JPH05261106A - 光増幅器を用いた生体光計測装置 - Google Patents

光増幅器を用いた生体光計測装置

Info

Publication number
JPH05261106A
JPH05261106A JP4061766A JP6176692A JPH05261106A JP H05261106 A JPH05261106 A JP H05261106A JP 4061766 A JP4061766 A JP 4061766A JP 6176692 A JP6176692 A JP 6176692A JP H05261106 A JPH05261106 A JP H05261106A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
light
living body
amplifier
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4061766A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsushi Maki
敦 牧
Hiroyuki Nakano
博行 中野
Fumio Kawaguchi
文男 川口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP4061766A priority Critical patent/JPH05261106A/ja
Publication of JPH05261106A publication Critical patent/JPH05261106A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】生体内部の情報を光を用いて計測する装置にお
いて光信号のS/N比を向上させる。 【構成】光源部1から放射される波長500nm〜16
00nmの複数の波長の光は光ファイバー2を介して光
スイッチ3に入射し、選択された光ファイバ41を介し
て光プローブ5で被検者6に照射される。被検体を透過
してきた光信号を光プローブ5で受光し、光スイッチ3
に入射する。光スイッチ3からの光信号は、励起光源8
を伴う光ファイバー光増幅器9に入射し、電気信号に変
換されることなく直接増幅される。増幅された光信号
は、光検出器11に入射する。光検出器11からの光強
度分布信号はA/D変換器12でA/D変換され、コン
ピュータ13で処理してデータを蓄積する。計測終了後
に画像の再構成を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、生体内部の形態や機能
の情報を光信号として計測し、計測された信号から医学
的診断を行なうための医療用診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】代謝、循環等の生体機能の計測を、生体
に対する障害の少ない可視から近赤外の光を用いて画像
化する光CTの例が特開昭57−115232号に記載
されている。その他光を用いて生体の機能を計測するも
のとして、レーザスペックル法を用いて反射光から血流
の流速を計測する血流計測装置が特開昭60−1994
30号に、また生体の一部の透過光を用いて血液中の酸
素濃度を測定するオキシメータが特開昭55−2400
4に記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】光CT等のように生体
に光を照射し計測を行う生体計測法においては、生体に
よる強い散乱のため減衰が大きく、さらに生体には強い
光を長時間照射できないために、検出信号の強度が極め
て小さくなるという問題がある。このため上記検出信号
をそのまま処理し高精度の画像や各種の情報を得ること
は困難である。ところで上記検出信号は増幅することに
よりS/N比を改善し上記問題を解決することができ
る。しかし、従来用いられている電気的な増幅器では光
信号を一旦電気信号に変換して増幅を行なうため、高速
な時間応答や高いS/N比を実現するには限界がある。
本発明は、このような光を用いた生体計測法において高
速応答で高精度の情報を得る簡便な方法を提供するもの
である。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的は、光信号を電
気信号に変換することなく直接増幅する光増幅器を用い
ることで達成される。光増幅器で増幅された光は光電変
換光検出手段により電気信号に変換され、画像再構成等
の処理のためにコンピュータに取り込まれる。光増幅器
としては半導体光増幅器、または希土類の金属及び遷移
金属を添加したガラスファイバーを用いた光ファイバー
光増幅器を使用する。3価のTb陽イオンを添加したガ
ラスファイバーは500nm〜700nmの範囲の光
を、3価のNd陽イオンを添加したガラスファイバーは
800nm〜1400nmの範囲の光を、また3価のE
r陽イオンを添加したガラスファイバーは1500nm
帯域の光を増幅することが可能である。これらの特徴を
用いることにより、500nm〜1600nmの微小な
光信号を電気信号に変換することなく直接増幅し、S/
