(57)【要約】      （修正有）【課題】皮膚などに存在するメラニン色素ラジカルを無侵襲で検出可能で、特に黒色腫と母斑を識別し、黒色腫が悪性黒色腫（メラノーマ）であるか否かの判別が可能な画像情報を生成できるメラニン色素ラジカル測定装置を提供する。【解決手段】表面検出部５は、メラミン色素中のラジカルを含む皮膚表面等の部位を検体として載置可能な面を有し、面上の検体が接する位置にマイクロ波を放出可能な孔を有し、孔の内側の空間にマイクロ波が供給されるＥＳＲ共振器からなる。【選択図】図１
2018028534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メラミン色素中のラジカルを含む皮膚等の表面部位を検体として載置可能な面を有し、該面上の検体が接する位置にマイクロ波を放出可能な孔を有し、該孔の内側の空間にマイクロ波が供給されるように構成されたＥＳＲ共振器からなる表面検出部と、  前記共振器に勾配磁場を印加するための磁場発生手段と、
前記表面検出部で検出した検体の表面信号を検出し、ＥＳＲ信号として出力する信号検出器と、
前記信号検出器から出力される信号から前記検体中のメラミン色素ラジカルに対応した画像信号を生成する画像信号生成手段と
を備えたメラニン色素ラジカル測定装置。
【請求項２】
前記マイクロ波の周波数が９ＧＨｚの場合に前記孔の径は８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のメラニン色素ラジカル測定装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン共鳴によるメラニン色素ラジカル測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子スピン共鳴（ＥＳＲ）を利用して、例えば動物の皮膚のような試料の測定や分析を行う際には、通常、静磁場中に配置された空洞共振器に試料を挿入し、空洞共振器内にマイクロ波を照射する。このとき、静磁場（Ｈ）中でゼーマン分裂したエネルギー（Ｅ）準位間のエネルギー差に相当する電磁波（マイクロ波）を試料が吸収することによって電子スピン共鳴が生じ、得られたＥＳＲスペクトルから試料の解析・分析が行われている。静磁場ＨとエネルギーＥの関係は、次式（１）で表わされる。
【０００３】
Ｅ＝ｈν＝ｇβＨ  ‥（１）。
【０００４】
ここで、Ｅはエネルギー、ｈはプランク定数、νはマイクロ波の周波数、ｇは定数、βはボー定数（アマグネトン）、Ｈは静磁場で表わす。
【０００５】
そして、大きな試料を破壊せずにＥＳＲ測定を可能とする電子スピン共鳴装置が知られている。この装置によれば、空洞共振器の外周壁に内部のマイクロ波を外部へ漏洩させるための穴を設け、空洞共振器の外部からこの穴に試料を接近させて配置し、測定を行うようにしている。
【０００６】
このような電子スピン共鳴を用いて、マイクロ波により皮膚を画像化することで、皮膚の黒褐色（メラニン色素ラジカル）を測定することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
上記提案の技術は、測定対象の皮膚の部位を切り取り測定用プレートに貼り付けて得られた試料を、モータで二次元的に動かして（平面走査）測定し、動かした試料中の位置でのラジカルの強さを図にする。また、ラピッド・スキャンコイルを用いてＳ／Ｎ比を改善した画像を生成できるように考えられている。これは「磁場勾配式ＥＳＲイメージング装置と異なるが、線幅の広いＥＳＲスペクトルの場合でもＥＳＲ強度でのイメージング像が観測できる」というものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“ＣＥＮＴＥＲ  ＮＥＷＳ  センターニュース  ９７”  Ｖｏｌ．２６  Ｎｏ．３，  ２００７（九州大学中央分析センター）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、診察の現場では、ダーモスコープという拡大鏡を用いて皮膚の黒褐色（メラニン色素ラジカル）を目視し、そのサイズが５ｍｍ以上であると要注意と判断される。そして、経過観察を経て、最終的に、疑わしい黒褐色皮膚部分を切除して（侵襲で）病理組織検査により判断がなされる。しかしながら、早期の段階で悪性黒色腫（悪性メラノーマ）ＭＭと母斑（ほくろ）ＮＰの判別は、どちらも黒褐色の斑点であるから、目視での判定は難しいとされている。
