JPH0414977B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は異常組織成長の存在およびその方向に
向う傾斜の検知に関し、さらに詳細には、異常組
織を検知しかつ検査された組織が異常なものとな
るであろうことを早期に表示するためのプローブ
およびそのような目的のためにこのプローブを使
用する方法に関する。 本明細書において使用されている「異常組織」
という用語は癌または腫瘍成長と呼ばれることの
多い成長抑制力の喪失を事実上呈示しうるように
悪性腫瘍の誘発を受けたすべての種類の組織を意
味する。異常組織の存在の発見は困難な場合が多
い。なぜなら、そのような異常組織は体内に存在
しているので、不快感や他の徴候が感じられるま
で、異常組織の存在が疑われることさえないから
である。さらに、早期発見のための手順が非常に
高価でかつ複雑であるので、それを利用するのが
制限されることになりうる。従つて、異常組織の
存在を、理想的には身体の腔内における異常組織
成長の可能性を迅速かつ簡単に発見できることは
非常に有益であり、この場合、その方法は人体の
健康な組織を冒すことができるだけ少ないことが
好ましい。 癌や腫瘍は、多くの場合、検知できる寸法また
は受容体（例えば人体）にとつて有害な大きさと
なるまでには長い期間を要し、ある種の場合に
は、何年もかかる。現時点での治療法は、異常組
織が初期段階であつてかつそのような異常組織が
不快感や徴候を生じさせるのに十分なだけ成長す
るよりもずつと前の段階であれば、相当程度に効
果的である。従つて、異常組織をそれらが初期段
階にあるあいだに発見できることあるいは組織が
異常なものとなる傾向を検知できることも有益で
あろう。 生物組織の電気的インピーダンスとその組織の
状態または健康との関係を見出すために幾つかの
研究努力がなされてきた。例えば、米国特許第
3949736号は、生物組織のインピーダンスは、そ
の組織が健康か病的かについての有用な表示を与
えることができることを開示している。すなわ
ち、上記米国特許は、生物組織のインピーダンス
の変化がある種の癌腫の診断のための手段として
用いられうることを示唆している。上記米国特許
の方法によれば、被検査組織に低レベルの電流を
流し、その組織内の電圧降下を測定して、それに
より全体の組織インピーダンス（すなわち抵抗と
容量）の直接の表示を得ることができる。また、
上記米国特許によれば、組織のインピーダンスの
増加が、その組織を構成している細胞の異常状態
に関連せしめられ、かつそれがその組織の腫瘍、
癌腫あるいはその他の異常な生物学的状態を表わ
す。 本発明によれば、組織のインピーダンスを測定
するために用いられるプローブは第１および第２
の導電性リングを具備し、それらの第１および第
２のリングはそれを分離している絶縁部材と一体
的に構成されている。上記２つの導電性リングの
うちの１つは測定用電極であり、他の１つは作用
電極であつて、一般的に同軸上に配置されてお
り、かつ個々のリード線がそれに接続されてお
り、それらのリード線は、外部の処理および測定
装置に接続するためにプローブの一端から延長し
ている。 本発明による第２のプローブは上述した第１の
プローブと同様にして構成されうるが、このプロ
ーブはそれよりも実質的に小さい細長い絶縁官状
部材内に取付けられた環状導体よりなり、かつ特
に例えば血管内に入れ込むことができる寸法およ
び形状をなした電極を有している。 使用時には、１組の電極を有する第１のプロー
ブが上皮腔（例えば結腸）内に挿入され、そして
内視鏡を用いて検査位置に配置される。つぎに第
２のプローブは、第１のプローブが内部に配置さ
れた上皮腔を形成している組織の壁に隣接してい
る適当な血管に沿つて移動される。その場合、第
２のプローブは皮膚（皮内または皮下の）内、皮
膚の外表面上、あるいは比較的遠く離れた血管内
に配置されうる。交流検査信号が各プローブの作
用電極に印加され、そして２つの組の測定用電極
