JPH08501225A - 高指向性技術で光量子移動を用いた対象物の検査 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置した対象物（８、７０）を検査する方法とシステムが説明される。示されたシステムは少なくとも一つ以上の光源（１２、１４、１６、１８）、放射パターンコントローラー（８５、１２０）、少なくとも一つ以上の検出器、プロセッサー、そして評価装置とを含む。光源は、対象物内で移動している間に分散されて、吸収されるように選択された波長の光量子密度の既知の時間で変動するパターンの電磁非電離放射線を導入する。放射パターンコントローラーは、光量子密度の十分な勾配を有する放出された結果として生じる放射線の指向性パターンを達成するために導入パターン間の時間で変動する関係（即ち、相対的位相、相対的振幅、相対的周波数）を制御する。放出された指向性放射パターンは、検査される対象物を走査する間に隠れた目標物（９）を検出するために光量子密度のその勾配を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】高指向性技術で光量子移動を用いた対象物の検査 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、人体器官の横断面像が異なる角 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Ｓ ＰＩＥ Ｖｏｌ．１４３１、ｐ２８４、１９９１年での「Ｎｏｎ−Ｉｎｖａｓｉ ｖｅＨｅｍｏｇｌｏｂｉｎ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ＮＩＲ Ｓｐｅｃ ｔｒｏｍｅｔｒｙ（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 ムのコンピユータで操作される。 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 Ｍ ｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｉｎｆｒａ−ｒｅｄ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｉｍａｇ ｉｎｇ、（赤外線吸収撮像のための再構成法）」；Ｆ．Ａ．Ｇｒｕｎｂａｕｍ氏 外によるＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１４３１、ｐ２３２、１９９１年、での「Ｄｉｆｆ ｕｓｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（拡散断層撮影法）」、Ｂ．Ｃｈａｎｃｅ氏外に よる「ＳＰＩＥ 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。光量子密度の勾配は、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は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、１４、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 Ｂ（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。２００ ＭＨｚ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１２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、Ｈａｍａｍａｔｓｕ 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 ＨａｍａｍａｔｓｕＲ９２８またはＨａｍａｍ ａｔｓｕ 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Ｈａｍａｍａ ｔｓｕ Ｒ９２８で有ることが分かった。但し、Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｒ１６４ ５ｕ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、２ ２ｄは各々周波数３０．０２５ＭＨｚ、３０．０３５ＭＨｚ、３０．０４５ＭＨ ｚ、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、２５ ＫＨｚ、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、２００ＭＨｚで動作する主 発振機６０と、主発振機周波数から２５ＫＨｚオフセットされる２００．０２５ ＭＨｚ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２００．０２５ＭＨ ｚ基準信号で変調される。従って、ＰＭＴ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。２５ ＫＨｚ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ＡＧＣ ７７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＞_λl＋＜Ｌ＞_λ2と＜Ｌ＞_λl−＜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 Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ Ｕｓｉｎ ｇ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ Ｍｅａ ｓｕｒｅｍｅｎｔ（位相変調分光測定を用いた生物組織新陳代謝の測定）」、Ｓ ＰＩＥ、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５０Ω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７４ＨＣ２２１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１０⁸ Ｈｚ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１ ２、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。２００ＭＨｚ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１ ７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２６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２８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、３５、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２Ａ、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θ_０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）ｄｓｉｎ θ_０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ｄｓｉｎθ_０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（２ π／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）ｄｓｉｎθ_０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θ_０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Ｓ １、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４７ 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４ ７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イルターを含む；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波を表す。 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１．