CN102869978A - 散射吸收体测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
从散射吸收体（B）的表面（Ba）所设定的一个光入射位置（I）入射规定波长的光（P），在散射吸收体（B）的表面（Ba）所设定的一个光检测位置（D）检测在散射吸收体（B）的内部传播的光（P）而获得光检测信号，基于该光检测信号，取得有关检测光的光强度的时间波形，基于该时间波形，运算散射吸收体（B）的内部的光（P）的平均光路长度（L）、以及与测量对象区域（B1）中的被测量物质的量关联的信息。此时，基于平均光路长度（L）修正与被测量物质的量关联的信息，使得平均光路长度（L）越长被测量物质的量越多。如果使用该方法，则能够通过简易的方法获得除去了介在组织的影响的测量结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量与例如血液中的血红蛋白等的散射吸收体内物质的量（浓度）相关的信息的方法和装置。
背景技术
在专利文献1中，记载了非侵入地测量散射吸收体的内部的方法。在该测量方法中，对包含测量对象区域和非测量对象区域的散射吸收体，通过光入射单元从光入射位置入射了的脉冲光边散射边通过各个光路到达光检测位置，并由光检测单元检测出。再有，光入射位置和光检测位置中的至少一方是多个。使用该检测光的时间波形，使在非测量对象区域传播的部分光路长度与光路无关而为一定，算出仅测量对象区域的吸收系数变化量。
另外，在非专利文献1中，记载了在根据近红外线分光法（NIRS：near-infrared spectroscopy）的测量中，在体内传播的光的平均光路长度由肌肉或脂肪等的组织结构、血液量和肌肉形状而发生变化。
另外，在非专利文献2中，记载了通过别的方法预先测量脂肪厚度，并将由近红外线分光法测得的血红蛋白量的测量结果根据其脂肪厚度进行修正。
专利文献1：日本特开2003-202287号公报
非专利文献1：Takafumi Hamaoka et al.,‘Near-infraredspectroscopy/imaging for monitoring muscle oxygenation and oxidativemetabolism in healthy and diseased humans’,Journal of Biomedical Optics12(6),062105(November/December 2007)
非专利文献2：Niwayama,Masatsugu et al.,‘Quantitativemeasurement of muscle hemoglobin oxygenation using near-infraredspectroscopy with correction for the influence of a subcutaneous fat layer’,Review of Scientific Instruments,Vol.71No.12,pp.4571-4575(2000)
发明内容
发明所要解决的问题
在使用光的散射吸收体的非侵入测量中，有时散射吸收体除了测量对象区域以外还包含介于该测量对象区域与表皮之间的非测量对象区域（介在组织）。例如，在进行使用了近红外分光法的肌肉的血液循环动态评价的情况下，由于覆盖肌肉的脂肪与肌肉相比血液量显著地少，因此，肌肉作为测量对象区域处理，脂肪作为非测量对象即介在组织处理。
然而，为了非侵入地测量散射吸收体，对测量对象区域，需要经由介在组织入射·检测光。因此，由于介在组织的厚度而使测量结果产生偏差，从而成为使测量精度降低的一个原因。这里，图15（a）和图15（b）是模式地表示散射吸收体100的内部结构的图。在这些图中，散射吸收体100由测量对象区域101和介在组织102构成。图15（a）表示与图15（b）相比介在组织102厚的情况。
如图15（b）所示，在介在组织102的厚度t薄的情况下，入射至散射吸收体100的光P的光路长度中大部分包含于测量对象区域101。因此，获得接近于原本的值的测量值。然而，如图15（a）所示，在介在组织102的厚度t厚的情况下，入射至散射吸收体100的光P的光路长度中通过介在组织102的部分的比例增加了。如此，介在组织102越厚，通过测量对象区域101的部分光路长度越短，因此，相对于原来的值，算出的测量值小。
再有，在上述非专利文献1中，没有记载脂肪厚度与平均光路长度之间有怎样的关系。另外，在非专利文献2所记载的方法中，需要预先对每位被测量者测量测量部位的脂肪厚度，从而存在测量变得复杂的问题。
本发明的目的在于提供一种能够通过简易的方法获得排除了介在组织的影响的测量结果的散射吸收体测量方法和装置。
解决问题的技术手段
