JP2003526419A

JP2003526419A - 組織のタイプを区別するための電気的インピーダンス測定方法

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Publication number: JP2003526419A
Application number: JP2001566020A
Authority: JP
Inventors: ブラウン，ブライアン・ヒルトン; スモールウッド，ロドニー・ハリス; ボストン，カレン・ジュリー; ブラケット，アンソニー・デヴィッド; ティディ，ジョン・アンソニー
Original assignee: BTG International Ltd
Current assignee: BTG International Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2003-09-09
Also published as: AU2001237555A1; GB0005247D0; WO2001067098A1; EP1259806A1; US20030105411A1; CA2401508A1

Abstract

(57)【要約】癌の選別処理を可能にするデータを得るための方法として適した組織タイプを区別する方法であって、或る周波数範囲にわたって交流電流を組織の領域に印加するステップを含む。各々の周波数で組織のインピーダンスが測定され、その結果がＣｏｌｅの式に当てはめられる。本方法は異なるサイズの核、または細胞質に対する核の異なる容積比率を有する組織間での区別化に優れていることが見出された。これは細胞質を通って流れる電流に対する抵抗（Ｓ）と関係する。Ｓを細胞間の径路を通る電流に対して供される抵抗（Ｒ）と組み合わせることによって結果が改善される可能性がある。本方法はイン・ヴィヴォまたはイン・ヴィトロで使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、組織の電気的インピーダンスを測定することによって動物または植
物の組織のタイプを区別する方法に関する。本発明はまた、潜在的癌あるいは前
癌状態の選別を可能にするデータを集める方法にも関する。

【０００２】組織構造の様相を判定すべき場合、電気的インピーダンスを測定することは知
られている。或る技術は「電気的インピーダンス断層撮影法」として知られてお
り、そこでは人体の領域の間隔を置いた場所でいくつかのインピーダンスが読み
取られ、そのデータから画像が得られる。

【０００３】本発明の考案者は或る周波数範囲にわたるインピーダンス測定を使用する組織
タイプの区別の方法を述べた論文（ＩＥＥＥ／ＥＭＢＳ２０ｔｈＩｎｔ．Ｃ
ｏｎｆ．ＨｏｎｇＫｏｎｇ２８８６−２８８９）を発表した。その論文の主
な要点は、特別設計のプローブを使用した様々な組織の「イン・ヴィヴォ」のイ
ンピーダンス測定がキャパシタと抵抗のネットワークで構成される電気的モデル
によって予測されるものにまで整合するかどうかを判定することであった。これ
らのモデルは様々な組織のタイプについて、「イン・ヴィヴォ」の組織区別を可
能にするはずの様々な電気的パラメータを予測した。

【０００４】電極がプローブの先端と同一面となるようにした四極電極配列で直径５．５ｍ
ｍのロッドを有するプローブを開発した。様々なタイプの正常組織の区別、およ
び癌または前癌状態組織と正常組織との区別をするプローブの能力の評価が必要
であった。この目的のために、被検者達の限定したサンプルについて癌または前
癌状態と疑われる子宮頚部組織の領域で本プローブを使用し、各々の被検者の子
宮頚部の８箇所についてインピーダンス値を記録した。

【０００５】正常な組織のタイプについて適切に多数のサンプル（各々のタイプで４０個か
ら８０個の間の読み取り値）をとり、正常な扁平上皮および円柱上皮組織につい
ての読み取りで良好な区別が達成された。癌組織からはずっと少ないサンプル（
１２読み取り）を読み取り、正常な扁平上皮組織とは良好な程度の区別を得た。

【０００６】インピーダンス読み取り値を、それ自体知られている以下のＣｏｌｅの式と呼
ばれるものに当てはめた。

【０００７】

【数２】

【０００８】ここでＺ＝インピーダンス（オーム）Ｒ∞＝無限大周波数での抵抗（オーム）Ｒ₀＝直流での抵抗（オーム）Ｆ＝周波数（ヘルツ）Ｆ_c＝「臨界周波数」（ヘルツ） α＝「分布定数」と呼ばれるもの（大きさ無し）である。

【０００９】インピーダンス測定は９．６ｋＨｚから１．２ＭＨｚの周波数範囲にわたって
１０μＡｐ−ｐの連続的な交流電流を短時間印加することによって行った。この
周波数範囲に「臨界周波数」と呼ばれる周波数が含まれていることは知られてい
た。かいつまんで話すと、これは組織内で細胞膜を通過し、そこから導電性の細
胞内液（細胞質）を通る通過電流が有意になる周波数である。細胞膜は電気的に
絶縁性であり、したがって電気的な用語でキャパシタを構成する。

【００１０】当てはめた結果から、組織内の細胞間の導電径路の本質的に容量性ではない抵
抗Ｒ値を推論することは可能である。これを「細胞外抵抗」と称する。それはＣ
ｏｌｅの式のＲ₀と等価である。細胞膜によって形成されるキャパシタンスに関
する臨界周波数を表わす定数Ｆｃ、および細胞内側の電気的抵抗を表わすＳを推
論することもやはり可能である。

