CN104619235A - 测量探头以及生物体光学测量系统 - Google Patents

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Abstract

一种测量探头(3)，装卸自如地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(2)，该测量探头(3)具备：照明光纤(31)，其对生物体组织照射照明光；第一检测光纤(32)、第二检测光纤(33)以及第三检测光纤(34)，其对被生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光进行检测，其中，第一检测光纤(32)、第二检测光纤(33)以及第三检测光纤(34)各自检测的生物体组织的测量位置处的检测区域包含在照明光纤(31)所照射的上述生物体组织的测量位置处的照明区域内。

Description

测量探头以及生物体光学测量系统
技术领域
本发明涉及一种相对于测量生物体组织的光学特性的生物体光学装置装卸自如的测量探头以及生物体光学测量系统。
背景技术
近年来，已知如下一种生物体光学测量装置：对生物体组织照射照明光，基于被生物体组织反射或者散射的检测光的测量值来估计生物体组织的性质和状态。生物体光学测量装置与观察消化器官等脏器的内窥镜相结合地进行使用。作为这种生物体光学测量装置，提出了一种使用了LEBS(Low-Coherence Enhanced Backscattering Spectroscopy：低相干增强背散射光谱)的生物体光学测量装置，即，从测量探头的照明光纤前端对生物体组织照射空间相干长度短的低相干的白色光，使用多个检测光纤测量多个角度的散射光的强度分布，由此检测生物体组织的性质和状态(参照专利文献1)。
通过管头等保持构件将多个光纤的端面排列成直线状来进行保持，在该保持构件的前端连接了棒状透镜之后，利用框构件覆盖保持构件和棒状透镜，从而形成测量探头。
专利文献1：美国专利申请公开第2009/0009759号说明书
发明内容
发明要解决的问题
另外，为了校正各检测光纤的检测效率，上述测量探头通过从前端外侧入射具有相同强度的光来进行检测效率校准处理。然而，上述测量探头以使照明光纤和各检测光纤的光轴互相平行的方式进行配置，因此获取校准数据时各检测光纤检测光的检测区域与测量生物体组织时各检测光纤检测光的检测区域不同。因此，在以往的测量探头中不能进行准确的检测效率的校准。
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实施准确的检测效率的校准的测量探头以及生物体光学测量系统。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题并实现目的，本发明所涉及的测量探头装卸自如地连接于进行生物体组织的光学测量的生物体光学测量装置，该测量探头的特征在于，具备：照明光纤，其对上述生物体组织照射照明光；多个检测光纤，其对被上述生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光进行检测，其中，在与上述照明光纤和上述多个检测光纤各自的前端分离且上述照明光和上述返回光能够通过的面内，上述多个检测光纤各自的上述返回光的检测区域包含在上述照明光纤的整个照明区域或者照明区域的内部。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，还具备：光学元件，其形成为圆柱状，用于使上述照明光纤和上述多个检测光纤各自的前端与上述生物体组织之间的距离固定；以及光阑，其设置在上述光学元件的前端，仅使上述整个照明区域或者上述照明区域的内侧的区域透光，遮挡除此以外的区域。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，还具备光学元件，该光学元件形成为圆柱状，用于使上述照明光纤和上述多个检测光纤各自的前端与上述生物体组织之间的距离固定，上述光学元件设置成该光学元件的外径与上述照明区域的外径一致或者在上述照明区域的内侧。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，还具备光纤保持部，该光纤保持部对上述照明光纤和上述多个检测光纤进行保持，该光纤保持部的前端形成为球面形状使得上述照明区域与上述多个检测光纤各自的上述检测区域大致一致。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，还具备光纤保持部，该光纤保持部对上述照明光纤和上述多个检测光纤进行保持，该光纤保持部的前端形成为球面形状使得上述照明区域与上述多个检测光纤各自的上述检测区域大致一致。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，上述多个检测光纤的数值孔径比上述照明光纤的数值孔径大。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，上述多个检测光纤的数值孔径比上述照明光纤的数值孔径大。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，上述照明光纤的数值孔径比上述检测光纤的数值孔径小。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，还具备对上述多个检测光纤施加应力的应力施加单元。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，上述应力施加单元包括一个或者多个具有由比上述检测光纤的允许弯曲半径小的直径构成的外侧面的构件。
另外，本发明所涉及的测量探头的特征在于，在上述发明中，还具备光纤保持部，该光纤保持部对上述照明光纤和上述多个检测光纤进行保持，该光纤保持部的前端形成为球面形状使得上述多个检测光纤各自的上述检测区域与上述照明区域一致。
另外，本发明所涉及的生物体光学测量系统的特征在于，具备：上述测量探头；以及光学测量装置，其装卸自如地连接上述测量探头，对上述测量探头提供照明光，并且接收从上述测量探头射出的上述返回光并进行上述生物体组织的光学测量。
发明的效果
