JP7129732B2 - Serum sample testing device and serum sample testing method - Google Patents
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Description
本発明は、血清試料検査装置、及び血清試料の検査方法に関する。また、血清試料のラマンスペクトルの取得方法、及び血清試料のラマン分光分析用セルに関する。
本願は、2019年9月19日に、日本に出願された特願2019-170596号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a serum sample testing device and a method for testing a serum sample. It also relates to a method for obtaining a Raman spectrum of a serum sample and a cell for Raman spectroscopic analysis of a serum sample.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-170596 filed in Japan on September 19, 2019, the content of which is incorporated herein.
がんは、世界の死因の多くを占める重要な疾患である。がんは、早期に発見し、早期に適切な治療を開始することにより、治療成績が向上する。現在、がんの診断の多くは、超音波検査、CT、MRI等による画像診断が行われた後、組織検体の顕微観察による病理組織学的診断により確定診断されている。 Cancer is an important disease that accounts for most of the causes of death in the world. Early detection of cancer and early initiation of appropriate treatment improves treatment results. Currently, most cancer diagnoses are definitively diagnosed by histopathological diagnosis by microscopic observation of tissue specimens after image diagnosis by ultrasonography, CT, MRI, or the like.
血液検査は、医療において最も基本的な検査の一つであり、有用且つ低侵襲であることから広く行われている。血液検査によるがんの診断方法としては、腫瘍マーカーを測定する方法が挙げられる(例えば、特許文献1)。 A blood test is one of the most basic medical tests, and is widely used because it is useful and minimally invasive. Methods for diagnosing cancer by blood tests include methods for measuring tumor markers (for example, Patent Document 1).
腫瘍マーカー検査は、低侵襲で簡易であるため、がんのスクリーニングとして広く行われている。しかしながら、腫瘍マーカー検査では、偽陽性や偽陰性となる場合も多く、適切なスクリーニングが行えるとはいえない。
そのため、血液試料を用いた新規がん検査方法の開発が求められている。Tumor marker tests are widely used for cancer screening because they are minimally invasive and simple. However, tumor marker tests often result in false positives or false negatives, and it cannot be said that appropriate screening can be performed.
Therefore, development of a new cancer test method using a blood sample is required.
そこで、本発明は、血液試料で簡便且つ迅速に被検体におけるがんの有無を判定することが可能な、血清試料検査装置、及び血清試料の検査方法を提供することを目的とする。また、前記血清試料検査装置及び検査方法に適用可能な、血清試料のラマンスペクトルの取得方法、及び血清試料のラマン分光分析用セルを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a serum sample testing apparatus and a serum sample testing method capable of simply and quickly determining the presence or absence of cancer in a subject using a blood sample. Another object of the present invention is to provide a method for obtaining a Raman spectrum of a serum sample and a cell for Raman spectroscopic analysis of a serum sample, which can be applied to the apparatus and method for testing a serum sample.
本発明は以下の態様を含む。
[1]被検体の血清試料のラマンスペクトルを取得するラマンスペクトル取得部と、検査対象のがん種に応じて設定される第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークについて、前記ラマンスペクトルから、前記第1のピークの強度(P1)、前記第2のピークの強度(P2)、及び前記第3のピークの強度(P3)を取得する強度取得部と、前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第2のピークの強度(P2)の強度比(P2/P1)、及び前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第3のピークの強度(P3)の強度比(P3/P1)を算出する強度比算出部と、前記強度比(P2/P1)及び前記強度比(P3/P1)に基づいて、前記被検体におけるがんの有無を判定する判定部と、を備える、血清試料検査装置。
[2]前記ラマンスペクトル取得部は、前記血清試料が凸曲面を形成した状態で、前記血清試料のラマンスペクトルを取得する、[1]に記載の血清試料検査装置。
[3]被検体の血清試料のラマンスペクトルを取得する工程と、検査対象のがん種に応じて設定される第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークについて、前記ラマンスペクトルから、前記第1のピークの強度(P1)、前記第2のピークの強度(P2)、及び前記第3のピークの強度(P3)を取得する工程と、前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第2のピークの強度(P2)の強度比(P2/P1)、及び前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第3のピークの強度(P3)の強度比(P3/P1)を算出する工程と、前記強度比(P2/P2)及び前記強度比(P3/P1)に基づいて、前記被検体におけるがんの有無を判定する工程と、を含む、血清試料の検査方法。
[4]前記血清試料が凸曲面を形成した状態で、前記血清試料のラマンスペクトルを取得する、[3]に記載の血清試料の検査方法。
[5]血清試料で凸曲面を形成する工程と、前記凸曲面が維持された状態で、前記血清試料のラマンスペクトルを取得する工程と、を含む、血清試料のラマンスペクトルの取得方法。
[6]血清試料に凸曲面を形成させる凸曲面形成部と、前記凸曲面形成部に接続し、前記凸曲面形成部に血清試料を供給する供給路と、を備える、血清試料のラマン分光分析用セル。The present invention includes the following aspects.
[1] With regard to the Raman spectrum acquisition unit that acquires the Raman spectrum of the serum sample of the subject, and the first peak, the second peak, and the third peak that are set according to the cancer type to be examined, An intensity acquisition unit that acquires the intensity of the first peak (P1), the intensity of the second peak (P2), and the intensity of the third peak (P3) from the Raman spectrum, and the first peak The intensity ratio (P2/P1) of the intensity of the second peak (P2) to the intensity (P1) of the and the intensity ratio of the intensity of the third peak (P3) to the intensity of the first peak (P1) an intensity ratio calculator that calculates (P3/P1); a determination unit that determines the presence or absence of cancer in the subject based on the intensity ratio (P2/P1) and the intensity ratio (P3/P1); A serum sample test device comprising:
[2] The serum sample test apparatus according to [1], wherein the Raman spectrum acquisition unit acquires the Raman spectrum of the serum sample while the serum sample forms a convex curved surface.
[3] A step of obtaining a Raman spectrum of a serum sample of a subject; , obtaining the intensity of the first peak (P1), the intensity of the second peak (P2), and the intensity of the third peak (P3), and the intensity of the first peak (P1) The intensity ratio (P2/P1) of the intensity of the second peak (P2) to the intensity of the first peak (P1), and the intensity ratio (P3/P1) of the intensity of the third peak (P3) to the intensity of the first peak (P1) and determining the presence or absence of cancer in the subject based on the intensity ratio (P2/P2) and the intensity ratio (P3/P1).
[4] The method for testing a serum sample according to [3], wherein the Raman spectrum of the serum sample is obtained while the serum sample forms a convex curved surface.
[5] A method for acquiring a Raman spectrum of a serum sample, comprising the steps of forming a convex curved surface with the serum sample, and acquiring a Raman spectrum of the serum sample while maintaining the convex curved surface.
[6] Raman spectroscopic analysis of a serum sample, comprising: a convex curved surface forming part for forming a convex curved surface on a serum sample; and a supply channel connected to the convex curved surface forming part and supplying the serum sample to the convex curved surface forming part. cell for.
本発明によれば、血液試料で簡便且つ迅速に被検体におけるがんの有無を判定することが可能な、血清試料検査装置、及び血清試料の検査方法が提供される。また、前記血清試料検査装置及び検査方法に適用可能な、血清試料のラマンスペクトルの取得方法、及び血清試料のラマン分光分析用セルが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the serum sample test|inspection apparatus which can determine the presence or absence of cancer in a test object simply and rapidly with a blood sample, and the test|inspection method of a serum sample are provided. Also provided are a method for acquiring a Raman spectrum of a serum sample and a cell for Raman spectroscopic analysis of a serum sample, which are applicable to the serum sample testing device and testing method.
<定義等>
「被検体」とは、血清試料によりがんの有無を判定される動物を意味する。被検体としては、ヒト又はヒト以外の哺乳類が挙げられる。ヒト以外の哺乳類としては、霊長類(サル、チンパンジー、ゴリラなど)、げっ歯類(マウス、ハムスター、ラットなど)、ウサギ、イヌ、ネコ、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ウマ等が挙げられる。被検体は好ましくはヒトである。<Definition, etc.>
A "subject" means an animal whose serum sample is used to determine the presence or absence of cancer. Subjects include humans or non-human mammals. Mammals other than humans include primates (monkeys, chimpanzees, gorillas, etc.), rodents (mice, hamsters, rats, etc.), rabbits, dogs, cats, cows, goats, sheep, horses, and the like. The subject is preferably human.
「血清試料」とは、血液から血球成分を除去した試料を意味する。血液からの血清試料の調製は、遠心分離法等の公知の方法により行うことができる。「被検体の血清試料」とは、被検体から採取された血液を用いて調製された血清試料を意味する。本明細書では、血清試料の調製に用いた血液を採取した被検体を、「血清試料が由来する被検体」と記載する場合がある。 A "serum sample" means a sample from which blood cell components have been removed from blood. A serum sample can be prepared from blood by a known method such as centrifugation. A "subject serum sample" means a serum sample prepared using blood drawn from a subject. In this specification, a subject from whom blood used for preparation of a serum sample is collected may be referred to as a "subject from which the serum sample is derived."
