KR900000843B1 - Tissue metabolism measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명의 일실시예의 원리를 표시한 도면.1 shows the principle of one embodiment of the invention;
제2도는 제1도에 표시한 생체대사동태 측정장치에 부여되는 초단광펄스의 일예를 표시한 도면.FIG. 2 is a view showing an example of ultra-short optical pulses applied to the apparatus for measuring metabolic dynamics shown in FIG.
제3도는 참조광펄스와 생체투과 광펄스와 이들 펄스의 제2고조파를 표시한 파형도.3 is a waveform diagram showing reference light pulses, biotransmission light pulses, and second harmonics of these pulses.
제4도는 제2고조파의 지연시간에 대한 곡선 S(τ)의 측정을 설명하기 위한 파형도.4 is a waveform diagram for explaining measurement of a curve S (?) With respect to a delay time of a second harmonic.
제5도는 제1도에 표시한 광자계수장치에 의하여 S(τ)를 구하는 동작을 설명하기 위한 파형도.FIG. 5 is a waveform diagram for explaining an operation of obtaining S (τ) by the photon counting device shown in FIG.
제6도는 본 발명의 일실시예의 구성을 표시한 도면.6 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.
제7도는 종래의 체내기관에서의 대사 작용을 측정하기 위한 장치의 구성을 표시한 도면.7 is a diagram showing the configuration of a device for measuring metabolism in a conventional organ.
제8도 및 제9도는 종래 장치에 있어서 검출되는 광의 광로를 표시한 도면.8 and 9 are diagrams showing optical paths of light detected in a conventional apparatus.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11, 35, 36 : 하아프미러(half mirror)11, 35, 36: half mirror
12, 14, 15, 19, 20, 34, 48, 49 : 미러12, 14, 15, 19, 20, 34, 48, 49: mirror
16, 37, 40, 42, 44 : 렌즈 16, 45 : 결정(結晶)16, 37, 40, 42, 44: lens 16, 45: crystal
18, 46 : 필터 21, 50 : 지연광로18, 46: filter 21, 50: delayed light
22, 51 : 광전자증배관 23, 52 : 광자계수장치22, 51: photomultiplier tube 23, 52: photon counting device
31, 32, 33 : 광펄스발생기 38, 39, 43 : 광파이버31, 32, 33: optical pulse generator 38, 39, 43: optical fiber
53 : 제어기 54 : 프린터53: controller 54: printer
55 : 표시장치55: display device
본 발명은 생체대사동체 측정장치에 관하여, 특히, 인체 또는 동물체에서의 기관이나 기타의 부분에 있어서의 헤모글로빈의 산소화상태나 혈액량의 변화와 동시에, 세포질형상 시토크롬의 산화환원작용의 변화를 미침습적(未侵襲的)으로 측정하는 것과 같은 생체대사동태 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a biometabolometer measuring device, in particular, changes in the oxygenation state and blood volume of hemoglobin in the organs or other parts of the human body or animal body, and changes in the redox effect of cytoplasmic cytochromes. The present invention relates to a device for measuring metabolic dynamics, such as measurement.