为了解决上述的问题，本发明的一个实施方式所涉及的散射吸收体测量方法，是非侵入地测量与包含测量对象区域、以及存在于测量对象区域与表面之间的介在组织的散射吸收体的测量对象区域中的被测量物质的量相关联的信息的方法，其具备：（a）从散射吸收体的表面所设定的一个光入射位置入射规定波长的光的光入射步骤；（b）在散射吸收体的表面所设定的一个光检测位置检测在散射吸收体内部传播的规定波长的光而获得光检测信号的光检测步骤；（c）基于光检测信号，取得有关检测光的光强度的时间波形的信号处理步骤；以及（d）基于时间波形，运算散射吸收体内部的规定波长的光的平均光路长度、以及与测量对象区域中的被测量物质的量关联的信息的运算步骤，在运算步骤中，基于平均光路长度修正与被测量物质的量关联的信息，使得平均光路长度越长被测量物质的量越多。另外，本发明的一个实施方式所涉及的散射吸收体测量装置，是非侵入地测量与包含测量对象区域、以及存在于测量对象区域与表面之间的介在组织的散射吸收体的测量对象区域中的被测量物质的量相关联的信息的装置，其具备：（a）从散射吸收体的表面所设定的一个光入射位置入射规定波长的光的光入射单元；（b）在散射吸收体的表面所设定的一个光检测位置检测在散射吸收体内部传播的规定波长的光而获得光检测信号的光检测单元；（c）基于光检测信号，取得有关检测光的光强度的时间波形的信号处理单元；以及（d）基于时间波形，运算散射吸收体内部的规定波长的光的平均光路长度、以及与测量对象区域中的被测量物质的量关联的信息的运算单元。运算单元基于平均光路长度修正与被测量物质的量关联的信息，使得平均光路长度越长被测量物质的量越多。
本发明人们努力研究，结果发现了，在平均光路长度与介在组织厚度之间存在显著的相关。因此，通过基于平均光路长度修正测量结果（与被测量物质的量关联的信息），从而能够容易地消除介在组织所引起的影响。即，根据该散射吸收体测量方法和装置，能够通过简易方法得到除去了介在组织的影响的测量结果。再有，与被测量物质的量关联的信息是指与被测量物质的数量、浓度、时间变化量、其他的量相关的信息。
另外，在散射吸收体测量方法中，在运算步骤中，可以基于预先取得的、平均光路长度与介在组织的厚度的相关，修正与被测量物质的量相关联的信息。另外，散射吸收体测量装置的运算单元可以基于预先取得的、平均光路长度与介在组织的厚度的相关，修正与被测量物质的量相关联的信息。由此，能够合适地修正与被测量物质的量关联的信息。在该情况下，平均光路长度与介在组织的厚度的相关可以是平均光路长度越长介在组织越厚的关系。
另外，在散射吸收体测量方法中，在运算步骤中，可以基于预先取得的、介在组织的每单位厚度的光路长度，修正与被测量物质的量关联的信息。同样地，散射吸收体测量装置的运算单元可以基于预先取得的、介在组织的每单位厚度的光路长度，修正与被测量物质的量关联的信息。介在组织的每单位厚度的光路长度由仅使被测量物质变化时的被测量物质变化量与介在组织的厚度的关系而得到。或者，在散射吸收体测量方法中，在运算步骤中，可以基于预先取得的、平均光路长度与测量灵敏度的相关，修正与被测量物质的量关联的信息。同样地，散射吸收体测量装置的运算单元可以基于预先取得的、平均光路长度与测量灵敏度的相关，修正与被测量物质的量关联的信息。另外，在散射吸收体测量方法中，在运算步骤中，可以从散射吸收体内部的平均光路长度中通过介在组织或测量对象区域的部分的光路长度、以及平均光路长度，求出平均光路长度与测量灵敏度的相关。同样地，散射吸收体测量装置的运算单元可以从散射吸收体内部的平均光路长度中通过介在组织或测量对象区域的部分的光路长度、以及平均光路长度，求出平均光路长度与测量灵敏度的相关。通过其中的任一者，能够合适地修正与被测量物质的量关联的信息。
另外，在散射吸收体测量方法中，在运算步骤中，可以基于介在组织的每单位厚度的光路长度、以及从预先取得的平均光路长度与介在组织的厚度的相关所得到的介在组织的厚度，推定散射吸收体内部的平均光路长度中通过介在组织的部分的光路长度，从所推定的该光路长度求出测量灵敏度，并使用该测量灵敏度修正与被测量物质的量关联的信息。同样地，散射吸收体测量装置的运算单元可以基于介在组织的每单位厚度的光路长度、以及从预先取得的平均光路长度与介在组织的厚度的相关所得到的介在组织的厚度，推定散射吸收体内部的平均光路长度中通过介在组织的部分的光路长度，从所推定的该光路长度求出测量灵敏度，并使用该测量灵敏度修正与被测量物质的量关联的信息。
另外，在散射吸收体测量方法和散射吸收体测量装置中，测量对象区域是肌肉，介在组织是脂肪。
发明的效果
根据本发明的散射吸收体测量方法和装置，能够通过简易的方法得到除去了介在组织的影响的测量结果。
附图说明
图1是概略地表示优选用于本发明的散射吸收体测量方法的实施的散射吸收体测量装置的一个实施方式的结构的框图。
图2是表示运算处理部的内部结构的一个例子的框图。
图3是用于说明平均光路长度运算部中的平均光路长度的算出方法的图。
图4是描绘使用散射吸收体测量方法实际测量的平均光路长度与使用超声波装置测量的介在组织（脂肪）的厚度的关系的图表。
图5是描绘测量了在前臂部用250mmHg动脉驱血的情况下的被测量物质量（脱氧血红蛋白量）的每1分钟的变化量的结果与介在组织厚度的关系的图表。
图6是描绘测量了在大腿部用250mmHg动脉驱血的情况下的被测量物质量（脱氧血红蛋白量）的每1分钟的变化量的结果与介在组织厚度的关系的图表。
图7是描绘实测的平均光路长度与从式（1）得到的测量灵敏度的关系的图表。
图8是表示平均光路长度与测量灵敏度的相关的图表。
图9是表示TRS测量结果（血流变化量）的典型例的图表。
图10是表示14组的平均光路长度、由平均光路长度推定的介在组织厚度、由部分光路长度推定的测量灵敏度的图表。
