JP7693294B2

JP7693294B2 - 測定装置、測定方法、およびプログラム

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Publication number: JP7693294B2
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Inventors: 考洋増村
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Description

本発明は、光を用いて被検体の情報を測定する測定装置、測定方法、およびプログラムに関する。

特許文献１には、動的光散乱法（ＤｙｎａｍｉｃＬｉｇｈｔＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＤＬＳ）を用いて、生体内の血流の動的変化を測定することで、血中ヘモグロビン量や酸素飽和度などの血液中のパラメータを抽出する方法および装置が開示されている。特許文献２には、血管部位を含む領域の散乱係数を非侵襲に測定し、散乱係数から血中の脂質濃度を算出する計測器が開示されている。

特表２０１４－５００７５１号公報特許第６２４１８５３号公報

特許文献１および特許文献２に開示された構成によれば、非侵襲で簡易に被検体を測定することができる。しかし、測定の際に光の波面を成形していないため、光の散乱の影響により、被検体の情報として例えば生体内の生理的なパラメータの微小変化などの情報を高精度に測定することが難しい。

そこで本発明は、光を用いて被検体の情報を高精度に測定することが可能な測定装置、測定方法、およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての測定装置は、被検体の特定領域に照射光を照射する照射部と、前記照射光が前記特定領域に照射されることで前記被検体から出射する出射光を受光する検出部と、前記検出部から出力される信号を処理する処理部とを有し、前記検出部は、互いに異なる位置に配置された第１の検出部及び第２の検出部を含み、前記処理部は、前記出射光の受光により前記第１の検出部から出力される第１の信号強度と、該出射光の受光により前記第２の検出部から出力される第２の信号強度とに基づいて前記照射部に前記照射光の波面を成形させ、成形された前記波面の照射光が前記被検体に照射された際に前記被検体から出射する出射光の受光により前記第２の検出部から出力される第３の信号強度を用いて、前記特定領域に関する情報を取得し、成形された前記波面の照射光が前記被検体に照射された際に前記被検体から出射する出射光の受光により前記第１の検出部から出力される第４の信号強度が前記第１の信号強度よりも低く、かつ前記第３の信号強度が前記第２の信号強度よりも高くなるよう前記照射部に前記波面を成形させる。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、光を用いて被検体の情報を高精度に測定することが可能な測定装置、測定方法、およびプログラムを提供することができる。

第一の実施例における測定装置のブロック図である。第一の実施例における光の伝搬経路の模式図である。第一の実施例における測定方法のフローチャートである。第一の実施例における波面成形部および変調パターンの模式図である。第一の実施例における測定信号の一例である。第二の実施例におけるフィードバック信号の説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第一の実施例）
まず、図１を参照して、本発明の第一の実施例における測定装置について説明する。図１は、本実施例における測定装置（被検体情報測定装置）１００のブロック図である。本実施例における測定装置１００は、被検体の情報を取得可能（測定可能）であり、光源１０１、照射部１１０、検出部１２０、および処理部１３０を備えて構成される。照射部１１０は、光源１０１から放射された光を照射光１５１として被検体１９０の特定領域に照射する。検出部１２０は、照射光１５１が被検体１９０の特定領域に照射されることで被検体１９０から出射する出射光１６１、１６２を受光する。処理部１３０は、検出部１２０から出力される信号を処理し、制御部１３１、データ取得部１３２、信号処理部１３３、およびメモリ１３４を備えて構成される。

光源１０１は、一例として３００ｎｍ～１２００ｎｍの波長の光で、強度が時間的に一定な連続光（ＣＷ光：ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ光）を放射するレーザーである。例えば波長は、被検体１９０の主要な構成成分である水、脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどから測定したい項目の吸収スペクトルに応じた波長を選択することができる。或いは、散乱係数を測定する場合には、前述の吸収波長を避けた波長を選択してもよい。ただし、目的に応じて、波長は前述の範囲以外であってもよく、また、レーザーは任意の周波数で強度変調された光や、或いはパルス光を放射してもよい。また、放射光のコヒーレンス長は十分長いことが望ましい（例えば、数１ｃｍ以上）。なお、被検体１９０に照射される光強度は、照射可能な安全基準以下の強度内で調整される。

