JP5437818B2 - 生体内の悪性プロセスの検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、および生物医学に関し、また本発明は、ある適合条件下での、身体の部分の気体放電画像化、およびさらにはそのようにして得られる画像のコンピュータによる処理によって、動的な系のいくつかの特性を評価するために、例えば生体内の悪性プロセスを検出（または除外）するために、使用することができる。

公知の装置[RU 2110824, 優先日97年11月26日, 気体放電視覚化装置, MKI G03B41/00; 国際条約出願PCT/RU97/00376, 出願の類似のものRU 2110824, およびAU、BRの特許, 気体放電視覚化装置; WO/1999/030612, 生体のエネルギー情報特性の測定方法（Method for determining the energy-information characteristics of a biological object）; WO/2003/053240, 人体の診断方法（Method for diagnosis of human organism）; WO/2004/075752), ヒトの不安レベルの測定方法（Method for determining the anxiety level of a human being）]は、電場を発生させるための透明電極、被験対象を絶縁するための誘電体、およびテレビカメラを有し、該誘電体および電極の双方は光学的に透明な材料からなり、該電極は、該誘電体と該テレビカメラとの間に位置する。

前記装置の欠点は、何らかのスプリアス（spurious）光が被験対象の気体放電像に干渉することであり、該光は被験対象の表面から反射される。スプリアス光は、該対象の発光に重畳され、さらなるコンピュータ処理を複雑にする画像の不十分なコントラストをもたらし、結果の再現性の割合を減少させる。

別の欠点は、インターレース方式でフレームを調整するテレビカメラを適用したことである。実際、そのようにして得られるフレームは、二等分のインターレースしたフィールドを含み、被験対象の急速に変化する気体放電像の質を低下させている。

対象が硬質の誘電体層の表面と直接接触する場合、対象の周りに発生する気体放電のグロー（glow）は、周囲の温度もしくは湿度、または電極などに対する対象の変化し得る押圧のような、多数の、場合によっては制御できない要因の影響下で、変化している。また、ヒトの指先が硬質の誘電体層の開放された表面に押し付けられる場合、いくつかの機能的なプロセス（例えば精神感情の状態、神経ホルモンの機能障害、発汗など）は、気体放電像に影響を及ぼす。上記条件において得られる「混ざった」映像から、最も安定であり、かつ診断上包括的な成分を抽出することは、可能ではないようである。

本発明の工学技術上の成果
本発明の工学技術的成果は、比較的高い周波数の領域における発光を検出し、前記領域で系の諸プロセスの同期性（synchronicity）を、生物系内の悪性プロセスの検出にも使用され得る、その表面の発光を記録することによって、評価することにある。この成果は、いくつかのさらなる（透明および不透明の）層の柔軟な誘電体の膜を用いると同時に、離散的に（discretely）変化する外部電場の条件下で、気体放電像を明瞭にし、コントラストをつけること（contrasting）によって、ならびに画像の質およびその再現性の割合を向上させることで、達成される。

本発明の本質
高周波の領域に属し、生体内の悪性プロセスに特徴的な、非同期性のプロセスを検出するための気体放電画像化用装置は、電場を発生させるための光学的に透明な電極、誘電体、および受像テレビカメラを有し、誘電体は、光学的に透明な電極に取り付けることができ、それぞれの層が隣接する層と接触する、3つの連続する層：硬質の透明な電気絶縁層、画像化の結果の質および安定性を向上させるために該硬質の層の開放された（free）表面に配置される柔軟な透明の膜、ならびに身体の部分の表面から反射されるスプリアス光を吸収するために該柔軟な透明の膜の開放された（free）表面に配置される黒っぽい不透明な柔軟な膜を有する。画像を受像するプログレッシブスキャンのモノクロカメラが、光学的に透明な電極の下に取り付けられ、さらなる処理のためにコンピュータに送る連続的なアナログビデオ信号を形成する。このカメラは、任意選択で、デジタル写真用カメラで置換することができる。

