JP2008155011A - Density measuring apparatus and its method - Google Patents

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Shigeo Tanaka
茂雄 田中
Masamichi Nogawa
雅道 野川
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Kanazawa University NUC
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Kanazawa University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized and inexpensive density measuring apparatus capable of optically measuring the density inside a living body as bioinformation. <P>SOLUTION: This density measuring apparatus is characterized in having a light illumination section 20 for illuminating the inside of a measuring object by changing the intensity of the light, a light receiving section 30 for receiving the reflected light of the illuminated light from the inside of the measuring object, a variation tendency calculation section 201 calculating a variation tendency of the intensity of the received reflected light relative to the intensity of the illuminated light, and a density specification section 202 specifying the density of the measuring object based on the variation tendency. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光を利用して、非侵襲に生体内部の密度を計測する密度計測装置およびその方法に関するものである。   The present invention relates to a density measuring apparatus and method for measuring a density inside a living body non-invasively using light.

生体の内部を測定するには様々な手法がある。従来、X線診断装置、X線CT装置などのX線を用いた計測方法や超音波エコーなどの超音波を用いた計測方法は、現在、医療診断装置として確立されており有用であるが、装置が高価で大型である。さらに、X線を用いた計測方法は、被測定対象である人体に有害であり、被爆させてしまう問題がある。一方、光を用いた計測方法は、被爆の問題がなく波長を選択することにより計測対象である化合物を選択できるという利点を有している。   There are various methods for measuring the inside of a living body. Conventionally, measurement methods using X-rays such as X-ray diagnostic apparatuses and X-ray CT apparatuses and measurement methods using ultrasonic waves such as ultrasonic echoes are currently established and useful as medical diagnostic apparatuses. The device is expensive and large. Furthermore, the measuring method using X-rays is harmful to the human body that is the object to be measured, and there is a problem that it causes an explosion. On the other hand, the measurement method using light has an advantage that a compound to be measured can be selected by selecting a wavelength without the problem of exposure.

光を利用し生体情報を計測する計測装置として、血中グルコース等の血液成分濃度や生体酸素モニタなどの生体成分濃度を推定する計測装置や、脳や筋肉におけるヘモグロビン・ミオグロビンの経時変化を計測する計測装置や、骨組織や骨密度などの生体内部の組織あるいは密度を計測する計測装置などが提案されている。   As a measuring device that measures biological information using light, it measures blood component concentrations such as blood glucose and biological component concentrations such as a biological oxygen monitor, and measures changes over time in hemoglobin and myoglobin in the brain and muscles. A measuring device, a measuring device for measuring a tissue or density inside a living body such as bone tissue and bone density, and the like have been proposed.

従来の光を利用し生体情報を計測する計測装置は、光プローブを生体皮膚表面に押し当て経皮で生体内部に光を照射し、透過または反射してきた光が再び皮膚を通過して生体外に出射したものを受光し、それに基づいて種々の生体情報を計算する。また、受光した光より、例えば、計測位置や深さ、濃度、密度などの生体情報を解析する。この解析手法には、強度が時間的に変化する光源を用い、光が到達する時間の違いから深さなどの情報を得る手法(時間分解法)などがある。時間分解法は、光信号の時間応答を分割して深さなどの情報と対応させるため、時間幅の狭い光源と時間応答の早い光検出器が必要となる(例えば、特許文献1参照)。   A conventional measuring device that measures biological information using light irradiates light inside a living body by pressing an optical probe against the surface of the living body, and the transmitted or reflected light passes through the skin again and passes through the skin. The light emitted is received, and various biological information is calculated based on the received light. Further, from the received light, for example, biological information such as a measurement position, depth, concentration, and density is analyzed. As this analysis method, there is a method (time-resolving method) that uses a light source whose intensity changes with time and obtains information such as depth from the difference in the arrival time of light. Since the time resolution method divides the time response of an optical signal to correspond to information such as depth, a light source with a narrow time width and a photodetector with a fast time response are required (for example, see Patent Document 1).

下記特許文献1記載の計測装置では、光プローブとしてレーザ光を用いたパルスレーザシステムを用い、骨組織にパルスレーザ光を照射して時間分解法による計測によって骨組織内の光散乱係数および光吸収係数を求める。それにより、より精度良く骨構造変化を解析することを実現している。
特開平09−70404号公報
In the measurement apparatus described in Patent Document 1 below, a pulse laser system using a laser beam is used as an optical probe, a pulsed laser beam is irradiated to a bone tissue, and a light scattering coefficient and light absorption in the bone tissue are measured by a time-resolved method. Find the coefficient. As a result, it is possible to analyze the bone structure change with higher accuracy.
JP 09-70404 A

しかしながら、従来の計測装置では、高価で大型であるという問題がある。   However, the conventional measuring apparatus has a problem that it is expensive and large.

上記特許文献1記載のように、時間幅の狭い光源と時間応答の早い光検出器としてパルスレーザ光を実現するパルスレーザシステムなどの装置が必要となる。そして、このようなシステムを構成する装置は、多くのシステム構成要素を必要とするので、どうしても装置が大掛かりになり、高額になってしまう。   As described in Patent Document 1, a light source having a narrow time width and a device such as a pulse laser system that realizes a pulse laser beam as a photodetector having a quick time response are required. And since the apparatus which comprises such a system requires many system components, an apparatus becomes large inevitably and will become expensive.

本発明は、上述の事情を鑑みてなされたもので、生体情報として生体内部の密度を光により計測できる小型でかつ安価の密度計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a small and inexpensive density measuring device capable of measuring the density inside a living body with light as biological information.

上記目的を達成するために、本発明の密度計測装置は生体密度を計測する密度計測装置であって、光の強度を変化させて測定対象の内部に光を照射する光照射手段と、照射された光の前記測定対象の内部からの反射光を受光する受光手段と、照射された光の強度に対
する受光した反射光の強度の変化傾向を算出する変化傾向算出手段と、前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する密度特定手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the density measuring apparatus of the present invention is a density measuring apparatus for measuring a biological density, and is irradiated with light irradiating means for irradiating light inside the measurement object by changing the intensity of light. Light receiving means for receiving reflected light from the inside of the measurement object, change tendency calculating means for calculating a change tendency of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light, and based on the change tendency And density specifying means for specifying the density of the measurement object.

この構成により、光照射手段は照射される光の強度を変化させるだけでよいので、光照射手段を構成する装置として、時短パルスや多波長の発光源を有する装置などの多くのシステム構成要素を必要とする特殊な装置構成を必要としない。また、従来、例えば皮膚組織の測定場所によっての厚みの変化や、使用する光源の特定などの影響などの、バックグランドの影響を除去するために光源などをキャブリレーションする必要があったが、本発明では、変化傾向を評価することにより、バックグランドの影響を除去することができるので、光源などをキャブリレーションするための装置構成を必要としない。それにより、小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。   With this configuration, the light irradiating means only needs to change the intensity of the irradiated light, and as a device constituting the light irradiating means, there are many system components such as a device having a short-time pulse or a multi-wavelength light source. No special equipment configuration is required. Conventionally, it has been necessary to calibrate the light source in order to remove the influence of the background, such as the change in thickness depending on the measurement location of the skin tissue and the influence of specifying the light source to be used. In the present invention, since the influence of the background can be removed by evaluating the change tendency, an apparatus configuration for calibrating a light source or the like is not required. Thereby, a small and inexpensive density measuring device can be realized.

また、前記変化傾向算出手段は、照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化率から変化傾向を算出してもよい。このとき、前記密度計測装置は、さらに、照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化率とから得られる変化傾向の曲線の変曲点を算出する変曲点算出手段とを備え、前記密度特定手段は、前記変曲点算出手段の算出した変曲点と前記変化傾向算出手段の算出した変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定してもよい。   Further, the change tendency calculating means may calculate a change tendency from a change rate of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light. At this time, the density measuring device further includes an inflection point calculating means for calculating an inflection point of a curve of a change tendency obtained from a change rate of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light. The density specifying unit may specify the density of the measurement object based on the inflection point calculated by the inflection point calculating unit and the change tendency calculated by the change tendency calculating unit.

この構成により、照射される光の強度と、その際検出される反射光の強度変化率との関係から得られる曲線の傾き、例えば、照射光強度と受光した反射光強度の対数比などで、測定対象の密度を評価することが可能になる。それにより、測定対象までに被測定対象ではない介在する領域がある場合でも、その影響を除いて生体内部の密度を評価できる。それにより、時短パルスや多波長の発光源を有する装置などの多くのシステム構成要素を必要とする特殊な装置構成を必要でないため、小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。   With this configuration, the slope of the curve obtained from the relationship between the intensity of the irradiated light and the intensity change rate of the reflected light detected at that time, for example, the log ratio of the irradiated light intensity and the received reflected light intensity, It becomes possible to evaluate the density of the measurement object. Thereby, even when there is an intervening region that is not a measurement target before the measurement target, the density inside the living body can be evaluated without the influence. This eliminates the need for a special device configuration that requires many system components, such as a device having a short-time pulse or a multi-wavelength light source, so that a compact and inexpensive density measuring device can be realized.

また、前記光照射手段は、測定対象との距離を変化させることで、測定対象の表面に照射される光の強度を変化させてもよい。   Further, the light irradiation means may change the intensity of light applied to the surface of the measurement object by changing a distance from the measurement object.

この構成により、照射される光の強度の変化を、光照射手段と測定対象との距離を変化させて行う。ところで、例えば、光照射手段の光の強度そのものを変化させた場合、半導体の非線形性が出てしまうことがあり正確な測定を阻害する要因となる場合がある。ここでは、その要因を回避でき、かつ同様の効果を得ることができる。   With this configuration, the intensity of the irradiated light is changed by changing the distance between the light irradiation means and the measurement target. By the way, for example, when the light intensity itself of the light irradiating means is changed, the nonlinearity of the semiconductor may appear, which may be a factor that hinders accurate measurement. Here, the factor can be avoided and the same effect can be obtained.

このとき、前記密度計測装置は、さらに、当該光照射手段と測定対象との間に挿入された参照散乱媒体を備えてもよい。   At this time, the density measuring apparatus may further include a reference scattering medium inserted between the light irradiation unit and the measurement target.

この構成により、光照射手段と測定対象との間に挿入されている参照散乱媒体の厚さを変化させることで、光照射手段から測定対象の表面に照射される照射光の強度を変化することができる。それにより、光照射手段と測定対象とのそのものの位置を移動させる必要がなくなるだけでなく、参照散乱媒体が既知の光散乱特性を有する場合、既知の光散乱特性を利用することで、例えば、光照射手段と測定対象となる骨との間に介在する皮膚組織に影響されずに測定対象となる骨の密度計測が可能となる。   With this configuration, by changing the thickness of the reference scattering medium inserted between the light irradiation means and the measurement target, the intensity of the irradiation light irradiated on the surface of the measurement target from the light irradiation means can be changed. Can do. Thereby, not only is it unnecessary to move the position of the light irradiation means and the measurement object itself, but when the reference scattering medium has a known light scattering characteristic, by utilizing the known light scattering characteristic, for example, It becomes possible to measure the density of the bone to be measured without being affected by the skin tissue interposed between the light irradiation means and the bone to be measured.

また、前記変化傾向算出手段は、前記光照射手段と前記測定対象との距離に対する受光した反射光の強度との変化率から前記変化傾向を算出してもよい。   Further, the change tendency calculation means may calculate the change tendency from a change rate of the intensity of reflected light received with respect to a distance between the light irradiation means and the measurement object.

この構成により、光照射手段および測定対象の距離と測定対象の表面に照射される光の強度およびその反射光の強度の変化率との関係から得られる曲線の傾きで、測定対象の密度を評価することが可能になる。それにより、測定対象までに被測定対象ではない介在する領域がある場合でも、その影響を除いて生体内部の密度を評価できる。   With this configuration, the density of the measurement target is evaluated based on the slope of the curve obtained from the relationship between the distance between the light irradiation means and the measurement target, the intensity of the light irradiated on the surface of the measurement target, and the rate of change in the intensity of the reflected light. It becomes possible to do. Thereby, even when there is an intervening region that is not a measurement target before the measurement target, the density inside the living body can be evaluated without the influence.

また、前記密度特定手段は、さらに、前記光照射手段と前記測定対象との距離に対する前記変化傾向の積分に基づき、前記測定対象の密度を特定してもよい。   The density specifying unit may further specify the density of the measurement target based on an integration of the change tendency with respect to a distance between the light irradiation unit and the measurement target.

この構成により、光照射手段および測定対象の距離と測定対象の表面に照射される光の強度およびその反射光の強度の変化率との関係から得られる曲線を積分することで、測定対象までに被測定対象ではない介在する領域がある場合に、その介在する領域の影響を除去することができる。それにより、測定対象の密度を評価することが可能になる。   With this configuration, by integrating the curve obtained from the relationship between the distance of the light irradiation means and the measurement target, the intensity of the light irradiated on the surface of the measurement target, and the rate of change in the intensity of the reflected light, When there is an intervening region that is not the object to be measured, the influence of the intervening region can be removed. Thereby, it becomes possible to evaluate the density of a measuring object.

また、前記光照射手段より照射される光は、近赤外線光であってもよい。   Moreover, the near-infrared light may be sufficient as the light irradiated from the said light irradiation means.

これにより、照射される光に、生体の透過性が良い近赤外光を用いることで、測定対象である生体の密度を非侵襲的に評価することが可能になる。すなわち、生体情報として生体内部の密度を光により計測できる。   Thereby, it becomes possible to noninvasively evaluate the density of the living body to be measured by using near-infrared light with good living body permeability as the irradiated light. That is, the density inside the living body can be measured by light as biological information.

また、前記光照射手段は、発光ダイオードで構成され、前記受光手段は、フォトダイオードで構成されてもよい。   The light irradiating means may be composed of a light emitting diode, and the light receiving means may be composed of a photodiode.

これにより、発光ダイオードおよびフォトダイオードは小型でかつ安価で手に入る構成要素であるので、小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。   Thereby, since the light emitting diode and the photodiode are small, inexpensive, and obtainable components, it is possible to realize a small and inexpensive density measuring device.

また、前記測定対象は、骨であり、骨密度を計測することであってもよい。   The measurement object may be a bone and measure bone density.

これにより、骨密度を評価することができる。   Thereby, bone density can be evaluated.

また、前記光照射手段により照射される光の光軸と、前記受光手段における受光する光の光軸とは、同軸上に配置されてもよい。   Moreover, the optical axis of the light irradiated by the light irradiation means and the optical axis of the light received by the light receiving means may be arranged on the same axis.

これにより、照射される光が受光手段に届くまでの光の最短路長が短くなるので、照射される光の強度が弱くとも、受光手段に届きやすくなり、微弱な照射される光に対する検出感度があがる。それにより、より浅い部分の情報が正確になり、得られる生体密度計測値が正確になるので、精度のよい密度計測装置を実現することができる。   As a result, the shortest path length of the light until the irradiated light reaches the light receiving means is shortened. Therefore, even if the intensity of the irradiated light is weak, it becomes easy to reach the light receiving means, and the detection sensitivity for weakly irradiated light. Rise. As a result, the information on the shallower portion becomes accurate and the obtained biological density measurement value becomes accurate, so that a highly accurate density measuring device can be realized.

なお、本発明は、装置として実現するだけでなく、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体として実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データおよび信号は、インターネット等の通信ネットワークを介して配信してもよい。   Note that the present invention is not only realized as a device, but also realized as a method using processing means constituting the device as steps, a program that causes a computer to execute the steps, or a computer that records the program It can also be realized as a readable recording medium such as a CD-ROM, or as information, data or a signal indicating the program. These programs, information, data, and signals may be distributed via a communication network such as the Internet.

本発明によれば、生体情報として生体内部の密度を光により計測できる小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small and cheap density measuring apparatus which can measure the density inside a biological body with light as biological information is realizable.

