(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に対して光学測定を行う生体光学測定装置に着脱自在に接続される測定プローブであって、
前記生体組織に照明光を照射する照明ファイバと、
前記生体組織で反射および／または散乱した照明光の戻り光を受光する複数の受光ファイバと、
を備え、
前記照明ファイバおよび前記受光ファイバは、以下の条件式を満たすことを特徴とする測定プローブ。
０．２１＜ＮＡ＜０．３０              ・・・（１）
１５μｍ＜Ｄcore＜４５μｍ            ・・・（２）
０．５０＜Ｄcore／Ｄclad＜０．８０    ・・・（３）
ただし、ＮＡは、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバそれぞれの開口数を表し、Ｄcoreは、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバそれぞれのコア径を表し、Ｄcladは、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバそれぞれのクラッド径を表す。
【請求項２】
前記照明ファイバおよび前記受光ファイバは、ステップインデックス型シングルコアファイバであることを特徴とする請求項１に記載の測定プローブ。
【請求項３】
当該測定プローブの先端部に設けられ、当該測定プローブの長手方向に対して斜めに切り欠かれた傾斜面を有し、前記照明ファイバが出射する光を中継して前記生体組織に照射する光学素子をさらに備え、
前記光学素子の前記長手方向の長さＤRは、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の測定プローブ。
１ｍｍ＜ＤR＜１０ｍｍ      ・・・（４）
【請求項４】
前記光学素子のｄ線に対する屈折率Ｎdは、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の測定プローブ。
１．５＜Ｎd＜１．６      ・・・（５）
【請求項５】
当該測定プローブの先端部の最大外径Ｄoutは、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の測定プローブ。
０．５０ｍｍ＜Ｄout＜２．８０ｍｍ      ・・・（６）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織の光学特性を測定する生体光学測定装置に接続される測定プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体組織に照明光を照射し、生体組織から反射または散乱された検出光の測定値に基づいて、生体組織の性状を推定する生体光学測定装置が知られている。生体光学測定装置は、消化器等の臓器を観察する内視鏡と組み合わせて使用される。このような生体光学測定装置として、空間コヒーレンス長の短い低コヒーレントの白色光を測定プローブの照明ファイバ先端から生体組織に照射し、複数の角度の散乱光の強度分布を複数の受光ファイバを用いて測定することによって、生体組織の性状を検出するＬＥＢＳ（Low-Coherence  Enhanced  Backscattering）を用いた生体光学測定装置が提案されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００５３６３２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１０／０２６２０２０号明細書
【特許文献３】特表２００９−５３７０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した技術では、測定プローブが内視鏡装置の処置具チャンネルに挿入できるほど細径化されていなかった。このため、内視鏡装置で診断した後に、測定プローブを被検体内に挿入して検査を行わなければならず、患者に大きな負担がかかるという問題点があった。【０００５】
この課題を解決するために、内視鏡装置の処置具チャンネルに対して、挿入可能な程度まで測定プローブの細径化することが考えられる。しかしながら、適切な細径化を行わないと正確な測定を行うことができないという問題点があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内視鏡装置の処置具チャンネルに挿入可能であるとともに、正確な測定を行うことができる測定プローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる測定プローブは、生体組織に対して光学測定を行う生体光学測定装置に着脱自在に接続される測定プローブであって、前記生体組織に照明光を照射する照明ファイバと、前記生体組織で反射および／または散乱した照明光の戻り光を受光する複数の受光ファイバと、を備え、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバは、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
０．１０＜ＮＡ＜０．３０              ・・・（１）
１５μｍ＜Ｄcore＜４５μｍ            ・・・（２）
