JP4662831B2

JP4662831B2 - 試料分析装置

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Publication number: JP4662831B2
Application number: JP2005272171A
Authority: JP
Inventors: 知成千代
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: US7599065B2; US20070073158A1; JP2007082608A

Description

本発明は、試料に光を照射し、該試料内を伝播した光の光情報を取得することにより、試料内の特性を分析する試料分析装置に関するものである。

近年、生体等の光散乱物質に対する吸光分析技術の開発が薦められている。生体などの光散乱物質に照射された光は多重散乱を繰り返しながら吸収されて生体の外部に出てくる。このような光散乱物質内の光の振る舞いについては光拡散理論に基いた光拡散方程式で表される。この光拡散方程式は微分方程式の形で記述される。このため、生体の外部に出射した光を計測し光拡散方程式に当てはめることにより、生体の吸収係数分布または散乱係数分布等の光学特性値分布を得ることができる。

このような検出を行う方法の一例として、時間幅の極めて狭い、ピコ秒程度の極短パルス光を用いる時間分解分光法（time-resolved spectroscopy）を用いたシステムや、高い周波数で変調された変調光を用いる周波数分解分光法（frequency-domain spectroscopy）を用いたシステムが提案されている。

ピコ秒程度の極短パルス光を用いる時間分解分光法においては、パルス状の光を試料（光散乱物質）へ入射させ、試料内を伝播した後に、外部に出てくる光の散乱による時間的な広がり（時間プロファイル）を計測することにより、光拡散方程式をもとにして、試料内の光学特性値分布を知ることができる。

また、高い周波数で変調された変調光を用いる周波数分解分光法においては、高い周波数で変調された変調光を試料（光散乱物質）へ入射させ、試料内を伝播した後に、外部に出てくる光の変調周波数に対する強度変化および位相遅れを計測することにより、光拡散方程式をもとにして、試料内の光学特性値分布を知ることができる（非特許文献１参照）。
Utilizing the radiative transfer equation in optical tomography. In OSA Biomedical Optics, Topical Meetings, Miami Beach, Florida, April 14-17 2004, p. WF48. Optical Society of America, 2004.

上記のように試料内を伝播した後に、外部にでてくる光の時間プロファイルあるいは変調周波数に対する強度変化および位相遅れ等の光情報を計測する際、光の伝播経路が長い場合、すなわち光の入射点から被計測点までの距離が長い場合には、検出できる光の光量が少なく、十分なＳ／Ｎを確保することができず、分析結果の信頼度が低下するという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、光の入射点から光情報を計測する被計測点までの距離が長い場合であっても、Ｓ／Ｎを確保することができ、信頼性の高い分析結果を得ることのできる試料分析装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の試料分析装置は、試料に光を照射する光照射手段と、該試料内を伝播した光の光情報を、前記試料の複数の被計測点から取得し、この取得した光情報に基づいて前記試料内の特性を算出する光情報取得・処理手段とを有する試料分析装置において、
前記光情報取得・処理手段が、前記被計測点が前記試料への前記光の入射点から所定距離内の第１領域にある場合には、前記光情報を第１の測定時間で取得し、また前記被計測点が前記入射点から前記第１領域より遠方に位置する第２領域にある場合には、前記光情報を前記第１の測定時間よりも長い第２の測定時間で取得するものであることを特徴とするものである。

前記光情報取得・処理手段は、前記被計測点から計測した光情報のＳ／Ｎを算出し、該Ｓ／Ｎに基づいて、前記第１領域および前記第２領域を設定する領域設定手段を有しているものであってもよい。

なお、前記第１領域および前記第２領域は、入力手段等から前記所定距離を入力すること等により予め設定されているものであってもよいし、上記のような領域設定手段により、測定中あるいは測定前に設定されるものであってもよい。

また、前記光情報取得・処理手段は、前記光の入射点と前記被計測点との間の距離の増加に応じて、前記光情報の測定時間を前記第１の測定時間から段階的に長くするものであってもよい。

