JPH04122248A

JPH04122248A - 光断層像画像化装置

Info

Publication number: JPH04122248A
Application number: JP24304790A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ichimura; 市村　勉; Fumio Inaba; 稲場　文男
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-04-22

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〕本発明は、例えば生体のような３次元的に吸収係数か分
布しているか、励起光により蛍光を発する試料の断層像
を画像化する装置に関し、特に、直進透過光あるいは直
進蛍光成分のみを高感度で検出することにより光断層像
を画像化する光断層像画像化装置に関する。

〔従来の技術〕

Ｘ線の発見以来、生体（人体）内部を外部より損傷を与
えずに観察する技術（非観血的、あるいは無侵襲的計測
法）は、生物学、特に医学の分野で強く求められ発達し
てきた。この技術は電磁波として見ると最も波長の短い
ガンマ線やＸ線と、最も波長の長いラジオ波か使用され
ている。前者はＸ線ＣＴとして、後者はＮＭＲ−ＣＴ　
（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　　Ｉｍａ
ｇｉｎｇ、ＭＲＩ）として実用化されている。

一方、物理や化学の分野で広く用いられている紫外−可
視一近赤外一赤外の領域の分光学を“丸ごと”生体（ｉ
ｎ　　ｖｉｖｏ）へ応用する試みは比較的少ない。これ
は光を用いた生体計測、特に吸収や発光の過程を利用す
るものにおいて、もっとも基本的な“定量性”に関し多
くの問題か解決されずに残されているからである。現在
、固体素子を用いた反射スペクトルの測定装置や高感度
ＴＶカメラ等による計測か試みられているか、再現性や
得られた絶対値に対し信頼性か少ないのはこの理由によ
る。

生体組織のような散乱体に光を照射した際、■８０°向
かい合わせで受光すればある程度直進光を取り出すこと
かできるか、今のところ、その空間分解能はあまり良い
とはいえない。

Ｘ線と光とでの空間分離能の差は今のところ埋めること
はできない。しかしながら光、特に近赤外光を用いると
、血液中のヘモグロビンから組織酸素濃度のイメージン
グができるはずである。これらは他のＮＭＲ−ＣＴやＸ
線ＣＴと異なった情報を与えてくれるであろう。

３〜５ａｎの厚さの組織ならば、われわれは透過してき
た光を検出することができる。このことは“光−レント
ゲン写真”を診断に使えることを意味する。女性の乳房
は組織が比較的均一であり光が透過しやすく、またその
形状から透過光の検出（厚さ二〜３ａｎ程度）が容易で
あり、古くから乳ガンの診断に、Ｄｉａｐｈａｎｏｇｒ
ａｐｈｙ（Ｌｉｇｈｔｓｃａｎｎｉｎｇ）という名で用
いられてきた。

このような状況の下で、本発明者は、特願平１６２８９
８号、特願平１−２５００３４号、特願平２−７７６８
９号、特願平２−７７６９０号等において、散乱光に混
入している平面波を分離して取り出し、観察するには、
平面波のフランフォーファ回折像（エアリ−ディスク）
の０次スペクトル（エアリ−ディスクの第１暗輪内の部
分か対応する。）のみを観察するようにすればよく、こ
のようにすることによって散乱成分を殆ど除くことがで
きることを示した。そして、このような観察を実現する
高指向性光学系の１つとして、第１１図のように相互に
離れた２つのピンホールＰ１、Ｐ２からなる光学系を提
案した。この光学系は、ピンホールＰ２を通して０次光
を検出器２３て検出するものである。また、第１２図に
示すように、直線状の細長い中空のガラス繊維３５から
なっており、その内壁面には光吸収材、例えばカーボン
等の吸収材３５か塗布されている高指向性光学系を提案
した。さらに、第１３図から第２０図に示すような、対
物レンズ○ｂとその焦点面に配置した対物レンズＯｂに
よるフランフォーファ回折の０次の回折像のみを通過さ
せるピンホールＰとからなる高指向性光学系（第１３図
）、屈折率分布レンズＧＬとその一端の焦点面に配置し
た同様なピンホールＰとからなる高指向性光学系（１１
４図）、ピンホールＰの代わりにそれと同様な作用をす
る光ファイバーＳＭを配置した高指向性光学系（第１５
図、第１６図）、これらの高指向性光学系のピンホール
Ｐ又は光ファイバーＳＭの出射側に、入射側の対物レン
ズＯｂｌと同様の対物レンズＯｂ２を配置した高指向性
光学系（第１７図、第１９図））、入射側の屈折率分布
レンズＧＬＩと同様の屈折率分布レンズＧＬ２を配置し
た高指向性光学系（第１８図、第２０図）等を提案した
。さらに、上記のような高指向性光学系を多数本束ねて
構成した多光束高指向性光学系と１次元又は２次元光検
出器と組み合わせることにより、生体等の散乱体内の吸
収分布を検出てきることも提案した。

