JP4008164B2 - 蛍光判別方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光判別方法および装置に関し、詳しくは励起光を照射することにより生体組織から発せられた自家蛍光に基づき、生体組織の判別を行なう蛍光判別方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、癌の治療手法として、内視鏡下において、早期癌と診断された粘膜上皮層の病変部位を切除する粘膜切除処置（以下ＥＭＲと呼ぶ）が行われており、手術による処置に比べて非侵襲的であり有効な治療方式として広く用いられている。この治療手法は生体組織の粘膜層に生じた癌が粘膜上皮層内に留まり粘膜下層にまでは進行していない早期に発見された癌を治療するもので、この早期癌となった粘膜上皮層を内視鏡によって導かれた粘膜切除用の処置具によって切除するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、早期癌と診断された粘膜上皮層の治療範囲をＥＭＲの処置によって切除しても、粘膜上皮層を完全には除去しきれないことがあり、切除処置後に治療範囲に残った粘膜上皮層に癌の病変が残存することがある（以下、遺残発生と呼ぶ）。この遺残発生は、治療範囲が狭く１回の切除処置で粘膜上皮層の病変組織を除去できる場合にはその発生率は低いが、治療範囲が広く複数回に分割して切除処置が行なわれる場合にはその分割切除回数の増加に伴って遺残発生の発生率も高くなる。また、ＥＭＲの処置が施された治療範囲に粘膜上皮層が残っているか否かは治療範囲から採取した生体組織の組織性状を検査することにより確認されるが、組織検査を行うので結果が得られるまでには時間を要し、再度内視鏡治療を必要とする。このようにＥＭＲの処置は非侵襲的で有効な治療手法であるが、ＥＭＲの処置後に、この処置が正しく行なわれたか否かを短時間で確認することが難しいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層とを短時間にかつ容易に判別することができる蛍光判別方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の蛍光判別方法は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行なう蛍光判別方法であって、この判別を、粘膜下層の自家蛍光スペクトルと粘膜上皮層の自家蛍光スペクトルとが異なることを利用して、生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度に基づいて行なうことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の蛍光判別方法は、被判別領域の生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、被判別領域に粘膜下層と粘膜上皮層とが混在しているか否かの判別を行なう蛍光判別方法であって、前記判別を、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより行なうことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第３の蛍光判別方法は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織が粘膜下層であるか粘膜上皮層であるかの判別を行なう蛍光判別方法であって、前記判別を、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより行なうことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の蛍光判別装置は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行なう判別手段を備えた蛍光判別装置であって、この判別手段が、粘膜下層の自家蛍光スペクトルと粘膜上皮層の自家蛍光スペクトルとが異なることを利用して、生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度に基づいて行なわれるものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の蛍光判別装置は、被判別領域の生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、被判別領域に粘膜下層と粘膜上皮層とが混在しているか否かの判別を行なう判別手段を備えた蛍光判別装置であって、前記判別手段が、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより前記判別を行なうことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の蛍光判別装置は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織が粘膜下層であるか粘膜上皮層であるかの判別を行なう判別手段を備えた蛍光判別装置であって、前記判別手段が、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより前記判別を行なうことを特徴とする。
【００１１】
前記判別は、波長４８０ｎｍ近傍の前記規格化強度によって行なうことが好ましい。
【００１２】
前記蛍光判別装置は、その一端から入射させた自家蛍光を判別手段まで伝搬する光ファイバを備え、この光ファイバが内視鏡の操作部から先端部まで貫通した管路に挿入されているものとすることができる。
【００１３】