光源１０１から放射された光１５０はコリメートされて、照射部１１０の波面成形部１１１に入射する。波面成形部１１１は、空間光変調器（ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ：ＳＬＭ）から構成される。ＳＬＭとしては、位相変調であることが望ましいが、振幅変調であってもよい。また波面成形部１１１は、透過型または反射型のいずれのＳＬＭであってもよい。ＳＬＭとして具体的には、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）、ＧＬＶ（ＧｒａｔｉｎｇＬｉｇｈｔＶａｌｖｅ）などを用いることができる。またＳＬＭは、可能な限り高速（例えば数ｋＨｚ以上）に変調できるものが望ましい。

波面成形部１１１は、後述する波面成形処理（ＷａｖｅｆｒｏｎｔＳｈａｐｉｎｇ：ＷＦＳ）を実行し、成形された波面をもつ光を照射光１５１として被検体１９０に照射する。波面成形部１１１は、基底パターンに基づいて位相変調または振幅変調を行って照射光１５１の波面を成形する。このとき照射部１１０は、任意のビームサイズのコリメート光、或いは集束光として照射するための光学系を有していてもよい。或いは、照射部１１０は光ファイバを含み、波面成形部１１１で成形された光を、光ファイバを経由して被検体１９０を照射してもよい。

被検体１９０の内部を伝搬し、被検体１９０の表面上で照射位置から異なる距離で出射した出射光１６１、１６２は、検出部１２０の検出器（第一の検出器）１２１および検出器（第二の検出器）１２２でそれぞれ受光される。検出部１２０は、被検体１９０からの出射光１６１、１６２を検出器１２１、１２２に集光させるための光学系を有していてもよい。或いは、出射光１６１、１６２は、光ファイバ経由でそれぞれ検出器１２１、１２２へ導光してもよい。検出器１２１、１２２は、フォトディテクタ（ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）などのセンサを用いることができる。或いは、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの２次元のアレイセンサを用いることも可能である。なお、検出器１２１、１２２は、高速（＞１ＭＨｚ）に応答するものが望ましい。

検出器１２１、１２２で受光された光強度は、電気信号に変換され、信号はデータ取得部１３２に渡される。データ取得部１３２は、必要に応じて増幅回路で信号を増幅し、増幅信号に対してＡＤ変換を行ってデジタル信号を生成する。信号処理部１３３は、デジタル信号に対して、必要に応じて各種の信号処理を実行する。メモリ１３４は、測定結果や測定中の中間情報などを適宜保存する。またメモリ１３４には、測定フローや測定条件、或いは解析に必要なパラメータなども保存される。信号処理部１３３は、処理に応じて適宜メモリ１３４にアクセスし、必要な情報を参照して処理を実行する。

制御部１３１は、後述する測定フロー（測定方法）に基づいて、測定装置１００の光源１０１、照射部１１０、検出部１２０、および処理部（データ取得部１３２、信号処理部１３３、およびメモリ１３４）の各モジュールを制御する。

次に、図２を参照して、照射部１１０から照射された照射光１５１が、被検体１９０の内部を伝搬して出射するまでの伝搬経路について説明する。図２は、照射部１１０から照射された照射光１５１が、被検体１９０の内部を伝搬して出射されるまでの伝搬経路の模式図である。照射光１５１は、被検体１９０内部の細胞や組織構造に由来する散乱体１９１の影響を受け、何度も散乱を繰り返しながら被検体１９０内部を伝搬する。照射光１５１が被検体１９０に入射する光照射位置から、水平方向の距離ρに応じて、出射光が被検体１９０の内部で伝搬する経路が異なる。例えば、出射光１６１の出射位置では、伝搬経路１５５に示す広がりを持ったバナナ形状の分布となる。同様に、出射光１６２の出射位置では、伝搬経路１５６のような分布となる。

２つの伝搬経路１５５、１５６を比べると、伝搬経路１５６のほうが、被検体１９０のより深い領域まで侵達して伝搬する。つまり、照射位置と検出位置との間の距離ρが大きくなるほど、検出される出射光は被検体１９０の深い位置まで伝搬した光であり、被検体１９０内部の深い位置の光学特性を反映した光となる。この伝搬経路は、被検体１９０の光学特性である吸収係数および散乱係数に基づいて、放射輸送方程式、或いはその拡散近似である拡散方程式を用いて推測することが可能である。つまり、距離ρを調整することで、被検体１９０内部の深さ方向に対する光の伝搬領域を特定することが可能である。

