JP2001033381A

JP2001033381A - 光応用生体測定法及び測定装置

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Publication number: JP2001033381A
Application number: JP11210867A
Authority: JP
Inventors: Manami Kobayashi; まなみ小林; Yoshio Tsunasawa; 義夫綱澤; Yasunobu Ito; 康展伊藤; Ikuo Konishi; 郁夫小西
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】多数の検出器を必要とせず、単一の２次元検
出器で得られる被検体の２次元画像情報によって、測定
時における絶対量を簡易に短時間で得る。【解決手段】生体に対して光を照射し、生体より放出
される光を２次元検出器で検出し、検出画像を用いて生
体情報を測定する測定法において、複数の測定波長によ
る生体の複数画素の測定画像データと、測定波長と同じ
測定波長による少なくとも一画素の基準画像データとを
求め、測定画像データ及び基準画像データに対して測定
波長毎に異なる所定の重みを掛けて足し合わせる演算を
画素単位で行い、生体組織に関する絶対量の二次元情報
を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光応用生体測定法
及び光応用生体測定装置に関し、生体内の各部分におけ
る酸素化ヘモグロビンや脱酸素化ヘモグロビン等の生体
組織の絶対量を２次元的に測定するものであり、生体の
組織の正常、異常の診断に適用することができるもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】生体等の被検体に光を照射し、被検体に
よって散乱、反射、吸収された光を受光し、被検体の組
織を光学的に測定する光学的測定方法や装置が知られて
いる。この光学的測定に関して従来より種々の技術が提
案されている。以下、光学的測定の従来技術の例を列挙
する。生体等に可視光から近赤外線の波長の光を照射
し、生体内部で吸収あるいは散乱した後、生体内部から
出てくる光を受光し、この検出光の吸収スペクトルを測
定することによって、生体の組織を調べたり診断する生
体モニターが知られている。この生体モニターとして酸
素モニターが知られている。酸素モニターは、酸素と結
合した酸素化ヘモグロビン（オキシヘモグロビン）と酸
素が離れた脱酸素化ヘモグロビン（デオキシヘモグロビ
ン）とのスペクトルの相違を用いて、酸素化ヘモグロビ
ンや脱酸素化ヘモグロビンの相対変化や絶対量を無侵襲
により測定するものである。

【０００３】一般に生体測定では、含有濃度が既知ある
いはゼロ濃度でありながら、他の光学特性が生体と同じ
特性を持った基準物質が得られないため、特定時刻の値
からの相対変化量を得ることは比較的容易であるが、絶
対量を測定することは難しい。そこで、絶対量の測定に
ついては、組成が均一であることを仮定した上で、複数
の検出器を光源からの距離を異ならせて配置し、該複数
の検出器の複数の出力を用いて求めるものが提案されて
いる。この絶対量測定を２次元に適用する場合には、光
源と検出器の組み合わせが複数組み必要であり、多数の
光源及び検出器を被検体に配置しなければならない。

【０００４】また、２次元検出器や多数の検出器の２次
元的に配置することによって、２次元の画像出力あるい
は２次元画像に近似した出力を得るものも提案されてい
るが、この場合に得られる出力は単に２次元的画像に過
ぎず、絶対量についての情報は含まれていない。この
他、光学的測定装置の測定深度の点について、反射測定
で測定される測定深さは、波長と送光点と受光点との距
離に依存することが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光学的測定装置におい
て、皮膚等の生体の浅い部分の血管や血流の状態を診断
することが求められる場合がある。このような生体の浅
い部分の血管や血流が正常であるか否かを判断するに
は、測定深度の浅い部分において、その測定時における
絶対量の２次元的な情報が必要である。しかしながら、
上記したような従来の光学的測定において、被検体から
の反射光や透過光を２次元検出器で検出して２次元の画
像を求める方法では、基準値が得られないため測定値は
相対的なものであって絶対量を得ることができず、求め
た画像は単に時間変化を示しているに過ぎず、血管や血
流の状態の診断に対して意味のあるものとならない。

【０００６】また、前記した絶対量の測定方法を用いて
２次元的な情報を得るには、光源からの距離を異ならせ
て複数個の検出器を配置すると共に、各検出器について
絶対量を求める演算が必要となる。そのため、被検体に
応じて多数の光源及び検出器の配置や設置間隔を変更し
たり、該配置に基づいて多数の検出信号の演算処理を設
定すると共に該演算を実行する必要がある。被検体は、
各被検体によっても、また同一の被検体であっても測定
条件によって異なるため、各測定毎に調整が必要とな
る。そのため、装置構成が複雑化したり演算時間が長時
間化するといった問題が生じる。また、前記した絶対量
測定では、被検体の組成が均一であることを仮定してい
るため、組成が不均一な場合には測定値が有意なものと
はいえず、正確な診断を行うことができないという問題
もある。

