JP3322953B2 - Blood flow distribution measurement device - Google Patents

Blood flow distribution measurement device

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JP3322953B2
JP3322953B2 JP24726493A JP24726493A JP3322953B2 JP 3322953 B2 JP3322953 B2 JP 3322953B2 JP 24726493 A JP24726493 A JP 24726493A JP 24726493 A JP24726493 A JP 24726493A JP 3322953 B2 JP3322953 B2 JP 3322953B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は血流分布測定装置、特に
生体にレーザー光を照射し、その反射光を受光して血流
測定を行なう血流分布測定装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a blood flow distribution measuring device, and more particularly to a blood flow distribution measuring device which irradiates a living body with laser light and receives reflected light to measure blood flow.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、皮膚血流を測定する方法には、水
素クリアランス法による測定や、レーザー血流計による
測定が存在し、形成外科や皮膚科などの領域で微小循環
動態の計測に使用されている。なかでも、レーザー血流
計は、レーザー光を皮膚に照射して皮膚内を循環する赤
血球からの散乱光をファイバ系などの光学系で受光し
て、受光素子で散乱光強度を電気信号に変換し、更にこ
の散乱光強度の大きさや時間変動から皮膚の血流速や血
流量を測定するもので、測定が非侵襲に行えるという特
徴がある。
2. Description of the Related Art At present, there are two methods for measuring skin blood flow, the hydrogen clearance method and the laser blood flow meter, which are used to measure microcirculation dynamics in plastic surgery and dermatology. Have been. Above all, a laser blood flow meter irradiates the skin with laser light, receives scattered light from red blood cells circulating in the skin with an optical system such as a fiber system, and converts the scattered light intensity into an electric signal with a light receiving element. Further, the blood flow velocity and the blood flow rate of the skin are measured from the magnitude of the scattered light intensity and the time variation, and the measurement can be performed non-invasively.

【0003】こうしたレーザー血流計は、構成の面から
見ると、1点計測を行う構成のものと、2次元計測を行
う構成とに大別できる。1点計測装置では、レーザー光
源からのレーザー光は光ファイバで測定部位まで導か
れ、また、生体からの散乱光も光ファイバによって受光
素子に導かれて光電変換される。血流量は測定部を流れ
る血液の速さと量から成る値であるが、こうしたレーザ
ー血流計では、生体からの散乱光強度の周波数と大きさ
を解析して、散乱光強度の周波数領域における高域への
広がりの程度から血流速を、信号の大きさから血液量に
相当する値を求め、両者の積から血流量に相当する値を
得ている。この構成は、測定した生体からの散乱光強度
の低周波から高周波までの全周波数帯域から、血流情報
を導きだそうという概念に成り立っている。
[0003] Such a laser blood flow meter can be roughly classified into a configuration for performing one-point measurement and a configuration for performing two-dimensional measurement in terms of configuration. In the one-point measuring device, laser light from a laser light source is guided to a measurement site by an optical fiber, and scattered light from a living body is also guided to a light receiving element by an optical fiber to be photoelectrically converted. The blood flow rate is a value composed of the speed and volume of blood flowing through the measurement unit. However, such a laser blood flow meter analyzes the frequency and magnitude of the scattered light intensity from the living body and obtains a high value in the frequency range of the scattered light intensity. The blood flow velocity is obtained from the degree of spread to the area, the value corresponding to the blood volume is obtained from the magnitude of the signal, and the value corresponding to the blood flow is obtained from the product of the two. This configuration is based on the concept that blood flow information is derived from the entire frequency band from low frequency to high frequency of the scattered light intensity measured from the living body.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一方、非接触に2次元
の血流分布を得る装置として図4に示すような構成が知
られている。図4において、符号47は穴開きミラーで
あり、レーザー光源48からのレーザービーム49は穴
開きミラー47の穴50を通過し、レンズ51を介し
て、偏向ミラー52の矢印54または55方向の回転で
生体表面53上での位置を選択して照射される。
On the other hand, a configuration as shown in FIG. 4 is known as a device for obtaining a two-dimensional blood flow distribution in a non-contact manner. In FIG. 4, reference numeral 47 denotes a perforated mirror, and a laser beam 49 from a laser light source 48 passes through a hole 50 of the perforated mirror 47, and rotates the deflecting mirror 52 in the direction of the arrow 54 or 55 via the lens 51. Is used to select a position on the living body surface 53 and irradiate.

【0005】そして、測定点からの散乱光は偏向ミラー
52からレンズ51とレンズ56で受光素子57に結像
される。
[0005] The scattered light from the measurement point is imaged on the light receiving element 57 from the deflection mirror 52 by the lens 51 and the lens 56.

【0006】受光素子57では散乱光強度を光電変換
し、更に血流情報を持った交流信号だけを増幅後に周波
数解析して測定点での血流情報が求められる。散乱光の
測定は偏向ミラー52が停止している間に行われる。こ
の測定点を格子状に移動、停止、測定という過程で繰り
返すことで、血流の平面的な分布が測定できる。
The light receiving element 57 photoelectrically converts the scattered light intensity, amplifies only an AC signal having blood flow information, and analyzes the frequency to obtain blood flow information at a measurement point. The measurement of the scattered light is performed while the deflection mirror 52 is stopped. By repeating these measurement points in a grid-like process of moving, stopping, and measuring, the planar distribution of blood flow can be measured.

