流体の特性を決定する方法及び分光システム
本発明は、例えばインビボ血液分析の目的で、流体の特性を決定することを可能にする。まず、流体が流れる関心ボリュームの位置が、対物レンズを利用することによって光学的検出ステップによって決定される。好適には、光学的検出ステップは、イメージングステップである。次に、対物レンズは、対物レンズの焦点を関心ボリュームに至らせるように移動される。この位置において、光学分光ステップが実施される。これは、光学分光を実施するための測定ビームが最適な効率のために光軸に沿って進むという利点を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学分光法の分野に関し、特に、分析目的での光学分光技法の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析目的での光学分光技法の使用はそれ自体、従来技術から知られている。国際公開第０２／０５７７５８ Ａ１号及び同第０２／０５７７５９ Ａ１号パンフレットは、患者の毛細血管を流れる血液の組成を生体内（インビボ）で非侵襲的に分光分析するための分光分析装置を記載している。毛細血管は、監視装置によって撮像され、励起ビームが、分光分析を実施するために毛細血管に向けられる。例えば、近赤外放射線が、ラマン散乱の励起のために使用される。ラマン散乱された放射線は、血液特性を決定するめに分光器によって分析される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
インビボの血液分析は、従来技術の血液分析と比較して多くの利点を有する。従来技術の血液分析では、血液が例えばニードルを用いて腕から抜き取られ、血液サンプルが化学分析室において分析される。運搬及び分析には、相当な時間を要し、その時間は、２日乃至救急の状況では概して２０分とさまざまである。対照的に、インビボの血液分析は、患者にとっての痛み及び感染症のリスクなく、即座に及且つ連続的に血液の特性を監視することを可能にする。
【０００４】
従って、本発明の目的は、生物学的な管状構造を流れる流体の特性を非侵襲的に決定するための改善された方法、特に、患者の皮下の毛細血管を流れる血液をインビボで非侵襲的に分析するための改善された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、流体の特性を決定する方法を提供する。まず、流体が流れる関心ボリュームの位置が、光学的検出ステップによって決定されることを必要とする。これは、光学対物レンズによって行われる。好適には、イメージング方法が、関心ボリュームの位置を決定するために用いられ、例えば血液が流れる血管の位置を決定するためのパターン認識技法が用いられる。
【０００６】
適切なイメージング方法は、直交偏光スペクトルイメージング（ＯＰＳＩ）、共焦ビデオマイクロスコピー（ＣＶＭ）、光学コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、共焦レーザスキャニングマイクロスコピー（ＣＬＳＭ）及びドップラーに基づくイメージングを含む。対応するイメージング技法は、それぞれ、国際公開第０２／０５７７５９号パンフレット並びに未だ公開されていない欧州特許出願第０３１００６８９．３号及び同第０３１０２４８１．３号（特許出願人整理番号ＰＨＮＬ０３０２５１及びＰＨＮＬ０３０９４４）明細書に開示されており、これらはすべて、参照によって本願明細書に盛り込まれるものとする。
【０００７】
光学的検出によって決定される関心ボリュームの位置は、対物レンズの光軸上に必ずしも位置するわけではない。この状況において、対物レンズは、対物レンズの焦点が関心ボリューム内に位置付けられるように移動される。
【０００８】
次に、光学分光ステップが、関心ボリュームにおける流体の特性を決定するために実施される。このために、測定ビームは、対物レンズの光軸に沿うように向けられ、関心ボリューム内に焦点を合わせられる。これは、光学分光ステップが、最適な効率及び精度をもって実施されることができるという利点を有する。これは、レーザビームがその光軸に沿ってすすむとき、すなわち光学収差が最小であるとき、対物レンズが最善に機能するという事実による。更に、戻り放射線の収集の効率も最適である。
【０００９】
このようにして、本発明は、流体の特性を決定するための非常に効率的で且つ正確な光学分光を実施するために、相対的に安価な対物レンズを使用することを可能にする。インビボ血液分析のアプリケーションに関する限り、本発明は、それが、光学的検出ステップののち、皮膚を移動させる必要なく、選択された血管内に測定ビームの焦点を合わせることを可能にするので、特に有利である。これは、最適な衛生のために完全に密封される測定ヘッドのコンパクトなデザインを可能にする。皮膚の移動が必要とされないので、測定は、患者にとっての最適な快適さをもって、迅速に実施されることができる。
【００１０】
本発明の好適な実施例によれば、測定ビームのカバレージは、対物レンズ開口部より大きく、すなわち、対物レンズは、「過剰に満たされる（overfilled、過剰に覆われる、オーバーフィルされる）」。これは、対物レンズ開口部が測定ビームのカバレージ内にあるまま、対物レンズの焦点を関心ボリューム内に位置付けるように、対物レンズを移動させることを可能にする。これは、対物レンズのみが移動され、測定ビームが静止したままであるという利点を有する。
【００１１】
本発明の他の好適な実施例によれば、対物レンズに結合される反射光学素子が、対物レンズのより大きな移動を可能にするために使用される。この例では、測定ビームは、それが、対物レンズの光軸に沿って対物レンズ開口部に測定ビームを向ける反射光学素子に当たるとき、対物レンズの光軸に対して垂直な方向を有する。
【００１２】
これは、対物レンズ開口部のオーバーフィリングと組み合わせられることができる。この例において、反射光学素子は、オーバーフィリングによって提供される許容範囲が、関心ボリューム内に焦点を位置付けるのに十分ではないときのみ、対物レンズと共に移動される。この実施例は、オーバーフィリングの程度が最小になりえ、ゆえに利用可能なレーザパワーが効率的に使用されるので、特に有利である。
【００１３】
本発明の他の好適な実施例によれば、対物レンズに結合される反射光学素子に測定ビームを向けるために回転される他の反射光学素子が使用される。このようにして、測定ビームを静止した状態に保ちつつ、対物レンズの２次元の大きな移動が可能にされる。
【００１４】
本発明の好適な実施例によれば、光学ディスクドライブの光学ピックアップユニット及び光路が、対物レンズを移動させるための安価な且つコンパクトな機構として使用される。同じピックアップユニットが、毛細血管上に対物レンズの焦点を合わせるためにも使用されることができる。
【００１５】
毛細血管が十分に高密度に分布していない場合、ピックアップユニットを任意の種類の１次元の移動ステージと組み合わせることが有利である。こうして、反射光学部品の助けを借りて、大きい矩形領域が、カバーされることができる。
【００１６】
本発明の好適な実施例によれば、光学的検出ステップは、関心ボリュームの位置を追跡するために反復的に実施される。対物レンズは、焦点が関心ボリュームの動きに追従するように、移動される。これは、特に、例えば手術中に血液組成を監視する場合のように、より長い時間間隔にわたって流体の特性を監視する場合に有利である。
【００１７】
本発明の他の好適な実施例によれば、共焦ラマンスペクトロスコピーが使用される。ラマン励起レーザからの光は、対物レンズを通じて検出ボリュームに向けられ、ラマン散乱された放射線は、分光分析のために同じ対物レンズによって収集される。本発明は、自然ラマン分光法に制限されず、他の光学分光法も使用されることができることに留意されたい。