前記光ファイバは、内視鏡の処置具の内部を通して前記管路に挿入されているものとすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明者は、蛍光判別について種々検討した結果、粘膜下層と粘膜上皮層とでは、励起光の照射により発生する蛍光のスペクトル強度分布が異なるので、このことを利用すれば粘膜下層と粘膜上皮層との識別を行なうことができるとの知見を得、かかる知見に基づいて本発明に至ったものである。
【００１５】
本発明の蛍光判別方法および装置によれば、粘膜下層の自家蛍光スペクトルと粘膜上皮層の自家蛍光スペクトルとが異なることを利用して、生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度に基づいて粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行ない（第１の蛍光判別方法および装置）、治療範囲に粘膜下層と粘膜上皮層とが混在しているか否かの判別を、前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度を粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値と比較することにより行ない（第２の蛍光判別方法および装置）、あるいは粘膜下層と粘膜上皮層との判別を、前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度を粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値と比較することにより行なう（第３の蛍光判別方法および装置）ので、自家蛍光の規格化強度に基づいて簡単に生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行なうことができる。従って、例えば従来のようにＥＭＲの処置後に、治療範囲の生体組織を採取し病変組織が残っているか否かを組織検査によって確認することなく、治療範囲の粘膜上皮層がすべて除去され正しく粘膜下層に至っているか否かを確かめることにとができ、その結果直ちにＥＭＲの処置が正しく行われたか否かを確認することができるので、上記確認に要する時間が大幅に短縮され、さらに治療範囲に粘膜上皮層が存在する場合には処置を継続することにより治療範囲に対する処置をより完全に行なうことができる。
【００１６】
また、この判別を波長４８０ｎｍ近傍の規格化強度によって行なえば、判別の精度をさらに向上させることができる。
【００１７】
また、この蛍光判別装置に、その一端から入射させた自家蛍光を判別手段まで伝搬する光ファイバをさらに備え、この光ファイバが内視鏡の操作部から先端部まで貫通した管路に挿入されるものとすれば判別をより容易に実施することができ、さらにこの光ファイバを、内視鏡の処置具の内部を通して前記管路に挿入されるものとすることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明を適用した実施の形態による内視鏡装置の概略構成を示す図である。
【００２０】
本実施の形態による内視鏡装置４００は、波長４１０ｎｍのパルス状の励起光Ｌｅを射出し、この励起光Ｌｅの照射により生体組織５０から発生した自家蛍光Ｋｅを入射して測定を行なう蛍光測定ユニット１００と、蛍光測定ユニット１００から射出された励起光Ｌｅを生体組織５０の近傍に導き射出し、かつ生体組織５０から発生した自家蛍光を蛍光測定ユニット１００に導くケーブル状の光ファイバプローブ４０と、ケーブル状の光ファイバプローブ４０を内部に貫通させる管路を備えた鉗子ユニット２００と、鉗子ユニット２００の先端を生体組織５０の近傍に導く内視鏡本体３００とから構成されている。
【００２１】
蛍光測定ユニット１００には、励起光Ｌｅを射出する光路と自家蛍光Ｋｅを測定する光路とが形成されており、半導体レーザ１０から射出された励起光Ｌｅは、コリメートレンズ１１によって平行光束とされ、さらにダイクロイックビームスプリッタ１２によってその光路がほぼ直角に曲げられ、集光レンズ１３によって集光されて蛍光測定ユニット１００の側面に接続された光ファイバプローブ４０の端面Ａに入射し、光ファイバプローブ４０の内部を伝搬して端面Ｂから射出される。
【００２２】
一方、励起光Ｌｅの照射により生体組織５０から発生した、励起光Ｌｅの波長より長波長側の波長領域を持った自家蛍光Ｋｅは、光ファイバプローブ４０の端面Ｂから入射し、光ファイバ内を伝搬し光ファイバプローブ４０の他方の端面Ａから射出され、集光レンズ１３によって平行光とされてダイクロイックビームスプリッタ１２を透過して蛍光集光レンズ１４によって集光され、集光途中でさらにダイクロイックミラー１５により光路が分離されて中間波長領域の光が中間波長用フォトダイオード１６に、中間波長領域以外（両端波長領域）の光が両端波長用フォトダイオード１７にそれぞれ入射する。
【００２３】
なお、励起光Ｌｅを蛍光測定ユニット１００から内視鏡先端部３３に導く光路およびこの励起光Ｌｅの照射により生体組織から発生した自家蛍光Ｋｅを内視鏡先端部３３から蛍光測定ユニット１００に導く光路は、光ファイバプローブ４０が形成する１つの光路を兼用している。
【００２４】
また、ダイクロイックビームスプリッタ１２は、４１０ｎｍ以下の波長の光を反射し４１０ｎｍを越える長波長側の波長領域の光を透過する特性を備えており、励起光Ｌｅを反射し自家蛍光Ｋｅを透過させる。また、ダイクロイックミラー１５は４８０ｎｍ±２０ｎｍの中間波長領域の光を透過し、この中間波長領域以外の４６０ｎｍより短い波長領域および５００ｎｍより長い波長領域（両端波長領域）の光を反射する特性を備えている。
【００２５】
鉗子ユニット２００の操作部２０の先端には、鉗子チューブ２２が接続され、鉗子チューブ２２の先端には、生体組織を摘んで持ち上げる把持鉗子２１が配設されている。把持鉗子２１は鉗子チューブ２２の内部を通るワイヤで操作部２０のリンクレバー２５と接続されており、リンクレバー２５の操作によって把持鉗子２１が開閉される。そして、蛍光測定ユニット１００にその一端の端面Ａが接続されている光ファイバプローブ４０の他方の端面Ｂは、操作部２０から鉗子チューブ２２の内部に挿入され鉗子チューブ２２先端の把持鉗子２１の中央部から突出されている。