根据本发明，发挥以下效果：多个检测光纤各自的照明光的返回光在与照明光纤和多个检测光纤各自的前端分离且照明光纤所照射的照明光以及被生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光能够通过的面内的检测区域包含在照明光纤所照射的照明光以及被生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光能够通过的面内的照明光纤的整个照明区域或者照明区域的内部，因此能够实施准确的检测效率的校准。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的生物体光学测量系统的结构的框图。
图2是示意性地表示将本发明的实施方式1所涉及的生物体光学测量系统的包括光阑的测量探头的前端沿长边方向切断而得到的截面的图。
图3是从图1的箭头A方向观察到的主视图。
图4是表示在内窥镜系统中使用本发明的实施方式1所涉及的生物体光学测量系统时的状况的图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的校准用数据获取的情形的图。
图6是表示本发明的实施方式1所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的测量时的概要的图。
图7是示意性地表示将本发明的实施方式1的变形例1所涉及的生物体光学测量系统的包括光阑的测量探头的前端沿长边方向切断而得到的截面的图。
图8是示意性地表示将本发明的实施方式1的变形例2所涉及的生物体光学测量系统的包括光阑的测量探头的前端沿长边方向切断而得到的截面的图。
图9是示意性地表示将本发明的实施方式1的变形例3所涉及的生物体光学测量系统的包括光阑的测量探头的前端沿长边方向切断而得到的截面的图。
图10是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的生物体光学测量系统的结构的框图。
图11是示意性地表示将本发明的实施方式2所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的前端沿长边方向切断而得到的截面的图。
图12是从图10的箭头A方向观察到的主视图。
图13是用于说明本发明的实施方式2所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的照明区域和检测区域的图。
图14是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的图。
图15是示意性地表示本发明的实施方式3的变形例1所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的图。
图16是示意性地表示本发明的实施方式4所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明本发明所涉及的测量探头以及生物体光学测量系统的优选的实施方式。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率等与现实存在差异。另外，附图相互之间也包括彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。此外，本发明并不限定于本实施方式。
(实施方式1)
图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及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具备：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来检测测量对象物的性质和状态(特性)；以及测量探头3，其相对于生物体光学测量装置2装卸自如。
首先，对生物体光学测量装置2进行说明。生物体光学测量装置2具备电源20、光源部21、连接器部22、第一检测部23、第二检测部24、第三检测部25、输入部26、输出部27、记录部28以及控制部29。电源20向生物体光学测量装置2的各部提供电力。
光源部21经由连接器部22和测量探头3向测量对象物S1射出照明光。利用白色LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、氙气灯、钨丝灯以及卤素灯之类的非相干光源、激光等相干光源来构成光源部21，并且通过与光学透镜组合地构成来提高向测量探头3内的光纤导光的导光效率。
连接器部22装卸自如地连接测量探头3。连接器部22向测量探头3传播由光源部21射出的照明光，并且分别向第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25传播从测量探头3入射的多个光。
第一检测部23对从测量探头3照射的照明光被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光进行检测，并向控制部29输出其检测结果。具体地说，第一检测部23检测从测量探头3入射的散射光的(分光)强度，并向控制部29输出其检测结果。利用分光测量器或者受光传感器等来实现第一检测部23。
利用与第一检测部23相同的结构来实现第二检测部24，第二检测部24对从测量探头3照射的照明光被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光强度进行检测，并向控制部29输出其检测结果。
利用与第一检测部23相同的结构来实现第三检测部25，第三检测部25对从测量探头3照射的照明光被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光强度进行检测，并向控制部29输出其检测结果。
输入部26接收用于指示启动生物体光学测量装置2的指示信号、用于指示生物体光学测量装置2开始测量测量对象物S1的指示信号以及用于指示校准处理的指示信号等的输入并向控制部29输出。利用推式的开关、触摸面板等来实现输入部26。
输出部27在控制部29的控制下输出生物体光学测量装置2的各种信息、例如测量对象物S1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实现输出部27。
记录部28记录用于使生物体光学测量装置2进行动作的各种程序以及在光学测量处理中使用的各种数据、各种参数等。记录部28暂时记录生物体光学测量装置2的处理过程中的信息。另外，记录部28记录生物体光学测量装置2对测量对象物S1的测量结果。利用易失性存储器和非易失性存储器等来实现记录部28。此外，也可以利用能够从生物体光学测量装置2的外部安装的存储卡等来构成记录部28。
