JPH0433460B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明は、物体ことに主体の断層像を得るた
めのコンピユータ断層撮影装置（以下CT装置と
称す）に関する。

(ロ) 従来技術 従来のCT装置としては、Ｘ線CT装置、エミツ
シヨンCT装置（ポジトロンCT装置、シングルフ
オトンCT装置）、NMR・CT装置および超音波
CT装置が知られている。

これらのCT装置のうち生体の代謝機能を観測
できるものはエミツシヨンCT装置および
NMR・CT装置である。

しかしエミツシヨンCT装置は放射線を観測す
るものであつて生体内にラジオアイソトープ
（RI）を注入するために被曝を避けられない欠点
があり、またNMR・CT装置は電磁波を観測す
るものであつて強い磁界を発生する設備や磁気シ
ールド設備を必要とするために装置自体や付帯設
備が大型になる欠点がある。

一方、最近、光を利用して生体の細胞組織を分
光学的に研究することが提案されている。［「心筋
組織の酸素特性」田村その他“心臓”Vol.14No.
2′82］、［「ミオグロビンの生理的意義」田村その
他“生物物理”Vol.16No.1′76］、［「Opitical
Measurement of Intracellular oxygen
Concentration of Rat Heart in Vitro」
Tamura et al“ARCHIVES
OFBIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS”
Vol.191 No.１ November、′78］。

(ハ) 発明の目的 この発明は、光とCT装置とを組合せた装置を
提供するものであつて、すなわち光を利用して物
体ことに生体の細胞機能を分光学的にかつ２次元
的に解析しうる装置を提供するものである。

この発明の装置においてはたとえば生体におけ
るヘモグロビン、ミオグロビンなどの酸素分子と
結合しうるタンパク質の酸素との結合状態を量的
に２次元分布で観測でき、また呼吸鎖の構成成分
であるチトクローム類などの酸化、還元状態は酸
素濃度およびエネルギー状態の関数であり、これ
らの酸化、還元状態からミトコンドリアの酸素濃
度を２次元分布で観測でき、これによりたとえば
酸素欠乏状態のミオグロビンを観測することで血
行障害等の器質性障害、その程度およびその正確
な部位の発見に役立ち得るものである。

(ニ) 発明の構成 この発明のCT装置は、測定対象に対して吸収
のある波長の光ビームを被測定物体に透過させ、
その光ビームの強度のデータから被測定物体内部
における測定対象の２次元分布像を得ることを特
徴とするものであつて、光線CT装置と称しうる
ものである。

すなわち、この発明の光線CT装置は、可視光
および／または近赤外光の光ビームを被測定物体
に放射するための光源手段、被測定物体を透過し
た前記光ビームを受光してその光強度に応じた信
号を出力する光検出手段、被測定物体に対して異
なる位置で前記光ビームを透過させるためのビー
ム走査手段、そのビーム走査手段に係る光ビーム
位置信号と前記光検出手段の出力信号とに基いて
被測定物体内部における測定対象の２次元分布を
算出するデータ処理手段およびそのデータ手段で
得た２次元分布を映像して表示する映像表示手段
を具備して構成される。

上記光源手段による光ビームの波長は、被測定
物体が生体である場合には500nｍ〜1500nｍであ
るのが好ましいが、これは500nｍより短い波長
では生体内での散乱が大きくなり、1500nｍより
長い波長では生体内の水分による吸収が大きくな
つて光ビームの透過率が著しく小さくなるからで
ある。

上記光検出手段が受光する光ビームは、測定対
象にたいして吸収度が選択的に大きい波長の単色
光ビームであるか、又はその吸収度が選択的に大
きい波長の単色光ビームおよび測定対象に対する
吸収度がその単色光ビームと異なりかつ他の吸収
物質に対する吸収度が実質的に同程度の波長の単
色光ビームの異なる２波長のもしくは３以上の波
長の光ビームであるのが好ましい。異なる２波長
もしくは３以上波長の光ビームを使用するのは、
反射、散乱や被検体の厚みの変化の影響を避ける
ことが主目的である。異なる２波長の具体例とし
ては、測定対象が水分である場合には、約1450n
ｍの波長の光ビーム、もしくは約1450nｍの波長
の光ビームおよび約1200nｍの波長の光ビームを
挙げることができる。また測定対象がヘモグロビ
ンである場合には、約650nｍの波長の光ビーム、
もしくは約650nｍの波長の光ビームおよび約
750nｍの波長の光ビームを挙げることができる。
約650nｍと約750nｍの２波長の光ビームを用い
るとヘモグロビンのみを測定対象とできこれはヘ
モグロビンを指標として生体内の酸素濃度の観測
が可能であることを意味し、また同時に酸素の代
謝の観測も可能であることを意味している。ヘモ
グロビンは1000nｍ付近にも吸収ピークをもち、
この波長を使つた測定も可能である。さらに測定
対象がチトクロームである場合には、約850nｍ
の波長の光ビーム、もしくは約850nｍの波長の
光ビームおよび約900nｍの波長の光ビームを挙
げることができる。約850nｍと約900nｍの２波
長の光ビームを用いると酸化されたチトクローム
のみを測定対象とでき、これはチトクロームを指
標とした生体内の酸素の濃度の観測および酸素の
代謝の観測が可能であることを意味している。