【0007】この方法では、散乱光強度の測定を各測定
点において静止して行っているので、生体からの全周波
数帯域の散乱光強度を測定できる。従って、従来の1点
を対象としたレーザー血流計と同じように、血流速と血
液量を求めることができ、血流量の2次元分布が表示で
きる。
In this method, the intensity of the scattered light is measured at each measurement point at a standstill, so that the intensity of the scattered light from the living body in all frequency bands can be measured. Therefore, the blood flow velocity and the blood volume can be obtained, and the two-dimensional distribution of the blood flow can be displayed, similarly to the conventional one-point laser blood flow meter.

【0008】しかし、こうした偏向ミラー52のような
機械的な手段で照射光の位置を2次元走査させる方法で
は、以下のような2つの測定に無用な測定待ち時間を必
要とする。第1は偏向ミラー52のもつ慣性モーメント
の問題である。1つ前の測定点から、次の測定点に照射
光を移動して停止した場合、ミラーのもつ慣性モーメン
トのために振動が生じ、完全に静止するまで時間を要す
る。一方、散乱光を受光する間はミラーが静止していな
ければ測定が行えないので、各測定点毎に偏向ミラー5
2が完全に静止するまでの待ち時間を必要とする。
However, in the method in which the position of the irradiation light is two-dimensionally scanned by a mechanical means such as the deflection mirror 52, unnecessary measurement waiting time is required for the following two measurements. The first is the problem of the moment of inertia of the deflecting mirror 52. When the irradiation light is moved from the previous measurement point to the next measurement point and stopped, vibration occurs due to the moment of inertia of the mirror, and it takes time to completely stop. On the other hand, while the scattered light is received, measurement cannot be performed unless the mirror is stationary.
2 needs a waiting time to completely stop.

【0009】今、この待ち時間の重要性を示すために、
測定時間と待ち時間とを比較すると、偏向ミラーとして
よく使用されているガルバノスキャナーミラーの場合、
停止時の振動が減衰して収まる時間はおよそ数msであ
ることが知られており、この時間を5msとする。
Now, to show the importance of this waiting time,
Comparing the measurement time and the waiting time, the galvano scanner mirror, which is often used as a deflection mirror,
It is known that the time during which the vibration at the time of stopping is attenuated and settles is about several ms, and this time is set to 5 ms.

【0010】また、1点の測定に必要な時間は、生体か
らの血流情報をもった散乱光強度の周波数帯域は数百H
z以上であり、今、これを500Hz以上であるとする
と、およそ2msとなる。測定周波数帯域を更に低域に
広げようとすると、この測定に必要な時間はより長くな
る。従って、1点での測定時間は待ち時間と測定時間合
計であり、7msとなる。即ち測定時間の5/7は、血
流情報の取得に関しては全くの無駄な時間となってしま
う。
[0010] The time required for one point measurement is several hundred H in the frequency band of the scattered light intensity containing blood flow information from the living body.
z or more, and if this is 500 Hz or more, it takes about 2 ms. If the measurement frequency band is further extended to a lower frequency band, the time required for this measurement becomes longer. Therefore, the measurement time at one point is the sum of the waiting time and the measurement time, which is 7 ms. That is, 5/7 of the measurement time is a completely useless time for acquiring blood flow information.

【0011】第2の問題点は生体からの散乱光を光電変
換素子で電気信号に変換した後に必要となる交流増幅の
段階で、電気的な振動が発生することである。即ち、交
流増幅するときの電気的なハイパスフィルタによって、
照射光が測定点から測定点に移動するときの光量変動が
微分波形として現れることである。この信号が減衰して
収まる時間を待つ時間が測定に無用なロス時間になる場
合がある。この時間が、先の測定時間の見積に加わるこ
とで、さらに、時間的に効率の悪い測定となってしま
う。
A second problem is that electric vibration is generated at the stage of AC amplification necessary after converting scattered light from a living body into an electric signal by a photoelectric conversion element. That is, by the electric high-pass filter at the time of AC amplification,
The change in light quantity when the irradiation light moves from the measurement point to the measurement point appears as a differential waveform. The time to wait for the signal to attenuate and settle may become a useless loss time for measurement. Since this time is added to the estimation of the measurement time, the measurement becomes more inefficient in terms of time.

【0012】また、2次元計測装置としては、特公平5-
28133号に記載のような非接触で多点の測定点において
血流測定を行なう血流装置が存在する。図5に特公平5-
28133号に記載の装置を示す。図5において、光源(不
図示)からのレーザービーム40はシリンドリカルレン
ズ41でシート光束となり、偏向ミラー42を介して生
体表面43に照射される。生体からの散乱光をレンズ4
4により結像し、シート光の長手方向と同じ方向に画素
の配列方向がある受光素子列45で散乱光を受光する。
As a two-dimensional measuring device, Japanese Patent Publication No.
There is a blood flow device that performs blood flow measurement at multiple measurement points in a non-contact manner as described in Japanese Patent No. 28133. Fig. 5
2 shows the device described in No. 28133. In FIG. 5, a laser beam 40 from a light source (not shown) is converted into a sheet light beam by a cylindrical lens 41, and is applied to a living body surface 43 via a deflection mirror 42. The scattered light from the living body is converted to lens
4 and the scattered light is received by the light receiving element array 45 having the pixel arrangement direction in the same direction as the longitudinal direction of the sheet light.

