(57)【要約】本発明は、患者の皮膚の表面下の関心体積を介して流れる流体の特性を確定する分光装置に係る。該分光装置は、励起ビームを関心体積へと案内し、また、関心体積からリターン放射線を収集するよう少なくとも１つのオブジェクティブを有するプローブヘッドを有する。該分光装置は、少なくとも分光分析ユニットと電源とを有するベースステーションを更に有する。当該装置は、多種の異なる光学信号を結合及び分離するよう、また、光学信号を関心体積内部で正確に位置付けるよう集束ユニット、フィルタユニット、及びビーム結合ユニットを活用する。ビーム結合ユニット、フィルタユニット、及び集束ユニットは、分光装置の特定の適用に依存してプローブヘッド又はベースステーションの内部で可変に実行され得、したがってプローブヘッドの可撓性がある小型の設計を可能にする。
2007535356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の皮膚の表面下の関心体積を介して流れる流体の特性を確定する分光装置であって：
・  励起ビームを前記関心体積へと案内し、また、前記関心体積からリターン放射線を収集するプローブヘッドと、
・  分光分析ユニットと電源とを有するベースステーションと、
・  前記リターン放射線を前記プローブヘッドから前記ベースステーションへ伝送するよう、また、前記プローブヘッドに前記ベースステーションの前記電源から電力を与えるよう、前記プローブヘッドと前記ベースステーションとを接続するケーブルと、
を有する、
分光装置。
【請求項２】
監視ビームを前記関心体積に方向付けるよう、また、前記関心体積から監視リターン放射線を収集するよう、監視手段を更に有する、
請求項１記載の分光装置。
【請求項３】
前記プローブヘッドは、前記励起ビームと前記監視ビームとを軸方向に結合するよう、ビーム結合ユニットを更に有する、
請求項２記載の分光装置。
【請求項４】
前記プローブヘッドは、前記リターン放射線と前記監視リターン放射線とを空間的に分離するよう、フィルタユニットを更に有する、
請求項２又は３記載の分光装置。
【請求項５】
前記プローブヘッドは、前記励起ビームの焦点体積を前記関心体積へと動かすよう適合される集束ユニットを更に有する、
請求項２乃至４のうちいずれか一項記載の分光装置。
【請求項６】
前記プローブヘッドは、前記監視リターン放射線を分析する光学撮像ユニットを更に有する、
請求項２乃至５のうちいずれか一項記載の分光装置。
【請求項７】
前記ベースステーションは、前記励起ビームと前記監視ビームとを軸方向に結合するビーム結合ユニットを更に有する、
請求項２乃至６のうちいずれか一項記載の分光装置。
【請求項８】
前記ベースステーションは、前記リターン放射線と前記監視リターン放射線とを空間的に分離するようフィルタユニットを更に有する、
請求項２乃至７のうちいずれか一項記載の分光装置。
【請求項９】
前記ベースステーションは、前記励起ビームの局所体積を前記関心体積へと動かすよう適合される集束ユニットを更に有する、
請求項２乃至８のうちいずれか一項記載の分光装置。
【請求項１０】
前記ベースステーションは、前記監視リターン放射線を分析する光学撮像ユニットを更に有する、
請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の分光装置。
【請求項１１】
前記光学撮像ユニットは、前記関心体積を選択するよう適合され、また、前記励起ビームの局所体積を前記関心体積へと動かす前記集束ユニットを制御するよう更に適合される、
請求項２乃至１０のうちいずれか一項記載の分光装置。
【請求項１２】
患者の前記皮膚の前記表面下の関心体積を介して流れる流体の特性を確定する分光装置に対するプローブヘッドであって、前記分光装置は、分光分析ユニットと電源とを有するベースステーションを有し、
前記プローブヘッドは：
・  励起ビームを前記関心体積へと案内し、また、前記関心体積からリターン放射線を収集するプローブヘッドと、
・  励起ビームを前記関心体積へと案内し、また、前記関心体積からリターン放射線を収集するオブジェクティブと、
・  前記プローブヘッドを前記ベースステーションに対して連結されたケーブルに接続するコネクタと、
を有し：
前記ケーブルは、前記プローブヘッドから前記ベースステーションへの前記リターン放射線の伝送を与えるよう、また、前記プローブヘッドに前記ベースステーションの前記電源から電力を与えるよう適合される、
プローブヘッド。
【請求項１３】
患者の前記皮膚の前記表面下の関心体積を介して流れる流体の特性を確定する分光装置に対するベースステーションであって、前記分光装置は、励起ビームを前記関心体積へと案内し、また、前記関心体積からリターン放射線を収集するようオブジェクティブを有するプローブヘッドを有し、
前記ベースステーションは：
・  分光分析ユニット及び電源と、
・  前記ベースステーションを前記プローブヘッドに対して連結されたケーブルに接続するコネクタと、
を有し、
前記ケーブルは、前記プローブヘッドから前記ベースステーションへの前記リターン放射線の伝送を与えるよう、また、前記プローブヘッドに前記ベースステーションの前記電源から電力を与えるよう適合される、
ベースステーション。
【請求項１４】
患者の前記皮膚の前記表面下の関心体積を介して流れる流体の特性を確定する分光装置のプローブヘッドとベースステーションとを接続するケーブルであって、
前記プローブヘッドは、励起ビームを前記関心体積へと案内し、また、前記関心体積からリターン放射線を収集するオブジェクティブを有し、
前記ベースステーションは、分光分析ユニットと電源とを有し、
前記プローブヘッドと前記ベースステーションとを接続する前記ケーブルは：