さらに、前記光情報取得・処理手段は、前記第１領域内の被計測点へ伝播した光の光強度を検出する光強度検出手段を備え、該光強度検出手段により検出された光強度に基いて、前記第１の測定時間を設定するものであってもよい。

本発明の第２の試料分析装置は、試料にパルス状の光を照射する光照射手段と、該試料内を伝播した光の光情報を、前記試料の複数の被計測点から取得し、この取得した光情報に基づいて前記試料内の特性を算出する光情報取得・処理手段とを有する試料分析装置において、
前記光情報取得・処理手段が、前記被計測点が前記試料への前記光の入射点から所定距離内の第１領域にある場合には、Ｎパルス照射された光に対応する光情報を取得し、また前記被計測点が前記入射点から前記第１領域より遠方に位置する第２領域にある場合には、Ｎ+１パルス以上照射された光に対応する光情報を取得するものであることを特徴とするものである。なお、Ｎは１以上の整数を意味している。

また、前記光情報取得・処理手段は、前記光の入射点と前記被計測点との間の距離の増加に応じて、前記光情報を取得する際のパルス数を、前記Ｎパルスから段階的に増加するものであってもよい。

さらに、前記光情報取得・処理手段は、前記第１領域内の被計測点へ伝播した光の光強度を検出する光強度検出手段を備え、該光強度検出手段により検出された光強度に基いて、前記Ｎパルスを設定するものであってもよい。

なお、上記第１の試料分析装置および第２の試料分析装置においては、前記光情報取得・処理手段が、前記試料の複数の被計測点から、前記光情報を順次取得するものであってもよい。

なお、ここで「光情報を順次取得する」とは、一本の光ファイバを機械的に走査させてもよいし、あるいはファイバアレイの各ファイバに順次光検出システム等が接続されるものであってもよい。

本発明の第１の試料分析装置では、被計測点が試料への光の入射点から所定距離内の第１領域にある場合には、光情報を第１の測定時間で取得し、また被計測点が入射点から第１領域より遠方に位置する第２領域にある場合には、光情報を第１の測定時間よりも長い第２の測定時間で取得することにより、光の入射点から被計測点までの距離が長い場合でも、十分なＳ／Ｎを確保することができ、分析結果の信頼度を向上させることができる。

本発明の第２の試料分析装置では、被計測点が試料への光の入射点から所定距離内の第１領域にある場合には、Ｎ回照射された光に対応する光情報を取得し、また被計測点が前記入射点から前記第１領域より遠方に位置する第２領域にある場合には、Ｎ+１回以上照射された光に対応する光情報を取得することにより、光の入射点から被計測点までの距離が長い場合でも、十分なＳ／Ｎを確保することができ、分析結果の信頼度を向上させることができる。

また、前記被計測点から計測した光情報のＳ／Ｎを算出し、該Ｓ／Ｎに基づいて、前記第１領域および前記第２領域を設定する領域設定手段を有しているものであれば、試料の光特性等に応じて、適切な第１領域および第２領域が設定可能である。

さらに、前記光の入射点と前記被計測点との間の距離の増加に応じて、前記パルス数あるいは前記光情報の測定時間を段階的に長くする場合であれば、より細やかにパルス数あるいは測定時間を適切な値に設定することができる。

さらに、前記第１領域内の被計測点へ伝播した光の光強度を検出する光強度検出手段を備え、該光強度検出手段により検出された光強度に基いて、前記パルス数Ｎあるいは前記第１の測定時間を設定するものであれば、不必要な測定時間の増加を抑制できる。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態である試料分析装置について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である試料分析装置１の概略構成図である。本試料分析装置１は、予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が投与された被検者の被測定部９へ、該蛍光薬剤を励起する波長帯域のパルス状の入射光Ｌ１を入射用ファイバを介して照射し、一本の計測用ファイバを走査して光情報を取得して、被測定部９内の蛍光薬剤の分布状態を計測する、時間分解分光法を用いた試料分析装置である。なお、蛍光薬剤としては、波長７５０nmの光で励起した場合に、７７０nm〜７９０nmの波長の蛍光を射出する蛍光薬剤を用いている。

