JP2017029533A - 光学測定方法及び光学測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】神経変性疾患に対して特異的なタンパク質に係る評価をより簡便に行うことを可能とする。【解決手段】光学測定装置１を用いた光学測定方法では、近赤外光源１０から近赤外光を照射することで、前記被検体５から出射される拡散反射光のスペクトル情報を取得し、前記スペクトル情報に基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比を算出する。近赤外光のスペクトル情報の取得は非侵襲で実施することができるため、被検体における負担を大きく減らすことができ、簡便な評価が可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の評価を行う光学測定方法及び光学測定装置に関する。

パーキンソン病、アルツハイマー病等の神経変性疾患については、発症や進行メカニズムに係る研究が進められているものの、不明な点も多い。近年では、神経変性疾患の患者の皮膚に特定のタンパク質が凝集及び蓄積することが報告されている（例えば、非特許文献１〜４参照）。

Malek N., et al.,「Alpha-synuclein in peripheral tissues and body fluids as a biomarkerfor Parkinson’s disease-a systematic review」, ActaNeurol. Scand., 2014年, vol.130, p.59-72 Ono S., et al., 「Amyotrophic lateral sclerosis:Increased solubility of skin collagen」, Neurology, 1992年, vol.42, 1535-1539 Catharine L. Joachim et al., 「Amiloid β-protein deposition in tissuesother than brain in Alzheimer’s disease」, Nature, 1989年, vol.341, p.226-230 Klunk WE, et al., 「Imaging Brain Amyloid in Alzheimer’s Disease with Pittsburgh Compound-B」, Ann. Neurol., 2014年, vol.55, p.306-319

しかしながら、特定のタンパク質の凝集及び蓄積に基づいて被検者が神経変性疾患に罹患しているかを判断するためには、生体組織検査が一般的であり、特定のタンパク質の凝集及び蓄積を簡便に評価する手法は知られていなかった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、神経変性疾患に対して特異的なタンパク質に係る評価をより簡便に行うことが可能な光学測定方法及び光学測定装置を提供することを目的とする。

本願発明は、
（１）近赤外光源から近赤外光を照射することで、被検体から出射される拡散反射光のスペクトル情報を取得し、
前記スペクトル情報に基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比を算出する光学測定方法、

（２）近赤外光を出射する近赤外光源と、
前記近赤外光源からの前記近赤外光の照射によって出射される被検体からの拡散反射光のスペクトル情報を取得する検出手段と、
前記検出手段により取得された前記スペクトル情報に基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比を算出する分析手段と、
を備える光学測定装置
である。

本発明によれば、神経変性疾患に対して特異的なタンパク質に係る評価をより簡便に行うことが可能な光学測定方法及び光学測定装置が提供される。

実施形態に係る光学測定装置の概略構成図である。 光学測定装置の他の例を説明する図である。 光学測定装置により取得される反射光スペクトルの例である。 図３の反射光スペクトルについて主成分分析を行った結果を示す図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。

本願の光学測定方法は、（１）近赤外光源から近赤外光を照射することで、前記被検体から出射される拡散反射光のスペクトル情報を取得し、前記スペクトル情報に基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比を算出することを特徴とする。

上記の光学測定方法によれば、被検体の体表面の近赤外光に係る拡散反射光のスペクトル情報を取得することにより、これに基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質に係る組成比を算出することが可能となり、神経変性疾患に罹患している可能性の評価が可能となる。近赤外光のスペクトル情報の取得は非侵襲で実施することができるため、被検体における負担を大きく減らすことができ、簡便な評価が可能となる。

（２）上記（１）の光学測定方法は、前記神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比として、前記被検体の体表面におけるコラーゲンの型の組成比を検出する態様とすることができる。

筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）の患者は、体表面の皮膚におけるコラーゲンの型が健常者とは異なることが知られている。したがって、上記のように、コラーゲンの型の組成比を検出する態様を備えることで、ＡＬＳに罹患している可能性があるか否かの評価を行うことができる。

また、本願の光学測定装置は、（３）近赤外光を出射する近赤外光源と、前記近赤外光源からの前記近赤外光の照射によって出射される被検体からの拡散反射光のスペクトル情報を取得する検出手段と、前記検出手段により取得された前記スペクトル情報に基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比を算出する分析手段と、を備えることを特徴とする。

