JPH07500030A - 目のレンズにおける分子変化の測定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 目のレンズにおける分子変化の測定 本発明は生物学的組織における変化の評価に関し、特に、目のレンズにおける分 子の変化の量的測定のための装置及び方法に関する。

１に！見 病気、特に糖尿病を診断するための既存の方法は、多くの場合好ましいものでは ない。そのような方法の１つである口部グルコース耐性試験（ｏｒａｌ　ｇｌｕ ｃｏｓｅ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｔｅｓｔ）　ｉｔ、その病気を持っている疑い のある患者の血中グルコースレベルが高いかどうかを測定することによって、真 性糖尿病の診断を補助しようとするものである。しかし、レベルの高力）つた患 者の多くがその病気の臨床的な症状をその後起こさな０ため、この試験の信頼性 は概して疑問である。

また別の診断方法、１５１ｅｔ　Ｃｅ１１　Ａｎｔｉｂｏｄｙ　（ＩＣＡ）試験 各家、タイプＩ糖尿病の危険のある患者を予測するため（こ用１．Ｎることがで き、衰弱していく臨床的症状の始まりを５年（ｉど早く予測できる。しかし、Ｉ ＣＡ試験は複雑、高価で、特定性に欠け、測定をおこなう研究所間で標準化され て（Ｘな（Ｘこと力）ら、通常は使用されていない。さらにこの試験（よ、全糖 尿病人口のわずか約１０パーセントにしか起きな０タイプＩ糖尿病を見つけるた めのみにしか有効でない。これと（よ対照的に、すイブＩＩ糖尿病の前糖尿病状 態の疑いがある患者には、現在のところ確立した診断方法がない。

照射されると目のある部分が蛍光を発することは公知である。目のレンズは、た とえば、約３５０ｎｍから５５０ｎｍの間の波長を有する発光で照射すれば蛍光 を強く発し得る。

しかし約４００１ｍより小さい波長の発光を使用することは普通（出力レベル及 び露出時間を制限しない限りは）避けられる。なぜならば、この高周波数の発光 は目の組織に障害を生じさせることが知られているからである。

ヒトの体内にある種の病気が存在すると、目のレンズで化学的変化が生じ、レン ズの照射に対する蛍光反応の置が変化する。たとえば白内障患者のレンズは脂質 の酸化、タンパク質の糖化、及びスルフヒドリル（−３Ｈ）結合のジスルフィド 結合（−ＳＳ）への変換のために不透明になる。同様に、真性糖尿病及びガラク トース血症では、グルコース及びガラクトースがそれぞれンルビトール及びグル シトールに変換される。これらの化合物の蓄積により、レンズ細胞中に強い浸透 圧の勾配が生じる。コルチコステロイド及びクロールプロマシンのような薬品を 用いた長期の治療も、ヒトのレンズに不透明性を生じさせる。

従って、Ｗｅｆｓｓの米国特許第４，８９５，１５９号及び第４，８８３，３５ １号（これらの特、許は全体として本明細書に援用されている）はレンズ細胞か ら散乱する光を使用して糖尿病の存在を検出する方法を開示している。Ｗｅｉｓ Ｓの特許に示されるように、糖尿病の疑いのある患者から後方散乱された光が、 その患者の拡散係数を計算するために用いられる。糖尿病ではない患者の対照群 に対して、別の拡散係数の測定を行い、糖尿病の疑いのある。！！者の拡散係数 と、糖尿病でない同年令の患者の対照群の拡散係数を比較する。

しかし、普通患者が歳をとるにつれてレンズは自然に曇ってくるため、Ｗｅｉｓ ｓの特許の方法に関連して行われる測定は、患者のレンズの透明な部分でしか行 えない。ＷｅｌｓＳの方法はまた、拡散係数の変化の根本的な原因を見つけるこ とも、前糖尿病状態（つまり、表立った糖尿病の臨床的兆候は見られないが、た とえばＩＣＡ試験が陽性となるときのように、約５年以内に兆候が現れる）を検 出することもできない。なぜならば、無数の病気や生理状態が、該特許で述べら れているのと同じ様式でレンズに影響を与えることが知られているからである。

