JP2006090863A - 成分分析方法及び検体同定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 各検体固有の情報を得ることができ、検体の同定を行うことができ、さらに、組織が混在する場合であっても、それぞれの組織成分の濃度の空間的な分布を得ることができる（組織）成分分析方法を提供する。
【解決手段】 （１）検体又は検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、（２）検体にテラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示す所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、及び、（３）検体に含まれる成分についてすでに測定された所定のスペクトルの（１）〜（３）のうちの少なくとも一つを用いて検体に含まれる成分の濃度分布を求める。
【選択図】 図４

Description

本発明は、テラヘルツ波を用いた検体の成分分析方法及び検体の同定方法に関する。

周波数範囲が約０．１〜１０ＴＨｚである遠赤外線及びサブミリ波（以下テラヘルツ波という）は、無線通信におけるこの周波数帯の有効利用、超高速通信への対応、この周波数帯の電磁波の特徴を生かしたイメージングやトモグラフィーによる環境計測、及び、生物や医学への応用などが提案されている。それらのうち、テラヘルツ波を用いた生体組織のイメージングでは、検体たる生体組織にテラヘルツ波を照射したときの透過率や屈折率などのパラメータの空間的な分布から生体組織を見分けることを試みていた（非特許文献１〜３）。
Ｔ． Ｌｏｆｆｌｅｒ， Ｋ． Ｓｉｅｂｅｒｔ， Ｓ． Ｃｚａｓｃｈ， Ｔ． Ｂａｕｅｒ ａｎｄ Ｈ． Ｇ． Ｒｏｓｋｏｓ，「Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｐｕｌｓｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ」Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ， ４７， ３８４７ （２００２）． Ｒ． Ｍ． Ｗｏｏｄｗａｒｄ， Ｖ． Ｐ． Ｗａｌｌａｃｅ， Ｄ． Ｄ． Ａｒｎｏｎｅ， Ｅ． Ｈ． Ｌｉｎｆｉｅｌｄ ａｎｄ Ｍ． Ｐｅｐｐｅｒ， 「Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｐｕｌｓｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｓｋｉｎ ｃａｎｃｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌ． ２９， ２５７ （２００３）． Ｐ． Ｋｎｏｂｌｏｃｈ， Ｃ． Ｓｃｈｉｌｄｋｎｅｃｈｔ， Ｔ． Ｋｌｅｉｎｅ−Ｏｓｔｍａｎｎ， Ｍ． Ｋｏｃｈ， Ｓ． Ｈｏｆｆｍａｎｎ， Ｍ． Ｈｏｆｍａｎｎ， Ｅ． Ｒｅｈｂｅｒｇ， Ｍ． Ｓｐｅｒｌｉｎｇ， Ｋ． Ｄｏｎｈｕｉｊｓｅｎ， Ｇ． Ｈｅｉｎ ａｎｄ Ｋ． Ｐｉｅｒｚ， 「Ｍｅｄｉｃａｌ ＴＨｚ ｉｍａｇｉｎｇ： ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｓｔｏ−ｐａｔｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅｓ」Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ， ４７， ３８７５ （２００２）．

しかし、上述の生体組織のイメージングにおけるパラメータは、単一の周波数における計測値、または、ある周波数範囲における平均的な計測値であって、各検体固有の情報が得られているとは言い難かった。すなわち、他の検体と識別可能な程度の情報が得られておらず、検体の同定はきわめて困難であった。よって、これらのパラメータから得られた情報に基づいて求められた組織の空間的な分布は、検体の組織の分布を正確に反映しているとは言えなかった。

上記課題を解決すべく、本発明の成分分析方法は、検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる検体の所定のスペクトル分布に基づいて、検体に含まれる成分の濃度分布を求める成分分析方法であって、（１）検体又は検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、（２）検体にテラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示す所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、及び、（３）検体に含まれる成分についてすでに測定された所定のスペクトルの（１）〜（３）のうちの少なくとも一つを用いて検体に含まれる成分の濃度分布を求めることを特徴としている。

本発明の検体同定方法は、検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射し、これによって得られる検体の所定のスペクトル分布に基づいて検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて検体の同定を行う検体同定方法であって、（１）検体又は検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、（２）検体にテラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示す所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、及び、（３）検体に含まれる成分についてすでに測定された所定のスペクトルの（１）〜（３）のうちの少なくとも一つを用いて検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて検体の同定を行うことを特徴としている。

