JPWO2011021412A1 - 検査装置及び医療制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば日本特開平5−285098号公報には、被検部位の観察画像を得る内視鏡と、被検部位の透視画像を得るX線装置を備え、内視鏡による観察画像と透視画像を合成してモニタに両画像を表示する装置が開示されている。
この従来例の装置は、ノイズ低減回路を備え、このノイズ低減回路はX線の照射をONにした時、X線照射によるノイズ成分を抑制する。
例えば癌細胞において特異的に発現する生体タンパク質と結合するような特性を持つ官能基を有する分子標的薬剤等の特定の薬剤に、陽電子(ポジトロン)を発生する物質を添加した特定の薬剤を生体に投与し、陽電子と電子(エレクトロン)の再結合によって発生するガンマ線を検出することで、その特定の薬剤が集積する癌組織の存在や位置を検出するポジトロン放射型断層撮影装置(PET−CT装置)がある。
PET−CT装置の従来例として、例えば日本特開2006−304860号公報がある。この従来例の装置においては、PET用ガントリとX線CT用ガントリを並べ、1つのベッドを共用して使用できる配置になっており、メンテナンス作業を行い易くするためにベッドを昇降するジャッキ機構を設けている。
更に、分子標的薬剤として光感受性物質を内包し、診断と同時に治療を行うことを目的とした薬剤も開発され始めている。
このように分子標的薬剤などの特定の薬剤を用いた診断技術は、様々な医療機器と組み合わせることで固有の効果を発揮できることが最大のメリツトである。
また、分子標的薬剤により病変部に対して治療すべき診断が確定しても、その病変部に直接アプローチして処置を施す必要がある場合には、PET−CT装置だけではその治療を行うことができない。
これに対し、発見された病変部について内視鏡的にアプローチすれば、直接、生体組織採取することが可能であり、また、生体内から治療または症状緩和等のための処置を行うことができるが、PET−CT装置で発見された病変部に対して内視鏡的に正確にアプローチするためには同じ生体分子を標的とした分子標的薬剤を再投与して検査することが必要になる。
本発明は上記を顧みてなされたものであり、生体に対して機能が異なる複数の医療機器を用いて生体に対する処置又は処置に関連する所定の動作を効率良く行える医療システム及び医療制御方法を提供することを目的とする。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る医療システム1を示す。本実施形態は、生体外に配置され、生体から第1の生体情報を取得する為の第1の検出部を備えた体外医療機器と、生体内に配置され、生体から第2の生体情報を取得する為の第2の検出部を備えた体内医療機器とを有する。また、体内医療機器は、体外医療機器から受信した第1の生体情報に基づいて所定の動作を行う動作部と、第2の生体情報に基づいて動作部を制御する制御部を備える。以下、具体的にその説明を行う。
また、この医療システム1は、患者2に予め投与された特定の薬剤としての分子標的薬剤が集積する薬剤集積領域又は薬剤集積部位10の3次元位置(単に位置とも言う)及び集積濃度を第1の生体情報として患者2の外部から取得する為の第1の検出部を備えた体外医療機器としてのPET−CT装置(ポジトロン放射型断層撮影装置)4を有する。
本実施形態においては、患者2に対して病変部の生体組織(病変組織としての例えば癌組織)に対する治療のために、予め患者2に対して、例えば癌組織に特異的に結合する光感受性物質及び電子の反物質となる陽電子(ポジトロン)を含む物質を含ませた分子標的薬剤を投与する。
投与された分子標的薬剤は、癌組織が存在する病変部に集積する(以下、分子標的薬剤が集積した病変部を薬剤集積部位10という)。そして、薬剤集積部位10において、陽電子が生体に含まれる電子と再結合した際にガンマ線が発生し、そのガンマ線を第1の検出部としてのPET−CT装置4におけるPET装置部内部のガンマ線検出部31(図3参照)で検出し、処理部本体13内部の演算処理部43(図2参照)にて第1の生体情報を生成する。
ガンマ線は、生体に対する透過性が高いので、生体内では勿論、生体の外部からも検出可能である。
また、この医療システム1は、患者2の内部に挿入されるカプセル医療装置3と、患者2の外部に配置され、カプセル医療装置3と無線通信すると共に、PET−CT装置4から、PET−CT装置4で生成した第1の生体情報としての薬剤集積部位10の位置及び集積濃度の情報を通信ケーブル5を介して取得(受信)する情報処理装置6を有する。
処理部12は、処理部本体13によって、検出信号に対する演算処理を行い、上記ガンマ線による分子標的薬剤の薬剤集積部位10の位置及び集積濃度の情報を生成すると共に、薬剤集積部位10の断層画像(PET画像)と、患者2を透過したX線のCT画像とを生成し、さらに両画像を合成した合成画像(PET−CT画像)を生成して、表示部14にて表示する。
また、処理部本体13から通信ケーブル5を介して薬剤集積部位10の位置及び集積濃度の情報が入力される情報処理装置6は、例えばカートに搭載された情報処理部15と、情報処理部15により情報処理した情報を記録する情報記録部16と、情報処理した画像情報等を表示する表示部17とを有する。
なお、この情報処理部15が推定値Iesを算出しないで、処理部本体13が推定値Iesを算出し、情報処理部15にこの推定値Iesを送るようにしても良い。 情報処理部15は、カプセル医療装置3により検出されたガンマ線の強度Ideが、この推定値Ies以上の条件を満たすか否かの判定を行い、その判定結果をカプセル医療装置3に送信する。判定結果を受信したカプセル医療装置3内部のカプセル制御部28(図2参照)は、カプセル医療装置3に設けた動作部による所定の動作、例えば治療光を照射する動作の制御を行う。つまり、カプセル制御部28は、第1の生体情報から算出される推定値Iesの情報に基づいて動作部の動作を制御することになる。
