(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を具備する、生体の組織の電気インピーダンスを測定するプローブであって、
前記プローブは、
前記生体の皮膚と直接に接触して配置されるように構成されており、
前記複数の電極のうちの任意の２つの電極に電圧を与えて派生電流を測定するか又は電流を流して派生電圧を測定し、インピーダンス信号を決定するように構成されているインピーダンス測定回路に接続可能であり、
前記プローブは、
前記複数の電極のうちから選択された２つの電極を前記インピーダンス測定回路に接続し、前記インピーダンス測定回路から残りの電極の接続を遮断することにより、前記選択された２つの電極から成る電極対を選択的に付勢するスイッチング回路、
をさらに具備しており、
ここで、前記電圧又は電流は、前記２つの電極で与えられ、
前記派生電流又は派生電圧は、前記２つの電極間で測定され、
前記スイッチング回路は、予め定められた付勢方式にしたがって任意の電極対を付勢するために前記スイッチング回路に命令する制御信号を受信するように構成されており、
前記予め定められた付勢方式は、少なくとも第１の組織の深さから一連のインピーダンス信号を得るために、前記少なくとも第１の組織の深さにおいて前記生体の組織を漸進的に走査するように、連続的なやり方で、前記複数の電極のうちの隣接する電極を付勢することを含み、
前記スイッチング回路は、前記複数の電極のうちの各電極を接続するように構成されており、
その結果、前記各電極は、
前記生体の前記組織に電流を流すか又は電圧を与えるために、前記各電極が前記インピーダンス測定回路に接続されている第１のアクチブ状態と、
前記組織から前記派生電流又は前記派生電圧を測定するために、前記各電極が前記インピーダンス測定回路に接続されている第２のアクチブ状態と、
前記各電極が前記インピーダンス測定回路から接続が遮断されている浮遊状態と、
を含む少なくとも３つの状態のうちの１つの状態で機能し、
前記スイッチング回路は、前記複数の電極のうちの各電極を接続するように構成されており、その結果、前記各電極は、前記各電極が接地されている第４の状態で機能することができ、
前記複数の電極は、極微針で構成されており、
各電極は、少なくとも１つのスパイクを具備しており、
前記予め定められた付勢方式は、選択された組織の深さにおける前記生体の組織を漸進的に走査するために、連続的に、前記複数の電極のうちの２つの電極を同時に付勢することをさらに含み、一方の電極を前記第１のアクチブ状態にし、他方の電極を前記第２のアクチブ状態にし、前記２つの電極は、間に配置された少なくとも１つの電極を有し、
前記２つの電極の間に配置される電極の数を選択することにより、前記組織の深さを調節することができる、プローブ。
【請求項２】
前記スイッチング回路は、前記予め定められた付勢方式にしたがって任意の電極対を付勢するように構成されており、
前記予め定められた付勢方式は、連続的なやり方で、２つの電極を付勢し、一方の電極を前記第１のアクチブ状態にし、他方の電極を前記第２のアクチブ状態にし、残りの電極を浮遊状態にし、異なる組織の深さにおける前記生体の組織を漸進的に走査することを含んでいる請求項１記載のプローブ。
【請求項３】
前記複数の電極は、
細長い長方形の形状を有し、
前記プローブにおいて並列に並んで配置されている請求項１記載のプローブ。
【請求項４】
前記スイッチング回路は、付勢されていない電極のうちの少なくとも１つの電極の接続を遮断し、前記電極を前記浮遊状態にするか又は前記電極を前記第４の状態で接地するように構成されている請求項１記載のプローブ。
【請求項５】
生体の組織の電気インピーダンスを測定する測定装置であって、
前記測定装置は、
前記生体の皮膚と直接に接触して配置されるように構成されている複数の電極を有するプローブと、
前記複数の電極のうちの任意の２つの電極に電圧を与えるか又は電流を流し、派生電流を測定するか又は派生電圧を測定し、インピーダンス信号を決定するように構成されているインピーダンス測定回路と、
を具備しており、
前記測定装置は、
前記複数の電極のうちから選択された２つの電極を前記インピーダンス測定回路に接続し、前記インピーダンス測定回路から残りの電極の接続を遮断することにより、前記選択された２つの電極から成る電極対を選択的に付勢するスイッチング回路と、
ここで、前記電圧又は電流は前記２つの電極で与えられ、前記派生電流又は派生電圧は前記２つの電極間で測定される、
予め定められた付勢方式にしたがって任意の電極対を付勢するために前記スイッチング回路を制御するように構成されている制御装置と、
をさらに具備しており、
前記予め定められた付勢方式は、少なくとも第１の組織の深さから一連のインピーダンス信号を得るために、前記少なくとも第１の組織の深さにおいて前記生体の組織を漸進的に走査するように、連続的なやり方で、前記複数の電極のうちの隣接する電極を付勢することを含み、
前記スイッチング回路は、前記複数の電極のうちの各電極を接続するように構成されており、
その結果、前記各電極は、
前記生体の前記組織に電流を流すか又は電圧を与えるために、前記各電極が前記インピーダンス測定回路に接続されている第１のアクチブ状態と、
前記組織から前記派生電流又は前記派生電圧を測定するために、前記各電極が前記インピーダンス測定回路に接続されている第２のアクチブ状態と、
前記各電極が前記インピーダンス測定回路から接続が遮断されている浮遊状態と、
を含む少なくとも３つの状態のうちの１つの状態で機能し、
前記スイッチング回路は、各電極を接続するように構成されており、その結果、前記各電極は、前記各電極が接地されている第４の状態で機能することができ、
前記複数の電極は、極微針で構成されており、
各電極は、少なくとも１つのスパイクを具備しており、
前記予め定められた付勢方式は、選択された組織の深さにおける前記生体の組織を漸進的に走査するために、連続的に、前記複数の電極のうちの２つの電極を同時に付勢することをさらに含み、一方の電極を前記第１のアクチブ状態にし、他方の電極を前記第２のアクチブ状態にし、前記２つの電極は、間に配置された少なくとも１つの電極を有し、
前記２つの電極の間に配置される電極の数を選択することにより、前記組織の深さを調節することができる、測定装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記予め定められた付勢方式にしたがって任意の電極対を付勢するために前記スイッチング回路を制御するように構成されており、
前記予め定められた付勢方式は、連続的なやり方で、２つの電極を付勢し、一方の電極を前記第１のアクチブ状態にし、他方の電極を前記第２のアクチブ状態にし、残りの電極を浮遊状態にし、異なる組織の深さにおける前記生体の組織を漸進的に走査することを含んでいる請求項５記載の測定装置。