０．４０＜Ｄcore／Ｄclad＜０．８０    ・・・（３）
ただし、ＮＡは、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバそれぞれの開口数を表し、Ｄcoreは、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバそれぞれのコア径を表し、Ｄcladは、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバそれぞれのクラッド径を表す。【０００８】
また、本発明にかかる測定プローブは、上記発明において、前記照明ファイバおよび前記受光ファイバは、ステップインデックス型シングルコアファイバであることを特徴とする。【０００９】
また、本発明にかかる測定プローブは、上記発明において、当該測定プローブの先端部に設けられ、長手方向に対して斜めに切り欠かれた傾斜面を有し、前記照明ファイバが出射する光を中継して前記生体組織に照射する光学素子をさらに備え、前記光学素子の当該測定プローブの長手方向の長さＤRは、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
１ｍｍ＜ＤR＜１０ｍｍ      ・・・（４）【００１０】
また、本発明にかかる測定プローブは、上記発明において、前記光学素子のｄ線に対する屈折率Ｎdは、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
１．５＜Ｎd＜１．６      ・・・（５）【００１１】
また、本発明にかかる測定プローブは、上記発明において、当該測定プローブの先端部の最大外径Ｄoutは、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
０．５０ｍｍ＜Ｄout＜２．８０ｍｍ      ・・・（６）
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる測定プローブによれば、内視鏡装置の処置具チャンネルに挿入可能であるとともに、正確な測定を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態にかかる生体光学測定システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態にかかる生体光学測定システムの光学素子を含む測定プローブの先端部を長手方向に沿って切断した断面を模式的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態にかかる生体光学測定システムを内視鏡システムで使用する際の状況を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態にかかる生体光学測定システムの測定プローブ内の光ファイバの断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態にかかる生体光学測定システムの測定プローブの照明ファイバと従来の光ファイバとを用いて比較した際の波長と透過率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明にかかる測定プローブの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付して説明する。また、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる生体光学測定システムの構成を模式的に示すブロック図である。図１に示す生体光学測定システム１は、散乱体である生体組織等の測定対象物に対して光学測定を行って測定対象物の性状（特性）を検出する生体光学測定装置２と、生体光学測定装置２に着脱自在であり、被検体内に挿入される測定用の測定プローブ３と、を備える。
【００１６】
まず、生体光学測定装置２について説明する。生体光学測定装置２は、電源２１と、光源部２２と、接続部２３と、受光部２４と、入力部２５と、出力部２６と、記録部２７と、制御部２８と、を備える。電源２１は、生体光学測定装置２の各構成要素に電力を供給する。
【００１７】
光源部２２は、白色ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）、キセノンランプ、タングステンランプおよびハロゲンランプのようなインコヒーレント光源と、必要に応じて一または複数のレンズ、たとえば集光レンズやコリメートレンズ等を用いて実現される。光源部２２は、接続部２３を介して測定対象物へ照射する少なくとも一つのスペクトル成分を有するインコヒーレント光を測定プローブ３に出力する。
【００１８】
接続部２３は、測定プローブ３のコネクタ部３１を生体光学測定装置２に着脱自在に接続する。接続部２３は、光源部２２が発する光を測定プローブ３に出力するとともに、測定プローブ３から出射され測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を受光部２４に出力する。接続部２３は、測定プローブ３の接続の有無に関する情報を制御部２８へ出力する。
【００１９】
受光部２４は、測定プローブ３から出射された照明光であって測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を受光して測定する。受光部２４は、複数の分光測定器や受光センサ等を用いて実現される。具体的には、受光部２４は、分光測定器が後述する測定プローブ３の受光ファイバの数に応じて設けられる。受光部２４は、測定プローブ３から入射された散乱光のスペクトル成分および強度分布を測定して、各波長の測定を行う。受光部２４は、測定結果を制御部２８へ出力する。
【００２０】
入力部２５は、プッシュ式のスイッチやタッチパネル等を用いて実現され、生体光学測定装置２の起動を指示する指示信号または他の各種の動作を指示する指示信号の入力を受け付けて制御部２８へ出力する。
【００２１】
出力部２６は、液晶または有機ＥＬ（Electro  Luminescence）の表示ディスプレイおよびスピーカ等を用いて実現され、生体光学測定装置２における各種処理に関する情報を出力する。
【００２２】
記録部２７は、揮発性メモリや不揮発性メモリを用いて実現され、生体光学測定装置２を動作させるための各種プログラム、光学測定処理に使用される各種データや各種パラメータを記録する。記録部２７は、生体光学測定装置２の処理中の情報を一時的に記録する。また、記録部２７は、生体光学測定装置２の測定結果を記録する。なお、記録部２７は、生体光学測定装置２の外部から装着されるメモリカード等を用いて構成されてもよい。
【００２３】
制御部２８は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等を用いて構成される。制御部２８は、生体光学測定装置２の各部の処理動作を制御する。制御部２８は、生体光学測定装置２の各部に対応する指示情報やデータの転送等を行うことによって、生体光学測定装置２の動作を制御する。制御部２８は、受光部２４による測定結果を記録部２７に記録する。制御部２８は、演算部２８ａを有する。
【００２４】
演算部２８ａは、受光部２４による測定結果に基づいて、複数の演算処理を行い、測定対象物の性状に関する特性値を演算する。この特性値の種別は、たとえば入力部２５が受け付けた指示信号にしたがって設定される。
【００２５】
つぎに、測定プローブ３について説明する。複数の光ファイバを内部に配設して実現される。具体的には、測定プローブ３は、測定対象物に照明光を出射する照明ファイバと、測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光が異なる角度で入射する複数の受光ファイバとを用いて実現される。測定プローブ３は、生体光学測定装置２の接続部２３に着脱自在に接続されるコネクタ部３１と、可撓性を有する可撓部３２と、光源部２２から供給された照明光を照射するとともに、測定対象物からの戻り光を受光する先端部３３と、先端部３３に設けられた光学素子３４と、を備える。
【００２６】
ここで、光学素子３４を含む測定プローブ３の先端部３３の構成について詳細に説明する。図２は、光学素子３４を含む測定プローブ３の先端部３３を長手方向に沿って切断した断面を模式的に示す図である。
【００２７】
図２に示すように、測定プローブ３は、測定対象物に照明光を照射する照明ファイバ３１１と、測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光が入射する第１受光ファイバ３１２（第１受光チャンネル）、第２受光ファイバ３１３（第２受光チャンネル）および第３受光ファイバ３１４（第３受光チャンネル）と、照明ファイバ３１１、第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４それぞれの傷防止や位置を固定するガラス又は樹脂等の被覆部材３１５と、光学素子３４および被覆部材３１５を外力から保護するガラス又は真鍮等の保護部３１６と、ＳＵＳ等のプローブ外皮３１７と、を備える。
【００２８】
照明ファイバ３１１は、ステップインデックス型シングルコアファイバを用いて構成される。照明ファイバ３１１は、光源部２２から出力された照明光を伝播し、光学素子３４を介して測定対象物に照明光を照射する。なお、照明ファイバ３１１の数は、検査項目または測定対象物の種類、たとえば血流や部位に応じて適宜変更することができる。
【００２９】
第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４は、それぞれステップインデックス型シングルコアファイバを用いて構成される。第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４は、光学素子３４を介してそれぞれの先端から入射した測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を伝播し、生体光学測定装置２の受光部２４に出力する。なお、受光ファイバの数は、検査項目または測定対象物の種類、たとえば血流や部位に応じて適宜変更することができる。
【００３０】
光学素子３４は、円柱状をなし、所定の屈折率を有する透過性のガラスを用いて構成される。光学素子３４は、測定プローブ３の長手方向に対して斜めに切り欠かれた傾斜面を有する。また、光学素子３４は、照明ファイバ３１１と測定対象物までの距離を固定し、空間コヒーレント長を確実に一定化させた状態で光を照射可能に形成されている。また、光学素子３４は、第１受光ファイバ３１２と測定対象物との距離、第２受光ファイバ３１３と測定対象物との距離および第３受光ファイバ３１４と測定対象物との距離をそれぞれ固定し、所定の散乱角度の戻り光を安定して受光可能に形成されている。さらに、光学素子３４の端面で測定対象物の表面を平坦化させているため、測定対象物の表面の凹凸形状の影響を受けずに測定対象物の測定を行うことができる。
【００３１】
以上のように構成された生体光学測定システム１は、図３に示すように、内視鏡システム１００の内視鏡装置１１０（内視鏡スコープ）に設けられた処置具チャンネル１１１を介して測定プローブ３が被検体内に挿入され、照明ファイバ３１１が測定対象物に照明光を照射し、第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４がそれぞれ測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を異なる散乱角度で受光して生体光学測定装置２の受光部２４に伝播する。その後、演算部２８ａは、受光部２４の測定結果に基づいて、測定対象物の性状の特性値を演算する。
【００３２】
上述した生体光学測定システム１で行うＬＥＢＳは、干渉光を用いた診断方法であるため、診断方法を変えずに測定プローブ３の細径化を行うためには測定対象物へ照射する光の空間コヒーレント長を一定にする必要がある。このため、照明ファイバ３１１、第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４は、以下の条件式を満たす。
０．１０＜ＮＡ＜０．３０                ・・・（１）
１５μｍ＜Ｄcore＜４５μｍ              ・・・（２）
０．４０＜Ｄcore／Ｄclad＜０．８０      ・・・（３）
ただし、ＮＡは、照明ファイバ３１１および第１受光ファイバ３１２〜第３受光ファイバ３１４それぞれの開口数を表し、Ｄcoreは、照明ファイバ３１１および第１受光ファイバ３１２〜第３受光ファイバ３１４それぞれのコア径を表し、Ｄcladは、照明ファイバ３１１および第１受光ファイバ３１２〜第３受光ファイバ３１４それぞれのクラッド径を表す（図４を参照）。
式（１）において、好ましくは、
０．１５＜ＮＡ＜０．２５                ・・・（１）’
であり、より好ましくは、
０．２１＜ＮＡ＜０．２３                ・・・（１）”
である。
また、式（２）において、好ましくは、
２０μｍ＜Ｄcore＜３０μｍ              ・・・（２）’
であり、より好ましくは、
２５μｍ＜Ｄcore＜２７μｍ              ・・・（２）”
である。
また、式（３）においては、好ましくは、
０．５０＜Ｄcore／Ｄclad＜０．７５      ・・・（３）’
であり、より好ましくは、
０．７０＜Ｄcore／Ｄclad＜０．７３      ・・・（３）”
である。
【００３３】
また、測定プローブ３は、光学素子３４の測定プローブ３の長手方向の長さＤR（図２を参照）が以下の条件式を満たす。
１ｍｍ＜ＤR＜１０ｍｍ                ・・・（４）
好ましくは、
３ｍｍ＜ＤR＜８ｍｍ                  ・・・（４）’
であり、より好ましくは、
５ｍｍ＜ＤR＜８ｍｍ                  ・・・（４）”
である。
【００３４】
また、測定プローブ３は、光学素子３４のｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率Ｎdが以下の条件式を満たす。
１．５＜Ｎd＜１．６                    ・・・（５）
【００３５】
また、測定プローブ３の先端部３３の最大外径Ｄout（図２参照）は、以下の条件式を満たす。
０．５０ｍｍ＜Ｄout＜２．８０ｍｍ    ・・・（６）
であり、好ましくは、
１．５０ｍｍ＜Ｄout＜２．７８ｍｍ    ・・・（６）’
であり、より好ましくは、
２．５０ｍｍ＜Ｄout＜２．７５ｍｍ    ・・・（６）”
である。
【００３６】
また、生体光学測定システム１で行うＬＥＢＳ法は、以下の式を満たす。
ＬＳＣ＝（（λ／Ｎd）／πＤcore）ＤR      ・・・（７）
なお、ＬＳＣは、照明光の干渉性を表す定数である。また、λは、照明光の波長を表し、Ｎdは、光学素子３４のｄ線に対する屈折率を表し、ＤRは、光学素子３４の基端側の端面の中心から先端側の端面の中心までの長さを表す（図２を参照）。このため、上述した条件式（１）〜（６）を満たし、かつ、ＬＳＣを一定とする場合、λおよびＮdが同じであれば、照明ファイバ３１１のコア径Ｄcoreを小さくするほど、測定プローブ３の硬質部分である光学素子３４の長さＤRを小さくすることができる。この結果、測定プローブ３は、内視鏡装置１１０の処置具チャンネル１１１に容易に挿入することができる。
【００３７】
図５は、本願の照明ファイバ３１１と従来の光ファイバとを用いて比較した際の波長と透過率との関係を示す図である。図５において、横軸が波長を示し、縦軸が透過率を示す。また、曲線Ｌ１が本願の照明ファイバ３１１の特性を示し、曲線Ｌ２が従来の光ファイバの特性を示す。
【００３８】
図５においては、照明ファイバ３１１として、Ｄcore＝２６μｍ，Ｄclad＝３６μｍ、ＮＡ＝０．２２およびＤout＝２．７ｍｍとした。さらに、光学素子３４のサンプルをＤR＝５．２ｍｍおよびＮd＝１．５１６とした。よって、Ｄcore／Ｄclad＝０．７２である。
【００３９】
また、従来の光ファイバとして、Ｄcore＝２５μｍ，Ｄclad＝３０μｍ、ＮＡ=０．２２およびＤout＝２．７ｍｍとした。よって、Ｄcore／Ｄclad＝０．８３である。
【００４０】
また、図５におけるファイバの透過率測定を以下の方法で行った。
（ａ）リファレンス光の測定のためにＸｅ光源に２００μｍオプティカルパッチコードを接続し、２００μｍオプティカルパッチコードからの出射光を分光光量計で測定して測定結果Ａを取得する。
（ｂ）リファレンス光の測定のためにＸｅ光源に２００μｍオプティカルパッチコードおよび２６μｍコアの光ファイバの順に接続し、この光ファイバからの出射光を分光光量計で測定して測定結果Ｂを取得する。
（ｃ）以下の式によって透過率を算出する。
透過率＝（測定結果Ｂ／測定結果Ａ）×（２００μｍオプティカルパッチコードのコア面積／２６μｍコアの光ファイバのコア面積）  ・・・（８）
【００４１】
図５の曲線Ｌ１からも明らかなように、本実施の形態の照明ファイバ３１１は、透過率の波長依存性が小さい。これに対して、曲線Ｌ２からも明らかなように、従来の光ファイバは、透過率の波長依存性が大きい。
【００４２】
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、照明ファイバ３１１、第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４が上述した条件式（１）〜（３）を満たすことで、内視鏡装置１１０の処置具チャンネル１１１に挿入可能であるとともに、正確な測定を行うことができる。
【００４３】
また、本発明の一実施の形態によれば、測定プローブ３が生体光学測定装置２に対して着脱自在であるので、測定プローブ３をディスポーザブルにすることが可能であり、医療施設で測定プローブ３を滅菌する必要がなくなるうえ、耐久性が比較的乏しくても構わないため測定プローブ３のコストを削減することができる。
【００４４】
また、本発明の一実施の形態によれば、照明ファイバ３１１の開口数（ＮＡ）が条件式（１）を満たすことにより、照明ファイバ３１１の出射光の角度を最適にしているので、測定対象物としての被写体に当たる光の密度や照射範囲を良好にすることができるとともに、ファイバ透過率の波長依存性を小さくすることができる。さらにＬＥＢＳ法での干渉信号の測定を容易に行うことができる。
【００４５】
また、本発明の一実施の形態によれば、照明ファイバ３１１、第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４それぞれのコア径およびコア・クラッド比が条件式（２），（３）を満たすので、小さなコア径の場合であっても、良好な透過率を得ることができる。特に６００ｎｍ以上の長波長領域で透過率が良好である。さらに、クラッドを厚くすることなく、照明ファイバ３１１、第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４それぞれの間隔を小さくすることができるので検出感度を良好に保つことができる。
【００４６】
また、本発明の一実施の形態によれば、照明ファイバ３１１、第１受光ファイバ３１２、第２受光ファイバ３１３および第３受光ファイバ３１４それぞれがステップインデックス型シングルコアファイバで構成されることで、入手性が確保され、コストに優れた測定プローブ３を作製することが可能である。さらに、マルチコアファイバに比べて細径化することができる。
【００４７】
また、本発明の一実施の形態によれば、光学素子３４が条件式（４）を満たすことにより、測定プローブ３の硬質部（光学素子３４）を小さくすることができ、内視鏡装置１１０の処置具チャンネル１１１の挿入時にスムーズに挿入することができる。さらに、光学素子３４のエッジに照明光が直接当たらないので、迷光が発生することを防止することができる。さらにまた、空間コヒーレンス長を適正な長さにすることができる。
【００４８】
また、本発明の一実施の形態によれば、光学素子３４が条件式（５）を満たすことにより、空間コヒーレンス長を適切な長さにすることができる。
【００４９】
また、本発明の一実施の形態によれば、測定プローブ３が条件式（６）を満たすことにより、内視鏡装置１１０の処置具チャンネル１１１にスムーズに挿入することができる。さらに、挿入時の耐久性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  生体光学測定システム
２  生体光学測定装置
３  測定プローブ
２１  電源
２２  光源部
２３  接続部
２４  受光部
２５  入力部
２６  出力部
２７  記録部
２８  制御部
２８ａ  演算部
３１  コネクタ部
３２  可撓部
３３  先端部
３４  光学素子
１００  内視鏡システム
１１０  内視鏡装置
１１１  処置具チャンネル
３１１  照明ファイバ
３１２  第１受光ファイバ
３１３  第２受光ファイバ
３１４  第３受光ファイバ
３１５  被覆部材
３１６  保護部
３１７  接着部材
【図１】
0005596870.tif 000002
【図２】
0005596870.tif 000003
【図３】
0005596870.tif 000004
【図４】
0005596870.tif 000005
【図５】
0005596870.tif 000006