JPH10504896A - 光を散乱する試料の構造および組成の光学的特性づけのための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 １つまたはいくつかの光源と、１つまたはいくつかの光検出器と、変位センサとの配置からなり、空間的に広がりを有する散乱試料の内部構造および／または組成の光学的特性づけのための装置。

Description

【発明の詳細な説明】 光を散乱する試料の構造および組成の光学的 特性づけのための装置および方法 本発明の主題は、１つまたはいくつかの光源と、１つまたはいくつかの光検出 器とからなる配置の助けをかりての、空間的に広がりを有している光を散乱する 試料、すなわち光散乱試料の内部構造および／または組成の光学的特性づけの方 法、およびそれに適した装置である。 医学的診断分野において、人体の内部構造を利用して疾病を認識するために努 力がなされてきた。この開発は、選択された波長の光または白色光に対象物を露 光することと、反射された光の強度を記録することとに始まる（ピー ジェイ フロッシュおよびエイ エム クリングマン(P.J.Frosch and A.M.Klingman)著 、「皮膚機能の定量化のための非侵襲的方法(Non-invasive methods for the qu antification of skin functions)」、シュプリンゲル フェルラーク ベルリ ン／ハイデルベルク(Springer Verlag Berlin/Heidelberg)、１９９３年、３〜 ２４頁および２５〜４１頁）。この方法の欠点は、情報が表面の吸収性または反 射性の特性によって決定されるので、この方法は表面の特性の検出を許容するだ けであるということである。この方法の他の欠点は、定量的評価における乏しい 再現性である。 テキストの頁を読みこむのに用いられる走査装置ですら、光は連続的露光によ って基本的に表面で、光源および受光器によって、測定されそして反射されるの である が、その光は紙を透過してはいけないし、透過することができないので、表面を 走査するだけである。 音響スペクトルを用いる方法の基礎は、音波のための異なる反射ファクタに基 づく異なる構造、たとえば異なるタイプの組織を区別することであり、前記反射 ファクタは音響インピーダンスに比例しているのである（アイ クレステル(I.K restel)著、「Bildgebende Systeme f チェンゲゼルシャフト(Siemens AG)、ベルリン(Berlin)、 以下参照）。音響スペクトルを用いる方法は試料の内部から情報をうるのに用い られうるが、それらは機械的特性（密度）に全体として依存している。このこと は、音響インピーダンスを大いに変えて構造だけを区別し、表現することが可能 であることを意味している。異なる柔らかい組織部分が分析されるばあい、音響 インピーダンスおよび／または反射ファクタにおける差異が大変小さいものであ り、大変弱いコントラストを示すのみか、または全く示さない。 組織の光学的特性（散乱および吸収係数）のために、近赤外（ＮＩＲ）範囲の 波長を有する光の使用は、とくに、インビボでの分析の分野で損傷なしに（Ｘ線 のばあいがそうであるように）より厚い組織領域（数ｍｍから２〜３ｃｍまで） の透過を可能とする。現在公知の方法において、フォトンの経路は、測定された 光強度に基づく像を生成するために数学的に追跡されなければならないという点 で種々の理論が用いられている。このことは、高い時間分解能（ピコ秒範囲での ）および／またはかな りの計算努力を有する測定方法の利用によって達成される。これらの方法で用い られる測定装置は一般に高い性能の超短波パルスレーザ、試料表面を横方向に走 査する複雑な光学ユニットおよび超高速検出器からなる。ありうるレーザは、た とえば、同期的に色素レーザを送出するモード結合ガスイオンレーザ（アルゴン 、クリプトン）である。検出にとくに適しているのはストリークカメラ(streak camera)、マイクロチャネル光多重器、またはカーシャッタ(Kerr-Shutter)、（ エル ワング(L.Wang)ら著、「ピコ秒光学カーゲイトを用いた生化学試料の弾道 的作像(Ballistic Imaging of Biomedical Samples using ps optical Kerrgate )」、写真−光学計測技術者協会 １４５１巻(SPIE Vol.1451)、「時間分解分光 と組織の作像(Time Resolved spectroscopy and Imaging of Tissues)」、１９ ９１年、９７頁および以下の頁）である。 