(57)【要約】  本発明は、関節の状態を光学的に検出する装置、システム及び方法に関する。本発明は、少なくとも１つの関節を含む被検体の身体部位に光を照射し、少なくとも１つの関節において及び身体部位の少なくとも１つの他の部分において、光の減衰を局所的に検出する光学的測定ユニット４、５と、少なくとも１つの関節を含む被検体の身体部位をサーモグラフィによりイメージングするサーモグラフィ測定ユニット３と、光学的測定ユニット４、５及びサーモグラフィ測定ユニット３の一方によって取得されたデータが、光学的測定ユニット４、５及びサーモグラフィ測定ユニット３の他方によって取得されたデータを較正するために使用されるように、装置を制御する制御ユニット９と、を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節の状態を光学的に検出する装置であって、
少なくとも１つの関節を含む被検体の身体部位に光を照射し、前記少なくとも１つの関節において及び前記身体部位の少なくとも１つの他の部分において、前記光の減衰を局所的に検出する光学的測定ユニットと、
前記少なくとも１つの関節を含む前記被検体の身体部位をサーモグラフィによりイメージングするサーモグラフィ測定ユニットと、
前記光学的測定ユニット及び前記サーモグラフィ測定ユニットの一方によって取得されたデータが、前記光学的測定ユニット及び前記サーモグラフィ測定ユニットの他方によって取得されたデータを較正するために使用されるように、前記装置を制御する制御ユニットと、
を有する装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記光学的測定ユニットによって取得されたデータに基づいて、前記サーモグラフィ測定ユニットによって取得されたデータを較正する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
関節の状態を光学的に検出するシステムであって、
請求項１又は２に記載の装置と、
前記少なくとも１つの関節を含む前記被検体の身体部位の温度を変調させる熱変調器と、
を有するシステム。
【請求項４】
前記熱変調器は、血流素子ユニット、送風器、ラジエータ及び蒸発媒体を含むグループから選択される少なくとも１つのエレメントを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の装置又は請求項３又は４に記載のシステムであって、前記装置又はシステムが医用装置又は医用システムである、装置又はシステム。
【請求項６】
少なくとも１つの関節を含む被検体の身体部位を光学的にイメージングするステップであって、前記光学的イメージングが、前記少なくとも１つの関節を含む前記被検体の身体部位に光を照射するステップと、前記少なくとも１つの関節の位置において及び前記身体部位の少なくとも１つの他の部分の位置において、前記身体部位による前記光の局所的減衰を検出するステップと、を含むステップと、
前記身体部位をサーモグラフィによりイメージングするステップと、
前記被検体の身体部位を光学的にイメージングする前記ステップ及び前記身体部位をサーモグラフィによりイメージングする前記ステップの一方において取得されたデータを、前記被検体の身体部位を光学的にイメージングする前記ステップ及び前記身体部位をサーモグラフィによりイメージングする前記ステップの他方において取得されたデータを使用して、較正するステップと、
を含む、検出方法。
【請求項７】
前記較正するステップにおいて、前記被検体の身体部位を光学的にイメージングする前記ステップにおいて取得されたデータが、前記身体部位をサーモグラフィによりイメージングする前記ステップにおいて取得されたデータを使用して、較正される、請求項６に記載の検出方法。
【請求項８】
前記身体部位の温度を変調させるステップを更に含む、請求項６又は７に記載の検出方法。
【請求項９】
前記身体部位の温度を変調させる前記ステップは、前記身体部位への血流を妨げること、前記身体部位に沿って気体を吹きつけること、前記身体部位に熱放射を照射すること、及び前記身体部位の表面から媒体を蒸発させること、を含むグループから選択される少なくとも１つのプロシージャを使用して行われる、請求項８に記載の検出方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの関節について及び前記身体部位の少なくとも１つの他の部分について実質的に同時に取得される、明確な局所的減衰測定のデータ及びサーモグラフィにより取得されるデータが、互いに比較される、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の検出方法。
【請求項１１】