【００１１】その論文で示された結果は、ＦｃとＲを使用してどのようにして２つの異なる
正常組織を見分けることができるか、およびどのようにして正常な扁平上皮組織
を癌組織と見分けることができるかを示すものである。論文末尾の考察の節で、
２つの正常な組織タイプ、扁平上皮と円柱上皮の区別は良好と述べられる。これ
ら正常な組織の最良の区別がＲのＳに対する比率を使用することによって与えら
れることもやはりこの節で述べられるが、これらの結果は提示されていない。こ
れら正常な組織のタイプは類似したサイズの細胞核および核と細胞質の容積比率
を有することに気付くべきであり、これは本発明に最も近い先行技術であるこの
発表論文に対する本発明の性質と重大性を理解するうえで重要である。

【００１２】子宮頚部組織の前癌状態変化を選別するのに使用するために別のタイプのプロ
ーブを開発した。これは「極性プローブ」として知られるものである。このプロ
ーブは３つの電極を有し、短い持続時間の電流（〜１００μＳから２００ｍＳ）
を組織にパルス通電することで作用し、その後に電荷の減衰をモニタし、これが
キャパシタンスの指標を与える。この極性プローブはＲまたはＳを測定しない。
このプローブを使用する臨床試験は現在のところ進行中であるが、まだ充分には
報告されていない。

【００１３】本発明は、極性プローブとは対称的に、上記で述べた四極プローブによる継続
的な研究から生じた。組織のうちの１つが他のタイプよりも細胞サイズとの比率
で大きな核を有するときに予想外に組織タイプの良好な区別が達成できることが
分かった。この差異を定義する別のやり方は、２つの組織タイプで細胞質容積に
対する核の比率が実質的に異なることである。細胞内の抵抗Ｓの値は所定の組織
内で核と細胞の相対的サイズによって有意に影響を受け、したがってＳの値を導
き出すことは細胞質容積に対する核の容積が異なる組織を区別するのに優れた方
法を提供するということが分かった。どのような異なる組織でも概して異なるで
あろう細胞外抵抗のＲの値とＳの値とを組み合わせることによって結果はさらに
向上するかもしれない。

【００１４】これらの予想外に優れた結果の理論的根拠は、一定の周波数に至るまでは電流
は核を「貫通する」ことはなく、なぜならその膜が容量性であるためであろうと
考案者は提案する。実際のところ、核膜それ自体はおそらく細胞膜と殆ど同じ固
有キャパシタンスを有しているであろうが、核膜の形状と寸法は核膜に関する臨
界周波数が細胞膜に関するそれよりも実質的に高いことを意味する。したがって
約５０ｋＨｚから始まって１ＭＨｚを超えて広がる周波数範囲で、細胞質の抵抗
Ｓの値は組織の全体としてのインピーダンスに有意な影響を有し、かつ核内物質
の抵抗は電流が核を殆ど貫通しないので全体的な組織インピーダンスにほとんど
またはまったく影響を与えない。

【００１５】核を通って有意の電流が流れる１ＭＨｚを充分に上回る値まで周波数スペクト
ルの上端を上昇させることによって結果を改善できるかもしれない。そのとき、
結果を分析して核の抵抗を表わす第３の抵抗値Ｔを与えることができるであろう
。この結果をＳ、おそらくならびにＲと組み合わせることができるであろう。理
論的には、Ｔは細胞質容積に対する核容積の比率が上がるにつれて下がるが、そ
れに対してＳは上がるであろう。

【００１６】ヒトおよび動物の組織において分子構造のデータを得るために５００ＭＨｚお
よびそれ以上の範囲の周波数を使用することが知られている。同様に、前述した
ように、Ｒを測定するために適切な周波数を使用することが知られている。上記
に関する論文で開示されているけれども概して知られていないことは、細胞膜は
貫通するが核膜を貫通しない周波数を使用することによるＳの測定である。上述
したようにＴの測定は出願人の知見に開示されておらず、他のキャパシタンス・
バリヤを貫通する点まで周波数を上げることによって得ることのできる他の抵抗
値が存在する可能性がある。

【００１７】子宮頚部癌または前癌状態と疑われる被検者のサンプルに本発明の方法を使用
して優れた結果を得た。癌および前癌状態の組織では細胞核のサイズの明らかな
増大ならびに細胞の形状とサイズおよび組織を形成する細胞の配列の変化が存在
する。しかしながら、サンプル中の２つの組織タイプの間で細胞質容積に対する
核容積の比率が著しく異なる他の組織サンプルで同様の結果が得られないという
根拠はない。また、細胞質容積に関する核容積の増大が全部ではなくても殆どの
癌および前癌状態の上皮細胞で、それらが円柱上皮であろうが扁平上皮であろう
が観察されることにも留意すべきである。

【００１８】参考資料がＶ．Ｂａｃｋｍａｎ等（Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４０６，６Ｊｕ
ｌｙ２０００）によって癌および前癌状態の上皮組織を正常な上皮組織と区別
する光学的方法を考察した報告になされる。その報告は癌および前癌状態の組織
の拡大した核について考察を加えており、食道、結腸、膀胱および口腔の上皮に
ついて実験データが提示されている。