他方、本発明者は、特願平１−６２８９７号において、
極微弱光測定方式として同期光子計数方式を提案してい
る。この方式を、第２１図と第２２図を参照にして説明
する。図中、２９０はレーサー光源、２９２はチョッパ
ー、２９４はフォトマルチプライヤ（ＰＭ）、２９６は
ノくルス増幅器、２９８は波高弁別器、３００はゲート
、３０２は位相器、３０４はゲート出力発生器、３０６
は加減算カウンタ、３０８は記録計である。ＰＭで光を
検出するとき、検出すべき光の強度か強い場合にはＰＭ
の出力は連続的になり、その直流成分から入射光強度か
測定できる。しかしながら、入射光強度が極めて弱くな
った場合にはＰＭの出力は離散的となり、不連続なパル
ス出力となる。このパルス出力をカウントすることによ
りフォトン１個づつのような極微弱な入射光を測定する
ことかできる。しかし、このような極微弱な光を測定す
る場合にはＰＭ自身が雑音パルスを放出するためバック
グラウンドを検出してしまうので、このようなバックグ
ラウンドを除去する必要かある。そこで、第２１図にお
いては信号光とバックグラウンドとをチョッパーにより
切り換え、それぞれの期間に検出される出力を加減算カ
ウンタにより減算してバックグラウンドを除去し、極微
弱な入射光を測定している。第２１図において、極微弱
な入射光をチョッパー２９２によりチョッピングしてＰ
Ｍ２９４て検出する。このときチョッパーの切り換え周
波数ｆ０を参照信号として位相器３０２、ゲート信号発
生器３０４を通して加減算カウンタ３０６を駆動する。

ＰＭ２９４の出力はパルス増幅器２９６で増幅した後、
波高弁別器２９８て波高弁別し、一定の大きさ以上の信
号、即ちパルス出力をゲート３００を通して加減算カウ
ンタに加える。加減算カウンタてはチョッパー２９２で
チョッピングした信号およびバックグラウンドの検出出
力を加減算する。いま、第２２図（ａ）に示すようにチ
ョッパーか開いている間は信号ＳとノイズＮの合計の出
力が得られ、チョッパーか閉じている期間にはバックグ
ラウンドのノイズＮが得られたとする。ゲート３００は
このチョッパーに同期し、第２２図（ｂ）（ｃ）のよう
に、チョッパーか開いている間は加算し、チョッパーが
閉じた期間は減算するように加減算カウンタ３０６のゲ
ート制御を行う。こうすることによりノイズは全ての期
間にわたって一定に現れる性質かあるので、加減算カウ
ンタ３０６の出力からはノイズが除去され信号Ｓを検出
することができる。なお、ＰＭの代わりにアバランシェ
フォトダイオート（ＡＰＤ）を用いても同様の光子計数
方式か可能である。

さらに、本発明者は、特願平１−２５００３５号におい
て、赤外域の極微弱光を高感度、低ノイズで検出する同
期電荷蓄積型光検出装置を提案している。この装置を、
第２３図、第２４図及び第２５図を参照にして説明する
。この場合、受光素子としては、内部インピーダンスが
高く、暗電流か極めて少ないＳｉ、Ｇｅ、Ｉｎ、ＧａＡ
ｓ、■ｎＧａＡｓＰ等の半導体検出素子を用い、第２３
図のような回路の検出器を構成する。図中、１は受光素
子、２はリッセト用ＦＥＴ、３は読み出し用ＦＥＴ、４
は抵抗、５は差動増幅器、６はツェナーダイオード、７
は抵抗素子、８は演算増幅器、９はローパスフィルタで
ある。受光素子ｌは内部インピーダンスか高く暗電流か
極めて少ないフォトダイオードからなり、これに逆バイ
アス電圧を印加して通常は○ＦＦ状態にしておく。受光
素子のカソード端子はリセット用ＦＥＴ２のドレイン、
読み出し用ＦＥＴ３のゲートに接続されている。