操作性およびコストの両方の点で、これらの装置の使用は、高度に資格を与え られかつ高度に専門化された光学研究所に限定されている。同じような測定のた めに用いることができ、必要な程度の小型化を許容する等価の半導体部品は現在 使用可能でなく、かつまたは、将来の可能性も見えていない。機器に関する困難 さは、像再構成の問題によってさらに複雑にされている。フォトンが光源から検 出器へと走行するには無数の経路があるので、たとえば、コンピュータトモグラ フィにおいては可能であるものの、唯一の再構成アルゴリズムを与えることは不 可能である。問題を解決することにおける第一の実際的な試み（エス アール アリッジ(S.R.Arridge)ら著、 「近赤外吸収作像の開発のための新しい結果(New results for the development of infra-red absorption imaging)」、写真−光学計測技術者協会会報−ジ インタナショナル ソサエティ オブ オプティカル エンジニアリング(Proce edings of SPIE-The International Society of Optical Enginneering)、１２ ４５巻、９２〜１０３頁）がなされてきたが、好結果な再構成はまだ示されてい ない。さらに、必要な計算時間のために、これらの方法は臨床診断においての利 用に適していない。 欧州特許出願公開第０ ３８７ ７９３号明細書は、センサの下にある組織の 光学像を生成するために皮膚の部分に置かれているセンサを記載している。しか しながら、この装置は、非常に多くの検出器を必要とするであろうから人体のよ り大きな領域を試験するには適していない。さらには、生成された像の光学的分 解能は満足なものではない。 独国特許出願公開第４３４１０６３号明細書は、密度分布を決定する方法を記 載しており、組織を通過する光は、高周波変調放射の位相および振幅に関して評 価される。 したがって、高い、局所的な分解能で光散乱試料の内部構造を検出するために もまた適している装置および／または方法を提供することが本発明の目的であっ た。 本発明の主題は、したがって、光散乱試料の内部構造および／または組成の光 学的特性づけのための装置またはデバイスである。本発明は、１つのまたはいく つかの光源と、１つまたはいくつかの光検出器との配置からなる。配置は変位セ ンサをも含む。本発明のもう一つの 主題は、これらの構造の光学的特性づけのための方法である。 光学的特性づけのための装置は、光源から光を放射し、検出器上の試料によっ て反射された光を検出することによって特性づけをする機、器である。本発明に おいて、前記装置は１つまたはいくつかの光源からなる。さらに、装置はいくつ かの光検出器からなることが好ましい。 光学的特性づけの方法は、試料の内部構造によって影響される、光のある特性 を検出するすべての測定を含む。たとえば、これは、強度を測定すること（吸収 および散乱によって光強度が弱まること、たとえば、国際特許出願ＰＣＴ／ＤＥ ９３／０１０５８号明細書に対応する）、光の分極の程度を測ること（散乱プロ セスの手段によって分極された光として放射された光を消極する(depolarizing) こと）、またはフォトンの走行時間（たとえば、独国特許出願公開第４３ ３７ ５７０号明細書に対応する）を測定することを含んでいる。 空間的に広がりを有している試料は、３次元においてその内部構造が不均質で ある、２次元の表面をもった試料である。最小１ｃｍの長さ、および１ｃｍの幅 を有する試料が好ましく、とくに、長さが２〜１５ｃｍで、幅が２〜５ｃｍの試 料が好ましい。 光源のダイレクトクロストークなしに検出器へと試料を通って放射された光が 走行するのを許容するために、試料は到来する光を散乱しなければならない。こ のばあい、一次光は、試料をとり囲んでいる境界層を通って試料を透過すること ができ、そののち、光路に沿って試料中で伝播し、第一の境界層から離れている ある境界層を 通って二次光として試料から再び現われてくる。国際特許出願ＰＣＴ／ＤＥ９３ ／０１０５８号明細書に記載された複数の光散乱は光路上で生じる。 散乱は、試料中に含まれる粒子を介して生じうるが、細胞壁のような他の内部 構造の結果としても生じうる。ある試料のこの特性は、ヒトおよび動物の組織、 とくに皮膚およびその下、好ましくは約２５ｍｍの深さにいたるまでに見出され る組織層によって満たされている。 光源は、選択された測定方法に依存した既知の強度で、または、既知の分極度 または既知の位相変調の既知の強度変調で光を放射するように選択されている。 光はまた、前述した透過条件を満足しなければならず、試料によって散乱を受け なければならない。最良の波長を決定するために、当業者は以下のように処理す る。 血管のような吸収構造の好ましい処理のために、波長は、問題になっている構 造の吸収係数が周囲に関して大である、すなわち高いコントラストを生じるよう に選択される。たとえば、約６５０ｎｍの波長が、血液の検出のために良好であ ると判明している。 強度の減少は光路中の高度の散乱構造の結果であるかまたは吸収によって引き おこされたものであろうから、結果を誤まらせるであろう特定の吸収範囲が全く ないか、またはごく小さい波長が、散乱構造の好ましい処理のために選択されて いる。 対象物の試験のために、２００および１００００ｎｍのあいだの紫外の可視お よび近赤外範囲の波長が適している。 ヒトの皮膚の試験に適した波長は、４００および２５ ００ｎｍのあいだの範囲の波長である。とりわけ好ましい波長は４００および１ ３００ｎｍのあいだの範囲の波長である。かかる波長の光を生成するための光源 は、当業者には公知である。とくに適した光源はレーザダイオードまたはＬＥＤ であり、それらは大変小さいので、いくつかの光源が、装置の比較的小さい表面 上に配設されうるからである。 とくに適した光検出器は、フォトダイオードまたはＣＣＤであり、それらはコ ンパクトな設計でも配設されうるからである。 変位センサは、装置が動いていて、そのときこの情報をコントロールユニット に供給するときに、試料の表面上で対象となった光路を追跡する部品である。こ のような変位センサは、当業者には原理的には公知である。 好適な機器は、角度を符号化して動作する機械的機器である。線形の変位が検 出されるべきなら、ドラム−タイプのセンサが好ましい。もし、非線形の変位が 検出されるべきなら、パーソナルコンピュータを制御するためのマウスとして知 られているような球面のセンサが適している。これらの変位センサは、光検出器 で測定された各値を、ある測定サイトに割り当てるのに用いられる。 好ましい態様では、線形検出のために、本発明の配置は、移動の方向中で光源 および光検出器の前と後とに配置された少なくとも２つのドラム(drum)を有して いる。これらのドラムの表面には、試料表面上のドラムのすべりを防ぐための材 料が設けられている。好ましい態様では、ドラムはゴムの表面を有している。さ らに、弾性の試料、たとえば組織が分析されるとき、ドラムの表面が ０．１から５ｍｍとくに好ましくは０．５から２ｍｍにのびて試料に面している 装置の表面、すなわち光源と光検出器とを含んでいる前記表面を覆っていること が好ましい。この距離は、装置がヒトの皮膚上に押しつけられるときに、装置の 表面と試料の表面とのあいだに空間が残されていないことを保証している。この 配置において、皮膚の表面上に放射された光の反射および／または検出器上へと 光センサから直接生ずる放射の結果生じる干渉が可能な限り最善に避けられる。 測定された値の（測定のサイトへの強度の）割り当ては、電子的評価装置内で 実行される。値はメモリユニット中に蓄積され、必要ならばメモリから呼びださ れうる。強度プロファイルは、そののち、対象とされた光路上に位置する測定サ イトについて、すべての測定された値の合計に基づいて、光源と光検出器の各対 について確立されうる。もし、光源および光検出器のいくつかの対が評価される なら、同じ光路上には配置されていない光検出器は光源と光検出器とのあいだの 試料の内部構造について記述する付加的な強度プロファイルを生ずる。したがっ て、もし強度が、対象とされた光路と検出のサイトとに依存してプロットされる なら、多数の大きい検出器の使用は３次元の画像をつくりだす。 機械的変位センサに加えて、光学的変位検知方法または数学的方法を用いるこ とも可能である。 試料上で既知の寸法の規則正しい明暗のパターンを適用することによって、バ ーコードリーダに比較しうる明および暗のゾーン(zone)を測定することによって サイトを明確に識別することが可能である。このことは、実際 の測定領域の外側に配置された付加的な検出器を用いることによって達成されう るか、もし前記パターンが試料上に直接適用されるなら測定とともに直接パター ンが記録されうるか、または波長のための透明性のキャリヤ（carrier）によっ て達成されうる。 変位検出の数学的方法は、いくつかの同一の、測定を行なう対の使用である。 それらは、装置が、所定の方向に動いているとき、同じサイトをカバーするよう に配設されている。したがって、異なる時間で、移動速度に依存している以外は 、同じ強度プロファイルを測定する。２つの測定対のあいだで所定の距離でもっ て、速度およびしたがってサイトが測定されうるが、２つの曲線のあいだの時間 相関を確立することによって時間が既知である。 本発明の装置において、測定のあいだ、光源、光検出器および変位センサの配 置の幾何学は好ましくは一定である。原理的には、配置は、強度プロファイルＩ が前述したようにサイトの関数として生成されうるように、対応する光検出器を 伴う唯一の光源からなりうる。第二の変形例として、唯一の光源と、しかしいく つかの検出器とが用いられる。前記検出器は、光源への距離および／または光源 ／検出器と移動の方向のあいだの角度を変えて配置される。 好ましいばあいには、本発明の配置は、いくつかの光源といくつかの光検出器 からなる。測定を実行するためには、所定の時間にただひとつの光源を起動する ことが好ましい。この光源は、１個の検出器かまたはいくつかの検出器に到達す る光を放射する。もし、いくつかの光 源が同時に起動されるなら、１個の検出器によって検出される光の量が、１個の 光源によって基本的に放射され、前記量が好ましくは９０％、より好ましくは９ ９％より大きいことが保証されなければならない。このことはまた、外部の光源 たとえば昼光または他の照明源の影響にもあてはまる。光源の起動時間が、した がって制御されるべきである。起動時間が知られていれば、起動された光源およ び検出器のよりよい配置がこのサイクルタイムのあいだに読まれるようにするこ とが可能である。測定のあいだ、サイクルタイムは同一かつ一定であることが好 ましい。起動時間または逆にパルス周波数は所望の移動の最大速度、移動方向の 局所的な分解能に依存しており、移動の方向における所定の局所的な分解能にお ける所定の移動速度のために切りかえられ、読まれなければならない、多数の光 源および検出器にも同様に依存している。手動操作のあいだ、適した移動速度は １および２０ｃｍ／ｓのあいだの範囲である。本発明の装置が、移動を制御する 機械的支持手段（たとえば、モータ）とともに用いられるとき、局所的な分解能 に依存して、明らかに、より高いまたはより低い速度を有することが可能であり 、好都合である。手動操作のあいだ、たとえば、１６個の光源、１６個の光検出 器のためのパルス周波数は１０ＭＨｚと１ｋＨｚのあいだの範囲であり、好まし くは１ＭＨｚと２０ｋＨｚのあいだの範囲である。移動方向において結果として あらわれる分解能は０．１ｍｍより小さく、すなわち、問題になっている構造の 寸法より小さい。 有利な実施の形態において、光源および光検出器は、 対で配設され、各対は、１つの光源と１つの光検出器からなる。各対の光源と光 検出器は、前記配置の移動の方向と基本的に垂直な仮想線上に配置される（図１ 参照）。 図１にしたがえば、光源は好ましくは異なる時間で起動され、所定の検出器に 到達する光の量が検出される。起動された光源およびそれに付随する検出器は１ 個の対をなしている。 好ましい態様においては、各対の光源と光検出器のあいだの距離、および光検 出器と移動の方向のなす角は同じである。好ましい材料と光特性に対して、１か ら５０ｍｍ、とくに好ましくは２．５から２０ｍｍの距離ｄが有利であると判明 している。 各対の光源および光検出器は、好ましくは試料の同一境界に配置されており、 すなわち、反射が測定される。しかしながら、２つの対向する、試料の境界が接 近しうるかぎり、光源と光検出器を試料の対向する境界に配置することによって 伝送を測定することも可能である。二次光の散乱特性に関して用いられる伝送お よび反射という用語は、二次光が、試料から高度に支配的に好ましい方向で生じ ると意味すると理解してはならない。 図において、長さおよび距離ＸおよびＹは、ｍｍで図示されている。強度Ｉは 相対的単位で与えられている。 図１に示された配置１は、光源２および光検出器３に加えて２つのドラム４を 示しており、そのうち少なくとも１つは変位センサとして役立っている。したが って、この配置はいくつかの線形の強度プロファイルの検出に適しており、プロ ファイルは移動の方向５において検出器によって対象とされた光路に対応してい る。 この配置に加え、本発明の装置は、その使用に有利な付加的な部品も含んでい る。これらの部品が、堅い、または変形自在な方法のいずれかで互いに接続され うるということが考慮されなければならないが、しかし情報伝達の経路(communi cation pathway)を経ても接続されうる。適切な機能を保証するために、結果と して生じるワンピースまたは多ピースの装置は、光源、光検出器および変位セン サからなる記述された配置に加えて、光源および検出器のための電子的コントロ ールユニット、増幅器、ディスプレイ、レコーダまたはアナログ−デジタル変換 器、および生成されたデータをさらに処理するコンピュータを含むべきである。 好ましい態様においては、配置１を例外としてすべての前述の部品が脚のある機 器中に含まれているが、配置１はかなり小さい携帯機器としてできている。２つ の部品のあいだの接続は変形自在のケーブルまたは電磁放射を介して機械的に達 成されうる。 図２は本発明における構造のブロック図である。 図３は、異なる距離で、定義された凹所（深さ４．５ｍｍ（１）または２．５ ｍｍ（残り））の形で機械的な、非同質性が存在する散乱材料（厚さ約２０ｍｍ 、テフロンからなる）からなる試験対象物を記述している。 図４は、サイトの関数として１次元の強度プロファイルＩを示している。プロ ファイルは、本発明の装置の助けをかりて、図２に記載されている試験対象物を 測定することによって生成された。光源と光検出器のあいだの距離は約７ｍｍで あった。 図５は、同じ試験対象物に関して生成された２次元強 度プロファイルを示している。本発明の装置は、７ｍｍの距離ｄを有して図６中 の配置Ａに対応している１４個の光源と１４個の検出器からなる。 図６は、光源／検出器の配置についての３つの可能な変形を示している。配置 Ａにおいて、両光源（２）および光検出器が仮想線上に配列されている。２本の 線のあいだの距離は、文字ｄで識別されている。配置Ｂにおいて、２つの異なる 距離ｄ１およびｄ２の評価は光検出器の第２の列が設けられるという点で可能と された。同じ効果が光源の２つの列および光検出器のただ１つの列を用いること によって達成されうる（配置Ｃ）。 図７は、対象とされた光路および光源／検出器位置の関数としての強度の２次 元表現である。それは、図１に示される装置でヒトの皮膚上でえられた。図は、 ６０ｍｍの光路上の１４個の検出器の強度プロファイルを示していた。静脈の位 置（低い強度で暗いスポット）が明確に識別されうる。 試料を横切ったのち、反射の観点で光特性が測定されるので、２次元の強度プ ロファイルが、試験されるべき対象物の光学特性に影響を及ぼすパラメータによ って決定される。 最初は相対的な関連のみを許容するプロファイルの、そのように測定された強 度は、試料上で測定の開始または終了のサイトが記録される所定の領域の内部構 造を明確に決定するのに用いられうる。このようにして、試料上のあるサイトと 、相対的な強度測定とを関連づけることが可能である。座標の原点は、種々の異 動の方向の正確な識別のために装置上で定義されるのが好ましい。こ れは光源または検出器の位置であるのが好ましい。 本発明の他の主題は、空間的に広がりを有している散乱試料の内部構造および ／または組成の光学的特性づけのための方法である。１つまたはいくつかの光源 および１つまたはいくつかの光検出器からなる装置は、空間的に広がりを有して いる試料を横切って動かされる。光源および光検出器からなる配置の移動は、変 位センサを介して好都合に記録される。装置の移動のあいだ、光検出器に到達し た到来した光が検出され、生成された信号が記録される。測定された信号と、試 料上の所定の位置とを関連づけるために、測定された強度が、対象とされた光路 と相関させられる(correlated)。このことがコンピュータの助けをかりて好都合 になされる。結果としてえられた強度プロファイルは数値的または図式的に表現 されうる。 光源と光検出器の距離ｄもまた、可能な分解能の正確さに影響する。図８は、 距離ｄが内部構造よりも大きいばあい、ｄが内部構造とほぼ同じであるばあい、 および、ｄが内部構造よりもずっと小さいばあいの強度の例を示している。この ばあい、内部構造は、その表面を横切って前記配置が移動される、試料の表面上 の隙間である。異なる波長および／または光源／検出器距離を用いることによっ て、ある透過深さを選択し、ある部品のための特性を増すことが可能である。血 管が試験されるとき、適した波長は、ヘモグロビンが吸収を示す波長である。多 数の血管を有する部分がそのとき、血管上の光源／検出器対において測定された 、より低い強度に結びつく、より高い吸収を示している。 図９から１３は、他の詳細な実施態様において用いられる本発明の方法を示し ている。プラスチック製の散乱ブロックは、異なる深さの吸収構造を備えており 、組織中における光を吸収する血管をシミュレートするために吸収媒体で満たさ れていた。穴は１ｍｍの直径を有し、表面との距離２．８および５．０の点で表 面に平行であり、約２０ｍｍの長さ（図９）である。 強度／光路曲線の形の故に、長さ、深さ、および構造の形状に関するデータを 提供することが可能である。図１０は、７ｍｍの距離の選択された光源／検出器 対についての強度／光路曲線を示している。図１１は、同じ光源ではあるが、１ ４ｍｍの距離の点の検出器に対する信号生成を示している。異動した光路の２５ ｍｍおよび５０ｍｍでの信号が深さ２．８および５．０ｍｍの穴にそれぞれ対応 している。吸収する穴の寸法および深さは異なる信号の形から決定されうる。表 面に近接した構造は、小さい光源／検出器距離についての深い信号減少を示して おり、より下の構造が、相対的に弱い幅広い信号減少として示されている。図１ ２および１３は、光源と検出器とのあいだの、それぞれ、７ｍｍおよび１４ｍｍ の距離での走査された領域の全体の幅を覆う強度を示している。 図１４は、本発明の方法がまた、インビボでの測定にも適していることを示し ている。図１４は、伸ばしすぎによってひき起こされた結合組織への損傷(線条( striae))の測定を示している。プロットされた図は反射された強度または光路の 関数としての光源／検出器距離７ｍｍを示している。走査方向に垂直に走ってい る皮膚の細片 形状の変化(strip-like alteration)は０および１５ｍｍのあいだの光路および １００ｍｍのあとに見ることができる。５０ｍｍおよび１００ｍｍのあいだの光 路は正常な組織を示している。本発明の機器は、このような発見の文書化および 治療のあいだ、このような発見の監視の両方に用いられうる。単なる可視の評価 とは対照的に、図示された強度プロファイルはまた非侵襲的方法での皮膚の内側 での組織の変質部分の経過(course)および範囲の評価を許容することを示してい る。 図１５は、本発明の方法が、組織の均一性の評価をするためにも用いられうる ことを示している。皮膚の光学的特性を決定するために、皮膚の散乱特性によっ て測定されるのは、定義されたサイトではなく、あいまいに定義された値である ので、均質性に関して試験されたサイトを評価することが重要である。えられた 光学的値はしたがってこの値の平均値である。ゆえに、不均質性によってひき起 こされているかも知れない偽の平均値を排除するために試験された組織領域の均 質性を知ることが必要である。 図１５および１６は、グレースケールからの値での皮膚の部分での測定された ２次元の強度分布を示している。図１５において光源検出器距離は７ｍｍであっ た。図１６においては距離は１４ｍｍであった。試験される皮膚の領域は、さら なるデータ処理によって類似の強度の領域に分割されることができ、１つの可能 性はゾーン成長法(zone growth method)である。この方法において、２次元デー タ構造Ｉ（ｘ、ｙ）の自由に選択された強度値が、最初の段階で隣接する値Ｉ（ ｘ＋１、ｙ＋１）、 Ｉ（ｘ、ｙ＋１）、Ｉ（ｘ−１、ｙ＋１）などと比較される。