JPH01209342A - 光ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は光ＣＴ装置に関し、特に、人体または動物体
における器官やその他の部分におけるヘモグロビンの酸
素化状態や血液量の変化とともに、細胞質状チトクロー
ムの酸化還元作用の変化を非侵襲的に＃１定するような
光ＣＴ装置に関する。

［従来の技術］ 第１１図は従来の体内器官における代謝作用を測定する
ための装置の構成を示す図であり、第１２図および第１
３図は従来の測定装置において検出される光の光路を示
す図である。

第１１図に示した装置−は、特開昭５７−１１５２３２
号公報に記載されたものである。この第１１図に示１、
た例では、近赤外部光源１は異なった波長の近赤外光を
交互に放射する。この近赤外光は光学ファイバ２を介し
て人体の頭部３を通過し、検波システム４がその強度を
ｎ１定する。調整装置５は単色閃光の速度と順序を調整
し、検波した光信号を復調させる。フィードバック調整
システム６は１波長で検波した光信号を検波感度の陰電
気フィードバック調整により一定に保持し、透視時間中
に検波器官内の血液量の変化によって生ぜしめられた透
過率の変化を補正する。出力調整回路７は受信した基準
および測定信号と同時にフィードバック電圧血液量指示
信号を出力する。

上述の第１１図に示した装置では、７００ｎｍ〜１３０
０ｎｍの範囲の光を頭部３から入射し、脳内のヘモグロ
ビンの酸素化状態、血液量や細胞質状チトクロームの酸
化還元作用の変化を、頭部３の透過光を検出することに
よってとらえることができる。この際ヘモグロビンの等
吸収点である８０５ｎｍを基準波長として、脱酸素化ヘ
モグロビンが約７６０ｎｍのところに小ピークををする
ところや、７００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲にチト
クロームａａ３の酸素依存の吸収体を有することを利用
している。

また、特開昭６０−７２５４２号公報においても、上述
の説明と同様にして、波長体の光と吸光特性を用いて、
生体におけるヘモグロビン、ミオグロビンなどの酸素分
子と結合し得る蛋白質の酸素との結合状態を量的に二次
元分布で観測することができ、呼吸鎖の構成成分である
チトクローム類などの酸化、還元状態からチトコンドリ
アの酸素濃度を二次元分布で観測できる生体代謝動態ｎ
１定装置が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、たとえ７００ｎｍ〜１３００ｎｍの光が
可視光領域より生体透過性が高（でも生体に照射し、そ
の透過光を検出した場合、入射された光はヘモグロビン
の大きさに比べて、その波長が短いために、生体内に入
射された直後に散乱と吸収を受け、検出された光は拡散
された光の成分をとらえていることになる。

このことは、たとえばＣ，Ｃ，Ｊｏｈｎｓｏｎ。

０ｐｔｉｃａｌ　　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　　１ｎＢｌｏ
ｏｄ”　　ＩＥＥＥ　　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ　　
　ＯＮＢＩＯ−ＭＥＤＩＣＡＬ　　　ＥＮＧＩＮＥＥＲ
ＩＮＧ　　Ｖｏｌ、　　ＢＥＭ−１７Ｎｏ、２゜１９７
０　　ｐｐ１２９〜１３３に記載されている。