ＦＥＴ２（７）ゲートには＋ＩＶと一３ｖか印加され、
＋ＩＶでＯＦＦ、−３ＶてＯＮするようになっている。

ＦＥＴ２のゲートとトレイン間には仮想的な容量Ｃが存
在し、ＯＮパルス（−３Ｖ）を入力すると、容量Ｃに正
の電荷が溜まり、ドレイン・ソース間か導通ずるので、
受光素子の浮遊容量に蓄積されていた電荷がアース側に
流れる。ＯＦＦパルス（＋ｌＶ）を入力すると、容量Ｃ
に正の電圧かかかるため、ここに溜まっていた正の電荷
か吐き出され、ドレイン・ソース間はＯＦＦ状態となる
。受光素子１に何ら負荷抵抗を接続しないため、ジョン
ソンノイズは検出器の内部抵抗だけて決まり、またリセ
ットパルスをかけない限り、電荷は蓄積されるので、蓄
積時間か長くとれ、高感度の検出か可能となる。ＯＮ時
間の最初と最後のタイミングでサンプリングパルスによ
りサンプリングし、出力Ｖ　＋　、　Ｖ　２を検出し、
■、とＶ２の差により受光量を求めることかできる。一
方の入力端子にツェナーダイオード６から定電圧か入力
され、他方にフォトダイオードの蓄積電圧か入力される
ソースフォロアー３で読み出した信号を差動増幅器５、
演算増幅器８て増幅してローパスフィルタ９により所定
帯域の信号を検出することかできる。第２４図はこのよ
うな検出器を用いた検出装置の１例を示す図、第２５図
は波形図である。

図において、光源２１からの極微弱な入射光をチョッパ
ー２２によりチョピングして上記の検出器２３により検
出する。この時チョッパー２２の切り替え信号に同期し
て制御回路２６よりリセット信号を出して検出器２３を
リセットする。同時に、チョッパー２２の切り替え信号
に同期して制御回路２６から出力されるゲート制御信号
により加減算カウンタ３５を制御し、検出されてＡ／Ｄ
変換された信号を、光源がＯＮしているときは加算、光
源がＯＦＦしたときの暗電流は減算して結果をデジタル
プリンタ／アナログ記録計２７で出力する。第２５図（
ａ）に示すようにチョッパーか開いている間には、信号
ＳとノイズＮの合計の出力か得られ、チョッパーか閉じ
ている期間にはバックグラウンドのノイズＮか得られた
とする。第２５図（ｂｌに示すリセット信号の印加周期
でＳ十Ｎのそれぞれの信号が積分され、第２５図（Ｃ）
に示すようにチョッパー開の間は加算ゲート信号により
加算され、チョッパーか閉じている間は第２５図（ｄｌ
に示すように、減算ゲート信号により減算されるように
加減算カウンタ３５の制御か行われる。この結果、ノイ
ズは全ての期間にわたって一定に現れる性質があるので
、加減算カウンタ３５の出力からはノイズを除去し、信
号Ｓのみを検出することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、本発明者が提案した高指向性光学系と極微弱
光検出装置を利用して、Ｘ＊ＣＴと同様な原理により、
光断層像画像化装置を構成することが考えられる。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものてあり、
その目的は、生体等の３次元的に吸収係数か分布してい
るか励起光により蛍光を発する試料の光断層像を画像化
する装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の光断層像画像化装置は、試
料に対する光の照射角度を順に変化させなから試料に指
向性の高い光を照射して、試料を断層状に直進透過した
光のみの強度分布、あるいは蛍光の直進した光のみの強
度分布を高指向性光学系を介して検出し、検出された各
照射角度における強度分布から合成することにより、試
料の光断層像を画像化することを特徴とするものである
。

