JP6654783B2 - 癌深達度診断システム - Google Patents
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Description
本願は、2015年7月10日に出願された日本国特願2015−139114に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図1は、胃壁の断面を模式的に示す図である。胃壁Gwは、胃の内腔側から、粘膜層Mc、粘膜筋板Lm、粘膜下層Sm、筋層Mp、漿膜Seの順で各層が積層された構成を有する。日本胃癌学会編「胃癌取扱い規約第14版」では、癌細胞の塊である腫瘍が粘膜下層Smまでにとどまり、筋層Mpに達していないものを最も深達度が低いT1としている。日本胃癌学会編「胃癌治療ガイドライン2014年第4版」では、内視鏡的治療の適応となるのは、深達度T1の病変のうち、腫瘍が粘膜層Mcに限局して存在しているものだけであり、腫瘍が粘膜下層に達しているケースは、外科手術の適応となる。
癌細胞の塊である腫瘍は、自身が成長するために内部および周囲に血管を新生する。これにより腫瘍の内部および周囲に構築される新生血管のネットワークは、腫瘍の成長に伴って密となる。
粘膜層Mc内に発生した腫瘍Tmは、その初期において、図2に示すように、自身の周囲に新生血管Nv1を形成する。形成された新生血管Nv1は、粘膜層Mc内にもともと存在している毛細血管と連通することで血液を腫瘍Tmに流し、腫瘍Tmに栄養及び酸素を供給する。
新生血管Nv2が粘膜下層Smや筋層Mpに存在する血管と連通した状態は、腫瘍Tmが粘膜筋板Lmを間もなく超える程度に成長していること、もしくは腫瘍Tmが既に粘膜筋板Lmを超える程度に成長していることを意味する。発明者らは、粘膜層Mc内における新生血管内の血流速を評価することで、粘膜筋板を直接観察することなく、処置対象の腫瘍が内視鏡的治療の適応であるか否かを判別できることを見出した。
以下、本実施形態の癌深達度診断システムについて説明する。
光源21から出射された光は、カプラ(ビームスプリッタ)25により分けられる。分けられた光の一方はオブジェクトアーム22に導かれる物体光となり、他方がリファレンスアーム23に導かれる参照光となる。
光学機構30は、図示しない光ファイバ、駆動部、および光回転ジョイントを備えており、その基本構造は公知である。光学機構30は、駆動部で光ファイバを回転することにより、物体光を走査しつつ測定対象Wに出射可能である。駆動部としては、例えば回転アクチュエータ等を用いることができる。
反射鏡29としては、ガルバノミラーやレゾナントミラー等を用いることができる。レゾナントミラーを用いると、高速に断層像を取得することができる。レゾナントミラーを用いる場合、コリメートレンズとレゾナントミラーとの間に凹状に湾曲した反射面を有する曲面ミラーが配置されてもよい。
まず使用者は、内視鏡100を患者の口に挿入し、先端部を胃内へ導入する。内視鏡100で胃内を観察しながら深達度診断の対象となる対象腫瘍の位置を特定し、先端部を対象腫瘍が位置する対象組織の近傍に移動させる。
特定された連通新生血管の評価基準については、一種類に限られない。例えば、下記のように多種多様な基準設定が可能である。各基準の値として、複数の断層像における最大値、最小値、平均値等が採用されてもよい。
・連通新生血管の有無
・連通新生血管の数
・連通新生血管の断層像における面積または面積比率
・断層像における連通新生血管の流量(流速と断面積の積)
制御演算部32は、設定された評価基準に基づいて対象腫瘍の深達度を判定し、表示装置33に表示する。評価基準と深達度との関連付けや深達度評価の段階設定等は、使用者が入力装置31を用いて適宜設定することができる。また、複数の評価基準を組み合わせて深達度が判定されてもよい。
