JPH10185815A - 透過率分布測定方法およびct画像形成方法 - Google Patents

透過率分布測定方法およびct画像形成方法

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JPH10185815A
JPH10185815A JP34201696A JP34201696A JPH10185815A JP H10185815 A JPH10185815 A JP H10185815A JP 34201696 A JP34201696 A JP 34201696A JP 34201696 A JP34201696 A JP 34201696A JP H10185815 A JPH10185815 A JP H10185815A
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JP
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subject
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light
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image
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JP34201696A
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Koji Kanamori
宏司 金森
Shunroku Sasaki
俊六 佐々木
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SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO K
SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK
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SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO K
SEITAI HIKARI JOHO KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、被検体、特に生体の透過率分布を測
定する透過率分布測定方法に関し、正い透過率分布を求
める。 【解決手段】被検体の、少なくとも光の入射側に散乱体
を付加し、その散乱体を含む被検体の透過率分布を測定
し、この測定により得られた透過率分布から、上記散乱
体による散乱および吸収分を除くことにより、その散乱
体を除いた被検体の透過率分布を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体、特に生体
の透過率分布を測定する透過率分布測定方法、およびそ
の透過率分布に基づいて被検体のCT画像を形成するC
T画像形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、生体内の構造を調べる方法として
X線や超音波を用いる方法が知られている。ところがX
線は被爆の問題があり、超音波は分解能が悪いという問
題がある。近年、例えば光ヘテロダイン法等、光を用い
た生体計測が提案されている。光を用いた生体計測は、
被爆や取り扱いの点で問題が少なく、生体の吸光物質が
波長依存性を有することを利用して体内機能情報を無侵
襲に画像化することができるなど、応用範囲の広がりが
期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、生体組織の
散乱係数は吸収係数と比べ2桁程度大きく、ピコ秒程度
のパルス幅をもつパルス光を生体組織に入射しその透過
光を時間分解計測で調べると極めて大きな散乱係数が求
められ、その大きな散乱係数からすると、せいぜい10
mm程度の厚みまでしか直進光の検出を行なうことがで
きないことになる。しかしながら、応用物理第65巻第
9号(1996)の陳等によれば、現実には、前方多重
散乱光成分が存在し、10mmよりも厚い生体試料の場
合であってもその前方多重散乱光成分が見かけ上の透過
直進光として観察される。したがって、この見かけ上の
透過直進光を利用して生体内の情報を得ることが考えら
れる。
【0004】ところが、実際には真の透過直進光と上記
の前方多重散乱光とが一緒に検出され、両者の減衰特性
が大きく異なるため、そのままでは検出光量を透過率に
正しく換算することができないという問題がある。本発
明は、上記事情に鑑み、正しい透過率分布を求めること
のできる透過率分布測定方法、および正しい透過率分布
を求めその透過率分布に基づいて高画質のCT画像を形
成するCT画像形成方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の透過率分布測定方法は、被検体の、少なくとも光の
入射側に散乱体を付加し、その散乱体を含む被検体の透
過率分布を測定し、この測定により得られた透過率分布
から、上記散乱体による散乱および吸収分を除くことに
より、その散乱体を除いた被検体の透過率分布を求める
ことを特徴とする。この場合において、上記散乱体とし
て、その散乱係数が既知である散乱体を用いるか、透過
率分布を測定した後その散乱体単独の散乱係数を測定す
る。
【0006】図1は、生体の厚さに対する、その生体か
ら前方に出射した見かけ上の透過直進光の減弱を示すグ
ラフ、図2は、生体の厚さと、見かけ上の透過直進光の
光量から求められる見かけ上の厚さとの相違を示す模式
図である。前述したように、生体は極めて大きな散乱係
数を有しており、したがって真の透過直進光はせいぜい
10mm程度の深さまで進む間に大きく減衰してしま
