JP6094987B2 - 蛍光検知装置 - Google Patents

Description

本発明の一形態は、生体内に注入された蛍光色素から発せられた蛍光を検知する装置及び方法に関する。

生体内に注入された蛍光色素の位置や動きを捕捉するための手法として、赤外線カメラにより蛍光を撮影してその画像を生成する技術がある。例えば下記特許文献１には、リンパ管に注入された蛍光色素を撮影して画像を生成する手法が記載されている。

国際公開第２０１０／１３７３５８号パンフレット

赤外線カメラによる撮影により蛍光色素を簡便に画像として取得できるが、カメラの視野の制限が原因で、一度に観察できる範囲が限られてしまう。例えば、赤外線カメラを用いた場合には、四肢を流れるリンパ流を３６０度の範囲で一度に観察することが困難である。また、赤外線カメラを用いる場合には、撮影画像の観察者にある程度の経験が必要である。そこで、生体内の蛍光色素を簡易且つ正確に捕捉することが要請されている。

本発明の一形態に係る蛍光検知装置は、予め生体内に注入された蛍光色素に向けて生体外から励起光を照射する複数の光源と、励起光により蛍光色素から発せられた蛍光を検知し、検知した蛍光を電気信号として出力する複数の検知器とを備え、複数の光源及び複数の検知器が少なくとも一の列において並んでおり、二つの光源の間には少なくとも一つの検知器が配されており、二つの検知器の間には少なくとも一つの光源が配されている。

このような形態によれば、二つの光源の間に検知器が存在し且つ二つの検知器の間に光源が存在するように、複数の光源及び検知器が少なくとも一の列において並んでいる。このような配置により、励起光を発した箇所とほぼ同じ箇所で蛍光を検知することができ、その結果、蛍光色素の位置を正確に捕捉することができる。また、検知された蛍光は電気信号として出力されるので、観察者の視覚に頼ることなく蛍光色素を簡単に捕捉することができる。

別の形態に係る蛍光検知装置では、光源及び検知器が交互に並んでいてもよい。このように光源及び検知器を配置することで、列に沿って励起光の照射範囲を広げて蛍光色素の位置を正確に捕捉することができる。

さらに別の形態に係る蛍光検知装置では、増幅器が各検知器に個々に接続されており、各増幅器からの電気信号が蛍光検知装置からの信号として個々に出力されてもよい。この場合には、増幅器からの信号が検知器の位置に対応しているので、蛍光を検知した検知器を特定することができる。したがって、生体内の蛍光色素の位置をより詳細に特定することができる。

さらに別の形態に係る蛍光検知装置では、増幅器が、連続して並んでいる所定数の検知器から成るグループのそれぞれと個々に接続されており、各増幅器からの電気信号が蛍光検知装置からの信号として個々に出力されてもよい。この場合には、増幅器からの信号が、蛍光を検知した検知器の大凡の位置に対応しているので、生体内の蛍光色素の大凡の位置を特定することができる。また、増幅器の個数を抑えることで、蛍光検知装置の製造コストを抑えることができる。

さらに別の形態に係る蛍光検知装置では、一の増幅器がすべての検知器と接続されており、増幅器からの電気信号が蛍光検知装置からの信号として出力されてもよい。この場合には、増幅器を一つ用意すれば足りるので、蛍光検知装置の製作が容易になり、製造コストを抑えることができる。

さらに別の形態に係る蛍光検知装置では、人間の腕又は脚に巻かれるバンドを更に備え、複数の光源及び複数の検知器がバンドの長手方向に沿って並んでいてもよい。これにより、人間の四肢に注入された蛍光色素の位置を簡易且つ正確に捕捉することができる。また、バンドにより蛍光検知装置を四肢に簡単に装着させることができる。

さらに別の形態に係る蛍光検知装置では、複数の光源及び複数の検知器が並んでいる面に設けられ、該光源及び該検知器と被測定者の皮膚との間に所定の間隔を確保するための支持部を更に備えてもよい。この支持部により励起光の照射範囲が広がるので、広い範囲の蛍光色素をより確実に励起させることができる。

本発明の一側面によれば、生体内の蛍光色素を簡易且つ正確に捕捉することができる。

実施形態に係る蛍光検知用バンド（検知バンド）の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、光源及び検知器の配置の例を示す、検知バンドの部分的な平面図である。 図１に示す検知バンドの一態様の回路図である。 図１に示す検知バンドの別の態様の回路図である。 図１に示す検知バンドのさらに別の態様の回路図である。 支持部を備えた検知バンドの部分的な斜視図である。 図６に示す検知バンドにおける光の到達範囲を模式的に示す図である。 図１に示す検知バンドにおける光の到達範囲を模式的に示す図である。 リンパの流速を測定するシステムの概念図である。 リンパ圧を測定するシステムの概念図である。 図８に示すシステムで用いられるマンシェットの模式図である。 （ａ），（ｂ）は、変形例に係る光源及び検知器の配置の例を示す、蛍光検知装置の平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１〜６を用いて、実施形態に係る蛍光検知用バンド（蛍光検知装置。以下では単に「検知バンド」という）１０の構成を説明する。検知バンド１０は、生体内に注入された蛍光色素に励起光を照射し、当該励起光によりその蛍光色素が発した蛍光を検知し、その検知を電気信号として出力する装置である。この検知バンド１０は人間の四肢のリンパ流を測定することを目的している。検知バンド１０は複数の光源１１と、複数の検知器１２と、検知器１２から出力された電気信号を増幅する増幅器１３とを内蔵している。検知バンド１０の両端部には一対の面ファスナー１５が設けられており、この面ファスナー１５により検知バンド１０は腕又は脚に固定される。各光源１１は外部の光源ドライブ２０と接続され、各検知器１２は出力端子（図示せず）と接続される。各導線はケーブル１４にまとめられている。

この検知バンド１０により検知される蛍光色素の例として、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）が挙げられる。ＩＣＧは日本国内で認可されており、副作用もほとんどなく、一般の病院で日常的に使用されている薬品である。また、ＩＣＧは非常に安価であり、取扱いも容易である。蛍光色素としては、ＩＣＧの他に、蛍光デキストランなどの他の物質も考えられる。

光源１１は、生体内に注入された蛍光色素を励起させることができる所定の波長の励起光を発する機器である。各光源１１は光源ドライブ２０から供給される電力により励起光を連続的に発する。励起光の波長は蛍光色素に応じて設定され、例えば蛍光色素がＩＣＧであれば、励起光の波長は７００〜８１０ｎｍである。光源１１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよいし、レーザダイオード（ＬＤ）であってもよい。

検知器１２は、光源１１からの励起光により蛍光色素から発せられた蛍光を検知し、検知した蛍光の強度を電気信号として出力する機器である。検知器１２は、フォトダイオード（ＰＤ）と、励起光よりも長い波長の光のみを透過するフィルタとを備えている。このフィルタは、励起光や外光を遮断して蛍光を効率良く検知するために用いられ、検知しようとする蛍光の波長に応じて選択される。例えば蛍光色素がＩＣＧであれば、８１０ｎｍよりも長い波長の光のみを透過するフィルタが用いられる。

図１に示すように、複数の光源１１及び検知器１２は、検知バンド１０の内側（被測定者の皮膚に面する側）に、検知バンド１０の長手方向に沿って一列に並んで設けられている。連続して並んでいる二つの光源１１の間には少なくとも一つの検知器１２が配され、連続して並んでいる二つの検知器１２の間には少なくとも一つの光源１１が配されるが、その具体的な配置方法は限定されない。

その配置方法の例を図２に示す。なお、この図２では、一つの光源１１から発せられる励起光の量（光量）を考慮して、検知バンド１０の幅方向に並んでいる二つの光源１１をまとめて一組の光源１１としている。例えば、図２（ａ）に示すように、光源１１及び検知器１２が交互に配置されてもよい。あるいは、図２（ｂ）に示すように、隣り合う二組の光源１１の間に複数の（例えば二つの）検知器１２が配置されてもよい。あるいは、図２（ｃ）に示すように、隣り合う二つの検知器１２の間に複数の組（例えば二組）の光源１１が配置されてもよい。図２に示すように複数の光源１１を検知バンド１０の幅方向に並べることは必須ではなく、一ヶ所につき一つの光源１１のみを配置してもよい。

なお、検知した蛍光を電気信号として出力する機構に関して、上記特許文献１にはラインセンサ及びラインＬＥＤを有する検知器が記載されているが、検知バンド１０の構造は当該特許文献１の検知器とは全く異なるものであることに留意されたい。

このように、光源１１及び検知器１２を検知バンド１０の長手方向に沿ってどのように並べるかは任意に決めてよいが、いずれにしても、この検知バンド１０を四肢に装着した場合には、光源１１及び検知器１２がその装着箇所を３６０度の範囲で囲むことになる。