【００２６】
なお、把持鉗子２１は、生体組織５０を摘むことにより、内視鏡先端部と生体組織とを適切な位置関係に保つことができ、ＥＭＲの処置に際して、治療部位と内視鏡先端部３３との位置決めの補助機能を果たすこともできる。
【００２７】
内視鏡本体３００には、鉗子チューブ２２を内視鏡操作端部３０から内視鏡先端部３３に導く鉗子管路３４が配設され、その入口となる鉗子入口３１および出口となる鉗子出口３２がそれぞれ配されている。鉗子チューブ２２は、鉗子入口３１から挿入され鉗子管路３４を通って内視鏡先端部３３の鉗子出口３２から送出され測定対象となる生体組織５０の近傍に導かれる。この鉗子チューブ２２は内視鏡本体３００から抜き差し可能であり、把持鉗子２１を備えた処置具ユニット以外の他の処置具ユニット等と交換することが可能である。
【００２８】
また、内視鏡本体３００の先端部３３の鉗子管路３４内は、図２に示すように鉗子管路３２、鉗子チューブ２２、光ファイバプローブ４０がこの順にそれぞれの管路内に挿入されている。
【００２９】
また、内視鏡先端部３３にはＥＭＲの処置用の他の管路等が形成され、さらに生体組織を観察するためのパルス状の白色光を発生する光源、結像光学系および撮像素子等からなる通常像撮像ユニット６０が組み込まれており、通常像撮像ユニット６０によって撮像された通常画像はＴＶモニタ７０に出力され表示される。なお、パルス状の白色光はパルス状の励起光と互いに異なるタイミングで生体組織に照射され、通常像撮像ユニット６０はパルス状の白色光が照射されるタイミングに合わせて撮像を行なうので通常像撮像ユニット６０には白色光で照明された生体組織の像しか撮像されない。
【００３０】
次に、上記実施の形態における作用について説明する。予め早期癌と診断された粘膜層の治療範囲は、内視鏡本体３００の処置具用の管路から挿入された処置具によってＥＭＲの処置が施され粘膜上皮層が切除された状態となっており、内視鏡先端部３３は治療範囲の近傍に位置している。この状態で、光ファイバプローブ４０を内部に備えた鉗子ユニット２００の鉗子チューブ２２は、鉗子入口３１から挿入され鉗子管路３４を経由して内視鏡先端部３３の鉗子出口３２から送出される。
【００３１】
粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行うには、まず内視鏡先端部３３の通常像撮像ユニット６０によって撮像された治療範囲の画像をＴＶモニタ７０で観察しながら、半導体レーザ１０から射出された励起光Ｌｅを光ファイバプローブ４０の端面Ｂから治療範囲に向けて照射する。励起光Ｌｅが照射された治療範囲からは自家蛍光Ｋｅが発生し、この自家蛍光Ｋｅは光ファイバプローブ４０の端面Ｂに入射し光ファイバプローブ４０の他方の端面Ａから射出され集光レンズ１３、ダイクロイックビームスプリッタ１２、蛍光集光レンズ１４を経由して集光途中でダイクロイックミラー１５によって前記中間波長領域と両端波長領域との光に分離されて中間波長用フォトダイオード１６と両端波長用フォトダイオード１７とにそれぞれ受光される。受光されたそれぞれの自家蛍光の強度は電気的な信号に変換され、さらにＡ／Ｄ変換器１８ａとＡ／Ｄ変換器１８ｂとにより数値化されて中間波長領域の強度データＤｃと両端波長領域の強度データＤｒとして判別器１９に入力され中間波長領域の規格化強度Ｋｋが、
Ｋｋ＝Ｄｃ／（Ｄｃ＋Ｄｒ）
の式により求められる。この規格化強度Ｋｋの値は、予め判別器１９に記憶されている粘膜下層と粘膜上皮層とを判別する判別基準値である閾値Ｑと比較され、この自家蛍光Ｋｅを発生した部位が粘膜下層であるか粘膜上皮層であるかが判別される。なお、この閾値Ｑは予め別の方式により粘膜下層と判別された生体の部位に関して上記と同様な手法により求めた規格化強度の値と、予め別の方式により粘膜上皮層と判別された生体の部位に関して上記と同様な手法により求めた規格化強度の値との中間値として求められた値である。
【００３２】
そして、閾値Ｑにより判別された結果は判別器１９から出力され、通常像撮像ユニット６０によって撮像された治療範囲の画像と共にＴＶモニタ７０によって表示される。
【００３３】
この判別結果は即座に得ることができるので、ＴＶモニタ７０で治療範囲の通常画像を観察しながら上記判別の操作を治療範囲の全ての領域に対して実施することにより、治療範囲の粘膜上皮層が全て除去されて均一に粘膜下層に達しているか否かをＥＭＲの処置の直後に確認することができる。
【００３４】
ここで、粘膜下層と粘膜上皮層とを判別する作用の詳細を説明する。ＥＭＲの処置が行なわれた治療範囲の断面は図３に示すように治療範囲ＢＪに存在した粘膜上皮層ＮＪが切除され粘膜下層ＮＫが露出しているが、治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪの断片Ｄｐが残っている場合があり、この断片Ｄｐは正常組織である場合もあるが病変組織である場合もある。従って、励起光Ｌｅの照射により治療範囲ＢＪから発せられる自家蛍光は、粘膜下層ＮＫ、粘膜上皮層ＮＪの正常組織および粘膜上皮層ＮＪの病変組織の３種類の異なる性質を備えた組織から発せられる可能性がある。これらの性質の異なる組織から発せられる自家蛍光の強度は測定条件（例えば、光ファイバプローブ４０の端面Ｂと組織との距離あるいは角度等）により大きく変化するので強度だけを比較して上記３種類の異なる性質を持った生体の組織を判別することはできない。しかし、これらの自家蛍光のスペクトル強度分布を、それぞれ全波長領域に亘って積分した強度で規格化すると、図４に示すように測定条件に影響されにくいそれぞれのスペクトル強度分布のプロファイルの特徴が現れる。すなわち、３種類の異なる性質を備えた生体組織から発生する規格化強度の４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の強度を比較すると、粘膜下層ＮＫ＞粘膜上皮層の正常組織ＮＪ、および粘膜上皮層の正常組織ＮＪ−ｓ＞粘膜上皮層の病変組織ＮＪ−ｂという順に強度の違いが現れるのでこの強度を閾値Ｑと比較することにより治療範囲ＢＪの粘膜上皮層ＮＪが全て除去されたか否かを判別することができる。
