ＰＤＴ用医療装置及び治療光制御方法
【課題】腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射する。
【解決手段】レーザー光源１５は、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対して、光量が変調するＰＡＩ用パルスレーザー光１４を照射する。光感受性物質は、照射されたＰＡＩ用パルスレーザー光１４を吸収して超音波１７を発生する。超音波１７は超音波検出装置１８で検出される。超音波検出装置１８で検出された超音波信号２０に基づいて、プロセッサ装置２２で各種処理が施されることにより、画像データが生成される。薬剤濃度算出部４５は、画像データに基づいて、腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める。求めた光感受性物質の濃度分布に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件が設定又は変更される。この照射条件に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が腫瘍患部に対して照射される。
【解決手段】レーザー光源１５は、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対して、光量が変調するＰＡＩ用パルスレーザー光１４を照射する。光感受性物質は、照射されたＰＡＩ用パルスレーザー光１４を吸収して超音波１７を発生する。超音波１７は超音波検出装置１８で検出される。超音波検出装置１８で検出された超音波信号２０に基づいて、プロセッサ装置２２で各種処理が施されることにより、画像データが生成される。薬剤濃度算出部４５は、画像データに基づいて、腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める。求めた光感受性物質の濃度分布に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件が設定又は変更される。この照射条件に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が腫瘍患部に対して照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＤＴ用医療装置及び治療光制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療分野では、電子医療技術の発展に伴い、レーザー光を用いた光線力学的診断（ＰＤＤ（Photo Dynamic Diagnosis））や光線力学的治療（ＰＤＴ（Photo Dynamic Therapy））が急速に発展しつつある。ＰＤＤによる診断では、診断を始める前に、特定波長の光に反応する光感受性物質、例えばヘマトポルフィリン誘導体などを患者に投与することによって、光感受性物質を患者の腫瘍患部に蓄積させる。その後に、腫瘍患部に対して特定波長の励起光を照射することにより、腫瘍患部から蛍光を発生させる。これにより、腫瘍患部とその他の正常部位との見分けが明確になるため、術者は腫瘍患部を目視で見つけ出すことができる。そして、術者がＰＤＤにより腫瘍患部を見つけ出した後は、ＰＤＴによる治療によって、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対して、特定波長の治療光を照射する。これにより、光感受性物質が活性化し、腫瘍患部を壊死させる。
【０００３】
ＰＤＴで用いられる治療光は、光感受性物質から活性酸素を生成させることによって腫瘍患部を死滅させるものであるため、ＰＤＤに比べ照射光量が非常に大きい。したがって、腫瘍患部が壊死しつつある場合には、そのまま光量が大きい治療光を当て続けると、正常な部分を傷つけてしまうおそれがある。そこで、特許文献１では、パルス光を腫瘍患部に対して照射してその腫瘍患部から超音波を発生させ、その超音波の信号でフィードバック制御することによって適切な光量の治療光が照射されるようにしている。なお、パルス光の照射により生体組織から超音波を発生させて生体組織の断層情報を得る方法は、例えば特許文献２では光音響分光法と呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２００８／０２２１６４７公報
【特許文献２】特開２００５−２１３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＤＴで用いられる光感受性物質は、患者への投与により、腫瘍患部の表面に蓄積するだけでなく、その内部や深部にまで蓄積する。したがって、治療光を腫瘍患部に照射することによって、腫瘍患部の表面における光感受性物質の濃度が徐々に低下するとともに、その内部や深部に蓄積した光感受性物質の濃度も低下する。ここで、腫瘍患部の表面における光感受性物質の濃度低下は、ＰＤＤ下での目視や撮像画像などから容易に把握することができるものの、腫瘍患部の内部や深部における光感受性物質の濃度低下は、把握することが困難である。そのため、このような腫瘍患部の内部や深部では、十分な治療光が照射されない場合には治療効果が不十分になるおそれがあった。逆に、十分な治療効果を得るために、過剰な治療光を当てた場合には、治療光の当り過ぎによる穿孔などの合併症が生じたりするおそれがある。
【０００６】
これに対して、特許文献１の発明の適用が考えられるが、この特許文献１の発明は、超音波検出器で受信した超音波信号をそのまま治療光のフィードバック制御に利用しており、腫瘍患部の表面やその特定深さにおける光感受性物質の濃度分布をも考慮して、治療光を制御していないため、上記問題を解決することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光感受性物質が蓄積した腫瘍患部に対して治療光を照射する際、腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射することができるＰＤＴ用医療装置及び治療光制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＰＤＴ用医療装置は、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光と、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部を壊死させるための治療光とを発する光源と、濃度測定光または治療光を前記腫瘍患部に対して照射する照射手段と、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を検出する超音波検出手段と、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める濃度分布算出手段と、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づき、前記特定深さの腫瘍患部に対して照射する治療光を制御する治療光制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記治療光制御手段は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるように、治療光を照射することが好ましい。前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射することが好ましい。前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射することが好ましい。
【００１０】
前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布と前記治療光のパワーとに基づいて、治療光の照射による腫瘍患部の治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求めるＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出手段を備えることが好ましい。前記ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づいて、腫瘍患部の治療完了までに要する治療光の照射時間を求める照射時間算出手段を備えることが好ましい。前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を算出する毎に、画像としてモニタに表示されることが好ましい。
【００１１】
前記濃度測定光の照射分布と前記治療光の照射分布とを一致させる分布合致手段を備えることが好ましい。前記治療光は、前記光源から一定の光量で連続的に発せられることが好ましい。前記治療光は、前記光源から光量を変調させながら発せられることが好ましい。前記濃度測定光は、前記治療光の一部を取り出したものであることが好ましい。
【００１２】
本発明の治療光制御方法は、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光を前記腫瘍患部に照射し、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、腫瘍患部を壊死させるための治療光を腫瘍患部に対して照射する際に、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、前記治療光を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定する濃度測定光を前記腫瘍患部に照射し、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、この求めた腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、治療光を制御することから、腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のＰＤＴ用医療装置の概略図である。