すなわち、第１２図に示すように、生体に入力された光
を検出器９で検出するように構成した場合、検出器９に
よって検出された光は、入力光と検出器９とを結ぶ直線
である光路１０ａを通過してきた光の他に、散乱、拡散
されて光路１０ａ以外の光路１０ｂ、１０ｃを通過して
きた光を含んでいることになる。このように、常に透過
光を検出した場合は、検出光が生体内のどの経路を通過
してきたかは限定できず、第１１図に示したような装置
の場合には、その測定対象となる生体の内部の全体もし
くは第１３図に示すように、入射光と検出器９とを結ぶ
光路１０ａよりはるかに幅の広い光路（第１３図におけ
る斜線部分）の情報しかとらえられないことになる。臨
床的に生体の血行障害などの器官性障害やその程度を診
断する場合には、障害を受けている位置が問題となるた
めに、このような生体内部の広い範囲の情報では意味を
なさない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、入射光と検出部
を結ぶ直進成分の光のみを検出して、正確な位置での血
行動態や呼吸動態などの生体代謝動態を観測できるよう
な光ＣＴ装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明は被検者の生体の代謝動態を測定する光ＣＴ装
置であって、複数の波長の高繰返し超短光パルスを発生
する光源と、光源から発生された超短光バ少スを参照光
パルスとサンプル光パルスとに分岐する光分岐手段と、
分岐された参照光パルスを導光する参照光路と、被検者
の生体を囲むようにリング状に形成され、かつその内周
に沿って所定の間隔で区切られた複数のセルが設けられ
たスキャナ部と、それぞれの一端がスキャナ部の各セル
内で生体に対向するように設けられ、それぞれの他端に
分岐されたサンプル光パルスが与えられる複数のサンプ
ル送光光路と、それぞれの−端がスキャナ部の各セル内
で生体に対向するように設けられ、それぞれの他端から
生体を通過したサンプル光パルスを集光手段に導くため
のサンプル受光光路と、参照光路とサンプル送光光路と
サンプル受光光路のいずれか１つの光路における光パル
スを所定の時間だけ遅延するための遅延手段と、参照光
路を導光してきた参照光パルスとサンプル受光光路を通
過してきたサンプル光パルスを集光する集光手段と、集
光された光パルスに基づいて、第２高調波を発生する結
晶と、発生された第２高調波を検出する第２高調波検出
手段と、セルの第に番目のセルに対応するサンプル送光
光路から第１番目の波長の超短光パルスを生体に照射さ
せ、セルの第見番目のセルに対応するサンプル受光光路
によって受光されたサンプル光パルスと参照光パルスを
集光手段によって集光させ、第２高調波検出手段によっ
て検出されたフォトンを計数し、その計数値を所定の数
だけ平均して平均値を求め、その平均値に基づいてサン
プル光パルスまたは参照光パルスのいずれか一方の遅延
量を変化させ、その遅延時間と遅延時間内における平均
値とに基づいて、生体を通過した参照光パルスとサンプ
ル光パルスの遅延量が所定の値のときにおける第２高調
波のフォトンを計数した値のフォトン平均値Ｓｏｉ　　
（ｋ、ｍ）（但し、ｋ、廷、　　ｉ　−１，２・・・ｎ
）を記憶し、このフォトンＳｏ　＋　　（ｋ＋廷）に基
づいて、生体内の代謝動態の断層像を演算して出力する
演算制御手段を含んで構成される。

［作用］ この発明に係る光ＣＴ装置では、生体を通過したサンプ
ル光パルスと参照光パルスの遅延量が所定の値のときに
おける結晶から発生された第２高調波のフォトンを計数
した値の平均値を求めるようにしたので、生体透過光中
の散乱成分を除去でき、生体内を直進した成分のみを検
出できるため、透過光を用いて生体内の情報を検出する
際に、位置情報がより明確になる。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の詳細な説明するための図であり、第
２図は第１図に示した光ＣＴ装置に与えられる超短光パ
ルスの一例を示す図であり、第３図は参照光パルスと生
体透過光パルスとこれらのパルスの第２高調波を示す波
形図であり、第４図は第２高調波の遅延時間に対する曲
線Ｓ（τ）の測定を説明するための波形図である。ここ
で、τは遅延時間である。

まず、第１図ないし第４図を参照して、この発明の原理
について説明する。この発明では高繰返し超短光パルス
が用いられる。このような高繰返し超短光パルスは、た
とえば半導体レーザを用いると、繰返し周波数ＩＧＨｚ
で半値幅数１０〜数ｐｓｅｃ　（ｐｓｅｃ−１０−１２
５ｅｃ）の光パルスが得られる。たとえば、第２図に示
した超短光パルスは、光パルスの間隔が１Ｏ−９ｓｅｃ
であり、１秒間に１０９個発生されるものである。

このような光パルスは半導体レーザに限ることなく、色
素レーザなどにおいても実現できる。

この超短光パルスはハーフミラ−１１により直進方向に
進む参照光パルスと直角方向に進むサンプル光パルスに
分岐される。このうち、サンプル光パルスはミラー１２
によって対象となる生体１３に照射される。生体１３を
通過してきた先パルスは、ミラー１４．１５によって反
射され、レンズ１６に導かれる。以下、この光パルスを
生体通過光パルスと称することにする。

