JPH09276275A

JPH09276275A - 光ファイバ形生体肝機能センサーと検査装置

Info

Publication number: JPH09276275A
Application number: JP8119573A
Authority: JP
Inventors: Akio Susaka; 昭夫数坂; Kazumasa Sasaki; 一正佐々木; Shoichi Fujita; 正一藤田; Mie Kato; 美恵加藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】生体に直接適用することができ、しかも精度
の高いチトクロムＰ４５０酵素もしくは過酸化脂質の新
規な検出方法およびそのための装置を提供する。【解決手段】生体肝臓内での薬物代謝酵素チトクロム
Ｐ４５０の活性及び過酸化脂質の生成量を検出する生体
肝機能検査装置において、該酵素及び過酸化脂質が特定
の波長の光に対して感応特性を持つことを利用して、先
端を斜めに切断して形成した細管３内に取り付けた光フ
ァイバ４を通して照射光を導入させ、該酵素もしくは該
酵素を含む液体もしくは他の薬剤と該酵素との反応によ
って発生した物質もしくは過酸化脂質からの反射光もし
くは散乱光もしくは透過光もしくはこれらの物質が照射
光により誘起された蛍光を、同一光ファイバ４または他
の光ファイバで生体外に取り出し、この取得した光信号
から該酵素の活性もしくは過酸化脂質の生成量を測定で
きるようにしたことを特徴とする光ファイバ形生体肝機
能センサーである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、生体肝臓内の臓
器片を取り出すこと無く生体機能の検査ができる検査装
置と、そのための光ファイバ形生体肝機能センサーに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、肝臓機能を確実に検査するために
は、血液検査の他に肝臓内の臓器片を取り出して行って
いた。このため、検査のために大掛かりな手術などが必
要とされている。最近、生体肝臓内に存在する酵素チト
クロムＰ４５０が発癌に重要な役割を演じていると目さ
れ、また、過酸化脂質は肝機能障害，発癌，老化などに
伴ってその存在が増加することが知られている。これを
定量的に測定することは肝臓機能の健康診断に新しい側
面を開くものと大いに期待されている。

【０００３】ところで、このような検査を行うには、生
体内から肝臓片を採取し、これを化学処理し、化学分析
により測定を行うかもしくは光反応による検査を行うほ
かに方法がなかった。また、このような検査方法では、
取り出した肝臓片は生体活動を停止した状態にあり、生
体活動下での反応による検査は困難であり、研究や診断
に限界が生じていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、本件発明者らの鋭意の研究結果、酵素チトロムＰ４
５０もしくは過酸化脂質が特定の波長の光に対して感応
性があることの知見が得られ、光ファイバにより光源と
なる特定の波長の光を生体内に導入させて被検体を照射
し、その応答信号の含んだ光を再び光ファイバにより生
体外へ取り出すことにより、生体活動にあまり影響を与
えずに生体内での酵素チトクロムＰ４５０の存在もしく
は過酸化脂質の生成、消滅などの挙動を実時間で確実に
観察することができる手段が得られることを突き止め
た。

