JPS61503005A - パルス励起及び時間領域信号処理を用いる光放射中に発生された瞬間的一重状態酸素濃度を監視するための電子光学的デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、４１ルス励起及び時間領域信号処理を用いる光放射中に発生された瞬間的−量 状態酸素濃度を監視するための電子光学的デバイス 本発明は、光力学的増感剤を励起するのに、パルス励起源が用いられる時の光放 射中に発生される一量状態酸素の瞬間的濃度を処理し且つ監視するための装置及 び方法に関する。

２　背景及び技術的要約 特定の光力学的増感剤１例えば、ヘマトポルフィリン誘導体を人体に静脈注射す ると、これらの成分は、選択的に癌組織に留まる。従って、注射の２〜３日の後 、かなシの高いレベルのこの光力学的増感剤が悪性の組織に留まることになる。

癌組織によるヘマトポルフィリン誘導体の選択的保持は最初に、診断の手段とし て臨床的に用いられた。斯かる組織は、紫外線即ち短波長可視光線存在の下で、 明るい赤色の螢光を呈するのに対して正常な組織は、薄いピンクの色を呈する。

この診断技術を用いる臨床的研究の論述は、アール・ダブリュー・ヘンダーンン 、ジー・ニス・クリステイ、ピー・ニス・クレジイ及びジエイ・リネハムによる 「２酢酸ヘマトホルフイリン・選択的螢光によって悪性組織全正常組織から区別 するためのプローブ」３５０に一ジ）に見られる。「肺癌の早期発見のためのレ ーザ螢光気管支鏡法」の題名を有するディ・アール・トイロン及びニー・イー・ プロフイオによる別の参考文献（光医学及び光学することによって小さな肺腫瘍 を検出し且つ突き止めるためのレーザー螢光気管支鏡法の使用について教示して いる。

悪性組織の処理及び破壊、即ち、光化学療法又は光放射療法において別の臨床的 応用が最近見いだされている。酸素の存在の下でこのヘマトポルフィリン色素全 光学的に励起した結果として生物的破損が生じる仮定は、一般的に、「光力学的 作用」と呼ばれている。上記に示したように、光化学療法は、ヘマトポルフィリ ンから誘導された増感剤を患者に静脈注射することを必要とする。数日間（通常 は３日、）経過した後、色素は、健康な組織によって低減はするが、癌組織によ ってかなりの量が保持される。次て、腫瘍は治療光線に暴露され、この光エネル ギによって、この光力学的増感剤はエネルギ的に準安定な玉量状態に励起される 。直接的な分子間プロセス？経て、この色素は、このエネルギ全組織の中に存在 する酸素分子に伝達し、これらの酸素分子を基底玉量状態から第１励起電子−量 状態１゜２にあげる。この−量状態酸素（１ｏ２）は、癌細胞の膜を攻撃し機能 的に破壊し、最終的に、壊死全誘発し、癌組織を破壊する。

キャンサ　リサーチ（第３８巻、２６２８−２６３５ｇ−ジ、１９７８年発行の 「悪性腫瘍の処理のための光放射療法」の題名金有するトーマスジエイドファテ イ他による論文には、正しい治療光線金処法する時に関連する問題が述べられて いる。光線量か弱すぎると、肺癌の反応は部分的あるいは不完全となる。

放射が長すぎたりあるいは強度が高すぎたりすると、正常な皮膚あるいは組織が 壊死金起こす。上記の論文は、正しい治療光線ｔｉ決定する時の難かしさを指摘 している。この問題は、かなりの大きな問題であることが証明されており、現在 、光光学療法を用いて腫瘍全系統的に且つ高い信頼性でもって処理できるように なる前に克服しなければならない大きな障害の１つである。

一量状態酸素の瞬間的発生全監視するための装置及び方法全開発することが急務 になっていることを指摘している光放射療法の他の臨床的応用が研究されている 。

発明の要約 本発明者らは、光放射療法の際に生物的環境における一世状態酸素の発生全測定 することの必要性を認識した。本発明者らは、生物的即ち悪性腫瘍において一量 状態酸素が発生される速度をすぐに認知しない限シ正しい光放射処理は難かしい ことを認識した。本発明者らは、−量状態酸素の発生は、幾つかの主要因金倉む こと全認識した。即ち、（１）治療光源は、光力学的増感剤を励起玉量状態に上 昇せしめるのに十分な正しい強度及び波長を有していなければならない。（２） 初期的に且つ増感剤からのエネルギ転移によって励起される放射の期間中の両方 において腫瘍の内部に十分な酸素の濃度が局在していなければならない。（３） 局部的増感剤濃度は、すぐ回りの環境の疎水性あるいは親水性に応じて、大きく 変化してもよい。及び（４）１ｏ２の消滅の速度は、実質的に、存在している媒 体に応じて変化してもよい。即ち、一般的に脂質環境における水性環境において 速度が速くなる。従って、先行技術によって教示されたように、入射光強度及び 暴露の時間も単に測定しただけでは、腫瘍組織内の一葉状態酸素の発生に関する 正しい情報は供給されない。従って、本発明者らは、光放射療法の期間中に発生 されている一葉状態酸素の量を直接的にめる必要があると認識する。

本発明者らは、１ｏ　の発生の直接的監視は可能であると認識しているが、これ は、−量状態酸素分子の周囲の媒体との相互作用において、この−量状態酸素分 子は、基底玉量状態への衝突によって誘発された放射遷移？起こし、１２７ミク ロンの波長における光？発生するからである（例、ジエイ、ジー。

パーカー及びダブリュー　、ディー、スタンプロ「アセタン及ヒジュウテリウム 置換アセトンにおける一葉状態分子酸素〔０２１Δ９〕の衝突寿命の光学的定量 法」、Ｊ　、Ａｍ、Ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ　。

第１０４巻２０６７−２０６９−＜−ジ、１９８２年）、液体における一計状態 酸素放出は、Ｂｉｏｐｈｙθ１８日（ＧＢ）（第２１巻、７７０に−ジ、１９７ ６年）に再発行された「溶液における一葉状態酸素の光増感されたルミネセンス 」の題名を有するニー、ニー、クラスノフスキジュニャによる論文に最初に述べ られた。タラスノフスキは、一般的に、溶液における１２７ミクロンの一葉状態 酸素放出を同定し且つ光学的に検出した最初の物であると認められている。クラ スノフスキは、極低温に冷却された光電子増倍管１ｃｃ４溶媒におけるこの放出 を検出するための手段として用いた。種々の他の溶媒に対しても研究が行なわれ てきている。例えば、Ｐｒｏｃ　、Ｎａｔ　１　、　Ａｃａｄ、５ｃｉｅｎｃｅ （第７６巻（１２）、６０４７−！！−ジ（１９７９年）発行のニー、エッチ、 カーノ及びエム、力７ヤの「液体溶液における生物の色素全増感することによっ て励起された１　６６８　ｎｍにおける一葉状態酸素の放出の直接的分光学的観 察」及びＣｈｅｍ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｓｔｔ　（第７６巻Ｏ＋、５Ｓ−＝−ジ、１９８０年）発行のグー 。アイ、サロヒデイノフ、ビー、エヌ、ザガロフ、アイ・エム、ビテバ、及びジ ー、ビー、グリノビツチによる「１５９ｎｍにおける溶液における一葉状態酸素 の光増感されたルミネセンス」である。１２７ミクロン放出を検出するために、 力−ン等は、熱電気的に冷却された硫化鉛を用いる近赤外分光光度計を用い、サ ロヒデイノフ等は、液体窒素によって冷却されたゲルマニウム光ダイオード會用 いた。

しかしながら、これらの先行の研究者は、四塩化炭素ＣＣ４４等の溶媒における 一計状態酸素放出？測定しており、この場合、−量状態の酸素の寿命は、約２に ０００マイクロ秒程度と極端に長い。本発明者らが指摘１−た更に難かしい問題 は、生物的環境において発生された一葉状態酸素の放出音いかに光学的に検出し 且つ電子光学的に処理するかである。水と脂質（炭化水素）から実質的になる生 物的環境において、−量状態酸素の寿命は、３（水）乃至３０（脂質）マイクロ 秒と極端に短い。本発明は、生物的環境における光放射療法の期間中に発生され た一計状態酸素放出全検出するための装置及び方法を提供する。

この問題全完全に理解するためには、光力学的増感剤と一計状態酸素放出の両方 が、１．２７　ミクロンの範囲の波長？有する放出？発生すること全認識するこ とが必要である。本発明者らによって行なわれた実験的測定の結果は、−量状態 酸素放出と増感剤螢光の両方は、増感剤の光学的励起の結果として生じ且つ非常 にこみいってからみ合っていること金示している。従って、＋１１−は状態酸素 放出に帰する第１分光個別成分、及び（２）増１惑剤の螢光によって生じる第２ 分光拡散成分？有する複合二成分放出が生じる。１２７ミクロンに中心金置く狭 い帯域フィルタを用いても、増感剤螢光と一葉状態酸素放出の両方は、光検出器 に伝達されてしまう。好ましい一計状態酸素放出信号は、この複合増感剤螢光／ −量状態酸素放出信号から分光的に分離することができない。（増感剤によって 生じた赤外螢光は、波長が０．７ミクロンから１５０ミクロン金越見越波長まで 及んでいる。） 従って、−量状態酸素放出？監視する上で主に克服しなければならない問題は、 増感剤螢光による成分から一量状態酸素放出成分？分離することにある。この目 的全達成するためには、この２つの１言号成分の異なった性質？調べなければな らない。

