(57)【要約】  第１軸線に沿って方向付けられた光を供給する光源と、光を受光するために、そして光が拡散要素を出ていくときに光を拡散するために、光源に近接して配置された拡散要素と、光学プローブから外へおよび被験体に光を投射するために、第１軸線および第１軸線に概ね垂直な第２軸線の少なくとも一方に沿って、拡散要素を出ていく光を方向付ける方向性光学要素とを備える光学プローブ。
2017514131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸線に沿って方向付けられた光を供給する光源と、
前記光を受光し、前記光が拡散要素を出ていくときに前記光を拡散するために、前記光源に近接して配置された拡散要素と、
光学プローブから外へおよび被験体に前記光を投射するために、前記第１軸線および前記第１軸線に概ね垂直な第２軸線の少なくとも一方に沿って、前記拡散要素を出ていく前記光を方向付ける方向性光学要素と
を備える光学装置。
【請求項２】
前記光源はレーザである、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記拡散要素は、表面拡散要素、回折拡散要素、屈折性拡散要素、ホログラフィック拡散要素、および相拡散要素のうちの１つである、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記光学プローブは分光装置である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記光学プローブは近赤外線分光装置である、請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記光源は、前記光を伝送するために、複数の光ファイバケーブルを使用する、請求項１に記載の光学装置。
【請求項７】
前記方向性光学要素はプリズムである、請求項１に記載の光学装置。
【請求項８】
光源から第１軸線に沿って光を伝送することと、
前記光が拡散要素を出ていくときに前記光を拡散するために前記光源に近接して配置された前記拡散要素を通して前記光を受光することと、
光学プローブから外へおよび被験体に前記光を投射するために、前記第１軸線および前記第１軸線に概ね垂直な第２軸線の少なくとも一方に沿って、前記拡散要素を出ていく前記光を方向付ける方向性要素を使用して前記光を方向付けることと
を含む、光学プローブの中での光処理量を増加する方法。
【請求項９】
前記方向性要素はプリズムである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光の方向は９０度変更される、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記拡散要素はテフロン（登録商標）シートである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記光学プローブは近赤外線分光装置である、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
第１軸線に沿って光ガイドに方向付けられた光を供給する光源と、
前記光ガイドの第１側に沿って近接して配置され、前記光源からの前記光を前記光ガイドの第２側に向かって反射するように構成された反射要素と、
前記光ガイドの前記第２側に近接して配置され、前記光源からの前記光および前記反射要素によって反射された前記光を、側方照射光学分光装置を出ていく前記光よりも前に散乱させるように構成された散乱層と
を備える、側方照射光学分光装置。
【請求項１４】
拡散層は、反射層と前記光ガイドの第１側との間に配置されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源は光ファイバケーブルである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記光ガイドの内部に配置された複数の散乱装置をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記複数の散乱装置は、異なる屈折率または反射率を有する別々の物体である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数のスキャッティング装置は微小球である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記複数の散乱装置は、前記光ガイドの第２側に沿って等しい距離で間隔をあけて配置されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記光ガイドの第１側は、前記光ガイドの第２側に平行である、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、米国仮特許出願シリアル番号第６１／９８１，３００号出願された２０１４年４月１８日への主張優先権（ｃｌａｉｍｓ  ｐｒｉｏｒｉｔｙ）に基づいており、米国仮特許出願シリアル番号第６１／９８１，３００号出願された２０１４年４月１８日を参照により本願明細書に援用する。
【０００２】
（合衆国政府の助成による研究に関する陳述）
該当せず。
【背景技術】
【０００３】
現代の医療診断装置は、人間の生物学的データを収集し分析するための非侵襲性の方法を可能にする。例えば、血液および／または組織の酸素供給レベル、血糖レベル、頭蓋内の出血スキャン、麻酔を監視すること、および外科手術などのようなデータは、非侵襲性の医療診断を用いて実行することができる。非侵襲性の技術を用いて医療データを取得する幅広く使用される方法は、分光法、特に近赤外線分光法（ＮＩＲＳ）を用いることを含む。分光の測定結果を取得するために、様々なタイプの近赤外線分光法を用いることができる。例えば、複数のタイプの近赤外線分光システム（ＮＩＲＳ  ｓｙｓｔｅｍｓ）は、連続波（ＣＷ）のＮＩＲＳ、時間分解された（ＴＲ）ＮＩＲＳ、周波数ドメイン（ＦＤ）のＮＩＲＳ、時間ドメイン（ＴＤ）のＮＩＲＳ、および散乱性の相関分光法（ＤＣＳ）を含むことができる。
【０００４】
近赤外線分光システムは、一般に、近赤外線スペクトルにおいて、光源から患者に送達されるための光を必要とする。光源は、患者から遠くにまたは近接して存在することができる。さらに、光源は、特定の適用に光を調整するために中間光学体を使用することができる。標準的な実施では、集束レーザまたはファイバ光学要素は、患者の皮膚に直接当てることができる。しかしながら、光源と患者との間のこの直接的相互作用は、安全性および性能のいくつかの不利益を有することがある。
【０００５】
例えば、一定の出力レベルでの特定の光のタイプ（例えば、赤外線、近赤外線など）に対する暴露は、患者に対する安全性の問題を生み出すことがある。光の暴露の安全性は、一般に、光源によって照射された光の出力の大きさおよび表面領域の量に依存するように認識されている。例えば、米国規格協会（ＡＮＳＩ）は、光の暴露の安全性決定に対して幅広く使用される基準である、レーザの安全な使用に対するガイドラインを提供する。具体的には、米国規格協会の基準は、人間の組織の平方センチメートル当たりに許容される最大量の光の出力（ワット）の暴露（すなわち、出力密度）に基づいて、安全な光暴露レベルを決定する。これは、近赤外線分光法診断ツールに対する安全な照射レベルを決定するための明確なガイダンスを提供する。さらに、米国規格協会は、目の安全性および光の出力に関する基準も提供する。具体的には、米国規格協会の基準は、人間の目が網膜の平方センチメートル当たりの最大許容出力（ワット）よりも大きな光源に焦点を合わせることができないように、光源によって伝送された光の最小量の角度発散（ａｎｇｕｌａｒ  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）を必要とする。米国規格協会の基準は、特定の適用で従うことを必要としていないが、過剰な光の出力密度が火傷、燃焼、焼灼、および／または患者への他の悪影響をもたらすことがあるので、同様の概念が当てはまる。
