JP2008045938A - 被検体組織内の被分析物の濃度測定のための光音響分析方法及び光音響分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被検体部位にレーザ源15−18から近赤外線レーザパルスを照射して対象組織に超音波パルスを発生させるステップaと、検出器32で超音波パルスを検出して第1信号を発生するステップbと、超音波パルスが吸光物質内で発生し組織を伝播して検出器で検出されるようにレーザー源と被検体部位の間に吸光物質を配置期間にステップbと波長とエネルギーとが同じレーザパルスを用いて対象組織内に超音波パルスを発生させるステップcと、吸光物質で発生した超音波パルスを検出して第2信号を発生するステップdと、第1、第2信号の強度比を各波長ごとに算出するステップeと、被分析物の吸光係数を強度比と吸光物質の光学特性とから算出するステップfと、算出された吸光係数から被分析物の濃度を算出し被分析物のモル吸光係数を算出するステップgとを備える。
【選択図】 図2A
Description
この式は3つの項として表すことができる。
バルク媒質熱応答項(吸光係数)=[(βv2)/Cp]
吸光体の特性項=cm−1で表されるμa
源エネルギー・フルエンス項=cm2当りのジュール数で表されるE0
但し、
E0は、cm2当りのジュール数で表されるレーザー・フルエンスであり、
μaは媒質内の吸光種の吸光係数であり、
βは媒質または組織の熱膨張係数であり、(°K−1)
vは媒質または組織内の音速であり、
Cpは一定圧力下での媒質の比熱である。
但し、
PAは、光音響相互作用の結果として作り出された超音波のパルス振幅であり、
ΔPは、光音響相互作用の結果としての媒質内の圧力変化であり、
Rはレーザーパルス幅に依存する応力緩和因子であり、
Tは、インターフェースを介した音響伝達であり、
Dは、媒質または組織内の音響回折パターンであり、
Λは、媒質または組織=e−αd内の音波の減衰であり、αは媒質または組織内の吸光体の音響減衰係数であり、dは音パルスが移動する距離であり、
Sは、超音波検出器の応答である。
PA=RTDΛS.[(βv2)/Cp]μa.E0 (3)
従来の研究は、(PA/E0)の値を被分析物の濃度(すなわち、その吸光係数μa)と相関させるが、それは、この測定された超音波パルスの全振幅が、対象元素種の吸光の結果として生成すると想定している。光音響信号の振幅変化のすべてが、媒質に添加された溶質の吸光係数μaの寄与(contribution)によるものというわけではない。媒質への溶質の添加は、その媒質の内部熱弾性特性および媒質中での超音波伝播に実際影響する。従って、グルコースの非侵襲測定の場合は、発生した超音波パルス振幅は媒質内の被分析物の吸光係数μaに依存し、また、式(3)内の別のパラメータにも依存する。
本発明の他の局面は、組織構成要素による短時間レーザーパルスの吸収によって誘起される超音波信号の生成と伝播への、可変な組織特性の影響を補償する方法である。
本発明の方法によれば、光音響信号は被検体部位に関して2つの相異なる条件下で生成し検出される。
a)ヘモグロビン、水、脂肪およびグルコースなどの被検体部位内にある自然吸光体を、この自然発生的な吸収分子に特有の波長で励起し、この吸収事象から得られる超音波パルスを検出する。
b)被検体部位の組織に結合されており周知の吸光度を有した外部吸光体を、ステップ(a)で用いたのと同じ温度、圧力および同じ波長で励起し、その外部吸光体の存在下でのこの吸収事象から得られる超音波パルスを検出する。
これら2つの信号および外部吸光体の光学特性を用いて、吸光係数、ひいてはヒト組織内の対象被分析物の濃度を割り出す。外部吸光体という用語は、媒質に付加された物質または生体系に強力に結合された別の物質を指す。それは、対象分子よりもずっと高い吸光係数で光を吸収し、その吸収は、対照被分析物の吸光の方式と同様に経時変化しない。
