JPH1014857A - 蛍光観察による悪性組織の診断装置及び診断法 - Google Patents
蛍光観察による悪性組織の診断装置及び診断法Info
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Abstract
ターンを識別する能力を蛍光試験の方法で改善でき、同
時に試験組織の正常の光学的像を白色光で観察できる装
置及び方法の提供。 【解決手段】内視鏡を通して関心とする組織領域を照ら
すために白色光源としてストロボスコープ3を用いる。
レーザ4を同時に用いて蛍光を励起させる。同時に分析
器5はストロボスコープの2つの光フラッシュ間の暗相
では活性化され、可視光フラッシュでは不活性化され
る。励起波長をもつ光に曝すことによって連続的蛍光励
起を示す組織を、疑似白色光のもとで観察してもよい。
そのスペクトログラムを、通常の白色光内視鏡像を示す
スクリーン上に表してもよい。
Description
察し、請求項1及び請求項6の前文にあるその特徴によ
って悪性組織を診断する装置及び方法に関するものであ
る。
兆候と間接的兆候とを鑑別することができる。腫瘍の直
接的兆候は腫瘍塊そのものによって確認され得る。腫瘍
の間接的サインは例えば血管の不規則な走行である。し
かしながら組織の疾患像及び病期によると、腫瘍の間接
的サインはあまり特異性が出ない。X線では組織変化が
マイナスで、内視鏡で健康組織とほとんど鑑別できない
ような初期癌を診断するのは難しい。ところで、健康な
環境において細胞または組織の構造を決定するためには
蛍光試験を用いる。そして健康及び異常組織の異なる蛍
光挙動を評価する。自発蛍光の測定や評価とは異なり、
悪性組織に強い親和性を有する感光性物質を付加するこ
とによってコントラストを高めることも知られている。
ここでは薬物誘起性蛍光または光動診断(photodynamic
diagnostics)が関係する。これらの物質は健康な周囲
部よりも悪性組織の方に、より長く貯蔵される。普通は
レーザによって作られる紫外から赤外領域の光に曝すと
蛍光は励起される。損傷組織から放出される蛍光の波長
を分析すると腫瘍の診断が可能になる。自発蛍光及び薬
物誘起性蛍光はこうして、肉眼では確認されない情報を
もたらす。
する手段、スペクトル分析手段及び必要なレーザ装置を
含めた内視鏡腫瘍診断を実施する手段を開示している。
これでは、光ファイバをつけた内視鏡を体腔に導入し、
試験すべき組織をパルス化のレーザ光で照射する。誘起
された蛍光をその後測定し、評価して、組織が正常か異
常かを決定する。異常組織はその後、同じ光ファイバを
通る高レーザエネルギーによって破壊することができ
る。
光スペクトルで行われる。異常組織の像が描き出され
る。このためにはイメージ増倍管が必要である、なぜな
らば関心とする蛍光シグナルは肉眼が感知できるものよ
り10の数乗も小さいからである。
異常になっている組織の位置を、局所的に正確に決める
ために、パルスレーザビームで交互にコントロールでき
る白色光源が用意される。
とを同時に評価することは今の所不可能である。しかし
これができれることは望ましい。なぜならば例えば異形
成及び炎症は蛍光をもつからである。さらに、全身診断
法及び体腔のプローブ試験はより容易になりまたは改良
されるであろう。
るためには適さない。なぜならば蛍光励起のために用い
る光エネルギーが制限されないからである。これが(制
限)が必要なのは、生物学的組織の蛍光励起のための単
色光が或るエネルギーまたは強度ピークを超えたときは
細胞が蛍光能力を失うからである。蛍光能力の喪失はブ
リーチングと呼ばれる。
は、健康組織に比較して変化した細胞または組織パター
ンを識別する能力を蛍光試験の方法で改善でき、同時に
試験組織の正常の光学的像を白色光で観察できる装置を
提供し、その方法を示すことである。
解決は、請求項1の特徴記述部分に示される。この目的
の方法に関する解決は請求項6の特徴記述部分からわか
る。
す光源を適用する手段であり、それはその光源から射出
する光ビームが周期的に強度変化をするためのデバイス
を含み、一方、連続光ビームが蛍光スティミュレータ
(励起器)からコンスタントに放出される。強度変化は
光ビームの中断によっても、光ビームまたは白色光源の
