JP2008264578A - Optically excited fluorescein detector suitable for measuring physical property of cartilage tissue - Google Patents

Optically excited fluorescein detector suitable for measuring physical property of cartilage tissue Download PDF

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正人 佐藤
Miya Ishihara
美弥 石原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detector capable of measuring physical properties of a biological tissue, especially a cartilage tissue, in a living body without destroying the tissue. <P>SOLUTION: The optically excited acoustic wave detector is obtained by combining a laser beam generation source, a laser beam emitter one end of which is attached closely to the laser beam generation source and the other end of which contains an optical fiber for laser beam transmission having a laser beam emission surface, an acoustic wave detection with conversion means which has a detecting surface of an acoustic wave generated by exciting laser beams and converting the acoustic wave detected by the detecting surface to an electric signal, and an acoustic wave detector electrically connected with the conversion means. The laser beam emission surface of the optical fiber and the acoustic wave detection surface of the acoustic wave detection and conversion means are fixed to a tip end surface of a separately prepared supporting tool in a positional relation decided in advance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、軟骨組織の物性測定に適した光励起音響波検出装置及び光励起蛍光検出装置に関する。   The present invention relates to a photoexcitation acoustic wave detection device and a photoexcitation fluorescence detection device suitable for measuring physical properties of cartilage tissue.

膝などの関節には、関節にある骨と骨との摩擦を緩和し、そして関節に加わる衝撃を吸収する軟骨が存在する。軟骨は、関節の骨と骨との対向する面のそれぞれを覆うように形成されている。関節の骨と骨との結合部の周囲には、絶えず小量の滑液を分泌する滑膜が存在する。軟骨組織は、滑膜が分泌した滑液を吸収して表面が滑らかとなり、骨と骨との摩擦を緩和する。そして軟骨組織は、滑液を吸収して柔軟であるため、例えば、歩行の際に膝関節などに加わる衝撃を、軟骨が柔軟に形を変えることにより吸収する。   In joints such as knees, there is cartilage that relieves friction between bones in the joints and absorbs shocks applied to the joints. The cartilage is formed so as to cover each of the opposing surfaces of the joint bone. There is a synovial membrane that constantly secretes a small amount of synovial fluid around the joint between the bones of the joint. The cartilage tissue absorbs the synovial fluid secreted by the synovium, smoothes the surface, and relieves friction between the bones. Since the cartilage tissue absorbs synovial fluid and is flexible, for example, the impact applied to the knee joint or the like during walking is absorbed by the cartilage flexibly changing its shape.

偏食、老化、関節の酷使などにより、軟骨組織を形成する軟骨基質(コラーゲンやプロテオグリカンなど)に変性あるいは分子鎖の切断が生じると、軟骨組織が滑液を吸収し難くなり、関節の骨と骨との摩擦もしくは関節に加わる衝撃によって関節に痛みを伴う変形性関節症が発症する。   If the cartilage matrix (collagen, proteoglycan, etc.) that forms the cartilage tissue is denatured or the molecular chain is broken due to unbalanced diet, aging, or overuse of the joint, the cartilage tissue becomes difficult to absorb synovial fluid, and the bones and bones of the joint Osteoarthritis with pain in the joints develops due to friction with or impact on the joints.

変形性関節症の初期には、栄養バランスのよい食事や適度な運動により軟骨組織の機能を回復させたり、薬物の投与により軟骨組織を再生させたりする治療が行われる。このような治療により痛みなどの症状が改善されない場合には、内視鏡を用いた診断や治療が行われる。例えば、変形性関節症を発症した膝関節の場合には、膝の外部から関節内部に通ずる孔を数カ所開け、内視鏡と、診断用もしくは治療用の器具とを前記の孔から関節内部へと挿入して、内視鏡により軟骨組織を観察しながら、診断や治療が行われる。   In the early stage of osteoarthritis, a treatment is performed in which the function of the cartilage tissue is restored by a well-balanced diet or appropriate exercise, or the cartilage tissue is regenerated by administration of a drug. If such treatment does not improve symptoms such as pain, diagnosis and treatment using an endoscope is performed. For example, in the case of a knee joint that has developed osteoarthritis, several holes are opened from the outside of the knee to the inside of the joint, and an endoscope and a diagnostic or therapeutic instrument are inserted into the joint from the hole. Then, diagnosis and treatment are performed while observing the cartilage tissue with an endoscope.

軟骨組織が、正常な機能(関節の骨と骨との摩擦の緩和、あるいは関節に加わる衝撃の吸収)を有するかどうかは、軟骨組織の粘性率、弾性率、厚みもしくは組成などの物性測定により定量的に評価することが好ましい。ところが、従来の内視鏡を用いた診断において、軟骨組織の機能は、内視鏡による軟骨組織の外観観察あるいは診断用の器具により軟骨組織に触れた際の感触などにより定性的に評価されている。軟骨組織の機能は、軟骨組織の一部を摘出して、摘出された軟骨組織を病理組織学的に判断することにより定性的に評価される場合もある。   Whether the cartilage tissue has a normal function (relaxation of friction between joint bones or absorption of shock applied to the joint) is determined by measuring physical properties such as viscosity, elastic modulus, thickness or composition of the cartilage tissue. It is preferable to evaluate quantitatively. However, in diagnosis using a conventional endoscope, the function of the cartilage tissue is qualitatively evaluated by observing the appearance of the cartilage tissue with an endoscope or touching the cartilage tissue with a diagnostic instrument. Yes. The function of the cartilage tissue may be qualitatively evaluated by extracting a part of the cartilage tissue and judging the extracted cartilage tissue pathologically.

軟骨組織の機能の定量的な評価は、軟骨組織の一部を摘出し、粘弾性測定装置(例、レオメータ)などを用いた生体外での物性測定によりなされる場合もある。患者の軟骨組織の一部を摘出する(破壊する)ことは好ましくなく、軟骨組織の本来の機能を評価するための物性(特に、粘性率や弾性率などの力学特性)の測定は、殆どなされていないのが現状である。   The quantitative evaluation of the function of the cartilage tissue may be performed by extracting a part of the cartilage tissue and measuring the physical properties in vitro using a viscoelasticity measuring device (eg, rheometer). It is not preferable to remove (destroy) a part of a patient's cartilage tissue, and physical properties (especially mechanical properties such as viscosity and elastic modulus) are mostly measured to evaluate the original function of the cartilage tissue. The current situation is not.

一方、変形性関節症の治療のために、患者自身の健常部の軟骨組織(関節症を発症していない軟骨組織)を摘出し、これを生体外で育成(培養により増殖)して得られる軟骨組織を患部に移植する場合がある。このような移植用の軟骨組織も、その機能を評価するために物性測定することが必要である。前記と同様に、移植用の軟骨組織の場合も、育成した軟骨組織の一部を切り取って(破壊して)、病理組織学的評価や物性測定による評価がされている。   On the other hand, for the treatment of osteoarthritis, it is obtained by extracting cartilage tissue of the patient's own healthy part (cartilage tissue that has not developed arthropathy) and growing it in vitro (proliferated by culture) Cartilage tissue may be transplanted into the affected area. It is necessary to measure physical properties of such a cartilage tissue for transplantation in order to evaluate its function. Similarly to the above, in the case of a cartilage tissue for transplantation, a part of the grown cartilage tissue is cut out (destroyed) and evaluated by histopathological evaluation or physical property measurement.

特許文献1には、軟骨組織に超音波を付与し、軟骨組織の表面において反射された超音波(超音波エコー)から、軟骨組織の力学特性を測定する装置が開示されている。
特開2002−345821号公報
Patent Document 1 discloses an apparatus that applies ultrasonic waves to cartilage tissue and measures the mechanical characteristics of cartilage tissue from ultrasonic waves (ultrasound echoes) reflected on the surface of the cartilage tissue.
JP 2002-345821 A

本発明の目的は、生体内において、生体組織、特に軟骨組織の物性を、組織を破壊することなく測定できる装置を提供することにある。
本発明の目的はまた、生体外で育成した軟骨組織の物性を、軟骨組織を破壊することなく測定する方法を提供することにもある。
The objective of this invention is providing the apparatus which can measure the physical property of a biological tissue, especially a cartilage tissue, without destroying a structure | tissue in the living body.
Another object of the present invention is to provide a method for measuring the physical properties of cartilage tissue grown in vitro without destroying the cartilage tissue.

本発明者は、物性を測定するための検出部の生体内への挿入を容易とするために、検出部の小型化が可能な測定装置であること、物性測定により生体組織を破壊しないことなどを要件として、様々な物性測定装置の生体内への適用の可能性について検討した。その結果、光励起音響波検出装置の構成を工夫することにより、生体内での生体組織(特に、軟骨組織)の物性測定に適した、光励起音響波検出装置を提供できることを見出した。また、光励起音響波検出装置を用いることにより、生体外で育成した軟骨組織の粘性率、弾性率、厚みもしくは組成などの軟骨組織の機能の評価に必要な物性を、組織を破壊することなく測定できることを見出した。   The present inventor is a measuring device capable of reducing the size of the detection unit in order to facilitate insertion of the detection unit for measuring physical properties into the living body, and does not destroy biological tissue by measuring physical properties. As a requirement, we examined the possibility of applying various physical property measuring devices in vivo. As a result, it has been found that by devising the configuration of the photoexcitation acoustic wave detection device, a photoexcitation acoustic wave detection device suitable for measuring physical properties of a living tissue (particularly, cartilage tissue) in a living body can be provided. In addition, by using a photoexcited acoustic wave detection device, the physical properties necessary for evaluating the function of the cartilage tissue such as viscosity, elastic modulus, thickness or composition of the cartilage tissue grown in vitro can be measured without destroying the tissue. I found out that I can do it.

本発明は、レーザ光発生源、そして一方の端部がレーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面を有し、検出面で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段、そして音響波検出変換手段に電気的に接続された音響波検出装置が組み合わされてなる光励起音響波検出装置であって、前記の光ファイバのレーザ光照射面と音響波検出変換手段の音響波検出面とが、別に用意された支持具の先端面に予め決められた位置関係にて固定されていることを特徴とする光励起音響波検出装置にある。   The present invention relates to a laser beam generation apparatus, a laser beam irradiation apparatus including a laser beam transmission optical fiber having one end attached close to the laser beam generation source and having a laser beam irradiation surface at the other end, and a laser beam An acoustic wave detection conversion means for converting an acoustic wave detected on the detection surface into an electrical signal, and an acoustic wave detection electrically connected to the acoustic wave detection conversion means A photo-excited acoustic wave detection device formed by combining the devices, wherein the laser light irradiation surface of the optical fiber and the acoustic wave detection surface of the acoustic wave detection / conversion means are determined in advance on the tip surface of a separately prepared support tool. The photoexcited acoustic wave detection device is fixed in a predetermined positional relationship.

本発明の光励起音響波検出装置の好ましい態様は、下記の通りである。
(1)支持具が筒状であって、光ファイバのレーザ光照射面と音響波検出変換手段の音響波検出面とが筒状支持具の先端面に固定され、そして光ファイバのレーザ光照射面に接続する部分と音響波検出変換手段とが筒状支持具に収容されている。
(2)音響波検出面が、前記支持具先端面に固定された光照射面を囲む環状の形状にある。
(3)音響波検出変換手段が圧電トランスデューサである。
The preferable aspect of the photoexcitation acoustic wave detection apparatus of this invention is as follows.
(1) The support is cylindrical, the laser light irradiation surface of the optical fiber and the acoustic wave detection surface of the acoustic wave detection conversion means are fixed to the tip surface of the cylindrical support, and the laser light irradiation of the optical fiber The portion connected to the surface and the acoustic wave detection / conversion means are accommodated in the cylindrical support.
(2) The acoustic wave detection surface is in an annular shape surrounding the light irradiation surface fixed to the support tool front end surface.
(3) The acoustic wave detection / conversion means is a piezoelectric transducer.

