JP3162070B2 - 被検体内部情報観察装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高感度でS/Nが比の良い被検体内部の情報
を得るための被検体内部情報観察装置に関する。

［従来の技術］ 近年、心循環器系，脳血管系疾患の増加、及び診療に
おける画像利用の普及に伴い、血管造影の重要性がます
ます高まってきている。しかし、血管造影は、デジタル
ラジオグラフィの進歩により比較的容易になったとは言
え、人体に適用する場合の危険性や被検者の苦痛は無視
し得ないものがある。

また、従来、生体等の被検体内部の情報の無侵襲的，
非接触的計測は、主としてＸ線によって行われていた。
しかしながら、Ｘ線の使用は、放射線被爆の問題や生体
機能の画像化が困難という問題点が知られている。ま
た、NMR−CT手法は装置が大がかりであり高価という問
題点があり、超音波による透視は空間分解能が悪いとい
う問題点がある。

ところで、近赤外領域の光に対し、血中ヘモグロビン
（Hb）は酸素化の度合に応じて特有のスペクトル変化を
示すことが知られている。この特徴を利用し、例えば
「Ｏ plus Ｅ」誌の1987年５月ないし1988年３月に掲
載された「光を使った生体計測」に示されるように、血
液の酸素飽和度計測等、生体内部情報の無侵襲計測に関
する研究が活発に行われている。また、血中ヘモグロビ
ン（Hb）は、生体組織に比べ、赤外領域における吸光度
が大きいことから、光を用いて組織中の血管を画像とし
て検出できる可能性が“近赤外光による生体内血管の可
視化に関する基礎検討",電子情報通信学会技術研究報
告,MBE89−67,1989や「特願平２−81552号」、「特願平
２−119468号」に示されている。

前記の透過光を用いて生体内部を体外から観察する方
法の他に「特開昭63−85417号公報」や“Femtosecond o
ptical ranging in biological system",Optics Letter
s,Vol.11,No.3,1986 pp150〜152に示されているように
反射光によっても測定できる。これは光源から半値幅が
数百フェムトから数ピコ秒の極めて短いパルス幅の光を
被検体に照射し、反射してきた光の強度の時間的変化を
測定することで生体内部を観察するものである。すなわ
ち、生体表面から、ある深さにある組織から反射して光
が戻ってくるまでの時間経過は、その深さに対応してい
ることから、生体内部組織の血液分布や構造などの状態
を測定できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、近赤外光は可視光に比べ透過性が高い
ものの、その透過光の強度は、例えば生体内にある筋肉
組織の厚さ1cmを通過する際でも、１〜２桁程度の減衰
が起こることが“Application of the 1−D diffusion
approximation to the optics of tissues and tissue
phantoms",Appl.Opt.,Vol.28,pp2311−2317,1989に示さ
れている。つまり、前述の反射光を検出する方法では、
生体深部になるに従い、その反射光強度が生体組織の吸
収や散乱により小さくなり、実際の深部からの光強度と
検出される反射光強度とが対応しなくなる。また、深部
からの光強度が極め小さくなるため、通常の検出器で
は、感度不足やS/N比の劣化が起こる。この場合、深部
からの微弱な信号を検出しようとして、検出器の感度を
上げることは、容易に考えられるが、表面に近い部分か
らの強い反射光も同時に検出しているので、検出器の検
出できる許容範囲を越えて信号が飽和したり、最悪の場
合には、検出器が焼け付くことも発生してしまう。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、生
体などの被検体の深部からの反射光を検出する場合に、
検出器の焼け付きがなく高感度の測定ができ、被検体の
深さによる光強度の強弱の影響を受けず精度が高く、S/
N比の良い被検体の内部情報を検出可能とするための被
検体内部情報観察装置を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明による被検体内部情報観察装置は、被検体の内
部を観察するための光を照射する光照射手段と、光路長
の変更のために移動可能な可動部を有し、前記光照射手
段の光を前記被検体に照射して得られる前記被検体の観
察部位の深さ方向の反射光を取り出す光学系と、前記光
学系によって得られる前記反射光を検出する反射光検出
手段と、前記反射光検出手段の出力を増幅する増幅手段
と、前記光学系の前記可動部を駆動する駆動手段と、前
記駆動手段を制御して前記光路長を変更するとともに前
記増幅手段の増幅率を変更する制御手段と、を備えたこ
とを特徴とする。

