(57)【要約】  オブジェクトの表面（７０）より下にあるターゲット地域（７２）、例えば患者の皮膚の表面より下にある毛細血管を暗視野撮像するための監視システムは、照明光学システム（３１）、撮像システム（３５）、及びオブジェクトの表面とターゲット地域との間にある領域から戻ってくる照射光を抑えるための選択式光学遮断システムを有する。この遮断システムは、照射路及び結像路それぞれに十字に置いた偏光子（３２、３７）、及び／又は戻ってくる結像ビームの中心部分を遮断するように構成される開口絞り（５１）を有する。代わりには、照射路及び結像路がある角度をなし、照射焦点及び結像焦点が互いにずれている。監視システムは、励起システム及び検出システムを持つ分光システムをさらに有する分析装置に構成されてもよい。
2007501646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトの表面より下にあるターゲット地域を暗視野撮像するための監視システムであり、
−前記オブジェクト上にある照射ビーム路に沿って照射ビームを放射する照明光学システム、及び
−結像ビーム路に沿って前記ターゲット地域から戻ってくる結像ビームを入力する撮像システム
を有する監視システムにおいて、
−前記撮像システムは、前記表面と前記ターゲット地域との間にある領域から戻ってくる照射ビームを遮断するための選択式光学遮断システム
を含む監視システム。
【請求項２】
−前記照明システムは前記照射ビームを偏光した照射ビームとして生成するように構成され、及び
−前記選択式光学遮断システムは、前記偏光した照射ビームの偏光軸に対し交差に置いた軸を持つ偏光−検光子を含む
請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
前記選択式光学遮断システムは、前記戻ってくる結像ビームの中心部分を基本的に遮断する開口絞りを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
オブジェクトの表面より下にあるターゲット地域を暗視野撮像するための監視システムであり、
−前記オブジェクト上にある照射ビーム路に沿って照射ビームを放射する照明光学システム、及び
−結像ビーム路に沿って前記ターゲット地域から戻ってくる結像ビームを入力する撮像システム
を含む監視システムにおいて、
−前記照明光学システムは焦点合わせされていない照射ビームを生成する
監視システム。
【請求項５】
オブジェクトの表面より下にあるターゲット地域を暗視野撮像するための監視システムであり、
−前記オブジェクト上にある照射ビーム路に沿って照射ビームを放射する照明光学システム、及び
−結像ビーム路に沿って前記ターゲット地域から戻ってくる結像ビームを入力する撮像システム
を含む監視システムにおいて、
−前記照射ビーム路及び前記結像ビーム路が角度を形成し、
−前記照明光学システムは照射焦点を持ち、
−前記撮像システムは結像焦点を持ち、及び
−前記照射焦点は前記結像焦点からずれている
監視システム。
【請求項６】
−オブジェクトの表面より下にあるターゲット地域に励起ビームを放射する励起システムを含む分光システムを有する分析装置であり、
前記ターゲット地域を撮像するための監視システムをさらに有する分析装置において、前記監視システムは、
−前記オブジェクト上にある照射ビーム路に沿って照射ビームを放射する照明光学システム、及び
−結像ビーム路に沿って前記ターゲット地域から戻ってくる結像ビームを入力する撮像システム
を含み、前記照射ビーム路及び前記結像ビーム路が角度を形成する
分析装置。
【請求項７】
オブジェクトの表面より下にあるターゲット地域に励起ビームを放射する励起システム
を含む分光システムを有する分析装置において、請求項１乃至５の何れか一項に記載の監視システムをさらに有する分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オブジェクトの表面より下にあるターゲット地域に励起ビームを放射する励起システムを含む分光システムを有する分析装置に関し、さらに前記ターゲット地域を撮像する監視システムを有する前記分析装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
