JP2009512500A - 体内腫瘍のスクリーニングのための超高特定性装置及び方法 - Google Patents

体内腫瘍のスクリーニングのための超高特定性装置及び方法 Download PDF

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Abstract

ターゲット組織内の体内腫瘍をスクリーニングするための装置及び方法を提供する。当該装置及び方法は、ターゲット組織内に腫瘍が存在するリスクについての局所的な目安を高い特定性で提供する。この局所的目安は、局所ヘモグロビン、組織酸素飽和度及び他の組織の特性の非線形な組み合わせに基づく。

Description

本発明は、一般に、体内腫瘍のスクリーニングを実行するための装置及び方法に関する。より詳しくは、本発明の装置及び方法は、携帯可能で非侵襲の、腫瘍の存在を低い偽陽性エラー率（false-positive error rate）でスクリーニングする極めて高い特定性（specificity）を持つ論理ユニットを備えた電磁波・超音波複合型スキャナを用いて、極めて高い特定性で体内腫瘍をスクリーニングすることを可能にする。これにより、大人数のスクリーニングに利用することができ、必要のない侵襲的なフォローアップ検査を最小限に抑えることができる。
多くの腫瘍はしばしば遅れて発見され、癌になってから発見されることも多い。例えば、米国において胸部の腫瘍が最初に発見されたときの平均サイズは、女性が幅２．０ｃｍ、男性が２．５ｃｍと、驚くほど大きい。対照的に、初期の腫瘍は、たびたび検出されない。スクリーニング検査が広範に実施されたことによる早期診断が、１９５０年代から現在までの乳癌及び前立腺癌（性に関連した主要な致命的な腫瘍）における米国での死亡率低下の理由であると考えられているが、末期癌と診断されるケースが引き続き多く存在することは重大な問題である。
この事実は、腫瘍の早期のスクリーニングが、早期の診断と、スクリーニングを受けた患者の生存可能性にとって重大であることを示している。例えば、全てのファクター（年齢、危険因子など）に合致する乳がん患者に、最初の癌と診断された時に「あなたは定期的に胸部の自己診断のスクリーニングを行っていましたか」と質問したときに、「はい」と答えた人の腫瘍の平均サイズは２．５ｃｍであったのに対し、「いいえ」と答えた人の腫瘍の平均サイズは３．２ｃｍであった。このことだけでも興味ある事実だが、この二つの患者グループの結果が非常に異なるものになったという事実は、より重要である。すなわち、診察後の１５年間で、早期の自己診断によってスクリーニングを行った患者の７５％が生存したのに対して、早期の自己診断を実行しなかった患者の生存は５７％だけだった。
したがって、腫瘍を早期にスクリーニングをすれば、腫瘍が小さい時点での診断につながり、生存率の向上をもたらす。しかしながら、早期のスクリーニングは、その特定性が低いために、望ましい程度には広まっていない。特定性とは、医学的に、「腫瘍がないときに正常な患者が正常であるとの結果を生じる可能性」と定義されている。特定性が悪いほど、正常な患者が偽陽性テスト（false-positive test）を受けたり、侵襲的な生検などの再検査を受けなければならない可能性がより高くなる。偽陽性テストとは、実際には患者には腫瘍が無いにもかかわらず、腫瘍について陽性とのテスト結果を受ける場合をいう。
通常、腫瘍スクリーニング検査は、癌に対する高い感度を達成するように設計されている。すなわち、できるだけ多く癌であるとの事例を見いだすため、言い換えれば、「腫瘍などの異常がある患者が異常であるという結果になる可能性」を最大にするよう設計されてきた。要求されるトレードオフは、感度／特定性の統計データの原理に基づいて、通常、技術的に受信者動作特性曲線（Receiver-Operator Curves、”ROC”）と呼ばれ、より低い検査特定性または、より高い偽陽性率となる検査感度の増加である。
偽陽性テストは悪い面があり、その中には、不必要な侵襲的な検査、患者や家族の不安や苦痛、仕事を失うこと、医療コストの増加などが含まれ、そして何より、精密検査の結果何ら癌が見つからなかった場合には医学的検査そのものに対する根本的な信頼が失われる。事実、米国では、実際に発見される乳がん一つに対して、１０回以上の胸部生検が行われる。このことは、多くの女性にとって、積極的なスクリーニング検査は不必要な精密検査をもたらすということを意味する。複数の調査によれば、偽陽性とされて生検を受けることになった多くの女性は、そのような経験に不満を抱いている、ということは重大である。後にしこりを発見したこのような女性、彼女たちに検査を受けさせたが良性のしこりしか見つからなかった場合の医者、そして、早期の多くの病変を見誤ってだまされた放射線技師は、病変が将来癌になるだろうと明らかな結果を示しながら、言うことを躊躇する。感度を最大限にするという伝統的な目標も、特定性が低く偽陽性の割合が高ければ、人的、社会的なコストの増大につながるというのが、我々の見解である。
問題の重要性を分かりやすくするために、現在の高い感度のスクリーニング検査及び、それらに付随する偽陽性検査の背後にある数字（下の表に示される）について検討する。乳がんの検出のために広く用いられる主要なスクリーニング検査は、（ａ）年１回の専門家による臨床的な視触診による胸部検診（ｂ）年齢４０歳以後、年１回、放射線科医師又は専門家によって行われるＸ線マンモグラフィー及び（ｃ）１８歳以後、月１回、全ての女性に勧められる胸部自己診断である。同時に、これら３つのスクリーニング検査によって、毎年、米国において検出される乳がん、２２５，０００件の新たな事例の大部分が最初に特定されているが、その際、毎年、５００万人以上の女性が追加の精密検査に回される。下の表に示されるように、乳がんに対する感度を重要視することは、多数の生検及びフォローアップの診察が必要となることを意味する。
現在の乳がんスクリーニング検査のための偽陽性率

乳がん 偽陽性率 最良条件の偽陽性検査
スクリーニング検査 （％） （事例／年） *
ａ．視触診による検診 ４〜１２％1 ４，０００，０００
ｂ．Ｘ線マンモグラフィー ３〜３０％1 ３，０００，０００
ｃ．家における自己検診 １〜１２％ １，０００，０００
* １億人の米国女性が毎年、１つの検査（ａ〜ｃ）のみを用いた場合
1 国立癌研究所 ２００５年、乳がん（PDQ）スクリーニング、“www.nci.nih.gov/cancertopics/ pdq/screening/breast/HealthProfessional/page3”
幸いにも、癌組織は、正常組織とのいくつかの重複部分を持つとはいえ、平均したときに正常組織と異なる特性を有する。Cerussi AE,Berger AJ,Bevilacqua F,Shah N,Jakubowski D,Butler J,Holcombe RF,及びTromberg BJによるSources of absorption and scattering contrast for near-infrared optical mammography”放射性学会２００１，８（３）：２１１−２１８、には、癌組織は、他の組織と、脂質、血液酸素、血液の含有量、及び水分の含有量、の平均で違いを有していることが示されている。それは、また、腫瘍は多くの場合、低酸素及び／または充血していることを示す。しかしながら、この公開されている方法は、臨床的に認可された（例、ＦＤＡまたはＣＥによって認可された）使用可能な機器を構成していない。
