JP2886031B2 - 生体組織における光の後方散乱を検出する装置 - Google Patents
生体組織における光の後方散乱を検出する装置Info
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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- G—PHYSICS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、組織に光を投射する光
導体と、後方散乱光を受光する少なくとも２つの光導体
と、各受光用光導体のための評価ユニットを備えた、生
体組織における光の後方散乱を検出する装置に関する。
導体と、後方散乱光を受光する少なくとも２つの光導体
と、各受光用光導体のための評価ユニットを備えた、生
体組織における光の後方散乱を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置は、ヨーロッパ特許出願第
８１３０３７３８．９号（公開番号第００４７０９４
号）により公知である。
８１３０３７３８．９号（公開番号第００４７０９４
号）により公知である。
【０００３】
【発明の解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の装置において組織の変化を監視するよう
に構成することにある。
で述べた形式の装置において組織の変化を監視するよう
に構成することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、受光用光導体は、投射用光導体から放射状に種々異
なる間隔をおいて配置されており、組織中の粒子の大き
さの変化を求めるために、前記評価ユニットは、種々異
なる受光用光導体からの後方散乱光の相対的な強度の時
間的な変化を捕捉検出するように構成されており、光を
組織に投射する光導体からの所定の間隔ごとに、後方散
乱光を受光する複数個の光導体から成り前記間隔の半径
をもつそれぞれ１つの円配置体が設けられており、それ
ぞれ１つの円上に位置する複数個の光導体が相互接続さ
れており、それらの光導体がいっしょに評価されること
により解決される。
は、受光用光導体は、投射用光導体から放射状に種々異
なる間隔をおいて配置されており、組織中の粒子の大き
さの変化を求めるために、前記評価ユニットは、種々異
なる受光用光導体からの後方散乱光の相対的な強度の時
間的な変化を捕捉検出するように構成されており、光を
組織に投射する光導体からの所定の間隔ごとに、後方散
乱光を受光する複数個の光導体から成り前記間隔の半径
をもつそれぞれ１つの円配置体が設けられており、それ
ぞれ１つの円上に位置する複数個の光導体が相互接続さ
れており、それらの光導体がいっしょに評価されること
により解決される。
【０００５】
【発明の構成および利点】例えばミトコンドリアの大き
さの変化のようなこの種の変化の観察は、極めて実際的
な重要性をもつものであり、それはこのことにより例え
ば脳水腫の早期発見が可能になるからである。
さの変化のようなこの種の変化の観察は、極めて実際的
な重要性をもつものであり、それはこのことにより例え
ば脳水腫の早期発見が可能になるからである。
【０００６】評価ユニットは、エアランガーマイクロ光
導体スペクトル光度計の評価ユニットに類似して構成す
ることができる。そして例えば後方散乱特性の組み合わ
せないしその他の変形が検出され、このことにより粒子
の大きさの変化を推定することができる。
導体スペクトル光度計の評価ユニットに類似して構成す
ることができる。そして例えば後方散乱特性の組み合わ
せないしその他の変形が検出され、このことにより粒子
の大きさの変化を推定することができる。
【０００７】“部分領域”とは著しく小さい表面を有す
る領域のことであり、代表的には直径が５０−５００μ
ｍの領域のことである。組織における深部への到達は多
数の要因に依存し、（１／ｅへの低下は）１５０μｍの
オーダーにある。しかし以下に詳述するように、組織体
積（容積）−これからレミッションが得られる−は、組
織に固有でありかつ装置に固有でありさらにへモグロビ
ン濃度にも依存する。
る領域のことであり、代表的には直径が５０−５００μ
ｍの領域のことである。組織における深部への到達は多
数の要因に依存し、（１／ｅへの低下は）１５０μｍの
オーダーにある。しかし以下に詳述するように、組織体
積（容積）−これからレミッションが得られる−は、組
