光學測量裝置以及光纖束的關聯方法
2024-03-21 02:00:05
光學測量裝置以及光纖束的關聯方法
【專利摘要】提供能夠以簡單的結構將光纖束的各光纖的位置相關聯的光學測量裝置以及光纖束的關聯方法。光學測量裝置(1)具備關聯部，當對測量探頭(3)的前端部(33)的端面投影了具有以照明光纖(341)為中心的強度梯度的光時，該關聯部將由檢測部(24)檢測出的多個受光光纖(342)各自的信號強度與測量探頭(3)的前端部(33)的端面中的照明光纖(341)至各受光光纖(342)的距離相關聯。
【專利說明】光學測量裝置以及光纖束的關聯方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學測量裝置以及光纖束的關聯方法，該光學測量裝置對生物體組織照射測量光，基於被生物體組織反射和/或散射的測量光的返回光的測量值來估計生物體組織的性質和狀態。
【背景技術】
[0002]以往，已知從生物體組織等比較弱的散射介質向後方散射的散射返回光根據其照明光的空間的相干性(空間相干)而被觀察為幹涉增強光(參照非專利文獻I)。利用了該現象的分光信息測量技術被稱為LEBS (Low-Enhanced Backscattering Spectroscopy:低相干增強反向散射光譜)，認真地研究了幹涉圖案相對於散射介質內的散射平均自由程(散射係數的倒數)的特性(參照非專利文獻2)。該散射平均自由程與散射介質的內部構造變化具有相關性，該散射平均自由程用於檢測如能在早期的癌中觀察到那樣的微小的組織構造變化。例如，已知能夠利用散射返回光的幹涉圖案來辨別大腸癌(參照非專利文獻3)。
[0003]在上述LEBS中，已知一種應用於通過被插入到內窺鏡的測量探頭在體內進行非侵入測量的技術(參照專利文獻I)。在該技術中，為了獲取幹涉圖案，從測量探頭的照明光纖前端對生物體組織照射照明光，利用多個受光光纖測量多個角度的散射光的強度分布，由此檢測生物體組織的性質和狀態。
[0004]另外，已知一種利用由光纖束構成的測量探頭來檢測生物體組織的性質和狀態的技術，該光纖束是捆束多個光纖而得到的(參照專利文獻2)。在該技術中，通過使光纖束的前端部和基端部各自的端面中的各光纖的配置相對應，來檢測生物體組織的性質和狀態。
[0005]專利文獻1:美國專利申請公開第2009/0009759號說明書
[0006]專利文獻2:美國專利第7652772號說明書
[0007]非專利文獻 1:YoungL.Kim, et.al,「Low_coherence enhanced backscatt ering ；review of principles and applicat1ns for colon cancer screening，，Jou rnal ofB1medical Optics,11(4)，0411252006 年
[0008]非專利文獻2:V, Turzhitsky, et.al,「 ！Characterizat1n of Light trans portin Scattering Media at Subdiffus1n Length Scales with Low-Coherenc e EnhancedBackscattering^IEEE journal of selected topics in quantum ele ctronics,Vol.16,N0.3,619(2010)
[0009]非專利文獻3:HemantK.Roy, et.al, 「Associat1n between Rectal Optic alSignatures and Colonic Neoplasia !Potential Applicat1ns for Screening，，CancerResearch,69(10)，4476(2009)
【發明內容】
[0010]發明要解決的問題
[0011]然而，光纖是細徑的，因此在使用光纖束的情況下存在以下問題:以使前端部和基端部各自的端面中的各光纖的配置相對應的方式進行製作要耗費大量的勞力。因此，期望一種能夠以簡單的結構使光纖束的前端部和基端部各自的端面中的各光纖的位置關係對應起來的技術。
[0012]本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提供一種能夠以簡單的結構使光纖束的前端部和基端部各自的端面中的各光纖的位置相關聯的光學測量裝置以及光纖束的關聯方法。
[0013]用於解決問題的方案
[0014]為了解決上述問題，實現目的，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，具備:光源部，其射出用於測量生物體組織的光；測量探頭，其具有不規則地捆束多個光纖而得到的光纖束，並具有照明光纖和多個受光光纖，其中，該照明光纖將來自上述光源部的光作為照明光傳播到前端來對上述生物體組織進行照射，該多個受光光纖接收由上述照明光纖照射並被上述生物體組織反射和/或散射的上述照明光的返回光並進行傳播；檢測部，其通過接收由上述多個受光光纖分別檢測出的上述照明光的返回光並進行光電轉換，來檢測各個信號強度；以及關聯部，其將在對上述測量探頭的前端部的端面投影了具有以上述照明光纖為中心的強度梯度的光時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度與從上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至各受光光纖的距離進行關聯。
[0015]另外，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，在上述發明中，上述關聯部將在對上述測量探頭的前端部的端面投影了具有以上述照明光纖為中心的對稱的強度分布的空間分布的光時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度與上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至各受光光纖的距離進行關聯。
