JP7764044B2 - 診断用放射線を供給するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、被験者の「身体」上および／または「身体」内の部位の光線力学治療および／または光線温熱治療、および／または診断のためのシステムおよび方法に関し、放射線が、上記部位との反応のために上記部位へ照射される。ここで、上記システムは、少なくとも１つの放射線源から反応部位への放射線の供給手段と、上記反応部位から少なくとも１つの放射線センサへの放射線の供給手段とを備えており、上記反応部位は、好ましくは、腫瘍部位などの組織部位である。

腫瘍疾患の医学療法の分野では、いくつかの治療法が、悪性腫瘍疾患の治療のために開発されている。手術、細胞増殖抑制治療、電離放射線（ガンマ線または粒子線）による治療、アイソトープ治療、および放射性の針を使用する小線源治療が、一般的な治療法の例である。治療の大きな進歩にもかかわらず、腫瘍疾患は依然として多くの人間の苦痛の原因となっており、西側諸国において死因の高い割合を占めている。治療法の一つである光線力学治療（ＰＤＴ）は、治療分野における補完策または代替策を提供する。通常、感作物質と呼ばれる光活性化剤は、身体に対して、経皮的、経口的、または局所的に投与される。それは、悪性腫瘍内に、周囲の健常組織内よりも高い程度まで蓄積し得る。腫瘍領域は次いで、通常、レーザからの非熱赤色または赤外光により照射され、感作物質はより高いエネルギ状態へ励起される。活性化された感作物質から組織の酸素分子へのエネルギ伝達により、一重項状態の酸素および他の酸化種が形成される。一重項酸素は組織に対して特に有毒であることが知られており、細胞は根絶され、組織は壊死する。腫瘍細胞に対して感作物質が局在するため、周囲の健常組織が温存されるという、独特の選択性が得られる。

レーザ温熱療法は、光感作物質を利用する代わりに、より高いレーザ出力により、標的組織を加熱し、熱効果により組織死を引き起こす、関連した治療法である。

活性化光の組織内の透過が限定的であることがＰＤＴの欠点であり、同様の制約がレーザ温熱療法にも存在している。その結果、表面腫瘍のみが表面照射により、治療され得る。より厚い深部の腫瘍を治療するために、隙間への光供給が利用され得る。ここでは、光伝導光ファイバが、たとえば内腔に上記ファイバが配置された注射針を使用して腫瘍内に導入される。動脈への挿入のための、カテーテルベースのシステムが米国特許第５，３０４，１７３号明細書に開示されている。上記システムは、経皮的であり、血管壁上の組織の診断および除去に使用され得るが、隙間には使用され得ない。

効率的な治療を実現するために、いくつかのファイバが、十分な投与量の光をすべての腫瘍細胞が受けることを確かめるために使用され得る。組織の吸収および散乱特性の投与量算出を行うことが実現可能であることが示されている。上記投与量算出を行うために、まず、治療が行われることになる領域内の組織を介した光束の測定を行うことが有利である。次いで、上記測定は組織の吸収および散乱特性を判定するために使用され得る。上記測定は、別個の組の光ファイバにより行われ得るが、一般に、治療に使用されるものと同じ組の光ファイバを使用することが好ましい。なぜなら、その場合、組織内に挿入されなければならない光ファイバは全体で、より少なく、および、挿入されるファイバは、測定および治療に使用される場合に、全く同じ体積におよぶことになるからである。治療と同じ組の光ファイバを測定に使用する場合、測定と治療との間で切り替えるために特定の手段を有する必要がある。たとえば、欧州特許出願公開第１４４３８５５号明細書には、複数のファイバが、治療および他のファイバからの組織の透過において特定のファイバに達する光束の測定に使用されるシステムが開示されている。

欧州特許出願公開第１４４３８５５号明細書は、光ファイバおよび回転ディスク配置を使用することにより、治療と測定とを切り替えるための手段を開示している。このようにして、正しい光投与量が、腫瘍のすべての部分に対して実現され得る。

前述されているように、隙間での照射および測定を行う場合の制約は、回転ディスク配置が遅く、製造コストが高く、および、広範囲にわたる調整および保守を必要とすることである。よって、欧州特許出願公開第１４４３８５５号明細書では、非機械的動作モードセレクタが放射線導体を通じて治療用放射線および／または診断用放射線を反応部位へ導くために使用される、システムおよび方法が開示されている。たとえば、電気的に制御された屈折率変化に基づく電気光学スイッチ、または、音響発生ブラッグ偏向に基づく音響光学スイッチなどの、いくつかの非機械的動作モードセレクタが開示されている。しかし、これらの非機械的動作モードセレクタは、機械式スイッチに対する改良であるが、コストおよび複雑度を加える能動部品である。

受動部品によるモード選択は、治療用放射線および診断用放射線の光路を一致させるためにビームスプリッタを使用することにより実現され得るが、治療用放射線および診断用放射線の波長が同じである場合、ビームスプリッタは、治療用放射線および診断用放射線の双方において放射線の損失につながることになる。たとえば、ビームスプリッタが５０／５０の透過率／反射率を有する場合、治療用放射線の半分および診断用放射線の半分が失われることになる。