・  前記リターン放射線を前記プローブヘッドから前記ベースステーションに伝送するよう適合される少なくとも１つの光ファイバと、
・  前記プローブヘッドに前記ベースステーションの前記電源から電力を与えるよう適合される導電要素と、
を有する、
ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の分光分析の分野、特には、生体内血液分析に係る。
【背景技術】
【０００２】
分析的目的に対する光学分光技術の使用は、先行技術より既知である。国際公開第０２／０５７７５８Ａ１号パンフレット（特許文献１）及び国際公開第０２／０５７７５９Ａ１号パンフレット（特許文献２）は、患者の血管を介して流れる血液の組成の生体内非侵襲性分光分析に対する分光分析機器を示す。毛細血管の位置は、分光分析に対する励起ビームが方向付けられなければならない関心領域を特定するよう、監視装置によって確定される。望ましくは、関心領域の撮像及び分光分析は、同時に行われる。同時監視及びスペクトル分析の活用は、血液からの信号を最適化することによって、検出可能な分光信号の信号対バックグラウンド比又は信号対雑音比を増加させ得る。原理上、毛細血管の十分な視覚化を与えるいかなる監視方法も、適用され得る。
【０００３】
監視技術の活用は、例えば、分光分析に関連する毛細血管の位置の視覚化を可能にする。このようにして、分光励起ビームは、該当する毛細血管へと十分に集束及び案内され得る。複数の多種の散乱工程により毛細血管から現れるリターン放射線をスペクトル的に分析することによって、毛細血管内部の流体の組成は、確定され得る。
【０００４】
先行技術において、関心領域の同時監視及び分光分析に対する分光分析装置は、寸法が非常に大きく、ある程度可撓性に欠けるため、前腕、手首、又は手の指等の患者の身体の指定された部分だけが分光分析を受け得る。
【０００５】
しかしながら、任意の身体の領域内の血管の全体的な分光分析は、多くの適用に対して非常に有利である。分光分析が容易に達することができない身体の部分は、例えば、口、内側頬部、鼻孔、耳朶、又は他の傷付き易い目の回り等の真皮組織である。原理上、関心領域の同時スペクトル分析及び視覚監視を与える分光分析装置は、該装置の関心領域の励起に対する比較的大きな形状及びある程度可撓性に欠ける光学手段のために、それらの身体部分の検査に対して設計されたものではなく、散乱放射線を捕らえ、且つ関心領域を監視する。
【特許文献１】国際公開第０２／０５７７５８Ａ１号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０２／０５７７５９Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明は、患者の皮膚の表面下の関心領域を介して流れる流体の特性を確定するよう可撓性のある分光装置を与える、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、患者の皮膚の表面下の関心領域を介して流れる流体の特性を確定する分光装置を与える。本発明の分光装置は、励起ビームを関心領域へと案内し、また関心領域からリターン放射線を収集するようオブジェクティブ（ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ）を有するプローブヘッドを有する。望ましくは、該オブジェクティブは、励起ビームを関心領域へと共焦点的に案内するよう適合される。本発明の分光装置はまた、分光分析ユニット及び電源を有するベースステーションを有し、更には、リターン放射線のプローブヘッドからベースステーションへの伝送に対し、また、プローブヘッドにベースステーションの電源から電力を与えるよう、プローブヘッドとベースステーションとを接続するケーブルを有する。
【０００８】
分光装置の分光分析ユニットと光学手段とを分離することによって、ベースステーション内部である程度広範な分光分析ユニットを実行することによって、プローブヘッドの小型設計が可能となる。更には、収集されたリターン放射線の伝送に対して可撓性のあるケーブルを介してプローブヘッドとベースステーションとを接続することによって、検査することが困難である身体の任意の領域に到達するよう、プローブヘッドの可撓性のある取り扱いが与えられる。このようにして、本発明は、皮膚の表面下の生物学的構造の非侵襲性分光分析に対する可搬である小型且つ可撓性のあるプローブヘッドを与える。
【０００９】
本発明の更なる望ましい一実施例によれば、該分光装置は、監視ビーム（ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｂｅａｍ）を関心体積に対して方向付けるよう、また、関心領域から監視リターン放射線（ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｒｅｔｕｒｎ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を収集するよう、監視手段を更に有する。
【００１０】
望ましくは、監視は、関心領域における生物学的構造を特定するよう、また、励起ビームの焦点位置を該生物学的構造へと正確に方向付けるよう、関心領域の視覚的撮像を参照（ｒｅｆｅｒ  ｔｏ）する。更には、監視はまた、関心体積の非視覚的検査を参照し得る。この場合は、生物学的構造は、関心体積内で指定された生物学的構造を追跡し得る認識ソフトウェアを活用し、コンピュータ支援の分析装置を用いて特定される。
【００１１】
