JP2012506722A - 身体部位の内部を光学的に検査する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する装置が提供される。装置は、検査されるべき身体部位５の方へ偏光光８を放出するように適応される照明ユニット２と、伝播中の光を検出するように適応される検出器ユニット６と、を有する。偏光子１０が、検出器ユニット６の前方に配置される。

Description

本発明は、身体部位の内部を光学的に検査する装置、及び身体部位の内部を光学的に検査する方法に関する。

本願のコンテクストにおいて、光という語は、特に４００ｎｍ乃至１４００ｎｍのレンジの波長をもつ、非電離性電磁放射線を意味するものとして理解されることができる。光学的に検査する、という語は、光によって検査することを意味する。身体部位という語は、人間又は動物の身体の一部を意味する。

近年、混濁媒質の内部を光学的に検査する装置の幾つかの異なるタイプが開発されており、それらの装置において、検査下の身体部位のような混濁媒質は、光源からの光によって照明され、混濁媒質から出てくる光は、伝播又は反射ジオメトリにおいて、検出器ユニットによって検出される。このような装置において、検出された光は、混濁媒質の内部に関する情報を集めるために使用される。混濁媒質の内部を光学的に検査する装置のタイプに依存して、例えば、混濁媒質の内部の２次元又は３次元画像が、再構成されることができ、又は混濁媒質内部の異なる物質の濃度に関する情報が、検出された光から抽出されることができる。

米国特許第5 415 655号明細書は、光によって組織を検査する医用装置を示している。医用装置は、光エネルギー源に接続するように適応された光エネルギー入力端及び光エネルギー出力端を有する可撓性の光ガイドを備える。光エネルギー出力端は、光エネルギーのビームを出力する。

近年、光によって検査下の身体部位の関節及び中間組織を照明し、身体部位から出てくる光を検出することによって、関節リウマチ（rheumatoid arthritis、RA）のような関節疾患の疾患活動性を光学的に検出するために、混濁媒質の内部を光学的に検査する装置を使用することが提案されている。

このような関節疾患の治療は、段階付けられている。通常、患者は、最初に鎮痛剤を摂取する。これらの後に、非ステロイド系抗炎症薬(non-steroid anti-inflammatory drugs、NSAID)及び疾患修飾性抗リウマチ薬(disease modifying anti-rheumatic drugs、DMARD)が続く。多くの場合、薬剤による治療の最後の段階は、生物学的治療の使用である。特に、最後のカテゴリは高価であり、治療は、１患者当たり１年に何万ドルもかかることがある。加えて、治療の後半の段階において使用される薬剤は、多くの場合、より重度の副作用を引き起こす。このような関節疾患に関して、医療専門家は、炎症を起こした関節の数及び深刻さによって与えられる疾患活動性に、治療の変更の決定を基づかせる。

関節リウマチは、進行性疾患であり、早期の診断及び治療の開始は、治療の副作用及び高い費用を後に延ばすことを助けることができるので、医療専門家が実際の関節状態に関して結論を出すことを助けるような関節状態に関する満足な情報を提供する方法及び装置の要求がある。通常、リウマチ専門医は、診断及び治療モニタリングのためにいわゆる疾患活動性スコア（ＤＡＳ−２８）を使用する。この方法は、時間がかかり、オペレータ依存であり、制限された感度を有するので、疾患活動性を検出するための適切な装置の要求がある。光によって個々の身体部分を検査する装置の使用は、疾患活動性モニタとして、有望な結果を示す。

出願人に知られている透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する装置であって、特に関節疾患の疾患活動性を検出するように適応された装置によれば、人間の手のような身体部位が、透明材料で作られたプレート上に配置される。検査のために、身体部位が、プレート下に位置する拡散光源によって照明され、伝播ジオメトリにおいて、光は、混濁媒質の光源と反対の側に位置する検出器ユニットによって検出される。例えば、検出器ユニットは、ＣＣＤカメラによって形成されることができる。しかしながら、このような構成において、例えば身体部位が、関節疾患活動性モニタリングに関する一般的な状況である手である場合、身体部位を照明するために使用される光は更に、身体部位を通過することなく光源から検出器ユニットに伝播される。例えば、身体部位が手によって形成されている場合、光は、指の間を通って伝播される。このような光は、身体部位において減衰されていないので、光のこの部分の検出器ユニット上での強度は、身体部位を通過した光の他の部分と比較して、高くなる。従って、身体部位を通過しなかった光は、検出器ユニットを飽和させることがありえ、その結果、身体部位を通過した重要な光が、より低い正確さを伴ってのみ検出されうる。

本発明の目的は、透照法によって身体部位の内部を検査する装置であって、身体部位によって減衰される光が、より高い正確さを伴って検出されることができ、減衰されない光が、検出器ユニットを飽和させることを阻止される装置を提供することである。