【請求項７】
前記制御装置は、少なくとも１つの付勢されていない電極の接続を遮断し、前記少なくとも１つの付勢されていない電極を前記浮遊状態にするか又は前記少なくとも１つの付勢されていない電極を前記第４の状態で接地するために、前記スイッチング回路を制御するように構成されている請求項５記載の測定装置。
【請求項８】
生体の皮膚の病的状態を診断する医療システムであって、
前記医療システムは、前記生体の組織の電気インピーダンスを測定するプローブを具備しており、
前記プローブは、前記生体の前記皮膚と直接に接触して配置されるように構成された複数の電極を備えており、
前記医療システムは、
前記プローブに電圧を与えるか又は電流を流し、派生電流を測定するか又は派生電圧を測定し、インピーダンス信号を決定するように構成されているインピーダンス測定回路と、
前記複数の電極のうちから選択された２つの電極を前記インピーダンス測定回路に接続し、前記インピーダンス測定回路から残りの電極の接続を遮断することにより、前記選択された２つの電極から成る電極対を選択的に付勢するスイッチング回路と、
ここで、前記電圧又は電流は前記２つの電極で与えられ、前記派生電流又は派生電圧は前記２つの電極間で測定される、
予め定められた付勢方式にしたがって任意の電極対を付勢するために前記スイッチング回路を制御するように構成されている制御装置と、
ここで、前記予め定められた付勢方式は、少なくとも第１の組織の深さから一連のインピーダンス信号を得るために、前記少なくとも第１の組織の深さにおいて前記生体の組織を漸進的に走査するように、連続的なやり方で、前記複数の電極のうちの隣接する電極を付勢することを含む、
前記一連のインピーダンス信号を得て、前記一連のインピーダンス信号と基準値とに基づいて前記組織の病的状態の診断を出力するように構成されている診断装置と、
を具備しており、
前記制御装置は、前記複数の電極のうちの各電極を接続するために前記スイッチング回路を制御するように構成されており、
その結果、前記各電極は、
前記生体の前記組織に電流を流すか又は電圧を与えるために、前記各電極が前記インピーダンス測定回路に接続されている第１のアクチブ状態と、
前記組織から前記派生電流又は前記派生電圧を測定するために、前記各電極が前記インピーダンス測定回路に接続されている第２のアクチブ状態と、
前記各電極が前記インピーダンス測定回路から接続が遮断されている浮遊状態と、
を含む少なくとも３つの状態のうちの１つの状態で機能し、
前記スイッチング回路は、各電極を接続するように構成されており、その結果、前記各電極は、前記各電極が接地されている第４の状態で機能することができ、
前記複数の電極は、極微針で構成されており、
各電極は、少なくとも１つのスパイクを具備しており、
前記予め定められた付勢方式は、選択された組織の深さにおける前記生体の組織を漸進的に走査するために、連続的に、前記複数の電極のうちの２つの電極を同時に付勢することをさらに含み、一方の電極を前記第１のアクチブ状態にし、他方の電極を前記第２のアクチブ状態にし、前記２つの電極は、間に配置された少なくとも１つの電極を有し、
前記２つの電極の間に配置される電極の数を選択することにより、前記組織の深さを調節することができる、医療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的状態の診断の分野、および生体組織のインピーダンスを非侵襲的に測定し、組織の生物学的状態、例えば悪性黒色腫または基底細胞癌のような皮膚癌の存在の診断において測定されたインピーダンスを使用するためのプローブ、医療機器及び方法に関する。特に本発明は深さと横方向の拡がりの両者に関して改良されたディメンション分解能を有するインピーダンスデータを与え、それによってこのような悪性黒色腫のような病的な皮膚状態の早期の検出が可能になる。
【背景技術】
【０００２】
電気インピーダンスは、異なる反応により生じる刺激による変化を含めた、有機物及び生物材料、特に臓器の粘膜、皮膚、外皮のような組織の微細な変化の非常に高感度の指標である。それ故、例えば病気からの異なる状態、特徴または刺激によるこのような変化の発生を立証することができるように、異なる種類の有機物及び生物物質中の変化及び変更を測定するための便利な方法を発見するための努力が多くなされている。このような病気は鱗状細胞癌（ＳＣＣ）、悪性黒色腫、基底細胞癌（ＢＣＣ）を含んでおり、これは最も共通の皮膚癌である。その発生は世界中の多くの国で増加している。紫外線光またはイオン化放射に対する露出、例えば同種臓器移植に伴う長期間の免疫抑制は、ＢＣＣとその他の腫瘍を進行させる危険性を増加している。遺伝的関連は明白ではないと考えられ、多くの患者では、他の前処置要素は発見されていない。伝統的に、悪性黒色腫のような皮膚腫瘍は皮膚生検と組み合わせて皮膚科医による視診により診断されている。しかしながら、皮膚腫瘍の臨床的診断は特に色素性病変の場合、経験のある皮膚科医でさえも困難であることを知っている。診療所では、したがって組織学的検査のための皮膚生検と組み合わせた皮膚科医による定着された視診方法に加えて診断補助が必要とされている。
【０００３】
このことを考慮して、インピーダンス測定に基づいた皮膚の腫瘍の診断のための診断器機を開発するために多くの仕事が行われている。WO92/06634では、有機物と生物材料の電気インピーダンスを非侵襲的に測定するための装置が提示されている。この装置は複数の同心リング電極を有するプローブを含んでいる。電極は検査を受ける実際の組織を規定する電流路が検査を受ける組織部分の表面方向に加圧されるように制御装置から駆動される。制御信号を変化することにより、検査を受ける領域を選択することが可能である。貫通の深さを変化するための制御電極の能力は電極の形状、寸法、距離により限定され、貫通の深さを決定する主要因子は電極間の距離である。
【０００４】
WO 01/52731は生体の身体内で生成される生体電位を感知するための医療電極を開示している。電極は皮膚を貫通するように構成された複数の極微針を具備している。極微針は角質層に達して少なくとも角質層に挿通するのに十分な長さであり、それらの表面において導電性でありアレイを形成するため相互に接続される。EP 1 437 091では、有機物及び生物材料のインピーダンス測定を使用する生物学的状態の診断が開示されている。この装置は複数の電極を含むプローブを有し、ここで各電極にはそれぞれが少なくとも角質層を貫通するのに十分な長さを有する複数の極微針が設けられている。EP 1 437 091による極微針は「蛇状」でもあり、即ちこれらは一定又は漸進的に減少する直径を有する実質的に円形の断面と実質的に球形または針状の先端を有する先端部とを有するステムを有している。
