JP2006204505A - 生体観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生体に通常の活動をさせながら、その内部における挙動を、連続的かつ鮮明な画像で観察する。
【解決手段】 光源２と、光源２からの光を２次元的に走査する走査ユニット６と、生体Ａに固定され、走査ユニット６により走査された光を生体Ａに照射し、生体Ａからの戻り光を受光する観察ヘッド７と、該観察ヘッド７により受光された戻り光を検出する光検出器３とを備え、観察ヘッド７と走査ユニット６とが光ファイバ束８によって接続されている生体観察装置１を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、生体を生きたままの状態（in vivo）で観察するための生体観察装置に関するものである。

近年、光学顕微鏡を用いて蛍光プローブによるイオン濃度、膜電位などの可視化が行われるようになっており、例えば標本として神経細胞などの生体機能観察、特に動的挙動の観察が行われるようになっている。
このような動的挙動を観察するものとしては、顕微鏡写真撮影装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２７５５３９号公報

しかしながら、このような従来の顕微鏡写真撮影装置は、標本の動的な挙動に合わせて写真を撮影するものであるが、カメラの焦点距離を一定に保ちながら、標本の動的な挙動の内の、ピントの合う静止状態を選択的に撮影するものであるため、得られる画像は細切れになり、見たい画像部分が途切れたり、動きが不連続になって観察し難かったりする不都合がある。

また、実験動物等の標本を生きたままの状態で観察するために、標本に通常の活動をさせながら、内部の状態を観察する必要がある場合もあり、その場合には、標本が大きく動作するために特許文献１の顕微鏡写真撮影装置では観察できないという問題があった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、生体に通常の活動をさせながら、その内部における挙動を、連続的かつ鮮明な画像で観察することのできる生体観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光源と、光源からの光を２次元的に走査する走査ユニットと、生体に固定され、前記走査ユニットにより走査された光を生体に照射し、生体からの戻り光を受光する観察ヘッドと、該観察ヘッドにより受光された戻り光を検出する光検出器とを備え、前記観察ヘッドと前記走査ユニットとが光ファイバ束によって接続されている生体観察装置を提供する。

この発明によれば、光源から発せられた光が走査ユニットによって２次元的に走査され、光ファイバ束を介して観察ヘッドに送られる。観察ヘッドは、光ファイバ束を介して送られてきた光を生体に照射し、生体からの戻り光を受光する。そして、受光された戻り光を光検出器により検出することにより、生体の状態を観察することができる。

この場合において、観察ヘッドが生体に固定されているので、生体が比較的広い動作範囲において動作しても、観察ヘッドと生体との相対位置関係が崩れることなく、一定に保持される。また、走査ユニットにより走査された光が柔軟な光ファイバ束によって伝達されるので、生体が比較的広い動作範囲において動作しても、光ファイバ束を自由に湾曲させることで、走査ユニットからの光を確実に観察ヘッドに伝達することができる。したがって、生体に通常の活動をさせながら、生きたままの状態で生体内部の挙動を連続的かつ鮮明に観察することができる。

上記発明においては、前記観察ヘッドに、該観察ヘッドを生体に固定する固定手段が備えられていることが好ましい。
固定手段によって観察ヘッドを生体に簡易に固定することができるとともに、より確実に固定することで、生体が激しく動作しても、観察ヘッドと生体との相対位置関係を維持し、画像にブレを生ずることなく観察することができる。

この発明によれば、生体に通常の活動をさせた状態で生体の内部の挙動を連続的に、かつ、鮮明に観察することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る生体観察装置１について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る生体観察装置１は、図１に示すように、レーザ光源２と光検出器３とを備える光学ユニット４と、該レーザ光源２からのレーザ光および光検出器３への蛍光を伝播する光ファイバ５と、該光ファイバ５により伝播されてきたレーザ光を２次元的に走査するスキャンヘッド６と、実験動物等の生体Ａに固定される観察ヘッド７と、スキャンヘッド６と観察ヘッド７とを接続する光ファイバ束８とを備えている。

前記光学ユニット４には、コリメートレンズ９とダイクロイックミラー１０と集光レンズ１１，１２とが備えられている。レーザ光源２から発せられたレーザ光は、コリメートレンズ９によって一旦平行光にされた後、ダイクロイックミラー１０を透過させられて、集光レンズ１１によって光ファイバ５の一端５ａに集光させられるようになっている。一方、光ファイバ５の一端５ａから発せられた蛍光は、集光レンズ１１によって平行光にされた後に、ダイクロイックミラー１０によって反射されて集光レンズ１２によって光検出器３に集光され、検出されるようになっている。
光検出器３は、例えば、光電子増倍管（Photomultiplier Tube）である。
なお、光検出器３はモニタ１３に接続され、撮像された蛍光画像を表示するようになっている。