この目的は、請求項１に記載の透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する装置によって解決される。装置は、検査されるべき身体部位の方へ偏光光を放出するように適応される照明ユニットと、伝播中の光を検出するように適応される検出器ユニットと、を有する。偏光子が、検出器ユニットの前方に配置される。従って、装置は、検査下の身体部位が偏光光によって照明されるように適応される。好適には、偏光光は、直線偏光される。身体部位を通過した光及び身体部位を通過しなかった光は両方とも、伝播ジオメトリ内に配置される偏光子に達することができる。身体部位を通過せずに偏光子に到達した光の部分、すなわち元の偏光を有する光の部分は、偏光子によって容易にブロックされることができる。対照的に、身体部位を通過した光の偏光は、元の偏光と異なることになり、それゆえ、適切にセットされた偏光子は、光のこの部分をブロックしない。結果として、身体部位を通過した光だけが、検出器ユニットまで進むことを可能にされる。従って、身体部位を通過した光は、より高い正確さを伴って検出されることができ、減衰されない光は、検出器ユニットを飽和させることを阻止される。好適には、装置は、具体的には、少なくとも１つの関節を含む身体部位を検査するように適応される。

好適には、照明ユニットは、偏光光が第１の方向に偏光されるように適応され、偏光子は、第１の方向に偏光された光がブロックされるように配置される。この場合、偏光子に到達するすべての減衰されない光は、信頼性をもってブロックされ、身体部分を通過した光のみが、検出器ユニットに進むことができる。

１つの見地によれば、装置は、検査されるべき身体部位を収容するように適応される支持体を有する。この場合、照明ユニット及び偏光子に対する身体部位の位置は、予め決められ、従って、正確な測定が可能にされる。好適には、支持体は、検査されるべき身体部位として人間の手を収容するように適応される。この場合、装置は、例えば関節リウマチのような関節疾患に関する診断及び治療モニタリングに特に適している。

１つの見地によれば、照明ユニットは、支持体を有し、支持体は、偏光光を生成する更なる偏光子を含む。この場合、偏光光を供給しない光源（より高価でない）が、照明ユニットにおいて使用されることができ、それにもかかわらず、照明のための偏光光が、非常にコンパクトな構造によって得られる。

照明ユニットが、コリメートされた光を放出するように適応される場合、検査下の身体部位の境界での偏光反射による検出光への悪影響が、最小限にされる。

照明ユニットが、光源として少なくとも１つのレーザを有する場合、レーザ発光は、直線偏光されるので、偏光光を生成するための更なる偏光子は必要でない。光源は、例えば単一のレーザによって又は複数のレーザを含むレーザアレイによって、形成されることができる。

好適には、装置は、医用光学検査装置である。１つの見地によれば、装置は、関節疾患の光学的検出のために適応される。この場合、例えば関節リウマチの疾患活動性が、好都合に監視されることができる。

本発明の目的は更に、請求項１０に記載の透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する方法によって解決される。方法は、偏光光により身体部位を照明するステップと、身体部位と相互作用する光及び身体部位と相互作用しない光を、偏光子に向けるステップと、偏光子を通過した光を検出するステップと、を含む。方法によって、身体部位は、偏光光によって照明され、身体部位を通過した光及び身体部位を通過しなかった光の両方が、偏光子に向けられる。偏光子を通過される光のみが、検出される。従って、検査されるべき身体部位は、広いエリアにわたって（又は全体として）照明されることができ、同時に、偏光子を通過する光のみが検出されるという事実により、身体部位によって減衰された光は、高い正確さを伴って検出されることができ、減衰されない光は、光を検出するために使用される検出器ユニットを飽和させることを阻止される。好適には、検査下の身体部位は、少なくとも１つの関節を含む。

好適には、照明するために使用される偏光光は、第１の方向に偏光され、アナライザ偏光子は、第１の方向に偏光された光がブロックされるように配置される。この場合、偏光子に到達するすべての減衰されていない光は、信頼性をもって阻止され、身体部位を通過した光のみが、検出器ユニットに進むことができる。

好適には、コリメートされた光が、身体部位を照明するために使用される。この場合、検査下の身体部位の境界での偏光解消反射による検出光への悪影響が、最小限にされる。

１つの見地によれば、少なくとも１つのレーザが、偏光光を生成するために使用される。この場合、レーザは、直線偏光された光を放出するので、偏光光を生成するための更なる偏光子は必要でない。例えば、単一のレーザ又はレーザのアレイが使用されることができる。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して実施形態の詳細な説明から分かるであろう。

透照法によって身体部位の内部を光学的に検査するための知られた装置の一般的なセットアップを概略的に示す図。 検査されるべき身体部位の例として、人間の手の関節の位置を概略的に示す図。 透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する装置の一実施形態を概略的に示す図。

