JPH09133654A - 光音響分析装置 - Google Patents
光音響分析装置Info
- Publication number
- JPH09133654A JPH09133654A JP7289595A JP28959595A JPH09133654A JP H09133654 A JPH09133654 A JP H09133654A JP 7289595 A JP7289595 A JP 7289595A JP 28959595 A JP28959595 A JP 28959595A JP H09133654 A JPH09133654 A JP H09133654A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- lights
- wavelength
- signal
- reference signals
- 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
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
- A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】光音響効果により生体の異なる波長による吸収
係数の比を計測する装置で、複数の波長間の吸収比を同
時に検出する。 【解決手段】波長毎に異なる周波数帯を有するように強
度変調した単色光を複数合わせて照射光とし、得られる
音響信号を周波数帯毎に復調・包絡線検波したのち、そ
の振幅比を求める。
係数の比を計測する装置で、複数の波長間の吸収比を同
時に検出する。 【解決手段】波長毎に異なる周波数帯を有するように強
度変調した単色光を複数合わせて照射光とし、得られる
音響信号を周波数帯毎に復調・包絡線検波したのち、そ
の振幅比を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光音響効果によって
被検体内の物質の濃度を測定する装置に関する。
被検体内の物質の濃度を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より光音響効果によって被検体内の
光吸収物質の濃度を検知する方法が知られている。これ
は、光を吸収した被検体内の特定物質成分が吸収した光
エネルギを無放射遷移などの失活過程で生成する熱が、
吸収物質部分の体積膨張を誘起し、発生する圧力が音波
となって観測される現象である。この現象を利用した分
析法は被検体を固体表面，液体等とした場合に固体音響
分光分析として知られている。
光吸収物質の濃度を検知する方法が知られている。これ
は、光を吸収した被検体内の特定物質成分が吸収した光
エネルギを無放射遷移などの失活過程で生成する熱が、
吸収物質部分の体積膨張を誘起し、発生する圧力が音波
となって観測される現象である。この現象を利用した分
析法は被検体を固体表面，液体等とした場合に固体音響
分光分析として知られている。
【０００３】光を吸収する物質はその物質の分子構造に
特徴づけられる周波数の光を吸収するため、発生する音
響波の振幅強度は、良く吸収される光の周波数で大きな
ものが得られることが知られている。光の照射強度のあ
る特定範囲内で入射光強度と得られる音響波強度の関係
に線形関係が得られる。また、光を吸収する物質の濃度
増加で発生する音響波の振幅強度も増加するため、濃度
との相関を得ることができる。
特徴づけられる周波数の光を吸収するため、発生する音
響波の振幅強度は、良く吸収される光の周波数で大きな
ものが得られることが知られている。光の照射強度のあ
る特定範囲内で入射光強度と得られる音響波強度の関係
に線形関係が得られる。また、光を吸収する物質の濃度
増加で発生する音響波の振幅強度も増加するため、濃度
との相関を得ることができる。
【０００４】また、被検体の中に同じ波長の光に対して
吸収を示す複数の物質が存在する場合には、複数の波長
の光に対して吸収とそれに起因する音響波強度を測定す
る必要がある。このような事情は混合物の吸光光度計に
よる従来の濃度検量と同じである。
吸収を示す複数の物質が存在する場合には、複数の波長
の光に対して吸収とそれに起因する音響波強度を測定す
る必要がある。このような事情は混合物の吸光光度計に
よる従来の濃度検量と同じである。
【０００５】糖尿病患者の人体の血液中の特定成分濃度
を計測するような場合に、採血による分析では穿刺によ
る痛みが反復されるために非常に患者に負担を与える。
このような事例では、無侵襲で血液中の特定成分濃度を
検知することが望ましい。光音響効果によってこのよう
な物質の計測を行う技術を開示したものとしては、特開
昭63−247652号公報が知られている。この従来例では、
被検体内に複数の波長あるいは周波数の単色光を入射さ
せ、得られる音響信号の強度を各周波数で比較すること
により、複数含まれる被検体内の光吸収物質の濃度を検
定する技術が開示されている。この技術では、光の照射
時間を十分短いパルスにすることにより、その音響応答
を光の波長毎に区別する方法がとられている。
を計測するような場合に、採血による分析では穿刺によ
る痛みが反復されるために非常に患者に負担を与える。
このような事例では、無侵襲で血液中の特定成分濃度を
検知することが望ましい。光音響効果によってこのよう
な物質の計測を行う技術を開示したものとしては、特開
昭63−247652号公報が知られている。この従来例では、
被検体内に複数の波長あるいは周波数の単色光を入射さ
せ、得られる音響信号の強度を各周波数で比較すること
により、複数含まれる被検体内の光吸収物質の濃度を検
定する技術が開示されている。この技術では、光の照射