【００１９】したがって、ここに提示するインピーダンス法はすべての上皮組織、子宮頚部
上皮に加えてＢａｃｋｍａｎの参考資料に述べられた上皮組織の少なくとも４つ
の領域で効果的であるだろうと期待される。

【００２０】本技術が「イン・ヴィヴォ（ｉｎｖｉｖｏ）」状況と同様にバイオプシー・
サンプル（ｂｉｏｐｓｙｓａｍｐｌｅ）、すなわち「イン・ヴィトロ」状況で
使用できないという理由はない。

【００２１】これらの結果の理論的根拠は子宮頚部扁平上皮の一領域の有限要素モデルを使
用することによって試験した。このモデルは１００Ｈｚから１０ＭＨｚまでの周
波数範囲にわたるインピーダンスの実在成分を算出するのに使用し、正常な組織
モデルおよび細胞質容積に対する核容積の比率が増大する理論的ケースについて
これを実施した。期待したように、周波数に対するインピーダンスの作図曲線は
ｋＨｚの数十倍の周波数に至るまで一致しており、そこから正常組織と増大ｎ：
ｃ（核：細胞質）比率組織のプロットは離れ始めた。

【００２２】１つの態様での本発明は、細胞がサイズの異なる核を有する２つまたはそれ以
上の組織タイプの組織の所定の領域で区別化を行う方法であって、その方法は、（ａ）ある範囲の周波数にわたって組織の領域に交流電流を印加するステップと
、（ｂ）各々の周波数で組織のインピーダンスを測定するステップと、（ｃ）その結果から、細胞質によって提供される電気的抵抗を表わす細胞内の抵
抗値Ｓを導き出すステップと、（ｄ）Ｓ値に基づいて組織タイプを区別するステップとを含む。

【００２３】Ｓの値が異なる核のサイズをもつ組織タイプの予想外に良好な区別を供給する
ことが見出される。場合によっては、上記の方法は実質的に異なる核と細胞質の容積比率を有する
組織タイプを区別するための方法と規定することができる。

【００２４】周波数の範囲は２０ｋＨｚ以上、好ましくは５０ｋＨｚと１．５ＭＨｚとの間
、さらに好ましくは１００ｋＨｚと１ＭＨｚとの間、なおさらに好ましくは３０
０ｋＨｚと１ＭＨｚとの間、なおさらに好ましくは５００ｋＨｚと１ＭＨｚ間で
１つまたは複数の値を含むことが好ましい。

【００２５】好ましくはこの方法は、（ａ）当てはめた結果から、組織内の細胞外電流径路によって提供される電気的
抵抗を表わす細胞外抵抗値Ｒを導き出すステップと、（ｂ）数値ＲとＳの組み合わせに基づいて組織タイプを区別するステップとをさ
らに含む。Ｒは概して組織タイプの優れた区別要素であることが知られており、細胞外電流
径路によって提供される抵抗の目安である。ＳとＲの組み合わせは異なる全体的
構造、すなわち異なる形状および／または配列の細胞をも有する異なる組織内で
異なる核サイズが発生する場所で優れた区別化を与える。

【００２６】周波数範囲はまた、１Ｈｚと５０ｋＨｚとの間、好ましくは１ｋＨｚと２０ｋ
Ｈｚとの間で１つまたは複数の別々の周波数をも含むことが好ましい。これらの
周波数はＲの値を供給する。したがって、ＲとＳの値を得るためには、周波数範
囲の下端はこれらの値の範囲にあることが好ましく、それに対して周波数範囲の
上端は５００ｋＨｚ以上、さらに好ましくは７００ｋＨｚ、なおさらに好ましく
は１ＭＨｚであることが好ましい。

【００２７】やはり本発明に従うと、肥大した細胞核を有する細胞を含む潜在的な癌または
前癌状態組織の存在を選別する方法が供給され、その方法は、（ａ）交流電流を印加する装置を生存しているヒトまたは動物の被検体と接触さ
せ、別々の周波数の範囲にわたって組織の一領域に電流を印加するステップと、（ｂ）各々の周波数で組織のインピーダンスを測定するステップと、（ｃ）被検体から前記装置を取り外すステップと、（ｃ）その結果から、細胞質によって提供される電気的抵抗を表わす細胞内抵抗
値Ｓを導き出すステップと、（ｄ）Ｓの値に基づいて、バイオプシーまたはその他の方法によるさらなる調査
が必要かどうかを決定するステップとを含む。

【００２８】この技術でもって、正常な組織と前癌組織の良好な区別が可能であった。した
がって本技術は、核のサイズに変化が見られる前癌状態を選別する方法に適する
。今日まで為されてきた研究の中で、インピーダンスの生データは使用および記
録の間で装置から抽出された。その後、装置が被検体から取り外され、データが
コンピュータで処理されてＳの値が導き出される。Ｓの値から、前癌状態組織の
存在を確定するのにさらに時間を要する処置が必要かどうかを判定することがで
きる。もちろん、癌に進展する潜在性をもつ組織の存在の最終確認は常にコルポ
スコピーおよび／またはバイオプシーによって供給される。本処置の有用性は、
さらなる査定を必要とするものから「正常」なケースを選び出すための選別法と
してである。