該気体放電装置は、光学的に透明な電極（4）に取り付けることができる誘電体を有し、該電極（4）は、生体の悪性プロセスを検出することをその機能とする検出装置の一部であり；該誘電体は、それぞれの層が隣接する層と接触する、3つの連続する層：光学的に透明な電極（4）と表面接触して配置され得る、硬質の透明な電気絶縁層（3）、該硬質の透明な電気絶縁層（3）の開放された表面に配置される柔軟な透明の膜（2）、および該柔軟な透明の膜（2）の開放された表面に配置される黒っぽい不透明な柔軟な膜（1）を有し、かかる黒っぽい不透明な膜（1）の開放された（free）表面は、生体の一部と接触させることが可能である。受像カメラ（5）は、光学的に透明な電極（4）の下に取り付けられる[図1]。 最近臨床業務に使用されている装置の外観図を図2に示す。被験者の手の適切な位置も示す。 グラフィック形態、または／およびテキスト形態で、パラメータのデータ、およびその評価の結果を表示することを可能にする特定のソフトウェアを用いて、悪性の（危険な）病変の可能性、および身体におけるそのおおよその位置が、現在計算されている。ある人間の10本の指先の気体放電のグローの捕捉された画像を、その評価の結果とともに図3に示す。

該気体放電装置は、光学的に透明な電極（4）に取り付けることができる誘電体を有し、該電極（4）は、生体の悪性プロセスを検出することをその機能とする検出装置の一部であり；該誘電体は、それぞれの層が隣接する層と接触する、3つの連続する層：光学的に透明な電極（4）と表面接触して配置され得る、硬質の透明な電気絶縁層（3）、該硬質の透明な電気絶縁層（3）の開放された表面に配置される柔軟な透明の膜（2）、および該柔軟な透明の膜（2）の開放された表面に配置される黒っぽい不透明な柔軟な膜（1）を有し、かかる黒っぽい不透明な膜（1）の開放された（free）表面は、生体の一部と接触させることが可能である。受像カメラ（5）は、光学的に透明な電極（4）の下に取り付けられる[図1]。

装置の操作は以下の通りである。高電圧（high voltage）（HV）のパルスを電極（4）に印加し、柔軟な透明の膜（2）および不透明な膜（1）の双方の平面において、被験対象（6）の周りで気体放電のグロー（glow）を生じさせる。該光は、透明な誘電体（3）および電極（4）の双方を通過し、次いでカメラ（5）の感光性の基材に投影される。受像カメラの方に向かう光束は、透明な絶縁する誘電体（3）を通過し、妨害されることなくカメラに到達し、一方、反対の方に向かう光束は、不透明な膜（1）の黒っぽい表面によって吸収される。このように、カメラ（5）は、反射される光線が含まれない「純粋な」放電映像を記録するだけである。

ヒトの手指、または任意の他の対象を不透明な柔軟な膜（1）の表面上に配置する。受像カメラが、画像を捕捉し、それを画像捕捉ソフトウェアを用いてコンピュータに送ると同時に、高電圧（HV）発生器からのパルスを透明な電極（4）に送り、露出した対象を取り巻く空気のイオン化および放電の双方を引き起こし、該対象を、不透明な膜の表面に押し付ける。気体放電画像化を、明るい周囲の光の非存在下で行う（画像化する対象を緻密な布、または専用のカバーで覆う）。カメラを作動させる信号はまた、コンピュータプログラムによって、高電圧発生器もスイッチを入れて作動させる。同じソフトウェアが画像化の全過程を制御し、必要な場合はいつでも画像をデジタル形式に変換する。記録された画像のその後の処理、および解析を、画像化の期間が完結したときに、別のソフトウェアによって行う。

上記の装置は、動的な系の表面の発光を評価することによって、該系の機能のモードに関する情報を得ること、および比較的高い周波数の領域で、同期性の程度を評価することを可能にする。悪性腫瘍が身体に存在する場合、高周波のいくつかのプロセスは、比較的遅いプロセスに対して支配的である傾向があり、したがって表面の発光スペクトルを変化させ、それに対応して身体の部分の気体放電放射に影響を与える。

具体的には、電場の離散的な変化（1〜5キロヘルツ以内）の条件下での、10本のヒトの指先の気体放電画像化は、表面の発光の高周波成分が身体全体のバックグラウンドの放射とは異なる部位のおおよその投影像／所在を決めることを可能にする。時間の長さが、電場の切り替えと切り替えの間、およびまたフレームの捕捉と捕捉の間の双方で正確に維持されるように、電場の段階的（gradual）変化、およびビデオ記録の処理手続きの双方を、コンピュータ手段によって制御する。種々の領域の周波数で系の発光特性を比較するときに、正確に時間を制御することが非常に重要である。