検出部１２０は、被検体１９０の表面上で、任意の出射位置からの出射光を測定できるように、検出器１２１、１２２が受光する検出位置（距離ρ）を任意に設定することが可能である。図２に示されるように、検出器１２１は、被検体１９０の表層付近の特定領域（第一の領域：血管を含まない領域（非血管領域））を伝搬した出射光１６１を検出する。一方、検出器１２２は、被検体１９０の比較的深い特定領域である血管部位１９２（第二の領域：血管を含む領域（血管領域））まで伝搬した出射光１６２を検出するように、それぞれ距離ρを設定する。

次に、図３を参照して、本実施例における測定方法について説明する。図３は、本実施例における測定方法のフローチャートである。図３の各ステップは、主に、測定装置１００の照射部１１０、検出部１２０、および処理部１３０により実行される。

まずステップＳ１０において、処理部１３０は、出射光１６１を測定し、第一の領域（非血管領域）を伝搬した光の信号強度に基づいて、ＷＦＳを実行する。ＷＦＳは、モニタするフィードバック信号（第一の信号）が最大または最小になるように、被検体１９０に入射する照射光１５１の波面（位相分布、または振幅分布）を成形（最適化）する。ステップＳ１０の処理は、より具体的には、ステップＳ１１、Ｓ１２を含む。

まずステップＳ１１において、処理部１３０は、検出器１２１で測定される光強度をフィードバック信号として測定する。この光強度は、検出器１２１で、ある一定時間に受光する光強度の平均値である。続いてステップＳ１２において、処理部１３０は、波面成形部１１１を用いて照射光１５１の波面成形を行う。すなわち処理部１３０は、検出部１２０が非血管領域（第一の領域）を伝搬して被検体１９０から出射した出射光１６１を受光して得られる第一の信号（第一のフィードバック信号）をフィードバックしながら、照射部１１０に照射光１５１の波面を成形させる。波面成形は、ＳＬＭ（波面成形部１１１）にアダマール基底などの変調パターン（基底パターン）を表示し、変調パターンに基づいて行うことができる。

ここで、図４を参照して、変調パターンについて説明する。図４は、ＳＬＭ（波面成形部１１１）および変調パターンの模式図である。ＳＬＭに変調パターン１１３が表示され、変調パターン１１３に光源１０１から放射された光１５０が照射される。変調パターン１１３の白色部分１１４は位相変調させない非変調領域、灰色部分１１５は位相変調させる変調領域をそれぞれ示す。非変調領域に対して、変調領域では任意のステップ数で位相を変調し、その位相で変調された照射光１５１を被検体１９０に照射する。再び、ステップＳ１１において、制御部１３１はフィードバック信号を測定する。ステップＳ１１、Ｓ１２をステップ数分繰り返し、フィードバック信号が最大になるときの位相を探索し、ＳＬＭに設定する（Ｎ＝１）。さらにステップＳ１１、Ｓ１２の処理を、任意の変調パターン数Ｎに対して実行する。パターン数のＮ回分に対してステップＳ１０（ステップＳ１１、Ｓ１２の反復処理）を実行した後、処理部１３０は第一の領域に対するＷＦＳを終了する。なお、図４は２次元のＳＬＭを用い、２次元の変調パターン１１３の例を示しているが、１次元のＳＬＭを用い、１次元の変調パターンであってもよい。

ステップＳ１０が終了した後、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０において、処理部１３０は、ステップＳ１０にて得られた波面で成形された照射光１５１で被検体１９０を照射し、ＤＬＳを実行して第一の測定信号（第二の信号）を取得する。具体的には、処理部１３０は、検出器１２１を用いて、ステップＳ１０にて成形された（最適化された）波面の照射光（第一の照射光）１５１を照射し続けたときの出射光１６１の光強度の時間変化を測定する。すなわち処理部１３０は、波面成形後の第一の照射光を被検体１９０に照射して第二の信号（相関関数ｇ（τ））を測定（算出）する。相関関数ｇ（τ）は、以下の式（１）のように表される。

