JP3359743B2 - 生体測定装置 - Google Patents
生体測定装置Info
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- JP3359743B2 JP3359743B2 JP14232394A JP14232394A JP3359743B2 JP 3359743 B2 JP3359743 B2 JP 3359743B2 JP 14232394 A JP14232394 A JP 14232394A JP 14232394 A JP14232394 A JP 14232394A JP 3359743 B2 JP3359743 B2 JP 3359743B2
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- Japan
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は近赤外光を被検体の生体
に照射し、その拡散透過反射光を検出して被検体内の情
報を非破壊的に得る光学的生体測定装置に関するもので
ある。このような光学的生体測定装置は、例えば生体酸
素モニタや光ＣＴなどとして利用される。
に照射し、その拡散透過反射光を検出して被検体内の情
報を非破壊的に得る光学的生体測定装置に関するもので
ある。このような光学的生体測定装置は、例えば生体酸
素モニタや光ＣＴなどとして利用される。
【０００２】
【従来の技術】６００〜１２００ｎｍの範囲の近赤外光
線は生体の透過性がよく、生体中の数ｃｍの距離を通過
した後でも十分測定が可能な強度を保つ。そして、好都
合なことに、生体機能を反映する重要な物質であるヘモ
グロビンやチトクロムオキシダーゼなどの吸収スペクト
ルがちょうどこの波長域に存在するので、近赤外光のこ
の性質を利用して生体機能を無侵襲で測定することが行
なわれている。
線は生体の透過性がよく、生体中の数ｃｍの距離を通過
した後でも十分測定が可能な強度を保つ。そして、好都
合なことに、生体機能を反映する重要な物質であるヘモ
グロビンやチトクロムオキシダーゼなどの吸収スペクト
ルがちょうどこの波長域に存在するので、近赤外光のこ
の性質を利用して生体機能を無侵襲で測定することが行
なわれている。
【０００３】生体に近赤外光を照射し、その近赤外光が
生体各部で散乱して生体を透過して出てきたものをＣＣ
Ｄカメラなどの二次元検出器により受光し、計算により
生体内部の吸収の分布を画像化する考え方が知られてい
る。
生体各部で散乱して生体を透過して出てきたものをＣＣ
Ｄカメラなどの二次元検出器により受光し、計算により
生体内部の吸収の分布を画像化する考え方が知られてい
る。
【０００４】被検体の一部に超短光パルスを入力したと
き、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線Ｒ
(ｔ）の解析解はパターソンらの文献（APPLIED OPTICS,
Vol.28, No.12, pp.2331-2336 (1989）の第（７）式に
より与えられている。その文献では、時間応答波形に含
まれる吸収係数μａと等価散乱係数μｓ'（＝（１−
ｇ）μｓ；μｓは散乱係数、ｇは散乱の非等方性パラメ
ータ）を求める１つの方法が示されている。その文献の
（９）式で与えられているように、時間応答波形の傾き
（時間部分）の時間を無限大にしたときの値、すなわち
時間応答波形のテールの傾きが−μａ・ｃとなることを
利用し、吸収係数μａを求めている。等価散乱係数μ
ｓ'はその文献の（１０）式でμａの関数として与えら
れており、μａが求まればμｓ'も計算により求めるこ
とができる。
き、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線Ｒ
(ｔ）の解析解はパターソンらの文献（APPLIED OPTICS,
Vol.28, No.12, pp.2331-2336 (1989）の第（７）式に
より与えられている。その文献では、時間応答波形に含
まれる吸収係数μａと等価散乱係数μｓ'（＝（１−
ｇ）μｓ；μｓは散乱係数、ｇは散乱の非等方性パラメ
ータ）を求める１つの方法が示されている。その文献の
（９）式で与えられているように、時間応答波形の傾き
（時間部分）の時間を無限大にしたときの値、すなわち
時間応答波形のテールの傾きが−μａ・ｃとなることを
利用し、吸収係数μａを求めている。等価散乱係数μ
ｓ'はその文献の（１０）式でμａの関数として与えら
れており、μａが求まればμｓ'も計算により求めるこ
とができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記引用文献の方法で
は、μａを求めるのに時間応答波形のテールの傾きを用
いるため、信号強度の大きいピークの部分のデータを使
うことができず、信号強度の弱いテールの部分を用い
る。そのためＳ／Ｎ比が悪く、μａを精度よく求めるこ
とができない。また、そのような精度の悪いμａを用い
て求められる等価散乱係数μｓ'も当然に精度が悪いも
のとなる。また前述の引用文献の第（７）式（本明細書
では（１）式として引用）では、時間応答波形が２つの
パラメータμａとμｓ’で表わされ、Ｒ（ｔ，μａ，μ
ｓ’）の形に表わされている。
は、μａを求めるのに時間応答波形のテールの傾きを用
いるため、信号強度の大きいピークの部分のデータを使
うことができず、信号強度の弱いテールの部分を用い
る。そのためＳ／Ｎ比が悪く、μａを精度よく求めるこ
とができない。また、そのような精度の悪いμａを用い
て求められる等価散乱係数μｓ'も当然に精度が悪いも
のとなる。また前述の引用文献の第（７）式（本明細書
では（１）式として引用）では、時間応答波形が２つの
パラメータμａとμｓ’で表わされ、Ｒ（ｔ，μａ，μ
ｓ’）の形に表わされている。
【０００６】一般に、理論式に含まれるパラメータを求
めるために、最小２乗法を用いて理論式を実測曲線に合
わせる（fit）方法は知られている。この方法ならば、
時間応答曲線のピークの部分を用いてパラメータを求め
ることは可能であるが、この式には２つのパラメータが
含まれているので、単純に最小２乗法を適用すると計算
時間が非常に長くかかり、実用的ではなくなる。本発明
は時間応答波形のうちピークの部分のデータを用いるこ
とができるようにして、Ｓ／Ｎ比のよい部分で精度よ
く、しかも短時間でμａとμｓ'を求めるようにするこ
とを目的とするものである。
めるために、最小２乗法を用いて理論式を実測曲線に合
わせる（fit）方法は知られている。この方法ならば、
時間応答曲線のピークの部分を用いてパラメータを求め
ることは可能であるが、この式には２つのパラメータが
含まれているので、単純に最小２乗法を適用すると計算
時間が非常に長くかかり、実用的ではなくなる。本発明
は時間応答波形のうちピークの部分のデータを用いるこ
とができるようにして、Ｓ／Ｎ比のよい部分で精度よ
く、しかも短時間でμａとμｓ'を求めるようにするこ
とを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、吸収を含
む測定した時間応答曲線Ｒ（ｔ）に対して、等価散乱係
数の予測値μｓ1’をパラメータとして含む吸収のない
仮想媒体に対する時間応答曲線Ｒ0(ｔ，μｓ1'）を理論
式で求めた後、両者の対数ｌｎ｛Ｒ（ｔ）／Ｒ0(ｔ，μ
ｓ1'）｝を計算すると、等価散乱係数μｓ1'が正しく予
測されておればその関数ｙ＝ｌｎ｛Ｒ（ｔ）／Ｒ0(ｔ，
μｓ1'）｝は時間に対して直線となり、しかもその傾き
が−μａ・ｃとなることを見出した。したがって、まず
１つのパラメータμｓ1'に注目してｙ＝ｌｎ｛Ｒ（ｔ）
／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝が時間に対し直線となるように等
価散乱係数μｓ1'を定め、次にその直線の傾きから第２
のパラメータμａを定めることができる。
む測定した時間応答曲線Ｒ（ｔ）に対して、等価散乱係
数の予測値μｓ1’をパラメータとして含む吸収のない
仮想媒体に対する時間応答曲線Ｒ0(ｔ，μｓ1'）を理論
式で求めた後、両者の対数ｌｎ｛Ｒ（ｔ）／Ｒ0(ｔ，μ
ｓ1'）｝を計算すると、等価散乱係数μｓ1'が正しく予
測されておればその関数ｙ＝ｌｎ｛Ｒ（ｔ）／Ｒ0(ｔ，
μｓ1'）｝は時間に対して直線となり、しかもその傾き
が−μａ・ｃとなることを見出した。したがって、まず
１つのパラメータμｓ1'に注目してｙ＝ｌｎ｛Ｒ（ｔ）
／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝が時間に対し直線となるように等
価散乱係数μｓ1'を定め、次にその直線の傾きから第２
のパラメータμａを定めることができる。
【０００８】この方法では２つのパラメータμａとμ
ｓ’を一度に求めるのではなく、先にμｓ’を定める手
順と後でμａを定める手順が分離しているので、計算が
極めて速く行なえる点に特徴がある。なお上記説明にお
いて、等価散乱係数の表示について、予測値と正しい値
とを区別して使用している。予測値に対しμｓ1'を、正