よって、放射線の供給および測定を同じ部材で組み合わせるための新たな改良された装置および方法が有利になる。

よって、本開示の例は、好ましくは、以上で明確化されたものなどの、当該技術分野における１つもしくは複数の欠陥、欠点、または問題点を、放射線の供給、ならびに測定を同じ部材で組み合わせるための、添付された特許請求の範囲に記載の装置、システム、または方法を提供することにより、単独で、または任意の組み合わせで軽減し、緩和し、またはなくそうとするものである。

レーザ、および一部の発光ダイオードは、高い放射輝度、すなわち、発光面面積、および単位立体角あたりの出力が高いことが知られている。この特性の結果として、レーザ光源から発せられた光は、小さな開口数ＮＡでも、小さな面積内で集束させられ得る。一方、生体組織を横断した光は通常、散乱させられており、その結果、一旦それが上記生体組織から発せられると比較的低い放射輝度をもたらす。生体組織から発せられた光を効率的に捕捉するためには、比較的大きな断面積を有し、かつ高いＮＡを有している光ガイドを使用することが好ましい。

本開示は、光源および光ガイドのこれらの特性を利用して、機械的または能動的なスイッチング要素を必要とすることなく、上記組織への光の供給、および上記組織の測定の動作モードを受動的に整合させるための手段を提供する。

本開示の一態様では、被験者の診断のためのシステムが開示される。上記システムは、赤外光、可視光、または紫外光の波長範囲内の診断用光の放射のための少なくとも１つの診断用光源であって、上記診断用光源が少なくとも１つの光ビームを発し得る、少なくとも１つの診断用光源を含み得る。上記システムは、光の検出のための少なくとも１つの光検出器、および、上記被験者の組織部位との間で光を伝えるように構成された複数の光学部材も含み得る。上記複数の光学部材の遠位端は、効果的な診断および／または処置を可能にするために、上記組織部位における異なる位置において配置可能であるように構成され得る。

上記システムは、複数の上記光学部材のそれぞれは、上記少なくとも１つの診断用光源からの複数の上記光ビームのうちの少なくとも１つが少なくとも１つの集束光学部品により、上記複数の光学部材の近位端に入射するように構成されることをさらに含み得る。組織から送り返された上記診断用光の少なくとも一部が、集束された上記光ビームの角度セクタとは異なる角度セクタで上記複数の光学部材の上記近位端から発せられ、上記組織から後方散乱した上記診断用光が上記少なくとも１つの光検出器により検出され得る。

本開示のいくつかの例では、上記複数の光学部材は、組織内の隙間に配置されるように構成され得る。

本開示のいくつかの例では、上記システムは、双方向型の光線力学または光線温熱治療用にさらに構成されており、赤外光、可視光、または紫外光の波長範囲内の治療用光の発光のための少なくとも１つの治療用光源を備えており、上記治療用光源が、上記集束光学部品により上記光学部材の上記近位端に入射される少なくとも１つの光ビームを発し得る。

本開示のいくつかの例では、上記診断用光源は上記治療用光源と同じであり得る。

本開示のいくつかの例では、上記診断用光源の波長範囲は上記治療用光源の波長範囲と同じであり得る。

本開示のいくつかの例では、上記システムは、上記光学部材の上記近位端から上記少なくとも１つの検出器へ上記光を入射させるために使用される反射部材をさらに含み得る。

本開示のいくつかの例では、上記反射部材は、少なくとも１つのアパーチャを有し、上記診断用光が、上記少なくとも１つの診断用光源と、上記複数の光学部材の上記近位端との間を進む際に上記アパーチャを介して伝送される。

本開示のいくつかの例では、上記アパーチャは少なくとも１つの穴またはスリットである。

本開示のいくつかの例では、上記複数の光学部材のうちの１つは、上記組織部位へ上記診断用光を伝送するために使用される送信部材であり、上記複数の光学部材のうちの少なくとも２つの他の光学部材は、検出のために上記組織部位から後方散乱光を受け取るための受信部材であり得る。

本開示のいくつかの例では、上記送信部材は、上記複数の光学部材の中から順次選択され得る。

本開示のいくつかの例では、上記システムは、複数のモジュールを備えており、各モジュールは、上記少なくとも１つの診断用光源のうちの少なくとも１つを備える発光部と、上記少なくとも１つの検出器のうちの少なくとも１つを備える光検出部と、上記少なくとも１つの集束光学部品のうちの１つと、上記複数の光学部材のうちの１つとを備え得る。

本開示のいくつかの例では、上記送信部材は、上記複数のモジュールの上記発光部を順次、オンおよびオフに切り替えることにより、上記複数の光学部材の中から順次、選択され得る。

本開示のいくつかの例では、上記システムは、上記少なくとも１つの光源と、上記複数の光学部材の上記近位端との間、および、上記複数の光学部材の上記近位端と、上記少なくとも１つの光検出器との間に開放ビーム経路を有するように構成される。