[0016]另外，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，在上述發明中，上述關聯部按由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度中的信號強度從高到低的順序，依次關聯上述多個受光光纖中的在上述測量探頭的前端部的端面離上述照明光纖的距離從近到遠的上述受光光纖。
[0017]另外，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，在上述發明中，上述關聯部基於由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度，按上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至上述多個受光光纖的各個距離進行分組，並且將與每組對應的各個信號強度匯總為一個信號強度來進行關聯。
[0018]另外，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，在上述發明中，還具備校正部，該校正部將當強度在空間上一致的光從上述測量探頭的前端部入射到上述多個受光光纖的端面時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度平滑化。
[0019]另外，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，在上述發明中，上述光纖束在基端部的端面中的上述多個光纖的配置與在前端部的端面中的上述多個光纖的配置不同。
[0020]另外，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，在上述發明中，上述光纖束是光導件。
[0021]另外，本發明所涉及的光學測量裝置的特徵在於，在上述發明中，還具備光學構件，該光學構件被設置在上述測量探頭的前端部，使上述照明光纖和上述多個受光光纖的前端與上述生物體組織之間的距離保持固定。
[0022]另外，本發明所涉及的光纖束的關聯方法是由光學測量裝置執行的光纖束的關聯方法，該光學測量裝置具備:光源部，其射出用於測量生物體組織的光；測量探頭，其具有不規則地捆束多個光纖而得到的光纖束，並具有照明光纖和多個受光光纖，其中，該照明光纖將來自上述光源部的光作為照明光傳播到前端來對上述生物體組織進行照射，該多個受光光纖接收由上述照明光纖照射並被上述生物體組織反射和/或散射的上述照明光的返回光並進行傳播；以及檢測部，其通過接收由上述多個受光光纖分別檢測出的上述照明光的返回光並進行光電轉換，來檢測各個信號強度，該光纖束的關聯方法的特徵在於，包括關聯步驟，在該關聯步驟中，將在具有以上述照明光纖為中心的強度梯度的光被投影到上述測量探頭的前端部的端面時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度與上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至各受光光纖的距離進行關聯。
[0023]另外，本發明所涉及的光纖束的關聯方法的特徵在於，在上述發明中，還包括投影步驟，在該投影步驟中，對上述測量探頭的前端部投影以上述照明光纖為中心的對稱的強度分布的空間分布的光。
[0024]另外，本發明所涉及的光纖束的關聯方法的特徵在於，在上述發明中，在上述關聯步驟中，按由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度中的信號強度從高到低的順序，依次關聯上述多個受光光纖中的在上述測量探頭的前端部的端面離上述照明光纖的距離從近到遠的上述受光光纖。
[0025]另外，本發明所涉及的光纖束的關聯方法的特徵在於，在上述發明中，在上述關聯步驟中，上述關聯部基於由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度，按上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至上述多個受光光纖的各個距離進行分組，並且將與每組對應的各個信號強度匯總為一個信號強度來進行關聯。
[0026]另外，本發明所涉及的光纖束的關聯方法的特徵在於，在上述發明中，還包括校正步驟，在該校正步驟中，將當強度在空間上一致的光從上述測量探頭的前端部入射到上述多個受光光纖時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度平滑化。
[0027]發明的效果
[0028]根據本發明，當關聯部對測量探頭的前端部的端面投影了具有以照明光纖為中心的強度梯度的光時，使由檢測部檢測出的多個受光光纖的各個信號強度與測量探頭的前端部的端面中的照明光纖至受光光纖的距離相關聯，因此發揮以下效果:能夠以簡單的結構使光纖束的前端部和基端部各自的端面中的各光纖的位置相關聯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是示意性地表示本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的結構的概要結構圖。
[0030]圖2是將本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的光纖束的主要部分放大後的示意圖。
[0031]圖3是表示由本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置執行的光纖束的關聯處理的概要的流程圖。
[0032]圖4是使本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部產生強度梯度以測量探頭的前端部的端面的照明光纖為中心對稱地變化的空間分布時的示意圖。
[0033]圖5是使本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部產生強度梯度以測量探頭的前端部的端面的照明光纖為中心對稱地變化的空間分布時的示意圖。
[0034]圖6是不意性地表不對光散射構件照射照明光時的空間分布的圖。
[0035]圖7是表示對本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部投影了具有光強度以照明光纖為中心變化的空間分布的光的狀態的圖。
[0036]圖8是表示在對本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部投影了具有光強度以照明光纖為中心變化的空間分布的光時、基端部中的各受光光纖的光強度的分布的圖。
[0037]圖9是表示本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的基端部中的各受光光纖的編號和各受光光纖的檢測強度的位次的圖。
[0038]圖10表示按本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的檢測強度從高到低的順序排列受光光纖的編號而得到的表。
[0039]圖11是表示本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部中的各受光光纖的強度位次的圖。
[0040]圖12是表示本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的照明光纖至各受光光纖的距離與由各受光光纖檢測的檢測強度之間的關係的圖。
[0041]圖13是示意性地表示對光散射構件照射照明光時的其它空間分布的圖。
[0042]圖14是示意性地表示其它空間分布的圖。
[0043]圖15是在本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部設置有光學構件時的概要結構圖。
[0044]圖16是表示將本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭中的光纖束的照明光纖和受光光纖六平面立方體細密狀地配置的前端部的一例的圖。
[0045]圖17表示將本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭中的光纖束的照明光纖和受光光纖同心圓狀地配置的前端部的另一例。
[0046]圖18是表示將本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭中的光纖束的照明光纖和受光光纖柵格狀地配置的狀態、且將照明光纖的位置配置在偏離光纖束的中心的位置的前端部的一例的圖。
[0047]圖19是表示將本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭中的光纖束的照明光纖和受光光纖隨機地配置的前端部的一例的圖。
[0048]圖20是示意性地表示本發明的一個實施方式的變形例I所涉及的光學測量裝置的概要結構圖。
[0049]圖21是示意性地表示本發明的一個實施方式的變形例2所涉及的光學測量裝置的概要結構圖。
[0050]圖22是使本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部產生強度以測量探頭的照明光纖為中心軸對稱地變化的空間分布時的其它示意圖。
[0051]圖23是使本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的測量探頭的前端部產生具有光強度以測量探頭的照明光纖為中心變化的空間分布的光時的其它示意圖。
[0052]圖24是示意性地表示在圖23所示的狀況下進行投影的空間分布的圖。
【具體實施方式】
[0053]下面，參照附圖，作為本發明所涉及的光學測量裝置以及光纖束的關聯方法的優選實施方式，以使用了 LEBS技術的光學測量裝置為例詳細地進行說明。另外，本發明並不限定於該實施方式。另外，在附圖的記載中，對相同的部分附加相同的附圖標記來進行說明。另外，需要注意的是，附圖是示意性的，各構件的厚度與寬度的關係以及各構件的比例等與現實存在差異。另外，附圖相互之間也包括彼此的尺寸、比例不同的部分。
[0054]圖1是示意性地表示本發明的一個實施方式所涉及的光學測量裝置的概要結構圖。圖1所示的光學測量裝置I具備:主體部2，其對作為散射體的生物體組織等測量對象物SI進行光學測量來測量測量對象物SI的光學特性；以及測量探頭3，其裝卸自如地連接於主體部2，經由內窺鏡的處理器具通道被插入到被檢體內。
[0055]首先，對主體部2進行說明。主體部2具備電源21、光源部22、光學系統23、檢測部24、輸入部25、輸出部26、記錄部27以及控制部28。電源21對主體部2的各結構部提供電力。
[0056]光源部22將向測量對象物照射的具有至少一個光譜成分的光作為照明光射出到測量探頭3。利用LED(Light Emitting D1de:發光二極體)、氙氣燈、鎢絲燈以及滷素燈、雷射之類的光源、包括多個透鏡的光學系統、例如聚光透鏡、準直透鏡以及光源驅動器等來構成光源部22。光源部22在控制部28的控制下向測量探頭3射出照明光。例如，光源部22在控制部28的控制下切換照明光的點亮、熄滅。光源部22利用光學系統(未圖示)使由光源(未圖示)發出的光會聚到後述的測量探頭3的照明光纖，由此光源與測量探頭3的光束耦合效率增大，照明光的光量增加，因此能夠提高測量對象物SI的測量質量。