時間を十分短いパルスにすることにより、その音響応答
を光の波長毎に区別する方法がとられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来技術で
は、被検体内で発生した音響波の残響が光の照射パルス
幅に比べて長くなるような条件下では、複数の波長の光
に起因する音波を互いに分離することが困難であった。
すなわち、波長λ１の光をパルス状にして照射したこと
に起因する音波の残響が十分減衰しないうちに、波長λ
２の光を照射してしまうと前者に起因する音波と後者に
起因する音波を時間的に分離することができない。そこ
で測定精度を満たすためには、残響が十分治まるのを待
ってから次の光照射を行わなければならず、測定する光
の波長数（単色光の数）が多くなると測定時間が長くな
ってしまう点に問題があった。
は、被検体内で発生した音響波の残響が光の照射パルス
幅に比べて長くなるような条件下では、複数の波長の光
に起因する音波を互いに分離することが困難であった。
すなわち、波長λ１の光をパルス状にして照射したこと
に起因する音波の残響が十分減衰しないうちに、波長λ
２の光を照射してしまうと前者に起因する音波と後者に
起因する音波を時間的に分離することができない。そこ
で測定精度を満たすためには、残響が十分治まるのを待
ってから次の光照射を行わなければならず、測定する光
の波長数（単色光の数）が多くなると測定時間が長くな
ってしまう点に問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、互いに波長
の異なる複数の単色光を被検体に照射し、互いに搬送波
周波数が異なる参照信号の各々で該単色光の振幅変調を
行い、光音響効果による音波を前記搬送波周波数の各々
で復調した。また、前記参照信号の望ましい形成法とし
て包絡線形状をパルスとした。また、各単色光間での光
音響効果の比を検出することによって被検体内の光吸収
物質の濃度を検知する手段とした。
の異なる複数の単色光を被検体に照射し、互いに搬送波
周波数が異なる参照信号の各々で該単色光の振幅変調を
行い、光音響効果による音波を前記搬送波周波数の各々
で復調した。また、前記参照信号の望ましい形成法とし
て包絡線形状をパルスとした。また、各単色光間での光
音響効果の比を検出することによって被検体内の光吸収
物質の濃度を検知する手段とした。
【０００８】本発明では、入射する単色光の各々を異な
る搬送波の信号で変調する。光の発振周波数は変調周波
数より十分高い周波数であるため、被検体に吸収された
点の発生熱量や体積膨張量は生体内に分布する吸収成分
濃度と変調周波数(参照信号)に支配される。照射光のあ
る強度範囲内で、吸収された光量と発生熱量が近似的に
比例し、かつ発生熱量と体積膨張量も比例するため、発
生する音波の圧力も変調周波数を搬送波周波数としたも
のになる。これにより、搬送波周波数で復調することに
より、光音響効果を元の単色光の波長毎に分離すること
ができる。
る搬送波の信号で変調する。光の発振周波数は変調周波
数より十分高い周波数であるため、被検体に吸収された
点の発生熱量や体積膨張量は生体内に分布する吸収成分
濃度と変調周波数(参照信号)に支配される。照射光のあ
る強度範囲内で、吸収された光量と発生熱量が近似的に
比例し、かつ発生熱量と体積膨張量も比例するため、発
生する音波の圧力も変調周波数を搬送波周波数としたも
のになる。これにより、搬送波周波数で復調することに
より、光音響効果を元の単色光の波長毎に分離すること
ができる。
【０００９】また、参照信号をパルスとすることによ
り、被検体内の残響が治まるのを待って、測定を高速に
反復することが可能になる。
り、被検体内の残響が治まるのを待って、測定を高速に
反復することが可能になる。
【００１０】また、各単色光間での光音響効果の比を検
出することによって、信号の変調、復調手段によって生
じる各単色光の信号に対するゲインの違いを補正するこ
とができる。
出することによって、信号の変調、復調手段によって生
じる各単色光の信号に対するゲインの違いを補正するこ
とができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の光音響
分析装置の構成図である。装置全体は制御回路１００に
よって動作が支配される。制御回路１００は内部で発生
するシステムクロック２００で分周した発光周期パルス
２０１をレーザ駆動回路１１０に出力する。発光周期パ
ルス２０１に従ってレーザ駆動回路１１０は波長が異な
る半導体レーザ１１２，１１３に対してレーザ駆動パル
ス２０２を出力する。半導体レーザ１１２は波長がλ１
の光を発振し、半導体レーザ１１３は波長がλ２の光を
発振する。レーザ駆動パルス２０２に従って半導体レー
ザ１１２，１１３に電流が流れ、光変調器１２０，１２
１へ光を出力する。光変調器１２０，１２１は変調信号
発生回路１２２，１２３の出力する参照信号２０４，２
０５に従って出力光強度を変化させる。変調信号発生回
路１２２，１２３は制御回路１００から、システムクロ
ック２００と発光周期パルス２０１の供給を受けて参照
信号２０４，２０５を発生させる。
分析装置の構成図である。装置全体は制御回路１００に
よって動作が支配される。制御回路１００は内部で発生
するシステムクロック２００で分周した発光周期パルス
２０１をレーザ駆動回路１１０に出力する。発光周期パ
ルス２０１に従ってレーザ駆動回路１１０は波長が異な
る半導体レーザ１１２，１１３に対してレーザ駆動パル
ス２０２を出力する。半導体レーザ１１２は波長がλ１
の光を発振し、半導体レーザ１１３は波長がλ２の光を
発振する。レーザ駆動パルス２０２に従って半導体レー
ザ１１２，１１３に電流が流れ、光変調器１２０，１２