【0013】そして、各画素で時刻tにおける散乱光強
度信号を測定し、かつその結果を時刻t+Δtにおける
信号強度と比較して、この信号の変化を血流の活性に対
応する値とし、この値を照射部位に対応させて血流分布
として表示する。
Then, a scattered light intensity signal at time t is measured at each pixel, and the result is compared with the signal intensity at time t + Δt, and a change in this signal is set as a value corresponding to the activity of blood flow. Is displayed as a blood flow distribution in correspondence with the irradiation site.

【0014】このままでは、1ラインの測定であるの
で、平面の分布を測定するため、測定対象を移動する代
わりに、偏向ミラー42を矢印46のように回転させる
ことでシート光の長手方向に対して垂直な方向に測定ラ
インを移動させる。この装置では各点での血流に対応し
た値が簡単に求められるので、その分、1つの血流分布
画面を構成する画素数を多くできるという特徴がある。
この構成では、受光素子として、CCD素子のように画
素数が密であるが、出力信号が連続的出力でない時分割
出力される素子を使用することができるので、その点か
らも画素の密な血流画像が測定できる。
In this state, since the measurement is performed on one line, the deflection mirror 42 is rotated as indicated by an arrow 46 instead of moving the object to be measured in order to measure the distribution of the plane, so that the measurement is performed in the longitudinal direction of the sheet light. To move the measurement line in the vertical direction. In this apparatus, since a value corresponding to the blood flow at each point can be easily obtained, there is a feature that the number of pixels constituting one blood flow distribution screen can be increased accordingly.
In this configuration, although the number of pixels is small as a light receiving element, such as a CCD element, an element that outputs a time-division output signal that is not a continuous output can be used. Blood flow images can be measured.

【0015】特公平5-28133号に記載の装置は、1点計
測と比較して2次元という膨大な情報を扱うために、各
画素すなわち各測定点での血流情報を簡単に取得するよ
う考慮されている。
The apparatus described in Japanese Patent Publication No. Hei 5-28133 handles enormous information of two dimensions as compared with one-point measurement, so that blood flow information at each pixel, that is, at each measurement point can be easily obtained. Is considered.

【0016】特公平5-28133号では、各測定点において
一定の時間間隔で前後2回の散乱光の測定を行って、こ
の2回の測定値の変化の大きさから、測定点での血流の
「活性度」を求めている。
In Japanese Patent Publication No. 5-28133, scattered light is measured twice before and after at a certain time interval at each measurement point, and the magnitude of the change in the two measurements is used to determine the blood at the measurement point. We want the "activity" of the flow.

【0017】このような2回の測定値の変化を取得する
方法により、解析部の負担が非常に軽減されるので、画
素数の大きな血流状態の分布を表示することができる。
With such a method of acquiring the change of the measurement value twice, the load on the analysis unit is greatly reduced, and thus the distribution of the blood flow state having a large number of pixels can be displayed.

【0018】しかし、この方法は、前述の1点計測装
置、あるいはこれを基本とする図4の装置とは異なり、
ある一部の周波数成分のみから血流状態の測定を行おう
という概念に立ったものであり、このため出力は血流の
「活性度」として表現される値の2次元分布であり、従
って、前述の1点計測装置、あるいはこれを基本とする
図4の装置の出力する血流相当値とは異なり、精密な測
定値ではなく、簡易測定値が出力されるものであること
を理解した上で測定結果を評価しなければならない。
However, this method is different from the one-point measuring device described above or the device shown in FIG.
It is based on the concept of measuring the state of blood flow from only certain frequency components, so that the output is a two-dimensional distribution of values expressed as "activity" of the blood flow, Unlike the one-point measurement device described above or the blood flow equivalent value output by the device of FIG. 4 based on this, it is understood that a simple measurement value is output instead of a precise measurement value. Must evaluate the measurement results.

【0019】本発明は、図4に示したような1点計測を
繰り返す構成と同様に、血流量を精密に2次元測定する
装置において、より短時間での測定を実現することを課
題とするもので、偏向ミラーの慣性モーメントによる無
駄な時間を省いて血流分布を測定するものである。
An object of the present invention is to realize a measurement in a shorter time in an apparatus for precisely and two-dimensionally measuring a blood flow rate, similarly to the configuration in which one-point measurement is repeated as shown in FIG. The blood flow distribution is measured without wasting time due to the moment of inertia of the deflecting mirror.

【0020】この慣性モーメントによる偏向ミラーの振
動の時間を短縮する方法としては、偏向ミラーの慣性モ
ーメントを小さくすることも考えられるが、本発明で
は、この偏向ミラー自体の使用を少なくとも1軸の走査
に関して無用とすることで根本的に対処する構成を採用
する。
As a method of shortening the vibration time of the deflecting mirror due to the moment of inertia, it is conceivable to reduce the moment of inertia of the deflecting mirror. However, in the present invention, the use of the deflecting mirror itself is limited to at least one axis scanning. A configuration that basically addresses the problem by making it unnecessary is adopted.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明においては、レーザー光を広げて測定を受
ける生体表面に照射する照射手段と、この照射手段の照
射面に共役な像点の像が受光面に結像するように構成さ
れ、しかも少なくとも前記照射手段の光学系の一部の光
学素子を共用する受光光学系と、照射光軸および受光光
軸を共通して生体表面上で1軸を中心として走査する手
段と、前記受光面、すなわち、前記照射面に共役な像面
に複数の受光素子が配列された受光素子列と、各受光素
子列の信号を交流増幅する手段と、前記の各交流増幅す
る手段からそれぞれ独立して出力信号を選択する手段
と、前記選択した受光素子出力信号の時系列信号に基づ
き生体の多数点の血流情報を計測する解析手段からなる
構成を採用した。
In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, an irradiation means for expanding a laser beam and irradiating the surface of a living body to be measured with an image conjugate to an irradiation surface of the irradiation means is provided. A light receiving optical system configured to form an image of a point on a light receiving surface and sharing at least a part of an optical element of the optical system of the irradiating means, and an irradiation optical axis and a light receiving optical axis in common Means for scanning around one axis above, a light receiving element array in which a plurality of light receiving elements are arranged on the light receiving surface, that is, an image plane conjugate to the irradiation surface, and amplifying a signal of each light receiving element row by AC. Means, means for independently selecting an output signal from each of the AC amplifying means, and analysis means for measuring blood flow information at multiple points of a living body based on a time-series signal of the selected light-receiving element output signal. Configuration was adopted.

