JP6474148B2

JP6474148B2 - 検査装置

Info

Publication number: JP6474148B2
Application number: JP2014196382A
Authority: JP
Inventors: 隆日下; 佳平尾
Original assignee: SYSTEMROAD CO., LTD.; Kagawa University NUC
Current assignee: SYSTEMROAD CO., LTD.; Kagawa University NUC
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: JP2016070666A; WO2016047754A1

Description

本発明は、たとえば人の生体組織やその他の所望の検査対象物質内の情報を光学的手法によって取得するのに用いられる検査装置に関する。

検査装置の従来例として、特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載された検査装置は、いわゆる多点測定の手法を用いたものであり、以下に述べる第１および第２の構成に区分される。
第１の構成においては、１つの光源と、２つの受光部とが具備されている。光源は、検査対象の物質内に光を入射させるべく前記物質の表面に光を照射するためのものである。２つの受光部は、前記光源から発せられて前記物質内を拡散（拡散反射を含み、以下同様）することによって前記物質の表面の光照射部とは異なる２箇所に到達した光をそれぞれ受けるように設定される。これら２つの受光部からは、それぞれの受光量に対応したレベルの信号が出力される。
このような構成によれば、２つの受光部のうち、光照射部に近い一方の受光部には、物質内の比較的浅い部分を通過した光が到達するのに対し、光照射部から遠い他方の受光部には、物質内の比較的深い部分をも通過した光が到達する。このため、前記一方の受光部の受光量を参照データとして、前記２つの受光部のそれぞれの受光量の差分スペクトルを得ることにより、物質内の比較的浅い部分の光学的情報を排除した情報、すなわち物質内深部の光学的特性情報（たとえば、特定波長域についての吸光係数）を求めることができる。この光学的特性情報に基づき、物質内の特定成分の濃度（たとえば、血清総ビリルビンの濃度など）を非侵襲で判断することが可能である。

一方、第２の構成においては、２つの光源と、１つの受光部とが具備されており、２つの光源が設けられていることにより、検査対象の物質の表面には、２箇所の光照射部が設定される。ただし、２つの光源は個別に点灯駆動される。
このような構成によれば、２箇所の光照射部のうち、一方の光照射部から受光部には、物質内の比較的浅い部分を通過した光が到達し、かつ他方の光照射部から受光部には、物質内の比較深い部分をも通過した光が到達する。したがって、前記した第１の構成の場合と同様な手法により、物質内の比較的浅い部分の光学的情報が排除された物質内深部の光学的特性情報を求めることができる。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。

第１に、物質の表面に設定される光照射部と受光部との離間距離は、正確な測定値が得られるように、最適な距離に設定することが望まれる。前記離間距離が短すぎると、たとえば物質の表面による反射光（界面反射光）が受光部に多く到達する不具合を生じる。これとは反対に、前記離間距離が長すぎると、いわゆる回り込み光（本来の検査対象領域よりも浅い部分にある界面領域を伝わる光、および浅い部分を通過した光）が受光部に多く到達したり、あるいはダイナミックレンジが狭くなるといった不具合を生じる。また、光照射部と受光部との最適な離間距離は、検査項目などによっても異なる。これに対し、前記従来技術においては、受光部が点状の領域であって、しかも受光部と光照射部との離間距離は固定されている。このため、検査項目などに応じて、前記離間距離として最適な距離を求め、かつこの求めた距離に調整するといったことは困難である。その結果、測定精度が劣る場合があり、測定精度の信頼性を高める上で未だ改善の余地があった。

第２に、前記従来技術においては、光照射部を複数設けること、または受光部を複数設けることが必須とされているが、多点測定の手法においては、それら複数の光照射部または複数の受光部における物質表面についての情報は同一であると仮定される。ところが、実際には、複数の光照射部どうし、あるいは複数の受光部どうしの間では、物質表面についての情報が異なる場合がある。たとえば、検査対象が生体組織である場合、２つの光照射部あるいは受光部の一方には、皮膚の傷、ほくろ、体毛などが存在せず、かつ他方にはそれらが存在する場合がある。このような場合、検査結果の誤差が大きくなる。前記した不具合を解消するには、検査位置をずらし、再検査を行なう必要があるが、これでは手間である。また、仮に、再検査を行なったとしても、やはり前記した場合と同様に、皮膚の傷などに起因して誤差が大きい検査結果が得られる虞がある。

特公平６−１０３２５７号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであって、簡易な構成により、検査対象の物質内の吸光係数などの光学的特性情報を正確に求めることができ、信頼性の高い適正な検査結果を得ることが可能な検査装置を提供することを、その課題としている。

