JPH0465684B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、生体の臓器、組織の反射特性測定
方法およびその装置に関する。さらに詳細には、
この発明は生体の臓器、組織の反射特性により病
変の有無を検出する際などに利用される生体の臓
器、組織の反射特性測定方法特に拡散反射測定方
法およびその装置に関する。

＜従来の技術および発明が解決しようとする問題
点＞ 従来から臨床診断等の分野で、生体の臓器、組
織、例えば、皮、粘膜、摘出臓器等の被検体に光
を照射し、その反射特性により病変の有無、症状
等を診断する方法が広く用いられてい。そのよう
な診断に用いられる方法および装置として、光源
からの光を第１の光フアイバを用いて伝送し、該
光フアイバの被検体と対向する先端部（以下、照
射先端部と称する）から被検体に照射するととも
に被検体からの反射光を第２の光フアイバの被検
体と対向する先端部（以下、受光先端部と称す
る）で受光し、受光素子、分光器等の光検知器か
らなる測光手段に伝送して、被検体の反射特性を
検出する方法およびそのような反射特性検出手段
を備えた装置が汎用されている。

このような方法および装置において、被検体に
対して入射角と反射角が等しくなるように光フア
イバの照射先端部および受光先端部の位置を設定
すると反射光量が最も大きくなり、Ｓ／Ｎ比の優
れた測定ができる。しかし、この場合、照射側と
受光側との２本のブローブをある一定の角度を持
つて設ける必要性からスペースを多く必要とす
る。また、通常生体の臓器、組織などの被検体は
ツヤを有し、光を照射した場合、表面反射が大き
い。従つて、臓器または組織内部からの被検体固
有の内部情報を含んだ拡散反射光を測定する際に
は、この大きな表面反射光により妨害され、測定
精度が劣るという問題がある。

このため、表面反射を極力少なくする方法とし
て、光フアイバの受光先端部を正反射光が入らな
い角度に設ける法が提案されているが、この方法
でも、照射側と受光側との２本のプローブを一定
の角度をもつて設ける必要があるので、前記と同
様な問題が生じ、さらに臓器、組織の内部情報を
含んだ拡散反射の受光量が減少してＳ／Ｎ比が悪
くなるとともに被検体表面に凹凸がある場合に
は、表面反射光が入りやすくなり測定値の信頼性
に欠ける。

このような問題から、光フアイバの照射先端部
と受光先端部とを一束となし、被検体に対して略
垂直方向から光を照射するとともに、その垂直方
向の反射光を測定する方法が提案されている。こ
の方法によれば、スペースを少なくすることはで
きるが、生体の臓器、組織からの表面反射を抑制
する点では従来と同様な問題がある。すなわち、
一般的に、屈折率の異なる２層（屈折率をそれぞ
れn1およびn2とする）の界面に光を垂直に入射
した場合、界面での表面反射率(R)は、下記の一般
式で定義される。

Ｒ＝（n1−n2／n1＋n2）² 上記式より明らかなように、２層の屈折率の差
が小さいほど表面反射率が低くなる。従つて、空
気等の屈折率の小さい気相を介して被検体に光を
照射した場合には、光フアイバおよび被検体と気
体との屈折率の差が大きいので、光フアイバ先端
部と気相との界面および被検体表面と気相との界
面での表面反射が大きくなり、前記の場合と同様
に正確な測定ができない。

そこで、上記一束になした照射先端部および受
光先端部を、被検体表面に接触させ、圧迫して測
定し、光フアイバ先端部および被検体からの表面
反射を極力低くできる装置が提案されている（特
公昭60−43134号公報参照）。しかし、この場合に
も光フアイバ先端部と被検体表面との間に空気な
どが介在して表面反射を生ずる場合がある。ま
た、生体の臓器、組織は圧迫されると、この圧迫
の程度により臓器、組織が変色し、反射スペクト
ルにも変化が生じ、圧迫力を均一に保持すること
が困難なことを考慮すると再現性のある測定がで
きないという問題がある。さらに、生体臓器、組
織の蛍光測定を行う場合には、高エネルギーの励
起光を用いる必要が有り、上記のように被検体に
接触させて測定すると光照射された部分の温度が
上昇するとともに表面の乾燥、生体臓器や組織の
変質等が生じ、拡散反射光の正確な測定ができな
いという問題がある。

