JP2000515407A - 上皮被覆内臓組織の特徴付けのための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 例えば子宮頸管などを含む上皮被覆内臓の組織を特徴付ける方法および装置である。この方法は、内臓の内面に電磁放射線波長を照射して、複数の蛍光強度スペクトルを生成する工程と、蛍光強度スペクトルから複数の発光波長を検出する工程と、上皮内臓組織を発光波長の関数として特徴付ける工程とを包含する。この装置は、複数の電磁照射波長を照射する光源(17、18)と、光源に接続された光プローブ(11)であって、複数の電磁放射線波長を、試験されている上皮内臓組織の内面に与え、且つ、組織から発せられる蛍光を集光するように適合されているプローブ(11)と、プローブに接続され、試験されている組織から発せられる少なくとも１つの蛍光スペクトルを検出するための検出器(24、26)と、検出器に接続され、少なくとも１つの蛍光スペクトルを所定のアルゴリズムに従って処理し、試験されている組織の特徴付けを行うプログラムされたコンピュータ(29)とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】 上皮被覆内臓組織の特徴付けのための方法および装置 発明の背景 本発明は、上皮被覆内臓を検査する装置および方法に関し、より詳細には、子 宮頸管の正常および形成異常組織を特徴付ける装置および方法に関する。 女性の下部生殖管の組織侵入前症状のうちで最も蔓延しているものは頸部上皮 内新形成(ＣＩＮ)である。従来の定義ではこれを上皮内変化スペクトルと呼んで いる。このスペクトルは、従来、非常に軽度の形成異常として分類されてきた概 ね良く分化した上皮内新生物(neoplasm)から始まり浸潤性癌で終わる。肺瘍性の 変化は、扁平上皮に局限され、そして核多形性、極性の損失、および異常有糸分 裂の存在を含む。ＣＩＮは、基底膜から表面上皮まで存在する未分化細胞の量に 基づいて、１から３まで段階分けされる。その距離の３分の１が関与している場 合、段階は１であり、３分の１よりも多く且つ３分の２までが関与している場合 、段階は２であり、３分の２よりも多くが関与している場合、段階は３である。 表面上皮から基底膜までの全部の厚さが関与している場合、上皮内癌(ＣＩＳ)と 呼ばれる。ＣＩＮからＣＩＳへの移行時間の中央値はＣＩＮの段階に依存し、段 階１のＣＩＮの場合、この時間は約６年であり、段階２のＣＩＮの場合、この時 間は約２年であり、そして段階３のＣＩＮの場合、この時間は約１年である。２ つの区別可能な実体を表すＣＩＮおよびＣＩＳについての過去における幾分の議 論にも関わらず、現在では、ＣＩＮおよびＣＩＳは、頸部の浸潤癌に至る疾患の スペクトルの一部であると考えられている。従って、ＣＩＮの診断および処置は 、浸潤頸部癌の予防の一部である。頸部組織を分類する認められた方法の１つは 、Wrightらの「Pathology of the Female Genital Tract」、156-177、Springer -Verlag，(1994)に記載されている新ベセズダシステム(new Bethesda system)で ある。このシステムによれば、ＨＰＶおよびＣＩＮを伴う病変は扁平上皮内病変 (ＳＩＬ)として分類され、さらに、これは、高い段階のＳＩＬ(ＣＩＮ ＩＩ、 ＣＩＮ ＩＩＩ、ＣＩＳ)と低い段階のＳＩＬ(ＣＩＮ Ｉ、ＨＰＶ)とに分けら れ得る。正常、異形成および非特異的炎症組織は非ＳＩＬとして分類される。 頸部上皮内新形成は、通常、無症候性の女性からのＰａｐスミアをスクリーニ ングすることによって検出される。異常なＰａｐスミアを持つ患者には、コルポ スコピーおよび可能であれば生検を受けさせる。酢酸を頸部に塗布すると、ＣＩ Ｎのような異常ＤＮＡ含有領域は白くなる。搭載された拡大レンズであるコルポ スコープを用いて、異常な白色領域の生検材料を指向する。血管異型性と呼ばれ る血管の異常構造は、無秩序増殖の徴候であり、医師が他のどの領域に生検が必 要かを知るための一助となる。異常なＰａｐスミアの適切な評価は、照会の見直 しおよびＰａｐスミアの反復、頸管内掻爬および酢酸白色領域の複数回にわたる 生検を含み、このような分析の結果は、患者がＣＩＮを有しているかどうかを示 す。 コルポスコピーの予測精度は、当該分野において議論の対象であり、全体的な 精度が優れているとする研究者らもいるが、ＣＩＮに対しては精度が低く、コン ジロームに対して良好であるとする研究者らもいる。 近年、ヒト組織における疾患の診断のための光学的分光法の使用を探求するた めの研究が盛んに行われている。いくつかの研究によって、様々な器官系におけ る疾患診断のために蛍光、赤外線吸収およびラマン分光法を使用できることが首 尾良く実証されている。自発および色素誘発蛍光は、アテローム硬化症および様 々な種類の癌の認識に有望であることが分かっている。