JPH0643995B2 - 癌種の存在の診断装置 - Google Patents

癌種の存在の診断装置

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JPH0643995B2
JPH0643995B2 JP62046656A JP4665687A JPH0643995B2 JP H0643995 B2 JPH0643995 B2 JP H0643995B2 JP 62046656 A JP62046656 A JP 62046656A JP 4665687 A JP4665687 A JP 4665687A JP H0643995 B2 JPH0643995 B2 JP H0643995B2
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blood
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    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、生きている患者から抽出された体液を利用し
た癌腫の存在の診断装置に関する。
〔従来の技術〕
核磁気共鳴(NMR)の手法を癌腫の臨床的診断を助け
るのに利用する試みは既によく知られている。
ダマディアン(Damadian)は医学への核磁気共鳴(NM
R)の応用の最初の提案者であり、応用の目的は悪性癌
腫の検出であった。(アール.ダマディアン(R.Damadia
n)“核磁気共鳴による腫瘍検出”、Science17
1:1151−1153(1971)参照)。外科的に
除去された試料に核磁気共鳴を応用するための装置およ
び方法に関するダマディアンの米国特許第3、789,832号
明細書によれば、陽子緩和時間に対するTおよびT
が測定され、これらの値が健康な組織に対する値と比較
されて癌腫の徴候として利用された。ダマディアンの米
国特許第4,411,270号および第4,354,4999号明細書には
全身試料のNMRイメージングおよび走査により癌腫を
検出するための装置および方法が記載されている。
多数の他の研究者も、癌腫を有する動物の器官内の水陽
子に対する核磁気共鳴緩和時間(T)が健康な動物の
器官内の水構造に対する対応する緩和時間Tよりも高
い値を有することを報告している。それについては、フ
レイ(Frey)他、J.Natl.Cancer Ins
t.49、903(1972)、インチ(Inch)他、J.
Natl.Cancer Inst.52、353(1
974)、飯島他、Physiol.Chem.and
Physics5、431((1973)およびハツ
レウッド(Hazlewood)他、J.Natl.Cancer
Inst.52、1849(1974)を参照された
い。
現在、メカニズムの詳細が不確かであるにもかかわら
ず、悪性細胞内に生起する生物物理的な変化がしばしば
陽子NMR信号の変化を生ずることがよく知られている
(ディー.ジー.テイラー(D.G.Taylor)他“生物学的組
織の磁気共鳴応答およびそのNMRラジオロギーによる
癌腫の診断への応用可能性の展望”、Computed
Tomography、5:122−133(198
1)参照。このような変化は陽子NMRイメージングに
よる腫瘍の検出の物理的基礎を成している(アール.ツ
ィンマーマン(R.Zimmerman)他“脳NMR:抵抗性NM
Rによる部分的飽和手法による脳腫瘍の診断評価”、N
euroradiology27:9−15(198
5)および大友“肝臓腫瘍:磁気共鳴イメージングの横
緩和時間(T)による弁別”、Radiology1
55:421−423(1985)参照)。しかし、N
MRイメージングは、近接可能性および経済的因子のた
めに、悪性腫瘍の集団検診として広く応用されてはいな
いようである。
切除された腫瘍および実験動物および患者からの血漿お
よび血清に関する陽子NMRの研究からしばしば、悪性
腫瘍の関数として緩和時間T、TおよびT の差
が示されてきた。このような発見は下記の文献により報
告されてきた。
エル.マックラチアン(L.McLachlan)“人間の血漿の陽
子NMR緩和速度の癌腫により誘発される減少”、Ph
ys.Med.Biol.25:309−315(19
80)、 エフ.スミス(F.Smith)他“膵臓の核磁気共鳴イメージ
ング”、Radiology142:677−680
(1982)、 ピー、ベアル(P.Beall)他“癌腫を有する動物および人
間内の水に対する高められた組織および血清緩和時間の
全身的効果”、NMR Basic Principl
e and Progress:ピー.ディール(P.Die
hl)他編、19:39−57(1981)、 アール.フロイド(R.Floyd)“マウスに発生する腹水腫
瘍中の組織水陽子スピン−格子緩和の時間経過”、Ca
ncer Res.、34:89−91(1974)、 シー.ハツェルウッド(C.Hazelwood)他“腫瘍を有する
マウスおよび腫瘍を有しないマウスの組織内の水化と陽
子核磁気共鳴緩和時間との間の関係:癌腫検出のための
暗示”、J.Natl.Cancer Inst.5
2:1849−1853(1974) アール.クリメク(R.Klimek)他“腫瘍の核磁気共鳴(N
MR)緩和時間の議論:自己組織する分散性構造として
のそれらの解釈およびNMRツューマトグラフィック・
イメージングによるそれらの研究に関して”、Gine
kol Pol.52:493−502(1981)。
しかし、グループの広範囲な重なりおよびグループの平
均値の間の小さい差のために、これらの方法は臨床的に
有用でない。
上記の公知の文献のほとんどは組織の分析へのNMRの
応用を記載しているが、体液に対してこのような分析を
行うことも知られている。これはたとえばベアル(Beal
l)他の文献(前出)に記載されている。
前記の従来の研究および方法も悪性腫瘍の検出のための
従来のNMR法も、組織または血液から導き出された試
料内のすべての陽子から生ずる複合NMR信号の観察に
立脚している。この複合信号は水の陽子により支配され
ており、試料の他の陽子含有成分からのNMR信号があ
いまいにされている。実際、従来は、悪性腫瘍とNMR
パラメータ中の観察された変化との間の見掛けの相関は
“水構造内の変化”によるものと信ぜられていた(フレ
イ(Frey)他の文献(前出)を参照)。
陽子NMR分光法の他の応用では、試料中の溶媒(例え
ば水)からの信号を抑制することが知られている。
生きている患者内の癌腫の存在を診断する信頼性が高く
かつ統計的にあいまいさのないNMR法は現在まだ開発
されていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、患者から抽出された体液を用いて癌腫
が存在するか否かを診断する装置を提供することにあ
る。
本発明の他の目的は、上記の目的を達成するのにNMR
分光法を応用することである。
本発明の上記および他の目的および特徴は以下の説明か
ら当業者に明らかになろう。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、意味のある前兆となる値を有するNMRスペ
クトルが試料中の他の材料によりマスクされ得るという
実情を知ることから出発する。マスキングを消去するこ
とにより、たとえば水信号を消去することにより、これ
らの成分の以前にマスクされたスペクトルが明示され
る。
本発明によれば、核磁気共鳴スペクトルを得るべく患者
の体液の試料のNMR分光が行われる。試料の非水成分
により発生された共鳴線が選択され、またこの共鳴線の
半波高における全幅が測定される。こうして測定された
全幅は患者内の癌腫の存在の統計的に信頼性の高い尺度
であることが実証されている。
好ましい実施例では、予め定められた値または癌腫が存
在しない個体と結びつけられている値の範囲を記憶する
ための手段が設けられている。また、こうして記憶され
た値または値範囲と測定された線幅とを比較するための
手段が設けられている。
好ましい実施例では、体液は血液、脊髄液または骨髄漿
である。血液が特に有利である。関心のある成分は脂
質、好ましくはリポ蛋白質脂質のメチルおよびメチレン
族からの脂質であり、また水共鳴は、関心のある成分の
共鳴線を一層明白にするべく抑制されている。
〔実施例〕
人間の血漿で得られ、水共鳴を抑制された陽子NMRス
ペクトルは血漿のリポ蛋白質脂質の共鳴により支配され
ている。水信号を抑制されていなければ、これらの非水
共鳴は水共鳴によりほとんど圧倒されている。信号の平
均化は、水共鳴の存在中にも高い磁界において、非水体
液成分と結びつけられているいくつかの一部分の共鳴の
観察を可能にする。しかし、水陽子共鳴をほぼ完全に抑
制する最近のNMR分光器の能力は本発明の実施を容易
