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CN107636794B - 用于电外科应用的液体捕集器或分离器 - Google Patents

用于电外科应用的液体捕集器或分离器 Download PDF

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CN107636794B
CN107636794B CN201680026933.5A CN201680026933A CN107636794B CN 107636794 B CN107636794 B CN 107636794B CN 201680026933 A CN201680026933 A CN 201680026933A CN 107636794 B CN107636794 B CN 107636794B
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mass
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拉约什·高迪尔海兹
丹尼尔·绍洛伊
佐尔坦·塔卡茨
茱莉亚·巴洛格
史蒂文·德里克·普林格尔
丹尼尔·西蒙
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Micromass UK Ltd
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Abstract

本申请公开一种用于质谱分析和/或离子迁移谱分析的设备，其包括经布置和调适以从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的第一装置(31)，以及经布置和调适以将气溶胶、烟雾、蒸气和/或液体抽吸到分析器(33)或朝向所述分析器抽吸的一或多个第二装置(34、35)。提供液体捕集器或分离器(32)以捕获和/或排出由所述一或多个第二装置(34、35)抽吸的液体。

Description

用于电外科应用的液体捕集器或分离器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年3月6日申请的英国专利申请案第1503876.3号、2015年3月6日申请的英国专利申请案第1503864.9号、2015年10月16日申请的英国专利申请案第1518369.2号、2015年3月6日申请的英国专利申请案第1503877.1号、2015年3月6日申请的英国专利申请案第1503867.2号、2015年3月6日申请的英国专利申请案第1503863.1号、2015年3月6日申请的英国专利申请案第1503878.9号、2015年3月6日申请的英国专利申请案第1503879.7号和2015年9月9日申请的英国专利申请案第1516003.9号的优先权和权益。这些申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及质谱和/或离子迁移谱，且具体来说涉及用于执行例如快速蒸发电离质谱(“REIMS”)的敞开式电离质谱和/或离子迁移谱的设备、质谱仪、离子迁移谱仪、例如快速蒸发电离质谱的敞开式电离质谱和/或离子迁移谱的方法、质谱的方法、离子迁移谱的方法、电外科手术的方法和电外科设备。涵盖各种实施例，其中由敞开式电离离子源产生的分析物离子接着经受以下任一项：(i)由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析；(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(FAIMS)分析；和/或(iii)首先离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱(FAIMS)分析随后由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析的组合(或反过来也一样)。各种实施例还涉及离子迁移谱仪和/或质量分析器以及离子迁移谱分析方法和/或质量分析方法。
背景技术
胃肠癌是首要的致死病因，并且占全球癌症相关死亡的23％。为了改善这些癌症的后果，需要新颖的组织表征方法以便有助于精确诊断。
快速蒸发电离质谱(“REIMS”)可用于例如在外科干预期间实时地识别组织。质谱与外科透热装置的耦合已产生具有92％至100％的手术期间组织识别准确度的采样技术。
这种采样技术允许外科医生经由最小化移除的健康组织的量同时确保移除所有癌性组织以在手术期间更高效地切除肿瘤。
已显示生物组织的快速蒸发电离质谱分析得到与基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)、次级离子质谱(“SIMS”)和解吸电喷雾电离(“DESI”)成像呈现类似高组织学和组织病理学特异性的磷脂谱。通过在射频下使细胞生物质经受引起局部焦耳加热和细胞破坏以及带电粒子和中性粒子解吸的交流电流而获得质谱信号和/或离子迁移谱信号。接着将所产生的气溶胶或外科烟雾传送到质谱仪和/或离子迁移谱仪以用于在线质谱和/或离子迁移谱分析。
通常对外部组织或经由外科手术接近的组织执行已知的快速蒸发电离质谱技术。
需要提供快速蒸发电离质谱的经改进方法和用于快速蒸发电离质谱的设备。
发明内容
根据一方面，提供用于质谱分析和/或离子迁移谱分析的设备，其包括：
第一装置，其经布置和调适以从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气；
一或多个第二装置，其经布置和调适以将气溶胶、烟雾、蒸气和/或液体抽吸到分析器或朝向分析器抽吸以用于分析；和
液体捕集器或分离器，其经布置和调适以捕获和/或排出由一或多个第二装置抽吸的液体。
各种实施例涉及用于质谱分析和/或离子迁移谱分析的设备，且具体来说用于执行快速蒸发电离质谱的设备，所述设备包括例如电外科工具的第一装置，其经布置和调适以从目标组织或样本产生气溶胶、烟雾(例如外科烟雾)或蒸气。气溶胶、烟雾或蒸气可经抽吸并传送到分析器以用于分析。
第一装置可包括内窥镜探针或可形成内窥镜探针的部分。因此，根据各种实施例，所述设备可用于在内窥镜环境中执行或执行内窥镜环境的质谱和/或离子迁移谱分析，且具体来说快速蒸发电离质谱分析，例如以用于治疗胃肠癌。
然而，申请人已发现在内窥镜环境中执行或执行内窥镜环境的质谱和/或离子迁移谱分析，且具体来说快速蒸发电离质谱分析，存在多个挑战。
举例来说，内窥镜环境将通常为潮湿的，并且这需要防止液体到达分析器(或至少减少到达分析器的液体的量)的策略。这是因为存在于内窥镜环境中的液体将通常与所关注的组织样本不相关，且此外可损坏分析器。
然而，申请人已发现经设计以减少最初抽吸到(例如)内窥镜探针中的液体的量的策略能够对装置的操作造成不利的副作用，且此外通常能够由于内窥镜采样中相对封闭的环境而为低效的。
因此，申请人已发现当在内窥镜环境中执行或执行内窥镜环境的质谱和/或离子迁移谱分析，且具体来说快速蒸发电离质谱(“REIMS”)或相关分析时，根据各种实施例，允许例如由一或多个第二装置和/或内窥镜探针抽吸非所需液体且随后移除所述非所需液体以防止非所需液体到达分析器是有利的。
因此，根据各种实施例，可在第一装置(例如电外科工具)与分析器之间提供液体捕集器或分离器。液体捕集器或分离器可操作以捕获和/或排出可与在分析(例如快速蒸发电离质谱(“REIMS”)分析)期间产生的所需气溶胶、外科烟雾或蒸气一起例如由一或多个第二装置和/或内窥镜探针抽吸的非所需液体，同时仍允许气溶胶、外科烟雾或蒸气相对不受抑制地向前递送到分析器或朝向分析器递送。这有利地防止非所需液体到达分析器而不影响气溶胶、烟雾或蒸气的测量。
根据各种实施例，在使用时，液体捕集器或分离器可布置在内窥镜环境外部，即可不形成内窥镜探针的部分。这意味着能够将内窥镜探针的尺寸有利地保持到最小，因为不必提供用于防止内窥镜探针最初抽吸液体的额外装置(或替代地，至少能够最小化任何这类装置的尺寸)。
另外，所述设备可经布置以：具有最小死体积从而确保快速操作和最小延迟时间；避免明显的记忆效应；具有足够的捕集体积以存储例如在外科干预期间抽吸的液体；可容易清洁和/或可为一次性的；经且不改变气溶胶或外科烟雾的成分并且因此不影响测量结果。
虽然在执行内窥镜环境的分析的情形中尤其有利，但是根据各种实施例的设备也可适用于其它情境。举例来说，存在根据各种实施例的设备的多个应用，其中可将与所关注目标不相关的液体(即正由第一装置分析的液体)抽吸到分析器或朝向分析器抽吸。举例来说，在各种实施例中，在分析所关注目标(例如组织)时，生理盐水、血液、尿液、粘液和/或其它体液可被抽吸到分析器或朝向分析器抽吸。因此，根据各种实施例，液体捕集器或分离器可捕获和/或排出这些液体中的任何一或多种或全部以防止液体到达(以及潜在地损坏)分析器。
因此，将了解，各种实施例提供质谱分析和/或离子迁移谱分析的经改良方法和用于质谱分析和/或离子迁移谱分析的设备。
所述设备可包括内窥镜。
内窥镜可包括用于探测内窥镜环境的内窥镜探针。
第一装置可包括内窥镜探针或形成内窥镜探针的部分。
第一装置可经布置和调适以通过内窥镜探针中的端口或开口而部署。
内窥镜探针可包括导管或外壳，第一装置可定位在所述导管或外壳内。
导管或外壳可包括工具部署开口，第一装置可任选地通过所述工具部署开口而部署。
第一装置可在内窥镜探针、导管或外壳内至少部分地伸缩。
液体捕集器或分离器可不形成第一装置和/或内窥镜探针的部分或可与第一装置和/或内窥镜探针分离。
第一装置可包括敞开式离子或电离源或形成敞开式离子或电离源的部分，或第一装置可产生气溶胶、烟雾或蒸气以用于由敞开式离子或电离源或其它电离源进行后续电离。
第一装置可包括电外科装置、透热装置、超声波装置、混合型超声波电外科装置、外科喷水装置、混合型电外科手术装置、氩等离子体凝固装置、混合型氩等离子体凝固装置和喷水装置和/或激光装置。
第一装置可包括选自由以下组成的群组的离子源：(i)快速蒸发电离质谱(“REIMS”)离子源；(ii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(iii)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(iv)热解吸离子源；(v)激光二极管热解吸(“LDTD”)离子源；(vi)解吸电流动聚焦(“DEFFI”)离子源；(vii)介质阻挡放电(“DBD”)等离子体离子源；(viii)大气压固体分析探针(“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)解吸大气压光致电离(“DAPPI”)离子源；(xii)纸喷雾(“PS”)离子源；(xiii)喷射式解吸电离(“JeDI”)离子源；(xiv)触碰式喷雾(“TS”)离子源；(xv)纳米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)超声波外科抽吸器(“CUSA”)装置；(xxi)聚焦或非聚焦超声波烧蚀装置；(xxii)微波谐振装置；和(xxiii)脉冲等离子体RF解剖装置。
第一装置可包括一或多个电极，并且第一装置可经布置和调适以通过使目标与一或多个电极接触来从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气。
一或多个电极可包括勒除器，任选地其中所述勒除器包括息肉切除术勒除器。
一或多个电极可包括一或多个卡钩、一或多个捕捉器、一或多个刮刀、一或多个刀、一或多个锯齿状刮刀、一或多个探针、一或多个活检工具、一或多个机器人工具、一或多个夹钳、一或多个电外科铅笔、一或多个钳、一或多个双极钳、一或多个凝固装置、一或多个冲洗装置和一或多个成像工具。
一或多个电极可包括以下任一项：(i)单极装置，其中设备任选地进一步包括独立返回电极；(ii)双极装置；或(iii)多相RF装置，其中设备任选地进一步包括一或多个独立返回电极。
一或多个电极可包括快速蒸发电离质谱(“REIMS”)装置。
所述设备可包括经布置和调适以对一或多个电极施加AC或RF电压以产生气溶胶、烟雾或蒸气的装置。
用于对一或多个电极施加AC或RF电压的装置可经布置以对一或多个电极施加AC或RF电压的一或多个脉冲。
对一或多个电极施加AC或RF电压可使得热量耗散到目标中。
第一装置可包括用于辐照目标的激光。
第一装置可经布置和调适以通过经由焦耳加热或透热来直接蒸发或汽化来自目标的目标材料而从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气。
第一装置可经布置和调适以将超声波能量引导到目标中。
气溶胶可包括任选地包括细胞物质的不带电水性液滴。
由第一装置所产生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％可呈液滴形式。
第一装置可经布置和调适以产生气溶胶，其中气溶胶的索特(Sauter)平均直径(“SMD”，d32)在以下范围内：(i)<5μm；(ii)5到10μm；(iii)10到15μm；(iv)15到20μm；(v)20到25μm；或(vi)>25μm。
气溶胶可按以下范围内的雷诺数(Reynolds number)(Re)横越流动区域：(i)<2000；(ii)2000到2500；(iii)2500到3000；(iv)3000到3500；(v)3500到4000；或(vi)>4000。
基本上在产生气溶胶时，气溶胶可包括具有选自由以下组成的群组的韦伯数(Weber number)(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。
基本上在产生气溶胶时，气溶胶可包括具有以下范围内的斯托克斯数(Stokesnumber)(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；和(xi)>50。
基本上在产生气溶胶时，所述气溶胶可包括具有选自由以下组成的群组的平均轴向速度的液滴：(i)<20m/s；(ii)20到30m/s；(iii)30到40m/s；(iv)40到50m/s；(v)50到60m/s；(vi)60到70m/s；(vii)70到80m/s；(viii)80到90m/s；(ix)90到100m/s；(x)100到110m/s；(xi)110到120m/s；(xii)120到130m/s；(xiii)130到140m/s；(xiv)140到150m/s；和(xv)>150m/s。
目标可包括原生或未改质的目标材料。
目标可包括生物组织、生物物质、细菌菌落或真菌菌落。
生物组织可包括人体组织或非人体的动物组织。
生物组织可包括活体内生物组织。
生物组织可包括肾上腺组织、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、食管组织、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、肺脏组织、淋巴结、口腔组织、鼻组织、胰脏组织、甲状旁腺组织、脑下垂体组织、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、脾脏组织、胃组织、胸腺组织、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。
第一装置可包括定点照护(“POC”)、诊断或外科装置。
一或多个第二装置可进一步经布置和调适以将经抽吸的气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体传送到分析器或朝向分析器传送。
一或多个第二装置可经布置和调适以经由液体捕集器或分离器将经抽吸的气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体传送到分析器或朝向分析器传送。
所述设备可进一步包括一或多个导管或流动管线，其中一或多个第二装置可经布置和调适以通过一或多个导管或流动管线来传送经抽吸的气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体。
一或多个导管或流动管线可将第一装置连接到液体捕集器或分离器和/或将第一装置连接到分析器。
一或多个导管或流动管线可包括：(i)将第一装置连接到液体捕集器或分离器的一或多个第一导管或流动管线；和(ii)将液体捕集器或分离器连接到分析器的一或多个第二导管或流动管线。
一或多个第二装置可经布置和调适以通过一或多个穿孔或抽吸端口来抽吸气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体。
内窥镜探针可包括一或多个穿孔或抽吸端口。
一或多个第二装置可包括一或多个泵，其经布置和调适以使得气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体被抽吸和/或传送到分析器或朝向分析器抽吸和/或传送。
液体捕集器或分离器可包括经布置和调适以检测经抽吸液体的液体检测器。
液体捕集器或分离器可经布置和调适以使得在液体检测器检测经抽吸液体时，液体捕集器或分离器接着可进一步经布置和调适以捕获和/或排出液体中的至少一些。
液体捕集器或分离器可包括液体收集器或引流管。
液体捕集器或分离器可经布置和调适以使得在液体检测器检测经抽吸液体时，液体捕集器或分离器接着可进一步经布置和调适以将液体中的至少一些分流到液体收集器或引流管。
液体检测器可包括光学透射检测器、光学反射检测器、超声波透射检测器、超声波反射检测器和/或电检测器。
电检测器可经布置和调适以测量一或多个导管或流动管线的一区段的电导率和/或电阻。
电检测器可经布置和调适以测量提供于一或多个导管或流动管线的一区段中的两个或更多个电极之间的电容。
超声波透射检测器和/或超声波反射检测器可包括一或多个超声波发射器和检测器对。
超声波透射检测器和/或超声波反射检测器可经布置和调适以通过检测由于经抽吸液体吸收超声波能量所致的超声波信号的变化来检测经抽吸液体。
液体捕集器或分离器可包括经布置和调适以吸收和/或捕获和/或排出经抽吸液体的一或多种多孔性和/或吸收性材料。
液体捕集器或分离器可包括至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线。
液体捕集器或分离器可经布置和调适以通过至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线来递送气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体。
液体捕集器或分离器可包括离心式液体分离器。
液体捕集器或分离器可包括密封腔室，密封腔室包括入口，并且液体捕集器或分离器可经布置和调适以使得在使用时通过入口将气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体引入到腔室中。
密封腔室可包括出口，并且液体捕集器或分离器可经布置和调适以使得在使用时气溶胶、烟雾和/或蒸气能够通过出口离开腔室而基本上没有液体留在腔室。
在使用时，入口的排出口可定位在出口的进入口下方。
所述设备可包括经布置和调适以在液体捕集器或分离器容纳的液体处于或接近最大水平时为设备的用户产生反馈和/或警报和/或警告的装置。
所述设备可包括经布置和调适以在液体捕集器或分离器容纳的液体处于或接近最大水平的情况下减少或停止向设备供电或者以其它方式停用设备的装置。
液体可包括水、唾液、消化液、食糜、生理盐水、血液、尿液、粘液和/或一或多种其它体液。
根据一方面，提供一种质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括如上文所描述的设备。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可经布置和调适以将气溶胶、烟雾和/或蒸气递送到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室中。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括经布置和调适以电离气溶胶、烟雾和/或蒸气以形成分析物离子的电离装置。
电离装置可包括定位在质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可经布置和调适以使得气溶胶、烟雾和/或蒸气中的至少一些冲击在碰撞表面上以形成分析物离子。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括加热装置，其经布置和调适以加热碰撞表面。
加热装置可经布置和调适以将碰撞表面加热到选自由以下组成的群组的温度：(i)约<100℃；(ii)约100到200℃；(iii)约200到300℃；(iv)约300到400℃；(v)约400到500℃；(vi)约500到600℃；(vii)约600到700℃；(viii)约700到800℃；(ix)约800到900℃；(x)约900到1000℃；(xi)约1000到1100℃；和(xii)约>1100℃。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括经布置和调适以将基质添加到气溶胶、烟雾和/或蒸气的装置。
在使用时，可在气溶胶、烟雾和/或蒸气冲击在碰撞表面上之前将基质添加到气溶胶、烟雾和/或蒸气。
基质可选自由以下组成的群组：(i)用于气溶胶、烟雾和/或蒸气的溶剂；(ii)有机溶剂；(iii)挥发性化合物；(iv)极性分子；(v)水；(vi)一或多种醇；(vii)甲醇；(viii)乙醇；(ix)异丙醇；(x)丙酮；和(xi)乙腈。
基质可包括锁定质量、锁定迁移率或校准的化合物。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括分析器，其可经布置和调适以分析气溶胶、烟雾、蒸气和/或分析物离子。
分析器可包括：(i)用于对气溶胶、烟雾、蒸气或分析物离子和/或衍生自气溶胶、烟雾、蒸气、分析物离子的离子进行质量分析和/或离子迁移率分析的质量分析器和/或离子迁移率分析器；(ii)用于测定气溶胶、烟雾、蒸气或分析物离子和/或衍生自气溶胶、烟雾、蒸气、分析物离子的离子的离子迁移率、碰撞截面或交互截面的离子迁移率装置；和/或(iii)用于使气溶胶、烟雾、蒸气或分析物离子碎片化或反应的一或多个碎片化、碰撞或反应装置。
涵盖各种实施例，其中由敞开式电离离子源产生的分析物离子接着经受以下任一项：(i)由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析；(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(FAIMS)分析；和/或(iii)首先离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱(FAIMS)分析随后由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析的组合(或反过来也一样)。各种实施例还涉及离子迁移谱仪和/或质量分析器以及离子迁移谱分析方法和/或质量分析方法。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括经布置和调适以为第一装置的用户提供实时和/或延迟信息的装置。
信息可包括质谱和/或离子迁移谱信息和/或组织分类信息。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括经布置和调适以在分析来自非期望目标区或区域的组织或其它物质时为第一装置的用户产生反馈和/或警报和/或警告的装置。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括经布置和调适以在分析来自非期望目标区或区域的组织或其它物质的情况下减少或停止向第一装置供电或者以其它方式停用第一装置的装置。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括经布置和调适以在第一装置在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中时为第一装置的用户产生反馈和/或警报和/或警告的装置。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包括经布置和调适以在第一装置在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中的情况下减少或停止向第一装置供电或者以其它方式停用第一装置的装置。
根据一方面，提供一种质谱分析和/或离子迁移谱分析的方法，其包括：
使用第一装置从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气；
将气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体抽吸到分析器或朝向分析器抽吸；以及
使用液体捕集器或分离器捕获和/或排出由一或多个第二装置抽吸的液体。
所述方法可包括提供内窥镜。
内窥镜可包括内窥镜探针。
第一装置可包括内窥镜探针或形成内窥镜探针的部分。
内窥镜探针可包括导管或外壳，第一装置可定位在所述导管或外壳内。
导管或外壳可包括工具部署开口并且可通过所述开口部署第一装置。
第一装置可在内窥镜探针、导管或外壳内至少部分地伸缩和/或从内窥镜探针、导管或外壳伸出。
所述方法可包括将内窥镜探针插入到内窥镜环境中。
所述方法可包括通过内窥镜探针中的端口部署第一装置。
所述方法可包括在内窥镜环境内部产生气溶胶、烟雾或蒸气。
液体捕集器或分离器可不形成第一装置和/或内窥镜探针的部分或可与第一装置和/或内窥镜探针分离。
第一装置可包括电外科装置、透热装置、超声波装置、混合型超声波电外科装置、外科喷水装置、混合型电外科手术装置、氩等离子体凝固装置、混合型氩等离子体凝固装置和喷水装置和/或激光装置。
第一装置可包括敞开式离子或电离源或形成敞开式离子或电离源的部分，或第一装置可产生气溶胶、烟雾或蒸气以用于由敞开式离子或电离源或其它电离源进行后续电离。
第一装置可包括选自由以下组成的群组的离子源：(i)快速蒸发电离质谱(“REIMS”)离子源；(ii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(iii)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(iv)热解吸离子源；(v)激光二极管热解吸(“LDTD”)离子源；(vi)解吸电流动聚焦(“DEFFI”)离子源；(vii)介质阻挡放电(“DBD”)等离子体离子源；(viii)大气压固体分析探针(“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)解吸大气压光致电离(“DAPPI”)离子源；(xii)纸喷雾(“PS”)离子源；(xiii)喷射式解吸电离(“JeDI”)离子源；(xiv)触碰式喷雾(“TS”)离子源；(xv)纳米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)超声波外科抽吸器(“CUSA”)装置；(xxi)聚焦或非聚焦超声波烧蚀装置；(xxii)微波谐振装置；和(xxiii)脉冲等离子体RF解剖装置。
从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的步骤可包括使目标与一或多个电极接触。
一或多个电极可包括勒除器，任选地其中所述勒除器包括息肉切除术勒除器。
一或多个电极可包括一或多个卡钩、一或多个捕捉器、一或多个刮刀、一或多个刀、一或多个锯齿状刮刀、一或多个探针、一或多个活检工具、一或多个机器人工具、一或多个夹钳、一或多个电外科铅笔、一或多个钳、一或多个双极钳、一或多个凝固装置、一或多个冲洗装置和一或多个成像工具。
一或多个电极可包括以下任一项：(i)单极装置，其中所述方法任选地进一步包括提供独立返回电极；(ii)双极装置；或(iii)多相RF装置，其中所述方法任选地进一步包括提供一或多个独立返回电极。
一或多个电极可包括快速蒸发电离质谱(“REIMS”)装置。
所述方法可包括对一或多个电极施加AC或RF电压以产生气溶胶、烟雾或蒸气。
对一或多个电极施加AC或RF电压的步骤可包括对一或多个电极施加AC或RF电压的一或多个脉冲。
对一或多个电极施加AC或RF电压的步骤可使得热量耗散到目标中。
从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的步骤可包括用激光辐照目标。
产生气溶胶、烟雾或蒸气的步骤可包括通过经由焦耳加热或透热来直接蒸发或汽化来自目标的目标材料而从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气。
从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的步骤可包括将超声波能量引导到目标中。
气溶胶可包括任选地包括细胞物质的不带电水性液滴。
由第一装置所产生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％可呈液滴形式。
产生气溶胶的步骤可包括产生其中气溶胶的索特平均直径(“SMD”，d32)在以下范围内的气溶胶：(i)<5μm；(ii)5到10μm；(iii)10到15μm；(iv)15到20μm；(v)20到25μm；或(vi)>25μm。
气溶胶可按以下范围内的雷诺数(Re)横越流动区域：(i)<2000；(ii)2000到2500；(iii)2500到3000；(iv)3000到3500；(v)3500到4000；或(vi)>4000。
基本上在产生气溶胶时，气溶胶可包括具有选自由以下组成的群组的韦伯数(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。
基本上在产生气溶胶时，气溶胶可包括具有以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；和(xi)>50。
基本上在产生气溶胶时，所述气溶胶可包括具有选自由以下组成的群组的平均轴向速度的液滴：(i)<20m/s；(ii)20到30m/s；(iii)30到40m/s；(iv)40到50m/s；(v)50到60m/s；(vi)60到70m/s；(vii)70到80m/s；(viii)80到90m/s；(ix)90到100m/s；(x)100到110m/s；(xi)110到120m/s；(xii)120到130m/s；(xiii)130到140m/s；(xiv)140到150m/s；和(xv)>150m/s。
目标可包括原生或未改质的目标材料。
目标可包括生物组织、生物物质、细菌菌落或真菌菌落。
生物组织可包括人体组织或非人体的动物组织。
生物组织可包括活体内生物组织。
生物组织可包括膀胱组织、肠组织、支气管、食管组织、生殖器组织、大肠组织、肠道组织、喉组织、肺脏组织、口腔组织、鼻组织、前列腺组织、直肠组织、小肠组织、胃组织、气管组织、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。
所述方法可包括定点照护(“POC”)、诊断或外科方法。
所述方法可包括将经抽吸的气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体传送到分析器或朝向分析器传送。
所述方法可包括经由液体捕集器或分离器将经抽吸的气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体传送到分析器或朝向分析器传送。
所述方法可包括通过一或多个导管或流动管线传送经抽吸的气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体。
一或多个导管或流动管线可将第一装置连接到液体捕集器或分离器和/或将第一装置连接到分析器。
一或多个导管或流动管线可包括：(i)将第一装置连接到液体捕集器或分离器的一或多个第一导管或流动管线；和(ii)将液体捕集器或分离器连接到分析器的一或多个第二导管或流动管线。
所述方法可包括通过一或多个穿孔或抽吸端口抽吸气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体。
内窥镜探针可包括一或多个穿孔或抽吸端口。
所述方法可包括使用液体检测器来检测经抽吸液体。
所述方法可包括在检测经抽吸液体时捕获和/或排出经抽吸液体中的至少一些。
液体捕集器或分离器可包括液体收集器或引流管。
所述方法可包括在检测经抽吸液体时将液体中的至少一些分流到液体收集器或引流管。
液体检测器可包括光学透射检测器、光学反射检测器、超声波透射检测器、超声波反射检测器和/或电检测器。
所述方法可包括使用电检测器来测量一或多个导管或流动管线的一区段的电导率和/或电阻。
所述方法可包括使用电检测器来测量提供于一或多个导管或流动管线的一区段中的两个或更多个电极之间的电容。
超声波透射检测器和/或超声波反射检测器可包括一或多个超声波发射器和检测器对。
所述方法可包括使用超声波透射检测器和/或超声波反射检测器通过检测由于经抽吸液体吸收超声波能量所致的超声波信号的变化来检测经抽吸液体。
所述方法可包括使用一或多种多孔性和/或吸收性材料来吸收和/或捕获和/或排出经抽吸液体。
液体捕集器或分离器可包括至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线。
所述方法可包括通过至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线来递送气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体。
液体捕集器或分离器可包括离心式液体分离器。
液体捕集器或分离器可包括密封腔室，密封腔室包括入口，并且所述方法可包括通过入口将气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体引入到腔室中。
密封腔室可包括出口，并且所述方法可包括允许气溶胶、烟雾或蒸气通过出口离开腔室或通过出口抽取气溶胶、烟雾或蒸气而基本上没有液体留在腔室。
在使用时，入口的排出口可定位在出口的进入口下方。
所述方法可包括在液体捕集器或分离器容纳的液体处于或接近最大水平时为用户产生反馈和/或警报和/或警告。
所述方法可包括在液体捕集器或分离器容纳的液体处于或接近最大水平的情况下减少或停止向第一装置供电或者以其它方式停用第一装置。
液体可包括水、唾液、消化液、食糜、生理盐水、血液、尿液、粘液和/或一或多种其它体液。
根据一方面，提供一种质谱分析和/或离子迁移谱分析的方法，其包括如上文所描述的方法。
所述方法可包括将气溶胶、烟雾和/或蒸气递送到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室中。
所述方法可包括电离气溶胶、烟雾和/或蒸气以形成分析物离子。
所述方法可包括使气溶胶、烟雾和/或蒸气冲击在碰撞表面上以形成分析物离子。
所述方法可可包括加热碰撞表面。
所述方法可包括将碰撞表面加热到选自由以下组成的群组的温度：(i)约<100℃；(ii)约100到200℃；(iii)约200到300℃；(iv)约300到400℃；(v)约400到500℃；(vi)约500到600℃；(vii)约600到700℃；(viii)约700到800℃；(ix)约800到900℃；(x)约900到1000℃；(xi)约1000到1100℃；和(xii)约>1100℃。
所述方法可包括将基质添加到气溶胶、烟雾和/或蒸气。
所述方法可包括在气溶胶、烟雾和/或蒸气冲击在碰撞表面上之前将基质添加到气溶胶、烟雾和/或蒸气。
基质可选自由以下组成的群组：(i)用于气溶胶、烟雾和/或蒸气的溶剂；(ii)有机溶剂；(iii)挥发性化合物；(iv)极性分子；(v)水；(vi)一或多种醇；(vii)甲醇；(viii)乙醇；(ix)异丙醇；(x)丙酮；和(xi)乙腈。
基质可包括锁定质量、锁定迁移率或校准的化合物。
所述方法可包括使用分析器分析气溶胶、烟雾、蒸气和/或分析物离子。
分析气溶胶、烟雾、蒸气和/或分析物离子可包括：(i)对气溶胶、烟雾、蒸气或分析物离子和/或衍生自气溶胶、烟雾、蒸气、分析物离子的离子进行质量分析和/或离子迁移率分析；(ii)测定气溶胶、烟雾、蒸气或分析物离子和/或衍生自气溶胶、烟雾、蒸气、分析物离子的离子的离子迁移率、碰撞截面或交互截面；和/或(iii)使气溶胶、烟雾、蒸气或分析物离子碎片化或反应。
涵盖各种实施例，其中由敞开式电离离子源产生的分析物离子接着经受以下任一项：(i)由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析；(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(FAIMS)分析；和/或(iii)首先离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱(FAIMS)分析随后由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析的组合(或反过来也一样)。各种实施例还涉及离子迁移谱仪和/或质量分析器以及离子迁移谱分析方法和/或质量分析方法。
所述方法可包括为第一装置的用户提供实时和/或延迟信息。
信息可包括质谱和/或离子迁移谱信息和/或组织分类信息。
所述方法可包括在分析来自非期望目标区或区域的组织或其它物质时为第一装置的用户产生反馈和/或警报和/或警告。
所述方法可包括在分析来自非期望目标区或区域的组织或其它物质的情况下减少或停止向第一装置供电或者以其它方式停用第一装置。
所述方法可包括在第一装置在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中时为第一装置的用户产生反馈和/或警报和/或警告。
所述方法可包括在电外科工具在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中的情况下减少或停止向第一装置供电或者以其它方式停用第一装置。
所述方法可包括分析所述气溶胶、烟雾、蒸气和/或分析物离子以产生质谱和/或离子迁移谱数据，以及分析质谱和/或离子迁移谱数据。
分析质谱和/或离子迁移谱数据可包括分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括对一或多个样本光谱进行受监督分析和/或对一或多个样本光谱进行无监督分析。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括使用以下各项中的一或多个：单变量分析；多变量分析；主成分分析(PCA)；线性判别分析(LDA)；最大间距准则(MMC)；基于库的分析；类别模拟软独立建模(SIMCA)；因子分析(FA)；递归划分(决策树)；随机森林；独立成分分析(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)；(人工)神经网络；多层感知器；径向基函数(RBF)网络；贝叶斯分析(Bayesian analysis)；聚类分析；核化方法；和子空间判别分析。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括使用一或多个参考样本光谱来显现分类模型或库。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括在执行主成分分析(PCA)之后执行线性判别分析(LDA)。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括在执行主成分分析(PCA)之后执行最大间距准则(MMC)过程。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括在分类模型或库内定义一或多个类别。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括根据一或多个分类或聚类准则手动地或自动地在分类模型或库内定义一或多个类别。
用于每一类别的一或多个分类或聚类准则可基于以下各项中的一或多个：模型空间内的参考样本光谱的一或多对参考点之间的距离；模型空间内的参考样本光谱的各组参考点之间的方差值；和模型空间内的参考样本光谱的一组参考点内的方差值。
一或多个类别可各自由一或多个分类定义来加以定义。
一或多个分类定义可包括以下各项中的一或多个：模型空间内的参考样本光谱、数值、边界、线、平面、超平面、方差、体积、沃罗诺伊单元(Voronoi cell)和/或位置的一组一或多个参考点；和分类层次内的一或多个位置。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括使用分类模型或库来对一或多个未知的参考样本光谱进行分类。
分析一或多个样本光谱以便对气溶胶、烟雾或蒸气样本进行分类可包括根据一或多个分类准则手动地或自动地对一或多个样本光谱进行分类。
一或多个分类准则可包括以下各项中的一或多个：
模型空间内的一或多个样本光谱的一或多个投影样本点与模型空间内的一或多个参考样本光谱、数值、边界、线、平面、超平面、体积、沃罗诺伊单元或位置的一组一或多个参考点之间的距离低于距离阈值或者为最低这类距离；
模型空间内的一或多个样本光谱的一或多个投影样本点的位置在模型空间内的一或多个参考样本光谱、数值、边界、线、平面、超平面或位置的一或多个参考点的一侧或另一侧；
模型空间内的一或多个样本光谱的一或多个投影样本点的位置在模型空间内的一或多个体积或沃罗诺伊单元内；以及
概率或分类分数高于概率或分类分数阈值或为最高这类概率或分类分数。
根据一方面，提供一种电外科手术方法，其包括：
使生物组织与第一装置接触并激活第一装置以便产生气溶胶、烟雾和/或蒸气；
抽吸气溶胶、烟雾、蒸气和/或液体并捕获和/或排出经抽吸液体，之后使剩余的经抽吸的气溶胶、烟雾和/或蒸气冲击在定位于质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面上以形成分析物离子；以及
分析所述分析物离子。
根据一方面，提供一种电外科设备，其包括：
第一装置，其包括经布置和调适以从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气；
经布置和调适以在使用时在第一装置与生物组织接触时激活第一装置以便产生气溶胶、烟雾或蒸气的装置；
经布置和调适以抽吸气溶胶、烟雾、蒸气和/或液体的装置；
经布置和调适以捕获和/或排出经抽吸液体的装置；和
一种质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括：(i)定位于质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面，其中在使用时剩余的气溶胶、烟雾和/或蒸气经布置以冲击在碰撞表面上以便形成分析物离子；和(ii)用于分析所述分析物离子的分析器。
根据一方面，提供一种质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括如上文所描述的设备。
根据一方面，提供一种质谱分析和/或离子迁移谱分析的方法，其包括如上文所描述的方法。
根据一方面，提供用于执行快速蒸发电离质谱(“REIMS”)的设备，其包括：
电外科工具，其包括一或多个电极；
一或多个装置，其经布置和调适以将分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶或蒸气抽吸到分析器或朝向分析器抽吸以用于分析；和
液体捕集器或分离器，其经布置和调适以捕获和/或排出由一或多个装置抽吸的液体。
所述设备可进一步包括内窥镜。
电外科工具可经布置和调适以通过内窥镜中的端口而部署。
在使用时，液体捕集器或分离器可经布置和调适以保持在内窥镜外部。
一或多个装置可包括一或多个导管或流动管线，其经布置和调适以将电外科工具连接到液体捕集器或分离器和/或将电外科工具连接到分析器。
一或多个导管或流动管线可包括：(i)经布置和调适以将电外科工具连接到液体捕集器或分离器的一或多个第一导管或流动管线；和(ii)经布置和调适以将液体捕集器或分离器连接到分析器的一或多个第二导管或流动管线。
一或多个装置可经布置和调适以通过一或多个导管或流动管线将经抽吸的分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气传送到分析器或朝向分析器传送。
一或多个装置可包括一或多个泵，其经布置和调适以使得分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气被传送到分析器或朝向分析器传送。
液体捕集器或分离器可包括经布置和调适以检测经抽吸液体的液体检测器。
所述设备可经布置和调适以使得在液体检测器检测经抽吸液体时，液体捕集器或分离器接着可进一步经布置和调适以捕获和/或排出液体中的至少一些。
液体捕集器或分离器可进一步包括液体收集器。
所述设备可经布置和调适以使得在液体检测器检测经抽吸液体时，液体捕集器或分离器接着可进一步经布置和调适以将液体中的至少一些分流到液体收集器。
液体检测器可包括光学透射检测器和/或光学反射检测器。
液体捕集器或分离器可包括经布置和调适以吸收和/或捕获和/或排出经抽吸液体的一或多种多孔性和/或吸收性材料。
液体捕集器或分离器可包括至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线。
液体捕集器或分离器可经布置和调适以通过至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线来递送分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气。
液体捕集器或分离器可包括离心式液体分离器。
液体捕集器或分离器可包括密封腔室，密封腔室包括入口，其中液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在使用时通过入口将分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气引入到腔室中。
密封腔室可进一步包括出口，其中液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在使用时分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气能够通过出口离开腔室而基本上没有液体留在腔室。
入口的排出口可定位在出口的进入口下方。
根据另一方面，提供一种质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括如上文所描述的设备。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括导管，其经布置和调适以将分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气递送到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室中。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括定位于质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以使得分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气中的至少一些冲击在碰撞表面上的装置。
碰撞表面可经布置和调适以使得分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气中的至少一些在与碰撞表面冲击之后发生电离以形成分析物离子。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以对分析物离子进行质量分析和/或离子迁移率分析的质量分析器或过滤器和/或离子迁移率分析器。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以加热碰撞表面的加热装置。
加热装置可经布置和调适以将碰撞表面加热到选自由以下组成的群组的温度：(i)约<100℃；(ii)约100到200℃；(iii)约200到300℃；(iv)约300到400℃；(v)约400到500℃；(vi)约500到600℃；(vii)约600到700℃；(viii)约700到800℃；(ix)约800到900℃；(x)约900到1000℃；(xi)约1000到1100℃；和(xii)约>1100℃。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以将基质添加到分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气中的装置。
在使用时，可在分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气冲击在碰撞表面上之前将基质添加到分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气。
基质可选自由以下组成的群组：(i)用于分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气的溶剂；(ii)有机溶剂；(iii)挥发性化合物；(iv)极性分子；(v)水；(vi)一或多种醇；(vii)甲醇；(viii)乙醇；(ix)异丙醇；(x)丙酮；和(xi)乙腈。
基质可包括锁定质量、锁定迁移率或校准的化合物。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以为电外科工具的用户提供实时和/或延迟信息的装置。
信息可包括质谱和/或离子迁移谱信息和/或组织分类信息。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以为电外科工具的用户产生正对来自非期望目标区或区域的组织或其它物质进行质量分析和/或离子迁移率分析的反馈和/或警报和/或警告的装置。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以在对来自非期望目标区或区域的组织或其它物质进行质量分析和/或离子迁移率分析的情况下减少或停止向电外科工具供电的装置。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以为电外科工具的用户产生电外科工具在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中的反馈和/或警报和/或警告的装置。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可进一步包括经布置和调适以在电外科工具在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中的情况下减少或停止向电外科工具供电的装置。
根据一方面，提供一种快速蒸发电离质谱(“REIMS”)的方法，其包括：
提供包括一或多个电极的电外科工具；
将分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气抽吸到分析器或朝向分析器抽吸以用于分析；以及
使用液体捕集器或分离器以捕获和/或排出经抽吸液体。
所述方法可进一步包括提供内窥镜。
所述方法可进一步包括通过内窥镜中的端口部署电外科工具。
在使用时，液体捕集器或分离器可经布置和调适以保持在内窥镜外部。
抽吸分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气的步骤可进一步包括通过一或多个导管或流动管线来抽吸分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气，所述一或多个导管或流动管线将电外科工具连接到液体捕集器或分离器和/或将电外科工具连接到分析器。
一或多个导管或流动管线可包括：(i)经布置和调适以将电外科工具连接到液体捕集器或分离器的一或多个第一导管或流动管线；和(ii)经布置和调适以将液体捕集器或分离器连接到分析器的一或多个第二导管或流动管线。
所述方法可进一步包括通过一或多个导管或流动管线来将经抽吸的分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气传送到分析器或朝向分析器传送。
液体捕集器或分离器可包括经布置和调适以检测经抽吸液体的液体检测器。
在液体检测器检测经抽吸液体时，液体捕集器或分离器接着可进一步经布置和调适以捕获和/或排出液体中的至少一些。
液体捕集器或分离器可进一步包括液体收集器。
在液体检测器检测经抽吸液体时，液体捕集器或分离器接着可将液体中的至少一些分流到液体收集器。
液体检测器可包括光学透射检测器和/或光学反射检测器。
液体捕集器或分离器可包括经布置和调适以吸收和/或捕获和/或排出经抽吸液体的一或多种多孔性和/或吸收性材料。
液体捕集器或分离器可包括至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线。
液体捕集器或分离器可经布置和调适以通过至少部分地由一或多种多孔性和/或吸收性材料形成的一或多个导管或流动管线来递送分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气。
液体捕集器或分离器可包括离心式液体分离器。
液体捕集器或分离器可包括密封腔室，密封腔室包括入口，其中液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在使用时通过入口将分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气引入到腔室中。
密封腔室可进一步包括出口，其中液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在使用时分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气能够通过出口离开腔室而基本上没有液体留在腔室。
入口的排出口可定位在出口的进入口下方。
根据另一方面，提供一种质谱分析和/或离子迁移谱分析的方法，其包括如上文所描述的方法。
所述方法可进一步包括通过导管将分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气递送到质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室中。
所述方法可进一步包括提供定位在质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面。
所述方法可进一步包括使得分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气中的至少一些冲击在碰撞表面上。
碰撞表面可经布置和调适以使得分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气中的至少一些在与碰撞表面冲击之后发生电离以形成分析物离子。
所述方法可进一步包括对分析物离子进行质量分析和/或离子迁移率分析。
所述方法可进一步包括加热碰撞表面。
所述方法可进一步包括将碰撞表面加热到选自由以下组成的群组的温度：(i)约<100℃；(ii)约100到200℃；(iii)约200到300℃；(iv)约300到400℃；(v)约400到500℃；(vi)约500到600℃；(vii)约600到700℃；(viii)约700到800℃；(ix)约800到900℃；(x)约900到1000℃；(xi)约1000到1100℃；和(xii)约>1100℃。
所述方法可进一步包括将基质添加到分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气。
所述方法可进一步包括在分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气冲击在碰撞表面上之前将基质添加到分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气。
基质可选自由以下组成的群组：(i)用于分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气的溶剂；(ii)有机溶剂；(iii)挥发性化合物；(iv)极性分子；(v)水；(vi)一或多种醇；(vii)甲醇；(viii)乙醇；(ix)异丙醇；(x)丙酮；和(xi)乙腈。
基质可包括锁定质量、锁定迁移率或校准的化合物。
所述方法可进一步包括为电外科工具的用户提供实时和/或延时信息。
信息可包括质谱和/或离子迁移谱信息和/或组织分类信息。
所述方法可进一步包括为电外科工具的用户产生正在对来自非期望目标区或区域的组织或其它物质进行质量分析和/或离子迁移率分析的反馈和/或警报和/或警告。
所述方法可进一步包括在对来自非期望目标区或区域的组织或其它物质进行质量分析和/或离子迁移率分析的情况下减少或停止向电外科工具供电。
所述方法可进一步包括为电外科工具的用户产生电外科工具在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中的反馈和/或警报和/或警告。
所述方法可进一步包括在电外科工具在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中的情况下减少或停止向电外科工具供电。
根据另一方面，提供一种电外科手术方法，其包括：
使生物组织与电外科工具接触并激活电外科工具以便产生分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气；
抽吸分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气并捕获和/或排出经抽吸液体，之后使剩余的经抽吸的分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气冲击在定位于质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面上以形成分析物离子；以及
对所述分析物离子进行质量分析和/或离子迁移率分析。
根据另一方面，提供一种电外科设备，其包括：
包括一或多个电极的快速蒸发电离质谱(“REIMS”)电外科工具；
经布置和调适以在使用时在电外科工具与生物组织接触时激活电外科工具以便产生分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气的装置；
经布置和调适以抽吸分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气的装置；
经布置和调适以捕获和/或排出经抽吸液体的装置；和
质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括：(i)定位在质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面，其中在使用时剩余的分析物、烟雾、烟尘、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气经布置以冲击在碰撞表面上以便形成分析物离子；和(ii)用于对分析物离子进行质量分析和/或离子迁移率分析的质量和/或离子迁移率分析器。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可仅以负离子模式、仅以正离子模式或以正离子和负离子两种模式来获得数据。可将正离子模式光谱数据与负离子模式光谱数据组合或结合。
可使用不同的离子迁移率漂移气体和/或掺杂剂来获得离子迁移谱数据。接着可将这种数据组合或结合。
涵盖各种实施例，其涉及使用敞开式电离离子源从目标产生烟雾、气溶胶或蒸气(其详情提供于本文中别处)。接着可将气溶胶、烟雾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腔室中。可使混合物冲击在碰撞表面上，使得气溶胶、烟雾或蒸气通过冲击电离被电离，从而产生分析物离子。接着可对所产生的分析物离子(或衍生自分析物离子的碎片离子或产物离子)进行质量分析和/或离子迁移率分析，且所得质谱数据和/或离子迁移谱数据可进行多变量分析或其它数学处理以便实时测定目标的一或多种性质。
根据一实施例，用于从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的第一装置可包括利用RF电压(例如连续RF波形)的工具。
涵盖其它实施例，其中用于从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的第一装置可包括氩等离子体凝固(“APC”)装置。氩等离子体凝固装置涉及使用通过探针引导的电离氩气(等离子体)喷射器。可使探针穿过内窥镜。由于探针的位置距目标有一些距离，因此氩等离子体凝固基本上是非接触过程。氩气从探针发射出且接着通过高电压放电(例如6kV)而电离。然后通过喷射气体来传导高频电流，使得喷射器另一端的目标凝固。凝固的深度通常仅为数毫米。
在本文中的方面或实施例中任一权利要求中公开的第一装置、外科或电外科工具、装置或探针或其它采样装置或探针可包括非接触式外科装置，例如水疗外科装置、外科喷水装置、氩等离子体凝固装置、混合型氩等离子体凝固装置、喷水装置和激光装置中的一或多个。
可将非接触式外科装置定义为经布置和调适以解剖、片段化、液化、抽吸、电灼治疗或者以其它方式分裂生物组织而不与组织发生实体接触的外科装置。实例包含激光装置、水疗外科装置、氩等离子体凝固装置和混合式氩等离子体凝固装置。
由于非接触式装置可不与组织产生实体接触，因此程序可被视为相对安全的并且能够用于处理具有较低胞内键的脆弱组织，如皮肤或脂肪。
根据各种实施例，质谱仪和/或离子迁移谱仪可仅以负离子模式、仅以正离子模式或以正离子和负离子两种模式获得数据。可将正离子模式光谱数据与负离子模式光谱数据组合或结合。负离子模式能够提供用于对气溶胶、烟雾或蒸气样本(例如来自包括脂质的目标的气溶胶、烟雾或蒸气样本)进行分类的特别有用光谱。
离子迁移谱数据可使用不同的离子迁移漂移气体获得，或可将掺杂剂添加到漂移气体中以诱发一种或多种物质的漂移时间的变化。接着可将这种数据组合或结合。
显然，将基质或试剂直接添加到样本中的需要妨碍了对组织执行活体内分析的能力，且更一般来说，还妨碍了提供对目标材料的快速简单分析的能力。
根据其它实施例，敞开式电离离子源可包括超声波烧蚀离子源或混合型电外科-超声波烧蚀源，其产生接着以气溶胶形式经抽吸的液体样本。超声波烧蚀离子源可包括聚焦或非聚焦的超声波。
任选地，第一装置包括离子源或形成离子源的部分，所述离子源选自由以下组成的群组：(i)快速蒸发电离质谱(“REIMS”)离子源；(ii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(iii)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(iv)热解吸离子源；(v)激光二极管热解吸(“LDTD”)离子源；(vi)解吸电流动聚焦(“DEFFI”)离子源；(vii)介质阻挡放电(“DBD”)等离子体离子源；(viii)大气压固体分析探针(“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)解吸大气压光致电离(“DAPPI”)离子源；(xii)纸喷雾(“PS”)离子源；(xiii)喷射式解吸电离(“JeDI”)离子源；(xiv)触碰式喷雾(“TS”)离子源；(xv)纳米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)卡维顿超声波外科抽吸器(“CUSA”)装置；(xxi)混合型CUSA-透热装置；(xxii)聚焦或非聚焦超声波烧蚀装置；(xxiii)混合型聚焦或非聚焦超声波烧蚀和透热装置；(xxiv)微波谐振装置；(xxv)脉冲等离子体RF解剖装置；(xxvi)氩等离子体凝固装置；(xxvi)混合型脉冲等离子体RF解剖和氩等离子体凝固装置；(xxvii)混合型脉冲等离子体RF解剖和JeDI装置；(xxviii)外科水/生理盐水喷流装置；(xxix)混合型电外科和氩等离子体凝固装置；和(xxx)混合型氩等离子体凝固和水/生理盐水喷流装置。
附图说明
现在将仅借助于实例且参考附图描述各种实施例，在所述附图中：
图1说明快速蒸发电离质谱(“REIMS”)的方法，其中对双极钳施加RF电压使得产生气溶胶或外科手术烟缕，通过双极钳的冲洗端口捕集所述气溶胶或外科手术烟缕且随后将其传递到质谱仪和/或离子迁移谱仪以用于电离和质量和/或离子迁移率分析；
图2A展示根据一实施例的内窥镜实验设定，其中内窥镜管配备有额外T形件，以便在电外科电极尖端与质谱仪和/或离子迁移谱仪之间建立直接连接以用于传递电外科手术气溶胶，且图2B展示根据一实施例的GI息肉的切除，其中使用电外科勒除器来捕获息肉，使用勒除器环以使得将息肉牢牢地固定在其底部附近且接着执行电外科解剖，并且通过提供于电外科工具的塑料护套中的穿孔抽吸所产生的外科烟雾或气溶胶；
图3示意性地展示根据各种实施例的设备；
图4展示根据一实施例的基于阀门的液体分离器；
图5A展示根据一实施例的具有硅橡胶管的(不完整)吸收式液体分离器，且图5B展示根据一实施例的具有配件和PTFE管的(完整)吸收式液体分离器；
图6示意性地展示根据一实施例的离心式液体分离器；
图7展示根据一实施例的离心式液体分离器；
图8展示根据一实施例的液体捕集器；
图9展示根据各种实施例的包括构建分类模型的分析方法；
图10展示从两类已知参考样本获得的一组参考样本光谱；
图11展示具有根据强度轴定义的三个维度的多变量空间，其中所述多变量空间包括多个参考点，每一参考点对应于从参考样本光谱导出的一组三个峰值强度值；
图12展示PCA模型的累计方差与分量数量之间的大体关系；
图13展示具有根据主分量轴定义的两个维度的PCA空间，其中所述PCA空间包括多个经转换参考点或分数，每一经转换参考点或分数对应于图11的参考点；
图14展示具有单一维度或单一轴的PCA-LDA空间，其中LDA是基于图13的PCA空间而执行，所述PCA-LDA空间包括多个其它经转换参考点或类别分数，每一其它经转换参考点或类别分数对应于图13的经转换参考点或分数；
图15展示根据各种实施例的包括使用分类模型的分析方法；
图16展示从未知样本获得的样本光谱；
图17展示图14的PCA-LDA空间，其中所述PCA-LDA空间进一步包括从图16的样本光谱的峰值强度值导出的PCA-LDA投影样本点；
图18展示根据各种实施例的包括构建分类库的分析方法；且
图19展示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
胃肠(“GI”)癌占全球癌症相关死亡的23％。尽管发病率不断增加，但癌症死亡率在最近四十年内已经降低。然而，据估计，仍然有可能能够预防这些死亡中的另外30-40％。准确的疾病诊断和早期治疗是改善癌症后果的关键因素。
使用基于电灼法的内窥镜技术能够成功地治疗早期癌症和恶化前病状，然而用于诊断的金标准方法仍要通过组织活检对GI道进行白光内窥镜研究。
最近已报告，随后经诊断患有癌症的患者中高达7.8％的患者的GI癌在内窥镜检查时可能被忽略。当前内窥镜程序的主要优势是，如果患者的病灶完全被切除，那么患者免除了大手术的需要。然而，高达41％的患者因切除不完全而必需进行再干预。
如将变得更显而易见，将在下文更详细描述的根据各种实施例的快速蒸发电离质谱内窥镜和勒除器布置的特定优势在于，快速蒸发电离质谱内窥镜和勒除器布置能够获得和利用准确的实时质谱和/或离子迁移谱数据，以便降低误诊率并提高全切除率。
还可使用增强型成像技术来提高GI道内的诊断准确度，其特别重点为使用弹性散射光谱法、光学相干性断层摄影术、多模式成像组合拉曼光谱法(Raman spectroscopy)、自体荧光和窄带成像进行光谱学表征。然而，当前在主流临床实践中没有使用这些方法中的任一种。
已知基于质谱(“MS”)的组织识别使用成像技术、采样探针/电喷雾系统和对组织的直接敞开式电离质谱研究。
快速蒸发电离质谱(“REIMS”)已作为关键技术从这后一群组中兴起，其允许通过利用电外科工具作为质谱离子源来进行原位实时分析。
人类组织的快速蒸发电离质谱指纹展现与标准组织学具有90-100％一致性的高组织学特异性。
本文所描述的各种实施例提供一种用于质谱和/或离子迁移谱的设备，所述设备包括经布置和调适以从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的第一装置，以及经布置和调适以将气溶胶、烟雾、蒸气和/或液体抽吸到分析器或朝向分析器抽吸以用于分析的一或多个第二装置。如下文将进一步描述，所述设备还包括经布置和调适以捕获和/或排出由一或多个第二装置抽吸的液体的液体捕集器或分离器。
具体来说，本文中呈现的各种实施例涉及利用快速蒸发电离质谱技术的实时、稳健的组织表征工具。
现将更详细地描述各种实施例，所述实施例大体涉及与敞开式电离离子源耦合的内窥镜。还将描述其它非基于内窥镜的实施例。
根据各种实施例，使用敞开式电离离子源从目标产生气溶胶、外科烟雾或蒸气。随后可经由一或多个抽吸端口或穿孔将气溶胶、外科烟雾或蒸气抽吸到护套中。气溶胶、外科烟雾或蒸气可被递送到导管中，所述导管可将气溶胶、外科烟雾或蒸气传递到质谱仪和/或离子迁移谱仪的入口。气溶胶、外科烟雾或蒸气可进入质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室，且可使所述气溶胶、外科烟雾或蒸气冲击在碰撞表面上，使得气溶胶、烟雾或蒸气通过冲击电离而被电离，从而可产生分析物离子。
随后可对所产生的分析物离子(或衍生自分析物离子的碎片离子或产物离子)进行质量分析和/或离子迁移率分析，且所得质谱和/或离子迁移谱数据接着可进行多变量分析以便实时地确定目标的一或多种性质。
举例来说，多变量分析可使得能够进行关于当前正切除的组织的一部分为癌性还是非癌性的确定。
敞开式电离离子源
根据各种实施例，使用一种装置来从目标(例如活体内组织)产生气溶胶、烟雾或蒸气。所述装置可包括敞开式电离离子源，其特征是能够从原生或未改质目标产生分析物气溶胶、烟雾或蒸气。举例来说，例如基质辅助激光解吸电离(“MALDI”)离子源的其它类型的电离离子源需要在电离之前向样本添加基质或试剂。
显然，向样本添加基质或试剂的需要妨碍了对组织执行活体内分析的能力，且更一般来说，还妨碍了提供对目标材料的快速简单分析的能力。
因此，相比之下，敞开式电离技术为尤其有利的，首先是因为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)且其次是因为其能够进行对目标材料的快速简单分析。
多种不同的敞开式电离技术为已知的且既定属于本发明的范围内。解吸电喷雾电离(“DESI”)是首先研发的敞开式电离技术并且在2004年公开。自2004年以来，已经研发出多种其它敞开式电离技术。这些敞开式电离技术的不同之处在于其确切的电离方法，但其共同具有从原生(即未处理或未改质)样本直接产生气相离子的相同一般能力。既定属于本发明范围内的各种敞开式电离技术的一个特定优点在于，所述各种敞开式电离技术不要求任何事先的样本制备。因此，各种敞开式电离技术使得能够对活体内组织样本和活体外组织样本两者进行分析，而无需费时费钱地向组织样本或其它目标材料添加基质或试剂。既定属于本发明范围内的敞开式电离技术的列表在下表中给出：
Figure GDA0002251593120000281
Figure GDA0002251593120000291
根据一实施例，敞开式电离离子源可包括快速蒸发电离质谱(“REIMS”)离子源，其中对一或多个电极施加RF电压以便通过焦耳加热来产生外科烟雾的气溶胶或烟缕。
然而，将了解，也可利用其它敞开式离子源，包括上文提及的那些离子源。举例来说，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。根据一实施例，激光电离离子源可包括中IR激光烧蚀离子源。举例来说，存在发射的辐射接近或为2.94μm的若干种激光，所述辐射与水吸收光谱中的峰值对应。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于2.94μm的波长。根据一实施例，激光烧蚀离子源可包括发射2.94μm辐射的Er:YAG激光。
涵盖其它实施例，其中可使用中红外光学参数振荡器(“OPO”)来产生波长比2.94μm更长的激光切除离子源。举例来说，可使用Er:YAG泵抽型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引起的热损伤可能较小，所以使用波长比2.94μm更短或更长的激光烧蚀离子源可为有利的。根据一实施例，Co:MgF2激光可用作激光烧蚀离子源，其中激光可从1.75μm调节到2.5μm。根据另一实施例，可使用由Nd:YAG激光泵浦的光学参数振荡器(“OPO”)系统来产生具有2.9μm到3.1μm之间的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激光来产生气溶胶、烟雾或蒸气。
根据其它实施例，敞开式电离离子源可包括超声波烧蚀离子源，其产生随后以气溶胶形式经抽吸的液体样本。超声波烧蚀离子源可包括聚焦或非聚焦的源。
根据一实施例，用于从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气的第一装置可包括可利用连续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，其经布置以向工具供应脉冲等离子体RF能量。工具可包括例如等离子体刮刀(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40-170℃相比于200-350℃)，进而减少热损伤深度。通过沿着绝缘薄电极的切割边缘诱发电等离子体，脉冲波形和占工作循环可用于切割和凝固操作模式两者。