ヒトの胸部および肺、膀 胱および消化管からの正常および異常組織を区別するために、多くのグループが 自発蛍光(autofluorescence)を用いている。 本願と同一譲受人に譲渡された1996年７月19日に出願の同時係属中特許出願第 08/666,021号は、疾患(前癌性および癌性)組織を非疾患(正常組織および炎症)組 織から区別するとともに、インビボにおけるヒト頸部の癌および高い段階の前癌 を低い段階の前癌病変から区別するために蛍光分光法を用いるシステムを開示し ている。このシステムは、１)蛍光測定、ひいては診断情報がリアルタイムで得 られる点、および２)この技術が非侵襲性である点で、より効果的な患者管理を 提供する。スペクトルのＵＶおよび可視領域にわたって頸部生検材料から蛍光を 測定したインビトロ研究によって、組織学的に異常な頸部の蛍光強度が、同じ患 者からの正常な頸部のそれよりも有意に低いことが分かっている。上記の同時係 属中の特許出願によれば、上記システムは、ファイバ光プローブと、照射源と、 光学的マルチチャネル分析装置とを含む。このプローブは、その先端が頸部表面 と同一平面になるまで膣内管を通して挿入される。このプローブは、特定の励起 波長で光を送達し、そして頸部の所定の領域から全発光波長範囲から蛍光を集光 する。コルポスコピーの間、生検の前に頸部のコルポスコピー的に異常な各領域 、および１〜４カ所のコルポスコピー的に正常な領域からスペクトルを収集する 。このシステムを用いて、３３７、３８０および４６０ｎｍ励起において、、イ ンビボにおける、ヒト頸部組織から取得したレーザー誘起蛍光を分析し、これに より、頸部上皮内新形成(ＣＩＮ)を特定する。 以前のコルポスコピーおよび蛍光分光システムの制限は、それらが子宮頸内膜 を採取できないことである。異型性コルポスコピー組織パターンが、子宮頸内管 内において扁平および円柱上皮間の移行帯においてある頻度で生じることが知ら れている。Burke L，Antonioli DAおよびDucatman BS．Colposcopy ，Text and A tlas ，pp．47，48，61および62，Appleton and large，Norwalk CT(1991)を参照 されたい。この(扁平円柱上皮境界としても知られている)移行帯は、多くの場合 、子宮頸管の奥に位置しており、子宮腟部を評価することを主に意図した既存の システムを用いては容易にコルポスコピーまたは蛍光分光法に供することができ ない。さらに、子宮腟部上に存在する頸部病変は、多くの場合子宮頸管内へと延 びており、子宮頸管内の病変の特徴付けが重要である場合が多い。 従って、移行帯を含む子宮頸管を蛍光分光法に供するための手段を提供するこ とが望まれる。 発明の要旨 本発明は、例えば子宮頸管を含む上皮被覆内臓の組織を特徴付ける方法および 装置を提供することにより、従来技術の上記の欠点を回避する。特に、本発明を 具現化する方法によれば、子宮頸管組織は、インビボで子宮頸管組織に電磁放射 線波長を照射して、複数の蛍光強度スペクトルを生成する工程、蛍光強度スペク トルから複数の発光波長を検出する工程、および子宮頸管組織を、発光波長の関 数として特徴付ける工程により、インビボで特徴付けられる。上記特徴付ける工 程は、扁平上皮組織および円柱上皮組織、正常の扁平組織および異常組織、正常 の円柱上皮組織および異常組織、炎症組織および異常組織、低段階SIL組織およ び高段階SIL組織、または正常の組織および高段階SIL組織を識別し得る。 さらに、上記照射工程および上記検出工程は、子宮頸管組織の実質的に円筒形 の領域を照射する工程と、この円筒形の領域の選択された部分からの複数の発光 波長を検出する工程とを包含し得る。上記照射工程および上記検出工程は、１つ のピクセルの近傍にある子宮頸管の領域を照射する工程と、この１つのピクセル からの複数の発光波長を検出する工程と、この照射工程および検出工程を繰り返 して、円筒形の表面を実質的にカバーする工程とをさらに包含し得る。別の実施 形態では、上記照射工程および上記検出工程は、子宮頸管の実質的にリング形状 の領域を照射する工程と、この実質的にリング形状の領域からの複数の発光波長 を検出する工程と、この照射工程および検出工程を繰り返して、上記円筒形の表 面を実質的にカバーする工程とをさらに包含し得る。他の実施形態では、上記照 射工程および上記検出工程は、子宮頸管の実質的に直線状形状の領域を照射する 工程と、この実質的に線形状の領域からの複数の発光波長を検出する工程と、こ の照射工程および検出工程を繰り返して、上記円筒形の表面を実質的にカバーす る工程とをさらに包含し得る。 さらに、本発明の方法を実施するために使用される電磁放射線波長は、３１７ 〜３５７ｎｍ、３６０〜４００ｎｍおよび４４０〜４８０ｎｍの範囲であり得る 。 