更には、関心領域の監視及び関心領域の分光分析は、同時に行われる。これは、監視に対して必要とされる時間及び分光分析に対して必要とされる時間は少なくとも部分的に重なる、ことを意味する。監視ビームを関心体積に対して方向付けるよう、また、関心体積から監視リターン放射線を収集するよう所望される光学手段は、プローブヘッドへと導入される。監視リターン放射線を視覚的画像へと転換させる分析手段及び監視ビーム源は、ベースステーションによって与えられるが、プローブヘッドへと導入されてもよい。
【００１２】
適切な監視及び撮像方法は、直交偏光スペクトル撮像（ＯＰＳＩ）、共焦点ビデオ顕微鏡検査（ＣＶＭ）、光学コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、共焦点レーザー顕微鏡検査（ＣＬＳＭ）、光音響撮像、超音波検査、及び、ドップラー式撮像を有する。対応する撮像技術は、米国特許第６０／２６２，５８２号明細書、欧州特許第０２７３２１６１．１号明細書、欧州特許第０３１００６８９．３号明細書、欧州特許第０３１０２４８１．３号明細書において開示され、ここに参照される。
【００１３】
本発明の更に望ましい実施例によれば、プローブヘッドは更に、励起ビームと監視ビームとを軸方向に結合するよう、ビーム結合ユニットを有する。プローブヘッド内の監視ビームと励起ビームとを軸方向に結合することによって、励起ビーム及び監視ビームのいずれも関心体積へと方向付けるよう、また、リターン放射線及び監視リターン放射線のいずれも関心体積から収集するよう、プローブヘッドの単一のオブジェクティブを活用することが可能となる。
【００１４】
本発明の更なる望ましい一実施例によれば、プローブヘッドは更に、リターン放射線と監視リターン放射線とを空間的に分離するようフィルタユニットを有する。該フィルタユニットは、リターン放射線の波長に対する高反射性、及び、対照的に監視リターン放射線の波長に対する低反射性、故に高い伝送を特徴とするダイクロイックミラー等を有効に活用する。このようにして、分光光学信号及び監視光学信号は、効果的に分離され得、関心体積の分光信号及び可視画像の分離分析を可能にする。
【００１５】
本発明の更なる望ましい一実施例によれば、プローブヘッドは更に、励起ビームの焦点体積を関心体積へと動かすよう適合される集束ユニットを有する。集束ユニットの活用によって、励起ビームの焦点位置を監視ビームを用いて視覚化される特定の関心体積へと正確に方向付けるよう、横断方向又は長手方向のいずれかにおいて焦点位置をシフトすることが可能となる。励起ビームの焦点寸法が数μm2と同等に小さくあり得るため、励起ビームの焦点は確実に、関心体積と、あるいは、分光分析を受ける関心体積内の指定された生物学的構造と実質的に重なり合うようにされる必要がある。したがって、励起ビームの焦点位置の任意のシフトを可能にする集束ユニットを分光装置のプローブヘッドに与えることは、有利である。このようにして、プローブヘッドは、患者の身体の特定の部分に対して堅固に取り付けられ得る一方、励起ビームの焦点位置は、依然として空間的にシフトされ得る。
【００１６】
本発明の更なる望ましい一実施例によれば、プローブヘッドは更に、監視リターン放射線を分析する光学撮像ユニットを有する。この実施例において、監視リターン放射線は、関心体積の視覚的画像を与える光学撮像ユニットによって直接分析される。故に、視覚的画像は、プローブヘッドにおいて直接分析及び処理される。その結果として、監視リターン放射線は、ベースステーションに対して伝送される必要は無い。更には、監視ビーム源さえもプローブヘッドへと直接導入される、ことも考えられ得る。故に、励起ビーム及びリターン放射線のみは、分光装置のベースステーションとプローブヘッドとの間で伝送される必要がある。
【００１７】
本発明の更に望ましい一実施例によれば、ベースステーションは更に、励起ビームと監視ビームとを軸方向に結合するようビーム結合ユニットを有する。この実施例では、監視ビーム源と励起ビーム源のいずれも、ベースステーションにおいて位置決めされ、ベースステーションとプローブヘッドとを接続するケーブルによって与えられる単一のマルチモード光ファイバによってプローブヘッドに伝送される。
【００１８】
本発明の更に望ましい一実施例によれば、ベースステーションは更に、リターン放射線と監視リターン放射線とを空間的に分離するようフィルタユニットを有する。ベースステーションにおける監視リターン放射線及びリターン放射線の分離は、異なる伝送、並びに、弾性的及び非弾性的に散乱したリターン放射線に対する反射率係数を特徴とするダイクロイックミラー要素の使用を望ましいものとする。
【００１９】
分光装置のベースステーションが励起及び監視ビームに対するビーム結合ユニット及びフィルタユニットのいずれも有する際、プローブヘッドとベースステーションとを接続するケーブルの伝送手段は、励起及び監視ビーム、並びにリターン放射線及び監視リターン放射線の伝送を夫々与える単一のマルチモード光ファイバに制限され得る。その結果として、プローブヘッドは、ビーム結合ユニット、及びリターン放射線と監視リターン放射線とを空間的に分離するフィルタユニットのいずれも所望しない。これは、励起ビーム及び監視ビームを関心体積へと方向付けるよう、及び対応するリターン放射線を収集するようオブジェクティブを特徴とのみしてプローブヘッドの非常に小型の設計を可能にする。
【００２０】
本発明の更に望ましい一実施例によれば、ベースステーションは更に、励起ビームの焦点体積を関心体積へと動かすよう適合される集束ユニットを有する。このようにして、励起ビームの焦点位置を任意にシフトするシフト手段さえも、ベースステーションへと導入される。故に、プローブヘッドのより更なる小型設計が可能となる。
【００２１】
