JPH0331049B2 - - Google Patents
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- JPH0331049B2 JPH0331049B2 JP59060445A JP6044584A JPH0331049B2 JP H0331049 B2 JPH0331049 B2 JP H0331049B2 JP 59060445 A JP59060445 A JP 59060445A JP 6044584 A JP6044584 A JP 6044584A JP H0331049 B2 JPH0331049 B2 JP H0331049B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、レーザー光によるスペツクル現象を
用いて生体組織の血流状態を測定するレーザース
ペツクル血流計に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a laser speckle blood flow meter that measures the state of blood flow in living tissue using speckle phenomenon caused by laser light.
一般に、レーザー光を散乱物体に向けて照射す
ると乱反射によつて波面が乱され、ランダムな斑
点模様のいわゆるスペツクルパターンが形成され
る。そして、散乱物体が時間とともに移動する場
合には、このスペツクルパターンは時々刻々変化
し、スペツクルパターンを受光する側の固定され
た位置で観測すると、スペツクルの光強度が時間
とともに変化することになる。本発明はこれをを
生体組織の血流測定に応用したものである。 Generally, when a laser beam is irradiated toward a scattering object, the wavefront is disturbed by diffused reflection, forming a so-called speckle pattern. If the scattering object moves over time, this speckle pattern will change from time to time, and if the speckle pattern is observed from a fixed position on the receiving side, the light intensity of the speckle will change over time. Become. The present invention applies this to measurement of blood flow in living tissues.
ところで従来、血流計としては特開昭55−
63634号公報に記載される装置が知られている。
これは移動している血球からのレーザー散乱光を
光検出器で受光し、光検出器の出力信号の周波数
範囲0〜20KHzに含まれる多数のうなり周波数成
分のうち、高域フイルタで直流成分を除去し、残
りの交流成分を増幅して光検出器の全出力信号で
除算することにより、血流の状態と相関をもたせ
ることを基本としている。 By the way, conventionally, as a blood flow meter, there was a
A device described in Japanese Patent No. 63634 is known.
In this method, a photodetector receives laser scattered light from moving blood cells, and a high-pass filter extracts the DC component among the many beat frequency components included in the frequency range of 0 to 20KHz of the output signal of the photodetector. The basic idea is to create a correlation with the state of blood flow by removing the AC component, amplifying the remaining AC component, and dividing it by the total output signal of the photodetector.
そして、この従来装置はレーザー空どうのモー
ド干渉に起因するノイズを消去するため、1本の
光出射フアイバーで照射された血球部の相互に隣
接した2つの領域から、2本の受光フアイバーを
介して対応する2つの光検出器へ散乱光を導き、
差動増幅器により減算を行つているものであり、
既にレーザードツプラー血流計として市販されて
いる。 In order to eliminate noise caused by mode interference in the laser beam, this conventional device uses two light-receiving fibers to emit light from two adjacent areas of the blood cell irradiated by one light-emitting fiber. and guide the scattered light to two corresponding photodetectors.
Subtraction is performed using a differential amplifier,
It is already commercially available as a laser Doppler blood flow meter.
しかしながら、この従来装置においてはコア直
径約1mmの大口径フアイバーが用いられているた
めに、スペツクル信号は受光フアイバーのコア直
径が大きくなると、全受光量が増加して検出に有
利となる反面、信号は空間的に平均化され信号成
分の振幅が低下して、レーザー光源と光検出器の
雑音、電子回路の発生する熱雑音が無視できなく
なり、これが従来装置において測定値を不安定と
する原因となつていた。また、大口径フアイバー
は小さな振動が加わつても大きなモーダルノイズ
つまり光フアイバーー固有の雑音を発生するた
め、微かなフアイバーの揺動でも測定値の読み取
りが不能となることがしばしばあつた。 However, since this conventional device uses a large-diameter fiber with a core diameter of approximately 1 mm, the speckle signal is is spatially averaged, the amplitude of the signal component decreases, and the noise of the laser light source and photodetector, as well as the thermal noise generated by the electronic circuit, cannot be ignored, and this is the cause of unstable measured values in conventional equipment. I was getting used to it. In addition, large-diameter fibers generate large modal noises, that is, noise unique to optical fibers, even when small vibrations are applied to them, so even slight vibrations of the fibers often made it impossible to read measured values.