例えば、米国特許公開公報Ｎｏ．２００５／０１９７５８３は、２つの光学的なデータ・セットを作り出す光学機器の使用について開示している。そして、これは、異常組織（検査をした組織内の腫瘍のような）を検出するために、２つの光学的なデータ・セットのコングルエンス（congruence）を計算するよう構成されたプロセッサーを有している。しかし、十分に低い偽陽性率で大規模なスクリーニングを実行するための方法としての特定性の最大化については教示も示唆もしてない。同様に、米国特許公開公報Ｎｏ．２００５／０１９４５３７、米国特許公開公報Ｎｏ．２００５／００２０９２３、国際公開Ｎｏ．ＷＯ １９９８／５１２０９及び欧州特許Ｎｏ．ＥＰ １００８３２６はすべて、癌組織を監視するための光学的な方法を教示しているが、特定性の最大化については教示しておらず、また、スクリーニング・ツールとして受け入れてもらうために必要とされる装置の説明もない。国際公開Ｎｏ．ＷＯ ２００５／０７０４７０は、感度と特定性を有する監視の考え方に言及するが、検査の予測値を研究することの範囲のみでしかない。感度を減少させて、特定性を向上させる検査がスクリーニング・ツールとしてメリットを有することについては、教示も示唆もされていない。
上記の既知の装置の全ては、高い感度を有するように設計されているものに限られている。上記に言及した感度と特定性との間のトレードオフのために、これらの先行技術の参考文献は、高い特定性を達成するために設計された手段または処理を開示することなく、また、大集団のスクリーニング・ツールの設定における特定の腫瘍の検出も考慮していない。要するに、先行技術には、高い特定性を達成する目的のために、異なる光学的な情報の処理のために配置及び最適化されたユニットが存在しない。
従って、感度を犠牲にするが、十分に低い偽陽性率となるような高い特定性を用いて、ターゲット組織からの光学的な情報処理に基づいて、ターゲット組織内における体内腫瘍の大規模なスクリーニングのための装置と方法を提供する必要性がある。それは、患者と医師が信頼でき、全ての利用者から信頼され、現在のスクリーニング手法に付加的に働くことを可能にすることで、広く採用されるであろう。
本発明の概要
前述のものを考慮して、本発明の目的の一つは、体内腫瘍の超高特定性（“UHS”）スクリーニングのための装置と方法を提供することである。
本発明の他の目的は、腫瘍の存否及び位置の、直接的定量的な、基準または指標を提供することである。
本発明のこれら及び他の目的は、超音波放出キャパシティ（“US”）を用いて又はこれを用いずにターゲット組織の部位に送られる連続的なＥＭ放射を発生する電磁波（“EM”）源についての本発明の装置と方法の典型的な実施例を用いることで、達成することができる。ターゲット組織の部位によって、散乱され、送信され、蛍光発光され、再放射されたＥＭ放射は、ＥＭセンサーによって取得することができ、その後、ＵＨＳを重視した論理ユニットによって指標を決定し、処理することができ、これにより、ターゲット組織の部位内にある腫瘍の存否の基準を生成することができる。
本発明の装置は、コンピュータ、インターネット、イントラネットに接続することができ、また独立して用いることもできる。当業者には明らかなように、ＵＳ及びＥＭ放射の複合型を用いるために設計された装置もまた、本発明の技術的思想に含まれる。
従来の体内腫瘍のスクリーニング・ツールに付加的に用いられる本発明の装置と方法は、実際には陽性では無い照会の負担を実質的に増加することなく、多くの患者の癌の、より初期の検出を可能とする。確立されたスクリーニング手法の設定では、従来の感度を重視した検出を犠牲とすることができる。それは、新しいスクリーニング・ツールは確立されたスクリーニング手法に付加的に加えるので、その手法の全体的な感度を低減することなくスクリーニング・ツールに、特定性を重視した検出を追加するためである。特性を導くような感度を除くことによって、変更点を、本発明の装置に構成することができる。例えば、空間分解能力を低くし、製造を容易にし、性能価格比、使い易さ、使用速度、及び他の有益な変化などである。
本発明の装置と方法は、以下で説明されているように、一つ以上の利点を有する。
一つの利点は、患者、医師又は外科医が、危険性の高い患者の局所腫瘍の検出に関して、即時にフィードバックを入手し、早期に応答することができることである。
他の利点は、本発明の装置と方法が、スクリーニング・ツールとして、家庭又は病院の患者に安全に設置でき、必要とされる長期間の腫瘍特有なフィードバックを与えることである。
更なる利点は、本発明の装置と方法が、腫瘍アブレーション装置のような、治療上の装置に動作可能に接続でき、局所腫瘍の検出そして、その程度に基づいて、除去または切断機能にフィードバックを提供することである。
更にもう一つの利点は、本発明の装置は、ＥＭ放射を用いて腫瘍を検出することから構成することができ、それにより、シンプルで、安全で、そして、光を測定するだけの電流を流す必要がなく光を測定するだけの検出が可能となる。
本発明の利用範囲及び利点は、実施例によって、そして現在稼働し動物実験を行っている装置の動作の詳細な説明によってより良く理解されるだろう。本発明のそれらと他の利点は、以下の詳細な説明の考慮の上に明らかになる。そして、図面や、同じ記号は同じ部分を示す。
本発明の典型的な実施例によれば、ターゲット組織の部位における体内腫瘍の超高特定性（UHS）スクリーニングのための装置と方法が提供される。腫瘍という用語はここでは広く、悪性組織または組織内の癌を指し、生体動物、植物、ウイルスや細菌などの被検体にも存在しうるが、哺乳類、特に人間におけるものが重要である。対象とする組織は、検出、撮像、研究しようとする組織の物質とすることができる。以下に説明する実施形態では、胸部を対象組織とする。
本発明によれば、体内腫瘍のスクリーニングを、大きな集団に適用することができる。本発明の装置は、既に使われている他の標準的なスクリーニング・ツールに追加して使うことで、付随的なスクリーニング・ツールとして使用することができる。付随的なスクリーニング・ツールには、テストの回数が増えるという不利な面もあるが、実際に使えば現実に腫瘍が早期に検出される患者の割合が増大するという代え難い利点がある。
以下のさらに詳細な説明において、本発明の装置は、特定性を重視するため、感度をある程度犠牲にする。ここで使われる感度という用語は、一般に、腫瘍などの異常のある患者が、異常があるとのスクリーニング検査結果になる理論的な確率を意味する。すなわち、感度とは、病気を患っている患者が病気を患っているとして、正しくスクリーニングがされる確率を意味する。感度は、１−（偽陰性率）として表される。言い換えれば、患者が実際に病気を患っているときに、スクリーニングテストで陰性と診断される割合である。
ここで使われる特定性という用語は、一般に、正常な患者は正常な検査結果を有するという、論理的な確率を意味する。特定性は、１−（偽陽性率）として表される。言い換えれば、患者が実際に病気を患っていないときに、スクリーニングテストで陽性と診察される割合である。
本発明の装置は、一般的に超高特定性（“UHS”）装置と呼ぶことができる。ここで使われるＵＨＳ装置は、病気を患っている患者を見誤ることを犠牲にして、陽性な診察に、強力な確度を与えようとする。ＵＨＳ装置は、それらの偽陽性率を最小化し、真の陽性率を達成することができる。言い換えれば、実際に病気を患っている患者に、病気が陽性であるという診察に終わるスクリーニング検査の率が、スクリーニングを行った、ある集団の少なくとも３分の１となることである。
