JP3036557B2

JP3036557B2 - 非接触型レーザ血流計

Info

Publication number: JP3036557B2
Application number: JP3256890A
Authority: JP
Inventors: 進鹿嶋
Original assignee: Advance KK
Current assignee: Advance KK
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JPH057559A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非接触型のレーザ血流
計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ血流計では、図１で示す様
に組織からの散乱光信号を演算処理する電子回路とレー
ザ光を出力するレーザ管または、半導体レーザ素子から
構成される本体（１）と被測定組織にレーザ光を導き組
織からの散乱光を受光するためのプローブ（２）から構
成される。組織からの散乱光を信号処理して、血流量の
パラメータ（通常ＦＬＯＷと言う）を本体出力から出力
する。プローブには照射用のファイバ（３）と受光用の
ファイバ（４）がそれぞれ各１〜２本入っている。照射
用ファイバ（３）の先端付近を出力端面（３１）へ受光
用ファイバ（４）の先端付近を入力端面（４１）とす
る。プローブ（２）は生体組織（５）に接触させて測定
するが、この時接触方法としては両面テープで接着する
か、軽い重りを乗せて生体組織が動いてもプローブが組
織表面から離れないようにする必要がある。プローブ先
端では照射用ファイバと受光用ファイバの間隔は、約
０．２〜１．０ｍｍ程度あるため、受光する光には組織
表面からの反射光はなく、すべて散乱光である。しか
し、薬物等を注入した場所の血流を測定する際にはプロ
ーブが邪魔になり、また切開した組織や傷口にはプロー
ブを接触させることは困難である。従って、プローブを
組織に接触させないで血流測定することが必要な場合が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ血流計を
用いてプローブを組織に接触させないで測定すると組織
からの散乱光と同時に組織表面からの反射光（６）を受
光するが、受光光量中の表面反射光量は組織内部での散
乱光光量よりも多く、さらに組織が動くことによって大
きく変化するため、組織血流が安定して測定できない。
また、従来の信号処理方法においても図２で示す様にバ
ンドパスフィルタ（７）を通した光電変換素子（８）後
の信号のパワースペクトルの１次モーメントの積分強度
を全受光光量でノーマライズしているが、この値に受光
光を光電変換した後にローパスフィルタ（９）を通した
平均値を用いているため（時定数０．５〜１ｓｅｔ程
度）、組織が動くと反射光量が変化してノーマライズに
用いる全受光光量の平均値が時間遅れを伴って大きく揺
らぐ。従って血流値が大きく揺らぐことになる。図２に
於いて上述した構成以外の構成を説明する。（２１）は
レーザ光を出力する光源、（１０）は、前段に設けられ
た光電変換素子（８）の出力電気信号を増幅する為の増
幅手段、（１１）は、パワースペクトルの１次モーメン
トの積分強度を算出する為の演算手段Ａ、（１２）は、
入力信号の信号値を自乗した信号に変換する為の演算手
段Ｂ、（１３）は、演算手段Ａ（１１）の出力信号を一
方の入力端で入力し、演算手段Ｂ（１２）の出力信号を
他方の入力端で入力し、演算手段Ａ（１１）の出力信号
を演算手段Ｂ（１２）の出力信号で除算（ノーマライ
ズ）し、その除算した信号を出力する演算手段Ｃであ
る。演算手段Ｃ（１３）の出力値が血流速度を示すもの
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点に鑑み本発明
は、レーザ光を出力する出力手段、および生体組織から
反射するレーザ光を入力する入力手段の各々に互いに偏
光方向が異なる偏光手段を設けることにより、上記手段
を生体に非接触な状態に於いて、正確な血流情報を測定
する装置を実現した。

【０００５】本発明の特徴は次の通りである。本発明は
表面反射成分を受光せず、組織中で散乱した光のみを受
光することで、上記問題点を解決する。直線偏向光を粒
子に照射すると、１回目の反射では、その偏光成分は保
持されるが、２回散乱以上では偏光の情報が失われる。
従って、組織に照射するレーザ光を直線偏光とし、それ
と直交する偏光成分のみを受光することで表面反射成分
（１回散乱光）を除くことができる。このことを実現す
るために、従来例と同様の出力手段および入力手段を束
ねたプローブの先端に互いに直交する偏光板または、偏
光板と１／４波長板から構成される円偏光板を設けた。
また、信号処理方法については、パワースペクトルの１
次モーメントの積分強度を全受光光量でノーマライズせ
ず、パワースペクトルの１次モーメントの積分強度をパ
ワースペクトルの積分強度でノーマライズすることで、
組織の動きによる全受光光量の変化に測定値が影響され
ないようにした。この時得られる信号は赤血球によるレ
ーザ光のドップラーシフトの平均値であり、赤血球速度
に比例し、簡単な構成ながら正確な血流情報を得ること
を可能としたものである。本発明で示す出力手段は、レ
ーザ光を生体組織へ照射出力する照射用ファイバの出力
端面を含むものを示し、入力手段は、生体組織から反射
したレーザ光を検出入力する受光用ファイバの入力端面
を含むものを示す。出力手段と入力手段はこれらを束ね
て上記のようなプローブと称するものを形成しても良い
し、各々切り離した構造を有していても良い。また、偏
光板は上記の様に出力端面並びに入力端面に装着された
ものであっても良いし、照射用ファイバ、受光用ファイ
バの中間部分乃至該ファイバの反射測端面に装着された
ものであっても良い。従って出力手段は、照射用ファイ
バ、入力手段は受光用ファイバを含む場合もある。

