JP3530188B2 - 高指向性技術で光量子移動を用いた対象物の検査 - Google Patents

高指向性技術で光量子移動を用いた対象物の検査

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Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、可視または赤外線を用いた生物学的組織の
検査や撮像に関する。
伝統的に、潜在的に有害な電離放射線（例えば、Ｘ線
またはγ線）が、生物学的組織を撮像するために使用さ
れてきた。この放射線は真っ直ぐ、弾道的軌道で組織内
に広まる、即ちその放射線の分散は無視できる程度であ
る。従って、撮像は異なる組織タイプの吸収レベルの評
価に基づく。例えば、レントゲン写真においては、Ｘ線
フィルムは明暗点を含む。コンピュータ化された断層放
射線写真（CT）などの、より複雑なシステムにおいて
は、人体器官の横断画像が異なる角度での人体の断面を
通じてＸ線放射を伝達させ、そしてＸ線伝達の変化を電
子的に検出することにより創られる。検出された強度情
報は、一枚の横断面に位置する複数の点で組織のＸ線吸
収を再構築するコンピュータ内にデジタル的に記憶され
る。
近赤外線は（NIR）は、組織（例えば、脳、指、また
は耳朶）内の酸素代謝を非侵襲的に研究するために使用
された。医学的撮像のために可視のNIRや赤外線（IR）
を用いると、幾つかの効果をもたらす。NIRまたはIR範
囲において、腫瘍と組織との間のコントラスト要因はＸ
線範囲におけるよりももっと大きい。更に、IR放射線が
目に見えることが、Ｘ線放射線よりも望まれる、それは
非電離であるので、潜在的にほとんど副作用を引き起こ
さないからである。但し、可視または赤外線などの低エ
ネルギー放射線では、その放射線が強く分散され、そし
て生物学的組織内に吸収され、そしてその移動行路は、
横断面撮像技術の一定の局面を適用出来なくして、直線
で近似され得ない。
最近、NIR撮像へのあるアプローチが提案されてい
る。Oda氏外によるSPIE Vol.1431、p284、1991年での
「Non−Invasive Hemoglobin Oxygenation Monitor
and computerized Tomography of NIR Spectrom
etry（非侵襲性ヘモグロビン酸素投与モニターとNIR分
光測定のコンピュータ断層放射線写真）」で着手された
一つのアプローチは、Ｘ線CTでのＸ線の使用に類似した
方法でNIR放射線を用いる。この装置においては、Ｘ線
ソースはNIR範囲の光を発光する三つのレーザーダイオ
ードと置き換えられる。NIR−CTは撮像された組織を通
じて伝達された三レーザーダイオードの光を検出するた
めに一組の増倍型光電管を用いる。検出されたデータ
は、検出されたＸ線データが扱われたのと同方法でオリ
ジナルのＸ線CTスキャナーシステムのコンピュータで操
作される。
異なるアプローチが、S.R.Arriadge氏外によるSPIE
Vol.1431、p204、1991年、での「Reconstruction Meth
ods for Infra−red Absorption Imaging、（赤外
線吸収撮像のための再構成法）」;F..Grunbaum氏外によ
るSPIE Vol.1431、p232、1991年、での「Diffuse Tom
ography（拡散断層撮影法）」、B.Chance氏外による「S
PIE Vol.1431（1991年）、p84、p180、そしてp264で、
そして非電離放射線の分散局面と撮像におけるその重要
性を認識した他の人々により提案された。これらの技術
のどれも、充分には全ての状況を満たさなかった。
要約すれば、尚も、内因性または外因性色素に敏感な
波長の可視またはIR放射線を利用する改良された撮像シ
ステムへの必要性が在る。
発明の要約 本発明は対象物に適用された分光システムの入力と検
出とのポート間に配置した対象物の分光学的検査を行な
うためのシステムと方法に関する。
本発明の１つの局面によれば、分光システムは、対象
物内で移動する間に分散し、そして吸収されるように選
択された光量子密度の既知の時間で変動するパターンと
波長との電磁非電離放射線を、複数の入力ポートにおい
て、導入するように適応された少なくとも一つ以上の光
源、その入力ポートは対象物の選択特質を探るために対
象物上の選択場所に配置される；そして入力ポートから
生じる導入パターンの相互作用の結果として光量子密度
における十分な勾配を有する結果として生じる放射線を
形成するために選択導入パターンの選択された時間関係
を達成するように適応された放射パターン制御手段とを
含み、その放射は対象物内の移動行路内で分散されて、
吸収される。光量子密度の勾配、導入された放射パター
ンをそれらの相対的振幅、相対的位相、相対的周波数、
または相対的時間の選択差で符号化することにより達成
されるかも知れない。そのシステムはまた、対象物上の
選択場所に位置した検出ポートにおいて、対象物内で移
動している放射を経時検出するために適応された検出
器；光量子密度の勾配への対象物の影響を示す処理され
たデータを作るために導入された放射線に関して検出さ
れた放射線の信号を処理するように適応された処理手
段；そしてその処理されたデータを入力と出力とのポー
トの場所と関連させることによりその対象物を検査する
ように適応された評価手段とを含む。
本発明のこの局面の好適形態は、所定形状パターン上
のの他の場所に全ての光入力ポートを同時に移動させる
か、またはその検出ポートを移動させるために適応され
た変位手段を含む；この場所において、対象物の検査が
行われる。
本発明の他の局面によれば、分光システムは、対象物
内で移動する間に分散し、そして吸収されるように選択
された光量子密度の既知の時間で変動するパターンと波
長との電磁非電離放射線を、複数の入力ポートにおい
て、導入するように適応された少なくとも一つ以上の光
源、その入力ポートは対象物の選択特質を探るために対
象物上の選択場所に位置している；入力ポートから生じ
る導入パターンの相互作用の結果として光量子密度にお
ける十分な勾配を有する結果として生じる放射線を形成
するために選択導入パターンの選択された時間関係を達
成するように適応された放射パターン制御手段とを含
み、その放射線は対象物内の移動行路内で分散されて、
吸収される。そのシステムはまた、対象物上の選択場所
に位置した検出ポートにおいて、対象物内で移動してい
る放射線を経時検出するために適応された検出器；所定
形状パターン上の種々の場所にその検出ポートを移動さ
せるように適応された変位手段、その種々の場所は対象
物内で移動している放射線を経時検出するために使用さ
れる；光量子密度の勾配への対象物の影響を示す処理さ
れたデータを作るために導入放射線に関して検出された
放射線の信号を処理するように適応された処理手段；そ
してその処理されたデータを入力と出力とのポートとの
場所と関連させることによりその対象物を検査するよう
に適応された評価手段とを含む。
本発明の他の局面によれば、分光システムは、対象物
内で移動する間に分散し、そして吸収されるように選択
された光量子密度の既知の時間で変動するパターンと波
長との電磁非電離放射線を、複数の入力ポートにおい
て、導入するように適応された少なくとも一つ以上の光
源、その入力ポートは対象物の選択特質を探るために対
象物上の選択場所に位置している；入力ポートから生じ
る導入パターンの相互作用の結果として光量子密度にお
ける十分な勾配を有する結果として生じる放射を形成す
るために選択導入パターンの選択された時間関係を達成
するように適応された放射パターン制御手段とを含み、
その放射線は対象物内の移動行路内で分散されて、吸収
される。そのシステムは、対象物上の選択場所に位置す
る複数の検出ポートにおいて、対象物内で移動している
放射を経時検出するように適応された少なくとも一つ以
上の検出器；光量子密度の勾配への対象物の影響を示す
処理されたデータを作るために導入放射線に関して検出
された放射線の信号を処理するように適応された処理手
段；そしてその処理されたデータを入力と出力とのポー
トの場所と関連させることによりその対象物を検査する
ように適応された評価手段とを含む。
本発明のこの局面の好適形態は、所定形状パターン上
の他の場所に少なくとも一つ以上の検出ポートを移動さ
せるように適応された変位手段を含み、その他の場所は
対象物の検査を実行するために使用される。
本発明のこの局面の好適形態は、所定形状パターンに
沿って結果として生じる放射線を導入しながら、光入力
ポートを同時に回転させるように適応された回転手段を
含み、その入力ポートの回転は対象物の領域の検査を実
行するために使用される。
本発明の上記局面の好適形態はまた、対象物内の関心
の蛍光性成分を突き止めるためにも使用される；導入さ
れた放射線の波長は蛍光性成分内で吸収されるように選
択される、検出された放射線はその蛍光性成分から放出
され、そして処理されて、その蛍光性成分の場所を判定
する。本発明の他の局面によれば、分光システムは、対
象物内で移動する間に分散し、そして吸収されるように
選択された光量子密度の既知の時間で変動するパターン
と波長との電磁非電離放射線を、一つの入力ポートにお
いて、導入するように適応された一つの光源、その入力
ポートは対象物の選択特質を探るために対象物上の選択
場所に位置している；対象物上の選択場所に位置する複
数の検出ポートにおいて、対象物内で移動している放射
線を経時検出するように適応された検出器とを含み；検
出ポートにおける、経時検出の時間関係は、導入放射線
と対象物との相互作用の結果として形成された光量子密
度の勾配を観察するために選択される。そのシステムは
また、光量子密度の勾配への対象物の影響を示す処理さ
れたデータを作るために導入放射線に関して検出放射線
の信号を処理するように適応された処理手段；そしてそ
の処理されたデータを入力と出力とのポートの場所と関
連させることによりその対象物を検査するように適応さ
れた評価手段とを含む。
本発明のこの局面の好適形態によれば、所定形状パタ
ーン上の他の場所に少なくとも一つ以上の検出ポートを
移動させるように適応された変位手段を含み、その他の
場所は対象物の検査を実行するために使用される。
