JP2011078448A - Optical tomography apparatus and analysis method by optical tomography apparatus - Google Patents

Optical tomography apparatus and analysis method by optical tomography apparatus Download PDF

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達彦 齋藤
Hidenao Fukuyama
秀直 福山
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祐介 磯
Shinichi Urayama
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain information on a cross-section of a subject to be measured with a higher degree of accuracy. <P>SOLUTION: In an optical tomography apparatus 1, an MR information acquisition part 10 acquires MR information showing an internal structure of the subject to be measured based on an MR image in which an error occurring in MR imaging is corrected, and an analysis part 40 analyzes a distribution of a scattering coefficient or an absorption coefficient of the inside of the subject to be measured based the MR information. In the analysis by the analysis part 40, a calculation value is calculated by applying the scattering coefficient and the absorption coefficient included in a range defined by a maximum value and a minimum value of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each region housed in a housing part 30 to a transport equation being a governing equation, and the calculation value is compared with a measurement value by a measuring part 20 by a comparison part 42. Then, the correction of the scattering coefficient or the absorption coefficient by a correction part 43 and the calculation of the calculation value by a calculation value calculating part 41 are repeated until the result which is a difference between the calculation value and the measurement value is less than a prescribed threshold value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光トモグラフィ装置及びこの光トモグラフィ装置による解析方法に関する。   The present invention relates to an optical tomography apparatus and an analysis method using the optical tomography apparatus.

生体の断層情報を得るための方法として、生体に対して安全であり且つ透過性の高い近赤外光を使用した拡散光トモグラフィが知られている。この拡散光トモグラフィで用いられる近赤外光は、X線と異なって生体に対する侵襲性が非常に低いことや、生体内の物質はその近赤外光の周波数帯域における分光特性が物質により大きく異なるために酸素を始めとする生体物質の様々な代謝情報を高い時間分解能で収集することができること等の利点がある。また、この拡散光トモグラフィを用いた測定装置は、装置自身が小型且つ安価であり、さらに、測定対象者に対して測定時に姿勢の維持が要求されない等、測定対象者にとっても負担も少ないため、生体機能のより詳細な分析への応用が期待されて種々の研究が進められており、近赤外光を測定対象物に照射することで得られる結果から生体の断層情報を得るための解析方法等が検討されている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for obtaining tomographic information of a living body, diffused light tomography using near infrared light that is safe and highly transmissive to the living body is known. Near-infrared light used in this diffuse optical tomography, unlike X-rays, has very low invasiveness to the living body, and substances in the living body have a greater spectral characteristic in the frequency band of near-infrared light depending on the substance. Since they are different, there are advantages such as being able to collect various metabolic information of biological substances such as oxygen with high time resolution. In addition, the measuring device using this diffused optical tomography is small and inexpensive, and the measuring subject is not required to maintain the posture at the time of measurement. Various studies have been conducted with the expectation that it will be applied to more detailed analysis of biological functions. Analysis to obtain tomographic information of living bodies from the results obtained by irradiating a measurement object with near-infrared light Methods and the like have been studied (for example, see Patent Document 1).

特表2003−528291号公報Special table 2003-528291 gazette

しかしながら、近赤外光は、生体内での吸収・散乱が大きいために、生体内に入射した光が生体内から出射されるまでの間に拡散してしまい、測定対象物である生体から出射された光の受光結果から得られる空間情報が少ないことから、近赤外光の受光結果から生体内の各部位の支配方程式内パラメータ(散乱係数や吸収係数など)を算出するための解析のために必要な時間が長く、且つ、解析結果の精度も低くなる可能性がある。   However, since near-infrared light is highly absorbed and scattered in the living body, the light that has entered the living body is diffused before being emitted from the living body, and is emitted from the living body that is the measurement object. Because there is little spatial information obtained from the result of receiving the received light, for analysis to calculate parameters in the governing equation (scattering coefficient, absorption coefficient, etc.) of each part in the living body from the result of receiving near-infrared light It may take a long time and the accuracy of the analysis result may be low.

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、測定対象物の断層情報をより高い精度で得ることができる光トモグラフィ装置及びこの光トモグラフィ装置による解析方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical tomography apparatus that can obtain tomographic information of a measurement object with higher accuracy and an analysis method using the optical tomography apparatus.

上記目的を達成するため、本発明に係る光トモグラフィ装置は、測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する光トモグラフィ装置であって、測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値を部位毎に格納する格納部と、撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得するMR情報取得部と、測定対象物に対して光を入射し、この光の入射に伴って当該測定対象物から出射する光を受光することで、当該測定対象物からの光についての測定値を取得する測定部と、測定部で取得された測定値と、MR情報取得部で取得されたMR情報と、格納部で格納された測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数とに基づいて、測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する解析部と、を備え、解析部は、MR情報により特定される測定対象物の内部の構造と、格納部に格納された測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によってそれぞれ規定される範囲に含まれる各部位の散乱係数及び吸収係数と、を測定対象物での光伝搬を支配する支配方程式に用いることで、測定部によって測定対象物に光を入射させた場合に測定対象物から出射する光に係る情報についての計算値を算出する計算値算出部と、計算値算出部により算出された計算値と、測定部により取得された測定値とを比較し、計算値と測定値との差が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する比較部と、比較部により計算値と測定値との差が所定の閾値よりも大きいと判断された場合に、計算値算出部において用いる各成分の散乱係数及び吸収係数のうち一以上の係数を修正する修正部と、を有し、比較部において計算値と測定値との差が所定の閾値以下であると判断されるまで、計算値算出部、比較部、及び修正部による測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布の解析を繰り返すことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an optical tomography apparatus according to the present invention is an optical tomography apparatus that analyzes the distribution of scattering coefficients or absorption coefficients inside a measurement object, and each of the parts inside the measurement object. MR information for acquiring MR information indicating the internal structure of the measurement object based on an MR image obtained by correcting errors generated during imaging, and a storage unit that stores the maximum and minimum values of the scattering coefficient and the absorption coefficient for each part. Light is incident on the acquisition unit and the measurement target, and the measurement value of the light from the measurement target is acquired by receiving the light emitted from the measurement target as the light is incident. Based on the measurement unit, the measurement value acquired by the measurement unit, the MR information acquired by the MR information acquisition unit, and the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage unit , Scattering unit inside the measurement object Or an analysis unit that analyzes the distribution of the absorption coefficient, and the analysis unit has a structure inside the measurement target specified by the MR information and scattering of each part inside the measurement target stored in the storage unit. By using the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part included in the range defined by the maximum value and the minimum value of the coefficient and the absorption coefficient, respectively, in the governing equations governing the light propagation in the measurement object, Obtained by a calculation value calculation unit that calculates a calculation value for information relating to light emitted from the measurement target when light is incident on the measurement target, a calculation value calculated by the calculation value calculation unit, and a measurement unit A comparison unit that compares the measured values with each other and determines whether or not the difference between the calculated value and the measured value is greater than a predetermined threshold value, and the difference between the calculated value and the measured value by the comparing unit is greater than the predetermined threshold value. Is also determined to be large, A correction unit that corrects one or more of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each component used in the calculation value calculation unit, and the difference between the calculated value and the measurement value is equal to or less than a predetermined threshold in the comparison unit Until the determination is made, the calculation value calculation unit, the comparison unit, and the correction unit repeat the analysis of the scattering coefficient or absorption coefficient distribution inside the measurement object.