この場合、高指向性光を発光する複数の光源を発光方向
か平面内で相互に平行になるようにアレイ状に配置し、
該アレイ状の光源から出る平面状の平行光束に対向して
その直進成分のみが通過するように高指向性光学系を配
置するのか１つの実施形態である。

他の実施形態としては、高指向性光を発光する複数の光
源を発光方向か平面内て１点に集中するようにアレイ状
に配置し、該集光点から発散する平面状発散光束に対向
してその直進成分のみが通過するように高指向性光学系
を配置する。

さらに、高指向性光発光光源からのビーム光を平面内で
旋回走査する光走査手段を配置し、該旋回走査ビーム光
に対向してその直進成分のみが通過するように高指向性
光学系を配置するようにしてもよい。

また、高指向性光発光光源からのビーム光を平面状発散
光束に変換する光学手段を配置し、該平面状発散光束に
対向してその直進成分のみが通過するように高指向性光
学系を配置してもよい。

さらに、高指向性光を発光する複数の光源を発光方向か
平面内で相互に平行になるようにアレイ状に配置し、該
アレイ状の光源から出る平面状の平行光束を平面状発散
光束に変換する光学手段を配置し、該平面状発散光束に
対向してその直進成分のみが通過するように高指向性光
学系を配置することも考えられる。

以上において、平面状の光束を出す手段を相互に平行に
同方向を向くように微小距離離れて複数配置し、各平面
状光束に対向してその直進成分のみが通過するように高
指向性光学系を配置するようにすると、試料の３次元吸
収率分布像を同時に検出できる。

なお、高指向性光学系の前面に光源からの励起光をカッ
トするフィルターを配置するようにすると、蛍光断層像
を画像化することかできるようになる。

〔作用〕

本発明においては、試料に対する光の照射角度を順に変
化させながら、試料に指向性の高い光を照射して、試料
を断層状に直進透過した光のみあるいは直進した蛍光の
みの強度分布を高指向性光学系を介して検出しているの
で、Ｘ線ＣＴと同様な原理により、生体等の試料の光透
過による断層像を得ることがてき、診断等に有効なもの
となる。

〔実施例〕

本発明においては、高指向性光学系として第１Ｉ図から
第２０図に例示した光学系を用いる。このような高指向
性光学系は、特定の方向から入射してくる平面波のみを
選択的に通過させる作用をするもので、散乱光の中に埋
もれている特定の平面波を取り出すのに適しているもの
である。したがって、照射レーザー光の波長の光をカッ
トし、所望の蛍光を透過させるフィルターを高指向性光
学系の前か後に配置することにより、蛍光の中の直進光
のみを取り出すことができる。さらに、本発明において
は、このような高指向性光学系の同じものを多数本束ね
て構成した多光束高指向性光学系も用いる。上記のよう
な高指向性光学系を平行に多数本束ねて光学系を構成す
ると、１次元又は２次元の強度分布を有する平面波を散
乱成分から分離して検出することかできる。これらの詳
細については、特願平２−７７６９０号参照。なお、高
指向性光学系を構成する対物レンズＯｂとして正のフレ
ネルレンズを用いることもてきる。

また、本発明において、光検出器として、第２１図、第
２２図に示したような同期光子計数方式を用いた光検出
器、第２３図から第２５図に示したような同期電荷蓄積
型光検出装置、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ
）を用いた同期光電子計数法による光検出器の何れかを
利用することが好適であるか、その他、公知の光電陰極
検出器、フォトダイオード、光導電検出器等を用いるこ
とができ、また、検出方式としても、直流成分検出方式
、チョッパー等を用いた位相同期検波方式等のアナログ
検出方式、光子計数方式、電荷蓄積方式等のデジタル量
検出方式を利用することができる。

さて、本発明の光断層像画像化装置の基本形の構成を第
１図に示す。この装置は、平面状の平行光Ｐを出すレー
ザーアレイｌと、所定周期で開閉してこの平面状平行光
ＰをチョッピングするチョッパーＣと、試料Ｓを透過し
た直進光のみを取り出す高指向性光学系３と、高指向性
光学系３の出射端に配置され直進光の１次元分布を（出
する検圧器アレイ４と、同期検波器５と、吸収分布算出
部７と、３次元分布算出部８と、試料台制御部９と、試
料台駆動部ＩＯと、試料台１１とからなる。

なお、高指向性光学系３、検出器アレイ４、及び、同期
検波器５によって検出部２を構成しており、吸収分布算
出部７と３次元分布算出部８によりデータ処理部６を構
成している。ところで、高指向性光学系３は、第１１図
から第２０図に示したような高指向性光学系、又は、複
数のこれらの高指向性光学系を束ねたものを１次元方向
にアレイ状に配置したものであり、各チャンネルの出射
端に検出器アレイ４の１つの受光素子か配置される。

第１図の場合、各受光素子はＰＭ又はＡＰＤとし、各チ
ャンネルに同期光子計数方式の検出器を採用して、第２
１図に示す同期光子計数方式の検出器を多数並列させて
検出部２を構成している。なお、他の例えば同期電荷蓄
積型光検出方式を採用してもよいことはもちろんである
。

さて、第２図（ａ）に模式的に示すように、レーザーア
レイ１から照射される平面状の平行光Ｐは試料Ｓの特定
の断面（断層）に当たり、それを透過した直進光のみが
高指向性光学系３により散乱成分から分離されて抽出さ
れ、検出器アレイ４により検出される。その検出信号は
チョッパー〇の駆動信号により同期検波され、データ処
理部６てその断面方向の吸収分布か測定される。次いて
、データ処理部６は、試料台制御部９、試料台駆動部１
０を通して試料台１１を回転させ、第２図（ｂ）に示す
ように、試料Ｓに対して相対的に異なる角度から同様に
して平面状平行光Ｐを照射して、その回転角における吸
収分布を測定する。こうして、各回転角毎に試料の各部
位において吸収を受けた直進透過光のみを検出してデー
タ処理部６に取り込み、各回転角の吸収分布から演算処
理して断面（断層）の２次元分布像すなわち光断層像を
求める。そして、試料台駆動部１０を通して試料台１１
を断面と垂直な方向に微小距離移動させて、同様にして
隣接する断面の２次元分布像を求め、これを繰り返すこ
とにより試料Ｓの３次元分布像を求める。

蛍光像による断層像を得るためには、検出器アレイ４の
前にレーザーアレイ１からの光をカットして蛍光を透過
させるフィルターを設置すれば、あとは透過光の処理と
同様である。

データ処理部６における２次元分布像の再生のための演
算手法としては、Ｘ線ＣＴにおいて確立された何れの方
法も用いることができる。具体的には、逆マトリクス法
、逐次近似法、フーリエ変換法、重畳積分法等があるが
、実用的には重畳積分法か用いられる。重畳積分法は、
次の式に基づいて原画像ｆ（ｘ、ｙ）を求めるものであ
る。

ｆ　（ｘ、　ｙ）＝　ｆ　（ｐ（ｓ、θ）＊ｇ（ｓ））
ｄθｏ　　　　　　　　５＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθこ
こで、零は重畳積分（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）であり
、ｐ（Ｓ、θ）は試料の投影、ｇ（ｓ）は補正関数であ
る。

なお、これら手法の詳細については、例えば、「画像処
理ハンドブック」　（昭和６２年６月８日、■昭晃堂発
行）第５２６〜５３１頁参照。

とこでろで、本発明においては、試料の断層の吸収分布
あるいは蛍光分布を見る平面状の光束Ｐを発生させる配
置、及び、その光束の直進成分のみを抽出する高指向性
光学系の配置については、第２図（ａｌの配置は基本形
であり、他に種々の変形が可能である。

第３図に示したものは、平面状の光束Ｐとして、−旦収
束し平面状発散光となって試料Ｓを照射するように、レ
ーザーアレイ１を円周方向に配置し、その円の中心に各
レーザーからの光が向くようにしている。したがって、
試料Ｓを直進的に透過した光もその中心から発散する光
となっているので、各レーザーに対向して光軸が合うよ
うに高指向性光学素子３の各チャンネルの素子を配置す
る必要かある。そのため、図示のように、高指向性光学
素子３も円弧状のレーザーアレイｌの中心と共心の円周
上に円弧状に配置される。試料Ｓの異なる角度からの投
影像を求めるために、平面状の光を当てる断面に垂直な
軸の周りで試料Ｓを回転させるようにしてもよいか、図
示の矢印のように、レーザーアレイ１と高指向性光学素
子３の相対位置を固定したまま上記の軸の周りで回転さ
せるようにしてもよい。

第４図の例は、レーザーアレイの代わりに１個のレーサ
ー】２を用い、このレーザー１２からの光を偏向ミラー
１３により走査ミラー１４方向へ偏向し、走査ミラー１
４を図の二重矢印のように回転させて平面内を順に旋回
走査して行く平面状走査光Ｐを発生させ、この平面状走
査光Ｐにより試料Ｓを照射して直進透過光のみを高指向
性光学系３により散乱成分から分離して、その直進光を
検出器アレイ４により検出することにより、試料Ｓの吸
収分布像を求めるようにすることもてきる。

試料Ｓの異なる角度からの投影像を求めるためには、試
料Ｓを回転させればよいが、図示の矢印のように、偏向
ミラー１３の入射点を通り走査光Ｐの平面に垂直な軸の
周りて偏向ミラーＩ３と走査ミラー１４を回転するよう
にしてもよい。この場合、高指向性光学素子３及び検出
器アレイ４は、図示のように、試料Ｓを取り囲んて固定
して環状に配置するのが有効である。もちろん、第３図
の場合と同様に、偏向ミラーＩ３と走査ミラー１４の回
転に伴って同じ中心軸の周りで高指向性光学素子３及び
検出器アレイ４を同時に回転させるようにしてもよい。

なお、入射光角度の変化に対する解決法は後述する。

第５図の場合は、１個のレーザーＩ２からの光を平面状
の発散光Ｐに変換するのに円筒レンズ１５を用いるよう
にしたもので、円筒レンズ１５から出た平面状発散光Ｐ
を試料Ｓを照射し、試料Ｓを直進的に透過した光のみを
高指向性光学素子３と検出器アレイ４により検出するこ
とにより、その角度における投影像を求めることができ
る。異なる角度からの投影像を求めるには、第４図の場
合と同様、試料Ｓを回転させればよいか、図示の矢印の
ように、レーザー１２と円筒レンズ１５の相対関係を固
定したまま、平面状発散光Ｐに垂直な軸の周りで回転す
るようにしてもよい。この場合、高指向性光学素子３及
び検出器アレイ４は、図示のように、試料Ｓを取り囲ん
で固定して環状に配置するのが有効である。もちろん、
第３図の場合と同様に、レーザー１２と円筒レンズ１５
の回転に伴って同じ中心軸の周りで高指向性光学素子３
及び検出器アレイ４を同時に回転させるようにしてもよ
い。なお、入射角度の変化に対する解決法は後述する。

ところで、第３図の場合、平面状発散光Ｐを発生させる
のに中心点を向くように円周方向に配置したレーザーア
レイｌを用いたが、第６図の場合は、直線状に配置した
レーザーアレイ１を用い、その前に配置した円筒レンズ
１５によって平面状発散光Ｐを発生させている。この場
合、その他の配置は第５図と同様である。

さて、以上の何れの例においても、試料Ｓの異なる断面
における投影像を検出するには、試料Ｓを断面と垂直な
方向に一定の微小距離ずつ相対移動しながら同様な投影
像の検出を繰り返さなければならない。しかしながら、
第２図から第６図に示した平面状光束Ｐ発生機構、高指
向性光学系３、及び、検出器アレイ４を組み合わせたも
のを一体と考え、同種の組み合わせを複数、断面と垂直
な方向に積み上げることにより、同時に複数の隣接する
断面内の吸収率分布を測定でき、それらの結果を組み合
わせることにより３次元分布を同時に求めるようにする
こともできる。第７図に、第６図の構成を用いてこのよ
うな複数断層像同時測定装置を構成した例を示す。多層
レーザーアレイ１′は、直線状に配置したレーザーアレ
イを垂直方向に多層配置したもので、多層の平面状平行
光束を発光する。この多層の平面状平行光束を１個の円
筒レンズ１５（その母線は光束の平面に垂直に配置され
る。）で多層の平面状発散光束Ｐ、Ｐ’Ｐ″・・・に変
換して試料Ｓを照射する。各層の平面状発散光束Ｐ、Ｐ
’、Ｐ“・・・に対向して高指向性光学系３．３′、３
″・・・、及び、検出器アレイ４．４′、４＃・・・を
配置し、各層の投影像を同時に求め、試料Ｓに対する相
対回転角を変えて同様に測定して、各層の２次元吸収率
分布像を求め、それらから３次元像を求める。なお、第
２図から第５図の場合も同様に構成できる。

