CN104168812B - 光学测量装置以及光纤束的关联方法 - Google Patents

光学测量装置以及光纤束的关联方法 Download PDF

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Abstract

提供能够以简单的结构将光纤束的各光纤的位置相关联的光学测量装置以及光纤束的关联方法。光学测量装置(1)具备关联部，当对测量探头(3)的前端部(33)的端面投影了具有以照明光纤(341)为中心的强度梯度的光时，该关联部将由检测部(24)检测出的多个受光光纤(342)各自的信号强度与测量探头(3)的前端部(33)的端面中的照明光纤(341)至各受光光纤(342)的距离相关联。

Description

光学测量装置以及光纤束的关联方法
技术领域
本发明涉及光学测量装置以及光纤束的关联方法，该光学测量装置对生物体组织照射测量光，基于被生物体组织反射和/或散射的测量光的返回光的测量值来估计生物体组织的性质和状态。
背景技术
以往，已知从生物体组织等比较弱的散射介质向后方散射的散射返回光根据其照明光的空间的相干性(空间相干)而被观察为干涉增强光(参照非专利文献1)。利用了该现象的分光信息测量技术被称为LEBS(Low-coherence Enhanced Backscattering Spectroscopy：低相干增强反向散射光谱)，认真地研究了干涉图案相对于散射介质内的散射平均自由程(散射系数的倒数)的特性(参照非专利文献2)。该散射平均自由程与散射介质的内部构造变化具有相关性，该散射平均自由程用于检测如能在早期的癌中观察到那样的微小的组织构造变化。例如，已知能够利用散射返回光的干涉图案来辨别大肠癌(参照非专利文献3)。
在上述LEBS中，已知一种应用于通过被插入到内窥镜的测量探头在体内进行非侵入测量的技术(参照专利文献1)。在该技术中，为了获取干涉图案，从测量探头的照明光纤前端对生物体组织照射照明光，利用多个受光光纤测量与多个散射角度对应的位置处的散射光的强度分布，由此检测生物体组织的性质和状态。
另外，已知一种利用由光纤束构成的测量探头来检测生物体组织的性质和状态的技术，该光纤束是捆束多个光纤而得到的(参照专利文献2)。在该技术中，通过使光纤束的前端部和基端部各自的端面中的各光纤的配置相对应，来检测生物体组织的性质和状态。
专利文献1：美国专利申请公开第2009/0009759号说明书
专利文献2：美国专利第7652772号说明书
非专利文献1：YoungL.Kim，et.al，“Low-coherence enhanced backscattering；review of principles and applications for colon cancer screening”Journal of Biomedical Optics，11(4)，0411252006年
非专利文献2：V，Turzhitsky，et.al，“：Characterization of Light transport in Scattering Media at Subdiffusion Length Scales with Low-Coherence Enhanced Backscattering”IEEE journal of selected topics in quantum electronics，Vol.16，No.3，619(2010)
非专利文献3：HemantK.Roy，et.al，“Association between Rectal Optical Signatures and Colonic Neoplasia：Potential Applications for Screening”Cancer Research，69(10)，4476(2009)
发明内容
发明要解决的问题
然而，光纤是细径的，因此在使用光纤束的情况下存在以下问题：以使前端部和基端部各自的端面中的各光纤的配置相对应的方式进行制作要耗费大量的劳力。因此，期望一种能够以简单的结构使光纤束的前端部和基端部各自的端面中的各光纤的位置关系对应起来的技术。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够以简单的结构使光纤束的前端部和基端部各自的端面中的各光纤的位置相关联的光学测量装置以及光纤束的关联方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，实现目的，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，具备：光源部，其射出用于测量生物体组织的光；测量探头，其具有不规则地捆束多个光纤而得到的光纤束，并具有照明光纤和多个受光光纤，其中，该照明光纤将来自上述光源部的光作为照明光传播到前端来对上述生物体组织进行照射，该多个受光光纤接收由上述照明光纤照射并被上述生物体组织反射和/或散射的上述照明光的返回光并进行传播；检测部，其通过接收由上述多个受光光纤分别检测出的上述照明光的返回光并进行光电转换，来检测各个信号强度；以及关联部，其将在对上述测量探头的前端部的端面投影了具有以上述照明光纤为中心的强度梯度的光时由上述检测部检测出的上述各个信号强度与从上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至各受光光纤的距离进行关联。