試料分析装置１は、図１に示すように、入射光Ｌ１を伝送する入射用ファイバ１０と、散乱光Ｌ２および蛍光Ｌ３を伝送する計測用ファイバ１１と、該計測用ファイバ１１を直線的に走査する走査部１２とを有する光プローブ部１３と、入射用ファイバ１０と接続された光源ユニット１４と、計測用ファイバ１１と接続された計測ユニット１５と、光源ユニット１４および計測ユニット１５と接続された制御・信号処理ユニット１６とを備えている。入射用ファイバ１０および計測用ファイバ１１は、それぞれ直径１００μｍであり、コア径は８０μｍ、クラッド層は厚さ１０μｍである。

光源ユニット１４は、波長７５０nm、パルス幅１００ps、平均パワー３ｍＷのパルス状の入射光Ｌ１を、１００ＭＨｚで射出する光源１７とレンズ２２とから構成されている。

計測ユニット１５は、計測用ファイバ１２から射出された光のうち、波長７６０ｎｍ未満の波長の光を直角に反射し、波長７６０nm以上の光を透過するダイクロイックミラー２６と、波長７６０ｎｍ未満の波長の光に対して、各計測時間における検出フォトン数を求めるフォトンカウンティング回路２７と波長７６０ｎｍ以上の波長の光に対して、各計測時間における検出フォトン数を求めるフォトンカウンティング回路２８と、レンズ２９ａ、２９ｂおよび２９ｃとから構成されている。フォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８は、それぞれ不図示の高速フォトディテクターおよびＴＡＣ(Time Amplitude Detector) から構成され、光パルスを入射したタイミングとフォトンが検出されたタイミングの時間差を測定するものであり、フォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８の出力は後述する制御・信号処理ユニット１６の信号処理部２０へ出力される。

制御・信号処理ユニット１６は、試料分析装置１全体の動作を制御するものであり、また、入射光Ｌ１の入射およびフォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８による測定を１００万回繰り返し、その測定結果に基づいて時間プロファイルを求めて光情報として出力する、あるいは入射光Ｌ１の入射およびフォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８による測定を２００万回繰り返し、その測定結果に基づいて時間プロファイルを求めて光情報として出力する信号処理部２０と、該信号処理部２０から出力された光情報に基いて、被測定部９内の蛍光薬剤分布状態を算出する蛍光薬剤分布算出ユニット２１とを有している。また、制御・信号処理ユニット1６は、入射光Ｌ１が１００万パルス射出される毎に、計測用ファイバ１１を１００μｍずつ直線的に５０回移動させ、その後、入射光Ｌ１が２００万パルス射出される毎に、さらに５０回移動させる。制御・信号処理ユニット1６のその他の動作の詳細は後述する。

次に、上記第1の実施の形態の試料分析装置1の動作について説明する。まず、本試料分析装置1においては、腫瘍が存在する被測定部９へ光プローブ部1３を接触させる。なお、図示省略してあるが、光プローブ部1３の先端部は透明な保護部材により保護されている。また制御・信号処理ユニット１６には、予め入射光Ｌ１の入射点から５ｍｍ以内の領域が第１領域、５ｍｍ〜１０ｍｍまでの領域が第２領域として設定されている。

制御・信号処理ユニット1６の制御により、計測動作が開始される。第１領域から計測を開始する場合について説明する。まず、光源ユニット１４の光源１７から、波長７５０nm、パルス幅１００ps、平均パワー３ｍＷのパルス状の入射光Ｌ１を１００ＭＨｚで射出する。また、制御・信号処理ユニット１６の制御により走査部１２は、入射光Ｌ１が１００万パルス射出される毎に、計測用ファイバ１１を入射光Ｌ１の入射点近傍から１００μｍずつ、直線的に順次５０回移動させる。

また、入射光L１の１パルス毎に、計測ユニット１５において計測動作が行われる。被測定部９からは、入射光L1の散乱光L2と、被測定部９内の蛍光薬剤から発せられた蛍光L3とが射出されている。これらの光は、計測用ファイバ１１を透過して、計測ユニット１５へ入射する。散乱光L2は、ダイクロイックミラー２６で反射して、フォトンカウンティング回路２７へ入射し、蛍光L3はダイクロイックミラー２６を透過して、フォトンカウンティング回路２８へ入射する。フォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８の出力は制御・信号処理ユニット１６の信号処理部２０へ出力される。

信号処理部２０は、計測用ファイバ１１が、入射光Ｌ１が射出されている入射用ファイバ５０から５ｍｍ以内に計測用ファイバ１１が位置している場合、すなわち本発明の第１領域内に計測用ファイバ１１が位置している場合には、１００万パルス分のフォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８のそれぞれの出力に基いて図２に示すような時間プロファイル（光の散乱による時間的な広がり）を作成し、該時間プロファイルを計測用光ファイバ５１が位置している計測点の光情報として、蛍光薬剤分布算出ユニット５１へ出力する。

また、計測を５０回終了した後、すなわち、入射光Ｌ１の入射点から５ｍｍ〜１０ｍｍ内の第２領域において計測が行われる場合、制御・信号処理ユニット１６の制御により走査部１２は、入射光Ｌ１が２００万パルス射出される毎に、計測用ファイバ１１を１００μｍずつ、さらに５０回移動させる。

また、入射光L１の１パルス毎に、計測ユニット１５において計測動作が行われ、フォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８の出力は制御・信号処理ユニット１６の信号処理部２０へ出力される。

信号処理部２０は、計測用ファイバ１１が、入射光Ｌ１が射出されている入射用ファイバ５０から５ｍｍより遠方に、すなわち本発明の第２領域内に位置している場合には、２００万パルス分のフォトンカウンティング回路２７およびフォトンカウンティング回路２８のそれぞれの出力に基いて時間プロファイルを作成し、該時間プロファイルを計測用光ファイバ１１が位置している計測点の光情報として、蛍光薬剤分布算出ユニット２１へ出力する。

蛍光薬剤分布算出ユニット２１では、１つの被計測点毎に、フォトンカウンティング回路２７により計測された入射光の伝播光の時間プロファイルとフォトンカウンティング回路２８により計測された薬剤蛍光の伝播光の時間プロファイルとがそれぞれ１つずつ作成される。また被計測点は１００個あるので、最終的には入射光の伝播光の時間プロファイル１００個と、薬剤蛍光L３の伝播光の時間プロファイル１００個が取得される。

計測終了後、蛍光薬剤分布算出ユニット３１では、まず入射光の散乱光L２の時間プロファイル１００個に対して光拡散方程式に基いた信号処理を施して、入射光Ｌ１に対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数を算出する。ついで、この入射光Ｌ１（波長７５０nm）に対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数にもとづいて、蛍光L３（波長７７０〜７９０nm）に対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数を求める。その後、この蛍光L３に対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数、薬剤蛍光L３の伝播光の時間プロファイル１００個および光拡散方程式に基づいて、薬剤蛍光L3の射出源の分布、すなわち蛍光薬剤の分布を算出し、不図示のモニタへ断層画像として出力する。蛍光薬剤としては、前述したように腫瘍親和性を有する蛍光薬剤を用いているため、この断層画像は腫瘍の形状を示す断層画像となる。

以上の説明で明らかなように、本発明の第１の実施形態である試料分析装置１においては、入射光Ｌ１が射出されている入射用ファイバ１０から５ｍｍ以内に計測用ファイバ１１が位置している場合、すなわち本発明の第１領域内に計測用ファイバ１１が位置している場合には、１００万パルスを用いて取得した時間プロファイルを用い、入射光Ｌ１が射出されている入射用ファイバ１０から計測用ファイバ１１が５ｍｍより遠方に位置している場合、すなわち本発明の第２領域内に計測用ファイバ１１が位置している場合には、２００万パルスを用いて取得した時間プロファイルを用いて被計測部９内の光特性値分布を算出したため、入射光入射点から離れた領域でも、Ｓ／Ｎを向上させることができ、信頼性の高い分析結果を得ることができる。また、比較的大きなＳ／Ｎを確保することのできる第１領域では、１００万パルスを用いて取得した時間プロファイルを用いているため、測定時間の増大を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては説明を簡単にするために、計測用光ファイバ１１を１次元状に移動させたが、２次元状に移動させてもよく、この場合には３次元断層像を取得することもできる。