【０００５】
しかしながら、臨床経験は特に初期段階の病巣は非常に小さく、時には１ｍｍ以下までの大きさの悪性黒色腫部分を含むことを示している。さらに従来技術の方法及び装置を使用して病的組織のこのような小さい悪性黒色腫部分を識別することは、これらの従来技術の方法により得られたインピーダンススペクトルにおいて、組織の深さと組織の横方向のディメンション（即ち皮膚の表面と平行な組織の表面における）との両者に関して分解能が限定されるかまたは粗いために非常に難しいかほぼ不可能であることが示されている。悪性黒色腫部が依然として小さい時には適切な治療が開始されることができるため患者の予後診断が非常に改良されるので、病的状態、例えば悪性黒色腫を早期の段階で検出することが重要である。したがって早期の段階の状態で悪性黒色腫のような病的な皮膚状態がこの限定されたまたは粗いディメンション分解能により観察されることができない従来技術の方法を使用するのは明らかに危険がある。
【０００６】
このことを考慮すると、早期の段階で悪性黒色腫のような病的状態を検出することを可能にするために、深さと横方向のディメンションとの両者において得られたインピーダンススペクトルの改良されたディメンション分解能を与える装置及び方法の技術の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、高度の正確性と信頼性を有する人体の皮膚のインピーダンスを測定するための改良されたプローブ、装置、方法を提示することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、深さと横方向のディメンションとの両者において、人体の皮膚のインピーダンスを改良されたディメンション分解能で測定するための改良されたプローブ、装置及び方法を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、深さと横方向のディメンションとの両者において、選択された組織層をディメンション的に走査する改良されたプローブ、装置及び方法を提供することである。
【００１０】
本発明のこれら及び他の目的は独立請求項で請求されている装置及び方法により実現される。さらに別の実施形態は従属請求項で規定されている。
【００１１】
用語「深さのディメンション」は最も外部の皮膚層から組織への方向で延在するディメンションを指している。さらに用語「横方向のディメンション」は最も外部の皮膚層と実質的に平行する方向で延在するが深さの方向での異なる組織層でのディメンションを指している。したがって、用語「空間分解能」は深さの方向と横方向の分解能を指している。
【００１２】
本発明の第１の特徴によれば、複数の電極を具備する主体の組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブが与えられ、このプローブは主体の皮膚と直接接触して配置されるように構成され、電圧を与えインピーダンス信号を決定するために結果的な電流を測定するように構成され、インピーダンス測定回路に接続可能である電極を具備している。プローブはさらに少なくとも電極のうちの２つをインピーダンス測定回路に接続し、インピーダンス回路から残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢するためのスイッチング回路を具備しており、ここで電圧が少なくとも２つの電極で与えられ、結果的な電流は少なくとも２つの電極間で測定される。スイッチング回路は予め定められた付勢方式にしたがって電極対を付勢するようにスイッチング回路に命令する制御信号を受信するように構成され、予め定められた付勢方式は組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように第１の組織の深さにおいて主体の組織を漸進的に走査する連続方法により隣接する電極を付勢する。
【００１３】
本発明の第２の特徴によれば、主体の組織の電気インピーダンスを測定するための測定装置が提供され、この装置は、主体の皮膚と直接接触して配置されるように構成される複数の電極を有するプローブと、電極のうちの２つに電圧を与えてインピーダンス信号を決定するために結果的な電流を測定するように構成されているインピーダンス測定回路とを具備している。測定装置はさらに電極のうちの少なくとも２つをインピーダンス測定回路に接続し、インピーダンス回路から残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢するためのスイッチング回路を具備しており、ここで電圧が少なくとも２つの電極で与えられ、結果的な電流は少なくとも２つの電極間で測定され、さらに測定装置は予め定められた付勢方式にしたがって電極を付勢するようにスイッチング回路を制御するように構成されている制御装置を具備し、予め定められた付勢方式は組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように第１の組織の深さにおいて主体の組織を漸進的に走査する連続方法により隣接する電極を付勢する。
【００１４】
本発明の第３の特徴によれば、主体の皮膚の病的状態を診断するための医療システムが提供され、この医療システムは、主体の組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブを具備し、プローブには主体の皮膚と直接接触して配置されるように構成される複数の電極が設けられている。システムはさらに、電極のうちの２つで電圧を与えインピーダンス信号を決定するために結果的な電流を測定するように構成されているインピーダンス測定回路と、電極のうちの少なくとも２つをインピーダンス測定回路に接続し、インピーダンス回路から残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢するためのスイッチング回路を具備しており、ここで電圧が少なくとも２つの電極に与えられ、結果的な電流は少なくとも２つの電極間で測定され、さらにシステムは予め定められた付勢方式にしたがって電極を付勢するようにスイッチング回路を制御するように構成されている制御装置を具備し、予め定められた付勢方式は組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように第１の組織の深さにおいて主体の組織を漸進的に走査する連続方法により隣接する電極を付勢することを含んでおり、さらにシステムはインピーダンス信号のシーケンスを得て、測定されたインピーダンス信号と基準値に基づいて組織の病的状態の診断を転送するように構成されている診断装置を具備している。
