JP2000088742A - Light-measuring device - Google Patents
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光計測装置に関し、
特に超音波を併用して光散乱媒体(例えば、生体)を計
測する光計測装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measurement device,
In particular, the present invention relates to an optical measurement device that measures a light scattering medium (for example, a living body) using ultrasonic waves.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、光計測装置は様々な分野で利
用されている。生体計測の分野においては、光計測装置
として、光CT(Computed Tomography)装置、血液分
析装置、などが知られている。それらの装置では、例え
ば、体外から光(近赤外光など)が生体へ照射され、生
体を透過した光が検出される。そして、検出信号に基づ
いて、断層像イメージング、代謝情報の収集(例えばヘ
モグロビンの定量)などが行われる。2. Description of the Related Art Conventionally, optical measuring devices have been used in various fields. In the field of biological measurement, an optical CT (Computed Tomography) device, a blood analyzer, and the like are known as optical measurement devices. In these devices, for example, light (near-infrared light or the like) is applied to the living body from outside the body, and light transmitted through the living body is detected. Then, based on the detection signal, tomographic imaging, collection of metabolic information (for example, quantitative determination of hemoglobin), and the like are performed.
【0003】ところで、生体組織は光散乱媒体であり、
生体内へ進入した光は多重散乱される。よって、体外か
ら単に光を観測しただけでは、生体内の特定の観測部位
における代謝情報だけを弁別するのは極めて難しい。こ
のため、各種の提案がなされているが、その中でも「超
音波を利用した方法」が有力視されている(関連する技
術として例えば、L.V.Wang and X.Zhao:Applied Optics
36(1997)7277及びM.Kemple,M.Larionov,D.Zaslavsky,a
nd A.Z.Genack:J.Opt.Soc.Am.A 14(1997)1151などがあ
げられる )。[0003] By the way, living tissue is a light scattering medium,
Light that has entered the living body is multiple-scattered. Therefore, it is extremely difficult to discriminate only metabolic information at a specific observation site in a living body by simply observing light from outside the body. For this reason, various proposals have been made, and among them, the "method using ultrasonic waves" is considered promising (for example, LVWang and X. Zhao: Applied Optics as related technologies)
36 (1997) 7277 and M. Kemple, M. Larionov, D. Zaslavsky, a
nd AZGenack: J. Opt. Soc. Am. A 14 (1997) 1151).
【0004】この方法では、光散乱媒体に対して、例え
ば光ビームと直交する方向から超音波が照射される。超
音波は、既存の超音波診断装置で見られるように、生体
内の観測部位に局所集中させることが可能である。超音
波が生体内へ照射された状態では、生体内において弾性
波が光に対して屈折率分布を形成する。すなわち組織の
粗密状態が形成されるものと思われる。その場合に、光
が当該観測部位を進行すると、組織の粗密状態が光に対
して作用し、光が何らかの形で変調される。そこで、受
光信号から変調成分のみを取り出せば、観測部位の代謝
情報を弁別可能である。In this method, an ultrasonic wave is applied to a light scattering medium from, for example, a direction orthogonal to a light beam. Ultrasound can be locally concentrated at an observation site in a living body, as seen in an existing ultrasonic diagnostic apparatus. In a state where ultrasonic waves are applied to the inside of a living body, elastic waves form a refractive index distribution with respect to light in the living body. That is, it is considered that a dense and dense state of the tissue is formed. In that case, when the light travels through the observation site, the density of the tissue acts on the light, and the light is modulated in some way. Therefore, if only the modulation component is extracted from the received light signal, the metabolic information at the observation site can be discriminated.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来か
ら、超音波を利用した光計測が提案されているが、超音
波と光の相互作用をより忠実に観測可能な超音波利用型
の光計測装置が要望されている。As described above, optical measurement using ultrasonic waves has been conventionally proposed. However, an ultrasonic-based type that can observe the interaction between ultrasonic waves and light more faithfully is proposed. There is a need for an optical measurement device.
【0006】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、光散乱媒体の計測に当たっ
て、超音波と光の相互作用を精度良く計測可能な装置を
提供することにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus capable of accurately measuring the interaction between an ultrasonic wave and light in measuring a light scattering medium. .