また、本実施の形態の変形例として、予め第１領域と第２領域の境界が設定される制御・信号処理ユニット１６の代わりに、被計測点から計測した光情報のＳ／Ｎを算出し、該Ｓ／Ｎに基いて第１領域と第２領域との境界を設定する制御・信号処理ユニット３０を用いてもよい。

制御・信号処理ユニット３０では、計測開始後、計測毎に、計測した時間プロファイル
のピーク近傍の平均値とその標準偏差を算出する。平均値／標準偏差＝Ｓ／Ｎとみなし、この値が所定値、例えば１０以下となった場合には、Ｓ／Ｎが劣化しているため、それ以後は計測パルス数を２００万パルスに増加して、Ｓ／Ｎを向上させる。

あるいは、被計測点から計測した光情報と、該被計測点と隣接した被計測点から計測した光情報とを比較し、該比較結果に基づいて、第１領域と第２領域との境界を設定してもよい。計測開始後、計測毎に、計測した時間プロファイルの形状と、直前に隣接する被計測点から計測した時間プロファイルの形状とを比較し、両者の形状がほほ同じであった場合には、それ以後は計測するパルス数を増加する。すなわち、被計測点が、入射光入射点から離れるに従って、Ｓ／Ｎが劣化し、計測した時間プロファイルの形状に差がなくなってくるので、時間プロファイルの形状がほぼ同じになった時点で、それ以後は計測パルス数を増加させて、Ｓ／Ｎを向上させる。

このように、光情報のＳ／Ｎに基いて第１領域と第２領域との境界を設定すれば、試料の光特性等に応じて、適切な第１領域および第２領域を設定することができる。

なお、制御・信号処理ユニット３０では、計測開始直後に、計測した時間プロファイルから、光強度を算出し該光強度基いて計測パルス数を設定してもよい。例えば光強度が小さい場合には、最初から２００万パルスを用いて時間プロファイルを作成し、その後４００万パルスを用いて時間プロファイルを作成してもよい。また光強度が大きい場合には、最初は５０万パルスを用いて時間プロファイルを作成し、その後１００万パルスを用いて時間プロファイルを作成してもよい。この場合には不必要な測定時間の増加を抑制できる。

また、計測毎に光強度を算出し、光強度に基いて、順次段階的あるいは連続的にパルス数を増加させてもよい。あるいは、Ｓ／Ｎに基いて、順次段階的あるいは連続的にパルス数を増加させてもよいし、入射点からの距離に基いて順次段階的あるいは連続的にパルス数を増加させてもよい。

次に、図３を用いて本発明の第２の実施の形態である試料分析装置２について説明する。本試料分析装置２は、図１に示す試料分析装置１と同様に予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が投与された被検者の被測定部９へ、該蛍光薬剤を励起する波長帯域の、高い周波数で変調された入射光Ｌ４を照射し、被測定部９内に予め投与された蛍光薬剤の分布状態を計測する、周波数分解分光法を用いた試料分析装置である。

試料分析装置２は、図３に示すように、入射光Ｌ４を伝送する入射用ファイバ４０と、散乱光Ｌ５および蛍光Ｌ６を伝送する計測用ファイバ４１と、該計測用ファイバ４１を直線的に走査する走査部４２とを有する光プローブ部４３と、入射用ファイバ１０と接続された光源ユニット４４と、計測用ファイバ４１と接続された計測ユニット４５と、光源ユニット４４および計測ユニット４５と接続された制御・信号処理ユニット４６とを備えている。入射用ファイバ４０および計測用ファイバ４１は、それぞれ直径１００μｍであり、コア径は８０μｍ、クラッド層は厚さ１０μｍである。