[0057]光學系統23使從測量探頭3射出的光成為平行光並射出到檢測部24。利用多個透鏡、例如聚光透鏡、準直透鏡來構成光學系統23。
[0058]檢測部24對經由光學系統23從測量探頭3的前端照射並被測量對象物SI反射和/或散射的照明光的返回光進行檢測，將該檢測結果(信號強度)輸出到控制部28。利用 CCD (Charge Coupled Device:電荷稱合裝置)或者 CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor:互補性氧化金屬半導體)等二維光檢測器等來構成檢測部24。此外,在後述的測量探頭3的受光光纖的數量少的情況下，也可以利用H) (Photo D1de:光檢器)、APD(Avalanche Photo D1de:雪崩光電二極體)以及 PMT(Photo multiplier tube:光電倍增管)等多個感光性檢測器來構成檢測部24。
[0059]輸入部25接收用於指示啟動主體部2的指示信號或者用於指示其它各種動作的指示信號的輸入並輸出到控制部28。利用推式的開關、觸摸面板、鍵盤、滑鼠等輸入設備來構成輸入部25。
[0060]輸出部26輸出與光學測量裝置I中的各種處理有關的信息、測量對象物的測量結果。利用液晶或者有機EL(Electro Luminescence:電致發光)等顯示器以及揚聲器等來構成輸出部26。
[0061]記錄部27記錄用於使光學測量裝置I進行動作的各種程序、在光學測量處理中使用的各種數據、各種參數。記錄部27暫時記錄光學測量裝置I的處理中的信息。另外，記錄部27記錄測量對象物的測量結果。利用易失性存儲器、非易失性存儲器等來構成記錄部27。此外，也可以利用能夠從主體部2的外部安裝的存儲卡等來構成記錄部27。
[0062]控制部28控制主體部2的各部的處理動作。控制部28通過對主體部2的各部傳輸指示信息、數據等來統一控制主體部2的動作。利用CPU (Central Pro cessing Unit:中央處理單元)等來構成控制部28。另外，控制部28具有運算部28a、校正部28b以及關聯部28c。
[0063]運算部28a基於由檢測部24檢測出的檢測結果來進行多個運算處理，運算與測量對象物的光學特性、性質和狀態有關的特性值。例如按照由輸入部25接收到的指示信號或者記錄部27中記錄的各種程序來設定該特性值的類別。
[0064]當強度在空間上一致的光從測量探頭3的前端部33入射到多個受光光纖時，校正部28b將由檢測部24檢測出的多個受光光纖的各個信號強度平滑化來校正檢測部24和測量探頭3各自的靈敏度。
[0065]當對測量探頭3的前端部33的端面33a投影了具有以照明光纖341為中心的強度梯度的光時，關聯部28c將由檢測部24檢測出的後述的測量探頭3的多個受光光纖的各個信號強度與測量探頭3的前端部33的端面33a中的照明光纖341至各個受光光纖的距離相關聯地記錄到記錄部27。具體地說，當對測量探頭3的前端部33的端面33a投影了具有以照明光纖341為中心的對稱的強度分布的空間分布的光時，關聯部28c將由檢測部檢測出的上述各個信號強度、由檢測部24檢測出的後述的測量探頭3的多個受光光纖的各個信號強度與測量探頭3的前端部33的端面33a中的離照明光纖341的距離相關聯地記錄到記錄部27。例如，關聯部28c按由檢測部24檢測出的各個信號強度中的信號強度從高到低的順序，將測量探頭的多個受光光纖中的被配置在測量探頭3的前端部的端面中的離照明光纖的距離從近到遠的位置處的受光光纖依次進行關聯並記錄到記錄部27。
[0066]接著，對測量探頭3進行說明。圖1所示的測量探頭3具備:基端部31，其裝卸自如地連接於主體部2 ;可撓部32，其具有可撓性；前端部33，其對測量對象物SI照射從光源部22提供的照明光，並且接收被測量對象物SI反射和/或散射的照明光的返回光；光纖束34，其將從基端部31入射的照明光傳播到前端部33，並且將前端部33所接收到的被測量對象物SI反射和/或散射的照明光的返回光向檢測部24傳播；以及覆蓋部35，其通過覆蓋光纖束34來進行光纖束34的遮光、防止破損。
[0067]利用多個光纖構成光纖束34。具體地說，利用不規則地捆束多個光纖而得到的光導件、隨機型光纖束、或者規則地捆束多個光纖而得到的傳像束來構成光纖束34。更為優選的是，利用光導件或者隨機型光纖束來構成光纖束34。在此，光導件是指光纖束34的基端部31的端面31a與光纖束34的前端部33的端面33a的各光纖的排列位置(空間排列)不同的構件。另外，光纖束34具有:照明光纖341，其對測量對象物SI照射從光源部22提供的照明光；以及多個受光光纖342，這些受光光纖342接收被測量對象物SI反射和/或散射的照明光的返回光。
[0068]在此，詳細地說明測量探頭3的光纖束34的結構。圖2是將測量探頭3的光纖束34的主要部分放大後的示意圖。
[0069]如圖2所示，光纖束34具有:照明光纖341，其傳播從光源部22提供的照明光並從測量探頭3的前端部33對測量對象物SI進行照射；以及多個受光光纖342，來自測量對象物SI的返回光以不同的角度入射到這些受光光纖342。例如，將以不同的角度入射來自測量對象物SI的返回光的第一受光光纖342a (第一受光通道)、第二受光光纖342b (第二受光通道)以及第三受光光纖342c (第三受光通道)與其它多個光纖342d不規則地捆束來構成光纖束34。
[0070]這樣，關於光纖束34，在前端部33的端面33a的位置和基端部31的端面31a的位置處，照明光纖341、第一受光光纖342a、第二受光光纖342b、第三受光光纖342c以及其它多個光纖342d各自的配置位置(位置坐標)不同。此外，在圖2中，示出對基端部31和前端部33分別附加了斜線(陰影線)的部分滿足對應關係的例子。並且，在圖2中，根據後述的關聯處理來從構成光纖束34的多個光纖中設定第一受光光纖342a、第二受光光纖342b、第三受光光纖342c以及其它多個光纖342d的位置。