増幅器１３は、検知器１２に接続され、検知器１２からの電気信号を増幅させて蛍光強度計などの測定装置へと出力する機器である。増幅器１３の接続方法は限定されない。例えば図３に示すように、各検知器１２に増幅器１３が接続されてもよいし（直列接続）、図４に示すようにすべての検知器１２が一つの増幅器１３に接続されてもよい（並列接続）。あるいは、図５に示すように、連続して並んでいる数個の検知器１２が一つの増幅器に接続されてもよい（検知器のグループ化）。

直列接続の場合には増幅器１３からの信号が検知器１２の位置に対応しているので、蛍光を検知した検知器１２を特定することができる。その結果、生体内の蛍光色素の位置をより詳細に特定することができる。並列接続を採用した場合には、検知バンド１０の製作が容易になり、製造コストを抑えることができる。検知器をグループ化した場合には、直列接続及び並列接続の利点の双方をある程度得ることができる。

図６に示すように、検知バンド１０の内側には、利用時に各光源１１及び各検知器１２と被測定者の皮膚との間に所定の間隔を確保するための支持部１６を設けてもよい。この支持部１６は検知バンド１０の幅方向の両端に設けられ、当該検知バンド１０の長手方向に沿って延びている。このような支持部１６により励起光の照射範囲が広がるので、光源１１間の不感領域を無くして、広い範囲の蛍光色素をより確実に励起させることができる。一方、図１のように支持部１６を設けない場合には、励起光を生体内の深部まで到達させることができるので、深い位置にある蛍光色素をより確実に励起させることができる。

このような光源の到達度の相違を図７，８に示す。これらの図は、四肢を模擬したファントムＨに検知バンド１０を巻き付けて光源を点灯させた時の、ファントムＨ内部に浸透する光Ｌの様子を示している。図７は支持部を設けた場合の光Ｌの浸透を示し、図８は支持部を設けない場合の光Ｌの浸透を示している。図７に示すように、支持部を設けた場合には３６０°の範囲に亘って光Ｌが行き渡っており、これは不感領域が無いことを意味する。一方、図８に示すように、支持部を設けない場合には図７の場合よりも光Ｌがより深部まで到達している。

次に、検知バンド１０の使用例を説明する。図９はリンパ流速を測定する例を示す図である。この場合には、二つの検知バンド１０と、光源ドライブ２０が内蔵された蛍光強度計３０とが用意される。二つの検知バンド１０は、四肢の一つに所定の間隔をおいて装着される。以下では、蛍光色素の注入点Ｐに近い方に装着された検知バンド１０を「第１のバンド１０ａ」といい、当該注入点から遠い方に位置する検知バンド１０を「第２のバンド１０ｂ」という。第１のバンド１０ａは末梢側の検知バンドであり、第２のバンド１０ｂは中枢側の検知バンドであるとも言える。第１及び第２の検知バンド１０ａ，１０ｂは共に蛍光強度計３０に接続される。

蛍光強度計３０は、第１及び第２のバンド１０ａ，１０ｂから入力された信号に基づいて、これらのバンドの装着箇所における蛍光の強度を表示する装置である。これにより、測定者は蛍光色素の動きを視覚的に知ることができる。また、蛍光強度計は入力信号に基づいて計時を行う機能も有する。なお、蛍光強度計３０は、蛍光強度の変化の大きさに基づいて蛍光色素の通過を判定してもよいし、検知された強度が予め内部に保持している閾値以上になった場合に蛍光色素が通過したと判定してもよい。もちろん、具体的な判定方法はこれらに限定されない。

リンパの流速を測定する手順は次の通りである。まず、第１及び第２のバンド１０ａ，１０ｂを被測定者の四肢に装着し、これらの検知バンドの光源１１を点灯させる。そして、第１のバンド１０ａよりも末梢側の箇所（図９における注入点Ｐ）でＩＣＧなどの蛍光色素Ｆをリンパ管に注入する。注入された蛍光色素は注入点Ｐからリンパ管を伝って人体中枢へと移動し始め、その後、第１のバンド１０ａの装着箇所に至る。この時、その蛍光色素Ｆは第１のバンド１０ａの光源１１からの励起光を受けて蛍光を発し、当該バンド１０ａの検知器１２がその蛍光を検知する。その検知器１２からの信号が蛍光強度計３０に出力されると、蛍光強度計３０は計時を開始する。

蛍光色素Ｆはその後も中枢に向かって移動し続け、その少なくとも一部が、第２のバンド１０ｂの装着箇所に至る。その蛍光色素Ｆは第２のバンド１０ｂの光源１１からの励起光を受けて蛍光を発し、当該バンド１０ｂの検知器１２がその蛍光を検知する。その検知器１２からの信号が蛍光強度計３０に出力されると蛍光強度計３０は計時を終了し、これにより、蛍光色素が第１のバンド１０ａから第２のバンド１０ｂまで移動した時間が得られる。二つのバンドの距離は既知であるので、この距離と得られた時間とからリンパの流速が得られる。

次に、リンパ圧を測定する例を説明する。図１０に示すように、この場合には、検知バンド１０に相当する機能が組み込まれたマンシェット（加圧帯）４０と、光源ドライブが内蔵された蛍光強度計３０と、その蛍光強度計３０と連動する圧力計５０とが用意される。

マンシェット４０は、人間の腕又は脚の一部の周囲を覆うように取り付けられる。マンシェット４０は空気袋を備えており、圧力計５０によりその空気袋に空気が送り込まれることで、覆った部分（生体観察部）を加圧する。図１１に示すように、マンシェット４０は帯状であり、腕又は脚の挿通方向（同図における矢印Ａ）に沿って延びる両縁部に設けられた一対の面ファスナー４１により腕又は脚に固定される。このマンシェット４０の幅方向の両縁部には、検知バンド１０に相当する構造を備える検知部が設けられている。以下では、マンシェット４０が装着されたときに蛍光色素の注入点に近い方の検知部（末梢側の検知部）を第１検知部４２とし、当該注入点から遠い方に位置する検知部（中枢側の検知部）を第２検知部４３とする。マンシェット４０を腕又は脚に巻き付けると、第１検知部４２及び第２検知部４３は、検知バンド１０と同様に、その腕又は脚の周囲を囲む。

蛍光強度計３０は、第１及び第２の検知部４２，４３から入力された信号に基づいて、これらの箇所における蛍光の強度を表示する装置である。また、蛍光強度計３０は、第１及び第２の検知部４２，４３で囲まれた２ヵ所の部位のそれぞれについて、蛍光色素が最初に当該部位を通過したことを示す通過信号を当該通過の時点で圧力計５０に出力する。具体的には、蛍光強度計３０は、１回の測定において第１検知部４２から最初の入力信号を取得した時に最初の通過信号を圧力計５０に出力し、第２検知部４２から最初の入力信号を取得した時に２回目の通過信号を圧力計５０に出力する。したがって、１回の測定において蛍光強度計３０から通過信号が２回出力されることになる。最初の通過信号は、第１検知部４２の下を蛍光色素が通過したことを意味する。これに対して２回目の通過信号は、蛍光色素がマンシェット４０で覆われている部位を通り、第２検知部４３の下を通過したことを意味する。

圧力計５０は、マンシェット４０の圧力を測定する装置である。圧力計５０は、マンシェット４０に対して送気又は吸気するための管を介して当該マンシェット４０と接続されると共に、蛍光強度計３０と電気的に接続されている。

圧力計５０は、蛍光強度計３０から最初の通過信号が入力されたことを契機にマンシェット４０内の空気袋に空気を送り込み始め、生体観察部のリンパ流を遮断する程度（例えば１００ｍｍＨｇ）にマンシェット４０を加圧する。続いて、圧力計５０は２回目の通過信号が入力されるまで、所定のタイミングで所定量ずつ（例えば５ｍｍＨｇずつ）マンシェット４０を減圧していく。そして、２回目の通過信号が入力されると、圧力計５０はその時点でのマンシェット４０の圧力をリンパ圧として記録し、モニタ等を介してそのリンパ圧を出力する。

リンパ圧を測定する手順は次の通りである。まず、マンシェット４０を四肢に装着させ、二つの検知部の光源１１を点灯させる。そして、マンシェット４０よりも末梢側の箇所（図１０における注入点Ｐ）からＩＣＧなどの蛍光色素Ｆをリンパ管に注入する。注入された蛍光色素は注入点Ｐからリンパ管を伝って人体中枢へと移動し始める。その後、蛍光色素Ｆが第１検知部４２に達すると、その蛍光色素Ｆは第１検知部４２の光源１１からの励起光を受けて蛍光を発し、その蛍光を第１検知部４２の検知器１２が検知する。

この検知に応じて、蛍光色素が第１検知部４２の下を通過したと蛍光強度計３０が判定し、この判定に応じて圧力計５０がマンシェット４０を加圧してマンシェット４０の装着箇所のリンパ流を遮断する。その後、圧力計５０はマンシェット４０を徐々に減圧しながら圧力測定を継続する。その後、この減圧処理によりリンパ管の自律収縮圧がマンシェット４０の圧力を上回ると、蛍光色素Ｆが中枢に向かって移動し始め（リンパ流の再開）、その少なくとも一部が第２検知部４３に達する。この時、蛍光色素Ｆは第２検知部４３の光源１１からの励起光を受けて蛍光を発し、その蛍光を第２検知部４３の検知器１２が検知する。

この検知に応じて、蛍光色素が第２検知部４３の下を通過したと蛍光強度計３０が判定し、この判定に応じて圧力計５０がその時点でのマンシェット４０の圧力をリンパ圧として測定し、測定結果を表示する。

以上説明したように、本実施形態によれば、二つの光源１１の間に検知器１２が存在し且つ二つの検知器１２の間に光源１１が存在するように、複数の光源１１及び検知器１２が一列に並んでいるので、励起光を発した箇所とほぼ同じ箇所で蛍光を検知することができる。その結果、蛍光色素の位置を正確に捕捉することができる。また、検知された蛍光は電気信号として出力されるので、観察者の視覚に頼ることなく蛍光色素を簡単に捕捉することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

図９〜１１を用いて説明した使用例では、蛍光検知装置はリンパ管に注入された蛍光色素を検知したが、蛍光検知装置は他の部位（例えば癌細胞や特定の臓器など）に注入された蛍光色素を検知してもよい。

上記実施形態では複数の光源１１及び複数の検知器１２を一列に並べたが、光源１１及び検知器１２が二次元上に配列された蛍光検知装置にも本発明を適用できる。例えば、図１２（ａ）に示すような、各横列において複数の光源１１及び複数の検知器１２を並べた蛍光検知装置や、図１２（ｂ）に示すような、各横列及び各縦列において複数の光源１１及び複数の検知器１２を並べた蛍光検知装置も、本発明の範囲内である。図１２に示すような蛍光検知装置を図１１のマンシェットのような形状とすれば、例えばリンパ管の３次元的な地図を生成することも可能になる。

蛍光検知装置はバンド状でなくてもよい。例えば、人間の胸や腹の一部のみを覆うような形状の蛍光検知装置にも本発明を適用できる。

１０，１０ａ，１０ｂ…検知バンド（蛍光検知装置）、１１…光源、１２…検知器、１３…増幅器、１４…ケーブル、１５…面ファスナー、１６…支持部、２０…光源ドライブ、３０…蛍光強度計、４０…マンシェット、４１…面ファスナー、４２…第１検知部（蛍光検知装置）、４３…第２検知部（蛍光検知装置）、５０…圧力計。

Claims (6)

1. 予め生体内に注入された蛍光色素に向けて生体外から励起光を照射する複数の光源と、
   前記励起光により前記蛍光色素から発せられた蛍光を検知し、検知した蛍光を電気信号として出力する複数の検知器と、
   前記複数の光源及び前記複数の検知器が並んでいる面に設けられ、該光源及び該検知器と被測定者の皮膚との間に所定の間隔を確保するための支持部と
   を備え、
   前記複数の光源及び前記複数の検知器が少なくとも一の列において並んでおり、
   二つの前記光源の間には少なくとも一つの前記検知器が配されており、
   二つの前記検知器の間には少なくとも一つの前記光源が配されている、
   蛍光検知装置。
2. 前記光源及び前記検知器が交互に並んでいる、
   請求項１に記載の蛍光検知装置。
3. 増幅器が各検知器に個々に接続されており、
   各増幅器からの電気信号が前記蛍光検知装置からの信号として個々に出力される、
   請求項１又は２に記載の蛍光検知装置。
4. 増幅器が、連続して並んでいる所定数の前記検知器から成るグループのそれぞれと個々に接続されており、
   各増幅器からの電気信号が前記蛍光検知装置からの信号として個々に出力される、
   請求項１又は２に記載の蛍光検知装置。
5. 一の増幅器がすべての前記検知器と接続されており、
   前記増幅器からの電気信号が前記蛍光検知装置からの信号として出力される、
   請求項１又は２に記載の蛍光検知装置。
6. 人間の腕又は脚に巻かれるバンドを更に備え、
   前記複数の光源及び前記複数の検知器が前記バンドの長手方向に沿って並んでいる、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の蛍光検知装置。

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