式（１）において、Ｉ（ｔ）は時間ｔでの光強度、τは遅延時間、＜＞は平均をそれぞれ示す。相関関数ｇ（τ）の算出は、ハードウエアの相関器を用いてもよい。すなわち、検出部１２０は相関器を備え、検出器からの出力信号から相関関数ｇ（τ）を出力して、データ取得部１３２に渡す。または、ソフトウエア的に相関関数ｇ（τ）を算出してもよい。例えば、検出部１２０で受光される光強度Ｉ（ｔ）を、データ取得部１３２で受信して、メモリ１３４に保存する。次に、信号処理部１３３がメモリ１３４から光強度Ｉ（ｔ）を読み出して、デジタル信号処理によって相関関数ｇ（τ）を算出することも可能である。図５は、測定した相関関数ｇ（τ）、すなわち測定信号の一例である。図５において、横軸は遅延時間τ［ｓ］、縦軸は相関関数ｇ（τ）をそれぞれ示す。本実施例において、ステップＳ２０にて測定された相関関数１４１を第一の測定信号（第一の領域に関する第二の信号）とする。

続いて、ステップＳ３０、Ｓ４０において、処理部１３０は、ステップＳ１０、Ｓ２０とそれぞれ同様の処理を出射光１６２の検出位置に対して実施する。より具体的には、まずステップＳ３０において、処理部１３０は、検出器１２２で受光する出射光１６２の光強度をフィードバック信号として、フィードバック信号が最大になるようにＷＦＳを実行する。前述のように、処理部１３０は、ステップＳ３１にて検出部１２０を用いてフィードバック信号を測定し、ステップＳ３２にて波面成形部１１１を用いて照射光１５１の波面を成形する。すなわち処理部１３０は、検出部１２０が第二の領域（血管領域）を伝搬して被検体１９０から出射した出射光１６２を受光して得られる第一の信号（第二のフィードバック信号）をフィードバックしながら、照射部１１０に照射光１５１の波面を成形させる。制御部１３１は、ステップＳ３１、Ｓ３２の反復処理をパターン数のＮ回分繰り返し、第二の領域（血管領域）を伝搬した出射光１６２の強度が最大になるように照射光１５１の波面を最適化する。

ここで、出射光１６２が第二の領域を選択的に伝搬するように、制約条件を課してもよい。例えば、ステップＳ３２のＷＦＳにおいて、検出器１２１から出力される出射光１６１の光強度は最小になるように制約を加えた上で、検出器１２２から出力される出射光１６２の光強度は最大になるように照射光１５１の波面を最適化することも可能である。制約条件によって、被検体１９０の表層を伝搬する光を抑制しながら、被検体１９０の深部の血管部位１９２まで伝搬して出射される光の信号強度が可能な限り大きくなるように照射光１５１の波面を最適化する。このＷＦＳによって、伝搬領域を特定しながら、測定するフィードバック信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

ステップＳ３０が終了した後、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０において、処理部１３０は、ステップＳ３０にて得られた波面の照射光１５１を被検体１９０に照射し、ステップＳ２０と同様に、ＤＬＳを実行して相関関数ｇ（τ）を求める。すなわち処理部１３０は、波面成形後の照射光（第二の照射光）１５１を被検体１９０に照射して第二の信号を測定する。例えば、ステップＳ４０において、図５に示される相関関数１４２が測定される。これを第二の測定信号（第二の領域に関する第二の信号）とする。以上で測定が終了し、測定されたデータは全て、データ取得部１３２から、メモリ１３４に保存される。

続いてステップＳ５０において、処理部１３０は、ステップＳ２０にて測定した第一の測定信号と、ステップＳ４０にて測定した第二の測定信号とを比較評価する。すなわち処理部１３０は、第一の照射光に基づく第二の信号と第二の照射光に基づく第二の信号とを比較して被検体１９０の情報を取得する。第一の測定信号は、前述のように被検体１９０の表層部分を伝搬した光で、動的に散乱が変化する要素がほとんどないため、散乱の時間変化が小さい。一方、第二の測定信号は、血管部位１９２を含み、散乱が動的に変化するため、散乱の時間変化が大きい。

従って、図５に示されるように、第一の測定信号の相関関数は相関が減衰するまでの時間τが長く、第二の測定信号の相関関数は比較的短い時間で減衰する。従って、比較的結果が安定している第一の測定信号を参照データとし、これに対して第二の測定信号がどのくらい変化しているか、相対的に変化を測定することが可能である。例えば、これら２つの信号を比較評価する方法として、それぞれの相関関数ｇ（τ）を指数関数ｅｘｐ（－Γτ）でフィッティングし、減衰係数Γを算出し、これを比較してもよい。第一の測定信号と第二の測定信号の減衰係数をそれぞれΓ_１とΓ_２とし、その比γ＝Γ_２／Γ_１、或いはその差γ＝Γ_２－Γ_１について、その経時変化をモニタしてもよい。なお、図５は相関関数を規格化して示しているが、規格化する必要はなく、測定された相関関数について減衰係数以外にも様々な解析を行って評価することができる。フィッティングまでせずに、相関関数がある値まで減衰するまでの遅延時間を比較することも可能である。