ＵＨＳ装置の重要な側面は、最大限の検出を目指しておらず、むしろ、陽性のスクリーニング検査が正確となる可能性を最大化することである。その一方で、全てとは言えないが、ほとんどの体内腫瘍スクリーニング検査は、最大限の腫瘍の検出を得ようとする。すなわち、感度の最大化である。例えば、検出された乳がん一つに対して５乃至１０回の割合の胸部正検が医療分野では、従来受け入れられてきた。これは、今日、利用可能な従来の乳がん検査スクリーニング検査によって、乳がんを患っていない多くの患者が、乳がんを患っているとして、判断されてきたことを意味する。ＵＨＳ装置は、乳がんを患っている、いくらかの患者を見落とすかもしれないが、癌のスクリーニングのためのＵＨＳ検査が陽性である場合、特徴的かつ強力な利点を有し、患者が乳がん（またはどのような、癌がスクリーニングされたとしても）を患っている可能性は高くなり、少なくとも３分の１または２分の１、希望する場合はさらに高くすることができる。
図１Ａを参照すると、本発明に従って、ＵＨＳ論理ユニットを有する、複合型ＥＭ／ＵＳ体内腫瘍のスクリーニング装置の典型的な概念図が示される。体内腫瘍スクリーニング装置１００は、ソフト・シリコーンの筐体１０５で覆われている。通常、外装１０５は、「United States Food and Drug Administration」または、他の医療装置を規制する機関によって推薦される、ポリエチレンまたはサージカル・スチールのような、認可されたクラスＶＩ素材（Class VI materials）から構成される。本発明の技術的思想において、装置１００の一部は、必要に応じて、この殻から突き出ることができる。ただし、突き出る部品それら自体に生体適合性を有する必要がある。
装置１００内では、複合型ＵＳ／ＥＭ源１１０が、それの構成部品として説明されている。広帯域赤外線放射は、広帯域源１１５を形成するよう広帯域赤外線蛍光体でコーティングされた赤色ＬＥＤによって、生成され放射される。広帯域源１１５は、プラスティックのビーム形状のマウントに埋め込まれており、光学クリア・エポキシ１２０を使い、源１１５内で生成されたＥＭ放射が、放射進路ベクトル１３０で示されるように前方へ進むようにする。この放射の少なくとも一部は、ターゲット領域１３５に光学的に接続され、その結果、ターゲット領域１３５を照射する。ターゲット領域１３５は、装置１００によって腫瘍のためにスクリーニングしようとする生体組織の部位とすることができる。例えば、胸部組織または他の潜在的な癌組織などである。ＥＭ源１１０はまた、電気的接続１７０及び１７５のような、２つの電気的接続を有し、ＥＭ源１１０を電源１８０に接続する。一つの典型的な実施例では、電源１８０は電池とすることができる。
ここで使われるように、広帯域源１１５によって生成されたＥＭ放射を、ターゲット領域１３５に光学的に接続することは、一般に２つの要素の配置に関連する。これは、例えば、それぞれ広帯域源１１５及びターゲット領域１３５であって、第一の要素から発生するＥＭ放射が、第二の要素と少なくとも一部分で相互作用する。これは、空気または空間を介する、自由空間伝播（補助を受けることなく）の形態であってもよく、レンズ、フィルター、ヒューズ・ファイバー拡張機（fused fiber expanders）、コリメータ（collimators）、集線装置（concentrators）、集光器（collectors）、光ファイバー（optical fibers）、プリズム（prisms）、鏡（mirrors）、または鏡面（mirrored surfaces）のような、光学要素の使用を必要とする形態とすることもできる。
ターゲット領域１３５に到達する放射の一部は、ターゲット領域１３５内の組織と相互作用する。すなわち、ターゲット領域１３５の組織によって分光的、蛍光的、回転的、時間的、その他の影響を受ける。そして、放射進路ベクトル１４０に示されるように、放射の一部は、集光窓１４５を介して、装置１００に返る。この実施形態における集光窓１４５は、ガラス窓、プラスティック窓またはクオーツ窓とすることができるが、希望によっては、代わりに、単に隙間またはレンズとすることもできる。ターゲット領域１３５から返るＥＭ放射は、集光窓１４５を介して、ＥＭ検出器またはセンサー１５０に達し、それによって察知及び検出される。
さらに、ＥＭ放射全体に振動性の交流信号を加えるために、超音波を源１１０に加えることができる。これは組織を貫いてスキャンをするなどのためである。それによって、超音波を照射する組織の特定領域を介して進む光にラベル付けする。このように、空間的なタグ付けを生成するよう超音波を照射することは、この分野で知られている（例えば、DiMarzio 2003, EP 1 008 326）。
センサー１５０は、波長を感知できるように設定された多数の個別の検出器、または、連続的なＣＣＤスペクトロメータとすることができ、ここへは、波長制御された光学格子、フィルター、または波長特定（wavelength-specific）の光ファイバーによって、ＥＭ放射が入ってくる。いずれにしても、センサー１５０は、ターゲット領域１３５から後方散乱され検出されるＥＭ放射に関連する腫瘍特有な信号を送信する。そして、ターゲットとする信号を生成するために、線１６０及び１６５を介してＵＨＳ論理ユニット１６５に送られる電気信号（この場合はデジタル信号）を生成する。
図２Ａ乃至Ｅを参照する。これは、図１Ａに示され、本発明に従って構成されたセンサーの様々な構成の典型的な概念図を示す。図２Ａで示される一つの構成では、センサー１５０は、単純に、単一のフォトダイオード２００及び、処理電子ユニット２０５である。フォトダイオード２００は、異なる波長のＬＥＤの集まりであるＬＥＤ１１５の構造によって、波長を感知できるようにされており、異なる時間又は変調周波数それぞれで放射し、フォトダイオード２００及び処理電子ユニット２０５によって照射する波長のデコードを可能にする。もう一つの方法として、図２Ｂに示すように、センサー１５０は、異なるフォトダイオード２１０Ａ乃至２１０Ｎとフィルター２１５Ａ乃至２１５Ｎのセットを具備し、各フォトダイオードが、一つの波長の領域のみに反応するようにし、さらに、処理電子ユニット２２０によって、波長別に検知する光のデコードをするようにすることもできる。
さらに、もう一つの方法として、図２Ｃに示すように、センサー１５０は、電子的可変フィルター２３０を有する単一のフォトダイオード２２５とすることができ、送信された波長が、処理電子ユニット２３５によって、選択及び処理されるようにする。同調可能フィルター（tunable filter）としては例えば、米国マサチューセッツ州ケンブリッジ、ケンブリッジ・リサーチ社によって、販売されている、ＶａｒｉＳｐｅｃ（商標）とすることができる。さらにもう一つの構成では、図２Ｄに示すように、センサー１５０は、長さを変えられる集積フィルター窓（integrated filter window）２４５を有するＣＣＤチップ２４０とすることができる。これにより、特定の波長のみが、ＣＣＤ２４０の各々の部分に到達するようにし、処理電子ユニット２５０によって、照射する波長のデコードを可能にする。