２ｃ ｍ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Ｉｎｔｒａ ｌｉｐｉｄ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１８０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 Ｂｒ ｉａｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｐｒｏｇｒａｍにおける「Ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌ ｉｔｙ ｏｆ ａ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉ ｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｕｓｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｍｅ ｔｈｏｄｓ（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 ｏ ｆ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｎｅａｒーｉｎｆｒａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ ｉｎ ｔｕｒ ｂｉｄ ｍｅｄｉａ（濁った媒体内での強度変調された近赤外光の拡散）」、Ｓ ＰＩＥ Ｖｏｌ．１４１３（１９９１）、ｐ１２２で解明された。拡散等式の解 はＳ｛１＋Ｍｅｘｐ［ー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／Ｄ_r）＋（Ｉ₀／Ｄ_r） ｅｘｐ［ー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ーｇ）μｓ／μ ａ）^{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、探 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 波の鋭い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。７５４ ｎｍ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μａ＝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５ ｍｍ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８ Ａ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 てそれらの適切な全体または派生するもの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 、７５０ｎｍ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９ ０ｂ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８６で検出される。上述のように、検出さ れた放射線は２００ＭＨｚ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。位相検出 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１０２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１５ ４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、１０９、１１０はプッシュプル変成器１２ ２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２００．０２５Ｍ Ｈｚ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１ ２１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２００．２Ｍ Ｈｚ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１３４からの２００．２ＭＨｚ信号と発振機１２ １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８１６ｎｍ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２００Ｍ Ｈｚ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２５ＫＨｚ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ー１０ｃｍのところに配置され、そして列１０ ２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１６８）。水平および垂直出力は加算係数器１７０で加算されて、５０ ０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とにより多重化され る７０ｎｍおよび８５０ｎｍのＬＥＤソースを駆動する。変調された拡散波は波 長特定干渉フイルターを含む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１０ｍ ｓｅｃ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１０ｍｓｅｃ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６６ａ、．．．、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（３ｘ１０⁸ ｃｍ／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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置した 対象物の分光検査の方法、前記方法において： （ａ）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した複数の入 力ポートを提供する、 （ｂ）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波長 の電磁非電離放射線を、前記入力ポートにおいて、対象物内に導入する、各々の 前記入力ポートにおける前記放射線は光量子密度の既知の時間で変動するパター ンを有する、 （ｃ）前記パターンの時間関係は前記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の十分な勾配を有する結果として生じる放射線を 形成するように選択されている、前記の結果として生じる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、 （ｄ）対象物上の選択場所に配置された検出ポートにおいて、対象物内を移動 している前記放射線を経時検出する、 （ｅ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射に関して前記検出放射線の信号を処理する、そして （ｆ）前記処理データを前記の入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより前記対象物を検査す るステップとから構成されることを特徴とする。 ２．（ａ）前記入力ポートまたは前記検出ポートを所定形状パターン上の異な る場所に同時に移動させる、 （ｂ）前記の異なる場所において、対象物内で移動する間に分散され、そして 吸収されるように選択された波長の電磁非電離放射線を、前記入力ポートにおい て、対象物内に更に導入する、前記入力ポートの各々における前記放射線は光量 子密度の既知の時間で変動するパターンを有する、 （ｃ）前記パターンの時間関係は前記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の十分な勾配を有する結果として生じる放射線を 形成するように選択されている、前記の結果として生じる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、 （ｄ）対象物上の選択場所に配置された検出ポートにおいて、対象物内で移動 している前記の更に導入された放射線を経時検出する、 （ｅ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して前記の検出された更に導入された放射線の信 号を処理するステップから構成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の方法。 ３．