上記の光トモグラフィ装置によれば、MR情報取得部により撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得し、解析部では、このMR情報に基づいて測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する。そして、この解析部による解析では、格納部に格納される各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によって規定される範囲に含まれる散乱係数及び吸収係数を支配方程式に適用することで、計算値を算出し、これと測定部による測定値とを比較し、その結果が所定の閾値よりも小さくなるまで散乱係数又は吸収係数を修正し、計算値の算出を繰り返す。このように、撮像時に発生する誤差を補正した精度の高いMR情報を用いて、散乱係数及び吸収係数の算出を行うため、測定対象物の断層情報をより高い精度で求めることができる。また、測定対象物の内部構造が特定されたMR情報を用いて散乱係数及び吸収係数の算出が行われることから、この散乱係数及び吸収係数の算出をより高速に行うことから可能となる。   According to the optical tomography apparatus described above, MR information indicating the internal structure of the measurement object is acquired based on an MR image in which an error generated during imaging is corrected by the MR information acquisition unit, and the MR unit acquires the MR information. Based on the above, the distribution of the scattering coefficient or the absorption coefficient inside the measurement object is analyzed. In the analysis by the analysis unit, the scattering coefficient and the absorption coefficient included in the range defined by the maximum and minimum values of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part stored in the storage unit are applied to the governing equation. The calculated value is calculated, and this is compared with the measured value by the measuring unit. The scattering coefficient or the absorption coefficient is corrected until the result becomes smaller than a predetermined threshold value, and the calculation of the calculated value is repeated. As described above, since the scattering coefficient and the absorption coefficient are calculated using the highly accurate MR information in which the error generated at the time of imaging is corrected, the tomographic information of the measurement object can be obtained with higher accuracy. Further, since the scattering coefficient and the absorption coefficient are calculated using the MR information in which the internal structure of the measurement object is specified, the scattering coefficient and the absorption coefficient can be calculated at higher speed.

また、本発明に係る光トモグラフィ装置による解析方法は、測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する光トモグラフィ装置による解析方法であって、測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値を部位毎に格納部に格納する格納ステップと、撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得するMR情報取得ステップと、測定対象物に対して光を入射し、この光の入射に伴って当該測定対象物から出射する光を受光することで、当該測定対象物からの光についての測定値を取得する測定ステップと、測定ステップにおいて取得された測定値と、MR情報取得ステップにおいて取得されたMR情報と、格納ステップにおいて格納された測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数とに基づいて、測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する解析ステップと、を備え、解析ステップは、MR情報により特定される測定対象物の内部の構造と、格納部に格納された測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によってそれぞれ規定される範囲に含まれる各部位の散乱係数及び吸収係数と、を測定対象物での光伝搬を支配する支配方程式に用いることで、測定ステップにおいて測定対象物に光を入射させた場合に測定対象物から出射する光に係る情報についての計算値を算出する計算値算出ステップと、計算値算出ステップにおいて算出された計算値と、測定ステップにおいて取得された測定値とを比較し、計算値と測定値との差が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する比較ステップと、比較ステップにおいて計算値と測定値との差が所定の閾値よりも大きいと判断された場合に、計算値算出ステップにおいて用いる各成分の散乱係数及び吸収係数のうち一以上の係数を修正する修正ステップと、を有し、比較ステップにおいて計算値と測定値との差が所定の閾値以下であると判断されるまで、計算値算出ステップ、比較ステップ、及び修正ステップによる測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布の解析を繰り返すことを特徴とする。   Further, the analysis method by the optical tomography apparatus according to the present invention is an analysis method by the optical tomography apparatus that analyzes the distribution of the scattering coefficient or absorption coefficient inside the measurement object, and each part inside the measurement object. A storage step for storing the maximum and minimum values of the scattering coefficient and absorption coefficient for each part in the storage unit, and MR information indicating the internal structure of the measurement object based on an MR image in which an error generated during imaging is corrected MR information acquisition step to be acquired, and measurement of light from the measurement object by receiving light incident on the measurement object and receiving light emitted from the measurement object as the light is incident A measurement step for acquiring a value; a measurement value acquired in the measurement step; an MR information acquired in the MR information acquisition step; and a measurement object stored in the storage step. An analysis step for analyzing the distribution of the scattering coefficient or the absorption coefficient inside the measurement object based on the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part of the part, and the analysis step is a measurement object specified by the MR information The scattering coefficient and the absorption coefficient of each part included in the range defined by the maximum value and the minimum value of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage unit. Are used in the governing equation that governs the light propagation in the measurement object, so that when light is incident on the measurement object in the measurement step, the calculated value for the information related to the light emitted from the measurement object is calculated. The calculated value calculation step, the calculated value calculated in the calculated value calculation step, and the measured value acquired in the measuring step are compared. And a comparison step for determining whether the difference between the calculated value and the measured value is larger than a predetermined threshold value. A correction step for correcting one or more coefficients among the coefficients, and until the difference between the calculated value and the measured value is determined to be equal to or less than a predetermined threshold in the comparing step, the calculated value calculating step, the comparing step, And the analysis of the distribution of the scattering coefficient or the absorption coefficient inside the measurement object by the correction step is repeated.

上記の光トモグラフィ装置を用いた解析方法によれば、MR情報取得ステップにおいて撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得し、解析ステップにおいて、このMR情報に基づいて測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する。そして、この解析ステップでの解析では、格納部に格納される各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によって規定される範囲に含まれる散乱係数及び吸収係数を支配方程式に適用することで、計算値を算出し、これと測定部による測定値とを比較し、その結果が所定の閾値よりも小さくなるまで散乱係数又は吸収係数を修正し、計算値の算出を繰り返す。このように、撮像時に発生する誤差を補正した精度の高いMR情報を用いて、散乱係数及び吸収係数の算出を行うため、測定対象物の断層情報をより高い精度で求めることができる。また、測定対象物の内部構造が特定されたMR情報を用いて散乱係数及び吸収係数の算出が行われることから、この散乱係数及び吸収係数の算出をより高速に行うことから可能となる。   According to the analysis method using the optical tomography apparatus described above, MR information indicating the internal structure of the measurement object is acquired based on the MR image in which an error generated during imaging is corrected in the MR information acquisition step, and the analysis step The distribution of the scattering coefficient or the absorption coefficient inside the measurement object is analyzed based on the MR information. In the analysis in this analysis step, the scattering coefficient and the absorption coefficient included in the range defined by the maximum and minimum values of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part stored in the storage unit are applied to the governing equation. Then, the calculated value is calculated, and this is compared with the measured value by the measuring unit, the scattering coefficient or the absorption coefficient is corrected until the result becomes smaller than a predetermined threshold value, and the calculation of the calculated value is repeated. As described above, since the scattering coefficient and the absorption coefficient are calculated using the highly accurate MR information in which the error generated at the time of imaging is corrected, the tomographic information of the measurement object can be obtained with higher accuracy. Further, since the scattering coefficient and the absorption coefficient are calculated using the MR information in which the internal structure of the measurement object is specified, the scattering coefficient and the absorption coefficient can be calculated at higher speed.

ここで、上記の光トモグラフィ装置において用いられる支配方程式は、輸送方程式である態様とすることができる。また、支配方程式は、拡散方程式であってもよい。   Here, the governing equation used in the optical tomography apparatus described above can be an aspect that is a transport equation. The governing equation may be a diffusion equation.

また、本発明に係る解析方法では、支配方程式は、輸送方程式である態様であってもよく、また、支配方程式は、拡散方程式である態様としてもよい。   In the analysis method according to the present invention, the governing equation may be a transport equation, and the governing equation may be a diffusion equation.

このように、輸送方程式や拡散方程式を支配方程式として用いることで、より高い精度での断層情報の解析を行うことが可能となる。   Thus, it becomes possible to analyze the fault information with higher accuracy by using the transport equation and the diffusion equation as the governing equations.

本発明によれば、測定対象物の断層情報をより高い精度で得ることができる光トモグラフィ装置及びこの光トモグラフィ装置による解析方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical tomography apparatus which can obtain the tomographic information of a measurement object with higher precision, and the analysis method by this optical tomography apparatus are provided.