一方、参照光パルスはミラー１９で反射され、遅延光路
２１に導かれ、ミラー２ｏによって反射されて、生体通
過光パルスと同様にしてレンズ１６に導かれる。ここで
、遅延光路２１としては、第１図に示すような２つのミ
ラーを組合わせてもよく、プリズムやコーナキューブの
ようなものを用いるようにしてもよい。この遅延光路２
１の動作については後で説明する。レンズ７は生体通過
光パルスと参照光パルスとを集光し、非線形光学結晶１
７に入力される。

ここで、参照光パルスと生体通過光パルスは、それぞれ
非線形光学結晶１７に入力される前には、第３図に示す
ような波形になっている。すなわち、参照光パルスは第
２図に示した超短光パルスよりもパワーは若干低下して
いるが、パルス幅は変ゎらない。しかし、生体通過パル
スは生体１３を通過する際に、パワーが極度に低下する
とともに、前述の第１２図で説明したように、直進光路
１０ａ以外の光路１０ｂ、１０ｃを通過してきた光も検
出されるため、第２図に示した超短光パルスのパルス幅
を維持できずに、後ろに尾を引く形となる。

ところが、生体通過光パルスの立上がり部は、第１２図
に示した直進光路１０ａを通過してきた光の成分のみを
反映していることを確認できる。

これは直進光路１０ａが生体１３の光路の中で最短距離
のために、１番早く検出器９に到達していることに由来
している。このように、超短光パルスのような立上がり
時間の早いパルスを利用することにより、直進成分のみ
を選択して検出できる。

この直進成分のみを検出するために、非線形光学結晶１
７が用いられる。この結晶１７はＬｉ１Ｏ８やＫＤＰの
ような結晶であり、参照光パルスと生体通過光パルスを
入力することにより、第２高調波を発生する。この第２
高調波のパワーＳは第１図の遅延光路２１の距離に相当
する遅延時間τの関数であり、参照光パルスをＩｒとし
、生体通過光パルスをＩｓとすると、 Ｓ　（ｒ）　〜Ｉ　ｓ　（ｔ）　　Ｉ　ｒ　（ｔ−ｒ）
　ｄｔ・・・（１） のように表わされる。

したがって、Ｓ　（ｒ）はＩｓ　（ｔ）とＩｒ（ｔ−τ
）の積の積分値に比例する。ここで、重要なことは、た
とえ生体通過光パルスが生体１３内で大きな減衰を受け
、（実際に測定した結果ではラット頭部で入射光パワー
の１０−９にまで減衰した）生体通過光パルスが微弱光
となっても、第２高調波のパワーＳは生体通過光パルス
と参照光パルスの積の積分であり、参照光パルスの強度
が大きいために、十分に第２高調波のパワーＳを検出で
きる。

前述の第（１）式でのτは前述のごとく、第１図に示し
た遅延光路２１の距離に相当する遅延時間である。すな
わち、ハーフミラ−１コから結晶１７までの参照光パル
スと生体通過光パルスの光路差を光速で割った時間であ
る。このτは第４図に示すように、参照光パルスと生体
通過光パルスが結晶１７に同時に到達したときをＯとし
ており、遅延光路２１を変化させることにより、サンプ
ル光パルスに対して、参照光パルスが遅延している。

すなわち、Ｓはτの関数であり、遅延光路２１を変化さ
せることにより、第３図（Ｃ）に示すような波形が観測
できる。そして、τ−０のとき、サンプル光パルスの立
上がり部が直進成分を反映しているため、５（０）の値
が直進成分のみの信号となり、これを検出すれば、第１
２図に示したような生体の散乱光成分１０ｂ、１０ｃを
除去でき、直進光成分１０ａのみを検出できることにな
る。

結晶１７から出力された第２高調波は第１図の点線で示
すように、参照光パルスと生体通過光パルスの入射角度
の中線方向に放射される。第２高調波の波長は第２図に
示した超短光パルスの波長の１／２になる。この第２高
調波はフィルタ１８を透過して光電子増倍管２２に与え
られる。フィルタ１８は第２高調波の波長だけを透過さ
せるものであり、したがって光電子増倍管は第２高調波
成分のみを検出してフォトンを出力する。