＜目 的＞ この発明は上記問題点に鑑みてなされたもので
あり、簡便にして且つ再現性に優れるとともに被
検体に悪影響を及ぼすことなく拡散反射特性を測
定できる生体の臓器、組織の拡散反射特性測定方
法およびその装置を提供することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記の問題点を解決すべくなされた、この発明
の第１の発明である生体の臓器、組織の拡散反射
特性測定方法は、光源からの光を伝送し、当該光
を、人体から分離された臓器、組織、または人体
を除く生体の臓器、組織からなる被検体に照射す
る第１の光フアイバと、被検体からの反射光を受
光し測光手段に伝送する第２の光フアイバとを用
いて被検体の反射特性を検出する方法であつて、
上記第１の光フアイバおよび第２の光フアイバの
照射先端部および受光先端部と被検体との間に、
被検体の表面の屈折率と近似した屈折率を有する
透明液体を充填した状態で測定することを特徴と
し、また第２の発明である生体の臓器、組織の拡
散反射特性測定装置は、被検体の少なくとも一部
を収容する測定槽と、光源からの光を伝送し被検
体に照射する第１の光フアイバと被検体からの反
射光を受光し測光手段に伝送する第２の光フアイ
バとを用いて被検体の反射特性を検出する反射特
性検出手段と、上記第１の光フアイバと第２の光
フアイバの照射先端部および受光先端部と被検体
のとの間に、被検体の表面の屈折率と近似した屈
折率を有する透明液体を充填するべく供給する手
段とからなることを特徴とするものである。

なお、上記の透明液体としては、例えば、水、
生理食塩水、エタノール等のアルコール類、含水
アルコール類等が例示される。また、上記照射先
端部と受光先端部とは一束に形成されていもよ
い。

＜作 用＞ この発明は、前記の構成よりなり、光源からの
光は第１の光フアイバを伝送され該光フアイバの
照射先端部から、当該先端部と被検体との間に充
填された透明液体を介して被検体に照射される。
また、被検体で反射された光は上記の透明液体を
介して第２の光フアイバの受光先端部で受光され
る。従つて、光フアイバおよび被検体表面の屈折
率と大きな差がある空気等の気体が介在しないの
で、光照射時および受光時の光フアイバ先端部に
おける表面反射並びに被検体表面における表面反
射が抑制され、しかも、透明液体の屈折率が被検
体の表面の屈折率と近似されているので、被検体
表面における表面反射が一層抑制され、被検体内
部の情報を含む拡散反射光を多く測定することが
できる。

さらに、前のように液体を介して被検体に光が
照射されるので、蛍光分析のように大きなエネル
ギーを有する光を照射しても、被検体が乾燥した
り熱変性することがなく、正確な情報を得ること
ができる。

＜実施例＞ 以下、実施例を示す添附図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、この発明の第１の発明である測定方
法の一実施例を示す概念図で、例えば、キセノン
ランプ、水銀ランプ、タングステンランプなどの
光源１、上記光源１からの光を伝送し、照射先端
部３′より、）人体から分離された臓器、組織、
）人を除く動物の臓器、組織、または）植物
の組織からなる被検体２に照射する第１の光フア
イバ３、被検体２からの反射光を受光先端部５′
から受光し、受光素子、分光分析器等からなる測
光手段４に伝送する第２の光フアイバ５、光フア
イバ３および５の照射先端部３′および受光先端
部５′を一束に束ねる外套管６、ならびに外套管
６の先端部と被検体２の間に充填された、被検体
２表面の屈折率と近似した屈折率を有する透明液
体７で構成され、光フアイバ３および５は、夫々
複数本の光フアイバが束ねられたものが用いられ
ている。この発明の測定方法を同図に基づいて説
明すると、まず、被検体２である、人体から分離
された皮膚等の組織などの上に透明液体７を一滴
滴下する。滴下された透明液体７に、前記の光フ
アイバ３および５の照射先端部３′および受光先
端部５′を接触させるとともに照射先端部３′およ
び受光先端部５′と被検体との間が所定の距離と
なるように固定する。この状態で、光源１からの
出射光を光フアイバ３に入射、伝送し、該フアイ
バ３の照射先端部３′より、透明液体７を介して
被検体２に照射する。被検体２からの反射光は光
フアイバ５の受光先端部５′で受光され、光フア
イバ５を伝送し、受光素子、分光分析器等の測光
手段４に入射され、測光される。測光手段４から
の信号は、演算処理部（図示せず）等の慣用の処
理手段に入力され、その結果が表面部に表面され
る。

第２図は、上記の実施例における光フアイバ３
および５の照射先端部３′および受光先端部５′の
一変形例を示す断面概略図で、この例にあつて
は、外套管６内の束ねられた照射先端部３′およ
び受光先端部５′の略中心に該光フアイバと平行
に細管８が設けられている。透明液体２は、透明
液体７の供給源（図示せず）からポンプ等の送液
手段を用い、該細管８を介して被検体２上に滴下
して供給され、以下、上記実施例と同様な手順に
より被検体の反射特性が測定される。この変形例
によれば、透明液体７は照射先端部３′および受
光先端部５′側から被検体２上に滴下されるので、
照射先端部３′および受光先端部５′に空気等の気
泡が付着することを防止でき、該先端部３′およ
び５′と被検体との間を透明液体７で確実に充満
させることができる。

第３図ａおよびｂは、この発明の第２の発明で
ある生体の臓器、組織の反射特性測定装置の一実
施例の縦断面概略図および同ａ図のＢ−B′線に
おける横断面概略図をそれぞれ示し、第１図に示
される実施例の部材と同一の部材には同一の符号
を付した。この第２発明の実施例においては、被
検体２に、上述した）〜）に加えて、人体か
ら分離されない臓器、組織も含まれる。金属、プ
ラスチツク等の材質からなる測定槽９には、その
内部に略中央から下端面に向けて円柱状の中空部
が形成されている。また、測定槽９の下端面には
慣用の固着具１０を介して底蓋１１が脱着自在に
設けられ、底蓋１１は、装着時にはＯリング等の
シール部材により、測定槽９の下端面と密着し、
前記円柱状の中空部と底蓋１１で透明液体７を充
満させる充満部１２が形成される。該充満部１２
には、透明液体７を充満部１２に供給するため
に、透明液体７の供給管１３が測定槽９上部側壁
から測定槽９本体内を通り充満部１２の下方側壁
に通じ、また、充満部１２内の透明液体７およ
び／または空気等の気体を排出するために、排出
管１４が充満部１２の上端面から測定槽９本体内
を通り測定槽９上部側壁に通じている。透明液体
７は、透明液体７の供給管（図示せず）からポン
プ等の送液手段により、該供給管１３を介して充
満部１２に供給され、順次液面が上昇し、それと
ともに充満部１２内の空気等は排出管１４から排
出されるので、最終的に充満部１２を完全に透明
液体７で充満することができる。また、測定槽９
の上方には、取り付け部材、シール部材等の慣用
の部材を用いて、測定槽９の上端面中心部から、
光フアイバ３および５の照射先端部３′および受
光先端部５′が、充満部１２に向けて貫通して設
けられ、さらに照射先端部３′および受光先端部
５′は、被検体との距離を所定の間隔に保持でき
るように、上下に摺動可能に形成されている。照
射先端部３′および受光先端部５′の先端は、透明
液体７中に浸漬されるよう、通常、充満部１２の
上端面と面一または上端面より多少充満部１２側
に突出した状態で使用される。

なお、照射先端部３′および受光先端部５′を充
満部１２の側壁に設け、光の照射および受光を被
検体の側方より行つてもよい。また、該充満部１
２には、充満部１２内の透明液体７の液温を検知
する温度センサが設けられていてもよく、液温を
モニターしながら反射特性を測定することができ
る。

次に、第３図で示される装置の使用方法を具体
的に説明すると、まず、固着具１０を外して、底
蓋１１を取外し、生体から取り出した臓器、組織
等の被検体２を測定槽９の充満部１２に収容し、
次いで底蓋１１を取り付けて固着具１０で固定す
る。照射先端部３′および受光先端部５′を上下に
摺動させ適宜調整して被検体との間を所定の距離
に保持した後、透明液体７の供給管１３から透明
液体７を充満部１２に供給し、充満部１２を透明
液体７で満す。次いで、光源（図示せず）からの
光を光フアイバ３で伝送し、照射先端部３′から
透明液体７を介して被検体２に照射する。被検体
２からの反射光は透明液体７を介して光フアイバ
５の受光先端部５′に受光され、入射された光は
光フアイバ５を伝送されて測光手段（図示せず）
で検出され、反射特性が測光される。

なお、上記の測定に際して、充満部１２に供給
される透明液体７を、適宜な温度に加熱または冷
却して供給してもよく、液温を漸次上昇または下
降させて供給することにより、温度変化に対する
被検体の反射特性の変化を測定することができ
る。また、透明液体７が生理食塩水等のように媒
質を含む場合には、媒質濃度の異なつた液体を充
満部１２に供給することにより、充満部１２内の
透明液体７の屈折率を適調整することができる。

第４図は、この発明の測定装置の他の実施例の
縦断面概略図を示し、第３図の実施例の部材と同
一の部材には同一の符号を付してある。この装置
は、前記第３図で示される実施例の装置を簡便に
したもので、透明液体７は測定槽９の一方の側面
に設けられた供給管１３より供給されるとともに
他方の側面に設けられた排出管１４より排出され
る。また底蓋１１は測定槽９に固着されており、
脱着自在に形成された上蓋１５を取外すことによ
り被検体２を充満部１２に収容する。以下、第３
図に示される実施例と同様な手順にて被検体の反
射特性が測定される。

第５図は、この発明の測定装置の他の実施例の
縦断面概略図を示し、第３図で示される実施例の
部材と同一の部材には同一の符号を付してある。
この装置は、被検体２が生きた心臓などのように
動きを有する場合に特に好ましく使用される装置
で、被検体２は、充満部１２の上方より糸１６等
により充満部１２内に吊着される。光フアイバ３
および５の照射先端部３′および受光先端部５′
は、底蓋１１側に設けられ、該照射先端部３′か
らの出射光は、下方より被検体２に照射され、ま
た反射光が受光先端部５′に受光される。測定手
順は前記第３図で示される実施例と同様な手順に
にて反射特性が測定される。この実施例では、被
検体２が充満部１２内に吊着されているので、充
満部１２の底部に被検体２を収容した場合に比
べ、被検体２の動きが阻害されないとともに被検
体２の自重による影響を浮力により除去できるの
で、被検体２から正確な情報を得ることができ
る。

なお、この発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の要旨を変更しない範囲で
適宜設計変更ができ、例えば上記の実施例では光
フアイバ３および５は、夫々複数本の光フアイバ
が一束になつて構成されているが、夫々が一本の
光フアイバで構成されていてもよく、また照射先
端部３′と受光先端部５′とを一本の双方向光フア
イバで兼用し、光分岐結合器を介して発光源およ
び測光側からの光フアイバを前記双方向光フアイ
バの一端に結合するような構成であつてもよい。
また、光源と光フアイバ３との間または光フアイ
バ５と測光手段４との間に、フイルター、プリズ
ム、スリツト等の分光手段を設けて単色光とな
し、各波長における反射特性を測定してもよい。
又、測定サンプルは植物、食物であつてもよい。

次に、実施例に基づいて、この発明をより詳細
に説明する。

実験例 第１図に示される装置図において、光源、測光
手段および光フアイバとして、光フアイバ付きの
光源（Ｊ＝50W）内蔵型分光光度計（大塚電子株
式会社製、MCDD−200）を用い、男の指の皮膚
の反射率を、光フアイバ先端部と被検体との間に
空気または水を介在させて測定した。

なお、測定温度は25℃、反射率のリフアレンス
としては白色標準板を用い、水または空気中にお
ける白色標準板の反射率を100とした。また、光
フアイバ先端部と被検体または白色標準板のとの
距離は５mmとした。測定時間は１秒間とし、８回
繰り返して測定を行い、その平均値を求めた。そ
の結果を、第６図に示す。

第６図のスペクトル図から明らかなように、空
気が介在する場合には、全波長に亘りなだらかな
曲線となり特異的なピークを示さないが、水を介
在させた場合には、560nmにチトクロームＣに基
づくピークが出現し、被検体固有の拡散反射特性
が検出された。

＜発明の効果＞ 以上のように、この発明の第１の発明である生
体の臓器、組織の反射特性測定方法によれば、出
受光先端部と被検体との間に、透明液体、特に被
検体表面の屈折率と近似する屈折率を有する透明
液体が介在するので、光フアイバ先端部および被
検体の表面における表面反射が抑制され、被検体
の情報を含んだ拡散反射光を多く測定することが
でき、また蛍光分析のように高エネルギーの光を
照射しても被検体の温度上昇や乾燥が防止され、
正確な情報を得ることができるという特有の効果
を奏し、また第２の発明である生体の臓器、組織
の反射特性測定装置によれば、上記の効果に加え
て、供給する透明液体の屈折率を適宜調整するこ
とができ、さらに供給される透明液体の温度制御
が可能なので温度変化に対する被検体の反射特性
の変化を測定することができるという特有の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の測定方法の一実施例を示
す概略図、第２図は、この発明の測定方法の変形
例の要部を示す断面概略図、第３図は、この発明
の測定装置の一実施例を示す縦断面概略図および
横断面概略図、第４図および第５図は、この発明
の測定装置の他の実施例を示す断面概略図、第６
図は、実験例で得られた反射スペクトル図であ
る。 １……光源、２……被検体、３，５……光フア
イバ、４……測光手段、７……透明液体、９……
測定槽、１１……底蓋、１２……充満部、１３…
…供給管、１４……排出管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源からの光を伝送し、当該光を、人体から
   分離された臓器、組織、または人体を除く生体の
   臓器、組織からなる被検体に照射する第１の光フ
   アイバと、被検体からの反射光を受光し測光手段
   に伝送する第２の光フアイバとを用いて被検体の
   反射特性を検出する生体の臓器、組織の拡散反射
   特性測定方法において、 上記第１の光フアイバおよび第２の光フアイバ
   の被検体に対向する先端部と被検体との間に、被
   検体の表面の屈折率と近似した屈折率を有する透
   明液体を充填した状態で測定することを特徴とす
   る生体の臓器、組織の拡散反射特性測定方法。 ２ 第１の光フアイバと第２の光フアイバの被検
   体に対向する先端部が一束に形成されている上記
   特許請求の範囲第１項記載の生体の臓器、組織の
   拡散反射特性測定方法。 ３ 被検体の少なくとも一部を収容する測定槽
   と、光源からの光を伝送し被検体に照射する第１
   の光フアイバと被検体からの反射光を受光し測光
   手段に伝送する第２の光フアイバとを用いて被検
   体の反射特性を検出する反射特性検出手段と、上
   記第１の光フアイバおよび第２の光フアイバの被
   検体に対する先端部と被検体との間に、被検体の
   表面の屈折率と近似した屈折率を有する透明液体
   を充填するべく供給する手段とからなることを特
   徴とする生体の臓器、組織の拡散反射特性測定装
   置。 ４ 第１の光フアイバと第２の光フアイバの被検
   体に対向する先端部が一束に形成されている上記
   特許請求の範囲第３項記載の生体の臓器、組織の
   拡散反射特性測定装置。 ５ 測定槽が、透明液体の供給管と排出管を有す
   る測定槽である上記特許請求の範囲第３項記載の
   生体の臓器、組織の拡散反射特性測定装置。