以下、本発明の実施の形態における密度計測装置について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a density measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
照射される光の強度を変化させることにより観察される反射光の強度の変化の傾向から、生体密度を評価する装置およびその方法(これを、強度分解法と呼ぶ。)について説明する。
(First embodiment)
An apparatus and a method for evaluating a biological density from the tendency of a change in the intensity of reflected light observed by changing the intensity of irradiated light (this will be referred to as an intensity decomposition method) will be described.

図1は、本発明の第1の実施の形態における密度計測装置の一例を概略的に示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of a density measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

密度計測装置1000は、光の強度を変化させ測定対象10に光を照射する光照射部20と、反射または散乱された光を受光する受光部30と、光照射部20の照射する光の強度を変化させる制御を行う制御部200と、制御部200からの光照射部20の照射する光の強度と受光部30からの受光した光の強度とに基づいて変化傾向を算出する変化傾向算出部201と、変化傾向算出部201で算出した変化傾向と予め用意されている参照データ203とに基づいて生体密度を特定する密度特定部202と、密度特定部202で計測された生体密度を表示する表示部204とから構成されている。   The density measurement apparatus 1000 includes a light irradiation unit 20 that changes the intensity of light and irradiates the measurement target 10 with light, a light receiving unit 30 that receives reflected or scattered light, and the intensity of light emitted by the light irradiation unit 20. Control unit 200 that performs control to change the light intensity, and a change tendency calculation unit that calculates a change tendency based on the intensity of light emitted from the light irradiation unit 20 from the control unit 200 and the intensity of light received from the light receiving unit 30 201, a density specifying unit 202 that specifies a biological density based on the change tendency calculated by the change tendency calculating unit 201 and reference data 203 prepared in advance, and a biological density measured by the density specifying unit 202 are displayed. The display unit 204 is configured.

図2は、本発明の第1の実施の形態における測定対象10を計測する際の測定対象10と光照射部20と受光部30とについて模式的に示した図である。図2は、光照射部20から照射される光の強度を図2(a)および図2(b)、図2(c)の順に強くした場合に、測定対象10に照射された光の領域40が拡がりながら測定対象10の内部深くまで達し、それに応じて、測定対象10内部で反射または散乱し受光部30に受光される光が多くなることを示している。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the measurement target 10, the light irradiation unit 20, and the light receiving unit 30 when measuring the measurement target 10 in the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a region of light irradiated on the measuring object 10 when the intensity of light irradiated from the light irradiation unit 20 is increased in the order of FIGS. 2A, 2B, and 2C. 40 shows that the light reaches the inside of the measuring object 10 while spreading, and accordingly, the light reflected or scattered inside the measuring object 10 and received by the light receiving unit 30 increases.

ここで、一例として、測定対象10は骨であり、照射部20は発光ダイオード、受光部30はフォトダイオードである。また、照射部20の発光ダイオードは、例えば、生体の透過性が良い750〜2500nmの波長範囲の近赤外光を用いるとする。以下、生体密度として骨密度を評価する場合を説明する。   Here, as an example, the measuring object 10 is a bone, the irradiation unit 20 is a light emitting diode, and the light receiving unit 30 is a photodiode. The light emitting diode of the irradiating unit 20 uses, for example, near-infrared light having a wavelength range of 750 to 2500 nm that has good biological transparency. Hereinafter, the case where the bone density is evaluated as the biological density will be described.

図2において、照射部20である発光ダイオードは、近赤外光の強度を変化させて測定対象10である骨に照射される。受光部30であるフォトダイオードは、測定対象10である骨の内部で反射・散乱した照射光の一部で、受光部30であるフォトダイオードまで到達した光を検出する。受光部30のフォトダイオードで検出される光の強度は、照射光強度変化に伴い変化する。また、受光部30のフォトダイオードで検出される光の強度は、骨密度に依存する光吸収・拡散特性を反映しているため、受光部30で検出したデータから骨密度を評価する。   In FIG. 2, the light emitting diode that is the irradiation unit 20 is irradiated on the bone that is the measurement object 10 by changing the intensity of the near infrared light. The photodiode that is the light receiving unit 30 detects light that has reached the photodiode that is the light receiving unit 30 as a part of the irradiation light reflected and scattered inside the bone that is the measurement target 10. The intensity of the light detected by the photodiode of the light receiving unit 30 changes as the irradiation light intensity changes. Further, since the light intensity detected by the photodiode of the light receiving unit 30 reflects the light absorption / diffusion characteristics depending on the bone density, the bone density is evaluated from the data detected by the light receiving unit 30.

図3は、本発明の第1の実施の形態における密度計測装置の生体密度の計測をする際の手順を示したフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for measuring the biological density of the density measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

まず、光照射部20を、測定対象10に押し当て、制御部200にて制御することにより光の強度を変化させて光照射部20を発光させる(S101)。   First, the light irradiation unit 20 is pressed against the measurement object 10 and controlled by the control unit 200 to change the light intensity and cause the light irradiation unit 20 to emit light (S101).

次に、光照射部20より測定対象10に照射され、測定対象10の内部で反射または散乱し、受光部30であるフォトダイオードまで到達した光を受光部30が受光する(S102)。   Next, the light receiving unit 30 receives the light that is irradiated from the light irradiation unit 20 onto the measurement target 10, reflected or scattered inside the measurement target 10, and reaches the photodiode that is the light receiving unit 30 (S102).

次に、変化傾向算出部201は、制御部200からの光照射部20の光の強度と受光部30からの受光した強度とに基づいて変化傾向を算出する(S103)。   Next, the change tendency calculation unit 201 calculates a change tendency based on the light intensity of the light irradiation unit 20 from the control unit 200 and the intensity received from the light receiving unit 30 (S103).

次に、密度特定部202は、変化傾向算出部201で算出した変化傾向に基づいて生体密度を計測する(S104)。   Next, the density specifying unit 202 measures the biological density based on the change tendency calculated by the change tendency calculation unit 201 (S104).

次に、表示部204は、密度特定部202で計測された生体密度を表示する。   Next, the display unit 204 displays the biological density measured by the density specifying unit 202.

続いて、本発明の第1の実施の形態における密度計測装置1000の生体密度計測方法についての原理を以下に説明する。   Next, the principle of the biological density measuring method of the density measuring apparatus 1000 according to the first embodiment of the present invention will be described below.

図2において、照射部20である発光ダイオードからの照射光強度と受光部30であるフォトダイオードで検出される反射・散乱光強度は、ランバートベールの法則に従うため次の(数1)で示す関係となる。ここで、ランバートベールの法則とは、濃度と光の減衰の関係を表す法則である。したがって、濃度が透過率の対数すなわち吸光度に比例する関係の式で表すことができる。   In FIG. 2, the intensity of light emitted from the light emitting diode that is the irradiation unit 20 and the intensity of reflected / scattered light detected by the photodiode that is the light receiving unit 30 follow the Lambert-Beer law, It becomes. Here, Lambert-Beer's law is a law representing the relationship between concentration and light attenuation. Accordingly, the concentration can be expressed by an expression of a relationship proportional to the logarithm of the transmittance, that is, the absorbance.

ここで、I0は照射光強度、Iは反射・散乱光強度、μtは反射における減衰係数、Lは代表光路長である。 Here, I 0 is the irradiation light intensity, I is the reflected / scattered light intensity, μ t is the attenuation coefficient in reflection, and L is the representative optical path length.

図4は、照射光強度I0と反射・散乱光強度Iの関係を示す図である。図4(a)は、(数1)式を概念的に示す図であり、図4(b)は(数1)式の減衰係数μtが変化した場合における照射光強度―反射・散乱光強度曲線(以下、I0−I曲線と記載。)の傾きの変化を模式的に示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the irradiation light intensity I 0 and the reflected / scattered light intensity I. 4 (a) is a view conceptually showing a (number 1), 4 (b) is irradiation light intensity in the case of changing the damping coefficient mu t (Equation 1) - reflected and scattered light It is a figure which shows typically the change of the inclination of an intensity curve (henceforth I0- I curve).

図4(a)に示すように、(数1)式において、照射光強度I0が増加した場合、反射
・散乱光強度Iも増加し、その増加の仕方は減衰係数μtと代表光路長Lにより規定され
る。また、代表光路長Lは照射光強度I0の関数とみなせ、照射光強度I0が増加すると増加する。すなわち、照射光強度I0が増加すると照射光はより深部まで光が到達する。
As shown in FIG. 4A, in the equation (1), when the irradiation light intensity I 0 is increased, the reflected / scattered light intensity I is also increased. The increase is caused by the attenuation coefficient μ t and the representative optical path length. Defined by L. The representative optical path length L is regarded as a function of the irradiation light intensity I 0, increases as the irradiation light intensity I 0 increases. That is, when the irradiation light intensity I 0 increases, the irradiation light reaches the deeper part.

光照射部20における照射光の強度を変化させた照射光強度I0と受光部30で計測される反射・散乱光強度Iとから、図4(b)に示すI0−I曲線を得る。ここで、横軸は、強度を変化させた照射光強度I0を示し、縦軸は、計測した反射・散乱光強度Iを示す。このI0−I曲線の傾きは生体の密度状態、例えば骨の密度状態を反映している。つまり、減衰係数μtが大きい場合とは生体内部の密度が低い状態、ここでは骨密度が低い状態を示すので、この場合にはI0−I曲線の傾きが小さくなる。逆に、減衰係数μtが小さい場合とは生体内部の密度が高い場合、ここでは骨密度が高い状態を示すので、この場合にはI0−I曲線の傾きが大きくなる。 An I 0 -I curve shown in FIG. 4B is obtained from the irradiation light intensity I 0 obtained by changing the intensity of the irradiation light in the light irradiation unit 20 and the reflected / scattered light intensity I measured by the light receiving unit 30. Here, the horizontal axis indicates the irradiation light intensity I 0 with the intensity changed, and the vertical axis indicates the measured reflected / scattered light intensity I. The slope of the I 0 -I curve reflects the density state of the living body, for example, the bone density state. That is, the case where the attenuation coefficient μ t is large indicates a state where the density inside the living body is low, here, a state where the bone density is low. In this case, the slope of the I 0 -I curve becomes small. On the contrary, the case where the attenuation coefficient μ t is small indicates that the bone density is high here when the density inside the living body is high. In this case, the slope of the I 0 -I curve becomes large.

以上より、I0−I曲線、すなわち、照射光強度―反射・散乱光強度曲線の傾きを調べることにより生体内部の密度状態、例えば骨密度を評価することができる。 As described above, the density state inside the living body, for example, the bone density can be evaluated by examining the slope of the I 0 -I curve, that is, the irradiation light intensity-reflected / scattered light intensity curve.

(実施例)
実際に、牛大腿骨から採取した海綿骨チップをゼラチンに混ぜた模擬骨組織を測定対象10として計測した結果を以下に示す。用意した測定対象10の模擬骨の組織の空間密度が、20および90,240,340 mg/cmとなるように、ゼラチンと海綿骨チップを混ぜた。作製した測定対象10の模擬骨サンプルの上部を厚さ6mmのゼラチンで覆い、模擬皮膚層とした。使用した照射部20である近赤外光の発光ダイオードはピーク波長850nmであり、受光部30であるフォトダイオードはゲルマニウム・フォトダイオードを使用した。
(Example)
Actually, the results of measuring the simulated bone tissue obtained by mixing cancellous bone chips collected from bovine femur with gelatin as the measurement object 10 are shown below. Gelatin and cancellous bone chips were mixed so that the spatial density of the prepared simulated bone tissue of the measurement object 10 was 20 and 90, 240, 340 mg / cm 3 . The upper part of the simulated bone sample of the measured object 10 was covered with gelatin having a thickness of 6 mm to form a simulated skin layer. The near-infrared light-emitting diode used as the irradiation unit 20 has a peak wavelength of 850 nm, and the photodiode used as the light-receiving unit 30 is a germanium photodiode.

図5(a)は、ゼラチン模擬骨試料に対するI0−I曲線およびI0−I曲線の傾きと骨密度の関係を示す図である。ここで、横軸は、強度を変化させた照射光強度I0を示し、縦軸は、計測した反射・散乱光強度Iを示す。 FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the slope of the I 0 -I curve and the I 0 -I curve and the bone density with respect to the gelatin simulated bone sample. Here, the horizontal axis indicates the irradiation light intensity I 0 with the intensity changed, and the vertical axis indicates the measured reflected / scattered light intensity I.

図5(a)は、測定対象10である各模擬骨の組織サンプルに対するI0−I曲線である。なお、この実験では、簡易的に照射光強度I0を照射部20である近赤外光の発光ダイオードへの印加電圧とし、また反射・散乱光強度Iを受光部30であるフォトダイオードでの検出電圧としている。反射・散乱光強度Iは、照射光強度I0が増加すると、増加
する傾向を示した。また、反射・散乱光強度Iは、海綿骨チップ密度が増加すると増加する傾向を示した。
FIG. 5A is an I 0 -I curve for a tissue sample of each simulated bone that is the measurement object 10. In this experiment, the irradiation light intensity I 0 is simply applied to the near-infrared light emitting diode as the irradiation unit 20, and the reflected / scattered light intensity I is applied to the photodiode as the light receiving unit 30. The detection voltage is used. The reflected / scattered light intensity I tended to increase as the irradiation light intensity I 0 increased. The reflected / scattered light intensity I tended to increase as the cancellous bone tip density increased.

図5(b)は、図3(a)において海綿骨チップ密度の違いをより反映している強い発光強度領域(光照射部20である近赤外光の発光ダイオード印加電圧4〜5V)でのI0−I曲線の傾き(近似直線から算出)と海綿骨チップ密度との関係を示す図である。ここで、横軸は骨密度を示し、縦軸は、I0−I曲線の傾きを示す。図5(b)より、両者、すなわち、I0−I曲線の傾きと海綿骨チップ密度との関係は、強い正の相関(r2=0.948)を示しているのがわかる。この結果から、I0−I曲線の傾きを用いて、骨密度を評価することが可能であるのがわかる。 FIG. 5B is a strong emission intensity region (light emitting diode applied voltage 4 to 5 V of near-infrared light that is the light irradiation unit 20) more reflecting the difference in cancellous bone chip density in FIG. the slope of the I 0 -I curve (calculated from the approximate straight line) and is a diagram showing the relationship between the cancellous bone chips density. Here, the horizontal axis indicates the bone density, and the vertical axis indicates the slope of the I 0 -I curve. FIG. 5B shows that the relationship between both, that is, the slope of the I 0 -I curve and the cancellous bone tip density shows a strong positive correlation (r2 = 0.948). From this result, it can be seen that the bone density can be evaluated using the slope of the I 0 -I curve.

なお、上述では、光照射部20として近赤外光の発光ダイオードを一例に説明しているが、波長も光学装置もそれに限定されない。また、同様に、受光部30として、フォトダイオードを一例に説明しているが、それに限定されない。また、測定対象10として、骨を一例に説明しているが、それに限定されない。   In the above description, the near-infrared light emitting diode is described as an example of the light irradiation unit 20, but the wavelength and the optical device are not limited thereto. Similarly, a photodiode is described as an example of the light receiving unit 30, but is not limited thereto. Moreover, although the bone is described as an example of the measurement object 10, it is not limited thereto.

なお、光照射部20と受光部30とはより近接して配置するのが好ましく、光照射部20と受光部30とが同軸上に配置するのはさらに好ましい。また、光照射部20と受光部30とは、それぞれ一つずつからなってもよく、一対の装置として構成されていても良い。   In addition, it is preferable to arrange | position the light irradiation part 20 and the light-receiving part 30 closer, and it is still more preferable that the light irradiation part 20 and the light-receiving part 30 are arrange | positioned coaxially. Moreover, the light irradiation part 20 and the light-receiving part 30 may each consist of one each, and may be comprised as a pair of apparatus.

なお、上述した強度分解法、すなわち、照射光の強度を連続的に変化させることにより観察される反射光強度の変化から、生体組織の密度を評価できる方法であるならば、本発明の範囲であり、上述した実施例に限定されない。   It should be noted that the intensity decomposition method described above, that is, a method capable of evaluating the density of living tissue from a change in reflected light intensity observed by continuously changing the intensity of irradiation light, is within the scope of the present invention. Yes, it is not limited to the embodiment described above.

以上より、照射光の強度を変化させることにより観察される反射光強度の変化からI0−I曲線、すなわち、照射光強度―反射・散乱光強度曲線の傾きを調べることにより生体内部の密度状態、例えば骨密度を評価することができる。 As described above, the density state inside the living body is determined by examining the slope of the I 0 -I curve, that is, the irradiation light intensity-reflected / scattered light intensity curve, from the change in the reflected light intensity observed by changing the intensity of the irradiated light. For example, bone density can be evaluated.

以上より、本発明の第1の実施の形態によれば、生体密度を計測する際には、光照射部20は照射する光の強度を変化させるだけでよいので、生体密度計測装置の構成要素として、時短パルスなどの多くのシステム構成要素を必要とする特殊な装置を必要としないので、上述の一例のように、近赤外光の発光ダイオード、フォトダイオードで構成されるように小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。さらに、光を用いて生体密度を計測するので、人体に被爆する危険性もなく、非侵襲で生体密度を計測できる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, when the biological density is measured, the light irradiating unit 20 only needs to change the intensity of the irradiated light. As a special device that requires many system components such as short-time pulses is not required, as shown in the above example, it is small and can be composed of light emitting diodes and photodiodes of near-infrared light. An inexpensive density measuring device can be realized. Furthermore, since the living body density is measured using light, the living body density can be measured non-invasively without risk of being exposed to a human body.

(第2の実施の形態)
実際に、生体密度を計測する際に、例えば皮膚のような介在組織を介して測定するが、第1の実施の形態の生体密度計測では、皮膚のような介在組織の影響は、無視できる程度とみなしていた。第2の実施の形態では、例えば皮膚のような介在組織の影響を除去し、生体内部の密度を評価する方法(以下、空間強度分解法と呼ぶ。)および装置について、以下に説明する。
(Second Embodiment)
Actually, when measuring the biological density, for example, the measurement is performed through an intervening tissue such as skin, but in the biodensity measurement of the first embodiment, the influence of the intervening tissue such as skin is negligible. It was considered. In the second embodiment, a method (hereinafter referred to as a spatial intensity decomposition method) and an apparatus for removing the influence of an intervening tissue such as skin and evaluating the density inside the living body will be described below.

例えば、骨密度を測定する際に、皮膚のような組織層が存在するような場合、その影響がデータに影響することを説明する。   For example, when bone density is measured, if a tissue layer such as skin is present, it will be explained that the influence affects the data.

図6は、I0−I曲線の傾きにおける皮膚層の影響を示す図である。図6は、図5で用いた模擬骨の組織サンプルにおいて、同一の海綿骨チップ密度(240mg/cm3)で、模擬皮膚層(ゼラチン層)の厚さを変えた場合の、反射・散乱光強度分布の傾きの違いを調べた結果である。なお、反射・散乱光強度分布の傾きは、上述と同様に照射部20である近赤外光の発光ダイオードの発光強度が4〜5Vの範囲において、調べた結果の傾きである。図6より、模擬皮膚層(ゼラチン層)の厚さが増加すると、傾きが減少する傾向が確認された。例えば、模擬皮膚層の厚さが4mmから2倍の8mmとなった場合、傾きは約18%減少することが示された。実際のヒトにおいて想定している測定部である遠位尺骨部や踝での皮膚層の厚さの個人差は、小さいものと考えられるが、より精度良く測定するために、骨を覆う上層組織層の影響を除去する必要がある。 FIG. 6 is a diagram showing the influence of the skin layer on the slope of the I 0 -I curve. FIG. 6 shows reflected / scattered light in the simulated bone tissue sample used in FIG. 5 when the thickness of the simulated skin layer (gelatin layer) is changed at the same cancellous bone chip density (240 mg / cm 3 ). It is the result of investigating the difference in the slope of the intensity distribution. Note that the inclination of the reflected / scattered light intensity distribution is the inclination of the result obtained by examining the emission intensity of the near-infrared light emitting diode, which is the irradiation unit 20, in the range of 4 to 5 V, as described above. From FIG. 6, it was confirmed that the inclination decreased as the thickness of the simulated skin layer (gelatin layer) increased. For example, when the thickness of the simulated skin layer was increased from 4 mm to 8 mm, it was shown that the inclination decreased by about 18%. The individual differences in the thickness of the skin layer at the distal ulna and heel, which are assumed to be measured in actual humans, are considered to be small, but in order to measure with higher accuracy, the upper layer tissue covering the bone It is necessary to remove the effect of the layer.

図7は、本発明の第2の実施の形態における密度計測装置の一例を概略的に示すブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram schematically showing an example of the density measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.

密度計測装置1000は、光の強度を変化させ測定対象10に光を照射する光照射部20と、反射または散乱された照射光を受光する受光部30と、光照射部20の光の強度を変化させる制御を行う制御部200と、制御部200からの光照射部20の光の強度と受光部30からの受光した強度とに基づいて変化傾向を算出する変化傾向算出部201と、変化傾向算出部201で算出した変化傾向から変曲点を算出する変曲点算出部205と、変曲点算出部205で算出した変曲点と、変化傾向算出部201で算出した変化傾向と予め用意されている参照データ203とに基づいて生体密度を特定する密度特定部202と、密度特定部202で計測された生体密度を表示する表示部204とから構成されている。   The density measuring apparatus 1000 changes the light intensity of the light irradiation unit 20 that irradiates the measurement object 10 with light, the light receiving unit 30 that receives the reflected or scattered irradiation light, and the light intensity of the light irradiation unit 20. A control unit 200 that performs control to change, a change tendency calculation unit 201 that calculates a change tendency based on the intensity of light from the light irradiation unit 20 from the control unit 200 and the intensity received from the light receiving unit 30, and a change tendency An inflection point calculation unit 205 that calculates an inflection point from the change tendency calculated by the calculation unit 201, an inflection point calculated by the inflection point calculation unit 205, a change trend calculated by the change trend calculation unit 201, and a prepared in advance The density specifying unit 202 that specifies the living body density based on the reference data 203 that has been set, and the display unit 204 that displays the living body density measured by the density specifying unit 202 are configured.

図8は、本発明の第2の実施の形態おける測定対象10を計測する際の測定対象10と光照射部20と受光部30とについて模式的に示した図である。図8は、図8(a)および図8(b)、図8(c)の順に照射部20の照射光の強度が増加し、それに伴い、介在組織部11に照射された光の領域40が介在組織部11から介在組織部11および測定対象10へ拡がりながら測定対象10の深部まで達し、それに応じて、生体組織である測定対象10で反射・散乱した光から生体組織である測定対象10と介在組織部11とで反射・散乱した光が受光部30に受光される光が多くなることを示す。   FIG. 8 is a diagram schematically showing the measurement target 10, the light irradiation unit 20, and the light receiving unit 30 when measuring the measurement target 10 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the intensity of irradiation light of the irradiation unit 20 increases in the order of FIGS. 8A, 8 </ b> B, and 8 </ b> C, and accordingly, the region 40 of light irradiated to the intervening tissue unit 11. Extends from the intervening tissue part 11 to the intervening tissue part 11 and the measuring object 10 and reaches the deep part of the measuring object 10, and accordingly, the measuring object 10 that is the living tissue from the light reflected and scattered by the measuring object 10 that is the living tissue. The light reflected and scattered by the intervening tissue part 11 indicates that the light received by the light receiving part 30 increases.

ここで、一例として、測定対象10は骨であり、介在組織部11は皮膚である。また、照射部20は発光ダイオード、受光部30はフォトダイオードである。また、照射部20の発光ダイオードは、例えば、生体の透過性が良い750〜2500nmの波長範囲の近赤外光を用いるとする。以下、生体内部の密度として骨密度を評価する場合を説明する。   Here, as an example, the measurement object 10 is a bone, and the intervening tissue part 11 is skin. The irradiation unit 20 is a light emitting diode, and the light receiving unit 30 is a photodiode. The light emitting diode of the irradiating unit 20 uses, for example, near-infrared light having a wavelength range of 750 to 2500 nm that has good biological transparency. Hereinafter, the case where the bone density is evaluated as the density inside the living body will be described.

図8より、照射部20である発光ダイオードは、近赤外光の強度を変化させて測定対象10である骨に照射される。受光部30であるフォトダイオードは、介在組織部11である皮膚層を介し測定対象10である骨層に到達し、そこで反射・散乱した照射光の一部で、受光部30であるフォトダイオードまで到達した光を検出される。受光部30のフォトダイオードで検出される光の強度は、照射光強度変化に伴い変化する。また、受光部30のフォトダイオードで検出される光の強度は、骨密度に依存する光吸収・拡散特性を反映している。ただし、受光部30のフォトダイオードで検出される光の強度は、皮膚層の厚さや光散乱特性の影響を受けているので除去する必要がある。   From FIG. 8, the light emitting diode which is the irradiation unit 20 is irradiated on the bone which is the measurement object 10 by changing the intensity of the near infrared light. The photodiode that is the light receiving unit 30 reaches the bone layer that is the measurement target 10 through the skin layer that is the intervening tissue unit 11, and is part of the irradiation light that is reflected and scattered there, up to the photodiode that is the light receiving unit 30. The light that arrives is detected. The intensity of the light detected by the photodiode of the light receiving unit 30 changes as the irradiation light intensity changes. The intensity of light detected by the photodiode of the light receiving unit 30 reflects light absorption / diffusion characteristics depending on the bone density. However, the intensity of light detected by the photodiode of the light receiving unit 30 is affected by the thickness of the skin layer and the light scattering characteristics, and thus needs to be removed.

図9は、本発明の第2の実施の形態おける密度計測装置1000の生体密度の計測をする際の手順を示したフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for measuring the biological density of the density measuring apparatus 1000 according to the second embodiment of the present invention.

まず、光照射部20を、測定対象10に介在する介在組織部11に押し当て、制御部200にて制御することにより光の強度を変化させて光照射部20を発光させる(S101)。   First, the light irradiation unit 20 is pressed against the intervening tissue unit 11 interposed in the measurement object 10, and the light irradiation unit 20 is caused to emit light by changing the light intensity by being controlled by the control unit 200 (S101).

次に、光照射部20より測定対象10に照射され、測定対象10と介在組織部11との内部で反射または散乱し、受光部30であるフォトダイオードまで到達した光を受光部30が受光する(S102)。   Next, the light receiving unit 30 receives the light that is irradiated from the light irradiation unit 20 to the measurement target 10, reflected or scattered inside the measurement target 10 and the intervening tissue unit 11, and reaches the photodiode that is the light receiving unit 30. (S102).

次に、変化傾向算出部201は、制御部200からの光照射部20の光の強度と受光部30からの受光した強度とに基づいて変化傾向を算出する(S103)。   Next, the change tendency calculation unit 201 calculates a change tendency based on the light intensity of the light irradiation unit 20 from the control unit 200 and the intensity received from the light receiving unit 30 (S103).

次に、変曲点算出部205は、変化傾向算出部201で算出した変化傾向から変曲点を算出する(S1031)。   Next, the inflection point calculation unit 205 calculates an inflection point from the change tendency calculated by the change tendency calculation unit 201 (S1031).

次に、密度特定部202は、変曲点算出部205で算出した変曲点と、変化傾向算出部201で算出した変化傾向に基づいて皮膚層の厚さや光散乱特性の影響を除去した生体密度を計測する(S104)。   Next, the density specifying unit 202 removes the influence of the skin layer thickness and light scattering characteristics based on the inflection point calculated by the inflection point calculation unit 205 and the change tendency calculated by the change tendency calculation unit 201. The density is measured (S104).

次に、表示部204は、密度特定部202で計測された生体密度を表示する。   Next, the display unit 204 displays the biological density measured by the density specifying unit 202.

続いて、本発明の第2の実施の形態おける密度計測装置1000の生体密度計測方法についての原理を以下に説明する。   Subsequently, the principle of the biological density measuring method of the density measuring apparatus 1000 according to the second embodiment of the present invention will be described below.

図10は、皮膚層と骨層の二層モデルの場合における空間強度分解法の原理を示す模式図である。空間強度分解法、すなわち、例えば皮膚のような介在組織の影響を除去し、生体内部の密度を評価する方法についての原理を説明する。図10に示されるように、まず、皮膚層と骨層の二層モデルを考え、そこでの光の挙動の定式化をランバートベールの法則に基づいて試みる。ここで、厚さLskinとして表されている皮膚層は、図8における介在組織部11がモデル化されたものである。また、光到達深度Lbone(I0)で表されている骨層は、図8における測定対象10がモデル化されたものである。 FIG. 10 is a schematic diagram showing the principle of the spatial intensity decomposition method in the case of a two-layer model of a skin layer and a bone layer. The principle of the spatial intensity decomposition method, that is, the method of evaluating the density inside the living body by removing the influence of an intervening tissue such as skin will be described. As shown in FIG. 10, first, a two-layer model of a skin layer and a bone layer is considered, and formulation of light behavior is attempted based on Lambert-Beer law. Here, the skin layer represented as the thickness L skin is a model of the intervening tissue portion 11 in FIG. The bone layer represented by the light arrival depth L bone (I 0 ) is obtained by modeling the measurement object 10 in FIG.

はじめに、介在組織部11の皮膚層の表面より照射部20である発光ダイオードにより近赤外光が照射光強度I0で照射される。照射光強度I0を増加させると介在組織部11の皮膚層内での光の到達距離が増加し、ある照射光強度I0で介在組織部11である皮膚層の厚さLskinまで光が到達する。このとき、介在組織部11の皮膚層上に設置した受光部30であるフォトダイオードから検出される反射・散乱光強度Iskin(以下、Iskinと記載。)はランバートベールの法則より、次の(数2)式で示される関係式となる。 First, near-infrared light is irradiated with irradiation light intensity I 0 from the surface of the skin layer of the intervening tissue part 11 by the light emitting diode which is the irradiation part 20. When the irradiation light intensity I 0 is increased, the light reach distance in the skin layer of the intervening tissue part 11 increases, and the light reaches the thickness L skin of the skin layer as the intervening tissue part 11 with a certain irradiation light intensity I 0. To reach. At this time, the reflected / scattered light intensity I skin (hereinafter referred to as I skin ) detected from the photodiode, which is the light receiving unit 30 placed on the skin layer of the intervening tissue part 11, is based on Lambert-Beer's law. It becomes a relational expression shown by (Formula 2).

ここで、μt skinは、介在組織部11である皮膚層における光減衰係数である。(数2)式は、ある照射光強度I0で介在組織部11の皮膚層を往復した光が反射・散乱光強度Iskinとして介在組織部11の皮膚層上に設置した受光部30であるフォトダイオードで検出されることを表す。代表光路長が2Lskinであるのは、介在組織部11である皮膚層を往復した距離が2Lskinであるからである。 Here, μ t skin is a light attenuation coefficient in the skin layer which is the intervening tissue part 11. The formula (2) is a light receiving unit 30 in which light that reciprocates through the skin layer of the intervening tissue part 11 with a certain irradiation light intensity I 0 is installed on the skin layer of the intervening tissue part 11 as reflected / scattered light intensity I skin. Indicates that it is detected by a photodiode. The reason why the representative optical path length is 2L skin is that the distance of reciprocating the skin layer as the intervening tissue part 11 is 2L skin .

また、同様に、介在組織部11である皮膚層から測定対象10である骨層へ照射される光の強度I0 bone(以下、I0 boneと記載。)は、次の(数3)式で示される関係式となる。 Similarly, the intensity I 0 bone (hereinafter referred to as I 0 bone ) of light irradiated from the skin layer as the intervening tissue part 11 to the bone layer as the measurement target 10 is expressed by the following equation (3). It becomes a relational expression shown by.

ここで(数3)式は、ある照射光強度I0で介在組織部11の皮膚層を通過し骨層に到達した光が、骨層へ入射される光の強度I0 boneとなることを表す。代表光路長がLskinであるのは、介在組織部11である皮膚層を通過した距離がLskinであるからである。 Here, the equation (3) represents that the light that has passed through the skin layer of the intervening tissue part 11 with a certain irradiation light intensity I0 and reached the bone layer becomes the intensity I 0 bone of light incident on the bone layer. . The reason why the representative optical path length is L skin is that the distance that has passed through the skin layer that is the intervening tissue part 11 is L skin .

また、皮膚層−骨層境界面すなわち、介在組織部11である皮膚層と測定対象10である骨との境界面での測定対象10である骨層を光の入射点とみなした場合に観察される反射・散乱光強度Ibone(以下、Iboneと記載。)は、次に示される(数4)式で表せる。 Observation is also made when the skin layer-bone layer interface, that is, the bone layer, which is the measurement object 10 at the interface between the skin layer, which is the intervening tissue portion 11, and the bone, which is the measurement object 10, is regarded as the light incident point. The reflected / scattered light intensity I bone (hereinafter referred to as I bone ) can be expressed by the following equation (4).

ここで、μt boneは、測定対象10の骨層の光減衰係数であり測定対象10の骨密度を反映している。(数4)式は、ある入射光強度I0 boneで測定対象10である骨層を往復した光が、介在組織部11である皮膚層に入射される反射・散乱光強度Iboneとなることを表す。代表光路長が2Lbone(I0)であるのは、測定対象10の骨層を往復した距離が2Lbone(I0)であるからである。また、測定対象10の骨層内における代表光路長Lboneは照射光強度I0に依存する。測定対象10である骨層から介在組織部11である皮膚層に入射されるIboneの強度を持つ反射・散乱光は、介在組織部11である皮膚層を通過して、最終的には強度Iskin+boneで介在組織部11である皮膚層上にある受光部30であるフォトダイオードにより検出される。ここでIskin+boneは、次の(数5)式で示される関係式となる。 Here, μ t bone is a light attenuation coefficient of the bone layer of the measurement target 10 and reflects the bone density of the measurement target 10. (Expression 4) indicates that light that reciprocates through the bone layer that is the measurement target 10 with a certain incident light intensity I 0 bone becomes the reflected / scattered light intensity I bone that is incident on the skin layer that is the intervening tissue part 11. Represents. The reason why the representative optical path length is 2L bone (I 0 ) is that the distance of reciprocating the bone layer of the measuring object 10 is 2L bone (I 0 ). Further, the representative optical path length L bone in the bone layer of the measuring object 10 depends on the irradiation light intensity I 0 . The reflected / scattered light having the intensity of I bone that is incident on the skin layer that is the intervening tissue part 11 from the bone layer that is the measurement object 10 passes through the skin layer that is the intervening tissue part 11, and finally the intensity. I skin + bone is detected by the photodiode that is the light receiving unit 30 on the skin layer that is the intervening tissue unit 11. Here, I skin + bone is a relational expression expressed by the following equation (5).

ここで(数5)式は、ある入射光強度Iboneで介在組織部11の皮膚層を通過した光が、反射・散乱光強度Iskin+bone(以下、Iskin+boneと記載。)として介在組織部11の皮膚層上に設置した受光部30であるフォトダイオードで検出されることを表す。代表光路長がLskinであるのは、介在組織部11である皮膚層を通過した距離がLskinであるからである。 Here, the equation (5) indicates that light having passed through the skin layer of the intervening tissue part 11 with a certain incident light intensity I bone is reflected / scattered light intensity I skin + bone (hereinafter referred to as I skin + bone ). This means that the light is detected by a photodiode that is a light receiving unit 30 placed on the skin layer of the intervening tissue unit 11. The reason why the representative optical path length is L skin is that the distance that has passed through the skin layer that is the intervening tissue part 11 is L skin .

さらに、(数5)式は、上述した(数3)式、(数4)式より次の(数6)式のように表せる。   Furthermore, (Equation 5) can be expressed as the following (Equation 6) from the above (Equation 3) and (Equation 4).

ここで、入射光強度I0と反射・散乱光強度Iの比に注目する。測定対象10の骨層の領域に限定した場合、(数3)式、(数4)式より次の(数7)式のような関係が成り立つ。 Here, attention is focused on the ratio between the incident light intensity I 0 and the reflected / scattered light intensity I. When it is limited to the region of the bone layer of the measurement object 10, the following relationship is established from the equations (3) and (4).

(数7)式より、測定対象10の骨層の領域の入射光強度I0 boneと反射・散乱光強度Iboneの比の対数(以下、ln(Ibone/I0 bone)と記載。)は、骨密度を反映している骨層の光減衰係数μt boneと相関のある値をとることがわかる。すなわち、ln(Ibone/I0 bone)により骨密度を評価することができるのがわかる。 (Formula 7) From the equation, the logarithm of the ratio of the incident light intensity I 0 bone and the reflected / scattered light intensity I bone in the region of the bone layer of the measurement object 10 (hereinafter referred to as ln (I bone / I 0 bone )) Indicates a value correlated with the light attenuation coefficient μ t bone of the bone layer reflecting the bone density. That is, it can be seen that bone density can be evaluated by ln (I bone / I 0 bone ).

しかしながら、骨層における代表光路長Lboneが入射光強度I0の関数であるため、
ln(Ibone/I0 bone)は入射光強I0により変化する。そのため、どの入射光強度I0を使ったかで骨密度の評価が変わってくる。
However, since the representative optical path length L bone in the bone layer is a function of the incident light intensity I 0 ,
In (I bone / I 0 bone ) varies depending on the incident light intensity I 0 . Therefore, the evaluation of the bone density varies depending on which incident light intensity I 0 is used.

本発明の第2の実施の形態では、照射光強度I0を連続的に変化させることで照射光強度I0に対するln(Ibone/I0 bone)の変化が得られる。このように求められたln(I/I0)−I0曲線の傾きは、照射光強度I0の大きさに影響されない骨密度評価パラメタとなり得る。 In the second embodiment of the present invention, the change of ln (I bone / I 0 bone ) is obtained for the irradiation light intensity I 0 by causing the irradiation light intensity I 0 continuously changed. The slope of the ln (I / I 0 ) -I 0 curve thus obtained can be a bone density evaluation parameter that is not affected by the magnitude of the irradiation light intensity I 0 .

以上から、ln(Ibone/I0 bone)のI0 boneに対する変化を求めれば骨密度を評価することができるのがわかる。しかし、IboneとI0 boneは、皮膚下の生体内部の領域での値のため直接知ることはできない。 From the above, it can be seen that the bone density can be evaluated by obtaining the change of ln (I bone / I 0 bone ) with respect to I 0 bone . However, I bone and I 0 bone cannot be directly known because they are values in a region inside the living body under the skin.

ところで、(数2)式、(数6)式より次の(数8)式で示す関係が成り立つ。   By the way, the relationship expressed by the following (Equation 8) is established from the (Equation 2) and (Equation 6).

(数8)式の右辺と(数7)式の右辺とを比べると等しくなっている。すなわち、ln(Iskin+bone/Iskin)は、ln(Ibone/I0 bone)と同じ値となることがわかる。したがって、計測値であるIskinとIskin+boneを利用することでln(Ibone/I0 bone)を求めることができるのがわかる。 The right side of equation (8) is equal to the right side of equation (7). That is, it can be seen that ln (I skin + bone / I skin ) has the same value as ln (I bone / I 0 bone ). Therefore, it can be seen that ln (I bone / I 0 bone ) can be obtained by using the measured values I skin and I skin + bone .

ここで、Iskin+boneは受光部30であるフォトダイオードにより計測されるが、Iskinは、計測からは直接では求められない。 Here, I skin + bone is measured by a photodiode serving as the light receiving unit 30, but I skin is not directly obtained from the measurement.

図11は、図10における皮膚層のみのモデルおよび皮膚層と骨層の二層モデルおよび骨層のみのモデルのln(I/I0)−I0を概念的に示す図である。ここで、ln(I/I0)−I0は、照射光強度I0に対する照射光強度I0と反射・散乱光強度Iの比の対数との関係を示す(以下、照射光強度I0に対する照射光強度I0と反射・散乱光強度Iの比の対数との関係ln(I/I0)−I0と記載する。添え字がある場合、入射光の場合も同様の表記とする。)。図11において、縦軸は照射光強度I0と反射・散乱光強度Iの比の対数ln(I/I0)であり、横軸は、照射光強度I0である。ただし、代表光路長LboneおよびLskinは照射光強度I0の関数であるため、正確にプロットすると曲線となるが、ln(I/I0)−I0を概念的に説明するために、代表光路長LboneおよびLskinをI0の線形関数として直線のようにプロットしている。 FIG. 11 is a diagram conceptually showing ln (I / I 0 ) −I 0 of the skin layer only model, the skin layer and bone layer two layer model, and the bone layer only model in FIG. Here, ln (I / I 0 ) −I 0 indicates the relationship between the logarithm of the ratio of the irradiated light intensity I 0 to the irradiated light intensity I 0 and the reflected / scattered light intensity I (hereinafter referred to as the irradiated light intensity I 0). The relationship between the irradiation light intensity I 0 and the logarithm of the ratio of the reflected / scattered light intensity I is described as ln (I / I 0 ) −I 0. When there is a subscript, the same notation is used for incident light. .) In FIG. 11, the vertical axis represents the logarithm ln (I / I 0 ) of the ratio of the irradiation light intensity I 0 and the reflected / scattered light intensity I, and the horizontal axis represents the irradiation light intensity I 0 . However, since the representative optical path lengths L bone and L skin are functions of the irradiation light intensity I0, they are curved when accurately plotted. However, in order to conceptually describe ln (I / I 0 ) −I 0 , The optical path lengths L bone and L skin are plotted as a straight line as a linear function of I 0 .

図11より、図10における皮膚層のみのモデルと骨層のみのモデルとのln(I/I0)−I0は近似直線となり、皮膚層と骨層の二層モデルのln(I/I0)−I0において変曲点が現れる。皮膚層と骨層との二層モデルの場合、変曲点までの照射光強度I0が、皮膚層のみのモデルのln(I/I0)−I0に従い、変曲点より大きい照射光強度I0では、骨層のみのモデルのln(I/I0)−I0と同じ傾きで従うことがわかる。これは、上述したように、ln(Iskin+bone/Iskin)は、ln(Ibone/I0 bone)と同じ値となることからわかる。 From FIG. 11, ln (I / I 0 ) between the model and the Honeso only model of only skin layer in FIG. 10 -I0 becomes approximate line of the two-layer model of the skin layer and the bone layer ln (I / I 0 ) An inflection point appears at −I 0 . In the case of the two-layer model of the skin layer and the bone layer, the irradiation light intensity I 0 up to the inflection point is larger than the inflection point according to ln (I / I 0 ) -I 0 of the skin layer only model. It can be seen that the intensity I 0 follows the same slope as ln (I / I 0 ) −I 0 of the bone layer only model. As can be seen from the above, ln (I skin + bone / I skin ) has the same value as ln (I bone / I 0 bone ).

したがって、Iskinは、図11に示すようにln(I/I0)−I0曲線の変曲点から知ることができる。すわなち、皮膚層と骨層との二層モデルで示される変曲点において、受光部30であるフォトダイオードにより検出された反射・散乱光強度がIskinである。 Therefore, I skin can be known from the inflection point of the ln (I / I 0 ) -I 0 curve as shown in FIG. That is, at the inflection point indicated by the two-layer model of the skin layer and the bone layer, the reflected / scattered light intensity detected by the photodiode as the light receiving unit 30 is I skin .

以上より、ln(I/I0)−I0曲線の変化傾向を利用することで、骨の上層組織である皮膚の影響を除いて、骨密度の評価を行うことができるのがわかる。なお、この手法を空間強度分解法と呼んでいる。 From the above, it can be seen that by using the change tendency of the ln (I / I 0 ) -I0 curve, the bone density can be evaluated without the influence of the skin, which is the upper layer tissue of the bone. This method is called a spatial intensity decomposition method.

(実施例)
次に、上述した空間強度分解法により、皮膚のような介在組織の影響を除去し生体内部の密度の評価を行えるか試料モデルを用いて検証実験を行った。
(Example)
Next, a verification experiment was performed using a sample model to determine whether the density of the living body can be evaluated by removing the influence of interstitial tissues such as skin by the above-described spatial strength decomposition method.

図12は、空間強度分解法の検証実験システムの構成を示す図である。図12(a)は、検証実験システム全体を示す。検証実験システムは、コンピュータ60と、インターフェース・ボード70と、BNCコネクタボックス80と、発光ダイオード21用電流駆動器90と、フォトダイオード31用電源およびアンプ100と、計測部300と、発光ダイオード用電源110とから構成される。計測部300は、一対の発光ダイオード(LED)21(1550nm/Epitex/Inc./InGaAsP NIR LED、L1550−35)とフォトダイオード(PD)31(Judson社、J16−5SP−R03M−SC)から構成されている。それぞれはコンピュータ60と接続され、発光と受光が制御される。発光ダイオード21とフォトダイオード31はそれぞれの信号調節器、すなわち発光ダイオード21用電流駆動器90と、フォトダイオード31用電源およびアンプ100および16bitインターフェース・ボード70(National Instruments、DAQCard−6036E)を介してラップトップ型コンピュータ60(1、Dell Inspiron 2200)と接続している。ここで、発光ダイオード(LED)21は、図7における照射部20に相当し、フォトダイオード(PD)31は、図7における受光部30に相当する。発光ダイオード21用電流駆動器90と発光ダイオード用電源110とは、図7における制御部200に相当する。コンピュータ60には、図7における変化傾向算出部201および変曲点算出部205および密度特定部202と、参照データ203と表示部204とを含んだものに相当する。   FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a verification experiment system for the spatial intensity decomposition method. FIG. 12A shows the entire verification experiment system. The verification experiment system includes a computer 60, an interface board 70, a BNC connector box 80, a current driver 90 for the light emitting diode 21, a power source and amplifier 100 for the photodiode 31, a measuring unit 300, and a power source for the light emitting diode. 110. The measurement unit 300 includes a pair of light emitting diodes (LED) 21 (1550 nm / Epitex / Inc. / InGaAsP NIR LED, L1550-35) and a photodiode (PD) 31 (Judson, J16-5SP-R03M-SC). Has been. Each is connected to a computer 60 to control light emission and light reception. The light emitting diode 21 and the photodiode 31 are connected to each other through a signal conditioner, that is, a current driver 90 for the light emitting diode 21, a power source for the photodiode 31, and an amplifier 100 and a 16-bit interface board 70 (National Instruments, DAQCard-6036E). It is connected to a laptop computer 60 (1, Dell Inspiron 2200). Here, the light emitting diode (LED) 21 corresponds to the irradiation unit 20 in FIG. 7, and the photodiode (PD) 31 corresponds to the light receiving unit 30 in FIG. The current driver 90 for the light emitting diode 21 and the power source 110 for the light emitting diode correspond to the control unit 200 in FIG. The computer 60 corresponds to the computer including the change tendency calculating unit 201, the inflection point calculating unit 205, the density specifying unit 202, the reference data 203, and the display unit 204 in FIG.

図12(b)は発光ダイオード用電流駆動回路図を示す。発光ダイオード用電流駆動回路は、発光ダイオード21用電流駆動器90に含まれており、発光ダイオード用電流駆動回路により、発光ダイオード21は、弱い光から強い光まで広いレンジで発光することができる。   FIG. 12B shows a current drive circuit diagram for the light emitting diode. The light emitting diode current driving circuit is included in the light emitting diode 21 current driver 90, and the light emitting diode current driving circuit allows the light emitting diode 21 to emit light in a wide range from weak light to strong light.

なお、発光ダイオード21の発光制御およびフォトダイオード31の検出信号の取得と処理などはVisual Basicで作成したプログラムにより行った。   Note that the light emission control of the light emitting diode 21 and the acquisition and processing of the detection signal of the photodiode 31 were performed by a program created by Visual Basic.

図13は、本検証実験における発光ダイオード21とフォトダイオード31との関係を示した図である。図13(a)は、本検証実験における、発光ダイオード(LED)21とフォトダイオード(PD)31との位置関係を示す図であり、図13(b)は、発光ダイオード21に印加した電流(Input Current to LED)と、フォトダイオード31で検出される発光ダイオードの発光強度(PD output)との関係を示す図である。図13(a)で模式的に示したように、本実験では、発光ダイオード21とフォトダイオード31を約30mmの間隔をおいて向かい合わせに配置させた状態とした。そして、線形に発光ダイオード21への電流を増加させ、その際にフォトダイオード31で検出される発光ダイオード21の発光強度(V)をI0とした。その結果、図13(b)に示すように、発光ダイオード21への入力電流と発光強度との関係は非線形な関係であった。   FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the light emitting diode 21 and the photodiode 31 in this verification experiment. FIG. 13A is a diagram showing the positional relationship between the light emitting diode (LED) 21 and the photodiode (PD) 31 in this verification experiment, and FIG. 13B shows the current applied to the light emitting diode 21 ( It is a figure which shows the relationship between the light emission intensity | strength (PD output) of the light emitting diode detected by the photodiode 31 and Input Current to LED). As schematically shown in FIG. 13A, in this experiment, the light-emitting diode 21 and the photodiode 31 were arranged to face each other with an interval of about 30 mm. The current to the light emitting diode 21 was increased linearly, and the light emission intensity (V) of the light emitting diode 21 detected by the photodiode 31 at that time was set to I0. As a result, as shown in FIG. 13B, the relationship between the input current to the light emitting diode 21 and the light emission intensity was a non-linear relationship.

図14は、本検証実験において空間強度分解法を検証するために使用した試料モデルを示した図である。試料は、第一層としてグルコマンナン・ゲルを、第二層としてポリウレタン・スポンジより構成される二層からなる実験モデルである。水分を含むグルコマンナン・ゲルは皮膚層を、またポリウレタン・スポンジは骨層を模擬している。実験では、第一層のグルコマンナン・ゲルが6mmの場合と14mmとの場合を比較し、さらに第二層のポリウレタン・スポンジは、光反射・散乱特性を変化させるために白、灰色、黒の三種類の色のものを用いている。   FIG. 14 is a diagram showing a sample model used for verifying the spatial intensity decomposition method in this verification experiment. The sample is an experimental model consisting of two layers composed of glucomannan gel as the first layer and polyurethane sponge as the second layer. The water-containing glucomannan gel simulates the skin layer, and the polyurethane sponge simulates the bone layer. In the experiment, the glucomannan gel of the first layer was compared with the case of 6 mm and 14 mm, and the polyurethane sponge of the second layer was white, gray and black to change the light reflection and scattering characteristics. Three colors are used.

ここで、光反射・散乱特性を変化させるために用いた白、灰色、黒の三種類の色は、骨密度が違っている場合に相当する。図14(a)は、第一層のグルコマンナン・ゲルが6mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は白の場合(以下、White(6mm)と呼ぶ。)を示し、図14(b)は、第一層のグルコマンナン・ゲルが14mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は白の場合(以下、White(14mm)と呼ぶ。)を示す。また、図14(c)は、第一層のグルコマンナン・ゲルが6mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は灰色の場合(以下、Gray(6mm)と呼ぶ。)を示し、図14(d)は、第一層のグルコマンナン・ゲルが14mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は灰色の場合(以下、Gray(14mm)と呼ぶ。)を示す。さらに、図14(e)は、第一層のグルコマンナン・ゲルが6mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は黒の場合(以下、Black(6mm)と呼ぶ。)を示し、図14(f)は、第一層のグルコマンナン・ゲルが14mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は黒の場合(以下、Black(14mm)と呼ぶ。)を示す。   Here, the three types of white, gray, and black colors used to change the light reflection / scattering characteristics correspond to cases where the bone density is different. FIG. 14A shows a case where the first layer of glucomannan gel is 6 mm and the second layer of polyurethane sponge is white (hereinafter referred to as White (6 mm)), and FIG. Shows the case where the first layer of glucomannan gel is 14 mm and the color of the second layer of polyurethane sponge is white (hereinafter referred to as White (14 mm)). FIG. 14C shows the case where the first layer of glucomannan gel is 6 mm and the color of the second layer of polyurethane sponge is gray (hereinafter referred to as Gray (6 mm)), and FIG. d) shows the case where the first layer of glucomannan gel is 14 mm and the second layer of polyurethane sponge is gray (hereinafter referred to as Gray (14 mm)). Further, FIG. 14E shows a case where the first layer of glucomannan gel is 6 mm and the color of the second layer of polyurethane sponge is black (hereinafter referred to as Black (6 mm)), and FIG. f) shows the case where the glucomannan gel of the first layer is 14 mm and the color of the polyurethane sponge of the second layer is black (hereinafter referred to as Black (14 mm)).

計測は、発光ダイオード21とフォトダイオード31で構成される計測部300を第一層表面に手で押し当てることにより行った。一つの条件に5回の測定を行い、その平均を採用した。   The measurement was performed by manually pressing the measurement unit 300 composed of the light emitting diode 21 and the photodiode 31 against the surface of the first layer. Five measurements were performed under one condition, and the average was adopted.

図15は、発光ダイオード21とフォトダイオード31とで構成される計測部300における計測結果を示す図である。横軸は、照射光強度Iであり、縦軸は、反射・散乱光強度Iもしくは、照射光強度I0と反射・散乱光強度Iの対数の比ln(I/I0)である。図15(a)は、計測結果における各試料のI0−I曲線を示す図である。図14で示す全ての試料において、照射光強度I0が増加すると反射・散乱光強度Iが増加した。その傾向は特にWhite(6mm)の試料、すなわち第一層のグルコマンナン・ゲルが6mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は白の場合の試料において最も顕著に現れており、Black(14mm)の試料、すなわち、第一層のグルコマンナン・ゲルが14mmと第二層のポリウレタン・スポンジの色は黒の場合の試料では増加傾向が最も弱かった。いずれの試料においても、第一層のグルコマンナン・ゲルが薄い場合には反射・散乱光強度Iの増加傾向がより強く現れた。図15(b)は、計測結果における各試料のln(I/I0)−I0曲線を示す図である。I0−I曲線の場合と同様に、各試料を比べると違いが見られるものの、I0がおよそ1〜20付近までは、各試料での曲線の傾向は一致していた。したがって、図12で上述したように、このI0領域では、反射・散乱光が第一層のグルコマンナン・ゲルからのものであると判断できる。 FIG. 15 is a diagram illustrating a measurement result in the measurement unit 300 including the light emitting diode 21 and the photodiode 31. The horizontal axis represents the irradiation light intensity I, and the vertical axis represents the reflection / scattering light intensity I or the logarithm ratio ln (I / I 0 ) of the irradiation light intensity I 0 and the reflection / scattering light intensity I. Fig.15 (a) is a figure which shows the I0- I curve of each sample in a measurement result. In all the samples shown in FIG. 14, the reflected / scattered light intensity I increased as the irradiation light intensity I0 increased. This tendency is particularly noticeable in the White (6 mm) sample, ie, the sample in which the first layer of glucomannan gel is 6 mm and the second layer of polyurethane sponge is white, Black (14 mm). That is, in the sample where the first layer of glucomannan gel was 14 mm and the color of the second layer of polyurethane sponge was black, the increase tendency was the weakest. In any sample, when the glucomannan gel of the first layer was thin, the increasing tendency of the reflected / scattered light intensity I appeared more strongly. FIG. 15B is a diagram showing an ln (I / I 0 ) -I 0 curve of each sample in the measurement result. As in the case of the I 0 -I curve, although there is a difference when comparing each sample, the tendency of the curve in each sample was consistent until I 0 was around 1 to 20. Therefore, as described above with reference to FIG. 12, in this I 0 region, it can be determined that the reflected / scattered light is from the first layer of glucomannan gel.

図16は、図14の各試料におけるln(I/I0)−I0曲線における変曲点の抽出を示した図である。まず、低照射光強度領域における線形部(対数曲線で近似)を決定し、その直線上から外れ始める点を変曲点とした。そして、決定した変曲点における反射・散乱光強度IをIskinとした。このように決定したIskinを用いて、ln(Iskin+bone/Iskin)−Iskin曲線を描くと図17のようになる。 FIG. 16 is a diagram showing extraction of inflection points in the ln (I / I 0 ) -I 0 curve in each sample of FIG. First, a linear part (approximate with a logarithmic curve) in the low irradiation light intensity region was determined, and a point at which it started to deviate from the straight line was defined as an inflection point. The reflected / scattered light intensity I at the determined inflection point was defined as I skin . FIG. 17 shows an ln (I skin + bone / I skin ) -I skin curve using I skin determined in this way.

図17は、各試料について図16で求めたIskinを起点としてln(Iskin+bone/Iskin)−Iskin曲線を両対数曲線で描いた図である。ここで、sponge layer
とは第二層のポリウレタン・スポンジ層を示した領域であり、bottom surfaceとは、試料を評価する際に用いた試料の下にある実験テーブルを示した領域である。
FIG. 17 is a diagram in which an ln (I skin + bone / I skin ) −I skin curve is drawn as a log-log curve starting from I skin obtained in FIG. 16 for each sample. Where sponge layer
Is an area showing the second polyurethane sponge layer, and bottom surface is an area showing an experimental table under the sample used for evaluating the sample.

図17に示されるように、曲線の変化の仕方は第二層のポリウレタン・スポンジの違いにより異なるものの、同じ第二層のポリウレタン・スポンジを持つ試料同士を比較した場合第一層のグルコマンナン・ゲルの厚さが異なっても同じ傾向となっていることがわかる。第二層のポリウレタン・スポンジを反映していると考えられる低Iskin領域の変化傾向を比較したものが図18である。ここでは、低Iskin領域を対数関数で近似し、その係数を変化傾向のパラメタとして採用している。 As shown in FIG. 17, the method of changing the curve differs depending on the difference in the polyurethane sponge of the second layer, but when the samples having the same polyurethane sponge of the second layer are compared, It can be seen that the same tendency is observed even when the gel thickness is different. FIG. 18 shows a comparison of the changing tendency of the low I skin region that is considered to reflect the polyurethane sponge of the second layer. Here, the low I skin region is approximated by a logarithmic function, and the coefficient is adopted as a parameter of the change tendency.

図18より、ln(Iskin+bone/Iskin)−Iskin曲線を用いることにより第一層の
グルコマンナン・ゲルの厚さの違いの影響を受けずに第二層のポリウレタン・スポンジの密度特性を評価することが可能であることがわかる。すなわち、骨密度を測定する際に、皮膚のような介在組織の影響を除去し、骨密度を評価することが可能であることがわかる。
FIG. 18 shows that the density of the polyurethane sponge of the second layer is not affected by the difference in the thickness of the glucomannan gel of the first layer by using the ln (I skin + bone / I skin ) -I skin curve. It can be seen that the characteristics can be evaluated. That is, it can be seen that the bone density can be evaluated by removing the influence of the intervening tissue such as skin when measuring the bone density.

なお、照射部20として近赤外光の発光ダイオードを一例に説明しているが、例えば、光ファイバでもよく、密度計測装置としては実施例に限定されない。同様に、受光部30として、フォトダイオードを一例に説明しているが、それに限定されない。また、測定対象10として、骨を、介在組織部11として皮膚を一例に説明しているが、それに限定されない。   In addition, although the near-infrared light emitting diode was demonstrated as an example as the irradiation part 20, for example, an optical fiber may be sufficient and it is not limited to an Example as a density measuring device. Similarly, a photodiode is described as an example of the light receiving unit 30, but is not limited thereto. Moreover, although the bone is used as the measurement object 10 and the skin is used as the intervening tissue part 11 as an example, it is not limited thereto.

なお、照射部20と受光部30とはより近接して配置するのが好ましく、照射部20と受光部30とが同軸上に配置するのはさらに好ましい。また、照射部20と受光部30とは、それぞれ一つずつからなってもよく、一対の装置として構成されていても良い。   In addition, it is preferable to arrange | position the irradiation part 20 and the light-receiving part 30 closer, and it is still more preferable that the irradiation part 20 and the light-receiving part 30 arrange | position on the same axis | shaft. Moreover, the irradiation part 20 and the light-receiving part 30 may each consist of one each, and may be comprised as a pair of apparatus.

また、上述した空間強度分解法、すなわち、照射光の強度を変化させることにより観察される反射光強度から演算して得られるln(I/I0)−I0曲線の変化傾向を利用することで、介在組織の影響を除いて生体内部の密度を評価できる方法であるならば、本発明の範囲であり、上述した本実施の形態に限定されない。例えば、乳がんの検診や脳密度検診などの応用が考えられるが、測定対象10はそれには限定されない。 In addition, the above-described spatial intensity decomposition method, that is, the change tendency of the ln (I / I 0 ) -I 0 curve obtained by calculating from the reflected light intensity observed by changing the intensity of irradiation light is used. Any method that can evaluate the density inside the living body without the influence of the intervening tissue is within the scope of the present invention and is not limited to the above-described embodiment. For example, applications such as breast cancer screening and brain density screening are conceivable, but the measurement target 10 is not limited thereto.

以上のように、皮膚のような組織層が存在する場合でもその影響を受けずに骨密度を評価できるので、光を用いて骨密度ひいては生体内部の密度を非侵襲的に評価できる。そのため、従来の生体内部を計測する方法と比べると、照射部20および受光部30は、例えば発光ダイオードとフォトダイオードが一つずつでかつ同一箇所へ設置するような小型かつ安価な装置にて密度計測装置を構成することができる。したがって、装置の小型化および低価格化が可能になる。また、照射光強度の変化の傾向(傾き)を取るので、照射部20は、1波長からなる発光源でも、バックグラウンド変化の影響を受けない。   As described above, even when a tissue layer such as skin is present, the bone density can be evaluated without being affected by it. Therefore, the bone density and thus the density inside the living body can be evaluated non-invasively using light. Therefore, compared with the conventional method of measuring the inside of a living body, the irradiation unit 20 and the light receiving unit 30 are dense in a small and inexpensive device in which, for example, one light emitting diode and one photodiode are installed at the same location. A measuring device can be configured. Therefore, the apparatus can be reduced in size and price. Moreover, since the tendency (inclination) of the change of irradiation light intensity is taken, even if the irradiation part 20 is a light emission source which consists of 1 wavelength, it is not influenced by a background change.

それにより、近赤外光の発光ダイオード、フォトダイオードからなる小型でかつ安価な装置を密度計測装置の構成に用いることができる。したがって、光を用いることにより人体に被爆する危険性もなく、生体情報として生体内部の密度を非侵襲に計測できるだけでなく、小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。   Thereby, a small and inexpensive device composed of a light emitting diode and a photodiode of near infrared light can be used for the configuration of the density measuring device. Therefore, there is no risk of being exposed to a human body by using light, and not only the density inside the living body can be measured non-invasively as biological information, but also a small and inexpensive density measuring device can be realized.

さらに、一般的には、測定対象物が光散乱特性を持つ場合、照射光強度と平均光路長は単純な比例関係ではないため、どの程度影響するかは予測不可能であり、光源における照射光強度の違いが計測値に影響を与えるため、固定した照射光強度を用いる従来法では、常に照射光強度の校正が必要であった。しかし、本発明では原理上、照射光強度の校正が必要ない。   Furthermore, in general, when the measurement object has light scattering characteristics, the intensity of the irradiation light and the average optical path length are not a simple proportional relationship, so it is unpredictable how much they will affect. Since the difference in intensity affects the measured value, the conventional method using a fixed irradiation light intensity always requires calibration of the irradiation light intensity. However, in principle, the present invention does not require calibration of the irradiation light intensity.

また、さらに、空間強度分解法を用いると、従来、フォトダイオード・アレイを用いる方法、またはパルスレーザ光を用いる時間分解法など、いずれもより多くのシステム構成要素または比較的高額な構成要素を必要としたのに対し、強度分解法を利用した空間強度分解法では、少要素且つ低コストで実現することができる。すなわち、生体情報として生体内部の密度を、光により計測できる小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。   Furthermore, when using the spatial intensity decomposition method, conventionally, a method using a photodiode array or a time decomposition method using pulsed laser light, both of which require more system components or relatively expensive components. On the other hand, the spatial intensity decomposition method using the intensity decomposition method can be realized with a small number of elements and at a low cost. That is, it is possible to realize a small and inexpensive density measuring device that can measure the density inside the living body as light by using light.

(第3の実施の形態)
本発明における生体密度計測では、光を骨へ照射し、その際に計測される反射散乱光強度の大きさを利用して骨密度の非侵襲的評価を行う。しかしながら、実用的な計測精度を得るためには、骨を覆う皮膚層による光減衰分を補償する方法を確立する必要がある。第2の実施の形態では、空間強度分解法、すなわち、照射光の強度を変化させることにより観察される反射光強度から演算して得られるln(I/I0)−I0曲線の変化傾向を利用することで、介在組織である皮膚の影響を除いて生体内部の密度を評価する方法を説明した。第3の実施例では、光源位置を連続的に変化させることにより観察される反射光強度の変化から、皮膚のような組織層が存在する場合でもその影響を受けずに骨密度を評価できる方法(以下、光源移動法と呼ぶ。)について説明する。
(Third embodiment)
In the biological density measurement according to the present invention, light is applied to the bone, and the non-invasive evaluation of the bone density is performed using the intensity of the reflected and scattered light intensity measured at that time. However, in order to obtain practical measurement accuracy, it is necessary to establish a method for compensating for the light attenuation due to the skin layer covering the bone. In the second embodiment, the change tendency of the ln (I / I 0 ) -I 0 curve obtained by calculating from the spatial intensity decomposition method, that is, the reflected light intensity observed by changing the intensity of irradiation light. The method of evaluating the density inside the living body by using the skin and excluding the influence of the skin as the intervening tissue has been described. In the third embodiment, the bone density can be evaluated without being influenced by a change in reflected light intensity observed by continuously changing the light source position even when a tissue layer such as skin is present. (Hereinafter referred to as the light source movement method) will be described.

図19は、本発明の第3の実施の形態における密度計測装置の一例を概略的に示すブロック図である。   FIG. 19 is a block diagram schematically showing an example of a density measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.

密度計測装置4000は、測定対象10との距離を変化させ、測定対象10の表面に照射される光の強度を変化させて測定対象10に光を照射する光照射部20と、反射または散乱された光を受光する受光部30と、光照射部20と測定対象10との距離を変化させる制御を行う制御部400と、光照射部20の照射する光の強度と受光部30からの受光した光の強度とに基づいて変化傾向を算出する変化傾向算出部401と、変化傾向算出部401で算出した変化傾向と予め用意されている参照データ403とに基づいて生体密度を特定する密度特定部402と、密度特定部402で計測された生体密度を表示する表示部204とから構成されている。   The density measuring device 4000 is reflected or scattered by the light irradiation unit 20 that changes the distance to the measurement target 10 and changes the intensity of light applied to the surface of the measurement target 10 to irradiate the measurement target 10 with light. The light receiving unit 30 that receives the received light, the control unit 400 that performs control to change the distance between the light irradiation unit 20 and the measurement object 10, the intensity of the light irradiated by the light irradiation unit 20, and the light received from the light receiving unit 30. A change trend calculating unit 401 that calculates a change trend based on the intensity of light, and a density specifying unit that specifies a biological density based on the change trend calculated by the change trend calculating unit 401 and reference data 403 prepared in advance. 402 and a display unit 204 that displays the biological density measured by the density specifying unit 402.

図20は、測定対象10を計測する際における、光照射部20より参照散乱媒体12に照射される光強度I0と、受光部30が受光する反射光または散乱光Iとについて模式的に示した図である。図20は、図20(a)、図20(b)および図20(c)の順に照射部20から介在組織部11に照射される照射光の強度を増加させることで、測定対象10および介在組織部11への光侵入深度を増加させていることを示している。 FIG. 20 schematically shows the light intensity I 0 applied to the reference scattering medium 12 from the light irradiation unit 20 and the reflected light or scattered light I received by the light receiving unit 30 when measuring the measurement object 10. It is a figure. FIG. 20 shows the measurement object 10 and the intervention by increasing the intensity of the irradiation light irradiated from the irradiation unit 20 to the intervening tissue unit 11 in the order of FIGS. 20 (a), 20 (b) and 20 (c). It shows that the light penetration depth to the tissue part 11 is increased.

ここで、被測定対象物である測定対象10および介在組織部11と光照射部20との間に、所定の光散乱特性を有する参照散乱媒体12が挿入されている。介在組織部11と光照射部20との間に挿入されている参照散乱媒体12の厚さを変化させることで、照射部20から介在組織部11の表面に照射される照射光の強度を変化することができる。例えば、参照散乱媒体12の厚さを薄くすることで、照射部20から介在組織部11の表面に照射される照射光の強度を増加させることができる。   Here, a reference scattering medium 12 having a predetermined light scattering characteristic is inserted between the measuring object 10 and the intervening tissue part 11 and the light irradiating part 20 which are the objects to be measured. By changing the thickness of the reference scattering medium 12 inserted between the intervening tissue part 11 and the light irradiation part 20, the intensity of the irradiation light irradiated from the irradiation part 20 onto the surface of the interstitial tissue part 11 is changed. can do. For example, by reducing the thickness of the reference scattering medium 12, it is possible to increase the intensity of irradiation light irradiated from the irradiation unit 20 to the surface of the intervening tissue unit 11.

次に、第3の実施の形態における密度計測装置4000の生体密度の計測をする際の手順について説明する。   Next, a procedure for measuring the biological density of the density measuring apparatus 4000 according to the third embodiment will be described.

密度計測装置4000の生体密度の計測をする際の手順は、図3に示されるフローチャートで説明できる。   The procedure for measuring the biological density of the density measuring apparatus 4000 can be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、光照射部20を発光させる(S101)。そして、光照射部20と測定対象10および介在組織部11との間に挿入される参照散乱媒体12の厚さを変化させて、照射部20から介在組織部11の表面に照射される照射光の強度を変化する。言い換えると、制御部400で、光照射部20と測定対象10との距離を変化させて、照射部20から介在組織部11に照射される照射光の強度を変化させる。   First, the light irradiation unit 20 is caused to emit light (S101). And the irradiation light irradiated to the surface of the intervening tissue part 11 from the irradiation part 20 by changing the thickness of the reference scattering medium 12 inserted between the light irradiation part 20 and the measurement object 10 and the intervening tissue part 11. The intensity of the. In other words, the control unit 400 changes the distance between the light irradiation unit 20 and the measurement target 10 to change the intensity of irradiation light irradiated from the irradiation unit 20 to the intervening tissue unit 11.

次に、光照射部20より参照散乱媒体12を介して介在組織部11の表面に照射された光は、測定対象10と介在組織部11との内部で反射または散乱する。受光部30は、反射または散乱した光で受光部30まで到達した光を受光する(S102)。   Next, the light irradiated from the light irradiation unit 20 onto the surface of the intervening tissue unit 11 through the reference scattering medium 12 is reflected or scattered inside the measurement object 10 and the intervening tissue unit 11. The light receiving unit 30 receives light reaching the light receiving unit 30 with reflected or scattered light (S102).

次に、変化傾向算出部401は、光照射部20より参照散乱媒体12に照射された光強度I0と受光部30で受光した光の強度Iと、参照散乱媒体12の厚さ、すなわち光照射部20と介在組織部11との距離に基づいて変化傾向を算出する(S103)。 Next, the change tendency calculation unit 401 includes the light intensity I 0 applied to the reference scattering medium 12 from the light irradiation unit 20, the intensity I of light received by the light receiving unit 30, and the thickness of the reference scattering medium 12, that is, light. A change tendency is calculated based on the distance between the irradiation unit 20 and the intervening tissue unit 11 (S103).

次に、密度特定部202は、変化傾向算出部401で算出した変化傾向に基づいて生体密度を計測する(S104)。   Next, the density specifying unit 202 measures the biological density based on the change tendency calculated by the change tendency calculation unit 401 (S104).

次に、表示部204は、密度特定部402で計測された生体密度を表示する。   Next, the display unit 204 displays the biological density measured by the density specifying unit 402.

以上のようにして、密度計測装置4000の生体密度の計測をすることができる。   As described above, the biological density of the density measuring device 4000 can be measured.

続いて、密度計測装置4000の生体密度計測方法についての原理を説明する。   Next, the principle of the biological density measuring method of the density measuring apparatus 4000 will be described.

図21は、皮膚層と骨層との二層モデルに参照散乱媒体を加えた三層モデルの場合における光源移動法の原理を示す模式図である。ここでは、光源移動法の原理、すなわち光源を、参照散乱媒体12を介して移動させることで入射光強度(I0)を変化させ、その際得られる反射・散乱光強度(I)とIoとの関係を利用することで、皮膚のような介在組織に影響されない生体内部の密度を評価する方法の原理を説明する。 FIG. 21 is a schematic diagram illustrating the principle of the light source moving method in the case of a three-layer model in which a reference scattering medium is added to a two-layer model of a skin layer and a bone layer. Here, the principle of the light source moving method, that is, the incident light intensity (I 0 ) is changed by moving the light source through the reference scattering medium 12, and the reflected / scattered light intensity (I) and Io obtained at that time are changed. By using this relationship, the principle of a method for evaluating the density inside a living body that is not influenced by intervening tissues such as skin will be described.

図21において、Lskinは、皮膚層の厚さ、すなわち介在組織部11の厚さがモデル化されており皮膚層での光路長に相当する。Lboneは、骨層の厚さ、すなわち測定対象10の厚さがモデル化されており骨層での光路長に相当する。また、Lrefは、参照散乱媒体12の厚さ、すなわち参照散乱媒体12の厚さがモデル化されており参照散乱媒体12での光路長に相当する。なお、皮膚層である介在組織部11の厚さは一定としている。 In FIG. 21, L skin is modeled on the thickness of the skin layer, that is, the thickness of the intervening tissue portion 11, and corresponds to the optical path length in the skin layer. L bone is modeled on the thickness of the bone layer, that is, the thickness of the measurement object 10, and corresponds to the optical path length in the bone layer. L ref is a model of the thickness of the reference scattering medium 12, that is, the thickness of the reference scattering medium 12, and corresponds to the optical path length in the reference scattering medium 12. In addition, the thickness of the intervening tissue part 11 which is a skin layer is constant.

μr skinは、介在組織部11である皮膚層における光減衰係数である。μr boneは、測定対象10である骨層における光減衰係数である。また、μr refは、参照散乱媒体12である参照散乱媒体における光減衰係数である。 μ r skin is a light attenuation coefficient in the skin layer which is the intervening tissue part 11. μ r bone is a light attenuation coefficient in the bone layer that is the measurement object 10. Further, μ r ref is a light attenuation coefficient in the reference scattering medium that is the reference scattering medium 12.

図21では、図20で示したように、皮膚層である介在組織部11と光照射部20との間にある参照散乱媒体12の厚さを変化させることで、照射部20と介在組織部11との距離を変化させ、照射部20から介在組織部11の表面に照射される照射光の強度を変化させる。そのため、光路長Lrefは可変であり、骨層への光侵入深度を示す光路長Lboneは、参照散乱媒体12の厚さ、すなわち光照射部20と介在組織部11の表面との距離に伴って、照射部20から介在組織部11の表面に照射される照射光の強度が変化する。また、皮膚層である介在組織部11の厚さは一定であるので、光路長Lskinは一定である。 In FIG. 21, as shown in FIG. 20, the irradiation unit 20 and the intervening tissue part are changed by changing the thickness of the reference scattering medium 12 between the intervening tissue part 11 that is the skin layer and the light irradiation unit 20. 11 is changed, and the intensity of irradiation light irradiated from the irradiation unit 20 to the surface of the intervening tissue unit 11 is changed. Therefore, the optical path length L ref is variable, and the optical path length L bone indicating the light penetration depth into the bone layer is the thickness of the reference scattering medium 12, that is, the distance between the light irradiation unit 20 and the surface of the intervening tissue unit 11. Along with this, the intensity of irradiation light irradiated from the irradiation unit 20 to the surface of the intervening tissue unit 11 changes. Moreover, since the thickness of the intervening tissue part 11 which is a skin layer is constant, the optical path length L skin is constant.

図21で示す皮膚層と骨層と参照散乱媒体との三層モデルにおいて、ランバートベールの法則に基づいて光の挙動の定式化を試みる。   In the three-layer model of the skin layer, the bone layer, and the reference scattering medium shown in FIG. 21, an attempt is made to formulate the behavior of light based on Lambert-Beer law.

得られる反射・散乱光強度(I)は、図10における(数6)式と同様に、ランバートベールの法則に基づいて、次の(数9)式の関係式で表せる。   The obtained reflected / scattered light intensity (I) can be expressed by the following relational expression (Expression 9) based on Lambert-Beer's law, as in Expression (6) in FIG.

(数9)式により、入射光強度I0と反射・散乱光強度Iの比は、次の(数10)の関係式で示される。 From the equation (9), the ratio of the incident light intensity I 0 and the reflected / scattered light intensity I is expressed by the following relational expression (equation 10).

(数10)式により、光照射部20から参照散乱媒体12に照射される光強度I0に相当する入射光強度I0と反射・散乱光強度Iの比の対数は、図10で上述したように骨密度を反映している。 The logarithm of the ratio of the incident light intensity I 0 and the reflected / scattered light intensity I corresponding to the light intensity I 0 irradiated from the light irradiation unit 20 to the reference scattering medium 12 from the equation (Equation 10) is described above with reference to FIG. So as to reflect the bone density.

ここで、皮膚層の光路長Lskinは上述したように一定である。(数10)式における皮膚層に関する項は次の(数11)式のように表せる。 Here, the optical path length L skin of the skin layer is constant as described above. The term relating to the skin layer in the equation (10) can be expressed as the following equation (11).

また、図20より、照射部20と介在組織部11との距離を短くすること、すなわち参照散乱媒体12の厚さを薄くすることで、照射部20から介在組織部11に照射される照射光の強度が増加でき、測定対象10への光侵入深度を増加させることができる。図21で、上述の内容を言い換えると、参照散乱媒体12での光路長Lrefを短くすることで、骨層での光路長Lboneが長くすることができる。 In addition, from FIG. 20, the irradiation light irradiated from the irradiation unit 20 to the intervening tissue unit 11 by shortening the distance between the irradiation unit 20 and the intervening tissue unit 11, that is, by reducing the thickness of the reference scattering medium 12. And the depth of light penetration into the measurement object 10 can be increased. In Figure 21, in other words the content of the above, by shortening the optical path length L ref of the reference scattering medium 12, it is possible to lengthen the optical path length L bone at the bone layer.

そこで、上述の相関関係から、参照散乱媒体12での光路長変化(移動量)と骨層での光路長変化とが等しいとすると、その関係は次の(数12)式で示される。   Therefore, from the above correlation, if the optical path length change (movement amount) in the reference scattering medium 12 is equal to the optical path length change in the bone layer, the relation is expressed by the following equation (12).

以上、(数9)式と(数10)式と(数11)式と(数12)式とにより、次の(数13)式の関係を導くことができる。   As described above, the following equation (13) can be derived from the equation (9), the equation (10), the equation (11), and the equation (12).

ここで、(数13)式の、μr refは既知の定数である。したがって、光路長Lrefに対する照射光強度I0と反射・散乱光強度Iの比の対数との関係を示すln(I/I0)−Lref曲線の傾きより、μr boneを評価することができる。 Here, μ r ref in equation (13) is a known constant. Therefore, μ r bone can be evaluated from the slope of the ln (I / I 0 ) -L ref curve indicating the relationship between the logarithm of the ratio of the irradiated light intensity I 0 and the reflected / scattered light intensity I to the optical path length L ref . it can.

図22は、図21における皮膚層と骨層とに参照散乱媒体12を加えた三層モデルのln(I/I0)−Lrefを概念的に示す図である。 FIG. 22 is a diagram conceptually illustrating ln (I / I 0 ) −L ref of the three-layer model in which the reference scattering medium 12 is added to the skin layer and the bone layer in FIG.

光源移動法では、光照射部20は、光散乱特性を有する参照散乱媒体12を介して、計測対象物である測定対象10(骨層)および介在組織部11(皮膚層)へ光を照射し、受光部30でその反射・散乱光強度を検出する。参照散乱媒体12の厚さ、すなわち光照射部20から計測対象物である介在組織部11(皮膚層)までの距離を変化させることで、計測対象物である測定対象10(骨層)への光侵入深度を変えることができる。   In the light source movement method, the light irradiation unit 20 irradiates light to the measurement target 10 (bone layer) and the intervening tissue part 11 (skin layer), which are measurement objects, via the reference scattering medium 12 having light scattering characteristics. The reflected / scattered light intensity is detected by the light receiving unit 30. By changing the thickness of the reference scattering medium 12, that is, the distance from the light irradiation unit 20 to the intervening tissue part 11 (skin layer) that is the measurement target, the measurement object 10 (bone layer) that is the measurement target is changed. The light penetration depth can be changed.

まず、光照射部20と計測対象物である介在組織部11(皮膚層)との距離が十分離れている場合、光は測定対象物である介在組織部11(皮膚層)に届かないため、得られる反射・散乱光強度は参照散乱媒体12の光学特性のみを反映した値となる(図22の(a)の領域)。   First, when the distance between the light irradiation unit 20 and the intervening tissue part 11 (skin layer) that is the measurement target is sufficiently large, the light does not reach the intervening tissue part 11 (skin layer) that is the measurement target. The obtained reflected / scattered light intensity is a value reflecting only the optical characteristics of the reference scattering medium 12 (region (a) in FIG. 22).

次に、光照射部20と計測対象物である介在組織部11(皮膚層)との距離が接近した場合には、光は、測定対象物である介在組織部11(皮膚層)に届く。光が測定対象物である介在組織部11(皮膚層)を通過する際、光は測定対象物である介在組織部11(皮膚層)により減衰するため、得られる反射・散乱光強度は弱められる(図22の(b)の領域)。   Next, when the distance between the light irradiation unit 20 and the intervening tissue part 11 (skin layer) that is the measurement object approaches, the light reaches the intervening tissue part 11 (skin layer) that is the measurement object. When light passes through the intervening tissue part 11 (skin layer), which is the measurement object, the light is attenuated by the intervening tissue part 11 (skin layer), which is the measurement object, and thus the reflected / scattered light intensity obtained is weakened. (Region (b) in FIG. 22).

次に、光照射部20と計測対象物である介在組織部11(皮膚層)との距離がさらに接近した場合には、光は、測定対象物である測定対象10(骨層)に届く。光が測定対象物である測定対象10(骨層)へ到達すると骨層による反射・散乱のために得られる反射・散乱光強度(検出光)強度は強まる(図22の(c)の領域)。   Next, when the distance between the light irradiation unit 20 and the intervening tissue part 11 (skin layer), which is a measurement object, further approaches, the light reaches the measurement object 10 (bone layer), which is a measurement object. When the light reaches the measurement object 10 (bone layer) that is the measurement object, the intensity of reflected / scattered light (detection light) obtained for reflection / scattering by the bone layer increases (region (c) in FIG. 22). .

最終的に、光照射部20と計測対象物である介在組織部11(皮膚層)との距離がさらに接近し、光源が計測対象物である介在組織部11(皮膚層)と接触すると、得られる反射・散乱光強度は計測対象物である介在組織部11(皮膚層)と測定対象10(骨層)の光学特性のみにより決定される値となる。それにより、図22の(c)の領域における反射・散乱光強度変化(In(I/Io)−Lref曲線の傾き)は、介在組織部11(皮膚層)の状態に依存せずに一定となる。 Finally, when the distance between the light irradiation unit 20 and the intervening tissue part 11 (skin layer), which is the measurement object, further approaches, and the light source contacts the intervening tissue part 11 (skin layer), which is the measurement object, The intensity of the reflected / scattered light is a value determined only by the optical characteristics of the intervening tissue part 11 (skin layer) and the measurement object 10 (bone layer), which are measurement objects. Thereby, the reflected / scattered light intensity change (in (I / Io) -L ref curve slope) in the region (c) of FIG. 22 is constant without depending on the state of the intervening tissue part 11 (skin layer). It becomes.

したがって、この値(傾き)を用いることで介在組織部11(皮膚層)に影響されない骨密度評価を行うことができる。   Therefore, the bone density evaluation which is not influenced by the intervening tissue part 11 (skin layer) can be performed by using this value (slope).

(実施例)
次に、図21および図22で説明した光源移動法の原理をモンテカルロ・シミュレーションにより確認した。ここで、モンテカルロ・シミュレーションとは、乱数を用いる数値シミュレーションである。
(Example)
Next, the principle of the light source movement method described in FIGS. 21 and 22 was confirmed by Monte Carlo simulation. Here, the Monte Carlo simulation is a numerical simulation using random numbers.

図23は、光源移動法を介在組織部11(皮膚層)がない場合(骨のみ)に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。骨のみの一層組織モデルに対し光源移動法を適用した例であり、ここでは、骨の条件(散乱係数)が変化している。図23に示すように、骨の散乱係数の変化によってIn(I/Io)−Lref曲線の傾きが変わる。したがって、In(I/Io)−Lref曲線の傾きから骨の散乱係数(骨密度と関係するパラメタ)が予測できる。 FIG. 23 is a diagram illustrating a simulation result when the light source movement method is applied to the case where there is no intervening tissue portion 11 (skin layer) (only bone). This is an example in which the light source movement method is applied to a single-layer tissue model of only bone, and here, the bone condition (scattering coefficient) is changed. As shown in FIG. 23, the slope of the In (I / Io) -L ref curve changes with changes in the bone scattering coefficient. Therefore, the bone scattering coefficient (a parameter related to bone density) can be predicted from the slope of the In (I / Io) -L ref curve.

図24は、光源移動法を介在組織部11(皮膚層)がある場合に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。皮膚と骨の二層組織モデルに対し光源移動法を適用した例であり、ここでは、骨の条件(散乱係数)は一定としている。図24が示すように、皮膚条件(厚さ)が変化してもIn(I/Io)−Lref曲線の傾きは変わらない。 FIG. 24 is a diagram showing a simulation result when the light source moving method is applied when there is an intervening tissue part 11 (skin layer). This is an example in which the light source movement method is applied to a two-layer tissue model of skin and bone. Here, the bone condition (scattering coefficient) is constant. As shown in FIG. 24, the slope of the In (I / Io) -L ref curve does not change even when the skin condition (thickness) changes.

図25は、さまざまな骨の条件(散乱係数)において、介在組織部11(皮膚層)がない場合と介在組織部11(皮膚層)がある場合のIn(I/Io)−Lref曲線の傾きを比較した図である。図25に示すように、どの骨の条件(散乱係数)においても、両者は良好に一致する。 FIG. 25 shows the In (I / Io) -L ref curve when there are no intervening tissue part 11 (skin layer) and when there is interstitial tissue part 11 (skin layer) under various bone conditions (scattering coefficients). It is the figure which compared the inclination. As shown in FIG. 25, the two agree well in any bone condition (scattering coefficient).

図26は、さまざまな皮膚条件(厚さ)におけるIn(I/Io)− Lref曲線の傾きと骨の散乱係数との関係を示す図である。図25に示すように、両者は、指数関数で良好に近似できる。このことから、In(I/Io)−Lref曲線の傾きは、皮膚に影響されない骨密度評価パラメタと成り得ると言える。したがって、In(I/Io)−Lref曲線の傾きから骨の散乱係数(骨密度)が予測できることが確認できる。 FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the slope of the In (I / Io) -L ref curve and the bone scattering coefficient under various skin conditions (thicknesses). As shown in FIG. 25, both can be satisfactorily approximated by an exponential function. From this, it can be said that the slope of the In (I / Io) -L ref curve can be a bone density evaluation parameter that is not affected by the skin. Therefore, it can be confirmed that the bone scattering coefficient (bone density) can be predicted from the slope of the In (I / Io) -L ref curve.

次に、モンテカルロ・シミュレーションにより、骨密度を予測する関係式の構築を試みた。   Next, an attempt was made to construct a relational expression for predicting bone density by Monte Carlo simulation.

図27は、骨密度を予測する関係式を構築するために用いた図である。モンテカルロ・シミュレーションにより構築された骨密度を予測する関係式は、図27から次の(数14)式のように表すことができる。   FIG. 27 is a diagram used to construct a relational expression for predicting bone density. The relational expression for predicting the bone density constructed by the Monte Carlo simulation can be expressed as the following (Expression 14) from FIG.

したがって、(数14)式を用いることで、In(I/Io)−Lref曲線の傾きから骨の散乱係数(骨密度)を予測することができる。 Therefore, by using the equation (14), the bone scattering coefficient (bone density) can be predicted from the slope of the In (I / Io) -L ref curve.

なお、骨の散乱係数(骨密度)の予測方法について、皮膚による減衰分を加味することで予測する方法がある。以下、それを変形例として説明する。   As a method for predicting the bone scattering coefficient (bone density), there is a method for predicting by taking into account the attenuation due to the skin. Hereinafter, it will be described as a modification.

図28は、図21における皮膚層と骨層とに参照散乱媒体12を加えた三層モデルにおいて、光源距離の変化に伴う拡散反射光強度の変化を概念的に示す図である。図28(a)、図28(b)および図28(c)は、縦軸を拡散反射率として、図22(a)、図22(b)および図22(c)と同様の内容を示しているので説明を割愛する。   FIG. 28 is a diagram conceptually showing a change in diffuse reflected light intensity with a change in light source distance in the three-layer model in which the reference scattering medium 12 is added to the skin layer and the bone layer in FIG. 28 (a), 28 (b), and 28 (c) show the same contents as FIG. 22 (a), FIG. 22 (b), and FIG. 22 (c) with the vertical axis as the diffuse reflectance. I will omit the explanation.

なお、点線で示した曲線は、皮膚層なしの場合であり、図22(a)の領域と同様の内容について縦軸を拡散反射率として示している。すなわち、皮膚層なしの場合の拡散反射率は、指数関数的に変化し、参照散乱媒体12の光特性に依存する。   In addition, the curve shown with the dotted line is a case without a skin layer, and the vertical axis | shaft is shown as a diffuse reflectance about the content similar to the area | region of Fig.22 (a). That is, the diffuse reflectance without the skin layer changes exponentially and depends on the light characteristics of the reference scattering medium 12.

図29は、光源移動法をさまざまな条件(厚さ)における拡散反射率と参照散乱媒体12の厚さとの関係のシミュレーション結果を示す図である。縦軸を拡散反射率に、横軸を参照散乱媒体12の厚さにとしている。ここで、図28と比較すると、図29の光源接触時の拡散反射率は骨密度を反映しているが、皮膚による減衰分が含まれることがわかる。すなわち、図29中のΣΔ(I/Io)で示される面積の大きさが皮膚影響の大きさを示している。   FIG. 29 is a diagram illustrating a simulation result of the relationship between the diffuse reflectance and the thickness of the reference scattering medium 12 under various conditions (thicknesses) in the light source moving method. The vertical axis represents the diffuse reflectance, and the horizontal axis represents the thickness of the reference scattering medium 12. Compared with FIG. 28, it can be seen that the diffuse reflectance at the time of contact with the light source in FIG. 29 reflects the bone density, but includes an attenuation due to the skin. That is, the size of the area indicated by ΣΔ (I / Io) in FIG. 29 indicates the magnitude of the skin effect.

図30は、皮膚影響の除去し、骨密度予測するためのシミュレーション結果を示す図である。図30(a)は、ΣΔ(I/Io)と光源接触時拡散反射率の皮膚による減衰量との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。図30(b)は予測された光源接触時の拡散反射率と光源接触時の拡散反射率との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。   FIG. 30 is a diagram showing a simulation result for removing skin influence and predicting bone density. FIG. 30A is a diagram showing a simulation result showing a relationship between ΣΔ (I / Io) and the attenuation amount by the skin of the diffuse reflectance at the time of light source contact. FIG. 30B is a diagram showing a simulation result showing the relationship between the predicted diffuse reflectance at the time of light source contact and the diffuse reflectance at the time of light source contact.

図30により、ΣΔ(I/Io)より光源接触時拡散反射率の皮膚による減衰量を知ることができる。したがって、皮膚による減衰分を加算することで、骨のみの光源接触時拡散反射率を知ることができ、骨密度を予測することができる。   From FIG. 30, it is possible to know the amount of attenuation by the skin of the diffuse reflectance when the light source is in contact from ΣΔ (I / Io). Therefore, by adding the attenuation due to the skin, it is possible to know the diffuse reflectance at the time of contact with the light source of only the bone, and to predict the bone density.

次に、モンテカルロ・シミュレーションにより構築された骨密度を予測する関係式を検証するための検証実験システムを簡潔ではあるが、下記に説明する。   Next, a verification experiment system for verifying the relational expression for predicting the bone density constructed by the Monte Carlo simulation will be described below.

図31は、光源移動法の検証実験システムの構成を示す図である。   FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a verification experiment system for the light source movement method.

図31は、検証実験システム全体を示す。検証実験システムは、コンピュータ60と、AD/DAインターフェース・ボード71と、レーザダイオード用電源420と、レーザダイオード421と、ビームスプリッタ422と、光源移動機構部423と、凸レンズ424と、レーザダイオード421用の電源およびアンプ432とから構成される。   FIG. 31 shows the entire verification experiment system. The verification experiment system includes a computer 60, an AD / DA interface board 71, a laser diode power source 420, a laser diode 421, a beam splitter 422, a light source moving mechanism 423, a convex lens 424, and a laser diode 421. Power supply and an amplifier 432.

ここで、図20との対応について説明する。制御部400は、光源移動機構部423に相当し、光照射部20はレーザダイオード421に相当する。変化傾向算出部401、参照データ403、密度特定部402および表示部204はコンピュータ60に含まれる。   Here, correspondence with FIG. 20 will be described. The control unit 400 corresponds to the light source moving mechanism unit 423, and the light irradiation unit 20 corresponds to the laser diode 421. The change tendency calculating unit 401, the reference data 403, the density specifying unit 402, and the display unit 204 are included in the computer 60.

なお、図32は、光源移動法の検証実験システムの構成についての現物の写真である。   FIG. 32 is an actual photograph of the configuration of the verification experiment system for the light source movement method.

図31および図32に示した光源移動法の検証実験システムにより、上述した光源移動法の検証実験を行うことができる。   The verification experiment of the light source movement method described above can be performed by the verification experiment system of the light source movement method shown in FIGS.

以上、本発明の実施の形態の密度計測装置およびその方法によれば、照射光強度I0を連続的に変化させ、その際検出される反射・散乱光強度を解析することで、骨密度ないし生体内の密度を非侵襲的に評価できる。具体的には、(1)強度分解法、すなわち、I0−I曲線の傾きから骨密度ひいては生体内部の密度を評価する方法、(2)空間強度分解法、すなわちln(I/I0)−I0曲線の変化傾向を利用することで上層組織の影響なしに骨密度ひいては生体内部の密度を評価する方法、あるいは、(3)光源移動法、すなわち、光源位置を連続的に変化させることにより観察される反射光強度の変化から、皮膚のような組織層が存在する場合でもその影響を受けずに骨密度を評価できる方法によって、光を用いて骨密度ひいては生体内部の密度を非侵襲的に評価できる。したがって、小型でかつ安価な装置を密度計測装置の構成に用いることができる。 As described above, according to the density measuring apparatus and the method thereof according to the embodiment of the present invention, the irradiation light intensity I 0 is continuously changed, and the reflected / scattered light intensity detected at that time is analyzed. The in vivo density can be evaluated non-invasively. Specifically, (1) strength decomposition method, that is, a method of evaluating the bone density and hence the density inside the living body from the slope of the I 0 -I curve, and (2) spatial strength decomposition method, that is, ln (I / I 0 ). A method of evaluating the bone density and thus the density inside the living body without the influence of the upper layer tissue by using the change tendency of the −I 0 curve, or (3) The light source moving method, that is, the light source position is continuously changed. By using light, the bone density and thus the density inside the living body can be non-invasively determined by a method that can evaluate the bone density without being affected by changes in the reflected light intensity observed by the Can be evaluated. Therefore, a small and inexpensive device can be used for the configuration of the density measuring device.