[0071]照明光纖341傳播從光源部22提供的照明光，並對測量對象物SI照射照明光。此夕卜，能夠根據檢查項目和測量對象物的種類、例如血流、胃、胰臟等部位來適當變更照明光纖341的數量。
[0072]第一受光光纖342a、第二受光光纖342b以及第三受光光纖342c傳播從前端部33的端面33a入射的來自測量對象物SI的返回光並經由光學系統23射出到檢測部24。此夕卜，能夠根據檢查項目和測量對象物的種類、例如血流、部位來適當變更受光光纖的數量。
[0073]關於以這種方式構成的光學測量裝置1，經由設置於內窺鏡(內窺鏡觀測器)的處置器具通道將測量探頭3插入到被檢體內，照明光纖341對測量對象物SI照射照明光，第一受光光纖342a、第二受光光纖342b以及第三受光光纖342c分別接收來自測量對象物SI的返回光並向主體部2的檢測部24進行傳播。之後，運算部28a基於檢測部24的檢測結果來運算測量對象物SI的光學特性。
[0074]接著，說明由光學測量裝置I執行的將前端部33中的照明光纖341至各受光光纖342的距離與經由各受光光纖342用檢測部24檢測的信號強度相關聯的關聯處理。圖3是表示由光學測量裝置I執行的光纖束34的關聯處理的概要的流程圖。
[0075]如圖3所示，首先，校正部28b對測量探頭3的各受光光纖342的檢測靈敏度進行校正(步驟S101)。具體地說，當使強度在空間上一致的光從測量探頭3的前端部33入射到各受光光纖342時，校正部28b執行如下的校準處理:基於檢測部24的與各受光光纖342對應的各個檢測強度來校正檢測部24的靈敏度，使得各受光光纖342的檢測靈敏度固定(校正步驟)。在該情況下，優選使測量對象物SI的受光光纖342的入射NA與靈敏度校正時的強度在空間上一致的光的受光光纖342的入射NA大致相等。由此，校正部28b能夠更為穩定地進行靈敏度校正。其結果，檢測部24能夠針對強度在空間上一致的光，檢測與各受光光纖342相應的一致的值。此外，檢測部24按與各受光光纖342對應的每個像素檢測接收光並進行光電轉換後的檢測強度(信號強度)，或者檢測將與各受光光纖342對應的多個像素作為一組的檢測強度的平均值。
[0076]接著，關聯部28c執行將前端部33中的照明光纖341至各受光光纖342的距離與各受光光纖342的檢測強度相關聯的關聯處理(步驟S102)。具體地說，光學測量裝置I從測量探頭3的前端部33的端面33a投影具有以照明光纖341為中心的強度梯度的光、例如具有以照明光纖341為中心的對稱的強度分布的空間分布的光(投影步驟)。
[0077]圖4是使測量探頭3的前端部33的端面33a產生強度梯度以照明光纖341為中心對稱地變化的空間分布時的示意圖。如圖4所示，光學測量裝置I通過從照明光纖341對光散射構件4照射照明光,使具有空間分布的光投影(入射)到各受光光纖342的前端部33，該光散射構件4被配置在與測量探頭3的前端部33相距規定的距離的位置處且散射特性一致。在此，利用有效且均勻地散射測量對象的波長的光的物質來形成光散射構件4。具體地說，利用使散射粒子均勻地分散到透明介質而得到的溶液、樹脂、例如牛奶等來形成光散射構件4。另外，光散射構件4也可以利用白色的標準反射板等。並且，如圖5所示，光學測量裝置I也可以在使光散射構件4粘附於測量探頭3的前端部33的狀態下從照明光纖341照射照明光。
[0078]圖6是不意性地表不對光散射構件4照射照明光時的空間分布的圖。前端部33中的各受光光纖342所接收的光強度根據離照明光纖341的距離的不同而發生變化。具體地說，如圖6所示，空間分布Pl成為如下的分布:越接近以照明光纖341為中心的位置則光強度越高，越朝向外緣而離照明光纖341的距離越遠，則光強度越連續性地變低(同心圓圖案)。
[0079]在此，說明光學測量裝置I對測量探頭3的前端部33投影了具有光強度以照明光纖341為中心發生變化的空間分布的光的狀態。
[0080]圖7是表示對測量探頭3的前端部33投影了具有光強度以照明光纖341為中心發生變化的空間分布Pl的光的狀態的圖。圖8是表示對測量探頭3的前端部33投影了具有光強度以照明光纖341為中心發生變化的空間分布Pl的光時、基端部31中的各受光光纖342的光強度的分布的圖。
[0081 ] 如圖7所示，例如，關於空間分布Pl，由與照明光纖341相距距離d的受光光纖342檢測的光強度低。在該情況下，如圖8所示，在光纖束34中，基端部31的各受光光纖342的位置與前端部33的各受光光纖342的位置不同，因此在基端部31中光強度成為稀疏的分布。
[0082]返回到圖3，繼續步驟S103之後的說明。在步驟S103中，關聯部28c執行將基端部31中的各受光光纖342的編號(地址)與各受光光纖342的檢測強度相關聯的關聯處理。
[0083]圖9是表示基端部31中的各受光光纖342的編號和各受光光纖342的檢測強度的位次的圖。圖10表示按檢測強度從高到低的順序排列受光光纖342的編號的表。此外，圖9的各受光光纖342內的數字表示基端部31中的受光光纖342的檢測強度的位次。具體地說，數字越大則檢測強度越小。
[0084]如圖9和圖10所示，關聯部28c基於由檢測部24檢測出的檢測結果來生成將基端部31中的各受光光纖342的編號(地址)與各受光光纖342的檢測強度相關聯的表Tl並記錄到記錄部27。例如圖10所示，關聯部28c將基端部31中的縱編號為「C」、橫編號為「5」的受光光纖342作為檢測強度的位次為I的受光光纖342來進行關聯的表Tl。
[0085]接著，關聯部28c執行將測量探頭3的前端部33中的照明光纖341至各受光光纖342的距離與測量探頭3的基端部31中的各受光光纖342的編號相關聯的關聯處理(步驟S104)。