本実施形態に係る光トモグラフィ装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the optical tomography apparatus which concerns on this embodiment. 光トモグラフィ装置の測定部について説明する図である。It is a figure explaining the measurement part of an optical tomography apparatus. 格納部に格納される情報の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the information stored in a storage part. 光トモグラフィ装置で取得されるMR情報に用いられるMR画像の撮像を行うMR撮像装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of MR imaging apparatus which images the MR image used for MR information acquired with an optical tomography apparatus. 光トモグラフィ装置による解析方法について説明するシーケンス図である。It is a sequence diagram explaining the analysis method by an optical tomography apparatus.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態に係る光トモグラフィ装置の構成を説明する図である。光トモグラフィ装置1は、測定対象物に対して近赤外光を照射し、その結果、測定対象物から出射される光を受光して解析を行い、この解析結果に基づいて測定対象物の断層画像を構成して出力する機能を有する。図1に示すように、本実施形態に係る光トモグラフィ装置1は、MR情報取得部10、測定部20、格納部30、解析部40及び出力部50を含んで構成される。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical tomography apparatus according to the present embodiment. The optical tomography apparatus 1 irradiates the measurement object with near infrared light, and as a result, receives and analyzes the light emitted from the measurement object. Based on the analysis result, the optical tomography apparatus 1 It has a function to construct and output a tomographic image. As shown in FIG. 1, the optical tomography apparatus 1 according to the present embodiment includes an MR information acquisition unit 10, a measurement unit 20, a storage unit 30, an analysis unit 40, and an output unit 50.

MR情報取得部10は、撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得する。具体的には、MR画像(3次元MR画像)を撮像すると共にこのMR画像を補正し、補正後のMR画像に基づいて測定対象の内部構造を特定するMR撮像装置から、測定対象物の内部の構造が特定されたMR情報(3次元構造情報)を取得する。本実施形態の光トモグラフィ装置1により測定を行う測定対象物は、例えば生体の頭部が挙げられ、生体の頭部を測定対象物とする場合には、MR情報としてこの測定対象物の内部の頭部の内部構造を特定する情報が取得される。測定対象物が生体の頭部である場合、MR情報には、頭部の外観形状を特定する情報と、表皮、頭蓋骨、脳脊髄液、脳実質(灰白質、白質)、血管構造(動脈、静脈)等の頭部の内部組織の空間分布を特定する情報と、が含まれる。また、MR情報を取得する際には、撮像時の歪みや信号ムラを補正したMR画像が用いられる。この使用するMR画像としては、3次元T1強調画像やMRアンギオ画像、磁化率強調画像、Balanced−SSFP(Steady-State Free Precession)画像等が挙げられる。MR画像の歪みや信号ムラの補正については後述する。MR情報取得部10により取得されたMR情報は解析部40へ送られる。   The MR information acquisition unit 10 acquires MR information indicating the internal structure of the measurement object based on an MR image in which an error that occurs during imaging is corrected. Specifically, an MR image (three-dimensional MR image) is picked up, and the MR image is corrected, and an internal structure of the measurement target is specified based on the corrected MR image. MR information (three-dimensional structure information) in which the structure is specified is acquired. The measurement object to be measured by the optical tomography apparatus 1 according to the present embodiment is, for example, the head of a living body, and when the head of the living body is the measurement object, the inside of the measurement object is used as MR information. Information for identifying the internal structure of the head of is obtained. When the object to be measured is a living body head, MR information includes information specifying the appearance of the head, epidermis, skull, cerebrospinal fluid, brain parenchyma (grey matter, white matter), blood vessel structure (arteries, And information specifying the spatial distribution of the internal tissue of the head, such as a vein). Further, when acquiring MR information, an MR image in which distortion and signal unevenness during imaging are corrected is used. Examples of the MR image to be used include a three-dimensional T1-weighted image, an MR angiographic image, a magnetic susceptibility-weighted image, and a balanced-SSFP (Steady-State Free Precession) image. The correction of MR image distortion and signal unevenness will be described later. The MR information acquired by the MR information acquisition unit 10 is sent to the analysis unit 40.

測定部20は、測定対象物に対して光を入射し、この光の入射に伴って当該測定対象物から出射する光を受光することで、当該測定対象物からの光についての測定値を取得する。この測定部20の構成の一例を図2に示す。図2(A)は、測定部20に含まれるモジュール20Aの構成を説明する図であり、図2(B)は複数のモジュール20Aによって構成される測定部20について説明する図である。図2に示すように、測定部20は、光ファイバ22と、光ファイバヘッド21と、RF受信コイル105と、を含んで構成されるモジュール20Aが複数個連結されたものである。   The measurement unit 20 receives light with respect to the measurement object and receives light emitted from the measurement object with the incidence of the light, thereby obtaining a measurement value for the light from the measurement object. To do. An example of the configuration of the measurement unit 20 is shown in FIG. FIG. 2A is a diagram illustrating the configuration of the module 20A included in the measurement unit 20, and FIG. 2B is a diagram illustrating the measurement unit 20 including a plurality of modules 20A. As shown in FIG. 2, the measurement unit 20 is formed by connecting a plurality of modules 20 </ b> A including an optical fiber 22, an optical fiber head 21, and an RF receiving coil 105.

そして、図2(A)に示すように、1つのモジュール20Aにおいて、光ファイバ22と光ファイバヘッド21とが光学的に接続されている。光ファイバヘッド21は、光源から出射されて光ファイバ22を伝播した光を測定対象物に対して出射する出射端21Aか、出射端21Aから出射されて測定対象物に対して光が照射されることで測定対象物から出射される光を入射する入射端21Bのいずれかとしての機能を有する。光ファイバヘッド21が入射端21Bとして機能する場合には、光ファイバ22は受光部と光学的に接続されていて、入射端21Bから光ファイバ22に入射した光は光ファイバ22を伝播して受光部で受光される。この光ファイバヘッド21の出射端21Aから測定対象物に対して出射される光は近赤外領域のパルス光である。なお、この各モジュール20AにはそれぞれRF受信コイル105がさらに取り付けられている。このRF受信コイル105は後述のMR撮像に用いられるコイルである。本実施形態に示すモジュール20Aでは、MR撮像に用いられるRF受信コイル105と光トモグラフィ測定に用いる光ファイバヘッド21とが一体化されていることにより、RF受信コイル105により得られるMR情報と光ファイバヘッド21により得られる光トモグラフィ測定結果との対応関係が明確になる。RF受信コイル105を用いたMR撮像については後述する。   As shown in FIG. 2A, the optical fiber 22 and the optical fiber head 21 are optically connected in one module 20A. The optical fiber head 21 emits the light emitted from the light source and propagated through the optical fiber 22 to the measurement object, or is emitted from the emission end 21A to irradiate the measurement object with light. Thus, it has a function as one of the incident ends 21B for receiving the light emitted from the measurement object. When the optical fiber head 21 functions as the incident end 21B, the optical fiber 22 is optically connected to the light receiving unit, and light incident on the optical fiber 22 from the incident end 21B propagates through the optical fiber 22 and is received. The light is received by the unit. The light emitted from the emission end 21A of the optical fiber head 21 to the measurement object is pulsed light in the near infrared region. An RF receiving coil 105 is further attached to each module 20A. The RF receiving coil 105 is a coil used for MR imaging described later. In the module 20A shown in the present embodiment, the MR information and light obtained by the RF receiving coil 105 are integrated by integrating the RF receiving coil 105 used for MR imaging and the optical fiber head 21 used for optical tomography measurement. The correspondence relationship with the optical tomography measurement result obtained by the fiber head 21 becomes clear. MR imaging using the RF receiving coil 105 will be described later.

そして、図2(B)に示すように、測定部20は、n個のモジュール20A〜20Aが、n個の光ファイバヘッド21〜21が並列するように連結されたものである。図2(B)では、n個のモジュール20Aは、光ファイバヘッド21が測定対象物に対して光を出射する出射端21Aであるものと、測定対象物からの光を入射する入射端21Bとなるものとが交互に配置されるように連結されている。このように直列状に連結されたn個のモジュール20A〜20Aはn個の光ファイバヘッド21〜21が測定対象物の特定の断面(断層画像において取得したいスライス画像に対応する断面)に沿って配置される。 As shown in FIG. 2 (B), the measuring unit 20 includes n modules 20A 1 to 20A n connected so that n optical fiber heads 21 1 to 21 n are arranged in parallel. . In FIG. 2B, the n modules 20A include an output end 21A from which the optical fiber head 21 emits light to the measurement target, and an input end 21B that receives light from the measurement target. Are connected so as to be alternately arranged. Sectional thus corresponding to a particular section (slice to be acquired in a tomographic image image series like n modules 20A 1 which is connected to through 20a n is n light fiber head 21 1 through 21 n is the measurement object ).