제7도는 종래의 체내기관에서의 대사작용을 측정하기 위한 장치의 구성을 표시한 도면이고, 제8도 및 제9도는 종래의 측정장치에 있어서, 검출되는 광의 광로를 표시하는 도면이다. 제7도에 표시한 장치는 일본국 특개소 57-115232호 공보에 기재된 것이다. 이 제7도에 표시한 예에서는, 근적외부광원(近赤外部光源)(1)은 상이한 파장의 근적외광을 번갈아 방사한다. 이 근적외광은 광학파이버(2)를 개재하여 인체의 두부(3)를 통과하여, 검파시스템(4)이 그 강도를 측정한다. 조정장치(5)는 단색섬광(單色閃光)의 속도와 순서를 조정하여, 검파한 광신호를 복조시킨다. 피이드백조정시스템(6)은 1파장으로 검파한 광신호를 검파감도의 음전기 피이드백 조정에 의하여 일정하게 유지하고, 투시시간중에 감파기관내의 혈액량의 변화에 의하여 생기게된 투과율의 변화를 보정한다. 출력조정회로(7)는 수신한 기준 및 측정신호와 동시에 피이드백 전압혈액량 지시신호를 출력한다.FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a device for measuring metabolism in a conventional body organ, and FIGS. 8 and 9 are diagrams showing an optical path of light detected in a conventional measuring device. The apparatus shown in FIG. 7 is described in Japanese Patent Laid-Open No. 57-115232. In the example shown in FIG. 7, the near
상기한 제7도에 표시한 장치에서는 700nm∼1300nm의 범위의 광을 두부(3)로부터 입사하여, 뇌내의 헤모글로빈의 산소화 상태, 혈액량이나 세포질형상시토크롬의 산화 환원작용의 변화를 두부(3)의 투과광을 검출하므로서 포촉할 수가 있다. 이때, 헤모글로빈의 동등흡수점인 805nm을 기준파장으로하여, 탈산소화헤모글로빈이 약 760nm의 곳에 작은 피이크를 가진것과 700nm∼1300nm의 파장범위에 시토크롬 aa 3의 산소의존의 흡수체를 가진 것을 이용하고 있다.In the apparatus shown in FIG. 7, the light in the range of 700 nm to 1300 nm is incident from the head 3 to change the oxygenation state of hemoglobin in the brain, blood volume, and the redox effect of cytoplasmic cytochrome. It can envelop by detecting transmitted light. At this time, 805 nm, which is the equivalent absorption point of hemoglobin, is used as the reference wavelength, and deoxygenated hemoglobin has a small peak at about 760 nm and an oxygen-dependent absorber of cytochrome aa 3 in the wavelength range of 700 nm to 1300 nm.
또 일본국 특개소 60-72542호 공보에 있어서도, 상기한 설명과 마찬가지로하여, 파장대의 광과 흡광특성을 이용하여 생체에서의 헤모글로빈, 미오글로빈등의 산소분자와 결합할 수 있는 단백질의 산소와의 결합상태를 양적으로 2차원분포로 관측할 수가 있고, 호흡쇄(呼吸鎖)의 구성성분인 시토크롬류등의 산화, 환원상태로부터 시토콘드리아의 산소농도를 2차원분포로 관측할 수 있는 광CT장치가 제안되어 있다.Also in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-72542, in the same manner as described above, the binding of the protein to oxygen that can bind to oxygen molecules such as hemoglobin and myoglobin in the living body using light and absorption characteristics in the wavelength band Optical CT device that can observe the state quantitatively in two-dimensional distribution and can observe oxygen concentration of cytochondria in two-dimensional distribution from the oxidation and reduction states of cytochromes, constituents of respiratory chain Is proposed.
그러나, 비록 700nm∼1300nm의 광이 가시광영역보다 생체투과성이 높더라도 생체에 조사하여, 그투과광을 검출한 경우, 입사된 광은 헤모글로빈의 크기에 비하여 그 파장이 짧기 때문에, 생체내에 입사된 직후에 산란과 흡수를 받아서, 검출된 광은 확산된 광의 성분을 포촉하고 있게 된다. 이 사항은 예를 들면 C.C.Johnson, "Optical Diffusion in Blood" IEEE TRANSACTION ONBIO-MEDICAL ENGINEERING Vol.BME-17 No.2, 1970 pp129∼133에 기재되어 있다.However, even if the light of 700 nm to 1300 nm has higher biotransmittance than the visible light region, when irradiated to the living body and detected the transmitted light, the incident light has a shorter wavelength compared to the size of hemoglobin, so Upon scattering and absorption, the detected light entails the components of the diffused light. This is described, for example, in C. C. Johnson, Optical Diffusion in Blood IEEE TRANSACTION ONBIO-MEDICAL ENGINEERING Vol. BME-17 No. 2, 1970 pp 129-133.