光源ユニット４４は、波長７５０nm、平均パワー３ｍＷで、１００ＭＨｚで変調されている入射光Ｌ４を射出する半導体レーザからなる光源４７とレンズ４２とから構成されている。

計測ユニット４５は、計測用ファイバ４２から射出された光のうち、波長７６０ｎｍ未満の波長の光を直角に反射し、波長７６０nm以上の光を透過するダイクロイックミラー２６と、波長７６０ｎｍ未満の波長の光を検出するフォトディテクター５７と波長７６０ｎｍ以上の波長の光を検出するフォトディテクター５８と、レンズ２９ａ、２９ｂおよび２９ｃとから構成されている。フォトディテクター５７およびフォトディテクター５８の出力は後述する制御・信号処理ユニット４６の信号処理部５０へ出力される。

制御・信号処理ユニット４６は、試料分析装置２全体の動作を制御するものであり、また、１ｍｓ間あるいは２ｍｓ間のフォトディテクター５７およびフォトディテクター５８の出力から、図４に示すような振幅および位相遅れからなる光情報を算出する信号処理部５０と、該信号処理部５０から出力された光情報に基いて、被測定部９内の蛍光薬剤分布状態を算出する蛍光薬剤分布算出ユニット５１とを有している。また、制御・信号処理ユニット４６は、測定開始後、入射光Ｌ１が１ｍｓ射出される毎に、入射光Ｌ４の入射点の隣から計測用ファイバ１１を１００μｍずつ直線的に５０回移動させ、その後、入射光Ｌ１が２ｍｓ射出される毎に、さらに５０回移動させる。制御・信号処理ユニット４６のその他の動作の詳細は後述する。

次に、上記第２の実施の形態の試料分析装置２の動作について説明する。まず、本試料分析装置２においては、腫瘍が存在する被測定部９へ光プローブ部４３を接触させる。なお、図示省略してあるが、光プローブ部４３の先端部は透明な保護部材により保護されている。また制御・信号処理ユニット４６には、予め入射光Ｌ１の入射点から５ｍｍ以内領域が第１領域、５ｍｍ〜１０ｍｍまでの領域が第２領域として設定されている。

制御・信号処理ユニット４６の制御により、計測動作が開始される。第１領域から計測を開始する場合について説明する。まず、光源ユニット４４の光源４７から、波長７５０nm、平均パワー３ｍＷで、１００ＭＨｚで変調されている入射光Ｌ４を射出する。また、制御・信号処理ユニット４６の制御により走査部４２は、入射光Ｌ４が１ｍｓ射出される毎に、計測用ファイバ４１を入射光Ｌ４の入射点近傍から１００μｍずつ直線的に順次５０回移動させる。

また、計測用ファイバ４１の移動タイミングに合わせて、計測ユニット４５において計測動作が行われる。被測定部９からは、入射光L４の散乱光L５と、被測定部９内の蛍光薬剤から発せられた蛍光L６とが射出されている。これらの光は、計測用ファイバ４１を透過して、計測ユニット４５へ入射する。散乱光L５は、ダイクロイックミラー２６で反射して、フォトディテクター５７へ入射し、蛍光L６はダイクロイックミラー２６を透過して、フォトディテクター５８へ入射する。フォトディテクター５７およびフォトディテクター５８の出力は制御・信号処理ユニット４６の信号処理部５０へ出力される。

信号処理部５０は、計測用ファイバ４１が、入射光Ｌ４が射出されている入射用ファイバ５０から５ｍｍ以内に計測用ファイバ４１が位置している場合、すなわち本発明の第１領域内に計測用ファイバ４１が位置している場合には、計測ユニット４５のフォトディテクター５７およびフォトディテクター５８の１ｍｓ間の出力から、散乱光Ｌ５の振幅および位相遅れを算出し、蛍光薬剤分布算出ユニット５１へ出力する。