光ビームの波長を選ぶためには、半導体レーザ
のような単色光源を光源手段に用いるか、タング
ステンランプやハロゲンランプのような白色光源
を光源手段に用いると共に光源手段もしくは光検
出手段にフイルタまたはグレーテイングのような
分光器を設けるとよい。光検出手段としては、た
とえばフオトダイオードやフオトトランジスタや
PbSセルを用いることができる。

上記ビーム走査手段は、公知のＸ線CT装置に
おいて提案されているＸ線走査手段を利用するこ
とができる。たとえば特開昭50−156387号におけ
る並進／回転方式、特開昭50−28894号における
回転方式、特開昭52−106698号における検出器全
周設備／ビーム源回転方式、特開昭51−126088号
におけるビーム源および検出器全周設備方式を利
用できる。特に、この発明における光源手段およ
び光検出手段は、Ｘ線源およびＸ線検出器により
も小型かつ安価であるから、両者を被測定物体の
全周に配置して、電気的に高速走査することを容
易に行いうる。

上記データ処理手段は、公知のCT装置におい
て提案されているデータ処理手段を利用すること
ができる。たとえば特開昭50−28385号における
データ処理手段を利用できる。

上記映像表示手段は、CRT上に画像を表示す
る公知の映像表示手段を利用することができる。

(ホ) 実施例 第１図に示す１は、この発明の光源CT装置の
一実施例である。

光源手段２は、第２図に示すように、タングス
テンランプ３と干渉フイルタ５，６とからなり、
干渉フイルタ５，６の切換回転によつて約650n
ｍの波長のビームおよび約750nｍの波長の光ビ
ームを交互に放射する。

光検出手段８は、フオトダイオード９と約
600nｍ以下の波長の光をカツトする光学フイル
タ１０とからなる。光学フイルタ１０を用いるの
は測定室内の照明の影響を防ぐためである。すな
わち測定室内の照明をたとえば低圧ナトリウムラ
ンプのような光源により行うと、その照明光は光
学フイルタ１０でカツトされるから測定に影響を
与えない。

光源手段２と光検出手段８は、対向して配置さ
れており、中間に被測定物体０を置くことで透過
光を検出しうる。

ビーム走査手段１１は、公知の並進／回転方式
のものである。並進モータ１２が回転してベルト
１３ａ，１３ｂが回動すれば、光源手段２および
光検出８が並進し、光ビームが同じ角度を保ちつ
つ被測定物体０を走査する。また、回転モータ１
４が回転してガントリ１５が回転すれば、被測定
物体０が対する光ビームの角度が変わる。並進走
査に関する位置信号は位置センサ１６から出力さ
れ、角度に関する位置信号は位置センサ１７から
出力される。

１８はコンピユータシステムで、オペレータと
の対話、装置全体の電気機械的制御およびデータ
処理を行う。すなわち並進走査でプロフアイルを
得ることを角度を変えて繰返し、多数のプロフア
イルを得て、これらから光吸収物質の２次元分布
を算出する。

約650nｍの波長の光ビームはヘモグロビンに
よつて吸収されるので、約650nｍの波長に対応
する光検出手段８の出力信号から、ヘモグロビン
の２次元分布を得ることが可能である。また約
750nｍの波長の光ビームは、酸素化されたヘモ
グロビンに対しては約650nｍの波長の光ビーム
を同程度の吸収を受け、脱酸素化されたヘモグロ
ビンに対しては約650nｍの波長の光ビームより
も大きな吸収を受けるから、両波長に対する光検
出手段８の出力信号の差から、酸素濃度の２次元
分布が観測可能である。両波長と光検出手段８の
出力信号の対応は、干渉フイルタ５，６の切換の
同期信号によつて判別される。さらにデータ採取
のタイミングを生体の心拍または世九検出器の信
号と同期させれば、心拍や呼吸と同期した代謝の
状態を観測することができる。

コンピユータシステム１８で得られた光呼吸物
質すなわち測定対象の２次元分布は、CRTデイ
スプレイ１９にて映像表示される。

第３図は光源手段２の他の構成例を示すもの
で、２つの波長の光ビームは、セクターミラー７
の回転によつて交互に被測定物体０に放射され
る。イはレーザーダイオード２０，２１を用いる
場合、ロは色素レーザ装置を用いる場合である。
後者において２２ａ，２３ａはYAGレーザ装置、
２２ａ，２３ｂは色素であり、色素２２ａ，２３
ｂを選ぶことによつて波長を比較的自由に選択で
きる。

第４図はこの発明の光線CT装置の他の実施例
の要部を示すものであり、光ビームは光フアイバ
によつて導くことができる性質を利用した独自の
ビーム走査手段を有している。

すなわち、被測定物体０が置かれる空間の周囲
に小レンズ２４ａ，２４ｂ…２４ｑ，２４ｒ…を
配設する。それらから光フアイバ２５ａ，２５ｂ
…２５ｑ，２５ｒ…を導出し、各光フアイバ２５
ａ，２５ｂ…２５ｑ，２５ｒ…を光フアイバ２７
ａ，２７a′，２７ｂ，２７b′，…，２７ｑ，２７
q′，２７ｒ，２７r′，…に分ける。２つに分けた
光フアイバのうち、一方の光フアイバ２７ａ，２
７ｂ…２７ｑ，２７ｒ…の端部は固定板２８に円
周状に並べて固定し、他方の光フアイバ２７a′，
２７b′…２７q′，２７r′…の端部も固定板２９に
円周状に並べて固定する。固定板２８には、透孔
３１が開けられた回転遮光板３０を対向させ、そ
の回転遮光板３０の後に光源手段２を置く。また
固定板２９には、透孔３３が開けられた回転遮光
板３２を対向させ、その回転遮光板３２の後に光
検出手段８を置く。

光源手段２から出た光ビームは、透孔３１に位
置が対応している１本の光フアイバ２７ｂに入
り、それに結合されている光フアイバ２５ｂを通
り、小レンズ２４ｂからフアンビームとして放射
される。フアンビームの照射域内にある光フアイ
バには光が入射するが、透孔３３に位置が対応し
ている１本の光フアイバ２７q′に入射した光だけ
が光検出器８に受光される。

そこで回転遮光板３０を或る位置で固定してお
いて回転遮光板３２を回転すれば、１つの位置で
フアンビームに対応する複数個のデータが得られ
るから、回転遮光板３０の位置を変えて同じこと
を繰返せば、２次元分布を算出するのに充分なデ
ータを得ることができる。

第５図は人の掌の血液循環状態を光線の吸収に
より観測した状況を示すものである。掌の厚さは
約25mmであり、光源手段２と光検出手段８の間に
静置し、上腕部をバンドＢで締めたり緩めたりし
て血液循環状態を変えた。第６図はその観測結果
であつて、イは光源手段２が50Wのタングステン
ランプおよび光フイルタ〔透過波長1060nｍ、半
値幅20nｍ〕の場合、ロは光源手段が３ｍＷのレ
ーザダイオード〔波長780nｍ〕の場合である。
光検出手段８はいずれもシリコン・フオトダイオ
ードであり、その出力信号を増幅した電圧をデー
タとして示した。第６図における白い矢印の時刻
にバンドＢを締め、黒い矢印の時刻にバンドＢを
緩めているが、バンドＢを締めると掌が鬱血する
ために酵素欠乏状態となり光の吸収が増加してい
る。

なお、測定対象としてたとえばミオグロビンを
選んでもよい。また特定の波長の光に吸収のある
物質（薬液や気体など）を被測定物体内に注入し
ていわゆる造影法やトレーサ法を適用してもよ
い。

(ヘ) 発明の効果 この発明の光線CT装置によれば、次のような
効果が得られる。

被測定物体内の光吸収物質濃度の２次元分布
を無侵襲で得ることができる。

光吸収物質濃度の２次元分布の時間変化に基
いて、生体の代謝の機能を観測でき、医学的診
断に利用できる。

放射線による被曝が無いので安全性が高く、
取り扱いや保守が容易である。

光源および検出器はＸ線源およびＸ線検出器
等に比べて安価で小型であるから、装置自体の
コストが安価になり、また小型化できる。また
Ｘ線防護施設や磁気シールド施設が不要であ
り、付帯設備のコストが安い。

光ビームの波長の選択は容易であるから、所
望の測定対象に適した波長で観測できる。

２波長または３以上の波長の使用によつて、
反射、散乱、測定対象の厚みおよび測定対象以
外の光吸収物質による吸収の影響を除去でき
る。

生体や物体に特定の波長の光に吸収のある物
質を注入していわゆる造影法やトレーサ法とし
て使用すれば、自然状態では観測できないもの
でも観測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光線CT装置の一実施例の
構成説明図、第２図は第１図に示す装置における
光源手段と光検出手段の構成説明図、第３図は光
源手段の例を示す第２図相当図、第４図はこの発
明の光線CT装置の他の実施例の要部構成説明図、
第５図は光線により血液循環状態を観測する実験
の説明図、第６図は第５図に示す実験結果のグラ
フである。 １……光線CT装置、２……光源手段、３……
タングステンランプ、５，６……干渉フイルタ、
７……セクターミラー、８……光検出手段、９…
…フオトダイオード、１０……光学フイルタ、１
１……ビーム走査装置、１２……並進モータ、１
４……回転モータ、１６，１７……位置センサ、
１８……データ処理装置、１９……CRTデイス
プレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可視光および／または近赤外光の光ビームを
   被測定物体に放射するための光源手段、被測定物
   体を透過した前記光ビームを受光してその光強度
   に応じた信号を出力する光検出手段、被測定物体
   に対して異なる位置で前記光ビームを透過させる
   ためのビーム走査手段、そのビーム走査手段に係
   る光ビーム位置信号と前記光検出手段の出力信号
   とに基いて被測定物体内部における測定対象の２
   次元分布を算出するデータ処理手段およびそのデ
   ータ処理手段で得た２次元分布を映像にして表示
   する映像表示手段を具備してなる光線CT装置。 ２ 光源手段もしくは光検出手段のいずれかが分
   光手段を具備してなる請求の範囲第１項記載の光
   線CT装置。 ３ 光源手段が、異なる２つのまたは３つ以上の
   波長の光ビームを放射可能である請求の範囲第１
   項または第２項記載の光線CT装置。 ４ 光検出手段が、異なる２つのまたは３つ以上
   の波長の光ビームに対応する出力信号を弁別可能
   に出力しうる請求の範囲第３項記載の光線CT装
   置。 ５ データ処理手段が、異なる２つのまたは３つ
   以上の波長の光ビームに対応する光検出手段の各
   波長に対応する出力信号の間で演算を行ない、そ
   の演算結果と光ビーム位置信号に基いて測定対象
   の２次元分布を算出する請求の範囲第４項記載の
   光線CT装置。 ６ 光源手段がタングステンランプを含んでなる
   請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の光
   線CT装置。 ７ 光源手段がハロゲンプランを含んでなる請求
   の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の光線
   CT装置。 ８ 光源手段がキセノンランプを含んでなる請求
   の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の光線
   CT装置。 ９ 光源手段がレーザ装置を含んでなる請求の範
   囲第１項〜第５項のいずれかに記載の光線CT装
   置。 １０ レーザ装置が色素レーザ装置からなる請求
   の範囲第９項記載の光線CT装置。 １１ レーザ装置が半導体レーザ装置からなる請
   求の範囲第９項記載の光線CT装置。 １２ 光検出手段が光電子増倍管を含んでなる請
   求の範囲第１項〜第１１項のいずれかに記載の光
   線CT装置。 １３ 光検出手段がフオトダイオードを含んでな
   る請求の範囲第１項〜第１１項のいずれかに記載
   の光線CT装置。 １４ 光検出手段がフオトトランジスタを含んで
   なる請求の範囲第１項〜第１１項のいずれかに記
   載の光線CT装置。 １５ 光検出手段が光導電セルを含んでなる請求
   の範囲第１項〜第１１項のいずれかに記載の光線
   CT装置。