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面中、同一又は相当部分には同一又は対応する符号を付し、重複する説明は省略する。各図における寸法比は、説明のため誇張している部分があり、必ずしも実際の寸法比とは一致しない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as the case may be. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same or corresponding reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. The dimensional ratios in each drawing are exaggerated for explanation and do not necessarily match the actual dimensional ratios.
<血清試料検査装置>
一実施形態において、本発明は、被検体の血清試料のラマンスペクトルを取得するラマンスペクトル取得部と、検査対象のがん種に応じて設定される第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークについて、前記ラマンスペクトルから、前記第1のピークの強度(P1)、前記第2のピークの強度(P2)、及び前記第3のピークの強度(P3)を取得する強度取得部と、前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第2のピークの強度(P2)の強度比(P2/P1)、及び前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第3のピークの強度(P3)の強度比(P3/P1)を算出する強度比算出部と、前記強度比(P2/P1)及び前記強度比(P3/P1)に基づいて、前記被検体におけるがんの有無を判定する判定部と、を備える血清試料検査装置提供する。<Serum sample testing device>
In one embodiment, the present invention includes a Raman spectrum acquisition unit that acquires a Raman spectrum of a serum sample of a subject, a first peak, a second peak, and a and an intensity acquisition unit that acquires the intensity of the first peak (P1), the intensity of the second peak (P2), and the intensity of the third peak (P3) from the Raman spectrum for 3 peaks. , the intensity ratio (P2/P1) of the intensity of the second peak (P2) to the intensity of the first peak (P1), and the intensity of the third peak to the intensity of the first peak (P1) an intensity ratio calculation unit that calculates an intensity ratio (P3/P1) of (P3), and the presence or absence of cancer in the subject based on the intensity ratio (P2/P1) and the intensity ratio (P3/P1) and a determination unit for determining.
図1は、本実施形態の血清試料検査装置の構成の一例を示す模式図である。血清試料検査装置100は、ラマンスペクトル取得部110及び処理装置190を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the serum sample testing apparatus of this embodiment. The serum
ラマンスペクトル取得部110は、被検体の血清試料のラマンスペクトルを取得する。ラマンスペクトル取得部110は、ステージ120、光源装置130、ダイクロイックフィルタ140、ビームスプリッタ141、ロングパスフィルタ142、レンズ143,144、対物レンズ150、分光器160、冷却CCDカメラ170、及び観察用CCDカメラ171を備えている。ラマンスペクトル取得部110は、例えば、ラマン顕微鏡等の顕微ラマン分光装置である。
The Raman
ステージ120には、血清試料50を保持するラマン分光分析用セル1が載置される。ステージ120は、ステージスキャナ121に結合される。ステージスキャナ121は、図中に矢印x-y-zで示すように、ラマン分光分析用セル1が置かれた面と平行及び垂直にステージ120を駆動する。これにより、励起光の焦点を血清試料50の所望の位置に調整することができる。血清試料50は、凸曲面を形成した状態で、ラマン分光分析用セル1に保持される。
A Raman
光源装置130は、血清試料に照射される励起光を発生する。光源装置130は、785nm又は1064nmの波長のレーザー光を発生するレーザー光源であることが好ましく、1064nmの波長のレーザー光を発生するレーザー光源であることがより好ましい。前記波長のレーザー光源を用いることにより、より明瞭なラマンスペクトルを得ることができる。光源装置130は、2種類以上のレーザー光源(例えば、785nmレーザー光源と1064nmレーザー光源)を備え、これらのレーザー光源が切換え可能であってもよい。レーザー光源の最大出力としては、50~500mWが挙げられる。レーザー光源の具体例としては、1064nmの波長のレーザー光を発生することができ、最大出力200mWであるレーザー光源、又は785nmの波長のレーザー光を発生することができ、最大出力50mWであるレーザー光源等が挙げられる。
The
ダイクロイックフィルタ140は、光源装置130からの励起光を反射して、ビームスプリッタ141に励起光を誘導する。また、ダイクロイックフィルタ140は、血清試料50からのラマン散乱光を透過して、ロングパスフィルタ142にラマン散乱光を誘導する。
The
ビームスプリッタ141は、ダイクロイックフィルタ140からの励起光を透過する。また、ビームスプリッタ141は、血清試料50からのラマン散乱光を分割し、ダイクロイックフィルタ140と、レンズ143及び観察用CCDカメラ171とに誘導する。
The
対物レンズ150は、ビームスプリッタ141を透過した励起光を、血清試料50に集束する。対物レンズ150は、光源装置130からの励起光に対応する近赤外域での観察が可能なレンズであることが好ましい。対物レンズ150の倍率は、10~50倍が好ましく、10~30倍がより好ましく、10倍又は20倍がさらに好ましく、20倍が特に好ましい。対物レンズ150の開口数(numerical aperture:NA)は、0.2以上であることが好ましく、0.2~0.65であることがより好ましく、0.3~0.6であることがさらに好ましく、0.4~0.5であることが特に好ましい。対物レンズの倍率及びNAを上記範囲内とすることにより、より明瞭なラマンスペクトルを得ることができる。
ロングパスフィルタ142は、血清試料50からのラマン散乱光の短波長領域をカットし、長波長領域を透過する。レンズ144は、ロングパスフィルタ142を透過したラマン散乱光を集光し、分光器160に誘導する。
The long-
分光器160は、ラマン散乱光を分光する。冷却CCDカメラ170は、分光器160により分光された各波長の光を検出する。これにより、血清試料50のラマンスペクトルが取得される。
A
観察用CCDカメラ171は、ビームスプリッタ141により分割され、レンズ143に誘導された血清試料50からのラマン散乱光を検出する。観察用CCDカメラ171は、血清試料50の所望の位置に励起光の焦点を合わせるために用いられる。励起光の焦点は、血清試料50の凸曲面の表面に合わせることが好ましく、凸曲面の頂点(図8Bのa点)に合わせることがより好ましい。
ラマンスペクトル取得部の構成は、上記に限定されず、顕微ラマン分光装置に通常用いられる構成を適宜採用することができる。 The configuration of the Raman spectrum acquisition section is not limited to the above, and a configuration commonly used in microscopic Raman spectroscopic devices can be appropriately adopted.
図2は、処理装置190の構成の一例を示す模式図である。処理装置190は、強度取得部191、強度比算出部192、判定部193、出力部194、記憶部195、及び制御部196を備えている。処理装置190は、例えば、中央演算装置(CPU)等のプロセッサを備えたコンピュータである。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the
強度取得部191は、ラマンスペクトル取得部110で取得された血清試料50のラマンスペクトル(以下、「血清ラマンスペクトル」という)から、第1のピークの強度(P1)、第2のピークの強度(P2)、及び第3のピークの強度(P3)をそれぞれ取得する。
The
第1~3のピークは、検査対象のがん種応じて、手動で又は自動で設定される。 The first to third peaks are manually or automatically set according to the type of cancer to be examined.