本発明の他の局面によれば、分光システムは、対象物
内で移動する間に蛍光成分により分散されて、吸収され
るように選択された光量子密度の既知の時間で変動する
パターンと波長との電磁非電離放射線を、一つの入力ポ
ートにおいて、導入するように適応された一つの光源、
その入力ポートは対象物の蛍光成分を突き止めるために
対象物上の選択場所に位置している；対象物上の選択場
所に位置する複数の検出ポートにおいて、対象物内で移
動している蛍光放射線を経時検出するように適応された
検出器とを含む。そのシステムはまた、対象物の蛍光成
分の場所を示す処理されたデータを作るために導入放射
に関して検出放射の信号を処理するように適応された処
理手段；そしてその処理されたデータを入力と出力との
ポートの場所と関連させることによりその対象物を検査
するように適応された評価手段とを含む。
本発明のこの局面の好適形態によれば、所定形状パタ
ーン上の他の場所に少なくとも一つ以上の検出ポートを
移動させるように適応された変位手段を含み、その他の
場所は対象物の蛍光成分を突き止めるために使用され
る。
本発明の上述された局面の好適形態は一つ以上の次の
特徴を採用する： 時間で変動するパターンは選択周波数において変調さ
れた選択波長強度の放射線を含む。放射パターン制御手
段は、少なくとも一つ以上の方向の急峻な位相変化と放
射強度の鋭い最小限度とを生成しなければならない入力
ポートの各々から導入された変調放射パターン間の選択
位相関係を制御するように更に適応される。
放射パターン制御手段は、急峻な位相変化の方向の空
間的方位と放射強度の鋭い最小限度とを変更できるよう
に導入放射パターンの全てに同一の時間で変動する位相
成分を課すように更に適応される。
時間で変動するパターンは選択周波数において変調さ
れた選択波長強度の放射線を含む。放射パターン制御手
段は、少なくとも一つ以上の方向の急峻な位相変化と放
射強度の鋭い最小限度とを生成しなければならない入力
ポートの各々から導入された変調放射パターン間の選択
周波数関係を制御するように更に適応される。
時間で変動するパターンは選択周波数において変調さ
れた選択波長強度の放射線を含む。放射パターン制御手
段は、少なくとも一つ以上の方向の急峻な位相変化と放
射強度の鋭い最小限度とを生成しなければならない入力
ポートの各々から導入された変調放射パターン間の選択
振幅関係を制御するように更に適応される。
放射パターン制御手段は、急峻な位相変化の方向の空
間的方位と放射強度の鋭い最小限度とを変更できるよう
に導入放射パターンの全てに同一の時間で変動する振幅
成分を加えるように更に適応される。
その放射線は、対象物内の光量子の移動中に始まる移
相の分解能を使用可能にする周波数で変調される。
その周波数は108Hz程度である。
処理手段は対象物内の分散や吸収により変更される放
射線の位相または強度を決定するように更に適応され
る。
放射線の波長は、対象物の内因性または外因性の組織
色素の変化に影響され易い。
光量子密度におけるの勾配はまた、導入放射パターン
をそれらの相対的振幅、相対的位相、相対的周波数、ま
たは相対的時間の選択差で符号化することにより達成さ
れるかも知れない。
本発明の他の効果や特徴は好適形態の次の説明と請求
の範囲とから明白となろう。
図面の簡単な説明 図１、1A、そして1Bは本発明による幾つかの入力ポー
トと一つの検出ポートとを採用する位相変調撮像システ
ムを図式的に示す。
図２は本発明による幾つかの入力ポートと幾つかの検
出ポートとを含む位相変調撮像システムのブロック図で
ある。
図2Aは指向性ビームを放射するフェーズドアレイ送信
機を示す。
図2Bは本発明による光量子密度勾配の電子走査を達成
するために逆位相多素子列の位相の順序配列を示す。
図2Cは本発明による光量子密度勾配の円錐状走査のた
めに用いられる四素子逆位相列を示す。
図2Dは本発明による撮像システムの入力と出力ポート
の配置を示す。
図３と3Aは本発明による隠れた蛍光を発する目標物の
検出のための撮像システムを示す。
図４は二重波長PMSシステムの交代的形態のブロック
図である。
図4Aは図４の発振回路の略図である。
図4Bは図４に示されたPMTヘテロダイン変調及び混合
ネットワークの略図である。
図4Cは図４に示されたAGC回路の略図である。
図4Dは図４に示された位相検出回路の略図である。
図5A、5B、そして5Cは強吸収成分を含む強分散媒体内
で広がる光学フィールドの変化を例示する。
図６は干渉実験で使用されたに素子フェーズドアレイ
の実験的配置を示す。
図6A、6B、そして6Cは二つの拡散性の波の検出された
干渉パターンを示す。
図７は二素子列（曲線Ａ）と、そして単一ソース（曲
線Ｂ）とに対して測定された移相を示す。
図8Aは四素子フェーズドアレイのソースと検出器との
実験的配置を示す。
図8Bと8Cとは図8Aの四素子列に対して測定された強度
と移相とを各々示す。
図9Aは四素子フェーズドアレイのソース、検出器、そ
して強く吸収する目標物との実験的配置を示す。
図9Bと9Cは異なる大きさの吸収目標物を走査する図9A
の四素子列に対して測定された強度と移相とを各々示
す。
図9Dは異なる吸収係数の吸収目標物を走査して、図9A
の四素子列に対して測定された移相を示す。
図10Aは四素子フェーズドアレイのソース、検出器、
そして二つの強く吸収する目標物との実験的配置であ
る。
図10Bの異なる大きさの二つの吸収目標物を走査し
て、図10Aの四素子列に対して測定された移相を示す。
図11は円錐状スキャナーを利用する単波長位置確認シ
ステムを図式的に示す。
図11Aと11Bは一つ以上の次元的フェーズドアレイ送信
機を利用する撮像システムを図式的に示す。
図12Aと12Bは二次元フェーズドアレイ送信機及び検出
列を含む撮像システムを示す。
発明を実施するための最良の形態 分散と吸収特質を有する対象物内で移動する放射線の
干渉効果に基づく本発明の撮像システム形態が図１、
２、そして３に示される。そのシステムは、分散媒体内
において、ソースと検出器の列またはその何れかの列に
より発生そして／または検出される可視またはIR放射線
の指向性ビームを効果的に利用する。例えば、ソース列
の場合、各ソースは列の選択場所に位置して、強度変調
された放射線、望ましくは選択された強度と位相の、レ
ーザーダイオードからコヒーレント放射線を発する。各
々のソースのソース場所、強度、そして位相を選択する
ための基準は、どの時点においても種々のソースからの
放射線の干渉効果により生成された十分な光量子密度勾
配を有する所望ビームの形状である。光量子密度のこの
勾配は限局化されて、指向性を有する。全体として、個
々のソースの放射線の干渉によって形成された結果とし
て生じる放射線は、対象物内の選択された方向に移動す
る。逆位相システムにおいては、ビームの波長は光量子
の鋭い限局化変化によって分離された等しい光量子密度
のセクションを有する。光量子密度勾配の選択された異
なる場所が図2Bに示される。
一般に、波面は対象物内の選択された方向に広がり、
そして光量子密度の勾配は選択された方向のソース列か
ら延びる一つ以上の面に限局化される。もしその対象物
が周囲の環境の物と異なる分散及び吸収特性を有する限
局化物を含むならば、その広がる放射フィールドはかき
乱される。この摂動は検出され、そしてソース検出器配
列から、その摂動目標物が突き止められる。
図１と1Aにおいて、撮像システムは選択場所における
組織内に光を導入するためのレーザーダイオード12、1
4、16、18の列を用いる。光入力ポート11、13、15、17
と光出力ポート19との幾何学的配列は組織の特定部分を
検査するために選択される。光入力ポートと検出ポート
との既知配列と、そして導入され、そして検出された放
射線の形状とから、コンピューターは検査された組織８
（例えば、頭部或は胸部）の隠れた目標物を突き止める
ことが出来る。200MHzで動作する主発振機22は、選択波
長の光（例えば760nm）を発光するレーザーダイオード1
2から18を励起する。各レーザーダイオードからの光は
設置された光ファイバーを通じて対象物上に位置した各
々の入力ポートに導かれる。検出器24は検査される組織
を通じて移動した光を検出する。望ましくは、検出器24
は高利得を確保するために約900Vを出力する高電圧供給
装置により電力供給される増倍型光電管（例えば、Hama
matsu R928）を含む。便利なオフセット周波数（例え
ば、25KHz）で動作する局部発振機26は信号を混合器28
に、そして基準信号を検出器24に送る。故に、検出器24
からの出力波形25は、検出されたものと、基準周波数と
の差に等しい搬送周波数にある、即ち25KHzとなる。
検出器24（例えば、PMT Hamamatsu R928またはHama
matsu R1645u）は、対象物を通じて移動している分散
されて、吸収された光を検出する。検出ポート19は入力
ポートの場所から数センチメートル離間して位置してい
る。PMT検出器は導光ファイバーにより対象物に接続さ
れるか、または択一的に、対象物上に直接的に設置され
るかも知れない。108Hz程度の周波数の信号を測定する
ための最も費用効率の高い検出器はHamamatsu R928で
有ることが分かった。但し、Hamamatsu R1645uの方
が、その高精度のためにより好ましい。検出器24のPMT
の第二ダイノードは200.025MHz信号27により変調される
ので、25KHzヘテロダイン信号25が位相検出器30により
受信される。位相検出器30はまた混合器28からの基準信
号29をも受信する。もし位相検出器30がロックイン増幅
器であるならば、その出力信号は検出された信号の移相
と強度となる。検出された光の移相と強度の両方とも対
象物（例えば、脳組織）内の光量子の移動行路を特徴付
ける。
択一的に、搬送周波数、例えば200MHzで動作する広帯
域音響光学変調器に接続された同調可能色素レーザーま
たは他のレーザーソースがそのレーザーダイオードの代
りに使用されることも可能である。音響光学変調器は選
択された搬送周波数においてレーザーにより放出された
光の強度を変調する。
本発明はまた、同時に数本の光ファイバーの一端に照
射するコヒーレント光の一つのソースのみを使用するこ
とを想定する。各ファイバーの他端は選択された入力ポ