【００１８】
これは、（ｉ）誘導ラマン分光法及びコヒーレントアンチストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ）を含む、ラマン散乱に基づく他の方法、（ｉｉ）特に赤外線吸収分光法、フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光法及び近赤外線（ＮＩＲ）拡散反射分光法のような赤外分光法、（ｉｉｉ）特に蛍光分光法、多光子蛍光分光法及び反射率分光法のような他の散乱分光法、並びに（ｉｖ）光音響分光法、偏光測定（ポラリメトリ）及びポンプポローブ分光法のような他の分光法、を含む。本発明に適用するための好適な分光技法は、ラマン分光法及び蛍光分光法である。
【００１９】
本発明の以下の好適な実施例は、添付の図を参照することによってより詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、例えば患者の皮下の毛細血管を流れる血液のような、生物学的な管状構造を流れる流体の特性を決定するために使用されることができる装置１００を示している。装置１００は、共焦ラマン分光のためのラマン分光システム１０２及びイメージングシステム１０４を有する。
【００２１】
ラマン分光システム１０２は、レーザ光源１０１及びスペクトロメータ１０３を有する。ラマン戻り放射線は、分光システム１０２のダイクロイックミラー１０５によって、スペクトロメータ１０３に向けられる。
【００２２】
イメージングシステム１０４は、入射イメージング光ビーム１０６を与える光源１０７を有する。イメージング光ビーム１０６は、偏光ビームスプリッタ１０９及びダイクロイックミラー１１５を通じて、対物レンズ１０８に向けられる。
【００２３】
光源１０７のイメージング光ビーム１０６は、例えばＣＣＤカメラ１１１のようなイメージングシステム１０４によって受け取られる戻り光１１８を生じさせる。使用されうるカメラの他のタイプは、ＣＭＯＳ及びフォトダイオードアレイカメラ等である。更に、イメージングシステム１０４は、位置検出の目的でコンピュータプログラム１３２を走らせるプロセッサ１３０を有する。
【００２４】
ラマン分光システム１０２のレーザ光源１０１は、入射レーザ光ビーム１１３を供給し、入射レーザ光ビーム１１３は、ダイクロイックミラー１１５上で反射され、対物レンズ１０８の対物レンズ開口部に向けられる。入射レーザ光ビーム１１３の幅１３４は、対物レンズ１０８の対物レンズ開口部の幅１３６より大きい。
【００２５】
対物レンズ１０８は、機械的にアクチュエータ１３８に結合されている。例えば、アクチュエータ１３８は、対物レンズ１０８をｘｙ平面内で移動させるためのモータ駆動される機械的な移動ステージである。アクチュエータ１３８によって、焦点は、関心ボリューム内にｘ、ｙ及びｚの３次元で位置付けられる必要がある。関心ボリューム内でｚ方向に焦点を位置付けることは、通常、フォーカシングと呼ばれる。更に、アクチュエータ１３８は、ｘ、ｙ平面内の移動に加えて、フォーカシングのためにｚ方向に対物レンズを移動させるためにも使用される。代替例として、アクチュエータ１３８は、圧電素子又は電気機械的な移動ステージである。
【００２６】
ラマン分光システム１０２、イメージングシステム１０４及びアクチュエータ１３８は、コントローラ１２２に結合されている。コントローラ１２２は、装置１００のすべての動作を制御する制御プログラム１２４を有する。
【００２７】
装置１００によってインビボ血液分析を実施するために、患者は、対物レンズ１０８下に、皮膚１１４を有する身体部分を配置する。皮膚１１４は、多くの血管１１２を有する。
【００２８】
装置１００がアクティブにされると、制御プログラム１２４は、イメージングシステム１０４に制御信号を出す。それに応じて、光源１０７は、対物レンズ１０８を通してＣＣＤカメラ１１１によって皮膚１１４のピクチャを撮るために、イメージング光ビーム１０６を供給する。ピクチャは、血管１１２の少なくとも１つを検出するために、プログラム１３２によって分析される。このようにして、分光血液分析を実施するための検出ボリューム１１０が決定される。ここで考察される例において、検出ボリューム１１０は、対物レンズ１０８の光軸１４０上にない。
【００２９】
検出ボリューム１１０の位置は、プログラム１３２から制御プログラム１２４に通信される。制御プログラム１２４は、対物レンズ１０８の光軸１４０から検出ボリューム１１０までの距離を決定する。対物レンズ１０８の実際の位置を決定するために、コントローラ１２２に同様に結合される位置センサ（図示せず）が設けられることができる。しかしながら、対物レンズ１０８の位置の変化を検証するためにイメージングシステム１０４を使用することが好ましい。このようにして、帰還回路が設けられる。
【００３０】
検出ボリューム１１０の位置と光軸１４０との間の距離を決定したのち、制御プログラム１２４は、検出ボリューム１１０上に光軸１４０を位置付けるように対物レンズ１０８をｘｙ平面内で変位させるために、アクチュエータ１３８に制御信号を出す。このようにして、対物レンズ１０８の焦点１４２は、検出ボリューム１１０内で移動される。これは、対物レンズ１０８が、光軸１４０と検出ボリューム１１０との間の距離１４４移動されたあとの図２に示されている。
【００３１】
ｘｙ平面における対物レンズ１０８の移動が、入射レーザ光ビーム１１３の幅１３４によって制限されることに留意すべきである。これは、レーザ光源１０１及びダイクロイックミラー１０５及び１１５を静止した状態に保つことを可能にする。
【００３２】
対物レンズ１０８が、光軸１４０を検出ボリューム１１０に至らせるように距離１４４移動されたのち、制御プログラム１２４は、ラマン分光システム１０２に制御信号を出す。それに応じて、ラマン分光システム１０２は、レーザ光源１０１から入射レーザ光ビーム１１３を供給し、入射レーザ光ビーム１１３は、対物レンズ１０８の光軸１４０に沿って、検出ボリューム１１０に向けられる。
【００３３】
対物レンズ１０８の対物レンズ開口部に当たらない入射レーザ光ビーム１１３の部分は、スペクトロスコピーのために使用されない。このような状況は、対物レンズ１０８の「オーバーフィリング（over filling）」とも呼ばれる。対物レンズ１０８の対物レンズ開口部に当たる入射レーザ光ビーム１１３の部分は、光軸１４０に沿って、検出ボリューム１１０内の焦点１４２に向けられる。
【００３４】
これは、対物レンズ１０８の対物レンズ開口部の幅１３６を有するラマン戻り光ビーム１１７を生じさせる。ラマン戻り光ビーム１１７は、ダイクロイックミラー１１５及び１０５を介して、スペクトロメータ１０３によって受け取られる。スペクトロメータ１０３は、ラマン戻り光ビーム１１７の分光分析を実施する。このようにして、検出ボリューム１１０を流れる血液の１又は複数の特性が決定される。
【００３５】
図３は、対応するフローチャートを示している。ステップ３００において、イメージング方法が、例えば血液分析を実施すべき検出ボリュームのような、関心ボリュームの位置を決定するために実施される。イメージングは、光学対物レンズによって実施される。
【００３６】
ステップ３０２において、対物レンズは、対物レンズの焦点が関心ボリュームに至らせられるように、動かされる。ステップ３０４において、ラマン分光又は別の光学分光法が、対物レンズを通して測定ビームを関心ボリュームに向け、測定ビームによって生じさせられる関心ボリュームからの戻り放射線を対物レンズによって収集することによって、実施される。
【００３７】