本発明の検体同定方法は、検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射し、これによって得られる前記検体の所定のスペクトル分布に基づいて前記検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて前記検体の同定を行う検体同定方法であって、前記検体又は前記検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトルを用いて前記検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて前記検体の同定を行うことを特徴としている。

本発明の検体同定方法では、検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射することにより前記検体における所定のスペクトル分布を求め、かつ、前記検体又は前記検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射することにより正常組織及び非正常組織における所定のスペクトルを求め、得られた検体における所定のスペクトル分布と、正常組織及び非正常組織における所定のスペクトルとを比較することにより前記検体に含まれる成分の濃度分布を求めることができる。

上記成分の濃度が明らかな部位は単一の成分からなる部位とすることができる。

上記テラヘルツ波は、０．１〜１０ＴＨｚの周波数を備えることが好ましい。

上記検体としては生体組織が好ましい。

上記成分は正常組織及び/又は非正常組織とすることができる。

上記所定のスペクトル分布は、吸光度のスペクトル分布とすることができ、上記所定のスペクトルは、吸光度のスペクトルとすることができる。

本発明によれば、検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル分布に基づいて検体に含まれる成分の濃度分布を求めているため、各検体の組織固有の情報を得ることができ、これにより、検体の組織の同定を行うことができる。すなわち、検体に組織が混在する場合であっても、それぞれの組織の空間的な分布を得ることができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。 図１に示す本発明の成分判別装置は、テラヘルツ波発生装置１０、分光計測装置３０、成分濃度演算装置４０、二次元走査装置５０及び画像表示装置６０を有する。本発明は、生体組織を検体Ｔとすることができるが、生体組織としては、生きているもの、パラフィン包埋などの病理組織標本処理を施したもの、凍結したもの、凍結乾燥したものなど、いずれの形態であってもよい。また、本実施形態ではスペクトルとして吸光度のスペクトルを用いているが、スペクトルとしては透過率、屈折率、反射率のスペクトルを用いることもできる。同様に、スペクトル分布として吸光度のスペクトル分布を用いているが、スペクトル分布としては透過率、屈折率、反射率のスペクトル分布を用いることもできる。

テラヘルツ波発生装置１０は、パラメトリック効果によってテラヘルツ波発生が可能な非線形光学結晶１１（例えばＬｉＮｂＯ₃）が載置された回転ステージ１５と、非線形光学結晶１１にポンプ波１２（例えばＹＡＧレーザー光）を入射するポンプ光入射装置２１と、発生するテラヘルツ波１４の波長を変化させるスイッチング装置２３と、を有する。

回転ステージ１５上には、非線形光学結晶１１を挟んで高反射コーティングを施したミラーＭ１とＭ２が配置され、共振器を構成している。この回転ステージ１５は、回転させることにより、ポンプ光入射装置２１に対して任意の角度だけ傾斜して配置することができる。非線形光学結晶１１には、テラヘルツ波を外部に取り出すためのプリズム結合器１６が結合されている。２枚のミラーＭ１、Ｍ２はその半分のみに高反射コーティングを施し、残りは素通しでポンプ波１２が通過するようになっている。

このテラヘルツ波発生装置１０では、ラマン活性かつ遠赤外活性を有する非線形光学結晶１１にポンプ波１２を一定方向から入射すると、誘導ラマン効果（又はパラメトリック相互作用）により物質の素励起波（ポラリトン）を介してアイドラー波１３とテラヘルツ波１４が発生する。ポンプ波１２の入射角度を特定の値とすることにより、特定方向のアイドラー波１３の強度を高めることができる。ポンプ波１２（ω_p）、テラヘルツ波１４（ω_T）、アイドラー波１３（ω_i）の間には、式（１）で示すエネルギー保存則と式（２）で示す運動量保存則（位相整合条件）が成り立つ。なお、式（２）はベクトルである。
ω_p＝ω_T＋ω_i．．．（１）
κ_p＝κ_T＋κ_i．．．（２）