【０００５】生体肝臓内で酵素チトクロムＰ４５０の存
在量が変化すると、生体のホルモンレベルの変化，癌発
生率の増加，過酸化脂質の増加につながると考えられ
る。そのため、このような変化の早期検知は健康検診の
上で非常に重要になる。これまで診断および治療経過追
跡および治療研究に利用できる精度の高い測定装置の出
現が望まれていた。しかるに、現状では診断に利用でき
る装置は開発されていない。この発明はこのような点に
鑑みてなされたもので、生体に直接適用することがで
き、しかも精度の高いチトクロムＰ４５０酵素もしくは
過酸化脂質の新規な検出方法およびそのための装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、生体肝臓内
での酵素チトクロムＰ４５０の活性及び過酸化脂質生成
量を測定する生体肝機能検査装置において、該酵素及び
過酸化脂質がそれぞれ特定の波長の光に対して感応特性
を持つことを利用して、先端を斜めに切断した細管内に
取り付けた光ファイバを通して照射光を導入させ、該酵
素もしくは該酵素を含む液体もしくは他の薬剤と該酵素
もしくは過酸化脂質との反応によって発生した物質から
の反射光もしくは散乱光もしくは透過光もしくはこれら
の物質が照射光により誘起された蛍光を、同一光ファイ
バまたは他の光ファイバで生体外に取り出し、この取得
した光信号から該酵素もしくは過酸化脂質の発生量を同
定できるようにしたことを特徴とする光ファイバ形生体
肝機能センサーである。また、生体肝臓に差し込む細管
内の光ファイバは、先端が４５度の角度で切断され、か
つ、先端面は光を反射するように鏡面が形成され、光源
装置からの照射光は光ファイバの軸に対して垂直に曲が
り、光ファイバの壁面から射出されて細管の向こうの壁
面に当って反射して該光ファイバに導入するようにし、
細管内部に設けられた可動片を後退させることにより細
管内に所定の間隔の空所が形成され、この空隙に一定量
の生体液を取り込むこんで、そこを往復通過する照射光
が正確に該酵素もしくは過酸化脂質の光感応性を定量す
ることができるようにした光ファイバ形生体肝機能セン
サーである。

【０００７】さらにこの発明は、生体肝臓に差し込む細
管内の光ファイバは、先端が４５度以下の鋭角で切断さ
れており、かつ、先端面で反射するように鏡面となって
おり、光源装置からの照射光は横方向に曲って細管の壁
面に反射して斜めに照射され、該光ファイバは細管の壁
面からの反射光を取り込まずに新たに発生した蛍光のみ
を効率よく補足することができるようにした光ファイバ
形生体肝機能センサーであり、また、生体肝臓に差し込
む細管に光ファイバと共に薬液導入用の細管が内蔵され
ており、その細管により薬剤を注入させて該酵素物質と
反応させることにより、光感知感度を向上させた光ファ
イバ形生体肝機能センサーである。

【０００８】さらに、この発明は、光ファイバ形生体肝
機能センサーと、吸収測定用光源と蛍光測定用光源から
なる光源装置と、上記センサーから導入された光の強度
を分析する波長分析器と、酵素チトクロムＰ４５０及び
過酸化脂質の存在濃度を演算して求めるコンピュータお
よび薬液注入ポンプを有する薬液注入装置とから構成さ
れる生体肝機能検査装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明は、生体内の特定の臓
器、例えば肝臓で発生する酵素チトクロムＰ４５０や過
酸化脂質を、その肝臓片を取り出すことなしに、光ファ
イバからなるセンサーを用いて肝臓内部に照射光を導
き、該酵素及び過酸化脂質を光反応を利用して検知する
光ファイバ形生体肝機能センサーおよびその信号を分析
する検査装置に関する。そのため、臓器に直接差し込め
るようにステンレスもしくはプラスチックス製細管（カ
テーテル）の先端部を斜めに切断して形成し、この細管
内部に光ファイバを収納して構成される。細管の先端は
直接生体に容易に挿入できるように注射針状に先端を鋭
角に切断して形成され、その太さは０．２ｍｍ〜５ｍｍ
φである。

【００１０】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を
詳細に説明する。図１は、光ファイバ形生体肝機能セン
サーの一実施例の構成を示す斜視図、図２は把持部の一
部分を示す斜視図である。即ち、光ファイバ形生体肝機
能センサー１は主に把持部２とこの把持部２に取り付け
られた細管（カテーテル）３とから構成される。この細
管３内には太さ０．０５〜０．２ｍｍφ程度の光ファイ
バ４が挿入されており、細管３の内径と同一かもしくは
それより小さいものである。光ファイバ４が細管３の内
径よりも細い場合には、細管３の内壁の一方に光ファイ
バ４を接着、固定される。この光ファイバ４は把持部２
を通して接続光ファイバ５と接続され、図示しない外部
の光源装置および波長分析器と接続される。把持部２に
は接続光ファイバ５と治具を取り付けるための治具取付
部６が形成されている。