このようにn個のモジュール20A〜20Aが測定対象物に対して取り付けられ、測定対象物に対して近赤外光を照射することで測定対象物から出射される光を受光し、この受光された光の測定値等の測定結果は、測定部20から解析部40に送られる。そして、解析部40によって測定結果の解析を行うことで、測定対象物の内部の吸収係数及び散乱係数の分布が求められる。 In this way, the n modules 20A 1 to 20A n are attached to the measurement object, and light emitted from the measurement object is received by irradiating the measurement object with near-infrared light. Measurement results such as measured values of the received light are sent from the measurement unit 20 to the analysis unit 40. Then, by analyzing the measurement result by the analysis unit 40, the distribution of the absorption coefficient and the scattering coefficient inside the measurement object is obtained.

格納部30は、測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値を部位毎に格納する。格納部30に格納される情報の例を図3に示す。図3に示すように、格納部30では、測定対象物の内部に含まれる可能性のある内部組織(部位)(図3では、表皮、頭蓋骨、脳脊髄液…)と、この部位が取り得る散乱係数及び吸収係数の範囲を規定するための最大値及び最小値が部位毎に格納されている。例えば、測定対象物が生体の頭部である場合には、表皮、頭蓋骨、脳脊髄液、脳実質(灰白質、白質)、血管構造(動脈、静脈)等の各組織が内部に含まれる可能性があるので、これらの組織と、各組織の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値が、組織に対応付けて格納されている。この格納部30に格納される情報は、解析部40からの要求に応じて適宜解析部40に対して提供される。   The storage unit 30 stores the maximum value and the minimum value of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object for each part. An example of information stored in the storage unit 30 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the storage unit 30, an internal tissue (part) that may be included in the measurement object (in FIG. 3, epidermis, skull, cerebrospinal fluid,...) And this part can be taken. The maximum value and the minimum value for defining the range of the scattering coefficient and the absorption coefficient are stored for each part. For example, when the measurement object is the head of a living body, each tissue such as epidermis, skull, cerebrospinal fluid, brain parenchyma (gray matter, white matter), blood vessel structure (arteries, veins), etc. may be included inside Therefore, these tissues and the maximum and minimum values of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each tissue are stored in association with the tissues. Information stored in the storage unit 30 is appropriately provided to the analysis unit 40 in response to a request from the analysis unit 40.

解析部40は、測定部20により得られた測定値と、MR情報取得部10により取得されたMR情報と、格納部30で格納された測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数とに基づいて、測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する。この解析部40は、計算値算出部41、比較部42及び修正部43が含まれる。   The analysis unit 40 includes the measurement value obtained by the measurement unit 20, the MR information obtained by the MR information acquisition unit 10, and the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage unit 30. Based on the above, the distribution of the scattering coefficient or absorption coefficient inside the measurement object is analyzed. The analysis unit 40 includes a calculated value calculation unit 41, a comparison unit 42, and a correction unit 43.

計算値算出部41は、MR情報により特定される測定対象物の内部構造と、格納部30に格納された測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によってそれぞれ規定される範囲に含まれる各部位の散乱係数及び吸収係数と、を測定対象物での光伝搬を支配する支配方程式に用いることで、測定部20によって測定対象物に光を入射させた場合に測定対象物から出射する光に係る情報についての計算値を算出する。この計算値算出部41により用いられるMR情報は、MR情報取得部10により取得されたものであり、撮像時に発生する誤差を補正したものである。この撮像時に発生する誤差の補正については、後述する。この計算値算出部41において算出された計算値は、比較部42へ送られる。   The calculated value calculation unit 41 is based on the internal structure of the measurement object specified by the MR information, and the maximum and minimum values of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage unit 30, respectively. When light is incident on the measurement object by the measurement unit 20 by using the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part included in the specified range in the governing equation that governs the light propagation in the measurement object. A calculated value for information relating to light emitted from the measurement object is calculated. The MR information used by the calculated value calculation unit 41 is acquired by the MR information acquisition unit 10 and is an error corrected at the time of imaging. The correction of the error that occurs during imaging will be described later. The calculated value calculated by the calculated value calculation unit 41 is sent to the comparison unit 42.

比較部42は、計算値算出部41により算出された計算値と、測定部20により取得された測定値とを比較し、計算値と測定値との差が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する。比較部42による比較の結果、計算値と測定値との差が所定の閾値よりも大きいと判断された場合には、この結果が修正部43に対して送られる。   The comparing unit 42 compares the calculated value calculated by the calculated value calculating unit 41 with the measured value acquired by the measuring unit 20, and determines whether or not the difference between the calculated value and the measured value is greater than a predetermined threshold value. Judging. As a result of the comparison by the comparison unit 42, when it is determined that the difference between the calculated value and the measurement value is larger than a predetermined threshold value, this result is sent to the correction unit 43.

修正部43は、比較部42により計算値と測定値との差が所定の閾値よりも大きいと判断された場合に、計算値算出部41において用いる各成分の散乱係数及び吸収係数のうち一以上の係数を修正する。上記の計算値算出部41、比較部42及び修正部43による解析方法については後述する。   When the comparison unit 42 determines that the difference between the calculated value and the measured value is larger than a predetermined threshold, the correction unit 43 is one or more of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each component used in the calculated value calculation unit 41. Correct the coefficient. The analysis method by the calculated value calculation unit 41, the comparison unit 42, and the correction unit 43 will be described later.

そして、出力部50は、解析部40による解析結果を外部に出力する。解析結果を外部に出力する方法としては、モニタ等の表示デバイスに対して表示させる方法や、プリンタ等に対して出力する方法、電子データとして出力する方法等が挙げられる。   And the output part 50 outputs the analysis result by the analysis part 40 outside. Examples of the method for outputting the analysis result to the outside include a method for displaying on a display device such as a monitor, a method for outputting to a printer, a method for outputting as electronic data, and the like.

ここで、MR情報取得部10により取得されるMR情報を生成するMR撮像装置と、MR情報について説明する。図4は、MR撮像装置100の構成を説明する図である。図4に示すように、MR撮像装置100は、静磁場マグネット部102、傾斜磁場コイル部103、RF照射コイル104、RF受信コイル105、RF駆動部111、勾配駆動部112、データ収集部113、制御部114、データ処理部115、操作部116、及び表示部117を有する。   Here, the MR imaging apparatus that generates the MR information acquired by the MR information acquisition unit 10 and the MR information will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the MR imaging apparatus 100. As shown in FIG. 4, the MR imaging apparatus 100 includes a static magnetic field magnet unit 102, a gradient magnetic field coil unit 103, an RF irradiation coil 104, an RF receiving coil 105, an RF driving unit 111, a gradient driving unit 112, a data collecting unit 113, A control unit 114, a data processing unit 115, an operation unit 116, and a display unit 117 are included.

測定対象物となる被検者200の測定対象物が生体の頭部である場合、測定対象物は例えば0.5Tの均一な静磁界を発生する静磁場マグネット部102のほぼ中心に配置されている。この測定対象物の測定部位を静磁場マグネット部102のほぼ中心に配置するために寝台110は移動可能とされている。静磁場マグネット部102の内側には互いに直交する3軸(X,Y,Z軸。Z軸は静磁場マグネット部102により作られる静磁場の方向と一致する。なお、この3軸は図示していない)の方向に最大傾斜磁界例えば10mT/mを発生する傾斜磁場コイル103が組み込まれていて、この傾斜磁場コイル103は、静磁場マグネット部102により形成された静磁場内の測定対象物に対して傾斜磁場を印加させる。この傾斜磁場の印加によって、RF受信コイル105により受信されるMR信号に対して位置情報が付加される。   When the measurement target of the subject 200 that is the measurement target is the head of a living body, the measurement target is disposed substantially at the center of the static magnetic field magnet unit 102 that generates a uniform static magnetic field of 0.5 T, for example. Yes. The bed 110 is movable in order to place the measurement site of the measurement object at substantially the center of the static magnetic field magnet unit 102. Inside the static magnetic field magnet unit 102 are three axes (X, Y, and Z axes orthogonal to each other. The Z axis coincides with the direction of the static magnetic field generated by the static magnetic field magnet unit 102. These three axes are shown in the figure. A gradient magnetic field coil 103 that generates a maximum gradient magnetic field, for example, 10 mT / m in the direction of (not), and this gradient magnetic field coil 103 is applied to a measurement object in the static magnetic field formed by the static magnetic field magnet unit 102. Apply a gradient magnetic field. By applying the gradient magnetic field, position information is added to the MR signal received by the RF receiving coil 105.