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、光散乱媒体に対して第1偏光角を
もった光ビームを照射する光照射手段と、前記光散乱媒
体内の観測部位に対して、超音波ビームを照射する超音
波照射手段と、前記光散乱媒体から出射する散乱光の中
で、前記超音波の作用を受けて偏光した光成分を受光
し、受光信号を出力する受光手段と、を含むことを特徴
とする。(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a light irradiating means for irradiating a light scattering medium with a light beam having a first polarization angle; For an observation site in the medium, ultrasonic irradiation means for irradiating an ultrasonic beam, and among the scattered light emitted from the light scattering medium, receive a light component polarized by the action of the ultrasonic wave, Light receiving means for outputting a light receiving signal.
【0008】上記構成によれば、生体などの光散乱媒体
に対して、光ビームが照射され、同時に超音波ビームも
照射される。光散乱媒体内に入った光は多重散乱を受け
るが、一方、超音波は観測部位に対して局所的に照射さ
れる。その観測部位を一部の散乱光が通過すると、その
通過の際に偏光される。つまり、超音波によって観測部
位の組織に構造変化が生じ、それによって光が複屈折す
ると推認される。よって、その偏光成分を検出すれば、
観測部位についての組織情報(代謝情報など)を他の影
響を排除して取得できる。すなわち、光と超音波の相互
作用を忠実かつ高精度に検出できる。本発明者らの実験
によれば、観測部位の情報を従来方式よりも良好な精度
で取得できることが確認されている。このように、本発
明は、光計測に当たって光散乱媒体内における局所的な
ラベリングを実現するものである。According to the above configuration, the light scattering medium such as a living body is irradiated with the light beam, and simultaneously with the ultrasonic beam. Light entering the light scattering medium undergoes multiple scattering, while ultrasonic waves are locally applied to the observation site. When a part of the scattered light passes through the observation site, it is polarized at the time of the passage. That is, it is presumed that the ultrasonic wave causes a structural change in the tissue at the observation site, thereby causing light to be birefringent. Therefore, if the polarization component is detected,
Tissue information (metabolism information, etc.) about the observation site can be obtained without other influences. That is, the interaction between light and ultrasonic waves can be detected with high fidelity and high accuracy. According to experiments performed by the present inventors, it has been confirmed that information on an observation site can be acquired with better accuracy than the conventional method. As described above, the present invention realizes local labeling in a light scattering medium when measuring light.
【0009】なお、上記超音波照射手段は、単振動子又
はアレイ振動子を備えたものを用いることができ、例え
ばそれらに音響レンズや電子フォーカスを組み合わせて
もよい。上記の受光手段は、光ビーム軸の延長線上に設
けることもできるが、それには限定されない。すなわ
ち、光散乱媒体内で光散乱を生じているので所望の位置
に受光手段を配置できる。The ultrasonic wave irradiating means may be one having a single vibrator or an array vibrator, and for example, may be combined with an acoustic lens or an electronic focus. The light receiving means may be provided on an extension of the light beam axis, but is not limited thereto. That is, since light scattering occurs in the light scattering medium, the light receiving means can be arranged at a desired position.
【0010】本発明は、特に生体内の二次元イメージン
グ、三次元イメージング及び生体内の特定部位の計測に
適用されるのが望ましいが、それ以外にも光CT、血流
分析、などに応用可能である。その場合に、超音波照射
手段、光照射手段、受光手段のそれぞれは体外に配置し
てもよいが、それらの一部又は全部を体内に配置しても
よい。また、本発明は生体に限られず各種の応用が考え
られる。The present invention is preferably applied to two-dimensional imaging, three-dimensional imaging in a living body, and measurement of a specific part in a living body. However, the present invention is also applicable to optical CT, blood flow analysis, and the like. It is. In this case, each of the ultrasonic wave irradiating means, the light irradiating means, and the light receiving means may be arranged outside the body, but a part or all of them may be arranged inside the body. Further, the present invention is not limited to living organisms, and various applications can be considered.
【0011】(2)望ましくは、前記受光手段は、前記
第1偏光角と直交関係にある第2偏光角をもった光成分
を受光する。この場合、例えば、互いに直交関係にある
一対の偏光子が利用される。(2) Preferably, the light receiving means receives a light component having a second polarization angle that is orthogonal to the first polarization angle. In this case, for example, a pair of polarizers that are orthogonal to each other are used.
【0012】望ましくは、前記光照射手段は、レーザー
光源と、前記レーザー光源からの光の内で前記第1偏光
角をもった光のみを通過させる第1偏光子と、を含む。
レーザー光源としては、近赤外光を出射可能なものを用
いることができる。Preferably, the light irradiating means includes a laser light source, and a first polarizer that transmits only light having the first polarization angle out of the light from the laser light source.
A laser light source capable of emitting near-infrared light can be used.