快速蒸发电离质谱(“REIMS”)
图1说明根据一实施例的快速蒸发电离质谱(“REIMS”)的方法，其中可使双极钳1与患者3的活体内组织2接触。在图1所示的实施例中，可在对患者脑部进行外科手术的过程期间使双极钳1与患者3的脑部组织2接触。可将来自RF电压产生器4的RF电压施加到双极钳1，使得对组织2进行局部焦耳加热或透热加热。因此，产生气溶胶或外科烟缕5。接着可通过双极钳1的冲洗端口捕获或者以其它方式抽吸气溶胶或外科烟缕5。双极钳1的冲洗端口因此被再利用作为抽吸端口。接着可将气溶胶或外科烟缕5从双极钳1的冲洗(抽吸)端口递送到导管6(例如1/8"或3.2mm直径的铁氟龙(Teflon)(RTM)导管)。导管6经布置以将气溶胶或外科烟缕5传递到质谱仪和/或离子迁移谱仪8的大气压接口7。
如下文将进一步描述，提供一种液体捕集器或分离器(图1中未展示)以捕获和/或排出通过双极钳1的冲洗端口捕获或者以其它方式抽吸的任何液体(例如血液)。经由液体分离器或液体捕集器将经由双极钳1抽吸的外科烟雾或气溶胶递送到质谱仪和/或离子迁移谱仪8，以便去除或减少向前传送到质谱仪和/或离子迁移谱仪8的液体的量。
根据各种实施例，可在大气压接口7处将包括有机溶剂(例如异丙醇)的基质添加到气溶胶或外科烟缕5中。气溶胶3和有机溶剂的混合物接着可经布置以冲击在质谱仪和/或离子迁移谱仪8的真空腔室内的碰撞表面上。根据一实施例，可加热碰撞表面。气溶胶在冲击碰撞表面后发生电离，从而产生分析物离子。产生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。
接着使通过使得气溶胶、烟雾或蒸气5冲击在碰撞表面上而产生的分析物离子通过质谱仪和/或离子迁移谱仪的后续阶段，且使其在质量和/或离子迁移率分析器中经受质量和/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。
图2A和2B展示根据一实施例的快速蒸发电离质谱(“REIMS”)内窥镜和勒除器布置。
根据这个实施例，提供息肉切除术勒除器26。如图2B中所展示，勒除器26包括在导管23的长度上延伸的线环。如图2A中展示，线环附接到可由用户经由内窥镜堆叠11操作的操控器。操控器允许用户用勒除器26围住息肉27。线勒除器26连接到RF电压产生器(图2A中未展示)。线勒除器26充当电外科工具，并且可通过内窥镜17中的端口22而部署且用于(例如)经由食管19来切除位于(例如)胃21、幽门20或结肠等中的息肉27。在息肉切除术勒除器26经部署且围绕息肉27收紧时，息肉27有效地限制或密封容纳线勒除器26的导管23的开口端24。
当向线勒除器26施加RF电压时，线勒除器26充当电外科工具且有效地切割和去除息肉27。同时，产生基本上不能够进入容纳线勒除器26的导管23的末端24的外科烟雾或气溶胶28。容纳线勒除器26的导管23可额外具备穿孔或一或多个抽吸端口25，其使得外科烟雾或气溶胶28能够被抽吸到容纳线勒除器26的导管23中。可(例如)通过连接到导管的泵(图2A中未展示)朝向导管吸入外科烟雾或气溶胶28，其中烟雾吸入的方向可如箭头29所说明，即外科烟雾或气溶胶28可被朝向导管23且通过穿孔或一或多个抽吸端口25吸入。可将外科烟雾或气溶胶28抽吸到导管23中且沿着所述导管的长度传送，并且如图2A中所展示，可经由连接器16递送到质谱仪和/或离子迁移谱仪12的真空腔室，接着外科烟雾或气溶胶可在冲击可被加热的碰撞表面后电离。
接着可对所产生的分析物离子进行质量分析和/或离子迁移率分析，并且将与正切除的组织相关的实时信息提供给用户(所述用户可为例如外科医生或专业护士)。除了将息肉27从胃21或结肠的内层切割掉之外，勒除器26还可用于握住息肉27以使得能够从胃21或结肠移除息肉27，任选地进行分析且随后丢弃。
内窥镜可发射光18并且包括相机，以使得用户可以适当方式操作电外科工具和内窥镜。
根据各种实施例，提供一种液体捕集器或分离器(图2A中未展示)以捕获和/或排出任何经抽吸的液体。经由液体分离器或液体捕集器将经由电外科工具抽吸的外科烟雾或气溶胶递送到质谱仪和/或离子迁移谱仪12，以便去除或减少向前传送到质谱仪和/或离子迁移谱仪12的液体的量。
根据各种其它实施例，电外科工具和相关内窥镜可用于其它体腔和器官，包括肺、鼻和尿道。因此，将了解，如本文所使用的术语“内窥镜”、“内窥镜的”、“内窥镜检查”等既定涵盖例如支气管镜/支气管镜检查、鼻镜/鼻镜检查、电光鼻镜/电光鼻镜检查、膀胱镜/膀胱镜检查等布置。
举例来说，当内窥镜用于肺时，可使用电外科工具来分析少量肺组织以例如针对癌症进行测试。这能够在获得和分析活检样本之外或代替其而进行。根据一实施例，勒除器可包括单极电极装置，且可将充当返回电极的相对较大衬垫放在患者下方，以使得电流从勒除器电极经过患者流动到返回电极。还涵盖其它实施例，其中勒除器电极可包括双极装置，使得电流不流经患者身体。双极电极装置可用于例如非常敏感的手术中，例如脑部手术，其中明确地不希望电流流经周围组织。
尽管单极或双极电极布置为尤其有利的，但是还涵盖其它实施例，其中电外科工具可包括多相或3相装置且可包括例如三个或更多个独立电极或探针。
根据另一个实施例，可使用耦合到激光源的光纤来产生气溶胶、烟雾或蒸气。
在分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气冲击在碰撞表面上之前，可将基质添加到或混合于分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气中。
基质可包括用于分析物、烟雾、烟尘、液体、气体、外科烟雾、气溶胶和/或蒸气的溶剂，和/或可包括有机溶剂和/或挥发性化合物。
根据一实施例，基质可包括极性分子、水、一或多种醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮或乙腈。异丙醇尤其利于使用。
添加的基质可另外或替代性地包括锁定质量、锁定迁移率或校准的化合物。
添加基质的特别有利之处在于，分析物溶解于基质中消除了分析物分子之间的分子间键结。因而，当所溶解的分析物与碰撞表面碰撞时，所溶解的分析物将碎裂成液滴，且很可能任何给定液滴含有的分析物分子比基质不存在时更少。当每个液滴中的基质蒸发时，这又引起离子的更高效产生。
图2A还更详细地展示根据一实施例的内窥镜息肉切除术勒除器可如何配备有额外T形件连接器16，以便在组织蒸发点与质谱仪和/或离子迁移谱仪12的大气压入口13之间建立传递管线。大气压入口13可包括接地件14。
对快速蒸发电离质谱(“REIMS”)内窥镜设置进行初始优化且使用猪胃模型来评估其再现性。在猪胃粘膜内建立仿真息肉且使用如图2B中所展示的息肉切除术勒除器26来进行切除。这种配设置许对标准内窥镜切除术进行准确的模拟。因为息肉27在切除期间完全阻挡了勒除器26的塑料护套导管23的开口或工具部署开口24(如从图2B能够看出)，所以切除术所产生的气溶胶28可通过提供于勒除器26的塑料护套23上的穿孔25被抽吸。
在快速蒸发电离质谱(“REIMS”)勒除器的塑料护套23上提供远离勒除器的工具部署开口24的穿孔25为特别有利的，因为穿孔或抽吸端口25允许在工具部署开口24被至少部分或完全阻挡时抽吸外科烟雾或气溶胶28。
经由穿孔或抽吸端口25进入容纳快速蒸发电离质谱(“REIMS”)勒除器26的导管23的气溶胶粒子28接着可经由连接到勒除器的端口的PTFE导管15传递到质谱仪和/或离子迁移谱仪12。勒除器26可连接到快速蒸发电离质谱(“REIMS”)内窥镜17的近端。导管15可直接连接到质谱仪和/或离子迁移谱仪12的入口毛细管或离子采样孔口。应理解，质谱仪和/或离子迁移谱仪远离蒸发点。
可使用由标准医用空气或氮气驱动的文丘里泵(Venturi pump)来促进气溶胶的抽吸。
质谱仪和/或离子迁移谱仪可包含经修改的大气压接口，其可包含沿着并靠近StepWave(RTM)离子导向器的较大开口的中心轴定位的碰撞表面。正如所属领域的技术人员将了解，StepWave(RTM)离子导向器包括两个联合的离子隧道离子导向器。每一离子导向器包括多个环或其它电极，其中离子穿过由环或其它电极所提供的中心孔口。向电极施加瞬变DC电压或电势。StepWave(RTM)离子导向器是基于堆叠环离子导向器技术并且经设计以使从源极到质量和/或离子迁移率分析器的离子传输最大化。装置允许主动去除中性污染物，进而增强整体信噪比。本设计能够有效地捕获进入第一较低阶段的弥漫性离子云，接着将其集中到上层离子导向器中以传递到质量和/或离子迁移率分析器。
由于进入真空腔室的气体绝热膨胀和所引起的温度下降，因此定位于质谱仪和/或离子迁移谱仪的真空腔室内的碰撞表面可促进大气接口的自由喷射区域中所形成的分子簇发生有效碎片化。真空腔室内可另外地或替代性地提供用于促进分子簇有效片段化的其它装置，例如可在这个区域中提供碰撞气体，其中与碰撞气体的碰撞有助于使分子簇分裂。
超分子簇的表面诱导解离可改善信号强度并且还可缓解与离子光学件污染相关的问题。
从猪胃模型中所记录的600到1000m/z范围内的快速蒸发电离质谱光谱主要以磷脂为特征，这已经在早先的快速蒸发电离质谱实验中对所有哺乳动物组织类型中观察到。
执行各种实验以便优化勒除器尖端几何结构并且还优化勒除器的塑料鞘上的穿孔的数量和相对位置。还对分析的可重复性执行评估。
优化采样几何结构之后，针对活体外人类样本(包括胃腺癌、健康胃粘膜和健康胃粘膜下层)测试快速蒸发电离质谱内窥镜配置。从三位个别患者获取样本，所有患者均提供了书面知情同意书。
根据执行快速蒸发电离质谱(“REIMS”)的各种实施例，电外科探针包括电外科工具和可提供以在内窥镜中使用的一或多个抽吸端口。
可对电外科工具的用户提供的实时和/或延迟信息可包括质谱和/或离子迁移谱信息和/或组织分类信息。还可提供反馈装置和/或警报和/或警告，以对电外科工具的用户提供以下反馈和/或警报和/或警告：分析器正分析来自非期望目标区或区域的分析物，或电外科工具正在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中。
在分析器正分析来自非期望目标区或区域的分析物和/或电外科工具在非期望目标区或区域中操作和/或定位于非期望目标区或区域中的情况下，可减少和/或停止向电外科工具供电。
基于快速蒸发电离质谱的内窥镜配置根据各种实施例解决各种潜在问题。
具体来说，各种实施例解决在相对封闭的内窥镜环境中(即，胃或肠等中)存在液体和水分的问题，这需要用以防止液体到达分析器(或至少减少到达分析器的液体的量)的策略，因为液体通常与所关注的组织样本不相关而且可损害分析器。
已发现经设计以减少最初经抽吸到探针中的液体量的策略能够具有对装置的操作不利的副作用，而且通常能够由于相对封闭的内窥镜环境而为低效的。
因此，快速蒸发电离质谱(“REIMS”)根据各种实施例分析的方法允许由电外科探针最初抽吸不合需要的液体但接着在液体能够到达分析器之前去除不合需要的液体，即使用液体捕集器或分离器。
各种实施例还解决与因在内窥镜环境中使用电外科探针所致的对其尺寸的限制相的问题，以及与以下各项相关的潜在问题：死体积、记忆效应、在外科干预期间捕集经抽吸的液体体积、除尘度和/或即弃性，和由设备对气溶胶或外科烟雾成分的潜在修改。
虽然在执行内窥镜环境的分析的情形中尤其有利，但是根据各种实施例的设备也可适用于其它情境。因此，设备不必包括内窥镜。举例来说，存在根据各种实施例的设备的多个应用，其中可将与所关注目标不相关的液体(即正由第一装置分析的液体)抽吸到分析器或朝向分析器抽吸。举例来说，在各种实施例中，在分析所关注目标(例如组织)时，生理盐水、血液、尿液、粘液和/或其它体液可被抽吸到分析器或朝向分析器抽吸。因此，根据各种实施例，液体捕集器或分离器可捕获和/或排出这些液体中的任何一或多种或全部以防止液体到达(以及潜在地损坏)分析器。
根据各种实施例，如图3中所展示，可在电外科工具或探针31与分析器33之间提供液体捕集器或分离器32，其中液体捕集器或分离器32捕获或排出由工具或探针31抽吸的非所需液体，同时允许气溶胶或外科烟雾自身相对不受抑制地递送到(例如)质谱仪和/或离子迁移谱仪的分析器33。可由(例如)泵34和导管35将气溶胶、外科烟雾和/或液体抽吸到分析器33或朝向所述分析器抽吸以用于分析。这种设置防止非所需液体到达分析器33而不影响测量气溶胶、外科烟雾或蒸气。
液体捕集器或分离器32可经布置以(例如)使用液体收集器来捕获用于随后弃置的液体。
例如在液体捕集器32满了或快要满时，可为用户提供反馈和/或警报和/或警告。另外或替代地，在液体捕集器32满了或快要满的情况下，可(例如)通过减少或停止向设备(例如向电外科工具31)供电来停用或部分停用设备(例如电外科工具31)。出于此目的，液体捕集器32可具备一或多个液体检测器。
可提供PTFE导管35以将电外科工具31连接到液体捕集器或分离器32，以及将液体捕集器或分离器32连接到质谱仪和/或离子迁移谱仪的入口毛细管或离子采样孔口。可通过导管35将经抽吸的外科烟雾或气溶胶传送到质谱仪和/或离子迁移谱仪。
根据各种内窥镜实施例，在电外科工具31插入到内窥镜环境中时，液体捕集器或分离器32可保持在内窥镜环境外部。这避免了提供用于防止液体被电外科工具31抽吸的额外装置的需要，以使得电外科工具31的尺寸能够保持最小。
液体捕集器或分离器32可采用各种不同形式。
液体捕集器或分离器32的特征可包含：(i)用以确保快速操作和最少延迟时间的最小死体积；(ii)最小记忆效应(在由质谱仪和/或离子迁移谱仪来分析样本时发生的不涉及目前正由电外科工具蒸发的样本)，具体来说，液体捕集器或分离器的流道的内部几何形貌可不产生明显记忆效应；(iii)液体捕集器或分离器32可具有足够捕集体积以存储在外科干预期间经抽吸的液体；(iv)液体捕集器或分离器32的被污染的表面和部分(即，那些与液体接触的表面和部分)可为易于清洁或处理的；(v)与气溶胶接触到的液体捕集器或分离器32的部分的材料可不修改气溶胶的成分从而影响测量结果；和(vi)液体捕集器或分离器可为无菌或灭菌的。
更具体来说，测定根据各种实施例的液体捕集器或分离器32可有利地符合以下技术参数：(i)约750ml/min气体流动速率下所允许的最大延迟时间可约为2s(待添加到连接内窥镜与质谱仪和/或离子迁移谱仪的导管的固有延迟时间中，所述导管通常例如长约为3米和内径约为1.5mm)；(ii)最大值记忆效应可持续约3s，直到信号强度从峰值最大值下降到10％；以及(iii)液体收集器的最小体积可约为30ml。
使用以下实验工作流程测试液体捕集器或分离器的各种实施例。
将具有已知皮重的液体收集瓶的各种液体捕集器或分离器附接到电外科工具或探针的出口上。将真空泵与液体捕集器或分离器的另一出口连接以通过系统抽吸空气。流动速率设定成约750ml/min。
根据不连续测试，约20ml的水是通过入口、通过将电外科工具浸没在液体中约1s，每次浸没间隔15s来抽吸的。持续这种工作直到抽吸20ml的水。在抽吸满20ml之后，称量液体收集瓶以测定经分离的和未经分离的液体的量。