【００１１】上記細管３の先端部は、図３の先端部分の
拡大図に示されるように、生体内に差し込むために注射
針形状の斜めに切断して形成されている。この例の場
合、細管３の内径全体を光ファイバ４が埋め込まれて構
成されており、それだけ細く形成することが可能であ
る。従って、図４の断面図に示されるように、光ファイ
バ４からの照射光９は斜めの先端部で屈折されて生体液
が満たされている空間を通って接近している物体７に当
たり散乱もしくは反射される。このとき、物体７と細管
３との間が被検査領域８であり、照射光９によりこの被
検査領域８に酵素チトクロムＰ４５０あるいは過酸化脂
質が存在すると散乱光もしくは反射光１０が生じ、これ
が再び細管３内の光ファイバ４に入射し、把持部２を経
て接続光ファイバ５により図示しない検出装置内に導か
れる。

【００１２】このとき、被検査領域８内の生体液に酵素
チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質が存在すると、
光ファイバ４からの照射光９のうち、特定波長の成分の
みが強く吸収を受けるので、照射光の内この波長成分は
他の波長成分よりも大きな減衰を示す。この情報から酵
素チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質の存否を判断
することが可能である。

【００１３】この例の場合、散乱物体７までの距離が不
確定であるので定量的測定には不向きである。また、被
検査領域８に存在する酵素チトクロムＰ４５０もしくは
過酸化脂質が微量のとき、特定反応試薬を注入すること
により、特定波長の蛍光が発生するので、これを光ファ
イバ４により補足して計測することにより、鋭敏な測定
が可能となる。

【００１４】図５は第２の実施例を示すセンサー先端部
を示す斜視図、図６は断面図である。即ち、光ファイバ
形生体肝機能センサー１の先端部は先の例と同様に斜め
に切断して形成されている。このセンサー１の細管３ａ
内には、光ファイバ４が挿入され、その先端に鏡面１２
が設けられていると共に、斜面のほぼ半分が細管３ａの
内径に接するように半円柱状に形成された可動片１１が
挿入されて構成されている。従って、可動片１１を生体
内に差し込んだ後に、図示しない把持部２の可動片操作
部を引くことにより可動片１１を矢印Ａ方向に後退させ
て空所を形成する。これにより被検査領域８が細管３ａ
内に形成される。照射光９は鏡面１２で反射され、水平
方向に射出されて細管３ａの壁面で反射する。従って、
被検査領域８内の生体液を照射し、この被検査領域８内
の生体液に酵素チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質
が存在すると、光ファイバ４からの照射光９のうち、特
定波長の成分のみが強く吸収を受けるので、照射光の内
この波長成分は他の波長成分よりも大きな減衰を示す。
この情報から酵素チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂
質の存否を判断することが可能であり、細管３ａの内面
での反射効率は極めて良いため強い反射光が得られ、信
号のＳ／Ｎ比の向上に有効となる。

【００１５】図７は、第３の実施例を示すセンサー先端
部を示す斜視図である。即ち、光ファイバ形生体肝機能
センサー１の先端部は斜めに鋭角に切断して形成されて
いる。このセンサー１の細管３ｂ内には光ファイバ４と
薬剤を注入できる導管１３が挿入されて構成される。光
源装置からの特定波長帯の照射光９は、図８の断面図に
示されるように屈折率の高い光ファイバガラスと液体と
の境界で全反射が起こる。この光ファイバ４の先端部で
反射し、さらに細管３ｂ内に設けた反射面１４で反射し
て被検査領域８を斜め方向から照射する。この被検査領
域８に酵素チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質が存
在すると蛍光１０´が生じ、この蛍光１０´は再び光フ
ァイバ４にほぼ直線的に入射して光ファイバ４内に補足
され、把持部２を経て図示しない検出装置内に導いて測
定するのである。導管１３は矢印Ｂに示すように被検査
領域８に薬液を注入するためのものである。

【００１６】上述した各実施例においては、照射光を射
出する光ファイバを細管内に１本挿入して被検査領域か
らの導入光を同一光ファイバで行うものについて説明し
たが、これは細管内に２本挿入して照射光の光ファイバ
と導入光の光ファイバを別の光ファイバとしてもよいこ
とは当然である。