テラヘルツ波発生装置１０においては、ポンプ波１２の非線形光学結晶１１への入射角θをある範囲（例えば１〜２°）で変えると、非線形光学結晶１１中でのポンプ波１２とアイドラー波１３のなす角、及び、テラヘルツ波１４とアイドラー波１３のなす角度がそれぞれ変化する。このように位相整合条件を変化させることにより、テラヘルツ波１４は例えば約１４０〜３１０μｍの間で連続波長可変性を備えることができる。 このテラヘルツ波発生装置１０では、回転ステージ１５を回転させて非線形光学結晶１１に対するポンプ波１２の入射角を変化させることにより、約１．０〜３．０ＴＨｚのテラヘルツ波領域において、複数の異なる波長のテラヘルツ波１４を発生させることができる。

分光計測装置３０は、分割器３１、反射ミラー３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、集光レンズ３２、分散レンズ３３、及び分光計測器３５を有する。

分割器３１は、この例ではワイヤグリッドであり、絞り３４により所定の径とされたテラヘルツ波１４を一定の比率で計測光１４ａと参照光１４ｂに分割する。計測光１４ａは、反射ミラー３７ａ、３７ｂを介して集光レンズ３２に導かれ、参照光１４ｂは、反射ミラー３７ｃを介して分光計測器３５に導かれる。集光レンズ３２は、計測光１４ａを検体Ｔに集光して照射し、検体Ｔを透過した計測光１４ａは、分散レンズ３３により拡径され分光計測器３５に導かれる。集光レンズ３２と分散レンズ３３は、例えば焦点距離３０ｍｍ前後のＴＰＸレンズを用いることができる。分光計測器３５は、既存のものを用いることができ、例えば検出素子を２つ内蔵するＳｉボロメータとすることができる。分光計測器３５の出力は、ＴＳＳ（Ｔｉｍｅ Ｓｈａｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）４１を介して成分濃度演算装置４０に入力される。

成分濃度演算装置４０は、例えば記憶装置を備えたコンピュータであり、予め計測、記憶した成分（組織成分）の吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］と、検体Ｔについて測定した吸光度Ｉの二次元分布［Ｉ］から、成分濃度Ｐの二次元分布［Ｐ］を算出する。なお、テラヘルツ波１４に出力変動（ΔＩ）がある場合でも、出力変動（ΔＩ）は参照光１４ｂの利用により自動的に補償されるので、出力変動を補正して検体Ｔの透過率を常に正確に求めることができる。

検体Ｔたる生体組織においては、異なる波長のテラヘルツ波に対して異なる吸収率を示す波長依存性を備える成分が含まれる場合が多い。本発明においては、成分濃度演算装置４０により、計測した透過率の相違からテラヘルツ波の吸収に波長依存性のある成分の有無及び濃度を検出することができる。

上述のように、本実施形態においては、異なる波長のテラヘルツ波を照射し、その結果から所定のスペクトル分布を得ている。すなわち、単色に近い狭帯域のテラヘルツ波を、その波長域を異ならせて複数回照射し、所定のスペクトル分布を得ることとしていた。しかしながら、これに代えて、広帯域のテラヘルツ波を照射し、解析時にフーリエ変換を行うことにより単色に近い狭帯域のテラヘルツ波を複数回照射したものとみなし、所定のスペクトル分布を得ることもできる。

二次元走査装置５０は、検体Ｔを例えばｘ−ｙ平面内で移動させ、検体Ｔの表面に照射した複数の異なる波長のテラヘルツ波１４をそれぞれ二次元的に走査する。画像表示装置６０は、成分濃度演算装置４０で検出された検体の成分濃度の分布を二次元的に画像表示する。

上述した成分判別装置を用いた成分分析方法及び検体同定方法について説明する。
まず、検体Ｔの計測の前に、例えば１〜３ＴＨｚのテラヘルツ波領域において、複数の異なる波長のテラヘルツ波に対する成分（組織成分）の吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］を予め計測して記憶する。なお、テラヘルツ波の波長域としては０.１〜１０ＴＨｚであっても良い。この計測の対象は、検体Ｔとは別の生体組織（検体Ｂ）であって、成分の濃度が明らかなものであることが好ましく、複数の領域や対象について計測し、その結果の平均値を算出すると当該成分の一般的な吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］（検体に含まれる成分についてすでに測定された所定のスペクトル）を求めることができる。

