JP2011218149A - Pdt用医療装置及び治療光制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射する。
【解決手段】レーザー光源15は、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対して、光量が変調するPAI用パルスレーザー光14を照射する。光感受性物質は、照射されたPAI用パルスレーザー光14を吸収して超音波17を発生する。超音波17は超音波検出装置18で検出される。超音波検出装置18で検出された超音波信号20に基づいて、プロセッサ装置22で各種処理が施されることにより、画像データが生成される。薬剤濃度算出部45は、画像データに基づいて、腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める。求めた光感受性物質の濃度分布に基づいて、PDT用CWレーザー光13の照射条件が設定又は変更される。この照射条件に基づいて、PDT用CWレーザー光13が腫瘍患部に対して照射される。
【選択図】図1
【解決手段】レーザー光源15は、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対して、光量が変調するPAI用パルスレーザー光14を照射する。光感受性物質は、照射されたPAI用パルスレーザー光14を吸収して超音波17を発生する。超音波17は超音波検出装置18で検出される。超音波検出装置18で検出された超音波信号20に基づいて、プロセッサ装置22で各種処理が施されることにより、画像データが生成される。薬剤濃度算出部45は、画像データに基づいて、腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める。求めた光感受性物質の濃度分布に基づいて、PDT用CWレーザー光13の照射条件が設定又は変更される。この照射条件に基づいて、PDT用CWレーザー光13が腫瘍患部に対して照射される。
【選択図】図1
Description
本発明は、PDT用医療装置及び治療光制御方法に関する。
近年の医療分野では、電子医療技術の発展に伴い、レーザー光を用いた光線力学的診断(PDD(Photo Dynamic Diagnosis))や光線力学的治療(PDT(Photo Dynamic Therapy))が急速に発展しつつある。PDDによる診断では、診断を始める前に、特定波長の光に反応する光感受性物質、例えばヘマトポルフィリン誘導体などを患者に投与することによって、光感受性物質を患者の腫瘍患部に蓄積させる。その後に、腫瘍患部に対して特定波長の励起光を照射することにより、腫瘍患部から蛍光を発生させる。これにより、腫瘍患部とその他の正常部位との見分けが明確になるため、術者は腫瘍患部を目視で見つけ出すことができる。そして、術者がPDDにより腫瘍患部を見つけ出した後は、PDTによる治療によって、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対して、特定波長の治療光を照射する。これにより、光感受性物質が活性化し、腫瘍患部を壊死させる。
PDTで用いられる治療光は、光感受性物質から活性酸素を生成させることによって腫瘍患部を死滅させるものであるため、PDDに比べ照射光量が非常に大きい。したがって、腫瘍患部が壊死しつつある場合には、そのまま光量が大きい治療光を当て続けると、正常な部分を傷つけてしまうおそれがある。そこで、特許文献1では、パルス光を腫瘍患部に対して照射してその腫瘍患部から超音波を発生させ、その超音波の信号でフィードバック制御することによって適切な光量の治療光が照射されるようにしている。なお、パルス光の照射により生体組織から超音波を発生させて生体組織の断層情報を得る方法は、例えば特許文献2では光音響分光法と呼ばれている。
PDTで用いられる光感受性物質は、患者への投与により、腫瘍患部の表面に蓄積するだけでなく、その内部や深部にまで蓄積する。したがって、治療光を腫瘍患部に照射することによって、腫瘍患部の表面における光感受性物質の濃度が徐々に低下するとともに、その内部や深部に蓄積した光感受性物質の濃度も低下する。ここで、腫瘍患部の表面における光感受性物質の濃度低下は、PDD下での目視や撮像画像などから容易に把握することができるものの、腫瘍患部の内部や深部における光感受性物質の濃度低下は、把握することが困難である。そのため、このような腫瘍患部の内部や深部では、十分な治療光が照射されない場合には治療効果が不十分になるおそれがあった。逆に、十分な治療効果を得るために、過剰な治療光を当てた場合には、治療光の当り過ぎによる穿孔などの合併症が生じたりするおそれがある。