控制部29通过传送与生物体光学测量装置2的各部对应的指示信息、数据等，来统一控制生物体光学测量装置2。利用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等来构成控制部29。控制部29具有运算部291。
运算部291基于第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25各自检测出的检测结果来进行多个运算处理，来计算与测量对象物S1的性质和状态有关的特性值。
接着，对测量探头3进行说明。此外，下面列举检测光纤为三根的情况来作为例子，但在存在更多根检测光纤的情况下也同样。图1～图3所示的测量探头3具备：可挠部37，其内部贯穿有照明光纤31、第一检测光纤32(第一受光通道)、第二检测光纤33(第二受光通道)以及第三检测光纤34(第三受光通道)，并且一端装卸自如地连接于生物体光学测量装置2的连接器部22，形成为具有可挠性的管状；光纤保持部35，其连接于可挠部37的另一端，对照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34进行保持；以及棒状透镜36(光学元件)，其设置在光纤保持部35的前端。当可挠部37连接于连接器部22时，照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34分别与光源部21、第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25进行连接。另外，在可挠部37的一端设置有与连接器部22相连接的未图示的连接机构。
照明光纤31利用光纤来实现，经由棒状透镜36对测量对象物S1照射经由连接器部22从光源部21入射的照明光。捆束一根或者多根光学光纤来构成照明光纤31。
第一检测光纤32利用光纤来实现，对经由棒状透镜36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(接收)并向第一检测部23传播。
第二检测光纤33利用光纤来实现，对经由棒状透镜36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并向第二检测部24传播。
第三检测光纤34利用光纤来实现，对经由棒状透镜36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并向第三检测部25传播。
光纤保持部35将照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端排成任意的排列来进行保持。在图3中，示出将照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34排列在一条直线上的情况。另外，光纤保持部35以使照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34的光轴互相平行的方式进行保持。利用玻璃、树脂或者金属等来实现光纤保持部35。
棒状透镜36设置在光纤保持部35的前端。利用具有规定的透光性的玻璃、塑料等来实现棒状透镜36。具体地说，关于棒状透镜36，使用如仅具有透光性的透镜那样的不具有光路弯曲效果的玻璃棒或塑料棒、或者具有曲率的光学透镜或折射率分布型透镜(GRIN透镜)。在棒状透镜36中使用透镜的情况下，以在照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端出现透镜的焦平面的方式进行设置。棒状透镜36形成为圆柱状以使照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端与测量对象物S1之间的距离固定。棒状透镜36的前端面以如下方式构成是恰当的，即棒状透镜36的前端面相对于照明光纤31的光轴倾斜，以避免来自照明光纤31的照明光在棒状透镜36的前端面进行菲涅尔反射而返回的光直接进入所有的检测光纤。为了在附图中进行说明，以与照明光纤31的光轴垂直的面来进行表示。另外，关于棒状透镜侧壁，用如能够充分吸收光那样的例如黑色涂料之类的材料覆盖的结构是合适的结构。适于这些棒状透镜36的特性在之后的发明中也相同，从而是合适的结构。另外，在棒状透镜36的前端设置有光阑361。
在此，详细地说明包括光阑361的测量探头3的前端的结构。图2是示意性地表示将包括光阑361的测量探头3的前端沿长边方向切断而得到的截面的图。图3是从图1的箭头A方向观察到的主视图。
如图2和图3所示，光阑361遮挡除照明光纤31所照射的照明区域D1以外的区域。此外，照明区域D1也可以被设定在比照明光纤31的直接照射的区域更靠内侧，但基于照明效率、漫射光产生的观点，优选使照明光纤31所照射的区域与光阑361一致。利用遮挡光的遮挡构件、例如合成树脂等来形成光阑361。此外，光阑361也可以与棒状透镜36一体地形成。另外，如果照明光的光斑是圆，则光阑361优先为圆环状。另外，为了增强耐久性、消除构造上的高度差，也可以用透明的保护构件来覆盖光阑。
接着，对与照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端分离且照明光和照明光的返回光能够通过的面(即，设置有光阑361的面)内的、照明区域与检测区域的关系进行说明。
如图2所示，即使由第三检测光纤34的数值孔径(NA：Numerical Aperture)决定的可受光角度为θ0，第三检测光纤34接收光的角度也被光阑361限制为θ1，因此第三检测光纤34的检测区域被限制为检测区域D2。由此，第三检测光纤34的检测区域D2包含在照明光纤31所照射的照明区域D1的内部。对于第一检测光纤32、第二检测光纤33，检测区域也同样包含在照明光纤31所照射的照明区域D1的内部。在照明区域D1被设定在远比照明光纤31的直接照射的区域更靠内侧的情况下，还能够以使各检测光纤的所有检测区域均与照明区域一致的方式进行设定。