織に固有でありかつ装置に固有でありさらにへモグロビ
ン濃度にも依存する。
【０００８】有利には、後方散乱光を受光する光導体
は、投射用光導体の両側に線状に配置されている。
は、投射用光導体の両側に線状に配置されている。
【０００９】このことにより明瞭な強度分布が得られ、
これにより粒子の変化を、例えば粒子の大きさの変化を
推測することができる。
これにより粒子の変化を、例えば粒子の大きさの変化を
推測することができる。
【００１０】有利には本発明による装置は、光を組織に
投射する光導体からの所定の間隔ごとに、後方散乱光を
受光する複数個の光導体から成る当該間隔の半径をもつ
それぞれ１つの円配置体を有する。
投射する光導体からの所定の間隔ごとに、後方散乱光を
受光する複数個の光導体から成る当該間隔の半径をもつ
それぞれ１つの円配置体を有する。
【００１１】さらに有利には、複数個の同心円に、光を
組織に投射する光導体が中心点として設けられている。
このことにより後方散乱値のトポグラフィ全体を得るこ
とができる。
組織に投射する光導体が中心点として設けられている。
このことにより後方散乱値のトポグラフィ全体を得るこ
とができる。
【００１２】有利には、それぞれ１つの円上に位置する
複数個の光導体が相互接続されており、これらの光導体
はいっしょに評価される。
複数個の光導体が相互接続されており、これらの光導体
はいっしょに評価される。
【００１３】このことにより例えば、光を組織へ投射す
る光導体からの所定の間隔における値の平均を得ること
ができる。
る光導体からの所定の間隔における値の平均を得ること
ができる。
【００１４】さらに有利には、マイクロ光導体スペクト
ル光度計は、投射用および受光用装置を絶対較正する手
段を有する。この絶対較正は極めて重要である。このよ
うな手段は例えば白色標準および通常光源であり、これ
らについては以下で説明する。
ル光度計は、投射用および受光用装置を絶対較正する手
段を有する。この絶対較正は極めて重要である。このよ
うな手段は例えば白色標準および通常光源であり、これ
らについては以下で説明する。
【００１５】次に、添付の図面を参照して有利な実施例
に基づき本発明を詳細に説明する。
に基づき本発明を詳細に説明する。
【００１６】
【実施例】本発明によれば、図１に示されている光導体
装置を用い、この装置を特別な方法で利用することによ
って、組織中の粒子の大きさの変化を測定することがで
きる。この測定には特に実用的な重要性がある。この測
定によって、例えばミトコンドリアの大きさの変化を検
出できる。この装置の有利な実施形態は、図１に略示さ
れている。
装置を用い、この装置を特別な方法で利用することによ
って、組織中の粒子の大きさの変化を測定することがで
きる。この測定には特に実用的な重要性がある。この測
定によって、例えばミトコンドリアの大きさの変化を検
出できる。この装置の有利な実施形態は、図１に略示さ
れている。
【００１７】この装置は、中心に配置された、約２５０
μｍの直径を有する投射用光導体２０と、線状に配置さ
れた受光用光導体とから成る。この受光用光導体は、本
実施例では約７０μｍの直径を有する。この装置によっ
て、必要に応じて所定の配置構成により生じる角度ひず
みを算出してから、後方散乱容積の横断面における後方
散乱された光の分布を求めることができる。しかし、こ
の後方散乱容積における光の分布と強度は、明らかに粒
子の大きさに伴って変化するので、種々の受光用光導体
２１〜３０から時間の経過に伴って得られるレミッショ
ン値を比較することにより、粒子の大きさの変化を推測
することができる。
μｍの直径を有する投射用光導体２０と、線状に配置さ
れた受光用光導体とから成る。この受光用光導体は、本
実施例では約７０μｍの直径を有する。この装置によっ
て、必要に応じて所定の配置構成により生じる角度ひず
みを算出してから、後方散乱容積の横断面における後方
散乱された光の分布を求めることができる。しかし、こ
の後方散乱容積における光の分布と強度は、明らかに粒
子の大きさに伴って変化するので、種々の受光用光導体
２１〜３０から時間の経過に伴って得られるレミッショ
ン値を比較することにより、粒子の大きさの変化を推測
することができる。
【００１８】放射対称の関係が存在するとすれば、１つ
または２つの光導体を設ける代わりに所定の間隔（つま
りは（円錐）角度）ごとに、複数の光導体から成る当該
間隔の半径を持つ１つの円配置体を設けることも有利で
ある。このことにより、所定の間隔に所属して受光され
る光出力を高めることができ、これはそれぞれ１つの円