本開示のいくつかの例では、前記複数の光学部材は、空間分解測定を行うように上記組織部位内に配置されるように構成され得る。

本開示のいくつかの例では、 少なくとも１つの第２の集束要素が、上記少なくとも１つの検出器の手前に配置され得る。

本開示の別の態様では、光学部材内へ入射し、上記光学部材から出射する光を結合する方法が開示される。上記方法は、光源を使用して赤外光、可視光、または紫外光の波長範囲内の少なくとも１つの光ビームを伝送する工程を含み得る。

上記方法は、少なくとも１つの集束光学部品により、上記光学部材の近位端に上記光ビームを入射させる工程も含み得る。

上記方法は、上記光学部材の遠位端を使用して後方散乱光を集め、集められた上記光を上記光学部材の上記近位端において発する工程であって、上記光学部材により発せられた上記光は、上記光学部材の上記近位端に入射された上記光ビームの角度セクタとは異なる角度セクタを少なくとも部分的に有する工程と、上記光学部材の上記近位端から発せられた、上記集められた光を少なくとも１つの光検出器を使用して検出する工程をさらに含み得る。

本明細書において使用される場合の、「光」との語は、紫外放射線、可視光、および赤外放射線を含む電磁スペクトル内の任意の波長の電磁放射線を特定するものと解釈されることが強調されるものとする。

本開示が、悪性腫瘍の処置を行う場合の使用に限定されないが、光ファイバなどの光学部材を使用して組織の治療が行われる任意の状況、または、光学部材を使用して組織内の測定が行われる任意の状況において使用され得ることも強調されるものとする。

本開示が、光源としてのレーザへの使用に限定されないが、十分高い放射輝度を有する任意のタイプの光源を使用し得ることも強調されるものとする。

本明細書中で使用される場合の「comprises/comprising」との語は、記載された特徴、整数、工程、または構成要素の存在を特定するものと解釈されるが、その１つもしくは複数の他の特徴、整数、工程、構成要素、またはそれらの群の存在もしくは追加を排除するものでないことも強調されるものとする。

本開示の例が可能な、これらおよび他の態様、特徴、および利点は、添付図面が参照されて、本開示の例の以下の説明から明らかになり、説明されるであろう。

図１は、本開示による構成の模式例を示す。 図２は、光学部材内へ入射する光と、上記光学部材から出射する光とを結合するための配置の模式例を示す。 図３は、光学部材内へ入射する光と、上記光学部材から出射する光とを結合するための配置の模式例を示す。 図４は、光学部材内へ入射する光と、上記光学部材から出射する光とを結合するための配置の模式例を示す。 図５は、光学部材内へ入射し、上記光学部材から出射する異なる波長において少なくとも２つの光源を結合する例を示す。 図６は、光学部材内へ入射し、上記光学部材から出射する異なる波長において少なくとも２つの光源を結合する例を示す。 図７は、光学部材内へ入射し、上記光学部材から出射する異なる波長において少なくとも２つの光源を結合する例を示す。 図８は、前述の構成が、複数の位置において入射し、出射する光を結合するためのモジュールとしてどのように配置され得るかの例である。 図９は、穴である、ミラー内のアパーチャの模式例を示す。 図１０は、スリットである、ミラー内のアパーチャ、または、１つもしくは複数のスリットを形成する２つ以上の別個のミラー内のアパーチャの模式例を示す。

以下の開示は、受動部品を使用することにより、同じ部材内での、放射線の供給、および測定を組み合わせることに適用可能な、本開示の例に的を絞っている。本開示は、組織の光線力学または光熱温熱治療に適用可能であり得る。たとえば、これは、光投与量の正確な線量測定に有利であり、よって、所望の組織が治療されるが、周囲の組織は温存される。しかし、本説明は、この適用分野に限定されるものでないが、受動部品を使用することにより、同じ部材内での、放射線の供給および測定を組み合わせることが有用である多くの他のシステムに適用され得ることが理解されるであろう。

図１に示されるような、光ファイバなどの光学部材に結合されることが意図された光を発するレーザを考えてみる。

図１は本開示の例を示す。レーザなどの光源１は、レンズまたはレンズアセンブリなどの集束部品６により集束され得る、光ビームなどの光４を、光導波管または光ファイバなどの光学部材２内に発し得る。上記光は、光学部材２の近位端に入射され得る。

光源１の特性が理由で、集束されたビーム８の開口数ＮＡは、光学部材２の受光角より小さくてもよい。

光学部材２の遠位端（図示せず）は、組織部位または腫瘍など、測定もしくは診断されるべき領域から後方散乱光を集めるために使用され得る。集められた後方散乱光は、光学部材２の近位端により、発せられ得る。光学部材２は、集束させられたビーム８よりも大きいＮＡを有する場合があり、組織部位などの、光を後方散乱させる領域から光学部材２により集められた光は拡散されるため、光学部材２から発せられた光９は、光学部材２のＮＡを満たす。よって、光学部材２から発せられた光９は、集束させられた光ビーム８よりも幅の広いビームとなり得る。