关于如上述那样构成的生物体光学测量系统1，如图4所示，测量探头3经由内窥镜系统100的内窥镜装置101(内窥镜观测器)内设置的处理器具通道101a被插入到被检体内，照明光纤31对测量对象物S1照射照明光，第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34分别以不同的散射角度对被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光进行检测，并传播到第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25。之后，运算部291基于由第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25各自检测出的检测结果来运算测量对象物S1的性质和状态的特性值。
接着，对包括上述生物体光学测量系统1的校准处理的运算处理的一例进行说明。图5是示意性地表示校准用数据获取的情形的图。
如图5所示，关于生物体光学测量系统1，在将测量探头3连接于生物体光学测量装置2时，从测量探头3的前端照射相同强度的照明P1来作为校准处理。在这种情况下，控制部29将由第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25各自检测出的检测结果记录到记录部28。
接着，当将校准处理时的第一检测部23的检测结果设为C1、将校准处理时的第二检测部24的检测结果设为C2、将校准处理时的第三检测部25的检测结果设为C3、将测量对象物S1的第一检测部23的检测结果设为R1、将测量对象物S1的第二检测部24的检测结果设为R2、将测量对象物S1的第三检测部25的检测结果设为R3、将校正后的第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25的值设为I1～I3时，运算部291通过以下式(1)～(3)来计算测量对象物S1的测量值。
I1＝R1(C1+C2+C3)/3C1···(1)
I2＝R2(C1+C2+C3)/3C2···(2)
I3＝R3(C1+C2+C3)/3C3···(3)
这样，运算部291基于校准处理的检测结果和实际测量时的检测结果来运算校正后的第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25的值，根据该校正后的值来运算测量对象物S1的测量值。并且，如图6所示，光阑361仅使用于LEBS测量的照明光的返回光Y1入射到棒状透镜36内，防止与LEBS测量无关的扩散光成分Y2入射到棒状透镜36内。
在以上说明的本发明的实施方式1中，在棒状透镜36的前端设置有对照明光纤31所照射的照明范围外进行覆盖的光阑361，因此能够防止在校准处理时和测量对象物S1的测量时检测区域发生变化，因此能够进行基于准确的检测效率的校准的测量。
并且，在本发明的实施方式1中，能够对第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34分别以相同的检测区域执行校准处理，因此能够执行准确的校准处理。
也就是说，在本发明的实施方式1中，使校准处理时分别向第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34入射的光束的角度与测量对象物S1的实际测量时分别向第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34入射的光束的角度一致。其结果，能够通过校准处理来可靠地对第一检测光纤32、第二检测光纤33、第三检测光纤34、生物体光学测量装置2内的中继光纤或者第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25的角度依赖的个体间的偏差进行校准。
(实施方式1的变形例1)
在本发明的实施方式1中，通过利用棒状透镜的侧壁遮挡照明光也能够实现。图7是示意性地表示将本发明的一个实施方式的变形例1所涉及的测量探头沿长边方向切断而得到的截面的图。此外，对与上述实施方式相同的结构附加相同的附图标记并进行说明。
图7所示的测量探头4具备照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33、第三检测光纤34、光纤保持部35以及棒状透镜40。
棒状透镜40设置在光纤保持部35的前端。具体地说，关于棒状透镜40，使用如仅具有透光性的透镜那样的不具有光路弯曲效果的玻璃棒或塑料棒，或者具有曲率的光学透镜或折射率分布型透镜(GRIN透镜)。在使用透镜的情况下，以在照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端出现透镜的焦平面的方式进行设置。棒状透镜40形成为圆柱状以使照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端与测量对象物S1之间的距离固定。另外，棒状透镜40的外径形成为与照明光纤31所照射的照明区域D1一致或者与照明光纤31所照射的照明区域D1的内侧相当的大小。
根据以上说明的本发明的实施方式1的变形例1，棒状透镜40的外径具有与照明光纤31所照射的照明区域D1一致或者与照明光纤31所照射的照明区域D1的内侧相当的大小。其结果，能够防止校准处理时与测量对象物S1的测量时的检测区域的偏差，因此能够进行高精度的测量。
(实施方式1的变形例2)
在本发明的实施方式1中，在利用上述光阑、棒状透镜外壁来限制照明区域的结构中，也可以使用NA大的检测光纤。图8是示意性地表示将本发明的一个实施方式的变形例2所涉及的测量探头沿长边方向切断而得到的截面的图。此外，对与上述实施方式相同的结构附加相同的附图标记并进行说明。
图8所示的测量探头5具备照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33、第三检测光纤34、光纤保持部35、棒状透镜36以及光阑361。
如图8所示，第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的数值孔径(NA)大，由此可受光区域比照明光纤31所照射的照明区域D1大。由此，检测光纤的检测区域D2与照明区域D1相等。
根据以上说明的本发明的实施方式1的变形例2，第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的数值孔径大，由此检测光纤的检测区域D2与照明区域D1相等。其结果，能够防止校准处理时与测量对象物S1的测量时的检测区域的偏差，因此能够进行基于高精度的检测效率的校准的测量。并且，能够高效地检测被生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光。
(实施方式1的变形例3)