上に配置されている光導体を相互接続ないし合成接続
し、これらの光導体をいっしょに評価することにより利
用できるようになる。
または２つの光導体を設ける代わりに所定の間隔（つま
りは（円錐）角度）ごとに、複数の光導体から成る当該
間隔の半径を持つ１つの円配置体を設けることも有利で
ある。このことにより、所定の間隔に所属して受光され
る光出力を高めることができ、これはそれぞれ１つの円
上に配置されている光導体を相互接続ないし合成接続
し、これらの光導体をいっしょに評価することにより利
用できるようになる。
【００１９】図２は模式的に照明ランプ２、投射用光導
体４、受光用光導体６および光増倍管８を示す。投射用
光導体４が組織内で投射する容積は、高Ｈｂ濃度に対し
てはＥｈにより、低Ｈｂ濃度に対してはＥｎにより示さ
れている。光増倍管の感度を考慮して受光用光導体６が
受光可能な容積は、ＲｈないしＲｎにより示してある。
部分容積ＶｈないしＶｎは濃度測定の基礎を成す容積で
ある。高光密度により、擬似散乱する照明が得られる。
体４、受光用光導体６および光増倍管８を示す。投射用
光導体４が組織内で投射する容積は、高Ｈｂ濃度に対し
てはＥｈにより、低Ｈｂ濃度に対してはＥｎにより示さ
れている。光増倍管の感度を考慮して受光用光導体６が
受光可能な容積は、ＲｈないしＲｎにより示してある。
部分容積ＶｈないしＶｎは濃度測定の基礎を成す容積で
ある。高光密度により、擬似散乱する照明が得られる。
【００２０】図３は、粒子の大きさ（０．１〜２μｍ）
に依存する後方拡散（１８０°）した光の強度の著しい
変化を示している。時間の変化を、例えば種々の受光用
光導体における相対的な時間の変化を監視することによ
りこの変化を検出することによって、例えばミトコンド
リアの大きさの変化を一層確実に監視することができ、
それによって、例えば脳水腫が大きくなった場合に、適
切な時に警告することができるようになる。
に依存する後方拡散（１８０°）した光の強度の著しい
変化を示している。時間の変化を、例えば種々の受光用
光導体における相対的な時間の変化を監視することによ
りこの変化を検出することによって、例えばミトコンド
リアの大きさの変化を一層確実に監視することができ、
それによって、例えば脳水腫が大きくなった場合に、適
切な時に警告することができるようになる。
【００２１】図４は、光の分布の変化を示す図であり、
この変化も、個々の受光用光導体ないし受光用光導体対
または円状の受光用光導体（本実施例では参照番号２１
〜３０）に基づく相対的なレミッションの評価の際に用
いることができる。
この変化も、個々の受光用光導体ないし受光用光導体対
または円状の受光用光導体（本実施例では参照番号２１
〜３０）に基づく相対的なレミッションの評価の際に用
いることができる。
【００２２】他の特に有利な実施形態では、中央に１つ
の投射用光導体２０と例えば１０×１０個の受光用光導
体領域が設けられている（図５参照）。
の投射用光導体２０と例えば１０×１０個の受光用光導
体領域が設けられている（図５参照）。
【００２３】光導体の読み出しは同時に行なうことがで
き、この場合には相応の個数の後述の評価ユニットが必
要となる。両方の波長領域（約１／１００秒）において
完全なスペクトルの検出期間の短い場合には、光導体を
順次読み出すこともできる。このことにより約１秒の時
間差が生じるが、この時間差は許容できることが多い。
き、この場合には相応の個数の後述の評価ユニットが必
要となる。両方の波長領域（約１／１００秒）において
完全なスペクトルの検出期間の短い場合には、光導体を
順次読み出すこともできる。このことにより約１秒の時
間差が生じるが、この時間差は許容できることが多い。
【００２４】角度に依存する、補正された空間的なレミ
ッションダイヤグラムはこの配置によって得られ、この
レミッションダイヤグラムに関連する時間経過からも、
粒子の大きさの変化を推測することができる。
ッションダイヤグラムはこの配置によって得られ、この
レミッションダイヤグラムに関連する時間経過からも、
粒子の大きさの変化を推測することができる。
【００２５】投射用光導体からの距離にもこの投射用光
導体の周囲の円の大きさにも該当する角度依存性の評価
は、空間的な非対称性の検出にも用いることができる。
導体の周囲の円の大きさにも該当する角度依存性の評価
は、空間的な非対称性の検出にも用いることができる。
【００２６】図５に具体的に図示されている別の実施形
態の場合にはさらに、側縁部の円の中央に投射用光導体
３２〜３８も設けられている。この構成により、組織内
の拡散特性についての別の情報を得ることができる。中
央の光導体の入射容積および各々の受光用光導体によっ
て検出される容積の個々の例が概略的に示されている。
態の場合にはさらに、側縁部の円の中央に投射用光導体
３２〜３８も設けられている。この構成により、組織内
の拡散特性についての別の情報を得ることができる。中
央の光導体の入射容積および各々の受光用光導体によっ
て検出される容積の個々の例が概略的に示されている。
【００２７】次に、これまで説明してきた装置構成を、
評価装置を含むシステムに組み込んで適用した実施例に
ついて、図６を参照して説明する。
評価装置を含むシステムに組み込んで適用した実施例に
ついて、図６を参照して説明する。
【００２８】図６には、エアランガーマイクロ光導体ス
ペクトル分光計の基本構成が示されている。給電装置４
２（安定化電源装置）により給電されるキセノン高圧ラ
ンプ４０（例えばＸＢＯ７５（Ｗ／２、０ｓｒａｍ）の
光が、光学装置４４を介して投射用光導体４に入射され
る。この投射用光導体４は受光用光導体６と統合され、
各々の端部面が１つの平面内で、場合によっては直接に
隣接するように設けられている（図６には示されていな
い）。そしてこれらの投射用光導体４と受光用光導体６
は、図１または図５に示されている配置構成で組織表面
４６上に配置される。受光用光導体６、干渉スカイライ
トフィルタ板４８、光導体５０を介して、光は光増倍管
５２に達する。その信号は増幅装置５４を介してアナロ
グ／ディジタル変換器５６に達し、ディジタル化の後、
後続処理のために（５６内に設置されている）コンピユ
ータに供給される。
ペクトル分光計の基本構成が示されている。給電装置４
２（安定化電源装置）により給電されるキセノン高圧ラ
ンプ４０（例えばＸＢＯ７５（Ｗ／２、０ｓｒａｍ）の
光が、光学装置４４を介して投射用光導体４に入射され
る。この投射用光導体４は受光用光導体６と統合され、
各々の端部面が１つの平面内で、場合によっては直接に
隣接するように設けられている（図６には示されていな
い）。そしてこれらの投射用光導体４と受光用光導体６
は、図１または図５に示されている配置構成で組織表面
４６上に配置される。受光用光導体６、干渉スカイライ
トフィルタ板４８、光導体５０を介して、光は光増倍管
５２に達する。その信号は増幅装置５４を介してアナロ
グ／ディジタル変換器５６に達し、ディジタル化の後、
後続処理のために（５６内に設置されている）コンピユ
ータに供給される。
【００２９】そのつど扱われる波長は、フィルタ板４８
を駆動するモータ５８のシャフトにデコード板６０が設
けられ、制御信号がＥＰＲＯＭ６２へ送出されることに
よって検出される。
を駆動するモータ５８のシャフトにデコード板６０が設
けられ、制御信号がＥＰＲＯＭ６２へ送出されることに
よって検出される。
【００３０】ＥＰＲＯＭ６２は制御信号をトリガ信号に
変換し、このトリガ信号は、測定信号をアナログ／デイ
ジタル変換器５６を介してディジタル化するために用い
られる。さらにデコード板はもう１つのパルスを発生
し、このパルスは板が回転するたびにその開始をマーク
し、またこのパルスはアナログ／デイジタル変換器のデ
ィジタル化を初期設定する。
変換し、このトリガ信号は、測定信号をアナログ／デイ
ジタル変換器５６を介してディジタル化するために用い
られる。さらにデコード板はもう１つのパルスを発生
し、このパルスは板が回転するたびにその開始をマーク
し、またこのパルスはアナログ／デイジタル変換器のデ
ィジタル化を初期設定する。
【００３１】この方法はレミッションの絶対値により動
作する。そのため装置全体の目盛較正に対して、特別の
注意が払われる。
作する。そのため装置全体の目盛較正に対して、特別の
注意が払われる。
【００３２】図７には、図６に示した装置を目盛較正す
るために白色スペクトルを定めるための装置が示されて
いる。キセノンアーク灯の光のスペクトル分布、光学素
子（レンズ、光導体）の伝送特性、および光増倍管のス
ペクトル感度は、白色光に対して波長に依存した応答関
数を形成する。これは白色標準のスペクトルにより、こ
こではＢａＳＯ４により、図７に示したそれ自体公知の
装置を用いて測定することができる。
るために白色スペクトルを定めるための装置が示されて
いる。キセノンアーク灯の光のスペクトル分布、光学素
子（レンズ、光導体）の伝送特性、および光増倍管のス
ペクトル感度は、白色光に対して波長に依存した応答関
数を形成する。これは白色標準のスペクトルにより、こ
こではＢａＳＯ４により、図７に示したそれ自体公知の
装置を用いて測定することができる。
【００３３】測定の際にも用いる装置において、投射用
光導体４および受光用光導体６を浸漬液７０（０．９％
ＮａＣｌ）の中にガラス板７２に対して垂直になるよう
に載せる。このガラス板は白色標準７４に対して固定の
間隔を有している。光の円錐の断面領域７６は容積Ｖに
相応する。強度領域を定めるために、波長に依存する暗
曲線を記憶する必要がある。
光導体４および受光用光導体６を浸漬液７０（０．９％
ＮａＣｌ）の中にガラス板７２に対して垂直になるよう
に載せる。このガラス板は白色標準７４に対して固定の
間隔を有している。光の円錐の断面領域７６は容積Ｖに
相応する。強度領域を定めるために、波長に依存する暗
曲線を記憶する必要がある。
【００３４】
【発明の効果】本発明により、組織の変化を監視するよ
うに構成された装置が提供される。
うに構成された装置が提供される。
【図１】組織粒子体の大きさの変化を検出する装置を図
式化して示す図である。
式化して示す図である。
【図２】光ファイバを用いての投射、および別の光ファ
イバを用いての検出、さらにこれらにより得られる組織
内の容積を図式化して示す図である。
イバを用いての検出、さらにこれらにより得られる組織
内の容積を図式化して示す図である。
【図３】粒子の大きさに依存する後方散乱の変化を示す
表の図である。
表の図である。
【図４】図３に示された粒子の大きさが変化する際の後
方散乱特性の形状の変化を示す図である。
方散乱特性の形状の変化を示す図である。
【図５】色素分割の微細構成図を作成するための複数個
の投射用光ファイバおよび複数個の検出用光ファイバを
示す図である。
の投射用光ファイバおよび複数個の検出用光ファイバを
示す図である。
【図６】測定に使用されるエアランガー・マイクロ光フ
ァイバスペクトル光度計ＥＭＰＨＯの概略を示す図であ
る。
ァイバスペクトル光度計ＥＭＰＨＯの概略を示す図であ
る。
【図７】図６に示した装置を目盛較正するための装置を
示す図である。
示す図である。
２ 照明ランプ ４，２０ 投射用光導体 ６，２１，２２，．．．，３０ 受光用光導体 ８，５２ 光増倍管 ４０ キセノン高圧ランプ ４２ 給電装置 ４６ 組織表面 ４８ フィルタ板 ５０ 光導体 ５４ 増幅装置 ５６ アナログ／ディジタル変換器 ５８ モータ ６０ デコード板 ６２ ＥＰＲＯＭ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−123084（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−118057（ＪＰ，Ｕ) 特表 平３−505922（ＪＰ，Ａ) 米国特許455579（ＵＳ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 組織に光を投射する光導体（２０）と、
後方散乱光を受光する少なくとも２つの光導体（２１，
２２，．．．，３０）と、各受光用光導体（２１，２
２，．．．，３０）のための評価ユニット（５２，５
４，５６）を備えた、生体組織における光の後方散乱を
検出する装置において、 受光用光導体（２１，２２，．．．，３０）は、投射用
光導体（２０）から放射状に種々異なる間隔をおいて配
置されており、 組織中の粒子の大きさの変化を求めるために、前記評価
ユニット（５２，５４，５６）は、種々異なる受光用光
導体（２１，２２，．．．，３０）からの後方散乱光の
相対的な強度の時間的な変化を捕捉検出するように構成
されており、 光を組織に投射する光導体（２０）からの所定の間隔ご
とに、後方散乱光を受光する複数個の光導体（２１，２
２，．．．３０）から成り前記間隔の半径をもつそれぞ
れ１つの円配置体が設けられており、 それぞれ１つの円上に位置する複数個の光導体が相互接
続されており、それらの光導体がいっしょに評価される
ことを特徴とする、 生体組織における光の後方散乱を検出する装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の装置における円配置体に
代えて、後方散乱光を受光する前記受光用光導体（２
１，２２，．．．，３０）は、前記投射用光導体（２
０）の両側に線状に配置されている、請求項１記載の装
置。 - 【請求項３】 投射系および受光系を絶対較正する装置
が設けられている、請求項１または２記載の装置。
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