JP2017018483A

JP2017018483A - 医療用プローブ

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Publication number: JP2017018483A
Application number: JP2015140681A
Authority: JP
Inventors: 平田　唯史; Tadashi Hirata; 唯史平田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-26

Abstract

【課題】生体組織の表面を隠すことなく生体組織内の血流等の動的成分を測定することができる医療用プローブを提供する。
【解決手段】生体組織Ａに対して照射するレーザ光Ｐ，Ｑを伝送し射出端８ａから射出する第１の伝送路８と、生体組織Ａにおける動的成分の情報を含む生体組織Ａからの散乱光を入射端９ａにおいて受光して伝送する第２の伝送路９と、射出端８ａから射出されたレーザ光Ｐ，Ｑを屈折して生体組織Ａに照射するとともに、生体組織Ａからの散乱光Ｒを集光して入射端９ａに受光させる、全体として正のパワーを有する光学素子１０と、光学素子１０により屈折されたレーザ光Ｐ，Ｑの光路に沿って生体組織Ａから戻る散乱光Ｒをレーザ光Ｐ，Ｑの光路から分離して入射端９ａに入射させる分離素子１１とを備える医療用プローブ２。
【選択図】図２

Description

本発明は、医療用プローブに関するものである。

従来、射出光伝播ファイバを通して生体にレーザ光を照射し、生体からの散乱光を散乱光伝播ファイバを通してフォトダイオードで検出し、ドップラシフトによる散乱光の干渉成分の周波数解析によって血流を測定するレーザ血流計が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２７８９８３号公報

しかしながら、特許文献１のレーザ血流計は、センサヘッドを生体の表面に密着させる方式のものであり、血流の測定中には、生体がセンサヘッドに隠れてしまい、血流の大きな血管が発見されても、操作者が血管の位置を視認することができないという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体組織の表面を隠すことなく生体組織内の血流等の動的成分を測定することができる医療用プローブ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。
本発明の一態様は、生体組織に対して照射するレーザ光を伝送し射出端から射出する第１の伝送路と、前記生体組織における動的成分の情報を含む該生体組織からの散乱光を入射端において受光して伝送する第２の伝送路と、前記射出端から射出された前記レーザ光を屈折させて前記生体組織に照射するとともに、該生体組織からの散乱光を集光して前記入射端に受光させる、全体として正のパワーを有する光学素子と、前記レーザ光の光路に沿って前記生体組織から戻る散乱光を前記レーザ光の光路から分離して前記入射端に入射させる分離素子とを備える医療用プローブを提供する。

本態様によれば、第１の伝送路の射出端から射出されたレーザ光が正のパワーを有する光学素子により屈折されることにより、射出端から射出された状態よりも小さな拡散角度の光束となって生体組織に照射される。生体組織に入射されたレーザ光は生体組織表面および内部において散乱され、散乱光となって正のパワーを有する光学素子により集光され、第２の伝送路の入射端により受光される。受光された散乱光は、生体組織における動的成分の情報を含んでいるので、ドップラシフトによる散乱光の干渉成分の周波数解析によって生体内における変動を測定することが可能となる。

この場合において、正のパワーを有する光学素子によりレーザ光の拡散角度を低減しているので、光学素子を生体組織から離間させても、光密度の高いレーザ光を生体組織に照射することができ、入射端により受光される散乱光の強度を向上してＳＮ比を向上し、生体組織における動的成分を精度よく測定することができる。
また、分離素子によってレーザ光の光路に沿って戻る散乱光がレーザ光の光路から分離されて入射端に入射させられるので、医療用プローブから生体組織までの距離に関わらず、レーザ光を照射した生体組織の領域からの強度の高い散乱光を検出でき、検出感度を向上することができる。

上記態様においては、前記分離素子が、前記射出端から射出された前記レーザ光を透過させる領域に前記散乱光の少なくとも一部を反射する部分反射部を備えるプリズムであってもよい。
このようにすることで、プリズムの部分反射部にレーザ光が入射すると、該レーザ光は部分反射部を透過して生体組織に照射される。一方、生体組織におけるレーザ光の照射位置近傍からレーザ光の光路に沿って戻る散乱光は、プリズムの部分反射部に入射すると、その少なくとも一部が反射されてレーザ光の光路から分離される。これにより、簡易な構成で、生体組織における動的成分を精度よく測定することができる。

また、上記態様においては、前記プリズムが、前記レーザ光を入射させる第１の入射面と、前記散乱光を入射させる第２の入射面とを平行に備え、かつ、これらの入射面が前記レーザ光および前記散乱光の光束の主光線に対して傾斜して配置される、透明な材質からなる平行平板であり、前記第１の入射面の前記レーザ光の入射領域に、前記部分反射部が設けられ、前記第２の入射面を透過し前記部分反射部において反射された前記散乱光が前記第２の入射面に内側から再度入射する領域に、入射した散乱光を反射して前記第１の入射面から射出させる反射領域が設けられていてもよい。

このようにすることで、プリズムの第１の入射面に入射して透過したレーザ光は、第２の入射面も透過して生体組織に照射される。生体組織におけるレーザ光の照射位置からレーザ光の光路に沿って戻る散乱光は、プリズムの第２の入射面に入射して透過した後、第１の入射面のレーザ光の入射領域に設けられた部分反射部においてその一部が反射されることによりレーザ光の光路から分離される。

第１の入射面は、散乱光の光束の主光線に対して傾斜して配置されているので、第１の入射面の部分反射部において反射されると傾斜角度に従う方向に偏向され、第２の入射面の異なる領域に再度入射する。この領域には反射領域が設けられているので、散乱光は反射されて第１の入射面からプリズム外に射出され、第２の伝送路の入射端に入射される。これにより、第１の伝送路の射出端および第２の伝送路の入射端をプリズムの第１の入射面側に対向させて配置することができ、構成を簡略化することができる。

また、上記態様においては、前記分離素子が、前記射出端から射出された前記レーザ光を反射させる領域に前記散乱光の少なくとも一部を透過する部分反射部を備えるプリズムであってもよい。
このようにすることで、プリズムの部分反射部にレーザ光が入射すると、該レーザ光は部分反射部において反射されて生体組織に照射される。一方、生体組織におけるレーザ光の照射位置近傍からレーザ光の光路に沿って戻る散乱光は、プリズムの部分反射部に入射すると、その少なくとも一部が透過してレーザ光の光路から分離される。これにより、簡易な構成で、生体組織における動的成分を精度よく測定することができる。

また、上記態様においては、前記プリズムが、前記レーザ光を入射させる第１の入射面と、前記散乱光を入射させる第２の入射面とを平行に備え、かつ、これらの入射面が前記レーザ光および前記散乱光の光束の主光線に対して傾斜して配置される、透明な材質からなる平行平板であり、前記第１の入射面を透過した前記レーザ光が前記第２の入射面に内側から入射する領域に前記レーザ光を反射する反射領域が設けられ、該反射領域において反射された前記レーザ光が前記第１の入射面に内側から再度入射する領域に前記部分反射部が設けられ、該部分反射部が、前記散乱光を透過させる領域内の一部に部分的に配置されていてもよい。

このようにすることで、プリズムの第１の入射面に入射して透過したレーザ光は、第２の入射面に設けられた反射領域において反射される。第２の入射面がレーザ光の光束の主光線に対して傾斜して配置されているので、第２の入射面の反射領域において反射されると傾斜角度に従う方向に偏向され、第１の入射面の異なる領域に再度入射する。この領域には部分反射部が設けられているので、レーザ光は部分反射部において反射されて第２の入射面からプリズム外に射出され、生体組織に照射される。

一方、生体組織におけるレーザ光の照射位置からレーザ光の光路に沿って戻る散乱光は、プリズムの第２の入射面に入射して透過した後、第１の入射面のレーザ光の入射領域に設けられた部分反射部を含む広い範囲に入射して、部分反射部を除く領域を透過したものレーザ光の光路から分離される。これにより、第１の伝送路の射出端および第２の伝送路の入射端をプリズムの第１の入射面側に対向させて配置することができ、構成を簡略化することができる。

また、上記態様においては、前記第２の伝送路の開口数が、前記第１の伝送路の開口数よりも大きいことが好ましい。
このようにすることで、レーザ光の光束よりも受光できる散乱光の光束を大きくすることができ、十分な光量の散乱光を取り込むことができる。

また、上記態様においては、前記射出端が前記光学素子の焦点距離近傍に配置され、前記入射端が前記光学素子の焦点距離よりも該光学素子から離れた位置に配置されていてもよい。
このようにすることで、入射端に入射される散乱光は、光学素子から生体組織側において、光学素子から生体組織に向かってレーザ光の光束よりも大きく収束する光束となる。これにより、レーザ光を反射する部分反射部の周囲を透過する散乱光を多く確保しつつ、生体組織におけるレーザ光の光束と散乱光の光束との重なりを大きくして、効率よく散乱光を検出することができる。

また、上記態様においては、前記部分反射部が、ハーフミラーであってもよい。
このようにすることで、部分反射部に入射するレーザ光および散乱光は、ハーフミラーの反射率に従って部分的に透過し部分的に反射されるので、レーザ光の光路から散乱光を簡易に分離することができる。

また、上記態様においては、前記部分反射部が、所定の偏光を有する前記レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタであってもよい。
このようにすることで、第１の伝送路によって伝送するレーザ光の偏光方向に応じて部分反射部を構成している偏光ビームスプリッタの偏光方向を設定しておくことにより、部分偏光部におけるレーザ光の損失を少なくして、ＳＮ比を向上することができる。

また、上記態様においては、前記レーザ光の光束と前記散乱光の光束とが重なる位置に配置される前記光学素子の面が前記レーザ光の光束の主光線に対して傾斜して配置されていてもよい。
このようにすることで、光学素子の面において反射したレーザ光が散乱光の光束に混じって入射端に入射することを防止してＳＮ比を向上することができる。

また、上記態様においては、前記レーザ光の光束と前記散乱光の光束とが重なる位置に配置される前記分離素子の面が前記レーザ光の光束の主光線に対して傾斜して配置されていてもよい。
このようにすることで、分離素子の面において反射したレーザ光が散乱光の光束に混じって入射端に入射することを防止してＳＮ比を向上することができる。

本発明によれば、生体組織の表面を隠すことなく生体組織内の血流等の動的成分を測定することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る医療用プローブを備える測定システムを示す模式的な全体構成図である。図１の医療用プローブの先端部および、第１のレーザ光と散乱光との光束の位置関係を示す図である。図２の医療用プローブの集光レンズに代えてグリンレンズを用いた場合の変形例を示す図である。図２の医療用プローブの変形例であって、プリズムおよび集光レンズの各面を傾斜させた医療用プローブを示す拡大図である。図３の医療用プローブの変形例であって、プリズムおよびグリンレンズの各面を傾斜させた医療用プローブを示す拡大図である。図２の医療用プローブの変形例であって、平行四辺形の縦断面を有するプリズムを備える医療用プローブを示す拡大図である。図６の医療用プローブのプリズムの（ａ）第１面、（ｂ）第２面の平面図である。図６の医療用プローブの変形例であって、プリズムと集光レンズとを入れ替えた医療用プローブを示す拡大図である。図８の医療用プローブのプリズムの（ａ）第１面、（ｂ）第２面の平面図である。図６の医療用プローブの変形例であって、照明用光ファイバと検出用光ファイバとを入れ替えた医療用プローブを示す拡大図である。図１０の医療用プローブのプリズムの（ａ）第１面、（ｂ）第２面の平面図である。図１０の医療用プローブの変形例であって、検出用光ファイバの入射端を集光レンズの焦点距離よりも大きく集光レンズから離した医療用プローブを示す図である。図１２の医療用プローブにおける第１のレーザ光の光束をハッチングで示す図である。図１２の医療用プローブにおいて、検出用光ファイバの入射端に入射される散乱光の光束をハッチングで示す図である。

本発明の一実施形態に係る医療用プローブ２について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る医療用プローブ２は、図１に示される測定システム１に備えられている。
この測定システム１は、本実施形態に係る医療用プローブ２と、該医療用プローブ２に供給する第１のレーザ光Ｐを発生する測定用光源３および第２のレーザ光Ｑを発生する表示用光源４と、医療用プローブ２により受光された散乱光Ｒを検出する光検出器５と、該光検出器５により検出された散乱光Ｒの強度情報を処理して血管Ｂの有無を判定するプロセッサ６とを備えている。

第１のレーザ光Ｐは、生体組織Ａへの進達度の高い近赤外または赤外の波長を有するレーザ光である。
第２のレーザ光Ｑは、可視の波長帯域を有するレーザ光である。生体組織Ａは赤色であるため、視認性を向上するため、第２のレーザ光Ｑとしては緑色あるいは青色の波長帯域を有するレーザ光であることが好ましい。

光検出器５は、例えば、フォトダイオードであり、散乱光Ｒの光量に応じた強度の信号を出力するようになっている。
プロセッサ６は、光検出器５から出力された信号を高速フーリエ変換処理して周波数特性を求め、該周波数特性を解析することによって、太い血管Ｂの有無を判定し、太い血管Ｂが存在すると判定された場合には、表示用光源４を作動させて第２のレーザ光Ｑを医療用プローブ２に供給するようになっている。図中、符号７は、第１のレーザ光Ｐを伝播する照明用光ファイバ８に、表示用光源４からの第２のレーザ光Ｑを入射させる光カプラである。

本実施形態に係る医療用プローブ２は、図２に示されるように、測定用光源３に接続され第１のレーザ光Ｐを伝播する照明用光ファイバ（第１の伝送路）８と、光検出器５に接続され生体組織Ａからの散乱光Ｒを伝播する検出用光ファイバ（第２の伝送路）９と、照明用光ファイバ８の射出端８ａおよび検出用光ファイバ９の入射端９ａに対して間隔をあけて配置された正のパワーを有する集光レンズ（光学素子）１０と、プリズム（分離素子）１１とを備えている。

照明用光ファイバ８は、その長手軸に直交する射出端８ａを備えている。測定用光源３または表示用光源４から伝送されてきた第１のレーザ光Ｐまたは第２のレーザ光Ｑは、射出端８ａから所定の開口数の拡散角度をなして射出されるようになっている。

また、検出用光ファイバ９は、その長手軸に直交する入射端９ａを備えている。生体組織Ａからの散乱光Ｒのうち、集光レンズ１０によって集光された散乱光Ｒが、所定の開口数の収斂角度をなして入射端９ａに入射され、検出用光ファイバ９内を光検出器５まで伝播されるようになっている。

プリズム１１は、縦断面が平行四辺形の第１プリズム１２と、縦断面が台形の第２プリズム１３とを組み合わせて接合することにより、略Ｌ字状に構成されている。接合面１４にはハーフミラー（部分反射部）１４ａが設けられている。第１プリズム１２および第２プリズム１３は、同じ屈折率の光学的に透明な材質、例えば、ガラスにより構成されている。

第２プリズム１３の入射面１３ａは、照明用光ファイバ８の射出端８ａに略平行に近接して配置され、射出端８ａから射出され入射面１３ａに直交する方向に入射されるレーザ光Ｐ，Ｑを少ない屈折で入射させるようになっている。
また、第１プリズム１２の射出面１２ａは、検出用光ファイバ９の入射端９ａに略平行に近接して配置され、射出面１２ａから該射出面１２ａに直交する方向に射出される散乱光Ｒを少ない屈折で射出させるようになっている。第１プリズム１２には、接合面１４に平行で、かつ射出面１２ａに対して４５°の角度をなした傾斜面１２ｂが備えられている。この傾斜面１２ｂは散乱光Ｒを反射するようになっている。

本実施形態においては、集光レンズ１０は、照明用光ファイバ８の射出端８ａおよび検出用光ファイバ９の入射端９ａから、空気換算で集光レンズ１０の焦点距離だけ離れた位置に配置されている。これにより、照明用光ファイバ８の射出端８ａから射出されたレーザ光Ｐ，Ｑは、プリズム１１を透過した後に集光レンズ１０によって屈折されることにより略平行光束となって生体組織Ａに照射されるようになっている。
一方、生体組織Ａからの散乱光Ｒは、レーザ光Ｐ，Ｑと同一の光路に沿って略平行光束をなして集光レンズ１０に入射するもののみが、プリズム１１を経由して検出用光ファイバ９の入射端９ａに入射され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医療用プローブ２の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る医療用プローブ２を用いて生体組織Ａの内部に存在する血管Ｂの測定を行うには、図１に示されるように、医療用プローブ２を患者の体内に挿入し、先端部を測定したい生体組織Ａの表面に対して、間隔をあけて対向させて配置する。
このとき、別途体内に挿入した内視鏡（図示略）によって、医療用プローブ２が対向している領域近傍の生体組織Ａの表面を撮影し、モニタ（図示略）に表示しておく。

この状態で、測定用光源３を作動させて第１のレーザ光Ｐを発生させる。測定用光源３において発生した第１のレーザ光Ｐは、該測定用光源３に接続する照明用光ファイバ８内を医療用プローブ２の先端部近傍まで伝播される。照明用光ファイバ８により伝播されてきた第１のレーザ光Ｐは照明用光ファイバ８の射出端８ａから射出され、プリズム１１を透過した部分が正のパワーを有する集光レンズ１０によって屈折されて略平行光となった状態で生体組織Ａに照射される。

生体組織Ａに照射された第１のレーザ光Ｐは、生体組織Ａの表面および内部において散乱し、集光レンズ１０によって集光された散乱光Ｒが、プリズム１１を透過して検出用光ファイバ９の入射端９ａに入射され、検出用光ファイバ９によって伝播されて光検出器５により検出される。光検出器５からは、検出された散乱光Ｒの強度に応じた信号が出力される。出力された信号はプロセッサ６において高速フーリエ変換されることにより、周波数特性が求められる。

生体組織Ａ内に大きな血管Ｂが存在する場合には、散乱光Ｒには血流の動的な情報が含まれているので、ドップラシフトにより、散乱光Ｒに含まれる平均周波数が高くなるように周波数特性が変化する。プロセッサ６においては、この平均周波数が所定の閾値より高い場合に、大きな血管Ｂが存在すると判定して、表示用光源４から第２のレーザ光Ｑを射出させる。

表示用光源４から射出された第２のレーザ光Ｑは、光カプラ７によって照明用光ファイバ８に入射され、射出端８ａから生体組織Ａに向けて照射される。第２のレーザ光Ｑは操作者により視認可能な可視のレーザ光であるため、操作者はモニタ表示されている生体組織Ａの表面における色の変化によって内部の血管Ｂの存在を認識することができる。

この場合において、本実施形態に係る医療用プローブ２によれば、照明用光ファイバ８の射出端８ａから所定の開口数で拡散する第１のレーザ光Ｐを正のパワーを有する集光レンズ１０によって屈折するので、医療用プローブ２から生体組織Ａまでの間隔が大きく開いても、第１のレーザ光Ｐの光密度を低下させることなく、生体組織Ａに照射することができ、大きな強度の散乱光Ｒを発生させることができる。

第１のレーザ光Ｐが生体組織Ａに照射されることにより、生体組織Ａにおいて散乱する散乱光Ｒ、特に生体組織Ａの内部まで進達して散乱する散乱光Ｒは、第１のレーザ光Ｐの照射領域近傍において最も強度が高くなる。本実施形態においては、第１のレーザ光Ｐの光束と同じ光路を経由して、集光レンズ１０によって集光され、第１プリズム１２の先端面１２ｃに入射した散乱光Ｒが、接合面１４において部分的に反射されて９０°偏向され、傾斜面１２ｂによって反射されてさらに９０°偏向されて第１プリズム１２の射出面１２ａから射出されて検出用光ファイバ９の入射端９ａに入射する。

その結果、生体組織Ａからの散乱光Ｒのうち、第１のレーザ光Ｐの光束とほぼ同等の経路を辿って戻る散乱光Ｒを入射端９ａに入射させることができる。
すなわち、本実施形態に係る医療用プローブ２によれば、２つのプリズム１２，１３の接合面１４に設けたハーフミラー１４ａによって、第１のレーザ光Ｐと同等の経路を辿って戻る散乱光Ｒを第１のレーザ光Ｐの光路から分離するので、集光レンズ１０より生体組織Ａ側において、射出端８ａから射出された第１のレーザ光Ｐの光束の主光線と、入射端９ａに入射される散乱光Ｒの光束の主光線とを略一致させることができる。

これにより、第１のレーザ光Ｐの生体組織Ａにおける照射領域と、入射端９ａに入射させることができる強度の高い散乱光Ｒの発生領域とを光軸方向の各位置において、広い範囲にわたって重複させることができる。
その結果、生体組織Ａと医療用プローブ２との間隔を変えても、比較的大きな強度の散乱光Ｒを検出し続けることができ、ＳＮ比を向上して高精度の測定を行うことができるという利点がある。生体組織Ａに対する医療用プローブ２の距離を厳密に設定せずに済むので、使い勝手を向上することができる。

なお、本実施形態においては、部分反射部としてハーフミラー１４ａを形成したが、これに代えて、照明用光ファイバ８として偏波保持ファイバを採用し、部分反射部として偏光ビームスプリッタを形成することにしてもよい。この場合の偏光ビームスプリッタは、照明用光ファイバ８を伝送されてきた所定の偏光を有する第１のレーザ光Ｐおよび第２のレーザ光Ｑを透過し、他の偏光方向を有する光は反射する性質を有している。これにより、ハーフミラー１４ａの場合と比較して、散乱光Ｒの一部は偏光ビームスプリッタを透過して失われるが、生体組織Ａに照射する第１のレーザ光Ｐの強度を増大させることができ、ＳＮ比を向上することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、集光レンズ１０に代えて、図３に示されるように、正のパワーを有するグリンレンズ（光学素子）１５を採用してもよい。これにより、プリズム１１とグリンレンズ１５との間に空間を設ける必要がなく、コンパクトに構成することができる。

また、本実施形態においては、図２および図３に示されるように、プリズム１１の先端面１２ｃおよび集光レンズ１０あるいはグリンレンズ１５の先端面１０ａ，１５ａにレーザ光Ｐ，Ｑの光束の主光線に直交する平面を有するものを例示したが、これに代えて、図４および図５に示されるように、プリズム１１の先端面１２ｃおよび集光レンズ１０あるいはグリンレンズ１５の先端面１０ａ，１５ａをレーザ光Ｐ，Ｑの光束の主光線に対して傾斜させてもよい。また、集光レンズ１０については、レーザ光Ｐ，Ｑの入射位置を偏心させてもよい。

プリズム１１の先端面１２ｃ、集光レンズ１０の曲面１０ｂおよび集光レンズ１０の先端面１０ａに入射したレーザ光Ｐ，Ｑは、その一部が反射して戻るが、これらの面を傾斜させ、あるいは集光レンズ１０を偏心させることで、レーザ光Ｐ，Ｑを散乱光Ｒの光路とは異なる方向に反射させることができる。すなわち、集光レンズ１０の曲面１０ｂおよび集光レンズ１０の先端面１０ａに入射したレーザ光Ｐ，Ｑの一部が、これらの面において反射して、散乱光Ｒと同一の光路を戻ることを防止することができ、散乱光Ｒに混じって検出されてしまうことを防止することができるという利点がある。

また、本実施形態に係る医療用プローブ２においては、２つのプリズム１２，１３を組み合わせた略Ｌ字状のプリズム１１を備えることとしたが、これに代えて、図６に示されるように、平行四辺形の縦断面を有する単一の平行平板からなるプリズム（分離素子）１６を採用することにしてもよい。
この場合には、略平行に配置した照明用光ファイバ８および検出用光ファイバ９の長手軸に対して、プリズム１６の２つの平行な平面１６ａ，１６ｂを傾斜して配置する。

射出端８ａから射出された第１のレーザ光Ｐが入射するプリズム１６の第１面（第１の入射面）１６ａには、図７（ａ）に示されるように、第１のレーザ光Ｐが外側から入射し散乱光Ｒが内側から入射する領域を含む範囲（図中のハッチングされた範囲）にコーティングが施されて、ハーフミラー（部分反射部）１６ｃが形成されている。また、プリズム１６の第２面１６ｂに入射した散乱光Ｒが第１面１６ａのハーフミラー１６ｃによって反射されて、第２面（第２の入射面）１６ｂに内側から再度入射する領域を含む範囲（図中のハッチングされた範囲）には、図７（ｂ）に示されるように、散乱光Ｒを反射する反射面１６ｄが形成されている。ハーフミラー１６ｃは、散乱光Ｒが射出する領域とは重複しない領域に設けられている。また、反射面１６ｄも、第１のレーザ光Ｐおよび散乱光Ｒが透過する領域とは重複しない位置に形成されている。

また、この場合には、照明用光ファイバ８の射出端８ａおよび検出用光ファイバ９の入射端９ａは、集光レンズ１０から空気換算で集光レンズ１０の焦点距離だけ離れた位置に配置されている。これにより、照明用光ファイバ８の射出端８ａから射出された第１のレーザ光Ｐは、プリズム１６を透過して集光レンズ１０により屈折されると略平行光となって生体組織Ａに照射されるようになっている。一方、生体組織Ａにおいて生じた散乱光Ｒは、第１のレーザ光Ｐの光束と同等の光束をなして戻るものが、集光レンズ１０により集光され、プリズム１６を透過して検出用光ファイバ９の入射端９ａに入射されるようになっている。

このように構成することで、単純な平行平板のプリズム１６を使用して、同様の効果を得ることができる。第２面１６ｂを傾斜させているので、第１のレーザ光Ｐが散乱光Ｒに混じって戻ることを抑制することができる。

また、本実施形態においては、照明用光ファイバ８および検出用光ファイバ９と集光レンズ１０との間にプリズム１６を配置する場合について説明したが、図８に示されるように、集光レンズ１０とプリズム１６とを入れ替えることにしてもよい。集光レンズ１０によって略平行光となった第１のレーザ光Ｐおよび集光レンズ１０によって屈折されて入射端９ａに入射される略平行光からなる散乱光Ｒが、略平行光の状態でプリズム１６内を透過または反射することにより、同様の効果を得ることができる。この場合のハーフミラー１６ｃおよび反射面１６ｄは図９（ａ）、（ｂ）に示す通りである。

また、図１０および図１１（ａ）、（ｂ）に示されるように、照明用光ファイバ８および検出用光ファイバ９のプリズム１６に対する位置を入れ替えることにしてもよい。この場合には、検出用光ファイバ９の開口数を照明用光ファイバ８の開口数より小さくしておくことが好ましい。

すなわち、図１０に示す例では、照明用光ファイバ８の射出端８ａから射出された第１のレーザ光Ｐは、第１面１６ａを透過して第２面１６ｂに内部から入射すると、第２面１６ｂにおいて反射され、第１面１６ａに再度入射する。図１１（ａ）、（ｂ）に示されるように、この第１面１６ａにおける入射領域に、入射光束の形状にコーティングされた反射面（図中のハッチングされた範囲）１６ｅを形成しておくことにより、第１のレーザ光Ｐを全て反射して第２面１６ｂを透過させ集光レンズ１０によって生体組織Ａに照射させることができる。

一方、第２面１６ｂに入射した散乱光Ｒは、第１面１６ａの反射面１６ｅを透過できないが、その周囲の領域を透過したものが検出用光ファイバ９の入射端９ａに入射する。反射面１６ｅの領域よりも反射面１６ｅを取り囲むドーナツ状の領域の面積は容易に大きくすることができ、十分な光量の散乱光Ｒを検出することができる。

また、検出用光ファイバ９の開口数を照明用光ファイバ８の開口数より大きくすることに代えて、または、これに加えて、図１２から図１４に示されるように、検出用光ファイバ９の入射端９ａの位置を、集光レンズ１０から、空気換算で集光レンズ１０の焦点距離より大きく離す方向にずらすことにしてもよい。この場合の照明用光ファイバ８の射出端８ａの位置は、集光レンズ１０から、集光レンズ１０の焦点距離だけ離れた位置に配置されている。このようにすることで、入射端９ａに入射される散乱光Ｒの光束の形態を、集光レンズ１０から生体組織Ａに向かって窄む形態にすることができる。

すなわち、照明用光ファイバ８の射出端８ａから射出された第１のレーザ光Ｐは、図１３にハッチングで示されるように、集光レンズ１０によって略平行光とされて生体組織Ａに照射されるので、集光レンズ１０に対する生体組織Ａの位置が変化しても、第１のレーザ光Ｐを照射する範囲は大きく変動せず、高い光密度の第１のレーザ光Ｐを生体組織Ａに照射することができる。

一方、生体組織Ａにから戻る散乱光Ｒの光束は、図１４にハッチングで示されるように、集光レンズ１０から生体組織Ａに向かって窄む形態となるので、第１面１６ａに設けられた反射面１６ｅによって、散乱光Ｒの光束の中央部分が遮断されるが、生体組織Ａにおけるレーザ光Ｐの光束と散乱光Ｒの光束との重なりを大きくして、効率よく散乱光Ｒを検出することができる。すなわち、第１のレーザ光Ｐが照射された生体組織Ａの領域内から戻る強度の高い散乱光Ｒを検出でき、測定感度を向上することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、正のパワーを有する光学素子として単一の集光レンズ１０を採用した例を示したが、これに代えて、複数のレンズを備えて、全体として正のパワーを有することとなるレンズ群を採用してもよい。
また、本実施形態においては、第１のレーザ光Ｐを集光レンズ１０によって略平行光に屈折することとしたが、これに代えて、射出端８ａから射出された第１のレーザ光Ｐの拡散角度より小さい拡散角度で拡散する光、あるいは、平行光に近い収斂光に集光することにしてもよい。

２医療用プローブ
８照明用光ファイバ（第１の伝送路）
９検出用光ファイバ（第２の伝送路）
１０集光レンズ（光学素子）
１１プリズム（分離素子）
１５グリンレンズ（光学素子）
１６プリズム（分離素子、平行平板）
１６ａ第１の入射面
１６ｂ第２の入射面
１６ｃハーフミラー（部分反射部）
Ａ生体組織
Ｐレーザ光
Ｒ散乱光

Claims

生体組織に対して照射するレーザ光を伝送し射出端から射出する第１の伝送路と、
前記生体組織における動的成分情報を含む該生体組織からの散乱光を入射端において受光して伝送する第２の伝送路と、
前記射出端から射出された前記レーザ光を屈折させて前記生体組織に照射するとともに、該生体組織からの散乱光を集光して前記入射端に受光させる、全体として正のパワーを有する光学素子と、
前記レーザ光の光路に沿って前記生体組織から戻る散乱光を前記レーザ光の光路から分離して前記入射端に入射させる分離素子とを備える医療用プローブ。
前記分離素子が、前記射出端から射出された前記レーザ光を透過させる領域に前記散乱光の少なくとも一部を反射する部分反射部を備えるプリズムである請求項１に記載の医療用プローブ。
前記プリズムが、前記レーザ光を入射させる第１の入射面と、前記散乱光を入射させる第２の入射面とを平行に備え、かつ、これらの入射面が前記レーザ光および前記散乱光の光束の主光線に対して傾斜して配置される、透明な材質からなる平行平板であり、
前記第１の入射面の前記レーザ光の入射領域に、前記部分反射部が設けられ、
前記第２の入射面を透過し前記部分反射部において反射された前記散乱光が前記第２の入射面に内側から再度入射する領域に、入射した散乱光を反射して前記第１の入射面から射出させる反射領域が設けられている請求項２に記載の医療用プローブ。
前記分離素子が、前記射出端から射出された前記レーザ光を反射させる領域に前記散乱光の少なくとも一部を透過する部分反射部を備えるプリズムである請求項１に記載の医療用プローブ。
前記プリズムが、前記レーザ光を入射させる第１の入射面と、前記散乱光を入射させる第２の入射面とを平行に備え、かつ、これらの入射面が前記レーザ光および前記散乱光の光束の主光線に対して傾斜して配置される、透明な材質からなる平行平板であり、
前記第１の入射面を透過した前記レーザ光が前記第２の入射面に内側から入射する領域に前記レーザ光を反射する反射領域が設けられ、
該反射領域において反射された前記レーザ光が前記第１の入射面に内側から再度入射する領域に前記部分反射部が設けられ、
該部分反射部が、前記散乱光を透過させる領域内の一部に部分的に配置されている請求項４に記載の医療用プローブ。
前記第２の伝送路の開口数が、前記第１の伝送路の開口数よりも大きい請求項５に記載の医療用プローブ。
前記射出端が前記光学素子の焦点距離近傍に配置され、
前記入射端が前記光学素子の焦点距離よりも該光学素子から離れた位置に配置されている請求項５または請求項６に記載の医療用プローブ。
前記部分反射部が、ハーフミラーである請求項１から請求項７のいずれかに記載の医療用プローブ。
前記部分反射部が、所定の偏光を有する前記レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタである請求項１から請求項７のいずれかに記載の医療用プローブ。
前記レーザ光の光束と前記散乱光の光束とが重なる位置に配置される前記光学素子の面が前記レーザ光の光束の主光線に対して傾斜して配置されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の医療用プローブ。
前記レーザ光の光束と前記散乱光の光束とが重なる位置に配置される前記分離素子の面が前記レーザ光の光束の主光線に対して傾斜して配置されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の医療用プローブ。