JP2011188900A - 生体物質測定装置、生体物質測定方法および生体内循環腫瘍細胞測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の循環腫瘍細胞測定装置1は、光を照射する光源3と、標識剤に光が照射された際に標識剤から生体外に放出される光が入射され、所定の波長域の光を透過するとともに、波長域を変更可能な波長可変フィルター4と、波長可変フィルター4を通して入射された光の強度を検出して測定対象の複数位置から放出される光の強度分布を取得するエリアセンサー5(光検出手段)と、エリアセンサー5が取得した光強度分布に基づいて標識剤の濃度と対象物との結合度を算出するDSP6(演算手段)と、を備えている。
【選択図】図1
Description
特許文献1の方法では、測定する際に、人体に穿刺器を穿刺し、サンプルとなる血液を採取する必要がある。すなわち、特許文献1の方法は非侵襲で循環腫瘍細胞を測定できるものではない。また、同様に特許文献2の方法も、サンプルとなる血液を採取する必要がある。また、特許文献3の装置でも、サンプルとなる血液を採取する必要があり、成人で5リットルといわれる血液量からのミリリットルオーダーでの採血による、サンプリング誤差や、体外に取り出しての処理による生体物質の変性などによる誤差によって低い精度となっていた。それらのサンプリングによる精度低下を解決する手段として、非特許文献2が提案されているが、二光子顕微鏡という大掛かりな装置により実用性に問題があった。
測定対象に対して前記蛍光標識剤を励起する光を照射する光源と、
前記蛍光標識剤に前記光が照射された際に前記蛍光標識剤から放出される光が入射され、入射光の全波長域のうちの所定の波長域の光を透過するとともに、前記波長域を変更可能な波長可変フィルターと、
前記波長可変フィルターを通して入射された光の強度を検出して前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する光検出手段と、
前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が存在している濃度を算出する濃度算出手段と、
前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が結合している結合度を算出する結合度算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
本適用例に記載の生体物質測定装置によれば、蛍光標識剤の濃度ならびに蛍光標識剤とその結合対象となる生体物質との結合度の算出ができ、循環腫瘍細胞等の生体物質の検出を高精度に行うことができる。
本適用例によれば、生体を効率よく透過するので、生体内に侵襲することなく生体外から精度よく測定することができる。
本適用例によれば、結合している部分のみ抽出しノイズを除去でき、高精度に測定できる。
本適用例によれば、加法混色と同様なベクトル的な加算によりノイズを除去でき、高精度に測定できる。
測定対象に対して前記蛍光標識剤を励起する光を照射する光照射工程と、
前記蛍光標識剤に前記光が照射された際に前記蛍光標識剤から放出される光のうち、前記測定対象の複数の位置から放出される特定の波長域の光の強度を検出し、前記波長域を変えて前記強度の検出を複数回繰り返すことにより、前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する強度分布取得工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤の濃度を算出する濃度算出工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が結合している結合度を算出する結合度算出工程と、
を備えたことを特徴とする。
本適用例に記載の生体物質測定方法によれば、蛍光標識剤の濃度と結合度の算出ができ、蛍光標識剤とその結合対象となる生体物質との生体物質の検出を高精度に行うことができる。
前記蛍光標識剤を生体に投与する投与工程と、
測定対象である生体に対して前記蛍光標識剤を励起する光を照射する光照射工程と、
前記蛍光標識剤に生体外から前記光が照射された際に前記蛍光標識剤から生体外に放出される光のうち、前記測定対象の複数の位置から放出される特定の波長域の光の強度を検出し、前記波長域を変えて前記強度の検出を複数回繰り返すことにより、前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する強度分布取得工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤の濃度を算出する濃度算出工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が結合している結合度を算出する結合度算出工程と、
を備えたことを特徴とする。
本適用例に記載の生体内循環腫瘍細胞測定方法によれば、濃度と結合度の算出ができ、生体内での循環腫瘍細胞の検出を高精度に行うことができる。
本実施形態の生体物質測定装置は、循環腫瘍細胞測定装置(以下、単に「CTC測定装置」という)であって、生体物質として循環腫瘍細胞と結合する標識剤が投与された生体内のCTC(循環腫瘍細胞:Circulating Tumor Cell)を測定する装置の一例である。測定対象は、人間でも良いし、薬理実験等に良く用いられるラット、マウス等の動物でも良いが、本実施形態では人間(患者)を想定して説明する。
図1は、本実施形態の循環腫瘍細胞測定装置の概略構成を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施形態のCTC測定装置1は、光源3と、波長可変フィルター4と、エリアセンサー5(光検出手段)と、信号処理プロセッサー(Digital Signal Processor,DSP)6(濃度算出手段)と、画像メモリー7と、バンドパスフィルター8と、を備えている。光源3は、測定対象である生体100に対して光(励起光)を照射するものである。波長可変フィルター4は、生体100内の標識剤に光が照射された際に標識剤から放出される光を受け、入射光の全波長域のうちの特定波長域の光を透過させるものである。エリアセンサー5は、波長可変フィルター4を通して入射された放射光の強度を検出するものである。DSP6は、エリアセンサー5が取得した測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて標識剤の濃度と結合度を算出するものである。画像メモリー7は、DSP6が得た画像データを記憶し、画像処理後のデータ等を記憶するものである。