【０００６】
現在、近赤外線分光システムは、典型的に、光の高い出力密度をもたらす、極めて小さな断面領域を有する光源および／またはファイバ光学体を使用する。さらに、これらの小さな断面領域の光源の角度発散は、一般的に小さい。結果的に、これらの光源は直接使用される場合には、全体の光の出力は、患者の安全性を保証するために低く維持されなければならない。しかしながら、これにより、しばしば、診断情報の精度の低下につながることがある低い信号対雑音比を生じることがある。
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、被験体に対して安全な暴露レベルを維持する一方で光学プローブを通る光処理量を増加させるためのシステムおよび方法を提供する。
【０００８】
具体的には、本発明の１つの態様によれば、光学プローブが提供される。光学プローブは、第１軸線に沿って方向付けられた光を供給する光源を備える。光学プローブは、光を受光するために、そして光が拡散要素を出ていくときに光を拡散するために、光源に近接して配置された拡散要素と、光学プローブから外へおよび被験体に光を投射するために、拡散要素を出ていく光を、第１軸線または第１軸線に概ね垂直な第２軸線に沿って方向付ける方向性光学要素とをさらに備える。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、光学プローブの中での光処理量を増加する方法が提供される。本方法は、光源から第１軸線に沿って輝いて伝送すること、および光が拡散要素を出ていくときに光を拡散するために光源に近接して配置された拡散要素を通して光を受光することを含む。本方法は、光学プローブから外へおよび被験体に光を投射するために、第１軸線および第１軸線に概ね垂直な第２軸線の少なくとも一方に沿って、拡散要素を出ていく光を方向付ける方向性要素を使用して光を方向付けることをさらに含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、側方照射（ｓｉｄｅ  ｌｉｔ）光学分光装置が提供されている。本装置は、第１軸線に沿って光ガイドに方向付けられた光を供給する光源を備える。本装置は、光ガイドの第１側に沿って近接して配置され光源から光ガイドの第２側に向かって光を反射するように構成された反射要素と、光ガイドの第２側に近接して配置され、光源からの光および側方照射光の分光装置を出ていく光よりも前に反射要素によって反射された光を散乱させるように構成された散乱層とをさらに備える。
【００１１】
前述のおよび他の本発明の態様および利点は、以下の説明から明らかになるだろう。説明では、これの一部分を形成し、説明のために本発明の望ましい実施形態を示す添付図面に対して参照がなされる。このような実施形態は、必ずしも本発明の全範囲を示さないが、特許請求の範囲に対して、本発明の範囲を解釈するためにここで参照がなされる。
【００１２】
本発明はより良好に理解され、上で説明されたもの以外の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明が考慮されたとき、明らかになるだろう。このような詳細な説明は、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術の光学プローブのシステムの図である。
【図２】拡散要素を有する光学プローブのシステムの図である。
【図３】様々な方法の拡散を用いた光の拡散を示す光伝達の図である。
【図４】スクランブル装置を示すシステムの略図である。
【図５】異なる発射技術を用いた光の出力を示す一連のデータプロットである。
【図６】ステップ型（ｓｔｅｐ−ｉｎｄｅｘ）のマルチモードの光ファイバケーブルへの異なる伝達モードの影響を示すデータプロットである。
【図７】側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図８】散乱層を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図９】光ガイドに埋め込まれた光源を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１０】光ガイドに埋め込まれた光源および散乱層を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１１】光ガイドを有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１２】角度のある（ａｎｇｕｌａｒ）光ガイドおよび散乱層を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１３】複数の散乱装置を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１４】複数の散乱装置および散乱層を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１５】光ガイドに埋め込まれた光源および複数のスキャッティング装置を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１６】光ガイドに埋め込まれた光源、複数のスキャッティング装置、および散乱層を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１７】角度のある光ガイドおよび複数の散乱装置を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【図１８】角度のある光ガイド、複数の散乱装置、および散乱層を有する側方照射光学プローブのシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
説明されたように、光学の分光法、特に近赤外線分光法は、患者の特定の生物学的データを集めて決定するために光を使用する。近赤外線分光法は、非侵襲性の診断を可能にするが、光の照射出力の大きさ、そしていくつかの場合、角度発散は、患者の組織への害を回避するために一定のレベルよりも小さくすることができるということを保証しなければならない。それゆえに、装置および方法は、光暴露に対する安全性の限界を超えることなく、被験体に可能な限り多くの光を送達することによって近赤外線分光装置の信号対雑音比を向上させるために必要とされる。以下の装置、システム、および方法は、光源から必要とされる出力の量を減少させるために、既存の方法と比較して光の送達を向上させ、さらに、被験体に当てること許容される光の出力の全体量を増加させることができる。
【００１５】
図１は、光源１０２と被験体１０４との間のディフューザ１００を含む従来技術システムを示す。光源１０２は、光１０６を発生させることができる。被験体１０４は、この例では、人間の組織であることができる。代案として、被験体１０４は、他の生物学的な組織であることができる。さらに、被験体１０４は、自由空間であることができる。１つの例では、ディフューザ１００は、テフロン（登録商標）のシートであることができる。しかしながら、他の適用可能なディフューザ要素を適用可能なものとして使用することができることが知られるべきである。ディフューザ１００は、診断装置１０８の光源の出口を覆うように配置されている。さらに、任意の中間光学体１１０は、光源１０２とディフューザ１００との間に設置することができる。１つの例では、任意の中間光学体１１０は、プリズムである。ディフューザ１００は、光１０６の角度発散を向上させ、それによって目の安全性を向上させる。診断装置１０８が被験体１０４と接している場合には、ディフューザ１００は、光源１０２と被験体１０４との間に存在することができる。光１０６が体積散乱（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）として当技術分野で知られたディフューザ１００を通り抜けるとき、ディフューザ１０４は、光１０６の断面領域を増加させるために、ディフューザ１００の容積（ｖｏｌｕｍｅ）の内部で光源１０２からの光１０６を散乱させることができる。この断面領域の増加は、光の最大出力密度の要件を超えることなく、より高い出力の光源を使用できることができる。これにより、診断装置１０８の信号対雑音比を上昇させることができる。