ここで、設定がん種が胃がんである場合を例として説明する。図3Aは、ラマンスペクトル取得部110により取得される血清ラマンスペクトルの一例である。図4Aは、既知のラマンピークとラマンシフトとの対応情報を格納するラマンシフトテーブルの一例である。胃がんに対応して設定される第1~3のピークが、それぞれ(1)フェニルアラニンC-C変角振動(ひねり)、(15)Amide I、及び(13)CH3変角振動又はC-H変角運動(括弧中の数字は図4AのラマンシフトテーブルにおけるNo.を示す)である場合、これらのピークは、図4Aのラマンシフトテーブルから、図3Bに示すように特定される。次いで、前記血清ラマンスペクトルから各ピークの高さを読み取ることにより、第1のピークの強度(P1)、第2のピークの強度(P2)、及び第3のピークの強度(P3)を取得することができる。Here, a case where the set cancer type is stomach cancer will be described as an example. FIG. 3A is an example of a serum Raman spectrum acquired by the Raman
検出対象のがん種が複数である場合、強度取得部191は、まず、血清ラマンスペクトルの各ピークを特定して各ピークの強度を取得し、次いで、各がん種に対応する強度(P1)~(P3)を、がん種毎に取得してもよい。
When there are multiple cancer types to be detected, the
強度比算出部192は、強度取得部191が取得した強度(P1)~(P3)から、強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)を算出する。強度比(P2/P1)は、第1のピークの強度(P1)に対する第2のピークの強度(P2)の強度比(第2のピークの強度(P2)/第1のピークの強度(P1))である。強度比(P3/P1)は、第1のピークの強度(P1)に対する第3のピークの強度(P3)の強度比(第3のピークの強度(P3)/第1のピークの強度(P1))である。
The
判定部193は、強度比算出部192が取得した強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)に基づいて、血清試料50が由来する被検体におけるがんの有無を判定する。強度比(P2/P1)の正常範囲の下限閾値(以下、「下限閾値(P2/P1)」という)及び上限閾値(以下、「上限閾値(P2/P1)」という)、並びに強度比(P3/P1)の正常範囲の下限閾値(以下、「下限閾値(P3/P1)」という)及び上限閾値(以下、「上限閾値(P3/P1)」という)は、がん種に応じて、手動で又は自動で設定される。判定部193は、強度比算出部192で取得された強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)を、下限閾値(P2/P1)及び上限閾値(P2/P1)、並びに下限閾値(P3/P1)及び上限閾値(P3/P1)とそれぞれ比較する。判定部193は、前記比較に基づき、(i)強度比(P2/P1)が下限閾値(P2/P1)以下であり、且つ強度比(P3/P1)が下限閾値(P3/P1)以下である場合、又は(ii)強度比(P2/P1)が上限閾値(P2/P1)以上であり、且つ強度比(P3/P1)が上限閾値(P3/P1)以上である場合に、前記被検体はがんを有すると判定する。
Based on the intensity ratio (P2/P1) and the intensity ratio (P3/P1) acquired by the intensity
例えば、検査対象が胃がんである場合、第1~3のピークはそれぞれ(1)フェニルアラニンC-C変角振動(ひねり)、(15)Amide I、及び(13)CH3変角振動又はC-H変角運動と設定でき、下限閾値(P2/P1)及び上限閾値(P2/P1)、並びに、下限閾値(P3/P1)及び上限閾値(P3/P1)は、それぞれ2.2~2.7(好ましくは2.2~2.5)及び2.7~3.2(好ましくは2.7~3.0)、並びに2.2~2.7(好ましくは2.3~2.6)及び2.7~3.2(好ましくは2.8~3.1)とすることができる。また、例えば、検査対象が大腸がんであり、第1~3のピークはそれぞれ(2)コレステロール、(15)Amide I、及び(5)フェニルアラニンベンゼン環呼吸振動と設定でき、下限閾値(P2/P1)及び上限閾値(P2/P1)、並びに、下限閾値(P3/P1)及び上限閾値(P3/P1)は、それぞれ1.6~2.4(好ましくは1.7~2.0)及び2.4~3.0(好ましくは2.4~2.7)、並びに2.2~2.7(好ましくは2.2~2.5)及び2.5~3.0(好ましくは2.6~2.9)とすることができる。For example, if the test subject is gastric cancer, the first to third peaks are (1) phenylalanine C—C bending vibration (twist), (15) Amide I, and (13) CH 3 bending vibration or C- H bending motion can be set, and the lower threshold (P2/P1) and upper threshold (P2/P1), and the lower threshold (P3/P1) and upper threshold (P3/P1) are 2.2 to 2.2. 7 (preferably 2.2 to 2.5) and 2.7 to 3.2 (preferably 2.7 to 3.0), and 2.2 to 2.7 (preferably 2.3 to 2.6 ) and 2.7 to 3.2 (preferably 2.8 to 3.1). Further, for example, the test object is colon cancer, the first to third peaks can be set as (2) cholesterol, (15) Amide I, and (5) phenylalanine benzene ring respiratory vibration, respectively, and the lower threshold (P2/P1 ) and upper threshold (P2/P1), and lower threshold (P3/P1) and upper threshold (P3/P1) are 1.6 to 2.4 (preferably 1.7 to 2.0) and 2 .4 to 3.0 (preferably 2.4 to 2.7), and 2.2 to 2.7 (preferably 2.2 to 2.5) and 2.5 to 3.0 (preferably 2.5); 6 to 2.9).
出力部194は、判定部193での判定結果を表示装置等に出力する。
The
記憶部195は、血清試料検査装置100の動作に必要な各種情報を記憶する。記憶部195に記憶される情報としては、例えば、ラマンシフトテーブル(図4A参照)、がん種と第1~3のピークとの対応情報を含むピーク情報テーブル(図4B参照)、強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)の下限閾値及び上限閾値をがん種毎に設定する閾値情報テーブル(図4C参照)等が挙げられる。記憶部195は、例えば、ハードディスクドライブ、メモリなどの記憶装置である。
The
制御部196は、血清試料検査装置100全体の動作及び各部の動作を制御する。
The
≪血清試料検査処理の実行動作≫
次に、図5を参照し、血清試料検査装置100における血清試料検査処理の動作の一例について説明する。<<Execution operation of serum sample test processing>>
Next, an example of the operation of the serum sample test processing in the serum
(ステップS10)
ラマンスペクトル取得部110が、血清試料50のラマンスペクトルを取得する。ラマンスペクトルの取得に際し、血清試料50は、凸曲面を形成した状態で、ラマン分光分析用セル1に保持され、ステージ120上に載置される。光源装置130から発生した励起光(例、波長1064nmのレーザー光)は、ダイクロイックフィルタ140で反射され、ビームスプリッタ141を透過し、対物レンズ150で集光されて、血清試料50に照射される。このとき、励起光の焦点は、血清試料50が形成する凸曲面の表面(好ましくは頂点)に合わせることが好ましい。励起光の照射により血清試料50から発生するラマン散乱光は、対物レンズ150及びビームスプリッタ141、及びダイクロイックフィルタ140を透過して、ロングパスフィルタ142で短波長領域がカットされ、レンズ144で集光されて、分光器160で分光される。分光された各波長の光は冷却CCDカメラ170で検出されて、血清試料50のラマンスペクトル(血清ラマンスペクトル)が取得される(図3A参照)。(Step S10)
A Raman
光源装置130は、出力50~500mWで励起光を発生することが好ましく、出力100~300mWがより好ましく、150~250mWがさらに好ましい。200mWが特に好ましい。出力が前記範囲内であると、血清試料中の成分の熱変性が抑制されつつ、より明瞭なラマンスペクトルを得ることができる。励起光の照射時間としては、10~30秒が好ましく、10~20秒がより好ましく、15秒がさらに好ましい。照射時間が前記範囲内であると、血清試料中の成分の熱変性が抑制されつつ、より明瞭なラマンスペクトルを得ることができる。
The
(ステップS20)
検出対象のがん種が設定される。がん種の設定は、処理装置190に接続される入力装置を介して、操作者が手動で行ってもよい。あるいは、ピーク情報テーブルに格納されるがん種から、自動でがん種が設定されてもよい。(Step S20)
A cancer type to be detected is set. The cancer type may be manually set by the operator via an input device connected to the
(ステップS30)
強度取得部191が、第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークについて、血清ラマンスペクトルから、第1のピークの強度(P1)、第2のピークの強度(P2)、及び第3のピークの強度(P3)をそれぞれ取得する。第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークは、ステップS20で設定されたがん種に応じて設定される。がん種に対応する第1~3のピークは、操作者が、入力装置を介して手動で設定してもよいし、ピーク情報テーブルの情報から自動で設定されてもよい。強度取得部191は、ラマンシフトテーブルを参照して血清ラマンスペクトルにおける各ピークを特定し(図3B参照)、第1のピークの強度(P1)、第2のピークの強度(P2)、及び第3のピークの強度(P3)を取得する。(Step S30)
The
(ステップS40)
強度比算出部192が、第1のピークの強度(P1)、第2のピークの強度(P2)、及び第3のピークの強度(P3)から、強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)を算出する。具体的には、第1のピークの強度(P1)及び第2のピークの強度(P2)から強度比(P2/P1)を算出し、第1のピークの強度(P1)及び第3のピークの強度(P3)から強度比(P3/P1)を算出する。(Step S40)
The
(ステップS50)
判定部193が、強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)に基づいて、血清試料50が由来する被検体におけるがんの有無を判定する。判定部193は、閾値情報テーブルを参照し、ステップS20で設定されたがん種に対応する下限閾値(P2/P1)及び上限閾値(P2/P1)、並びに下限閾値(P3/P1)及び上限閾値(P3/P1)を取得する。あるいは、下限閾値(P2/P1)及び上限閾値(P2/P1)、並びに下限閾値(P3/P1)及び上限閾値(P3/P1)は、がん種に応じて、操作者が手動で入力してもよい。次いで、判定部193は、強度比(P2/P1)を、下限閾値(P2/P1)及び上限閾値(P2/P1)と比較する。また、強度比(P3/P1)を、下限閾値(P3/P1)及び上限閾値(P3/P1)と比較する。判定部193は、前記の比較結果から、(i)強度比(P2/P1)が下限閾値(P2/P1)以下であり、且つ強度比(P3/P1)が下限閾値(P3/P1)以下である場合、又は(ii)強度比(P2/P1)が上限閾値(P2/P1)以上であり、且つ強度比(P3/P1)が上限閾値(P3/P1)以上である場合、血清試料50が由来する被検体はがんを有すると判定する。(Step S50)
The
(ステップS60)
出力部194が、ステップS50での判定結果を表示装置に出力し、血清試料検査装置100における動作を終了する。(Step S60)
The
検出対象のがん種が複数ある場合には、ステップS20~S60を各がん種について繰り返せばよい。これにより、検出対象のがん種毎に、被検体におけるがんの有無を検査することができる。 If there are multiple cancer types to be detected, steps S20 to S60 may be repeated for each cancer type. Thereby, the presence or absence of cancer in the subject can be examined for each cancer type to be detected.
