(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体にコヒーレント光を照射するコヒーレント光照射部と、
前記流体に照射された光を結像する結像光学系と、
前記流体のスペックルコントラストのデータ及びファントムのスペックルコントラストのデータを取得するデータ取得部と、
を備え、
前記結像光学系は、他よりもスペックルコントラストの値が小さいものを前記流体のスペックルコントラストとして検出し、前記流体のスペックルコントラストと前記ファントムのスペックルコントラストとの差が最大になるように、開口数を調節する流体分析装置。
【請求項２】
前記流体にインコヒーレント光を照射するインコヒーレント光照射部を備える請求項１に記載の流体分析装置。
【請求項３】
前記流体が血液である請求項１又は２に記載の流体分析装置。
【請求項４】
流体にコヒーレント光を照射し、前記コヒーレント光を照射された前記流体のスペックルコントラストのデータ及びファントムのスペックルコントラストのデータを取得するデータ取得工程と、
他よりもスペックルコントラストの値が小さいものを前記流体のスペックルコントラストとして検出し、前記流体のスペックルコントラストと前記ファントムのスペックルコントラストとの差が最大になるように、前記流体に照射された光を結像する結合光学系の開口数を調節する工程と、
を含む流体分析方法。
【請求項５】
コヒーレント光を照射された流体のスペックルコントラストのデータ及びファントムのスペックルコントラストのデータを取得するデータ取得機能と、
他よりもスペックルコントラストの値が小さいものを前記流体のスペックルコントラストとして検出し、前記流体のスペックルコントラストと前記ファントムのスペックルコントラストとの差が最大になるように、前記流体に照射された光を結像する結合光学系の開口数を調節する機能と、を流体分析装置に実行させるプログラム。
【請求項６】
流体にコヒーレント光を照射するコヒーレント光照射部と、
前記流体に照射された光を結像する結像光学系と、
前記流体のスペックルコントラストのデータ及びファントムのスペックルコントラストのデータを取得するデータ取得部と、
を備え、
前記結像光学系は、他よりもスペックルコントラストの値が小さいものを前記流体のスペックルコントラストとして検出し、前記流体のスペックルコントラストと前記ファントムのスペックルコントラストとの差が最大になるように、開口数を調節する流体分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、流体分析装置、流体分析方法、プログラム及び流体分析システムに関する。より詳しくは、血流等の流体を検出し、分析する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては、例えば、治療の際に、血液等の流体の流れを検出することが必要な場合がある。特許文献１では、血管領域の干渉光画像を撮像する撮像システムの技術について開示されている。この技術によれば、例えば、臓器の内部の血管と生体表面を覆う血液とを区別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３６３９６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、前述した従来の撮像システムに対し、血流等の流体の検出感度を更に向上させることが求められていた。
【０００５】
そこで、本開示は、流体の流れの検出精度を向上させることが可能な流体分析装置、流体分析方法、プログラム及び流体分析システムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る流体分析装置は、流体にコヒーレント光を照射するコヒーレント光照射部と、前記流体に照射された光を結像する結像光学系と、前記流体のスペックルデータを取得するデータ取得部と、を備え、前記結像光学系は、前記スペックルデータに基づいて開口数を調節する。
この流体分析装置では、スペックルデータがスペックルコントラストのデータであってもよい。
また、前記結像光学系は、前記スペックルコントラストが最大になるように前記開口数を調節してもよい。
また、前記データ取得部は、前記流体以外のスペックルコントラストのデータも取得し、前記結像光学系は、前記流体のスペックルコントラストと前記流体以外のスペックルコントラストとの差が最大になるように、前記開口数を調節してもよい。
更に、この流体分析装置は、前記流体にインコヒーレント光を照射するインコヒーレント光照射部を備えていてもよい。
前記流体は、血液とすることができる。
【０００７】
本開示に係る流体分析方法は、流体にコヒーレント光を照射し、前記コヒーレント光を照射された前記流体のスペックルデータを取得するデータ取得工程と、前記スペックルデータに基づいて、前記流体に照射された光を結像する結合光学系の開口数を調節する工程と、を含む。
【０００８】
本開示に係るプログラムは、コヒーレント光を照射された流体のスペックルデータを取得するデータ取得機能と、前記スペックルデータに基づいて、前記流体に照射された光を結像する結合光学系の開口数を調節する機能と、を流体分析装置に実行させる。
【０００９】
本開示に係る流体分析システムは、流体にコヒーレント光を照射するコヒーレント光照射部と、前記流体に照射された光を結像する結像光学系と、前記流体のスペックルデータを取得するデータ取得部と、を備え、前記結像光学系は、前記スペックルデータに基づいて開口数を調節する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、流体の流れの検出精度を向上させることができる。なお、ここに記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の第１の実施形態の流体分析装置１の構成例を模式的に示す図である。
【図２】同実施形態の他の流体分析装置１の構成例を模式的に示す図である。
【図３】結像光学系３により光を結像する状態を説明するための図である。
【図４】スペックル画像の例を示す図である。
【図５】スペックル画像をマッピングしている状態を模式的に示す図である。
【図６】開口数とスペックルコントラストの関係を示したグラフである。
【図７】開口数と、血流Ｘのスペックルコントラスト及び血流Ｘ以外のスペックルコントラストの差との関係を示したグラフである。
【図８】同実施形態の変形例の流体分析装置１１の構成例を模式的に示す図である。
【図９】流体を通流させる器具１００の構成を示す図である。
【図１０】スペックル画像の例を示す図である。
【図１１】図１０に示すスペックル画像について、開口数とスペックルコントラストの関係を示したグラフである。
【図１２】図１０に示すスペックル画像について、開口数と、血流Ｘのスペックルコントラスト及び血流Ｘ以外のスペックルコントラストの差との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施形態
（スペックルデータに基づいて開口数を調節する流体分析装置の例）
２．第２の実施形態
（スペックルデータに基づいて開口数を調節する流体分析システムの例）
【００１３】
＜１．第１の実施形態＞
［流体分析装置１の構成］
先ず、本開示の第１の実施形態に係る流体分析装置１について説明する。図１は本実施形態の流体分析装置１の概要を示す図である。本実施形態の流体分析装置１は、流体Ｘにコヒーレント光Ｌを照射するコヒーレント光照射部２と、流体Ｘに照射された光を結像する結像光学系３と、流体のスペックルデータを取得するデータ取得部４と、を有し、結像光学系３は、スペックルデータに基づいて開口数を調節する。
【００１４】
なお、本実施形態の流体分析装置１では、流体Ｘとしては、光散乱物質を有するものであれば、特に限定されるものではないが、血液を用いることが好ましい。このとき、流体分析装置１は、血流分析装置として、人等の動物を治療しながら、その血流を検出し、分析することができる。以下では、主に、流体Ｘを血流Ｘとして説明する。
【００１５】
（コヒーレント光照射部２）
本実施形態の流体分析装置１が有するコヒーレント光照射部２は、血流Ｘにコヒーレント光Ｌを照射する。コヒーレント光照射部２は、コヒーレント光Ｌを照射する光源とすることができる。後述するように、血流Ｘに照射された光からスペックルデータが得られれば、特に限定されないが、コヒーレント光Ｌは、レーザー光とすることができる。また、コヒーレント光照射部２と血流Ｘとの間には、ビームエキスパンダー２１を設置することもできる。
【００１６】
（結像光学系３）
本実施形態の流体分析装置１が有する結像光学系３は、血流Ｘに照射された光を結像する。また、結像光学系３は、後述するように、データ取得部４により取得されたスペックルデータに基づいて開口数を調節する。このスペックルデータは、スペックルコントラストのデータとすることが好ましく、このとき、結像光学系３は、スペックルコントラストが最大になるように開口数を調節することができる。これにより、血流Ｘの流れの検出精度を向上させることができる。なお、スペックルコントラストの詳細については、後述する。
【００１７】
結像光学系３は、血流Ｘに照射された光ｌを集束する対物レンズとして機能する第１レンズ３１と、フーリエ面に平行な面方向に開口径を変更することが可能な絞り３２と、後述する撮像素子４１に向けて焦点を合わせる結像レンズとして機能する第２レンズ３３とから主に構成される。結像光学系３は、この絞り３２の大きさを調節することにより、開口数を調節することができる。
【００１８】
また、図２は、流体分析装置１の他の装置構成の概要を示す図である。図２に示すように、結像光学系３は、絞り３２の代わりに、任意の空間光変調器３４を有していてもよい。本実施形態の流体分析装置１では、絞り３２の大きさを調節する代わりに、空間光変調器３４の開口を制御することで、スペックル画像のスペックルコントラストを最大にさせることもできる。
【００１９】
また、本実施形態の流体分析装置１は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いて実施することもできる。更に、前述した絞り３２の位置には、電子的あるいは機械的に開口数を制御できる任意のライトバルブを設置することもできる。結像光学系３が開口数を変化させるデバイスとしては、機械式虹彩絞り、液晶式シャッター、エレクトロクロミックデバイス、電気泳動デバイス等、任意の光変調素子を使用できる。
【００２０】
（データ取得部４）
本実施形態の流体分析装置１が有するデータ取得部４は、コヒーレント光Ｌを照射された血流Ｘのスペックルデータを取得する。より具体的には、データ取得部４は、例えば、ＣＣＤカメラ等として、撮像素子４１を有することができ、この撮像素子４１により血流Ｘのスペックル画像を撮像して、スペックルデータを取得することができる。
【００２１】
データ取得部４は、取得したスペックルデータに関する信号を後述の制御部５に送信し、制御部５により、結像光学系３の開口数を調節させることができる。なお、本実施形態の流体分析装置１では、後述のスペックルパターンを統計処理し、開口数に対するスペックルコントラストのデータをより精度良く得るために、撮像素子４１が撮像する画像の画素サイズは、スペックル粒径よりも小さいことが好ましい。
【００２２】
（制御部５）
本実施形態の流体分析装置１は、更に制御部５を有することができる。制御部５には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、入出力インターフェイス部、ハードディスク等が設けられていてもよい。詳細については後述の流体分析方法において説明するが、制御部５は、データ取得部４が取得したスペックルデータに基づいて、開口数毎のスペックルデータを生成することができる。具体的には、制御部５は、開口数毎のスペックルコントラストのデータを生成することができる。そして、制御部５は、データ取得部４により取得されたスペックルデータに基づいて、結像光学系３における絞り３２の開口数を調節することができる。
【００２３】
［流体分析方法］
次に、本実施形態の流体分析装置１が行う血流Ｘの流体分析方法の一例について説明する。この流体分析方法では、血流Ｘにコヒーレント光を照射し、コヒーレント光を照射された流体のスペックルデータを取得するデータ取得工程と、スペックルデータに基づいて、流体に照射された光を結像する結像光学系３の開口数を調節する工程と、を含む。
【００２４】
本実施形態の流体分析装置１では、データ取得部４により取得されたスペックルデータから、血流Ｘの散乱流体の動きが最も鮮明に観察されるように、制御部５により、結像光学系３の絞り３２の開口数を最適な値に調節する。より具体的には、結像光学系３は、スペックルコントラストが最大となるように、開口数を調節する。
【００２５】
（スペックルデータ）
ここで、開口数を調節するためのスペックルデータについてより詳細に説明する。図３は、結像光学系３により光を結像する状態を説明するための図である。図３に示すように、血流Ｘに照射された光の光軸ｌ０付近の光線は、波面の乱れがほとんど生じないのに対し、光軸から離れるに従い波面が乱れ（図中、符号ａ及びｂ参照）、散乱波のランダムな干渉によりスペックル現象が生じる。これにより、撮像素子４１は、血流Ｘについての斑点模様の画像（スペックル画像）を撮像することができる。
【００２６】
このとき、結像光学系３が開口数を大きくすることで、入射光の角度・方位、位相は多様になり、散乱波の平均化が起きる。そのため、スペックルコントラストが減少する。一方、結像光学系３が開口数を小さくすることで、スペックルコントラストが大きくなる。更に、結像光学系３における波面収差が小さくなっていくと、主な位相差は血流Ｘの粗面からの散乱等から生じることになる。その際、血流Ｘとの散乱で与えられる位相差が１周期（−π〜π）の範囲になると、結像光学系３による「未発達なスペックル」と呼ばれる現象が発生し、撮像面でのスペックルパターンの変化とスペックルコントラストの減少が起きる。
【００２７】
スペックルデータの変化を用いて血流Ｘを検出する場合、スペックルコントラストが大きい方が、流れの測定感度や精度は高くなると考えられる。従って、空間分解能を無視できる場合には、スペックルが未発達にならない範囲で結像光学系３の開口数をなるべく小さくすることで、流れを高精度で測定できる。
【００２８】
このときの開口数は、測定対象である血流Ｘによって生ずる位相差や個々の結像光学系３の収差、照明系の開口数、２次元の撮像素子４１の感度等によっても異なってくる。結像光学系３は、データ取得部４がスペックル画像を撮像することで取得したスペックルデータ（スペックルコントラストの大きさやスペックルパターン等）に基づいて、開口数を変化させる。
【００２９】
前述したように、制御部５からのスペックルデータからの信号により、結像光学系３の開口数を調節するデバイスとしては、機械式虹彩絞り、液晶式シャッター、エレクトロクロミックデバイス、電気泳動デバイス等、任意の光変調素子を使用できる。
【００３０】
次に、図４を参照しながら、前述した未発達なスペックル及び十分発達したスペックルについて説明する。図４は、スペックル画像の例を示す図である。
【００３１】
（十分発達したスペックル）
一般に像面上の任意の観察点ｘにおける複素振幅Ａは、以下の式（１）で与えられる（J. W. Goodman著 Speckle phenomena in optics: theory and applications, Chapter2, pp.7-23, Roberts & Company, Englewood, Colorado参照）。
【００３２】
【数１】
0006394367.tif 000002
【００３３】
なお、式（１）中、θは位相を表す。
【００３４】
血流Ｘ等の散乱物体のＮ個の点が像面でつくる光の複素振幅は、以下の式（２）で表される。
【００３５】
【数２】
0006394367.tif 000003
【００３６】
散乱物体のＮ個の各散乱点からの光のそれぞれが、独立で、位相分布が一様である場合、複素振幅の実部Ａｒ及び虚部Ａｉに対し確率密度関数は、中心極限定理から、式（３）で表される。
【００３７】
【数３】
0006394367.tif 000004
【００３８】
なお、式（３）中、σはＡｒおよびＡｉの標準偏差を表す。
【００３９】
このとき、スペックルの強度Ｉ及び位相θは、それぞれ、順に以下の式（４）、式（５）で表される。そのため、強度確率密度関数ＰＩ（Ｉ）及び位相確率密度関数Ｐθ（θ）は、それぞれ、順に以下の式（６）、式（７）で表される。
【００４０】
【数４】
0006394367.tif 000005
【００４１】
【数５】
0006394367.tif 000006
【００４２】
【数６】
0006394367.tif 000007
【００４３】
【数７】
0006394367.tif 000008
【００４４】
このような確率密度関数で表されるスペックルを、十分発達したスペックルと呼ぶことができ、図４Ａに示すパターンがその一例である。
【００４５】
（未発達なスペックル）
一方、位相が、−π≦θ≦πの範囲であって、一様な分布ではない場合には、確率密度関数は、以下の式（８）の一般的なガウス確率密度関数で表される。
【００４６】
【数８】
0006394367.tif 000009
【００４７】
なお、式（８）中、ρはＡｒとＡｉの相関係数であり、ΔＡｒ＝Ａｒ−＜Ａｒ＞、ΔＡｉ＝Ａｉ−＜Ａｉ＞である。
【００４８】
このような確率密度関数で表されるスペックルを、未発達なスペックルと呼ぶことができ、図４Ｂに示すパターンがその一例である。
【００４９】
（スペックルコントラスト）
データ取得部４が取得したスペックルデータから、制御部５は、データ処理により、血流Ｘの情報をスペックルコントラストに変換することができる。スペックルコントラスト（ＣＳ）は、以下の式（９）で表される。なお、血流Ｘ等の光散乱流体の流速は、スペックルコントラストの２乗に反比例する（Opt. Commun. 37 (5) p.325 (1981)等参照）。
【００５０】
【数９】
0006394367.tif 000010
【００５１】
図５は、スペックル画像をマッピングしている状態を模式的に示す図である。図４Ａ及びＢに示したスペックル画像については、図５に示すように、画素毎に像４１全体の範囲についてマッピングすることで、血流Ｘの画像を生成して、血流Ｘの動きや流れを観察することができる。
【００５２】
図５に示すように、例えば、スペックルコントラストの算出のための統計処理を行う像４１領域を、水平方向及び垂直方向にそれぞれ５個並ぶ画素の正方領域４２とする。例えば、その正方領域４２の中心４３について、スペックルコントラストを算出することで、その正方領域のスペックルコントラストとすることができる。この統計処理領域については、スペックル画像の解像度や血流Ｘの流れの測定精度に応じて任意の範囲を設定することができる。
【００５３】
図６は、開口数とスペックルコントラストの関係を示したグラフである。図６に示すグラフにおいて、結像光学系３は、スペックルコントラストが最大となる開口数に調節することができる。これにより、血流Ｘの流れの検出精度を向上させることができる。
【００５４】
また、データ取得部４は、血流Ｘ等の流体以外のスペックルコントラストのデータも取得し、結像光学系３は、血流Ｘのスペックルコントラストと血流Ｘ以外のスペックルコントラストとの差が最大になるように、開口数を調節することもできる。図７は、開口数とスペックルコントラストの関係を示したグラフである。特に、図７は、開口数と、血流Ｘのスペックルコントラスト及び血流Ｘ以外のスペックルコントラストの差とのグラフである。血流Ｘのスペックルコントラスト（図中のflow）と血流Ｘ以外のスペックルコントラスト（図中のphantom）との差（図中のdifference）が最大となるように、開口数を調節
することで、血流Ｘの流れの検出精度をより向上させることができる。
【００５５】
また、ここまでは、スペックルコントラストが最大となるように、開口数を調節する方法について説明してきたが、結像光学系３は、スペックル画像の粒状度や縞状度に基づいて、開口数を調節することもできる。再び、図４を参照するが、図４Ａに示すスペックル画像は、図４Ｂに示すスペックル画像に比べ、粒状度が大きい。一方、図４Ｂに示すスペックル画像は、図４Ａに示すスペックル画像に比べ、縞状度が大きい。制御部５は、この粒状度及び縞状度の大きさに関し、例えば、輝度値が同一又は所定の範囲内である画素が、どれ位連続して隣接しているのかを分布化し、開口数を制御することができる。このようにして、結像光学系３は、スペックル画像の粒状度がより大きくなるように開口数を調節すること等もできる。
【００５６】
以上詳述したように、本実施形態の流体分析装置１では、結像光学系３がスペックルデータに基づいて開口数を調節するため、血流Ｘの流れの検出精度を向上させることができる。特に、スペックルデータとしてスペックルコントラストのデータを用い、スペックルコントラストが最大となるように、結像光学系３が開口数を調節することで、血流Ｘを精度よく観察することができる。また、結像光学系３は、血流Ｘのスペックルコントラストと血流Ｘ以外のスペックルコントラストとの差が最大となるように、開口数を調節して、血流Ｘを精度よく観察することもできる。
【００５７】
（変形例）
図８は、本実施形態の変形例の流体分析装置１１の構成例を模式的に示す図である。本実施形態の変形例の流体分析装置１１は、前述した第１の実施形態の流体分析装置１と比べ、血流Ｘにインコヒーレント光Ｌ’を照射するインコヒーレント光照射部６を有している点が異なる。そのため、ここでは、インコヒーレント光照射部６の構成及びその機能について主に説明する。
【００５８】
図８に示すように、インコヒーレント光照射部６によりインコヒーレント光Ｌを血流Ｘに照射し、コヒーレント光照射部６と同じ結像光学系３を用いることで、明視野像や蛍光像も観察する場合には、必要とされる解像度や明るさが異なる。そのため、スペックル画像とこれらの明視野・蛍光像に最適な開口の大きさになるように、結像光学系３は絞り３２を調節することができる。インコヒーレント光照射部６としては、特に限定されず、例えば、Ｘｅランプ等のコヒーレンシーを落とした可視光レーザーを用いることができる。
【００５９】
また、本変形例の流体分析装置１１では、コヒーレント光照射部２とビームエキスパンダー２１との間に回転式チョッパー６１を設置してもよい。また、ビームエキスパンダー２１と血流Ｘとの間に偏光ビームスプリッター６２を設置してもよい。例えば、Ｘｅランプからの平行光を、赤色、緑色及び青色の光の遮断が等時間間隔で可能な回転式バンドパスフィルター６３を通して、偏光ビームスプリッター６２に入射して反射させることができる。この回転式チョッパー６１と、回転式バンドパスフィルター６３とは同期させることができ、赤色、緑色、青色の自然放出光と近赤外のレーザー光とを特定の時間間隔で、血流Ｘの同じ位置を照明させることができる。
【００６０】
なお、本実施形態の流体分析システムにおける上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００６１】
＜２．第２の実施形態＞
次に、本開示の第２の実施形態に係る流体分析システムについて説明する。本実施形態の流体分析システムでは、前述した第１の実施形態の流体分析装置１又は第１の実施形態の変形例の流体分析装置１１と比べ、制御部５を流体分析装置１、１１とは別の装置に設けることができる。これにより、例えば、制御部５が、ネットワークを介して、流体分析装置１の結像光学系３においてスペックルデータに基づいて開口数を調節させることができる。
【００６２】
ネットワークは、例えば、インターネット、電話回線網、衛星通信網、同報通信路などの公衆回線網や、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ
Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＩＰ−ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ−Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｐｒｉｖａｔｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ワイヤレスＬＡＮなどの専用回線網などで構成されており、有線か無線かは問わない。また、このネットワークは、本実施形態の流体分析システムに専用に設けられた通信回線網であってもよい。
【００６３】
また、本実施形態の流体分析システムには、サーバや画像表示装置等が設けられていてもよい。その場合、流体分析装置１、１１、サーバ及び画像表示装置は、直接接続することもできるが、ネットワークを介して相互に通信可能に接続することもできる。
【００６４】
なお、本実施形態の流体分析システムにおける上記以外の構成及び効果は、前述した第１の実施形態と同様である。
【００６５】
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
流体にコヒーレント光を照射するコヒーレント光照射部と、
前記流体に照射された光を結像する結像光学系と、
前記流体のスペックルデータを取得するデータ取得部と、
を備え、
前記結像光学系は、前記スペックルデータに基づいて開口数を調節する流体分析装置。（２）
前記スペックルデータがスペックルコントラストのデータである（１）に記載の流体分析装置。
（３）
前記結像光学系は、前記スペックルコントラストが最大になるように前記開口数を調節する（２）に記載の流体分析装置。
（４）
前記データ取得部は、前記流体以外のスペックルコントラストのデータも取得し、
前記結像光学系は、前記流体のスペックルコントラストと前記流体以外のスペックルコントラストとの差が最大になるように、前記開口数を調節する（２）又は（３）に記載の流体分析装置。
（５）
前記流体にインコヒーレント光を照射するインコヒーレント光照射部を備える（１）〜（４）のいずれかに記載の流体分析装置。
（６）
前記流体が血液である（１）〜（５）のいずれかに記載の流体分析装置。
（７）
流体にコヒーレント光を照射し、前記コヒーレント光を照射された前記流体のスペックルデータを取得するデータ取得工程と、
前記スペックルデータに基づいて、前記流体に照射された光を結像する結合光学系の開口数を調節する工程と、
を含む流体分析方法。
（８）
コヒーレント光を照射された流体のスペックルデータを取得するデータ取得機能と、
前記スペックルデータに基づいて、前記流体に照射された光を結像する結合光学系の開口数を調節する機能と、を流体分析装置に実行させるプログラム。
（９）
流体にコヒーレント光を照射するコヒーレント光照射部と、
前記流体に照射された光を結像する結像光学系と、
前記流体のスペックルデータを取得するデータ取得部と、
を備え、
前記結像光学系は、前記スペックルデータに基づいて開口数を調節する流体分析システム。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。
（実施例１）
図１で示したような流体分析装置を用いて、流体の観察を行った。具体的には、光源にはＳａｃｈｅｒ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ社製外部共振半導体レーザー（ＣＷ発振、波長７８０ｎｍ、縦単一モード、ライン幅３００ｋＨｚ(１ｍｓ)、横モードＴＥＭ００、出力数〜１００ｍＷ）を用いた。そして、この光源から発せられたレーザー光をＥｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ社製ビームエキスパンダーでビームを拡大し、流路の形成されたファントムに平行ビームで照射した。
【００６７】
ファントムの構造体は、紫外線硬化樹脂にアルミナ粒子の光拡散剤と光吸収剤として赤色インクが混入されており、波長７８０ｎｍにおいて、吸収係数と等価散乱係数が人の胃の内壁と同等となるように、それぞれ、０．０７ｍｍ−１、１．０８ｍｍ−１に設定した。
【００６８】
図９は、流体を通流させる器具１００の構成を示す図である。図９Ａの正面図のＩ−Ｉ断面図を図９Ｂに示し、ＩＩ−ＩＩ断面図を図９Ｃに示す。具体的には、図９に示すように、開口部１０１及び断面が１ｍｍ角の流路１０２を観察面から深さ２００μｍの位置に形成し、観察面に対し裏側に設置した注入排出口にチューブを接続した。そして、シリンジポンプにより擬似血液を開口部１０１から約１０ｍｍ／ｓｅｃの流速で流路１０２に流した。本実施例では、擬似血液として飲用牛乳を用いた。符号１０３は焦点合わせ用部材を示す。
【００６９】
結像光学系３としては、具体的には、焦点距離１５０ｍｍ、開口径３０ｍｍの球面平凸石英レンズを２枚用い、その間のフーリエ面に絞り３２（虹彩絞り）を配置し、開口の大きさを直径３〜１５ｍｍの範囲で可変とした。
【００７０】
データ取得部４の像面にＣＣＤカメラの撮像面が一致するようにフォーカス調整を行った。撮像用ＣＣＤカメラにはソニー製産業用ＣＣＤカメラ（ＸＣＤ−Ｖ６０）を用いた。なお、このカメラは、スペックルパターンの強度を統計処理するために十分な解像度とするように、スペックル粒径よりも十分小さな画素サイズを有する（１辺が７．４μｍの正方形）。
【００７１】
ＣＣＤカメラからの信号は、８ｂｉｔ、ＶＧＡ、６０ｆｐｓのｂｉｔｍａｐファイルとして出力され、ＩＥＥＥ１３９４ｂによりＰＣに取り込み、統計処理を行った。スペックルコントラストの算出のための統計処理を行う像領域を水平方向及び垂直方向のそれぞれ５個の画素の正方領域とし、そのときのスペックルコントラストをその領域の中心のスペックルコントラストとし、像全体の範囲でマッピングすることで、流れの像を生成した。
【００７２】
図１０は、このようにして得られたスペックル画像の例を示す図である。図１０に示すように、各パターンとも一点鎖線の枠で囲った部分が流路に相当する。図１０のＡとＢは、流体Ｘの流れが停止している場合、ＣとＤは流体Ｘが流れている場合のスペックルを示す。また、ＡとＣは、虹彩絞りの開口径が１２ｍｍであって、ＢとＤは４ｍｍである。流れの有無あるいは開口の大きさでスペックルパターンやコントラストが異なることが、図１０に示す画像から確認することができた。
【００７３】
このような画像情報から、式（９）を参照しながら前述した方法で、スペックルコントラストを算出した。特に、流路画面中心付近の照明が均一な領域に対して、画素ごとの暗電流分を差し引いた輝度階調の度数分布から標準偏差σと平均＜Ｉ＞を求め、開口の大きさごとのスペックルコントラストを求めた。
【００７４】
図１１は、図１０に示すスペックル画像から得られる、開口数とスペックルコントラストの関係を示したグラフである。図１１に示すように、本実施例の光学系及びサンプルでは、開口の大きさが４ｍｍの場合にスペックルコントラストは最大値をとることが分かった。すなわち、流体の流れを可視化するためには、結像光学系３が開口数を４ｍｍとすることで感度・精度が最大になることが分かった。このようにして、スペックルコントラストが最も大きくなるように結像光学系３の開口数を制御することができた。
【００７５】
（実施例２）
実施例２では、スペックルコントラストを最大とするように開口を制御する代わりに、スペックルコントラストと、流体Ｘ以外のスペックルコントラストとの差を最大とするように開口数を制御した点以外は、実施例１と同様にして実験を行った。
【００７６】
図１２は、図１０に示すスペックル画像のスペックルコントラストと、流体Ｘ以外のスペックルコントラストとの差と、開口数との関係を示したグラフである。図１２に示すように、本実施例では、結像光学系３が開口の大きさを約６ｍｍとすることで感度・精度が最大になることが分かった。このようにして、結像光学系３の開口数を制御することができた。
【００７７】
（実施例３）
実施例１及び実施例２で用いた結像光学系３の代わりに、図２で示した結像光学系３を用いた点以外は、実施例１と同様にして実験を行った。具体的には、虹彩絞りの代替として設置したＨｏｌｏｅｙｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社製の液晶式透過型空間光変調器によりリアルタイムに開口制御を行い、流れの像を撮影した。また、スペックルパターンが粒子状から縞状に変化する開口の大きさを、上記の空間光変調器の開口を制御しながら求め、その開口数及び形状で流れの像を撮影した。これにより、実施例１と同様の実験結果を得ることができた。
【００７８】
（実施例４）
実施例１、実施例２及び実施例３で用いた流体分析装置１の代わりに、図８で示した流体分析装置１１を用いた点以外は、実施例１、実施例２及び実施例３と同様にして実験を行った。具体的には、実施例１等の光路を元に、ビームエキスパンダー２１の前方に回転式チョッパー６１、後方に波長４００ｎｍ〜８００ｎｍを有効とする広帯域偏光ビームスプリッター６２を設置した。偏光ビームスプリッター６２は波長７８０ｎｍレーザーに対し透過する配置とした。そして、Ｘｅランプからの平行光を、赤緑青と遮断が等時間間隔で変化する回転式バントパスフィルター６３を通して、反射する配置で偏光ビームスプリッター６２に入射した。これらの回転式チョッパー６１と回転式バンドパスフィルター６３は同期しており、サンプル面では赤、緑、青の自然放出光と近赤外のレーザー光が同じ時間間隔で同じ位置を照明するように配置した。回転式チョッパー６１と回転式バンドパスフィルター６３は、撮像用カメラ（撮像素子４１）と同期しており、赤、緑、青、近赤外レーザーで照明された像を順次繰返し取り込み、ＰＣに画像データを送った。
【００７９】
フーリエ面の絞りには、実施例３と同様な空間光変調器３４を設置した。明視野観察で空間分解能が必要な場合には開口数を大きくし、スペックル像で流れの感度・精度が必要な場合には、実施例２の方法で流れ検出の感度・精度が高くなる開口数に設定し、このような開口制御を繰返し行った。これにより、同じ観察位置の良好な明視野像と流れの像をリアルタイムに同時に観察することができた。なお、本実施例では、インコヒーレント光照射部６としてＸｅランプを用いたが、十分にコヒーレンシーを落とした可視光レーザーを用いることもできる。
【００８０】
実施例４から、明視野像、蛍光像などと結像光学系を共用する場合に、それぞれ最適な感度・精度・解像度・焦点深度を得られることが分かった。
【００８１】
以上、実施例１〜４から、本発明の流体分析装置では、結像光学系の開口数を調節することで、血流を精度よく観察できることが確認できた。
【符号の説明】
【００８２】
１、１１  流体分析装置
２  コヒーレント光照射部
３  結像光学系
４  データ取得部
５  制御部
６  インコヒーレント光照射部
３１  第１レンズ
３２  絞り
３３  第２レンズ
Ｘ  流体（血流）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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