発せられた光は、少なくとも１つの検出器を使用して検出され得る。

追加的および／または代替的に、少なくとも１つの光源１から発せられた光４は、ミラーなどの反射部材５を通過することができる。反射部材５は、ある点では光源１からの光をアパーチャ１３を通じて通過させ得るが、それ以外では反射する。光学部材２の近位端から発し返された光９が光学部材２のＮＡを満たすことが理由で、光学部材２から発せられた光９の主要部分は、反射部材５で反射することができ、少なくとも１つの検出器３を使用して検出され得る。少なくとも１つの検出器は、反射部材５により、反射させられた光９を検出器上に集束させるように手前に配置された第２の集束部品７、たとえばレンズまたはレンズアセンブリを有し得る。

少なくとも１つの光源１から光学部材２へ送信された光、および光学部材２から少なくとも１つの検出器３へ発せられて集められた光は、導波管またはファイバを使用することなく、開放光路内で伝送され得る。

開示されたシステムおよび方法では、機械的または能動的なスイッチを必要とせずに、ファイバを介して光を供給し、同じファイバを介して同じ波長において光を測定することが可能である。

本開示における技術を使用する利点は、光の供給から測定の実行への切り替えが瞬時に行われ、これにより、処置時間の短縮、およびクリニック内の合計時間の短縮につながり得るということである。

本開示のさらなる利点は、スイッチングモジュールでは不可能な、同じ光学部材内での同時の光供給および測定を可能にこれにより、し得ることである。

本開示のさらなる利点は、可動部品を有しておらず、これにより、部品の故障の確率を低減させ得ることである。

本明細書中の本開示のいくつかの例では、少なくとも１つの光源１からの光４は、光学集束部品６により集束された光ビーム８を得ることにより、近位光学部材２内に入射され得る。本明細書中の本開示のいくつかの例では、光学部材から発せられた光は、少なくとも１つの光検出器３により、直接検出され得る。検出器３は、たとえば、フォトダイオード、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、電荷結合素子（ＣＣＤ）、またはＣＭＯＳ感光素子であり得る。

一例では、光源は、ランプ、フォトダイオードたとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）、またはレーザダイオードであり得る。光源は、発せられた光の波長をフィルタリングするための１つまたは複数のフィルタを有し得る。

光源は、デオキシヘモグロビンおよび／またはオキシヘモグロビンなど、組織内の１つまたは複数の発色団の吸収に対応する波長を有する診断用光源であり得る。また、光源は、腫瘍の治療など、組織部位の治療に使用される光源と同じ場合もある。

診断および治療を同時に行う場合、それらは同時に行われ得る。たとえば、任意の治療期間の後に、任意の診断期間が続く場合がある。いくつかの例では、治療は診断と同時に行われ得る。

いくつかの例では、たとえば、限定でないが、レンズ、曲面鏡、回折部品、ホログラフィック部品、フレネルレンズ、フレネルミラー、微小電気機械（ＭＥＭＳ）ミラーを含む任意のタイプの集束部品６が、光源１からの光を光学部材２内に集束させ、および／または、光学部材２の近位端から発せられた光をコリメートするために使用される。なお、図中の本開示の図示では、レンズは、これらの部品のいずれかと交換され得る。

いくつかの例では、光学部材２から発せられた光を検出器３上に集束させるために使用され得る集束部品７は、限定でないが、レンズ、曲面鏡、回折部品、ホログラフィック部品、フレネルレンズ、フレネルミラー、微小電気機械（ＭＥＭＳ）ミラーであり得る。

いくつかの例では、導光導体などの任意のタイプの光学部材２は、組織部位などの反応部位へ光を伝えるために使用される場合があり、限定でないが、光ファイバ、液体光ガイド、中空光ガイド、またはプラスチック光ガイドを含み得る。

いくつかの例では、光源からの光がミラーにより、光ファイバへ導かれる一方、光ファイバから発せられた光は光ファイバと同じ光軸上で検出される。

図２を考えてみる。ここでは、光源１からの光が、レンズなどの光学集束部品６により集束されて、光導波管または光ファイバなどの光学部材２内に集束される光ビーム８が得られる。光学部材２により発せられた光の一部分は、光検出器３により検出され得る。

集束された光ビーム８よりも広いビームをもたらし得る光学部材２から発せられた光９が光学部材２のＮＡを満たすので、光は検出され得る。検出器３は、集束された光ビーム８のビーム経路に対してある角度をなして配置され、それにより、光学部材２から発せられた光９の少なくとも一部分を集め得る。

別の例が図３に示される。光源１からの光ビームが、光学集束部品６により集束されて、光学部材２の近位端に導かれて集束された光ビーム８を取得し得る。光学部材２から発せられた光９が、光学集束部品６が位置決めされ得る穴を中心に有する円盤状の光検出器３により測定され得る。