さらに、本発明を具体化する、子宮頸管組織の特徴付けを行う装置は、複数の 電磁放射線波長を発光する光源と；光源に接続され、複数の電磁放射線波長を、 試験中の子宮頸管組織の内表面に印加し、試験中の組織から発せられる蛍光を集 光するようにされたプローブと；プローブに接続され、試験中の組織から発せら れる少なくとも１つの蛍光スペクトルを検出する検出器と；検出器手段に接続さ れ、該少なくとも１つの蛍光スペクトルを所定のアルゴリズムに従って処理し、 これにより試験中の組織の特徴付けを行う、プログラムされたコンピュータとを 備える。 光源は、レーザ光源またはフィルタリング処理された白色光源であり得、そし て複数の電磁放射線波長は約３３７ｎｍ、約３８０ｎｍおよび約４６０ｎｍであ り得る。プローブは、複数の電磁波長を試験中の子宮頸管組織の内表面に印加す るための励起光ファイバと、試験中の子宮頸管組織から発せられる蛍光を集光す るための集光ファイバとを含み得る。 本発明の上記のおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を参照すれば 当業者には明瞭となり得る。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法を実行するために使用可能な本発明の装置の例である。 図２は、本発明の方法を実行するために使用可能な本発明の装置の別の例であ る。 図３Ａ〜３Ｆは、子宮頸管の様々な状態を示す。 図４Ａおよび図４Ｂは、本発明で使用可能なシングルピクセルプローブの例で ある。 図５は、本発明で使用可能なシングルピクセルプローブの別の例示的な実施形 態である。 図６〜図１１は、本発明で使用可能なリングプローブの様々な例示的な実施形 態である。 図１２Ａ〜図１２Ｂは、本発明で使用可能なラインプローブの例示的な実施形 態である。 図１３は、子宮頸管のサイズの研究のグラフ表示である。 図１４および図１５は、頸管粘液の光伝送および励起発光を示すグラフである 。 図１６および図１７は、フッ化エチレン−プロピレン(ＦＥＰ)の光伝送および 励起発光を示すグラフである。 図１８、図１９および図２０は、子宮頸管組織から得られる蛍光スペクトルの 例である。 詳細な説明測定装置 図１および図２は、本発明の方法を実施するために使用可能な本発明の装置の 例示的な実施形態を示す。 先ず図１を参照して、シングルピクセル光プローブを用いる装置が開示される 。シングルピクセルプローブの例示的な実施形態については、図４および図５を 参照して後により詳細に述べる。装置は、子宮頸管プローブ１１を含む。プロー ブ１１は、後により詳細に述べるように、励起ファイバ１２、１３および１４な らびに集光ファイバ１６を含む多数の光ファイバを組み込んでいる。励起ファイ バは、例えば、染料モジュールと共に、２つの窒素レーザ１７、１８(ＬＮ３０ ０Ｃ、Laser Photonics)であり得る照射源に接続される。他の照射源、例えば、 キセノンランプおよびフィルタホイール(図２を参照してより詳細に開示されて いる)もまた用いられ得る。例えば、染料モジュールと共にまたは染料モジュー ルを持たないで使用される様々なタイプのレーザ(例えは、ＨｅＣｄまたはＡｇ レーザ)、およびフィルタホイールと共に用いられる様々なタイプのいわゆる白 光光源(例えば、Ｘｅ、ＨｇまたはＸｅＨｇランプ)を含む他の照射源もまた受容 可能であり得る。この照射源は、組織中で蛍光を生成するそれらの能力について 選択され、組織の特徴付けを可能にする周波数の光を生成する。例えば、約３３ ７、３８０および４６０ナノメータの光が有用であることが分かっている。この 光は、励起ファイバ１２、１３、１４に結合される。結合のためには、標準的な Microbench構成要素(Spindler Hoyer)および平凸レンズ１９を使用した。２つの 染料モジュールから出る光は、バンドパスフィルタ２１によってバンドパスフィ ルタリング処理され、励起ファイバ１２、１３および１４に結合される染料から の蛍光を最小限にする。集光ファイバ１６は、結合光学装置２２(例えば、Micro bench、倍率５０／３０)を介して検出器２４、例えばＦ／３．８分光器(Monospe c 18,Thermo Jarrel Ash，Scientific Measurement Systems，Inc.)に投射され る蛍光を集光する。結合光学装置２２では、ロングパスフィルタ２３(例えば、 色ガラスフィルタ、schott)が、反射励起光が検出器に入るのを阻止する。分光 器は光を強化ダイオードアレイ２６上に分散させる。ダイオードアレイ ２６、電子装置およびコントローラ２７は、例えば、Princeton Instrumentsに よって製造されている。システムはまた、レーザ１７および１８の動作を制御す るために使用されるゲートパルサ２８を含む。