また、カプセル医療装置3は、外装容器21内に、所定の動作を行う動作部として、外装容器21の外部に照射する治療光を発生する複数の発光部23j(j=a、…、d)を有する。なお、カプセル制御部28は、ガンマ線センサ22iの動作、例えばガンマ線センサ22iによるガンマ線を検出する時間間隔の設定、動作部による処置後にガンマ線検出を停止させる等の制御するセンサ制御部28aの機能を持つ。
通信部27は、情報処理装置6の通信部45(図3参照)と双方向での無線通信を行う。ガンマ線センサ22iは、放射線としてのガンマ線を検出し、その検出信号はカプセル制御部28を介して通信部27から無線により情報処理部15に送信される。
分子標的薬剤中には、光感受性物質が含有されている。具体的には治療光の照射により活性酸素を発生し、この活性酸素は、分子標的薬剤が集積した癌組織の癌細胞を死滅させるように動作(機能)する。
この場合、分子標的薬剤として癌細胞に特異的に発現するタンパク質に結合するような特定の薬剤とすることにより、癌細胞に結合するその特定の薬剤に、治療光による活性酸素を作用させることにより癌細胞だけを標的とした治療を行うことができるようになる。
なお、通信部27は、撮像部25による内視鏡画像の映像信号と、ガンマ線センサ22iの検出信号とを例えば時分割して無線で送信する。
図3に示すようにPET−CT装置4は、第1の生体情報を取得する為の第1の検出部として、生体の特定部位、具体的には癌細胞が集積した薬剤集積部位10から、陽電子の再結合の際に放射される放射線としてのガンマ線を検出する(放射線検出部としての)ガンマ線検出部31を有し、このガンマ線検出部31はガントリ開口9の円周に沿って配置されている。
そして、上記のように患者2の体内における薬剤集積部位10から発せられるガンマ線を、円周方向に配列された複数のガンマ線検出素子を備えたガンマ線検出部31により検出し、検出信号を処理部本体13に出力する。
なお、図3においてはガンマ線検出部31は、ガントリ開口9における患者2が収納される内壁面の全周に渡って配置されているが、円弧の一部をカバーするように配置する構成にしても良い。その場合には、ガンマ線検出部31は、回転駆動されながらガンマ線の検出を行うことになる。
また、CT用ガントリ11bにおけるX線発生部32及びX線検出部33を含む可動部は、回転駆動部34によってガントリ中心軸の周りで回転駆動される。
そして、X線発生部32は回転駆動されながらX線を発生すると共に、X線検出部33は患者2を透過したX線を検出する。
X線検出部33の検出信号は、処理部本体13を構成するCT画像生成部41に入力される。この場合、CT画像生成部41には、制御部35を介してガントリの可動部の回転位置の検出信号と、ベッド駆動部7による駆動位置の検出信号も入力される。
CT画像生成部41は、生成したCT画像を処理部本体13内部の制御部42に出力する。
また、ガンマ線検出部31の検出信号は、例えばガンマ線検出素子の位置信号と共に、処理部本体13内部の演算処理部43に入力される。
この演算処理部43は、図4を参照して後述するようにガンマ線検出部31を構成し、ガントリ開口9の円周に沿って配置されたガンマ線検出素子31aの配置位置に応じて検出されるガンマ線の強度の情報から、薬剤集積部位10の2次元位置を算出すると共に、薬剤の集積濃度を算出する。
このように演算処理部43は、薬剤集積部位10の(3次元)位置と、ガンマ線発光源の強度分布、換言すると分子標的薬剤の集積濃度情報を算出する。
つまり、この演算処理部43は、薬剤集積部位10の位置算出部43aと、集積濃度算出部43bの機能を持つ。集積濃度算出に関しては、図4、図5を参照して後述する。
また、制御部42は、位置及び集積濃度の両情報を通信インタフェース(図面では通信IF)44及び通信ケーブル5を経て情報処理装置6の情報処理部15に送信する。
判定&制御部47には、通信インタフェース46を介して位置及び集積濃度の両情報が入力されると共に、通信部45を介してカプセル医療装置3からのガンマ線センサ22iの検出信号及び内視鏡画像の映像信号とが入力される。
また、判定&制御部47は、PET−CT装置4により検出された薬剤集積部位10からのガンマ線の検出信号の強度情報を参照して、カプセル医療装置3が特定の距離になった場合にカプセル医療装置3によって検出されるガンマ線の強度の推定値を推定する。つまり、判定&制御部47は、薬剤集積部位10からカプセル医療装置3までの距離が、カプセル医療装置3による治療のための動作を行うのに適した所定距離Lsになった場合にそのカプセル医療装置3によって検出されるガンマ線の強度の推定値Iesを推定する。
Ide≧Ies (1)
を満たすか否かの判定を行う判定部47aの機能を持つ。
また、判定&制御部47は、(1)式を満たす判定結果の場合には、通信部45を介して制御信号をカプセル医療装置3のカプセル制御部28に送信する。そして、カプセル制御部28は、カプセル医療装置3の動作部に対して所定の動作を行わせる制御を行う制御部の機能を持つ。判定&制御部47は、情報処理装置6の動作の制御を行う制御部47bの機能を持つ。
この場合には、カプセル医療装置3内部のカプセル制御部28が上記判定部47aの判定を行い、さらに判定結果に応じた制御を行う構成となる。また、この制御により動作部としての発光部23jは、所定の動作として発光する動作を行う。
N=ρ×P×2・T (2)
ρ:放射性同位体(陽電子)の集積濃度
