JP6762703B2 - Method for discriminating tumor site, tumor site discriminating device - Google Patents
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Description
本発明は腫瘍部位の判別方法及び腫瘍部位の判別装置に関する。 The present invention relates to a method for discriminating a tumor site and a device for discriminating a tumor site.
近年の日本は急速な高齢化社会を迎えており、癌の患者数は増加傾向にある。例えば、胃癌や大腸癌などの消化器癌や、乳癌においてリンパ節転移は重要な予後因子の一つであり、患者の治療方法を決定する上でリンパ節転移の有無を正確に診断することは非常に重要である。特に、原発巣から離れた癌細胞が最初にたどり着くリンパ節をセンチネルリンパ節と呼ぶ。センチネルリンパ節にたどり着く癌細胞の数は当初は限定的であるため、センチネルリンパ節を調べて癌細胞の転移が極めて少なければ、それから先のリンパ節にはほぼ転移していないと考えてよいとされている。 In recent years, Japan has entered a rapidly aging society, and the number of cancer patients is on the rise. For example, lymph node metastasis is one of the important prognostic factors in gastrointestinal cancer such as gastric cancer and colorectal cancer, and breast cancer, and it is not possible to accurately diagnose the presence or absence of lymph node metastasis in deciding how to treat a patient. It's very important. In particular, the lymph node that cancer cells away from the primary lesion first reach is called the sentinel lymph node. Since the number of cancer cells that reach the sentinel lymph node is initially limited, if the sentinel lymph node is examined and the cancer cells have very few metastases, it can be considered that they have hardly metastasized to the subsequent lymph nodes. Has been done.
術中迅速診断の一つの手法として、例えば特許文献1に開示されるように、消化器領域を含めた幅広い領域で、癌の検出に5−アミノレブリン酸(5−ALA)を用いて蛍光観察を行う手法が応用されている。5−ALAは、生体内にも存在するアミノ酸の一種であり、水溶性で経口的、局所的に投与可能である。体外から5−ALAを投与すると、正常細胞ではヘムに速やかに代謝されるが、癌細胞では代謝酵素の活性の違いにより代謝産物であるプロトポルフィリンIX(PpIX)が選択的に蓄積する。ここで、ヘムは蛍光を認めない一方、PpIXは蛍光物質であるため、この光を検出することで腫瘍部位と非腫瘍部位の判別を行うことができる。
As one method of intraoperative rapid diagnosis, for example, as disclosed in
しかしながら、ヒトの生体内において、リンパ節は結合組織に包まれて存在しており、これらの結合組織(脂肪やコラーゲンなど)は、青色の励起光のもとで青〜緑の波長域に強い自家蛍光を発する。この自家蛍光の波長帯は、上記PpIX由来の蛍光の波長帯と重なりを有している。 However, in the human body, lymph nodes are surrounded by connective tissue, and these connective tissues (fat, collagen, etc.) are strong in the blue to green wavelength range under blue excitation light. It emits autofluorescence. The wavelength band of this autofluorescence has an overlap with the wavelength band of the fluorescence derived from PpIX.
図1は、ヒト生体内に含まれる自家蛍光性を有する物質として代表的なコラーゲンとFAD(Flavin Adenine Dinucleotide:フラビンアデニンジヌクレオチド)の蛍光スペクトルを示す図面である。コラーゲンは500nm近傍に蛍光のピークを有している。また、FADは530nm近傍に蛍光のピークを有している。いずれの物質においても、波長635nm近傍において、ピーク波長における蛍光強度よりは低いものの、ある程度の蛍光強度を有していることが確認される。 FIG. 1 is a drawing showing the fluorescence spectra of collagen and FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), which are typical substances having autofluorescence contained in a human body. Collagen has a fluorescence peak near 500 nm. Further, FAD has a fluorescence peak near 530 nm. It is confirmed that all the substances have a certain degree of fluorescence intensity in the vicinity of the wavelength of 635 nm, although they are lower than the fluorescence intensity at the peak wavelength.
図2は、上記コラーゲンやFADといった自家蛍光物質とPpIXとを含む検体の蛍光スペクトルの一例を示す図面である。図2において、(a)はPpIX単独の蛍光スペクトルを示し、(b)は自家蛍光物質由来の蛍光スペクトルを示し、(c)は実際に計測される蛍光スペクトルを示している。ただし、図2では、説明の都合上、(a)、(b)、及び(c)の各曲線は、それぞれにおいて異なる基準で規格化された値を同一図面上に重ね合わせている。このため、図2において、(a)、(b)、及び(c)の各曲線相互間においては、グラフの縦軸の値の大小関係は必ずしも一致しないことに留意すべきである。 FIG. 2 is a drawing showing an example of the fluorescence spectrum of a sample containing the autofluorescent substance such as collagen and FAD and PpIX. In FIG. 2, (a) shows the fluorescence spectrum of PpIX alone, (b) shows the fluorescence spectrum derived from the autofluorescent substance, and (c) shows the fluorescence spectrum actually measured. However, in FIG. 2, for convenience of explanation, the curves of (a), (b), and (c) are superposed on the same drawing with values standardized by different standards. Therefore, it should be noted that in FIG. 2, the magnitude relation of the values on the vertical axis of the graph does not always match between the curves of (a), (b), and (c).
PpIXの蛍光スペクトルは、図2(a)に示すように、波長635nm付近にピーク値を有している。このため、検体に自家蛍光物質が含まれていない場合においては、検体から発せられる光(蛍光)のうち、この波長635nm付近の光を分光して検出し、その強度分布を調べることによって、その蛍光強度が高い部位、より詳細には所定の閾値を上回る蛍光強度を示す部位を腫瘍部位と判別することが可能である。 As shown in FIG. 2A, the fluorescence spectrum of PpIX has a peak value near a wavelength of 635 nm. Therefore, when the sample does not contain an autofluorescent substance, the light (fluorescence) emitted from the sample is detected by spectroscopically detecting the light having a wavelength of around 635 nm, and the intensity distribution thereof is examined. It is possible to discriminate a site having a high fluorescence intensity, more specifically, a site showing a fluorescence intensity exceeding a predetermined threshold, as a tumor site.
しかし、実際には検体に自家蛍光物質が含まれるため、検体から発せられる光のうち、この波長635nm付近の光を分光して検出すると、図2(b)に示す自家蛍光物質由来の蛍光が重ね合わせられる。このため、PpIXが蓄積されていない部位においても、波長635nm付近の蛍光強度が認められてしまう。自家蛍光物質由来の蛍光の強度は、検体として抽出した組織の部位によっても異なるし、個人差も有する。このため、波長635nm付近の蛍光強度が所定の閾値を上回っている部位を腫瘍部位と判別する方法を採用すると、場合によってはPpIXが蓄積されていないにもかかわらず、自家蛍光物質由来の蛍光の強度が高いという理由で、非腫瘍部位を誤って腫瘍部位と判別してしまうおそれがある。 However, since the sample actually contains an autofluorescent substance, among the light emitted from the sample, when the light having a wavelength of around 635 nm is separated and detected, the fluorescence derived from the autofluorescent substance shown in FIG. 2B is generated. Can be superposed. Therefore, the fluorescence intensity in the vicinity of the wavelength of 635 nm is recognized even in the portion where PpIX is not accumulated. The intensity of fluorescence derived from an autofluorescent substance varies depending on the site of the tissue extracted as a sample, and also has individual differences. Therefore, if a method of discriminating a site where the fluorescence intensity near a wavelength of 635 nm exceeds a predetermined threshold value as a tumor site is adopted, in some cases, even though PpIX is not accumulated, fluorescence derived from an autofluorescent substance is used. Due to its high strength, non-tumor sites may be mistakenly identified as tumor sites.
すなわち、腫瘍部位、特にリンパ節などの結合組織に覆われた腫瘍部位を臨床応用で識別するためには、内在性組織による自家蛍光を排除する方法が必要である。本発明は、コラーゲンやFADといった自家蛍光性を有する物質を含む結合組織を含む検体から、腫瘍部位を従来よりも正確にの判別することのできる方法及び装置を実現することを目的とする。 That is, in order to identify a tumor site, particularly a tumor site covered with connective tissue such as lymph nodes, in clinical application, a method for eliminating autofluorescence due to endogenous tissue is required. An object of the present invention is to realize a method and an apparatus capable of more accurately discriminating a tumor site from a sample containing connective tissue containing a substance having autofluorescence such as collagen and FAD.
本発明は、種類数nが1以上である自家蛍光物質を含む検体の被疑腫瘍部位に蓄積されたポルフィリン類に励起光を照射して、励起後の前記ポルフィリン類が発する蛍光を検出する腫瘍部位の判別方法であって、
前記励起光を前記検体に照射して前記ポルフィリン類を励起する工程(a)と、
前記検体が発した蛍光のうち、前記ポルフィリン類が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λcの光を透過するフィルタFcを介して受光された光Lcの強度分布に対応した画像データIcを取得する工程(b)と、
前記検体が発した蛍光のうち、n種類の前記自家蛍光物質が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λsi(i=1,2,…,n)の光を透過するフィルタFsi(i=1,2,…,n)を介して受光された光Lsi(i=1,2,…,n)の強度分布に対応した画像データIsi(i=1,2,…,n)を取得する工程(c)と、
前記工程(b)及び(c)で得られた画像データIc及び画像データIsi(i=1,2,…,n)に基づいて、下記式(1)によって、前記検体が発した蛍光のうち前記ポルフィリン類が発する蛍光の強度分布に対応した画像データIpを生成する工程(d)とを有することを特徴とする。
なお、式(1)において、Ac、及びAi(i=1,2,…,n)はいずれも係数である。
The present invention irradiates porphyrins accumulated in a suspected tumor site of a sample containing an autofluorescent substance having one or more types n with excitation light, and detects the fluorescence emitted by the porphyrins after excitation. It is a method of determining
The step (a) of irradiating the sample with the excitation light to excite the porphyrins,
Of the fluorescence emitted by the sample, the intensity distribution of the light L c received through the filter F c that transmits light in the wavelength band λ c including a part of the fluorescence wavelength band emitted by the porphyrins corresponds to. Step (b) of acquiring image data I c and
Of the fluorescence emitted by the sample, the filter F si that transmits light in the wavelength band λ si (i = 1, 2, ..., N) including a part of the wavelength band of fluorescence emitted by the n types of autofluorescent substances. Image data I si (i = 1, 2, ..., N) corresponding to the intensity distribution of the light L si (i = 1, 2, ..., N) received via (i = 1, 2, ..., N) The step (c) for acquiring n) and
Fluorescence emitted by the sample according to the following formula (1) based on the image data I c and the image data I si (i = 1, 2, ..., N) obtained in the steps (b) and (c). Among these, it is characterized by having a step (d) of generating image data I p corresponding to the intensity distribution of fluorescence emitted by the porphyrins.
In Eq. (1), A c and A i (i = 1, 2, ..., N) are both coefficients.
