(57)【要約】  本発明は、人間の関心領域（１２０）における生物学的構造の特性を決めるための分光システム（１００）を提供する。この分光システム（１００）は、励起ビームを関心領域（１２０）に向け、この関心領域（１２０）からの戻り放射線（１２４）を収集するための低コストの対物レンズ（１１８）を有する。この戻り放射線（１２４）、すなわち分光信号を検出した後、補正ユニット（１０６）は、対物レンズ（１１８）によりもたらされる分光信号の収差の補償を行う。対物レンズ（１１８）の収差は、この対物レンズ（１１８）の光軸（１１６）から関心領域（１２０）までの横方向距離（１２２）に強く依存しているので、補正ユニット（１０６）は、補正値と、関心領域（１２０）の様々な横方向位置（１２２）との間に割当てを設ける補正テーブル（１１０）を効果的に利用する。
2008503765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の関心領域における生物学的構造の特性を決めるための分光システムにおいて、
−励起ビームを前記関心領域に向け、前記関心領域からの戻り放射線を収集するための対物レンズ、
−前記関心領域からの戻り放射線を検出するための検出器、及び
−前記対物レンズの収差を補正するための補正ユニット
を有する分光システム。
【請求項２】
前記対物レンズの測定容積を前記関心領域に位置決めする回転可能なミラー要素をさらに有し、前記回転可能なミラー要素は前記対物レンズの光軸に対して前記測定容積を横方向に移動させる請求項１に記載の分光システム。
【請求項３】
前記補正ユニットは、前記検出された戻り放射線の補正を行うのに適合している請求項１又は２に記載の分光システム。
【請求項４】
前記補正ユニットは、補正テーブルにより提供される補正値を利用するのに適合し、各補正値は、前記関心領域から前記対物レンズの光軸までの横方向距離に対し固有である請求項１、２又は３に記載の分光システム。
【請求項５】
前記関心領域から前記対物レンズの光軸までの前記横方向距離は、前記回転可能なミラー要素の向きにより決められる請求項２、３又は４に記載の分光システム。
【請求項６】
前記関心領域の前記横方向位置を決めるための関心領域の画像を提供するイメージングシステムをさらに有する請求項１ないし５の何れか一項に記載の分光システム。
【請求項７】
前記補正ユニットは、対物レンズの色収差及び単色収差を補正するのに適合している請求項１ないし６の何れか一項に記載の分光システム。
【請求項８】
前記補正ユニットは、属性テーブルに基づいて前記対物レンズの収差を補正するのに適合し、前記属性テーブルは前記対物レンズの製造時に作成され、各々固有の対物レンズの収差を示している請求項１ないし７の何れか一項に記載の分光システム。
【請求項９】
人間の関心領域における生物学的構造の特性を決めるための分光システム用のコンピュータプログラムであって、前記分光システムは、励起ビームを前記関心領域に向け、前記関心領域からの戻り放射線を収集するための対物レンズを有し、前記分光システムはさらに前記関心領域からの戻り放射線を検出するための検出器を有するコンピュータプログラムにおいて、
−前記戻り放射線を分析し、
−前記対物レンズの収差を補正するための前記戻り放射線の補正を行う
コンピュータプログラム手段を有するコンピュータプログラム。
【請求項１０】
前記対物レンズの測定容積を前記関心領域に位置決めするための回転可能なミラー要素を制御するのに適合しているプログラム手段をさらに有し、前記回転可能なミラー要素は前記対物レンズの前記光軸に対し前記測定容積を横方向に移動させるのに適合している請求項９に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１１】
前記対物レンズの前記光軸に対する前記関心領域の横方向位置を決めるためのイメージングシステムにより供給される関心領域の画像を分析するのに適合しているコンピュータプログラム手段をさらに有する請求項９又は１０に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１２】
前記属性テーブルに基づいて前記対物レンズの収差を補正するのに適合するコンピュータプログラム手段をさらに有し、前記属性テーブルは前記対物レンズの製造時に作成され、各々固有の対物レンズの収差を示している請求項９、１０又は１１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１３】
