JP2011237427A

JP2011237427A - 腫瘍の検出方法

Info

Publication number: JP2011237427A
Application number: JP2011097785A
Authority: JP
Inventors: kai wen Huang; 凱文黄; Gao E Hong; ▲コウ▼娥洪; Hong Chang Yang; 鴻昌楊; xie le Yang; 謝樂楊
Original assignee: HONG KOU E
Current assignee: HONG KOU E
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-11-24
Also published as: EP2385365A3; US8022703B1; EP2385365A2; TW201142296A; CN102253070A

Abstract

【課題】卓上型核磁気共鳴装置を利用した腫瘍の検出方法を提供する。
【解決手段】本発明の腫瘍の検出方法は、以下のステップを含む。（１）患者の組織サンプルを少量取得する。（２）前記患者の組織サンプルを非磁性容器に入れる。（３）前記患者の組織サンプルを高温ＳＱＵＩＤを基礎とする卓上型ＮＭＲに入れる。（４）マイクロテスラ磁界内で前記患者の組織サンプルを分析する。（５）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値を得る。（６）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値と同類の正常な組織の平均Ｔ_１ ^−１値を比較する。（７）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値と同類の腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値を比較する。（８）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値が腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値に近ければ、前記患者は癌であると認める。前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値が正常な組織の平均Ｔ_１ ^−１値に近ければ、前記患者は癌ではないと認める。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、卓上型核磁気共鳴装置を利用した腫瘍の検出方法に関する。

核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、印加された外部磁場における原子核の、特定の量子力学的磁気性質の観察に係る物理的共鳴現象に付与された名称である。多くの科学技術が分子物理学、結晶、非結晶材料の研究にＮＭＲ分光法によるＮＭＲ現象を利用している。また、ＮＭＲは磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）などの高度な医療画像処理技術でよく使用されている。

超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）は、量子力学的ジョセフソン効果に基づく人体の電磁エネルギー界の微妙な変化などの、極めて微弱な信号を計測するために使用される高感度検出器である。ジョセフソン接合は、電子がトンネル接合する薄い絶縁層によって隔てられた２つの超伝導体間で形成される。ＳＱＵＩＤは、各電子が両方向に同時に移動する重ね合わせ状態を達成するために、ジョセフソン接合を用いた超伝導体の微小なループを含む。電流が２つの相反する方向に移動しているため、電子は量子ビットとして作用する能力を持つ（理論的には量子コンピューティング実現に利用できる）。ＳＱＵＩＤは、工学、医学、地質学の設備を含め、極限の感度を要求するさまざまな試験目的に使用されている。

低磁場ＮＭＲおよびＭＲＩは共にＳＱＵＩＤに基づいており、磁化率アーチファクト、コストの問題、高磁場システムの大きさおよび複雑さなどの高磁場ＮＭＲおよびＭＲＩの欠点を回避できる。低磁場ＮＭＲ／ＭＲＩでは信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が弱いが、高磁場ＮＭＲ／ＭＲＩのように厳密な磁場均一度が要求されない。磁場における１０^４分の１の均一度は、ＮＭＲスペクトルで線幅が０．４２６Ｈｚに達することができる。このため、高スペクトル分解能の低磁場スペクトロメータの構築は高磁場ＮＭＲ／ＭＲＩよりずっと容易である。

核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）はプロトンが異なる組織の中では異なる縦緩和率（Ｔ_１ ^−１）及び横緩和率（Ｔ_２ ^−１）を持つことを利用した臨床診断器具である。スピン−格子緩和時間Ｔ_１、スピン−スピン緩和時間Ｔ_２の変化、及び有効緩和時間Ｔ_２＊の変化は医療診断にとって非常に重要なものである。しかし、多くの変数及びイメージを利用して診断を行うのは複雑であり、不便である。

現在、正常な組織と腫瘍組織を区別する主な方法は、組織薄片を取得し病理学的解析にかける方法である。このような検査には専門知識を有する人及び多くの時間が必要である。また、取得したサンプルが不足した場合、全ての検査をするのに十分な量ではないことがある。そのため、複数のサンプルに対して同時にヘマトキシリン・エオシン染色及びその他の免疫組織化学染色を行い、顕微鏡検査によって診断結果を得る必要がある。更に、前記サンプルが全て使用され、その後の病理検査に使用できないことがある。