レーザ１７および１８は、例えば 、５ナノ秒のパルス期間を有する３０Ｈｚ反復レートで制御され得るが、他の反 復レートおよびパルス期間もまた受容され得る。 装置はまた、レーザ１７および１８を始動させ、研究中の組織試料の特徴付け を行うために集光ファイバ１６によって集光される蛍光スペクトルを分析するよ うに動作する、プログラムされたコンピュータ２９を含む。この制御および分析 の詳細は、１９９６年７月１９日出願の同時係属中の特許出願第08/666,021号に 見い出され得る。この特許出願の開示内容は本明細書中に参考として援用される 。 図２を参照して、マルチプルピクセル光プローブを用いて、本発明を具現化す る装置を開示する。マルチプルピクセル光プローブの例示的実施形態を、図６〜 図１２を参照して以下により詳細に示す。装置は、励起光ファイバ２２と収光光 ファイバ２３とを組み込んだマルチプルピクセル光プローブ２１を備える。励起 光ファイバ２２は、照射源２４からの光を受光するように接続されており、照射 源２４は、例えば、フィルタホイール２７と組み合わされたキセノンランプ２６ であり得る。ここでも、例えば図１を参照して開示したレーザ源を含む他の照射 源もまた使用可能である。図1の装置の場合のように、照射源２４は、組織の特 徴付けを可能にする、組織内に蛍光を生成する能力によって選択されている周波 数で、光を生成する。 プローブ２１からの集光ファイバ２３は検出器２８に接続されており、検出器 ２８は、例えば、撮影スペクトログラフ２９(例えば、Ｃｈｒｏｍｅｘ ２５０ ＩＳ)と、ＣＣＤアレイ３１(例えば、熱電冷却ＣＣＤ Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＥＶ ５７８×３８４)とを備える。検出器２８の出 力は、コンピュータ３２に付与される。コンピュータ３２は、照射源２４を制御 するように、且つ集光ファイバ２３により集光されて検出器２８により検出され た蛍光スペクトルを、例えば上記の同時係属中の出願に記載されている分析方法 を用いて分析するようにプログラムされている。子宮頸管形態 図３Ａ〜図３Ｆに、子宮頸管の口および周囲の組織の断面を示し、子宮の扁平 上皮(ＳＥ)、円柱上皮(ＣＥ)、および移行帯(ＴＺ)の位置を、成熟の様々な段階 において及び様々な医学的状態に関して示す。特に、図３Ａは新生児の子宮を示 し、図３Ｂは初経前の子宮を示し、図３Ｃは初経期の子宮を示し、図３Ｄは月経 期の子宮を示し、図３Ｅは閉経期の子宮を示し、そして図３Ｆは閉経後の子宮を 示す。見られ得るように、移行帯(ＴＺ)は、子宮頸内膜上(例えば、月経期、図 ３Ｄ)または子宮頸管のかなり内部(例えば、閉経後、図３Ｆ)、またはその間の いずれの部位にも現れ得る。ＣＩＮおよび化生の最も一般的な位置は、移行帯ま たはその近傍であるため、移行帯が蛍光分光法を行う際に造影されることは重大 である。これは閉経期および閉経後に特に重要である。なぜなら、ほとんどの子 宮頸癌はこの年齢で起こるからである。これは、移行帯が子宮頸管の最も奥にあ るときである。 子宮頸管の形態学の他の概略的な観察は、留意する価値がある。漏斗型開口部 に続く子宮口の後、子宮頸管は広がり、内部口で再び小さくなる。子宮は、内部 口後、小さい角度で最大サイズまで開く。管の内部は、ポリープおよびシネキア などの非腫瘍性の追加の組織で充填され得る。ポリープは管を充填し得る。萎縮 が起こり得、その結果、壁が異常な形状になる(襞がなくなる)。さらに、ＬＥＥ Ｐ処置の後、狭窄症が起こり得ることが知られている。 円柱上皮の襞は代表的には、深さ数センチメータであり、様々な形状を有する 。例えば、子宮摘出術による除去後に調べられた１つの子宮において、襞は最高 ７．８３ｍｍであり、平均深さは３．３８ｍｍであった。襞は、２つの主要な方 向、すなわち軸方向と管の軸に対して約３０度の角度の方向、を有することが観 察された。この松の木様形態の上部は、管の外方を指している。襞は、組織に強 力に付着する粘液で満たされている。生理食塩水で流し落としても、粘液は除去 されない。子宮粘液の蛍光特性の研究を図１４および図１５を参照して以下に述 べる。 光プローブ 図４Ａおよび図４Ｂは、本発明による図ｌの装置において用いられ得るシング ルピクセルプローブ１１である。図４Ａを参照すると、光プローブ１１は、可視 光に対して実質的に透明であり更に紫外線をも透過させるフッ素化エチレンプロ ピレン(ＦＥＰ)管材４２内に充填された光ファイバ４１の束を備える。ファイバ ４１を含むＦＥＰ管材４２は、これもまたＦＥＰから形成され得る第２の管材４ ３内にフレキシブルに取り付けられている。管材４３の外径は好適には、２ｍｍ 未満であるが、他の寸法も用いられ得る。管４３の外径は、主に、子宮頸管の解 剖学的制約により決定され、そして図１３を参照して以下により詳細に述べる。 この寸法は、プローブが、子宮口に狭窄を有する子宮頸管内を通過することを可 能にする。