SE507490C2 - Förfarande för detektering av cancer i hud på människor och däggdjur samt anordning för utövande av förfarandet - Google Patents

Description

30 35 507 490 2 remsor och en sådan operation kan ta många timmar genom att undersökningen av remsorna tar tid. Denna operationsmetod kallas Mohs kirurgi.

Då en cancertumör eller cancerfläck har utvecklats så att den är synlig behöves ingen detektionsmetod för att finna denna. Det är däremot av vital betydelse att cancer i ett utvecklingsstadium som ännu inte kan ses med blotta ögat också detekteras så att tidiga åtgärder kan sätta in. För detta ändamål är det känt att bl a använda spektroskopi som innebär att man belyser det område där cancer kan miss- tänkas förefinnas och detekterar fluorescerande ljus som strålar ut från det belysta området och som kommer från ämnen som har anrikats i eller kring cancercellerna. Ett sådant ämne kan vara ett hematoporfyrinderivat som består av olika porfyriner och som injiceras i blodomloppet. Efter att detta ämne har injicerats avvaktar man med belysningen tills hematoporfyrinderivatet har försvunnit från friska vävnader vilket icke sker vid cancerangripna vävnader där dessa derivat istället anrikas. Belysningen sker före- trädesvis med laserljus. Förutom att man kan detektera cancercellerna genom det utsända fluorescerande ljuset så behandlar man också cancern genom att anlägga ett så starkt ljus att singlett syre bildas så att cellerna dödas. Denna metod samt framställningen av hematoporfyrin beskrives i amerikanska patentet 5 015 463. En liknande metod och en apparat för detekteringen beskrives i svenska patentet 84 05 276-O.

Det är också möjligt att detektera sjukliga förändringar i kroppen utan användning av något kemiskt hjälpmedel utan endast med hjälp av en kartläggning av utstrålat fluoresce- rat ljus som åstadkommits med hjälp av en ljuskälla. Vid belysning med ljus innehållande olika våglängder fås nämligen en autofluorescens från frisk vävnad i kroppen och denna kan då kartläggas. Vid sjukdomstillstånd ändrar sig 10 15 20 25 30 35 507 490 3 fluorescensbilden och det sjuka stället kan därför påvisas.

Ljuskällan vid en sådan undersökning är företrädesvis laserljus. Systemet och apparaten beskrives i amerikanska patentet 5 345 941.

TEKNISKA PROBLEMET: Vid den första metoden med Mohs kirurgi har man den uppenbara nackdelen att behandlingen tar mycket lång tid och åstadkommer lidande för patienten samt är dyrbar. Denna operation utföres därför endast på ett mycket fåtal ställen.

Vid den andra metoden då man måste injicera hematoporfyrin har man det problemet att hematoporfyrinderivatet icke är ett kroppseget ämne och därför kan vara svåracceptabelt för vissa personer samt att lång tid måste gå förrän detta ämne har försvunnit från de friska vävnaderna innan undersök- ningen kan påbörjas.

Den tredje metoden med kartläggning av autofluorescensen utan hjälp av kontrastmedel, färger eller liknande är komplicerad och otillförlitlig samt kräver en.mycket dyrbar utrustning.

LösNINGEN= Det har därför länge varit ett önskemål att kunna upptäcka hudcancer på ett mycket tidigt stadium på ett tillförlit- ligt sätt utan injicering av icke kroppsegna substanser på ett snabbt sätt och med en snabb och billig apparatur och man har därför enligt uppfinningen åstadkommit ett för- farande för detektering av cancer i hud på människor och däggdjur genom avbildande spektroskopi som kännetecknas av att en komposition innehållande deltaaminolevulinsyra (ALA) först anbringas på det område av huden där cancer misstänks 10 15 20 25 30 35 507 490 4 förekomma och får där verka i 1 till 24 timmar varefter det med ALA påverkade hudområdet efter avlägsnande av komposi- tionen bestrålas med ljus med en våglängd av 330-440 nm och en intensitet av 0,1-10 mW/cnß och att under bestrålningen uppkommande fluorescerande strålning med en våglängd av 610-715 nm från det med ljus bestrålade området registreras och utvärderas.