各種の自家蛍光物質が発する蛍光のスペクトルそのものの形状は、当該自家蛍光物質の種類に依存して決定される。また、ポルフィリン類から発せられる蛍光のスペクトルそのものの形状も、ポルフィリン類に応じて一義的に決定される。すなわち、被疑腫瘍部位に励起光が照射されることで発せられる蛍光のスペクトルは、当該被疑腫瘍部位に含まれる自家蛍光物質の種類、及び各自家蛍光物質及びポルフィリン類の含有比率に依存したものとなる。 The shape of the spectrum itself of the fluorescence emitted by various autofluorescent substances is determined depending on the type of the autofluorescent substance. In addition, the shape of the fluorescence spectrum itself emitted from the porphyrins is also uniquely determined according to the porphyrins. That is, the spectrum of fluorescence emitted when the suspected tumor site is irradiated with excitation light depends on the type of autofluorescent substance contained in the suspected tumor site and the content ratio of each autofluorescent substance and porphyrins. Become.
本方法は、検体に含まれている自家蛍光物質が既知の自家蛍光物質であることを前提としている。すなわち、被疑腫瘍部位に含まれると想定されるn種類の自家蛍光物質に関しては、それぞれ代表的な蛍光スペクトルの情報が予め認識されている。そして、上述したように、ポルフィリン類から発せられる蛍光のスペクトルの情報も予め認識されている。 This method presupposes that the autofluorescent substance contained in the sample is a known autofluorescent substance. That is, with respect to the n types of autofluorescent substances that are assumed to be contained in the suspected tumor site, information on typical fluorescence spectra is recognized in advance. Then, as described above, the information on the spectrum of the fluorescence emitted from the porphyrins is also recognized in advance.
上述したように、ポルフィリン類から発せられる蛍光の波長帯には、各種の自家蛍光物質から発せられる蛍光の波長帯と重なり合う可能性がある。一方で、上述したように、各種の自家蛍光物質由来の蛍光のスペクトル及びポルフィリン類から発せられる蛍光のスペクトルは、それぞれ物質由来の波形を示す。このため、検体に対して励起光を照射し、当該検体から発せられた蛍光のうち、複数の特定の波長帯の光を受光し、各波長帯における光の強度分布を得ることで、自家蛍光物質由来の蛍光及びポルフィリン類由来の蛍光がそれぞれどの程度の比率で混在しているかを特定することができる。 As described above, the wavelength band of fluorescence emitted from porphyrins may overlap with the wavelength band of fluorescence emitted from various autofluorescent substances. On the other hand, as described above, the spectrum of fluorescence derived from various autofluorescent substances and the spectrum of fluorescence emitted from porphyrins each show waveforms derived from the substance. Therefore, the sample is irradiated with excitation light, and among the fluorescence emitted from the sample, light of a plurality of specific wavelength bands is received, and the intensity distribution of the light in each wavelength band is obtained to obtain autofluorescence. It is possible to specify the ratio of the fluorescence derived from the substance and the fluorescence derived from the porphyrins, respectively.
つまり、本方法によれば、n種類の自家蛍光物質とポルフィリン類が含有された検体から発せられる蛍光につき、係数Ac、及びAi(i=1,2,…,n)を定めておくことで、上記(1)式に基づいて演算を行うだけで、検体から発せられる蛍光から、ポルフィリン類由来の蛍光成分を抽出することができる。 That is, according to this method, the coefficients A c and A i (i = 1, 2, ..., N) are set for the fluorescence emitted from the sample containing n kinds of autofluorescent substances and porphyrins. Therefore, the fluorescence component derived from porphyrins can be extracted from the fluorescence emitted from the sample only by performing the calculation based on the above equation (1).
なお、前記工程(d)は、下記(2)式によって、前記検体が発した蛍光のうち前記ポルフィリン類が発する蛍光の強度分布に対応した画像データIpを生成するものとしても構わない。ただし、式(2)においてA0は係数である。 In the step (d), the image data I p corresponding to the intensity distribution of the fluorescence emitted by the porphyrins among the fluorescence emitted by the sample may be generated by the following formula (2). However, in equation (2), A 0 is a coefficient.
本方法は、励起光を発する光源部、検体から照射された光を受光する受光部、波長帯λcの光を透過させるフィルタFc、及び波長帯λsi(i=1,2,…,n)の光を透過させるフィルタFsi(i=1,2,…,n)を用いて行われる。このため、装置に備えられた受光部によっては、光を受光していないにもかかわらず、光を受光した旨の信号を出力している可能性が考えられる。特にこの場合、受光部は、波長帯に関係なく同レベルの光(オフセット成分)を受光したと認識することになる。このため、上記(2)式においては、波長帯に関係ない定数項A0を予め定めている。このように構成することで、このオフセット成分を打ち消すことができるため、前記蛍光に含まれるポルフィリン類由来の蛍光の成分を、厳密に抽出することができる。ただし、上記(1)式のように、オフセット成分を考慮しない演算式によっても、蛍光に含まれるポルフィリン類由来の蛍光の成分を、腫瘍部位の判別に必要な範囲内で抽出することは可能である。 The method includes a light source unit for emitting excitation light, a light receiving portion for receiving the light emitted from the sample, the filter F c which transmits light of a wavelength band lambda c, and a wavelength band λ si (i = 1,2, ... , This is done using the filter F si (i = 1, 2, ..., N) that transmits the light of n). Therefore, it is conceivable that some light receiving units provided in the device may output a signal indicating that the light has been received even though the light is not received. In particular, in this case, the light receiving unit recognizes that it has received the same level of light (offset component) regardless of the wavelength band. Therefore, in the above equation (2), the constant term A 0 irrelevant to the wavelength band is predetermined. With this configuration, this offset component can be canceled out, so that the fluorescent component derived from porphyrins contained in the fluorescence can be strictly extracted. However, it is possible to extract the fluorescence component derived from porphyrins contained in the fluorescence within the range necessary for discriminating the tumor site by an arithmetic expression that does not consider the offset component as in the above equation (1). is there.
上記方法に加えて、前記工程(d)で得られた前記画像データIpに基づいて腫瘍部位と非腫瘍部位の判別を行う工程(e)を有するものとしても構わない。前記画像データIpは、検体から発せられた、ポルフィリン類由来の蛍光強度に基づくデータである。よって、例えばこの画像データIpにおいて、所定の閾値を上回る光強度を示している領域に対応した検体上の領域には、腫瘍部位が存在すると判断することができる。 In addition to the above method, it may have a step (e) of discriminating between a tumor site and a non-tumor site based on the image data I p obtained in the step (d). The image data I p is data based on the fluorescence intensity derived from porphyrins emitted from the sample. Therefore, for example, in this image data Ip , it can be determined that the tumor site exists in the region on the sample corresponding to the region showing the light intensity exceeding a predetermined threshold value.
前記工程(b)で利用される前記フィルタFc、及び前記工程(c)で利用される前記フィルタFsi(i=1,2,…,n)は、前記ポルフィリン類が発する蛍光の強度を取得する際の標準推定誤差が最小となるフィルタの組み合わせで構成されているものとしても構わない。 The filter F c used in the step (b) and the filter F si (i = 1, 2, ..., N) used in the step (c) determine the intensity of fluorescence emitted by the porphyrins. It may be composed of a combination of filters that minimizes the standard estimation error at the time of acquisition.
本明細書中における「ポルフィリン類」とは、ポルフィン環に置換基がついたものを指し、ポルフィリン類の一種として例えばPpIXの他、PpIXから生成されたフォト−プロトポルフィリン(PPp)などのプロトポルフィリン類が存在する。 The term "porphyrins" as used herein refers to porphyrins having a substituent on the porphyrin ring, and as a kind of porphyrins, for example, PpIX and protoporphyrins such as photo-protoporphyrin (PPp) produced from PpIX There is a kind.
なお、前記ポルフィリン類をプロトポルフィリン類とすることもできる。特に前記プロトポルフィリン類をプロトポルフィリンIXとした場合であって、自家蛍光物質の種類数が2である場合において、
前記フィルタFcによって透過される光の前記波長帯λcは、635nmを含む波長帯であり、
前記フィルタFs1によって透過される光の前記波長帯λs1は、中心波長が520nm以上550nm以下の波長帯であり、
前記フィルタFs2によって透過される光の前記波長帯λs2は、中心波長が730nm以上760nm以下の波長帯であるものとしても構わない。
The porphyrins can also be protoporphyrins. In particular, when the protoporphyrins are protoporphyrin IX and the number of types of autofluorescent substances is 2.
The wavelength band λ c of the light transmitted by the filter F c is a wavelength band including 635 nm.
The wavelength band λ s1 of the light transmitted by the filter F s1 is a wavelength band having a center wavelength of 520 nm or more and 550 nm or less.
The wavelength band λ s2 of the light transmitted by the filter F s2 may be a wavelength band having a center wavelength of 730 nm or more and 760 nm or less.
このような方法とすることで、635nm近傍にスペクトルのピークを有するプロトポルフィリンIX(PpIX)由来の蛍光と、コラーゲン及びFADを含む自家蛍光物質由来の蛍光が重ね合わせられた状態で検体から発せられた場合においても、PpIX由来の蛍光強度に対応した画像データIpを生成することができる。かかる画像データIpに基づいて腫瘍部位と非腫瘍部位の判別を行うことで、従来よりも腫瘍部位の判別を正確に行うことが可能となる。 By such a method, the fluorescence derived from protoporphyrin IX (PpIX) having a spectral peak near 635 nm and the fluorescence derived from an autofluorescent substance containing collagen and FAD are superposed and emitted from the sample. Even in this case, image data I p corresponding to the fluorescence intensity derived from PpIX can be generated. By discriminating between the tumor site and the non-tumor site based on the image data Ip , it is possible to discriminate the tumor site more accurately than before.
更に、上記の方法において、
前記フィルタFcは、半値全幅が10nm以上30nm以下であり、
前記フィルタFs1は、半値全幅が30nm以上50nm以下であり、
前記フィルタFs2は、半値全幅が180nm以上220nm以下であるものとしても構わない。
Furthermore, in the above method,
The filter F c has a full width at half maximum of 10 nm or more and 30 nm or less.
The filter F s1 has a full width at half maximum of 30 nm or more and 50 nm or less.
The filter F s2 may have a full width at half maximum of 180 nm or more and 220 nm or less.
また、本発明は、種類数nが1以上である自家蛍光物質を含む検体の被疑腫瘍部位に蓄積されたポルフィリン類に励起光を照射して、励起後の前記ポルフィリン類が発する蛍光を検出する腫瘍部位の判別装置であって、
前記励起光を発する光源部と、
前記検体から発せられる蛍光を受光する受光部と、
前記ポルフィリン類が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λcの光を透過するフィルタFcと、
n種類の前記自家蛍光物質が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λsi(i=1,2,…,n)の光を透過するフィルタFsi(i=1,2,…,n)と、
前記受光部で受光された光の強度に基づいて演算処理を行う演算処理部と、を有し、
前記受光部は、
前記検体が発した蛍光のうち前記フィルタFcを介して光Lcを受光し、当該光Lcの強度分布に対応した画像データIcを前記演算処理部に出力し、
前記検体が発した蛍光のうち前記フィルタFsi(i=1,2,…,n)を介して光Lsi(i=1,2,…,n)を受光し、当該光Lsi(i=1,2,…,n)の強度分布に対応した画像データIsi(i=1,2,…,n)を前記演算処理部に出力し、
前記演算処理部は、画像データIc及び画像データIsi(i=1,2,…,n)に基づいて、下記式(1)によって、前記検体が発した光のうち前記ポルフィリン類が発する蛍光の強度分布に対応した画像データIpを生成することを特徴とする。
なお、式(1)において、Ac、及びAi(i=1,2,…,n)はいずれも係数である。
Further, the present invention irradiates porphyrins accumulated in a suspected tumor site of a sample containing an autofluorescent substance having one or more types n with excitation light, and detects the fluorescence emitted by the porphyrins after excitation. A device for discriminating tumor sites
The light source unit that emits the excitation light and
A light receiving unit that receives the fluorescence emitted from the sample and
A filter F c that transmits light in the wavelength band λ c including a part of the wavelength band of fluorescence emitted by the porphyrins, and
Filter F si (i = 1, 2, ..., N) that transmits light in the wavelength band λ si (i = 1, 2, ..., N) including a part of the wavelength band of fluorescence emitted by the n types of autofluorescent substances. n) and
It has an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing based on the intensity of light received by the light receiving unit.