前記スキャンヘッド６は、光ファイバ５により伝播されてきたレーザ光を平行光に変換する第１のコリメート光学系１４と、平行光を偏向して２次元方向に走査する光走査部１５と、該光走査部１５から発せられた光を第１の中間像位置Ｂに結像させる第１の瞳投影光学系１６と、中間像を形成した光を再度平行光に変換する第１の結像光学系１７と、該結像光学系１７から発せられた平行光を光ファイバ束８の一端面８ａに再結像させる第１の対物光学系１８とを備えている。

光走査部１５は、例えば、相互に直交する２つの軸回りにそれぞれ回転可能な２枚のガルバノミラー１５ａ，１５ｂを備えている。
本実施形態に係る生体観察装置１においては、光学ユニット４およびスキャンヘッド６は、生体Ａ外の任意の位置に固定されている。

前記観察ヘッド７は、光ファイバ束８の他端８ｂに接続された筐体１９内に、光ファイバ束８により伝播されてきたスキャンヘッド６からの光を平行光に変換する第２のコリメート光学系２０と、平行光を第２の中間像位置Ｃに結像させる第２の瞳投影光学系２１と、中間像を結像した光を再度平行光に変換する第２の結像光学系２２と、該結像光学系２２から発せられた平行光を生体Ａの内臓等の観察対象部位Ｄに再結像させる第２の対物光学系２３とを備えている。

前記光ファイバ束８は、複数のコアをクラッド材によって一体的に束ねたものでも、複数の光ファイバを束ねたものでもよく、外力によって柔軟に湾曲して、スキャンヘッド６に対する観察ヘッ７ドの相対距離および相対角度を自由に変化させることができるようになっている。

観察ヘッド７の筐体１９には、生体Ａの外皮を切開して形成された切開部Ｘに挿入される挿入部１９ａと、生体Ａの外皮に密着状態に接触させられるフランジ部１９ｂとが設けられている。挿入部１９ａの先端には前記第２の対物光学系２３が配置されている。また、前記フランジ部１９ｂには、複数の貫通孔２４（固定手段）が設けられており、該貫通孔２４を利用して、観察ヘッド７を生体Ａに糸２５により縫いつけることができるようになっている。また、フランジ部１９ｂと生体Ａの外皮との接触部には接着剤（図示略）が塗布されることにより、生体Ａと観察ヘッド７とを相対的に堅固に固定できるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る生体観察装置１の作用について以下に説明する。
レーザ光源２から発せられたレーザ光は光ファイバ５内を伝播させられてスキャンヘッド６内に入り、第１のコリメート光学系１４によって平行光に変換された後、光走査部１５によって偏向され、第１の瞳投影光学系１６、第１の結像光学系１７および第１の対物光学系１８を介して、光ファイバ束８の一端面８ａに結像されて入射される。そして、光ファイバ束８内を伝播したレーザ光は、生体Ａに固定されている観察ヘッド７内に入り、第２のコリメート光学系２０によって平行光に変換された後、第２の瞳投影光学系２１、第２の結像光学系２２および第２の対物光学系２３を介して、生体Ａ内部の観察対象部位Ｄに結像され、そこで蛍光を発生させる。

観察対象部位Ｄにおいて発生した蛍光は、観察ヘッド７先端の第２の対物光学系２３から観察ヘッド７内に入り、第２の結像光学系２２、第２の瞳投影光学系２１、第２のコリメート光学系２０を経て光ファイバ束８内に戻り、光ファイバ束８内を伝播してスキャンヘッド６に戻る。スキャンヘッド６においては、第１の対物光学系１８、第１の結像光学系１７、第１の瞳投影光学系１６、光走査部１５および第１のコリメート光学系１４を経て光ファイバ５内を通過して光学ユニット４に戻り、ダイクロイックミラー９によってレーザ光源２の方向に向かう光軸から分離されて光検出器３に検出され、モニタ１３に表示されることになる。

