WO2014042130A1

WO2014042130A1 - 散乱光計測装置

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Description

散乱光計測装置

　本発明は、計測対象の内部構造に関する情報を、光の散乱・吸収量として計測する散乱光計測装置に関する。

　従来、生体組織などの比較的弱い散乱媒質からの後方への散乱戻り光は、その照明光の空間的可干渉度（空間コヒーレンス）に応じて干渉増強光として検出されることが知られている（非特許文献１参照）。この現象を利用した分光情報計測技術はＬＥＢＳ（Low-Enhanced　Backscattering　Spectroscopy）と呼ばれ、散乱媒質内の散乱平均自由行程（散乱係数の逆数）ｌｓ^＊に対する干渉パターンの特性も良く研究されている（非特許文献２参照）。この散乱平均自由行程ｌｓ^＊は、散乱媒質の内部構造変化と相関があり、早期の癌に見られるような微小な組織構造変化の検出に用いられる。また、散乱戻り光の干渉パターンを用いて大腸癌の判別が可能であることも知られている（非特許文献３参照）。

　上述したＬＥＢＳにおいて、内視鏡に挿入される細径プローブを通して体内での非侵襲計測に適用する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、干渉パターンを取得するために、干渉パターンが形成される面内の異なる複数の位置（異なる散乱角度に相当する位置）に検出ファイバを配置し、さらに対応する検出器で信号を検出する。

　また、ＬＥＢＳは、散乱体表層に限定的な後方散乱光の検出を行なうことが特徴であり、散乱体表層の検出深さを空間コヒーレンス長でコントロールしている。図１３は、従来の細径プローブとしての散乱光計測プローブの要部を示す模式図である。図１３に示す散乱光計測プローブ２００は、測定対象物（散乱体表層３００）に照明光を出射する照明ファイバ２０１と、測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光が異なる角度で入射する複数の検出ファイバ２０２ａ～２０２ｃと、照明ファイバ２０１および検出ファイバ２０２ａ～２０２ｃの先端に設けられる光学素子２１０と、を備える。

　光学素子２１０は、円柱状をなし、所定の屈折率を有する透過性のガラスを用いて構成される。測定時、光学素子２１０の先端が、散乱体表層３００に接触することにより、照明ファイバ２０１および検出ファイバ２０２ａ～２０２ｃから測定対象物までの距離を固定する。

　このとき、散乱体３００の検出深さＤ１００は、空間コヒーレンス長Ｌｓｃによって規定される。空間コヒーレンス長Ｌｓｃは、光学素子２１０の円柱中心軸方向の距離をＲ、光学素子２１０の屈折率をｎ、照明ファイバ２０１の径をρ、照明ファイバ２０１（光源）から出射される光の波長をλとしたとき、以下の式（１）の関係を満たす。
　　　Ｌｓｃ＝λＲ／πρｎ　　　・・・（１）
　散乱光計測プローブ２００では、空間コヒーレンス長Ｌｓｃが散乱平均自由行程ｌｓ^＊より十分に小さな値となるように、Ｒやρが設定される。

米国特許出願公開第２００９／０００９７５９号明細書

Young　L.　Kim,　et.al,　"Low-coherence　enhanced　backscattering：　review　of　principles　and　applications　for　colon　cancer　screening"　Journal　of　Biomedical　Optics,　11（4）,　041125　2006年 V,　Turzhitsky,　et.al,　"Characterization　of　Light　transport　in　Scattering　Media　at　Subdiffusion　Length　Scales　with　Low-Coherence　Enhanced　Backscattering"　IEEE　journal　of　selected　topics　in　quantum　electronics,　Vol.16,　No.3,　619　(2010) Hemant　K.　Roy,　et.al,　"Association　between　Rectal　Optical　Signatures　and　Colonic　Neoplasia:　Potential　Applications　for　Screening"　Cancer　Research,　69(10),　4476　(2009)