う。したがって様々な厚さの生体を用意し見かけ上の透
過直進光の光量を調べると、生体の厚さが厚くなるにつ
れ、その厚さが10mm以内のときは極めて大きく減衰
し、10mmより厚いときは10mmより薄いときより
は減衰の仕方が小さくなる。
【0007】したがって、例えば図2(A)に示すよう
に、5mmの厚さ部分と50mmの厚さ部分を有する被
検体(生体)10に光を照射し光センサ20でその透過
直進光を検出すると、このままでは、図2(B)に示す
ように、厚さ5mmの部分では例えば−50dBに減衰
した光量の透過直進光が受光され、厚さ150mmの部
分では例えば−105dBに減衰した光量の透過直進光
が受光され、基本関係式 I=I0 exp(−μx) log(I/I0 )=−μx ……(1) I:透過直進光の光量 I0 :入射光の光量 μ:散乱を含む吸収係数 x:被検体の厚さ から被検体10の各部分の厚さを求めると、実際とは全
く異なった厚さの比率(異なった透過率分布)が求めら
れてしまう結果となる。
【0008】そこで本発明では、被検体の、すくなくと
も光の入射側に散乱体を付加し、真の透過直進光が十分
に減衰させた上で被検体に入射させる。そうすること
で、被検体から前方に出射する見かけ上の透過直進光は
近軸前方多重散乱光のみとなり、受光光量から被検体に
付加した散乱体の影響を補正することにより、図2
(C)に示すように、被検体の正しい透過率分布を得る
ことができる。
【0009】ここで、本発明の透過率分布測定方法にお
いて、被検体の、光の入射側に付加される散乱体は、直
進光を、散乱により−20dB〜−85dB減少させる
ものであることが好ましい。散乱体における直進光の減
衰が−20dBに満たないときは、測定可能なレベルの
直進光を含んだ光が被検体に入射される結果となり、直
進光の減衰が−85dBを越えると、被検体に到達する
前に、直進光のみでなく前方多重散乱光もかなりの減衰
を受けてしまい、より大光量の光を照射する必要があり
無駄となるからである。
【0010】本発明において、直進光を、例えば−50
dB減衰させる厚み10mmの散乱体を被検体の入射側
に配置すると、被検体が人体であった場合照射限度は通
常25mW/cm2 であるが、これに対し約3〜10倍
もの大光量の光を照射して透過率分布を測定することが
でき、S/Nの良い測定が可能となる。本発明の透過率
分布測定方法は、被検体の透過率分布を測定し、この測
定により得られた透過率分布から所定値を除くことによ
り、その被検体の、補正された透過率分布を求めるもの
であってもよい。
【0011】被検体の、光の入射側の部分の情報が不要
である場合に、その入射側の所定の厚さの部分を上述の
散乱体と見なすことにより、被検体の、その所定の厚さ
部分以外の部分の透過率分布が高精度に求められる。ま
た、本発明のCT画像形成方法は、被検体の、少なくと
も光の入射側に散乱体を付加し、光軸に対する、上記散
乱体を含む被検体の相対角度を順次変更しながら、その
散乱体を含む被検体の、各角度における透過率分布を測
定し、この測定により得られた複数の透過率分布から、
それぞれ上記散乱体による散乱および吸収分を除くこと
により、その散乱体を除いた被検体の、各角度における
透過率分布を求め、これら複数の、上記散乱体を除いた
被検体の透過率分布に基づいてCT画像を形成すること
を特徴とする。
【0012】本発明のCT画像形成方法は、本発明の透
過率分布測定方法をCT画像形成に適用したものであ
り、高精度の透過率分布に基づいて高品質のCT画像を
形成することができる。また、本発明のCT画像形成方
法は、光軸に対する被検体の相対角度を順次変更しなが
ら、被検体の、各角度における透過率分布を測定し、こ
の測定により得られた複数の透過率分布から、それぞれ
所定値を除くことにより、被検体の、各角度における補
正された透過率分布を求め、これら複数の、被検体の補
正された透過率分布に基づいてCT画像を形成するもの
であってもよい。
【0013】このCT画像形成方法によれば、被検体の
表面側の所定の厚さ部分を除く内部の、高品質のCT画
像を形成することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。ここでは、近軸前方多重散乱光を受光してC
T画像を形成する例について説明する。図3は、CT画
像形成のためのデータ収集の様子を示す模式図である。
被検体10の周りに、測定光の波長の光に対する吸収率
が既知の厚さ約10mmの散乱体11を巻き付け、その
状態で被検体10(散乱体11)に光を照射し、入射ビ
ームおよび光センサ20を同時にX−X’方向に移動さ
せながら各走査点における近軸前方多重散乱光を光セン
サ20で受光する。
【0015】その後、被検体10(散乱体11を含む)
を、入射光ビームおよび光センサ20に対し相対的にR
方向に所定角度回転させ、上記と同様に、入射光ビーム
および光センサ2を同時にX−X’方向に移動させなが
ら各走査点の近軸前方多重散乱光を受光する。これを繰
り返すことにより、CT画像1枚分のデータを収集す
る。
【0016】図4は、X−X’方向への一回の走査の間
のX−X’方向の透過率分布を示す模式図である。光セ
ンサ20では、図4(A)に示すような透過率分布が得
られる。この透過率分布から被検体10の周りの、吸収
率が既知の散乱体11の影響を除去すると、図4(B)
に示すような、被検体10のみの正い透過率分布を得
る。
【0017】被検体10をR方向に回転させた各角度毎
に上記のような正しい透過率分布を求め、それらの正し
い透過率分布を元にコンボリューション後にバックプロ
パゲーションを行ないCT画像を得る。尚、CT画像の
求め方については既に広く知られており、本発明の本質
でもないため、ここではCT画像の求め方の説明は省略
する。
【0018】散乱体11としては、被検体10との密着
性がよく、散乱の特性が被検体10に近いものが望まし
く、また、均一な特性を有することが望ましい。一例を
