JP2591537B2 - がん性組織と良性または正常組織とを識別する方法および設備 - Google Patents
がん性組織と良性または正常組織とを識別する方法および設備Info
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Description
ゅよう組織、良性の組織または正常な組織と識別する方
法および設備に係わり、特に天然蛍光を用いてがん性の
組織を良性のしゅよう組織、良性の組織または正常な組
織と識別する方法および設備に関するものである。ここ
に用いる場合、用語「がん性組織」は「がん性しゅよう
組織」を意味する。
は未だ開発されていないので、がんの研究は主として、
がんを診断し治療する最も効果的な方法に集中されてい
る。切除から放射ないし化学療法にわたり、療法の各種
方式の如く差異はあるが、全ての療法が一つの決定的な
段階、がん性の組織の検出、に頼っている。この検出の
重要性は強調のしようもない程である。早期検出によ
り、がんの存在が指摘されるのみならず、どこでがんが
発生したかについて、またどの形式の療法が最も安全且
つ有効な方法かについても指示が得られる。早期検出は
がん細胞の成熟の状態を現出させるので、それにより上
記の諸利益を得ることができる。
細胞の何等かの突然変異の結果である単一の「創始」細
胞のクローン細胞(clonal cell)である。
突然変異の結果として、この創始細胞が反復され且つ分
割され、ついにはしゅようと称する細胞の集団を形成す
る。がん性のしゅようは、それが正常な隣接細胞のそれ
を超える代謝率で増殖するので、有害である。その結果
として、がん性しゅようが正常な隣接組織を犠牲にして
成長し、ついには正常な組織を破壊する。
な理由の一つは、がん細胞が、リンパまたは循環系を介
して身体全体にわたって散在し且つそれらが到達した場
所に新しいしゅようを生成する能力を備えていることで
ある。しかし、この散在する能力は、突然変異した組織
の特性膜糖たんぱくを失った細胞に帰着するに過ぎな
い。それ故、がんが転移し得るまでには暫く時間がかか
る。早期検出についての利点は、細胞の大きさや形状な
どの諸特性に関し細胞を検査してがん細胞の源を確認し
得ることである。
であるしゅようがある。非がん性しゅようは一般に、良
性しゅようと称される。
に生体内または生体外の何れにも利用できる正確な技法
の重要性を過小評価することはできない。生体内技法の
利点は、例えば挿入された光ファイバ・プローブの使用
に比較的邪魔されずに、敏感な組織を試験できることで
ある。クリニカル・シンポジア(ClinicalSy
mposia)誌、第32巻、第3号に出ている「ガス
トロインテスティナル・エンドスコピー(Gastro
intestinal Endoscopy)」と題す
る論文には、がんを検出するこの種の方法のあり得べき
用途が記述されている。別の例として、生体内の組織を
試験するために内視鏡を用いることができる。
出願第186,747号には、天然可視蛍光を用いてが
ん性および正常の組織を識別する方法および設備が開示
されている。この技法には、約488ナノメータ(nm)
の波長を備える単色光のビームで組織を刺激する段階
と、次いで約500〜700nmのスペクトル領域にわた
って生成された蛍光の強さを測定する段階とが包含され
ている。
と正常組織とを識別するのに有用であるが、それにより
がん性組織は良性組織や良性しゅよう組織とは識別され
ない。ある場合には、この技法を用いて試験された良性
組織と良性しゅよう組織との試料ががん性組織やがん性
しゅようと類似のスペクトル・プロファイルを生成し、
また他の場合には、良性組織と良性しゅよう組織との試
料が、上記に言及した448nmの刺激を用い、正常組織
と類似のスペクトル・プロファイルを生成している。
法の背後の手掛かりは、がん性組織を良性組織や良性し
ゅよう組織と、且つまたがん性組織を正常組織と識別し
得ることを意味する。
80nmの刺激光に誘起された可視蛍光を用いて動脈壁を
アテローム性プラーク(atheromatous p
laque)やその他の物質と識別する方法が開示され
ている。
外線刺激によって得られた組織の蛍光パターンを、それ
が正常か異常かを知るため先ず検査するようにした、ア
テローム硬化(aterosclerotic)組織を
切除する方法が開示されている。
4,290,433号、米国特許第4,479,499
号および同第4,566,057号である。
組織と非がん性組織とを識別するための新規な、改良さ
れた技法を提供することにある。
織や良性しゅよう組織と識別する技法を提供することに