図４を考えてみる。ここでは、光源１からの光ビームが、ミラーなどの反射部材１０で反射され、光学部材２の近位端に、集束部品６により集束させられる一方、光学部材２から発せられた光が、集束部品７６および光検出器３により検出される。

本明細書に開示された配置のいくつかの例では、複数の光源が、同じ光学部材に結合される。たとえば、組織の酸素飽和度を測定するために、異なる波長の少なくとも２つの光源が、酸素化と非酸素化ヘモグロビンとを区別するために必要である。代替的および／または追加的に、いくつかの例では、複数の光源が、同じ光学部材に結合され、少なくとも１つの光源が発色団を測定するために、たとえば、組織の酸素飽和度の検出のために使用される一方、少なくとも第２の光源は治療に使用される。

図５を考えてみる。ここでは、３つの光源１ａ、１ｂ、１ｃとして示されている、異なる波長を有する少なくとも２つの光源が光学部材２に結合されている。ビームスプリッタ１１は、光源１ａの波長を透過するが、光源１ｂの波長を反射するように選択され得る。ビームスプリッタ１２は、光源１ａおよび１ｂの波長を透過するが、光源１ｃの波長を反射するように選択され得る。これは、波長の昇順に光源１ａ、１ｂ、１ｃ、２、および３を配置し、ショートパスフィルタとしてビームスプリッタ１１を選択し、より高いカットオフ波長を有するショートパスフィルタとしてビームスプリッタ１２を選択することにより、実現され得る。

代替的に、それは、波長の降順に光源１ａ、１ｂ、１ｃを配置し、ロングパスフィルタとしてビームスプリッタ１１を選択し、より低いカットオフ波長を有するロングパスフィルタとしてビームスプリッタ１２を選択することにより、実現され得る。なお、光源の数は３に限定されるものでなく、任意の数の光源が同じ原理で使用され得る。なお、ビームスプリッタ１１、１２は、ハイパスまたはローパスビームスプリッタに限定されるものでなく、適切な特性を有する任意の波長選択型ビームスプリッタ、たとえばバンドパスビームスプリッタまたはノッチビームスプリッタが使用される場合もある。

光学部材２内へ入射し、および上記光学部材２から出射する光を結合するための配置は図１のように示されるが、これは一例に過ぎず、図２～図４に関して説明されたような他の方法も可能である。

いくつかの例では、複数の光源１ａ、１ｂ、１ｃが、ビームスプリッタを必要とすることなく、光学部材２内に結合され得る。図６中の図示を考えてみる。ここでは、各光源１ａ、１ｂ、１ｃからの、光ビームなどの光が空間的に分離され、それぞれが、ミラーなどの反射部材５内のアパーチャ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを通過し、次いで、集束部品６により、光学部材２内に集束させられる。

集められた光は、次いで、光学部材２の近位端により発せられ、集束部品６によりコリメートされ、反射部材５により反射されて、少なくとも１つの検出器３に向けて導かれ得る。少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つの検出器３上に光を集束させるように前に配置された第２の集光部品７を有し得る。

いくつかの例では、光路および／またはビーム毎に単一のアパーチャ１３を使用する代わりに、スリットが反射部材５において使用され得る。

アパーチャ１３としての穴を有する配置がどのように見え得るかが図９にさらに示される一方、アパーチャ１３としてスリットを使用する代替策が図１０にさらに示される。これらの例では、反射部材５は単一の光源１で使用されるが、原理は複数の光源の場合も同じである。複数の光源１を使用する図９の場合、反射部材５は、さらなるアパーチャ１３、たとえば、光源および／もしくは光路ならびに／または光ビーム毎に１つのアパーチャ１３を有し得る。図１０では、単一のスリットが、上記スリットが光源１からの光路を収容するのに十分長い限り、複数の光源で使用され得る。あるいは、反射部材５は、光源および／もしくは光路ならびに／または光ビーム毎にスリット１３を有し得る。上記スリットは、ミラーなどの反射部材内にスリットを作ることにより、または、２つのミラーであって、スリットになる隙間（gap）がそれらの間にある状態で２つのミラーを互いに隣り合わせに位置決めすることにより、得られ得る。

図７中の図示を考えてみる。ここでは、各光源１ａ、１ｂ、１ｃからの光ビームが反射部品１３、１４を使用して空間的に分離され得る。この例では、複数の光源１ａのうちの１つが光軸に沿って配置される一方、その他の２つは、光軸に対して、ある角度をなして、たとえば垂直に配置される。光軸からの異なる距離において反射部材１３、１４を配置することにより、光がその他の光源１ｂ、１ｃから反射されて３つの平行の光路および／またはビーム経路を得ることができる。