これに対して、特許文献1の発明の適用が考えられるが、この特許文献1の発明は、超音波検出器で受信した超音波信号をそのまま治療光のフィードバック制御に利用しており、腫瘍患部の表面やその特定深さにおける光感受性物質の濃度分布をも考慮して、治療光を制御していないため、上記問題を解決することはできない。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光感受性物質が蓄積した腫瘍患部に対して治療光を照射する際、腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射することができるPDT用医療装置及び治療光制御方法を提供することを目的とする。
本発明のPDT用医療装置は、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光と、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部を壊死させるための治療光とを発する光源と、濃度測定光または治療光を前記腫瘍患部に対して照射する照射手段と、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を検出する超音波検出手段と、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める濃度分布算出手段と、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づき、前記特定深さの腫瘍患部に対して照射する治療光を制御する治療光制御手段とを備えることを特徴とする。
前記治療光制御手段は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるように、治療光を照射することが好ましい。前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射することが好ましい。前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射することが好ましい。
前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布と前記治療光のパワーとに基づいて、治療光の照射による腫瘍患部の治療効果を示すPDT−indexを求めるPDT−index算出手段を備えることが好ましい。前記PDT−indexに基づいて、腫瘍患部の治療完了までに要する治療光の照射時間を求める照射時間算出手段を備えることが好ましい。前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を算出する毎に、画像としてモニタに表示されることが好ましい。
前記濃度測定光の照射分布と前記治療光の照射分布とを一致させる分布合致手段を備えることが好ましい。前記治療光は、前記光源から一定の光量で連続的に発せられることが好ましい。前記治療光は、前記光源から光量を変調させながら発せられることが好ましい。前記濃度測定光は、前記治療光の一部を取り出したものであることが好ましい。
本発明の治療光制御方法は、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光を前記腫瘍患部に照射し、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、腫瘍患部を壊死させるための治療光を腫瘍患部に対して照射する際に、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、前記治療光を制御することを特徴とする。
本発明によれば、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定する濃度測定光を前記腫瘍患部に照射し、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、この求めた腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、治療光を制御することから、腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射することができる。
図1に示すように、本発明のPDT用医療装置10は、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対してPDT用の特定波長の光を照射することにより、活性化された光感受性物質の薬理作用により腫瘍患部を治療するとともに、PAI(Photo Acoustic Imaging)により治療中の腫瘍患部を画像化するものである。PDT用医療装置10は、腫瘍患部ができた生体組織11に対して、PDT用CW(Continuous Wave)レーザー光13やPAI用パルスレーザー光14を照射するレーザー光源15と、PAI用パルスレーザー光14の照射により生体組織で発生した超音波17を検出する超音波検出装置18と、超音波検出装置18で検出した超音波信号20に基づいて画像データを生成するとともに、この画像データから腫瘍患部の所定深さにおける光感受性物質の濃度を求めるプロセッサ装置22とを備えている。なお、プロセッサ装置としては、PC(Personal Computer)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などを用いることができる。