他の構成は、図２Ｅに示される電磁及び音波を複合した実施例とすることができる。図２Ｅでは、センサー１５０は、ＣＣＤチップ２５５及びこれに直線的に配列して取り付けられた深度焦点超音波エミッター２６０を備え、超音波を用いて異なる深さの組織を変調して、深さ分解された（depth-resolved）ターゲット信号を得ることができる。
当業者において、当然のことながら、図２Ａ乃至Ｅに説明されたセンサーの構成は、本発明に従って構成されたセンサーの柔軟性を明示するために、例示の目的だけのために提供される。図２Ａ乃至Ｅに説明されたセンサーの構成は、すべてを網羅することも、省略によって、限定的に制限することも意図していない。本発明の原理と実施例から逸脱することなく、さらに別のセンサーの構成を、使用することも可能である。
ＵＨＳ体内腫瘍の検知、検出、位置の特定、画像化を実行できるように、造影剤の使用、散乱、吸収度、リン光、蛍光、ラマン効果その他の既知の分光学技術を適用することができるのであれば、センサー１５０によって生成されるターゲット信号を、これら既知の光学技術の使用を通して、さらに優れたものとすることができる。ターゲット信号は、例えば、腫瘍の発生から成長の間に正常組織から変化することが知られている毛細血管飽和率（capillary saturation）及び血液濃度(blood content）の関数（function）とすることができる。
図１Ｂを参照する。同図には、本発明に従って、体内腫瘍のスクリーニングを受ける被験者について、図１Ａ内に示される装置の典型的な配置の実例が示される。装置１００は、乳がんのスクリーニングをする被験者１８５の胸上に置かれている。この実施例では、装置１００は、被験者１８５の胸の小さい部分を覆って置かれ、以下により詳細に説明する図２Ａ乃至Ｅ及び図３に例示されるスキャンを実行できるよう、十分に小型軽量である。
この典型的な実施例では、腫瘍の存在のために、ターゲット組織を検査する。装置１００のスイッチを入れると、ＥＭ源１１０はターゲット領域１３５の照射を開始する。この場合のターゲット組織は、被験者１８５の胸部組織である。被験者１８５は、生体とすることができ、そして、本発明の動作及び使用法を理解する、説明の目的のために用いる。
装置１００が被験者１８５上に置かれた時点で、組み込まれた分光光度計であるセンサー１５０は、後方散乱されたＥＭ放射を受け、かつ、波長別にＥＭ入射を分離し測定する。すなわち、センサー１５０は、広帯域源１１５によって送信されたＥＭ入射を分析し、波長ごとにどのくらいの光が反射されたかを、決定する。この入射の分析は、以下に詳細に説明するように、腫瘍の存否と位置の直接的定量的な基準または指標生成のために、超高特定性（“UHS”）論理ユニット１６５に送信される。
腫瘍の存否と位置を表す指標を生成するために、装置１００が、ターゲット組織領域１３５を数回スキャンするようにしてもよい。広帯域源１１５から広帯域光を受光する際に、１回のスキャンでターゲット組織１３５によって反射されたＥＭ放射の多くのデータ・ポイントを取得する様々なスキャンのパターンを用いることができる。センサー１５０は、送信されたそれぞれの波長ごとに、後方に反射される光の量を決定する。例えば、装置１００は、胸部領域をカバーするように、数回、胸部組織をスキャンすることによって胸部の腫瘍を検出するスクリーニング装置として用いることが可能である。
図３Ａ乃至Ｅには、ＵＳは用いずＥＭのみ放射して、患者に対してどのように体内腫瘍スクリーニングを行うかについての典型的な実例が示してある。被験者１８５の胸部３００の全域で装置１００を使用する一つのスキャン・パターンが、図３Ａに例示されている。スキャン・パターン３０５は、単に、考えられる多くのパターンにおける一つの例示であって、決して、最良のあるいは唯一のスキャン・パターンであることを意図あるいは示唆するものではない。
図３Ａでは、胸部３００は、前後方向のスキャン・パターンを用いて、スクリーニングされる。スクリーニングは、光学的なデータを取得して処理するのに必要である十分な滞留時間であって、胸部３００の全域でパターン３０５によって装置１００を動かすために必要とされる短い時間の間、実施される。この前後方向のスキャン・パターンは、胸部３００の全表面スキャンと、胸部３００内の組織における最大の容積測定の範囲を与えることを目的としている。上記で述べたように、パターン３０５以外に、胸部及び胸の間の側面や襞などを合理的に含むことができ、検出における高い特定性が達成されるような、実益性や関連性があると考えられるパターン３０５と同等又は優れた他のパターンを、用いることも考えられる。
図３Ｂでは、図３Ａの胸部３００及び前後方向のスキャン・パターン３０５が、腫瘍３１０がはっきりと見えることを可能とするように点線で示してある。ここで留意すべきは、図３Ｂの腫瘍３１０は、大きい腫瘍であって、部分的に複数の前後方向のセクションにまたがる。これは、必ずしも、十分に小さい腫瘍での事例ではないが、この例としては十分である。装置１００は、スキャン・パターン３０５内の胸部３００上を通過する。そして、スキャン・パターン３０５を用いて、装置１００によってスキャンされた異なる領域について、ＵＨＳ論理ユニット１６５は、腫瘍の存否と位置の表示を決定するよう光情報を処理する。
例えば、図３Ｃでは、ＵＨＳ論理ユニット１６５によって決定された組織飽和率（tissue saturations）のグリッドが、飽和率グリッド３１５として、スキャン・パターン３０５の異なる複数の領域について示されている。ここで留意すべきは、グリッド値が、直線的な２次元の正確に決定されるかのように飽和率グリッドに示されていることである。これら値は、スキャンの間、どこでスキャンされても、連続的かつリアルタイムに決定されるので、この実施例では、グリッド３１５は、正確な２次元のグリッドとしては、実際には存在しなくても良い（求められれば、実施可能であるが）。しかしながら、この例に関して、グリッド３１５は、本発明の原理と実施例から逸脱することなく、最善の処理タイプの優れた例となる。
グリッド３１５に示されるように、組織飽和率値は、低い飽和率領域３２０、すなわち、腫瘍３１０上を覆うように、４つのグリッド正方形内で、他の場所より低くなっていることが分かる。装置１００が、図３Ｅに警戒領域３３５として例示した領域３１０上にあるときＵＨＳ論理ユニット１６５によって飽和率閾値を用いて警告音を鳴らすようにすることもできる。論理ユニット１６５によって警告するか（警告音によって）を決定するのに用いられる正確な飽和率値は、関数（function）から構成することができる。その関数は、定量的な飽和率、異なる深さの同一部位の組織と比較された相対的な飽和率、スキャン・グリッド上の異なる部位の組織飽和率、対側胸部上以外の同一の胸部位置における組織、そして、飽和率値であって、他の計算や、事前に指定又は積極的かつ順応して決定されるものなどである。
図３Ｄには、異なるＵＨＳ閾値が示されている。この図では、相対的な組織ヘモグロビン濃度が、飽和率グリッド３１５の代わりに、スキャン・パターン３０５と同じ領域を覆う同様の２次元グリッド上に表される。この新しいグリッドは、ヘモグロビングリッド３２５である。ここで、さらに留意すべきは、説明の目的だけのために、値は、正確な２次元のグリッド上に決定されたかのように表されていることである。この図では、相対的な組織ヘモグロビン値は、高いヘモグロビン領域３３０内で、言い換えると、腫瘍３１０を覆う同一の４つのグリッド正方形内で、低い状態であることが分かる。装置１００が領域３１０上にあるとき論理ユニット１６５によって飽和率閾値を用いて警告音を鳴らすようにすることもできる。飽和率と同様に、ＵＨＳ論理ユニット１６５によって警告音の決定に用いるヘモグロビン値は、定量的なヘモグロビン濃度、異なる深さの同一部位の組織と比較された相対的なヘモグロビン濃度、スキャン・グリッド上の異なる部位の組織、対側胸部上以外の同一の胸部位置における組織、そして、ヘモグロビン値であって、他の計算や、事前に指定又は積極的かつ順応して決定されるものなどとすることができる。