【００１７】次に、検査装置の全体図である図９および
光源装置の構成を示す図１０に基づいて装置の構成およ
び検査方法を説明する。即ち、生体３５に挿入する光フ
ァイバ形生体肝機能センサー１の把持部２には、接続光
ファイバ５と薬液供給管３２が接続される。上記薬液供
給管３２は薬液注入ポンプ３３を介して薬剤瓶３４に接
続している。一方、接続光ファイバ５はカプラー２９を
介して光源装置２１と波長分析器３０に接続される。そ
して、この波長分析器３０はコンピュータ３１と接続さ
れる。

【００１８】上記光源装置２１は吸収測定用光源２４と
蛍光光源２５の二系統のコネクタＡ，Ｂを有している。
まず、吸収測定では、光ファイバ形生体肝機能センサー
１の接続光ファイバ５をカプラー２９を介して端子Ａに
接続する。この端子Ａには、酵素チトクロムＰ４５０も
しくは過酸化脂質の吸収波長付近の波長帯の光源が接続
されている。この光源としては、ハロゲンタングステン
ランプ，キセノンランプ，水銀ランプおよびレーザーが
利用できる。図１０は、２台のレーザーを用いる場合の
光源装置２１を示しており、吸収中心波長に近いアルゴ
ンレーザー２４および参照光として吸収されない波長の
光を発振するヘリウム・ネオンレーザー２５を光カップ
ラ２６で混合した後、端子Ａに接続している。

【００１９】蛍光測定する場合には、光ファイバ形生体
肝機能センサー１の接続光ファイバ５をカプラー２９を
介して光源装置２１の端子Ｂに接続する。この光源２８
としては酵素チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質の
蛍光を利用するため、波長帯３００〜５００ｎｍの光を
多く含む水銀ランプ，カーボンアークランプもしくはキ
セノンランプを用いる。

【００２０】光源装置２１から接続光ファイバ５により
取り出された光は、カプラ２９により導管３２と共に光
ファイバ形生体肝機能センサー１の把持部２に接続され
る。カプラ２９は光源光を光ファイバ５に接続すると共
に、逆進する信号光を分離して波長分析器３０に導く光
ファイバ５´を接続している。

【００２１】吸収測定では、図４および図６に示される
ように光ファイバ形生体肝機能センサー１の先端部から
照射光９を放射すると共に、散乱光もしくは反射光１０
を補足する。蛍光測定では、図８に示されるように光フ
ァイバ形生体肝機能センサー１の先端部から照射光９を
放射すると共に、蛍光１０´を補足するのである。そし
て、両者とも信号光は光ファイバ４，接続光ファイバ
５，光ファイバ５´を介して波長分析器３０へと導かれ
て光強度が測定される。

【００２２】波長分析器３０は各波長における光強度を
測定する。その値からコンピュータ３１を用いて酵素チ
トクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質の吸収もしくは蛍
光の量を求め、さらに、これらの情報から酵素チトクロ
ムＰ４５０もしくは過酸化脂質の存否，もしくは存在濃
度を求めるのである。その結果はコンピュータ３１の表
示器あるいは記録装置により印字され、即座に診断が行
えるようになっている。

【００２３】次に、吸収による定量測定の方法を詳しく
説明する。波長λ1 の光が透過する媒質に吸収がある
と、その吸収率をα（λ1 ）とすれば、光源からの照射
光のパワーをＩ₀ （λ1 ）として、検出できる光の量
は、Ｉ（λ1 ）＝Ｉ₀ （λ1 ）Ｔ² Ｐｅｘｐ−α（λ1 ）ｘ・・・（１）の関係がある。ここで、ｘは媒体中の光路長、Ｔは光フ
ァイバ４，光ファイバ５，光ファイバ５´の伝達率、Ｐ
は光ファイバ形生体肝機能センサー１の反射回収効率で
ある。

