RF波形的电外科工具。根据其它实施例，可使用射频组织解剖系统，其被布置成向工具供应脉冲等离子体RF能。工具可包括例如PlasmaBlade(RTM)。脉冲等离子体RF工具的操作温度低于传统的电外科工具(例如40℃到170℃相比于200℃到350℃)，借此减小热损伤深度。脉冲波形和占空比可用于通过沿着薄绝缘电极的一个或多个切割边沿诱导电学等离子体进行的切割和凝结操作模式两者。
[0371] 快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)
[0372] 图1示出了快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)方法，其中可以使双极钳1与患者3的活体内组织2接触。在图1所示的示例中，可在患者脑的外科手术过程中使双极钳1与患者3的脑组织2接触。来自RF电压发生器4的RF电压可被施加到双极钳1，这引起组织2的定位焦耳或透热加热。因此，生成气溶胶或外科羽流5。然后气溶胶或外科羽流5可通过双极钳1的灌注端口被捕获或以其它方式抽吸。因此，双极钳1的灌注端口再次作为抽吸端口利用。然后可将气溶胶或外科羽流5从双极钳1的灌注(抽吸)端口传递到
导管6(例如1/8″或3.2mm直径的特氟龙(RTM)导管)。导管6被布置成将气溶胶或外科羽流5转移到质谱仪和/或离子迁移谱仪8的大气压
接口7。
[0373] 根据各种实施例，包含
有机溶剂如异丙醇的基质可被添加到在大气压接口7处的气溶胶或外科羽流5。然后气溶胶3和
有机溶剂的混合物可被布置成撞击质谱仪和/或离子迁移谱仪8的真空室内的碰撞表面。根据一个实施例，所述碰撞表面可被加热。致使所述气溶胶在撞击碰撞表面后电离，从而生成分析物离子。生成分析物离子的电离效率可通过添加有机溶剂来改善。然而，有机溶剂的添加并非必不可少的。
[0374] 通过致使气溶胶、烟气或蒸气5撞击所述碰撞表面生成的分析物离子然后穿过质谱仪和/或离子迁移谱仪的后续级并在质量分析器(和/或离子迁移率分析器)中进行质量分析(和/或离子迁移率分析)。质量分析器可例如包括四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器。
[0375] 图2示出了普通实施例，其中一个或多个成像传感器20用于在激活快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源1之前从目标2(例如，活体内组织)获得成像数据，尤其是对组织2进行
采样并使得能够确定例如组织是否癌变。
[0376] 设想了其它实施例，其中目标2可更一般化地包括有机目标，所述有机目标包含材料如塑料。目标2可被成像(例如，使用X射线成像)以确定所述目标2中的密度变化的区域。然后可识别关注区域并对其进行敞开式电离分析。例如，可确定塑料目标的一个或多个区域具有不同密度，这可指示有机物或其它污染物。然后可分析所述关注区域并识别潜在的污染物。
[0377] 根据各种实施例，一个或多个传感器装置20可用于从所述目标(例如，活体内或活体外生物组织中的任一者)获得成像(或其它密切相关的)数据。一个或多个成像传感器装置20可被布置成例如从所述目标获得以下数据：(i)热、温度或热像图像数据；(ii)微波图像数据；(iii)视觉或光学图像数据；(iv)红外(“IR”)图像数据；(v)射频(“RF”)图像数据；(vi)X射线图像数据；(vii)磁共振成像(“MRI”)图像数据；(viii)超声波或超音波图像数据；(ix)断层摄影图像数据；(x)光学或其它吸收数据；(xi)光学或其它散射系数数据；
(xii)氧合血凝素或脱氧血凝素吸光度数据；(xiii)近红外(NIR)图像数据；或(xiv)磁性数据。
[0378] 设想了多个不同的实施例并将在下文更详细地描述，其中从一个或多个成像传感器或装置20采集成像(或其它密切相关的)数据，并且其中，然后可使用所述成像数据例如导引使用者(例如，外科医生)利用敞开式电离离子源对目标(例如，活体内或活体外组织)上的一个或多个备受关注区域执行手术、诊断或其它程序。
[0379] 仅通过举例，一个或多个成像传感器或装置20可用以确定患者的组织区域，所述组织区域与周围组织相比具有不同的热、温度或热像分布、微波分布、视觉或光学分布、红外(“IR”)分布、射频(“RF”)分布、X射线分布、磁共振成像分布、超声波或超音波分布、断层摄影分布、光学或其它吸收分布、光学或其它散射系数分布、氧合血凝素或脱氧血凝素吸光度分布、近红外(NIR)分布或磁性分布。如应了解，与周围组织相比具有不同的热、温度或热像分布、微波分布、视觉或光学分布、红外(“IR”)分布、射频(“RF”)分布、X射线分布、磁共振成像分布、超声波或超音波分布、断层摄影分布、光学或其它吸收分布、光学或其它散射系数分布、氧合血凝素或脱氧血凝素吸光度分布、近红外(NIR)分布或磁性分布的组织的部分可包括发生病变或潜在癌变组织。例如，已知潜在癌变组织可比健康组织更致密并且可具有血管丰富性质。因此，潜在癌变组织相对于周围健康组织可具有不同
含水量、相对于健康组织可具有更高或不同的温度以及相对于周围健康组织具有不同介电性质和物理性质。
[0380] 根据实施例，由一个或多个成像传感器20所提供的额外或确认信息可用于帮助确定健康、潜在癌变、癌变、潜在病变或病变生物组织的边缘或边界或肿瘤的边缘或边界。
[0381] 所述癌变生物组织或肿瘤可包括：(i)I级、II级、III级或IV级癌变组织；(ii)转移性癌变组织；(iii)混合级癌变组织；或(iv)子级癌变组织。
[0382] 一个或多个成像传感器20可用于帮助确定物理、化学或其它数据，以及具体来说，可用于确定病变或癌变组织的不同类型或等级之间的边缘或边界。
[0383] 癌变组织的不同等级可选自由以下组成的组：(i)I级癌变组织；(ii)II级癌变组织；(iii)III级癌变组织；以及(iv)IV级癌变组织。
[0384] 根据各种实施例，可从所述成像或其它数据确定以下中的任一者：(i)所述目标的一个或多个物理性质；(ii)所述目标的一个或多个化学性质；(iii)所述目标的一个或多个物理-化学性质；或(iv)所述目标的一个或多个机械性质。
[0385] 敞开式电离手术或诊断工具的优化操作参数可取决于从一个或多个成像传感器采集的数据被编程或设定
[0386] 根据实施例，敞开式电离手术或诊断工具的一个或多个操作参数可被布置成在手术或诊断程序期间基于所采集的物理或非质谱数据、化学数据、成像数据或其它数据而变化或以其它方式优化。
[0387] 例如，根据实施例，耗散到周围组织中的能量可被布置成在所述手术或诊断装置接近生命器官时减小。
[0388] 根据各种实施例，敞开式电离离子源的又一个操作参数可取决于被探测组织的具体类型而变化或进行控制。所述组织的类型可事先已知或可从成像、化学、物理或其它数据确定。例如，根据实施例，如果组织或肿瘤具有软或胶状的质地或探针极为接近人体的敏感区域(例如，所述探针极为接近重要神经)，那么敞开式电离离子源的功率和/或占空比可减小、变化或以其它方式更改。