(4)光ファイバに、レーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして分離手段に付設された蛍光検出手段が備えられている。
(5)光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段が備えられている。
(6)軟骨組織の物性測定用である。
(4) The optical fiber is provided with a separation means for separating the laser light and the fluorescence, and a fluorescence detection means attached to the separation means.
(5) A light detection optical fiber having a light detection surface disposed near one side of the laser light irradiation surface of the optical fiber at one end, and a fluorescence detection means attached to the light detection optical fiber are provided.
(6) For measuring physical properties of cartilage tissue.

本発明はまた、レーザ光発生源、そして一方の端部がレーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、光伝送用光ファイバに付設されたレーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして分離手段に付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置であって、前記の光ファイバのレーザ光照射面が、別に用意された支持具の先端面に固定されていることを特徴とする光励起蛍光検出装置にもある。   The present invention also provides a laser light emitting device, a laser light emitting device including a laser light transmitting optical fiber having one end attached close to the laser light generating source and having a laser light emitting surface at the other end. Separation means for separating the laser light and fluorescence attached to the transmission optical fiber, and a photoexcitation fluorescence detection device having fluorescence detection means attached to the separation means, wherein the laser light irradiation surface of the optical fiber is There is also a photoexcitation fluorescence detection device characterized in that it is fixed to a tip surface of a support prepared separately.

本発明はまた、レーザ光発生源、そして一方の端部がレーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、前記の光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置であって、前記の光ファイバのレーザ光照射面と光検出面とが、別に用意された支持具の先端面に固定されていることを特徴とする光励起蛍光検出装置にもある。   The present invention also provides a laser light irradiation apparatus including a laser light generation source, and a laser light transmission optical fiber having one end attached to the laser light generation source and having a laser light irradiation surface at the other end, A light detection optical fiber having a light detection surface disposed at one end of the optical fiber adjacent to the laser light irradiation surface of the optical fiber, and a fluorescence detection means attached to the light detection optical fiber. In addition, there is also a photoexcited fluorescence detection device in which the laser light irradiation surface and the light detection surface of the optical fiber are fixed to a tip surface of a separately prepared support.

上記の二つの本発明の光励起蛍光検出装置は、軟骨組織の物性測定用であることが好ましい。   The two photoexcited fluorescence detection devices of the present invention are preferably used for measuring physical properties of cartilage tissue.

本発明はまた、レーザ光発生源、そして一方の端部がレーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面を有し、検出面で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段、そして音響波検出変換手段に電気的に接続された音響波検出装置が組み合わされてなる光励起音響波検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、軟骨組織にて発生する音響波を検出することによって、軟骨組織の物性を測定する方法にもある。   The present invention also provides a laser beam generation apparatus, a laser beam irradiation apparatus including a laser beam transmission optical fiber having one end adjacent to the laser beam generation source and having a laser beam irradiation surface at the other end. An acoustic wave detection / conversion means for converting an acoustic wave detected on the detection surface into an electric signal, and an acoustic wave electrically connected to the acoustic wave detection / conversion means. Measure physical properties of cartilage tissue by irradiating cartilage tissue grown in vitro with laser light and detecting acoustic waves generated in cartilage tissue using a photoexcited acoustic wave detection device combined with a detection device There is also a way.

上記本発明の軟骨組織の物性測定方法の好ましい態様は、下記の通りである。
(1)光ファイバのレーザ光照射面と音響波検出変換手段の検出面とを、軟骨組織を挟んで対向配置させる。
(2)前記の光ファイバに、レーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして分離手段に付設された蛍光検出手段が備えられている光励起音響波検出装置を用い、レーザ光の照射によって軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出することによって、軟骨組織の物性の測定を行なう。
(3)前記の光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段が備えられている光励起音響波検出装置を用い、レーザ光の照射によって軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出することによって、軟骨組織の物性の測定を行なう。
Preferred embodiments of the method for measuring physical properties of cartilage tissue of the present invention are as follows.
(1) The laser light irradiation surface of the optical fiber and the detection surface of the acoustic wave detection / conversion means are arranged to face each other with the cartilage tissue interposed therebetween.
(2) Using the above-described optical fiber, a photoexcitation acoustic wave detection device provided with a separation means for separating laser light and fluorescence, and a fluorescence detection means attached to the separation means, and cartilage tissue by laser light irradiation. The physical properties of the cartilage tissue are measured by detecting the acoustic wave and fluorescence generated in the above.
(3) A light detection optical fiber having a light detection surface disposed near one side of the laser light irradiation surface of the optical fiber at one end, and a fluorescence detection means attached to the light detection optical fiber are provided. The physical property of the cartilage tissue is measured by detecting the acoustic wave and fluorescence generated in the cartilage tissue by the laser light irradiation using the photoexcited acoustic wave detection device.

本発明はまた、レーザ光発生源、そして一方の端部がレーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、前記の光ファイバに付設されたレーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして分離手段に付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、軟骨組織にて発生する蛍光を検出することによって、軟骨組織の物性を測定する方法にもある。   The present invention also provides a laser light irradiation apparatus including a laser light generation source, and a laser light transmission optical fiber having one end attached to the laser light generation source and having a laser light irradiation surface at the other end, Using a light excitation fluorescence detection apparatus having a separation means for separating laser light and fluorescence attached to the optical fiber and a fluorescence detection means attached to the separation means, the cartilage tissue grown outside the body is irradiated with laser light. There is also a method for measuring physical properties of cartilage tissue by detecting fluorescence generated in cartilage tissue.

本発明はまた、レーザ光発生源、そして一方の端部がレーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、前記の光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、軟骨組織にて発生する蛍光を検出することによって、軟骨組織の物性を測定する方法にもある。   The present invention also provides a laser light irradiation apparatus including a laser light generation source, and a laser light transmission optical fiber having one end attached to the laser light generation source and having a laser light irradiation surface at the other end, A light detection optical fiber having a light detection surface disposed at one end of the optical fiber adjacent to the laser light irradiation surface, and a light excitation fluorescence detection device having a fluorescence detection means attached to the light detection optical fiber There is also a method for measuring physical properties of cartilage tissue by irradiating a cartilage tissue grown in vitro with laser light and detecting fluorescence generated in the cartilage tissue.

本発明はまた、レーザ光発生源を含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面を有し、検出面で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段、そして音響波検出変換手段に電気的に接続された音響波検出装置が組み合わされてなる光励起音響波検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、軟骨組織にて発生する音響波を検出することによって、軟骨組織の物性を測定する方法にもある。   The present invention also includes a laser light irradiation device including a laser light generation source, an acoustic wave detection conversion device that has an acoustic wave detection surface generated by excitation of the laser light and converts the acoustic wave detected on the detection surface into an electrical signal. And a photoexcited acoustic wave detection device combined with an acoustic wave detection device electrically connected to the acoustic wave detection / conversion means, irradiating the cartilage tissue grown in vitro with laser light, There is also a method for measuring the physical properties of cartilage tissue by detecting the generated acoustic waves.

上記の(光伝送用光ファイバを用いない)本発明の軟骨組織の物性を測定する方法においては、レーザ光発生源と測定対象の軟骨組織との間に配置されたレーザ光とレーザ光の励起により発生する蛍光とを分離する分離手段、そして分離手段に付設された蛍光検出手段が備えられている光励起音響波検出装置を用い、レーザ光の照射によって軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出することによって、軟骨組織の物性の測定を行なうことが好ましい。   In the above-described method for measuring physical properties of cartilage tissue of the present invention (without using an optical fiber for optical transmission), excitation of laser light and laser light disposed between the laser light source and the cartilage tissue to be measured Using a photoexcited acoustic wave detection device equipped with a separation means for separating the fluorescence generated by the above and a fluorescence detection means attached to the separation means, and the acoustic wave and fluorescence generated in the cartilage tissue by laser light irradiation It is preferable to measure the physical properties of the cartilage tissue by detecting.

本発明はまた、レーザ光発生源を含むレーザ光照射装置、レーザ光とレーザ光の励起により発生する蛍光とを分離する分離手段、そして分離手段に付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、軟骨組織にて発生する蛍光を検出することによって、軟骨組織の物性を測定する方法にもある。   The present invention also provides a laser beam irradiation apparatus including a laser beam generation source, a separation unit that separates the laser beam and fluorescence generated by excitation of the laser beam, and a photoexcitation fluorescence detection unit that includes a fluorescence detection unit attached to the separation unit. There is also a method for measuring physical properties of cartilage tissue by irradiating a cartilage tissue grown in vitro with laser light and detecting fluorescence generated in the cartilage tissue.

なお、本明細書において、「軟骨組織」には、生体外で育成(培養により増殖)した軟骨様組織が含まれる。   In the present specification, “cartilage tissue” includes cartilage-like tissue grown ex vivo (proliferated by culture).

本発明の光励起音響波検出装置により、生体内において、生体組織、特に軟骨組織の物性を、組織を破壊することなく測定できる。また、本発明の軟骨組織の物性測定方法により、生体外で育成した軟骨組織の物性を、組織を破壊することなく測定できる。そして本発明は、培養した軟骨組織の物性と、そしてこの軟骨組織の生体内移植後の物性とを測定することにより、軟骨組織の機能を一貫して評価することができるため、特に再生医療の分野に有用である。   With the photoexcitation acoustic wave detection device of the present invention, the physical properties of a living tissue, particularly cartilage tissue can be measured in vivo without destroying the tissue. Further, the physical property measurement method of cartilage tissue of the present invention can measure the physical property of cartilage tissue grown in vitro without destroying the tissue. In the present invention, the function of the cartilage tissue can be consistently evaluated by measuring the physical properties of the cultured cartilage tissue and the physical properties of the cartilage tissue after in vivo transplantation. Useful in the field.

本発明の光励起音響波検出装置を、添付の図面を用いて説明する。図1は、本発明に従う光励起音響波検出装置の一例の構成を示す図である。図2は、図1の光励起音響波検出装置の支持具とその内部の構造を示す一部切り欠き斜視図である。   A photoexcited acoustic wave detection device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an example of a photoexcitation acoustic wave detection device according to the present invention. FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the support of the photoexcited acoustic wave detection device of FIG. 1 and the internal structure thereof.

図1と図2に示す光励起音響波検出装置は、レーザ光発生源11、そして一方の端部がレーザ光発生源11に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面12を有するレーザ光伝送用光ファイバ13を含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面14を有し、検出面14で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段15、そして音響波検出変換手段15に電気的に接続された音響波検出装置16が組み合わされてなる光励起音響波検出装置である。音響波検出装置16は、電気配線17により音響波検出変換手段15に電気的に接続されている。音響波検出装置16には、音響波検出変換手段15により変換された音響波に対応する電気信号の増幅出力手段18を付設することもできる。このような構成の光励起音響波検出装置と、これを用いた生体外における皮膚組織の物性測定については、佐藤俊一等の研究報告(光学、第30巻、第10号、2001年、658〜662頁)に詳しい記載がある。   The photoexcitation acoustic wave detection apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is a laser beam having a laser beam source 11 and one end portion close to the laser beam source 11 and a laser beam irradiation surface 12 at the other end portion. A laser beam irradiation device including the transmission optical fiber 13, an acoustic wave detection conversion unit 15 that has an acoustic wave detection surface 14 generated by excitation of the laser beam and converts the acoustic wave detected on the detection surface 14 into an electrical signal. The acoustic wave detection device 16 is a photoexcited acoustic wave detection device that is combined with the acoustic wave detection device 16 electrically connected to the acoustic wave detection conversion means 15. The acoustic wave detection device 16 is electrically connected to the acoustic wave detection conversion means 15 by an electrical wiring 17. The acoustic wave detection device 16 may be provided with an amplification output means 18 for an electrical signal corresponding to the acoustic wave converted by the acoustic wave detection conversion means 15. Regarding the photoexcited acoustic wave detector having such a configuration and measurement of physical properties of skin tissue in vitro using this device, a research report by Shunichi Sato et al. (Optics, Vol. 30, No. 10, 2001, 658 to 662). Page) for more details.