N比の良い信号を高速に取り込むことが可能となる。
【0005】
【作用】計測された光信号を電気信号に変換することな
く光増幅器を用いて、直接増幅することにより、光信号
を電気信号への変換(以降OE変換とする)部でのノイ
ズの影響を低減することができる。これにより信号のS
/N比が向上し、信号を処理して得る画像や生体情報の
精度が向上する。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0007】図1は、本発明の一実施例を示す生体光計
測装置の構成図である。本装置は光源部1、光スイッチ
3、光プローブ5、光増幅器9、光検出器11、及び光
増幅器用の励起光源8を持ち、これらは相互に光ファイ
バーで結合されている。光スイッチと光プローブ5は8
本の光ファイバー4で結合されている。本装置は、光検
出器11と結線されたA/D変換器12及びコンピュー
タ13を備えている。光源部1は波長500nm〜16
00nmの複数の波長の光を発生する。光源部1から放
射された光は光ファイバー2を通って光スイッチ3に入
射する。光スイッチ3は制御ケーブル15を通してコン
ピュータ13により制御され、光ファイバー2で導入さ
れた光を光ファイバ4の内の一本に、図の状態では光フ
ァイバー41に伝達する。これにより被検者6の所定位
置に照射した光による透過光は、光ファイバ4の残りの
各々に導かれ、光スイッチ3にて光ファイバー10にそ
れぞれ伝達する。この光スイッチの切り替えにより、被
検者への光の入射位置や入射角度を、また光信号の受光
位置や受光角度を2次元的または3次元的に順次変え
る。
【0008】
【表1】
【0009】図4に光スイッチの構造説明図を、表1に
スイッチ接続表を示す。図4において光スイッチの一次
側の8個の端子をそれぞれ1a〜1hとし、2次側の8
個の端子をそれぞれ2a〜2hとする。1対1のスイッ
チ接続方法をとる場合、表1に示すようにA〜Hの8通
りの接続方法があり、コンピュータ13によりこの接続
方法を切り替える。図4は特に接続方法Aの場合を示し
ている。光スイッチ3に入射した光は光ファイバー41
を通り、光プローブ5で被検者6に照射される。被検体
を透過してきた光信号を光プローブ5で受光し、光ファ
イバー4を経て光スイッチ3に入射する。
【0010】図5に光プローブの構成の1例を示す。図
5では、8本の光ファイバーを2次元的に配置する構造
になっているが、3次元的に配置する構造とすることも
可能である。ここで、光ファイバー4は本数の多い方が
計測時間の短縮が図れる。
【0011】光スイッチ3からの光信号は光ファイバー
7を通り、励起光源8を伴う光増幅器9に入射し、電気
信号に変換されることなく直接増幅される。ここで光増
幅器9としては希土類を添加した光ファイバー光増幅器
を用いる。光増幅器9で増幅された光信号は、光ファイ
バー10を通り制御ケーブル14でコンピュータ13に
制御された光検出器11に入射する。光検出器では、ま
ずOE変換された電気信号を増幅する。次に、増幅され
た電気信号を電子ビームとして螢光面に当て光信号に変
換し、その光強度分布をテレビカメラで捉える。そして
A/D変換器12で光信号強度をA/D変換をした後、
コンピュータ13で処理し,データを蓄積する。計測終
了後に画像の再構成を行なう。画像再生の方法としては
例えばX線CT等で用いられるバックプロジェクション
法を用いる。
【0012】本実施例では光ファイバー2、41は単数
としているが、複数に拡張することも容易であり、出射
光検出光ファイバーの本数もの7本に限らない。また本
実施例では光増幅器9として光ファイバー光増幅器を用
いているので、ミラーやレンズの調整が不要で光軸の調
整が容易で取り扱いが簡便である。また光増幅器として
は半導体光増幅器を用いることも可能である。その場
合、励起光源8に代えて励起電源を用いる。また本実施
例は光の伝送に光軸の調整などが簡便な光ファイバー
2、4、7、10、41を用いて構成をしているが、光
ファイバーの代わりにレンズ、ミラー、プリズム等の光
学系で構成しても良い。
【0013】図2は、本発明の別の実施例を示す生体光
計測装置の構成図である。光源部1は波長500nm〜
1600nmの1波長あるいは複数の波長の光を発生
し、ここから放射した光は光ファイバー41を通り光プ
ローブ5で被検者6に照射され、その結果生体中を透
過,反射,屈折,散乱してきた光信号をまた光プローブ
5で受光する。図5に光プローブの構造図の1例を示
す。本実施例では、8本の光ファイバーを2次元的に配
置する構造になっているが、3次元的に配置する構造も
容易に考えられる。受光した光信号は光ファイバー4を
通り、励起光源8を伴う光増幅器9に入射し、電気信号
に変換されることなく直接増幅される。ここで光増幅器
としては希土類を添加した光ファイバー光増幅器を用い
る。光増幅器9で増幅された光信号は、光ファイバー1
0を通り制御ケーブル14でコンピュータ13に制御さ
れた光検出器11に入射する。入射した光信号は、光検
出器でOE変換と増幅が行なわれ電気信号として出力す
る。そしてA/D変換器12でA/D変換を行なった
後、コンピュータ13で処理を行い光の強度,波長,光
