JPH11502746A - 蛍光分光分析法を用いる頸部新形成検出のためのプローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 蛍光分光分析法により、組織異常、特に前癌頸部組織を検出するためのプローブ、およびこのプローブを組み込んだ装置が開示される。インビボ蛍光励起および検出が、その先端部が頸部の表面に適応するプロープを用いて容易にかつ正確に達成され得る。さらに、より多くの数のファイバー対が、より多くの情報を、そしてそれ故、より正確な診断が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 蛍光分光分析法を用いる頸部新形成検出のためのプローブ 発明の背景 本発明の分野は、組織異常のスクリーニングおよび診断に用いる光学的プロー ブ、およびこのようなプローブを組み込んだ装置に関する。特に、本発明は、頸 の癌組織および前癌組織を検出するための蛍光分光分析法に関する。 頸部癌は、世界の女性では乳癌に次ぐ第２番目の最も一般的な悪性疾患であり 、そして合衆国では、第３番目の最も一般的な女性生殖器道の新生物である−19 94年には、合衆国で、15,000の侵襲性頸部癌の新たな症例、および55,000のイン サイチュ癌腫(CIS)の症例が報告された。1994年には、頸部癌のみが原因で推定4 ,600人が死亡した。しかし、近年、子宮頸の前侵襲性の鱗状癌腫の発生数が、特 に若い女性で劇的に増加している。35才以下の女性が侵襲性頸部癌の患者の24.5 ％までを占め、そして発生数は、この年齢グループの女性で増加し続けている。 頸部癌の死亡率は、さらなる改良が検出技術でなされなければ、次の10年間で20 ％増加し得ると推定されている。 頸部癌に伴う死亡率は、この病気が発症の初期ステージで、または前癌状態( 頸部上皮内癌(CIN))で検出されるなら、低減され得る。パパニコラウススミア塗 抹標本を用いて、一般女性集団におけるCINおよび頸部癌をスクリーニングする 。この技術は、15〜40％の偽陰性エラー率を有する。異常パパニコラウススミア 塗抹標本については、臨床診断の、膣鏡による検査、生検および組織学的確認が 行われる。膣鏡検査は、大規模の訓練を必要とし、そしてその診断に対する正確 さは変動し、そして熟練者でさえ制限される。経験のより少ない開業医の手によ る膣鏡検査の実行を改善し得る診断方法は、複数の生検の必要性をなくし、そし てより有効な広い規模の診断を可能にし、頸部癌に伴う死亡率を可能的に減少さ せ得る。 最近、蛍光、赤外吸収、およびラマン分光分析法が、癌および前癌診断のため に提案された。多くのグループが、種々の器官系におけるそれらの使用をうまく 示した。自動および色素誘導蛍光が、アテローム硬化症および種々のタイプの癌 および前癌の認識に有望であることが示された。多くのグループが、自動蛍光が ヒト胸部および肺、気管支および胃腸管中の正常および異常組織の識別に使用さ れ得ることを示した。蛍光分光分析法技術はまた、頸部異形成の改善された検出 のために調査された。 これらの進歩にかかわらず、改善された正確さおよび使用の容易さを備えた診 断ツールが必要とされている。このような方法は、より初期の診断、より有効な 患者管理、および可能性として低減した死亡率を可能にする。 発明の要旨 従って、本発明の目的は、新形成の初期検出のための改善されたツールを提供 することである。特に、本発明の目的は、異常頸部組織の同定のための改善され た分光光学的プローブを提供し、それによって新生物頸部組織を検出するための 、迅速、正確および簡単な方法を提供することがである。本発明の別の目的は、 異常頸部組織の同定のために改善されたプローブを組み込んだ改善された装置装 置を提供することである。 これらおよびその他の目的を満足することで、頸部における組織異常の光学的 診断のためのプローブ、およびこのプローブを組み込む装置が提供される。１つ の実施態様では、本発明は、頸部表面試料を、一連の電磁場照射波長(electroma gnetic radiation wavelength)で照射することにより組織試料中の組織異常イン ビボ検出を提供する。また、電磁場照射を用いた照射の結果として組織から発せ られる蛍光強度スペクトルを測定するための手段が提供される。 