傾斜磁場コイル103の内側には、撮影領域101内のプロトンのスピンを励起するための高周波磁場を発生させる照射用高周波(RF)照射コイル104と、RF照射コイル104により発生された磁場によって励起されたプロトンからのMR信号を検出する受信用RFコイル105が組み込まれている。なお、本実施形態のRF受信コイル105はRF照射コイル104とは別体からなり、図2に示すように、光トモグラフィ装置1の測定部20を構成する光ファイバヘッド21及び光ファイバ22と一体化されて、光トモグラフィ装置1の測定部20として機能する構成とされているが、このRF照射コイル104とRF受信コイル105とは一つのRFコイルを共用してもよい。上記のRF照射コイル104により構成される高周波磁場はRF駆動部111により制御される。また、傾斜磁場コイル103により構成される傾斜磁場の制御は傾斜磁場駆動部112により制御される。   Inside the gradient magnetic field coil 103, an excitation radio frequency (RF) irradiation coil 104 that generates a high frequency magnetic field for exciting spins of protons in the imaging region 101 and a magnetic field generated by the RF irradiation coil 104 are excited. A receiving RF coil 105 for detecting MR signals from the protons is incorporated. Note that the RF receiving coil 105 of the present embodiment is formed separately from the RF irradiation coil 104, and as shown in FIG. 2, the optical fiber head 21 and the optical fiber 22 that constitute the measuring unit 20 of the optical tomography apparatus 1 Although integrated and configured to function as the measurement unit 20 of the optical tomography apparatus 1, the RF irradiation coil 104 and the RF reception coil 105 may share one RF coil. The high frequency magnetic field constituted by the RF irradiation coil 104 is controlled by the RF drive unit 111. In addition, the gradient magnetic field configured by the gradient magnetic field coil 103 is controlled by the gradient magnetic field driving unit 112.

そして、データ収集部113は、制御部114からの制御信号に基づいて、RF受信コイル105により受信されるMR信号を収集する。そして、データ収集部113により収集されたMR信号がデータ処理部115に対して送られる。RF駆動部111、傾斜磁場駆動部112、及びデータ収集部113は、制御部114からの制御信号に基づいて上記の動作を行う。   The data collection unit 113 collects MR signals received by the RF reception coil 105 based on the control signal from the control unit 114. Then, the MR signal collected by the data collecting unit 113 is sent to the data processing unit 115. The RF drive unit 111, the gradient magnetic field drive unit 112, and the data collection unit 113 perform the above operation based on the control signal from the control unit 114.

データ処理部115は、オペレータによる操作部116からの操作指示を制御部114に対して出力すると共に、この操作指示に基づいて、データ収集部113において収集されたMR信号を取得し、この取得したMR信号に対して画像再構成処理を行うことで画像データを生成する機能を有する。また、出力部117は、データ処理部115により生成された画像データを表示デバイス等に表示すると共に、この画像処理に用いたデータを外部の装置(例えば、本実施形態の光トモグラフィ装置1等)に対して出力する機能を有する。   The data processing unit 115 outputs an operation instruction from the operation unit 116 by the operator to the control unit 114, acquires the MR signal collected in the data collection unit 113 based on the operation instruction, and acquires the acquired MR signal. It has a function of generating image data by performing image reconstruction processing on the MR signal. The output unit 117 displays the image data generated by the data processing unit 115 on a display device and the like, and the data used for the image processing is displayed on an external device (for example, the optical tomography device 1 of the present embodiment). ).

ここで、データ処理部115によるデータ処理について説明する。データ処理部115では、MR撮像装置100のRF受信コイル105により受信されたMR信号からMR画像を生成する際に補正が行われる。MR撮像装置100による測定対象物のMR撮像時には、種々の誤差が発生することが知られている。例えば、静磁場マグネット部102により形成される静磁場の不均一性や、傾斜磁場コイル103により形成される傾斜磁場の非直線性に由来して、空間的な歪みが発生する。また、信号ノイズ比の向上や撮像の高速化を目的として近年RF受信コイル105として一般的に用いられているフェイズドアレイコイル(Phased array coil)は、感度分布が空間的に不均一であるため、得られたMR画像上にも空間的なムラが生じる。このように、MR撮像装置100では種々の歪みや誤差を含む画像が撮像されるため、データ処理部115においてMR画像の補正が行われる。   Here, data processing by the data processing unit 115 will be described. In the data processing unit 115, correction is performed when an MR image is generated from the MR signal received by the RF receiving coil 105 of the MR imaging apparatus 100. It is known that various errors occur when the MR imaging apparatus 100 performs MR imaging of an object to be measured. For example, spatial distortion occurs due to non-uniformity of the static magnetic field formed by the static magnetic field magnet unit 102 and non-linearity of the gradient magnetic field formed by the gradient magnetic field coil 103. In addition, a phased array coil that is generally used as an RF receiving coil 105 in recent years for the purpose of improving the signal-to-noise ratio and speeding up imaging has a spatially non-uniform sensitivity distribution. Spatial unevenness also occurs on the obtained MR image. In this manner, since the MR imaging apparatus 100 captures images including various distortions and errors, the data processing unit 115 corrects the MR image.

具体的には、このMR撮像装置100を用いて予めファントムを撮像することで、撮像時に発生する傾斜磁場コイル103由来の歪みやRF受信コイル105由来の信号ムラを計測しておき、測定対象物の撮像結果に対して、ファントム撮像時に発生した歪みや信号ムラを取り消す補正を行う方法等が挙げられる。このように、データ処理部115では、MR撮像装置100において発生する誤差を補正し、この補正後のMR画像から得られる測定対象物の内部構造に係る情報をMR情報として出力部117から光トモグラフィ装置1に対して送信することで、光トモグラフィ装置1のMR情報取得部10では、撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいたMR情報が取得される。   Specifically, the MR imaging device 100 is used to image a phantom in advance, thereby measuring the distortion derived from the gradient magnetic field coil 103 and the signal non-uniformity derived from the RF receiving coil 105 that are generated during imaging, and the measurement object. For example, there is a method of correcting the image pickup result to cancel distortion and signal non-uniformity generated at the time of phantom image pickup. As described above, the data processing unit 115 corrects an error generated in the MR imaging apparatus 100, and information on the internal structure of the measurement target obtained from the corrected MR image is output as MR information from the output unit 117 to the optical tomograph. The MR information acquisition unit 10 of the optical tomography apparatus 1 acquires MR information based on an MR image in which an error that occurs during imaging is corrected by transmitting the information to the lithography apparatus 1.

次に、上記の光トモグラフィ装置1による解析方法について、図5を用いて説明する。図5は、光トモグラフィ装置による解析方法について説明するシーケンス図である。まず、光トモグラフィ装置1による測定対象物の測定及び測定結果の解析を行う前提として、格納部30には、測定対象物の内部に含まれる各部位について、部位毎に散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値を対応付けた表が格納されている(S01、格納ステップ)。この部位毎の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値に係る情報は、測定対象物が変わる度に格納部30に対して格納する態様としてもよいし、予め測定を行う可能性のある測定対象物についての情報を全て格納部30に格納しておく態様としてもよい。   Next, an analysis method using the optical tomography apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sequence diagram illustrating an analysis method using the optical tomography apparatus. First, as a premise for performing measurement of the measurement object by the optical tomography apparatus 1 and analysis of the measurement result, the storage unit 30 includes a scattering coefficient and an absorption coefficient for each part included in the measurement object. A table in which the maximum value and the minimum value are associated with each other is stored (S01, storage step). Information regarding the maximum and minimum values of the scattering coefficient and the absorption coefficient for each part may be stored in the storage unit 30 every time the measurement object changes, or may be measured in advance. It is good also as an aspect which stores all the information about a target object in the storage part 30. FIG.