第５図は第１図に示したフォトン計数装置によってＳ（
τ）求める動作を説明するための波形図である。

次に、第５図を参照して、第１図に示したフォトン計数
装置の動作について説明する。フォトン計数装置２３は
、安定な出力がｆ与られるように第５図に示すような動
作を行なってＳ（τ）を検出している。すなわち、フォ
トン計数装置２３はまず遅延光路２１を所定の位置に設
定し、第５図（ｂ）に示すような動作を行なってＳ（τ
）を検出している。すなわち、フォトン計数装置２３は
まず遅延光路２１を所定の位置に設定し、第５図（ｂ）
に示すようなフォトン計数間隔で、光電子増倍管２２か
ら出力されたフォトンを計数する。

この場合、たとえば第５図（ａ）に示すように、５個の
超短光パルスが生体１３を通過する間にフォトンを計数
している。何個の光パルスの間隔に設定するかは、Ｓ（
τ）を検出する感度にかかわっでおり、個数が多ければ
多いほど感度は良くなる。

このときのフォトン計数の推移は第５図（Ｃ）に示すよ
うになり、第５図（ｄ）に示すようなサンプルホールド
信号によりフォトン計数出力をサンプルすると、第５図
（ｅ）に示すようなサンプル出力が得られる。これはフ
ォトン計数間隔内でのフォトン計数数に対応する出力で
ある。これの時間軸を拡大して示したのが第５図（ｆ）
であり、安定なＳ（τ）を検出するために、このサンプ
ルホールド出力のたとえば５回分の平均を成るτでのＳ
（τ）としている。もちろん、この５回平均は何回であ
ってもよく、装置の安定性ならびに感度によって決まる
ものである。

次に、第１図の遅延光路２１を変化させて、参照光パル
スの遅延時間を変えて、同様にＳ（τ）を求めると、第
５図（ｇ）に示すような出力が得られる。そして、この
Ｓｏ値を直進光成分として検出する。このような処理は
多くの時間を要するように思えるが、高繰返し超短光パ
ルスを使用しているため、たとえば、ＩＧＨｚ、１０ｐ
ｓｅｃの光パルスであるとすると、成るτに対するＳ（
τ）を求めるには、この例の場合 １Ｏ−９ｓｅｃ　ｘ５ｘ５−２．５Ｘ１０−８ｓｅｃ−
２５ｎ５ｅｃ であり、５０プロツトでＳ（τ）を求めたとすると、 ５０Ｘ２５ｎｓｅｃ−１，２５ｕｓｅｃでＳ（τ）が求
められることになる。

原理的には、この速さで検出できるが、実際には、フォ
トン計数用の光電子増倍管２２の計数レートやこれに続
くプリアンプの帯域によって制限されたり、遅延光路２
１をメカニカルに設定するのに時間を要するため、約１
ｍ５ｅｃの時間を要する。

第６図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
第７図は被測定者の頭部にスキャナ部を被せた状態を示
す図であり、第８図はスキャナ部の断面図であり、第９
図はスキャナ部から照射される光の照射状態を示す図で
ある。

次に、第６図ないし第９図を参照して、この発明の他の
実施例の構成について説明する。ＣＰＵ６４には、デー
タバス８２を介してＲＯＭ６５とＲＡＭ６６と表示装置
６７とプリンタ６８と光源駆動部６３とシャッタ駆動回
路６９および７０が接続されている。ＣＰＵ６４．ＲＯ
Ｍ６５．ＲＡＭ６６、表示装置６７、プリンタ６８．光
源駆動部６３は前述の第１図に示したものと同じである
。

光源駆動部６３には波長λ１ないしλ３の超短光パルス
を発生する光源６２１ないし６２３が接続されていて、
これらの光源６２１ないし６２３で発生された超短光パ
ルスは光分岐部８５に与えられる。

光分岐部８５には参照光路７９としての光ファイバが接
続されているとともに、複数のサンプル光パルスを導く
サンプル送光光路８０１ないし８０ｎとしての光ファイ
バが接続されている。これらのサンプル送光光路８０１
ないし８０ｎの途中には、シャッタ６１１ないし６１ｎ
が設けられている。これらのシャッタ６１１ないし６１
ｎのいずれかが開かれたとき、対応するサンプル送光光
路にサンプルやくルスが導かれる。サンプル送光光路８
０１ないし８０ｎの先端部はスキャナ部５１に導かれて
いる。