複数の平行の光路および／またはビーム経路それぞれは、反射部材５内の、たとえば図９または図１０に示されたようなアパーチャを通過し得る。光は次いで、集束部品６により光学部材２内に集束され得る。光学部材２からの戻り光の大部分は、光源１ａの波長（最短波長）を有する光を反射するビームスプリッタ１５へ、反射部材５により反射される場合がある一方、光源１ａの光より長い波長を有する光は、透過される場合があり、および検出器３ａにより検出される場合がある。ビームスプリッタ１５により反射された光は、検出器３ｂにより検出される場合があり、または、検出器３ｂに向けて光を導くさらなる反射要素１６、たとえばミラーにより反射され得る。この配置により、光源１ａの波長の光は、光源１ｂまたは１ｃいずれかからの光と同時に検出され得る。あるいは、光源１ａからの光は、光源１ａの波長よりも長い波長の蛍光、たとえば光感作物質による蛍光を組織内に誘起し得る。そうした場合には、蛍光は、検出器３ｂにより検出される、光源１ａからの光と分離され、検出器３ａにより検出され得る。光源１ｂおよび１ｃは光源１ａの後に順次、オンに切り替えられる場合があり、検出された光は、検出器３ａにより検出され得る。

いくつかの例では、本開示において開示されたような複数のモジュールが、欧州特許出願公開第１４４３８５５号明細書に開示された方法で相互作用し得るように単一の完全なシステムに組み合わせられる。図８は、図１～図７のいずれかに示されたような複数のモジュールに基づいたシステムである。複数の光ファイバが、当該システムに接続され得る。上記システムは、組織内に挿入される、たとえば、隙間に（interstitially）挿入されるように構成された少なくとも２つの光学部材を含み得る。少なくとも２つの光学部材は、光を発し、および／または集めるように構成され得る。システムは、光が少なくとも１つの光学部材から組織へ伝送され、光を集める少なくとも１つの光学部材により、組織から光が検出されるように、システムを制御するように構成された制御ユニットをさらに含み得る。これにより、発光光学部材および集光光学部材の対について、測定された値のデータセットを得ることができる。

たとえば、複数の光学部材のうちの送信部材が、上記複数の光学部材の中から順次、選択される。これは、複数のモジュールの発光部を順次、オンおよびオフに切り替えることにより行われる。

いくつかの例では、システムは、複数の光学部材を含み得る。いくつかの例では、一度に１つの単一のファイバが光を発し、他のファイバは全て、光を集め得る。あるいは、いくつかの例では、発するファイバすべてのサブセット、もしくは、集めるファイバすべてのサブセット、または、これらの組み合わせを使用するなどの他の測定レジメン（regimens）が可能であり得る。

システムのいくつかの例では、組織の測定および／または判定された光学特性は、光線力学治療またはレーザ温熱療法の光投与量を算出するために使用され得る。

いくつかの例では、複数の光学部材は、空間分解測定が行われ得るように組織部位上に配置されるように構成される。光学特性はその場合、放射伝達の輸送方程式を解くことにより、測定値から得られ得る。

システムのいくつかの例では、光学部材は、光ファイバまたはディフューザを有する光ファイバであり得る。光学部材は、深部の組織部位の治療および／または診断を可能にするように組織内に隙間に（interstitially）配置されるように構成され得る。一例では、これは、針、シリンジ、および／またはカテーテルを使用して行われ得る。

あるいは、いくつかの例では、光学部材は、皮膚表面、または体腔内の表面などの、組織部位の表面との間で光を伝達するように構成される。

光学部材は、発せられた光を光源から組織へ伝達し、集められた光を検出器へ伝達し得る。光源および検出器は、本明細中に開示された任意のタイプの光源および検出器であり得る。

他の例では、本開示は、前述の説明において適用された条件に限定されない場合がある。以下では、いくつかの他の例について説明される。

いくつかの例では、一度に１つの光源からのみでなく、他の波長の光も同時に検出することが有利である。図１～図１０中の検出器は、たとえば、分光計、または複数の波長選択型光学フィルタおよび検出器を使用することにより、ファイバから発し返された光を空間分解するための手段により、置き換えられ得る。

いくつかの例では、ミラーの１つまたは複数のアパーチャは、透明なミラー上の領域である一方、ミラーの表面の残りの部分は反射材料によりコーティングされている。

いくつかの例では、ミラーの１つまたは複数のアパーチャは、図９に示されたような、ミラーの穴である。

いくつかの例では、ミラーの１つまたは複数のアパーチャは、ミラーのスリット、または図１０に示されたような、１つまたは複数のスリットを形成する２つ以上の別個のミラーである。

以下の節では、本開示によるシステムに関する基本原理について説明される。当該説明は、３つの診断用光源および６つの光学部材、たとえば、単一の光学部材、好ましくは光ファイバに結合された３つの診断用光源をそれぞれが備える６つのモジュールを有する例示的なシステムに基づく。

反応部位または治療部位とは、当該文脈では、光線温熱治療などの治療が行われる部位、または、治療用放射線を受けると腫瘍内で、光線力学的に活性の化合物が反応し得る部位を意味する。治療用放射線は、たとえば、腫瘍内に配置された注射針またはカテーテルの内腔を介して送られた光学部材により伝えられる。これらの光学部材は次いで、反応部位内に固定され得る。次いで、光学部位は、前方に移動されて上記針またはカテーテルの遠位端外側に達し得る。統合的な診断および線量測定のため、および、患者が複数回、刺されることを回避するために、同じ光学部材は治療中に連続して使用される。