１へ光を出力する。光変調器１２０，１２１は変調信号
発生回路１２２，１２３の出力する参照信号２０４，２
０５に従って出力光強度を変化させる。変調信号発生回
路１２２，１２３は制御回路１００から、システムクロ
ック２００と発光周期パルス２０１の供給を受けて参照
信号２０４，２０５を発生させる。
【００１２】参照信号２０４、２０５はそれぞれ角周波
数ω１，ω２で特徴づけられる周波数バンドを持ち、周
波数スペクトル上、互いに多重した場合にも分離可能な
バンドが存在するように発生される。参照信号２０４，
２０５で強度が変調されたレーザ光はコリメータレンズ
１３１，１３２によって収束される。コリメータレンズ
１３１を通過した波長λ１の光は、ミラー１４０で反射
され、ビームスプリッタ１４１へ入射する。また、コリ
メータレンズ１３２を通過した波長λ２の光も、同時に
ビームスプリッター１４１へ入射する。波長λ１の直進
光と波長λ２の反射光は同時にコリメータレンズ１３３
に入射し、収束されて生体１５０へ照射される。
数ω１，ω２で特徴づけられる周波数バンドを持ち、周
波数スペクトル上、互いに多重した場合にも分離可能な
バンドが存在するように発生される。参照信号２０４，
２０５で強度が変調されたレーザ光はコリメータレンズ
１３１，１３２によって収束される。コリメータレンズ
１３１を通過した波長λ１の光は、ミラー１４０で反射
され、ビームスプリッタ１４１へ入射する。また、コリ
メータレンズ１３２を通過した波長λ２の光も、同時に
ビームスプリッター１４１へ入射する。波長λ１の直進
光と波長λ２の反射光は同時にコリメータレンズ１３３
に入射し、収束されて生体１５０へ照射される。
【００１３】生体１５０の内部で波長λ１，λ２の光を
吸収する領域１５１との交点となる焦域１５２にて光の
吸収が起きる。吸収された光は焦域１５２での体積膨張
を引き起こし、圧力波を発生する。圧力波は圧電素子１
７１および音響カプラ１７２からなる電気音響変換器に
より音響受信信号に変換され、電気信号として増幅器１
８０の入力となる。
吸収する領域１５１との交点となる焦域１５２にて光の
吸収が起きる。吸収された光は焦域１５２での体積膨張
を引き起こし、圧力波を発生する。圧力波は圧電素子１
７１および音響カプラ１７２からなる電気音響変換器に
より音響受信信号に変換され、電気信号として増幅器１
８０の入力となる。
【００１４】増幅器１８０の出力は復調回路１８１，１
８２の入力となる。復調回路１８１，１８２は直交検波
回路からなり、参照信号で複素周波数移動を行う。参照
信号は参照信号発生器１８４，１８５で発生され、復調
回路１８１，１８２に供給される。また、参照信号発生
器１８４，１８５はシステムクロック２００，発光周期
パルス２０１を元に形成される。参照信号波形は例とし
て位相が９０度異なる正弦波対でよく、復調回路１８１
では角周波数がω１，復調回路１８２ではω２とする。
復調回路１８１，１８２は包絡線検波出力の同相成分お
よび直交成分の二乗和平方根を計算して包絡線振幅を求
め、比較回路１８３へ出力する。比較回路１８３は復調
回路１８１，１８２の出力を閾値Ｖｔｈと比較し、振幅
強度がＶｔｈ以上となった場合のみ復調回路１８１，１
８２の出力を図示しないアナログ−ディジタル変換器に
より標本化し、数値演算によりその比を計算して制御回
路１００にディジタル信号として出力する。制御回路１
００は本発明に開示しない手段によって、この比の値を
元に演算した結果を、図示しない表示手段に対して出力
する。
８２の入力となる。復調回路１８１，１８２は直交検波
回路からなり、参照信号で複素周波数移動を行う。参照
信号は参照信号発生器１８４，１８５で発生され、復調
回路１８１，１８２に供給される。また、参照信号発生
器１８４，１８５はシステムクロック２００，発光周期
パルス２０１を元に形成される。参照信号波形は例とし
て位相が９０度異なる正弦波対でよく、復調回路１８１
では角周波数がω１，復調回路１８２ではω２とする。
復調回路１８１，１８２は包絡線検波出力の同相成分お
よび直交成分の二乗和平方根を計算して包絡線振幅を求
め、比較回路１８３へ出力する。比較回路１８３は復調
回路１８１，１８２の出力を閾値Ｖｔｈと比較し、振幅
強度がＶｔｈ以上となった場合のみ復調回路１８１，１
８２の出力を図示しないアナログ−ディジタル変換器に
より標本化し、数値演算によりその比を計算して制御回
路１００にディジタル信号として出力する。制御回路１
００は本発明に開示しない手段によって、この比の値を
元に演算した結果を、図示しない表示手段に対して出力
する。
【００１５】次に、本発明でレーザ光照射に関する制御
シーケンスを図２に示す。
シーケンスを図２に示す。
【００１６】システムクロック２００は参照信号２０５
の特徴周波数ｆ２＝ω２／（２π）以上の周波数に設定
する。図示しない計数器を用いて、システムクロック２
００の分周により、発光周期パルス２０１を発生する。
発光周期パルス２０１の立ち上がりを検知することによ
り、レーザ光照射および音響信号処理の制御全体の反復
周期が規定される。発光周期パルス２０１とシステムク
ロック２００の分周信号により、レーザ駆動パルス２０
２を発生する。図２では発光周期パルス２０１の周期の
１／６で分周した信号を元に、周期の１／３のパルス信
号を形成したものを示す。レーザ駆動パルス２０２は図
示しないオフセット電流に重畳されて、半導体レーザ１
２２，１１３を駆動する。発振したレーザ発光強度は２
０３に示すようになる。これを参照信号２０４，２０５
で光変調する。
の特徴周波数ｆ２＝ω２／（２π）以上の周波数に設定
する。図示しない計数器を用いて、システムクロック２
００の分周により、発光周期パルス２０１を発生する。