【００１０】
これに対し、非特許文献１に開示されている方法は、生体から黒褐色皮膚を切除し（侵襲）、得られた試料を平面的（二次元的）に動かして（走査）試料を測定するものであるため、被験者には負担が大きく、検査部位が複数ある場合は手間もかかるという問題がある。
【００１１】
本発明は、皮膚などに存在するメラニン色素ラジカルを無侵襲で検出できる装置を提供する。特に、黒色腫と母斑（ほくろ）を識別し、黒色腫が悪性黒色腫ＭＭ（メラノーマ、皮膚ガン）であるかの判別が可能な画像情報を生成できる測定装置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】
【００１２】
本発明のメラニン色素ラジカル測定装置は、メラミン色素中のラジカルを含む皮膚表面等の部位を検体として載置可能な面を有し、該面上の検体が接する位置にマイクロ波を放出可能な孔を有し、該孔の内側の空間にマイクロ波が供給されるように構成されたＥＳＲ共振器からなる表面検出部と、前記共振器に勾配磁場を印加するための磁場発生手段と、前記表面検出部で検出した検体の表面信号を検出し、ＥＳＲ信号として出力する信号検出器と、前記信号検出器から出力される信号から前記検体中のメラミン色素ラジカルに対応した画像信号を生成する画像信号生成手段を備える。  本発明によれば、診断対象の皮膚の部位（例えば、指先）を検体として表面検出部を構成するＥＳＲ共振器の検体載置面の孔を塞ぐ位置に置くと、その孔から検体にマイクロ波が照射される。これにより電子スピン共鳴が生じ、検体の表面信号としてＥＳＲスペクトルが検出される。そして、この信号から前記検体中のメラミン色素ラジカルに対応した画像信号を生成する。こうして、検体中のメラニン色素ラジカルを無侵襲で検出し、皮膚近傍のメラニン色素ラジカルの分布や濃度の濃淡を表示する２次元イメージング画像を得ることができる。
【００１３】
この結果、光学的に区別できない悪性黒色腫と母斑（ほくろ）を、メラニンラジカルのスペクトルの線幅、信号強度、画像情報により判別することができる。
【００１４】
特に、先行研究から黒色の程度とメラニン色素ラジカルは、相関関係にあると考えられるので、黒色腫の時間経過より増強程度を画像から識別できる。
【００１５】
メラノーマ由来のメラニン色素ラジカルを測定することにより、分子レベルでの観察が可能である。
【００１６】
本発明で用いられるマイクロ波の周波数は、例えば９ＧＨｚであり、ＥＳＲ共振器の面に設ける孔は、２〜８ｍｍの直径を有するものとする。
【００１７】
また、出力２０ミリワット（ｍＷ）程度の極低刺激のマイクロ波を用いて、黒色腫や母斑に存在するメラニン色素ラジカルを無侵襲に測定できる。
【００１８】
詳細には、黒色腫と母斑（ほくろ）にあるメラニン色素ラジカルは、ラジカルの周りの皮膚状態（環境）およびラジカル分布に応じてスペクトルの線幅に影響が現われる。これは、ラジカルが皮膚内でどのような束縛を受けるかによる。また、ラジカル量は信号強度に反映する。これらのスペクトル情報の違いを識別の一つの根拠とする。
【００１９】
特に、メラニン色素中のラジカルは、不対電子を持ち、１０〜２０ミリワット程度の非常に弱いマイクロ波を吸収して、９ＧＨｚの周波数と共鳴現象を起こす。このため、メラニンラジカルのスペクトルを検出してその線幅、信号強度、画像情報によりメラニン色素ラジカルの測定が可能となる。なお、メラニン色素中のラジカルが有する不対電子に由来する共鳴現象を示す周波数であれば、マイクロ波の周波数は例えば６５０ＭＨｚ〜３５  ＧＨｚの範囲内で変更されてもよい。