The light receiving part is
Of the fluorescence emitted by the sample, the light L c is received through the filter F c , and the image data I c corresponding to the intensity distribution of the light L c is output to the arithmetic processing unit.
Wherein among the fluorescence which said sample is emitted filter F si (i = 1,2, ... , n) light L si (i = 1,2, ... , n) through the receiving and the light L si (i The image data I si (i = 1, 2, ..., N) corresponding to the intensity distribution of = 1, 2, ..., N) is output to the arithmetic processing unit.
Based on the image data I c and the image data I si (i = 1, 2, ..., N), the arithmetic processing unit emits the porphyrins among the light emitted by the sample according to the following formula (1). It is characterized in that image data I p corresponding to the fluorescence intensity distribution is generated.
In Eq. (1), A c and A i (i = 1, 2, ..., N) are both coefficients.
上記装置によれば、検体から発せられる蛍光に、ポルフィリン類由来の蛍光と自家蛍光物質由来の蛍光とが重ね合わせられていても、演算処理部において、ポルフィリン類が発する蛍光が抽出される。そして、演算処理部において、このポルフィリン類が発する蛍光強度の分布に対応した画像データIpが生成される。よって、この画像データIpに基づいて腫瘍部位と非腫瘍部位の判別を行うことができるため、従来よりも腫瘍部位の判別が正確に行える。 According to the above apparatus, even if the fluorescence emitted from the sample is superposed with the fluorescence derived from porphyrins and the fluorescence derived from the autofluorescent substance, the fluorescence emitted by the porphyrins is extracted in the arithmetic processing unit. Then, in the arithmetic processing unit, image data I p corresponding to the distribution of the fluorescence intensity emitted by the porphyrins is generated. Therefore, since the tumor site and the non-tumor site can be discriminated based on this image data Ip , the tumor site can be discriminated more accurately than before.
前記腫瘍部位の判別装置は、前記係数Ac、及びAi(i=1,2,…,n)の値を記憶している記憶部を備えているものとしても構わない。 The tumor site discriminating device may include a storage unit that stores the values of the coefficients Ac and A i (i = 1, 2, ..., N).
前記演算処理部は、画像データIc及び画像データIsi(i=1,2,…,n)に基づいて、下記式(2)によって、前記検体が発した光のうち前記ポルフィリン類が発する蛍光の強度分布に対応した画像データIpを生成するものとしても構わない。この場合、前記腫瘍部位の判別装置は、前記係数Ac、Ai(i=1,2,…,n)、及びA0の値を記憶している記憶部を備えているものとしても構わない。 Based on the image data I c and the image data I si (i = 1, 2, ..., N), the arithmetic processing unit emits the porphyrins among the light emitted by the sample according to the following formula (2). Image data I p corresponding to the fluorescence intensity distribution may be generated. In this case, the tumor site discriminating device may include a storage unit that stores the values of the coefficients Ac , A i (i = 1, 2, ..., N) and A 0. Absent.
なお、前記ポルフィリン類をプロトポルフィリン類とすることもできる。特に前記プロトポルフィリン類をプロトポルフィリンIXとした場合であって、自家蛍光物質の種類数が2である場合において、
前記フィルタFcによって透過される光の前記波長帯λcは、635nmを含む波長帯であり、
前記フィルタFs1によって透過される光の前記波長帯λs1は、中心波長が520nm以上550nm以下の波長帯であり、
前記フィルタFs2によって透過される光の前記波長帯λs2は、中心波長が730nm以上760nm以下の波長帯であるものとしても構わない。
The porphyrins can also be protoporphyrins. In particular, when the protoporphyrins are protoporphyrin IX and the number of types of autofluorescent substances is 2.
The wavelength band λ c of the light transmitted by the filter F c is a wavelength band including 635 nm.
The wavelength band λ s1 of the light transmitted by the filter F s1 is a wavelength band having a center wavelength of 520 nm or more and 550 nm or less.
The wavelength band λ s2 of the light transmitted by the filter F s2 may be a wavelength band having a center wavelength of 730 nm or more and 760 nm or less.
更に、
前記フィルタFcは、半値全幅が10nm以上30nm以下であり、
前記フィルタFs1は、半値全幅が30nm以上50nm以下であり、
前記フィルタFs2は、半値全幅が180nm以上220nm以下であるものとしても構わない。
In addition
The filter F c has a full width at half maximum of 10 nm or more and 30 nm or less.
The filter F s1 has a full width at half maximum of 30 nm or more and 50 nm or less.
The filter F s2 may have a full width at half maximum of 180 nm or more and 220 nm or less.
また、前記腫瘍部位の判別装置は、
情報入力部を備え、
前記記憶部は、前記検体に含まれる自家蛍光物質の種類に対応して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報、及び前記係数Ac、及びAi(i=1,2,…,n)の値の組み合わせに関する情報を記憶しており、
前記演算処理部は、前記情報入力部から前記被疑腫瘍部位に含まれる自家蛍光物質の種類に関する情報が与えられると、前記記憶部からフィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報を読み出して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)を特定すると共に、前記記憶部から前記係数Ac、及びAi(i=1,2,…,n)の値を読み出して、前記式(1)の演算を行うものとしても構わない。
In addition, the device for discriminating the tumor site is
Equipped with an information input section
The storage unit contains information on the filter F si (i = 1, 2, ..., N), the coefficients A c , and A i (i = 1) according to the type of the autofluorescent substance contained in the sample. , 2, ..., n) stores information about the combination of values,
When the information input unit gives information about the type of autofluorescent substance contained in the suspected tumor site, the arithmetic processing unit receives information on the filter F si (i = 1, 2, ..., N) from the storage unit. Is read to specify the filter F si (i = 1, 2, ..., N), and the values of the coefficients Ac and A i (i = 1, 2, ..., N) are read from the storage unit. Therefore, the calculation of the above equation (1) may be performed.
検体に対して予め光を照射して受光した蛍光スペクトルの分析結果や、検体の人体における部位の特徴などから、検体に含まれる自家蛍光物質の種類を見当することができる場合がある。上記装置の記憶部には、検体に含まれる自家蛍光物質の種類に応じた係数Ac、及びAi(i=1,2,…,n)、並びにフィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報が記憶されている。よって、検体に応じた最適なフィルタを用いて画像データIsi(i=1,2,…,n)を生成することができ、また、この画像データIsi(i=1,2,…,n)及び検体に応じた最適な係数Ac、Ai(i=1,2,…,n)に基づいて、ポルフィリン類が発する蛍光強度の分布に対応した画像データIpを生成することができる。 It may be possible to determine the type of autofluorescent substance contained in the sample from the analysis result of the fluorescence spectrum received by irradiating the sample with light in advance and the characteristics of the part of the sample in the human body. In the storage unit of the above device, a coefficient Ac and A i (i = 1, 2, ..., N) according to the type of the autofluorescent substance contained in the sample, and a filter F si (i = 1, 2 ,, n) are stored. ..., N) information is stored. Therefore, the image data I si (i = 1,2, ... , n) by using the optimum filter corresponding to the specimen can be generated, also, the image data I si (i = 1,2, ... , Image data I p corresponding to the distribution of fluorescence intensity emitted by porphyrins can be generated based on n) and the optimum coefficients A c and A i (i = 1, 2, ..., N) according to the sample. it can.
なお、演算処理部が上記(2)式によって画像データIpを生成する場合においては、前記記憶部が、前記検体に含まれる自家蛍光物質の種類に対応して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報、及び前記係数Ac、Ai(i=1,2,…,n)、及びA0の値の組み合わせに関する情報を記憶を記憶しているものとしても構わない。このとき、前記演算処理部は、前記情報入力部から前記被疑腫瘍部位に含まれる自家蛍光物質の種類に関する情報が与えられると、前記記憶部からフィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報を読み出して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)を特定すると共に、前記記憶部から前記係数Ac、Ai(i=1,2,…,n)、及びA0の値を読み出して、前記式(2)の演算を行うものとしても構わない。 When the arithmetic processing unit generates the image data I p by the above equation (2), the storage unit corresponds to the type of the autofluorescent substance contained in the sample, and the filter F si (i = 1). , 2, ..., N) and information on the combination of the coefficients Ac , A i (i = 1, 2, ..., N) and A 0 may be stored in memory. Absent. At this time, when the information input unit gives information about the type of autofluorescent substance contained in the suspected tumor site, the arithmetic processing unit receives the filter F si (i = 1, 2, ..., N) from the storage unit. ) Is read out to identify the filter F si (i = 1, 2, ..., N), and the coefficients Ac , A i (i = 1, 2, ..., N) and The value of A 0 may be read out and the calculation of the above equation (2) may be performed.
更に、上記腫瘍部位の判別装置は、前記検体と前記受光部の間の光路上に、前記フィルタFc、及び前記フィルタFsi(i=1,2,…,n)のうちのいずれか一のフィルタを切り替えて設置するフィルタ切替部を備えるものとしても構わない。 Further, the tumor site discriminating device is placed on the optical path between the sample and the light receiving portion by any one of the filter F c and the filter F si (i = 1, 2, ..., N). It may be provided with a filter switching unit for switching and installing the filter.
本発明の腫瘍部位の判別方法及び腫瘍部位の判別装置によれば、自家蛍光物質由来の蛍光の影響を概ね排除することができるため、従来よりも正確に腫瘍部位の判別が行える。 According to the method for discriminating a tumor site and the device for discriminating a tumor site of the present invention, the influence of fluorescence derived from an autofluorescent substance can be largely eliminated, so that the tumor site can be discriminated more accurately than before.
[装置構成]
腫瘍部位判別装置の構成につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
[Device configuration]
The configuration of the tumor site discriminating device will be described with reference to the drawings. In each drawing, the dimensional ratio in the drawing and the actual dimensional ratio do not always match.
図3は、腫瘍部位判別装置の外観の一例を模式的に示す図面である。また、図4は、腫瘍部位判別装置の内部構成の一例を模式的に示すブロック図である。 FIG. 3 is a drawing schematically showing an example of the appearance of the tumor site discriminating device. Further, FIG. 4 is a block diagram schematically showing an example of the internal configuration of the tumor site discriminating device.