所定の比較基準を 満たしていて、すなわち、最初の点とともにある値の範囲を定めているそれら隣 接の値は１つの領域を形成している。その結果は、類似の強度値を有する第１の 領域である。さらなる領域を決定するために、すでに決定された領域またはゾー ンの外側で他の開始点が決定されなければならず、前述の比較手順がくり返され る。図示された領域の境界上での測定と対立するように、このように定義された 領域の内部で光学的特性を測定することが好都合である。さらに、図１５および １６の比較は、異なる光源検出器距離が存在するとき、試験される組織は異なる 均一な領域を有していることを示している。 本発明の他の主題は、本発明の装置および方法の好都合な応用であり、利用で ある。以下が可能な例である。 −試料の、時間に関連した変化、すなわち手術の前後または治癒過程のあいだ の変化を決定すること。強度プロファイルの再現性はまた、長期間の試験、たと えば皮膚の病原性の変化または皮膚の変化（ほくろ、生まれつきのあざ）の寸法 のコントロールのあいだの試験を許容する。さらに、本発明の方法は、皮膚中に 含まれる異物を試験するためにもまた適している。 −異なる皮膚タイプの分類。このばあいには、異なるタイプの確立と、個々の 試料とこれらのタイプとの関連づけとのための判別分析の利用が好都合である。 移動の方向における良好な局所的な分解能は、ある皮膚領域を好結果に識別す るための数学的方法における強度／光路プロファイルから値をうるのにとくに適 してい る。たとえば、特性、すなわち、判別分析のあとに続く個々の組織タイプの強度 、プロファイルのフーリエ変換を介して組織タイプの周期的にくり返される特性 を決定することが可能である。 サイト、または局所的もしくは時間に関係のある方法で均質性を走査すること 。組織、とりわけヒトの皮膚は、そこの中の構造またはそこの下の構造のゆえに 局所的に不均質である。人体のいくつかの部分は多少なりとも診断目的に適して いるかも知れない。国際特許出願ＰＣＴ−ＤＥ９３／０１０５８号明細書または 米国特許第５，０２８，７８７号明細書によれば、ある組織部分での分析物濃度 の非侵襲的決定たとえばグルコース濃度の非侵襲的決定のばあいに、測定にはよ く適している部分もあり、あまり適していない部分もある。本発明によれば、好 適な測定サイトが決定され、かつ標識づけられうる。もし、非侵襲的測定機器が 、２つの測定のあいだに試料からとりのぞかれ、のちに再びとりつけられなけれ ばならないなら、このことはまた、好都合である。本発明の方法はまた、試料の 均質な領域に対する寸法および／または時間に関連した変化を決定するのにも適 している。 −前述の方法はまた、非生物学的試料にも適用されうる。本発明の装置があれ ば、損傷なしに散乱媒質中の材料を試験することが可能である。これは、プラス チックのための均質性テストおよびその表面の下の構造を有する、型入れして作 られた試験片の試験を含んでいる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年８月１日 【補正内容】 （請求の範囲第１項および第８項を以下のように補正する） １．空間的に広がりを有する散乱試料の内部構造および／または組成を、試料の 表面上で装置を動かすことによって光学的な特性づけをする装置であって、 ａ 前記試料の同じ表面上に配置される、１つまたはいくつかの光源と、１つ またはいくつかの光検出器との配置、 ｂ 前記試料の表面上で前記装置を移動させることによって対象となる距離を 記録するための変位センサ、および ｃ 前記光源から前記試料の所定のサイトで、前記１つまたはいくつかの光検 出器によって受信された信号が、前記装置に関して変位センサによって与えられ た相対的な位置と相関させられる評価ユニット からなる装置。 ８．空間的に広がりを有する散乱試料の内部構造および／または組成の光学的特 性づけをする方法であって、 ａ 試料の光学的特性づけのあいだ、１つまたはいくつかの光源と、１つまた はいくつかの光検出器とが前記試料の同じ表面上に配置される、前記１つまたは いくつかの光源と、前記１つまたはいくつかの光検出器との配置、 ｂ 変位センサ、および ｃ 前記変位センサが前記装置の移動を記録しながら前記装置が前記試料の前 記表面上を移動させられ、前記１つまたはいくつかの光源が光を放射し、広が った二次光が前記１つまたはいくつかの光検出器によって受信され、前記光源か ら前記試料の所定のサイトで前記１つまたはいくつかの光検出器によって受信さ れた信号と、前記装置の相対的な位置とを相関させる評価ユニット からなる装置により、前記試料の前記表面で当該装置を移動させることによっ て光学的特性づけをする装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エッセンプライス、マチアス ドイツ連邦共和国、デー−82131 ガウチ ング、アム ビュルムファー ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１つまたはいくつかの光源と、１つまたはいくつかの光検出器との配置から なり、空間的に広がりを有する散乱試料の内部構造および／または組成の光学的 特性づけのための装置であって、前記配置が変位センサをも含むことを特徴とす る装置。 ２．前記装置が、いくつかの光源およびいくつかの光検出器からなることを特徴 とする請求の範囲第１項記載の装置。 ３．前記光源および前記光検出器が、１つの光源と、１つの光検出器とからなる 対になって評価されることを特徴とする請求の範囲第２項記載の装置。 ４．各対の前記光源と前記光検出器とが同一の距離ｄで互いに離されて配置され てなることを特徴とする請求の範囲第３項記載の装置。 ５．前記光源と前記光検出器のあいだの前記距離ｄが０．５ｍｍと１００ｍｍと のあいだにあることを特徴とする請求の範囲第４項記載の装置。 ６．前記検出器が光強度、分極の度合い、またはフォトンの走行時間を決定する のに適していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。 ７．前記装置が、前記光源から前記試料の所定のサイトで１つまたはいくつかの 光検出器によって受信された信号が、前記装置に関して変位センサによって与え られた相対的な位置と相関させられる電子的評価ユニットからなることを特徴と する請求の範囲第１項記載の装置。 ８．１つまたはいくつかの光源と、１つまたはいくつかの光検出器とからなる装 置の助けをかりて、空間的に広がりを有する散乱試料の内部構造および／または 組成の光学的特性づけをする方法であって、光源によって光を放射し、かつ、光 センサに到達する光を測定するあいだ、前記装置が前記空間的に広がりを有する 試料を横切って移動させられることを特徴とする方法。 ９．前記装置の前記移動のあいだ、生成された信号が、対象とされた光路の関数 として蓄積されることを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。 10．個々の光源の起動サイクルが制御されることを特徴とする請求項第８項記載 の方法。 11．異なる光源の前記起動サイクルが異なるサイクルで制御されることを特徴と する請求の範囲第８項記載の方法。 12．２次元の強度プロファイルが、測定された信号および対象とされた光路に基 づいて生成されることを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。 13．前記光が反射によって測定されることを特徴とする請求の範囲第８項記載の 方法。 14．前記光源が４００および１００００ｎｍのあいだの波長の光を放射すること を特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。 15．各対の、光源と光検出器のあいだの距離が、測定されるべき不均質性よりも 小さいかまたはわずかに大きいことを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。 16．構造または含まれる組成に対する、時間に関する変化を検知する請求の範囲 第８項記載の方法。 17．皮膚のタイプを分類する請求の範囲第８項記載の方法。 18．局所的または時間に関連する方法でサイトの均質性を検知する請求の範囲第 ８項記載の方法。 19．皮膚の周期的にくり返される構造上の特性に関して皮膚のタイプの分類を確 立する請求の範囲第８項記載の方法。 20．形成された試験片における材料試験のための請求の範囲第８項記載の方法。