另外，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，在上述发明中，上述关联部将在对上述测量探头的前端部的端面投影了具有以上述照明光纤为中心的对称的强度分布的空间分布的光时由上述检测部检测出的上述各个信号强度与上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至各受光光纤的距离进行关联。
另外，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，在上述发明中，上述关联部按由上述检测部检测出的上述各个信号强度中的信号强度从高到低的顺序，依次关联上述多个受光光纤中的在上述测量探头的前端部的端面离上述照明光纤的距离从近到远的上述受光光纤。
另外，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，在上述发明中，上述关联部基于由上述检测部检测出的上述各个信号强度，按上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至上述多个受光光纤的各个距离进行分组，并且将与每组对应的各个信号强度汇总为一个信号强度来进行关联。
另外，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，在上述发明中，还具备校正部，该校正部将当强度在空间上一致的光从上述测量探头的前端部入射到上述多个受光光纤的端面时由上述检测部检测出的上述各个信号强度平滑化。
另外，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，在上述发明中，上述光纤束在基端部的端面中的上述多个光纤的配置与在前端部的端面中的上述多个光纤的配置不同。
另外，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，在上述发明中，上述光纤束是光导件。
另外，本发明所涉及的光学测量装置的特征在于，在上述发明中，还具备光学构件，该光学构件被设置在上述测量探头的前端部，使上述照明光纤和上述多个受光光纤的前端与上述生物体组织之间的距离保持固定。
另外，本发明所涉及的光纤束的关联方法是由光学测量装置执行的光纤束的关联方法，该光学测量装置具备：光源部，其射出用于测量生物体组织的光；测量探头，其具有不规则地捆束多个光纤而得到的光纤束，并具有照明光纤和多个受光光纤，其中，该照明光纤将来自上述光源部的光作为照明光传播到前端来对上述生物体组织进行照射，该多个受光光纤接收由上述照明光纤照射并被上述生物体组织反射和/或散射的上述照明光的返回光并进行传播；以及检测部，其通过接收由上述多个受光光纤分别检测出的上述照明光的返回光并进行光电转换，来检测各个信号强度，该光纤束的关联方法的特征在于，包括关联步骤，在该关联步骤中，将在具有以上述照明光纤为中心的强度梯度的光被投影到上述测量探头的前端部的端面时由上述检测部检测出的上述各个信号强度与上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至各受光光纤的距离进行关联。
另外，本发明所涉及的光纤束的关联方法的特征在于，在上述发明中，还包括投影步骤，在该投影步骤中，对上述测量探头的前端部投影以上述照明光纤为中心的对称的强度分布的空间分布的光。
另外，本发明所涉及的光纤束的关联方法的特征在于，在上述发明中，在上述关联步骤中，按由上述检测部检测出的上述各个信号强度中的信号强度从高到低的顺序，依次关联上述多个受光光纤中的在上述测量探头的前端部的端面离上述照明光纤的距离从近到远的上述受光光纤。
另外，本发明所涉及的光纤束的关联方法的特征在于，在上述发明中，在上述关联步骤中，基于由上述检测部检测出的上述各个信号强度，按上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至上述多个受光光纤的各个距离进行分组，并且将与每组对应的各个信号强度汇总为一个信号强度来进行关联。
另外，本发明所涉及的光纤束的关联方法的特征在于，在上述发明中，还包括校正步骤，在该校正步骤中，将当强度在空间上一致的光从上述测量探头的前端部入射到上述多个受光光纤时由上述检测部检测出的上述各个信号强度平滑化。
发明的效果
根据本发明，当关联部对测量探头的前端部的端面投影了具有以照明光纤为中心的强度梯度的光时，使由检测部检测出的多个受光光纤的各个信号强度与测量探头的前端部的端面中的照明光纤至受光光纤的距离相关联，因此发挥以下效果：能够以简单的结构使光纤束的前端部和基端部各自的端面中的各光纤的位置相关联。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的结构的概要结构图。
图2是将本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的光纤束的主要部分放大后的示意图。
图3是表示由本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置执行的光纤束的关联处理的概要的流程图。
图4是使本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部产生强度梯度以测量探头的前端部的端面的照明光纤为中心对称地变化的空间分布时的示意图。