【００３５】
なお、上記全波長領域に亘って自家蛍光のスペクトル強度を積分した値はＤｃ＋Ｄｒの値に対応し、４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の自家蛍光のスペクトル強度を積分した値はＤｃの値に対応する。
【００３６】
また、ＥＭＲは治療範囲ＢＪから粘膜上皮層ＮＪをすべて除去する処置であり治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪが有るか無いかを判別することによりＥＭＲの処置が正確に行なわれたか否かが判別されるが、遺残発生の観点では、治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪの病変組織が残っているか否かを判別することが重要である。 すなわち、図４に示すように規格化された自家蛍光の４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の比較において、粘膜下層ＮＫと粘膜上皮層の正常組織ＮＪ−ｓとの強度差ｋｓに比して粘膜下層ＮＫと粘膜上皮層の病変組織ＮＪ−ｂとの強度差ｋｂの方が大きいので、粘膜上皮層の病変組織ＮＪ−ｂを粘膜下層ＮＫと誤って判別する可能性は、粘膜上皮層の正常組織ＮＪ−ｓを粘膜下層ＮＫと誤って判別する可能性に比して非常に少なく、この判別方式は遺残発生を防止する観点ではさらに有利となる。
【００３７】
上記判別は治療範囲ＢＪの全ての領域に関して行なわれ、粘膜上皮層と判定された場所については再びＥＭＲの処置が施され、治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪが無くなったことが確認されるとＥＭＲの処置、および粘膜下層ＮＫと粘膜上皮層ＮＪとを判別する操作は終了される。
【００３８】
なお、上記判別の手法は自家蛍光の４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の強度を全波長領域の強度で除算した値を用いて比較する手法に限定されるものではなく、波長領域の範囲および中心波長の値は粘膜下層と粘膜上皮層とから発せられる自家蛍光を規格化したときに明確な差が現れる領域を用いればよい。また、規格化するために除算を行なう値も全波長領域の強度に限らず、全波長領域の強度から４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の強度を減算した値等を用いることもできる。
【００３９】
また、粘膜下層を判別する判別基準値として、予め正常組織と判別された粘膜上皮層から求めた中間波長領域の規格化強度の値を用い、例えば生体組織から発生した自家蛍光の中間波長領域の規格化強度が前記判別基準値の１２０％以上の値であれば、その組織を粘膜下層として判別することもできる。
【００４０】
その他、上記判別基準値として用いられる値は、粘膜下層と粘膜上皮層とを判別し得る基準となる値であればどのような値を用いてもかまわない。
【００４１】
なお、光ファイバプローブ４０は必ずしも鉗子ユニット２００との組み合わせで構成する必要はなく、他の処置具ユニット、例えば図５に示すような先端に生体組織の被測定部位を引き寄せるための脚を備えた三脚型の把持鉗子等の処置具ユニット、あるいは図６に示すような先端に被測定部位との距離を一定に保つキャップとの組み合わせによって構成することもできる。
【００４２】
また、本発明の判別手法は潰瘍等の粘膜上皮層が剥がれてしまう病変組織の診断にも適用することができる。
【００４３】
上記のように、本発明による蛍光判別方法および装置は、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層とを短時間に容易に判別することができるので、例えばＥＭＲの処置後、直ちにこの処置が正確に行なわれたか否かを確認することができ、再処置に伴う患者の負担を軽減し遺残発生を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による内視鏡装置の概略構成図
【図２】内視鏡先端部の鉗子管路、鉗子チューブ、光ファイバプローブを示す図
【図３】治療範囲を示す図
【図４】３つの異なる組織性状の生体組織から発せられた自家蛍光を規格化した強度を示す図
【図５】他の把持鉗子と光ファイバプローブとを組み合わせた例を示す図
【図６】内視鏡先端部にキャップを取り付けた図
【符号の説明】
４０ 光ファイバプローブ
５０ 生体組織
１００ 蛍光測定ユニット
２００ 鉗子ユニット
３００ 内視鏡本体
４００ 内視鏡装置
Ｌｅ 励起光Ｌｅ
Ｋｅ 自家蛍光Ｋｅ
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光判別方法および装置に関し、詳しくは励起光を照射することにより生体組織から発せられた自家蛍光に基づき、生体組織の判別を行なう蛍光判別方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、癌の治療手法として、内視鏡下において、早期癌と診断された粘膜上皮層の病変部位を切除する粘膜切除処置（以下ＥＭＲと呼ぶ）が行われており、手術による処置に比べて非侵襲的であり有効な治療方式として広く用いられている。この治療手法は生体組織の粘膜層に生じた癌が粘膜上皮層内に留まり粘膜下層にまでは進行していない早期に発見された癌を治療するもので、この早期癌となった粘膜上皮層を内視鏡によって導かれた粘膜切除用の処置具によって切除するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、早期癌と診断された粘膜上皮層の治療範囲をＥＭＲの処置によって切除しても、粘膜上皮層を完全には除去しきれないことがあり、切除処置後に治療範囲に残った粘膜上皮層に癌の病変が残存することがある（以下、遺残発生と呼ぶ）。