また、本発明による被検体内部情報観察装置は、被検
体の内部を観察するための光を照射する光照射手段と、
前記被検体の観察部位の所望の深さに焦点を合わせると
ともに、前記観察部位の所望の深さに応じて前記焦点の
位置を変化させることが可能なレンズ系を有する焦点可
変手段を有し、前記照射手段の照射光によって得られる
反射光を取り出す光学系と、前記光学系によって得られ
る前記反射光を検出する反射光検出手段と、前記反射光
検出手段の出力を増幅する増幅手段と、前記焦点可変手
段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御して前記
焦点の位置を変位させるとともに前記増幅手段の増幅率
を変更する制御手段と、を備えたことを備えたことを特
徴とする。

更に、本発明による被検体内部情報観察装置は、被検
体の内部を観察するための光を照射する光照射手段と、
前記被検体の観察部位の深さに応じて前記光照射手段の
照射光によって得られる反射光を検出する反射光検出手
段と、前記反射光を前記反射光検出手段に導く第１の光
路と、前記光照射手段の光を前記反射光検出手段に導く
第２の光路と、前記反射光検出手段に設けられ、前記第
１の光路からの出射光と前記第２の光路の出射光から前
記第１の光路の出射光の中の前記被検体の所望の観察部
位の深さからの反射光に関する光成分を導出する導出手
段と、前記被検体の所望の観察部位の深さに応じて前記
第２の光路の光路長を変える光路長変更手段と、前記反
射光検出手段の出力を増幅する増幅手段と、前記光路長
変更手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御し
て前記第２の光路の光路長を変えるとともに前記増幅手
段の増幅率を変更する制御手段と、を備えたことを備え
たことを特徴とする。

また更に、本発明の被検体内部情報観察装置は、被検
体の内部を観察するための光を照射する光照射手段と、
移動可能な可動部を有し、前記光照射手段の光を前記被
検体に照射して得られる前記被検体の観察部位の深さ方
向の反射光を取り出す光学系と、前記光学系によって得
られる前記反射光を検出する反射光検出手段と、前記反
射光検出手段の前段に設けられ、この反射光検出手段に
入射される光の強さを可変する検出感度可変手段と、前
記光学系の前記可動部を駆動する駆動手段と、前記駆動
手段を制御するとともに前記検出感度可変手段を制御し
てこの検出感度可変手段から前記反射光検出手段に出力
される光の強さを変更する制御手段と、を備えたことを
特徴とする。

［作用］ この構成で、可動部を有する光学系の可動部を動かし
て、前記被検体の観察部位の深さに応じて光照射手段の
照射光によって得られる反射光を取り出す。そして、制
御手段により、光学系の前記可動部を移動させると共
に、この取り出された反射光を検出する反射光検出手段
の出力を増幅する増幅手段の増幅率を、前記光学系の前
記可動部の移動によって特定される前記被検体の観察部
位の深さに応じて変更する。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第
１図は被検体内部情報観察装置の概略を示す構成図、第
２図は被検体内部情報観察装置の信号処理を示す説明
図、第３図は時間分解測定装置の感度を示す特性図、第
４図は第１図の被検体内部情報観察装置の具体的な構成
図である。

第１図は、本実施例の被検体内部情報観察装置の概略
構成を示している。

被検体内部情報観察装置１は、例えば生体である被検
体２へ数百フェムト〜数ピコ秒程度の光パルスを照射す
る光照射手段としての光パルス発生装置３と、光パルス
発生装置３の光軸上に配設されたビームスプリッタ４
と、被検体２からの反射光をビームスプリッタ４が前記
光軸上に対して90度の方向に反射した光を受ける時間分
解出力としての時間分解測定装置５と、時間分解測定装
置５の検出感度を可変する可変手段としての制御装置６
と、時間分解測定装置５の出力信号を被検体の内部情報
を画像信号に変換する信号処理装置７とを備えている。
モニタ８は前記信号処理装置７の画像信号により、被検
体２の内部情報を表示するようになっている。

第２図を参照し、被検体内部情報観察装置１の動作に
ついて説明する。

光パルス発生装置３は、数百フェムト〜数ピコ秒程度
の光パルスをビームスプリッタ４を介して、被検体２へ
照射する。この照射光が被検体２の表面から体内深部の
各深さで反射し、第２図（ａ）に示すように、それぞれ
時間差をもったパルス光が重畳している反射光となる一
方、反射した被検体２の深さに応じて光の強度は、被検
体２が生体の場合、生体組織による吸収・散乱により、
表面から深部になるに従い指数関数的に減衰した特性を
示す。この反射光はビームスプリッタ４で反射して、時
間分解測定装置５に入射する。このとき、制御装置６
は、第２図（ｂ）に示すように、被検体２の深さに応
じ、すなわち、それぞれの反射光の入射時間に応じて、
時間分解測定装置５の検出感度（または増幅率）を指数
関数的に増加させる。従って、時間分解測定装置５は、
第２図（ｃ）に示すように、被検体２のどの深さでも略
一定の検出出力（光強度）に変換された反射パルス光の
光強度を検出する。そして、信号処理装置７は、時間分
解測定装置５の出力信号を被検体の内部情報として、画
像信号に変換し、モニタ８は前記信号処理装置７の画像
信号により被検体２の内部情報を表示する。