本発明は卓上型核磁気共鳴装置を利用した腫瘍の検出方法を提供する。ＮＭＲは周知の技術であるため、ここでは説明しない。

本発明の腫瘍の検出方法は、以下のステップを含む。

（ａ）患者の組織サンプルを少量取得する。

（ｂ）前記患者の組織サンプルを非磁性容器に入れる。

（ｃ）前記患者の組織サンプルを高温ＳＱＵＩＤ（Ｈｉｇｈ−ＴｃＳＱＵＩＤ）を基礎とする卓上型ＮＭＲに入れる。

（ｄ）マイクロテスラ磁界（ｍｉｃｒｏｔｅｓｌａｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓ）内で前記患者の組織サンプルを分析する。

（ｅ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値を得る。

（ｆ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値と同類の正常な組織の平均Ｔ_１ ^−１値を比較する。

（ｇ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値と同類の腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値を比較する。

（ｈ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値が腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値に近ければ、前記患者は癌であると認める。前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値が正常な組織の平均Ｔ_１ ^−１値に近ければ、前記患者は癌ではないと認める。

本発明の腫瘍の検出方法は、患者の組織サンプルを分析するのに利用し、前記患者の組織サンプルは検査前に必ず非磁性容器に入れる必要がある。前記非磁性容器はポリプロピレン、プラスチック、ラップフィルム或いはガラスから成るが、これに限定されない。

本発明の明細書に記載された「腫瘍」は肝臓腫瘍、胃腸癌、白血病、脳下垂体腫瘍、子細胞型肺癌や甲状腺癌を指すが、これに限定されない。

本実施例では肝臓腫瘍の検出を例としているが、これに限定されない。前記組織サンプルは患者の肝臓組織サンプルである。高温ＳＱＵＩＤを基礎とする卓上型ＮＭＲで肝臓腫瘍を検出するために、本発明の実施例では患者の肝臓組織サンプルは１．０５グラム必要とし、本発明の別の実施例では０．８５グラム必要である。

患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値は患者の肝臓組織サンプルのＴ_１ ^−１値、正常な組織の平均Ｔ_１ ^−１値は正常な肝臓組織の平均Ｔ_１ ^−１値、腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値は肝臓腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値である。本発明の実施例では、常温での前記正常な肝臓組織の平均Ｔ_１ ^−１値は臨界値である４．５ｓ^−１を超えている。本発明の別の実施例では４．５〜１０ｓ^−１であり、臨界値の範囲内である。常温での前記肝臓腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値は臨界値の４．５ｓ^−１を下回る。更に別の実施例では３〜４．５ｓ^−１であり、臨界値の範囲内である。

実施例において、病人の肝臓組織サンプルを分析する際には解凍する必要がある。一度前記サンプルの温度を常温に戻せば分析可能である。更に、何度も冷凍と解凍を繰り返した後でも、サンプルのＴ_１ ^−１値は変化しない。これはサンプルを冷凍保存できるということである。

本発明において、患者の組織サンプルは、サンプルの保存方法として最もよく使われるホルマリンで保存することも可能である。本発明の実施例では、患者の組織サンプルをホルマリンで処理した後の肝臓組織サンプルとする。ホルマリンによるサンプルのＴ_１ ^−１値の変化は顕著ではなく、冷凍と解凍を繰り返してもサンプルのＴ_１ ^−１値は変化しない。更に、常温でホルマリンに保存したサンプルのＴ_１ ^−１値も変化しない。これはサンプルをホルマリンで保存できるということである。

本発明の検出方法は、腫瘍の検出過程が終わった後でも、サンプルは元の状態のままであるため、そのまま他の病理学的分析に回すことができる。よって、量が不足することのあるサンプルを多くの検査に回すことができる。

本発明の腫瘍の検出方法は、常温環境において、ある大きさの組織から安定してＴ_１ ^−１値を得ることが可能であり、容器の材料に影響されることがない。更に、前記組織は低温、或いはホルマリンで保存するだけでよい。実験によって検出される値はサンプルの保存期間に影響を受けず、このような検査及び正常な組織と腫瘍組織を判断する方法は、便利、簡単であり、安定した結果を得ることができる。本発明は腫瘍病理学に新しい方向性を提供する。