この遺残発生は、治療範囲が狭く１回の切除処置で粘膜上皮層の病変組織を除去できる場合にはその発生率は低いが、治療範囲が広く複数回に分割して切除処置が行なわれる場合にはその分割切除回数の増加に伴って遺残発生の発生率も高くなる。また、ＥＭＲの処置が施された治療範囲に粘膜上皮層が残っているか否かは治療範囲から採取した生体組織の組織性状を検査することにより確認されるが、組織検査を行うので結果が得られるまでには時間を要し、再度内視鏡治療を必要とする。このようにＥＭＲの処置は非侵襲的で有効な治療手法であるが、ＥＭＲの処置後に、この処置が正しく行なわれたか否かを短時間で確認することが難しいという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層とを短時間にかつ容易に判別することができる蛍光判別方法および装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の蛍光判別方法は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行なう蛍光判別方法であって、この判別を、粘膜下層の自家蛍光スペクトルと粘膜上皮層の自家蛍光スペクトルとが異なることを利用して、生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度に基づいて行なうことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の蛍光判別方法は、被判別領域の生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、被判別領域に粘膜下層と粘膜上皮層とが混在しているか否かの判別を行なう蛍光判別方法であって、前記判別を、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより行なうことを特徴とする。
【０００７】
本発明の第３の蛍光判別方法は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織が粘膜下層であるか粘膜上皮層であるかの判別を行なう蛍光判別方法であって、前記判別を、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより行なうことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の蛍光判別装置は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行なう判別手段を備えた蛍光判別装置であって、この判別手段が、粘膜下層の自家蛍光スペクトルと粘膜上皮層の自家蛍光スペクトルとが異なることを利用して、生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度に基づいて行なわれるものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の蛍光判別装置は、被判別領域の生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、被判別領域に粘膜下層と粘膜上皮層とが混在しているか否かの判別を行なう判別手段を備えた蛍光判別装置であって、前記判別手段が、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより前記判別を行なうことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の蛍光判別装置は、生体組織に励起光を照射することにより、生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、生体組織が粘膜下層であるか粘膜上皮層であるかの判別を行なう判別手段を備えた蛍光判別装置であって、前記判別手段が、粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値を前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度と比較することにより前記判別を行なうことを特徴とする。
【００１１】
前記判別は、波長４８０ｎｍ近傍の前記規格化強度によって行なうことが好ましい。
【００１２】
前記蛍光判別装置は、その一端から入射させた自家蛍光を判別手段まで伝搬する光ファイバを備え、この光ファイバが内視鏡の操作部から先端部まで貫通した管路に挿入されているものとすることができる。
【００１３】
前記光ファイバは、内視鏡の処置具の内部を通して前記管路に挿入されているものとすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明者は、蛍光判別について種々検討した結果、粘膜下層と粘膜上皮層とでは、励起光の照射により発生する蛍光のスペクトル強度分布が異なるので、このことを利用すれば粘膜下層と粘膜上皮層との識別を行なうことができるとの知見を得、かかる知見に基づいて本発明に至ったものである。
【００１５】