この実施例では、被検体２の深部からの反射パルス何
時が減衰し、時間分解測定装置５の検出感度を変えずに
検出した場合に、S/N比が悪くなることを改善してい
る。また、時間分解測定装置５の検出感度を全体的に増
加させた場合には、被検体２の表面からの強い反射光が
あるため、時間分解測定装置５の出力が飽和したり、最
悪の場合には焼け付いたりするが、その様なことが生ず
ることもなく、高感度でS/N比のよい内部情報の検出を
可能としている。

尚、第３図には、第２図（ｂ）に示す感度特性以外の
例を示し、制御装置６により下述するように制御しても
よい。

第３図（ａ）には、ある閾値を設けて、ON−OFF制御
する場合を示しており、被検体２の表面からの反射パル
ス光を抑制することができる。また、第３図（ｂ）は比
例特性で、時間分解測定装置５の検出感度を可変しても
よく、あるいは第３図（ｃ）に示すように、被検体２の
深さに対して階段状に検出感度を可変・制御してもよ
い。

第４図には本実施例の具体的な構成例として、被検体
内部情報観察装置10を示している。

この被検体内部情報観察装置10は、光パルス発生装置
３としては、固体半導体レーザである例えば、Nd:YAG
（ヤグ）レーザ3aと、発振するレーザの波長を広い範囲
で変えられる波長可変レーザである例えば、色素レーザ
3bとを有し、レーザ光を繰り返し周波数76MHz、半値幅1
0ピコ秒程度のパルス光として出射するようになってい
る。ここで、10ピコ秒程度のパルス光が生体組織中（屈
折率1.4）を進む距離は、2.14mmとなる。つまり、この
パルス光を生体に照射した場合には、２〜3mmの空間分
解能で測定できることを意味する。この色素レーザ3bか
らのパルス光をビームスプリッタ11は、被検体２へ直進
する照射光と、後述する時間分解測定総装置の検出タイ
ミングを取るための参照光とに分光するようになってい
る。ビームスプリッタ11が分光した直進光は、被検体２
で反射し、反射光となってビームスプリッタ11へ戻って
反射し、レンズ12を介して非線形光学結晶としてのKDP1
3へ入射するようになっている。一方、ビームスプリッ
タ11が分光した参照光は、移動ステージ14に固定されて
いる遅延ミラー15a,15bで反射し、前記レンズ12を介し
てKDP13へ入射するようになっている。前記KDP13は、被
検体２からの反射光と前記参照光とを入射することによ
り、第２高調波を発生する。この第２高周波は、該第２
高調波だけを通す光学フィルタ16を通過して、光電子増
倍管（PMT）17で検出されるようになっている。また、
遅延ミラー15a,15bは、制御装置18により駆動・制御さ
れる移動ステージ14により移動するようになっている。

前記KDP13の発生する第２高調波の光強度は、前記反
射光と参照光をそれぞれ時間の関数とした場合、反射光
と参照光の光強度の積を時間で積分した値に比例する。
従って、前記遅延ミラー15a,15bを駆動して、参照光の
光路長を変えることにより、光電子増倍管17によって反
射光の任意の時間成分の強度を検出することができる。
この様にして、被検体２からの反射光の時間分解波形を
検出することができる。また、光電子増倍管15は、前記
制御装置18により増幅率が可変・制御されるようになっ
ている。

また、前記被検体内部情報観察装置10は、光電子増倍
管17の出力信号を被検体の内部情報として、画像信号に
変換する信号処理装置19を備え、モニタ20は、前記信号
処理装置19の画像信号により、被検体２の内部情報を表
示するようになっている。

本実施例では、被検体２からの反射光の深さに対応す
る、反射光の到達時間の遅延量に合わせて、光電子増倍
管17の増幅率（検出感度）を制御装置18により制御して
いるので、例えば、第２図（ｃ）に示にしたように、被
検体２の深さに合わせて光電子増倍管17の増幅率を上昇
させて、反射光を検出したり、表面からの強い光だけを
遮光したりすることができる。そして、光電子増倍管17
の出力信号を処理・解析し、例えば被検体２の表面から
深部に至まで同一の光強度になるように検出感度を可変
した場合、観察部位のうち正常な部位と異状部位の比較
が容易になり、高精度な被検体内部情報を検出すること
ができる。