最近臨床業務に使用されている装置の外観図を図2に示す。被験者の手の適切な位置も示す。

グラフィック形態、または／およびテキスト形態で、パラメータのデータ、およびその評価の結果を表示することを可能にする特定のソフトウェアを用いて、悪性の（危険な）病変の可能性、および身体におけるそのおおよその位置が、現在計算されている。ある人間の10本の指先の気体放電のグローの捕捉された画像を、その評価の結果とともに図3に示す。

多数の著者が実証してきたように、自然発光、または誘導発光の強度、および特徴は、非悪性の細胞と比較して、悪性の細胞では異なっている[米国特許5131398−固有蛍光を用いた、癌組織と、良性腫瘍組織、良性組織、または正常組織とを識別するための方法および装置（Method and apparatus for distinguishing cancerous tissue from benign tumor tissue, benign tissue or normal tissue using native fluorescence）; Fritz-Albert PoppおよびYu Yan, コヒーレント状態による生体系の遅延蛍光（Delayed Fluorescence of Biological Systems in Terms of Coherent States）, Physics Letters A, 293 (1-2) (2002), 93〜97頁]。

かつて2000年に、新しい物理現象（ホログラフィック回折（Holo-diffraction））が発見された。自己組織化した系に存在する病気の部位のホログラフィーによる情報は、自己組織化した系のわずかな部分だけを用いて得ることができるため、前記発見は、天然の系の研究の新しい可能性を開いた（Marina Shaduri, 生体系の二次的なホログラフィック回折による放射（Secondary holodiffractional radiation of biological systems）, Kybernetes: The international Journal of Systems & Cybernetics, 2005, 34巻, 5号, 666〜680頁）。

該現象のその後の実験的な研究（ヒトおよび種々の動物に対して行われた）は、これまでは知られていなかった機能的なシステムの確定をもたらした。該発見の著者Marina Shaduri、およびGeorge Chichinadzeは、それをホロ情報システム（Holo-Informational System (HIS)）と名づけた。著者らは、さらに、ヒトの身体の特定の障害（disorders）と彼／彼女の指先の表面発光のスペクトル特性との間の相関行列を研究した。該研究の臨床結果、および実験結果は、悪性の病変が、身体の部分の発光スペクトルに有意な影響を及ぼすことを明らかにした。

系の障害（disorders）に関するホログラフィーの情報、およびパラメータ情報は、装置操作の3つのモードを用いて得られ、かくして3つの様々な周波数領域で気体放電のグローを評価することを可能にする。そのため、系の研究の前記技法は、バイオホロトモグラフィー（Bioholo-tomography）と名づけられた。

2つの個々の動的な構造体の同期化は、力の弱い組織体がより有力な組織体に従属することを含意するため、明らかに、自己組織化した系は、それが別の（天然の）宿主系内で出現し、発育する場合、同期化して該宿主系とともに機能することはしない。別の系に組み込まれた新たな系は、2つの結合した組織体が同期的に機能し始め、かつそれらの間で競合が起こらない場合、下位の系（subsystem）になることとなり、その独立性を失う（電気力学、自然、および社会における系の法則、および制御（System Laws and Regulations in Electrodynamics, Nature and Society）, F. F. PashchenkoおよびI. V. Prangishvili, The Institute of Control Problems, Nauka, ISBN 5020130885）。

1つ、かつ同一の空間を共有する2つの非同期的に発育する系は、一時的にのみ、およびそれらの系が異なる速度で機能する場合にのみ、それらの系の個々の特徴を維持する。新たに形成され、急速に発育する微細な系におけるすべての事象は、高速度および高頻度で進行し、したがって新たな形成が組み込まれた微細な系の統合された（integral）スペクトルを変化させる。これらの理論的考察は、研究の出発点で、作業仮説として使用した。系の中に何ら侵入することなく、かつ系の機能の攪乱を無視することもなく、系の情報を得るために、適切なツール、および技術手段を選択することが必要となった。生体を前記研究の対象として選択した。