图5是使本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部产生强度梯度以测量探头的前端部的端面的照明光纤为中心对称地变化的空间分布时的示意图。
图6是示意性地表示对光散射构件照射照明光时的空间分布的图。
图7是表示对本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部投影了具有光强度以照明光纤为中心变化的空间分布的光的状态的图。
图8是表示在对本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部投影了具有光强度以照明光纤为中心变化的空间分布的光时、基端部中的各受光光纤的光强度的分布的图。
图9是表示本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的基端部中的各受光光纤的编号和各受光光纤的检测强度的位次的图。
图10表示按本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的检测强度从高到低的顺序排列受光光纤的编号而得到的表。
图11是表示本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部中的各受光光纤的强度位次的图。
图12是表示本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的照明光纤至各受光光纤的距离与由各受光光纤检测的检测强度之间的关系的图。
图13是示意性地表示对光散射构件照射照明光时的其它空间分布的图。
图14是示意性地表示其它空间分布的图。
图15是在本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部设置有光学构件时的概要结构图。
图16是表示将本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头中的光纤束的照明光纤和受光光纤六平面立方体细密状地配置的前端部的一例的图。
图17是表示将本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头中的光纤束的照明光纤和受光光纤同心圆状地配置的前端部的另一例的图。
图18是表示将本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头中的光纤束的照明光纤和受光光纤栅格状地配置的状态、且将照明光纤的位置配置在偏离光纤束的中心的位置的前端部的一例的图。
图19是表示将本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头中的光纤束的照明光纤和受光光纤随机地配置的前端部的一例的图。
图20是示意性地表示本发明的一个实施方式的变形例1所涉及的光学测量装置的概要结构图。
图21是示意性地表示本发明的一个实施方式的变形例2所涉及的光学测量装置的概要结构图。
图22是使本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部产生强度以测量探头的照明光纤为中心轴对称地变化的空间分布时的其它示意图。
图23是使本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的测量探头的前端部产生具有光强度以测量探头的照明光纤为中心变化的空间分布的光时的其它示意图。
图24是示意性地表示在图23所示的状况下进行投影的空间分布的图。
具体实施方式
下面，参照附图，作为本发明所涉及的光学测量装置以及光纤束的关联方法的优选实施方式，以使用了LEBS技术的光学测量装置为例详细地进行说明。另外，本发明并不限定于该实施方式。另外，在附图的记载中，对相同的部分附加相同的附图标记来进行说明。另外，需要注意的是，附图是示意性的，各构件的厚度与宽度的关系以及各构件的比例等与现实存在差异。另外，附图相互之间也包括彼此的尺寸、比例不同的部分。
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的光学测量装置的概要结构图。图1所示的光学测量装置1具备：主体部2，其对作为散射体的生物体组织等测量对象物S1进行光学测量来测量测量对象物S1的光学特性；以及测量探头3，其装卸自如地连接于主体部2，经由内窥镜的处理器具通道被插入到被检体内。
首先，对主体部2进行说明。主体部2具备电源21、光源部22、光学系统23、检测部24、输入部25、输出部26、记录部27以及控制部28。电源21对主体部2的各结构部提供电力。
光源部22将向测量对象物照射的具有至少一个光谱成分的光作为照明光射出到测量探头3。利用LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、氙气灯、钨丝灯以及卤素灯、激光之类的光源、包括多个透镜的光学系统、例如聚光透镜、准直透镜以及光源驱动器等来构成光源部22。光源部22在控制部28的控制下向测量探头3射出照明光。例如，光源部22在控制部28的控制下切换照明光的点亮、熄灭。光源部22利用光学系统(未图示)使由光源(未图示)发出的光会聚到后述的测量探头3的照明光纤，由此光源与测量探头3的光束耦合效率增大，照明光的光量增加，因此能够提高测量对象物S1的测量质量。
光学系统23将基端部31中的多个光纤的强度中继到检测部24内的光检测器。利用多个透镜、例如聚光透镜、准直透镜来构成光学系统23。