DSP6では、エリアセンサー5からの電気信号を受け、測定対象上の各点における光の強度分布に基づいて標識剤の濃度および結合度を算出する。このように、測定対象上の各点における標識剤の濃度と結合度を算出することによって全体として生体100内の薬剤濃度分布を知ることができる。得られた薬剤濃度分布の測定データは、図2に示すように、DSP6から液晶モニター等の任意の出力装置9に送られ、対象物濃度の大小を色やその濃淡で表現するなどして、医師や看護師等の使用者が視覚的に確認することができる。
ここで、波長可変フィルター4の第1構成例について図3〜図6を用いて説明する。
図3は、本構成例の波長可変フィルター4を分解した状態で示す斜視図である。図4は、波長可変フィルター4を構成する一つの液晶セルの断面図である。図5は、各液晶セルへの印加電圧と透過ピーク波長との関係を示すグラフである。図6は、波長可変フィルター4の分光特性を示す図である。
なお、以下に示す液晶セルへの印加電圧、透過波長等の具体的な数値は、本発明者らが行ったシミュレーション結果に基づいている。
次に、DSP6によるCTC検出方法について詳しく説明する。
2波長の光で蛍光強度の比(ratio)の演算による解析法(1波長励起2波長蛍光検出)が知られており、必須ではないが、本実施形態でもこのレシオ法と組み合わせることが望ましい。レシオ法との組み合わせの実施形態では、第1の波長と第2の波長による画像データの比を演算する。図7に蛍光強度と検出波長λ1、λ2の関係を示す。(レシオ法と呼ばれるこの技術の詳細は、「RB.Silver,Methods Cell Biol,2003,72,369.」に示されているので省略する。)この演算により測定条件の差がキャンセルできる。つまり励起光パワー、蛍光色素濃度などがキャンセルされる。第1波長と第2波長は、結合による吸収波長シフトを検出する第3の波長と重ならない必要がある。
第3波長により測定されるイメージセンサーのピクセルデータをD3(i,j)とする。D3(i,j)は、第3波長に割り当てられた配列データであることを示す。
濃度データD0(i,j)の濃度の閾値Dthを決めて、配列データD4(i,j)に閾値Dthを上回れば1、下回れば0のマッピングデータを作る。一般的なプログラム言語の条件文で示すと次式(2)のような処理となる。
本実施形態のCTC測定装置1においては、特定波長の光の強度値だけでCTCを算出するのではなく、例えば910、980、1057nmといった所定の波長帯域の光の強度分布から、標識の結合しているCTCを算出しているので、CTCの算出を精度良く行うことができる。このようにして、本実施形態のCTC測定装置1によれば、採血等を行うことなく非侵襲の方法で、生体100からの放出光を検出することでCTCを正確かつ迅速に測定できる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では標識剤を生体100に投与する例を説明したが、サプリメントの機能をもつ標識剤(ビタミン類)を生体100に投与することができれば、あえて検査のための標識剤を用いる必要がなくなる。この場合、日々意識せず飲んでいることで、年一回の健康診断、人間ドックでがん検診ができることになる。
Claims (6)
- 被対象物と結合する蛍光標識剤によって前記被対象物を検出する生体物質測定装置であって、
測定対象に対して前記蛍光標識剤を励起する光を照射する光源と、
前記蛍光標識剤に前記光が照射された際に前記蛍光標識剤から放出される光が入射され、入射光の全波長域のうちの所定の波長域の光を透過するとともに、前記波長域を変更可能な波長可変フィルターと、
前記波長可変フィルターを通して入射された光の強度を検出して前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する光検出手段と、
前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が存在している濃度を算出する濃度算出手段と、
前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が結合している結合度を算出する結合度算出手段と、
を備えたことを特徴とする生体物質測定装置。 - 前記光検出手段の光を照射する光源の波長域、及び波長可変フィルターの波長域に、波長が600nm〜1200nmの光を使用することを特徴とする請求項1に記載の生体物質測定装置。
- 前記結合度算出手段は、前記濃度算出手段による算出結果をマスクデータとして結合度を演算することを特徴とする請求項1または2に記載の生体物質測定装置。
- 前記濃度算出手段による算出結果と前記結合度算出手段による結合度をベクトル演算することを特徴とする請求項1または2に記載の生体物質測定装置。
- 被対象物と結合する蛍光標識剤によって前記被対象物を検出する生体物質測定方法であって、
測定対象に対して前記蛍光標識剤を励起する光を照射する光照射工程と、
前記蛍光標識剤に前記光が照射された際に前記蛍光標識剤から放出される光のうち、前記測定対象の複数の位置から放出される特定の波長域の光の強度を検出し、前記波長域を変えて前記強度の検出を複数回繰り返すことにより、前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する強度分布取得工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤の濃度を算出する濃度算出工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が結合している結合度を算出する結合度算出工程と、
を備えたことを特徴とする生体物質測定方法。 - 被対象物と結合する蛍光標識剤によって生体内の前記被対象物を検出する生体内循環腫瘍細胞測定方法であって、
前記蛍光標識剤を生体に投与する投与工程と、
測定対象である生体に対して前記蛍光標識剤を励起する光を照射する光照射工程と、
前記標識剤に生体外から前記光が照射された際に前記標識剤から生体外に放出される光のうち、前記測定対象の複数の位置から放出される特定の波長域の光の強度を検出し、前記波長域を変えて前記強度の検出を複数回繰り返すことにより、前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する強度分布取得工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤の濃度を算出する濃度算出工程と、
前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて、前記蛍光標識剤が結合している結合度を算出する結合度算出工程と、
を備えたことを特徴とする生体内循環腫瘍細胞測定方法。
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