比較的高い周波数の外部電磁場が身体の表面に印加される場合、生体の表面からの自然の放射は、増強され得るものの、弱すぎて容易に検出できない。系の機能の攪乱を最小にするために、系の遠位であり、かつ小さな部分だけを、変化させた環境に曝すべきである。ヒトの指先の外部電場（1〜5キロヘルツ以内）への短い時間、かつ無害の曝露は、研究者が、指先の発光を増大させ、それを目に見えるグローに変換し、かくして身体表面の発光がイオン化された周囲空気の放電の中へ流入することを評価することを可能にする。弱い発光を視覚の領域の放射に変換することは、曝される対象、すなわち指先の周りの目に見えるグローの形態の容易に記録可能な情報を提供する。

公知の気体放電装置、およびその作動原理は、生体の発光を記録するときに、信頼できる結果を提供していない。それに対応して、非再現性のデータの解釈は、信頼できるはずもない。気体放電画像化に基づく生体評価の原理は、その利用の多数の試みが、結果の不十分な再現性を実証してからは、価値のないものと考えられていた。

種々のもの、中でも、生体における悪性の異常を検出するときに、安定した結果を得るために、以下のことを行った。
−生体の気体放電像の再現性、および安定性の双方を高めること、すなわち、画像化の最終結果に対する、周囲の媒体、および被験対象の双方の制御しきれない要因の影響を最小化すること、が必要であった。この結果は、透明な[P No. 2225]膜のさらなる層を用いることによって部分的に達成された。
−画像の質を向上させ、被験対象の表面から反射されるスプリアス光の吸収によって、画像の質を、より明瞭にし、よりコントラストをつける（contrasted）こともまた非常に重要であった。この結果は、弾性誘電体の透明な層の上に不透明な膜を配置することによって達成される。離散的に変化する電場の中で気体放電画像化を行うと同時に、さらなる膜を使用することは、結果の再現性の割合を有意に向上させることを可能にする。
−悪性プロセスに特徴的な身体発光の成分を取得するために、電場の適切な周波数、および強度比率（intensity rates）を決定することが重要であった。3つの異なるモードの電場の印加を実験に基づいて選択し、気体放電画像化に使用し、かくして高周波の発光成分を評価することを可能にした。

試験の最終的な結果に対するヒトの要因の影響を最小にすることが必要であった。本発明においては、気体放電装置の操作のすべてのモードは、十分に制御されており、捕捉される画像の処理／解析もまた、専用のソフトウェアを用いて行う。比較的高い周波数の非同期性のプロセスが、腫瘍の悪性の成長に特徴的であるため、関連するソフトウェアを開発するときに、患者のデータベースを用いて行われた、ある多数の臨床業務、および実験的な研究を考慮に入れた。

上記装置は、医療機器用に確立された主要な要求事項および標準に従っていると解釈されていた。その安全性、およびいくつかの技術的パラメータの測定値の評価は、標準化、技術規則、および計測のための国立機関（National Agency for Standards, Technical Regulations and Metrology）によって、グルジア（Georgia）の計測研究所（Metrology Institute）で行われた（公式の文書を含める）。

ヒトにおいて上記気体放電装置を用いる、生体の研究の新たな原理は、指先の発光を記録することによって、悪性のプロセスを検出することを可能にする。癌の高速の検出のための新規なモダリティーの効力を証明するために、P. A. Hertzen腫瘍学研究所（P. A. Hertzen Research Institute of Oncology）」（モスクワ（Moscow），ロシア連邦）において、「盲検ランダム化」試験が計画された。この小規模のパイロット試験の結果（補助的な情報として含まれる）は、悪性のプロセスの高精度の新たな原理に基づく検出を実証した。前記の是認されたこと（approbation）の簡潔な説明を以下に示す。

該試験は、モスクワ（Moscow）の腫瘍学研究所（Institute of Oncology）で手配され、そこでは前記装置を用いて、35人の被験者が、その指先のバイオホロトモグラフィー（bioholo-tomography）の手順を受けた。該患者の群には、あらかじめ確定された甲状腺癌、または乳腺癌を有する19人が含まれていたが、一方、明らかな病変を有さないため、16人が対照群に含められた。癌は、超音波、X線、コンピュータ断層撮影法（Computer Tomography）、および生検標本の顕微鏡検査法などの標準的な検診の方法を用いて検出された。