次に、検体Ｔの計測を行う。この計測においては、検体Ｔ又は検体Ｔを採取した個体に複数の異なる波長のテラヘルツ波を二次元的に走査して透過光の吸光度Ｉの二次元分布［Ｉ］を計測する。ところで、検体Ｔはその検体Ｔを備える個体固有のものであって、その成分も個体固有のものである。したがって、その成分が示す吸光度Ｓのスペクトルには、一般的な吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］から外れたものも存在しうる。本実施形態では、そのような場合であっても、その検体Ｔが有する成分を正確に分析し、これにより検体の同定を行うべく、検体Ｔのうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して吸光度のスペクトルＳ（検体又は検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル）を計測することとしている。

ここで「成分の濃度」とは、生体を構成する組織レベル及び／又は分子レベルにおける成分の濃度のことである。例えば、組織レベルにおける成分とは、胃、肺、肝臓その他の臓器、筋肉、脂肪、骨、腱、結合組織、血管などを構成する組織、及び／又は、それが非正常化した癌などの組織であり、医学的に特徴づけられ空間的に広がりを持った生体のある領域を意味する。この成分の濃度とは、計測部位においてこれらの組織が含まれる割合を意味する。一方、分子レベルにおける成分とは、糖類、ＤＮＡ、蛋白質その他の生体に存在する生化学的な化合物であり、検体にテラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示す所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して所定のスペクトル分布を得る場合における所定物質もこれに相当する。この成分の濃度とは、その成分が含まれる濃度を意味する。また、前述の成分の濃度が明らかな部位は、正常組織のみ、あるいは非正常組織のみからなる単一の成分からなる部位であるのが好ましい。

また、成分によっては、テラヘルツ波の吸収に波長依存性がなく、異なる波長に対してほぼ同一の吸収率を示すものがある。もしくは、波長依存性を備えていても、検体に含まれる他の成分の波長依存性と類似しているために、明確に識別できない場合がある。このような成分については、テラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示し、かつ、当該成分に取り込まれやすい所定の化学物質（所定物質）を検体Ｔに対して与えることにより、この物質を当該成分に取り込ませ、この物質に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる吸光度Ｓのスペクトル（検体にテラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示す所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル）を計測することにより、当該成分の濃度を間接的に測定することができる。

つづいて、検体Ｔに複数の異なるテラヘルツ波を照射して、吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］と透過光の吸光度Ｉから、成分濃度Ｐを算出する。さらに、透過光の吸光度Ｉの二次元分布［Ｉ］の計測結果から、成分濃度Ｐの二次元分布［Ｐ］を算出する。また、算出された成分濃度Ｐの二次元分布［Ｐ］は、画像表示装置６０を用いて二次元的に画像表示する。

ここで、吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］と吸光度Ｉから、成分濃度Ｐを算出する原理について説明する。
最も簡単な例として、波長依存性を示す２つの物質Ａ、Ｂの濃度がそれぞれＰ_A、Ｐ_Bであり、物質Ａの波長λ₁、λ₂に対する透過率がそれぞれＳ_A（λ₁）、Ｓ_A（λ₂）、物質Ｂの波長λ₁、λ₂に対する透過率がそれぞれＳ_B（λ₁）、Ｓ_B（λ₂）であるとする。この場合、波長λ₁、λ₂の透過光の吸光度Ｉ₁、Ｉ₂は式（３）（４）で示される。

Ｉ₁＝Ｓ_A（λ₁）Ｐ_A＋Ｓ_B（λ₁）Ｐ_B・・・（３）
Ｉ₂＝Ｓ_A（λ₂）Ｐ_A＋Ｓ_B（λ₂）Ｐ_B・・・（４）

式（３）（４）において、透過光の吸光度Ｉ₁、Ｉ₂、Ｓ_A（λ₁）、Ｓ_A（λ₂）、Ｓ_B（λ₁）、Ｓ_B（λ₂）が既知であれば、上記連立方程式を解くことにより、２つの物質Ａ、Ｂの濃度Ｐ_A、Ｐ_Bを求めることができる。