上記の光学測定装置によれば、被検体の体表面の近赤外光に係る拡散反射光のスペクトル情報を取得することにより、これに基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質に係る組成比を算出することが可能となり、神経変性疾患に罹患している可能性の評価が可能となる。近赤外光のスペクトル情報の取得は非侵襲で実施することができるため、被検体における負担を大きく減らすことができ、簡便な評価が可能となる。

（４）上記（３）の光学測定装置において、前記検出手段は、受光素子が２次元に配置された画像取得装置である態様とすることができる。

このような構成とした場合、被検体の体表面の２次元的な情報を画像取得装置において取得することが可能となる。したがって、局所的な状態に左右されず安定した計測が可能となる。

（５）上記（３）の光学測定装置において、前記近赤外光源からの近赤外光を導波して端面から出射する照射用光ファイバと、前記被検体からの拡散反射光を端面から入射して、導波して前記検出手段に出力する検出用光ファイバと、を有するファイバプローブを更に備える態様とすることができる。

このような構成とした場合、外乱光及び被検体表面における正反射光等を排除した計測を行うことができるため、正反射光等に由来する誤検出を防止することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明に係る光学測定方法及び光学測定装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置の構成を示す概略説明図である。また、図１（Ｂ）は、光学測定装置のうち測定部２０近傍を拡大した図である。光学測定装置１は、光源１０（近赤外光源）、測定部２０、検出部３０及び分析部４０を含んで構成される。この光学測定装置１は、被検体３を非侵襲で観察するために用いられ、所謂ファイバプローブを有する装置である。被検体３としては、人体の体表面が挙げられる。

光源１０は、波長７００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長域のうち少なくとも一部波長域の光（近赤外光）を出射する光源である。光源１０は、より広帯域の光を出射可能であるとより好ましい。光源１０としては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、及びスーパーコンテニューム光源（Supercontinuum：ＳＣ）等が好適に用いられる。なお、近赤外光のうち、波長１７００ｎｍ〜２４００ｎｍの波長域の光が測定に用いられることが好ましい。

光源１０から出射される光は、光源１０に接続された照射用光ファイバ１５等の導波手段を経由して、図１（Ｂ）に示すように、照射用光ファイバ１５の端面１５ａから被検体３に対して照射される。また、照射用光ファイバ１５の端面１５ａから被検体３内に入射した光の一部Ｌ１は、被検体３内を通り検出用光ファイバ２５の端面２５ａから検出用光ファイバ２５内に入射する。

測定部２０は、照射用光ファイバ１５及び検出用光ファイバ２５を支持するための部材であり、ファイバ型プローブを構成する。測定部２０により照射用光ファイバ１５の端面１５ａ及び検出用光ファイバ２５の端面２５ａを同一面に支持する構成とした場合、図１（Ｂ）に示すように照射用光ファイバ１５の端面１５ａ及び検出用光ファイバ２５の端面２５ａを被検体３に対してより近接させた状態とすることができる。そのため、外乱光及び被検体３表面における正反射光等を排除することができ、検出用光ファイバ２５には、被検体３内を通過した光を好適に入射させることができる。

検出部３０は、検出用光ファイバ２５により導波された光を検出する手段である。被検体３内を通過した光は、被検体３内の情報を反映したスペクトル形状を呈する。したがって、検出部３０は、この被検体３からの光のスペクトル情報を取得する。

なお、検出部３０においてスペクトル情報を検出するためには、分光手段を備えている必要がある。分光手段は、光源１０側（被検体３に照射する前の光の光路）又は検出部３０側（被検体３から出射した光の光路）に設けられる。光源１０側に設ける場合は、例えば、光源１０から広帯域の光を一度に出射するのではなく、分光手段によって光源１０から出射する光の波長を変化させながら出射する構成とする構成が挙げられる。この場合、光源１０の内部において、ハロゲンランプなどの広帯域光源を設けた上で、グレーティング等の波長選択装置を用いて照射する波長を選択することで可能である。また、他にも波長を限定するバンドパスフィルタ、リニアバリアブルフィルタ（ＬＶＦ）を通過させる構成としてもよい。さらに、複数のＬＥＤ等を組み合わせて光源１０としてもよい。また、分光手段は、光路上に設けられていればよく、光源１０とは別に設けられていてもよい。

一方、検出部３０側において分光して検出する方法もある。この場合には、光路上にプリズム、回折格子等の分光手段を設ける方法がある。この場合、分光した光を個別に受光するために、受光素子が一列に配置されたラインセンサ又は受光素子が２次元配置された画像取得装置（カメラ）等の光検出装置を用いる構成とすることもできる。この場合、画像取得装置は、ハイパースペクトル画像を取得可能なハイパースペクトルカメラであってもよい。検出部３０において取得されたスペクトル情報は、分析部４０へ送られる。

分析部４０は、検出部３０において検出されたスペクトル情報に基づいて、被検体３の組織に係る分析を行う分析手段としての機能を有する。分析部４０における分析の方法については後述する。分析の結果は、外部に対して出力することができる。

図１に示す光学測定装置１による光学測定方法について説明する。光学測定装置１において、光源１０から近赤外光を出力することで、測定部２０における照射用光ファイバ１５の端面１５ａから被検体３内に近赤外光が出射される。そして、被検体３からの拡散反射光が検出用光ファイバ２５の端面２５ａからファイバ内に入射し、検出部３０によって検出される。これにより、被検体３の体表面における拡散反射光のスペクトル情報が取得される。分析部４０では、被検体３の体表面に係るスペクトル情報に基づいて、被検体３が神経変性疾患に罹患している可能性についての評価を行う。具体的には、神経変性疾患に特定的なタンパク質の組成比を求め、その結果に基づいて、被検体３が神経変性疾患に罹患している可能性についての評価を行う。

図２は、光学測定装置の異なる構成の例を示す図である。図２に示す光学測定装置２では、光源１０及び照射用光ファイバ１５に代えて、被検体３に対して広範囲に光を照射する光源５０が用いられている。また、検出用光ファイバ２５及び検出部３０に代えて、被検体３の体表面からの光を２次元的に検出すると共に位置情報も併せて取得可能な画像取得装置（カメラ）６０が用いられている。このような構成とした場合、被検体３の体表面の２次元的な情報を画像取得装置６０において取得することが可能となる。したがって、光学測定装置１のように限られた領域のスペクトル情報を取得する構成と比較して、局所的な状態に左右されず安定した計測が可能となる。上記のように、光学測定装置の構成は、体表面に係るスペクトル情報を取得可能な構成の範囲で適宜変更することができる。

上記の光学測定装置１，２による分析の対象は体表面であり、具体的には皮膚、毛髪、爪、粘膜等である。また、体表面とは被検体３の表面から概ね深さ２ｍｍまでの範囲をいう。光学測定装置１，２では、被検体３が神経変性疾患に罹患している場合に、神経変性疾患に対して特異的なタンパク質が被検体３の体表面に凝集・蓄積することを利用して、被検体３が神経変性疾患に罹患しているかを非侵襲で行うことを特徴としている。

神経変性疾患のうち、パーキンソン病については、体表面の皮膚にαシヌクレインが蓄積することが知られている。また、筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）については、体表面の皮膚におけるコラーゲンの型の組成比が健常者とは異なることが知られている。さらに、アルツハイマー病については、皮膚にアミロイドβが蓄積することが知られている。このように、神経変性疾患に罹患していると体表面のタンパク質の組成が変化することが確認されているので、体表面におけるタンパク質の組成比の変化を検出することにより、被検体３が神経変性疾患に罹患している可能性があるかを評価することができる。

光学測定装置１を用いた分析の実施例を参照しながら、さらに説明する。実施例として、コラーゲン１型とコラーゲン３型との組成比が１００％−０％となる皮膚のサンプル１と、組成比が５０％−５０％となる皮膚のサンプル２と、を用いて、図１に示す光学測定装置１を用いて評価を行った。なお、被検体３が筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）に罹患している場合、コラーゲン１型及びコラーゲン３型の組成比が変わる（コラーゲン３型の割合が増加する）ことが知られている。なお、コラーゲン１型とコラーゲン３型とはポリペプチド鎖の組み合わせが互いに異なるものである。

２種類のサンプルに対して波長帯域１０００ｎｍ〜２３５０ｎｍの近赤外光を照射してスペクトル情報を取得したところ、図３に示す反射光スペクトルが得られた。なお、図３では、サンプル１，２のそれぞれについて、１０箇所の測定を行った結果を示している。

さらに、これらのスペクトル情報についての主成分分析を行い、各スペクトル情報についての、第１主成分（ＰＣ１）と第２主成分（ＰＣ２）の値に応じてプロットした結果を図４に示す。図４に示すように、サンプル１（１００％−０％）の群とサンプル２（５０％−５０％）の群とを区別することができた。

このように、体表面の近赤外波長帯域に係るスペクトル情報を取得することで、コラーゲンの組成比（１型と３型との組成比）の違いを検出することが可能であることが確認された。このように、本実施形態に係る光学測定装置及び光学測定方法を用いて体表面の近赤外光に係る拡散反射光のスペクトルを取得することで、体表面におけるタンパク質の組成比の違いを検出することができる。したがって、本実施形態に係る光学測定装置及び光学測定方法によれば、神経変性疾患に対して特異的なタンパク質に係る評価をより簡便に行うことが可能となる。

この点について、神経変性疾患の患者において、皮膚等の体表面に神経変性疾患に特異的なタンパク質が凝集及び蓄積していること自体は従来から確認されていた。しかしながら、従来は、神経変性疾患に特異的なタンパク質が皮膚等に蓄積しているか否かを評価する方法として、生体組織検査が用いられていた。近年、疾患の早期発見の目的から、スクリーニングとして神経変性疾患の有無の可能性を簡便に評価したいというニーズが生じている。しかしながら、従来用いられていた生体組織検査は、被検体の身体的負担、検査費用及び検査時間の観点から簡便に評価できるといえるものではない。また、アルツハイマー病に対して特異的なタンパク質であるアミロイドβは脳に蓄積することが知られており、脳に蓄積したアミロイドβを検出する方法として、放射性同位体を含むプローブを投与して診断を行うＰＥＴ検査を利用する方法も知られている（非特許文献４）。しかしながら、放射性同位体を含むプローブを被検体に投与するため、やはり被検体における負担が大きいという問題がある。

これに対して、本実施形態に係る光学測定装置及び光学測定方法では、被検体の体表面の近赤外光に係る拡散反射光のスペクトルを取得することにより、神経変性疾患に特異的なタンパク質に係る組成比を検出することが可能となる。したがって、その結果に応じて、神経変性疾患に罹患している可能性の評価が可能となる。近赤外光のスペクトル情報の取得は非侵襲で実施することができるため、被検体の身体的負担を大きく減らすことができる。また、ＰＥＴ検査等と比較しても、簡便な装置構成で評価を行うことができるため、神経変性疾患に係る評価をより簡便に行うことができる。

また、検出部３０が被検体３の体表面の２次元的な情報を取得可能な画像取得装置である場合には、局所的な状態に左右されず安定した計測が可能となる。なお、評価を行いたい神経変性疾患に特異的なタンパク質がαシヌクレイン又はアミロイドβである場合、これらのタンパク質は凝集しやすい性質を有する。したがって、画像取得装置を用いてスペクトル情報を取得する構成を適用したほうが凝集したタンパク質を検出しやすくなる。

また、光学測定装置１のようにファイバプローブの測定部２０を備えている場合、外乱光及び被検体表面における正反射光等を排除した計測を行うことができるため、正反射光等に由来する誤検出を防止することができる。

なお、本発明に係る光学測定方法及び光学測定装置は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のように光学測定装置１における光源１０、測定部２０、検出部３０、及び分析部４０の配置及び装置構成は特に限定されない。

また、上記実施形態でも一部説明したように、スペクトル情報を分析して神経変性疾患に係る被検体の評価を行う際には、規格化等の前処理や、主成分分析等の公知の解析処理を行ってよい。

１…光学測定装置、１０…光源、２０…測定部、３０…検出部、４０…分析部。

Claims (5)

1. 近赤外光源から近赤外光を照射することで、被検体から出射される拡散反射光のスペクトル情報を取得し、
   前記スペクトル情報に基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比を算出する光学測定方法。
2. 前記神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比として、前記被検体の体表面におけるコラーゲンの型の組成比を検出する請求項１に記載の光学測定方法。
3. 近赤外光を出射する近赤外光源と、
   前記近赤外光源からの前記近赤外光の照射によって出射される被検体からの拡散反射光のスペクトル情報を取得する検出手段と、
   前記検出手段により取得された前記スペクトル情報に基づいて、神経変性疾患に特異的なタンパク質の前記被検体の体表面における組成比を算出する分析手段と、
   を備える光学測定装置。
4. 前記検出手段は、受光素子が２次元に配置された画像取得装置である請求項３に記載の光学測定装置。
5. 前記近赤外光源からの近赤外光を導波して端面から出射する照射用光ファイバと、
   前記被検体からの拡散反射光を端面から入射して、導波して前記検出手段に出力する検出用光ファイバと、を有するファイバプローブを更に備える請求項３に記載の光学測定装置。