高温ＳＱＵＩＤを基礎とする卓上型ＮＭＲを示す説明図である。サンプル容器の大きさを示す説明図である。電磁協定を示す図である。ＦＩＤ信号である。ラットの肝臓及び腫瘍組織のＴ_１ ^−１値の差異を示す説明図である。ラットの肝臓及び腫瘍組織のＴ_１ ^−１値の差異を示す説明図である。ラットの肝臓及び腫瘍組織のサンプルの分析に必要な最小必要量を示す説明図である。ラットの肝臓及び腫瘍組織のサンプルの分析に必要な最小必要量を示す説明図である。ラットの肝臓及び腫瘍組織の異なる重量においてのＴ_１ ^−１値の変化を示す説明図である。異なる非磁性材料から成る容器を使用した際のラットの肝臓のＴ_１ ^−１値である。異なる非磁性材料から成る容器を使用した際のラットの肝臓腫瘍のＴ_１ ^−１値である。である。冷凍状態かにおけるサンプルではＴ_１ ^−１値が測定できないことを示す説明図である。冷凍状態かにおけるサンプルではＴ_１ ^−１値が測定できないことを示す説明図である。サンプルを常温に戻した際にＴ_１ ^−１値が測定でき、更に冷凍していないサンプルとＴ_１ ^−１値の差異がないことを示す説明図である。サンプルを液体窒素に数日保存してもＴ_１ ^−１値に顕著な変化が表れないことを示す説明図である。サンプルを液体窒素に数日保存してもＴ_１ ^−１値に顕著な変化が表れないことを示す説明図である。サンプルを３０日間液体窒素に保存してもＴ_１ ^−１値が一致性を備えることを示す説明図である。サンプルを常温保存するとＴ_１ ^−１値が下降することを示す説明図である。サンプルを常温保存するとＴ_１ ^−１値が下降することを示す説明図である。ホルマリンで保存した肝臓組織とホルマリン処理を行っていない肝臓組織のＴ_１ ^−１値を示す説明図である。ホルマリンで保存した肝臓腫瘍とホルマリン処理を行っていない肝臓腫瘍のＴ_１ ^−１値を示す説明図である。サンプルをホルマリン保存してもＴ_１ ^−１値に大きな変化がないことを示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、これは本発明の範囲を限定するものではない。。

動物の組織サンプルの準備

本実施例では生後６週目のオスのウィスターラットを１０匹選び実験を行った。全てのラットはジエチルニトロソアミンを１００ｐｐｍ混合した水を６週間与え続け、肝細胞癌（ＨＣＣ）を誘発させた。全ての実験は動物研究倫理委員会の許可を得て行った。６週間後、ラットからは直径３〜１０ミリの肝臓腫瘍が見つかった。二酸化炭素を吸入する方法でラットを安楽死させた後、肝臓を取得し、正常な肝臓組織と腫瘍組織を別々に液体窒素で保存した。一部のサンプルをホルマリン溶液に保存し、ヘマトキシリン・エオシン染色を行い分析を行った。２人の病理学者が個別に病理学的診断を行い、肝臓及び腫瘍組織の区別を行った。

高温ＳＱＵＩＤを基礎とした卓上型ＮＭＲによる検査

従来は、必ず磁気シールドルーム（ＭＳＲ）内で高温ＳＱＵＩＤＮＭＲによる作業を行う必要があった。現在ではすでにＭＳＲ内で行う必要がない。図１Ａに示すように、前記卓上ＮＭＲはピックアップコイル、前分極コイル、補正コイル及び測定コイルを備える。これらのコイルは４層のアルミケース内に設けられ、環境ノイズを遮る。これらのコイルから、６４ｃｍ^３のサンプル体積に１／１０^４の磁場を起こすことが可能である。補正コイルは地球磁場の垂直分量を補正するのに利用される。前記ピックアップコイル及び入力コイルは備蓄回路により磁束変換機となる。プロトンのＮＭＲ信号は前記磁束変換機によりＳＱＵＩＤの磁束計に結合される。ＳＱＵＩＤの測定器及び入力コイルはＢｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙから成る超伝導容器内に設置される。