なお、第４図から第７図までの実施例において、試料Ｓ
を回転する場合は、高指向性光学系３の各単位光学系３
０に入射する光束の入射角は変化しない。しかし、高指
向性光学系３と検出器アレイ４を試料Ｓを中心に回転す
る場合、あるいは、走査ミラー１４、レーザー１２、レ
ーサーアレイｌ、多層レーザーアレイ１′の何れかを試
料Ｓを中心に回転する場合、高指向性光学系３の各単位
光学系３０に入射する光束の角度か変化する。その様子
を第８図に示す。高指向性光学系３の各単位光学系３０
は、光学系に垂直に入射する光以外はカットするため、
レーザー１２の回転走査と同期して傾けて検出する必要
がある。第９図にその概要を示す。高指向性光学系３の
各単位光学系（以下、単位高指向性光学系と言う。）３
０、又は、単位高指向性光学系３０と検出器アレイ４の
各検出器４０をレーザー１２の試料Ｓを中心とした回転
走査に同期して走査することにより、単位高指向性光学
系３０に垂直に透過光を入射することかできる。

第１０図にレーザー１２の回転走査に同期して単位高指
向性光学系３０へ入射角が変化して入射する光を検出す
る別の実施例を示す。第８図における検出器アレイ４の
最小単位検出器４０の大きさを、第１Ｏ図（ａ）に示す
ように、レーサー光走査角により決まるθの入射角範囲
の光を検出することかできる大きさとしくたたし、０次
元検出器）、入射する単位高指向性光学系３０て決まる
０次回折像の大きさのピンホールＰＩを単位検出器４０
の前でレーサー１２の回転走査に同期して機械的に走査
することにより、入射角の変化に同期した検出を行うこ
うとかできる。この場合は、高指向性光学系３０として
は、ピンホールを用いるものである。また、第１０図（
ｂ）に示したように、単位検出器４０をアレイ検出器と
し、入射光束角がθ変化するとき、アレイ検出器４０の
端から端まで集光光が移動する大きさにして、アレイ各
要素検出器の出力を同期スイッチ５０により同期選択す
ることにより、同様に入射角の変化に同期した検出を行
うこうとかできる。この場合は、高指向性光学系３０と
して、ピンホールの代わりにアレイ各要素検出器の受光
面の開口がフランフオーファ回折像の０次スペクトルを
選択的に通過させる作用をする構成のものを用いる。な
お、第１Ｏ図（ａ）及び（ｂ）の実施例は、最小単位検
出器４０か２個の場合について示しであるが、実際には
多数個が並んでおり、同じように同期検出てきる。

以上の実施例により、第４図から第７図までの実施例に
おいて、レーザー光源１２あるいは環状検出器４を試料
Ｓを中心として回転しても、透過直進光を選択検出する
ことか可能になる。

以上、種々の実施例について説明したが、何れの実施例
も、直接透過光を見ることによって試料の吸収係数の分
布又は蛍光物質の分布を測定する光断層像画像化装置で
あった。蛍光断層像を見る場合、例えば第１図において
、平面状の光束Ｐを励起光として、特定物質に集まる蛍
光試薬を生体に入れたものを試料としく例えば、ガン組
織に集まる蛍光試薬を生体に入れる。）、高指向性光学
系３の前に点線で示したように、この励起光をカットし
蛍光のみを透過する励起光カットフィルター１６を挿入
するようにすればよい。他の実施例についても同様であ
る。なお、平面状平行光束Ｐを平面状発散光束に変換す
る円筒レンズ１５の代わりに円筒ミラーを用いることも
てき、また、走査ミラー１４の代わりに他の公知の光走
査手段を用いることもできる。その他、種々の変形か可
能なことは当業者に明らかであろう。