本発明者らは、増感剤螢光はパルス励起光と同時に発生し、一方、−ｉ状態酸素 放出の出現は時間的に遅延すること金兄い出した。本発明者らは、この遅硬が、 −量状聾酸素の形成が光学的励起に直接結合されないという事実によるものであ ること全発見した。−量状態醒索の形成は、増感剤準安定玉量状態からのエネル ギの衝突的転移を伴ない、従って、基底電子状態溶解酸素３゜と光力学的増感剤 との衝突？もたらすのに必要な時間だけ光学的励起の開始に対して遅れる。

複合増感剤螢光／−量状態酸素放出信号から一量状態酸素放出信号？抽出すると いう間部は、生物的環境においては極端に複雑である。先ず、増感剤螢光は、一 般的に、−景状態酸素放出よりもかなり大きくなっており、例えは、水性媒体に おいては一葉状態酸素放出のマグニチュードの２０倍のマグニチュード金有する 。水性環境における一葉状態酸素放出の弱さは、−量状態酸素の短い寿命に帰す る。脂質環境においては、１ｏの寿命は、僅かに長くなっており、赤外螢光成分 のマグニチユードは、比較的小さくなる傾向がある。第２に、増感剤螢光と一拡 散速度に依存する。実質的に水と脂質からなる生物的環境において、遅延は、水 の場合の２−３マイクロ秒からグリセロール及びエチレングリコール（細胞膜環 境の特徴）及び種々の血清の場合の約ＩＯマイクロ秒まで変化する。

従って、生物的媒体において、増感剤螢光は、−量状態酸素放出よりもマグニチ ュードにおいて一般的にかなり大きくなる。

増感剤螢光の出現と一葉状態酸素放出のピークとの時間遅延は比較的短か＜（２ ，５乃至１００マイクロ秒）、−量状態酸素の全体的な寿命は、極端に短く（例 えば、水性領域では３．１マイクロ秒）成り得る。

本発明者らは、斯かる生物的環境において、１２７ミクロンを中心とする狭い帯 域（即ち、−世状態放出帯域）における光学的放出金単に測定すれば、−量状態 酸素放出ではなく増感剤によって発生された螢光信号を実質的には測定すること になることを認識した。

本発明者らは、１２アミクロンー量状態酸素放出帯域に現われる、複合増感剤螢 光／−量状態酸素放出信号から−貴状態酸素放出信号を抽出するための方法及び 装置を開発した。本発明は全体的に以下のもの金含んでいる。即ち、光力学的増 感剤、例えば、ヘマトポルフィリン誘導体音吸収した生物的塊を照射するのに用 いられるパルス励起信号、全てが１２アミクロンー賃状態酸素放出帯域（ておい て発生された複合放出信号全検出するための光収集手段、フィルタ手段及び光検 出器手段金倉む光学的検出Ｔ＝股、及び上記光検出器に接続された且つ上記励起 信号の・ミルス率でもってトリガさ扛るボックスカー、積分器あるいは信号アベ レージヤ金倉む時間領域処理手段？含む。

本発明者ら（ｒｉ、複合増感剤螢光／−一葉状態酸素放出信号・１、増感剤螢光 が実質的に励起／！！ルスと同時に発生し、一方一量状態酸素放出が遅延すると いう事実の利点？取ることによって時間領域で分解できること全発見した。ボッ クスカー積分器は、一時的識別機能ケ実行すると、ボックスカー積分のサンプリ ングインターバル、遅延−量状態酸素信号を抽出するべく遅延することができる 。本発明者らは、増感剤螢光との如何なる干渉會も防ぐために１乃至１５マイク ロ秒の最小メ延時間全生物環境に果たすべきであること見見い出した。あるいは 、信号アベレージヤ金円いると、全時間ｑ贋金分析し、増感剤螢光が支配する初 期の１０乃至１５マイクロ秒を捨てることにより一時的識別金行うことができる 。一般的に、本発明は、複合信号から一葉状態酸素放出信号ゲ抽出するには、次 のことが必要であること金教示している。即ち、（１）より大きな増感剤螢光信 号から回復することがでさるように高速回帰応答を有する光学検出器及び（２） 遅延された一葉状態酸素放出を一時的に識別し且つ分離するために時間領域プロ セッサ（例えば、ボックスカー積分５あるいｉｄ信号アベレージヤ）全必要とす る。

本発明はまた、水性媒体及び脂質媒体の両方からなる複雑な不均質生物環境に尤 ・いて発生される最大−量状態酸零信号の検出のための手段全提供する。ボック スカル積分器のアパーチュア幅及び遅延を調節することにより且つある範囲の値 にわたってア・ξ−チュア？走食することにより、複雑な環境において発生され た最大−量状態酸素信号？求めることができる。あるいはまた、処理ソフトウェ アと結び付いた信号アベレージヤによって、最大−量状態酸素信号金倉む時間ビ ン（アト゛レス）を同定することができる。この時間領域プロセッサはまた、特 定の環境において発生される最大−量状態酸素信号をめるためにプロセットされ 得る（即ち、時間領域信号プロセッサは、脂質環境において発生された最大−量 状態酸素信号を抽出するために特定の遅延においてセットされ且つ水性環境にお いて発生された一量状態酸素信号金抽出するために第２のプレセットされた遅延 においてセットされ得る。）。

斯くして、本発明者らは、光放射療法の期間中の光力学的増感剤の光学的励起に よって、複合２成分信号、即ち第１成分は一葉状態酸素放出によシ且つ第２大成 分は、増感剤赤外螢光による複合２成分信号全発生すること全認識した。１．２ ７　ミクロン信号酸素放出帯域全通過するように中心を置かれた狭い帯域フィル タが所望の一葉状態酸素放出信号と増感剤螢光による更に強い好ましくない信号 の両方全通過せしめること全認識した上で、本発明者らは、周波数領域信号処理 によって一葉状態酸素放出信号全分離するための装置及び方法全開発した。

本発明の１つの新規な特徴は、光放射中に発生された複合増感剤螢光／−帯状態 酸素放出信号から一葉状態酸素放出信号を分離するために時間領域信号処理？用 いることである。

第２の新規な特徴は、時間領域信号プロセッサと結び付いて・ξルス励起を用い ることである。増感剤螢光によって支配される複合信号から一葉状態酸素放出信 号離するために、この励起はパルス状になり且つ時間領域信号プロセッサは同時 にトリガされ得る。

本発明の第３の新規な特徴は、増感剤螢光信号から一葉状態酸素放出信号全抽出 するためにボックスカー積分器金用いることである。このボックスカー積分器は 、異なった生物環境において発生された一葉状態酸素放出を一時的に区別するた めにも用いることができる。本発明によって教示された時間領域処理手段は、複 合増感剤螢光／−量状態酸素信号から所望の一葉状態酸素放出信号を一時的に区 別するためにセントされ得る調節可能ア／ξ−チュア連延？有するボックスカー 積分器を含んでいる。

第・１の新規な特徴は、複雑な多重成分環境、例えば生物塊における最大−量状 態酸素放出金求めるための計算手段と結び付けてボックスカー積分器金用いるこ とである。この計算手段は最大−量状態酸素信号が確実に検索されているように するためら予めセットされた範囲のアパーチュア遅延値に対するボックスカー積 分器出力？周期的に分析する。

第５の新規な特徴は、複雑な媒体の特定の性質全分析し且つ異なった成分に帰す ることができる一債状態酸素放出ピークを検出するために計算手段と結び付けて ボックスカー積分器を用いることにある。

第６の新規な特徴は、時間領域における複合増感剤螢光／−一葉状態酸素放出信 号処理し且つ一葉状態酸素信号を抽出するために信号アベレージヤを用いること にちる。更に、この信号アベレージヤにおける複数の時間ビン（アドレス）に蓄 積されたデータを用いると、−世状態酸素放出信号の時間履歴を与えることがで きる。

第７の新規な特徴は、複雑な多重成分環境、例えば、生物塊における全あるいは ピーク−量状態酸素濃度を計算するために計算手段と結び付けて信号アベレージ ヤを用いることにある。

この計算手段は、全又はピーク−情状態酸素放出を計算するために一葉状態酸素 放出時間履歴の回帰分析を利用する。

第８の新規な特徴は、励起・ぞルスの強度及び変調を測定−量状態酸素レベルの 関数として制御するために時間領域処理手段と結び付けて計算手段を用いること にある。光化学療法の間、−量状態酸素が許容レベルでもって発生されているこ とを保証するために微妙な励起光量を制御することができる。