检测部24对经由光学系统23从测量探头3的前端照射并被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光进行检测，将该检测结果(信号强度)输出到控制部28。利用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合装置)或者CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补性氧化金属半导体)等二维光检测器等来构成检测部24。此外，在后述的测量探头3的受光光纤的数量少的情况下，也可以利用PD(Photo Diode：光检器)、APD(Avalanche PhotoDiode：雪崩光电二极管)以及PMT(Photo multiplier tube：光电倍增管)等多个感光性检测器来构成检测部24。
输入部25接收用于指示启动主体部2的指示信号或者用于指示其它各种动作的指示信号的输入并输出到控制部28。利用推式的开关、触摸面板、键盘、鼠标等输入设备来构成输入部25。
输出部26输出与光学测量装置1中的各种处理有关的信息、测量对象物的测量结果。利用液晶或者有机EL(Electro Luminescence：电致发光)等显示器以及扬声器等来构成输出部26。
记录部27记录用于使光学测量装置1进行动作的各种程序、在光学测量处理中使用的各种数据、各种参数。记录部27暂时记录光学测量装置1的处理中的信息。另外，记录部27记录测量对象物的测量结果。利用易失性存储器、非易失性存储器等来构成记录部27。此外，也可以利用能够从主体部2的外部安装的存储卡等来构成记录部27。
控制部28控制主体部2的各部的处理动作。控制部28通过对主体部2的各部传输指示信息、数据等来统一控制主体部2的动作。利用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等来构成控制部28。另外，控制部28具有运算部28a、校正部28b以及关联部28c。
运算部28a基于由检测部24检测出的检测结果来进行多个运算处理，运算与测量对象物的光学特性、性质和状态有关的特性值。例如按照由输入部25接收到的指示信号或者记录部27中记录的各种程序来设定该特性值的类别。
当强度在空间上一致的光从测量探头3的前端部33入射到多个受光光纤时，校正部28b将由检测部24检测出的多个受光光纤的各个信号强度平滑化来校正检测部24和测量探头3各自的灵敏度。
当对测量探头3的前端部33的端面33a投影了具有以照明光纤341为中心的强度梯度的光时，关联部28c将由检测部24检测出的后述的测量探头3的多个受光光纤的各个信号强度与测量探头3的前端部33的端面33a中的照明光纤341至各个受光光纤的距离相关联地记录到记录部27。具体地说，当对测量探头3的前端部33的端面33a投影了具有以照明光纤341为中心的对称的强度分布的空间分布的光时，关联部28c将由检测部检测出的上述各个信号强度、由检测部24检测出的后述的测量探头3的多个受光光纤的各个信号强度与测量探头3的前端部33的端面33a中的离照明光纤341的距离相关联地记录到记录部27。例如，关联部28c按由检测部24检测出的各个信号强度中的信号强度从高到低的顺序，将测量探头的多个受光光纤中的被配置在测量探头3的前端部的端面中的离照明光纤的距离从近到远的位置处的受光光纤依次进行关联并记录到记录部27。
接着，对测量探头3进行说明。图1所示的测量探头3具备：基端部31，其装卸自如地连接于主体部2；可挠部32，其具有可挠性；前端部33，其对测量对象物S1照射从光源部22提供的照明光，并且接收被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光；光纤束34，其将从基端部31入射的照明光传播到前端部33，并且将前端部33所接收到的被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光向检测部24传播；以及覆盖部35，其通过覆盖光纤束34来进行光纤束34的遮光、防止破损。
利用多个光纤构成光纤束34。具体地说，利用不规则地捆束多个光纤而得到的光导件、随机型光纤束、或者规则地捆束多个光纤而得到的传像束来构成光纤束34。更为优选的是，利用光导件或者随机型光纤束来构成光纤束34。在此，光导件是指光纤束34的基端部31的端面31a与光纤束34的前端部33的端面33a的各光纤的排列位置(空间排列)不同的构件。另外，光纤束34具有：照明光纤341，其对测量对象物S1照射从光源部22提供的照明光；以及多个受光光纤342，这些受光光纤342接收被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光。
在此，详细地说明测量探头3的光纤束34的结构。图2是将测量探头3的光纤束34的主要部分放大后的示意图。
如图2所示，光纤束34具有：照明光纤341，其传播从光源部22提供的照明光并从测量探头3的前端部33对测量对象物S1进行照射；以及多个受光光纤342，来自测量对象物S1的返回光以不同的位置入射到这些受光光纤342。例如，将以不同的位置入射来自测量对象物S1的返回光的第一受光光纤342a(第一受光通道)、第二受光光纤342b(第二受光通道)以及第三受光光纤342c(第三受光通道)与其它多个光纤342d不规则地捆束来构成光纤束34。