【0022】[0022]

【作用】以上の構成によれば、2次元走査の少なくとも
1軸に関しては、受光素子列の各素子の出力信号を選択
することにより電気的に行なうことができるので、測定
時間を短縮することができる。
According to the above arrangement, at least one axis of the two-dimensional scanning can be electrically performed by selecting the output signal of each element of the light receiving element array, so that the measurement time can be reduced. it can.

【0023】[0023]

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を
詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

【0024】本発明では、図4の構成において2軸の偏
向ミラーを使用する代わりに、測定面に対して共役な位
置に受光素子列を設置し、少なくとも1軸の偏向ミラー
のみで2次元走査を行なう。
In the present invention, instead of using a two-axis deflecting mirror in the configuration of FIG. 4, a light receiving element array is provided at a position conjugate to the measurement surface, and two-dimensional scanning is performed using only at least one axis of the deflecting mirror. Perform

【0025】このとき、図5の装置と同様に、照射光の
光束はシート光束あるいは面光束として、測定点の移動
は測定信号を得る受光素子列中の素子を順次指定するこ
とで行う。ただし、後述のように、図5の装置とは異な
り、生体からの散乱光を光電変換する受光素子列を測定
対象に対して光学的に共役な位置に置くようにしてあ
り、この光学系を用いないと、上述の受光素子の選択が
成り立たない。
At this time, similarly to the apparatus shown in FIG. 5, the luminous flux of the irradiation light is a sheet luminous flux or a plane luminous flux, and the measurement point is moved by sequentially designating the elements in the light receiving element array for obtaining the measurement signal. However, as will be described later, unlike the apparatus of FIG. 5, a light receiving element array for photoelectrically converting scattered light from a living body is arranged at a position optically conjugate to a measurement object. If not used, the above-mentioned selection of the light receiving element cannot be established.

【0026】また、図5のCCDを用いる構成とは異な
り、各受光素子からの信号は独立した信号処理系で並列
に増幅され、所望のタイミングで所望の素子の出力を選
択できるようにしてある。
Unlike the configuration using the CCD shown in FIG. 5, the signals from the respective light receiving elements are amplified in parallel by independent signal processing systems so that the output of a desired element can be selected at a desired timing. .

【0027】このような構成により、図4のように機械
的に照射光を移動するという発想とは異なり、受光素子
列の各素子からの画素信号の電気的な切り換えを行うこ
とで、着目する素子の信号を選び、2次元分布を測定す
るものであり、各測定点での生体からの全周波数帯域の
散乱光強度を測定でき、更に、照射光を機械的に動かす
ことによる測定時間の無駄を解消することができる。
Unlike the idea of mechanically moving the irradiation light as shown in FIG. 4 with such a configuration, attention is focused on by electrically switching pixel signals from each element of the light receiving element array. Selects the signal of the element and measures the two-dimensional distribution. It can measure the intensity of scattered light from the living body in all frequency bands at each measurement point, and wastes measurement time by moving the irradiation light mechanically. Can be eliminated.

【0028】本装置では対象に広げたレーザー光を照射
し、生体からの散乱光を複数の画素からなる受光素子で
測定するが、各受光素子からの信号は独立に増幅、処理
ができ、信号を取り出す素子を指定することで特定の位
置の信号を取り出し、解析することができる構成となっ
ている。また、受光素子列からの散乱光強度を並列に測
定することも可能で、測定を更に短時間に行うことがで
きる。
This apparatus irradiates an expanded laser beam to an object and measures scattered light from a living body with a light receiving element composed of a plurality of pixels. The signal from each light receiving element can be independently amplified and processed, and the signal By designating the element from which the signal is to be extracted, a signal at a specific position can be extracted and analyzed. Further, the intensity of the scattered light from the light receiving element array can be measured in parallel, and the measurement can be performed in a shorter time.

【0029】図1および図2に具体的な構成を示す。レ
ーザー光源1からのレーザー光をレンズ2によりシート
光束3に変換する。そして、レンズ4により一度集光さ
れ、ミラー5で反射される。ミラー5はシート光束3の
集光点に位置するので、ミラー5で反射された光束は再
びシート光束となる。
FIGS. 1 and 2 show a specific configuration. The laser light from the laser light source 1 is converted into a sheet light flux 3 by the lens 2. Then, the light is once collected by the lens 4 and reflected by the mirror 5. Since the mirror 5 is located at the focal point of the sheet light beam 3, the light beam reflected by the mirror 5 becomes the sheet light beam again.