[0389] 根据另一实施例，敞开式电离手术或其它工具的一个或多个操作参数可基于所采集的化学、物理或成像数据来设定。例如，敞开式电离手术工具的一个或多个操作参数可基于由一个或多个物理、化学、成像或其它传感器或装置20所识别的癌变组织的类型或等级或基于由所述一个或多个物理、化学、成像或其它传感器或装置20所识别的所述病变组织的性质来设定。
[0390] 可取决于是对健康组织、明确癌变组织还是在癌症边缘操作来使用不同的操作参数。
[0391] 根据各种实施例，所述物理数据、非质谱数据、化学数据、成像数据或其它数据可包括空间信息，并因此可确定根据器官内深度的组织的差异。因此，先前采集的物理数据、非质谱数据、化学数据、成像数据或其它数据可用于设定敞开式电离手术工具在所述手术工具更深移动到器官中(或移出)或更接近(或远离)器官或特定组织类型时的不同操作参数。
[0392] 此外，在所述敞开式电离手术工具更深移动到器官中(或移出)或更接近(或远离)器官或特定组织类型时可改变各种电离参数。
[0393] 在所述敞开式电离手术工具初始切入器官中时，一个或多个电离参数(例如，添加到从所述组织释放的气溶胶、烟气或蒸气的基质的成分、电离碰撞表面的温度、施加到电离碰撞表面的电压等)可针对当切入所述器官中时遇到的手术条件(例如，初始失血、组织成分)进行优化。在所述敞开式电离手术工具更深移动到器官中(或移出)或更接近(或远离)器官或特定组织类型时，所述手术工具的最优电离参数可改变反射，例如不同程度的失血和所述组织的不同成分。因此，也可布置一个或多个电离参数(例如，添加到从所述组织释放的气溶胶、烟气或蒸气的基质的成分、电离碰撞表面的温度、施加到电离碰撞表面的电压等)以改变或变化以便与改变的手术条件匹配，并且任选地基于所采集的化学数据。
[0394] 设想了众多不同的实施例，其中，可基于所采集的物理非质谱数据、化学数据、成像数据或其它数据改变结合敞开式电离离子源(例如，快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源)的手术装置或诊断工具的各种操作参数。
[0395] 根据各种实施例，可基于从切割部位获取或确定的化学、物理、成像或其它数据
选定所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的离子模式。
[0396] 根据另外实施例，可基于做出诊断(例如，癌变或健康组织)的过程、在所述过程之后或期间改变或更改所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的一个或多个操作参数。例如，可在确认时改变一个或多个操作参数。可取决于分析阶段(例如，探索性、诊断或确认)改变或优化的一个或多个操作参数包括以下操作参数的优化：(i)入口条件，包括入口电压、添加到气溶胶流的任选的基质的类型和流动速率、文氏管抽汲等；(ii)气溶胶的碎片化条件，包括流动速率和碰撞表面的温度、加热线圈参数等；(iii)包括离子路径的下游离子光学件；以及(iv)质量分析步骤，包括选择一个或多个质量峰以用于进一步诊断，执行MS/MS实验，将所关注的分析物离子碎片化和对后续子离子、碎片离子或产物离子进行质量分析。
[0397] 热成像
[0398] 手术期间热成像(“ITI”)为可用于定位原发性和转移性肿瘤的边缘的成像技术。例如，在脑肿瘤的情况下，在脑肿瘤核心(具有例如36.4℃的温度)和具有例如33.1℃的较低温度的周围正常组织之间可存在>3℃的温度差。
[0399] 人体组织的温度受包括血管分布的程度的多种复杂因素影响。肿瘤可在性质上为血管丰富的并因此可通过高温，即比周围组织具有更高温度来检测。例如，使用热像图作为潜在乳房肿瘤的简单和非侵入性筛选法是已知的。
[0400] 脑、
角膜和眼部肿瘤以及恶性黑素瘤可基于相对于周围正常组织具有高温分布来检测。
[0401] 在一些情况下，肿瘤可比周围组织具有更低温度并且某些肿瘤可为低温的。可造成低温的主要因素包括：(i)肿瘤微血管中的低密度；(ii)归因于肿瘤的生长在周围组织中的水肿；(iii)更低代谢；以及(iv)可致使肿瘤血管和代谢活动减少的肿瘤
坏死。
[0402] 来自组织的热或红外发射可被流体或玻璃吸收。因此，理想情况是在热成像之前，手术部位应被干燥以去除包括血液的任何流体。
[0403] ITI为主要用于确定组织的表面温度的技术并且所述技术具有到人体或组织中的低有效穿透。
[0404] ITI的一个优点在于它是非侵入性的，并且可以与具有妨碍使用手术期间MRI的植入体的患者一起使用。
[0405] 设想了各种实施例，其中，可获得目标(例如，活体内组织)的热成像数据并且所述热成像数据可与敞开式电离离子源组合使用。
[0406] 全脊椎整块切除术(“TES”)
[0407] 通常，刮除术或碎片状切除已成为椎骨肿瘤的常见方法。然而，此方法可能增加肿瘤细胞污染周围结构的危险，并且由于定界肿瘤与健康组织存在困难，所以在此部位会有残余肿瘤组织。这些造成肿瘤的不完整切除以及脊髓
恶性肿瘤的高局部复发率。为减少局部复发并增加存活，可使用称为全脊椎整块切除术(“TES”)的手术。在此方法中，通过背面方法使用T形锯连同整块椎板切除术、整块椎体切除术和两侧肉眼切开术将含有恶性肿瘤的整个脊椎或椎骨切除。使用此技术，可以切除肿瘤块连同宽的或边际的边缘。
[0408] 设想了各种实施例，其中敞开式电离手术或诊断工具可用于执行全脊椎整块切除术，并且其中，可根据各种实施例首先获得成像数据以便帮助确定脊椎应切除的一个或多个区域并且以便减少去除健康脊椎的量。
[0409] 红外热像图
[0410] 根据实施例，红外热相机可用于记录目标、手术部位或组织的热分布。所述相机可包括例如340×240
像素阵列并可包括未冷却微型气压计焦平面阵列(“FPA”)检测器，所述检测器被布置成提供高空间
分辨率(例如，7.5μm到13μm)。所述检测器可被布置成例如在30℃的
环境温度具有0.06℃的热灵敏度。
[0411] 具有340×240像素的热成像相机的分辨率大于具有256×256像素的分辨率的常规磁共振成像(“MRI”)的分辨率。
[0412] 手术期间磁共振成像(“iMRI”)
[0413] 已知手术期间磁共振成像(“iMRI”)技术在肿瘤切除期间向外科医生提供手术期间图像导引，因为它提供各种手术相关参数，如肿瘤的位置和肿瘤的边界以及血管参数。
[0414] 根据各种实施例，手术期间磁共振成像装置可用于采集成像数据并且可结合敞开式电离手术或诊断工具使用。
[0415] 活体内组织的NIR光学断层摄影
[0416] 根据实施例，为获得成像数据，可使用多种不同的NIR光学断层摄影。例如，根据各种实施例，为获得成像数据，可利用连续波(“CW”)、时域光子迁移(“TDPM”)和频域光子迁移(“FDPM”)成像技术。
[0417] 连续波成像利用光源，其中，所述光源的强度被布置成随时间的推移保持大体恒定。所述光源可聚焦到所述目标上，所述目标可包括活体内组织。然后可在目标表面上的各种位置检测光的时不变分布。