本発明は上記従来装置の欠点を取除き、測定値
が安定し、しかも簡易な構成からなるレーザース
ペツクル血流計を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser speckle blood flow meter that eliminates the drawbacks of the conventional devices, provides stable measured values, and has a simple configuration.
上述の目的を達成するための本発明の要旨は、
レーザー光源と、該レーザー光源からの光を生体
内の血球に照射する照射用光伝送手段と、光照射
された血球による時間とともに変動するレーザー
スペツクル信号を伝送する受光用光伝送手段と、
該受光用光伝送手段により伝送されたスペツクル
信号を検出する光検出器とを有し、該光検出器で
検出されたスペツクル信号を基に血流値を算出す
る装置において、前記受光用光伝送手段はコア直
径が100μm以下の1本の光フアイバーとし、前記
光検出器は光電子倍増管としたことを特徴とする
レーザースペツクル血流計である。 The gist of the present invention to achieve the above objects is as follows:
a laser light source, an irradiation light transmission means for irradiating light from the laser light source to blood cells in a living body, a light reception light transmission means for transmitting a laser speckle signal that changes over time due to the irradiated blood cells;
and a photodetector that detects a speckle signal transmitted by the light-receiving light transmission means, and a device that calculates a blood flow value based on the speckle signal detected by the light-receiving device, wherein the light-receiving light transmission means The laser speckle blood flow meter is characterized in that the means is a single optical fiber with a core diameter of 100 μm or less, and the photodetector is a photomultiplier tube.
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて
説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明に係る装置の全体概略図であ
る。He−Neレーザー光源LBからの可干渉レー
ザー光は、1本の光出射フアイバーF1を通して
皮膚面Sを照射し、約約1mmの深さまで組織に入
つて毛細血管の血球で散乱されて形成されるスペ
ツクル光が、1本の受光フアイバーF2を介して
光電子増倍管PMで検出される。そして、血球の
移動に応じて光電子増倍管PMの出力は時間とと
もに変化し、この光電子増倍管PMの出力は増幅
器Aで増幅される。増幅器Aの出力は周波数解析
器FAに入力して周波数分布を観察するか、又は
以下に詳述するマルチチヤンネルフイルタMF、
マイクロコンピユータμCOMに入力して信号処理
がなされる。なお、同時に増幅器Aの出力は高域
フイルタ、周波数−電圧変換器F/Vに入力する
が、これは必要に応じて零交差法処理を行うため
に用いられる。 FIG. 1 is an overall schematic diagram of an apparatus according to the present invention. The coherent laser light from the He-Ne laser light source LB irradiates the skin surface S through one light emitting fiber F1, enters the tissue to a depth of approximately 1 mm, and is scattered by blood cells in the capillaries to form a coherent laser beam. The speckle light is detected by a photomultiplier tube PM via one receiving fiber F2. The output of the photomultiplier tube PM changes with time in accordance with the movement of blood cells, and the output of the photomultiplier tube PM is amplified by the amplifier A. The output of amplifier A can be input to a frequency analyzer FA to observe the frequency distribution, or can be input to a multi-channel filter MF, which will be described in detail below.
The signal is input to the microcomputer μCOM for signal processing. At the same time, the output of amplifier A is input to a high-pass filter and a frequency-to-voltage converter F/V, which is used to perform zero-crossing processing as required.