自然な状態での被検体部位内での光音響(PA)信号の励起と、生成して伝播された超音波信号の計測は、ヘモグロビン、水、グルコースまたは他の所望の被分析物の近赤外スペクトル吸収帯内の1つまたは複数の波長でのレーザーパルスを用いて被検体部位を照射することによって達成される。超音波信号は、組織内の自然吸光体(μa項)による光吸収によって光音響信号に対応する。それは、βおよびCpの変化による、組織の内部熱弾性特性の、パルス生成に対する影響による寄与も有する。その信号は、組織(Tissue)の機械的および音響伝播特性(v,DおよびΛ)に関する溶質の影響、インターフェースの影響および超音波検出器の応答からの寄与をも有する。
本発明の他の局面では、被検体部位の対象組織内の被分析物を測定して得られた信号に対する前記組織の内部特性の影響を補償する光音響分析方法において、前記被検体部位にレーザー源からの近赤外線レーザーパルスを照射することによって前記対象組織に超音波パルスを発生させるステップ(a)と、前記被検体部位近傍に配置された超音波検出器を用いて前記超音波パルスを検出して第1の信号を発生するステップ(b)と、前記超音波パルスが吸光物質内で発生して前記組織を伝播して前記超音波検出器で検出されるように前記レーザー源と前記被検体部位との間に前記吸光物質を配置している期間に、前記ステップ(b)とレーザー波長とエネルギーとが同じレーザーパルスを用いて前記対象組織内に超音波パルスを発生させるステップ(c)と、前記吸光物質で発生した超音波パルスを検出して第2の信号を発生するステップ(d)と、前記ステップ(b)で発生した第1の信号と前記ステップ(d)で発生した第2の信号と比を各レーザー波長ごとに算出するステップ(e)と、前記被分析物の吸光係数を、前記ステップ(e)で算出した比と、前記吸光物質の所定の光学特性とから算出するステップ(f)と、前記ステップ(f)で算出された吸光係数から前記被分析物の濃度を算出し、光音響励起波長における前記被分析物のモル吸光係数を算出するステップ(g)とを備える。
a)ヘモグロビン、水、脂肪およびグルコースなどの被検体部位内にある自然吸光体を、この自然発生的吸光分子に特有の波長で励起し、この吸光事象から得られる超音波パルスを検出する。
b)被検体部位の組織に結合されており周知の光学濃度を有した人体の外部の吸光物質を、前のステップで用いたのと同じ温度と圧力および同じ波長で励起し、その外部吸光体の存在下で生起するこの吸収事象から得られる超音波パルスを検出する。
a.自然発生的分子はレーザーパルスからの光を吸収する。
b.組織内に圧力波(超音波パルス)が生成し、組織の塊を貫通して検出器へと伝播する。
c.組織の内部特性が、得られる超音波パルスの生成と伝播に影響する。
d.検出器は超音波パルスを電気信号に変換し、その強度は収集効率とトランスデューサの感度に依存する。
被検体部位の外部にあり、組織と接触させられた吸光物質の励起から得られる、計測された超音波パルスの強度は、以下のステップを備える。
a.組織に結合された外部吸光物質は、その高い吸光度値(光学濃度)のために、レーザーパルスからの光の大部分を吸収する。
b.圧力波(超音波パルス)が、組織との界面での外部吸光層に生成し、組織の塊を貫通して検出器へと伝播する。
c.組織の内部特性が、得られる超音波パルスの生成と伝播に影響する。
d.検出器は超音波パルスを電圧信号に変換し、その強度は収集効率とトランスデューサの感度に依存する。
PA(mv)at905nm=16.3[Gg/dL]+14.747,R2=0.983
PA(mv)at1459nm=19.641[Gg/dL]+7.7765,R2=0.995
PA(mv)at1550nm=5.616[Gg/dL]−3.07,R2=0.977
PA(mv)at1649nm=7.283[Gg/dL]+4.205,R2=0.965
1459nm、1550nmおよび1649nmでの勾配の強度は、図6Aの犬の固定赤血球の1:100希釈物の場合、図5のニグロシン染料の場合、および図3に示した純水の場合と同様であった。905nmで励起され犬の固定赤血球の1:50懸濁液を含有したグルコースのPA信号は、図6Aの犬の固定赤血球の1:100希釈物の場合よりも低い勾配を有した。より高濃度の懸濁液による光散乱が、この波長のPA信号に影響を与えた可能性がある。