発光周期パルス２０１の立ち上がりを検知することによ
り、レーザ光照射および音響信号処理の制御全体の反復
周期が規定される。発光周期パルス２０１とシステムク
ロック２００の分周信号により、レーザ駆動パルス２０
２を発生する。図２では発光周期パルス２０１の周期の
１／６で分周した信号を元に、周期の１／３のパルス信
号を形成したものを示す。レーザ駆動パルス２０２は図
示しないオフセット電流に重畳されて、半導体レーザ１
２２，１１３を駆動する。発振したレーザ発光強度は２
０３に示すようになる。これを参照信号２０４，２０５
で光変調する。
【００１７】参照信号２０４，２０５はシステムクロッ
ク２００を分周して得られる信号に基づいて形成され
る。
ク２００を分周して得られる信号に基づいて形成され
る。
【００１８】０＜Ｌ＜Ｍ＜Ｎなる自然数Ｌ，Ｍ，Ｎに基
づき、三つの角周波数ωｅ，ω１，ω２を決定する。波
長λ１の光はωｅ，ω１を用いて変調し、波長λ２の光
はωｅ，ω２を用いて変調する。これらはシステムクロ
ック２００周期をＴｓとして数１で表される。
づき、三つの角周波数ωｅ，ω１，ω２を決定する。波
長λ１の光はωｅ，ω１を用いて変調し、波長λ２の光
はωｅ，ω２を用いて変調する。これらはシステムクロ
ック２００周期をＴｓとして数１で表される。
【００１９】
【数１】 ωｅ＝２π／（Ｌ・Ｔｓ），ω１＝２π／（Ｍ・Ｔｓ）， ω２＝２π／（Ｎ・Ｔｓ） …（数１） 本実施例では、参照信号２０４，２０５は、数２，数３
で表される。
で表される。
【００２０】
【数２】 ｖ１（ｔ）＝Ａ（１＋cos（ωｅ・ｔ))（１＋cos（ω１・ｔ)) …（数２）
【００２１】
【数３】 ｖ２（ｔ）＝Ｂ（１＋cos（ωｅ・ｔ))（１＋cos（ω２・ｔ)) …（数３） ここで、ｖ１（ｔ），ｖ２（ｔ）はそれぞれ参照信号２
０３、２０４の波形、Ａ，Ｂは適当な定数、ｔは時間で
ある。これらの参照信号により、レーザ発光強度２０３
は光変調を受けて光変調信号２０６，２０７を得る。こ
れらの光信号はビームスプリッタで重ねられて照射光と
なる。
０３、２０４の波形、Ａ，Ｂは適当な定数、ｔは時間で
ある。これらの参照信号により、レーザ発光強度２０３
は光変調を受けて光変調信号２０６，２０７を得る。こ
れらの光信号はビームスプリッタで重ねられて照射光と
なる。
【００２２】図３は音響受信信号処理についての説明図
である。光の照射に起因して得られる音響受信信号３０
０は直交検波されて包絡線振幅が計算される。波長λ１
の光照射時の変調周波数ω１に対応して直交検波信号３
０１が得られる。また、波長λ２，変調周波数ω２に対
応して直交検波信号３０２が得られる。本実施例では直
交検波信号３０１の信号強度が低かったため、閾値Ｖｔ
ｈとの比較を直交検波信号３０１に対して行った。比較
により閾値比較出力３０３を得た。閾値比較出力３０３
とシステムクロック２００との積（ＡＮＤ条件）により
標本化パルス３０４を生成する。標本化パルス３０４の
立ち上がりを検出して、直交検波信号３０１，３０２を
標本化し、その比が計算されて振幅比出力３０５が得ら
れる。
である。光の照射に起因して得られる音響受信信号３０
０は直交検波されて包絡線振幅が計算される。波長λ１
の光照射時の変調周波数ω１に対応して直交検波信号３
０１が得られる。また、波長λ２，変調周波数ω２に対
応して直交検波信号３０２が得られる。本実施例では直
交検波信号３０１の信号強度が低かったため、閾値Ｖｔ
ｈとの比較を直交検波信号３０１に対して行った。比較
により閾値比較出力３０３を得た。閾値比較出力３０３
とシステムクロック２００との積（ＡＮＤ条件）により
標本化パルス３０４を生成する。標本化パルス３０４の
立ち上がりを検出して、直交検波信号３０１，３０２を
標本化し、その比が計算されて振幅比出力３０５が得ら
れる。
【００２３】図４で本実施例の信号処理を周波数スペク
トルの比較で説明する。図４（ａ）は、波長λ１の光変
調出力を生体が吸収した時に生じる体積膨張の時間変化
を、周波数スペクトルで示したものである。また、
（ｂ）は波長λ２の光変調出力に対する体積膨張の周波
数スペクトルである。
トルの比較で説明する。図４（ａ）は、波長λ１の光変
調出力を生体が吸収した時に生じる体積膨張の時間変化
を、周波数スペクトルで示したものである。また、
（ｂ）は波長λ２の光変調出力に対する体積膨張の周波
数スペクトルである。
【００２４】レーザ光の発振周波数は変調周波数ω１，
ω２より十分高い周波数であるため、生体に吸収された
時点の発生熱量や体積膨張量は生体内に分布する吸収成
分濃度と変調周波数にのみ支配される。照射光のある強
度範囲内で、吸収された光量と発生熱量が近似的に比例
し、かつ発生熱量と体積膨張量も比例すると見なせる。
ここでは、波長λ１とλ２とで同程度の体積膨張を生ん
だ場合を例示している。
ω２より十分高い周波数であるため、生体に吸収された
時点の発生熱量や体積膨張量は生体内に分布する吸収成
分濃度と変調周波数にのみ支配される。照射光のある強
度範囲内で、吸収された光量と発生熱量が近似的に比例
し、かつ発生熱量と体積膨張量も比例すると見なせる。
ここでは、波長λ１とλ２とで同程度の体積膨張を生ん
だ場合を例示している。
【００２５】（ｃ）はこれらの二つの光が同時に重畳し
て生体に照射された場合の体積膨張の時間変化である。
（ａ)，(ｂ）のスペクトルで直流近傍の周波数帯は二つ
の変調波で重複するが、角周波数±ω１，±ω２中心の
帯域では互いに異なる帯域を主として占有する。また、
互いの帯域への重なりは直流近傍の周波数帯以外では非
常に小さい。
て生体に照射された場合の体積膨張の時間変化である。
（ａ)，(ｂ）のスペクトルで直流近傍の周波数帯は二つ
の変調波で重複するが、角周波数±ω１，±ω２中心の