【００２０】
本発明の実施形態では、表面用誘電体検出器を用いて、無侵襲に疾患部位の各部分のＥＳＲスペクトル強度やＥＳＲ線幅を測定する。更に、ＤＰＰＨ（１，１−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−２−ｐｉｃｒｙｌｈｙｄｒａｚｙｌ）またはイカ墨色素（ｓｅｐｉａ  ｐｉｇｍｅｎｔ）のメラニンラジカルを基準として、ＥＳＲ信号強度や線幅との比の形でサンプリングして皮膚画像の再構成を行い、疾患判定の基準とする。
【００２１】
また、検体をラピッドスキャンすることにより。信号／ノイズ比（感度）を上げることができる。具体的には、従来の電子スピン共鳴装置では不可能であった百分の一秒から十分の一秒のラピッドスキャン計測をすることで、試料の信号とノイズの比を大幅に低減でき、従来法より高い感度でラジカルを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明装置の実施形態の構成を示す図。
【図２】表面検出部の検出孔を設けた一端部とその周囲の構成を示す部分断面図。
【図３Ａ】表面検出部の外観を示す正面図。
【図３Ｂ】表面検出部の外観を示す右側面図。
【図４】表面検出部の内部に配置されたＬＣ共振器の等価回路図。
【図５】ＥＳＲイメージング法による測定を示す図。
【図６Ａ】図５の測定で検出されるＭＭ（悪性メラノーマ）のＥＳＲスペクトル強度および線幅の一の例示図。
【図６Ｂ】図５の測定で検出されるＮＰ（母斑）のＥＳＲスペクトル強度および線幅の例示図。
【図６Ｃ】図５の測定で検出されるＭＭのＥＳＲスペクトル強度および線幅の他の例示図。
【図７Ａ】ステージＩＡのＭＭおよびＮＰの画像の例示図。
【図７Ｂ】ステージＩＩＣのＭＭおよびＮＰの画像の例示図。
【図７Ｃ】ステージＩＶのＭＭおよびＮＰの画像の例示図。
【図８Ａ】ＤＰＰＨを基準とするステージＩＡのＭＭおよびＮＰの画像の例示図。
【図８Ｂ】ＤＰＰＨを基準とするステージＩＩＣのＭＭおよびＮＰの画像の例示図。
【図８Ｃ】ＤＰＰＨを基準とする図６ＡのＭＭおよび図６ＢのＮＰに対応しているＭＭおよびＮＰの画像の例示図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係るメラニン色素ラジカル測定装置１の構成を示す。この装置は、以下の回路等を備えている。
【００２４】
従来の切除法（侵襲）で作成される試料に代えて、直接測定対象の部位（実施例では、メラニン色素ラジカルを測定する被験者の手や腕などの部位）を検体Ｓとして載置する場所に静磁場を発生させる左右一対の電磁石２ａ，２ｂ；
上記静磁場中に磁場勾配を生じさせる一対の磁場勾配コイル４ａ，４ｂ；
後述のＥＳＲ共振器からなる表面検出部５；
表面検出器５の内部に供給するマイクロ波を発生する発振器（マイクロ波源）６；
発振器６から送出されるマイクロ波を他の回路に導入するための導波管７；
表面検出部５で検出した検体Ｓの表面信号を検出し、ＥＳＲ信号として出力する信号検出器８；
導波管７から分岐して発振器６と信号検出器８との間に接続した位相器９；
発振器６と信号検出器８との間で導波管７に接続したサーキュレータ１０；
サーキュレータ１０と表面検出部５とを接続する同軸ケーブル１１；
磁場勾配コイル４ａ，４ｂおよび信号検出器８とそれぞれ増幅器１２，１３を介して接続した画像信号生成回路１４；
上記画像信号生成回路１４から出力される画像信号を画像として表示する表示装置１５。
【００２５】
この装置において、表面検出部５を構成するＥＳＲ共振器は、図２に示すように、手指の皮膚などの検体または試料Ｓを載置する平面を有し、この平面上の検体または試料Ｓの表面が接する位置に、表面検出部５の内部から外部にマイクロ波を放出して検体の表面状態を検知するための孔２０を有する。
