JP5439631B1

JP5439631B1 - 生体光学測定装置および測定プローブ

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Publication number: JP5439631B1
Application number: JP2013531039A
Authority: JP
Inventors: 健二上村
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: EP2813171A4; WO2013118399A1; EP2813171A1; EP2813171B1; JPWO2013118399A1; CN103841875A; US20140194752A1

Abstract

生体組織に対して光学測定を行う生体光学測定装置に着脱自在に接続され、第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６と、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８とおよび第３の受光ファイバ３９と、を備えた測定プローブ３であって、任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が等しい。

Description

本発明は、散乱光の光学特性を測定する生体光学測定装置および測定用の測定プローブに関する。

近年、生体組織に照明光を照射し、生体組織から反射または散乱された検出光の測定値に基づいて、生体組織の性状を推定する生体光学測定装置が知られている。このような生体光学測定装置は、消化器等の臓器を観察する内視鏡と組み合わせて使用されている。たとえば、空間コヒーレンス長の短い低コヒーレントの白色光を測定プローブの照明ファイバ先端から生体組織に照射し、複数の角度の散乱光の強度分布を複数の受光ファイバを用いて測定することによって、生体組織の性状を検出するＬＥＢＳ（Low-Coherence Enhanced Backscattering）技術を用いた生体光学測定装置が提案されている（特許文献１参照）。

国際公開第２００７／１３３６８４号

ところで、上述した生体光学測定装置は、内視鏡装置に設けられた処置具チャネルを経由して被検体の体腔内に導入されることが多く、測定プローブの細径化が要求されている。このため、測定プローブ内の各ファイバの細径化を行う必要がある。しかしながら、照明ファイバの径を細くした場合、生体組織に対して十分な強度の光を照射することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、細径化を行っても、十分な強度の光を照射することができる測定プローブおよび生体光学測定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる測定プローブは、生体組織に対して光学測定を行う生体光学測定装置に着脱自在に接続され、二つ以上の照明ファイバと、三つ以上の受光ファイバとを備え、空間コヒーレンス長の短い低コヒーレントの光を前記二つ以上の照明ファイバから前記生体組織に照射し、複数の角度の散乱光を前記三つ以上の受光ファイバで受光するための測定プローブであって、任意の前記受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が等しいことを特徴とする。

また、本発明にかかる測定プローブは、上記発明において、前記照明ファイバの数は、二つであり、前記受光ファイバは、二つの前記照明ファイバを結ぶ線分の垂直二等分線上に配置されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる生体光学測定装置は、上述した測定プローブを備えることを特徴とする。

本発明によれば、測定プローブが任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が全て等しい。この結果、細径化を行っても、十分な強度の光を照射することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる生体光学測定装置の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１に示す測定プローブの先端部を長手方向に沿って切断した断面図である。図３は、図２に示す測定プローブの先端面を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１の変形例にかかる生体光学測定装置の測定プローブの先端面を示す図である。図５は、本発明の実施の形態２にかかる生体光学測定装置の測定プローブの先端面を示す図である。図６は、本発明の実施の形態３にかかる生体光学測定装置の測定プローブの先端部を長手方向に沿って切断した断面図である。図７は、本発明の実施の形態３にかかる生体光学測定装置の測定プローブの先端面を示す図である。図８は、本発明の実施の形態４にかかる生体光学測定装置の測定プローブの先端面を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる生体光学測定装置および測定プローブの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付して説明する。また、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる生体光学測定装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、生体光学測定装置１は、散乱体である生体組織等の測定対象物に対して光学測定を行って測定対象物の性状を検出する本体部２と、被検体内に挿入される測定用の測定プローブ３と、を備える。

本体部２は、電源２１と、光源部２２と、接続部２３と、受光部２４と、入力部２５と、出力部２６と、記録部２７、制御部２８と、を備える。電源２１は、本体部２の各構成要素に電力を供給する。

光源部２２は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、キセノンランプ、タングステンランプまたはハロゲンランプ等のインコヒーレント光源と、必要に応じて一または複数のレンズとを用いて実現される。光源部２２は、接続部２３を介して、測定対象物へ照射する少なくとも一つのスペクトル成分を有するインコヒーレント光を測定プローブ３に供給する。

接続部２３は、測定プローブ３の基端を本体部２に着脱自在に接続する。接続部２３は、光源部２２が発する光を測定プローブ３に供給するとともに、測定プローブ３から出力された散乱光を受光部２４に出力する。接続部２３は、測定プローブ３の接続の有無に関する情報を制御部２８に出力する。

受光部２４は、測定プローブ３から出射された光であって測定対象物で反射した反射光および／または測定対象物で散乱した散乱光を受光して測定する。受光部２４は、複数の分光測定器を用いて実現される。具体的には、受光部２４の分光測定器は、後述する測定プローブ３の受光ファイバの数に応じて設けられる。受光部２４は、測定プローブ３から入射された散乱光のスペクトル成分および強度分布を測定して、各波長の測定を行う。受光部２４は、測定結果を制御部２８へ出力する。

入力部２５は、プッシュ式のスイッチやタッチパネル等を用いて実現され、生体光学測定装置１の起動を指示する起動信号または他の各種の操作を指示する操作信号の入力を受けて制御部２８へ出力する。

出力部２６は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）の表示ディスプレイおよびスピーカ等を用いて実現され、生体光学測定装置１における各種処理に関する情報を出力する。

記録部２７は、揮発性メモリや不揮発性メモリを用いて実現され、生体光学測定装置１を動作させるための各種プログラム、光学測定処理に使用される各種データや各種パラメータを記録する。記録部２７は、生体光学測定装置１の処理中の情報を一時的に記録する。また、記録部２７は、生体光学測定装置１の測定結果を記録する。なお、記録部２７は、生体光学測定装置１の外部から装着されるメモリカード等を用いて構成されてもよい。

制御部２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成される。制御部２８は、生体光学測定装置１の各部の処理動作を制御する。制御部２８は、生体光学測定装置１の各構成に対する指示情報やデータの転送等を行うことによって、生体光学測定装置１の動作を制御する。制御部２８は、受光部２４による測定結果を記録部２７に記録する。制御部２８は、演算部２８ａを有する。

演算部２８ａは、受光部２４による測定結果に基づいて、複数の演算処理を行い、測定対象物の性状に関わる特性値を演算する。この特性値の種別は、たとえば入力部２５が受け付けた指示信号にしたがって設定される。

測定プローブ３は、複数の光ファイバを用いて実現される。具体的には、測定プローブ３は、測定対象物に照明光を出射する照明ファイバと、測定対象物で反射した反射光および／または散乱光が異なる角度で入射する複数の受光ファイバとを用いて実現される。測定プローブ３は、本体部２の接続部２３に着脱自在に接続される基端部３１と、可撓性を有する可撓部３２と、光源部２２から供給された光が出射するとともに測定対象物で反射した反射光および／または散乱光が入射する先端部３３とを有する。

以上のように構成された生体光学測定装置１は、内視鏡システムの内視鏡装置に設けられた処置具チャンネルを介して被検体内に挿入され、測定対象物に照明光を照射し、この測定対象物で反射した反射光および／または散乱光を受光部２４で受光する。その後、演算部２８ａが受光部２４から出力された受光結果に基づいて、測定対象物の性状を測定する。

つぎに、図１に示した測定プローブ３について詳細に説明する。図２は、測定プローブ３を長手方向に沿って切断した断面図である。図３は、図２に示す測定プローブ３の先端面３４を示す図である。

図２および図３に示すように、測定プローブ３は、第１の照明ファイバ３５と、第２の照明ファイバ３６と、第１の受光ファイバ３７と、第２の受光ファイバ３８と、第３の受光ファイバ３９と、光学部材４０と、を有する。第１の照明ファイバ３５、第２の照明ファイバ３６、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９は、側面が遮光と傷防止のため被覆層４１で覆われているものとする。

第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６は、光源部２２から供給された照明光を先端に伝播し、先端から測定対象物Ｓ１に光を照射する。

第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９は、それぞれの先端から入射した測定対象物Ｓ１からの反射光および／または散乱光を基端からそれぞれ出力する。

光学部材４０は、第１の照明ファイバ３５と測定対象物Ｓ１までの距離および第２の照明ファイバ３６と測定対象物Ｓ１までの距離を固定し、空間コヒーレンス長を確実に一定化させた状態で光を照射できるようにしている。さらに、光学部材４０は、第１の受光ファイバ３７と測定対象物Ｓ１との距離、第２の受光ファイバ３８と測定対象物Ｓ１までの距離、および第３の受光ファイバ３９と測定対象物Ｓ１の距離をそれぞれ固定し、所定の散乱角度の光を安定して受光できるようにしている。また、光学部材４０の底面で測定対象物Ｓ１の表面を平坦化させているため、測定対象物Ｓ１の表面の凹凸形状の影響もない状態で測定できる。

図３に示すように、測定プローブ３において、任意の一つの受光ファイバから各照明ファイバまの距離が全て等しい。具体的には、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９は、それぞれ第１の照明ファイバ３５の中心と第２の照明ファイバ３６の中心とを結ぶ直線の垂直二等分線上に配置される。たとえば、第１の受光ファイバ３７を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ａ₁となる。また、第２の受光ファイバ３８を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ｂ₁となる。さらに、第３の受光ファイバ３９を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ｃ₁となる。

このように、測定プローブ３において任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が全て等しくなる位置に第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６が配置されている。これにより、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９それぞれが受光する散乱光の散乱角度は、一意に決定されるようになるため、単一の照明ファイバを用いたときと同じ角度成分を２倍の光量で受光することができる。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブの細径化を行うことができる。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、測定プローブ３が任意の一つの受光ファイバを基準にして見たとき、各照明ファイバまでの距離が全て等しい位置に第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６を配置している。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブ３の細径化を行うことができる。

さらに、本発明の実施の形態１によれば、測定プローブ３が任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が全て等しい位置に第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６を配置している。このため、各受光ファイバが受光した光が干渉することなく、同じ特性を維持した２倍の光量で受光することができ、ＳＮ比を向上することができる。

なお、本実施の形態１では、受光ファイバが三つであったが、図４に示すように、受光ファイバが二つであっても適用することができる。この場合、測定プローブ４が任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離（ｅ₁，ｄ₁）が全て等しい位置に第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６を配置していればよい。このとき、第１の照明ファイバ３５の中心と第２の照明ファイバ３６の中心とを結ぶ直線の垂直二等分線上に、他方の受光ファイバを配置するようにしてもよい。さらに、受光ファイバが第１の照明ファイバ３５の中心と第２の照明ファイバ３６の中心とを結ぶ直線の垂直二等分線上にあれば、受光ファイバの数を適宜変更することができる。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブ４の細径化を行うことができる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２にかかる生体光学測定装置は、上述した実施の形態と測定プローブの構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態２にかかる生体光学測定装置の測定プローブの構成のみ説明する。なお、同一の構成には同一の符号を付して説明する。

図５は、本実施の形態２にかかる生体光学測定装置１の測定プローブ５の先端面５０を示す図である。

図５に示すように、測定プローブ５は、第１の照明ファイバ３５、第２の照明ファイバ３６、第３の照明ファイバ５１と、第１の受光ファイバ３７と、第２の受光ファイバ３８と、を有する。第３の照明ファイバ５１は、第１の照明ファイバ３５と同様の構成を有する。

測定プローブ５は、任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が略全て等しい。具体的には、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８は、それぞれ第１の照明ファイバ３５の中心と第２の照明ファイバ３６の中心と第３の照明ファイバ５１とを結ぶ線の垂直二等分線上に配置される。たとえば、第１の受光ファイバ３７を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ａ₁₁となり、第３の照明ファイバ５１までの距離がａ₁₂となる。また、第２の受光ファイバ３８を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ｂ₁₁となり、第３の照明ファイバ５１までの距離がｂ₁₂となる。

このように、測定プローブ５が任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が略等しい位置に第１の照明ファイバ３５、第２の照明ファイバ３６および第３の照明ファイバ５１を配置している。これにより、第１の受光ファイバ３７および第２の受光ファイバ３８それぞれが受光する散乱光の散乱角度は、一意に決定されるようになるため、単一の照明ファイバを用いたときと同じ角度成分を３倍の光量で受光することができる。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブ５の細径化を行うことができる。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、測定プローブ５が任意の受光ファイバから各照明ファイバまでの距離が略等しい位置に第１の照明ファイバ３５、第２の照明ファイバ３６および第３の照明ファイバ５１を配置している。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブ５の細径化を行うことができる。

なお、本実施の形態２では、照明ファイバが三つであったが、照明ファイバの配列と、受光ファイバの配列とが直交すれば、照明ファイバの数を適宜変更することができる。具体的には、照明ファイバが直線上に配置されていればよい。

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３にかかる生体光学測定装置は、上述した実施の形態と測定プローブの構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態３にかかる生体光学測定装置の測定プローブの構成のみ説明する。なお、同一の構成には同一の符号を付して説明する。

図６は、本実施の形態３にかかる生体光学測定装置１の測定プローブ６の先端部を長手方向に沿って切断した切断図である。図７は、本実施の形態３にかかる生体光学測定装置１の測定プローブ６の先端面６０を示す図である。

図６および図７に示すように、測定プローブ６は、第１の照明ファイバ３５と、第２の照明ファイバ３６と、第１の受光ファイバ３７と、第２の受光ファイバ３８と、第３の受光ファイバ３９と、光学部材４０と、を有する。第１の照明ファイバ３５、第２の照明ファイバ３６、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９は、側面が遮光と傷防止のため被覆層４１で覆われているものとする。第１の照明ファイバ３５、第２の照明ファイバ３６、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９は、先端部分が互いに平行に配列される。第１の照明ファイバ３５、第２の照明ファイバ３６、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９は、一直線上に交互に配置される。

また、測定プローブ６は、一組の受光ファイバを基準にして見たとき、各照明ファイバまでの距離の総和が等しい。具体的には、第２の受光ファイバ３８を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５までの距離が距離ａ₂₁となり、第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ｂ₂₁となる。さらに、第３の受光ファイバ３９を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５までの距離が距離ｂ₂₂となり、第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ａ₂₂となる。このように、一組の受光ファイバを基準にして見たとき、各照明ファイバまでの距離の総和が等しくなる。さらに、第１の受光ファイバ３７を基準にして見たとき、第１の照明ファイバ３５までの距離が距離ｃ₂₁および第２の照明ファイバ３６までの距離が距離ｃ₂₂となる。

このように、測定プローブ６は、一組の受光ファイバを基準にして見たとき、各照明ファイバまでの距離の総和が等しい位置に第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６を配置している。これにより、第１の受光ファイバ３７、第２の受光ファイバ３８および第３の受光ファイバ３９それぞれが受光する散乱光の散乱角度は、一意に決定されるようになるため、単一の照明ファイバを用いたときと同じ角度成分を２倍の光量で受光することができる。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブの細径化を行うことができる。

以上説明した本発明の実施の形態３によれば、測定プローブ６が二つの照明ファイバの任意の一つの受光ファイバを基準にして見たとき、各照明ファイバまでの距離の総和が等しい位置に第１の照明ファイバ３５および第２の照明ファイバ３６を配置している。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブ６の細径化を行うことができる。

さらに、本発明の実施の形態３によれば、各ファイバを２次元的に配置することができるので、測定プローブ６を簡易に製造することができる。

（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４にかかる生体光学測定装置は、上述した実施の形態と測定プローブの構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態４にかかる生体光学測定装置の測定プローブの構成のみ説明する。なお、同一の構成には同一の符号を付して説明する。

図８は、本実施の形態４にかかる生体光学測定装置１の測定プローブ７の先端面７０を示す図である。

図８に示すように、測定プローブ７は、四つの第１の照明ファイバ３５と、八つの第１の受光ファイバ３７と、を有する。測定プローブ７は、測定プローブ７の中心を基準にして見たとき、各第１の照明ファイバ３５までの距離が等しくなる。具体的には、各第１の照明ファイバ３５は、測定プローブ７の重心Ｇ１に対して、円回転した位置にそれぞれ配置される。さらに、第１の受光ファイバ３７も、測定プローブ７の重心Ｇ１に対して、円回転した位置にそれぞれ配置される。

このように、測定プローブ７は、測定プローブ７の重心Ｇ１に対して第１の照明ファイバ３５および第１の受光ファイバ３７が円回転した位置に配置される。これにより、各第１の受光ファイバ３７が受光する散乱光の散乱角度は、一意に決定されるようになるため、単一の照明ファイバを用いたときと同じ角度成分を４倍の光量で受光することができる。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブの細径化を行うことができる。

以上説明した本発明の実施の形態４によれば、測定プローブ７は、測定プローブ７の重心に対して第１の照明ファイバ３５および第１の受光ファイバ３７が円回転した位置に配置される。この結果、十分な強度の光を照射することができるとともに、測定プローブの細径化を行うことができる。

１生体光学測定装置
２本体部
３，４，５，６，７測定プローブ
２１電源
２２光源部
２３接続部
２４受光部
２５入力部
２６出力部
２７記録部
２８ａ演算部
２８制御部
３１基端部
３２可撓部
３３先端部
３４先端面
３５第１の照明ファイバ
３６第２の照明ファイバ
３７第１の受光ファイバ
３８第２の受光ファイバ
３９第３の受光ファイバ
４０光学部材
４１被覆層
５１第３の照明ファイバ

Claims

生体組織に対して光学測定を行う生体光学測定装置に着脱自在に接続され、二つの照明ファイバと、三つ以上の受光ファイバとを備え、空間コヒーレンス長の短い低コヒーレントの光を前記二つの照明ファイバから前記生体組織に照射し、複数の角度の散乱光を前記三つ以上の受光ファイバで受光するための測定プローブであって、
前記三つ以上の受光ファイバの各々は、当該測定プローブの先端面における前記二つの照明ファイバの中心を結ぶ線分の垂直二等分線上に配置され、かつ、互いに隣接し、
前記二つの照明ファイバの各々は、前記三つ以上の受光ファイバのいずれか一つに隣接することを特徴とする測定プローブ。
請求項１に記載の測定プローブを備えたことを特徴とする生体光学測定装置。