好ましくは、診断用光源は、レーザおよび／または発光ダイオードである。それらのうちの１つが、光線温熱治療または光線力学的腫瘍治療のためのレーザ照射に利用されるレーザと波長が同じであるが、出力パワーがより低くてもよい。測定作業すべてについて正確なダイナミックレンジが利用されることを確保するとともに、放射線検出器の飽和を防止するために、好適なフィルタが光路内に挿入されるように配置され得る。

複数の診断用光源の一部は、対応する波長の放射線が治療部位における腫瘍の組織をどのように透過するかを調べるために利用される。

放射線源からの放射線が、上述の配置を経て特定の光学部材を介して組織内に伝送されると、複数の光学部材のうちの１つは、腫瘍などの組織部位内への伝送手段として機能し、その他、この例では、腫瘍などの組織部位内の５つの光ファイバは、受信手段として機能し、それらに達する拡散した放射線束を集め得る。光学部材は、集められた光を伝送し、上記光を、上述したように少なくとも１つの検出器により検出され得るように発し、５つの異なる光強度が波長毎に記録され得る。

特定の波長に対する代替策として、光学的に広い光源、たとえば白色光源および／または広帯域発光ダイオードおよび／または線光源からの光は、特定の能動光学部材（active optical member）に結合され得る。患者内の光学部材まで組織を通過する際に、光源の明確に規定されたスペクトル分布は、組織吸収により変化し得る。次いで、酸素化された血液は、酸素化されていない血液とは異なるサインをもたらし、読み出される３０の異なるスペクトル分布を利用する酸素分布の断層撮影による判定を可能にする。上記スペクトル分布は、可能性のある６つの異なるコンスタレーション（constellations）における一度に５つのスペクトルである。ＰＤＴプロセスは、組織内の酸素へのアクセスを必要とするため、腫瘍内の酸素化のそのような判定は重要である。

最後に、複数の光源のうちの１つが組織内に蛍光を誘起することができ、感作物質が組織に投与された場合には、より長い波長側にシフトした特徴的な蛍光分布が示される。対応する信号の強度は、組織内の感作物質のレベルの概略的な定量化を可能にする。特定の物質の場合、光伝搬調査に使用される赤色光は、赤色または近赤外蛍光を誘起するために使用され得る。この蛍光は、受信光学部材の先端まで組織を透過し、複数の検出器のうちの１つにより、得られたスペクトルとして同時に表示される。感作物質の分布の断層算出は、各測定機会における合計３０の測定値に基づいて行われ得る。

上記部材の先端がさらに、蛍光特性が温度依存性を有する材料で処理された場合、複数の鮮鋭な蛍光線が励起時に得られ、これらの線の強度（intensity）およびそれらの相対強度（relative strength）は、治療に用いられる光学部材の先端における温度に依存する。そうした材料の例には、遷移金属または希土類金属の塩がある。よって、さらに温度は、６つの光学部材の６つの位置において、一度に１つずつまたは同時に測定され得る。測定された温度は、関連付けられた光の減衰を伴う血液凝固が光学部材の先端において生じているかを調べるために、および、ＰＤＴと熱相互作用との間の可能性のある相乗効果の利用に対する調査のために利用され得る。得られた上記の複数の線は、鮮鋭であるので、組織からのより広い帯域の内在性蛍光分布から容易に抽出され得る。

診断測定および算出が行われた後、患者に結合された光学部材は、診断用光源をオフに切り替え、治療用光源をオンに切り替えることによって治療に利用され得るため、治療用光源は患者の光学部材に結合される。治療用光源は、感作物質の吸収帯に一致するように選択された波長を有するレーザ光源であることが好ましい。光線力学的腫瘍治療においては、使用される感作物質に応じて選択される波長を有する色素レーザまたはダイオードレーザが使用されることが好ましい。たとえばフォトフリン（Ｐｈｏｔｏｆｒｉｎ：登録商標）の場合、波長は６３０ｎｍであり、ｏ－アミノレブリン酸（ＡＬＤ）の場合、波長は６３５ｎｍであり、フタロシアニンの場合、波長は約６７０であり、このような特徴的な波長を有するいくつかの他の感作物質が存在する。複数の個々のレーザは、治療中に所望の個々の出力パワーに調節される。必要に応じて、それらは、内蔵のまたは外部の監視検出器を有し得る。

最適な治療に達するまで、治療は中断される場合があり、インタラクティブな方法で新たな診断データが処理される場合がある。この方法は、レーザ照射フラックス（fluxes）の増加により温度が上昇する、ＰＤＴと温熱療法との相乗効果を含み得る。全体プロセスは、すべての算出を行うのみならず、システムの調整および制御にも利用される制御ユニット、たとえばコンピュータを使用して制御され得る。本発明は具体的な例を参照しながら上述してきている。しかし、上述されたもの以外の他の例も本開示の範囲内で同様に可能である。上述されたものと異なる方法工程が、本発明の範囲内で提供され得る。本発明の異なる特徴および工程が、説明されたもの以外の他の組み合わせにおいて組み合わせられ得る。本開示の範囲は、添付された特許請求の範囲によってのみ限定される。