本発明に従う光励起音響波検出装置は、さらに前記の光ファイバ13のレーザ光照射面12と、音響波検出変換手段15の音響波検出面14とが、別に用意された支持具19の先端面に予め決められた位置関係にて固定されていることに特徴がある。図1に示すように、支持具19は、生体内に挿入し易いように、筒状であることが好ましい。支持具19が筒状である場合、光ファイバ13のレーザ光照射面12に接続する部分(光ファイバの一部)と、音響波検出変換手段15とが、筒状の支持具に収容されていることが好ましい。支持具の生体内への挿入、特に内視鏡視下での生体組織の物性測定を考慮すると、支持具の外径は、15mm以下であることが好ましく、10mm以下であることがさらに好ましい。支持具の長さは、100乃至800mmの範囲にあることが好ましく、150乃至500mmの範囲にあることがより好ましい。   In the photoexcited acoustic wave detection device according to the present invention, the laser light irradiation surface 12 of the optical fiber 13 and the acoustic wave detection surface 14 of the acoustic wave detection conversion means 15 are further provided on the distal end surface of a separately prepared support 19. It is characterized in that it is fixed in a predetermined positional relationship. As shown in FIG. 1, the support 19 is preferably cylindrical so that it can be easily inserted into a living body. When the support 19 is cylindrical, a portion (a part of the optical fiber) connected to the laser light irradiation surface 12 of the optical fiber 13 and the acoustic wave detection conversion means 15 are accommodated in the cylindrical support. Preferably it is. In consideration of insertion of the support into the living body, particularly measurement of physical properties of the living tissue under endoscopic observation, the outer diameter of the support is preferably 15 mm or less, and more preferably 10 mm or less. The length of the support is preferably in the range of 100 to 800 mm, and more preferably in the range of 150 to 500 mm.

支持具は、光ファイバ13と音響波検出変換手段15とを支持して、これらを生体内に挿入することができれば、特にその形状に制限はない。例えば、支持具は、細長い棒状であってもよい。支持具19は、生体組織に無害である材料であれば、どのような材料から形成してもよい。支持具19を形成する材料の例としては、鉄、銅、チタン、アルミニウムなどの金属、ステンレススチールなどの合金組成物、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂、ガラス、およびセラミックスなどが挙げられる。   If a support tool supports optical fiber 13 and acoustic wave detection conversion means 15, and can insert these in a living body, there will be no restriction in the shape in particular. For example, the support may be in the shape of an elongated bar. The support 19 may be formed of any material as long as it is harmless to living tissue. Examples of the material forming the support 19 include metals such as iron, copper, titanium, and aluminum, alloy compositions such as stainless steel, resins such as polyethylene and polypropylene, glass, and ceramics.

図9は、図1の光励起音響波検出装置の支持具の別の構成例と、その内部の構造を示す図である。図9の支持具99の先端面には、光ファイバ13のレーザ光照射面12と、音響波検出変換手段95の音響波検出面94とが固定されている。図9に示すように、音響波検出面94は、支持具99の先端面に固定された光照射面12を囲む環状の形状にあることが好ましい。音響波検出面94を環状の形状とすることにより、軟骨組織にて発生する音響波の検出感度を高くすることができる。   FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of the support of the photoexcited acoustic wave detection device of FIG. 1 and the internal structure thereof. The laser beam irradiation surface 12 of the optical fiber 13 and the acoustic wave detection surface 94 of the acoustic wave detection conversion means 95 are fixed to the distal end surface of the support 99 shown in FIG. As shown in FIG. 9, the acoustic wave detection surface 94 is preferably in an annular shape surrounding the light irradiation surface 12 fixed to the tip surface of the support 99. By making the acoustic wave detection surface 94 into an annular shape, the detection sensitivity of acoustic waves generated in the cartilage tissue can be increased.

生体内での生体組織の物性の測定に、光励起音響波検出装置を用いる主な理由を、以下に記載する。   The main reason for using the photoexcited acoustic wave detection device for the measurement of physical properties of living tissue in vivo is described below.

(1)光励起音響波検出装置は、測定対象の材料にレーザ光を照射し、このレーザ光の励起により材料にて発生する音響波を検出することにより、測定対象の材料の物性を測定する装置である。光励起音響波検出装置による物性測定に用いるレーザ光は、光ファイバを用いることにより生体内に導入し易い。そして、レーザ光の励起により発生する音響波を検出して電気信号に変換する音響波検出変換手段として、小型化が可能な圧電トランスデューサなどを用いることができる。従って、物性測定の際に測定対象である生体組織に近接して配置する必要がある装置の検出部(生体内に挿入するレーザ光照射面を含む光ファイバの一部と音響波検出変換手段)の小型化や一体化が可能であり、さらに支持具を用いることにより検出部の生体内への挿入を容易とすることができる。   (1) A photo-excited acoustic wave detector is a device that measures physical properties of a material to be measured by irradiating the material to be measured with laser light and detecting an acoustic wave generated in the material by excitation of the laser light. It is. Laser light used for physical property measurement by the photoexcited acoustic wave detection device can be easily introduced into a living body by using an optical fiber. A piezoelectric transducer or the like that can be miniaturized can be used as acoustic wave detection / conversion means for detecting an acoustic wave generated by excitation of laser light and converting it into an electrical signal. Accordingly, a detection unit (a part of an optical fiber including a laser beam irradiation surface to be inserted into a living body and an acoustic wave detection / conversion unit) that needs to be arranged close to a living tissue to be measured in measuring physical properties. Can be reduced in size and integrated, and the insertion of the detection unit into the living body can be facilitated by using a support.

(2)光励起音響波検出装置は、生体組織に照射するレーザ光の強度を調節することにより、生体組織を破壊することなく、その物性を測定できること。   (2) The photoexcited acoustic wave detection device can measure the physical properties of the living tissue without destroying the living tissue by adjusting the intensity of the laser light applied to the living tissue.

(3)光を用いた様々な原理に基づく物性測定ができるように、光励起音響波検出装置の多機能化が可能であること。例えば、生体組織にレーザ光を照射した場合に、生体組織にて発生する蛍光を検出することにより、生体組織の組成や組成変化を測定することができる。このような蛍光の検出を、光励起音響波検出装置に導入することが可能である。また、光励起音響波検出装置を、生体組織に光を照射した場合に、生体組織にて発生する赤外光、散乱光、反射光、散乱光、あるいは散乱光の第二高調波を検出して生体組織の物性を測定するように多機能化することも可能である。   (3) The photoexcited acoustic wave detector can be multi-functional so that physical properties can be measured based on various principles using light. For example, when a living tissue is irradiated with laser light, the composition or composition change of the living tissue can be measured by detecting fluorescence generated in the living tissue. Such fluorescence detection can be introduced into a photoexcited acoustic wave detection device. In addition, the photoexcitation acoustic wave detection device detects the second harmonic of infrared light, scattered light, reflected light, scattered light, or scattered light generated in the biological tissue when the biological tissue is irradiated with light. It is also possible to make it multifunctional so as to measure physical properties of living tissue.

(4)光励起音響波検出装置により、軟骨組織の機能を評価するために必要な、軟骨組織の粘性率、弾性率、そして厚みの測定が可能であること。   (4) The photoexcited acoustic wave detector can measure the viscosity, elastic modulus, and thickness of the cartilage tissue necessary for evaluating the function of the cartilage tissue.

レーザ光の照射(レーザ光による励起)により軟骨組織の表面(もしくは表面近傍)にて発生した音響波は、徐々にその強度を減衰させながら、軟骨組織を伝搬していく。この音響波の波形(具体的には、音響波の強度の時間に対する変化)から、音響波の伝搬媒体の粘性率と弾性率の比に相関のある緩和時間を得ることができる。粘性率と弾性率の比に相関のある音響波の緩和時間については、多くの文献(例えば、超音波便覧(丸善株式会社、1999年、244頁)に記載がある。なお、弾性率は「貯蔵弾性率」と、粘性率は「損失弾性率」と呼ばれる場合がある。   The acoustic wave generated on the surface (or near the surface) of the cartilage tissue by laser light irradiation (excitation by the laser light) propagates through the cartilage tissue while gradually decreasing its intensity. From the acoustic wave waveform (specifically, the change of the intensity of the acoustic wave with respect to time), a relaxation time correlated with the ratio of the viscosity and the elastic modulus of the propagation medium of the acoustic wave can be obtained. The relaxation time of the acoustic wave having a correlation with the ratio between the viscosity and the elastic modulus is described in many documents (for example, Ultrasound Handbook (Maruzen Co., Ltd., 1999, p. 244). The “storage modulus” and the viscosity are sometimes referred to as “loss modulus”.

また、音響波(超音波)を物体に入射して、そしてこの物体に反射された音響波から、前記物体の弾性率の絶対値を測定する方法は既に知られている。同様の原理により、本発明においても、軟骨組織(前記の物体に対応する)の弾性率の絶対値を測定することができる。具体的には、軟骨組織の表面から離れた部位(例、軟骨組織の周囲に存在する関節液)にレーザ光を吸収させることにより音響波を発生させ、そして軟骨組織の表面にて反射された前記の音響波から、同様に軟骨組織の弾性率の絶対値を測定することができる。   Further, a method for measuring the absolute value of the elastic modulus of an object from an acoustic wave incident on the object and reflected from the object is already known. Based on the same principle, in the present invention, the absolute value of the elastic modulus of the cartilage tissue (corresponding to the object) can be measured. Specifically, an acoustic wave is generated by absorbing laser light in a part away from the surface of the cartilage tissue (eg, joint fluid present around the cartilage tissue), and is reflected on the surface of the cartilage tissue. Similarly, the absolute value of the elastic modulus of the cartilage tissue can be measured from the acoustic wave.

そして、測定された弾性率の絶対値と、前記の粘性率と弾性率の比に相関のある緩和時間とから、軟骨組織の粘性率の絶対値を得ることもできる。   Then, the absolute value of the viscosity of the cartilage tissue can be obtained from the absolute value of the measured elastic modulus and the relaxation time correlated with the ratio of the viscosity and the elastic modulus.

また、レーザ光の照射により軟骨組織の表面(もしくは表面近傍)にて発生した音響波は、軟骨組織の内部へと伝搬する。音響波は、軟骨の下にある軟骨下骨の表面(軟骨と軟骨下骨の界面)において反射され、軟骨組織の表面に到達する。従って、音響波検出装置で得られる音響波に対応する電気信号の波形における、軟骨組織の表面(もしくは表面近傍)での音響波の発生から、音響波が軟骨下骨の表面において反射され、軟骨組織の表面に到達するまでの時間を検出し、この時間と音響波の音速とを用いることにより、軟骨組織の厚みを得ることができる。軟骨組織の厚みの測定原理は、超音波式の厚み計と同様の原理である。なお、音響波は、圧力波あるいは応力波と呼ばれる場合もある。   In addition, the acoustic wave generated on the surface (or near the surface) of the cartilage tissue by the laser light propagation propagates into the cartilage tissue. The acoustic wave is reflected on the surface of the subchondral bone under the cartilage (the interface between the cartilage and the subchondral bone) and reaches the surface of the cartilage tissue. Therefore, in the waveform of the electrical signal corresponding to the acoustic wave obtained by the acoustic wave detection device, the acoustic wave is reflected on the surface of the subchondral bone from the generation of the acoustic wave on the surface (or near the surface) of the cartilage tissue, and the cartilage By detecting the time to reach the surface of the tissue and using this time and the speed of sound of the acoustic wave, the thickness of the cartilage tissue can be obtained. The principle of measuring the thickness of the cartilage tissue is the same as that of an ultrasonic thickness gauge. The acoustic wave may be called a pressure wave or a stress wave.