同様に、Ｍ個の物質の濃度Ｐの二次元分布が行列［Ｐ］であり、各物質のＮ個の異なる波長（又は周波数）に対する吸光度Ｓのスペクトルが行列［Ｓ］であり、各波長（又は周波数）に対する透過光の吸光度Ｉの二次元分布が行列［Ｉ］であるとすると、式（５）が成り立つ。
［Ｉ］＝[Ｓ][Ｐ]・・・（５）

この場合、Ｎ個の周波数のテラヘルツ波で観測された画像は、式（６）のような線形行列式で表すことができる。

式６

ここで［Ｉ］は観測画像を１次元的に並べ直した行ベクトルＩ（ｆ₁）、Ｉ（ｆ₂）、…Ｉ（ｆ_N）を縦に並べた行列、［Ｓ］は各物質の吸光度のスペクトルを横に並べた行列、［Ｐ］は各物質パターンをベクトル表記Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_Mを縦に並べた行列である。ここでＬは画像のサイズである。

式（６）において、行列［Ｓ］と［Ｉ］が既知であれば、式（６）から［Ｐ］を求めることができる。
すなわち、Ｎ＝Ｍの場合、式［Ｐ］＝［Ｓ］^-1［Ｉ］により、成分濃度Ｐの二次元分布［Ｐ］を算出することができる。また、Ｎ＞Ｍの場合、式［Ｉ］＝［Ｓ］［Ｐ］から、最小２乗法により成分濃度Ｐの二次元分布［Ｐ］を算出すると式（７）となる。

式７

以下、本発明の実施例を説明する。
この実施例では、検体Ｔとして、図２に示す腫瘍を含むヒトの肝臓の切片をパラフィン包埋処理したもの（厚さ２ｍｍ）を用い、台紙上に固定して計測する。図２は計測領域を示す写真で、その領域の大きさは縦２３ｍｍ×横１８ｍｍである。測定対象の成分としては、正常組織と非正常組織（癌組織）を共に含む組織を用いる。これら正常組織と癌組織は、テラヘルツ波領域に対する吸収に波長依存性があり、検体Ｔの単一の各成分からなる部位に対して複数の異なるテラヘルツ波を照射すると、各成分固有の吸光度Ｓのスペクトルを得ることができる。

計測に先立って、腫瘍を含むヒトの肝臓（検体Ｂ：検体Ｔに限らない）の正常組織と癌組織に対して、複数の異なるテラヘルツ波を照射し、吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］を取得し、成分濃度演算装置４０に記憶しておく。この測定を複数の対象について行うことにより、正常組織と癌組織に対する一般的な吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］を得ることができる。

一方、検体Ｔ又は検体Ｔを採取した同じ個体の肝臓のうち、癌組織又は正常組織の濃度が明らかな部位（成分の濃度が明らかな部位）又は単一の成分からなる部位（例えば癌組織のみからなる部位、正常組織のみからなる部位）について、複数の異なるテラヘルツ波を照射し、固有の吸光度Ｓのスペクトルを取得し、成分濃度演算装置４０に記憶しておく。

さらに、検体Ｔを固定する台紙（紙、パラフィン）等に対するノイズを除去するため、適宜、以下の操作を行っても良い。すなわち、周波数に依存しない吸光度のスペクトルＳを作成し，これを［Ｓ］の一部とし、成分濃度演算装置４０に記憶しておく。紙，パラフィン等はテラヘルツ波の吸収に波長依存性がなく，異なる波長に対してほぼ同一の吸収率を示すことが知られているので、このスペクトルを考慮することにより，計測に直接関係しない成分の影響を除去し、検体Ｔの濃度成分をより正確に求めることができる。

また、正常組織あるいは癌組織のテラヘルツ波の吸収の波長依存性が成分濃度の計測に十分でない場合や、正常組織及び癌組織以外の成分であって、テラヘルツ波の吸収に波長依存性がなく、異なる波長に対して他の成分とほぼ同一の吸収率を示す成分の濃度分布を計測する場合は、検体Ｔに対して、テラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示し、かつ、当該成分に取り込まれやすい所定の化学物質（所定物質）を与えておく。この物質は当該成分に取り込まれ、この物質に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる吸光度Ｓのスペクトル分布を計測することにより、当該成分の濃度を間接的に測定することができる。腫瘍に取り込まれやすく、正常組織には取り込まれにくく、かつ、テラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性がある化学物質としては、例えばデオキシグルコースがある。