本発明の第９の新規な特徴は、パルス光源が励起ビームとして作用する光放射療 法の間に発生される瞬間的−量状態酸素濃度を遠隔監視するための手段を提供す ることにちる。−量状態酸素レベルを監視することにより、医者又はオペレータ は、所定の臨床条件を満足し且つ酸素消滅の効果を最小化するのに必要な一葉状 態酸素レベルを供給するべく治療照射条件（即ち、強度、波長、入射角、蒸露時 間等）を調節することができる。

図面の簡単な説明 第】図は、光力学的増感剤を刺頒する・？ルス励起光及びその結果生じる一惜状 態酸素の発生を水子全体のシステムの運動理論を註、明する図である。

第２［ン１；・」、１２７ミクロン帯域に王印、われる複合増感剤螢光／−９状 聾酸素放出信号を示すグラフでちる。

第３図は、−量状態酸素放出信号を抽出すべく時間領域に訃ける複合増感剤螢光 ／′−量状態酸素放出信号を処理するのに用いられる倫、明装置の、ブロック図 である。

第４図（ｄ１時間領域における複合信号を分離するための本発明に用いられるボ ックスカー遅延及びアパーチュアの可能なセツティング金示すグラフである。

第５図は、水媒体及び脂質媒体において発生されたー量状態酸素に灼する一帯状 態酸素放出カーブを示すグラフである。。

第６図は、適当なボックスカー遅延を選択するのに用いられるマイクロプロセッ サ制御装置の作動を示すフローチャートである。

第７図（徒、誘発＋＋Ｅ）　（てよって教示されるような代替の時間領域１言号 処理手段のし″ロン２図でちる。

第８図は、デジタル化時間履歴に基づく全−量状態酸素放出〔１ｏ〕。　全計算 す己のに用いられる回帰分析データ処理ルーチンのフロー・チャートである。

第９図は、表面あるいは皮膚腫瘍から放出された複合信号を収集するだめの光収 集手段である。

第１０図は、深い部位の腫瘍塊から放出された複合信号を収集するだめの光収集 手段である。

第】１図は、眼球腫瘍から放出された複合信号全収集するだめの光収集手段であ る。７ 好ましい実施例の説明 光放射療法は、患者にヘマトポルフィリン誘導体等の無毒性光力学的増感剤を注 射することを必要とし、この増感剤が適当な生物的位置に局在した後、この位置 を光学エネルギでもって照射することを必要とする。この結果の光子学的作用に よって一１状態酸素は二段階プロセスでもって発生する。第１図は、全体的なシ ステムの運動理論を略図で示すものである。先ず、光力学的増感剤は、６３００ オングストローム（赤色光）のパルスレーザ放射線等の治療光源によって、基底 状態Ｓ。から第１励起電子状態Ｓ１　に励起さｒる。増感剤励起−量状態Ｓ１　 は、次に、この図に示されるように、分子間カップリングによって最低位置色素 玉量状態Ｔ１　に変換される。酸素が無い場合の、次に続いて起きるこの玉量状 態から基底−量状態Ｓ。への不活性化は、スピン選択律によって禁止され、その 結果、嫌気（酸素排除）状態におけるこの特定の種の寿命は１ミリ秒と長くなる 。しかしながら、組織の中に局在されている酸素の存在の下では、色素玉量状態 Ｔ１は、色素玉量状態における実質的に全てのエネルギが玉量電子状態の酸素３ ゜に伝達され、後者を基底状態の上の約１電子ボルトの第１励起電子−量状態１ ゜に上げるスピン保存分子間プロセスにおいて、迅速に（１乃至１０秒）色素− 量基底状態Ｓ。に不活性化される。このスピン保存エネルギ伝達は、分子酸素の 基底電子状態が大部分の安定分子に対しては真でない玉量状態となることがある というだけで可能である。第１図に示されるこのエネルギ伝達は１次のように表 わされる。

（１）Ｔ　→−３０→Ｓ＋１０゜ １　２　〇 一景状態酸弄１゜が周囲の梯体Ｍに含まれる分子と相互作用すると、比較的弱い 衝突によって誘発される放出が起きる。

ｆ２１　’Ｏ＋　Ｍ　−＞　３０　＋Ｍ　＋　ｈｖ。

−ｔｖ、は、放出帯域の中心に関連する周波数であり、１２７ミクロンの波長に 相当する。（−量状態酸素放出帯域は、１２７ミクロンに中心を置かれており、 １２６ミクロンかう１．２８ミクロンに延びる半最大全幅（ＦｗＨＭ）を有する 。この帯域は以後、−量酸素１．２７ミクロン放出帯域あるいは１２７ミクロン 帯域と呼ばれる。）この放出を光学的に検出し且つ監視することにより、−量状 態酸素が発生され且つ生物的物質を攻撃する時の瞬間的速度をめることが可能で ある。

光力学的療法の間に１．２７　ミクロン放出帯域において放出される光学的エネ ルギは、増感剤の分光的拡散螢光になる第１成分と一量状態酸素分子からの分光 個別放出によって生成する第２成分を含む複合信号である。第２図は、１２７帯 域における複合信号の実験的測定の結果を示（〜でいる。−量状態酸素ｌ。２放 出（ｌＯ）と増感剤螢光（］Ｏ）の両方は、増感剤の光学的励起の結果として生 じ且つ両方とも１２７放出帯域に現われる。

１．２７マイクロ帯域における増感剤螢光は、一般的に、比較的弱い−（資）状 態酸素放出よりもマグニチュードにおいてかなり大きくなっている。第２図に示 すように、増感剤螢光のビーク愚幅は、２５の最大−量状態酸素放出強度と比較 して相対強度４００に達する。

従って、−情状態酸素放出を監視する上で先ず克服しなければならない難かしさ け、増感剤螢光による成分からこの成分を分離することにちる。本１ｉ５願者ら は、複合信号は時間領域における信号処理によって分離できることを発見した。

この処理は、増感剤螢光が励起光と同時であり一方、−量状態酸素放出の出現が 時間的に遅延されるという事実を利用している。この時間遅延は、−量状態酸素 の形成が光学的励起に直接的に結合しないという事実によるものである。１ｏ２ の形成は、増感剤準安定玉量状態からのエネルギの衝突によって誘発された転移 を伴ない、従って、基底電子状態溶解酸素３゜の励起増感剤との衝突をもたらす のに必要な時間だけ光学励起の開始に対して遅延する。この衝突時間は、周囲の ３゜濃度しくル（即ち３゜溶解度）だけでなく特定の溶媒では３゜２の拡散速度 にも依存する。特定の溶媒は、高い酸素溶解度及び０．２０−０．３０マイクロ 秒の範囲の特徴的な増感剤玉量エネルギ伝達時間との拡散速度（例えげ、エタノ ール、メタノール、アセトン）を特徴としている。

しかしながら、他の媒体、特にＨ２Ｏ及びＤ２０は、かなり長い時間（２−３マ イクロ秒）を伴ない、高い溶媒粘度（即ち、低い拡散速度）及び低い酸素溶解度 の極端な場合は、１０秒台の時間を伴なう（例えば、エチレングリコール）。

入射光学励起エネルギの吸収は、初期増感剤玉量濃度〔Ｔ１〕。

の実質的に瞬間的な形成をもたらす。このエネルギの基底三量状態酸素への転移 は、上記の式（１）に従っておきる。

式（ＩＩを量的に表わすと、次のような式゛にもなる・ここで、Ｊ＝Ｊ（ｔ）は 、光子／ｄ秒で表わされる時間依存入射光束であり、αは、ｃｍ　で表わされる 増感剤吸収係数である。

大抵の場合、基底状態酸素の消去は重要ではない。即ち、〔０□〕〈〔３０□〕 　である。この場合、式ｆ３１が次のように与えられる。

は工多ルギが増感剤玉量状態から３゜に転移されて１゜を形成この場合、ＫＤは 、溶媒分子（即ち分子錯体）との衝突による１ｏの損失の速度を表わす。

式（４）の一般解は以下の通りである。

＋７１　（Ｔ、）　＝αｅ　”　ｆ、　Ｊ（Ｓ）ｅ　Ｔ（１，ｓ矩形波形におけ るパルス励起に対しては、以下のようになるここで上記のＫＴｔ＜］　の限定を 課し、我々の注意をｔ）Ｔの場合に限定すると、式（９）は次のように々る。

ＱＧ　［Ｔ１］　＝　１゜。−ｋＴｔ＝　［Ｔ１）。ｏ−ｋＴｔここで、ＩＯ＝ 、Ｊｏτは、励起、ｏルスに含まれる入射光の合計数であり、〔Ｔ１）０　は従 って、増感剤玉量状態の初期濃度となる。

式ｆ６）、（ｌＯ）を合成すると次の式が得られる。

式（ｌＩｌによって示される一時的な挙動は、初期の立上シ、即ちゼロからのピ ークへの立上り及び安定な指数関数的減衰が生じる最終的な位相を含む。ｋ、〉 ｋＤの場合、即ち、玉量状態エネルギ転移の速度が溶媒減衰速度を越える場合、 初期位相は、立上り時間ＴＲ＝１７ｋＴ　によって特徴付けられ、最終的な減衰 は、立下り時間ＴＦ　＝　１７　ｋＤ　によって特徴付けられる。一方、ｋＴく ｋＤの場合、この２つは逆転し、立上り時間は今度はＴＲ＝１／ｋＤとなり立下 り時間はＴＦ　＝　ｌ　／　ｌｃＴ　となる。