上記のように、軟骨組織の粘性率、弾性率、もしくは厚みは、具体的な数値として得ることもできるが、正常な軟骨組織と、変形性関節症を発症後の軟骨組織とのそれぞれに対応する音響波に基づく電気信号の波形を基準波形として予め用意しておき、これらの基準波形と患者の軟骨組織の物性測定で得られた波形とを比較して、軟骨組織(他の生体組織も同様)の機能を評価することもできる。同様に、軟骨組織の組成についても基準となる蛍光検出結果を予め用意しておき、これと患者の軟骨組織の物性測定で得られた蛍光検出結果とを比較して、軟骨組織の機能を評価することもできる。   As mentioned above, the viscosity, elastic modulus, or thickness of the cartilage tissue can be obtained as a specific value, but it corresponds to each of normal cartilage tissue and cartilage tissue after onset of osteoarthritis The waveform of the electrical signal based on the acoustic wave is prepared in advance as a reference waveform, and the reference waveform is compared with the waveform obtained by measuring the physical properties of the patient's cartilage tissue. The same function can be evaluated. Similarly, a standard fluorescence detection result for the composition of the cartilage tissue is prepared in advance, and this is compared with the fluorescence detection result obtained by measuring the physical property of the patient's cartilage tissue to evaluate the function of the cartilage tissue. You can also

上記のようにして得られた軟骨組織の物性値(粘性率や弾性率など)は、その値が正常な軟骨組織に対してどの程度の大きさであるかを、視覚的に容易に判断することができる方法により表示することが好ましい。   The physical property values (viscosity, elastic modulus, etc.) of the cartilage tissue obtained as described above can be easily determined visually to what extent the values are relative to normal cartilage tissue. It is preferable to display by a method that can be used.

例えば、測定された物性値が、正常な軟骨組織の物性値とほぼ等しい値である場合には測定値を青色で表示し、正常な軟骨組織の物性値との差が大きくなるにつれ、測定値を赤色に近い色で表示することなどが好ましい。また、軟骨組織の物性値を、軟骨組織の表面に沿った二次元方向において測定した場合には、測定された物性値を、二次元方向に対応する疑似カラー画像として表示することなども好ましい。   For example, if the measured physical property value is approximately equal to the normal cartilage tissue property value, the measured value is displayed in blue, and the measured value increases as the difference from the normal cartilage tissue physical property value increases. Is preferably displayed in a color close to red. In addition, when the physical property value of the cartilage tissue is measured in a two-dimensional direction along the surface of the cartilage tissue, it is also preferable to display the measured physical property value as a pseudo color image corresponding to the two-dimensional direction.

レーザ光発生源11は、パルスレーザを発生することが好ましい。レーザ光発生源11の例としては、エキシマレーザ、Nd:YAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザ、Ho:YAGレーザ、Er:YAGレーザ、および光パラメトリック発振器が挙げられる。レーザ光発生源は、連続的にレーザ光を発生するレーザ光発生源と、発生したレーザ光をパルス状のレーザ光に変換するチョッパや光シャッタリング装置などの装置とが組み合わされた構成を有していてもよい。図1に示すレーザ光発生源11には、レーザ光発生源から発生したレーザ光20を光ファイバ13へ入射するためのレンズ21が備えられている。   The laser light source 11 preferably generates a pulse laser. Examples of the laser light source 11 include an excimer laser, a Nd: YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser, a Ho: YAG laser, an Er: YAG laser, and an optical parametric oscillator. A laser light source has a configuration in which a laser light source that continuously generates laser light and a device such as a chopper or an optical shuttering device that converts the generated laser light into pulsed laser light are combined. You may do it. The laser light source 11 shown in FIG. 1 is provided with a lens 21 for making the laser light 20 generated from the laser light source incident on the optical fiber 13.

軟骨組織の物性を測定する場合には、軟骨組織、例えば、軟骨組織のコラーゲン、あるいは水分などに吸収され易い波長のレーザ光を、軟骨組織に照射することが好ましい。   When measuring the physical properties of the cartilage tissue, it is preferable to irradiate the cartilage tissue with a laser beam having a wavelength that is easily absorbed by the cartilage tissue, for example, collagen of the cartilage tissue or moisture.

軟骨組織のコラーゲンにレーザ光を効率良く吸収させる場合には、軟骨組織に、波長が100nm以上、700nm未満のレーザ光を照射することが好ましく、波長が100nm以上、500nm未満のレーザ光を照射することがさらに好ましい。このような短波長のレーザ光としては、エキシマレーザにより発生したレーザ光、あるいはYAGレーザにより発生したレーザ光の第三高調波、第四高調波、もしくは第五高調波などを用いることができる。   In order to efficiently absorb laser light into the collagen of the cartilage tissue, it is preferable to irradiate the cartilage tissue with laser light having a wavelength of 100 nm or more and less than 700 nm, and to irradiate laser light with a wavelength of 100 nm or more and less than 500 nm. More preferably. As such short-wavelength laser light, laser light generated by an excimer laser, or third harmonic, fourth harmonic, or fifth harmonic of laser light generated by a YAG laser can be used.

軟骨組織の水分にレーザ光を効率良く吸収させる場合には、軟骨組織に、波長が2乃至3μmのレーザ光を照射することが好ましい。このような長波長のレーザ光としては、Ho:YAGレーザにより発生したレーザ光(波長:2.1μm)、あるいはEr:YAGレーザにより発生したレーザ光(波長:2.9μm)などを用いることができる。   In order to efficiently absorb laser light into the water of the cartilage tissue, it is preferable to irradiate the cartilage tissue with laser light having a wavelength of 2 to 3 μm. As such a long wavelength laser beam, a laser beam (wavelength: 2.1 μm) generated by a Ho: YAG laser or a laser beam (wavelength: 2.9 μm) generated by an Er: YAG laser is used. it can.

軟骨組織に照射するレーザ光は、その波長や強度(エネルギー)を、軟骨組織の軟骨細胞の増殖活性に影響を及ぼさない条件に設定することが好ましい。   It is preferable to set the wavelength and intensity (energy) of the laser light applied to the cartilage tissue under conditions that do not affect the proliferation activity of the cartilage cells of the cartilage tissue.

音響波検出変換手段15としては、音響波を検出して電気信号に変換する公知のトランスデューサを用いることができる。音響波検出変換手段の例としては、マイクロホン、圧電トランスデューサなどが挙げられる。小型化が容易であること、音響波の検出感度が高いことなどから、圧電トランスデューサを用いることが好ましい。圧電トラスデューサの例としては、圧電セラミックトランスデューサ、および圧電高分子トランスデューサが挙げられる。圧電トランスデューサとしては、圧電高分子トランスデューサを用いることが好ましい。圧電高分子トランスデューサに用いる圧電高分子材料の例としては、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、P(VdF/TrFE)(フッ化ビニリデン/三フッ化エチレン共重合体)が挙げられる。図2に示す音響波検出変換手段15としては、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)フイルムを用いた圧電高分子トランスデューサが用いられている。   As the acoustic wave detection conversion means 15, a known transducer that detects an acoustic wave and converts it into an electrical signal can be used. Examples of acoustic wave detection / conversion means include a microphone and a piezoelectric transducer. A piezoelectric transducer is preferably used because it is easy to downsize and has high acoustic wave detection sensitivity. Examples of piezoelectric transducers include piezoelectric ceramic transducers and piezoelectric polymer transducers. A piezoelectric polymer transducer is preferably used as the piezoelectric transducer. Examples of the piezoelectric polymer material used for the piezoelectric polymer transducer include PVDF (polyvinylidene fluoride) and P (VdF / TrFE) (vinylidene fluoride / ethylene trifluoride copolymer). As the acoustic wave detection conversion means 15 shown in FIG. 2, a piezoelectric polymer transducer using PVDF (polyvinylidene fluoride) film is used.

音響波検出変換手段15に電気的に接続された音響波検出装置16としては、従来より光励起音響波検出装置に用いられている装置を用いることができる。前記のように、軟骨組織の物性(粘性、弾性もしくは厚み)は、音響波検出変換手段15により変換された音響波に対応する電気信号の波形から得ることができる。音響波検出装置16は、電気信号の波形を表示するか、あるいは電気信号を処理して前記の物性に関する情報を表示する装置を用いることができる。図1に示す音響波検出装置16としては、市販のオシロスコープが用いられている。   As the acoustic wave detection device 16 electrically connected to the acoustic wave detection / conversion means 15, a device conventionally used in a photoexcitation acoustic wave detection device can be used. As described above, the physical properties (viscosity, elasticity, or thickness) of the cartilage tissue can be obtained from the waveform of the electrical signal corresponding to the acoustic wave converted by the acoustic wave detection conversion means 15. As the acoustic wave detection device 16, a device that displays a waveform of an electric signal or processes information of the electric signal to display information on the physical property can be used. A commercially available oscilloscope is used as the acoustic wave detection device 16 shown in FIG.

音響波検出装置16には、音響波検出変換手段15により変換された電気信号を増幅する電気信号増幅出力手段18を付設することができる。図1に示す電気信号増幅出力手段18としては、FET(Field Effect Transistor)アンプを用いた。また、音響波検出装置(オシロスコープ)16には、検出される電気信号の波形と、レーザ光発生源11が発生するパルスレーザの波形とを同期させるために、バイプラナー光電管22が付設されている。バイプラナー光電管に代え、公知の光検出器(例えば、フォトダイオードなど)を用いることもできる。光検出器の応答時間は、レーザ光発生源にて発生するパルスレーザのパルス幅より短いことが好ましい。   The acoustic wave detection device 16 can be provided with electrical signal amplification output means 18 for amplifying the electrical signal converted by the acoustic wave detection conversion means 15. As the electric signal amplification output means 18 shown in FIG. 1, an FET (Field Effect Transistor) amplifier is used. In addition, the acoustic wave detection device (oscilloscope) 16 is provided with a biplanar photoelectric tube 22 in order to synchronize the waveform of the detected electric signal with the waveform of the pulse laser generated by the laser light source 11. Instead of the biplanar phototube, a known photodetector (for example, a photodiode) can be used. The response time of the photodetector is preferably shorter than the pulse width of the pulse laser generated by the laser light source.

図3は、本発明に従う光励起音響波検出装置の別の一例の構成を示す図である。図3の光音響波検出装置の構成は、光ファイバ13にレーザ光と蛍光とを分離する分離手段31、そして分離手段に接続している蛍光検出手段32が付設されていること以外は、図1の光励起音響波検出装置と同様である。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of another example of the photoexcited acoustic wave detection device according to the present invention. The configuration of the photoacoustic wave detection apparatus of FIG. 3 is the same as that of FIG. 3 except that the optical fiber 13 is provided with a separation means 31 for separating laser light and fluorescence, and a fluorescence detection means 32 connected to the separation means. This is the same as the photoexcited acoustic wave detection apparatus 1.

レーザ光照射装置により測定対象の材料(本発明においては、生体組織)にレーザ光を照射すると、レーザ光の励起により測定対象の材料にて蛍光を生ずる場合がある。このような蛍光を検出して、測定対象の材料の組成もしくは組成の変化を測定する方法は、レーザ誘起蛍光分光(LIF:Laser Induced Fluorescence)法として、一般に知られている。本発明においては、生体内における生体組織の物性測定に光励起音響波検出装置を用いるために、装置が備える光ファイバ13を用いて、レーザ光の励起により生体組織から発生する蛍光を、生体外に取り出すことができる。得られた蛍光33を、蛍光検出手段32により検出することにより、生体組織の組成もしくは組成の変化も測定することができる。   When the laser light irradiation apparatus irradiates the material to be measured (in the present invention, biological tissue) with laser light, fluorescence may be generated in the material to be measured by excitation of the laser light. A method for detecting such fluorescence and measuring the composition of the material to be measured or a change in the composition is generally known as a laser induced fluorescence (LIF) method. In the present invention, in order to use a photoexcited acoustic wave detection device for measuring physical properties of a living tissue in vivo, the optical fiber 13 provided in the device is used to emit fluorescence generated from the living tissue by excitation of laser light outside the living body. It can be taken out. By detecting the obtained fluorescence 33 by the fluorescence detection means 32, the composition of the living tissue or the change in the composition can also be measured.