本発明の更に望ましい一実施例によれば、ベースステーションは更に、監視リターン放射線を分析する光学撮像ユニットを有する。故に、監視リターン放射線は、関心体積の視覚画像を得るよう、ベースステーションによって処理される。視覚化に対応して、特定の関心体積は、励起ビームの焦点位置をこの特定の関心体積へと正確に方向付けるよう選択され得る。
【００２２】
本発明の更に望ましい一実施例によれば、光学撮像ユニットは、関心体積を選択するよう適合され、また、励起ビームの焦点体積を関心体積へと動かす集束ユニットを制御するよう更に適合される。このようにして、光学撮像ユニットは、例えば、監視リターン放射線を用いて視覚化される関心体積内部の特定の生物学的構造を自発的に検出し得る。生物学的構造の自発的検出又は認識は、典型的には、視覚化された画像に対して適用され得るパターン認識手段等を活用する。生物学的構造が視覚化された関心領域内で認識され次第、光学撮像ユニットは、認識された生物学的構造の位置と実質的に重なるように励起ビームの焦点体積をシフトするために、集束ユニットを制御するよう適合される。
【００２３】
他の態様においては、本発明は、患者の皮膚の表面下の関心体積において流れる流体の特性を確定する分光装置に対するプローブヘッドを与える。該分光装置は、分光分析ユニットと電源とを有するベースステーションを有し、更には、上述された実施例のうちいずれか１つに従って実行され得る。プローブヘッドは、励起ビームを関心体積へと方向付けるよう、また、関心体積からリターン放射線を収集するようオブジェクティブを有する。プローブヘッドは更に、ベースステーションに対して連結されたケーブルに対して接続されるよう適合される。このケーブルは、プローブヘッドからベースステーションにリターン放射線の伝送を与えるよう、並びに、プローブヘッドにベースステーションの電源から電源を与えるよう適合される。
【００２４】
更に他の態様においては、本発明は、患者の皮膚の表面下の関心体積における生物学的構造を介して流れる流体の特性を確定する分光装置に対するベースステーションを与える。該分光装置は、上述された実施例のうちいずれか１つに従って実行され得る。分光装置は、励起ビームを関心体積に方向付けるよう、また、関心体積からリターン放射線を収集数量オブジェクティブを有する少なくとも１つのプローブヘッドを有する。本発明のベースステーションは、分光分析ユニットと電源とを有する。本発明のベースステーションは、プローブヘッドに対して連結されるケーブルに接続されるよう適合される。ケーブルは更に、プローブヘッドからベースステーションへのリターン放射線の伝送を与えるよう、また、プローブヘッドにベースステーションの電源から電力を与えるよう適合される。
【００２５】
更に他の態様においては、本発明は、患者の皮膚の表面下の関心体積における生物学的構造を介して流れる流体の特性を確定する分光装置のプローブヘッドとベースステーションとを接続するケーブルを与える。ここでは、該分光装置はまた、上述された実施例のうちいずれか１つに従って実行され得る。プローブヘッドは、励起ビームを関心体積へと方向付けるよう、また、関心体積からリターン放射線を収集するようオブジェクティブを有する。ベースステーションは、分光分析ユニットと電源とを有し、プローブヘッドとベースステーションとを接続する本発明のケーブルは、プローブヘッドからベースステーションへのリターン放射線の伝送に対して適合する少なくとも１つの光ファイバ、及び、プローブヘッドにベースステーションの電源から電力を与えるよう適合される導電性要素を有する。
【００２６】
本発明の更に望ましい一実施例によれば、本発明のケーブルの少なくとも１つの光ファイバは更に、プローブヘッドからベースステーションに監視リターン放射線を伝送するよう適合される。
【００２７】
本発明の更に望ましい一実施例によれば、本発明のケーブルの少なくとも１つの光ファイバは更に、ベースステーションからプローブヘッドに監視ビームを伝送するよう適合される。望ましくは、本発明のケーブルは、励起ビームと監視ビーム、及び、対応するリターン放射線と監視リターン放射線の両方の双方向性の伝送を与える。これは、励起ビーム及び監視ビームを関心体積へと集束するよう、また、対応するリターン放射線及び監視リターン放射線を夫々収集するようオブジェクティブを所望するのみであるプローブヘッドのある程度の小型設計を可能にする。
【００２８】
本発明がラマン分光等である特定の種類の分光技術に制限されないこと、また、他の光学分光技術も使用され得ることは、留意されるべきである。これには、（ｉ）誘導ラマン分光及びコヒーレント反ストークス・ラマン分光（ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ  Ｒａｍａｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＣＡＲＳ）等である、非線形ラマン分光を有する誘導ラマン効果に基づく他の方法、（ｉｉ）赤外分光、特には赤外吸収分光、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光、及び、近赤外（ＮＩＲ）拡散反射分光、（ｉｉｉ）他の散乱分光技術、特には蛍光分光、多光子蛍光分光、及び、反射分光、並びに、（ｉｖ）光音響分光、偏光分析分光、及びポンププローブ分光等の他の分光技術、が有される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下において、本発明の望ましい実施例は、図面を参照してより詳細に説明される。
【００３０】