尚、光電子増倍管17以外にも、アバランシェフォトダ
イオードやシリコンフォトダイオードなどの光を検出す
る半導体素子を用いて、例えば、こうした素子の後段に
設けた増幅器の増幅率を可変するようにしてもよい。ま
た、色素レーザ3bの代わりに、半導体レーザ・チタンサ
ファイア等の固体レーザを用いてもよい。

第５図は、第１実施例の変形例を示す構成図である。

この変形例では、光電子増倍管17の増幅率を可変する
方式に変えて、回転式の可変NDフィルタ21により、入射
する反射光の光強度を可変し、結果的に光電子増倍管17
の検出感度を可変するようになっている。その他の構成
及び作用は、第１実施例と同様で、同じ符号を付して説
明を省略する。

前記光学フィルタ16と、光電子増倍管17との間に前記
可変NDフィルタ21を配設し、この可変NDフィルタ21は、
制御装置18により制御されるモータ22により回転・駆動
するようになっている。

この変形例では、可変NDフィルタ21は、回転方向に光
の透過率が、例えば、１％〜100％となるように変化す
るフィルタを設け、被検体２の深さに対応して、可変ND
フィルタ21の回転する角速度を可変することにより、光
電子増倍管17の検出感度が変化させることができる。ま
た、可変NDフィルタ21のフィルタ特性は、100％の透過
領域と、完全な遮蔽領域とを設けるようにしてもよい。

尚、可変NDフィルタ21の配設位置は、光電子増倍管17
の全面だけに限らず、光学的フィルタ16、KDP13、及び
レンズ12の前面であってもよい。

その他の構成及びの作用効果は、第１実施例と同様
で、説明を省略する。

第６図は、本発明の第２実施例に係る構成図である。

本実施例では、時間分解検出手段としてストリークカ
メラ29を有する一方、被検体２への照射光を走査し、被
検体２の断層画像を得るようになっている。その他第１
実施例と同じ構成については、同じ符号を付して説明を
省略する。

この被検体内部情報観察装置30は、パルスレーザ光を
発振するNd:YAGレーザ31を有し、Nd:YAGレーザ31からの
パルスレーザ光は、第１ビームスプリッタ32,第２ビー
ムスプリッタ33を介して被検体２へ直進する照射光とな
って、レンズ34により光ファイバー35へ集光して入射す
る一方、第１ビームスプリッタ32は、パルス光を後述す
る光シャッタの開閉タイミングと、前記ストリークカメ
ラ29の測定開始のタイミングとを取る基準光に分光す
る。前記光ファイバー35は、駆動装置36により第６図中
に示すY,Z方向（２次元方向）に動くようになってお
り、光ファイバー35を経た照射光は、被検体２を走査す
るようになっている。走査された照射光が被検体２で反
射し、反射光となって第２ビームスプリッタ33へ戻って
反射し、例えば、カーシャッタなどの光シャッタ37を介
して、前記ストリークカメラ29へ入射するようになって
いる。一方、第１ビームスプリッタ32が分光した基準光
は、フォトダイオード38で電気信号に変換され、前記光
シャッタ36の開閉、前記ストリークカメラ29、及び前記
駆動装置36の制御を行う可変手段としての制御装置39に
出力するようになっている。また、ストリークカメラ29
は、走査された反射光を時間分解的に検出した信号をコ
ンピュータ等からなる信号処理部40へ出力し、信号処理
部40は、検出信号を基に、解析・処理し、被検体２の断
層画像を信号としてモニタ41へ出力するようになってい
る。そしてモニタ41は、被検体２の内部情報である断層
画像を表示するようになっている。