スキャナ部５１はたとえば、第７図に示すように、被測
定者の頭部に被せられるものであって、リング状に形成
され、その内周に沿って所定の間隔ごとに設けられたｎ
個のセル５１１ないし５１ｎを含む。各セル５１１ない
し５１ｎには、第８図に示すように、サンプル送光光路
８０ｉ（ｉ−１〜ｎ）の先端部が取付けられていて、そ
の先端部には集光レンズ８３ｉか設けられている。この
集光レンズ８３ｉによってサンプル光パルスが集光され
、所定の開口角度θを有するように、被測定者の頭部の
生体型管にサンプル光パルスが照射される。

また、各セル５１１ないし５１ｎには、サンプル受光光
路８１１ないし８１ｎの一端が生体型管に対向するよう
に設けられていて、その一端にはコリメートレンズ８４
ｉが取付けられている。このコリメートレンズ８４ｉに
よって生体を通過したサンプル光パルスが受光され、サ
ンプル受光光路８１１ないし８１ｎを介して集光レンズ
７５に導かれる。なお、サンプル受光光路８１１ないし
８１ｎの途中にはシャッタ８２１ないし８２ｎが設けら
れている。

また、分岐部８５によって分岐された参照光パルスは参
照光光路７９から遅延光路７８を介して集光レンズ７５
に導かれる。集光レンズ７５は参照光パルスとサンプル
光パルスを集光し、非線形光学結晶７４に入力させる。

非線形光学結晶７４はサンプル光パルスおよび参照光パ
ルスに応じて第２高調波を発生し、この第２高調波はフ
ィルタ７３を介して光電子増倍管７２に与えられる。光
電子増倍管７２の出力はフォトン計数装置７１に与えら
れる。フォトン計数装置７１は前述の第１図に示したフ
ォトン計数装置２３と同じものが用いられる。

なお、サンプル送光光路８０１ないし８０ｎに設けられ
ているシャッタ６１１ないし６１ｎはシャッタ駆動回路
６９によって駆動され、サンプル受光光路８１１ないし
８１ｎに設けられているシャッタ８２１ないし８２ｎは
シャッタ駆動回路７０によって駆動される。

第１０図はこの発明の他の実施例の具体的な動作を説明
するためのフロー図である。

次に、第６図ないし第１０図を参照して、この発明の一
実施例の動作について説明する。まず、ＣＰＵ６４はス
テップ５Ｐ２１において、ｋ−１に設定する。このｋは
サンプル送光光路８０１ないし８０ｎに設けられている
シャッタ６１１ないし６１ｎのいずれかを指定するため
の定数である。

ＣＰＵ６４が定数をに−１に設定したことに応じて、シ
ャッタ駆動回路６９はステップ５Ｐ２２においてシャッ
タ６１１を開く。

次に、ＣＰＵ６４はステップ５Ｐ２３においてｉ−１に
設定する。このｉは波長λ１の超短光パルスの発生を指
定するものである。ＣＰＵ６４によってｉ−１に設定さ
れたことに応じて、光源駆動部６３はステップ５Ｐ２４
において光源６２１から波長λ１の超短光パルスを発生
させる。したがって、光源６２１から発生された波長λ
１の超短光パルスは光分岐部８５によってサンプル送光
光路８０１と参照光路７９とに分岐され、シャッタ６１
１を介してスキャナ部５１に送られる。

スキャナ部５１では、セル５１１から第９図に示すよう
に、サンプル光が所定の開口角度θを有して生体型管に
照射される。生体型管を通過したサンプル光パルスはた
とえばセル５１ｍ１によって受光される。

一方、ＣＰＵ６４はステップ５Ｐ２５において、ｆｌ−
１に設定する。この定数見はサンプル受光光路８１１な
いし８１ｎに設けられているシャッタ８２１ないし８２
ｎのいずれを開くかを指定するものである。シャッタ駆
動回路７０はＣＰＵ６４によって見−１に設定されたこ
とに応じて、ステップ５Ｐ２６において該当するシャッ
タを開く。