頸部検査用の光学的プローブが提供され、このプローブは、(a)細長い部分お よび少なくとも２つの開口部を有するプローブケーシングであって、この開口部 の１つは、上記ケーシングの上記細長い部分の遠位先端部に配置される；(b)複 数の光ファイバー対であって、この対の各々は、励起ファイバーおよび収集ファ イバーを備え、これらの光ファイバーは、先端部にない開口部で上記ケーシング に入り、そして上記ケーシングを上記先端部開口部まで横切る；および(c)ヒト 頸部の表面に順応するように構成された表面を備えた光学的に透明なウインドウ であって、上記先端部開口部を覆うウインドウを備える。 例示の実施態様では、プローブウインドウは実質的に円錐型である。別の実施 態様では、ファイバー対の数は31または357である。なお別の実施態様では、ウ インドウは石英またはBK7ガラスからなる。 本発明のこれらおよびその他の特徴および利点は、添付の図面および以下の詳 細な説明を参照すれば、当業者に明らかとなる。 図面の簡単な説明 図１Aは、本発明の実施態様による、31ファイバー対プローブ先端部形態に対 するデカルト座標を示す。 図１Bは、図１の31のファイバー対プローブ先端部形態の実際の分布を示す。 図２は、本発明の別の実施態様による、357ファイバー対プローブ先端部形態 の実際の分布を示す。 図３は、本発明の実施態様による、42mmプローブウインドウ(NA=0.22 等間隔 ファイバー)の断面を示す。 図４Aは、本発明の別の実施態様による、40mmプローブウインドウ(高さ12mm) の断面を示す。 図４Bは、本発明のさらに別の実施態様による、10mmプローブウインドウの断 面を示す。 図５は、本発明の実施態様による、40mmプローブ先端部(1)の横断面を示す。 ファイバー対(2)、エポキシ(3)、石英ウインドウ(4)、ファイバー対２mm(5)を保 持するガラスチューブ(500μm ID、２mm OD)およびアルミニウムケーシング(6) もまた示される。 図６は、本発明の別の実施態様による、10mmプローブ先端部(1)の横断図を示 す。熱収縮管材(2)、ファイバー対(3)、アルミニウムケーシング(4)、石英ウイ ンドウ(5)およびアルミニウムプレート(2mm毎にあけられた500μmの孔)(6)。 図７は、本発明のプローブを組み込んだ、例示の蛍光分光分析診断装置のダイ アグラムである。 図８は、本発明のプローブの励起端部および収集端部でカップラーによるファ イバー配列を図示する：収集クロスセクション(1)；励起クロスセクション(2)； chromex 250 IS(31の発光ファイバー)(3);ファイバーおよび焦点合わせ光学装置 (4)；石英先端部(5)；試料(6)；N2/Dyeレーザー(31の励起ファイバー)(7)。 詳細な説明 Ｉ．序論 新形成の臨床検出は、２つの異なる種類の分析に分けられ得る。第１に、スク リーニングは、被験体の幾分大きいプールから採取された疑わしいを試料を同定 する方法を提供する。被験体は、全体としての集団からであり得、または１つま たはそれ以上の新形成についての平均リスクより高いリスクを有すると同定され たグループの一部分であり得る。実施可能な試験の数のために、スクリーニング アッセイは、実施するのが比較的迅速、容易かつ安価であることが望ましい。低 い偽陰性率を示すこともまた必須である。 一旦患者がスクリーニングされたならば、一般的に診断と呼ばれ得るより詳細 な試験を続ける必要がある。診断では、試料の新形成性質が確認され、そしてさ らに、異形成のタイプと程度に関するさらなる情報が得られる。これは、臨床医 に、処置養生法を始めるために必要な病気の状態の理解を提供する。診断には、 コスト、適用の容易さおよび迅速性はより重要ではない（常に望ましくはあるが ）。しかし、診断手順は同定された新形成の種類およびその臨床状態に関して正 確であることが重要である。 本発明は、第２番目の種類の検出である診断について正確な測定を可能にする 。本発明のプローブ技術は、励起および検出目的両方で、プローブ先端部で集束 され得るファイバーの両方の数により制限される。さらに、先行技術のプローブ 先端部の適応していない形状は、正確な蛍光測定を阻害する。より多くのファイ バーおよび頸部の表面に適応するプローブ先端部を用いることにより、蛍光測定 の正確さが改善され得ると考えられる。さらに、自動化の可能性は、時間および 費用に関するさらなる利益を有する。 