第２図に示される実験データの比較は１式（１１）の予想を証明する。第２図に 示される結果を得るために、Ｔ４ＭＰＰ　（テトラ−４−Ｎメチルビリジルポル フィン）増感剤がＨ２Ｏの溶媒を用いてｌＸｌ０　Ｍ　の濃度でもって用いられ た。第２図の試験は、増感剤螢光が、１マイクロ秒台の時間インタバルにおける 無視可能なレベルまで等しく迅速に減衰する急激に立上る（縮尺無し）早期の成 分として存在する二成分挙動をはっきりと表わしている。この１゜信号は、安定 的に立ち上り、３乃至４マイク０秒の後に最大に達し、次に安定の降下を行う。

この第２図から、また判るよう（−、マグニチュードに関する限り、早期の増感 剤；貸元成分が支配的である。もつと遅く変化する１゜ｅ、分を分離して出す能 力は１．***・ξルスが消滅した後検出器応答時間がゼロへの初期スパイクに追 従するのに十分迅速であるという事実に強く依存する。これは、検出器応答時間 にプレミアムを付ける。本発明者らは、０２マイクロ秒の検出器減衰時間定数（ 即ち、回帰即ち減衰応答、０２マイクロ秒のｌ　／　ｅ乃至１マイクロ妙の最大 の１％未満だけ外れる）を有する高速ダイオードヲ提案している。本発明者らは 、ヒ化インジウムガリウム（工ｎＧａＡ日）背面照射フォトダイオード゛が本出 願において有用であることを見い出した。時間分解能が特徴的に劣るゲルマニウ ムフオトダイオーピを用いる以前の研究では、この２つの放出成分を分離するこ とが不可能であった。第２図に与えられたデータの時間履埜を考察は、時間領域 にかける増感剤赤外螢光から１゜放出全分離する最高の方法は、螢光成分が効果 的に消滅した且つ１゜放出が最大に、Ｒ１１ち、約３マイクロ秒に達した時間に おいて十分にボックスカーアパーチュア（サンプリングインターバル）を遅延せ しめることによることを示唆している。

第３図は、本発明に係る装置のブロック図である。パルス光源１６は、光学手段 １８によって生物塊２ｏに送られる。本発明者らは、１０ナノ秒パルス幅を有す るパルス全発生するために第２高調波（５３２０Ａ）において作動するＱスイッ チ式Ｎａ　：　ＹＡＧレーザを用いたが、１マイクロ秒未満のパルス幅を発生し 且つ適当な励起波長（５ｏｏｏ−ｙ、ｏｏｏＸ）　のパルスを発生する任意の同 等の光源を用いることができる。パルス励起光を送るのに用いられる光学手段１ ８は、レンズ装置あるいはファイバオプティックリンクであシ得る。

ビームスピリツタ２４及びフォトダイオード２６は、共動して、基準信号３６を 発生し、この信号３６は、ボックスカー積分器２８１−ＩＪガするのに用いられ る。あるいは、励起パルス回路によって直接発生した電気信号は、基準信号２６ として作用することができ、これにより、ボックスカー積分器を励起ビームのパ ルスインターバルに同期化することができる。

光力学的増感剤、例えば、ヘマトポルフィリン誘導体を吸収した生物的塊即ち１ Ｉｔｉ瘍２０は、照射を受けると、増感剤螢光成分と一量状態酸素放出成分から なる複合信号を放出する。レンズ装置あるいはファイバオプティックリンクであ り得る光収集手段３０は、光線を収集する。収集された光は、次にフィルタ手段 ３２によって１波され、フィルタ手段３２は、−量状態酸素１．２７ミクロン放 出帯域の光を通過せしめる。（本発明者らは、１．２６ミクロン及び１．２８ミ クロ／において３ａＢポイント金有する帯域フィルタを用いた。しかしながら、 １２アミクロンー量態酸素放出信号を通過するどの狭い帯域フィルタも十分であ る。）次に、１波された光は、光検出器３４に送られ、光検出器３４は、１２７ ミクロン放出帯域に現われる複合増感剤螢光／−量状態酸素放出信号を電気信号 ３６に変換する。光収集手段３０、フィルタ手段３２、及び光検出器３４は、光 学検出手段３７全構成する。本発明者らは、増感剤赤外螢光及び遅延された一量 状態酸素放出を一時的に分解するために「高速」フォトダイオードが必要である ことを見い出した。この検出器は、０２マイクロ秒未満の検出器時間遅延字表２ 金有するべきである（　ｔ４１ち、回帰Ｌ！１」ち減衰応答は、０２マイクロ秒 未満の１／θ乃至１秒における最大の１％未満だけ外れるべきである）。本発明 者らは、ヒ化インジウムｔノ゛リウノ、（ＩｎＧａＡｓ）背面（用射フォトダイ オードがｌ１ｌｉかる用途に有用でち２〕ことを見い出した。

′１１Ｌ気信号３Ｇは、時間領域処理手段４０によって処理される。

この時間領域処理ｆ一段４０）ま、ボックスカー積分器２Ｓ、及びｊｊｊ制御裟 置装２全ｎ゛んでいる。、（特定の場合、ｖｉｊち時間ｔ・ぢ延が・特定の値に セットできる場合、制御装置４２は省略することができる。）制御装置・１２ば 、特定のア５・４−チュア遅延時１！４１（Ａ　ＬＡ２等）を提供するようにセ ラｉ・することができあるいは走査モーＭ（Ｂ）に七ツ）・することができる。

走査モードの場合、制御装置は、ボックスカー積分出力値４４ケ読み且つボック スカーアパーチュアをある範囲の時間遅延値にわたって動かす。

以下（（述べるよう（で、制御装置（は、ある範囲の遅延値にわたって周期的に 走査し且つ最大出力を生じる値に固定する。、ボックスカー出力・１４は、それ が表示されるインプラ”−夕４６に接続されている。

第４図は、時間領域信号プロセッサに関連する種々の調節可能ペラメータ全説明 するグラフである。ボックスカー積分器（第３図の２８参照）は、特定のボック スカー遅延４８にセットされ且つ特定のアパーチュア幅５０にセットできる。本 発明者らは、励起パルスの後縁からの１乃至１５マイクロ秒の遅延が生物環視に おいて最小であるべきであることを見い出している。本発明者らは、第２図にグ ラフで示されているデータを発生ずるブζめに０５マイクロ秒アパーチュア幅を 用いたが、０．］、０乃至１０マイクロ秒の範囲内の他のアパーチュアｖｉ、全 特定の成分にむじて生物環ｆｊ）に用いられること全了解すべきである。更に了 解すべきことに、増感剤螢光信号５２の最小レー；ルだけが積分のためのボック スカーに入るようにする／てめにボックスカー遅延・１８が選択σれるというこ とでちる。ボックスカー遅延４８を選択すると、時間領域プロセッサは、複合螢 光／−量状態酸素放出信号から−−最状態酸素信号５４を抽出することができる 。

時間領域における増感剤螢光から一量状態酸素信号金分離することに加えて、本 発明の技術は、異なった生物媒体において生じる最大−量状態酸素信号を区別す るのに用いることができる。前に式（１１］において示したように、−量状態酸 素放出カーブの形は、−量状態酸素が発生される特定の媒体（即ち、水あるいは 脂質）によって決定される。第５図に示されるように、水性媒体の場合、−量状 態酸素寿命は短く且つ最大放出は、約３マイクロ秒（２乃至４マイクロ秒内）に おいて現われ、　”５、脂質媒体の場合、−介状態酸素寿命は長い（１０乃至４ ０マイクロ秒の範囲内）。しかしながら、玉量状態エネルギー転移時間は、一般 的に放出が時間的に後に最大に達するようにするためにより長くなる傾向もある 。ア・ξ−チェア遅延を調節することにより、水性環境において発生された最大 −量状態酸素放出信号から脂質環境において発生された最大−量状態酸素放出を 分離することができる。従って、特定の溶媒において発生された最大−量状態酸 素信号を検出するためにボックスカー遅延を予めセットすることができる。ある いは、所定の範囲にわたってアパーチュア遅延を走介し且つそれに対応する出力 全測定することができる。水性成分及び脂質成分、例えば）の複雑な混合体を有 する生物環境において、最大出力が確実に記録されるようにするためにある範囲 のアパーチュア遅延にわたって周期的に定食することができる。

第３図について説明すると、制御装置＝１２は、この範囲の値にわたってボック スカー遅延を走査し且つ最大出力を生じる値を選択するようにセットすることが できる。制御装置は、従来のマイクロプロセッサ設計とすることができ且つ第６ 図のフローチャートにより詳細に示される次の機能を実行する。（１）複数の値 にわたってボックスカー遅延を走査し且つ各遅延値に対する対応の出力を記録す る。（２）出力値を比較し且つ最大値を選択する。（３）ア・ξ−チュア遅延ヲ 最大出力を生じた値にセットする。