次に、図１に示した成分判別装置を用い、１．１〜１．８ＴＨｚの領域の複数の異なるテラヘルツ波を検体Ｔに照射しそれぞれ二次元的に走査し、検体Ｔの吸光度Ｉの二次元分布［Ｉ］を計測して成分濃度演算装置４０に記憶させるとともに、画像表示装置６０で画像表示させる（図３）。吸光度の計測は５００μｍ毎に行い、これが画像表示の際の１画素の大きさに相当する。この図３に示す画像の濃淡は、検体Ｔを透過したテラヘルツ波の強度を検体Ｔへの入射強度で割った値（減衰率）の対数、すなわち吸光度に対応しており、白いほど透過率が高いことを示している。

図４における正常組織及び癌組織における各プロットは、図２の可視画像から明らかに正常組織のみである小領域（１０画素程度）と明らかに癌組織のみである小領域（１０画素程度）とを医師の視認により特定し、それぞれの小領域における各画素において複数の異なるテラヘルツ波を照射することによって得られた吸光度のスペクトルの平均を示している。なお、この正常組織及び癌組織における各プロットは、個体差が無いあるいは少ないと考えられる場合には、正常組織と癌組織に対する一般的な吸光度Ｓのスペクトル［Ｓ］を利用し算出してもよい。検体Ｔの各プロットについては、各画像に共通した測定対象たる小領域（図３中における所定の点：不図示）の測定結果をその小領域における吸光度Ｓのスペクトルとしている。このようにして求めた検体Ｔの吸光度Ｓのスペクトル分布は、正常組織及び癌組織の一般的な吸光度Ｓ又は固有の吸光度Ｓのスペクトルに基づいて、上述の算出原理により分析され、その点の成分濃度が算出される。すなわち、図４のように、正常組織と癌組織では、それぞれ異なる形状を有する吸光度のスペクトルが得られるが、検体Ｔの計測部位（上記所定の点）における吸光度のスペクトルと、正常組織及び癌組織の吸光度のスペクトルとを比較することにより、検体Ｔの計測部位における正常組織と癌組織の濃度が把握できる。たとえば、もし検体Ｔの計測部位における吸光度のスペクトルが正常組織の吸光度のスペクトルと全く同形状であれば、検体Ｔの計測部位は正常組織であると判断できる。このような計測を順次（２次元的に）行うことによって、検体Ｔの各点について成分の濃度を計測することができ、この測定結果により検体の同定を行うことができる。その結果から、癌組織の濃度として表したのが図５（ａ）であり、正常組織の濃度として表したのが図５（ｂ）である。前述の点の大きさは図５における画素の大きさ（５００μｍ×５００μｍ）に相当する。

ここで、各点の測定にあたっては、正常組織及び癌組織の一般的な吸光度Ｓのスペクトル及び固有の吸光度Ｓのスペクトル分布のいずれかを用いることができる。さらに、検体Ｔに、テラヘルツ波の吸収に波長依存性がなく、異なる波長に対してほぼ同一の吸収率を示す成分が含まれる場合は、検体Ｔに所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる吸光度のスペクトル分布と、検体Ｔに含まれる成分についてすでに測定された一般的な吸光度Ｓと、検体Ｔ又は検体Ｔを採取した個体のうち成分濃度が分かっている部位固有の吸光度Ｓのスペクトル分布と、のいずれかを用いて検体Ｔの成分濃度を測定する。

成分濃度Ｐの二次元分布［Ｐ］は、画像表示装置６０に二次元的に画像表示される。この画像に可視画像を重ねた画像（図５）では、検体Ｔの正常組織成分の濃度及び癌組織成分の濃度分布が、図２に示す可視画像とほぼ一致していることが分かる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明に係る成分判別装置の全体構成図である。 実施例の検体の背後から可視光を照射したときの画像を示した図である。黄色がかった領域が癌組織、暗い赤褐色の領域が正常組織である。ピンク色の領域は検体が固定されている台紙、白い領域はパラフィンである。 実施例の検体に対して１．１〜１．８ＴＨｚの各テラヘルツ波を照射したときの透過画像を示した図である。 実施例におけるテラヘルツ波の周波数（ＴＨｚ）と、正常組織、癌組織、及び、図３における検体Ｔのある計測部位の吸光度Ｓ（任意単位）と、の関係を示した図である。 実施例における癌組織と正常組織の吸光度のスペクトルを含む領域、すなわち癌組織と正常組織を含む領域を、その成分の濃度を濃淡で表し、可視光像に重ねて表示した図である。色が濃いほど濃度が高いことを表している。