图11是描绘根据TRS的修正前的血流量测量值与根据体积描记法（plethysmography）的血流量测量值的相关的图表。
图12是描绘通过测量灵敏度S修正后的根据TRS的血流量测量值与根据体积描记法的血流量测量值的相关的图表。
图13是表示散射吸收体测量方法的处理流程的流程图。
图14是表示散射系数与介在组织厚度的相关的图表。
图15（a）和（b）是模式地表示散射吸收体的内部结构的图。
符号的说明
1…散射吸收体测量装置、10…光入射单元、11…脉冲光源、12…光入射用光导、20…光检测单元、21…光检测用光导、22…光检测器、30…信号处理单元、31…时间波形测量部、40…运算单元、41…运算处理部、50…控制部分、60…主体部、70…显示装置、411…修正前变化量算出部、412…平均光路长度运算部、413…介在组织厚度运算部、414…单位光路长度运算部、415…部分光路长度运算部、416…测量灵敏度运算部、417…修正运算部、B…散射吸收体、B1…测量对象区域、B2…介在组织、Ba…表面、D…光检测位置、P…脉冲光、I…光入射位置。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边详细地说明散射吸收体测量方法和装置的实施方式。另外，在附图的说明中，对相同的要素使用相同的符号，省略重复的说明。
图1是概略地表示优选用于散射吸收体测量方法的实施的散射吸收体测量装置的一个实施方式的结构的框图。该散射吸收体测量装置1是用于算出与散射吸收体（活体组织）B的组织中所包含的被测量物质（氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白）的量相关的信息（量、变化量、浓度等）的装置。再有，散射吸收体B包含测量对象区域B1（例如肌肉）、以及存在于该测量对象区域B1与散射吸收体B的表面Ba之间的介在组织B2（例如脂肪）。由于介在组织B2中血液少，因此，被测量物质的大部分存在于测量对象区域B1。散射吸收体测量装置1算出与存在于测量对象区域B1的被测量物质的量相关的信息。
图1所示的散射吸收体测量装置1具备主体部60和显示部70。主体部60具备光入射单元10、光检测单元20、信号处理单元30、运算单元40、以及进行它们的控制的控制部分50。
光入射单元10是从散射吸收体B的光入射位置I入射规定波长的脉冲光P的单元。在本实施方式中，散射吸收体B的表面Ba上设定有一处光入射位置I。光入射单元10包含产生脉冲光P的脉冲光源11、光入射用光导12。光入射用光导12的输入端与脉冲光源11光学连接。光入射用光导12的输出端配置在散射吸收体B的光入射位置I。
作为脉冲光源11，可以使用发光二极管、激光二极管、各种脉冲激光装置等各种光源。作为脉冲光源11中所产生的脉冲光P，可以使用脉冲的时间宽度短至能够测量散射吸收体B的吸收系数的变化量且以被测量物质的光吸收特性中光吸收率高的波长作为中心波长的脉冲光（例如近红外脉冲光）。作为光入射用光导12，例如可以使用光纤。
光检测单元20是将在散射吸收体B的内部传播的脉冲光P作为检测光来检测的单元。在本实施方式中，散射吸收体B的表面Ba上设定有一处光检测位置D。光检测单元20包含光检测用光导21、以及检测光并变换成电检测信号的光检测器22。光检测用光导21的输入端配置在散射吸收体B的光检测位置D。光检测用光导21的输出端与光检测器22光学连接。
作为光检测用光导21，例如可以使用光纤。作为光检测器22，可以使用光电倍增管、光电二极管、雪崩光电二极管、PIN光电二极管等各种光检测器。光检测器22可以具有能够在从脉冲光源11出射的脉冲光P的波长域内充分地检测出光强度的分光灵敏度特性。另外，当检测光微弱时，也可以使用高灵敏度或高增益的光检测器。
信号处理单元30是对从光检测单元20提供的光检测信号进行规定的信号处理的单元。本实施方式的信号处理单元30包含时间波形测量部31。时间波形测量部31与光检测器22电连接，基于来自于光检测器22的光检测信号取得有关检测光的光强度的时间波形。为了取得该时间波形，从脉冲光源11向时间波形测量部31提供表示脉冲光P的发光时刻的触发信号。通过在多个测量时刻进行脉冲光P的入射和检测，从而获得在其各个测量时刻的时间波形。
运算单元40是基于由时间波形测量部31得到的时间波形，运算与散射吸收体B的测量对象区域B1中的被测量物质的量关联的信息的单元。运算单元40包含运算处理部41。运算处理部41通过进行规定的运算，算出排除了介在组织B2所引起的影响的被测量物质的浓度变化量。运算处理部41与时间波形测量部31电连接，从时间波形测量部31接受与检测光的时间波形相关的信息。
图2是表示运算处理部41的内部结构的一个例子的框图。如图2所示，本实施方式的运算处理部41包含修正前变化量算出部411、平均光路长度运算部412、介在组织厚度运算部413、单位光路长度运算部414、部分光路长度运算部415、测量灵敏度运算部416和修正运算部417。