間で、上記２つのプローブ間における腔壁組織の
インピーダンスを決定する測定がなされる。外部
測定および処理装置は、プローブ間の測定インピ
ーダンスと平衡させかつ得られた情報を陰極線間
（CRT）または他の適当な出力デイスプレイ装置
上に表示させるために、プログラム可能なインピ
ーダンス（抵抗および容量）を自動的に制御する
マイクロコンピユータよりなつている。 作用電極に対する交流入力は広い周波数範囲
（10Hz〜7kHz）における任意所望の周波値に選択
しうる。 以下図面を参照して本発明の実施例につき説明
しよう。特に第５図を参照すると、被検査体の上
皮腔１１内に容易に配置されうるプローブ１０が
示されている。このプローブ１０は使用時に血管
１３内に選択的に配置された第２のプローブ１２
と電気的に相互作用してこれら２つのプローブ間
における組織１４のインピーダンスを測定する。 本発明は、組織の電気的インピーダンスの大き
さがそれらの組織が健康な状態にあるかあるいは
病的状態にあるかについての直接的表示を与える
ということを基本的前提としている。従つて、本
発明の技術は、例えば肺、結腸／直腸、子宮頸、
膵臓、袋状組織、口咽頭、鼻咽頭、腔、尿道、腎
杯、気管、胆のう、胆管、および小腸のようなほ
とんどの上皮癌腫の診断のために非常に有用であ
ると考えられる。 第２図に最もよく示されているように、プロー
ブ１０は第１および第２の環状金属電極１６およ
び１７を具備しており、これらの電極は第１およ
び第２の絶縁筒体１８および１９、ならびに絶縁
先端部２０と一体に組立てられている。絶縁先端
部２０は一般的に円錐をなしており、第１の電極
１６の円形状の側面に固着されている。この第１
の電極の反対側の側面は絶縁筒体１９の端壁面に
固着されている。同様に、第２の電極１７はそれ
の１つの側壁を絶縁筒体１９の端壁に固着されて
おり、他の側壁は第１の絶縁筒体１８の端壁面に
固着されている。 電極１６および１７は絶縁筒体１８，１９およ
び先端部２０と一緒に組立てられて一体的な円筒
状体となされ、この円筒状体の外表面は平滑にな
されている。上記絶縁筒体および電極の互いに同
軸状に配置された穴に棒状部材２１が挿通され、
かつそれの内端部が先端部２０内に埋入されてい
る。 棒状部材２１に沿つて第１のリード線２２が延
長しており、この棒状部材２１の一端は電極１６
の内方部分に導電的に固着されている。筒状体１
８の穴内には部材２１の反対側に沿つて第２のリ
ード線２３が延長しており、このリード線２３の
内端は電極１７の内表面に導電的に固着されてい
る。プローブが被検者の体内に挿入されていると
きおよびそれから除去されているときに周囲の組
織を保護するために、リード線２２および２３は
部材２１と一緒に平滑な絶縁被覆２４で包まれて
いることが好ましい。 プローブ１０を作成するためには他の材料を用
いてもよいが、現在までのところ、環状電極１６
および１７を銀で作成し、それらに塩化銀
（AgCl₂）を被覆することによつて最良の結果が
得られている。この被覆は電極の表面積を約
10000倍増大させ、これによつて「電解質分極イ
ンピーダンス」と呼ばれることもある問題を軽減
することになるが、この点については後で詳細に
説明する。 筒体１８，１９と先端部２０は、良好な電気的
絶縁体である非毒性でかつ非常に滑らかな状態と
なされうる合成樹脂を成形または機械加工して作
成されることが好ましい。この目的に適した材料
としてはナイロンや、デルリンという商品名で市
販されているプラスチツクがある。 第２のプローブ１２はプローブ１０と同様にし
て作成されることが好ましく、絶縁部材によつて
分離された一対の導電性の高い筒体を有してい
る。プローブ１０および１２はそれらの最終的な
使用場所に適した寸法を有している。すなわち、
静脈内に配置されるものの場合には、プローブは
比較的小さく、他方、例えば結腸内に配置される
ものである場合には、その分だけ大きくてもよ