拡散係数を唯一の診断テストとして用いることは、特に結果に年齢依存及び非年 齢依存の両方の変動があるため、拡散係数が患者の年齢の関数として変化するこ とにおいても欠点がある。

他の特許、たとえば５ｃｈｌｌｌｅｒの西独国特許第２６１９５７Ａ１号、及び Ｌｏｈｍａｎｎの米国特許第４，８５２．９８７号（各特許は全体として本明細 書に援用されている）は、蛍光信号の強度を比較する別の診断方法を述べている 。たとえば５ｃｈｊ　１１　ｅｒの特許は、白内障の存在を検出するために単一 の励起波長を用いて２つの波長での蛍光信号強度の比較を開示している。その結 果得られる蛍光強度の比率を白内障だとわかっている患者から上記と同じ波長で 得られた比率と比較し、所望の診断結果を得る。５ｃｈｉ　１１ｅｒの特許に述 べられているように、励起波長は３２０−３４０ｎｍ、３８０−３９０ｎｍ、及 び４３０−４５０ｎｍの範囲から選択され、一方、蛍光のピークの強度は、４１ ０−４４０ｎｍ、４５０−４６０ｎｍ、及び５００−５２０ｎｍの範囲の波長で 測定される。５ｃｈｉｌｌｅｒの特許とは対照的に、Ｌｏｈｍａｎｎの特許は、 単一の励起波長の光によって形成された単一の波長で蛍光強度の大きさを測定し 、目のレンズの曇の程度を測定するためにこの強度と所定の波長での既知の強度 とを比較する。しかし、これらの両特許とも、糖尿病または前糖尿病状態の検出 を教示あるいは示唆するものではない。

及朋ヱロ」堅 本発明は、ヒトまたは他の動物の組織内において、糖尿病、前糖尿病状態、及び 代謝に影響する様々な病気を含む選択された病気を非侵襲的に診断するための装 置及び方法を提供する。レーザーまたは同様の装置、及び共焦レンズ系からの、 通常４００−１５００ｎｍの間（好ましくは、約４０６．７ｎｍ）の波長の狭帯 域の光源を用いることにより、本発明は目のレンズの（または他の）組織を照射 し、蛍光反応のピーク（４６０−１８００ｎｍの範囲で通常約４９０ｎｍ）及び レイリー成分（励起波長において）のピークの両方において、後方散乱された発 光の強度を測定する。検出された発光は、続いて分光計に伝送され、様々な成分 （たとえば、蛍光及びレイリー）に分割される。その後、蛍光強度のレイリー強 度に対する比率をめることにより、蛍光成分の強度をレイリー成分の強度に対し て正規化する。後方散乱された蛍光及びレイリー発光の相対的な量は、ヒトまた は他の体内における、真性糖尿病、前糖尿病状態、及び白内障のような病気（し かし、必ずしもこれらに限られない）の開始及び進行についての信頼できる指標 を与える。

前記したような既存の方法とは異なり、本発明は、上記で示した年齢依存の測定 変動を本質的に排除している。後方散乱された発光のレイリー成分を測定し、そ れを正規化のために用いることによって、対象レンズ組織が生成した蛍光信号の 量に対応する、その組織部分に与えられた照射エネルギーの正確な量が決定でき る。この方法は、対象部分に与えられる照射のレベルを不確定な方法で変化させ 得るレンズの不透明性の変動に伴う複雑さを減少させる。対象の年齢の試験結果 に及ぼす影響を減じることにより、本方法は、糖尿病及び前糖尿病患者を、その 病気ではない患者から分ける一一非年齢依存なｍ−明確な境界を設定することが できる。本発明はまた、コヒーレント光源を利用する必要がな（、測定された影 響の根本的原因を識別する際の特定性の欠如（たとえば、Ｗｅｉｓｓの方法に存 在する）という欠点もない。

従って、真性糖尿病、前糖尿病状態、白内障、及び代謝に影響する病気を含む他 の病気の存在を非侵襲的に診断するための装置及び方法を提供することが、本発 明の目的である。