修正前变化量算出部411基于从时间波形测量部31提供的检测光的时间波形，求出散射吸收体B中的从上一次的测量时刻开始的吸收系数变化量Δμa。吸收系数变化量Δμa可以从检测光的光强度的变化算出，也可以作为由扩散方程式得到的定量值μa的差分而算出。从修正前变化量算出部411中所算出的Δμa，能够导出被测量物质（氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、总血红蛋白）的浓度变化量。
平均光路长度运算部412基于从时间波形测量部31提供的检测光的时间波形，算出平均光路长度L。再有，为了解析可以将该平均光路长度L提供给修正前变化量算出部411。
介在组织厚度运算部413从平均光路长度运算部412接受与平均光路长度L相关的信息，并基于平均光路长度L与介在组织B2的厚度（图1所示的尺寸A）的相关，推定介在组织B2的厚度。平均光路长度L与介在组织B2的厚度A的相关预先保存在例如非挥发性存储器等的存储单元，介在组织厚度运算部413从存储单元读出与对应于平均光路长度L的厚度A相关的数值。
单位光路长度运算部414运算介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA。在单位光路长度运算部414中，与介在组织B2的厚度A和在仅使被测量物质的浓度变化的情况下的修正前变化量ΔX的相关相关的信息，被预先保存在例如非挥发性存储器等的存储单元。介在组织B2的厚度A可以从介在组织厚度运算部413的存储单元推定，也可以在超声波装置等本装置以外测量。单位光路长度运算部414基于它们的相关，算出介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA。
例如，单位光路长度运算部414从介在组织B2的厚度A与仅使被测量物质的浓度变化的情况下的修正前变化量ΔX的相关，如以下所述推定介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA。
首先，由下式（1）求得的数值可以视为测量灵敏度（修正系数S）。再有，在下式（1）中，LM是通过散射吸收体B全体的平均光路长度L中通过测量对象区域B1的部分的光路长度。LF是通过介在组织B2的部分的光路长度。
[数1]
S=LM/L=(L-LF)/L……（1）
此外，通过介在组织B2的部分光路长度LF例如由下式（2）表示。
[数2]
LF=2×A×LA……（2）
其中，A是从介在组织厚度运算部413提供的介在组织B2的厚度，LA是介在组织B2的每单位厚度的光路长度。
介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA、仅使被测量物质的浓度变化的情况下的测量对象区域中的被测量物质变化量ΔXB1、与仅使由测量所得到的被测量物质变化的情况下的修正前变化量ΔX的关系，由下式（3）表示。
[数3]
ΔX=(LM/L)×ΔXB1
=((L-LF)/L)×ΔXB1
=((L-(2×A×LA)/L))×ΔXB1……（3）
此外，在测量对象区域B1的同一部位中的氧消耗量几乎没有个体差的这样的假定的基础上，进行下面的处理。使用由在一处的光入射和在一处的光检测所取得的安静时的平均光路长度L、从该平均光路长度L推定的介在组织厚度A、以及仅使被测量物质变化时的被测量物质的修正前变化量ΔX，准备与多人相关的上式（3）。单位光路长度运算部414进一步算出从上述（3）导出的下式（4）成为最小的那样的共同的LA（介在组织B2的每单位厚度的光路长度）和ΔXB1（测量对象区域B1的被测量物质变化量）。
[数4]
在存储单元中，累积与介在组织B2的厚度A和仅使被测量物质的浓度变化的情况下的修正前变化量ΔX的相关相关的信息，若决定了介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA，则不需要对每位被试验者进行仅使被测量物质的浓度变化的别的测量。
部分光路长度运算部415算出通过散射吸收体B全体的平均光路长度L中通过介在组织B2的部分的光路长度（部分光路长度LF）。部分光路长度运算部415使用例如数式（2），从由介在组织厚度运算部413提供的介在组织B2的厚度A、以及由单位光路长度运算部414提供的介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA，求出部分光路长度LF。
测量灵敏度运算部416基于部分光路长度LF算出由式（1）推定的测量灵敏度（修正系数）S。
修正运算部417使用由测量灵敏度运算部416算出的测量灵敏度S，修正由修正前变化量算出部411算出的被测量物质（氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、总血红蛋白）的变化量。
再次参照图1。显示部70连接于主体部60。显示部70根据需要显示介在组织B2的厚度A或修正后的被测量物质（氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、总血红蛋白）的变化量。
