JP2005040175A - 生体組織の光散乱観測内視鏡装置及び観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱スペクトル情報を画像として観測する場合に、内視鏡先端部を小型化でき、検出光学系を簡素化できる生体組織の光散乱観測内視鏡装置及び観測方法。
【解決手段】光源１と、第１の照明光学系２と、第２の照明光学系３と、受光光学系４と、光源１からの光を何れか一方の照明光学系に切り換えて導く機構５と、受光光学系４によって受光された光を検出する検出器６と、第１の照明光学系２で照明したときに検出される信号と、第２の照明光学系３で照明したときに検出される信号との差又は比を演算する演算手段７とを備え、第１の照明光学系２から入射する照明光の中心光線Ａ１と受光光学系の光軸Ａ０とのなす角度をα１、第２の照明光学系３から入射する照明光の中心光線Ａ２と受光光学系の光軸Ａ０とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体組織の光散乱観測内視鏡装置及び観測方法に関し、特に、生体組織からの後方散乱光を観測することにより組織の状態を観測する装置と方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体組織に光を照射したときの散乱光を検出することにより、生体組織上の細胞の情報を観測する技術が知られている。例えば、特許文献１では、生体組織に光を照射したときの散乱光を複数の角度で検出し、その検出光から組織の細胞の寸法を決定するシステム又は細胞の異常を画像化する方法が示されている。
【０００３】
その概要を説明すると、生体組織に光を入射し、そのときの散乱光を検出し分光する（散乱スペクトルの検出）。その散乱スペクトルから散乱粒子の情報（粒子径や屈折率等）を知ることができる。一方、正常細胞とガン細胞を比較したとき、ガン細胞の方が核の大きさが大きくなることが分かっている。したがって、生体組織からの散乱スペクトルを観測すれば、核（散乱粒子）の大きさの情報が分かるため、観測部分が正常かガンかを判断することができる。
【０００４】
ただし、生体組織からの散乱光には粒子による単一散乱（１回散乱）と多重散乱の両方の成分が含まれている。粒子の情報は単一散乱成分に含まれるため、多重散乱成分を除去することが必要である。そのための方法として、散乱光を複数の角度で検出し、角度間での散乱光強度を演算する。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００２−５３５６４５号公報（ＷＯ００／４３７５０）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例において、複数の角度で検出する具体的な構成として、１つの照明光学系と複数の検出光学系を用いる例が示されている。検出光学系が複数になると、特に内視鏡で散乱スペクトル情報を画像として観測する場合に、内視鏡先端部のサイズが大型化する。また、その構成も複雑になってしまう。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば内視鏡で散乱スペクトル情報を画像として観測する場合に、内視鏡先端部を小型化でき、また、検出光学系を簡素化できる生体組織の光散乱観測内視鏡装置及び観測方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の生体組織の光散乱観測内視鏡装置は、生体組織の試料面を照明する第１の照明手段及び第２の照明手段と、生体組織の試料面からの散乱光を受光する受光手段と、前記受光手段によって受光された光を検出する検出器と、前記第１の照明手段で照明したときに検出される信号と、前記第２の照明手段で検出したときの信号との差又は比を演算する演算手段とを備え、
前記受光手段の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第１の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記受光手段の光軸とのなす角度をα１、前記受光手段の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第２の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記受光手段の光軸とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足するように、前記受光手段に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
この場合、生体組織の試料面での前記第１の照明手段による照明範囲が前記受光手段の受光範囲を含み、かつ、前記第２の照明手段による照明範囲が前記第１の照明手段による照明範囲を含むように前記受光手段に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることが望ましい。
【００１０】
また、前記第１の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記受光手段で生体組織の試料面から検出される散乱光のなす角度が１７６°〜１８０°の範囲に含まれ、前記第２の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記受光手段で生体組織の試料面から検出される散乱光のなす角度が１７６°以下の範囲に含まれるように前記受光手段に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることが望ましい。
【００１１】
また、別に生体組織の試料面を観察するための対物光学系とその像面に配置された撮像素子とを備えていることが望ましい。
【００１２】
また、前記第１の照明手段と前記受光手段は光軸の少なくとも一部を共有するように構成され、さらに、前記第１の照明手段と前記受光手段は生体組織の試料面と前記第２の照明手段の間の空間を移動可能に構成されていることもできる。
【００１３】
また、前記第２の照明手段が生体組織の試料面を観察するための照明手段を兼ねていることもできる。
【００１４】
また、さらに、光源と、前記光源からの光を前記第１の照明手段と前記第２の照明手段の何れか一方に連続的に切り替えて導く機構を備えるようにしてもよい。
【００１５】
また、前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からの照明光が５００ｎｍ以下の光であることが望ましい。
【００１６】
また、前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からの照明光として可視波長領域の任意の２つの狭いバンド光を用い、波長を切換えて前記演算手段による演算を行うようにすることもできる。
【００１７】
この場合に、波長５００ｎｍ以下の狭いバンド光を用いて前記第１の照明手段により照明したときに検出される信号と、前記第２の照明手段により照明したときに検出される信号との差を差信号Ｉとし、波長５００ｎｍ以上の狭いバンド光を用いて前記第１の照明手段により照明したときに検出される信号と、前記第２の照明手段により照明したときに検出される信号との差を差信号ＩＩとすると、前記演算手段により差信号ＩとＩＩの差又は比の演算を行うことが望ましい。
【００１８】
また、前記受光手段はコリメータ光学系を備えていることもできる。
【００１９】
また、前記第１の照明手段と前記受光手段は同一のコリメータ光学系で構成されているようにしてもよい。
【００２０】
また、前記第１の照明手段と前記第２の照明手段はＬＥＤを含んでいてもよい。
【００２１】
本発明の第２の生体組織の光散乱観測内視鏡装置は、生体組織の試料面を照明する第１の照明手段及び第２の照明手段と、生体組織の試料面からの散乱光を受光する対物光学系と前記対物光学系によって結像される生体組織の試料面の像を撮像する撮像素子と、前記第１の照明手段で照明したときに撮像される画像と、前記第２の照明手段で撮像したときの画像との差又は比を演算する演算手段とを備え、
前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第１の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα１、前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第２の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足し、
さらに、前記第１の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記対物光学系で生体組織の試料面から受光する散乱光のなす角度が１７６°〜１８０°の範囲に含まれ、前記第２の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記対物光学系で生体組織の試料面から受光する散乱光のなす角度が１７６°以下の範囲に含まれるように前記対物光学系に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることを特徴とするものである。