それによって、スキャナ部５１のたとえばセル５１ｍ１
によって受光されたサンプル光パルスは対応するサンプ
ル受光光路を介してレンズ７５で集光される。

このとき、ＣＰＵ６４はステップ５Ｐ２７において、遅
延光路７８による参照光パルスの遅延時間を設定する。

すなわち、ＣＰＵ６４はサンプル光パルスがサンプル送
光光路、生体型管およびサンプル受光光路を介してレン
ズ７５にサンプル光パルスが到達する時間と、参照光パ
ルスが参照光路７９を介してレンズ７５に到達する時間
とが一致するように、遅延時間を設定する。

さらに、レンズ７５によって参照光パルスとサンプル光
パルスが集光されて光学結晶７４に入射される。そして
、光学結晶７４によって第２高調波が発生され、その第
２高調波はフィルタ７３を介して光電子増倍管７２に入
力される。フォトン計数装置７１は光電子増倍管７２の
出力に基づいて、フォトンを計数して、その計数出力を
ＣＰＵ６４に与える。ＣＰＵ６４はステップ５Ｐ２８に
おいて、前述の説明と同様にして、フォトン計数装置７
１の出力に基づいて、Ｓ（τ）を演算し、その演算結果
をＲＡＭ６６に記憶させる。さらに、ＣＰＵ６４はステ
ップ５Ｐ２９において、Ｓ（τ）がＳｏになったか否か
を判別し、ＳＯでなければ、上述のステップ５Ｐ２７な
いし５Ｐ２９を繰返す。

ＣＰＵ６４はＳ（τ）がＳｏになったことを判別すると
、ステップ５Ｐ３０において、Ｓｏｉ（１，ｍｌ）をＲ
ＡＭ６６に記憶させる。さらに、ＣＰＵ６４はステップ
５Ｐ３１において、見を＋１に設定する。これは、スキ
ャナ部５１のセル５１ｍ１に隣接するセル５１ｍ２によ
ってサンプル光パルスを受光するためである。ＣＰＵ６
４はステップ５Ｐ３２において、Ｑ−ｎであるか否かを
判別する。これは、サンプル受光光路８１１ないし８１
ｎのそれぞれのシャッタを順次開き終わったか否かを判
別するためである。ＣＰＵ６４は見−ｎでなければ、ス
テップ５Ｐ２６においてスキャナ部５１のセル５１ｍ２
に対応するシャッタを開く。この動作を繰返すことによ
って、波長λ１のサンプル光パルスが生体型管に照射さ
れ、スキャナ部５１の各セルによって受光されたサンプ
ル光パルスが順次光学結晶７４に導かれ、フォトン計数
装置７１によってＳｏ　＋　　（１，ｍ２）、Ｓ。

＋　　（１，ｍ３）−＝Ｓｏ　＋　　（１，ｎ）が記憶
される。

次に、ＣＰＵ６４は次に波長λ２の超短光パルスを発生
させるために、ステップ５Ｐ３Ｂにおいてｉを＋１し、
ステップ５Ｐ３４においてｉが３になったか否かを判別
する。ｉが３でなければ、ステップ５Ｐ２４において、
光源６２２から波長λ２の超短光パルスが発生される。

そして、上述の説明と同様にして、ステップ５Ｐ２５な
いし５Ｐ３３の動作を繰返し、Ｓｏ　２　　（１，ｍｌ
）　、　　Ｓｏ　２　　（１，ｍ２）　・＝Ｓｏ　２　
　（１，ｎ）が得られる。

ＣＰＵ６４は波長λ２について、ステップ５Ｐ２４ない
し５Ｐ３４の動作を繰返し、ｉをさらに＋１して波長λ
３についてステップ５Ｐ２４ないし５Ｐ３４の動作を繰
返す。そして、ＣＰＵ６４はステップ５Ｐ３４において
、ｉ−３になったことを判別すると、サンプル送光光路
８０２に設けられているシャッタ６１２を開くために、
ステップ５Ｐ３５においてに−＋１する。ＣＰＵ６４は
ステップ５Ｐ３６においてｋｍｎになったか否かを判別
する。これはすべてのシャッタ６１１ないし６１ｎを順
次間いたかどうかを判別するためである。ＣＰＵ６４は
に＝ｎでなければステップ５Ｐ２２ないし５Ｐ３４の動
作を繰返し、λ１ないしλ３の各超短光パルスに基づい
て、Ｓｏ　＋　　（ｋ。