子数等を求め、生体の機能や形態の緒情報を得る。
【0014】本実施例では光増幅器として光ファイバー
光増幅器を用いているので、光軸の調整などが不要で取
り扱いが簡便である。光増幅器として半導体光増幅器を
用いることも可能である。その場合、励起光源8に代え
て励起電源を用いる。また本実施例は光の伝送に光軸の
調整などが簡便な光ファイバー4、41、10を用いて
構成をしているが、光ファイバーの代わりのレンズ、ミ
ラー、プリズム等で構成したの光学系を用いても良い。
【0015】図3は、生体からの自発光を計測する本発
明のさらに別の実施例の生体光計測装置の構成図であ
る。生体からは微弱な光が放出されていることが知られ
ている。この被検者6からの自発光を光プローブ5で受
光する。図5に光プローブの構造図の1例を示す。この
図では、8本の光ファイバーを2次元的に配置する構造
になっているが、3次元的に配置する構造も容易に考え
られる。受光した光信号は光ファイバー4を通り、励起
光源あるいは励起電源8を伴う光増幅器9に入射し、電
気信号に変換されることなく直接増幅される。ここで光
増幅器としては希土類を添加した光ファイバー光増幅器
を用いる。光増幅器9で増幅された光信号は、光ファイ
バー10を通り制御ケーブル14でコンピュータ13に
制御された光検出器11に入射する。入射した光信号
は、光検出器でOE変換と増幅が行なわれ電気信号とし
て出力する。そしてA/D変換器12で電気信号強度を
A/D変換を行なった後、コンピュータ13で処理を行
い光の強度,波長,光子数等を求め、生体の機能や形態
の緒情報を得る。
【0016】本実施例でも光増幅器として光ファイバー
光増幅器を用いているので、光軸の調整などが不要で取
り扱いが簡便であが、先の実施例と同様に半導体光増幅
器を用いることも可能である。その場合、励起光源8の
代えて励起電源を用いることも同様である。さらに光フ
ァイバー4,10の代わりのレンズ,ミラー,プリズム
等の光学系で構成しても良い。
【0017】
【発明の効果】光増幅器で直接光信号を増幅することに
より、光検出器で発生する雑音に対して光信号を大きく
し、最終的に得られる信号のS/N比を向上させる。ま
た、光増幅器を使用することで、システムの低価格化,
小型化,取り扱いの簡略化が図れる。本発明は光を用い
る生体の計測に広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による生体光計測装置の一実施例を示す
図。
【図2】本発明による生体光計測装置の別の実施例を示
す図。
【図3】本発明による生体光計測装置のさらに別の実施
例を示す図。
【図4】実施例の光スイッチの動作を説明する図。
【図5】実施例の光プローブの構造を説明する図。
【符号の説明】
1…光源部、2,4,7,10,41…光ファイバー、
3…光スイッチ、4…光ファイバー、5…光プローブ、
6…被検者、8…励起光源、9…光増幅器、11…光検
出器、12…A/D変換器、13…コンピュータ、14
…制御およびデータ転送ケーブル、15…制御ケーブ
ル。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体から放射される自発的な光、もしくは
    光を生体に照射して生じる生体からの散乱光、透過光、
    反射光、屈折光を検出し、生体の形態または機能を計測
    する生体光計測装置において、前記生体から導かれたそ
    の検出光を電気信号に変換することなく直接増幅する光
    増幅器を有し、光増幅器を介して得た光信号を検出する
    ことを特徴とする生体光計測装置。
  2. 【請求項2】前記光増幅器は、励起光源または励起電源
    を伴うであることを特徴とする請求項1に記載の生体光
    計測装置。
  3. 【請求項3】前記前記光増幅器は、希土類の金属または
    遷移金属を添加したガラスファイバーを用いた光ファイ
    バー光増幅器であることを特徴とする請求項2に記載の
    生体光計測装置。
  4. 【請求項4】前記前記光増幅器は、半導体光増幅器をで
    あることを特徴とする請求項2に記載の生体光計測装
    置。
  5. 【請求項5】前記前記光増幅器は、増幅率が波長に依存
    しない光増幅器であることを特徴とする請求項2の生体
    光計測装置。
JP4061766A 1992-03-18 1992-03-18 光増幅器を用いた生体光計測装置 Pending JPH05261106A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4061766A JPH05261106A (ja) 1992-03-18 1992-03-18 光増幅器を用いた生体光計測装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4061766A JPH05261106A (ja) 1992-03-18 1992-03-18 光増幅器を用いた生体光計測装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05261106A true JPH05261106A (ja) 1993-10-12