【００１５】
本発明の第４の特徴によれば、主体の皮膚の電気インピーダンスを測定するためのプローブを使用して主体の皮膚の病的状態を診断するための方法が提供される。プローブには主体の皮膚と直接接触して配置されるように構成される複数の電極が設けられている。方法は、電極のうちの２つに電圧を与え、インピーダンス信号を決定するために結果的な電流を測定し、電極のうちの少なくとも２つをインピーダンス測定回路に接続し、インピーダンス回路から残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢し、ここで電圧は少なくとも２つの電極に与えられ、結果的な電流は少なくとも２つの電極間で測定され、予め定められた付勢方式にしたがって電極の付勢を制御することにより組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように第１の組織の深さにおいて主体の組織を漸進的に走査し、予め定められた付勢方式は連続方法により隣接する電極を付勢することを含んでおり、測定されたインピーダンス信号と基準値に基づいて組織の病的状態の診断を転送するステップを含んでいる。
【００１６】
したがって本発明は少なくとも十分に高いディメンション分解能で皮膚の最上部の層においてインピーダンスを測定する重要性の見識に基づいており、即ち各測定は例えば悪性黒色腫、鱗状細胞癌、基底細胞癌の病的状態のような皮膚における小さな異常を早期段階で検出することを可能にするため、評価を受ける組織の小区画からインピーダンスデータを得さえすればよい。電極の隣接する電極対を連続的に付勢することにより、電極の縦方向に沿って電極と接触している組織の小区画を通って移動し、最上部の皮膚層を通して連続的に動かされる電流路を実現することが可能である。したがって皮膚の最上部の層の高いディメンション分解能による走査が実現されることができる。さらに本発明はより深い組織層における組織の対応する走査を行うことを可能にすることができる。これは間にある１以上の中間電極を有する電極対を連続的に付勢、あるいは接続することにより実現されることができる。したがって、本発明は従来技術と比較して改良されたディメンション分解能により組織の２次元、即ち深さのディメンションと横方向のディメンションにおける走査を行う。
【００１７】
本発明の１実施形態によれば、各電極が測定電流を主体の組織へ注入するためインピーダンス測定回路に接続されている第１のアクチブ状態と、電極が組織からの結果的な電流を測定するためにインピーダンス測定回路に接続されている第２のアクチブ状態と、電極がインピーダンス測定回路から遮断される浮遊状態とを含む少なくとも３つの状態のうちの１つに置かれることができる。さらに各電極は電極が接地される第４の状態に置かれることができる。電極対を第１および／または第２の状態に置き、残りの電極を第３又は第４の状態に置くことによって、可能な表面電流は非常に減少または除去されることができる。このことは、アクチブ電極、即ち測定に関係している電極間に１以上の中間電極が存在するならば、さらに深い組織層における測定がこのような測定構造で表面電流の危険性がより高いので、特に有効である。
【００１８】
別の実施形態によれば、予め定められた付勢方式は第１の状態及び第２の状態で２つの電極を付勢し、異なる組織の深さで主体の組織を漸進的に走査するため連続的な方法で残りの電極を浮動状態にしておくことを含んでいる。したがって、異なる組織の深さを効率的に走査し、異なる組織の深さにおける複数の異なる隣接区分についてのインピーダンスデータを得ることが可能である。換言すると、選択された組織の深さにおける組織層は漸進的に走査されることができ、組織の深さは付勢された電極対間の複数の中間電極を選択することにより決定されることができる。
【００１９】
本発明の実施形態によれば、与えられた電流は１０Ｈｚと１０ＭＨｚとの間の周波数を有することができる。例えば測定は各電極構造でこの周波数帯域の複数の周波数を使用して行われる。（例えば約１００ｋＨｚを超える）高い周波数では、電流路は（例えば約５００Ｈｚよりも低い）低い周波数と比較して、所定の電極構造について組織、即ち測定で使用されている電極間のディメンションへより深く到達する。
【００２０】
１実施形態によれば、プローブには細長い長方形の形状を有し並列した行でプローブに配置されている電極が設けられている。しかしながら、多数の代わりの設計が存在する。例えば電極は同心円としてまたは方形として構成されることができる。電極は極微針で構成されることができ、ここで各電極は少なくとも１つのスパイクを具備している。スパイクは相互に横方向に隔てられ、少なくとも角質層を貫通するのに十分な長さを有する。別の実施形態では、電極は非侵襲性であり、各電極は主体の組織に対向して位置されるように構成された実質的に平坦な面を有する。極微針が設けられている電極と非侵襲性の電極を組み合わせることも可能である。
【００２１】
当業者が認識するように、本発明による方法のステップはその好ましい実施形態と同様に、コンピュータプログラムとしてまたはコンピュータの読取り可能な媒体として実現するのに好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の目的及び利点を例示的な実施形態により以下説明する。  
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の１実施形態によるプローブの概略断面図である。
【図２】本発明の１実施形態による切換えられた電極の概略図である。
【図３】図１及び２によるプローブを含む測定装置の１実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の例示的な実施形態を添付図面を参照して以下説明する。  
以下は本発明による例示的な実施形態の説明である。この説明は限定の意味として取られるのではなく、単に本発明の一般原理を説明する目的で行われる。極微侵襲性および非侵襲性を含む特別なタイプのプローブが説明されているが、本発明は侵襲性プローブのような他のタイプにも応用可能である。
【００２５】
したがって、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して例示目的で説明し、同じ符合は図面を通して同じ素子を示している。本発明は以下説明されているような特性の組合せを有する他の例示的な実施形態を含むことを理解すべきである。さらに、本発明の他の例示的な実施形態は特許請求の範囲によって規定されている。
【００２６】