　ところで、ＬＥＢＳでは、式（１）に示したように、空間コヒーレンス長Ｌｓｃが、距離Ｒおよび径ρの２つのパラメータをコントロールする必要がある。しかしながら、散乱体表層に対して深さ限定的な散乱光の検出を行う際に、ＬＥＢＳのように散乱角度情報が不要な場合、より簡易な装置構成が求められる。すなわち、ＬＥＢＳに対して、簡易的な散乱体表層の散乱光検出においては、装置構成が複雑であるという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で散乱体表層に対する深さ限定的な散乱光検出を行なうことができる散乱光計測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、本発明にかかる散乱光計測装置は、光が入出力され、入力された光の測定を行う光学測定装置、および該光学測定装置からの光を被検査物に照射するとともに、該被検査物からの光を受光して前記光学測定装置に出力する散乱光計測プローブを備えた散乱光計測装置であって、前記光学測定装置は、少なくとも測定対象波長の光を含む光を出射する光源と、前記散乱光計測プローブが受光した光を検出する光検出器と、前記光源からの光を前記散乱光計測プローブに導くとともに、前記散乱光計測プローブからの光を前記光検出器に導く分岐部と、前記光検出器が検出した光に基づき、前記被検査物の表層の散乱特性を評価する制御部と、を有し、前記散乱光計測プローブは、一端で前記光学測定装置と接続し、前記光源からの光を伝播して前記被検査物に照射するとともに、他端において前記被検査物と接触し、該被検査物に照射された光が前記被検査物の内部を伝播して戻ってきた光を受光し、光信号として前記光検出器へと導くファイバを有し、前記ファイバは、光を伝播し、前記被検査物の検出深さに応じて定まる径を有する略棒状の芯部を有することを特徴とする。

　また、本発明にかかる散乱光計測装置は、上記発明において、前記光学測定装置は、前記散乱光計測プローブが受光した光を検出する第２光検出器を有し、前記散乱光計測プローブは、複数の前記ファイバと、前記ファイバによって照射された光が前記被検査物の内部を伝播して戻ってきた光を受光して前記第２光検出器へと導く補正ファイバと、を有し、前記制御部は、前記光検出器および前記第２光検出器が検出した光の信号強度をもとに、前記被検査物の散乱特性を評価することを特徴とする。

　また、本発明にかかる散乱光計測装置は、上記発明において、前記ファイバおよび前記補正ファイバは、それぞれ二つ以上設けられ、前記光検出器は、前記ファイバごとに前記信号強度を検出し、前記第２光検出器は、前記補正ファイバごとに前記信号強度を検出し、前記制御部は、設定された閾値より大きい信号強度をもとに、前記被検査物の散乱特性を評価することを特徴とする。

　また、本発明にかかる散乱光計測装置は、上記発明において、前記ファイバおよび前記補正ファイバは、それぞれ二つ以上設けられ、前記光検出器は、前記ファイバごとに前記信号強度を検出し、前記第２光検出器は、前記補正ファイバごとに前記信号強度を検出し、前記制御部は、各信号強度に対して、位置情報を付与し、前記光学測定装置は、前記信号強度に基づいて画像処理を施す画像処理部を有することを特徴とする。

　本発明によれば、少なくとも測定対照波長の光を被検査物に照射するとともに、照射された光が被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を受光し、光信号として光検出器へと導くファイバのコア径を、被検査物の検出深さに応じて定めるようにしたので、簡易な構成で散乱体表層に対する深さ限定的な散乱光検出を行なう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にかかる光学測定装置および散乱光計測プローブを示す概念図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置の要部の構成を示す模式図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる散乱光計測プローブの要部を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる散乱光計測プローブのファイバの配置を模式的に示す平面図である。図５は、本発明の実施の形態２にかかる光学測定装置および散乱光計測プローブを示す概念図である。図６は、本発明の実施の形態２にかかる散乱光計測プローブのファイバの配置を模式的に示す平面図である。図７は、本発明の実施の形態２の変形例１にかかる散乱光計測プローブのファイバの配置を模式的に示す平面図である。図８は、本発明の実施の形態２の変形例２にかかる散乱光計測プローブのファイバの配置を模式的に示す平面図である。図９は、本発明の実施の形態３にかかる光学測定装置および散乱光計測プローブを示す概念図である。図１０は、本発明の実施の形態３にかかる散乱光計測プローブのファイバの配置を模式的に示す図である。図１１は、本発明の実施の形態４にかかる光学測定装置および散乱光計測プローブを示す概念図である。図１２は、本発明の実施の形態４にかかる散乱光計測プローブのファイバの配置を模式的に示す図である。図１３は、従来の散乱光計測プローブの要部を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）について説明する。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いる。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、各部材の比率などは、現実と異なることに留意する必要がある。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、本実施の形態１にかかる光学測定装置１および散乱光計測プローブ１０１の構成を示す概略図である。図２は、本実施の形態１にかかる光学測定装置１の要部の構成を示す模式図である。なお、光学測定装置１および散乱光計測プローブ１０１によって散乱光計測装置を構成する。

　図１に示すように、光学測定装置１および散乱光計測プローブ１０１からなる散乱光計測装置は、生体組織などの比較的弱い散乱媒質からの後方への散乱戻り光を情報として非侵襲的に検出する。

