CN102076267B - 光计测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光计测装置。其是使用荧光体的近红外分光装置。不使光线和电子电路接触被检体地，用光观测被检体内的信息。使小型轻量的荧光体接触被检体，并在相离的位置上计测荧光强度。

Description

光计测装置
技术领域
本发明涉及一种对被检体照射光、非侵入地计测被检体的内部信息的装置。
背景技术
对被检体照射从紫外线到红外线的光并计测透过光量来了解被检体的特性的吸收分光，已被广泛应用。一般而言，进行吸收分光需要计测通过被检体内的距离和由于通过被检体内而衰减的光量。在被检体的吸收和散射很强而难以计测透过光的情况下，进行反射配置、即相对于被检体配置在与光源相同的一侧。在被检体的散射很强的情况下，通过使照射光的被检体表面的位置与检测光的被检体表面的位置不同，能够检测通过被检体内部的光，能够得到被检体内部的信息。
特别是，在被检体是生命体的情况下，散射很强，多使用反射配置的光学系统。人们周知使用吸收分光的手法非侵入地计测或观察生命体组织中的血液动态的技术，能够实现一种计测组织中的氧代谢状态、或计测脑血液动态来观察脑活动状态的装置，并在医学领域、产业领域应用。关于该装置，记载在例如：日本特开昭57-115232号公报(专利文献1)、日本特开昭63-260532号公报(专利文献2)、日本特开昭63-275323号公报(专利文献3)、日本特开平9-140715号公报(专利文献4)、日本特开2003-339677号公报(专利文献5)。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开昭57-115232号公报；
专利文献2：日本特开昭63-260532号公报；
专利文献3：日本特开昭63-275323号公报；
专利文献4：日本特开平9-140715号公报；
专利文献5：日本特开2003-339677号公报。
发明内容
在计测从与入射光的位置不同的位置出射的光强度的情况下，通常使用透镜和细孔来实施空间滤波。在被检体是生命体等散射体的情况下，在检测光是非相干的基础上，从本应的检测位置(以下称为检测位置)以外的地方出射的光的强度很大，难以用所述空间滤波器仅分离检测来自检测位置的光。所以，以往，通过使光纤或光检测器直接接触被检体表面的检查位置而进行空间滤波。例如，图1是其代表性的配置图。这里，11是照射用光纤，12是检查用光纤，13是被检体。这种情况下，存在有根据被检体表面的形状的不同不能很好的接触的情况这种问题，或有用来接触的光纤、电路等大部件限制被检体的运动、姿势的情况这样的问题。
本发明，提供一种具有即使在被检体具有强散射的情况下，也能不使光纤或光检测器直接接触被检体表面地将从检测位置出射的光强度与从其它位置出射的光分离而进行检测的机构的装置。
配置一个或者多个对被检体射入光的机构；在与被检体的所述入射位置相离的位置上配置一个或者多个用所述入射光波长的光激励的发光体；具有检测从发光体发出的光的一个或者多个机构。由于从发光体发出的光，与入射光波长不同，所以通过使用光学滤波器等的波长分离方法，能够分离入射光而计测其强度。发光强度与在检测位置处照射发光体的光强度成比例，所以通过计测发光强度，能够求解从入射位置入射、通过被检体内并从检测位置出射的光强度。
在多个检测位置上配置发光体，则可以进行被检体表面的光分布的测定。对于分离地观测各个检测位置而言，有以下的方法。使各发光体接触或接近光纤等光波导，而使来自其它发光体的发光不进入。使用成像系统，分离来自各发光体的发光，使用发光波长不同的发光体，用光学滤波器等的波长分离方法分离来自各发光体的发光。
这时，为了防止从检测位置以外出射的光或在表面被散射的光照射到发光体而由发光体发光，用遮蔽入射光波长的构件覆盖发光体的与被检体相接的面以外的面即可。其中，为了计测来自发光体的发光强度，遮蔽构件的至少一部分需要透过发光波长。
如果发光体与光检测器的位置关系变化，则检测效率依赖于光检测器相对于发光的辐射图案的观测角而改变，检测光强度将变化。如果将摄像管用作光检测器，则能够将发光体作为像而捕获到，所以能够根据像的大小和形状求解光检测器和发光体的位置关系。换言之，能够使用像的大小和形状校正或修正检测效率。根据像的形状计算所述位置关系的方法一般是公知的，在像是三角形的情况下能够对其容易且正确的进行。由此，预先将发光体的形状设置为三角形即可
对于入射光，通过使用光学系统，能够非接触地对被检体的入射位置照射光。为了明示入射位置，在被检体的目标入射位置配置标志即可。进而，通过使用跟踪机构，即使被检体发生变动也能对相同的入射位置照射光。这时，入射光强度根据光的入射角的不同而不同。在跟踪时计测与被检体的距离和角度等，所以预先校正这些参数与到被检体的入射光强度的关系，进行检测光强度的修正。
以下，在本说明书中，作为被检体而例举了生命体头部，并说明了光检测器和光源的位置相对于被检体位于相同一侧的配置、即反射配置的例子。但是，被检体同样适用于头部以外的生命体部分或生命体以外的方式，此外不依赖于光检测器和光源和被检体的位置，能够适用与任何配置。
应用本发明，仅将较小的标志和发光体配置在被检体上，就能计测被检体内部的光吸收信息，所以具有能够简便地进行对于被检体拘束性低的计测的效果。进而，具有在被检体是生命体的情况下能增加被检体的舒适性的效果。
附图说明
图1是说明现有的计测配置的图。
图2是示出计测结构例的图。
图3是示出荧光体单元(cell)的一例的图。
图4是示出一体型荧光体单元的一例的图。
图5是示出计测结构的另一例的图。
图6是示出三角形荧光体单元的一例的图。
图7是示出被检体安装部的一例的图。
图8示出了式1的内容。
附图标记说明
11：照射用光纤；12：受光用光纤；13：被检体；20：前额部头皮：21：半导体激光器；22：光检测器：23：荧光体单元；24：框体；25：臂；31：荧光体；32：金属单元；33：滤波器；41：一体型荧光体单元；51：束跟踪装置；52：标志；53：摄像管；61：三角形荧光体单元。
具体实施方式
<实施例1>
使用图2说明本发明的一个实施例。将波长830nm的半导体激光器21和光检测器22相隔距离30mm地固定在框体上。将荧光体单元23用糨糊固定在前额部头皮20上。半导体激光器21的输出光照射到与荧光体单元相隔30mm的额部头皮上的位置。虽然在图中进行了省略，但在光检测器22中，使用雪崩光电二极管作为光检测元件，在其受光面之前配置了InP结晶作为使荧光体23发出的荧光通过但照射光不通过的光学滤波器。进而，还具有用于高效地接收来自荧光体单元23的光的透镜光学系统。框体具有能够固定在头部或身体的一部分或者其它装置等上的臂25。
这里所用的荧光体是例如图8所示的式1的化合物，通过以波长0.8μm激励而发出波长1μm左右的荧光。激励光具有在生命体内的透过性上比较高的波长，所以从照射半导体激光器21的位置入射到头内，由于通过大脑皮质后返回的光而激励荧光体23。荧光强度与激励光强度成比例，所以，通过用光检测器计测荧光强度，能够观测大脑皮质中的吸收的变化。这里，简便起见，作为光源说明了一波长的情况，但是如通常所用地那样，通过使用两波长以上的光源，能够观测血液的量和血氧状态等。
这里所用的荧光体能够用波长0.8μm的近红外光进行激励，所以适于计测生命体内的血液动态。即使在其他情况下，只要是用为了得到被检体的吸收信息而使用的波长进行激励并发光的材料即可，除了荧光以外，还可以用磷光、拉曼散射光等。
图3是荧光体单元23的剖面图。荧光体粉末31分布在置入金属32之中的树脂中，用InP制的滤波器33盖着。对于滤波器33使用具有不通过激励光、即照射光而通过荧光的特性的滤波器。对于金属32，只要是不通过照射光的材质，还可以是树脂等。通过使滤波器33相反的面接触被检体而使用，能够防止由于通过被检体内部的光以外的杂散光而激励荧光体。
<实施例2>
图4中示出了实施例1中说明的荧光体单元的其它实施例。相对于图3将金属和盖用不同材料制作，本实施例是对InP制的滤波器43进行加工而一体成型的例子。具有与实施例1的荧光体单元相比能低成本化的效果。
<实施例3>
使用图5说明本发明的另一实施例。标志52和荧光体单元23固定于片材54，将片材54接触固定在前额部头皮20上。这里，标志52和荧光体23可以各自粘贴在被检体上，但是通过使用片54，能够简便地确定两者的距离。半导体激光器21的出射光由束跟踪装置51照射到标志52。标志52用对于照射光波长而言散射和吸收等少的材料制作。或者，也可以以环形形状(面包圈的形状)向中心孔部照射光。来自荧光体的荧光作为像在摄像管53中进行观测。