それにより、光を用いることにより人体に被爆する危険性もなく、生体情報として生体内部の密度を非侵襲に計測できるだけでなく、小型でかつ安価の密度計測装置を実現することができる。   Thereby, there is no danger of being exposed to a human body by using light, and not only the density inside the living body can be measured non-invasively as biological information, but also a small and inexpensive density measuring device can be realized.

以上、本発明の密度計測装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the density measuring device of the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to this embodiment, and the structure constructed | assembled combining the component in different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .

本発明は、生体内部の密度を計測する密度計測装置および計測方法に利用でき、特に骨密度の計測や乳がんのしこりを検出する密度計測装置およびその計測方法に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a density measuring device and a measuring method for measuring the density inside a living body, and in particular, can be used in a density measuring device and a measuring method for detecting bone density or detecting breast cancer lump.

本発明の第1の実施の形態における密度計測装置の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the density measuring device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における測定対象と光照射部と受光部とについて模式的に示した図である。It is the figure which showed typically about the measuring object, the light irradiation part, and the light-receiving part in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における密度計測装置の生体密度の計測をする際の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure at the time of measuring the biological density of the density measuring device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における密度計測装置の照射光強度I0と反射・散乱光強度Iの関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the irradiation light intensity I 0 and the reflected and scattered light intensity I of the density measuring device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態におけるゼラチン模擬骨試料に対するI0−I曲線およびI−I曲線の傾きと骨密度の関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between slope and bone density I 0 -I curve and I 0 -I curve for gelatin simulated bone sample in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態におけるゼラチン模擬骨試料のI0−I曲線の傾きへの皮膚層の影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the skin layer on the inclination of the I0- I curve of the gelatin simulated bone sample in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における密度計測装置の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example of the density measuring apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における測定対象10を計測する際の測定対象10と光照射部20と受光部30とについて模式的に示した図である。It is the figure which showed typically about the measuring object 10, the light irradiation part 20, and the light-receiving part 30 at the time of measuring the measuring object 10 in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における密度計測装置の生体密度の計測をする際の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure at the time of measuring the biological density of the density measuring device in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における皮膚と骨とからなる二層モデルの場合の空間強度分解法の原理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the principle of the spatial intensity | strength decomposition method in the case of the two-layer model which consists of skin and the bone in the 2nd Embodiment of this invention. 皮膚層のみおよび皮膚層と骨層との二層および骨層のみからなる場合のln(I/I)−Iを概念的に示す図である。Is a diagram conceptually illustrating the ln (I / I 0) -I 0 when consisting of only two layers and Honeso the skin layer only and skin layers and the bone layer. 本発明の第2の実施の形態における空間分解法の検証実験システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the verification experiment system of the spatial decomposition method in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における検証実験の発光ダイオードおよびフォトダイオードの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the light emitting diode of the verification experiment in the 2nd Embodiment of this invention, and a photodiode. 本発明の第2の実施の形態における検証実験に用いた試料モデルを示した図である。It is the figure which showed the sample model used for the verification experiment in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における検証実験システムの発光ダイオードとフォトダイオードで構成される計測部における計測結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result in the measurement part comprised by the light emitting diode and photodiode of the verification experiment system in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における検証実験に用いた各試料のln(I/I0)−I0曲線の変曲点の抽出を示した図である。Is a diagram illustrating the extraction of inflection points of a 2 ln (I / I 0) of each sample used in the verification experiment in the embodiment of -I 0 curve of the present invention. 本発明の第2の実施の形態における各試料について求めた変曲点での反射・散乱光強度を起点としてln(Iskin+bone/Iskin)−Iskin曲線を両対数曲線で描いた図である。FIG. 6 is a diagram in which an ln (I skin + bone / I skin ) -I skin curve is drawn as a log-log curve starting from the reflected / scattered light intensity at the inflection point obtained for each sample in the second embodiment of the present invention. It is. 本発明の第2の実施の形態における実験に用いた各試料のポリウレタン・スポンジ層を反映している低Iskin領域の変化傾向を比較した図である。It is the figure which compared the change tendency of the low I skin area | region reflecting the polyurethane sponge layer of each sample used for the experiment in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態における密度計測装置の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows roughly an example of the density measuring device in the 3rd Embodiment of this invention. 測定対象10を計測する際における、光照射部20より参照散乱媒体12に照射される光強度I0と、受光部30が受光する反射光または散乱光Iとについて模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing light intensity I 0 applied to the reference scattering medium 12 from the light irradiation unit 20 and reflected light or scattered light I received by the light receiving unit 30 when measuring the measurement target 10. . 皮膚層と骨層との二層モデルに参照散乱媒体を加えた三層モデルの場合における光源移動法の原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principle of the light source movement method in the case of the three-layer model which added the reference scattering medium to the two-layer model of the skin layer and the bone layer. 皮膚層と骨層とに参照散乱媒体12を加えた三層モデルのln(I/I0)−Lrefを概念的に示す図である。Is a diagram conceptually illustrating the ln (I / I 0) -L ref three layer model plus a reference scattering medium 12 and the skin layer and the bone layer. 光源移動法を介在組織部11(皮膚層)がない場合(骨のみ)に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of applying the light source movement method when there is no intervening tissue part 11 (skin layer) (only a bone). 光源移動法を介在組織部11(皮膚層)がある場合に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of applying the light source movement method when there exists the intervening tissue part 11 (skin layer). さまざまな骨の条件(散乱係数)において、介在組織部11(皮膚層)がない場合と介在組織部11(皮膚層)がある場合のIn(I/Io)−Lref曲線の傾きを比較した図である。In various bone conditions (scattering coefficients), the slopes of In (I / Io) -L ref curves were compared when there was no intervening tissue part 11 (skin layer) and when there was intervening tissue part 11 (skin layer). FIG. さまざまな皮膚条件(厚さ)におけるIn(I/Io)−Lref曲線の傾きと骨の散乱係数との関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between an In (I / Io) the slope and bone scattering coefficient -L ref curve in various skin conditions (thickness). 骨密度を予測する関係式を構築するために用いた図である。It is the figure used in order to build the relational expression which estimates bone density. 皮膚層と骨層とに参照散乱媒体12を加えた三層モデルにおいて、光源距離の変化に伴う拡散反射光強度の変化を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the change of diffuse reflected light intensity with the change of light source distance in the three-layer model which added the reference scattering medium 12 to the skin layer and the bone layer. 光源移動法をさまざまな条件(厚さ)における拡散反射率と参照散乱媒体12の厚さとの関係のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the relationship between the diffuse reflectance in various conditions (thickness) and the thickness of the reference scattering medium 12 in the light source movement method. 皮膚影響の除去し、骨密度予測するためのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result for removing skin influence and predicting bone density. 光源移動法の検証実験システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the verification experiment system of the light source movement method. 光源移動法の検証実験システムの構成についての現物の写真である。It is a photograph of the actual thing about the structure of the verification experiment system of the light source movement method.

符号の説明Explanation of symbols

10 測定対象
11 介在組織部
12 参照散乱媒体
20 照射部
21 発光ダイオード
30 受光部
31 フォトダイオード
60 コンピュータ
70 インターフェース・ボード
71 AD/DAインターフェース・ボード
80 BNCコネクタボックス
90 発光ダイオード用電流駆動器
100 フォトダイオード用電源およびアンプ
110 発光ダイオード用電源
200、400 制御部
201、401 変化傾向算出部
202、402 密度特定部
203、403 参照データ
204 表示部
205 変曲点算出部
300 計測部
420 レーザダイオード用電源
421 レーザダイオード
422 ビームスプリッタ
423 光源移動機構部
424 凸レンズ
431 フォトダイオード
432 レーザダイオード用電源およびアンプ
1000、4000 密度計測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Measurement object 11 Interstitial tissue part 12 Reference scattering medium 20 Irradiation part 21 Light emitting diode 30 Light receiving part 31 Photodiode 60 Computer 70 Interface board 71 AD / DA interface board 80 BNC connector box 90 Current driver for light emitting diode 100 Photodiode Power source and amplifier 110 Light emitting diode power source 200, 400 Control unit 201, 401 Change tendency calculation unit 202, 402 Density specifying unit 203, 403 Reference data 204 Display unit 205 Inflection point calculation unit 300 Measurement unit 420 Laser diode power source 421 Laser diode 422 Beam splitter 423 Light source moving mechanism 424 Convex lens 431 Photo diode 432 Laser diode power supply and amplifier 1000, 4000 Degree measuring device

Claims (15)

生体密度を計測する密度計測装置であって、
光の強度を変化させて測定対象の内部に光を照射する光照射手段と、
照射された光の前記測定対象の内部からの反射光を受光する受光手段と、
照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化傾向を算出する変化傾向算出手段と、
前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する密度特定手段と
を備えることを特徴とする密度計測装置。
A density measuring device for measuring a biological density,
A light irradiating means for changing the intensity of light to irradiate light inside the object to be measured;
A light receiving means for receiving reflected light from the inside of the measurement object of the irradiated light;
A change tendency calculating means for calculating a change tendency of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light;
A density measurement device comprising: density specifying means for specifying the density of the measurement object based on the change tendency.
前記変化傾向算出手段は、照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化率から得られる変化傾向を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の密度計測装置。
The density measuring apparatus according to claim 1, wherein the change tendency calculating unit calculates a change tendency obtained from a rate of change of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light.
前記密度計測装置は、さらに、
照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化率とから前記変化傾向の曲線の変曲点を算出する変曲点算出手段とを備え、
前記密度特定手段は、前記変曲点算出手段の算出した変曲点と前記変化傾向算出手段の算出した変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する
ことを特徴とする請求項2に記載の密度計測装置。
The density measuring device further includes:
An inflection point calculating means for calculating the inflection point of the curve of the change tendency from the rate of change of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light,
3. The density according to claim 2, wherein the density specifying unit specifies the density of the measurement object based on the inflection point calculated by the inflection point calculation unit and the change tendency calculated by the change tendency calculation unit. Density measuring device.
前記光照射手段は、測定対象との距離を変化させることで、測定対象の表面に照射される光の強度を変化させる
ことを特徴とする請求項1に記載の密度計測装置。
The density measuring apparatus according to claim 1, wherein the light irradiation unit changes the intensity of light applied to the surface of the measurement target by changing a distance from the measurement target.
前記密度計測装置は、さらに、当該光照射手段と測定対象との間に挿入された参照散乱媒体を備える
ことを特徴とする請求項4に記載の密度計測装置。
The density measurement apparatus according to claim 4, further comprising a reference scattering medium inserted between the light irradiation unit and the measurement target.
前記変化傾向算出手段は、前記光照射手段と前記測定対象との距離に対する受光した反射光の強度との変化率から前記変化傾向を算出する
ことを特徴とする請求項5に記載の密度計測装置。
6. The density measuring apparatus according to claim 5, wherein the change tendency calculating means calculates the change tendency from a rate of change of the intensity of reflected light received with respect to a distance between the light irradiation means and the measurement object. .
前記密度特定手段は、さらに、前記光照射手段と前記測定対象との距離に対する前記変化傾向の積分に基づき、前記測定対象の密度を特定する
ことを特徴とする請求項6に記載の密度計測装置。
The density measuring apparatus according to claim 6, wherein the density specifying unit further specifies the density of the measurement target based on an integration of the change tendency with respect to a distance between the light irradiation unit and the measurement target. .
前記光照射手段より照射される光は、近赤外線光である
ことを特徴とする請求項1に記載の密度計測装置。
The density measuring apparatus according to claim 1, wherein the light irradiated from the light irradiation unit is near infrared light.
前記光照射手段は、発光ダイオードで構成され、
前記受光手段は、フォトダイオードで構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の密度計測装置。
The light irradiation means comprises a light emitting diode,
The density measuring apparatus according to claim 1, wherein the light receiving unit is configured by a photodiode.
前記測定対象は、骨であり、骨密度を計測する
ことを特徴とする請求項9に記載の密度計測装置。
The density measuring apparatus according to claim 9, wherein the measurement object is a bone and measures a bone density.
前記光照射手段により照射される光の光軸と、
前記受光手段における受光する光の光軸とは、
同軸上に配置される
ことを特徴とする請求項1に記載の密度計測装置。
An optical axis of light irradiated by the light irradiation means;
What is the optical axis of light received by the light receiving means?
The density measuring device according to claim 1, wherein the density measuring device is arranged on the same axis.
生体密度を計測する方法であって、
光の強度を変化させて測定対象の内部に光を照射する光照射ステップと、
照射された光の前記測定対象の内部からの反射光を受光する受光ステップと、
照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化傾向を算出する変化傾向算出ステップと、
前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する密度特定ステップと
を備えることを特徴とする生体密度計測方法。
A method for measuring biological density,
A light irradiation step for irradiating light inside the measurement object by changing the intensity of the light;
A light receiving step for receiving reflected light from the inside of the measurement target of the irradiated light;
A change tendency calculating step for calculating a change tendency of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light;
And a density specifying step for specifying the density of the measurement object based on the change tendency.
生体密度を計測する方法であって、
光の強度を変化させて測定対象の内部に光を照射する光照射ステップと、
照射された光の前記測定対象の内部からの反射光を受光する受光ステップと、
照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化率から得られる変化傾向を算出する変化傾向算出ステップと、
前記変化傾向の曲線の変曲点を算出する変曲点算出ステップと、
前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する密度特定ステップと、
算出した前記変曲点と算出した前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する前記密度特定ステップと
を備えることを特徴とする生体密度計測方法。
A method for measuring biological density,
A light irradiation step of irradiating light inside the measurement object by changing the intensity of the light;
A light receiving step for receiving reflected light from the inside of the measurement target of the irradiated light;
A change trend calculating step for calculating a change trend obtained from the rate of change of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light;
An inflection point calculating step of calculating an inflection point of the curve of the change tendency;
A density specifying step for specifying the density of the measurement object based on the change tendency;
The living body density measuring method comprising: the density specifying step for specifying the density of the measurement object based on the calculated inflection point and the calculated change tendency.
生体密度の計測を実現するためのプログラムであって、
光の強度を変化させて測定対象の内部に光を照射する光照射ステップと、
照射された光の前記測定対象の内部からの反射光を受光する受光ステップと、
照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化傾向を算出する変化傾向算出ステップと、
前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する密度特定ステップと
をコンピュータによって実現するための生体密度計測のプログラム。
A program for realizing measurement of biological density,
A light irradiation step for irradiating light inside the measurement object by changing the intensity of the light;
A light receiving step for receiving reflected light from the inside of the measurement target of the irradiated light;
A change tendency calculating step for calculating a change tendency of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light;
A biological density measurement program for realizing, by a computer, a density specifying step for specifying the density of the measurement object based on the change tendency.
生体密度の計測を実現するためのプログラムであって、
光の強度を変化させて測定対象の内部に光を照射する光照射ステップと、
照射された光の前記測定対象の内部からの反射光を受光する受光ステップと、
照射された光の強度に対する受光した反射光の強度の変化率から得られる変化傾向を算出する変化傾向算出ステップと、
前記変化傾向の曲線の変曲点を算出する変曲点算出ステップと、
前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する密度特定ステップと、
算出した前記変曲点と算出した前記変化傾向に基づき前記測定対象の密度を特定する前記密度特定ステップと
をコンピュータによって実現するための生体密度計測のプログラム。
A program for realizing measurement of biological density,
A light irradiation step for irradiating light inside the measurement object by changing the intensity of the light;
A light receiving step for receiving reflected light from the inside of the measurement target of the irradiated light;
A change trend calculating step for calculating a change trend obtained from the rate of change of the intensity of the reflected light received with respect to the intensity of the irradiated light;
An inflection point calculating step of calculating an inflection point of the curve of the change tendency;
A density specifying step for specifying the density of the measurement object based on the change tendency;
A biological density measurement program for realizing, by a computer, the calculated inflection point and the density specifying step for specifying the density of the measurement object based on the calculated change tendency.
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