ｌ）　　（ｉ−１，２，３、ｋ　、　　Ｑ　＝　１〜ｎ
　）をＲＡＭ６６に記憶させる。そして、ＣＰＵ６４は
ステップ５Ｐ３６においてｋｍｎになったことを判別す
ると、ステップ５Ｐ３７において、血液中のヘモグロビ
ン量や酸素飽和度やＣｙｔａａ３を求めるアルゴリズム
に従って、データ処理し、脳内のヘモグロビン量、酸素
飽和度やＣｙｔａａ３の断層像を得て、ステップ５Ｐ３
８においてその結果を表示装置６７に表示させるととも
に、ステップ５Ｐ３９においてプリンタ６８によって印
字させる。

なお、上述の実施例は、特に人体の頭部を被検体とする
ようにしたが、被検体はこのような人体の頭部に限定さ
れるものではない。すなわち、スキャナ部５１の形状を
被検体に応じて、適宜変更すれば、その被検体に応じて
酸素飽和度等を測定することができる。

さらに測定パラメータは脳血内の酸素飽和度などに限定
されることなく、光の吸光度を測定することにより得ら
れる生体情報であれば他のパラメータであってもよい。

なお、この第６図に示した実施例では、光パルスとして
３つの波長λ１．λ２およびλ３をそれぞれ発生させる
ようにしたが、３つの波長以上であってもよい。もちろ
ん、この波長λ１．λ２およびλ３は７００〜１３００
ｎｍの生体透過性が良く、ヘモグロビンやＣｙｔａａ３
の動態をとらえ得る波長である。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、波長の異なるサンプ
ル光パルスをスキャナ部がら生体に照射し、生体を通過
したサンプル光パルスと参照光パルスを集光して液晶に
入射させて第２高調波を発生させ、その第２高調波に基
づいてフォトンを計数し、フォトン平均値を求めるよう
にしたので、透過光中の生体内での散乱成分を除去でき
、入射光軸上の直進成分のみを検出できる。それによっ
て、生体内中の特定の軸上での生体代謝動態を示す断層
像をモニタすることができる。また、高繰返し超短光パ
ルスを利用しているため、透過光量の検出感度を向上さ
せることも十分に可能であり、感度も簡単に変化できる
ため操作性が良好になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を示す図である。第２図は第１
図に示した光ＣＴ装置に与えられる超短光パルスの一例
を示す図である。第３図は参照光パルスと生体透過光パ
ルスとこれらのパルスの第２高調波を示す波形図である
。第４図は第２高調波の遅延時間に対する曲線Ｓ（τ）
の７１１１Ｊ定を説明するための波形図である。第５図
は第１図に示したフォトン計数装置によってＳ（τ）を
求める動作を説明するための波形図である。第６図はこ
の発明の一実施例の概略ブロック図である。第７図は人
体の頭部にスキャナ部を装着した状態を示す図である。 第８図はスキャナ部の要部断面図である。第９図はスキ
ャナ部で照射されるサンプル光パルスを説明するための
図である。第１０図はこの発明の一実施例の具体的な動
作を説明するためのフロー図である。第１１図は従来の
体内器官における代謝作用を測定するための装置の構成
を示す図である。第１２図および第１３図は従来の測定
装置において検出される光の光路を示す図である。 図において、６３は光源駆動部、６４はＣＰＵ。 ６５はＲＯＭ、６６はＲＡＭ、６７は表示装置、６８は
プリンタ、６９．７０はシャッタ駆動回路、７１はフォ
トン計数装置、７２は光電子増倍管、７３はフィルタ、
７４は非線形光学結晶、７５はレンズ、７８は遅延光路
、７９は参照光路、７５は光分岐部、６１１ないし６１
ｎ、８２１ないし８２ｎはシャッタ、８０１ないし８０
ｎはサンプル送光光路、８１１ないし８１ｎはサンプル
受光光路、５１はスキャナ部を示す。 給２凹　　　　　　　　嶌３刀 一／ゝ＼− 祐５０ （０）Ａ亘見１ｌｔ−ｔぐ１１人 （ｂｌフォトンｐつ／ト閤艶 （ＣＩＳｆ）フ左トンカウント 戊ｈ １＋＋０ 拓７回 第８回 応９回 １ｍ５ 第１０口