【０００６】

【実施例】図３は本発明の一実施例を示す図である。（１）は本体であり、レーザ光を出力する為の光源、血
流情報を演算する為の演算手段、血流情報を表示する為
の表示手段等々を内蔵してしている。（２）はプローブであり、生体組織表面へ本体（１）か
ら出力されたレーザ光を出力する為の出力端面（３１）
生体組織表面から反射帰還したレーザ光を検出し、本体
（１）へ送出する為の入力端面（４１）を内蔵してい
る。（３）は照射用ファイバであり、本体（１）の光源とプ
ローブ（２）の出力端面（３１）との間を接続してい
る。（４）は受光用ファイバであり、本体（１）とプローブ
（２）の入力端面（４１）との間を接続している。（１１）（１２）は互いに偏光方向が垂直な偏光板であ
り、各々出力端面（３１）、入力端面（４１）に接続し
ている。図４にその偏光板とプローブとの接続状態を示
した。矢印（Ａ）（Ｂ）は各々偏光板の偏光方向を示
す。（ＭＭ）は生体組織である。

【０００７】次に動作を説明する。プローブ（２）と生
体組織（ＭＭ）が非接触状態に於いて、本体（１）の光
源から出力したレーザ光は、照射用ファイバ（３）を介
して出力端面（３１）に到達する。出力端面（３１）に
到達したレーザ光は、偏光板（１１）を介して生体皮膚
組織（ＭＭ）に照射される。生体皮膚組織（ＭＭ）に照
射されたレーザ光は、組織で反射されて、プローブ
（２）の偏光板（１２）を介して入力端面（４１）で検
出される。入力端面（４１）で検出されたレーザ光は、
受光用ファイバ（４）を介して本体（１）の演算手段に
取り込まれる。偏光板（１１）を介して生体皮膚組織
（ＭＭ）へ照射されるレーザ光は直線偏光化している。
生体皮膚組織（ＭＭ）から反射したレーザ光の成分中、
入力端面（４１）に接続された偏光板（１２）の偏光方
向の成分のみを有するレーザ光を通過させる。

【０００８】本体（１）は受光用ファイバ（４）を介し
て取り込まれたレーザ光から血流情報を演算、算出する
信号処理手段を内蔵するものであるが、信号処理手段の
具体的構成例を図５に示す。（４８）はレーザ光を出力
する光源であり、半導体、真空管等で構成されている。
（３）は照射用光ファイバ、（２）はプローブ、（４）
は受光用光ファイバである。（ＭＭ）は生体組織であ
る。（４２）は光電変換手段であり、レーザ光で形成さ
れた信号を電気信号に変換する手段である。（４３）は
増幅手段であり、電気信号の振幅増幅を行う。（４４）
はバンドパスフィルタであり、約３０（Ｈｚ）〜３０
（ＫＨｚ）の帯域の電気信号を通過させる。（４５）
は、第１演算手段であり、入力電気信号を該信号のパワ
ースペクトルの１次モーメントの積分強度を示す信号に
変換する手段である。（４６）は第２演算手段であり、
入力電気信号を該信号のパワースペクトルの積分強度を
示す信号に変換する手段である。（４７）は除算手段で
ある。別名ノーマライズと称し、２つの入力端を有し、
この２つの入力端から入力された２信号から除算した値
を示す信号を出力する手段である。この出力端を（４
Ａ）とする。

【０００９】次に動作について述べる。光源（４８）か
ら出力したレーザ光は照射用ファイバ（３０）、出力端
面（３１）、偏光板（１１）を介して生体皮膚組織（Ｍ
Ｍ）に照射される。生体皮膚組織（ＭＭ）から反射した
レーザ光は、偏光板（１２）を介して入力端面（４１）
で入力し、受光用ファイバ（４）を介して、光電変換素
子（４２）に到達する。光電変換手段（４２）はこのレ
ーザ光を電気信号に変換し、増幅器（４３）でこの電気
信号を増幅する。増幅された電気信号は、バンドパスフ
ィルタ（４４）で帯域ろ波され、第１演算手段（４
５）、第２演算手段（４６）に供給される。第１演算手
段（４５）は、入力された電気信号をパワースペクトル
の１次モーメントの積分強度を示す信号∫ｆＰ（ｆ）ｄ
ｆに変換する。第２演算手段（４６）は、入力された電
気信号をパワースペクトルの積分強度を示す信号∫Ｐ
（ｆ）ｄｆに変換する。第１演算手段（４５）の出力信
号∫ｆＰ（ｆ）ｄｆおよび、第２演算手段（４６）の出
力信号∫Ｐ（ｆ）ｄｆは、除算手段（４７）に入力さ
れ、除算演算が施され除算信号（ｆ）が出力端（４Ａ）
へ出力される。出力端（４Ａ）から出力された除算信号
（ｆ）は、血流の平均周波数を示す信号であり、更に後
段に図示はしないが、血流速度、血流量を算出する手段
が接続され、その後表示手段が接続される。図５で示し
たフィルタ、演算手段等は、アナログ、デジタル何れか
で構成されるが特に限定されない。又、出力手段、入力
手段に装着される偏光板は互々相異なる偏光方向を有す
ばよいものであるが、好ましい例としては互いに偏光方
向が垂直方向である偏光板を使用するものである。偏光
板の材質、厚み、大きさ等は適宜選択されるものであ
る。

【００１０】実験例生体組織の代わりに図６に示す様なポリアセタールブロ
ック（ＰＢ）よりなる水槽を形成し内部にランダムな方
向の流れの血流に相当する粒子分散液（ＤＶ）を充填す
る。測定面を（ＲＮ）で示した。通常、ランダムな方向
の流れを有する粒子分散液は、ほぼ一定の流量で示され
る。従来例として図１、図２に示すレーザ血流計、本発
明の一実施例として図３、図４、図５に示すレーザ血流
計を用意した。各々、従来例と一実施例に対し、次の様
な方法で粒子分散液の流量を測定した。プローブは、測
定面（ＲＮ）に対し、２０（ｍｍ）離して固定静止させ
た後、５ｍｍ／ｓｅｃの速度で１０（ｍｍ）の距離だけ
プローブを移動させた。結果を図７、図８で示す。図７
は従来例を使用して粒子分散液の流量を示した。図８
は、本発明の一実施例を使用して粒子分散液の流量を示
した図である。（ＬＬ）がプローブを移動させた時間で
ある。横軸は時間、縦軸は速度を示す。（ＭＭ）は静止
時である。これらの図から、本発明の一実施例では、プ
ローブを移動させてもほとんど移動時に於ける組織とプ
ローブとの間で生じるノイズを受けることがない。即
ち、プローブを非接触で使用しても充分に血流速度を測
定することができることを示している。

【００１１】

【発明の効果】上述した通り本発明は、レーザ光を生体
組織に照射する為の出力手段、および生体組織から反射
したレーザ光を入力する入力手段に偏光板を装置するこ
とにより、生体組織と非接触な状態で、生体組織内の血
流量を正確に検出でき、しかもレーザ光を電気信号に変
えこの電気信号から血流量を演算算出する過程を縮小で
きる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】

【図２】従来例を説明する為の図である。

【図３】本発明の一実施例を示す図である。

【図４】図３で示したプローブの斜視を示す図である。

【図５】本発明の演算手段の一実施例を示すブロック図
である。

【図６】本発明の一実施例と従来例を比較実験を説明す
る為の図である。

【図７】

【図８】本発明の一実施例と従来例を比較実験した結果
を説明する図である。

【符号の説明】

１本体２プローブ３照光用ファイバ４受光用ファイバ１１、１２偏光板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を生体に非接触的に出力する出
力手段、生体から反射し帰還した前記レーザ光を非接触
的に受光入力する入力手段、前記出力手段と前記入力手
段のそれぞれに装着され、且つ互いに偏光方向が異なる
偏光手段、前記入力手段で入力された、レーザ光に基づく光電変換
した信号に対しパワースペクトルの１次モーメントの積
分強度を示す信号に演算変換する第１演算手段、レーザー光に基づく光電変換した信号に対しパワースペ
クトルの積分強度を示す信号に演算変換する第２演算手
段、前記第１演算手段と前記第２演算手段との除算を行う除
算手段を有することを特徴とする非接触型レーザ血流
計。