즉, 제8도에 표시한 바와 같이, 생체에 입사된 광을 검출기(9)로 검출하도록 구성한 경우, 검출기(9)에 의하여 검출된 광은, 입사광과 검출기(9)를 연결하는 직선인 광로(10a)를 통과해온 광외에 산란, 확산되어 광로(10a)이외의 광로(10b), (10c)를 통과해온 광도포함하고 있는 것이된다. 이와 같이, 항상 투과광을 검출한 경우는, 검출광이 생체내의 어느 경로를 통과하여 왔는지는 한정할 수 없고, 제7도에 표시한 바와 같은 장치의 경우에는, 그 측정대상생체의 내부의 전체 혹은 제9도에 표시한 바와 같이, 입사광과 검출기(9)를 연결하는 광로(10a)보다 훨씬 폭이 넓은 광로(제9도에서의 사선부분)의 정보 밖에 포촉할 수 없게 된다. 임상적으로 생체의 혈행장해등의 기관성 장해나 그 정도를 진단하는 경우에는, 장해를 받고 있는 위치가 문제가 되기 때문에, 이와같은 생채내부의 넓은 범위의 정보로서는 의미가 없다. 그러므로, 본 발명의 주된 목적은, 입사광과 검출부를 연결하는 직진성분의 광만을 검출하여, 정확한 위치에서의 혈행동태나 호흡동태등의 생태대사동태를 관측할 수 있는 생체대사동태 측정장치를 제공하는 것이다.That is, as shown in FIG. 8, when the
본 발명은 생체대사동태 측정장치로서, 복수의 파장의 고반복초단광펄스를 발생하는 광원과, 광원으로부터 발생된 초단광펄스를 참조광펄스의 샘플광펄스로 분기하는 광분기수단과, 분기된 참조광펄스를 도광(導光)하는 참조광로와, 분기된 샘플광펄스를 생체로 인도하여 그 생체를 통과한 샘플광펄스를 도광하는 샘플광로와, 참조광로와 샘플광로의 어느 한쪽의 광펄스를 지연하는 지연수단과, 참조광로를 도광해온 참조광펄스와 샘플광로를 통과해온 샘플광펄스를 소정의 각도로 집광하는 집광수단과, 집광된 광펄스에 의거하여 제2고조파를 발생하는 결정과, 결정으로부터 발생된 제2고조파를 검출하는 광전자 증배관과, 광전자증배관의 출력의 광자를 계수하여, 그 계수치를 소정의 수만큼 평균하여 평균치를 구하고, 그 평균치에 의거하여 지연수단의 지연량을 변화시켜, 그 지연시간과 지연시간내에서의 평균치에 의거하여, 생체를 통과한 참조광펄스와 샐플광펄스의 지연량이 0일때에서의 제2고조파의 광자를 계수한 값의 광자평균치를 출력하는 측정 연산수단과, 광원과 측정연산수단을 제어하여 복수의 파장에서의 광자 평균치를 기억하여, 각 파장의 광자평균치에 의거하여 생체내의 대사동태를 산출하여 출력하는 제어수단으로부터 구성된다.According to the present invention, there is provided an apparatus for measuring metabolic dynamics, comprising: a light source for generating a plurality of high repetitive ultrashort pulses of wavelengths; A guiding reference optical path, a sample optical path that guides the branched sample optical pulses to the living body, and guides the sample optical pulses that have passed through the living body; and a delay for delaying either optical pulses of the reference optical path and the sample optical path. Means for condensing the reference light pulse that has guided the reference optical path and the sample light pulse that has passed through the sample optical path at a predetermined angle, a crystal for generating a second harmonic on the basis of the focused optical pulses, and Photon multiplier for detecting the second harmonic and photons of the output of the photomultiplier tube are counted, averaged by the predetermined number of counted values, and averaged, and delayed based on the averaged value. Photons of the value of the second harmonic photon counted when the delay amount of the means is changed and the delay amount of the reference light pulse and the sample light pulse passed through the living body is zero based on the delay time and the average value within the delay time. Measurement calculation means for outputting an average value, and control means for controlling the light source and the measurement calculation means to store photon average values at a plurality of wavelengths, and to calculate and output metabolic dynamics in vivo based on the photon average values of the respective wavelengths. .
본 발명에 의한 생체대사동태 측정장치에서는, 생체를 통과한 샘플광펄스와 참조광펄스의 지연량이 0일때의 결정으로부터 발생되는 제2고조파의 광자를 계수한 값의 평균치를 구하도록 하였음으로, 생체투광중의 산란성분을 제거할 수 있고, 생체내를 직진한 성분만을 검출할 수 있기 때문에, 투과광을 이용하여 생체내의 정보를 검출할때에 위치정보가 보다 명확하게된다.In the apparatus for measuring metabolic dynamics according to the present invention, the average value of counting photons of the second harmonic generated from the crystal when the delay amount of the sample light pulse and the reference light pulse passed through the living body is determined to be obtained, thereby causing the bioluminescence. Since the scattering component in the body can be removed and only the component traveling straight in the body can be detected, the positional information becomes clearer when detecting the information in the living body using the transmitted light.
이하에 본 발명의 일실시예에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면이고, 제2도는 제1도에 표시한 생체대사동태 측정장치에 부여되는 초단광펄스의 일례를 표시한 도면이며, 제3도는 참조광펄스와 생체투과광펄스와 이들의 펄스의 제2고조파를 표시한 파형도이고, 제4도는 제2고조파의 지연시간에 대한 곡선S(τ)의 측정을 설명하기 위한 파형도이다. 여기서 τ는 지연시간이다.FIG. 1 is a view for explaining the principle of the present invention, FIG. 2 is a view showing an example of ultra-short light pulses applied to the apparatus for measuring metabolic dynamics shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a reference light pulse and biotransmitted light. Fig. 4 is a waveform diagram showing pulses and their second harmonics, and Fig. 4 is a waveform diagram illustrating the measurement of the curve S (?) With respect to the delay time of the second harmonic. Where τ is the delay time.
먼저, 제1도 내지 제4도를 참조하여, 이 발명의 원리에 대하여 설명한다. 이 발명에서는 고반복초단광펄스가 이용된다. 이와 같은 고반복 초단광펄스는, 예를 들면, 반도체레이저를 사용하면, 반복주파수 1GHz로 반치폭이 수 10∼ 수P sec(P sec=10-12sec)의 광펄스를 얻을 수 있다. 예를 들면, 제2도에 표시한 초단광펄스는, 광펄스의 간격이 10-9sec이며, 1초간에 109개 발생하게되는 것이다. 이와 같은 광펄스는 반도체레이저에 한정되는 것이 아니고, 색소레이저등에 있어서도 실현할 수 있다.First, the principle of this invention is demonstrated with reference to FIGS. In this invention, a high repetition ultra-short pulse of light is used. Such high repetition ultra-short optical pulses, for example, using a semiconductor laser can obtain optical pulses having a half width of several to several P sec (P sec = 10 -12 sec) at a repetition frequency of 1 GHz. For example, the ultra-short light pulses shown in FIG. 2 have a light pulse interval of 10 −9 sec, and generate 10 9 pulses in one second. Such optical pulses are not limited to semiconductor lasers, but can also be realized in dye lasers and the like.
이 초단광펄스는 하아프미러(11)에 의하여 직진방향으로 나아가는 참조광펄스와 직각방향으로 나아가는 샘플광펄스로 분기된다. 이 가운데, 샘플광펄스는 미러(12)에 의하여 대상으로 되는 생체(13)에 조사된다. 생체를 통과해온 광펄스는, 미러(14), (15)에 의하여 반사되어, 렌즈(16)에 인도된다. 이하, 이 광펄스를 생체통과광펄스로 칭한다. 한편, 참조광펄스는, 미러(19)에서 반사되어, 지연광로(21)로 인도되고, 미러(20)에 의하여 반사되어서 생체통과광펄스와 마찬가지로 렌즈(16)에 인도된다. 여기서, 지연광로(21)로서는 제1도에 표시한 바와 같이 2개의 미러를 조합하여도 되고, 프리즘이나 정6면체와 같은 것을 사용해도 된다. 이 지연광로(21)의 동작에 대하여는 뒤에 설명한다. 렌즈(7)는 생체통과광펄스와 참조광펄스를 집광하여 비선형광학결정(17)에 입사된다.This ultra-short optical pulse is branched by the
여기서, 참조펄스와 생체통과펄스는, 각각 비선형광학결정(17)에 되기전에, 제3도에 표시한 바와 같은 파형으로 되어있다. 즉, 참조광펄스는 제2도에 표시한 초단광펄스 보다도 파워는 약간 저하하고 있으나. 펄스폭은 변하지 않는다. 그러나, 생체통과 광펄스는, 생체(13)를 투과할때에, 파워가 극도로 저하하는 동시에, 상기한 제8도에서 설명한 바와 같이, 직진광로(10a)이외의 광로(10b), (10c)를 통과해온 광도검출되기 때문에, 제2도에 표시한 초단광펄스의 펄스폭을 유지할 수 없어서, 뒤로 꼬리를 끌고있는 형상으로된다. 그런데, 생체통과펄스의 개시부는, 제8도에 표시한 직진광로(10a)를 통과해온 광의 성분만을 반영하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이것은, 직진광로(10a)가 생체(13)의 광로중에서 최단거리이기 때문에, 가장 빨리검출기(9)에 도달하는데 유래되고 있다. 이와 같이, 초단광펄스와 같은 개시시간이 빠른 펄스를 이용하므로서, 직진성분만을 선택하여 검출할 수 있다.Here, the reference pulses and the biological passage pulses have waveforms as shown in FIG. 3 before they become the nonlinear optical crystals 17, respectively. That is, the reference light pulses are slightly lower in power than the ultra-short light pulses shown in FIG. The pulse width does not change. However, the biological passage light pulses are extremely reduced in power when passing through the living body 13, and, as described in FIG. 8, the optical paths 10b and (other than the straight optical path 10a) ( Since the intensity of light passed through 10c) is detected, the pulse width of the ultra-short light pulse shown in FIG. 2 cannot be maintained, and the tail is pulled back. By the way, it can be confirmed that the start portion of the biological passage pulse reflects only the components of the light passing through the straight optical path 10a shown in FIG. This originates in reaching the
이 직진성분만을 검출하기 위하여, 비선형 광학결정(17)이 이용된다. 이 결정(17)은 LiIO3나 KDP와 같은 결정이며, 참조광펄스와 생체통과광펄스를 입사하므로서, 제2고조파를 발생한다. 이 제2고조파의 파워 S는 제1도의 지연광로(21)의 거리에 상당한 지연시간τ의 함수이며, 참조광펄스를 Ir로 하고, 생체통과 광펄스를 Is로 하면,In order to detect only this straight component, the nonlinear optical crystal 17 is used. This crystal 17 is a crystal such as LiIO 3 or KDP, and generates a second harmonic by injecting the reference light pulse and the bio-pass light pulse. The power S of this second harmonic is a function of the delay time τ which is substantial for the distance of the delayed optical path 21 of FIG. 1, and when the reference light pulse is Ir and the biological light pulse is Is,
와 같이 표시된다. 따라서, S(τ)는 Is(t)와 Ir(t-τ)의 적(積)의 적분치(積分値)에 비례한다.Is displayed as: Therefore, S (τ) is proportional to the integral value of the product of Is (t) and Ir (t-τ).
여기서, 중요한것은, 비록 생체통과광펄스가 생체(13)내에서 큰 감쇠를 받아(실제로 측정한 결과에서는, 쥐의 두부에서 입사광파워의 10-9에까지 감쇠되었음)생체통과광펄스가 미약광으로 되어도, 제2고조파 출력S는 생체통과펄스와 참조광펄스의 적은 적분이고, 참조광펄스의 강도가 크기 때문에, 충분히 제2고조파출력S를 검출할 수 있다.Here, it is important to note that although the biological light pulses are attenuated largely in the living body 13 (actual measurements have shown that they have been attenuated to 10 -9 of the incident light power in the head of the rat), the biological light pulses are weak. Even if the second harmonic output S is a small integral of the living passage pulse and the reference light pulse, and the intensity of the reference light pulse is large, the second harmonic output S can be sufficiently detected.
상기한 제(1)식에서의 τ는 상기한 바와 같이 제1도에 표시한 지연광로(21)의 거리에 상당한 지연시간이다. 즉 하아프미러(11)에서 결정(17)까지의 참조광펄스와 생체통과펄스의 광로차를 광속으로 나눈시간이다. 이 τ는 제4도에 표시한 바와 같이, 참조광펄스와 생체통과광펄스가 결정(17)에 동시에 도달했을때를 0으로 하고 있고, 지연광로(21)를 변화시킴으로서, 샘플광펄스에 대하여, 참조광펄스가 지연되고 있다. 즉, S는 τ의 함수이며, 지연광로(21)를 변화시킴으로서, 제3c도에 표시한 바와 같이 파형을 관측할 수 있다. 이때, τ=0일 때, 샘플광펄스의 개시부가 직진성분을 반영하고 있기 때문에, S(0)의 값이 직진성분만의 신호로되고, 이것을 검출하면 제8도에 표시한 바와 같은 생체의 산란광성분(10b), (10c)을 제거할 수 있으며, 직진광성분(10a)만을 검출할 수 있게 되는 것이다.Τ in the above formula (1) is a delay time corresponding to the distance of the delayed light path 21 shown in FIG. 1 as described above. In other words, it is the time obtained by dividing the optical path difference between the reference light pulse from the
결정(17)으로부터 출력된 제2고조파는 제1도의 점선으로 표시한 바와 같이 , 참조광펄스와 생체통과광펄스의 입사각도의 중선(中線)방향으로 방사된다. 제2고조파의 파장은 제2도에 표시한 초단광펄스의 파장의 1/2로 된다. 이 제2고조파는 필터(18)를 투과하여 광전자증배관(22)에 부여된다. 필터(18)는 제2고조파의 파장만을 투과시키는 것이며, 따라서 광전자증배관은 제2고조파성분만을 검출하여 광자를 출력한다.The second harmonic output from the crystal 17 is radiated in the direction of the center line of the incident angles of the reference light pulse and the biological passage light pulse, as indicated by the dotted lines in FIG. The wavelength of the second harmonic is 1/2 of the wavelength of the ultra short pulse pulse shown in FIG. This second harmonic passes through the filter 18 and is applied to the photomultiplier tube 22. The filter 18 transmits only the wavelength of the second harmonic, so that the photomultiplier tube detects only the second harmonic component and outputs photons.
제5도는 제1도에 표시한 광자계수장치에 의하여 S(τ)를 구하는 동작을 설명하기 위한 파형도이다.FIG. 5 is a waveform diagram for explaining an operation of obtaining S (?) By the photon counting device shown in FIG.
다음에, 제5도를 참조하여, 제1도에 표시한 광자계수장치의 동작에 대하여 설명한다. 광자계수장치(23)는, 안정된 출력을 얻을 수 있도록 제5도에 표시한 바와 같은 동작을 행하여 S(τ)를 검출하고 있다. 즉, 광자계수장치(23)는 먼저 지연광로(21)를 소정의 위치에 설정하고, 제5b도에 표시한 바와 같은 광자계수간격으로, 광전자중배관(22)으로부터 출력된 광자를 계수한다. 이 경우, 예를 들면 제5a도에 표시한 바와 같이 , 5개의 초단광펄스가 생체(13)를 통과하는 사이에 광자를 계수하고 있다. 몇개의 광펄스의 간격으로 설정하는 지는, S(τ)를 검출하는 감도에 관계되어 있으며, 개수가 많으면 많을수록 감도는 좋게된다.Next, referring to Fig. 5, the operation of the photon counting device shown in Fig. 1 will be described. The photon counting device 23 detects S (?) By performing the operation as shown in FIG. 5 so as to obtain a stable output. That is, the photon counting device 23 first sets the delayed light path 21 at a predetermined position, and counts the photons output from the photomultiplier pipe 22 at photon count intervals as shown in FIG. 5B. . In this case, for example, as shown in FIG. 5A, photons are counted while five ultrashort pulses of light pass through the living body 13. The number of light pulses set at intervals is related to the sensitivity for detecting S (?), And the larger the number, the better the sensitivity.
이때의 광자계수의 추이는 제5c도에 표시한 바와 같이 되고, 제5d도에 표시한 바와 같은 샘플호울드신호에 의하여 광자계수출력을 샘플하면, 제5e도에 표시한 것과같은 샘플출력을 얻을 수 있다. 이것은 광자계수간격내에서의 광자계수수에 대응하는 출력이다. 이것의 시간축을 확대하여 표시한 것이 제5f도이며, 안정된 S(τ)를 검출하기 위하여, 이 샘플호울드 출력의 예를 들면 5회분의 평균을 어떤 τ에서의 S(τ)로 하고 있다. 물론, 이 5회평균은 몇회가 있어도 좋고, 장치의 안정성 및 감도에 의하여 결정되는 것이다.At this time, the transition of the photon coefficient is as shown in Fig. 5c, and when the photon count output is sampled by the sample holder signal as shown in Fig. 5d, the sample output as shown in Fig. 5e is obtained. Can be. This is an output corresponding to the photon coefficient within the photon coefficient interval. This time axis is enlarged and displayed in FIG. 5f. In order to detect stable S (τ), for example, an average of five times of this sample holder output is set to S (τ) at a certain τ. Of course, this five times average may be several times, and is determined by the stability and sensitivity of an apparatus.
다음에, 제1도의 지연광로(21)를 변화시켜서, 참조광펄스의 지연시간을 바꾸고, 마찬가지로 S(τ)를 구하면, 제5g도에 표시한 것과같은 출력을 얻을 수 있다. 그리고, 이 S(0)값을 직진광성분으로서 검출한다. 이와 같은 처리는 많은 시간을 요하는 것으로 생각되나, 고반복초단광펄스를 사용하고 있기 때문에, 예를 들면 1GHz, 10P sec의 광펄스라고하면, 어떤 τ에 대한 S(τ)를 구하는데, 이 예의 경우 10-9sec×5×5=2.5×10-8sec=25n sec이고, 50플로트 S(τ)를 구했다고하면,Next, by changing the delayed light path 21 of FIG. 1, changing the delay time of the reference light pulse, and similarly obtaining S (?), An output as shown in FIG. 5g can be obtained. And this S (0) value is detected as a linear light component. Although such a process is considered to require a lot of time, since a high repetitive ultra-short pulse of light is used, for example, a light pulse of 1 GHz or 10 P sec, an S (τ) for a certain τ is obtained. If 10 −9 sec × 5 × 5 = 2.5 × 10 -8 sec = 25n sec, and 50 floats S (τ) are obtained,
50×25n sec=1.25μ sec50 × 25n sec = 1.25μ sec
으로 S(τ)가 구해지는 것이 된다.S (?) Is obtained.
원리적으로는, 이 속도로 검출할 수 있으나, 실제는, 광자계수용의 광전자증배관(22)의 계수레이트나 이것에 계속되는 프리앰프의 대역에 의하여 제한되거나, 지연광로(21)를 메카니컬로 설정하는데에 시간을 요하기 때문에, 약 1m sec의 시간을 필요로 한다.In principle, it is possible to detect at this speed, but in practice, it is limited by the count rate of the photomultiplier tube 22 for photon counting or the band of the preamplifier subsequent thereto, or the delay optical path 21 is mechanically Because it takes time to set up, it takes about 1m sec.
제6도는 이 발명의 일실시예의 표시한 도면이다. 이 제6도에 표시한 예는, 생체내기관의 산소대사동태를 비침습적으로 측정하는 예를 표시한 것이다. 이 제6도에 표시한예는, 원리적으로는 제1도와 마찬가지이거나, 제1도에서의 하아프미러(11), 미러(12), (14) 및 (15)에 대신하여 광파이퍼(38), (39) 및 (43)을 사용하고 있다. 또한, 이 실시예에서는, 파장 λ1, λ2, λ3의 고반복초단광펄스를 발생하는 펄스발생기(31), (32) 및 (33)이 착설되어 펄스발생기(31)로부터 발생된 초단광 펄스는 미러(34), 하아프미러(35) 및 하아프 미러(36)를 개재하여 렌즈(37)에 입사된다.6 is a diagram showing one embodiment of the present invention. The example shown in FIG. 6 shows an example of non-invasive measurement of the metabolism of oxygen in vivo. The example shown in FIG. 6 is the same as that of FIG. 1 in principle, or in place of the half mirrors 11, mirrors 12, 14, and 15 in FIG. 38), (39) and (43) are used. In this embodiment, the pulse generators 31, 32, and 33, which generate high repetitive ultra-short pulses of
또, 펄스발생기(32)로부터 발생된 초관광펄스는 하아프미러(35) 및 (36)을 개재하여 렌즈(37)에 입사된다. 또한 펄스발생기(33)에서 발생된 초단광펄스는 하아프미러(36)를 개재하여 렌즈(37)에 입사된다. 렌즈(37)에 입사된 각 파장 λ1, λ2 및 λ3의 초단광펄스는 광파이버(38), (39)에서 분기되고, 광파이버(38)에 분기된 초단광펄스는 렌즈(40)를 통과하여 생체(41)에 입사된다. 이 생체(41)를 통과한 생체통과광펄스는 렌즈(42) 및 광파이버(43)를 개재하여 렌즈(44)에서 집광되어서 결정(45)에 입사된다.The ultra-tour pulse generated from the pulse generator 32 is incident on the lens 37 via the half mirrors 35 and 36. In addition, the ultra-short optical pulse generated by the pulse generator 33 is incident on the lens 37 via the half mirror 36. Ultrashort pulses of wavelengths λ1, λ2, and λ3 incident on the lens 37 are branched at the optical fibers 38 and 39, and the ultrashort pulses branched at the optical fiber 38 pass through the lens 40 to generate a living body. Incident on (41). The biological passing light pulses having passed through the living body 41 are collected by the lens 44 via the
한편, 광파이버(39)에 분기된 참조광펄스는 렌즈(47) 및 미러(48)를 개재하여 지연광로(50)에서 지연되고, 미러(49)에서 반사되어 렌즈(44)에 입사된다. 렌즈(44)에서 집광된 참조광펄스 및 생체통과광펄스는 결정(45)에 입사되고, 이 결정(45)에 의하여 제2고조파가 발생된다. 이 제2고조파는 필터(46)를 개재하여 광전자증배관(51)에 입사된다. 그리고, 광자계수장치(52)는 상기의 제1도와 마찬가지로 광전자증배관(51)의 출력인 광자를 계수한다. 또, 제어기(53)는 광펄스발생기(31), (32) 및 (33)을 제어하는 동시에, 광자계수장치(52)의 출력에 의거하여 상기의 S(0)값을 구하고, 생체(41)내의 헤모글로빈량, 헤모글로빈의 산소화도, Cytaa 3의 산화환원도를 산출하여, 프린터(54)에 의하여 인자시키는 동시에, 표시장치(55)에 표시시킨다. 또한, 이 제6도에 표시한 실시예에서는, 광펄스발생기(31)로서 3개의 파장 λ1, λ2 및 λ3을 각각 발생시키도록 했으나, 3개의 파장 이상이라도 된다. 물론, 이 파장 λ1, λ2 및 λ3은 700∼1300nm의 생체투과성이 좋고, 헤모글로빈이나 Cytaa 3의 동태를 포촉할 수 있는 파장이다.On the other hand, the reference light pulses branched to the optical fiber 39 are delayed in the delayed light path 50 via the
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 생체를 통과한 참조광펄스와 지연된 샘플광펄스의 지연량이 동등할때에서의 제2고조파의 광자를 계수하여 광자평균치를 구하도록 하였음으로, 투과광주의 생체내에서의 산란성분을 제거할 수 있고, 입사광축상의 직진성분만을 검출할 수 있다. 그것에 의하여, 생체내중의 특정의 축상에서의 생체대사동태를 모니터 할 수가 있다. 또, 고반복 초단광펄스를 이용하고 있기 때문에, 투과광량의 검출감도를 향상시키는 것도 충분히 가능하고, 감도를 간단히 변화할 수 있기 때문에 조작성이 양호하게 된다.As described above, according to the present invention, since the photon of the second harmonic is counted when the delay amount of the reference light pulse passed through the living body and the delayed sample light pulse is equal to each other, the photon average value is calculated. The scattering component can be removed, and only the straight component on the incident optical axis can be detected. As a result, it is possible to monitor the metabolic dynamics on a particular axis in the body. In addition, since the high repetition ultra-short light pulse is used, it is also possible to sufficiently improve the detection sensitivity of the amount of transmitted light, and the operability is good because the sensitivity can be easily changed.
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