透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する装置１の一実施形態が、図１に関して記述される。

装置は、特に、関節の状態を検査するように適応される。図１は、このような装置のセットアップを概略的に示している。図１において分かるように、検査されるべき身体部位５は、透明な支持体４上に配置される。支持体は、例えばガラス又は透明なプラスチック材料から作られることができる。例において、身体部位５は、人間の手によって形成され、支持体４は、透明プレートによって形成される。図２は、関節疾患活動性モニタリングのための関心領域、すなわち身体部位５に存在する関節７、を例示的に示している。図２に示される例において、身体部位５は、人間の手によって形成されるが、関節の状態を検査するために、少なくとも１つの関節を含む他の身体部位が、検査されることが可能である。

支持体４の下に、すなわち支持体の身体部位５と反対の側に、身体部位５を照明するための光８を放出する照明ユニット２が、位置する。照明ユニット２は、照明に使用される光を放出する少なくとも１つの光源３を有する。光源３は、例えば白熱電球のような広帯域光源によって、又は例えばＬＥＤ（発光ダイオード）又はレーザのような単色光源によって、形成されることができる。例えばＬＥＤアレイ又はレーザアレイのような複数の光源３が、設けられることができる。実施形態によれば、照明ユニット２は、偏光光８が放出されるように適応される。放出された偏光光８は、第１の偏光方向を有する。好適には、直線偏光された光が、放出される。例えば、偏光光８は、光源３（又は複数の光源）によって放出された光を、付加の偏光子１２（図１の点線によって示される）を通じて伝播させることによって、生成される。この場合、照明ユニット２は、少なくとも１つの光源３及び付加の偏光子１２を有する。代替例として、レーザ又はレーザアレイが、光を生成するために使用される場合、レーザ光は既に直線偏光されているので、別個の付加の偏光子１２は必要ない。従って、この場合、照明ユニット２は、付加の偏光子１２を含まない。

好適には、照明ユニット２は、コリメートされた光を放出するように適応される。これは、例えば照明ユニット２に付加のコリメータを設けることによって、又はコリメートされた光を放出する適当な光源（又は適当な複数の光源）の選択によって、達成されることができる。

照明ユニット２から見て身体部位５の反対の側に、身体部位５から出てくる光（再び矢印によって概略的に示される）を検出するための検出器ユニット６が配置される。検出器ユニット６は、例えばＣＣＤカメラによって、又は空間的に解像される２次元画像を取得する能力をもつ光検出器の別のアレイによって、形成されることができる。身体部位５から見て、検出器ユニット６の前方に、偏光子１０が配置される。実施形態によれば、偏光子１０は、第１の偏光方向を有する、すなわち照明ユニット２からの光がもつ偏光を有する光がブロックされ、異なる偏光を有する光が通過することが可能にされるように、配置される。従って、偏光子１０は、偏光光８の偏光方向と直交するように配置される。例えば、照明ユニット２によって放出される偏光光が、第１の方向に直線偏光される場合、偏光子１０は、第１の方向と直交する方向の偏光を有する光のみが伝播されるように、配置される。例えば、同様の偏光子が、偏光子１０及び付加の偏光子１２のために使用されることができ、偏光子１０は、付加の偏光子１２に対して光軸を中心に９０°回転されて配置されることができる。

図示される装置において、身体部位５の全体（及び支持体４の一部）が、偏光光８を用いて照明ユニット２によって照明され、身体部位５の反対の側に到達する光は、２次元解像される態様で検出器ユニット６によって検出される前に、偏光子１０を通過される。

偏光光８が、照明のために使用され、偏光子１０が、検出器ユニット６の前方の光経路に配置されるので、身体部位５と相互作用しなかった（及びゆえに元の偏光を保持している）光は、偏光子１０によってブロックされる。従って、検出器ユニット６の過度の露光を引き起こす見込みのある光のこの部分が、信頼性をもってブロックされる。身体部位５を通って進んだ光の部分は、多重散乱を受けており、その結果、元の偏光を失う。結果として、身体部位５を通って進んだ光は、検出器ユニット６に（部分的に）到達することが可能にされ、偏光子１０は、光の残りの部分をブロックする。

装置１の動作原理が、図３に関して再び記述される。装置の幾つかの部分は、図３の概略図において省かれていることに注意すべきである。具体的には、支持体４は、図３に示されていない。更に、図３は、付加の偏光子１２を含む実施形態を示していることに注意すべきである。しかしながら、上述したように、例えばレーザ又はレーザアレイのような１又は複数の光源３が、偏光光８を放出する場合、付加の偏光子１２は不要にされることができる。