したがって、光学内視鏡を用いた対象組織の観察と並行し、リアルタイムかつ高精度に対象腫瘍の深達度を判定することができる。その結果、対象腫瘍について内視鏡的治療の適応であるか否かを迅速に判断することができ、患者に対する侵襲を最小限に抑えつつ、適切な治療を行うことができる。
NBI法と拡大内視鏡とを組み合わせて取得される従来の毛細血管ネットワーク画像では、異なる深さに位置する血管が重畳して示されるが、癌深達度診断システム1では、深さ方向の情報を含めた立体的な毛細血管ネットワークの情報を取得することができる。したがって、血流速情報と組み合わせることで、流体力学に基づいた数値計算により、連通新生血管から対象腫瘍に供給される血液量を逆解析で求めることが可能となる。連通新生血管から多くの血液が対象腫瘍に供給されるということは、対象腫瘍において細胞増殖が活発に行われていることを示しているため、連通新生血管から対象腫瘍に供給される血液量の情報に基づいて、制御演算部32に対象腫瘍の深達度や転移リスク(対象腫瘍が転移する可能性)等をより高精度に算出させることができる。
図7は、本実施形態の癌深達度診断システム201における内視鏡200の先端部を示す図である。癌深達度診断システム201では、マイクロ断層プローブ10がチャンネル内でなく内視鏡200内に配置されており、内視鏡とマイクロ断層プローブとが一体化されている。対象組織に物体光を出射する光学機構30は、内視鏡200の先端部に設けられたプローブ部210内に配置されている。図8に示すように、物体光が出射される光学機構30の出射口30aは透明な部材で覆われており、出射口30aおよび出射口30aの周囲には、接触した組織を押圧する押圧面211が形成されている。
さらに、制御演算部32が、血流速情報の一つとして各血管における血流速が所定値以下になった後の血流回復に伴う血流速の立ち上がりに関する情報を取得可能であるため、連通新生血管の特定精度や対象腫瘍深達度の判定精度を向上させることができる。
さらに、高周波変調された低コヒーレンス光により取得された干渉信号に、ヒルベルト変換を含む処理を行うことで、血流速情報の分解能を大幅に高めることができる。具体的には、干渉信号を実部として位相を90度シフトさせて虚部を取得し、実部及び虚部からなる解析信号を作成する。この解析信号を用いて振幅および位相を決定し、さらに振幅及び位相に基づいてドップラー周波数を決定することで、より高精度に血流速を算出して血流速情報を取得することができる。毛細血管を流れる血流の速度は、それほど高くない。血流速情報の分解能を高めることで、低速域の検出精度が大きく向上するため、毛細血管の血流速情報の取得精度を著しく向上させることができる。その結果、判定部で算出される深達度や転移リスク等の精度もさらに向上する。
発明者らの検討では、ニュートン流体であるイントラリピッド溶液、および赤血球浮遊液を用いたin vitroの検討において、隣接自己相関法の導入により、流速500μm/秒以下のマイクロ流れの検出、および流速500μm/秒以下のマイクロ流れにおける血液レオロジー特定の検出に成功している。さらに、メダカを用いたin vivoの検討では、隣接自己相関法の導入により、空間解像度5〜25μmの3Dマイクロ断層像の可視化、および3Dドップラー周波数分布のマイクロ断層可視化に成功し、血管の拍動によるドップラー周波数の検出も可能であった。
上述したアルゴリズムの変更により、連通新生血管の特定精度および連通新生血管に関する情報の精度をさらに高め、対象腫瘍の深達度の判定精度をより向上させることが可能である。
図10Aから図11Bに、イントラリピッド溶液の測定結果を示す。図10Aおよび図10Bは、平均流速0.5mm/秒の条件下における結果であり、図10Aが3次元血流速断層分布像、図10Bは、3次元血流速断層分布像のうち、X=125μmの部位のみ取出した流速分布のグラフである。この検討では、偏り誤差72μm/秒、ばらつき誤差352μm/秒であった。
図11Aおよび図11Bは、平均流速1.0mm/秒の条件下における結果であり、図11Aが3次元血流速断層分布像、図11Bは、3次元血流速断層分布像のうち、X=125μmの部位のみ取出した流速分布のグラフである。この検討では、偏り誤差57μm/秒、ばらつき誤差385μm/秒であった。イントラリピッド溶液を用いた検討では、光軸方向(Y軸方向)の計測精度13.4μm/秒で流速検出をすることができた。
図13Aおよび図13Bは、平均流速1.0mm/秒の条件下における結果であり、図13Aが3次元血流速断層分布像、図13Bは、3次元血流速断層分布像のうち、X=125μmの部位のみ取出した流速分布のグラフである。この検討では、ばらつき誤差439μm/秒であった。
図15Aおよび図15Bは、3次元血流速断層分布像である。3次元的に蛇行しながら交差する毛細血管と、その毛細血管内における血流速ドップラー周波数分布が可視化できている。
図17において、表面から深さ100μm前後(縦軸(Z軸)における600μm付近)に表皮と真皮との境界部が存在するが、血流速断層分布像において毛細血管の血流速を示す像(黒い微小点)が境界部付近に認められる。この検討では200μm/秒以下の血流速を検出することができた。
ヒト皮膚表皮直下の透明度は、消化管粘膜に比べ非常に低いため、ヒト皮膚での血流速の検出は光学的により困難である。したがって、光学的には、粘膜層における毛細血管の血流速の可視化は、ヒト皮下に比して容易であるため、本発明の癌深達度診断システムを用いて粘膜層内の連通新生血管における血流速をマイクロ断層可視化することにより、初期微小癌の診断を行うことは十分可能であると言える。
さらに、上述したヒト皮下の検討において使用したニコチン酸メチルは血管拡張剤の一つであり、連通新生血管の存在状態を模擬的に再現することを意図している。ニコチン酸メチル塗布後に検出血流速が上昇した状態は、消化管癌において連通新生血管が存在している状態に近く、連通新生血管の特定および情報取得と同等の検出が行えたと言える。
(付記項1)
対象腫瘍が位置する対象組織に低コヒーレンス光を出射して光干渉信号を取得し、
前記光干渉信号に基づいて前記対象腫瘍を含む対象組織の断層像および前記断層像内の血管における血流速情報を取得し、
前記断層像および前記血流速情報に基づいて前記対象腫瘍の深達度を判定する、
病変の深達度判定方法。
(付記項2)
高周波変調された前記低コヒーレンス光を出射して前記光干渉信号が取得される、
付記項1に記載の病変の深達度判定方法。
(付記項3)
前記血流速情報は、前記血管が押圧されて血流速が所定値以下に低下した後の血流回復に伴う血流速の立ち上がりに関する情報を含む、付記項1または2に記載の病変の深達度判定方法。
10 マイクロ断層プローブ
100、200 内視鏡
32 制御演算部(判定部)
Nv2 新生血管(連通新生血管)
Mp 筋層
St 対象組織
Sm 粘膜下層
Claims (3)
- 内視鏡と、
前記内視鏡と共に体内に導入され、対象腫瘍が位置する対象組織に低コヒーレンス光を出射して光干渉信号を取得するマイクロ断層プローブと、
前記光干渉信号に基づいて前記対象腫瘍を含む対象組織の断層像および前記断層像内の血管における血流速情報を取得する判定部と、
を備え、
前記血流速情報は、前記血管が押圧されて血流速が所定値以下に低下した後の血流回復に伴う血流速の立ち上がりに関する情報を含み、
前記判定部は、前記断層像および前記血流速情報に基づいて前記対象腫瘍の深達度を判定する、
癌深達度診断システム。 - 前記判定部は、前記断層像および前記血流速情報に基づいて、前記対象腫瘍の新生血管のうち、粘膜下層または筋層に存在する血管と連通した連通新生血管を特定し、前記連通新生血管の評価結果に基づいて前記対象腫瘍の深達度を判定する、
請求項1に記載の癌深達度診断システム。 - 前記マイクロ断層プローブは、高周波変調された前記低コヒーレンス光を出射する、
請求項1または2に記載の癌深達度診断システム。
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