≪第1~3のピークの選択方法≫
次に、がん種に対応する第1~3のピークの選択方法を、図6を参照して説明する。<<Method for selecting the first to third peaks>>
Next, a method for selecting the first to third peaks corresponding to cancer types will be described with reference to FIG.
(ステップS100)
まず、対象がん種を設定し、前記がん種を有することが既知である被検体群(以下、「がん被検体群」という)、及び前記がん種を有しないことが既知である被検体群(以下、「非がん被検体群」という)から血液を採取し、血清試料を調製する。対象がん種は、被検体群に応じて、任意に選択することができる。がん種としては、例えば、胃がん、大腸がん、肝臓がん、腎臓がん、乳がん、卵巣がん、子宮頸がん、前立腺がん、肺がん、すい臓がん、頭頚部がん、脳腫瘍、悪性中皮腫、肉腫当が挙げられるが、これらに限定されない。対象がん種は、第1~3のピークが未設定であるがん種から選択してもよい。(Step S100)
First, a target cancer type is set, and a group of subjects known to have the cancer type (hereinafter referred to as "cancer subject group") and a group of subjects known not to have the cancer type Blood is collected from a group of subjects (hereinafter referred to as "non-cancer subject group") to prepare serum samples. The target cancer type can be arbitrarily selected according to the subject group. Cancer types include, for example, stomach cancer, colon cancer, liver cancer, kidney cancer, breast cancer, ovarian cancer, cervical cancer, prostate cancer, lung cancer, pancreatic cancer, head and neck cancer, brain tumor, Examples include, but are not limited to, malignant mesothelioma and sarcoma. The target cancer type may be selected from cancer types for which the first to third peaks have not yet been set.
(ステップS110,S120)
非がん被検体群の血清試料(以下、「非がん血清群」という)のラマンスペクトル(以下、「非がんラマンスペクトル群」という)を取得する。また、がん被検体群の血清試料(以下、「がん血清群」という)のラマンスペクトル(以下、「がんラマンスペクトル群」という)を取得する。ラマンスペクトルの取得は、前記ステップS10と同様に行うことができる。(Steps S110, S120)
A Raman spectrum (hereinafter referred to as a "non-cancer Raman spectrum group") of a serum sample of a non-cancer subject group (hereinafter referred to as a "non-cancer serum group") is obtained. Also, a Raman spectrum (hereinafter referred to as a "cancer Raman spectrum group") of serum samples of a cancer subject group (hereinafter referred to as a "cancer serum group") is acquired. Acquisition of the Raman spectrum can be performed in the same manner as in step S10.
(ステップS130)
非がんラマンスペクトル群及びがんラマンスペクトル群に共通して存在するピークから、検討対象とする第1~3のピークの組合せ(以下、「仮の第1~3のピーク」という)を選択する。仮の第1~3のピークの組合せは、一例として、ランダムに選択される。(Step S130)
Select a combination of 1st to 3rd peaks to be examined (hereinafter referred to as "provisional 1st to 3rd peaks") from the peaks commonly present in the non-cancer Raman spectrum group and the cancer Raman spectrum group. do. The provisional first to third peak combinations are randomly selected as an example.
(ステップS140)
ステップS130で選択した仮の第1~3のピークについて、非がんラマンスペクトル群及びがんラマンスペクトル群から、第1のピークの強度(P1)、第2のピークの強度(P2)、及び第3のピークの強度(P3)をそれぞれ取得する。(Step S140)
For the tentative first to third peaks selected in step S130, from the non-cancer Raman spectrum group and the cancer Raman spectrum group, the first peak intensity (P1), the second peak intensity (P2), and The intensity of the third peak (P3) is obtained respectively.
(ステップS150)
ステップS140で取得した第1のピークの強度(P1)、第2のピークの強度(P2)、及び第3のピークの強度(P3)から、各ラマンスペクトルについて、強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)を算出する。(Step S150)
From the intensity of the first peak (P1), the intensity of the second peak (P2), and the intensity of the third peak (P3) obtained in step S140, the intensity ratio (P2/P1) and Calculate the intensity ratio (P3/P1).
(ステップS160)
ステップS150で算出された強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)について、非がんラマンスペクトル群及びがんスペクトル群の間で有意差があるかを判定する。具体的には、非がんラマンスペクトル群から得られた強度比(P2/P1)群と、がんラマンスペクトル群から得られた強度比(P2/P1)群との間に有意差があるかを判定する。また、非がんラマンスペクトル群から得られた強度比(P3/P1)群と、がんラマンスペクトル群から得られた強度比(P3/P1)群との間に有意差があるかを判定する。有意差の判定には、公知の有意差検定方法を用いることができる。有意差検定方法としては、例えば、t検定が挙げられる。(Step S160)
It is determined whether there is a significant difference between the non-cancer Raman spectrum group and the cancer spectrum group with respect to the intensity ratio (P2/P1) and the intensity ratio (P3/P1) calculated in step S150. Specifically, there is a significant difference between the intensity ratio (P2/P1) group obtained from the non-cancer Raman spectrum group and the intensity ratio (P2/P1) group obtained from the cancer Raman spectrum group. determine whether Also, it is determined whether there is a significant difference between the intensity ratio (P3/P1) group obtained from the non-cancer Raman spectrum group and the intensity ratio (P3/P1) group obtained from the cancer Raman spectrum group. do. A known significance test method can be used to determine the significance. A significant difference test method includes, for example, a t-test.
(ステップS170)
仮の第1~3のピークの組合せについて、他の組合せがあるかを調べ、他の組合せがある場合(ステップS170:YES)、ステップS130に戻る。他の組合せがない場合(ステップS170:NO)、ステップS180に進む。(Step S170)
It is checked whether there is another combination of the temporary first to third peak combinations, and if there is another combination (step S170: YES), the process returns to step S130. If there is no other combination (step S170: NO), the process proceeds to step S180.
(ステップS180)
ステップS160で、強度比(P2/P1)及び各強度比(P3/P1)のいずれについても、非がんラマンスペクトル群とがんラマンスペクトル群との間で有意差ありと判定された仮の第1~3のピークの組合せ群の中から、対象がん種の血清検査用に設定する第1~3のピークの組合せを選択する。例えば、有意差ありと判定された仮の第1~3のピークの組合せ群の中から、感度及び特異度がともに良好となる下限閾値及び上限閾値を設定可能な組み合わせを、第1~3のピークとして選択することができる。(Step S180)
In step S160, it is determined that there is a significant difference between the non-cancer Raman spectrum group and the cancer Raman spectrum group for both the intensity ratio (P2/P1) and each intensity ratio (P3/P1). A combination of the first to third peaks to be set for the serum test of the target cancer type is selected from the combination group of the first to third peaks. For example, from the group of temporary first to third peak combinations determined to have a significant difference, a combination that can set a lower threshold value and an upper threshold value that both sensitivity and specificity are good, the first to third can be selected as a peak.
第1~3のピークの選択は、強度比(P2/P1)をY軸とし、強度比(P3/P1)をX軸とするXYグラフ(以下、「ラマンプロット」ともいう)を用いて行ってもよい。例えば、仮の第1~3のピークの組合せ毎にラマンプロットを作成する。前記ラマンプロットの中から、がんラマンスペクトル群のプロットの存在領域と非がんラマンスペクトル群のプロットの存在領域とが最も重複していないラマンプロットを選択する。当該ラマンプロットで用いられた仮の第1~3のピークを、第1~3のピークとして選択する。 Selection of the first to third peaks is performed using an XY graph (hereinafter also referred to as "Raman plot") with the intensity ratio (P2/P1) as the Y axis and the intensity ratio (P3/P1) as the X axis. may For example, a Raman plot is created for each combination of tentative first to third peaks. A Raman plot is selected from the Raman plots in which the existing regions of the plots of the cancer Raman spectrum group and the existing regions of the plots of the non-cancer Raman spectrum group are least overlapped. The tentative 1st to 3rd peaks used in the Raman plot are selected as the 1st to 3rd peaks.
また、選択した第1~3のピークについて、感度及び特異度がともに良好となるように、強度比(P2/P1)の下限閾値及び上限閾値、並びに強度比(P3/P1)の下限閾値及び上限閾値を設定する。 Also, for the selected first to third peaks, so that both sensitivity and specificity are good, the lower and upper thresholds of the intensity ratio (P2/P1), and the lower and lower thresholds of the intensity ratio (P3/P1) Set the upper threshold.
