JP2002214132A - 全反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサ及びそのシステム - Google Patents
全反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサ及びそのシステムInfo
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- 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
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エバネッセント光を用い、生体組織中の伝搬
をなくし伝搬に伴う多重散乱を発生せず、散乱の影響を
極力下げることができ、かつ、空間分解能を有する吸収
スペクトルの精度を向上させることができる。 【解決手段】 全反射を用いた吸収スペクトル測定用光
ファイバーセンサであって、光ファイバー１のクラッド
部３の一部を除去するとともに、前記光ファイバー１の
先端面に全反射膜４を備えるセンサ部５を備え、このセ
ンサ部５を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織８
に直接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波
により、前記センサ部でエバネッセント光７を発生させ
て、このエバネッセント光７が前記センサ部に接触した
生体組織８の化学成分によって吸収されスペクトルを変
化させ、前記全反射膜４で反射して再度、化学成分によ
って吸収させ、反射光９を前記光ファイバー１４を逆行
させる。
をなくし伝搬に伴う多重散乱を発生せず、散乱の影響を
極力下げることができ、かつ、空間分解能を有する吸収
スペクトルの精度を向上させることができる。 【解決手段】 全反射を用いた吸収スペクトル測定用光
ファイバーセンサであって、光ファイバー１のクラッド
部３の一部を除去するとともに、前記光ファイバー１の
先端面に全反射膜４を備えるセンサ部５を備え、このセ
ンサ部５を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織８
に直接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波
により、前記センサ部でエバネッセント光７を発生させ
て、このエバネッセント光７が前記センサ部に接触した
生体組織８の化学成分によって吸収されスペクトルを変
化させ、前記全反射膜４で反射して再度、化学成分によ
って吸収させ、反射光９を前記光ファイバー１４を逆行
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバーのコ
ア部とクラッド部間の全反射を用いた吸収スペクトル測
定用光ファイバーセンサ及びそのシステムに関するもの
である。
ア部とクラッド部間の全反射を用いた吸収スペクトル測
定用光ファイバーセンサ及びそのシステムに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバーは、コア部（直径：５〜５
０μｍ）とクラッド部（直径：１２５μｍ）から構成さ
れており、通常、コア部の屈折率はクラッド部のそれよ
り僅かに高い。よって、光波はコア部とクラッド部との
境界を全反射をしながら伝搬する。この時、全反射によ
りコア部とクラッド部との境界にはエバネッセント光と
呼ばれる特殊な光波が発生する。これは、全反射に伴う
特異的な現象で、光波の場がコア部からクラッド部へ滲
み出したものであり、光波がコア部からクラッド部へ出
射するものではない。このエバネッセント光の滲み出し
距離は、波長程度である。よって、波長が８００ｎｍ程
度の場合、コア部から８００ｎｍ程度の厚みで光波が滲
み出していると考えられる。
０μｍ）とクラッド部（直径：１２５μｍ）から構成さ
れており、通常、コア部の屈折率はクラッド部のそれよ
り僅かに高い。よって、光波はコア部とクラッド部との
境界を全反射をしながら伝搬する。この時、全反射によ
りコア部とクラッド部との境界にはエバネッセント光と
呼ばれる特殊な光波が発生する。これは、全反射に伴う
特異的な現象で、光波の場がコア部からクラッド部へ滲
み出したものであり、光波がコア部からクラッド部へ出
射するものではない。このエバネッセント光の滲み出し
距離は、波長程度である。よって、波長が８００ｎｍ程
度の場合、コア部から８００ｎｍ程度の厚みで光波が滲
み出していると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、生体組織の吸収
スペクトル測定は、生体からの生化学的情報収集のため
に非常に重要であるが、生体の強い多重散乱・吸収特性
のために精度の高い吸収スペクトル測定は困難であっ
た。
スペクトル測定は、生体からの生化学的情報収集のため
に非常に重要であるが、生体の強い多重散乱・吸収特性
のために精度の高い吸収スペクトル測定は困難であっ
た。
【０００４】本発明は、上記状況に鑑みて、エバネッセ
ント光を用い、生体組織中の伝搬をなくし、また伝搬に
伴う多重散乱を発生させず、散乱の影響を極力下げるこ
とができ、かつ、空間分解能を有する吸収スペクトルの
精度を向上させることができる全反射を用いた吸収スペ
