(57)【要約】【課題】散乱体からの後方散乱光を観測するにあたって、比較的容易な装置構成により散乱体表面の粒子の大きさを判別できる方法と装置を提供することである。また、特に生体組織の観測において、組織表面の細胞の状態を従来よりも簡易的に判別できる方法と装置を提供することである。【解決手段】光源１からの光を散乱体４に照明し、散乱体４からの後方散乱光を観測することで散乱体表面の粒子の大きさを判別する方法であって、粒子の径の範囲に対して、粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲１２で散乱光を検出し、第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲１３で散乱光を検出し、第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより散乱体表面の粒子の大きさを判別する。【選択図】        図１
2004177257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を散乱体に照明し、前記散乱体からの後方散乱光を観測することで前記散乱体表面の粒子の大きさを判別する方法であって、
前記粒子の径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより前記散乱体表面の粒子の大きさを判別することを特徴とする判別方法。
【請求項２】
光源からの光を生体組織に照明し、前記生体組織からの後方散乱光を観測することで前記生体組織表面の細胞の状態を判別する方法であって、
前記細胞を構成する粒子の細胞の状態変化に伴う粒子径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより細胞の状態を判別することを特徴とする判別方法。
【請求項３】
光源と、
該光源からの光を対象物に導く照明ユニットと、
該照明ユニットから第１の間隔で配置された第１の受光ユニットと、
該照明ユニットから第２の間隔で配置された第２の受光ユニットと、
前記第１の受光ユニットと前記第２の受光ユニットからの信号の差又は比を算出する演算装置を備えた判別装置であって、
前記第１の間隔は、前記対象物を構成する粒子による散乱強度の角度分布が極大となる散乱角度範囲を含む間隔であり、
前記第２の間隔は、前記第１の間隔とは異なる間隔であることを特徴とする判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子の大きさを判別する判別方法及び細胞の状態を判別する判別方法及びそれらの判別方法を実施する判別装置に関し、特に、散乱体からの後方散乱光を観測することにより粒子の大きさを判別する判別方法とそれを用いた細胞の状態を判別する判別方法及び判別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体組織に光を照射したときの散乱光を検出することにより、生体組織上の細胞の情報を観測する技術が知られている。例えば、特許文献１では、散乱光の波長スペクトルの違いにより、細胞核の大きさを判別する技術が記載されている。また、特許文献２や非特許文献１では、散乱光の散乱角度特性を利用して細胞器官の構造の変化を検出する技術が示されている。
【０００３】
細胞の癌化は上皮で起こることが多いため、生体組織の表層部の細胞の情報を観測できることが求められる。細胞が癌化すると細胞の構造が変化する。特許文献１にも示されているように、特に細胞核においては、そのサイズが大きくなり、サイズのばらつきが増え、また、屈折率もわずかに増加する。したがって、正常細胞と癌細胞では、細胞核による単一散乱光の散乱特性も異なる。これを利用して、細胞の状態を診断することができる。
【０００４】
ただし、生体組織は多重散乱体であるため、生体組織からの散乱光を検出した場合には、細胞内の構造による単一散乱の情報に比べ、多重散乱によるバックグラウンド成分が大部分を占めることになる。そこで、多重散乱光を除去し、細胞内構造による単一散乱成分だけを検出するために、特許文献１では、直線偏光を照射し、散乱光の平行偏光成分と直交偏光成分の２つを検出して、その差分を演算する手法を用いている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第６，４０４，４９７号明細書