散乱した発光のレイリー成分により、対象の目または他の組織から散乱した蛍光 信号の正規化を可能にする装置及び方法を提供することも、本発明のもう１つの 目的である。

前記のように既存の診断方法に存在する年齢依存の測定変動を本質的に排除する 装置及び方法を提供することも、さらに本発明の目的である。

たとえば、真性糖尿病の治療効力の評価、または前糖尿病状態に対処する予防方 法のために、レンズ組織を継続的に観察するための装置及び方法を提供すること も、さらに本発明の目的である。

本発明のその他の目的、特徴、及び利点は、水出願書の残りの記述部分及び図面 を参照すれば明確になるであろう。

の　なｔＢ 図１は、本発明の装置の概略図である。

図２は、図１の装置の別の実施様態の概略図である。

図３は、本明細書の実施例で述べるように、図１の装置を用いて得た、糖尿病と 糖尿病でない患者両方の年齢の関数としての蛍光信号強度のグラフである。

図４は、本明細書の実施例で述べるように、図１の装置を用いて得た、糖尿病と 糖尿病でない患者両方の年齢の関数としての、蛍光対レイリー信号強度の比率の グラフである。

図５は、本発明に関連して使用された好ましい範囲の波長の外側の照射発光波長 に対して、図１の装置を用いて得た、糖尿病と糖尿病でない患者両方の年齢の関 数としての蛍光信号強度のグラフである。

図６は、本発明に関連して使用された好ましい範囲の波長の外側の照射発光波長 に対して、図１の装置を用いて得た、糖尿病と糖尿病でない患者両方の年齢の関 数としての蛍光対レイリー信号強度の比率のグラフである。

１区１凰皿 図１は、本発明の光学系５を示している。光学系５は、光源１５、レンズ２５、 共焦レンズ系３５、コントローラ４５、及び、分光計５５を備えている。狭帯域 の照射を供給する源１５は、通常、約４００−１５００ｎｍの間の波長を有する 発光を供給するように調節された低出力クリプトンレーザーであり得る。光学系 ５の、１つの実施様態において、源１５は波長４０６．７ｎｍの発光を供給する 。さらに図１には、目のレンズ組織り、減衰器６５、接眼レンズ７５、検出及び 処理アセンブリ８５、及び光フアイバー導波路９５及び１゜５が示されている。

図１によれば、伝送される発光の出力レベルを減少させるために用いられる減衰 器６５は、源１５からの発光を受け取り、それをレンズ２５へ伝える。レンズ２ ５は、倍率４ｏの顕微鏡の対物レンズまたは他の同様な装置であり得るが、（減 衰された）発光を導波路９５の端部に集束させ、続いて導波路９５は発光を共焦 レンズ系３５に伝送する。次にレンズ系３５は、目のレンズ組織りの選択された 体積（通常的２゜Ｏ立方マイクロメーター）に発光を加える。レンズ系３５自体 がコレクタ４５の焦点内に同じ体積のレンズ組織りを保持することが可能なよう に設計されているが、レンズ組織しに容易に接近するために、レンズ系３５を格 納及び位置決めするために改変したスリットランプベースを使用することができ る。図１で構成される本発明の実施様態において、レンズ系３５のアパチャー１ １５の焦点は、約１５マイクロメーターよりも大きく、励起発光がレンズ系３５ の焦点を通過した後すばやく発散することを確実にし、これによって、目の組織 の他の部分に発光が当たることがあってもそのスポット強度を減少させる。

コレクタ４５は、源１５からの発光によってレンズ（または他の）組ｍＬが照射 された結果として、その組織から後方散乱された発光を受ける。後方散乱された 発光はコレクタ４５から導波路１０５へ送られ、そして分光計５５を形成するモ ノクロメータ−１３５の入口スリット１２５へ伝送される。

所望であれば、コレクタ４５は、後方散乱された発光の一部を接眼レンズ７５へ 送り、オペレータがレンズ組織りの選択された体積の正確な位置を視認すること を可能にすることもできる。