【００１６】
上述のシステムは、光１０６の断面領域を増加することができる一方で、体積散乱と関連した限界がある。第１に、体積散乱は、大量の望ましくない後方散乱光を生じさせる（ｙｉｅｌｄ）ことがある。後方散乱光は、被験体１０４に送達される前方散乱光の量を減少させることがある。第２に、光源１０２と被験体１０４との間のディフューザ１００に依存する体積散乱は、診断装置１０８から光の出力の断面領域の小さな増加を生じさせるだけである。ディフューザ１００がテフロン（登録商標）シートである場合には、断面領域は、テフロン（登録商標）シートの厚さを増加させることによって増加させることができる。しかしながら、テフロン（登録商標）シートの厚さの増加は、後方散乱光の増加を引き起こすことがあり、それによって被験体１０４に送達される光の出力を減少させる。さらに、被験体１０４に直接隣接して位置するテフロン（登録商標）シートのようなディフューザ１００は、図１に示されるように露出され、それゆえに、劣化することがある。テフロン（登録商標）シートの劣化は、体積散乱の効果の低下を引き起こすことがあり、それによって診断装置１０８が安全性の限界を超える出力密度で光１０６を出力できるようにする。上の説明は、ディフューザとして使用されるテフロン（登録商標）シートを説明するが、同様の特性を有する拡散要素は、ディフューザ１００と同様に使用することができる。したがって、出力の光密度を安全なレベルに維持する一方で光源の出力の増加を可能にする解決策が必要とされている。
【００１７】
図２に移動すると、拡散要素２０２を有する光学プローブ２００を見ることができる。１つの形態では、光学プローブ２００は、近赤外線分光装置であることができる。しかしながら、光学プローブ２００は、他のタイプの分光装置または他の光励起（ｐｈｏｔｏ−ｅｘｃｉｔｉｎｇ）装置および／または光照射（ｐｈｏｔｏ−ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ）装置であることができる。拡散要素２０２は、光源２０６からの光２０４を拡張し方向付けるために制御された拡散の効果を提供することができる。考えられる光源２０６の非限定的な例として、レーザ、白熱灯、ＬＥＤ、光ファイバケーブル、光ガイドなどを含むことができる。拡散要素２０２の非限定的な例は、表面拡散要素、回折拡散要素、屈折性拡散要素、ホログラフィック拡散要素、表面ホログラフィック拡散要素、および相拡散要素を含むことができる。拡散要素の限定しない例のそれぞれは使用することができるが、それらは、適用のタイプに基づいて選択することができる。例えば、表面および／または表面ホログラフィック拡散要素は、一般に、低いコストを有するが、自由空間セグメントの一般的な要件によって、一体化されたファイバ光学体構造を有する適用で使用するためにより複雑になることがある。反対に、ホログラフィックまたは相のディフューザは、一体化されたファイバ光学体構造で使用するのに比較的容易にすることができるが、より高いコストを有することがある。拡散要素２０２は、１つの形態では、弱く回折する要素であることができる。１つの形態では、拡散要素２０２は、光学プローブ２００の中に組み込むことができる。代案として、拡散要素２０２は、光学プローブ２００に適用することができる別々の構成要素を含むことができる。さらに、複数の拡散要素タイプ（すなわち、表面拡散要素、回折拡散要素、屈折性拡散要素、ホログラフィック拡散要素、相拡散要素など）は、単一の光学プローブ２００と一緒にした使用に組み合わせることができる。拡散要素２０２は、光２０４を均一化することができ、および／またはビーム成形することができる。光２０４の均一化および／またはビーム成形は、光２０４の扁平変形または空間変形をもたらすことができる。
【００１８】
さらに、拡散要素２０２は、単独でまたは光学プローブ２００の内部の他の光学要素とともに使用することができる。例えば、１つの形態では、プリズム２０８は、拡散要素２０２と被験体２１０との間に任意に設置することができる。１つの例では、プリズム２０８は、光２０４の方向を変更するために使用することができる。光２０４の伝達または受光が被験体２１０に垂直である場合には、光２０４の方向を変更することにより、光学プローブ２００のサイズを小さくするために使用することができる。１つの実施形態では、プリズム２０８は、光の方向を９０度曲げるために使用することができる。しかしながら、プリズム２０８は、光２０４の方向を９０度よりも大きくまたは９０度よりも小さく曲げることができる。１つの実施形態では、プリズム２０８は、光２０４を０度曲げることができる。さらに、プリズム２０８は、光２０４を１８０度曲げることができる。光２０４を一定の角度曲げることは、被験体２１０への光２０４の大きな広がりが望まれる場合に使用することができる。例えば、被験体２１０が人間の頭である場合には、プローブは、光２０４を伝送するために柔軟な光ファイバケーブルを使用することによるように、頭の外形に従うように柔軟であってもよい。プリズム２０８を含むことによって、光は、光ファイバケーブルの外形に従う代わりに、被験体２１０に方向付けることができる。被験体２１０の形に形成することにより、密着を高めることができプローブの動きを減少させることができ、それによって光学プローブ２００の精度を向上させる一方で、被験体の２１０快適性を向上させることができる。代案として、プリズム２０８のような他の光学要素は、光２０４が光源２０６によって伝送される同一の軸線に沿って光を方向付けるために使用することができる。
【００１９】
代案として、１つまたはそれ以上の中間光学体は、拡散要素２０２と被験体２１０との間に設置することができる。例えば、中間のレンズは、光２０４を変形する、投射する、拡大する、縮小するなどのために使用することができる。中間のレンズは、プリズム２０８とともにまたはプリズム２０８の代わりに使用することができる。さらに、フィルタ、アテニュエータなどのような中間装置を使用することもできる。さらに、いくつかの形態では、光２０４は、拡散要素２０２から被験体２１０に直接通すことができる。図２に示されたもののようないくつかの形態では、拡散要素２０２は、光学プローブ２００の外面に配置することができる。代案として、拡散要素２０２は、拡散要素２０２への損傷または損耗を回避するために、他の光学要素（例えば、図示されていない窓要素）の後ろにまたは他の光学要素（例えば、図示されていない窓要素）間に配置することができる。
【００２０】
図２に示されるように、拡散要素２０２は、光源２０６と被験体２１０との間に設置してもよい。１つの形態では、拡散要素２０２は、光源２０６に近接して配置してもよい。この目的を達成するために、他の構成要素または構造物が光源２０６と拡散要素２０２との間に配置されないように拡散要素２０２を配置してもよい。拡散要素２０２は、光源２０６から受光された光２０４の角度を増加することができる。したがって、光源２０６は、第１軸線に沿って、光源２０６に近接して配置された拡散要素２０２に向かって、第１軸線に沿って方向付けられた光を供給する。そのようなものとして、拡散要素２０２は、光が拡散要素２０２を出ていくときに光を拡散するために、軸線に概ね垂直に形成された第１の平面を通る光を受光する。
【００２１】
下に示された表１は、図１に示されるような、被験体に隣接したディフューザを使用することと比較して、光源に隣接してまたは光源に近接して配置された上で説明されたような拡散要素を使用する利点を示す。
【表１】
2017514131.tif 000003
