JPS58113736A - 測光方法及びその装置 - Google Patents

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】 本発明は、動、植物の生体組織等の被検体を分析する測
光方法及びその装置に係り、％に、潅流臓器等の被検体
に対する薬物代謝や虚血の影響を細胞レベルで分析する
測光方法及びその装置の改良に関する。

一般に、生体内酸化還元色素、伺えば、呼吸系色素であ
るミトコンドリアのチトクローム類等は、酸化型と還元
盤とで著しく異なつ九吸収スペクトルを示すことが知ら
れており、これを利用して光学的にその検出や定量を行
うことによって、＃１胞レベルでの生体情報を得ること
が可能である。

ところで、この種の生体情報を正確に得る手段として、
従来にあっては三波長測光法が採用されてい丸。仁の三
波長測光法は、例えば、上記酸化還元色素の定量に際し
て、目的物のｌｌｌｋｗｉＬ極大波長（目的物の酸化型
と還元型との吸光量の差が最も大きい波長）と、レファ
レンス波長る吸光量の差を測定するというものである。

この方法によれば、試料の／１Ｉｉｌシに基づく影響は
両波畏において略等しい丸め相殺されることになり、又
、両波長を他の色素の酸化還元の影響が少ないように選
ぶことによって、目的物の定量が極めて正確なものにな
る。

このような三波長測光法を応用した測光装置は、例え彌
、第１図に示すように、所定の波長域を備えた光源１と
、この光源１から試料２における吸収極大波長石を分光
する第一のモノクロメータ３と、上記光１１１ｉ１１か
ら試料２におけるレファレンス波長λ２を分光する第二
のモノクロメータ４と、二つのモノクロメータ６．４か
ら出た波長の異なる二つのビームを交互に試料２に照射
すべく、鏡面を振動させる振動鏡５と、試′Ｐｒ２を透
過した光を電気信号に変換する光電素子６と、上紀撮動
鏡５の揺動運動に連動し前記充電素子６からの出力信号
を夫々λｌ及びλ２に由来する信、号に分けるチョッパ
７と、このチョッパ７で分けられた夫々の出力信号を増
幅して基準化するアナログ演算回路８ｍ、８ｂと、これ
らのアナログ演算回路８ａ、８ｂからの出力差分を検出
する差動アンプ９と、との差動アンプ９の出力に基づく
値を時間的に記憶する記録計１０とで構成されている。

然しなから、このような従来の測光装置にあっては、試
料２．の特定成分を定量する上で必要な特定波長λ１．
λ２の単色光をモノクロメータ６゜４で分光した後、振
動鏡−５によって各単色光を交互に試料２に照射させて
い九ので、二つのモノクロメータろ、４及び振動鏡５が
必要不可欠であシ、その分部品点数が増大するばかｐか
、試料２へ照射される二波長の切換速さは、専ら、上記
振動鏡５の揺動速さに由来するものであって、上記振動
鏡５は、図示外の機械的な揺拳機構を介して往復動する
ようになっていることから、振動鏡５の揺動速さには限
度があり、試料２へ照射される二波長の切換速さを高速
にすることは困難であった。この結果、試料２からアナ
ログ演算回路８ｍ、８ｂへ入力される各信号の送り速さ
を高速にすることはできなくなり、シかもアナログ演算
回路８ａ、８ｂの応答性も比較的遅いものＩＣなってい
るので、短時間における試料２内の微妙な時間的変化を
分析することはできなかった。

又、試料２中の他の成分を定量する際には、当該他の成
分に必要な特定波長を得るために、モノクロメータ６．
４をその都度セントし直す必要が生じ、その作業が面倒
であると共に、複数の成分の定量を連続的に行なえない
ことになり、操作効率の点で劣るという、不具合が６つ
九。

本発明は以上の観点に立って為され九ものであって、そ
の目的とする゛ところは、複数の生体内酸化還元色素等
の定量管四時に行うことができ、しかも生体内酸化還元
色素等の短時間における徽妙な時間的変ｊヒを連続的に
且つ極め↑正確に分析できるようにした測光方法′及び
その装置を提供することにある。

そして、本発明に係る測光方法の基本的構成は、所定の
波長域を備えた光源からの元を［接被検体に照射させ、
被検体からの反射若しくは透過光等の光を分岐させると
共に、測光用の複数の干渉フィルタに前記各分岐元を透
過させて所望波長の単色光とし、各単色光を光電素子を
介して電気信号に変換し且つ演算処理するようにしたも
のである。

又、本発明の測光方法を実施する丸めに使用される測光
装置の基本的構成は、所定の波長域を備えた光源を配置
し、“この光源からの光を被検体に導く投光伝送路を設
けると共に、被検体からの反射若しくは透過光等の光を
分岐させる受光伝送路−設け、受光伝送路の各分岐光を
透過させる測光用の複数の干渉フィルタを配置し、各干
渉フィルタからの単色光・を充電素子を介して電気信号
に変換すると共に、この電気信号を高速ディジタルイヒ
して電子計算機に記憶させ且つこの配憶信号に基づき演
算処理して時系列デ−タｔ″祷られるようにした測光装
置である。

以下、添付図面に示す測光装置の実施例に基づいて、本
発明のｍｊ光方法及びその装置を詳細に説明する。

第２図に示す実施例において、光源２０は、例えば、赤
外領域から紫外領域に亘る広波長域を有するキセノンラ
ンプから成り、ランプケース２１内略中夫に配置されて
いる。そして、上記光＃２０は、安定化電源を備えてい
て、これにアークスタビライザを加えて光量変動を極力
抑えるように設定されており、光源２０からの光は比較
的壷弱光に保たれている。

又、上記光源２０からの光は投光伝送路を形成する投光
伝送部材２２を介して被検体２３に導かれており、上記
投光伝送部材２２は、石英を素材とした多数の光ファイ
バ２２′群＋：構成されたもの１−： であって、その−肩部は、ランプケース２１の貴１に開
設した取付孔２４に保持ラバー２５を介して嵌−保持さ
れており、その他熾部は被検体２６に近接した位置に配
置されている。又、被検体２６からの反射光は、受光伝
送路を形成する受光伝送部材２６を介して分光ケース２
９に導かれており、上記受光伝送部材２６は、前記投光
伝送部材２２と同様に、多数の光ファイバ２６′群で構
成されたものであって、投光伝送部材２２の被検体２３
ｉ１１先端近涛において固定金具２７で固定されると共
に、投光伝送部材２２の光ファイバ２２′群と互いに混
合されて一体状に延びている。そして、投光伝送部材２
２の光照射向及び受光伝送部材２６の光受光面は同一面
上に形成されると共に、各党ファイバ２２’　、２６’
群は、第３図に示すように、ランダムに配置されている
。このため、被検体２６への光照射面及び光受光面を広
く確保することが可能となｐ１１機体２３への光の照射
量を均一化できると共に、被検体２３からの反射光を有
効に受光し得るのである。そして又、上記受光伝送部材
２６は、その途中１で分岐金具２８を介して、例えば、
六叉に分岐しており、各分岐部分２６ｍ乃至２６ｆの端
部は、上記分光ケース２９の蓋間に開設した各取付孔６
１に保持ラバー３２を介して嵌挿保持され且つ１１３０
の長手方向に沿って並置される。

更に、上記分光ケース２９は、外部光を１蔽しの肩部に
近接した鑓所には、例えば二波長測光用の干渉フィルタ
３６ｍ乃至、５６ｆがホルダ６４に着脱可能に取付けら
れている。この実施書において、上記干渉フィルタＭＡ
Ｒ，３３ｂは、チトクロームｔａＸを定量する上で必要
なレファレンス波長λｍ＝６０５ｎｍ及び吸収極大波長
λｂ　＝　６３０ｎｍ　を取出すためのものでおり、干
渉フィルタ３３Ｃ１６３ｄは、チトクロームｂを定量す
る上で必要なレファレンス波長λｃ　＝　５６２　ｎｍ
及び吸収極大波長λｄ＝　５７５　ｎｍを取出すための
ものであり、干渉フィルタ６Ｓｅ、Ｓ６ｆは、チトクロ
ームｃｔ定量する上で必要なレファレンス波長λｅ　＝
　５５０　ｎｍ及び吸収極大波長λｆ　＝　５４０　ｎ
ｆｊｌを取出すためのものである。そして、上記各干渉
フィルタ７６７６＆乃至３Ａｆは、その透過率を一定に
するために、非金属製薄膜によって半値幅４ｎｍ以下の
ものに形成されている。

更に又、上記分光ケース谷内には、上記各干渉フィルタ
Ｗａ乃至ｉｆで分光さｎた単色光を電気信号に変換する
フォトダイオード等の光電素子砧ａ乃至話ｆが各千＃フ
ィルタ５３ｍ乃至３３　ｒに対応して設けられてお９、
各光電素子３５ａ乃至ｇｆは、２００ｎｍからｇＱＱｎ
ｍに至る波長域において略一定の感度を示す波擾特性を
備えている。セして又、上記分光ケース四内には、上記
光電素子、５ｍ乃至５５ｆからの出力信号を所望レベル
で増幅する線形な特性を有するアンプ３６＆乃至′＆６
ｆが夫°々設けられている。

又、上記各アンプ３６＆乃至３６　ｆからの出力信号は
、剣えば、１６ビントのＤ変換器３７に夫々別チャンネ
ルで入力され、心変換器３７において高速ディジタル化
された後、電子計算機（３８・に入力される。そして、
この電子計算機３８は、ＡＤ変換１１７に７５７からの
出力信号を記憶し且つこの記憶信号に基づき所望の演算
処理を行い、この電子計算ａｍａａの出力噛に接続され
た記録計１０に所望の時系タリデータを出力するように
なっている。

従って、この実施例に係る測光装置を用いて、＋Ｉｎ１
Ｉ器等の被検体２６における生体内酸化還元色素の定量
を行う場合には、第４図に示すように、先ず、上記被検
体２６に潅流管６９を接続して、当該ｍ流管５９’に通
じて被検体２６に酸素０２、窒素Ｎ２、薬物４０等を投
与し得る潅流系４１　を予め構成しておき、投光伝送部
材２２及び受光伝送部材２６の光照射面及び光受光向を
被検体２るに接近させて配置する。尚、この場合、上記
潅流管６９には潅流管６９円の酸素濃度を検出する酸素
電極４２が設けられ、この酸素電極４２は、別チャンネ
ルを通じて電子計算機６８に入力され、計鍮計１０にお
いて酸素濃度の時間的変化が表示されるようになってい
る。

このような状態において、光源四からの光は、１ 投光伝送部材２２を通じて被検体２６に直接照射される
。このとき、光［２０からの光は微弱光であることから
、熱の影響を考慮することなく、照射光は、各波長成分
が夫々光量変化した状態で被検体２６からの反射光とし
て得られ、この反射光は、受光伝送部材２６を通じて分
岐部分２６１乃至２６ｆで分岐された後、分岐光として
分光ケース２９内に導かれる。そして、各分岐光は、各
干渉フィルタ６３ａ乃至８６ｆ　ｔ−透過して所望の単
色光に分光された後、光電素子３５ｍ乃至３５ｆを通じ
て電気信号に変換されると共に、アンプ６６＆乃至５６
ｆ　Ｋよって適当レベルに増幅される。この状ｍＫおけ
る信号は、各波長成分に対する被検体２６からの反射光
量を示すものである。

そして、上記アンプ３６ｍ乃至！６ｆからの出力信号は
、電子計算機６８の°入力プログラムに従って、ＡＤ変
換器６７でμＳ単位で高速ディジタル化され、各ディジ
タル信号は電子計算機６８に記憶される。この後、電子
計算機６８においては、上記記憶信号に基づいて各波長
成分に対するデータを算出すると共に、測光用の二波長
成分毎に各データの対数差を演算し九後゛、記録計１０
に例えば第５図に示すような連続した時系列データを出
力する。尚、・上記電子計算機閏内においては、白色ノ
イズを除去したり、黴検体ツの動きｔ−中ヤンセルして
光路長を一定にする等の雑音処理が為されている。

第５図に示す時系列データにおいては、曲線■はチトク
ロームａｌｌの酸化還元変化を示しており、曲線ｌはチ
トクロームｂの酸化還元変化を示しており、−纏Ｉはチ
トクロームＣの酸化還元変化を示している。これらの１
１１１１１乃至夏によれば、第４図において潅流管６９
に窒素Ｎ３を投与し九ときには、チトクローム類はいず
れも窒素による還元パターンを示すことが理解され、そ
のうち４１にチトクロームａａｌが大き　く変化してい
ることが理解される。又、海流管６９にサイアナイドＫ
ＣＮｔ投与したときには、チトクローム類は夫々還元パ
ターンを示すが、そのうち脣にチトクロームｂが大きく
変化することが理解される。尚、菖５図に−おけるノイ
ズの多くは、潅流系４１において用いられる＃ＩｆＩＬ
ポンプの脈流ノイズである。

このようにして得られた一生体内酸化還元色素の時系列
的酸化還元変化は、潅流システムでの薬物代謝の時系列
変化に通じるものであや、生体情報として極めて有効な
ものといえる。

尚、上記実施例にあっては、光源加として中セノンラン
プを用いているが、タングステン冒−ドランプ等を用い
ても差支えない、又、上記実施例にあっては、干渉フィ
ルタとしてチトクローム類を定量するのに必賛な干渉フ
ィルタ！Ｍ＆乃至兄ｆｔ用いているが、必ずしもこれら
に＠定されるものではなく、その他の生体内酸化還元色
素例えば、フラビンタンパク質としてのＦＡＤ（７ラビ
ｙアデニーンジＸクレオチド）を定量する丸めのもの（
し７アＶンス波長４５６ｎ＊、吸収極大波長５００ｎ肩
）や傾胞内のカルシウム湊度を定量する丸めのもの（レ
フアレ７ヌ波長６７５ｎ餌、吸収極大波長６８５ｍｍ）
を用いてもよく、更べは螢光選択用のもの（透過波長４
５０ｎ濶）を用いて螢光側光を同時に行うようにしても
よい、この場合、受光伝送部材２６の分岐数は、干渉フ
ィルタＯ数に対応し九ものに設定すればよい、更に１上
記実總例にあっては、干渉フィルタを透過し九各単色光
傭号會直接電子計算機６８に入力して、電子計算Ｊａ３
８内で二波長測光に伴う演算処理を行っているが、必ず
しもこれに限定されるものではなく、光差動素子等を用
いて二波長測光に伴う光量差分を予め検出し、この出力
信号に基づいて電子計算機３８内で演算処理するように
してもよい、更に又、上記実施例では、被検体２３から
の反射光信号に基づいて電子計算機６８内で演算処理を
行っているが、これ以外に、被検体２３が光透過性のも
のである場合には、被検体２６からの透過光信号に基づ
いて電子計算機３８内で演算処理するようにしてもよい
ことは勿論である。又、上記実施例では、生体内酸化還
元色素の定量に際して本発明に係る測光装置を使用する
場合について説明しているが、動、植物の生体組織につ
いての測光分析において本発明を適用できることは勿論
、環境及び工業計測等についても本発明を適用して差支
えない。

以上説明したように１本発明に係る側光方法及びその装
置によれば、所定の波長域を備えた光源からの光を直接
被検体く照射させ、被検体からの反射若しくは透過光等
の光を分岐させると共に、測光用の複数の干渉フィルタ
に前記各分岐光を透過させて所望波長の単色光とし、各
単色光を光電素子を介して電気信号に変換し且つ演算処
理するようにし九ので、従来必要とされたモノクロメー
タ、振動鏡が不要となり、その分、部品点数を低減でき
る雌か、被検体からの光信号を連続的に電子計算機で演
算処理することが可能となｐ１被検導における定量成分
の短時間における時間的変化を連続的にしかも正確に得
ることができる。又、被検体からの分岐光を複数の測光
用干渉フィルタに透過させて所望の単色光と゛し、各単
色光信号を電子計算−機で演算処理しているので、被検
体における複数の定量成分を同時に定量することができ
る。

表　図面の簡単な脱骨 第１図は従来の測光装置の一例を示す模式図、第２図は
本発明に係る測光装置の一実施例を示す模式図、第３図
は第２図中厘一層線断面図、第４図はＩＩＩ流系のシス
テムを示す説明図、第５図ｒよ電子計″ｓＪａからの出
力波形の一例を示すグラフである。

１．２０・・・光５１２２・・・投光伝送部材２６・・
・被検体　　　　２６・・・受光伝送部材２６ａ乃至２
６ｆ・・・分岐部分 ５３１乃至３３ｆ・・・干渉フィルタ ６５ａ乃至５５１・・・光電素子 ６６＆乃至５６ｆ・・・アンプ６７・・・ＡＤ変換器６
８・・・電子計算機 特許出願人　　　庁　斐　正　明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）所定の波長域を備えた光源からの光を［接被検体に
   照射させ、被検体からの反射若しくは透過光等の光を分
   岐させると共に、副光用ＯＳ数の干渉フィルタに前記各
   分岐光を透過させて所望波長の単色光とし、各単色光を
   光電素子を介して電気信号に変換し且つ演算処理するよ
   うにし九ことを特徴とする測光方法。 ２）所定の波長域を備えた光源と、この光源からの光を
   被検体に導く投光伝送路と、被検体からの反射若しくは
   透過光等の光を分岐して導く受光伝送路と、この受光伝
   送路からの各分岐光を透過させる測光用の複数の干渉フ
   ィルタと、各干渉フィルタからの単色光を電気信号に変
   換する光電素子と、この光電素子からの出力信号を＾速
   ディジタル化して記憶し且つこの１ｄ憶信号に基づき演
   算処理して時系列データを出力する電子計算機とを有す
   る測光装置。