後方散乱された発光の分割及び処理は分光計５５、並びに、検出及び処理アセン ブリ８５で行われる。分光計５５に伝送された発光は、まずレイリー及び蛍光成 分に分離される。続いてこの２つの成分は、それぞれ、かつ必要な場合は、それ ぞれの強度の測定のためにアセンブリ８５の一部を形成している増幅器に送られ る。アセンブリ８５は、後方散乱された発光の蛍光及びレイリー成分の比率をめ るためのデジタルコンピュータまたは同様の計算装置を備えていてもよく、それ によって蛍光成分のピーク強度を正規化する。

光学系５の別の実施様態１０を図２に示す。図２によれば、光源２０は、レーザ ーダイオードであり得、波長約８１３゜４ｎｍ（約８００−８６０ｎｍの範囲） の発光を生成し、非線形周波数倍増装置３０に接続されており、４０６．７ｎｍ （４００−１５００ｎｍの範囲）の望ましい波長出力を生成する。光源２０は他 には、レーザー、発光ダイオード、及び他の狭帯域の光源（光学フィルタに接続 された広帯域の源を含む）であってもよい。発光は次に、光学送出系４ｏを通し て患者の目５０に送られる。図１の光学系５と同様に、この実施様態１０は、目 ５０のレンズから後方散乱された発光を集光するために、送出系４０と共焦点の 光学コレクタ６ｏとを備えている。上述のように、集光された後方散乱された発 光は、蛍光信号（４６０−１８００ｎｍの範囲で通常的４９０−５００ｎｍ）及 び照射波長での強いレイリー成分の両方を含んでいる。

さらに図２は、ダイクロイックビームスプリッタ７ｏ及び９０を含む、後方散乱 された発光の主要な成分を分離するための、及びシングルチップシリコン検８器 ｌｏｏ及び１２０または同様の装置を使用してこれらの成分の強度を同時に検出 するための手段を開示している。あるいは、ビームスプリッタを光学バンドパス フィルタまたは回折格子のような分散要素とともに用いても、成分の分離は達成 できる。ハイブリ・ノド検出器／フィルタアセンブリも利用することができる。

以下のものに限定されず、また必須のものでもないが、アナログ増幅器、アナロ グ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、及びデジタルコンビ二一夕のような電子回 路要素１３０が、検出器１００及び１２０によって検出されたデータを処理し、 正規化された蛍光／レイリー成分の比率を計算し、及び、所望であれば、デジタ ルディスプレイまたは他の適当な手段を通じてオペレータにその結果を報じる。

最後に、接眼レンズ８０は、目５０の励起焦点の位置を視認するためにオペレー タにより使用され得る。

本発明は、以下の非限定的な実施例を参照することで、さらに理解されるであろ う。

実施例 図３−６は、年齢が十二歳（１２）から六十五歳（６５）の六十九人（６９）の ヒトの患者を使って行われた臨床試験から得られたデータを示す。四十八人（４ ８）の患者は既に糖尿病であると診断されているが、残りの二十−人（２１）は 糖尿病ではない。図３は、４０６．７ｎｍの照射波長を用いて各患者から得た全 蛍光信号（「カウントＸ　１０５Ｊ　テ表すれる。カウント数は単位時間当たり に発された光子数の関数である）を示している。図４は、これらの同じ蛍光信号 が本発明に基づく後方散乱された発光のレイリー成分によって正規化されたとき の結果を詳しく示している。図４に示すように、正規化された信号は、年齢の関 数として上向きに傾（が、これらは糖尿病または前糖尿病状態であると分かって いる患者とそうでない患者との間の明確な区別を明示している。たとえば非糖尿 病患者の正規化された信号は、十三（１３）よりも小さいが、糖尿病患者の信号 は十三（１５）を越えている。

一方、４４１．６ｎｍ（本発明の範囲外）の照射波長の使用はあまり好ましくな い結果となった。図３−４にそれぞれ対応する図５−６は、糖尿病患者に対する 正規化された信号の非糖尿病患者のそれとの区別がより小さいことを示している （図６）。さらに、ＩＣＡ試験が陽性であった患者は非糖尿病患者の値の範囲内 の蛍光／レイリー比率を有していることが示されている。従って、診断目的のた めの明確に確定された境界は得られない。

前述したことは、本発明の実施様態の表記、説明、及び記述の目的のために与え られたものである。これらの実施様態への改良及び改変は当業者にとっては明白 であり、本発明の範囲または意図から外れることなくなされ得る。

ＦＩＧ、３ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年１月１７日

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．照射されると、測定可能な強度の蛍光及びレイリー成分を有する後方散乱発 光の可能な目のレンズを有する患者において分子変化を測定する装置であって、 ａ．該目のレンズを照射し、それによって該目のレンズに該照射に反応した後方 散乱発光を生じさせる手段と、ｂ．該後方散乱発光に応答し、該後方散乱発光を 集光する手段と、 ｃ．該集光手段に接続されており、該後方散乱発光をその蛍光及びレイリー成分 に分離する手段と、ｄ．該分離手段に接続されており、（ｉ）該分離された蛍光 及びレイリー成分のそれぞれの強度を検出し、及び（ｉｉ）該検出された強度の 比率を求める手段と、を備えた装置。
2. ２．前記照射手段が、 ａ．レーザー、非線形周波数倍増装置に接続されたレーザーダイオード、発光ダ イオード、及び光学フィルタに接続された広帯域の源からなる群から選択される 光源と、ｂ．前記光源からの光に光学的に応答し、該光を集光するレンズと、 ｃ．該集光された光に光学的に応答し、焦点を有し、焦点が約１５マイクロメー ターよりも大きいアパチャーを規定するレンズ系と、 を備えた請求項１に記載の装置。
3. ３．前記測定された分子変化が糖尿病及び前糖尿病状態からなる群から選択され た状態の診断を補助し、かつ、前記検出された強度の比率が、患者が糖尿病の場 合は約１５より大きく、患者が前糖尿病状態の場合は約１５より大きく、患者が 糖尿病ではない場合は約１３よりも小さい、請求項１に記載の装置。
4. ４．前記測定された分子変化が糖尿病及び前糖尿病状態からなる群から選択され た状態の診断を補助し、かつ、前記検出された強度の比率が、患者が糖尿病の場 合は約１５より大きく、患者が前糖尿病状態の場合は約１５より大きく、患者が 糖尿病ではない場合は約１３よりも小さい、請求項２に記載の装置。
5. ５．オペレータが目のレンズを視認することのできるように前記後方散乱発光に 応答する接眼レンズをさらに備えた、請求項４に記載の装置。
6. ６．前記分離手段が少なくとも１つのダイクロイックビームスプリッタを備えた 、請求項５に記載の装置。
7. ７．前記検出及び求める手段が、少なくとも１つのシングルチップシリコン検出 器を備え、かつ、前記後方散乱発光の前記蛍光成分の波長が約４６０−１５００ ｎｍの間である、請求項６に記載の装置。
8. ８．前記検出及び求める手段が、さらに増幅器を備えた、請求項７に記載の装置 。
9. ９．前記照射手段が、さらに照射光の出力レベルを調節する手段を備えた、請求 項８に記載の装置。
10. １０．照射されると、測定可能な強度の蛍光及びレイリー成分を有する後方散乱 発光の可能な体積を有する目のレンズを有する患者において分子変化を測定する 装置であって、ａ．選択された波長及び出力レベルを有する光を供給するレーザ ーと、 ｂ．該供給された光に光学的に応答し、該光の該出力レベルを調節する手段と、 ｃ．減衰手段に光学的に接続されており、該光を集光するレンズと、 ｄ．該レンズに光学的に接続されており、該集光された光を受ける第１の光ファ イバーと、 ｅ．該第１の光ファイバーに光学的に接続され、約１５マイクロメートルより大 きな焦点距離を有するアパチャーを規定し、該目のレンズの選択された約２００ マイクロメートルの体積に該集光された光を与えることにより該目のレンズに該 与えられた光に反応して後方散乱発光を生じさせるレンズ系と、 ｆ．