但し、(μa)NAは、ヘモグロビン、水またはグルコースなどの、対象被分析物の光吸収を表す項であり、式(4)の(μa)NAは、この被分析物の濃度の変化の、吸光プロセスおよび光音響信号生成に対する影響を表す。((βv2)/Cp)bulkとして表される式(4)の第二項は、媒質の内部熱弾性特性を表し、RTDΛSの積は組織内の音響伝播を表す。
但し、(μa)EAは付加された外部吸光体の光吸収を表す項である。それは意図的に高い吸光度を有し、したがって、この被分析物の濃度の、組織内の吸光プロセスおよび光音響信号の生成に対する影響とは別個のものである。式(4)および(5)の、RTDΛSおよび[(βv2)/Cp]bulkとして表された別の項は、組織内の音響伝播と組織の内部熱弾性特性を表し、自然吸光体の場合と同様である。
および、
(PA)EA=γEARTDΛS[(βv2)/Cp]bulk](μa)EA.E0 (7)
但し、γNAおよびγEAは2つの光音響測定の結合効率項である。
2)外部吸光体は極めて薄く、皮膚上の染料層は数マイクロメートルの厚みといったところである。外部吸光体の別の形態は吸光体を上に有した薄膜である。その膜と吸光体の厚みは100μm程度である。
3)外部吸光体は組織、この場合は皮膚に効率よく結合されており、その結合は超音波と、伝熱ジェルまたは接着剤の使用によって影響されている。
4)外部吸光体はそれ自体には内部特性がない。そのかわり、それは光を吸収して熱に変換し、それが、結合先の組織内への圧力波の生成につながる。
5)組織への機械的応力の伝達が、得られる超音波パルスの伝播を、組織の内部特性に制御させる。
[(PA)NA/(PA)EA]=(γNA/γEA).[(μa)NA/(μa)EA] (8)
所与の機器と実験条件での式(8)の結合効率は以下のように表すことができる。
Γ=(γNA/γEA) (9)
(γNA/γEA)と外部吸光体としての吸光係数を代入すると、
(μa)EA=2.303[(OD/l)EA (10)
サンプルに付加した、またはサンプル表面に塗布した染料を使用した場合、外部吸光体の吸収係は式10aで表されることができる。
(μa)EA=2.303εNACNA (10a)
式(10)における光学パラメータODは、同じ波長λにおける付加した外部吸光体の光学濃度であり、lは自然吸光体の厚みである。式(9)におけるこれらの表現を置換すると式(11)となる。
[(PA)NA/(PA)EA]λ=Γ[(μa)NA/2.303[(OD/l)EA]λ (11)
式(11)を用いて自然吸光体(μa)NAの吸光係数を求めることができ、この場合自然吸光体は、水、グルコース、ヘモグロビン、その他同等物を含む分子代謝産物のグループのうちの1つである。自然吸光体は、組織内でのその濃度を追跡するために重要な、化学療法薬または光療法薬またはその他の分野の薬であってよい。
(μa)NA=2.303εNACNA (12)
εNAは、波長λでの自然発生被分析物のモル吸光係数(molar extinction coefficient)(またはモル吸光係数(molar absorption coefficient))であり、CNAは自然吸光体のモル濃度であり、以下の式へと導かれる。
[(PA)NA/(PA)EA]λ=Γ.[2.303εNACNA/2.303[(OD/l)EA]λ (13)
すると、自然発生的な吸光体、つまり組織内の対照被分析物のモル濃度は、以下で表されることになる。
CNA=Γ−1.[(PA)NA/(PA)EA]λ.[(OD/l)EA 〜 /εNA]λ (14)
なお、「A 〜」は「A」の上部に「〜」が配置されることを表す表記である。この式は、組織内の自然発生的な吸光体(水、ヘモグロビン、グルコースまたは同等物といった)の絶対モル濃度を表す。組織内の自然発生的な被分析物のモル濃度は以下に関連して表現される。