以上が本実施例の測定フローである。なお、ステップＳ１０の前に測定条件や測定パラメータを決定するためのプレ測定を実行してもよい。プレ測定の結果に基づいて、出射光１６１、１６２の検出位置ρや、ＷＦＳに関連するパラメータ、ＤＬＳの測定条件などを決めてもよい。

ここで、本実施例では、被検体１９０の情報（生体の生理的なパラメータ）を測定する手法としてＤＬＳを用いる。ＤＬＳは、前述のように、散乱光の時間的な変動が相関関数に反映される。例えば、血流のような散乱光に動的な変動を与えるものと、平均的なバイアス成分としての光強度の変動とは遅延時間τ、或いは周波数解析によって区別できる。後者は、例えば、光源や検出側のシステム誤差、或いは、被検体１９０の局所的な時間変化のない光の吸収などの誤差成分である。従って、ＤＬＳを用いて測定信号を得ることで、単に光強度を測定するよりも、誤差要因の影響を低減して、ロバストに生体情報を測定することができる。生体の生理的なパラメータとして、血液中の散乱係数や、血流量などによって相関関数は変化する。

従って、血管部位１９２を測定したいターゲットとし、第二の測定信号の減衰係数Γ_２について、経時的な変化をモニタすることで、血液中の散乱特性の変化をモニタすることができる。例えば、血液中の散乱が大きくなれば、減衰係数Γ_２は大きくなる。このように、本実施例の測定装置１００を用いて、図３に示される測定フローを実施することで、血液中の散乱などの光学特性の変化をモニタすることができる。また、光源１０１の波長を変えて、ＤＬＳ測定結果から血液中のヘモグロビン量や、酸素飽和度など血液に関連する他の生理的なパラメータを測定することも可能である。

本実施例によれば、ＷＦＳを適用してフィードバック信号を最大化することで、被検体１９０内部の特定領域（第一の領域や第二の領域）の光学特性をより反映した散乱光をＳ／Ｎを向上させて測定することができる。さらに、被検体１９０の生理的なパラメータを測定するときは、フィードバック信号を直接的に用いるのではなく、ＤＬＳに基づく相関関数という別の信号を測定する。フィードバック信号は、ＷＦＳの測定条件、例えばパターン数Ｎなどによって変化する。つまり、フィードバック信号は装置側で操作可能な信号であるため、この測定結果をそのまま生体情報を測定する信号として用いることはできない。従って、本実施例では、ＷＦＳによるフィードバック信号向上の効果を利用できる、別の測定信号を取得する。

なお、ステップＳ２０やステップＳ４０の測定において、ＷＦＳによるＳ／Ｎ向上の効果がなくなった場合、再度ステップＳ１０やステップＳ３０のＷＦＳを実行し、その後に再びステップＳ２０、Ｓ４０の測定を実行してもよい。例えば、ステップＳ２０やステップＳ４０でフィードバック信号をモニタしておき、フィードバック信号を予め設定した閾値と比較することでＷＦＳを再実行するかを判定することもできる。また、フィードバック信号は、後述する別の実施例で説明するように、他の信号を用いることも可能である。

本実施例において、好ましくは、処理部１３０は、相関関数の減衰または遅延時間に関するパラメータに基づいて、測定信号（第二の信号）を測定する。また好ましくは、第一の検出器（検出器１２１）は特定領域として第一の領域（非血管領域）を伝搬して被検体から出射した出射光を受光し、第二の検出器（検出器１２２）は特定領域として第二の領域（血管領域）を伝搬して被検体から出射した出射光を受光する。

本実施例において、ステップＳ１１にて出射光１６１の信号強度が十分なＳ／Ｎである場合、ステップＳ１０の処理を省略してもよい。この場合、ステップＳ２０から測定を開始する。また、本実施例では２つの検出器１２１、１２２が設けられているが、検出器の数は２個に限定されるものではない。検出器が１個の場合、ステップＳ１０、Ｓ２０を省略し、ステップＳ３０以降を実施して第二の測定信号のみを測定してもよい。この場合、ステップＳ５０では、比較評価は行わず第二の測定信号の結果を出力することができる。また、検出器を３個以上配置して、各検出器に対して被検体１９０の測定領域を限定し、それぞれに対してＷＦＳを実行して、測定信号を取得し、その結果を評価してもよい。