[0418] 可通过波长相关光吸收性质和/或波长相关光散射性质来检测异常、病变或潜在癌变组织的区域。例如，癌变组织可具有更高的血管密度和增加数量的较大核。因此，病变组织的光吸收和散射性质两者将与健康组织不同，并因此可以区别两种不同的组织类型。
[0419] 连续波成像传感器或装置具有相对简单并且仅需要光源和基本检测器的优点。
[0420] 时域光子迁移(“TDPM”)成像为更复杂的成像技术，其涉及在所述目标表面引导非常短的光脉冲(例如，脉冲在半幅值全宽(FWHM)具有数皮秒或数飞秒的持续时间)。
[0421] 光的脉冲在其穿过所述组织时将变宽。检测器可被定位成在光的脉冲穿过所述组织时检测所述光的脉冲，并且可确定所检测到的光的脉冲的点扩散函数。
[0422] 本质上，使用非常快速的光子计数技术检测光子在飞行时间时的分布，或超高速扫描相机检测器可用于推断所述组织的光学性质。
[0423] 设想了多个实施例，其中可提供包括脉冲激光源、超高速扫描相机检测器或单光子计数检测系统的光学系统。还设想了其它实施例，其中时间选通技术可用于确定在特定时间段内到达检测器的光子的总数。
[0424] 设想了其它实施例，其中可使用频域光子迁移(“FDPM”)成像技术，其中从例如激光二极管或LED光源发出的光强度在约为10MHz到1GHz的频率进行正弦调制。所述光传播穿过组织并且相对于所述源波进行幅值移位和
相移。可在所述组织表面上远离入射光源一定距离的点检测相对于所述入射光的强度的
相位延迟和幅值衰减。可确定在组织体积内的异质性的位置、大小和光学
对比度。
[0425] 根据各种实施例，可生成健康和病变组织的NIR吸收标注，并且具体查看由于黑色素、氧合血凝素、脱氧血凝素、水和脂肪引起的光学光的吸光度。
[0426] 造影剂和纳米粒子
[0427] 近红外(“NIR”)可组合NIR可激发染料或造影剂用于检查组织。
[0428] 设想了各种实施例，其中内源性或外源性造影剂可用于增强图像数据、物理数据、化学数据或可根据各种实施例采集的其它数据。
[0429] 多种不同的造影剂可用于增强图像数据、物理数据、化学数据或其它数据，例如当用具有在700nm到900nm的范围内的波长的红外辐射进行照射时，所述造影剂可发出荧光。由于活体内组织在此波长范围内呈现低吸光度，可认为700nm到900nm的波长范围包括治疗窗。吸收主要从氧合血凝素和脱氧血凝素的组织发色团、脂肪、黑色素和水发生。
[0430] 应理解，通过成像、化学、物理或其它技术检测潜在异常或病变组织的能力主要取决于健康和病变组织之间存在对比度。
[0431] 另选地，基于异常或病变组织与健康组织具有不同的散射性质，可以区别这两种不同的组织类型。
[0432] 尽管700nm到900nm的波长范围由于在此波长范围内的低吸光度而备受关注，但在此波长范围内的红外辐射也可以呈现出相对高的散射系数。
[0433] 设想了多个实施例，其中成像数据、化学数据、物理数据或其它数据可通过检测在波长范围700nm到900nm内的红外辐射的散射在健康和病变组织之间的差异来获得。
[0434] 还设想了多个实施例，其中一种或多种外源性造影剂可用于分析活体内、活体外或体外组织样品、生物物质、有机物质(包括塑料)、一个或多个细菌菌落或一个或多个真菌菌落。根据实施例，为了加强内源性对比度，可提供或向所述组织添加一种或多种外源性荧光造影剂。
[0435] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种荧光造影剂。
[0436] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种可见染料。
[0437] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种放射性造影剂。
[0438] 所述一种或多种造影剂可包括一种或多种光学、近红外(“NIR”)、荧光、自发荧光或诊断造影剂。
[0439] 根据各种实施例，所述一种或多种造影剂可选自由以下组成的组：(i)靛氰绿(“ICG”)和靛氰绿的衍生物或轭合物，所述衍生物或轭合物包括三羰化菁；(ii)二乙硫代羰化菁碘化物(“DTTCI”)和二乙硫代羰化菁碘化物的衍生物或轭合物；(iii)若丹明B和若丹明B的衍生物或轭合物；(iv)包括己基焦脱镁叶绿酸己酯(“HPPH”)的光动力疗法(“PDT”)药剂；(v)包括Cy 5.5染料的花菁染料；以及(vi)双官能造影剂。
[0440] 由于靛氰绿(“ICG”)具有全身性投药的FDA批准，所以它备受关注。靛氰绿在约780nm被激发并在830nm发光。靛氰绿将在血液中溶解并将键结到
蛋白质如
白蛋白和脂蛋白。ICG为非特异性药剂并且从血液快速清除。然而，ICG往往会通过
外渗在致密血管分布区域中收集。ICG可经静脉内以0.2mg/Kg的剂量投药给患者。也可使用ICG的衍生物和轭合物。
[0441] 设想了各种实施例，其中使用780nm激
光激发ICG，并且使用增益调制图像加强电荷耦合相机(ICCD)在830nm检测荧光谱。
[0442] 设想了其它实施例，其中磁性纳米粒子(“MNP”)可被用作造影剂。磁性纳米粒子可包括铁磁性铁氧化物，即
磁铁(Fe3O4)或直径在1nm到100nm范围内的磁赤铁矿(γ-Fe2O3)。根据实施例，所述纳米粒子可具有在1nm到10nm、10nm到20nm、20nm到30nm、30nm到40nm、
40nm到50nm、50nm到60nm、60nm到70nm、70nm到80nm、80nm到90nm或90nm到100nm的范围内的直径。具体地说，设想了各种实施例，其中具有在5nm到15nm的范围内的核心直径的纳米粒子可被用作造影剂。具体地，由于所述纳米粒子的大小减小，所以所述纳米粒子的特性从具有多畴铁磁特性改变为具有单畴特性并最后改变为具有超顺磁特性。具体地，具有在5nm到
15nm的范围内的直径的小纳米粒子呈现出无
磁滞损耗的超
顺磁性质，并且由于弛豫损耗(主要是Néel弛豫损耗)，将生成热量。磁性纳米粒子的固有铁磁性质在磁共振(“MR”)成像的情况下提供对比度增强。例如，在脑肿瘤中的磁性纳米粒子的积聚在包括梯度回波成像的T2加权成像上呈现为
低信号。
[0443] 磁性纳米粒子也可被官能化以靶向癌细胞，从而使得能够通过磁共振成像来识别癌变组织。
[0444] 根据实施例，可使用超小超顺磁铁氧化物纳米粒子(“USPIONP”)。
[0445] 除使用在癌变组织内积聚的纳米粒子之外，根据另外的实施例，所述纳米粒子可通过施加
磁场，并且具体地交变磁场(“AMF”)来加热，所述磁场经由布朗Néel弛豫过程经由弛豫损耗或通过滞后损耗产生热量。因此，潜在癌变组织可基于相对于周围正常健康组织具有升高的温度或高温度来识别。因此，与在癌变组织中积聚的纳米粒子的加热结合的热检测技术可用于将潜在癌变组织可视化、成像或靶向。