前記身体部位の前記少なくとも１つの他の部分が別の関節である、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節の状態の光学的検出方法及び光学的検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願のコンテクストにおいて、光という語は、特に４００ｎｍ乃至１４００ｎｍのレンジの波長をもつ非電離性電磁放射線を意味することが理解されるべきである。身体部位という語は、人間又は動物身体の一部を意味する。阻止という語は、完全な阻止及びかなりの程度の阻止の両方をカバーする。
【０００３】
概して、本発明は、関節の状態の光学的検出に関し、特に関節リウマチ（ＲＡ）のような関節疾患の光学的検出に関する。このような関節疾患の治療は、段階づけられている。通常、患者は、まず、鎮痛剤を投与される。これらのあとに、多くの場合、非ステロイド系抗炎症剤（ＮＳＡＩＤ）及び疾患修飾性抗リウマチ剤（ＤＭＡＲＤ）が続く。多くのケースにおいて、薬剤による治療の最後の段階は、生物学的治療の使用である。特に、最後のカテゴリは高価であり、治療は、１患者につき１年に何万ドルもかかりうる。加えて、治療の後半の段階において使用される薬剤は、しばしば、より重度の副作用を引き起こす。このような関節疾患に関して、医療専門家は、炎症を起こした関節の数及び深刻さによって与えられる疾患活動性を、治療の変更の決定のよりどころとする。
【０００４】
関節リウマチが、進行性疾患であり、治療の早期の診断及び開始が、治療の悪影響及び高い費用を後に延ばすことを助けることができるので、関節の状態に関する満足な情報を提供するとともに、実際の関節の状態に関して医療専門家が結論を出すことを助ける方法及び装置の要求がある。
【０００５】
患者に投与される非標的蛍光染料を使用する時間依存の測定において、病変関節の灌流動態が正常な健康関節と比較して異なることが分かっている。しかしながら、リウマチ専門医の臨床診療において、造影剤の投与は、ほとんどの場合実際的でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
代替として、関節の状態に関する情報を提供するために関節をイメージングするための拡散光トモグラフィ（Diffuse Optical Tomography、DOT）を使用することが提案されている。リサーチプロジェクトにおいて、身体部位への静脈血流が、一時的に圧力カフによって妨げられ、単一の関節が、ＤＯＴによってイメージングされる。このような研究において、関節リウマチ（ＲＡ）の存在と相関する光学パラメータが存在することが分かった。
【０００７】
例えば、炎症が灌流の変化によって認識可能であることが知られている。血液成分、特に酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンは、人間又は動物身体の他の構成成分と比較して、独特の（明確に区別できる）光学的特性を有し、従って、原則として光学的に検出されることができる。
【０００８】
関節の状態を検出する装置及び方法は、欧州特許出願第０８１５６９１７．０号明細書に記述されている。この明細書には、例えば、患者の腕及び手の血流の（部分的な）閉塞の前、最中及び後に、患者の手の関節及び他の部分のスペクトル透過の変化を解析することによって、関節の炎症を測定することを記述している。光学的検出方法は、特に人間の手指又は人間の足指の関節のような比較的小さい関節を調べるのに適している。例えば肘、肩、臀部、膝又は足首のような比較的大きい関節をイメージングする場合、このような関節を通る光透過は、関節の大きさが増加するとともに一層困難になる。肘、膝及び足首のような比較的大きい関節の疾患活動性を確立するためにサーモグラフィ方法を使用することが試みられている（例えば、R. Salisbury他, "Heat Distribution over Normal and Abnormal Joints-Thermal Pattern and Quantification", Annals of the Rheumatic Diseases 42(5), 494-499 (1983); L. Jiang他, "A Perspective on Medical Infrared Imaging", Journal of Medical Engineering & Technology 29(6), 257-267 (2005); B. Sanchez他, "Use of a Portable Thermal Imaging Unit As a Rapid, Quantitative Method of Evaluating Inflammation and Experimental Arthritis", Journal of Pharmacological and Toxicological Methods 57(3), 169-175 (2008)を参照されたい）。しかしながら、これらの方法は、これまで広くは採用されてこなかった。この１つの理由は、これらの方法が、ドラフトフリー（通風無し）であって、少なくとも１５分間で１℃の範囲内で熱的に安定している部屋に患者がいることを必要とすることである。
【０００９】
本発明の目的は、関節の状態を検出する装置及び方法であって、比較的小さい関節及び比較的大きい関節の両方から改善されたデータを取得することを可能にする方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１に記載の装置によって解決される。本発明は、一方の測定ユニットによって取得されたデータが、他方の測定ユニットによって取得されたデータを較正するためのベースラインとして使用されることができるという認識に基づく。例えば、光学的測定ユニットからのデータは、サーモグラフィ測定ユニットからのデータによって改善されることができる。このようにして、例えば、比較的小さい関節からの減衰データの取得が、サーモグラフィ測定ユニットによって取得されたデータから利益を得る。手首は、その状態が光学的方法及びサーモグラフィ方法の両方によって評価されうる中程度の大きさの関節であることに注意すべきである。
【００１１】
本発明による装置の一実施形態は、制御ユニットが、光学的測定ユニットによって取得されたデータに基づいて、サーモグラフィ測定ユニットによって取得されたデータを較正するように構成される点において特徴付けられる。この実施形態は、それが、光学的測定ユニットを使用して比較的小さい関節に関するデータを取得するとともに、熱安定性に関する上述の制約なしに、サーモグラフィ測定ユニットを使用して比較的大きい関節に関するデータを取得することを可能にするという利点をもつ。比較的小さい関節から光学的データ及びサーモグラフィデータを取得することによって、サーモグラフィ測定ユニットからのデータが較正されることができ、それにより、その環境とまだ熱平衡にない比較的大きい関節のそれ以降のサーモグラフィ測定を可能にする。
【００１２】
本発明の目的は更に、請求項３に記載の関節の状態を光学的に検出するシステムによって実現される。上述の実施形態の任意のものによる装置に加えて熱変調器を有することは、それが、被検体の身体部位の温度を変調させることを可能にするという利点をもつ。これは、温度変化に対する身体部位の応答を調べることを可能にし、前記変化は、病変組織及び健康組織について潜在的に異なる。その上、熱変調を適用することは更に、熱安定化のニーズを低減する。検査下の身体部位の絶対温度は、疾患活動性の目安ではないが、適用される熱変調に対するその熱応答は目安となる。
【００１３】
本発明によるシステムの一実施形態は、熱変調器が、血流阻止ユニット、送風器、ラジエータ、蒸発媒体を含むグループから選択される少なくとも１つのエレメントを含む点において、特徴付けられる。この実施形態は、血流阻止ユニット（例えば圧力カフ）、送風器（例えば熱気及び／又は冷気を吹きつけるファン）、ラジエータ（例えば赤外線放熱器）、及び蒸発媒体（例えば、検査される被検体の身体部位の皮膚上のエタノール等の流体）が、被検体の身体部位を熱的に変調させる容易な手段を提供するという利点をもつ。概して、熱変調を被検体の身体部位に適用する任意の方法又は装置が使用されることができる。
【００１４】
本発明の目的は更に、請求項６に記載の検出方法によって実現される。方法は、上述した利点を達成する。
【００１５】
本発明による方法の一実施形態は、較正ステップにおいて、被検体の身体部位を光学的にイメージングするステップにおいて取得されたデータが、身体部位をサーモグラフィによってイメージングするステップにおいて取得されたデータを使用して較正される点において、特徴付けられる。この実施形態は、それが、光学的測定ユニットを使用して比較的小さい関節に関するデータを取得するとともに、熱安定性に関する上述した制約なしに、サーモグラフィ測定ユニットを使用して比較的大きい関節に関するデータを取得することを可能にするという利点をもつ。この利点は、本発明による装置の一実施形態に関して既に上述されている。
【００１６】
本発明による方法の他の実施形態は、少なくとも１つの関節について及び身体部位の少なくとも１つの他の部分について実質的に同時に取得される、明確な局所的減衰測定のデータ及びサーモグラフィにより取得されるデータが、互いに比較される点において、特徴付けられる。この実施形態は、少なくとも１つの関節の状態を判断するための有益な情報が、当該関節について取得されたデータを、身体部位の少なくとも１つの他の部分から実質的に同時に取得されたデータと比較することによって、得られうるという利点をもつ。実質的に同時に取得されたデータを比較することは、少なくとも１つの関節及び少なくとも１つの他の部分に同時に影響を及ぼす変化が相殺され、少なくとも１つの関節と少なくとも１つの他の部分との間の非時間依存の差に関する情報のみを残すという利点をもつ。
【００１７】
本発明による方法の他の実施形態は、身体部位の少なくとも１つの他の部分が別の関節である点において、特徴付けられる。この実施形態は、血流の変化に対するそれぞれ異なる関節の応答が比較されることができ、いくつかの関節の状態の差に関する情報が提供されるという利点をもつ。好適な実施形態において、被検体の両手のすべての関節が同時に測定される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による装置の一実施形態を概略的に示す図。
【図２】本発明による装置において使用される光学的測定ユニットを概略的に示す図。
【図３】本発明によるシステムの実施形態を概略的に示す図。
【図４】本発明による方法の一実施形態を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明による装置の一実施形態を概略的に示す。図において、人間身体６が、身体として概略的に示されており、手が、検査されるべき身体部位を形成する。しかしながら、本発明は、人間身体に制限されず、例えば動物身体が、検査を受けることができることに注意すべきである。更に、身体部位は、手に制限されず、例えば腕、脚、足部等の少なくとも１つの関節を含む別の身体部位によって形成されることもできる。
【００２０】
図示される実施形態において、関節の状態を光学的に検出する装置は、サーモグラフィ測定ユニット３、光学的測定ユニット４、５、血流阻止ユニット８及び制御ユニット９を有する。制御ユニット９は、装置及びデータ取得の動作を制御するために提供される。光学的測定ユニット４、５は、検査下の身体部位の一部に光を照射し、身体部位のそれぞれ異なる位置における光の局所的減衰を測定するために提供される。例えば、図示される実施形態において、光学的測定ユニット４、５は、以下に更に詳しく記述される測定ヘッドによって形成される。血流阻止ユニット８は、検査下の身体部位への及び／又はそこからの血流を一時的に阻止するために提供される。実施形態において、血流阻止ユニット８は、検査下の手が属する腕を囲み、上腕に圧力を印加することによって血流を妨げる圧力カフによって提供される。血流阻止ユニット８は、手以外の身体部分への及び／又はそこからの血流を少なくとも部分的に且つ一時的に阻止することを可能にするために、さまざまに適応されることができることに注意すべきである。サーモグラフィ測定ユニット３は、検査下の身体部位から、サーモグラフィデータを取得するために使用される。本発明による装置の一実施形態により、光学的測定ユニット４、５によって取得されるデータは、サーモグラフィ測定ユニット３によって取得されるデータを較正するために使用され、それにより、厳しい熱安定性の要求なしに、例えば手首、肘、肩、臀部、膝及び足首のような比較的大きい関節のその後のサーモグラフィ測定を可能にする。従来技術では、例えば、サーモグラフィ測定は、１５分間に１℃以内の熱安定性を必要とする。サーモグラフィ測定ユニット３は、ＩｎＧａＡｓカメラのような従来技術において良く知られている方法又は検査下の身体部位のサーマル画像を提供するための任意の他の方法を適用する。好適には、サーモグラフィ測定ユニット３及び被検体は、サーモグラフィ測定ユニット３がその視野内にすべての重要な比較的大きい関節を有するように、互いに対して位置付けられる。このようにして、被検体のそれぞれ異なる関節から別個のサーモグラフィ画像を取得し、又は複数のサーモグラフィ測定ユニットを有することは必要でない。
【００２１】
実施形態による光学的測定ユニット４、５の構造は、図２を参照して一層詳しく記述される。
【００２２】
図２に概略的に示される光学的測定ユニット４、５は、透過ジオメトリにおける減衰測定のために適応される。光学的測定ユニット４、５は、身体部位を照射するための光ビームを放出する光源ユニット２１を有する。光源ユニット２１は、少なくとも１つの光源、及び身体部位に光ビームを向けるための適当な光ガイドを有する。光源は、ランプによって、又は１又は複数のレーザによって、形成されることができ、光ガイドは、例えば光ファイバによって形成されることができる。光源ユニット２１は、好適には赤外乃至近赤外光である少なくとも２つの異なる波長の光を放出することが可能であるように適応され、１つの波長は、血液が高い吸収をもつように選択され、別の波長は、血液の吸収が低く又は周囲組織に匹敵するように選択される。適切な波長は、例えば６００ｎｍ及び８０５ｎｍであるが、これらの基準を満たす他の波長も、同様に可能である。５５０乃至９８０ｎｍの波長レンジにある波長が特に適している。更に、例えばレンズによって形成されることができる光学素子２２が、身体部位に光を向けるために提供される。光学素子２２は、後述するように身体部位の特定の関心領域（又は幾つかの特定の関心領域；すなわち特定の位置）に光（照射光２５）を集中させることが可能である。第２の光学素子２３は、特定の関心領域（又は複数の関心領域）から出てくる光を収集し、収集された光２６を検出素子２４に向けるために提供される。検出素子２４は、例えばフォトダイオード、ＣＣＤ、フォトダイオードに接続されるファイバのような光ファイバ、又は当技術分野において知られている別の光検出スキームによって、形成されることができる。