这样，关于光纤束34，在前端部33的端面33a的位置和基端部31的端面31a的位置处，照明光纤341、第一受光光纤342a、第二受光光纤342b、第三受光光纤342c以及其它多个光纤342d各自的配置位置(位置坐标)不同。此外，在图2中，示出对基端部31和前端部33分别附加了斜线(阴影线)的部分满足对应关系的例子。并且，在图2中，根据后述的关联处理来从构成光纤束34的多个光纤中设定第一受光光纤342a、第二受光光纤342b、第三受光光纤342c以及其它多个光纤342d的位置。
照明光纤341传播从光源部22提供的照明光，并对测量对象物S1照射照明光。此外，能够根据检查项目和测量对象物的种类、例如血流、胃、胰脏等部位来适当变更照明光纤341的数量。
第一受光光纤342a、第二受光光纤342b以及第三受光光纤342c传播从前端部33的端面33a入射的来自测量对象物S1的返回光并经由光学系统23射出到检测部24。此外，能够根据检查项目和测量对象物的种类、例如血流、部位来适当变更受光光纤的数量。
关于以这种方式构成的光学测量装置1，经由设置于内窥镜(内窥镜观测器)的处置器具通道将测量探头3插入到被检体内，照明光纤341对测量对象物S1照射照明光，第一受光光纤342a、第二受光光纤342b以及第三受光光纤342c分别接收来自测量对象物S1的返回光并向主体部2的检测部24进行传播。之后，运算部28a基于检测部24的检测结果来运算测量对象物S1的光学特性。
接着，说明由光学测量装置1执行的将前端部33中的照明光纤341至各受光光纤342的距离与经由各受光光纤342用检测部24检测的信号强度相关联的关联处理。图3是表示由光学测量装置1执行的光纤束34的关联处理的概要的流程图。
如图3所示，首先，校正部28b对测量探头3的各受光光纤342的检测灵敏度进行校正(步骤S101)。具体地说，当使强度在空间上一致的光从测量探头3的前端部33入射到各受光光纤342时，校正部28b执行如下的校准处理：基于检测部24检测出的与各受光光纤342对应的各个检测强度来校正检测部24的灵敏度，使得各受光光纤342的检测灵敏度固定(校正步骤)。在该情况下，优选使测量对象物S1的受光光纤342的入射NA与灵敏度校正时的强度在空间上一致的光的受光光纤342的入射NA大致相等。由此，校正部28b能够更为稳定地进行灵敏度校正。其结果，检测部24能够针对强度在空间上一致的光，检测与各受光光纤342相应的一致的值。此外，检测部24按与各受光光纤342对应的每个像素检测接收光并进行光电转换后的检测强度(信号强度)，或者检测将与各受光光纤342对应的多个像素作为一组的检测强度的平均值。
接着，关联部28c执行将前端部33中的照明光纤341至各受光光纤342的距离与各受光光纤342的检测强度相关联的关联处理(步骤S102)。具体地说，光学测量装置1从测量探头3的前端部33的端面33a投影具有以照明光纤341为中心的强度梯度的光、例如具有以照明光纤341为中心的对称的强度分布的空间分布的光(投影步骤)。
图4是使测量探头3的前端部33的端面33a产生强度梯度以照明光纤341为中心对称地变化的空间分布时的示意图。如图4所示，光学测量装置1通过从照明光纤341对光散射构件4照射照明光，使具有空间分布的光投影(入射)到各受光光纤342的前端部33，该光散射构件4被配置在与测量探头3的前端部33相距规定的距离的位置处且散射特性一致。在此，利用有效且均匀地散射测量对象的波长的光的物质来形成光散射构件4。具体地说，利用使散射粒子均匀地分散到透明介质而得到的溶液、树脂、例如牛奶等来形成光散射构件4。另外，光散射构件4也可以利用白色的标准反射板等。并且，如图5所示，光学测量装置1也可以在使光散射构件4粘附于测量探头3的前端部33的状态下从照明光纤341照射照明光。
图6是示意性地表示对光散射构件4照射照明光时的空间分布的图。前端部33中的各受光光纤342所接收的光强度根据离照明光纤341的距离的不同而发生变化。具体地说，如图6所示，空间分布P1成为如下的分布：越接近以照明光纤341为中心的位置则光强度越高，越朝向外缘而离照明光纤341的距离越远，则光强度越连续性地变低(同心圆图案)。
在此，说明光学测量装置1对测量探头3的前端部33投影了具有光强度以照明光纤341为中心发生变化的空间分布的光的状态。
图7是表示对测量探头3的前端部33投影了具有光强度以照明光纤341为中心发生变化的空间分布P1的光的状态的图。图8是表示对测量探头3的前端部33投影了具有光强度以照明光纤341为中心发生变化的空间分布P1的光时、基端部31中的各受光光纤342的光强度的分布的图。
如图7所示，例如，关于空间分布P1，由与照明光纤341相距距离d的受光光纤342检测的光强度低。在该情况下，如图8所示，在光纤束34中，基端部31的各受光光纤342的位置与前端部33的各受光光纤342的位置不同，因此在基端部31中光强度成为稀疏的分布。
返回到图3，继续步骤S103之后的说明。在步骤S103中，关联部28c执行将基端部31中的各受光光纤342的编号(地址)与各受光光纤342的检测强度相关联的关联处理。
图9是表示基端部31中的各受光光纤342的编号和各受光光纤342的检测强度的位次的图。图10表示按检测强度从高到低的顺序排列受光光纤342的编号的表。此外，图9的各受光光纤342内的数字表示基端部31中的受光光纤342的检测强度的位次。具体地说，数字越大则检测强度越小。
如图9和图10所示，关联部28c基于由检测部24检测出的检测结果来生成将基端部31中的各受光光纤342的编号(地址)与各受光光纤342的检测强度相关联的表T1并记录到记录部27。例如图10所示，关联部28c将基端部31中的纵编号为“c”、横编号为“5”的受光光纤342作为检测强度的位次为1的受光光纤342来进行关联的表T1。