[0446] 设想了另外的实施例，其中，在癌变组织中积聚的纳米粒子可被加热高至温度＞40℃，以便选择性地靶向并杀灭癌细胞。例如，将癌细胞加热至约45℃的温度可以致使癌细胞凋亡或坏死。此外，局部加热癌细胞可增加流向所述癌细胞的血流量，这可以例如产生化疗剂至所述癌细胞的改善的递送。另外，癌细胞比正常组织具有更高热敏性，并因此可以向癌细胞选择性地施加热量以便在不损害周围正常或健康组织的情况下杀灭癌细胞。
[0447] 根据实施例，所述纳米粒子可包括聚硅氧烷基质(Si)，其中，在所述粒子的表面的
螯合物质如二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)允许金属元素如钆(Gd)、硅(Si)、
钙(Ca)和铁(Fe)的复合。
[0448] 根据其它实施例，所述纳米粒子可通过射频电容式加热来加热，其中，例如可施加8MHz的交流电并且位于电极之间的组织的温度提高。可使用磁铁阳离子脂质体(MCL)并且当其注射到癌细胞中时，所述癌变组织可达到在健康组织的温度之上2℃到3℃的温度。
[0449] 设想了其它实施例，其中含有铁磁组分的
抗体可用作造影剂。
[0450] 所述一种或多种造影剂可对所述目标为外源性或内源性的。
[0451] 如所熟知，荧光团可通过吸收光子被激活至激发态并且然后可以以非辐射方式弛豫至基态。另选地，所述荧光团可以以辐射(荧光)方式弛豫至所述基态。荧光存在期τ相当于荧光团保持在其激活状态的平均时间，并且
量子效率为辐射地发生的弛豫的比例。
[0452] 已知其它机制，其中所述激发态可以进行系统间跨越至中间激发态，其中电子的自旋态被翻转并且所述中间激发态的弛豫被禁用直到所述电子自旋被反转。所述中间激发态的存在期可为约数微秒至数毫秒并且被称为
磷光。
[0453] 荧光辐射分解可能受pH、氧合、自由离子浓度、
葡萄糖和其它分析物影响。因此，荧光可以提供以其它方式不可直接检测到的光学成像能力。
[0454] 根据实施例，可分析组织的荧光谱以便确定所述组织的pH、氧合水平或量子效率。
[0455] 设想了其它实施例，其中可执行γ射线成像，并且任选地，锝-99硫胶体可被注射到所述目标组织中以用于分析。
[0456] 根据各种实施例，金纳米粒子(“Au NP”或“GNP”)可被用作造影剂。金纳米粒子可通过激光烧蚀方法形成，其中金目标在水中进行脉冲激光照射。胶态金也可以通过
柠檬酸酯还原来制备。已知产生金纳米粒子的各种其它物理方法，包括惰性气体凝结、金(I)复合物的
热分解、金盐的放射分解、光化学
和声化学。已知产生金纳米粒子的化学法包括乳化、在存在不良晶种介导生长的情况下的金离子还原、反胶束的使用和相转移反应。金纳米粒子也可通过某些类型的真菌生物合成，所述真菌包括尖孢镰刀菌、轮枝孢属和炭疽菌属。金纳米粒子也已在HEK-293、HeLa、SiHa和SKNSH细胞内被合成。
[0457] 金纳米粒子可易于通常通过硫醇键官能化以提供官能化金纳米粒子(fGNP)。金纳米粒子的表面可
用例如具有疏水性腔的作为药物凹穴的环糊精、作为靶向部分的抗体和作为抗积垢壳体的聚(乙二醇)(PEG)官能化。抗癌药物可被包封到所述环糊精的疏水性腔中，并因此所述金纳米粒子可用作药物递送系统(DDS)。
[0458] 根据各种实施例，如上所述的金纳米粒子，以及具体地，官能化金纳米粒子可用作造影剂。
[0459] 根据各种实施例，当用光(800nm到1200nm)照射时，金纳米粒子引起局部加热，并因此，金纳米粒子可用于肿瘤的光热破坏。
[0460] 等离子金纳米粒子可用于癌症诊断和光热治疗。
表面等离子共振(“SPR”)引起金纳米粒子表面上的强
电磁场，这增强所有辐射性质如吸收和散射。具体地，增强了
拉曼散射。此外，强吸收光可经由一系列非辐射过程快速转
化成热量。
[0461] 金纳米粒子可以通过形状和结构被光学调谐，并且例如，可以产生具有不同光学性质的金纳米棒至金纳米球。通过改变晶种介导生长方法中的实验性参数可以精确控制高宽比。
[0462] 也可产生金纳米壳体(包括具有几纳米厚的金薄壳体的约100nm的
二氧化硅芯)和金纳米笼。根据各种实施例，金纳米球、纳米棒、纳米星和纳米壳体可被用作造影剂。
[0463] 根据实施例，金纳米粒子可用于癌症成像。众所周知，金纳米粒子强烈散射并且其散射性质取决于所述纳米粒子的大小、形状和结构。根据实施例，可使用具有30nm到100nm直径的金纳米粒子。此类纳米粒子强烈散射，并且可以在暗场发光条件下使用
显微镜检测。所述金纳米粒子可与例如抗表皮生长因子受体(抗EGFR)抗体(或其它抗体)轭合以识别癌细胞和组织的EGFR蛋白质(或其它蛋白质)。可以易于区分键结到癌细胞的纳米粒子的规则或良好组织的散射图样和健康细胞附近的纳米粒子的无规分布，并且此散射图案的差别可根据各样实施例利用。
[0464] 所述纳米粒子可通过来自
卤素灯的白光来激发。
[0465] 根据实施例，官能化金纳米粒子可跨越目标(如生物活体内或活体外组织)的表面分布，并且所述金纳米粒子可优先键结到癌细胞。因此，可以通过照射目标来识别所述组织的癌变区域，并且可以进行分析所述散射图样或测量光的散射强度中的任一者。
[0466] 例如，金纳米粒子可在细胞
单层上具有约540nm的强表面等离子共振(“SPR”)，结果是所述纳米粒子在可见光谱的绿色到黄色范围内的强烈散射。类似地，可构建在约800nm呈现强表面等离子共振(“SPR”)得出强烈红
颜色的金纳米棒。
[0467] 因此，根据各种实施例，金纳米粒子可被用作成像、物理或化学造影剂。
[0468] 表面等离子共振(“SPR”)效应也增强相邻分子的拉曼散射，因为拉曼强度与施加于所述分子的场强的平方成正比。此现象被称为表面增强型拉曼散射(“SERS”)。
[0469] 根据实施例，可利用金纳米粒子以便增强相邻分子的拉曼散射。所述金纳米粒子可为对称或不对称中的任一者。根据实施例，所述金纳米粒子可为不对称的(例如，纳米棒)，因为由于避雷针效应，不对称纳米粒子提供较大拉曼增强。
[0470] 使用金纳米粒子和表面增强拉曼散射的一个具体优点在于此方法大大增强检测灵敏度并且减少信号采集时间。
[0471] 根据另一实施例，拉曼标签可被用作光谱法成像探针。所述拉曼标签可包含具有芳香族结构的有机染料分子，所述芳香族结构具有相对高的拉曼横截面。当荧光在金属纳米粒子上被吸收时，所述荧光被熄灭，并从而能够检测拉曼信号。
[0472] 所述拉曼标签可与拉曼标签和癌症靶向配体两者
物理吸附或化学轭合。
[0473] 根据其它实施例，果聚糖纳米粒子可用于靶向癌症成像。果聚糖为生物兼容性
碳水化合物
聚合物，其由通过β-(2，6)键附着的β-D-呋喃果糖组成并用于生物医学应用。根据实施例，靛氰绿(ICG)可通过自组被包封在果聚糖纳米粒子中，并且所述果聚糖ICG纳米粒子可用于癌症成像。
[0474] 设想了各种实施例，其中可包括生物组织的目标可使用如上述作为造影剂的纳米粒子如金纳米粒子进行拉曼或激光成像(透射或荧光)。然后可识别一个或多个关注区域，并且然后可使用第一装置分析所述关注区域以生成气溶胶、烟气或蒸气。所述第一装置可包括敞开式电离离子源如快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源。