帯域では互いに異なる帯域を主として占有する。また、
互いの帯域への重なりは直流近傍の周波数帯以外では非
常に小さい。
【００２６】（ｃ）の体積膨張の時間微分形として圧力
が発生し、生体内を伝搬して電気音響変換器によって受
信され、電気信号として（ｄ）のようなスペクトルを持
つ信号が得られる。この信号を復調周波数ω１，ω２に
よって直交検波処理によって複素周波数移動することに
より、それぞれの変調周波数、あるいはレーザ光波長に
対応する信号が独立して得られる。
が発生し、生体内を伝搬して電気音響変換器によって受
信され、電気信号として（ｄ）のようなスペクトルを持
つ信号が得られる。この信号を復調周波数ω１，ω２に
よって直交検波処理によって複素周波数移動することに
より、それぞれの変調周波数、あるいはレーザ光波長に
対応する信号が独立して得られる。
【００２７】波長λ１の信号についてはスペクトル
（ｄ）で角周波数−ω１中心の帯域を直流を中心とした
位置に複素ミキシングによって移動し、ローパスフィル
タを通過させることによって（ｅ）のように波長λ１に
対応する信号帯だけを残して濾波する。波長λ２の信号
についてはスペクトル（ｄ）で角周波数−ω２中心の帯
域を直流を中心とした位置に複素ミキシングによって移
動し、ローパスフィルタを通過させることによって
（ｆ）のように波長λ２に対応する信号帯だけを残して
濾波する。これらの信号は光変調信号の包絡線成分を検
出したことになる。すなわち、所定の精度の範囲内で
は、（ｅ)，(ｆ）の時間波形はそれぞれ数４，数５で表
される。
（ｄ）で角周波数−ω１中心の帯域を直流を中心とした
位置に複素ミキシングによって移動し、ローパスフィル
タを通過させることによって（ｅ）のように波長λ１に
対応する信号帯だけを残して濾波する。波長λ２の信号
についてはスペクトル（ｄ）で角周波数−ω２中心の帯
域を直流を中心とした位置に複素ミキシングによって移
動し、ローパスフィルタを通過させることによって
（ｆ）のように波長λ２に対応する信号帯だけを残して
濾波する。これらの信号は光変調信号の包絡線成分を検
出したことになる。すなわち、所定の精度の範囲内で
は、（ｅ)，(ｆ）の時間波形はそれぞれ数４，数５で表
される。
【００２８】
【数４】 Ｅ１（ｔ）＝Ｃ（１＋cos（ωｅ・ｔ)) …（数４）
【００２９】
【数５】 Ｅ２（ｔ）＝Ｄ（１＋cos（ωｅ・ｔ)) …（数５） ここで、Ｃ，Ｄは数２，数３のＡ，Ｂと各波長の光の吸
収係数の違い、また、変調周波数ω１，ω２で定まる係
数となる。Ａ，Ｂ，λ１，λ２，ω１，ω２，ωｅを固
定してＥ１（ｔ），Ｅ１（ｔ）が十分な信号強度を得て
いる時に比Ｃ／Ｄを計算すると、これは生体内光照射領
域のλ１，λ２の光に対する吸収比の定数倍となる。
収係数の違い、また、変調周波数ω１，ω２で定まる係
数となる。Ａ，Ｂ，λ１，λ２，ω１，ω２，ωｅを固
定してＥ１（ｔ），Ｅ１（ｔ）が十分な信号強度を得て
いる時に比Ｃ／Ｄを計算すると、これは生体内光照射領
域のλ１，λ２の光に対する吸収比の定数倍となる。
【００３０】あらかじめ、λ１，λ２の光に対する吸収
比の知られた標準試料を用いて、本実施例の装置で検量
線を作成することにより、この定数は求めることができ
る。これにより、信号の変調，復調手段によって生じる
λ１，λ２の光の信号に対するゲインの違いを補正する
ことができる。
比の知られた標準試料を用いて、本実施例の装置で検量
線を作成することにより、この定数は求めることができ
る。これにより、信号の変調，復調手段によって生じる
λ１，λ２の光の信号に対するゲインの違いを補正する
ことができる。
【００３１】本実施例では単色光源としてレーザ光を用
いたが、この例に限ることなく、波長帯が光吸収物質の
吸収帯の幅に比較して狭いものであればどのような光源
でもよく、コヒーレントな光源である必要もない。
いたが、この例に限ることなく、波長帯が光吸収物質の
吸収帯の幅に比較して狭いものであればどのような光源
でもよく、コヒーレントな光源である必要もない。
【００３２】また、本実施例ではパルス包絡線としてレ
イズド コサイン形（１＋cos(ωｅ・ｔ））を用いた
が、矩形のようなパルス包絡線としてもよく、また光の
波長に共通した同型の包絡線とする必要もない。
イズド コサイン形（１＋cos(ωｅ・ｔ））を用いた
が、矩形のようなパルス包絡線としてもよく、また光の
波長に共通した同型の包絡線とする必要もない。
【００３３】また、さらには本実施例では単色光を二つ
の波長で備えているが、３以上の単色光を計測に用いて
計測を行ってもよい。
の波長で備えているが、３以上の単色光を計測に用いて
計測を行ってもよい。
【００３４】
【発明の効果】本発明により、生体に対する光音響効果
で、複数の波長の光に対する吸収係数の比を同時に計測
することができる。これにより、波長毎に照射と受音を
反復する場合に比べて短時間に複数回の測定を連続して
反復できる。吸収係数の比の時間的に変動を計測する場
合、および測定誤差を複数回の反復測定の積算で減少さ
せる場合に計測の精度を向上することができる。
で、複数の波長の光に対する吸収係数の比を同時に計測
することができる。これにより、波長毎に照射と受音を
反復する場合に比べて短時間に複数回の測定を連続して
反復できる。吸収係数の比の時間的に変動を計測する場
合、および測定誤差を複数回の反復測定の積算で減少さ
せる場合に計測の精度を向上することができる。
【図１】本発明の一実施例のブロック図。
【図２】本発明における照射光強度の変調の説明図。
【図３】本発明における音響受信信号の検波と振幅比検
出の説明図。
出の説明図。
【図４】本発明における周波数多重処理による信号処理
の説明図。
の説明図。
１００…制御回路、１１０…レーザ駆動回路、１１２，