（第二の実施例）
次に、本発明の第二の実施例について説明する。本実施例の測定装置の基本構成は図１と同じであるが、検出部１２０は、１つの検出器１２１のみを有する。また、本実施例の測定方法は、図３に示されるフローチャートに基づく。本実施例では、１つの検出器１２１を用いて、第一の実施例で説明した第一の領域の非血管領域と、第二の領域の血管領域の２つの測定を行い、２つの測定結果を比較評価する。

まず、図３のステップＳ１０において、制御部１３１は、被検体１９０の表層付近の第一の領域を測定する目的でＷＦＳを実行する。また、ＷＦＳのフィードバック信号には、ＤＬＳを実行して得られる相関関数ｇ（τ）に基づく信号を用いる。図６は、出射光１６１の強度の時間変動を検出器１２１で測定して得られた相関関数１４３の説明図である。図６において、横軸は遅延時間τ、縦軸は相関関数ｇ（τ）をそれぞれ示す。ここで、フィードバック信号として用いるのは、相関関数１４３の一部でよい。例えば、遅延時間τ_１が経過したときの相関関数の値（フィードバック信号ｇ（τ_１））でもよい。

図３のフローチャートに示されるように、ステップＳ１１でこのフィードバック信号ｇ（τ_１）をモニタし、ステップＳ１２にて変調パターンの位相を変化させて、再びステップＳ１１にてフィードバック信号をモニタする。ステップＳ１０の反復を高速に実行するには、フィードバック信号の取得時間を短くすることが望ましい。従って、遅延時間τ_１はできるだけ小さくする。一方、被検体１９０の動的な変化が予測される第二の領域に対して、フィードバック信号値ｇ（τ_１）の変化が検出可能な範囲内で設定するとよい。

Ｓ１２において、制御部１３１は、フィードバック信号ｇ（τ_１）をモニタし、フィードバック信号ｇ（τ_１）が大きくなる、或いは、減衰しないように照射光１５１の波面を成形する。つまり、ステップＳ１０において、相関関数に影響を与える動的な変化（例えば第二の領域の血管領域）をできるだけ避けて伝搬した光が検出部１２０で検出されるように最適化する。換言すると、第一の領域の非血管領域を主に伝搬して出射される光が測定されるように最適化する。

続いてステップＳ２０において、制御部１３１は、ステップＳ１０にて得られた波面の照射光１５１で被検体１９０を照射し、測定信号として、フィードバック信号ｇ（τ_１）とは異なる、光強度Ｖ_１（第一の測定信号）を検出器１２１で測定する。

続いてステップＳ３０において、ステップＳ２０と同様に、制御部１３１は、フィードバック信号ｇ（τ_１）をモニタし、ＷＦＳを実行する。具体的には、制御部１３１は、ステップＳ３１においてフィードバック信号を取得し、ステップＳＳ３２においてフィードバック信号が小さくなるように、照射光１５１の波面を成形する。つまり、ステップＳ３０において、制御部１３１は、フィードバック信号ｇ（τ_１）が小さくなる（減衰する）ようにＷＦＳを実行する。従って、血流などによる散乱の動的な変化の影響をより受けて伝搬した光が検出部１２０で検出されるように最適化する。換言すると、第二の領域の血管領域を測定対象とするためにＷＦＳを実行する。

続いてステップＳ４０において、制御部１３１は、ステップＳ３０にて得られた波面の照射光１５１で被検体１９０を照射し、測定信号として光強度Ｖ_２（第二の測定信号）を測定する。なおステップＳ４０の測定において、制御部１３１は、随時ステップＳ３０のＷＦＳを実行して、照射光１５１の波面を随時更新しながらステップＳ４０の測定を実行してもよい。

続いてステップＳ５０において、制御部１３１は、ステップＳ２０とステップＳ４０で得られた２つの測定信号を比較評価する。第一の実施例で説明したように、光強度Ｖ_１、Ｖ_２の比や差を評価してもよい。或いは、測定結果を輸送方程式や拡散方程式などのモデルに基づいて解析し、その結果を評価してもよい。例えば、血中のヘモグロビンなど、ある特定の対象物の吸収波長を照射光１５１として測定を行った場合、測定信号から吸光度、または対象物の相対的な濃度を評価することも可能である。