[0475] 设想了其它实施例，其中化学标签(如发
光标签)可与敞开式电离离子源如快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源组合使用。例如，根据实施例，发光成像、物理或化学造影剂可通过纳入配合体被改性，即所述配合体易于通过敞开式电离离子源如快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源被电离。如果非期望的(或期望的)目标或非期望的(或期望的)组织被烧蚀，那么所述造影剂、标签或纳米粒子可通过质谱测定进行检测。所述标记化学品可具有荧光、磁性、化学、物理或其它成像性质，并且所述分子的一部分可被布置以便良好电离以用于质谱测定分析。例如，如上所述，靛氰绿(ICG)可被包封到果聚糖纳米粒子中，或更一般化地，包封到官能化纳米壳体中，所述纳米壳体被官能化以便靶向癌变组织或其它非期望的目标材料。设想了实施例，其中可被包封在官能化纳米粒子或纳米壳体(其可被官能化以便靶向癌变组织)内的ICG(或其它化学品)可通过质谱测定进行检测。设想了其它实施例，除ICG之外的一个或多个不同标记可被包封到靶向癌变组织的纳米粒子中。然后可通过质谱测定来识别这些一个或多个标记，并且可确定目前进行分析的所述组织包括癌变组织或以其它方式包括非期望的目标材料。
[0476] 设想了多个实施例，其中可执行目标实验，在所述目标实验中对目标进行质谱测定分析，以便寻求识别包括(或相反不包括)造影剂、化学标签、标记或纳米粒子的目标或组织的部分，其中所述造影剂、化学标签、标记或纳米粒子已被官能化以便靶向特定目标，例如癌变组织。根据各种实施例，识别所述造影剂、化学标签、标记或纳米粒子的存在，从而使得能够确定目前正分析的目标或组织包括癌变组织(或以其它方式包含期望或非期望的目标材料)。
[0477] 根据实施例，使用物理或其它非质谱数据以确定一个或多个关注区域的步骤可包括使用含有或包含金属的靶向纳米粒子。所述金属旨在改变靶向组织类型的
电阻抗。如上所述，金属纳米粒子可被官能化，以使得其粘着于特定类型的组织或其它表面。由于靶向或官能化纳米粒子的存在，可通过确定目标(例如，组织)的一个或多个区域相对于其它目标区域具有不同阻抗来识别所述目标的一个或多个关注区域，其中，所述靶向或官能化纳米粒子优先粘着于某些特定目标区域(例如，癌变组织)。
[0478] 光热治疗(PTT)
[0479] 金纳米粒子比有机染料分子强烈得多地吸收光。接近100％吸收光经由非辐射性质转化成热量。因此，金纳米粒子可被用作用于光热治疗的光热造影剂，其中光子能量经由热效应如高温、凝结和蒸发被转化成足以诱导细胞破坏的热量。
[0480] 可通过结合脉冲激光或连续波激光中的任一者使用球形金纳米粒子执行光热治疗。
[0481] 纳秒脉冲激光可结合PTT使用以在不影响相邻健康细胞的情况下提供对癌细胞的高选择性和定位破坏，所述相邻健康细胞距离所述癌细胞可能仅为几纳米至几十微米。
[0482] 对于在皮肤下的肿瘤或深入组织内的肿瘤的活体内治疗，由于近红外(NIR)光的极少被血红蛋白和水分子吸收的深穿透能力，所以可使用NIR光。
[0483] 根据实施例，由于金纳米壳体的吸收可以被调谐到所述NIR区域，所以可结合敞开式电离离子源使用
聚乙二醇化金纳米壳体。例如，在4分钟内在820nm发出例如35W/cm2的辐照度的连续波(cw)二极管激光器可用于照射金纳米壳体，以便引起靶向细胞的癌细胞死亡。
[0484] 根据各种实施例，所述金纳米壳体可被注射到患者的血流中或扩散到目标或组织样品的表面上。
[0485] 设想了其它实施例，其中可使用金纳米棒执行PTT。根据实施例，可结合金纳米棒使用在800nm发光的cw ti：Saphhire激光器。
[0486] 根据实施例，所述目标可用线性极化光或圆偏振光中的任一者照射。用圆偏振光照射金纳米棒是特别有益的，因为金纳米棒的光吸收得以增强，从而产生用于癌症杀灭的超低能量阈值。
[0487] 已确定30J/cm2的激光
能量密度可以使细胞的温度提高约10℃，这足以诱导热应激细胞死亡。因此，可根据各种实施例利用30J/cm2的激光能量密度。
[0488] 根据实施例，金纳米棒可被共轭到平均值为MW 5,000(mPEG-SH-5000)的甲氧基-聚(乙二醇)-硫醇并且可经静脉内和/或皮下中的任一者注射到患者体内。由于NIR光被肿瘤中的纳米棒吸收，所以肿瘤或癌细胞可以通过相机使用NIR激光的透射成像来识别。
[0489] 手术期间计算机断层摄影(“CT”)、手术期间超音波和手术导引系统
[0490] 根据实施例，移动CT装置可用于在手术如肿瘤切除期间采集手术期间图像。
[0491] 根据另一实施例，可使用手术期间3D超音波(“3D-iUS”)导引系统。
[0492] 设想了各种实施例，其中敞开式电离探针、手术装置或诊断装置可人工地、自动地或使用导引系统以机器人方式导引或引导。
[0493] 所述导引系统可包括磁共振成像(“MRI”)导引系统或如手术期间超音波(“IOUS”)导引系统的超音波或超声波导引系统。
[0494] 设想了其它实施例，其中所述导引系统可包括导引线定位(“GWL”)、芯线定位(“WL”)或芯线导引定位(“WGL”)装置。
[0495] 根据另一实施例，所述导引系统可包括放射性导引隐性损害定位(“ROLL”)导引系统。
[0496] 设想了又一实施例，其中核放射性示踪剂注射或以其它方式引入到所述目标(例如，组织)的一个或多个区域中。所述核放射性示踪剂可包含99mTc。
[0497] 根据实施例，γ射线检测探针可用于检测通过所述核放射性示踪剂的衰变发出的γ射线，从而使得能够定位和/或可视化所述目标区域。
[0498] 可使用包括放射性晶种定位(“RSL”)系统的其它导引系统。例如，一个或多个放射性晶种可插入或植入到所述目标中。可使用包括具有任选地容纳125I的钛壳体的放射性晶种的各种不同形式的放射性晶种。γ射线检测探针可用于检测通过所述放射性晶种的衰变发出的γ射线，从而使得能够定位和/或可视化目标关注区域。
[0499] 所述导引系统可包括乳房X线照相(mammography)导引系统。
[0500] 根据其它实施例，所述导引系统可包括计算机断层摄影(“CT”)导引系统、正电子发射断层摄影(“PET”)导引系统或射线照相导引系统。
[0501] 根据其它实施例，所述导引系统可包括用于检测磁性粒子或磁性纳米粒子的磁性或磁力感测导引系统或超导量子干涉装置(“SQUID”)导引系统，或用于检测纳米粒子的导引系统。
[0502] 康普顿X射线散射
[0503] 设想了其它实施例，其中X射线散射装置可用于获得图像或其它数据。
[0504] 所述方法可包括将X射线引导到所述目标的一个或多个区域上并测量从所述目标散射的X射线的波长或频率。