上記分析装置は、国際出願番号WO02/057759号から知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この既知の分析装置は、励起ビームによりターゲット地域が励起されている間、監視システムを用いてこのターゲット地域を監視する。このターゲット地域から形成される画像に基づいて、励起ビームがターゲット地域に正確に向けられる。故に、散乱放射線は基本的にこのターゲット地域に発生するので、検出される散乱放射線は基本的に前記ターゲット地域の材料組成に関する情報を含んでいる。このターゲット地域が前記オブジェクトの表面より下に置かれているときのターゲット地域を撮像するために、この既知のシステムは共焦点光学スキャン撮像システム(scanning confocal optical imaging system)に適している。特に、ターゲット地域は、検査すべき患者の皮膚の表面より下にある毛細血管でもよい。この既知の分析装置は、ターゲット地域を撮像し、前記オブジェクトの表面より下にある基本的にターゲット地域だけによる散乱放射線を入力するための複雑且つ高価な共焦点光学システムを含む。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、オブジェクトの表面より下にあるターゲット地域を撮像するための監視システムを、製造が簡単且つ安価である分析装置に提供することである。
【０００５】
本目的は、本発明に従って前記監視システムが、
−前記オブジェクト上の照射ビーム路に沿って照射ビームを放射する照明光学システム、及び
−結像ビーム路に沿って前記ターゲット地域から戻ってくる結像ビームを入力する撮像システム
を含み、
−前記照射ビーム路及び前記結像ビーム路がある角度をなす
分析装置により達成される。
【０００６】
監視システムは、有効な背面照射を介してターゲット地域を照射する。照射ビームは、ターゲット地域の背面照射を生じさせるように、前記オブジェクトに浸透し、このオブジェクト内において散乱する。実質的には、背面照射は、空間的に全く均一に分布される多重の散乱拡散及び偏光解消放射線を介して行われる。従って、ターゲット地域の一様な背面照射が達成される。照射は紫外線から可視光、赤外線までの間の領域にある（電磁）放射線を用いて行われる。好ましくは、５２０から５８０ｎｍの領域にある黄／緑の放射線が用いられる。ターゲット地域は主に散乱放射線により照射されるので、暗視野撮像が達成される。鏡面反射した照射からの結像に対する寄与が殆ど無いので、ターゲット地域は高いコントラストで撮像される。
【０００７】
例えば、上記背面照射は直交偏光したスペクトル撮像を介して達成され、これは偏光した照射ビームを含み、照射ビームの偏光方向を横断する偏光軸を持つ偏光−検光子を用いる。すなわち要約すると照射ビーム及び結像ビームそれぞれにおいて交差−偏光を用いる。ターゲット地域を照射し、このターゲット地域から戻ってくる散乱放射線は、結像光学システムにより集められる。このようにして、本発明に従い、背面照射が非常に厳密な基準を満たす必要のない比較的僅かな個数の簡単な光学部品により達成される。故に、本発明の分析装置の撮像システムは、製造するのに簡単且つ安価である。照射ビーム路及び結像ビーム路は一致しないので、本質的に、この結像光学システムの全体の開口数が結像するのに利用可能であるため、この結像光学システムの効果的な光感度が改善される。さらに、ターゲット地域の照射は、この照射ビームは、結像光学システムの光学素子を通過する必要がないのでより効果的となる。さらに、照射ビーム路及び結像ビーム路は一致しないので、照明光学システム及び結像光学システムは、かなりの程度で別々に最適化されることができる。つまり、本発明の分析装置において、照明光学システム及び結像光学システムは、別々に設計されることができる。さらに、結像光学システムは、この結像光学システムがターゲット地域を撮像するのに使用する、戻ってくる散乱放射線が照明光学システムの光学素子を通過しないので、さらに効果的に動作する。その上、本発明の分析装置は、交差する偏光が検査すべき患者の近くに置かれるので、光学素子による故意ではない偏光解消(depolarization)が避けられるために、ターゲット地域の直交偏光するスペクトル撮像を良好なコントラストの解像度で行うことができる。
【０００８】
分析装置はさらにターゲット地域からの散乱放射線を入力するための検出システムを具備する。この散乱放射線は、励起システムにより生成される励起ビームによりターゲット地域を励起させることにより発生する。例えばラマン散乱は、光学励起によりターゲット地域に起こる。好ましくは、検出システムは、ターゲット地域から散乱する放射線のそれぞれの波長領域の成分を分解する、すなわちターゲット地域の分光分析を行うことができる。これらそれぞれの波長領域における相対的な寄与は、ターゲット地域における物質の構成に関する有用な情報を提供する。
【０００９】
本発明の分析装置は、生体内の血液を非侵襲的に検査するのに用いられるのに有利である。検査すべきオブジェクトは、検査すべき患者であり、ターゲット地域は例えば患者の皮膚の表面より下にある毛細血管に関する。監視システムは、励起ビームが毛細血管に正確に向けられるように、皮膚の層の上にある患者の毛細血管を撮像する。特に、背面照射は皮膚のより深い層における組織構造から散乱することにより達成される。励起ビームがターゲット地域、すなわち毛細血管に正確に向けられるので、例えばラマン散乱のような散乱は、主に毛細血管から発生し、周囲の皮膚組織には殆どない。これにより、検出システムは基本的にターゲット地域からの（ラマン）散乱放射線だけを入力し、その地域の周りからの信号によるターゲット地域の分光分析の混合が避けられる。
【００１０】
ある角をなす照射ビーム路及び結像ビーム路は、反射型の暗視野対物レンズを開示しているウェブサイトwww.olympus.com/primer/techniques/darkfield.htmlから既知であることに注意されたい。しかしながら、この反射型の暗視野対物レンズは、検査すべきオブジェクトの表面を検査するように構成される。引用されるウェブサイトは表面より下にある構造を撮像するために、既知の反射型の暗視野対物レンズを用いることは教えていない。
【００１１】
本発明は、オブジェクトの表面より下にあるターゲットを暗視野撮像するための監視システムにも関する。
【００１２】
本発明による監視システムは、ターゲット地域と表面との間の領域から戻ってくる放射線を遮断するための、選択式光学遮断システムを具備する。この選択式光学遮断システムは、オブジェクトの表面から見られるように、ターゲットの背後から伝搬する放射線がターゲットの画像に寄与することを達成する。故に、良好なコントラストを持つターゲット地域の画像が形成される。
【００１３】
本発明のこれら及び他の態様は、従属する請求項に記載される実施例を参照してさらに詳しく説明される。
【００１４】
例えば、選択式光学遮断システムは、照射ビーム路に偏光子及び結像ビーム路に検光子を含み、これら偏光子及び検光子は交差に置いた偏光方位である。次いで、基本的に多重散乱を受けたターゲット地域からの放射線だけが撮像システムにより入力される。特に、鏡面反射した放射線はその偏光を保ち、検光子により遮断される。オブジェクトにおいて多重散乱した放射線は、ある程度は偏光され、検光子により透過されるだろう。多重散乱した放射線は、オブジェクトの表面から見られる、ターゲット地域よりも下にある領域から主に生じている一方、照射ビームの鏡面反射は主にオブジェクトの表面で起こり、僅か数個の散乱を受け、その偏光を遮断された放射線は主にオブジェクトの表面とターゲット地域との間の領域から生じる。故に、ターゲット地域は高いコントラストで撮像される。
【００１５】
他の実施例において、選択式光学遮断システムは、戻ってくる結像ビームの中心部を遮断する開口絞りを含む。この中心部は主に鏡面反射部と１回又は非常に少ない散乱を持つ部分とを含んでいる。戻ってくる結像ビームの中心部の遮断は、表面と抑制されるべきターゲット地域との間の領域からの戻ってくる結像ビームへの寄与を引き起こすので、このターゲット地域は高いコントラストで撮像される。国際特許出願公開番号WO00/27276号から、撮像すべきオブジェクト内のターゲット地域の周りにリング形状の照射パターンを形成することが知られているのに注意されたい。このようなリング形状の照射パターンが表面とターゲット地域との間にある領域からの結像ビームへの寄与を避けたとしても、このリング形状の照射パターンは相対的に前記ターゲット地域を効率悪く照射する。
【００１６】
他の実施例において、照射ビームは、焦点合わせされない照射ビームを生成する。故に、前記表面、及びターゲット地域と前記表面との間にある領域の照射は、ターゲット地域及びこのターゲット地域より下にある領域の照射に対し比例して減少する。この焦点合わせされない照射ビームは好ましくは、ターゲット地域の効率的な一様な背面照射が達成されるように、ターゲット地域の周り及び下の広い領域を覆う。
【００１７】
他の実施例において、照射ビーム及び戻ってくる結像ビームは傾斜し、相互に移動させる個々の焦点を持つ。すなわち、オブジェクトにおける照射ビームの焦点位置は、撮像システムにより鮮明に撮像される結像焦点から移動する。照射ビームが結像光学システムの経路に対し傾斜しているので、表面からの鏡面反射は、結像ビームに殆ど又は全く寄与しない。照射ビームの焦点が撮像システムの焦点から移動するので、結像ビームにおいてターゲット地域の周りからの直接反射した光が避けられる。特に、照射ビームの焦点は、ターゲット地域とオブジェクトの表面との間にある領域の外側に置かれる。これにより、ターゲット地域の背面照射が結像光学システムによる結像ビームの取得とは無関係に制御されることができる。
【００１８】
さらに本発明によると、請求項１乃至６の何れか一項に記載の監視システムは、分析装置に用いられることが有利である。この分析装置は、励起システムを持つ分光システムを有する。励起システムはターゲット地域に向けられ、ターゲット地域に集中する（光学的）励起を生じさせる励起ビームを生成する。監視システムは、励起が正確にターゲット地域に向けられることができるように、このターゲット地域を撮像するように、分析装置において用いられる。請求項１乃至６の何れか一項に記載される本発明の監視システムがターゲット地域の高いコントラスト画像を生成するので、特にターゲット地域がオブジェクトの表面より下に置かれる場合、本発明の監視システムを有する分析装置は励起ビームをターゲット地域にさらに正確に向けることができ、その結果、本質的にターゲット地域から生じる分光データが得られる。本発明の分析装置が検査すべき人間の皮膚の表面より下にある毛細血管内の血液に対し生体内でラマン分光を行うのに用いられる場合、良好な結果が達成される。本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照すると共に、付随する図面を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明が用いられた分析装置の実施例を概略的に示す。図１に例示される分析装置は特に、患者の皮膚にある毛細血管内の血液の中身を検査するために設計される。この用途では、検査すべき患者は検査すべきオブジェクトであり、ターゲット地域７２は患者の皮膚にある毛細血管により形成される。この分析装置は監視システム３０及び分光ユニット１を有する。この分光ユニット１は、励起ビーム（ｅｘｂ）を放射する励起システム、及びターゲット地域７２から散乱する放射線を入力する検出システム１１を含む。この検出システム１１は、ターゲット地域７２の分光分析を行うために、個々の波長領域の成分を分解することが可能である。
【００２０】
監視システムはターゲット地域７２を撮像する。この目的のために、監視システムは光源３４、偏光子３２及びレンズ３３を含む照明光学システム３１を具備する。光源３４は例えばランプ、好ましくは半導体レーザ若しくは固体レーザのようなレーザ、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。好ましくは、この光源は、５２０から５８０ｎｍ領域にある波長を持つ緑から黄色の光を放射し、この領域は特に周囲の組織に対する血管の良好なコントラストが達成される。偏光子３２は前記光源からの光を偏光する。レンズ３３は偏光した光を検査すべき患者の皮膚に焦点合わせする。皮膚組織内、特に毛細血管より下にある組織層において、前記偏光した光は散乱し、偏光が解消される。散乱した光は、皮膚表面７０の近くにある毛細血管を背面照射する。
【００２１】
患者の皮膚から散乱した光は、結像光学システム３５により、毛細血管の画像を形成するのに用いられる。この目的のために、この結像光学システムは、対物レンズ３６、検光子３７、ＣＣＤカメラ３８及びモニタ３９を有する。患者の皮膚から戻ってくる光は、対物レンズ３６により集められ、このレンズが戻ってくる光ビーム（ｒｉｂ）を形成する。結像光学システムの光軸、特に対物レンズの光軸は、照明光学システムの光軸、特にレンズ３３の光軸に対しある角度に配向される。検光子３７は、その偏光軸が照明光学システム３１の偏光子３２の偏光軸に対し交差方位(crossed orientation)となるように向けられる。これにより、基本的に患者の皮膚のより深い層において大幅に偏光解消された光だけが検光子３７を通過し、毛細血管の画像を形成するのに用いられる。取得された画像から電子画像信号を得るＣＣＤカメラ３８により画像が取得される。この電子画像信号の信号レベルは、毛細血管の画像の輝度値を表している。ＣＣＤカメラ３８は、毛細血管の画像を表示するためのモニタに、又は自動的に血管を検出するＰＣのような画像処理システムに前記電子画像信号を印加する。
【００２２】
励起システム１は、励起ビームを放射するためのレーザシステム１１を含む。例えば、７８５ｎｍ辺りの領域の波長を持つ励起ビーム（ｅｘｂ）を放射するダイオードレーザが用いられる。この励起ビームはハイパスフィルタＨＰＦで反射され、ミラーＭ２、Ｍ３及びダイクロイックミラーｆｔｒを介して対物レンズに向けられる。非弾性散乱のラマン光はハイパスフィルタＨＰＦを通過し、検出システム１１に向けられる。
【００２３】
図２は本発明の監視システムの実施例を示す。図２の監視システムの結像光学システムは、図１に示される分析装置の監視システムと類似している。照明システムは、照射ビームをレンズ３３から患者の皮膚に向ける光ファイバ４０を有する。この光ファイバはフレキシブルであるため、この照射ビームの向きを患者の皮膚に向けることは簡単にできる。特に、照射ビームの焦点を結像光学システムの焦点からずらすことは簡単である。前記照射ビームが光ファイバ４０を出るときのこのビームの方向は、結像光学システムの光軸に対しある角度をなす。代わりに、光ファイバの前にレンズを置き、焦点を作ることも可能である。
【００２４】
図３は、あるバージョンの選択式光学遮断システムが用いられる本発明の監視システムの実施例を示す。図３に示される選択式光学遮断システムは、照射ビーム（ｉｂ）において偏光子３２を含み、検光子３７は戻ってくる結像ビーム（ｒｉｂ）に置かれる。さらに、この選択式光学遮断システムはリング形状の開口絞りを備える。挿入図において、ＣＣＤカメラに送信される結像ビームの断面６１が示される。偏光子３２及び検光子３７は、いわゆる交差方位である。故に、オブジェクトの表面７０より下にあるターゲット地域７２辺りの多重の偏光解消散乱(depolarizing scattering)から生じる、戻ってくる結像ビームへの寄与だけが、検光子を通過してＣＣＤカメラ３８へ送られる。偏光ビームスプリッタ４２は、ターゲット地域７２を照射するために、偏光した照射ビームを対物レンズ３６に送るのに用いられる。この偏光ビームスプリッタは、戻ってくる結像ビームをＣＣＤカメラ３８へ反射させる。結像レンズは、ＣＣＤカメラ３８のＣＣＤセンサ上に前記戻ってくる結像ビームを焦点合わせるのに用いられる。さらに、開口絞りは、オブジェクトの表面７０から、及びこの表面７０とターゲット地域７１との間にある領域７２から戻ってくる放射線を抑える。
【００２５】
図４は、他のバージョンの選択式光学遮断システムが用いられる監視システムの実施例を示す。ここで、この選択式光学遮断システムは、その中心に穴を持つミラー５２、並びに中心に開口及び周辺にリング形状の開口を持つ開口絞り５１を含む。挿入図において、ＣＣＤカメラに送信される結像ビームの断面６２が示される。好ましくは、この開口絞りは、放射線を照射及び結像するための交差に置いた偏光子を持つ、すなわち、中心の開口６２１及び周辺の開口６２２において、交差の偏光方位の偏光子が設けられる。故に、中心の開口６２１が照射ビームを送信且つ偏光させ、周辺の開口６２２はその偏光を保存した鏡面反射した放射線を抑え、戻ってくる結像ビームの多重散乱放射線は周辺の開口を通過する。さらに、ミラー５２は単に周辺部分を通り、多重散乱放射線に関する前記戻ってくる結像ビームのＣＣＤカメラ３８に送る。故に、開口絞り５１及びミラー５２は、表面７０、並びにターゲット地域７２と前記表面７０との間にある領域７１から戻ってくる放射線を効果的に抑える。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を用いた分析装置の実施例の概略的に示す。
【図２】本発明の監視システムの実施例を示す。
【図３】あるバージョンの選択式光学遮断システムが用いられる本発明の監視システムの実施例を示す。
【図４】他のバージョンの選択式光学遮断システムが用いられる本発明の監視システムの実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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