CN104219988A - 测量探头 - Google Patents

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CN104219988A CN201380017637.5A CN201380017637A CN104219988A CN 104219988 A CN104219988 A CN 104219988A CN 201380017637 A CN201380017637 A CN 201380017637A CN 104219988 A CN104219988 A CN 104219988A
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Abstract

本发明提供一种能够保持检测灵敏度、并且能够进行细径化的测量探头。一种测量探头，其以拆装自如的方式连接于对生物体组织进行光学测量的生物体光学测量装置，其中，该测量探头包括：照明光纤，其用于对生物体组织照射照明光；以及多个受光光纤，其用于接收由生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光；照明光纤和受光光纤满足以下条件式：0.10＜NA＜0.30···(1)、15μm＜Dcore＜45μm···(2)、0.40＜Dcore/Dclad＜0.80···(3)其中，NA表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的数值孔径，Dcore表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的芯部直径，Dclad表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的包层直径。

Description

测量探头
技术领域
本发明涉及一种连接于用于测量生物体组织的光学特性的生物体光学测量装置的测量探头。
背景技术
近年来，公知有对生物体组织照射照明光、并根据从生物体组织反射或散射的检测光的测量值来推测生物体组织的性状的生物体光学测量装置。生物体光学测量装置与对消化器官等脏器进行观察的内窥镜组合使用。作为这种生物体光学测量装置，提出了如下一种生物体光学测量装置(参照专利文献1～专利文献3)，其通过从测量探头的照明光纤顶端向生物体组织照射空间相干长度较短的低相干的白色光、并使用多个受光光纤测量多个角度的散射光的强度分布来测量生物体组织的性状，并采用了LEBS(Low-CoherenceEnhanced Backscattering：低相干增强反向散射)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2010/0053632号说明书
专利文献2：美国专利申请公开第2010/0262020号说明书
专利文献3：日本特表2009－537014号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述技术中，测量探头没有细径化为能够插入内窥镜装置的处理器具通道内那样的程度。因此，在利用内窥镜装置进行诊断之后，必须将测量探头插入被检体内来进行检查，存在对患者带来较大的负担这样的问题点。
为了解决该问题，考虑使测量探头细径化直至能够插入内窥镜装置的处理器具通道内的程度。但是，存在若不进行适当的细径化则无法进行准确的测量这样的问题点。
本发明是鉴于上述问题点而做成的，其目的在于提供一种能够插入内窥镜装置的处理器具通道内、并且能够进行准确的测量的测量探头。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，并达到目的，本发明的测量探头以拆装自如的方式连接于对生物体组织进行光学测量的生物体光学测量装置，其特征在于，该测量探头包括：照明光纤，其用于对所述生物体组织照射照明光；以及多个受光光纤，其用于接收由所述生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光；所述照明光纤和所述受光光纤满足以下条件式：
0.10＜NA＜0.30           ···(1)
15μm＜Dcore＜45μm       ···(2)
0.40＜Dcore/Dclad＜0.80   ···(3)