図１Ｂに示すように、前記組織サンプルは高さ約３ｃｍ、直径約１．２ｃｍの容器に収められ、測定を行う場所へ設置される。測定は以下のステップを含む。この実験では、ｚ軸に沿って１０３μＴの静測定磁場Ｂ_０が存在する。Ｂ_０はコイル及び地球磁場の水平分量から生まれる磁場により発生する。ｘ軸に沿って１００ｍＴの前分極磁場Ｂ_ｐをかける。前分極磁場の力は静測定磁場の力より強いため、^１Ｈの核スピン方向はｘ軸の向きにそろう。分極時間ｔ_Ｂｐが経過した後、前分極磁場を閉じる。静測定磁場Ｂ_０が存在するため、核磁化はｘ軸からｚ軸へ歳差運動を行う。^１Ｈのスピンは初めｘｙ平面内で行われるが、最後はｚ軸に沿って緩和する。ここで、高温ＳＱＵＩＤの磁束計を磁束変換機（図１Ｃに示す）により^１Ｈの核スピンの自動誘導減衰（ＦＩＤ）信号を検出する。そして、記録されたＦＩＤ信号をフィルタ及び増幅器にかける。そしてフーリエ変換によりＮＭＲ信号が得られる。

Ｔ_１ ^−１値の計算

分極時間の変化量ｔ_Ｂｐに対応するＮＭＲ信号を得た後、ＮＭＲ強度データＳ（ｔ_Ｂｐ）を１０回測定した値の平均値を計算する。前記強度Ｓ（ｔ_Ｂｐ）は以下の数式で求められる。

本発明は数式１により、Ｓ（ｔ_Ｂｐ）曲線からＴ_１ ^−１値を求めることが可能である（図１Ｄに示す）。

腫瘍の識別及び測定に必要なサンプルの質量の取得

肝臓及び腫瘍のサンプルを重量の異なる５つの破片に分けた。その重量の範囲は０．２３〜１．４グラムである。そしてそれぞれのサンプルのＴ_１ ^−１値を３回測定した。図２Ａに示すように、肝臓組織のＴ_１ ^−１値は４．５ｓ^−１のような一定の値より高く、より正確には４．５〜１０ｓ^−１の間である。腫瘍組織のＴ_１ ^−１値は臨界値より低い。より詳しくは、肝臓組織のＴ_１ ^−１値は４．５〜１０ｓ^−１のような一定の範囲内にある。しかし腫瘍組織のＴ_１ ^−１値は３〜４．５ｓ^−１のような一定の範囲内にある。これらの数値から、腫瘍及び肝臓組織には統計上の顕著な差異（ｐ＜０．０５）が存在することがわかる（図２Ｂに示す）。更に、この結果はＴ_１ ^−１値が肝臓及び腫瘍組織を区別することが可能であることを示す。

次に、同じ検査によって大きさの異なるサンプルを測定した。安定してＴ_１ ^−１値を得られた肝臓細胞のうち、最も小さいものは０．８５グラムであった（図２Ｃに示す）。安定してＴ_１ ^−１値を得られた腫瘍組織のうち、最も小さいものは０．５５グラムであった（図２Ｄに示す）。サンプルの重量がこれらの数値を上回れば、Ｔ_１ ^−１値には統計上の顕著な影響はない（図２Ｅに示す）。また、肝臓組織のＴ_１ ^−１値は前記臨界値より高く、腫瘍組織のＴ_１ ^−１値は前記臨界値より低い。

容器の材料実験

異なる材料から成る容器がＴ_１ ^−１値に与える影響を検査するため、それぞれのサンプルを異なる非磁性材料から成る容器に入れた。前記非磁性材料はポリプロピレン、プラスチック、ラップフィルム及びガラスである。

肝臓組織（図３Ａに示す）及び腫瘍組織（図３Ｂに示す）のＴ_１ ^−１値の測定結果には顕著な差異は見られなかった。よって、Ｔ_１ ^−１値はサンプルを収容する容器の材料の影響を受けないことがわかる。