本発明の蛍光判別方法および装置によれば、粘膜下層の自家蛍光スペクトルと粘膜上皮層の自家蛍光スペクトルとが異なることを利用して、生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度に基づいて粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行ない（第１の蛍光判別方法および装置）、治療範囲に粘膜下層と粘膜上皮層とが混在しているか否かの判別を、前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度を粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値と比較することにより行ない（第２の蛍光判別方法および装置）、あるいは粘膜下層と粘膜上皮層との判別を、前記生体組織から発せられた自家蛍光の規格化強度を粘膜下層の自家蛍光の規格化強度および／または粘膜上皮層の自家蛍光の規格化強度に基づいて作成された判別基準値と比較することにより行なう（第３の蛍光判別方法および装置）ので、自家蛍光の規格化強度に基づいて簡単に生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行なうことができる。従って、例えば従来のようにＥＭＲの処置後に、治療範囲の生体組織を採取し病変組織が残っているか否かを組織検査によって確認することなく、治療範囲の粘膜上皮層がすべて除去され正しく粘膜下層に至っているか否かを確かめることにとができ、その結果直ちにＥＭＲの処置が正しく行われたか否かを確認することができるので、上記確認に要する時間が大幅に短縮され、さらに治療範囲に粘膜上皮層が存在する場合には処置を継続することにより治療範囲に対する処置をより完全に行なうことができる。
【００１６】
また、この判別を波長４８０ｎｍ近傍の規格化強度によって行なえば、判別の精度をさらに向上させることができる。
【００１７】
また、この蛍光判別装置に、その一端から入射させた自家蛍光を判別手段まで伝搬する光ファイバをさらに備え、この光ファイバが内視鏡の操作部から先端部まで貫通した管路に挿入されるものとすれば判別をより容易に実施することができ、さらにこの光ファイバを、内視鏡の処置具の内部を通して前記管路に挿入されるものとすることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明を適用した実施の形態による内視鏡装置の概略構成を示す図である。
【００２０】
本実施の形態による内視鏡装置４００は、波長４１０ｎｍのパルス状の励起光Ｌｅを射出し、この励起光Ｌｅの照射により生体組織５０から発生した自家蛍光Ｋｅを入射して測定を行なう蛍光測定ユニット１００と、蛍光測定ユニット１００から射出された励起光Ｌｅを生体組織５０の近傍に導き射出し、かつ生体組織５０から発生した自家蛍光を蛍光測定ユニット１００に導くケーブル状の光ファイバプローブ４０と、ケーブル状の光ファイバプローブ４０を内部に貫通させる管路を備えた鉗子ユニット２００と、鉗子ユニット２００の先端を生体組織５０の近傍に導く内視鏡本体３００とから構成されている。
【００２１】
蛍光測定ユニット１００には、励起光Ｌｅを射出する光路と自家蛍光Ｋｅを測定する光路とが形成されており、半導体レーザ１０から射出された励起光Ｌｅは、コリメートレンズ１１によって平行光束とされ、さらにダイクロイックビームスプリッタ１２によってその光路がほぼ直角に曲げられ、集光レンズ１３によって集光されて蛍光測定ユニット１００の側面に接続された光ファイバプローブ４０の端面Ａに入射し、光ファイバプローブ４０の内部を伝搬して端面Ｂから射出される。
【００２２】
一方、励起光Ｌｅの照射により生体組織５０から発生した、励起光Ｌｅの波長より長波長側の波長領域を持った自家蛍光Ｋｅは、光ファイバプローブ４０の端面Ｂから入射し、光ファイバ内を伝搬し光ファイバプローブ４０の他方の端面Ａから射出され、集光レンズ１３によって平行光とされてダイクロイックビームスプリッタ１２を透過して蛍光集光レンズ１４によって集光され、集光途中でさらにダイクロイックミラー１５により光路が分離されて中間波長領域の光が中間波長用フォトダイオード１６に、中間波長領域以外（両端波長領域）の光が両端波長用フォトダイオード１７にそれぞれ入射する。
【００２３】
なお、励起光Ｌｅを蛍光測定ユニット１００から内視鏡先端部３３に導く光路およびこの励起光Ｌｅの照射により生体組織から発生した自家蛍光Ｋｅを内視鏡先端部３３から蛍光測定ユニット１００に導く光路は、光ファイバプローブ４０が形成する１つの光路を兼用している。
【００２４】
また、ダイクロイックビームスプリッタ１２は、４１０ｎｍ以下の波長の光を反射し４１０ｎｍを越える長波長側の波長領域の光を透過する特性を備えており、励起光Ｌｅを反射し自家蛍光Ｋｅを透過させる。また、ダイクロイックミラー１５は４８０ｎｍ±２０ｎｍの中間波長領域の光を透過し、この中間波長領域以外の４６０ｎｍより短い波長領域および５００ｎｍより長い波長領域（両端波長領域）の光を反射する特性を備えている。
【００２５】
鉗子ユニット２００の操作部２０の先端には、鉗子チューブ２２が接続され、鉗子チューブ２２の先端には、生体組織を摘んで持ち上げる把持鉗子２１が配設されている。把持鉗子２１は鉗子チューブ２２の内部を通るワイヤで操作部２０のリンクレバー２５と接続されており、リンクレバー２５の操作によって把持鉗子２１が開閉される。そして、蛍光測定ユニット１００にその一端の端面Ａが接続されている光ファイバプローブ４０の他方の端面Ｂは、操作部２０から鉗子チューブ２２の内部に挿入され鉗子チューブ２２先端の把持鉗子２１の中央部から突出されている。
【００２６】
なお、把持鉗子２１は、生体組織５０を摘むことにより、内視鏡先端部と生体組織とを適切な位置関係に保つことができ、ＥＭＲの処置に際して、治療部位と内視鏡先端部３３との位置決めの補助機能を果たすこともできる。
【００２７】
内視鏡本体３００には、鉗子チューブ２２を内視鏡操作端部３０から内視鏡先端部３３に導く鉗子管路３４が配設され、その入口となる鉗子入口３１および出口となる鉗子出口３２がそれぞれ配されている。鉗子チューブ２２は、鉗子入口３１から挿入され鉗子管路３４を通って内視鏡先端部３３の鉗子出口３２から送出され測定対象となる生体組織５０の近傍に導かれる。この鉗子チューブ２２は内視鏡本体３００から抜き差し可能であり、把持鉗子２１を備えた処置具ユニット以外の他の処置具ユニット等と交換することが可能である。