人間の関心領域における生物学的構造の特性を決めるために構成される分光システムの対物レンズの収差補正を行う方法において、
−励起ビームを前記関心領域に向け、前記対物レンズを利用して前記関心領域からの戻り放射線を収集するステップ、
−前記関心領域からの戻り放射線を検出するステップ、及び
−前記対物レンズの収差を補正するための前記検出された戻り放射線の補正手順を実行するステップ
を有する方法。
【請求項１４】
前記補正手順の実行は、
−前記関心領域と前記対物レンズの光軸との間の前記横方向距離を決めるステップ、
−前記決められた横方向距離に固有の補正値を得るステップ、及び
−前記得られた補正値を利用することにより、前記検出された戻り放射線に補正手順を施すステップ
を有する請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は関心領域の分光分析の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析を目的とする光学分光技術を使用すること自体は従来技術から知られている。国際出願公開番号WO 02/057758 A1及びWO 02/057759 A1は、人間の毛細血管を流れる血液の組成を生体内で非侵襲性分光分析をするための分光分析装置を示す。好ましくは、分光分析は共焦点のラマン分光を利用することにより実現され、非侵襲性の血液分析（ＮＩＢＡ）を可能にする生体内での血液内の被分析物濃度を測定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高い信号対ノイズ比又は信号対検出可能な分光信号のバックグラウンド比を取得するために、共焦点の測定ボリュームが血管の内部に完全に置かれていることが利点である。一方は、これは人間の皮膚の表面の下にある血管の位置を正確に決めることが必要である。他方は、分光システムの共焦点の測定容積が前記血管の決められた位置に正確に移動されなければならない。
【０００４】
非侵襲性の血管分析システムの多くの応用に対し、前記システムが２つの組成に分割、すなわちベース局とフレキシブルなプローブヘッドとに分割され、これらは光ファイバにより接続される。一般的に大きなベース局は、広範な励起レーザ及び分光分析手段を含み、比較的小さく、フレキシブルなプローブヘッドは、励起ビームを関心領域に向け、分光データを収集するのに必要である光学部品を提供する。
【０００５】
小さく、フレキシブルなプローブヘッドは特に、耳、耳たぶ、唇、舌、鼻孔又は指の間の皮膚弁(finger flap)のようなアクセスし難い身体の部位が分析にかけられるべきである場合に有利である。それにより、その全体の大きさはプローブヘッドの最も重要な設計基準の１つである。大きさの要件に加え、プローブヘッドは、最大限の人間の快適さ及びアクセスしやすさを可能にする軽量を特徴とすべきである。
【０００６】
しかしながら、プローブヘッドは共焦点の測定容積を皮膚の表面の下にある別個の関心領域に向けるための効果的な手段を提供しなければならない。原則的に、前記共焦点の測定容積を所望の位置に移動させるための３つの手法が存在する。第１は、対物レンズ及び共焦点の測定容積が互いに固定されている、すなわち対物レンズの焦点の位置が当該レンズに対して移動することができない。この第１の手法において、プローブヘッドの光学部品は、適切な光学信号の近軸(paraxial)の伝搬を支援するために、上記やり方で好ましくは配される。共焦点の測定容積を皮膚の関心領域に移動させることは、プローブヘッド及び光学手段に対し、前記皮膚を移動させることにより効果的に達成されることができる。
【０００７】
第２の手法は、プローブヘッドに対し前記皮膚を固定することを利用する。共焦点の測定容積も前記対物レンズの位置に対して固定される。この場合、共焦点の測定容積と関心領域との間に必要とされる移動は、光学装置全体又はこの光学装置の少なくとも一部をプローブヘッド自身に対し移動させることにより達成されることができる。例えば、プローブヘッドのハウジングは皮膚の表面に固定して取り付けられ、プローブヘッドの光学手段は、例えばプローブヘッドのハウジングに対し横方向の移動を行うことが可能である。横方向と言う表現は、プローブヘッドの対物レンズの光軸に略垂直な面を指している。
【０００８】
皮膚に対し共焦点の測定容積を移動させるための第３の手法は、プローブヘッド及び前記対物レンズを皮膚に固定して取り付けているが、前記対物レンズに対し共焦点の測定容積を横方向に移動させることが可能であることに基づく。これは、光学信号（励起ビーム及び検出される信号ビーム）及び対物レンズの入射角が変更されなけばならないことを意味する。
【０００９】
第１及び第２の手法は、測定容積が直接的な光学的実施を可能にするが、精巧な機械手段を必要とする光軸上に置かれる利点を有する。第３の手法は、共焦点の測定容積が光軸から外れるように移動させることを利用し、それにより、基本的な機械部品、例えば回転可能又は操縦可能なミラーを単に必要とするだけである。この手法を利用することは、測定容積から発する適切な分光信号が対物レンズの光軸に対し、非零度の角度で伝搬するので、この対物レンズの不可避な収差を含んでいる。結果として、必要とされるスペクトルデータは幾つかのやり方で影響される。
【００１０】
例えば、色収差は、スペクトルに関し幅広いラインを生じさせ、様々な波長が別々の効率で検出される。従って、光学信号の非近軸の伝搬により、前記対物レンズに対して共焦点の測定容積を移動させるのに利用するプローブヘッドは、一般的に極端に低い程度の収差を持つ複雑な対物レンズを必要とする。このような複雑な対物レンズは、非常に高価であり、従って、例えば非侵襲性の血液分析システムのための低コストのプローブヘッドに実装するのには不適当である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は従って、人間の皮膚の表面の下にある関心領域における生物学的構造の特性を決めるための分光システムに対し安価な光学部品の実施を可能にする改良される光学システムを提供することが目的である。
【００１２】
本発明は、人間の関心領域における生物学的構造の特性を決めるための分光システムを提供する。この分光システムは、励起ビームを関心領域に向け、この関心領域からの戻り放射線を収集する対物レンズを有する。この分光システムはさらに、前記関心領域からの戻り放射線を検出するための検出器と、前記対物レンズの収差を補正するための補正ユニットとを有する。
【００１３】
一般的に、関心領域は、例えば血管のような特定の生物学的構造又は組織の場所を規定する人間の皮膚の表面の下にある容積を指す。好ましくは上記血管を流れる血液は分光分析にかけられる。このようにして、非侵襲性の血液分析（ＮＩＢＡ）が十分に行われることができる。
【００１４】
好ましくは、前記分光システムはベース局とコンパクトなデザインを特徴とするフレキシブルなプローブヘッドとを有する。このプローブヘッドの対物レンズは、必然的にかなりの収差を特徴とする低コストの光学部品として好ましくは実装される。補正ユニットを利用することは、欠陥のある対物レンズによる収差を補正及び補償することを可能にする。これにより、本発明は、かなりの収差を犠牲にして分光データを取得するための低コストの対物レンズを実施するための効果的な手法を提供する。これら収差を逐次補償することにより、上記低コストの光学レンズの欠点が効果的に解消され、これにより上記低コストの対物レンズを例えばＮＩＢＡ分光システムのような高精度の測定装置に実施することを可能にする。
【００１５】
補正ユニットはさらに、複数の異なる型の収差に対する補償にも適合している。この補正ユニットは好ましくは、単色収差と同様に色収差に対する補償にも適合している。単色収差を参照すると、この補正ユニットは、非点収差、像面湾曲、コマ、球面収差及び例えば糸巻型歪曲(pin cushion distortion)又は樽型歪曲のような歪曲の影響を補償するのに十分適している。
【００１６】
好ましくは、分光データは、指定される関心領域に前記励起ビームを強く焦点合わせすることに応じて得られる。この種類の励起に応じて、分光信号、すなわち散乱放射線は、前記関心領域から発し、検出器により検出される。前記関心領域の補償を決めるために、取得したデータの分光分析に関心がある。言い換えると、得られたスペクトルの様々な周波数成分の相対的な強度は、関心領域の組成を示している。
【００１７】
対物レンズの色収差のために、スペクトルにおける特徴的なラインが幅広くなる及び／又はスペクトルの様々な波長の強度が変更される。これにより、補正ユニットは、取得したスペクトル情報にひどく影響する色収差を補償するのに適合している。
【００１８】
本発明の他の好ましい実施例によれば、分光システムはさらに、対物レンズの共焦点の測定容積を前記関心領域に位置決めするための回転可能なミラー要素を有する。この回転可能なミラー要素はさらに、対物レンズの光軸に対して共焦点の測定容積を横方向に移動させるのに適合している。
【００１９】
共焦点の測定容積を横方向に移動させることにより、励起ビーム及び関心領域から発する戻り放射線の光線は、対物レンズの光軸及び／又は分光システム若しくはプローブヘッドの全光学システムの光軸に対して非平行に伝搬する。
【００２０】
このようにして、発明性のある分光システムは、励起ビーム及び検出された戻り放射線の伝搬角度を対物レンズの光軸に対して変更することを可能にする。
【００２１】
好ましくは、回転可能なミラー要素は分光システムのプローブヘッドに実施され、このシステムは、このプローブヘッドの光学設計と同様に、さらに強固、安価及び効果的な機構を可能にする。励起放射線及び戻り放射線に対する非近軸及び／又は光軸を外れる配置を実現するための回転可能なミラー要素を利用することは、得られた分光データに対物レンズの収差の影響をひどく強調する。
【００２２】
対物レンズによりもたらされる収差は、戻り放射線の伝搬方向と対物レンズの光軸との間における相対的な角度に強く依存しているので、補正ユニットは、励起及び／又は戻り形式の光線と対物レンズの光軸との間の伝搬角度を特定する情報を効果的に利用する。
【００２３】
本発明の他の好ましい実施例によれば、補正ユニットは前記検出された戻り放射線の補正を行うのに適合している。このようにして、対物レンズの収差は光学手段により補償されるのではなく、さらに補正手順が分光信号を検出する際に生じる信号に供給される。励起ビームと対物レンズの光軸との間における相対的な伝搬角度を知っていることは、例えば電気信号及び／又はデータ処理手段により分光データの補正を効果的に施すことができる。
【００２４】
本発明の他の好ましい実施例によれば、補正ユニットはさらに補正テーブルにより供給される補正値を利用することにも適合している。補正テーブルの各補正値は、関心領域から対物レンズの光軸への横方向の距離に対し固有である。言い換えると、各補正値は励起及び／又は戻り放射線と対物レンズの光軸との間の相対的な伝搬角度に対し固有である。この補正テーブルは、横方向距離間における割当て(assignment)、すなわち相対的な伝搬角度と対物レンズによりもたらされる収差の正確な補償を可能にする必要な補正値とを供給する。ここで、補正値は、スカラー値、補正ベクトル又は補正行列を指すことができる。このようにして、複数の様々な収差、単色又は色特質の何れかが効果的に補償される。
【００２５】
好ましくは、補正テーブルは、全分光システムの較正手順を用いることにより得られる。この場合、基準の分光信号は、対物レンズの光軸上に置かれる関心領域から分光データを取得することにより得られる。関心領域及び分光システムの共焦点の測定容積を連続して横方向に移動させることにより、同じ分光信号は、基準信号との比較が可能である複数の様々な横方向位置から得られる。
【００２６】
基準信号を様々な横方向位置において取得した複数の分光信号と比較することにより、対物レンズの収差及び分光プローブヘッドの全体的な光学装置の特徴付けを可能にする。
【００２７】
さらに、補正テーブルは、対物レンズの光軸に対する関心領域及び故に共焦点の測定容積の両方の横方向に横移動することによる対物レンズの収差の特徴付けを可能にする２次行列として実施される。
【００２８】
本発明のさらに他の好ましい実施例によれば、関心領域から対物レンズの光軸までの横方向距離は、回転可能なミラー要素の向きにより決められることができる。好ましくは、この回転可能なミラー要素はある種類のアクチュエータにより操作可能である。このアクチュエータの位置、故に回転可能なミラーの向きを知っていることは、対物レンズの光軸に対する励起ビームの相対的な伝搬角度を規定することを可能にする。これは、対物レンズの収差を左右するパラメタに直観的且つ直接的なアクセスを可能にする。
【００２９】
本発明のさらに他の好ましい実施例によれば、分光システムはさらに、対物レンズの光軸に対する関心領域の横方向位置を決めるためのこの関心領域の画像を提供するイメージングシステムを有する。例えば、このイメージングシステムは、皮膚の表面画像内にある特定の関心領域の位置を識別するための人間の皮膚の表面の画像を提供する。前記イメージングシステムは患者の皮膚の表面より下に置かれる関心領域を撮像することも提供する。皮膚の表面上又は表面より下にある関心領域を参照するこの撮像を用いて、分光システムの測定容積は、関心領域と重複させるために、十分に移動することができる。
【００３０】
適当なイメージング方法は、ＯＰＳＩ(Orthogonal Polarized Spectral Imaging)、ＣＶＭ(Confocal Video Microscopy)、ＯＣＴ(Optical Coherence Tomography)、ＣＬＳＭ(Confocal Laser Scanning Microscopy)、ドップラー式イメージング及び超音波式イメージングを含んでいる。対応するイメージング技術は米国特許公開公報US60/262582、US09/912127、ヨーロッパ特許公開公報EP03100689.3、EP03102481.3に開示され、これら全てはここで参照することによる含まれるものとする。
【００３１】
さらに、対物レンズの光軸に対して関心領域の横方向位置を決めることは、前記横方向画像内に関心領域を認識するために、ある種類のパターン認識手段を必要とする。代わりに、関心領域の決定は映像化された横方向画像内に関心領域を規定するオペレータとの対話を介して得ることができる。
【００３２】
本発明のさらに他の実施例によれば、補正ユニットは対物レンズの色収差及び単色収差を補正するのに適合している。特に発明性のある較正手順を利用することにより、補正ユニットは、基準信号を用いて様々な横方向位置から得られる分光信号間の偏差に対し固有である補正テーブルを利用する。このようにして、全ての形式の収差において、励起ビーム及び／又は戻り放射線の非近軸の伝搬により起こる色収差又は単色収差が原則的に効果的に補償される。
【００３３】
本発明の他の好ましい実施例によれば、補正ユニットはさらに、属性テーブルに基づいて対物レンズの収差を補正するのにも適合している。この属性テーブルは対物レンズの製造時に作成され、各固有の対物レンズの収差を示している。補正テーブルとは異なり、属性テーブルは対物レンズに対してのみ固有であり、プローブヘッドの光学装置全体に対しては固有ではない。その上、属性テーブルは対物レンズが例えば異なる種類の分光システムに実装される場合、対物レンズの収差を一様に補正するのに利用される対物レンズの収差及び欠点を通常は規定する。故に、属性テーブルは、特定の光学装置における対物レンズの収差に対し固有ではなく、一般的に対物レンズの様々な光学収差に対し固有である。
【００３４】
属性テーブルが対物レンズの製造処理後すぐに作成されるので、属性テーブルは、各個別の対物レンズに対し固有である。これは、低コストの光学レンズの質の変化を特徴付け、補償することを可能にする。このようにして、発明性のある分光システムの補正ユニットにより行われる補正手順は、複数の様々な対物レンズに対し夫々適合している。その上、衛生上の理由により、プローブヘッドの部品が移動不可能な要素として実装される場合、対物レンズはさらに他の対物レンズに置き換えることができ、補正ユニットは、対応する属性テーブルを利用することにより、置き換えたレンズに正確に適合することができる。故に、置き換えたレンズの収差を決めるための新しい較正を行う必要は無い。
【００３５】
他の態様において、本発明は、人間の関心領域における生物学的構造の特性を決めるための分光システム用のコンピュータプログラムを供給する。この分光システムは励起ビームを関心領域に向け、この関心領域からの戻り放射線を収集するための対物レンズを有する。分光システムはさらに、関心領域からの戻り放射線を検出するための検出器を有し、前記コンピュータプログラムは前記戻り放射線を分析し、前記対物レンズの収差を補正するための前記戻り放射線の補正を行うコンピュータプログラム手段を有する。
【００３６】
さらに他の態様において、本発明は、人間の関心領域における生物学的構造の特性を決めるために構成される分光システムの対物レンズの収差補正を行うための方法を提供する。収差補正を行うための方法は、励起ビームを関心領域に向け、対物レンズを利用して関心領域からの戻り放射線を収集するステップを有する。第２のステップにおいて、関心領域から発する戻り放射線が検出され、最終ステップにおいて、対物レンズによりもたらされる収差を補正するための検出された戻り放射線に補正手順が行われる。
【００３７】
本発明は、特定の形式のラマン分光に制限されるのではなく、他の光学分光技術にも用いられることができることに注意すべきである。これは、
（ｉ）誘導されるラマン分光及びＣＡＲＳ(coherent anti-Stokes Raman spectroscopy)を含むラマン分散に基づく他の方法、
（ｉｉ）赤外線分光、特に赤外線吸収分光、フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光及び近赤外線（ＮＩＲ）拡散反射分光、
（ｉｉｉ）他の散乱分光技術、特に蛍光分光、多光子蛍光分光及び反射分光、並びに
（ｉｖ）他の分光技術、例えば光音響分光技術、偏光測定(polarimetry)及びポンププローブ分光
を含んでいる。本発明に対する応用にとって好ましい分光技術はラマン分光及び蛍光分光である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に、本発明の好ましい実施例が図を参照することによりさらに詳細に記載される。
【００３９】
図１は、発明性のある分光システム１００のブロック図を説明している。この分光システム１００はイメージングシステム１０２を有する。分光システム１００は光源、通例は近赤外域（ＮＩＲ）において動作するレーザ光源と、さらに分光計として通例は実装される検出器とを持つ分光ユニット１０４を有する。この分光システムは、補正ユニット１０６、スペクトル分析システム１０８及び補正テーブル１１０を有する。さらにこの分光システム１００は、少なくとも数枚のレンズ、対物レンズ１１８、ダイクロイックミラー１１４及び回転可能なミラー１１２を備える光学装置を有する。前記光源、例えばＮＩＲレーザは、分光モジュール１０４内に実装され、それ故にここで明確には示されていない。
【００４０】
前記ブロック図は、関心領域１２０から発する戻り放射線１２４の光学路を説明している。通例、励起ビームは、前記戻り放射線と同じ光学路に沿って伝搬しているが、方向が逆である。このようにして、対物レンズの機能は２通りに分けられる。第１は、励起ビームを関心領域に収束させるのに役立ち、第２は、関心領域からの戻り放射線を集めることを提供する。例えば、励起ビームは、ダイクロイックビームスプリッタを用いて、この戻り放射線の光学路に結合されることができる。
【００４１】
本発明にとって、励起ビームと戻り放射線とが同じ光学路に沿って伝搬することはそれほど厳密には必要とされない。原則的に、励起ビームは何らかの適当な収束手段により関心領域内に焦点が合わされることができる。
【００４２】
前記戻り放射線１２４は、分光ユニット１０４の検出器に入る前に、レンズ及びミラーのシステムを介して非近軸方法で伝搬する。図１に説明される実施例において、関心領域１２０は、イメージングシステム１０２及び対物レンズ１１８の光軸１１６から横方向に離れている。この横方向距離１２２は回転可能なミラー１１２により十分制御可能である。言い換えると、回転可能なミラー１１２の向きは、光軸１１６から関心領域１２０への横方向距離１２２を規定する。低コストの対物レンズ１１８によりもたらされる収差は前記横方向距離１２２に強く依存しているので、横方向距離の情報は補正ユニット１０６に供給されなければならない。
【００４３】
回転可能なミラー１１２を矢印に示されるように傾けることにより、分光システム１００の共焦点の測定容積は、関心領域１２０に効果的に向けられることができる。関心領域１２０から発した分光信号は、ダイクロイックミラー１１４により反射され、対応する検出信号を発生させる分光ユニット１０４の検出器により最終的に検出される。一方では、この検出信号は、関心領域１２０の組成のスペクトルを示し、他方では、この信号は、対物レンズ１１８によりもたらされる収差を示す。検出信号は、分光ユニット１０４から補正ユニット１０６へ送信される。
【００４４】
補正ユニット１０６は、対物レンズ１１８によりもたらされる収差を補償するために、得られた検出信号を処理するのに適合している。好ましくは、補正ユニット１０６は、補正テーブル１１０を効果的に利用する。好ましくはルックアップテーブルとして実装されている補正テーブル１１０は、光軸１１６から関心領域１２０への横方向距離１２２に対し特有な補正信号を供給する。この補正テーブル１１０の適切な補正値を利用するために、補正ユニット１０６は前記横方向距離１２２を示す情報も必要とする。
【００４５】
横方向距離１２２は、回転可能なミラー１１２の向きから決められるか、又はイメージングシステム１０２により得られる画像を検査することにより決められることができる。これによって、回転可能なミラー１１２と同様にイメージングシステム１０２は共に補正ユニット１０６に接続される。このようにして、横方向距離１２２の必要とされる情報は、回転可能なミラー１１２から補正ユニット１０６にステアリング信号を単に送信することにより回転可能なミラー１１２の向きから得られることができる。加えて又は代わりに、関心領域１２０への横方向距離１２２は、イメージングシステム１０２を用いて得られる映像を分析することにより十分に得られることができる。
【００４６】
通例、関心領域の位置はイメージングシステムにより決められる。この位置及び故に光軸までの距離が分かっている場合、制御ユニットは信号を回転可能なミラーに送り、測定容積を目標容積に向ける。励起ビームの焦点及び故に測定容積は、関心領域１２０と実質的に重なり合うように移動する。
【００４７】
イメージングシステム１０２を利用することはさらに、このイメージングシステム１０２により供給される映像内において関心領域１２０を直観的に選択することを可能にする。この関心領域１２０の選択は、発明性のある分光システム１００に実装されるパターン認識手段により行われるか、又はオペレータとの対話により行われることができる。しかしながら、分光システムの光軸１１６から関心領域１２０への横方向距離１２２を正確に決めるために、イメージングシステム１０２は十分に較正される。ダイクロイックミラー１１４は、前記イメージング信号から周波数シフト分光信号を空間的に離すのに役立つ。
【００４８】
補正信号１０６が補正テーブル１１０及び横方向距離１２２の情報を利用することにより、得られた検出信号の収差補償を行った後、収差補償されたスペクトルはさらに、取得された分光データをスペクトル分析するためのスペクトル分析ユニット１０８に送信される。分光計１０８により分光分析が行われると、例えば関心領域１２０を流れる血液のような測定容積の組成の信頼できる情報が得られる。
【００４９】
説明される分光システム１００は、ベース局(base station)とフレキシブル且つコンパクトなプローブヘッドに分割されることができる。好ましくは、光学部品１１２、１１４、１１８が前記フレキシブルなプローブヘッドに実装されなければならない。分光計１０８と同様に分光ユニット１０４、イメージングシステム１０２、補正ユニット１０６のような他の部品全ては前記ベース局に十分に実装されることができる。このような場合、ベース局とプローブヘッドとの間の光及び／又は電気信号の伝送は光ファイバ及び／又は導電素子を用いて提供されなければならない。好ましくは励起ビームを発生させる近赤外線レーザも前記ベース局に実装される。
【００５０】
励起ビームは、戻り放射線が回転可能なミラー１１２を利用することにより関心領域から収集されるのと同じやり方でこの関心領域１２０に収束される。このようにして、対応する分光データの取得と同様に関心領域の励起は、同じ光学手段により実現されることができる。これは、分光システム１００のプローブヘッドのコンパクトで、安価な且つフレキシブルな設計を可能にする。
【００５１】
図２は、発明性のある収差補正手順を行うためのフローチャートを説明する。第１のステップ２００において、関心領域、例えば皮膚の表面領域又は人間の皮膚の表面より下にある領域の映像がイメージングシステム１０２を利用することにより取得される。その後、ステップ２０２において、関心領域１２０は、イメージングシステム１０２のパターン認識手段又はオペレータとの対話の何れかによって決定される。前記取得された画像内に関心領域が一度決められると、分光システムの励起ビームが関心領域１２０に向けられ、焦点が合わせられなければならない。
【００５２】
分光データを光学的に取得するのと同様に関心領域の励起が同じ光学手段に基づいていると仮定する場合、ステップ２０４において、分光システムの共焦点の測定容積を関心領域１２０へ横方向に移動させるために、回転可能なミラー１１２が角度αだけ回転される。
【００５３】
光学装置の共焦点の検出容積と同様に励起ビームの焦点が一度関心領域１２０と実質的に重複すると、ステップ２０６において、分光データの作成に必要な散乱処理を実行するために、関心領域が励起ビームにより励起される。
【００５４】
励起ビームを用いて関心領域１２０を照射している間、ステップ２０８において、対応する戻り放射線がこの関心領域から検出される。この戻り放射線は分光データを示し、分光ユニット１０４により検出される。検出された戻り放射線は、低コストの対物レンズ１１８によりもたらされる収差及びスペクトルを示す。
【００５５】
前記収差は、対物レンズの光軸に対する関心領域の横方向位置に強く依存しているので、補正値は、ステップ２１０において前記補正テーブルから得られ、補正ユニット１０６へ供給される。前記補正値は、関心領域１２０の横方向距離及び戻り放射線の波長に対し固有である。関心領域の横方向距離は、回転可能なミラー１１２の角度αを用いて決められることができる。一度正確な補正値が補正ユニット１０６により得られたら、対応する補正手順は検出された戻り放射線に行われる、すなわち分光ユニット１０４から得られる電気信号がステップ２１２において対応する収差補償を受ける。
【００５６】
最後に、最終ステップ２１４において、収差補償されたスペクトル、故に補正されたスペクトルを示す補正された信号は、関心領域１２０の組成の正確な情報を得るために、スペクトル分析手段１０８によりスペクトル分析される。
【００５７】
図３は、発明性のある分光システム１００の補正ユニット１０６により用いられるべき補正テーブルを作成するためのフローチャートを示す。第１のステップ３００において、較正又は基準信号が記録される。この文脈で、較正又は基準信号は、対物レンズ１１８の光軸上に置かれる関心領域の検出された分光データを指している。対物レンズ１１８の収差は、上記構成において最小となり、これにより無視され得ると仮定される。
【００５８】
次のステップ３０２において、関連する関心領域１２０を持つ皮膚又は較正サンプルが対物レンズ１１８の光軸に対しラテラル面において連続して並進移動される。後続するステップ３０４において、回転可能なミラー１１２は、対物レンズ１１８の共焦点の測定容積が関心領域１２０を追跡するように角度αだけ回転される。このようにして、前記分光システムの共焦点の測定容積は関心領域１２０内に残ったままであることが保証される。
【００５９】
連続するステップ３０６において、関心領域１２０の各横方向位置に対し、戻り放射線は分光ユニット１０４により検出される。この戻り放射線、すなわち分光信号は、光学信号が非並列又は非近軸で伝搬するために、対物レンズ１１８の収差を受ける。後続するステップ３０８において、各検出された信号は、関心領域１２０の各横方向位置に対し固有である収差を解消するために、較正信号と比較される。ステップ３０８において行われる補償のために、対応する補正値は後続するステップ３１０において決められる。この補正値は、スカラー性質、ベクトル又はさらに多次元行列の何れかにすることができる。
【００６０】
ステップ３１０において、関心領域の固有の横方向位置に対する補正値が一度決められた場合、この補正値は最終ステップ３１２において補正テーブルに記憶される。補正テーブルは、ミラー１１２の傾斜角αと、対応する補正値との間に割当てを設ける。対物レンズに対する皮膚の横方向への並進は、二次元の並進であることを述べておく。言い換えると、皮膚及び故に関心領域１２０は、分光システムの光軸１１６に略垂直である平面内を移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】分光システムのブロック図を説明する。
【図２】収差補正手順を行うためのフローチャートを説明する。
【図３】発明性のある補正手順に対する補正テーブルを作成するためのフローチャートを説明する。
【符号の説明】
【００６２】
１００  分光システム
１０２  イメージングシステム
１０４  分光ユニット
１０６  補正ユニット
１０８  スペクトル分析ユニット
１１０  補正テーブル
１１２  回転可能なミラー
１１４  ダイクロイックミラー
１１６  光軸
１１８  対物レンズ
１２０  関心領域
１２２  光軸からの横方向距離
１２４  戻り放射線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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