図１は、プローブヘッド３００及びベースステーション１１０を有する本発明の分光装置のブロック図を示す。ベースステーション１１０は、電源１１２、監視ビーム源１００、励起ビーム源２００、監視リターン放射線に対する検出ユニット４００、及びリターン放射線に対する検出ユニット５００を有する。監視ビームは、関心体積を視覚的に撮像するよう撮像ビームとして作用する。対応する監視リターン放射線４００は、非弾性散乱工程により周波数シフト（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔ）を受けない監視ビームの弾性的に散乱された部分を示す。
【００３１】
次にリターン放射線は、励起ビームの非弾性的散乱部分を示す。故に、ラマン及び蛍光分光の場合は、リターン放射線は、励起ビームに対して周波数シフトされ、したがって関心体積内に位置決めされた生物学的構造の分子構成を示す。
【００３２】
例えば、監視は、直交偏光スペクトル撮像（ＯＰＳ）を活用することによって実行され得、分光分析は、望ましくはラマン効果を有効に使う。この場合、励起ビーム源２００は、患者の皮膚６００の表面下で関心体積６０２においてラマン散乱を生成するよう近赤外光源として使用される。その結果として、検出ユニット５００は、関心体積６０２から出現する周波数シフトされたリターン放射線を検出するよう適合される。
【００３３】
ベースステーション１１０及びプローブヘッド３００は、複数の光ファイバ１５０，２５０，４５０，及び５５０を与える可撓性のあるケーブルによって接続される。光ファイバ１５０は、監視ビーム源１００からプローブヘッド３００への監視ビームの光伝送を与える。光ファイバ２５０は、励起ビーム源２００からプローブヘッド３００への励起ビームの光伝送を与える。光ファイバ４５０は、プローブヘッド３００から監視リターン放射線を検出する検出ユニット４００への監視リターン放射線の光伝送を与える。光ファイバ５５０は、リターン放射線、即ち、プローブヘッド３００から周波数シフトされたリターン励起ビームを検出する検出ユニット５００への周波数シフトされた散乱放射線の光伝送を与える。
【００３４】
ベースステーション１１０とプローブヘッド３００とを接続するケーブル７００は更に、プローブヘッド３００にベースステーション１１０の電源１１２から電力を与えるよう適合された導電性要素６５０を有する。ケーブル７００は、プローブヘッドのコネクタ３０２を用いてプローブヘッドに対して差し込まれ、ベースステーションへのプローブヘッドの可撓性のある結合を可能にさえする。これは、プローブヘッドの清掃又は保守に対して特に有利である。これに対して、ベースステーション１１０はまた、ケーブル７００をベースステーション１１０に差し込むコネクタ１１４を与える。
【００３５】
図１中に示される実施例において、各光ファイバ１５０，２５０，４５０及び５５０は、ベースステーション１１０とプローブヘッド３００との間で１つの特別な光学信号の伝送を別個に与える。プローブヘッド３００は更に、監視ビーム及び励起ビームを関心体積６０２へと集束するよう対物レンズ３２４を有する。望ましくは、対物レンズ３２４は、励起ビームを関心体積６０２へと案内するよう、また、関心体積６０２から出現するリターン放射線を収集するようオブジェクティブの一部である。プローブヘッド３００が関心体積６０２を監視及び空間的に分析するよう単一の対物レンズ３２４を活用するため、対応する光ビーム及び収集されたリターン放射線は、夫々、プローブヘッド３００によって結合及び分離されなければならない。
【００３６】
図２は、ビーム結合ユニット３１０、フィルタユニット５１０、及び集束ユニット３３０を組み込むプローブヘッド３００の可能な一実施例を示す。図２中に示される通りプローブヘッド３００は、プローブヘッド３００への監視ビーム１０２及び励起ビーム２０２の伝送を与え、また、プローブヘッド３００からベースステーション１１０への監視リターン放射線４０２及びリターン放射線５０２の伝送を与える４つの別個の光ファイバに対して接続されるよう適合される。
【００３７】
フィルタユニット５１０は、夫々監視及び励起ビームに対する異なる伝送及び反射率を特徴とするダイクロイックミラー５１４を有する。更には、フィルタユニット５１０は、リターン放射線の偏向に対する従来どおりのミラー５１２を有し、更に、リターン放射線５０２を光ファイバ５５０へと連結させるよう適合される連結レンズ（ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｌｅｎｓ）５０４を有する。集束ユニット３３０は、少なくとも１つの対物レンズ３２４を有するオブジェクティブ３２０を有する。ここでは、オブジェクティブ３２０は、水平方向において動かされるよう適合され、励起ビーム及び監視ビームの焦点の水平位置をシフトすることが可能である。
【００３８】
ビーム結合ユニット３１０は、監視ビーム１０２と励起ビーム２０２とを軸方向に結合するよう適合される。故に、２つの結合されたビームは、結合ユニット３１０から出現し、フィルタユニット５１０を介して伝搬し、即ちダイクロイックミラー５１４による伝送を得、集束ユニット３３０のオブジェクティブ３２０に入る。軸方向に結合されたビーム１０２及び２０２は、対物レンズ３２４を用いて関心体積６０２へと集束される。典型的には、監視ビームの少なくとも一部分は、関心体積における反射を受け、監視リターン放射線として対物レンズ３２４によって検出され得る。同様に、励起ビームの一部分は、関心体積６０２において行われるラマン工程により、レーザビームに対して周波数シフトされるリターン放射線として検出される。
【００３９】
監視リターン放射線及び周波数シフトされたリターン放射線のいずれも、オブジェクティブ３２０の対物レンズ３２４によって収集され、したがって、監視ビーム及びレーザビームに対して対向する方向において伝搬する。監視リターン放射線は、監視放射線と同一の周波数を有するため、フィルタ５１０のダイクロイックミラーによって伝送される。監視リターン放射線は、監視リターン放射線としてファイバ４５０へと連結されるビーム結合ユニット３１０に入る。対照的に、励起ビームの周波数シフトされたリターン放射線は、ダイクロイックミラー５１４において高い反射率を受ける。故に、周波数シフトされたリターン放射線は、ダイクロイックミラー５１４及び従来通りのミラー５１２によって２回反射される。最後に、リターン放射線５０２は、フィルタユニット５１０の連結レンズ５０４を用いてファイバ５５０に対して連結される。
【００４０】
図３は、監視ビーム１０２と励起ビーム２０２とを軸方向に結合させるビーム結合ユニット３１０を示す。２つのビーム１０２，２０２は、夫々、光ファイバ１５０，２５０によってビーム結合ユニット３１０に伝送される。ビーム結合ユニット３１０は、２つの連結レンズ３４０、ミラー３２８、及びビームスプリッタ３２６を有する。光ファイバ１５０は、上方連結レンズ３４０を介してビーム結合ユニット３１０へと連結される監視ビーム１０２を与える。光ファイバ２５０は、下方連結レンズ３４０を介してビーム結合ユニット３１０へと連結される励起ビーム２０２の伝送を与える。光ファイバ１５０，２５０及び連結レンズ３４０は、励起ビーム２０２及び監視ビーム１０２が実質的に互いに対して平行に伝搬し、更にはごくわずかなビーム広がりを示すよう、配置される。
【００４１】
監視ビーム１０２は、ビーム結合ユニット３１０へと連結された後、顕著な偏向無くビームスプリッタ３２６を介して伝搬する。監視ビーム１０２に対して実質的に平行に伝搬する励起ビーム２０２は、ミラー３２８によって反射され、したがって実質的に９０度偏向する。反射された励起ビーム２０２は、監視ビーム１０２の伝搬方向に対して実質的に垂直にビームスプリッタ３２６に入る。励起ビーム２０２の少なくとも一部分は、９０度の角度においてビームスプリッタ３２６によって反射され、最終的には監視ビーム１０２及び励起ビーム２０２の同軸伝搬に繋がる。
【００４２】
図４は、２つの対物レンズの柔軟な配置を活用するオブジェクティブ３２０を有する集束ユニット３３０の典型的な一実施例を示す。焦点平面の水平位は、矢印で示される方向のいずれかにおいて水平方向にシフトされ得る。焦点平面のシフトは、集束ユニット３３０に対して全体的なオブジェクティブ３２０をシフトすることによって、あるいは、対物レンズ３２４，３２２の１つ又は両方を夫々水平方向にシフトすることによって実現され得る。
【００４３】
図５は、プローブヘッド３００及び外部ビーム結合ユニット３１０のブロック図を示す。この実施例では、ビーム結合ユニット３１０は、分光装置のベースステーション１１０へと導入される。上述と同様に、ビーム結合ユニット３１０は、励起ビーム２０２と監視ビーム１０２とを結合するよう適合される。その結果として、結合されたビーム１０２，２０２は、光ファイバ１５０を用いてプローブヘッド３００に対して伝送される。この場合、プローブヘッド３００は、リターン放射線５０２を監視リターン放射線４０２から分離するようフィルタユニット５１０及び集束ユニット３３０を組み込むのみである。その結果として、プローブヘッド３００とベースステーション１１０とを接続するケーブルは、光ファイバ１５０，４５０及び５５０を与える必要があるのみである。ベースステーション１１０からプローブヘッド３００への光信号の伝送は、この場合は単一の光ファイバ１５０によって与えられる。
【００４４】
更には、フィルタユニット５１０もまた、ベースステーション１１０へと導入され得、プローブヘッド３００の更により小型の設計を可能にする。かかる場合、光ファイバ４５０，５５０の機能性は、単一の光ファイバへと組み込まれ得、プローブヘッド３００からベースステーション１１０へのリターン放射線及び監視リターン放射線の両方の伝送を与える。
【００４５】
図６は、監視リターン放射線４０２を検出及び処理する検出ユニット４００のブロック図を示す。図示された検出ユニット４００は、関心体積６０２の監視がＯＰＳ撮像技術を活用して実行される際に特に適切である。検出ユニット４００は、連結レンズ４４０、偏光ビームスプリッタ４１２、ビームスプリッタ４１８、ビームトラップ４２０、及び２つの検出器４１４，４１６を有する。光ファイバ４１５を用いて伝送される監視リターン放射線４０２は、連結レンズ４４０を用いて検出ユニット４００へと連結される。偏光ビームスプリッタ４１２は、監視リターン放射線４０２の偏光及び偏光解消光（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｌｉｇｈｔ）を分裂させる。偏光は、偏光ビームスプリッタ４１２によって偏向され、ビームトラップ４２０によってブロックされる。監視リターン放射線４０２の偏向解消光は、偏向ビームスプリッタ４１２によって伝送され、次のビームスプリッタ４１８によって実質的に同等に分けられる。ビームスプリッタ４１８から出現する偏光解消光の２つの構成部品の各々は、２つの別個の検出器４１４及び４１６によって検出される。検出器４１４，４１６は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラとして望ましくは実施される。２つの別個のＣＣＤカメラによるスプリット偏光解消ビームの検出は、オートフォーカス機構を実行するよう特に有利である。
【００４６】