この構成で、Nd:YAGレーザ31からのパルスレーザ光
は、第１ビームスプリッタ32,第２ビームスプリッタ3
3、レンズ34及び光ファイバー35を通過して被検体２へ
照射光される。光ファイバー35は、駆動装置36により２
次元的に駆動され、光ファイバー35が出射する照射光
は、被検体２を走査する。走査された照射光は、被検体
２の各深さに応じて、時間的な遅れを有する反射光とな
って、第２ビームスプリッタ33へ戻り反射し、光シャッ
タ37を介して、前記ストリークカメラ29へ入射する。こ
のとき、被検体２の表面で反射した強い光強度を有する
反射光は、制御装置39により開閉制御される光シャッタ
37が閉じているので、遮蔽される。後続する被検体２の
内部で反射した光が到達するタイミングで、光シャッタ
37が開くと共に、被検体２の深さに応じて、次第にスト
リークカメラ29の検出感度を例えば、指数関数的に増大
させると、被検体２の深部からの反射光もS/N比のよい
信号として時間分解的に検出される。そして、ストリー
クカメラ29の検出信号を基に、信号処理部40は、コンピ
ュータ等により解析・処理し、被検体２の断層画像を信
号としてモニタ41へ出力し、モニタ41は被検体２の内部
情報である断層画像を表示する。

この実施例では、制御装置39は、被検体２の表面で反
射した強い光強度を有する反射光の到達するタイミング
で、光シャッタ37を閉じ、後続する被検体２の内部で反
射した光が到達するタイミングで光シャッタ37を解放
し、かつストリークカメラ29の検出感度を可変できるの
で、被検体２の深部からの反射光もS/N比のよい信号と
して時間分解的に検出する一方応、駆動信号36により光
ファイバー35を動かして走査光を照射しているので、鮮
明な断層画像を得ることができる。その他構成及び作用
効果は、第１実施例と同様で、説明を省略する。

第７図ないし第11図は本発明の第３実施例に係り、第
７図はレンズ位置を変化させる被検体内部情報観察装置
の概略を示す構成図、第８図は第７図の被検体内部情報
観察装置の測定原理を示す説明図、第９図は第７図の被
検体内部情報観察装置装置の具体的な構成図、第10図は
散乱光の抑制手段に関する説明図、第11図は第10図と異
なる散乱光の抑制手段に関する説明図である。

第７図には、本実施例の被検体内部情報観察装置45の
概略構成を示している。

本実施例では、第１実施例ないし第２実施例が時間分
解検出手段の検出感度を被検体２の深さに応じて可変し
たのに対し、レンズ系の位置を可変することにより、あ
る特定の被検体２の深さに応じた反射光だけをよりよく
検出するための被検体内部情報観察装置である。

被検体内部情報観察装置45は、被検体２へ数百フェム
ト〜数ピコ秒程度の光パルスを照射する光照射手段とし
ての光パルス発生装置46と、光パルス発生装置46の光軸
上に配設されているビームスプリッタ47と、ビームスプ
リッタ47を経て直進する照射光が被検体２で反射した反
射光を平行光にするレンズ系を構成する集光レンズ48
と、前記光軸上のビームスプリッタ47に対して90度の位
置に配置され、集光レンズ48及びビームスプリッタ47を
経て、戻ってくる被検体２からの反射光をレンズ49を介
して入射する、時間分解手段としての時間分解測定装置
50と、前記集光レンズ48を前記光軸方向に前後動させ
て、反射光の検出効率を高めるための可変手段としての
駆動装置51と、前記時間分解測定装置50の検出タイミン
グを任意の時間で可変すると共に、駆動装置51を駆動・
制御する制御装置52と、時間分解測定装置50の出力信号
を被検体内部情報として画像信号に変換する信号処理装
置53とを備えている。モニタ８は前記信号処理装置53の
画像信号により、被検体２の内部情報を表示するように
なっている。

本実施例の被検体内部情報観察装置45の動作について
説明する。

光パルス発生装置46は、数百フェムト〜数ピコ秒程度
の光パルスをビームスプリッタ47、集光レンズ48を介し
て、被検体２へ照射する。この照射光は、被検体２の表
面から体内深部の各深さで反射し、それぞれ時間差をも
ったパルス光が重畳している反射光となる。一方、集光
レンズ48には、光パルス発生装置46からの照射パルス光
がスポット状に絞り込まれて入射してくる。

ここで、第８図に示すように、光パルス発生装置46か
らの照射パルス光は、空気（屈折率n₀）から被検体２の
境界面R₁（屈折率n₁）で反射し、その反射角θ_１とな
る。このままでは、反射角θ_１の反射光は検出できない
が、例えば、集光レンズ48がx₁に位置する場合には、集
光レンズ48により平行光となって、時間分解測定装置50
で検出される。