其中，NA表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的数值孔径，Dcore表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的芯部直径，Dclad表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的包层直径。
另外，本发明的测量探头的特征在于，在上述发明中，所述照明光纤和所述受光光纤是阶梯折射率型单芯光纤。
另外，本发明的测量探头的特征在于，在上述发明中，该测量探头还具有光学元件，该光学元件设于该测量探头的顶端部，并具有相对于长度方向倾斜切出的倾斜面，该光学元件用于将所述照明光纤射出的光进行中继并向所述生物体组织照射，所述光学元件的在该测量探头的长度方向上的长度DR满足以下条件式：
1mm＜DR＜10mm    ···(4)。
另外，本发明的测量探头的特征在于，在上述发明中，所述光学元件的相对于d线的折射率Nd满足以下条件式：
1.5＜Nd＜1.6    ···(5)。
另外，本发明的测量探头的特征在于，在上述发明中，该测量探头的顶端部的最大外径Dout满足以下条件式：
0.50mm＜Dout＜2.80mm    ···(6)。
发明的效果
根据本发明的测量探头，起到能够插入内窥镜装置的处理器具通道内、并且能够进行准确的测量这样的效果。
附图说明
图1是示意性表示本发明的一实施方式的生物体光学测量系统的结构的框图。
图2是示意性表示沿着长度方向剖切包括本发明的一实施方式的生物体光学测量系统的光学元件的测量探头的顶端部而得到的截面的图。
图3是表示在内窥镜系统中使用本发明的一实施方式的生物体光学测量系统时的状况的图。
图4是本发明的一实施方式的生物体光学测量系统的测量探头内的光纤的剖视图。
图5是表示用本发明的一实施方式的生物体光学测量系统的测量探头的照明光纤与以往的光纤进行比较时的波长与透过率之间的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的测量探头的优选的实施方式。此外，本发明并不由该实施方式所限定。另外，在附图的记载中，对相同的部分标注相同的附图标记进行说明。另外，附图是示意性的，需要注意各个构件的厚度与宽度之间的关系、各个构件的比例等与实际不同。另外，即使在附图的相互之间，也包括彼此的尺寸关系、比例不同的部分。
图1是示意性表示本发明的一实施方式的生物体光学测量系统的结构的框图。图1所示的生物体光学测量系统1包括：生物体光学测量装置2，其对作为散射体的生物体组织等测量对象物进行光学测量并检测测量对象物的性状(特性)；以及测量用的测量探头3，其相对于生物体光学测量装置2拆装自如，并插入被检体内。
首先，说明生物体光学测量装置2。生物体光学测量装置2包括电源21、光源部22、连接部23、受光部24、输入部25、输出部26、记录部27以及控制部28。电源21向生物体光学测量装置2的各个结构要素供给电力。
光源部22使用白色LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、氙灯、钨丝灯以及卤素灯那样的非相干光源和根据需要使用一个或多个透镜、例如聚光透镜、准直透镜等来实现。光源部22经由连接部23将用于向测量对象物照射的具有至少一个光谱成分的非相干光输出到测量探头3。
连接部23将测量探头3的连接器部31以拆装自如的方式连接于生物体光学测量装置2。连接部23将光源部22发出的光输出到测量探头3，并且将从测量探头3射出并由测量对象物反射和/或散射的照明光的返回光输出到受光部24。连接部23将与有无连接测量探头3相关的信息输出到控制部28。
受光部24接收从测量探头3射出的照明光、且由测量对象物反射和/或散射的照明光的返回光并进行测量。受光部24使用多个分光测量器、受光传感器等来实现。具体地说，受光部24与后述的测量探头3的受光光纤的数量相应地设有分光测量器。受光部24测量从测量探头3入射的散射光的光谱成分和强度分布，并进行各个波长的测量。受光部24将测量结果向控制部28输出。
输入部25使用按压式的开关、触摸面板等来实现，接收指示生物体光学测量装置2的起动的指示信号或指示其他各种动作的指示信号的输入并向控制部28输出。
输出部26使用液晶或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)的显示器和扬声器等来实现，并输出生物体光学测量装置2中的与各种处理相关的信息。
记录部27使用易失性存储器、非易失性存储器来实现，记录用于使生物体光学测量装置2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暂时记录生物体光学测量装置2的处理中的信息。另外，记录部27记录生物体光学测量装置2的测量结果。另外，记录部27也可以使用自生物体光学测量装置2的外部进行安装的存储卡等来构成。
控制部28使用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等来构成。控制部28控制生物体光学测量装置2的各部分的处理动作。控制部28通过进行与生物体光学测量装置2的各部分对应的指示信息、数据的传输等来控制生物体光学测量装置2的动作。控制部28将由受光部24测量出的测量结果记录到记录部27中。控制部28具有运算部28a。
运算部28a根据由受光部24测量出的测量结果进行多个运算处理，并对与测量对象物的性状相关的特性值进行运算。该特性值的种类按照例如输入部25所接收的指示信号来设定。
接着，说明测量探头3。将多个光纤配置在内部来实现。具体地说，测量探头3使用对测量对象物射出照明光的照明光纤和供由测量对象物反射和/或散射的照明光的返回光以不同的角度入射的多个受光光纤来实现。测量探头3包括以拆装自如的方式连接于生物体光学测量装置2的连接部23的连接器部31、具有挠性的挠性部32、照射从光源部22供给的照明光并且接收来自测量对象物的返回光的顶端部33以及设于顶端部33的光学元件34。
在此，详细说明包括光学元件34的测量探头3的顶端部33的结构。图2是是示意性表示沿着长度方向剖切包括光学元件34的测量探头3的顶端部33而得到的截面的图。
如图2所示，测量探头3包括：照明光纤311，其用于对测量对象物照射照明光；第1受光光纤312(第1受光通道)、第2受光光纤313(第2受光通道)及第3受光光纤314(第3受光通道)，其供由测量对象物反射和/或散射的照明光的返回光入射；玻璃或树脂等的覆盖构件315，其用于防止照明光纤311、第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314各自的损伤、并固定照明光纤311、第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314各自的位置；玻璃或黄铜等的保护部316，其保护光学元件34和覆盖构件315免受外力；以及SUS等的探头外皮317。
照明光纤311使用阶梯折射率型单芯光纤来构成。照明光纤311传输从光源部22输出的照明光，并经由光学元件34向测量对象物照射照明光。此外，照明光纤311的数量能够根据检查项目或测量对象物的种类、例如血流、部位适当地进行变更。
第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314分别使用阶梯折射率型单芯光纤来构成。第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314传输经由光学元件34从各自的顶端入射的由测量对象物反射和/或散射的照明光的返回光，并输出到生物体光学测量装置2的受光部24。此外，受光光纤的数量能够根据检查项目或测量对象物的种类、例如血流、部位适当地进行变更。
光学元件34呈圆柱状，使用具有预定的折射率的透过性的玻璃来构成。光学元件34具有相对于测量探头3的长度方向倾斜切出的倾斜面。另外，光学元件34固定照明光纤311与测量对象物之间的距离，并形成为能够以使空间相干长度可靠地恒定化的状态照射光。另外，光学元件34分别固定第1受光光纤312与测量对象物之间的距离、第2受光光纤313与测量对象物之间的距离以及第3受光光纤314与测量对象物之间的距离，并形成为能够稳定地接收预定的散射角度的返回光。而且，利用光学元件34的端面使测量对象物的表面平坦化，因此能够不受测量对象物的表面的凹凸形状的影响地进行测量对象物的测量。
像以上那样构成的生物体光学测量系统1如图3所示，经由设于内窥镜系统100的内窥镜装置110(内窥镜镜体)的处理器具通道111将测量探头3插入被检体内，照明光纤311对测量对象物照射照明光，第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314分别以不同的散射角度接收由测量对象物反射和/或散射的照明光的返回光并传输到生物体光学测量装置2的受光部24。之后，运算部28a根据受光部24的测量结果对测量对象物的性状的特性值进行运算。
利用上述生物体光学测量系统1进行的LEBS是使用了干涉光的诊断方法，因此为了不改变诊断方法地进行测量探头3的细径化，需要使向测量对象物照射的光的空间相干长度恒定。因此，照明光纤311、第1受光光纤312、第2受光光纤313以及第3受光光纤314满足以下条件式。
0.10＜NA＜0.30                ···(1)
15μm＜Dcore＜45μm           ···(2)
0.40＜Dcore/Dclad＜0.80       ···(3)
其中，NA表示照明光纤311及第1受光光纤312～第3受光光纤314各自的数值孔径，Dcore表示照明光纤311及第1受光光纤312～第3受光光纤314各自的芯部直径，Dclad表示照明光纤311及第1受光光纤312～第3受光光纤314各自的包层直径(参照图4)。
在式(1)中，优选满足
0.15＜NA＜0.25                    ···(1)’
更优选满足
0.21＜NA＜0.23                    ···(1)”。
另外，在式(2)中，优选满足
20μm＜Dcore＜30μm                ···(2)’
更优选满足
25μm＜Dcore＜27μm                ···(2)”。
另外，在式(3)中，优选满足
0.50＜Dcore/Dclad＜0.75              ···(3)’
更优选满足
0.70＜Dcore/Dclad＜0.73             ···(3)”。
另外，测量探头3在光学元件34的测量探头3的长度方向上的长度DR(参照图2)满足以下条件式。
1mm＜DR＜10mm     ···(4)
优选满足
3mm＜DR＜8mm     ···(4)’
更优选满足
5mm＜DR＜8mm     ···(4)”。
另外，测量探头3的光学元件34的相对于d线(波长587.56nm)的折射率Nd满足以下条件式。
1.5＜Nd＜1.6      ···(5)
另外，测量探头3的顶端部33的最大外径Dout(参照图2)满足以下条件式。
0.50mm＜Dout＜2.80mm     ···(6)
优选满足
1.50mm＜Dout＜2.78mm     ···(6)’
更优选满足
2.50mm＜Dout＜2.75mm     ···(6)”。
另外，利用生物体光学测量系统1进行的LEBS法满足以下式。
LSC＝((λ/Nd)/πDcore)DR     ···(7)
其中，LSC是表示照明光的干涉性的常数。另外，λ表示照明光的波长，Nd表示光学元件34的相对于d线的折射率，DR表示从光学元件34的基端侧的端面的中心到顶端侧的端面的中心的长度(参照图2)。因此，在满足上述条件式(1)～条件式(6)、并且使LSC恒定的情况下，只要λ和Nd相同，则越减小照明光纤311的芯部直径Dcore，就越能够减小作为测量探头3的硬质部分的光学元件34的长度DR。其结果，测量探头3能够容易地插入内窥镜装置110的处理器具通道111内。
图5是表示用本申请的照明光纤311与以往的光纤进行比较时的波长与透过率之间的关系的图。在图5中，横轴表示波长，纵轴表示透过率。另外，曲线L1表示本申请的照明光纤311的特性，曲线L2表示以往的光纤的特性。
在图5中，作为照明光纤311，设为了Dcore＝26μm、Dclad＝36μm、NA＝0.22以及Dout＝2.7mm。而且，将光学元件34的样品设为了DR＝5.2mm和Nd＝1.516。因此，Dcore/Dclad＝0.72。
另外，作为以往的光纤，设为了Dcore＝25μm、Dclad＝30μm、NA＝0.22以及Dout＝2.7mm。因此，Dcore/Dclad＝0.83。
另外，利用以下方法进行图5中的光纤的透过率测量。
(a)为了测量参考光而在Xe光源上连接200μm光学连接线缆，利用分光光量计测量来自200μm光学连接线缆的射出光而取得测量结果A。
(b)为了测量参考光而在Xe光源上依次连接200μm光学连接线缆和26μm芯的光纤，利用分光光量计测量来自该光纤的射出光而取得测量结果B。
(c)利用以下式计算出透过率。
透过率＝(测量结果B/测量结果A)×(200μm光学连接线缆的芯面积/26μm芯的光纤的芯面积)  ···(8)
根据图5的曲线L1明确可知，本实施方式的照明光纤311的透过率的波长依赖性较小。与此相对，根据曲线L2明确可知，以往的光纤的透过率的波长依赖性较大。
根据以上说明的本发明的一实施方式，通过使照明光纤311、第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314满足上述条件式(1)～条件式(3)，能够将测量探头3插入内窥镜装置110的处理器具通道111内，并且能够进行准确的测量。
另外，根据本发明的一实施方式，由于测量探头3相对于生物体光学测量装置2拆装自如，因此能够将测量探头3用过即扔，从而不必利用医疗设施对测量探头3进行灭菌，除此之外，即使耐久性相对较差也没有关系，因此能够削减测量探头3的成本。