管材４２内のファイバ４１は、管材４３を動かすことなく、いくつか の組織部位の試験を可能にするために、管材４３内において回転し得且つ軸方向 に設けられ得る。 ＦＥＰは、本発明の光プローブにおいて用いられる管材の材料として用いるた めに有用であることが証明されているが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン (ＰＴＦＥ)、ガラスおよび石英などの他のプラスチックを含む、他の材料もまた 使用可能である。 図４Ａおよび図４Ｂの実施形態において、大直径ファイバ４５の短片がリフレ クタとして用いられ、そしてファイバ４５の端面４７は、プローブ１１の軸に対 して傾斜した角度(例えば４０度)に研磨されている。全内部反射のために、ファ イバ４１により研究中の組織試料方向(図４Ａにおける下向きの方向)に発する光 の反射、および組織試料によりファイバ４１方向に戻る光の反射が起こる。研磨 された金属、ガラス、またはサファイアなどの角度を有する鏡面を用いて、別の リフレクタが形成され得る。 図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図であり、ファイバ４１の構造 を示す。例示的実施形態においては、７本のファイバ４１(６本の照射ファイバ ４８〜５３と、１本の集光ファイバ５４)があるが、任意の数のファイバが用い られ得る。例示的実施形態において、照射ファイバ４８および５１は３３７ｎｍ 用に用いられ、ファイバ４９および５２は３８０ｎｍ用に用いられ、ファイバ５ ０および５３は４６０ｎｍ用に用いられ、集光ファイバ５４は蛍光分光法のため のシングルピクセル収光を提供する。本発明の範囲から逸脱することなく、照射 および集光ファイバの任意の組み合わせも用いられ得ることに留意すべきである 。例えば、３本の照射ファイバと１本の集光ファイバとが用いられ得、３本の照 射ファイバと３本の集光ファイバとが用いられ得、１本の照射ファイバと１本の 集光ファイバとが用いられ得、照射および収光の両方の目的のために１本のファ イバが用いられ得るなどである。ファイバ４８〜５４は、例えばタイプＳＦＳ３ ２０／３８５Ｔ光ファイバであり得、そしてファイバ４６はタイプＳＦＳ１５０ ０／１６５０Ｎ光ファイバであり得る。両方とも、Ｆｉｂｅｒｇｕｉｄｅ Ｉｎ ｄｕｓｔｒｉｅｓより入手可能である。しかし、他のタイプもまた用いられ得る 。シングルピクセルの実施形態は、単一の実質的に楕円形の測定および照射スポ ットまたはピクセルという結果になる。 膣の外側に延びるプローブ１１の一部は、好ましくは、マーキングを備えた剛 直性のチューブを有し、このマーキングは、プローブを軸方向および回転方向に 位置決めする補助として使用され得る。生理食塩水溶液は、試験手法の前または 間に、プローブ１１の先端６２における開口部６１から流出し得る。 図５は、本発明のシングルピクセルプローブの他の実施形態である。図５を参 照すると、プローブ１１は、図４Ａの実施形態と同様のファイバ束４１を有する 。ファイバ４１の端部から発せられる光は、レンズ６６によって集光され、反射 表面６７によって研究中の組織試料６８に向かって反射される。同様に、組織試 料６８によって発せられる光は、レンズ６６によって集光され、反射表面６７に よってファイバ４１に向かって反射される。他の構造の詳細は、実質的に図４Ａ と同様である。 ここで、図６および図７を参照すると、図２の装置に使用され得るリング光プ ローブ２１が開示される。プローブ２１は、リング形状で同軸上に配置された多 数の光ファイバ７２を有する。１つの実施形態において、ファイバ７２は１つお きに照射に用いられ、残りのファイバは集光に用いられる。あるいは、各ファイ バ７２は、照射および集光の両方に用いられ得る。図１０および図１１の実施形 態において、照射光および集光の反射は共に、研磨された反射面７４を有する金 属プラグ７３によって行われる。あるいは、サファイア先端部８１が、図８に示 すように用いられ得る。さらに他の実施形態において、ファイバ７２の端部は、 図９に示すように開裂および研磨され得る。図９の実施形態において、１つおき のファイバは照射ファイバとして用いられ、残りのすべてのファイバは、集光フ ァイバである。これにより、隣接したファイバ(例えば、ファイバ７２’および ７２’’)は共に作用し、単一の組織領域７７を照射して検出することになる。 あるいは、ファイバ７２のそれぞれは、照射および集光の組合せ機能を有し得る 。明確にするため、周りのチューブは、図９の実施形態において図示されていな いことに留意されたい。 リングプローブ２１のすべての実施形態において、光は、ファイバ７２から、 プローブ２１の外壁に隣接して配置された組織試料に向かって反射され、そして 組織試料によって発せられる光は、ファイバ７２に向かって反射される。この結 果、複数の実質的に楕円形の測定および照射スポット、またはリング形状に分布 したピクセルとなる。 