ある。
性組織、良性しゅよう組織または正常組織と識別する技
法を提供することにある。
て、がん性組織を良性組織、良性しゅよう組織または正
常組織と識別する技法を提供することにある。
フィルムの使用を必要としない、がん性組織を良性組
織、良性しゅよう組織または正常組織と識別する技法を
提供することにある。
(即ち、胸部、子宮けい部、子宮、肺、尿路、ちつ、腸
管、胃、脳、結腸、眼、いんこう等)のがんの存在を確
認する生体内分光学的診断技法を提供することにある。
料を試験して、それらが良性または正常なものに対比し
てがん性か否かを確認する生体内分光学的診断技法を提
供することにある。
吸収によって蛍光スペクトルを変化させる血液の影響が
低減されまたは除去されるようにした、上述の如き技法
を提供することにある。
激された場合、がん性組織、(しゅよう性または非しゅ
よう性の)良性組織および正常組織の天然蛍光スペクト
ルが可成り異なり、とりわけ、約320〜約600nmの
蛍光スペクトル領域にわたって観察した場合には可成り
異なる、という発見に基づいている。これらの差異の結
果として、がん性の組織およびしゅようと、良性の組織
およびしゅようまたは正常組織とを効果的に識別するこ
とができる。数多くの技法の何れも、これらの区別を行
うことに使用できる。これらには、(1) 2種の(または
それを超える)発光波長の比を測定し、その値が予定数
より上か下かを確かめる段階か、(2) 2種の(またはそ
れを超える)発光波長の差を測定し、その値が予定数よ
り上か下かを確かめる段階か、(3) 得られたプロファイ
ルを、状態が既知の組織の、試料のプロファイルと比較
する段階かが包含される。
蛍光スペクトルを変化させる血液による吸収の影響を、
血液による吸収の量が同等な波長で組織の状態を測定す
べく読取りを行うことにより低減または除去さえするこ
とができる。
て組織ががん性か否かを識別する方法にして、 a.検査すべき組織を、少なくとも大体単色で約260
〜315nmの波長の光線で刺激し、それによって天然
蛍光が該組織から発出されるようにする段階と、 b.一つの波長が約340nmであって、他の波長が約
440nmである、二つの波長における前記天然蛍光の
強さを測定する段階と、 c.前記二つの波長における前記測定に従い、良性また
は正常なものに対比して前記組織ががん性か否かを識別
する段階とを含むことを特徴とする。
対比して組織ががん性か否かを識別する設備にして、 a.がん性組織に対する強さと良性または正常な組織に
対する強さとが異なるような波長の蛍光を発する波長で
組織を照明する単色光源と、 b.二つの相違する波長において前記組織から発出され
る光の強さを測定するための一対の光検出器組立体であ
って、各該光検出器組立体は一つの光検出器と一つのフ
ィルタとを含み、一方のフィルタは約340nmの波長
を通過させるように構成され、他方のフィルタは約44
0nmの波長を通過させるように構成されており、各該
フィルタは約30nmの帯域幅を有している、前記一対
の光検出器組立体と、 c.前記蛍光を前記組織から前記一対の光検出器組立体
へ伝送する装置と、 d.前記一対の光検出器組立体からの信号に対応する処
理された信号を生成するためにこの一対の光検出器組立
体に結合された装置と、 e.前記の処理された信号を表示する装置とを含むこと
を特徴とする。
20nm程度の帯域幅があっても良い。検出された光にも
また約20nm程度の帯域幅があって良い。刺激光は30
0nmには限定されず、以下に示す如く、約260nm〜3
15nmであって良い。
更に、試料をバー・コード化でき且つ同時に、得られた
諸結果を後日の利用のため計算機内に記憶させるよう、
バー・コーダを包含することもできる。
内および生体外試験の双方に応用できる。
次の説明により明白となるはずである。この説明には、
その部分を形成する添付図面が参照され、そこには、本
発明を実施する特定の実施例が例示として示されてい
る。これらの実施例は、当業者が本発明を実施し得るに
足りるだけ詳細に説明されてあり、また、他の諸実施例
も利用できることと、本発明の範囲を逸脱せずに構成上
の諸変更をなし得ることとが理解されるべきである。従
って、次の詳細な説明は限定された意味に解釈されるべ
きではなく、本発明の範囲は、添付クレイムに最も有利
に画定されている。
良性の組織、良性のしゅよう組織または正常な組織と識
別する方法および設備に指向されている。
20nm〜約600nmの天然蛍光スペクトル刺激が良性の
人体組織、良性の人体しゅよう組織または正常な組織に
ついてのそれと可成り差異があり、これらの差異によっ
てがん性の人体組織を良性のしゅよう若しくは組織また
は正常な人体組織と識別することができるという、上記
に言及した発見に基づいている。
か一つにおいて、がん性組織を良性または正常組織と識
別するために利用できる。例えば、2種の発光波長にお
ける強さの比を測定し、それがほぼ予定値になるか、そ
れを下回るかを知ることができる。別の例として、2種
の発光波長における強さの差を測定し、それが予定値を
上回るか下回るかを知ることができる。更に別の方法と
して、このスペクトル・プロファイルを、既知の組織に
ついての既存のプロファイルと比較することができる。
がん性組織を良性または正常組織と識別するため、発光
プロファイルの代りに刺激プロファイルを使用すること
もできる。差異を測定し若しくはプロファイルを比較す
る場合、スペクトルが先ず標準化される。比を測定し若
しくはプロファイルを比較する場合にはスペクトルを標
準化しても良いが、これは不可欠なものではない。
ペクトルは、パーキン・エルマ・ランプ・フルオレセン
ス・アンド・エクサイテーション(PerkinElm
er Lamp Fluorescence And
Excitation)LS50計器を用いて得られた
ものである。
がん性人体胸部組織の試料(曲線C)、良性人体胸部し
ゅよう組織の試料(曲線B)および正常な人体胸部組織
の試料(曲線N)についての300nmの刺激に対する3
20〜580nmの蛍光スペクトルが示されている。わか
るように、スペクトルには可成りの差異がある。これら
の差異の故に、がん性組織と、良性または正常組織とを
効果的に識別することができる。
を測定しそれが予定値より大か小かを知るか、2種の発
光波長の差を測定しそれが予定値より大か小かを知る
か、あるいはこのスペクトル・プロファイルを既知のプ
ロファイルと比較するか、の何れかが可能である。
査される組織の領域付近の血液による若干の蛍光の吸収
の結果として、蛍光の読みが変更される可能性があるこ
とが見いだされている。
織から発出される蛍光の吸収に起因する読みの変化は、
血液による吸収量が同じである波長での読みを得ること
によりほとんど除去することができる。吸収を同じくす
る波長を選定することにより、組織や諸器官または周囲
に存在し得る血液の種々の量を説明することもできる。
この研究方法により、しゅようの部分や組織内における
試料準備の何等かの変動や出血の量を低減できる。がん
および良性組織の内因性蛍光指紋は、これらの適切に選
定された吸収補償波長で測定することができる。従って
図1の場合、340nmの強さの、440nmでの強さに対
する比は、がん性試料について17.5、良性試料につ
いて2.93、正常試料について4.4である。
の、血液の相対吸収スペクトルの曲線を示す。わかるよ
うに、同量の吸収が、例えば約340nm、360nmおよ
び440nmに生じている。
測定することにより、血液に起因する吸収量の、これら
の波長での蛍光の強さへの影響を無視することができ
る。
の蛍光の強さの値を測定することにより、これらの組織
内の血液を自動的に考慮しながら、比または差などを測
定してがん性および良性組織を識別することができる。
がん性の人体胸部組織の12個の試料から作られた、ヒ
ストグラム(HISTOGRAM)Aと明示されたヒス
トグラムと、良性人体胸部しゅよう組織と良性人体胸部
組織との14個の試料から作られた、ヒストグラム(H
ISTOGRAM)Bと明示されたヒストグラムと、正
常人体胸部組織の1個の試料から作られた、ヒストグラ
ム(HISTOGRAM)Cと明示されたヒストグラム
とが示されている。わかるように、良性人体胸部組織試
料と良性人体胸部しゅよう組織試料とが、ヒストグラム
(HISTOGRAM)Bに一緒に示されている。各組
織試料毎に、340nmでの蛍光を440nmでの蛍光で割
ったものに相当する比が計算されていた。各試料は30
0nmの光で刺激された。わかるように、がん性試料につ
いての比は平均を15.7と出され、良性試料について
は4.72であった。正常組織の比は4.4であった。
従って、これらの試料を用い、例えば、8を超える比は
がん性を意味し、8未満の比は良性または正常の何れか
を意味する、という基準を設定することができる。
全て300nmの光で刺激されたがん性人体胸部組織の1
2個の試料と良性人体胸部組織の16個の試料とにつ
き、読みを標準化して、340nmでの蛍光の強さと44
0nmでの蛍光の強さとの差を測定することにより作られ
たヒストグラムが示されている。わかるように、良性試
料は全て88未満であり、がん性試料は全て88を超え
ている。
300nmの単色光で刺激された場合の人体がん性肺組織
の試料と人体正常肺組織の試料とについての320nm〜
500nmの蛍光スペクトルが示されている。わかるよう
に、このスペクトルは可成り異なっている。340nmお
よび440nmに関するがん性組織についての比は8より
も大きいが、正常組織についての比は8よりも小さい。
同図には、それぞれ人体がん性子宮内膜組織の試料と人
体がん性子宮筋層組織の試料とについて得られた蛍光ス
ペクトルが示されている。双方の試料が300nmの単色
光で刺激された。子宮内膜組織についてのスペクトルは
320〜520nmであるが、子宮筋層組織についてのス
ペクトルは310〜540nmである。340nmの読み
の、440nmの読みに対する比は、双方の試料につい
て、15よりもはるかに大きい。
がん性胸部組織の試料と良性胸部組織とについての、3
40nmの発光波長の刺激蛍光スペクトルが示されてい
る。わかるように、スペクトルは可成り異なっている。
これらのスペクトルは、刺激波長が220nmから325
nmへ変動する際に340nmの蛍光の強さを測定すること
によって得られた。460nmの発光波長の、他の2個の
試料についての刺激スペクトルが図9に示されている。
波数の範囲を確認する際に有用であるが、上述の如く、
発光スペクトルが使用されたと同様に、がん性のものを
良性および正常なものと識別するためにも利用すること
ができる。
は、がん性胸部組織の試料に対する250nm〜325nm
の刺激波長についての、340nmの蛍光の強さの、44
0nmの蛍光の強さに対する比の曲線(C)と、良性胸部
組織の試料に対する250nm〜325nmの刺激波長につ
いての、340nmの蛍光の強さの、440nmの蛍光の強
さに対する比の曲線(B)とが示されている。これらの
曲線は、これらの比が異なり且つ315nmを超える波長
は基本的に全く差を示さないので、がん性の組織を良性
のそれと識別するために約260〜315nmの刺激波長
を使用できることを示している。300nmの刺激は、そ
れにより可成りの比の差が得られるので、望ましい。
(例えば、胸部、肺等)に応じ、わずかに変動する可能
性がある。
は、良性または正常なものに対比して組織ががん性か否
かを確認するために組織のある領域を試験する、本発明
に従って構成された設備11の実施例が示されている。
一例として、試験中の組織を子宮とする。
ァイバ束15と、内視鏡17の形のプローブとを経て伝
送され、検査される子宮Uの領域に当たる。光源13
は、例えば、ランプと300nmフィルタ、またはレーザ
とフィルタ、若しくは約300nmの単色光を発出するエ
キサイマ・レーザ(excimer laser)のよ
うなレーザであれば良い。光源13からの光に刺激され
た領域から発出された蛍光は、内視鏡17を通り、ディ
バイダ21で2組の光ファイバ束23,25に分割され
る別の光ファイバ束19へ送り返される。
0nm狭帯域フィルタ27を通過する光は光検出器29に
当たり、光ファイバ束25に沿って伝送され、440nm
狭帯域フィルタ31を通過する光は光検出器33に当た
る。
力を有するアナログ・ディジタル変換器35内へ送り込
まれる。一方の出力は比率計37内へ送り込まれ、そこ
で二つの光検出器信号の比が得られる。比率計37から
の出力信号は、表示のためレコーダまたはプリンタ39
へ接続される。他方の出力は計算機41内へ送られる。
レンズ43が包含されている。
学的生検のため、胸部のような組織の内部へ直接に探
針、即ち侵徹する際に用いる針の内部に光ファイバ束を
含めることもできる。また、アナログ・ディジタル変換
器と計算機との代りに、2組の光検出器からの出力を差
分回路またはディバイダ回路の何れかへ送り、それらの
回路からの出力を適宜の表示装置で表示することもでき
る。
は、本発明による光学的生検設備45が示されている。
料S1,S2,S3が試料室48の内外へコンベヤ設備
47−1,47−2で輸送される。
00nmフィルタ51でろ光され、次いで伝送光学素子5
3により試料室48へ伝送され、そこでそれが試験中の
試料に当たる。このビームは、ノイズを減少させるため
の変調されたビームである。光源49はランプとチョッ
パであっても良い。伝送光学素子53はレンズ装置また
は光ファイバ束であって良い。試料から発出された光
は、矢張りレンズ装置か光ファイバ束であって良い集光
光学素子55により、光ビーム・スプリッタ57へ伝送
され、そこでそれが二つのビームに分割される。一方の
ビームは340nmフィルタ59でろ光され、第一光検出
器61に当たる。他方のビームは440nmフィルタ62
でろ光され、第二光検出器63に当たる。2組の光検出
器61,63の出力は、光源49の変調の周波数にロッ
ク・インする増幅器電子装置64のデュアル・ロック内
へ送られる。電子装置64からの二つの出力は比率計と
ディジタイザ・ユニット65とに送り込まれ、それによ
って二つの信号の比が得られ、それが計数化される。比
率計とディジタイザ・ユニット65との出力はディジタ
ル表示装置67へ送り込まれ、プリンタ69へ送り込ま
れ、且つ計算機71へ送り込まれる。この計算機71は
表示装置72へ接続される。計算機71はまた、バー・
コード走査装置および読取り装置73からの試料識別細
目を受ける。
意図されたものであり、当業者は本発明の精神を逸却す
ることなくそれに対する数多くの変更および修正をなし
得るはずである。この種の諸変更および諸修正は全て、
添付クレイムに定義された本発明の範囲に属するものと
する。
部しゅよう組織の試料Bと、がん性の人体胸部組織Cと
の300nm刺激における蛍光スペクトル。
の従来技術の図表。
と、良性の人体胸部しゅよう組織と、がん性の人体胸部
組織との試料の比のヒストグラム。
と、良性の人体胸部しゅよう組織と、がん性の人体胸部
組織との試料の差のヒストグラム。
織の試料とについての300nm刺激における蛍光スペク
トル。
激における蛍光スペクトル。
刺激における蛍光スペクトル。
試料につき、且つがん性の人体胸部組織の試料について
得られた刺激スペクトル。
試料につき、且つがん性の人体胸部組織の試料について
得られた刺激スペクトル。
胸部組織の試料に対する250nm〜325nmの刺激波長
についての、340nmの蛍光の強さの、440nmの蛍光
の強さに対する比を示す曲線の図。
素化された線図。
Claims (2)
- 【請求項1】 良性または正常なものに対比して組織が
がん性か否かを識別する方法にして、 a.検査すべき組織を、少なくとも大体単色で約260
〜315nmの波長の光線で剌激し、それによって天然
蛍光が該組織から発出されるようにする段階と、 b.一つの波長が約340nmであって、他の波長が約
440nmである、二つの波長における前記天然蛍光の
強さを測定する段階と、 c.前記二つの波長における前記測定に従い、良性また
は正常なものに対比して前記組織ががん性か否かを識別
する段階とを含む方法。 - 【請求項2】 良性または正常なものに対比して組織が
がん性か否かを識別する設備にして、 a.がん性組織に対する強さと良性または正常な組織に
対する強さとが異なるような波長の蛍光を発する波長で
組織を照明する単色光源と、 b.二つの相違する波長において前記組織から発出され
る光の強さを測定するための一対の光検出器組立体であ
って、各該光検出器組立体は一つの光検出器と一つのフ
ィルタとを含み、一方のフィルタは約340nmの波長
を通過させるように構成され、他方のフィルタは約44
0nmの波長を通過させるように構成されており、各該
フィルタは約30nmの帯域幅を有している、前記一対
の光検出器組立体と、 c.前記蛍光を前記組織から前記一対の光検出器組立体
へ伝送する装置と、 d.前記一対の光検出器組立体からの信号に対応する処
理された信号を生成するためにこの一対の光検出器組立
体に結合された装置と、 e.前記の処理された信号を表示する装置とを含む設
備。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US46866390A | 1990-01-22 | 1990-01-22 | |
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JPH04339240A JPH04339240A (ja) | 1992-11-26 |
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ID=23860727
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JP3004473A Expired - Lifetime JP2591537B2 (ja) | 1990-01-22 | 1991-01-18 | がん性組織と良性または正常組織とを識別する方法および設備 |
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JPH04339240A (ja) | 1992-11-26 |
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