在本发明的实施方式1中，也可以变更光纤保持部和棒状透镜的形状。图9是示意性地表示将本发明的实施方式1的变形例3所涉及的测量探头沿长边方向切断而得到的截面图的图。此外，对与上述实施方式相同的结构附加相同的附图标记并进行说明。
图9所示的测量探头6具备照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33、第三检测光纤34、光纤保持部61、棒状透镜62以及光阑361。
光纤保持部61将照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端排成任意的排列来进行保持。光纤保持部35以使照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34的光轴互相平行的方式进行保持。另外，利用玻璃、树脂或者金属等来实现光纤保持部61。另外，光纤保持部61的前端朝向棒状透镜62形成为球面，使得第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34的射出光轴倾斜，从而使照明光纤31的照明区域D1与第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的检测区域大致一致。
棒状透镜62设置在光纤保持部61的前端。利用具有规定的透光性的玻璃、塑料等来实现棒状透镜62。具体地说，关于棒状透镜36，使用如仅具有透光性的透镜那样的不具有光路弯曲效果的玻璃棒或塑料棒，或者具有曲率的光学透镜或折射率分布型透镜(GRIN透镜)。在棒状透镜36中使用透镜的情况下，以在照明光纤31的前端出现透镜的焦平面的方式进行设置。棒状透镜62的与光纤保持部61相连接的连接面形成为球状。在此，在光纤的芯折射率大于棒状透镜62的折射率的情况下，光纤保持部61形成为球面形状，使得与棒状透镜62接触的一侧的端面向外部凸出。换句话说，当将光纤保持部61视为大致圆柱时，在将通过该圆柱的中心轴的平面设为切断面的截面中，光纤保持部61的端面沿着照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34的排列方向形成为弧状。另外，在棒状透镜62中，与光纤保持部61接触的一侧的端面也形成为与光纤保持部61相应的凹形状。在光纤的芯折射率小于棒状透镜62的折射率的情况下，光纤保持部61形成为球面形状，使得与棒状透镜62接触的一侧的端面向外部凹陷，棒状透镜62的与光纤保持部61接触的一侧的端面形成为与光纤保持部61相应的凸形状。
根据以上说明的本发明的实施方式1的变形例3，光纤保持部61的前端朝向棒状透镜62形成为球面，使得第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34的射出光轴倾斜，从而使照明光纤31的照明区域D1与第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的检测区域大致一致。并且，在棒状透镜62的前端利用光阑或者棒状透镜外壁将检测区域限制在照明区域内，由此能够防止校准处理时与测量对象物S1的测量时的检测区域的偏差，消除第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34的多余的可受光范围，由此能够减轻由棒状透镜62内发生的漫反射导致的杂散光的影响，因此能够进行基于高精度的检测效率的校准的测量。并且，能够高效地检测被生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光。
(实施方式2)
接着，对本发明的实施方式2进行说明。本实施方式2所涉及的光学测量系统的测量探头的结构与上述实施方式1所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的结构不同。因此，以下说明本实施方式2所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的结构。此外，对与上述实施方式1所涉及的生物体光学测量系统1相同的结构附加相同的附图标记并省略说明。
图10是示意性地表示本实施方式2所涉及的生物体光学测量系统的结构的框图。图11是示意性地表示将本实施方式2所涉及的生物体光学测量系统的测量探头的前端沿长边方向切断而得到的截面的图。图12是从图10的箭头A方向观察到的主视图。
图10所示的生物体光学测量系统100具备：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来检测测量对象物的性质和状态(特性)；以及测量探头103，其相对于生物体光学测量装置2装卸自如。
接着，对测量探头103进行说明。此外，以下列举检测光纤为三根的情况来作为例子，但存在更多根检测光纤的情况也同样。图10～图12所示的测量探头103具备：可挠部135，其内部贯穿有照明光纤131、第一检测光纤132(第一受光通道)、第二检测光纤133(第二受光通道)以及第三检测光纤134(第三受光通道)，并且一端装卸自如地连接于生物体光学测量装置2的连接器部22，且形成为具有可挠性的管状；光纤保持部136，其连接于可挠部135的另一端，对照明光纤131、第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134进行保持；以及棒状透镜137(光学元件)，其设置在光纤保持部136的前端。当可挠部135连接于连接器部22时，照明光纤131、第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134分别与光源部21、第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25进行连接。另外，在可挠部135的一端设置有与连接器部22相连接的未图示的连接机构。
照明光纤131利用光纤来实现，经由棒状透镜137对测量对象物S1照射经由连接器部22从光源部21入射的照明光。捆束一根或者多根光学光纤来构成照明光纤131。
第一检测光纤132利用光纤来实现，对经由棒状透镜137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(接收)并向第一检测部23传播。
第二检测光纤133利用光纤来实现，对经由棒状透镜137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并向第二检测部24传播。