Det är enligt uppfinningen lämpligt att registreringen av den fluorescerande strålningen sker genom fotografering med en kamera företrädesvis av typen CCD (Charge Coupled Device) på vilken man anbringat ett filter som blockerar allt ljus med våglängd kortare än 610 nm.

Enligt uppfinningen är det lämpligt att kompositionen består av ALA i en koncentration av 5-25% i en olja-i- vatten eller vatten-i-oljaemulsion.

Bestrålningen med ljus kan enligt uppfinningen åstadkommas med en kvicksilverlampa som efter filtrering (med filter BGl2) ger ljus inom våglängdsområdet 310-500 nm.

Enligt uppfinningen har ljuset inom området 310-500 nm intensitetstoppar i området 363-367 nm och 404-408 nm.

Uppfinningen innefattar även en anordning för utövande av förfarandet och innefattar en ljuskälla för alstrande av vanligt icke koherent ljus, ett filter (BGl2) för filtre- ring av det från ljuskällan alstrade ljuset för bort- filtrering av ljus med en våglängd kortare än ca 330 nm och längre än 440 nm, en registreringsanordning för registre- ring av fluorescerat ljus med en våglängd av 610-715 nm från det hudområde som är belyst med det alstrade och filtrerade ljuset samt komposition innehållande deltaamino- levulinsyra för applicering på det hudområde som är avsett att undersökas. 10 15 20 25 30 35 507 490 5 Anordningen enligt föreliggande uppfinning innefattar en ljuskälla som företrädesvis utgöres av en kvicksilverlampa.

Registreringsanordningen enligt föreliggande uppfinning utgöres lämpligen av en kamera företrädesvis av typen CCD (Charge Coupled Device) på vilken man anbringat ett filter som blockerar allt ljus med en våglängd under 610 nm.

Kompositionen enligt föreliggande uppfinning utgöres lämpligen av en olja-i-vatten eller en vatten-i-oljaemul- sion innehållande 5-25% ALA.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade fotografiska figurer där fig. 1 visar ett fotografi av ett hudparti med cancer- fläckar och där fig. 2 visar ett annat hudparti med cancerfläckar och detektionsfläckar enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING: Förfarandet enligt föreliggande uppfinning tillgår på det sättet att man först iordningställer en vatten-i-oljaemul- sion eller en olja-i-vattenemulsion av en förening kallad deltaaminolevulinsyra (ALA) med en ALA-koncentration av 5- 25%. ALA förekommer i pulverform och löser sig lätt i vatten. Denna förening som har formeln I tillverkas normalt i kroppen i ryggmärgens benvävnad och utgör byggsten för hemoglobinet. 10 15 20 25 30 35 507 490 COOH :m2 Genom en serie biokemiska reaktioner byggs en substans, som kallas protoporfyrin IX, upp med formeln II.

II Denna protoporfyrinmolekyl utgör förstadiet till hemo- globinet och den saknar i princip endast trevärt järn i förhållande till detta.

Då emulsionen eller gelen med ALA smörjes på huden kommer bildningen av protoporfyrin att gå snabbt och denna förening kommer att anrikas i mycket stark grad på eller i de sjuka cancercellerna. Patienten kan själv smörja sig med 10 15 20 25 30 35 507 490 7 denna gel hemma innan han eller hon går till sjukhuset med den förutsättningen att gelen får möjlighet att sitta på hudområdet i minst ca 5 timmar. Denna tid är icke kritisk, det kan ibland räcka med en timmma, men en längre period upp till 24 timmar kan förekomma. Det är lämpligt att det aktuella hudområdet på vilket ALA-gelen har applicerats ockluderas med en plastfilm.

Då detektionen av cancerceller skall påbörjas tvättas ALA- gelen bort på lämpligt sätt och hudområdet som misstänks innefatta cancerceller belyses med ett vanligt icke koherent ljus med en våglängd av 330-440 nm vilket är det våglängdsområde där protoporfyrin IX har en kraftig absorption. Detta ljus bör vara jämnt över hela den yta som undersökes. Även om vanligt ljus föredras är det även möjligt att använda laserljus.

Den lämpliga våglängden på ljuset erhålles genom att man belyser med företrädesvis en kvicksilverlampa och filtrerar bort det ljus som har längre våglängd än ca 440 nm och kortare än 330 nm. Filtret kan utgöras av ett långpass- filter av typen BG12. Intensiteten av det infallande ljuset kan lämpligen vara 0,1-10 mW/cmz. I detta filtrerade ljus från kvicksilverlampan förekommer intensitetstoppar i området 363-367 nm och 404-408 nm.

Med denna belysning fluorescerar protoporfyrinet som är ett kroppseget ämne, men som har anrikats på det cancersjuka stället genom ALA-smörjningen, att fluoriscera inom våglängdsområdet 610-715 nm. Denna strålning kan registre- ras genom att den fotograferas lämpligen med en CCD-kamera (Charge Coupled Device) på vilken man lämpligen anbringat ett filter som blockerar allt ljus med våglängd kortare än 610 nm. Det är lämpligt att låta bilden framkomma på en bildskärm eller' dylikt. Exponeringstiden som krävs är 10 15 20 25 30 35 507 490 8 mindre än 2 s. Flera bilder kan tas för att få en säkrare diagnos. Hela undersökningen tar således några minuter.

Det är särskilt en begynnande cancer som kan detekteras på detta sätt. Då cancern har utvecklats så att den är synlig blir den på ovan nämnt sätt åstadkomna bilden mindre tydlig av olika orsaker. Detta är dock icke någon nackdel med metoden eftersom cancern ändå synes. Orsaken till detta fenomen är förmodligen att små blödningar eller liknande stör anlagringen av protoporfyrin eller emissionen av fluorescensstrålar.

Figurerna 1 och 2 visar bilder tagna på två olika patienter där cancerområdena visas. Intensiteten på det exciterande ljuset var ca 0,5 mW/CHF och exponeringstiden 2 s.

Fig. 1 visar fluorescensbilden från ryggen av en 65 år gammal man. Intensiteten på fluorescensen visas i en grå skala där de ljusare områdena emiterar mera fluorescens än de mörkare områdena. Bredden på det avbildade området är 11,3 cm och höjden 7,5 cm. De svarta cirklarna och den svarta pilen är linjer som är åstadkomna på huden med en penna. Det mörkare området A är hud som icke har behandlats med ALA och den genomsnittliga fluorescensen kallas för hudautofluorescens. Denna fluorescens uppstår då inkommande ljus exciterar kroppsegna molekyler i huden. Det ljusare området B är hud som har behandlats med ALA utan att några tumörer har detekterats. Den genomsnittliga fluorescens- nivån inom området B är 1,9 x fluorescensen inom området A.

En vit kontur med högre fluorescensnivå visas runt områden med en intensitet som är 2,75 x hudautofluorescensen. Dessa områden 1-4 är tumörer som har diagnostiserats med exis- terande teknik. Huden runt tumörerna l och 3 hade till en stor grad förstörts av tumörer. Detta kan vara en för- klaring till att fluorescensen är låg i centrat på området 1 och runt området 3. 10 15 20 25 30 35 507 490 9 klaring till att fluorescensen är låg i centrat på området l och runt området 3.

Områdena 5 och 6 kunde emellertid inte identifieras som tumörer på vanligt sätt med existerande teknik utan kunde endast påvisas med hjälp av tekniken enligt föreliggande uppfinning. Små stycken av hud skars ut från dessa till synes friska områdena 5 och 6 och laboratorieanalyser av dessa stycken visade att områdena 5 och 6 också innehöll tumörer.