逆を明示しない限り、本明細書および特許請求の範囲において使用されるような、「a」および「an」との不定冠詞は、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるものとする。本明細書および特許請求の範囲において使用されるような、「および／または」との句は、当該結合された構成要素の「一方または両方」、すなわち、一部の場合には結合的に存在し、他の場合には分離的に存在する構成要素を意味すると理解されるものとする。

Claims (17)

1. 被験者を診断するためのシステムであって、前記システムは、
   複数のモジュールと、前記被験者の組織部位との間で光を伝えるように構成された複数の光学部材であって、前記複数の光学部材の遠位端セクションが、組織の異なる位置において隙間に配置可能であるように構成された、複数の光学部材とを備え、
   前記複数のモジュールの各モジュールが、前記複数の光学部材のうちの１つの光学部材の近位端に接続されており、前記複数のモジュールそれぞれが、
   赤外光、可視光、または紫外光の波長範囲内の診断用光を発するための少なくとも１つの診断用光源であって、前記診断用光源が少なくとも１つの光ビームを発する、少なくとも１つの診断用光源と、
   光の検出のための少なくとも１つの光検出器と、
   集束光学部品と
   を備え、
   各モジュールは、前記モジュールに接続された前記光学部材が、前記少なくとも１つの診断用光源からの複数の前記光ビームのうちの少なくとも１つが少なくとも１つの前記集束光学部品により、前記接続された光学部材の近位端に入射するように構成され、前記組織から送り返された前記診断用光の少なくとも一部が、集束された前記光ビームの角度セクタとは異なる角度セクタで前記接続された光学部材の前記近位端から発せられ、前記接続された光学部材は、前記光学部材に入射する前記集束された光ビームよりも大きい開口数（ＮＡ）を有し、前記組織から後方散乱した前記診断用光が前記少なくとも１つの光検出器により検出されることを特徴とする、
   システム。
2. 前記複数の光学部材の各光学部材に結合された少なくとも２つの診断用光源を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の光学部材の各光学部材に結合された少なくとも１つの診断用光源および少なくとも１つの治療用光源を備える、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記複数の光学部材の各光学部材は、隙間に位置決め可能であるように構成された遠位端セクションを有しており、前記複数の光学部材は、前記組織部位の異なる位置において位置決め可能であるように分離されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記複数の光学部材のうちの複数の前記光学部材の少なくとも１つは前記組織部位へ光を伝送しており、前記組織部位へ光を伝送していない、前記複数の光学部材のうちの光学部材群は、前記少なくとも１つの光検出器により、検出されるべき光を集めている、請求項１～４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記複数の光学部材のうちの送信部材は、前記複数の光学部材の中から順次選択される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記システムは、双方向型の光線力学または光線温熱治療用にさらに構成されており、赤外光、可視光、または紫外光の波長範囲内の治療用光の発光のための少なくとも１つの治療用光源を備えており、前記治療用光源が、前記集束光学部品により前記光学部材の前記近位端に入射される少なくとも１つの光ビームを発する、請求項１～６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記診断用光源が前記治療用光源と同じであり、または、前記診断用光源の波長範囲が前記治療用光源の波長範囲と同じである、請求項７に記載のシステム。
9. 反射部材が、前記光学部材の前記近位端から少なくとも１つの光検出器へ前記光を入射させるために使用される、請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記反射部材は、少なくとも１つのアパーチャを有し、前記診断用光が、前記少なくとも１つの診断用光源と、前記複数の光学部材の前記近位端との間を進む際に前記アパーチャを介して伝送される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記アパーチャは、少なくとも１つの穴またはスリットである、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記複数の光学部材のうちの１つは、前記組織部位へ前記診断用光を伝送するために使用される送信部材であり、前記複数の光学部材のうちの少なくとも２つの他の光学部材は、検出のために前記組織部位から後方散乱光を受け取るための受信部材である、請求項１～１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 前記送信部材は、前記複数の光学部材の中から順次選択される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記送信部材は、前記複数のモジュールの発光部を順次、オンおよびオフに切り替えることにより、前記複数の光学部材の中から順次、選択される、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記システムは、少なくとも１つの光源と、前記複数の光学部材の前記近位端との間、および、前記複数の光学部材の前記近位端と、前記少なくとも１つの光検出器との間に開放ビーム経路を有する、請求項１～１４のいずれか１項に記載のシステム。
16. 前記複数の光学部材は、空間分解測定を行うように前記組織部位上に配置されるように構成されている、請求項１～１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 少なくとも１つの第２の集束要素が、前記少なくとも１つの光検出器の前に配置されている、請求項１～１６のいずれか１項に記載のシステム。