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置した 対象物の分光検査の方法、前記 方法において： （ａ）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した複数の入 力ポートを提供する、 （ｂ）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波長 の電磁非電離放射線を、前記入力ポートにおいて、対象物内に導入する、各々の 前記入力ポートにおける前記放射線は光量子密度の既知の時間で変動するパター ンを有する、 （ｃ）前記パターンの時間関係は前記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の十分な勾配を有する結果として生じる放射線を 形成するように選択されている、前記の結果として生じる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、 （ｄ）対象物上の選択場所に配置された検出ポートにおいて、対象物内を移動 している前記放射線を経時検出する、 （ｅ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して前記の検出された放射線の信号を処理する、 （ｆ）前記検出ポートを対象物上の第二場所に移動する、 （ｇ）対象物上の前記第二場所に配置された前記検出ポートにおいて、対象物 内を移動している前記放射線を経時検出する、 （ｈ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射に関して、第二場所において検出された前記放射線の信 号を処理する、そして （ｉ）前記処理データを前記の入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより前記対象物を検査するステップとから構成されることを特徴とする。 ４．（ａ）前記検出ポートを所定形状パターン上の異なる場所に移動させる、 （ｂ）対象物上の選択場所に配置された前記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、そして （ｃ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して、前記の異なる場所において検出された前記 放射線の信号を処理するステップを更に包含することを特徴とする請求の範囲第 ３項に記載の方法。 ５．前記時間関係は光量子密度の前記勾配の空間的方位が変るように更に選択 される、そして前記検出ポートの前記運動は光量子密度の前記勾配の前記変動方 位に対する前記検出ポートの固定関係を維持することを特徴とする請求の範囲第 ２、３、４のいずれかの項に記載の方法。 ６．対象物に適用される分光システムの入力ポートと 検出ポート間に位置した対象物の分光検査の方法、前記方法において： （ａ）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した複数の入 力ポートを提供する、 （ｂ）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波長 の電磁非電離放射線を、前記入力ポートにおいて、対象物内に導入する、各々の 前記入力ポートにおける前記放射線は光量子密度の既知の時問で変動するパター ンを有する、 （ｃ）前記パターンの時間関係は前記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の十分な勾配を有する結果として生じる放射線を 形成するように選択されている、前記の結果として生じる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、 （ｄ）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した複数の入 力ポートを提供する、 （ｅ）前記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、 （ｆ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して前記の検出された放射線の信号を処理する、 そして （ｆ）前記処理データを前記の入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより前記対象物を検査するステップとから構成されることを特徴とする。 ７．（ａ）少なくとも一つ以上の前記検出ポートを所定形状パターン上の異な る場所に移動させる、 （ｂ）対象物上の前記の異なる場所において、対象物内で移動している放射線 を経時検出する、そして （ｃ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して前記の異なる場所において検出された前記放 射線の信号を処理するステップを更に含むことを特徴とする請求の範囲第６項に 記載の方法。 ８．前記対象物上に配置された前記入力ポートは列状に配列される、そして： （ａ）前記放射を前記入力ポートにおける対象物内に導入しながら入力ポート の前記列を回転させる、 （ｂ）前記検出ポートにおいて、対象物内で移動している前記の結果として生 じる放射線を経時検出する、そして （ｃ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して前記の検出された放射線の信号を処理するス テップを更に含むことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の方法。 ９．前記対象物は蛍光を発する成分を含む、前記導入放射線の前記波長は前記 蛍光成分内で吸収されるように選択される、前記の検出された放射線は前記蛍光 成分か ら放出され、そして前記蛍光成分の場所を決定するために処理されることを特徴 とする請求の範囲第１、２、３、４、５、６、７、８のいずれかの項に記載の方 法。 １０．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置し た対象物の分光検査の方法、前記方法において： （ａ）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した入力ポー トを提供する、 （ｂ）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波長 の電磁非電離放射線を前記入力ポートにおいて、対象物内に導入する、前記放射 線は光量子密度の既知の時間で変動するパターンを有する、 （ｃ）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した複数の検 出ポートを提供する、 （ｄ）対象物内で移動している放射線を経時検出する、前記検出ポートにおけ る、前記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ように選択される、 （ｅ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して前記の検出された放射線の信号を処理する、 そして （ｆ）前記処理データを前記の入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより前記対象物を検査するステップとから構成されることを特徴とする。 １１．（ａ）前記検出ポートを所定形状パターン上の異なる場所に移動させる 、 （ｂ）対象物内で移動している結果として生じる放射線を経時検出する、前記 検出ポートにおける、前記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ように選択される、そし て （ｃ）光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを 作るために前記導入放射線に関して前記の検出された放射線の信号を処理するス テップとを更に包含することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の方法。 １２．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置し た対象物の分光検査の方法、前記方法において： （ａ）対象物内の蛍光成分を突き止めるために対象物上の選択場所に配置した 入力ポートを提供する、 （ｂ）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波長 の電磁非電離放射線を前記入力ポートにおいて、対象物内に導入する、前記放射 線は光量子密度の既知の時間で変動するパターンを有する、 （ｃ）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配置した複 数の検出ポートを提供する、 （ｄ）対象物内で移動している蛍光放射線を経時検出 する、 （ｅ）対象物の前記蛍光成分の場所を示す処理されたデータを作るために前記 導入放射線に関して前記の検出された放射線の信号を処理する、そして （ｆ）前記処理データを前記の入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより対象物の前記蛍光成分の場所を判定するステップとから構成されるこ とを特徴とする。 １３．（ａ）前記検出ポートを所定形状パターン上の異なる場所に移動させる 、 （ｂ）対象物内で移動している前記蛍光放射線を経時検出する、そして （ｃ）対象物の前記蛍光成分の場所を示す処理されたデータを作るために前記 導入放射線に関して前記の異なる場所で検出された前記放射線の信号を処理する ステップとを更に包含することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。 １４．前記の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前記選 択波長強度の放射線を含む、前記入力ポートの各々から導入される時に前記変調 放射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 小限度とを生成する選択位相関係を有することを特徴とする請求の範囲第１、２ 、３、４、５、６、７、８項のいずれかに記載の方法。 １５．前記位相関係は１８０度であることを特徴とする請求の範囲第１４項に 記載の方法。 １６．前記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、 それにより前記放射線の前記の急峻な位相変化の前記方向の空間的方位と強度に おける前記の鋭い最小限度とを変更するステップを更に包含することを特徴とす る請求の範囲第１４、１５項のいずれかに記載の方法。 １７．前記の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前記選 択波長強度の放射線を含む、前記入力ポートの各々から導入される時に前記変調 放射線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 最小限度とを生成する選択周波数関係を有することを特徴とする請求の範囲第１ 、２、３、４、５、６、７、８項のいずれかに記載の方法。 １８．前記の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前記選 択波長強度の放射線を含む、前記入力ポートの各々から導入される時に前記変調 放射線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 最小限度とを生成する選択振幅関係を有することを特徴とする請求の範囲第１、 ２、３、４、５、６、７、８項のいずれかに記載の方法。 １９．前記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、 それにより前記放射線の前記の 急峻な位相変化の前記方向の空間的方位と強度における前記の鋭い最小限度とを 変更するステップを更に包含することを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の 方法。 ２０．前記放射線は対象物内での光量子の移動中に始まる移相の分解能を使用 可能にする周波数において変調されることを特徴とする請求の範囲第１４、１５ 、１６、１７、１８、１９項のいずれかに記載の方法。 ２１．前記周波数は１０^８Ｈｚ程度であることを特徴とする請求の範囲第２０ 項に記載の方法。 ２２．前記処理方法は対象物内での分散と吸収とにより変化する前記放射線の 位相または振幅を決定するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１、２ 、３、４、６、７、９、１０、１１、１２、１３項のいずれかに記載の方法。 ２３．前記位相または前記振幅は前記対象物内の隠れた目標物を突き止めるた めの前記検査ステップで使用されることを特徴とする請求の範囲第２２項に記載 の方法。 ２４．前記位相また、は前記振幅は前記対象物の要素を映すための前記検査ス テップで使用されることを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の方法。 ２５．前記放射線の前記波長は対象物の内因性または外因性の組織色素の変化 に影響され易いことを特徴とする請求の範囲第１、２、３、４、５、６、７、９ 、１０項に記載の方法。 ２６．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置し た対象物の分光検査のシステム、前記システムにおいて： 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、前記入力 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ている、 前記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の 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前記導入パターン の選択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、前記放射線 は対象物内の移動行路内で分散されて、吸収される、 対象物上の選択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、 光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを作るため に前記導入放射線に関して前記の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 前記の処理されたデータを前記入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより対象物を検査するよ うに適応された評価手段とを含むことを特徴とする。 ２７．前記光ポートと前記検出ポートとを所定形状パターン上の他の場所に同 時に移動させるように適応された変位手段を更に含む、前記の他の場所は対象物 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の範囲第２６項に 記載のシステム。 ２８．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置し た対象物の分光検査のシステムにおいて： 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、前記入力 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、 前記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の 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前記導入パターン の選択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、前記放射線 は対象物内の移動行路内で分散されて、吸収される、 対象物上の選択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、 前記検出ポートを所定形状パターン上の種々の場所に移動させるように適応さ れた変位手段、前記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、 光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを作るた めに前記導入放射線に関して前記の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 前記の処理されたデータを前記入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより対象物を検査するように適応された評価手段とを含むことを特徴とす る。 ２９．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更 するために前記時間関係を修正するように更に適応され、そして前記変位手段は 光量子密度の前記勾配の前記変更方位に対して前記検出ポートの固定関係を維持 するように更に適応されることを特徴とする請求の範囲第２７、２８項のいずれ かに記載のシステム。 ３０．