[0505] X射线散射装置可包括康普顿X射线散射装置，其被布置成测量由于不相干的X射线散射引起的散射信号。所述X射线可具有≥50keV的能量。
[0506] 根据另一实施例，所述X射线散射装置可包括瑞利X射线散射装置，其被布置成测量由于相干的X射线散射引起的散射信号。所述X射线可具有≤30keV的能量。
[0507] RF或微波传感器
[0508] 根据实施例，一个或多个RF或微波传感器或装置可用于从目标的一个或多个区域获得图像或其它数据。
[0509] 图3示出了根据实施例的RF或微波传感器或装置30，其可用于采集图像数据。RF或微波传感器30可包括同轴线探针31，所述同轴线探针31使得微波
载荷32被引导到目标33中，所述目标33可包括活体内组织如肺或乳房组织。微波载荷32产生穿过短距离到目标33中的
电场34。反射信号35被同轴线探针31捕获并通过RF或微波传感器或装置30检测。然后可确定所述目标或目标组织33的一个或多个物理或图像性质。
[0510] 具体地，RF传感器或装置30可利用在RF频率的微波。在乳房组织的情况下，正常乳房组织对微波大体为半透明的，并在恶性乳房肿瘤和正常乳房组织之间存在高介电对比度。因此，根据实施例，RF或微波传感器30可用于检测例如潜在癌变的乳房组织的区域。因此，通过RF或微波传感器30获得的所述图像数据可用于将外科医生引导到乳房组织的特定区域，然后可使用敞开式电离离子源如快速蒸发电离质谱测定(“REIMS”)离子源对所述特定区域进行外科手术。具体地，通过RF或微波传感器30获得的所述图像数据可结合所述敞开式电离离子源使用以帮助以高
精度水平确定潜在癌变组织的边缘或边界。
[0511] 应了解，在能够以高的确定性水平确定在没有不必要地移除健康组织的情况下从手术部位移除所有非期望的(例如，潜在癌变)组织可以对潜在的手术成果具有显著
正面的影响。
[0512] 可连同时间选通使用脉冲共焦技术，以便增强肿瘤的检测同时遏制组织异源性和吸收的效应。
[0513] 已知执行X射线乳房检查。然而，存在重复的X射线乳房检查会产生癌症风险增加的担忧。
[0514] 因此，利用根据各种实施例的RF或微波技术的一个优点在于避免了患者任何癌症增加的风险(无论感知或真实)，并且还可以在使患者舒适的更加松弛和柔性的环境中执行。
[0515] 众所周知，微波与生物组织根据所述组织的含水量相互作用，并且此相互作用和X射线与生物组织的相互作用非常不同。具体地，与使用X射线或超音波中的任一者相比，使用根据实施例的微波传感器或装置30可以就对比度而言产生数量级改善。
[0516] 根据各种实施例，可包括特定类型的组织如健康活体内乳房或肺组织的目标的
介电常数可事先确定或可在初始手术期间确定。流体(例如，水)在所述目标或组织33的存在或不存在将影响介质极化。微波反射系数将取决于目标33的介质性质，并因此，反射微波信号的强度将取决于被探测组织33的含流体量或含水量。因此，可以确定所关注的目标或组织33的含流体量或含水量，并且具体地，可以识别具有可疑含流体量或含水量的目标或组织33的区域。
[0517] 在肺组织的情况下，例如所述肺组织的微波反射型测量使得能够确定所述肺组织的整体组织含水量。这可以用于确定是否可存在潜在癌变肺组织。例如，健康肺组织可具有第一含水量(例如，77％)，以及癌变肺组织可具有第二(更高)含水量(例如，85％)。
[0518] 此外，该方法可以用于识别肺组织中的肿瘤的边缘。例如，所述肿瘤的边缘可具有第三(中间)含水量(例如，82％)，其在健康组织的第一含水量(77％)和癌变组织的第二含水量(85％)之间的中间。
[0519] 根据实施例，微波发生器可用于生成微波信号，并且由所述微波发生器发出的信号的频率可按期望从例如5MHz到例如3GHz变化。
[0520] 设想了多个实施例，其中RF或微波传感器30可被设定成生成固定频率的微波。设想了其它实施例，其中RF或微波传感器或装置30可被布置成改变由微波传感器或装置30输出的微波的频率。例如，目标或组织33可通过以下步骤进行探测：用差别范围内的微波频率扫描所述表面，并然后根据所述微波的输入频率确定反射微波的强度的响应或分布。
[0521] 恶性肿瘤可具有与正常组织显著不同的介电常数，并且与正常组织相比，所述高介电对比度可引起恶性肿瘤具有显著更大的微波散射横截面。
[0522] 根据实施例，频率在4GHz到10GHz的范围内的微波可被聚焦和脉冲到组织33(例如，人体乳房)中。由于肿瘤具有与正常组织相比显著更大的介电电容率和
导电性，所以
微波能量在遇到肿瘤时将后向散射。后向散射能量可被传感器或检测器收集或以其它方式检测到。由此可以构建所述肿瘤的三维图像。
[0523] 众所周知，与低含水量组织相比，高含水量组织将具有根据频率的不同的电容率响应。
[0524] 高含水量组织(如肌肉或恶性肿瘤)的相对介电常数εr和电导率σ比低含水量组织(如脂肪或乳房组织)高大约一个数量级。该高含水量组织和低含水量组织之间的对比度在广泛范围的微波频率内持续并使得能够区别病变组织和健康组织。
[0525] 分析样品谱
[0526] 下表给出旨在落入本发明的范围内的分析技术的列表：
[0527]
[0528]
[0529] 也可以使用上述分析方法的组合，如PCA-LDA、PCA-MMC、PLS-LDA等。
[0530] 分析样品谱可以包括针对维数约简的无监督分析，随后进行针对分类的有监督分析。
[0531] 现将通过举例更详细地描述多种不同分析技术。
[0532] 多变量分析-开发分类模型
[0533] 现将通过举例来描述使用多个参考样品谱的多变量分析构建分类模型的方法。
[0534] 图4示出了使用多变量分析构建分类模型的方法1500。在此示例中，所述方法包括获得参考样品谱的多组强度值的步骤1502。所述方法然后包括无监督主分量分析(PCA)的步骤1504，随后进行有监督线性判别分析(LDA)的步骤1506。该方法在本文中可被称作PCA-LDA。可使用其它多变量分析方法，如PCA-MMC。然后在步骤1508中将PCA-LDA模型例如输出到存储装置。
[0535] 多变量分析(如该多变量分析)可以提供允许使用获自气溶胶、烟气或蒸气样品的一个或多个样品谱对气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类的分类模型。现将参考简单示例更详细地描述多变量分析。
[0536] 图5示出了一组获自两类已知参考样品的参考样品谱。所述类别可为本文所述的目标的类别中的任一个或多个。然而，为了简化起见，在此示例中，两个类别将被称作左侧类别和右侧类别。
[0537] 参考样品谱中的每个已作预处理，以便为所述参考样品谱中的相应质荷比导出一组三个参考峰强度值。虽然仅示出了三个参考峰强度值，但应了解可针对参考样品谱中的每个中的质荷比的相应数量来导出多得多的参考峰强度值(例如约100个参考峰强度值)。在其它实施例中，参考峰强度值可对应于：质量；质荷比；离子迁移率(漂移时间)；和/或操作参数。