多様な画像受信機および／またはエミッター、そして拡散重み付け画像（diffusion-weighted image）を求めるためのソフトウエアを用いて、画像として分布したヘモグロビン飽和率値を得ることもできる。また、超音波エミッターを備え、深さに関連する特性で光信号をタグ付けすることも有益である。これらのアプローチはともに、当技術分野で周知である。
図４は、深度焦点スキャン（depth-focus-scanned）ＵＳ変調を用いて、一つの部位の深さ方向に焦点を合わせて、体内腫瘍スクリーニングを、より正確に行うことができる典型的な実例を示している。図４は、超音波の使用からデータを得て、深度窓で、取得したデータを光学的にラベリングするための一つの例を示しており、スクリーニングする組織の同一表面位置における浅いところから深いところまで信号をスイープする。これによって、グリッド内の各々のピクセルは、深さ成分を取得することができ、事実上、２次元スキャンが３次元スキャンとなる。
図４では、胸部４００の２つのグリッド正方形領域をスキャンする。最初の領域は、腫瘍３１０を部分的に覆っている。超音波信号が、表面からより深い深さまでスイープすると、ヘモグロビン信号は浅い深さ４１０から中間の深さ４１５のピークまで増加し、最も深い４２０では、減少することが分かる。この場合は、腫瘍は、この表面の下部に位置し、そして、深度スキャンは、腫瘍よりも上から、腫瘍の中へ、そして最終的には腫瘍の下を通過するような、光学的な検査が可能となる。中間の深さ４２０における最高ヘモグロビン濃度は、ＵＨＳ論理ユニット１６５に送信され、装置１００が警告音を鳴らし、グリッド正方形内のある深さにおける腫瘍の存在を示す。腫瘍を探し易くするために例えば、ミリメートル単位の深度信号を表示しても良い。
次に図４内のスキャンされた、２番目の下のグリッド領域を参照すると、ヘモグロビン信号は、浅い深さ４２５から中間の深さ４３０、最も深い深さ４３５まで安定した状態を保っていることが分かる。この場合、深度スキャンでは腫瘍は検出されない。このグリッド正方形内の最高ヘモグロビン濃度は、ＵＨＳ論理ユニット１６５に送信されても、警告音は鳴らない。
一つの追加的なオプションは、例えば、インドシアニン・グリーンのような、光学造影剤の静脈注入や皮下注入の使用である。腫瘍は、未発達かつ漏れやすい血管を有するので、インドシアニン注入は、血流から迅速に消えるが、腫瘍内のような、浸出した組織内にとどまる。ヘモグロビン（吸光度及び蛍光性に基づく）よりむしろインドシアニン・グリーンのための深度分解スキャンは、腫瘍を覆う信号内の深さに関連するピークと、正常組織を覆うよりフラットかつ穏やかなスキャンによって、図４で見られる同一の形のデータを作り出すであろう。
多くの画像生成や深部焦点の方法が当技術分野で知られており、その内のいくつかをここで説明したが、省略による限定の意図はない。そして、それらのアプローチは、当業者が用いることによって、スキャンにさらなる特定性や機能性をもたらす。例えば、空間分解のスキャン、時間分解のスキャン及び周波数領域スキャンやその他である。
腫瘍の存在を検出するために用いられるアプローチや指標測定とは無関係に、ＵＨＳ論理ユニット１６５の目的は、高い特定性で腫瘍の存在の決定を行うことである。図５に関して以下で説明されるように、装置１００は、スクリーニング装置であるから、偽陽性の一様で中程度の率の存在は、照会率に大幅な増加をもたらすだろう。受信者動作曲線によって数学的に関連しているので、腫瘍スクリーニング検査の特定性の増加（すなわち、偽陽性の減少）は、検出率の減少（すなわち、感度）によって、大抵、達成することができる。すなわち、ＵＨＳ検査は、検査で一般的に必要とされているよりも、陽性検査を回避できるよう設計することができる。
この目的のため、感度を犠牲にして特定性を改善する超高特定性検査は、直観に反するものである。というのは、この分野では、腫瘍スクリーニング検査の感度を意図的に下げることが常識的だからである。従って、ＵＨＳ論理ユニット１６５は、非常に高い特定性で体内腫瘍スクリーニングを考慮する独創的な方法を作り出す新たな手段だけでなく、既知の技術も用いる。
腫瘍の存在のＵＨＳ論理ユニット１６５指標は、「もし、ターゲット組織のヘモグロビン濃度が、近くの正常組織より大きく、５以上の標準偏差である場合、ターゲット組織のスクリーニング検査は、ターゲット部位における癌に関して陽性である」というようにシンプルなものとすることができる。他の事例では、いくつかの特性の組み合わせ、例えば、「もし、（ａ）ターゲット組織のヘモグロビン濃度が、近くの正常組織より大きく、５以上の標準偏差である場合又は（ｂ）組織ヘモグロビン飽和率が、近くの正常組織より小さく、５以上の標準偏差である場合又は（ｃ）上記に記載した２つの標準偏差の合計が、５を超えている場合、そのとき、ターゲット組織スクリーニング検査は、ターゲット部位における癌に関して陽性である」などを用いることができる。
ＵＨＳ論理ユニット１６５によって用いられる、特性の組み合わせは、「腫瘍指標」を生成するために使うことができる。すなわち、患者が腫瘍を患っているか否かの数値表示である。腫瘍指標は、総ヘモグロビン又は組織飽和率のような直接的な生理学上の基準とは別の少なくとも一つのステップである。この場合、例えば、一つの指標は、適切にヘモグロビンと飽和率値の標準偏差の合計とすることができる。６または、それより大きい指標の合計を、腫瘍の存在を示すために使うことができるが、「６」の値は、直接的な表示よりむしろ、腫瘍ヘモグロビン及び腫瘍組織飽和率の間接的な関数（function）でしかない。そのような指標の一つの利点は、公開された審査済みの研究論文を、癌の危険度における患者の異なる集団のＵＨＳ特定性閾値を微調整及び適応するよう用いることができる。例えば、陽性であるスクリーニング検査を考慮するために、癌の病歴を持つ女性は６の閾値を用いることができ、一方、癌の病歴を持たない女性は８の閾値指標を用いることができる。
腫瘍指標を生成するのに使われる特性は、腫瘍に関する測定可能な任意の特性を含むことができる。その特性には、ヘモグロビン濃度（hemoglobin content）、組織飽和率（tissue saturation）、脂肪含量（fat content）、水分の含有量（water content）、漏れやすい新しい毛細血管の存在（the presence of leaky new capillary vessels）、組織壊死（tissue necrosis）、体温（temperature）、ＤＮＡ含量の増加（increased DNA content）、細胞の大きさの増加（increased cell size）、核散乱（nuclear scattering）、又は腫瘍の測定可能なパラメータに限定すること無く含むが、光学および／または超音波の手段を使い定量化できる特性を特に含む。
ＵＨＳ論理ユニット１６５が、腫瘍／正常スクリーニング区分のために、固定された閾値をもつことを必要としないということは重要である。例えば、装置１００が検査中の胸部を移動する時に、小さい腫瘍では、検査の値が少ししか変化しかない。このような理由で、最初の陽性検査につながるような、腫瘍閾値の設定を調節可能とすることができる。その結果、装置１００の警告音が鳴っている、その領域上で、ＵＨＳ検査閾値は、より疑いのある領域をより慎重に検査するよう使うことができる。
図５を参照すると、本発明に従って、実行される体内腫瘍スクリーニングの典型的な実施例のフローチャートが示される。体内腫瘍スクリーニングは、ＥＭ放射をした状態でターゲット組織を照射する装置１００によって、ステップ５０５を開始する。例えば、検査者や患者などの利用者は、図３Ａで示されたスキャン・パターン３０５のようなスキャン・パターンでターゲット組織の全体に、装置１００をスキャンする。スキャンされた各々の位置で、ステップ５１０において、装置１００はターゲット組織から後方散乱されたＥＭ放射を検出し、かつ、ステップ５１５において後方散乱されたＥＭ放射に基づいて検出信号を生成する。
検出信号は、処理のために、ＵＨＳ論理ユニット１６５に送信される。以下に記載するように、ＵＨＳ論理ユニット１６５は、組織ヘモグロビン濃度と飽和率、組織ミオグロン含有量と飽和率、他の組織の特性、そして、それらの組み合わせを用いることができ、検出信号に基づいてステップ５２０内で腫瘍指標を決定する。ステップ５２５では、腫瘍指標は閾値と比較される。この閾値は、公開された審査済みの研究論文に基づき、処方医師により、あらかじめ決めた数とすることができる。また、装置１００内に事前にプログラムされた固定の閾値とすることもできる。もし、腫瘍指標が、ステップ５３０内で閾値を越えている場合、装置１００は警告音を鳴らさず、腫瘍が存在していないことを利用者に伝える。そうでなければ、装置１００は、ステップ５３５内でスキャンされた位置を覆って警告音を鳴らし、その結果、スキャンされた位置に、超高特定性で腫瘍が存在していることを利用者に知らせる。ここで使われる超高特定性という用語は、少なくとも、陽性スクリーニング検査の３分の１（過半数又は３分の２とまではいかなくても）が真に陽性である時に該当する。
閾値の選択を強いる感度と特定性の間の相互の関係は、例を参照することで、良く理解することができる。図６は、本発明に従って構成された典型的な装置を使い、人の腫瘍について取得した典型的なデータ・セットを示している。この例では、胃腸のポリープからの組織酸素化レベルを使って、非常に高い特定性で乳がんスキャンにおける乳がんの存在を予測するように用いる同様な組織酸素レベルの効果を予測する。患者から取得したデータにおいて、内視鏡検査中に可視的なＥＭ放射光学分光法を使い、胃腸癌のポリープに対して正常な酸化は、正常組織においては７２±４％そして、腫瘍においては４６±１９％で測定される。これらの値は、胸部組織が癌の可能性がある酸素レベルを決定するために、閾値を求めるよう用いることができる。
この内視鏡検査を使い、集められた被験者の腫瘍データ、この事例では、組織飽和率に関連している腫瘍指標を、確立することができる。指標が閾値以下に減少する（実施例によっては、閾値を超える）場合は、組織は「腫瘍」と考えられ、そうでなければ組織は「正常」と考えられる。本発明の高い特定性に対する従来の高感度との間の閾値の差は、図６に示される表６００で分かる。図６に例示されるように、実際に乳がんを患っている２２５，０００人を含む、４０００万の被験者のサンプル集団に基づくことで、装置１００を用いる検査の感度と特定性は、さまざまな閾値の腫瘍指標で決定することができる。
従来の癌スクリーニング・アプローチは、領域６０５によって示されるように、感度の最大化を提案する。領域６０５は、最後の列に「従来の感度で重み付けされた」スクリーニング領域として名付けられている。領域６０５内では、感度は、約６５乃至７０％の腫瘍飽和率指標の閾値で最大化され、腫瘍の８４％乃至９４％が検出されることになる。従来の最適化された感度の例を、領域６０５内の行６１０として太字で示した。この最適化された感度の閾値には、１，６００，０００件以上の偽陽性が存在し、真に陽性となるのは１１％のみであって、残りは偽陽性という結果となる。これは、現在の胸部スクリーニング・アプローチの典型を示していて、特定性は９６％であって、真の陽性である照会は１０回の内、１回のみである。
対照的に、本発明に従うと、領域６１５に示されるように、従来の考え方とは逆に検出される腫瘍の数を少なくすることによって、ＵＨＳ論理ユニット１６５を用いて、特定性は最大となる。領域６１５は、最後の列に「ＵＨＳの特定性で重み付けされた」スクリーニング領域として名付けられている。特定性腫瘍指標の最適化の実例は、行６２０を太字で示した。この最適化された特定性の閾値での、飽和率閾値の腫瘍指標は５５％である。この閾値を用いると、感度は６８％に低下し、現在のスクリーニング検査のそれをはるかに下回っている。一方、特定性はほぼ１００％に上昇する。それでも、腫瘍の３分の２が、初期に検出されるであろうが、腫瘍の３分の１を拒否することは、従来技術に反することとなる。しかしながら、５５％の閾値を用いることで、必要とされない追加の検査のために照会されるのは、４２８事例のみである。このシナリオでは、真の陽性の事例は、照会された事例の大部分を含む。
例６２０では、癌スクリーニング検査を最適化するために、最も標準的な方法で受け入れられていた腫瘍の数より、多くの腫瘍を拒否する。例えば、本発明に従う装置１００のような、ＵＨＳ装置に関して、装置がＵＨＳ装置であるといえるためには、経験則上、陽性スクリーニング検査の少なくとも３分の１（過半数又は３分の２とまではいかなくても）が、真の陽性となる必要があるであろう。かかる低い偽陽性率は、医師と患者の間に高い信頼をもたらす。
当然、ＵＨＳを伴うことで、懸念される点は、腫瘍を患っていて、検出されていない女性に何が起こるかということである。今後数年の間、これら検出されなかった腫瘍は成長し続け、最後に、腫瘍は、十分に検出可能となるだろう。これは、腫瘍が成長（測定するためのより多くの血液）し、そして、腫瘍が成熟（正常組織とのより多くの酸素較差）するのと同様にＥＭ信号がより強くなることを意味する。また、腫瘍は成長するので、それらは、標準的なスクリーニング方法（マンモグラフィー、臨床検査及び自己検査）によって、より検出可能となるであろう。最終的に、それらの一つの方法によって、腫瘍は検出されると考えられ、それらは、新しいＵＨＳ方法あるいは従来の方法の内のいずれかである。スクリーニング処方にＵＨＳ方法が追加されると、女性集団的には、平均で、より初期の腫瘍が継続して検出されるであろう。
図６では、一つの特性（光学的な組織ヘモグロビン飽和率）のみを、腫瘍指標を決定するために使った。癌の危険度又は存在ための高い特定性の腫瘍指標は、総ヘモグロビンのみ又は、飽和率及びヘモグロビンの両方を用いて、構成することができる。さらに、一つ以上の吸光度（absorbance）、散乱（scattering）、血中ヘモグロビン濃度（blood hemoglobin content）、脂質含量（lipid content）、水分（water）、体温（temperature）、蛍光性（fluorescence）、コントラストの向上（enhancement with optical contrast）又は、他の光学、もしくは光学に加え超音波の特性もまた、腫瘍指標を決定するために用いることができる。ただし、広範囲に及ぶスクリーニングの使用を十分考慮する非常に高い特定性を生じるよう、その決定が配置される場合である。腫瘍指標規則の一つの例は、「酸化飽和率度が、正常より小さく、３標準偏差（“Ｓ．Ｄ．”）を上回る、および／または血中ヘモグロビン濃度が、正常より大きく、３Ｓ．Ｄ．を上回る場合、その組織は、癌である危険がある」。組み合わせた腫瘍光学指標のために、光学指標は、ヘモグロビンのＳ．Ｄ．数に追加する飽和率のためのＳ．Ｄ．数とすることができる。ＵＨＳ決定は、医学的に検証された閾値で構成することが可能であり、およそ３以上の数値は、癌の存在の危険が考えられる。