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置し た対象物の分光検査のシステムにおいて： 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、前記入力ポート 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ている、 前記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の 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前記導入パターン の選択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、前記放射線 は対象物内の移動行路内で分散されて、吸収される、 対象物上の選択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 、 光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを作るた めに前記導入放射線に関して前記の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 前記の処理されたデータを前記入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより対象物を検査するように適応された評価手段とを含むことを特徴とす る。 ３１．少なくとも一つ以上の前記検出ポートを所定形状パターン上の他の場所 に移動させるように適応された変位手段を更に含む、前記の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の範囲第３０項に記 載のシステム。 ３２．所定形状パターンに沿って前記の結果として生じ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ように適応された回転手段を更に含む、 前記入力ポートの回転は対象物の領域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の範囲第３０項に記載のシステム。 ３３．対象物は関心の蛍光成分を含む、前記導入放射線の前記波長は前記蛍光 成分内で吸収されるように選択される、前記の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処理されることを特徴と する請求の範囲第２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２項のいずれかに記 載のシステム。 ３４．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置し た対象物の分光検査のシステムにおいて： 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、入力ポートに おいて、導入するように適応された光源、前記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ている、 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ように適応された検出器、前記検出ポー トにお ける、前記経時検出の時間関係は導入放射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ように選択される、 光量子密度の前記勾配への前記対象物の影響を示す処理されたデータを作るた めに前記導入放射線に関して前記の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 前記の処理されたデータを前記入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより前記対象物を検査するように適応された評価手段とを含むことを特徴 とする。 ３５．少なくとも一つ以上の前記検出ポートを所定形状パターン上の他の場所 に移動させるように適応された変位手段を更に含む、前記の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の範囲第３４項に記 載のシステム。 ３６．対象物に適用される分光システムの入力ポートと検出ポート間に位置し た対象物の分光検査のシステムにおいて： 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 、入力ポートにおいて、導入するように適応された光源、前記入力ポートは対象 物の前記蛍光成分を突き止めるために対象物上の選択された場所として配置され る、 対象物上の選択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 ている蛍光放射線を経時検出するように適応された検出器、対象物の前記蛍光成 分の場所を示す処理されたデータを作るために前記導入放射線に関して前記の検 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 前記の処理されたデータを前記入力ポートと出力ポートとの場所に関連させる ことにより前記対象物を検査するように適応された評価手段とを含むことを特徴 とする。 ３７．少なくとも一つ以上の前記検出ポートを所定形状パターン上の他の場所 に移動させるように適応された変位手段を更に含む、前記の他の場所は対象物の 前記蛍光成分を突き止めるために使用されることを特徴とする請求の範囲第３６ 項に記載のシステム。 ３８．前記の時間で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選 択波長強度の放射線を含む、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限度とを生成しなけ ればならない前記入力ポートの各々から導入される前記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ことを特徴とする請求の範囲第２６ 、２７、２７、２９、３０、３１、３２項のいずれかに記載のシステム。 ３９．前記位相関係は１８０度であることを特徴とす る請求の範囲第３８項に記載のシステム。 ４０．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の前 記方向の空間的方位と放射強度の前記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 ることを特徴とする請求の範囲第３８、３９項に記載のシステム。 ４１．前記の時間で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選 択波長強度の放射線を含む、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限度とを生成しなけ ればならない前記入力ポートの各々から導入される前記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ことを特徴とする請求の範囲第２ ６、２７，， ２７、２９、３０、３１、３２項のいずれかに記載のシステム。 ４２．前記の時間で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選 択．波長強度の放射線を含む、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限度とを生成しな ければならない前記入力ポートの各々から導入される前記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ことを特徴とする請求の範囲第２ ６、２７、２７、２９、３０、３１、３２項の いずれかに記載のシステム。 ４３．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の前 記方向の空間的方位と放射強度の前記の鋭い最小限度とを変更できるように前記 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 応されることを特徴とする請求の範囲第４２項に記載のシステム。 ４４．前記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 能にする周波数において変調されることを特徴とする請求の範囲第３８から４３ 項のいずれかに記載のシステム。 ４５．前記周波数は１０^８Ｈｚ程度であることを特徴とする請求の範囲第４４ 項に記載のシステム。 ４６．前記処理手段は対象物内での分散と、吸収により変る前記放射線の位相 または強度を決定するように更に適応されることを特徴とする請求の範囲第２６ 、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３４、３５項のいずれかに記載のシス テム。 ４７．前記放射線の前記波長は対象物の内因性または外因性の組織色素の変化 に影響され易いことを特徴とする請求の範囲第２６、２７、２８、２９、３０、 ３１、３２、３４、３５項のいずれかに記載のシステム。