しい値に対しμｓ’を用いた。以下の説明でも同様であ
る。予測値が正しい値に一致するときμｓ1'＝μｓ’と
なる。
ｓ’を一度に求めるのではなく、先にμｓ’を定める手
順と後でμａを定める手順が分離しているので、計算が
極めて速く行なえる点に特徴がある。なお上記説明にお
いて、等価散乱係数の表示について、予測値と正しい値
とを区別して使用している。予測値に対しμｓ1'を、正
しい値に対しμｓ’を用いた。以下の説明でも同様であ
る。予測値が正しい値に一致するときμｓ1'＝μｓ’と
なる。
【０００９】本発明は図１に示されるものである。Ｒ
(ｔ）測定手段１０は被検体の一部に超短光パルスを入
力し、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線
Ｒ(ｔ）を測定するものであり、Ｒ0(ｔ，μｓ1'）算出
手段２０は被検体に吸収が存在しないと仮定したときに
予測される時間応答曲線Ｒ0(ｔ，μｓ1'）を次の式を用
いて計算で求める。
(ｔ）測定手段１０は被検体の一部に超短光パルスを入
力し、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線
Ｒ(ｔ）を測定するものであり、Ｒ0(ｔ，μｓ1'）算出
手段２０は被検体に吸収が存在しないと仮定したときに
予測される時間応答曲線Ｒ0(ｔ，μｓ1'）を次の式を用
いて計算で求める。
【００１０】
【数１】
【００１１】（ここで、Ｄ＝１／（３μｓ1'）、ｔは時
間、ｃは被検体中での光速、ρは被検体での光入射点と
光出射点に関する距離で、図２に与えられる量、ｋｉは
被検体の厚さに依存する係数で、表１で与えられるもの
である。） なお、上記の式は被検体の形状が、半無限体、又は厚さ
がｄで大きさが無限大の板に対するものである。実用上
被検体の表面が平坦で、深さ、大きさが数ｃｍ以上であ
れば、適用できる。表面が曲面の被検体や小さい被検体
に対してはこれより複雑にはなるが、同様の原理による
μｓ’をパラメータとする理論式を使用することができ
る。例えば、Arridge et al., phys. Med. Biol., 199
2, Vol.37, pp.1531-1560のTable 1 の式においてμａ
＝０としたものが利用できる。
間、ｃは被検体中での光速、ρは被検体での光入射点と
光出射点に関する距離で、図２に与えられる量、ｋｉは
被検体の厚さに依存する係数で、表１で与えられるもの
である。） なお、上記の式は被検体の形状が、半無限体、又は厚さ
がｄで大きさが無限大の板に対するものである。実用上
被検体の表面が平坦で、深さ、大きさが数ｃｍ以上であ
れば、適用できる。表面が曲面の被検体や小さい被検体
に対してはこれより複雑にはなるが、同様の原理による
μｓ’をパラメータとする理論式を使用することができ
る。例えば、Arridge et al., phys. Med. Biol., 199
2, Vol.37, pp.1531-1560のTable 1 の式においてμａ
＝０としたものが利用できる。
【００１２】ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝直線化
手段２２は測定したＲ(ｔ）と算出したＲ0(ｔ，μ
ｓ1'）との比の対数 ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝ を計算し、それが指定した時間範囲で直線とみなしうる
ようになる等価散乱係数の予測値μｓ1'を算出する。こ
の時間範囲（ｔ1〜ｔ2）は、経験から、時間応答曲線の
ピーク時刻を含む信号強度の強い範囲を選ぶのがよい。
実際の装置では、ｔ1とｔ2をオペレータが設定できるよ
うにしておいてもよいし、同様の検体を測定するのなら
予め定めてあってもよい。出力手段２４はｌｎ{Ｒ(ｔ)
／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝直線化手段２２で求められたμｓ
1'を被検体の等価散乱係数μｓ'として出力し、出力手
段２６はｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝直線化手段
２２で得られる直線の傾きをもとに被検体の吸収係数μ
ａを算出し出力する。
手段２２は測定したＲ(ｔ）と算出したＲ0(ｔ，μ
ｓ1'）との比の対数 ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝ を計算し、それが指定した時間範囲で直線とみなしうる