他のＵＨＳ論理処理手段（適応フィルター（adaptive filters）、重み付けされた意思決定ツリー・ノード（weighted decision tree nodes）、ファジー理論（fuzzy logic）、参照テーブル（look-up tables）、適応的閾値（adaptive thresholds）左右胸部相違比較、光学的値内の空間的変化などを含む）は、本発明の技術的思想すべての範囲内で、腫瘍指標及び閾値の選択に信頼性及び頑健性を与えるために実装されることができる。
さらに、手術室の中で、癌の存在を検査するのに腫瘍指標を使用することもできる。この場合、より効果的に癌を排除するために、装置が、外科領域で癌を検出しなくなるまで、組織を切除することができる。
当業者によって理解されるように、装置１００は、ある種の記録保管、較正基準又は他の消耗部品を必要とするようにもできる。この場合、ＵＨＳ装置１００は、再利用及び使い捨て可能な部品又は単に消耗品補給キットのような形態としてもよい。同様な方法で、血糖測定装置は、補給キットのような使い捨て可能な臨床検査紙片（disposable lab test strips）を備え、さらに、ブドウ糖モニターを、それ自身で交換可能に設けても良い。
非侵襲の方法における大集団への、乳がん及び他の癌の発展のためのＵＨＳ腫瘍スクリーニング及び検出装置について、これまで説明してきた。この装置は、広範囲のターゲット組織の部位に使うことができ、胸部及び胃腸の腫瘍を検出することを含む。広帯域ＥＭ源や集積視準光学（integrated collimating optics）が、ターゲット組織の部位に直接送信される連続的なＥＭ放射を発生するよう実用的な装置は、構築及び検証されている。ターゲット部位によって、散乱および／または送信されたＥＭ放射は、決定する癌の指標を準備するセンサー、すなわちセンサー１５０によって集められ、その後に、ＵＨＳ論理ユニット、すなわちＵＨＳ論理ユニット１６５によって比較される。電源は、内部の電源によって提供することができる。完全に携帯可能な装置は、生体適合性を有する殻によってカプセル化されている。従来の癌検査に付加的に使うようにすれば、装置１００は、多くの患者の初期の癌の検出を考慮して、陽性ではない照会の負担を実質的に軽減する。
本装置を、コンピュータ、インターネット、イントラネット、に接続することができ、また、また独立して用いることもできる。これらは当業者には明らかであろう。ビームを焦点に合わせる他の手段、例えば、超音波／光学の複合的な装置も、本発明、超高特定性の技術的思想の範囲に含まれる。
本発明に従って構築された装置は、以前に説明されておらず、また、商業化も成功しておらず、技術的に重要な進歩をもたらす。そして、医療及び工業双方の多くの重要な問題への即時の応用を有しており、そして、技術的な進歩に寄与する。
本発明の具体的な実施例及び最良の形態についての前述の説明は、実例及び説明のみの目的のために示唆されている。それらは、すべてを説明し尽くすものでもなければ、開示された正確な形態に本発明を限定するものでもない。本発明の具体的な特徴は、いくつかの図に示しており、利便性のみの目的のために他の図には示してはいない。そして、任意の特徴を本発明の他の特徴と結合することができる。説明された処理の各ステップは、並び代えや、それらを組み合わせて、そして、そして他の段階を追加することもできる。この実施例は、本発明及びそれの実用化の原理を最も良く説明するために、選択され及び説明された。意図された特定の用途に適合するように種々の修正をもって、本発明及び種々の実施の形態を当業者が最も良く利用できるようにしている。さらに、本発明の変形は、この開示及びかかる変形が、添付の請求項及びそれらの均等物の範囲に含まれることを意図することを考慮することは、当業者には明らかである。上記の参照した文献は、出典の明示によりそれら全体が明細書に組み込まれるものとする。
本発明の、ＵＨＳ論理ユニットを有する、複合型ＥＭ／ＵＳ体内腫瘍のスクリーニング装置の典型的な概念図を示す。 本発明の、体内腫瘍のスクリーニングを受ける被験者について、図１Ａ内に示される装置の典型的な配置の実例を示す。 図１Ａに示され、本発明に従って構成されたセンサーの様々な構成の典型的な概念図を示す。 図１Ａに示され、本発明に従って構成されたセンサーの様々な構成の典型的な概念図を示す。 図１Ａに示され、本発明に従って構成されたセンサーの様々な構成の典型的な概念図を示す。 図１Ａに示され、本発明に従って構成されたセンサーの様々な構成の典型的な概念図を示す。 図１Ａに示され、本発明に従って構成されたセンサーの様々な構成の典型的な概念図を示す。 ＵＳは用いずＥＭのみ放射して、患者に実施する体内腫瘍スクリーニング方法の典型的な実例を示す。 ＵＳは用いずＥＭのみ放射して、患者に実施する体内腫瘍スクリーニング方法の典型的な実例を示す。 ＵＳは用いずＥＭのみ放射して、患者に実施する体内腫瘍スクリーニング方法の典型的な実例を示す。 ＵＳは用いずＥＭのみ放射して、患者に実施する体内腫瘍スクリーニング方法の典型的な実例を示す。 ＵＳは用いずＥＭのみ放射して、患者に実施する体内腫瘍スクリーニング方法の典型的な実例を示す。 深度焦点スキャン（depth-focus-scanned）ＵＳ変調を用いて、深さ方向に焦点を合わせて、より正確に行われることができる体内腫瘍スクリーニング方法の典型的な実例を示す。 本発明に従って実行される体内腫瘍スクリーニングの典型的な実施例のフローチャートを示す。 本発明に従って構成された典型的な装置を使い、人の腫瘍について取得した典型的なデータ・セットを示す。

Claims (18)

  1. ターゲット組織における体内腫瘍のスクリーニングのための装置であって、
    前記ターゲット組織を照射する電磁波源と、
    前記ターゲット組織から後方散乱された電磁放射に基づいて前記ターゲット組織内の少なくとも一つの腫瘍の特性の存在を検出し、検出信号を生成するようにされた電磁波検出器と、
    前記検出信号に基づいて、少なくとも一つの腫瘍の特性の存在を高い特定性（specificity）で検出するための腫瘍指標を生成するための論理演算ユニットと、
    を備えたことを特徴とする装置。
  2. 前記電磁波源は広帯域電磁波源を含んでいる請求項１に記載の装置。
  3. 前記電磁気検出器は、
    フォトダイオード、
    少なくとも一つのフィルターに接続された少なくとも一つのフォトダイオード、
    可変フィルターに接続されたフォトダイオード、
    ＣＣＤ、
    又は深度焦点超音波エミッターに接続されたＣＣＤ、
    のいずれか一つ以上から選択された検出器を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. さらに電源を備える請求項１に記載の装置。
