JPH0414973B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は光を用いた癌診断装置に関するもので
ある。ヘマトポルフイリン誘導体
（Hematoporphyrin Derivative、以下HpDとい
う）などの癌に集積し易くかつ光励起されたとき
に殺細胞効果を有する蛍光物質を用いた光化学反
応によるがんの治療法は定着しつつあり、これは
Photodynamic Therapy（PDT）と呼ばれてい
る。本発明は、この蛍光物質から発生する蛍光の
分光スペクトル強度等を測定することにより癌の
診断を行う診断装置に関するものである。

「従来の技術」 癌の診断、治療に、HpDなど、癌に対して親
和性の強い蛍光物質を予め病巣部に吸収させてお
き、この部分をレーザ光で照射いたときの蛍光物
質とレーザ光との光化学反応を利用して癌細胞だ
けを選択的に壊死させる癌診断治療方法および装
置が提案されている（特公昭63−9464号公報およ
び特公昭63−2633号公報）。

第５図は上記提案による従来の前記診断治療装
置の基本構成を示す図で、図中、１は組織表面、
２，３，４，５はライトガイド、６はカラーカメ
ラ、７は白色光源、８はレーザ光源、、９は分光
器、１０は蛍光スペクトル像、１１は高感度カメ
ラ、１２は解析回路、１３および１４はモニタ
TV、１５はフアイバ束、１６はビデオ信号であ
る。

この第５図に示す装置は、通常の内視鏡診断系
１７と光化学反応診断治療系１８に分けることが
できる。前記フアイバ束１５は内視鏡に組み込ま
れており、予めHpDを静注された患者の病巣と
疑われる部位に対向されている。

前記内視鏡診断系１７は、組織表面１を照射す
るための白色光源７と、この白色光を導くライト
ガイド３と、組織表面１のイメージをカラーカメ
ラ６に導くイメージガイド２と、組織表面１のイ
メージをカラーカメラ６で撮影して得たイメージ
を写すモニタTV１３とから構成される。

前記光化学反応診断治療系１８には、診断のた
めの診断光（波長405nm）と治療のための治療光
（630十nm）をパルスレーザ光として切り換えて
出力するレーザ光源８が設けられている。これら
の光はライトガイド４により患部に導かれ、これ
を照射する。診断時に診断レーザ光の照射により
生じた蛍光は、ライトガイド５により分光器９へ
導かれる。この分光器９により得られた蛍光スペ
クトル像１０は高感度カメラ１１により撮影さ
れ、この出力ビデオ信号１６を解析回路１２で演
算処理して図形化し、スペクトル波形としてモニ
タTV１４に表示する。スペクトル像１０はHpD
蛍光に特徴的な630nm、690nmの双峰系を示し、
このスペクトルを観察するため、分光器９の分光
波長領域は600〜700nmに設定している。

内視鏡診断と光化学反応診断治療は並行して行
われるため、白色光源７とレーザ光源８は時分割
して組織表面１を照射する。レーザ光照射に同期
して分光器９からモニタTV１４に至る蛍光スペ
クトル解析系も間欠的に動作する。

この装置により、操作者は、診断時にはモニタ
TV１３の組織イメージ像とモニタTV１４の蛍
光スペクトル波形を同時に見ながら、癌の場所を
探ることができ、ここで発見した癌は励起光を治
療用に切替えるだけでただちに治療を行うことが
できる。この治療は癌部に残留しているHpDと
治療光との光化学反応により、癌部だけを選択的
に壊死させることで実行される。さらに診断時に
おける蛍光の確認についても、HpDに特有なス
ペクトル波形そのものを直接観察するため、正常
部からの自家蛍光との混同もなく、癌の認定が容
易となる。そして特に早期癌の診断・治療に大き
く貢献できる可能性がある。

治療光の波長を630nmにしたのは、いくつかあ
るHpDの吸収波長の中で、この波長で血液によ
る吸収が最低となるため、組織の奥深くまでレー
ザ光が到達して深部癌の治療が期待できるからで
ある。また、診断光の波長を405nmにしたのは
HpDの吸収がこの波長で大きく、HpD特有の蛍
光を効率良く発生できるからである。

「発明が解決しようとする課題」 前記従来技術は１つの装置で癌の診断と治療を
同時に行うことができるのでそれ自体は大きな意
義のあるものである。またHpDを励起する光と
して尖頭出力の大きなパルスレーザ光を使用する
のも診断と治療を効果的に行うのに大きな意味が
ある。しかし診断と治療が同時に行われない場合
もあり、特に診断だけの装置が望まれていた。例
えば研究レベルでは癌診断装置だけを必要とする
場合があり、また、多人数を対象とする健康診断
では特に扱い易い癌診断装置が要望されていた。

診断のみを行う場合、前記従来装置を使用でき
るが、寸法が大き過ぎて移動が難しかつた。また
診断だけであれば405nm波長光源は必らずしもレ
ーザである必要はなくもつと使用し易い光源があ
ればこれの方が望ましい。

従来装置では診断用の405nmパルスレーザ光を
得るのも308nm光を発するエキシマガスレーザ光
を405nm光を発する色素を溶媒に溶かした色素溶
液に照射して得ていた。これらのガスや色素溶液
はレーザの性能を維持するためには適当な時期に
新鮮なものとの取替えが必要である。使用頻度に
もよるが、大まかに言つて１週間に１回の取替え
が必要である。

本発明は診断のみを考慮し、小型軽量の移動可
能でガスや色素溶液を使用しない光源を用いた装
置を得ることを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 本発明の癌診断装置は従来技術において患部か
らの蛍光を得るためだけに用いられていた405nm
光を発するパルスレーザ光源の使用をやめ、これ
の代わりに組織表面を照射して観察光を得るため
だけに用いていた白色光源を、この目的だけでな
く405nmの診断光を発する光源としても使用する
ことを特徴とする。

このため本発明は、癌細胞に親和性を有し、か
つ光により励起されたときに蛍光発光の性質を有
する物質を用い、この物質を含む細胞や生体細胞
などの被診断物質を光照射して癌の診断をする装
置において、被診断物質から蛍光と観察光を得る
ための白色光源と、この白色光源の光から診断光
と観察光を得るための光処理装置と、白色光源か
らの照射光を被診断物質に導びき、ここから得ら
れる光情報である蛍光と観察光とをそれぞれ分光
器と撮像カメラに導くライトガイドと、このライ
トガイドからの観察光により観察像を撮像するた
めの撮像カメラと、ライトガイドからの診断光に
より蛍光を分光するための分光器と、この分光器
から得られる蛍光の分光スペクトル像を撮像する
ためのカメラと、このカメラのビデオ出力を演算
処理して蛍光スペクトル像としてスペクトル図形
化するための解析回路と、観察像と蛍光スペクト
ル像を表示するためのモニタTVとを具備してな
ることを特徴とするものである。

「作用」 光処理装置によつて白色光源から診断光（例え
ば波長が405nmの診断光）と観察光（例えば白色
光）が得られる。そして、診断光を照射したとき
得られた蛍光は分光器によつて分光され、その分
光スペクトル像はカメラ（例えば高感度カメラ）
で撮像される。この分光スペクトル像は解析回路
による演算解析によつて図形化され、モニタTV
で表示される。また、観察光のときは撮像カメラ
（例えばカラーカメラ）で検出し被観察物質の全
体像をモニタTV（例えば分光スペクトル像を表
示するモニタTVとは別のモニタTV）に表示す
る。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基き説明す
る。

第１図は本発明の癌診断装置の構成図で、第５
図の従来装置からレーザ光源８とライトガイドの
４を取り除き、かつ白色光源７とライトガイド３
との間に、光処理装置１９を介在させたものであ
る。その他の各構成部品の役割は第５図のものと
全く同じである。

前記光処理装置１９は第２図および第３図にも
示すように、モータ２０と、このモータ２０で回
転されるチヨツパ用円板２１と、このモータ２０
と高感度カメラ１１とのタイミングを制御する制
御回路２２とからなる。前記チヨツパ用円板２１
は405nmを中心波長として400〜410nmの波長範
囲の診断光を得るためのフイルタ２３を張設した
診断光用窓２４ａ〜２４ｄと、全波長の観察光を
得るために何も付いていない孔だけをあけた観察
光用窓２５ａ〜２５ｄとが交互に形成されてい
る。

電源２６によつて点灯されたXeランプなどの
白色光源７から発生される白色光はレンズ２７に
よつて集光されてライトガイド３に入射して被診
断物質としての生体の組織表面１を照射する。こ
のとき白色光はモータ２０に取り付けられたチヨ
ツパ用円板２１によつてチヨツピングされる。モ
ータ２０はタイミング用制御回路２２によつて回
転が制御され、この回転速度はタイミング用制御
回路２２によつて高感度カメラ１１とある時間関
係を持たされる。

チヨツパ用円板２１の回転時の診断用405nm
光、観察用白色光、405nm光照射によつて得られ
るHpD蛍光のそれぞれの時間関係は第４図に示
される。405nm光照射によつてHpD蛍光が得ら
れることは前述の通りである。チヨツパ用円板２
１が15Hz（１秒間に15回転）で回転されるものと
すると、これにより405nm診断光は60パルス／
secのパルス列となる（周期は１／60sec）。
405nm診断光のパルス幅は2msであり、観察用白
色光のパルス幅は10msで405nm光の停止後約
2.7ms後に立上るようになつている。なお、この
時間関係はチヨツパ用円板２１の窓寸法とモータ
２０の回転速度によつて決められる。

HpD蛍光は405nm光によつても、白色光照射
によつても得られるが、405nm光によつてのみ得
られるものを本発明の癌診断装置では検出する。
これは高感度カメラ１１のゲート操作によつて行
われる。この高感度カメラ１１はイメージインテ
ンシフアイヤ（以下IIという）SIT撮像管の組合
わせからなり、IIの入射光電面上にできる微弱な
蛍光スペクトル像１０は出力端の蛍光面上に増幅
される。SIT撮像管はこのIIの出力像を撮像する
ためのもので、その出力像は解析回路１２を通つ
てモニタTV１４に表示される。前記高感度カメ
ラのゲート操作は増幅に必要なIIへの印加電圧の
供給と停止によつて行う。電圧供給時のみ増幅機
能が生ずることを利用する。具体的には第４図に
おいて、診断用405nm光がライトガイドに入射す
るときのみIIに電圧を供給してゲートをONし、
高感度カメラ１１を動作し、また白色照射時には
IIへの電圧供給を停止してゲートをOFFし、高感
度カメラ１１を動作不能にする。タイミング制御
回路２２は、405nmの診断光がライトガイド３に
入射するときのみIIのゲートをONにし、白色の
観察光がライトガイド３に入射する時にはIIのゲ
ートをOFFにするようにチヨツパ用円板２１の
回転とゲート操作のタイミングをとるためのもの
である。この白色の観察光照射時にゲートを
OFFとすることにより強い白色光によるIIの光破
壊を避ける。

以上のようにして１つの白色光源から診断光を
得て蛍光の分光スペクトル像をモニタTVに表示
するとともに、観察光によつて全体像をもモニタ
TVに表示する。

前記実施例では組織表面１をカラーカメラ６で
撮影して得た像を写すモニタTV１３と組織表面
１から得られる蛍光分光スペクトル像を写すモニ
タTV１４の２台を使用したが、これは１台のモ
ニタTVで済ますことができる。複数の像を電気
処理して１台のモニタTV上に表示することはよ
く行われていることである。

前記実施例では、チヨツパ用円板２１の観察光
用窓２５ａ〜２５ｄには何も付いていないが、こ
こにカラーバランスをくずさない範囲で白色光の
うち405nmの診断光成分のみをカツトするフイル
タを付けてもいい。具体的には410nmより長波長
を透過するカツトフイルタが適当である。これに
より診断時に光を当て過ぎてHpDを光分解し、
その結果診断の再現性の悪くなることが軽減され
る。

前記実施例において、白色光源７はスペクトル
成分の部分的な欠落が無く、可視領域全体のスペ
クトルを平均的にカバーする光いわゆる白色光を
発するXeランプを使用した。

しかし、この白色光に限定されるものではな
く、いわゆる白色レーザであつてもよい。この白
色レーザの１例としてはHe−Cdホローカソード
レーザがある。これは442nm（青色）、534，
538nm（緑色）、636nm（赤色）の３原色だけの輝
線スペクトルを同時にするもので、これらのスペ
クトルが混合したときに白色に見えることから白
色レーザとよばれれているものである。本発明は
この種の白色レーザも白色光源７として利用でき
る。例えば白色光源７として上記のHe−Cdホロ
ーカソードレーザを使用するときには、チヨツパ
用円板２１の診断光用窓２４ａ，２４ｂ，２４
ｃ，２４ｄに取付けるフイルタ２３は442nm光だ
けを通すものを使えばよい。HpDの吸収は
405nmにピークがあるが、442nmでも吸収はある
ので、この光を吸収してHpD特有の630nm，
690nmの双峰蛍光を発生させることができる。ま
た観察光用窓２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを
通つた白色光は組織表面を白色照射するが、その
観察像をカラーカメラ６で撮像したモニタTV１
３で表示したものは白色が再生される。このよう
に白色レーザを白色光源として使用しても本発明
の趣旨は有効で、本発明の範囲内のことである。
「発明の効果」 本発明は以上のような構成としたので、以下の
ような効果が得られる。

(1) 癌の診断を従来のように405nmパルスレーザ
と白色光源を用いることなく、白色光源だけの
簡便な方式で行うことができ、装置の取扱が簡
単で、メンテナンスも不要でさらに小形化され
る。モニタTVで得られる分光スペクトル像が
HpD特有のものであるならば診断されている
病巣部にはHpDが含まれていることがわかり、
HpDは癌との親和性が強いから、その病巣部
は癌と推定できる。

(2) 癌に親和性をもちかつ光励起されたときに殺
細胞効果をもつ蛍光物質としてHpDの使用に
限られず、他の同様な性質を持つ蛍光物質、例
えばフエオフオーバイド、メタスフタロシアニ
ン、クロロフイル類等に対しても本発明が適応
できる。それぞれの蛍光物質の吸収波長に一致
する透過波長を持つフイルタをチヨツパ用円板
の窓にはり付け、分光器の分光波長領域をそれ
ぞれの蛍光物質の発する蛍光波長を検出できる
様に設定すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による癌診断装置の一実施例を
示すブロツク図、第２図は同上要部のブロツク
図、第３図はチヨツパ用円板の正面図、第４図は
各部の出力波形のタイミング図、第５図は従来の
装置の構成を示すブロツク図である。 １……組織表面、２，３，４，５……ライトガ
イド、６……カラーカメラ、７……白色光源、８
……レーザ光源、９……分光器、１０……蛍光ス
ペクトル像、１１……高感度カメラ、１２……解
析回路、１３，１４……モニタTV、１５……フ
アイバ束、１６……ビデオ信号、１７……内視鏡
診断系、１８……光化学反応診断治療系、１９…
…光処理装置、２０……モータ、２１……チヨツ
パ用円板、２２……タイミング制御回路、２３…
…フイルタ、２４ａ〜２４ｄ……診断光用窓、２
５ａ〜２５ｄ……観察光用窓、２６……電源、２
７……レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 癌細胞に親和性を有し、かつ光により励起さ
   れたときに蛍光発光の性質を有する物質を用い、
   この物質を含む細胞や生体細胞などの被診断物質
   を光照射して癌の診断をする装置において、前記
   被診断物質から蛍光と観察光を得るための白色光
   源と、この白色光源の光から診断光と観察光を得
   るための光処理装置と、前記白色光源からの照射
   光を被診断物質に導びき、ここから得られる光情
   報である蛍光と観察光とをそれぞれ分光器と撮像
   カメラに導くライトガイドと、このライトガイド
   からの観察光により観察像を撮像するための前記
   撮像カメラと、前記ライトガイドからの診断光に
   より蛍光を分光するための前記分光器と、この分
   光器から得られる蛍光の分光スペクトル像を撮像
   するためのカメラと、このカメラのビデオ出力を
   演算処理して蛍光スペクトル像としてスペクトル
   図形化するための解析回路と、前記観察像と蛍光
   スペクトル像を表示するためのモニタTVとを具
   備してなることを特徴とする癌診断装置。 ２ 光処理装置は、チヨツパ用円板に、診断光の
   みを透過するフイルタを張りつけた診断光用窓
   と、観察光を得るための観察光用窓とが回転軸の
   周囲に交互に配置してなる請求項１記載の癌診断
   装置。 ３ チヨツパの観察光用窓は何もついていない孔
   だけをあけたものからなる請求項２記載の癌診断
   装置。 ４ チヨツパの観察光用窓は白色光源から発せら
   れる白色光のうち、診断光に一致する波長成分を
   透過しないフイルタを張りつけたものからなる請
   求項２記載の癌診断装置。 ５ 蛍光スペクトル像を撮像するためのカメラ
   は、白色光源から診断光が照射されたときのみ撮
   像し、観察光が照射されるときには撮像しないよ
   うに制御されていることを特徴とする請求項１記
   載の癌診断装置。 ６ 蛍光発光の性質を有する物質はヘマトポルフ
   イリン誘導体（HpD）であり、チヨツパ用円板
   の診断光用窓に張りつけられたフイルタの透過波
   長は405nmであり、白色光源はクセノンランプで
   ある請求項２記載の癌診断装置。