「癌」の群において、甲状腺乳頭癌（thyroid gland papillocarcinoma）（病期2および3）の2つの症例、乳腺癌（病期1〜3）の16の症例、および補助リンパ節（auxiliary lymph-nodes）に転移を伴う皮膚メラノーマの1症例があった。前記群には、1人の男性、および18人の女性が含まれていた。被験者の年齢は、32〜59歳の範囲内で異なっていた（平均値は48.5歳）。「健康な」ボランティアの対照群には、16人が含まれており、その中の3人が男性であり、13人が女性であった（平均年齢は47.5歳）。

35人全員のバイオホロトモグラフィーの検査は、前記気体放電装置を用いて行われた。癌の既知の診断結果を有する人の群（「癌」の群）においては、19の症例のうち16の症例において、悪性腫瘍の存在の可能性が高いことが記載された。したがって、この群に含まれる患者の発光を詳しく調べたときに、3つの「偽陰性」の結果が得られた（甲状腺癌の1つの症例、および乳腺癌の2つの症例は、正確に診断されなかった）。

最初に「健康な」被験者と考えられていた16人のボランティア（対照群）のうち12の症例において、癌は除外されたが、4人の「健康な」人において、バイオホロトモグラフィーの検査は、悪性腫瘍の存在の可能性の増大を示した。バイオホロトモグラフィーが危険性の増大を示した被験者のさらなる検査は、2人において悪性の病変の存在を本当に確証した（甲状腺癌、病期1の1つの症例、および管（duct）の中への小さな領域の浸潤を原位置で伴う乳腺癌の症例）。2つの症例だけは、これまでのところ、「偽陽性」と考えられた。

このように、生体における悪性の病変を、生体のわずかな部分の表面発光の解析によって検出する装置が、まさに最初に臨床上是認されたこと（approbation）は、高い割合の該装置の結果が、標準的な医療方法を用いたときに得られるデータと一致すること（88%）を実証した。本ソフトウェアをさらに洗練することで、この割合を7〜10%増大させ得る。

生体の気体放電発光の評価に基づく、系の研究の新たな原理は、臨床試験の示された結果によれば、危険な病変の臨床的に「沈黙した（mute）」症例においてさえも、悪性のプロセスを示すことを可能にするため、任意の位置の、さらには腫瘍の成長の初期にさえも、悪性の病変を検出するためのツールとして使用され得る。

非同期性のプロセスの気体放電検出のための上記の装置を使用（比較的高い周波数の領域で）したときに得られた臨床結果、および実験結果は、本イノベーションの基底に置いた理論的考察の正しさを証明していると結論付けることができる。2つの自己組織化した系であって、それらの一方が、他方（宿主）の系により既に占有されている空間内で発育している系の競合は、2つの個々のHIシステムが非同期的に機能することにより身体全体の発光を変化させる。急速に発育するミクロ系は、比較的高い周波数の領域で発光するが、親のマクロ系の表面の発光は、比較的低い周波数の領域を占有するため、そのような集合体の気体放電放射の特徴は、孤立性の系のグローとは異なる。これらの理論的考察は、実験結果、および臨床結果によって実証され、したがって身体の部分の気体放電のグローを評価することによる悪性のプロセスの検出のための、提案したイノベーションの有用性を確証した。

Claims (2)

1. 生体内の悪性プロセスの気体放電検出のための装置であって、電場を発生させるための光学的に透明な電極、被験対象を電気絶縁するための誘電体、および受像カメラを有し、該誘電体が3つの構成要素：硬質の透明な電気絶縁層であって、その上面に密接に配置された、弾性の透明な、対象を画像化する膜を有し、対象の表面から反射されるスプリアス光を吸収する役割を果たす黒っぽい不透明な弾性の膜の第3の層で被覆される、電気絶縁層からなること、および該受像テレビカメラが、光学的に透明な電極の下に配置されたプログレッシブスキャンのモノクロカメラであり、該カメラは、さらなる処理のためにコンピュータに送られる連続的なアナログビデオ信号を発生させることを可能にするものであること、を特徴とする、装置。
2. 受像テレビカメラが、さらなる処理のためにコンピュータに送られる、デジタル表示の離散的な単一の画像を生じさせる、デジタル写真用カメラで置換されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。