がん種に対応する第1~3のピークの選択は、血清試料検査装置100で実行されてもよい。この場合、血清試料検査装置100は、上記説明した各部に加えて、ステップS100~S180の各処理を実行する構成を備えることができる。例えば、仮の第1~3のピークの組合せを選択する仮のピーク選択部、各ラマンスペクトルから仮の第1~3のピークについて強度(P1)、強度(P2)及び強度(P3)を取得する第2の強度取得部、強度比(P2/P1)及び強度比(P2/P1)を算出する第2の強度算出部、強度比(P2/P1)及び強度比(P2/P1)について非がん群とがん群との有意差を判定する有意差判定部、並びに第1~3のピーク及び閾値を選択するピーク選択部等を備えていてもよい。
Selection of the first to third peaks corresponding to cancer types may be performed by the serum
ステップS180で選択された第1~3のピークは、対象がん種の情報と共に、記憶部195が有するピーク情報テーブル(図4B参照)に格納されてもよい。また、ステップS180で選択された強度比(P2/P1)の下限閾値及び上限閾値、並びに強度比(P3/P1)の下限閾値及び上限閾値は、記憶部195が有する閾値情報テーブル(図4C参照)に格納されてもよい。記憶部195に新たに格納されたこれらの情報は、血清試料検査装置100が血清検査処理を実行する際に利用可能することができる。
The first to third peaks selected in step S180 may be stored in the peak information table (see FIG. 4B) of the
上記で説明した血清試料検査装置によれば、被検体の血清試料のラマン散乱光を測定するという簡易な手法で、迅速に被検体におけるがんの有無を判定することができる。 According to the serum sample testing apparatus described above, the presence or absence of cancer in a subject can be quickly determined by a simple method of measuring Raman scattered light of a serum sample of the subject.
血清試料のラマンスペクトルから被検体におけるがんの有無を判定できる理由としては、がんを有する被検体では、代謝バランスに変化が生じ、血液中の成分組成にがん特異的な変化が生じるためであると推測される。代謝バランスの変化様式はがん種に応じて異なるため、がん種に応じて第1~3のピークを設定する必要があると推測される。 The reason why the presence or absence of cancer in a subject can be determined from the Raman spectrum of a serum sample is that, in a subject with cancer, changes occur in the metabolic balance, and cancer-specific changes occur in the component composition in the blood. is presumed to be Since the mode of change in metabolic balance differs depending on the cancer type, it is presumed that the first to third peaks should be set according to the cancer type.
<血清試料の検査方法>
一実施形態において、本発明は、前記血清試料検査装置は、被検体の血清試料のラマンスペクトルを取得する工程と、検査対象のがん種に応じて設定される第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークについて、前記ラマンスペクトルから、前記第1のピークの強度(P1)、前記第2のピークの強度(P2)、及び前記第3のピークの強度(P3)を取得する工程と、前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第2のピークの強度(P2)の強度比(P2/P1)、及び前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第3のピークの強度(P3)の強度比(P3/P1)を算出する工程と、前記強度比(P2/P2)及び前記強度比(P3/P1)に基づいて、前記被検体におけるがんの有無を判定する工程と、を含む、血清試料の検査方法を提供する。<Test method for serum sample>
In one embodiment of the present invention, the serum sample testing device comprises a step of obtaining a Raman spectrum of a serum sample of a subject, a first peak set according to the type of cancer to be tested, a second peak Obtaining the intensity of the first peak (P1), the intensity of the second peak (P2), and the intensity of the third peak (P3) from the Raman spectrum for a peak and a third peak and the intensity ratio (P2/P1) of the intensity of the second peak (P2) to the intensity of the first peak (P1), and the third peak to the intensity of the first peak (P1). and determining the presence or absence of cancer in the subject based on the intensity ratio (P2/P2) and the intensity ratio (P3/P1). and a method for testing a serum sample.
本実施形態の血清試料の検査方法は、前記血清試料検査装置により実行することができる。あるいは、前記血清試料検査装置を用いることなく、前記ステップS10~S50の処理を行ってもよい。この場合、血清試料のラマンスペクトルの取得には、市販の顕微ラマン分光装置を用いることができる。前記顕微ラマン分光装置は、血清試料検査装置100と同様の光源装置及び対物レンズを備えることが好ましい。
The serum sample testing method of the present embodiment can be performed by the serum sample testing device. Alternatively, the processing of steps S10 to S50 may be performed without using the serum sample test device. In this case, a commercially available micro-Raman spectrometer can be used to obtain the Raman spectrum of the serum sample. The microscopic Raman spectroscopy device preferably includes a light source device and an objective lens similar to those of the serum
<血清試料のラマンスペクトルの取得方法>
一実施形態において、本発明は、血清試料で凸曲面を形成する工程(凸曲面形成工程)と、前記凸曲面が維持された状態で、前記血清試料のラマンスペクトルを取得する工程(ラマンスペクトル取得工程)と、を含む、血清試料のラマンスペクトルの取得方法を提供する。<Method for Acquisition of Raman Spectrum of Serum Sample>
In one embodiment, the present invention comprises a step of forming a convex curved surface with a serum sample (convex curved surface forming step), and a step of acquiring a Raman spectrum of the serum sample while maintaining the convex curved surface (Raman spectrum acquisition step), and a method for obtaining a Raman spectrum of a serum sample.
血清試料は、多数の成分を含有することから、明瞭なラマンスペクトルを得ることが困難であった。しかしながら、本実施形態の方法を用いることにより、血清試料の明瞭なラマンスペクトルを取得することができる。 Serum samples contain a large number of components, making it difficult to obtain clear Raman spectra. However, by using the method of this embodiment, a clear Raman spectrum of a serum sample can be obtained.
以下、本実施形態の方法の各工程について説明する。 Each step of the method of this embodiment will be described below.
(凸曲面形成工程)
血清試料で凸曲面を形成する。凸曲面は、例えば、血清試料の液滴により形成することができる。凸曲面の形成には、後述するラマン分光分析用セルや注射器等を用いることができる。注射器を用いる場合、血清試料を注射器で採取した後、プランジャを戻すことにより、注射針の先端に血清試料の液滴を形成する。当該液滴は、注射器内の血清試料と接触しているため、短時間で乾燥することなく、液滴による凸曲面が維持される。(Convex curved surface forming step)
A convex curve is formed with the serum sample. A convex curved surface can be formed, for example, by a droplet of a serum sample. A cell for Raman spectroscopic analysis, a syringe, and the like, which will be described later, can be used to form the convex curved surface. When a syringe is used, the serum sample is drawn with the syringe and then the plunger is returned to form a droplet of the serum sample at the tip of the needle. Since the droplet is in contact with the serum sample in the syringe, the droplet maintains its convex curved surface without drying in a short period of time.
血清試料により形成する凸曲面の大きさは特に限定されないが、例えば、曲率半径1000~5000μmとすることができる。凸曲面を形成する液滴は、例えば、5~30μLの血清試料で形成することができる。液滴を形成する血清試料の量は、5~20μLが好ましく、10~15μLがより好ましく、10μLがさらに好ましい。 Although the size of the convex curved surface formed by the serum sample is not particularly limited, it can have a radius of curvature of 1000 to 5000 μm, for example. A droplet forming a convex curve can be formed with, for example, 5-30 μL of serum sample. The amount of serum sample forming droplets is preferably 5 to 20 μL, more preferably 10 to 15 μL, even more preferably 10 μL.
(ラマンスペクトル取得工程)
前記凸曲面が維持された状態で、血清試料のラマンスペクトルを取得する。凸曲面を形成する血清試料の液滴に、常時血清試料が供給される状態とすることにより、ラマンスペクトルを取得する間、前記凸曲面を維持することができる。(Raman spectrum acquisition step)
A Raman spectrum of the serum sample is acquired while the convex curved surface is maintained. By constantly supplying the serum sample to the droplet of the serum sample that forms the convex curved surface, the convex curved surface can be maintained while the Raman spectrum is being acquired.
ラマンスペクトルの取得は、前記血清試料検査装置又は他の顕微ラマン分光装置により行うことができる。励起光の照射条件は、前記血清試料検査装置100で挙げた条件と同様の条件を用いることができる。励起光の焦点は、凸曲面を形成する液滴に合わせる。励起光の焦点は、凸曲面の表面に合わせることが好ましく、凸曲面の頂点に合わせることがより好ましい。凸曲面の頂点に励起光の焦点を合わせることにより、複数の血清試料間で同様の条件により安定したラマンスペクトルを取得することができる。
Acquisition of Raman spectra can be performed by the aforementioned serum sample testing device or other micro-Raman spectroscopy devices. As for the excitation light irradiation conditions, the same conditions as those mentioned for the serum
本実施形態のラマンスペクトルの取得方法によれば、血清試料において、明瞭なラマンスペクトルを取得することができる。また、凸曲面が維持された状態でラマンスペクトルを取得することにより、血清試料の乾燥が抑制されるため、血清試料中の成分の変性が抑制される。これにより、がんを有する被検体における血清成分の変化を検出することが可能となり、血清試料によりがんの検査を行うことができる。 According to the Raman spectrum acquisition method of the present embodiment, a clear Raman spectrum can be acquired in a serum sample. Further, by obtaining the Raman spectrum while maintaining the convex curved surface, drying of the serum sample is suppressed, thereby suppressing denaturation of components in the serum sample. This makes it possible to detect changes in serum components in cancer-bearing subjects, and to perform cancer tests using serum samples.