ートの場所における対象物上に位置している。このソー
スは、選択された時間で変動するパターンの光を放射す
る。各々のファイバーによって運ばれた光の位相関係と
強度は遅延時間（例えば異なるファイバー長）を作るこ
とにより、そして各ファイバーに異なる量の光を結合す
ることにより変化する。
図1Bはオフセット周波数を用いて伝送された光を符号
化するように更に適応された図１の撮像システムを図式
的に示す。発振機22a、22b、22c、22dは各々周波数30.0
25MHz、30.035MHz、30.045MHz、30.055MHzで四個のレー
ザーダイオードを駆動する。レーザーダイオードは、組
織８内を移動し、検出ポート19において収集され、そし
てPMT検出器24により検出される光をもたらす。局部発
振器26は、25KHz、35KHz、45KHz、55KHz周波数成分を有
する検出信号を出力する検出器24に30MHz基準信号を提
供する。各成分信号は適当な周波数フィルターを有する
対応位相検出器（30a、30b、30c、30d）において位相検
出される。位相検出器は各周波数に対する移相、移動行
路長、そして振幅とを提供する。
図１、２、３の撮像システムは単波長の光源を有する
ように示されているが；二重波長撮像システムもまた本
発明により想定される。二重波長撮像システムにおいて
は、二個のレーザーダイオードまたは一個の可変波長レ
ーザーが、光ファイバーに結合される二波長の光を発生
する。そのようなシステムが説明される。
二重波長動作が図４に示される。そのシステムは、20
0MHzで動作する主発振機60と、主発振機周波数から25KH
zオフセットされる200.025MHzで動作する発振機62とを
含む。25KHzのオフセット周波数はこのシステム内での
位相検出に便利な周波数であるが；数メガヘルツの他の
オフセット周波数も使用可能である。発振機60はスイッ
チ61a、61b、...66nを用いて、二組のレーザーダイオー
ド64a、64b、...64nと66a、66b、...66nを択一的に駆動
する。これらのスイッチは、選択された波長を光ファイ
バーに電子的に結合するために、そしてまた個々のファ
イバーから生じる放射線から結果として生じる選択放射
パターンを達成するために駆動される。出力8mmのファ
イバー結合子72はR928PMT検出器74のための光量子を収
集する。PMT74の第二ダイノード（図3Bに示される）
は、発振機62により発生され、そして増幅器63により増
幅された200.025MHz基準信号で変調される。従って、PM
T検出器の出力信号は25KHzの周波数を有する。PMT検出
器74は、組織内で移動する二個のレーザーダイオードの
光を交互に検出し、そして対応する出力信号を生成す
る、それらはフィルター76で濾波されて、自動利得制御
（AGC）回路79により一定にされる。25KHzの基準信号は
200と200.025MHzの発振機信号を混合することにより混
合器65内で生成される。その基準25KHz信号はまた、第
二AGC77を用いて一定にされて、位相検出器79内に送ら
れる。位相検出器79は基準信号の位相に関連する各々の
出力信号の位相を示す信号を発生する。位相検出器79の
出力は、電子スイッチ80により交互に選択され、濾波さ
れて、加算器82と減算器81とに入力されて、＜Ｌ＞λ１
＋＜Ｌ＞λ２と＜Ｌ＞λ１−＜Ｌ＞λ２と比例した合計
と差の信号を生成する。その差と合計の信号は探られた
色素と血液容量における変化を各々計算するために使用
される。
好適発振機60または62の略図が図4Aに示される。この
回路は0.03度／時だけのドリフトを有する（Weng氏外に
よる「Measurement of Biological Tissue Metabol
ism Using Phase Modulation Spectroscopic Meas
urement（位相変調分光測定を用いた生物組織新陳代謝
の測定）」、SPIE、Vol.143、p161、1991年、これは参
考にここに取り込まれている）。水晶は機能を失い、そ
れは同調時の動作を可能にするので、長期安定性を達成
できる。発振機60と62との各々の水晶は25KHzだけ相互
にオフセットされる。この回路は5mWレーザーダイオー
ドを直接駆動するのに十分な出力を提供する。
PMTの第二ダイノードの変調回路75が図4Bに示され
る。この回路は、非常に高い電力散逸を有する普通の50
Ω負荷の代りに20、000オームのインピーダンスを有す
る共振回路75aを使用して、数ワットの電力のみを散逸
させる一方、50V駆動の増倍型光電管ダイノードを提供
する。
位相検出器の安定した動作を得るために、安定した入
力信号が必要とされる。図4Cで例示された25KHzAGC回路
77、78は、増幅器として使用するための広範囲AGCを特
徴とするMC1350集積回路U1を含む。信号振幅は、示され
るように、フィードバックネットワークにより制御され
る。PMTシステムによる位相変化の正確な検出の主な理
由は、位相検出入力信号レベルがAGC回路によりほとん
ど一定に保たれることである。２から６ボルトの間の入
力電圧変化はただの0.2％の移相の変化しか引き起こさ
ないので、AGC回路は非常に安定した高電圧供給装置の
必要性を排除する。
好適位相検出回路が図4Dに示される。二つの正弦波信
号（測定信号と基準信号）はシュミットトリガ回路79a
により方形波信号に変換される。方形波信号の位相はRC
変更（R11、R12、C8から成る）により移相され、それは
測定範囲を変更出来るようにする。その検出器は更に74
HC221集積回路を含む。二つの信号の位相と振幅の差を
得るために得られたロックイン増幅器技術は、このタイ
プの装置に可能な最高SN比を有する。
上述のシステムは、検出された光の移相を分解するの
に十分な速さである108Hz程度の搬送周波数を用いる。
光量子が入力ポートと出力ポート間を移動するのに要す
る時間である、特性時間は、数ナノ秒である。そのシス
テムの感度は、実験的モデルにおいて観察されるよう
に、高く、約70度／ナノ秒または３度／センチメートル
の行路長の変化である。変調周波数の選択もまた、所望
の侵入深度や後述される撮像システムの分解能とに依存
する。もし深い侵入が望まれるならば、低変調周波数
（例えば、40MHz）が選択される、そしてもし浅い侵入
が必要ならば、109Hzの変調周波数が使用可能である。
図１と1Aにおいて、主発振機22は視界の所望の侵入深
度により選択された40から400MHzの範囲内の変調周波数
で動作する。レーザーダイオード12、14、16、18の列は
非常に指向性の高い放射パターンを発生し、それは組織
検査で利用される。
動作の好適モードにおいて、レーザーダイオード12か
ら18は、単一PMT検出器30により組織内に導入されて、
検出されるフェーズドアレイパターンで動作する。200M
Hzで動作する主発振機22は、所定の位相における出力を
与えるマルチチャネルフェーズドスプリッタを駆動す
る。入力ポート11から17は選択された距離に位置し、そ
してその列の適当な整相により指向性ビームを作り、そ
して図1A、2B、2C、2D組織を横切る二次元での光学フィ
ールドの走査を実行可能にする。組織を通じて移動した
後、その光学フィールドは選択場所19の大面積ファイバ
ー内に収集される。検出された信号は、検出器24に対し
て、25KHzのオフセット周波数で動作する、局所発振機2
6の出力を利用することによりPMT検出器24内でヘテロダ
イン処理される。結果として生じる25KHz信号は混合器2
8と検出器24との出力信号29に関して位相検出される。
位相検出器30は信号25の位相と強度とを出力する。検出
された位相と強度とは記憶されて、対象物の像の構成の
ために使用される。これはそのシステムの動作を制御す
るコンピューターコントロール34により実行される。
図２は、放射線を導入するための入力ポート列と対象
物内を移動している検出放射線のための検出ポート列と
から構成される位相変調撮像システムを示す。そのシス
テムの動作はコンピューターコントロール34により制御
され、それは送信機ユニット32と受信機ユニット42とを
調整する。送信機ユニット32は、入力ポート31、33、3
5、37の列により光量子密度の選択された時間で変動す
るパターンを対象物８内に導入するように適応された可
視またはIR放射線の数個のソースから構成される。受信
機ユニット42は、入力ポート列から検出器39、41、42、
47の列まで対象物内を移動する放射線を検出する。
送信機ユニット32の放射線ソースは、図１の撮像シス
テムのために説明されたように、40MHzから200MHzの範
囲内の周波数において強度変調される。受信機ユニット
42は、上述のように位相と振幅の検出についての同原理
を用いて放射線を検出して、処理する。個々のポートに
おいて検出された信号は適当な遅延を用いて整相するこ
とが出来る。
送信機列と受信機列との動作の幾つかのモードが図2
A、2B、2C、2Dにおいて示される。図2Aにおいて、Ｎ個
の同一素子の単純な水平列に対して、距離ｄの間隔をと
って振幅変調された光を放射することは良く知られてい
る。放射状の波面は干渉効果により作られる。全ての素
子が同位相で放射するならば、その波面はその列に垂直
の方向に広がるだろう。但し、放射する素子を適当に整
相することにより、その結果として生じるビームは二次
元空間を走査できる。我々は、面Ａ−Ａの垂直面が列の
垂直面に関して角度θ０をなす面Ａ−Ａに沿う信号の位
相を考える。第一放射体からの信号の位相は位相角度
（２π／λ）dsinθ０だけ第二放射体から遅れる、なぜ
ならば第二放射体からの信号は面Ａ−Ａに到達するのに
第一放射体からの信号よりも長い距離dsinθ０だけ進ま
なければならないからである。同様に、ｎ番目の放射体
からの信号の位相は角度ｎ（２π／λ）dsinθ０だけ第
一放射体からのものよりも先行する。従って、種々の放
射体からの信号は、もし各放射体の位相が（２π／λ）
dsinθ０だけ増加されるならば、Ａ−Ａ面に沿って同位
相となるように調整できる。その結果、送信機列の遠い
フィールドにおける波面上のポイントにおいて、Ｎ個か
らの放射体の信号は同位相で加算する、即ち、合計の正
規化信号の強度は個々のソースからの信号の合計とな