本発明においては、上述した課題を解決するため、次のような技術的手段を講じている。

本発明により提供される検査装置は、検査対象の物質内に光を入射させるべく前記物質
の表面に光を照射するための光源と、２次元イメージセンサを用いて構成され、かつ前記光源から発せられて前記物質内を拡散することにより前記物質の表面の光照射部とは異なる部分に到達した光を受けるべく前記物質の表面を撮像し、前記光照射部からの離間距離が相違する複数の撮像点ごとの光到達量を示す撮像画像データを含む信号を出力可能な受光手段と、前記撮像画像データに基づいて前記物質内の特定波長域についての光学的特性情報を求める処理を実行するデータ処理部と、を備えている、検査装置であって、この検査装置は、カメラおよびこのカメラから出力される信号のデータ処理を実行可能な制御部を備えた携帯型通信端末と、この携帯型通信端末への着脱が可能なアタッチメントと、が組み合わされ、かつ前記受光手段および前記データ処理部として、前記携帯型通信端末の前記カメラおよび前記制御部がそれぞれ用いられるとともに、前記光源は、前記携帯型通信端末または前記アタッチメントに具備された構成とされており、前記アタッチメントは、照明用プローブ部および撮像用プローブ部を備えており、前記照明用プローブ部には、前記光源から発せられた光の発散を抑制しつつこの光を前記物質の表面に導いて照射可能であり、かつ先端部が前記照明用プローブ部の先端面よりも小面積の導光路が具備されており、前記撮像用プローブ部は、内部への外乱光の進入を阻止可能であるとともに、前記導光路に対する遮光性を有している一方、前記物質の表面に当接させることによって前記物質の表面と前記カメラとの離間距離を前記カメラの撮像可能距離に設定可能な透光性をもつ平面状の先端面と、この先端面の反対側に位置し、かつ前記カメラとの間に空間部を形成するようにして前記カメラに対向する平面状のカメラ対向面と、を備えていることを特徴としている。
ここで、「光学的特性情報」としては、たとえば吸光係数、光透過係数、または透過率などを挙げることができる。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１に、吸光係数などの光学的特性情報を求めるためのデータとしては、検査対象の物質の表面の撮像画像データであって、光照射部からの離間距離が相違する複数の撮像点ごとの光到達量を示す撮像画像データが用いられるために、光学的特性情報を求める場合には、前記した撮像画像データの中から最適またはこれに近いと考えられる適正なデータを選択し、かつこの選択したデータに基づいて光学的特性情報を求めることが可能となる。より具体的には、光照射部からの離間距離が相違する複数の撮像点ごとの光到達量を示す撮像画像データの中からは、たとえば検査項目などに応じて、光照射部からの離間距離が最適な距離であると考えられる撮像点の光到達量を適宜に選択し、かつこれらの値に基づいて光学的特性情報を求めることが可能である。また、後述するように、たとえば撮像画像データから界面反射光や回り込み光による悪影響を受けていない適切なデータを選択し、かつこの適切なデータに基づいて光学的特性情報を求めるといったことも可能である。その結果、測定精度を前記従来技術よりも高くし、検査の信頼性を高めることができる。
第２に、検査対象の物質の表面に、たとえば傷が存在するなどの理由から、物質の表面の情報が均一ではない場合であっても、撮像画像データの中に、傷が存在しない領域に相当する複数の画素のデータが含まれていれば、このデータを利用して正確な光学的特性情報を求めることが可能となる。２つの光照射部または受光部の一方に傷などが存在することに起因して、測定値の誤差が大きくなるといった従来技術の不具合を好適に解消することが可能である。
その他、本発明によれば、携帯型通信端末とアタッチメントとを組み合わせた簡易かつ合理的な構成によって、本発明が意図する検査装置を適切に構成することができる。携帯型通信端末のカメラ、および制御部などが検査装置の構成要素として有効に利用されてい
るため、より合理的である。また、照明用プローブ部および撮像用プローブ部の存在により、検査対象の表面の撮像も好適に行なうことが可能である。

本発明において、好ましくは、前記データ処理部は、前記撮像画像データのうち、いずれの範囲のデータが、前記光照射部からの離間距離と受光量の対数値とが線形関係にある拡散光受光領域のデータであるかを判断し、かつこの拡散光受光領域の範囲にあると判断したデータを用いて前記物質内の光学的特性情報を求めるように構成されている。

このような構成によれば、物質の表面における界面反射光、および物質内部において発生した回り込み光の悪影響を排除した正確な光学的特性情報を求めることができる。

本発明において、好ましくは、前記データ処理部は、前記撮像画像データの中から、前記物質の表面における直線状領域の画像に相当するデータを選出し、かつこの選出されたデータを対象として、前記拡散光受光領域の範囲の判断を行なうように構成されている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
２次元撮像画像データは、そのデータ量が多いため、たとえばこの２次元撮像画像データの中から、拡散光受光領域に相当するデータを一斉に求めようとすると、その処理が煩雑化する。これに対し、前記構成によれば、２次元撮像画像データの中から直線状領域の画像に相当するデータを選出してデータ量の縮小化を図り、かつこのデータを対象として拡散光受光領域の範囲の判断を行なうために、そのデータ処理が容易化する。

本発明において、好ましくは、前記データ処理部は、前記撮像画像データ中に、前記物質の表面の不均一性に起因する異常データが含まれているか否かを判断し、かつ前記異常データが含まれていると判断した場合には、前記異常データが除外された撮像画像データに基づいて前記光学的特性情報を求める処理を実行するように構成されている。

このような構成によれば、物質の表面にたとえば傷、黒子、体毛が存在することなどに起因する異常データが撮像画像データ中に含まれる状況が生じたとしても、前記異常データの影響を排除し、正確な光学的特性情報を得ることができる。

本発明において、好ましくは、前記光照射部として、前記イメージセンサによる撮像対象領域の周囲に位置して互いに間隔を隔てた複数の光照射部、または前記撮像対象領域を囲む円環状の光照射部を設定可能とされている。

このような構成によれば、物質内への照射光量を多くすることが簡易に実現できる。前記照射光量を多くすれば、物質の表面への拡散光の到達量も多くすることができるために
、イメージセンサからの出力信号のＳＮ比を高くし、高精度の測定値を得る上でより好ましい。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

（ａ）は、本発明に係る検査装置の一例を示す要部断面側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大断面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す検査装置の分解斜視図である。図１に示す検査装置を構成する携帯型通信端末のハード構成を示すブロック図である。（ａ）は、光照射部と撮像対象領域との関係を示す平面説明図であり、（ｂ）は、撮像により得られるデータの一例を示すグラフである。撮像画像に異常データが存在する場合の一例を示す説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、撮像画像に異常データが存在する場合の他の例を示す説明図である。図１に示す検査装置で実行されるデータ処理手順の一例を示すフローチャートである。図１に示す検査装置との対比例を示す要部側面断面図である。本発明に係る検査装置の他の例を示す分解斜視図である。本発明に係る検査装置の他の例を示す要部断面側面図である。（ａ）は、検査装置の他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の主要構成を模式的に示す説明図である。（ａ）は、検査装置の他の例を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す検査装置における光照射部と撮像対象領域との関係を示す平面説明図である。（ａ）は、光源と撮像対象領域との位置関係の他の例を示す平面説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成により得られる撮像データの例を示すグラフである。（ａ），（ｂ）は、光源と撮像対象領域との位置関係の他の例を示す平面説明図である。（ａ）は、本発明の検査装置の要部構造の他の例を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、（ａ）の構成における光照射部と撮像位置との関係を示す平面説明図であり、（ｃ）は、（ａ）の構成により得られる撮像データの例を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示す検査装置Ｅ１は、携帯型通信端末Ｂと、この携帯型通信端末Ｂへの着脱が可能なアタッチメントＡ１とを組み合わせて構成されている。
この検査装置Ｅ１は、たとえば肝機能検査のための血清総ビリルビン濃度の測定など、人の生体組織における特定成分の濃度測定に用いられる。以降においては、理解の容易のため、検査対象の物質が、皮膚９０および皮下組織９１を有する生体組織９である場合を前提として説明する。もちろん、本発明でいう検査対象の種類は、これに限定されず、後述するように、種々の物質を検査対象とすることができる。

携帯型通信端末Ｂは、スマートフォンであり、図２に示すように、制御部１０の記憶部１０ａに検査処理プログラムＰ１が記憶されている点を除くと、それ以外の構成は、従来既知のスマートフォンと同様である。すなわち、携帯型通信端末Ｂは、前記した制御部１０に加え、光源２、カラー撮像が可能なカメラ３、通信回路１１、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどを用いて構成された表示部１２、タッチパネル方式の操作部１３、およびスピーカ１４を備えている。制御部１０は、携帯型通信端末Ｂの各部の動作処理やデータ処理を実行するものであるが、本発明でいうデータ処理部の一例に相当し、制御プログラムＰ１に基づき、血清総ビリルビン濃度などの特定成分の濃度を求めるデータ処理も実行する。ただし、その具体的な内容については後述する。

光源２は、カメラ３による撮像時の照明用であるが、後述するように、皮膚９０の表面に光を照射し、かつ生体組織９内に光を入射させるための光源としても用いられる。光源２は、たとえば白色ＬＥＤを用いて構成されており、カメラ３に比較的接近した位置にある。

カメラ３は、本発明でいう受光手段の一例に相当し、後述するように、皮膚９０の表面を撮像し、生体組織９内を拡散した光が皮膚９０の表面の各部へ到達した量を検出するのに用いられる。カメラ３は、集光レンズ３０、ＲＧＢのカラーフィルタ３１、およびイメ
ージセンサ３２を組み合わせて構成されている。イメージセンサ３２は、たとえばＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの２次元イメージセンサ（エリアイメージセンサ）であり、微細な受光面を有する多数の受光素子が縦横に並んだ構造を有している。ＲＧＢのカラーフィルタ３１は、イメージセンサ３２の多数の受光面のそれぞれに対応して設けられており、イメージセンサ３２からは、撮像画像信号として、ＲＧＢのそれぞれの受光量に対応した出力レベル（電圧レベル）の３種類の信号が出力される。ＲＧＢのカラーフィルタ３１は、検査に必要な波長域の光を選択するためのフィルタとして利用することが可能である。たとえば、血清総ビリルビン濃度測定の場合には、Ｒの信号は使用されず、ＧおよびＢの信号のみが利用される。カメラ３から出力されるアナログの撮像画像信号は、増幅部１５によって増幅された後に、Ａ／Ｄ変換部１６によってデジタル信号に変換されてから制御部１０に入力する。

図１（ｃ）に示すように、アタッチメントＡ１は、携帯型通信端末Ｂの四隅部分のうち、カメラ３および光源２に近い１つの隅部１９を取り付け対象とする。このアタッチメントＡ１は、アタッチメント本体部４と、測定プローブ５とを有している。アタッチメント本体部４は、樹脂製であり、平面視Ｌ字状の上壁部４０と、これに繋がった縦壁部４１とを有している。測定プローブ５は、縦壁部４１の下部に接合されており、この測定プローブ５と上壁部４０との相互間には、携帯型通信端末Ｂの隅部１９を嵌入させるための凹部４２が形成されている。凹部４２への隅部１９の嵌入により、アタッチメントＡ１を携帯型通信端末Ｂに対して位置決めした状態に装着することが可能である。

測定プローブ５は、照明用および撮像用のプローブ部５ａ，５ｂを有している。
照明用のプローブ部５ａの内部には、光源２から発せられた光がプローブ部５ａの外部へ発散することを防止しつつ、この光を皮膚９０の表面に向けて効率よく導いて照射させるための導光路５０が設けられている。導光路５０は、たとえば光ファイバー、イメージコンジット、あるいはミラーを用いて構成されている。好ましくは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、導光路５０は、光を光源２の直下位置よりもプローブ５ｂ寄りの位置に導き、カメラ３による撮像対象領域にできるだけ接近した位置において皮膚９０に光を照射するように設定されている。

撮像用のプローブ部５ｂは、特定成分の濃度測定に用いられる波長域の光を透過させる材質とされ、平面状の先端面５１を有している。この先端面５１を皮膚９０の撮像対象領域に当接させることにより、この撮像対象領域を平面状に維持し、かつこの撮像対象領域とカメラ３との離間距離Ｌａをカメラ３の撮像可能距離に設定することが可能である。仮に、カメラ３が皮膚９０にかなり接近し、その距離がカメラ３の撮像可能最小距離よりも小さい場合には適切な撮像が困難となる。これに対し、撮像用のプローブ部５ｂは、皮膚９０とカメラ３との離間距離Ｌａを、カメラ３の撮像可能最小距離よりも大きくし、ピントぼけのない適切な撮像を可能とする役割を果たす。たとえば、図７に示すように、先端部が開口した筒状のプローブ部５９を用いた場合には、皮膚９０の表面が適当寸法Ｌｂだけ盛り上がるため、ピントぼけした撮像画像が得られる虞がある。これに対し、本実施形態におけるプローブ部５ｂを用いれば、そのような虞が解消される。プローブ部５ｂの外側面は遮光性を備えており、プローブ部５ｂ内への外乱光の進入は阻止されている。プローブ部５ｂと導光路５０との間にも遮光性が備えられており、導光路５０の光がプローブ部５ｂ内に直接進入することも阻止されている。

次に、検査装置Ｅ１の作用の一例について説明する。併せて、検査処理プログラムＰ１に基づく制御部１０によるデータ処理手順の一例について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、携帯型通信端末Ｂにおいて所定のスイッチ操作がなされると、この携帯型通信端
末Ｂの動作モードは、検査処理モードに設定される（Ｓ１：ＹＥＳ，Ｓ２）。このモード設定時において、測定プローブ５をたとえば人の胸骨部または前額部などの皮膚９０に押し当てて光源２を点灯駆動させると、カメラ３がオンとされ、皮膚９０の表面が撮像される（Ｓ３：ＹＥＳ，Ｓ４）。この撮像により、たとえば図３（ａ）に示すように、皮膚９０の表面のうち、光照射部６に隣接する領域ＡＲ１（格子模様部分）を撮影した２次元の撮像画像データＤ１が得られる。光照射部６から生体組織９内に入射した光は、生体組織９内において拡散反射して皮膚９０の表面の各部（撮像点）に到達するため、撮像画像データＤ１は、そのような到達光量分布に対応した撮像画像データとなる。図３（ａ）に示す円Ｃ１は、光照射部６を中心として光が生体組織９内を拡散する範囲の一例である。

次いで、制御部１０は、前記した２次元の撮像画像データＤ１の中から、直線状領域ＡＲ１０の撮像画像データＤ１０を選出する（Ｓ５）。直線状領域ＡＲ１０は、たとえば光照射部６を通過する直線ＳＬ１に沿った線状または帯状の領域（図３（ａ）のクロスハッチング部分）である。この直線状領域ＡＲ１０の撮像画像データＤ１０は、光照射部６からの離間距離が相違する複数の撮像点ごとの光到達量を示すデータに相当する。ただし、撮像画像データＤ１０としては、ＲＧＢの３種類の撮像画像データのうち、たとえばＧおよびＢの撮像画像データが用いられ、Ｒの撮像画像データは用いられない。このことにより、後述するように、撮像画像データＤ１０に基づき、生体組織９内の青色光（中心波長４５０ｎｍ）から緑色光（中心波長５５０ｎｍ）にわたる波長域についての吸光係数を測定することが可能となる。血清総ビリルビン濃度の測定に際し、赤色光の画像データは不要である。

一方、直線状領域ＡＲ１０の撮像画像データＤ１０の選出は、直線状領域ＡＲ１０に傷、黒子、あるいは体毛などの異質部Ｈ（図４および図５を参照）が存在せず、直線状領域ＡＲ１０に相当する皮膚９０の表面に大きな不均一性がないことが条件とされる。異質部Ｈが存在する場合、その位置やサイズは撮像画像データＤ１において明確に判別することが可能である。たとえば、図４に示すように、直線状領域ＡＲ１０に傷などの異質部Ｈが存在する場合には、吸光係数を求めるためのデータとして直線状領域ＡＲ１０の撮像画像データは選出されない。この場合には、たとえば図５（ａ）に示すように、直線ＳＬ１から適当寸法Ｌｃだけオフセットされた直線状領域ＡＲ１１，ＡＲ１２の双方または一方の撮像画像データが選出され、異質部Ｈの画像データが含まれないようにされる。異質部Ｈが含まれないようにするための他の手法として、たとえば図５（ｂ）に示すように、直線ＳＬ１に対して適当な角度だけ傾斜して延びる直線状領域ＡＲ１３の撮像画像データを選出してもかまわない。さらには、図５（ｃ）に示すように、直線ＳＬ１に対して直交する方向に延びる直線状領域ＡＲ１４の撮像画像データを選出してもかまわない。

前記した撮像画像データＤ１０は、たとえば図３（ｂ）に示すような内容であり、全体的には、光照射部６からの離間距離が大きくなるほどその位置における受光量（到達光量）が少なくなる傾向がある。制御部１０は、このような撮像画像データＤ１０において、光照射部６からの離間距離と受光量の対数値とが線形関係にある拡散光受光領域の範囲Ｒ２を判断し、かつこの範囲Ｒ２内のデータを用いて生体組織９内の青色光から緑色光にわたる特定波長域についての吸光係数を求める（Ｓ６）。
ここで、図３（ｂ）の光照射部６に近い範囲Ｒ１は、皮膚９０によって反射された界面反射光が到達することに起因して受光量が過度に多くなった界面反射光受光領域である。一方、光照射部６から遠い範囲Ｒ３は、皮下脂肪伝導光などの回り込み光が到達した回り込み光受光領域である。前記した拡散光受光領域Ｒ２のデータは、生体組織９内を拡散してきた光が適切に到達してきた領域のデータであって、前記した界面反射光や回り込み光を含まない、または殆ど含まないデータである。

前記した拡散光受光領域Ｒ２のデータを用いて生体組織９内の特定波長域についての吸光係数を求める場合、拡散光受光領域Ｒ２の範囲内のうち、吸光係数の算出に最適または最適に近いと考えられる複数の個別のデータを選択することができる。具体的には、たとえば、拡散光受光領域Ｒ２のうち、互いの離間距離の差が最大に近い２つの撮像点Ｐ１，Ｐ２における受光量ａ１，ａ２のデータを選択することができる。もちろん、選択されるデータは、これに限定されない。たとえば、試験などを予め行なうことにより最適と考えられる２つの撮像点Ｐ１，Ｐ２の候補を定めておき、この候補に相当するデータを選択するようにしてもよい。

次いで、前記選択したデータに基づいて、生体組織９内の前記特定波長域についての吸光係数を求める演算処理が実行される（Ｓ７）。この演算処理は、たとえば次のような演算式１を用いて実行される。

Ｄ：光照射部に入射する光量
ａ１：第１の撮像点Ｐ１の受光量
ａ２：第２の撮像点Ｐ２の受光量
Ｌ１：光照射部から第１の撮像点Ｐ１（光照射部に近い側）までの平均光路長（拡散光が辿る距離の平均値）
Ｌ２：光照射部から第２の撮像点Ｐ２（光照射部に遠い側）までの平均光路長（拡散光が辿る距離の平均値）
Ａｂｓ₁：撮像点Ｐ１の吸光度
Ａｂｓ₂：撮像点Ｐ２の吸光度
Ｆ：測定対象物の分子吸光係数εと濃度Ｃの積
１成分の場合
Ｆ＝ε・Ｃ
ｎ成分の場合
Ｆ＝ε₁＋Ｃ₁＋ε₂＋Ｃ₂＋・・・ε_n＋Ｃ_n

Ａｂｓ₁＝ｌｏｇ（Ｄ／ａ１）＝Ｆ／Ｌ１
Ａｂｓ₂＝ｌｏｇ（Ｄ／ａ２）＝Ｆ／Ｌ２
Ａｂｓ₂−Ａｂｓ₁＝ｌｏｇ（Ｄ／ａ２）−ｌｏｇ（Ｄ／ａ１）
＝ｌｏｇ（（Ｄ／ａ２）・（ａ１／Ｄ））
＝ｌｏｇ（ａ１／ａ２）
＝Ｆ・Ｌ２−Ｆ・Ｌ１
＝Ｆ（Ｌ２−Ｌ１）

以上より、
Ａｂｓ₂−Ａｂｓ₁＝ｌｏｇ（ａ１／ａ２）＝Ｆ（Ｌ２−Ｌ１）・・・（式１）

となり、撮像点Ｐ１、撮像点Ｐ２の吸光度差をとることにより、光拡散体中の平均光路長差に依存した吸光度を得ることができる。
光拡散体中での光路長差は深部で最も大きくなることが知られているため、上記差分吸光度は深部情報を多く含むことになり、測定対象物深部の分子種、濃度情報を得ることが可能となる。

制御部１０は、前記吸光係数を求めた後には、その値に基づいて皮下組織９１内の血清総ビリルビン濃度を求め、かつその結果を表示部１２に表示させる処理を実行させる（Ｓ８，Ｓ９）。前記吸光係数と血清総ビリルビン濃度とは一定の対応関係があるため、前記吸光係数を換算し、血清総ビリルビン濃度を容易にかつ正確に求めることが可能である。

前記したように、本実施形態においては、吸光係数を求めるためのデータとして、図３
（ｂ）に示した撮像画像データＤ１０の中から、界面反射光や回り込み光の影響のないデータが選択して用いられるため、吸光係数の算出値を正確なものとすることが可能である。また、撮像画像データ１０は、皮膚９０の傷などに起因する異常データを含まないものとされているため、吸光係数の算出値をより正確なものとすることができる。

検査装置Ｅ１は、携帯型通信端末Ｂを利用して構成されているが、携帯型通信端末Ｂは、検査装置Ｅ１の構成機器として特化したものではなく、日常において通話、メール送受信、あるいはインターネット接続などに支障なく使用することが可能である。その結果、たとえば検査装置全体を専用機器として構成した場合と比較すると、本実施形態の検査装置Ｅ１は携帯型通信端末Ｂを有効に利用した合理的な構成とされており、システム全体の実質的な製造コストを廉価にすることが可能である。携帯型通信端末Ｂの制御部１０のみならず、光源２やカメラ３も検査装置Ｅ１の構成要素として有効に利用されているため、アタッチメントＡ１の構成の簡素化を図り、全体の製造コストをより廉価にすることが可能である。

図８〜図１４は、他の実施形態を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付し、重複説明は省略する。

図８に示す検査装置Ｅ２においては、アタッチメントＡ２の上壁部４０が平面視略コ字状とされ、上壁部４０の下方には、これに対向する下壁部４３が設けられている。測定プローブ５および下壁部４３の両者と上壁部４０との間には、携帯型通信端末Ｂの一端部およびその近傍部分が嵌入可能な凹部４２ａが設けられている。
本実施形態によれば、携帯型通信端末Ｂの一端部およびその近傍を凹部４２ａに嵌入させることにより、携帯型通信端末ＢへのアタッチメントＡ２の装着が可能であり、携帯型通信端末Ｂの１つの隅部にアタッチメントＡ１を装着させていた前記実施形態と比較すると、アタッチメントＡ２の装着状態をより安定させることが可能である。ただし、本発明においては、携帯型通信端末に対するアタッチメントの具体的な取り付け手段は、前記したような嵌合方式に限定されず、他の方式を採用することもできる。

図９に示す検査装置Ｅ３においては、アタッチメントＡ３に光源２Ａが取り付けられており、この光源２Ａから発せられる光を皮膚９０に照射可能とされている。光源２Ａの点灯駆動に必要な電力供給は、たとえばアタッチメントＡ３に小サイズの電池を搭載する手段、あるいは携帯型通信端末Ｂに設けられている出力端子から電力供給を受けるようにする手段を採用することができる。
本実施形態によれば、携帯型通信端末Ｂに光源が設けられていない場合、あるいは仮に携帯型通信端末Ｂに光源が設けられている場合であってもカメラ３との相対的な位置関係などの理由から皮膚９０への光の照射用途には余り適さないような場合にも、好適に対処することが可能である。

図１０に示す検査装置Ｅ４は、携帯型通信端末を利用しない検査専用の装置として構成されている。具体的には、データ処理部１０Ａ、表示部１２、操作部１３、光源２Ａ、および２次元イメージセンサを用いたカメラ３が、１つの共通のケース７０内に組み付けられている。ケース７０の下部には、測定プローブ５が下向きに突出した状態に設けられている。
本実施形態の検査装置Ｅ４は、携帯型通信端末Ｂを利用していないものの、その基本的な構成は、先に述べた検査装置Ｅ１〜Ｅ３と同様である。

図１１（ａ）に示す検査装置Ｅ５においては、検査対象物質の表面を撮像するための手段として、１次元イメージセンサ（ラインイメージセンサ）３２Ａが用いられている。この１次元イメージセンサ３２Ａによる撮像対象領域は、同図（ｂ）に示すように、たとえば皮膚９０の表面の光照射部６に隣接する領域のうち、光照射部６を通過する直線ＳＬ１に沿った線状の領域ＡＲ１５である。この領域ＡＲ１５は、図３（ａ）に示した直線状領域ＡＲ１０に対応する。したがって、１次元イメージセンサ３２Ａによる撮像によっても、図３（ｂ）に示したような撮像画像データを得ることができ、検査処理を適切に行なうことが可能である。１次元イメージセンサ３２Ａによる撮像画像データ中に異常データが含まれている場合においては、この異常データを除いた残余のデータを基づいて吸光係数を求めることも可能である。

図１２（ａ）に示す実施形態においては、２次元イメージセンサによる撮像対象領域ＡＲ１を挟むようにして２つの光照射部６を皮膚９０の表面に設定可能とされている。２つの光照射部６は、撮像対象領域ＡＲ１の中央部Ｏａを中心とする点対称の配置である。２つの光照射部６を設定可能とする手段として、たとえば２つの点状の光源（図示略）が用いられている。
本実施形態によれば、２つの光照射部６を結ぶ直線ＳＬ１に沿った領域の撮像画像データＤ２は、たとえば図１２（ｂ）に示すような内容となる。この撮像画像データＤ２においては、撮像対象領域ＡＲ１の左右両端側が中央部側よりも受光量が多く、同図の２つの範囲Ｒ２が、撮像位置（光照射部からの離間距離）と受光量の対数値とが線形関係となる範囲である。したがって、２つの範囲Ｒ２のいずれか一方または双方の範囲内にあるデータを利用して吸光係数を求めることが可能である。本実施形態においては、２つの光照射部６を設定しているため、イメージセンサの受光量を多くし、イメージセンサから出力される撮像画像信号のＳＮ比を高くすることができる。

図１３（ａ）に示す実施形態においては、３つの光照射部６が撮像対象領域ＡＲ１の周囲に等角度間隔で位置し、撮像対象領域ＡＲ１の中央部Ｏａを中心とする回転対称性を有する配置に設定されている。このような設定は、たとえば３つの点状光源を利用することにより実現できる。もちろん、本発明においては、光照射部６の数を４以上に設定した構成とすることもできる。

図１３（ｂ）に示す実施形態においては、円環状の光照射部６ａが撮像対象領域ＡＲ１の周囲に設定されている。この光照射部６ａは、撮像対象領域ＡＲ１と同心状であり、撮像対象領域ＡＲ１の中央部Ｏａを中心とする回転対称性を有する配置である。円環状の光照射部６ａは、透光性を有する円環状の光散乱プレートと、この光散乱プレートの適所に光を照射する複数の点状光源とを備え、かつ前記光散乱プレートを発光面とする光源装置を用いることにより設定することができる。

これら図１３（ａ），（ｂ）に示した実施形態においては、皮膚９０への光照射量を、図１２に示した実施形態よりもさらに多くし、イメージセンサから出力される撮像画像信号のＳＮ比を一層高めることが可能である。
図１２および図１３などに示す実施形態から理解されるように、本発明においては、光照射部の具体的な数、配置、形状などは限定されるものではない。光源としては、ＬＥＤ光源以外の光源を用いることができる。

図１４（ａ）に示す検査装置Ｅ６においては、光源２Ｂとして、同図（ｂ）に示すような円環状の光照射部６ａを皮膚９０の表面に設定可能な円環状の光源が用いられている。加えて、皮膚９０の表面のうち、光照射部６ａの中心部に相当する箇所は、撮像点Ｐａとされ、この撮像点Ｐａ上にボールレンズ７５が配されている。ボールレンズ７５の上側には、２次元のイメージセンサ３２が配されている。ボールレンズ７５は、導光部材の一例に相当し、光照射部６ａから生体組織９内に入射して拡散し、かつ撮像点Ｐａに異なる角度で到達してから皮膚９０をその上方へ通過する光を、その到達角α（本明細書では法線に対する傾斜角）ごとにイメージセンサ３２の各部に振り分け受光させるように導く。より詳しくは、撮像点Ｐａに対する到達角αが小さい光は、イメージセンサ３２の中央寄りの位置へ導かれて受光され、到達角αが大きくなるに連れてイメージセンサ３２の端部寄りの位置へ導かれて受光されるように構成されている。このため、イメージセンサ３２からは、撮像点Ｐａに到達した光の到達角αごとの光量の分布を示す受光データの信号が出力される。この受光データのうち、イメージセンサ３２の受光面の中心を通過する直線に沿った複数の受光素子から出力される受光データＤ４を選出すると、この受光データＤ４は、図１４（ｃ）に示すようなものとなる。

生体組織９内の浅い領域を拡散してきた光は、その到達角αが大きく、光の拡散進行深さが深くなるに連れて到達角αは徐々に小さくなる。このため、受光データＤ４は、たとえば図１２（ｂ）に示した光照射部からの離間距離と受光量との相対関係を示す撮像画像データと同様な性質のものとなる。したがって、図１４（ｃ）に示した受光データＤ４に基づき、生体組織内の特定波長域についての吸光係数をデータ処理部（不図示）において演算し、かつこの吸光係数に基づいて血清総ビリルビン濃度を求めることが可能である。

本実施形態によれば、イメージセンサ３２による撮像対象領域を、１つの撮像点Ｐａのみとすることができるため、複数の撮像点を設定する場合とは異なり、撮像点ごとの表面情報のバラツキに起因する測定誤差が解消される。より具体的には、皮膚９０の色は各所同一ではなく、バラツキがあるため、複数の撮像点を設定した場合、１つの撮像点が他の１つの撮像点よりも白色気味あるいは黒色気味の皮膚上に設定されることに起因して、２つの撮像点における撮像画像に差を生じてしまう虞がある。これに対し、本実施形態によれば、そのような虞が適切に解消される利点が得られる。
なお、図１４に示した実施形態において、光源としては、点状の光源を用いた構成とすることもできる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る検査装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更可能である。

上述の実施形態においては、人体の皮下組織内の血清総ビリルビン濃度を測定する場合を具体例として説明したが、測定対象項目は、これに限定されず、光の波長域を変更することによって他の特定成分の濃度（たとえば、溶解一酸化炭素，二酸化炭素など）を測定するように構成することが可能である。また、検査対象物質は、人および動物の生体組織に限らず、植物の組織、果実などの食品類など、種々の物質をその検査対象とすることが可能である。したがって、検査に用いる光の波長域も限定されない。本発明でいう光学的特性情報は、吸光係数の他、光透過係数や透過率なども含む概念である。

イメージセンサの具体的な画素数、画素密度、光電変換方式などは限定されない。
携帯型通信端末の具体的な種類も問わない。スマートフォンに代えて、携帯電話機、タブレット型端末などを用いることもできる。

Ｅ１〜Ｅ６検査装置
Ａ１，Ａ２アタッチメント
Ｂ携帯型通信端末
２光源
３カメラ（受光手段）
５測定プローブ
５ａ照明用の測定プローブ部
５ｂ撮像用の測定プローブ部
６光照射部
９生体組織（検査対象の物質）
１０制御部（データ処理部）
３２，３２ａイメージセンサ

Claims

検査対象の物質内に光を入射させるべく前記物質の表面に光を照射するための光源と、
２次元イメージセンサを用いて構成され、かつ前記光源から発せられて前記物質内を拡散することにより前記物質の表面の光照射部とは異なる部分に到達した光を受けるべく前記物質の表面を撮像し、前記光照射部からの離間距離が相違する複数の撮像点ごとの光到達量を示す撮像画像データを含む信号を出力可能な受光手段と、
前記撮像画像データに基づいて前記物質内の特定波長域についての光学的特性情報を求める処理を実行するデータ処理部と、
を備えている、検査装置であって、
この検査装置は、カメラおよびこのカメラから出力される信号のデータ処理を実行可能な制御部を備えた携帯型通信端末と、この携帯型通信端末への着脱が可能なアタッチメントと、が組み合わされ、かつ前記受光手段および前記データ処理部として、前記携帯型通信端末の前記カメラおよび前記制御部がそれぞれ用いられるとともに、前記光源は、前記携帯型通信端末または前記アタッチメントに具備された構成とされており、
前記アタッチメントは、照明用プローブ部および撮像用プローブ部を備えており、
前記照明用プローブ部には、前記光源から発せられた光の発散を抑制しつつこの光を前記物質の表面に導いて照射可能であり、かつ先端部が前記照明用プローブ部の先端面よりも小面積の導光路が具備されており、
前記撮像用プローブ部は、内部への外乱光の進入を阻止可能であるとともに、前記導光路に対する遮光性を有している一方、前記物質の表面に当接させることによって前記物質の表面と前記カメラとの離間距離を前記カメラの撮像可能距離に設定可能な透光性をもつ平面状の先端面と、この先端面の反対側に位置し、かつ前記カメラとの間に空間部を形成するようにして前記カメラに対向する平面状のカメラ対向面と、を備えていることを特徴とする、検査装置。
請求項１に記載の検査装置であって、
前記データ処理部は、前記撮像画像データのうち、いずれの範囲のデータが、前記光照
射部からの離間距離と受光量の対数値とが線形関係にある拡散光受光領域のデータであるかを判断し、かつこの拡散光受光領域の範囲にあると判断したデータを用いて前記物質内の光学的特性情報を求めるように構成されている、検査装置。
請求項２に記載の検査装置であって、
前記データ処理部は、前記撮像画像データの中から、前記物質の表面における直線状領域の画像に相当するデータを選出し、かつこの選出されたデータを対象として、前記拡散光受光領域の範囲の判断を行なうように構成されている、検査装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の検査装置であって、
前記データ処理部は、前記撮像画像データ中に、前記物質の表面の不均一性に起因する異常データが含まれているか否かを判断し、かつ前記異常データが含まれていると判断した場合には、前記異常データが除外された撮像画像データに基づいて前記光学的特性情報を求める処理を実行するように構成されている、検査装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の検査装置であって、
前記光照射部として、前記イメージセンサによる撮像対象領域の周囲に位置して互いに間隔を隔てた複数の光照射部、または前記撮像対象領域を囲む円環状の光照射部を設定可能とされている、検査装置。