挙げると、エポキシ樹脂に1ミクロン径のシリカ粒子と
光吸収色素を均一に混合したもの等が考えられるが、こ
れに限定されるものではない。本方式の利点の1つは、
入射光のパワーを、被検体表面で基準の値(レーザが生
体に照射されたときの安全の基準値(制限値))にする
まで増加することができるので、S/Nが向上するとい
う点である。
【0019】尚、散乱体11の影響分の除去は、以下の
原理による。散乱体11の吸収係数(散乱によるものを
含む)をμ1 、被検体10の近軸前方多重散乱光の吸収
係数をμ2 、散乱体の厚さをx1 、散乱体11のみを透
過したときの透過光量をI1 としたとき、前述の(1)
式より、 log(I1 /I)=−(μ1 +μ2 )x1 ……(2) が成立する。そこで、光センサ20による受光光量をl
ogスケールに変換すれば単なる引き算にてデータを正
しい値に修正することができる。
【0020】上記の実施形態は、被検体10の周りに散
乱体11を巻き付けているが、被検体10の周囲の、例
えば数mm厚の表層領域を上記の散乱体と見なし、その
表層領域のデータを捨てることにより、被検体の、その
表層領域よりも深い領域について正しいデータを得ても
よい。尚、ここでは本発明を光CTに適用した例につい
て説明したが、本発明は光CTに限られるものではな
く、正しい透過率分布を求める必要がある場合に広く適
用できるものである。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の透過率分
布測定方法によれば、正しい透過率分布を得ることがで
き、主に生体に対する光計測の適用分野を大きく広げる
結果となる。また本発明のCT画像形成方法によれば、
正しい透過率分布に基づいて高画質のCT画像を形成す
ることができるとともに、被検体(生体)の光入射表面
の光量を同一に保ちながらS/Nの良い画像を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】生体の厚さに対する、その生体から前方に出射
した見かけ上の透過直進光の光量を示すグラフである。
【図2】生体の厚さと、見かけ上の透過直進光の光量か
ら求められる見かけ上の厚さとの相違を示す模式図であ
る。
【図3】CT画像形成のためのデータ収集の様子を示す
模式図である。
【図4】X−X’方向の透過率分布を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
10 被検体 11 散乱体 20 光センサ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体の、少なくとも光の入射側に散乱
    体を付加し、 該散乱体を含む被検体の透過率分布を測定し、 この測定により得られた透過率分布から、前記散乱体に
    よる散乱および吸収分を除くことにより、該散乱体を除
    いた被検体の透過率分布を求めることを特徴とする透過
    率分布測定方法。
  2. 【請求項2】 被検体の、光の入射側に付加される散乱
    体は、直進光を、散乱により−20dB〜−85dB減
    少させるものであることを特徴とする請求項1記載の透
    過率分布測定方法。
  3. 【請求項3】 被検体の透過率分布を測定し、 この測定により得られた透過率分布から所定値を除くこ
    とにより、該被検体の、補正された透過率分布を求める
    ことを特徴とする透過率分布測定方法。
  4. 【請求項4】 被検体の、少なくとも光の入射側に散乱
    体を付加し、 光軸に対する、前記散乱体を含む被検体の相対角度を順
    次変更しながら、該散乱体を含む被検体の、各角度にお
    ける透過率分布を測定し、 この測定により得られた複数の透過率分布から、それぞ
    れ前記散乱体による散乱および吸収分を除くことによ
    り、該散乱体を除いた被検体の、各角度における透過率
    分布を求め、 これら複数の、前記散乱体を除いた被検体の透過率分布
    に基づいてCT画像を形成することを特徴とするCT画
    像形成方法。
  5. 【請求項5】 光軸に対する被検体の相対角度を順次変
    更しながら、該被検体の、各角度における透過率分布を
    測定し、 この測定により得られた複数の透過率分布から、それぞ
    れ所定値を除くことにより、該被検体の、各角度におけ
    る補正された透過率分布を求め、 これら複数の、該被検体の補正された透過率分布に基づ
    いてCT画像を形成することを特徴とするCT画像形成
    方法。
JP34201696A 1996-12-20 1996-12-20 透過率分布測定方法およびct画像形成方法 Pending JPH10185815A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000075633A1 (fr) * 1997-12-12 2000-12-14 Hamamatsu Photonics K.K. Dispositif optique ct et procede de reformation d'images
US6687532B2 (en) 1997-12-12 2004-02-03 Hamamatsu Photonics K.K. Optical CT apparatus and image reconstructing method
EP3726197A4 (en) * 2017-12-13 2021-01-13 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. OPTICAL SENSOR DEVICE
CN115861996A (zh) * 2023-02-16 2023-03-28 青岛新比特电子科技有限公司 基于物联感知与ai神经网络的数据采集方法及系统

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