Ａ．プローブ設計 本発明のプローブは、主に、膣腔における使用に設計されているが、理論的に は、口腔、直腸および外科手術内手順を含む、その他の状況で用いられる。いず れにしろ、プローブは、細長く、かつ任意の先に記載した体腔中または外科領域 中への挿入に適切である部分を少なくとも備える。伸長部分は、プローブのハウ ジングから形成される。ハウジングは、好ましくは、剛直性であるが、特定の状 況では、可撓性であり得る。剛性にかかわらず、ハウジングは、その中に配置さ れた光ファイバーに対して十分な保護を提供しなければならない。ハウジングは また、それが過酷な化学的処理、即ち、化学的滅菌および殺菌に耐え得ると言う 点で耐久性であるべきである。代表的な材料には、種々のプラスチック、金属、 樹脂、ポリマーなどが含まれる。好ましいハウジング材料は、炭化（ブラック） エポキシおよびアルミニウムである。さらに、ハウジングは、熱収縮管材のよう な保護コーティングで取り囲まれる。 ハウジングはまた、少なくとも２つの開口部を備え、その第１は、光ファイバ ー束の押入を可能にする。さらに、ハウジングは、２つの開口部を連結するキャ ビティを備える。従って、光ファイバー束は、第１の開口を通過し、キャビティ を横切りそして第２の開口部に存在する。この束は、励起ファイバーおよび検出 ファイバーを備えるファイバー対から構成される。ファイバーは、代表的には、 中央コアおよびコアを取り囲むクラッドから構成される。任意の光ファイバーが 開示されたプローブで用いられ得、そして当業者は、意図する特定の使用に依存 して種々の性質を有するファイバーを選択し得る。 第２の開口部にファイバーを配置することは、本発明の重要な局面である。例 示の実施態様では、31のファイバー対は、図１Bに示されるように配置される。 別の例示の実施態様では、357のファイバー対が図２に示されるように配置され る。出来る限り多くの数のファイバー対を用いることが望ましい；ファイバー対 が多いほど、より多くの情報がプローブにより提供される。しかし、ファイバー の混雑が漏洩を引き起こす場合、利得が小さくなる点がある。ある程度まで、漏 洩は、信号エネルギーを改変することにより、および検出のタイミングを改変す ることにより低減し得る。ここで再び、当業者は、特定の努力およびファイバー 形態に基づいてこれらのパラメーターを選択し得る。 適切な形態を達成するために、穿孔されたプレートを使用することが望ましく あり得、その穿孔を用いて、ファイバー対を物理的に固定する。このプレートは 、第２の開口部に位置し得、そして任意の利用可能な手段によりハウジングに固 定される。あるいは、ファイバーペアは、ガラスチューブに取り囲まれ得、それ は一緒に束ねられるとき、適切な間隔と配置を提供する。先端部形態を図５およ び図６に示す。 第２の開口部は、実質的に光学的に透明なウインドウにより覆われる。ウイン ドウに用いられる材料は、石英、ガラス、溶融シリカ、サファイアまたはその他 の適切な実質的に光学的に透明な材料を包含し得る。好ましい材料は、石英およ びBK7ガラスである。本発明の１つの実施態様では、ウインドウ表面は、試料表 面、例えば、頸部に適応するような形状とされる。頸部は入り組んだ構造を有す るので、ウインドウ表面は縮閉した、即ち、頸部の逆またはミラーであることが 望ましい。ウインドウの正確な構造は幾分変動し得るけれども、それは一般に形 状が円錐型である。このように、ウインドウ表面とプローブ先端部を横切る試料 との間の間隙は、実質的に無視される。プローブ先端部のサイズに依存して、ウ インドウの一部分のみが形状が円錐型であり得、残りは平坦または頸部開口部周 囲領域に適応する曲線を有する。 ウインドウの幅および厚さは、試料標的に依存して広範に変動し得る。一般に 、頸部プローブには、ウインドウは、幅が約10mmから約40mmの範囲、そして厚さ が約４mmから約10mmの範囲であり得る。例は、図３および図４Aおよび図４Bに示 されている。 Ｂ．蛍光スペクトルを測定するための装置 本発明のプローブは、組織蛍光を測定するための装置の一部分として用いられ る。この装置は、プローブ、電磁場照射発生器、蛍光スペクトル検出器およびこ の電磁場照射に関係するスペクトルを分析するための手段を備える。