図3に示すように、腫瘍部位判別装置1(以下、適宜「装置1」と呼ぶことがある。)は、ホルダ装着口11及び表示部12を備える。ホルダ装着口11は、検体2(図3では不図示、図4参照)が収容された検体用ホルダ10を装着するための機構である。また、表示部12は、腫瘍部位判別装置1によって、腫瘍部位と非腫瘍部位とが判別された結果が表示されるモニタに対応する。
As shown in FIG. 3, the tumor site determination device 1 (hereinafter, may be appropriately referred to as “
なお、ここでは、腫瘍部位判別装置1の本体に表示部12が設けられている構成を示しているが、装置1の本体には表示部12を備えずに、別のモニタに判別結果を表示させる構成を採用しても構わない。また、ここでは、腫瘍部位判別装置1が、検体2を収容した検体用ホルダ10が挿入されることで検体2に腫瘍部位が含まれるか否かを判定する構成である場合を例示しているが、この構成に限られない。
Although the configuration in which the
検体2は、腫瘍部位の判別を行う対象となる検体(例えばセンチネルリンパ節を含む生体組織)である。この検体2に対しては、仮に腫瘍部位が含まれていれば当該部位にポルフィリン類が蓄積されるよう、予め所定の措置が施されている。一例として、この生体組織は、人体に5−ALAを投与した後に摘出されたものとすることができる。
図4に示すように、装置1は、光源部21、フィルタ22、ダイクロイックミラー23、対物レンズ24、フィルタ切替部25、受光部26、演算処理部27、記憶部28を備える。なお、図4は、図3にならって、装置1が表示部12を備えている構成が想定されている。
As shown in FIG. 4, the
光源部21は、例えば水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等のランプの他、発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等で構成することができる。フィルタ22は、光源部21から射出された光のうち、特定の波長の光を選択的に透過させる機能を有し、例えば誘電体多層膜などで構成される。ここでは、フィルタ22が、波長405nmの光を選択的に透過させる機能を有するものとして説明するが、本実施形態では、385nm以上425nm以下の特定の波長帯の光を選択的に透過させる機能を有していればよい。より一般的にいえば、フィルタ22は、検体2に腫瘍部位が含まれている場合に蓄積されているポルフィリン類を励起するために必要な波長帯の光を選択的に透過させる機能を有していればよい。
The
ダイクロイックミラー23は、所定の波長帯の光を反射させ、別の所定の波長帯の光を透過させる機能を有し、例えば誘電体多層膜などで構成することができる。ここでは、ダイクロイックミラー23が、波長405nmの光を反射し、波長580nm以上の光を透過する機能を有するものとして説明する。なお、このダイクロイックミラー23は、フィルタ22によって選択された波長の光を反射し、検体2から発せられ後述されるフィルタ切替部25に含まれるフィルタFc、及びフィルタFsi(i=1,2,…,n)で選択される波長の光を透過する機能を有していればよい。
The
光源部21から射出され、フィルタ22を透過した波長405nm近傍の励起光31は、ダイクロイックミラー23で反射されて対物レンズ24に導かれる。そして、対物レンズ24を通過した光が、ホルダ10を透過して検体2に照射される。検体2にポルフィリン類の一例であるPpIX(これはプロトポルフィリン類の一例でもある)が蓄積されていると、この波長405nmの励起光31によってPpIXが励起され、蛍光32を発する。励起光31を検体2に照射して、検体2に蓄積されていたPpIXを励起する工程が、工程(a)に対応する。
The
蛍光32は、ホルダ10を透過して、励起光とは逆向きに進行し、対物レンズ24へと導かれる。そして、この蛍光32はダイクロイックミラー23を透過してフィルタ切替部25へと向かう。
The
本実施形態において、フィルタ切替部25は、検体2と受光部26との間の光路上において、フィルタFc、フィルタFs1、及びフィルタFs2の3つのフィルタを切り替えて配置できる。各フィルタ(Fc,Fs1,Fs2)は、それぞれ所定の波長帯の光を選択的に透過させる機能を有し、いずれもバンドパスフィルタ等の光学フィルタで構成されることができる。なお、フィルタの数は3に限られず、4以上のフィルタを光路上に切り替えながら設置できる構成としても構わない。この点については後述される。
In the present embodiment, the
本実施形態において、フィルタFcは、ポルフィリン類が発する蛍光の主たるピーク波長を含む波長帯λcの光を透過させる機能を有する。例えば、検出対象としてポルフィリン類の一例であるPpIXを用いる場合においては、PpIX由来の蛍光のピーク波長が図5に示すように635nm近傍であるため、この635nmを含む波長帯λcの光が選択的に透過するように設計されたフィルタFcが用いられる。フィルタFcの一例として、中心波長が634nmであり、半値全幅が20nmのフィルタを利用することができる。この場合、波長帯λcは624nm以上644nm以下となる。このフィルタFcの決定方法については、後述される。 In the present embodiment, the filter F c has a function of transmitting light in the wavelength band λ c including the main peak wavelength of fluorescence emitted by porphyrins. For example, when PpIX, which is an example of porphyrins, is used as the detection target, the peak wavelength of fluorescence derived from PpIX is near 635 nm as shown in FIG. 5, so light in the wavelength band λ c including this 635 nm is selected. A filter F c designed to be transparent is used. As an example of the filter F c, a filter having a center wavelength of 634 nm and a full width at half maximum of 20 nm can be used. In this case, the wavelength band λ c is 624 nm or more and 644 nm or less. The method for determining the filter F c will be described later.
本実施形態において、フィルタFs1は、透過させる光の中心波長が、フィルタFcよりも短波長側である。フィルタFs1の一例として、中心波長が536nmであり、半値全幅が40nmのフィルタを利用することができる。この場合、波長帯λs1は516nm以上556nm以下となる。このフィルタFs1の決定方法については、後述される。 In the present embodiment, the center wavelength of the transmitted light of the filter F s1 is shorter than that of the filter F c . As an example of the filter F s1, a filter having a center wavelength of 536 nm and a full width at half maximum of 40 nm can be used. In this case, the wavelength band λ s1 is 516 nm or more and 556 nm or less. The method for determining the filter F s1 will be described later.
本実施形態において、フィルタFs2は、透過させる光の中心波長が、フィルタFcよりも長波長側である。フィルタFs2の一例として、中心波長が745nmであり、半値全幅が204nmのフィルタを利用することができる。この場合、波長帯λs1は643nm以上847nm以下となる。このフィルタFs2の決定方法については、後述される。 In the present embodiment, the center wavelength of the transmitted light of the filter F s2 is on the longer wavelength side than the filter F c . As an example of the filter F s2, a filter having a center wavelength of 745 nm and a full width at half maximum of 204 nm can be used. In this case, the wavelength band λ s1 is 643 nm or more and 847 nm or less. The method for determining the filter F s2 will be described later.
受光部26は、フィルタ切替部25において設定されているフィルタ(Fc,Fs1,Fs2)を透過した各蛍光32を受光する。受光部26は、検体2上の位置に応じた蛍光強度を演算処理部27に出力する。より具体的には、受光部26は、フィルタFcを介して受光した蛍光32(以下、「蛍光Lc」と記載する。)を受光し、検体2上の位置に応じた蛍光Lcの強度分布に対応した画像データIcを演算処理部27に出力する。受光部26が画像データIcを演算処理部27に出力する工程が、工程(b)に対応する。
Receiving
同様に、受光部26は、フィルタFs1を介して受光した蛍光32(以下、「蛍光Ls1」と記載する。)を受光し、検体2上の位置に応じた蛍光Ls1の強度分布に対応した画像データIs1を演算処理部27に出力する。同様に、受光部26は、フィルタFs2を介して受光した蛍光32(以下、「蛍光Ls2」と記載する。)を受光し、検体2上の位置に応じた蛍光Ls2の強度分布に対応した画像データIs2を演算処理部27に出力する。受光部26が画像データIs1及びIs2を演算処理部27に出力する工程が、工程(c)に対応する。
Similarly, the
記憶部28には、予め係数Ac、A1、A2、及びA0に関する情報が記憶されている。演算処理部27は、記憶部28より、係数Ac、A1、A2、及びA0に関する情報を読み出すと共に、受光部26より与えられた各画像データIc、Is1、及びIs2に基づいて、下記式(3)の演算を行って画像データIpを導出する。
Information about the coefficients Ac , A 1 , A 2 , and A 0 is stored in the
この各定数Ac、A1、A2、及びA0は、蛍光23のうちの波長帯λcの成分を有する蛍光Lcの強度、蛍光23のうちの波長帯λs1の成分を有する蛍光Ls1の強度、及び蛍光23のうちの波長帯λs2の成分を有する蛍光Ls2の強度が与えられると、上記式(3)の演算をすることで、蛍光23に含まれるポルフィリン類由来の蛍光強度が算定できるように予め定められている。よって、演算処理部27が上記式(3)の演算をすることで、検体2に含まれるポルフィリン類が発する蛍光の強度分布に対応した画像データIpが生成される。演算処理部27が画像データIpを生成する工程が、工程(d)に対応する。
The constants A c, A 1, A 2 , and A 0 is the fluorescence having intensity of the fluorescence L c having a component of the wavelength band lambda c of the
なお、この各係数Ac、A1、A2、及びA0の決定方法については後述される。 The method for determining the coefficients A c , A 1 , A 2 , and A 0 will be described later.
この画像データIpは表示部12に出力される。これにより、検体2の位置に応じたポルフィリン類由来の蛍光強度が画像情報として表示される。例えば、この表示された画像を確認することで、検体2に腫瘍部位が存在するか否かを判定することができると共に、また検体2に腫瘍部位が存在する場合には、検体2内の腫瘍部位が存在する場所を特定することができる。この判定処理が工程(e)に対応する。
This image data I p is output to the
また、演算処理部27が、画像データIpに基づいて検体2に腫瘍部位が存在するか否かの判定まで行うものとしても構わない。例えば、演算処理部27は、画像データIpに基づいて、各位置別の蛍光強度が所定の閾値を上回っているか否かを判定する。そして、演算処理部27は、蛍光強度が所定の閾値を上回っている箇所が腫瘍部位であり、蛍光強度が前記所定の閾値以下である箇所が非腫瘍部位であると判別する。この判定処理が工程(e)に対応する。
Further, the
表示部12は、演算処理部27から送られた腫瘍部位の座標情報に基づいて、例えば検体2の画像上の所定の位置に腫瘍部位であることを示すマークや発色を施した画像データを表示するものとしても構わない。また、演算処理部27において腫瘍部位と判別された領域が存在しない場合には、表示部12がその旨の情報を表示するものとしても構わない。
The
検査員は、表示部12を目視で確認することで、検体2に腫瘍部位が存在するか否か、及び腫瘍部位が存在している場合にはその存在箇所を容易に認識することができる。また、例えば装置1に操作ボタンを設け、検体2が収容されたホルダ10を装置1に装着して当該操作ボタンを押下すると光源部21から励起光が射出される仕組みとすることで、装置1によって検体2の腫瘍部位の判別処理を自動的に行わせることができる。これにより、検査員のスキルによる判断結果のバラツキが解消すると共に、病理医による判断も不要となる。
By visually checking the
上記処理によって生成された画像データIpは、検体2から発された蛍光32のうち、ポルフィリン類の蛍光スペクトルのピーク波長を含む波長帯λcに属する光強度分布であって、自家蛍光物質由来の蛍光が排除された情報である。よって、腫瘍部位判別装置1によれば、この画像データIpに基づいて腫瘍部位と非腫瘍部位の判別を行うことができるため、従来と比較して、自家蛍光物質由来の蛍光が含まれることによる誤判別のおそれを大幅に低減できる。
The image data I p generated by the above process is a light intensity distribution belonging to the wavelength band λ c including the peak wavelength of the fluorescence spectrum of porphyrins among the
光路上に配置されるフィルタ(Fc,Fs1,Fs2)の順序は、どのような順序であっても構わない。 The order of the filters (F c , F s1 , F s2 ) arranged on the optical path may be any order.
ダイクロイックミラー23は、装置1を小型化するために、励起光31と蛍光32の光路を一部共通化することを目的として設けられている。つまり、光源部21から射出された励起光が検体2に照射されると共に、検体2から発せられる光が受光部26で受光される構成であれば、ダイクロイックミラー23は必ずしも必要ではない。また、フィルタ22は光源部21と一体化されていても構わない。図4に示した装置1の構成はあくまで一例であり、同じ機能を実現する構成であれば、種々の設計変更が可能であることは言うまでもない。
The
[フィルタ条件の決定]
以下、フィルタFc、フィルタFs1、及びフィルタFs2の3つのフィルタの決定方法の一例について説明する。ここでは、説明の都合上、想定される自家蛍光物質をコラーゲン及びFADの2種類である場合について説明するが、3種類以上の場合も同様の議論が可能であることは後述される。
[Determination of filter conditions]
Hereinafter, an example of a method for determining the three filters, the filter F c , the filter F s1 , and the filter F s2 , will be described. Here, for convenience of explanation, the case where the assumed autofluorescent substances are two types of collagen and FAD will be described, but it will be described later that the same discussion is possible in the case of three or more types.
(中心波長の決定ステップ)
フィルタFc、フィルタFs1、及びフィルタFs2として最も好ましいのは、各フィルタを介して受光した、ポルフィリン類由来の蛍光と自家蛍光物質由来の蛍光とが合成された蛍光に基づいて、演算によってポルフィリン類由来の蛍光のみを切り分けることができるフィルタである。これが実現できるフィルタFc、フィルタFs1、及びフィルタFs2の条件を設定するために、以下のシミュレーションを行った。
(Step to determine the center wavelength)
The most preferable filters F c , filter F s1 , and filter F s2 are calculated based on the combined fluorescence of porphyrin-derived fluorescence and autofluorescent substance-derived fluorescence received through each filter. It is a filter that can isolate only fluorescence derived from porphyrins. The following simulation was performed to set the conditions of the filter F c , the filter F s1 , and the filter F s2 that can realize this.
検体2から発せられる蛍光32は、上述したように、ポルフィリン類由来の蛍光と自家蛍光物質由来の蛍光とが合成されたものであり、この合成の程度は、検体2に含まれるポルフィリン類及び自家蛍光物質の量に影響される。よって、検体2から照射される蛍光32は、おおよそ、ポルフィリン類由来の蛍光と、自家蛍光物質由来の蛍光との線形和で表現されると考えられる。
As described above, the
そこで、ポルフィリン類の例としてPpIXの蛍光スペクトル(図5参照)、及び自家蛍光物質の例としてコラーゲン及びFADの蛍光スペクトル(図1参照)を、所定の比率で合成したテストスペクトルを作成した。ここでは、PpIXの量、コラーゲンの量、及びFADの量をそれぞれ3段階(0,w1,w2)(ただしw2>w1)で変化させることで、合計27種類の基準テストスペクトルTSb1〜TSb27を作成した。なお、ここでは、3段階のうちの1段階に含有量が0の場合を含めている。すなわち、テストスペクトルには、例えはPpIX及びコラーゲンを含み、FADを含まない蛍光スペクトルが模擬されている。 Therefore, a test spectrum was prepared by synthesizing the fluorescence spectrum of PpIX (see FIG. 5) as an example of porphyrins and the fluorescence spectrum of collagen and FAD (see FIG. 1) as an example of an autofluorescent substance at a predetermined ratio. Here, by changing the amount of PpIX, the amount of collagen, and the amount of FAD in three steps (0, w1, w2) (where w2> w1), a total of 27 types of reference test spectra TSb 1 to TSb 27 It was created. Here, the case where the content is 0 is included in one of the three stages. That is, the test spectrum simulates a fluorescence spectrum that includes, for example, PpIX and collagen and does not contain FAD.
しかしながら、実際には、受光部26において受光される蛍光32は、各蛍光の合成スペクトルが完全な線形和としては現れず、一定の外乱が含まれることが想定される。そこで、この外乱を模擬するべく、27種類の基準テストスペクトルTSb1〜TSb27のそれぞれに対し、標準偏差が最大濃度の5%になるようなガウスノイズを、乱数によって100通りの方法で重畳させた。すなわち、2700種類のテストスペクトルを生成した。例えば、基準テストスペクトルTSb1に対して、100種類のノイズを重畳させたテストスペクトルTS1_1〜TS1_100を生成した。また、基準テストスペクトルTSb2に対して、100種類のノイズを重畳させたテストスペクトルTS2_1〜TS2_100を生成した。同様に、全ての基準テストスペクトルTSbj(j=1,2,…27)に対し、100種類のノイズを重畳させたテストスペクトルTSj_1〜TSj_100(j=1,2,…27)を生成した。
However, in reality, it is assumed that the
次に、フィルタFcの中心波長λc、フィルタFs1の中心波長λs1、及びフィルタFs2の中心波長λs2を、以下の手順により選定した。 Then, the central wavelength lambda c of the filter F c, the center wavelength lambda s1 filter F s1, and the center wavelength lambda s2 filter F s2, were selected by the following procedure.
フィルタFc用としてのテストフィルタTFcを100種類設定した。具体的には、半値全幅を所定の数値(一例として5nm)で固定して、620nm以上720nm以下の波長帯において中心波長を1nmずつ変化させることで100種類のテストフィルタTFc_1〜TFc_100を設定した。なお、620nm以上720nm以下という波長範囲は、図5に示すように、おおよそPpIXの蛍光スペクトルが確認されると考えられる範囲から設定されたものである。 The test filter TF c as filter F c were 100 type setting. Specifically, 100 types of test filters TF c_1 to TF c_100 are set by fixing the full width at half maximum at a predetermined value (5 nm as an example) and changing the center wavelength by 1 nm in the wavelength band of 620 nm or more and 720 nm or less. did. As shown in FIG. 5, the wavelength range of 620 nm or more and 720 nm or less is set from a range in which the fluorescence spectrum of PpIX is considered to be confirmed.
また、フィルタFs1用のテストフィルタTFs1を110種類設定した。具体的には、半値全幅を所定の数値(一例として5nm)で固定して、520nm以上630nm以下の波長帯において中心波長を1nmずつ変化させることで110種類のテストフィルタTFs1_1〜TFs1_110を設定した。なお、520nm以上630nm以下という波長範囲は、テストフィルタTFc_1〜TFc_100の各中心波長の範囲よりも短波長側であり、且つテストフィルタTFc_1〜TFc_100のうちの一部に対して波長帯を重ならせることで設定されたものである。 Also, a test filter TF s1 of filter F s1 and 110 type setting. Specifically, 110 types of test filters TF s1_1 to TF s1_110 are set by fixing the full width at half maximum at a predetermined value (5 nm as an example) and changing the center wavelength by 1 nm in the wavelength band of 520 nm or more and 630 nm or less. did. The wavelength range of 520nm or more 630nm or less, than the range of the center wavelength of the test filter TF c_1 ~TF c_100 a shorter wavelength side, and the wavelength band for a part of the test filter TF c_1 ~TF c_100 It is set by overlapping.
また、フィルタFs2用のテストフィルタTFs2を220種類設定した。具体的には、半値全幅を所定の数値(一例として5nm)で固定して、640nm以上860nm以下の波長帯において中心波長を1nmずつ変化させることで220種類のテストフィルタTFs2_1〜TFs2_220を設定した。なお、640nm以上860nm以下という波長範囲は、テストフィルタTFc_1〜TFc_100の各中心波長の範囲よりも長波長側であり、且つテストフィルタTFc_1〜TFc_100のうちの一部に対して波長帯を重ならせることで設定されたものである。 Also, a test filter TF s2 for the filter F s2 is 220 type setting. Specifically, 220 types of test filters TF s2_1 to TF s2_220 are set by fixing the full width at half maximum at a predetermined value (5 nm as an example) and changing the center wavelength by 1 nm in the wavelength band of 640 nm or more and 860 nm or less. did. The wavelength range of 640nm or more 860nm or less, than the range of the center wavelength of the test filter TF c_1 ~TF c_100 a long wavelength side, and the wavelength band for a part of the test filter TF c_1 ~TF c_100 It is set by overlapping.
まず、一のテストスペクトルTS1_1を、テストフィルタTFc_1を介して受光したときの光強度I(1_1)(c_1)を抽出する。同様に、一のテストスペクトルTS1_1を、テストフィルタTFs1_1を介して受光したときの光強度I(1_1)(s1_1)、及びテストフィルタTFs2_1を介して受光したときの光強度I(1_1)(s2_1)を抽出する。 First, the light intensities I (1_1) (c_1) when one test spectrum TS 1_1 is received through the test filter TF c_1 are extracted. Similarly, one of the test spectrum TS 1_1, light intensity when received through the test filter TF s1_1 I (1_1) (s1_1 ), and the light intensity I when a received through the test filter TF s2_1 (1_1) Extract (s2_1) .
ここで、テストスペクトルTS1_1に含まれるPpIX由来の光強度Ip1_1は、光強度I(1_1)(c_1)、I(1_1)(s1_1)、及びI(1_1)(s2_1)の各値の線形和で表現できると仮定すれば、下記式(4)で表現できる。 Here, the light intensity I p1_1 derived from PpIX included in the test spectrum TS 1_1 is a linearity of the values of the light intensities I (1_1) (c_1) , I (1_1) (s1_1) , and I (1_1) (s2_1). Assuming that it can be expressed by sum, it can be expressed by the following equation (4).
次に、別のテストスペクトルTS1_2を、テストフィルタTFc_1を介して受光したときの光強度I(1_2)(c_1)、テストフィルタTFs1_1を介して受光したときの光強度I(1_2)(s1_1)、及びテストフィルタTFs2_1を介して受光したときの光強度I(1_2)(s2_1)を抽出する。この場合も、適切な係数Ac、A1、A2、及びA0が設定されていれば、テストスペクトルTS1_2に含まれるPpIX由来の光強度Ip1_2は、下記式(5)で表現できる。 Then, another test spectrum TS 1_2, the light intensity I (1_2) when received through the test filter TF c_1 (c_1), the light intensity I (1_2) when received through the test filter TF S1_1 ( The light intensities I (1_2) (s2_1) when the light is received through the s1_1) and the test filter TF s2_1 are extracted. In this case as well, if the appropriate coefficients A c , A 1 , A 2 , and A 0 are set, the light intensity I p1_2 derived from PpIX included in the test spectrum TS 1_2 can be expressed by the following equation (5). ..