コントロール調節によっても起こし得る。
になると定常的像を構成するという公知の物理的効果―
この効果はイメージ記録装置またはビデオチップにも応
用される―を利用する。このようにして、本発明によ
り、そのパワーが可視光波長より10の数乗も低い場合
でさえ、分析したいと思う蛍光が観察できるという利点
が生まれる。こうして可視閾値は下げられる。
て生成することができる。しかし3つのスペクトラルカ
ラー、赤、緑及び青の付加的混合によっても生成でき
る。
すべき組織の蛍光を励起する波長をもった連続的光ビー
ムがコンスタントに出て来る。これは単色光で扱うのが
好ましい。しかし基本的には多色光の供給が可能であ
る。
せることによって、組織から出る蛍光の波長の分析に用
いられるサイクルには暗相が抽出される。分析のために
は常に分光器が用いられる。だが基本的には完全な像の
ためのカメラも用いることができる。
み込まれる。白色光源の光ビームのゼロに向かう方向の
強度変化で分析器は活性化され、可視光パルスで不活性
化される。この方法で、分析器が光パルスによって照射
されることを避けられる。光パルスの照射を受けると、
それは或る場合には分析に使用できなくなるであろう。
分析器の活性化または不活性化は分析器の感度の調節と
理解すべきである。分析器は不活性化相で完全にオフと
なってしまってはいけない。その機能が光インパルスに
よって悪影響を受けないように、単に感度が低下するだ
けでなければならない。これは直列に適当なフィルタを
使用することによって可能である。
続光源及び非常に強く極めて短い(時間の)白色光源が
組み合わされ、白色光インパルス間の暗相で蛍光分析が
行われる。
の1部である。そのストロボスコープは照明光に連結
し、これまで用いられた連続光に取って代わる。極めて
短い持続時間の高強度の光パルス配列によって白色光像
が生成し、それで正常の解剖生理学的なわずかに赤味を
もった粘膜を観察できる。
によってコントロール周波数で照らされる。ここでコン
トロール周波数は15Hzより高いことが好ましい。光
フラッシュの周期はフラッシュ管により1及び100μ
sの間にある。
は、同様にビデオチップ(撮像素子)またはビデオチュ
ーブ(撮像管)にも応用できる。ビデオチップまたはビ
デオチューブにおける光パルスは極めて短い持続時間で
ある。白色光の光パルス間には暗い(darkness)状態が
ある。この暗相中に蛍光を分析する。なぜならば蛍光は
常に暗相で励起されるからである。しかし観察者にとっ
ては全サイクル時間中疑白色光をもった像が生ずる。照
明光相と暗相との比率が例えば1:1000であると
き、全相の99. 9%が暗い状態である。これを蛍光時
間として分析に用いることができる。蛍光分析の感度不
足はこうして分析時間によって補われる。
レータとして適用される。そのようなレーザにはクリプ
トンまたはアルゴンイオンレーザがある。レーザから放
出される光は、十分な自発蛍光が励起されるように選択
されるべきである。薬物誘起性蛍光では、光はそれぞれ
の薬物に合わせるべきである。
数を高めるかも知れない。これらの場合、所望波長で単
色放出を保持するためにはフィルタ(プリズム、グリッ
ド、干渉フィルタ、など)を適用し、その他の波長を抑
制しなければならない。本発明による装置ではレーザは
連続的に作動するから、一般的にいかなる波長も使用で
きる。適用したフィルタの通過帯域(pass-band )波長
を連続的に変えれば、そのスペクトルの広いバンドは単
色光ビームで隙間なくカバーされる。
に、蛍光スティミュレータとしてアーク灯、例えばキセ
ノンまたは水銀蒸気放電ランプを使用することもでき
る。この場合、光源は青色領域の非常に明確なスペクト
ルをもっている。この光源はレーザよりずっと安価であ
る。
実施態様は請求項5に特徴づけられる。それによるとフ
ィルタは分析器と連携し、前記フィルタは蛍光スティミ
ュレータから放出される励起波長を選択的に消す。この
フィルタに関して言えば、これはエッジフィルタ、干渉
フィルタ、プリズム、グリッド系などである。
光スティミュレータから放出される光ビームにも最低2
枚のフィルタからなる系が組み込まれるのが特に好適で
ある。この際、組織から出る蛍光の波長(励起波長に相