Fig. 2 visar en fluorescensbild från bröstet på en 45 år gammal kvinna. Intensiteten av fluorescensen representeras i en grå skala där de ljusare områdena emiterar mer fluorescens än de mörkare områdena. Bredden på det av- bildade området är 5,2 cm och höjden 3,5 cm. De svarta linjerna och korsen på huden har åstadkommits med en penna.

De mörkare områdena A är hud utan ALA-behandling och fluorescensen betecknas sonlhudautofluorescens. Det ljusare området B är hud som har behandlats med ALA utan att någon tumör har kunnat detekteras. Den genomsnittliga nivån för fluorescensen i denna arean B är 2,0 x fluorescensen i området A. Nivåer med vit kontur har uppkommit runt områden med högre intensitet än 2,75 x hudautofluorescensen. Den tumör från delen i centrum av området 7 identifierades som ett område av ett tidigare läkt sår från en tidigare utförd biopsi som hade bekräftat tumör. Området inom den svarta linjen skars ut med konventionell kirurgisk teknik.

Hudstycket preparerades kemiskt och skars upp för mikrosko- pisk analys för bestämning av utsträckning av tumören. De tunna grå linjerna visar snitten. De tjocka vita linjerna visar förekomsten av tumörvävnad längs dessa snitt. Som synes framgår det att den konventionella mikroskopiska analysen i stora drag sammanfaller' med, den avbildande spektroskopin. 10 15 20 25 30 507 490 10 Genom föreliggande uppfinning har man således åstadkommit ett förfarande för detektering av hudcancer som är mycket tillförlitligt, icke tillför ickekroppsegna substanser och som kan utföras med en enkel är snabbt, några xninuter, och billig apparatur.

Uppfinningen är icke begränsad till den beskrivna ut- föringsformen utan den kan varieras på olika sätt inom patentkravens ram.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 40 507 490 ll PATENTKRAV:

1. l. Förfarande för detektering av cancer i hud på människor och däggdjur genom avbildande spektroskopi, k ä n n e t e c k n a t a v att en komposition inne- hållande deltaaminolevulinsyra ALA först anbringas på det område av huden där cancer misstänks förekomma och får där verka i 1 till 24 timmar, varefter det med ALA påverkade hudområdet efter avlägsnande av kompositionen bestrålas med ljus med en våglängd av 363-367 nm och 404-408 nm och en intensitet av 0,1-10mW/cmzoch att under bestrålningen upp- kommande fluorescerande strålning med en våglängd av 610- 715 nm från det med ljus bestrålade området registreras och utvärderas.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t a v att registreringen av den fluorescerande strålningen sker genom fotografering med en kamera företrädesvis av typen CCD (Charged Couple Device).

3. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t a v att allt ljus med en kortare våglängd än 610 nm filtreras bort.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t a v att kompositionen består av ALA i en koncentration av 5-25% i en olja-i-vatten eller vatten-i-oljaemulsion.

5. Förfarande enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t a v att bestrålningen med ljus åstadkommes med en kvicksilverlampa som efter filtrering (med filter BG12) ger ljus inom det önskade området.

6. Anordning för utförande av förfarandet enligt något av kraven 1-5 innefattande en ljuskälla i forn1 av en kvicksilverlampa för alstrande av vanligt ickekoherent 10 15 20 507 490 12 ljus, ett filter (BG12) för filtrering av det från ljuskäl- lan alstrade ljuset vilket filter släpper genom ljus med en våglängd av 363-367 nm och 404-408 nm, en registreringsa- nordning för registrering av fluorescerat ljus med en våglängd av 610-715 nm från det hudområde som är belyst med det alstrade och filtrerade ljuset samt komposition innehållande deltaaminolevulinsyra för applicering på det hudområde som är avsett att undersökas.

7. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d a v att registreringsanordningen utgöres av en kamera företrädesvis av typen CCD (Charge Coupled Device).

8. Anordning enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a t a v ett filter för bortfiltrering av ljus med en kortare våglängd än 610 nm.

9. Anordning enligt något av kraven 6-8, k ä n n e t e c k n a d a v att kompositionen utgöres av en de 5-25% ALA.