以下、同様の議論により、2700種類のテストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)につき、テストフィルタTFc_1を介して受光したときの光強度I(j_k)(c_1)、テストフィルタTFs1_1を介して受光したときの光強度I(j_k)(s1_1)、及びテストフィルタTFs2_1を介して受光したときの光強度I(j_k)(s2_1)を抽出する。これにより、テストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)に含まれるPpIX由来の光強度Ipは、下記式(6)で表現できる。 Hereinafter, based on the same discussion, the light intensity I when light is received through the test filter TF c_1 for 2700 types of test spectra TS j_k (j = 1,2, ... 27, k = 1,2, ..., 100). the (j_k) (c_1), the light intensity when the received light through the test filter TF s1_1 I (j_k) (s1_1 ), and the light intensity I when a received through the test filter TF s2_1 (j_k) (s2_1) Extract. As a result, the light intensity I p derived from PpIX contained in the test spectrum TS j_k (j = 1, 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100) can be expressed by the following equation (6).
ところで、左辺の行列Ipは、2700種類のテストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)のそれぞれに含まれるPpIXの光強度に対応する。各テストスペクトルTSj_kは、基準テストスペクトルTSbj(j=1,2,…27)に基づいて生成されている。そして、各基準テストスペクトルTSbjは、上述したように、PpIXの量、コラーゲンの量、及びFADの量をそれぞれ3段階(0,w1,w2)で変化させて合成させることで生成されている。このため、各基準テストスペクトルTSbjに含まれているPpIXの混在量は予め認識できている。よって、各テストスペクトルTSj_kのそれぞれに含まれるPpIX由来の蛍光強度の値は既知である。 By the way, the matrix I p on the left side corresponds to the light intensity of PpIX included in each of the 2700 types of test spectra TS j_k (j = 1, 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100). Each test spectral TS jk is the reference test spectral TSb j (j = 1,2, ... 27) are generated based on. Then, as described above, each reference test spectrum TSb j is generated by changing the amount of PpIX, the amount of collagen, and the amount of FAD in three steps (0, w1, w2) and synthesizing them. .. Therefore, the mixed amount of PpIX contained in each reference test spectrum TSb j can be recognized in advance. Therefore, the value of the fluorescence intensity derived from PpIX contained in each test spectrum TS j_k is known.
また、右辺の行列Iは、各テストフィルタTFc_1、TFs1_1及びTFs2_1を介して受光したときの光強度に対応するため、この値も既知である。 Further, since the matrix I on the right side corresponds to the light intensity when the light is received through the test filters TF c_1 , TF s1_1 and TF s2_1 , this value is also known.
よって、下記式(7)に基づき、行列Aを計算することができる。なお、式(6)における行列I+は行列Iの擬似逆行列である。 Therefore, the matrix A can be calculated based on the following equation (7). The matrix I + in the equation (6) is a pseudo inverse matrix of the matrix I.
上記式(7)により、行列Aで規定された各係数Ac、A1、A2、及びA0が最小二乗法的に求められる。ここで求められた係数Ac、A1、A2、及びA0からなる行列Aを、既に数値が決定されている状態であることを示すために、行列A’と記載する。 From the above equation (7), the coefficients A c , A 1 , A 2 , and A 0 defined by the matrix A are obtained by the least squares method. The matrix A consisting of the coefficients A c , A 1 , A 2 , and A 0 obtained here is referred to as the matrix A'to indicate that the numerical values have already been determined.
行列A’は最小二乗法的に算定されたものであるため、実際のテストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)に含まれるPpIX由来の蛍光強度Ipと、行列A’を用いた演算で算定されたPpIX由来の推定蛍光強度Iprとの間には誤差が発生する。なお、推定蛍光強度Iprは、下記式(8)によって算定される。なお、上述したように、行列Iは、テストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)で示された光を各テストフィルタTFc_1、TFs1_1及びTFs2_1を介して受光したときの光強度に対応する。 Since the matrix A'is calculated by the least squares method, the fluorescence derived from PpIX contained in the actual test spectrum TS j_k (j = 1,2, ... 27, k = 1,2, ..., 100) An error occurs between the intensity I p and the estimated fluorescence intensity I pr derived from PpIX calculated by the calculation using the matrix A'. The estimated fluorescence intensity I pr is calculated by the following formula (8). As described above, the matrix I uses the light indicated by the test spectrum TS j_k (j = 1, 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100) as the test filters TF c_1 , TF s1_1 and TF s1_1. Corresponds to the light intensity when light is received via TF s2_1 .
なお、上記(8)式では行列形式で記載しているが、推定蛍光強度Iprは、テストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)毎に算出されるため、実際には、Ipr(j_k) (j=1,2,…27、k=1,2,…,100)という形式で算定される。また、テストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)に実際に含まれるPpIX由来の蛍光強度Ipについても、Ip(j_k) (j=1,2,…27、k=1,2,…,100)という形式で表現することが可能である。 Although it is described in the matrix format in the above equation (8), the estimated fluorescence intensity I pr is calculated for each test spectrum TS j_k (j = 1, 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100). Since it is calculated, it is actually calculated in the format of I pr (j_k) (j = 1, 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100). In addition, the fluorescence intensity I p derived from PpIX actually contained in the test spectrum TS j_k (j = 1, 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100) is also I p (j_k) (j = 1 ). , 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100) can be expressed.
このとき、テストスペクトルTSj_kに含まれるPpIX由来の蛍光強度に関し、演算によって推定された蛍光強度Ipr(j_k)と実際の蛍光強度Ip(j_k)との誤差ε1を、下記式(9)によって算定する。 At this time, regarding the fluorescence intensity derived from PpIX included in the test spectrum TS j_k , the error ε 1 between the fluorescence intensity I pr (j_k) estimated by calculation and the actual fluorescence intensity I p (j_k) is calculated by the following equation (9). ).
なお、式(9)においてNとは、演算によって推定された蛍光強度Ipr(j_k)、及び実際の蛍光強度Ip(j_k)のそれぞれの種類数であり、これはテストスペクトルの種類数に対応する。上述したように、今回の例では、2700種類のテストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)を作成しているため、N=2700である。 In the equation (9), N is the number of types of the fluorescence intensity I pr (j_k) estimated by the calculation and the actual fluorescence intensity I p (j_k) , which is the number of types of the test spectrum. Correspond. As described above, in this example, 2700 kinds of test spectra TS j_k (j = 1,2, ... 27, k = 1,2, ..., 100) are created, so that N = 2700.
上記式(9)で得られた誤差ε1は、テストフィルタTFc_1、テストフィルタTFs1_1、及びテストフィルタTFs2_1の組み合わせからなるフィルタセットFS1を用いた場合の誤差に相当する。上述したように、本実施形態では、テストフィルタTFcとして100種類のテストフィルタTFc_1〜TFc_100を設定し、テストフィルタTFs1として110種類のテストフィルタTFs1_1〜TFs1_110を設定し、テストフィルタTFs2として220種類のテストフィルタTFs2_1〜TFs2_220を設定している。つまり、フィルタセットFSとしての組み合わせは、100×110×220=2420000通り存在する。
The error ε 1 obtained by the above equation (9) corresponds to the error when the filter set FS 1 including the combination of the test filter TF c_1 , the test filter TF s1_1 , and the test filter TF s2_1 is used. As described above, in this embodiment, set 100 types of test filter TF c_1 ~TF c_100 as a test filter TF c, sets of 110 types as a test filter TF s1 test filter TF s1_1 ~TF s1_110,
これらのフィルタセットFSi(i=1,2,…,2420000)について、上記と同様の演算を行うことで、誤差εi(i=1,2,…,2420000)が算定される。このうち、誤差εiの値が最も小さいフィルタセットFSiが、標準推定誤差が最小のフィルタセットであると結論付けられる。 The error ε i (i = 1, 2, ..., 2420000) is calculated by performing the same calculation as above for these filter sets FS i (i = 1, 2, ..., 2420000). It can be concluded that the filter set FS i with the smallest error ε i is the filter set with the smallest standard estimation error.
図6は、フィルタFcの中心波長λc、フィルタFs1の中心波長λs1、及びフィルタFs2の中心波長λs2に対する誤差εの大きさの分布をグラフ化したものである。なお、図6では、各フィルタの半値全幅を5nmとした場合以外に、10nmとした場合、20nmとした場合についても上記と同様の演算を行って各フィルタセットに対する誤差εを算出することで、誤差分布を導出している。図6において、「FWHM」は半値全幅を意味している。図6では、誤差εの大きさが小さいほど白っぽい画像になるように画像が二値化されている。 Figure 6 is the central wavelength lambda c of the filter F c, the center wavelength lambda s1 filter F s1, and the size distribution of the error ε with respect to the center wavelength lambda s2 filter F s2 as a graph. In FIG. 6, the error ε for each filter set is calculated by performing the same calculation as above when the full width at half maximum of each filter is set to 5 nm, when it is set to 10 nm, and when it is set to 20 nm. The error distribution is derived. In FIG. 6, "FWHM" means the full width at half maximum. In FIG. 6, the image is binarized so that the smaller the magnitude of the error ε, the whitish the image.
図6によれば、フィルタFcの中心波長λcを634nmとし、フィルタFs1の中心波長λs1を536nmとし、フィルタFs2の中心波長λs2を745nmとした場合に、標準推定誤差εが最小になることが確認された。 According to FIG. 6, the central wavelength lambda c of the filter F c and 634 nm, the central wavelength lambda s1 filter F s1 and 536 nm, in the case where the central wavelength lambda s2 filter F s2 and 745 nm, standard estimation error ε It was confirmed to be the minimum.
(半値幅の決定ステップ)
上記のステップでは、半値幅を所定の値に固定した状態で、全てのテストスペクトルTSj_k(j=1,2,…27、k=1,2,…,100)を受光して得られた蛍光強度に基づいて演算で導出した推定蛍光強度Ipr(j_k)と、実際の蛍光強度Ip(j_k)との誤差が最も小さいフィルタの中心波長の組み合わせが決定された。
(Step to determine half width)
In the above step, all test spectra TS j_k (j = 1, 2, ... 27, k = 1, 2, ..., 100) were received and obtained with the half width fixed at a predetermined value. The combination of the center wavelengths of the filter having the smallest error between the estimated fluorescence intensity I pr (j_k) derived by calculation based on the fluorescence intensity and the actual fluorescence intensity I p (j_k) was determined.
次に、決定された各フィルタの中心波長λc、λs1、及びλs2を固定して、半値全幅を変化させたフィルタセットを複数設定する。そして、同様に、標準推定誤差εが最小となる半値全幅の組み合わせを決定する。フィルタFcについては中心波長λcを634nmとして、半値全幅を5nmから50nmまで1nm刻みで変化させた。フィルタFs1については中心波長λs1を536nmとして、半値全幅を5nmから50nmまで1nm刻みで変化させた。フィルタFs2については中心波長λs2を745nmとして、半値全幅を5nmから300nmまで1nm刻みで変化させた。 Next, the center wavelengths λ c , λ s1 , and λ s2 of each determined filter are fixed, and a plurality of filter sets in which the full width at half maximum is changed are set. Then, similarly, the combination of the full width at half maximum that minimizes the standard estimation error ε is determined. For the filter F c , the center wavelength λ c was set to 634 nm, and the full width at half maximum was changed from 5 nm to 50 nm in 1 nm increments. For the filter F s1 , the center wavelength λ s1 was set to 536 nm, and the full width at half maximum was changed from 5 nm to 50 nm in 1 nm increments. For the filter F s2 , the center wavelength λ s2 was set to 745 nm, and the full width at half maximum was changed from 5 nm to 300 nm in 1 nm increments.