  5. 前記腫瘍指標は、
    組織ヘモグロビン濃度（tissue hemoglobin content）及び組織ミオグロン含有量（tissue myoglobin content）の少なくとも一つの関数（function）、
    組織ヘモグロビン飽和率（tissue hemoglobin saturation）及び組織ミオグロン飽和率（tissue myoglobin saturation）の少なくとも一つの関数（function）、
    組織脂肪（tissue fat）及び水分の含有量（water content）の少なくとも一つの関数（function）、
    圧縮率（compressibility）、弾力性（elasticity）、硬さ（rigidity）、又は剛性（stiffness）の少なくとも一つの関数（function）、
    組織ヘモグロビン濃度（tissue hemoglobin content）及び組織ヘモグロビン飽和率（tissue hemoglobin saturation）の非線形関数（function）、
    又は組織特性の組み合わせの関数（function）、のいずれか一つ以上から選択された関数（function）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  6. ターゲット組織内の体内腫瘍のスクリーニングを行うための方法であって、
    電磁波源で前記ターゲット組織を照射する段階と、
    前記ターゲット組織から後方散乱された電磁波放射を検出して、検出信号を生成する段階と、
    前記検出信号に基づいて、前記ターゲット組織内の少なくとも一つの腫瘍の特性の存在を高い特定性（specificity）で検出するための腫瘍指標を生成する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  7. 電磁波源を用いて前記ターゲット組織を照射する段階は、広帯域電磁波源を用いて前記ターゲット組織を照射する、請求項６に記載の方法。
  8. 検出信号を生成するための前記ターゲット組織から後方散乱された電磁波放射を検出する段階では、
    フォトダイオード、
    少なくとも一つのフィルターに接続された少なくとも一つのフォトダイオード、
    可変フィルターに接続されたフォトダイオード、
    ＣＣＤ、
    又は深度焦点超音波エミッターに接続されたＣＣＤ、の一つ以上から選択された検出器を使うことを備え特徴とする請求項６に記載の方法。
  9. 前記腫瘍指標は、
    組織ヘモグロビン濃度（tissue hemoglobin content）及び組織ミオグロン含有量（tissue myoglobin content）の少なくとも一つの関数（function）、
    組織ヘモグロビン飽和率（tissue hemoglobin saturation）及び組織ミオグロン飽和率（tissue myoglobin saturation）の少なくとも一つの関数（function）、
    組織脂肪（tissue fat）及び水分の含有量（water content）の少なくとも一つの関数（function）、
    圧縮率（compressibility）、弾力性（elasticity）、硬さ（rigidity）、又は剛性（stiffness）の少なくとも一つの関数（function）、
    組織ヘモグロビン濃度（tissue hemoglobin content）及び組織ヘモグロビン飽和率（tissue myoglobin saturation）の非線形関数（function）、
    又は組織特性の組み合わせの関数（function）、の一つ以上から選択された関数（function）を含んでいる請求項６に記載の方法。
  10. 超音波放射を用いて前記ターゲット組織を照射する段階をさらに備える、請求項６に記載の方法。
  11. 前記検出信号に基づく前記腫瘍指標を生成する段階は、前記ターゲット組織から後方散乱された超音波放射を用いて提供される深度情報を用いることを備える、請求項１０に記載の方法。
  12. 生体組織内の腫瘍を治療する方法であって、
    （ａ）電磁波源を用いてターゲット部位を照射する段階と、
    （ｂ）前記ターゲット部位から後方散乱された電磁放射を検出し、検出信号を生成する段階と、
    （ｃ）前記ターゲット部位内に存在している腫瘍の危険度を高い特定性（specificity）で決定するために選択された腫瘍指標である、前記検出信号に基づく前記腫瘍指標を生成する段階と、
    （ｄ）前記ターゲット部位内に存在している腫瘍の前記危険度に基づく、非侵襲的治療上の医療行為を実行する段階と、を備えることを特徴とする方法。
  13. ターゲット組織領域内の少なくとも一つの癌特有の特性の存在を検出し、そして検出信号を生成するよう構成された電磁波照射器及び検出器と、
    前記組織領域内の腫瘍の存否について、極めて高い特定性（specificity）を持ち、前記検出信号に基づく超高特定性腫瘍指標出力信号を生成するよう構成された高特定性論理演算ユニットと、
    を備える体内スクリーニング機械。
  14. 体内の癌をスクリーニングする方法であって、
    ターゲット組織領域で癌特有の少なくとも一つの特性の存在を特定できるようにされた電磁センサーを用意する段階と、
    電磁放射を照射し、ターゲット組織から電磁放射を検出する段階と、
    腫瘍指標出力を生成する段階と、を備え、
    前記出力信号は、広範囲のスクリーニングにおける極めて高い特定性（specificity）での利用を可能にするよう構成された超高特定性論理演算ユニットによって生成されたものである方法。
  15. 生体組織内の乳がんを監視又は検出する方法であって、
    （ａ）装置から放射されたＥＭ及びＵＳ放射を用いてターゲット部位を照射する段階と、
    （ｂ）前記装置を使い前記部位から返る超音波で変調した（ultrasound-modulated）ＥＭ放射を検出する段階と、
    （ｃ）検出された変調ＥＭ放射に基づく前記部位における腫瘍の存在の前記危険度の関数（function）である超高特定性（UHS）の測定値を決定する段階と、
    を備えたことを特徴とする方法。
  16. （ａ）装置から放射されたＥＭ放射を用いてターゲット部位を照射する段階と、
    （ｂ）前記装置を使い前記部位から返るＥＭ放射を検出する段階と、
    （ｃ）検出されたＥＭ放射に基づく前記部位における腫瘍の存在の前記危険度の関数（function）である超高特定性（UHS）の測定値を決定する段階と、
    （ｄ）前記腫瘍の存在の前記危険度に基づく治療に関する医療行為を実行する段階と、を備える生体組織内の腫瘍の処置方法。
  17. 希望に応じて前記（ａ）から（ｄ）までの段階を反復することを、さらに備える請求項１６に記載の方法。
  18. 生体組織における腫瘍の体内検出のための検出装置であって、前記生体組織内の、腫瘍の存否についての高い感度を有するようにする代りに、前記腫瘍の存否についての高い特定性（specificity）を有するよう構成されたことを特徴とする検出装置。
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