図６、図７および図８のリングプローブ２１の実施形態は、チャネル７６を含 み得、試験前または試験中に、試験される組織を生理食塩水で洗浄することを可 能にする。プローブ２１の直径は、例えば、約２．８ｍｍであり得るが、他の直 径でもよい。 ここで、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照すると、図２の装置において使用可能 な光プローブ２１のさらに他の実施形態が開示される。図１２Ａおよび図１２Ｂ の光プローブ２１はラインプローブである。プローブ２１は、研究中の組織試料 を照射するように作用する照射器と、研究中の組織試料によって発せられる光を 集光するように作用する集光器とを有する。例示的な実施形態における集光器は 、１９１００のマイクロメータ光ファイバ１２２(Ｆｉｂｅｒｇｕｉｄｅ Ｉｎ ｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なタイプＳＦＳ１００／１１０Ｔ)から形成され るが、任意の数の光ファイバが用いられ得る。開示される実施形態において、蛍 光の集光は、集光ファイバ１２２の１つを用いて１．５ｍｍ毎に起こる。集光フ ァイバ１２２は、ファイバ１２２の長軸に対して斜めの角度(例えば、４０°)で 研磨される。集光ファイバ１２２の端部１２３は、図１２Ａに示すように、プロ ーブに沿って異なる軸位置に配置される。例示的な実施形態において、これは、 約２．５ｃｍの長さのラインに沿って１．５ｍｍ毎に同時の集光を成し遂げる。 図 １２Ａのラインプローブ２１の直径は、約３ｍｍであるが、他の直径もまた許容 可能である。 図１２Ａのプローブ２１の照射器は、拡散器１２４を有する。拡散器１２４は 、ファイバ１２７の束の頂部に取り付けられる。ファイバ１２７は、Ｆｉｂｅｒ ｇｕｉｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手可能なタイプＳＦＳ２００２００マ イクロメータ光学ファイバであり得るが、他のタイプのファイバも許容可能であ り得る。拡散器１２４の２７０度にわたる反射コーティング１２８によって、プ ローブ２１の周囲約９０度にわたって方向づけられた照射が可能になる。拡張器 １２４は、例えば、Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｄｉｃａｌから入手可能である 。 拡散器１２４は、可視光そしてまた紫外線に実質的に透明であるＦＥＰ管材１ ３１中に充填される。管材１３１内には、集光束１２２、プローブ中のポート１ ３３に生理食塩水を搬送するために用いられる拡散器１２４および洗浄(flush) チャネル１３２が含まれ、試験前または試験中に組織を洗浄することを可能にす る。管材１３１の外径は、好ましくは、３ｍｍ未満であるが、他の直径もまた、 許容可能であり得る。これによって、プローブは、大抵の子宮頸管内を通過する ことができる。 プローブは、子宮頸管に手動で配置される。プローブ全体が剛直性のため、最 小の屈曲度を保持しながら、子宮頸管の壁に対して押し付けられ得る。 １００ミクロンファイバ１２２が集光に用いられるので、図１２Ａの例示的な 実施形態における各測定されたスポットまたはピクセルのサイズは、約０．５ｍ ｍよりも小さい。この直径は、組織までの集光ファイバ１２２の距離に依存する 。この距離は、すべてのファイバに対して一定である必要はなく、代表的には、 約０．３から１ｍｍまで変化する。 照射光は、集光ファイバ１２２によって垂直に透過する。従って、これらのフ ァイバ１２２のジャケットは除去されなければならない。次に、集光ファイバ１ ２２は、円筒形レンズとして作用する。 ここで、図１３を参照すると、頸部のサイズの研究結果がグラフ形式で示され る。本発明に使用されるプローブの設計は、内管の特性に依存するため、子宮頸 管の幾何学的局面を検討した。ＭＤ Ａｎｄｅｒｓｏｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｃｅｎ ｔｅｒにおける３６２名の患者のデータベースは、子宮口の直径の測定値を含ん でいた。得られた直径は、ＬＥＥＰまたはＬＥＥＰコーン処置前の子宮頸管を測 定するためにＭＤ Ａｎｄｅｒｓｏｎで使用された拡張器のサイズに基づいてい る。狭窄が起こっていないことを確かめるために、次の健康診断の訪問の際に、 内管は再びチェックされる。このパラメータを、同様の結果を有する他のシリー ズの２２人の患者において測定した。 図１３より、子宮頸管が、平均直径が５ｍｍの外部口を有することが理解でき る。大抵の患者において、外部口は、３ｍｍよりも大きく、そして７ｍｍよりも 小さい。内管の長さを、子宮摘出術によって除去された子宮から評価した。子宮 頸管は、約４ｃｍの長さであることが測定された。