図7は、フィルタFcの半値全幅FWHMc、フィルタFs1の半値全幅FWHMs1、及びフィルタFs2の半値全幅FWHMs2に対する誤差εの大きさの分布を、図6と同様にグラフ化したものである。各フィルタFc、Fs1、及びFs2の中心波長については、予め標準推定誤差εが最も小さくなる値が採用されているため、図6と比較して誤差が小さい領域で分布していることが確認される。図7によれば、フィルタFcの半値全幅FWHMcを20nm、フィルタFs1の半値全幅FWHMs1を40nm、及びフィルタFs2の半値全幅FWHMs2を204nmとした場合に、標準推定誤差が最小になることが確認された。
7, which the full width at half maximum FWHM c of the filter F c, the full width at half maximum FWHM s1 filter F s1, and the size distribution of the error ε for the full width at half maximum FWHM s2 filter F s2, were similarly graphed as FIG. 6 Is. The center wavelength of each filter F c, F s1, and F s2, advance for a standard estimation error ε becomes minimum value is adopted, to be distributed in the area error in comparison with FIG. 6 is small Is confirmed. According to FIG. 7, the full width at half maximum FWHM c of the
図8は、上記の2つのステップによって決定された各フィルタFc、Fs1、及びFs2を介して各テストスペクトルTSj_kを受光した場合において、演算によって推定された蛍光強度Ipr(j_k)と実際の蛍光強度Ip(j_k)との関係をグラフ化したものである。横軸が実際の蛍光強度Ip(j_k)であり、縦軸が演算によって推定された蛍光強度Ipr(j_k)である。図8によれば、標準推定誤差ε=5.44であり、極めて小さい誤差範囲内に留められていることが確認される。 8, each filter F c determined by the above two steps, F s1, and when having received each test spectrum TS jk through F s2, estimated by calculating the fluorescence intensity I pr (jk) This is a graph of the relationship between and the actual fluorescence intensity I p (j_k) . The horizontal axis is the actual fluorescence intensity I p (j_k) , and the vertical axis is the fluorescence intensity I pr (j_k) estimated by calculation. According to FIG. 8, it is confirmed that the standard estimation error ε = 5.44 and is kept within an extremely small error range.
[測定系における定数の決定]
上記のステップにより、最も推定誤差の少ないフィルタFc、Fs1、及びFs2の条件が決定された。しかし、実際には、図4に示したような装置1を用い、実際に受光部26で受光された光の強度に基づいてポルフィリン類由来の蛍光強度Ipを推定することになる。このため、実際の測定系の構成に応じた係数Ac、A1、A2、及びA0を定めておくのが好ましい。
[Determination of constants in the measurement system]
The above steps, most estimation error less filter F c, F s1, and conditions of F s2 is determined. However, in reality, using the
そこで、本ステップでは、実際にフィルタ切替部25に対して、上記ステップで決定されたフィルタ条件を有する各フィルタFc、Fs1、及びFs2を設置した上で、実験を行うことで測定系に応じた係数Ac、A1、A2、及びA0を決定する。
Therefore, in this step, actually the
ここでは、蛍光物質の混在の容易性に鑑み、PpIXとFADの混合溶液を、混合比率を異ならせて複数種類作成した。この作成された混合溶液は、上述したステップにおけるテストスペクトルに対応するものである。そして、各混合溶液に対して実際に光源部21から励起光31を照射して、各フィルタFc、Fs1、及びFs2を介して受光部26で受光された光の強度を計測する。具体的には、m番目の混合溶液(m=1,2,…,n)から発せられる蛍光32のうち、フィルタFcを介して受光部26で受光された光強度Im_c、フィルタFs1を介して受光部26で受光された光強度Im_s1、フィルタFs2を介して受光部26で受光された光強度Im_s2を検出する。そして、式(6)と同様に、下記式(10)に各値を代入する。
Here, in consideration of the ease of mixing the fluorescent substances, a plurality of types of mixed solutions of PpIX and FAD were prepared with different mixing ratios. This prepared mixed solution corresponds to the test spectrum in the steps described above. Then, actually irradiated with excitation light 31 from the
この後は、式(7)と同様に、行列Iの擬似逆行列I+を算定することで、行列Aを計算することができる。本ステップで得られた行列A、すなわち、各係数Ac、A1、A2、及びA0は、本測定系に則した係数である。この値が装置1の記憶部28に記憶される。
After that, the matrix A can be calculated by calculating the pseudo-inverse matrix I + of the matrix I in the same manner as in the equation (7). The matrix A obtained in this step, that is, the coefficients A c , A 1 , A 2 , and A 0 are the coefficients according to this measurement system. This value is stored in the
一例として、FADの濃度を、0μM、3μM、6μM、9μM、12μMの5種類で変化させ、PpIXの濃度を、0μM、25μM、50μM、75μM、100μMの5種類で変化させることで、n=25種類の混合溶液を作成した。そして、上記ステップによって定数を算定すると、Ac=−7.82、A1=96.4、A2=−26.9、及びA0=0.00、と決定された。 As an example, the concentration of FAD is changed in 5 types of 0 μM, 3 μM, 6 μM, 9 μM, and 12 μM, and the concentration of PpIX is changed in 5 types of 0 μM, 25 μM, 50 μM, 75 μM, and 100 μM, so that n = 25. Different types of mixed solutions were prepared. Then, when the constant was calculated by the above steps, it was determined that A c = −7.82, A 1 = 96.4, A 2 = −26.9, and A 0 = 0.00.
[実施例]
決定されたフィルタFc、フィルタFs1、及びフィルタFs2を装置1のフィルタ切替部25にセットし、決定された各係数Ac、A1、A2、及びA0に関する情報を記憶部28に記憶した状態で、PpIX、FAD、及びコラーゲンを一列に配置してなるサンプルに光源部21から光を照射した。このときの画像データの一例を図9に示す。
[Example]
The determined filter F c , filter F s1 , and filter F s2 are set in the
図9(a)は、比較として示された画像データであり、サンプルから放射される蛍光32を中心波長635nmのフィルタを介して受光された画像データである。図9(b)は、サンプルから放射される蛍光32を各フィルタFc、Fs1、及びFs2を介して受光し、それぞれの受光データと各係数Ac、A1、A2、及びA0に基づいて演算処理部27が生成した画像データである。図9(a)では、PpIX、FAD、及びコラーゲンのいずれもが発光しており、これらの区別が困難な状態である。これに対し、図9(b)によれば、PpIXの存在箇所のみが発光しており、PpIXのみの画像を得ることができている。
FIG. 9A is image data shown as a comparison, and is image data in which the
[別実施形態]
以下、別実施形態について説明する。
[Another Embodiment]
Hereinafter, another embodiment will be described.
〈1〉 上記の実施形態では、フィルタ交換部25に搭載されるフィルタが、フィルタFc、フィルタFs1、及びフィルタFs2の3種類である場合について説明した。しかし、フィルタの種類は4種類以上であっても構わない。特に、検体2に含まれることが想定されている自家蛍光物質の種類に応じてフィルタの種類を増減させるものとしても構わない。
<1> In the above embodiment, the case where the filters mounted on the
上記の実施形態では、検体2に含まれる自家蛍光物質がコラーゲンとFADである場合を採り上げて説明した。被疑腫瘍部位としての検体2に含まれる自家蛍光物質としては、コラーゲンとFADが代表的であるが、場所によっては他の自家蛍光物質が含まれる可能性も考えられる。このような場合、想定される自家蛍光物質の種類数に応じてフィルタを準備しておくことで、受光された蛍光32からポルフィリン類由来の自家蛍光成分を抽出する精度を更に高めることができる。
In the above embodiment, the case where the autofluorescent substances contained in the
図10は、別実施形態における装置1の内部構成を模式的に示す図面である。この装置1は、図3に示す装置1に対して追加的に情報入力部29を備えている。また、記憶部28には、自家蛍光物質の種類nに応じた係数Ac、Ai(i=1,2,…,n)、及びA0、並びにフィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報が予め記憶されている。これらの情報は、上述したステップと同様の処理を行うことで、適切なフィルタ及び係数が予め得られたものが用いられる。
FIG. 10 is a drawing schematically showing the internal configuration of the
検体2に対して予め光を照射して受光した蛍光スペクトルの分析結果や、検体2の人体における部位の特徴などから、検体2に含まれる自家蛍光物質の種類を見当することができる場合がある。図10に示す装置によれば、検体2に含まれる自家蛍光物質の情報を予め情報入力部29から与えることで、演算処理部27は、当該自家蛍光物質の種類に応じた係数及びフィルタの情報を記憶部28から読み出す。そして、演算処理部27は、フィルタ切替部25に対して当該対応したフィルタを設定する制御を行う。これにより、演算処理部27は、検体に応じた最適なフィルタを用いて受光された蛍光に基づいて画像データを生成することができ、また、この画像データ及び検体2に応じた最適な係数に基づいて、ポルフィリン類が発する蛍光強度の分布に対応した画像データを生成することができる。
It may be possible to determine the type of autofluorescent substance contained in the
〈2〉 上記の実施形態では、フィルタFcが光を透過させる波長帯λcは、ポルフィリン類の例としてのPpIXの蛍光スペクトルのうち、主たるピーク波長である635nmを含むものとした。しかし、図5に示すように、PpIXの蛍光スペクトルは波長700nmの近傍にもサブピークを有する。よって、前記波長帯λcが、PpIXの主たるピーク波長ではなく、サブピーク波長である700nmの近傍を含むものとしても構わない。 <2> In the above embodiment, the wavelength band λ c through which the filter F c transmits light is assumed to include 635 nm, which is the main peak wavelength of the fluorescence spectrum of PpIX as an example of porphyrins. However, as shown in FIG. 5, the fluorescence spectrum of PpIX also has subpeaks in the vicinity of the wavelength of 700 nm. Therefore, the wavelength band λ c may include the vicinity of 700 nm, which is a sub-peak wavelength, instead of the main peak wavelength of PpIX.
〈3〉 腫瘍部位に蓄積されるポルフィリン類は、プロトポルフィリンIX(PpIX)以外の物質であっても構わず、例えば、PpIXから生成されたフォト−プロトポルフィリン(PPp)や、ウルポルフィリンなどから発せられる蛍光を分光検出する場合に、上記方法を採用することも可能である。 <3> Porphyrins accumulated at the tumor site may be substances other than protoporphyrin IX (PpIX), for example, emitted from photo-protoporphyrin (PPp) produced from PpIX, urporphyrin, or the like. It is also possible to adopt the above method when spectroscopically detecting the fluorescence to be obtained.