レーザー光源15はレーザーダイオードや固体レーザなどであり、ドライバ16の制御によって、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部を死滅させるためのPDT用CW(Continuous Wave)レーザー光13を発する。PDT用CWレーザー光13は、一定の光量で連続的に発せられる特定の波長帯域の光である。このPDT用CWレーザー光13を腫瘍患部に照射することで、腫瘍患部に蓄積した光感受性物質からは活性酸素が発生する。この活性酸素によって、腫瘍患部は壊死などを起こし治療される。
また、レーザー光源15は、腫瘍患部の断層画像や光感受性物質の濃度を得るためのPAI用パルスレーザー光14を発する。PAI用パルスレーザー光14は光量が調節可能な特定の波長帯域の光である。このPAI用パルスレーザー光14は、腫瘍患部に対して照射することで、その腫瘍患部に蓄積した光感受性物質に吸収される。光感受性物質がPAI用パルスレーザー光14を吸収することで、光感受性物質からは超音波17が発生する。超音波17は超音波検出装置18によって検出される。なお、光感受性物質の吸収波長は、プロトポルフィリン、レザフィリン、ヘマトポルフィリンなどの場合であれば、510、545、580、630nm付近である。
PDT用CWレーザー光13の照射分布とPAI用パルスレーザー光14の照射分布とは、レーザー光源15から出射するまでの間に、分布合致部15aによって互いの分布が一致するように調整される。また、生体組織11に対して照射した時のPDT用CWレーザー光13及びPAI用パルスレーザー光14のパワーや波形は、パワー、波形検出部15bによりパワー、波形データ25として検出される。検出されたパワー、波形データ25は、プロセッサ装置22に送られて、1フレーム分のRAWデータを生成する際に用いられる。
超音波検出装置18は、アレイ状に多数配列された音響変換素子を備えており、これら音響変換素子は光感受性物質からの超音波17を超音波信号20(RF信号ともいう)に変換する。変換された超音波信号20は、プロセッサ装置22内のRAWデータ生成部30に送られる。
RAWデータ生成部30は、パワー、波形検出部15bで検出されたPAI用パルスレーザー光14のパワー、波形データ25と、超音波検出装置18で検出された超音波信号20に基づいて、1フレーム分のRAWデータを生成する。また、RAWデータ生成部30は、1フレーム分のRAWデータを生成するごとに、その1フレーム分のRAWデータをメモリ30aに記憶する。信号処理部32は、メモリ30aに記憶されたRAWデータに対して、ノイズ除去処理などの各種処理を施す。各種処理が施されたRAWデータは、画像データ生成部34に送られる。
画像データ生成部34では、各種処理後のRAWデータに基づいて、生体組織11の断層画像の画像データを生成する。生成された画像データは、画像データ用メモリ35に記憶されるとともに、プロセッサ装置22内のコントローラー40に送られる。画像データ用メモリ35に画像データが記憶されると、この画像データに基づいて、生体組織11の腫瘍患部の断層画像がモニタ42表示される。
コントローラー40は、画像データから特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める薬剤濃度算出部45と、この求めた光感受性物質の濃度に基づき、PDTによる治療効果を示すPDT−indexを求めるPDT−index算出部46と、PDT−indexに基づき、治療に必要なPDT用CWレーザー光の照射時間を求める照射時間算出部47と、薬剤濃度算出部45で求めた光感受性物質の濃度分布に基づき、PDT用CWレーザー光13の照射条件を設定または変更する照射条件設定部48と、照射条件設定部48で設定又は変更された照射条件に基づいてトリガー信号52を生成するとともに、この生成されたトリガー信号52に基づいてドライバ16を制御するレーザー光制御部49とを備えている。
薬剤濃度算出部45では、腫瘍患部のうち特定深さDの光感受性物質の濃度分布を求める際、関心領域(Region Of Interest(ROI))内の濃度分布を求める。この関心領域は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の領域であり、術者などが事前に、または治療状況に応じて関心領域設定部55を操作することで、設定される。そして、薬剤濃度算出部45は、関心領域内の腫瘍患部のうち特定深さDにおける複数の測定位置P1〜Pnを特定するとともに、これら複数の測定位置P1〜Pnにおける超音波信号の振幅値PAP1〜PAPnと、各測定位置P1〜Pn(nは2以上の自然数)及びレーザー光源15の出射部の間の光路長LP1〜Lpn(cm)とを特定する。なお、薬剤濃度算出部では、腫瘍患部のうちの一部である関心領域内の濃度分布を求めるが、腫瘍患部全体の濃度分布を求めてよい。
そして、特定した振幅値PAP1〜PAPn及び光路長LP1〜Lpnに基づき、以下の式(1)、(2)により特定深さDの所定位置P1〜Pnにおける光感受性物質の濃度CP1〜Pn(mM)を求める。これにより、特定深さDにおける光感受性物質の濃度分布が求まる。この光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を求めるごとに、モニタ42に表示されるため、関心領域における色素の褪色状況を確認することができる。
PA=a×Ab・・・(1)
A=2.3×εm×L×C・・・・(2)
ここで、また、A(cm−1)は特定深さにおける所定位置での吸光度を示している。なお、上記式(1)、(2)では、式が複雑になることを避けるため、PA、A、L、Cの添え字「P1、・・・、Pn」は省略している。また、a、b、εmは定数であり、a、bは深さDの大きさによって変化する正の数であり、εmは光感受性物質に固有な係数である。
PA=a×Ab・・・(1)
A=2.3×εm×L×C・・・・(2)
ここで、また、A(cm−1)は特定深さにおける所定位置での吸光度を示している。なお、上記式(1)、(2)では、式が複雑になることを避けるため、PA、A、L、Cの添え字「P1、・・・、Pn」は省略している。また、a、b、εmは定数であり、a、bは深さDの大きさによって変化する正の数であり、εmは光感受性物質に固有な係数である。
例えば、吸光度Aと超音波信号の振幅値PAとの関係は、図2に示すように、深さDに応じて変化する。この図2によれば、深さDが5mmのときの吸光度Aと振幅値Pとの関係はグラフ60で、深さDが10mmのときの吸光度Aと振幅値Pとの関係はグラフ61で、深さDが15mmのときの吸光度Aと振幅値Pとの関係はグラフ62で、深さDが20mmのときの吸光度Aと振幅値Pとの関係はグラフ63で表される。この図2に示すように、同一の吸光度であれば、深さDが浅いほど、超音波信号の振幅値PAが大きいことを表している。なお、超音波信号の振幅値PAとは、図3に示すような超音波信号70のうち正の振幅部分のことをいう。この超音波信号70は、時間「0」でPAI用パルスレーザ光14を照射してから一定時間経過後の時間「Tu」に、超音波検出装置18で検出される信号である。
ここで、図2のグラフ60(深さ5mm)を示す上記式(1)(PA=a×Ab)では、係数aは0.1137、係数bは0.7332となる。また、グラフ61(深さ10mm)を示す上記式(1)では、係数aが0.0618、係数bが0.7643となる。また、グラフ62(深さ15mm)を示す上記式(1)では、係数aが0.0424、係数bが0.7317となる。また、グラフ63(深さ20mm)を示す上記式(1)では、係数aが0.0365、係数bが0.6712となる。このように、上記式(1)のうち係数aについては、深さが深くなるほど、値が小さくなっている。
PDT−index算出部46は、パワー、波形検出部15bで検出したPDT用CWレーザー光13のパワーと、特定深さDにおける光感受性物質の濃度分布とに基づき、PDTによる治療効果を示す関心領域内のPDT−indexの分布を求める。ここで、PDTの治療効果は以下の式(3)で表されることから、単位時間当たりの治療効果を示すPDT−indexは式(4)によって求めることができる。求めたPDT−indexの分布は、画像としてモニタ42に表示される。
(光感受性物質の濃度)×(PDT用CWレーザー光のパワー)×(時間)
=const(定数)・・・(3)
PDT−index
=(光感受性物質の濃度)×(PDT用CWレーザー光のパワー)・・・(4)
なお、PAIにおける超音波信号の信号強度は、PDT−indexに比例する。また、式(3)の「const(定数)」は、使用する薬剤、治療対象部位、治療対象の種類などで決まる定数である。
(光感受性物質の濃度)×(PDT用CWレーザー光のパワー)×(時間)
=const(定数)・・・(3)
PDT−index
=(光感受性物質の濃度)×(PDT用CWレーザー光のパワー)・・・(4)
なお、PAIにおける超音波信号の信号強度は、PDT−indexに比例する。また、式(3)の「const(定数)」は、使用する薬剤、治療対象部位、治療対象の種類などで決まる定数である。
また、照射時間算出部47は、関心領域内のPDT−indexに基づき、治療に必要なPDT用CWレーザー光の照射時間を以下の式(5)により求める。求めたPDT用CWレーザー光の照射時間の分布はモニタ42に表示される。