【図２】超音波信号の振幅値ＰＡと吸光度Ａとの関係を示すグラフであり、「×」を通るグラフは深さ５ｍｍのときの関係を、「△」を通るグラフは深さ１０ｍｍのときの関係を、「□」は深さ１５ｍｍのときの関係を、「◇」を通るグラフは深さ２０ｍｍのときの関係を示している。
【図３】超音波信号の振幅値ＰＡを示す説明図である。
【図４】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図５】（Ａ）は光量が変調するＰＤＴ用レーザー光を、（Ｂ）は（Ａ）のＰＤＴ用レーザー光の一部を取り出してＰＡＩ用レーザー光として用いることを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、本発明のＰＤＴ用医療装置１０は、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対してＰＤＴ用の特定波長の光を照射することにより、活性化された光感受性物質の薬理作用により腫瘍患部を治療するとともに、ＰＡＩ（Photo Acoustic Imaging）により治療中の腫瘍患部を画像化するものである。ＰＤＴ用医療装置１０は、腫瘍患部ができた生体組織１１に対して、ＰＤＴ用ＣＷ（Continuous Wave）レーザー光１３やＰＡＩ用パルスレーザー光１４を照射するレーザー光源１５と、ＰＡＩ用パルスレーザー光１４の照射により生体組織で発生した超音波１７を検出する超音波検出装置１８と、超音波検出装置１８で検出した超音波信号２０に基づいて画像データを生成するとともに、この画像データから腫瘍患部の所定深さにおける光感受性物質の濃度を求めるプロセッサ装置２２とを備えている。なお、プロセッサ装置としては、ＰＣ（Personal Computer）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。
【００１６】
レーザー光源１５はレーザーダイオードや固体レーザなどであり、ドライバ１６の制御によって、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部を死滅させるためのＰＤＴ用ＣＷ（Continuous Wave）レーザー光１３を発する。ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３は、一定の光量で連続的に発せられる特定の波長帯域の光である。このＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を腫瘍患部に照射することで、腫瘍患部に蓄積した光感受性物質からは活性酸素が発生する。この活性酸素によって、腫瘍患部は壊死などを起こし治療される。
【００１７】
また、レーザー光源１５は、腫瘍患部の断層画像や光感受性物質の濃度を得るためのＰＡＩ用パルスレーザー光１４を発する。ＰＡＩ用パルスレーザー光１４は光量が調節可能な特定の波長帯域の光である。このＰＡＩ用パルスレーザー光１４は、腫瘍患部に対して照射することで、その腫瘍患部に蓄積した光感受性物質に吸収される。光感受性物質がＰＡＩ用パルスレーザー光１４を吸収することで、光感受性物質からは超音波１７が発生する。超音波１７は超音波検出装置１８によって検出される。なお、光感受性物質の吸収波長は、プロトポルフィリン、レザフィリン、ヘマトポルフィリンなどの場合であれば、５１０、５４５、５８０、６３０ｎｍ付近である。
【００１８】
ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射分布とＰＡＩ用パルスレーザー光１４の照射分布とは、レーザー光源１５から出射するまでの間に、分布合致部１５ａによって互いの分布が一致するように調整される。また、生体組織１１に対して照射した時のＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３及びＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワーや波形は、パワー、波形検出部１５ｂによりパワー、波形データ２５として検出される。検出されたパワー、波形データ２５は、プロセッサ装置２２に送られて、１フレーム分のＲＡＷデータを生成する際に用いられる。
【００１９】
超音波検出装置１８は、アレイ状に多数配列された音響変換素子を備えており、これら音響変換素子は光感受性物質からの超音波１７を超音波信号２０（ＲＦ信号ともいう）に変換する。変換された超音波信号２０は、プロセッサ装置２２内のＲＡＷデータ生成部３０に送られる。
【００２０】
ＲＡＷデータ生成部３０は、パワー、波形検出部１５ｂで検出されたＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワー、波形データ２５と、超音波検出装置１８で検出された超音波信号２０に基づいて、１フレーム分のＲＡＷデータを生成する。また、ＲＡＷデータ生成部３０は、１フレーム分のＲＡＷデータを生成するごとに、その１フレーム分のＲＡＷデータをメモリ３０ａに記憶する。信号処理部３２は、メモリ３０ａに記憶されたＲＡＷデータに対して、ノイズ除去処理などの各種処理を施す。各種処理が施されたＲＡＷデータは、画像データ生成部３４に送られる。
【００２１】
画像データ生成部３４では、各種処理後のＲＡＷデータに基づいて、生体組織１１の断層画像の画像データを生成する。生成された画像データは、画像データ用メモリ３５に記憶されるとともに、プロセッサ装置２２内のコントローラー４０に送られる。画像データ用メモリ３５に画像データが記憶されると、この画像データに基づいて、生体組織１１の腫瘍患部の断層画像がモニタ４２表示される。
【００２２】
コントローラー４０は、画像データから特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める薬剤濃度算出部４５と、この求めた光感受性物質の濃度に基づき、ＰＤＴによる治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求めるＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部４６と、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づき、治療に必要なＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射時間を求める照射時間算出部４７と、薬剤濃度算出部４５で求めた光感受性物質の濃度分布に基づき、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を設定または変更する照射条件設定部４８と、照射条件設定部４８で設定又は変更された照射条件に基づいてトリガー信号５２を生成するとともに、この生成されたトリガー信号５２に基づいてドライバ１６を制御するレーザー光制御部４９とを備えている。
【００２３】
薬剤濃度算出部４５では、腫瘍患部のうち特定深さＤの光感受性物質の濃度分布を求める際、関心領域（Region Of Interest（ＲＯＩ））内の濃度分布を求める。この関心領域は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の領域であり、術者などが事前に、または治療状況に応じて関心領域設定部５５を操作することで、設定される。そして、薬剤濃度算出部４５は、関心領域内の腫瘍患部のうち特定深さＤにおける複数の測定位置Ｐ１〜Ｐｎを特定するとともに、これら複数の測定位置Ｐ１〜Ｐｎにおける超音波信号の振幅値ＰＡＰ１〜ＰＡＰｎと、各測定位置Ｐ１〜Ｐｎ（ｎは２以上の自然数）及びレーザー光源１５の出射部の間の光路長ＬＰ１〜Ｌｐｎ（ｃｍ）とを特定する。なお、薬剤濃度算出部では、腫瘍患部のうちの一部である関心領域内の濃度分布を求めるが、腫瘍患部全体の濃度分布を求めてよい。
【００２４】
そして、特定した振幅値ＰＡＰ１〜ＰＡＰｎ及び光路長ＬＰ１〜Ｌｐｎに基づき、以下の式（１）、（２）により特定深さＤの所定位置Ｐ１〜Ｐｎにおける光感受性物質の濃度ＣＰ１〜Ｐｎ（ｍＭ）を求める。これにより、特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布が求まる。この光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を求めるごとに、モニタ４２に表示されるため、関心領域における色素の褪色状況を確認することができる。
ＰＡ＝ａ×Ａｂ・・・（１）
Ａ＝２．３×εｍ×Ｌ×Ｃ・・・・（２）
ここで、また、Ａ（ｃｍ−１）は特定深さにおける所定位置での吸光度を示している。なお、上記式（１）、（２）では、式が複雑になることを避けるため、ＰＡ、Ａ、Ｌ、Ｃの添え字「Ｐ１、・・・、Ｐｎ」は省略している。また、ａ、ｂ、εｍは定数であり、ａ、ｂは深さＤの大きさによって変化する正の数であり、εｍは光感受性物質に固有な係数である。
【００２５】
例えば、吸光度Ａと超音波信号の振幅値ＰＡとの関係は、図２に示すように、深さＤに応じて変化する。この図２によれば、深さＤが５ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６０で、深さＤが１０ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６１で、深さＤが１５ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６２で、深さＤが２０ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６３で表される。この図２に示すように、同一の吸光度であれば、深さＤが浅いほど、超音波信号の振幅値ＰＡが大きいことを表している。なお、超音波信号の振幅値ＰＡとは、図３に示すような超音波信号７０のうち正の振幅部分のことをいう。この超音波信号７０は、時間「０」でＰＡＩ用パルスレーザ光１４を照射してから一定時間経過後の時間「Ｔｕ」に、超音波検出装置１８で検出される信号である。