また、照射パルス光は境界面R₂（屈折率n₂）で反射
し、その反射角θ_２がとなる。このままでは、反射角θ
_２の反射光は検出できるないが、例えば、集光レンズ48
がx₂に位置する場合には、集光レンズ48により平行光と
なって、時間分解測定装置50で検出される。そこで、境
界面R₁,R₂で反射した光、あるいは、被検体２の任意の
深さで反射した光を検出する場合、集光レンズ48の位置
を可変することにより平行光にできるので、集光レンズ
48の焦点距離で反射した光を最も効率よく時間分解測定
装置50へ導くことができる。従って、集光レンズ48の焦
点距離が、被検体２の目的とする観察部位へ設定するよ
う、制御装置52により位置制御すれば、被検体２の任意
の深さで反射した光が特に（他の位置からの光に比較し
て）強調され、時間分解測定時間50により検出すること
ができる。

尚、反射光の検出可能な角度θは、集光レンズ48の開
口率で決まるので、開口率が大きければ、時間分解測定
装置50の検出感度は、結果的に高くなる。

そして、制御装置52は、集光レンズ48の焦点距離から
の強調された反射光の入射タイミングに合わせて、時間
分解測定装置50の検出タイミングを制御し、時間分解測
定装置50は目的位置からの反射光だけを検出する。これ
を被検体２の各深さで行えば、信号処理装置53は、得ら
れた信号を基に、被検体２の内部情報をモニタ８を介し
て表示する。

第９図には、本実施例の具体的な構成例として、被検
体内部情報観察装置54を示している。

この被検体内部情報観察装置54は、光照射手段として
の例えば、ピコ秒単位のパルスレーザ光を発振するNd:Y
AGレーザ55を設け、Nd:YAGレーザ55からのパルスレーザ
光を導くレンズ56及び第１光ファイバー57を有し、さら
に第１光ファイバー57の出射端からのパルスレーザ光を
被検体２へ走査光として照射するための走査装置58を備
えている。

また、被検体内部情報観察装置54は、前記走査装置58
を経てくる被検体２からの反射光を導く第２光ファイバ
ー59と、走査装置58を経たNd:YAGレーザ55からの参照光
を導く第３光ファイバー60と、第２光ファイバー59から
の反射光、及び第３光ファイバー60からの参照光を集光
するレンズ61と、レンズ61により合焦した反射光及び参
照光を入射して第２高調波を発生する非線形光学結晶と
してのKDP62と、第２高調波だけを通す光学フィルタ63
と、光学フィルタ63を通過した第２高調波を検出する光
電子増倍管（PMT）64と、光電子増倍管64の出力信号を
増幅するロックインアンプ65とを備えている。尚、時間
分解検出手段は、レンズ61、KDP62、光学フィルタ63、
光電子増倍管（PMT）64、及びロックインアンプ65から
構成される。

さらに、被検体内部情報観察装置54は、前記ロックイ
ンアンプ65の出力信号を解析・処理するコンピュータ等
からなり、被検体２の断層画像及び３次元画像に変換す
る信号処理装置66と、前記走査装置58を３次元的（X,Y,
Z）に移動させる可変手段としての駆動装置67と、駆動
装置67の位置制御、及び前記信号処理装置66へ走査装置
58の位置情報を手段する制御装置68とを備え、モニタ８
は、信号処理装置66の出力信号を受けて被検体２の断層
画像及び３次元画像を表示するようになっている。

前記走査装置58は、第１光ファイバー57の出射端から
の光パルスレーザ光を被検体２へ導く第１レンズ69、第
１ビームスプリッタ70、第２ビームスプリッタ71、及び
集光レンズ72を有し、集光レンズ72が被検体２からの反
射光を平行にした光を第２ビームスプリッタ71を介し
て、前記第２光ファイバー59の入射端へ導く第２レンズ
73と、前記Nd:YAGレーザ55からのパルスレーザ光を第１
ビームスプリッタ70が分光した参照光を前記第３光ファ
イバー59の入射端へ導く第３レンズ74と、前記駆動装置
67により駆動されて、前記集光レンズ72等の光学系を第
９図中のX,Y,Z方向へ移動可能とするXYZステージ58aと
を備えている。

尚、前記ビームスプリッタ70で分光した光のうち、集
光レンズ72の焦点距離で反射した反射光が前記レンズ61
へ入射するまでの光路長と、ビームスプリッタ70から参
照光となってレンズ61へ入射するまでの光路長とが、等
しくなるように常に調整されている。

この構成で、Nd:YAGレーザ55が出射したピコ秒単位の
パルスレーザ光は、レンズ56、第１光ファイバー57、第
１ビームスプリッタ70、第２ビームスプリッタ71、及び
集光レンズ72を経て、被検体２へ照射される。被検体２
で反射した反射光は、再び集光レンズ72を経て第２ビー
ムスプリッタ71、第２レンズ73、及び第２光ファイバー
60を経て反射光としてレンズ61へ入射する。入射する反
射光は、集光レンズ72の焦点距離からの反射光が強調さ
れた光である。