【００２４】一方、吸収されない波長成分λ₂ に関して
は、Ｉ（λ2 ）＝Ｉ₀ （λ2 ）Ｔ² Ｐ・・・（２）である。Ｔ² Ｐは波長に依存しないから、（１）式にお
いても共通しているとみなして、（２）式を変形して
（１）式へ代入すると、Ｉ（λ1 ）＝Ｉ₀ （λ1 ）｛Ｉ（λ2 ）／Ｉ₀ （λ2 ）｝・ｅｘｐ−α（λ1 ）ｘ・・・（３）となり、従って、 α（λ1 ）＝−（１／ｘ）ｌｎ｛Ｉ（λ1 ）Ｉ₀ （λ2 ）／Ｉ₀ （λ1 ）Ｉ（λ2 ）｝・・・（４）となる。αはダランベール則の成り立つ線形媒質では一
般に濃度Ｃに比例するから、Ｑを定数として、Ｃ＝−Ｑln｛Ｉ（λ1 ）Ｉ₀ （λ2 ）／Ｉ₀ （λ1 ）Ｉ（λ2 ）・・・（５）とおける。上記（５）式に波長分析器３０により測定し
たλ1 およびλ2 における光強度を用いて、比Ｉ（λ1
）／Ｉ₀ （λ1 ）およびＩ（λ2 ）／Ｉ₀ （λ2）を求
めて代入すれば濃度が決まる。ただし、予め既知の濃度
Ｃの試料を用いて検量線を求めておく必要がある。Ｑは
検量線の傾きである。

【００２５】光路の分布が一定の場合には、図１２のよ
うに検量値は濃度に対して直線となり、２点の測定で検
量値の傾きは求められる。しかし、この発明の光ファイ
バ形生体肝機能センサー１が第２実施例に示す（図６参
照）センサーの構造から分かるように、光路の長さは光
線の放射の角度によって僅かづつ異なり、また、光にも
強度分布がある。そのような場合に検量線は図１３に示
すように直線とならない場合がある。従って、検量線は
できるだけ多くプロット点から求めることにより高精度
の測定が可能となる。

【００２６】図９に示す実施例の装置は主に研究用を目
的とする装置であり、個々の病院等の医療検査機関に設
置するには経済的負担が大きい。そこで、必須な部分を
集積化し、簡便化した実施例を図１１に示す。即ち、２
９´は集積化光カプラで、先の例の光カプラ２９と同等
の機能を有する。この光カプラ２９´にはバンドパス形
光波長フィルタ３６が接続されており、センサー部１か
ら光ファイバ５を経由して戻ってきた信号光はこれによ
り特定の波長の光のみが取り出され、光検出器３７によ
り電気信号に変換される。また、２８´は励起光源のレ
ーザーである。これは、信号発生器４０に接続されてお
り、ここから発生されたある周波数の信号により変調さ
れる。この変調波形は３７の光検出器からの信号波形に
も引き継がれるが、この信号は雑音が混ざったものであ
るため、ロックインアンプ３８により雑音を取り除かれ
る。ロックインアンプ３８の同期信号として、配線４２
により変調に使われた信号発生器４０の信号を加える。
４１は光学系部分を集積光回路としたものであり、光信
号が微弱である場合には光回路内に増幅器４２を設置す
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の光ファ
イバ形生体肝機能センサーと検査装置によれば、生体肝
臓内で酵素チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質の存
否および存在濃度を高精度に検出することが可能であ
り、健康検診や治療経過追跡および治療研究に利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の光ファイバ形生体肝機能センサーの構
成を示す斜視図、