蛍光検出手段32の例としては、ポリクロメータなどの分光器、電荷結合素子(CCD)が備えられたオプティカルマルチチャンネルアナライザが挙げられる。蛍光を蛍光検出手段32に導くために、光ファイバに13には、レーザ光と蛍光33とを分離する分離手段31が備えられている。分離手段31の例としては、ハーフミラーや、特定の波長を選択的に反射する誘電体多層膜ミラーなどが挙げられる。分離手段31は、レーザ光発生源11とレンズ21との間に配置することもできる。   Examples of the fluorescence detection means 32 include a spectroscope such as a polychromator, and an optical multi-channel analyzer provided with a charge coupled device (CCD). In order to guide the fluorescence to the fluorescence detection means 32, the optical fiber 13 is provided with a separation means 31 for separating the laser light and the fluorescence 33. Examples of the separating unit 31 include a half mirror and a dielectric multilayer mirror that selectively reflects a specific wavelength. The separating means 31 can also be disposed between the laser light source 11 and the lens 21.

図4は、本発明に従う光励起蛍光検出装置の一例を示す図である。図4の光励起蛍光検出装置の構成は、音響波を検出しない構成(音響波検出変換手段と音響波検出装置を用いない構成)であること以外は、図3の光励起音響波検出装置と同様である。生体組織の力学特性など(粘性率、弾性率もしくは厚み)を知る必要がない場合には、このような簡易な構成により生体組織の組成を測定することができる。   FIG. 4 is a diagram showing an example of a light excitation fluorescence detection device according to the present invention. The configuration of the photoexcited fluorescence detection device of FIG. 4 is the same as that of the photoexcitation acoustic wave detection device of FIG. 3 except that the configuration does not detect acoustic waves (a configuration that does not use the acoustic wave detection conversion means and the acoustic wave detection device). is there. When it is not necessary to know the mechanical properties (viscosity, elastic modulus, or thickness) of a living tissue, the composition of the living tissue can be measured with such a simple configuration.

図5は、本発明に従う光励起蛍光検出装置の別の一例の構成を示す図である。図5の光励起蛍光検出装置の構成は、レーザ光伝送用光ファイバ13のレーザ光照射面12に近接配置された光検出面52を一方の端部に有する光検出用光ファイバ53を有し、そして光検出用光ファイバ53に蛍光検出手段32が付設されていること以外は、図4の光励起蛍光検出装置と同様である。図5の光励起蛍光検出装置において、レーザ光伝送用光ファイバ13のレーザ光照射面12と、光検出用光ファイバ53の光検出面52とは、支持具19の先端面に固定される。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration of another example of the photoexcitation fluorescence detection device according to the present invention. The configuration of the photoexcited fluorescence detection apparatus in FIG. 5 includes a light detection optical fiber 53 having a light detection surface 52 disposed at one end thereof in the vicinity of the laser light irradiation surface 12 of the laser light transmission optical fiber 13. Except for the fact that the fluorescence detection means 32 is attached to the optical fiber 53 for light detection, it is the same as the photoexcitation fluorescence detection apparatus of FIG. 5, the laser light irradiation surface 12 of the laser light transmission optical fiber 13 and the light detection surface 52 of the light detection optical fiber 53 are fixed to the distal end surface of the support 19.

光検出用光ファイバ53により、レーザ光の励起により生体組織から発生した蛍光を、蛍光検出手段32に導くことにより、図4の光励起蛍光検出装置が有する分離手段を不要とすることができる。同様に、図3の光励起音響波検出装置の場合も、光検出用光ファイバを付設することにより、分離手段を不要とすることができる。   The light detection optical fiber 53 guides the fluorescence generated from the living tissue by the excitation of the laser light to the fluorescence detection means 32, so that the separation means included in the light excitation fluorescence detection apparatus of FIG. 4 can be dispensed with. Similarly, in the case of the photoexcited acoustic wave detection device of FIG. 3, the separation means can be made unnecessary by attaching the optical fiber for light detection.

本発明の光励起音響波検出装置と光励起蛍光検出装置は、生体内における軟骨組織の物性測定に(特に、内視鏡視下での軟骨組織の診断に)好ましく用いることができるが、軟骨組織以外の生体組織の物性測定にも用いることが可能である。この場合には、測定対象の生体組織にレーザ光が吸収され、音響波や蛍光が発生し易いレーザ光の波長を適宜設定することができる。   The photoexcited acoustic wave detection device and photoexcitation fluorescence detection device of the present invention can be preferably used for physical property measurement of cartilage tissue in vivo (particularly for diagnosis of cartilage tissue under endoscopy). It can also be used to measure physical properties of living tissues. In this case, it is possible to appropriately set the wavelength of the laser light that is easily absorbed by the measurement target living tissue and is likely to generate acoustic waves and fluorescence.

また、変形性関節症などの治療の際に用いる、生体外で育成した移植用の軟骨組織の物性を測定する場合には、光励起音響波検出装置もしくは光励起蛍光検出装置には、必ずしも支持具が備えられている必要はない。生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、軟骨組織にて発生する音響波もしくは蛍光を上記の場合と同様にして検出することにより、移植用の軟骨組織の物性(粘性率、弾性率、厚みもしくは組成)を非破壊で測定して、移植用の軟骨組織の機能を評価(品質の管理)することができる。なお、生体外で軟骨組織の物性を測定する場合には、音響波検出手段は、軟骨組織のレーザ光が照射される面とは逆側の面に配置することもできる。   Further, when measuring the physical properties of transplanted cartilage tissue used in the treatment of osteoarthritis or the like, the photoexcitation acoustic wave detection device or the photoexcitation fluorescence detection device does not necessarily have a support. It does not need to be provided. By irradiating cartilage tissue grown in vitro with laser light and detecting acoustic waves or fluorescence generated in the cartilage tissue in the same manner as described above, the physical properties (viscosity, elastic modulus) of the cartilage tissue for transplantation , Thickness or composition) can be measured non-destructively and the function of the cartilage tissue for transplantation can be evaluated (quality control). When measuring the physical properties of the cartilage tissue in vitro, the acoustic wave detecting means can be arranged on the surface opposite to the surface of the cartilage tissue irradiated with the laser light.

図6は、軟骨組織に直接レーザ光を照射して、軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出することによって、軟骨組織の物性を測定する方法の一例を説明する図である。図6の光励起音響波検出装置は、レーザ光発生源11を含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面14を有し、検出面14で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段15、そして変換手段15に電気的に接続された音響波検出装置16が組み合わされてなる光励起音響波検出装置である。   FIG. 6 is a diagram for explaining an example of a method for measuring physical properties of cartilage tissue by directly irradiating the cartilage tissue with laser light and detecting acoustic waves and fluorescence generated in the cartilage tissue. The photoexcited acoustic wave detection device of FIG. 6 has a laser light irradiation device including a laser light generation source 11 and a detection surface 14 of an acoustic wave generated by excitation of the laser light, and the acoustic wave detected by the detection surface 14 is electrically converted. This is an optically-excited acoustic wave detecting device formed by combining an acoustic wave detecting / converting means 15 for converting into a signal and an acoustic wave detecting device 16 electrically connected to the converting means 15.

図6に示すように、生体外で育成した軟骨組織の物性を測定する場合には、レーザ光発生源のレーザ光20を、(レーザ光伝送用ファイバを用いずに)軟骨組織61に直接照射することもできる。光ファイバを用いずに、レーザ光照射装置のレーザ光を測定対象の材料に直接照射することは、従来の光励起音響波検出装置(例えば、光音響顕微鏡など)において知られている。   As shown in FIG. 6, when measuring the physical properties of cartilage tissue grown in vitro, the laser beam 20 of the laser beam generation source is directly irradiated to the cartilage tissue 61 (without using a laser beam transmission fiber). You can also It is known in a conventional photoexcitation acoustic wave detection apparatus (for example, a photoacoustic microscope) to directly irradiate a measurement target material with laser light from a laser light irradiation apparatus without using an optical fiber.

さらに、図6の光励起音響波検出装置には、レーザ光発生源11と測定対象の軟骨組織61との間に配置されたレーザ光とレーザ光の励起により発生する蛍光とを分離する分離手段31、そして分離手段31に付設された蛍光検出手段32が備えられている。分離手段31は、レーザ光発生源11とレンズ21との間に配置することもできる。図6の光励起音響波検出装置により、軟骨組織61にレーザ光20を照射し、レーザー光の励起により軟骨組織にて発生する音響波と蛍光を検出することにより、軟骨組織の物性を測定することができる。   Further, in the photoexcited acoustic wave detection apparatus of FIG. 6, a separating means 31 for separating a laser beam disposed between the laser beam generation source 11 and the cartilage tissue 61 to be measured and a fluorescence generated by the excitation of the laser beam. And the fluorescence detection means 32 attached to the separation means 31 is provided. The separating means 31 can also be disposed between the laser light source 11 and the lens 21. The physical property of the cartilage tissue is measured by irradiating the cartilage tissue 61 with the laser beam 20 and detecting the acoustic wave and the fluorescence generated in the cartilage tissue by the excitation of the laser beam by the photoexcited acoustic wave detection device of FIG. Can do.

レーザ光20の励起により軟骨組織61にて発生する音響波のみを検出する場合(軟骨組織の粘性、弾性もしくは厚みを測定する場合)には、分離手段31及び蛍光検出手段32を付設する必要はない。また、レーザ光20の励起により軟骨組織61にて発生する蛍光33のみを検出する場合(軟骨組織の組成もしくは組成変化を測定する場合)には、音響波検出変換手段15、電気信号増幅出力手段18及び音響波検出装置16を付設する必要はない。   When only the acoustic wave generated in the cartilage tissue 61 by the excitation of the laser beam 20 is detected (when measuring the viscosity, elasticity or thickness of the cartilage tissue), it is necessary to provide the separation means 31 and the fluorescence detection means 32. Absent. When only the fluorescence 33 generated in the cartilage tissue 61 by the excitation of the laser beam 20 is detected (when measuring the composition or composition change of the cartilage tissue), the acoustic wave detection conversion means 15 and the electric signal amplification output means 18 and the acoustic wave detection device 16 need not be additionally provided.

生体外で育成した軟骨組織の物性を測定する場合、複数の軟骨組織の物性を同時に(もしくは順番に)測定することもできる。この場合、レーザ光発生源のレーザ光を各軟骨組織に照射するための光伝送用光ファイバ複数本と、各軟骨組織から発生する音響波を検出するための音響波検出変換手段及び音響波検出装置を付設すればよい。また、レーザ光発生源のレーザ光を各軟骨組織に直接照射する場合には、レーザ光を各軟骨組織に収束させるためのマイクロレンズ複数個と、各軟骨組織から発生する音響波を検出するための音響波検出変換手段及び音響波検出装置を付設すればよい。なお、レーザ光の励起により軟骨組織にて発生する音響波と蛍光を検出する場合、蛍光のみを検出する場合も、同様にして、複数の軟骨組織の物性を同時に(もしくは順番に)測定することができる。   When measuring the physical properties of cartilage tissue grown in vitro, the physical properties of a plurality of cartilage tissues can be measured simultaneously (or sequentially). In this case, a plurality of optical transmission optical fibers for irradiating each cartilage tissue with laser light from a laser light generation source, acoustic wave detection conversion means for detecting acoustic waves generated from each cartilage tissue, and acoustic wave detection What is necessary is just to attach an apparatus. In addition, when directly irradiating each cartilage tissue with laser light from a laser light source, a plurality of microlenses for converging the laser light to each cartilage tissue and acoustic waves generated from each cartilage tissue are detected. The acoustic wave detection conversion means and the acoustic wave detection device may be attached. In addition, when detecting acoustic waves and fluorescence generated in cartilage tissue by laser light excitation, the physical properties of a plurality of cartilage tissues can be measured simultaneously (or in order) in the same way when detecting only fluorescence. Can do.

図10は、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射して、軟骨組織にて発生する音響波を検出することによって、軟骨組織の物性を測定する方法を説明する図である。図10は、本発明の方法の実施に好ましく用いることのできる光励起音響波検出装置の構成例を示している。図10の光励起音響波検出装置の構成は、レーザ光発生源11にて発生したレーザ光20を、光ファイバ13を用いて軟骨組織61に照射すること、レーザ光の照射により軟骨組織にて発生する蛍光を検出しないこと(分離手段及び蛍光検出手段を付設しないこと)以外は、図6の装置と同様である。   FIG. 10 is a diagram for explaining a method for measuring the physical properties of the cartilage tissue by irradiating the cartilage tissue grown in vitro with laser light and detecting acoustic waves generated in the cartilage tissue. FIG. 10 shows a configuration example of a photoexcited acoustic wave detection device that can be preferably used for carrying out the method of the present invention. The configuration of the photoexcited acoustic wave detection device of FIG. 10 is generated in the cartilage tissue by irradiating the cartilage tissue 61 with the laser light 20 generated by the laser light source 11 using the optical fiber 13. 6 is the same as the apparatus of FIG. 6 except that the fluorescence to be detected is not detected (separation means and fluorescence detection means are not provided).