ようになる等価散乱係数の予測値μｓ1'を算出する。こ
の時間範囲（ｔ1〜ｔ2）は、経験から、時間応答曲線の
ピーク時刻を含む信号強度の強い範囲を選ぶのがよい。
実際の装置では、ｔ1とｔ2をオペレータが設定できるよ
うにしておいてもよいし、同様の検体を測定するのなら
予め定めてあってもよい。出力手段２４はｌｎ{Ｒ(ｔ)
／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝直線化手段２２で求められたμｓ
1'を被検体の等価散乱係数μｓ'として出力し、出力手
段２６はｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝直線化手段
２２で得られる直線の傾きをもとに被検体の吸収係数μ
ａを算出し出力する。
【００１３】
【作用】上記の引用文献には、半無限媒体での反射測
定、厚さｄの媒体での反射測定、厚さｄの媒体での
透過測定の３つの場合についてそれぞれ時間応答波形が
求められているが、次の（１）式により３つの場合をま
とめて一般的に扱うことができる。
定、厚さｄの媒体での反射測定、厚さｄの媒体での
透過測定の３つの場合についてそれぞれ時間応答波形が
求められているが、次の（１）式により３つの場合をま
とめて一般的に扱うことができる。
【００１４】
【数２】
【００１５】被検体での光入射点と光出射点との距離ρ
は図２に示されるものである。図２は厚さｄの板状媒体
の測定を表わしたものであり、（Ａ）は反射測定、
（Ｂ）は透過測定を示している。媒体は吸収係数μａと
等価散乱係数μｓ'をもっている。被検体の厚さに依存
する係数Ｋｉは表１又は表２に示されるようになる。
は図２に示されるものである。図２は厚さｄの板状媒体
の測定を表わしたものであり、（Ａ）は反射測定、
（Ｂ）は透過測定を示している。媒体は吸収係数μａと
等価散乱係数μｓ'をもっている。被検体の厚さに依存
する係数Ｋｉは表１又は表２に示されるようになる。
【００１６】
【表１】 反射の場合
【００１７】
【表２】 透過の場合 Ｚ0は仮想的な入射深さであり、Ｚ0＝１／μｓ'であ
る。表１で、反射の場合にｉ＝１だけを用いると半無限
媒体となる。
る。表１で、反射の場合にｉ＝１だけを用いると半無限
媒体となる。
【００１８】（１）式の［ ］内が、図２（Ａ)又は
（Ｂ）の媒体の形状によってのみ異なる点に注目すれ
ば、本発明は半無限媒体での反射測定、厚さｄの媒
体での反射測定、及び厚さｄの媒体での透過測定の全
ての場合に適用できることがわかる。
（Ｂ）の媒体の形状によってのみ異なる点に注目すれ
ば、本発明は半無限媒体での反射測定、厚さｄの媒
体での反射測定、及び厚さｄの媒体での透過測定の全
ての場合に適用できることがわかる。
【００１９】通常、（１）式の拡散係数ＤはＤ＝１／３
(μａ＋μｓ'）で与えられるが、生体では吸収係数μａ
は等価散乱係数μｓ'に比べて２桁程度小さいので無視
することができ、Ｄ＝１／３μｓ'とすることができ
る。すなわち、Ｄはμｓ'のみに依存し、μａが変わっ
ても不変であるとすることができる。（１）式におい
て、μａ＝０である場合、Ｄは不変であるから、（１）
式は次の（２）式のように変形することができる。
(μａ＋μｓ'）で与えられるが、生体では吸収係数μａ
は等価散乱係数μｓ'に比べて２桁程度小さいので無視
することができ、Ｄ＝１／３μｓ'とすることができ
る。すなわち、Ｄはμｓ'のみに依存し、μａが変わっ
ても不変であるとすることができる。（１）式におい
て、μａ＝０である場合、Ｄは不変であるから、（１）
式は次の（２）式のように変形することができる。
【００２０】
【数３】
【００２１】Ｒ(ｔ）とＲ0(ｔ）の比の対数をとると、 ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ）｝＝−μａ・ｃｔ （３） となる。すなわち、 ｙ＝ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ）｝ は、勾配が−μａ・ｃの直線となる。しかし、これは実
測値の散乱係数μｓ'が、Ｒ0(ｔ）に用いたμｓ'に等し
い場合に限られる。実際にはＲ(ｔ）のμｓ'は分かって
いないので、予測する吸収ゼロの時間応答曲線Ｒ0(ｔ）
を作るときの散乱係数は、μｓ'と区別するためにμ
ｓ1'と記述する。一般にはμｓ'≠μｓ1'であるが、μ
ｓ1’が正しく求められたとき、μｓ'＝μｓ1'となる。
測値の散乱係数μｓ'が、Ｒ0(ｔ）に用いたμｓ'に等し
い場合に限られる。実際にはＲ(ｔ）のμｓ'は分かって