い。 組織１４のような生物組織は一般的に、電気的
特性の観点から電解質として作用する半固体と液
体よりなつている。その電解質と電極との間の境
界面は、組織のインピーダンス測定に重大な誤差
を生じさせるような値を有しうる電流が流れた場
合にいわゆる電極分極インピーダンスを生じるの
で、それの補償または除去がなされなければなら
ない。電極の塩化銀被覆は電極の表面積を増大さ
せる（例えば約10000倍に）ことによつて電解質
インピーダンスを実質的に低下させる。しかしな
がら、このような被覆をもつてしても、組織イン
ピーダンスの２電極測定の場合（例えば２つの電
極間の組織に電流を通すことによりインピーダン
スを測定する場合）には、電解質インピーダンス
の問題を満足に解決することはできない。電解質
インピーダンスを補償するための１つの手法とし
て４電極方式を用いる方法があり、本発明ではこ
の一般的な手法が採用される。この一般的な手法
の理論的な面についての詳細な論述については、
メデイカル・バイオロジカル・エンジニアリン
グ・1972年、第10巻、第647〜654頁におけるシ
ー・デイー・フエリスおよびドナルド・アール・
ローズによる「電解質測定のための演算増幅器４
電極インピーダンス・ブリツジ」と題した論文を
参照されたい。 プローブ１０と作用電極１６，１７とともに用
いられる電気的制御および組織インピーダンス測
定装置について説明するために、第１図を参照す
る。プログラマブル発振器２５は、10Hz〜7kHz
の範囲で検査電圧を与えるように選択的に可変で
ありうる。この発振器２５の交流出力はブリツジ
変圧器２６に与えられる。このブリツジ変圧器２
６は、プローブ電極の所定のもの間に、選択され
た発振電圧信号をスイツチ回路２７とブリツジ増
幅器２８を介して印加するように接続されてい
る。この点については後で詳細に説明する。さら
に、上記スイツチ回路とブリツジ増幅器が２つの
プローブ１０および１２の電極を第１および第２
のプログラマブル・インピーダンス２９および３
０に接続する。生物組織は電気的インピーダンス
特性を呈しないので、これらのプログラマブル・
インピーダンスはR1／C1、R2／C2という符号で
表わされている。 第６Ａ図および第６Ｂ図は２段階組織インピー
ダンス測定を実施するために用いられる第１およ
び第２の回路構成をそれぞれ示している。第１段
階回路では、ブリツジ変圧器２６からの発振電圧
信号はプローブ１０の電極１７（これは「作用」
電極と呼びうるものである）に印加され、その場
合、電極１６（「測定用」電極）は差動増幅器３
１に対する１つの入力として供給される。変圧器
２６の他方の端子は、「R1／C1」で示されている
並列のプログラマブル抵抗・容量機構の１つの共
通点に接続されており、その抵抗、容量機構の他
の共通点は接地およびプローブ１２の作用電極に
接続している。プローブ１２の他の電極、すなわ
ち測定用電極は差動増幅器３１に対する第２の入
力として作用する。上記変圧器の他方の端子は他
の増幅器３２に接続されている。増幅器３１およ
び３２の増幅率は同一である。増幅器３１および
３２の信号出力は差動増幅器であるブリツジ増幅
器に供給される。 第１段階の測定は、ブリツジ回路が平衡してい
る場合の「R1／C1」のプログラムされた値であ
る組織インピーダンスの第一次近似を与える。こ
の測定時には、組織１４には事実上電流は流れな
いので、電解質分極インピーダンスから誤差が生
じるおそれが排除される。 第１段階測定が終了すると、マイクロコンピユ
ータ３３（第１図）は、プローブ１０および１２
に対して第２の組のプログラマブル・インピーダ
ンスR2／Ｃ２の置換を、スイツチ回路２７を介
して行う。すなわち、R2／C2の１つの共通点が
R1／C1の接地点に接続される。R2／C2の他の共
通点は増幅器３１の１つの入力端子に接続されて
おり、この増幅器３１の他の入力端子は接地され
ている。上記マイクロコンピユータの制御のもと
でR2／C2の調整が行われ、その後には、R2／C2
の値は、ブリツジ回路が平衡した後の組織インピ
ーダンスの精密な測定値を表わす。 「R1／C1」に対して「R2／C2」を平衡させる
第２段階は、配線、外部装置および回路電源に関
連した分布インピーダンスを中性化するように作
用する。 全系統動作についてさらに述べると、非平衡ブ
リツジ増幅器信号が３８においてピーク検知さ
れ、そしてマイクロコンピユータに入力されるた
めにアナログ・デジタル変換器３９でデジタル形
式に変換される。上記コンピユータは、上記Ａ／
Ｄ変換器によつて復帰されるデジタル値によつて
示されるようにブリツジが平衡されるまで、
「R1／C1」の値を自動的に調節する。次に、第２
段階において、R1／C1の調節された値がブリツ
ジを平衡させるように調節され、R2／C2の最終
値が組織インピーダンスとなる。 図示されているように、マイクロコンピユータ
３３の制御のもとで動作が行われることが好まし
く、そのマイクロコンピユータは、デイスク・ド
ライブ３４、陰極線管デイスプレイ３５
（CRT）、キーボード３６、プリンタ３７等のよ
うな周辺装置を具備しうる。R2／C2およびR1／
C1の値は、組織インピーダンスの非常に正確な
２段階測定を実現するように自動的に変更され
る。例えばキーボード３６から適当なコマンドを
挿入することによつて発振器２５の単一出力周波
数が選択されうるかあるいはコンピユータ・プロ
グラムはインピーダンス測定のために所望される
他の周波数または連続した組の周波数を指定する
ことができる。測定された組織インピーダンス値
のグラフ表示がCRT３５にデイスプレイされそ
して３７において所望の態様でプリントアウトさ
れうる。 第７図は、種々の被検査体につき、検査電圧の
拡張された周波数の範囲にわたつて得られた多数
のインピーダンスを示すグラフである。実線は、
異常組織成長に対して生得の抵抗を有し、病的で
あるとは認められない被検査動物組織についてな
された測定の結果を示しており、その動物は生理
的塩類溶液を週14回注射され、従つて「健康な」
組織であると結論された。他方、破線は、発癌物
質として知られているDMH（ジメチルヒドラジ
ン）を週14回注射された被検査動物から得られた
組織インピーダンス値を示しており、この場合、
それらの動物の大部分が26週間注射された後に腫
瘍を生じた。グラフが明瞭に示しているように、
健康な組織の容量は、事実上腫瘍を発生するであ
ろう組織の容量よりも実質的に大きい。同じ時間
間隔で得られた電気的抵抗だけの測定値は大きな
変化を示さなかつた。 実験用動物にDMHを使用することは、人間に
自然発生する癌に似た大腸癌のモデルとして一般
に受容されている。この点については、キヤン
サ・リサーチ、第33巻、第940頁（1973年）にお
けるエヌ・サーンハ、イー・イー・デシュナ、イ
ー・エイチ・ストンヒル、エム・リプキンのコメ
ントを参照されたい。 第７図のグラフは、10種類の被検査体の測定値
の平均値（実線）を、DMHを注射された同数の
被検査体から得られた測定値と比較して示してい
る。この結果は、異常なものとなるであろう組織
の容量よりも実質的に大きくかつ明確な容量を健
康な組織は有していることを明瞭にしている。 本発明の実施例で用いられたマイクロコンピユ
ータ３３はアツプル・コンピユータ社製のシング
ルボード・マイクロコンピユータであり、次のプ
ログラムの制御のもとで上述の機能を達成した。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 人間の癌の90パーセントは上皮に発生する。上
皮細胞は中空器官を裏打ちするかあるいは線組織
の管を裏打ちする傾向がある。これらの器官のう
ちの多くが内視鏡による検査を行うことができ
る。例えば、袋状組織はサイトスコープにより、
肺は気管支鏡によつて、胃は胃鏡によつてという
ように、それぞれ接近することができる。インピ
ーダンス調査はこれらの器具の端部にプローブを
設置した簡単な修正によつて実施されうるものと
予想するのが妥当であり、異なる器官に癌が発生
する危険をおして患者の体内で容量の測定がなさ
れうる。従つて、上述した装置および方法は多く
の組織における前癌状の変化を早期発見するため
に大きな意義を有するものであり、癌による死亡
率に対して大きな影響を有するものである。 上述した技術は大腸癌による死亡率を少なくす
る点で特に価値が高い。本発明のプローブを実施
するために修正された結腸鏡またはＳ字状結腸鏡
は患者の体内で結腸または直腸粘膜の容量を測定
することができ、これらの調査にもとづいて忠告
を行うことができる。現在では、患者は異形成
（異常細胞）または癌の存在にもとづいて結腸切
除（腸患部の除去）を受ける。これらの変化は遅
く生じることが多く、治癒不能な進行した癌が手
術時に発見されることがある。粘膜の電気容量の
変化が組織学的変化に何ケ月あるいは何年も先行
して現われるので、二次的予防が実際に可能とな
ると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御および処理装置に接続された測定
用電極と作用電極を示す概略図、第２図は２個の
測定用電極と接続用リード線を有する本発明のイ
ンピーダンス・プローブを示す断面側立面図、第
３図および第４図はそれぞれ第２図の線３−３お
よび４−４に沿つてみた断面端立面図、第５図は
被検査体内の所定の場所におけるプローブと作用
電極を示す一部断片的な側立面図、第６Ａ図およ
び第６Ｂ図はそれぞれ組織インピーダンスを測定
するための２つの段階を示す回路図、第７図は上
述したプローブと制御および処理装置で得られた
組織インピーダンス測定値の平均値を示すグラフ
である。 図面において、１０，１２はプローブ、１４は
組織、１６，１７は電極、２２，２３はリード
線、２５はプログラマブル発振器、２６はブリツ
ジ変圧器、２７はスイツチ回路、２８はブリツジ
増幅器、２９，３０はプログラマブル・インピー
ダンス、Ｒ１，Ｃ１，Ｒ２，Ｃ２はプログラマブ
ル抵抗・容量回路、３１は差動増幅器をそれぞれ
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検査体内の上皮組織インピーダンスの測定
   を行うための装置であつて、 介在する絶縁部材によつて離間された関係に配
   置された第１および第２の環状電極を有する第１
   のプローブと、 前記第１および第２の環状電極にそれぞれ一端
   を接続された第１および第２のリード線と、 リード線を接続された第３および第４の電極を
   有する第２のプローブと、 ２つの端子を有する発振電圧源と、前記第１の
   プローブ電極を前記発振電圧源の一方の端子に接
   続するリード線と、前記発振電圧源の他方の端子
   と前記第２のプローブの前記第４の電極との間に
   接続された選択的に可変の抵抗・容量インピーダ
   ンス手段を具備し、前記第２および第３の電極が
   組織のインピーダンスより大きい入力インピーダ
   ンスを有する第１の差動増幅器に別々の入力とし
   て接続され、さらに入力を前記発振電圧源の前記
   他方の端子に接続されかつ出力を第２の差動増幅
   器に供給される平衡増幅器と、前記第１の差動増
   幅器の出力を前記第２の差動増幅器の入力に接続
   するリード手段を具備しており、前記第２の差動
   増幅器の出力はデジタル化手段に接続され、その
   デジタル化手段は上皮組織のインピーダンスに対
   応した値に前記抵抗・容量インピーダンスを変化
   させるマイクロコンピユータに供給されるデジタ
   ル信号を形成するようになされたブリツジ回路手
   段と、 マイクロコンピユータ制御に応答して、ケーブ
   ル、内部装置および回路電源に関連した誤差イン
   ピーダンスを除去するために前記インピーダンス
   手段の抵抗・容量を調節するための手段を具備し
   た、被検査体の上皮組織インピーダンスの測定を
   行うための装置。