また、計測を５０回終了した後、制御・信号処理ユニット４６の制御により走査部１２は、入射光Ｌ４が２ｍｓ射出される毎に、計測用ファイバ４１をさらに５０回移動させる。

信号処理部５０は、計測用ファイバ４１が、入射光Ｌ４が射出されている入射用ファイバ５０から５ｍｍより遠方に、すなわち本発明の第２領域内に位置している場合には計測ユニット４５のフォトディテクター５７およびフォトディテクター５８の２ｍｓ間の出力から、散乱光Ｌ５の振幅および位相遅れを算出し、蛍光薬剤分布算出ユニット５１へ出力する。

蛍光薬剤分布算出ユニット５１では、各被計測点毎の散乱光Ｌ５の振幅および位相遅れに基いて、入射光Ｌ４に対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数を算出する。ついで、この入射光Ｌ４（波長７５０nm）に対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数にもとづいて、蛍光L６（波長７７０nm〜７９０nm）に対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数を求める。その後、この蛍光L６対する被測定部９内の光散乱係数および吸収係数、薬剤蛍光L６の伝播光の振幅および位相遅れおよび光拡散方程式に基づいて、薬剤蛍光L６の射出源の分布、すなわち蛍光薬剤の分布を算出し、不図示のモニタへ断層画像として出力する。蛍光薬剤としては、前述したように腫瘍親和性を有する蛍光薬剤を用いているため、この断層画像は腫瘍の形状を示す断層画像となる。

以上の説明で明らかなように、本発明の第２の実施形態である試料分析装置２においては、入射光Ｌ４が射出されている入射用ファイバ４０から５ｍｍ以内に計測用ファイバ４１が位置している場合、すなわち本発明の第１領域内に計測用ファイバ４１が位置している場合には、１ｍｓで計測した光情報を用いて、計測用ファイバ４１が、入射用ファイバ４０から５ｍｍより遠方に計測用ファイバ４１が位置している場合、すなわち本発明の第２領域内に計測用ファイバ１１が位置している場合には、２ｍｓで計測して光情報を用いて、被計測部９内の光特性値分部を算出したため、入射光入射点から離れた領域でも、Ｓ／Ｎを向上させることができ、信頼性の高い分析結果を得ることができる。また、比較的大きなＳ／Ｎを確保することのできる第１領域では、１ｍｓで計測した光情報を用いているため、測定時間の増大を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては説明を簡単にするために、計測用光ファイバ４１を１次元状に移動させたが、２次元状に移動させてもよく、この場合には３次元断層像を取得することもできる。

また、本実施の形態の変形例として、信号処理部５０の代わりに、計測毎に、計測した振幅および位相遅れと、該被計測点と隣接する被計測点から計測した振幅および位相遅れとの差を算出し、該差が所定以下であった場合には、これ以後の計測において、計測する時間を増加する信号処理部６０を用いてもよい。試料の光特性等に応じて、適切な第１領域および第２領域を設定することができる。

具体的には、例えば計測した位相遅れ量D１と、直前に計測した位相遅れ量D２の差D1−D2を算出し、該差が所定値以下であった場合には、計測時間を増加してもよい。

あるいは差D1−D2が
−０．０１＜（Ｄ１−Ｄ２）÷（Ｄ１+Ｄ２）／２＜０．０１
であった場合に、計測時間を増加してもよい。

制御・信号処理ユニット６０では、計測開始後、計測毎に、位相遅れ量の平均値とその標準偏差を算出する。平均値／標準偏差＝Ｓ／Ｎとみなし、この値が所定値、例えば１０以下となった場合には、Ｓ／Ｎが劣化しているため、それ以後は計測時間を増加させてＳ／Ｎを向上させてもよい。

なお、制御・信号処理ユニット６０では、計測開始直後に、計測した光の光強度を算出し該光強度に基いて計測時間を設定してもよい。例えば光強度が小さい場合には、最初から２ｍｓ間計測した光情報を用い、その後４ｍｓ間計測した光情報を用いてもよい。また光強度が大きい場合には、最初は0.5ｍｓ間計測した光情報を用い、その後１ｍｓ間計測した光情報を用いてもよい。この場合には不必要な測定時間の増加を抑制できる。

また、計測毎に光強度を算出し、光強度に基いて、順次段階的あるいは連続的に計測時間を増加させてもよい。あるいは、Ｓ／Ｎに基いて、順次段階的あるいは連続的に計測時間を増加させてもよいし、入射点からの距離に基いて順次段階的あるいは連続的に計測時間を増加させてもよい。

なお、各実施の形態において、入射光の入射点近傍から計測を開始した例を用いて動作を説明したが、入射点から離れた位置から計測を開始してもよく、順次パルス数あるいは計測時間を低減すればよい。

本発明の第１の実施の形態である試料分析装置の概略構成図時間プロファイルの説明図本発明の第２の実施の形態である試料分析装置の概略構成図振幅および位相遅れの説明図

符号の説明

１，２試料分析装置
９被測定部
１０、４０入射用ファイバ
１１、４１計測用ファイバ
１２、４２走査部
１３、４３光プローブ部
１４、４４光源ユニット
１５、４５計測ユニット
１６、３０、４６、６０制御・信号処理ユニット
２０、５０信号処理部
２１、５１蛍光薬剤分布算出ユニット
２７、２８フォトンカウンティング回路
５７、５８フォトディテクター

Claims

試料に光を照射する光照射手段と、該試料内を伝播した光の光情報を、前記試料の複数の被計測点から取得し、この取得した光情報に基づいて前記試料内の特性を算出する光情報取得・処理手段とを有する試料分析装置において、
前記光情報取得・処理手段が、前記被計測点が前記試料への前記光の入射点から所定距離内の第１領域にある場合には、前記光情報を第１の測定時間で取得し、また前記被計測点が前記入射点から前記第１領域より遠方に位置する第２領域にある場合には、前記光情報を前記第１の測定時間よりも長い第２の測定時間で取得するものであり、
かつ、前記光情報取得・処理手段が、前記被計測点から計測した光情報のＳ／Ｎを算出し、該Ｓ／Ｎに基づいて、前記第１領域および前記第２領域を設定する領域設定手段を有していることを特徴とする試料分析装置。
前記光情報取得・処理手段が、前記第１領域内の被計測点へ伝播した光の光強度を検出する光強度検出手段を備え、該光強度検出手段により検出された光強度に基いて、前記第１の測定時間を設定するものであることを特徴とする請求項１記載の試料分析装置。
試料にパルス状の光を照射する光照射手段と、該試料内を伝播した光の光情報を、前記試料の複数の被計測点から取得し、この取得した光情報に基づいて前記試料内の特性を算出する光情報取得・処理手段とを有する試料分析装置において、
前記光情報取得・処理手段が、前記被計測点が前記試料への前記光の入射点から所定距離内の第１領域にある場合には、Ｎパルス照射された光に対応する光情報を取得し、また前記被計測点が前記入射点から前記第１領域より遠方に位置する第２領域にある場合には、Ｎ+１パルス以上照射された光に対応する光情報を取得するものであり、
かつ、前記光情報取得・処理手段が、前記被計測点から計測した光情報のＳ／Ｎを算出し、該Ｓ／Ｎに基づいて、前記第１領域および前記第２領域を設定する領域設定手段を有していることを特徴とする試料分析装置。
前記光情報取得・処理手段が、前記第１領域内の被計測点へ伝播した光の光強度を検出する光強度検出手段を備え、該光強度検出手段により検出された光強度に基いて、前記Ｎパルスを設定するものであることを特徴とする請求項３項記載の試料分析装置。
前記光情報取得・処理手段が、前記試料の複数の被計測点から、前記光情報を順次取得するものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の試料分析装置。
前記試料内を伝播した光が、前記試料から発せられる蛍光である事を特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の試料分析装置。