a.自然発生的な吸光体による光音響信号
b.付加された外部吸光体の存在下での光音響信号
c.付加された外部吸光体の光学濃度
d.付加された吸収層の厚み
e.同じ波長における自然発生的な吸光体の吸光係数
濃度は、リットル当りのモルから、組織内のグルコースのmg/dL、ヘモグロビンのg/dL、または水の%といった慣例的な臨床濃度単位へと変更されてよい。本発明の実施形態の方法は、図1のフローチャートに示す。
結合効率項Γは、被検体部位への計測デバイスの圧力、超音波検出器の収集効率、レーザー光源および光学素子の照射効率を組み込んでいる。圧力の制御、再配置のバリエーションおよび他の実験パラメータは、式(15)へと導かれる条件を達成するために極めて厳重である。別法として結合効率パラメータΓは、自然発生的な被分析物CNAの濃度を測定するために実験的に測定される。
a.近赤外短時間レーザーパルスで被検体部位を照射することによりヒト組織内に超音波を生成する。
b.各波長において得られた超音波パルスとしての第1の信号を検出する。
c.同じレーザー波長とエネルギーを用いるとともに、組織の外部のレーザー源と組織の間に、組織に強固に結合させて吸光物質を挿入し、前記吸光物質内に超音波パルスが生成して前記組織を貫通して超音波検出器まで伝播するような形で、同じ組織内に超音波パルスを生成する。
d.前記外部吸光物質の存在下で得られた第2の信号を、各前記波長で生成した超音波パルスとして検出する。
e.各照射波長において、ステップ(b)で生成したパルスの強度の、ステップ(d)で生成したパルスの強度に対する割合を算出する。
f.前記組織内のグルコースの吸光係数を、ステップ(e)で求めた前記信号の強度の割合と、前記外部吸光物質の所定の光学特性から算出する。
g.ステップ(f)で算出された吸光係数からグルコースの濃度を算出し、該光音響励起波長における被分析物のモル吸光係数を算出する。
食物負荷試験または経口ブドウ糖負荷試験といった異なる血液グルコース濃度で一連の光音響計測が実行された。Cglucose対[(PA)NA/(PA)EA]@1660nmがプロットされて、そのプロットの勾配はΓ―1と同じであると算出された。
Cwater=Γ−1.[(PA)NA/(PA)EA]@1450nm[(OD/l)EA/εwater]@1450nm (17)
正常な人体内で維持されている厳密な電解質バランスによって、組織の水含有量はゆっくりと変動していて恒常的であると考えられ、例外は、脱水症、浮腫、腎不全などである。水分は恒常的であり、組織重量の約70%であると想定することが可能である。したがって組織内の水の濃度はリットル当たり0.70x55=38.5モルとなる。式(17)に代入すると2つの式(18)と(19)となる。
Γ−1=0.2579[(PA)NA/(PA)EA]@1450nm[(OD/l)EA/εwater]@1450nm (19)
そして結果的に、
Cglucose={0.2579[(PA)NA/(PA)EA]@1450nm[(OD/l)EA/εwater]@1450nm}−1x{[(PA)NA/(PA)EA]@1660nm[(OD/l)EA/εglucolse]@1660nm} (20)
Cglucose=38.5{[(PA)EA/(PA)NA]@1450nm[(PA)NA/(PA)EA]@1660nm}x[εwater@1450nm/εglucolse@1660nm]x[(OD/l)EA@1660nm/(OD/l)EA@1450nm (21)
Cglucose=38.5[(PA)NA@1660nm/(PA)NA@1450nm][(PA)EA@1450nm/(PA)EA@1660nm]x[εwater@1450nm/εglucolse@1660nm]x[(OD/l)EA@1660nm/(OD/l)EA@1450nm] (22)
自然吸光体(グルコース)に関する光音響信号の振幅の強度[(PA)NA@1660/(PA)NA@1450]、一波長でのグルコースのモル吸光係数の値、別の波長での水の吸光係数の値、および2つの波長での外部吸光体(水)の光学濃度から組織内のグルコース濃度が算出される。式(22)は、脱水症のない被検体で、浮腫、腎不全もない場合に適用される。