【0013】望ましくは、前記受光手段は、前記光散乱
媒体から出射する光の内で、前記第2偏光角をもった光
成分のみを通過させる第2偏光子と、前記第2偏光子を
通過した光成分を受光する光検出器と、を含む。ここ
で、第2偏光子の角度は、光ビーム軸上にそれが配置さ
れる場合、第1偏光子と90度異なる角度に設定され
る。一方、光ビーム軸上以外に第2偏光子が配置される
場合、その角度は、超音波を照射しない状態で受光量が
最大になる角度から90度回転させた角度とすればよ
い。Preferably, the light receiving means includes a second polarizer for passing only a light component having the second polarization angle out of the light emitted from the light scattering medium, and a light passing through the second polarizer. A light detector for receiving the light component. Here, the angle of the second polarizer is set to an angle different from that of the first polarizer by 90 degrees when it is arranged on the light beam axis. On the other hand, when the second polarizer is arranged other than on the light beam axis, the angle may be an angle rotated by 90 degrees from the angle at which the amount of received light is maximized without irradiating ultrasonic waves.
【0014】望ましくは、前記超音波照射手段によって
送波される超音波を変調するための超音波変調手段と、
前記受光手段からの出力信号を検波する検波手段と、を
含む。検波手段としては例えば公知のロックインアンプ
などを利用してもよい。Preferably, an ultrasonic modulating means for modulating the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic irradiating means,
Detecting means for detecting an output signal from the light receiving means. As the detection means, for example, a known lock-in amplifier or the like may be used.
【0015】(3)本発明に係る光計測用プローブは、
光散乱媒体に対して光ビームを照射する光照射手段と、
前記光散乱媒体内の観測部位に対して、超音波ビームを
照射する超音波照射手段と、前記光散乱媒体から出射す
る散乱光の中で、前記超音波の作用を受けた光成分を受
光し、受光信号を出力する受光手段と、を含むことを特
徴とする。(3) An optical measurement probe according to the present invention
Light irradiation means for irradiating the light scattering medium with a light beam,
Ultrasound irradiating means for irradiating an ultrasonic beam to an observation site in the light scattering medium, and receives a light component affected by the ultrasonic wave in scattered light emitted from the light scattering medium. And a light receiving means for outputting a light receiving signal.
【0016】(4)本発明に係る光計測用プローブは、
光散乱媒体に対して第1偏光角をもった光ビームを照射
する光照射手段と、前記光散乱媒体内の観測部位に対し
て、超音波ビームを照射する超音波照射手段と、前記光
散乱媒体から出射する散乱光の中で、前記超音波の作用
を受けて偏光した光成分を受光し、受光信号を出力する
受光手段と、を含むことを特徴とする。(4) An optical measurement probe according to the present invention
A light irradiating means for irradiating a light beam having a first polarization angle to the light scattering medium; an ultrasonic irradiating means for irradiating an ultrasonic beam to an observation portion in the light scattering medium; And a light receiving means for receiving a light component polarized under the action of the ultrasonic wave in the scattered light emitted from the medium and outputting a light reception signal.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0018】図1には、本発明に係る光計測装置の好適
な実施形態が示されており、図1はその全体構成を示す
概念図である。本実施形態において、この光計測装置
は、生体組織の計測(例えば、光吸収係数あるいは血液
中酸素濃度の計測など)に用いられる。FIG. 1 shows a preferred embodiment of an optical measuring device according to the present invention, and FIG. 1 is a conceptual diagram showing the entire configuration. In the present embodiment, the optical measurement device is used for measurement of a living tissue (for example, measurement of a light absorption coefficient or blood oxygen concentration).
【0019】図1において、光散乱媒体10は近赤外線
に対して散乱性をもった媒体であって、この例では生体
組織である。同図において、光散乱媒体10の一方側に
は光照射部12が設けられ、他方側には受光部14が設
けられている。ただし、受光部14は必ずしも光ビーム
軸上に設けなくてもよい。後述するように、超音波によ
る偏光作用を検出できる限りにおいて、受光部14の配
置に自由度がある。In FIG. 1, a light scattering medium 10 is a medium having a property of scattering near-infrared rays, and in this example, is a living tissue. In FIG. 1, a light irradiation unit 12 is provided on one side of the light scattering medium 10, and a light receiving unit 14 is provided on the other side. However, the light receiving section 14 does not necessarily have to be provided on the light beam axis. As will be described later, there is a degree of freedom in the arrangement of the light receiving unit 14 as long as the polarization action by the ultrasonic wave can be detected.