对使用上述的散射吸收体测量装置1的散射吸收体测量方法进行详细的说明。图3是用于说明平均光路长度运算部412中的平均光路长度L的算出方法的图。在图3中，纵轴表示光量（对数刻度），横轴表示时间。曲线G11是在时刻t0从光入射单元10向散射吸收体B入射的脉冲光强度的时间波形（入射波形）。曲线G12是与在时刻t0所入射的脉冲光对应的检测光强度的时间波形（检测波形）。在散射吸收体B的内部传播的光到达光检测位置D的时间由于其传播情况而不一样，另外，由于在散射吸收体B的散射或吸收而衰减。因此，如图3的曲线G12所示，检测波形成为某种一定的分布曲线。由从时刻t0开始到作为检测波形的波形重心而算出的时刻t1为止的平均传播时间T与光速c的积，算出平均光路长度（=T×c）。再有，在该计算中，作为时刻t0可以使用成为入射波形的波形重心的时刻。
图4是描绘使用这样的方法实际测量的平均光路长度L与使用超声波装置测量的介在组织（脂肪）B2的厚度A的关系的图表。在图4中，纵轴表示介在组织厚度A（cm），横轴表示平均光路长度L（cm）。另外，在图4中，黑圆的点表示散射吸收体B是前臂部（N=36，其中，N是被试验者数）的情况，正方形的点表示散射吸收体B是大腿部（N=11，测量大腿部的多个地方）的情况。
如图4所示，可知介在组织厚度A越厚，平均光路长度L越长。介在组织厚度A与平均光路长度L的相关优选由例如图4所示的近似直线L1来表示。再有，该近似直线L1由下式（5）表示，其R2值是0.7391。再有，该关系式不限定于式（5），也可以通过增加数据数来改变近似式。
[数5]
A=0.0505L-0.2221……（5）
基于上述关系式（5），能够从平均光路长度L推定介在组织B2的厚度A。在本实施方式中，使用由平均光路长度运算部412所得到的平均光路长度L和上述式（5），在介在组织厚度运算部413中推定介在组织B2的厚度A。再有，在现有的CW测量中，不能测量平均光路长度，使用相对于光纤间距离的常数（Differential Pathlength Factor（光程差因子）：DPF）值。因此，平均光路长度无个体差，只能按照标准化后的值处理平均光路长度。
图5和图6分别是描绘测量了分别用250mmHg对前臂部（N=36）和大腿部（N=7）进行动脉驱血的情况下的、被测量物质量（脱氧血红蛋白量）的每1分钟的变化量的结果、与介在组织厚度A的关系的图表。在图5和图6中，纵轴表示脱氧血红蛋白量的变化量，横轴表示介在组织厚度A。
在驱血状态下即在没有血液的流出或流入的状态下，由于肌肉的氧消耗而使氧合血红蛋白减少，脱氧血红蛋白增加。如图5和图6所示，介在组织厚度A越厚，脱氧血红蛋白量的变化量的测量值越减少。由于在散射吸收体B的相同部位的肌肉氧消耗量个体差小，因此可知，介在组织厚度A越厚，脱氧血红蛋白量的测量值越评价为过少。在上述的散射吸收体测量装置1中，在修正运算部417中，使用数式（1）所表示的测量灵敏度S来修正该过小评价分。
这里，若在测量灵敏度运算部416中求出测量灵敏度S时，能够推定平均光路长度L中测量对象区域B1中的部分光路长度LM，则能够由数式（1）求出测量灵敏度S。然而，虽然如果使用仿真则可以进行部分光路长度LM的推定，但需要假定各构成要素（测量对象区域B1、介在组织B2等）的光学系数或厚度，并不现实。相对于此，在本实施方式中，由于能够从平均光路长度L推定介在组织厚度A，因此，在单位光路长度运算部414，能够从由在一处的光入射和在一处的光检测得到的测量数据、以及平均光路长度L与被测量物质的变化量的关系，求出介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA。此外，使用所得到的介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA、平均光路长度L、以及介在组织厚度A，通过数式（1）和（2），能够在测量灵敏度运算部416中，求出部分光路长度LM和LF，并进一步求出测量灵敏度S。
在例如测量对象区域B1是肌肉且介在组织B2是脂肪的情况下，由于与肌肉相比脂肪的血液量或氧消耗量极其小，因此，可以认为在驱血时，几乎不会产生介在组织B2的血液量变化。另一方面，在测量对象区域B1中氧消耗量大。因此，由于驱血而增加的测量对象区域B1的脱氧血红蛋白变化量ΔHbm、由测量所得到的脱氧血红蛋白变化量ΔHb的关系，由下式（6）表示。
[数6]
ΔHb=(LM/L)×ΔHbm
=((L-LF)/L)×ΔHbm
=((L-(2×A ×LA)/L))×ΔHbm……（6）
此外，在测量对象区域B 1的相同部位中的氧消耗量几乎无个体差这样的假定的基础上，使用由在一处的光入射和在一处的光检测所取得的安静时的平均光路长度L、从该平均光路长度L推定的介在组织厚度A、以及驱血时的脱氧血红蛋白变化量ΔHb，准备与多人相关的上式（6）。于是，单位光路长度运算部414算出从上述（6）导出的下式（7）成为最小的那样的共同的LA（介在组织B2的每单位厚度的光路长度）和ΔHbm（测量对象区域B1的脱氧血红蛋白变化量）。由此，使用所得到的介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA、平均光路长度L、以及介在组织厚度A，能够在测量灵敏度运算部416中，从式（1）和（2）对每位被试验者求出测量灵敏度S。
[数7]
再有，在本实施方式的方法中，若从预先累积的数据导出介在组织厚度A或者平均光路长度L与测量灵敏度S的关系，则由于可以使用该关系式，因此对每位被试验者不赋予驱血等的负荷也可以。
实际上，从图5和图6的测量数据求出前臂部和大腿部的LF和ΔHbm。ΔHbm被推定为，前臂部是23.11μM、大腿部是13.47μM。另外，相对于介在组织厚度（脂肪厚度）1cm的部分光路长度LF被推定为，前臂部是9.14cm，大腿部是9.57cm。
这里，图7是描绘实测的平均光路长度L与从上式（1）得到的测量灵敏度S的关系的图表。在图7中，纵轴表示测量灵敏度S，横轴表示介在组织厚度A。另外，在图7中，正方形的标记表示前臂部，三角形的标记表示大腿部，星状的标记表示理论值。再有，理论值的数式如下所述。
[数8]
如图7所示，介在组织厚度A越厚，测量灵敏度S越小。另外，通过使用上式（5）将该图7的横轴从介在组织厚度A置换成平均光路长度L，从而即使不测量介在组织厚度A，也能够从平均光路长度L导出测量灵敏度S。再有，在图2所示的测量灵敏度运算部416中，从测量灵敏度S与介在组织厚度A的关系式，算出适用于本测量时的测量灵敏度S。
于是，最终，在修正运算部417中，通过用测量灵敏度S除与被测量物质的量相关的测量值（例如脱氧血红蛋白变化量ΔHb），从而能够推定排除了介在组织B2的影响的测量对象区域B1的值（例如测量对象区域B1的脱氧血红蛋白变化量ΔHbm）。
通过上述方法，介在组织B2中的每单位长度（1cm）的部分光路长度LA被推定为例如平均为约9.4cm。因此，测量平均光路长度L，并从该平均光路长度L推测介在组织厚度A，将其与所推定的部分光路长度LA的数值一起代入上式（2），由此能够算出介在组织B2的部分光路长度LF。于是，使用该部分光路长度LF，能够从上式（1）推定测量对象区域B1内部的贡献率，并求出测量灵敏度S。
另外，若将图7的横轴换算成平均光路长度L，则成为图8所示那样的图表。图8表示平均光路长度L与测量灵敏度S的相关，可知平均光路长度L越长测量灵敏度S越小。即，由于若测量安静时的平均光路长度L则能够导出测量灵敏度S，因此，不需要使用超声波测量等的方法来测量介在组织厚度A。另外，在图8中，一并表示了介在组织厚度A为0时测量灵敏度S变为1那样的理论曲线L2。在下式（9）表示该理论曲线L2的函数。再有，用于测量灵敏度S的推定的关系式不限定于该理论曲线L2，也可以使用最适合的近似式。
[数9]
这里，为了检验上述的根据平均光路长度L的测量值的修正是否适当，对同时实施根据时间分解分光系统（TRS）的测量与根据体积描记法（plethysmography）的测量的结果（其中，N=14）进行说明。“体积描记法”是指对测量部位（例如前臂部）进行静脉驱血，利用各种方法测量由于持续流入的动脉血流而增加的该部位的容积的方法。另一方面，在TRS中，可以将对测量部位静脉驱血时的每单位时间的被测量物质（例如血红蛋白）的变化量视为血流量。因此，基于由TRS所测量的平均光路长度L，使用上述的方法来推定介在组织（脂肪）厚度A和测量灵敏度S，使用该测量灵敏度S来修正TRS测量值（血流值），进行该修正值与由体积描记法所得的测量值的比较。
首先，作为约定（protocol），进行3组10秒钟的前臂部静脉驱血（40mmHg）和10秒钟的驱血解除。将此时的血流量作为安静时血流量（即初始值）。接着，进行3分钟的动静脉驱血（250mmHg）。然后，在3分钟的驱血解除后，接着多次重复10秒钟的静脉驱血（40mmHg）和10秒钟的驱血解除。再有，3分钟的动静脉驱血后的反应称为反应性充血，血流再开后的血流量从驱血前的安静时血流量增加了几倍。因此，在一个个体内可以取得各种血流量数据。
图9是表示实际进行该约定时的TRS测量结果（血流变化量）的典型例的图表。在图9中，纵轴表示血红蛋白浓度的变化量（μM），横轴表示时间（分）。另外，曲线G21表示氧合血红蛋白（HbO2）量，曲线G22表示脱氧血红蛋白（Hb）量，曲线G23表示总血红蛋白（tHb）量。
另外，图10是表示14组平均光路长度L、由平均光路长度L推定的介在组织厚度A、由部分光路长度LF推定的测量灵敏度S的图表。通过用图10所示的测量灵敏度S来除修正前的由TRS所得的血流量测量值，从而求出修正后的血流量测量值。
图11和图12是描绘根据TRS的血流量测量值与根据体积描记法的血流量测量值的相关的图表。图11表示修正前的它们的相关，图12表示由测量灵敏度S修正后的情况下的它们的相关。再有，在图11和图12中，纵轴表示根据TRS的血流量测量值，横轴表示根据体积描记法的血流量测量值。血流量的单位与体积描记法相匹配而换算成（ml/min/100g）。
如图11所示，在修正前，近似直线L3的TRS值相对于体积描记法值的斜度是0.4。相对于此，如图12所示，由测量灵敏度S修正后，近似直线L4的斜度大致为1，TRS值接近于体积描记法值。
由以上所述，在获得了介在组织厚度A或平均光路长度L与测量灵敏度S的相关的状况下，只要测量平均光路长度L，便可以进行与被测量物质的量相关的数据的灵敏度修正。
再有，在上述的方法中举出了血流量的测量为例子。在进行与运动时的肌肉代谢相关的测量时，首先进行安静状态下的测量并从平均光路长度L算出介在组织厚度A或测量灵敏度S，接着可以将通过测量灵敏度S修正进行了运动时的血液变化量后的值显示在显示部70。由此，被测量者能够实时地确认（脂肪的影响除外了的）肌肉的血液变化量。另外，被测量者也能够获知脂肪厚度。