[0086]圖11是表示前端部33中的各受光光纖342的強度位次的圖。如圖11所示，當將照明光纖341的位次設為I時，關聯部28c根據離照明光纖341的距離來設定前端部33中的各受光光纖342的位次。具體地說，如圖11所示，關聯部28c進行如下設定:距離照明光纖341越近則將受光光纖342的位次設定得越高。例如圖11所示，關聯部28c將受光光纖342的編號「 4，c 」設定為「 2 」、將「 5，d」設定為「 3 」、將「 4，e 」設定為「 4 」、將「 3，d」設定為「5」。由此，關聯部28c能夠基於檢測強度(圖10的表Tl)和與前端部33中的照明光纖341至各受光光纖342的距離相應的光強度(圖11的表T2)，來將光纖束34的前端部33的端面33a和基端部31的端面31a的各受光光纖342的位置進行關聯。
[0087]圖12是表示照明光纖341至各受光光纖342的距離與由各受光光纖342檢測的檢測強度的關係的圖。如圖12所示，關於測量探頭3的前端部33中的照明光纖341至各受光光纖342的距離，由於基端部31中的各受光光纖342的距離也是離散的，因此基端部31中的各受光光纖342的檢測強度也是離散的。因此，關聯部28c基於圖10的表Tl和圖11的表T2，按測量探頭3的前端部33的端面33a中的照明光纖341至各受光光纖342的各個距離來進行分組，並且將與該分組對應的各個信號強度匯總為一個信號強度來進行關聯。具體地說，關聯部28c將在測量探頭3的前端部33的端面33a中離照明光纖341最近的受光光纖342分為一組，並且將在基端部31中檢測強度從高到低的順序的受光光纖342的位置編號(光纖地址)與各分組進行關聯。例如，關聯部28c參照圖11所示的表T2，將測量探頭3的前端部33的端面33a中的照明光纖341至各受光光纖342的距離相等的四個受光光纖342 (C，4)、(d，5)、(e，4)、(d，3)與在測量探頭3的基端部31的端面31a中強度位次為2 (d，3)、3 (b，5)、4 (g，I)、5 (a，I)進行關聯。由此，關聯部28c能夠將測量探頭3的基端部31的端面31a和前端部33的端面33a中的各受光光纖342的配置虛擬地進行關聯。
[0088]根據以上說明的本發明的一個實施方式，投影強度以照明光纖341為中心軸對稱地變化的空間分布P1，由此關聯部28c基於由檢測部24檢測的各個信號強度來進行照明光纖341至各受光光纖342的距離的關聯，因此即使利用沒有設定各光纖的位置坐標的隨機型的光纖束34，也能夠進行LEBS信號或者散射介質表面上的強度衰減分布的分析。
[0089]另外，根據本發明的一個實施方式，利用在前端部33和基端部31隨機地配置各受光光纖而得到的光纖束34，因此能夠降低製造的成本。
[0090]另外，根據本發明的一個實施方式，投影具有強度以照明光纖341為中心軸對稱地變化的空間分布Pl的光，由此前端部33的端面33a中的各受光光纖342所檢測的光的檢測強度根據離照明光纖341的距離的不同而發生變化。由此，能夠基於基端部31的端面31a中的各受光光纖342的檢測強度來關聯前端部33的端面33a中的照明光纖341至各受光光纖342的距離。
[0091]另外，根據本發明的一個實施方式，作為獲得強度以照明光纖341為中心軸對稱地變化的空間分布Pl的方法之一，通過利用與測量對象物Si的測量相同的方法來測量光散射構件4，能夠獲得上述關聯作業用的空間分布，因此即使進行了實際的測量，也能夠容易地進行關聯處理。
[0092]另外，根據本發明的一個實施方式，作為獲得強度以照明光纖341為中心軸對稱地變化的空間分布Pl的方法之一，僅利用光散射構件4即可，因此能夠容易地進行具有空間分布Pl的光的產生。
[0093]另外，根據本發明的一個實施方式，能夠基於離照明光纖341的距離來進行分析，能夠進行更為詳細的分析。例如，能夠與散射仿真進行比較。
[0094]另外，根據本發明的一個實施方式，當對測量探頭3的前端部33入射了一致的光時，關聯部28c將由檢測部24檢測出的各受光光纖342的各個信號強度平滑化，由此校正各受光光纖342的靈敏度，因此能夠進行更加準確的測量。此外，也可以將由關聯部28c進行的靈敏度校正的結果預先記錄到記錄部27。
[0095]另外，根據本發明的一個實施方式，也可以在每當對主體部2連接新的測量探頭3時，關聯部28c進行上述光纖束34的關聯。
[0096]另外，根據本發明的一個實施方式，也可以在將測量探頭3固定於主體部2或者對主體部2連接相同的測量探頭3的情況下，將由關聯部28c進行的上述關聯處理的結果記錄到記錄部27,再次利用該結果。
[0097](其它實施方式)
[0098]在本發明中，還能夠變更對測量探頭3的前端部33投影的空間分布。圖13是示意性地表不對光散射構件4照射了照明光時的其它空間分布的圖。
[0099]圖13所示的空間分布P2可以為如下的分布:離以照明光纖341為中心的位置越近則光強度越低，越朝向外緣而離照明光纖341的距離越遠，則光強度越連續性地變高。並且，可以如圖14所示的空間分布P3那樣，僅對光纖束34的一例進行投影。
[0100]另外，在本發明中，也可以在測量探頭3的前端部33設置用於使測量對象物SI與照明光纖341和受光光纖342之間的距離固定的光學構件5。圖15是在光學測量裝置I的測量探頭3的前端部33設置了光學構件5時的概要結構圖。
[0101]如圖15所示，光學構件5對由照明光纖341射出的照明光進行中繼並對測量對象物SI照射照明光，並且將來自測量對象物SI的照明光的返回光中繼到受光光纖342。利用具有規定的折射率的玻璃材料、塑料等材質來構成光學構件5。
[0102]由此，光學測量裝置I能夠不受測量對象物SI的表面的凹凸形狀的影響地進行測量對象物SI的測量。此外，也可以通過相對於長邊方向傾斜地切割光學構件5的前端部來形成傾斜面。並且，光學構件5隻要能夠中繼測量波長的光即可，還可以是空氣等氣體、水等液體。在該情況下，使用由金屬、樹脂構成的中空的構件即可。
[0103]並且，也可以將光學構件5相對於測量探頭3的前端部33裝卸自如。由此，能夠進行根據測量對象物SI設定測量對象物SI與測量探頭3的前端之間的距離的光學測量。另外，關於光學構件5的裝卸，也可以構成為通過在耦合部(未圖示)分別設置外螺紋和內螺紋來實現裝卸自如。當然，還可以構成為在其中的一方設置槽，在另一方設置爪，從而實現裝卸自如。
[0104]另外，在本發明中，能夠使用不同配置的光纖束34。圖16是表示將照明光纖341和受光光纖342六平面立方體細密狀地配置的前端部33的一例的圖。圖17表示將照明光纖341和受光光纖342同心圓狀地配置的前端部33的另一例。圖18是表示將照明光纖341和受光光纖342柵格狀地配置的狀態、且將照明光纖341的位置配置在偏離光纖束34的中心的位置的前端部33的一例的圖。圖19是表不將照明光纖341和受光光纖342隨機地配置的前端部33的一例的圖。
[0105]關聯部28c通過進行上述關聯處理，即使在利用如圖16?圖19所示那樣配置的光纖束34的情況下，也能夠容易地進行前端部33的各受光光纖342與基端部31的各受光光纖342的位置對準。
[0106]另外，在本發明中，能夠變更光源部22與照明光纖341的連接方法。圖20是示意性地表示本發明的一個實施方式的變形例I所涉及的光學測量裝置的概要結構圖。
[0107]圖20所示的光學測量裝置200將從光纖束34的中途單獨延伸出的照明光纖341連接於主體部201的光源部22。在該情況下，檢測部24也可以連接於測量探頭3的基端部31。
[0108]另外，在本發明中，能夠進一步變更光源部22與照明光纖341的連接方法。圖21是示意性地表示本發明的一個實施方式的變形例2所涉及的光學測量裝置的概要結構圖。
[0109]圖21所示的光學測量裝置300在主體部301中具備光學系統302，該光學系統302朝向測量探頭3的照明光纖341反射由光源部22照射的照明光，並且使從測量探頭3的各受光光纖342射出的來自測量對象物SI的照明光的返回光透過檢測部24。光學系統302具有:聚光透鏡302a，其會聚由光源部22照射的照明光；光分割元件302b，其朝向測量探頭3的照明光纖341反射由聚光透鏡302a射出的照明光，另一方面使從測量探頭3射出的來自測量對象物的照明光的返回光透過；聚光透鏡302c，其會聚由測量探頭3射出的來自測量對象物SI的照明光的返回光，另一方面將從光分割元件302b反射的照明光會聚到照明光纖341 ;以及準直透鏡302d，其傳播透過光分割元件302b的照明光的返回光。
[0110]另外，在本發明中，可以從測量探頭3的前端部33另外投影強度以照明光纖341為中心軸對稱地變化的空間分布。圖22是使測量探頭3的前端部33產生強度以照明光纖341為中心軸對稱地變化的空間分布時的其它示意圖。
[0111]如圖22所示，通過中繼光學系統401以使強度同心圓狀地變化的至少一種一維圖像P4的中心與測量探頭3的前端部33的照明光纖341的中心一致的方式進行投影。由此，關聯部28c能夠基於一維圖像P4的圖案和中繼光學系統401的倍率將前端部33的受光光纖342的強度分布與照明光纖341的距離相關聯。並且，容易在易於控制空間分布而獲得已知的空間分布的情況下應用投影一維圖像的方法。
[0112]另外，在本發明中，也可以從測量探頭3的前端部33另外投影具有強度以照明光纖341為中心軸對稱地變化的空間分布的光。圖23是使測量探頭3的前端部33產生具有光強度以照明光纖341為中心發生變化的空間分布的光時的其它示意圖。
[0113]如圖23所示，利用由雷射等構成的外部光源402，使一個波長的波長長光經由聚光透鏡403入射到測量探頭3的前端部33中的照明光纖341。由此，照明光纖341的包覆厚度使波長長光漏出，將限制了測量對象波長的光的空間分布投影到前端部33。具體地說，將圖24所示的空間分布投影到測量探頭3的前端部33。此外，作為外部光源402，也可以使用從具有小於或等於測量探頭3的照明光纖341的芯直徑的芯直徑的照明光纖射出的光。在該情況下，可以使用從LED、Xe燈等任意的光源獲得的光。
[0114]另外，在本發明中，為了獲取生物體組織的信息，應該優化照明光的波長範圍，因此能夠根據適用目標任意地設定，能夠進行如下設定:在分光信息有用的情況下，覆蓋其波長範圍而較廣地設定或者離散地設定多個頻帶，在不需要分光信息的情況下，某種程度上限定頻帶。
[0115]另外，在本發明中，檢測部24可以檢測從測量探頭3的受光光纖342入射的在測量對象物SI內部傳播並返回來的光的光譜成分和強度分布，來測量各波長的檢測值。在該情況下，檢測部24利用用於分光的衍射光柵等分光設備即可。該衍射光柵等分光設備優選配置在中繼光學系統的平行光路中。
[0116]這樣，本發明能夠包括在此沒有記載的各種實施方式，能夠在由權利要求書確定的技術的思想的範圍內進行各種設計變更等。
[0117]附圖標記說明
[0118]1,200,300:光學測量裝置;2、201、301:主體部；3:測量探頭；4:光散射構件；5:光學構件；21:電源；22:光源部；23、302:光學系統；24:檢測部；25:輸入部；26:輸出部；27:記錄部；28:控制部；28a:運算部；28b:校正部；28c:關聯部；31:基端部;31a、33a:端面；32:可撓部；33:前端部；34:光纖束；35:覆蓋部;302a、302c、403:聚光透鏡；302b:光分割元件；302d:準直透鏡；341:照明光纖；342:受光光纖；401:中繼光學系統；402:外部光源；P1、P2、P3、P4:空間分布；S1:測量對象物。
【權利要求】
1.一種光學測量裝置，其特徵在於，具備: 光源部，其射出用於測量生物體組織的光； 測量探頭，其具有不規則地捆束多個光纖而得到的光纖束，並具有照明光纖和多個受光光纖，其中，該照明光纖將來自上述光源部的光作為照明光傳播到前端來對上述生物體組織進行照射，該多個受光光纖接收由上述照明光纖照射並被上述生物體組織反射和/或散射的上述照明光的返回光並進行傳播； 檢測部，其通過接收由上述多個受光光纖分別檢測出的上述照明光的返回光並進行光電轉換，來檢測各個信號強度；以及 關聯部，其將在對上述測量探頭的前端部的端面投影了具有以上述照明光纖為中心的強度梯度的光時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度與上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至各受光光纖的距離進行關聯。
2.根據權利要求1所述的光學測量裝置，其特徵在於， 上述關聯部將在對上述測量探頭的前端部的端面投影了具有以上述照明光纖為中心的對稱的強度分布的空間分布的光時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度與上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至各受光光纖的距離進行關聯。
3.根據權利要求1或2所述的光學測量裝置，其特徵在於， 上述關聯部按由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度中的信號強度從高到低的順序，依次關聯上述多個受光光纖中的在上述測量探頭的前端部的端面離上述照明光纖的距離從近到遠的上述受光光纖。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的光學測量裝置，其特徵在於， 上述關聯部基於由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度，按上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至上述多個受光光纖的各個距離進行分組，並且將與每組對應的各個信號強度匯總為一個信號強度來進行關聯。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的光學測量裝置，其特徵在於， 還具備校正部，該校正部將當強度在空間上一致的光從上述測量探頭的前端部入射到上述多個受光光纖的端面時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度平滑化。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的光學測量裝置，其特徵在於， 上述光纖束在基端部的端面中的上述多個光纖的配置與在前端部的端面中的上述多個光纖的配置不同。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的光學測量裝置，其特徵在於， 上述光纖束是光導件。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的光學測量裝置，其特徵在於， 還具備光學構件，該光學構件被設置在上述測量探頭的前端部，使上述照明光纖和上述多個受光光纖的前端與上述生物體組織之間的距離保持固定。
9.一種光纖束的關聯方法，是由光學測量裝置執行的光纖束的關聯方法，該光學測量裝置具備:光源部，其射出用於測量生物體組織的光；測量探頭，其具有不規則地捆束多個光纖而得到的光纖束，並具有照明光纖和多個受光光纖，其中，該照明光纖將來自上述光源部的光作為照明光傳播到前端來對上述生物體組織進行照射，該多個受光光纖接收由上述照明光纖照射並被上述生物體組織反射和/或散射的上述照明光的返回光並進行傳播；以及檢測部，其通過接收由上述多個受光光纖分別檢測出的上述照明光的返回光並進行光電轉換，來檢測各個信號強度，該光纖束的關聯方法的特徵在於， 包括關聯步驟，在該關聯步驟中，將在具有以上述照明光纖為中心的強度梯度的光被投影到上述測量探頭的前端部的端面時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度與上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至各受光光纖的距離進行關聯。
10.根據權利要求9所述的光纖束的關聯方法，其特徵在於， 還包括投影步驟，在該投影步驟中，對上述測量探頭的前端部投影以上述照明光纖為中心的對稱的強度分布的空間分布的光。
11.根據權利要求9或10所述的光纖束的關聯方法，其特徵在於， 在上述關聯步驟中，按由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度中的信號強度從高到低的順序，依次關聯上述多個受光光纖中的在上述測量探頭的前端部的端面離上述照明光纖的距離從近到遠的上述受光光纖。
12.根據權利要求9或10所述的光纖束的關聯方法，其特徵在於， 在上述關聯步驟中，上述關聯部基於由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度，按上述測量探頭的前端部的端面中的上述照明光纖至上述多個受光光纖的各個距離進行分組，並且將與每組對應的各個信號強度匯總為一個信號強度來進行關聯。
13.根據權利要求9至12中的任一項所述的光纖束的關聯方法，其特徵在於， 還包括校正步驟，在該校正步驟中，將當強度在空間上一致的光從上述測量探頭的前端部入射到上述多個受光光纖時由上述檢測部檢測出的上述各個信號強度平滑化。
【文檔編號】G01N21/27GK104168812SQ201380013595
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月6日 優先權日:2012年3月7日
【發明者】伊藤遼佑, 上村健二, 後野和弘, 菅武志, 片倉正弘, 小林至峰 申請人:奧林巴斯株式會社, 奧林巴斯醫療株式會社