【0020】光照射部12は、この実施形態において、
近赤外光としてのレーザー光100を出射するレーザー
装置20と、そのレーザー装置20から出射されたレー
ザー光100の内、所定の偏光角(例えば+45度)の
成分を通過させる偏光子18と、で構成される。従っ
て、レーザー装置20からのレーザー光100は偏光子
18を通過し、その通過成分としてのレーザー光102
が光散乱媒体10へ照射される。光散乱媒体10内で
は、レーザー光102は多重散乱し、その一部が後述の
超音波ビームBを通過して受光部14側へ進行する。In this embodiment, the light irradiation unit 12
A laser device 20 that emits laser light 100 as near-infrared light, a polarizer 18 that allows a component of a predetermined polarization angle (for example, +45 degrees) of the laser light 100 emitted from the laser device 20 to pass therethrough, It consists of. Therefore, the laser beam 100 from the laser device 20 passes through the polarizer 18 and the laser beam 102 as a passing component thereof.
Is irradiated on the light scattering medium 10. In the light scattering medium 10, the laser light 102 is multiple-scattered, and a part of the laser light 102 passes through an ultrasonic beam B, which will be described later, and proceeds to the light receiving unit 14 side.
【0021】受光部14は、この実施形態において、レ
ーザー光を検出する光検出器24と、光散乱媒体から出
射した光104の内で所定の偏光角(例えば−45度)
をもった光成分を通過させる偏光子22と、で構成され
る。偏光子18と偏光子22は、直交関係を有するた
め、光散乱媒体10内でレーザー光が偏光を受けなけれ
ば、光検出器24には当該レーザー光は到達しない。そ
の一方、後述の超音波ビームBによる複屈折現象によっ
てレーザー光が偏光を受けると、その偏光成分のみが偏
光子22で抽出され、当該成分が光検出器24で受光さ
れる。なお、光検出器24は、例えばフォトダイオー
ド、光電子増倍管などである。In this embodiment, the light receiving section 14 has a photodetector 24 for detecting a laser beam and a predetermined polarization angle (for example, -45 degrees) in the light 104 emitted from the light scattering medium.
And a polarizer 22 that transmits a light component having Since the polarizer 18 and the polarizer 22 have an orthogonal relationship, if the laser light is not polarized in the light scattering medium 10, the laser light does not reach the photodetector 24. On the other hand, when the laser beam is polarized by the birefringence phenomenon of the ultrasonic beam B described later, only the polarized component is extracted by the polarizer 22, and the component is received by the photodetector 24. The photodetector 24 is, for example, a photodiode, a photomultiplier, or the like.
【0022】ちなみに、光散乱媒体10内におけるレー
ザー光の散乱のため、上述のように、光散乱媒体10か
らの散乱光の検出は光ビーム軸上以外においても可能で
ある。すなわち、受光部14の配置位置は光ビーム軸上
に限られず、例えば、光散乱媒体10の形状に応じて、
受光量をできるだけ多く確保できる位置に配置するのが
望ましい。その場合において、偏光子22の角度は、超
音波による偏光成分のみが抽出されるように適宜設定す
る。Incidentally, because of the scattering of the laser light in the light scattering medium 10, as described above, the detection of the scattered light from the light scattering medium 10 is possible even on a position other than the light beam axis. That is, the arrangement position of the light receiving unit 14 is not limited to the position on the light beam axis. For example, according to the shape of the light scattering medium 10,
It is desirable to arrange at a position where the maximum amount of received light can be secured. In that case, the angle of the polarizer 22 is appropriately set so that only the polarized component by the ultrasonic wave is extracted.
【0023】光散乱媒体10には、図において、光ビー
ムの方向(X方向)と直交する方向(Z方向)に超音波
を照射する超音波振動子16が接合されている。この例
では超音波ビームと光ビームとが直交しているが、少な
くとも両者が交差しあるいは光散乱領域中を超音波ビー
ムが通過していればよい。超音波振動子16は単振動子
又はアレイ振動子である。超音波振動子16には音響フ
ォーカスのための音響レンズを設けるのが望ましく、ま
た、アレイ振動子の場合には電子的なフォーカスを適用
するのが望ましい。超音波ビームBは観測部位Tを通過
するように設定され、その観測部位Tでフォーカスされ
るように形成されるのが望ましい。An ultrasonic transducer 16 for irradiating an ultrasonic wave in a direction (Z direction) orthogonal to the light beam direction (X direction) in the drawing is joined to the light scattering medium 10. In this example, the ultrasonic beam and the light beam are orthogonal to each other, but it is sufficient if at least both cross or the ultrasonic beam passes through the light scattering region. The ultrasonic transducer 16 is a single transducer or an array transducer. It is desirable to provide an acoustic lens for acoustic focusing in the ultrasonic vibrator 16, and it is desirable to apply electronic focusing in the case of an array vibrator. It is desirable that the ultrasonic beam B is set so as to pass through the observation site T, and is formed so as to be focused at the observation site T.