Cglucose=Γ−1.[(PA)NA/(PA)EA]@1660nm[(OD/l)EA/εglucose]@1660nm (24)
Cglucose=Γ−1.[(PA)NA/(PA)EA]@1450nm[(OD/l)EA/εwater]@1450nm (25)
これらの式を同時に解くと、組織内のグルコースのモル濃度Cglucoseが得られる。この場合1つの外部吸光体が用いられ、超音波パルス振幅は3つの近赤外波長で測定される。これらの波長のうち2つがグルコース吸光波長であり、3つ目のものが近赤外水吸収帯内にある。εwaterとεglucoseの値は、組織の温度と同温度(37℃)の水性媒質で、例えばフーリエ変換NIR機器を用いた独立した近赤外計測から測定される。
Cwater=Γ−1.[(PA)NA/(PA)EA]@λ2water[(OD/l)EA/εwater]@λ2water (27)
Cglucose=Γ−1.[(PA)NA/(PA)EA]@λglucose[(OD/l)EA/εGlucose]@λglucose (28)
これら3つの式は、グルコースのモル濃度Cglucoseと水のモル濃度Cwaterに関して解かれる。水のモル濃度は、組織の水和状態を査定するために用いられることができる。試験的計測は、外部吸光体のOD値が1つと、3つのレーザー照射波長での2段式実験である。
Cglucose=Γ−1[(PA)NA/(PA)EA2]@λglucose[(OD/l)EA2/εglucose]@λglucose (30)
Cwater=Γ−1[(PA)NA/(PA)EA1]@λwater[(OD/l)EA1/εwater]@λwater (31)
式を解いて組織内のグルコースのモル濃度を割り出した。同じ手順を適用し、照射波長の適切な使用と、外部吸光体にとって適切なモル吸光係数と光学濃度を挿入することによって、組織内のヘモグロビン、脂質または水のモル濃度を測定することが可能である。水とヘモグロビンの測定は、患者の水和状態と貧血状態を、同患者の血糖状態とともに査定するのに役立つ。これら3つのパラメータの測定は、例えば糖尿病を患っている間容易に貧血または脱水症になりがちである高齢な患者の診療のために重要である。こうして本発明の実施形態の方法は、自らの糖尿病に加えて脱水状態または貧血を進行させる危険があるこれらの患者の健康状態のより高度な追跡を提供する。
1.レーザー波長のうち少なくとも1つは、被分析物に特有の波長である。
2.波長のうち少なくとも1つは、水に特有の波長である。
3.レーザーパルス継続時間は10−9〜10−6秒であるべきである。
4.検出器は、圧電性結晶(PZT、鉛、ジルコニウム、タンタル結晶)、ハイドロホンまたはポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜である。
5.検出器は、圧電性結晶(PZNT、鉛、ジルコニウム、ヌイビウム(nuibium)、タンタル結晶)である。
6.検出器は、組織の音響インピーダンス特性と一致させるためにポリマー層で被覆されている。
7.外部吸光体は、分散カーボンブラック粒子などの高吸光係数吸光物質で被覆された膜である。
8.外部吸光体は、分散高濃度分散吸光染料などの高吸光係数吸光物質で被覆された膜である。
9.外部吸光体は、分散吸光染料などの高吸光係数吸光物質で被覆された膜である。
10.外部吸光体は、分散着色高分子材料などの高吸光係数吸光物質で被覆された膜である。
(第1実施形態) 外部吸光体アシッドブラック2の存在下でのグルコース水溶液の光音響応答
図1に説明した機器セットを用いて本発明の実施形態の方法を試験した。生体外実験として、サンプルは、ポリマー層で被覆されたPZNT超音波検出器にその一面を接触させた石英セルに入れられた。透過配置にある検出器にレーザービームが直接作用することを防止するため、1μm厚みの金フィルムが配置された。グルコース溶液(0−20g/dL)が調整された。グルコース溶液は、そのねじ込み口金を介して2つの連結テフロン(登録商標)管(Teflon(登録商標) Tube)を有する遠心分離機水薬瓶に入れられた。水薬瓶は一定温度の水経路に配置され、1CMの石英フローセル(quartz flow cell)とペリスタルティック・ポンプ(peristaltic pump)に結合された。計測中サンプルは循環された。図3は、905nm、1459nm、1550nmおよび1649nmで照射され、媒質に添加されたグルコースの濃度の関数としての光音響信号を示す。1459nm、1550nmおよび1649nmでのグルコースに対する信号のプロットから3つの線を得た。1459nmは水の吸光波長であり、1550nmおよび1649nmはグルコースの吸光波長である。グルコース水溶液が905nm以下で励起された場合は、検出できる光音響信号はなかった。
水系媒質内のグルコース濃度変化から得られる光音響信号に対する、ヒト血液のスペクトルを模倣する付加外部吸光体の影響について調べた。
被検体部位に生成する光音響信号への添加外部吸光体の影響を調べるため、図2Aにします光音響分析システムを用いた。905nm、1459nm、1550nmおよび1649nmの4パルスの固体レーザーである。各レーザーからの光は、光ファイバーによってレンズ・ハウジングに届けられた。レンズはレーザーパルスをヒトの指に集束した。
Claims (19)
- 被検体部位の対象組織内の被分析物を測定して得られた信号に対する前記組織の内部特性の影響を補償する光音響分析方法において、
前記被検体部位にレーザー源からの近赤外線レーザーパルスを照射することによって前記対象組織に超音波パルスを発生させるステップ(a)と、
前記被検体部位近傍に配置された超音波検出器を用いて前記超音波パルスを検出して第1の信号を発生するステップ(b)と、
前記超音波パルスが吸光物質内で発生して前記組織を伝播して前記超音波検出器で検出されるように前記レーザー源と前記被検体部位との間に前記吸光物質を配置している期間に、前記ステップ(b)とレーザー波長とエネルギーとが同じレーザーパルスを用いて前記対象組織内に超音波パルスを発生させるステップ(c)と、
前記吸光物質で発生した超音波パルスを検出して第2の信号を発生するステップ(d)と、
前記ステップ(b)で発生した第1の信号と前記ステップ(d)で発生した第2の信号と比を各レーザー波長ごとに算出するステップ(e)と、
前記被分析物の吸光係数を、前記ステップ(e)で算出した比と、前記吸光物質の所定の光学特性とから算出するステップ(f)と、
前記ステップ(f)で算出された吸光係数から前記被分析物の濃度を算出し、光音響励起波長における前記被分析物のモル吸光係数を算出するステップ(g)とを備える光音響分析方法。 - 前記被分析物がグルコースである請求項1記載の方法。
- 前記被分析物が組織液である請求項1記載の方法。
- 前記被分析物がヘモグロビンである請求項1記載の方法。
- 前記被分析物が体脂肪である請求項1記載の方法。
- 前記被分析物が化学療法造影剤または診断造影剤である請求項1記載の方法。
- 前記レーザー波長のうち少なくとも1つはグルコースに特有の波長である請求項1記載の方法。
- 前記レーザー波長のうち少なくとも1つは水に特有の波長である請求項1記載の方法。
- 前記レーザーパルスは数1x10−9秒から1x10−6秒までの継続時間を有している請求項1記載の方法。
- 前記検出器は、圧電性結晶(PZT、鉛、ジルコニウム、タンタル結晶)、ニオブ酸リチウム結晶、ハイドロホンまたはポリフッ化ビニリデン(PVDF)膜のうち1つである請求項1記載の方法。
- 前記検出器は、圧電性結晶(PZNT、鉛、ジルコニウム、ヌイビウム(nuibium)、タンタル結晶)であり得る請求項1記載の方法。
- 前記検出器は、チタン酸鉛を含有する単結晶の形状をした圧電性結晶であり、一般式Pb[(B1,B2)1−x Tix]O3で表されることができ、端数x=0.5〜0.55であり、B1はZn、Mg、Ni、Sc、InおよびYbから選択される元素を表し、B2はニオブ、Nbおよびタンタル、Taから選択される1元素を表す請求項11記載の方法。
- 前記検出器は、組織の音響インピーダンス特性と一致させるためにポリマー層で被覆されている請求項1記載の方法。
- 前記外部付加吸光体は、分散カーボンブラック粒子を含む高吸光係数の吸光物質で被覆された膜である請求項1記載の方法。
- 前記外部吸光体は、高濃度分散吸光染料を含む高吸光係数の吸光物質で被覆された膜である請求項1記載の方法。
- 前記被検体部位には計測プローブによって所定圧力が印加される請求項1記載の方法。
- 被検体組織内のグルコースの測定して得られた信号に対する組織の内部特性の影響を補償するための光音響分析方法において、
前記被検体の対象部位をレーザー源からの近赤外線レーザーパルスで照射することによって超音波パルスを発生させ、各波長で得られた第1の超音波パルスを検出するステップ(a)と、
前記超音波パルスが吸光物質内で発生して前記組織を伝播して前記超音波検出器で検出されるように前記レーザー源と前記被検体部位との間に前記吸光物質を配置している期間に、前記ステップ(a)とレーザー波長とエネルギーとが同じレーザーパルスを用いて前記対象組織内に第2の超音波パルスを発生させるステップ(b)と、
前記ステップ(a)で発生させた前記第1の超音波パルスと、前記ステップ(b)で発生させた前記第2の超音波パルスとの強度比を各照射波長ごとに算出して、前記ステップ(a)で発生させた前記第1の超音波パルスの測定値に対して前記被検体部位のバルク組織特性の影響を補償することにより、正規化した被分析物関連光音響信号を発生するステップ(c)と、
前記超音波パルスの強度比と、2つの波長におけるグルコースの吸光係数値と、別の波長における水の吸光係数値と、前記3つの波長における外部吸光体の吸光度値とを用いて前記組織内のグルコース濃度を算出するステップとを備える光音響分析方法。 - 被検体組織内のグルコースを含む被分析物を測定して得られた信号に対する組織の内部特性の影響を補償するための光音響分析方法であって、
前記被検体部位内に、前記被検体部位をレーザー源からの近赤外線レーザーパルスで照射して各レーザー波長ごとに第1の超音波パルスを発生させるステップ(a)と、
前記超音波パルスが吸光物質内で発生して前記組織を伝播して前記超音波検出器で検出されるように前記レーザー源と前記被検体部位との間に前記吸光物質を配置している期間に、前記ステップ(a)とレーザー波長とエネルギーとが同じレーザーパルスを用いて前記対象組織内に第2の超音波パルスを発生させるステップ(b)と、
前記ステップ(a)で発生させた第1の超音波パルスと、前記ステップ(b)で発生させた第2の超音波パルスとの強度比を算出して、前記ステップ(a)で発生させた第1の超音波パルスの計測値を前記被検体部位のバルク組織特性の影響で補償して、正規化した被分析物関連光音響信号を発生するステップ(c)と、
前記超音波パルスの強度比と、1つの波長におけるグルコースの吸光係数値と、別の2つの波長における水の吸光係数値と、前記3つの波長における外部吸光体の吸光度値とを用いて前記組織内のグルコース濃度を算出するステップ(d)とを備える光音響分析方法。 - 被検体の対象組織内の被分析物を非侵襲で測定する光音響分析装置であって、
複数の波長でレーザーパルスを発生する手段と、
前記レーザーパルスを前記対象組織に照射する手段と、
前記レーザーパルスにより励起された前記対象組織からの光音響信号を検出する手段と、
前記レーザーパルスの照射部分と前記対象組織との間に外部吸光体を配置する手段と、
複数の光音響信号の強度比を生成する手段と、
前記光音響信号の強度比と、前記対象組織内の被分析物の光学パラメータと、前記外部吸光体の光学パラメータとから、前記被分析物の濃度を算出する演算手段とを具備する光音響分析装置。
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