にする。水共鳴を抑制された血漿の陽子NMRスペクト
ルは本質的に血漿リポ蛋白質および少数の低分子量分子
のそれである。血漿の蛋白質の陽子は、それらが分解不
能な共鳴の広い不鮮明範囲を含んでいるので、あいまい
にされている。より可動のリポ蛋白質陽子の一層鮮明な
共鳴はこの広い背景の上に重畳されている。
第1図には、水共鳴を抑制された健康対照試料の陽子ス
ペクトルが示されており、また第2図には、水共鳴を抑
制されていない同一の試料の陽子スペクトルが示されて
いる。水の切頭された共鳴線は第2図中でAを付されて
いる。2ppmと3ppm(共鳴周波数の100万分の
1)との間の共鳴線がリポ蛋白質脂質のメチルおよびメ
チレン族から生じている。陽子スペクトルのこの領域の
拡大図が、正常な対照試料に対しては第3図に、また未
治療の悪性腫瘍を有する患者に対しては第4図に示され
ている。従って、本発明の好ましい実施例では、多数の
通常の水共鳴抑制手法、すなわち水陽子のNMR信号を
抑制するための手法の1つが用いられる。多くの手法
が、他の関連で水陽子のNMR信号を抑制するべく考案
されてきた。これらは2つの部類に大別される。(1)
水陽子信号を励起しないようにするもの、すなわち高速
走査相関分光および選択的励起手法、および(2)観察
無線周波数(rf)パルスが与えられる時点で水陽子磁
化が極端に小さいようにするもの、すなわち反転回復手
法および飽和。上記および他の溶媒抑制手法はピー.ジ
ェイ.ホーア(P.J.Hore)により“フーリエ変換核磁気共
鳴における溶媒抑制”、Journal of Mag
netic Resonance55,283−300
(1983)およびそこに脚注されている文献に記載さ
れている。本発明に水共鳴抑制手法を使用することが好
ましいことは、溶媒陽子の信号と関心のある一部分また
は試料の信号との間の区別をするのに装置が制限される
ことにより述べられている。従って、十分に敏感な装置
は水共鳴の抑制の必要をなくす。
本発明の好ましい実施例では、血漿リポ蛋白質の脂質と
結びつけられる一部分、すなわちメチルおよびメチレン
族の共鳴の半波高における線幅が関心のある変量として
取り扱われる。NMR共鳴線の半波高における全幅W
1/2(線幅)は見掛けのスピン−スピン緩和時間(T
)と反比例関係にある。すなわちW1/2=1/
(π0T )。
本発明のプロセスは、任意の脂質含有体液、すなわち血
液、脊髄液または骨髄漿で作動する。全血、血清または
血漿が使用され得る。試験はこのような脂質含有体液で
行われたが、現在の研究は全血、血清または血漿に重点
をおかれている。血液中には、コレステロール、トリグ
リセリッドおよび燐脂質を含めて、脂質がリポ蛋白質の
形態で存在している。癌腫に対する試験は典型的に、好
ましくは血清または血漿で、生体内で行われる。
癌腫に関して集団検診されるべき疑わしい患者または他
の人の選択された体液は核磁気共鳴信号を得るべく磁界
に曝され、次いで核磁気共鳴信号が選択されたパラメー
タの値、たとえば脂質メチルおよび(または)メチレン
陽子のW1/2を得るべく処理される。陽子周波数の比
較的広い範囲、すなわち60MHz以上、好ましくは2
00〜400MHzが利用され得る。
選択されたパラメータの検出された値は次いで健康な対
照試料の対応するパラメータと比較される。好ましい実
施例では、メチルおよびメチレンに対する値は平均化さ
れ、また(360MHz(8.45T)または400MHz
(9.40T)において)33Hzまたはそれ以下の平均値
が悪性腫瘍の指標として用いられる。
任意の通常の最近のNMR分光器が本発明の実施に用い
られ得る。好ましい実施例では、一定磁界強度の磁石を
有するNMR分光器が使用されており、またNMR信号
は、メチルおよびメチレン族の陽子共鳴に対する半波高
における全線幅を関心のあるNMRパラメータとして、
フーリエ変換される。
本発明によれば、未治療の悪性腫瘍を有する患者と悪性
腫瘍の治療を受けている患者と良性腫瘍を有する患者と
妊婦と対照実験群との間で血漿リポ蛋白質脂質線幅測定
に統計的かつ臨床的に意味のある差が得られる。
以下、例により本発明の好ましい実施例を説明する。
例 血液試料が215の個体から得られた。6人の患者は、
十分な記録が得られなかったので、除かれた。データは
残りの209人について報告された。血漿NMR測定に
加えて、HDLコレステロールレベルが試料のほとんど