【0030】そして、光束3は広がりながら偏向ミラー
6で向きを変えられ、次に、レンズ4の集光点を焦点位
置とするレンズ7でシート状の平行光となり、生体表面
8に照射される。
The light beam 3 is changed in direction while being spread by the deflection mirror 6, and then is converted into a sheet-like parallel light by the lens 7 having the focal point of the lens 4 as the focal position, and is irradiated on the living body surface 8. .

【0031】生体からの散乱光9はレンズ7で集光され
て平行光となり、偏向ミラー6で反射され、結像レンズ
10を通過してフォトダイオードアレイ11上に結像さ
れる。
The scattered light 9 from the living body is condensed by the lens 7 to become parallel light, reflected by the deflecting mirror 6, passes through the imaging lens 10, and forms an image on the photodiode array 11.

【0032】このフォトダイオードアレイ11は、CC
Dとは異なり、複数のフォトダイオード13a〜13c
(図2)が線上に配列されたものである。
This photodiode array 11 has a CC
Unlike D, a plurality of photodiodes 13a to 13c
(FIG. 2) are arranged on a line.

【0033】また、図5の構成とは異なり、フォトダイ
オードアレイ上の受光面12と生体表面8はレンズ7と
レンズ10により光学的に共役な構成となっている。
Unlike the configuration shown in FIG. 5, the light receiving surface 12 and the living body surface 8 on the photodiode array are optically conjugated by the lenses 7 and 10.

【0034】また、レンズ7は照射光学系の構成要素と
しても存在しており、レンズ7は照射光学系としてはコ
リメーターと成っている。フォトダイオードアレイ11
はフォトダイオード13a〜13cが1列に配列してい
る方向がシート光束3の長手方向と同じになるように設
置する。
The lens 7 also exists as a component of the irradiation optical system, and the lens 7 is a collimator as the irradiation optical system. Photodiode array 11
Are installed such that the direction in which the photodiodes 13 a to 13 c are arranged in one line is the same as the longitudinal direction of the sheet light beam 3.

【0035】図2は、信号処理系を示しており、フォト
ダイオードアレイ11の各フォトダイオード13a〜1
3cごとに光電変換された光電流信号は、各フォトダイ
オード毎に独立に設けられた電流電圧変換回路14a〜
14cで電圧に変換された後、更に交流増幅器15a〜
cで増幅された後、アナログマルチプレクサ16で切り
換えられて測定点ごとの信号を選択できるように構成さ
れている。交流増幅器15a〜cの低域のカットオフ周
波数は約100Hzであり、生体からの血流情報以外の
直流信号、例えば皮膚表面からの直接の戻り光による直
流成分を除去する目的をもっている。ここで、交流増幅
器15a〜cがアナログマルチプレクサ16の後にでは
なく、フォトダイオードアレイ11の各フォトダイオー
ド13a〜cの後段に設けてあることは重要なことであ
る。
FIG. 2 shows a signal processing system, in which the photodiodes 13a to 13a of the photodiode array 11 are arranged.
The photocurrent signals photoelectrically converted for each of the photodiodes 3c are converted into current-to-voltage conversion circuits 14a to 14c provided independently for each photodiode.
After being converted to a voltage at 14c, the AC amplifiers 15a to 15c
After being amplified by c, the signal is switched by the analog multiplexer 16 so that a signal for each measurement point can be selected. The low-frequency cutoff frequency of each of the AC amplifiers 15a to 15c is about 100 Hz, and has a purpose of removing a DC signal other than blood flow information from a living body, for example, a DC component due to direct return light from the skin surface. Here, it is important that the AC amplifiers 15a to 15c are provided after the photodiodes 13a to 13c of the photodiode array 11, not after the analog multiplexer 16.

【0036】実際の血流分布計測においては、測定範囲
面内で、散乱特性の著しく異なる部分が生じる場合があ
る。例えば、手の先の測定では、指につけた指輪などか
らの散乱光は皮膚からの散乱光と比べて強い戻り光を返
したり、また、指と指との間からは、手を置いた台から
の戻り光が受光されるが、台の反射率が低い場合には、
ほとんど光は戻らなくなる。このように、ある領域のフ
ォトダイオードからのDC信号が隣のフォトダイードに
比べて強い場合や逆に弱い場合、アナログマルチプレク
サの後段に交流増幅器を設けると、各フォトダイオード
13a〜cの直流信号の差が交流増幅器にはステップ状
の信号として入力されてしまい、交流増幅器の出力から
は微分波形が現れる場合があるが、図1の構成では交流
増幅の後に、アナログマルチプレクサにより選択を行う
ため、こうした直流信号の極端なレベル差の影響を受け
なくて済む。
In the actual blood flow distribution measurement, there may be a portion where the scattering characteristics are significantly different in the plane of the measurement range. For example, in the measurement of the tip of the hand, the scattered light from a ring attached to the finger returns a stronger return light than the scattered light from the skin, and the base on which the hand is placed is placed between the fingers. Is returned, but if the reflectance of the table is low,
Light hardly returns. As described above, when a DC signal from a photodiode in a certain area is stronger or weaker than an adjacent photodiode, if an AC amplifier is provided after the analog multiplexer, a difference between DC signals of the photodiodes 13a to 13c can be obtained. May be input to the AC amplifier as a step-like signal, and a differential waveform may appear from the output of the AC amplifier. However, in the configuration of FIG. It is not necessary to be affected by the extreme level difference of the signal.