応する)が分析器の前で選択的に混合するように、これ
らのフィルタが機械的又は電気的に結合される(請求項
7も参照)。アレイ分光計(OMA=光学的多チャンネ
ル分析器)または干渉分光計の使用で、全スペクトルを
その後、同時に分析することができる。
のフィルタと直接連結することも可能である。励起側フ
ィルタを分析側フィルタと連結することによって、いか
なる光源も診断に使用できる。そこで比較的高価でない
光源が使用できる。
診断法で、体腔内の関心とする領域を内視鏡を用いて観
察するために、請求項6に記載のストロボスコープが用
いられる。フラッシュ列周波数は好適には15Hzより
上にある。同時に単色光源、例えばアルゴンレーザを用
いて自発蛍光を連続的に励起させる。白色光及びレーザ
光は基本的には内視鏡中で全く同一の光ファイバによっ
てつながっている。もちろん別の光ファイバを用いるこ
ともできる。
時間により白色光イメージが作り出される。個々のフラ
ッシュの間ではビデオチップ(CCDイメージセンサチ
ップ)またはビデオ管に対する読み取り時間は比較的長
い。白色光からくるシグナルと蛍光光からくるシグナル
との間の強度差は観察及び分析時間の差によって克服さ
れる。記録されたスペクトログラムはその後、正常な白
色光内視鏡像を再現するスクリーン上に描かれる。
ィルタを使用することにより、組織から来る励起波長に
一致する波長が分析器の手前で消され、単色光照射を用
いても、広いスペクトル範囲を隙間なく通過帯域波長の
連続的変化でカバーすることができる(請求項7)。そ
の後、異なるペクトル領域、例えば青、黄、赤などの波
長で励起させることができる。
本発明による装置及び方法で使用するために非常に適し
ている。
よって試験に必要な時間をかなり短縮することができ
る。本当の像が観察されるから、この試験は本質的に遥
かにより簡単で信頼性がより大きい。
れた組織の反射の代わりに、組織の吸収の測定も可能で
ある。この目的のために、組織を突き刺す。これは光フ
ァイバを組織に突き刺し、それを通してレーザビームを
導くという方法で行われる。この場合には全組織が照ら
される。健康及び異常組織の吸収が異なることによっ
て、例えば、腫瘍の端は、よりはっきりと確認される。
さらに、分析ファイバを突き刺して、吸収を直接測定す
ることもできる。
通して高エネルギーで照射する手段を適切に備えること
もできる。診断後、これによって病的組織を破壊または
除去することができる。例えばレーザエネルギーがしか
るべく調節できる場合には診断的目的のためにも照射の
ためにも同一レーザが用いられる。
によって説明される。図1において、フレキシブルなま
たは堅い内視鏡が符号1で示される。この内視鏡は組織
2を試験するために、あまり詳細には記されていない
が、体腔に導入されている。
色光源、観察した組織の蛍光を励起するレーザ4及びス
ペクトロメータ5が示される。ストロボスコープ3、レ
ーザ4及びスペクトロメータ5の接続関係は線6、7及
び8により簡略化して示される。
光、またはスペクトロメータに導かれる光のためには、
基本的には1本の光ファイバで十分である。しかし有用
な解決は、ストロボスコープ3及びレーザ4からの光が
共通の光ファイバを経て導かれ、別の分析ファイバ10
が分析のために用意されるということにある。
4からコンスタントに放射され、組織2の自発蛍光を励
起する。同時にストロボスコープ3を用いて、内視鏡1
を通って関心とする組織2を照らす。ストロボスコープ
3のサイクル周波数をそれぞれに選択すると、正常な解
剖生理学的真の像に応じたこのような白色光像があらわ
れる。組織2から発される蛍光の波長の分析はスペクト
ロメータ5を用いて行われる。この目的のために、スト
ロボスコープ3及びスペクトロメータ5は論理上、この
場合にはスペクトロメータが暗相では活性化され、光フ
ラッシュで不活性化されるように連結し、調節可能であ
る。
ち、それはスクリーン上への描写を可能にする。これに
より、対物レンズによって投影されるイメージの分解及
びそれの電気シグナルへの変換が可能である。電気シグ
ナルは集積メモリ内蔵の部品に一時的に保存され、その
後高周波サイクルインパルスによって呼び出され、 ビデ
オシグナルに変換される。
を通して観察できる。これは真の像として眼でまたは内