【００２６】
ここで、図２のグラフ６０（深さ５ｍｍ）を示す上記式（１）（ＰＡ＝ａ×Ａｂ）では、係数ａは０．１１３７、係数ｂは０．７３３２となる。また、グラフ６１（深さ１０ｍｍ）を示す上記式（１）では、係数ａが０．０６１８、係数ｂが０．７６４３となる。また、グラフ６２（深さ１５ｍｍ）を示す上記式（１）では、係数ａが０．０４２４、係数ｂが０．７３１７となる。また、グラフ６３（深さ２０ｍｍ）を示す上記式（１）では、係数ａが０．０３６５、係数ｂが０．６７１２となる。このように、上記式（１）のうち係数ａについては、深さが深くなるほど、値が小さくなっている。
【００２７】
ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部４６は、パワー、波形検出部１５ｂで検出したＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３のパワーと、特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布とに基づき、ＰＤＴによる治療効果を示す関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘの分布を求める。ここで、ＰＤＴの治療効果は以下の式（３）で表されることから、単位時間当たりの治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘは式（４）によって求めることができる。求めたＰＤＴ−ｉｎｄｅｘの分布は、画像としてモニタ４２に表示される。
（光感受性物質の濃度）×（ＰＤＴ用ＣＷレーザー光のパワー）×（時間）
＝ｃｏｎｓｔ（定数）・・・（３）
ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ
＝（光感受性物質の濃度）×（ＰＤＴ用ＣＷレーザー光のパワー）・・・（４）
なお、ＰＡＩにおける超音波信号の信号強度は、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに比例する。また、式（３）の「ｃｏｎｓｔ（定数）」は、使用する薬剤、治療対象部位、治療対象の種類などで決まる定数である。
【００２８】
また、照射時間算出部４７は、関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づき、治療に必要なＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射時間を以下の式（５）により求める。求めたＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射時間の分布はモニタ４２に表示される。
照射時間＝（１／ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ）×ｃｏｎｓｔ（定数）・・・（５）
【００２９】
照射条件設定部４８は、薬剤濃度算出部４５で求めた光感受性物質の濃度分布に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を設定または変更する。照射条件の設定または変更の一つとして、特定深さにおける複数の測定位置のうち、ある測定位置だけ照射時間を延長又は短縮したり、また、光のパワーを強めたり弱めたりすることが考えられる。
【００３０】
ここでは、照射条件設定部４８は、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を照射したときに、関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるような照射条件に設定または変更する。例えば、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射によって、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるようにし、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるようにする。
【００３１】
これに対して、例えば、光感受性物質の濃度が高い部分であってもその周辺部分が熱に弱い場合には、強すぎないＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を当てる必要がある。一方、光感受性物質の濃度が低い部分であっても、腫瘍患部の深部ようにかなり深い部分に対して治療光を照射する場合には、ある程度強いＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を当てる必要がある。このような場合には、照射条件設定部４８は、関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるようにし、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるような照射条件にする。
【００３２】
照射条件の設定等の具体例としては、例えば、深さDが２０ｍｍの腫瘍患部において、ある測定位置P１の超音波信号の振幅値PAP1が、P１と異なる測定位置P２での超音波信号の振幅値PAP2の１/２である場合、即ちPAP1＝０．５×PAP2の場合には、以下のようにして照射条件を変更する。まず、深さDが２０ｍｍにおける超音波信号の振幅値と吸光度との関係は、上述したように、PA＝０．０３６５×A0.6712で表される。したがって、測定位置P１での振幅値PAP1は下記式（６）で、測定位置P2での振幅値PAP2は下記式（７）で表される。
PAP1＝０．０３６５×AP10.6712・・・（６）
PAP2＝０．０３６５×AP20.6712・・・（７）
【００３３】
上記式（６）、（７）を整理すると下記式（８）が得られる。
PAP1/PAP2＝（AP1/ AP2）0.6712・・・（８）
PAP1/PAP2は０．５であることから下記式（９）が得られる。
０．５＝（AP1/ AP2）0.6712・・・（９）
式（９）をAP1についての式に書き直すと、下記式（１０）が得られる。
AP1＝AP2（０．５）1.4899＝０．３５６×AP2・・・（１０）
【００３４】
したがって、測定位置P１での吸光度AP1は測定位置P２での吸光度AP２の０．３５６倍である。即ち、上記治療効果の式（３）を考慮すると、そのまま同一のパワーでＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を照射する場合には、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を、測定位置P１での照射時間を測定位置P2での照射時間の２．８倍に変更する。
【００３５】
また、例えば、深さDが２０ｍｍの腫瘍患部において、当初ｔｅｘの予定で濃度が１／２に低下するのに、ｔｄで低下した場合には、残りの照射時間を２．８倍長く照射する照射条件に変更する。したがって、このように照射時間を長くした場合には、トータルの照射時間ｔ´ｅｘは下記式（１１）のようになる。
ｔ´ｅｘ＝ｔｄ＋（ｔｅｘ−ｔｄ）×２．８・・・（１１）
【００３６】
次に、本発明の作用を図４のフローチャートに沿って説明する。まず、患者に対して、光感受性物質を投与する。これにより、患者の腫瘍患部に光感受性物質が蓄積する。そして、腫瘍患部が発生した生体組織１１に向けて、レーザー光源１５からＰＡＩ用パルスレーザー光１４を照射する。これにより、腫瘍患部内の光感受性物質がＰＡＩ用パルスレーザー光１４を吸収し、この吸収によって生体組織１１から超音波１７が発せられる。この超音波１７を超音波検出装置１８で検出する。超音波検出装置１８で検出した超音波信号２０は、プロセッサ装置２２に送られる。また、ＰＡＩ用パルスレーザー光１４の照射時には、パワー、波形検出部１５ｂでＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワー、波形が検出され、検出されたパワー、波形データ２５も合わせてプロセッサ装置２２に送られる。
【００３７】
プロセッサ装置２２内のＲＡＷデータ生成部３０では、超音波信号２０とＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワー、波形データ２５とに基づいて、１フレーム分のＲＡＷデータを生成する。このＲＡＷデータに対しては、信号処理部３２でノイズ処理などの各種処理を施される。画像データ生成部３４では、各種処理後のＲＡＷデータに基づいて、生体組織１１の断層画像の画像データを生成する。生成された画像データに基づいて、モニタ４２に生体組織１１の断層画像が表示される。
【００３８】
また、薬剤濃度算出部４５では、画像データ生成部３４で生成した画像データに基づいて、腫瘍患部の特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布を求める。その際、術者が関心領域設定部５５に入力した関心領域内の光感受性物質の濃度分布を求める。関心領域内の光感受性物質の濃度分布は、特定深さＤにおける複数の測定位置Ｐ１〜Ｐｎで検出された超音波信号の振幅値ＰＡＰ１〜ＰＡＰｎと、各測定位置Ｐ１〜Ｐｎとレーザー光源１５の出射部との光路差Ｌｐ１〜Ｌｐｎとに基づいて、求められる。
【００３９】
