(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長をもつ第１のビームおよび第１の波長と調和的に関連する第２の波長をもつ第２のビームをもつ空間的にコヒーレントな光で組織の関心領域を照射する光源および光学系、
可変光路長の光路に沿った第１の波長および第２の波長をもつ参照光、
該可変光路長を調節するアクチュエータ、
照射した光に応答して組織から散乱される光を検出し、また光路長を変化させながら参照光を検出し、検出された散乱光および検出された参照光からのヘテロダイン信号を発生させる検出器系、
該ヘテロダイン信号から組織内の細胞核のサイズを決定するようプログラムされたコンピュータ、
を備えることを特徴とする組織内の核サイズを測定するための光学システム。
【請求項２】
さらに前記関心領域の画像をつくるように該組織を横切って第１のビームおよび第２のビームを走査する走査アセンブリーを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記関心領域の内部の組織構造サイズの大きさを計算する前記コンピュータを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
第１のビームおよび第２のビームが前記関心領域の内部のフォーカルエリアを照射することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
一つの光源が複数の第１の波長及び複数の調和的に関連する第２の波長を放射することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
光源は第１および第２の波長を発生するレーザー・システムを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
さらに光ファイバー・プローブを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
光源は波長を同調し得るレーザーであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
さらに前記組織を通るビーム光路を変える走査器を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
該走査器は前記組織に対するビーム光路の角度を変えることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに時間相関システムを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
さらに光ファイバーの光ファイバー・カプラーおよび干渉計を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
該組織構造は細胞または細胞核を含んでいることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項１４】
さらに前記コンピュータが、参照データが格納された記憶装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
本出願は２０００年４月２８日付けの米国特許願６０／２００，１８７の利益を請求する。該特許願の全文は参考のために添付されている。
【０００２】
（米国政府による支援）
本発明はその全部または一部を米国Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈからの基金によって支援を受けた。米国政府は本発明において一定の権利を保有している。
【０００３】
（本発明の背景）
光学的画像処理技術は多くの生医学的応用分野に対する有用な診断手段であることが示されて来た。生物組織と光との相互作用を用いてその組織の構造が研究されることが多くなって来た。例えば光散乱分光法（ＬＳＳ）を使用して反射光のスペクトルの周期性を測定することにより、大きさが光の波長と同等な散乱体の断面に関し大きさおよび屈折率の図形を作成する。標準的な病理分析においては、細胞核の大きさおよび屈折率の変化に対する感度は異常な細胞活性の指標を与えることができる。例えば前癌状態での上皮細胞は核が膨らんでいる。
【０００４】
一般に生体の組織から分光学的な情報を得ることは困難である。何故なら周りを取り囲む組織から散乱される光が所望の光学的信号を不明瞭にすることが多いからである。このことを克服するためには、生物試料の特定の部分から散乱される光を分離する能力をもった生医学的な画像処理技術と分光法とを組み合わせる。例えば内視鏡検査の過程で光散乱法を使用して体の上皮層の細胞核の大きさの分布および屈折率の変化を測定する。これらの研究においては、組織から逆散乱された白色光の強度を光ファイバーのプローブを介して集めスペクトル的に分析する。細胞核はミー散乱体（Ｍｉｅ  ｓｃａｔｔｅｒ）のような挙動をする。このような粒子は波長に関して周期的に強度を変動し、変動の程度はその大きさ（典型的には５〜１５μｍ）および相対的な屈折率に比例する。細胞核の大きさおよびそのクロマチン含量（屈折率の関連）の変化が癌の前駆症状である形成異常症の主な原因であり、この早期段階で実行すれば治療は最も簡単で効果的であるから、光散乱分光法（ＬＳＳ）は興味がもたれている。しかし強度に基づいたＬＳＳは二次元の画像しか与えない、
光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）は、特に生物系における非侵襲的な断層撮影を行なって生物組織を研究するための診断手段として開発された他の方法である。ＯＣＴでは低コヒーレンス干渉測定法を用い、超音波パルスエコーによる画像処理法と同様な方法で、内部組織の微小構造から散乱される光の三次元画像が得られる。ＯＣＴでは長手方向および横方向の分解能が数μであり、入射光の強度の約１０-10程度の反射信号を検出することができる。
【０００５】
ＯＣＴにおいては、広帯域の光源で照射したＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計の中に組織を入れる。光源のコヒーレンス長（典型的には１０〜１５μｍ）が限られているために、干渉計の参照アームから戻って来た光と内部試料の反射によって逆散乱された光とは、干渉計のアームの光路長が光源のコヒーレンス長以内で一致した場合だけ、干渉して強度が増加または減少する。参照アームを走査すると、各内部試料の反射に対し試料のアームのビームに沿った深さの関数として局所的な干渉パターンが検出器の電流の中に現れる。多くの反射部位がその深さに沿って分布している試料（例えば生物試料）は、この干渉パターンの多数の重なり合ったコピーの和を含む検出器の電流を生成する。組織の反射率対深さのマップ（Ａ−走査と呼ばれる）は検出器の電流を記録しながら参照ミラーを走査することによって得られる。検出器の電流の包絡線、即ちアウトラインは、参照ミラーを固定した速度で走査しながら得られるドップラー周波数の所で検出器の電流の変調を解除することにより高いダイナミック・レンジで記録することができる。組織の逆散乱体の断面の画像（Ｂ−走査と呼ばれる）は逐次的なＡ−走査を集めながら組織の表面を横切ってプローブのビームを走査することによって得られる。得られる二次元のデータセットをグレースケールまたは疑似カラーの画像としてプロットする。しかし得られる分解能は、大きさ、形および他の特性が異常な細胞活性を示すことができる細胞核の画像を与えないから、ＯＣＴは機能的な画像を与えない。
【０００６】
（本発明の概要）
本発明は電場に基づいた光散乱分光法を用い生物組織の三次元画像をつくりその物理的特性を決定する方法に関する。この三次元画像は細胞または他の構造に関する情報、例えば細胞核の大きさ、形、組織、並びに移動性およびカオスの状態を含む細胞の動力学に関する情報を与える。電場に基づいたＬＳＳは分光学的な情報をコヒーレンス干渉計システムの中に導入する。この種の電場に基づいたＬＳＳは、研究すべき生物試料の小さい区域を分離し、散乱された電場の位相並びに振幅に関する情報を与えることができるので、強度に基づいたＬＳＳとは異なっている。電場に基づいたＬＳＳは波面の位相および波面の均一性を測定でき、また空間的な分解能を与えるので、電場に基づいたＬＳＳは細胞核の形および空間的な分布、および細胞核の大きさおよび屈折率を測定することができる。細胞核の形を確かめるためには散乱光の振幅の波面、位相の波面、および波面の均一性の測定を組み合わせる。細胞核の空間的な分布は検知区域に亙り細胞核の密度を画像表示できる三次元の断面図をつくることによって確定される。
【０００７】
好適具体化例においては、電場に基づいたＬＳＳシステムは光の電場の位置および角度分布の両方を測定する角度光散乱システムを含んでいる。角度分布は位相波面の均一性（散乱光のコヒーレンス）の変動に関する情報を与え、また散乱体の大きさを示す。このシステムはレーザーのような光源、および興味のある材料または研究すべき組織の区域を照射するように心合わせされた第１および第２の波長をもつ空間的にコヒーレントな光を与える光学システムを含んでいることができる。また第１および第２の両方の波長をもつ参照ビームを調節可能な経路長をもったこの光学システムに通す。アクチュエータを用い、参照ビームおよび検査すべき材料から戻って来た光を検出することによってヘテロダイン信号がつくられ、これから、またこれを分析することによって材料の選ばれた特性が決定されるように、選ばれた速度で該経路長を変化させる。
【０００８】
他の好適な具体化例においては、電場に基づいたＬＳＳシステムは、それを一時的な測定と組み合わせることにより、選ばれた小さい区域の内部における細胞核のような組織の構造の動的性質を測定する動的光散乱システムを含んでいる。小さい対象の運動は例えば自己相関関数およびパワー・スペクトルのような統計的な特性を検査することによりレーザー光の散乱によって検出することができる。
【０００９】
本発明の好適な具体化例は、組織からの光を光ファイバーで伝達し捕集し、生体内および試験管内のいずれかにおいて実時間的な診断を行なうシステムを含んでいる。このシステムを用いる好適方法は、コンピュータの中にデータを保存し、集められたデータを以前に電子的な記憶装置またはデータベースに保存された参照データと比較することにより、集められたデータの解析を行なう方法を含んでいる。
【００１０】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は添付図面に例示された本発明の好適な具体化例に関するもっと特定的な説明から明らかになるであろう。添付図面においては全図面を通じ同じ部材には同じ参照番号が付けられている。これらの図面は必ずしも正確な尺度もってはおらず、本発明の原理を示すために一部が強調して描かれている。
【００１１】
（本発明の詳細な説明）
図１を参照すれば、二つの低コヒーレンス光源を有するマイケルソン干渉計を含む電場に基づいたＬＳＳシステム１０が示されている。この特定の具体化例においては、ヘムト秒モード（１５０ｆｓ）で動作するＣｏｈｅｒｅｎｔ  ＭＩＲＡ  Ｔｉ：サファイヤ・レーザー１２が８００ｎｍの光を発光する。測定されたコヒーレンス長は約３０μｍである。この光の一部をコンバータ１５で処理し、ＣＳＫ  Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ  ＬＢＯ  の第２高調波生成用のクリスタルによって分割し４００ｎｍへ上方変換する。２個またはそれ以上の別々の光源を使用して特定の測定に使用される二つまたはそれ以上の波長をつくることができる。変換された光を元の光と一緒にする。二つの波長成分の間には実質的な重なり（５０％より、好ましくは８０％より大きい重なり）があることが好適である。重なりが少ないと、与えられた表面または容積を照射するための走査時間が増加する。次に一緒にされたビーム１４をビーム・スプリッター１６でプローブ・ビーム１８と参照ビーム２０に分割する。別法として可変波長光源を用いて１本のビームを使用することができる。
【００１２】
焦点距離１２．７ｍｍの色消しレンズ２２によりプローブ・ビーム１８の焦点を試料の上に合わせる。試料の所での４００ｎｍおよび８００ｎｍの成分のパワーはそれぞれ１４および５．５ｍＷである。レンズの所でのビームの胴周りの経は１．１および２．１ｍｍ（ＦＷＨＭ）であり、焦点の所でのビームの胴周りの経は５．９および６．２μｍになり、Ｒａｙｌｅｉｇｈの長さはそれぞれ２７０および１５０μｍになる。コヒーレンス長はＲａｙｌｅｉｇｈの長さよりも短いから、プローブ区域はほぼ円筒形として表すことができる。この区域の内部における計算されたビームの重なりは９８％であり、従って材料２６の内部の同じ粒子を両方の波長で同時に照射することができる。
【００１３】
参照ビーム２０は、４００および８００ｎｍにおいてそれぞれ１４．６および７．３ＫＨｚのドップラー・シフトを含む一定の速度で直線の軸２７に沿って動くミラー２４から反射される。このビームは次に、材料２６から逆散乱されたプローブの光と一緒にされ、二色性のミラー３０へ伝達され、これによって４００および８００ｎｍの成分が分離され、別々の自動的にバランスがとられた受光器３２、３４（Ｎｅｗ  Ｆｏｃｕｓ  ２００７）へ送られる。検出器の前面に孔３６、３８が配置され、集光量を制限している。この特定の具体化例においては、孔の直径は０．９ｍｍである。集光レンズ２２から検出器までの距離は約５０ｃｍである。第２のビーム・スプリッター２５で参照ビームの一部を分離し、第２の二色性のミラー４０へ送る。ミラーからの二つの出力成分を受光器の参照ポート４２、４４へ送る。これは二つの波長の所でのパワーの揺らぎを相殺する役目をする。
【００１４】
各波長におけるヘテロダイン信号は、逆散乱されたプローブ・ビームと適当にドップラー・シフトされた参照ビームとの干渉から得られ、受光器により検出される。Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ８３０のロック・イン増幅器のアレー４６、４８を用いて各信号を測定する。ヘテロダイン信号の大きさをディスプレー５０またはオシロスコープに表示するか、および／またはコンピュータ５２に記録する。
【００１５】
本発明による試料の測定例においては、厚さ約３ｍｍの透明なゼラチンの薄層をもったキュベットをゼラチン中に懸濁させたポリスチレンの微小球の層で被覆する。プローブ・ビームは第１の層を通って試料に入り、第１の層と第２の層との境界で焦点を結ぶ。この二つの層は同じ屈折率をもっており、これによって二つの層の間に屈折率の差による境界は生じない。従って観測されるヘテロダイン信号は微小球からの散乱にだけ帰することができる。
【００１６】
ポリスチレンの微小球は大きさが０．５３〜６．０９μｍの範囲にあり、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅ  Ｉｎｃ．のＢａｎｇｓ  ＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓおよびＳｐｈｅｒｏｔｅｃｈ  Ｉｎｃ．から入手することができる。第２の層の内部の微小球の容積濃度は、これらの試料に対して１．３％に維持されている。焦点の所におけるプローブ・ビームの胴周りの経およびそのコヒーレンス長によって定義される約８５０μｍ3の照射容積に基けば、照射される微小球の数は０．５３３μｍの微小球に対する１４０から６．１μｍの微小球に対する０．１の範囲に亙っている。微小球対ゼラチンの屈折率の比は独立に１．１９±０．０１であると測定されている。ゼラチンの第１の層におけるプローブ・ビームの減衰および吸収を説明するために、ゼラチンの第２の層をミラーで置き換えた結果をキュベットからのヘテロダイン信号を用いて正規化する。
【００１７】
測定されたヘテロダイン信号の振幅は主として次の三つの因子に依存している：即ち照射された微小球の数、プローブ・ビームの内部におけるその位置、およびそれによって生じる逆散乱の量。最初の二つの因子から生じる可能性がある誤差には、測定を潜在的に歪ませ光散乱スペクトルの周期的構造を隠蔽する誤差が含まれる。４００および８００ｎｍの成分の心合わせを行なうことにより、上記のようにしてほぼ同じ焦点の所でのビームの胴周りの経を用いてこれらの寄与を最低限度に抑制するか除去することができる。これによって両方の波長におけるビームの成分は試料の同じ区域を、従って同じ微小区域を照射することができる。従ってこの二つの波長における信号の比をとることにより微小球の数および位置に対する依存性が正規化される。
【００１８】
一般に一群の散乱体からの反射光と参照ビームとの干渉で生じるヘテロダイン信号は次式のように表される。
【００１９】
【数１】
0005134177.tif 000002
【００２０】
【外１】
0005134177.tif 000003
【００２１】
分である。従って電場に関するすべての議論は参照ビームの偏光面内で偏光しているものに関する議論である。記号Δωはヘテロダイン周波数、ｔは時間、ΨT
【００２２】
【外２】
0005134177.tif 000004
【００２３】
【数２】
0005134177.tif 000005
【００２４】
【外３】
0005134177.tif 000006
【００２５】
位相を表す。
【００２６】
式（１）の右辺の各項は次のように書き直せる。
【００２７】
【数３】
0005134177.tif 000007
【００２８】
【外４】
0005134177.tif 000008
【００２９】
の位相および振幅は検出器に関して平均しなければならない。何故なら散乱体に入射する光は異なった角度で異なった量だけ散乱されるからである。参照電場は検出器を横切って空間的にガウス関数的な変化をするとして表される。量ａj.i
【００３０】
【外５】
0005134177.tif 000009
【００３１】
度および散乱強度の二乗平均値である。ｊの値が増加すると、ａj.iは急激に減少することに注目されたい。このことは、単一散乱光と多重散乱光が同等な量で存在する限り、ヘテロダイン測定法は多重散乱光に比べ多重散乱光の方が著しく有利であることを意味している。このような場合は生体組織のような濁った媒質の表面近くで散乱された光の場合である。即ち現在の場合測定されたヘテロダイン信号は式（１ｂ）においてａj.iを用いると次のように近似することができる。
【００３２】
【数４】
0005134177.tif 000010
【００３３】
唯１回の事象をもった軌跡の数は照射された散乱体の数Ｎに等しいから、式（３）の総和はＮの所で終結することに注目されたい。
【００３４】
式（３）からヘテロダイン信号の振幅は次のように見積もられる：
【００３５】
【数５】
0005134177.tif 000011
【００３６】
【外６】
0005134177.tif 000012
【００３７】
視できる。試料の異なった点においてとられた十分の数の測定に亙って平均をと
【００３８】
【外７】
0005134177.tif 000013
【００３９】
された光が散乱体により０ではない位相のずれが蓄積される他に、種々の深さの所にある散乱体から散乱された光が種々の往復距離を横切るために、さらに不規則な位相のずれが生じることに注目すれば理解することができる。この測定において隣の散乱体の間の平均の距離を少なくとも１．８μｍ、即ち波長８００ｎｍの約２．２倍であるとすれば散乱された光の寄与に相関があるとは考え難い。
【００４０】
【外８】
0005134177.tif 000014
【００４１】
によって与えられる。式（４）のヘテロダイン信号の二乗アンサンブル平均は次のように書き直すことができる：
【００４２】
【数６】
0005134177.tif 000015
【００４３】
【外９】
0005134177.tif 000016
【００４４】
を説明する定義された量である。これは散乱過程の基本的な特性である。式（４
【００４５】
【外１０】
0005134177.tif 000017
【００４６】
たい。このことは式（５）で明らかである。
【００４７】
強度に基づいたＬＳＳにおいては、多くの波長における逆散乱された強度を測定することによりＮを見出すことができる。このような測定に対するこれ以上の詳細点は１９９７年１０月１０日付けの米国特許願０８／９４８，７３４号に記載されている。この特許願の全文は参考のために添付されている。電場に基づいたＬＳＳにおいても同じことが言える。不幸にしてヘテロダイン信号が唯二つの波長でしか測定されない場合には、Ｎは正確には決定できない。しかし、この二つの波長におけるビーム成分は十分に心合わせされており、従って同じ焦点区域を照射するので、各測定において両方の波長で同じ散乱体が同時に照射される。アンサンブル平均を得るには、Ｈの個別的な測定をそれぞれ異なったビームの位置でＭ回行なって和をとり、各波長におけるすべての測定に対して総和をとる。そうするとこの二つの和の比はＮに依存しなくなる。
【００４８】
【数７】
0005134177.tif 000018
【００４９】
【外１１】
0005134177.tif 000019
【００５０】
λ，Ｄ）にも影響を受けることに注目されたい。このことは、電場に基づいたＬＳＳが強度に基づいたＬＳＳと異なっていることを示している。
【００５１】
アンサンブル平均量
【００５２】
【数８】
0005134177.tif 000020
【００５３】
は球形の対象に対するＭｉｅの散乱理論から計算することができる。先ず焦点からｄiだけずれた点にある単一の散乱体からのヘテロダイン信号に対する寄与を求める。これは
【００５４】
【数９】
0005134177.tif 000021
【００５５】
【外１２】
0005134177.tif 000022
【００５６】
あり、Ｓ（λ，Ｄ，φi，θi）は参照ビームおよび入射ビームの偏光面の仲の振幅関数である。（Ｓ（λ，Ｄ，φi，θi）は複素関数であることに注目されたい。）この記号においてθiはプローブ・ビームの伝播方向として定義された垂直方向からの角度であり、φiは該垂直方向に垂直な面内の角度である。φi＝０は
【００５７】
【外１３】
0005134177.tif 000023
【００５８】
器までの距離である。
【００５９】
Ｓ（λ，Ｄ，φi，θi）は
【００６０】
【数１０】
0005134177.tif 000024
【００６１】
のように表すことができる。ここでＳ1（λ，Ｄ，θi）およびＳ2（λ，Ｄ，θi）は散乱体に関し面内および面外の散乱に対してＭｉｅの理論により与えられる振幅関数である。
【００６２】
式（４）から、アンサンブル平均量
【００６３】
【数１１】
0005134177.tif 000025
【００６４】
はＮ＝１に関するヘテロダイン信号の二乗アンサンブル平均に等しい。換言すればこれは単一の散乱体のヘテロダイン寄与によって表される：
【００６５】
【数１２】
0005134177.tif 000026
【００６６】
ここでＱはアンサンブル平均の要素の数である。
【００６７】
この式を用い直径が０．１〜７．０μｍの範囲の微小球に対するＲの予測値を決定することができる。次にこの結果を直径の５％の変動に関して平均し、与えられた試料中における微小球の大きさの分布を説明する。この分布は製造業者によって与えられた大きさの分布と一致する。
【００６８】
測定したデータを図２にプロットする。各データ点は試料の種々の位置で行なった３０または４５個の測定から成っている。各波長の所で測定したヘテロダイン信号の二乗平均をとることによって散乱体の位置に関する平均値を決定する。ついで結果の分配（ｒａｔｉｏｎ）Ｒを計算しプロットした。
【００６９】
このプロットの実線は理論的に当てはめた曲線である。この当てはめは上記に概説した方法で行なった。当てはめの過程中検出器の孔の大きさを自由パラメータにした。最良の当てはめには４００ｎｍでの測定に対し孔の大きさとして半径が０．９ｍｍではなく０．７ｍｍであることが必要であった。このことは、検出器の所で恐らく入射光の心合わせにずれが生じ、そのため有効検出区域が小さくなったものとして説明できる。
【００７０】
この当てはめ曲線は直径が５μよりも小さい微小球に対し測定と良く一致する。微小球の大きさがこれよりも大きいと、微小球の大きさがビームの胴周りの経（約６μ）と同等になるので、入射波面の電場を仮定しているＭｉｅの散乱理論に基づいた測定はあまり正確でなくなる。
【００７１】
電場に基づいたＬＳＳおよび強度に基づいたＬＳＳでは両方とも、スペクトルを横切る散乱の変動を測定することにより、散乱体の大きさおよび相対的な屈折率が決定されるが、電場に基づいたＬＳＳは二つの重要な点で強度に基づいたＬＳＳと異なっている。第１に、電場に基づいたＬＳＳは散乱波の位相の波面の変動並びに逆散乱された光の強度の変動に敏感である。第２に測定されるべき区域の局所化を大きくすることができる。
【００７２】
単一粒子の光散乱は散乱振幅Ｓ（λ，Ｄ，φ，θ）によって特徴付けられ、これは角座標と共に変動する位相の複素関数である。この位相は強度に基づいたＬＳＳでは測定されない。これとは対照的に電場に基づいたＬＳＳは位相の変動に非常に敏感である。これを示すために平面波の入射電場を用いる測定を考えよう。検出器の所で測定される単一散乱体からの平均の散乱強度は次のように表すことができる：
【００７３】
【数１３】
0005134177.tif 000027
【００７４】
入射光の電場および参照の電場が共に平面波であるような、電場に基づいた同様なＬＬＳの実験を行なうと、式（７）から次の形のヘテロダイン信号が得られるであろう：
【００７５】
【数１４】
0005134177.tif 000028
【００７６】
【外１４】
0005134177.tif 000029
【００７７】
るが重要な違いを見ることができる。式（１０）では検出器の区域の関して平均を行なう前にＳ（λ，Ｄ，φ，θ）の大きさを計算しているが。式（１１）では操作の順序が逆になっている。即ち電場に基づいたＬＳＳでは位相の変動が重要であり、測定された信号は散乱された光の位相フロントの均一性の程度に比例している。Ｍｉｅの理論が示すように、位相フロントの均一性は（Ｄ／λ）の関数として劣化し、与えられた大きさの散乱体に対しては、強度に基づいたＬＳＳに比べ電場に基づいたＬＳＳを用いた場合スペクトルを横切る変動が大きくなる。これによって散乱体の大きさの計算が容易になり且つ感度が高くなる。
【００７８】
この理論は位相フロントの均一性の程度を定量化するためにアンサンブル平均
【００７９】
【外１５】
0005134177.tif 000030
【００８０】
は基本的にｆ（λ，Ｄ，φ，θ）に関係していることに注目されたい。式（１０）および（１１）を式（５）に代入しＮ＝１（上記の計算は単一散乱体に対するものだから）と置くと、
【００８１】
【数１５】
0005134177.tif 000031
【００８２】
が得られる。
【００８３】
式（１２）は参照電場および入射光の電場の両方が均一である場合にだけ適用でき不均一な入射光の電場に対しては適当に修正されることに注目されたい。
【００８４】
【外１６】
0005134177.tif 000032
【００８５】
よび位相関数ｆ（λ，Ｄ，φ，θ）［１２］によって式（１０）および（１１）を書き直す。位相関数は散乱光の強度の角度分布を記述する正規化された関数である。これは
【００８６】
【数１６】
0005134177.tif 000033
【００８７】
によって表されるから、式（１０）は
【００８８】
【数１７】
0005134177.tif 000034
【００８９】
のように表される。
【００９０】
【外１７】
0005134177.tif 000035
【００９１】
）によって次のように書き直すことができる：
【００９２】
【数１８】
0005134177.tif 000036
【００９３】
強度に基づいた光散乱の測定においては、散乱断面積σ（λ，Ｄ）および異方性因子ｇ（λ，Ｄ）を使って散乱過程を特徴付けることが多い。これとは対照的に、電場に基づいた光散乱における散乱過程を規定するにはＳ（λ，Ｄ，φ，θ
【００９４】
【外１８】
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【００９５】
が必要である。
【００９６】
電場に基づいたＬＳＳは研究すべき区域を遥かに小さい区域に局所化できる利点がある。この局所化はＯＣＴで例示されているように低コヒーレンス干渉法を用いて達成することができる。空間的な局所化はコヒーレンス長によって制限され、典型的なヘムト秒レーザー・ビームにより研究すべき区域を１／１０μ程度に局所化することができる。これによって個々の散乱体、例えば単一の細胞核の各々を、それが他の散乱体に取り囲まれている場合でも、選択的に検知する可能性が生まれる。１回に一つの散乱体を検知できるので計算が簡単になる。単一の散乱体の場合には式（４）の交叉項は存在せず、従って多くの試料に亙って平均する必要がなくなる。また、ヘテロダイン法によって得られる高い感度のために電場に基づいたＬＳＳの全スペクトルの応答により、光学的な波長に比べかなり小さい散乱体の特徴を分解して示す方法を提供することができることを指摘しておく。
【００９７】
図３は本発明の他の好適な具体化例６０を示し、この場合光源８２、二つの経路に沿って光を分割するビーム・スプリッター８０が含まれている。ここで第１の経路はレンズ７４を通って組織または測定する対象の上に延び、第２の経路はレンズ６６を通ってミラー６４で反射され、測定されるべき対象から戻って来た光と共に再びビーク・スプリッター８０を通って検出システム７６へ至る。この具体化例においては、測定中レンズ６６およびミラー６４の両方は或る距離７０を移動する。さらにレンズ６６は第２の方向６８において移動することができ、伝播の方向を変化する。参照電場の角度を走査する際にレンズ６６とミラー６４とを一緒に走査することにより、検出器の面内における参照電場の位置を一定に保つ。図４Ａおよび４Ｂは本発明を用いて行なわれる測定の角度依存性を示す。図５Ａおよび５Ｂは経路の遅延と単一層の強度測定を示す。この測定の角度的な分解能は約０．４５ミリラジアンであり、長手方向の分解能は約１１．６μｍである。
【００９８】
図６は自己相関法を用いる測定が組織の細胞または細胞下部構造の変化の情報および画像を与える過程を模式的に示している。図７は、ビーズの希薄懸濁液によって散乱されたＨｅ−Ｎｅレーザーからの光の強度の相関の測定結果をグラフで示している。０．５１ミリ秒という自己相関時間は０．２２μのビーズによる光の多重散乱と一致している。
【００９９】
光散乱分光システムおよび前述の本発明の方法と共に光の伝達および／または捕集を行なうための光ファイバー・システム２００を図８と関連して示す。光源は光ファイバー２０４の近い方の端に連結された少なくとも二つの波長λ1、λ2を含むビーム２０２を与える。この光ファイバー・システムに組み込まれたビーム・スプリッター２０６は光成分をそれぞれファイバー２０８および２１０に通し、またレンズ２１６および２１４に通して伝達する。第１の光成分は２２０の方向に移動する動いているミラー２２０によって反射され、ファイバー２１０および２１２を通って戻ってくる。第２の光成分は組織２１８の方へ向かい、組織によって散乱された光はファイバー２０８および２１２を通って戻される。二色性のミラー２３０はそれぞれ検出器２４０および２４２によって検出される二つの波長λ1およびλ2を分離する。ヘテロダイン検出システム２５０および２５２を用いて図１と関連して前に説明した検出システムを処理する。ここで説明するシステムは、標準的な内視鏡と組み合わせて使用して生きた人間の体内の管腔または組織から検索される診断情報を与えることができる。
【０１００】
以上本発明をその好適具体化例を参照して説明したが、添付特許請求の範囲に包含される本発明の精神および範囲を逸脱することなく本発明の形および詳細点に関し多くの変形を行ない得ることは当業界の専門家には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電場に基づいたＬＳＳ分光法の模式図。
【図２】  本発明で測定されたデータ点の理論的当てはめ曲線のグラフ。
【図３】  本発明の角度光散乱システムの好適具体化例の模式図。
【図４Ａおよび４Ｂ】  本発明の理論的な角度分布のグラフ。
【図５Ａおよび５Ｂ】  本発明の角度光散乱システムに関する経路の遅延および強度測定。
【図６】  本発明の動的光散乱分光システム。
【図７】  本発明の動的光散乱分光システムに関連した相関測定法によるグラフ。
【図８】  本発明と一緒に使用される光ファイバー・システム。
【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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