第三检测光纤134利用光纤来实现，对经由棒状透镜137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并向第三检测部25传播。
光纤保持部136将照明光纤131、第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的前端排成任意的排列来进行保持。在图12中，示出将照明光纤131、第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134排列在一条直线上的情况。另外，光纤保持部136以使照明光纤131、第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134的光轴互相平行的方式进行保持。利用玻璃，树脂或者金属等来实现光纤保持部136。
棒状透镜137设置在光纤保持部136的前端。利用具有规定的透光性的玻璃、塑料等来实现棒状透镜137。具体地说，关于棒状透镜137，使用如仅具有透光性的透镜那样的不具有光路弯曲效果的玻璃棒或塑料棒，或者具有曲率的光学透镜或折射率分布型透镜(GRIN透镜)。在棒状透镜36中使用透镜的情况下，以在照明光纤31、第一检测光纤32、第二检测光纤33以及第三检测光纤34各自的前端出现透镜的焦平面的方式进行设置。棒状透镜137形成为圆柱状以使照明光纤131、第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的前端与测量对象物S1之间的距离固定。
图13是用于说明本实施方式2所涉及的生物体光学测量系统100的测量探头103的照明区域和检测区域的图。此外，图13示出了棒状透镜137的与测量对象物S1接触的一侧的端面的照明区域和检测区域。
如图13所示，在与照明光纤131、第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的前端分离、且照明光和返回光能够通过的面(棒状透镜137的与测量对象物S1接触的一侧的端面)内，照明光纤131的照明区域E131内分别包含第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的返回光的检测区域E132、E133、E134。具体地说，第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的数值孔径(NA)比照明光纤131的数值孔径小，使得包含在照明光纤131所照射的照明区域E131内。另外，用于检测第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的照明光的返回光的检测区域E132～E134被限制在照明光纤131所照射的照明区域E131内。
在此，为了满足上述照明区域E131与检测区域E132～E134的关系，至少使照明光纤131的数值孔径比第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的数值孔径大。此时，利用与形成第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134的材料不同的材料来形成照明光纤131。具体地说，利用光纤的芯材料与包层材料的折射率比不同的材料、材质来形成各光纤。
此时，第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的数值孔径既可以相同也可以不同。只要第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的检测区域E132～E134包含在照明区域E131内，就能够应用。
关于如上述那样构成的生物体光学测量系统100，如上述图4所示，测量探头103经由内窥镜系统100的内窥镜装置101(内窥镜观测器)内设置的处理器具通道101a被插入到被检体内，照明光纤131对测量对象物S1照射照明光，第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134分别以不同的散射角度对被测量对象物S1反射和/或散射的照明光的返回光进行检测，并传播到第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25。之后，运算部291基于由第一检测部23、第二检测部24以及第三检测部25各自检测出的检测结果来运算测量对象物S1的性质和状态的特性值。
根据以上说明的本实施方式2，在棒状透镜137的端面内，照明光纤131所照射的照明区域E131内分别包含第一检测光纤132、第二检测光纤133以及第三检测光纤134各自的返回光的检测区域E132～E134，因此能够防止校准处理时与测量对象物的测量时的检测区域的偏差，能够进行基于准确的检测效率的校准的测量。
(实施方式3)
接着，对本发明的实施方式3进行说明。图14是示意性地表示本实施方式3所涉及的光学测量系统的测量探头的图。此外，对与上述构成要素相同的构成要素附加相同的附图标记。在上述实施方式2中，说明了改变光纤的材料、比率来调整数值孔径的情况，在本实施方式3中，对光纤施加应力以使在光纤内以大角度传播的光向光纤外释放，由此将实际的数值孔径调整得较小。
图14所示的测量探头104具备：可挠部141，其内部贯穿有照明光纤131a、第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a，并且一端装卸自如地连接于生物体光学测量装置2的连接器部22，且形成为具有可挠性的管状；光纤保持部142，其连接于可挠部141的另一端，对照明光纤131a、第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a进行保持；棒状透镜143(光学元件)，其设置在光纤保持部142的前端；以及模滤波器144(应力施加单元)，其用于对第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a施加应力。
关于照明光纤131a、第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a，光纤的原来的数值孔径彼此相等。