一方、第１ビームスプリッタ70で分光された参照光
は、第３レンズ74、第３光ファイバー60を経て前記レン
ズ61へ入射する。

この反射光と参照光とがKDP62及び光学フィルタ63を
介して、前述した第４図の装置と同様の動作原理により
光電子増倍管64が時間分解的に、被検体２からの反射光
を検出し、光電子増倍管64の出力信号をロックインアン
プ65は、増幅して信号処理装置66へ出力する。

そして、駆動装置67は、XYZステージ58aをＸ方向（被
検体２の深さ方向）に移動して、集光レンズ72の焦点距
離を可変すると共に、XYZステージ58aをYZ方向に移動し
て、集光レンズ72からのパルスレーザ光を走査する。従
って、信号処理装置66は、光電子増倍管64が次々と検出
する信号を解析・処理して被検体２内部の情報を断層画
像あるいは３次元画像に処理して、モニタ８が表示す
る。

この実施例では、集光レンズ72の焦点距離が、被検体
２の目的とする観察部位へ設定するよう、駆動装置67が
駆動するので、被検体２の任意の深さで反射した光が集
光レンズ72の開口率に比例して特によく（他の位置から
の光に比較して）導光されて強調されるので、目的の深
さの情報を効率よく光電子増倍管64により検出すること
ができると共に、パルスレーザ光が被検体２へ走査光と
なって照射されるので、被検体２内部の情報を断層画像
及び３次元画像として表示できる。

ところで、生体組織のような被検体に光を照射した場
合、組織細胞などにより光の一部は散乱してしまうの
で、こうした散乱光成分により検出される光の空間分解
能は劣化してしまう。そこで、光の散乱光を適正に抑制
する手段として、コリメータによる入射光を空間的に抑
制して、検出する手法が考えられている。第10図には、
入射光の空間的な抑制手法を用いた装置を示している。

この装置は、光パルス発生装置からのパルス光を反射
するビームスプリッタ80と、ビームスプリッタ80を経て
被検体２へ照射されたパルス光が、被検体２で反射して
再びビームスプリッタ80を通過した反射光のうち、散乱
成分だけを抑制するコリメータ81と、コリメータ81から
の反射光を検出する検出器82とを備えて、前記コリメー
タ81は、被検体２からの反射光を集光するレンズ83（例
えば、倍率が10倍）と、レンズ83の焦点距離に配設され
て、レンズ83で集光された反射光のうち散乱成分を抑制
するピンホール84（例えば、ホールの直径50μｍ程度
で、但しレンズの倍率により変化する）とから構成され
ている。

この構成で、被検体２からの反射光のうち散乱成分光
は、ほとんどが光軸に対して平行な光ではないので、ピ
ンホール84により抑制され、被検体２からの直進成分光
だけがピンホール84を通過していく。検出器８は、直進
成分光だけを検出できる。

第11図には、第10図の装置にさらに集光レンズ85を設
け、被検体２からの反射光の反射角を考慮し、ビームス
プリッタ80及びピンホール84の光軸に対して平行でない
反射光も検出できるようにしている。

前記ビームスプリッタ80とレンズ83の間に配設された
レンズ85は、第11図中の点線で示す前記光軸に対して平
行でない光も、このレンズ85の焦点距離からの反射光で
あれば平行光とし、レンズ83を介して、ピンホール84を
通過し、検出器82により検出できる。また、それ以外の
位置からの反射光は、ピンホール84により抑制され検出
されることがない。

第10図または第11図の装置を第１実施例ないし第３実
施例、及び変形例の前記時間分解測定装置の前段等に配
設すれば、空間的に散乱成分を抑制することができ、被
検体２の内部情報をより高感度に検出できる。

尚、第１実施例、変形例または第２実施例、並びに第
３実施例とを組み合わせることにより、例えば、焦点レ
ンズの焦点距離からの反射光に対して、時間分解測定装
置の検出感度を可変して検出すれば、更に高感度の内部
情報を検出できる。