另外，根据本发明的一实施方式，通过使照明光纤311的数值孔径(NA)满足条件式(1)，从而使照明光纤311的射出光的角度最佳，因此能够使照射到作为测量对象物的被摄体的光的密度、照射范围良好，并且能够减小光纤透过率的波长依赖性。而且能够容易地进行借助于LEBS法的干涉信号的测量。
另外，根据本发明的一实施方式，由于照明光纤311、第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314各自的芯部直径和芯·包层比满足条件式(2)、(3)，因此即使在较小的芯部直径的情况下，也能够获得良好的透过率。特别是在600nm以上的长波长区域中透过率良好。而且，不用使包层变厚，就能够减小照明光纤311、第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314各自的间隔，因此能够良好地保持检测灵敏度。
另外，根据本发明的一实施方式，通过照明光纤311、第1受光光纤312、第2受光光纤313及第3受光光纤314分别由阶梯折射率型单芯光纤构成，从而能够确保容易获得原材料(日文：入手性)，能够制作成本优异的测量探头3。而且，与多芯光纤相比，能够细径化。
另外，根据本发明的一实施方式，通过使光学元件34满足条件式(4)，能够减小测量探头3的硬质部(光学元件34)，能够在向内窥镜装置110的处理器具通道111内插入时顺利地进行插入。而且，由于照明光不直接照射光学元件34的边缘，因此能够防止产生杂散光。再者，能够将空间相干长度设为适当的长度。
另外，根据本发明的一实施方式，通过使光学元件34满足条件式(5)，能够将空间相干长度设为适当的长度。
另外，根据本发明的一实施方式，通过使测量探头3满足条件式(6)，能够顺利地插入内窥镜装置110的处理器具通道111内。而且，能够提高插入时的耐久性。
附图标记说明
1生物体光学测量系统；2生物体光学测量装置；3测量探头；21电源；22光源部；23连接部；24受光部；25输入部；26输出部；27记录部；28控制部；28a运算部；31连接器部；32挠性部；33顶端部；34光学元件；100内窥镜系统；110内窥镜装置；111处理器具通道；311照明光纤；312第1受光光纤；313第2受光光纤；314第3受光光纤；315覆盖构件；316保护部；317粘接构件。

Claims (5)

1.一种测量探头，其以拆装自如的方式连接于对生物体组织进行光学测量的生物体光学测量装置，其特征在于，
该测量探头包括：
照明光纤，其用于对所述生物体组织照射照明光；以及
多个受光光纤，其用于接收由所述生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光；
所述照明光纤和所述受光光纤满足以下条件式：
0.10＜NA＜0.30   ···(1)
15μm＜Dcore＜45μm   ···(2)
0.40＜Dcore/Dclad＜0.80   ···(3)
其中，NA表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的数值孔径，Dcore表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的芯部直径，Dclad表示所述照明光纤和所述受光光纤各自的包层直径。
2.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
所述照明光纤和所述受光光纤是阶梯折射率型单芯光纤。
3.根据权利要求1或2所述的测量探头，其特征在于，
该测量探头还具有光学元件，该光学元件设于该测量探头的顶端部，并具有相对于长度方向倾斜切出的倾斜面，该光学元件用于将所述照明光纤射出的光进行中继并向所述生物体组织照射，
所述光学元件的在该测量探头的长度方向上的长度DR满足以下条件式：
1mm＜DR＜10mm   ···(4)。
4.根据权利要求3所述的测量探头，其特征在于，
所述光学元件的相对于d线的折射率Nd满足以下条件式：
1.5＜Nd＜1.6   ···(5)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量探头，其特征在于，
该测量探头的顶端部的最大外径Dout满足以下条件式：
0.50mm＜Dout＜2.80mm   ···(6)。
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