接着，关联部28c执行将测量探头3的前端部33中的照明光纤341至各受光光纤342的距离与测量探头3的基端部31中的各受光光纤342的编号相关联的关联处理(步骤S104)。
图11是表示前端部33中的各受光光纤342的强度位次的图。如图11所示，当将照明光纤341的位次设为1时，关联部28c根据离照明光纤341的距离来设定前端部33中的各受光光纤342的位次。具体地说，如图11所示，关联部28c进行如下设定：距离照明光纤341越近则将受光光纤342的位次设定得越高。例如图11所示，关联部28c将受光光纤342的编号“4，c”设定为“2”、将“5，d”设定为“3”、将“4，e”设定为“4”、将“3，d”设定为“5”。由此，关联部28c能够基于检测强度(图10的表T1)和与前端部33中的照明光纤341至各受光光纤342的距离相应的光强度(图11的表T2)，来将光纤束34的前端部33的端面33a和基端部31的端面31a的各受光光纤342的位置进行关联。
图12是表示照明光纤341至各受光光纤342的距离与由各受光光纤342检测的检测强度的关系的图。如图12所示，关于测量探头3的前端部33中的照明光纤341至各受光光纤342的距离，由于基端部31中的各受光光纤342的距离也是离散的，因此基端部31中的各受光光纤342的检测强度也是离散的。因此，关联部28c基于图10的表T1和图11的表T2，按测量探头3的前端部33的端面33a中的照明光纤341至各受光光纤342的各个距离来进行分组，并且将与该分组对应的各个信号强度汇总为一个信号强度来进行关联。具体地说，关联部28c将在测量探头3的前端部33的端面33a中离照明光纤341最近的受光光纤342分为一组，并且将在基端部31中检测强度从高到低的顺序的受光光纤342的位置编号(光纤地址)与各分组进行关联。例如，关联部28c参照图11所示的表T2，将测量探头3的前端部33的端面33a中的照明光纤341至各受光光纤342的距离相等的四个受光光纤342(c，4)、(d，5)、(e，4)、(d，3)与在测量探头3的基端部31的端面31a中强度位次为2(d，3)、3(b，5)、4(g，1)、5(a，1)进行关联。由此，关联部28c能够将测量探头3的基端部31的端面31a和前端部33的端面33a中的各受光光纤342的配置虚拟地进行关联。
根据以上说明的本发明的一个实施方式，投影强度以照明光纤341为中心轴对称地变化的空间分布P1，由此关联部28c基于由检测部24检测的各个信号强度来进行照明光纤341至各受光光纤342的距离的关联，因此即使利用没有设定各光纤的位置坐标的随机型的光纤束34，也能够进行LEBS信号或者散射介质表面上的强度衰减分布的分析。
另外，根据本发明的一个实施方式，利用在前端部33和基端部31随机地配置各受光光纤而得到的光纤束34，因此能够降低制造的成本。
另外，根据本发明的一个实施方式，投影具有强度以照明光纤341为中心轴对称地变化的空间分布P1的光，由此前端部33的端面33a中的各受光光纤342所检测的光的检测强度根据离照明光纤341的距离的不同而发生变化。由此，能够基于基端部31的端面31a中的各受光光纤342的检测强度来关联前端部33的端面33a中的照明光纤341至各受光光纤342的距离。
另外，根据本发明的一个实施方式，作为获得强度以照明光纤341为中心轴对称地变化的空间分布P1的方法之一，通过利用与测量对象物S1的测量相同的方法来测量光散射构件4，能够获得上述关联作业用的空间分布，因此即使进行了实际的测量，也能够容易地进行关联处理。
另外，根据本发明的一个实施方式，作为获得强度以照明光纤341为中心轴对称地变化的空间分布P1的方法之一，仅利用光散射构件4即可，因此能够容易地进行具有空间分布P1的光的产生。
另外，根据本发明的一个实施方式，能够基于离照明光纤341的距离来进行分析，能够进行更为详细的分析。例如，能够与散射仿真进行比较。
另外，根据本发明的一个实施方式，当对测量探头3的前端部33入射了一致的光时，关联部28c将由检测部24检测出的各受光光纤342的各个信号强度平滑化，由此校正各受光光纤342的灵敏度，因此能够进行更加准确的测量。此外，也可以将由关联部28c进行的灵敏度校正的结果预先记录到记录部27。
另外，根据本发明的一个实施方式，也可以在每当对主体部2连接新的测量探头3时，关联部28c进行上述光纤束34的关联。
另外，根据本发明的一个实施方式，也可以在将测量探头3固定于主体部2或者对主体部2连接相同的测量探头3的情况下，将由关联部28c进行的上述关联处理的结果记录到记录部27，再次利用该结果。
(其它实施方式)
在本发明中，还能够变更对测量探头3的前端部33投影的空间分布。图13是示意性地表示对光散射构件4照射了照明光时的其它空间分布的图。
图13所示的空间分布P2可以为如下的分布：离以照明光纤341为中心的位置越近则光强度越低，越朝向外缘而离照明光纤341的距离越远，则光强度越连续性地变高。并且，可以如图14所示的空间分布P3那样，仅对光纤束34的一例进行投影。
另外，在本发明中，也可以在测量探头3的前端部33设置用于使测量对象物S1与照明光纤341和受光光纤342之间的距离固定的光学构件5。图15是在光学测量装置1的测量探头3的前端部33设置了光学构件5时的概要结构图。