腫瘍患部の特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布が求まると、この求めた光感受性物質の濃度分布を画像としてモニタ４２に表示する。また、照射条件設定部４８は、求めた光感受性物質の濃度分布に基づき、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を設定する。照射条件が設定されると、レーザー光制御部４９は、照射条件に基づいてトリガー信号５２を生成する。そして、ドライバ１６は、トリガー信号５２に基づいて、レーザー光源１５を制御する。
【００４０】
レーザー光源１５は、照射条件に従って、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を生体組織１１の腫瘍患部に照射する。これにより、腫瘍患部のうち、光感受性物質の濃度が高い部分には、濃度の低下が早まるようにＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が照射される一方、光感受性物質の濃度が低い部分には、濃度の低下が遅くなるようにＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が照射される。ここで、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射時には、パワー、波形検出部１５ｂによりＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３のパワー、波形が検出され、検出されたパワー、波形データはプロセッサ装置２２に送られる。
【００４１】
そして、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が生体組織１１に一定時間、照射された後は、ＰＡＩ用パルスレーザー光１４を生体組織１１に照射する。そして、上述と同様の手順で、特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を再測定する。そして、再測定した光感受性物質の濃度分布に基づいて、モニタ４２に表示されている光感受性物質の濃度分布の画像を更新する。
【００４２】
そして、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部４６は、パワー、波形検出部１５ｂで検出した前回（ここでは１回目）のＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３のパワーと、再測定後の光感受性物質の濃度分布とに基づいて、関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求める。求めたＰＤＴ−ｉｎｄｅｘはモニタ４２に表示される。術者はモニタ４２上のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを確認することで、ＰＤＴによる治療の経過を数値的に確認することができる。
【００４３】
また、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘが求まると、照射時間算出部４７は、関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づき、ＰＤＴＣＷレーザー光１３の照射時間を求める。求めた照射時間はモニタ４２に表示されるため、術者は治療中に照射時間を確認することができる。
【００４４】
そして、再測定した光感受性物質の濃度分布に基づいて、照射条件設定部４８は、上述と同様の手順で、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を変更する。そして、変更した照射条件に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光を生体組織１１に照射する。
【００４５】
以上のようにして、１回のＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射毎に、光感受性物質の濃度の再測定とこの再測定後の照射条件に基づくＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射とを繰り返すととともに、濃度の測定毎に、光感受性物質の濃度分布、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ、照射時間をモニタ４２に表示する。これにより、腫瘍患部における特定深さの光感受性物質の濃度変化や、色素の褪色による治療の進展をモニタリングすることができるため、安全確実な治療を実現することができる。そして、各測定位置における光感受性物質の濃度が「０」又はほぼ「０」に近づいたときに、ＰＤＴ治療を完了させることで、不要な治療によるリスクやコストの発生を避けることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、ＰＤＴ用のレーザー光として、連続発振（Continuous Wave）のレーザー光を用いたが、これに代えて、パルスレーザー光を用いてもよい。この場合、ＰＤＴ用レーザー光の１つのパルスがＰＡＩ用レーザー光に必要なパルス幅やパワーの条件を満たす場合には、ＰＤＴ用レーザー光をＰＡＩ用レーザー光に利用することができる。ＰＤＴ治療では、図５（Ａ）に示すＰＤＴ用レーザー光を患部に照射し、薬剤濃度測定では、図５（Ｂ）に示すように、ＰＤＴ用レーザー光の一部を取り出し、ＰＡＩ用レーザー光として患部に照射する。
【００４７】
なお、本実施形態では、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光とＰＡＩ用パルスレーザー光とを同一の光源から照射したが、それぞれの光を別々の光源から照射してもよい。
【００４８】
なお、本発明は、ＰＤＴを用いる電子内視鏡システムや手術用顕微鏡システムなどに適用が可能であるが、それら以外にもＰＤＴを用いる医療装置システムであれば、本発明の適用は可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ ＰＤＴ用医療装置
１３ ＰＤＴ用ＣＷレーザー光（治療光）
１４ ＰＡＩ用パルスレーザー光（濃度測定光）
１５ レーザー光源
１５ａ 分布合致部
１７ 超音波
１８ 超音波検出装置
２０ 超音波信号
４２ モニタ
４５ 薬剤濃度算出部
４６ ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部
４７ 照射時間算出部
４８ 照射条件設定部
４９ レーザー光制御部
５５ 関心領域設定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＤＴ用医療装置及び治療光制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療分野では、電子医療技術の発展に伴い、レーザー光を用いた光線力学的診断（ＰＤＤ（Photo Dynamic Diagnosis））や光線力学的治療（ＰＤＴ（Photo Dynamic Therapy））が急速に発展しつつある。ＰＤＤによる診断では、診断を始める前に、特定波長の光に反応する光感受性物質、例えばヘマトポルフィリン誘導体などを患者に投与することによって、光感受性物質を患者の腫瘍患部に蓄積させる。その後に、腫瘍患部に対して特定波長の励起光を照射することにより、腫瘍患部から蛍光を発生させる。これにより、腫瘍患部とその他の正常部位との見分けが明確になるため、術者は腫瘍患部を目視で見つけ出すことができる。そして、術者がＰＤＤにより腫瘍患部を見つけ出した後は、ＰＤＴによる治療によって、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対して、特定波長の治療光を照射する。これにより、光感受性物質が活性化し、腫瘍患部を壊死させる。
【０００３】
ＰＤＴで用いられる治療光は、光感受性物質から活性酸素を生成させることによって腫瘍患部を死滅させるものであるため、ＰＤＤに比べ照射光量が非常に大きい。したがって、腫瘍患部が壊死しつつある場合には、そのまま光量が大きい治療光を当て続けると、正常な部分を傷つけてしまうおそれがある。そこで、特許文献１では、パルス光を腫瘍患部に対して照射してその腫瘍患部から超音波を発生させ、その超音波の信号でフィードバック制御することによって適切な光量の治療光が照射されるようにしている。なお、パルス光の照射により生体組織から超音波を発生させて生体組織の断層情報を得る方法は、例えば特許文献２では光音響分光法と呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２００８／０２２１６４７公報
【特許文献２】特開２００５−２１３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＤＴで用いられる光感受性物質は、患者への投与により、腫瘍患部の表面に蓄積するだけでなく、その内部や深部にまで蓄積する。したがって、治療光を腫瘍患部に照射することによって、腫瘍患部の表面における光感受性物質の濃度が徐々に低下するとともに、その内部や深部に蓄積した光感受性物質の濃度も低下する。ここで、腫瘍患部の表面における光感受性物質の濃度低下は、ＰＤＤ下での目視や撮像画像などから容易に把握することができるものの、腫瘍患部の内部や深部における光感受性物質の濃度低下は、把握することが困難である。そのため、このような腫瘍患部の内部や深部では、十分な治療光が照射されない場合には治療効果が不十分になるおそれがあった。逆に、十分な治療効果を得るために、過剰な治療光を当てた場合には、治療光の当り過ぎによる穿孔などの合併症が生じたりするおそれがある。
【０００６】
これに対して、特許文献１の発明の適用が考えられるが、この特許文献１の発明は、超音波検出器で受信した超音波信号をそのまま治療光のフィードバック制御に利用しており、腫瘍患部の表面やその特定深さにおける光感受性物質の濃度分布をも考慮して、治療光を制御していないため、上記問題を解決することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光感受性物質が蓄積した腫瘍患部に対して治療光を照射する際、腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射することができるＰＤＴ用医療装置及び治療光制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＰＤＴ用医療装置は、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光と、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部を壊死させるための治療光とを発する光源と、濃度測定光または治療光を前記腫瘍患部に対して照射する照射手段と、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を検出する超音波検出手段と、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める濃度分布算出手段と、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づき、前記特定深さの腫瘍患部に対して照射する治療光を制御する治療光制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記治療光制御手段は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるように、治療光を照射することが好ましい。前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射することが好ましい。前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射することが好ましい。
【００１０】
前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布と前記治療光のパワーとに基づいて、治療光の照射による腫瘍患部の治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求めるＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出手段を備えることが好ましい。前記ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づいて、腫瘍患部の治療完了までに要する治療光の照射時間を求める照射時間算出手段を備えることが好ましい。前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を算出する毎に、画像としてモニタに表示されることが好ましい。
【００１１】
前記濃度測定光の照射分布と前記治療光の照射分布とを一致させる分布合致手段を備えることが好ましい。前記治療光は、前記光源から一定の光量で連続的に発せられることが好ましい。前記治療光は、前記光源から光量を変調させながら発せられることが好ましい。前記濃度測定光は、前記治療光の一部を取り出したものであることが好ましい。
【００１２】
本発明の治療光制御方法は、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光を前記腫瘍患部に照射し、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、腫瘍患部を壊死させるための治療光を腫瘍患部に対して照射する際に、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、前記治療光を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定する濃度測定光を前記腫瘍患部に照射し、光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、この求めた腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、治療光を制御することから、腫瘍患部のうち特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に応じて、適切な治療光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のＰＤＴ用医療装置の概略図である。
【図２】超音波信号の振幅値ＰＡと吸光度Ａとの関係を示すグラフであり、「×」を通るグラフは深さ５ｍｍのときの関係を、「△」を通るグラフは深さ１０ｍｍのときの関係を、「□」は深さ１５ｍｍのときの関係を、「◇」を通るグラフは深さ２０ｍｍのときの関係を示している。
【図３】超音波信号の振幅値ＰＡを示す説明図である。
【図４】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図５】（Ａ）は光量が変調するＰＤＴ用レーザー光を、（Ｂ）は（Ａ）のＰＤＴ用レーザー光の一部を取り出してＰＡＩ用レーザー光として用いることを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、本発明のＰＤＴ用医療装置１０は、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部に対してＰＤＴ用の特定波長の光を照射することにより、活性化された光感受性物質の薬理作用により腫瘍患部を治療するとともに、ＰＡＩ（Photo Acoustic Imaging）により治療中の腫瘍患部を画像化するものである。ＰＤＴ用医療装置１０は、腫瘍患部ができた生体組織１１に対して、ＰＤＴ用ＣＷ（Continuous Wave）レーザー光１３やＰＡＩ用パルスレーザー光１４を照射するレーザー光源１５と、ＰＡＩ用パルスレーザー光１４の照射により生体組織で発生した超音波１７を検出する超音波検出装置１８と、超音波検出装置１８で検出した超音波信号２０に基づいて画像データを生成するとともに、この画像データから腫瘍患部の所定深さにおける光感受性物質の濃度を求めるプロセッサ装置２２とを備えている。なお、プロセッサ装置としては、ＰＣ（Personal Computer）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。
【００１６】
レーザー光源１５はレーザーダイオードや固体レーザなどであり、ドライバ１６の制御によって、光感受性物質が蓄積された腫瘍患部を死滅させるためのＰＤＴ用ＣＷ（Continuous Wave）レーザー光１３を発する。ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３は、一定の光量で連続的に発せられる特定の波長帯域の光である。このＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を腫瘍患部に照射することで、腫瘍患部に蓄積した光感受性物質からは活性酸素が発生する。この活性酸素によって、腫瘍患部は壊死などを起こし治療される。
【００１７】
また、レーザー光源１５は、腫瘍患部の断層画像や光感受性物質の濃度を得るためのＰＡＩ用パルスレーザー光１４を発する。ＰＡＩ用パルスレーザー光１４は光量が調節可能な特定の波長帯域の光である。このＰＡＩ用パルスレーザー光１４は、腫瘍患部に対して照射することで、その腫瘍患部に蓄積した光感受性物質に吸収される。光感受性物質がＰＡＩ用パルスレーザー光１４を吸収することで、光感受性物質からは超音波１７が発生する。超音波１７は超音波検出装置１８によって検出される。なお、光感受性物質の吸収波長は、プロトポルフィリン、レザフィリン、ヘマトポルフィリンなどの場合であれば、５１０、５４５、５８０、６３０ｎｍ付近である。
【００１８】
ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射分布とＰＡＩ用パルスレーザー光１４の照射分布とは、レーザー光源１５から出射するまでの間に、分布合致部１５ａによって互いの分布が一致するように調整される。また、生体組織１１に対して照射した時のＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３及びＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワーや波形は、パワー、波形検出部１５ｂによりパワー、波形データ２５として検出される。検出されたパワー、波形データ２５は、プロセッサ装置２２に送られて、１フレーム分のＲＡＷデータを生成する際に用いられる。
【００１９】
超音波検出装置１８は、アレイ状に多数配列された音響変換素子を備えており、これら音響変換素子は光感受性物質からの超音波１７を超音波信号２０（ＲＦ信号ともいう）に変換する。変換された超音波信号２０は、プロセッサ装置２２内のＲＡＷデータ生成部３０に送られる。
【００２０】
ＲＡＷデータ生成部３０は、パワー、波形検出部１５ｂで検出されたＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワー、波形データ２５と、超音波検出装置１８で検出された超音波信号２０に基づいて、１フレーム分のＲＡＷデータを生成する。また、ＲＡＷデータ生成部３０は、１フレーム分のＲＡＷデータを生成するごとに、その１フレーム分のＲＡＷデータをメモリ３０ａに記憶する。信号処理部３２は、メモリ３０ａに記憶されたＲＡＷデータに対して、ノイズ除去処理などの各種処理を施す。各種処理が施されたＲＡＷデータは、画像データ生成部３４に送られる。
【００２１】