照射時間=(1/PDT−index)×const(定数)・・・(5)
照射時間=(1/PDT−index)×const(定数)・・・(5)
照射条件設定部48は、薬剤濃度算出部45で求めた光感受性物質の濃度分布に基づいて、PDT用CWレーザー光13の照射条件を設定または変更する。照射条件の設定または変更の一つとして、特定深さにおける複数の測定位置のうち、ある測定位置だけ照射時間を延長又は短縮したり、また、光のパワーを強めたり弱めたりすることが考えられる。
ここでは、照射条件設定部48は、PDT用CWレーザー光13を照射したときに、関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるような照射条件に設定または変更する。例えば、PDT用CWレーザー光13の照射によって、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるようにし、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるようにする。
これに対して、例えば、光感受性物質の濃度が高い部分であってもその周辺部分が熱に弱い場合には、強すぎないPDT用CWレーザー光13を当てる必要がある。一方、光感受性物質の濃度が低い部分であっても、腫瘍患部の深部ようにかなり深い部分に対して治療光を照射する場合には、ある程度強いPDT用CWレーザー光13を当てる必要がある。このような場合には、照射条件設定部48は、関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるようにし、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるような照射条件にする。
照射条件の設定等の具体例としては、例えば、深さDが20mmの腫瘍患部において、ある測定位置P1の超音波信号の振幅値PAP1が、P1と異なる測定位置P2での超音波信号の振幅値PAP2の1/2である場合、即ちPAP1=0.5×PAP2の場合には、以下のようにして照射条件を変更する。まず、深さDが20mmにおける超音波信号の振幅値と吸光度との関係は、上述したように、PA=0.0365×A0.6712で表される。したがって、測定位置P1での振幅値PAP1は下記式(6)で、測定位置P2での振幅値PAP2は下記式(7)で表される。
PAP1=0.0365×AP1 0.6712・・・(6)
PAP2=0.0365×AP2 0.6712・・・(7)
PAP1=0.0365×AP1 0.6712・・・(6)
PAP2=0.0365×AP2 0.6712・・・(7)
上記式(6)、(7)を整理すると下記式(8)が得られる。
PAP1/PAP2=(AP1/ AP2)0.6712・・・(8)
PAP1/PAP2は0.5であることから下記式(9)が得られる。
0.5=(AP1/ AP2)0.6712・・・(9)
式(9)をAP1についての式に書き直すと、下記式(10)が得られる。
AP1=AP2(0.5)1.4899=0.356×AP2・・・(10)
PAP1/PAP2=(AP1/ AP2)0.6712・・・(8)
PAP1/PAP2は0.5であることから下記式(9)が得られる。
0.5=(AP1/ AP2)0.6712・・・(9)
式(9)をAP1についての式に書き直すと、下記式(10)が得られる。
AP1=AP2(0.5)1.4899=0.356×AP2・・・(10)
したがって、測定位置P1での吸光度AP1は測定位置P2での吸光度AP2の0.356倍である。即ち、上記治療効果の式(3)を考慮すると、そのまま同一のパワーでPDT用CWレーザー光13を照射する場合には、PDT用CWレーザー光13の照射条件を、測定位置P1での照射時間を測定位置P2での照射時間の2.8倍に変更する。
また、例えば、深さDが20mmの腫瘍患部において、当初texの予定で濃度が1/2に低下するのに、tdで低下した場合には、残りの照射時間を2.8倍長く照射する照射条件に変更する。したがって、このように照射時間を長くした場合には、トータルの照射時間t´exは下記式(11)のようになる。
t´ex=td+(tex−td)×2.8・・・(11)
t´ex=td+(tex−td)×2.8・・・(11)
次に、本発明の作用を図4のフローチャートに沿って説明する。まず、患者に対して、光感受性物質を投与する。これにより、患者の腫瘍患部に光感受性物質が蓄積する。そして、腫瘍患部が発生した生体組織11に向けて、レーザー光源15からPAI用パルスレーザー光14を照射する。これにより、腫瘍患部内の光感受性物質がPAI用パルスレーザー光14を吸収し、この吸収によって生体組織11から超音波17が発せられる。この超音波17を超音波検出装置18で検出する。超音波検出装置18で検出した超音波信号20は、プロセッサ装置22に送られる。また、PAI用パルスレーザー光14の照射時には、パワー、波形検出部15bでPAI用パルスレーザー光14のパワー、波形が検出され、検出されたパワー、波形データ25も合わせてプロセッサ装置22に送られる。