如图15所示，光学构件5对由照明光纤341射出的照明光进行中继并对测量对象物S1照射照明光，并且将来自测量对象物S1的照明光的返回光中继到受光光纤342。利用具有规定的折射率的玻璃材料、塑料等材质来构成光学构件5。
由此，光学测量装置1能够不受测量对象物S1的表面的凹凸形状的影响地进行测量对象物S1的测量。此外，也可以通过相对于长边方向倾斜地切割光学构件5的前端部来形成倾斜面。并且，光学构件5只要能够中继测量波长的光即可，还可以是空气等气体、水等液体。在该情况下，使用由金属、树脂构成的中空的构件即可。
并且，也可以将光学构件5相对于测量探头3的前端部33装卸自如。由此，能够进行根据测量对象物S1设定测量对象物S1与测量探头3的前端之间的距离的光学测量。另外，关于光学构件5的装卸，也可以构成为通过在耦合部(未图示)分别设置外螺纹和内螺纹来实现装卸自如。当然，还可以构成为在其中的一方设置槽，在另一方设置爪，从而实现装卸自如。
另外，在本发明中，能够使用不同配置的光纤束34。图16是表示将照明光纤341和受光光纤342六平面立方体细密状地配置的前端部33的一例的图。图17表示将照明光纤341和受光光纤342同心圆状地配置的前端部33的另一例。图18是表示将照明光纤341和受光光纤342栅格状地配置的状态、且将照明光纤341的位置配置在偏离光纤束34的中心的位置的前端部33的一例的图。图19是表示将照明光纤341和受光光纤342随机地配置的前端部33的一例的图。
关联部28c通过进行上述关联处理，即使在利用如图16～图19所示那样配置的光纤束34的情况下，也能够容易地进行前端部33的各受光光纤342与基端部31的各受光光纤342的位置对准。
另外，在本发明中，能够变更光源部22与照明光纤341的连接方法。图20是示意性地表示本发明的一个实施方式的变形例1所涉及的光学测量装置的概要结构图。
图20所示的光学测量装置200将从光纤束34的中途单独延伸出的照明光纤341连接于主体部201的光源部22。在该情况下，检测部24也可以连接于测量探头3的基端部31。
另外，在本发明中，能够进一步变更光源部22与照明光纤341的连接方法。图21是示意性地表示本发明的一个实施方式的变形例2所涉及的光学测量装置的概要结构图。
图21所示的光学测量装置300在主体部301中具备光学系统302，该光学系统302朝向测量探头3的照明光纤341反射由光源部22照射的照明光，并且使从测量探头3的各受光光纤342射出的来自测量对象物S1的照明光的返回光透过检测部24。光学系统302具有：聚光透镜302a，其会聚由光源部22照射的照明光；光分割元件302b，其朝向测量探头3的照明光纤341反射由聚光透镜302a射出的照明光，另一方面使从测量探头3射出的来自测量对象物的照明光的返回光透过；聚光透镜302c，其会聚由测量探头3射出的来自测量对象物S1的照明光的返回光，另一方面将从光分割元件302b反射的照明光会聚到照明光纤341；以及准直透镜302d，其传播透过光分割元件302b的照明光的返回光。
另外，在本发明中，可以从测量探头3的前端部33另外投影强度以照明光纤341为中心轴对称地变化的空间分布。图22是使测量探头3的前端部33产生强度以照明光纤341为中心轴对称地变化的空间分布时的其它示意图。
如图22所示，通过中继光学系统401以使强度同心圆状地变化的至少一种一维图像P4的中心与测量探头3的前端部33的照明光纤341的中心一致的方式进行投影。由此，关联部28c能够基于一维图像P4的图案和中继光学系统401的倍率将前端部33的受光光纤342的强度分布与照明光纤341的距离相关联。并且，容易在易于控制空间分布而获得已知的空间分布的情况下应用投影一维图像的方法。
另外，在本发明中，也可以从测量探头3的前端部33另外投影具有强度以照明光纤341为中心轴对称地变化的空间分布的光。图23是使测量探头3的前端部33产生具有光强度以照明光纤341为中心发生变化的空间分布的光时的其它示意图。
如图23所示，利用由激光等构成的外部光源402，使一个波长的波长长光经由聚光透镜403入射到测量探头3的前端部33中的照明光纤341。由此，照明光纤341的包覆厚度使波长长光漏出，将限制了测量对象波长的光的空间分布投影到前端部33。具体地说，将图24所示的空间分布投影到测量探头3的前端部33。此外，作为外部光源402，也可以使用从具有小于或等于测量探头3的照明光纤341的芯直径的芯直径的照明光纤射出的光。在该情况下，可以使用从LED、Xe灯等任意的光源获得的光。
另外，在本发明中，为了获取生物体组织的信息，应该优化照明光的波长范围，因此能够根据适用目标任意地设定，能够进行如下设定：在分光信息有用的情况下，覆盖其波长范围而较广地设定或者离散地设定多个频带，在不需要分光信息的情况下，某种程度上限定频带。
另外，在本发明中，检测部24可以检测从测量探头3的受光光纤342入射的在测量对象物S1内部传播并返回来的光的光谱成分和强度分布，来测量各波长的检测值。在该情况下，检测部24利用用于分光的衍射光栅等分光设备即可。该衍射光栅等分光设备优选配置在中继光学系统的平行光路中。
这样，本发明能够包括在此没有记载的各种实施方式，能够在由权利要求书确定的技术的思想的范围内进行各种设计变更等。
附图标记说明
1、200、300：光学测量装置；2、201、301：主体部；3：测量探头；4：光散射构件；5：光学构件；21：电源；22：光源部；23、302：光学系统；24：检测部；25：输入部；26：输出部；27：记录部；28：控制部；28a：运算部；28b：校正部；28c：关联部；31：基端部；31a、33a：端面；32：可挠部；33：前端部；34：光纤束；35：覆盖部；302a、302c、403：聚光透镜；302b：光分割元件；302d：准直透镜；341：照明光纤；342：受光光纤；401：中继光学系统；402：外部光源；P1、P2、P3、P4：空间分布；S1：测量对象物。

Claims (13)

1.一种光学测量装置，其特征在于，具备：
光源部，其射出用于测量生物体组织的光；
测量探头，其具有不规则地捆束多个光纤而得到的光纤束，并具有照明光纤和多个受光光纤，其中，该照明光纤将来自上述光源部的光作为照明光传播到前端来对上述生物体组织进行照射，该多个受光光纤接收由上述照明光纤照射并被上述生物体组织反射和/或散射的上述照明光的返回光并进行传播；
检测部，其通过接收由上述多个受光光纤分别检测出的上述照明光的返回光并进行光电转换，来检测各个信号强度；以及
关联部，其将在对上述测量探头的前端部的端面投影了具有以上述照明光纤为中心的强度梯度的光时由上述检测部检测出的上述各个信号强度与上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至各受光光纤的距离进行关联。
2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，
上述关联部将在对上述测量探头的前端部的端面投影了具有以上述照明光纤为中心的对称的强度分布的空间分布的光时由上述检测部检测出的上述各个信号强度与上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至各受光光纤的距离进行关联。
3.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其特征在于，
上述关联部按由上述检测部检测出的上述各个信号强度中的信号强度从高到低的顺序，依次关联上述多个受光光纤中的在上述测量探头的前端部的端面离上述照明光纤的距离从近到远的上述受光光纤。
4.根据权利要求1或2所述的光学测量装置，其特征在于，
上述关联部基于由上述检测部检测出的上述各个信号强度，按上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至上述多个受光光纤的各个距离进行分组，并且将与每组对应的各个信号强度汇总为一个信号强度来进行关联。
5.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，
还具备校正部，该校正部将当强度在空间上一致的光从上述测量探头的前端部入射到上述多个受光光纤的端面时由上述检测部检测出的上述各个信号强度平滑化。
6.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，
上述光纤束在基端部的端面中的上述多个光纤的配置与在前端部的端面中的上述多个光纤的配置不同。
7.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，
上述光纤束是光导件。
8.根据权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，
还具备光学构件，该光学构件被设置在上述测量探头的前端部，使上述照明光纤和上述多个受光光纤的前端与上述生物体组织之间的距离保持固定。
9.一种光纤束的关联方法，是由光学测量装置执行的光纤束的关联方法，该光学测量装置具备：光源部，其射出用于测量生物体组织的光；测量探头，其具有不规则地捆束多个光纤而得到的光纤束，并具有照明光纤和多个受光光纤，其中，该照明光纤将来自上述光源部的光作为照明光传播到前端来对上述生物体组织进行照射，该多个受光光纤接收由上述照明光纤照射并被上述生物体组织反射和/或散射的上述照明光的返回光并进行传播；以及检测部，其通过接收由上述多个受光光纤分别检测出的上述照明光的返回光并进行光电转换，来检测各个信号强度，该光纤束的关联方法的特征在于，
包括关联步骤，在该关联步骤中，将在具有以上述照明光纤为中心的强度梯度的光被投影到上述测量探头的前端部的端面时由上述检测部检测出的上述各个信号强度与上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至各受光光纤的距离进行关联。
10.根据权利要求9所述的光纤束的关联方法，其特征在于，
还包括投影步骤，在该投影步骤中，对上述测量探头的前端部投影以上述照明光纤为中心的对称的强度分布的空间分布的光。
11.根据权利要求9或10所述的光纤束的关联方法，其特征在于，
在上述关联步骤中，按由上述检测部检测出的上述各个信号强度中的信号强度从高到低的顺序，依次关联上述多个受光光纤中的在上述测量探头的前端部的端面离上述照明光纤的距离从近到远的上述受光光纤。
12.根据权利要求9或10所述的光纤束的关联方法，其特征在于，
在上述关联步骤中，基于由上述检测部检测出的上述各个信号强度，按上述测量探头的前端部的端面中的上述照明光纤至上述多个受光光纤的各个距离进行分组，并且将与每组对应的各个信号强度汇总为一个信号强度来进行关联。
13.根据权利要求9所述的光纤束的关联方法，其特征在于，
还包括校正步骤，在该校正步骤中，将当强度在空间上一致的光从上述测量探头的前端部入射到上述多个受光光纤时由上述检测部检测出的上述各个信号强度平滑化。
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