及び（４）最大出力を生じた値を選択するためにボックスカー遅延を周期的に走 査する。

制御回路４７は、上記制御装置・１２に電気的に接続されており、最大−量状態 酸素信号出力の変化に応答してパルス光源１６の作動パラメータ全調節する。制 御回路４７は、従来のマイクロプロセッサ設計であり、最大−量状態酸素放出レ ベルを安定値にあるいは特定の最小値の上に維持するために上記の・ξルス光源 １６の強度は、パルス率、パルス１掃及び波長′（１１−調節する。如何なる場 合でも、最大−量状態酸素放出値がゼロに降下した場合、制御回路４７は、パル ス光源１６を遮断する。

第７図は、信号アベレージヤ５６全時間領域信号処理手段・１０における一成分 として用いる代替実施例のブロック図である。この装置は以下の物を含む。即ち 、パルス光源１６及び適当なパルス励起を生物塊２０に送るための光学手段１８ 、光収集手段３０、フィルタ手段３２及び光検出器３４を含む光学構出手段３７ −この光学検出手段は、１．２７　ミクロン帯域において発生される複合二成分 信号の強度に比例する電気出力信号３６を与える−及び電気信号３６を処理し且 つインジケータ４６に表示される一量状態酸素放出レベルを出力として与えるた めの時間領域信号プロセッサ４０を含む。本発明者らは、１１７Ｃｌニコレット 信号アベレージヤ金用いたが、他の開業信号アベレージヤも同等によく作用する であろう。信号アばレージャは、複数のア・ξ−チュアあるいは時間ビン（アド レス）を有するということを除いてボックスカー積分器のように作用する。この 信号アベレージヤは、パルス励起率でもってトリガされ且つ所定の数の励起パル スにわたって放出の時間履歴を記録する。パルス励起減衰に続く最初の１乃至１ ５マイクロ秒に対応する時間ビンは、増感剤螢光に支配される。侭りの時間ビン は、所望の一量状態酸素放出信号の時間履歴を含んでいる。

−量状態酸素放出信号の時間履歴は、直接表示することができる。即ち、信号ア ベレージヤからの出力６０は、直接インジケータ＝１６に送られ、インジケータ ４６は、励起ノξルス遅延の後の１乃至１５マイクロ秒におきる時間ビンを表示 する。あるいは、計算手段４０は、少時間履歴データ６０を処理することができ 且つ生物塊等の複雑な媒体において生じた全−量状態酸素放出を出力として与え ることができる。ここで忘れてはならないことは、生物塊は、それぞれが異なっ た一計状態酸素放出カーブを与える水性成分及び脂質成分の複雑な混合体である ことである。

デジタル化時間四歴６０に対応するデータは、計算手段５８に送られ、ここで分 析される。分析の第１段階は、最初の１乃至１５マイクロ秒に対応する時間ビン から増感剤螢光に支配されたデータを捨てることである。こうすると、桟りのデ ータは一量状′ｐＡ酸素放出の時間履歴を含む。−葉状前酸素放出は特定の期間 にわたって拡散しているが、即ち、信号はピークに達して次に減衰するが、全− 葉状前酸素放出〔１ｏ〕。に対応する放出の値は１式ｆｌ　１＋　ｉ用いる多く の回帰分析によってピーク放出の値に付は加えて回収される。測定ピーク放出は 、治療中に変化し得る一計状態酸素の形成及び減衰の速度の局在値と供に変化す る故にこの値を得ることが重要である。一方、〔１ｏ）。は、一計状態酸素が如 何に早く形成あるいは減衰するかには無関係に、増減剤玉量状態からのエネルギ 転移によって形成された一計状態酸素の量の度合である。

この回帰分桁法は、−址状弗酸索放出の測定値及び計算値の偏差の二乗の和音最 大化するような方法でもってパラメータｋＴ、ｋＤ及び［：１ｏ几＝ＣＴ１）。

の値を選択することをめる多数の探査仮定を用いること全必要とする。この回帰 に用いられる方法は１誘明）副書に参照として引用されている非直線回帰間問題 全解決するためのマークアート法（ディー・タブリュー・マーカート、Ｊ、Ｓｏ ｃ、Ｉｎｄｕｓｔ、Ａｐｐｌ、Ｍａｔｈ、１１，４３１（１９６３））に基づい ている。

一旦〔１ｏ〕。値が計算されると、それはインジケータ４６に表示することがで きる。計算手段はまた、パルス光源１６の作動パラメータを変化せしめるための 命令−光強度、パルス期間、波長等を変化せしめることができる−を発生するた めに〔１ｏ２〕。

全周いることができる。

計算手段５８は、公知のマイクロプロセッサ回路設計とすることができ且つ第８ 図に示すソフトウェア機能を実行するようにプログラムすることができる。一般 的に、特定の所定のインターバルておいて、計算手段は、新しい〔１ｏ〕。全計 算し且っそれ金前の値と比較する。この比較の結果に基づいて、光伝達システム の作動パラメータの適当な変化がなされる。斯かる作用は以下のものを含んでい る。即ち、（１）局在酸素が消滅し且っ一計状態酸素がそれ以上発生されていな いために治療全停止すること、（２）−葉状前酸素が酸素消滅を防止するような 速度でもって発生できるようにするために励起パルスの強度を低下しあるいはパ ルス幅あるいはパルス速度を調節すること、（３）光の波長をシフトすることで ある。

上記の技術による得られる全−葉状前酸素発生〔１ｏ〕ｏの計算は、光化学療法 の所で述べているが、各々が異なった一計状態酸素を発生する２つ又はそれ以上 の成分を有する任意の生物的環境あるいは他の複雑な環境における全−葉状前酸 素放出を測定するのにも効果的であること全了解すべきである。

第９図、第１０図及び第１１図は、本発明者らによって意図された種々の光収集 手段３ｏ及び光伝達手段を示している。第８図の場合、レンズ装置６４は、表面 即ち皮膚腫瘍６６から放出された光を収集し２、フィルタ６８を通して放出光の 焦点を合わせ尤（令出器３４に送る。第１０図は、深い位置に置かれた腫瘍の処 置に用いられる代替実施例を示している。ファイバオプティック導波管７１が腫 瘍塊７ｏの中に挿入され、収集された元金フィルタ６８に送る。このファイバオ プティック導波管７１は、中空皮下ニードル７２全通して腫瘍塊７ｏの中に挿入 されることができる。たった１本のファイバオプティックプローブを用いるだけ で、チョップされたＣＷ励励起光種腫瘍塊中に送ることができ、また放出光を収 集し且つ収集された放出光を光検出器３４に送ることができる。第１１図は、眼 球腫瘍の処置に用いられる代替実施例を示している。ファイバオプティックリン ク７１は仲瘍部位に挿入されるのではなくコンタクトレンズ７６に光学的に結合 されている。このコンタクトレンズ装置は全体的に、角膜の上に置かれて且つフ ァイバオプティックリンクに光学的に結合されているコンタクトレンズを含んで いる。このコンタクトレンズファイバオプティックリンク結合体は、放出光を収 集し且つこれを光学検出手段に伝達する。

本発明は、−葉状前酸素が生物環境あるいは一量酸素放出信号が増感剤螢光信号 によってマスクされる他の環境において測定さ扛る多くの用途を有している。本 出願者らは、１つの斯かる応用は、全て同等であるとみなされる光放射療法ある いは光力学的療法とも呼ばれる光化学療法の効果全監視することにも実行できる こと全発見した。現在の光化学療法による処理は、患者にヘマトポールフィリン 誘導体あるいはその成分を静脈注射することを必要とする。２〜３日の後、この ヘマトホルフィリン誘導体増感剤は腫瘍組織によって選択的に保持される。次に 光放射が用いられ、この増感剤をその玉量状態に励起し、これにより悪性組織の 中に一計状態酸素を生成する。この治療光はこの腫瘍が表面に比較的近い所に局 在していれば患者の皮膚を通して腫瘍領域に直接侵入することができる。深い所 に位置しているあるいは大きな腫瘍の場合は、腫瘍内の任意の深さ部分に光の伝 達を可能にするファイバオプティックを用いたシステムを用いることができる。

治療光はまた、種々の型式のエンドスコープを用いて頚部、気管支、膀胱等に送 ることもできる。

先行技術の光放射療法の光伝達システムは、医者が正しい治療光の量を推測する ことをめた。この量が高すぎると、正常な組織が壊死を起こし、この量が不十分 である払腫瘍は破壊されない。医者は酸素が組織に送られる時の速度あるいは局 在光力学的増感剤濃度のマグニチューげを知る手段がないため、与えられた治療 光の量の効果を推測することが不可能である。

光の量が強すぎると、局在酸素は、組織に与えられるよりも早い速度で消滅する ため、光照射の強度あるいは期間をいくら増加してもそれ以上は一計状態酸素は 発生されない。従って治療光量を処方する唯一の適切な方法は、発生された一計 状態酸素のレベルの直接的監視である。

本発明は、光化学療法において発生された一計状態酸素濃度の直接的監視のため の手段全提供する。インジケータ４６（第３図及び第７図参照）によって表示さ れた一計状態酸素レベルは、−葉状前酸素濃度の直接的度合である。−葉状前酸 素信号が有意に降下する場合、これは、励起光量の修正の必要性を医者に示す（ 即ち局在酸素消滅が起きた可能性がある）。医者は励起ビームの強度、期間、あ るいは変訓を調節することにより、−間状態酸素生５！を場大化し、これにより 光化学療法の効果全保証するこ、（：ができる、、また、ボックスカー積分器引 力をア、・？−チュア達延の関数としてｊｅ録しあＺ・い（は−葉状態酸素濃度 の時間Ｍｌ楚全観祭することにより、医者はＢＱｊ瘍塊の特定の平均性質をめる ことができる。１テ１］ち、本発明（く、医者に、腫瘍塊において殆生された一 寸状態酸素の量を実時間でもって監視−むるための手段を与え且つ治療効果の定 ｉ！：　１ｉ１１足方法金与える。

明らかに、上記の教示に鑑みて、本発明の多くの修正又は変化が可能である。従 って、付記の債求の範囲内で、本発明（は、特に述べない限り実行することがで きると理解すべきである。

ＳＯｆ蚤Ｓ己素−ｆ広開　３ｏｚ（：ｔ！息状態）ＦＩＧ、１ ｒ（ｐａＪ ＦＩＧ、２ ＩｓＥｃ ＦＩＧ、ｌｏ ＦＩＧ、ｌＩ 国際調査報告 ＋Ｍｍｎａ＋１ａｍ＾ａ−ｗｋｎ）ｍ　ＰＣＴ／ＵＳＲ５／　ｎｊｌｌ’１９１ ″１″＠Ｎ′Ａ＠１１１ｏｓ　１１ｇ、ＤＣＴ７ｇ５８５７　０１コＯ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光放射中に発生した一量状態酸素放出を検出するための装置において、 光力学的増感剤を含む媒体の一部分を間欠インタバルの光学励起放射でもつて照 射するための光学励起手段、上記媒体から放出された光を収集するための且つ１ ．２７ミクロンー量状態酸素放出帯域における複合放出信号を検出するための光 学検出手段であつて、上記複合信号が増感剤螢光信号成分及び一量状態酸素放出 信号成分を含み、上記増感剤螢光信号成分が、上記光学励起放射と実質的に同時 に起き且つ上記ー量状態酸素放出信号成分が、上記光学励起放射の発生から遅延 した時間において起きる光学検出手段、 上記光学検出手段と作動可能に結合した時間領域処理手段であつて、上記増感剤 螢光信号成分から上記一量状態酸素放出信号成分を一時的に分離するための時間 領域処理手段、及び上記時間領域処理手段と作動可能に関連する応答手段であつ て、上記一量状態酸素放出信号成分のマグニチュードを指示するための応答手段 を含むことを特徴とする装置。 ２．上記時間領域処理手段が、上記間欠インタバルの光学励起放射の複数の期間 中上記複合成分を狭い時間窓に積分し、上記の狭い時間窓が、上記インタバルの 光学励起放射の各々の後縁から特定の時間インタバルに置かれることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．上記時間窓が、上記インタバルの光学励起放射の各々の後縁から少なくとも １マイクロ秒選択的に置かれていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の 装置。 ４．上記時間領域処理手段が、上記間欠インタバルの光学励起放射の複数の期間 中に上記複合放出信号を時間にわたつて積分するためのボツクスカー積分器手段 を含み、上記ボツクスカー積分手段は、上記増感剤螢光成分の最小レベルだけを 選択的に積分するアパーチユア遅延を有していることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の装置。 ５．上記時間領域処理手段が、上記間欠インタバルの光学励起放射の複数の期間 中に上記複合放出信号を時間にわたつて積分するためのボツクス積分器手段を含 み、上記ボツクスカー積分器手段が、上記間欠インタバルの光学励起放射の各々 の後縁から少なくとも１マイクロ秒のアパーチユア遅延を有し、これにより、上 記増感剤螢光信号成分の最小レベルのみが選択的に積分されるようにしたことを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ６．上記時間領域信号プロセツサは、上記間欠インタバルの光学励起放射の複数 の期間中に上記複合信号を時間でもつて積分するための信号アベレージャ手段を 含み、上記信号アベレージャ手段は、複数の時間ビンを有しており、上記間欠イ ンタバルの光学励起放射の各々の後縁に続く最初の１マイクロ秒に対応する時間 ビンが上記増感剤螢光信号成分に支配され、上記間欠インタバル光学励起放射の 後縁の１マイクロ秒後におきるタイムビンが一量状態酸素放出信号成分によつて 支配されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ７．上記応答手段が、上記光学励起手段の作動可能特徴を調節することを特徴と する請求の範囲第１項に記載の装置。 ８．上記光学励起手段が、光学励起放射を発生し、且つ上記時間領域処理手段が 、ボツクスカー積分器手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装 置。 ９．上記ボツクスカー積分器手段に作動可能に接続されたトリガ手段であつて、 上記ボツクスカー積分器手段を光学励起放射の上記パルスの各々に同期化するた めのトリガ手段を更に含み、且つ上記ボツクスカー積分器手段が、複数の上記光 学励起放射のパルスの期間中に発生された上記複合放出信号を積分することを特 徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。 １０．上記ボツクスカー積分器は、上記増感剤螢光成分の最小レベルのみが上記 ボツクスカー積分器手段によつて選択的に積分されるようにするアパーチユア遅 延値を有することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装置。 １１．上記ボツクスカー積分器手段が、各々の上記光学励起放射のパルスの後縁 から少なくとも１マイクロ抄のアパーチユア遅延値を有することを特徴とする請 求の範囲第９項に記載の装置。 １２．上記時間領域処理手段が更に、複数の値にわたつて上記アパーチユァ遅延 を走査するための、各アパーチユア遅延値に対応する上記ボツクスカー積分器手 段からの主力を記憶するための且つ上記ボックスカー積分器手段からの最大出力 に対応するアパーチユア遅延値を決定し、これにより最適アパーチユア遅延を決 定するための制御装置手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記 載の装置。 １３．上記制御装置が、最適アパーチユア遅延を周期的に決定するための且つ上 記ボツクスカー積分器手段を１組の期間に対する上記最適アパーチユア遅延にセ ツトするための手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装 置。 １４．上記アパーチユア遅延が１乃至２０マイクロ秒の範囲にあることを特徴と する請求の範囲第１２項に記載の装置。 １５．上記応答手段が、上記光学励起手段の作動可能特徴を調節することを特徴 とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 １６．上記光学励起手段が、光学励起放射のパルスを発生し、且つ上記時間領域 信号プロセツサが、複数の上記光学励起放射のパルスの期間中に上記複合信号の 時間履歴を積分するための複数の時間ビンを有する信号平均化手段を含み、各上 記光学励起放射のパルスの後縁に続く最初の１マイクロ秒に対応する時間ビンが 上記増感剤螢光に支配され、上記装置が、上記信号平均化手段に作動可能に接続 されたトリガ手段であつて、上記信号平均化手段を上記光学励起放射の上記パル スの各々に同期化するためのトリガ手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の装置。 １７．上記光学放射のパルスの後縁に続く少なくとも１マイクロ秒におきる上記 時間ビレの少なくとも１つが、上記応答手段に結合し、且つ上記応答手段が、上 記の少なくとも１つの時間ビンの信号レベルを指示することを特徴とする請求の 範囲第１６項に記載の装置。 １８．上記時間領域信号プロセツサが、上記複数の時間ビンの各々からの生デー タを処理するための且つ全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を計算するため の計算手段を更に含み、ここで、上記一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０は、 一量状態酸素放出信号が如何に早く形成するかあるいは減衰するかに無関係に上 記増感剤三量状態からのエネルギ転移によつて形成される一量状態酸素の量の度 合であることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。 １９．上記応答手段が、上記全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を指示する ために上記計算手段に作動可能に接続されていることを特徴とする請求の範囲第 １８項に記載の装置。 ２０．上記計算手段が、 上記信号平均化手段から時間履歴データを獲得するための第１手段、 上記時間履歴データをデジタル化するための第２手段、各上記光学励起放射のパ ルスの後縁に続く最初の１マイクロ秒に対応する時間ビンにおいて発生する上記 時間履歴データを捨てるための第３手段 を含むことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の装置。 ２１．上記計算手段が 次の式 〔１０２〕＝〔Ｔ１〕０〔ｋＴ／ｋＴ−ｋＤ〕（ｅ−ｋＤｔ−ｅ−ｋＴｔ）を用 いる多数の回帰分析法によつて全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を計算す るための第４手段を更に含み、ここで、上記多数の回帰分析法が、上記一量状態 酸素放出の測定値と計算値の偏差の二乗を最大化するような方法でもつてパラメ ータＫ及びＫ及び〔１０２〕０＝〔Ｔ１〕０の値を選択するように求めることを 特徴とする請求の範囲第２０項に記載の装置。 ２２．上記多数の回帰分析法技術が、非直線回帰問題を解決するためのマークア ート法に基づくことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。 ２３．上記応答手段が、上記第４手段に作動可能に結合されており且つ全一量状 態酸素放出レベル値〔１０２〕０を指示することを特徴とする請求の範囲第２２ 項に記載の装置。 ２４．上記計算手段が、計算された全一量状態酸素レベル〔１０２〕０を全一量 状態酸素放出レベル〔１０２〕０の前に計算された値と比較するための第５手段 を更に含むことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。 ２５．上記計算手段がマイクロプロセツサであることを特徴とする請求の範囲第 ２４項に記載の装置。 ２６．上記計算手段が、全一量状態酸素放出レべル〔１０２〕０がゼロである時 に上記光学励起手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第２４項に記載の装 置。 ２７．上記計算手段が、安定全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を維持する ために上記光学励起手段の強度を調節するための第６手段を更に含むことを特徴 とする請求の範囲第２４項に記載の装置。 ２８．上記計算手段が、安定全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕２を維持する ために上記光学励起手段のパルス幅を調節するための第６手段を更に含むことを 特徴とする請求の範囲第２４項に記載の装置 ２９．上記計算手段が、安定全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を維持する ために上記光学励起手段のパルス速度を調節するための第６手段を更に含むこと を特徴とする請求の範囲第２４項に記載の装置。 ３０．上記計算手段が、上記全一量状態酸素レベル〔１０２〕０を特定の限度の 上に維持するために上記光学励起手段の波長を調節するための第６手段を含むこ とを特徴とする請求の範囲第２４項に記載の装置。 ３１．上記光学検出手段が、 上記媒体から放出された光を収集するための光収集手段、１．２７ミクロンー量 状態酸素放出帯域における光学放射を通過せしめるためのフィルタ手段、及び 上記フィルタ手段によつて通過した上記光学放射に強度の上で対応する電気信号 を発生するための光検出器手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の装置。 ３２．上記光検出器手段が、上記増感剤螢光信号成分と上記一量状態酸素放出信 号成分の両方を分解するための十分な一時的分解能を有するフォトダイオードで あることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の装置。 ３３．上記光検出器手段が、０．２マイクロ秒未満の１／ｅから１マイクロ秒の １％未満だけ外れる遅延応答を有するフオトダイオードであることを特徴とする 請求の範囲第３１項に記載の装置。 ３４．上記光検出器手段が、０．２マイクロ秒の検出器減衰応答定数を有するフ ォトダイオードであることを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の装置。 ３５．上記光検出器手段が、ヒ化インジウムガリウム／リン化インジウム（Ｉｎ ＧａＡｓ／ＩｎＰ）背面照射フォトダイオードであることを特徴とする請求の範 囲第３１項に記載の装置。 ３６．上記フィルタ手段が、１．２７ミクロン一量状態酸素放出帯域の光学放射 を通過せしめる狭帯域フィルタであることを特徴とする請求の範囲第３１項に記 載の装置。 ３７．上記狭帯域フィルタが、１．２６ミクロン及び１．２８ミクロンにおいて ３ｄＢポイントを有することを特徴とする請求の範囲第３６項に記載の装置。 ３８．上記光収集手段が、腫瘍塊に挿入されるように構成されたフアイバオプチ ツク導波管であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３９．上記光収集手段が、中空皮下ニードルの中に作動可能に取り付けられたフ アイバオプテイツク導波管であり、上記中空皮下ニードルが腫瘍塊の中に挿入さ れるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ４０．上記光収集手段が、レンズ装置であることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の装置。 ４１．上記光収集手段が、コンタクトレンズに光学的に接続されたフアイバオプ チツクリンクを含み、上記コンタクトレンズが、患者の眼球の上に適合するよう に構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ４２．