図３において分かるように、光源３から光は、光を第１の方向Ａに直線偏光させる付加の偏光子１２を通過される。検査されるべき身体部位５は、偏光光８が身体部位５に当たるように配置される。アナライザ偏光子１０は、身体部位５の後方の光経路に配置される。言い換えると、身体部位５は、それが偏光光を放出する照明ユニットとアナライザ偏光子である偏光子１０との間に位置するように、配置される。偏光子１０は、第１の方向と直交する偏光方向Ｂを有する。身体部位５を通過した光は、散乱プロセスのため直線偏光を失っており、ゆえに偏光子１０によってブロックされない。結果として、検出器ユニット６は、身体部位５を通過した光のみを検出する。

図３に概略的に示されるように、検査下の身体部位５の境界は、身体部位５の残りの部分と比較して、検出画像においてわずかにより明るく見えうる。この効果は、境界における偏光解消反射によるものである。このような反射は、光の偏光状態の変更を引き起こし、その結果、反射された光は、部分的に偏光子１０を通り、検出器ユニット６に入ることを可能にされる。しかしながら、コリメートされた光が、身体部位５を照明するために使用される場合、偏光解消反射は大幅に抑制されることができるので、この効果は、大幅に低減されることができる。従って、照明ユニット２が、コリメートされた光を放出するように適応されることが好ましい。

要約すると、実施形態は、減衰されていない光が、信頼性をもって、検出器ユニット６に到達することを阻止されることができ、検査下の身体部位５を通って進んだ光が、より高い正確さをもって、検出されることができる、装置及び方法を提供する。

支持体４が、身体部位５と検出器ユニット６との間にあるように、照明ユニット２及び検出器ユニット６の位置が交換されることもできることに注意すべきである。更に、支持体４は、必ずしも別個のユニットとして設けられる必要はなく、照明ユニット２又は検出器ユニット６に組み込まれてもよいことに注意すべきである。光源３が、付加の偏光子１２を必要とする場合、付加の偏光子１２は、さまざまな異なる位置に設けられることができ、例えば光源３（又は複数の光源）と支持体４との間、支持体４と身体部位５との間、又は支持体４に組み込まれて、設けられることができる。後者の２つのケースでは、支持体４は、偏光光を放出する照明ユニット２の一部であると考えられる。

好適には、透明な支持体４は、コントラストを低下させる反射を回避するために、反射防止コーティングを施される。支持体４が、偏光光が支持体に当たるように配置される（すなわち付加の偏光子１２が、支持体４の上流の光経路に配置され、又は光源３が、直接に偏光光を放出する）場合、支持体４は、好適には、それが低い複屈折を含むように適応される。

アナライザ偏光子１０は、図に示されるように別個のユニットとして設けられる必要はない。例えば、偏光子１０は、検出器ユニット６の直前に設けられることもでき、例えば検出器ユニット６に組み込まれ又は取り付けられ、又は検出器ユニット６の撮像レンズシステムに（例えばフォト又はビデオカメラに）組み込まれ又は取り付けられることができる。支持体４が、身体部位５と検出器ユニット６との間に配置される場合、偏光子１０は、支持体４に組み込まれることもできる。

Claims (13)

1. 透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する装置であって、
   検査されるべき身体部位の方へ偏光光を放出する照明ユニットと、
   伝播中の光を検出する検出器ユニットと、
   を有し、偏光子が、前記検出器ユニットの前方に配置される、装置。
2. 前記照明ユニットは、前記偏光光が第１の方向に偏光されるように適応され、
   前記偏光子は、前記第１の方向に偏光された光がブロックされるように配置される、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置は、検査されるべき身体部位を収容するように適応された支持体を有する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記支持体は、検査されるべき身体部位として人間の手を収容するように適応される、請求項３に記載の装置。
5. 前記照明ユニットが、前記支持体を有し、前記支持体が、前記偏光光を生成するための付加の偏光子を有する、請求項３又は４に記載の装置。
6. 前記照明ユニットは、コリメートされた光を放出するように適応される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記照明ユニットは、光源として少なくとも１つのレーザを有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記装置は、医用光学検査装置である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記装置は、関節疾患の光学的な検出のために適応される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 透照法によって身体部位の内部を光学的に検査する方法であって、
    偏光光により身体部位を照明するステップと、
    前記身体部位と相互作用した光及び前記身体部位と相互作用しなかった光を偏光子に向けるステップと、
    前記偏光子を通過した光を検出するステップと、
    を含む方法。
11. 照明ために使用される前記偏光光は、第１の方向に偏光され、前記偏光子は、前記第１の方向に偏光された光がブロックされるように配置される、請求項１０に記載の方法。
12. コリメートされた光が、前記身体部位を照明するために使用される、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 少なくとも１つのレーザが、前記偏光光を生成するために使用される、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。

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