この場合、特にフィルタ22は、当該ポルフィリン類を励起させるために必要な波長帯の励起光31を選択的に透過させることのできる構成であればよい。また、フィルタFcは当該ポルフィリン類が発する蛍光のピーク波長を含む波長帯λcの光を透過する機能を有していればよい。
In this case, in particular, the
〈4〉 上記の実施形態では、記憶部28に係数A0が記憶されており、演算処理部27が上記式(3)の演算を行うことで、画像データIpを導出するものとして説明した。ここで、係数A0は装置系のオフセット量を想定した値である。しかし、このオフセット量については演算時に考慮しないものとしても構わない。この場合、演算処理部27は、上記式(3)においてA0=0とした演算式、すなわち下記(11)式によって画像データIpを導出するものとしても構わない。上述した他の式においても同様である。
<4> In the above embodiment, the coefficient A 0 is stored in the
1 : 腫瘍部位判別装置
2 : 検体
10 : 検体用ホルダ
11 : ホルダ装着口
12 : 表示部
21 : 光源部
22 : フィルタ
23 : ダイクロイックミラー
24 : 対物レンズ
25 : フィルタ切替部
26 : 受光部
27 : 演算処理部
28 : 記憶部
29 : 情報入力部
31 : 励起光
32 : 蛍光
1: Tumor site determination device 2: Specimen 10: Specimen holder 11: Holder mounting port 12: Display unit 21: Light source unit 22: Filter 23: Dichroic mirror 24: Objective lens 25: Filter switching unit 26: Light receiving unit 27: Calculation Processing unit 28: Storage unit 29: Information input unit 31: Excitation light 32: Fluorescence
Claims (13)
前記励起光を前記検体に照射して前記ポルフィリン類を励起する工程(a)と、
前記検体が発した蛍光のうち、前記ポルフィリン類が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λcの光を透過するフィルタFcを介して受光された光Lcの強度分布に対応した画像データIcを取得する工程(b)と、
前記検体が発した蛍光のうち、n種類の前記自家蛍光物質が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λsi(i=1,2,…,n)の光を透過するフィルタFsi(i=1,2,…,n)を介して受光された光Lsi(i=1,2,…,n)の強度分布に対応した画像データIsi(i=1,2,…,n)を取得する工程(c)と、
前記工程(b)及び(c)で得られた画像データIc及び画像データIsi(i=1,2,…,n)に基づいて、下記式(1)によって、前記検体が発した蛍光のうち前記ポルフィリン類が発する蛍光の強度分布に対応した画像データIpを生成する工程(d)とを有することを特徴とする腫瘍部位の判別のための方法。
The step (a) of irradiating the sample with the excitation light to excite the porphyrins,
Of the fluorescence emitted by the sample, the intensity distribution of the light L c received through the filter F c that transmits light in the wavelength band λ c including a part of the fluorescence wavelength band emitted by the porphyrins corresponds to. Step (b) of acquiring image data I c and
Of the fluorescence emitted by the sample, the filter F si that transmits light in the wavelength band λ si (i = 1, 2, ..., N) including a part of the wavelength band of fluorescence emitted by the n types of autofluorescent substances. Image data I si (i = 1, 2, ..., N) corresponding to the intensity distribution of the light L si (i = 1, 2, ..., N) received via (i = 1, 2, ..., N) The step (c) for acquiring n) and
Fluorescence emitted by the sample according to the following formula (1) based on the image data I c and the image data I si (i = 1, 2, ..., N) obtained in the steps (b) and (c). A method for discriminating a tumor site, which comprises a step (d) of generating image data I p corresponding to the intensity distribution of fluorescence emitted by the porphyrins.
自家蛍光物質の種類数が2であり、
前記フィルタFcによって透過される光の前記波長帯λcは、635nmを含む波長帯であり、
前記フィルタFs1によって透過される光の前記波長帯λs1は、中心波長が520nm以上550nm以下の波長帯であり、
前記フィルタFs2によって透過される光の前記波長帯λs2は、中心波長が730nm以上760nm以下の波長帯であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の腫瘍部位のための判別方法。 The porphyrins are protoporphyrin IX,
The number of types of autofluorescent substances is 2,
The wavelength band λ c of the light transmitted by the filter F c is a wavelength band including 635 nm.
The wavelength band λ s1 of the light transmitted by the filter F s1 is a wavelength band having a center wavelength of 520 nm or more and 550 nm or less.
The tumor site according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength band λ s2 of the light transmitted by the filter F s2 is a wavelength band having a central wavelength of 730 nm or more and 760 nm or less. How to determine for.
前記フィルタFs1は、半値全幅が30nm以上50nm以下であり、
前記フィルタFs2は、半値全幅が180nm以上220nm以下であることを特徴とする請求項5に記載の腫瘍部位の判別のための方法。 The filter F c has a full width at half maximum of 10 nm or more and 30 nm or less.
The filter F s1 has a full width at half maximum of 30 nm or more and 50 nm or less.
The method for discriminating a tumor site according to claim 5, wherein the filter F s2 has a full width at half maximum of 180 nm or more and 220 nm or less.
前記励起光を発する光源部と、
前記検体から発せられる蛍光を受光する受光部と、
前記ポルフィリン類が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λcの光を透過するフィルタFcと、
n種類の前記自家蛍光物質が発する蛍光の波長帯の一部を含む波長帯λsi(i=1,2,…,n)の光を透過するフィルタFsi(i=1,2,…,n)と、
前記受光部で受光された光の強度に基づいて演算処理を行う演算処理部と、を有し、
前記受光部は、
前記検体が発した光のうち前記フィルタFcを介して光Lcを受光し、当該光Lcの強度分布に対応した画像データIcを前記演算処理部に出力し、
前記検体が発した光のうち前記フィルタFsi(i=1,2,…,n)を介して光Lsi(i=1,2,…,n)を受光し、当該光Lsi(i=1,2,…,n)の強度分布に対応した画像データIsi(i=1,2,…,n)を前記演算処理部に出力し、
前記演算処理部は、画像データIc及び画像データIsi(i=1,2,…,n)に基づいて、下記式(1)によって、前記検体が発した蛍光のうち前記ポルフィリン類が発する蛍光の強度分布に対応した画像データIpを生成することを特徴とする腫瘍部位の判別装置。
The light source unit that emits the excitation light and
A light receiving unit that receives the fluorescence emitted from the sample and
A filter F c that transmits light in the wavelength band λ c including a part of the wavelength band of fluorescence emitted by the porphyrins, and
Filter F si (i = 1, 2, ..., N) that transmits light in the wavelength band λ si (i = 1, 2, ..., N) including a part of the wavelength band of fluorescence emitted by the n types of autofluorescent substances. n) and
It has an arithmetic processing unit that performs arithmetic processing based on the intensity of light received by the light receiving unit.
The light receiving part is
Of the light emitted by the sample, the light L c is received through the filter F c , and the image data I c corresponding to the intensity distribution of the light L c is output to the arithmetic processing unit.
Wherein among the light which the specimen is emitted filter F si (i = 1,2, ... , n) light L si (i = 1,2, ... , n) through the receiving and the light L si (i The image data I si (i = 1, 2, ..., N) corresponding to the intensity distribution of = 1, 2, ..., N) is output to the arithmetic processing unit.
Based on the image data I c and the image data I si (i = 1, 2, ..., N), the arithmetic processing unit emits the porphyrins among the fluorescence emitted by the sample according to the following formula (1). A device for discriminating tumor sites, which is characterized by generating image data I p corresponding to an intensity distribution of fluorescence.
自家蛍光物質の種類数が2であり、
前記フィルタFcによって透過される光の前記波長帯λcは、635nmを含む波長帯であり、
前記フィルタFs1によって透過される光の前記波長帯λs1は、中心波長が520nm以上550nm以下の波長帯であり、
前記フィルタFs2によって透過される光の前記波長帯λs2は、中心波長が730nm以上760nm以下の波長帯であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の腫瘍部位の判別装置。 The porphyrins are protoporphyrin IX,
The number of types of autofluorescent substances is 2,
The wavelength band λ c of the light transmitted by the filter F c is a wavelength band including 635 nm.
The wavelength band λ s1 of the light transmitted by the filter F s1 is a wavelength band having a center wavelength of 520 nm or more and 550 nm or less.
The tumor site according to any one of claims 6 to 9, wherein the wavelength band λ s2 of the light transmitted by the filter F s2 is a wavelength band having a central wavelength of 730 nm or more and 760 nm or less. Discriminating device.
前記フィルタFs1は、半値全幅が30nm以上50nm以下であり、
前記フィルタFs2は、半値全幅が180nm以上220nm以下であることを特徴とする請求項10に記載の腫瘍部位の判別装置。 The filter F c has a full width at half maximum of 10 nm or more and 30 nm or less.
The filter F s1 has a full width at half maximum of 30 nm or more and 50 nm or less.
The device for discriminating a tumor site according to claim 10, wherein the filter F s2 has a full width at half maximum of 180 nm or more and 220 nm or less.
前記記憶部は、前記検体に含まれる自家蛍光物質の種類に対応して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報、及び前記係数Ac及びAi(i=1,2,…,n)の値の組み合わせに関する情報を記憶しており、
前記演算処理部は、前記情報入力部から前記被疑腫瘍部位に含まれる自家蛍光物質の種類に関する情報が与えられると、前記記憶部からフィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報を読み出して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)を特定すると共に、前記記憶部から前記係数Ac、及びAi(i=1,2,…,n)の値を読み出して、前記式(1)の演算を行うことを特徴とする請求項8に記載の腫瘍部位の判別装置。 Equipped with an information input section
The storage unit contains information on the filter F si (i = 1, 2, ..., N) and the coefficients A c and A i (i = 1,) according to the type of the autofluorescent substance contained in the sample. It stores information about the combination of values 2, ..., N).
When the information input unit gives information about the type of autofluorescent substance contained in the suspected tumor site, the arithmetic processing unit receives information on the filter F si (i = 1, 2, ..., N) from the storage unit. Is read to specify the filter F si (i = 1, 2, ..., N), and the values of the coefficients Ac and A i (i = 1, 2, ..., N) are read from the storage unit. The tumor site discriminating device according to claim 8, wherein the calculation of the above formula (1) is performed.
前記記憶部は、前記検体に含まれる自家蛍光物質の種類に対応して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報、及び前記係数Ac、Ai(i=1,2,…,n)、及びA0の値の組み合わせに関する情報を記憶しており、
前記演算処理部は、前記情報入力部から前記被疑腫瘍部位に含まれる自家蛍光物質の種類に関する情報が与えられると、前記記憶部からフィルタFsi(i=1,2,…,n)の情報を読み出して、フィルタFsi(i=1,2,…,n)を特定すると共に、前記記憶部から前記係数Ac、Ai(i=1,2,…,n)、及びA0の値を読み出して、前記式(2)の演算を行うことを特徴とする請求項9に記載の腫瘍部位の判別装置。 Equipped with an information input section
The storage unit contains information on the filter F si (i = 1, 2, ..., N) and the coefficients A c , A i (i = 1,) according to the type of the autofluorescent substance contained in the sample. It stores information about combinations of 2, ..., n), and A 0 values.
When the information input unit gives information about the type of autofluorescent substance contained in the suspected tumor site, the arithmetic processing unit receives information on the filter F si (i = 1, 2, ..., N) from the storage unit. Is read to specify the filter F si (i = 1, 2, ..., N), and the coefficients A c , A i (i = 1, 2, ..., N), and A 0 The device for discriminating a tumor site according to claim 9, wherein the value is read out and the calculation of the above equation (2) is performed.
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