[0538] 图6示出了具有由强度轴定义的三个维度的多变量空间。维度或强度轴中的每个对应于在特定质荷比的峰强度。另外应了解，多变量空间中可存在多得多的维度或强度轴((例如，约100个维度或强度轴)。多变量空间包括多个参考点，其中每个参考点对应于一个参考样品谱，即，每个参考样品谱的峰强度值向多变量空间中的参考点提供坐标。
[0539] 所述组参考样品谱可以由参考矩阵D表示，其具有与相应参考样品谱相关的行、与相应质荷比相关的列，且矩阵元素是相应参考样品谱的相应质荷比的峰强度值。
[0540] 在许多情况下，多变量空间和矩阵D中的大量维度可使得难以将参考样品谱分组到类别中。因此可对矩阵D进行PCA以便计算PCA模型，所述PCA模型定义了具有由主分量轴定义的数量减少的一个或多个维度的PCA空间。所述主分量可被选择为包括或“解释”矩阵D的最大方差且累积地解释矩阵D的方差阈值量的那些主分量。
[0541] 图7示出了在PCA模型中，累积方差可如何随着主分量的数量n而增加。可按期望选择方差的阈值量。
[0542] 可使用非线性
迭代偏最小二乘法(NIPALS)
算法或奇异值分解法，根据矩阵D计算PCA模型，其详情已为技术人员所知且因此在本文中不再详述。可使用计算PCA模型的其它方法。
[0543] 所得PCA模型可由PCA得分矩阵S和PCA载荷矩阵L定义。所述PCA也可产生错误矩阵E，错误矩阵E含有不能通过所述PCA模型解释的方差。D、S、L和E之间的关系可为：
[0544] D＝SLT+E (1)
[0545] 图8示出了图5和图6的参考样品谱的所得PCA空间。在此示例中，所述PCA模型具有两个主分量PC0和PC1，且因此所述PCA空间具有由两个主分量轴定义的两个维度。然而，按期望，PCA模型中可包含更小或更大数量的主分量。通常期望主分量的数量是至少一个，低于所述多变量空间中的维度数量。
[0546] 所述PCA空间包括多个变换参考点或PCA分数，其中每个变换参考点或PCA分数对应于图5的参考样品谱且因此对应于图6的参考点。
[0547] 如图8中所示，PCA空间的约简的维数使得将参考样品谱分成两类变得更容易。在该阶段，还可以从所述分类模型识别和去除任何离群值。
[0548] 然后可以对PCA空间执行另外的有监督多变量分析，如多类别LDA或最大边缘准则(MMC)，以便定义类别且任选地另外约简维数。
[0549] 如技术人员应了解，多类别LDA试图使类别之间的方差与类别内的方差的比率最大化(即，以便使最紧凑的类别之间的可能距离尽可能最大)。LDA详情已为技术人员所知并因此将不在本文中详述。
[0550] 所得PCA-LDA模型可通过变换矩阵U来定义，所述变换矩阵U可通过求解广义特征值问题从PCA分数矩阵S和其中所含的变换谱中的每个的类别赋值来推导。
[0551] 然后可通过下式给出所述分数S从原始PCA空间到新LDA空间中的变换：
[0552] Z＝SU (2)
[0553] 其中矩阵Z含有变换到LDA空间中的分数。
[0554] 图9示出了具有单个维度或轴的PCA-LDA空间，其中LDA在图8的PCA空间中执行。如图9所示，LDA空间包括多个另外的变换参考点或PCA-LDA分数，每个另外的变换参考点对应于图8的变换参考点或PCA分数。
[0555] 在此示例中，所述PCA-LDA空间的另外约简的维数使得甚至更容易将参考样品谱分成两类。所述PCA-LDA模型中的每个类别可通过其在PCA-LDA空间中的变换的类别平均值和协方差矩阵或一个或多个超平面(包括点、线、平面或更高阶超平面)或超表面或沃罗诺伊单元来定义。
[0556] 可将PCA载荷矩阵L、LDA矩阵U和变换的类别平均值和协方差矩阵或超平面或超表面或沃罗诺伊单元输出到
数据库，供随后用于对气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类。
[0557] 类别g的LDA空间V′g中的变换协方差矩阵可通过下式给出：
[0558] V′g＝UT VgU (3)
[0559] 其中Vg为PCA空间中的类别协方差矩阵。
[0560] 类别g的变换类别平均值位置zg可通过下式给出：
[0561] sgU＝zg (4)
[0562] 其中sg为PCA空间中的类别平均值位置。
[0563] 多变量分析-使用分类模型
[0564] 现将通过举例来描述使用分类模型对气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类的方法。
[0565] 图10示出了使用分类模型的方法2100。在此示例中，所述方法包括获得样品谱的一组强度值的步骤2102。所述方法然后包括将样品谱的该组强度值投影到PCA-LDA模型空间中的步骤2104。可使用其它分类模型空间，如PCA-MMC。然后在步骤2106基于投影位置对样品谱进行分类，且然后在步骤2108中输出所述分类。
[0566] 气溶胶、烟气或蒸气样品的分类现将参考上述简单PCA-LDA模型更详细地描述。
[0567] 图11示出了从未知气溶胶、烟气或蒸气样品获得的样品谱。所述样品谱已经加以预处理，以便针对相应质荷比导出一组三个样品峰强度值。如上所述，尽管仅示出了三个样品峰强度值，但是应了解，在对于样品谱的多得多的对应质荷比，可以导出多得多的样品峰强度值(例如约100个样品峰强度值)。另外，如上所述，在其它实施例中，样品峰强度值可对应于：质量；质荷比；离子迁移率(漂移时间)；和/或操作参数。
[0568] 样品谱可由样品向量dx表示，其中向量元素为相应质荷比的峰强度值。样品谱的变换PCA向量sx可通过下式获得：
[0569] dxL＝sx (5)
[0570] 然后，样品谱的变换PCA-LDA向量zx可通过下式获得：
[0571] sxU＝zx (6)
[0572] 图12再次示出了图9的PCA-LDA空间。然而，图12的PCA-LDA空间另外包括从图11的样品谱的峰强度值导出的对应于变换的PCA-LDA向量zx的投影样品点。
[0573] 在此示例中，投影样品点处于类别之间的超平面的一侧，所述类别涉及右侧类别，且因此，所述气溶胶、烟气或蒸气样品可以归类为属于右侧类别。
[0574] 另选地，可在所述LDA空间中使用距类别中心的
马氏距离，其中点zx距离类别g中心的所述马氏距离可通过下式的平方根给出：
[0575] (zx-zg)T(v′g)-1(zx-zg) (7)
[0576] 且可将数据向量dx指配给此距离最小的类别。
[0577] 另外，通过将每个类别作为多变量高斯分布进行处理，可计算出数据向量成为每个类别的成员的概率。
[0578] 基于库的分析-开发分类库
[0579] 现将通过举例来描使用多个输入参考样品谱构建分类库的方法。
[0580] 图13示出了构建分类库的方法2400。在此示例中，所述方法包括获得多个输入参考样品谱的步骤2402和根据样品的每个类别的多个输入参考样品谱导出元数据的步骤2404。所述方法然后包括将样品的每个类别的元数据作为单独的库条目进行存储的步骤
2406。然后在步骤2408中，将分类库输出到例如电子存储装置。