符号の説明

１０ テラヘルツ波発生装置
１１ 非線形光学結晶
１２ ポンプ波
１３ アイドラー波
１４ テラヘルツ波
１４ａ 計測光
１４ｂ 参照光
１５ 回転ステージ
１６ プリズム結合器
２１ ポンプ光入射装置
２３ スイッチング装置
３０ 分光計測装置
３１ 分割器（ワイヤグリッド）
３２ 集光レンズ
３３ 分散レンズ
３５ 分光計測器（Ｓｉボロメータ）
４０ 成分濃度演算装置（ＰＣ）
５０ 二次元走査装置
６０ 画像表示装置
Ｔ 検体

Claims (14)

1. 検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる前記検体の所定のスペクトル分布に基づいて、前記検体に含まれる成分の濃度分布を求める成分分析方法であって、
   （１）前記検体又は前記検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、
   （２）前記検体にテラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示す所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、及び、
   （３）前記検体に含まれる成分についてすでに測定された所定のスペクトル、
   の（１）〜（３）のうちの少なくとも一つを用いて前記検体に含まれる成分の濃度分布を求めることを特徴とする成分分析方法。
2. 前記成分の濃度が明らかな部位は、単一の成分からなる部位である請求項１記載の成分分析方法。
3. 前記テラヘルツ波は、０．１〜１０ＴＨｚの周波数を備える請求項１又は２記載の成分分析方法。
4. 前記検体は生体組織である請求項１から３のいずれか１項記載の成分分析方法。
5. 前記成分は正常組織及び/又は非正常組織であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の成分分析方法。
6. 前記所定のスペクトル分布は、吸光度のスペクトル分布であり、前記所定のスペクトルは、吸光度のスペクトルであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の成分分析方法。
7. 検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射し、これによって得られる前記検体の所定のスペクトル分布に基づいて前記検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて前記検体の同定を行う検体同定方法であって、
   （１）前記検体又は前記検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、
   （２）前記検体にテラヘルツ波の吸収に特徴的な波長依存性を示す所定物質を与え、この検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトル、及び、
   （３）前記検体に含まれる成分についてすでに測定された所定のスペクトルの（１）〜（３）のうちの少なくとも一つを用いて前記検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて前記検体の同定を行うことを特徴とする検体同定方法。
8. 検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射し、これによって得られる前記検体の所定のスペクトル分布に基づいて前記検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて前記検体の同定を行う検体同定方法であって、
   前記検体又は前記検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射して得られる所定のスペクトルを用いて前記検体に含まれる成分の濃度分布を求め、この濃度分布を用いて前記検体の同定を行うことを特徴とする検体同定方法。
9. 前記検体に対して複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射することにより前記検体における所定のスペクトル分布を求め、かつ、前記検体又は前記検体を採取した個体のうち、成分の濃度が明らかな部位に対して、複数の異なる波長のテラヘルツ波を照射することにより正常組織及び非正常組織における所定のスペクトルを求め、得られた検体における所定のスペクトル分布と、正常組織及び非正常組織における所定のスペクトルとを比較することにより前記検体に含まれる成分の濃度分布を求める請求項８記載の検体同定方法。
10. 前記成分の濃度が明らかな部位は、単一の成分からなる部位であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載の検体同定方法。
11. 前記テラヘルツ波は、０．１〜１０ＴＨｚの周波数を備える請求項７から１０のいずれか１項記載の検体同定方法。
12. 前記検体は生体組織である請求項７から１１のいずれか１項記載の検体同定方法。
13. 前記成分は正常組織及び/又は非正常組織であることを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項記載の検体同定方法。
14. 前記所定のスペクトル分布は、吸光度のスペクトル分布であり、前記所定のスペクトルは、吸光度のスペクトルであることを特徴とする請求項７から１３のいずれか１項記載の検体同定方法。
    

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