また、被検体としては生体を取り上げたが、本発明
は、生体以外の検査対象にも適用できる。

［発明の効果］ 前述したように本発明によれば、光照射手段が照射し
た光が被検体内で反射光となり、この反射光を時間分解
検出手段が検出する際、被検体の深さに応じて時間分解
検出手段の検出感度を可変手段により可変するか、ある
いは被検体の深さに応じて被検体の観察部位からの反射
光が平行となるように可変手段によりレンズ系の位置を
可変するか、少なくのとも一方の可変手段を用いること
により、時間分解検出手段が時間分解的に被検体からの
反射光を検出するので、被検体の深さによる光強度の強
弱の影響を受けず高精度で、S/N比が良く、被検体の目
的とする観察部位における被検体内部情報がさらに効率
良く検出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は被検体内部情報観察装置の概略を示す構成図、第２
図は被検体内部情報観察装置の信号処理を示す説明図、
第３図は時間分解測定装置の感度を示す特性図、第４図
は第１図の被検体内部情報観察装置装置の具体的な構成
図、第５図は第１実施例の変形例を示す構成図、第６図
は本発明の第２実施例に係る構成図、第７図ないし第11
図は本発明の第３実施例に係り、第７図はレンズ位置を
変化させる被検体内部情報観察装置の概略を示す構成
図、第８図は第７図の被検体内部情報観察装置の測定原
理を示す説明図、第９図は第７図の被検体内部情報観察
装置装置の具体的な構成図、第10図は散乱光の抑制手段
に関する説明図、第11図は第10図と異なる散乱光の抑制
手段に関する説明図である。 １……被検体内部情報観察装置、２……被検体 ３……光パルス発生装置、４……ビームスプリッタ ５……時間分解測定装置、６……制御装置 ７……信号処理装置

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検体の内部を観察するための光を照射す
   る光照射手段と、 光路長の変更のために移動可能な可動部を有し、前記光
   照射手段の光を前記被検体に照射して得られる前記被検
   体の観察部位の深さ方向の反射光を取り出す光学系と、 前記光学系によって得られる前記反射光を検出する反射
   光検出手段と、 前記反射光検出手段の出力を増幅する増幅手段と、 前記光学系の前記可動部を駆動する駆動手段と、 前記駆動手段を制御して前記光路長を変更するとともに
   前記増幅手段の増幅率を変更する制御手段と、 を備えたことを特徴とする被検体内部情報観察装置。
2. 【請求項２】被検体の内部を観察するための光を照射す
   る光照射手段と、 前記被検体の観察部位の所望の深さに焦点を合わせると
   ともに、前記観察部位の所望の深さに応じて前記焦点の
   位置を変化させることが可能なレンズ系を有する焦点可
   変手段を有し、前記照射手段の照射光によって得られる
   反射光を取り出す光学系と、 前記光学系によって得られる前記反射光を検出する反射
   光検出手段と、 前記反射光検出手段の出力を増幅する増幅手段と、 前記焦点可変手段を駆動する駆動手段と、 前記駆動手段を制御して前記焦点の位置を変化させると
   ともに前記増幅手段の増幅率を変更する制御手段と、 を備えたことを特徴とする被検体内部情報観察装置。
3. 【請求項３】被検体の内部を観察するための光を照射す
   る光照射手段と、 前記被検体の観察部位の深さに応じて前記光照射手段の
   照射光によって得られる反射光を検出する反射光検出手
   段と、 前記反射光を前記反射光検出手段に導く第１の光路と、 前記光照射手段の光を前記反射光検出手段に導く第２の
   光路と、 前記反射光検出手段に設けられ、前記第１の光路からの
   出射光と前記第２の光路の出射光から前記第１の光路の
   出射光の中の前記被検体の所望の観察部位の深さからの
   反射光に関する光成分を導出する導出手段と、 前記被検体の所望の観察部位の深さに応じて前記第２の
   光路の光路長を変える光路長変更手段と、 前記反射光検出手段の出力を増幅する増幅手段と、 前記光路長変更手段を駆動する駆動手段と、 前記駆動手段を制御して前記第２の光路の光路長を変え
   るとともに前記増幅手段の増幅率を変更する制御手段
   と、 を備えたことを特徴とする被検体内部情報観察装置。
4. 【請求項４】被検体の内部を観察するための光を照射す
   る光照射手段と、 移動可能な可動部を有し、前記光照射手段の光を前記被
   検体に照射して得られる前記被検体の観察部位の深さ方
   向の反射光を取り出す光学系と、 前記光学系によって得られる前記反射光を検出する反射
   光検出手段と、 前記反射光検出手段の前段に設けられ、この反射光検出
   手段に入射される光の強さを可変する検出感度可変手段
   と、 前記光学系の前記可動部を駆動する駆動手段と、 前記駆動手段を制御するとともに前記検出感度可変手段
   を制御してこの検出感度可変手段から前記反射光検出手
   段に出力される光の強さを変更する制御手段と、 を備えたことを特徴とする被検体内部情報観察装置。