これらの機械的な寸法は、次 いで、本発明において用いられる光プローブのサイズを決定する際に考慮され得 る。例えば、図１３のグラフに反映される研究は、単一のサイズのプローブがす べての患者に対して用いられる場合、光プローブが、好ましくは、３ｍｍ未満の 直径であればよいことを示している。勿論、異なるサイズのプローブを用いても よい。 さらに、子宮頸管内の粘液の可能な影響を決定するために、数個の粘液試料の 伝送および蛍光を測定した。結果を図１４および１５にグラフ形態で示す。これ らのグラフを生成するために、少量の粘液を１０ｍｌの通常の緩衝化生理食塩水 溶液中に希釈し、１ｃｍのパス長においた。 図１４および１５からわかるように、粘液の最も強い発光は、２８０ｎｍにお ける励起を用いて３４０ｎｍ発光である。これは、本発明の開示した実施形態例 により行われる測定を妨害しない。 さらに、ＦＥＰ管材(本発明のプローブのハウジングとしての使用に現在好適 な材料)の伝送および蛍光を測定した。結果を図１６および１７に示す。図１６ および１７からわかるように、ＦＥＰ管材の蛍光は低い。しかしＦＥＰ管材の自 発蛍光は、３３７ｎｍ励起における組織蛍光の約１／１０である。３２０ｎｍ励 起において４００ｎｍの主発光ピークが存在する。以下により詳細に述べるよう に、この寄与はプローブ較正手順において対応可能であることが決定された。臨床手順 臨床用途において、本発明は、例えば子宮頸管の組織などの、上皮内臓組織の 特徴付けを目的とする。一般に、子宮頸管組織の特徴付けに適用される場合、本 発明は、ａ)子宮膣部から子宮頸管に広がる病変の同定；ｂ)子宮頸管の内部に位 置する場合の移行帯の位置の検出；およびｃ)子宮頸管内部における円柱が関与 する扁平上皮病変の同定を目的とする。一般に、これらの目的は、頸管組織の内 面の実質的に円柱状の領域にわたって子宮頸管の内部の空間的に解像された位置 における蛍光スペクトルを測定し、そして数学的モデルを用いてその組織を測定 されたスペクトルの関数として特徴付けることにより達成される。 臨床手順を開始する前に、測定機器を較正するべきである。(例えば図１およ び２に示すような)本発明を較正するために、励起なしで、装置の暗電流を反映 するバックグラウンドシグナルを得る。このバックグラウンドを記憶し、蛍光測 定値から自動的に減算する。次に、例えば滅菌されたＨ₂Ｏを含有する茶色の瓶 にプローブを入れて励起光をオンにして蛍光スペクトルを測定することにより、 プローブの自発蛍光を決定する。このシグナルは組織蛍光から減算されないが、 所望であれば減算されてもよい。較正を確認するために、標準的なローダミン溶 液(ＯＤ 0.446725(＝550nm、１cmパス長))を測定してもよい。以前の臨床研究に より、ローダミンは扁平上皮頸管組織蛍光の約２倍の強度を有することが示され ている。 組織のスペクトル測定の間、シグナル対ノイズ比の改善が望まれる場合は、ス ペクトルを３８０および４６０ｎｍにおいてそれぞれ１００回および２００回累 積してもよい。３３７ｎｍにおいては、５０回の累積で十分であることが示され た。ただし、他の方法を用いてシグナル対ノイズ比を改善してもよい。３つの波 長全てについて、対応する累積値を用いて異なるバックグラウンド減算ファイル を用いてもよい。 臨床手順の間、全体の子宮頸管の実質的に円柱状の表面に沿って約1.5mmの空 間的解像で、３つの励起波長における蛍光スペクトルを得ることが望ましい。こ れは、図１または２の装置のいずれかを用い、図４〜１２の光プローブのいずれ かを用いることで達成し得る。手順に際して、プローブの外側ハウジングを設置 し、子宮頸管の内部口まで前進させる。次に蛍光測定を開始する。シングルピク セルプローブ(図４および５)の場合、単一の測定ピクセルを、ハウジング内にお いて軸方向的および角度的の両方で前進させることにより、実質的に円柱状の組 織表面にわたって十分な数のピクセルのイメージをとる。リングプローブ(図６ 〜１１)を用いる場合、ピクセルの測定リングを軸方向に前進させることにより 、実質的に円柱状の組織表面にわたって十分な数のピクセルのイメージをとる。 最後に、ラインプローブ(図１２)を用いる場合、ピクセルの測定ラインを角度的 に増加していくことにより、実質的に円柱状の組織表面にわたって十分な数のピ クセルのイメージをとる。例えば、ラインプローブを用いる場合には、１２、３ 、６および９時方向の各々において(すなわち９０°毎につき)１つずつ、４つの 個々の測定値を得る。この手順を完了するために約３分間を要する。 手順の前または手順の間のいずれかで、測定部位から粘液または血液あるいは ゆるんだ組織を除去することで測定精度を改善する可能性のため、生理食塩水溶 液を組織上に流してもよい。 一般に、子宮頸管側部における第１の標本の周縁部が形成異常または癌を有し ておらず、かつ第２の標本が変化を示さなければ、頸管は正常状態にあると考え られ得る。この周縁部に変化が起こっていれば、頸管の最初の５ｍｍが異常状態 にあると考えられ得る。子宮頸管標本の周縁部が変化を含まなければ、周縁部は ２ｃｍより深くは延びていないと考えられ得る。この標本が異常細胞を示してい れば、頸管中の測定値は５ｍｍ以降も異常であったと考えられ得る。第２の標本 が変質形成(metaplasia)であるとマークされれば、移行帯は子宮頸管の内部にあ ることが考えられ得る。第１の標本が変質形成を示していれば、移行帯は、口あ るいは子宮膣部周辺に位置している。 図１８、１９および２０は、本発明の方法および装置を用いて、数人の異なる 患者の子宮頸管からインビボで得られた、規準化された蛍光強度スペクトルのグ ループを示している。特に、図１８は３３７ｎｍ励起を用いて得られた正規化蛍 光強度スペクトルのグループであり、図１９は３８０ｎｍ励起を用いて得られた 規準化蛍光強度スペクトルのグループであり、そして図２０は４６０ｎｍ励起を 用いて得られた規準化蛍光強度スペクトルのグループである。 上記の開示に基づき、本発明のこれらおよびその他の特徴および利点が、当業 者に明らかになるであろう。また、発明の範囲から逸脱することなく、開示した 実施形態に追加、削除、および変更を行い得ることが、理解されるであろう。参考文献 以下の参考文献は、本明細書中に記載された例示の実験の詳細または情報を補 足する例示の実験の詳細またはその他の情報を提供する範囲で、本明細書に参考 として援用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミッチェル，ミシェル フォーレン アメリカ合衆国 テキサス 77004，ヒュ ーストン，ハーマン ドライブ ナンバー ８ビー 1111 (72)発明者 ウッジンガー，ウルス スイス国 ツェーハー―8184 バッヒェン ブラッハ，ハルデン 25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．インビボにおける子宮頸管組織を特徴付ける方法であって、 (ii)インビボで子宮頸管組織に電磁放射線波長を照射し、複数の蛍光強度スペ クトルを生成する工程と、 (iii)該蛍光強度スペクトルから複数の発光波長を検出する工程と、 (iv)該子宮頸管組織を、該発光波長の関数として特徴付ける工程とを包含する 、方法。 ２．前記特徴付ける工程が、扁平上皮組織と円柱上皮組織とを識別する、請求項 １に記載の方法。 ３．前記照射工程および前記検出工程が、 前記子宮頸管組織の実質的に円筒形の領域を照射する工程と、該円筒形の領域 の選択された部分からの前記複数の発光波長を検出する工程とを包含する、請求 項１に記載の方法。 ４．前記照射工程および前記検出工程が、 a)シングルピクセルの近傍にある前記子宮頸管の領域を照射する工程と、 b)該シングルピクセルからの前記複数の発光波長を検出する工程と、 該工程a)およびb)を繰り返して、前記円筒形の表面を実質的にカバーする工程 とをさらに包含する、請求項３に記載の方法。 ５．前記照射工程および前記検出工程が、 a)前記子宮頸管の実質的にリング形状の領域を照射する工程と、 b)該実質的にリング形状の領域からの前記複数の発光波長を検出する工程と、 該工程a)およびb)を繰り返して、前記円筒形の表面を実質的にカバーする工程 とをさらに包含する、請求項３に記載の方法。 ６．前記照射工程および前記検出工程が、 a)前記子宮頸管の実質的に線形状の領域を照射する工程と、 b)該実質的に線形状の領域からの前記複数の発光波長を検出する工程と、 該工程a)およびb)を繰り返して、前記円筒形の表面を実質的にカバーする工程 とをさらに包含する、請求項３に記載の方法。 ７．前記電磁放射線波長が、317〜357nm、360〜400nmおよび440〜480nmの範囲に ある、請求項１に記載の方法。 ８．前記電磁放射線波長が、約337nm、約380nmおよび約460nmである、請求項７ に記載の方法。 ９．前記特徴付ける工程が、正常の扁平組織と異常組織とを識別する、請求項１ に記載の方法。 10．前記特徴付ける工程が、正常の円柱上皮組織と異常組織とを識別する、請求 項１に記載の方法。 11．前記特徴付ける工程が、炎症組織と異常組織とを識別する、請求項１に記載 の方法。 12．前記特徴付ける工程が、低段階SIL組織と高段階SIL組織とを識別する、請求 項１に記載の方法。 13．前記特徴付ける工程が、正常の組織と高段階SIL組織とを識別する、請求項 １に記載の方法。 14．インビボで上皮被覆内臓組織を特徴付ける方法であって、 (ii)インビボで上皮被覆内臓組織に電磁放射線波長を照射し、複数の蛍光強度 スペクトルを生成する工程と、 (iii)該蛍光強度スペクトルから複数の発光波長を検出する工程と、 (iv)該上皮被覆内臓組織を、該発光波長の関数として特徴付ける工程とを包含 する、方法。