〔発明の効果〕

本発明の光断層像画像化装置においては、試料に対する
光の照射角度を順に変化させながら、試料に指向性の高
い光を照射して、試料を断層状に直進透過した光のみの
あるいは蛍光の直進した光のみの強度分布を高指向性光
学系を介して検出しているので、ＸＪｊＪＣＴと同様な
原理により、生体等の試料の光透過あるいは蛍光による
断層像を得ることかでき、診断等に有効な装置を実現す
ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光断層像画像化装置の基本形の構成を
示す図、第２図は本発明に基づく断面投影像を得るため
の光源と高指向性光学系の配置の１例を説明するための
図、第３図から第７図は他の光源と高指向性光学系の配
置の例を説明するための図、第８図から第１Ｏ図は高指
向性光学系に対する入射角か変化する場合の対策を説明
するための図、第１１図から第２０図は先に提案した高
指向性光学系の構成を示す図、第２１図、第２２図は先
に提案した同期光子計数方式を説明するための図、第２
３図から第２５図は先に提案した同期電荷蓄積型光検出
装置を説明するだめの図である。ｌ・・・レーザーアレイ、２・・・検出部、３．３′、
３・・・高指向性光学系、４．４′、４″・・・検出器
アレイ、５・・・同期検波器、６・・・データ処理部、
７・・・吸収分布算出部、８・・・３次元分布算出部、
９・・・試料台制御部、１０・・・試料台駆動部、１１
・・・試料台、１２・・・レーザー　１３・・・偏向ミ
ラー　１４・・・走査ミラー　１５・・・円節レンズ、
１６・・・励起光カットフィルター　１′・・・多層レ
ーザーアレイ、３０・・・単位高指向性光学系、４０・
・・単位検出器、５０・・・同期スイッチ、Ｃ・・・チ
ョッパー、Ｓ・・・試料、Ｐ、Ｐ′ Ｐ“ ・・・平面状光束、ＰＩ・・・ピンホール出願人新技術事業団（外２名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料に対する光の照射角度を順に変化させながら
試料に指向性の高い光を照射して、試料を断層状に直進
透過した光のみの強度分布、あるいは蛍光の直進した光
のみの強度分布を高指向性光学系を介して検出し、検出
された各照射角度における強度分布から合成することに
より、試料の光断層像を画像化することを特徴とする光
断層像画像化装置。
（２）高指向性光を発光する複数の光源を発光方向が平
面内で相互に平行になるようにアレイ状に配置し、該ア
レイ状の光源から出る平面状の平行光束に対向してその
直進成分のみが通過するように高指向性光学系を配置し
たことを特徴とする請求項１記載の光断層像画像化装置
。
（３）高指向性光を発光する複数の光源を発光方向が平
面内で１点に集中するようにアレイ状に配置し、該集光
点から発散する平面状発散光束に対向してその直進成分
のみが通過するように高指向性光学系を配置したことを
特徴とする請求項１記載の光断層像画像化装置。
（４）高指向性光発光光源からのビーム光を平面内で旋
回走査する光走査手段を配置し、該旋回走査ビーム光に
対向してその直進成分のみが通過するように高指向性光
学系を配置したことを特徴とする請求項１記載の光断層
像画像化装置。
（５）高指向性光発光光源からのビーム光を平面状発散
光束に変換する光学手段を配置し、該平面状発散光束に
対向してその直進成分のみが通過するように高指向性光
学系を配置したことを特徴とする請求項１記載の光断層
像画像化装置。
（６）高指向性光を発光する複数の光源を発光方向が平
面内で相互に平行になるようにアレイ状に配置し、該ア
レイ状の光源から出る平面状の平行光束を平面状発散光
束に変換する光学手段を配置し、該平面状発散光束に対
向してその直進成分のみが通過するように高指向性光学
系を配置したことを特徴とする請求項１記載の光断層像
画像化装置。
（７）平面状の光束を出す手段を相互に平行に同方向を
向くように微小距離離れて複数配置し、各平面状光束に
対向してその直進成分のみが通過するように高指向性光
学系を配置したことを特徴とする請求項１から６の何れ
か１項記載の光断層像画像化装置。
（８）高指向性光学系の前面に光源からの励起光をカッ
トするフィルターを配置したことを特徴とする請求項１
から７の何れか１項記載の光断層像画像化装置。