冷凍と解凍実験

それぞれの肝臓及び腫瘍サンプルを同じ重量に分け、複数のグループに分類した。前記グループは、常温で検査を行うグループ、液体窒素にて冷凍し、冷凍状態で検査を行うグループ、液体窒素にて冷凍し、更に解凍し常温に戻してから検査を行い、再び冷凍するグループを含む。実験を行った１日目、２日目、３日目、４日目、５日目、６日目、７日目、３０日目、６０日目にそれぞれのグループのＴ_１ ^−１値を測定した。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、肝臓組織及び腫瘍組織は冷凍状態においてはＴ_１ ^−１値を測定することはできなかった。しかし、一度常温に戻せば、Ｔ_１ ^−１値の測定ができた。更に、常温で検査を行ったサンプルと、冷凍及び解凍を繰り返し行ったサンプルのＴ_１ ^−１値では、統計上の顕著な差異は認められなかった（図４Ｃに示す）。サンプルを液体窒素に長時間保存したものであっても、結果は同じであり、顕著な差異は認められなかった（図５Ａ及び図５Ｂに示す）。このような一致性は少なくとも３０日は維持することができる（図５Ｃに示す）。

また、図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、サンプルを常温で保存した場合には、Ｔ_１ ^−１値は時間と共に徐々に下がり、実用的な数値ではなくなった。

ホルマリン保存実験

最後に、ホルマリンによる実験を行った。重量が全て同じである肝臓及び腫瘍サンプルをそれぞれホルマリンで保存し、実験を行った１日目、２日目、３日目、４日目、５日目、６日目、７日目、３０日目、６０日目にＴ_１ ^−１値を測定した。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ホルマリンで保存したものとホルマリン処理を行っていないもののＴ_１ ^−１値には、統計上の顕著な差異は認められなかった。更に、６０日が経過したものであっても、Ｔ_１ ^−１値に顕著な変化は見られなかった（図７に示す）。これらのデータは、本発明はホルマリンで保存したサンプルのＴ_１ ^−１値も測定できるということである。

Claims

腫瘍の検出方法であって、前記方法は、
（ａ）患者の組織サンプルを少量取得するステップ、
（ｂ）前記患者の組織サンプルを非磁性容器に入れるステップ、
（ｃ）前記患者の組織サンプルを高温ＳＱＵＩＤ（Ｈｉｇｈ−ＴｃＳＱＵＩＤ）を基礎とする卓上型ＮＭＲに入れるステップ、
（ｄ）マイクロテスラ磁界（ｍｉｃｒｏｔｅｓｌａｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓ）内で前記患者の組織サンプルを分析するステップ、
（ｅ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値を得るステップ、
（ｆ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値と同類の正常な組織の平均Ｔ_１ ^−１値を比較するステップ、
（ｇ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値と同類の腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値を比較するステップ、
（ｈ）前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値が腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値に近ければ、前記患者は癌であると認め、前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値が正常な組織の平均Ｔ_１ ^−１値に近ければ、前記患者は癌ではないと認めるステップ、
を含むことを特徴とする。
前記組織サンプルは肝臓から得ることを特徴とする請求項１に記載の腫瘍の検出方法。
前記容器はポリプロピレン、プラスチック、ラップフィルム或いはガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載の腫瘍の検出方法。
前記患者の組織サンプルのＴ_１ ^−１値は、患者の肝臓組織サンプルのＴ_１ ^−１値であることを特徴とする請求項１に記載の腫瘍の検出方法。
前記正常な組織のサンプルの平均Ｔ_１ ^−１値は、正常な肝臓組織のサンプルの平均Ｔ_１ ^−１値であることを特徴とする請求項１に記載の腫瘍の検出方法。
前記正常な肝臓組織は常温での平均Ｔ_１ ^−１値が臨界値より高く、前記臨界値は４．５ｓ^−１であることを特徴とする請求項５に記載の腫瘍の検出方法。
前記正常な肝臓組織は常温での平均Ｔ_１ ^−１値が臨界値の範囲に収まり、、前記臨界値の範囲は４．５〜１０ｓ^−１であることを特徴とする請求項５に記載の腫瘍の検出方法。
前記腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値は、肝臓腫瘍組織の平均Ｔ_１ ^−１値であることを特徴とする請求項１に記載の腫瘍の検出方法。
前記肝臓腫瘍組織は常温での平均Ｔ_１ ^−１値が臨界値より低く、前記臨界値は４．５ｓ^−１であることを特徴とする請求項８に記載の腫瘍の検出方法。
前記肝臓腫瘍組織は常温での平均Ｔ_１ ^−１値が臨界値の範囲に収まり、、前記臨界値の範囲は３〜４．５ｓ^−１であることを特徴とする請求項８に記載の腫瘍の検出方法。