最初に図１を参照すると、プローブとプローブの機能の一般説明が与えられている。スイッチプローブの好ましい実施形態では、５つの超方形電極バー１、２、３、４、５のセットがプローブ中に配置されている。電極は皮膚と直接接触して配置されるように構成されている。特に５個の電極を含み、５個の電極においては隣接する電極が約５ｍｍの距離を分離され約５ｍｍの長さを有している図１に示されている実施形態は、横方向のディメンションおよび深さのディメンションの両者の空間分解能に関して悪性黒色腫のような病的状態を検出するための実際的で有用な構造であるように示されている。約２５ｍｍ２の皮膚面積はしたがってプローブによりカバーされ、約１００ｋＨｚを超える高い周波数で、到達される最も深い組織層は約２．５ｍｍであり、これは臨界的な関連深さであることが証明されている。さらに大きな皮膚面積をカバーするためプローブは隣接する皮膚位置へ動かされることができる。しかしながら当業者が認識するように、プローブが５つの電極より増減した、例えば３または７つの電極を含んでもよい。さらに他の電極寸法と隣接する電極間の他の間隔、例えば約４ｍｍの幅と約８ｍｍの長さを有する電極も可能である。
【００２７】
図１に示されているこの好ましい実施形態では、電極バーは５×５ｍｍの皮膚面積をカバーするように構成されている。皮膚インピーダンスはＡＣ電圧を２つの電極上に与え、結果的な電流を測定することにより測定される、このことは以下さらに詳細に説明する。隣接する電極対を選択することにより、皮膚の最上層は４つのステップで走査されることができ、さらに間隔を隔てられている対、即ち１以上の中間電極を有する電極対を選択することにより、結果的な電流路はさらに深い皮膚層における測定を可能にする。これは図１に示されており、ここでは複数の電流路が概略的に示されている。隣接する電極の対、即ち電極１と２または２と３等を漸進的に付勢することによって、４つのインピーダンス測定は結果的な電流路10a、10b、10c、10dを測定することにより皮膚の最上層Ａで行われることができ、最上組織層の走査はしたがって実現される。さらに間に１つの中間電極を有する電極対、即ち電極１と３、２と４等を漸進的に付勢することによって、３つのインピーダンス測定が結果的な電流路11a、11b、11cを測定することにより皮膚の低い層Ｂで行われることができる。さらに、間に２つの中間電極を有する電極対、即ち電極１と４、２と５を漸進的に付勢することによって、２つのインピーダンス測定が結果的な電流路12aと12bcを測定することにより皮膚のさらに低い層Ｃで行われることができる。最後に、測定が外側電極１と５を付勢し、結果的な電流路13aを測定することにより第４の深さＤで行われることができる。したがって組織の二次元走査、即ち例えば電流路10a、11a、12a、13aにより示されている深さのディメンションにおける走査と、例えば電流路10a、10b、10c、10dにより示されている各層での横方向のディメンションにおける走査を得ることが可能である。
【００２８】
本発明によるプローブのこの実証の実施形態では、電極対を選択する１０の可能な方法が存在する。特に（特に隣接する電極間の間隔と与えられた電流の周波数とにより決定される）小さい連続的な区画における最上位の皮膚層を測定する可能性は、これが皮膚と組織の小さい異常を検出することを可能にするので重要である。
【００２９】
プローブの各電極は以下の４つの異なる状態で設定されることができる。  
−注入：電極は測定電流を組織に注入するように設定される。それぞれの電極１−５はそれぞれのスイッチS1a−S1dを閉じることによりＶｅｘｃに接続される（図２参照）。  
−測定：組織からの結果的な電流は電極を介して測定される。それぞれの電極１−５はそれぞれのスイッチS2a−S2dを閉じることによりＩｍｅａｓに接続される（図２参照）。  
−接地：測定が他の電極を使用して行われるとき、電極は表面電流の漏洩を防止するために接地される。それぞれの電極１−５はそれぞれのスイッチS3a−S3eを閉じることによりＧＮＤに接続される。  
−浮動：電極は接続を遮断される。それぞれの電極１−５は全てのそれぞれのスイッチS1a−S1d、S2a−S2d、S3a−S3Eを開くことによりＶｅｘｃ、Ｉｍｅａｓ、ＧＮＤに接続される。
【００３０】
図２を参照すると、切換えられた電極の原理が説明されている。図２に示されている実施形態は５つの電極と１３個のスイッチを含んでいるが、当業者が認識するようにこれは単なる１例である。例えば本発明によるプローブは６、７または９個の電極（これは限定的な例である）を含むことができ、これは勿論さらに多数のスイッチを必要とする。図２を参照すると、測定期間中、１つのみのＳ１スイッチとＳ２スイッチはそれぞれ閉じられる。例えばスイッチS1bとS2bを閉じることにより、電極２と３はＶｅｘｃとＩｍｅａｓにそれぞれ接続されているので、電極バー２と３との間の測定が可能である。この測定構造は最上位層についてのインピーダンスデータを与える。図１を参照すると、この測定形態を使用して結果的な電流路は10bである。他方で、スイッチS1dとS2aが閉じられるならば、電極５と１はそれぞれＶｅｘｃとＩｍｅａｓに接続されるので、電極１と５との間の測定が可能になる。この測定形態は図１を参照して、約２．５ｍｍの比較的深い組織の層からインピーダンスデータを提供し、結果的な電流路は13aである。潜在的な表面電流を除去するために、残りの電極２、３、４はスイッチS3d、S3c、S3bを閉じることにより接地ＧＮＤへ接続されることができる。測定のために付勢された電極１と５を有する測定形態は図１と２を参照して説明される実施形態を使用して到達することが可能な最も深い組織層からインピーダンスデータを集めることを可能にする。組織においてさらに深く到達することに関心があるならば、例えば７個の電極を有する１実施形態またはそれぞれの電極間で増加された距離または間隔を有する１実施形態が使用されることができる。前述したように、例えば１００ｋＨｚを超えるさらに高い周波数を使用することも深さのディメンションにおいてさらに低い組織層での測定を含む。好ましい実施形態では、低いオン状態の抵抗を有するアナログスイッチの集積回路が使用されるが、例えば電子機械リレーまたは機械的リレーのような他の可能な代替が存在する。
【００３１】
図３を参照して、図１および２を参照して説明されているように電極とスイッチング装置を含むプローブを使用して主体の組織の電気インピーダンスを測定するための本発明による測定装置の１実施形態について説明する。測定装置20はプローブ21、例えば図１と２を参照して前述したようなプローブを含んでいる。プローブ21は５個の電極バー23A−23Bと識別チップ24が設けられている電極部22を具備しており、この識別チップ24は使い捨ての電極部22の再制御に使用されることができる。スイッチング回路25はインターフェース（図示せず）を介して電極部22に取外し可能に接続されている。さらにスイッチング回路25は予め定められた付勢手順にしたがって異なる組織の深さからインピーダンスデータを得るためユーザが患者について測定手順を開始することを可能にする付勢ボタンを含んでいる。プローブ21は電極23A−23Eの２つにおいて電圧を与えおよびインピーダンス信号を決定するために電極23A−23Eを介して結果的な電流を測定するように適合されたインピーダンス測定回路28を含んでいる本体27に接続されることができる。インピーダンス測定回路28は約１０Ｈｚと約１０ＭＨｚとの間の少なくとも２つの周波数を有する電流を供給するように構成されている。さらに本体27は予め定められた付勢手順または方式にしたがって電極23A−23Eを付勢するようにスイッチング回路25を制御するように構成された制御装置29も含んでいる。予め定められた付勢方式は特に第１の組織の深さにおいて主体の組織を漸進的に走査するため連続方法で隣接する電極を付勢することを含んでおり、その走査される組織の深さは付勢される電極対間の間隔に大きく依存し、それによって組織の深さからインピーダンス信号のマトリックスを得る。システム環境30では、本体は診断装置32に接続されることができる。別の実施形態では、診断装置32は本体27中に一体化されることができる。本体27と診断装置32は例えば得られたインピーダンスデータ及び例えば同じ患者で行われた基準測定からの基準データを記憶するための記憶装置（図示せず）を含むことができる。本体27または診断装置32はまた処理回路34を含むことができ、この実施形態では診断装置32に含まれており、さらに低い小区画に対するインピーダンスデータの線形又は非線形の投射を行うことによって重要ではない変数を除去することにより複数の変数を減少するように、得られたインピーダンスデータを処理するように構成されている。本発明の好ましい実施形態では、主成分分析（ＰＣＡ）が使用される。別の方法は並列ファクタ分析（ＰＡＲＡＦＡＣ）を使用することである。さらに例えば線形判別分析（ＬＤＡ）または階級分析のソフトな独立モデル化（ＳＩＭＣＡ）により決定される分類規則が診断を改良するために使用されることができる。これは同じ出願人による同時継続特許出願“Method for diagnosis of skin cancer”で詳細に説明されている。さらに、例えば文献（“Skin cancer as seen by electrical impedance”、P. Aberg、Department of Laboratory Medicine、Karolinska Institute、ストックホルム、スウェーデン、２００４年）も参照されたい。
【００３２】
さらに、診断装置32および／または本体27は診断から診断結果を表示するための表示手段を含むこともできる。診断装置32は、図１および２を参照して前述したようにプローブに関連して異なる組織の深さおよび異なる位置と、異なる周波数において得られたインピーダンスデータを含めた、得られ処理されたインピーダンススペクトルを基準データと比較して、皮膚の病的状態、例えば基底細胞癌、扁平上皮癌、または悪性黒色腫瘍の診断を得る。
【００３３】
測定は例えばEmtestam I、Nicander,I、Stenstrom M、Ollmar, Sの“Electrical impedance of nodular basal cell carcinoma: a pilot study”、Dermatology 1998、197：313−316頁と、Kapoor Sの“Bioelectric impedance techniques for clinical detection of skin cancer using simple electrical impedance indices”、Skin Res Technol 2003; 9:257−261頁と、Beetner DG、Kapoor S，Manjunath S、Zhou X、Stoecker WVの“Differentation among basal cell carcinoma, benign lesions, and normal skin using electric impedance”、IEEE Trans Biomed Eng 2003; 50:1020−1025頁に記載されている方法により（疑いのある）病的な皮膚サイトと、正常な（侵されていない）皮膚を有する基準サイトで行われる。しかしながら、これらの参考文献に記載されている測定は通常のプローブおよびインピーダンス分光計の早期のバージョンを使用して得られたことに注意すべきである。
【００３４】
本発明の１実施形態によれば、各電極には極微針が設けられており、それによって極微針のある表面を形成する。前述したように、好ましい実施形態ではプローブは５個の長方形の区域又はバーを含んでいる。この構造では各バーは例えば５７個（１９×３）の極微針のアレイを含んでいる。各バーは約１ｍｍ幅で５ｍｍの長さである。隣接バー間の距離は約０．２−０．５ｍｍである。プローブの活性部分はしたがって約５×５ｍｍである。各極微針はそのベースから測定して約１００マイクロメートルの長さと、少なくとも２０マイクロメートルの厚さを有する。電極バーと極微針はモールドプロセスでプラスティック材料から作られることができる。材料は本質的に導電性に作られるか、または金のような導電層で被覆される。別の実施形態では、電極バーと極微針はシリコンから作られ、少なくとも２マイクロメートルの厚さを有する金で被覆される。しかしながら類似の寸法を有する導電表面を有する他の材料も動作できるが、生体適合性であるように選択されるべきである。例えば同じ出願人による特許出願EP 1959828号、EP 1600104号、EP 1437091号明細書では、このような極微針を有する異なるプローブの概念が示されている。
【００３５】
別の実施形態では、電極バーは非侵襲性であり実質的に平坦である。例えば同じ出願人による米国特許第5,353,802号明細書では、非侵襲性電極を含むプローブの概念が説明されている。
【００３６】
本発明の例示的な実施形態を示し説明したが、ここで説明されているように本発明に対する複数の変化、変更又は代替が行われることができることが当業者に明白であろう。したがって、本発明及び添付図面の前述の説明は限定のない例として考えられ、保護範囲は特許請求の範囲により規定されている。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]主体の皮膚と直接接触して配置されるように構成され、電圧を与え結果的な電流を測定しまたは電流を注入し、さらにインピーダンス信号を決定するために結果的な電圧を測定するように構成されているインピーダンス測定回路に接続可能である複数の電極を具備する主体の組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブにおいて、