図10の光励起音響波検出装置においては、軟骨組織61にて発生した音響波を、軟骨組織のレーザ光照射面とは逆の側の面に配置された音響波検出変換手段15により検出する。図10に示すように、光ファイバ13のレーザ光照射面12と音響波検出変換手段15の音響波の検出面14とは、軟骨組織61を挟んで対向配置されている。   In the photoexcited acoustic wave detection apparatus of FIG. 10, the acoustic wave generated in the cartilage tissue 61 is detected by the acoustic wave detection / conversion means 15 disposed on the surface of the cartilage tissue opposite to the laser light irradiation surface. As shown in FIG. 10, the laser light irradiation surface 12 of the optical fiber 13 and the acoustic wave detection surface 14 of the acoustic wave detection conversion means 15 are disposed to face each other with the cartilage tissue 61 interposed therebetween.

図10の光励起音響波検出装置のレーザ光発生源11にて発生したレーザ光を、生体外で育成した軟骨組織61に照射して、そして軟骨組織にて発生する音響波を音響波検出変換手段15にて検出することにより、軟骨組織の物性を測定することができる。   The laser light generated by the laser light source 11 of the photoexcited acoustic wave detection device of FIG. 10 is irradiated to the cartilage tissue 61 grown outside the living body, and the acoustic wave generated in the cartilage tissue is converted into acoustic wave detection / conversion means. By detecting at 15, the physical properties of the cartilage tissue can be measured.

以上のように、レーザ光の照射により軟骨組織にて発生する音響波を検出する場合、音響波を、軟骨組織のレーザ光照射面にて検出することもできるし、軟骨組織のレーザ光照射面とは逆の側の面にて検出することもできる。以下、音響波を軟骨組織のレーザ光照射面にて検出する方法を反射法と、音響波を軟骨組織のレーザ光照射面とは逆の側の面にて検出する方法を透過法と記載する。   As described above, when detecting an acoustic wave generated in a cartilage tissue by laser light irradiation, the acoustic wave can be detected on the laser light irradiation surface of the cartilage tissue, or the laser light irradiation surface of the cartilage tissue. It is also possible to detect on the opposite surface. Hereinafter, a method of detecting an acoustic wave on the laser light irradiation surface of the cartilage tissue is referred to as a reflection method, and a method of detecting an acoustic wave on the surface opposite to the laser light irradiation surface of the cartilage tissue is referred to as a transmission method. .

図11は、透過法により検出された音響波に対応する電気信号の波形を示す図である。図11の波形図において、横軸は軟骨組織にパルス状のレーザ光を照射した後の時間を示している。即ち、横軸の時間が0μ秒の時間にて、軟骨組織にレーザ光が照射されたことを意味する。縦軸は音響波検出変換手段にて検出された音響波に対応する電気信号の電圧値を示す。   FIG. 11 is a diagram illustrating a waveform of an electric signal corresponding to an acoustic wave detected by the transmission method. In the waveform diagram of FIG. 11, the horizontal axis indicates the time after the pulsed laser light is irradiated to the cartilage tissue. That is, it means that the laser beam was irradiated to the cartilage tissue at a time of 0 μsec on the horizontal axis. The vertical axis indicates the voltage value of the electrical signal corresponding to the acoustic wave detected by the acoustic wave detection / conversion means.

パルス状のレーザ光の照射により軟骨組織にて発生した音響波は、軟骨組織のレーザ光照射面から軟骨組織内部を減衰しながら伝わり、そして軟骨組織の音響波検出変換手段を配置した面に到達する。この音響波が音響波検出変換手段にて検出されて、図11の電気信号の波形におけるピークP1 を生じる。次いで音響波は、軟骨組織の音響波検出変換手段を配置した面、そしてレーザ光照射面にて反射を繰り返しながら軟骨組織の内部を伝わり、図11の電気信号の波形におけるピークP2 、P3 、そしてP4 を生じる。前記のように、これらの電気信号のピークの間隔(時間)と音響波の音速とから、軟骨組織の厚みを得ることができる。 The acoustic wave generated in the cartilage tissue by the irradiation of the pulsed laser beam is transmitted while attenuating the inside of the cartilage tissue from the laser beam irradiation surface of the cartilage tissue, and reaches the surface where the acoustic wave detection conversion means of the cartilage tissue is arranged. To do. This acoustic wave is detected by the acoustic wave detection and conversion means, and the peak P 1 in the waveform of the electric signal in FIG. Next, the acoustic wave propagates through the cartilage tissue while being repeatedly reflected on the surface on which the acoustic wave detection / conversion means of the cartilage tissue is arranged and the laser light irradiation surface, and peaks P 2 and P 3 in the waveform of the electric signal in FIG. And yields P 4 . As described above, the thickness of the cartilage tissue can be obtained from the peak interval (time) of these electric signals and the sound velocity of the acoustic wave.

透過法の場合、緩和時間τは、例えば、前記の電気信号の波形のピークに、指数関数曲線111(exp(−t/τ))をフィッティングさせた場合のτの値から決定することができる。   In the case of the transmission method, the relaxation time τ can be determined from the value of τ when the exponential function curve 111 (exp (−t / τ)) is fitted to the peak of the waveform of the electrical signal, for example. .

図12は、反射法により検出された音響波に対応する電気信号の波形を示す図である。図12の電気信号の波形において、ピークP0 は、パルス状のレーザ光の照射により軟骨組織の表面(もしくは表面近傍)にて発生した音響波が、軟骨組織のレーザ光照射面に沿って伝わって音響波検出変換手段に到達した際に生ずるピークである。 FIG. 12 is a diagram illustrating a waveform of an electrical signal corresponding to an acoustic wave detected by the reflection method. In the waveform of the electric signal in FIG. 12, the peak P 0 indicates that the acoustic wave generated on the surface (or near the surface) of the cartilage tissue by the irradiation of the pulsed laser light is transmitted along the laser light irradiation surface of the cartilage tissue. This is a peak that occurs when the acoustic wave detection conversion means is reached.

反射法の場合、緩和時間τは、上記のピークP0 (レーザ光照射面に沿って伝わる音響波により生じたピーク)を除くピークに、前記と同様に指数関数曲線121をフィッティングさせることにより決定することができる。 In the case of the reflection method, the relaxation time τ is determined by fitting the exponential function curve 121 to the peaks other than the above-described peak P 0 (the peak generated by the acoustic wave transmitted along the laser light irradiation surface) in the same manner as described above. can do.

[比較例1]
ウサギから軟骨組織を摘出し、軟骨細胞を単離して培養、増殖させて、軟骨組織(正確には、完全な軟骨組織を形成していないため、軟骨様組織と呼ばれている)を育成した。育成中の軟骨組織の一部を切り取り(軟骨組織を破壊して)、レオメータを用いて粘弾性測定をした。図7に、測定結果を示す。図7のグラフにおいて、横軸は軟骨組織の培養期間(週)を、そして縦軸はレオメータにより測定された位相角の逆数(1/tanδ)を示している。(1/tanδ)の値は、弾性率と粘性率の比(弾性率/粘性率)に比例する。なお、測定値(1/tanδ)は、培養期間が三週の軟骨細胞における測定値を基準に規格化した。
[Comparative Example 1]
Cartilage tissue was extracted from rabbits, chondrocytes were isolated, cultured and expanded to grow cartilage tissue (to be exact, it is called cartilage-like tissue because it did not form complete cartilage tissue) . A part of the growing cartilage tissue was cut out (destroying the cartilage tissue) and viscoelasticity was measured using a rheometer. FIG. 7 shows the measurement results. In the graph of FIG. 7, the horizontal axis represents the culture period (weeks) of the cartilage tissue, and the vertical axis represents the reciprocal of the phase angle (1 / tan δ) measured by the rheometer. The value of (1 / tan δ) is proportional to the ratio of elastic modulus to viscosity (elastic modulus / viscosity). The measurement value (1 / tan δ) was normalized based on the measurement value in chondrocytes having a culture period of 3 weeks.

そして前記のウサギから摘出された正常な軟骨組織を、レオメータを用いて同様に粘弾性測定した。その結果、測定値(1/tanδ)を前記と同様にして規格化したところ、その値は約0.58であった。すなわち、培養した軟骨組織は、培養期間が長くなるにつれ、その粘弾性が正常軟骨に近付いていることがわかる。また、培養した軟骨組織に含まれるコラーゲンの量を、コラーゲンアッセイ法により測定した。その結果、培養した軟骨組織は、培養期間が長くなるにつれてコラーゲンの含有量が増加して、正常な軟骨組織に近付いていることが確認できた。   Then, the normal cartilage tissue extracted from the rabbit was similarly measured for viscoelasticity using a rheometer. As a result, the measured value (1 / tan δ) was normalized in the same manner as described above, and the value was about 0.58. That is, it can be seen that the viscoelasticity of the cultured cartilage tissue approaches that of normal cartilage as the culture period becomes longer. The amount of collagen contained in the cultured cartilage tissue was measured by a collagen assay method. As a result, it was confirmed that the cultured cartilage tissue was close to normal cartilage tissue with an increase in collagen content as the culture period became longer.

この様にして、レオメータによる粘弾性測定の結果から、培養した軟骨組織の機能が評価できることを確認した。   In this way, it was confirmed that the function of the cultured cartilage tissue can be evaluated from the results of viscoelasticity measurement using a rheometer.

[実施例1]
レーザ光発生源として光パラメトリック発振器、レーザ伝送用光ファイバとして石英ファイバ(コア径600μm、長さ1m)、音響波検出変換手段として直径が4mmのP(VdF/TrFE)フィルムを用いた圧電高分子トランスデューサ(クレハ(株)製)、電気的増幅出力手段としてFETアンプ、そして音響波検出装置としてデジタルオシロスコープを用いて、光励起音響波検出装置を構成した。
[Example 1]
Piezoelectric polymer using optical parametric oscillator as laser light source, quartz fiber as optical fiber for laser transmission (core diameter 600 μm, length 1 m), and P (VdF / TrFE) film 4 mm in diameter as acoustic wave detection conversion means A photoexcited acoustic wave detection device was configured using a transducer (manufactured by Kureha Co., Ltd.), an FET amplifier as an electrical amplification output means, and a digital oscilloscope as the acoustic wave detection device.

光励起音響波検出装置を用いて、比較例1で育成した軟骨組織に波長250nmのパルス状のレーザ光を照射し、レーザ光の励起により軟骨組織から発生する音響波を検出した。レーザ光のパルスエネルギは、50μJに設定した。音響波は、圧電高分子トランスデューサにより検出されて、電気信号に変換される。オシロスコープで観測された音響波と対応する電気信号の波形に、前記と同様に指数関数曲線(exp(−t/τ))をフィッティングさせて音響波の緩和時間τを求めた。緩和時間は、弾性率と粘性率の比(弾性率/粘性率)に比例する。図7に、電気信号の波形から求めた音響波の緩和時間を示す。緩和時間の測定値は、培養期間が三週の軟骨細胞における測定値を基準に規格化した。   Using a photoexcited acoustic wave detector, the cartilage tissue grown in Comparative Example 1 was irradiated with a pulsed laser beam having a wavelength of 250 nm, and an acoustic wave generated from the cartilage tissue was detected by excitation of the laser beam. The pulse energy of the laser beam was set to 50 μJ. The acoustic wave is detected by a piezoelectric polymer transducer and converted into an electrical signal. The acoustic wave relaxation time τ was obtained by fitting an exponential function curve (exp (−t / τ)) to the waveform of the electrical signal corresponding to the acoustic wave observed with the oscilloscope in the same manner as described above. The relaxation time is proportional to the ratio of elastic modulus to viscosity (elastic modulus / viscosity). FIG. 7 shows the relaxation time of the acoustic wave obtained from the waveform of the electric signal. The measured relaxation times were normalized based on the measured values in chondrocytes having a culture period of 3 weeks.