【0037】アナログマルチプレクサ16で選択された
散乱光強度信号は、AD変換器17でデジタル値に変換
された後、FFT回路18でパワースペクトルを求め、
パワースペクトルからマイクロコンピュータ19でフォ
トダイオード13aに対応する血流量を求める。
The scattered light intensity signal selected by the analog multiplexer 16 is converted into a digital value by an AD converter 17 and then a power spectrum is obtained by an FFT circuit 18.
The microcomputer 19 calculates a blood flow corresponding to the photodiode 13a from the power spectrum.

【0038】逐次、アナログマルチプレクサ16でフォ
トダイオード13a〜13cの選択を行うことで、1ラ
インの計測が行われる。以上のような方法によって1ラ
インの測定において、測定以外の無駄な待ち時間が必要
なくなり、短時間の測定が可能となる。
The photodiodes 13a to 13c are sequentially selected by the analog multiplexer 16 to measure one line. According to the above-described method, in the measurement of one line, useless waiting time other than the measurement is not required, and the measurement can be performed in a short time.

【0039】これを、2次元に拡張する場合、偏向ミラ
ー6を回動させ、測定点をシート光束3の長手方向と垂
直な方向に移動する。ここで、使用している偏向ミラー
は図5で示した従来技術と同様に単なる測定位置の移動
の目的に使用できるもので十分であり、測定時間短縮の
ための制振時間の短い図4の偏向ミラー52のような高
価なものを使う必要はない。
When this is extended two-dimensionally, the deflecting mirror 6 is rotated to move the measuring point in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the sheet light beam 3. Here, the deflecting mirror used is sufficient to be simply used for the purpose of moving the measurement position, similarly to the prior art shown in FIG. 5, and the deflection mirror shown in FIG. It is not necessary to use an expensive one such as the deflection mirror 52.

【0040】ここで、本実施例での測定点数が32×3
2点であるとしたときの測定時間を見積もる。各測定点
での測定時間を従来技術の項と同様に2msとする。実
際にはアナログマルチプレクサ16もまた切り換えの完
了するまでの時間が存在するが、これは数μsの単位で
あり、無視できる値である。
Here, the number of measurement points in this embodiment is 32 × 3.
Estimate the measurement time when two points are assumed. The measurement time at each measurement point is set to 2 ms as in the case of the related art. In practice, the analog multiplexer 16 also has time to complete the switching, which is on the order of a few μs and can be ignored.

【0041】また偏向ミラー6の完全に静止するまでの
時間を従来技術の項で述べた5msとすると、全測定時
間は(2ms×32+5ms)×32=2.2sとな
る。今、本願発明と等価な測定を行なう図4の構成にお
ける全測定時間は(2ms+5ms)×32×32=7
sとなるので、本発明では測定時間が約1/3となる。
Assuming that the time required for the deflection mirror 6 to completely stop is 5 ms as described in the section of the prior art, the total measurement time is (2 ms × 32 + 5 ms) × 32 = 2.2 s. Now, the total measurement time in the configuration of FIG. 4 for performing a measurement equivalent to the present invention is (2 ms + 5 ms) × 32 × 32 = 7
Therefore, in the present invention, the measurement time is reduced to about 1/3.

【0042】また、時間短縮の方法としては、不図示で
あるが、フォトダイオードアレイのうち2つの素子から
の信号を2つ並列に配置したマルチプレクサとA/D変
換器で同時に解析したり、フォトダイオードアレイを上
下2段に配置して、照射シート光束を2段分が照射され
るように広げ、同時に解析することによって更に1/2
に時間短縮することも可能である。
As a method of shortening the time, although not shown, signals from two elements of the photodiode array are simultaneously analyzed by a multiplexer and an A / D converter in which two elements are arranged in parallel. By arranging the diode array in the upper and lower stages, the illuminating sheet luminous flux is spread so as to illuminate the two stages, and the analysis is performed at the same time to further reduce the half.
It is also possible to shorten the time.

【0043】以上のようにして、偏向ミラーの慣性モー
メントによる無駄な時間を省き、より短時間で血流量分
布を精密に2次元測定することができる。
As described above, wasteful time due to the moment of inertia of the deflecting mirror can be omitted, and the blood flow distribution can be accurately and two-dimensionally measured in a shorter time.

【0044】以上に基本的な実施例を示したが、次に、
更に安全性について考慮した実施例を示す。本発明で
は、広げたレーザー光を照射し、生体からの散乱光強度
は複数の受光素子から成る受光素子列で受光する。そし
て、各受光素子からの散乱光強度信号を電気的に切り換
えて測定点を選択する。
The basic embodiment has been described above.
An embodiment that further considers safety will be described. In the present invention, the spread laser light is applied, and the intensity of the scattered light from the living body is received by a light receiving element array including a plurality of light receiving elements. Then, a scattered light intensity signal from each light receiving element is electrically switched to select a measurement point.

【0045】この構成では、電気的にどれか1つの画素
を選択している間、他の画素に対応する測定点にもレー
ザー光が照射されることになるが、他の測定点では単に
光が照射されているだけであり、その間に照射されてい
るレーザー光の照射エネルギーは、測定には貢献してい
ない。生体にレーザー光を照射する場合、安全性の面か
ら考えると、生体に照射されるレーザー光のエネルギー
は少ない方が望ましい。
In this configuration, while one of the pixels is electrically selected, the measuring point corresponding to the other pixel is also irradiated with the laser beam. Is irradiated only, and the irradiation energy of the laser light irradiated during this period does not contribute to the measurement. When irradiating a living body with a laser beam, it is desirable that the energy of the laser beam irradiated on the living body be small from the viewpoint of safety.