いないので、予測する吸収ゼロの時間応答曲線Ｒ0(ｔ）
を作るときの散乱係数は、μｓ'と区別するためにμ
ｓ1'と記述する。一般にはμｓ'≠μｓ1'であるが、μ
ｓ1’が正しく求められたとき、μｓ'＝μｓ1'となる。
【００２２】μｓ'≠μｓ1'であるとして、ｌｎ{Ｒ(ｔ)
／Ｒ0(ｔ）｝を計算してみる。最も簡単な半無限媒体の
反射の場合を例にとると、（１）式、（２）式のΣの項
はｉ＝１のみで、かつｋ1＝Ｚ0＝１／μｓ'であるの
で、
／Ｒ0(ｔ）｝を計算してみる。最も簡単な半無限媒体の
反射の場合を例にとると、（１）式、（２）式のΣの項
はｉ＝１のみで、かつｋ1＝Ｚ0＝１／μｓ'であるの
で、
【００２３】
【数４】
【００２４】得る。（４）式の右辺をｔに関係しない項
（＝β）、ｔに比例する項（αｔ）、１／ｔに比例する
項（＝γ／ｔ）の和として表せば、 ｙ＝ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1')｝ ＝αｔ＋β＋γ／ｔ （５） と書くことができる。これにより、実測値のＲ(ｔ）と
計算値Ｒ0(ｔ，μｓ1'）との比の対数ｙ＝ｌｎ{Ｒ(ｔ)
／Ｒ0(ｔ，μｓ1')｝に（５）式を合わせる。そして、
γ＝０となるようにμｓ1'を変化させることにより、μ
ｓ＝μｓ1'となり、またこのときのα＝−μａ・ｃｔか
らμａも求まる。
（＝β）、ｔに比例する項（αｔ）、１／ｔに比例する
項（＝γ／ｔ）の和として表せば、 ｙ＝ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1')｝ ＝αｔ＋β＋γ／ｔ （５） と書くことができる。これにより、実測値のＲ(ｔ）と
計算値Ｒ0(ｔ，μｓ1'）との比の対数ｙ＝ｌｎ{Ｒ(ｔ)
／Ｒ0(ｔ，μｓ1')｝に（５）式を合わせる。そして、
γ＝０となるようにμｓ1'を変化させることにより、μ
ｓ＝μｓ1'となり、またこのときのα＝−μａ・ｃｔか
らμａも求まる。
【００２５】μｓ'とμａを求める本発明の手順を図３
にまとめて示す。図３のフローチャートにおいて、Ｒ
(ｔ）測定手段１０により測定波形を読み込む。ここで
はＲ(ｔ）をＲ（μｓ'，μａ，ｔ）と表し、μｓ'とμ
ａがこれから求める量であることを示している。また、
計算によって求める、吸収がない場合の推測波形Ｒ0(μ
ｓ1'，ｔ）をＲ0(μｓ1'，０，ｔ）と表し、μａ＝０で
あることを示している。
にまとめて示す。図３のフローチャートにおいて、Ｒ
(ｔ）測定手段１０により測定波形を読み込む。ここで
はＲ(ｔ）をＲ（μｓ'，μａ，ｔ）と表し、μｓ'とμ
ａがこれから求める量であることを示している。また、
計算によって求める、吸収がない場合の推測波形Ｒ0(μ
ｓ1'，ｔ）をＲ0(μｓ1'，０，ｔ）と表し、μａ＝０で
あることを示している。
【００２６】Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）を計算するための初
期値μｓ1'を設定（実際には適当な任意の値として、例
えばμｓ1’＝１ｍｍ-1などを用いる）し、その初期値
μｓ1'を用いて（２）式から推定波形Ｒ0(μｓ1'，０，
ｔ）を計算する。次に ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ を計算し、それにαｔ＋β＋γ／ｔを合わせて、γを求
める。γの値からμｓ1'の修正値Δμｓ1'を計算し、Δ
μｓ1'が判定基準より大きければμｓ1'をμｓ1'＋Δμ
ｓ1'に置き換えて再び ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ の計算、γの計算、Δμｓ1'の計算を繰り返す。
期値μｓ1'を設定（実際には適当な任意の値として、例
えばμｓ1’＝１ｍｍ-1などを用いる）し、その初期値
μｓ1'を用いて（２）式から推定波形Ｒ0(μｓ1'，０，
ｔ）を計算する。次に ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ を計算し、それにαｔ＋β＋γ／ｔを合わせて、γを求
める。γの値からμｓ1'の修正値Δμｓ1'を計算し、Δ
μｓ1'が判定基準より大きければμｓ1'をμｓ1'＋Δμ
ｓ1'に置き換えて再び ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ の計算、γの計算、Δμｓ1'の計算を繰り返す。
【００２７】Δμｓ1'が判定基準以下になったところ
で、収束したものと判定し、μｓ1'＋Δμｓ1'を新しい
μｓ1'とし、それを等価散乱係数μｓ'として採用す
る。その新しいμｓ1'を用いて再度（２）式からＲ0(μ
ｓ1'，０，ｔ）を計算し、 ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ を計算する。今度はγ＝０に調整されているので、その
計算値にαｔ＋βを合わせ、その直線の傾きα＝−μａ
・ｃからμａを計算し、その値を吸収係数として採用す
る。
で、収束したものと判定し、μｓ1'＋Δμｓ1'を新しい
μｓ1'とし、それを等価散乱係数μｓ'として採用す
る。その新しいμｓ1'を用いて再度（２）式からＲ0(μ
ｓ1'，０，ｔ）を計算し、 ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ を計算する。今度はγ＝０に調整されているので、その
計算値にαｔ＋βを合わせ、その直線の傾きα＝−μａ
・ｃからμａを計算し、その値を吸収係数として採用す
る。
【００２８】図３でγからΔμｓ1'を計算するのに代え
て、μｓ1'を徐々に変化させ、 ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ が直線に乗るまでμｓ1'の変化を繰り返すようにしても
よい。 ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝
＝αｔ＋β の形は、Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）がピークとなるような
比較的ｔが小さい部分でも成り立つ。すなわち、このこ
とはパルスの信号強度の強い部分を用いて計算できるこ
とを意味しており、この点で先に引用したパターソンの
文献の（９）式を利用する方法に比べて遥かにＳ／Ｎ比
が高くなり、優れている。また、この方式はパラメータ
μｓ’を分離して先に求めることにより、一般的な２つ
のパラメータμａ，μｓ’を含む式を用いて２つのパラ
メータを扱う場合に比べ計算量が大幅に少ない点が優れ
ている。
て、μｓ1'を徐々に変化させ、 ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝ が直線に乗るまでμｓ1'の変化を繰り返すようにしても
よい。 ｌｎ{Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）／Ｒ0(μｓ1'，０，ｔ）｝
＝αｔ＋β の形は、Ｒ（μｓ'，μａ，ｔ）がピークとなるような
比較的ｔが小さい部分でも成り立つ。すなわち、このこ
とはパルスの信号強度の強い部分を用いて計算できるこ
とを意味しており、この点で先に引用したパターソンの
文献の（９）式を利用する方法に比べて遥かにＳ／Ｎ比
が高くなり、優れている。また、この方式はパラメータ
μｓ’を分離して先に求めることにより、一般的な２つ
のパラメータμａ，μｓ’を含む式を用いて２つのパラ
メータを扱う場合に比べ計算量が大幅に少ない点が優れ
ている。
【００２９】
【実施例】図４は一実施例を概略的に表したものであ
る。被検体２に対し、超短光パルスレーザー４から照射
ファイバ６により被検体のＡ点に幅１０〜１００ピコ秒
の光パルスが照射される。Ａ点から距離ρだけ離れたＢ
点に、受光ファイバ８の一端が設置され、そのファイバ
８を介して時間応答波形が超高時間分解光信号測定装置
１１に取り込まれる。１２は時間応答波形解析装置、１
４はＣＲＴやレコーダなど、μａとμｓ'を出力する装
置である。
る。被検体２に対し、超短光パルスレーザー４から照射
ファイバ６により被検体のＡ点に幅１０〜１００ピコ秒
の光パルスが照射される。Ａ点から距離ρだけ離れたＢ
点に、受光ファイバ８の一端が設置され、そのファイバ
８を介して時間応答波形が超高時間分解光信号測定装置
１１に取り込まれる。１２は時間応答波形解析装置、１
４はＣＲＴやレコーダなど、μａとμｓ'を出力する装
置である。
【００３０】図１との対応を示すと、Ｒ（ｔ）測定手段
１０は超短光パルスレーザー４、ファイバ６，８及び超
高時間分解光信号測定装置１１により実現され、Ｒ
0(ｔ，μｓ1'）算出手段２０、ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，
μｓ1'）｝直線化手段２２及び吸収係数μａ算出出力手
段２６の算出部は時間応答波形解析装置１２により実現
される。
１０は超短光パルスレーザー４、ファイバ６，８及び超
高時間分解光信号測定装置１１により実現され、Ｒ
0(ｔ，μｓ1'）算出手段２０、ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，
μｓ1'）｝直線化手段２２及び吸収係数μａ算出出力手
段２６の算出部は時間応答波形解析装置１２により実現
される。
【００３１】次に、実測例を示す。図５に実線、破線又
は鎖線で示す変動している曲線は、厚さが５０ｍｍの水
槽に散乱体としてラテックスを混在させ、光吸収体を含
まないものと光吸収体として異なる濃度のインクを含む
ものの４種類の懸濁液に光パルスを照射したときの時間
応答曲線を示したものである。はインクを含まない
液、，，はそれぞれ異なる濃度のインクを含む液
であり、が最もインクの濃度の高いものである。
は鎖線で示す変動している曲線は、厚さが５０ｍｍの水
槽に散乱体としてラテックスを混在させ、光吸収体を含
まないものと光吸収体として異なる濃度のインクを含む
ものの４種類の懸濁液に光パルスを照射したときの時間
応答曲線を示したものである。はインクを含まない
液、，，はそれぞれ異なる濃度のインクを含む液
であり、が最もインクの濃度の高いものである。
【００３２】図５の測定結果を用い、本発明によりμ
ｓ'とμａを推定した結果を表３の（ａ）欄と（ｂ）欄
に示し、（ｃ）欄に試料を基準としたΔμａを示す。
（ｄ）欄は予め分光光度計で各試料の吸収係数を測定
し、試料を基準にしてμａ値を求めておいたものであ
る。
ｓ'とμａを推定した結果を表３の（ａ）欄と（ｂ）欄
に示し、（ｃ）欄に試料を基準としたΔμａを示す。
（ｄ）欄は予め分光光度計で各試料の吸収係数を測定
し、試料を基準にしてμａ値を求めておいたものであ
る。
【００３３】
【表３】 表３の（ｃ）欄と（ｄ）欄がよく一致しており、また、
試料〜に対するμｓ'の推定値（ａ欄）も互いによ
く一致しており、本発明が正しいものであることを示し
ている。。
試料〜に対するμｓ'の推定値（ａ欄）も互いによ
く一致しており、本発明が正しいものであることを示し
ている。。
【００３４】本発明により求めたμｓ'とμａを用い、
（１）式に透過の場合の表２のｋｉ（１＝１〜４）を用
いて計算した結果を、図５に点線の滑らかな曲線で示し
た。試料〜は測定値と計算値がよく一致しており、
試料も点線の曲線（計算値）を上方向に平行移動すれ
ば波形はほとんど一致する。
（１）式に透過の場合の表２のｋｉ（１＝１〜４）を用
いて計算した結果を、図５に点線の滑らかな曲線で示し
た。試料〜は測定値と計算値がよく一致しており、
試料も点線の曲線（計算値）を上方向に平行移動すれ
ば波形はほとんど一致する。
【００３５】
【発明の効果】本発明では絶対量としての吸収係数μａ
と等価散乱係数μｓ'を精度よく、しかも短時間に求め
ることができる。また、信号のピークを含む信号の強い
部分のデータを用いることができるので、Ｓ／Ｎ比のよ
い測定を行なうことができる。本発明は被検体が有限の
厚さを持つ場合の反射測定、透過測定及び半無限媒体の
反射測定のいずれの場合にも適用することができる。計
算はｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝が直線になるよ
うにμｓ1'を変化させるだけであるので、計算が簡単で
あり、計算時間が短くてすむ。計算量が少ないことは、
時間分解方式で多数のデータを処理する場合や、リアル
タイムでμａとμｓ'を刻々表示する場合に特に有利で
ある。
と等価散乱係数μｓ'を精度よく、しかも短時間に求め
ることができる。また、信号のピークを含む信号の強い
部分のデータを用いることができるので、Ｓ／Ｎ比のよ
い測定を行なうことができる。本発明は被検体が有限の
厚さを持つ場合の反射測定、透過測定及び半無限媒体の
反射測定のいずれの場合にも適用することができる。計
算はｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝が直線になるよ
うにμｓ1'を変化させるだけであるので、計算が簡単で
あり、計算時間が短くてすむ。計算量が少ないことは、
時間分解方式で多数のデータを処理する場合や、リアル
タイムでμａとμｓ'を刻々表示する場合に特に有利で
ある。
【図１】本発明を示すブロック図である。
【図２】媒体への送光点と受光点との距離ρを示す図で
あり、（Ａ）は反射の場合、（Ｂ）は透過の場合であ
る。
あり、（Ａ）は反射の場合、（Ｂ）は透過の場合であ
る。
【図３】本発明の動作を示すフローチャート図である。
【図４】一実施例を示すブロック図である。
【図５】実施例における実測例を示す図である。
１０ Ｒ(ｔ）測定手段 ２０ Ｒ0(ｔ，μｓ1'）算出手段 ２２ ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝直線化手
段 ２４ 等価散乱係数μｓ'出力手段 ２６ 吸収係数μａ算出出力手段
段 ２４ 等価散乱係数μｓ'出力手段 ２６ 吸収係数μａ算出出力手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 10/00 A61B 5/145
Claims (1)
- 【請求項１】 被検体の一部に超短光パルスを入力し、
被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線Ｒ
(ｔ）を測定する手段（１０）と、 被検体に吸収が存在しないと仮定した仮想媒体の時間応
答曲線として、等価散乱係数の予測値μｓ1’をパラメ
ータとして含む関数Ｒ0(ｔ，μｓ1'）を算出するＲ
0(ｔ，μｓ1'）算出手段（２０）と、 測定したＲ(ｔ）と算出したＲ0(ｔ，μｓ1'）との比の
対数 ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝ を計算し、予め定められた又は操作者が設定可能な時間
範囲で直線とみなしうるようになる等価散乱係数の予測
値μｓ1'を算出するｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1')}直
線化手段（２２）と、 ｌｎ{Ｒ(ｔ)／Ｒ0(ｔ，μｓ1'）｝直線化手段（２２）
で得られる直線の傾きをもとに被検体の吸収係数μａを
算出し出力する手段（２６）と、を備えたことを特徴と
する生体測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14232394A JP3359743B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 生体測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14232394A JP3359743B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 生体測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07323033A JPH07323033A (ja) | 1995-12-12 |
| JP3359743B2 true JP3359743B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=15312682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14232394A Expired - Fee Related JP3359743B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 生体測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3359743B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10413188B2 (en) * | 2004-11-17 | 2019-09-17 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Assessment of tissue or lesion depth using temporally resolved light scattering spectroscopy |
| KR102422021B1 (ko) | 2017-07-27 | 2022-07-15 | 삼성전자주식회사 | 광 검출기 선택 장치 및 방법과, 산란계수 측정 장치 및 방법 |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP14232394A patent/JP3359743B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07323033A (ja) | 1995-12-12 |
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Legal Events
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