この場合において、第２の対物光学系２３による観察対象部位Ｄにおける結像位置Ｅと、スキャンヘッド６内の光ファイバ５の端面５ｂとは、相互に共役な位置関係に配置されているので、光ファイバ５の端面５ｂが共焦点ピンホールとして機能することになる。したがって、観察対象部位Ｄにおける結像位置Ｅから発せられた戻り光のみが光ファイバ５内に入射されて光学ユニット４内に戻り、その中に含まれる蛍光のみが光検出器３によって検出されることになる。その結果、モニタ１３には、観察対象部位Ｄにおける結像位置Ｅ以外の部位から発せられた光は表示されず、結像位置Ｅに広がる２次元的な画像が鮮明に表示されることになる。

本実施形態に係る生体観察装置１によれば、スキャンヘッド６と観察ヘッド７とが切り離され、柔軟な光ファイバ束８によって接続されている。したがって、光ファイバ束８を自由に湾曲させることで、スキャンヘッド６に対する観察ヘッド７の相対位置および姿勢を自由に変更することができる。

スキャンヘッド６は、近接ガルバノミラー１５ａ，１５ｂのような可動部を有するので比較的大きくかつ重くなり易いが、それを観察ヘッド７から切り離すことで、観察ヘッド７を小型かつ軽量に構成することができる。したがって、観察ヘッド７を生体Ａに固定しても、生体Ａにかかる負担をさほど大きくすることがなく、観察ヘッド７を生体Ａに固定した状態でも、生体Ａにかかるストレスを軽減して、通常の活動を行わせることができ、より平静に近い状態での生体Ａの観察を行うことができる。

また、スキャンヘッド６は近接ガルバノミラー１５ａ，１５ｂのような可動部を有するので、大きな加速度が加わると近接ガルバノミラー１５ａ，１５ｂの動作がその影響を受けて、正確な走査が行われなくなる可能性がある。しかしながら、本実施形態のように、生体Ａに固定する観察ヘッド７からスキャンヘッド６を分離して、生体Ａ外に固定配置することによって、そのような不都合の発生を回避することができる。

この場合において、本実施形態に係る生体観察装置１によれば、観察ヘッド７を生体Ａに糸２５および接着剤によって、より堅固に固定することにより、観察ヘッド７の先端の第２の対物光学系２３が生体Ａ内部の観察対象部位Ｄに対して位置ずれを生ずることをより確実に防止することができる。
したがって、生体Ａが通常の活動を行って、種々の位置および体位に移動しても、常に、第２の対物光学系２３と観察対象部位Ｄとの相対的な位置関係を維持して、ブレのない画像を観察することができる。

なお、上記実施形態においては、スキャンヘッド６を生体Ａ外に固定配置することとしたが、これに代えて、スキャンヘッド６を水平方向に１次元的あるいは２次元的に移動可能に支持し、生体Ａとともに移動する観察ヘッド７の移動距離に応じて、スキャンヘッド６を追随させるように移動させることとしてもよい。この場合には、スキャンヘッド６の近接ガルバノミラー１５ａ，１５ｂが加速度の影響を受けないように、緩やかな加減速で移動させることが必要となる。

光ファイバ束８は長くなればなるほどその重量が増し、生体Ａにかかる負担を増大させることになるが、上記のようにスキャンヘッド６を可動式にすることによって、光ファイバ束８の長さを必要最小限に抑えて、生体Ａにかかる負担を軽減することができる。また、観察ヘッド７の動作範囲を広げることができ、生体の通常の活動範囲を制限することなく、自由に活動させた状態の生体Ａ内部の様子を観察することができる。

本発明の一実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。

符号の説明

Ａ 生体
１ 生体観察装置
２ レーザ光源（光源）
３ 光検出器
６ スキャンヘッド（走査ユニット）
７ 観察ヘッド
８ 光ファイバ束
１５ 光走査部（走査ユニット）
１５ａ，１５ｂ 近接ガルバノミラー（走査ユニット）
１９ｂ フランジ（固定手段）
２４ 貫通孔（固定手段）
２５ 糸（固定手段）

Claims (2)

1. 光源と、
   光源からの光を２次元的に走査する走査ユニットと、
   生体に固定され、前記走査ユニットにより走査された光を生体に照射し、生体からの戻り光を受光する観察ヘッドと、
   該観察ヘッドにより受光された戻り光を検出する光検出器とを備え、
   前記観察ヘッドと前記走査ユニットとが光ファイバ束によって接続されている生体観察装置。
2. 前記観察ヘッドに、該観察ヘッドを生体に固定する固定手段が備えられている請求項１に記載の生体観察装置。

Images