画像データ生成部３４では、各種処理後のＲＡＷデータに基づいて、生体組織１１の断層画像の画像データを生成する。生成された画像データは、画像データ用メモリ３５に記憶されるとともに、プロセッサ装置２２内のコントローラー４０に送られる。画像データ用メモリ３５に画像データが記憶されると、この画像データに基づいて、生体組織１１の腫瘍患部の断層画像がモニタ４２表示される。
【００２２】
コントローラー４０は、画像データから特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める薬剤濃度算出部４５と、この求めた光感受性物質の濃度に基づき、ＰＤＴによる治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求めるＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部４６と、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づき、治療に必要なＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射時間を求める照射時間算出部４７と、薬剤濃度算出部４５で求めた光感受性物質の濃度分布に基づき、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を設定または変更する照射条件設定部４８と、照射条件設定部４８で設定又は変更された照射条件に基づいてトリガー信号５２を生成するとともに、この生成されたトリガー信号５２に基づいてドライバ１６を制御するレーザー光制御部４９とを備えている。
【００２３】
薬剤濃度算出部４５では、腫瘍患部のうち特定深さＤの光感受性物質の濃度分布を求める際、関心領域（Region Of Interest（ＲＯＩ））内の濃度分布を求める。この関心領域は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の領域であり、術者などが事前に、または治療状況に応じて関心領域設定部５５を操作することで、設定される。そして、薬剤濃度算出部４５は、関心領域内の腫瘍患部のうち特定深さＤにおける複数の測定位置Ｐ１〜Ｐｎを特定するとともに、これら複数の測定位置Ｐ１〜Ｐｎにおける超音波信号の振幅値ＰＡＰ１〜ＰＡＰｎと、各測定位置Ｐ１〜Ｐｎ（ｎは２以上の自然数）及びレーザー光源１５の出射部の間の光路長ＬＰ１〜Ｌｐｎ（ｃｍ）とを特定する。なお、薬剤濃度算出部では、腫瘍患部のうちの一部である関心領域内の濃度分布を求めるが、腫瘍患部全体の濃度分布を求めてよい。
【００２４】
そして、特定した振幅値ＰＡＰ１〜ＰＡＰｎ及び光路長ＬＰ１〜Ｌｐｎに基づき、以下の式（１）、（２）により特定深さＤの所定位置Ｐ１〜Ｐｎにおける光感受性物質の濃度ＣＰ１〜Ｐｎ（ｍＭ）を求める。これにより、特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布が求まる。この光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を求めるごとに、モニタ４２に表示されるため、関心領域における色素の褪色状況を確認することができる。
ＰＡ＝ａ×Ａｂ・・・（１）
Ａ＝２．３×εｍ×Ｌ×Ｃ・・・・（２）
ここで、また、Ａ（ｃｍ−１）は特定深さにおける所定位置での吸光度を示している。なお、上記式（１）、（２）では、式が複雑になることを避けるため、ＰＡ、Ａ、Ｌ、Ｃの添え字「Ｐ１、・・・、Ｐｎ」は省略している。また、ａ、ｂ、εｍは定数であり、ａ、ｂは深さＤの大きさによって変化する正の数であり、εｍは光感受性物質に固有な係数である。
【００２５】
例えば、吸光度Ａと超音波信号の振幅値ＰＡとの関係は、図２に示すように、深さＤに応じて変化する。この図２によれば、深さＤが５ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６０で、深さＤが１０ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６１で、深さＤが１５ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６２で、深さＤが２０ｍｍのときの吸光度Ａと振幅値Ｐとの関係はグラフ６３で表される。この図２に示すように、同一の吸光度であれば、深さＤが浅いほど、超音波信号の振幅値ＰＡが大きいことを表している。なお、超音波信号の振幅値ＰＡとは、図３に示すような超音波信号７０のうち正の振幅部分のことをいう。この超音波信号７０は、時間「０」でＰＡＩ用パルスレーザ光１４を照射してから一定時間経過後の時間「Ｔｕ」に、超音波検出装置１８で検出される信号である。
【００２６】
ここで、図２のグラフ６０（深さ５ｍｍ）を示す上記式（１）（ＰＡ＝ａ×Ａｂ）では、係数ａは０．１１３７、係数ｂは０．７３３２となる。また、グラフ６１（深さ１０ｍｍ）を示す上記式（１）では、係数ａが０．０６１８、係数ｂが０．７６４３となる。また、グラフ６２（深さ１５ｍｍ）を示す上記式（１）では、係数ａが０．０４２４、係数ｂが０．７３１７となる。また、グラフ６３（深さ２０ｍｍ）を示す上記式（１）では、係数ａが０．０３６５、係数ｂが０．６７１２となる。このように、上記式（１）のうち係数ａについては、深さが深くなるほど、値が小さくなっている。
【００２７】
ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部４６は、パワー、波形検出部１５ｂで検出したＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３のパワーと、特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布とに基づき、ＰＤＴによる治療効果を示す関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘの分布を求める。ここで、ＰＤＴの治療効果は以下の式（３）で表されることから、単位時間当たりの治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘは式（４）によって求めることができる。求めたＰＤＴ−ｉｎｄｅｘの分布は、画像としてモニタ４２に表示される。
（光感受性物質の濃度）×（ＰＤＴ用ＣＷレーザー光のパワー）×（時間）
＝ｃｏｎｓｔ（定数）・・・（３）
ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ
＝（光感受性物質の濃度）×（ＰＤＴ用ＣＷレーザー光のパワー）・・・（４）
なお、ＰＡＩにおける超音波信号の信号強度は、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに比例する。また、式（３）の「ｃｏｎｓｔ（定数）」は、使用する薬剤、治療対象部位、治療対象の種類などで決まる定数である。
【００２８】
また、照射時間算出部４７は、関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づき、治療に必要なＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射時間を以下の式（５）により求める。求めたＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射時間の分布はモニタ４２に表示される。
照射時間＝（１／ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ）×ｃｏｎｓｔ（定数）・・・（５）
【００２９】
照射条件設定部４８は、薬剤濃度算出部４５で求めた光感受性物質の濃度分布に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を設定または変更する。照射条件の設定または変更の一つとして、特定深さにおける複数の測定位置のうち、ある測定位置だけ照射時間を延長又は短縮したり、また、光のパワーを強めたり弱めたりすることが考えられる。
【００３０】
ここでは、照射条件設定部４８は、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を照射したときに、関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるような照射条件に設定または変更する。例えば、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射によって、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるようにし、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるようにする。
【００３１】
これに対して、例えば、光感受性物質の濃度が高い部分であってもその周辺部分が熱に弱い場合には、強すぎないＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を当てる必要がある。一方、光感受性物質の濃度が低い部分であっても、腫瘍患部の深部ようにかなり深い部分に対して治療光を照射する場合には、ある程度強いＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を当てる必要がある。このような場合には、照射条件設定部４８は、関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるようにし、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるような照射条件にする。
【００３２】