【０００７】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決し、多数の検出器を必要とせず、単一の２次元検出
器で得られる被検体の２次元画像情報によって、測定時
における絶対量を簡易に短時間で得ることができる光学
的測定装置を提供することを目的とし、生体の組織状態
を診断することができる光学的測定装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検体を２次
元検出器で検出して得られる２次元の測定画像データ
と、被検体と独立して得られる基準画像データとをそれ
ぞれ複数の測定波長で求め、この複数の測定波長による
測定画像データと基準画像データとを用いて演算を行う
ことによって、測定時における絶対量を得るものであ
り、これによって血管状態や血流状態等の生体の組織状
態の診断に供する。生体情報の１例として、患者の血管
が細くなったり詰まるといった狭窄状態等に関する情報
がある。この方法では生体の特定時刻からの変化量では
なく、その時点の値が得られるので、被検体に負荷を加
える操作を省略できる点に特徴がある。

【０００９】本発明の光応用生体測定法は、生体に対し
て光を照射し、生体より放出される光を２次元検出器で
検出し、検出画像を用いて生体情報を測定する測定法に
おいて、複数の測定波長による生体の複数画素の測定画
像データと、測定波長と同じ測定波長による少なくとも
一画素の基準画像データとを求め、測定画像データ及び
基準画像データに対して測定波長毎に異なる所定の重み
を掛けて足し合わせる演算を画素単位で行い、生体組織
に関する絶対量の二次元情報を算出する。また、本発明
の光応用生体測定装置は、本発明の光応用生体測定法を
実施する測定装置であり、生体に対して光を照射し、生
体より放出される光を２次元検出器で検出し、検出画像
を用いて生体情報を測定する測定装置において、複数の
測定波長で生体の２次元の測定画像データを測定する画
像測定手段と、測定波長と同じ測定波長で求めた少なく
とも一画素の基準画像データを有し、測定画像データ及
び基準画像データに測定波長毎に異なる所定の重みを掛
けて足し合わせる演算を画素単位で行い、生体組織に関
する絶対量の二次元情報を算出する画像演算手段とを備
える。

【００１０】基準画像データ及び測定画像データを求め
る複数の測定波長の波長値、及び測定波長の個数は、求
める生体情報に応じて定めることができる。また、生体
組織に関する絶対量の二次元情報を求めるための画像演
算の演算内容は、画像データのデータ種やデータ個数、
及び求める生体情報の内容に応じて定める。

【００１１】図１は本発明の光応用生体測定の概略構成
を説明するための図である。図１において、光源１１に
よる照射によって被検体１０unk及び反射率が一定の基
準体１０stdから放出される放出光を２次元検出器等の
検出器２１で検出し、被検体１０unkについて複数の波
長（波長λ１〜波長λｎ）の測定画像データＤ１（un
k），Ｄ２（unk），・・・，Ｄｎ（unk）を求め、基準
体１０stdについて同じ複数の波長（波長λ１〜波長λ
ｎ）の基準画像データＤ１（std），Ｄ２（std），・・
・，Ｄｎ（std）を求める。反射率が一定の基準体１０s
tdは、２次元検出器の測定レンジ内であれば任意の反射
率とすることができ、例えば白やグレーの紙を用いるこ
とができる。なお、検出ノイズのレベルと検出信号のレ
ベルとの比率を考慮すると、基準体の反射率は被検体と
同程度のものが望ましい。

【００１２】ここで測定画像データＤ１（unk），Ｄ２
（unk），・・・，Ｄｎ（unk）は一つの数値ではなく、
画素行列を代表して表すものとする。例えば、１００×
１００の１万画素による画像の場合には、Ｄ１（unk）
は本来縦・横１００行×１００行の行列で表される総画
素数１００００個の量を有する。ここでは、表記を簡略
化するために、その内の一つの画素を代表してＤ１（un
k）と表すことにする。従って、計算中にＤ１（unk），
Ｄ２（unk），・・・，Ｄｎ（unk）が現れるときは、同
様の数値が行列の総画素数だけ有することを意味する。
また、基準画像データＤ１（std），Ｄ２（std），・・
・，Ｄｎ（std）も一つの数値ではなく、画素単位のデ
ータを表す。なお、基準画像データは、測定画像データ
の全画素に対応して同じ画素数のデータを有する形態と
することも、あるいは測定画像データの複数の画素に対
して１つのデータを対応させる形態とすることもでき、
測定画像データの全画素に対して１つの基準画像データ
を対応させることもできる。基準画像データは、被検体
の測定の前または後、あるいはあらかじめ求めておくこ
ともできる。

【００１３】生体組織に関する絶対量の二次元情報を算
出する画像演算では、測定画像データ及び基準画像デー
タに対して測定波長毎に異なる所定の重みを掛けて足し
合わせる演算を画素単位で行う。演算ｆは画像演算の一
例であり、複数の波長λ１〜λｎの画像データ中から波
長λ１〜λｍの測定画像データＤ１（unk）〜Ｄｍ（un
k）と基準画像データＤ１（std）〜Ｄｍ（std）を用
い、測定画像データと基準画像データとの差において、
異なる波長間で所定の重みを掛けて足し合わせる演算を
行ない、これを基にして生体情報を求める。なお、演算
内容や演算中の重みは、求める生体情報や波長に対応す
る。基準画像データＤ１（std）〜Ｄｍ（std）が各波長
において１画素のデータのみである場合には、測定画像
データＤ１（unk）〜Ｄｍ（unk）の各画素データに対し
て波長毎に１つのデータを用いて演算を行う。

【００１４】本発明は、反射率が一定の基準体を測定し
て得られる基準画像データと、被検体から得られる測定
画像データとの間で画像演算を行うものであり、これに
よって、光源の光強度や光源と被検体との距離、あるい
は被検体と二次元検出器との距離など、被検体を光学的
に測定する光学的測定条件の変化によって測定画像デー
タが変動しても、同様に測定条件の変化を受ける基準画
像データによって該測定条件の変化を補償し、測定時点
での絶対量を求めることができる。

【００１５】基準画像データは、以下に示すような各種
の態様で求めることができる。第１の態様の基準画像デ
ータは、反射率が均一な基準体を複数の測定波長で複数
画素によって生体の測定と独立して求める。この態様の
基準画像データは測定画像データの各画素に対応するデ
ータを備え、絶対量の二次元情報は、測定画像データと
対応する画素の基準画像データとの間で行う演算で算出
する。第１の態様では、基準体と被検体の光学的測定条
件を同一とすることによって、光源や２次元検出器との
距離に伴うデータ値の変化を補償することができる。第
２の態様の基準画像データは、反射率が均一な単一の基
準体を生体上に置き、複数の測定波長によって単一箇所
の画像データを検出し、単一の画素の画像データまたは
複数の画素から算出される画像データを単一の基準画像
データとして求める。この態様の基準画像データは単一
の基準画像データであり、絶対量の二次元情報は、測定
画像データの各画素と単一の基準画像データとの間で行
う演算によって算出する。

【００１６】第３の態様の基準画像データは、反射率が
均一な基準体を生体上に複数置き、複数の測定波長によ
って複数箇所の画像データを検出し、複数箇所の画像デ
ータを補間演算することによって二次元の基準画像デー
タを求める。この態様の基準画像データは二次元の基準
画像データであり、測定画像データと対応する画素の基
準画像データとの間で行う演算によって算出する。第４
の態様の基準画像データは、生体上の時間変化の少ない
箇所において複数の測定波長で検出した画像データを単
一の基準画像データとして求める。この態様の基準画像
データは単一の基準画像データであり、絶対量の二次元
情報は、測定画像データの各画素と単一の基準画像デー
タとの間で行う演算によって算出する。

【００１７】本発明において、測定波長は４００ｎｍか
ら１０００ｎｍの間の少なくとも二つの波長とし、該２
波長で求めた測定画像データ及び基準画像データを用い
て、オキシヘモグロビン量又はデオキシヘモグロビン量
を求める。オキシヘモグロビンの絶対量［ＯxyＨb ］又
はデオキシヘモグロビンの絶対量［deＯxyHb］は、以下
の式（１）に示すように、２波長（λ１，λ２）の測定
画像データＤ１（unk），Ｄ２（unk）及び基準画像デー
タＤ１（std），Ｄ２（std）から得られる４つの画像デ
ータについて各画素の値に所定の重みｋ１，ｋ２，ｋ
３，ｋ４を掛け、これらを加減算する演算処理を行って
求める。［ＯxyＨb ］＝k1×D1（unk）+ k2×D2（unk）−k1×D1（std）−k2×D2（std）［deＯxyHb］＝k3×D1（unk）+ k4×D2（unk）−k3×D1（std）−k4×D2（std） …（１）なお、Ｄ１（unk），Ｄ２（unk）は波長λ１，λ２の測
定画像データの１画素を代表する値を示し、Ｄ１（st
d），Ｄ２（std）は波長λ１，λ２の基準画像データの
１画素を代表する値を示している。上記Ｄ１，Ｄ２など
の量は２次元検出器の各画像の出力そのもの、または暗
信号を差し引いたもの、あるいは対数変換後の量であ
る。

【００１８】上記式（１）において、［ＯxyＨb ］はオ
キシヘモグロビンの絶対量の画素値、［deOxyHb］はデ
オキシヘモグロビンの絶対量の画素値である。［ＯxyＨ
b ］の値は、測定画像データと基準データの２波長成分
から得られる４つの画素値Ｄ１（std），Ｄ２（std），
Ｄ１（unk），Ｄ２（unk）に、重みとして（−ｋ１，−
ｋ２，ｋ１，ｋ２）を掛けて足しあわせる処理によって
得られる。また、［deOxyHb］の値は、同じ元の画素値
Ｄ１（std），Ｄ２（std），Ｄ１（unk），Ｄ２（unk）
に重みとして（−ｋ３，−ｋ４，ｋ３，ｋ４）を掛けて
足しあわせる処理によって得られる。なお、上記演算を
各画素毎に行うため、得られる画像は、オキシヘモグロ
ビンあるいはデオキシヘモグロビンの絶対量を各画素と
する画像である。

【００１９】本発明で求めた生体に関する二次元情報を
画像化することにより、生体情報を目視で確認すること
ができ、例えば、血管分布中に血管閉塞等が存在する場
所において、デオキシヘモグロビンやオキシヘモグロビ
ンについて測定時点の状態を画像で確認でき、血管閉塞
のような生体状態を診断することができる。本発明によ
れば、測定時点の絶対値を求めることができるため、従
来の相対値を測定して行う診断のように生体の血流状態
を変化させる必要がなく、カフによる結搾等の操作を不
要とすることができる。

【００２０】また、本発明の他の形態は、本発明の光応
用生体測定で測定した複数波長画像データの１つの画像
データを基にして外形画像を形成し、該外形画像に多波
長の画像データから求めた画像を重ねて表示する。この
表示によって、生体情報の位置確認が容易となるという
効果を奏することができる。この際、外形画像は元の多
波長画像の１つを使うだけなので余分のハード装置を要
さず、外形画像と機能画像との重ね合わせができるとい
う大きな利点がある。

【００２１】本発明によれば、生体組織の各部分の酸素
供給の活性度分布を画像表示することができ、パターン
から血管の閉塞等の異常判断を行うことができる。ま
た、本発明によれば、Ｘ線や造影剤を必要としないた
め、生体に対する影響を減少させることができ、治療効
果の判断等において繰り返し測定に好適な測定を行うこ
とができる。本発明によれば、２次元検出器の適用によ
って２次元の画像データを取得することができるため
に、多数の送受光器が不要であり、装置を小型とするこ
とができる他、装置の価格を抑えることができ、また、
測定に試薬を要さないため、検査の経費を抑制すること
ができる。

【００２２】さらに、本発明の光応用生体測定におい
て、検出信号に含まれる波長に依存しない変動分を除去
する以下の方法を適用することができる。本発明の発明
者は、光応用生体測定の評価を行い、検出信号に波長に
依存しない変動分が含まれる点、及び該変動分を除去す
る方法を見出した。基準の物体は通常平面であるのに対
して、被検体は通常立体である。そのため、被検体の面
の内で、例えば光源に対して斜めになっている部分は陰
となり、照射される光の強度は弱くなる。そのため、被
検体の陰の部分は基準の物体の平面に対比して照射条件
が異なることになる。このため、前記の式（１）におい
て同じ係数を用いて演算を行うと、影の部分に大きな誤
差が生じることになる。この被検体の凹凸による検出信
号の変動分は波長に依存しない成分である。

【００２３】そこで、この波長に依存しない変動分を除
去するために、変数として、オキシヘモグロビン及びデ
オキシヘモグロビンに加えて、波長非依存性変動分の変
数を追加し、合計変数を３とする連立方程式を解くこと
によって、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビ
ンから波長に依存しない変動分を除去する。この連立方
程式は変数の個数が３であるため、解を得るには測定波
長は最低３波長を必要とする。以下、３波長の場合につ
いて説明する。３つの変数として、オキシヘモグロビン
をＸ、デオキシヘモグロビンをＹ、波長非依存性変動分
をＥとして以下に示す連立方程式をたて、波長１：λ１ εoxyλ1・Ｘ＋εdeoλ1・Ｙ＋Ｅ＝ΔABSλ1 波長２：λ２ εoxyλ2・Ｘ＋εdeoλ2・Ｙ＋Ｅ＝ΔABSλ2 波長３：λ３ εoxyλ3・Ｘ＋εdeoλ3・Ｙ＋Ｅ＝ΔABSλ3 なお、Ｘ＝［ＯxyＨb ］，Ｙ＝［deＯxyHb］，Ｅ＝波長
に依存しない光の吸収項であり、ΔABSは生体画像と基
準画像との差を示している。

【００２４】上記連立方程式を解くことによって、その
解として以下の式（１’）のオキシヘモグロビン
（Ｘ）、デオキシヘモグロビン（Ｙ）を得る。Ｘ＝k1・ΔABSλ1＋k2・ΔABSλ2＋k3・ΔABSλ3 Ｙ＝k4・ΔABSλ1＋k5・ΔABSλ2＋k6・ΔABSλ3 Ｅ＝k7・ΔABSλ1＋k8・ΔABSλ2＋k9・ΔABSλ3 …（１’）ここで、ΔABSλ1はΔABSλ1＝−log（暗信号補正後の
被検体から得られる信号／暗信号補正後の基準面から得
られる信号）である。

【００２５】式（１’）は、形式上は波長が１つ余分に
必要な点を除けば、式（１）と同様の形式となる。な
お、式中の検出異数は異なる。なお、２波長しか測定で
きない系の場合には、Ｅの補正信号を使用した上で、オ
キシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの２つを同時
に含む差信号に限ることによって変数を減らし、この差
信号に対して波長に依存しない変動分を除去する上記方
法を適用することができる。上記の方法によって、絶対
値測定に特有な、被検体の陰の部分に起こる誤差を軽減
することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の光応用生体測定
を実施する一構成例は、図２に示す構成とすることがで
きる。図２は本発明の光応用生体測定の概略構成を説明
するための図であり、２波長で測定する例を示してい
る。図２において、光応用生体測定装置１は画像測定手
段２と画像演算手段３、及び得られた画像を表示する画
像表示処理手段４とを備える。画像測定手段２は、光源
１１による照射によって被検体１０unk及び基準体１０s
tdから放出される放出光を２次元検出器等で検出し、２
波長（波長λｇ，波長λｒ）の画像データを出力する光
検出手段２１と、該画像データを取得する画像データ取
得手段２０とを備える。光源１１及び基準体１０stdの
反射率は、検出光の光強度は、２次元検出器の測定レン
ジ内となるものとする。一定の反射率を備える基準体１
０stdとして、白あるいはグレーの部材を用いることが
できる。

【００２７】本発明によってオキシヘモグロビン量又は
デオキシヘモグロビン量を求める場合には、４００ｎｍ
から１０００ｎｍの少なくとも二つの波長を測定波長と
し、該２波長で求めた測定画像データＤ（unk）及び基
準画像データＤ（std）を用いて画像演算を行う。図３
はオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの波長
スペクトルの概略図である。図３の波長スペクトルに現
れるピーク位置において、例えばオキシヘモグロビンの
１つピーク位置である５５４ｎｍを測定波長λｇとし、
デオキシヘモグロビンの１つピーク位置である５７８ｎ
ｍを測定波長λｒとする。なお、測定波長はこの波長値
に限るものではなく、他の波長値を用いることもでき
る。

【００２８】画像データ取得手段２０は、基準体１０st
dから波長λｇ，波長λｒによる基準画像データＤｇ（s
td），Ｄｒ（std）と、被検体１０unkから波長λｇ，波
長λｒの画像データＤｇ（unk），Ｄｒ（unk）を取得
し、画像演算手段３はこの４種の画像データを用いて演
算処理を行う。ここで、画像データＤｇ（std），Ｄｒ
（std），Ｄｇ（unk），Ｄｒ（unk）は一つの数値では
なく、画素行列を代表して表すものとする。なお、ここ
で各画素の信号値は、ＣＣＤの各画素を代表して表して
おり、例えば５１２×６００のＣＣＤでは３０万画素の
各画素は受光像に応じた信号値をそれぞれ持つことにな
る。また、波長λｇにおける画素の信号値Ｄｇ及び波長
λｒにおける画素の信号値Ｄｒの大きさは、１２ビット
信号の場合には、０≦Ｄｇ，Ｄｒ≦４０９５（=２¹²）
の範囲内の整数値であり、Ｄｇ，Ｄｒの値が小さい場合
は光強度が弱いことを示し、Ｄｇ，Ｄｒの値が大きい場
合は光強度が強いことを示している。

【００２９】画像演算手段３は式（１）においてＤ１を
ＤｇとしＤ２をＤｒとして得られる以下の式（２）［ＯxyＨb ］＝−k1（log（Dg（std）／Dg（unk）））−k2（log（Dr（std）／Dr（unk ）））［deＯxyHb］＝−k3（log（Dg（std）／Dg（unk）））−k4（log（Dr（std）／Dr（unk ））） …（２）の演算を行なって、オキシヘモグロビンの絶対量の画素
値［ＯxyＨb ］、及びデオキシヘモグロビンの絶対量の
画素値［deOxyHb］を算出する。画像表示処理手段４
は、画像演算手段３で求めたオキシヘモグロビンやデオ
キシヘモグロビンの絶対量を画像化し表示する。ここ
で、Ｄｇ，Ｄｒは通常暗信号を差し引いた量である。

【００３０】なお、５５４ｎｍを測定波長λｇとし５７
８ｎｍを測定波長λｒとしたときの係数ｋ１，ｋ２，ｋ
３，ｋ４はそれぞれ８９．７，−１２４．５，−１４
３．３，９４．９となり、以下の式で表される。［ＯxyＨb ］＝−89.7（log（Dg（std）／Dg（unk）））＋124.5（log（Dr（std）／Dr（unk ）））［deＯxyHb］＝143.3（log（Dg（std）／Dg（unk）））−94.9（log（Dr（std）／Dr（unk）））なお、Dg（std），Dr（std）は５５４nm及び５７８nmの
基準画像であり、Dg（unk），Dr（unk）５５４nm及び５
７８nmの生体画像である。

【００３１】次に、図４を用いて基準画像データを求め
る例について説明する。図４（ａ）は、反射率が均一な
基準体を複数の測定波長で複数画素によって生体の測定
と独立して求める例である。この例では、被検体と同程
度の大きさの基準体を用意し、光源強度や、光源や２次
元検出器との間の位置関係等の光学的測定条件を被検体
と同条件として画像データを求め、基準画像データＤ
（std）とする。なお、被検体を測定して得られる測定
画像データはＤ（unk）とする。図４（ｂ）は、反射率
が均一な単一の基準体を被検体上に置き、複数の測定波
長によって単一箇所の画像データを検出する例である。
この例では、反射率が均一な小片を用意して被検体上に
置き、被検体と同じ光学的測定条件で基準体の画像デー
タを求め、基準画像データＤ（std）とする。

【００３２】図４（ｃ），（ｄ）は、反射率が均一な基
準体を被検体上に複数個配置し、複数の測定波長によっ
て複数箇所の画像データを検出する例である。この例で
は、反射率が均一な小片を複数の用意して被検体上に所
定間隔で置き、被検体と同じ光学的測定条件で基準体の
画像データを求め、求めた複数の画像データを用いて内
挿演算あるいは外挿演算等の補間演算によって二次元の
基準画像データを求め、基準画像データＤ（std）とす
る。図４（ｅ）は、被検体上の時間変化の少ない箇所に
おいて複数の測定波長で検出した画像データを単一の基
準画像データとして求める例である。一般に、生体にお
いて、血流の時間変化が少ない場所があることが知られ
ている。この例は、このような変化の少ない箇所を基準
とする例であり、被検体の測定データの一部を基準画像
データＤ（std）とする。

【００３３】本発明による測定では、基準画像データと
測定画像データについて種々の組み合わせを採用するこ
とができる。以下、基準画像データと測定画像データと
の組み合わせについて図５，６を用いて説明する。な
お、図５，６では２波長の場合について示している。図
５（ａ）、（ｂ）は、複数の被検体に対して１つの基準
体を用いる例である。図５（ａ）において、被検体Ａ，
Ｂ，Ｃに対して１つの基準体を用意し、１基準体で求め
た基準画像データＤｇ（std），Ｄｒ（std）を各被検体
Ａ，Ｂ，Ｃの測定画像データＤｇ（unkA），Ｄｒ（unk
A）、Ｄｇ（unkB），Ｄｒ（unkB）、Ｄｇ（unkC），Ｄ
ｒ（unkC）に対して共通に用い、ＤA，ＤB，ＤCを求め
る。また、図５（ｂ）は予め基準画像データＤｇ（st
d），Ｄｒ（std）を用意しておく例である。図５
（ａ）、（ｂ）の例は、複数の被検体の測定において、
光学的測定条件の変動が少ない場合に適用することがで
き、基準画像データを求める処理を１回あるいは省略す
ることができる。この態様は、集団検診等の多数の被検
体を短時間で測定する場合に好適である。

【００３４】図６は、各被検体に対してそれぞれ基準体
を用いる例である。図６において、被検体Ａ，Ｂ，Ｃに
対してそれぞれの基準体ａ，ｂ，ｃを用意し、基準体ａ
で求めた基準画像データＤｇ（stda），Ｄｒ（stda）を
被検体Ａの測定画像データＤｇ（unkA），Ｄｒ（unkA）
に組み合わせ、基準体ｂで求めた基準画像データＤｇ
（stdb），Ｄｒ（stdb）を被検体Ｂの測定画像データＤ
ｇ（unkB），Ｄｒ（unkB）に組み合わせ、基準体ｃで求
めた基準画像データＤｇ（stdc），Ｄｒ（stdc）を被検
体Ｃの測定画像データＤｇ（unkC），Ｄｒ（unkC）に組
み合わせて、ＤA，ＤB，ＤCを求める。図６の例は、複
数の被検体の測定において、光学的測定条件の変動が大
きい場合に適用することができ、各測定毎に基準画像デ
ータを求めることによって、光学的変動を補償すること
ができる。

【００３５】図７，８は２波長を測定する場合の光検出
手段の構成例であり、図７は複数の光学系を用いた構成
例であり、図８は単体の光学系を切換える構成例であ
る。図７に示す第１の構成例において、光検出手段２１
は、被検体１０からの放出光を２つの光路に分岐するレ
ンズ系２１ａ，２１ｂと、分岐した２つの光路をＣＣＤ
カメラ２５側に導くためのレンズ系２２と、分岐した２
つの光路の光から第１の波長成分と第２波長成分をそれ
ぞれ分離する第１波長用フィルター２３ａ、第２波長用
フィルター２３ｂとを備える。第１波長用フィルター２
３ａ及び第２波長用フィルター２３ｂで取り出された各
波長成分の各中間像２４ａ，２４ｂは、ＣＣＤカメラ２
５上において第１波長の受光部２６ａ及び第２波長の受
光部２６ｂで受光される。各受光部２６ａ，２６ｂは、
それぞれ２次元検出器で構成することができ、各画素毎
に検出される光強度によって画像データを取得する。図
８に示す第２の構成例において、光検出手段２１は、被
検体１０からの放出光を導く１系統のレンズ系２１，２
２と、第１の波長成分と第２波長成分にそれぞれ分離す
る第１波長用フィルター２３ａ、第２波長用フィルター
２３ｂと、ＣＣＤカメラ２５を備え、第１波長用フィル
ター２３ａと第２波長用フィルター２３ｂを光路に対し
てそれぞれ単独で導入可能な構成とする。図８（ａ）は
第１波長用フィルター２３ａを光路上に導入した場合を
示し、図８（ｂ）は第２波長用フィルター２３ｂを光路
上に導入した場合を示している。第１波長用フィルター
２３ａ又は第２波長用フィルター２３ｂで取り出された
各波長成分の各中間像２４ａ（図８（ａ）），中間像２
４ｂ（図８（ａ））は、ＣＣＤカメラ２５上において受
光部２６で受光される。受光部２６は２次元検出器で構
成し、各画素毎に検出される光強度によって画像データ
を取得する。第１波長用フィルター２３ａ及び第２波長
用フィルター２３ｂは、交互に光路上に移動させること
によって、導入することができる。

【００３６】次に、本発明の光応用生体測定によってオ
キシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの絶対量を
求めて画像化した例を図９に示す。図９において、左方
に示す図はオキシヘモグロビン量を示す画像であり、右
方に示す図はデオキシヘモグロビン量を示す画像であ
る。いずれも左手については２００ｍＨｇで２分間虚血
状態とし、右手については人差し指を結搾して虚血状態
としている。この画像例によれば、デオキシヘモグロビ
ン量を示す画像において、生体の虚血状態にある部分と
虚血状態にない部分とを、明瞭に識別することができ
る。したがって、本発明の光応用生体測定によれば、生
体組織の各部分の酸素供給の活性度分布を画像表示する
ことができ、血管の閉塞等の異常判断を行うことができ
る。

【００３７】また、本発明によれば、２次元検出器の多
波長の内の１つの波長の出力を用いて被検体の外形画像
を求めることができ、該外形画像にオキシヘモグロビン
量やデオキシヘモグロビン量等を重ねて表示することに
よって、血液状態を容易に確認することができる。例え
ば、白黒の濃淡画像による外形画像と、疑似カラーによ
る酸素状態の増減とを重ねて表示することができる。な
お、外形画像は、フィルターを外して外形の画像を用い
ることも、あるいはフィルターを取り付けた状態で得た
画像を用いることもできる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、多数の検出器を必
要とせず、単一の２次元検出器で得られる被検体の２次
元画像情報によって、測定時における絶対量を簡易に短
時間で得ることができ、また、生体の組織状態を診断す
ることができる。また、波長依存性のない変動補正を組
み合わせることによって、被検体で照明が暗くなった場
合でも、陰の影響による誤差を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光応用生体測の概略構成を説明するた
めの図である。

【図２】本発明の光応用生体測の概略構成を説明するた
めの図である。

【図３】オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン
の波長スペクトルの概略図である。

【図４】本発明の基準画像データを求める例を説明する
ための図である。

【図５】本発明の基準画像データと測定画像データとの
組み合わせを説明するための図である。

【図６】本発明の基準画像データと測定画像データとの
組み合わせを説明するための図である。

【図７】２波長を測定する場合において複数の光学系を
用いた光検出手段の構成例である。

【図８】２波長を測定する場合において単体の光学系を
切換える光検出手段の構成例である。

【図９】本発明によってオキシヘモグロビン及びデオキ
シヘモグロビンの絶対量を画像化した例である。

【符号の説明】

１…光応用生体測定装置、２…画像データ測定手段、３
…画像演算手段、４…画像表示処理手段、１１…光源、
２０…画像データ取得手段、２１…光検出手段、２１
ａ，２１ｂ，２２…レンズ系、２３ａ，２３ｂ…フィル
ター、２４ａ，２４ｂ…中間像、２５…ＣＣＤ、２６，２
６ａ，２６ｂ…受光部。

フロントページの続き (72)発明者伊藤康展京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内 (72)発明者小西郁夫京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内Ｆターム(参考） 2G059 BB12 CC18 EE01 EE02 EE11 FF01 FF08 HH01 KK04 MM01 MM10 4C038 KK01 KL05 KL07 5B057 AA07 BA02 CE08 DA20 DB02 DB09 DC22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体に対して光を照射し、生体より放出
される光を２次元検出器で検出し、検出画像を用いて生
体情報を測定する測定法において、複数の測定波長によ
る生体の複数画素の測定画像データと、前記測定波長と
同じ測定波長による少なくとも一画素の基準画像データ
とを求め、前記測定画像データ及び基準画像データに測
定波長毎に異なる所定の重みを掛けて足し合わせる演算
を画素単位で行い、生体組織に関する絶対量の二次元情
報を算出する、光応用生体測定法。
【請求項２】前記複数の測定波長は、４００ｎｍから
１０００ｎｍの少なくとも二つの波長である、請求項１
記載の光応用生体測定法。
【請求項３】反射率が均一な基準体を複数の測定波長
で複数画素によって生体の測定と独立して検出して基準
画像データを求め、測定画像データと基準画像データの
対応する画素において前記演算を行う、請求項１記載の
光応用生体測定法。
【請求項４】反射率が均一な単一の基準体を生体上の
一部に置き、複数の測定波長によって単一箇所の画像デ
ータを検出し、単一の画素の画像データまたは複数の画
素から算出される画像データを単一の基準画像データと
し、測定画像データの各画素と単一の基準画像データと
の間において前記演算を行う、請求項１記載の光応用生
体測定法。
【請求項５】反射率が均一な基準体を生体上に複数置
き、複数の測定波長によって複数箇所の画像データを検
出し、複数箇所の画像データを補間演算することによっ
て二次元の基準画像データを求め、測定画像データの画
素と対応する画素の基準画像データとの間において前記
演算を行う、請求項１記載の光応用生体測定法。
【請求項６】生体上の時間変化の少ない箇所において
複数の測定波長で検出した画像データを単一の基準画像
データとし、測定画像データの各画素と単一の基準画像
データとの間において前記演算を行う、請求項１記載の
光応用生体測定法。
【請求項７】生体情報に関連した値はオキシヘモグロ
ビン量、又はデオキシヘモグロビン量である、請求項１
又は２記載の光応用生体測定法。
【請求項８】生体情報に関連した値及び波長に依存し
ない変動分を変数として前記演算処理を行ない、波長に
依存しない変動分を除去した生体情報に関連した値を算
出する、請求項１，２，３，４，５，６，又は７記載の
光応用生体測定法。
【請求項９】生体に対して光を照射し、生体より放出
される光を２次元検出器で検出し、検出画像を用いて生
体情報を測定する測定装置において、複数の測定波長で
生体の２次元の測定画像データを測定する画像測定手段
と、前記測定波長と同じ測定波長で求めた少なくとも一
画素の基準画像データを有し、前記測定画像データ及び
基準画像データに測定波長毎に異なる所定の重みを掛け
て足し合わせる演算を画素単位で行い、生体組織に関す
る絶対量の二次元情報を算出する画像演算手段とを備え
る、光応用生体測定装置。