【００２６】
具体的には、表面検出部５は、図３Ｂに示すように両側面が円弧状の略直方体形状の部材で形成されている。図３Ａに示すように、その一方の端部には上記同軸ケーブル１１が接続される棒状のコネクタ部２１が設けられ、他方の端部は円筒状に突出して、その円形端面の中心に円形の孔２０を備えている。この孔２０の直径は、マイクロ波の周波数が９ＧＨｚの場合、最大８ミリメートルであることが好適である。
【００２７】
図４は、ＥＳＲ表面共振器の等価回路を示す。これは、同軸ケーブル３３に接続した２つの磁気結合（カップリング）ループ３１，３２を用いて、共振器負荷またはインピーダンスの広範囲に亘って２つのループ間の距離を変えることにより、伝送線から共振器内部へ磁気共鳴エネルギー（Ｍ）を伝送する。
【００２８】
詳細には、カップリングループ３１，３２は、各々リング状の導線（２種類の異なる導体）からなり、図４の回路ではトランスの左側巻線で表わされ、トランスの右側巻線（Ｌ）と容量（Ｃ）で共振器を構成している。２つのカップリングループ３１，３２間の距離を検体の状態によって変えることで、マイクロ波（波長λ）との結合を調節して検体との共鳴エネルギーを生じさせる。
【００２９】
表面検出器５では、孔２０にある誘電体近傍の電界が強く、孔２０上に載置された検体中のラジカルと磁気結合で生じる共鳴エネルギーは、上記共振器から同軸ケーブル３３を介して導波管に伝送され、スペクトルとして測定される。
【００３０】
以下、ＥＳＲによるメラニン色素ラジカル測定法について説明する。
【００３１】
図５に示すように、測定対象のメラノーマまたは母斑をパラフィンに埋め込んで形成したサンプルから、直径５ｍｍのＥＳＲロッドＲに適合するように３×４ｍｍの大きさにカットした試料部分を作成し、これをＥＳＲロッドＲに貼り付ける。そして、これをマイクロ波空洞（例えば、空洞共振器の内部）の中心部に位置させ、試料部分がマイクロ波を吸収することによって生じる電子スピン共鳴で得られたＥＳＲスペクトルから試料部分のメラニン色素ラジカルの測定・分析を行う。
【００３２】
実際、黒色の程度とメラニン色素ラジカルは、相関関係にあると考えられるので、黒色腫の時間経過より増強程度を画像から識別できる。
【００３３】
図６Ａは、図５の測定法で検出されたＭＭ（悪性メラノーマ）のＥＳＲスペクトル強度および上下２つのピーク間の線幅（磁気強度の差）ΔＨｐｐの一の例を示す。図６Ｂは、図５の測定法で検出されたＮＰ（母斑）のＥＳＲスペクトル強度および上下２つのピーク間の線幅ΔＨｐｐの一の例を示す。図６Ａおよび図６Ｂを対比すると、（Ａ）ＭＭではΔＨｐｐ＝３３７．６５−３３７＝０．６５ｍＴ、（Ｂ）ＮＰではΔＨｐｐ＝３３７．６９−３３７＝０．６９ｍＴ  であり、ＭＭとＮＰとでΔＨｐｐの値が異なる。図６Ｃは、磁場変調コイルを装着し、メラニン色素ラジカルを検出した。信号強度は多少弱いが、スペクトルは基本的に図６Ａと同じである。コイルの巻き数を１回（図６Ｃ）から（例えば４回に）増やすことで信号強度を増すことができる。図５の測定法で検出されたＭＭのＥＳＲスペクトル強度および上下２つのピーク間の線幅（磁気強度の差）ΔＨｐｐの他の例を示す。
【００３４】
図７Ａ〜図７Ｃのそれぞれは、ＭＭおよびＮＰのＥＳＲ画像の例を示す。ＭＭの画像に関して、図７ＡはステージＩＡのＭＭを示し、図７ＢはステージＩＩＣのＭＭを示し、図７ＣはステージＩＶのＭＭを示している。図示のとおり、ＥＳＲ画像は、腫瘍のステージ間の相違を表わしている。
【００３５】
図８は、ＤＰＰＨを基準として図７と同じサンプルの画像の例を示す。ＭＭの画像に関して、図８ＡはステージＩＡのＭＭであり、図８ＢはステージＩＩＣのＭＭであり、図８ＣはステージＩＶのＭＭである。図８ＣのＭＭおよびＮＰのそれぞれは、図６ＡのＭＭおよび図６ＢのＮＰのそれぞれのＥＳＲスペクトルに対応している。このようにＥＳＲ画像によれば、ＭＭおよびＮＰのそれぞれにおける色および信号強度の違いからメラミンのラジカル密度の違いがわかる。