すなわち、周波数−電圧変換器F/Vは高域フ
イルタHFを通して直流分をカツトし、交流分が
抽出されたスペツクル信号を零レベルと比較し
て、両者が合致する毎に立上がり、一定の時定数
をもつて減衰するパルス列を発生させ、更に内蔵
する低域フイルタを通して平均化された電圧出力
に変換する。ここで、パルスの繰り返し周波数が
高いところでは高い電圧値を出力し、この出力を
積分回路により時間積分する。そして時間積分さ
れた積分値が、所定時間内のパルスの繰り返し周
波数を表示することになり、血流状態が速ければ
積分値が高く表示され、逆に血流状態が遅ければ
低く表示されることになる。 In other words, the frequency-voltage converter F/V cuts the DC component through the high-pass filter HF, compares the speckle signal from which the AC component is extracted with the zero level, and rises every time the two match, with a constant time constant. It generates a pulse train that is attenuated by a pulse rate, and then passes through a built-in low-pass filter to convert it into an averaged voltage output. Here, a high voltage value is output where the pulse repetition frequency is high, and this output is time-integrated by an integrating circuit. The time-integrated integral value then displays the repetition frequency of the pulse within a predetermined time; if the blood flow is fast, the integral value will be displayed high, and conversely, if the blood flow is slow, the integral value will be displayed low. become.
なお、光出射フアイバーF1のコア直径を小さ
くすると、スペツクルパターン変化を粗くするこ
とができるため、受光フアイバーF2と同様に光
出射フアイバーF1のコア直径も小さくすること
が望ましい。そこで本発明においては、受光フア
イバーF2のコア直径、更には光出射フアイバー
F1のコア直径も100μm以下の光フアイバーを用
いて、S/N比の大幅な改善と耐震性の向上を図
つている。特に本発明者の実験によれば、光出射
フアイバーF1のコア直径を80μm、受光フアイ
バーF2のコア直径10μmとして良好な結果を得
た。 Note that if the core diameter of the light-emitting fiber F1 is made small, the change in the speckle pattern can be made rougher, so it is desirable to make the core diameter of the light-emitting fiber F1 small as well as the light-receiving fiber F2. Therefore, in the present invention, optical fibers having a core diameter of 100 μm or less for the light-receiving fiber F2 and also for the light-emitting fiber F1 are used to significantly improve the S/N ratio and earthquake resistance. In particular, according to experiments conducted by the present inventor, good results were obtained when the core diameter of the light-emitting fiber F1 was 80 μm and the core diameter of the light-receiving fiber F2 was 10 μm.
なお、本発明においては従来装置の如く受光フ
アイバーを2本必要とするものでなく、1本使用
するものであつて、装置の構成が簡易となり、ま
たコストの低下を図ることができる。 The present invention does not require two light-receiving fibers as in the conventional device, but uses one light-receiving fiber, which simplifies the structure of the device and reduces costs.
さて記述した如く本発明においては、第1図及
び第2図に例示される信号処理系を介して従来装
置における方式と異なる方式でスペツクル信号処
理を行う。すなわち、従来装置では光検出器で検
出した信号を高周波フイルタを通した後に、全受
光量で除算して正規化することを基本方式として
いたが、この方式ではレーザー光源、光検出器や
信号処理回路が発生するノイズの時間変動によつ
て直接影響を受け、測定値のドリフトを生じ易
い。またフアイバー径を変更すると、全受光量に
対する高周波成分の値も変わるため再調整しなけ
ればならなかつた。 As described above, in the present invention, speckle signal processing is performed using a method different from that in the conventional apparatus through the signal processing system illustrated in FIGS. 1 and 2. In other words, in conventional equipment, the basic method was to normalize the signal detected by the photodetector by passing it through a high-frequency filter and then dividing it by the total amount of received light. It is directly affected by the time fluctuation of noise generated by the circuit, and is likely to cause drift in measured values. Furthermore, when the fiber diameter is changed, the value of the high frequency component relative to the total amount of light received also changes, so readjustment is required.