る。その構成されたパターンは十分に限定された指向特
性と顕著な角度的従属性とを有する、即ち、送信機パタ
ーンは角度θ０に関して送信機の十分に限定された伝達
特性を有する。
図2Bは一好適モードの操作で動作する図２のシステム
のソースのための位相の配置を示す。五個のソースの列
が180度離れて整相される二つ以上の部分に分割され
る。各々の部分は少くとも１つ以上のソースを持ってい
る。各々の部分のソースは等しい強度の振幅変調された
光を放射し、そしてそれらは一定の間隔をもって配置さ
れるので、二つ以上の等しく整相されたソースの結果と
して生じるビームは十分に平坦な波面、即ち光量子密度
勾配のない波面を有する。他方、列の二つの逆相部分間
に鋭い180度の相転移、光量子密度の大きな勾配が有
る。従って、放射フィールドはヌル振幅と、180度の相
転移（即ち、クロスオーバー位相）を有する、それは光
量子密度の大きな勾配のためである。
電子走査はソース上の０度と180度の位相の分配を適
当に変更することにより実行される。図2Bの五個の素子
列はその列から延びる四つの異なる平行面に沿う180度
の相転移を有することが出来る。走査は180度だけソー
スを電子的に切り換えることにより達成されるので、光
量子密度勾配はソースの場所に平行な方向に移動するこ
とが出来る。
図2Aと2Bにおいて説明された原理を用いると、少なく
とも一つ以上の十分な光量子密度勾配を有する指向性ビ
ームの円錐状走査は図2Cで示されたように、四素子逆相
列を用いて達成される。そのレーザーダイオードはプッ
シュプル変成器を用いて逆相化される。二次元列に配置
された四個のレーザーダイオードS1、S2、S3、S4の整相
と振幅はスイッチSW1、SW2、SW3、SW6とインダクタンス
L1、L2、L3、L4とを用いて引き続き修正される。
図2Dは送信機列と受信機列との可能な配置を示す。上
述の指向性ビームは送信機列場所において対象物８内に
入り、そして移動ビームを摂動する隠れた吸収体９に方
向付けられる。フィールド摂動は受信機列により測定さ
れる。送信機列または受信機列の走査は本発明により想
定される。
蛍光成分を含む隠れた吸収体は送信機列のレーザーソ
ースの選択された励起波長を用いて検出される。それ
で、その放射線は吸収され、そして異なる波長の蛍光放
射線はほとんど直ちに再放出される。四方に広がる再放
出された放射線は受信機列により検出される。
図３は一つの入力ポートと数列の検出ポートとからな
る位相変調撮像システムを示す。このシステムは図１と
２のシステムに匹敵する程度に動作する。レーザーダイ
オード48の754nmの光は主発振機22を用いて振幅変調さ
れる。その光は入力ポート49を用いて対象物８に結合さ
れる。振幅変調された光は対象物内で移動し、そして隠
れた目標物９から分散される。隠された目標物９は対象
物８と屈折の異なる実行屈折率を有することも予想され
る。移動している放射線は後述される拡散波動光学の法
則に支配される。分散された放射線は数方向に移動し、
そして検出システム50、52、54により検出される。
検出システムのポート51、53、55は大面積ファイバー
または検出ポートの列の何れかを含む。もし大面積ファ
イバーが使用されるならば、検出システム50、52、54は
図１の検出器24に相当する。もし列の検出ポートが使用
されるならば、検出システム50、52、54の各々は幾つか
の個々のPMT検出器を含む。各検出器システムのPMT検出
器は、上述のように、選択された位相モードを利用して
整相される。その整相はコンピューターコントロールに
より制御される。検出された信号はPMT検出器において
ヘテロダイン処理されて、位相検出器58に送られる。位
相検出器58はスイッチ56を用いてヘテロダイン処理され
た信号を択一的に検出する。位相検出器58の動作は図１
の位相検出器30の動作と類似している。検出された位相
と振幅とはスイッチ56aを用いてコンピューターコント
ロールに択一的に送られる。図３においては一つの位相
検出器のみが示されているが、本発明は数個の位相検出
器の使用をも想定している。
もし隠れた吸収体９が蛍光成分を含むならば、レーザ
ーダイオード48が励起波長（例えば754nm）を導入する
ために選択される。その導入された、強度変調された放
射線は、図３に示されるように、放射線を四方に再放出
する蛍光成分を励起する。再放出された放射線は検出器
システム50、52、54を用いて検出される。システム分解
能を増加するために、各検出器は蛍光放射線のみを通過
させるように選択された干渉フィルターを備えることが
出来る。
図3Aは蛍光を発している目標物９の検出のために使用
される撮像システムを図式的示す。このシステムは図３
のシステムの修正したものである、個々で四素子位相列
47が０度から180度迄の位相の200MHz光を導入する。列4
7から放出された拡散波は目標物９により再放出され、
そしてポート51、53、55により検出され、そして図３と
関連して説明されるように処理される。列47は照明光を
効果的に符号化する。従って、列47が目標物９を有する
検査される器官の周りで回転されると、受信機はその目
標物の向きに対応する情報を含む。各検出ポートはま
た、蛍光放射線のみを通過させるフィルターを含む；こ
れはシステムの分解能を改善する。
図2Aで説明されるように、幾つかの波の干渉は非分散
媒体において既知であった、ここでその放射線は直線的
に広がるが、強い分散媒体において広がるというわけで
はない。図６、6A、6B、6Cにおいて、単純な実験で、強
い分散媒体内での二つの異なる拡散波の干渉が実証され
た。組織などの分散媒体内での可視IR放射線の広がりは
光量子の拡散により説明できる、それで我々はそれを屈
折と回折と干渉を表す拡散性の波であると説明する。
「明るさの波紋」として視覚化できるその拡散波は光エ
ネルギー密度のスカラー過剰減衰移動度を表す。
図６において、二つのレーザーダイオードは検出ポー
トから4cmと1.2cmの距離を開けて分離されて配置され
た。周波数200MHzにおける二つのレーザーダイオードの
強度変調された光は二つの光ファイバーを通じてintral
ipidサスペンションを有するコンテナーに送られた。ソ
ース検出器距離は、ソースの位置に平行な線に沿って検
出ファイバーの光ポートを移動することにより変更され
た。図6A、6B、6Cは媒体内で移動する測定された光学フ
ィールドの最大と最小とを示す。このデータは位相差18
0度の二つのコヒーレント発光ソースにより作られた二
つの拡散波間の干渉を証明する。図７は実験を要約す
る、ここで検出器の変位が検出器により測定された移相
に対してプロットされる。その移相は約2.25cmの変位に
おいて、曲線Ａ（約360d/cmの勾配）、トレースの最も
急峻な部分を示す。曲線ＢはソースS2の光学フィールド
で測定される。ここでは、その測定された勾配は約30度
/cmである。曲線ＡとＢを比較すると、我々は単一ソー
ス配置を用いる時の検出器変位に対する減少した感度と
対照をなした二つの素子列のヌル検出のより高い感度を
実証する。二つのソース配置の感度は約10の因数だけ増
加した。その感度は、四個以上の素子フェーズドアレイ
を用いる時には更に増加し、それは光量子密度勾配を鋭
くして、それで隠れた目標物の場所に対するより高い分
解能を提供することが出来る。
強く分散する媒体においては、放出された光量子は多
数の衝突を経験する、そしてそれらの移動は拡散等式を
適用することにより決定できる。一様に分散する媒体に
おける光量子の拡散等式はE.Gratton氏外によるMind B
rain Imaging Programにおける「The possibility
of ａ near infrated optical imaging systems
using frequency domain methods（周波数領域法
を用いた近赤外光学撮像システムの可能性）」、日本、
1990年；そしてJ.Fishkin氏外による「Diffusion of
intensity modulated near−infrated light in t
urbid media（濁った媒体内での強度変調された近赤外
光の拡散）」、SPIE Vol.1413（1991）、p122で解明さ
れた。拡散等式の解はＳ｛１＋Mexp［−ｉ（ωｔ＋
ｅ）］｝光量子を放射するポイントソース（ｒ＝０にお
ける）の光に対して得られた、ここでＳはソース強度
（光量子／秒）、Ｍは周波数ωにおけるソースの変調で
あり、そしてｅは任意の位相である。その光量子強度は Ｉ（ｒ、ｔ）＝ｃ＊ｐ（ｒ、ｔ） で計算され、ここでｐ（ｒ、ｔ）は光量子密度であ
り、そしてｃ＝108m/sは光速である。
Ｉ（ｒ、ｔ）＝（I0/Dr）＋（I0/Dr） exp［−ｒ（ω/2cd）1/2］ｘ exp［ir（ω/2cd）1/2−ｉ（ωｔ＋ｅ）］、 以外の光量子ｐ（ｒ、ｔ）の密度に対して非吸収媒体
において球面調和関数近似法を用いて拡散等式を解く
時、ここでその拡散定数Ｄは平均自由行路の1/3であ
る。振幅変調された信号（ω＝０）がない時、その解は
減衰無く広がる球形波に相当する。非零周波数に対し
て、周波数ωにおける信号の振幅は指数的に減少する。
放出されたその光の波面は一定速度Ｖで進み、 Ｖ＝（2Dcω））1/2 そして波長 λ＝２π（2cD/ω）1/2 を有する。上記等式は、変調周波数がより高くなれば
より短い有効波長を与え、そしてより小さな拡散定数も
またより短い有効波長を与えることを示す。原則とし
て、短波長は非常に濁った媒体内で高周波数変調された
波を用いて得ることが出来る。但し、変調された波の振
幅は変調周波数と供に指数的に減少する。従って、最上
の分解能、即ち、最短波長は、測定可能信号を尚も与え
る最高周波数を用いて得られる。拡散プロセスは、波の
振幅の指数的減少のため、いかなる変調周波数において
も侵入深度を制限し、そしてまた光の広がる速度を減少
させる。
上記拡散波の試みは波動光学の構成を用いて分散媒体
内での振幅変調された光波を扱う。異なる波の重畳とし
て計算された、光量子強度は、一定速度で広がる、スカ
ラーフィールドを構成する。いかなる与えられた変調周
波数においても、スカラーフィールドの波動光学現象学
は妥当である。従って、周波数領域において、幾つかの
ソースから組織内で拡散する光の測定と分析とは建設的
で破壊的な干渉を経験する。更に、波動屈折は、二つの
異なる組織間の境界で起こる。それは波面の広がる方向
の逸脱を引き起こし、故に広がる波の振幅と移相とに変
化が存在する。その方向変化は二つの組織内の実行屈折
率の比率の関数である。拡散波動光学において、他方、
波の振幅は、その波が分散媒体内で広がるとき指数的に
減衰される。この減衰は、その媒体の有限的な吸収によ
り引き起こされる指数的減衰に加えて存在する。
振幅変調された波は分散媒体内で干渉的に広がる；こ
れは像の再構成に決定的である。既定の周波数領域法を
適用する単一検出器または検出器列を用いて大面積に渡
って波動の平均強度、振幅、そして位相をリアルタイム
で正確に測定することが可能である。
それらエミッタはライン上の第一エミッタで開始し
て、次のエミッタが続いて位相が引き続き変る。各々の
エミッタは球状波を放出し、そしてその結果生じるビー
ムの広がりは波面に垂直である。送信機遅延の全てが等
しければ、そのビームはまっすぐに前方に進む。種々の
送信機遅延を生成する遅延ラインは、組織を横切るビー
ムを操作するための適当な整相を得るために使用でき
る。その同じ原理が受信中に適用できる。
本発明により想定されるように撮像に関する重要な局
面が二つ有る。その第一は幾何学的局面で有り、そして
第二は送信機と受信機の整相である。
二次元指示のための二次元列を構成することも可能で
ある（例えば、図2C）。これらの列と共に使われた多重
通信スイッチは、その列の一体部分として構成出来、そ
して配置された電界効果トランジスターから構成できる
ので、いかなる素子へのアクセスも二つの逆信号の適用
により得られるかも知れない。
電子走査に加えて、二次元走査が対象物内で調査され
ているものと平行な面内でソースと検出器との列を通常
の所定パターンで移動させることにより達成できる。最
大の検出のために、その検出器はソースの列により作ら
れた結果として生じるフィールドの光量子密度勾配の面
内に位置する。光量子密度勾配の面は、その列が移動す
ると掃引される。この掃引動作において、強くまたは弱
く吸収する目標物が放射フィールド内に入ると、検出器
は、広がる放射線に関する上記の屈折のため、フィール
ド不均衡を示す。二次元像は、プローブが対象物を横切
って移動される間に情報を記憶することにより形成され
る。異なる撮像面における幾つかの走査が本発明により
想定される。もしそのシステムが立方体の他の二面で複
製されるかまたは時分割されるならば、アルゴリズム
が、三角測量による目標物の三次元像を提供するために
使用されるだろう。ソースの線形列に対しては、ヌルが
敏感に検出される面が存在し、そして三つの面の交差部
分（特に直交している交差点において）が隠れた吸収体
の場所を定義する。そのデータの記憶は電子的に実行さ
れる。
その検出器は対象物内で移動している放射線の強度と
移相とを検出する。その移相は組織の属性に、即ち吸収
性や分散性に依存する。低周波数に対しては、その移相
は（（１−ｇ）μs/μａ）1/2と比例し、そして高周波
数に対しては1/μａと比例する。所望の侵入深度を得る
ために、主発振機22と局所発振機26との両方に適当な周
波数が選択されるが；レーザーダイオードの位相関係は
維持される。
異なるタイプのフェーズドアレイが異なる人体の器官
の、例えば、人間の頭部または胸部の最適検査や撮像の
ために設計される。例えば、頭がいキャップに取り付け
られる光ファイバーの位置により限定される光入力ポー
トや光検出ポートのモザイクが使用されるかも知れな
い。正規化写像がＸ線技術をも用いて展開されるかも知
れない。異なる生理学的構造のコントラスト分類はその
視覚化と方位測定とを支援する。信号の振幅と位相とは
精密オシロスコープ上で監視できる。ほぼ知られた位置
の固定目標物を過ぎてフェーズドアレイを走査するため
に、深針位置確認作業におけるように、入力および出力
ポートの場所はその目標物を過ぎて走査され、そして最
大移相の位置が一次元で記録されるが；二次元や三次元
での検出も同様に実行できる。
走査の好適モードにおいて、ソースの列は図8Aに示さ
れるように、180度離れて整相される。S2、S2ソースか
ら、S3、S4ソースまで、光量子密度の鋭い180度の相転
移、光量子密度の大きな勾配が在る。従って、放射フィ
ールドは、ヌル振幅とｙ−ｚ面に対応する、即ち検出器
に垂直に180度の相転移とを与える。もし多数の同様に
整相されたソースが使用されるならば、その相転移は一
層鋭くなる。その列は、図8Bと8Cに示されるように、列
の各側部に均一な光量子密度パターンを生成する。もし
吸収目標物が拡散光波のこの指向性フィールド内位置す
るならば、光量子密度における不均衡が測定される。隠
れた目標物の検出は図8Aの実験的送信機／受信機システ
ムを解析することにより達成される。
入出力ポートシステムの移動により達成される機械的
走査に加えて、電子走査が図２の多ソースと多検出機シ
ステムを用いて実行可能である。図2Bに示されるよう
に、五つのソースの列に対して、振幅変調された光を放
射する逆相ソース間の180度の位相差のために結果とし
て生じる移動フィールド内で180度の相転移が在る。180
度の相転移の面は、ソース上の０度と180度の位相の分
配を適切に変更することにより平行に移動させることが
出来る。これはソースの位相を180度だけ引き続き切り
換えることにより実行される。各々の場合において、こ
の面に位置する検出ポートはそのデータを収集するため
に使用される。そのソースが180度だけ電子的に切り換
えられると、検出列もまた一方の検出ポートから他のポ
ートへと電子的に切り換えることが出来る。受信光ファ
イバーからの信号は一つの共有されたPMT検出機に結合
される。但し、そのシステムもまた幾つかの検出機を含
む。図１または1Aのシステムが使用されるならば、電子
ソース走査は検出ポートの同期機械的運動と結合させる
ことが出来る。
一般に、本発明は、光量子密度勾配は検出の分解能を
増すので、移動フィールド内で作られた光量子密度勾配
を利用する。当業者には既知のように、導入された波動
の干渉効果により形成される光量子密度勾配は、ソース
の適当な整相によるだけでなく、個々のソースの放射さ
れる強度や、他の不均衡を作ったり、ソースを適当に間
隔をとって配置することなどの他の方法によっても作る
ことが出来る。その不均衡は一方のソースの振幅を他に
関して変調することにより達成されるかも知れない；こ
れは対応する方向にヌルを変位させる。更に、導入され
た信号は周波数または選択された位相により符号化でき
る。
図8Aは図１の入力ポート11から17と検出ポート19との
配置を示す。上述のように、18を通じての各レーザーダ
イオード12の光は200MHzの周波数において変調された強
度である。強度変調された放射線の波長は λ＝（４πc/3fμgn）1/2 であり、ここでｆは200MHzの変調周波数、μｇは屈折
率ｎのIntralipid溶液内で約10cm-1である分散係数、そ
してｃは3x108cm/sである。従って、予想される波長
は、約7cmである。入力ポートS1、S2、S3、S4は3.5cm離
れて設定され、そしてプッシュプル変成器を用いて180
度だけ逆相される。逆相列はヌル検出に対する破壊的干
渉を利用をするように選ばれた光量子密度の大きな勾配
を作る。754nmの光を放出するレーザーダイオードは主
発振機２を用いて200MHzで強度変調され、そして局所発
振機26はPMT検出器24のダイノード変調を実行するため
に200.025MHzで動作する。検出ポート19のｘ方向走査
（図8A）の検出された強度と移相とは図8Bと8Cとに各々
プロットされる。予想されるように、その強度は、その
位相が180度変るソースS2とS3間で鋭い最小値を有す
る。最大値の半分のピーク巾は約2cmである。検出ポー
トのｘ方向走査に加えて、検出ポートはｙ方向でも走査
された、ここで予想されるように、何の変化も観察され
なかった。
図9Aにおいて、異なる直径の円筒状目標物ｄは、前述
のフェーズドアレイを用いて走査された。その目標物は
ｘ軸から2.5cm変位した線形列の中間に置かれた。検出
ポートはｘ軸上に置かれ、そして各対象物は2.5cmのｙ
変位でｘ軸に平行に移動された。異なる場所で検出され
た強度と移相とは図9Bと9Cとに各々プロットされる。各
移動する目標物の強度パターンは、ｘ軸に沿っての走査
中に走査される目標物がｘ＝０、ｙ＝2.5のポイントに
位置した時、二つの最大値と一つの最小値とを有する。
このポイントにおいて、大きな位相変化が、図9Cに示さ
れるように、検出される。位相検出は限局化された吸収
体の本来的により大きな分解能を有する;0.8mm程度の大
きさの隠れた目標物が検出できる。
隠れた目標物の異なる吸収性のためその応答が、図9A
の４素子フェーズドアレイで走査された異なる吸収係数
の5mmシリンダーを用いて調べられた。検出された位相
変化は図9Dに示される。5mmのブラックロッドはその高
吸収性のため最大の位相変化を示す、そして吸収係数μ
ａ＝200cm-1を有するカルジオグリーン3.5mg/lで満たさ
れたシリンダーは最小の位相変化を示す。隠れた目標物
の走査において、これらの実験はソース検出器システム
を機械的に変位させることか、または対象物を電子的に
走査することに相当する。
異なる直径の二つの目標物の走査が図10Aに示され
る。異なる直径の二つのシリンダーはｘ軸上に位置した
四素子フェーズドアレイを横切って走査される。その検
出ポートはｙ＝5cmに位置する。図10Bにおいて、検出さ
れた位相変化がこれらの目標物の変位に対してプロット
される。曲線Ａは3cm離れて配置された直径5mmと10mmの
二つのシリンダーの位相変化を表す。曲線Ｂは5mmシリ
ンダーの代りに16mmシリンダーを用いて測定された。こ
の場合、二つのシリンダーの分離は小さいので、位相検
出器は二つの目標物を分解できない。
結果として生じるビームの主突出部がより鋭利とな
り、光量子密度の勾配がより大きくなるので、撮像分解
能はフェーズドアレイの素子数を増すことにより増加さ
れる。異なる素子数と異なる形状のフェーズドアレイが
異なる器官を撮像するために使用される。例えば、腫瘍
の撮像において、ほぼ線形形状を有する図8Aの四素子フ
ェーズドアレイが脳部の撮像のために使用できる。他
方、長方形或は、円形フェーズドアレイが胸部内の隠れ
た腫瘍の撮像のために使用される。変調周波数と素子の
間隔を設けることとは各々の場合において適正な集束を
得るために調整される。
一般に、撮像システムは上述の原理から起こる操作の
次のモードを用いて動作する。操作の最初のモードにお
いて、一連の零整相、適切に一定の間隔をとって配置さ
れたソースは光量子拡散波を作る。選択された波長に感
応する一つ以上の検出器は移動波の位相と振幅とを検出
する。個々のソースと検出器は符号化されて、そして選
択された検出に従って起動されて、コード構成を表示す
る。操作の第二モードは、互いに関して０度と180度に
おいて整相された一連のソース（或は十分な感度を与え
るいかなる他のオフセット位相）を用いる。列のヌルポ
イントに設定された検出器はヌルポイントにおける位相
の変化を検出する。各検出器は選択された波長へのその
感度を制限するために干渉フィルターを用いるかも知れ
ない。操作の第三モードは更に、相転移を検出するだけ
でなく、ヌル振幅をもまた検出することにより第二モー
ドを補完するかも知れない。隠れた目標物が０度−180
度信号の中心線面に位置する時、最高感度の検出が達成
される。目標物が両信号を用いて突き止められる、そし
てそれらについての適切な積分および導函数がそのシス
テムの分解能を強化するために使用される。その表示は
また、幾つかの波長からの情報を利用する、例えば、75
0nmと850nmのソースが使用される時、その信号差はヘモ
グロビン酸素付加についての情報や血液濃度についての
合計を提供する。内因性または外因性の組織色素に感応
する他の波長が使用されても良い。同じソース列が操作
の三つのモード全てにおいて動作するように設計されて
も良い。コンピューター監視システムは最適感度のため
の操作の適切なモードを選択する。
図11において、単波長位置確認システム83は、四個の
レーザーソース87から組織８に選択された波長の光放射
線を導く円錐状スキャナー85を採用する。導入されたパ
ターンの関係は、結果として生じる導入放射パターンが
検査空間内で円錐状走査を形成するように選択される。
列87の動作原理は図2A、2B、2Cと関連して説明された。
発振器62は変調器90aと90bに導入される200.025MHz駆動
信号91を発生する。更に、駆動信号の位相は変調器90b
内の駆動信号の位相に関して変調器90aにおいて90度だ
けずらされ、そしてその位相信号は60Hzで経時変動す
る。各直角位相信号（92、93）はスプリッタ89aと89bで
分割されて、同相および逆相駆動信号を形成する。四つ
の駆動信号は列87のラベル付けされたＮ、Ｓ、Ｗ、Ｅの
レーザーダイオードを駆動する。従って、列87は信号円
錐の中央での鋭い位相変化を含む走査円錐状信号（88）
を発生する。列87は780nmレーザーダイオードを有する
が、組織構成要素に対する高感度のために選択された他
の波長が採用されても良い。更に、多波長列もまた使用
できる。
導入された拡散光量子密度波は組織８内を移動し、そ
してPMT検出器75に接続された光ファイバーの光ポート8
6で検出される。上述のように、検出された放射線は200
MHz基準信号を用いてヘテロダイン処理され、そして対
応する25KHz信号は振幅検出器96と位相検出器79とに結
合される。位相検出器79は導入されて、検出された放射
パターン間の移相を測定する。移相検出器の出力は、
Ｎ、Ｓ、Ｗ、Ｅレーザーソースに対応する位置確認信号
を生成するために60Hz信号92と93とを関連させる。位置
確認信号はオシロスコープを用いて監視されても良い。
ポート86が放射円錐88の場所に関して対称的に配置さ
れ、そして何のフィールド摂動も無い（即ち、隠れた目
標物９が無い）時、そのオシロスコープは円形のパター
ンを表示する。円錐88とポート86との同配置において、
もし隠れた目標物９が放射フィールド内に位置するなら
ば、オシロスコープのパターンはもはや対称的ではなく
なる、例えば、その円形パターンは楕円形に変るかも知
れない。最大感度に対しては、検出ポート86は組織８の
周りを機械的に走査し、そして走査円錐状信号上にロッ
クされるので、そのポート86は常に円錐88の中心を指示
する、即ち、ポート86はヌル場所にある。
図11Aにおいて、位相変調撮像システム100はレーザー
ソース104に接続された二次元フェーズドアレイ送信機1
02を含む。電子構成120は、レーザーソース104を駆動
し、そして基準信号を検出システムへも提供する。光検
出器150はPMT検出器156に接続された比較的大面積の光
ファイバー154により限定された光入力ポート152を含
む。
フェーズドアレイ送信機102は、一組の光ファイバー
（図11に示めされない）によりａとｂとで各々ラベル付
けされた754nmと816nmレーザーダイオードを含むレーザ
ーソース104に接続された入力ポートの水平列106と垂直
列112とを含む。水平列106のダイオード107、108、10
9、110はプッシュプル変成器122により駆動され、そし
て垂直列112のダイオード103、114、115、116はプッシ
ュプル変成器124により駆動される。システムの分解能
は更にソースを追加することにより増やされるかも知れ
ない。
水平ソースは、200.025MHz発振機124と60Hzのノコギ
リ波状信号を発生する水平TV走査駆動128とにより発生
された約200.025MHzの周波数で強度変調される。位相検
出器162に供給された25KHzの水平基準信号127は、発振
機124からの200.025MHz信号と発振機121からの200MHz信
号とを混合することにより混合器126内で生成される。
垂直ソースは、200.2MHz発振機134と1KHzのノコギリ波
状信号139を発生する垂直TV走査駆動138とにより発生さ
れた約200.2MHzの周波数で強度変調される。位相検出器
164に供給された200KHzの水平基準信号137は、発振機13
4からの200.2MHz信号と発振機121からの200MHz信号とを
混合することにより混合器136内で生成される。
チョッパにより60Hzで交互にされる、754nmまたは816
nmの何れかの放出された光は、上述のように検査される
組織内を移動し、そして入力ポート152において検出さ
れる。検出された光は、発振機121から基準200MHz信号
を受信するPMT検出器156においてヘテロダイン処理され
る。それで検出信号は、フィルター158と160を用いて25
KHzと200KHzにおいて各々濾波される。25KHzと200KHzの
基準信号を各々受信する位相検出器162と164は、導入光
に関する検出光の移相を各周波数において決定する。
上述のように、移動する光量子の移相と関連した光路
長はその組織属性を直接的に反映する。システム100
は、各列からの放出光は僅かに異なる周波数で変調され
るので、水平列106と垂直列112から放出された光の移相
の差を識別できる。
送信機列102は検査される組織の形状と隠れた目標物
の可能な場所とを反映するように設計される。列102に
より目標にされた図11の隠れた目標物Ａ、Ｂ、Ｃは分散
媒体内で３から4cmである。従って、列102は、約1cmの
間隔を開けて、そして中心から等距離に配置された入力
ポートを有する。検出ポート152は送信機102から約７−
10cmのところに配置され、そして列102の全導入フィー
ルドと相互関連して機械的に走査されても良い。
PMT検出器156は水平と垂直の列からの信号を受信す
る。波形の変調オフセット垂直周波数は、垂直走査の反
復性は水平走査の反復性よりも高いので、水平波形の高
さの約10倍である。ほぼ同周波数差が水平および垂直TV
走査に対して使用される。位相検出器162または164から
の出力は、水平軸と垂直軸とに沿って検出される時の位
相値を表す。限局化された吸収または分散目標物（例え
ば、腫瘍、局所出血）は「共振曲線」型応答を引き起こ
す。各信号に対して検出された移相は、その変化を「鋭
く」して、分解能を増すために微分される（166と16
8）。水平および垂直出力は加算係数器170で加算され
て、500ラインTVディスプレー180のビデオ入力に結合さ
れる。そのディスプレーはグレースケール、または疑似
カラースケールで等級分けにされても良い。上述の一次
元的実験で達成された分解能は更に改善できる、そして
そのSN比は走査されたデータのコンピューター記憶装置
を採用する、多数の走査を統合する、そしてコントラス
ト強調アルゴリズムを使用することとにより強化され
る。択一的に、「低速走査」TVが位相検出器の出力の狭
帯域で使用されても良い。
システム100は、25KHzと200KHzの周波数において検出
された放射線の振幅を検出する振幅検出器157をも含む
かも知れない検出された振幅信号は移相信号と同じ方法
で操作されて、ディスプレー180に送られる。振幅信号
と位相信号との両方を使用すると、像の分解能を改善す
る。
図11Bは、図11Aのシステム100で使用されたものと同
様の技術を採用する低周波撮像システム190を図式的に
示す。ソース列192は組織195内で広がる拡散した波を放
出して、検出器200により検出される。隠れた目標物が
拡散波のヌルライン上に位置する時に、最高分解能が達
成される。そのシステムは約50MHzにおいて動作し、レ
ーザーダイオードの代りにLEDsを、そしてPMT検出器の
代りにSiダイオードを使用する。発振機202と204は、互
いに関して180度ずらした二つの強度変調された電圧信
号を提供する位相スプリッタ206と208とを各々駆動す
る。０度と180度の信号は、同時に一波長のソースを動
作させるためにスイッチ210と212により多重化される70
nmおよび850nmのLEDソースを駆動する。変調された拡散
波は波長特定干渉フィルターを含むSiダイオードにより
検出され、そして検出器信号は、混合器226と228を用い
て各々50MHzと50.01MHzの周波数から20KHzの周波数に変
換される。20KHzで動作する位相検出器230と232は検出
された信号の移相を決定する。移相信号と振幅信号との
両方ともディスプレーユニット240上に隠れた吸収体を
映すために使われる。
二次元の送信機および受信機列が図12Aに示される。
入力ポートの間隔は、操作の周波数、隠れた目標物の予
想される場所、そして検査される器官の形状とにより変
更できる。図12Bは電子的にオンに出来る二次元の送信
機と受信機の列250と255を利用する撮像システムを図式
的に示す。主発振機262とレーザー駆動装置260は一対の
同相および逆相レーザーダイオード、例えば、Ｙ列とＺ
列の第一および第三ダイオードを駆動する。一組の電子
スイッチは10msec毎にレーザーダイオードの異なる組に
接続するために使用される。一組の光ファイバー検出さ
れた光をPMT検出器264に送信し、そしてそれはまた局所
発振機266からの基準200.025MHz信号をも受信する。
ヘテロダイン処理された結果として生じる信号は、検
出された放射線の移相を測定する位相検出器272に送ら
れる。測定された移相は、電子スイッチ263と同じ10mse
c時間ベースを有するCRTディスプレー276上で検出され
た変化を強化するために更に操作される。微分回路274
は移相信号の導関数をとる；これは図8c、9c、9dに示さ
れる移相の交差を強める。
交代的形態 上述の指向性検出に加えて、本発明は平均移動行路長
を計算するために構成された撮像システムを想定する。
図４において、そのようなシステムにおいて、発振機60
からの駆動信号はスイッチ61a、...、61nを用いて選択
されたレーザーダイオード64a、...、64n、または66
a、...、66nに導入される。各々のレーザーダイオード
の強度変調された放射線は正確に限定された位置に配置
された入力ポートにおける組織70に結合される。他の位
置に配置された検出ポートは組織10内で移動している放
射線を検出する。検出された信号はPMT検出器74で直接
的にヘテロダイン混合される。これらの信号は位相検出
器に送られる、ここで検出された放射線の位相と強度と
が測定される。そのシステムは、同時に動作する幾つか
のPMT検出器と位相検出器（一組の検出器しか図４に示
されない）を含むかも知れない、または一つの検出器が
組織70の表面を走査する。検出されたヘテロダイン信号
の移相と強度は、前記の分散されて、吸収された放射線
がそれを通じて移動した組織に依存する。
組織特性は検出された移相と強度値からと、そして既
知入力ポートと検出ポート配列とから決定される。測定
された平均行路長＜Ｌ＞もまた決定される。検出された
移相は、低周波近似値θ＝２πｆ＜Ｌ＞n/cを用いるこ
とにより実行移動行路長＜Ｌ＞に変換される、ここでｆ
は変調周波数、ｃは光速（3x108cm/s）であり、そして
ｎは媒体の屈折率である。
移動行路長を検出することによる撮像を例示するため
に、我々は強く吸収する目標物、半径Ｒの完全吸収体
（μａ→∞）を有する組織内での光量子移動の例を使用
する。図5A、5B、5Cにおいて、行路長の分布は、距離ρ
を隔てて、そして半無限の強く吸収する媒体である検査
される組織の外部に配置されたポイント検出器Ｄとソー
スＳ間に存在する光フィールドを定義する。図5Aに示さ
れるように、そのフィールドから無限遠で、完全吸収体
は、ソースＳにより放出され、そして検出器Ｄにより検
出された光量子のバナナ状の光フィールドを変更しな
い。目標物が光フィールド内に入ると（図5B）、ＤとＳ
から最遠距離に移動している光量子は半径Ｒの完全吸収
体内部での吸収プロセスにより排除される。最長行路長
を進む光量子は吸収されるので、目標物の接近が行路長
の分布を縮める、或は択一的に、平均行路長＜Ｌ＞を縮
める。その目標物が接近し、そして光フィールドが目標
物を取り囲むと（図5C）、検出された光量子の幾つかは
目標物の「周り」を運動していた、それは行路長の分布
を長くした時に検出される。従って、平均行路長測定は
組織（例えば、腫瘍、または局所出血）の強く吸収する
要素の場所を明らかにすることができる。
この行路長演算アプローチは、大抵の場合かなりの演
算的能力を必要とするのだけれども、それは位置確認作
業において有用な情報を与え、そして上述の指向性アプ
ローチに対して有用な補足を提供することが出来る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 10/00

Claims (39)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】対象物の生物学的組織に対する分光検査の
    システムであって、該システムは、 対象物内で移動する間に分散されて、吸収されるように
    選択された可視または赤外波長の電磁非電離放射線を複
    数の入力ポートに同時に与えるための、少なくとも一つ
    の発振器に接続された少なくとも一つの光源を備え、 前記放射線は前記発振器の周波数にて変調されかつ同時
    に光量子密度が既知の時間で変動するパターンを有して
    おり、 前記入力ポートは前記放射線を対象物に同時に導入する
    選択された場所に配置されており、そして該システム
    は、 前記入力ポートから発した導入放射線の時間変動パター
    ンの相互作用の結果として光量子密度の十分な勾配を有
    する放射線を形成するよう、前記導入放射線の時間変動
    パターンについて選択された時間関係を与えるための放
    射線パターン制御手段を備え、 前記放射線は対象物内の移動行路内で分散されて、吸収
    されており、さらに前記システムは、 対象物上の選択された場所に配置した検出ポートにおい
    て、対象物内で移動している前記放射線を経時検出する
    検出器と、 前記光量子密度の十分な勾配を有する放射線の光量子密
    度の勾配への前記対象物の影響を示すデータを作るため
    に前記導入放射線に対する前記経時検出された放射線の
    関係を示す信号を生成する処理手段と、 前記データと前記入力ポート及び出力ポートの場所との
    相関をとることにより対象物と検査する評価手段とを含
    むことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】対象物の生物学的組織に対する分光検査の
    システムであって、該システムは、 対象物内で移動する間に分散されて、吸収されるように
    選択された可視または赤外波長の電磁非電離放射線を複
    数の入力ポートに同時に与えるための少なくとも一つの
    発振器に接続された少なくとも一つの光源を備え、 前記放射線は前記発振器の周波数にて変調されかつ光量
    子が既知の時間で変動するパターンを有しており、 前記入力ポートは前記放射線を対象物に導入するよう選
    択された場所に配置されており、そして該システムは、 前記入力ポートから発した導入放射線の時間変動パター
    ンの相互作用の結果として光量子密度の十分な勾配を有
    する放射線を形成するよう前記導入放射線の時間変動パ
    ターンについて選択された時間関係を与えるための放射
    線パターン制御手段を備え、 前記放射線は対象物内の移動行路内で分散されて、吸収
    されており、さらに該システムは、 対象物上の選択された場所に配置した複数の検出ポート
    において、対象物内で移動している前記放射線を経時検
    出する少なくとも一つの検出器と、 前記光量子密度の十分な勾配を有する放射線の光量子密
    度の勾配への前記対象物の影響を示すデータを作るため
    に前記導入放射線に対する前記経時検出された放射線の
    関係を示す信号を生成する処理手段と、 前記データと前記入力ポート及び出力ポートの場所との
    相関をとることにより対象物を検査するように評価手段
    とを含むことを特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】対象物の分光検査のシステムであって、該
    システムは、 対象物内で移動する間に分散されて、吸収されるように
    選択された可視または赤外波長の電磁非電離放射線を入
    力ポートに与えるための、発振器に接続された光源を備
    え、 前記放射線は前記発振器の周波数にて変調されかつ光量
    子密度の既知の時間で変動するパターンを有しており、
    前記入力ポートは前記放射線を対象物に同時に導入する
    選択された場所に配置されており、そして該システム
    は、 対象物上の選択された場所に配置した複数の検出ポート
    において対象物内で移動している前記放射線を経時検出
    する検出器を備え、前記検出ポートにおける前記経時検
    出放射線における時間関係は導入放射線と対象物との相
    互作用の結果として形成された放射線における光量子密
    度の十分勾配を観察できるように選択されており、さら
    に該システムは、 前記十分な光量子密度の勾配が観察される放射線の光量
    子密度の勾配への前記対象物の影響を示すデータを作る
    ために前記導入放射線に対する前記経時検出された放射
    線の関係を示す信号を生成する処理手段と、 前記データと前記入力ポート及び出力ポートの場所との
    相関をとることにより前記対象物を検査する評価手段と
    を含むことを特徴とするシステム。
  4. 【請求項４】少なくとも一つの前記入力または検出ポー
    トを所定の幾何学的配置パターン上の他の場所に移動さ
    せる変位手段を更に含み、前記他の場所は対象物の前記
    検査を実行するために使用されることを特徴とする請求
    項１、２および３のいずれかに記載のシステム。
  5. 【請求項５】所定の幾何学的配置パターンに沿って前記
    の十分な光量子密度の勾配を有する又は観察される放射
    線を導入しながら同時に前記光入力ポートを回転させる
    回転手段を更に含み、前記入力ポートの回転は対象物の
    領域について前記検査を実行するために使用されること
    を特徴とする請求項１、２および３のいずれかに記載の
    システム。
  6. 【請求項６】前記放射パターン制御手段は光量子密度の
    前記勾配の空間的方位を変化させるために前記時間関係
    を修正し、そして前記変位手段は光量子密度の前記勾配
    の前記変化した方位に対して前記検出ポートを固定的に
    維持していることを特徴とする請求項４に記載のシステ
    ム。
  7. 【請求項７】前記多数の入力または検出ポートは１次元
    配置を形成するよう配列されていることを特徴とする請
    求項１、２および３のいずれかに記載のシステム。
  8. 【請求項８】前記多数の入力または検出ポートは２次元
    配置を形成するよう配列されていることを特徴とする請
    求項１、２および３のいずれかに記載のシステム。
  9. 【請求項９】前記多数の入力または検出ポートは、頭ま
    たは女性の胸に適合する配置に選択されていることを特
    徴とする請求項７または８に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】前記時間変動するパターンは前記選択周
    波数において変調された放射線強度を含み、前記放射パ
    ターン制御手段は、少なくとも一つの方向に前記放射線
    の急峻な位相変化と強度の鋭い最小値とを生成するよう
    前記入力ポートの各々から導入された前記変調放射パタ
    ーン間で選択された位相関係を制御していることを特徴
    とする請求項１、２および６のいずれかに記載のシステ
    ム。
  11. 【請求項１１】前記位相関係は180度であることを特徴
    とする請求項10に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】前記放射パターン制御手段は、前記放射
    線の急峻な位相変化と鋭い最小値の方向の空間的方位を
    変更するよう、前記導入放射パターンの全てに同一の時
    間変動位相成分を与えていることを特徴とする請求項10
    または11に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】前記時間変動するパターンは前記選択周
    波数において変調された放射線強度を含み、そして前記
    放射パターン制御手段は少なくとも一つ以上の方向に前
    記放射線の急峻な位相変化と強度の鋭い最小値とを生成
    するよう前記入力ポートの各々から導入された前記変調
    放射パターン間で選択された周波数関係を制御している
    ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の
    システム。
  14. 【請求項１４】前記時間変動するパターンは前記選択さ
    れた周波数において変調された放射線強度を含み、そし
    て前記放射パターン制御手段は少なくとも一つ以上の方
    向に前記放射線の急峻な位相変化と強度の鋭い最小値と
    を生成するよう前記入力ポートの各々から導入された前
    記変調放射パターン間の選択された振幅関係を制御して
    いることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記
    載のシステム。
  15. 【請求項１５】前記放射パターン制御手段は、前記放射
    線の前記の急峻な位相変化と放射強度の鋭い最小値の方
    向の空間的方位を変更するよう前記導入放射パターンの
    全てに同一の時間変動振幅成分を加えていることを特徴
    とする請求項14に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】対象物内の光量子の移動中に生ずる移相
    の分析を可能にする前記発振器の周波数において前記放
    射線は変調されることを特徴とする請求項１、２および
    ３のいずれかに記載のシステム。
  17. 【請求項１７】前記処理手段は対象物内での分散及び吸
    収により変化される前記放射線の位相または強度を決定
    していることを特徴とする請求項１、２、３、４、５お
    よび６のいずれかに記載のシステム。
  18. 【請求項１８】前記光源は、対象物の内因性または外因
    性の組織色素の変化に影響され易い波長の放射線を放出
    するよう構成されていることを特徴とする請求項１、2,
    3、４、５および６のいずれかに記載のシステム。
  19. 【請求項１９】前記内因性または外因性の色素は蛍光成
    分を含み、前記導入放射線の波長は前記蛍光成分内で吸
    収されるように選択されており、前記検出された放射線
    は前記蛍光成分から放出されて前記蛍光成分の場所を判
    定するために用いられていることを特徴とする請求項18
    に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】前記評価手段は、前記処理手段に接続さ
    れかつ前記検査された対象物の画像を作成するようにさ
    れた画像デバイスからなることを特徴とする請求項１、
    ２および３のいずれかに記載のシステム。
  21. 【請求項２１】前記画像デバイスは前記検出された放射
    線の位相値または前記強度の値に基づいて、画像を作り
    出すようになっていることを特徴とする請求項20に記載
    のシステム。
  22. 【請求項２２】前記画像デバイスは、前記検査された生
    物学的組織内の隠れた目標物から検出された局所的に生
    ずる信号に基づいて画像を作り出していることを特徴と
    する請求項20に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】前記処理手段は、さらに前記データから
    吸収係数μａまたは分散係数μｓを計算することを特徴
    とする請求項１、２および３のいずれかに記載のシステ
    ム。
  24. 【請求項２４】前記結果光量子密度の十分な勾配を有す
    る又は観察された放射線は、検査された組織の中におい
    て円錐状走査を形成し、前記局所的に生ずる信号は正常
    組織領域のそれとは異なる分散または吸収特性の異常組
    織領域の存在を示す走査部分において非対称なパターン
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  25. 【請求項２５】前記画像デバイスは、コントラスト強調
    アルゴリズムを用いた表示をする手段を含むことを特徴
    とする請求項20に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】前記発振器は40MHzから1GHzの範囲の周
    波数で動作することを特徴とする請求項１、２および３
    のいずれかに記載のシステム。
  27. 【請求項２７】前記光源はレーザーダイオードであり、
    前記検出器はPMTであることを特徴とする請求項26に記
    載のシステム。
  28. 【請求項２８】前記発振器は約50MHzの周波数で動作す
    ることを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに
    記載のシステム。
  29. 【請求項２９】前記光源はLEDダイオードであり、前記
    検出器はダイオード検出器であることを特徴とする請求
    項28に記載のシステム。
  30. 【請求項３０】前記発振器は約200MHzの周波数で動作す
    ることを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに
    記載のシステム。
  31. 【請求項３１】前記光源の前記波長は、754nm、760nm、
    780nm、816nm、または850nmであることを特徴とする請
    求項１、２および３のいずれかに記載のシステム。
  32. 【請求項３２】前記検出器はヘテロダイン検出のために
    構成され配置された光量子増倍管であることを特徴とす
    る請求項１、２および３のいずれかに記載のシステム。
  33. 【請求項３３】対象物の生物学的組織に対する分光検査
    のシステムであって、前記システムは、 可視または赤外波長の電磁非電離放射線を、複数の入力
    ポートにおいて、同時に導入するように適応された、少
    なくとも一つの発振器に作動的に接続された少なくとも
    一つの光源を備え、前記放射線は前記発振器の周波数に
    て強度変調されており、かつ前記入力ポートは対象物上
    の選択された場所に配置されており、そして前記システ
    ムは、 前記少なくとも一つの光源に対して発振信号を提供する
    ためのプッシュプル変成器からなる放射パターン制御手
    段を備え、さらに前記システムは、対象物上の選択され
    た場所に配置した検出ポートにおいて、対象物内で移動
    している前記放射線を経時検出するように適応された検
    出器と、 前記対象物の生物学的組織内の隠れた目標物を示すデー
    タを作るために前記導入放射線に対する前記経時検出さ
    れた放射線の関係を示す信号を生成する処理手段とを含
    むことを特徴とするシステム。
  34. 【請求項３４】前記光源は、前記生物学的組織内の隠れ
    た目標物からの蛍光放射を励起するのに適した波長の前
    記放射を放出するように選択されており、前記検出器は
    前記蛍光放射の検出のために配置されたフィルターを含
    むことを特徴とする請求項33に記載のシステム。
  35. 【請求項３５】前記導入放射線の波長は、対象物の前記
    隠れた目標物内の外因性の色素に影響されるものに選択
    されていることを特徴とする請求項33または34に記載の
    システム。
  36. 【請求項３６】前記隠れた目標物内のカルジオグリーン
    に影響される導入放射線の波長であることを特徴とする
    請求項33または34に記載のシステム。
  37. 【請求項３７】前記光源が光放射ダイオード（LED）で
    あることを特徴とする請求項33または34に記載のシステ
    ム。
  38. 【請求項３８】前記光の検出器がダイオード検出器であ
    ることを特徴とする請求項33または34に記載のシステ
    ム。
  39. 【請求項３９】前記検出ポートが前記入力ポートに関し
    て対称的に配置されていることを特徴とする請求項33に
    記載のシステム。
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