に対して測定された。正常な対照試料は明らかに健康な
病院勤務者から得られた。患者は入院患者および外来患
者の母集団の双方から選択された。未治療の悪性腫瘍、
良性腫瘍および外科的に整復可能な条件を有する患者が
所与の日にすべての手術前の患者の血液試料の検索によ
りいくつかの機会に無作為に選択された。非悪性の疾病
を有する患者も、NMR測定の特定の変調の効果を知る
ために研究された。高い細胞ターンオーバー(潰瘍を生
ずる大腸炎、乾癬、妊娠)、新陳代謝混乱(腎臓不全、
肝臓不全、甲状腺機能亢進症、糖尿病)または悪液質お
よび圧倒する疾病を有する条件を持つた患者が特に探さ
れた。患者は、臨床的および病理学的診断、臨床的、放
射線学的および検査室測定および治療侵襲により明らか
にされた疾病の程度に関する各患者のカルテを詳細に見
た結果に基づいて第1表に示されているような6つのグ
ループに類別された。
血液はバキュテイナーチューブを含むEDTAのなかに
集められた。いくつかの場合には、クエン酸塩処理され
た試料もEDTA試料との比較のために得られた。ヘパ
リンおよび他の任意の凝固防止剤が、血液が非液体形態
に凝固するのを防止するために使用された。各試料は次
いで赤血球を分離するべく遠心分離され、また上層の血
漿が除かれNMR分析のために用いられた。
陽子NMRスペクトルが、ブルカーAMパルス・フーリ
エ変換分光器および5mm外径の陽子プローブを使用し
て、360MHzもしくは400MHzの無線周波数パ
ルスで得られた。すべての試料は、たいていの場合、最
小0.4mlの血漿を有する5mm外径のチューブのなか
で調製された。水共鳴の抑制は予飽和、90゜観察パル
スに先立つ6秒間にわたり水共鳴の位置で離散的な無線
周波数電力を与えることにより実現された。16の自由
誘導崩壊が信号平均され、またそれにより得られた自由
誘導崩壊がフーリエ変換され、第1図に示されているよ
うなスペクトルを生じた。脂肪質領域(0〜2ppm)
の拡大されたバージョンがプロットされ、またメチル
(線C)およびメチレン(線B)共鳴の半波高における
全幅W1/2が測定された。これらの2つの値W1/2
(B)およびW1/2(B)(Hz)の平均が指標パラ
メータとして用いられた。識別可能な差は8.45T(36
0MHz)と9.40T(400MHz)との間で示されな
かった。先の方法と比較してこれらの結果を分析するた
め、十分な血漿体積(0.8ml)を有する試料のT
が、標準反転回復パルスシーケンスを用いてIBMミニ
−スペックモデルPC−20NMR分光器のなかで求め
られた。複合陽子信号は20MHzで観察される。患者
の6つのグループの各々に対してこうして得られたデー
タは第1表に要約されている。
実験では、線幅測定は1Hzという小さい変化を検出す
る。同一の試料で多重デターミネーションの差として表
された測定の再現性も1Hzであった。
腫瘍形式または疾病形式は、線幅範囲と一緒に、各形式
に対して第2表ないし第5表に示されている。
実験データ(第1表ないし第5表)はグループIとグル
ープII(p<0.0001)との間の意味のある差を示してい
る。このデータは、リポ蛋白質脂質線幅がコントロール
されない増殖性疾病と正常な対照実験群との間を弁別す
ることを示している。この結果は、悪性腫瘍を有する患
者を弁別する試みに関係して従来報告されてきた種々の
測定と対照的である。このような従来の方法の2つは血
漿高密度リポ蛋白質(HDL)コレステロールレベルお
よび血漿の全陽子スペクトルに対するNMRスピン−格
子緩和パラメータTである。第1表は、グループIIに
対して平均Tに小さい増大があったこと、しかしこの
グループと対照グループとの間の意味のある重なりがあ
ったことを示している。患者の69%に対するT値は
正常平均値の1標準偏差以内、また96%は2標準偏差
以内であった。従って、全血漿陽子Tの測定は悪性腫
瘍の診断に役立つことは見出されなかった。同様に、平
均HDLコレステロールはグループIIで減少したけれど
も、対照グループとの重なりが診断に役立たないほど大
きかった。
グループI(0.05>p>0.02)に比較して、良性腫瘍を
有する患者(グループIII)およ悪性腫瘍以外の疾病を
有する患者(グループIV)に対する平均リポ蛋白質線幅
に小さい減少があった。グループIIIおよびIVはいずれ
もグループII(p<0.0001)から明らかに異なってい
る。しかし、妊婦(グループV)とグループII(p>0.