Family

ID=13180577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4061766A Pending JPH05261106A (ja) 1992-03-18 1992-03-18 光増幅器を用いた生体光計測装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05261106A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002014037A (ja) * 2000-04-26 2002-01-18 Fuji Photo Film Co Ltd 光断層画像化装置
JP2002031597A (ja) * 2000-05-09 2002-01-31 Fuji Photo Film Co Ltd 光断層画像化装置
JP2010151616A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Shimadzu Corp 光測定装置
WO2013018878A1 (ja) * 2011-08-03 2013-02-07 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 検査装置
WO2021236102A1 (en) * 2020-05-22 2021-11-25 Google Llc Erbium doped glass for optical amplification in detecting a photoplethysmography

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002014037A (ja) * 2000-04-26 2002-01-18 Fuji Photo Film Co Ltd 光断層画像化装置
JP2002031597A (ja) * 2000-05-09 2002-01-31 Fuji Photo Film Co Ltd 光断層画像化装置
JP2010151616A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Shimadzu Corp 光測定装置
WO2013018878A1 (ja) * 2011-08-03 2013-02-07 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 検査装置
JP2013032996A (ja) * 2011-08-03 2013-02-14 Hitachi High-Technologies Corp 検査装置
WO2021236102A1 (en) * 2020-05-22 2021-11-25 Google Llc Erbium doped glass for optical amplification in detecting a photoplethysmography
CN114245721A (zh) * 2020-05-22 2022-03-25 谷歌有限责任公司 在检测光电容积描记时用于光学放大的掺铒玻璃
JP2022539625A (ja) * 2020-05-22 2022-09-13 グーグル エルエルシー フォトプレチィスモグラフィの検出における光増幅のためのエルビウムドープガラス

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5784098A (en) Apparatus for measuring three-dimensional configurations
US5200838A (en) Lateral effect imaging system
US5109276A (en) Multi-dimensional multi-spectral imaging system
US6795195B1 (en) System and method for tomographic imaging of dynamic properties of a scattering medium
JPH04500321A (ja) 多次元画像システム
JPH04135551A (ja) 光三次元像観察装置
JP2007528500A (ja) 蛍光タンパク質を使用する断層撮影イメージングのための方法およびシステム
WO2006003762A1 (ja) リンパ節検出装置
JPH05337142A (ja) 齲蝕歯の検出装置
JPH09135853A (ja) 画像計測装置
JPH04193158A (ja) 血流測定装置
JPH09505407A (ja) 光による組織検査装置
CN110140020A (zh) 混合式拉曼光谱与光学相干性断层扫描成像
EP1221035B1 (en) System and method for tomographic imaging of dynamic properties of a scattering medium
US5103829A (en) Examination apparatus for measuring oxygenation in body organs
JP2001137173A (ja) 蛍光画像測定方法および装置
US4857748A (en) Apparatus for optically measuring the three-dimensional surface shape and inner structure of an object
JP2000275541A (ja) レーザ顕微鏡
JPH05261106A (ja) 光増幅器を用いた生体光計測装置
JPH09294706A (ja) 蛍光診断装置
JPH05688B2 (ja)
JP2000300568A (ja) 末梢血管の画像化装置
US11490818B2 (en) Fiber-based multimodal biophotonic imaging and spectroscopy system
JPH0537202U (ja) 光による医学的撮像のための装置
JP2001128927A (ja) 蛍光画像取得方法および装置