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検者の生体の代謝動態を測定する光ＣＴ装置で
   あって、 複数の波長の高繰返し超短光パルスを発生する光源、 前記光源から発生された超短光パルスを参照光パルスと
   サンプル光パルスとに分岐する光分岐手段、 前記光分岐手段によって分岐された参照光パルスを導光
   する参照光路、 前記被検者の生体を囲むようにリング状に形成され、か
   つその内周に沿って所定の間隔で区切られた複数のセル
   が設けられたスキャナ部と、それぞれの一端が前記スキ
   ャナ部の各セル内で前記生体に対向するように設けられ
   、それぞれの他端に前記光分岐手段によって分岐された
   サンプル光パルスが与えられる複数のサンプル送光光路
   それぞれの一端が前記スキャナ部の各セル内で前記生体
   に対向するように設けられ、それぞれの他端から前記生
   体を通過したサンプル光パルスを前記集光手段導くため
   のサンプル受光光路、前記参照光路と前記サンプル送光
   光路と前記サンプル受光光路のいずれか１つの光路にお
   ける光パルスを所定の時間だけ遅延するための遅延手段
   、前記参照光路を導光してきた参照光パルスと前記サン
   プル受光光路を通過してきたサンプル光パルスを集光す
   る集光手段、 前記集光手段によって集光された光パルスに基づいて、
   第２高調波を発生する結晶、 前記結晶から発生された第２高調波を検出する第２高調
   波検出手段、および 前記セルの第ｋ番目のセルに対応するサンプル送光光路
   から第ｉ番目の波長の超短光パルスを前記スキャナ部内
   にある該生体に照射させ、前記セルの第ｌ番目のセルに
   対応するサンプル受光光路によって受光されたサンプル
   光パルスの前記参照光パルスを前記集光手段により集光
   させ、集光された光パルスに基づく前記第２高調波検出
   手段出力のフォトンを計数し、その計数値を所定の数だ
   け平均して平均値を求め、その平均値に基づいて前記遅
   延手段によりサンプル光パルスもしくは参照光パルスの
   いずれか一方の遅延量を変化させ、その遅延時間と該遅
   延時間内における平均値とに基づいて、参照光パルスと
   サンプル光パルスの遅延量が所定の値のときにおける前
   記第２高調波のフォトンを計数した値のフォトン平均値
   Ｓｏ＿ｉ（ｋ、ｌ）（但し、ｋ、ｌ、ｉ＝１、２・・・
   ｎ）を記憶し、このフォトン平均値Ｓｏ＿ｉ（ｋ、ｌ）
   に基づいて、前記生体内の代謝動態の断層像を演算して
   出力する演算制御手段を備えた、光ＣＴ装置。
2. （２）さらに、前記複数のサンプル送光光路のそれぞれ
   に対応して設けられ、前記光分岐手段から与えられるサ
   ンプル光パルスを遮蔽するための第１の遮蔽手段を含み
   、 前記演算制御手段はいずれか１つの第１の遮蔽手段を開
   くための第１の遮蔽駆動手段を含む、特許請求の範囲第
   １項記載の光ＣＴ装置。
3. （３）前記複数のサンプル受光光路のそれぞれに対応し
   て設けられ、前記生体を通過したサンプル光パルスを遮
   蔽するための第２の遮蔽手段を含み、 前記演算制御手段はいずれか１つの第２の遮蔽手段を開
   くための第２の遮蔽駆動手段を含む、特許請求の範囲第
   １項記載の光ＣＴ装置。
4. （４）前記結晶と前記第２高調波検出手段との間に設け
   られ、前記結晶から発生された第２高調波のみを通過さ
   せるフィルタを含む、特許請求の範囲第１項記載の光Ｃ
   Ｔ装置。
5. （５）前記演算制御手段は、前記生体内の代謝動態とし
   て、ヘモグロビンの酸素飽和度やヘモグロビン量やＣｙ
   ｔａａ３の酸化還元度を算出するようにした、特許請求
   の範囲第１項記載の光ＣＴ装置。
6. （６）さらに、前記演算制御手段によって算出された前
   記生体内の代謝動態を表示する表示手段を含む、特許請
   求の範囲第５項記載の光ＣＴ装置。
7. （７）さらに、前記演算制御手段によって算出された前
   記生体内の代謝動態を記録する記録手段を含む、特許請
   求の範囲第５項記載の光ＣＴ装置。