05)との間のマークされた重なりがあった。グループVI
は臨床的に最も異質であり、また線幅値の最大の範囲を
有した。
線幅測定は悪性疾病の診断には役立つが、腫瘍形式また
は腫瘍負担(第2表)の診断には役立たないことが見出
された。
グループIIIの患者はすべて臓器穿刺により確認された
良性腫瘍を有した。臓器穿刺の直ぐ前に得られたこれら
の患者からの試料の平均線幅は正常な健康な成人に対す
る平均値よりも低かった。良性および悪性腫瘍に対して
対にされたグループIIおよびIIIの患者の比較は、線幅
測定が2つのグループ(第3表)(p<0.0001)の間を
弁別し得ることを示す。良性前立腺肥大を有する一人の
初老の患者は唯一の例外であり、この患者では悪性腫瘍
の小さい検出されない病巣の可能性がある。
グループIVの患者は非癌腫疾病に対して選択され、また
広いスペクトルの変調を含んでいた(第4表)。この母
集団は、重い病気に重点をおいて、中程度の病気から重
い病気までの範囲にわたっている。このグループは特
に、初老の患者および栄養不良状態、急性感染、腎不
全、内分泌異常または増殖性非癌腫変調(たとえば赤血
球増多、潰瘍性結腸炎、乾癬)を有する患者を含むよう
に設定された。これらの患者を選択する目的は、重い病
気が、臨床的または病理学的に明らかな悪性腫瘍が存在
しない場合に、悪性腫瘍を有する患者の線幅測定と同一
の線幅測定を生ずるか否かを知ることであった。その結
果として、重い病気または増殖性疾病のみでは悪性腫瘍
のそれに比較可能なりポ蛋白質線幅の変化を生じないこ
とが示された。しかし、このグループに対する平均線幅
値は対照実験群(0.05>p>0.02)に対するそれよりも
低いことが観察された。急性心筋梗塞症、潰瘍性結腸
炎、赤血球増多および骨髄線維症を有する何人かの患者
を含めて、46人の患者のうち18人は、正常平均の2
標準偏差以内の値を有し、残りはその少し下であった。
しかし、このグループ(線幅=33Hz)の唯一人の患
者はグループII内の悪性腫瘍患者と重なった。これは臍
ヘルニアを有する28才の女性であった。
妊娠の小さい群も研究された(グループV)。これらの
患者を選択するための根拠は、もし悪性腫瘍の観察され
た変化が急速な増殖の反映であったならば、妊婦は悪性
腫瘍患者と良性腫瘍患者との間の値を有するはずである
ことである。結果は、この仮定が正しいことを示した。
試料は5人の妊娠から第3トリメスターの終わりに、2
人の妊婦から第3トリメスターの始めに、3人の妊婦か
ら第2トリメスターの間に、また2人の妊婦から第1ト
リメスターの間に採取された。腫瘍患者のように、単一
の試料は胎児サイズを反映しなかったが、増殖性活動を
示した。
グループVIは治療を受けている腫瘍患者または最近治療
を完了した(<6ケ月)腫瘍患者であって治療への応答
を判定するには早過ぎる腫瘍患者の異質の部類から成っ
ている。従って、このグループは、予想されるように、
より大きい線幅測定の範囲を有したが、治療中の個々の
腫瘍患者のリポ蛋白質線幅の変化は患者の治療効果を反
映することが示唆された。従って、一連の測定は治療へ
の患者の応答を反映し得る。
いま第5図を参照すると、核磁気共鳴(NMR)分光器
2が示されている。このNMR分光器は好ましい実施例
では陽子NMR分光を行い得るものであり、また不可欠
ではないが好ましくは水のNMR信号を抑制する形式の
ものである。分光器2は試料4、この例では試験管6に
入れられている人間の血漿を検査するべく構成されてい
る。
本発明によれば、分光器2は、試料4のNMRスペクト
ル中の少なくとも1つ、好ましくは複数たとえば2つの
NMR共鳴線を選択し、またこうして選択されたNMR