根据该结构，通过计测荧光体单元的大小和形状，能够计算其观测角、距离。荧光的检测效率根据观测角、距离的不同而不同，所以根据这些计算结果修正荧光强度。同样地，如果入射角、距离在照射侧也变化，则入射到被检体的光强度、入射位置变化，所以使用在跟踪时得到的观测角、距离来修正检测荧光强度。由此，不必严密地调整照射检测系统和被检体的位置关系，有计测变简单的效果。进而，也有即使被检体发生变动，只要修正荧光强度即可，所以也能够应用于难以固定的被检体这样的效果。框体24，与实施例1相同地由臂保持在头部附近而使用，但也可以是人以手拿而摄影的结构。
这里，说明利用观测角、距离修正荧光强度的方式。预先以一定的光强度来激励该荧光体单元而使其发光。使用该光检测器，改变观测荧光体单元的角度和到荧光体单元的距离，来测定要检测的荧光强度。进而，用照射光强度除要检测的荧光光强度，从而进行归一化，求解光检测效率。或者，也可以通过使用某一个角度和距离、例如使光检测器接触荧光体单元时的值进行除法来进行归一化。由此，关于光检测效率的相对值，能够得到以距离和角度为常数的表格。在实际的计测时，根据荧光体单元的大小与形状的图像，算出到荧光体单元的距离和角度的值，使用该值对上述表格进行插值，算出光检测效率并作为修正系数进行加法。
关于照射侧，也能用照射光源和到标志的距离和角度来修正。这里，将跟踪时求解的距离和角度用于修正，但是也可以使用呈三角形的标志根据图像求解。这时，摄像管也能够使用用于荧光计测的装置。对于摄像管，为了提高荧光的检测灵敏度，而设置通过荧光波长并截断照射光和背景光等的光学滤波器。这种情况下无法作为图像得到标志形状，所以优选为了形状观察而使用透过光学滤波器的光来暂时照明。或者，也可以与用于荧光计测的摄像管不同地，使用不具有光学滤波器的其它摄像管。
<实施例4>
图6示出了实施例4所用的荧光体单元的例子。通过使整体的形状为三角柱，使用三角形的边呈现的角度、斜率、长度，使到荧光体单元的距离、观测角度容易用软件处理。
<实施例5>
图7是将标志52和荧光体单元61配置为格子状的片54的例子。将其安装到被检体上。结构部件小且轻，所以能够设定为能沿着被检体形状粘贴的具有柔软性的部件。此外，也可以形成帽子或缠头巾等的形状，能容易地戴在头部或戴在手足上。
多个荧光体单元通过成像而进行分离。此外，如果针对每个荧光体单元先置入不同的荧光物质，则按照每个单元发生不同的波长的荧光，所以也可以使用光学滤波器通过荧光波长来进行分离。
使用近红外分光的脑功能计测装置，能够作为医疗、研究设备或者使用于教育效果的确认、家庭中的健康管理、商品监视器等的市场调查中。此外，能够使用于组织氧饱和度计测或肌肉的氧代谢计。进而，以果实的糖度计测为标志，也能用于一般的吸收分光装置。

Claims (7)

1.一种光计测装置，其特征在于，具有：
一个或多个光入射部件，对被检体入射波长为200nm到1500nm的光；
发光体，固定在与入射了所述光的所述被检体的表皮的入射位置相离的所述被检体的表皮上的位置上，以通过了所述被检体内部的光的波长被激励；以及
光检测部件，检测所述发光体的发光强度，计测所述被检体内部的光吸收信息。
2.根据权利要求1所述的光计测装置，其特征在于，
与配置上述发光体的位置对应地，该发光体由在上述被检体上分别配置的多个荧光体单元构成，针对每个荧光体单元发出波长不同的光。
3.根据权利要求1所述的光计测装置，其特征在于，
用遮蔽所述入射光波长的光的构件覆盖所述发光体的与所述被检体相接的面以外的面。
4.根据权利要求1所述的光计测装置，其特征在于，
所述发光体的形状为三角形。
5.根据权利要求1所述的光计测装置，其特征在于，
所述光检测部件为摄像器。
6.根据权利要求1所述的光计测装置，其特征在于，
在由所述光入射部件应照射光的入射位置上配置标志，并具有从与所述被检体相离的位置向所述标志照射所述光入射部件提供的光，即使所述被检体发生变动仍跟踪所述标志的机构。
7.根据权利要求1所述的光计测装置，其特征在于，
具有根据所述光检测部件或所述光入射部件、与所述被检体的位置关系来对光检测部件检测到的光的强度进行修正的机构。
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