P:崩壊速度(1秒間に単位濃度当たりに放射される陽電子の数)
T:陽電子と電子の再結合によるガンマ線の放射確率(約99.7%)
なお、Pは、薬剤生成時からの経過時間により算出される。
Ip=∫N×hp(R)/(π・(R−Ro)2)dR (3)
hp(R):ガントリ中心からの位置Rにおけるガンマ線検出素子におけるガントリ円筒の長さ方向の距離
R−Ro:薬剤集積部位からガントリ開口の円周上のガンマ線検出素子までの距離
(3)式によるフォトン数Ipからトータルのフォトン数Nが既知の情報となり、さらにこのフォトン数Nを用いて(2)式により、分子標的薬剤の集積濃度ρを算出することができる。
一方、図5に示すように患者2の体腔内の挿入された状態のカプセル医療装置3におけるガンマ線センサ22iで検出されるガンマ線のフォトン数(強度と見なすことができる)は、(4)式のようになる。
Ic=N×Sc/(π・L2) (4)
Sc:ガンマ線センサのセンサ面の断面積(薬剤集積部位からカプセル医療装置を結ぶ直線に対して垂直な面積)
L:薬剤集積部位からカプセル医療装置までの距離
なお、カプセル医療装置3に設けられたガンマ線センサ22iのセンサ面ができるだけ等方性を持つように配置することにより、ガンマ線検出時のカプセル医療装置3の配向によらないで、断面積Scをほぼコンスタントに保つこと(断面積Scを、配向に無関係に一定と近似すること)ができる。
つまり、集積濃度ρと薬剤集積部位10からカプセル医療装置3までの距離Lとの2つの未知の変数を、2つの医療機器を組み合わせることによって算出することができる。
そのため、以下に説明する計算式を用いることにより、2つの医療機器でのガンマ線検出を同時に行わなくても、同様に集積濃度ρと距離Lを算出することができるようになる。
放射性同位体から放射される陽電子の数は、時間の経過と共に減衰するため、薬剤生成時からの経過時間を考慮して計算する必要がある。
(2)式における崩壊速度Pは、薬剤生成時からの経過時間tを考慮した崩壊速度P(t)とした場合には、(5)式のようになる。
Po:初期崩壊速度(薬剤生成時)
α:核種に固有の崩壊定数
(5)式を考慮すると、(2)、(3)、(4)式はそれぞれ、以下の(2′)、(3′)、(4′)式のようになる。
Ip =∫N(t1)×hp(R)/(π・(R−Ro)2)dR
=∫ρ×P(t1)×2T×hp(R)/(π・(R−Ro)2)dR (3′)
Ic=N(t2)×Sc/(π・L2)
=ρ×P(t2)×2T×Sc/(π・L2) (4′)
t1:PET画像撮影時の経過時間
t2:カプセル医療装置のガンマ線センサでの検出時の経過時間
(2′)〜(4′)式を用いることにより、薬剤生成時からの経過時間t1、t2の情報を考慮することにより、検査(診断)又は治療の情報の取得時刻にタイムラグが生じた場合であっても、集積濃度及び(薬剤集積部位10からカプセル医療装置3までの)距離Lの情報とを精度良く算出することが可能となる。
そして、カプセル医療装置3により検出された強度Ideと推定値Iesを比較してカプセル医療装置3の動作を制御する。
最初のステップS1において、術者は患者2に対して特定の薬剤としての分子標的薬剤を投与し、分子標的薬剤を癌組織に集積させる。投与された分子標的薬剤は、癌組織が集積する集積部位としての薬剤集積部位10に集積する。
つまり、図1に示すようにベッド8に載置された患者2に対して、術者はPET用ガントリ11a及びCT用ガントリ11bを動作させてPET画像の撮像とCT画像の撮像を行う。この場合、上述の様にPET−CT装置4におけるガンマ線検出部31は、薬剤集積部位10から発せられるガンマ線を検出し、処理部12に出力する。
ステップS3に示すように、処理部12は、PET−CT画像を生成してPET−CT画像を表示部14にて表示すると共に、患者2の全身に対して第1の生体情報としての薬剤集積部位10の位置及び集積濃度の両情報を算出する。そして、ステップS4に示すように処理部12は、算出した位置及び集積濃度の情報等を情報処理装置6に通信ケーブル5を介して送信する。
また、ステップS6において判定&制御部47は、この推定値Iesに対応する所定距離Lsが、カプセル医療装置3における患者2内部の移動通路内に存在するか否かの判定を行う。
つまり、カプセル医療装置3が移動する移動通路内に上記推定値Iesを超える強度が検出される領域、換言すると移動通路内に上記所定距離Ls以下となる領域が存在するか否かの判定を行う。この判定も上記判定部47aが行うようにしても良い。
一方、判定&制御部47は、所定距離Lsがカプセル医療装置3の移動通路内に存在するとの判定結果の場合には、存在することを表示部17で表示すると共に、次のステップS7において術者は、患者2にカプセル医療装置3を飲み込ませる。ステップS8に示すようにカプセル医療装置3は、患者2の体内を移動しながら撮像した(内視鏡)画像と、ガンマ線センサ22iにより薬剤集積部位10から放射される放射線としてのガンマ線を検出した検出信号を無線で送信する。
ステップS9において判定&制御部47は、受信した(内視鏡)画像を画像生成部48を介して表示部17で表示すると共に、第2の生体情報としての検出信号の強度Ideも表示する。
ステップS10において、判定&制御部47は、判定部47aにより検出信号の強度Ideが推定値Ies以上か否か、つまり(1)式を満たすか否かを判定する。
(1)式を満たさない判定結果の場合には、ステップS8の処理に戻り、(1)式を満たす判定結果の場合には次のステップS11に進む。
ステップS11において判定&制御部47は、制御信号を通信部45を介してカプセル医療装置3に送信する。ステップS12においてカプセル医療装置3のカプセル制御部28は、制御信号を受け取ると、発光部23jを発光させる制御を行う。