共鳴線の線幅を測定するための手段8を含んでいる。好
ましくは、線幅は共鳴線の半波高において測定される
が、このことは不可欠ではなく、線幅は共鳴線の波高の
任意の予め定められた一部分において測定され得る。半
波高における測定は、NMR分光の分野で行われる標準
測定である点で好ましい。
分光器2は通常の構造であり、またそのすべての他の構
造に加えて値または値範囲を記憶するための手段10を
含んでいる。好ましい実施例では、直接に測定された線
幅または複数のこのような測定から導き出された線幅の
値または値範囲が、正常な患者すなわち癌腫のない患者
における測定から期待される値または値範囲と比較され
る。本発明によれば、分光器2は、記憶された情報に基
づいて測定または導き出された線幅を正常(すなわち癌
腫なし)または異常(すなわち癌腫あり)として類別す
る手段12をも含んでいる。この類別は比較、差し引き
または任意の他の数学的演算により行われ得る。
好ましい実施例では、選択および測定手段8はリポ蛋白
質脂質のメチルおよびメチレン族の線幅を測定するべく
予め調節されている。これは試料4のNMRスペクトル
から水の信号を抑制することにより行われ得るし、また
は代替的に、分光器2がそのために十分に敏感である場
合には直接的に行われ得る。
好ましい実施例では、メチルおよびメチレン族の線幅
は、それらの数学的平均である複合線幅を得るべく平均
化される。この複合線幅は好ましくは次いで33Hzと
比較され、その値は好ましくは手段10のなかに記憶さ
れている。実際の比較は類別手段12により行われる。
比較の結果として、複合線幅が33Hzよりも小さいこ
とが示されれば、これは試料4が異常(すなわち癌腫あ
り)であることを示す。
以上に本発明を好ましい実施例について説明してきた
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内で種々の実施の仕方が可能であるこ
とは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明により得られた、360MHzを中心と
する健康な対照実験群からの血漿試料の非水成分に対す
る典型的なNMRスペクトル、第2図は、水共鳴の抑制
が行われていないことを例外として同一の装置およびパ
ルス周波数を使用して、第1図のスペクトルが得られた
血漿試料と同一の血漿試料からのNMRスペクトル、第
3図は第1図のメチルおよびメチレン領域の拡大図、第
4図は未治療の患者に対する第3図と同様の図、第5図
は本発明による装置の概要図である。 2……NMR分光器、4……試料、6……試験管、8…
…選択および測定手段、10……記憶手段、12……類
別手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a) 血液、血漿、脊髄液又は骨髄漿等の
    脂質含有体液の試料からNMRスペクトルを得るための
    手段と、 b) 前記スペクトルからメチル及びメチレン族の共鳴
    線を選択し、またその高さの予め定められた一部分にお
    ける前記共鳴線の各々の幅を測定するための手段と、 c) こうして測定された全ての幅から複合線幅を導き
    出すための手段と、 d) 前記複合線幅を正常な複合線幅の部類または異常
    な複合線幅の部類に類別するための手段と、 を含んでいることを特徴とする癌腫の存在の診断装置。
JP62046656A 1986-02-26 1987-02-26 癌種の存在の診断装置 Expired - Lifetime JPH0643995B2 (ja)

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