【００２２】
この場合に、前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からの照明光が５００ｎｍ以下の光であることが望ましい。
【００２３】
また、生体組織の試料面での前記第１の照明手段による照明範囲が前記対物光学系の受光範囲を含み、かつ、前記第２の照明手段による照明範囲が前記第１の照明手段による照明範囲を含むように前記対物光学系に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることが望ましい。
【００２４】
また、前記第２の照明手段が生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するための照明手段を兼ねているようにすることもできる。
【００２５】
また、さらに複数の波長選択フィルターを光路中に挿脱自在に配置した光源を備え、
前記光源は少なくとも、生体組織の試料面の光散乱観測に用いる可視波長領域の狭いバンド照明光を生成するモードと、生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するために用いる青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順次照明光を生成するモード若しくは白色照明光を生成するモードを有するようにすることもできる。
【００２６】
また、前記光源には複数の波長選択フィルターを光路中に挿脱自在に配置され、前記波長選択フィルターの組み合わせを変えることで、生体組織の試料面の光散乱観測に用いる可視波長領域の狭いバンド照明光を生成するモードと、生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するために用いる青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順次照明光を生成するモード若しくは白色照明光を生成するモードに切り換え可能に構成されていてもよい。
【００２７】
本発明の第３の生体組織の光散乱観測内視鏡装置は、生体組織の試料面を照明する第１の照明手段及び第２の照明手段と、生体組織の試料面からの散乱光を受光する対物光学系と前記対物光学系によって結像される生体組織の試料面の像を撮像する撮像素子と、前記第１の照明手段で照明したときに撮像される画像と、前記第２の照明手段で撮像したときの画像との差又は比を演算する演算手段とを備え、
前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第１の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα１、前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第２の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足するように前記対物光学系に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置され、さらに、生体組織の試料面の光散乱観測に用いるために前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からそれぞれ時間を区切って照射される照明光が５００ｎｍ以下の狭いバンド光であることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の生体組織の光散乱観測方法は、少なくとも先端部に受光窓を有する受光手段と第１の照明窓を有する第１の照明手段及び第２の照明窓を有する第２の照明手段を備える挿入部を体腔内に挿入して生体組織の試料面の光散乱を観察する方法において、
受光窓に最も近接して配置された第１の照明窓から生体組織の試料面に向けて可視波長領域の任意の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第１のステップと、
前記第１の照明窓からの照明時間とずらして第２の照明窓から生体組織の試料面に向けて前記可視波長領域の任意の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第２のステップと、
前記第１のステップで受光した散乱光強度と前記第２のステップで受光した散乱光強度との差又は比を演算する第３のステップを含むことを特徴とする方法である。
【００２９】
この場合に、前記可視波長領域の任意の狭いバンド光は５００ｎｍ以下の狭いバンド光であることが望ましい。
【００３０】
また、さらに、可視波長領域の別の狭いバンド光を前記第１の照明窓から生体組織の試料面に向けて照射すると共に前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第４のステップと、
前記第１の照明窓からの照明時間とずらして第２の照明窓から生体組織の試料面に向けて前記可視波長領域の別の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第５のステップと、
前記第４のステップで受光した散乱光強度と前記第５のステップで受光した散乱光強度との差又は比を演算する第６のステップと、
前記第３のステップと前記第６のステップで得られた演算結果の差又は比を演算する第７のステップを含むようにすることもできる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明において、細胞の状態を観測する原理を説明する。
【００３２】
散乱スペクトルから散乱粒子の情報（粒子径や屈折率等）が測定できる。例えば、ガン細胞と正常細胞では細胞核の径が異なるため、散乱スペクトルを測定することで、正常細胞とガン細胞との区別（診断）ができる。このような観測によると、非侵襲で比較的構成が簡単（普通の光を照射して分光するだけ）に正常細胞とガン細胞との区別ができる。
【００３３】
ただし、生体は多重散乱体である。粒子（細胞核）の情報を得るには、粒子のみの散乱（単一散乱）を測定する必要があるが、生体に光を当てたときの戻り光は、単一散乱＋多重散乱（生体の中深くまでもぐって出てくる散乱光）となっている。多重散乱成分は、複数の粒子による散乱の積み重ねであり、ノイズ成分となる。また、多重散乱成分は戻り光の大部分を占めている。
【００３４】
そこで、戻り光の中、多重散乱成分を除去して、単一散乱成分だけを取り出す手法が必要となる。
【００３５】
図１１は、球形粒子による後方散乱光の散乱強度の角度分布を、Ｍｉｅ散乱理論に基づいて計算した結果を示すものである。ここで、粒子径の平均値は４μｍ、６μｍ、１０μｍ、１４μｍ、粒子の屈折率は１．３８、１．３９、１．４、粒子の周囲の屈折率は１．３３である。図１１のグラフ中、例えば“Ｅ−１１”は“×１０^−１１ ”を意味する。他も同じである。
【００３６】
図１１には、縦横４×３＝１２個のグラフが示されている。ここで、最上段のグラフの上にある数値は、粒子の上記屈折率である。また、左側のグラフの横（左側）にある数値は、粒子径の上記平均値である。これら数値の横方向と縦方向の各交点に、それぞれの粒子径と屈折率を持つ粒子における、後方散乱光の散乱強度の角度分布の様子を示している。
【００３７】
これらのグラフにおいて、 粒子径のばらつきは正規分布に従うとしている。また、平均径が４μｍと６μｍの粒子については、粒子径の標準偏差を１μｍとしている。一方、平均径が１０μｍと１４μｍの粒子については、粒子径の標準偏差を１．５μｍとしている。そして、各々のグラフにおいて、このような粒子径分布における粒子一個あたりの平均強度を示している。各グラフの横軸の散乱角度は、図１２に示すように、入射光１０１が粒子１０３に入射したときの散乱光１０２の方位に対して、図中のθで表される角度として定義される。また、図１１のそれぞれのグラフでは、光の波長が４００ｎｍ、６００ｎｍ、８００ｎｍのときの散乱強度を重ねて表示している。
【００３８】
図１１において、ａの矢印で示すように、波長４００ｎｍの光に対して散乱角度１７５°〜１８０°の間で散乱強度が極大になることが、各グラフより分かる。また、粒子径が大きい程、その強度ピークが顕著に現れることが分かる。波長４００ｎｍ、粒子の屈折率が１．３９の場合で、粒子径に対して極大値を与える角度をプロットしたのが、図１３である。
【００３９】
一方、 図１１において、ｂで示すように、散乱角度が１７５°以下の範囲においては、粒子径、屈折率、波長によらず、散乱角度に対して散乱強度は大きく変化しないことが、各グラフから分かる。また、粒子径が大きくなる程、 ａで示した強度ピークのｂに対する相対強度が大きくなることが分かる。
【００４０】
そこで、例えば、波長４００ｎｍの光を球形粒子を含む試料に照射し、試料からの後方散乱光を検出する。試料からの後方散乱光には、単一散乱光と多重散乱光とが含まれる。ここで、単一散乱光は、試料の表面のみにより散乱された光である。一方、多重散乱光は、試料内部に光が拡散して試料内の粒子に多数回散乱された光である。