発光部23jの発光による治療光が、薬剤集積部位10に照射され、薬剤集積部位10の光感受性物質は治療光の照射により活性酸素52(図8における白丸)を発生する。この活性酸素52は、分子標的薬剤が集積した癌組織の細胞を死滅させるように作用する。
このため、たとえば体表から遠い位置に存在する臓器などにできた癌組織等の病変部に対して治療を行うような場合には生体外から放射線等を照射して治療する必要がなく、本実施形態のように病変部に近い位置に配置可能な体内医療機器を用いて治療する方が、低エネルギーで効率の良い治療が行える。
更に、1回の薬剤の投与で全身の検査と治療を同時に行うことで、患者2への薬剤の投与回数を減らすことができため、検査・治療時間の短縮につながる。
このような場合に対応できるように、第1の実施形態の医療システム1におけるカプセル医療装置3を変形した変形例の医療システムを構成し、図9に示す変形例を構成するカプセル医療装置3Bのように薬剤集積部位10への到達深度がより深い超音波を照射して治療を行うようにしてもよい。
また、外装容器21の周方向に沿って、バルーン55が配置されており、カプセル制御部28は、バルーン55を拡張(膨張)、収縮する制御も行う。
なお、超音波振動子54を外装容器21の周方向に沿って、分割して配置し、カプセル制御部28により超音波を出射する方向を変更設定できる。その他の構成は、カプセル医療装置3と同様である。
次に本変形例の医療制御方法の手順を説明する。その手順は、第1の実施形態における図6と類似しているので、図6を参照して異なる部分のみ説明する。
本変形例においては、図6のステップS1における患者2に投与される分子標的薬剤としては光感受性物質でなく、病変部に対する治療薬を内包した例えば高分子ミセル56を含むものを投与する。
そして、図6におけるステップS12の発光部23jを発光させる代わりに、カプセル制御部28は、超音波振動子54に対して超音波を照射させるように制御し、高分子ミセル56を超音波によって破壊して、高分子ミセル56に内包された治療薬を散布させる。散布した治療薬により病変部としての例えば癌組織に対する治療処置の動作を行うことができる。
また、治療標的が癌細胞等の病変部ではなく、例えば血栓を対象にするような場合には、血液溶解剤などを高分子ミセル56によって内包してもよい。そして、同様に、超音波の照射によりこの高分子ミセル56を破壊して、この高分子ミセル56から出た血液溶解剤によって血栓部分の血液を溶解して血栓に対する治療を行うことができる。
図10は、本発明の第2の実施形態におけるカプセル医療装置3Cの構成を、その動作説明図で示す。本実施形態は、図1の医療システム1において、カプセル医療装置3の代わりに図10に示すカプセル医療装置3Cを採用したものである。
このカプセル医療装置3Cは、外装容器21から突出自在で、カプセル医療装置3Cから離脱するクリップ61が設けられている。
そして、カプセル制御部28は、情報処理装置6から制御信号を受け取ると、クリップ駆動部62を駆動するように制御し、クリップ61をカプセル医療装置3Cから突出させる。クリップ61は、例えば形状記憶物質で形成されており、カプセル制御部28によりクリップ駆動部62が発熱するように駆動すると、収縮状態のクリップ61が伸張してクリップ収納部から図10に示すように外部に突出する。
そして、第2の実施形態におけるカプセル医療装置3Cが薬剤集積部位10に近接していると判定した場合に、カプセル制御部28は、情報処理装置6からの判定結果による制御信号を受信して、クリップ61を生体内における薬剤集積部位10近傍に標識物として留置するように制御する。
散布する場合には、比較的長期にわたって、治療等の目標となる癌組織等の薬剤集積部位10近傍に滞留するような薬剤が望ましい。
なお、クリップ61や、標識となる薬剤などのマーカーは、PET−CT装置4においても造影可能なものであることが望ましい。
そして、本実施形態においては、マーカー等が付けられた薬剤集積部位10に対して、管状の挿入部を有する内視鏡63を挿入して、マーカーが付けられた癌組織等の薬剤集積部位10に処置具を用いて治療のための処置を行ったり、組織を採取(生検)する処置をして病変組織の病理学的な診断を行う。
この場合の動作は、図6に示したフローチャートにおいて、ステップS1からステップS11までは、第1の実施形態と殆ど同様である。
但し、本実施形態においては、ステップS1における分子標的薬剤は、光感受性物質を含有しないものでよい。ステップS2からステップS10を経た後のステップS11において、判定&制御部47は制御信号をカプセル医療装置3Cに無線で送信する。
また、例えば情報処理装置6は、PET−CT装置4によって造影された標識の位置と薬剤集積部位10を画像として記録し、薬剤集積部位10を生検目標部位として3次元画像としてレンダリングして擬似内視鏡画像を生成する。
これにより、標識が留置された留置箇所と薬剤集積部位10として検出された箇所との位置関係を正確に再現することができる。
従って、後の内視鏡検査時には標識物が留置された箇所まで内視鏡63の先端部を挿入し、前記3次元画像を参考に、薬剤集積部位10として検出された箇所を生検目標とした生検を行うことができる。
また、本実施形態によれば、カプセル医療装置3Cによって、PET−CT装置4による検査と同時に目的部位に標識を付けることができるため、その後の内視鏡検査の際に目標部位を容易に発見でき、生検等を短時間に、かつ円滑に行うことができる効果がある。
図11は本発明の第3の実施形態におけるカプセル医療装置3Dの構成を動作説明図で示す。
本実施形態のカプセル医療装置3Dは、第2の実施形態におけるカプセル医療装置3Cにおいて、生体組織2aの特定部位に標識を付けるマーキング手段の代わりに、図11に示すように生体組織2aから直接、生体組織を採取する生検鉗子(生検処置具)66を動作部として備えている。
本実施形態におけるカプセル制御部28は、第1の実施形態と同様の制御機能を有すると共に、生検鉗子66による所定の動作としての組織採取(生検)する動作の制御を行うための生検鉗子制御部67の機能を備えている。
本実施形態におけるカプセル医療装置3Dの特徴は、情報処理装置6においてカプセル医療装置3Dが薬剤集積部位10に近接していると判定した場合に、カプセル制御部28が情報処理装置6からの判定結果を受けて、生検鉗子66を用いて生体組織2aから直接、組織採取を行うように制御する。よって、本実施形態によれば、癌組織等の病変部から組織採取ができる効果を有することとなる。
生検鉗子66は、PET−CT装置4によって発見された薬剤集積部位10から確実に組織採取を行う必要があるため、生検鉗子66および薬剤集積部位10の位置関係がPET−CT装置4で検出可能なように生検鉗子66の材質としてX線によって造影可能なものを用いるのが望ましい。
MRI装置と組み合わせて使用する場合、磁気共鳴現象によって検出可能な分子標的薬剤を生体に投与する。
そして、磁気共鳴によって生じるMR信号(ラジオ波)をカプセル医療装置3に設けたガンマ線センサ22iの代わりに設けた第2の検出部としてのMR信号(ラジオ波)センサで検出し、その検出情報の信号レベルから第2の生体情報としてのMR信号の強度を取得する。
このMR信号センサで得た強度の情報と、体外に配置されたMRI装置による第1の検出部による検出情報から生成した(第1の生体情報としての)薬剤集積部位の位置、集積濃度の情報をもとに治療動作を制御することで、癌組織等の病変部に直接アプローチして正確に治療を行うことが可能となると共に、検査・治療時間を短縮できる効果が得られる。
たとえば、内視鏡との組み合わせで一般的に使用されている蛍光色素を分子標的薬剤と結合させ、カプセル医療装置から放射される励起光を受けて発生した蛍光を、カプセル医療装置の撮像素子で捉えるような構成でもよい。
その他、表面増強ラマン散乱や表面プラズモンによる特定波長帯域の反射率の増大を利用した検出など様々な検出方法があり、これらのシグナルを活用したカプセル医療装置を採用しても良い。
図12を参照して本発明の第4の実施形態を説明する。図12は本発明の第4の実施形態の医療システム1Dの概略の構成を、その動作説明図で示す。
本実施形態の医療システム1Dは、患者(生体)内部に挿入(配置)される第1の医療機器としてのOCT(オプティカル・コヒーレント・トモグラフィ)プローブ71を備えたOCT装置70と、OCTプローブ71の先端側に取り付けられた第2の医療機器としてのラジオ電流プローブ72とを有する。
つまり、本実施形態の医療システム1Dは、異なる第1及び第2の生体情報を取得(検出)する機能が異なり、共に生体内に挿入される2つの医療機器を備えたシステムである。
OCTプローブ71は、患者内部に挿入される細長で管状の挿入部73を有し、その先端側には光を集光するレンズ74及び光を走査する走査ミラー75が、第1の生体情報としての癌組織が集積する集積部位78の位置を取得するための第1の検出部として配置されている。
伝送された低干渉性の光は、レンズ74及び走査ミラー75を介して、挿入部73の軸に垂直な方向に出射される。走査ミラー75は、挿入部73の軸の周りで回転駆動、又は適宜の角度範囲で揺動駆動される。
この場合、患者には、予め癌細胞において特異的に結合する蛋白でパッケージングされた金ナノ粒子77のような物質が投与されている。そして金ナノ粒子77は、図12に示すように(患者内部の)生体組織2aにおける癌組織が集積している部位(集積部位78)に、集積する。
反射光は、走査ミラー75を経て挿入部73の基端側のOCT本体76に戻る。OCT本体76には、参照光を生成する図示しない参照光生成部が設けてあり、走査ミラー75側から戻る光の光路長と、参照光生成部の光路長とが殆ど一致する距離以内において干渉が発生する。
なお、参照光の光路長は、例えば所定周期で変更される。参照光の光路長の周期的な変化に対応して、生体組織2aに照射された低干渉性の光の散乱光は、走査ミラー75から前記光路長の周期的な変化量に一致する距離のものが干渉光として検出されることになる。
干渉光は、OCT本体76内部の光検出器により光電変換されて干渉信号となり、さらにOCT本体76内部の信号処理回路76aに入力される。この信号処理回路76aは、干渉信号の強度を輝度として、OCT断層画像を生成する。また、信号処理回路76aは、第1の検出部による検出情報から第1の生体情報を生成する機能を有し、上記干渉信号から集積部位78の位置を算出する処理を行う。
一方、挿入部73の先端部には、走査ミラー75に近接した位置に、ラジオ波を発生する例えばφ1mmほどの電流針81と、この電流針81を先端部の開口から突出自在に駆動する駆動部82を設けたラジオ電流プローブ72が配置されている。
また、電流針81の先端には、第2の生体情報を取得するための第2の検出部として、温度を検出する温度センサ81aが設けてあり、この温度センサ81aにより検出された検出情報(信号レベル)は、第2の生体情報としての集積部位78の温度情報となる。この温度情報は、駆動部82を介して制御部83に送られる。
なお、温度センサ81aは、電流針81が駆動部82により突出されてその先端が集積部位78付近の生体組織2aに接触ないしは穿刺した状態になった時のみ検出した温度情報を出力するように制御部83が制御しても良い。
制御部83は、OCT本体76と通信ケーブル84を介して接続され、OCT本体76側からOCT断層画像における集積部位78の位置情報が、第1の生体情報として入力される。
OCT本体76から集積部位78が走査範囲(又はOCT断層画像)内に捉えられた情報と、その集積部位78の位置の情報が入力されると、制御部83は、駆動部82に対して電流針81を突出させる制御、ラジオ波を出力させる制御、ラジオ波を出力する方向、つまり指向性の制御を行う。
図12は、制御部83からの制御信号を受けた駆動部82が電流針81を先端部から突出させて、電流針81を生体組織2aに刺して、ラジオ波を照射した状態を示す。
そして、温度センサ81aによる温度情報により、この集積部位78の癌細胞を死滅させるのに適した温度を保持するように出力レベルを制御し、癌治療を適正に行うようにする。
また、OCT断層画像として表示される走査範囲内において穿刺している電流針81があると、そのOCT断層画像内において電流針81表面からの散乱光成分による干渉光により電流針81の穿刺位置を特定できる。
また、制御部83は、癌治療を適正に行えると推定される時間後に、ラジオ波の照射を停止すると共に、電流針81を先端部内に収納する制御を行う。
なお、図12の構成例において、制御部83を生体内に配置する構成にしても良い。また、OCT70の情報を制御部83に無線で送信する構成にしても良い。
つまり、本実施形態によれば、OCTプローブ71の先端部がOCT断層画像内に捉えられる状態になると、制御部83はOCTプローブ71の先端部が病変部に近い処置に適した領域に存在すると判定し、その先端部付近に設けたラジオ電流プローブ72の電流針81を突出させて、病変部に穿刺し、電流針81からラジオ波を出力させる制御を行うことにより、病変部に集積した金ナノ粒子77を発熱させて、病変部の癌細胞を死滅させるような治療のための処置を行うことができる。
また、本実施形態によれば、発熱させて治療を行うための金ナノ粒子77が集積した病変部(集積部位78)と電流針81の位置関係をOCT断層画像から求め、その位置関係の情報によりラジオ波を出力する電量針81の突出量を補正することにより、病変部に対する治療のための処置を適正に行うことができる。
また、本実施形態によれば、金ナノ粒子77を発熱させて、治療のための処置を行う場合、電流針81の先端に設けた温度センサ81aにより、病変部の温度を検出し、その温度の情報により、ラジオ波の出力レベルを制御し、その処置に適した温度を保持することにより、効率的な治療を行うことができる。
また、病変部と電流針81の位置関係の情報からラジオ波を出力する方向を病変部に指向するように指向性の制御も行うことができ、病変部に対してラジオ波による治療のための処置を効率良く行うことができる。
なお、本実施形態においてはOCT装置70とラジオ電流プローブ72の場合で説明したが、この場合に限定されるものでなく、例えば通常の内視鏡とカプセル医療装置(又はカプセル内視鏡)の組み合わせでも良い。また、通常の内視鏡と体内の留置物(センサ)との組み合わせでも良いし、超音波プローブ、共焦点プローブ等や、針センサと内視鏡との組み合わせでも良い。また、体内に共に挿入される2つの医療機器は、体内に挿入することができるものであればいずれの医療機器であっても良い。
次に図13及び図14を参照して本発明の第5の実施形態を説明する。図13は、本発明の第5の実施形態の医療システム1Eを構成する光マンモグラフィ装置91の概略の構成を示し、図14は超音波装置92の概略の構成を示す。本実施形態の医療システム1Eは、共に生体外部に配置され、第1の生体情報及び第2の生体情報をそれぞれ取得するための第1の検出部と第2の検出部を備えた2つの医療機器を備えた医療システムである。
光ファイバ94k(k=a、b、…、t)の他方の端部は、光マンモグラフィ本体(単に本体)96に接続され、本体96の内部には発光部と受光部とが設けられている。図13に示すように例えば光ファイバ94aの一方の端部からガントリ93の内側に光を照射する。照射された光に対して、他の光ファイバ、図13においては例えば光ファイバ94sにより、散乱光を受光し、光の散乱による第1の生体情報を取得(検出)するための第1の検出部の機能を持つ。
図13においては1つの光ファイバ94aと、1つの光ファイバ94sとで発光と受光とを行っている様子を示しているが、複数の光ファイバを用いて発光と受光とを行う。本体96内部の演算処理部96aは、それら複数の光ファイバの配置位置及び散乱光の情報から、ガントリ93の内側の患者2の生体組織内の散乱係数・吸収係数の分布を求める演算を行う。
そして、演算処理部96aによる演算によって、3次元画像を構築し、構築した3次元画像から分子標的薬剤の薬剤集積部位10の位置の情報を第1の生体情報として算出(生成)する。
本体96内の演算処理部96aで生成した薬剤集積部位10の位置情報は、図14に示す超音波装置92の超音波制御部(制御部と略記)97に送信される。
超音波駆動信号が印加された超音波トランスジューサ95lは、ガントリ93内部に向けて集束する超音波を照射する。
この場合、制御部97は、本体96から受信した薬剤集積部位10の位置情報に基づいて、薬剤集束部位10に超音波が集束して照射されるように、実際に駆動する超音波トランスジューサ95l(図14に示す例では95b〜95dの3つ)を選択する。
また、超音波装置92に備えられた超音波トランスジューサ95lは、第2の生体情報としての薬剤集積部位10に照射された超音波エネルギの情報を取得するための第2の検出部として、マイクロフォンとしての役割も果たし、患者2に超音波を照射した際の反響音を検出する。検出された反響音の情報は、制御部97に入力される。
制御部97は、反響音の検出情報より薬剤集積部位10に照射された超音波エネルギの情報(超音波振動の振幅値、振動数)の推定値を生成する。
制御部97は、このように制御することによって、他の組織に影響を与えず、治療すべき患部又は病変部としての薬剤集積部位10の癌組織を効率良く治療することができる。
また、制御部97は、複数の超音波トランスジューサ95lによる超音波の送受信を制御して、複数の超音波トランスジューサ95lにより薬剤集積部位10に対する超音波による位置又は距離情報を第2の生体情報として生成(取得)することができる。この場合には、超音波トランスジューサ95lは、薬剤集積部位10の位置又は距離を音響的に取得するための第2の検出部の機能も持つ。
このように光マンモグラフィ装置91による光学的な情報の他に、音響的な情報を利用することによって、より精度良く薬剤集積部位10の検出ができると共に、超音波により治療のための処置を適切に行うことができる効果を有する。
例えば、高分子ミセル56の破壊によって分子標的薬剤の光吸収係数が大きくなる場合で説明すると以下のようになる。
治療を行うための超音波エネルギを所定時間、病変部となる薬剤集積部位10に照射した場合、照射前後での光マンモグラフィ装置91により検出される光強度の減少量から、薬剤集積部位10における高分子ミセル56が破壊された数を推定することができる。
また、さらに光マンモグラフィ装置91により検出される光強度の時間的変化をモニタする。癌治療薬剤により病変部の癌組織が死滅して治療が進行すると、病変部に集積する分子標的薬剤の集積濃度が低下すると推定される。従って、光マンモグラフィ装置91により検出される光強度の時間的変化をモニタすることにより、治療効果の推定に利用することができる。
つまり、本実施形態によれば、光マンモグラフィ装置91により病変部に集積した薬剤集積部位10の位置を検出し、その位置情報に基づいて超音波装置92の制御部97は、その薬剤集積部位10に超音波が集束して照射されるようにトランスジューサ95lの駆動を制御し、超音波の照射により薬剤集積部位10に集積した高分子ミセル56を破壊して、内包された治療薬により病変部に対する治療の処置を円滑に行うことができる。
また、薬剤集積部位10に照射された超音波の反響音の情報から制御部97は、照射された超音波エネルギの情報を推定し、推定した超音波エネルギの情報を制御情報として薬剤集積部位10に超音波を照射する際のトランスジューサ95lの超音波出力、超音波の照射方向を制御することにより、治療すべき病変部を効率良く治療ことができる。
また、制御部97は、トランスジューサ95lによる薬剤集積部位10の位置又は距離の情報を利用して、治療を行う場合の超音波エネルギの大きさを制御することができ、適正な処置を行い易くなる。
また、光マンモグラフィ装置91により検出される光強度の時間的変化をモニタすることにより、治療効果を推定することができる。
また、病変組織に集積した薬剤集積部位から放射される放射線としてのガンマ線を検出する場合に限定されるものでなく、ベータ線、アルファ線等の放射線を検出するようにしても良いし、上述したように蛍光を検出するようにしても良い。
なお、上述した実施形態等を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。
本出願は、2009年8月19日に日本国に出願された特願2009−190288号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲に引用されるものとする。
本発明は上記を顧みてなされたものであり、生体に対して機能が異なる複数の医療機器を用いて生体に対する処置又は処置に関連する所定の動作を効率良く行える検査装置及び医療制御方法を提供することを目的とする。
前記薬剤集積情報に基づき、前記病変部における薬剤集積情報の経時変化を経時変化情報として演算する演算手段と、
前記経時変化情報に基づき、前記病変部に集積された前記薬剤を検出するための閾値情報を設定するための閾値設定手段と、
前記閾値設定手段で設定された前記閾値に基づき前記病変部に蓄積された前記薬剤を検出するための第2の検出部と、
を具備したことを特徴とする。
前記第1のステップにより取得された情報を用いて、前記薬剤集積部位から所定距離において第2の医療機器により検出される前記放射線の強度の推定値を算出する第2のステップと、
前記第1のステップにより取得された情報と前記推定値とから、前記第2の医療機器が挿入されて移動する前記生体内の移動通路内に、前記薬剤集積部位から所定距離以下となる領域が存在するか否かを判定部が判定する第3のステップと、
前記第3のステップにより前記生体内の前記移動通路内に前記薬剤集積部位から前記所定距離以下となる領域が存在する場合に、前記生体内に挿入された前記第2の医療機器により、前記薬剤集積部位からの前記放射線の強度を検出する第4のステップと、
前記第2の医療機器により検出される前記放射線の強度が、前記推定値を超えるか否かの判定を行う第5のステップと、
前記第2の医療機器により検出される前記放射線の強度が、前記推定値を超える判定結果の場合に前記第2の医療機器により、前記薬剤集積部位に対して治療のための処置を行う制御を行う第6のステップと、
を有することを特徴とする。
前記第1のステップにより取得された情報を用いて、前記薬剤集積部位から所定距離において第2の医療機器により検出される前記放射線の強度の推定値を算出する第2のステップと、
前記第1のステップにより取得された情報と前記推定値とから、前記第2の医療機器が挿入されて移動する前記生体内の移動通路内に、前記薬剤集積部位から所定距離以下となる領域が存在するか否かを判定部が判定する第3のステップと、
前記第3のステップにより前記生体内の前記移動通路内に前記薬剤集積部位から前記所定距離以下となる領域が存在する場合に、前記生体内に挿入された前記第2の医療機器により、前記薬剤集積部位からの前記放射線の強度を検出する第4のステップと、
前記第2の医療機器により検出される前記放射線の強度が、前記推定値を超えるか否かの判定を行う第5のステップと、
前記第2の医療機器により検出される前記放射線の強度が、前記推定値を超える判定結果の場合に、前記第2の医療機器に設けられ前記薬剤集積部位に対して動作する動作部を動作させる制御信号を前記第2の医療機器に発生する第6のステップと、
を有することを特徴とする。
Claims (17)
- 生体から第1の生体情報を取得する為の第1の検出部を備えた第1の医療機器と、
前記生体から第2の生体情報を取得する為の第2の検出部と、前記第1の医療機器から受信した前記第1の生体情報に基づいて所定の動作を行う動作部と、を備えた第2の医療機器と、
前記第2の医療機器に設けられ、前記第2の生体情報に基づいて前記動作部の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする医療システム。 - 前記第1の検出部は、前記生体の外部に配置され、前記第1の生体情報は、前記第1の検出部の検出情報から生成されることを特徴とする請求項1に記載の医療システム。
- 前記第1の検出部は、前記生体の内部に配置され、前記第1の生体情報は、前記第1の検出部の検出情報から生成されることを特徴とする請求項1に記載の医療システム。
- 前記第2の検出部及び前記動作部は、前記生体の外部に配置され、前記第2の生体情報は、前記第2の検出部の検出情報から生成されると共に、前記動作部は前記生体の外部から前記所定の動作を行うことを特徴とする請求項2に記載の医療システム。
- 前記第2の検出部及び前記動作部は、前記生体の内部に配置され、前記第2の生体情報は、前記第2の検出部の検出情報から生成されると共に、前記動作部は前記生体の内部から前記所定の動作を行うことを特徴とする請求項2に記載の医療システム。
- 前記第2の検出部及び前記動作部は、前記生体の内部に配置され、前記第2の生体情報は、前記第2の検出部の検出情報から生成されると共に、前記動作部は前記生体の内部から前記所定の動作を行うことを特徴とする請求項3に記載の医療システム。
- 前記制御部は、前記第1の生体情報と前記第2の生体情報に基づいて、前記動作部に対して所定の動作を行わせる条件を満たすか否かの判定を行う判定部を有し、前記制御部は前記条件を満たす判定結果の場合に前記動作部を前記所定の動作を行わせることを特徴とする請求項5に記載の医療システム。
- 前記第1の検出部及び前記第2の検出部は、前記生体における病変組織に特異的に結合する特性が付与された特定の薬剤の薬剤集積部位から放射される放射線を検出することを特徴とする請求項5に記載の医療システム。
- 前記所定の動作は、前記薬剤集積部位における前記病変部に対する治療を行うために光の照射若しくはラジオ波の出力、又は前記薬剤集積部位付近の組織を採取する処置、又は前記薬剤集積部位付近に標識を付ける動作であることを特徴とする請求項7に記載の医療システム。
- 前記第1又は第2の医療機器は、生体内に挿入され、カプセル形状のカプセル医療装置であることを特徴とする請求項8又は9に記載の医療システム。
- 前記第2の医療機器は、生体内に挿入され、カプセル形状のカプセル医療装置であり、
前記第1の生体情報は、前記薬剤集積部位の位置情報であり、
前記第2の生体情報は、前記放射線の強度情報であることを特徴とする請求項8に記載の医療システム。 - 前記制御部は、前記第1の生体情報と前記第2の生体情報に基づいて、前記動作部に対して所定の動作を行わせる条件を満たすか否かの判定を行う判定部を有し、前記制御部は前記条件を満たす判定結果の場合に前記動作部を前記所定の動作を行わせることを特徴とする請求項11に記載の医療システム。
- 前記所定の動作は、前記薬剤集積部位における前記病変部に対する治療を行うために光の照射若しくはラジオ波の出力、又は前記薬剤集積部位付近の組織を採取する処置、又は前記薬剤集積部位付近に標識を付ける動作であることを特徴とする請求項12に記載の医療システム。
- 前記第2の医療機器は、超音波照射を行う超音波装置であることを特徴とする請求項1に記載の医療システム。
- 生体内における病変組織に特異的に結合する特定の薬剤から発せられる放射線を、第1の医療機器により検出して前記特定の薬剤が集積した薬剤集積部位の位置及び集積濃度を算出する第1のステップと、
前記第1のステップにより取得された情報を用いて、前記第2の医療機器により、前記薬剤集積部位から所定距離で検出される前記放射線の強度の推定値を算出する第2のステップと、
前記生体内に挿入される第2の医療機器により、前記薬剤集積部位からの放射線を検出する第3のステップと、
前記第2の医療機器により検出される放射線の強度が、前記推定値を超えるか否かの判定を行う第4のステップと、
前記第2の医療機器により検出される放射線の強度が、前記推定値を超える判定結果の場合に前記第2の医療機器により、前記薬剤集積部位に対して治療のための処置を行う制御を行う第5のステップと、
を有する医療制御方法。 - 前記第2の医療機器は、生体内に挿入され、カプセル形状のカプセル医療装置であることを特徴とする請求項15に記載の医療制御方法。
- 前記治療のための処置は、前記薬剤集積部位における前記病変部に対する治療を行うために光の照射若しくはラジオ波の出力、又は前記薬剤集積部位付近の組織を採取する処置、又は前記薬剤集積部位付近に標識を付ける動作であることを特徴とする請求項16に記載の医療制御方法。
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