【００２２】
表１を見ると、光源に隣接して配置された拡散要素が従来技術と比較して著しく高い割合の光の伝達および大幅に減少した挿入損失を提供したことを見ることができる。さらに、図３は、測定された光束の独立した３つの分布を示す。結果３００は、ディフューザを有さない光学プローブを使用して得られた。結果３０２は、図１のシステムで使用されたような、２５０ミクロンのテフロン（登録商標）ディフューザを有する光学プローブを使用して得られ、結果３０４は、図２において上で示されたような拡散要素を使用して得られた。見ることができるように、拡散要素を使用した結果３０４は、光の分配の大幅に多い分配を提供し、既存のシステムと比較して最大許容暴露の６０００％の増加をもたらした。この最大許容暴露の増加によって、近赤外線分光装置の信号対雑音比（ＳＮＲ）の８００％の上昇をもたらすことができる。
【００２３】
再び図２を参照すると、いくつかの形態では、任意のプリズム２０８は、光を被験体２１０に方向付けるために使用することができる。光２０４の角度の増加により、被験体２１０に到達する光の前に、光２０４の最小の後方散乱によって出力密度を大幅に減少させることができる。１つの例では、ホログラフィック拡散要素２０２を使用した光２０４の角度の増加によって、体積散乱技術を用いて実行できる光の伝達よりも上に、被験体２１０への光の伝達を約３００％向上させることができる。さらに、体積散乱技術を用いて得られるものと比較した光２０４の広がりの増加は、約６００％の増加であることができる。
【００２４】
図２で続けると、単一の光源のみを有する光学プローブ２００が示されている。しかしながら、いくつかの形態では、複数の光源２０６を使用することができる。さらに、１つの例では、複数の光源２０６のそれぞれは、同一波長の光２０４を伝送することができる。代案として、複数の光源２０６は、複数の波長の光を伝送することができる。複数の光源２０６は、パルスのまたは変調された光を伝送することもできる。米国規格協会によって公表されたもののような安全性基準は、全ての光源によって送達された全体の出力密度に基づいて許容暴露を設定した。それゆえに、複数の光源２０６が被験体２１０に重なる場合、それぞれの光源２０６に対する出力は、重なる領域で加えることができる。いくつかの形態では、複数の光源２０６からの光が、被験体２１０の同一領域を精査するように、光源２０６に重なることが望ましい。複数の光源２０６からの重なりを可能にすることによって、光学プローブは、小型化することができる。
【００２５】
別の形態では、光学プローブ２００の光の出力は、光学プローブ２００によって許容光学出力暴露の全出力を増加するために、光の変形の形を用いることができる。上で記述されたように、安全性規則は、光学出力密度に基づいて許容閾値を提供する。したがって、全体の光学出力を増加させるための１つの考えられる方法は、大きな領域の全体に送達される出力を広げ、したがって出力密度を減少させることである。しかしながら、広い照射領域は、近赤外線分光法をベースにした測定結果に対して望ましくないことがある。光を変形する方法を用いることによって、大きな許容出力は、ピークまたは「ホットスポット」なしに被験体領域を均一な凹型の曲面にすることによって得ることができる。
【００２６】
光源の変形および／または均一化を達成するために、光源２０６が光ファイバケーブルまたは光ガイドの全てのモードに照射しない場合、光源２０６は、光ファイバケーブルまたは光ガイドの中に発射することができる。光源２０６が光ファイバケーブルまたは光ガイドの全てのモードに照射しない場合、光源２０６の外形は、光源２０６によって励起された光ファイバケーブルまたは光ガイドのモードの分布に印象付けることができる。１つの例では、光源２０６が光ファイバケーブルまたは光ガイドの全てのモードに照射しない場合、光ファイバケーブルまたは光ガイドによって送達される光の空間のサイズおよび角度のある広がりの両方を、光ファイバケーブルまたは光ガイドではなく光源２０６によって限定することができる。これにより、出力密度を大きくすることができ１つまたはそれ以上のホットスポットによって不均一にすることができ、それによって、全体の許容光学暴露を減少させることができる。
【００２７】
１つの形態では、変形方法は、上で説明されたような光ファイバケーブルまたは光ガイドを使用して案内される光２０４を変形するために用いることができる。光ファイバケーブルまたは光ガイドを使用して案内される光２０４は、直交するまたはほぼ直交することができる。これにより、放射された光に、相互変形しないようにまたは極めて遅く相互変形するようにさせることができる。これは、光ファイバケーブルを出ていく光に、光ファイバケーブルまたは光ガイドのモードではなく光源２０６のモードと同様であるようにさせることができる。１つの例では、ファイバモードのスクランブラは、光２０４を変形するために使用することができる。例のファイバモードのスクランブル装置４００は、図４に見ることができる。１つの形態では、ファイバモードのスクランブル装置４００は、光学プローブ４０２の内部に組み込むことができる。１つの形態では、光学プローブ４０２は、近赤外線分光装置であることができる。さらに、光学プローブ４０２は、光源４０４およびスクランブラ４０６を含むことができる。スクランブラ４０６は、ファイバモードの直交性を中断するために、光ファイバケーブルに作用することができ、光が複数のファイバモード間で急激に相互変形できるようにする。スクランブラ４０６は、いくつかの実施形態では、光ファイバケーブルで利用可能な伝搬モードの全てを満たすために、光を広げることができる。さらに、スクランブラ４０６は、非伝搬モードを満たすことから光を減少させることができる、または排除することができる。
【００２８】
スクランブラ４０６は、光源４０４から光４０８を受光することができる。スクランブラ４０６が光４０８を受光すると、スクランブラ４０６は、光４０８にスクランブル操作を実行することができ、スクランブルされた光４１０を出力することができる。１つの実施形態では、光源４０４は、光ファイバケーブルのような光ガイドに光を発射することができ、スクランブラ４０６に入力することができる。代案として、光源４０４は、光を独立した光ファイバケーブルセグメントに発射することができる。スクランブラ４０６は、光ファイバケーブルの光にスクランブル操作を実行することができ、光ファイバケーブルの全体にわたって光のより等しい分配をもたらすことができる。１つの形態では、光は、光ファイバケーブルを使用して出力することができる。代案として、光は、自由空間を通るレーザビームとして出力することができる。スクランブルされた光が光ファイバケーブルを介して出力された場合には、出力のスクランブルされた光４１０は、光ファイバケーブルの多数のモードを満たすことができる。さらに、スクランブルされた光４１０は、光ファイバケーブルのコアを横切って、より均一に広がることができる。これにより、光の出力の大きな空間および角度の均一性をもたらすことができる。この空間および角度の均一性の増加により、被験体への光の送達を向上させることができる。
【００２９】
１つの実施形態では、スクランブラ４０６は、光ファイバケーブルを曲げ弾性的に変形させるために、光ファイバケーブルに力を加えることができ、その結果、モードを強く結合できるようになる。同様に、スクランブラ４０６は、導波路、光ガイドなどで使用することができる。これらのスクランブラ４０６の例は、マイクロベンドの、波形の、および単一点ローディングの（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｉｎｔ  ｌｏａｄｉｎｇ）スクランブラを含むことができる。
【００３０】