　光学測定装置１は、少なくとも測定対照波長の光を含む光を出射する光源１０と、光源１０および散乱光計測プローブ１０１からの光を集中または屈折させてそれぞれ所定方向に導く分岐部１１と、散乱光計測プローブ１０１が受光した光を、分岐部１１を介して検出する光検出器１２と、光学測定装置１全体の制御を行うとともに、光検出器１２が検出した光に基づき、被検査物の散乱特性を評価する制御部１３と、を備える。

　光源１０は、白色ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）、キセノンランプ、タングステンランプおよびハロゲンランプのようなインコヒーレント光源や、レーザのようなコヒーレント光源を用いて実現される。

　分岐部１１は、光源１０からの光を集中または屈折させて散乱光計測プローブ１０１に導くとともに、被検査物からの光を光検出器１２に導くための光学系１１１を有する。光学系１１１は、一または複数のレンズ、たとえば集光レンズやコリメートレンズ等を用いて実現される。

　具体的には、図２に示すように、光源１０からの光を平行光にするレンズ１１１ａと、レンズ１１１ａからの平行光の少なくとも一部を透過するとともに、散乱光計測プローブ１０１のファイバ１０２からの光の少なくとも一部を光検出器１２側に反射するハーフミラー１１１ｂと、ハーフミラー１１１ｂを透過した光源１０からの光を集光して、ファイバ１０２に導くミラー１１１ｃと、ハーフミラー１１１ｂで反射したファイバ１０２からの光を集光して、光検出器１２に導くミラー１１１ｄと、を有する。光源１０および光学系１１１によって、被検査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光が出力される。なお、光学系１１１として、サーキュレータを用いるものであってもよい。

　光検出器１２は、散乱光計測プローブ１０１から出射された照明光であって、被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を受光して検出する。光検出器１２は、分光測定器や受光センサ等を用いて実現される。光検出器１２で検出された光信号は、制御部１３で計測に必要な信号（信号強度）として保存される。

　制御部１３は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）等を用いて構成される。制御部１３は、光学測定装置１の各部の処理動作を制御する。制御部１３は、光学測定装置１の各部に対応する指示情報やデータの転送等を行うことによって、光学測定装置１の動作を制御する。また、制御部１３は、光検出器１２によって検出された光に基づいて被検査物の散乱特性を評価する。

　なお、光学測定装置１は、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を有してもよい。なお、記録部は、光学測定装置１の内部に設けられる揮発性メモリや不揮発性メモリや、光学測定装置１に対して着脱自在のメモリカード等を用いて実現される。

　図３は、本実施の形態１にかかる散乱光計測プローブ１０１の要部を示す模式図である。図４は、本実施の形態１にかかる散乱光計測プローブ１０１のファイバ１０２の端面を模式的に示す平面図である。散乱光計測プローブ１０１は、可撓性を有する管状をなし、被検査物表層２（散乱体表層）に接触させて光を照射し、被検査物表層２からの光（後方散乱光）を受光するものである。

　散乱光計測プローブ１０１は、管状の内部に設けられ、遠位の端部１２０で光学測定装置１と接続し、少なくとも測定対照波長の光を近位の端部１１０から被検査物に照射するとともに、照射された光が被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を近位の端部１１０において受光し、光信号として光検出器１２へと導くファイバ１０２を備える。ファイバ１０２は、例えばステップインデックス型マルチモードファイバを用いて構成される。すなわち、ファイバ１０２は、照明光の伝播と検出光の伝播とを共用する。

　また、ファイバ１０２は、図４に示すように、光を伝播する略棒状の芯部１０２０（コア）、および芯部１０２０の外周を覆い、芯部１０２０よりも屈折率の小さい外層部１０２１（クラッド）からなる光伝播部１０２ａと、外層部１０２１の側面を覆う被覆部１０２ｂと、を有する。なお、図４中、Ｄ_coreは、芯部１０２０のコア径を表し、Ｄ_cladは、外層部１０２１のクラッド径を表す。

　ここで、被検査物表層２の深さ（検出深さ）Ｄは、被検査物に照射する光を出射する部分と、散乱光を受光する部分とが共通のファイバであり、ファイバの先端が被検査物と接触するため、上述したコア径Ｄ_coreに基づいて制限することができる。

　検出深さＤは、コア径Ｄ_coreに基づいて、式（１）によって求まる空間コヒーレント長Ｌｓｃと対応付けて設計される。

　これにより、上述した式（１）に示したような距離Ｒおよび径ρの２つのパラメータをコントロールする必要なく検出深さＤをコントロールすることができる。ここで、コア径Ｄ_coreは、ファイバ１０２の芯部１０２０の径として固有の値となるため、従来のようなファイバの配置誤差に基づく検出深さずれが生じることがない。したがって、光検出器１２によって検出された光による被検査物の散乱特性の評価を正確なものとすることができる。

　以上説明した本実施の形態１によれば、少なくとも測定対照波長の光を被検査物に照射するとともに、照射された光が被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を受光し、光信号として光検出器１２へと導くファイバ１０２のコア径Ｄ_coreを、被検査物の検出深さＤに応じて定めるようにしたので、簡易な構成で散乱体表層に対する深さ限定的な散乱光検出を行なうことができる。これにより、従来のように複数のファイバを用いた干渉信号の計測を行なわずとも、空間コヒーレンス長でコントロールされた検出深さと同等の検出深さに基づく散乱光計測を行うことができる。特に、散乱体表層の検出深さにおいて、ＬＥＢＳのように散乱角度情報が不要な場合に有用である。

　また、従来の干渉信号計測では、ファイバの配置に高い精度が要求されていたが、本実施の形態にかかる散乱光計測プローブ１０１では、従来ほどの配置精度は要求されないため、製造コストを削減することができる。

　また、上述した実施の形態１において、光とは、主に生体組織の情報取得に対しては、可視から近赤外の光を想定しているが、生体組織に対しても、その他の適用先に対しても可視光、近赤外光に限定するものではない。測定対象波長の光とは、生体組織の情報取得のために最適化されるべきもので、適用先によって任意に選択可能であり、分光情報が有用である場合はその波長範囲を広めに設定したり離散的に複数帯域を設定したり、有用でない場合はある程度帯域を限定したりすることで設定することを想定している。光源からは測定対象波長の光を含む光を発生させ、ファイバへ導光させる。光源からの光束のファイバへの接続はレンズを組み合わせた光学系でファイバの遠位の端部に集光させると、照射光量が増し計測品質の向上が見込める。

　また、計測対象である被検査物に、ファイバで導光された光束を照射するわけだが、ここでいう被検査物は生体組織に限らず細胞のコロニーや何らかの物質の混濁液のように光が散乱・拡散する物質であれば計測対象となる。照射光は被検査物と相互作用し散乱された結果、元の方向に戻る。その散乱戻り光を検出器で検出することにより、散乱光の強度情報を取得する。

（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。図５は、本実施の形態２にかかる光学測定装置１ａおよび散乱光計測プローブ１０１ａを示す概念図である。図６は、本実施の形態２にかかる散乱光計測プローブ１０１ａのファイバの配置を模式的に示す平面図である。なお、図１等で上述したものと同じ構成要素には同じ符号を付してある。上述した実施の形態１では、ファイバが一本のみであるものとして説明したが、検出する光量を増大させるため、複数のファイバを設けるものであってもよい。以下の実施の形態２では、複数のファイバを用いる場合について説明する。

　図５に示すように、光学測定装置１ａおよび散乱光計測プローブ１０１ａからなる散乱光計測装置は、生体組織などの比較的弱い散乱媒質からの後方への散乱戻り光を情報として非侵襲的に検出する。

　光学測定装置１ａは、少なくとも測定対照波長の光を含む光を出射する光源１０と、光源１０および散乱光計測プローブ１０１ａからの光を集中または屈折させてそれぞれ所定方向に導く分岐部１１と、散乱光計測プローブ１０１ａが受光した光を、分岐部１１を介して検出する光検出器１２ａと、散乱光計測プローブ１０１ａが受光した光を検出する光検出器１２ｂ（第２光検出器）と、光学測定装置１ａ全体の制御を行うとともに、検出器１２ａ，１２ｂが検出した光に基づき、被検査物の散乱特性を評価する制御部１３ａと、を備える。

　散乱光計測プローブ１０１ａは、上述した実施の形態１と同様のファイバ１０２を複数本備えるとともに、管状の内部に設けられ、光学測定装置１ａと遠位の端部１２０で接続し、ファイバ１０２によって照射された光が被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を近位の端部１１０において受光し、光信号として光検出器１２ｂへと導く一つまたは複数のファイバ１０３（補正ファイバ）を備える。ファイバ１０３は、例えばステップインデックス型シングルコアファイバを用いて構成される。なお、本実施の形態２では、照明光および検出光を伝播するファイバ１０２を二本、ファイバ１０３（補正ファイバ）を一本有するものとして説明する。また、二つのファイバ１０２が受光した光は、分岐部１１を介してまとめられ、光検出器１２ａに導かれる。また、ファイバ１０２のコア径Ｄ_coreは、上述したように被検査物の検出深さＤに応じて定められる。

　ここで、ファイバ１０２，１０３の各中心Ｐ１～Ｐ３は、互いに等距離となるように配置される。好ましくは、ファイバ１０２，１０３が互いに接触するように配置される。

　制御部１３ａは、被検査物の散乱特性を評価する際、光検出器１２ａから取得するファイバ１０２からの信号と、光検出器１２ｂから取得するファイバ１０３からの信号と、に基づいて検出強度Ｉ_Ｄを求める。本実施の形態２において、光検出器１２ａが検出した信号強度をＩ_Ａ、光検出器１２ｂが検出した信号強度をＩ_Ｂとすると、検出強度Ｉ_Ｄは、Ｉ_Ｄ＝Ｉ_Ａ―Ｉ_Ｂによって求まる。

　ここで、二つのファイバ１０２は、隣接して設けられているため、一方のファイバ１０２が照射した光の成分が、他方のファイバ１０２に入射するクロストークが生じるおそれがある。これにより、信号強度Ｉ_Ａは、本来得られる信号強度に対して、クロストーク分強度が増大する。また、信号強度Ｉ_Ｂは、二つのファイバ１０２からそれぞれ照射され、被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光をファイバ１０３が受光して得られたものである。すなわち、信号強度Ｉ_Ｂは、信号強度Ｉ_Ａにおいて増大したクロストーク分に相当する強度となる。

　したがって、上述したように、Ｉ_Ｄ＝Ｉ_Ａ―Ｉ_Ｂによって検出強度Ｉ_Ｄを求めることで、信号強度Ｉ_Ａにおいてクロストークにより増大した分を除外したものを得ることができる。制御部１３ａは、この検出強度Ｉ_Ｄに基づいて、被検査物の散乱特性を評価する。

　以上説明した本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、少なくとも測定対照波長の光を被検査物に照射するとともに、照射された光が被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を受光し、光信号として光検出器１２ａへと導くファイバ１０２のコア径Ｄ_coreを、被検査物の検出深さＤに応じて定めるようにしたので、簡易な構成で散乱体表層に対する深さ限定的な散乱光検出を行なうことができる。これにより、従来のように干渉信号の計測を行なわずとも、空間コヒーレンス長でコントロールされた検出深さと同等の深さで散乱光計測を行うことができる。

　また、本実施の形態２によれば、ファイバ１０２を複数設けるとともに、クロストークを排除するためのファイバ１０３を設けるようにしたので信号の検出強度を増大させるとともに、クロストークの影響に因らず、散乱体表層に対する深さ限定的な検出強度を正確に得ることができる。

　なお、本実施の形態２において、分岐部１１は、各ファイバ１０２に応じてハーフミラーなどの光学系１１１を設けるものであってもよいし（図２参照）、光源１０からの光を一括して集光して各ファイバ１０２に導くとともに、各ファイバ１０２からの光を一つのハーフミラーによって折返し、光検出器１２ａに導くものであってもよい。

　また、本実施の形態２では、ファイバ１０２およびファイバ１０３の中心間距離を同等となるように配置するものとして説明したが、各中心間の距離および本数に応じて信号強度を調整し信号強度Ｉ_Ａにおけるクロストークの影響を排除できるものであれば、等距離に限るものではない。距離が等しくない場合は、Ｉ_Ｄ＝Ｉ_Ａ―ｃＩ_Ｂ（ｃは係数）としてクロストーク分の強度を除算する。また、ファイバ１０２およびファイバ１０３の配置数は、任意に設定可能である。

　図７は、本実施の形態２の変形例１にかかる散乱光計測プローブのファイバ１０２，１０３の配置を模式的に示す平面図である。図８は、本実施の形態２の変形例２にかかる散乱光計測プローブのファイバ１０２，１０３の配置を模式的に示す平面図である。

　例えば、図７に示すように、ファイバ１０２，１０３を格子状に配置するものであってもよい。このとき、ファイバ１０２，１０３は、ファイバ１０２同士のクロストークに応じた信号強度をファイバ１０３によって取得することを考慮し、互いに隣接するように配置されることが好ましい。

　また、図８に示すように、中心に配置されるファイバ１０２の周囲に、三つのファイバ１０２および三つのファイバ１０３を交互に配置するものであってもよい。これにより、隣接する各ファイバ１０２，１０３間の距離を同等とすることができる。

（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。図９は、本実施の形態３にかかる光学測定装置１ｂおよび散乱光計測プローブ１０１ｂを示す概念図である。図１０は、本実施の形態３にかかる散乱光計測プローブ１０１ｂのファイバを模式的に示す平面図である。なお、図１等で上述したものと同じ構成要素には同じ符号を付してある。上述した実施の形態２では、検出する光量を増大させるため、複数のファイバを設けるものとして説明したが、さらに各ファイバの信号強度に応じて信号強度の求め方を変更するものであってもよい。

　図９に示すように、光学測定装置１ｂおよび散乱光計測プローブ１０１ｂからなる散乱光計測装置は、生体組織などの比較的弱い散乱媒質からの後方への散乱戻り光を情報として非侵襲的に検出する。

　光学測定装置１ｂは、少なくとも測定対照波長の光を含む光を出射する光源１０と、光源１０および散乱光計測プローブ１０１ｂからの光を集中または屈折させてそれぞれ所定方向に導く分岐部１１と、散乱光計測プローブ１０１ｂが受光した光を、分岐部１１を介して検出する光検出器１２ｃと、散乱光計測プローブ１０１ｂが受光した光を検出する光検出器１２ｄ（第２光検出器）と、光学測定装置１ｂ全体の制御を行うとともに、検出器１２ｃ，１２ｄが検出した光に基づき、被検査物の散乱特性を評価する制御部１３ｂと、を備える。

　散乱光計測プローブ１０１ｂは、複数の上述したファイバ１０２と、複数の上述したファイバ１０３と、を備える。ファイバ１０２，１０３は、互いに隣接するように格子状に配置される。なお、本実施の形態３では、各ファイバ１０２が受光した光は、分岐部１１を介して光検出器１２ｃに導かれる。また、ファイバ１０２のコア径Ｄ_coreは、上述したように被検査物の検出深さＤに応じて定められる。

　光検出器１２ｃ，１２ｄは、複数のファイバ１０２，１０３が受光した散乱光を検出する。光検出器１２ｃ，１２ｄは、ＣＣＤなどのイメージセンサや面センサなどの２次元センサを用いて実現され、各ファイバ１０２，１０３がそれぞれ受光した光をファイバごとに検出する。光検出器１２ｃ，１２ｄで検出された光信号は、制御部１３ｂで計測に必要な信号（信号強度）として保存される。

　制御部１３ｂは、被検査物の散乱特性を評価する際、光検出器１２ｃから取得するファイバ１０２からの信号と、光検出器１２ｄから取得するファイバ１０３からの信号と、に基づいて検出強度Ｉ_Ｄ’を求める。このとき、光検出器１２ｃが検出した各ファイバ１０２の信号強度をＩ_Ａ’、光検出器１２ｄが検出した各ファイバ１０３の信号強度をＩ_Ｂ’とする。

　ここで、被検査物の被検査物表層２において、ファイバ１０２，１０３の配置領域内に、検出強度を低下させるもの、例えば、光吸収特性を有する血管Ｖなどが存在する場合、ファイバ１０２，１０３が受光する光量は大きく低下する。このとき、光検出器１２ｃ，１２ｄによって各ファイバ１０２，１０３から取得した信号強度Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’をファイバごとに確認できるため、血管Ｖによって強度の低下したファイバの存在を認識することができる。

　制御部１３ｂは、各ファイバ１０２から取得した信号強度Ｉ_Ａ’のうち、血管Ｖによって強度の低下したファイバ１０２から取得した信号強度を除外して、残りのファイバ１０２から取得した信号強度Ｉ_Ａ’の和を算出する。また、制御部１３ｂは、各ファイバ１０３から取得した信号強度Ｉ_Ｂ’のうち、血管Ｖによって強度の低下したファイバ１０３から取得した信号強度を除外して、残りのファイバ１０３から取得した信号強度Ｉ_Ｂ’の和を算出する。ここで、算出したファイバ１０２の信号強度の和をＩ_Ａ’’、ファイバ１０３の信号強度の和をＩ_Ｂ’’とする。

　このとき、制御部１３ｂは、信号強度Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’に対して、設定された閾値より大きいか否かを判断し、閾値より小さいものを血管Ｖによって強度の低下した信号強度であると判断する。ここで、制御部１３ｂは、信号強度Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’の最大値に対し、例えば８０％の信号強度を閾値として設定する。なお、制御部１３ｂが、信号強度Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’のうち、最大のものから所定数までの信号強度を取得するものであってもよい。

　これにより、実施の形態２と同様に、検出強度Ｉ_Ｄ’を、Ｉ_Ｄ’＝Ｉ_Ａ’’―Ｉ_Ｂ’’によって求めることで、信号強度Ｉ_Ａ’’においてクロストークにより増大した分を除外しつつ、血管Ｖなどによって低下した信号強度を排除したものを得ることができる。制御部１３ｂは、この検出強度Ｉ_Ｄ’に基づいて、被検査物の散乱特性を評価する。

　以上説明した本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様、少なくとも測定対照波長の光を被検査物に照射するとともに、照射された光が被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を受光し、光信号として光検出器１２ｃへと導くファイバ１０２のコア径Ｄ_coreを、被検査物の検出深さに応じて定めるようにしたので、簡易な構成で散乱体表層に対する深さ限定的な散乱光検出を行なうことができる。これにより、従来のように干渉信号の計測を行なわずとも、空間コヒーレンス長でコントロールされた検出深さと同等の深さで散乱光計測を行うことができる。

　また、本実施の形態３によれば、ファイバ１０２を複数設けるとともに、クロストークを排除するためのファイバ１０３を設け、ファイバ１０２，１０３ごとに信号強度を検出して、血管Ｖなどによる吸収によって低下した信号強度を排除して検出強度を取得するようにしたので、信号の検出強度を増大させるとともに、クロストークの影響に因らず、散乱体表層に対する深さ限定的な検出強度を正確に得ることができる。

（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。図１１は、本実施の形態４にかかる光学測定装置１ｃおよび散乱光計測プローブ１０１ｂを示す概念図である。図１２は、本実施の形態４にかかる散乱光計測プローブ１０１ｂのファイバを模式的に示す平面図である。なお、図１等で上述したものと同じ構成要素には同じ符号を付してある。上述した実施の形態３では、複数のファイバを設け、ファイバごとの信号強度を検出するものとして説明したが、さらに各ファイバの信号強度をもとに画像処理を施して、表示するものであってもよい。

　図１１に示すように、光学測定装置１ｃおよび上述した散乱光計測プローブ１０１ｂからなる散乱光計測装置は、生体組織などの比較的弱い散乱媒質からの後方への散乱戻り光を情報として非侵襲的に検出する。

　光学測定装置１ｃは、少なくとも測定対照波長の光を含む光を出射する光源１０と、光源１０および散乱光計測プローブ１０１ｂからの光を集中または屈折させてそれぞれ所定方向に導く分岐部１１と、散乱光計測プローブ１０１ｂが受光した光を、分岐部１１を介して検出する光検出器１２ｃと、散乱光計測プローブ１０１ｂが受光した光を検出する光検出器１２ｄと、光学測定装置１ｃ全体の制御を行うとともに、検出器１２ｃ，１２ｄが検出した光に基づき、被検査物の散乱特性を評価する制御部１３ｃと、光検出器１２ｃ，１２ｄが検出した信号強度をもとに、この信号に対して画像処理を施す画像処理部１４と、画像処理部１４によって処理が施された画像信号を画像として表示する表示部１５と、を備える。表示部１５は、例えばモニタなどによって実現される。

　光検出器１２ｃ，１２ｄは、複数のファイバ１０２，１０３が受光した散乱光をそれぞれ検出する。光検出器１２ｃ，１２ｄは、ＣＣＤなどのイメージセンサや面センサなどの２次元センサを用いて実現され、各ファイバ１０２，１０３がそれぞれ受光した光をファイバごとに検出する。光検出器１２ｃ，１２ｄで検出された光信号は、制御部１３ｃで計測に必要な信号（信号強度）として保存される。

　制御部１３ｃは、被検査物の散乱特性を評価する際、光検出器１２ｃから取得するファイバ１０２からの信号と、光検出器１２ｄから取得するファイバ１０３からの信号と、に基づいて上述した検出強度Ｉ_Ｄ’’を求め、この検出強度Ｉ_Ｄ’’に基づいて、被検査物の散乱特性を評価する。

　画像処理部１４は、光検出器１２ｃが検出した各ファイバ１０２の信号強度をＩ_Ａ’、光検出器１２ｄが検出した各ファイバ１０３の信号強度をＩ_Ｂ’としたとき、各信号強度Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’をもとに、画像処理を施す。ここで、各信号強度Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’は、制御部１３ｃによって、それぞれファイバ１０２，１０３の位置（ｘ，ｙ）の情報が付与されている。すなわち、各信号強度Ｉ_Ａ’，Ｉ_Ｂ’は、この位置（ｘ，ｙ）に応じた信号強度として、Ｉ_Ａ’＝Ａ（ｘ，ｙ）、Ｉ_Ｂ’＝Ｂ（ｘ，ｙ）と置き換えることができる。画像処理部１４は、この座標情報および信号強度をもとに、画像の構築を行い、画像信号として表示部１５に出力する。

　ここで、制御部１３ｃは、あるファイバ１０２の検出強度Ｉ_Ｄ’’を、下記式（２）に基づいて算出する。
　　　Ｉ_Ｄ’’＝Ａ（ｘ，ｙ）－（Ｂ（ｘ＋Δ，ｙ）＋Ｂ（ｘ－Δ，ｙ）
　　　　　　　　＋Ｂ（ｘ，ｙ＋Δ）＋Ｂ（ｘ，ｙ－Δ））／４　　　・・・（２）
　この式（２）により、信号強度Ｉ_Ａ’においてクロストークにより増大した分を除外した検出強度Ｉ_Ｄ’’を得ることができる。制御部１３ａは、この検出強度Ｉ_Ｄ’’に基づいて、被検査物の散乱特性を評価する。また、制御部１３ａが、各ファイバ１０２の検出強度Ｉ_Ｄ’’の和に基づいて、被検査物の散乱特性を評価するものであってもよい。

　以上説明した本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様、少なくとも測定対照波長の光を被検査物に照射するとともに、照射された光が被検査物内部を伝播して戻ってきた散乱光を受光し、光信号として光検出器１２ｃへと導くファイバ１０２のコア径Ｄ_coreを、被検査物の検出深さに応じて定めるようにしたので、簡易な構成で散乱体表層に対する深さ限定的な散乱光検出を行なうことができる。これにより、従来のように干渉信号の計測を行なわずとも、空間コヒーレンス長でコントロールされた検出深さと同等の深さで散乱光計測を行うことができる。

　また、本実施の形態４によれば、ファイバ１０２，１０３ごとに信号強度を検出し、この信号強度がそれぞれ座標情報を有し、画像処理部１４によって画像構築するようにしたので、被検査物の散乱特性を評価するための検出強度を取得するとともに、ファイバ１０２，１０３からの光信号を画像として表示することができる。

　また、本実施の形態４によれば、ファイバ１０２を複数設けるとともに、クロストークを排除するためのファイバ１０３を設けるようにしたので、信号の検出強度を増大させるとともに、クロストークの影響に因らず、散乱体表層に対する深さ限定的な検出強度を正確に得ることができる。

　以上のように、本発明にかかる散乱光計測装置は、簡易な構成で散乱体表層に対する深さ限定的な散乱光検出を行なうことに有用である。

　１，１ａ，１ｂ，１ｃ　光学測定装置
　１０　光源
　１１　分岐部
　１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ　光検出器
　１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　制御部
　１４　画像処理部
　１５　表示部
　１０１，１０１ａ，１０１ｂ　散乱光計測プローブ
　１０２，１０３　ファイバ
　１１０，１２０　端部

Claims

　光が入出力され、入力された光の測定を行う光学測定装置、および該光学測定装置からの光を被検査物に照射するとともに、該被検査物からの光を受光して前記光学測定装置に出力する散乱光計測プローブを備えた散乱光計測装置であって、
　前記光学測定装置は、
　少なくとも測定対象波長の光を含む光を出射する光源と、
　前記散乱光計測プローブが受光した光を検出する光検出器と、
　前記光源からの光を前記散乱光計測プローブに導くとともに、前記散乱光計測プローブからの光を前記光検出器に導く分岐部と、
　前記光検出器が検出した光に基づき、前記被検査物の表層の散乱特性を評価する制御部と、
　を有し、
　前記散乱光計測プローブは、
　一端で前記光学測定装置と接続し、前記光源からの光を伝播して前記被検査物に照射するとともに、他端において前記被検査物と接触し、該被検査物に照射された光が前記被検査物の内部を伝播して戻ってきた光を受光し、光信号として前記光検出器へと導くファイバを有し、
　前記ファイバは、光を伝播し、前記被検査物の検出深さに応じて定まる径を有する略棒状の芯部を有することを特徴とする散乱光計測装置。
　前記光学測定装置は、前記散乱光計測プローブが受光した光を検出する第２光検出器を有し、
　前記散乱光計測プローブは、
　複数の前記ファイバと、
　前記ファイバによって照射された光が前記被検査物の内部を伝播して戻ってきた光を受光して前記第２光検出器へと導く補正ファイバと、
　を有し、
　前記制御部は、前記光検出器および前記第２光検出器が検出した光の信号強度をもとに、前記被検査物の散乱特性を評価することを特徴とする請求項１に記載の散乱光計測装置。
　前記ファイバおよび前記補正ファイバは、それぞれ二つ以上設けられ、
　前記光検出器は、前記ファイバごとに前記信号強度を検出し、
　前記第２光検出器は、前記補正ファイバごとに前記信号強度を検出し、
　前記制御部は、設定された閾値より大きい信号強度をもとに、前記被検査物の散乱特性を評価することを特徴とする請求項２に記載の散乱光計測装置。
　前記ファイバおよび前記補正ファイバは、それぞれ二つ以上設けられ、
　前記光検出器は、前記ファイバごとに前記信号強度を検出し、
　前記第２光検出器は、前記補正ファイバごとに前記信号強度を検出し、
　前記制御部は、各信号強度に対して、位置情報を付与し、
　前記光学測定装置は、前記信号強度に基づいて画像処理を施す画像処理部を有することを特徴とする請求項２に記載の散乱光計測装置。