【０００６】
【特許文献２】
特開平６−９８８９２号公報
【０００７】
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｓｅｌｅｃｔ．  Ｔｏｐｉｃｓ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，  ｖｏｌ．  ７，
ｐｐ．８８７−８９３  （２００１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示されるような散乱光の波長スペクトルを観測する手法では、比較的広い波長領域でスペクトル形状を検出する必要があるため、複数の波長選択フィルターあるいは分光器が必要となる。その結果、装置構成が大型化・複雑化する。また、特許文献１のものでは、生体組織による多重散乱成分を除去するために偏光を利用している。この場合、照明光を直線偏光にするため、あるいは偏光成分を検出するために偏光素子を用いることになる。この場合、特定の偏光成分だけを制限するため、光の利用効率が低くなっていしまう。さらに、特許文献１の技術を内視鏡観察に応用した場合には、偏光素子の配置が問題となる。光ファイバー等を用いて生体組織の観察を行う場合、偏光素子を光ファイバーと生体組織の間に配置するか、又は、偏波面保存光ファイバーを用いる必要がある。これは、装置設計上の自由度が制限されたり、煩雑な調整作業が不可欠である等の欠点となる。また、内視鏡は、使用時や消毒作業時を含め、高温・高湿等、厳しい環境に耐えられることが必要であり、この点で偏光素子の耐性が問題となる。
【０００９】
一方、散乱光の散乱角度特性を利用する特許文献２等のものでは、散乱角度のプロファイルを取得するため、実際上多数の検出器、又は、多画素数の検出器を必要とする。また、効率的に測定を行うための最適な観測角度範囲の設定に関する記述はない。
【００１０】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、散乱体からの後方散乱光を観測するにあたって、比較的容易な装置構成により散乱体表面の粒子の大きさを判別できる方法と装置を提供することである。また、特に生体組織の観測において、組織表面の細胞の状態を従来よりも簡易的に判別できる方法と装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による判別方法は、
光源からの光を散乱体に照明し、前記散乱体からの後方散乱光を観測することで前記散乱体表面の粒子の大きさを判別する方法であって、
前記粒子の径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより前記散乱体表面の粒子の大きさを判別することを特徴とする方法である。
【００１２】
また、上記の目的を達成するための本発明による別の判別方法は、
光源からの光を生体組織に照明し、前記生体組織からの後方散乱光を観測することで前記生体組織表面の細胞の状態を判別する方法であって、
前記細胞を構成する粒子の細胞の状態変化に伴う粒子径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより細胞の状態を判別することを特徴とする方法である。
【００１３】
また、本発明による判別装置は、
光源と、
該光源からの光を対象物に導く照明ユニットと、
該照明ユニットから第１の間隔で配置された第１の受光ユニットと、
該照明ユニットから第２の間隔で配置された第２の受光ユニットと、
前記第１の受光ユニットと前記第２の受光ユニットからの信号の差又は比を算出する演算装置を備えた判別装置であって、
前記第１の間隔は、前記対象物を構成する粒子による散乱強度の角度分布が極大となる散乱角度範囲を含む間隔であり、
前記第２の間隔は、前記第１の間隔とは異なる間隔であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の粒子の大きさを判別する判別方法と細胞の状態を判別する判別方法及びそれらの判別方法を実施する判別装置の実施形態と実施例を説明する。
【００１５】
本発明の判別方法は、
光源からの光を散乱体に照明し、前記散乱体からの後方散乱光を観測することで前記散乱体表面の粒子の大きさを判別する方法であって、
前記粒子の径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより前記散乱体表面の粒子の大きさを判別することを特徴とする方法である。
【００１６】
また、本発明の別の判別方法は、
光源からの光を生体組織に照明し、前記生体組織からの後方散乱光を観測することで前記生体組織表面の細胞の状態を判別する方法であって、
前記細胞を構成する粒子の細胞の状態変化に伴う粒子径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより細胞の状態を判別することを特徴とする方法である。
【００１７】
以下に、本発明におい上記構成をとる理由と作用を説明する。
【００１８】
図５は、球形粒子による後方散乱光の散乱強度の角度分布を、Ｍｉｅ散乱理論に基づいて計算した結果を示すものである。ここで、粒子径の平均値は４μｍ、６μｍ、１０μｍ、１４μｍ、粒子の屈折率は１．３８、１．３９、１．４、粒子の周囲の屈折率は１．３３である。図５のグラフ中、例えば“Ｅ−１１”は“×１０−１１  ”を意味する。他も同じである。
【００１９】
図５には、縦横４×３＝１２個のグラフが示されている。ここで、最上段のグラフの上にある数値は、粒子の上記屈折率である。また、左側のグラフの横（左側）にある数値は、粒子径の上記平均値である。これら数値の横方向と縦方向の各交点に、それぞれの粒子径と屈折率を持つ粒子における、後方散乱光の散乱強度の角度分布の様子を示している。
【００２０】
これらのグラフにおいて、  粒子径のばらつきは正規分布に従うとしている。また、平均径が４μｍと６μｍの粒子については、粒子径の標準偏差を１μｍとしている。一方、平均径が１０μｍと１４μｍの粒子については、粒子径の標準偏差を１．５μｍとしている。そして、各々のグラフにおいて、このような粒子径分布における粒子一個あたりの平均強度を示している。各グラフの横軸の散乱角度は、図６に示すように、入射光１０１が粒子１０３に入射したときの散乱光１０２の方位に対して、図中のθで表される角度として定義される。また、図５のそれぞれのグラフでは、光の波長が４００ｎｍ，６００ｎｍ、８００ｎｍのときの散乱強度を重ねて表示している。
【００２１】
図５においてａの矢印で示すように、波長４００ｎｍの光に対して散乱角度１７５°〜１８０°の間で散乱強度が極大になることが、各グラフよりわかる。また、粒子径が大きいほど、その強度ピークが顕著に現れることがわかる。波長４００ｎｍ、粒子の屈折率が１．３９の場合で、粒子径に対して極大値を与える角度をプロットしたのが、図７である。
【００２２】
一方、  図５においてｂで示すように、散乱角度が１７５°以下の範囲においては、粒子径、屈折率、波長によらず、散乱角度に対して散乱強度は大きく変化しないことが、各グラフからわかる。また、粒子径が大きくなるほど、  ａで示した強度ピークのｂに対する相対強度が大きくなることがわかる。
【００２３】
そこで、例えば、波長４００ｎｍの光を球形粒子を含む試料に照射し、試料からの後方散乱光を検出する。試料からの後方散乱光には、単一散乱光と多重散乱光とが含まれる。ここで、単一散乱光は、試料の表面のみにより散乱された光である。一方、多重散乱光は、試料内部に光が拡散して試料内の粒子に多数回散乱された光である。
【００２４】
本発明では、例えば、第１の散乱角度範囲を１７８°〜１７９°、第２の散乱角度範囲を１７０°〜１７５°と設定し、試料からの後方散乱光をそれぞれの散乱角度範囲で検出する。図５に示された結果から、多重散乱光の角度分布は第１と第２の散乱角度範囲の近辺で大きく変化しないと考えられる。一方、単一散乱では、第１と第２の散乱角度範囲での相対的な散乱強度の違いが粒子の大きさに応じて生じる。したがって、第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差、又は、比を演算することによって、多重散乱光成分は打ち消される。その結果、ほぼ単一散乱光成分のみによる散乱信号を抽出することができる。この演算結果は、試料中の散乱粒子の大小関係を表している。よって、例えば、演算結果とシミュレーション結果から、粒子の大きさを推定することができる。また、この演算結果を異なる試料間で相対的に比較することにより、  散乱粒子の大きさを判別することができる。
【００２５】
また、生体組織の細胞においては、細胞核の大きさの代表的な値は、おおよそ５μｍ〜１５μｍである。一方、細胞質に対する細胞核の比屈折率は１．０３５〜１．０５である。図５の各グラフは、ほぼそれらの値の範囲における散乱粒子に散乱強度を示している。
【００２６】
そこで、例えば、  波長４００ｎｍの光を生体組織に照射し、生体組織からの後方散乱光を検出する。生体組織からの後方散乱光には、単一散乱光と多重散乱光とが含まれる。ここで、単一散乱光は、上皮細胞層など生体組織表面のみの細胞により散乱された光である。一方、多重散乱光は、生体組織内部に光が拡散して組織内の粒子に多数回散乱された光である。
【００２７】
ここで前述と同様に、第１の散乱角度範囲を１７８°〜１７９°、第２の散乱角度範囲を１７０°〜１７５°と設定し、生体組織からの後方散乱光をそれぞれの散乱角度範囲で検出する。そして、第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差、又は、比を演算することによって、多重散乱光成分は打ち消される。その結果、ほぼ単一散乱光成分のみによる散乱信号を抽出することができる。よって、この演算結果を異なる生体組織上で相対的に比較することにより、  散乱粒子の大きさを判別することができる。散乱粒子として想定している細胞核の大きさにより演算結果が異なることから、これを基に細胞の状態を判別することができる。
【００２８】
なお、本発明のこれらの判別方法において、光源からの光の波長は５００ｎｍ以下であることが望ましい。散乱体、特に細胞による後方散乱において、細胞核による散乱を主要な散乱とした場合、図５に示したように、散乱粒子の大きさに対する散乱角度の変化は、光源の波長が短い程顕著である。したがって、特に可視光領域において短波長となる５００ｎｍ以下の波長を用いることが望ましい。
【００２９】
また、本発明によるもう１つの判別方法は、
光源からの光を散乱体に照明し、前記散乱体からの後方散乱光を観測することで前記散乱体表面の粒子の大きさを判別する方法であって、
前記光源からの光は複数の波長を含み、
前記粒子の径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度との差又は比を演算することにより前記散乱体表面の粒子の大きさを判別する特徴とする方法である。
【００３０】
また、本発明によるさらにもう１つの判別方法は、
光源からの光を生体組織に照明し、前記生体組織からの後方散乱光を観測することで前記生体組織表面の細胞の状態を判別する方法であって、
前記光源からの光は複数の波長を含み、
前記細胞を構成する粒子の細胞の状態変化に伴う粒子径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度との差又は比を演算することにより細胞の状態を判別することを特徴とする方法である。
【００３１】
散乱体の粒子の密度に大きなばらつきがある場合には、散乱に寄与する粒子の個数により散乱強度が変化する。そこで、本発明では、散乱体を照明する光の波長を複数とする。このようにすると、粒子の密度によらず粒子径による散乱信号を得ることができる。図５に示した例においては、波長８００ｎｍでの散乱強度は、波長４００ｎｍに比べて、散乱角度に対し大きな変化がない。そこで、波長８００ｎｍでの散乱光に対する波長４００ｎｍでの散乱光の相対強度を、前記の第１の散乱角度範囲と第２の散乱角度範囲のそれぞれについて求める。そして、これらの相対強度を比較することにより、散乱粒子の密度に左右されることなく、粒子の大きさに応じた信号を得ることができる。
【００３２】
本発明のこれら別の判別方法において、その複数の波長の中、少なくとも１つの波長が５００ｎｍ以下であり、別の少なくとも１つの波長が５００ｎｍ以上であることが望ましい。図５に示したように、散乱粒子の大きさに対する散乱角度分布の変化は、光源の波長が短い程顕著である。一方、粒子の大きさによらず波長が長い程散乱角度に対する強度の変化は少ない。したがって、特に可視光領域において、５００ｎｍ以下の短波長と５００ｎｍ以上の長波長とを用いることが望ましい。
【００３３】
本発明のこれら別の判別方法において、第２の散乱角度範囲は、第１の散乱角度範囲の近傍に設定されることが望ましい。効率良く単一散乱光成分だけを抽出するためには、第１の散乱角度範囲と第２の散乱角度範囲において、多重散乱光による散乱状態がほぼ同じであることが望ましい。そのため、第１と第２の散乱角度範囲は互いの近傍に設定されるのがよい。
【００３４】
本発明のこれら別の判別方法において、第１の散乱角度範囲は１７６°以上１８０°以下の少なくとも一部を含み、第２の散乱角度範囲は１７０°以上１７６°以下の少なくとも一部を含むように設定されていることが望ましい。特に細胞による後方散乱において、細胞核による散乱を主要な散乱とした場合、散乱光の散乱角度分布は、前述したように、図５のような性質を持つ。そのため、第１と第２の散乱角度範囲は上記の通りに設定されるのがよい。
【００３５】
本発明のこれら別の判別方法において、第１の散乱角度範囲と第２の散乱角度範囲の少なくとも一方の散乱角度範囲が調整可能であるようにすることが望ましい。散乱粒子や細胞の種類により、検出する散乱角度範囲が調整可能であるようにするのがよい。
【００３６】
次に、図面を参照にして、本発明の粒子の大きさを判別する判別方法及び細胞の状態を判別する判別方法及びそれらの方法を実施する判別装置の実施例を説明する。
【００３７】
〔実施例１〕
図１（ａ）に、本発明の方法を用いて生体試料の細胞の状態を判別する装置の例の構成を示す。図１（ａ）において、光源１からの光は光ファイバー２を通ってプローブ３により生体試料４に照射される。
【００３８】
図１（ｂ）にこのプローブ３の先端部の正面図を示す。光ファイバー２を通ってきた光は、光ファイバー２の照明端面（照明領域）１１から照射される。生体試料４からの散乱光は、第１の散乱角度範囲を受光するための光ファイバー５の受光端面（受光領域）１２と、第２の散乱角度範囲を受光するための光ファイバー６の受光端面（受光領域）１３で受光される。受光端面１２と１３で受光された光は、それぞれ光ファイバー５及び６を通って、それぞれ検出器７及び検出器８で検出される。検出器７と検出器８の出力は演算器９に入力され、検出器７と８の出力値の差又は比が計算される。
【００３９】
照明端面１１及び受光端面１２、１３はそれぞれ単一の光ファイバー端面であってもよいし、あるいは、複数の光ファイバー端面で構成してもよい。第１の散乱角度範囲と第２の散乱角度範囲を図１（ｄ）に示す。これらの範囲は、プローブ３と生体試料４との距離ｄ１、照明端面１１、受光端面１２及び１３の直径及びＮＡ（開口数）、照明端面１１と受光端面１２との距離ｄ２、照明端面１１と受光端面１３との距離ｄ３によって決まる。
【００４０】
生体試料４による後方散乱において、生体試料４を構成する細胞の細胞核による散乱を主要な散乱とした場合、図５に示すような散乱角度特性を示すことから、本実施例では上記のパラメータを以下のように設定する。
【００４１】
照明端面１１の直径：１．０ｍｍ、ＮＡ：０．２
受光端面１２の直径：１．５ｍｍ、ＮＡ：０．２
受光端面１３の直径：１．５ｍｍ、ＮＡ：０．２
ｄ１：４０ｍｍ
ｄ２：１．２５ｍｍ
ｄ３：６ｍｍ
このとき、受光端面１２と受光端面１３が受光する散乱光の散乱角度範囲は、図１（ｃ）のそれぞれａ１とｂ１で示した範囲となる。よって、ａ１で示した範囲は、図５の粒子径の大きいグラフにおいてａで示した強度ピークを検出することになる。一方、ｂ１で示した範囲は、図５のｂで示した付近の散乱光を検出することになる。このように異なる散乱角度範囲で、試料表面内で観測を行う。そして、演算器９で演算した結果が周囲と異なるような領域を検出した場合には、その領域において細胞の核の大きさが周囲と異なることが分かるため、細胞のガン化等の知見を得ることができる。
【００４２】
〔実施例２〕
図２（ａ）に、本発明の方法を用いて生体試料の細胞の状態を判別する装置の別の例の構成を示す。図２（ａ）において、光源２１は波長４００ｎｍ及び８００ｎｍの半導体レーザー２１ａ及び２１ｂからなる。それぞれの半導体レーザー２１ａ、２１ｂからの光は光カップラー２２により合成され、光ファイバー２３に導かれる。光ファイバー２３からの光は、プローブ３により生体試料４に照射される。
【００４３】
図２（ｂ）にこのプローブ３の先端部の正面図を示す。光ファイバー２３を通ってきた光は照明端面３１から照射される。生体試料４からの散乱光は、本発明の第１の散乱角度範囲を受光するための受光端面３２ａ及び３２ｂと、第２の散乱角度範囲を受光するための受光端面３３ａ及び３３ｂとで検出される。受光端面３２ａ、３２ｂで受光された光は、光ファイバー束２５を通ってそれぞれ検出器２７ａ及び２７ｂで検出される。また、受光端面３３ａ、３３ｂで受光された光は、光ファイバー束２６を通ってそれぞれ検出器２８ａ及び２８ｂで検出される。検出器２７ａ、２７ｂは波長４００ｎｍの散乱光を検出する。検出器２８ａ、２８ｂは波長８００ｎｍの散乱光を検出する。なお、各波長ごとの検出のために、それぞれの検出器の直前に波長選択フィルタ等を挿入することができる。検出器２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂの出力は演算器２９に入力される。
【００４４】
受光端面３２ａと３２ｂは、各々の端面が受光する散乱光の散乱角度は同一となるように配置されている。受光端面３３ａと３３ｂについても同様である。それぞれの受光端面の空間的な配置は、実施例１と同様に、図５におけるａとｂで示す散乱角度の散乱光を受光できるように設定される。
【００４５】
本実施例では、波長８００ｎｍの散乱強度に対する波長４００ｎｍでの相対散乱強度を、第１の散乱角度範囲と第２の散乱角度範囲で比較する。したがって、演算装置２９では、まず検出器２７ａと２７ｂの出力比と、検出器２８ａと２８ｂの出力比を演算する。次いで、前者の出力比と後者の出力比の差又は比を演算する。この演算結果により、生体試料４上の観測領域における細胞核の大きさを判別することができる。
【００４６】
〔実施例３〕
図３（ａ）に、本発明の方法を用いて生体試料の細胞の状態を判別する装置の別の例の構成を示す。図３（ａ）において、光源１からの光は、光ファイバー２を通ってプローブ３により生体試料４に照射される。
【００４７】
図３（ｂ）にこのプローブ３の先端部の正面図を示す。光ファイバー２を通ってきた光は、照明端面５１から照射される。生体試料４からの散乱光は、光ファイバー束４５受光端面５２と光ファイバー束４６の受光端面５３で受光される。受光端面５２と５３は、広い散乱角度範囲の散乱光を受光できるように、複数の光ファイバー端面が照明端面５１から離れる方向に並べて配置されている。より受光面積を大きくするために、輪帯状に配置してもよい。受光端面５２と５３で受光された光は、それぞれ光ファイバー束４５及び４６を通って、複数の検出素子を有する検出器４７及び検出器４８で検出される。検出器４７及び４８では、複数の光ファイバーからの出力の中、本発明の第１の散乱角度範囲及び第２の散乱角度範囲に一致する範囲の光ファイバーの出力だけを選択し、演算器４９に入力する。それぞれの検出器４７、４８では、１つの光ファイバーからの出力を選択してもよいし、複数の光ファイバーの出力を選択してもよい。演算器４９では、検出器４７と４８の出力値の差又は比を計算する。
【００４８】
本実施例の構成においては、生体試料４の種類や、生体試料４を構成する細胞の種類等によって、第１の散乱角度範囲及び第２の散乱角度範囲を検出器４７及び４８において調整することができる。
【００４９】
〔実施例４〕
図４（ａ）に、本発明の方法を用いて生体試料の細胞の状態を判別する装置をコルポスコープに組み合わせた例を示す図である。図４（ａ）において、コルポスコープ６１は、対物レンズ６３ａ及び６３ｂで捕えた試料の像を接眼レンズ６２ａ及び６２ｂで観察するものである。本実施例においては、対物レンズ６３ａ及び６３ｂが配置されている面に、本発明の方法を用いた細胞の状態を判別する装置のプローブ６４が設けられている。
【００５０】
図４（ｂ）には、プローブ６４の構成を示し、図４（ｃ）には、本発明の方法に関わる装置の構成を示している。レーザー光源７２から発した光線６５は、プローブ６４に設けられた走査ミラー６６ａ及び６６ｂで反射されて試料面上を照明する。試料からの散乱光は、本発明の第１の散乱角度範囲を受光する光ファイバー７５と第２の散乱角度範囲を受光する光ファイバー７６で受光される。光ファイバー７５と７６からの光は検出器７７と７８に入力され、それぞれの検出器７７、７８の出力が演算器７９に入力される。演算器７９では、検出器７７と７８の出力値の差又は比を計算する。
【００５１】
走査ミラー６６ａと６６ｂは、走査制御装置８０により試料面上を２次元走査する。コンピュータ８１は、走査制御装置８０の駆動と演算器７９からの信号入力を同期して行う。画像表示装置８２に、試料面上の走査範囲における演算結果の２次元分布が表示される。走査範囲内において演算結果の値が周囲と異なる領域が検出されれば、異常な細胞の存在を検出することができる。
【００５２】
以上の本発明の判別方法及び判別装置は、例えば次のように構成することができる。
【００５３】
〔１〕  光源からの光を散乱体に照明し、前記散乱体からの後方散乱光を観測することで前記散乱体表面の粒子の大きさを判別する方法であって、
前記粒子の径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより前記散乱体表面の粒子の大きさを判別することを特徴とする判別方法。
【００５４】
〔２〕  前記光源からの光の波長は５００ｎｍ以下であることを特徴とする上記１記載の判別方法。
【００５５】
〔３〕  前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度との差又は比を演算することにより前記散乱体表面の粒子の大きさを判別する特徴とする上記１記載の判別方法。
【００５６】
〔４〕  前記複数の波長の中、少なくとも１つの波長が５００ｎｍ以下であり、別の少なくとも１つの波長が５００ｎｍ以上であることを特徴とする上記３記載の判別方法。
【００５７】
〔５〕  前記第２の散乱角度範囲は、前記第１の散乱角度範囲の近傍に設定されることを特徴とする上記１〜４の何れか１項記載の判別方法。
【００５８】
〔６〕  前記第１の散乱角度範囲は１７６°以上１８０°以下の少なくとも一部を含み、前記第２の散乱角度範囲は１７０°以上１７６°以下の少なくとも一部を含むように設定されていることを特徴とする上記１〜５の何れか１項記載の判別方法。
【００５９】
〔７〕  前記第１の散乱角度範囲と前記第２の散乱角度範囲の少なくとも一方の散乱角度範囲が調整可能であることを特徴とする上記１〜６の何れか１項記載の判別方法。
【００６０】
〔８〕  光源からの光を生体組織に照明し、前記生体組織からの後方散乱光を観測することで前記生体組織表面の細胞の状態を判別する方法であって、
前記細胞を構成する粒子の細胞の状態変化に伴う粒子径の範囲に対して、前記粒子による散乱光強度の角度分布の極大を与える散乱角度範囲の少なくとも一部を含む第１の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲とは異なる第２の散乱角度範囲で散乱光を検出し、
前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の強度との差又は比を演算することにより細胞の状態を判別することを特徴とする判別方法。
【００６１】
〔９〕  前記光源からの光の波長は５００ｎｍ以下であることを特徴とする上記８記載の判別方法。
【００６２】
〔１０〕  前記第１の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度と、前記第２の散乱角度範囲で検出された散乱光の前記複数の波長間での相対強度との差又は比を演算することにより細胞の状態を判別することを特徴とする上記８記載の判別方法。
【００６３】
〔１１〕  前記複数の波長の中、少なくとも１つの波長が５００ｎｍ以下であり、別の少なくとも１つの波長が５００ｎｍ以上であることを特徴とする上記１０記載の判別方法。
【００６４】
〔１２〕  前記第２の散乱角度範囲は、前記第１の散乱角度範囲の近傍に設定されることを特徴とする上記８〜１１の何れか１項記載の判別方法。
【００６５】
〔１３〕  前記第１の散乱角度範囲は１７６°以上１８０°以下の少なくとも一部を含み、前記第２の散乱角度範囲は１７０°以上１７６°以下の少なくとも一部を含むように設定されていることを特徴とする上記８〜１２の何れか１項記載の判別方法。
【００６６】
〔１４〕  前記第１の散乱角度範囲と前記第２の散乱角度範囲の少なくとも一方の散乱角度範囲が調整可能であることを特徴とする上記８〜１３の何れか１項記載の判別方法。
【００６７】
〔１５〕  光源と、
該光源からの光を対象物に導く照明ユニットと、
該照明ユニットから第１の間隔で配置された第１の受光ユニットと、
該照明ユニットから第２の間隔で配置された第２の受光ユニットと、
前記第１の受光ユニットと前記第２の受光ユニットからの信号の差又は比を算出する演算装置を備えた判別装置であって、
前記第１の間隔は、前記対象物を構成する粒子による散乱強度の角度分布が極大となる散乱角度範囲を含む間隔であり、
前記第２の間隔は、前記第１の間隔とは異なる間隔であることを特徴とする判別装置。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の判別方法及び判別装置によれば、散乱体からの後方散乱光を観測する際に、理論計算に基づく効率的な散乱角度範囲において観測を行うことで、比較的容易な装置構成により散乱体表面の粒子の大きさを判別することができる。また、本発明の判別方法及び判別装置によれば、生体組織の観測において、生体組織表面の細胞の状態を、従来よりも効率的かつ簡易的に判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の装置を示す図であって、（ａ）は装置の全体構成を示す図、（ｂ）はプローブの先端部の正面図、（ｃ）は２つの受光端面が受光する散乱光の散乱角度範囲を示す図、（ｄ）は第１の散乱角度範囲と第２の散乱角度範囲を示す図である。
【図２】実施例２の装置を示す図であって、（ａ）は装置の全体構成を示す図、（ｂ）はプローブの先端部の正面図である。
【図３】実施例３の装置を示す図であって、（ａ）は装置の全体構成を示す図、（ｂ）はプローブの先端部の正面図である。
【図４】実施例４の装置を示す図であって、（ａ）コルポスコープを示す図、（ｂ）はプローブの構成を示す図、（ｃ）は装置の全体構成を示す図である。
【図５】球形粒子による後方散乱光の散乱強度の角度分布をＭｉｅ散乱理論により計算した結果を示す図である。
【図６】散乱角度の定義を示す図である。
【図７】粒子径に対して極大値を与える角度をプロットした図である。
【符号の説明】
１…光源
２…光ファイバー
３…プローブ
４…生体試料
５、６…光ファイバー
７、８…検出器
９…演算器
１１…照明端面
１２、１３…受光端面
２１…光源
２１ａ、２１ｂ…半導体レーザー
２２…光カップラー
２３…光ファイバー
２５、２６…光ファイバー束
２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂ…検出器
２９…演算器
３１…照明端面
３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ…受光端面
４５、４６…光ファイバー束
４７、４８…検出器
４９…演算器
５１…照明端面
５２、５３…受光端面
６１…コルポスコープ
６２ａ、６２ｂ…接眼レンズ
６３ａ、６３ｂ…対物レンズ
６４…プローブ
６５…光線
６６ａ、６６ｂ…走査ミラー
７２…レーザー光源
７５、７６…光ファイバー
７７、７８…検出器
７９…演算器
８０…走査制御装置
８１…コンピュータ
８２…画像表示装置
１０１…入射光
１０２…散乱光
１０３…粒子
【図１】
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【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】
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