上記光学励起手段が、 パルス光源、及び 上記パルス光源に作動可能に関連している光学手段であつて光学励起放射の上記 パルスを上記光力学的増感剤を含む上記媒体に送るための光学手段 を含むことを特徴とする請求の範囲第８又は第１６項に記載の装置。 ４３．上記光学手段が、腫瘍塊の中に挿入されるように構成されたフアイバオプ チツクリンクであることを特徴とする請求の範囲第４２項に記載の装置。 ４４．上記光学手段が、レンズ装置であることを特徴とする請求の範囲第４２項 に記載の装置。 ４５．上記パルス光源が、５０００乃至７０００オングストロームの波長の光を 発生することを特徴とする請求の範囲第４２項に記載の装置。 ４６．上記パルス光源が、１マイクロ秒未満のパルス幅を有するパルスを発生す ることを特徴とする請求の範囲第４２項に記載の装置。 ４７．上記パルス光源が、レーザであることを特徴とする請求の範囲第４２項に 記載の装置。 ４８．上記パルス光源が、第２高調波（５３２０オングストローム）において作 動するＱスイッチ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザであることを特徴とする請求の範囲第４ ２項に記載の装置。 ４９．上記ボツクスカー積分器手段が、０．１乃至１．０マイクロ秒の範囲のア パーチユア幅を有することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。 ５０．上記トリガ手段が、 上記光学励起手段に光学的に結合されているビームスピリツタ、及び 上記ビームスピリツタに光学的に結合されている光検出器であつて、それぞれが 光学励起放射の上記パルスを有する電気的衝撃を発生するための光検出器 を含むことを特徴とする請求の範囲第９項又は第１６項に記載の装置。 ５１．光放射中に発生した一量状態酸素放出を検出するための方法において、 光力学的増感剤を含む媒体の少なくとも一部分を間欠インタバルの光学励起放射 でもつて照射する工程、上記媒体から放出された光を収集する工程、上記収集光 をロ被して１．２７ミクロンー量状態酸素放出帯域の光学エネルギを通過せしめ る工程、 上記のロ波された光に強度的に対応する電気信号を発生する工程であつて、上記 電気信号が、増感剤螢光信号成分及び一量状態酸素放出信号成分を有する複合信 号である工程、上記光学励起放射の発生から遅延された時間に発生する上記一量 状態酸素放出信号成分から上記光学励起放射と実質的に同時に発生する上記増感 剤螢光信号成分を一時的に分離するために時間領域において上記複合成分を処理 する工程、及び上記一量状態酸素放出のマグニチュードを指示する出力信号を発 生する工程 を含むことを特徴とする方法。 ５２．上記処理工程が、複数の上記光学励起放射の間欠インタバルの間に上記複 合信号を時間でもつて積分する工程を含むことを特徴とする請求の範囲第５１項 に記載の方法。 ５３．上記積分工程が、上記複合信号を狭い時間窓において積分することを含む ことを特徴とする請求の範囲第５２項に記載の方法。 ５４．上記積分工程が、各上記光学励起放射のインタバルの後縁から特定の時間 インタバルで上記時間窓を選択的に位置決めする工程を更に含むことを特徴とす る請求の範囲第５３項に記載の装置。 ５５．上記時間インタバル、上記増感剤螢光信号成分の最小レベルのみを上記時 間窓において選択的に積分せしめる値にセツトする工程を更に含むことを特徴と する請求の範囲第５４項に記載の方法。 ５６．上記時間インタバル、上記光学励起放射の各間欠インタバルの後縁から少 なくとも１秒の値にセツトする工程を更に含むことを特徴とする請求の範囲第５ ４項に記載の方法。 ５７．上記処理工程が、それぞれが、上記光学励起放射の各間欠インタバルの後 縁からの異なつた時間インタバルに置かれている複数の狭い時間窓にわたつて上 記複合信号を積分する工程を含むことを特徴とする請求の範囲第５２項に記載の 方法。 ５８．上記間欠インタバルの光学励起放射が、光学励起放射のパルスであり且つ 上記処理工程が、 ボツクスカー積分器を用いる上記光学励起放射の複数のパルスの期間中に上記複 合信号を時間でもつて選択的に積分する工程、 上記ボツクスカー積分器を光学励起放射の上記パルスの各々に同期するようにト リガする工程、及び上記ボツクスカー積分器アパーチユア遅延は、上記増感剤螢 光成分信号の最小レベルのみを上記ボツクスカー積分器によつて選択的に積分せ しめる値にセツトする工程であつて、上記ボツクスカー積分器が、上記一量状態 酸素放出のマグニチュードを指示する出力信号を発生する工程 を更に含むことを特徴とする請求の範囲第５１項に記載の方法。 ５９．上記ボツクスカー積分器アパーチユア遅延が、上記光学励起放射のパルス の各々の後縁から少なくとも１マイクロ秒の値にセツトされていることを特徴と する請求の範囲第５８項に記載の方法。 ６０．上記ボツクスカー積分器アパーチユア遅延を複数の値にわたつて走査する 工程、 上記ボツクスカー積分器アパーチユア遅延値の各々に対応する上記ボツクスカー 積分器からの出力を記憶する工程、上記の記憶された出力値を比較する工程、及 び上記の最大出力値に対応するアパーチユア遅延を求めることにより最適アパー チユア遅延を選択する工程を更に含むことを特徴とする請求の範囲第５９項に記 載の方法。 ６１．上記最適アパーチユア遅延を周期的に選択し且つ上記ボツクスカー積分器 を特定の期間にわたつて上記最適アパーチユア遅延にセツトする工程を更に含む ことを特徴とする請求の範囲第６０項に記載の方法。 ６２．上記処理工程が、上記一量状態酸素放出信号成分の一部分を選択的に積分 するために上記ボツクスカー積分器アパーチユ遅延を調節する工程を更に含むこ とを特徴とする請求の範囲第５９項に記載の方法。 ６３．上記間欠インタバルの光学励起放射が、光学励起放射のパルスであり且つ 上記処理工程が、 信号アベレージヤを用いる複数の時間ビンにおける上記複合信号の時間履歴を積 分する工程、及び 上記信号アベレージヤを上記光学励起放射のパルスの各々と同期するようにトリ ガする工程 を更に含むことを特徴とする請求の範囲第５７項に記載の方法。 ６４．光学励起放射の上記パルスの各々の後縁から少なくとも１マイクロ秒に発 生する少なくとも１つの時間ビンを選択する工程を更に含み、斯かる選択された 時間ビンが、上記一量状態酸素放出成分に関する情報を選択的に含んでいること を特徴とする請求の範囲第６２項に記載の方法。 ６５．上記時間ビンから時間履歴データを獲得する工程、上記時間履歴データを デジタル化する工程、光学放射の上記パルスの各々の後縁に続く第１の１マイク ロ秒に対応する時間ビンから上記時間履歴データを捨てる工程、及び、 以下の式 〔１０２〕＝〔Ｔ１〕０〔ｋＴ／ｋＴ−ｋＤ］（ｅ−ｋＤｔ−ｅ−ｋＴｔ）の多 数の回帰分析法によつて全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を計算する工程 であつて、上記多数の回帰分析法は、上記一量状態酸素放出の測定値と計算値の 偏差の二乗を最大化するような方法でもつてパラメータＫｔ及びＫｄ及び〔１０ ２〕０＝〔Ｔ１〕０の値を選択するように求める工程 を更に含むことを特徴とする請求の範囲第６２項に記載の装置。 ６６．上記多数の回帰分析技術が、非直線回帰問題を解決するためのマークフー ト法に基づくことを特徴とする請求の範囲第６５項に記載の方法。 ６７．複雑な媒体において発生された一量状態酸素放出信号レベルを求める方法 において、 光力学的増感剤を含む複雑な媒体の少なくとも一部分を光学励起放射のパルスで もつて照射する工程、上記媒体から放出された光を収集する工程、上記収集光を ロ波して、１．２７ミクロン一量状態酸素放出帯域の光学エネルギを通過せしめ る工程、上記のロ波された光に強度の上で対応する電気信号を発生する工程であ つて、上記電気信号が、増感剤螢光成分及び上記の複雑な媒体の混合体の各媒体 に対応する少なくとも１つの一量状態酸素放出成分信号を有する複合信号である 工程、光学励起放射の上記パルスの各々後縁から少なくとも１マイクロ秒におい て発生する狭い時間窓にわたつて上記複合信号を積分する工程、及び 上記一量状態酸素放出成分の一部分の選択的積分を可能にするために上記の時間 インタバルを調節する工程、を含むことを特徴とする方法。 ６８．上記の複雑な媒体が、水性成分及び脂質成分を含む生物媒体であり且つ上 記調節工程は、上記の狭い時間窓に最大積分信号が得られる迄２．０乃至４．０ マイクロ秒の上記時間インタバルを調節する工程を更に含み、上記最大信号が、 上記生物媒体の水性成分から発生した最大一量状態酸素放出信号を表わすことを 特徴とする請求の範囲第６７項に記載の方法。 ６９．上記の複雑な媒体が、水性成分及び脂質成分を含む生物媒体であり且つ上 記調節工程が、上記の狭い時間窓において最大積分信号が得られる迄５．０乃至 １５．０マイクロ秒の範囲の上記時間インタバルを調節する工程を更に含み、上 記最大信号が、上記生物媒体の脂質成分から発生した最大一量状態酸素放出信号 を表わすことを特徴とする請求の範囲第６７項に記載の方法。 ７０．上記複雑な媒体が、水性成分及び脂質成分を含む生物媒体であり且つ上記 調節工程は、水性成分において発生された最大一量状態酸素放出信号から脂質成 分において発生された最大一量状態酸素放出を分離するために上記時間インタバ ルを調節する工程を含むことを特徴とする請求の範囲第６７項に記載の方法。 ７１．上記調節工程が、上記の複雑な媒体の特定の溶媒において発生された最大 一量状態酸素信号を検出するために上記時間インタバルを調節する工程を含むこ とを特徴とする請求の範囲第６７項に記載の装置。 ７２．上記積分工程が、ボツクスカー積分器の使用を含み、且つ上記調節工程が 、上記ボツクスカー積分器のアパーチユア遅延を調節する工程を含むことを特徴 とする請求の範囲第６７項に記載の装置。 ７３．光化学療法の効果を制御するための方法であつて、上記光化学療法が、前 に光増感色素を吸収した癌組織の治療的光放射を含む方法において、 上記癌組織の少なくとも一部分を光学励起放射のパルスでもつて照射する工程、 上記癌組織から放出された光を収集する工程、上記の収集光を口渡し、１．２７ ミクロン一量状態酸素放出帯域の光学エネルギを通過せしめる工程、上記のロ波 された光に強度の上で対応する電気信号を発生する工程であつて、上記電気信号 は、増感剤螢光信号成分及び一量状態酸素放出信号成分を有する複合信号である 工程、上記複合信号を時間領域において処理する工程及び上記光学励起放射の発 生から遅延された時間において発生された上記一量状態酸素放出信号成分から上 記光学励起放射と実質的に同時に発生する上記増感剤螢光信号成分を一時的に分 離する工程、上記一量状態酸素放出成分信号の少なくとも１つの特徴を求めるた めに上記ー量状態酸素放出成分信号を時間領域において評価する工程、及び 上記一量状態酸素放出成分信号の上記の少なくとも１つの特徴の変化に従つて光 学励起放射の上記パルスの少なくとも１つの作動パラメータを調節する工程を含 むことを特徴とする方法。 ７４．上記処理工程が、信号アベレージヤを用いて複数の光学励起放射のパルス の期間中に上記複合信号を時間でもつて積分する工程を含み、且つ上記評価工程 が、上記信号アベレージヤから時間履歴データを獲得する工程、上記時間履歴デ ータをデジタル化する工程、光学励起放射の上記パルスの各々の後縁に続く最初 の１マイクロ秒に対応する時間ビンから上記時間履歴データを捨てる工程、 多数の回帰分析法によつて全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を計算する工 程 を更に含むことを特徴とする請求の範囲第７３項に記載の方法。 ７５．上記調節工程が、上記全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０がゼロに等 しい時に光学励起放射の上記パルスを遮断する工程を含むことを特徴とする請求 の範囲第７４項に記載の方法。 ７６．上記調節工程が、上記全一量状態酸素放出レベル〔１０２〕０を特定の限 度の上に維持するために光学評価放射の上記パルスの強度を調節する工程を含む ことを特徴とする請求の範囲第７４項に記載の方法。 ７７．幾つかの調節工程が、上記全一量状態酸素放出帯域〔１０２〕０を特定の 限度の上に維持するために光学評価放射の上記パルスのパルス幅を調節する工程 を含むことを特徴とする請求の範囲第７４項に記載の方法。 ７８．上記調節工程が、上記全一量状態酸素放出帯域〔１０２〕０を特定の限度 の上に維持するために光学評価放射の上記パルスのパルス幅を調節する工程を含 むことを特徴とする請求の範囲第７４項に記載の方法。 ７９．上記調節工程が、上記全一量状態酸素放出帯域〔１０２〕０を特定の限度 の上に維持するために光学評価放射の上記パルスの波長を調節する工程を含むこ とを特徴とする請求の範囲第７４項に記載の方法。 ８０．上記処理工程が、ボツクスカー積分器を用いて複数の光学励起放射パルス の期間中に上記複合信号を時間でもつて積分する工程を含み、且つ上記評価工程 が、最大一量状態酸素放出信号が上記ボツクスカー積分器のアパーチユア遅延を １マイクロ秒を越える値に調節する工程を更に含むことを特徴とする請求の範囲 第７３項に記載の方法。 ８１．上記調節工程が、上記最大一量状態酸素放出レベルがゼロに等しい時に光 学励起放射の上記パルスを遮断する工程を含むことを特徴とする請求の範囲第８ ０項に記載の方法。 ８２．上記調節工程が、上記最大一量状態酸素放出レベルを特定の限度の上に維 持するために光学励起放射の上記パルスの強度を調節する工程を含むことを特徴 とする請求の範囲第８０項に記載の方法。 ８３．上記調節工程が、上記最大一量状態酸素放出レベルを特定の限度の上に維 持するために光学励起放射の上記パルスのパルス幅を調節する工程を含むことを 特徴とする請求の範囲第８０項に記載の方法。 ８４．上記調節工程が、上記最大一量状態酸素放出レベルを特定の限度の上に維 持するために光学励起放射の上記パルスのパルス速度を調節する工程を含むこと を特徴とする請求の範囲第８０項に記載の方法。 ８５．上記調節工程が、上記最大一量状態酸素放出レベルを特定の限度の上に維 持するために光学励起放射の上記パルスの周波数を調節する工程を含むことを特 徴とする請求の範囲第８０項に記載の方法。