（ｉ）該集光された光が与えられる該目のレンズの選択された体積を含む焦 点を有し、（ｉｉ）該後方散乱発光に応答し、該後方散乱発光を集光する、コレ クタと、ｇ．該コレクタに光学的に接続され、該集光された発光を受け取る第２ の光ファイバーと、 ｈ．該コレクタ手段に接続され、該後方散乱発光をその蛍光及びレイリー成分に 分離する手段と、ｉ．該分離手段に接続され、（ｉ）該分離された蛍光及びレイ リー成分のそれぞれの強度を検出し、（ｉｉ）該検出された強度の比率を求める 手段と、 を備えた装置。
11. １１．前記波長が約４０６．７ｎｍであり、前記分離手段が分光計であり、かつ 、前記検出及び求める手段がコンピユータを備えた、請求項１０に記載の装置。
12. １２．オペレータが該目のレンズの該選択された体積を視認することができるよ うに前記後方散乱発光に応答する接眼レンズをさらに備え、及び前記測定された 分子変化が糖尿病、前糖尿病状態、及び白内障からなる群から選択された状態の 診断を補助する、請求項１１に記載の装置。
13. １３．患者が糖尿病の場合は前記検出された強度が約１５よりも大きく、患者が 前糖尿病状態の場合は約１５であり、患者が糖尿病でない場合は約１３よりも小 さい、請求項１２に記載の装置。
14. １４．前記分離手段が少なくとも１つのダイクロイックビームスプリッタを備え た、請求項１０に記載の装置。
15. １５．オペレータが該目のレンズの該選択された体積を視認することができるよ うに前記後方散乱発光に応答する接眼レンズをさらに備え、及び前記測定された 分子変化が糖尿病、前糖尿病状態、及び白内障からなる群から選択された状態の 診断を補助する、請求項１４に記載の装置。
16. １６．前記検出された強度の比率が、患者が糖尿病の場合は約１５より大きく、 患者が前糖尿病状態の場合は約１５よりも大きく、患者が糖尿病ではない場合は 約１３よりも小さい、請求項１５に記載の装置。
17. １７．照射されると、測定可能な強度の蛍光及びレイリー成分を有する後方散乱 発光が可能な組織を有する患者において分子変化を測定する方法であって、 ａ．該組織を照射し、それによって該組織に該照射に反応して後方散乱発光を生 じさせる工程と、ｂ．該後方散乱発光をその蛍光及びレイリー成分に分離する工 程と、 ｃ．核分離された蛍光及びレイリー成分のそれぞれの強度を検出する工程と、 ｄ．該検出された強度の比率を求める工程と、を備えた方法。
18. １８．前記照射工程が、 ａ．波長約４０６．７ｎｍの光を発するために、レーザー、非線形周波数倍増装 置に接続されたレーザーダイオード、発光ダイオード、及び光学フィルタに接続 された広帯域の源からなる群から選択された光源を供給する工程と、ｂ．焦点を 有し、焦点が約１５マイクロメーターよりも大きいアパチャーを規定するレンズ 系を使用して該光を集光する工程と、 を備えており、 さらに、糖尿病及び前糖尿病状態からなる群から選択された状態の診断を補助す るために、少なくとも１つの予め選ばれた値に対して前記検出された強度の比率 を比較する工程を備えた、請求項１７に記載の方法。
19. １９．前記検出工程が約４６０−１８００ｎｍの間の波長で分離された蛍光成分 を検出する工程を備え、前記比較工程が前記検出された強度の比率を２つの予め 選ばれた値である、１３及び１５と比較する工程を備え、該比率が１３よりも小 さければ患者は選択された状態を有していない見込みであると診断され、該比率 が１５よりも大きければ患者は該選択された状態を有している見込みであると診 断され得る、請求項１８に記載の方法。
20. ２０．前記分離工程が、少なくとも１つのダイクロイックビームスプリッタを用 いて前記後方散乱発光を分擁する工程を備えた、請求項１９に記載の方法。