【0024】この実施形態では、例えば、200Hzの
繰り返し周期で5MHzの超音波がパルス変調されてお
り、断続的に超音波パルスが照射されている。そのパル
ス幅は例えば1μsである。後述のロックインアンプ3
2では5MHzで同期検波が行われている。このように
超音波パルス(PW)が断続的に放射されている状況下
において、上述のようにレーザー光が照射され、超音波
による偏光成分が検出される。ちなみに、送波される超
音波としては、連続波(CW)、周波数変調による連続
波(FMCW)なども考えられる。In this embodiment, for example, ultrasonic waves of 5 MHz are pulse-modulated at a repetition period of 200 Hz, and ultrasonic pulses are applied intermittently. The pulse width is, for example, 1 μs. Lock-in amplifier 3 described later
In No. 2, synchronous detection is performed at 5 MHz. In such a situation where the ultrasonic pulse (PW) is intermittently radiated, the laser light is irradiated as described above, and the polarization component due to the ultrasonic wave is detected. Incidentally, as the transmitted ultrasonic wave, a continuous wave (CW), a continuous wave by frequency modulation (FMCW), and the like are also conceivable.
【0025】なお、光と超音波の伝搬速度を比較した場
合、光に対して超音波は停止しているものとみなすこと
ができる。このため、超音波の送波タイミングから光計
測までのタイミングを調整すれば、観測部位Tの深さを
制御することも可能である。例えば、超音波の送波タイ
ミングから一定時間間隔で光計測を行えば、深さ方向に
連続してサンプリングを行うことができる。この場合、
深さ方向の分解能を高めるためには、超音波の送信フォ
ーカスなどが重要となる。光計測を間欠的に行う場合、
光照射部12と光受光部14の動作を同時制御してもよ
いが、光受光部14のみを間欠的に動作させるように制
御してもよい。あるいは、光路上にシャッタなどを設け
ることもできる。When the propagation velocities of the light and the ultrasonic wave are compared, it can be considered that the ultrasonic wave has stopped for the light. Therefore, if the timing from the transmission timing of the ultrasonic wave to the optical measurement is adjusted, it is possible to control the depth of the observation site T. For example, if light measurement is performed at fixed time intervals from the transmission timing of ultrasonic waves, sampling can be performed continuously in the depth direction. in this case,
In order to enhance the resolution in the depth direction, transmission focus of ultrasonic waves and the like are important. When optical measurement is performed intermittently,
The operations of the light irradiating unit 12 and the light receiving unit 14 may be controlled simultaneously, or the control may be performed so that only the light receiving unit 14 is operated intermittently. Alternatively, a shutter or the like can be provided on the optical path.
【0026】コントローラ26は、本装置上の各構成の
動作内容を制御すると共に各動作のタイミング制御を行
っている。変調信号発生器28は、超音波を変調するパ
ルス信号を発生し、それを送信器30へ送っている。送
信器30は超音波振動子16を励振するための駆動信号
を出力する回路であり、上記のようにパルス変調された
5MHzの駆動信号を出力している。もちろん、超音波
振動子16がアレイ振動子で構成される場合、送信器3
0には各振動素子ごとに遅延器が設けられ、駆動信号の
電子遅延制御がなされる。なお、送信器30からロック
インアンプ32へリファレンス信号が送られている。The controller 26 controls the operation of each component on the apparatus and controls the timing of each operation. The modulation signal generator 28 generates a pulse signal for modulating the ultrasonic wave and sends it to the transmitter 30. The transmitter 30 is a circuit that outputs a drive signal for exciting the ultrasonic vibrator 16, and outputs a 5 MHz drive signal that is pulse-modulated as described above. Of course, when the ultrasonic transducer 16 is formed of an array transducer, the transmitter 3
In 0, a delay device is provided for each vibration element, and electronic delay control of the drive signal is performed. Note that a reference signal is sent from the transmitter 30 to the lock-in amplifier 32.
【0027】光検出器24では、上述のように、超音波
による偏光成分が検出され、その検出信号はロックイン
アンプ32へ送られ、そこで上記リファレンス信号に同
期した増幅が実行される。これはノイズを排除して目的
とする偏光成分のみを検出するためである。なお、他の
同期検波方式を利用して、目的信号の抽出を行ってもよ
い。In the photodetector 24, as described above, the polarization component due to the ultrasonic wave is detected, and the detection signal is sent to the lock-in amplifier 32, where amplification synchronized with the reference signal is executed. This is to detect only the intended polarization component while eliminating noise. Note that the target signal may be extracted using another synchronous detection method.
【0028】信号処理部34は、ロックインアンプ32
から出力された信号に基づいて、例えば観測部位におけ
る吸収係数(反射・吸収係数)の演算、それに基づく各
種演算などを行っている。二次元的に吸収係数が求めら
れるような場合、それを二次元画像として表現してもよ
い。信号処理部34による処理結果は表示部36へ送ら
れる。The signal processing unit 34 is provided with the lock-in amplifier 32
Based on the signal output from, for example, calculation of an absorption coefficient (reflection / absorption coefficient) at an observation site and various calculations based on the calculation are performed. When the absorption coefficient is obtained two-dimensionally, it may be expressed as a two-dimensional image. The processing result by the signal processing unit 34 is sent to the display unit 36.
【0029】図2には、観測部位Tを設定可能なエリア
としての走査面Sが示されている。上記のように、観測
部位Tの光計測を行う場合、その観測部位T上を通過す
るように超音波ビームBの方位が設定され、かつ、その
観測部位Tに送信フォーカスポイントが設定される。観
測部位Tを二次元的に移動させれば走査面Sの全体にわ
たって光計測を行うことができる。走査面Sは、メカニ
カルセクタ走査や電子セクタ走査などによって形成され
る。FIG. 2 shows a scanning plane S as an area in which the observation site T can be set. As described above, when performing optical measurement of the observation site T, the direction of the ultrasonic beam B is set so as to pass over the observation site T, and a transmission focus point is set at the observation site T. If the observation site T is moved two-dimensionally, light measurement can be performed over the entire scanning surface S. The scanning surface S is formed by mechanical sector scanning, electronic sector scanning, or the like.
【0030】図1に示した上記実施形態においては、光
散乱媒体内において局所性は失われるが代謝情報などの
計測を行える光(近赤外線)と、光散乱媒体内において
局所性を有する超音波と、を組み合わせて、光と超音波
の相互作用、具体的には複屈折による偏光を利用して局
所的光計測を実現できる。すなわち、本実施形態の光計
測装置によれば、超音波による観測部位のラベリングを
実現できる。In the embodiment shown in FIG. 1, the locality is lost in the light scattering medium but metabolic information can be measured (near infrared ray), and the ultrasonic wave having locality in the light scattering medium. The local light measurement can be realized by utilizing the interaction between light and ultrasonic waves, specifically, the polarization due to birefringence. That is, according to the optical measurement device of the present embodiment, labeling of the observation site by the ultrasonic wave can be realized.
【0031】また、偏光を利用しているので受光部14
における受光面積の制限などがない、光路長の微妙な設
定などが不要、複雑な演算が不要といった各種の利点を
得られる。また、簡単かつ容易に高精度の計測を行え、
装置コストを低減できるとともに、組織診断のための有
意義な情報を提供できる。Since the polarized light is used, the light receiving section 14
There are various advantages, such as no limitation on the light receiving area, no need for delicate setting of the optical path length, and no need for complicated calculations. In addition, high-precision measurement can be performed easily and easily,
The apparatus cost can be reduced, and meaningful information for tissue diagnosis can be provided.
【0032】なお、本装置を超音波診断装置と組み合わ
せることも可能である。例えば、公知のBモード画像
(二次元断層像)に対して光計測結果(二次元吸収係数
画像)を合成表示してもよい。この場合、後者を着色す
ることもできる。The present apparatus can be combined with an ultrasonic diagnostic apparatus. For example, an optical measurement result (two-dimensional absorption coefficient image) may be displayed in combination with a known B-mode image (two-dimensional tomographic image). In this case, the latter can be colored.
【0033】次に、本実施形態の光計測装置で用いられ
るプローブについて説明する。Next, a probe used in the optical measurement device of the present embodiment will be described.
【0034】図3には、複合プローブの一例が示されて
いる。この複合プローブ204は、例えば生体の頸部に
当接して用いられ、例えば頸動脈202内の血液を分析
するためのプローブである。プローブ204のケーシン
グ内には、上述した光照射部12及び受光部14が設け
られ、さらにそれらの間に超音波振動子16が設けられ
ている。超音波振動子16は、プローブの中心軸に沿っ
て超音波を放射するものであり、その中心軸に対して交
差するように光照射部12及び受光部14の指向方向が
設定されている。このような複合プローブ204によれ
ば、従来の超音波診断と同様に探触子を生体に当接させ
るだけで所望の計測を行えるという利点がある。FIG. 3 shows an example of the composite probe. The composite probe 204 is used, for example, in contact with the neck of a living body, and is a probe for analyzing blood in the carotid artery 202, for example. The light irradiating section 12 and the light receiving section 14 described above are provided in the casing of the probe 204, and the ultrasonic transducer 16 is further provided therebetween. The ultrasonic vibrator 16 emits ultrasonic waves along the central axis of the probe, and the directivity directions of the light irradiation unit 12 and the light receiving unit 14 are set so as to intersect the central axis. According to such a composite probe 204, there is an advantage that desired measurement can be performed only by bringing the probe into contact with the living body, similarly to the conventional ultrasonic diagnosis.
【0035】図3には体外で用いられる複合プローブ2
04が示されていたが、図4には、体内で用いられる複
合プローブ212が示されている。この複合プローブ2
12は、血管あるいは管腔内に挿入されるものであり、
その先端部内には光照射部12及び受光部14が設けら
れ、それらの間には超音波振動子16が設けられてい
る。このようなプローブ212によれば、例えば食道2
10を介して隣接する臓器214内の分析などを行うこ
とができる。FIG. 3 shows a composite probe 2 used outside the body.
While FIG. 4 is shown, FIG. 4 shows a composite probe 212 for use in the body. This composite probe 2
12 is to be inserted into a blood vessel or lumen,
A light irradiating section 12 and a light receiving section 14 are provided in the distal end portion thereof, and an ultrasonic transducer 16 is provided therebetween. According to such a probe 212, for example, the esophagus 2
For example, analysis of the adjacent organ 214 can be performed via the apparatus 10.
【0036】図5には、さらに他の実施形態が示されて
いる。この実施形態では、計測用のプローブが、大別し
て超音波プローブ224及び光プローブ222で構成さ
れている。光プローブ222は例えば生体220の血管
内に挿入されるものであり、血管内において光の送受波
を行っている。一方、超音波プローブ224は体表面上
に当接して用いられ、そのプローブ224によって超音
波が放射される。もちろん、血管内に挿入されるプロー
ブに超音波振動子を設けることも可能である。また、図
5に示した光プローブ222において、その先端面に光
照射部12及び受光部14の両方を設け、プローブ前方
の血液を分析するようにしてもよい。また、体内におい
て超音波の送波を行いつつ、体外において光の送受波を
行ってもよい。FIG. 5 shows still another embodiment. In this embodiment, the measurement probe is roughly composed of an ultrasonic probe 224 and an optical probe 222. The optical probe 222 is inserted into a blood vessel of the living body 220, for example, and transmits and receives light inside the blood vessel. On the other hand, the ultrasonic probe 224 is used in contact with the body surface, and the probe 224 emits ultrasonic waves. Of course, it is also possible to provide an ultrasonic transducer for the probe inserted into the blood vessel. Further, in the optical probe 222 shown in FIG. 5, both the light irradiating section 12 and the light receiving section 14 may be provided on the distal end surface to analyze blood in front of the probe. Further, while transmitting ultrasonic waves inside the body, transmission and reception of light outside the body may be performed.
【0037】上記実施形態においては、生体に対する計
測を行う装置について説明したが、もちろん生体以外の
物体に対する計測にも本発明を応用可能である。In the above embodiment, an apparatus for measuring a living body has been described. However, the present invention can be applied to measurement of an object other than a living body.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光散乱媒体の計測にあたって、超音波と光の相互作用を
精度良く計測できる。As described above, according to the present invention,
In measuring a light scattering medium, the interaction between ultrasonic waves and light can be measured with high accuracy.
【図1】 本発明に係る光計測装置の好適な実施形態を
示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a preferred embodiment of an optical measurement device according to the present invention.
【図2】 走査面を表す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a scanning plane.
【図3】 複合プローブの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a composite probe.
【図4】 複合プローブの他の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another example of a composite probe.
【図5】 超音波プローブ及び光プローブを示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing an ultrasonic probe and an optical probe.
10 光散乱媒体、12 光照射部、14 受光部、1
6 超音波振動子、18 偏光子、20 レーザー装
置、22 偏光子、24 光検出器、26 コントロー
ラ、28 変調信号発生器、30 送信器、32 ロッ
クインアンプ、34 信号処理部、36 表示部。10 light scattering medium, 12 light irradiation part, 14 light receiving part, 1
6. Ultrasonic transducer, 18 polarizer, 20 laser device, 22 polarizer, 24 photodetector, 26 controller, 28 modulation signal generator, 30 transmitter, 32 lock-in amplifier, 34 signal processing unit, 36 display unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松中 敏行 東京都三鷹市牟礼6丁目22番1号 アロカ 株式会社内 Fターム(参考) 2G059 AA05 AA06 AA10 BB12 EE04 EE05 FF01 GG01 GG04 HH01 HH02 JJ19 KK01 LL04 MM01 MM08 MM09 NN01 4C301 BB02 CC01 DD01 DD06 DD11 EE04 EE11 EE12 EE17 FF01 GB02 GB27 HH01 HH21 HH31 JB02 JB21 LL20 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toshiyuki Matsunaka 6-22-1, Mure, Mitaka-shi, Tokyo Aloka F-term (reference) 2G059 AA05 AA06 AA10 BB12 EE04 EE05 FF01 GG01 GG04 HH01 HH02 JJ19 KK01 LL04 MM01 MM08 MM09 NN01 4C301 BB02 CC01 DD01 DD06 DD11 EE04 EE11 EE12 EE17 FF01 GB02 GB27 HH01 HH21 HH31 JB02 JB21 LL20
Claims (7)
光ビームを照射する光照射手段と、 前記光散乱媒体内の観測部位に対して、超音波ビームを
照射する超音波照射手段と、 前記光散乱媒体から出射する散乱光の中で、前記超音波
の作用を受けて偏光した光成分を受光し、受光信号を出
力する受光手段と、 を含むことを特徴とする光計測装置。1. A light irradiating means for irradiating a light beam having a first polarization angle to a light scattering medium, and an ultrasonic irradiating means for irradiating an ultrasonic beam to an observation site in the light scattering medium. And a light receiving unit that receives a light component polarized under the action of the ultrasonic wave in the scattered light emitted from the light scattering medium and outputs a light reception signal. .
偏光角をもった光成分を受光することを特徴とする光計
測装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said light receiving means has a second polarization angle orthogonal to said first polarization angle.
An optical measurement device for receiving a light component having a polarization angle.
た光のみを通過させる第1偏光子と、 を含むことを特徴とする光計測装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the light irradiating means includes: a laser light source; and a first polarizer that transmits only light having the first polarization angle out of light from the laser light source. An optical measurement device, comprising:
をもった光成分のみを通過させる第2偏光子と、 前記第2偏光子を通過した光成分を受光する光検出器
と、 を含むことを特徴とする光計測装置。4. The device according to claim 2, wherein the light receiving means includes: a second polarizer that allows only a light component having the second polarization angle to pass therethrough in light emitted from the light scattering medium; A light detector that receives a light component that has passed through the second polarizer.
るための超音波変調手段と、 前記受光手段からの出力信号を検波する検波手段と、 を含むことを特徴とする光計測装置。5. The apparatus according to claim 1, wherein: an ultrasonic modulator for modulating an ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic irradiator; a detector for detecting an output signal from the light receiver; An optical measurement device comprising:
光照射手段と、 前記光散乱媒体内の観測部位に対して、超音波ビームを
照射する超音波照射手段と、 前記光散乱媒体から出射する散乱光の中で、前記超音波
の作用を受けた光成分を受光し、受光信号を出力する受
光手段と、 を含むことを特徴とする光計測用プローブ。6. A light irradiating means for irradiating a light beam to a light scattering medium; an ultrasonic wave irradiating means for irradiating an ultrasonic beam to an observation portion in the light scattering medium; A light measuring probe, comprising: light receiving means for receiving a light component affected by the ultrasonic wave in the emitted scattered light and outputting a light receiving signal.
光ビームを照射する光照射手段と、 前記光散乱媒体内の観測部位に対して、超音波ビームを
照射する超音波照射手段と、 前記光散乱媒体から出射する散乱光の中で、前記超音波
の作用を受けて偏光した光成分を受光し、受光信号を出
力する受光手段と、 を含むことを特徴とする光計測用プローブ。7. A light irradiating unit for irradiating a light beam having a first polarization angle to a light scattering medium, and an ultrasonic irradiating unit for irradiating an ultrasonic beam to an observation site in the light scattering medium. And a light receiving means for receiving, in the scattered light emitted from the light scattering medium, a light component polarized under the action of the ultrasonic wave and outputting a received light signal, probe.
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