照射条件の設定等の具体例としては、例えば、深さDが２０ｍｍの腫瘍患部において、ある測定位置P１の超音波信号の振幅値PAP1が、P１と異なる測定位置P２での超音波信号の振幅値PAP2の１/２である場合、即ちPAP1＝０．５×PAP2の場合には、以下のようにして照射条件を変更する。まず、深さDが２０ｍｍにおける超音波信号の振幅値と吸光度との関係は、上述したように、PA＝０．０３６５×A0.6712で表される。したがって、測定位置P１での振幅値PAP1は下記式（６）で、測定位置P2での振幅値PAP2は下記式（７）で表される。
PAP1＝０．０３６５×AP10.6712・・・（６）
PAP2＝０．０３６５×AP20.6712・・・（７）
【００３３】
上記式（６）、（７）を整理すると下記式（８）が得られる。
PAP1/PAP2＝（AP1/ AP2）0.6712・・・（８）
PAP1/PAP2は０．５であることから下記式（９）が得られる。
０．５＝（AP1/ AP2）0.6712・・・（９）
式（９）をAP1についての式に書き直すと、下記式（１０）が得られる。
AP1＝AP2（０．５）1.4899＝０．３５６×AP2・・・（１０）
【００３４】
したがって、測定位置P１での吸光度AP1は測定位置P２での吸光度AP２の０．３５６倍である。即ち、上記治療効果の式（３）を考慮すると、そのまま同一のパワーでＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を照射する場合には、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を、測定位置P１での照射時間を測定位置P2での照射時間の２．８倍に変更する。
【００３５】
また、例えば、深さDが２０ｍｍの腫瘍患部において、当初ｔｅｘの予定で濃度が１／２に低下するのに、ｔｄで低下した場合には、残りの照射時間を２．８倍長く照射する照射条件に変更する。したがって、このように照射時間を長くした場合には、トータルの照射時間ｔ´ｅｘは下記式（１１）のようになる。
ｔ´ｅｘ＝ｔｄ＋（ｔｅｘ−ｔｄ）×２．８・・・（１１）
【００３６】
次に、本発明の作用を図４のフローチャートに沿って説明する。まず、患者に対して、光感受性物質を投与する。これにより、患者の腫瘍患部に光感受性物質が蓄積する。そして、腫瘍患部が発生した生体組織１１に向けて、レーザー光源１５からＰＡＩ用パルスレーザー光１４を照射する。これにより、腫瘍患部内の光感受性物質がＰＡＩ用パルスレーザー光１４を吸収し、この吸収によって生体組織１１から超音波１７が発せられる。この超音波１７を超音波検出装置１８で検出する。超音波検出装置１８で検出した超音波信号２０は、プロセッサ装置２２に送られる。また、ＰＡＩ用パルスレーザー光１４の照射時には、パワー、波形検出部１５ｂでＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワー、波形が検出され、検出されたパワー、波形データ２５も合わせてプロセッサ装置２２に送られる。
【００３７】
プロセッサ装置２２内のＲＡＷデータ生成部３０では、超音波信号２０とＰＡＩ用パルスレーザー光１４のパワー、波形データ２５とに基づいて、１フレーム分のＲＡＷデータを生成する。このＲＡＷデータに対しては、信号処理部３２でノイズ処理などの各種処理を施される。画像データ生成部３４では、各種処理後のＲＡＷデータに基づいて、生体組織１１の断層画像の画像データを生成する。生成された画像データに基づいて、モニタ４２に生体組織１１の断層画像が表示される。
【００３８】
また、薬剤濃度算出部４５では、画像データ生成部３４で生成した画像データに基づいて、腫瘍患部の特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布を求める。その際、術者が関心領域設定部５５に入力した関心領域内の光感受性物質の濃度分布を求める。関心領域内の光感受性物質の濃度分布は、特定深さＤにおける複数の測定位置Ｐ１〜Ｐｎで検出された超音波信号の振幅値ＰＡＰ１〜ＰＡＰｎと、各測定位置Ｐ１〜Ｐｎとレーザー光源１５の出射部との光路差Ｌｐ１〜Ｌｐｎとに基づいて、求められる。
【００３９】
腫瘍患部の特定深さＤにおける光感受性物質の濃度分布が求まると、この求めた光感受性物質の濃度分布を画像としてモニタ４２に表示する。また、照射条件設定部４８は、求めた光感受性物質の濃度分布に基づき、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を設定する。照射条件が設定されると、レーザー光制御部４９は、照射条件に基づいてトリガー信号５２を生成する。そして、ドライバ１６は、トリガー信号５２に基づいて、レーザー光源１５を制御する。
【００４０】
レーザー光源１５は、照射条件に従って、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３を生体組織１１の腫瘍患部に照射する。これにより、腫瘍患部のうち、光感受性物質の濃度が高い部分には、濃度の低下が早まるようにＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が照射される一方、光感受性物質の濃度が低い部分には、濃度の低下が遅くなるようにＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が照射される。ここで、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射時には、パワー、波形検出部１５ｂによりＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３のパワー、波形が検出され、検出されたパワー、波形データはプロセッサ装置２２に送られる。
【００４１】
そして、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３が生体組織１１に一定時間、照射された後は、ＰＡＩ用パルスレーザー光１４を生体組織１１に照射する。そして、上述と同様の手順で、特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を再測定する。そして、再測定した光感受性物質の濃度分布に基づいて、モニタ４２に表示されている光感受性物質の濃度分布の画像を更新する。
【００４２】
そして、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部４６は、パワー、波形検出部１５ｂで検出した前回（ここでは１回目）のＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３のパワーと、再測定後の光感受性物質の濃度分布とに基づいて、関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求める。求めたＰＤＴ−ｉｎｄｅｘはモニタ４２に表示される。術者はモニタ４２上のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを確認することで、ＰＤＴによる治療の経過を数値的に確認することができる。
【００４３】
また、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘが求まると、照射時間算出部４７は、関心領域内のＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づき、ＰＤＴＣＷレーザー光１３の照射時間を求める。求めた照射時間はモニタ４２に表示されるため、術者は治療中に照射時間を確認することができる。
【００４４】
そして、再測定した光感受性物質の濃度分布に基づいて、照射条件設定部４８は、上述と同様の手順で、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光１３の照射条件を変更する。そして、変更した照射条件に基づいて、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光を生体組織１１に照射する。
【００４５】
以上のようにして、１回のＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射毎に、光感受性物質の濃度の再測定とこの再測定後の照射条件に基づくＰＤＴ用ＣＷレーザー光の照射とを繰り返すととともに、濃度の測定毎に、光感受性物質の濃度分布、ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ、照射時間をモニタ４２に表示する。これにより、腫瘍患部における特定深さの光感受性物質の濃度変化や、色素の褪色による治療の進展をモニタリングすることができるため、安全確実な治療を実現することができる。そして、各測定位置における光感受性物質の濃度が「０」又はほぼ「０」に近づいたときに、ＰＤＴ治療を完了させることで、不要な治療によるリスクやコストの発生を避けることができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、ＰＤＴ用のレーザー光として、連続発振（Continuous Wave）のレーザー光を用いたが、これに代えて、パルスレーザー光を用いてもよい。この場合、ＰＤＴ用レーザー光の１つのパルスがＰＡＩ用レーザー光に必要なパルス幅やパワーの条件を満たす場合には、ＰＤＴ用レーザー光をＰＡＩ用レーザー光に利用することができる。ＰＤＴ治療では、図５（Ａ）に示すＰＤＴ用レーザー光を患部に照射し、薬剤濃度測定では、図５（Ｂ）に示すように、ＰＤＴ用レーザー光の一部を取り出し、ＰＡＩ用レーザー光として患部に照射する。
【００４７】
なお、本実施形態では、ＰＤＴ用ＣＷレーザー光とＰＡＩ用パルスレーザー光とを同一の光源から照射したが、それぞれの光を別々の光源から照射してもよい。
【００４８】