【００４１】
本発明では、例えば、第１の散乱角度範囲を１７６°〜１８０°、第２の散乱角度範囲を１７６°以下と設定し、試料からの後方散乱光をそれぞれの散乱角度範囲で検出する。生体組織内で散乱を繰り返すうちに多重散乱光の角度分布は均一化されるので、第１と第２の散乱角度範囲の近辺で大きく変化しないと考えられる。一方、単一散乱では、第１と第２の散乱角度範囲での相対的な散乱強度の違いが粒子の大きさに応じて生じる。したがって、第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差、又は、比を演算することによって、多重散乱光成分は打ち消される。その結果、略単一散乱光成分のみによる散乱信号を抽出することができる。試料中の散乱粒子が大きい程その差あるいは比が大きくなり、粒子の情報が得られる。また、この演算結果を異なる試料間で相対的に比較することにより、 散乱粒子の大きさを判別することができる。
【００４２】
また、散乱光を検出する角度範囲は２つの角度に限定することなく、より多くの角度で観測するようにしてもよい。また、波長を変えて観測するようにすることもきる。
【００４３】
なお、生体組織の細胞においては、一般に、正常な細胞核で４μｍ〜７μｍの直径を有しており、形成異常の見られる細胞核ではその直径が９μｍ〜２０μｍ程度に肥大し、それに伴い単位面積当たりに占める細胞核の密度が変化することが知られている。また、後方散乱光は細胞質と該細胞質よりも屈折率の高い細胞核との比屈折率に影響される。細胞質の屈折率１．３３に対する細胞核との比屈折率は１．０３５〜１．０５であることが知られている。これらのパラメータを用いることにより、可視波長域の任意の波長光を生体組織の試料面に照射したときに得られる後方散乱角度特性をシミュレーションすることができる。図１１の各グラフは、前記パラメータの値の範囲における後方散乱角度特性のシミュレーション結果である。
【００４４】
なお、このような観測方法において、光源からの光の波長は５００ｎｍ以下であることが望ましい。散乱体、特に細胞による後方散乱において、細胞核による散乱を主要な散乱とした場合、図１１に示したように、散乱粒子の大きさに対する散乱角度の変化は、光源の波長が短い程顕著である。したがって、特に可視光領域において短波長となる５００ｎｍ以下の波長を用いることが望ましい。
【００４５】
また、波長を変えて観測する場合には、５００ｎｍ以下の波長と５００ｎｍ以上の波長を用いることが望ましい。
【００４６】
特に、散乱体の粒子の密度に大きなばらつきがある場合には、散乱に寄与する粒子の個数により散乱強度が変化する。そこで、本発明においては、散乱体を照明する光の波長を複数とすることが望ましい。このようにすると、粒子の密度によらず粒子径による散乱信号を得ることができる。図１１に示した例においては、波長６００ｎｍの光に対する後方散乱強度は、波長５００ｎｍ以下の光に対する後方散乱強度に比べて、散乱角度による強度の差が非常に小さいことが分かる。そこで、例えば波長６００ｎｍでの後方散乱光に対する波長４００ｎｍでの後方散乱光の相対強度を、第１の散乱角度範囲と第２の散乱角度範囲のそれぞれについて求める。そして、これらの相対強度を比較することにより、散乱粒子の密度に左右されることなく、粒子の大きさに応じた信号を得ることができることになる。
【００４７】
さて、以上のような本発明の原理を実現するための本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の１つの実施形態の構成を図１に示す。
【００４８】
この生体組織の光散乱観測内視鏡装置は、光源１を備え、その光源１からの照明光は、照明光学系の切換機構５を経て、光ファイバーのような導光体からなる第１の照明光学系２又は同様の第２の照明光学系３へ選択的に導かれる。第１の照明光学系２及び第２の照明光学系３の先端からは照明光が生体組織のような試料Ｏへ照射される。試料Ｏで散乱された散乱光は、光ファイバーのような導光体からなる受光光学系４の一端で受光され、その受光光は検出器６へ導かれて検出される。その検出信号は演算装置７へ入力され、第１の照明光学系２で照明したときに受光光学系４を経て検出器６で検出される信号と、第２の照明光学系３で照明したときに受光光学系４を経て検出器６で検出される信号との差又は比がこの演算装置７で演算される。
【００４９】
そして、受光光学系４の光軸Ａ０と試料Ｏの面との交点Ｐに対して、第１の照明光学系２から入射する照明光の中心光線Ａ１と受光光学系４の光軸Ａ０とのなす角度をα１、第２の照明光学系３から入射する照明光の中心光線Ａ２と受光光学系４の光軸Ａ０とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足するように、受光光学系４に対して第１の照明光学系２と第２の照明光学系３が配置されている。このとき、前記導光体の開口数が０．３以下であると、受光する後方散乱光の角度を限定できるので、検出時のバックグラウンドノイズを少なくできて好ましい。
【００５０】
このように、この生体組織の光散乱観測内視鏡装置の大きな特徴は、１つの検出系（受光光学系４と検出器６）に対して、試料Ｏの同じ位置Ｐに異なる角度で照明光を照射する照明系（第１の照明光学系２、第２の照明光学系３）を複数配置して構成した点にある。このような構成をとると、検出系の構成が簡単になるメリットがある。
【００５１】
そして、図１の場合、試料Ｏの面での受光光学系４の受光範囲をｄ０、第１の照明光学系２による照射範囲をｄ１、第２の照明光学系３による照射範囲をｄ２とするとき、受光範囲ｄ０は照射範囲ｄ１、ｄ２何れにも含まれ、かつ、照射範囲ｄ１が照射範囲ｄ２に含まれるように設定することが好ましい。照明光学系２、３をこのように構成することにより、試料Ｏで散乱される散乱光の角度依存性を観測する前後に、第２の照明光学系３による照明によって試料Ｏの状態を例えば目視観察することができる。
【００５２】
なお、図１においては、照明光学系の切換機構５として、光源１からの光路中へミラー９１を挿入して第１の照明光学系２へ反射光を導き、ミラー９１を符号９１’の位置へ退避させて直接光を第２の照明光学系３へ導くような構成を図示してあるが、これは単なる例示のためであり、光路切り換えのための公知の種々の機構を用いることができる。
【００５３】
また、正確な測定を行うためには、第１の照明光学系と第２の照明光学系のそれぞれの照明に対する散乱光の検出強度を補正することが望ましい。
【００５４】
まず、試料の測定前に、予め例えば白色拡散板等の基準となる試料の散乱光強度を、第１の照明光学系と第２の照明光学系のそれぞれの照明に対して計測しておく。これをそれぞれＲ１、Ｒ２とする。試料の測定において、第１の照明光学系と第２の照明光学系のそれぞれの照明に対する散乱光強度をＳ１、Ｓ２とする。演算装置では、Ｓ１／Ｒ１とＳ２／Ｒ２との差又は比を演算することで、２つの照明光学系による照明に大きな強度差が生じるような場合でも正確に測定を行うことができる。
【００５５】
また、高いＳ／Ｎで観測を行う場合には、測定を複数回又は長時間かけて行う必要がある。ここで試料が生体である場合には、呼吸や拍動等の生体活動に伴う試料の動きがあるため、第１の照明光学系による測定時と第２の照明光学系による測定時では、測定環境や測定条件が異なってしまうことが考えられる。その場合、信号のＳ／Ｎが低下し正確な測定が行えない恐れがある。また、光源の出力強度が十分に安定でない場合等においても同様な影響が考えられる。そこで、第１の照明光学系と第２の照明光学系の切り換えを、試料の変動や光源の出力変動に比べ十分に短い時間で繰り返し連続的に行うことで、それらの変動に影響されない測定を行うことができる。また、照明の連続的な切り換えに同期して演算装置による演算を行うことで、それらの変動の影響を受けずに高い時間分解能で観測を行うことができる。
【００５６】
図２に、本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の別の実施形態の構成を示す。この実施形態は、図１の生体組織の光散乱観測内視鏡装置において、受光光学系４の代わりに対物光学系８を用い、その対物光学系８によって結像される試料Ｏの像を撮像素子９で撮像するようにした点で異なる。すなわち、光源１を備え、その光源１からの照明光は、照明光学系の切換機構５を経て、光ファイバーのような導光体からなる第１の照明光学系２又は同様の第２の照明光学系３へ選択的に導かれる。第１の照明光学系２及び第２の照明光学系３の先端からは照明光が生体組織のような試料Ｏへ照射される。試料Ｏで散乱された散乱光による像は、内視鏡対物レンズのような対物光学系８によって結像され、その散乱像は撮像素子９で撮像される。その撮像された画像信号は演算装置７へ入力され、第１の照明光学系２で照明したときに対物光学系８を経て撮像素子９で撮像された画像信号と、第２の照明光学系３で照明したときに対物光学系８を経て撮像素子９で撮像された画像信号との差又は比がこの演算装置７で演算される。
【００５７】
そして、この場合も、対物光学系８の光軸Ａ０と試料Ｏの面との交点Ｐに対して、第１の照明光学系２から入射する照明光の中心光線Ａ１と対物光学系８の光軸Ａ０とのなす角度をα１、第２の照明光学系３から入射する照明光の中心光線Ａ２と対物光学系８の光軸Ａ０とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足するように、対物光学系８に対して第１の照明光学系２と第２の照明光学系３が配置されている。
【００５８】
この場合の大きな特徴は、１つの検出系（対物光学系８と撮像素子９とからなる撮像光学系８０）に対して、試料Ｏの同じ位置Ｐに異なる角度で照明光を照射する照明系（第１の照明光学系２、第２の照明光学系３）を複数配置して構成した点にある。このような構成をとると、例えば内視鏡に組み入れるとき、プローブ先端に配置するＣＣＤ等の撮像素子９は１個でよくなり、また、光源１については、内視鏡の外側で光路を分岐しておいて、それをプローブの光ファイバーで導入すればよいので、スペース的に有利となる。
【００５９】
図２の場合も、試料Ｏの面での対物光学系８の受光範囲（撮像範囲）をｄ０、第１の照明光学系２による照射範囲をｄ１、第２の照明光学系３による照射範囲をｄ２とするとき、受光範囲ｄ０は照射範囲ｄ１、ｄ２何れにも含まれ、かつ、照射範囲ｄ１が照射範囲ｄ２に含まれるように設定することが好ましい。照明光学系２、３をこのように構成することにより、試料Ｏで散乱される散乱光の角度依存性を観測する前後に、第２の照明光学系３による照明によって試料Ｏの状態を対物光学系８と撮像素子９を介して目視観察することができる。
【００６０】
次に、本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置及び観測方法の実施例を説明する。 図３（ａ）は第１実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の要部の構成を示す図である。この実施例は図１の実施形態に対応する実施例であり、図１の光源１、照明光学系の切換機構５、検出器６、演算装置７に対応する構成は図１の場合と同様であり、図示を省いてある。
【００６１】
この実施例において、内視鏡先端部１０には、第１の照明光学系２と第２の照明光学系３と受光光学系４が配置され、内視鏡先端部１０には先端フード１１が取り付けられ、その先端フード１１により、試料Ｏと内視鏡先端部１０の距離を一定に保って、散乱光の検出角度θ１、θ２を一定範囲に保っている。
【００６２】
そして、第１の照明光学系２は、光ファイバー２１とその先端に配置された正レンズ２２とからなり、第２の照明光学系３は光ファイバー束３１とその先端に配置された負レンズ３２とからなり、受光光学系４は光ファイバー４１とその先端に配置された正レンズ４２とからなり、図１の場合と同様に、試料Ｏの面での受光光学系４の受光範囲ｄ０は、第１の照明光学系２による照射範囲ｄ１、第２の照明光学系３による照射範囲ｄ２の何れにも含まれ、第１の照明光学系２による照射範囲ｄ１は、第２の照明光学系３による照射範囲ｄ２に含まれるように設定されている。そして、受光光学系の光軸と試料面との交点と第１の照明光学系の射出瞳の中心とを結んだ線分と、受光光学系の光軸とのなす角度をα１、同様に受光光学系の光軸と試料面との交点と第２の照明光学系の射出瞳の中心とを結んだ線分と、受光光学系の光軸とのなす角度をα２としたときにα１＜α２の関係を満足するように、受光光学系４に対して第１の照明光学系２と第２の照明光学系３が配置されている。
【００６３】
ここで、第１の照明光学系２からの試料Ｏの面に入射する照明光と受光光学系４で試料Ｏの面から検出される散乱光とのなす角度を図示のようにθ１とすると、θ１の分布範囲は、図３（ｂ）に示すような範囲となり、そのθ１の分布範囲は１７６°〜１８０°の範囲に含まれる。また、第２の照明光学系３からの試料Ｏの面に入射する照明光と受光光学系４で試料Ｏの面から検出される散乱光とのなす角度を図示のようにθ２とすると、θ２の分布範囲は、図３（ｂ）に示すような範囲となり、そのθ２の分布範囲は１７６°以下の範囲に含まれる。そして、第１の照明光学系２、第２の照明光学系３を経て検出器６で検出される受光強度の角度分布は、その配置関係から図３（ｂ）のようになるが、検出器６で検出される実際の受光強度は、照明光学系の切換機構５で第１の照明光学系２に切り換え、第１の照明光学系２で照明した場合は、図３（ｂ）の右側のピークの分布の積分値であり、第２の照明光学系３で照明した場合は、図３（ｂ）の左側のピークの分布の積分値である。その積分値の差又は比を演算装置７で演算することにより、図３（ａ）に示した後方散乱測定範囲の生体組織の上皮細胞核の大きさを特定することができる。これにより、生体組織の細胞が正常細胞か癌細胞かを区別するための判断材料を、組織を切り取らずに内視鏡的に提供することが可能となる。
【００６４】
なお、上記のように、θ１の角度範囲を１７６°〜１８０°、θ２の角度範囲を１７６°以下にすると、細胞核の大きさの判断が最も行いやすくなる。
【００６５】
本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の第２実施例について、図４を参照にして説明する。図４（ａ）はこの実施例の要部の構成を示す図である。この実施例も図１の実施形態に対応する実施例であり、図１の光源１、照明光学系の切換機構５、検出器６、演算装置７に対応する構成は図１の場合と同様であり、図示を省いてある。しかし、この実施例においては、第１の照明光学系と受光光学系が１つの光学系によって兼用されており、第１の照明光学系兼受光光学系２’として図示してある。また、この実施例においては、第２の照明光学系と通常観察用照明光学系が１つの光学系によって兼用されており、第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’として図示してある。内視鏡先端部１０には、この第１の照明光学系兼受光光学系２’と第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’とが配置されおり、第１の照明光学系兼受光光学系２’は、光ファイバー２１’とその先端に配置され、全体として正の屈折力を持ったコリメータ光学系２２’とからなり、第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’は、光ファイバー束３１’とその先端に配置された負レンズ３２’とからなる。
【００６６】
第１の照明光学系兼受光光学系２’への光源１からの照明光は、図１の照明光学系の切換機構５と同様の機構により、光ファイバー２１’の後端に選択的に導入され、その先端のコリメータ光学系２２’でコリメートされた照明光は試料Ｏへ照射され、試料Ｏで散乱された散乱光は、同じコリメータ光学系２２’で受光されて逆の光路を経て光ファイバー２１’の後端に達する。そして、その後端と照明光学系の切換機構５の間に配置されたビームスプリッターや後記の第６実施例のサーキュレータにより照明光から分離され、検出器６へ達するように構成される。
【００６７】
内視鏡先端部１０には、上記の第１の照明光学系兼受光光学系２’と第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’の他に、通常観察用の対物光学系１５とその像面に配置されたＣＣＤのような撮像素子１６とが配置されており、撮像素子１６からの画像信号は信号線１７を介して不図示の画像処理装置及びモニターに送られ、通常の電子内視鏡の観察装置として使用されるようになっている。
【００６８】
この実施例においては、第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’の照明範囲ｄ２は、通常観察用の対物光学系１５と撮像素子１６の観察範囲に一致するか又はそれを含むように構成されており、第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’を経ての照明光の照射により通常観察が行われ、その通常観察によって選択された試料Ｏの面の測定範囲に、第１の照明光学系兼受光光学系２’からコリメート照明光を照射して、同じ光学系２’を逆に経て第１の散乱角度範囲の測定を行い、第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’を経て照明光を照射して、第１の照明光学系兼受光光学系２’を逆に経て第２の第１の散乱角度範囲の測定を行うようになっている。このように、この実施例は、通常観察で用いる照明光学系を散乱測定用の一方の照明光学系としても用いるようにしたことにより、構成が簡単になる利点がある。
【００６９】
なお、この場合も、試料Ｏの面での第１の照明光学系兼受光光学系２’の受光範囲ｄ０は、同じ光学系２’による照射範囲ｄ１に含まれ（略同じ）、第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’による照射範囲ｄ２にも含まれ、第１の照明光学系兼受光光学系２’の照射範囲ｄ１は、第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’による照射範囲ｄ２に含まれるように設定されている。そして、図１の角度α１とα２がα１＜α２の関係を満足するように、第１の照明光学系兼受光光学系２’に対して第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’が配置されており、また、散乱光の検出角度θ１、θ２を、θ１が１７６°〜１８０°、θ２が１７６°以下の範囲になるようにしている。
【００７０】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の第２実施例の変形例の要部の構成を示す図４（ａ）と同様の図であり、変形部分は、第１の照明光学系兼受光光学系２’をプローブとして従来の内視鏡の鉗子チャンネル１８に挿入、取り外し可能に構成し、散乱測定時にのみ鉗子チャンネル１８に挿入して使用するようにした点であり、その他の構成、使用方法は図４（ａ）の場合と同様である。
【００７１】
図５（ａ）は第３実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の要部の構成を示す図であり、図５（ｂ）はその内視鏡先端部１０の正面図である。この実施例は図２の実施形態に対応する実施例であり、図２の照明光学系の切換機構５、演算装置７に対応する構成は図２の場合と同様であり、図示を省略している。また、光源１は、図１４に示すように、光源ランプ１０１と、照明光学系の切換機構５に導くための光学系１０２と、これらの光路中に挿脱自在に配置される複数の波長選択フィルター１０３、１０４と、図示しない光量調整絞りとからなり、複数の波長選択フィルター１０３、１０４の組み合わせを変えることによって、少なくとも生体組織の試料面の光散乱観測に用いる可視波長領域の狭いバンド照明光を生成するモードと、生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するために用いる青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順次照明光を生成するモード若しくは白色照明光を生成するモードに切換可能に構成されている。
【００７２】
例えば、生体組織の試料面の光散乱観測に用いる可視波長領域の狭いバンド照明光を生成するモードの場合、図１５（ａ）及び（ｃ）〜（ｅ）に波長特性を示すフィルターを組み合わせる。図１５（ａ）のフィルターは、光源１の光束中に固定して半値幅で１０ｎｍ〜３０ｎｍの極狭いバンド光を選択的に透過する。図１５（ｃ）〜（ｅ）のフィルターは、光源１の光束中に間欠的に挿入され、図１５（ａ）のフィルターを透過した光をさら選択して透過する。このようにして、生体組織の試料面の光散乱観測に用いる可視波長領域の狭いバンド照明光が生成する。
【００７３】
生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するために用いる青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順次照明光を生成するモードの場合、図１５（ｂ）及び（ｃ）〜（ｅ）に示すフィルターを組み合わせる。図１５（ｂ）のフィルターは、光源１の光束中に固定して可視波長域の光を選択的に透過する。図１５（ｃ）〜（ｅ）のフィルターは光源１の光束中に間欠的に挿入され、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順次照明光を生成する。
【００７４】
白色照明光を生成するモードの場合、図１５（ｂ）に示すフィルターのみが光源１の光束中に挿入される。
【００７５】
この実施例において、内視鏡先端部１０には、第１の照明光学系２と、第２の照明光学系３と、対物光学系８及びその対物光学系８によって結像される像を撮像する撮像素子９からなる撮像光学系８０とが配置され、さらに、光ファイバー束５１とその先端に配置された拡散光学系５２とからなる通常観察用照明光学系５０が別に配置されている。
【００７６】
この例では、第１の照明光学系２は、対物光学系８と撮像素子９とからなる撮像光学系８０の周囲に配置された光ファイバー束２３からなり、第２の照明光学系３は光ファイバー束３１とその先端に配置された負レンズ３２とからなり、試料Ｏの面での対物光学系８の撮像範囲ｄ０は、第１の照明光学系２による照射範囲ｄ１、第２の照明光学系３による照射範囲ｄ２何れにも含まれ、かつ、照射範囲ｄ１が照射範囲ｄ２に含まれるように設定されており、かつ、通常観察用照明光学系５０による照射範囲は、第２の照明光学系３による照射範囲ｄ２以上に設定されている。
【００７７】
この例では、対物光学系８と撮像素子９とからなる撮像光学系８０は、通常観察用の光学系と後方散乱測定用の光学系とを兼ねており、次のような手順により観察が行われる。まず、体腔内に内視鏡を挿入し、通常観察用照明光学系５０より青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の時分割照明光若しくは白色照明光を照射して、モニター上に映った通常カラー画像を観察しながら内視鏡先端部を観察部位まで誘導する。次に、観察部位に内視鏡先端部を近接させて、モニターに映った通常カラー画像の中心に試料面Ｏが位置するように内視鏡先端部の位置を調整する。次に、光源の照明モードを切り換えて、第１の照明光学系２より５００ｎｍ以下の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、試料面Ｏからの後方散乱光による像を対物光学系８と撮像素子９により撮像し、画像信号Ｑ１を得る。次に、第２の照明光学系３より前記５００ｎｍ以下の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、試料面Ｏからの後方散乱光による像を対物光学系８と撮像素子９により撮像し、画像信号Ｑ２を得る。これらの画像信号は信号線１９を介して演算装置７（図２）へ送られ、画像信号Ｑ１と画像信号Ｑ２の差又は比の演算が行われる。上記のように、モニター上の画像中心に試料面Ｏが位置するように内視鏡先端部の位置を調整することにより、対物光学系８の持つ諸収差の影響をほとんど受けずに試料面Ｏからの後方散乱光を観測することができる。
【００７８】
この実施例は、このように、通常観察専用の照明光学系５０と散乱測定専用の照明光学系２、３とを別に設けるようにしたことにより、それぞれ最も最適な状態で観察又は観測（測定）できる利点がある。
【００７９】
この場合も、図２の角度α１とα２がα１＜α２の関係を満足するように、対物光学系８に対して第１の照明光学系２と第２の照明光学系３が配置されており、また、散乱光の検出角度θ１、θ２を、θ１が１７６°〜１８０°、θ２が１７６°以下の範囲になるように設定されている。
【００８０】
図６（ａ）は第４実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の全体の構成を示す図であり、この実施例の内視鏡先端部１０には図５（ａ）の第３実施例のものを用いている。
【００８１】
この実施例においては、白色光源６０を用い、その前面にＲ（赤色）波長域透過フィルター６７、Ｇ（緑色）波長域透過フィルター６８、Ｂ（青色）波長域透過フィルター６９がセクター状に配置されてなる図６（ｂ）のようなＲＧＢホイール６５が配置されており、ＲＧＢホイール６５はモータ６６によって回転制御されている。そのため、ＲＧＢホイール６５のＲＧＢの何れかの波長域透過フィルターを順に透過したＲＧＢと変わる光は、挿脱可能なバンドパスフィルター２９とミラー６１に達し、バンドパスフィルター２９とミラー６１が光路から離脱されている場合（図の破線）は、集光レンズ６２により集光されて、図５（ａ）の通常観察用照明光学系５０の光ファイバー束５１の後端に集光される。光ファイバー束５１に入射したＲＧＢと順に変化する照明光は、通常観察用照明光学系５０の先端の拡散光学系５２により発散光となって試料Ｏを照明し、そのＲＧＢと順に変化する照明光により、対物光学系８はＲＧＢ面順次で試料Ｏの像を撮像素子９上に結像し（図５（ａ））、撮像素子９で撮像されたＲＧＢ面順次の画像信号は信号線１９を介して演算装置・画像出力装置２７へ送られ、試料Ｏのカラー画像を表示装置に出力する。
【００８２】
ここで、バンドパスフィルター２９の透過波長は、図６（ｃ）に示すように、例えばＲ波長域の波長６００ｎｍとＢ波長域の波長４００ｎｍに透過帯域を持つバンドパスフィルターであり、バンドパスフィルター２９とミラー６１が光路に挿入されると（図の実線）、ＲＧＢホイール６５が回転されてＢ波長域透過フィルター６９が光路中にある期間には、バンドパスフィルター２９により波長４００ｎｍを中心とする狭帯域の光が集光レンズ６３に達して、その集光レンズ６３によって照明光学系の切換機構５の入力端に集光される。照明光学系の切換機構５では、Ｂ波長域透過フィルター６９が光路中にある期間内に、その波長４００ｎｍを中心とする狭帯域の照明光を、第１の照明光学系２の光ファイバー束２３の後端に入射させる期間と、第２の照明光学系３の光ファイバー束３１の後端に入射させる期間とに切り換える。第１の照明光学系２がその波長４００ｎｍを中心とする狭帯域の照明光を照射している間に、対物光学系８と撮像素子９（図５（ａ））により、第１の散乱角度範囲での試料Ｏの散乱像の撮像を行い、第２の照明光学系３がその波長４００ｎｍを中心とする狭帯域の照明光を照射している間に、その対物光学系８と撮像素子９により、第２の散乱角度範囲での試料Ｏの散乱像の撮像を行い、それらの画像信号は信号線１９を介して演算装置・画像出力装置２７へ送られる。
【００８３】
その様子は図７のタイミングチャートに図示されており、ＲＧＢホイール６５のＢ波長域透過フィルター６９が光路中にある期間に、波長４００ｎｍで第１の散乱角度範囲での散乱像の撮像と、第２の散乱角度範囲での散乱像の撮像とを行う。図中に、波長４００ｎｍで第１の散乱角度範囲での散乱像の撮像を（１_４００ ）、第２の散乱角度範囲での散乱像の撮像を（２_４００ ）として示してある。
【００８４】
次に、ＲＧＢホイール６５が回転されてＲ波長域透過フィルター６７が光路中にある期間には、バンドパスフィルター２９により波長６００ｎｍを中心とする狭帯域の光が集光レンズ６３に達して、照明光学系の切換機構５により第１の照明光学系２の光ファイバー束２３の後端に入射させる期間と、第２の照明光学系３の光ファイバー束３１の後端に入射させる期間とに切り換える。第１の照明光学系２がその波長６００ｎｍを中心とする狭帯域の照明光を照射している間に、対物光学系８と撮像素子９により、第１の散乱角度範囲での試料Ｏの散乱像の撮像である撮像（１_６００ ）を行い、第２の照明光学系３がその波長６００ｎｍを中心とする狭帯域の照明光を照射している間に、第２の散乱角度範囲での試料Ｏの散乱像の撮像である撮像（２_６００ ）を行い、それらの画像信号は信号線１９を介して演算装置・画像出力装置２７へ送られる。
【００８５】
その次の、ＲＧＢホイール６５が回転されてＧ波長域透過フィルター６８が光路中にある期間には、光源６０からの光はバンドパスフィルター２９でブロックされ、第１の照明光学系２、第２の照明光学系３には達せず、この間に上記の｛（１_４００ ）−（２_４００ ）｝÷｛（１_６００ ）−（２_６００ ）｝の演算が演算装置・画像出力装置２７で行われ、前記したように、散乱粒子の密度に左右されることなく、粒子の大きさに応じた信号を得ることができる。
【００８６】
なお、図７に示したような撮像のタイミングと演算のタイミングは、図６（ａ）の制御装置２８によって、モータ６６の回転角、照明光学系の切換機構５の切り換え、演算装置・画像出力装置２７の画像信号取り込み、演算を同期して制御することにより行われる。
【００８７】
この実施例は、通常観察用照明光学系５０と対物光学系８及び撮像素子９とを用いた試料Ｏの通常観察に用いられる面順次フィルターであるＲＧＢホイール６５を散乱計測での波長切り換えにも用いる例であり、装置が単純化される利点がある。
【００８８】
次に、本発明の第５実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置を図８に示す。図８（ａ）は内視鏡１００の内視鏡先端部１０の正面図であり、図８（ｂ）は全体の構成を示すブロック図である。この実施例においては、図８（ａ）に示すように、内視鏡先端部１０の略中心に配置した単一の受光光学系４又は撮像光学系８０の周りに、第１の照明光学系２として、例えば波長４００ｎｍの光を発光する青色ＬＥＤ２_Ｂ と、波長６００ｎｍの光を発光する赤色ＬＥＤ２_Ｒ とを、所定距離離れた試料Ｏの面からの散乱光の受光光学系４又は撮像光学系８０への入射角度範囲が１７６°〜１８０°に含まれることになる位置に取り付け、また、第２の照明光学系３として、例えば波長４００ｎｍの光を発光する青色ＬＥＤ３_Ｂ と、波長６００ｎｍの光を発光する赤色ＬＥＤ３_Ｒ とを、所定距離離れた試料Ｏの面からの散乱光の受光光学系４又は撮像光学系８０への入射角度範囲が１７６°以下に含まれることになる位置に取り付けて構成されるものである。受光光学系４と撮像光学系８０は、第１実施例〜第４実施例で説明したのと同様のものを用いている。なお、この場合に、受光光学系４又は撮像光学系８０の受光範囲（撮像範囲）ｄ０は、第１の照明光学系２_Ｂ と２_Ｒ の照射範囲ｄ１、及び、第２の照明光学系３_Ｂ と３_Ｒ の照射範囲ｄ２の何れにも含まれていればよい。
【００８９】
このような配置であるので、制御装置２８は、例えば、順に、青色ＬＥＤ２_Ｂ 、青色ＬＥＤ３_Ｂ 、赤色ＬＥＤ２_Ｒ 、赤色ＬＥＤ３_Ｒ を点灯して、それらの照明に基づいて信号（１_４００ ）、（２_４００ ）、（１_６００ ）、（２_６００ ）を検出し、演算装置７で、図６〜図７の場合と同様に、｛（１_４００ ）−（２_４００ ）｝÷｛（１_６００ ）−（２_６００ ）｝の演算を行うようにして、散乱粒子の密度に左右されることなく、粒子の大きさに応じた信号を得ることができる。
【００９０】
この実施例は、内視鏡先端部１０に照明用のＬＥＤ２_Ｂ 、２_Ｒ 、３_Ｂ 、３_Ｒ を配置することで、照明の切り換えを外部から電気的に行えばよくなり、構成が簡単になる利点がある。
【００９１】
次に、本発明の第６実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の構成を示す図を図９に示す。この実施例は、レーザースキャンプローブを用いて散乱像を画像化する例である。この実施例においては、第１の照明光学系と受光光学系が１つの光学系によって兼用されており、第１の照明光学系兼受光光学系２’として図示してある。そして、この第１の照明光学系兼受光光学系２’は、光ファイバー２１’と、その先端に配置されたコリメータ光学系２２’と、コリメータ光学系２２’でコリメートされた照明光を２次元方向に走査する走査装置２４’とからなり、第２の照明光学系３は、光ファイバー束３１とその先端に配置された負レンズ３２とからなる。
【００９２】
この実施例においては、例えば波長４００ｎｍのレーザー１’から発振されたレーザー光は、光路切換装置５’を経て、第１の照明光学系兼受光光学系２’と第２の照明光学系３へ選択的に向けられる。第１の照明光学系兼受光光学系２’へ向けられた照明光は、サーキュレータ７１を経て光ファイバー２１’の後端に導入され、その先端のコリメータ光学系２２’でコリメートされ、走査装置２４’によりり試料Ｏの面を走査するように照射され、試料Ｏで散乱された散乱光は、同じ走査装置２４’とコリメータ光学系２２’との逆の光路を経て光ファイバー２１’の後端に達する。そして、その後端に配置されたサーキュレータ７１を介して照明光から分離され、検出器６へ達して検出される。
【００９３】
この検出信号を走査装置２４’の走査位置と同期させて表示することにより、試料Ｏの面の散乱像を画像出力装置７０に表示するようにすることもできると共に、演算装置７で第１の照明光学系兼受光光学系２’を経て照明したときに検出される信号と、第２の照明光学系３を経て照明したときに検出される信号との差又は比を演算することにより、散乱像の差又は比の画像を得ることもできる。
【００９４】
この実施例によれば、走査装置２４’の走査範囲を制御することにより、あるいは、得られた画像領域を切り出すことにより、注目したい領域だけの差あるいは比の信号又は画像を得ることもできる。
【００９５】
また、この実施例を変形して、第２実施例の変形例（図４（ｂ））と同様に、第１の照明光学系兼受光光学系２’をプローブとして従来の内視鏡の鉗子チャンネルに挿入、取り外し可能に構成し、散乱測定時にのみ鉗子チャンネルに挿入して使用するようにすることもできる。
【００９６】
ところで、以上の実施例の説明から明らかなように、本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置を内視鏡先端部に組み込んで構成する場合に、通常観察用照明光学系と散乱測定用の照明光学系、特に、第２の照明光学系を独立に配置したり兼用させるようにすることができること、さらには、通常観察用の対物光学系と散乱測定用の受光光学系あるいは撮像光学系を独立に配置したり兼用させるようにすることができる。そこで、図１０（ａ）〜（ｂ）にそれぞれの配置例を示す。図中、符号２は独立した散乱測定用の第１の照明光学系、３は独立した散乱測定用の第２の照明光学系、４は独立した散乱測定用の受光光学系、５０は独立した通常観察用照明光学系、１５は独立した通常観察用の対物光学系、３’は第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系、１５’は通常観察用の対物光学系と散乱測定用の受光光学系又は撮像光学系の兼用光学系である。したがって、図１０（ａ）は、通常観察用照明光学系５０と散乱測定用の第１の照明光学系２及び第２の照明光学系３を独立に配置し、かつ、通常観察用の対物光学系１５と散乱測定用の受光光学系４を独立に配置した内視鏡先端部１０の正面図であり、図１０（ｂ）は、通常観察用照明光学系と散乱測定用の第２の照明光学系を兼用させて第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’とし、通常観察用の対物光学系１５と散乱測定用の受光光学系４を独立に配置した内視鏡先端部１０の正面図であり、図１０（ｃ）は、通常観察用照明光学系５０と散乱測定用の第１の照明光学系２及び第２の照明光学系３を独立に配置し、かつ、通常観察用の対物光学系と散乱測定用の撮像光学系を兼用させて兼用光学系１５’として配置した内視鏡先端部１０の正面図であり、図１０（ｄ）は、通常観察用照明光学系と散乱測定用の第２の照明光学系を兼用させて第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系３’とし、また、通常観察用の対物光学系と散乱測定用の撮像光学系を兼用させて兼用光学系１５’として配置した内視鏡先端部１０の正面図である。
【００９７】
以上、本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置及び観測方法をその原理と実施形態、実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態、実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置及び観測方法によると、例えば内視鏡で散乱スペクトル情報を画像として観測する場合に、内視鏡先端部を小型化でき、また、検出光学系を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の１つの実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の別の実施形態の構成を示す図である。
【図３】第１実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の要部の構成と検出される各照明光学系からの照明光の散乱角度分布を示す図である。
【図４】第２実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の要部の構成とその変形例の要部の構成を示す図である。
【図５】第３実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の要部の構成とその内視鏡先端部の正面を示す図である。
【図６】第４実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の構成と作用を説明するための図である。
【図７】第４実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】第５実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の内視鏡先端部の正面図と全体の構成を示すブロック図である。
【図９】第６実施例の生体組織の光散乱観測内視鏡装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の生体組織の光散乱観測内視鏡装置を内視鏡先端部に組み込んで構成する場合の配置例を示す図である。
【図１１】球形粒子による後方散乱光の散乱強度の角度分布をＭｉｅ散乱理論により計算した結果を示す図である。
【図１２】散乱角度の定義を示す図である。
【図１３】粒子径に対して極大値を与える角度をプロットした図である。
【図１４】第３実施例に用いられる光源の詳細な構成を示した図である。
【図１５】第３実施例に用いられる光源の光路中に配置される波長選択フィルターの透過特性を示した図である。
【符号の説明】
Ｏ…試料
１…光源
１’…レーザー
２…第１の照明光学系
２’…第１の照明光学系兼受光光学系
２_Ｂ …青色ＬＥＤ
２_Ｒ …赤色ＬＥＤ
３…第２の照明光学系
３’…第２の照明光学系兼通常観察用照明光学系
３_Ｂ …青色ＬＥＤ
３_Ｒ …赤色ＬＥＤ
４…受光光学系
５…照明光学系の切換機構
５’…光路切換装置
６…検出器
７…演算装置
８…対物光学系
９…撮像素子
１０…内視鏡先端部
１１…先端フード
１５…通常観察用の対物光学系
１５’…通常観察用の対物光学系と散乱測定用の受光光学系又は撮像光学系の兼用光学系
１６…撮像素子
１７…信号線
１８…鉗子チャンネル
１９…信号線
２１…光ファイバー
２１’…光ファイバー
２２…正レンズ
２２’…コリメータ光学系
２３…光ファイバー束
２４’…走査装置
２７…演算装置・画像出力装置
２８…制御装置
２９…バンドパスフィルター
３１…光ファイバー束
３１’…光ファイバー束
３２…負レンズ
３２’…負レンズ
４１…光ファイバー
４２…正レンズ
５０…通常観察用照明光学系
５１…光ファイバー束
５２…拡散光学系
６０…白色光源
６１…ミラー
６２…集光レンズ
６３…集光レンズ
６５…ＲＧＢホイール
６６…モータ
６７…Ｒ（赤色）波長域透過フィルター
６８…Ｇ（緑色）波長域透過フィルター
６９…Ｂ（青色）波長域透過フィルター
７０…画像出力装置
７１…サーキュレータ
８０…撮像光学系
９１、９１’…ミラー
１００…内視鏡
１０１…光源ランプ
１０２…光学系
１０３、１０４…波長選択フィルター

Claims (23)

1. 生体組織の試料面を照明する第１の照明手段及び第２の照明手段と、生体組織の試料面からの散乱光を受光する受光手段と、前記受光手段によって受光された光を検出する検出器と、前記第１の照明手段で照明したときに検出される信号と、前記第２の照明手段で検出したときの信号との差又は比を演算する演算手段とを備え、
   前記受光手段の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第１の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記受光手段の光軸とのなす角度をα１、前記受光手段の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第２の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記受光手段の光軸とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足するように、前記受光手段に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることを特徴とする生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
2. 生体組織の試料面での前記第１の照明手段による照明範囲が前記受光手段の受光範囲を含み、かつ、前記第２の照明手段による照明範囲が前記第１の照明手段による照明範囲を含むように前記受光手段に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることを特徴とする請求項１記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
3. 前記第１の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記受光手段で生体組織の試料面から検出される散乱光のなす角度が１７６°〜１８０°の範囲に含まれ、前記第２の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記受光手段で生体組織の試料面から検出される散乱光のなす角度が１７６°以下の範囲に含まれるように前記受光手段に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることを特徴とする請求項１記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
4. 別に生体組織の試料面を観察するための対物光学系とその像面に配置された撮像素子とを備えていることを特徴とする請求項２記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
5. 前記第１の照明手段と前記受光手段は光軸の少なくとも一部を共有するように構成され、さらに、前記第１の照明手段と前記受光手段は生体組織の試料面と前記第２の照明手段の間の空間を移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
6. 前記第２の照明手段が生体組織の試料面を観察するための照明手段を兼ねていることを特徴とする請求項４記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
7. さらに、光源と、前記光源からの光を前記第１の照明手段と前記第２の照明手段の何れか一方に連続的に切り替えて導く機構を備えることを特徴とする請求項２、１５、１６、２０の何れか１項記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
8. 前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からの照明光が５００ｎｍ以下の光であることを特徴とする請求項２記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
9. 前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からの照明光として可視波長領域の任意の２つの狭いバンド光を用い、波長を切換えて前記演算手段による演算を行うことを特徴とする請求項２、１４、２０に記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
10. 波長５００ｎｍ以下の狭いバンド光を用いて前記第１の照明手段により照明したときに検出される信号と、前記第２の照明手段により照明したときに検出される信号との差を差信号Ｉとし、波長５００ｎｍ以上の狭いバンド光を用いて前記第１の照明手段により照明したときに検出される信号と、前記第２の照明手段により照明したときに検出される信号との差を差信号ＩＩとすると、前記演算手段により差信号ＩとＩＩの差又は比の演算を行うことを特徴とする請求項９記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
11. 前記受光手段はコリメータ光学系を備えていることを特徴とする請求項１記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
12. 前記第１の照明手段と前記受光手段は同一のコリメータ光学系で構成されていることを特徴とする請求項２又は５に記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
13. 前記第１の照明手段と前記第２の照明手段はＬＥＤを含んでいることを特徴とする請求項１、２、８、９、１０の何れか１項記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
14. 生体組織の試料面を照明する第１の照明手段及び第２の照明手段と、生体組織の試料面からの散乱光を受光する対物光学系と前記対物光学系によって結像される生体組織の試料面の像を撮像する撮像素子と、前記第１の照明手段で照明したときに撮像される画像と、前記第２の照明手段で撮像したときの画像との差又は比を演算する演算手段とを備え、
    前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第１の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα１、前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第２の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足し、
    さらに、前記第１の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記対物光学系で生体組織の試料面から受光する散乱光のなす角度が１７６°〜１８０°の範囲に含まれ、前記第２の照明手段で照明したときに生体組織の試料面に入射する照明光と、前記対物光学系で生体組織の試料面から受光する散乱光のなす角度が１７６°以下の範囲に含まれるように前記対物光学系に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることを特徴とする生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
15. 前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からの照明光が５００ｎｍ以下の光であることを特徴とする請求項１４記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
16. 生体組織の試料面での前記第１の照明手段による照明範囲が前記対物光学系の受光範囲を含み、かつ、前記第２の照明手段による照明範囲が前記第１の照明手段による照明範囲を含むように前記対物光学系に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置されていることを特徴とする請求項１４又は２０記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
17. 前記第２の照明手段が生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するための照明手段を兼ねていることを特徴とする請求項１５、１６、２０の何れか１項記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
18. さらに複数の波長選択フィルターを光路中に挿脱自在に配置した光源を備え、
    前記光源は少なくとも、生体組織の試料面の光散乱観測に用いる可視波長領域の狭いバンド照明光を生成するモードと、生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するために用いる青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順次照明光を生成するモード若しくは白色照明光を生成するモードを有することを特徴とする請求項６又は１６記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
19. 前記光源には複数の波長選択フィルターを光路中に挿脱自在に配置され、前記波長選択フィルターの組み合わせを変えることで、生体組織の試料面の光散乱観測に用いる可視波長領域の狭いバンド照明光を生成するモードと、生体組織の試料面及びその周辺の様子を観察するために用いる青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順次照明光を生成するモード若しくは白色照明光を生成するモードに切り換え可能に構成されていることを特徴とする請求項７記載の生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
20. 生体組織の試料面を照明する第１の照明手段及び第２の照明手段と、生体組織の試料面からの散乱光を受光する対物光学系と前記対物光学系によって結像される生体組織の試料面の像を撮像する撮像素子と、前記第１の照明手段で照明したときに撮像される画像と、前記第２の照明手段で撮像したときの画像との差又は比を演算する演算手段とを備え、
    前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第１の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα１、前記対物光学系の光軸と生体組織の試料面との交点に対して前記第２の照明手段から入射する照明光の中心光線と前記対物光学系の光軸とのなす角度をα２とするときに、α１＜α２の関係を満足するように前記対物光学系に対して前記第１の照明手段と前記第２の照明手段が配置され、さらに、生体組織の試料面の光散乱観測に用いるために前記第１の照明手段と前記第２の照明手段からそれぞれ時間を区切って照射される照明光が５００ｎｍ以下の狭いバンド光であることを特徴とする生体組織の光散乱観測用内視鏡装置。
21. 少なくとも先端部に受光窓を有する受光手段と第１の照明窓を有する第１の照明手段及び第２の照明窓を有する第２の照明手段を備える挿入部を体腔内に挿入して生体組織の試料面の光散乱を観察する方法において、
    受光窓に最も近接して配置された第１の照明窓から生体組織の試料面に向けて可視波長領域の任意の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第１のステップと、
    前記第１の照明窓からの照明時間とずらして第２の照明窓から生体組織の試料面に向けて前記可視波長領域の任意の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第２のステップと、
    前記第１のステップで受光した散乱光強度と前記第２のステップで受光した散乱光強度との差又は比を演算する第３のステップを含むことを特徴とする生体組織の光散乱観測方法。
22. 前記可視波長領域の任意の狭いバンド光は５００ｎｍ以下の狭いバンド光であることを特徴とする請求項２１記載の生体組織の光散乱観測方法。
23. さらに、可視波長領域の別の狭いバンド光を前記第１の照明窓から生体組織の試料面に向けて照射すると共に前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第４のステップと、
    前記第１の照明窓からの照明時間とずらして第２の照明窓から生体組織の試料面に向けて前記可視波長領域の別の狭いバンド光を一定時間照射すると共に、前記受光窓を通して生体組織の試料面からの散乱光を受光する第５のステップと、
    前記第４のステップで受光した散乱光強度と前記第５のステップで受光した散乱光強度との差又は比を演算する第６のステップと、
    前記第３のステップと前記第６のステップで得られた演算結果の差又は比を演算する第７のステップを含むことを特徴とする請求項２１又は２２記載の生体組織の光散乱観測方法。

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