本実施例において、第一の実施例と同様に、ステップＳ１０の前にプレ測定を実施して、測定条件などのパラメータを事前に決定することができる。本実施例では、図２に示される検出位置（距離ρ）は固定でもよいし、可変でもよい。後者の場合、プレ測定の結果を踏まえて、ステップＳ１０、２０とステップＳ３０、４０で測定する検出位置を変えてもよい。

また、本実施例の別の実施例として、被検体１９０の自家蛍光を利用するものであってもよい。光源１０１として３００～４００ｎｍの範囲の波長を用いる。例えば、図３のステップＳ１０やステップＳ３０では、ＷＦＳのフィードバック信号として、照射光１５１で励起され、自家蛍光により発光した波長の光を検出器１２１で受光する。波面成形部１１１は、検出器１２１で受光した蛍光強度が大きくなるように照射光１５１の波面を成形することができる。続くステップＳ２０やステップＳ４０の測定では、ＤＬＳに基づき、自家蛍光の光強度の時間変動を測定して相関関数を評価してもよい。ここで、ステップＳ１０、Ｓ３０の処理において、蛍光のみを検出器１２１で測定するために、検出部１２０は、励起光カットフィルタを備えていてもよい。自家蛍光の種類によっては、被検体１９０内部の発光源の深さが推定できるものがある。例えば、自家蛍光として最終糖化産物（ＡｄｖａｎｃｅｄＧｌｙｃａｔｉｏｎＥｎｄｐｒｏｕｃｔｓ）やＮＡＤＨなどを用いてもよい。光源１０１は、複数の蛍光体や、様々な測定項目に対応するため、複数の波長を備えた光源であることが望ましい。

また、ステップＳ２０やステップＳ４０の測定では、励起光の波長で出射される光を検出器１２１で受光し、ＤＬＳに基づき、時間変動を測定して相関関数を評価することも可能である。

各実施例における測定装置は、図１に示されるような反射配置の構成に限定されるものではなく、光源から照射された光が、被検体を透過した光を検出する透過配置の構成であってもよい。また、ＷＦＳを実行するためのフィードバック信号（第一の信号）と、被検体の情報（生体の生理的な情報）を取得するための測定信号（第二の信号）との組み合わせは様々考えられ、前述の各実施例に限定されるものではない。各実施例では、ＷＦＳの効果として、散乱抑制の結果として得られるＳ／Ｎの向上と、散乱媒質中のより局所的な領域への光の集中効果を生体測定に利用する。このとき、ＷＦＳに用いるフィードバック信号は測定装置側で操作・制御しているものであるため、各実施例では、このフィードバック信号を直接用いず、ＷＦＳの効果が波及する別の測定信号を測定して、生体情報を取得する。

以上のように、各実施例の測定装置１００は、被検体の情報を取得する測定装置であり、照射部１１０、検出部１２０と、および処理部１３０を有する。処理部１３０は、出射光の受光により検出部１２０が出力する第一の信号（フィードバック信号）をフィードバックしながら、照射部１１０に照射光の波面を成形させる。そして処理部１３０は、波面の成形後の照射光が被検体に照射されることで被検体から出射する出射光の受光により検出部１２０が出力する第二の信号（測定信号）を用いて、前記特定領域に関する情報を取得する。

好ましくは、第一の信号または第二の信号は、照射部１１０が被検体に照射光を照射する照射位置と検出部１２０が出射光を検出する検出位置との間の距離に基づいて測定された光強度である。または、好ましくは、第一の信号または第二の信号は、動的光散乱法（ＤＬＳ）により算出される相関関数に基づく信号、または、自家蛍光により発光した蛍光強度である。また好ましくは、処理部１３０は、特定領域として少なくとも２つの異なる第一の領域および第二の領域のそれぞれに関して測定される第二の信号の比較により、被検体の情報の変化をモニタする。より好ましくは、照射部１１０は、第一の領域に関して得られる第一の信号が小さくなるように照射光の波面を成形し、第二の領域に関して得られる第一の信号が大きくなるように照射光の波面を成形する。また好ましくは、被検体の情報は、生体の内部の生理的な情報であり、第一の領域は生体の非血管領域、第二の領域は生体の血管領域である。また好ましくは、処理部１３０は、非血管領域に関する第二の信号を参照データとし、参照データに対して血管領域に関する第二の信号の変化をモニタする。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