プロセッサ装置22内のRAWデータ生成部30では、超音波信号20とPAI用パルスレーザー光14のパワー、波形データ25とに基づいて、1フレーム分のRAWデータを生成する。このRAWデータに対しては、信号処理部32でノイズ処理などの各種処理を施される。画像データ生成部34では、各種処理後のRAWデータに基づいて、生体組織11の断層画像の画像データを生成する。生成された画像データに基づいて、モニタ42に生体組織11の断層画像が表示される。
また、薬剤濃度算出部45では、画像データ生成部34で生成した画像データに基づいて、腫瘍患部の特定深さDにおける光感受性物質の濃度分布を求める。その際、術者が関心領域設定部55に入力した関心領域内の光感受性物質の濃度分布を求める。関心領域内の光感受性物質の濃度分布は、特定深さDにおける複数の測定位置P1〜Pnで検出された超音波信号の振幅値PAP1〜PAPnと、各測定位置P1〜Pnとレーザー光源15の出射部との光路差Lp1〜Lpnとに基づいて、求められる。
腫瘍患部の特定深さDにおける光感受性物質の濃度分布が求まると、この求めた光感受性物質の濃度分布を画像としてモニタ42に表示する。また、照射条件設定部48は、求めた光感受性物質の濃度分布に基づき、PDT用CWレーザー光13の照射条件を設定する。照射条件が設定されると、レーザー光制御部49は、照射条件に基づいてトリガー信号52を生成する。そして、ドライバ16は、トリガー信号52に基づいて、レーザー光源15を制御する。
レーザー光源15は、照射条件に従って、PDT用CWレーザー光13を生体組織11の腫瘍患部に照射する。これにより、腫瘍患部のうち、光感受性物質の濃度が高い部分には、濃度の低下が早まるようにPDT用CWレーザー光13が照射される一方、光感受性物質の濃度が低い部分には、濃度の低下が遅くなるようにPDT用CWレーザー光13が照射される。ここで、PDT用CWレーザー光13の照射時には、パワー、波形検出部15bによりPDT用CWレーザー光13のパワー、波形が検出され、検出されたパワー、波形データはプロセッサ装置22に送られる。
そして、PDT用CWレーザー光13が生体組織11に一定時間、照射された後は、PAI用パルスレーザー光14を生体組織11に照射する。そして、上述と同様の手順で、特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を再測定する。そして、再測定した光感受性物質の濃度分布に基づいて、モニタ42に表示されている光感受性物質の濃度分布の画像を更新する。
そして、PDT−index算出部46は、パワー、波形検出部15bで検出した前回(ここでは1回目)のPDT用CWレーザー光13のパワーと、再測定後の光感受性物質の濃度分布とに基づいて、関心領域内のPDT−indexを求める。求めたPDT−indexはモニタ42に表示される。術者はモニタ42上のPDT−indexを確認することで、PDTによる治療の経過を数値的に確認することができる。
また、PDT−indexが求まると、照射時間算出部47は、関心領域内のPDT−indexに基づき、PDTCWレーザー光13の照射時間を求める。求めた照射時間はモニタ42に表示されるため、術者は治療中に照射時間を確認することができる。
そして、再測定した光感受性物質の濃度分布に基づいて、照射条件設定部48は、上述と同様の手順で、PDT用CWレーザー光13の照射条件を変更する。そして、変更した照射条件に基づいて、PDT用CWレーザー光を生体組織11に照射する。
以上のようにして、1回のPDT用CWレーザー光の照射毎に、光感受性物質の濃度の再測定とこの再測定後の照射条件に基づくPDT用CWレーザー光の照射とを繰り返すととともに、濃度の測定毎に、光感受性物質の濃度分布、PDT−index、照射時間をモニタ42に表示する。これにより、腫瘍患部における特定深さの光感受性物質の濃度変化や、色素の褪色による治療の進展をモニタリングすることができるため、安全確実な治療を実現することができる。そして、各測定位置における光感受性物質の濃度が「0」又はほぼ「0」に近づいたときに、PDT治療を完了させることで、不要な治療によるリスクやコストの発生を避けることができる。
なお、本実施形態では、PDT用のレーザー光として、連続発振(Continuous Wave)のレーザー光を用いたが、これに代えて、パルスレーザー光を用いてもよい。この場合、PDT用レーザー光の1つのパルスがPAI用レーザー光に必要なパルス幅やパワーの条件を満たす場合には、PDT用レーザー光をPAI用レーザー光に利用することができる。PDT治療では、図5(A)に示すPDT用レーザー光を患部に照射し、薬剤濃度測定では、図5(B)に示すように、PDT用レーザー光の一部を取り出し、PAI用レーザー光として患部に照射する。