[0581] 分类库(如该分类库)允许使用一个或多个获自气溶胶、烟气或蒸气样品的样品谱对所述气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类。现将参考示例更详细地描述基于库的分析。
[0582] 在此示例中，根据代表类别的多个经预处理的参考样品谱创建分类库中的每个条目。在此示例中，根据以下程序对类别的参考样品谱进行预处理：
[0583] 首先，执行再分库过程。在此实施例中，将数据再采样到具有横坐标的对数网格上：
[0584]
[0585] 其中，Nchan为选定值，以及 表示×下面的最近整数。在一个示例中，Nchan为212或4096。
[0586] 然后执行背景减除过程。在此实施例中，然后构建具有k个结点的三次样条，使得每对结点之间数据的p％位于曲线下方。然后从数据中减去这个曲线。在一个示例中，k为32。在一个示例中，p为5。然后从每个强度减去对应于强度减除数据的q％分位数的恒定值。
保留正值和负值。在一个示例中，q为45。
[0587] 然后执行标准化过程。在此实施例中，所述数据被标准化以具有均值 在一个示例中，
[0588] 库中的条目然后由呈光谱中Nchan点中的每个的中位光谱值μi和偏差值Di形式的元数据构成。
[0589] 第i个通道的似然度通过下式给出：
[0590]
[0591] 其中，1/2≤C＜∞，并且其中，Γ(C)为γ函数。
[0592] 上述公式是广义柯西分布，其降低到C＝1的标准柯西分布且变成作为C→∞的高斯(正态)分布。参数Di控制分布的宽度(在高斯分布中极限Di＝σi仅为标准差)，而全局值C控制尾部的大小。
[0593] 在一个示例中，C为3/2，其处于柯西分布与高斯分布之间，使得似然度变成：
[0594]
[0595] 对于每个库条目，将参数μi设定成输入参考样品谱的第i个通道中值列表的中位值，而偏差Di由这些值的四分位数范围除以√2而得出。这种选择可确保第i个通道的似然度与输入数据具有相同的四分位数范围，其中分位数用于在一定程度上防止了离群数据。
[0596] 基于库的分析-使用分类库
[0597] 现将通过举例来描述使用分类库对气溶胶、烟气或蒸气样品进行分类的方法。
[0598] 图14示出了使用分类库的方法2500。在此示例中，所述方法包括获得一组多个样品谱的步骤2502。所述方法然后包括使用分类库中的类别条目的元数据计算样品的每个类别的所述组多个样品谱的概率或分类分数的步骤2504。然后在步骤2506对样品谱进行分类，且然后在步骤2508中输出所述分类。
[0599] 现将参考上述分类库更详细地描述气溶胶、烟气或蒸气样品的分类。
[0600] 在此示例中，未知的样品谱y为一组多个样品谱的中位值谱。采用中位值谱y可在逐通道
基础上防止离群数据。
[0601] 然后通过下式给出给定库条目s的输入数据的似然度Ls：
[0602]
[0603] 其中，μi和Di分别为通道i的库中位数值和偏差值。为了数值安全性，似然度Ls可计算为对数似然度。
[0604] 然后假设类别上有一致的先验概率，在所有候选类别′s′上标准化似然度Ls以得到概率。类别 的所得概率由下式给出：
[0605]
[0606] 指数(1/F)可以
软化以其它方式可能为过于决定性的概率。在一个示例中，F＝100。这些概率可以表示为百分比，例如在
用户界面中。
[0607] 另选地，可使用相同的中位数采样值和来自库的导出值计算RMS分类分数Rs：
[0608]
[0609] 再次，所述分数Rs在所有候选类别′s′上被标准化。
[0610] 气溶胶、烟气或蒸气样品然后可以分类为属于具有最高概率和/或最高RMS分类分数的类别。
[0611] 成像数据的多变量分析
[0612] 设想了各种另外实施例，其中所述成像数据自身可进行多变量分析，以便例如辅助识别所述目标和/或滤出离群值。
[0613] 药物治疗方法、外科和诊断和非医疗方法
[0614] 设想了各种不同实施例。根据一些实施例，上文公开的方法可以针对活体内、活体外或体外组织执行。所述组织可包括人类或非人体的动物组织。设想了其中所述目标可包括生物组织、细菌或真菌群落或更一般化地包括有机目标(如塑料)的实施例。
[0615] 设想了各种实施例，其中通过敞开式电离离子源生成的分析物离子随后经历以下中的任一者：(i)通过质量分析器进行质量分析，所述质量分析器如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器；(ii)离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱测定(FAIMS)分析；和/或(iii)以下组合：首先(或反之亦然)进行离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱测定(FAIMS)分析，其次(或反之亦然)随后通过质量分析器进行质量分析，所述质量分析器如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器。各种实施例还涉及离子迁移谱仪和/或质量分析器与离子迁移谱测定方法和/或质量分析方法。离子迁移率分析可在质荷比分析之前执行，或反之亦然。
[0616] 本申请对质量分析、质量分析器、进行质量分析、质谱数据、质谱仪和其它相关术语做了各种参考，所述其它相关术语涉及用于确定分析物离子的质量或质荷比的设备和方法。应理解，同样设想本发明可延伸到离子迁移率分析、离子迁移率分析器、进行离子迁移率分析、离子迁移率数据、离子迁移谱仪、离子迁移率分离器和其它相关术语，所述其它相关术语涉及用于确定分析物离子的离子迁移率、差分离子迁移率、碰撞截面或相互作用截面的设备和方法。此外还应理解，设想了其中可对分析物离子进行离子迁移率分析与质量分析两者的组合的实施例，即确定以下两者：(a)分析物离子的离子迁移率、差分离子迁移率、碰撞截面或交互作用截面，以及(b)分析物离子的质荷比。因此，设想了混合型离子迁移率-质谱测定(IMS-MS)和质谱测定-离子迁移率(MS-IMS)实施例，其中对例如由敞开式电离离子源生成的分析物离子的离子迁移率和质荷比两者均进行确定。离子迁移率分析可在质荷比分析之前执行，或反之亦然。此外应理解，设想了实施例，其中对质谱数据和包括质谱数据的数据库的参考还应理解为涵盖了离子迁移率数据和差分离子迁移率数据等，以及包括离子迁移率数据和差分离子迁移率数据等(单独或与质谱数据组合)的数据库。
[0617] 设想了各种外科、治疗、药物治疗和诊断方法。
[0618] 然而，所设想的其它实施例涉及不针对活体内组织执行的非外科和非治疗性的质谱测定方法。设想了按照体外方式执行以使得其在人体或动物体外部执行的其它相关实施例。
[0619] 设想了其中针对非活着的人类或动物执行的方法(例如作为尸检程序的一部分)的另外实施例。
[0620] 尽管已参考优选实施例描述本发明，但本领域的技术人员应理解，可在不脱离所附
权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下对形式和细节作出各种改变。