１１３…半導体レーザ、１２０，１２１…光変調器、１
２２，１２３…変調信号発生回路、１３１，１３２，１
３３…コリメータレンズ、１４０…ミラー、１４１…ビ
ームスプリッタ、１５０…生体、１５１…光を吸収する
領域、１５２…焦域、１７１…圧電素子、１７２…音響
カプラ、１８０…増幅器、１８１，１８２…復調回路、
１８３…比較回路、１８４，１８５…参照信号発生器、
２００…システムクロック、２０１…発光周期パルス、
２０２…レーザ駆動パルス、２０４，２０５…参照信
号。
１１３…半導体レーザ、１２０，１２１…光変調器、１
２２，１２３…変調信号発生回路、１３１，１３２，１
３３…コリメータレンズ、１４０…ミラー、１４１…ビ
ームスプリッタ、１５０…生体、１５１…光を吸収する
領域、１５２…焦域、１７１…圧電素子、１７２…音響
カプラ、１８０…増幅器、１８１，１８２…復調回路、
１８３…比較回路、１８４，１８５…参照信号発生器、
２００…システムクロック、２０１…発光周期パルス、
２０２…レーザ駆動パルス、２０４，２０５…参照信
号。
フロントページの続き (72)発明者 曽根原 剛志 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宮原 裕二 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】互いに波長の異なる複数の単色光を被検体
に照射し、光音響効果によって被検体内の物質の濃度を
測定する装置において、互いに搬送波周波数が異なる参
照信号の各々で前記単色光を振幅変調を行い、前記光音
響効果による音波を前記搬送波周波数の各々で復調する
ことを特徴とする光音響分析装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記参照信号をパルス
とした光音響分析装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記各単色光
間での光音響効果の比を検出する光音響分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7289595A JPH09133654A (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 光音響分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7289595A JPH09133654A (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 光音響分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133654A true JPH09133654A (ja) | 1997-05-20 |
Family
ID=17745277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7289595A Pending JPH09133654A (ja) | 1995-11-08 | 1995-11-08 | 光音響分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09133654A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003265477A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-09-24 | Samsung Electronics Co Ltd | 光音響分光学を用いた非侵襲的な生体成分の測定装置及びその測定方法 |
| WO2005107592A1 (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 |
| JP2008080101A (ja) * | 2006-08-28 | 2008-04-10 | Osaka Prefecture Univ | 光トモグラフィ装置 |
| JP2008220506A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Osaka Prefecture Univ | 光アシスト超音波速度変化イメージング装置および光アシスト超音波速度変化画像表示方法 |
| WO2011152747A1 (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-08 | H.L Human Laser Limited | Photoacoustic material analysis |
| JP2013518673A (ja) * | 2010-02-02 | 2013-05-23 | ネルコー ピューリタン ベネット エルエルシー | 連続発光の光音響分光法 |
| JP2014504901A (ja) * | 2010-11-19 | 2014-02-27 | キヤノン株式会社 | 媒体を照射する装置及び方法 |
| JP2015123325A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | キヤノン株式会社 | 被検体情報取得装置および被検体情報取得装置の制御方法 |
| WO2016005405A1 (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-14 | Sonex Metrology Ltd | A method and apparatus for obtaining photoacoustic measurements |