視鏡カメラによって行われる。記録されたスペクトログ
ラムは、普通は白色光内視鏡像を再現するスクリーン1
3上に示される。
された後に存在するシグナルは試験像に混合することが
できる。それは音響シグナルの形で与えられてもよい。
試験者はそのときシグナル変化によって、試験組織に異
常があることを認める。また別の形では、スペクトルの
永続的記録によって、それぞれの患者の正常スペクトル
に相当する組織パターンが決められる。もしも診断コー
ス中にこの個々のパターンが変化するならば、相当する
シグナルが放出されている。本発明による装置はそのと
きその配置上に自己学習的アルゴリズム問題解決のため
の操作を有する。
ストロボスコープの活性相、スペクトロメータによる蛍
光分析の活性相、ビデオチップの活性相が各々の場合に
位置(I)によって確認され、受動相は位置(0)によ
って確認される。
て組織の自発蛍光を励起することが明らかである。スト
ロボスコープは内視鏡を通して関心とする組織領域を照
らすために用いられる。各場合に、2つのフラッシュB
の間の暗相Dではスペクトロメータは活性である。暗相
Dは分析時間Aとして使用できる。なぜならばレーザは
連続的に発振しているからである。各場合のビデオチッ
プはフラッシュBの始めに活性になり、分析時間の終わ
る直前にスイッチが切れる。それに応じて、これらの操
作には電子的スイッチング時間が考慮されている。
ッシュ期間では、サイクル期間の1000分の999が
分析に使用できる。よって白色光シグナルと蛍光シグナ
ルとの強度差は観察時間と分析時間との差によって克服
される。
全サイクル時間中生ずる。このイメージは、通常の白色
光内視鏡像を示すスクリーンに伝達される。これで、診
断中に光学的間接的な腫瘍サインと蛍光腫瘍サインとの
同時情報が評価でき、白色光のもとでの蛍光診断が可能
となり得る。この協力的組み合わせは診断の可能性を高
め、種々の癌減少を確認せしめる。
てカメラ15及びフラッシュ光源16に連結した内視鏡
14を有し、蛍光観察による悪性組織の診断を行なう装
置の他の形態を示す。
19がカメラ15に配置され、一方フラッシュ光源はフ
ィルタ系20(フィルタホイールB)と共に作動する。
フィルタホイールAとフィルタホイールBは図4と図5
に説明される。
例えば赤色光のためのもの(フィルタA1)、及び第2
フィルタ22、例えば緑色光のためのもの(フィルタA
2)を含む。さらにフィルタホイールAの外周には開口
23とコーディングスロット(coding slot )24があ
る。コーディングスロット24はフィルタホイールAを
フィルタホイールBと同期化するためのものである。強
度調節のための灰色フィルタを開口23に挿入してもよ
い。
赤R、緑G及び青Bのための3つの丸いフィルタ25、
26、及び27が配設される。シグナルRGBによって
疑白色光が構成される。フィルタホイールBにもコーデ
ィングスロット28が備えられる。
は、図6によって明らかにされる。モニターのイメージ
反復周波数50Hzでは、時間t1=20msである。
この時間中に、5つのイメージがカメラ5によって記録
される。最初の3つの像は時間t3中のフィルタ25、
26及び27を通るフラッシュの記録である。
ィルタ系19、20は同期化されており、フラッシュが
生じ、各フィルタ25〜27がフラッシュ光源16の前
に位置する丁度そのときに、カメラ15が光学的シグナ
ルを処理するようになっている。カラーフィルタ21ま
たは22はいずれもこの時間中はカメラの前の照射路に
入らない。
zでは、時間t3=3msである。フィルタホイールB
はそのとき18000rpmで回転しなければならな
い。蛍光測定のためにはこうして17msが残ってい
る。そこで分析時間は赤色蛍光のための収集時間と緑色
蛍光のための収集時間とに分けられる。フィルタホイー
ルAのフィルタ21から22に移る時間を考慮すると、
各場合には時間t2のためにおおざっぱに言って5ms
ないし6msが残っている。
用できるフィルタホイール29が描かれる。この場合に
はフラッシュ光源のためのフィルタ系は必要ない。フィ
ルタホイールBはそのときは不要である。
測定フィルタ30と第2の測定フィルタ31を含む。白
色光観察のためには、スペクトルカラー赤R、緑G及び