图13是表示以上所述的散射吸收体测量方法的处理流程的流程图。即，在本实施方式的散射吸收体测量方法中，如图1所示，首先从散射吸收体B的表面Ba所设定的一个光入射位置I入射规定波长的脉冲光P（光入射步骤S1）。接着，在散射吸收体B的表面Ba所设定的一个光检测位置D检测在散射吸收体B的内部传播的脉冲光P，获得光检测信号（光检测步骤S2）。
接着，基于该光检测信号，取得有关检测光的光强度的时间波形（信号处理步骤S3）。于是，基于该时间波形，运算散射吸收体B的内部的平均光路长度L、以及与测量对象区域B1中的被测量物质的量关联的信息（变化量等）（运算步骤S4）。在该运算步骤S4中，基于平均光路长度L，修正与被测量物质的量关联的信息，使得平均光路长度L越长，被测量物质的量越多。例如，由于平均光路长度L越长，介在组织厚度A越厚（参照图4），因此，可以基于预先取得的这样的相关，修正与被测量物质的量关联的信息。或者，由于平均光路长度L越长测量灵敏度S越小（参照图8），因此，可以基于预先取得的这样的相关，修正与被测量物质的量关联的信息。或者，可以基于预先取得的介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA，修正与被测量物质的量关联的信息。再有，介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA，通过仅使被测量物质变化时的被测量物质变化量与介在组织B2的厚度的关系而得到。
或者，可以基于预先得到的平均光路长度L与测量灵敏度S的相关，修正与被测量物质的量关联的信息。在这种情况下，平均光路长度L与测量灵敏度S的相关，从散射吸收体B的内部的平均光路长度L中通过介在组织B2或测量对象区域B1的部分的光路长度（部分光路长度LM或LF）、以及平均光路长度L而求出。
或者，可以基于介在组织B2的每单位厚度的光路长度LA、以及从预先取得的平均光路长度L和介在组织厚度A的相关所得到的介在组织厚度A，推定散射吸收体B的内部的平均光路长度L中介在组织B2的部分光路长度LF，从所推定的该部分光路长度LF求出测量灵敏度S，并使用该测量灵敏度S修正与被测量物质的量关联的信息。
通过以上所说明的散射吸收体测量方法，可以获得如下效果。即，根据该方法，能够从平均光路长度L推定介在组织厚度A，因此，即使不使用超声波装置等实测介在组织厚度A，也能够正确地求出与测量对象区域B1的被测量物质的量相关的信息。因此，与由于被测量者或测量部位而不同的介在组织厚度A没有关系，可以进行与被测量物质的量相关的信息的比较。
本发明的散射吸收体测量方法和装置不限于上述的实施方式，可以进行其它各种变形。例如，在上述实施方式中，说明了将本发明适用于时间分解测量法的情况，但上述实施方式也可以适用于能够测量平均光路长度的其它方法例如位相差法。另外，即使是CW法那样的不能够测量平均光路长度L的方法，若事先通过时间分解分光法等测量平均光路长度L，则也能够对由那样的方法所得到的测量结果进行修正。
另外，在上述实施方式中，说明了实时进行测量值的修正的情况，但也可以在测量结束后进行修正。另外，上述实施方式中所示的介在组织厚度与平均光路长度的相关只是一个例子。另外，修正所使用的数式能够适用于各种修正关系式。另外，在上述实施方式中使用安静时所测量的平均光路长度，但不限于安静时，测量条件一致即可。另外，在上述实施方式中，作为单位光路长度运算部414中所使用的、为了测量仅使被测量物质的浓度变化的情况下的修正前变化量而仅使被测量物质变化的方法，使用驱血。然而，仅使被测量物质变化的方法不限于此，满足上述条件即可，可以是由药剂进行的方法，也可以是仿真。
另外，在上述实施方式中，作为被测量物质，例示了血红蛋白（氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、总血红蛋白），但若是吸收规定波长的光的物质，则也可以是其它物质。另外，在上述实施方式中，对已经算出的血液变化量进行了用测量灵敏度除的修正，但也可以修正血红蛋白换算前的吸收系数变化量。通过从修正后的吸收系数变化量换算成血红蛋白，可以作为修正后的血红蛋白处理。
另外，上述实施方式中的修正是相对于吸收变化量的修正，但通过将相对变化量加到从扩散方程式得到的定量值，也可以作为定量的值来处理。由此，也可以算出氧饱和度（SO2）。
另外，在上述实施方式中作为测量对象区域例示了肌肉，作为介在组织例示了脂肪，但测量对象区域和介在组织不限定于这些。例如，在测量头时，可以将上述实施方式适用于将测量对象区域作为脑组织、将介在组织作为头盖等之类的各种多层构造组织。
另外，在上述实施方式中，利用了平均光路长度与介在组织厚度的关系，但也可以利用例如如图14所示那样的散射系数与介在组织厚度的关系来修正测量值。如图14所示，介在组织厚度越厚散射系数越大，基于该相关（或者，基于将该介在组织厚度置换成平均光路长度的相关），能够合适地修正测量值。
另外，根据上述实施方式的测量方法，能够从平均光路长度推定介在组织厚度。因此，除了修正与测量对象区域中的测量对象物质的量相关的信息以外，例如也能够替代测量介在组织厚度的现有方法（超声波装置等），来测量介在组织厚度。
产业上的可利用性