【図２】図１の光ファイバ形生体肝機能センサーの把持
部の一部分を示す斜視図、

【図３】一実施例の光ファイバ形生体肝機能センサーの
先端部の拡大斜視図、

【図４】図３の光路を示す断面図、

【図５】第２実施例の光ファイバ形生体肝機能センサー
の先端部の拡大斜視図、

【図６】図５の光路を示す断面図、

【図７】第３実施例の光ファイバ形生体肝機能センサー
の先端部の拡大斜視図、

【図８】図７の光路を示す断面図、

【図９】検査装置の全体構成を示す説明図、

【図１０】図９の光源装置の構成を示す説明図、

【図１１】図９に示す検査装置をより集積化，簡便化し
た実施例を示す説明図、

【図１２】光路が一定の場合の試料濃度と検量値の関係
を示すグラフ、

【図１３】光路に分布がある場合の試料濃度と検量値の
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１光ファイバ形生体肝機能センサー２把持部３，３ａ，３ｂ細管４光ファイバ５接続光ファイバ７物体８被検査領域９照射光１０反射光１０´ 蛍光１１可動片１２鏡面１３薬液導入管２１光源装置２４吸収測定用光源２５蛍光光源２８蛍光測定用光源２９カプラー３０波長分析器３１コンピュータ３２薬液導入管３３薬液注入ポンプ３４薬液瓶３６バンドパス形光波長フィルタ３７光検出器３８ロックインアンプ３９表示器４０信号発生器４１集積光回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｎ 33/50 Ｇ０１Ｎ 33/50 Ｅ // Ａ６１Ｂ 1/00 ３００Ａ６１Ｂ 1/00 ３００Ｄ (72)発明者加藤美恵北海道札幌市東区北43条東１丁目３の８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体肝臓内での薬物代謝酵素チトクロム
Ｐ４５０の活性及び過酸化脂質の生成量を検出する生体
肝機能検査装置において、該酵素及び過酸化脂質が特定
の波長の光に対して感応特性を持つことを利用して、先
端を斜めに切断して形成した細管内に取り付けた光ファ
イバを通して照射光を導入させ、該酵素もしくは該酵素
を含む液体もしくは他の薬剤と該酵素との反応によって
発生した物質もしくは過酸化脂質からの反射光もしくは
散乱光もしくは透過光もしくはこれらの物質が照射光に
より誘起された蛍光を、同一光ファイバまたは他の光フ
ァイバで生体外に取り出し、この取得した光信号から該
酵素の活性もしくは過酸化脂質の生成量を測定できるよ
うにしたことを特徴とする光ファイバ形生体肝機能セン
サー。
【請求項２】生体肝臓に差し込む細管内には光ファイ
バと平行に可動片が内蔵され、かつ先端が４５度の角度
で切断され、かつ、光ファイバの先端面は光を反射する
ように鏡面が形成され、光源装置からの照射光は光ファ
イバの軸に対して垂直に曲がり、光ファイバの壁面から
射出されて細管の壁面に当って反射させることにより、
該光ファイバに再度戻るようにし、また、細管先端部に
設けられた可動片を後退させることにより細管内に所定
の間隔の空所が形成され、この空隙に一定量の生体液を
取り込んで、そこを往復通過する照射光が正確に該酵素
もしくは過酸化脂質の光感応性を定量することができる
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
形生体肝機能センサー。
【請求項３】生体肝臓に差し込む細管内の光ファイバ
は、先端が４５度以下の鋭角で切断されており、かつ、
先端面を反射するように鏡面となっており、光源装置か
らの照射光は横方向に曲って細管の壁面に反射して斜め
に照射され、該光ファイバは細管の壁面からの反射光を
取り込まずに新たに発生した蛍光のみを効率よく補足す
ることができるようにしたことを特徴とする請求項１記
載の光ファイバ形生体肝機能センサー。
【請求項４】生体肝臓に差し込む細管に光ファイバと
共に薬液導入用の細管が内蔵されており、その細管によ
り薬剤を注入させて該酵素もしくは過酸化脂質と反応さ
せることにより、光感知感度を向上させたことを特徴と
する請求項１および請求項２記載の光ファイバ形生体肝
機能センサー。
【請求項５】光ファイバ形生体肝機能センサーと、吸
収測定用光源と蛍光測定用光源からなる光源装置と、上
記センサーから導入された光の強度を分析する波長分析
器と、酵素チトクロムＰ４５０もしくは過酸化脂質の存
在濃度を演算して求めるコンピュータおよび薬液注入ポ
ンプを有する薬液注入装置とから構成される生体肝機能
検査装置。