棒状透镜143设置在光纤保持部142的前端。具体地说，关于棒状透镜143，使用如仅具有透光性的透镜那样的不具有光路弯曲效果的玻璃棒或塑料棒，或者具有曲率的光学透镜或折射率分布型透镜(GRIN透镜)。在使用透镜的情况下，以在照明光纤131a、第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a各自的前端出现透镜的焦平面的方式进行设置。棒状透镜143形成为圆柱状以使照明光纤131a、第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a各自的前端与测量对象物之间的距离固定。
模滤波器144大致形成为圆柱状，且在外周面卷绕有第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a。第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a沿着模滤波器144的外周进行卷绕，由此成为被施加了弯曲应力的状态。在此，模滤波器144的与长边方向正交的方向的半径(外侧面的半径)比第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a的允许弯曲半径小。由此，卷绕在模滤波器144的第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a为通过弯曲成为比自身的允许弯曲半径小的曲率来施加应力的状态。
第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a通过施加应力使被取入光纤内部的光的角度范围变窄。具体地说，在光纤的弯曲部分，规定的入射角度的光漏出到外部，由此到达检测器的光的角度范围变窄。由此，例如图13所示的检测区域E132～E134缩小。
通过调节第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a对于模滤波器144的卷绕方式(卷绕数量、紧固强度等)，能够使照明光纤131a的照明区域(例如照明区域E131)内包含各检测区域(例如检测区域E132～E134)。
根据以上说明的本实施方式3，在棒状透镜143的端面内，照明光纤131a所照射的照明区域内分别包含第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a各自的返回光的检测区域，因此能够防止校准处理时与测量对象物的测量时的检测区域的偏差，能够进行基于准确的检测效率的校准的测量。
(实施方式3的变形例)
图15是示意性地表示本实施方式3的变形例所涉及的光学测量系统的测量探头的图。
图15所示的测量探头105具备：可挠部151，其内部贯穿有上述照明光纤131a、第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a，并且一端装卸自如地连接于生物体光学测量装置2的连接器部22，且形成为具有可挠性的管状；光纤保持部152，其连接于可挠部151的另一端，对照明光纤131a、第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a进行保持；棒状透镜153(光学元件)，其设置在光纤保持部152的前端；以及模滤波器154，其用于对第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a施加应力。
模滤波器154具有三个大致形成为圆柱状的第一柱状构件154a和两个大致形成为圆柱状的第二柱状构件154b。三个第一柱状构件154a被排列成各自的中心轴方向平行。两个第二柱状构件154b被排列成各自的中心轴方向平行。另外，两个第二柱状构件154b被配设为位于三个第一柱状构件154a之间。在此，当将第一柱状构件154a的半径设为R1、将第二柱状构件54b的半径设为R2、将通过三个第一柱状构件154a各自的中心轴的平面与通过两个第二柱状构件154b各自的中心轴的平面之间的距离设为D时，满足D<R1+R2的关系。
第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a通过三个第一柱状构件154a与两个第二柱状构件154b之间。此时，第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a成为与第一柱状构件154a和第二柱状构件154b的侧面的一部分接触并与第一柱状构件154a和第二柱状构件154b的外周的曲率相应地弯曲的状态。通过使第一柱状构件154a和第二柱状构件154b的外周的曲率比各光纤的允许弯曲半径小，能够使被取入光纤内部的光的角度范围变窄。
在本实施方式3的变形例1中，通过对第一柱状构件154a和第二柱状构件154b的外周的曲率、通过三个第一柱状构件154a各自的中心轴的平面与通过两个第二柱状构件154b各自的中心轴的平面之间的距离(D)进行调整，能够调整第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a的各检测区域的大小。
此外，并不限于第一柱状构件154a和第二柱状构件154b，即使是利用形成为梳子状的两个构件夹持第一检测光纤132a、第二检测光纤133a以及第三检测光纤134a来施加应力的构件，也能够应用。
(实施方式4)
接着，对本发明的实施方式4进行说明。图16是示意性地表示本实施方式4所涉及的光学测量系统的测量探头的图。此外，对与上述构成要素相同的构成要素附加相同的附图标记。在上述实施方式2中，说明了改变光纤的材料、比率来调整数值孔径的情况，但在本实施方式4中，使光纤的端面倾斜来调整照射区域和检测区域。
图16所示的测量探头106的前端具备：可挠部161，其内部贯穿有照明光纤131b、第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b，并且一端装卸自如地连接于生物体光学测量装置2的连接器部22，且形成为具有可挠性的管状；光纤保持部162，其连接于可挠部161的另一端，对照明光纤131b、第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b进行保持；以及棒状透镜163(光学元件)，其设置在光纤保持部162的前端。
照明光纤131b、第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b的数值孔径(NA)彼此相等。