本発明ではこの従来方式と異なり、スペツクル
信号を周波数解析器FAにかけて得られるパワー
スペクトルを両対数グラフにプロツトし、その傾
きつまり周波数勾配を求めたり、低周波成分に対
する高周波成分の比を直接演算する方式を採用し
ている。後者については具体的には、第2図にお
いて光検出器の出力のうち低帯域40Hz、高帯域
640Hzを各々選択的に通過させるバンドパスフイ
ルタBPFa、BPFbにより、各振幅|VL|、|
VH|が得られ、アナログ・デイジタル変換器
A/D、マイクロコンピユータμCOMにより両者
の強度比に準じた値HLR=|VH|2/|VL|2
が演算され、プリンタPTによりプリントアウト
される。すなわち、2つの異なる周波数Hzでのパ
ワースペクトラムの比により、周波数勾配が得ら
れることになる。 In the present invention, unlike this conventional method, the power spectrum obtained by subjecting the speckle signal to the frequency analyzer FA is plotted on a log-log graph, and its slope, that is, the frequency slope, is determined, and the ratio of high frequency components to low frequency components is directly calculated. method is adopted. Regarding the latter, specifically, in Figure 2, the low band 40Hz and high band output of the photodetector are
Bandpass filters BPFa and BPFb each selectively pass 640Hz, each amplitude |VL|, |
VH| is obtained, and the analog-to-digital converter A/D and microcomputer μCOM calculate a value based on the intensity ratio of both HLR = |VH| 2 / |VL| 2
is calculated and printed out by the printer PT. That is, the ratio of the power spectra at two different frequencies, Hz, will yield the frequency slope.
この周波数勾配は皮膚面Sの各部位で異なり、
また血流量を人為的に変えると変化することが確
かめられた、すなわち、第3図a,b,c,dは
各々下唇、指先、首、足の各部位におけるパワー
スペクトルを示すが、各部位により周波数勾配は
異なる。また、第4図は上腕部を締めつける前後
における手のひらの部位のパワースペクトルを示
している。ここで、第4図のaは通常の血流状
態、bは空気圧で上腕部を締めつけ血流を停止し
た状態、cは血流の停止を解除した状態でのパワ
ースペクトルである。このようにして、同一部位
における血流状態の変化が周波数勾配の変化とな
つて現われることが理解される。 This frequency gradient differs in each part of the skin surface S,
It was also confirmed that artificially changing the blood flow changes the power spectrum. In other words, Figure 3 a, b, c, and d show the power spectra at the lower lip, fingertips, neck, and foot, respectively. The frequency gradient differs depending on the region. Further, FIG. 4 shows the power spectrum of the palm before and after tightening the upper arm. Here, in FIG. 4, a is a power spectrum in a normal blood flow state, b is a power spectrum in a state where the upper arm is tightened with air pressure to stop blood flow, and c is a power spectrum in a state where the stoppage of blood flow is released. In this way, it is understood that a change in the blood flow state at the same site appears as a change in the frequency gradient.
第5図は第4図a,b,cの各状態でのHLR
=|VH2|/|VL|2を時系列的に示している。 Figure 5 shows HLR in each state of Figure 4 a, b, and c.
=|VH 2 |/|VL| 2 is shown in chronological order.
なお、上述した周波数勾配は測定系自体が発生
する雑音のレベルが変化しても、影響を受けない
ため極めて安定な測定が可能となる。 Note that the above-mentioned frequency gradient is not affected even if the level of noise generated by the measurement system itself changes, so extremely stable measurement is possible.
以上のように本発明に係るレーザースペツクル
血流計によれば測定値が安定し、しかも除算器、
差動増幅器等が不要で簡単な構成で生体組織の血
流状態を測定できることになる。そして、本発明
により内科・外科領域においては、末梢循環不全
の診断と病態の評価に用いることができ、また形
成外科領域においては皮膚及び皮弁移植後の血流
状態を測定して移植手術の経過の判断等を簡便に
行うことができる。 As described above, according to the laser speckle blood flow meter according to the present invention, the measured values are stable, and the divider
This means that the state of blood flow in living tissue can be measured with a simple configuration without the need for a differential amplifier or the like. The present invention can be used in the medical and surgical fields to diagnose peripheral circulatory insufficiency and evaluate pathological conditions, and in the plastic surgery field, it can be used to measure blood flow conditions after skin and skin flap transplantation to improve transplant surgery. The progress can be easily judged.