少なくとも電極のうちの２つを前記インピーダンス測定回路に接続し、前記インピーダンス回路から前記残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢するためのスイッチング回路を具備しており、前記電圧は前記２つの電極で与えられ、前記結果的な電流は前記少なくとも２つの電極間で測定され、
前記スイッチング回路は予め定められた付勢方式にしたがって電極対を付勢するように前記スイッチング回路に命令する制御信号を受信するように構成され、前記予め定められた付勢方式においては前記少なくとも第１の組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように少なくとも第１の組織の深さにおいて前記主体の組織を漸進的に走査するように連続方法で隣接する電極が付勢されるプローブ。
[２]前記スイッチング回路は前記電極が電流を主体の組織へ注入するためまたは電圧を前記主体の組織に与えるためにインピーダンス測定回路に接続される第１のアクチブ状態と、前記電極が前記組織からの前記結果的な電流または前記結果的な電圧を測定するため前記インピーダンス測定回路に接続される第２のアクチブ状態と、前記電極が前記インピーダンス測定回路から遮断される浮遊状態とを含む少なくとも３つの状態のうちの１つで前記電極が機能するように各電極を接続する前記[１]記載のプローブ。
[３]前記スイッチング回路は予め定められた付勢方式にしたがって電極を付勢するように構成され、前記予め定められた方式は前記第１の状態と前記第２の状態で２つの電極を付勢し、異なる組織の深さで前記主体の組織を漸進的に走査するために連続方法で前記残りの電極を浮動状態にしておくことを含んでいる前記[２]記載のプローブ。
[４]前記電極は細長い長方形の形状を有し並列の行で前記プローブに配置されている前記[１]又は[２]記載のプローブ。
[５]前記予め定められた付勢方式においては前記第１及び第２の状態で２つの電極を付勢し、前記電極は間に配置された少なくとも１つの電極を有し、選択された組織の深さで前記主体の組織を漸進的に走査するために間に配置された前記少なくとも１つの電極を有する電極対を連続的に付勢し、前記組織の深さは前記付勢された電極対間の中間電極の数を選択することにより調節されることができる前記[１]乃至[４]のいずれか１つに記載のプローブ。
[６]前記スイッチング回路は前記電極が接地されている第４の状態で機能できるように各電極を接続している前記[１]乃至[５]のいずれか１つに記載のプローブ。
[７]前記スイッチング回路は、付勢されない電極のうちの少なくとも１つの接続を遮断し、前記電極を前記浮動状態にするかまたは前記電極を前記第４の状態で接地するように構成されている前記[６]記載のプローブ。
[８]各電極は少なくとも１つのスパイクを具備し、前記スパイクは相互に横方向に隔てられ、少なくとも角質層を貫通するのに十分な長さを有している前記[１]乃至[７]のいずれか１つに記載のプローブ。
[９]各電極は前記主体の組織に対して位置されるように構成された実質的に平坦な面を有する前記[１]乃至[７]のいずれか１つに記載のプローブ。
[１０]前記電極は約１０Ｈｚと１０ＭＨｚとの間の周波数を有する電流を前記組織へ通すように構成されている前記[１]乃至[９]のいずれか１つに記載のプローブ。
[１１]主体の組織の電気インピーダンスを測定するための測定装置であって、前記主体の皮膚と直接接触して配置されるように構成されている複数の電極を有するプローブと、前記電極のうちの２つで電圧を与えるか電流を注入して結果的な電流または結果的な電圧を測定してインピーダンス信号を決定するように構成されているインピーダンス測定回路とを具備している測定装置において、前記測定装置はさらに、
少なくとも電極のうちの２つを前記インピーダンス測定回路に接続し、前記インピーダンス回路から前記残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢するスイッチング回路を具備しており、ここで前記電圧は前記２つの電極で与えられ、前記結果的な電流は前記少なくとも２つの電極間で測定され、測定装置はさらに、
予め定められた付勢方式にしたがって電極を付勢するように前記スイッチング回路を制御するように構成されている制御装置を具備し、前記予め定められた付勢方式においては少なくとも第１の組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように前記第１の組織の深さにおいて前記主体の組織を漸進的に走査するように連続方法により隣接する電極を付勢する測定装置。
[１２]前記制御回路は、前記電極が測定電流を前記主体の組織へ注入するためまたは電圧を前記主体の組織に与えるために前記インピーダンス測定回路に接続されている第１のアクチブ状態と、前記電極が前記組織からの前記結果的な電流または前記結果的な電圧を測定するために前記インピーダンス測定回路に接続される第２のアクチブ状態と、前記電極が前記インピーダンス測定回路から接続を遮断される浮遊状態とを含む少なくとも３つの状態のうちの１つにおいて前記電極が機能するように各電極を接続している前記[１１]記載の測定装置。
[１３]前記制御装置は予め定められた付勢方式にしたがって電極を付勢するように構成され、前記予め定められた方式は前記第１の状態と前記第２の状態で２つの電極を付勢し、異なる組織の深さで前記主体の組織を漸進的に走査するために連続方法で前記残りの電極を前記浮動状態にしておくことを含んでいる前記[１２]記載の測定装置。
[１４]前記電極は細長い長方形の形状を有し並列の行で前記プローブに配置されている前記[１１]乃至[１３]のいずれか１つに記載の測定装置。
[１５]前記予め定められた付勢方式においては前記第１及び第２の状態で２つの電極を付勢し、前記電極は間に配置されている少なくとも１つの電極を有し、選択された組織の深さで前記主体の組織を漸進的に走査するために間に配置された前記少なくとも１つの電極を有する電極対を連続的に付勢し、前記組織の深さは前記付勢された電極対間の中間電極の数を選択することにより調節されることができる前記[１１]乃至[１４]のいずれか１つに記載の測定装置。
[１６]前記制御回路は、各電極を接続するように前記スイッチング回路を制御するように構成され、それによって前記電極は前記電極が接地されている第４の状態で機能できる前記[１１]乃至[１５]のいずれか１つに記載の測定装置。