【００３６】
図８Ａ〜図８Ｃの画像例では、メラミンラジカルと同様にＤＰＰＨは単一の線上に集中するので、ＤＰＰＨラジカルを基準として用いた。ＤＰＰＨ基準は、公知のＴＥＭＰＯＬ（４−ｈｙｄｒｏｘｙ−２，２，６，６−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌｐｉｐｅｒｉｄｉｎ−１−ｏｘｙｌ）溶液の濃度を用いて計算される。１グラム当りのスピンの数は８×１０１６であった。
【００３７】
以上がＥＳＲによるメラニン色素ラジカルの測定法であるが、本発明によれば、ＭＭなどに存在するメラニン色素ラジカルを無侵襲で検出するため、図１に示すように、上記表面検出部５の孔２０を設けた面上に検体Ｓとして指Ｆの検査部分を接触させて、表面検出部５の孔２０から放出されるマイクロ波を当てるようにする。これにより、上記図６に示したようなＥＳＲスペクトルが得られる。
【００３８】
そして、ＭＭおよびＮＰを識別可能な画像を生成することで、黒色腫が悪性のメラノーであるか否かを判別することができる。
【００３９】
本実施形態では、表面検出部５の内部から孔２０を通じて漏出するマイクロ波による磁界を利用して、検体ＳのＥＳＲスペクトルを測定する。そのため、磁場勾配コイル４ａ，４ｂを用いて局所磁界を発生させ、信号検出器８で得られたＥＳＲ信号を増幅器１３で増幅し、画像信号生成回路１４で画像信号に変換生成して、表示装置１５で検体表面のメラミン色素ラジカルを示す画像を表示する。
【００４０】
上記実施形態の測定装置によれば：
画像表示によりメラニン色素ラジカルの皮膚上の濃度分布が表示される；
無侵襲に悪性黒色腫を検出できる；
検出用孔の径を８ｍｍとしても、孔に接する検体の部位によってマイクロ波の吸収が異なるので、ＥＳＲスペクトルによって疾患がメラノーマか否かを判定することができる。
【００４１】
これにより、悪性黒色腫および母斑（ほくろ）を識別し、悪性黒色腫のステージを診断できる。悪性黒色腫および母斑（ほくろ）の識別は、基本的に皮膚の黒褐色（メラニン色素ラジカル）の時間経過による大きさの変化を測定し、５ｍｍのサイズを識別の基準とする。
【００４２】
また、ＥＳＲ信号を積算し、Ｓ／Ｎ（信号／ノイズ）比を大幅に低減した上で、画像化する。このため、ラピッドスキャンを用いて検出度を上げることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１‥測定装置、２ａ，２ｂ‥電磁石、４ａ，４ｂ‥磁場勾配コイル、５‥表面検出部、６‥発振器、７‥導波管、８‥信号検出器、９‥位相器、１０‥サーキュレータ、１１‥同軸ケーブル、１２，１３‥増幅器、１４‥画像信号生成回路、１５‥表示装置、２０‥孔。
【図１】
2018028534.tif 000003
【図２】
2018028534.tif 000004
【図３Ａ】
2018028534.tif 000005
【図３Ｂ】
2018028534.tif 000006
【図４】
2018028534.tif 000007
【図５】
2018028534.tif 000008
【図６Ａ】
2018028534.tif 000009
【図６Ｂ】
2018028534.tif 000010
【図６Ｃ】
2018028534.tif 000011
【図７Ａ】
2018028534.tif 000012
【図７Ｂ】
2018028534.tif 000013
【図７Ｃ】
2018028534.tif 000014
【図８Ａ】
2018028534.tif 000015
【図８Ｂ】
2018028534.tif 000016
【図８Ｃ】
2018028534.tif 000017