【0046】図3は生体に照射されるレーザー光のエネ
ルギーを少なくするよう構成したもので、ここでは1ラ
インの測定について示している。レーザー光源20から
の光束21はレンズ22でシート光束となる。次にレン
ズ23で集光され、その途中、プリズム24で全反射さ
れて90度向きを変え、ミラー25で更に90度向きを
変える。
FIG. 3 shows a configuration in which the energy of the laser beam applied to the living body is reduced. Here, the measurement for one line is shown. The light beam 21 from the laser light source 20 is turned into a sheet light beam by the lens 22. Next, the light is condensed by the lens 23, is totally reflected by the prism 24, and changes its direction by 90 degrees, and further changes its direction by 90 degrees by the mirror 25.

【0047】次にレンズ26を介して生体表面27の測
定域28にシート状に照射される。もう一方のレーザー
光源32からの光束33はレンズ34でシート光束とな
る。次にレンズ35で集光され、その途中、プリズム2
4で全反射されて90度向きを変え、ミラー25で更に
90度向きを変える。
Next, the measurement area 28 of the living body surface 27 is irradiated in a sheet shape through the lens 26. The light beam 33 from the other laser light source 32 becomes a sheet light beam by the lens 34. Next, the light is condensed by the lens 35, and the prism 2
4, the light is totally reflected and turned 90 degrees, and the mirror 25 turns the light 90 degrees further.

【0048】次にレンズ26を介して生体表面27の測
定域36に照射される。生体からの散乱光29はレンズ
26とレンズ30を介して結像位置にあるフォトダイオ
ードアレイ31で光電変換される。
Next, the measurement area 36 on the living body surface 27 is irradiated via the lens 26. The scattered light 29 from the living body is photoelectrically converted by the photodiode array 31 at the image forming position via the lens 26 and the lens 30.

【0049】フォトダイオードアレイ31からの信号
は、不図示の電流電圧変換回路、交流増幅器、アナログ
マルチプレクサ、FFT回路と、マイクロコンピュータ
37で、前述の図2の実施例同様に解析され、各測定点
での血流量が測定されるが、測定域28の範囲に該当す
る測定点を測定している間はマイクロコンピュータ37
の制御により、駆動回路38によって光源20のみが駆
動され、測定域36を測定している間は、光源32のみ
が駆動回路39によりレーザー光束33を出力する。
The signal from the photodiode array 31 is analyzed by a current-voltage conversion circuit (not shown), an AC amplifier, an analog multiplexer, an FFT circuit and a microcomputer 37 in the same manner as in the embodiment of FIG. The blood flow is measured by the microcomputer 37 while measuring the measurement points corresponding to the range of the measurement area 28.
, Only the light source 20 is driven by the drive circuit 38, and only the light source 32 outputs the laser beam 33 by the drive circuit 39 while the measurement area 36 is being measured.

【0050】このような構成により、1回の1ラインの
測定における各測定点での照射時間が光束1本で全体に
照射する場合の1/2になり、生体への照射エネルギー
を低く抑えることができる。
With such a configuration, the irradiation time at each measurement point in one measurement of one line is halved compared to the case of irradiating the whole with one light beam, and the irradiation energy to the living body can be suppressed low. Can be.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、レーザー光を広げて測定を受ける生体表面に照射す
る照射手段と、この照射手段の照射面に共役な像点の像
が受光面に結像するように構成され、しかも少なくとも
前記照射手段の光学系の一部の光学素子を共用する受光
光学系と、照射光軸および受光光軸を共通して生体表面
上で1軸を中心として走査する手段と、前記受光面、す
なわち、前記照射面に共役な像面に複数の受光素子が配
列された受光素子列と、各受光素子列の信号を交流増幅
する手段と、前記の各交流増幅する手段からそれぞれ独
立して出力信号を選択する手段と、前記選択した受光素
子出力信号の時系列信号に基づき生体の多数点の血流情
報を計測する解析手段からなる構成を採用しているの
で、2次元走査の少なくとも1軸に関しては、受光素子
列の各素子の出力信号を選択することにより電気的に行
なうことができるので、測定時間を著しく短縮し、血流
量分布を精密に2次元測定することができる優れた血流
測定装置を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, an irradiation means for expanding a laser beam and irradiating the surface of a living body to be measured, and an image of an image point conjugate to an irradiation surface of the irradiation means are received. A light receiving optical system that is configured to form an image on a surface and shares at least a part of the optical element of the optical system of the irradiating means; Means for scanning as a center, the light-receiving surface, that is, a light-receiving element array in which a plurality of light-receiving elements are arranged on an image plane conjugate to the irradiation surface, and means for AC-amplifying a signal of each light-receiving element array; It employs a configuration including means for independently selecting an output signal from each AC amplification means, and analysis means for measuring blood flow information at a number of points in a living body based on a time-series signal of the selected light-receiving element output signal. The two-dimensional scanning At least for one axis, the measurement can be performed electrically by selecting the output signal of each element in the light receiving element array, so that the measurement time can be significantly reduced and the blood flow distribution can be precisely two-dimensionally measured. An excellent blood flow measuring device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を採用した血流分布測定装置の光学系の
構成を示した説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an optical system of a blood flow distribution measuring device employing the present invention.

【図2】本発明を採用した血流分布測定装置の測定回路
の構成を示した説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a measuring circuit of the blood flow distribution measuring device employing the present invention.

【図3】本発明を採用した血流分布測定装置の異なる構
成を示した説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a different configuration of a blood flow distribution measuring device employing the present invention.

【図4】従来の2次元血流測定装置の構成を示した説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional two-dimensional blood flow measuring device.

【図5】従来の2次元血流測定装置の異なる構成を示し
た説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a different configuration of a conventional two-dimensional blood flow measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、48、20、32、32 レーザー光源 2、4、7、10、22、23、26、30、34 レ
ンズ 35、44、44、44、51、56 レンズ 3、3、21 シート光束 5、25 ミラー 6、42、52 偏向ミラー 8、27、43、53 生体表面 9、29 散乱光 11、31 フォトダイオードアレイ 12 受光面 13a〜13c フォトダイオード 16 アナログマルチプレクサ 18 FFT回路 19、37 マイクロコンピュータ 24 プリズム 33 レーザー光束 36 測定域 38、39 駆動回路 40 レーザービーム 41 シリンドリカルレンズ 45 受光素子列 47 穴開きミラー 49 レーザービーム 57 受光素子
1, 48, 20, 32, 32 Laser light source 2, 4, 7, 10, 22, 23, 26, 30, 34 Lens 35, 44, 44, 44, 51, 56 Lens 3, 3, 21 Sheet luminous flux 5, 25 Mirror 6, 42, 52 Deflection mirror 8, 27, 43, 53 Biological surface 9, 29 Scattered light 11, 31 Photodiode array 12 Light receiving surface 13a to 13c Photodiode 16 Analog multiplexer 18 FFT circuit 19, 37 Microcomputer 24 Prism Reference Signs List 33 Laser beam 36 Measurement area 38, 39 Drive circuit 40 Laser beam 41 Cylindrical lens 45 Light receiving element array 47 Perforated mirror 49 Laser beam 57 Light receiving element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−28348(JP,A) 特開 平3−32641(JP,A) 特開 昭55−75668(JP,A) 特開 平1−256924(JP,A) 特公 平5−28133(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 5/026 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-28348 (JP, A) JP-A-3-32641 (JP, A) JP-A-55-75668 (JP, A) JP-A-1- 256924 (JP, A) JP 5-28133 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) A61B 5/026

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザー光を広げて測定を受ける生体表
面に照射する照射手段と、 この照射手段の照射面に共役な像点の像が受光面に結像
するように構成され、しかも少なくとも前記照射手段の
光学系の一部の光学素子を共用する受光光学系と、 照射光軸および受光光軸を共通して生体表面上で1軸を
中心として走査する手段と、 前記受光面、すなわち、前記照射面に共役な像面に複数
の受光素子が配列された受光素子列と、 各受光素子列の信号を交流増幅する手段と、 前記の各交流増幅する手段からそれぞれ独立して出力信
号を選択する手段と、 前記選択した受光素子出力信号の時系列信号に基づき生
体の多数点の血流情報を計測する解析手段からなる血流
分布測定装置。
An irradiating means for expanding a laser beam to irradiate a living body surface to be measured; and an image of an image point conjugate to an irradiating surface of the irradiating means is formed on a light receiving surface. A light receiving optical system that shares some optical elements of the optical system of the irradiating unit, a unit that scans the living body surface around one axis in common with the irradiating optical axis and the receiving optical axis, and the light receiving surface, that is, A light-receiving element array in which a plurality of light-receiving elements are arranged on an image plane conjugate to the irradiation surface; a means for AC-amplifying a signal of each light-receiving element row; and an output signal independently from each of the AC-amplifying means. A blood flow distribution measuring device comprising: selecting means; and analyzing means for measuring blood flow information at a number of points in a living body based on the time-series signal of the selected light receiving element output signal.
【請求項2】 前記照射レーザー光の照射面上での広が
りの方向と前記受光素子列の配列の方向とを同一にした
ことを特徴とする請求項1に記載の血流分布測定装置。
2. The blood flow distribution measuring device according to claim 1, wherein the direction of the spread of the irradiation laser light on the irradiation surface is the same as the direction of the arrangement of the light receiving element rows.
【請求項3】 前記受光光学系は2つの光学素子から成
る共軸球面光学系で構成され、前記2つの光学素子のう
ち、照射手段の光学系と共用している光学素子は前記照
射光を平行光束として出射することを特徴とする請求項
1に記載の血流分布測定装置。
3. The light receiving optical system is constituted by a coaxial spherical optical system including two optical elements, and among the two optical elements, an optical element shared with an optical system of an irradiation unit transmits the irradiation light. The blood flow distribution measuring device according to claim 1, wherein the light is emitted as a parallel light beam.
【請求項4】 照射レーザー光の光束を複数とし、少な
くとも前記信号選択手段で選択されている受光素子に対
応した被検体表面が選択照射されるよう、照射レーザー
光の光束を選択し、生体表面への全照射エネルギーを減
少させることを特徴とする請求項1に記載の血流分布測
定装置。
4. A luminous flux of the irradiation laser light is selected such that a plurality of luminous fluxes of the irradiation laser light are provided, and a light beam of the irradiation laser light is selected so as to selectively irradiate a subject surface corresponding to at least a light receiving element selected by the signal selection means. The blood flow distribution measuring device according to claim 1, wherein the total irradiation energy to the blood flow is reduced.
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