根据连续测试，通过连续地抽吸20ml的水来重复上述测量。
使用这些测量方法，测定每个液体捕集器或分离器的液体分离效率和性能。
根据使用质谱仪的测试，质谱仪是附接到电外科工具的出口上。经由电外科工具抽吸外科烟尘或气溶胶。测量实际抽吸与出现质谱信号之间的时间。在抽汲液体约1s之后重复测量。将整个操作重复三次并记录光谱强度读数。作为控制测量，在没有液体捕集器或分离器的情况下使用长约1.5m且内径约0.5mm的PTFE导管来执行相同工作。
使用这些量测，确立延迟时间、记忆效应和信号强度的减少。
根据一实施例，液体捕集器或分离器可包括基于阀门的液体分离器。当可检测任何非想要液体的存在时，经抽吸的样本可通过导管检测器段传递。如果液体经检测，那么接着可由受控制的阀门将样本流分流到液体收集器。
如图4中所展示，可将经抽吸的样本传送通过检测器，例如透射光学检测器41。如果存在液体，那么透射率增加，且在检测到所述情况时，经连接的电子控制器可将信号发送到入口选择器阀门42，其将样本流分流到液体收集器44。因此，液体收集于液体收集器44中。
同时，还可命令出口选择器阀门43以使得抽吸来自液体收集器44的气流而非来自入口阀门42的液流。这防止堵塞系统。
在由检测器41检测气体的情况下，电子控制器可重置两种阀门，以使得样本的气溶胶部分通过入口阀门和出口阀门流动到质谱仪和/或离子迁移谱仪中。
液体检测器41可定位成相对地接近分析器33(例如质谱仪和/或离子迁移谱仪)或更有利地相对地接近(例如尽可能地接近于)电外科工具31(内窥镜装置)。这为分流器操作提供更多时间。
可使用其它类型的检测器来检测液体，例如光学透射检测器、光学反射检测器、超声波传输检测器、超声波反射率检测器和/或电检测器。
电检测器可包括例如用于测量电阻、电压、电容或电流的两个或更多个探针或电极。探针或电极可嵌入到采样导管的一小段中，且可经布置以测量这段采样导管的电导率、电阻和/或电容。在这种情况下，在液体存在时两个或更多个探针之间的电阻、电压或电流将变化，允许检测液体的存在。
超声波检测器可包括例如内嵌于采样导管的较小区段中的超声波发射器和检测器对。随着液体穿过导管，由超声波检测器从超声波发射器接收的超声波信号将随着液体吸收超声波能量而变化，进而允许检测液体的存在。
用铝/PE夹芯板构建技术原型元件。PTFE导管(外径为1/16”且内径为1mm)配备有标准配件。入口阀门和出口阀门均由PTFE制成，具有约0.5mm的支座。入口上的检测器是包括LED(具有约0.5mm的开口)和光电晶体管的光电栅极。
装置被证实按计划工作。可提供排放阀门以便解决这一实情在：在液体分离的周期期间，附接到出口上的质谱仪和/或离子迁移谱仪吸入来自上述滞留且和已经分离的液体的气体。
归因于气溶胶抽汲阶段的较小传送体积，获得了极短延迟时间(约0.2s)。
如图5A和图5B中所展示，根据另一实施例，液体捕集器或分离器可包括基于吸收的液体分离器51。可在多孔性、吸收性材料(图5A和图5B中未展示)中吸收经抽吸液体以防止液体到达液体分离器的出口。
经抽吸液体可通过由水分吸收、亲水性的毛细管结构材料制成的导管系统传递。导管可具有恒定弯曲，其造成液体和导管的内壁之间的持久接触。多孔性材料可吸收样本的液体成分，以使得仅气体将穿过到出口。
石膏作为最适合的吸收性材料而被选择。石膏由于其吸收性以及由于其能够易于根据所需的几何结构来定形的实情而为有利的。将线圈形或螺旋形的硅橡胶导管铸入到石膏中。在石膏硬化后从铸件移除导管。配件52附接到导管的入口和出口上，以充当系统的连接端口。
装置被证实按计划工作。这个实施例有利地呈现经济高效的构造，进而允许即弃性。可提供大体积的导管用以吸收所需的液体的量并用以解决由于石膏被液体浸透而使吸收性降低的问题(最可能由于上层吸收性层的较早浸透和朝向内吸收性层的液体迁移受阻)。
根据另一实施例，液体捕集器或分离器可包括连续操作的离心式液体分离器。根据这个实施例，液体分离器是基于连续离心分离技术。本设计使系统死体积维持在尽可能低。可使用与所需气流有关的较小传送体积，同时维持足够的液体收集器容量。
如图6中所展示，离心式液体分离器可包括双层壁同轴分配器磁头61、旋转分离筒62、具有轴连接器63的电动机和液体收集器64。样本流通过同轴分配器的内导管传递到旋转分离圆筒的中部。由于离心力，经分离的液体缓慢地迁移到圆筒的锥形壁。液体一到达圆筒的最上边缘，就飞跃到液体收集器的内壁。液体从此处往下流动并聚集在收集器的底部。样本的气体成分在爬升的液滴上形成薄层并流动到分离圆筒的最上部分，从此处气体朝向质谱仪和/或离子迁移谱仪离开。元件65、66的入口和出口可由PTFE导管连接。以这种方式，确保气流的传送体积较小。
如图7中所展示，构建并测试分离器71。为装置测量以下参数，并且所述参数表明装置的操作极佳，即约为1.5到2s的延迟时间、约2.5s的记忆效应和能够收集到约35ml的液体(这可由几何结构的形状而增加)。没有可测量的液体的量传递到出口罐中。穿过装置的气溶胶的质谱没有经过修改。光谱的信号强度减少约40％。
根据又一实施例，液体捕集器或分离器可包括液体捕集器。液体捕集器可包括具有入口和出口的密封腔室，外科烟雾或气溶胶和液体通过入口引入到室中，且外科烟雾或气溶胶能够通过出口离开室而没有任何液体留在室。
如图8中所展示，捕集器可包括瓶81，其可使用螺帽82关闭和使用隔片83密封。具有拱形弯曲85的液体传送导管84可操作到接近瓶的底部，以便防止喷溅并通过促进旋风效应来提高阶段分离效率。气溶胶的出口可由短导管86直接出现在隔片的内层下方，所述导管可与质谱仪和/或离子迁移谱仪直接连接。可使用PTFE玻璃料以防止在出口连接处的喷溅。
分别构建包括4ml小瓶和30ml小瓶的两种原型，并且测量表明其操作的以下参数：
Figure GDA0002251593120000391
能够看出，较小的4ml型号的液体捕集器由于其具有在所期望范围内的延迟时间和记忆效应而为有利的。这个实施例的另一优势是便宜和简单，并因此为一次性的。能够通过根据需要定期更换装置来解决受限制的捕集体积。
如将了解，液体捕集器或分离器的所描述实施例解决内窥镜应用的需求而没有损害信号产生的效率和器械的稳固性。
分析样本光谱
可根据各种实施例使用的分析技术的列表在下表中给出：
Figure GDA0002251593120000392
还能够使用上述分析方法的组合，例如PCA-LDA、PCA-MMC、PLS-LDA等。
分析样本光谱能够包括用于维数约简的无监督分析，随后为用于分类的受监督分析。
现将通过举例更详细地描述多种不同分析技术。
多变量分析-显现分类模型
现将通过举例来描述使用多个参考样本光谱的多变量分析构建分类模型的方法。
图9展示使用多变量分析构建分类模型的方法1500。在这个实例中，所述方法包括获得参考样本光谱的多组强度值的步骤1502。所述方法接着包括无监督主成分分析(PCA)的步骤1504，随后为受监督线性判别分析(LDA)的步骤1506。这种方法在本文中可被称作PCA-LDA。可使用其它多变量分析方法，例如PCA-MMC。接着在步骤1508中，将PCA-LDA模型输出到例如存储装置。
例如此多变量分析的多变量分析能够提供分类模型，其允许使用从样本(例如气溶胶、烟雾或蒸气样本、生物样本等)获得的一或多个样本光谱来分类样本。现将参照简单实例更详细地描述多变量分析。
图10展示从两种类别的已知参考样本获得的一组参考样本光谱。所述类别可以是本文所描述的目标类别中的任一种或多种。然而，为了简化起见，在这个实例中，两种类别将被称作左侧类别和右侧类别。
参考样本光谱中的每一个已经预处理，以便根据所述参参考样本光谱中的相应质荷比导出一组三个参考峰值强度值。虽然仅展示了三个参考峰值强度值，但应了解可针对每一个参考样本光谱中的质荷比的相应数目来导出更多个参考峰值强度值(例如约100个参考峰值强度值)。在其它实施例中，参考峰值强度值可对应于：质量；质荷比；离子迁移率(漂移时间)；和/或操作参数。
图11展示具有由强度轴定义的三个维度的多变量空间。每一个维度或强度轴对应于特定质荷比的峰值强度。另外应了解，多变量空间中可存在更多个维度或强度轴(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本光谱，即，每个参考样本光谱的峰值强度值向多变量空间中的参考点提供坐标。
这组参考样本光谱可以用参考矩阵D表示，其具有与相应参考样本光谱相关的行、与相应质荷比相关的列，且矩阵元素是相应参考样本光谱的相应质荷比的峰值强度值。
在许多情况下，多变量空间和矩阵D中的大量维度能够使得难以将参考样本光谱分组到类别中。因此可对矩阵D进行PCA以计算PCA模型，其定义了根据主成分轴定义的一或多个维度数目减少的PCA空间。主成分可选择为包括或“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成分。
图12展示在PCA模型中，累积方差可如何随着主成分的数目n而增加。可根据需要来选择方差的阈值量。
可使用非线性迭代偏最小二乘法(NIPALS)算法或奇异值分解法来根据矩阵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。
所得PCA模型可由PCA分数矩阵S和PCA负荷矩阵L定义。PCA还可产生误差矩阵E，其含有PCA模型未解释的方差。D、S、L和E之间的关系可以是：
D＝SLT+E (1)
图13展示图10和11的参考样本光谱的所得PCA空间。在这个实例中，PCA模型具有两种主成分PC0和PC1且PCA空间因此具有由两种主成分轴定义的两个维度。然而，根据需要，PCA模型中可包含更小或更大数目的主成分。通常所需的主成分的数目是至少一个，低于多变量空间中的维度的数目。
PCA空间包括多个转换参考点或PCA分数，其中每个转换参考点或PCA分数对应于图10的参考样本光谱并且因此对应于图11的参考点。
如图13中所展示，PCA空间维度的减少使得更容易将参考样本光谱分组到两个类别中。在这个阶段，还可用分类模型识别和去除任何离群值。
接着可执行使用PCA空间的其它监督多变量分析，例如多类别LDA或最大间距准则(MMC)，以便定义类别以及任选地进一步减少维度。
如技术人员将了解，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，以便使可能最紧凑的类别之间的可能距离最大)。LDA详情已为技术人员所知并且因此在本文中不再详述。
所得PCA-LDA模型可由变换矩阵U定义，所述变换矩阵U可通过解决广义特征值问题来自PCA分数矩阵S和类别赋值针对其中所含的每一个变换光谱来导出。
分数S从原始PCA空间到新LDA空间中的转换接着可如下得出：
Z＝SU (2)
其中矩阵Z含有转换成LDA空间的分数。
图14展示具有单维度或单轴的PCA-LDA空间，其中LDA是在图13的PCA空间中执行。如图14中所展示，LDA空间包括多个其它转换参考点或PCA-LDA分数，其中每个其它转换参考点对应于图13的转换参考点或PCA分数。在这个实例中，PCA-LDA空间维度的进一步减少使得甚至更容易将参考样本光谱分组到两个类别中。PCA-LDA模型中的每个类别可由其在PCA-LDA空间中转换的类别平均值和协方差矩阵或一或多个超平面(包括点、线、平面或更高阶超平面)或超表面或沃罗诺伊单元定义。
可将PCA负荷矩阵L、LDA矩阵U和转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、烟雾或蒸气样本进行分类。
类别g的LDA空间V'g中的转换协方差矩阵可如下得出
V'g＝UTVgU (3)
其中Vg是PCA空间中的类别协方差矩阵。
类别g的转换类别平均值位置zg可如下得出
sgU＝zg (4)
其中sg是PCA空间中的类别平均值位置。
多变量分析-使用分类模型
现将通过举例来描述使用分类模型对样本(例如气溶胶、烟雾或蒸气样本)进行分类的方法。
图15展示使用分类模型的方法2100。在这个实例中，所述方法包括获得样本光谱的一组强度值的步骤2102。所述方法接着包括将样本光谱的这组强度值投影到PCA-LDA模型空间中的步骤2104。可使用其它分类模型空间，例如PCA-MMC。然后在步骤2106处基于投影位置对样本光谱进行分类，且接着在步骤2108输出分类。
现将参考上文所描述的简单PCA-LDA模型来更详细地描述样本(例如气溶胶、烟雾或蒸气样本)的分类。
图16展示从未知气溶胶、烟雾或蒸气样本获得的样本光谱。样本光谱已经预处理，以便针对相应质荷比导出一组三个样本峰值强度值。如上文所提及，虽然仅展示了三个样本峰值强度值，但是应了解，对于样本光谱的许多更多相应质荷比，可导出更多个样本峰值强度值(例如约100个样本峰值强度值)。另外，如上文所提及，在其它实施例中，样本峰值强度值可对应于：质量；质荷比；离子迁移率(漂移时间)；和/或操作参数。
样本光谱可由样本向量dX来表示，其中向量元素是相应质荷比的峰值强度值。样本光谱的转换PCA向量sX能够如下获得：
dXL＝sX (5)
接着，样本光谱的转换PCA-LDA向量zX能够如下获得：
sXU＝zX (6)
图17再次展示图14的PCA-LDA空间。然而，图17的PCA-LDA空间进一步包括对应于转换PCA-LDA向量zx的投影样本点，所述向量zX是由图16的样本光谱的峰值强度值导出。
在这个实例中，投影样本点处于类别之间的超平面的一侧，其涉及右侧类别，并且因此，样本(气溶胶、烟雾或蒸气样本)可被分类为属于右侧类别。
替代地，可使用在LDA空间中类别中心的马氏距离(Mahalanobis distance)，其中类别中心g的点zx的马氏距离可由下式的平方根得出：
(zx-zg)T(V'g)-1(zx-zg) (8)
且可将数据向量dx指配给此距离最小的类别。
另外，通过将每个类别当成多变量高斯样本(multivariate Gaussian)，可计算出数据向量成为每个类别的成员概率。
基于库的分析-显现分类库
现将通过举例来描述使用多个输入参考样本光谱来构建分类库的方法。
图18展示构建分类库的方法2400。在这个实例中，所述方法包括获得多个输入参考样本光谱的步骤2402和根据每个样本类别的多个输入参考样本光谱导出元数据的步骤2404。所述方法接着包括存储每个样本类别的元数据作为独立的库条目的步骤2404。接着在步骤2406中，将分类库输出到例如电子存储装置。
例如此分类库的分类库允许使用从样本(例如气溶胶、烟雾或蒸气样本)获得的一或多个样本光谱对样本进行分类。现将参照实例来更详细地描述基于库的分析。
在这个实例中，根据代表一种类别的多个经预处理的参考样本光谱来创建分类库的每个条目。在这个实例中，根据以下程序对一种类别的参考样本光谱进行预处理：
首先，执行再分库过程。在这个实施例中，将数据再采样到具有横坐标的对数网格上：
其中Nchan为经选择的值，且表示低于x的最接近整数。在一个实例中，Nchan为212或4096。
接着执行背景减除过程。在这个实施例中，接着构建具有k个结点的三次样条，以使得每一对结点之间的p％数据位于曲线下方。接着从数据中减去这个曲线。在一个实例中，k为32。在一个实例中，p为5。