なお、本発明は、ＰＤＴを用いる電子内視鏡システムや手術用顕微鏡システムなどに適用が可能であるが、それら以外にもＰＤＴを用いる医療装置システムであれば、本発明の適用は可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ ＰＤＴ用医療装置
１３ ＰＤＴ用ＣＷレーザー光（治療光）
１４ ＰＡＩ用パルスレーザー光（濃度測定光）
１５ レーザー光源
１５ａ 分布合致部
１７ 超音波
１８ 超音波検出装置
２０ 超音波信号
４２ モニタ
４５ 薬剤濃度算出部
４６ ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出部
４７ 照射時間算出部
４８ 照射条件設定部
４９ レーザー光制御部
５５ 関心領域設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光と、前記腫瘍患部を壊死させるための治療光とを発する光源と、
濃度測定光または治療光を前記腫瘍患部に対して照射する照射手段と、
光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を検出する超音波検出手段と、
超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める濃度分布算出手段と、
前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づき、前記特定深さの腫瘍患部に対して照射する治療光を制御する治療光制御手段とを備えることを特徴とするＰＤＴ用医療装置。
【請求項２】
前記治療光制御手段は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるように、治療光を照射することを特徴とする請求項１記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項３】
前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射することを特徴とする請求項２記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項４】
前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射することを特徴とする請求項２記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項５】
前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布と前記治療光のパワーとに基づいて、治療光の照射による腫瘍患部の治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求めるＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項６】
前記ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づいて、腫瘍患部の治療完了までに要する治療光の照射時間を求める照射時間算出手段を備えることを特徴とする請求項５記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項７】
前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を算出する毎に、画像としてモニタに表示されることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項８】
前記濃度測定光の照射分布と前記治療光の照射分布とを一致させる分布合致手段を備えることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項９】
前記治療光は、前記光源から一定の光量で連続的に発せられることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項１０】
前記治療光は、前記光源から光量を変化させながら発せられることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項１１】
前記濃度測定光は、前記治療光の一部を取り出したものであることを特徴とする請求項１０記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項１２】
腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光を、前記腫瘍患部に照射し、
光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、
超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、
腫瘍患部を壊死させるための治療光を腫瘍患部に対して照射する際に、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、前記治療光を制御することを特徴とする治療光制御方法。
【請求項１】
腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光と、前記腫瘍患部を壊死させるための治療光とを発する光源と、
濃度測定光または治療光を前記腫瘍患部に対して照射する照射手段と、
光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を検出する超音波検出手段と、
超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求める濃度分布算出手段と、
前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づき、前記特定深さの腫瘍患部に対して照射する治療光を制御する治療光制御手段とを備えることを特徴とするＰＤＴ用医療装置。
【請求項２】
前記治療光制御手段は、光感受性物質により光が発せられている体腔内の領域のうち輝度が一定以上の関心領域内において、光感受性物質の濃度分布に応じて濃度が低下する速度が異なるように、治療光を照射することを特徴とする請求項１記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項３】
前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射することを特徴とする請求項２記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項４】
前記治療光制御手段は、前記関心領域内のうち、光感受性物質の濃度が高い部分については、濃度の低下が一定の速度で遅くなるように治療光を照射し、光感受性物質の濃度が低い部分については、濃度の低下が一定の速度で早くなるように治療光を照射することを特徴とする請求項２記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項５】
前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布と前記治療光のパワーとに基づいて、治療光の照射による腫瘍患部の治療効果を示すＰＤＴ−ｉｎｄｅｘを求めるＰＤＴ−ｉｎｄｅｘ算出手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項６】
前記ＰＤＴ−ｉｎｄｅｘに基づいて、腫瘍患部の治療完了までに要する治療光の照射時間を求める照射時間算出手段を備えることを特徴とする請求項５記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項７】
前記特定深さにおける光感受性物質の濃度分布は、濃度分布を算出する毎に、画像としてモニタに表示されることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項８】
前記濃度測定光の照射分布と前記治療光の照射分布とを一致させる分布合致手段を備えることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項９】
前記治療光は、前記光源から一定の光量で連続的に発せられることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項１０】
前記治療光は、前記光源から光量を変化させながら発せられることを特徴とする請求項１ないし８いずれか１項記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項１１】
前記濃度測定光は、前記治療光の一部を取り出したものであることを特徴とする請求項１０記載のＰＤＴ用医療装置。
【請求項１２】
腫瘍患部に蓄積された光感受性物質の濃度を測定するための濃度測定光を、前記腫瘍患部に照射し、
光感受性物質が濃度測定光を吸収することで発生する超音波を超音波検出手段で検出し、
超音波検出手段が検出した超音波信号に基づき、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布を求め、
腫瘍患部を壊死させるための治療光を腫瘍患部に対して照射する際に、前記腫瘍患部の特定深さにおける光感受性物質の濃度分布に基づいて、前記治療光を制御することを特徴とする治療光制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２１８１４９（Ｐ２０１１−２１８１４９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１８１５（Ｐ２０１１−３１８１５）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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