【００２３】
光学的測定ユニット４、５は、身体部位の少なくとも２つの異なる部分について明確な局所的減衰測定が実施されることができるように、適応される。
【００２４】
制御ユニット９は、それが血流阻止ユニット８によって身体部位への及び／又はそこからの血流を少なくとも部分的に阻止することを制御するように、適応される。更に、制御ユニット９は、血流が阻止される前に局所的な減衰測定が実施され、血流の阻止の間に（同じ位置において）局所的な減衰測定が実施され、血流を回復させた後に（同じ位置において）局所的な減衰測定が実施されるように、光学的測定ユニット４、５を制御する。
【００２５】
図３は、本発明によるシステムの一実施形態を概略的に示す。図は、被検体６、光学的測定ユニット４、５及びサーモグラフィ測定ユニット３を示す。このセットアップは、読者が参照する図１に示されるものと本質的に同じである。本図において、被検体６は座位である。しかしながら、立位又は臥位のように他の位置にある被検体６について測定を実施することも可能である。光学的測定ユニット４、５の素子５は、検査下の身体部位を照射するための光源である。光学的測定ユニット４、５の素子４は、光源によって生成された光の、検査下の身体部位による減衰を局所的に検出する検出器である。図示されるシステムは、加えて、熱変調器１０を有する。本実施例において、熱変調器１０は、検査下の身体部位に沿って熱気及び／又は冷気を吹きつけるための送風器である。光学的測定ユニット４、５及びサーモグラフィ測定ユニット３は、熱変調器１０によって適用される熱変調に対する身体部位の応答を調べるために使用されることができる。この場合、調べられる応答は、熱変調に対する応答であり、身体部位の絶対温度ではなく、関心のある関節を含む身体部位の状態に関する情報を取得するために使用される。概して、熱変調器１０は、熱変調を提供するのに適した任意の装置又は製品でありうる。他の例は、血流素子ユニット（例えば圧力カフ）、ラジエータ（例えば赤外線放熱器）、及び蒸発媒体（例えばエタノール等の流体）である。明らかに、血流を阻止し、熱を照射し、身体部位の表面から媒体を蒸発させることは、身体部位の温度を変調させる。
【００２６】
図４は、本発明による方法の一実施形態を概略的に示す。ステップ４０において、少なくとも１つの関節を含む被検体の身体部位が、被検体の身体部位に光を照射し、少なくとも１つの関節の位置において及び身体部位の少なくとも１つの他の部分の位置において、身体部位による光の局所的減衰を検出することによって、光学的にイメージングされる。ステップ４５において、身体部位は、サーモグラフィによりイメージングされる。ステップ５０において、被検体の身体部位を光学的にイメージングするステップ及び前記身体部位をサーモグラフィによりイメージングするステップの一方において取得されたデータが、被検体の身体部位を光学的にイメージングするステップ及び前記身体部位をサーモグラフィによりイメージングするステップの他方において取得されたデータを使用して、較正される。
【００２７】
上述の実施形態は、本発明を制限するものではなく、説明するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替の実施形態を設計することが可能であることに注意すべきである。請求項において、括弧内に配置される任意の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきでない。「含む、有する」という語は、請求項に挙げられるもの以外の構成要素又はステップの存在を除外しない。構成要素に先行する「a」又は「an」という語は、このような構成要素の複数の存在を除外しない。いくつかの手段を列挙するシステムの請求項において、これらの手段の幾つかは、１つの同じコンピュータ可読ソフトウェア又はハードウェアアイテムによって具体化されることができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2012510843.tif 000008
2012510843.tif 000009