接着从每个强度中减去对应于强度所减数据的q％分位数的恒定值。保留正值和负值。在一个实例中，q为45。
接着执行归一化过程。在这个实施例中，数据经归一化而具有平均值
Figure GDA0002251593120000444
在一个实例中，
Figure GDA0002251593120000445
库中的条目接着由呈光谱中Nchan点中的每一个的中位光谱值μi和偏差值Di形式的元数据构成。
第i个通道的似然度如下得出：
Figure GDA0002251593120000442
其中1/2≤C<∞且其中Γ(C)为伽玛函数。
上述公式是广义柯西分布(Cauchy distribution)，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(在高斯中限制Di＝σi仅为标准差)，而全程值C控制尾料的尺寸。
在一个实例中，C为3/2，其处于柯西与高斯之间，使得似然度变成：
Figure GDA0002251593120000451
对于每一个库条目，将参数μi设定成输入参考样本光谱的第i个通道中值列表的中位值，而偏差Di由这些值的四分之一区间除以√2而得出。这种选择能够确保第i个通道的似然度与输入数据具有相同的四分位区间，其中分位数用于在某种程度上防止了离群数据。
基于库的分析-使用分类库
现将通过举例来描述使用分类库对样本(例如气溶胶、烟雾或蒸气样本)进行分类的方法。
图19展示使用分类库的方法2500。在这个实例中，所述方法包括获得一组多个样本光谱的步骤2502。所述方法接着包括使用对应于分类库中的类别条目的元数据来计算每个样本类别的这组多个样本光谱的概率或分类分数的步骤2504。接着在步骤2506对样本光谱进行分类，且接着在步骤2508输出分类。
现将参考上文所描述的分类库来更详细地描述样本(例如气溶胶、烟雾或蒸气样本)的分类。
在这个实例中，未知的样本光谱y是一组多个样本光谱的中位值光谱。采用中位值光谱y能够在通道基础上对离群数据进行保护。
给定库条目s的输入数据的似然度Ls接着如下得到：
Figure GDA0002251593120000452
其中μi和Di相应地为通道i的库中位值和偏差值。似然度Ls可被计算为数值安全的对数似然度。
接着在所有候选类别′s′上归一化似然度Ls以得到概率，假设类别上有一致的先验概率。类别
Figure GDA0002251593120000454
的所得概率如下得出：
Figure GDA0002251593120000453
指数(1/F)能够缓和概率，否则概率可能过于明确。在一个实例中，F＝100。这些概率可例如在用户界面中以百分比来表示。
替代地，可使用相同中位采样值和自库导出的值来计算RMS分类分数Rs：
Figure GDA0002251593120000461
另外，在所有候选类别′s′上归一化分数Rs。
接着可将样本(例如气溶胶、烟雾或蒸气样本)分类为属于具有最高概率和/或最高RMS分类分数的类别。
药物治疗方法、外科手术和诊断和非医疗方法
涵盖各种不同实施例。根据一些实施例，上文公开的方法可以针对活体内、活体外或试管内组织执行。组织可包括人体或非人体的动物组织。
涵盖各种实施例，其中由敞开式电离离子源产生的分析物离子接着经受以下任一项：(i)由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析；(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(FAIMS)分析；和/或(iii)首先离子迁移率分析(IMS)和/或差分离子迁移率分析(DMA)和/或场不对称离子迁移谱(FAIMS)分析(或反过来)，随后由例如四极杆质量分析器或飞行时间质量分析器的质量分析器或过滤器进行质量分析(或反过来)的组合。各种实施例还涉及离子迁移谱仪和/或质量分析器以及离子迁移谱分析方法和/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。
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，参见用于测定分析物离子的质量或质荷比的设备和方法。应了解，同样涵盖本发明可以延及离子迁移率分析、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，参见用于测定分析物离子的离子迁移率、差分离子迁移率、碰撞截面或交互截面的设备和方法。另外还应了解，涵盖其中可以对分析物离子进行离子迁移率分析与质量分析的组合的实施例，即测定(a)分析物离子的离子迁移率、差分离子迁移率、碰撞截面或交互截面以及(b)分析物离子的质荷比。相应地，涵盖混合型离子迁移率-质谱(IMS-MS)和质谱-离子迁移率(MS-IMS)实施例，其中对例如由敞开式电离离子源所产生的分析物离子的离子迁移率和质荷比均进行测定。离子迁移率分析可在质荷比分析之前执行，或反之亦然。另外，应了解，涵盖各实施例，其中对质谱数据和包括质谱数据的数据库的提及还应理解成涵盖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。
涵盖各种外科、治疗、药物治疗和诊断方法。
然而，涵盖的其它实施例涉及不在活体内组织上执行的质谱测定和/或离子迁移谱测定的非外科和非治疗方法。涵盖按照体外方式执行的其它相关实施例，以使得其在人体或动物体外部执行。
涵盖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部分)的其它实施例。
还已经认识到，包括相对延长且小型化的探针(即，类似于上文所描述的内窥镜)的工具的应用可超出外科或医疗环境的范围，所述探针包括用于自样本产生气溶胶、烟雾或蒸气的敞开式离子源。
举例来说，这种工具可被用于对填满的容器进行最小侵袭性分析，例如在海关或机场安检处。可将工具与敞开式离子源插入形成于容器中的相对较小孔中，接着通过工具展开开口使用且激活以从容器内产生气体、烟雾或蒸气分析物材料，然后通过工具导管中的穿孔来抽吸所述气体、烟雾或蒸气材料且将这些材料传送到分析器以用于质谱和/或离子迁移谱分析。
类似地，这种工具可应用于分析封闭管道加热或冷却系统。已知如真菌、细菌、生物膜和/或藻类的有机物生长可能会堵塞加热或冷却管道，但是通常难以识别这类系统内的有机材料且因此难以确定如何对其进行处理。这可能是核反应堆的冷却系统中存在的特定问题，其中拆卸冷却系统进行清洁太耗时且成本高。通过使工具穿过管道且将敞开式离子源部署成与堵塞部接触以产生气体、烟雾或蒸气分析物材料，接着能够将所述分析物材料抽吸到工具外壳中并传送到质谱仪和/或离子迁移谱仪以进行分析，可有可能识别有机物生长的性质且因此有助于确定去除其的最佳方式。
以相同方式，这种工具可应用于害虫/寄生虫控制或结构测试/勘察领域中。举例来说，当前用于分析房屋地基或墙壁中的真菌生长的方法倾向于依赖可为非决定性的光学成像方法。通过探测生长并且接着对所产生的气体、烟雾或蒸气分析物材料进行质量分析和/或离子迁移率分析，有可能更准确地测定真菌生长的性质。
虽然已参考优选实施例描述本发明，但本领域的技术人员应了解，可在不脱离所附权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下在形式和细节上作出各种改变。

Claims (19)

1.一种用于质谱分析和/或离子迁移谱分析的设备，其包括：
第一装置，其经布置和调适以从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气；
质谱仪和/或离子迁移谱仪的分析器；
一或多个第二装置，其经布置和调适以将气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体抽吸到分析器或朝向所述分析器抽吸；和
液体捕集器或分离器，所述液体捕集器或分离器位于所述第一装置和所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的分析器之间，其中所述液体捕集器或分离器包括液体收集器或引流管和经布置和调适以检测经抽吸液体的液体检测器，其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以捕获和/或排出由所述一或多个第二装置抽吸的液体，以及其中所述液体捕集器或分离器进一步经布置和调适以使得在所述液体检测器检测经抽吸液体时，所述液体捕集器或分离器接着经布置和调适以将所述液体中的至少一些分流到所述液体收集器或引流管。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括内窥镜探针，其中所述第一装置包括所述内窥镜探针或形成所述内窥镜探针的部分，以及其中所述第一装置经布置和调适以通过所述内窥镜探针中的端口而部署。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述第一装置包括敞开式离子或电离源或形成敞开式离子或电离源的部分，或其中所述第一装置产生所述气溶胶、烟雾或蒸气以用于由敞开式离子或电离源或其它电离源进行后续电离。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述第一装置包括用于辐照所述目标的激光。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述第一装置包括选自由以下组成的群组的离子源：(i)快速蒸发电离质谱(“REIMS”)离子源；(ii)解吸电喷雾电离(“DESI”)离子源；(iii)激光解吸电离(“LDI”)离子源；(iv)热解吸离子源；(v)激光二极管热解吸(“LDTD”)离子源；(vi)解吸电流动聚焦(“DEFFI”)离子源；(vii)介质阻挡放电(“DBD”)等离子体离子源；(viii)大气压固体分析探针(“ASAP”)离子源；(ix)超声波辅助喷雾电离离子源；(x)简易周围声波喷雾电离(“EASI”)离子源；(xi)解吸大气压光致电离(“DAPPI”)离子源；(xii)纸喷雾(“PS”)离子源；(xiii)喷射式解吸电离(“JeDI”)离子源；(xiv)触碰式喷雾(“TS”)离子源；(xv)纳米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)超声波外科抽吸器(“CUSA”)装置；(xxi)聚焦或非聚焦超声波烧蚀装置；(xxii)微波谐振装置；和(xxiii)脉冲等离子体RF解剖装置。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在所述液体检测器检测经抽吸液体时，所述液体捕集器或分离器接着进一步经布置和调适以捕获和/或排出所述液体中的至少一些。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述液体检测器包括光学透射检测器、光学反射检测器、超声波透射检测器、超声波反射检测器和/或电检测器。
8.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器包括经布置和调适以吸收和/或捕获和/或排出经抽吸液体的一或多种多孔性和/或吸收性材料。
9.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器包括离心式液体分离器。
10.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器包括密封腔室，所述密封腔室包括入口，且其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在使用时通过所述入口将所述气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体引入到所述腔室中，其中所述密封腔室进一步包括出口，且其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在使用时气溶胶、烟雾和/或蒸气能够通过所述出口离开所述腔室而没有液体留在所述腔室。
11.根据权利要求10所述的设备，其中在使用时所述入口的排出口定位在所述出口的进入口下方。
12.根据权利要求1或2所述的设备，其进一步包括经布置和调适以在所述液体捕集器或分离器容纳的液体处于最大水平时为所述设备的用户产生反馈和/或警报和/或警告的装置。
13.根据权利要求1或2所述的设备，其进一步包括经布置和调适以在所述液体捕集器或分离器容纳的液体处于最大水平的情况下减少或停止向所述设备供电或者以其它方式停用所述设备的装置。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在所述液体检测器检测经抽吸液体时，所述液体捕集器或分离器将所述经抽吸液体中的至少一些分流到所述液体收集器或引流管以防止所述经抽吸液体中的至少一些到达所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的分析器。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在所述液体检测器检测经抽吸液体时，所述液体捕集器或分离器将所述经抽吸液体中的至少一些通过所述入口分流到所述密封腔室。
16.根据权利要求10所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在所述液体检测器检测经抽吸液体时，所述液体捕集器或分离器将所述经抽吸液体中的至少一些通过所述入口分流到所述密封腔室，并且其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得所述气溶胶、烟雾和/或蒸气能够通过所述出口离开所述密封腔室而没有所述经抽吸液体留在所述密封腔室。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述液体捕集器或分离器包括入口选择器阀门和出口选择器阀门，并且其中所述液体捕集器或分离器经布置和调适以使得在所述液体检测器检测经抽吸液体时所述入口选择器阀门和所述出口选择器阀门被控制以使得所述经抽吸液体分流到所述液体收集器或引流管。
18.一种质谱仪和/或离子迁移谱仪，其包括根据前述权利要求中任一项所述的设备。
19.一种质谱分析和/或离子迁移谱分析的方法，其包括：
使用第一装置从目标产生气溶胶、烟雾或蒸气；
将气溶胶、烟雾或蒸气和/或液体抽吸到质谱仪和/或离子迁移谱仪的分析器或朝向质谱仪和/或离子迁移谱仪的分析器抽吸；以及
使用位于所述第一装置和所述质谱仪和/或离子迁移谱仪的分析器之间的液体捕集器或分离器捕获和/或排出经抽吸的液体，其中所述液体捕集器或分离器包括液体收集器或引流管和液体检测器，并且其中在所述液体检测器检测经抽吸液体时，所述液体捕集器或分离器接着将所述液体中的至少一些分流到所述液体收集器或引流管。
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