なお、本実施形態では、PDT用CWレーザー光とPAI用パルスレーザー光とを同一の光源から照射したが、それぞれの光を別々の光源から照射してもよい。
なお、本発明は、PDTを用いる電子内視鏡システムや手術用顕微鏡システムなどに適用が可能であるが、それら以外にもPDTを用いる医療装置システムであれば、本発明の適用は可能である。
10 PDT用医療装置
13 PDT用CWレーザー光(治療光)
14 PAI用パルスレーザー光(濃度測定光)
15 レーザー光源
15a 分布合致部
17 超音波
18 超音波検出装置
20 超音波信号
42 モニタ
45 薬剤濃度算出部
46 PDT−index算出部
47 照射時間算出部
48 照射条件設定部
49 レーザー光制御部
55 関心領域設定部
13 PDT用CWレーザー光(治療光)
14 PAI用パルスレーザー光(濃度測定光)
15 レーザー光源
15a 分布合致部
17 超音波
18 超音波検出装置
20 超音波信号
42 モニタ
45 薬剤濃度算出部
46 PDT−index算出部
47 照射時間算出部
48 照射条件設定部
49 レーザー光制御部
55 関心領域設定部
Claims (12)
- 腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光と、前記腫瘍患部を壊死させるための治療光とを発する光源と、
濃度測定光または治療光を前記腫瘍患部に対して照射する照射手段と、
光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を検出する超音波検出手段と、
超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める濃度分布算出手段と、
前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づき、前記特定深さの腫瘍患部に対して照射する治療光を制御する治療光制御手段とを備えることを特徴とするPDT用医療装置。 - 前記治療光制御手段は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるように、治療光を照射することを特徴とする請求項1記載のPDT用医療装置。
- 前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射することを特徴とする請求項2記載のPDT用医療装置。
- 前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射することを特徴とする請求項2記載のPDT用医療装置。
- 前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布と前記治療光のパワーとに基づいて、治療光の照射による腫瘍患部の治療効果を示すPDT−indexを求めるPDT−index算出手段を備えることを特徴とする請求項1ないし4いずれか1項記載のPDT用医療装置。
- 前記PDT−indexに基づいて、腫瘍患部の治療完了までに要する治療光の照射時間を求める照射時間算出手段を備えることを特徴とする請求項5記載のPDT用医療装置。
- 前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を算出する毎に、画像としてモニタに表示されることを特徴とする請求項1ないし6いずれか1項記載のPDT用医療装置。
- 前記濃度測定光の照射分布と前記治療光の照射分布とを一致させる分布合致手段を備えることを特徴とする請求項1ないし7いずれか1項記載のPDT用医療装置。
- 前記治療光は、前記光源から一定の光量で連続的に発せられることを特徴とする請求項1ないし8いずれか1項記載のPDT用医療装置。
- 前記治療光は、前記光源から光量を変化させながら発せられることを特徴とする請求項1ないし8いずれか1項記載のPDT用医療装置。
- 前記濃度測定光は、前記治療光の一部を取り出したものであることを特徴とする請求項10記載のPDT用医療装置。
- 腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光を、前記腫瘍患部に照射し、
光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、
超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、
腫瘍患部を壊死させるための治療光を腫瘍患部に対して照射する際に、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、前記治療光を制御することを特徴とする治療光制御方法。
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