| KR20170006470A (ko) * | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 연세대학교 산학협력단 | 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템 |
| JP2018149362A (ja) * | 2012-03-09 | 2018-09-27 | セノ メディカル インストルメンツ，インク． | 光音響イメージングシステムにおける統計マッピング |
| WO2018180109A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 富士フイルム株式会社 | 光音響画像生成装置 |
| WO2019211993A1 (ja) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | 日本電信電話株式会社 | 成分濃度測定装置 |
-
1995
- 1995-11-08 JP JP7289595A patent/JPH09133654A/ja active Pending
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003265477A (ja) * | 2002-03-20 | 2003-09-24 | Samsung Electronics Co Ltd | 光音響分光学を用いた非侵襲的な生体成分の測定装置及びその測定方法 |
| US9008742B2 (en) | 2004-05-06 | 2015-04-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Constituent concentration measuring apparatus and constituent concentration measuring apparatus controlling method |
| US9060691B2 (en) | 2004-05-06 | 2015-06-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Constituent concentration measuring apparatus and constituent concentration measuring apparatus controlling method |
| JPWO2005107592A1 (ja) * | 2004-05-06 | 2008-03-21 | 日本電信電話株式会社 | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 |
| US9198580B2 (en) | 2004-05-06 | 2015-12-01 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Constituent concentration measuring apparatus and constituent concentration measuring apparatus controlling method |
| JP4536060B2 (ja) * | 2004-05-06 | 2010-09-01 | 日本電信電話株式会社 | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 |
| WO2005107592A1 (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 |
| US8332006B2 (en) | 2004-05-06 | 2012-12-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Constituent concentration measuring apparatus and constituent concentration measuring apparatus controlling method |
| JP2008080101A (ja) * | 2006-08-28 | 2008-04-10 | Osaka Prefecture Univ | 光トモグラフィ装置 |
| JP2008220506A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Osaka Prefecture Univ | 光アシスト超音波速度変化イメージング装置および光アシスト超音波速度変化画像表示方法 |
| JP2013518673A (ja) * | 2010-02-02 | 2013-05-23 | ネルコー ピューリタン ベネット エルエルシー | 連続発光の光音響分光法 |
| WO2011152747A1 (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-08 | H.L Human Laser Limited | Photoacoustic material analysis |
| JP2014504901A (ja) * | 2010-11-19 | 2014-02-27 | キヤノン株式会社 | 媒体を照射する装置及び方法 |
| JP2018149362A (ja) * | 2012-03-09 | 2018-09-27 | セノ メディカル インストルメンツ，インク． | 光音響イメージングシステムにおける統計マッピング |