クトル測定用光ファイバーセンサ及びそのシステムを提
供することを目的とする。
ント光を用い、生体組織中の伝搬をなくし、また伝搬に
伴う多重散乱を発生させず、散乱の影響を極力下げるこ
とができ、かつ、空間分解能を有する吸収スペクトルの
精度を向上させることができる全反射を用いた吸収スペ
クトル測定用光ファイバーセンサ及びそのシステムを提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕全反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバ
ーセンサであって、光ファイバーのクラッド部の一部を
除去するとともに、前記光ファイバーの先端面に全反射
によるエバネッセント光を用いたセンサ部を備え、この
センサ部を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織に
直接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波に
より、前記センサ部でエバネッセント光を発生させて、
このエバネッセント光が前記センサ部に接触した生体組
織の化学成分によって吸収されスペクトルを変化させ、
前記全反射膜で反射して再度、化学成分によって吸収さ
せ、その反射光を前記光ファイバーを逆行させるように
したものである。
成するために、 〔１〕全反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバ
ーセンサであって、光ファイバーのクラッド部の一部を
除去するとともに、前記光ファイバーの先端面に全反射
によるエバネッセント光を用いたセンサ部を備え、この
センサ部を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織に
直接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波に
より、前記センサ部でエバネッセント光を発生させて、
このエバネッセント光が前記センサ部に接触した生体組
織の化学成分によって吸収されスペクトルを変化させ、
前記全反射膜で反射して再度、化学成分によって吸収さ
せ、その反射光を前記光ファイバーを逆行させるように
したものである。
【０００６】〔２〕全反射を用いた吸収スペクトル測定
用光ファイバーセンサシステムであって、光ファイバー
のクラッド部の一部を除去するとともに、前記光ファイ
バーの先端面に全反射膜を備えるセンサ部を備え、該セ
ンサ部を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織に直
接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波によ
り、前記センサ部でエバネッセント光を発生させて、こ
のエバネッセント光が前記センサ部に接触した生体組織
の化学成分によって吸収されスペクトルを変化させ、前
記全反射膜で反射して再度、化学成分によって吸収さ
せ、その反射光を前記光ファイバーを逆行させる全反射
を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサを、
被検者から光ファイバーで導出して計測する吸収スペク
トル測定装置を具備するようにしたものである。
用光ファイバーセンサシステムであって、光ファイバー
のクラッド部の一部を除去するとともに、前記光ファイ
バーの先端面に全反射膜を備えるセンサ部を備え、該セ
ンサ部を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織に直
接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波によ
り、前記センサ部でエバネッセント光を発生させて、こ
のエバネッセント光が前記センサ部に接触した生体組織
の化学成分によって吸収されスペクトルを変化させ、前
記全反射膜で反射して再度、化学成分によって吸収さ
せ、その反射光を前記光ファイバーを逆行させる全反射
を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサを、
被検者から光ファイバーで導出して計測する吸収スペク
トル測定装置を具備するようにしたものである。
【０００７】〔３〕全反射を用いた吸収スペクトル測定
用光ファイバーセンサシステムであって、光ファイバー
のクラッド部の一部を除去するとともに、前記光ファイ
バーの先端面に全反射膜を備えるセンサ部を備え、この
センサ部を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織に
直接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波に
より、前記センサ部でエバネッセント光を発生させて、
該エバネッセント光が前記センサ部に接触した生体組織
の化学成分によって吸収されスペクトルを変化させ、前
記全反射膜で反射して再度、化学成分によって吸収さ
せ、その反射光を前記光ファイバーを逆行させる全反射
を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサを、
複数の被検者から複数の光ファイバーで導出して多重分
割システムを介して遠隔位置において計測するようにし
たものである。
用光ファイバーセンサシステムであって、光ファイバー
のクラッド部の一部を除去するとともに、前記光ファイ
バーの先端面に全反射膜を備えるセンサ部を備え、この
センサ部を生体内に挿入し、このセンサ部を生体組織に
直接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた光波に
より、前記センサ部でエバネッセント光を発生させて、
該エバネッセント光が前記センサ部に接触した生体組織
の化学成分によって吸収されスペクトルを変化させ、前
記全反射膜で反射して再度、化学成分によって吸収さ
せ、その反射光を前記光ファイバーを逆行させる全反射
を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサを、
複数の被検者から複数の光ファイバーで導出して多重分
割システムを介して遠隔位置において計測するようにし
たものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【０００９】図１は、本発明の実施例を示す全反射を用
いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサの原理を
示す図である。
いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサの原理を
示す図である。
【００１０】この図において、１は光ファイバー、２は
コア部、３はクラッド部、４は全反射膜、５はセンサ
部、６は入射光、７はエバネッセント光、８は生体組
織、９は反射光である。
コア部、３はクラッド部、４は全反射膜、５はセンサ
部、６は入射光、７はエバネッセント光、８は生体組
織、９は反射光である。
【００１１】図１に示すように、光ファイバー１の先端
部に全反射膜４が施されて、クラッド部３の一部が除去
されているが、この部分をセンサ部５と呼ぶ。この形状
の光ファイバー１を生体内に挿入すると、センサ部５は
生体組織８や体液などに直接接触する。全反射を繰り返
して伝搬してきた光波は、センサ部５でエバネッセント
光７を発生させる。エバネッセント光７はセンサ部５に
接触した生体組織８の化学成分によって吸収され、スペ
クトルが変化する。その後、エバネッセント光７はセン
サ部５の先端の全反射膜４で反射して、再度生体組織８
の化学成分によって吸収され、反射光９が光ファイバー
１を逆行する。
部に全反射膜４が施されて、クラッド部３の一部が除去
されているが、この部分をセンサ部５と呼ぶ。この形状
の光ファイバー１を生体内に挿入すると、センサ部５は
生体組織８や体液などに直接接触する。全反射を繰り返
して伝搬してきた光波は、センサ部５でエバネッセント
光７を発生させる。エバネッセント光７はセンサ部５に
接触した生体組織８の化学成分によって吸収され、スペ
クトルが変化する。その後、エバネッセント光７はセン
サ部５の先端の全反射膜４で反射して、再度生体組織８
の化学成分によって吸収され、反射光９が光ファイバー
１を逆行する。
【００１２】図２は本発明の実施例を示すＡＴＲファイ
バーセンサシステムの模式図、図３はそのシステムを構
成するセンサ部の構成図である。
バーセンサシステムの模式図、図３はそのシステムを構
成するセンサ部の構成図である。
【００１３】このシステムは、原理的に光源１１、ビー
ムスプリッター１２、結合光学系１３、光ファイバー１
４、分光測定器１５で構成される。
ムスプリッター１２、結合光学系１３、光ファイバー１
４、分光測定器１５で構成される。
【００１４】エバネッセント光７のセンサ部通過による
スペクトル変化は、分光測定器１５で測定される。光フ
ァイバー１４は、センサ部１４Ａと延長用の光ファイバ
ー１４Ｂからなり、その全体は、図３に示すように、保
護用ケース１６に収められている。しかし、保護用ケー
ス１６を含めても直径０．５ｍｍ程度なのでカテーテル
などへは十分使用可能である。
スペクトル変化は、分光測定器１５で測定される。光フ
ァイバー１４は、センサ部１４Ａと延長用の光ファイバ
ー１４Ｂからなり、その全体は、図３に示すように、保
護用ケース１６に収められている。しかし、保護用ケー
ス１６を含めても直径０．５ｍｍ程度なのでカテーテル
などへは十分使用可能である。
【００１５】次に、本発明のシステムの適用について説
明する。
明する。
【００１６】図４は本発明のシステムを個人の患者に適
用する場合の説明図である。
用する場合の説明図である。
【００１７】この図に示すように、個人２１の生体内に
光ファイバーセンサ２２を挿入して、そこから導出され
る光ファイバー２３の先端に吸収スペクトル測定装置２
４を接続することで生体組織の測定を行うことができ
る。
光ファイバーセンサ２２を挿入して、そこから導出され
る光ファイバー２３の先端に吸収スペクトル測定装置２
４を接続することで生体組織の測定を行うことができ
る。
【００１８】図５は本発明のシステムを複数の遠隔患者
に適用し、医療ネットワークを構築する場合の説明図で
ある。
に適用し、医療ネットワークを構築する場合の説明図で
ある。
【００１９】この図に示すように、複数の光ファイバー
センサ３１，３２，…，ｎを有する複数の光ファイバー
４１，４２，…，ｎを延長して、時分割などの多重分割
システム５１を導入すれば、複数の光ファイバーセンサ
３１，３２，…，ｎに対して一台の吸収スペクトル測定
装置６１で、患者に対して包括的な測定システムを構築
することができる。
センサ３１，３２，…，ｎを有する複数の光ファイバー
４１，４２，…，ｎを延長して、時分割などの多重分割
システム５１を導入すれば、複数の光ファイバーセンサ
３１，３２，…，ｎに対して一台の吸収スペクトル測定
装置６１で、患者に対して包括的な測定システムを構築
することができる。
【００２０】さらに、同様の技術を用いれば、複数の患
者に対して一個所の吸収スペクトル測定装置で、一元的
な測定システムを構築できる。
者に対して一個所の吸収スペクトル測定装置で、一元的
な測定システムを構築できる。
【００２１】本発明によれば、複数の組織、血管等に対
し空間分解能（センサ部の大きさ）を伴って吸収スペク
トルがリアルタイムで精度よく測定可能である。
し空間分解能（センサ部の大きさ）を伴って吸収スペク
トルがリアルタイムで精度よく測定可能である。
【００２２】また、生化学レベルでのより正確な患者の
状態把握や薬剤投与時の経過や反応の情報を取得可能で
ある。
状態把握や薬剤投与時の経過や反応の情報を取得可能で
ある。
【００２３】臨床医学にとって、複数の組織、血管など
での吸収スペクトルがリアルタイムでわかることは、生
化学レベルでのより正確な患者の状態の把握を意味す
る。また、薬剤投与の経過や反応を研究するためにも極
めて重要な情報が得られることを意味する。
での吸収スペクトルがリアルタイムでわかることは、生
化学レベルでのより正確な患者の状態の把握を意味す
る。また、薬剤投与の経過や反応を研究するためにも極
めて重要な情報が得られることを意味する。
【００２４】更に、光通信で培われた技術をベースに医
療用光ネットワークの構築も可能である。
療用光ネットワークの構築も可能である。
【００２５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００２６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、エバネッセント光を用いるため、生体組織中の
伝搬ではないので伝搬に伴う多重散乱は発生せず、散乱
の影響を極力下げることができる。これにより、空間分
解能を有し、吸収スペクトルの精度を向上させることが
できる。
よれば、エバネッセント光を用いるため、生体組織中の
伝搬ではないので伝搬に伴う多重散乱は発生せず、散乱
の影響を極力下げることができる。これにより、空間分
解能を有し、吸収スペクトルの精度を向上させることが
できる。
【００２７】さらに、センサ部は数ミリ程度であり、こ
のようなセンサを用いることによって測定部位を特定す
ることができ、また、内視鏡、カテーテルなどとの併用
により人体の全ての個所の測定へ応用することができ
る。
のようなセンサを用いることによって測定部位を特定す
ることができ、また、内視鏡、カテーテルなどとの併用
により人体の全ての個所の測定へ応用することができ
る。
【００２８】本発明によれば、複数の組織、血管等に対
し空間分解能（センサ部の大きさ）を伴って吸収スペク
トルがリアルタイムで精度よく測定可能である。
し空間分解能（センサ部の大きさ）を伴って吸収スペク
トルがリアルタイムで精度よく測定可能である。
【００２９】また、生化学レベルでのより正確な患者の
状態把握や薬剤投与時の経過や反応の情報を取得可能で
ある。
状態把握や薬剤投与時の経過や反応の情報を取得可能で
ある。
【００３０】さらに、光ファイバーを用いることから、
光通信で培われた技術をベースに医療用光ネットワーク
の構築を実現可能であり、その実用上の効果は著大であ
る。
光通信で培われた技術をベースに医療用光ネットワーク
の構築を実現可能であり、その実用上の効果は著大であ
る。
【図１】本発明の実施例を示す全反射を用いた吸収スペ
クトル測定用光ファイバーセンサの原理を示す図であ
る。
クトル測定用光ファイバーセンサの原理を示す図であ
る。
【図２】本発明の実施例を示すＡＴＲファイバーセンサ
システムの模式図である。
システムの模式図である。
【図３】本発明の実施例を示すＡＴＲファイバセンサシ
ステムを構成するセンサ部の構成図である。
ステムを構成するセンサ部の構成図である。
【図４】本発明のシステムを個人の患者に適用する場合
の説明図である。
の説明図である。
【図５】本発明のシステムを複数の遠隔患者に対する医
療ネットワークを構築する場合の説明図である。
療ネットワークを構築する場合の説明図である。
１ 光ファイバー ２ コア部 ３ クラッド部 ４ 全反射膜 ５ センサ部 ６ 入射光 ７ エバネッセント光 ８ 生体組織 ９ 反射光 １１ 光源 １２ ビームスプリッター １３ 結合光学系 １４，２３ 光ファイバー １４Ａ センサ部 １４Ｂ 延長用の光ファイバー １５ 分光測定器 １６ 保護用ケース ２１ 個人 ２２ 光ファイバーセンサ ２４，６１ 吸収スペクトル測定装置 ３１，３２，…，ｎ 複数の光ファイバーセンサ ４１，４２，…，ｎ 複数の光ファイバー ５１ 多重分割システム
Claims (3)
- 【請求項１】（ａ）光ファイバーのクラッド部の一部を
除去するとともに、前記光ファイバーの先端面に全反射
によるエバネッセント光を用いたセンサ部を備え、
（ｂ）該センサ部を生体内に挿入し、該センサ部を生体
組織に直接接触させ、全反射を繰り返して伝搬してきた
光波により、前記センサ部でエバネッセント光を発生さ
せて、該エバネッセント光が前記センサ部に接触した生
体組織の化学成分によって吸収されスペクトルを変化さ
せ、前記全反射膜で反射して再度、化学成分によって吸
収させ、その反射光を前記光ファイバーを逆行させる全
反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセン
サ。 - 【請求項２】光ファイバーのクラッド部の一部を除去す
るとともに、前記光ファイバーの先端面に全反射膜を備
えるセンサ部を備え、該センサ部を生体内に挿入し、該
センサ部を生体組織に直接接触させ、全反射を繰り返し
て伝搬してきた光波により、前記センサ部でエバネッセ
ント光を発生させて、該エバネッセント光が前記センサ
部に接触した生体組織の化学成分によって吸収されスペ
クトルを変化させ、前記全反射膜で反射して再度、化学
成分によって吸収させ、その反射光を前記光ファイバー
を逆行させる全反射を用いた吸収スペクトル測定用光フ
ァイバーセンサを、被検者から光ファイバーで導出して
計測する吸収スペクトル測定装置を具備する全反射を用
いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサシステ
ム。 - 【請求項３】光ファイバーのクラッド部の一部を除去す
るとともに、前記光ファイバーの先端面に全反射膜を備
えるセンサ部を備え、該センサ部を生体内に挿入し、該
センサ部を生体組織に直接接触させ、全反射を繰り返し
て伝搬してきた光波により、前記センサ部でエバネッセ
ント光を発生させて、該エバネッセント光が前記センサ
部に接触した生体組織の化学成分によって吸収されスペ
クトルを変化させ、前記全反射膜で反射して再度、化学
成分によって吸収させ、その反射光を前記光ファイバー
を逆行させる全反射を用いた吸収スペクトル測定用光フ
ァイバーセンサを、複数の被検者から複数の光ファイバ
ーで導出して、多重分割システムを介して遠隔位置にお
いて計測する吸収スペクトル測定装置を具備する全反射
を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサシス
テム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001007504A JP2002214132A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | 全反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサ及びそのシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001007504A JP2002214132A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | 全反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサ及びそのシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002214132A true JP2002214132A (ja) | 2002-07-31 |
Family
ID=18875245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001007504A Pending JP2002214132A (ja) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | 全反射を用いた吸収スペクトル測定用光ファイバーセンサ及びそのシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002214132A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006059672A1 (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-08 | National University Corporation, Hamamatsu University School Of Medicine | エバネッセントカテーテルシステム |
| JP2020515869A (ja) * | 2017-04-03 | 2020-05-28 | インディゴ ダイアビーティーズ エヌ．ヴェー．Ｉｎｄｉｇｏ Ｄｉａｂｅｔｅｓ Ｎ．Ｖ． | 移植可能な光学センサ |
| CN114839163A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-08-02 | 电子科技大学 | 一种基于紫外日盲波段的可识别冰型的光纤结冰传感器 |
-
2001
- 2001-01-16 JP JP2001007504A patent/JP2002214132A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006059672A1 (ja) * | 2004-12-01 | 2006-06-08 | National University Corporation, Hamamatsu University School Of Medicine | エバネッセントカテーテルシステム |
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