代表的には 、スペクトルを分析する手段は、適用される特定の目的に依存する当業者により 選択され得る、適切な解釈ソフトウェアを備えたコンピューターである。図７は 、本発明による、組織試料からの蛍光スペクトルを収集および分析する例示の分 光 分析システムである。 この装置の重要な部分は、ファイバー対を電磁場照射発生器および蛍光スペク トル検出器に連結する手段である。これらの連結手段は、ファイバー対を、特定 の断面中に配列させる。ファイバー対を電磁場照射発生器に取り付ける連結手段 は、ファイバー対を任意の様式で配列し得るが、代表的には、空間を節約するた めに、ファイバーは束としてパックされる。蛍光スペクトル検出器に対する連結 手段は、好ましくは、ファイバー対を直線様式で配列する。これは、蛍光スペク トル検出器が、しばしば、そこを通って光試料が与えられる直線状の（直立の） 孔を有するので必要である。図８を参照のこと。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピトリス，コスタス アメリカ合衆国 テキサス 78705，オー スティン，リオ グランデ 2810，アパー トメント 301 (72)発明者 ミッチェル，ミシェル フォーレン アメリカ合衆国 テキサス 72019，ヒュ ーストン，インウッド ドライブ 3460

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．頸部検査用の光学的プローブであって： (a) 細長い部分および少なくとも２つの開口部を有するプローブケーシングで あって、該開口部の１つが、該ケーシングの該細長い部分の遠位先端部に配置さ れる； (b) 複数の光ファイバー対であって、この対の各々が、励起ファイバーおよび 収集ファイバーを備え、該光ファイバーが、先端部にない開口部で該ケーシング に入り、かつ該ケーシングを該先端部開口部まで横切る；および (c) ヒト頸部の表面に順応するように構成された表面を備えた光学的に実質的 に透明なウインドウであって、該先端部開口部を覆うウインドウ、 を備える、プロープ。 ２．前記ウインドウの少なくとも一部分が実施的に円錐型である、請求項１に記 載のプロープ。 ３．前記プローブケーシングが中空管である、請求項１に記載のプロープ。 ４．前記プローブケーシングが炭化エポキシから構成される、請求項３に記載の プローブ。 ５．前記プローブケーシングがアルミニウムから構成される、請求項３に記載の プロープ。 ６．前記プローブケーシングが、さらに熱収縮管材で取り囲まれている、請求項 １に記載のプローブ。 ７．個々のファイバーが、コアおよびクラッデイングから構成される、請求項１ に記載のプローブ。 ８．前記ファイバー対が31またはそれ以上存在する、請求項７に記載のプロープ 。 ９．前記ファイバー対が357またはそれ以上存在する、請求項８に記載のプロー プ。 １０．前記ウインドウが石英から構成される、請求項１に記載のプロープ。 １１．前記ウインドウがBK7ガラスから構成される、請求項１に記載のプロープ 。 １２．前記先端部が、約４mmの最小厚さおよび約7.6mmの最大厚さを有し、幅約1 0mmである、請求項１に記載のプローブ。 １３．前記ウインドウ表面がまた、円錐型でない部分を備える、請求項２に記載 のプローブ。 １４．前記先端部が、約6.6mmの最小厚さおよび約10mmの最大厚さを有して幅約4 0mmであり、そして前記円錐型部分が幅約10mmである、請求項１３に記載のプロ ーブ。 １５．前記先端部が穿孔されたプレートをさらに備える、請求項１に記載のプロ ーブ。 １６．前記プレートがアルミニウムであり、そして前記穿孔が直径500μmであり 、かつ２mmおきに間隔を置いて配置される、請求項１５に記載のプローブ。 １７．前記ファイバー対の各々がガラスチューブの中央に配置され、該ガラスチ ューブが500μmの内径および２mmの外径を有する、請求項１に記載のプローブ。 １８．組織の蛍光を測定する装置であって、 (a) 請求項１に記載のプローブ； (b) 電磁場照射発生器； (c) 蛍光スペクトル検出器；および (d) 前記電磁場照射に関してスペクトルを分析する手段、 を備える、装置。 １９．前記プローブのファイバー対が、連結手段により、前記蛍光スペクトル検 出器に連結され、該連結手段中の該ファイバー対が、実質的に直線上様式で配置 されている、請求項１８に記載の装置。