図7に示すように、レオメータによる測定結果と、光励起音響波検出装置による測定結果とは、ほぼ同様の傾向を示すことがわかる。従って、光励起音響波検出装置を用いて、軟骨組織にて発生する音響波を検出することにより、生体外で育成した軟骨組織の物性(粘弾性)を、非破壊で測定できることがわかる。   As shown in FIG. 7, it can be seen that the measurement result by the rheometer and the measurement result by the photoexcited acoustic wave detection device show almost the same tendency. Therefore, it can be seen that the physical property (viscoelasticity) of the cartilage tissue grown in vitro can be measured non-destructively by detecting the acoustic wave generated in the cartilage tissue using the photoexcited acoustic wave detection device.

また、オシロスコープにおいては、軟骨組織の表面と底面で音響波が繰り返し反射されるため、電気信号のピークが周期的に観測される。そして、育成した軟骨組織の厚さに対応して、電気信号の周期(電気信号のピークとピークの間隔)が変化することも確認した。従って、光励起音響波検出装置により検出された軟骨組織にて発生する音響波に対応する電気信号の波形と、音響波の音速とを用いて、生体外で育成した軟骨組織の厚みを測定できることがわかる。   In the oscilloscope, since the acoustic wave is repeatedly reflected on the surface and bottom surface of the cartilage tissue, the peak of the electric signal is periodically observed. It was also confirmed that the period of the electrical signal (the peak between the electrical signals) changed in accordance with the thickness of the grown cartilage tissue. Therefore, the thickness of the cartilage tissue grown in vitro can be measured using the waveform of the electrical signal corresponding to the acoustic wave generated in the cartilage tissue detected by the photoexcited acoustic wave detection device and the sound velocity of the acoustic wave. Recognize.

[実施例2]
外径8mm、長さ150mmのステンレス製の円筒状支持具を用意した。実施例1で用いた光励起音響波検出装置の、光ファイバのレーザ光照射面(光ファイバの一方の端部)と圧電高分子トランスデューサの音響波検出面とを、円筒状支持具の先端面に固定し、レーザ光照射面に接続する光ファイバの一部と光音響波検出変換手段を筒状支持具の内部に収容した。この様にして、図1の光励起音響波検出装置を作製した。支持具を用いることにより、生体内での生体組織の物性を非破壊で測定することが可能となる。例えば、生体内で、膝関節の軟骨組織の物性を測定する場合、膝の外部から関節内部に通ずる孔を一ヶ所あるいは二ヶ所以上開け、内視鏡と、円筒状支持具とを前記の孔から関節内部に挿入する。そして、実施例1と同様にして軟骨組織の物性測定をすることにより、軟骨組織を摘出(破壊)することなく、生体内において軟骨組織の物性(粘弾性)を測定することができる。
[Example 2]
A stainless steel cylindrical support having an outer diameter of 8 mm and a length of 150 mm was prepared. The laser light irradiation surface (one end of the optical fiber) of the optical fiber and the acoustic wave detection surface of the piezoelectric polymer transducer of the photoexcited acoustic wave detection device used in Example 1 are placed on the tip surface of the cylindrical support. A part of the optical fiber fixed and connected to the laser light irradiation surface and the photoacoustic wave detection / conversion means were accommodated inside the cylindrical support. In this way, the photoexcited acoustic wave detection device of FIG. 1 was produced. By using the support tool, it is possible to measure the physical properties of the living tissue in a living body in a non-destructive manner. For example, when measuring the physical properties of the cartilage of the knee joint in vivo, one or more holes from the outside of the knee to the inside of the joint are opened, and the endoscope and the cylindrical support are connected to the holes. From inside the joint. Then, by measuring the physical properties of the cartilage tissue in the same manner as in Example 1, the physical properties (viscoelasticity) of the cartilage tissue can be measured in vivo without removing (destroying) the cartilage tissue.

[実施例3]
レーザ光発生源として光パラメトリック発振器、レーザ伝送用光ファイバとして石英ファイバ(コア径600μm、長さ1m)、分離手段としてハーフミラー、そして蛍光検出手段としてポリクロメータを用いて、光励起蛍光検出装置を構成した。次に、実施例2で用いた円筒状支持具の先端面に、光ファイバのレーザ光照射面(光ファイバの一方の端部)を固定することにより、図4に示す光励起蛍光検出装置を作製した。
[Example 3]
An optically excited fluorescence detection device is constructed using an optical parametric oscillator as the laser light source, a quartz fiber as the optical fiber for laser transmission (core diameter 600 μm, length 1 m), a half mirror as the separation means, and a polychromator as the fluorescence detection means. did. Next, by fixing the laser light irradiation surface (one end portion of the optical fiber) of the optical fiber to the tip surface of the cylindrical support used in Example 2, the photoexcited fluorescence detection device shown in FIG. 4 is manufactured. did.

次に、ブタのひざ関節から軟骨組織を摘出し、酵素処理(6時間、24時間)して軟骨組織を変性させた。酵素としては、トリプシンを用いた。作製した光励起蛍光検出装置を用いて、摘出直後の酵素処理前の軟骨組織と、酵素処理後の軟骨組織のそれぞれについて、軟骨組織にレーザ光を照射し、レーザ光の励起により軟骨組織から発生する蛍光をポリクロメータにより検出した。ポリクロメータで得られた蛍光スペクトルを、図8に示す。   Next, the cartilage tissue was removed from the knee joint of the pig, and the cartilage tissue was denatured by enzyme treatment (6 hours, 24 hours). Trypsin was used as the enzyme. Using the photoexcited fluorescence detection device, the cartilage tissue immediately after excision and the cartilage tissue before the enzyme treatment and the cartilage tissue after the enzyme treatment are irradiated with laser light and generated from the cartilage tissue by excitation of the laser light. Fluorescence was detected with a polychromator. The fluorescence spectrum obtained with the polychromator is shown in FIG.

図8において、蛍光スペクトル81が酵素処理前の軟骨組織、蛍光スペクトル82が6時間酵素処理した軟骨組織、蛍光スペクトル83が24時間酵素処理した軟骨組織についてのスペクトルを示している。測定された各蛍光スペクトルには、二つのピークが存在する。図8においては、390nm付近に存在するピークを基準として規格化して、酵素処理前後の蛍光スペクトルを重ねて記載した。波長390nm付近に現れたピークは、軟骨組織を形成するコラーゲンに由来するピークであることがわかっている。   In FIG. 8, the fluorescence spectrum 81 shows the spectrum of the cartilage tissue before the enzyme treatment, the fluorescence spectrum 82 shows the cartilage tissue treated with the enzyme for 6 hours, and the fluorescence spectrum 83 shows the spectrum of the cartilage tissue treated with the enzyme for 24 hours. There are two peaks in each measured fluorescence spectrum. In FIG. 8, the fluorescence spectra before and after the enzyme treatment are overlapped and standardized with a peak existing around 390 nm as a reference. It has been found that the peak appearing near the wavelength of 390 nm is a peak derived from collagen forming cartilage tissue.

図8の蛍光スペクトルから、酵素処理により軟骨組織が柔らかい状態となると、波長320〜330nm付近に存在するピークの、強度やピークが現れる位置が変化していくことが分かる。波長320〜330nm付近に現れるピークは、これまでの所、軟骨を形成するどの成分に由来するかはわかっていないが、軟骨を形成する成分が分解もしくは変性していることが判断できる。   From the fluorescence spectrum of FIG. 8, it can be seen that when the cartilage tissue is softened by the enzyme treatment, the intensity and the position where the peak appears of the peak existing in the vicinity of the wavelength of 320 to 330 nm change. The peak appearing in the vicinity of the wavelength of 320 to 330 nm has so far been unknown from which component that forms cartilage, but it can be determined that the component that forms cartilage is degraded or denatured.

従って、光励起蛍光検出装置を用いて、軟骨組織にて発生する蛍光を検出することにより、生体外で育成した軟骨組織の物性(組成もしくは組成の変化)を、非破壊で測定できることがわかる。なお、前記と同様に、生体外で軟骨組織の物性を測定する場合には、支持具を用いなくてもよい。そして、支持具が備えられた光励起蛍光検出装置により、生体内での生体組織の物性を非破壊で測定することが可能となる。   Therefore, it can be seen that the physical property (composition or change in composition) of the cartilage tissue grown in vitro can be measured nondestructively by detecting the fluorescence generated in the cartilage tissue using the photoexcited fluorescence detection device. As described above, when measuring the physical properties of the cartilage tissue in vitro, it is not necessary to use a support. And the physical property of the biological tissue in the living body can be measured nondestructively by the photoexcited fluorescence detecting device provided with the support.

本発明に従う光励起音響波検出装置の一例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an example of the optical excitation acoustic wave detection apparatus according to this invention. 図1の光励起音響波検出装置の支持具とその内部の構造を示す一部切り欠き斜視図である。It is a partially cutaway perspective view which shows the support of the photoexcitation acoustic wave detection apparatus of FIG. 1, and its internal structure. 本発明に従う光励起音響波検出装置の別の一例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another example of the optical excitation acoustic wave detection apparatus according to this invention. 本発明に従う光励起蛍光検出装置の一例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an example of the optical excitation fluorescence detection apparatus according to this invention. 本発明に従う光励起蛍光検出装置の別の一例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another example of the optical excitation fluorescence detection apparatus according to this invention. 軟骨組織に直接レーザ光を照射して、軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出する本発明の軟骨組織の物性を測定する方法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the method of measuring the physical property of the cartilage tissue of this invention which irradiates a cartilage tissue with a laser beam directly, and detects the acoustic wave and fluorescence which generate | occur | produce in a cartilage tissue. 生体外で育成した軟骨組織の粘弾性測定結果を示す図である。It is a figure which shows the viscoelasticity measurement result of the cartilage tissue grown in vitro. 軟骨組織にて発生する蛍光の蛍光スペクトルの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the fluorescence spectrum of the fluorescence which generate | occur | produces in a cartilage tissue. 図1の光励起音響波検出装置の支持具の別の構成例と、その内部の構造を示す一部切り欠き斜視図である。It is a partially cutaway perspective view which shows another structural example of the support tool of the optical excitation acoustic wave detection apparatus of FIG. 1, and the structure of the inside. 軟骨組織にて発生する音響波を検出することによる、本発明に従う軟骨組織の物性の測定方法について説明する図である。It is a figure explaining the measuring method of the physical property of the cartilage tissue according to this invention by detecting the acoustic wave which generate | occur | produces in a cartilage tissue. 透過法により検出された音響波に対応する電気信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the electric signal corresponding to the acoustic wave detected by the transmission method. 反射法により検出された音響波に対応する電気信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the electric signal corresponding to the acoustic wave detected by the reflection method.

符号の説明Explanation of symbols

11 レーザ光発生源
12 レーザ光照射面
13 レーザ光伝送用光ファイバ
14 音響波検出面
15 音響波検出変換手段
16 音響波検出装置
17 電気配線
18 電気信号増幅出力手段
19 支持具
20 レーザ光
21 レンズ
22 バイプラナー光電管
23 光照射面固定具
31 分離手段
32 蛍光検出手段
33 蛍光
52 光検出面
53 光検出用光ファイバ
61 生体外で育成した軟骨組織
81、82、83 蛍光スペクトル
94 環状の音響波検出面
95 音響波検出変換手段
99 支持具
111、121 指数関数曲線
P0〜P4 音響波に対応する電気信号の波形のピーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Laser light generation source 12 Laser light irradiation surface 13 Optical fiber for laser light transmission 14 Acoustic wave detection surface 15 Acoustic wave detection conversion means 16 Acoustic wave detection apparatus 17 Electrical wiring 18 Electrical signal amplification output means 19 Support tool 20 Laser light 21 Lens DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Viplanar photoelectric tube 23 Light irradiation surface fixing tool 31 Separation means 32 Fluorescence detection means 33 Fluorescence 52 Photodetection surface 53 Optical fiber for light detection 61 Cartilage tissue grown ex vivo 81, 82, 83 Fluorescence spectrum 94 Annular acoustic wave detection surface 95 Acoustic wave detection conversion means 99 Support 111, 121 Exponential function curve P0-P4 Peak of waveform of electric signal corresponding to acoustic wave

Claims (19)

レーザ光発生源、そして一方の端部が該レーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面を有し、該検出面で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段、そして該変換手段に電気的に接続された音響波検出装置が組み合わされてなる光励起音響波検出装置であって、前記の光ファイバのレーザ光照射面と音響波検出変換手段の音響波検出面とが、別に用意された支持具の先端面に予め決められた位置関係にて固定されていることを特徴とする光励起音響波検出装置。   A laser light source including a laser light transmission optical fiber having a laser light transmission optical fiber having one end attached close to the laser light source and having a laser light irradiation surface on the other end, by excitation of the laser light An acoustic wave detection / conversion unit that has a detection surface for the generated acoustic wave, converts the acoustic wave detected on the detection surface into an electric signal, and an acoustic wave detection device electrically connected to the conversion unit are combined. The optically excited acoustic wave detection device, wherein the laser light irradiation surface of the optical fiber and the acoustic wave detection surface of the acoustic wave detection / conversion means have a predetermined positional relationship with the tip surface of a separately prepared support tool. An optically-excited acoustic wave detection device fixed by 支持具が筒状であって、光ファイバのレーザ光照射面と音響波検出変換手段の音響波検出面とが該筒状支持具の先端面に固定され、そして該光ファイバのレーザ光照射面に接続する部分と該音響波検出変換手段とが該筒状支持具に収容されている請求項1に記載の検出装置。   The support is cylindrical, the laser light irradiation surface of the optical fiber and the acoustic wave detection surface of the acoustic wave detection conversion means are fixed to the tip surface of the cylindrical support, and the laser light irradiation surface of the optical fiber The detection device according to claim 1, wherein a portion connected to the acoustic wave detection means and the acoustic wave detection / conversion means are accommodated in the cylindrical support. 音響波検出面が、前記支持具先端面に固定された光照射面を囲む環状の形状にある請求項1もしくは2に記載の検出装置。   The detection device according to claim 1, wherein the acoustic wave detection surface has an annular shape surrounding a light irradiation surface fixed to the front end surface of the support. 音響波検出変換手段が圧電トランスデューサである請求項1乃至3のうちのいずれかの項に記載の検出装置。   The detection apparatus according to claim 1, wherein the acoustic wave detection conversion means is a piezoelectric transducer. 前記の光ファイバに、レーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして該分離手段に付設された蛍光検出手段が備えられている請求項1乃至4のうちのいずれかの項に記載の検出装置。   The detection apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical fiber includes a separation unit that separates laser light and fluorescence, and a fluorescence detection unit attached to the separation unit. . 前記の光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして該光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段が備えられている請求項1乃至4のうちのいずれかの項に記載の検出装置。   A light detection optical fiber having a light detection surface disposed at one end thereof in proximity to the laser light irradiation surface of the optical fiber, and fluorescence detection means attached to the light detection optical fiber. Item 5. The detection device according to any one of Items 1 to 4. 軟骨組織の物性測定用である請求項1乃至6のうちのいずれかの項に記載の検出装置。   The detection device according to any one of claims 1 to 6, which is used for measuring physical properties of cartilage tissue. レーザ光発生源、そして一方の端部が該レーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、該光ファイバに付設されたレーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして該分離手段に付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置であって、前記の光ファイバのレーザ光照射面が、別に用意された支持具の先端面に固定されていることを特徴とする光励起蛍光検出装置。   Laser light generation source, and laser light irradiation apparatus including a laser light transmission optical fiber having one end adjacent to the laser light generation source and having a laser light irradiation surface at the other end, attached to the optical fiber Separating means for separating the emitted laser light and fluorescence, and a photo-excited fluorescence detecting apparatus having fluorescence detecting means attached to the separating means, wherein the laser light irradiation surface of the optical fiber is provided separately. A photo-excited fluorescence detection device characterized by being fixed to the tip surface of the tool. レーザ光発生源、そして一方の端部が該レーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、該光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして該光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置であって、前記の光ファイバのレーザ光照射面と光検出面とが、別に用意された支持具の先端面に固定されていることを特徴とする光励起蛍光検出装置。   LASER LIGHT GENERATION SOURCE, LASER LIGHT IRRADIATION DEVICE INCLUDING LASER LIGHT TRANSMISSION OPTICAL FIBER HAVING ONE END TERMINAL ASSOCIATED WITH THE LASER LIGHT GENERATION SOURCE AND LASER LIGHT EMITTING SURFACE ON THE OTHER A photo-excited fluorescence detection device comprising a light detection optical fiber having a light detection surface disposed near one side of a light irradiation surface at one end, and a fluorescence detection means attached to the light detection optical fiber, A photo-excited fluorescence detection device, wherein a laser beam irradiation surface and a light detection surface of an optical fiber are fixed to a tip surface of a separately prepared support. 軟骨組織の物性測定用である請求項8もしくは9に記載の検出装置。   The detection device according to claim 8 or 9, which is used for measuring physical properties of cartilage tissue. レーザ光発生源、そして一方の端部が該レーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面を有し、該検出面で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段、そして該変換手段に電気的に接続された音響波検出装置が組み合わされてなる光励起音響波検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、該軟骨組織にて発生する音響波を検出することによって、該軟骨組織の物性を測定する方法。   A laser light source including a laser light transmission optical fiber having a laser light transmission optical fiber having one end attached close to the laser light source and having a laser light irradiation surface on the other end, by excitation of the laser light An acoustic wave detection / conversion unit that has a detection surface for the generated acoustic wave, converts the acoustic wave detected on the detection surface into an electric signal, and an acoustic wave detection device electrically connected to the conversion unit are combined. A method for measuring physical properties of a cartilage tissue by irradiating a cartilage tissue grown outside a living body with a laser beam and detecting an acoustic wave generated in the cartilage tissue using a photoexcited acoustic wave detection device. 光ファイバのレーザ光照射面と音響波検出変換手段の検出面とを、軟骨組織を挟んで対向配置させる請求項11に記載の方法。   The method according to claim 11, wherein the laser light irradiation surface of the optical fiber and the detection surface of the acoustic wave detection / conversion means are arranged to face each other with the cartilage tissue interposed therebetween. 前記の光ファイバに、レーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして該分離手段に付設された蛍光検出手段が備えられている光励起音響波検出装置を用い、レーザ光の照射によって軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出することによって、該軟骨組織の物性の測定を行なう請求項11もしくは12に記載の方法。   In the optical fiber, using a photoexcitation acoustic wave detection device provided with a separation means for separating laser light and fluorescence, and a fluorescence detection means attached to the separation means, the cartilage tissue is irradiated with laser light. The method according to claim 11 or 12, wherein the physical properties of the cartilage tissue are measured by detecting the generated acoustic waves and fluorescence. 前記の光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして該光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段が備えられている光励起音響波検出装置を用い、レーザ光の照射によって軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出することによって、該軟骨組織の物性の測定を行なう請求項11もしくは12に記載の方法。   Photoexcitation provided with a light detection optical fiber having a light detection surface disposed at one end thereof in proximity to the laser light irradiation surface of the optical fiber, and a fluorescence detection means attached to the light detection optical fiber The method according to claim 11 or 12, wherein the physical property of the cartilage tissue is measured by detecting an acoustic wave and fluorescence generated in the cartilage tissue by irradiation with laser light using an acoustic wave detection device. レーザ光発生源、そして一方の端部が該レーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、該光ファイバに付設されたレーザ光と蛍光とを分離する分離手段、そして該分離手段に付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、該軟骨組織にて発生する蛍光を検出することによって、該軟骨組織の物性を測定する方法。   Laser light generation source, and laser light irradiation apparatus including a laser light transmission optical fiber having one end adjacent to the laser light generation source and having a laser light irradiation surface at the other end, attached to the optical fiber Using a light-excited fluorescence detection device having a separation means for separating the laser light and fluorescence, and a fluorescence detection means attached to the separation means, the cartilage tissue grown outside the body is irradiated with laser light, and the cartilage tissue A method for measuring physical properties of the cartilage tissue by detecting fluorescence generated in the above. レーザ光発生源、そして一方の端部が該レーザ光発生源に近接付設され、他方の端部にレーザ光照射面を有するレーザ光伝送用光ファイバを含むレーザ光照射装置、該光ファイバのレーザ光照射面に近接配置された光検出面を一方の端部に有する光検出用光ファイバ、そして該光検出用光ファイバに付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、該軟骨組織にて発生する蛍光を検出することによって、該軟骨組織の物性を測定する方法。   LASER LIGHT GENERATION SOURCE, LASER LIGHT IRRADIATION DEVICE INCLUDING LASER LIGHT TRANSMISSION OPTICAL FIBER HAVING ONE END TERMINAL ASSOCIATED WITH THE LASER LIGHT GENERATION SOURCE AND LASER LIGHT EMITTING SURFACE ON THE OTHER A photo-excited fluorescence detection apparatus having a photo-detection optical fiber having a photo-detection surface disposed close to the light-irradiation surface at one end, and a fluorescence detection means attached to the photo-detection optical fiber is used in vitro. A method of measuring physical properties of a cartilage tissue by irradiating the grown cartilage tissue with laser light and detecting fluorescence generated in the cartilage tissue. レーザ光発生源を含むレーザ光照射装置、レーザ光の励起により発生する音響波の検出面を有し、該検出面で検出された音響波を電気信号に変換する音響波検出変換手段、そして該変換手段に電気的に接続された音響波検出装置が組み合わされてなる光励起音響波検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、該軟骨組織にて発生する音響波を検出することによって、該軟骨組織の物性を測定する方法。   A laser light irradiation device including a laser light generation source, an acoustic wave detection conversion means for converting an acoustic wave detected on the detection surface into an electric signal, and a detection surface for an acoustic wave generated by excitation of the laser light; Using a photo-excited acoustic wave detection device combined with an acoustic wave detection device electrically connected to the conversion means, the cartilage tissue grown ex vivo is irradiated with laser light, and the acoustic wave generated in the cartilage tissue is emitted. A method for measuring the physical properties of the cartilage tissue by detection. レーザ光発生源と測定対象の軟骨組織との間に配置されたレーザ光とレーザ光の励起により発生する蛍光とを分離する分離手段、そして該分離手段に付設された蛍光検出手段が備えられている光励起音響波検出装置を用い、レーザ光の照射によって軟骨組織にて発生する音響波と蛍光とを検出することによって、該軟骨組織の物性の測定を行なう請求項17に記載の方法。   Separating means for separating laser light and fluorescence generated by excitation of the laser light, which are arranged between the laser light generation source and the cartilage tissue to be measured, and fluorescence detecting means attached to the separating means The method according to claim 17, wherein the physical property of the cartilage tissue is measured by detecting an acoustic wave and fluorescence generated in the cartilage tissue by laser light irradiation using a photoexcited acoustic wave detection device. レーザ光発生源を含むレーザ光照射装置、レーザ光とレーザ光の励起により発生する蛍光とを分離する分離手段、そして該分離手段に付設された蛍光検出手段を有する光励起蛍光検出装置を用い、生体外で育成した軟骨組織にレーザ光を照射し、該軟骨組織にて発生する蛍光を検出することによって、該軟骨組織の物性を測定する方法。   A laser light irradiation apparatus including a laser light generation source, a separation means for separating laser light and fluorescence generated by excitation of the laser light, and a light excitation fluorescence detection apparatus having a fluorescence detection means attached to the separation means, A method of measuring physical properties of a cartilage tissue by irradiating a cartilage tissue grown outside with a laser beam and detecting fluorescence generated in the cartilage tissue.
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