図５に移動すると、既知の発射技術を使用した光の分布は、ファイバモードのスクランブル装置４００を使用した光学出力と比較して見ることができる。分布図５００は、０．３９開口数（ＮＡ）の、４００ミクロンのコアの、ステップ型マルチモードファイバ５０２の中に発射される標準的なランプをベースにした光源を使用した、ガイドで限定された分布の測定を示す。ファイバ５０２がほぼ等しい条件で照射されたことが分布図５００で見ることができる。さらに、分布図５００は、ファイバの全体空間のおよび角度の度合いを利用できることを示す。分布図５０４は、分布図５００におけるものと同一のファイバ５０２が０．１２開口数を有するレーザを使用して照射されたときの分布を示す。この例では、ファイバ５０２の数モードのみが照射され、結果として生じる空間のおよび角度のあるプロファイルは、均一性が低いまたは全くない状態で小さくすることができる。最後に、分布図５０６は、ファイバ５０２が図４に示されたモードのスクランブル装置を使用して照射されたときの分布を示す。この例では、ファイバ５０２を通る伝送は、約９８％であることが測定された。
【００３１】
図６に移動すると、図５における３つのモードの伝送のためのステップ型のマルチモードの光ファイバの等しい強度プロファイルを見ることができる。照射プロファイル６００は、上で説明されたような４００ミクロンのファイバのコアを通る光の分布を示す。プロファイル６０２は、０．３９開口数の中に発射される白熱灯を使用したときのファイバのコアを通る光の強度を示す。強度がファイバのコアの４００ミクロンの直径全体を横切ってほぼ一貫していることを見ることができる。この全体の一貫性は、近赤外線分光法の適用に対する理想的なプロファイルを表すことができる。プロファイル６０４は、限定された空間のおよび／または角度の伝送能力を有する光源を使用した、ファイバのコアを通る光の強度を示す。例えば、図５に示されるようなレーザ。このタイプの光源は、近赤外線分光法の適用に対して望ましくないことがある不均一なプロファイルを作り出すことができる。プロファイル６０６は、変形された非理想的なプロファイル（例えば、プロファイル６０４）を示す。１つの形態では、変形された非理想的なプロファイル６０６は、図４で示されたもののようなスクランブル装置を使用して生成することができる。
【００３２】
１つの実施形態では、スクランブラは、光ファイバケーブル、それゆえに、光ファイバケーブルのコアと光ファイバケーブルの内部のクラッドとの間の接合部分を圧縮することができる。この光ファイバケーブルの圧縮により、光源によって照射されたモードからの光が光ファイバケーブルの他の伝搬モードに漏れ出すことができるようにするために、ケーブルを変形させることができる。かなり大量の光が光ファイバケーブルの内部でモードのより等しい分配をもたらす伝搬モードに入ることができるように、これは、光ファイバケーブルのモード間のほぼ理想的な結合を作り出すことができる。さらに、光ファイバケーブルのより多くの伝搬モードを利用することによって、光は、より大きな角度のおよび空間の度合い並びに光が存在するとき光ファイバケーブル、大きな角度のおよび空間の度合いをもたらすことができる、ファイバのコアの内部の均一性を有することができる。プロファイル６００は、限定された開口数のガウス状分布、および扁平のプロファイル６０６への空間のサイズ（プロファイル６０４）を変形するために、上の手法を実行するスクランブル装置を使用する影響を示す。この変形された非理想的なプロファイル６０６は、レーザのような光源および他の限定された空間および／または角度の光源が最大の全体許容光学暴露を提供できるようにすることができる。
【００３３】
上で説明されたもののような直接照射システムは、いずれか一方の被験体への光源の直接的な接触によって、またはプリズムおよび／またはレンズのような中間光学体を介して、光を被験体に送達することに依存することができる。影響的であるが、これらの構造物は、サイズがかさばっていることがあり、いくつかの適用の使用のために被験体を不快にする。さらに、大きなプローブは、被験体に取り付けるのにより難しくなることがあり、静止して維持することが難しく、被験体から外れ易くなることがある。プローブが人間の頭に置かれたとき、または小児の被験体および乳児によって使用されたとき、これは、特に関連することがある。動くことによって、測定される信号を低下するまたは測定される信号に影響を与えることがあるので、光学プローブの動きは、装置の操作に対して有害な影響を有することがある。直接照射システムのサイズおよびかさを小さくするために、図７から図１８に見られるもののような側方照射の構造は、被験体に平行な方向に光源を維持するために使用することができ、それによって、直接照射システムと関連した追加のかさを小さくすることができる。この側方照射の配置は、光学プローブのサイズを小さくすることができ、上で説明されたような高い許容光学出力密度レベルを維持し続けることができる。１つの実施形態では、側方照射光学プローブは、堅固であることができる。代案として、側方照射光学プローブは、柔軟であることができる。同様の技術は、受光部の形で被験体から光を収集するために使用することができる。受光部は、患者から光を収集することができ、その後、検出器に光を伝送することができる装置の一側の光ガイドに光を移送することができる。サイズを小さくすることによって、光学プローブは、より安定することができ、それによって信号の忠実性がより高くなる。さらに、サイズを小さくすることによって、被験体に対してさらに快適性を提供することができ、他の診療装置に対する空間をより多くしたり、光学プローブの内部の光学チャネル密度をより高くしたりすることができる。小さなサイズの光学プローブは、乳児および小児の被験体での使用に対してより有益であることができる。
【００３４】
図７は、側方照射光学プローブ７００を示す。光源７０２は、光学プローブ７００の内部に収容された光ガイド７０６の側部に光７０４を投射する。１つの実施形態では、反射層７０８は、光学プローブ７００の頂面に配置することができる。代案として、反射層７０８は、光学プローブ７００の頂面に配置することができ、光ガイド７０６の側面の周りに延びることができる。１つの実施形態では、反射層７０８は、被験体７１０と接することが意図されていない光ガイド７０６の全ての部分を覆うように、光ガイド７０６の側面の周りに延びることができる。反射層７０８の配向性および形態は、図７の光学プローブに関して説明されたが、上の配向性および形態は、図８から図１８にも説明された全ての側方照射光学プローブに適用可能である。１つの形態では、反射層７０８は、上で説明されたようなディフューザ要素を含むことができる。代案として、いくつかの形態では、反射層７０８は、ディフューザ要素なしで使用することができる。光７０４は、反射層７０８によって反射することができ、被験体７１０に方向付けることができる。図８は、図７で示されたものと同様の側方照射光学プローブ８００を示す。しかしながら、光学プローブ８００は、さらに、散乱層８０２を含むことができる。散乱層８０２は、光源８０６から受光された光８０４を散乱させることができる。散乱層８０２は、さらに、反射層８０８から反射された光８０４を散乱させることができる。散乱層８０２によって光を散乱することにより、光が被験体８１０に向かって伝送される前に、光８０４の角度発散および分配を増加することができる。１つの形態では、散乱層８０２は、テフロン（登録商標）シートであることができる。代案として、散乱層８０２は、フィルタまたはアテニュエータであることができる。散乱層８０２は、光ガイド８１２の外周の近くの損失の多いクラッドのまたはコアレスの光ファイバを使用することによるように、複数の方向からの側方照射を提供することによって実施することもできる。１つの例では、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１２５ミクロンから約２５０ミクロンまでであることができる。代案として、テフロン（登録商標）シートは、厚さを１２５ミクロンよりも薄くすることができるか、または２５０ミクロンよりも厚くすることができる。例えば、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１００〜３００ミクロンであってもよい。
【００３５】
図９は、ｔｈｏｕｇｈ光学プローブ９００光９０６を伝送するための反射層９０４に平行に配置された光源９０２を有する側方照射光学プローブ９００を示す。１つの形態では、光源９０２は、反射層９０４の長さ全体に対して延びるように配置することができる。代案として、光ガイド９０２は、反射層９０４の一部分のみに対して延びることができる。１つの形態では、光ガイド９０２は、光ファイバケーブルであることができる。１つの形態では、反射層９０４は、被験体９０８に向かって、光ガイド９０２によって伝送された光９０６を反射することができる。さらに、光源９０２から放射された光９０６は、被験体９０８にも直接伝送することができる。さらに、光源９０２は、光ガイド９１０の内部に配置することができる。
【００３６】
図１０は、反射層１００４に平行に配置された光源１００２を有する同様の側方照射光学プローブ１０００を示す。光学プローブ１０００は、散乱層１００６も含むことができる。散乱層１００６は、光源１００２によって伝送された光１００８を散乱させることができる。散乱層１００６は、さらに、反射層１００４から反射された光１００８を散乱させることができる。散乱層１００６によって光を散乱することにより、光が被験体１０１０に向かって伝送される前に、光１００８の角度発散および分配を増加することができる。さらに、光源１００２は、光ガイド１０１２の内部に配置することができる。１つの形態では、散乱層１００６は、テフロン（登録商標）シートであることができる。代案として、散乱層１００６は、フィルタまたはアテニュエータであることができる。散乱層１００６は、光源１００２の外周の近くの損失の多いクラッドのまたはコアレスの光ファイバを使用することによるように、複数の方向からの側方照射を提供することによって実施することもできる。１つの例では、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１２５ミクロンから約２５０ミクロンまでであることができる。代案として、テフロン（登録商標）シートは、厚さを１２５ミクロンよりも薄くすることができるか、または２５０ミクロンよりも厚くすることができる。例えば、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１００〜３００ミクロンであってもよい。
【００３７】
図１１は、角度のある光ガイド１１０２を有する光学プローブ１１００を示す。第１表面１１０４は、被験体１１０６に隣接することができ、光チャンバの第２表面１１０８は、図１１に示されるように、光チャンバの第１表面１１０６に対して鋭角に配置することができる。１つの形態では、第１表面１１０４および第２表面１１０６は、概ね平面であることができる。しかしながら、いくつかの形態では、第１表面１１０４または第２表面１１０６の少なくとも一方は平面でなくてもよいことが知られるべきである。例えば、第１表面１１０４は、柔軟な材料を使用して構成することができ、それゆえに、被験体１１０８と接して置かれたときに変形してもよい。例えば、光学プローブ１１００が人間の頭のような被験体１１０６の一部分に対して置かれた場合。１つの形態では、反射層１１１０は、第２表面１１０６と隣接して第２表面１１０６に平行に配置することができる。１つの形態では、反射層１１１０は、上で説明されたようなディフューザ要素を含むことができる。代案として、いくつかの形態では、反射層１１１０は、ディフューザ要素なしで使用することができる。
【００３８】
図１２は、角度のある光ガイド１２０２を有する光学プローブ１２００を示す。第１表面１２０４は、被験体１２０６に隣接することができ、光チャンバの第２表面１２０８は、図１０に示されるように、光ガイドの第１表面１２０４に対して鋭角に配置することができる。１つの形態では、第１表面１２０４および第２表面１２０８は、概ね平面であることができる。しかしながら、いくつかの形態では、第１表面１２０４または第２表面１２０８の少なくとも一方は平面でなくてもよいことが知られるべきである。例えば、第１表面１２０４は、柔軟な材料を使用して構成することができ、それゆえに、被験体１２０６と接して置かれたときに変形してもよい。１つの形態では、反射層１２１０は、第２表面１２０８に隣接して第２表面１２０８と平行に配置することができる。１つの形態では、反射層１２１０は、上で説明されたようなディフューザ要素を含むことができる。代案として、いくつかの形態では、反射層１２１０は、ディフューザ要素なしで使用することができる。光学プローブ１２００は、さらに、散乱層１２１２を含むことができる。散乱層１２１２は、光源１２１４から受光された光を散乱させることができる。散乱層１２１２は、さらに、反射層１２１０から反射された光を散乱させることができる。散乱層１２１２によって光を散乱することにより、光が被験体１２０６に向かって伝送される前に、光の角度発散および分配を増加することができる。１つの形態では、散乱層１２１２は、テフロン（登録商標）シートであることができる。代案として、散乱層１２１２は、フィルタまたはアテニュエータであることができる。散乱層１２１２は、光ガイド１２０２の外周の近くの損失の多いクラッドのまたはコアレスの光ファイバを使用することによるように、複数の方向からの側方照射を提供することによって実施することもできる。１つの実施形態では、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１２５ミクロンから約２５０ミクロンまでであることができる。代案として、テフロン（登録商標）シートは、厚さを１２５ミクロンよりも薄くすることができるか、または２５０ミクロンよりも厚くすることができる。例えば、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１００〜３００ミクロンであってもよい。
【００３９】
図１３は、光ガイド１３０４の内部に位置する複数の光散乱装置１３０２ａ〜ｈを有する側方照射光学プローブ１３００を示す。光源１３０６は、光学プローブ１３００の内部に収容された光ガイド１３０４の側部に光を投射する。非限定的な例として、光ガイド１３０４は、ゲル、ポリマー、または自由空間であることができる。光学プローブ１３００の頂面では、反射層１３０８であることができる。１つの形態では、反射層１３０８は、上で説明されたようなディフューザ要素を含むことができる。代案として、いくつかの形態では、反射層１３０８は、ディフューザ要素なしで使用することができる。光源１３０６によって発せられた光は、反射層１３０８によって反射することができ、被験体１３１０に方向付けることができる。さらに、反射層１３０８は、被験体から離れるように被験体に戻るように散乱することができる光を再び方向付けることができる。さらに、複数の光散乱装置１３０２ａ〜ｈは、光源１３０６から受光された光をさらに分配する働きをすることができる。１つの形態では、複数の散乱装置１３０２ａ〜ｈは、光学プローブ１３００の第１表面１３１２と概ね平行な直線状の平面に沿って、予め決められた距離で互いに間隔をあけて配置することができる。１つの例では、複数の散乱装置１３０２ａ〜ｈは、等しい距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。代案として、複数の散乱装置１３０２ａ〜ｈは、等しくない距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。被験体１３１０の表面領域への大量の光につながる、被験体１３１０への光のより均一な送達を提供するために、散乱装置１３０２ａ〜ｈは、光を分配することができる。この均一な送達（および後続の収集）によって、被験体１３１０の小さな表面的な特徴の影響を平均することを支援することができる。例えば、被験体の組織の深部から生じる所望の信号に悪影響を与えることがある毛包、色素沈着の差、血管など。さらに、散乱装置１３０２ａ〜ｈにより、光学プローブ１３００のサイズを小さくできるようにして、光源１３０６から光の方向を変更する時により効率的にすることができる。
【００４０】
散乱装置１３０２ａ〜ｈは、さらに、被験体に送達されるために、（すなわち、図１２で水平のように示された）光源１３０６から平面で進む光を、（すなわち、図１２に示されたように、垂直の）より多くの非平面の方向に、再び方向付けることを支援することができる。散乱装置１３０２ａ〜ｈは、異なる屈折率または反射率を有する別々の物体であることができる。例えば、マイクロリソグラフィによって製造された構造物。代案として、散乱装置１３０２ａ〜ｈは、微細であることができ、光ガイド１３０４の材料で分散されることができる。非限定的な例として、二酸化チタンのような微小球または材料を含むことができる。散乱装置１３０２ａ〜ｈの分配、間隔、および／または密集度は、光ガイド１３０４の内部で均一または不均一なパターンで配置することができる。散乱装置１３０２ａ〜ｈが不均一なパターンで置かれた場合には、散乱装置１３０２ａ〜ｈのグラジエント（ｇｒａｄｉｅｎｔ）（すなわち、光源１３０６からの距離）は、光学プローブ１３００から光の均一な分配を支援することができる。光のフルエンスが最も大きくｎｅａｒｅｓｔ光源１３０６、光源１３０６から離れた距離で急激に減少するので、散乱装置１３０２ａ〜ｈは光源１３０６の近くであまり必要とされない。それゆえに、光ガイド１３０４の表面を横切って同様の量の光を被験体に送達するために、光源１３０６から遠い所で、より多くの散乱装置１３０２ａ〜ｈを必要とすることができる。
【００４１】
図１４は、図１３で示されたものと同様の側方照射光学プローブ１４００を示す。しかしながら、光学プローブ１４００は、複数の散乱装置１４０４ａ〜ｈに加えて、さらに、散乱層１４０２を含むことができる。散乱層１４０２は、さらに、光源１４０６から受光された光を散乱させることができる。散乱層１４０２は、さらに、反射層１４０８から反射された光を散乱させることもできる。散乱層１４０２によって光を散乱することにより、光が被験体１４１０に向かって伝送される前に、光の角度発散および分配を増加することができる。さらに、複数の散乱装置１４０４ａ〜ｈと組み合わせた散乱層１４０２は、散乱層１４０２のみを使用するよりも、光をより効率的に散乱させることができる。１つの形態では、散乱層１４０２は、テフロン（登録商標）シートであることができる。テフロン（登録商標）シートは、厚さが１２５ミクロンから約２５０ミクロンまでであることができる。代案として、テフロン（登録商標）シートは、厚さを１２５ミクロンよりも薄くすることができるか、または２５０ミクロンよりも厚くすることができる。例えば、テフロン（登録商標）シートは、２００〜３００ミクロンの厚さであってもよい。散乱装置１４０４ａ〜ｈは、異なる屈折率または反射率を有する別々の物体であることができる。例えば、マイクロリソグラフィによって製造された構造物。代案として、散乱装置１４０４ａ〜ｈは、微細であることができ、光ガイド１４１０の材料で分散されることができる。非限定的な例として、二酸化チタンのような微小球または材料を含むことができる。散乱装置１４０４ａ〜ｈの分配、間隔、および／または密集度は、光ガイド１４１２の内部で、均一または不均一なパターンで配置することができる。
【００４２】
図１５は、光学プローブ１５００を通って光を伝送するために反射層１５０４に平行に配置された光源１５０２を有する側方照射光学プローブ１５００を示す。１つの形態では、光源１５０２は、反射層１５０４の長さ全体に対して延びるように配置することができる。代案として、光源１５０２は、反射層１５０４の一部分のみに対して延びることができる。１つの形態では、光源１５０２は、光ファイバケーブルであることができる。光学プローブ１５００は、さらに、複数の散乱装置１５０６ａ〜ｈを含むことができる。散乱装置１５０６ａ〜ｈは、異なる屈折率または反射率を有する別々の物体であることができる。例えば、マイクロリソグラフィによって製造された構造物。代案として、散乱装置１５０６ａ〜ｈは、微細であることができ、光ガイド１５１０の材料で分散されることができる。非限定的な例として、二酸化チタンのような微小球または材料を含むことができる。散乱装置１５０６ａ〜ｈの分配、間隔、および／または密集度は、光ガイド１５１０の内部で、均一または不均一なパターンで配置することができる。複数の光散乱装置１５０６ａ〜ｈは、光源１５０２から受光された光をさらに分配する働きをすることができる。１つの形態では、複数の散乱装置１５０６ａ〜ｈは、光学プローブ１５００の第１表面１５０８と概ね平行な直線状の平面に沿って、予め決められた距離で互いに間隔をあけて配置することができる。１つの例では、複数の散乱装置１５０６ａ〜ｈは、等しい距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。代案として、複数の散乱装置１５０６ａ〜ｈは、等しくない距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。１つの形態では、複数の散乱装置１５０６ａ〜ｈは、光源１５０２の一側のみに配置することができる。代案として、複数の散乱装置１５０６ａ〜ｈは、光源１５０２の両側に配置することができる。複数の散乱装置１５０６ａ〜ｈは、光ガイド１５０２の一方の側に配置された場合には、光源１５０２から受光された光は、散乱装置が光ガイド１５０２の一側のみに位置する場合よりも効率的に散乱することができる。１つの実施形態では、反射層１５０４は、被験体１５１２に向かって、光ガイド１５０２によって伝送された光１５０６ａ〜ｈを反射することができる。さらに、光源１５０２から放射された光は、被験体１５１２にも直接伝送することができる。さらに、光源１５０２は、光ガイド１５１０の内部に配置することができる。
【００４３】
図１６は、反射層１６０４に平行に配置された光源１６０２を有する同様の側方照射光学プローブ１６００を示す。光学プローブ１６００は、散乱層１６０６も含むことできる。散乱層１６０６は、光ガイド１６０２によって伝送された光を散乱させることができる。散乱層１６０６は、さらに、反射層１６０４から反射された光を散乱させることができる。散乱層１６０６によって光を散乱することにより、光が被験体１６０８に向かって伝送される前に、光の角度発散および分配を増加することができる。さらに、光源１６０２は、光ガイド１６１０の内部に配置することができる。
【００４４】
さらに、光学プローブ１６００は、さらに、複数の散乱装置１６１２ａ〜ｈを含むことができる。散乱装置１６１０ａ〜ｈは、異なる屈折率または反射率を有する別々の物体であることができる。例えば、マイクロリソグラフィによって製造された構造物。代案として、散乱装置１６１０ａ〜ｈは、微細であることができ、光ガイド１６１０の材料で分散されることができる。非限定的な例として、二酸化チタンのような微小球または材料を含むことができる。散乱装置１６１２ａ〜ｈの分配、間隔、および／または密集度は、光ガイド１６１０の内部で、均一または不均一なパターンで配置することができる。複数の光散乱装置１６１２ａ〜ｈは、光源１６０２から受光された光をさらに分配する働きをすることができる。複数の散乱装置１６１２ａ〜ｈと組み合わせた散乱層１６０６は、散乱層１６０６のみを使用するよりも光をより効率的に散乱させることができる。１つの形態では、散乱層１６０６は、テフロン（登録商標）シートであることができる。テフロン（登録商標）シートは、厚さが約１２５ミクロンから約２５０ミクロンまでであることができる。代案として、テフロン（登録商標）シートは、厚さを１２５ミクロンよりも薄くすることができるか、または２５０ミクロンよりも厚くすることができる。例えば、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１００〜３００ミクロンであってもよい。
【００４５】
図１７は、角度のある光ガイド１７０２を有する光学プローブ１７００を示す。第１表面１７０４は、被験体１７０６に隣接することができ、光ガイド１７０２の第２表面１７０８は、図１７に示されるように、光ガイド１７０２の第１表面１７０６に対して鋭角に配置することができる。１つの形態では、第１表面１７０４および第２表面１７０６は、概ね平面であることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１表面１７０４または第２表面１７０６の少なくとも一方は平面でなくてもよいことが知られるべきである。例えば、第１表面１７０４は、柔軟な材料を使用して構成することができ、それゆえに、被験体１７０６と接して置かれたときに変形してもよい。例えば、光学プローブが人間の頭のような被験体１７０６の一部分に置かれたとき。１つの形態では、反射層１７１０は、第２表面１７０６と隣接して第２表面１７０６に平行に配置することができる。１つの形態では、反射層１７１０は、上で説明されたようなディフューザ要素を含むことができる。代案として、いくつかの形態では、反射層１７１０は、ディフューザ要素なしで使用することができる。
【００４６】
光学プローブ１７００は、さらに、光チャンバ１７０２の内部に位置する複数の散乱装置１７１２ａ〜ｈを含むことができる。複数の光散乱装置１７１２ａ〜ｉは、光源１７１４から受光された光をさらに分配する働きをすることができる。散乱装置１７１２ａ〜ｉは、異なる屈折率または反射率を有する別々の物体であることができる。例えば、マイクロリソグラフィによって製造された構造物。代案として、散乱装置１７１２ａ〜ｉは、微細であることができ、光ガイド１７０２の材料で分散されることができる。非限定的な例として、二酸化チタンのような微小球または材料を含むことができる。散乱装置１７１２ａ〜ｉの分配、間隔、および／または密集度は、光ガイド１７０２の内部で、均一または不均一なパターンで配置することができる。複数の光散乱装置１７１２ａ〜ｉは、光ガイド１７０２から受光された光をさらに分配する働きをすることができる。１つの形態では、複数の散乱装置１７１２ａ〜ｉは、光学プローブ１７００の第１表面１７０４と概ね平行な直線状の平面に沿って、予め決められた距離で互いに間隔をあけて配置することができる。１つの例では、複数の散乱装置１７１２ａ〜ｉは、等しい距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。代案として、複数の散乱装置１７１２ａ〜ｉは、等しくない距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。１つの形態では、複数の散乱装置１７１２ａ〜ｉは、第１表面１７０４に垂直な軸線に沿って延びることができ、第２表面１７０８に向かって延びることができる。１つの形態では、複数の散乱装置１７１２ａ〜ｉは、第１表面１７０４から第２表面１７０８に延びることができる。しかしながら、他の形態では、複数の散乱装置１７１２ａ〜ｉは、第１表面１７０４と第２表面１７０８との間の距離の一部分のみを通って延びていてもよい。
【００４７】
図１８は、角度のある光ガイド１８０２を有する光学プローブ１８００を示す。第１表面１８０４は、被験体１８０６に隣接することができ、光ガイド１８０２の第２表面１８０８は、図１７に示されるように、光チャンバの第１表面１８０４に対して鋭角に配置することができる。１つの形態では、第１表面１８０４および第２表面１８０８は、概ね平面であることができる。しかしながら、いくつかの形態では、第１表面１８０４または第２表面１８０８の少なくとも一方は平面でなくてもよいことが知られるべきである。例えば、第１表面１８０４は、柔軟な材料を使用して構成することができ、それゆえに、被験体１８０６と接して置かれたときに変形してもよい。１つの形態では、反射層１８１０は、第２表面１８０６と隣接して第２表面１８０６に平行に配置することができる。１つの形態では、反射層１８１０は、上で説明されたようなディフューザ要素を含むことができる。代案として、いくつかの形態では、反射層１８１０は、ディフューザ要素なしで使用することができる。
【００４８】
光学プローブ１８００は、さらに、光ガイド１８０２の内部に位置する複数の散乱装置１８１２ａ〜ｉを含むことができる。複数の光散乱装置１８１２ａ〜ｉは、光源１８１４から受光された光をさらに分配する働きをすることができる。散乱装置１８１２ａ〜ｉは、異なる屈折率を有する別々の物体であることができる。例えば、マイクロリソグラフィによって製造された構造物。代案として、散乱装置１８１２ａ〜ｉは、微細であることができ、光ガイド１８０２の材料で分散されることができる。非限定的な例として、二酸化チタンのような微小球または材料を含むことができる。散乱装置１８１２ａ〜ｉの分配、間隔、および／または密集度は、光ガイド１８０２の内部で均一または不均一なパターンで配置することができる。複数の光散乱装置１８１２ａ〜ｉは、さらに、光ガイド１８０２から受光された光を分配する働きをすることができる。１つの形態では、複数の散乱装置１８１２ａ〜ｉは、光学プローブ１８００の第１表面１８０４と概ね平行な直線状の平面に沿って、予め決められた距離で互いに間隔をあけて配置することができる。１つの例では、複数の散乱装置１８１２ａ〜ｉは、等しい距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。代案として、複数の散乱装置１８１２ａ〜ｉは、等しくない距離で離れるように間隔をあけて配置することができる。１つの形態では、複数の散乱装置１８１２ａ〜ｉは、第１表面１８０４に垂直な軸線に沿って延びることができ、第２表面１８０８に向かって延びることができる。１つの形態では、複数の散乱装置１８１２は、第１表面１８０４から第２表面１８０８まで延びることができる。しかしながら、他の形態では、複数の散乱装置１８１２ａ〜ｈは、第１表面１８０４と第２表面１８０８との間の距離の一部分のみを通って延びていてもよい。
【００４９】
光学プローブ１８００は、さらに、散乱層１８１６を含むことができる。散乱層１８１６は、光源１８１４から受光された光を散乱させることができる。散乱層１８１６は、さらに、反射層１８１６から反射された光を散乱させることができる。散乱層１８１６によって光を散乱することにより、光が被験体１８０６に向かって伝送される前に、光の角度発散および分配を増加することができる。１つの形態では、散乱層１８１６は、テフロン（登録商標）シートであることができる。テフロン（登録商標）シートは、厚さが１２５ミクロンから約２５０ミクロンまでであることができる。代案として、テフロン（登録商標）シートは、厚さを１２５ミクロンよりも薄くすることができるか、または２５０ミクロンよりも厚くすることができる。例えば、テフロン（登録商標）シートは、厚さが１００〜３００ミクロンであってもよい。さらに、１つの形態では、複数の散乱装置１８１２ａ〜ｉと組み合わせた散乱層１８１６は、散乱層１８１６のみを使用するよりも効率的に光を散乱させることができる。
【００５０】
図７から図１８の側方照射光学プローブは光を伝送するように示されているが、図７から図１８の光学プローブは、光の送達および／または光の収集に使用することができることが知られるべきである。
【００５１】
さらに、この出願では、人間の被験体に近赤外線分光法を適用するように、参照がなされるが、近赤外線分光法の技術を哺乳類、鳥類、爬虫類などのようないかなる生命体に適用することもできることが知られるべきである。
【００５２】
本発明は、１つまたはそれ以上の望ましい実施形態に関して説明されており、明示的に記述されたものは別として、多くの等価形態、代替形態、変形形態、および修正形態が考えられ本発明の範囲内である点が評価されるべきである。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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