図４は、本発明の原理に従って、関心ボリュームの光学的検出及び光学分光の両方のために使用される対物レンズの拡大図である。図１及び図２の素子に対応する図４の素子は、３００を加えた同様の参照数字によって示されている。
【００３８】
対物レンズ４０８は、対物レンズ開口部４０７を有する。対物レンズ開口部４０７は、幅４３６を有する。対物レンズ４０８は、光軸４４０及び焦点４４２を有する。
【００３９】
対物レンズ４０８は、まず、光学的検出ステップによって関心ボリュームの位置を決定するために使用される。関心ボリュームの位置は、図１の例示によって既に説明したように、光軸４４０上に位置していない。
【００４０】
後続の光学分光ステップを実施するために、対物レンズ４０８は、焦点４４２を関心ボリュームに移動させるために、方向４４６又は反対方向４４８に移動される。ここで考察される好適な実施例において、この移動は、測定ビーム４１３の範囲、すなわち測定ビーム４１３の幅４３４によって制限される。対物レンズ４０８は、測定ビーム４１３によってオーバーフィルされる。言い換えると、測定ビーム４１３は、対物レンズ開口部４０７の幅４３６より大きい幅４３４を有する。
【００４１】
測定ビーム４１３の方向は、光軸４４０に平行である。結果として、対物レンズ開口部４０７に当たる測定ビーム４１３の部分もまた、光軸４４０に平行であり、ゆえに焦点４４２に向けられる。そこから、戻り放射線が、対物レンズ４０８によって収集され、分光分析のためにスペクトロメータに送られる。
【００４２】
図５は、同様の素子が、１００を加えた図４と同様の参照数字によって示される代替実施例を示している。図５の実施例において、入射レーザ光ビーム５１３は、対物レンズ５０８の光軸５４０に対して垂直な方向を有する。入射レーザ光ビーム５１３は、光学素子５１５によって、光軸５４０の方向に反射される。図１、図２及び図４の実施例と同様に、入射レーザ光ビーム５１３の幅５３４は、対物レンズ５０８の対物レンズ開口部５０７の幅５３６より大きい。
【００４３】
対物レンズ５０８の対物レンズ開口部５０７が、完全に入射レーザ光ビーム５１３のカバレージ内にあるままである限り、入射レーザ光ビーム５１３及び光学素子５１５が静止した状態のまま、対物レンズ５０８が、方向５４６及び５４８に移動されることができる。対物レンズ５０８が、焦点５４２を関心ボリュームに至らせるために、より大きい距離移動される必要があるとき、光学素子５１５は、対物レンズ５０８と共に動かされ、その一方、入射レーザ光ビーム５１３の位置は変化しないままである。このようにして、対物レンズ５０８の方向５４６及び５４８への大きい移動が、可能にされる。例えば、光学素子５１５は、プリズム又はミラー（図１及び図２の実施例のダイクロイックミラー１１５を参照）である。
【００４４】
図６は、ピックアップユニット６５０の上面図を示している。ピックアップユニット６５０は、対物レンズ６０８をもっている。ピックアップユニット６５０は、対物レンズ６０８を方向６４６及び６４８並びに方向６５２及び６５４に制御可能に移動させるアクチュエータ６３８を有する。入射レーザ光ビーム６１３の位置は固定されている。
【００４５】
上記で考察された実施例のように、レーザ光ビーム６１３の幅６５４は、対物レンズ開口部６０７の幅６３６より大きい。このように、対物レンズ６０８の方向６４６及び６４８への移動は、入射レーザ光ビーム６１３による対物レンズ開口部６０７のカバレージによって制限される。対物レンズ６０８の方向６４６及び６４８への移動の制限は、図６の破線によって示されている。
【００４６】
図７は、ピックアップユニット６５０の側面図を示している。ピックアップユニット６５０は、入射レーザ光ビーム６１３を対物レンズ６０８のレンズ６５６に向ける反射光学素子６１５をもっている。これは、反射光学素子６１５と共に対物レンズ６０８を方向６５２及び６５４に一層大きい距離移動させることを可能にし、その一方、入射光ビーム６１３の位置は変化しないままである。更に、レンズ６５６は、フォーカシングのために垂直に移動されることができる。
【００４７】
ピックアップユニット６５０を実現する１つのやり方は、例えばＣＤプレーヤのような光学ディスクドライブにおいて使用される光学ピックアップユニットによる。
【００４８】
対物レンズ６０８の方向６４６又は６４８への一層大きい変位が要求される場合、付加の反射光学素子６５８が、図８に示すように利用されることができる。反射光学素子６５８は、旋回アーム（図８に図示せず）に回転可能に取り付けられる。代替例として、図７に示すすべての光学素子が、光学アラインメントを最善に維持するために、旋回アームに取り付けられる。反射光学素子６５８の回転によって、反射されるレーザ光ビーム６１３の方向は、方向６４６又は６４８（図６参照）において変化され、従って、対物レンズ６０８が、それに対応してこれらの方向に移動されることができる。
【００４９】
図９は、分光装置９００の代替実施例のブロック図を示している。分光装置９００は、スペクトロメータ９０３、表示ユニット９６０及びプログラム９６２を具えるベースステーション９０２を有する。
【００５０】
ベースステーション９０２は、光ファイバ９６６及び９６８によって、測定ヘッド９６４に結合されている。
【００５１】
測定ヘッド９６４は、光源９０７、カメラ９１１及びプログラム９３２を具えるイメージングシステム９０４を有する。イメージングシステム９０４は、アクチュエータ９３８に結合され、アクチュエータ９３８は、ｘｙ平面において対物レンズ９０８を移動させるために、対物レンズ９０８に機械的に結合されている。更に、測定ヘッド９６４は、光ファイバ９６６を通じて受け取られる入射測定ビームを対物レンズ９０８に向けるとともに、対物レンズ９０８によって収集される戻り放射線を、スペクトロメータ９０３に送るために光ファイバ９６８に結合させる光学素子９７０を有する。
【００５２】
動作中、患者は、測定ヘッド９６４を自分の皮膚上に配置する。イメージングシステム９０４の光源９０７は、イメージング光ビーム（図１のイメージング光ビーム１０６を参照）を供給し、イメージング光ビームは、光学素子９７０によって、対物レンズ９０８を通して皮膚９１４に向けられる。
【００５３】
カメラ９１１によって、皮膚９１４のピクチャが撮られ、そのピクチャは、血管を検出し、血管の１つの範囲内の検出ボリュームを選択するために、プログラム９３２によって分析される。イメージングシステム９０４は、アクチュエータ９３８を制御して、ｘｙ平面内で対物レンズ９０８を移動させることにより、対物レンズ９０８の焦点を、プログラム９３２によって決められた検出ボリュームに至らせる。
【００５４】
光ファイバ９６６を通じてベースステーション９０２から受け取られる測定ビームは、光学素子９７０によって、対物レンズ９０８に向けられる。対物レンズ９０８の対物レンズ開口部を通る測定ビームの部分は、対物レンズ９０８の光軸に沿って進み、検出ボリューム内に焦点を合わせられる。
【００５５】
これは戻り放射線を生じさせ、戻り放射線は、対物レンズ９０８によって収集され、光学素子９７０によって光ファイバ９６８に結合される。ベースステーション９０２内のスペクトロメータ９０３によって受け取られる戻り放射線は、検出ボリュームを流れる血液の１又は複数の特性を決定するために、分析される。この分析は、プログラム９６２によって実施される。分析の結果は、ディスプレイ９６０に表示される。
【００５６】
血管の関心ボリューム内にレーザビームの焦点を合わせるように、対物レンズ及び皮膚を相対的に移動させるために、対物レンズではなく皮膚を適切な機構によって移動させることも可能であることに留意すべきである。
【００５７】
ある場合には、対物レンズ及び皮膚の相対的な移動が、まったく必要とされない。例えば、測定ヘッドは、皮膚表面に相対的に近い相対的に太い血管を有する身体部分上に配置されることができ、従って、位置付けしなおすことが必要とされない。このような測定は、口腔内で便利に実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の分光システムの実施例のブロック図。
【図２】図１の分光システムの動作を示す図。
【図３】本発明の方法の好適な実施例を示すフローチャート。
【図４】測定ビームのカバレージ内で横方向に対物レンズを移動させるために、対物レンズをオーバーフィルすることを示す図。
【図５】対物レンズの一方向へのより大きい移動を可能にするために、対物レンズに結合される反射光学素子を示す図。
【図６】光学ピックアップユニットの上面図。
【図７】図５の光学ピックアップユニットの側面図。
【図８】回転可能に取り付けられる反射光学素子を有するピックアップユニットを示す図。
【図９】ベースステーションに結合される測定ヘッドのブロック図。
【符号の説明】
【００５９】
１００ 装置、１０１ レーザ光源、１０２ ラマン分光システム、１０３ スペクトロメータ、１０４ イメージングシステム、１０５ ダイクロイックミラー、１０６ イメージング光ビーム、１０７ 光源、１０８ 対物レンズ、１０９ 偏光ビームスプリッタ、１１０ 検出ボリューム、１１１ ＣＣＤカメラ、１１２ 血管、１１３ 入射レーザ光ビーム、１１４ 皮膚、１１５ ダイクロイックミラー、１１７ ラマン戻り光ビーム、１１８ 戻り光、１２２ コントローラ、１２４ 制御プログラム、１３０ プロセッサ、１３２ プログラム、１３４ 幅、１３６ 幅、１３８ アクチュエータ、１４０ 光軸、１４２ 焦点、１４４ 距離、４０５ 対物レンズ、４０７ 対物レンズ開口部、４１３ 測定ビーム、４３４ 幅、４３６ 幅、４４０ 光軸、４４２ 焦点、４４６ 方向、４４８ 方向、５０８ 対物レンズ、５１３ 入射レーザ光ビーム、５１５ 光学素子、５５０ 光軸、５４６ 方向、５４８ 方向、５３４ 幅、５３６ 幅、５４２ 焦点、６０７ 対物レンズ開口部、６０８ 対物レンズ、６１３ 入射レーザ光ビーム、６１５ 反射光学素子、６３６ 幅、６３８ アクチュエータ、６４６ 方向、６４８ 方向、６５０ ピックアップユニット、６５２ 方向、６５４ 方向、６５６ レンズ、６５８ 反射光学素子、９００ 装置、９０２ ベースステーション、９０３ スペクトロメータ、９０４ イメージングシステム、９０６ スペクトロメータ、９０７ 光源、９０８ 対物レンズ、９１１ カメラ、９１４ 皮膚、９３２ プログラム、９３８ アクチュエータ、９６０ 表示ユニット、９６２ プログラム、９６４ 測定ヘッド、９６６ 光ファイバ、９６８ 光ファイバ、９７０ 光学部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学分光法の分野に関し、特に、分析目的での光学分光技法の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析目的での光学分光技法の使用はそれ自体、従来技術から知られている。国際公開第０２／０５７７５８ Ａ１号及び同第０２／０５７７５９ Ａ１号パンフレットは、患者の毛細血管を流れる血液の組成を生体内（インビボ）で非侵襲的に分光分析するための分光分析装置を記載している。毛細血管は、監視装置によって撮像され、励起ビームが、分光分析を実施するために毛細血管に向けられる。例えば、近赤外放射線が、ラマン散乱の励起のために使用される。ラマン散乱された放射線は、血液特性を決定するめに分光器によって分析される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
インビボの血液分析は、従来技術の血液分析と比較して多くの利点を有する。従来技術の血液分析では、血液が例えばニードルを用いて腕から抜き取られ、血液サンプルが化学分析室において分析される。運搬及び分析には、相当な時間を要し、その時間は、２日乃至救急の状況では概して２０分とさまざまである。対照的に、インビボの血液分析は、患者にとっての痛み及び感染症のリスクなく、即座に及且つ連続的に血液の特性を監視することを可能にする。
【０００４】
従って、本発明の目的は、生物学的な管状構造を流れる流体の特性を非侵襲的に決定するための改善された方法、特に、患者の皮下の毛細血管を流れる血液をインビボで非侵襲的に分析するための改善された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、流体の特性を決定する方法を提供する。まず、流体が流れる関心ボリュームの位置が、光学的検出ステップによって決定されることを必要とする。これは、光学対物レンズによって行われる。好適には、イメージング方法が、関心ボリュームの位置を決定するために用いられ、例えば血液が流れる血管の位置を決定するためのパターン認識技法が用いられる。
【０００６】
適切なイメージング方法は、直交偏光スペクトルイメージング（ＯＰＳＩ）、共焦ビデオマイクロスコピー（ＣＶＭ）、光学コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）、共焦レーザスキャニングマイクロスコピー（ＣＬＳＭ）及びドップラーに基づくイメージングを含む。対応するイメージング技法は、それぞれ、国際公開第０２／０５７７５９号パンフレット並びに未だ公開されていない欧州特許出願第０３１００６８９．３号及び同第０３１０２４８１．３号（特許出願人整理番号ＰＨＮＬ０３０２５１及びＰＨＮＬ０３０９４４）明細書に開示されており、これらはすべて、参照によって本願明細書に盛り込まれるものとする。
【０００７】
光学的検出によって決定される関心ボリュームの位置は、対物レンズの光軸上に必ずしも位置するわけではない。この状況において、対物レンズは、対物レンズの焦点が関心ボリューム内に位置付けられるように移動される。
【０００８】
次に、光学分光ステップが、関心ボリュームにおける流体の特性を決定するために実施される。このために、測定ビームは、対物レンズの光軸に沿うように向けられ、関心ボリューム内に焦点を合わせられる。これは、光学分光ステップが、最適な効率及び精度をもって実施されることができるという利点を有する。これは、レーザビームがその光軸に沿ってすすむとき、すなわち光学収差が最小であるとき、対物レンズが最善に機能するという事実による。更に、戻り放射線の収集の効率も最適である。
【０００９】
このようにして、本発明は、流体の特性を決定するための非常に効率的で且つ正確な光学分光を実施するために、相対的に安価な対物レンズを使用することを可能にする。インビボ血液分析のアプリケーションに関する限り、本発明は、それが、光学的検出ステップののち、皮膚を移動させる必要なく、選択された血管内に測定ビームの焦点を合わせることを可能にするので、特に有利である。これは、最適な衛生のために完全に密封される測定ヘッドのコンパクトなデザインを可能にする。皮膚の移動が必要とされないので、測定は、患者にとっての最適な快適さをもって、迅速に実施されることができる。
【００１０】
本発明の好適な実施例によれば、測定ビームのカバレージは、対物レンズ開口部より大きく、すなわち、対物レンズは、「過剰に満たされる（overfilled、過剰に覆われる、オーバーフィルされる）」。これは、対物レンズ開口部が測定ビームのカバレージ内にあるまま、対物レンズの焦点を関心ボリューム内に位置付けるように、対物レンズを移動させることを可能にする。これは、対物レンズのみが移動され、測定ビームが静止したままであるという利点を有する。
【００１１】
本発明の他の好適な実施例によれば、対物レンズに結合される反射光学素子が、対物レンズのより大きな移動を可能にするために使用される。この例では、測定ビームは、それが、対物レンズの光軸に沿って対物レンズ開口部に測定ビームを向ける反射光学素子に当たるとき、対物レンズの光軸に対して垂直な方向を有する。
【００１２】
これは、対物レンズ開口部のオーバーフィリングと組み合わせられることができる。この例において、反射光学素子は、オーバーフィリングによって提供される許容範囲が、関心ボリューム内に焦点を位置付けるのに十分ではないときのみ、対物レンズと共に移動される。この実施例は、オーバーフィリングの程度が最小になりえ、ゆえに利用可能なレーザパワーが効率的に使用されるので、特に有利である。
【００１３】
本発明の他の好適な実施例によれば、対物レンズに結合される反射光学素子に測定ビームを向けるために回転される他の反射光学素子が使用される。このようにして、測定ビームを静止した状態に保ちつつ、対物レンズの２次元の大きな移動が可能にされる。
【００１４】
本発明の好適な実施例によれば、光学ディスクドライブの光学ピックアップユニット及び光路が、対物レンズを移動させるための安価な且つコンパクトな機構として使用される。同じピックアップユニットが、毛細血管上に対物レンズの焦点を合わせるためにも使用されることができる。
【００１５】
毛細血管が十分に高密度に分布していない場合、ピックアップユニットを任意の種類の１次元の移動ステージと組み合わせることが有利である。こうして、反射光学部品の助けを借りて、大きい矩形領域が、カバーされることができる。
【００１６】
本発明の好適な実施例によれば、光学的検出ステップは、関心ボリュームの位置を追跡するために反復的に実施される。対物レンズは、焦点が関心ボリュームの動きに追従するように、移動される。これは、特に、例えば手術中に血液組成を監視する場合のように、より長い時間間隔にわたって流体の特性を監視する場合に有利である。
【００１７】
本発明の他の好適な実施例によれば、共焦ラマンスペクトロスコピーが使用される。ラマン励起レーザからの光は、対物レンズを通じて検出ボリュームに向けられ、ラマン散乱された放射線は、分光分析のために同じ対物レンズによって収集される。本発明は、自然ラマン分光法に制限されず、他の光学分光法も使用されることができることに留意されたい。
【００１８】
これは、（ｉ）誘導ラマン分光法及びコヒーレントアンチストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ）を含む、ラマン散乱に基づく他の方法、（ｉｉ）特に赤外線吸収分光法、フーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分光法及び近赤外線（ＮＩＲ）拡散反射分光法のような赤外分光法、（ｉｉｉ）特に蛍光分光法、多光子蛍光分光法及び反射率分光法のような他の散乱分光法、並びに（ｉｖ）光音響分光法、偏光測定（ポラリメトリ）及びポンプポローブ分光法のような他の分光法、を含む。本発明に適用するための好適な分光技法は、ラマン分光法及び蛍光分光法である。
【００１９】
本発明の以下の好適な実施例は、添付の図を参照することによってより詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、例えば患者の皮下の毛細血管を流れる血液のような、生物学的な管状構造を流れる流体の特性を決定するために使用されることができる装置１００を示している。装置１００は、共焦ラマン分光のためのラマン分光システム１０２及びイメージングシステム１０４を有する。
【００２１】
ラマン分光システム１０２は、レーザ光源１０１及びスペクトロメータ１０３を有する。ラマン戻り放射線は、分光システム１０２のダイクロイックミラー１０５によって、スペクトロメータ１０３に向けられる。
【００２２】
イメージングシステム１０４は、入射イメージング光ビーム１０６を与える光源１０７を有する。イメージング光ビーム１０６は、偏光ビームスプリッタ１０９及びダイクロイックミラー１１５を通じて、対物レンズ１０８に向けられる。
【００２３】
光源１０７のイメージング光ビーム１０６は、例えばＣＣＤカメラ１１１のようなイメージングシステム１０４によって受け取られる戻り光１１８を生じさせる。使用されうるカメラの他のタイプは、ＣＭＯＳ及びフォトダイオードアレイカメラ等である。更に、イメージングシステム１０４は、位置検出の目的でコンピュータプログラム１３２を走らせるプロセッサ１３０を有する。
【００２４】
ラマン分光システム１０２のレーザ光源１０１は、入射レーザ光ビーム１１３を供給し、入射レーザ光ビーム１１３は、ダイクロイックミラー１１５上で反射され、対物レンズ１０８の対物レンズ開口部に向けられる。入射レーザ光ビーム１１３の幅１３４は、対物レンズ１０８の対物レンズ開口部の幅１３６より大きい。
【００２５】
対物レンズ１０８は、機械的にアクチュエータ１３８に結合されている。例えば、アクチュエータ１３８は、対物レンズ１０８をｘｙ平面内で移動させるためのモータ駆動される機械的な移動ステージである。アクチュエータ１３８によって、焦点は、関心ボリューム内にｘ、ｙ及びｚの３次元で位置付けられる必要がある。関心ボリューム内でｚ方向に焦点を位置付けることは、通常、フォーカシングと呼ばれる。更に、アクチュエータ１３８は、ｘ、ｙ平面内の移動に加えて、フォーカシングのためにｚ方向に対物レンズを移動させるためにも使用される。代替例として、アクチュエータ１３８は、圧電素子又は電気機械的な移動ステージである。
【００２６】
ラマン分光システム１０２、イメージングシステム１０４及びアクチュエータ１３８は、コントローラ１２２に結合されている。コントローラ１２２は、装置１００のすべての動作を制御する制御プログラム１２４を有する。
【００２７】
装置１００によってインビボ血液分析を実施するために、患者は、対物レンズ１０８下に、皮膚１１４を有する身体部分を配置する。皮膚１１４は、多くの血管１１２を有する。
【００２８】
装置１００がアクティブにされると、制御プログラム１２４は、イメージングシステム１０４に制御信号を出す。それに応じて、光源１０７は、対物レンズ１０８を通してＣＣＤカメラ１１１によって皮膚１１４のピクチャを撮るために、イメージング光ビーム１０６を供給する。ピクチャは、血管１１２の少なくとも１つを検出するために、プログラム１３２によって分析される。このようにして、分光血液分析を実施するための検出ボリューム１１０が決定される。ここで考察される例において、検出ボリューム１１０は、対物レンズ１０８の光軸１４０上にない。
【００２９】
検出ボリューム１１０の位置は、プログラム１３２から制御プログラム１２４に通信される。制御プログラム１２４は、対物レンズ１０８の光軸１４０から検出ボリューム１１０までの距離を決定する。対物レンズ１０８の実際の位置を決定するために、コントローラ１２２に同様に結合される位置センサ（図示せず）が設けられることができる。しかしながら、対物レンズ１０８の位置の変化を検証するためにイメージングシステム１０４を使用することが好ましい。このようにして、帰還回路が設けられる。
【００３０】
検出ボリューム１１０の位置と光軸１４０との間の距離を決定したのち、制御プログラム１２４は、検出ボリューム１１０上に光軸１４０を位置付けるように対物レンズ１０８をｘｙ平面内で変位させるために、アクチュエータ１３８に制御信号を出す。このようにして、対物レンズ１０８の焦点１４２は、検出ボリューム１１０内で移動される。これは、対物レンズ１０８が、光軸１４０と検出ボリューム１１０との間の距離１４４移動されたあとの図２に示されている。
【００３１】
ｘｙ平面における対物レンズ１０８の移動が、入射レーザ光ビーム１１３の幅１３４によって制限されることに留意すべきである。これは、レーザ光源１０１及びダイクロイックミラー１０５及び１１５を静止した状態に保つことを可能にする。
【００３２】
対物レンズ１０８が、光軸１４０を検出ボリューム１１０に至らせるように距離１４４移動されたのち、制御プログラム１２４は、ラマン分光システム１０２に制御信号を出す。それに応じて、ラマン分光システム１０２は、レーザ光源１０１から入射レーザ光ビーム１１３を供給し、入射レーザ光ビーム１１３は、対物レンズ１０８の光軸１４０に沿って、検出ボリューム１１０に向けられる。
【００３３】
対物レンズ１０８の対物レンズ開口部に当たらない入射レーザ光ビーム１１３の部分は、スペクトロスコピーのために使用されない。このような状況は、対物レンズ１０８の「オーバーフィリング（over filling）」とも呼ばれる。対物レンズ１０８の対物レンズ開口部に当たる入射レーザ光ビーム１１３の部分は、光軸１４０に沿って、検出ボリューム１１０内の焦点１４２に向けられる。
【００３４】
これは、対物レンズ１０８の対物レンズ開口部の幅１３６を有するラマン戻り光ビーム１１７を生じさせる。ラマン戻り光ビーム１１７は、ダイクロイックミラー１１５及び１０５を介して、スペクトロメータ１０３によって受け取られる。スペクトロメータ１０３は、ラマン戻り光ビーム１１７の分光分析を実施する。このようにして、検出ボリューム１１０を流れる血液の１又は複数の特性が決定される。
【００３５】
図３は、対応するフローチャートを示している。ステップ３００において、イメージング方法が、例えば血液分析を実施すべき検出ボリュームのような、関心ボリュームの位置を決定するために実施される。イメージングは、光学対物レンズによって実施される。
【００３６】
ステップ３０２において、対物レンズは、対物レンズの焦点が関心ボリュームに至らせられるように、動かされる。ステップ３０４において、ラマン分光又は別の光学分光法が、対物レンズを通して測定ビームを関心ボリュームに向け、測定ビームによって生じさせられる関心ボリュームからの戻り放射線を対物レンズによって収集することによって、実施される。
【００３７】
図４は、本発明の原理に従って、関心ボリュームの光学的検出及び光学分光の両方のために使用される対物レンズの拡大図である。図１及び図２の素子に対応する図４の素子は、３００を加えた同様の参照数字によって示されている。
【００３８】
対物レンズ４０８は、対物レンズ開口部４０７を有する。対物レンズ開口部４０７は、幅４３６を有する。対物レンズ４０８は、光軸４４０及び焦点４４２を有する。
【００３９】
対物レンズ４０８は、まず、光学的検出ステップによって関心ボリュームの位置を決定するために使用される。関心ボリュームの位置は、図１の例示によって既に説明したように、光軸４４０上に位置していない。
【００４０】
後続の光学分光ステップを実施するために、対物レンズ４０８は、焦点４４２を関心ボリュームに移動させるために、方向４４６又は反対方向４４８に移動される。ここで考察される好適な実施例において、この移動は、測定ビーム４１３の範囲、すなわち測定ビーム４１３の幅４３４によって制限される。対物レンズ４０８は、測定ビーム４１３によってオーバーフィルされる。言い換えると、測定ビーム４１３は、対物レンズ開口部４０７の幅４３６より大きい幅４３４を有する。
【００４１】
測定ビーム４１３の方向は、光軸４４０に平行である。結果として、対物レンズ開口部４０７に当たる測定ビーム４１３の部分もまた、光軸４４０に平行であり、ゆえに焦点４４２に向けられる。そこから、戻り放射線が、対物レンズ４０８によって収集され、分光分析のためにスペクトロメータに送られる。
【００４２】
図５は、同様の素子が、１００を加えた図４と同様の参照数字によって示される代替実施例を示している。図５の実施例において、入射レーザ光ビーム５１３は、対物レンズ５０８の光軸５４０に対して垂直な方向を有する。入射レーザ光ビーム５１３は、光学素子５１５によって、光軸５４０の方向に反射される。図１、図２及び図４の実施例と同様に、入射レーザ光ビーム５１３の幅５３４は、対物レンズ５０８の対物レンズ開口部５０７の幅５３６より大きい。
【００４３】
対物レンズ５０８の対物レンズ開口部５０７が、完全に入射レーザ光ビーム５１３のカバレージ内にあるままである限り、入射レーザ光ビーム５１３及び光学素子５１５が静止した状態のまま、対物レンズ５０８が、方向５４６及び５４８に移動されることができる。対物レンズ５０８が、焦点５４２を関心ボリュームに至らせるために、より大きい距離移動される必要があるとき、光学素子５１５は、対物レンズ５０８と共に動かされ、その一方、入射レーザ光ビーム５１３の位置は変化しないままである。このようにして、対物レンズ５０８の方向５４６及び５４８への大きい移動が、可能にされる。例えば、光学素子５１５は、プリズム又はミラー（図１及び図２の実施例のダイクロイックミラー１１５を参照）である。
【００４４】
図６は、ピックアップユニット６５０の上面図を示している。ピックアップユニット６５０は、対物レンズ６０８をもっている。ピックアップユニット６５０は、対物レンズ６０８を方向６４６及び６４８並びに方向６５２及び６５４に制御可能に移動させるアクチュエータ６３８を有する。入射レーザ光ビーム６１３の位置は固定されている。
【００４５】
上記で考察された実施例のように、レーザ光ビーム６１３の幅６５４は、対物レンズ開口部６０７の幅６３６より大きい。このように、対物レンズ６０８の方向６４６及び６４８への移動は、入射レーザ光ビーム６１３による対物レンズ開口部６０７のカバレージによって制限される。対物レンズ６０８の方向６４６及び６４８への移動の制限は、図６の破線によって示されている。
【００４６】
図７は、ピックアップユニット６５０の側面図を示している。ピックアップユニット６５０は、入射レーザ光ビーム６１３を対物レンズ６０８のレンズ６５６に向ける反射光学素子６１５をもっている。これは、反射光学素子６１５と共に対物レンズ６０８を方向６５２及び６５４に一層大きい距離移動させることを可能にし、その一方、入射光ビーム６１３の位置は変化しないままである。更に、レンズ６５６は、フォーカシングのために垂直に移動されることができる。
【００４７】
ピックアップユニット６５０を実現する１つのやり方は、例えばＣＤプレーヤのような光学ディスクドライブにおいて使用される光学ピックアップユニットによる。
【００４８】
対物レンズ６０８の方向６４６又は６４８への一層大きい変位が要求される場合、付加の反射光学素子６５８が、図８に示すように利用されることができる。反射光学素子６５８は、旋回アーム（図８に図示せず）に回転可能に取り付けられる。代替例として、図７に示すすべての光学素子が、光学アラインメントを最善に維持するために、旋回アームに取り付けられる。反射光学素子６５８の回転によって、反射されるレーザ光ビーム６１３の方向は、方向６４６又は６４８（図６参照）において変化され、従って、対物レンズ６０８が、それに対応してこれらの方向に移動されることができる。
【００４９】
図９は、分光装置９００の代替実施例のブロック図を示している。分光装置９００は、スペクトロメータ９０３、表示ユニット９６０及びプログラム９６２を具えるベースステーション９０２を有する。
【００５０】
ベースステーション９０２は、光ファイバ９６６及び９６８によって、測定ヘッド９６４に結合されている。
【００５１】
測定ヘッド９６４は、光源９０７、カメラ９１１及びプログラム９３２を具えるイメージングシステム９０４を有する。イメージングシステム９０４は、アクチュエータ９３８に結合され、アクチュエータ９３８は、ｘｙ平面において対物レンズ９０８を移動させるために、対物レンズ９０８に機械的に結合されている。更に、測定ヘッド９６４は、光ファイバ９６６を通じて受け取られる入射測定ビームを対物レンズ９０８に向けるとともに、対物レンズ９０８によって収集される戻り放射線を、スペクトロメータ９０３に送るために光ファイバ９６８に結合させる光学素子９７０を有する。
【００５２】
動作中、患者は、測定ヘッド９６４を自分の皮膚上に配置する。イメージングシステム９０４の光源９０７は、イメージング光ビーム（図１のイメージング光ビーム１０６を参照）を供給し、イメージング光ビームは、光学素子９７０によって、対物レンズ９０８を通して皮膚９１４に向けられる。
【００５３】
カメラ９１１によって、皮膚９１４のピクチャが撮られ、そのピクチャは、血管を検出し、血管の１つの範囲内の検出ボリュームを選択するために、プログラム９３２によって分析される。イメージングシステム９０４は、アクチュエータ９３８を制御して、ｘｙ平面内で対物レンズ９０８を移動させることにより、対物レンズ９０８の焦点を、プログラム９３２によって決められた検出ボリュームに至らせる。
【００５４】
光ファイバ９６６を通じてベースステーション９０２から受け取られる測定ビームは、光学素子９７０によって、対物レンズ９０８に向けられる。対物レンズ９０８の対物レンズ開口部を通る測定ビームの部分は、対物レンズ９０８の光軸に沿って進み、検出ボリューム内に焦点を合わせられる。
【００５５】
これは戻り放射線を生じさせ、戻り放射線は、対物レンズ９０８によって収集され、光学素子９７０によって光ファイバ９６８に結合される。ベースステーション９０２内のスペクトロメータ９０３によって受け取られる戻り放射線は、検出ボリュームを流れる血液の１又は複数の特性を決定するために、分析される。この分析は、プログラム９６２によって実施される。分析の結果は、ディスプレイ９６０に表示される。
【００５６】
血管の関心ボリューム内にレーザビームの焦点を合わせるように、対物レンズ及び皮膚を相対的に移動させるために、対物レンズではなく皮膚を適切な機構によって移動させることも可能であることに留意すべきである。
【００５７】
ある場合には、対物レンズ及び皮膚の相対的な移動が、まったく必要とされない。例えば、測定ヘッドは、皮膚表面に相対的に近い相対的に太い血管を有する身体部分上に配置されることができ、従って、位置付けしなおすことが必要とされない。このような測定は、口腔内で便利に実施されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の分光システムの実施例のブロック図。
【図２】図１の分光システムの動作を示す図。
【図３】本発明の方法の好適な実施例を示すフローチャート。
【図４】測定ビームのカバレージ内で横方向に対物レンズを移動させるために、対物レンズをオーバーフィルすることを示す図。
【図５】対物レンズの一方向へのより大きい移動を可能にするために、対物レンズに結合される反射光学素子を示す図。
【図６】光学ピックアップユニットの上面図。
【図７】図５の光学ピックアップユニットの側面図。
【図８】回転可能に取り付けられる反射光学素子を有するピックアップユニットを示す図。
【図９】ベースステーションに結合される測定ヘッドのブロック図。
【符号の説明】
【００５９】
１００ 装置、１０１ レーザ光源、１０２ ラマン分光システム、１０３ スペクトロメータ、１０４ イメージングシステム、１０５ ダイクロイックミラー、１０６ イメージング光ビーム、１０７ 光源、１０８ 対物レンズ、１０９ 偏光ビームスプリッタ、１１０ 検出ボリューム、１１１ ＣＣＤカメラ、１１２ 血管、１１３ 入射レーザ光ビーム、１１４ 皮膚、１１５ ダイクロイックミラー、１１７ ラマン戻り光ビーム、１１８ 戻り光、１２２ コントローラ、１２４ 制御プログラム、１３０ プロセッサ、１３２ プログラム、１３４ 幅、１３６ 幅、１３８ アクチュエータ、１４０ 光軸、１４２ 焦点、１４４ 距離、４０５ 対物レンズ、４０７ 対物レンズ開口部、４１３ 測定ビーム、４３４ 幅、４３６ 幅、４４０ 光軸、４４２ 焦点、４４６ 方向、４４８ 方向、５０８ 対物レンズ、５１３ 入射レーザ光ビーム、５１５ 光学素子、５５０ 光軸、５４６ 方向、５４８ 方向、５３４ 幅、５３６ 幅、５４２ 焦点、６０７ 対物レンズ開口部、６０８ 対物レンズ、６１３ 入射レーザ光ビーム、６１５ 反射光学素子、６３６ 幅、６３８ アクチュエータ、６４６ 方向、６４８ 方向、６５０ ピックアップユニット、６５２ 方向、６５４ 方向、６５６ レンズ、６５８ 反射光学素子、９００ 装置、９０２ ベースステーション、９０３ スペクトロメータ、９０４ イメージングシステム、９０６ スペクトロメータ、９０７ 光源、９０８ 対物レンズ、９１１ カメラ、９１４ 皮膚、９３２ プログラム、９３８ アクチュエータ、９６０ 表示ユニット、９６２ プログラム、９６４ 測定ヘッド、９６６ 光ファイバ、９６８ 光ファイバ、９７０ 光学部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の特性を決定する方法であって、
対物レンズによって関心ボリュームの位置を決定するために光学的検出ステップを実施するステップと、
前記対物レンズの焦点が前記関心ボリュームに位置付けられるように、前記対物レンズを移動させるステップと、
測定ビームによって前記関心ボリュームにおける前記物質の前記特性を決定するために光学分光ステップを実施するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記測定ビームのカバレージが、対物レンズ開口部より大きく、
前記対物レンズが、前記測定ビームに垂直な方向に移動される一方、前記対物レンズは、前記測定ビームの前記カバレージ内にあるままである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記物質が、生物学的な管状構造を流れる流体であり、前記方法が、
前記光学的検出ステップを反復的に実施することによって、前記生物学的な管状構造の動きを追跡するステップと、
前記焦点が関心ボリュームにあるままであるように、前記対物レンズを移動させるステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光学的検出ステップが、イメージング方法によって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ラマン分光法、蛍光分光法、弾性散乱分光法、赤外分光法又は光音響分光法が、前記光学分光ステップを実施するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記物質が血液であり、前記関心ボリュームが血管内に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
関心ボリュームの位置を決定するために、対物レンズを有する光学的検出素子を制御するステップと、
前記対物レンズの焦点が前記関心ボリュームに位置付けられるように前記対物レンズを移動させるために、前記光学的検出素子を制御するステップと、
測定ビームによって前記関心ボリュームにおける物質の特性を決定するために、光学分光素子を制御するステップと、
を実施するプログラム手段を含むコンピュータプログラム。
【請求項８】
前記プログラム手段は、第２の反射光学素子からの前記測定ビームを第１の反射光学素子に向けるように該第２の反射光学素子を制御し、それによって、前記第１の反射光学素子は、前記測定ビームを対物レンズ開口部に向け、前記測定ビームは、前記測定ビームが前記第１の反射光学素子に当たるとき、前記対物レンズの光軸に垂直な方向を有する、請求項７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項９】
物質の特性を決定する分光システムであって、
関心ボリュームの位置を決定するために光学的検出を実施する対物レンズと、
前記対物レンズの焦点が前記関心ボリュームに位置付けられるように、前記対物レンズを移動させる手段と、
測定ビームを供給するように構成され、前記関心ボリュームにおける前記物質の前記特性を決定する光学分光手段と、
を有する分光システム。
【請求項１０】
前記対物レンズを移動させる前記手段が、機械的素子、電子機械的素子及び／又は圧電素子を有する、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１１】
ベースステーション及び測定ヘッドを更に有し、前記ベースステーション及び前記測定ヘッドは、前記ベースステーションから前記測定ヘッドに前記測定ビームを送り、前記測定ヘッドから前記ベースステーションに戻り放射線を送る少なくとも１つの光ファイバによって結合されており、前記測定ヘッドは、前記測定ビームを前記対物レンズ開口部に向ける光学的手段と、前記対物レンズを移動させる手段と、有する、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１２】
前記測定ビームのカバレージが、対物レンズ開口部より大きい、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１３】
前記対物レンズの光軸に垂直な方向を有する前記測定ビームを、前記対物レンズ開口部に向けるための第１の反射光学素子を更に有する、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１４】
前記測定ビームを第１の反射光学素子に向けるための、回転可能に設置される第２の反射光学素子を更に有する、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１】
物質の特性を決定する方法であって、
対物レンズによって関心ボリュームの位置を決定するために光学的検出ステップを実施するステップと、
前記対物レンズの焦点が前記関心ボリュームに位置付けられるように、前記対物レンズを移動させるステップと、
測定ビームによって前記関心ボリュームにおける前記物質の前記特性を決定するために光学分光ステップを実施するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記測定ビームのカバレージが、対物レンズ開口部より大きく、
前記対物レンズが、前記測定ビームに垂直な方向に移動される一方、前記対物レンズは、前記測定ビームの前記カバレージ内にあるままである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記物質が、生物学的な管状構造を流れる流体であり、前記方法が、
前記光学的検出ステップを反復的に実施することによって、前記生物学的な管状構造の動きを追跡するステップと、
前記焦点が関心ボリュームにあるままであるように、前記対物レンズを移動させるステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光学的検出ステップが、イメージング方法によって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ラマン分光法、蛍光分光法、弾性散乱分光法、赤外分光法又は光音響分光法が、前記光学分光ステップを実施するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記物質が血液であり、前記関心ボリュームが血管内に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
関心ボリュームの位置を決定するために、対物レンズを有する光学的検出素子を制御するステップと、
前記対物レンズの焦点が前記関心ボリュームに位置付けられるように前記対物レンズを移動させるために、前記光学的検出素子を制御するステップと、
測定ビームによって前記関心ボリュームにおける物質の特性を決定するために、光学分光素子を制御するステップと、
を実施するプログラム手段を含むコンピュータプログラム。
【請求項８】
前記プログラム手段は、第２の反射光学素子からの前記測定ビームを第１の反射光学素子に向けるように該第２の反射光学素子を制御し、それによって、前記第１の反射光学素子は、前記測定ビームを対物レンズ開口部に向け、前記測定ビームは、前記測定ビームが前記第１の反射光学素子に当たるとき、前記対物レンズの光軸に垂直な方向を有する、請求項７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項９】
物質の特性を決定する分光システムであって、
関心ボリュームの位置を決定するために光学的検出を実施する対物レンズと、
前記対物レンズの焦点が前記関心ボリュームに位置付けられるように、前記対物レンズを移動させる手段と、
測定ビームを供給するように構成され、前記関心ボリュームにおける前記物質の前記特性を決定する光学分光手段と、
を有する分光システム。
【請求項１０】
前記対物レンズを移動させる前記手段が、機械的素子、電子機械的素子及び／又は圧電素子を有する、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１１】
ベースステーション及び測定ヘッドを更に有し、前記ベースステーション及び前記測定ヘッドは、前記ベースステーションから前記測定ヘッドに前記測定ビームを送り、前記測定ヘッドから前記ベースステーションに戻り放射線を送る少なくとも１つの光ファイバによって結合されており、前記測定ヘッドは、前記測定ビームを前記対物レンズ開口部に向ける光学的手段と、前記対物レンズを移動させる手段と、有する、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１２】
前記測定ビームのカバレージが、対物レンズ開口部より大きい、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１３】
前記対物レンズの光軸に垂直な方向を有する前記測定ビームを、前記対物レンズ開口部に向けるための第１の反射光学素子を更に有する、請求項９に記載の分光システム。
【請求項１４】
前記測定ビームを第１の反射光学素子に向けるための、回転可能に設置される第２の反射光学素子を更に有する、請求項９に記載の分光システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５０８０９７（Ｐ２００７−５０８０９７Ａ）
【公表日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３４９０２（Ｐ２００６−５３４９０２）
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５２１１０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３７０９４
【国際公開日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／０５２１１０
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３７０９４
【国際公開日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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