各実施例によれば、散乱を抑制し、被検体としての生体内の測定領域を限定することで、生体内のより局所的な生理的パラメータをＳ／Ｎよく測定することができる。このため各実施例によれば、光を用いて被検体の情報を高精度に測定することが可能な測定装置、測定方法、およびプログラムを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、各実施例は、被検体の情報として生体内の生理的な情報を測定する測定装置および測定方法を説明したが、これに限定されるものではなく、他の被検体の情報の測定にも適用可能である。

１００測定装置
１１０照射部
１２０検出部
１３０処理部

Claims

被検体の特定領域に照射光を照射する照射部と、
前記照射光が前記特定領域に照射されることで前記被検体から出射する出射光を受光する検出部と、
前記検出部から出力される信号を処理する処理部とを有し、
前記検出部は、互いに異なる位置に配置された第１の検出部及び第２の検出部を含み、
前記処理部は、
前記出射光の受光により前記第１の検出部から出力される第１の信号強度と、該出射光の受光により前記第２の検出部から出力される第２の信号強度とに基づいて前記照射部に前記照射光の波面を成形させ、
成形された前記波面の該波面の成形後の照射光が前記被検体に照射された際に前記被検体から出射する出射光の受光により前記第２の検出部から出力される第３の信号強度を用いて、前記特定領域に関する情報を取得し、
成形された前記波面の照射光が前記被検体に照射された際に前記被検体から出射する出射光の受光により前記第１の検出部から出力される第４の信号強度が前記第１の信号強度よりも低く、かつ前記第３の信号強度が前記第２の信号強度よりも高くなるよう前記照射部に前記波面を成形させることを特徴とする測定装置。
前記第１の信号強度または前記第２の信号強度は、前記照射光の後方散乱光の光強度に基づく信号強度であり、
前記第３の信号強度は、前記照射光の動的光散乱法により算出さる相関信号に基づく信号強度、または、蛍光色素による発光に基づく蛍光強度に基づく信号強度であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記第１の検出部は、前記第２の検出部よりも前記照射部に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
前記処理部は、前記第１の信号強度が最大または最小になるように前記照射光の前記波面を前記照射部に成形させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
前記照射部は、空間光変調器を有し、基底パターンに基づいて前記空間光変調器で位相変調または振幅変調を行うことで前記照射光の前記波面を成形することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の測定装置。
前記被検体の情報は、生体の内部の生理的な情報であり、
前記第１の検出部は、前記第１の信号強度が前記生体の表層付近の非血管領域から散乱され出射される前記出射光が支配的となる位置に配置され、
前記第２の検出部は、前記第２の信号強度が前記生体の前記非血管領域よりは深い位置にある血管領域から散乱され出射される前記出射光が支配的となる位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の測定装置。
前記処理部は、相関関数の減衰または遅延時間に関するパラメータに基づいて、前記第３の信号強度を測定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置。
前記処理部は、前記第３の信号強度と前記第４の信号強度とを比較することで前記被検体の情報を取得することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の測定装置。
被検体の情報を取得する測定方法であって、
前記被検体の特定領域に照射光を照射する照射ステップと、
前記照射光が前記特定領域に照射されることで前記被検体から出射する出射光を互いに異なる位置に配置された第１の検出部及び第２の検出部を含む検出部によって受光する検出ステップと、
前記出射光の受光により出力される信号を処理する処理ステップとを有し、
前記検出ステップは、第１の検出ステップ及び第２の検出ステップを含み、
前記処理ステップにおいて、前記出射光の受光により前記第１の検出ステップにて前記第１の検出部から出力される第１の信号強度と、前記第１の検出ステップにて前記第２の検出部から出力される第２の信号強度とに基づいて前記照射光の波面を成形し、
前記処理ステップにおいて、前記成形された前記波面の照射光が前記被検体に照射された際に前記被検体から出射する出射光の受光により前記第２の検出ステップにて前記第２の検出部から出力される第３の信号強度を用いて、前記特定領域に関する情報を取得し、
成形された前記波面の照射光が前記被検体に照射された際に前記被検体から出射する出射光の受光により前記第２の検出ステップにて前記第１の検出部から出力される第４の信号強度が前記第１の信号強度よりも低く、かつ前記第３の信号強度が前記第２の信号強度よりも高くなるよう前記照射ステップにおいて前記波面を成形させることを特徴とする測定方法。
請求項９に記載の測定方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。