| JP2015123325A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | キヤノン株式会社 | 被検体情報取得装置および被検体情報取得装置の制御方法 |
| WO2016005405A1 (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-14 | Sonex Metrology Ltd | A method and apparatus for obtaining photoacoustic measurements |
| KR20170006470A (ko) * | 2015-07-08 | 2017-01-18 | 연세대학교 산학협력단 | 유도 광음향 분자진동 이미징 시스템 |
| WO2018180109A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 富士フイルム株式会社 | 光音響画像生成装置 |
| JPWO2018180109A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2020-02-06 | 富士フイルム株式会社 | 光音響画像生成装置 |
| US11921202B2 (en) | 2017-03-29 | 2024-03-05 | Fujifilm Corporation | Photoacoustic image generation apparatus |
| WO2019211993A1 (ja) * | 2018-05-01 | 2019-11-07 | 日本電信電話株式会社 | 成分濃度測定装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4577503A (en) | Method and device for detecting a specific acoustic spectral feature | |
| JPH09133654A (ja) | 光音響分析装置 | |
| US4641973A (en) | Method and apparatus for measurement of the concentration of a component of a mixture | |
| US10281454B2 (en) | Tunable optical receiver | |
| WO1998053733A1 (fr) | Appareil d'inspection dans lequel un interferometre optique est utilise | |
| WO2006092874A1 (ja) | 高分解・高速テラヘルツ分光計測装置 | |
| JPH08254497A (ja) | 強度変調光を用いて散乱媒質を検査する方法 | |
| JP4963482B2 (ja) | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法 | |
| US9632031B2 (en) | System for in vitro detection and/or quantification by fluorometry | |
| JPS60108043A (ja) | 血管位置指示装置 | |
| FR2685962A1 (fr) | Ellipsometre infrarouge. | |
| JP2004301520A (ja) | 光熱変換測定装置及びその方法 | |
| RU95116649A (ru) | Способ и дихрограф для измерения кругового дихроизма, оптического вращения и спектров поглощения | |
| JP5370248B2 (ja) | ガス分析装置 | |
| JP2004020539A (ja) | 赤外円二色性測定装置および赤外円二色性測定方法 | |
| CN112461765B (zh) | 一种基于光声光谱法的气体浓度测量系统及方法 | |
| JP3264463B2 (ja) | 光散乱媒体の吸光計測装置 | |
| JPH0915334A (ja) | レーザ測距装置 | |
| JPH0694602A (ja) | 変調された電磁波の吸収を超音波によって検出する分光撮影装置 | |
| JP2004340833A (ja) | 光学測定装置 | |
| RU2080586C1 (ru) | Способ определения спектральных характеристик исследуемых объектов | |
| RU2120617C1 (ru) | Оптический влагомер | |
| SU809952A1 (ru) | Способ измерени диэлектрических характеристик веществ и устройство дл его осуществлени | |
| SU1140009A1 (ru) | Способ эллипсометрической спектроскопии | |
| CA1249655A (en) | Method and device for detecting a specific acoustic spectral feature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 5 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 6 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |