JP2003262583A - 生体光検出プローブおよびこれを用いた生体光検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で小型化が容易なプローブを実現でき、
設置スペースの狭い検体上に多数設置可能にした生体光
検出プローブおよびこれを用いた生体光検出装置を提供
すること。 【解決手段】 生体光検出プローブ２０は、屈折率分布
型ロッドレンズ２１と、光ファイバ２２を保持するキャ
ピラリ２３と、これらを保持するチューブ２４とを備え
る。光源から光ファイバ２２で供給される光を屈折率分
布型ロッドレンズ２１で集光して生体組織２５に照射す
る。この照射光に対して生体組織２５から得られる検出
光を屈折率分布型ロッドレンズ２１により光ファイバ２
２に結合する。構成部品が少なく、構造が簡単であるの
で、安価な生体光検出プローブ２０が得られる。また、
プローブ内にハーフミラーを設けていないので、小型化
が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光生体計測法によ
る生体組織等の検体の状態を検出する生体光検出プロー
ブおよびこれを用いた生体光検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】「光生体計測法」は、生体組織等の検体
に光を照射し、この照射光に対する検体からの応答、す
なわち反射光或いは蛍光等の発光によって検体の状態を
得る方法である。このような計測法を用いた従来の光計
測装置として、例えば共焦点型光検出系を用いたものが
特開平０９−０２８６９７号公報に開示されている。こ
の光計測装置は、共焦点光学系を内蔵した図６に示すプ
ローブ１１と、光源からの光をプローブ１１に供給する
入射用光ファイバ１２と、プローブ１１からの検出光を
データの記憶・演算を行うコンピュータに送る検出用光
ファイバ１３とを備えている。共焦点光学系は、２枚の
レンズ１４，１５と、両レンズ間に配置されたハーフミ
ラー１６と、ピンホール１７とからなる。

【０００３】この光計測装置は、光源からの光は入射用
光ファイバ１２によりハーフミラー１６へ送られ、ハー
フミラー１６で反射された光はレンズ１４により集光さ
れて生体組織等の検体１８に焦点を結ぶ。この焦点で反
射或いは散乱された光は、レンズ１４により平行光にさ
れる。この平行光は、ハーフミラー１６を透過してレン
ズ１５によりピンホール１７上に焦点を結び、検出用光
ファイバ１３によりコンピュータに送られるようになっ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
光計測装置では、プローブ１１は、２枚のレンズ１４，
１５と、両レンズ間に配置されたハーフミラー１６と、
ピンホール１７とからなる共焦点光学系を内蔵している
ので、構成部品が多く、構造が複雑である。このため、
プローブ１１の製造コストが高くなってしまう。

【０００５】また、検体１８の近くに配置されるプロー
ブ１１内に、入出射光を分離するハーフミラー１６を設
けてあるので、プローブ１１が大きくなってしまい、プ
ローブ１１を小型化するのが困難である。このため、上
記光計測装置は、脳の活動などを検出する用途ではプロ
ーブ１１を多数設置する必要があるので、そのような用
途には適さない。

【０００６】また、上記光計測装置では、１つのプロー
ブ１１に２本の光ファイバ１２，１３が接続されている
ので、多数のプローブを集積化するのが困難である。こ
のような理由によっても、上記光計測装置は、プローブ
１１を多数設置する必要のある用途には適さない。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、その目的は、安価で小型化が容易
なプローブを実現でき、設置スペースの狭い検体上に多
数設置可能にした生体光検出プローブおよびこれを用い
た生体光検出装置を提供することにある。

【０００８】また、本発明の別の目的は、集積化を可能
にした生体光検出プローブおよびこれを用いた生体光検
出装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、マイクロレンズと、光ファ
イバを保持するキャピラリとを備え、光源から前記光フ
ァイバで供給される光をマイクロレンズで集光して検体
に照射し、この照射光に対して検体から得られる検出光
を前記マイクロレンズにより光ファイバに結合するよう
に構成したことを要旨とする。

【００１０】この構成によれば、マイクロレンズと、光
ファイバを保持するキャピラリとでプローブが構成され
るので、構成部品が少なく、構造が簡単である。このた
め、安価な生体光検出プローブが得られる。また、上記
従来技術のようにプローブ内に入出射光を分離するハー
フミラーを設けていないので、生体光検出プローブの小
型化が容易になる。また、小型のプローブを実現できる
ため、設置スペースが限られている検体上に多数の生体
光検出プローブを設置することができる。これにより、
脳の活動などを検出する場合のようにプローブを多数設
置する必要がある用途に適した生体光検出プローブを実
現できる。さらに、マイクロレンズをその焦点距離に応
じて検体に近接させることができ、検体に近接して設置
可能な生体光検出プローブを実現できる。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
生体光検出プローブにおいて、前記キャピラリには１本
の光ファイバが保持されており、該１本の光ファイバに
より、前記光源からの光を前記マイクロレンズに供給す
るとともに、同マイクロレンズから送られる前記検出光
を取り出すように構成したことを要旨とする。

【００１２】この構成によれば、１つのプローブに使用
される光ファイバは１本で済むので、生体光検出プロー
ブの集積化が容易になる。これにより、多数設置する必
要のある用途により一層適した生体光検出プローブを実
現できる。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の生体光検出プローブにおいて、前記マイクロレン
ズは、屈折率分布型ロッドレンズであることを要旨とす
る。この構成によれば、素子径の小さい屈折率分布型ロ
ッドレンズをマイクロレンズとして用いるので、生体光
検出プローブをさらに集積化することができる。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれか一項に記載の生体光検出プローブを用いた生体光
検出装置であって、前記照射光と検出光とを前記生体光
検出プローブから離れた位置で分離する光分離手段と、
光源と、光検出器とを備え、前記光源からの光を前記光
分離手段を介して前記照射光として前記光ファイバに供
給し、同光ファイバから送られる前記検出光が同光分離
手段を介して前記光検出器に送られるように構成されて
いることを要旨とする。

【００１５】この構成によれば、安価な生体光検出プロ
ーブを用いるので、安価な生体光検出装置を実現でき
る。また、生体光検出プローブを検体に近接した位置に
設置可能な生体光検出装置を実現できる。また、小型の
生体光検出プローブを用いているので、設置スペースが
限られている検体上に多数の生体光検出プローブを設置
することができる。これにより、脳の活動などを検出す
る場合のように生体光検出プローブを多数設置する必要
がある用途に適した生体光検出装置を実現できる。

【００１６】請求項５に係る発明は、請求項４に記載の
生体光検出装置において、前記生体光検出プローブを複
数個備えるとともに、これらの生体光検出プローブにそ
れぞれ対応する複数個の前記光分離手段を備え、前記光
源として少なくとも前記生体光検出プローブと同数の光
源を一体化した多チャンネル光源を用いているととも
に、前記光検出器として少なくとも前記生体光検出プロ
ーブと同数の光検出器を一体化した多チャンネル光検出
器を用いていることを要旨とする。

【００１７】この構成によれば、生体光検出プローブを
多数設置する必要のある用途により一層適した生体光検
出装置を実現できる。請求項６に係る発明は、請求項５
に記載の生体光検出装置において、前記複数個の光分離
手段と、前記多チャンネル光源と、前記多チャンネル光
検出器とを、光モニタ装置として一体化したことを要旨
とする。

【００１８】この構成によれば、複数個の生体光検出プ
ローブと光モニタ装置とが複数本の光ファイバを介して
接続されるので、検体から離れた位置で検体の状態を観
察できるとともに多チャンネル光源の光出力の調整が可
能になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る生体光検出プ
ローブおよびこれを用いた生体光検出装置の各実施形態
を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明に
おいて、同様の部位には同一の符号を付して重複した説
明を省略する。

【００２０】[第１実施形態]図１は第１実施形態に係る
生体光検出プローブを示している。この生体光検出プロ
ーブ２０は、マイクロレンズとしての屈折率分布型ロッ
ドレンズ２１と、光ファイバ２２を保持するキャピラリ
２３と、これらを保持するチューブ２４とを備えてい
る。屈折率分布型ロッドレンズ（以下、単に「ロッドレ
ンズ」という。）２１とキャピラリ２３は、チューブ２
４内に挿入して調芯した上で同チューブ内に固定されて
いる。

【００２１】この生体光検出プローブ２０は、光源（図
示省略）から光ファイバ２２で供給される光をロッドレ
ンズ２１で集光して検体である大脳皮質などの生体組織
２５に照射する。そして、この照射光に対して生体組織
２５から得られる検出光、すなわち生体組織２５からの
反射光或いは蛍光等の検出光をロッドレンズ２１により
光ファイバ２２に結合するようになっている。

【００２２】キャピラリ２３には１本の光ファイバ２２
が保持されている。この１本の光ファイバ２２により、
光源からの光をロッドレンズ２１に供給するとともに、
同ロッドレンズ２１から送られる検出光を取り出すよう
になっている。

【００２３】以上のように構成された第１実施形態に係
る生体光検出プローブ２０によれば、以下の作用効果を
奏する。 （イ）ロッドレンズ２１と、光ファイバ２２を保持する
キャピラリ２３と、これらを保持するチューブ２４とで
生体光検出プローブ２０が構成されるので、構成部品が
少なく、構造が簡単である。このため、安価な生体光検
出プローブが得られる。

【００２４】（ロ）図６に示す上記従来技術のようにプ
ローブ内に入出射光を分離するハーフミラーを設けてい
ないので、生体光検出プローブの小型化が容易になる。 （ハ）小型の生体光検出プローブ２０を実現できるた
め、設置スペースが限られている生体組織２５上に多数
の生体光検出プローブ２０を設置することができる。こ
れにより、脳の活動などを検出する場合のように生体光
検出プローブ２０を多数設置する必要がある用途に適し
た生体光検出プローブ２０を実現できる。

【００２５】（ニ）ロッドレンズ２１をその焦点距離に
応じて生体組織２５に近接させることができ、生体組織
２５に近接して設置可能な生体光検出プローブ２０を実
現できる。

【００２６】（ホ）１つの生体光検出プローブ２０に使
用される光ファイバ２２は１本で済むので、生体光検出
プローブ２０の集積化が容易になる。これにより、多数
設置する必要のある用途により一層適した生体光検出プ
ローブ２０を実現できる。

【００２７】（ヘ）素子径の小さいロッドレンズ２１を
マイクロレンズとして用いるので、生体光検出プローブ
２０をさらに集積化することができる。図２は、図１に
示す生体光検出プローブ２０を用いた第１実施形態に係
る生体光検出装置を示している。この生体光検出装置３
０は、生体光検出プローブ２０の他に、照射光Ａと検出
光Ｂとを生体光検出プローブ２０から離れた位置で分離
する光分離手段としての光サーキュレータ３１と、光源
３２と、光検出器３３とを備えている。光源３２は、例
えばレーザダイオードで構成されている。この光源３２
と光サーキュレータ３１とは光ファイバ３４で接続され
ている。また、光検出器３３は、例えばフォトダイオー
ドで構成されている。この光検出器３３と光サーキュレ
ータ３１とは光ファイバ３５で接続されている。

【００２８】この生体光検出装置３０は、光源３２から
の光を光サーキュレータ３１を介して照射光Ａとして光
ファイバ２２に供給し、同光ファイバ２２から送られる
検出光Ｂが光サーキュレータ３１を介して光検出器３３
に送られるようになっている。この光検出器３３を、例
えば、図示を省略した解析用パソコン（パーソナルコン
ピュータ）等と接続することで、同光検出器３３の出力
に基づき解析用パソコンにより生体組織２５についての
分析や各種診断等を行なうことができる。

【００２９】以上のように構成された第１実施形態に係
る生体光検出装置３０によれば、以下の作用効果を奏す
る。 （ト）安価な生体光検出プローブ２０を用いるので、安
価な生体光検出装置３０を実現できる。

【００３０】（チ）生体光検出プローブ２０を生体組織
２５に近接した位置に設置可能な生体光検出装置３０を
実現できる。 （リ）照射光Ａと検出光Ｂとを生体組織２５すなわち生
体光検出プローブ２０から離れた位置で光サーキュレー
タ３１により分離することができるので、生体光検出プ
ローブ２０を小型にした生体光検出装置３０を実現でき
る。

【００３１】（ヌ）小型の生体光検出プローブ２０を用
いているので、設置スペースが限られている生体組織２
５上に多数の生体光検出プローブ２０を設置することが
できる。これにより、脳の活動などを検出する場合のよ
うに生体光検出プローブ２０を多数設置する必要がある
用途に適した生体光検出プローブ２０を実現できる。

【００３２】（ル）光生体計測法による生体組織２５等
の検体の状態を検出するのに広く使用可能である。すな
わち、生体組織２５等の散乱体試料中の特定の点からの
光強度を計測することができ、例えば、大脳皮質などの
生体組織中の酸素飽和度などの計測を簡便に行なうこと
ができる。

【００３３】図３は、図２に示す第１実施形態に係る生
体光検出装置３０の変形例を示している。この変形例に
係る生体光検出装置３０Ａでは、図２に示す生体光検出
装置３０において、光分離手段として光サーキュレータ
３１に代えて光カプラ３６が用いられている。その他の
構成は、図２の生体光検出装置３０と同じである。この
変形例によっても、上記第１実施形態に係る生体光検出
装置３０と同様の作用効果を奏することができる。

【００３４】[ 第２実施形態]図４は、第２実施形態に
係る生体光検出装置３０Ｂを示している。この生体光検
出装置３０Ｂは、複数個（本例では３つ）の生体光検出
プローブ２０₁〜２０₃と、これらの生体光検出プローブ
と同数の光カプラ３６₁〜３６₃とを備えている。また、
この生体光検出装置３０Ｂは、生体光検出プローブ２０
₁〜２０₃と同数の光源および光検出器をそれぞれ一体化
した多チャンネル光源３２Ａおよび多チャンネル光検出
器３３Ａとを備えている。

【００３５】複数個の生体光検出プローブ２０₁〜２０₃
は、例えば、複数個のロッドレンズを保持する１つのレ
ンズブロック（図示省略）と、複数個の光ファイバ２２
₁〜２２₃を保持する１つのキャピラリとを一体化して構
成される。

【００３６】多チャンネル光源３２Ａは、例えばレーザ
ダイオードアレイで構成されている。この多チャンネル
光源３２Ａの各レーザダイオードと各光カプラ３６₁〜
３６₃とは、それぞれ光ファイバ３４₁〜３４₃を介して
接続されている。また、多チャンネル光検出器３３Ａの
各検出部（各フォトダイオード）は、それぞれ光ファイ
バ３５₁〜３５₃を介して接続されている。この多チャン
ネル光検出器３３Ａを、例えば、図示を省略した解析用
パソコン等と接続することで、同光検出器３３の出力に
基づき解析用パソコンにより生体組織２５についての分
析や各種診断等を行なうことができる。

【００３７】このように構成された第２実施形態によれ
ば、上記作用効果（ト）〜（ル）に加えて、以下の作用
効果を奏する。 （ヲ）生体光検出プローブ２０₁〜２０₃を多数設置する
必要のある用途により一層適した生体光検出装置３０Ｃ
を実現できる。

【００３８】[ 第３実施形態]図５は、第３実施形態に
係る生体光検出装置３０Ｃを示している。この生体光検
出装置３０Ｃは、複数個（本例では３つ）の光カプラ３
６₁〜３６₃と、多チャンネル光源３２Ａと、多チャンネ
ル光検出器３３Ａとを、光モニタ装置４０として一体化
したものである。その他の構成は、図４に示す上記生体
光検出装置３０Ｂと同じである。

【００３９】第３実施形態に係る生体光検出装置３０Ｃ
によれば、複数個の生体光検出プローブ２０₁〜２０₃と
光モニタ装置４０とが複数本の光ファイバ２２₁〜２２₃
を介して接続されるので、生体組織２５から離れた位置
でその状態を観察できるとともに多チャンネル光源３２
Ａの光出力の調整が可能になる。

【００４０】[ 変形例]なお、この発明は以下のように
変更して具体化することもできる。 ・上記第１実施形態では、生体光検出プローブ２０に１
つの屈折率分布型ロッドレンズ２１を用いているが、同
ロッドレンズに代えて屈折率分布平板マイクロレンズを
２つ用いてもよい。この場合、光源から光ファイバ２２
で供給される光を２つの平板マイクロレンズで集光して
生体組織２５に照射し、この照射光に対して生体組織２
５から得られる検出光を両平板マイクロレンズにより光
ファイバ２２に結合するように構成される。これと同様
の変更は、他の実施形態においても可能である。

【００４１】・図４および図５に示す第２および第３実
施形態において、生体光検出プローブを「３」以外の複
数個備えた生体光検出装置にも本発明は適用可能であ
る。この場合、生体光検出プローブに接続される光ファ
イバおよび光カプラは、それぞれ生体光検出プローブの
数と同数だけ設けられることは言うまでもない。

【００４２】・上記第２および第３実施形態では、複数
個の生体光検出プローブ２０₁〜２０₃を、複数個のロッ
ドレンズを保持する１つのレンズブロックと、複数個の
光ファイバ２２₁〜２２₃を保持する１つのキャピラリと
を一体化して構成しているが、このような構成に本発明
は限定されない。上記第１実施形態のようにロッドレン
ズ２１とキャピラリ２３とをチューブ２４で一体化した
生体光検出プローブ２０を同じケース内に複数個配置す
るようにしてもよい。

【００４３】・上記第２および第３実施形態のように複
数個の生体光検出プローブを用いる場合には、生体組織
の表面に接する或いは近接するプローブ端を生体の形状
に沿って変形可能にするのが望ましい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、安価で小型化が容易な生体光検出プローブ
が得られる。また、脳の活動などを検出する場合のよう
にプローブを多数設置する必要がある用途に適した生体
光検出プローブを実現できる。さらに、検体に近接して
設置可能な生体光検出プローブを実現できる。

【００４５】請求項４に係る発明によれば、安価で、生
体光検出プローブを検体に近接した位置に設置可能な生
体光検出装置を実現できる。また、小型の生体光検出プ
ローブを用いているので、脳の活動などを検出する場合
のように生体光検出プローブを多数設置する必要がある
用途に適した生体光検出装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態に係る生体光検出プローブを示
す斜視図。

【図２】 図１のプローブを用いた第１実施形態に係る
生体光検出装置を示す概略構成図。

【図３】 同生体光検出装置の変形例を示す概略構成
図。

【図４】 第２実施形態に係る生体光検出装置を示す概
略構成図。

【図５】 第３実施形態に係る生体光検出装置を示す概
略構成図。

【図６】 従来の生体光検出プローブを示す概略構成
図。

【符号の説明】

２０，２０₁〜２０₃…生体光検出プローブ、２１…マイ
クロレンズとしての屈折率分布型ロッドレンズ、２２，
２２₁〜２２₃…光ファイバ、２３…キャピラリ、２４…
チューブ、２５…検体としての生体組織、３０，３０
Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…生体光検出装置、３１…光分離手
段としての光サーキュレータ、３２…光源、３２Ａ…多
チャンネル光源、３３…光検出器、３３Ａ…多チャンネ
ル光検出器、３６…光分離手段としての光カプラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G043 AA01 AA03 BA09 BA16 CA09 EA01 FA05 GA01 GB01 GB28 HA01 HA05 HA15 KA09 LA01 2G059 AA01 AA05 BB12 CC07 CC16 EE02 EE07 FF06 GG01 GG03 JJ11 JJ17 JJ30 KK01 KK03 LL10 PP10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロレンズと、光ファイバを保持す
   るキャピラリとを備え、光源から前記光ファイバで供給
   される光をマイクロレンズで集光して検体に照射し、こ
   の照射光に対して検体から得られる検出光を前記マイク
   ロレンズにより光ファイバに結合するように構成したこ
   とを特徴とする生体光検出プローブ。
2. 【請求項２】 前記キャピラリには１本の光ファイバが
   保持されており、該１本の光ファイバにより、前記光源
   からの光を前記マイクロレンズに供給するとともに、同
   マイクロレンズから送られる前記検出光を取り出すよう
   に構成したことを特徴とする請求項１に記載の生体光検
   出プローブ。
3. 【請求項３】 前記マイクロレンズは、屈折率分布型ロ
   ッドレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の生体光検出プローブ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載の生
   体光検出プローブを用いた生体光検出装置であって、 前記照射光と検出光とを前記生体光検出プローブから離
   れた位置で分離する光分離手段と、光源と、光検出器と
   を備え、 前記光源からの光を前記光分離手段を介して前記照射光
   として前記光ファイバに供給し、同光ファイバから送ら
   れる前記検出光が同光分離手段を介して前記光検出器に
   送られるように構成されていることを特徴とする生体光
   検出装置。
5. 【請求項５】 前記生体光検出プローブを複数個備える
   とともに、これらの生体光検出プローブにそれぞれ対応
   する複数個の前記光分離手段を備え、前記光源として少
   なくとも前記生体光検出プローブと同数の光源を一体化
   した多チャンネル光源を用いているとともに、前記光検
   出器として少なくとも前記生体光検出プローブと同数の
   光検出器を一体化した多チャンネル光検出器を用いてい
   ることを特徴とする請求項４に記載の生体光検出装置。
6. 【請求項６】 前記複数個の光分離手段と、前記多チャ
   ンネル光源と、前記多チャンネル光検出器とを、光モニ
   タ装置として一体化したことを特徴とする請求項５に記
   載の生体光検出装置。