青Bのためのフィルタ32、33及び34がある。
のそれに相当するもので、ここでフィルタホイールBか
らの同期化インパルスは不要である。なぜならばこのホ
イールは存在しないからである。このときは、フィルタ
32、33または34がカメラ16の光路にある場合に
フラッシュがトリガーされるように、フラッシュ光源1
6のフラッシュシークエンスが同期化される。
れる。単色光源は符号35で示され、ここから、青色ス
ペクトル領域の好適には488nmの波長をもつ一定光
36が照射される。白色光で観察すべき組織を同時観察
するために必要な光成分はフラッシュ管37によって作
られる。
えられ、イメージセパレータに入り、光源35から発す
る光相と一緒になる。光成分からなるビーム40はその
後、光ファイバ(ここには示されていない)を通って、
内視鏡によって検査すべき組織に導かれる。
って光イメージ反射が生じ、それによってこのビームは
真の光成分と蛍光光成分とを含む。これらの光成分はR
GBフィルタ42で分離される。これで、赤−緑−青シ
グナルが生成し、それはイメージ記録要素43によって
記録され、これに備えられたプロセッサー44によって
相応に評価される。
は例えば高度に敏感な白黒カメラまたはCCDチップで
よい。
価もスペクトルメータ43で行われる。
は、各場合にフィルタ4を通過する光成分に正確に応じ
て、相応するシグナルが記録され、RGB調節操作にお
いてプロセッサーによって評価されるように、同期化さ
れる。その結果、全部で5シグナルが用いられる、すな
わち疑似白色光としてのRGBシグナルと、蛍光光から
の赤及び緑色成分である。
る。読み取り時間はRGBフィルタ42によって調節さ
れる。RGBフィルタによって分析相の読み取り時間は
蛍光時間赤と蛍光時間緑とに分割される。白色光部分は
蛍光成分に比べて低い、そこで分析のための感度差を活
用することができる。
てずっと安価であるばかりでなく、かなり軽く、使いや
すいという利点をもつ。それに光増幅器を配設して感度
をさらに高めてもよい。
の簡略図。
及びビデオチップの或る時間作動した場合の活性及び不
活性の関係図。
図。
図。
による悪性組織の診断のための装置の簡略図。
Claims (7)
- 【請求項1】 白色光源(3、16、37)を含む内視
鏡(1)と、光ビームを発する蛍光スティミュレータ
(4、35)と、分析器(5、15、43)とを有し、
蛍光観察によって悪性組織を診断するための装置であっ
て、 診断中は連続的光ビームが蛍光スティミュレータ(4、
35)からコンスタントに放射され、白色光源(3、1
6、37)は、白色光源(3、16、37)から放射さ
れる光ビームの周期的強度変化のためのデバイスを含
み、分析器(5、15、43)は、白色光源(3、1
6、37)の光ビームのゼロに向かう強度変化で活性化
され、可視光パルスで不活性化されることを特徴とする
装置。 - 【請求項2】 白色光源(3、16、37)がストロボ
スコープの要素である請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 蛍光スティミュレータ(4)がレーザで
ある請求項1または請求項2に記載の装置。 - 【請求項4】 蛍光スティミュレータがアーク灯である
請求項1または請求項2に記載の装置。 - 【請求項5】 フィルタ(19、42)が分析器(5、
15、45)に備え付けられ、前記フィルタは蛍光ステ
ィミュレータ(4、35)から放出される励起波長を選
択的に除去する請求項1〜請求項4の何れか1項に記載
の装置。 - 【請求項6】 蛍光観察によって悪性組織を診断する方
法であって、励起波長をもつ光に曝すことによって連続
的蛍光励起を示す組織(2)をストロボスコープ(3、
16、37)によって生成した疑似白色光下で観察し、
その際に組織から放出される蛍光の波長の分析は、光パ
ルス(B)によって不活性化され、2つの光パルス
(B)の間の暗相の領域では活性化される分析器(5、
15、43)によって行なうことを特徴とする方法。 - 【請求項7】 組織(2)から出る、励起波長と一致す
る波長を分析器(5、15、43)の前で選択的に除去
する請求項6に記載の方法。
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