【００２８】
また、内視鏡本体３００の先端部３３の鉗子管路３４内は、図２に示すように鉗子管路３２、鉗子チューブ２２、光ファイバプローブ４０がこの順にそれぞれの管路内に挿入されている。
【００２９】
また、内視鏡先端部３３にはＥＭＲの処置用の他の管路等が形成され、さらに生体組織を観察するためのパルス状の白色光を発生する光源、結像光学系および撮像素子等からなる通常像撮像ユニット６０が組み込まれており、通常像撮像ユニット６０によって撮像された通常画像はＴＶモニタ７０に出力され表示される。なお、パルス状の白色光はパルス状の励起光と互いに異なるタイミングで生体組織に照射され、通常像撮像ユニット６０はパルス状の白色光が照射されるタイミングに合わせて撮像を行なうので通常像撮像ユニット６０には白色光で照明された生体組織の像しか撮像されない。
【００３０】
次に、上記実施の形態における作用について説明する。予め早期癌と診断された粘膜層の治療範囲は、内視鏡本体３００の処置具用の管路から挿入された処置具によってＥＭＲの処置が施され粘膜上皮層が切除された状態となっており、内視鏡先端部３３は治療範囲の近傍に位置している。この状態で、光ファイバプローブ４０を内部に備えた鉗子ユニット２００の鉗子チューブ２２は、鉗子入口３１から挿入され鉗子管路３４を経由して内視鏡先端部３３の鉗子出口３２から送出される。
【００３１】
粘膜下層と粘膜上皮層との判別を行うには、まず内視鏡先端部３３の通常像撮像ユニット６０によって撮像された治療範囲の画像をＴＶモニタ７０で観察しながら、半導体レーザ１０から射出された励起光Ｌｅを光ファイバプローブ４０の端面Ｂから治療範囲に向けて照射する。励起光Ｌｅが照射された治療範囲からは自家蛍光Ｋｅが発生し、この自家蛍光Ｋｅは光ファイバプローブ４０の端面Ｂに入射し光ファイバプローブ４０の他方の端面Ａから射出され集光レンズ１３、ダイクロイックビームスプリッタ１２、蛍光集光レンズ１４を経由して集光途中でダイクロイックミラー１５によって前記中間波長領域と両端波長領域との光に分離されて中間波長用フォトダイオード１６と両端波長用フォトダイオード１７とにそれぞれ受光される。受光されたそれぞれの自家蛍光の強度は電気的な信号に変換され、さらにＡ／Ｄ変換器１８ａとＡ／Ｄ変換器１８ｂとにより数値化されて中間波長領域の強度データＤｃと両端波長領域の強度データＤｒとして判別器１９に入力され中間波長領域の規格化強度Ｋｋが、
Ｋｋ＝Ｄｃ／（Ｄｃ＋Ｄｒ）
の式により求められる。この規格化強度Ｋｋの値は、予め判別器１９に記憶されている粘膜下層と粘膜上皮層とを判別する判別基準値である閾値Ｑと比較され、この自家蛍光Ｋｅを発生した部位が粘膜下層であるか粘膜上皮層であるかが判別される。なお、この閾値Ｑは予め別の方式により粘膜下層と判別された生体の部位に関して上記と同様な手法により求めた規格化強度の値と、予め別の方式により粘膜上皮層と判別された生体の部位に関して上記と同様な手法により求めた規格化強度の値との中間値として求められた値である。
【００３２】
そして、閾値Ｑにより判別された結果は判別器１９から出力され、通常像撮像ユニット６０によって撮像された治療範囲の画像と共にＴＶモニタ７０によって表示される。
【００３３】
この判別結果は即座に得ることができるので、ＴＶモニタ７０で治療範囲の通常画像を観察しながら上記判別の操作を治療範囲の全ての領域に対して実施することにより、治療範囲の粘膜上皮層が全て除去されて均一に粘膜下層に達しているか否かをＥＭＲの処置の直後に確認することができる。
【００３４】
ここで、粘膜下層と粘膜上皮層とを判別する作用の詳細を説明する。ＥＭＲの処置が行なわれた治療範囲の断面は図３に示すように治療範囲ＢＪに存在した粘膜上皮層ＮＪが切除され粘膜下層ＮＫが露出しているが、治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪの断片Ｄｐが残っている場合があり、この断片Ｄｐは正常組織である場合もあるが病変組織である場合もある。従って、励起光Ｌｅの照射により治療範囲ＢＪから発せられる自家蛍光は、粘膜下層ＮＫ、粘膜上皮層ＮＪの正常組織および粘膜上皮層ＮＪの病変組織の３種類の異なる性質を備えた組織から発せられる可能性がある。これらの性質の異なる組織から発せられる自家蛍光の強度は測定条件（例えば、光ファイバプローブ４０の端面Ｂと組織との距離あるいは角度等）により大きく変化するので強度だけを比較して上記３種類の異なる性質を持った生体の組織を判別することはできない。しかし、これらの自家蛍光のスペクトル強度分布を、それぞれ全波長領域に亘って積分した強度で規格化すると、図４に示すように測定条件に影響されにくいそれぞれのスペクトル強度分布のプロファイルの特徴が現れる。すなわち、３種類の異なる性質を備えた生体組織から発生する規格化強度の４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の強度を比較すると、粘膜下層ＮＫ＞粘膜上皮層の正常組織ＮＪ、および粘膜上皮層の正常組織ＮＪ−ｓ＞粘膜上皮層の病変組織ＮＪ−ｂという順に強度の違いが現れるのでこの強度を閾値Ｑと比較することにより治療範囲ＢＪの粘膜上皮層ＮＪが全て除去されたか否かを判別することができる。
【００３５】
なお、上記全波長領域に亘って自家蛍光のスペクトル強度を積分した値はＤｃ＋Ｄｒの値に対応し、４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の自家蛍光のスペクトル強度を積分した値はＤｃの値に対応する。
【００３６】
また、ＥＭＲは治療範囲ＢＪから粘膜上皮層ＮＪをすべて除去する処置であり治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪが有るか無いかを判別することによりＥＭＲの処置が正確に行なわれたか否かが判別されるが、遺残発生の観点では、治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪの病変組織が残っているか否かを判別することが重要である。 すなわち、図４に示すように規格化された自家蛍光の４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の比較において、粘膜下層ＮＫと粘膜上皮層の正常組織ＮＪ−ｓとの強度差ｋｓに比して粘膜下層ＮＫと粘膜上皮層の病変組織ＮＪ−ｂとの強度差ｋｂの方が大きいので、粘膜上皮層の病変組織ＮＪ−ｂを粘膜下層ＮＫと誤って判別する可能性は、粘膜上皮層の正常組織ＮＪ−ｓを粘膜下層ＮＫと誤って判別する可能性に比して非常に少なく、この判別方式は遺残発生を防止する観点ではさらに有利となる。
【００３７】
上記判別は治療範囲ＢＪの全ての領域に関して行なわれ、粘膜上皮層と判定された場所については再びＥＭＲの処置が施され、治療範囲ＢＪに粘膜上皮層ＮＪが無くなったことが確認されるとＥＭＲの処置、および粘膜下層ＮＫと粘膜上皮層ＮＪとを判別する操作は終了される。
【００３８】
なお、上記判別の手法は自家蛍光の４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の強度を全波長領域の強度で除算した値を用いて比較する手法に限定されるものではなく、波長領域の範囲および中心波長の値は粘膜下層と粘膜上皮層とから発せられる自家蛍光を規格化したときに明確な差が現れる領域を用いればよい。また、規格化するために除算を行なう値も全波長領域の強度に限らず、全波長領域の強度から４８０ｎｍ±２０ｎｍの波長領域の強度を減算した値等を用いることもできる。
【００３９】
また、粘膜下層を判別する判別基準値として、予め正常組織と判別された粘膜上皮層から求めた中間波長領域の規格化強度の値を用い、例えば生体組織から発生した自家蛍光の中間波長領域の規格化強度が前記判別基準値の１２０％以上の値であれば、その組織を粘膜下層として判別することもできる。
【００４０】
その他、上記判別基準値として用いられる値は、粘膜下層と粘膜上皮層とを判別し得る基準となる値であればどのような値を用いてもかまわない。
【００４１】
なお、光ファイバプローブ４０は必ずしも鉗子ユニット２００との組み合わせで構成する必要はなく、他の処置具ユニット、例えば図５に示すような先端に生体組織の被測定部位を引き寄せるための脚を備えた三脚型の把持鉗子等の処置具ユニット、あるいは図６に示すような先端に被測定部位との距離を一定に保つキャップとの組み合わせによって構成することもできる。
【００４２】
また、本発明の判別手法は潰瘍等の粘膜上皮層が剥がれてしまう病変組織の診断にも適用することができる。
【００４３】
上記のように、本発明による蛍光判別方法および装置は、生体組織の粘膜下層と粘膜上皮層とを短時間に容易に判別することができるので、例えばＥＭＲの処置後、直ちにこの処置が正確に行なわれたか否かを確認することができ、再処置に伴う患者の負担を軽減し遺残発生を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による内視鏡装置の概略構成図
【図２】内視鏡先端部の鉗子管路、鉗子チューブ、光ファイバプローブを示す図
【図３】治療範囲を示す図
【図４】３つの異なる組織性状の生体組織から発せられた自家蛍光を規格化した強度を示す図
【図５】他の把持鉗子と光ファイバプローブとを組み合わせた例を示す図
【図６】内視鏡先端部にキャップを取り付けた図
【符号の説明】
４０ 光ファイバプローブ
５０ 生体組織
１００ 蛍光測定ユニット
２００ 鉗子ユニット
３００ 内視鏡本体
４００ 内視鏡装置
Ｌｅ 励起光Ｌｅ
Ｋｅ 自家蛍光Ｋｅ
Claims (6)
- 生体組織に励起光を照射することにより該生体組織から発せられた自家蛍光に基づいて、前記生体組織における正常組織の粘膜上皮層と、病変組織の粘膜上皮層と、前記粘膜上皮層を除去して現われた粘膜下層とを判別する判別手段を備えた蛍光判別装置であって、
前記判別手段が、互に異なる正常組織の粘膜上皮層における自家蛍光スペクトルの強度分布、病変組織の粘膜上皮層における自家蛍光スペクトルの強度分布、および粘膜上皮層を除去して現われた粘膜下層における自家蛍光スペクトルの強度分布のそれぞれについて、前記生体組織から発せられた自家蛍光の全波長領域から両端波長領域を除いた中間波長領域における該自家蛍光スペクトルの強度をこの自家蛍光スペクトルの全波長領域における強度で除して得られてなる規格化強度の値を所定の判別基準値と比較することにより前記判別を行なうものであることを特徴とする蛍光判別装置。 - 前記判別基準値が、正常組織の粘膜上皮層における自家蛍光の規格化強度の値、病変組織の粘膜上皮層における自家蛍光の規格化強度の値、および粘膜上皮層を除去して現われた粘膜下層における自家蛍光の規格化強度の値に基づいて作成されたものであることを特徴とする請求項１記載の蛍光判別装置。
- 前記判別が、正常組織または病変組織の粘膜上皮層と該粘膜上皮層を除去して現われた粘膜下層とが被判別領域内に混在しているか否かの判別であることを特徴とする請求項１または２記載の蛍光判別装置。
- 前記規格化強度は、該規格化強度における中間波長領域が波長５００ｎｍ以下、４６０ｎｍ以上の範囲に定められたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の蛍光判別装置。
- 一端から入射させた前記自家蛍光を前記判別手段まで伝搬する光ファイバを備え、該光ファイバが内視鏡の操作部から先端部まで貫通した管路に挿入されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の蛍光判別装置。
- 前記光ファイバが、内視鏡の処置具の内部を通して前記管路に挿入されていることを特徴とする請求項５記載の蛍光判別装置。
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