【００２９】本方法は癌または前癌状態の上皮組織を選別するのに特に適している。周波数の範囲は２０ｋＨｚ以上、好ましくは５０ｋＨｚと１．５ＭＨｚとの間
、さらに好ましくは１００ｋＨｚと１ＭＨｚとの間、なおさらに好ましくは３０
０ｋＨｚと１ＭＨｚとの間、なおさらに好ましくは５００ｋＨｚと１ＭＨｚとの
間で１つまたは複数の値を含むことが好ましい。

【００３０】本方法は、（ａ）結果から、組織の前記領域にある細胞間の電流径路によって提供される電
気的抵抗を表わす細胞外抵抗値Ｒを導き出すステップと、（ｂ）ＲとＳの値の組み合わせに基づいてさらなる調査の必要性に前記判定を下
すステップとをさらに含むと有利である。

【００３１】前癌状態の組織はまた、変化した全体的構造、すなわち細胞の形状およびそれ
らの配列の変化をも有する。したがって、Ｒもまた前癌状態組織が存在する可能
性の優れた指標であり、ＲとＳの組み合わせはさらに優れた結果を与える。

【００３２】周波数範囲はまた、１Ｈｚと５０ｋＨｚとの間、好ましくは１ｋＨｚと２０ｋ
Ｈｚとの間で１つまたは複数の別々の周波数を含むことも好ましい。これらの周
波数はＲの値を供給する。したがって、ＲとＳの値を得るためには、周波数範囲
の下端はこれらの値の範囲にあることが好ましく、それに対して周波数範囲の上
端は５００ｋＨｚ以上、さらに好ましくは７００ｋＨｚ、なおさらに好ましくは
１ＭＨｚであることが好ましい。

【００３３】行われてきた研究の中で、様々な周波数でのインピーダンスのデータを次のＣ
ｏｌｅの式に当てはめることによって適度に良好なＲとＳの値が確立できること
が見出された。

【００３４】

【数３】

【００３５】ここでＺ＝インピーダンス（オーム）Ｒ∞＝無限大周波数での抵抗（オーム）Ｒ₀＝直流での抵抗（オーム）Ｆ＝周波数（ヘルツ）Ｆ_c＝「臨界周波数」（ヘルツ） α＝「分布定数」と呼ばれるもの（大きさ無し）である。

【００３６】本装置は開発中であり、そのうちに実用的な診断が可能となるような結果を供
給することが可能となるであろうと予想され、イン・ヴィヴォでもまたはバイオ
プシー・サンプルでもこれは可能になるかもしれない。実際のところ、Ｒを導き
出すための類似した技術が過度の困難なしにバイオプシー・サンプルで使用され
てきたのでこれが不可能と考えられる理由はない。

【００３７】本発明によると、肥大細胞核を有するかまたは実質的に正常とは異なる核と細
胞質の容積比率を有する細胞を含んだ癌または前癌状態組織の存在に関して、組
織のバイオプシー・サンプル、好ましくは上皮組織のバイオプシー・サンプルを
分析する方法が供給され、その方法は、（ａ）ヒトまたは動物から組織バイオプシーを得るステップと、（ｂ）別々の周波数の範囲にわたって交流電流を組織に印加するステップと、（ｃ）各々の周波数で組織のインピーダンスを測定するステップと、（ｄ）結果から、細胞質によって提供される電気的抵抗を表わす細胞内抵抗値Ｓ
を導き出すステップと、（ｅ）Ｓの値に基づいて癌または前癌状態の組織の存在の可能性を判定するステ
ップとを含む。

【００３８】周波数の範囲は２０ｋＨｚ以上、好ましくは５０ｋＨｚと１．５ＭＨｚとの間
、さらに好ましくは１００ｋＨｚと１ＭＨｚとの間、なおさらに好ましくは３０
０ｋＨｚと１ＭＨｚとの間、なおさらに好ましくは５００ｋＨｚと１ＭＨｚとの
間で１つまたは複数の値を含むことが好ましい。

【００３９】本方法は、（ａ）結果から、組織の前記領域にある細胞間の電流径路によって提供される電
気的抵抗を表わす細胞外抵抗値Ｒを導き出すステップと、（ｂ）ＲとＳの値の組み合わせに基づいて癌または前癌状態の組織の存在の可能
性を判定するステップと、周波数範囲はまた、１Ｈｚと５０ｋＨｚとの間、好ましくは１ｋＨｚと２０ｋ
Ｈｚとの間で１つまたは複数の別々の周波数を含むことも好ましい。これらの周
波数はＲの値を供給する。したがって、ＲとＳの値を得るためには、周波数範囲
の下端はこれらの値の範囲にあることが好ましく、それに対して周波数範囲の上
端は５００ｋＨｚ以上、さらに好ましくは７００ｋＨｚ、なおさらに好ましくは
１ＭＨｚであることが好ましい。