第1図は本発明に係るレーザースペツクル血流
計の全体概略図、第2図は周波数勾配を求める演
算系の概略図、第3図a,b,c,dは各々下
唇、指先、首、足の各部位のパワースペクトル
図、第4図は上腕部を締めつける前後の手のひら
のパワースペクトル図、第5図は第4図の各状態
における周波数勾配を時系列的に示した説明図で
ある。
符号LBはレーザー光源、PMは光電子増倍管、
Aは増幅器、FAは周波数解析器、HFは高域フ
イルタ、F/Vは周波数−電圧変換器、MFはマ
ルチチヤンネルフイルタ、BPFa、BPFbはバン
ドパスフイルタ、A/Dはアナログ・デジタル変
換器、μCOMはマイクロコンピユータ、PTはプ
リンタである。
Fig. 1 is an overall schematic diagram of the laser speckle blood flow meter according to the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram of the calculation system for calculating the frequency gradient, and Figs. 3 a, b, c, and d are the lower lip, fingertip, Figure 4 is a power spectrum diagram of each part of the neck and legs, Figure 4 is a power spectrum diagram of the palm before and after tightening the upper arm, and Figure 5 is an explanatory diagram showing the frequency gradient in each state in Figure 4 in chronological order. be. Symbol LB is a laser light source, PM is a photomultiplier tube,
A is an amplifier, FA is a frequency analyzer, HF is a high-pass filter, F/V is a frequency-voltage converter, MF is a multi-channel filter, BPFa, BPFb are bandpass filters, A/D is an analog-to-digital converter, μCOM is a microcomputer and PT is a printer.
Claims (1)
生体内の血球に照射する照射用光伝送手段と、光
照射された血球による時間とともに変動するレー
ザースペツクル信号を伝送する受光用光伝送手段
と、該受光用光伝送手段により伝送されたスペツ
クル信号を検出する光検出器とを有し、該光検出
器で検出されたスペツクル信号を基に血流値を算
出する装置において、前記受光用光伝送手段はコ
ア直径が100μm以下の1本の光フアイバーとし、
前記光検出器は光電子倍増管としたことを特徴と
するレーザースペツクル血流計。1. A laser light source, an irradiation light transmission means for irradiating light from the laser light source to blood cells in a living body, and a light reception light transmission means for transmitting a laser speckle signal that changes over time due to the irradiated blood cells; and a photodetector that detects a speckle signal transmitted by the light-receiving light transmission means, and a device that calculates a blood flow value based on the speckle signal detected by the light-receiving device, wherein the light-receiving light transmission means The means is a single optical fiber with a core diameter of 100 μm or less,
A laser speckle blood flow meter characterized in that the photodetector is a photomultiplier tube.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59060445A JPS60203236A (en) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | Laser speckle blood flow meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59060445A JPS60203236A (en) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | Laser speckle blood flow meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60203236A JPS60203236A (en) | 1985-10-14 |
| JPH0331049B2 true JPH0331049B2 (en) | 1991-05-02 |
Family
ID=13142480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59060445A Granted JPS60203236A (en) | 1984-03-28 | 1984-03-28 | Laser speckle blood flow meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60203236A (en) |
Families Citing this family (5)
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| JPH01124437A (en) * | 1987-11-07 | 1989-05-17 | Hitoshi Fujii | Blood flow monitor apparatus |
| JPH0763453B2 (en) * | 1987-08-04 | 1995-07-12 | 仁 藤居 | Blood flow distribution display device |
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Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
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| SE419678B (en) * | 1978-10-31 | 1981-08-17 | Gert Erik Nilsson | SET AND DEVICE FOR Saturation of flow fluxes in a fluid |
-
1984
- 1984-03-28 JP JP59060445A patent/JPS60203236A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60203236A (en) | 1985-10-14 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |