JP2004261364A - Concentration information measuring apparatus - Google Patents

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JP2004261364A
JP2004261364A JP2003054543A JP2003054543A JP2004261364A JP 2004261364 A JP2004261364 A JP 2004261364A JP 2003054543 A JP2003054543 A JP 2003054543A JP 2003054543 A JP2003054543 A JP 2003054543A JP 2004261364 A JP2004261364 A JP 2004261364A
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incident
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Application number
JP2003054543A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeo Ozaki
Susumu Suzuki
健夫 尾崎
進 鈴木
Original Assignee
Hamamatsu Photonics Kk
浜松ホトニクス株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concentration information measuring apparatus that can precisely correct the influence of diffused external light on a real-time basis and can make highly precise measurement in both contacting measurement and noncontacting measurement. <P>SOLUTION: This concentration measuring apparatus is provided with a main body section 2, a probe 3, and a spectrum correcting phantom 4. A light projecting optical fiber 10 and a photodetecting optical fiber 20 are incorporated in the probe 3 and visible light is intermittently made incident to a light scattering and absorbing body from a while LED 14 through the light projecting optical fiber 10. In addition, photodetected signals are generated by means of a CCD linear sensor 26 etc., based on the light received by the light projecting optical fiber 10. Moreover, a CPU 32 corrects a first photodetected signal by subtracting a second photodetected signal while the visible light is not made incident from the first photodetected signal while the visible light enters and calculates the concentration information of a component to be measured based on the corrected first photodetected signal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度情報測定装置に関する。 The present invention relates to density information measuring apparatus for measuring the density information of the measured component in the scattering medium noninvasively.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する測定方法として、被測定成分の光吸収特性を利用して濃度情報を得る可視分光法や近赤外分光法がある。 The measurement method for measuring the density information of the measured component in the scattering medium non-invasively, is visible spectroscopy or near infrared spectroscopy to obtain density information using light absorption characteristics of the measured component. この測定方法においては、可視光や近赤外光などの光を散乱吸収体に入射してその内部を伝搬させ、出射された光の強度等を検出し、その検出結果から散乱吸収体の濃度情報が得られる。 In this measurement method, the concentration of incident light such as visible light or near infrared light on the scattering medium by propagating therein, or the like to detect the intensity of light emitted, the scattering medium from the result of the detection information can be obtained.
【0003】 [0003]
このような分光法による測定対象の1つに、酸素との結合の有無により吸収スペクトルが変化するヘモグロビンがあり、この性質を利用した近赤外酸素モニタや可視酸素モニタが開発されている。 One of the measuring object by such spectroscopy, there is hemoglobin which changes the absorption spectrum the presence or absence of binding with oxygen, a near infrared oxygen monitor or visible oxygen monitor using this property have been developed.
【0004】 [0004]
すなわち、前者の近赤外酸素モニタは、生体の主な吸収物質であるヘモグロビンと水の吸収がともに小さい近赤外(NIR)光を用いて脳や筋肉等の深部組織を非侵襲的に測定するものである。 That is, a near infrared oxygen monitor the former, the absorption of hemoglobin and water are the main absorbing material of the biological are small near-infrared (NIR) non-invasively measure the deep tissue of the brain and muscles, etc. using light it is intended to. 一方、後者の可視酸素モニタは、可視光はヘモグロビンによる吸収が大きいため測定領域は表層や露出組織に限定されるものの、局所的な測定に適するという利点を有している。 On the other hand, the latter visible oxygen monitor, a visible light although the measurement region due to the large absorption by hemoglobin is limited to the surface layer and exposed tissue, it has the advantage of being suitable to local measurement. また、可視光領域(500〜600nm帯)は、ヘモグロビンの酸素化状態によりその吸収スペクトルが最も特異的に変化する領域であるため、定量性が高い測定法として種々の可視酸素モニタが報告されている(例えば、特開昭61−272029号公報(特許文献1)、特開平5−52739号公報(特許文献2))。 Further, the visible light region (500 to 600 nm band), since its absorption spectrum by oxygenation status of hemoglobin is the most specifically changing area, various visible oxygen monitor is reported as a high quantitative Measurement Method are (e.g., JP 61-272029 (Patent Document 1), JP-A-5-52739 (Patent Document 2)).
【0005】 [0005]
一方、このような分光法においては外乱光により測定精度が低下するという問題があり、特開2001−70251号公報(特許文献3)には、皮膚と接触するプローブ端面の縁辺の厚さを厚くした測色プローブが開示されている。 On the other hand, such a problem that the measurement accuracy due to disturbance light decreases in spectroscopy, Japanese 2001-70251 (Patent Document 3), increasing the thickness of the edge of the probe end face in contact with skin colorimetric probe is disclosed that.
【0006】 [0006]
【特許文献1】 [Patent Document 1]
特開昭61−272029号公報【特許文献2】 JP 61-272029 JP Patent Document 2]
特開平5−52739号公報【特許文献3】 JP 5-52739 [Patent Document 3]
特開2001−70251号公報【0007】 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-70251 Publication [0007]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかしながら、手術部位や内視鏡観察部位等の強い照明光に曝される組織を測定しようとすると、上記特許文献3に記載の測色プローブを用いたとしても外乱光のプローブへの混入は十分に防止されず、このような外乱光によりデータが歪められるため、測定精度の向上に限界があるという問題があった。 However, an attempt to measure tissue exposed to strong illumination light of such a surgical site and the endoscope observation site, is also incorporated into the probe of disturbance light as with a colorimetric probe described in Patent Document 3 sufficiently not prevented, the data by such disturbance light for distorted, there is a problem that there is a limit to the improvement of measurement accuracy.
【0008】 [0008]
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、散乱吸収体内における被測定成分の濃度情報を分光法により非侵襲的に測定する際に、外乱光による影響をリアルタイムにかつ精度良く補正することができ、接触測定のみならず非接触測定においても精度の高い測定が可能な濃度情報測定装置を提供することを目的とするものである。 The present invention, the has been made in view of the problems of the prior art, when the non-invasively measured by spectroscopy density information of the measured component in the scattering medium, and the influence of disturbance light in real time accuracy can be corrected, it is an object also to provide density information measuring apparatus capable of high-accuracy measurement in the non-contact measurement not contact measurement only.
【0009】 [0009]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、散乱吸収体に光を間欠的に入射するようにし、その光が入射されている間の光検出信号からその光が入射されていない間の光検出信号を差し引くことにより外乱光による影響をリアルタイムにかつ精度良く補正することが可能となり、上記目的が達成されることを見出すに至り、本発明に到達した。 The present inventors have result of intensive studies to achieve the above object, so as to intermittently light incident on the scattering medium, the light is incident from the light detection signal while the light is incident the influence of ambient light by subtracting the light detection signal between non and in real time it is possible to accurately corrected, leading to finding that the above object can be achieved, thereby achieving the present invention.
【0010】 [0010]
すなわち、本発明は、散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度情報測定装置において、 That is, the present invention provides a density information measurement device that measures the density information of the measured component in the scattering medium noninvasively,
前記散乱吸収体に対して所定波長領域の光を入射する光入射手段と、 A light incident means for incident light of a predetermined wavelength region to the scattering medium,
前記散乱吸収体内部を伝搬した光を受光する受光手段と、 Light receiving means for receiving the light propagating inside the scattering medium,
前記受光手段に光学的に結合されており、前記受光手段において受光された光に基づいて光検出信号を生成する信号生成手段と、 And signal generating means for generating a light detection signal based on are optically coupled, the light received at the light receiving means and said light receiving means,
前記信号生成手段からの前記光検出信号に基づいて前記被測定成分の濃度情報を演算する演算手段と、 Calculating means for calculating the density information of the component to be measured on the basis of the light detection signal from the signal generating means,
を備え、 Equipped with a,
前記光入射手段が前記所定波長領域の光を間欠的に入射し、前記演算手段において、前記光が入射されている間の第1の光検出信号から前記光が入射されていない間の第2の光検出信号を差し引いて前記第1の光検出信号を補正し、補正された前記第1の光検出信号に基づいて前記被測定成分の濃度情報を演算することを特徴とするものである。 Said light projecting means is intermittently incident light in the predetermined wavelength region, in the arithmetic unit, a second while the light from the first light detection signal while the light is incident is not incident of subtracting the optical detection signal to correct the first light detection signal, it is characterized in that calculating the concentration information of the component to be measured on the basis of the corrected first optical detection signal.
【0011】 [0011]
上記本発明の濃度情報測定装置においては、光入射手段により所定波長領域の光が間欠的に散乱吸収体に対して入射され、その光が入射されている間のみならず入射されていない間においても受光手段によって散乱吸収体内部を伝搬した光が受光され、信号生成手段によって前記光が入射されている間の第1の光検出信号と前記光が入射されていない間の第2の光検出信号とが生成される。 In density information measuring apparatus of the present invention, during the by light emission means light in a predetermined wavelength region is incident on intermittently scattering medium, the light is not incident not only during being incident also it received the light propagated inside the scattering medium by light receiving means, a second light detection while the first light detection signal and said light between said light by the signal generating means is incident not incident and a signal is generated. そして、このようにして得られる第1の光検出信号においては真の測定対象の光に対応する信号と外乱光に対応する信号とが重畳されているのに対し、第2の光検出信号においては外乱光に対応する信号のみが存在することから、第1の光検出信号から第2の光検出信号を差し引くことにより第1の光検出信号から真の測定対象の光に対応する信号のみが精度良く抽出される。 Then, while the signal corresponding to the signal and ambient light corresponding to the true measurement target light is superimposed in the first light detection signal obtained in this manner, in the second optical detection signal since only the signal corresponding to ambient light is present, only the signal corresponding to the first from the light detection signal of the true measured light by the first light detection signal subtracting the second light detection signal precisely extracted. そして、このような補正は、入射光の少なくとも1回のON/OFF動作に伴って実行することができ、また、ON/OFF動作を繰り返すことによってリアルタイムに連続的に実行することができる。 Then, such correction may be performed with the at least one ON / OFF operation of the incident light, also, it is possible to continuously run in real time by repeating the ON / OFF operation. したがって、この補正により外乱光による影響がリアルタイムにかつ精度良く除かれ、このように補正された第1の光検出信号に基づいて被測定成分の濃度情報を演算することにより接触測定のみならず非接触測定においても精度の高い測定が可能となる。 Therefore, influence of disturbance light is removed accurately to and in real-time by the correction, thus corrected first on the basis of the light detection signal non well-contact measurement by calculating the concentration information of the measured components it becomes possible to highly accurate measurement in the contact measurement.
【0012】 [0012]
本発明において散乱吸収体に対して入射される光は可視光でも近赤外光でもよいが、可視光領域(500〜600nm帯)の光が好ましい。 Light incident on the scattering medium in the present invention may be a near-infrared light in the visible light, light in the visible light region (500 to 600 nm band) is preferable. 図1に示すように、可視光領域においてヘモグロビンの酸素化状態によりその吸収スペクトルが最も特異的に変化するため、可視光によれば表層や露出組織に対して局所的に定量性に優れた測定が可能となる傾向にある。 As shown in FIG. 1, since the absorption spectrum in the visible light region by oxygenation status of hemoglobin changes most specifically, measurement with excellent locally quantitatively against the surface and exposed tissue according to the visible light there is a tendency that becomes possible. なお、図1において、StO は酸素飽和度、O Hbは酸素化ヘモグロビン、HHbは脱酸素化ヘモグロビンを示す。 Incidentally, in FIG. 1, StO 2 shows the degree of oxygen saturation, O 2 Hb is oxygenated hemoglobin, HHb the deoxygenated hemoglobin.
【0013】 [0013]
また、本発明の濃度情報測定装置において用いる光入射手段の光源は、安定した出力で間欠的に精度良く光を発することができるものが好ましく、可視光領域の光については白色光源が好ましく、白色LEDがより好ましい。 The light source of light projecting means employed in the density information measuring apparatus of the present invention is preferably one which can emit intermittent accurately light stable output, the white light source is preferably the light in the visible light region, a white LED is more preferable.
【0014】 [0014]
更に、本発明において光を間欠的に散乱吸収体に対して入射する際の周波数は特に制限されないが、1Hz以上が好ましい。 Furthermore, the frequency at which incident on intermittently scattering medium light in the present invention is not particularly limited, above 1Hz are preferred. 係る周波数が1Hz未満では外乱光の変化に補正速度が追随できず、十分な精度での補正ができなくなる傾向にある。 It is less than the frequency of the 1Hz can not follow correct speed to changes in ambient light, in could no tendency correction with sufficient accuracy.
【0015】 [0015]
本発明の濃度情報測定装置における演算手段においては、前記第1の光検出信号から前記第2の光検出信号を差し引いて前記第1の光検出信号を補正するが、その際、所定積算期間内における前記第1の光検出信号の積算値から前記第2の光検出信号の積算値を差し引いて前記第1の光検出信号の積算値を補正することが好ましい。 In operation means in density information measuring apparatus of the present invention, the first is to correct the first light detection signal by subtracting the second light detection signal from the light detection signal, this time, within a predetermined integration time period it is preferable to correct the integrated value of the first of the first from the integrated value by subtracting the integrated value of the second optical detection signal of the light detection signal of the light detection signal in. このように所定積算期間内における光検出信号の積算値を用いることにより、測定誤差等により各光検出信号がある程度ばらついていても精度良く補正することが可能となる。 Thus, by using the integrated value of the light detection signal within a predetermined integration period, the light detection signal can be corrected also accurately have varied to some extent by measurement error and the like. したがって、このようにして補正された前記第1の光検出信号の積算値に基づいて被測定成分の濃度情報を演算すれば、測定精度がより向上する傾向にある。 Therefore, by calculating the concentration information of the measured component based on the integrated value of this way corrected the first light detection signal, the measurement accuracy tends to be further improved. なお、係る積算期間は特に制限されないが、通常、1秒〜1分程度の範囲内で選択され、前記光源をON/OFF動作する周期の数倍〜数十倍程度の積算期間が好ましい。 Incidentally, according although integration period is not particularly limited, usually selected in the range of about 1 second to 1 minute, integration period of several times to several tens of times the period of ON / OFF operation of the light source is preferred.
【0016】 [0016]
本発明の濃度情報測定装置は、前記光入射手段の光源スペクトルと前記測定装置の装置特性とを校正するためのスペクトル校正ファントムを更に備えていることが好ましい。 Density information measuring apparatus of the present invention preferably further includes a spectral calibration phantom for calibrating the device characteristics of the light source spectrum and the measuring device of the light projecting means. このようなスペクトル校正ファントムを備えていれば、測定開始前に光源のスペクトルの変化や装置に使用されるファイバの変化等による影響を除くための校正データを予め取得しておくことが可能となる。 If provided with such a spectral calibration phantom, it is possible to previously acquire calibration data to remove the effects of changes in the fiber to be used before the start of the measurement spectrum changes and device of the light source .
【0017】 [0017]
そして、このようにスペクトル校正ファントムを備えている場合、本発明に係る演算手段においては、下記式(1): Then, if provided in this manner the spectral calibration phantom, the arithmetic unit according to the present invention has the following formula (1):
【0018】 [0018]
【数3】 [Number 3]
【0019】 [0019]
または下記式(2): Or the following formula (2):
【数4】 [Number 4]
【0020】 [0020]
[式(1)および式(2)中、A (λ)は前記光が入射されている間の前記第1の光検出信号、B (λ)は前記光が入射されていない間の前記第2の光検出信号、S (λ)は補正された前記第1の光検出信号、C(λ)は前記スペクトル校正ファントムを用いて予め得られた校正データ、xはf(前記光を間欠的に入射する周波数(Hz))×t(所定の積算期間(s))の値をそれぞれ示す。 [Equation (1) and formula (2), A n (lambda) is between the first light detection signal, the B n (lambda) is the light not incident during which the light is incident the second light detection signal, S n (λ) is corrected first optical detection signal, C (lambda) is the calibration data obtained in advance by using the spectral calibration phantom, x is f (the light the respectively the values ​​of intermittently incoming frequency (Hz)) × t (predetermined integration period (s)). ]
によって前記第1の光検出信号を補正することが好ましい。 It is preferable to correct the first light detection signal by. 上記の式(1)または式(2)によれば、所定の積算期間内における光検出信号の積算値により精度良く補正されると共に校正データによる校正が実行され、より効率良く第1の光検出信号の補正値が得られる。 According to the above equation (1) or (2), calibration by the calibration data together is accurately corrected by the accumulated value of the light detection signal within a predetermined integration period is performed more efficiently first photodetecting correction value of the signal is obtained. したがって、このようにして補正された前記第1の光検出信号に基づいて被測定成分の濃度情報を演算すれば、測定精度がより向上する傾向にある。 Therefore, if this way calculates the density information of the corrected said measured component based on the first optical detection signal, the measurement accuracy tends to be further improved.
【0021】 [0021]
なお、本発明の濃度情報測定装置によって測定される被測定成分の濃度情報は特に制限されず、例えばヘモグロビンを被測定成分とし、その濃度情報として酸素化ヘモグロビンの相対濃度、脱酸素化ヘモグロビンの相対濃度およびヘモグロビンの酸素飽和度からなる群から選択される少なくとも一つの情報を高い精度で測定することができる。 The concentration information of the measured components measured by the density information measuring apparatus of the present invention is not particularly limited, for example, hemoglobin and components to be measured, the relative concentration of oxygenated hemoglobin as a density information, the relative deoxygenated hemoglobin at least one information selected from the group consisting of oxygen saturation concentration and hemoglobin can be measured with high accuracy.
【0022】 [0022]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、図面を用いて本発明の濃度情報測定装置の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of density information measuring apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 The same reference numerals are assigned to the same elements in the description of the drawings, and redundant description will be omitted.
【0023】 [0023]
図2は、本発明の濃度情報測定装置の好適な一実施形態の構成を示すブロック図である。 Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of the density information measuring apparatus of the present invention. 本実施形態による濃度情報測定装置は、散乱吸収体に可視光領域の波長の光を入射し、散乱吸収体内を通って出射される光のスペクトルを検出することにより被測定成分による光への影響を調べ、これに基づいて被測定成分の濃度情報を算出する装置である。 Density information measuring apparatus according to the present embodiment, incident light in a visible wavelength range to the scattering medium, the influence of the light by the components to be measured by detecting the spectrum of the light emitted through the scattering medium the examined, a device for calculating the concentration information of the measured component based on this. また、本実施形態による濃度測定装置は、散乱吸収体として例えば生体を測定対象とし、被測定成分の濃度情報として例えば酸素化ヘモグロビン(O Hb)、脱酸素化ヘモグロビン(HHb)およびヘモグロビン酸素飽和度(StO )を測定するための可視分光酸素モニタとして利用することができる。 The concentration measuring apparatus according to the present embodiment, as the scattering medium such as a biological and measured, for example, oxygenated hemoglobin as density information of the measured component (O 2 Hb), deoxyhemoglobin (HHb) and hemoglobin oxygen saturation it can be used as a visible spectral oxygen monitor for measuring the degree (StO 2).
【0024】 [0024]
図2に示された濃度情報測定装置1は、本体部2及びプローブ3を備えており、プローブ3には光照射用の光ファイバ10及び光検出用の光ファイバ20が組み込まれている。 Density information measuring apparatus 1 shown in FIG. 2 includes a main body portion 2 and the probe 3, the optical fiber 10 and optical fiber 20 for photodetection for the light irradiation is incorporated in the probe 3.
【0025】 [0025]
光照射用の光ファイバ10は散乱吸収体に対して光を入射するための光入射手段であり、光ファイバ10の一端は光コネクタ12を介して本体部2内に配置された光源である白色LED14に光学的に結合されており、光ファイバ10を伝搬した光はその先端から散乱吸収体に入射される。 Optical fiber 10 for light irradiation is a light incident means for incident light to the scattering medium, one end of the optical fiber 10 is a light source disposed within the body portion 2 via the optical connector 12 white LED14 is optically coupled to the light propagated through the optical fiber 10 is incident on the scattering medium from the tip.
【0026】 [0026]
また、光検出用の光ファイバ20は散乱吸収体内部を伝搬した光を受光するための受光手段であり、光ファイバ20の一端は光コネクタ22を介して本体部2内に配置された分光器24に光学的に結合されており、光ファイバ20の先端で受光された光は分光器24に伝搬される。 The optical fiber 20 for photodetection is light receiving means for receiving light propagating inside the scattering medium, one end of the optical fiber 20 spectrometer disposed within the body portion 2 via the optical connector 22 is optically coupled to 24, the light received by the tip of the optical fiber 20 is propagated to the spectroscope 24.
【0027】 [0027]
そして、分光器24にはCCDリニアセンサ26、増幅器27およびA/D変換回路28が接続されており、これらが受光された光のスペクトル情報に基づいて光検出信号を生成するための信号生成手段として用いられる。 Then, CCD linear sensor 26 to the spectroscope 24, an amplifier 27 and A / D conversion circuit 28 is connected, and the signal generating means for generating a light detection signal based on the spectral information of the light they are received used as. すなわち、分光器24に伝搬された光は分光器24により分光され、CCDリニアセンサ26によりスペクトル情報として検出され、増幅器27により増幅された後にA/D変換回路28によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて光検出信号が生成される。 That is, the light propagated to the spectroscope 24 is dispersed by the spectroscope 24, is detected as spectrum information by the CCD linear sensor 26, the A / D conversion circuit 28 after being amplified by the amplifier 27 from an analog signal to a digital signal conversion is the light detection signal is generated.
【0028】 [0028]
また、本体部2には、光源のスペクトルと装置の特性を校正するためのスペクトル校正ファントム4が装備されている。 Further, the main body portion 2, the spectral calibration phantom 4 for calibrating the characteristics of the spectrum and devices of the light source is installed. スペクトル校正ファントム4は、白色散乱板(白色アクリル樹脂製)で構成された箱状のファントムであり、測定前にプローブ3を挿入して予め校正データを取得するために使用される。 Spectral calibration phantom 4 is a box-shaped phantom consists of a white scattering plate (manufactured by white acrylic resin), is used to obtain the pre-calibration data by inserting the probe 3 before measurement.
【0029】 [0029]
更に、本体部2は、白色LEDドライバ16、操作スイッチ30、CPU32、表示手段34、データ出力手段36、並びにデータバス38を備えている。 Further, the main body portion 2, a white LED driver 16, the operation switch 30, CPU 32, display unit 34, a data output unit 36, and a data bus 38. すなわち、白色LEDドライバ16は白色LED14を駆動するための手段であり、データバス38に電気的に接続されており、同じくデータバス38に電気的に接続されているCPU32から白色LED14の駆動を指示するための指示信号(ON/OFF信号)を受ける。 That is, the white LED driver 16 is a means for driving the white LED 14, it is electrically connected to the data bus 38, instructing driving of the white LED 14 from CPU32 which is also electrically connected to the data bus 38 instruction signal for the (ON / OFF signal) subjected. また、操作スイッチ30は、光を間欠的に入射する周波数(ON/OFF信号の一周期)や積算期間を設定するための手段であり、データバス38に電気的に接続されている。 The operation switch 30 is a means for setting and integration period (one period of the ON / OFF signal) intermittently incident frequency light, and is electrically connected to the data bus 38.
【0030】 [0030]
CPU32は、A/D変換回路28から受けた光検出信号に基づいて散乱吸収体内部に含まれる被測定成分の濃度情報を演算するための演算手段であり、演算結果がデータバス38を介して表示手段34及びデータ出力手段36へ送られる。 CPU32 is an arithmetic means for calculating the concentration information of the measured components contained within the scattering medium on the basis of the light detection signal received from the A / D conversion circuit 28, the operation result via the data bus 38 It is sent to the display unit 34 and the data output means 36. なお、光検出信号に基づく濃度情報の演算方法については後述する。 It will be described later method of calculating density information based on the light detection signal. また、表示手段34は、データバス38に電気的に接続されており、データバス38を介してCPU32から送られた濃度情報に関する演算結果を表示する。 The display means 34, the data bus 38 are electrically connected, and displays the calculation results on the concentration information sent from the CPU32 through the data bus 38. なお、表示手段34における表示画面の例については後述する。 It will be described later examples of the display screen of the display unit 34. また、データ出力手段36もデータバス38に電気的に接続されており、データバス38を介してCPU32から送られた濃度情報に関する演算結果を濃度情報測定装置1の外部へ必要に応じて出力する。 The data output means 36 are also electrically connected to the data bus 38, to output necessary operation results on the concentration information sent from the CPU32 through the data bus 38 to the outside of the density information measuring device 1 .
【0031】 [0031]
以上、本実施形態における濃度情報測定装置1の構成について説明したが、続いて濃度情報測定装置1の動作について説明する。 Although the configuration of the density information measuring apparatus 1 in this embodiment has been described, followed by the operation of the density information measuring apparatus 1 will be described. 図3は、濃度情報測定装置1における動作の好適な一実施形態を示すフローチャートである。 Figure 3 is a flow chart illustrating a preferred embodiment of the operation of the density information measuring apparatus 1.
【0032】 [0032]
図2および図3を参照して説明すると、電源投入後(S101)、先ず、プローブ3の先端部をスペクトル校正ファントム4に挿入してその中に光(白色光)を照射し、スペクトル校正ファントム4内における反射光に基づいて校正データ(C(λ))を取得し、保存する(S102)。 With reference to FIGS. 2 and 3, after power on (S101), firstly, by irradiating the light (white light) therein by inserting the tip of the probe 3 to the spectral calibration phantom 4, spectral calibration phantom get the calibration data (C (λ)) based on the reflected light in the 4 and stored (S102). 係る校正データは光源のスペクトルの変化や装置に使用されるファイバの変化等による影響を除くためのものであり、一般に下記式: Calibration data is for excluding the influence of the change of fiber used in the spectral changes and apparatus of a light source, generally following formula according:
校正データ(C(λ))=光源スペクトル×装置特性(F(λ)) Calibration data (C (λ)) = source spectral × device characteristics (F (λ))
により表される。 Represented by.
【0033】 [0033]
次に、プローブ3の先端部を散乱吸収体(例えば、生体の表層または露出表面)に当接せしめ、測定を開始する(S103)。 Then, the leading edge scattering medium of the probe 3 (e.g., a biological surface or exposed surface of) brought into contact with the, the measurement is started (S103). 測定中は、図4に示すように、CPU32の制御により白色LED14を一定周期(例えば10Hz)でON/OFF動作せしめ、光照射用光ファイバ10から光(白色光)を散乱吸収体に対して間欠的に入射する(S104)。 During the measurement, as shown in FIG. 4, allowed ON / OFF operation of a white LED14 in a fixed cycle (e.g. 10 Hz) under the control of CPU 32, from the light-irradiating optical fiber 10 light (white light) with respect to the scattering medium intermittently entering (S104).
【0034】 [0034]
そして、散乱吸収体内部を伝搬した光は光検出用光ファイバ20により受光され、図4に示すように、光が入射されている間(t 〜t 、t 〜t 、t 〜t )の第1の光検出信号(A (λ))と光が入射されていない間(t 〜t 、t 〜t )の第2の光検出信号(B (λ))とが取得され、保存される(S105)。 Then, light propagating inside the scattering medium is received by the light detection optical fiber 20, as shown in FIG. 4, while the light is incident (t 1 ~t 2, t 3 ~t 4, t 5 the first light detection signal (a n (λ)) and while the light is not incident (t 2 ~t 3, t 4 ~t second optical detection signal of 5) (B n of ~t 6) ( lambda)) and is obtained and stored (S105).
【0035】 [0035]
このようにして得られる第1の光検出信号は一般に下記式: The first light detection signal obtained in this manner is generally the formula:
(λ)=S (λ)・C(λ)+E(λ)・F(λ) A n (λ) = S n (λ) · C (λ) + E (λ) · F (λ)
[上式中、A (λ)は第1の光検出信号、S (λ)は真の測定対象の光に対応する信号、C(λ)は校正データ、E(λ)は外乱光に対応する信号、F(λ)は装置特性をそれぞれ示す。 [In the formula, A n (λ) is a first light detection signal, S n (λ) is the signal corresponding to the true measurement target light, C (lambda) is the calibration data, E (lambda) is ambient light corresponding signal, F (λ) shows the device characteristics. ]
により表され、一方、第2の光検出信号は一般に下記式: Represented by, while the second light detection signal is generally the formula:
(λ)=E(λ)・F(λ) B n (λ) = E ( λ) · F (λ)
[上式中、B (λ)は第2の光検出信号、E(λ)は外乱光に対応する信号、F(λ)は装置特性をそれぞれ示す。 [In the formula, B n (λ) and the second optical detection signal, E (λ) is the signal corresponding to the disturbance light, F (λ) shows the device characteristics. ]
により表される。 Represented by.
【0036】 [0036]
このように、第1の光検出信号においては真の測定対象の光に対応する信号と外乱光に対応する信号とが重畳されているのに対し、第2の光検出信号においては外乱光に対応する信号のみが存在することから、下記式(1): Thus, while in the first optical detection signal and a signal corresponding to the signal and ambient light corresponding to the true measurement target light are superimposed, the ambient light in the second light detection signal since only the corresponding signal is present, the following equation (1):
【0037】 [0037]
【数5】 [Number 5]
【0038】 [0038]
[式(1)中、A (λ)は第1の光検出信号、B (λ)は前記第2の光検出信号、S (λ)は補正された前記第1の光検出信号、C(λ)は校正データ、xはf(前記光を間欠的に入射する周波数(Hz))×t(所定の積算期間(s))の値をそれぞれ示す。 Wherein (1), A n (λ ) is a first light detection signal, B n (λ) is the second optical detection signal, S n (λ) is corrected first optical detection signal , C (λ) shows the calibration data, x is a value of f (frequency for intermittently incident the light (Hz)) × t (predetermined integration period (s)), respectively. ]
によって第1の光検出信号から第2の光検出信号を差し引くことにより、第1の光検出信号から真の測定対象の光に対応する信号(S (λ))のみが精度良く抽出される(S106)。 By the first light detection signal subtracting the second light detection signal, only the signal (S n (λ)) corresponding to the first true measured from the light detection signal light is accurately extracted by (S106).
【0039】 [0039]
その際、本実施形態においては積算期間を1秒間とし、積算期間内における前記光検出信号の積算値(積算回数:x=10)を用いることにより、測定誤差等により各光検出信号がある程度ばらついていても精度良く補正することが可能となる。 At that time, the integration period is 1 second in the present embodiment, the integrated value of the light detection signal within the integration period (integration number: x = 10) by using, to some extent variations in the light detection signal by measurement error or the like even if it is possible to accurately corrected. このようにして得られた補正後の検出光スペクトルのデータの一例並びにそれから求めた吸収スペクトルのデータの一例をそれぞれ図5および図6に示す。 Shown this way the data of the detected light spectrum after correction obtained by an example and then an example of the data of the absorption spectrum obtained in the respective Figures 5 and 6.
【0040】 [0040]
次に、このようにして得られた補正後の前記第1の光検出信号(S (λ))に基づいて、酸素化ヘモグロビン(O Hb)の相対濃度(C ox )、脱酸素化ヘモグロビン(HHb)の相対濃度(C )、並びにヘモグロビン酸素飽和度(StO )を演算により求める(S107)。 Then, on the basis of the first optical detection signal after correction obtained in this manner (S n (λ)), the relative concentration of oxygenated hemoglobin (O 2 Hb) (C ox ), deoxygenated hemoglobin relative concentration of (HHb) (C h), and the hemoglobin oxygen saturation (StO 2) a obtained by calculation (S107). この演算の方法は特に制限されないが、例えば、上記補正後の前記第1の光検出信号(S (λ))に対して、図1に示す酸素化ヘモグロビン(O Hb)および脱酸素化ヘモグロビン(HHb)の基準スペクトルと1次オフセット成分(xλ+y)による最小2乗カーブフィッティング演算により、上記濃度情報が求められる。 This calculation method is not particularly limited, for example, for the first optical detection signal after the correction (S n (λ)), oxygenated hemoglobin (O 2 Hb) shown in FIG. 1 and deoxygenation the least-squares curve fitting calculation by hemoglobin reference spectrum and the primary offset component of (HHb) (xλ + y), the density information is obtained. すなわち、下記式: In other words, the following formula:
ΣS (λ)→C ox・O Hb(λ)+C ・HHb(λ)+xλ+y ΣS n (λ) → C ox · O 2 Hb (λ) + C h · HHb (λ) + xλ + y
において、右辺でC ox 、C 、x、yを変量とし、右辺の値とΣS (λ)の値の2乗誤差を最小とするC oxおよびC をそれぞれ酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C ox )および脱酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C )とするものである。 In the right-hand side in C ox, and C h, x, variable and y, right values and ΣS n (λ) C ox and C h a respective relative concentration of oxyhemoglobin to minimize the squared error values ( it is an C ox) and the relative concentrations of deoxygenated hemoglobin (C h).
【0041】 [0041]
また、総ヘモグロビン濃度(C )はC ox +C の値として求められ、その値を用いてヘモグロビン酸素飽和度(StO )がC ox /C の値として算出される。 The total hemoglobin concentration (C t) is obtained as the value of C ox + C h, the hemoglobin oxygen saturation (StO 2) is calculated as a value of C ox / C t using the value.
【0042】 [0042]
そして、濃度情報測定装置1による濃度情報の測定を終了(S108→S109)するまで上記のステップ(S104〜S107)を繰り返すことにより、1秒の更新速度で酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C ox )、脱酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C )、総ヘモグロビン濃度(C )並びにヘモグロビン酸素飽和度(StO )がリアルタイムに連続的に求められる(S108→S104〜S107→S108)。 Then, ends the measurement of the density information by the density information measuring apparatus 1 by repeating (S108 → S109) the above steps until (S104 to S107), the relative concentration of oxygenated hemoglobin at an update rate of one second (C ox) the relative concentration of the deoxygenated hemoglobin (C h), total hemoglobin concentration (C t) and the hemoglobin oxygen saturation (StO 2) is determined continuously in real time (S108 → S104~S107 → S108). このようにして得られた酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C ox )、脱酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C )および総ヘモグロビン濃度(C )のデータの一例を図7に、ヘモグロビン酸素飽和度(StO )のデータの一例を図8にそれぞれ示す。 Thus the relative concentration of oxygenated hemoglobin obtained in (C ox), an example of the data of the relative concentration of the deoxygenated hemoglobin (C h) and total hemoglobin concentration (C t) in FIG. 7, the hemoglobin oxygen saturation in FIGS. 8 shows an example of data (StO 2).
【0043】 [0043]
本発明の濃度情報測定装置1を用いた測定方法においては、上述の補正により外乱光による影響がリアルタイムにかつ精度良く除かれるため、このように補正された第1の光検出信号に基づいて演算することにより接触測定のみならず非接触測定においても高い精度で被測定成分の濃度情報が得られる。 In the measuring method using the density information measuring apparatus 1 of the present invention, since the influence of the disturbance light is removed accurately to and in real-time by the correction described above, based on the thus corrected first photodetection signal calculation density information of the measured component can be obtained with high accuracy even in the non-contact measurement not contact measurement only by.
【0044】 [0044]
以上、本発明の濃度情報測定装置の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 Having described the preferred embodiment of the density information measuring apparatus of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment. すなわち、例えば、補正の際に用いる数式は前記式(1)に限定されず、下記式(2): That is, for example, the formula to be used in the correction is not limited to the formula (1), the following equation (2):
【0045】 [0045]
【数6】 [6]
【0046】 [0046]
[式(2)中、A (λ)は前記光が入射されている間の前記第1の光検出信号、B (λ)は前記光が入射されていない間の前記第2の光検出信号、S (λ)は補正された前記第1の光検出信号、C(λ)は前記スペクトル校正ファントムを用いて予め得られた校正データ、xはf(前記光を間欠的に入射する周波数(Hz))×t(所定の積算期間(s))の値をそれぞれ示す。 Wherein (2), A n (λ ) is the second light between the first light detection signal while the light is incident, B n (λ) is the said light not incident detection signal, S n (λ) is corrected first optical detection signal, C (lambda) is the calibration data obtained in advance by using the spectral calibration phantom, x is intermittently incident f (the light indicating the value of the frequency (Hz)) × t (predetermined integration period (s)) for each. ]
であってもよい。 It may be. この式(2)によっても、前記式(1)を用いた場合と同様に精度良く補正および校正が実行され、効率良く第1の光検出信号の補正値が得られる。 With this equation (2), the formula (1) Similarly accurately corrected and calibrated in the case of using is performed, the correction value of efficiently first light detection signal is obtained. したがって、このようにして補正された前記第1の光検出信号に基づいても、高い精度で被測定成分の濃度情報が求められる。 Therefore, even on the basis of this way corrected the first light detection signal, the concentration information of the measured components is determined with high accuracy.
【0047】 [0047]
また、散乱吸収体に対して入射される光は可視光に限定されず、近赤外光でもよい。 Moreover, light incident on the scattering medium is not limited to visible light, or near infrared light. その場合、上記のような局所的な測定ではなく、脳や筋肉等の深部組織を非侵襲的な測定に有効となる傾向にある。 In that case, rather than the local measurement as described above, they tend to be effective in a non-invasive measurement of deep tissue, such as brain and muscle.
【0048】 [0048]
更に、用いる光は連続光に限定されず、単一波長光やパルス光であってもよい。 Further, the light used is not limited to the continuous light may be a single wavelength light or pulsed light.
【0049】 [0049]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように、本発明による濃度情報測定装置によれば、散乱吸収体内における被測定成分の濃度情報を分光法により非侵襲的に測定する際に、外乱光による影響をリアルタイムにかつ精度良く補正することができ、接触測定のみならず非接触測定においても精度の高い測定が可能となる。 As described above, according to the density information measuring apparatus according to the present invention, when the non-invasively measured by spectroscopy density information of the measured component in the scattering medium, accurately and the influence of disturbance light in real time can be corrected, it becomes possible to highly accurate measurement in a non-contact measurement not contact measurement only.
【0050】 [0050]
したがって、本発明による濃度情報測定装置は、例えば、体外表皮や手術中の露出臓器、内視鏡・カテーテルで観察可能な組織、さらには穿刺可能なファイバプローブを用いた内部組織における濃度情報の測定等に有効である。 Therefore, the density information measurement device according to the invention, for example, exposed organs outside the epidermis or intraoperative, observable tissue endoscopically catheter, further measurement of density information in the internal tissue using a puncturable fiber probe it is effective in equal.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】ヘモグロビンの酸素飽和度による吸収スペクトルの変化を示すグラフである。 1 is a graph showing a change in absorption spectrum due to the oxygen saturation of hemoglobin.
【図2】本発明の濃度情報測定装置の好適な一実施形態の構成を示すブロック図である。 2 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of the density information measuring apparatus of the present invention.
【図3】本発明の濃度情報測定装置の動作の好適な一実施形態を示すフローチャートである。 3 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of the operation of the density information measuring apparatus of the present invention.
【図4】光源の動作と得られる光検出信号の関係を示すグラフである。 4 is a graph showing a relationship between operations and the resulting optical detection signal of the light source.
【図5】実施形態において得られた補正後の検出光スペクトルの一例を示すグラフである。 5 is a graph showing an example of the detection light spectrum after correction obtained in the embodiment.
【図6】実施形態において得られた補正後の吸収スペクトルの一例を示すグラフである。 6 is a graph showing an example of the absorption spectrum of the corrected obtained in the embodiment.
【図7】実施形態において得られた酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C ox )、脱酸素化ヘモグロビンの相対濃度(C )および総ヘモグロビン濃度(C )のデータの一例を示すグラフである。 The relative concentration (C ox) of oxygenated hemoglobin obtained in [7] Embodiment is a graph showing an example of the data of the relative concentration of the deoxygenated hemoglobin (C h) and total hemoglobin concentration (C t).
【図8】実施形態において得られたヘモグロビン酸素飽和度(StO )のデータの一例を示すグラフである。 8 is a graph showing an example of data of the obtained hemoglobin oxygen saturation in the embodiment (StO 2).
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
1…濃度情報測定装置、2…本体部、3…プローブ、4…スペクトル校正ファントム、10…光照射用光ファイバ、12…光コネクタ、14…白色LED、16…白色LEDドライバ、20…光検出用光ファイバ、22…光コネクタ、24…分光器、26…CCDリニアセンサ、27…増幅器、28…A/D変換回路、30…操作スイッチ、32…CPU、34…表示手段、36…データ出力手段、38…データバス。 1 ... density information measuring device, 2 ... main body, 3 ... probe, 4 ... spectral calibration phantom, 10 ... light-irradiating optical fiber, 12 ... optical connector, 14 ... white LED, 16 ... white LED driver, 20 ... photodetecting use optical fiber, 22 ... optical connector, 24 ... spectroscope, 26 ... CCD linear sensor, 27 ... amplifier, 28 ... A / D conversion circuit, 30 ... operation switch, 32 ... CPU, 34 ... display unit, 36 ... data output means, 38 ... data bus.

Claims (5)

  1. 散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度情報測定装置において、 In density information measuring apparatus for measuring the density information of the measured component in the scattering medium noninvasively,
    前記散乱吸収体に対して所定波長領域の光を入射する光入射手段と、 A light incident means for incident light of a predetermined wavelength region to the scattering medium,
    前記散乱吸収体内部を伝搬した光を受光する受光手段と、 Light receiving means for receiving the light propagating inside the scattering medium,
    前記受光手段に光学的に結合されており、前記受光手段において受光された光に基づいて光検出信号を生成する信号生成手段と、 And signal generating means for generating a light detection signal based on are optically coupled, the light received at the light receiving means and said light receiving means,
    前記信号生成手段からの前記光検出信号に基づいて前記被測定成分の濃度情報を演算する演算手段と、 Calculating means for calculating the density information of the component to be measured on the basis of the light detection signal from the signal generating means,
    を備え、 Equipped with a,
    前記光入射手段が前記所定波長領域の光を間欠的に入射し、前記演算手段において、前記光が入射されている間の第1の光検出信号から前記光が入射されていない間の第2の光検出信号を差し引いて前記第1の光検出信号を補正し、補正された前記第1の光検出信号に基づいて前記被測定成分の濃度情報を演算することを特徴とする濃度情報測定装置。 Said light projecting means is intermittently incident light in the predetermined wavelength region, in the arithmetic unit, a second while the light from the first light detection signal while the light is incident is not incident of subtracting the optical detection signal to correct the first light detection signal, corrected the first density information measuring apparatus characterized by computing the density information of the component to be measured based on the light detection signal .
  2. 前記光入射手段の光源が白色光源であり、前記光入射手段が可視光領域の光を1Hz以上の周波数で間欠的に前記散乱吸収体に対して入射することを特徴とする請求項1に記載の濃度情報測定装置。 Light source of the light incident means is a white light source, according to claim 1, wherein said light incident means is incident on intermittently said scattering medium to light in the visible region over a frequency 1Hz concentration information measuring device.
  3. 前記演算手段において、所定積算期間内における前記第1の光検出信号の積算値から前記第2の光検出信号の積算値を差し引いて前記第1の光検出信号の積算値を補正し、補正された前記第1の光検出信号の積算値に基づいて前記被測定成分の濃度情報を演算することを特徴とする請求項1または2に記載の濃度情報測定装置。 In the calculating means, by subtracting the integrated value of the second light detection signal from the integrated value of the first light detection signal within a predetermined integration period by correcting the integrated value of the first light detection signal is corrected density information measuring apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that calculating the concentration information of the component to be measured based on the integrated value of the first light detection signal.
  4. 前記光入射手段の光源スペクトルと前記測定装置の装置特性とを校正するためのスペクトル校正ファントムを更に備えており、 Further comprising a spectral calibration phantom for calibrating the device characteristics of the light source spectrum and the measuring device of the light projecting means,
    前記演算手段において、下記式(1): In the computing unit, the following equation (1):
    または下記式(2): Or the following formula (2):
    [式(1)および式(2)中、A (λ)は前記光が入射されている間の前記第1の光検出信号、B (λ)は前記光が入射されていない間の前記第2の光検出信号、S (λ)は補正された前記第1の光検出信号、C(λ)は前記スペクトル校正ファントムを用いて予め得られた校正データ、xはf(前記光を間欠的に入射する周波数(Hz))×t(所定の積算期間(s))の値をそれぞれ示す。 [Equation (1) and formula (2), A n (lambda) is between the first light detection signal, the B n (lambda) is the light not incident during which the light is incident the second light detection signal, S n (λ) is corrected first optical detection signal, C (lambda) is the calibration data obtained in advance by using the spectral calibration phantom, x is f (the light the respectively the values ​​of intermittently incoming frequency (Hz)) × t (predetermined integration period (s)). ]
    によって前記第1の光検出信号を補正し、補正された前記第1の光検出信号に基づいて前記被測定成分の濃度情報を演算することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の濃度情報測定装置。 Said first correcting the light detection signal, any one of claims 1 to 3 on the basis of the corrected first optical detection signal and calculates the concentration information of the component to be measured by density information measuring apparatus according to.
  5. 前記被測定成分の濃度情報が、酸素化ヘモグロビンの相対濃度、脱酸素化ヘモグロビンの相対濃度およびヘモグロビンの酸素飽和度からなる群から選択される少なくとも一つの情報であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の濃度情報測定装置。 Claim 1, density information of the measured component, the relative concentration of oxygenated hemoglobin, wherein the at least one information selected from the group consisting of the relative concentration and the oxygen saturation of hemoglobin in the deoxygenated hemoglobin density information measuring apparatus according to any one of to 4.
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