【００４０】本発明のさらなる特徴および利点は添付の図面を参照しながら以下に述べる、
今日まで行ってきた本研究の説明から明らかになるであろう。（プローブ）プローブの端面３と面一になり、かつ半径１．６５ｍｍの円上で等間隔となる
ように装着された四本の直径１ｍｍの金電極２を備えた直径５．５ｍｍのペンシ
ル・プローブ１（図１）を使用してインピーダンス測定を実施した。ピーク・ツ
ー・ピークで１０μＡの電流を隣接する電極の一対の間に流し、その結果として
生じる電位の実部分を残りの電極間で測定した。測定電流と印加電流の振幅との
比は伝達インピーダンスを決定する。４．８ｋＨｚから６１４ｋＨｚまでの間の
ステップで周波数を倍増させることによって８通りの周波数で測定を行った。測
定は毎秒６７フレームで直列式に行い、コンピュータに入力した。測定の再現性
をチェックするために、殆どすべてのケースで２つの別々のセットのデータ（各
々が１．５秒にわたって記録される１００測定値）を連続的に記録した。最初の
セットの測定値だけを使用して表１と２に結果として示す。プローブを既知の導
電率の生理食塩水に設置することによって較正を行った。伝達インピーダンス・
スペクトルの４電極測定は電極と組織との間の接触インピーダンス（およそ１０
０Ωの伝達インピーダンスと比べてこれは１ｋΩのオーダーである）によって本
質的に影響を受けない。

【００４１】（被検体）被検体の大多数は中程度または重度の核異型を示すパプ試験結果を有する女性
であった。しかしながら、３人の境界線上の変化および２人の軽度の核異型をも
つ女性もやはり調査した。コルポスコピーを目的として酢酸を塗布する前にイン
ピーダンス測定を行った。プローブは子宮頚部の８箇所の位置に設置した。これ
らは、子宮頚管内との境界に近い４つの位置にコンパスの主点を置き、残りの４
つの源泉を子宮頚部の正常な扁平上皮表面に置いた。プローブの位置決めを含め
たコルポスコピー試験は、コルポスコピー印象、コルコスコピー指向性のパンチ
・バイオプシーの組織病理学試験、およびインピーダンス測定から得られた結果
の間の相関をとれるようにビデオで記録した。

【００４２】１２４人の女性の７５６測定に関して明らかなコルポスコピー結果と良好なイ
ンピーダンス・データが利用可能であった。測定値の最大可能数は８×１２４、
すなわち９９２であった。２２１のケースで、プローブが設置された点で組織は
バイオプシーやコルポスコピーのいずれによっても明らかに識別されなかった。
さらなる１５測定値は技術的背景で否定された。殆どすべてのケースで、これは
データ収集の間にプローブが動いたせいであった。

【００４３】コルポスコピーと組織学的結果の比較の後、正常な扁平上皮から３７０の測定
値、浸潤性の癌から１、ＣＩＮ２／３（重度）から１２６、およびＣＩＮ１（軽
度）から６３であることが見出された。付け加えると６４ヵ所の点は発達しきっ
た異形成として、９８は未成熟の異形成として、３４は円柱組織として分類され
た。「正常」と性質決定するためには、扁平上皮は変形ゾーンの外にあり、酢酸
で変化の兆候を示さず、かつルゴール・ヨードで陽性の染色を有していなければ
ならない。

【００４４】（分析）各々の測定位置で記録した第１のデータのセットを形成する１００測定値を平
均化して８通りの周波数各々でインピーダンスの平均値を得た。その後、インピ
ーダンス・スペクトルを形成するこれらのデータを最小二乗偏差法で以下のＣｏ
ｌｅの式に当てはめ、

【００４５】

【数４】

【００４６】Ｒ₀、Ｒ∞およびＦ_cの概算値を得た。Ｒ₀とＲ∞はそれぞれ極めて低い周波数お
よび極めて高い周波数でのインピーダンス（実部分）であり、Ｆ_cは周波数であ
り、αは定数である。組織の異質性と共にαは増大するが、Ｆ_cの評価の精度を
向上させると分かったので我々は値をゼロと仮定した。このケースでは抵抗Ｓと
並列でキャパシタＣと直列に抵抗Ｒが配置されて構成される等価電気回路は上記
の等式で与えられるインピーダンスＺを有し、ここで、

【００４７】

【数５】

【００４８】である。したがってパラメータＲ、ＳおよびＣは当てはめたＣｏｌｅの式から決
定される。プローブを既知の導電率の生理食塩水で較正したので、ＲとＳは導電
率に反比例し、Ωｍの単位を有する。それらはそれぞれ細胞外および細胞内の空
間に関係する可能性がある。Ｃは細胞膜のキャパシタンスに関係し、μＦｍ^-1の
単位で与えられる。

【００４９】この種のデータを分析してＲ、ＳおよびＦ_cまたはＣの値を与える方法はＣｏ
ｌｅの式ばかりではない。実際にもっと正確なＲ、ＳおよびＦ_cまたはＣの値を
与えることのできる他のもっと洗練された方法が当該技術で知られている。

【００５０】（結果）４つの組織グループについて導き出したＣｏｌｅの式のパラメータＲ、Ｓおよ
びＣが表１に与えられている。統計学的パラメータ範囲もまた示されている。平
均値の９５％信頼度（９５％ＣＩ）が手引きのために与えられているが、これら
はガウス分布を仮定している。また、ノンパラメトリックのマン・ウイトニー両
側検定も実施し、いくつかの有意のグループ分けが存在することを示した。Ｒお
よびＳの値はＣＩＮ２／３組織から正常な偏平上皮組織を分ける（両方のケース
でｐ＜０．０００１）。ＲとＳはまた、ＣＩＮ１組織からも正常偏平上皮を分け
る（両方のケースでｐ＜０．０００１）。ＳはＣＩＮ２／３組織からＣＩＮ１を
分ける（ｐ＝０．０００９）。Ｃの値は何ら有意の変化を示さない。浸潤性の癌
に対応する組織サンプルは１つだけであった。このケースでの測定値はＲ、Ｓお
よびＣについてそれぞれ８．０、５．１および０．２８であった。

【００５１】１００測定値の２回繰り返し測定値の組は測定の再現性をチェックするのに使
用した。測定値の変動係数（標準偏差／平均値）はＲ、ＳおよびＣについてそれ
ぞれ０．１０８、０．２６３および０．２５３であった。

【００５２】ＲとＳの算定値の統計学的自立性を査定するために正常な偏平上皮、ＣＩＮ１
およびＣＩＮ２／３組織についてプールしたデータを使用してピアソン相関を実
施した。ｒ²は０．０８６であり、これはＲの変動の８．６％だけがＳの変動に
起因し得るものであり、逆もまた真であることを示すと解釈することができる。

【００５３】正常な偏平上皮からＣＩＮ１を経由してＣＩＮ２／３へと上皮が進行するとき
のＲおよびＳの変化は図２の柱状図で図示されており、次のように要約すること
ができる。

【００５４】Ｒは因数５で減少する。Ｓは因数２．５で増加する。Ｃは変化しない。

【００５５】本技術の選別検査としてのあり得る有用性を理解するのを補助するために、正
常な偏平上皮およびＣＩＮ２／３の組織のグループについて受診者動作特性（Ｒ
ＯＣ）曲線を導き出した（図３）。ＲＯＣ曲線は２つのパラメータＲとＳを正常
な偏平上皮とＣＩＮ２／３の組織との間の判別式として使用して得られる感度（
１−偽陰性の区分）と特異性（１−偽陽性の区分）を示す。測定値が２つのグル
ープ間で弁別を示さない場合、４５°で単一の線が得られる。弁別がある場合、
曲線は上方で左方向に移動する。曲線より下の面積が与えられる。０．５の面積
はグループ間に弁別のないことに相当し、１．０の面積は完全な区別化に相当す
る。

【００５６】（女性１人当たりの分析）各々の測定部位に基づくデータの分析に加えて、各々の女性についてもまたデ
ータをグループ化した。電気的インピーダンス測定値と参照の塗抹標本検査およ
びコルポスコピー試験の結果の両方との間で比較をするためにこれを実行した。

【００５７】各々の女性について単一の指標を供給するために、８箇所の測定部位の各々に
ついて最初にＲ／Ｓを算出した。これは正常な偏平上皮からＣＩＮ１を経由して
ＣＩＮ２／３へと進行するときにＲが低下してＳが増大するという事実を考慮す
るための企図であった。ＲとＳの別の組み合わせは使用可能であり、この基本に
のっとって組織の区別化を最適化する企てはしなかった。その後、各々の女性に
ついて最も低いＲ／Ｓの値（Ｒ／Ｓ最小値）を、これが最大の異常を識別するは
ずであるという基本にのっとって、結果として得た。しかしながら、この識別方
法はコルポスコピーによって円柱または未成熟の異形成組織と識別されたいくつ
かの組織部位を含むことが観察された。この混同を低減するために、各々の女性
のＲ／Ｓの最小値をとるときにＲが２．３６Ωｍに等しいかまたはそれ未満の部
位（ＣＩＮ２／３については２５％百分位数）を除外した。

【００５８】コルポスコピーとバイオプシーの結果はＣＩＮグループか「正常」グループの
いずれかに女性を配置するのに使用した。「正常」グループの全員が６ヶ月の間
隔を置いて、繰り返しの子宮頚部の細胞学およびバイオプシーで少なくとも２回
のコルポスコピー試験を受けた。何らかのＣＩＮ１またはＣＩＮ２／３の組織が
識別された場合、その女性はＣＩＮグループに配置された。ＣＩＮグループは８
８人であり、「正常」グループは２８人であった。合計１２４人の女性達から８
人を除外した。８個の測定値から６個未満しか得られないかまたはコルポスコピ
ーの調査が曖昧であった場合は女性たちを除外した。

【００５９】Ｒ／Ｓ最小値の結果は図４に示したＲＯＣ曲線を使用してＣＩＮ、「正常」分
類と比較される。この曲線の下の面積は０．８１９である。表２はこれらのデー
タから導き出される統計学的パラメータの範囲を提示している。

【００６０】インピーダンスの結果に基づいて１１６人の女性達を分類し、Ｒ／Ｓ最小値の
７５％百分位数の点（０．８１）を境界線として使用する場合、インピーダンス
は次の性能の程度を生じた。すなわち、感度７５％（６６／８８）、特異性７１
％（２０／２８）、陽性的中度８９％（６６／７４）および陰性的中度４５％（
２０／４４）である。この研究で子宮頚部細胞学は７６％（８８／１１６）の陽
性的中度を有した。すべての女性達が陽性の塗抹標本結果であったので他の程度
は算出できなかった。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【表２】

【００６３】前癌状態の段階での子宮頚部組織の主たる変化は表面付近の細胞層の破壊と細
胞核のサイズの増大である。これは図５に示されている。測定したインピーダンス・スペクトルに当てはめたＣｏｌｅの式はパラメータ
Ｒ、ＳおよびＣを供給する。Ｒは細胞外空間を通る導電径路によって決定され、
したがって層中への細胞のパッキングに敏感である。正常な偏平上皮では電流は
細胞層の周囲を辿らねばならず、したがって長い抵抗性の経路をとるので高い値
のＲを見ると予想していた。ＣＩＮ１およびＣＩＮ２／３へと変化していく組織
では正常な偏平上皮の表面細胞層が無くなり、したがってＲは大幅に減少する。
Ｒの観察した変化はこのモデルにうまく当てはまる。この結果はすでに知られて
いることと合致する。

【００６４】Ｓは細胞内空間を通る導電径路によって決定される。ＣＩＮ２／３の組織でＳ
が増大することは正常なものと比べてこの組織で核のサイズが増大していること
を反映しているようである。これは以前にはわかっていなかった。

【００６５】Ｃは細胞膜の構造によって決定される。文献にはＣＩＮ２／３の組織で期待さ
れる変化に関して予測を可能にする証拠はない。本研究の第２の目的は女性の子宮頚部における潜在性の前癌状態による変化を
選別する方法としての本技術の能力を査定することであった。我々の結果は、正
常な偏平上皮とＣＩＮ１およびＣＩＮ２／３へと変化する組織とにおいて極めて
優れた測定区別を示す。ＲＯＣ曲線（図）はＣＩＮ２／３に伴なう変化の検出で
０．９の感度と特異性を得られることを示している。

【００６６】ＯｂｓｔｅｔｒｉｃｓａｎｄＧｙｎａｅｃｏｌｏｇｙ，９３，３，４６２
−４７０（１９９９）に発表した論文の中でＭｉｔｃｈｅｌｌ等は偏平上皮内障
害の診断とそれに由来するＲＯＣ曲線について総説した。彼等はパパニコロー塗
抹標本試験で０．７６、コルポスコピー診断で０．８４、および彼等の開発した
蛍光分光技術で０．７１から０．７５のＲＯＣ曲線下方面積を提示している。殆
どのケースでＭｉｔｃｈｅｌｌ等はＲＯＣ曲線を導き出すのにＣＩＮ１とＣＩＮ
２／３組織を一緒にまとめた。一緒にまとめたＣＩＮ１とＣＩＮ２／３組織で匹
敵する我々のデータの図は区別パラメータとなるＲとＳそれぞれで０．９３４と
０．８３４である。しかしながら、これらの図とＭｉｔｃｈｅｌｌ等によって引
用されたそれらとの比較は、我々の図が個々の部位で為された測定値に関するも
のであるために誤解を招き易い。もっと良い比較は我々の示す「一女性当たりの
分析」結果に対するものである。Ｒ／Ｓを使用した「一女性当たりの分析」（図
４）の曲線下方面積は０．８１９である。これはパプ試験を超えたかなりの改善
を表わしており、その一方でかなり便利で迅速である。

【００６７】（有限要素モデル）パラメータＳが直接的に核のサイズ、および／または細胞質に対する核の容積
比率に関係するという結論のさらなる支持を供給するために、３ｍｍ×３ｍｍ×
０．４ｍｍの組織断片の有限要素モデルを作製した。いくつかの別々の周波数で
流される電流を有するモデルのシミュレーションを実行し、インピーダンスの実
成分を各々の周波数で測定した。核：細胞質（ｎ：ｃ）の容積比率を変えながら
これを繰り返した。

【００６８】正常な組織では、ｎ：ｃ比率は表層細胞で０．００３、中層細胞で０．０２、
副基底細胞で０．０４、基底細胞で０．２７であった。その後、比率を０．３、
次いで０．５に調整した。これらの値はＣＩＮ２／３の組織の比率と殆ど等しい
。結果を図６に示す。

【００６９】結果は明らかに、曲線が１０および１００ｋＨｚの間のどこかの値まで一致し
、その地点で曲線が分かれ、ｎ：ｃ比率が高くなるに従って合計の実インピーダ
ンス（すなわち抵抗性）が高くなることを示している。これはｎ：ｃが高めの場
所での細胞質を通る導電径路の減少によって説明することができ、Ｓの値が一層
低くなり、したがって合計の抵抗性インピーダンスが低くなる。細胞膜が電流で
貫通される臨界周波数において曲線が分かれ始める。

【００７０】これらの結果をＣｏｌｅの式に当てはめ、そこから導き出したＲとＳの値は実
際の組織で得られた結果と充分に等価であった。要約すると、発明者らは組織の電気的インピーダンス・スペクトルのいくつか
の特徴は細胞の配列（層形成）および細胞核のサイズの変化によって説明できる
ことを示した。これは電気的インピーダンス・スペクトル測定値から組織構造を
導き出す道を開くものである。例えば、胃食道移行部および膀胱から測定値を得
ることは可能であり、そこでは前癌状態の変化を選別することは重要なことであ
る。我々は子宮頚部組織の優れた区別化を与えるのにこの方法論が使用できるこ
とを示した。得られた感度および特異性は既存の選別方法に少なくとも匹敵する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法で使用するプローブの端部の透視図である。

【図２】イン・ヴィヴォの実験のＣｏｌｅのパラメータＲ、ＳおよびＣの平均値を示す
柱状図である。

【図３】イン・ヴィヴォの実験のＳのデータから導き出されるＲＯＣ曲線を示す図であ
る。

【図４】イン・ヴィヴォの実験のＲ／Ｓのデータを使用して「一女性当たり」の比較を
示すＲＯＣ曲線の図である。

【図５】正常から浸潤性の癌への進行を示す上皮組織の図である。

【図６】細胞サイズに対する核の様々な比率の変化を示す、子宮頚部偏平上皮の有限要
素モデルで周波数に対するインピーダンス（実成分）をプロットした図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年９月３日（２００２．９．３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【数１】ここでＺ＝インピーダンス（オーム）Ｒ∞＝無限大周波数での抵抗（オーム）Ｒ₀＝直流での抵抗（オーム）Ｆ＝周波数（ヘルツ）Ｆ_c＝「臨界周波数」（ヘルツ） α＝「分布定数」と呼ばれるものである、請求項１から６のいずれかに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者スモールウッド，ロドニー・ハリスイギリス国エス33 ９エイチユーホウプ・ヴァレー，ブラッドウェル，グランビー・ロード，ネザー・ムーア・ハウス (72)発明者ボストン，カレン・ジュリーイギリス国エス40 １ジェイビーダービシャー，チェスターフィールド，アッシュゲイト，アッシュゲイト・アベニュー８ (72)発明者ブラケット，アンソニー・デヴィッドイギリス国エス75 ４イーエックスサウス・ヨークシャー，コーソーン，セイント・ジュリエンズ・マウント８ (72)発明者ティディ，ジョン・アンソニーイギリス国エス11 ７ピーアールシェフィールド，リンギングロウ・ロード 120 Ｆターム(参考） 2G045 CB01 CB02 FA34 GC16 2G060 AA15 AD06 AE40 AF06 HC09 HE03 4C027 AA06 GG09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なるサイズの核を有する細胞の２つまたはそれ以上の組織
タイプの組織の所定の領域で区別化をする方法であって、（ａ）ある範囲の周波数にわたって組織の領域に交流電流を印加するステップと
、（ｂ）各々の周波数で前記組織のインピーダンスを測定するステップと、（ｃ）その結果から、細胞質によって提供される電気的抵抗を表わす細胞内の抵
抗値Ｓを導き出すステップと、（ｄ）前記Ｓ値に基づいて前記組織タイプを区別するステップとを含む方法。
【請求項２】肥大した細胞核を有する細胞を含む潜在性の癌または前癌状
態の組織の存在について検査を行う方法であって、（ａ）ある範囲の周波数にわたって組織の領域に交流電流を印加するステップと
、（ｂ）各々の周波数で前記組織のインピーダンスを測定するステップと、（ｃ）その結果から、細胞質によって提供される電気的抵抗を表わす細胞内の抵
抗値Ｓを導き出すステップと、（ｄ）前記Ｓ値に基づいて、バイオプシーまたは他の方法によるさらなる調査が
必要かどうか判定するステップとを含む方法。
【請求項３】肥大した細胞核を有する細胞を含む癌または前癌状態の組織
の存在について組織のバイオプシー・サンプルを分析する方法であって、（ａ）ヒトまたは動物から組織バイオプシーを得るステップと、（ｂ）或る周波数の範囲にわたって交流電流を前記組織に印加するステップと、（ｃ）各々の周波数で前記組織のインピーダンスを測定するステップと、（ｄ）その結果から、細胞質によって提供される電気的抵抗を表わす細胞内抵抗
値Ｓを導き出すステップと、（ｅ）前記Ｓ値に基づいて、癌または前癌状態の組織の存在の可能性を判定する
ステップとを含む方法。
【請求項４】前記周波数の範囲が５０ｋＨｚから１．５ＭＨｚまでの範囲
の周波数を含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】（ａ）前記結果から、組織の前記領域にある細胞間の電流径
路によって提供される電気的抵抗を表わす細胞外抵抗値Ｒを導き出すステップと
、（ｂ）ＲとＳの値の前記組み合わせに基づいて前記判定または区別化ステップを
行うステップとをさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】ＲとＳの前記組み合わせがＲ／ＳまたはＳ／Ｒである、請求
項５に記載の方法。
【請求項７】前記Ｓ値および／または前記Ｒ値が前記結果を次のＣｏｌｅ
の式に当てはめることによって導き出され、【数１】ここでＺ＝インピーダンス（オーム）Ｒ∞＝無限大周波数での抵抗（オーム）Ｒ₀＝直流での抵抗（オーム）Ｆ＝周波数（ヘルツ）Ｆ_c＝「臨界周波数」（ヘルツ） α＝「分布定数」と呼ばれるものである、請求項１から６のいずれかに記載の方法。