棒状透镜163设置在光纤保持部142的前端。利用具有规定的透光性的玻璃、塑料等来实现棒状透镜163。具体地说，关于棒状透镜163，使用如仅具有透光性的透镜那样的不具有光路弯曲效果的玻璃棒或塑料棒，或者具有曲率的光学透镜或折射率分布型透镜(GRIN透镜)。在棒状透镜163中使用透镜的情况下，以在照明光纤131b的前端出现透镜的焦平面的方式进行设置。棒状透镜163大致形成为圆柱状，使得照明光纤131b、第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b各自的前端与测量对象物S1之间的距离固定。
在此，在光纤的芯折射率大于棒状透镜163的折射率的情况下，光纤保持部162形成为球面形状，使得与棒状透镜163接触的一侧的端面向外部凸出。换句话说，当将光纤保持部162视为大致圆柱时，在将通过该圆柱的中心轴的平面设为切断面的截面中，光纤保持部162的端面沿着照明光纤131b、第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b的排列方向形成为弧状。另外，在棒状透镜163中，与光纤保持部162接触的一侧的端面也形成为与光纤保持部162相应的凹形状。在光纤的芯折射率比棒状透镜163的折射率小的情况下，光纤保持部162形成为球面形状，使得与棒状透镜163接触的一侧的端面向外部凹陷，棒状透镜163的与光纤保持部162接触的一侧的端面形成为与光纤保持部162相应的凸形。
此时，照明光纤131b位于光纤保持部162的端面的球面形状的头顶部。即，在照明光纤131b的配设位置处，光纤保持部162的截面中的端面的切线方向与被光纤保持部162保持为直线状的照明光纤131b的中心轴正交。
光纤保持部162的端面形成为球面形状，由此能够使第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b的射出光轴倾斜，从而能够使照明光纤131b、第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b的各检测区域一致。
根据以上说明的本实施方式4，使第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b的射出光轴倾斜，由此照明光纤131b所照射的照明区域内分别包含第一检测光纤132b、第二检测光纤133b以及第三检测光纤134b各自的返回光的检测区域，因此能够防止校准处理时与测量对象物的测量时的检测区域的偏差，能够进行准确的测量。
附图标记说明
1、100：生物体光学测量系统；2：生物体光学测量装置；3、4、5、6、103、104、105、106：测量探头；20：电源；21：光源部；22：连接器部；23：第一检测部；24：第二检测部；25：第三检测部；26：输入部；27：输出部；28：记录部；29：控制部；31、131、131a、131b：照明光纤；32、132、132a、132b：第一检测光纤；33、133、133a、133b：第二检测光纤；34、134、134a、134b：第三检测光纤；35、61、136、142、152、162：光纤保持部；36、40、62、137、143、153、163：棒状透镜；144、154：模滤波器；135、141、151、161：可挠部；291：运算部。

Claims (12)

1.一种测量探头，装卸自如地连接于进行生物体组织的光学测量的生物体光学测量装置，该测量探头的特征在于，具备：
照明光纤，其对上述生物体组织照射照明光；
多个检测光纤，其对被上述生物体组织反射和/或散射的照明光的返回光进行检测，
其中，在与上述照明光纤和上述多个检测光纤各自的前端分离且上述照明光和上述返回光能够通过的面内，上述多个检测光纤各自的上述返回光的检测区域包含在上述照明光纤的整个照明区域或者照明区域的内部。
2.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，还具备：
光学元件，其形成为圆柱状，用于使上述照明光纤和上述多个检测光纤各自的前端与上述生物体组织之间的距离固定；以及
光阑，其设置在上述光学元件的前端，仅使上述整个照明区域或者上述照明区域的内侧的区域透光，遮挡除此以外的区域。
3.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
还具备光学元件，该光学元件形成为圆柱状，用于使上述照明光纤和上述多个检测光纤各自的前端与上述生物体组织之间的距离固定，
上述光学元件设置成该光学元件的外径与上述照明区域的外径一致或者在上述照明区域的内侧。
4.根据权利要求2所述的测量探头，其特征在于，
还具备光纤保持部，该光纤保持部对上述照明光纤和上述多个检测光纤进行保持，该光纤保持部的前端形成为球面形状使得上述照明区域与上述多个检测光纤各自的上述检测区域大致一致。
5.根据权利要求3所述的测量探头，其特征在于，
还具备光纤保持部，该光纤保持部对上述照明光纤和上述多个检测光纤进行保持，该光纤保持部的前端形成为球面形状使得上述照明区域与上述多个检测光纤各自的上述检测区域大致一致。
6.根据权利要求2所述的测量探头，其特征在于，
上述多个检测光纤的数值孔径比上述照明光纤的数值孔径大。
7.根据权利要求3所述的测量探头，其特征在于，
上述多个检测光纤的数值孔径比上述照明光纤的数值孔径大。
8.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
上述照明光纤的数值孔径比上述检测光纤的数值孔径小。
9.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
还具备对上述多个检测光纤施加应力的应力施加单元。
10.根据权利要求9所述的测量探头，其特征在于，
上述应力施加单元包括一个或者多个具有由比上述检测光纤的允许弯曲半径小的直径构成的外侧面的构件。
11.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，
还具备光纤保持部，该光纤保持部对上述照明光纤和上述多个检测光纤进行保持，该光纤保持部的前端形成为球面形状使得上述多个检测光纤各自的上述检测区域与上述照明区域一致。
12.一种生物体光学测量系统，其特征在于，具备：
根据权利要求1～11中的任一项所述的测量探头；以及
光学测量装置，其装卸自如地连接上述测量探头，对上述测量探头提供照明光，并且接收从上述测量探头射出的上述返回光并进行上述生物体组织的光学测量。
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