凸曲面を維持することにより、明瞭なラマンスペクトルが取得できる理由は明らかではないが、凸曲面が維持されるように血清試料を供給することにより、血清試料の濃度変化や変性が抑制されるとともに、凸曲面によるレンズ効果により、励起光が集束されるためであると推測される。 The reason why a clear Raman spectrum can be obtained by maintaining the convex curved surface is not clear. , the excitation light is converged by the lens effect of the convex curved surface.
本実施形態のラマンスペクトルの取得方法は、前記血清試料検査装置及び前記血清試料の検査方法に適用することができる。 The method for obtaining a Raman spectrum according to this embodiment can be applied to the serum sample testing device and the method for testing a serum sample.
<血清試料のラマン分光分析用セル>
一実施形態において、本発明は、血清試料に凸曲面を形成させる凸曲面形成部と、前記凸曲面形成部に接続し、前記凸曲面形成部に血清試料を供給する供給路と、を備える、血清試料のラマン分光分析用セルを提供する。<Cell for Raman Spectroscopic Analysis of Serum Sample>
In one embodiment, the present invention comprises a convex curved surface forming part for forming a convex curved surface on a serum sample, and a supply path connected to the convex curved surface forming part and supplying the serum sample to the convex curved surface forming part. A cell for Raman spectroscopy of serum samples is provided.
以下、図7、8A及び8Bを参照して、本実施形態のラマン分光分析用セルについて説明する。 The Raman spectroscopic analysis cell of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 7, 8A and 8B.
図7は、本実施形態のラマン分光分析用セルの一例を示す側面図である。ラマン分光分析用セル1は、中空管10、外筒20、プランジャ30、及び支持部40を備えている。
FIG. 7 is a side view showing an example of the Raman spectroscopic analysis cell of this embodiment. The Raman
中空管10は、凸曲面形成部11及び供給路12を備える。中空管10は、内部が中空となっており、内部に血清試料が滞留可能となっている。中空管10の材質は、自家蛍光を発生せず、使用する励起光(例、1064nmのレーザー光)の照射によりラマン散乱光を発生しないものが好ましい。そのような材料としては、例えば、金属が挙げられる。金属の中でも、ステンレスが好ましい。
The
図8Aは、凸曲面形成部11及び供給路12の一部を含む縦断面図である。図8Bは、図8Aの縦断面図において、凸曲面形成部11で血清試料50が凸曲面を形成した状態を示す。中空管10は、先端部が斜めに切断されており、斜辺10cが形成されている。凸曲面形成部11は、斜辺10cが形成される中空管10の先端部分(最長辺10aと最短辺10bとの間)に配置される。血清試料50がラマン分光分析用セル1に充填された場合、血清試料50は、凸曲面形成部11で凸曲面を形成することができる。
FIG. 8A is a vertical cross-sectional view including part of the convex
中空管10の内径Di及び外形Doは、血清試料50が凸曲面形成部11で凸曲面を形成可能な大きさであれば特に限定されない。内径Diは、例えば、500~2500μmとすることができ、600~2000μmが好ましく、700~1500μmがより好ましく、800~1200μmがさらに好ましく、1000μmが特に好ましい。外径Doは、例えば、600~3000μmとすることができ、700~2500μmが好ましく、800~1700μmがより好ましく、900~1500μmがさらに好ましく、1200μmが特に好ましい。内径Diが大きすぎると、凸曲面形成部11で凸曲面を形成する液滴が大きくなり、ラマンスペクトル取得中に凸曲面が揺れる場合がある。また、内径Diが大きすぎると、凸曲面形成部11で凸曲面を形成する液滴が小さくなり、ラマンスペクトル取得中に液滴が乾燥する場合がある。
The inner diameter Di and the outer shape Do of the
斜辺10cと最長辺10aにより形成される角度θは、例えば、5~40°とすることができる。角度θは、10~30°が好ましく、15~25°がより好ましい。最長辺10aと最短辺10bとの長さの差(凸曲面形成部11の長さ)は、例えば、1000~10000μmとすることができる。最長辺10aと最短辺10bとの長さの差は、2000~8000μmが好ましく、2500~7000μmがより好ましい。
An angle θ formed by the
供給路12は、凸曲面形成部11に接続しており、凸曲面形成部11に血清試料50を供給する。
The
外筒20は、中空の筒により形成されており、筒部20a及び中空管保持部20bを備えている。中空管保持部20bは、中空管10を保持しており、外筒20の内部空間と中空管10の内部空間とは、前記保持部分で接続している。外筒20の大きさは特に限定されず、中空管10を保持可能な大きさであればよい。外筒20の内部空間は、例えば、100~1000μL程度の容量を有していてもよい。外筒20の材質は特に限定されず、ガラス、又は樹脂等を用いることができる。
The
外筒20は、筒部20aに目盛り部21を備えていてもよい。図7の例では、目盛り部21は、目盛り21a及び目盛り21bから構成されている。目盛り21bは、血清試料を採取する量の目安として使用することができる。目盛り21aは、凸曲面形成部11で凸曲面を形成する量の目安として使用することができる。目盛り21aと目盛り21bとの容量差は、例えば、5~20μL、又は10~15μL等とすることができる。具体例としては、10μLが挙げられる。
The
プランジャ30は、外筒20内を摺動可能に配置される。プランジャ30は、外筒20内を摺動可能な大きさであれば、特に限定されない。プランジャ30は、外筒20内に挿入される先端部にガスケット31を有していてもよい。
The
支持部40は、ラマンスペクトル取得時に、顕微ラマン分光装置のステージ上で、ラマン分光分析用セル1を安定に保持する。図7の例では、支持部40は、支持片41、支持片42、及び支持片43から構成されている。支持片41は外筒20の中空管保持部20bに近い位置に配置され、支持片42は外筒20の開口部に配置され、支持片43はプランジャ30のガスケット31とは逆の先端部に配置されている。支持片42及び支持片43は、血清試料を採取したり凸曲面を形成したりする際のグリップとしても機能する。支持部40を構成する支持片の数は、3個に限定されず、2個であってもよく、4個以上であってもよい。外筒20が、顕微ラマン分光装置のステージ上で安定して保持される形状である場合(例えば、多角柱形状、半円等筒形状など)、支持部40はなくてもよい。
The supporting
上記のような構成を有するラマン分光分析用セル1の使用方法について説明する。
A method of using the Raman
まず、プランジャ30のガスケット31が中空管保持部20bに接触するまで、外筒20内にプランジャ30を押し込んだ状態で、供給路12の中程まで中空管10を血清試料に入れる。この状態で、プランジャ30を目盛り21bの位置まで引くことにより、目盛り21bの位置まで血清試料を採取することができる。
First, the
次いで、顕微ラマン分光装置のステージにラマン分光分析用セル1を載置し、ゆっくりとプランジャ30を目盛り21aの位置まで戻す。これにより、凸曲面形成部11に血清試料の液滴が形成され、当該液滴により凸曲面が形成される。このとき形成される凸曲面は、頂点aからの垂線と最短辺10bの延長線との交点を交点oとしたとき、交点oと最短辺10bの先端点bとの距離rが500~4000μm程度、交点oと頂点aとの距離hが300~2000μm程度であることが好ましい(図8B参照)。距離rは、1000~3000μmがより好ましく、1500~2500μmがさらに好ましい。距離hは、500~2000μmがより好ましく、800~1500μmがさらに好ましい。
Next, the Raman
血清試料のラマンスペクトル取得中、凸曲面形成部11には供給路12を介して常時血清試料が供給される。これにより、凸曲面形成部11で形成される血清試料の液滴は、乾燥することなく、成分濃度の変化も抑制される。そのため、明瞭なラマンスペクトルを安定して取得することができる。
During acquisition of the Raman spectrum of the serum sample, the convex curved
本実施形態のラマン分光分析用セルは、前記血清試料検査装置、血清試料の検査方法、及び血清試料のラマンスペクトルの取得方法に用いることができる。 The Raman spectroscopic analysis cell of the present embodiment can be used for the above-described serum sample testing device, the method for testing a serum sample, and the method for obtaining a Raman spectrum of a serum sample.
以下、実験例により本発明を説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。 Although the present invention will be described below with reference to experimental examples, the present invention is not limited to the following experimental examples.
<血清試料の調製>
胃がん患者3名(ステージI-II:2名、ステージIII-IV:1名)及び大腸がん患者9名(ステージI-II:7名、ステージIII-IV:2名)を含む144名の被験者から採血により血液を取得した。前記各被験者の血液を遠心分離(1500g、5分間)し、上清を取得して、各被験者の血清試料を調製した。<Preparation of serum sample>
144 patients, including 3 gastric cancer patients (stage I-II: 2, stage III-IV: 1) and 9 colorectal cancer patients (stage I-II: 7, stage III-IV: 2) Blood was obtained by blood collection from the subjects. The blood of each subject was centrifuged (1500 g, 5 minutes), the supernatant was obtained, and the serum sample of each subject was prepared.
<ラマンスペクトルの取得>
ラマン分光法には、顕微ラマン分光装置(Bayspec社製)を用いた。前記顕微ラマン装置の仕様は以下の通りである。
励起光源:785nm(最大出力50mW)、1064nm(最大出力200mW)
検出系:CCDカメラ(1.4pixel/~22fps)
試料ステージ:正立型、電動・コンピュータ制御<Acquisition of Raman spectrum>
A microscopic Raman spectrometer (manufactured by Bayspec) was used for the Raman spectroscopy. Specifications of the microscopic Raman apparatus are as follows.
Excitation light source: 785 nm (
Detection system: CCD camera (1.4 pixels/~22 fps)
Specimen stage: Upright type, motorized/computer controlled
対物レンズは、LMPLN10XIR(倍率10倍、NA0.3、WD18、FN22、ガラス厚補正なし、シリコン厚補正なし)、LMPLN20XIR(倍率20倍、NA0.45、WD8.3、FN22、ガラス厚補正0-1.2、シリコン厚補正0-1.2)、又はMPLN50XIR(倍率50倍、NA0.65、WD4.5、FN22、ガラス厚補正0-1.2、シリコン厚補正0-1.2)(いずれも株式会社オリンパス製)を使用した。 The objective lens is LMPLN10XIR (10x magnification, NA0.3, WD18, FN22, no glass thickness correction, no silicon thickness correction), LMPLN20XIR (20x magnification, NA0.45, WD8.3, FN22, glass thickness correction 0- 1.2, silicon thickness correction 0-1.2), or MPLN50XIR (50x magnification, NA 0.65, WD 4.5, FN22, glass thickness correction 0-1.2, silicon thickness correction 0-1.2) ( Both were manufactured by Olympus Corporation).
18ゲージの注射針(内径1000μm、外径1200μm;フローマックス(登録商標)、二プロ)を装着した注射器で血清試料1mLを採取し、注射器中の血清試料をゆっくりと押し出して、針先に凸曲面を有する液滴を形成した(図9参照)。図8Bに示す距離r及び距離hが、それぞれ約2000μm及び約1000μmとなるように、液滴の大きさを調整した。
A 1 mL serum sample was collected using a syringe equipped with an 18-gauge needle (
針先に血清試料の液滴を形成した注射器を顕微ラマン分光装置の試料ステージに静置し、前記液滴の凸曲面の頂点に焦点を合わせて、785nm又は1064nmのレーザーを照射した。785nm波長のレーザーを使用した場合には出力50mVとし、1064nm波長のレーザーを使用した場合には出力200mVとした。1回の測定におけるレーザーの照射時間は15秒間とし、測定ソフトウェア(Pathologic System Version 1.0.1.0、Bayspec社製)によるベースライン補正を行って、ラマンスペクトルを記録した。1つの血清試料について、3回の測定を行い、その平均値を当該血清試料のラマンスペクトルとして取得した。 A syringe with a serum sample droplet formed on the needle tip was placed on the sample stage of a microscopic Raman spectrometer, and a 785 nm or 1064 nm laser was irradiated focusing on the apex of the convex curved surface of the droplet. The output was 50 mV when a 785 nm wavelength laser was used, and the output was 200 mV when a 1064 nm wavelength laser was used. The laser irradiation time in one measurement was 15 seconds, baseline correction was performed using measurement software (Pathological System Version 1.0.1.0, manufactured by Bayspec), and the Raman spectrum was recorded. Three measurements were performed for one serum sample, and the average value was obtained as the Raman spectrum of the serum sample.
785nm及び1064nmのいずれの励起光源を使用した場合も、明瞭なラマンスペクトルを取得できたが、1064nmのレーザー光源を使用した方が、より明瞭なラマンスペクトルを取得できた。対物レンズについては、倍率10倍又は倍率20倍の対物レンズを使用した場合に、より明瞭なラマンスペクトルを取得できた。 A clear Raman spectrum could be obtained by using either an excitation light source of 785 nm or 1064 nm, but a clearer Raman spectrum could be obtained by using a laser light source of 1064 nm. As for the objective lens, a clearer Raman spectrum could be obtained when an objective lens with a magnification of 10 times or a magnification of 20 times was used.
図10に、1064nmのレーザーを出力200mWで照射し、倍率20倍の対物レンズを使用して取得した血清試料のラマンスペクトルの一例を示す。図中に、図4Aのラマンシフトテーブルに記載のピークの位置を示した。 FIG. 10 shows an example of a Raman spectrum of a serum sample obtained by irradiating a 1064 nm laser with an output of 200 mW and using an objective lens with a magnification of 20 times. The figure shows the positions of the peaks described in the Raman shift table of FIG. 4A.
<胃がんの評価>
各被検体の血清試料から得られたラマンスペクトルについて、胃がんの被検体と非胃がんの被検体とで有意差を示すパラメーターを検討した。その結果、第1のピークとして(1)フェニルアラニンC-C変角振動(ひねり)、第2のピークとして(15)Amide I、第3のピークとして(13)CH3変角振動又はC-H変角運動を用いることにより、強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)に基づき、胃がん被験体の血清試料を判別できることが確認された。<Evaluation of gastric cancer>
Regarding the Raman spectrum obtained from the serum sample of each subject, the parameter showing a significant difference between the gastric cancer subject and the non-gastric cancer subject was examined. As a result, (1) phenylalanine C—C bending vibration (twist) as the first peak, (15) Amide I as the second peak, and (13) CH 3 bending vibration or C—H as the third peak. It was confirmed that the use of bending motion could discriminate serum samples from gastric cancer subjects based on the intensity ratio (P2/P1) and intensity ratio (P3/P1).
図11は、上記のように第1~3のピークを設定した場合のラマンプロットを示す。非胃がん患者のプロットは、グラフ中央に集簇する傾向があったが、胃がん患者のプロットは左下又は右上に分散する傾向があった。前記ラマンプロットの右下及び左上にカットオフライン(P2/P1≦2.2且つP3/P1≦2.45、P2/P1≧2.8且つP3/P1≧2.95)を設定することにより、感度100%、特異度80.8%で胃がん被検体の血清試料を判別することができた。 FIG. 11 shows Raman plots when the first to third peaks are set as described above. The plots for non-gastric cancer patients tended to concentrate in the center of the graph, while the plots for gastric cancer patients tended to scatter to the lower left or upper right. By setting cut-off lines (P2/P1 ≤ 2.2 and P3/P1 ≤ 2.45, P2/P1 ≥ 2.8 and P3/P1 ≥ 2.95) at the lower right and upper left of the Raman plot, A serum sample from a gastric cancer subject could be discriminated with a sensitivity of 100% and a specificity of 80.8%.
<大腸がんの評価>
各被検体の血清試料から得られたラマンスペクトルについて、大腸がんの被検体と非胃がんの被検体とで有意差を示すパラメーターを検討した。その結果、図4Aに示すラマンピークから、第1のピークとして(2)コレステロール、第2のピークとして(15)Amide I、第3のピークとして(5)フェニルアラニンベンゼン環呼吸振動、を用いることにより、強度比(P2/P1)及び強度比(P3/P1)に基づき、胃がん被験体の血清試料を判別できることが確認された。<Evaluation of colorectal cancer>
Regarding the Raman spectrum obtained from the serum sample of each subject, parameters showing a significant difference between colon cancer subjects and non-stomach cancer subjects were examined. As a result, from the Raman peaks shown in FIG. 4A, by using (2) cholesterol as the first peak, (15) Amide I as the second peak, and (5) phenylalanine benzene ring breathing vibration as the third peak, , based on the intensity ratio (P2/P1) and the intensity ratio (P3/P1), it was confirmed that serum samples from gastric cancer subjects could be discriminated.
図12は、上記のように第1~3のピークを設定した場合のラマンプロットを示す。非大腸がん患者のプロットは、グラフ中央に集簇する傾向があったが、大腸がん患者のプロットは左下又は右上に分散する傾向があった。ラマンプロットの右下及び左上にカットオフライン(P2/P1≦1.8且つP3/P1≦2.2、P2/P1≧2.4且つP3/P1≧2.8)を設定することにより、感度88%、特異度71.3%で大腸がん被検体の血清試料を判別することができた。 FIG. 12 shows Raman plots when the first to third peaks are set as described above. The plots for non-colorectal cancer patients tended to converge in the center of the graph, while the plots for colorectal cancer patients tended to scatter to the lower left or upper right. By setting cut-off lines (P2/P1 ≤ 1.8 and P3/P1 ≤ 2.2, P2/P1 ≥ 2.4 and P3/P1 ≥ 2.8) at the bottom right and top left of the Raman plot, the sensitivity It was possible to discriminate serum samples from colon cancer subjects with a specificity of 88% and a specificity of 71.3%.
以上の結果から、がん種に対応する第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークを設定することにより、強度比(p2/P1)及び強度比(P3/P1)に基づいて、被験者におけるがんの有無を判定できることが示された。 From the above results, by setting the first peak, the second peak, and the third peak corresponding to the cancer type, based on the intensity ratio (p2/P1) and the intensity ratio (P3/P1) , it was shown that the presence or absence of cancer in a subject can be determined.
<参考例1>
注射器に替えて図13に示すステンレス製の金属プレートを用いた以外は、上記と同様の方法で、血清試料のラマンスペクトルを取得した。血清試料を、前記金属プレートのウェルに入れ、血清試料の液面に焦点を合わせてレーザーを照射した。<Reference example 1>
A Raman spectrum of the serum sample was obtained in the same manner as described above, except that the stainless steel metal plate shown in FIG. 13 was used instead of the syringe. A serum sample was placed in the wells of the metal plate, and the liquid surface of the serum sample was focused and irradiated with a laser.
得られたラマンスペクトルは、極めて不安定であり、ピークの解析が困難であった。 The obtained Raman spectrum was extremely unstable, and peak analysis was difficult.
<参考例2>
血清試料の自然乾燥を行い、半乾燥血清試料を調製した。前記半乾燥血清試料を用いた以外は、上記と同様の方法で、ラマンスペクトルを取得した。<Reference example 2>
Air-drying of serum samples was performed to prepare semi-dried serum samples. A Raman spectrum was obtained in the same manner as described above, except that the semi-dried serum sample was used.
明瞭なラマンスペクトルを取得できたが、がん患者と非がん患者との間で、スペクトルの差異は認められなかった。これは、乾燥により、血清試料中の成分が修飾を受けたためと推測された。 A clear Raman spectrum could be obtained, but no spectral difference was observed between cancer patients and non-cancer patients. This was presumed to be due to the modification of the components in the serum sample by drying.
<参考例3>
血清試料の熱乾燥を行い、熱乾燥血清試料を調製した。前記熱乾燥血清試料を用いた以外は、上記と同様の方法で、ラマンスペクトルを取得した。<Reference example 3>
Heat drying of serum samples was performed to prepare heat dried serum samples. A Raman spectrum was obtained in the same manner as described above, except that the heat-dried serum sample was used.
明瞭なラマンスペクトルを取得できたが、がん患者と非がん患者との間で、スペクトルの差異は認められなかった。これは、熱変性により、血清試料中の成分が修飾を受けたためと推測された。 A clear Raman spectrum could be obtained, but no spectral difference was observed between cancer patients and non-cancer patients. This was presumed to be due to the modification of components in the serum sample due to heat denaturation.
<参考例4>
ガラス繊維に血清試料を吸収させて、ガラス繊維吸収血清試料を調製した。前記ガラス繊維吸収血清試料を用いた以外は、上記と同様の方法で、ラマンスペクトルを取得した。<Reference example 4>
A glass fiber-absorbed serum sample was prepared by absorbing the serum sample onto a glass fiber. A Raman spectrum was obtained in the same manner as described above, except that the glass fiber-absorbed serum sample was used.
明瞭なラマンスペクトルを取得できたが、がん患者と非がん患者との間で、スペクトルの差異は認められなかった。これは、ガラス繊維への吸収による乾燥により、血清試料中の成分が修飾を受けたためと推測された。 A clear Raman spectrum could be obtained, but no spectral difference was observed between cancer patients and non-cancer patients. It was presumed that this was because the components in the serum sample were modified by drying due to absorption on the glass fiber.
本発明によれば、血液試料で簡便且つ迅速に被検体におけるがんの有無を判定することが可能な、血清試料検査装置、及び血清試料の検査方法が提供される。また、前記血清試料検査装置及び検査方法に適用可能な、血清試料のラマンスペクトルの取得方法、及び血清試料のラマン分光分析用セルが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the serum sample test|inspection apparatus and the test|inspection method of a serum sample which can determine the presence or absence of cancer in a test object simply and rapidly with a blood sample are provided. Also provided are a method for obtaining a Raman spectrum of a serum sample and a cell for Raman spectroscopic analysis of a serum sample, which are applicable to the serum sample testing device and testing method.
1 ラマン分光分析用セル
10 中空管
11 凸曲面形成部
12 供給路
20 外筒
21 目盛り部
20a 筒部
20b 中空管保持部20b
21a,21b 目盛り
30 プランジャ
31 ガスケット
40 支持部
41,42,43 支持片
50 血清試料
51 凸曲面
100 血清試料検査装置
110 ラマンスペクトル取得部
120 ステージ
130 光源装置
140 ダイクロイックフィルタ
141 ビームスプリッタ
142 ロングパスフィルタ
143,144 レンズ
150 対物レンズ
160 分光器
170 冷却CCDカメラ
171 観察用CCDカメラ
190 処理装置
191 強度取得部
192 強度比算出部
193 判定部
194 出力部
195 記憶部
196 制御部1 Raman
21a,
Claims (3)
検査対象のがん種に応じて設定される第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークについて、前記ラマンスペクトルから、前記第1のピークの強度(P1)、前記第2のピークの強度(P2)、及び前記第3のピークの強度(P3)を取得する強度取得部と、
前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第2のピークの強度(P2)の強度比(P2/P1)、及び前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第3のピークの強度(P3)の強度比(P3/P1)を算出する強度比算出部と、
前記強度比(P2/P1)及び前記強度比(P3/P1)に基づいて、前記被検体におけるがんの有無を判定する判定部と、
を備え、
前記ラマンスペクトル取得部は、前記血清試料の液滴が凸曲面を形成した状態で、前記凸曲面の頂点に励起光の焦点を合わせて、前記血清試料のラマンスペクトルを取得する、
血清試料検査装置。 a Raman spectrum acquisition unit that acquires a Raman spectrum of the serum sample of the subject;
For the first peak, the second peak, and the third peak set according to the cancer type to be examined, from the Raman spectrum, the intensity (P1) of the first peak, the second peak an intensity acquisition unit that acquires the intensity (P2) of and the intensity (P3) of the third peak;
The intensity ratio (P2/P1) of the intensity of the second peak (P2) to the intensity of the first peak (P1), and the intensity of the third peak to the intensity of the first peak (P1) ( an intensity ratio calculator that calculates the intensity ratio (P3/P1) of P3);
a determination unit that determines the presence or absence of cancer in the subject based on the intensity ratio (P2/P1) and the intensity ratio (P3/P1);
with
The Raman spectrum acquisition unit acquires the Raman spectrum of the serum sample by focusing the excitation light on the vertex of the convex curved surface in a state where the droplet of the serum sample forms a convex curved surface.
Serum sample testing device.
検査対象のがん種に応じて設定される第1のピーク、第2のピーク、及び第3のピークについて、前記ラマンスペクトルから、前記第1のピークの強度(P1)、前記第2のピークの強度(P2)、及び前記第3のピークの強度(P3)を取得する工程と、
前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第2のピークの強度(P2)の強度比(P2/P1)、及び前記第1のピークの強度(P1)に対する前記第3のピークの強度(P3)の強度比(P3/P1)を算出する工程と、
前記強度比(P2/P1)及び前記強度比(P3/P1)に基づいて、前記被検体におけるがんの有無を判定する工程と、
を含む、血清試料の検査方法。 A step of acquiring a Raman spectrum of a serum sample of a subject, wherein the droplet of the serum sample forms a convex curved surface, and excitation light is focused on the vertex of the convex curved surface to obtain the Raman spectrum of the serum sample. obtaining a spectrum;
For the first peak, the second peak, and the third peak set according to the cancer type to be examined, from the Raman spectrum, the intensity (P1) of the first peak, the second peak obtaining the intensity (P2) of and the intensity (P3) of the third peak;
The intensity ratio (P2/P1) of the intensity of the second peak (P2) to the intensity of the first peak (P1), and the intensity of the third peak to the intensity of the first peak (P1) ( A step of calculating the intensity ratio (P3/P1) of P3);
determining the presence or absence of cancer in the subject based on the intensity ratio (P2/P 1 ) and the intensity ratio (P3/P1);
A method for testing a serum sample, comprising:
前記液滴の前記凸曲面が維持された状態で、前記凸曲面の頂点に励起光の焦点を合わせて、前記血清試料のラマンスペクトルを取得する工程と、
を含む、血清試料のラマンスペクトルの取得方法。 forming a convex curved surface with a droplet of the serum sample;
obtaining a Raman spectrum of the serum sample by focusing excitation light on the apex of the convex surface while maintaining the convex surface of the droplet;
A method of obtaining a Raman spectrum of a serum sample, comprising:
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