[１７]前記制御回路は、前記付勢されない電極のうちの少なくとも１つの接続を遮断し、前記電極を前記浮動状態にするかまたは前記電極を前記第４の状態で接地するように前記スイッチング回路を制御するように構成されている前記[１６]記載の測定装置。
[１８]各電極は少なくとも１つのスパイクを具備し、前記スパイクは相互に横方向に隔てられ、少なくとも角質層を貫通するのに十分な長さを有している前記[１１]乃至[１７]のいずれか１つに記載の測定装置。
[１９]各電極は前記主体の前記組織に対して位置されるように構成された実質的に平坦な面を有する前記[１１]乃至[１８]のいずれか１つに記載の測定装置。
[２０]前記制御装置は約１０Ｈｚと１０ＭＨｚとの間の周波数を有する電極に接続された電流を通すために前記インピーダンス測定装置を制御するように構成されている前記[１１]乃至[１９]のいずれか１つに記載の測定装置。
[２１]主体の皮膚の病的状態を診断するための医療システムにおいて、前記医療システムは、前記主体の組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブを具備し、前記プローブには前記主体の前記皮膚と直接接触して配置されるように構成される複数の電極が設けられており、
前記電極のうちの２つで電圧を与えるか電流を注入してインピーダンス信号を決定するために結果的な電流または結果的な電圧を測定するように構成されているインピーダンス測定回路と、
少なくとも電極のうちの２つを前記インピーダンス測定回路に接続し、前記インピーダンス回路から前記残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢するスイッチング回路とを具備しており、ここで前記電圧は前記２つの電極で与えられ、前記結果的な電流は前記少なくとも２つの電極間で測定され、
さらに、予め定められた付勢方式にしたがって電極を付勢するように前記スイッチング回路を制御するように構成されている制御装置を具備し、前記予め定められた付勢方式においては少なくとも第１の組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように前記少なくとも第１の組織の深さにおいて前記主体の組織を漸進的に走査する連続方法により隣接する電極を付勢し、
さらにインピーダンス信号の前記シーケンスを得て、前記測定されたインピーダンス信号と基準値に基づいて前記組織の病的状態の診断を出力するように構成されている診断装置を具備している医療システム。
[２２]前記システムは前記[２]乃至[１０]のいずれか１つに記載のプローブまたは前記[１１]乃至[２０]のいずれか１つに記載の測定装置を含んでいる前記[２１]記載の医療システム。
[２３]主体の組織の電気インピーダンスを測定するためのプローブを使用して主体の皮膚の病的状態を診断する方法において、
前記プローブには前記主体の前記皮膚と直接接触して配置されるように構成された複数の電極が設けられており、
前記電極のうちの２つで電圧を与えるか電流を注入し、
インピーダンス信号を決定するために結果的な電流又は結果的な電圧を測定し、
少なくとも電極のうちの２つを前記インピーダンス測定回路に接続し、前記インピーダンス回路から前記残りの電極の接続を遮断することにより電極対を選択的に付勢し、ここで前記電圧は前記２つの電極で与えられ、前記結果的な電流は前記少なくとも２つの電極間で測定され、
予め定められた付勢方式にしたがって電極の付勢を制御することにより少なくとも第１の組織の深さからインピーダンス信号のシーケンスを得るように前記少なくとも第１の組織の深さにおいて前記主体の組織を漸進的に走査し、前記予め定められた付勢方式には連続方法による隣接する電極の付勢が含まれており、
前記測定されたインピーダンス信号と基準値に基づいて前記組織の病的状態の診断結果を出力するステップを含んでいる方法。
[２４]さらに、前記電極が電流を前記主体の組織へ注入するためまたは電圧を前記主体の組織に与えるためにインピーダンス測定回路に接続される第１のアクチブ状態と、前記電極が前記組織からの前記結果的な電流及び前記結果的な電圧を測定するため前記インピーダンス測定回路に接続される第２のアクチブ状態と、前記電極が前記インピーダンス測定回路から接続を遮断される浮遊状態とを含む少なくとも３つの状態のうちの１つにおいて前記電極が機能するように、各電極を接続する処理を含んでいる前記[２３]記載の方法。
[２５]さらに、予め定められた付勢方式にしたがって電極を付勢し、前記予め定められた方式は前記第１の状態と前記第２の状態で２つの電極を付勢し、異なる組織の深さで前記主体の組織を漸進的に走査するために連続方法で前記残りの電極を浮動状態にしておく処理を含んでいる前記[２４]記載の方法。
[２６]前記電極は細長い長方形の形状を有し、並列の行で前記プローブに配置されている前記[２３]又は[２５]のいずれか１つに記載の方法。
[２７]前記予め定められた付勢方式においては前記第１及び第２の状態で２つの電極を付勢し、前記電極は間に配置された少なくとも１つの電極を有し、選択された組織の深さでプローブの表面に実質的に対応する前記主体の組織を漸進的に走査するために間に配置された前記少なくとも１つの電極を有する電極対を連続的に付勢し、前記組織の深さは前記付勢された電極対間の中間電極の数を選択することにより調節されることができる前記[２３]乃至[２６]のいずれか１つに記載の方法。
[２８]さらに、各電極は、それによって前記電極は前記電極が接地されている第４の状態で機能できるように接続される前記[２４]乃至[２７]のいずれか１つに記載の方法。
[２９]さらに、付勢されない電極のうちの少なくとも１つの接続を遮断し、前記電極を前記浮動状態にするかまたは前記電極を前記第４の状態で接地することを含んでいる前記[２８]記載の方法。
[３０]各電極は少なくとも１つのスパイクを具備し、前記スパイクは相互に横方向に隔てられ、少なくとも角質層を貫通するのに十分な長さを有している前記[２３]乃至[２９]のいずれか１つに記載の方法。
[３１]各電極は前記主体の組織に対して位置されるように構成された実質的に平坦な面を有する前記[２３]乃至[２９]のいずれか１つに記載の方法。
[３２]さらに、約１０Ｈｚと１０ＭＨｚとの間の周波数を有する電流を接続された電極を通して流すように構成されている前記[２３]乃至[３１]のいずれか１つに記載のプローブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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