図７は、図６中に示される通り、検出ユニット４００を有するプローブヘッド３００のブロック図である。この実施例では、監視リターン放射線４０２は、検出ユニット４００を活用してプローブヘッド３００内で既に処理される。したがって、プローブヘッド３００は、２つの光ファイバ１５０及び５５０のみを有するケーブルによってベースステーション１１０に対して接続される。光ファイバ１５０は、監視ビーム１０２及び励起ビーム２０２のいずれも伝送するよう適合される。監視リターン放射線４０２が既にプローブヘッド３００内で処理されるため、光ファイバ４４０は、プローブヘッド３００からベースステーション１１０までリターン放射線５０２を伝送するよう働くのみである。更には、ビーム結合ユニット３１０は、ベースステーション１１０へと組み込まれ、フィルタユニット５１０は、プローブヘッド３００へと導入される。
【００４７】
更には、この実施例では、プローブヘッド３００は、可搬のプローブヘッドの効率的な使用を与えるユーザインタフェースを更に有する。このため、プローブヘッドは、関心体内の指定の生物学的構造のズーミング又はトラッキングを起動及び／又は停止するボタンを特徴とする。このようにして、ユーザは、患者の皮膚の表面下の生物学的構造を追跡する容易且つ直観的制御を得る。更には、かかるユーザ起動のトラッキングを用いて、例えば励起及び／又は監視ビームの焦点の深さは、ユーザによって任意に修正され得る。
【００４８】
図８は、図２中に示される通りフィルタユニット５１０の構成部品及び検出ユニット４００を有するプローブヘッド３００の一実施例を示す。プローブヘッド３００をベースステーション１１０と接続させるケーブルは、３つの光ファイバ１５０，２５０及び５５０を有する。これらのファイバ１５０，２５０，５５０の各々は、光信号のうち１つのみを伝送するよう働く。検出装置４００がプローブヘッド３００へと組み込まれるため、監視リターン放射線４０２をベースステーション１１０に伝送する必要はない。
【００４９】
プローブヘッド３００の検出ユニット４００は、図６によって示されるものと同一の機能性を有する。該検出ユニットは、２つの検出器４１４，４１６、及び２つのビームスプリッタ４１８，４１２を有し、後者は偏光ビームスプリッタである。図８中に示される実施例では、ダイクロイックミラー５１４、ビームスプリッタ５１２、及び偏光ビームスプリッタ４１２は、図３中に示されるものと同様のビーム結合ユニットとしての機能を果たす。更には、２つの鏡５１２及びダイクロイックミラー５１４は、図２によって示されるものと同様にフィルタユニットとしての機能を果たす。２つの光ファイバ１５０，２５０によって与えられる監視ビーム及び励起ビームは、夫々、連結レンズ３４０を活用してプローブヘッドへと連結される。ビームスプリッタ４１２及び５１２を用いて、２つのビームは、軸方向に位置合わせされ、連結レンズ５４０に向かって方向付けられる。
【００５０】
連結レンズ５４０は、複数の撮像ファイバ１５０，４５０、単一の励起ファイバ２５０、及び、周波数シフトされたリターン放射線をオブジェクティブ３２０からプローブヘッド３００へと伝送するよう適合される複数のファイバ５５０を有するケーブル７００へと２つの光ビームを連結させる。このようにしてケーブル７００は、監視及び励起ビームをオブジェクティブ３２０に与えるよう、また、プローブヘッド３００にリターン放射線、監視リターン放射線、及び励起リターン放射線を与えるよう、マルチファイバ伝送装置としての役割を果たす。
【００５１】
ケーブル７００は、望ましくは可撓性のあるケーブルとして適合され、プローブヘッド３００のオブジェクティブ３２０の可撓性のある取り扱いを可能とする。ケーブル７００は、任意の長さを有し得、したがってプローブヘッド３００のオブジェクティブの可撓性のある取り扱いを可能にする。オブジェクティブ３２０は、光学装置の焦点平面を動かすよう垂直方向にシフトされるよう適合された２つの対物レンズ３２２及び３２４を有する。
【００５２】
監視又は非弾性散乱励起型のいずれの種類のリターン放射線は、オブジェクティブ３２０の対物レンズ３２４によって収集され、可撓性のケーブル７００の多種のファイバ１５０，２５０，４５０，５５０によって伝送される。リターン光は、可撓性のケーブル７００から出現して、連結レンズ５４０によって平行にされ、ビームスプリッタ５１２によって半分に分けられる。リターン放射線の一部分は、ビームスプリッタ５１２によって伝送され、検出器４００に入り、他の部分は、ビームスプリッタ５１２によって９０度の角度において反射される。監視及び分光信号をいずれも有する反射された部分は、関心体積６０２内部で行われる散乱工程による周波数シフト放射線のみを反射するよう特別に設計されるダイクロイックミラー５１４に衝突する。このようにして、ダイクロイックミラー５１４は、分光信号を与える他方の周波数シフトされた部分のみを選択することを可能にする。ダイクロイックミラー５１４によって反射されるリターン放射線のこの周波数シフトされる部分は、連結レンズ３４０に向かって放射線を偏向するミラー５１２に衝突し、分光信号をファイバ５５０へと連結する。ファイバ５５０は続いて、分光信号をベースステーション１１０の分光検出ユニット５００に伝送する。
【００５３】
図８中に示される実施例では、検出ユニット４００及びフィルタ５１２，５１４、及び５４０の構成部品は、プローブヘッド３００又はベースステーション１１０のいずれかにおいて実行され得る。任意の長さを有する可撓性のケーブル７００を活用することは、プローブヘッド３００を２つの対物レンズ３２２及び３２４を有するオブジェクティブ３２０のみを有するように設計することを可能にする。
【００５４】
図９は、監視ビーム１０２に対して励起ビーム２０２をシフトする走査配置を示す。図９は、オブジェクティブの結合、ビーム結合ユニット、及び走査ユニットを示す。監視ビームは、ビームスプリッタ３２６を介して伝搬し、２つの対物レンズ３２２及び３２４の配置によって患者の皮膚６００の内側に十分に集束される。ビームスプリッタ３２６は、監視ビーム１０２及び励起ビーム２０２を軸方向に結合させる役割を果たす。
【００５５】
更には、レーザビーム２０２は、レンズ３５２，３５４及びミラー３５０，３２８を有する装置を介して伝搬する。特には、ミラー３５０は、光軸に対して横方向Φ及びθのいずれにおいてもチルトされ得る走査ミラー機器として実行される。走査ミラー３５０のチルト角度Φ及びθに依存して、励起ビーム２０２は、レンズ３５２，３５４の装置を介して異なる光学経路に従う。
【００５６】
望ましくは、走査ミラー３５０は、２つのレンズ３５２及び３５４を有するレンズ装置の焦点平面において位置付けられる。このようにして、走査ミラー３５０の任意のチルト角度Φ，θに対する光軸に対して励起ビーム２０２が平行に伝搬することは、保障される。それ故に、励起ビーム２０２は、走査ミラー３５０の装置、及び２つのレンズ３５２，３５４によって横方向に移動するのみである。
【００５７】
ビームスプリッタ３２６及びミラー３２８における反射は、監視ビーム１０２に対する励起ビーム２０２の平行なシフトを与える。励起ビーム２０２の横方向のシフトにより、励起ビームの焦点位置は、２つのビーム１０２，２０２が対物レンズの装置３２２及び３２４を介して伝搬する際、監視ビーム１０２の焦点位置に対してわずかにシフトする。
【００５８】
このようにして、焦点平面の位置が患者の皮膚６００に対してシフトされうるばかりではなく、励起ビーム２０２の焦点の位置もまた監視ビーム１０２の焦点位置に対して任意にシフトされ得る。
【００５９】
図１０は、フィルタ５１０及び検出ユニット４００の多種の構成部品を組み込むプローブヘッド３００の他の実施例を示す。ここでは、プローブヘッドは、３つの連結レンズ３４０、偏光ビームスプリッタ４１２、ダイクロイックミラー５１４、ミラー５１２、及び２つの対物レンズ３２２，３２４を有するオブジェクティブ３２０を有する。この実施例では、図６によって別個に図示される検出ユニット４００の一部は、２つの検出器４１４，４１６、連結レンズ３４０、及びビームスプリッタ４１８を有する外部機器として実行される。
【００６０】
典型的には検出ユニットに属する偏光ビームスプリッタ４１２は、この実施例では、プローブヘッド３００へと別個に導入される。プローブヘッド３００は、プローブヘッド３００から２つの別個の検出器４１４及び４１６まで監視リターン放射線４０２を伝送するよう適合された光ファイバ４５０を用いてビームスプリッタ４１８に連結される。光ファイバ１５０は、監視ビーム１０２及び励起ビーム２０２をプローブヘッド３００に伝送するよう適合される。２つの異なる光源から出現する２つのビーム１０２，２０２は、ベースステーションによって既に結合され、ビームスプリッタ４１２及びダイクロイック要素５１４を介してオブジェクティブ３２０へとまっすぐに伝搬する。対物レンズ３２４を用いて２つのビームは、最終的には関心体積へと集束される。該関心体積からは、放出された放射線の一部がオブジェクティブ３２０に戻る。
【００６１】
ダイクロイックミラー５１４を用いて、例えば多種のラマン工程から生じる周波数シフトされたリターン放射線は、ミラー５１２に対して反射される。ミラー５１２は、分光信号をベースステーション１１０に伝送する光ファイバ５５０へと周波数シフトされた光を連結させる連結レンズ４３０に対してリターン放射線を方向付ける。
【００６２】
ダイクロイック要素５１４によって反射されないリターン放射線は、ビームスプリッタ４１２に対して伝搬し、リターン放射線の一部分は、リターン放射線をファイバ４５０へと連結させる連結レンズ３４０に対して放射線を方向付けるミラー５１２に対して反射される。リターン光のこの部分は、続いて、検出器４１４及び４１６によって別個に検出されるよう光信号を沸けるビームスプリッタ４１８に対して伝送される。望ましくは、光ファイバ１５０，４５０，５５０はすべて、プローブヘッド３００をベースステーション１１０に接続させる単一の可撓性のケーブルへと組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の分光装置のブロック図である。
【図２】ビーム結合ユニット及びフィルタユニットを組み込むプローブヘッドの典型的な一実施例を図示する。
【図３】ビーム結合ユニットのブロック図である。
【図４】プローブヘッドのオブジェクティブへと組み込まれる集束ユニットのブロック図である。
【図５】プローブヘッド及び外部ビーム結合ユニットのブロック図である。
【図６】検出ユニットの典型的な一実施例を図示する。
【図７】監視リターン放射線の検出及び処理に対する検出ユニットを組み込むプローブヘッドのブロック図である。
【図８】ビーム結合及びビームフィルタユニット、並びに集束ユニットを組み込むプローブヘッドを図示する。
【図９】励起ビームの焦点位置を任意にシフトするシフトユニットを図示する。
【図１０】ビーム結合及びビーム分離ユニット、並びに外部集束ユニットを組み込むプローブヘッドを図示する。
【図１】
2007535356.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007535356.tif 000009
【図８】
2007535356.tif 000010
【図９】
2007535356.tif 000011
【図１０】
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【国際調査報告】
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