次に、光トモグラフィ装置1のMR情報取得部10によりMR情報の取得が行われる(S02、MR情報取得ステップ)。このMR情報取得部10により取得されたMR情報は、解析部20に対して送られる。ここで解析部20に対して送られる情報には、測定対象物の外観形状を特定すると共に、その内部の組織界面を特定する情報(すなわち、内部の構造を特定する情報)が含まれる。次に、解析部40の計算値算出部41では、MR情報を参照し、後段の輸送方程式を用いた光伝搬のシミュレーションの際に用いる係数であってこの測定対象物の内部の各部位に応じた組織の散乱係数及び吸収係数に係る情報を格納部30から取得する(S03、係数の初期化)。ここで格納部30から取得される散乱係数及び吸収係数は、例えば最大値と最小値とによって規定される範囲のうちの中心値というように予め定めておくことができる。   Next, MR information is acquired by the MR information acquisition unit 10 of the optical tomography apparatus 1 (S02, MR information acquisition step). The MR information acquired by the MR information acquisition unit 10 is sent to the analysis unit 20. Here, the information sent to the analysis unit 20 includes information specifying the external shape of the measurement object and specifying the internal tissue interface (that is, information specifying the internal structure). Next, the calculated value calculation unit 41 of the analysis unit 40 refers to the MR information and is a coefficient used in the simulation of light propagation using the transport equation at the later stage, and corresponds to each part inside the measurement object. Information relating to the scattering coefficient and absorption coefficient of the obtained tissue is acquired from the storage unit 30 (S03, coefficient initialization). Here, the scattering coefficient and the absorption coefficient acquired from the storage unit 30 can be determined in advance, for example, as a center value in a range defined by the maximum value and the minimum value.

次に、測定部20では、測定対象物に対する光トモグラフィ測定が行われる(S04、測定ステップ)。ここでは、図2(B)に示す複数のモジュール20Aを測定対象物に対して取り付け、光ファイバヘッド21の出射端21Aから測定対象物に対して光を照射し、この光の照射によって測定対象物から出射される光を入射端21Bで受光することで測定が行われる。この測定部20による測定結果は、測定部20から解析部40へ送られる。   Next, in the measurement part 20, the optical tomography measurement with respect to a measurement object is performed (S04, measurement step). Here, a plurality of modules 20A shown in FIG. 2B are attached to the measurement object, and the measurement object is irradiated with light from the emission end 21A of the optical fiber head 21, and the measurement object is irradiated by this light irradiation. Measurement is performed by receiving light emitted from the object at the incident end 21B. The measurement result by the measurement unit 20 is sent from the measurement unit 20 to the analysis unit 40.

次に、解析部40の計算値算出部41では、測定対象物における光伝搬のシミュレーションが行われ、具体的には、格納部30から取得した散乱係数及び吸収係数を輸送方程式に適用することで計算値を算出する(S05、計算値算出ステップ)。ここで、測定対象物の内部を構成する組織の散乱係数及び吸収係数を輸送方程式に対して適用する際には、MR情報に含まれる測定対象物の内部構成を特定する情報に基づいて、測定対象物の各部位に対応した散乱係数及び吸収係数が輸送方程式に対して適用される。計算値算出部41によって算出された計算値は、解析部40の比較部42へ送られる。   Next, the calculated value calculation unit 41 of the analysis unit 40 performs a simulation of light propagation in the measurement object. Specifically, by applying the scattering coefficient and the absorption coefficient acquired from the storage unit 30 to the transport equation. A calculated value is calculated (S05, calculated value calculating step). Here, when applying the scattering coefficient and the absorption coefficient of the tissue constituting the inside of the measurement object to the transport equation, the measurement is performed based on the information specifying the internal structure of the measurement object included in the MR information. A scattering coefficient and an absorption coefficient corresponding to each part of the object are applied to the transport equation. The calculated value calculated by the calculated value calculation unit 41 is sent to the comparison unit 42 of the analysis unit 40.

次に、解析部40の比較部42では、計算値算出部41により算出された計算値と測定部20により得られた測定値との比較が行われる(S06、比較ステップ)。そして、計算値と測定値との差が所定の閾値以下であるかどうかが比較部42により判断される(S07、比較ステップ)。   Next, the comparison unit 42 of the analysis unit 40 compares the calculation value calculated by the calculation value calculation unit 41 with the measurement value obtained by the measurement unit 20 (S06, comparison step). Then, the comparison unit 42 determines whether or not the difference between the calculated value and the measured value is equal to or less than a predetermined threshold (S07, comparison step).

ここで、光トモグラフィ装置1の測定部20による測定対象物の測定の際に、測定対象物に入射した光の伝搬について説明すると共に、光トモグラフィ装置1の解析部40による測定結果の解析について説明する。測定対象物に光を入射させた場合の測定対象物内での光の伝搬は、輸送方程式という粒子運動を記述する方程式によって支配されていることが知られている。そして、この輸送方程式を用いることで、測定対象物内に入射させる光と、この光の入射によって測定対象物から出射される光との関係を正確にモデル化することができる。したがって、この輸送方程式に対して、各部位の組織に対応した散乱係数及び吸収係数の正しい値を適用することによって、特定の光を測定対象物に対して入射させたときに測定対象物から出射される光を正確に算出することができるはずである。   Here, when measuring the measurement object by the measurement unit 20 of the optical tomography apparatus 1, the propagation of the light incident on the measurement object will be described, and the measurement result analysis by the analysis unit 40 of the optical tomography apparatus 1 will be described. Will be described. It is known that the propagation of light in a measurement object when light is incident on the measurement object is governed by an equation describing particle motion called a transport equation. By using this transport equation, it is possible to accurately model the relationship between the light incident into the measurement object and the light emitted from the measurement object due to the incidence of this light. Therefore, by applying the correct values of the scattering coefficient and the absorption coefficient corresponding to the tissue of each part to this transport equation, when specific light is incident on the measurement object, it is emitted from the measurement object. It should be possible to accurately calculate the emitted light.

しかしながら、測定対象物内の各部位における散乱係数及び吸収係数の分布を予め正確に把握していることはできない。したがって、格納部30に格納されている部位毎の散乱係数及び吸収係数の範囲から選ばれた値を輸送方程式に適用し、その結果(計算値)と、測定部20による実測値(測定値)とを比較部42において比較することで、輸送方程式に代入した散乱係数及び吸収係数が測定対象物内の各部位の散乱係数及び吸収係数と近い値であるか又は大きく異なる値であるかを確認することができる。このとき、比較部42において予め閾値を決めておき計算値と測定値との差がこの閾値以下である場合には、輸送方程式に代入した各部位の散乱係数及び吸収係数が実際の値に近い値であるとみなし、この計算値の算出に用いた各部位の散乱係数及び吸収係数が解析結果であると判断される。   However, the distribution of the scattering coefficient and the absorption coefficient at each part in the measurement object cannot be accurately grasped in advance. Therefore, a value selected from the range of the scattering coefficient and the absorption coefficient for each part stored in the storage unit 30 is applied to the transport equation, and the result (calculated value) and the actual value (measured value) by the measuring unit 20 are applied. Is compared in the comparison unit 42 to confirm whether the scattering coefficient and absorption coefficient assigned to the transport equation are close to or greatly different from the scattering coefficient and absorption coefficient of each part in the measurement object. can do. At this time, when the threshold value is determined in advance in the comparison unit 42 and the difference between the calculated value and the measured value is equal to or smaller than the threshold value, the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part assigned to the transport equation are close to the actual values. The scattering coefficient and the absorption coefficient of each part used for calculation of this calculated value are determined to be analysis results.

したがって、比較部42によって計算値と測定値との差が閾値以下であると判断された場合には、この結果は比較部42から出力部50に対して送られ、出力部50では、計算値の算出に用いられた散乱係数及び吸収係数を用いた解析結果を用いて測定対象物の断層画像を形成して出力する(S08)。   Therefore, when the comparison unit 42 determines that the difference between the calculated value and the measured value is less than or equal to the threshold value, the result is sent from the comparison unit 42 to the output unit 50, and the output unit 50 calculates the calculated value. A tomographic image of the measurement object is formed and output using the analysis result using the scattering coefficient and the absorption coefficient used for the calculation (S08).

一方、比較部42によって計算値と測定値との差が閾値以下ではない(すなわち、閾値よりも大きい)と判断された場合には、この結果は比較部42から修正部43に対して送られ、修正部43において散乱係数及び吸収係数の少なくとも一つについての修正が行われる(S09、修正ステップ)。ここでは、計算値と測定値との差がより小さくなるように輸送方程式に対して適用した散乱係数及び吸収係数の値が修正される。そして、修正部43により修正された散乱係数及び吸収係数は計算値算出部41に対して送られると共に、計算値算出部41において修正後の値を用いて2回目の計算値の算出が行われ(S05)、この結果得られた2回目の計算値と測定値との比較が比較部42において行われ(S06、S07)、その比較した結果(計算値と測定値との差)が閾値よりも大きい場合には、係数の修正が再度行われる(S09)。このように、計算値の算出、計算値と測定値の比較及び係数の修正(S05〜S07,S09)は、計算値と測定値との差が所定の閾値よりも小さくなるまで繰返し行われる。そして、計算値と測定値との差が閾値以下となった場合には、その結果を用いて形成された断層情報が出力部50から出力される(S08)ことで、解析に係る一連の処理が終了される。   On the other hand, when the comparison unit 42 determines that the difference between the calculated value and the measurement value is not less than or equal to the threshold (that is, greater than the threshold), the result is sent from the comparison unit 42 to the correction unit 43. The correction unit 43 corrects at least one of the scattering coefficient and the absorption coefficient (S09, correction step). Here, the values of the scattering coefficient and the absorption coefficient applied to the transport equation are corrected so that the difference between the calculated value and the measured value becomes smaller. Then, the scattering coefficient and the absorption coefficient corrected by the correcting unit 43 are sent to the calculated value calculating unit 41, and the calculated value is calculated a second time using the corrected value in the calculated value calculating unit 41. (S05) The comparison between the second calculation value and the measurement value obtained as a result is performed in the comparison unit 42 (S06, S07), and the comparison result (difference between the calculation value and the measurement value) is based on the threshold value. If also larger, the coefficient is corrected again (S09). As described above, calculation of the calculated value, comparison between the calculated value and the measured value, and correction of the coefficients (S05 to S07, S09) are repeatedly performed until the difference between the calculated value and the measured value becomes smaller than a predetermined threshold value. When the difference between the calculated value and the measured value is less than or equal to the threshold value, the tomographic information formed using the result is output from the output unit 50 (S08), thereby performing a series of processes related to the analysis. Is terminated.

このように、本実施形態に係る光トモグラフィ装置1又はこの光トモグラフィ装置1による解析方法によれば、MR情報取得部10によりMR撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得し、解析部40では、このMR情報に基づいて測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する。そして、この解析部40による解析では、格納部30に格納される各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によって規定される範囲に含まれる散乱係数及び吸収係数を支配方程式である輸送方程式に適用することで計算値を算出し、これと測定部20による測定値とを比較部42において比較し、その結果が所定の閾値よりも小さくなるまで散乱係数又は吸収係数を修正部43により修正し、計算値算出部41により計算値の算出を繰り返す。このように、光トモグラフィ装置1では、撮像時に発生する誤差を補正した精度の高いMR情報を用いて、散乱係数及び吸収係数の算出を行うため、測定対象物の断層情報をより高い精度で求めることができる。また、上記の光トモグラフィ装置1による解析では、測定対象物の内部構造が特定されたMR情報に基づいて格納部30に格納された散乱係数及び吸収係数の範囲の中から計算値に用いる散乱係数及び吸収係数を選択して計算値の算出が行われるため、散乱係数及び吸収係数の算出に係る処理を短時間で行うことから可能となる。   As described above, according to the optical tomography apparatus 1 or the analysis method using the optical tomography apparatus 1 according to the present embodiment, the measurement target based on the MR image in which the error generated during MR imaging is corrected by the MR information acquisition unit 10. MR information indicating the internal structure of the object is acquired, and the analysis unit 40 analyzes the distribution of the scattering coefficient or absorption coefficient inside the measurement object based on the MR information. In the analysis by the analyzing unit 40, the scattering coefficient and the absorption coefficient included in the range defined by the maximum value and the minimum value of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part stored in the storage unit 30 are the governing equations. The calculated value is calculated by applying to the equation, and this is compared with the measured value by the measuring unit 20 in the comparing unit 42, and the scattering coefficient or the absorption coefficient is changed by the correcting unit 43 until the result becomes smaller than a predetermined threshold value. The calculation value calculation unit 41 repeats the calculation of the calculation value. As described above, since the optical tomography apparatus 1 calculates the scattering coefficient and the absorption coefficient using the highly accurate MR information in which the error generated during imaging is corrected, the tomographic information of the measurement target can be obtained with higher accuracy. Can be sought. In the analysis by the optical tomography apparatus 1 described above, the scattering used for the calculated value from the range of the scattering coefficient and the absorption coefficient stored in the storage unit 30 based on the MR information in which the internal structure of the measurement object is specified. Since the calculation value is calculated by selecting the coefficient and the absorption coefficient, the processing related to the calculation of the scattering coefficient and the absorption coefficient can be performed in a short time.

なお、上記実施形態では、測定対象物の内部での光の散乱及び吸収を支配する支配方程式が輸送方程式であって、光トモグラフィ装置1の計算値算出部41においてこの輸送方程式に対して散乱係数及び吸収係数を適用することで計算値を算出する態様について説明したが、支配方程式として拡散方程式を用いることもできる。拡散方程式とは、媒体中での光の散乱が完全等方散乱であると仮定することで輸送方程式を簡略化したものである。この拡散方程式を支配方程式として用いた場合、輸送方程式と比較してその取扱いが容易であるため、計算値の算出及び算出結果に基づく係数の補正が容易となり、測定対象物の断層情報に係る解析をより少ない試行回数で行うことが可能となる。   In the above embodiment, the governing equation governing the scattering and absorption of light inside the measurement object is the transport equation, and the calculated value calculation unit 41 of the optical tomography apparatus 1 scatters the transport equation. Although the aspect which calculates a calculated value by applying a coefficient and an absorption coefficient was demonstrated, a diffusion equation can also be used as a governing equation. The diffusion equation is a simplification of the transport equation by assuming that light scattering in the medium is perfectly isotropic. When this diffusion equation is used as the governing equation, it is easier to handle compared to the transport equation, so calculation values and correction of coefficients based on the calculation results are facilitated, and analysis related to fault information of the measurement object Can be performed with a smaller number of trials.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be made.

例えば、上記実施形態では、光トモグラフィ装置1の測定機構の一部(光ファイバヘッド22及び光ファイバ21)とMR撮像装置100の測定機構の一部(RF受信コイル105)がモジュール20Aとして一体化された場合について説明したが、光トモグラフィ装置1とMR撮像装置100とは互いに異なる装置とされていてもよいし、光トモグラフィ装置1及びMR撮像装置100の本体が一体化されていてもよい。   For example, in the above embodiment, a part of the measurement mechanism of the optical tomography apparatus 1 (the optical fiber head 22 and the optical fiber 21) and a part of the measurement mechanism of the MR imaging apparatus 100 (RF reception coil 105) are integrated as a module 20A. However, the optical tomography apparatus 1 and the MR imaging apparatus 100 may be different from each other, or the optical tomography apparatus 1 and the MR imaging apparatus 100 are integrated with each other. Also good.

1…光トモグラフィ装置、10…MR情報取得部、20…測定部、21…光ファイバヘッド、22…光ファイバ、30…格納部、40…解析部、41…計算値算出部、42…比較部、43…修正部、50…出力部、100…MR撮像装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical tomography apparatus, 10 ... MR information acquisition part, 20 ... Measurement part, 21 ... Optical fiber head, 22 ... Optical fiber, 30 ... Storage part, 40 ... Analysis part, 41 ... Calculation value calculation part, 42 ... Comparison Part, 43 ... correction part, 50 ... output part, 100 ... MR imaging device.

Claims (6)

測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する光トモグラフィ装置であって、
前記測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値を部位毎に格納する格納部と、
撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた前記測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得するMR情報取得部と、
前記測定対象物に対して光を入射し、この光の入射に伴って当該測定対象物から出射する光を受光することで、当該測定対象物からの光についての測定値を取得する測定部と、
前記測定部で取得された前記測定値と、前記MR情報取得部で取得された前記MR情報と、前記格納部で格納された前記測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数とに基づいて、前記測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する解析部と、
を備え、
前記解析部は、
前記MR情報により特定される前記測定対象物の内部の構造と、前記格納部に格納された前記測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によってそれぞれ規定される範囲に含まれる各部位の散乱係数及び吸収係数と、を前記測定対象物での光伝搬を支配する支配方程式に用いることで、前記測定部によって前記測定対象物に光を入射させた場合に前記測定対象物から出射する光に係る情報についての計算値を算出する計算値算出部と、
前記計算値算出部により算出された計算値と、前記測定部により取得された前記測定値とを比較し、前記計算値と前記測定値との差が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する比較部と、
前記比較部により前記計算値と前記測定値との差が所定の閾値よりも大きいと判断された場合に、前記計算値算出部において用いる各成分の散乱係数及び吸収係数のうち一以上の係数を修正する修正部と、
を有し、
前記比較部において前記計算値と前記測定値との差が所定の閾値以下であると判断されるまで、前記計算値算出部、前記比較部、及び前記修正部による前記測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布の解析を繰り返す
ことを特徴とする光トモグラフィ装置。
An optical tomography apparatus for analyzing the distribution of scattering coefficient or absorption coefficient inside a measurement object,
A storage unit that stores the maximum value and the minimum value of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object;
An MR information acquisition unit that acquires MR information indicating an internal structure of the measurement object based on an MR image in which an error that occurs during imaging is corrected;
A measurement unit that obtains a measurement value of light from the measurement object by receiving light incident on the measurement object and receiving light emitted from the measurement object with the incidence of the light; ,
The measurement value acquired by the measurement unit, the MR information acquired by the MR information acquisition unit, and the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage unit Based on the analysis unit for analyzing the distribution of the scattering coefficient or absorption coefficient inside the measurement object,
With
The analysis unit
It is defined by the internal structure of the measurement object specified by the MR information and the maximum and minimum values of the scattering coefficient and absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage unit. The scattering coefficient and the absorption coefficient of each part included in the range are used in a governing equation that governs light propagation in the measurement object, so that when the light is incident on the measurement object by the measurement unit, A calculated value calculation unit for calculating a calculated value for information relating to light emitted from the measurement object;
The calculated value calculated by the calculated value calculating unit is compared with the measured value acquired by the measuring unit, and it is determined whether or not the difference between the calculated value and the measured value is larger than a predetermined threshold value. A comparison unit to
When the comparison unit determines that the difference between the calculated value and the measured value is larger than a predetermined threshold, one or more coefficients of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each component used in the calculated value calculation unit are A correction part to be corrected;
Have
Until the difference between the calculated value and the measured value is determined to be less than or equal to a predetermined threshold value in the comparing unit, scattering inside the measurement object by the calculated value calculating unit, the comparing unit, and the correcting unit An optical tomography apparatus that repeats analysis of a coefficient or an absorption coefficient distribution.
前記支配方程式は、輸送方程式であることを特徴とする請求項1記載の光トモグラフィ装置。   The optical tomography apparatus according to claim 1, wherein the governing equation is a transport equation. 前記支配方程式は、拡散方程式であることを特徴とする請求項1記載の光トモグラフィ装置。   The optical tomography apparatus according to claim 1, wherein the governing equation is a diffusion equation. 測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する光トモグラフィ装置による解析方法であって、
前記測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値を部位毎に格納部に格納する格納ステップと、
撮像時に発生する誤差を補正したMR画像に基づいた前記測定対象物の内部の構造を示すMR情報を取得するMR情報取得ステップと、
前記測定対象物に対して光を入射し、この光の入射に伴って当該測定対象物から出射する光を受光することで、当該測定対象物からの光についての測定値を取得する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて取得された前記測定値と、前記MR情報取得ステップにおいて取得された前記MR情報と、前記格納ステップにおいて格納された前記測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数とに基づいて、前記測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布を解析する解析ステップと、
を備え、
前記解析ステップは、
前記MR情報により特定される前記測定対象物の内部の構造と、前記格納部に格納された前記測定対象物の内部の各部位の散乱係数及び吸収係数の最大値及び最小値によってそれぞれ規定される範囲に含まれる各部位の散乱係数及び吸収係数と、を前記測定対象物での光伝搬を支配する支配方程式に用いることで、前記測定ステップにおいて前記測定対象物に光を入射させた場合に前記測定対象物から出射する光に係る情報についての計算値を算出する計算値算出ステップと、
前記計算値算出ステップにおいて算出された計算値と、前記測定ステップにおいて取得された前記測定値とを比較し、前記計算値と前記測定値との差が所定の閾値よりも大きいか否かを判断する比較ステップと、
前記比較ステップにおいて前記計算値と前記測定値との差が所定の閾値よりも大きいと判断された場合に、前記計算値算出ステップにおいて用いる各成分の散乱係数及び吸収係数のうち一以上の係数を修正する修正ステップと、
を有し、
前記比較ステップにおいて前記計算値と前記測定値との差が所定の閾値以下であると判断されるまで、前記計算値算出ステップ、前記比較ステップ、及び前記修正ステップによる前記測定対象物の内部の散乱係数又は吸収係数の分布の解析を繰り返す
ことを特徴とする解析方法。
An analysis method using an optical tomography device that analyzes the distribution of scattering coefficients or absorption coefficients inside a measurement object,
A storage step of storing the maximum value and the minimum value of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object in a storage unit for each part;
MR information acquisition step for acquiring MR information indicating an internal structure of the measurement object based on an MR image in which an error occurring during imaging is corrected;
A measurement step of obtaining a measurement value of light from the measurement object by receiving light incident on the measurement object and receiving light emitted from the measurement object with the incidence of the light; ,
The measurement value acquired in the measurement step, the MR information acquired in the MR information acquisition step, and the scattering coefficient and the absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage step. Based on the analysis step of analyzing the distribution of the scattering coefficient or absorption coefficient inside the measurement object,
With
The analysis step includes
It is defined by the internal structure of the measurement object specified by the MR information and the maximum and minimum values of the scattering coefficient and absorption coefficient of each part inside the measurement object stored in the storage unit. The scattering coefficient and the absorption coefficient of each part included in the range are used in the governing equation that governs the light propagation in the measurement object, so that the light is incident on the measurement object in the measurement step. A calculated value calculating step for calculating a calculated value for information relating to light emitted from the measurement object;
The calculated value calculated in the calculated value calculating step is compared with the measured value acquired in the measuring step, and it is determined whether or not the difference between the calculated value and the measured value is larger than a predetermined threshold value. A comparison step to
When it is determined in the comparison step that the difference between the calculated value and the measured value is greater than a predetermined threshold, one or more coefficients of the scattering coefficient and the absorption coefficient of each component used in the calculated value calculating step are determined. Correction steps to correct;
Have
Until the difference between the calculated value and the measured value is determined to be equal to or less than a predetermined threshold in the comparing step, the scattering inside the measurement object by the calculated value calculating step, the comparing step, and the correcting step. An analysis method characterized by repeating the analysis of the coefficient or absorption coefficient distribution.
前記支配方程式は、輸送方程式であることを特徴とする請求項4記載の解析方法。   The analysis method according to claim 4, wherein the governing equation is a transport equation. 前記支配方程式は、拡散方程式であることを特徴とする請求項4記載の解析方法。
The analysis method according to claim 4, wherein the governing equation is a diffusion equation.
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CN103454244A (en) * 2013-09-11 2013-12-18 哈尔滨工业大学 Measuring method for radiation characteristics of semitransparent medium based on multi-frequency modulation laser irradiation
KR101839686B1 (en) 2016-06-27 2018-03-16 한국과학기술원 Method, system and non-transitory computer-readable recording medium for monitoring hemodynamics

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