本发明可以作为能够通过简易的方法获得消除了介在组织的影响的测量结果的散射吸收体测量方法和装置来加以利用。
Claims (16)
1.一种散射吸收体测量方法，其特征在于，
是非侵入地测量与包含测量对象区域、以及存在于所述测量对象区域与表面之间的介在组织的散射吸收体的所述测量对象区域中的被测量物质的量关联的信息的方法，
具备：
光入射步骤，从所述散射吸收体的所述表面所设定的一个光入射位置入射规定波长的光；
光检测步骤，在所述散射吸收体的所述表面所设定的一个光检测位置检测在所述散射吸收体内部传播的所述规定波长的光而获得光检测信号；
信号处理步骤，基于所述光检测信号，取得有关检测光的光强度的时间波形；以及
运算步骤，基于所述时间波形，运算所述散射吸收体内部的所述规定波长的光的平均光路长度、以及与所述测量对象区域中的所述被测量物质的量关联的信息，
在所述运算步骤中，基于所述平均光路长度修正与所述被测量物质的量关联的信息，使得所述平均光路长度越长所述被测量物质的量越多。
2.根据权利要求1所述的散射吸收体测量方法，其特征在于，
在所述运算步骤中，基于预先取得的、所述平均光路长度与所述介在组织的厚度的相关，修正与所述被测量物质的量相关联的信息。
3.根据权利要求2所述的散射吸收体测量方法，其特征在于，
所述平均光路长度与所述介在组织的厚度的相关是所述平均光路长度越长所述介在组织越厚的关系。
4.根据权利要求1所述的散射吸收体测量方法，其特征在于，
在所述运算步骤中，基于预先取得的、所述介在组织的每单位厚度的光路长度，修正与所述被测量物质的量关联的信息。
5.根据权利要求1所述的散射吸收体测量方法，其特征在于，
在所述运算步骤中，基于预先取得的、所述平均光路长度与测量灵敏度的相关，修正与所述被测量物质的量关联的信息。
6.根据权利要求5所述的散射吸收体测量方法，其特征在于，
在所述运算步骤中，从所述散射吸收体内部的所述平均光路长度中通过所述介在组织或所述测量对象区域的部分的光路长度、以及所述平均光路长度，求出所述平均光路长度与所述测量灵敏度的相关。
7.根据权利要求1所述的散射吸收体测量方法，其特征在于，
在所述运算步骤中，基于所述介在组织的每单位厚度的光路长度、以及从预先取得的所述平均光路长度与所述介在组织的厚度的相关所得到的所述介在组织的厚度，推定所述散射吸收体内部的所述平均光路长度中通过所述介在组织的部分的光路长度，从所推定的该光路长度求出测量灵敏度，并使用该测量灵敏度修正与所述被测量物质的量关联的信息。
8.根据权利要求1~4中的任一项所述的散射吸收体测量方法，其特征在于，
所述测量对象区域是肌肉，所述介在组织是脂肪。
9.一种散射吸收体测量装置，其特征在于，
是非侵入地测量与包含测量对象区域、以及存在于所述测量对象区域与表面之间的介在组织的散射吸收体的所述测量对象区域中的被测量物质的量关联的信息的装置，
具备：
光入射单元，从所述散射吸收体的所述表面所设定的一个光入射位置入射规定波长的光；
光检测单元，在所述散射吸收体的所述表面所设定的一个光检测位置检测在所述散射吸收体内部传播的所述规定波长的光而获得光检测信号；
信号处理单元，基于所述光检测信号，取得有关检测光的光强度的时间波形；以及
运算单元，基于所述时间波形，运算所述散射吸收体内部的所述规定波长的光的平均光路长度、以及与所述测量对象区域中的所述被测量物质的量关联的信息，
所述运算单元基于所述平均光路长度修正与所述被测量物质的量关联的信息，使得所述平均光路长度越长所述被测量物质的量越多。
10.根据权利要求9所述的散射吸收体测量装置，其特征在于，
所述运算单元基于预先取得的、所述平均光路长度与所述介在组织的厚度的相关，修正与所述被测量物质的量相关联的信息。
11.根据权利要求10所述的散射吸收体测量装置，其特征在于，
所述平均光路长度与所述介在组织的厚度的相关是所述平均光路长度越长所述介在组织越厚的关系。
12.根据权利要求9所述的散射吸收体测量装置，其特征在于，
所述运算单元基于预先取得的、所述介在组织的每单位厚度的光路长度，修正与所述被测量物质的量关联的信息。
13.根据权利要求9所述的散射吸收体测量装置，其特征在于，
所述运算单元基于预先取得的、所述平均光路长度与测量灵敏度的相关，修正与所述被测量物质的量关联的信息。
14.根据权利要求13所述的散射吸收体测量装置，其特征在于，
所述运算单元从所述散射吸收体内部的所述平均光路长度中通过所述介在组织或所述测量对象区域的部分的光路长度、以及所述平均光路长度，求出所述平均光路长度与所述测量灵敏度的相关。
15.根据权利要求9所述的散射吸收体测量装置，其特征在于，
所述运算单元基于所述介在组织的每单位厚度的光路长度、以及从预先取得的所述平均光路长度与所述介在组织的厚度的相关所得到的所述介在组织的厚度，推定所述散射吸收体内部的所述平均光路长度中通过所述介在组织的部分的光路长度，从所推定的该光路长度求出测量灵敏度，并使用该测量灵敏度修正与所述被测量物质的量关联的信息。
16.根据权利要求9~15中的任一项所述的散射吸收体测量装置，其特征在于，
所述测量对象区域是肌肉，所述介在组织是脂肪。
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