JPH11311569A - Method and apparatus for measurement of distribution of internal characteristic - Google Patents

Method and apparatus for measurement of distribution of internal characteristic

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JPH11311569A
JPH11311569A JP11859898A JP11859898A JPH11311569A JP H11311569 A JPH11311569 A JP H11311569A JP 11859898 A JP11859898 A JP 11859898A JP 11859898 A JP11859898 A JP 11859898A JP H11311569 A JPH11311569 A JP H11311569A
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JP
Japan
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light
value
absorption coefficient
reference value
internal characteristic
Prior art date
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Application number
JP11859898A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Ueda
之雄 上田
Yutaka Tsuchiya
裕 土屋
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a method and an apparatus in which the distribution regarding the absolute value of the internal characteristic of a scattering and absorbing body can be measured with high accuracy, by computing the change amount of the internal characteristic on the basis of the measured value and the reference value of the parameter of measuring light, while a constraint expressed by (sum total of change amounts of internal characteristic) = constant is being added. SOLUTION: Optical fiber holders 1 to 12 are arranged at equal intervals around one section of a scattering and absorbing body SM. Beams of measuring light are made incident on the absorbing body SM at set time intervals sequentially from light incident fibers 1a to 12a by a control part 50. Detection signals are output from a photodetector 40 on the basis of respective beams of measuring light detected by light detecting fibers 1b to 12b. The detected signals are converted into measured values which are proportional to the quantities of detected measuring light by a computing and processing part 60. While a restraint express by (sum total of change amounts of internal characteristic) = constant is being added, the absolute value μa of an absorption coefficient is computed by μa =μa0 +Δμa , while the change amount Δμa of the absorption coefficient and the reference value μa0 of the absorption coefficient in every region are used, and an image which displays a distribution is displayed on a display part 80.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の内部
特性分布を計測するための方法及びそのための装置に関
する。より詳細には、本発明は、光入射位置及び光検出
位置を測定対象物の表面に沿って移動させて断層像を得
る光CT(コンピュータトモグラフィー)装置等に適用
可能な内部特性の絶対値分布の計測方法並びにそのため
の装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring an internal characteristic distribution of an object to be measured and an apparatus therefor. More specifically, the present invention relates to an absolute value distribution of internal characteristics applicable to an optical CT (computer tomography) apparatus for obtaining a tomographic image by moving a light incident position and a light detection position along a surface of a measurement object. And a device therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】散乱吸収体である対象物の表面における
1つの光入射位置から測定光を入射し、対象物によって
散乱されつつ透過した測定光を前記対象物の表面におけ
る複数の光検出位置で受光するとともに、前記対象物の
表面に添って光入射位置及び光検出位置を移動させてい
き、散乱吸収体における内部特性の分布を求める光CT
装置においては、例えばその内部の吸収係数の分布を求
める方法として以下の方法が知られている。すなわち、
“Imaging of Multiple Targets in Dense Scattering
Media”(H.L.Graber, J.Chang, R.L.Barbour, SPIE vo
l.2570, p.219-p.234)、“Imaging diffusive media u
sing time-independent and time-harmonic sources;d
ependence of image quality on imaging algorithms,
target volume weight matrix, and view angles ”(J
enghwa Chang et.al., SPIE vol.2389)、特開平8−2
9329号公報、欧州特許出願公開第EP080665
0A2号公報等に記載された方法がある。
2. Description of the Related Art Measurement light is incident from one light incident position on the surface of an object, which is a scattering medium, and the measurement light transmitted while being scattered by the object is detected at a plurality of light detection positions on the surface of the object. The light CT which receives the light and moves the light incident position and the light detection position along the surface of the object to obtain the distribution of the internal characteristics in the scattering medium.
In an apparatus, for example, the following method is known as a method of obtaining a distribution of an absorption coefficient inside the apparatus. That is,
“Imaging of Multiple Targets in Dense Scattering
Media ”(HLGraber, J. Chang, RLBarbour, SPIE vo
l.2570, p.219-p.234), “Imaging diffusive media u
sing time-independent and time-harmonic sources; d
ependence of image quality on imaging algorithms,
target volume weight matrix, and view angles ”(J
enghwa Chang et.al., SPIE vol.2389), JP-A-8-2
9329, European Patent Application Publication No. EP080665
There is a method described in Japanese Patent Application Publication No. 0A2 or the like.

【0003】このような従来の方法における基本的な画
像化原理は、測定対象物内部を便宜的に複数のボクセル
に区切り、対象物表面のある点から入射した光が測定対
象物内部を透過して同表面の他の点で受光された際に、
各ボクセル毎の吸収係数といった特定の内部特性に注目
した場合の受光される光に対する寄与度を示す関数(こ
こでは便宜的に「広がり関数」という)と、受光された
光との関係式を用いることにある。なお、ここでいうボ
クセルとは、測定対象物を複数の領域に分割した各領域
(volume element)のことをいう。
[0003] The basic imaging principle in such a conventional method is that the inside of a measurement object is divided into a plurality of voxels for convenience, and light incident from a point on the surface of the object transmits through the inside of the measurement object. When light is received at another point on the same surface,
A relational expression between the function indicating the degree of contribution to the received light when focusing on a specific internal characteristic such as the absorption coefficient of each voxel (here, referred to as “spread function” for convenience) and the received light is used. It is in. Here, the voxel means each area (volume element) obtained by dividing the measurement target into a plurality of areas.

【0004】また、光CT装置においては、測定対象物
を例えば成人の頭部と想定した場合、光検出器において
検出される測定光のうち直進成分の光は殆どないため、
直進成分の光のみに基づいて画像化を行なう従来のX線
CT装置における画像再構成アルゴリズムをそのまま使
用することはできない。従って、かかる光CT装置にお
いて画像再構成を行なう際には散乱成分の光を用いるこ
ととなるが、その場合は測定データに対応する解が安定
にかつ収束性よく求まり難いという不適切問題(ill-po
sed problem)が生じる。そのため、光CT装置におい
ては、多くの逆問題の場合と同様に大域的最適解(glob
al optimum)を求めるアルゴリズムの設計が課題となっ
ており、従来は特表平5−502393号公報に記載さ
れているように、演算係数値が所定条件を満たすまで共
役勾配法にしたがって演算係数値を補正しながら順方向
解決策の演算を繰り返すといった画像再構成アルゴリズ
ムが採用されていた。
Further, in the optical CT apparatus, when the object to be measured is assumed to be, for example, the head of an adult, there is almost no light of a straight component in the measurement light detected by the photodetector.
An image reconstruction algorithm in a conventional X-ray CT apparatus that forms an image based only on light of a straight component cannot be used as it is. Therefore, when an image is reconstructed in such an optical CT apparatus, light of a scattered component is used. In this case, however, it is difficult to obtain a solution corresponding to the measurement data stably and with good convergence (ill). -po
sed problem). Therefore, in the optical CT system, as in the case of many inverse problems, the global optimal solution (glob
The problem is to design an algorithm for finding the optimum coefficient. Conventionally, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-502393, the operation coefficient value is calculated according to the conjugate gradient method until the operation coefficient value satisfies a predetermined condition. An image reconstruction algorithm has been adopted in which the calculation of the forward solution is repeated while correcting the error.

【0005】ところで昨今は、このような光CT装置に
おいて測定される散乱吸収体の内部特性分布の位置的関
係のみならず、その定量性についても高度の再現性が要
求されるようになってきた。すなわち、散乱吸収体の内
部特性の絶対値分布についての測定精度が向上すると、
例えば良性腫瘍と悪性腫瘍の区別といった生体組織の評
価・判定が可能となるため、内部特性の定量性について
より高度の再現性が要求されることとなったのである。
Recently, a high degree of reproducibility has been required not only for the positional relationship of the internal characteristic distribution of the scattering medium measured in such an optical CT apparatus, but also for its quantitativeness. . That is, when the measurement accuracy for the absolute value distribution of the internal characteristics of the scattering medium is improved,
For example, since it becomes possible to evaluate and judge a living tissue such as distinguishing a benign tumor from a malignant tumor, higher reproducibility is required for the quantitativeness of internal characteristics.

【0006】しかしながら、上記従来の画像再構成アル
ゴリズムを採用した光CT装置はいずれも、散乱吸収体
の内部特性の定量性についての測定精度が未だ充分なも
のではなく、かかる内部特性の絶対値分布についてより
精度の高い測定が可能な方法及び装置の開発が望まれて
いた。
However, none of the optical CT apparatuses employing the above-mentioned conventional image reconstruction algorithms have a sufficient measurement accuracy for the quantification of the internal characteristics of the scattering medium, and the absolute value distribution of the internal characteristics is not sufficient. It has been desired to develop a method and a device capable of measuring with higher accuracy.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
従来の課題に鑑みてなされたものであり、上記従来の画
像再構成アルゴリズムを採用した光CT装置に比べて、
散乱吸収体の内部特性の位置的関係のみならず絶対値分
布(定量性)についてもより精度(再現性)の高い測定
が可能な方法及び装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has been made in comparison with an optical CT apparatus using the above-mentioned conventional image reconstruction algorithm.
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus capable of measuring not only the positional relationship of the internal characteristics of the scattering medium but also the absolute value distribution (quantitative property) with higher accuracy (reproducibility).

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究した結果、画像再構成アルゴリズ
ムにおいて内部特性の演算を繰り返す過程において、か
かる内部特性が本来有する物理量保存則にしたがった拘
束条件、すなわち下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加することによって上記目的
が達成されることを見出し、本発明に到達した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, in the process of repeating the calculation of the internal characteristics in the image reconstruction algorithm, the internal characteristics inherently have a physical quantity conservation rule. Accordingly, the present inventors have found that the above object can be achieved by adding a constraint condition represented by the following formula: (total amount of change in internal characteristics) = constant, and reached the present invention.

【0009】すなわち、本発明の内部特性分布の計測方
法は、測定対象物の表面における複数の光入射位置から
順次該対象物中に測定光を入射する光入射ステップと、
該対象物中を透過した測定光を、前記対象物の表面にお
ける複数の光検出位置で順次あるいは同時に検出する光
検出ステップと、各光検出位置で検出された各測定光に
基づいて、該測定光の所定パラメータの測定値を求める
測定値取得ステップと、前記対象物の前記パラメータの
基準値及びそれに対応する所定内部特性の基準値を設定
する基準値設定ステップと、前記パラメータの測定値と
基準値との差に基づいて、複数の領域に分割された前記
対象物の各領域における前記内部特性の基準値に対する
該内部特性の変化量を算出する内部特性変化量算出ステ
ップと、前記内部特性の変化量及び基準値に基づいて該
内部特性の絶対値を算出して前記対象物における該内部
特性の絶対値分布を求める内部特性絶対値算出ステップ
と、を含む内部特性分布の計測方法であって、前記内部
特性変化量算出ステップにおいて、下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ前記パラメータの測
定値と基準値との差に基づいて前記内部特性の変化量を
算出することを特徴とする方法である。
That is, in the method for measuring the internal characteristic distribution according to the present invention, there is provided a light incident step of sequentially entering measurement light into a target object from a plurality of light incident positions on the surface of the target object,
A light detection step of sequentially or simultaneously detecting the measurement light transmitted through the object at a plurality of light detection positions on the surface of the object, and performing the measurement based on each measurement light detected at each light detection position. A measurement value obtaining step of obtaining a measurement value of a predetermined parameter of light; a reference value setting step of setting a reference value of the parameter of the object and a reference value of a predetermined internal characteristic corresponding thereto; and a measurement value and a reference of the parameter. An internal characteristic change amount calculating step of calculating a change amount of the internal characteristic with respect to a reference value of the internal characteristic in each region of the object divided into a plurality of regions based on a difference between the internal characteristic and the plurality of regions; Calculating an absolute value of the internal characteristic based on the variation and the reference value to obtain an absolute value distribution of the internal characteristic in the object. A distribution measuring method, wherein in the internal characteristic change amount calculating step, a constraint value represented by the following formula: (sum of internal characteristic change amounts) = constant is added, and a measured value of the parameter and a reference value are added. The method is characterized in that a change amount of the internal characteristic is calculated based on the difference.

【0010】また、本発明の内部特性分布の計測装置
は、測定対象物の表面における複数の光入射位置から順
次該対象物中に測定光を入射する光入射手段と、該対象
物中を透過した測定光を、前記対象物の表面における複
数の光検出位置で順次あるいは同時に検出する光検出手
段と、各光検出位置で検出された各測定光に基づいて、
該測定光の所定パラメータの測定値を求める測定値取得
手段と、前記対象物の前記パラメータの基準値及びそれ
に対応する所定内部特性の基準値を設定する基準値設定
手段と、前記パラメータの測定値と基準値との差に基づ
いて、複数の領域に分割された前記対象物の各領域にお
ける前記内部特性の基準値に対する該内部特性の変化量
を算出する内部特性変化量算出手段と、前記内部特性の
変化量及び基準値に基づいて該内部特性の絶対値を算出
して前記対象物における該内部特性の絶対値分布を求め
る内部特性絶対値算出手段と、を備える内部特性分布の
計測装置であって、前記内部特性変化量算出手段におい
て、下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ前記パラメータの測
定値と基準値との差に基づいて前記内部特性の変化量を
算出することを特徴とする装置である。
Further, the measuring apparatus for internal characteristic distribution according to the present invention comprises: a light incident means for sequentially inputting measurement light into the object from a plurality of light incident positions on the surface of the object; The measured light, the light detection means for sequentially or simultaneously detecting at a plurality of light detection positions on the surface of the object, based on each measurement light detected at each light detection position,
Measurement value obtaining means for obtaining a measurement value of a predetermined parameter of the measurement light; reference value setting means for setting a reference value of the parameter of the object and a reference value of a predetermined internal characteristic corresponding thereto; and a measurement value of the parameter. An internal characteristic change amount calculating unit that calculates an amount of change in the internal characteristic with respect to a reference value of the internal characteristic in each region of the object divided into a plurality of regions based on a difference between the internal characteristic and a reference value; An internal characteristic absolute value calculating means for calculating an absolute value of the internal characteristic based on the characteristic change amount and the reference value to obtain an absolute value distribution of the internal characteristic in the object; In addition, in the internal characteristic change amount calculating means, the constraint between the measured value of the parameter and the reference value is added while adding a constraint condition expressed by the following equation: (sum of the change amount of the internal characteristic) = constant Is a device which is characterized by calculating a change amount of the internal characteristics Zui.

【0011】本発明の方法及び装置においては、画像再
構成アルゴリズムにおいて内部特性の演算を繰り返す過
程において、かかる内部特性が本来有する物理量保存則
にしたがった拘束条件、すなわち下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件が付加されるため、散乱吸収体の
内部特性の絶対値分布(定量性)についての測定精度
(再現性)が著しく高まる。すなわち、複数の領域に分
割された散乱吸収体の各領域における内部特性の変化量
(基準値に対する差分)の総和は、本来は物理量保存則
にしたがって一定の値(すなわち基準値と真の内部特性
の平均値との差)に維持されなければならない。
In the method and the apparatus according to the present invention, in the process of repeating the calculation of the internal characteristics in the image reconstruction algorithm, the constraint according to the physical quantity conservation rule inherent in the internal characteristics, that is, the following equation: Since a constraint condition represented by (sum of the amounts) = constant is added, the measurement accuracy (reproducibility) of the absolute value distribution (quantitative property) of the internal characteristics of the scattering medium is significantly increased. That is, the sum of the amount of change in the internal characteristics (difference from the reference value) in each region of the scattering medium divided into a plurality of regions is originally a constant value (that is, the reference value and the true internal characteristics) according to the law of conservation of physical quantity. Difference from the average value of

【0012】しかしながら、前記従来の画像再構成アル
ゴリズムにおいては、このような物理量保存則は一切考
慮されていなかったため、内部特性の演算を繰り返す過
程において散乱吸収体の各領域における内部特性の変化
量の総和が変化し、結果として演算により求まった内部
特性の平均値が真の内部特性の平均値から大きくはずれ
てしまうことがあった。そのため、上記従来の画像再構
成アルゴリズムによれば、散乱吸収体の内部特性の定性
的な位置的関係はある程度精度良く求めることが可能で
あったが、内部特性の絶対値分布(定量性)については
再現性が低く、精度が充分ではなかった。
However, in the above-mentioned conventional image reconstruction algorithm, such a law of conservation of physical quantity is not considered at all, and therefore, in the process of repeating the calculation of the internal characteristic, the amount of change in the internal characteristic in each region of the scattering medium is reduced. In some cases, the sum changes, and as a result, the average value of the internal characteristics obtained by the calculation deviates significantly from the average value of the true internal characteristics. Therefore, according to the above-mentioned conventional image reconstruction algorithm, the qualitative positional relationship of the internal characteristics of the scattering medium can be obtained with some accuracy, but the absolute value distribution (quantitative) of the internal characteristics can be obtained. Was poor in reproducibility and insufficient in accuracy.

【0013】これに対して、本発明の方法及び装置にあ
っては、画像再構成アルゴリズムにおける内部特性の演
算を繰り返す過程において上記物理量保存則にしたがっ
た拘束条件が付加されるため、散乱吸収体の各領域にお
ける内部特性の変化量の総和は一定の値に収束され、従
って演算により求まった内部特性の平均値と真の内部特
性の平均値とがほぼ一致した状態で内部特性の変化量が
求まる。そのため、本発明にかかる上記画像再構成アル
ゴリズムによれば、散乱吸収体の内部特性の変化量が定
性的のみならず定量的にも正確に求まることとなり、こ
のような内部特性の変化量に基づいて得られる内部特性
の絶対値分布は精度が高く、高水準の再現性が達成され
る。
On the other hand, in the method and the apparatus of the present invention, the constraint conditions according to the above-mentioned law of conservation of physical quantity are added in the process of repeating the calculation of the internal characteristics in the image reconstruction algorithm. The sum of the variation of the internal characteristics in each region of the above is converged to a constant value. Therefore, the variation of the internal characteristics is substantially equal to the average value of the internal characteristics obtained by the calculation and the average value of the true internal characteristics. I get it. Therefore, according to the image reconstruction algorithm according to the present invention, the amount of change in the internal characteristics of the scattering medium can be determined not only qualitatively but also quantitatively, and based on such an amount of change in the internal characteristics. The absolute value distribution of the internal characteristics obtained is high in accuracy and a high level of reproducibility is achieved.

【0014】なお、本発明にかかる内部特性分布の基準
となる基準値が、図1(a)に示すように実測又は理論
的に求めた内部特性の平均値である場合は、再構成後の
内部特性の変化量分布の総和はゼロとなるため、その場
合の拘束条件は下記式: Σ(各領域における内部特性の変化量)={(基準値)
−(真の内部特性の平均値)}=0 で表わされる拘束条件となる。
When the reference value serving as a reference of the internal characteristic distribution according to the present invention is an average value of the internal characteristics measured or theoretically obtained as shown in FIG. Since the sum of the variation distribution of the internal characteristics is zero, the constraint condition in this case is as follows: Σ (variation of the internal characteristics in each region) = {(reference value)
− (Average value of true internal characteristics)} = 0.

【0015】他方、本発明にかかる内部特性分布の基準
となる基準値として、図1(b)に示すように内部特性
の平均値以外の値を計算上の基準値として採用した場合
は、再構成後の内部特性の変化量分布の総和は基準値と
真の内部特性の平均値との差となるため、その場合の拘
束条件は下記式: Σ(各領域における内部特性の変化量)={(基準値)
−(真の内部特性の平均値)}=X(定数) で表わされる拘束条件となる。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, when a value other than the average value of the internal characteristics is adopted as the reference value for the calculation of the internal characteristics distribution according to the present invention, Since the sum of the variation distribution of the internal characteristics after the configuration is the difference between the reference value and the average value of the true internal characteristics, the constraint condition in this case is as follows: Σ (variation of the internal characteristics in each region) = {(Reference value)
− (Average value of true internal characteristics)} = X (constant)

【0016】なお、前記内部特性の変化量を算出する際
に前記拘束条件を付加する具体的な方法は特に限定され
ず、内部特性の変化量を算出する手法(いわゆる数理計
画法)に応じて適宜選択される。本発明にかかる好適な
内部特性変化量算出ステップとしては、内部特性の変化
量の初期値を設定する初期値設定ステップと、前記内部
特性の変化量に所定の補正を加える第一次補正ステップ
と、下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加して前記内部特性の変化量
を更新する第二次補正ステップと、前記内部特性の変化
量及び前記パラメータの測定値と基準値との差の関係を
評価してその評価結果が所定条件を満たすまで前記第一
次補正ステップ及び第二次補正ステップを繰り返し、前
記評価結果が所定条件を満たした時の内部特性の変化量
を出力する評価ステップと、を含むものが挙げられる。
The specific method of adding the constraint condition when calculating the change amount of the internal characteristic is not particularly limited, and may be determined according to a method of calculating the change amount of the internal characteristic (so-called mathematical programming). It is appropriately selected. The preferred internal characteristic change amount calculating step according to the present invention includes: an initial value setting step of setting an initial value of the internal characteristic change amount; and a primary correction step of applying a predetermined correction to the internal characteristic change amount. A second correction step of adding a constraint expressed by the following equation: (sum of changes in internal characteristics) = constant to update the changes in the internal characteristics, and a second correction step of updating the changes in the internal characteristics and the parameters. The primary correction step and the secondary correction step are repeated until the evaluation result satisfies a predetermined condition by evaluating the relationship between the difference between the measured value and the reference value. An evaluation step of outputting a characteristic change amount.

【0017】また、本発明にかかる好適な内部特性変化
量算出手段としては、内部特性の変化量の初期値を設定
する初期値設定手段と、前記内部特性の変化量に所定の
補正を加える第一次補正手段と、下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加して前記内部特性の変化量
を更新する第二次補正手段と、前記内部特性の変化量及
び前記パラメータの測定値と基準値との差の関係を評価
してその評価結果が所定条件を満たすまで前記第一次補
正手段及び第二次補正手段における処理を繰り返し、前
記評価結果が所定条件を満たした時の内部特性の変化量
を出力する評価手段と、を具備するものが挙げられる。
The preferred internal characteristic change amount calculating means according to the present invention includes an initial value setting means for setting an initial value of the internal characteristic change amount, and an initial value setting means for applying a predetermined correction to the internal characteristic change amount. Primary correction means, secondary correction means for adding a constraint condition represented by the following equation: (sum of changes in internal characteristics) = constant, and updating the changes in the internal characteristics, and changes in the internal characteristics The relationship between the measured value of the parameter and the difference between the measured value of the parameter and the reference value is evaluated, and the processing in the primary correction means and the secondary correction means is repeated until the evaluation result satisfies a predetermined condition. Evaluation means for outputting an amount of change in internal characteristics when the condition is satisfied.

【0018】本発明にかかる所定パラメータの基準値の
設定方法は特に制限されず、物理モデル(ファントムモ
デル)やシミュレーションモデルから求めてもよいが、
実際の測定で得られる所定パラメータの測定値の平均値
を内部特性分布を求めるための基準値として用いること
が好ましい。
The method for setting the reference value of the predetermined parameter according to the present invention is not particularly limited, and may be obtained from a physical model (phantom model) or a simulation model.
It is preferable to use an average value of measured values of predetermined parameters obtained in actual measurement as a reference value for obtaining an internal characteristic distribution.

【0019】すなわち、本発明の方法にあっては、前記
基準値設定ステップにおいて、相対的に同じ位置関係に
ある光入射位置と光検出位置との複数の組み合わせによ
って求められた複数の前記測定値を抽出し、該位置関係
における前記パラメータの平均値をその基準値として求
め、該パラメータの平均値に基づいて前記対象物の平均
の内部特性をその基準値として求めることが好ましい。
That is, in the method of the present invention, in the reference value setting step, a plurality of the measured values obtained by a plurality of combinations of the light incident position and the light detection position which are relatively in the same positional relationship. Preferably, an average value of the parameter in the positional relationship is determined as the reference value, and an average internal characteristic of the object is determined as the reference value based on the average value of the parameter.

【0020】また、本発明の装置にあっては、前記基準
値設定手段において、相対的に同じ位置関係にある光入
射位置と光検出位置との複数の組み合わせによって求め
られた複数の前記測定値を抽出し、該位置関係における
前記パラメータの平均値をその基準値として求め、該パ
ラメータの平均値に基づいて前記対象物の平均の内部特
性をその基準値として求めることが好ましい。
Further, in the apparatus according to the present invention, the reference value setting means sets a plurality of the measured values obtained by a plurality of combinations of the light incident position and the light detection position having the same relative positional relationship. Preferably, an average value of the parameter in the positional relationship is determined as the reference value, and an average internal characteristic of the object is determined as the reference value based on the average value of the parameter.

【0021】このような方法及び装置によれば、実際の
測定で得られる測定値の平均値から基準値を求め、この
基準値に基づいて内部特性の変化量が算出される。した
がって、物理モデルやシミュレーションモデルから予め
求めた基準値を用いないため、測定対象物の個体差や、
実際の測定対象物と物理モデルやシミュレーションモデ
ルとの間に生じる条件の差等に起因する誤差が発生する
余地がなく、より信頼性の高い高精度の測定が可能とな
る傾向にある。なお、上記の光入射位置と光検出位置と
の位置関係は、例えば測定対象物の中心を基準に、すな
わち光入射位置及び該中心を結ぶ線と光検出位置及び該
中心を結ぶ線との間の角度で規定され、かかる位置関係
が相対的に同じであるということは例えば上記角度が同
じであることをいう。
According to such a method and apparatus, a reference value is obtained from an average value of measured values obtained in actual measurement, and a change amount of an internal characteristic is calculated based on the reference value. Therefore, since a reference value obtained in advance from a physical model or a simulation model is not used, individual differences in an object to be measured,
There is no room for an error due to a difference in conditions between the actual measurement object and the physical model or the simulation model, and more reliable and highly accurate measurement tends to be performed. The positional relationship between the light incident position and the light detection position is, for example, based on the center of the measurement target, that is, between the line connecting the light incident position and the center and the line connecting the light detection position and the center. The fact that such positional relationships are relatively the same means, for example, that the angles are the same.

【0022】本発明の方法及び装置によって測定可能な
内部特性としては、吸収係数、等価散乱係数(reduced
scattering coefficient)、屈折率が挙げられ、これら
のうちのいずれかの特性を単独で、あるいは複数の特性
を同時又は順次に求めてもよい。
The internal characteristics that can be measured by the method and apparatus of the present invention include an absorption coefficient and an equivalent scattering coefficient (reduced scattering coefficient).
scattering coefficient) and refractive index, and any one of these characteristics may be obtained alone, or a plurality of characteristics may be obtained simultaneously or sequentially.

【0023】また、本発明にかかる測定値としては、測
定光の測定対象物内部での散乱及び吸収に関係する所定
パラメータの測定値が好ましく、例えば測定光の光量、
位相差(又は位相遅れ)、振幅、時間分解波形等のパラ
メータの測定値が好適に用いられるが、測定されるべき
内部特性が吸収係数である場合は光量が特に好ましい。
The measured value according to the present invention is preferably a measured value of a predetermined parameter relating to scattering and absorption of the measuring light inside the object to be measured.
Measured values of parameters such as phase difference (or phase delay), amplitude, and time-resolved waveform are preferably used, but when the internal characteristic to be measured is an absorption coefficient, the amount of light is particularly preferable.

【0024】このように測定対象が吸収係数でありかつ
測定パラメータが光量である場合、本発明の方法は、前
記対象物の等価散乱係数の基準値を設定(前記測定パラ
メータの平均値に基づいて平均の等価散乱係数をその基
準値として求めることが好ましい)する第2の基準値設
定ステップと、前記吸収係数の基準値及び前記等価散乱
係数の基準値に対応する広がり関数を選択する広がり関
数選択ステップとを更に含んでおり、前記内部特性変化
量算出ステップにおいて、下記式: (吸収係数の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ、下記の行列表現の
式: [ΔI]−[W][Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Wは広がり関数、
ΔIは光量の測定値と基準値との差をそれぞれ示す]で
表わされる値を最小化するような吸収係数の変化量を算
出することが好ましい。
As described above, when the measurement object is the absorption coefficient and the measurement parameter is the light amount, the method of the present invention sets the reference value of the equivalent scattering coefficient of the object (based on the average value of the measurement parameters). A second reference value setting step of preferably obtaining an average equivalent scattering coefficient as the reference value), and a spread function selection step of selecting a reference value of the absorption coefficient and a spread function corresponding to the reference value of the equivalent scattering coefficient. In the internal characteristic change amount calculating step, the following matrix expression formula: [ΔI] is added while adding a constraint condition expressed by the following expression: (total sum of changes in absorption coefficient) = constant ]-[W] [Δμ a ] [where Δμ a is the amount of change in the absorption coefficient, W is the spread function,
ΔI indicates the difference between the measured value of the light amount and the reference value, respectively]. It is preferable to calculate the amount of change in the absorption coefficient that minimizes the value represented by the following expression.

【0025】そして、このような方法にあっては、前記
第一次補正ステップにおいて、下記の行列表現の式: [Δμa’]=[Δμa]+δ[Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Δμa’は第一次補
正後の吸収係数の変化量、δ[Δμa]は所定の補正値
をそれぞれ示す]に基づいて前記吸収係数の変化量を補
正し、前記第二次補正ステップにおいて、下記の行列表
現の式: [Δμa'']=[Δμa’]−AVR[Δμa’] [式中、Δμa’は第一次補正後の吸収係数の変化量、
Δμa''は第二次補正後の吸収係数の変化量、AVR
[Δμa’]は[Δμa’]の平均値をそれぞれ示す]に
基づいて前記吸収係数の変化量を更新し、前記評価ステ
ップにおいて、下記の行列表現の式: E=([ΔI]−[W][Δμa])([ΔI]−[W]
[Δμa])T [式中、Δμaは吸収係数の変化量(Δμa=Δ
μa'')、ΔIは光量の測定値と基準値との差、Wは広
がり関数、Eは実測光量差と演算光量差との残差(squar
ederror)をそれぞれ示す]に基づいて前記残差を求め、
該残差が所定値以下となるまで前記第一次補正ステップ
及び第二次補正ステップを繰り返し、該残差が所定値以
下となった時の吸収係数の変化量を出力することが好ま
しい。
In such a method, in the first correction step, the following matrix expression is used: [Δμ a ′] = [Δμ a ] + δ [Δμ a ] where Δμ a Is the amount of change in the absorption coefficient, Δμ a ′ is the amount of change in the absorption coefficient after the primary correction, and δ [Δμ a ] is a predetermined correction value. In the secondary correction step, the following matrix expression formula: [Δμ a ″] = [Δμ a ′] −AVR [Δμ a ′] [where, Δμ a ′ is the absorption coefficient after the first correction Amount of change,
Δμ a ″ is the change amount of the absorption coefficient after the secondary correction, AVR
[[Delta] [mu a '] is [[Delta] [mu a'] based average value of the respectively shown] to update the change amount of the absorption coefficient in said evaluation step, wherein the matrix representation of the following: E = ([ΔI] - [W] [Δμ a ]) ([ΔI] − [W]
[Δμ a ]) T [where Δμ a is the amount of change in absorption coefficient (Δμ a = Δ
μ a ″), ΔI is the difference between the measured light amount and the reference value, W is the spread function, E is the residual (square) between the actually measured light amount difference and the calculated light amount difference.
ederror), respectively.]
It is preferable that the first correction step and the second correction step are repeated until the residual becomes equal to or less than a predetermined value, and a change amount of the absorption coefficient when the residual becomes equal to or less than the predetermined value is output.

【0026】また、本発明の装置は、前記対象物の等価
散乱係数の基準値を設定(前記測定パラメータの平均値
に基づいて平均の等価散乱係数をその基準値として求め
ることが好ましい)する第2の基準値設定手段と、前記
吸収係数の基準値及び前記等価散乱係数の基準値に対応
する広がり関数を選択する広がり関数選択手段とを更に
備えており、前記内部特性変化量算出手段において、下
記式: (吸収係数の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ、下記の行列表現の
式: [ΔI]−[W][Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Wは広がり関数、
ΔIは光量の測定値と基準値との差をそれぞれ示す]で
表わされる値を最小化するような吸収係数の変化量を算
出することが好ましい。
Further, the apparatus of the present invention sets a reference value of an equivalent scattering coefficient of the object (preferably, an average equivalent scattering coefficient is obtained as the reference value based on an average value of the measurement parameters). 2, a reference value setting means, and a spread function selecting means for selecting a spread function corresponding to the reference value of the absorption coefficient and the reference value of the equivalent scattering coefficient, wherein in the internal characteristic change amount calculating means, The following formula: [ΔI] − [W] [Δμ a ] [where Δμ a is absorption, while adding a constraint condition expressed by the following formula: (sum of variation in absorption coefficient) = constant Coefficient variation, W is a spread function,
ΔI indicates the difference between the measured value of the light amount and the reference value, respectively]. It is preferable to calculate the amount of change in the absorption coefficient that minimizes the value represented by the following expression.

【0027】そして、このような装置にあっては、前記
第一次補正手段において、下記の行列表現の式: [Δμa’]=[Δμa]+δ[Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Δμa’は第一次補
正後の吸収係数の変化量、δ[Δμa]は所定の補正値
をそれぞれ示す]に基づいて前記吸収係数の変化量を補
正し、前記第二次補正手段において、下記の行列表現の
式: [Δμa'']=[Δμa’]−AVR[Δμa’] [式中、Δμa’は第一次補正後の吸収係数の変化量、
Δμa''は第二次補正後の吸収係数の変化量、AVR
[Δμa’]は[Δμa’]の平均値をそれぞれ示す]に
基づいて前記吸収係数の変化量を更新し、前記評価手段
において、下記の行列表現の式: E=([ΔI]−[W][Δμa])([ΔI]−[W]
[Δμa])T [式中、Δμaは吸収係数の変化量(Δμa=Δ
μa'')、ΔIは光量の測定値と基準値との差、Wは広
がり関数、Eは実測光量差と演算光量差との残差(squar
ederror)をそれぞれ示す]に基づいて前記残差を求め、
該残差が所定値以下となるまで前記第一次補正手段及び
第二次補正手段における処理を繰り返し、該残差が所定
値以下となった時の吸収係数の変化量を出力することが
好ましい。
In such an apparatus, in the primary correction means, the following matrix expression is used: [Δμ a '] = [Δμ a ] + δ [Δμ a ] where Δμ a Is the amount of change in the absorption coefficient, Δμ a ′ is the amount of change in the absorption coefficient after the primary correction, and δ [Δμ a ] is a predetermined correction value. In the secondary correction means, the following matrix expression formula: [Δμ a ″] = [Δμ a ′] −AVR [Δμ a ′] [where, Δμ a ′ is the absorption coefficient after the first correction Amount of change,
Δμ a ″ is the change amount of the absorption coefficient after the secondary correction, AVR
[Δμ a ′] indicates the average value of [Δμ a ′], and updates the amount of change in the absorption coefficient. In the evaluation means, the following matrix expression formula: E = ([ΔI] − [W] [Δμ a ]) ([ΔI] − [W]
[Δμ a ]) T [where Δμ a is the amount of change in absorption coefficient (Δμ a = Δ
μ a ″), ΔI is the difference between the measured light amount and the reference value, W is the spread function, E is the residual (square) between the actually measured light amount difference and the calculated light amount difference.
ederror), respectively.]
It is preferable to repeat the processing in the primary correction means and the secondary correction means until the residual becomes a predetermined value or less, and to output a variation of the absorption coefficient when the residual becomes a predetermined value or less. .

【0028】このような方法及び装置によれば、画像再
構成アルゴリズムにおける吸収係数の演算を繰り返す過
程において物理量保存則にしたがった上記拘束条件が付
加されるため、前述のように散乱吸収体の各領域におけ
る吸収係数の変化量が定性的のみならず定量的にも正確
に求まることとなり、このような吸収係数の変化量に基
づいて得られる吸収係数の絶対値分布は精度が高く、高
水準の再現性が達成される。
According to such a method and apparatus, since the above-described constraint condition in accordance with the law of conservation of physical quantity is added in the process of repeating the calculation of the absorption coefficient in the image reconstruction algorithm, each of the scattering absorbers is added as described above. The amount of change in the absorption coefficient in the region will be accurately determined not only qualitatively but also quantitatively, and the absolute value distribution of the absorption coefficient obtained based on the amount of change in the absorption coefficient will have high accuracy and high level Reproducibility is achieved.

【0029】本発明の方法は、更に、前記吸収係数の絶
対値を用いて前記各領域における吸収成分の濃度を算出
して前記対象物における吸収成分濃度分布を求める濃度
算出ステップを含んでもよい。また、本発明の装置は、
更に、前記吸収係数の絶対値を用いて前記各領域におけ
る吸収成分の濃度を算出して前記対象物における吸収成
分濃度分布を求める濃度算出手段を更に備えてもよい。
[0029] The method of the present invention may further include a density calculation step of calculating the density of the absorption component in each of the regions using the absolute value of the absorption coefficient to obtain an absorption component concentration distribution in the object. Also, the device of the present invention
Further, the apparatus may further include a density calculating means for calculating the density of the absorption component in each of the regions using the absolute value of the absorption coefficient to obtain an absorption component density distribution in the object.

【0030】このような方法及び装置によれば、前述の
ように定量的に正確に求められた吸収係数の絶対値に基
づいて吸収成分の濃度が求められるため、得られる濃度
分布は精度が高く、高水準の再現性が達成される。
According to such a method and apparatus, since the concentration of the absorption component is determined based on the absolute value of the absorption coefficient quantitatively and accurately determined as described above, the obtained concentration distribution is highly accurate. , A high level of reproducibility is achieved.

【0031】上記本発明の方法を少なくとも2つの吸収
成分を含有している対象物に適用する場合には、前記光
入射ステップにおいて前記対象物中に入射される測定光
が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違する少な
くとも2つの波長を有していることが好ましい。この場
合、前記光検出ステップにおいて前記少なくとも2つの
波長を有する測定光をそれぞれ検出し、前記測定値取得
ステップにおいて前記少なくとも2つの波長を有する測
定光に関してそれぞれ前記測定値を求め、前記基準値設
定ステップにおいて前記少なくとも2つの波長を有する
測定光に関してそれぞれ前記光量の基準値及び前記吸収
係数の基準値を設定し、前記内部特性変化量算出ステッ
プにおいて前記少なくとも2つの波長を有する測定光に
関してそれぞれ前記吸収係数の変化量を算出し、前記内
部特性絶対値算出ステップにおいて前記少なくとも2つ
の波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数の
絶対値を算出し、前記濃度算出ステップにおいて前記少
なくとも2つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前
記吸収成分の濃度を算出することによって、前記対象物
における前記各吸収成分の濃度分布が高精度でかつ高水
準の再現性をもって求められる。
When the method of the present invention is applied to an object containing at least two absorbing components, the measuring light incident on the object in the light incident step includes an absorption for the absorbing component. Preferably, the coefficients have at least two wavelengths different from each other. In this case, the measuring light having the at least two wavelengths is respectively detected in the light detecting step, and the measuring value is obtained for the measuring light having the at least two wavelengths in the measuring value obtaining step, and the reference value setting step is performed. Setting the reference value of the light quantity and the reference value of the absorption coefficient for the measurement light having the at least two wavelengths, respectively, and setting the reference value of the absorption coefficient for the measurement light having the at least two wavelengths in the internal characteristic change calculation step. And calculating the absolute value of the absorption coefficient for the measurement light having the at least two wavelengths in the internal characteristic absolute value calculation step, and measuring the measurement light having the at least two wavelengths in the concentration calculation step. With respect to each said absorption component By calculating the density, the concentration distribution of each absorptive constituent in said object is determined with a and a high level of reproducibility and high accuracy.

【0032】また、上記本発明の装置を用いて少なくと
も2つの吸収成分を含有している対象物を測定する場合
には、前記光入射手段において前記対象物中に入射され
る測定光が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違
する少なくとも2つの波長を有していることが好まし
い。この場合、前記光検出手段において前記少なくとも
2つの波長を有する測定光をそれぞれ検出し、前記測定
値取得手段において前記少なくとも2つの波長を有する
測定光に関してそれぞれ前記測定値を求め、前記基準値
設定手段において前記少なくとも2つの波長を有する測
定光に関してそれぞれ前記光量の基準値及び前記吸収係
数の基準値を設定し、前記内部特性変化量算出手段にお
いて前記少なくとも2つの波長を有する測定光に関して
それぞれ前記吸収係数の変化量を算出し、前記内部特性
絶対値算出手段において前記少なくとも2つの波長を有
する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数の絶対値を算
出し、前記濃度算出手段において前記少なくとも2つの
波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収成分の濃
度を算出することによって、前記対象物における前記各
吸収成分の濃度分布が高精度でかつ高水準の再現性をも
って求められる。
In the case where an object containing at least two absorbing components is measured using the apparatus of the present invention, the measurement light incident on the object by the light incident means is measured by the light incident means. It is preferable to have at least two wavelengths having different absorption coefficients for the absorption components. In this case, the light detection unit detects the measurement light having the at least two wavelengths, and the measurement value acquisition unit obtains the measurement values for the measurement light having the at least two wavelengths, and the reference value setting unit Setting the reference value of the light quantity and the reference value of the absorption coefficient for the measurement light having the at least two wavelengths, respectively, and setting the internal characteristic change amount calculating means to the absorption coefficient for the measurement light having the at least two wavelengths. And the absolute value of the absorption coefficient is calculated for each of the measurement lights having the at least two wavelengths by the internal characteristic absolute value calculation means, and the measurement light having the at least two wavelengths is calculated by the concentration calculation means. By calculating the concentration of the absorption component for each Te, the concentration distribution of each absorptive constituent in said object is determined with a and a high level of reproducibility and high accuracy.

【0033】上述の本発明の方法は、前記の求められた
分布に基づいて、前記対象物内部における分布を示す画
像を表示するステップを更に具備してもよい。また、上
述の本発明の装置は、前記の求められた分布に基づい
て、前記対象物内部における分布を示す画像を表示する
画像表示手段を更に具備してもよい。このような本発明
の方法及び装置によれば、高精度に求められた内部特性
分布を画像化して表示することが可能である。
The above-described method of the present invention may further comprise the step of displaying an image showing the distribution inside the object based on the obtained distribution. Further, the above-described apparatus of the present invention may further include an image display unit that displays an image indicating the distribution inside the object based on the obtained distribution. According to such a method and apparatus of the present invention, it is possible to image and display the internal characteristic distribution determined with high accuracy.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面中、
同一又は相当部分には同一符号を付することとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawing,
The same or corresponding parts are denoted by the same reference symbols.

【0035】先ず、図2及び図3を参照して本実施形態
で使用した光CTの画像化原理を説明する。なお、散乱
されつつ進行する光に関しては3次元座標を用いて考え
る必要があるが、以下では説明を簡単にするために2次
元座標を用いて説明する。
First, the principle of imaging the light CT used in the present embodiment will be described with reference to FIGS. Note that it is necessary to consider light that travels while being scattered using three-dimensional coordinates, but in the following, description will be made using two-dimensional coordinates for simplicity.

【0036】先ず、散乱吸収体内部をN個のボクセルに
区切り、吸収係数が存在する条件下における散乱吸収体
に対する入射光量と出射光量(検出光量)との関係を考
える。等価散乱係数μ's及び吸収係数μaを均一とした
散乱吸収体内部の模式図を図2に示す(N=25)。こ
のとき入射光量をI0、検出光量をId0、散乱吸収体内
部の等価散乱係数μ's及び吸収係数μaを均一とした場
合の各ボクセル内での実効光路長をWj、散乱及び反射
等によって入射光が散乱吸収体の外に出る割合を示す減
衰定数をDsrとすると、下記式(1)が成り立つ。
First, the inside of the scattering medium is divided into N voxels, and the relationship between the amount of incident light and the amount of emitted light (detected light amount) with respect to the scattering medium under the condition where the absorption coefficient exists is considered. A schematic diagram of a scattering medium which is a uniform scattering coefficient mu 's and the absorption coefficient mu a shown in FIG. 2 (N = 25). I 0 of incident light intensity at this time, the quantity of detected light I d0, the effective optical path length in each voxel in the case of the equivalent scattering coefficient mu 's and the absorption coefficient mu a of the scattering medium uniformly W j, scattering and Assuming that an attenuation constant indicating a ratio of incident light out of the scattering medium due to reflection or the like is D sr , the following equation (1) holds.

【0037】[0037]

【数1】 (Equation 1)

【0038】次に、幾つかのボクセル内に等価散乱係数
は同じであるが吸収係数が相違する媒質を挿入した以外
は図2に示すものと同様の散乱吸収体内部の模式図を図
3に示す。但し、図3に示す散乱吸収体に用いた各媒質
の吸収係数μai(i=1,2,・・・,N)と図2に示す散乱吸収
体に用いた媒質の吸収係数μaとの関係は以下の式
(2)に示すような関係にある。
Next, FIG. 3 is a schematic diagram showing the inside of a scattering medium similar to that shown in FIG. 2 except that a medium having the same equivalent scattering coefficient but a different absorption coefficient is inserted in some voxels. Show. Here, the absorption coefficient μ ai (i = 1, 2,..., N) of each medium used in the scattering medium shown in FIG. 3 and the absorption coefficient μ a of the medium used in the scattering medium shown in FIG. Has a relationship as shown in the following equation (2).

【0039】[0039]

【数2】 このときの入射光量をI0、検出光量をId1とし、散乱
及び反射等によって入射光が散乱吸収体の外に出る割合
を示す減衰定数Dsrは吸収係数を均一とした場合(図
2)と変わらないと考えると、検出光量をId1は下記式
(3)のように表わされる。
(Equation 2) In this case, the incident light amount is I 0 , the detected light amount is I d1, and the attenuation coefficient D sr indicating the ratio of the incident light going out of the scattering medium due to scattering and reflection has a uniform absorption coefficient (FIG. 2). Assuming that there is no difference, the detected light amount I d1 is represented by the following equation (3).

【0040】[0040]

【数3】 したがって、式(3)より以下の式(4)が求められ
る。
(Equation 3) Therefore, the following equation (4) is obtained from the equation (3).

【0041】[0041]

【数4】 (Equation 4)

【0042】このように、基準の光量Id0を用いれば、
求めたい吸収係数μaと実際の実験系で測定可能な検出
光量Id1との関係より、実効光路長Wjが決まれば散乱
吸収体内部の吸収係数μaの分布が求められることとな
る。式(4)は1組の光入射位置−光検出位置で成り立
つ関係を示す。したがって、例えばN個の吸収係数(未
知数)を求める場合は、光入射位置−光検出位置の組み
合わせをN組み揃え、それぞれの組み合わせについて成
り立つN個の式(4)の連立方程式を解くことによって
N個の吸収係数を求めることができる。
As described above, if the reference light amount I d0 is used,
From the relationship between the measurable quantity of detected light I d1 actual experimental system and the absorption coefficient mu a to be determined, so that the distribution of the absorption coefficient mu a of the scattering medium once the effective optical path length W j is calculated. Equation (4) shows the relationship that holds for a set of light incident position-light detection position. Therefore, for example, when obtaining N absorption coefficients (unknown numbers), N combinations of the light incident position and the light detection position are arranged, and N simultaneous equations of Expression (4) that hold for each combination are solved. Can be obtained.

【0043】すなわち、光入射位置−光検出位置のN個
の組み合わせについて成り立つN個の式(4)の連立方
程式を行列表現の形式の形で表わすと、下記式(5)が
得られる。
That is, the following equation (5) is obtained by expressing, in the form of a matrix expression, the simultaneous equations of N equations (4) that hold for N combinations of the light incident position and the light detection position.

【0044】[0044]

【数5】 (Equation 5)

【0045】但し、ΔIはlnId0−lnId1、Wは各
ボクセルの実効光路長の分布を示す広がり関数を表わ
す。光入射位置M(M1〜MX)の数をX、光検出位置m
(m1〜mx)の数をx、光入射位置M及び光検出位置m
のときの光量の変化量をΔIM m、光入射位置M及び光検
出位置mのときの各ボクセルの広がり関数をWMmとする
と、[ΔIMm]は(X×x)×1、[WMm]は(X×
x)×N、[Δμan]はN×1のマトリックスとなる。
したがって、吸収係数の変化量Δμanは下記式(6)の
連立方程式を解くことにより求められることとなる。な
お、式(6)の連立方程式は、X×x=Nとなるように
X及びxの値を選択して解くことが好ましい。また、上
記連立方程式を解く際の演算方法の詳細は後述する。
Here, ΔI is lnI d0 -lnI d1 , and W is a spread function indicating the distribution of the effective optical path length of each voxel. X is the number of light incident positions M (M 1 to M X ), and light detection position m
(M 1 ~m x) the number of x, the light incidence position M and light detection position m
[Delta] I M m the amount of change in quantity of light at the and of the spread function for each voxel in the case of light incidence position M and light detection position m and W Mm, [ΔI Mm] is (X × x) × 1, [W Mm ] is (X ×
x) × N, [Δμ an ] is an N × 1 matrix.
Therefore, the change amount Δμ an of the absorption coefficient is obtained by solving the simultaneous equations of the following equation (6). It is preferable that the simultaneous equations of the equation (6) be solved by selecting the values of X and x so that X × x = N. The details of the calculation method for solving the above simultaneous equations will be described later.

【0046】[0046]

【数6】 (Equation 6)

【0047】かかる画像再構成方法で散乱吸収体内部の
吸収係数の定量を行う場合、基本的に図2に示すような
基準となる状態が必要となり、上記の形態では吸収係数
が均一の状態を基準として想定していたため式(2)と
式(4)から各ボクセルの吸収係数を求めている。しか
しながら、かかる画像化方法においては内部の吸収係数
の値とその時の各光検出位置での光量さえ予め分かって
いればよく、実際に用いるべき基準の状態は特に制限さ
れない。すなわち、例えばある条件下での内部の吸収係
数の値とその時の各光検出位置での光量を基準として内
部の吸収係数を求めると、その吸収係数の値は基準の値
との差という形で求められる。
When the absorption coefficient inside the scattering medium is quantified by such an image reconstruction method, basically, a state as a reference as shown in FIG. 2 is required. Since it was assumed as a reference, the absorption coefficient of each voxel was obtained from Expressions (2) and (4). However, in such an imaging method, it is sufficient that only the value of the internal absorption coefficient and the amount of light at each light detection position at that time are known in advance, and the reference state to be actually used is not particularly limited. That is, for example, when the internal absorption coefficient is determined based on the value of the internal absorption coefficient under certain conditions and the amount of light at each light detection position at that time, the value of the absorption coefficient is expressed as a difference from the reference value. Desired.

【0048】本実施形態においては、測定対象物の表面
にありかつその対象物内の一点(例えば対象物の中心)
に対して相対的に同じ位置関係にある光入射位置と光検
出位置との複数の組み合わせによって求められた複数の
測定値の平均値を、内部特性分布を求めるための基準値
として用いる。また、各ボクセルの実効光路長の作成方
法は、本発明者らによる特開平9−257694号公報
「光CT装置及び光CTによる画像再構成方法」等に記
載されている。本実施形態においてはこの作成方法にし
たがって、ある光入射位置−光検出位置の関係における
各ボクセルの実効光路長の分布(すなわち広がり関数)
を、吸収係数の平均値、等価散乱係数の平均値等に基づ
いて予め用意する。このように、本実施形態において
は、従来は必要であった物理モデルやシミュレーション
モデルから基準値を求めることなく、測定対象物につい
ての測定値から直接的に基準値を求めることが可能とな
り、その基準値に基づいて測定対象物の内部特性の分布
を高精度に測定することが可能となる。
In this embodiment, a point on the surface of the object to be measured and within the object (for example, the center of the object)
The average value of a plurality of measurement values obtained by a plurality of combinations of the light incident position and the light detection position having the same positional relationship with respect to is used as a reference value for obtaining the internal characteristic distribution. Further, a method of creating an effective optical path length of each voxel is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-257694 “Optical CT Apparatus and Image Reconstruction Method Using Optical CT” by the present inventors. In the present embodiment, the distribution of the effective optical path length of each voxel in a relationship between a certain light incident position and a light detection position (that is, a spread function) according to this creation method.
Are prepared in advance based on the average value of the absorption coefficient, the average value of the equivalent scattering coefficient, and the like. As described above, in the present embodiment, it is possible to directly obtain a reference value from a measured value of an object to be measured without obtaining a reference value from a physical model or a simulation model which has been conventionally required. It is possible to measure the distribution of the internal characteristics of the measurement object with high accuracy based on the reference value.

【0049】そして、本実施形態においては、上記式
(6)の連立方程式、すなわち線形逆問題を以下のアル
ゴリズムにしたがって解く。すなわち、前記の光量測定
値Id1、光量基準値Id0及び実効光路長(広がり関数)
Wに基づいて、下記の行列表現の式(7): [ΔI]−[W][Δμa] ・・・(7) [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Wは広がり関数、
ΔIは光量の測定値と基準値との差をそれぞれ示す]で
表わされる値を最小化するような前記各領域における吸
収係数の変化量Δμaを反復法を用いて算出する。
In the present embodiment, the simultaneous equations of the above equation (6), that is, the linear inverse problem, are solved according to the following algorithm. That is, the measured light amount I d1 , the light amount reference value I d0, and the effective optical path length (spread function)
Based on W, equation (7) in the following matrix expression: [ΔI] − [W] [Δμ a ] (7) [where, Δμ a is the variation of the absorption coefficient, W is the spread function,
ΔI indicates the difference between the measured value of the light amount and the reference value, respectively]], and the variation Δμ a of the absorption coefficient in each of the above-mentioned regions is minimized using an iterative method.

【0050】すなわち、先ず、吸収係数変化量Δμa
初期値を設定する。かかるΔμaの初期値は特に限定さ
れず、例えば[Δμa]=0と設定される。
[0050] That is, first, set the initial value of the absorption coefficient change amount [Delta] [mu a. Such initial value of [Delta] [mu a is set is not particularly limited, for example, [Δμ a] = 0.

【0051】次いで、共役勾配法(CGD:Conjugate Grad
ient Descent)にしたがって、すなわち下記の行列表現
の式(8): E=([ΔI]−[W][Δμa])([ΔI]−[W][Δμa])T…(8) [式中、Δμaは吸収係数の変化量(Δμa=Δ
μa'')、ΔIは光量の測定値と基準値との差、Wは広
がり関数、Eは実測光量差と演算光量差との残差(squa
red error)をそれぞれ示す]に基づいて、吸収係数の
変化量[Δμa]と、光量の測定値と基準値との差[Δ
I]と、広がり関数[W]との関係を評価する。具体的
には、上記残差Eが所定値(err)以下であるか否かを
判断し、上記残差Eが最も減少した時の吸収係数の変化
量[Δμa]を出力することが好ましい。なお、残差E
のしきい値(err)は一意的には決められず、例えば残
差カーブに基づいて判断する場合には、残差Eが一次的
に収束した後に発散する前の反復回数内で最も残差Eが
減少した点を選択するように設定される。
Next, the conjugate gradient method (CGD: Conjugate Grad
E = ([ΔI] − [W] [Δμ a ]) ([ΔI] − [W] [Δμ a ]) T (8) [In the formula, Δμ a is the amount of change in absorption coefficient (Δμ a = Δ
μ a ″), ΔI is the difference between the measured light amount and the reference value, W is the spread function, and E is the residual (squa) between the actually measured light amount difference and the calculated light amount difference.
red error), and the difference [Δμ a ] of the absorption coefficient and the difference [Δ
I] and the spread function [W] are evaluated. Specifically, it is preferable to determine whether or not the residual E is equal to or less than a predetermined value (err), and to output a variation [Δμ a ] of the absorption coefficient when the residual E is reduced most. . Note that the residual E
Is not uniquely determined. For example, when the determination is made based on the residual curve, the residual E becomes the largest among the number of iterations before the divergence after the residual E converges linearly. It is set to select the point where E has decreased.

【0052】他方、上記残差Eが所定値以下でない場合
は、下記の行列表現の式(9): [Δμa’]=[Δμa]+δ[Δμa] ・・・(9) [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Δμa’は第一次補
正後の吸収係数の変化量、δ[Δμa]は所定の補正値
をそれぞれ示す]に基づいて前記吸収係数の変化量Δμ
aを補正する(第一次補正)。なお、上記の補正値δ
[Δμa]は特に限定されず、反復法により経験的に求
められる。
On the other hand, if the residual E is not smaller than the predetermined value, the following matrix expression (9): [Δμ a '] = [Δμ a ] + δ [Δμ a ] (9) among, [Delta] [mu a change amount of absorption coefficient, [Delta] [mu a 'is the amount of change in the absorption coefficient after first correction, δ [Δμ a] is the amount of change in the absorption coefficient on the basis of the respectively predetermined correction value] Δμ
to compensate for a (first-order correction). Note that the above correction value δ
[Δμ a ] is not particularly limited, and is empirically determined by an iterative method.

【0053】続いて、本実施形態においては、前述の物
理量保存則に則した下記式(10):
Subsequently, in the present embodiment, the following equation (10) in accordance with the above-mentioned physical quantity conservation rule:

【0054】[0054]

【数7】 ・・・(10) [式中、Δμaj’は第一次補正後の吸収係数の変化量を
示す]で表わされる拘束条件にしたがって、すなわち下
記の行列表現の式(11): [Δμa'']=[Δμa’]−AVR[Δμa’]・・・(11) [式中、Δμa’は第一次補正後の吸収係数の変化量、
Δμa''は第二次補正後の吸収係数の変化量、AVR
[Δμa’]は[Δμa’]の平均値をそれぞれ示す]に
基づいて第一次補正後の吸収係数の変化量Δμa’を更
新する(第二次補正)。
(Equation 7) (10) [where Δμ aj ′ indicates the amount of change in the absorption coefficient after the primary correction], that is, according to the following matrix expression (11): [Δμ a ″] = [Δμ a ′] −AVR [Δμ a ′] (11) [where, Δμ a ′ is a variation of the absorption coefficient after the first correction,
Δμ a ″ is the change amount of the absorption coefficient after the secondary correction, AVR
[Δμ a ′] indicates the average value of [Δμ a ′], and updates the variation Δμ a ′ of the absorption coefficient after the first correction (second correction).

【0055】そして、上記の第一次補正及び第二次補正
が施された吸収係数の変化量に基づいて再び前記の式
(8)によって前記残差Eを求めて残差Eが所定値(er
r)以下であるか否かを判断し、残差Eが所定値以下と
なるまで上記の第一次補正、第二次補正及び残差Eの計
算・評価を繰り返す。
Then, based on the variation of the absorption coefficient subjected to the primary correction and the secondary correction, the residual E is obtained again by the above equation (8), and the residual E is set to a predetermined value ( er
r) It is determined whether the difference is equal to or less than the above, and the above-described primary correction, secondary correction, and calculation and evaluation of the residual E are repeated until the residual E becomes equal to or less than a predetermined value.

【0056】次いで、このようにして得られた各領域に
おける吸収係数の変化量Δμa及び前記吸収係数基準値
(平均吸収係数)μa0を用いて、下記の行列表現の式
(13): [μa]=[μa0]+[Δμa] ・・・(13) にしたがって各領域における吸収係数の絶対値μaを算
出する。
Then, using the variation Δμ a of the absorption coefficient in each region thus obtained and the reference value of the absorption coefficient (average absorption coefficient) μ a0 , the following matrix expression (13): μ a ] = [μ a0 ] + [Δμ a ] (13) The absolute value μ a of the absorption coefficient in each region is calculated.

【0057】更にまた、吸収成分の既知のモル吸収係数
を用いて上記の各領域における吸収係数の絶対値μa
ら各領域における吸収成分の濃度を算出することも可能
である。
[0057] Furthermore, it is also possible to calculate the concentration of the absorptive constituent in each region using a known molar absorption coefficient of the absorbing component from the absolute value mu a of the absorption coefficient in each region described above.

【0058】このように本実施形態においては、画像再
構成アルゴリズムにおける吸収係数の変化量の演算を繰
り返す過程において物理量保存則にしたがった上記拘束
条件が付加されるため、散乱吸収体の各領域における吸
収係数の変化量の総和は一定の値に収束され、従って演
算により求まった吸収係数の平均値と真の吸収係数の平
均値とがほぼ一致した状態で吸収係数の変化量が求ま
る。そのため、上記画像再構成アルゴリズムによれば、
散乱吸収体の吸収係数の変化量が定性的のみならず定量
的にも正確に求まることとなり、このような吸収係数の
変化量に基づいて得られる吸収係数の絶対値分布並びに
吸収成分の濃度分布は精度が高く、高水準の再現性が達
成される。
As described above, in the present embodiment, in the process of repeating the calculation of the amount of change in the absorption coefficient in the image reconstruction algorithm, the above-described constraint condition according to the law of conservation of physical quantity is added, so that each region of the scattering medium is The sum of the variation of the absorption coefficient converges to a constant value. Therefore, the variation of the absorption coefficient is obtained in a state where the average value of the absorption coefficient obtained by the calculation and the average value of the true absorption coefficient substantially match. Therefore, according to the above image reconstruction algorithm,
The amount of change in the absorption coefficient of the scattering medium can be accurately determined not only qualitatively but also quantitatively, and the absolute value distribution of the absorption coefficient and the concentration distribution of the absorption component obtained based on such an amount of change in the absorption coefficient Has high accuracy and a high level of reproducibility is achieved.

【0059】次に、本発明の内部特性分布計測装置の好
適な一実施形態について説明する。図4に本発明の装置
の一実施形態の模式図を示す。
Next, a preferred embodiment of the internal characteristic distribution measuring device of the present invention will be described. FIG. 4 shows a schematic view of an embodiment of the apparatus of the present invention.

【0060】図4に示す装置は、12個の光ファイバー
ホルダー1〜12(以下、場合により「光ファイバーホ
ルダー群」と総称する)を備えており、各光ファイバー
ホルダー1〜12は散乱吸収体SM(scattering mediu
m) の一断面の周りに等間隔に配置されており(図4に
示す装置においては、散乱吸収体SMの中心から30度
間隔で放射線状に伸びる各線上に配置されている)、時
計回りに1〜12の番号が割り振られている。
The apparatus shown in FIG. 4 includes twelve optical fiber holders 1 to 12 (hereinafter sometimes collectively referred to as “optical fiber holder group”), and each of the optical fiber holders 1 to 12 has a scattering medium SM (scattering absorber). mediu
m) are arranged at equal intervals around one section (in the apparatus shown in FIG. 4, they are arranged on each line extending radially at an interval of 30 degrees from the center of the scattering medium SM) and clockwise. Are assigned numbers 1 to 12.

【0061】光ファイバーホルダー1〜12はそれぞれ
光入射ファイバー1a〜12aと光検出ファイバー1b
〜12bとを備える。光入射ファイバー1a〜12aと
光検出ファイバー1b〜12bとは図4に示すように並
列に束ねられている構造でもかまわないが、図5(a)
に示すように光入射ファイバー1aの回りを複数の光検
出ファイバー1b(バンドルファイバー)が包むように
束ねられている構造、あるいは図5(b)に示すように
光入射ファイバー1aと光検出ファイバー1bとを光フ
ァイバーホルダー内で光カプラ1cでカップリングさせ
ている構造であってもよい。図5(a)や図5(b)に
示すような構造を採用すると、散乱吸収体SMの周囲に
あたるファイバー端面は1つになり、両ファイバーを上
下2段あるいは左右2列に並べる場合よりも光入射ファ
イバー端と光検出ファイバー端との位置ずれをなくすこ
とができ、誤差を軽減できる傾向がある。
The optical fiber holders 1 to 12 respectively include light incident fibers 1a to 12a and light detecting fibers 1b.
To 12b. The light incident fibers 1a to 12a and the light detection fibers 1b to 12b may have a structure of being bundled in parallel as shown in FIG. 4, but FIG.
As shown in FIG. 5, a structure in which a plurality of light detection fibers 1b (bundle fibers) are bundled so as to wrap around the light incident fiber 1a, or as shown in FIG. 5B, the light incident fiber 1a and the light detection fiber 1b May be coupled by an optical coupler 1c in an optical fiber holder. When the structure as shown in FIG. 5A or FIG. 5B is adopted, the fiber end surface around the scattering medium SM becomes one, which is more than the case where both fibers are arranged in two rows vertically and two rows horizontally. There is a tendency that the positional deviation between the light incident fiber end and the light detection fiber end can be eliminated, and the error can be reduced.

【0062】光入射ファイバー1a〜12aには波長選
択器20を介して光源30が光学的に接続されている。
そして、光源30から発せられた光は波長選択器20で
波長選択され、光ファイバーホルダー1〜12を通して
計測対象である散乱吸収体SMの表面に入射される。光
源30には、発光ダイオード、レーザーダイオード、H
e−Neレーザー等種々のものが使用できる。また、光
源30は、パルス光や方形波光、又はそれらの変調光を
発生するものでもよい。
A light source 30 is optically connected to the light incident fibers 1a to 12a via a wavelength selector 20.
Then, the light emitted from the light source 30 is wavelength-selected by the wavelength selector 20, and is incident on the surface of the scattering medium SM to be measured through the optical fiber holders 1 to 12. The light source 30 includes a light emitting diode, a laser diode, H
Various types such as an e-Ne laser can be used. Further, the light source 30 may generate pulsed light, square wave light, or modulated light thereof.

【0063】本実施形態において使用する光源30は単
波長の光(測定光)を発生するものであってもよいが、
2波長以上の光(測定光)を発生可能なものであること
が好ましい。計測に使用する光の波長は、計測対象に応
じて適宜選択される。一般に生体では、ヘモグロビン等
の吸収特性から700nm以上の光、特に好ましくは可
視光又は近赤外光、を使用することが好ましい。例えば
酸素化型ヘモグロビンと脱酸素化型ヘモグロビンを対象
とする場合は、図6に示すようにそれらの吸収係数が異
なるから、適宜に波長を選択して使用することによって
これらを分離して計測することが可能となる。
The light source 30 used in the present embodiment may generate light of a single wavelength (measurement light).
It is preferable that it can generate light (measurement light) having two or more wavelengths. The wavelength of light used for measurement is appropriately selected according to the measurement target. Generally, in a living body, it is preferable to use light of 700 nm or more, particularly preferably visible light or near-infrared light, due to the absorption characteristics of hemoglobin and the like. For example, in the case of oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin, since their absorption coefficients are different as shown in FIG. 6, they are separated and measured by appropriately selecting and using wavelengths. It becomes possible.

【0064】光検出ファイバー1b〜12bには検出器
40が光学的に接続されている。そして、散乱吸収体S
M中で散乱されつつ透過した光(測定光)は光ファイバ
ーホルダー1〜12の光検出ファイバー1b〜12bを
介して検出器40に導かれ、光検出器40で受光信号を
検出信号(電気信号)に変換して増幅し、それぞれに対
応する検出信号が出力される。光検出器40は光電子増
倍管のほか、光電管、フォトダイオード、アバランシェ
フォトダイオード、PINフォトダイオード等、あらゆ
る種類の光検出器を使用することができる。光検出器4
0の選択に際しては、使用される測定光の波長の光が検
出できる分光感度特性をもっていれば良い。また、光信
号が微弱であるときは高感度あるいは高利得の光検出器
を使用することが好ましい。なお、光検出ファイバー1
b〜12b及び光検出器40の受光面以外の場所は、光
を吸収あるいは遮光する構造にしておくことが望まし
い。また、散乱吸収体SMの内部を拡散伝搬した光が複
数の波長の光を含む場合には、光検出器40と散乱吸収
体SMとの間に波長選択フィルタ(図示せず)を適宜配
置してもよい。
A detector 40 is optically connected to the light detection fibers 1b to 12b. And the scattering medium S
The light (measurement light) transmitted while being scattered in M is guided to the detector 40 via the light detection fibers 1b to 12b of the optical fiber holders 1 to 12, and the light detector 40 detects the light reception signal as a detection signal (electric signal). And amplified, and the corresponding detection signals are output. As the photodetector 40, any type of photodetector such as a photomultiplier tube, a phototube, a photodiode, an avalanche photodiode, and a PIN photodiode can be used. Photodetector 4
When selecting 0, it is only necessary to have a spectral sensitivity characteristic capable of detecting light having a wavelength of the measuring light to be used. When the optical signal is weak, it is preferable to use a photodetector with high sensitivity or high gain. The light detection fiber 1
It is desirable that the portions other than b to 12b and the light receiving surface of the photodetector 40 be configured to absorb or block light. When light diffused and propagated inside the scattering medium SM includes light of a plurality of wavelengths, a wavelength selection filter (not shown) is appropriately disposed between the photodetector 40 and the scattering medium SM. You may.

【0065】光源30及び検出器40には制御部50が
接続されており、入射あるいは受光の際に使用される光
ファイバーホルダー1〜12の選択は制御部50で行な
われる。すなわち、制御部50によって光入射ファイバ
ーから順次(例えば1a→2a→3a→・・・→12
a)一定時間間隔で散乱吸収体SM中に測定光が入射さ
れるように制御され、それに同期して測定光が入射され
た光入射ファイバーに対して所定の位置関係にある光検
出ファイバーから測定光が検出されるように制御され
る。本実施形態においては、測定光が入射された光入射
ファイバーと異なる位置にある全ての光検出ファイバー
(例えば光入射ファイバーが1aの場合は光検出ファイ
バー2b〜12b)から測定光がそれぞれ検出される
が、特にかかる組み合わせに限定されるものではない。
The control unit 50 is connected to the light source 30 and the detector 40, and the selection of the optical fiber holders 1 to 12 to be used at the time of incidence or light reception is performed by the control unit 50. That is, the controller 50 sequentially starts from the light incident fiber (for example, 1a → 2a → 3a →... → 12).
a) The measurement light is controlled so as to be incident on the scattering medium SM at regular time intervals, and the measurement light is measured from the light detection fiber in a predetermined positional relationship with the light incident fiber on which the measurement light is incident in synchronization with the control. Control is performed so that light is detected. In the present embodiment, the measurement light is detected from all the light detection fibers (for example, the light detection fibers 2b to 12b when the light incidence fiber is 1a) located at a position different from the light incidence fiber into which the measurement light is incident. However, the combination is not particularly limited.

【0066】また、複数の波長を有する測定光を使用す
る場合は、入射される測定光の波長も制御部50によっ
て制御される。具体的な手法としては、異なる波長の光
を時分割で入射させて使用する手法と、後述する異なる
波長の光を同時に含む光を使用する手法とがある。具体
的な波長選択手段としては、ミラーを用いた光ビーム切
り換え器、フィルターを用いた波長切り換え器、光スイ
ッチを用いた光切り換え器等がある。
When measuring light having a plurality of wavelengths is used, the wavelength of the incident measuring light is also controlled by the control unit 50. As a specific method, there are a method of using light of different wavelengths incident on a time-division basis and a method of using light simultaneously containing light of different wavelengths, which will be described later. Specific wavelength selecting means include a light beam switching device using a mirror, a wavelength switching device using a filter, an optical switching device using an optical switch, and the like.

【0067】上記の光入射ファイバー1a〜12a、波
長選択器20、光源30及び制御部50が本発明にかか
る光入射手段を構成し、上記の光検出ファイバー1b〜
12b、検出器40及び制御部50が本発明にかかる光
検出手段を構成する。
The light incident fibers 1a to 12a, the wavelength selector 20, the light source 30, and the control unit 50 constitute a light incident means according to the present invention, and the light detecting fibers 1b to 12a are used.
The detector 12b, the detector 40, and the control unit 50 constitute a light detecting unit according to the present invention.

【0068】制御部50には演算処理部(例えばCP
U)60が電気的に接続されており、演算処理部60に
は記憶部(例えばハードディスク、フレキシブルディス
ク)70及び表示部(例えばディスプレイ、プリンタ)
80が電気的に接続されている。そして、検出器40か
ら出力された検出信号は制御部50を介して演算処理部
60へ導かれる。
The control unit 50 includes an arithmetic processing unit (for example, CP
U) 60 is electrically connected, and the arithmetic processing unit 60 includes a storage unit (for example, a hard disk or a flexible disk) 70 and a display unit (for example, a display or a printer).
80 are electrically connected. The detection signal output from the detector 40 is guided to the arithmetic processing unit 60 via the control unit 50.

【0069】上記の演算処理部60及び記憶部70が、
本発明にかかる測定値取得手段と、基準値設定手段と、
内部特性変化量算出手段と、内部特性絶対値算出手段
と、初期値設定手段と、第一次補正手段と、第二次補正
手段と、評価手段と、第2の基準値設定手段と、広がり
関数選択手段と、濃度算出手段とを構成し、上記の表示
部80が画像表示手段を構成する。これらの本発明にか
かる諸手段については、図7に示す本発明の方法の一実
施形態のフローチャートに基づいて以下に詳細に説明す
る。
The arithmetic processing unit 60 and the storage unit 70
Measurement value acquisition means according to the present invention, reference value setting means,
Internal characteristic change amount calculating means, internal characteristic absolute value calculating means, initial value setting means, primary correction means, secondary correction means, evaluation means, second reference value setting means, The function selection unit and the density calculation unit are configured, and the display unit 80 configures an image display unit. These means according to the present invention will be described in detail below based on a flowchart of an embodiment of the method of the present invention shown in FIG.

【0070】1)図7に示すフローチャートにおいて
は、先ず、以下に説明するようにして光CTによる測定
データId1(Id1{M,m}))が取得される(S10
0)。なお、Mは光入射ファイバーの番号を示し、mは
光検出ファイバーの番号を示す。
1) In the flowchart shown in FIG. 7, first, measurement data I d1 (I d1 {M, m}) by optical CT is acquired as described below (S10).
0). M indicates the number of the light incident fiber, and m indicates the number of the light detection fiber.

【0071】すなわち、光入射ファイバー1a〜12a
から順次散乱吸収体SM中に測定光を入射し、散乱吸収
体SM中で散乱されつつ透過した各測定光をその測定光
が入射された光入射ファイバーと異なる位置にある全て
の光検出ファイバー(例えば光入射ファイバーが1aの
場合は光検出ファイバー2b〜12b)から順次あるい
は同時に検出する。なお、各測定光を同時に検出する場
合は、光検出器40が光検出ファイバー数分必要であ
る。
That is, the light incident fibers 1a to 12a
, The measurement light is sequentially incident on the scattering medium SM, and each measurement light transmitted while being scattered in the scattering medium SM is converted into all the light detection fibers at different positions from the light incident fiber on which the measurement light is incident ( For example, when the light incident fiber is 1a, the light is detected sequentially or simultaneously from the light detection fibers 2b to 12b). When detecting each measurement light simultaneously, the photodetectors 40 are required for the number of photodetection fibers.

【0072】そして、各光検出ファイバーで検出された
各測定光に基づいて光検出器40から検出信号が発せら
れる。そして、これらの検出信号はそれぞれ演算処理部
60において処理され、検出された測定光のそれぞれの
検出光量に比例した測定値に変換されて、得られた測定
値は記憶部70に一次的に保存される。具体的には、演
算処理部60において、光源30から発せられた光発生
に同期した信号を利用して、検出信号に対する時間域で
の積分演算を行い、検出光量に比例した測定値を求め
る。ただし、パルス光等を利用する場合には、この同期
信号を省略することができる。この種の演算処理は、演
算処理手段に組み込んだマイクロコンピュータ等で高速
に実行することができる。また、演算処理部60におい
て、測定値を平均化フィルタリングや最小二乗フィッテ
ィング等を利用して修正してもよい。
Then, a detection signal is issued from the photodetector 40 based on each measurement light detected by each photodetection fiber. Each of these detection signals is processed in the arithmetic processing unit 60, converted into a measurement value proportional to the detected light amount of the detected measurement light, and the obtained measurement value is temporarily stored in the storage unit 70. Is done. Specifically, the arithmetic processing unit 60 performs an integral operation in a time domain with respect to the detection signal using a signal synchronized with the generation of light emitted from the light source 30, and obtains a measurement value proportional to the detected light amount. However, when pulse light or the like is used, this synchronization signal can be omitted. This type of arithmetic processing can be executed at high speed by a microcomputer or the like incorporated in the arithmetic processing means. In addition, the arithmetic processing unit 60 may correct the measured value using averaging filtering, least square fitting, or the like.

【0073】2)次に、演算処理部60において位置関
係が相対的に同じである光入射ファイバーと光検出ファ
イバーとの複数の組み合わせによって求められた複数の
測定値が抽出され、それらの測定値の平均値である基準
値Id0(Id0{M,m}))が算出される(S11
0)。すなわち、演算処理部60では、吸収係数変化量
等を求めるための基準値を得るために、光入射−光検出
の位置関係が相対的に同じである光入射−光検出位置対
毎に測定値の平均値を求める。
2) Next, the arithmetic processing unit 60 extracts a plurality of measured values obtained by a plurality of combinations of the light incident fiber and the light detection fiber having the same relative positional relationship, and extracts the measured values. The reference value I d0 (I d0 {M, m}), which is the average value of the two, is calculated (S11).
0). That is, in the arithmetic processing unit 60, in order to obtain a reference value for obtaining an absorption coefficient change amount or the like, the measured value is measured for each light incident-light detection position pair in which the light incident-light detection positional relationship is relatively the same. Find the average value of

【0074】図4に基づいて具体的に説明すると、例え
ば光入射ファイバーと散乱吸収体SMの中心と光検出フ
ァイバーとのなす角度が180度の位置関係にある場
合、相対的に同じ光入射−光検出位置の組み合わせは、
(光入射ホルダー番号,光検出ホルダー番号)で表わす
と(1,7)、(2,8)、(3,9)、(4,10)、(5,11)、(6,12)となる。な
お、光の相反定理が成り立たない状態である場合は光入
射−光検出位置の反対の組み合わせも考慮に入れる必要
性がある。
More specifically, referring to FIG. 4, for example, when the angle between the light incident fiber, the center of the scattering medium SM, and the light detecting fiber is 180 degrees, the light incident fiber is relatively the same. The combination of light detection positions is
(1,7), (2,8), (3,9), (4,10), (5,11), (6,12) Become. In the case where the reciprocity theorem of light does not hold, it is necessary to take into account the opposite combination of light incidence and light detection position.

【0075】各々の測定値をI(1,7)、I(2,8)、I(3,9)、
I(4,10) 、I(5,11) 、I(6,12) とした場合、これらの平
均値は下式となる。
Each of the measured values is represented by I (1,7), I (2,8), I (3,9),
Assuming that I (4,10), I (5,11), and I (6,12), the average of these is given by the following equation.

【0076】I(ave_180)={I(1,7)+I(2,8)+I(3,9)+
I(4,10) +I(5,11) +I(6,12) }/6 このI(ave_180)を光入射−光検出の位置関係が180度
の時の基準値とする。
I (ave_180) = {I (1,7) + I (2,8) + I (3,9) +
I (4,10) + I (5,11) + I (6,12)} / 6 This I (ave_180) is used as a reference value when the positional relationship between light incidence and light detection is 180 degrees.

【0077】同様にして、I(ave_150)、I(ave_120)、I
(ave_90) 、I(ave_60) 、I(ave_30)も求め、これらの平
均値を上記各位置関係における基準値として記憶部70
に一次的に保存する。
Similarly, I (ave_150), I (ave_120), I (ave_120)
(ave_90), I (ave_60), and I (ave_30) are also obtained, and the average of these values is used as a reference value in each of the above positional relationships.
To save temporarily.

【0078】3)次に、本実施形態においては、上記各
位置関係における基準値等に基づいて、平均吸収係数μ
a0及び平均等価散乱係数μ'S0を光拡散理論等を利用し
て求めることができる(S120)。
3) Next, in the present embodiment, the average absorption coefficient μ is determined based on the reference value and the like in each of the above positional relationships.
a0 and the average equivalent scattering coefficient μ ′ S0 can be obtained by using light diffusion theory or the like (S120).

【0079】すなわち、各角度毎の基準値から内部の吸
収係数と等価散乱係数とを求め、さらにそれらの平均値
を算出し、それらを散乱吸収体SM内部の平均吸収係数
μa0と平均等価散乱係数μ'S0として記憶部70に一次
的に保存する。また、いずれか1つの角度の基準値、例
えばI(ave_180)の値のみから散乱吸収体SM内部の平均
吸収係数μa0と平均等価散乱係数μ'S0とを求めてもか
まわない。
That is, the internal absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient are obtained from the reference value for each angle, the average value thereof is calculated, and the average absorption coefficient μ a0 and the average equivalent scattering coefficient inside the scattering medium SM are calculated. It is temporarily stored in the storage unit 70 as the coefficient μ ′ S0 . Further, the average absorption coefficient μ a0 and the average equivalent scattering coefficient μ ′ S0 inside the scattering medium SM may be obtained from only the reference value of any one angle, for example, the value of I (ave_180).

【0080】なお、上記基準値から散乱吸収体SM内部
の吸収係数と等価散乱係数とを求める方法としては、例
えば“Imaging diffusive media using time-independe
nt and time-harmonic sources;dependence of image
quality on imaging algorithms, target volume weigh
t matrix, and view angles ”(Jenghwa Chang et.al.,
SPIE vol.2389)に記載されている方法がある。
As a method of calculating the absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient inside the scattering medium SM from the reference value, for example, “Imaging diffusive media using time-independe
nt and time-harmonic sources; dependency of image
quality on imaging algorithms, target volume weigh
t matrix, and view angles ”(Jenghwa Chang et.al.,
SPIE vol.2389).

【0081】4)次に、本実施形態においては、上記平
均吸収係数μa0と平均等価散乱係数μ'S0に対応する広
がり関数(W)を選択する(S130)。すなわち、予
め用意されて記憶部70に記憶してあった広がり関数の
中から、上記で求めた平均吸収係数μa0及び平均等価散
乱係数μ'S0と合う広がり関数を選択する。この場合、
実際の測定値から求めた吸収係数及び等価散乱係数に基
づいて広がり関数を選択するため、適当に仮定したそれ
らの値を用いるよりも誤差要因は除かれる。
4) Next, in this embodiment, a spread function (W) corresponding to the average absorption coefficient μ a0 and the average equivalent scattering coefficient μ ′ S0 is selected (S130). That is, a spread function that matches the average absorption coefficient μ a0 and the average equivalent scattering coefficient μ ′ S0 determined above is selected from the spread functions prepared in advance and stored in the storage unit 70. in this case,
Since the spread function is selected based on the absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient obtained from the actual measurement values, the error factor is eliminated rather than using appropriately assumed values.

【0082】なお、このような「広がり関数」とは、各
ボクセルにおける光(測定光)の広がり方を示す関数を
意味し、各ボクセルにおける実効光路長に関するいわゆ
る重み関数や各ボクセルにおける測定光に対する寄与度
に関するいわゆる寄与関数を包含する概念である。本発
明にかかる広がり関数は上記の重み関数あるいは寄与関
数のいずれでもよい。このような広がり関数に関して
は、例えば“A Perturbation Model for Imaging in De
nse Scattering Media: Derivation and Evaluation of
Imaging Operation”(H.L.Graber et.al., SPIE vol.
IS11)、“Initial assessment of a simple system f
or frequency domein diffuse optical tomography”
(B.W.Pogue et al.,Phys.Med.Biol.40(1995)p.1709-p.
1729)、本発明者らによる特開平9−257694号公
報「光CT装置及び光CTによる画像再構成方法」に記
載されている。本実施形態においては特開平9−257
694号公報に記述された作成方法にしたがって、以下
に示すような時間項の入っていない光拡散方程式を用い
て広がり関数を予め用意する。
Note that such a “spread function” means a function indicating how the light (measurement light) spreads in each voxel, and a so-called weight function relating to the effective optical path length in each voxel and a so-called weight function with respect to the measurement light in each voxel. This is a concept that includes a so-called contribution function related to the degree of contribution. The spread function according to the present invention may be any of the above-mentioned weight function or contribution function. Regarding such a spread function, for example, “A Perturbation Model for Imaging in De
nse Scattering Media: Derivation and Evaluation of
Imaging Operation ”(HLGraber et.al., SPIE vol.
IS11), “Initial assessment of a simple system f
or frequency domein diffuse optical tomography ”
(BWPogue et al., Phys. Med. Biol. 40 (1995) p. 1709-p.
1729), and JP-A-9-257694 “Optical CT Apparatus and Image Reconstruction Method Using Optical CT” by the present inventors. In this embodiment, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-257
According to the creation method described in Japanese Patent Application Publication No. 694, a spread function is prepared in advance by using a light diffusion equation without a time term as shown below.

【0083】Δφ−μa-1φ=0 ここで、D=1/{3(1-g)μs}=1/3μ's、φ:光子密度、
D:光拡散定数、μa:吸収係数、μ'S:等価散乱係
数、g:散乱吸収体による光子の散乱角の余弦の平均値
である。また、屈折率分布を求める際に好適に用いられ
る時間項の入っている光拡散方程式を以下に示す。
Δφ−μ a D −1 φ = 0 where D = 1 / {3 (1-g) μ s } = 1/3 μ ′ s , φ: photon density,
D: light diffusion constant, μ a : absorption coefficient, μ ′ S : equivalent scattering coefficient, g: average value of cosine of scattering angle of a photon by a scattering medium. Further, a light diffusion equation including a time term suitably used for obtaining a refractive index distribution is shown below.

【0084】[0084]

【数8】 (Equation 8)

【0085】ここで、D(r)=1/{3(1-g)μs(r)}=1/3
μ's(r)、φ(r,t):位置r、時刻tにおける光子密度、
C:媒質中の光速、D:光拡散定数、μa:吸収係数、
S(r,t):光源、μ'S:等価散乱係数、t:時間、r:
位置、g:散乱吸収体による光子の散乱角の余弦の平均
値である。なお、真空中の光速をC’、被測定物の屈折
率をnとするとC=C’nと表わすことができる。
Here, D (r) = 1 / {3 (1-g) μs (r)} = 1/3
μ ′ s (r), φ (r, t): position r, photon density at time t,
C: speed of light in the medium, D: light diffusion constant, μ a : absorption coefficient,
S (r, t): light source, μ ′ S : equivalent scattering coefficient, t: time, r:
Position, g: The average value of the cosine of the scattering angle of the photon by the scattering medium. In addition, assuming that the speed of light in a vacuum is C ′ and the refractive index of the object to be measured is n, C = C′n.

【0086】また、平均吸収係数μa0及び平均等価散乱
係数μ'S0と合う広がり関数とは、具体的には、測定対
象物の平均吸収係数及び平均等価散乱係数と同じ平均吸
収係数及び平均等価散乱係数を有しかつ測定対象物と同
じ形状を有する対象物に対して光入射−光検出位置の相
対的関係を実測の場合と同様にした場合に求められるで
あろう光の広がり方を示す関数のことであり、平均吸収
係数μa0及び平均等価散乱係数μ'S0等に基づいて選択
される。
The spread function that matches the average absorption coefficient μ a0 and the average equivalent scattering coefficient μ ′ S0 is, specifically, an average absorption coefficient and an average equivalent scattering coefficient that are the same as the average absorption coefficient and the average equivalent scattering coefficient of the object to be measured. Indicates the spread of light that would be obtained if the relative relationship between light incidence and light detection position for an object having a scattering coefficient and the same shape as the measurement object was the same as in the actual measurement This is a function and is selected based on the average absorption coefficient μ a0 and the average equivalent scattering coefficient μ ′ S0 .

【0087】また、記憶部70に対象物を複数のボクセ
ルに分けた際に生じる歪みを補正するための補正項を記
憶しておいてもよく、その場合は演算処理部60で前記
測定値及び/又は前記基準値を補正することが可能であ
る。このようなボクセルに関する補正とは、例えば光入
射位置aと光検出位置b,cとの間の距離が同じにも拘
らずボクセルの切り方によってボクセル上でのトータル
の距離が異なるような場合に、その相違分を測定値及び
/又は基準値の補正項として利用することである。
Further, a correction term for correcting distortion generated when an object is divided into a plurality of voxels may be stored in the storage unit 70. In this case, the measured value and the And / or the reference value can be corrected. Such a voxel correction is performed, for example, when the distance between the light incident position a and the light detection positions b and c is the same, but the total distance on the voxel differs depending on how the voxel is cut. The difference is used as a correction term of the measured value and / or the reference value.

【0088】5)続いて、演算処理部60において前記
複数の組み合わせによって求められた複数の測定値と、
前記基準値と、前記広がり関数とを用いて、複数の領域
に分割された前記各領域における吸収係数の変化量[Δ
μa]を算出し、出力する(S140)。
5) Subsequently, a plurality of measured values obtained by the plurality of combinations in the arithmetic processing unit 60 are:
Using the reference value and the spread function, the amount of change in absorption coefficient [Δ
μ a ] is calculated and output (S 140).

【0089】すなわち、前記各角度毎の基準値と前記測
定値と前記広がり関数とを用いて吸収係数の変化量を求
める。その際に成り立つ関係式は、前記式(4)に対応
させると、例えば光入射−光検出の位置関係が180度
の場合は基準値Id0はI(ave_180)となり、測定値Id1
I(1,7)、I(2,8)、I(3,9)、I(4,10) 、I(5,11) 、I(6,1
2) となる。この時、基準値Id0の吸収係数は散乱吸収
体SM内部の平均の吸収係数である。さらに、光入射−
光検出の位置関係が180度の時の広がり関数をWθと
すると下記の式(4-1)〜式(4-6)が成り立ち、これら
の連立方程式を各位置関係毎に立てて(つまり未知数分
と同じ数の連立方程式を立てて)、以下に説明する図7
に示すアルゴリズムにしたがって解くことによって各領
域における吸収係数の変化量[Δμa ]が算出される。
すなわち、光量測定値Id1、光量基準値Id0及び実効光
路長(広がり関数)Wに基づいて前記式(7)で表わさ
れる値([ΔI]−[W][Δμa])を最小化するよ
うな前記各領域における吸収係数の変化量Δμaを反復
法を用いて算出する。
That is, the amount of change in the absorption coefficient is obtained using the reference value for each angle, the measured value, and the spread function. The relational expression that is established at this time corresponds to Expression (4). For example, when the positional relationship between light incidence and light detection is 180 degrees, the reference value I d0 becomes I (ave_180), and the measurement value I d1 becomes
I (1,7), I (2,8), I (3,9), I (4,10), I (5,11), I (6,1
2) At this time, the absorption coefficient of the reference value I d0 is the average absorption coefficient inside the scattering medium SM. In addition, light incidence-
Assuming that the spread function when the positional relationship of light detection is 180 degrees is Wθ, the following equations (4-1) to (4-6) hold, and these simultaneous equations are established for each positional relationship (that is, an unknown number). The same number of simultaneous equations is set up), and FIG.
The amount of change [Δμ a ] of the absorption coefficient in each region is calculated by solving according to the algorithm shown in FIG.
That is, the value ([ΔI] − [W] [Δμ a ]) represented by the above equation (7) is minimized based on the measured light quantity I d1 , the reference light quantity I d0, and the effective optical path length (spread function) W. The variation Δμ a of the absorption coefficient in each of the above regions is calculated by an iterative method.

【0090】[0090]

【数9】 (Equation 9)

【0091】[0091]

【数10】 (Equation 10)

【0092】[0092]

【数11】 [Equation 11]

【0093】[0093]

【数12】 (Equation 12)

【0094】[0094]

【数13】 (Equation 13)

【0095】[0095]

【数14】 具体的には、先ず、吸収係数変化量Δμaの初期値を
[Δμa]=0と設定する(S141)。
[Equation 14] Specifically, first, the initial value of the absorption coefficient change amount [Delta] [mu a and [Δμ a] = 0 (S141 ).

【0096】次いで、前記式(8)に基づいて、吸収係
数の変化量[Δμa]と、光量の測定値Id1と基準値I
d0との差[ΔI]と、広がり関数(実効光路長)[W]
との関係を示す残差Eを算出し(S142)、その値が
所定値(err)以下であるか否かを判断する(S14
3)。
Next, based on the above equation (8), the variation [Δμ a ] of the absorption coefficient, the measured value I d1 of the light quantity and the reference value I d
Difference [ΔI] from d0 and spread function (effective optical path length) [W]
Is calculated (S142), and it is determined whether or not the value is equal to or less than a predetermined value (err) (S14).
3).

【0097】その結果、上記残差Eが所定値以下である
場合はその時の吸収係数の変化量[Δμa]を出力し
(S144)、他方、上記残差Eが所定値以下でない場
合は、前記式(9)に基づいて吸収係数の変化量[Δμ
a]を補正する(第一次補正:S145)。
As a result, if the residual E is smaller than the predetermined value, the variation [Δμ a ] of the absorption coefficient at that time is output (S144). On the other hand, if the residual E is smaller than the predetermined value, The change amount of the absorption coefficient [Δμ
a ] (first correction: S145).

【0098】次いで、本実施形態においては、物理量保
存則に則した前記式(11)に基づいて第一次補正後の
吸収係数の変化量[Δμa’]を更新し(第二次補正:
S146)、このように第一次補正及び第二次補正が施
された吸収係数の変化量に基づいて再び[Δμa]=
[Δμa'']として前記の式(8)によって残差Eを求
める(S147→S142)。そして、得られた残差E
が所定値(err)以下であるか否かを判断し(S14
3)、残差Eが所定値以下となるまで上記の第一次補正
(S145)、第二次補正(S146)及び残差Eの計
算・評価(S147→S142→S143)を繰り返
す。
Next, in the present embodiment, the variation [Δμ a ′] of the absorption coefficient after the first correction is updated based on the equation (11) based on the law of conservation of physical quantity (second correction:
S146) Based on the change amount of the absorption coefficient subjected to the primary correction and the secondary correction as described above, [Δμ a ] =
The residual E is determined by the above equation (8) as [Δμ a ″] (S147 → S142). Then, the obtained residual E
Is smaller than or equal to a predetermined value (err) (S14).
3) The primary correction (S145), the secondary correction (S146), and the calculation and evaluation of the residual E (S147 → S142 → S143) are repeated until the residual E becomes equal to or smaller than a predetermined value.

【0099】このようにして求められた各領域における
吸収係数の変化量Δμa及び前記吸収係数基準値(平均
吸収係数)μa0を用いて、前記式(13)にしたがって
各領域における吸収係数の絶対値μaを算出することが
可能であり(S150)、このようにして求められた各
領域における吸収係数の絶対値μaに基づいて測定対象
物内部における吸収係数絶対値に関する分布が求めら
れ、その分布を示す画像が表示部80に表示される(S
160)。
Using the variation Δμ a of the absorption coefficient in each region thus obtained and the reference value of the absorption coefficient (average absorption coefficient) μ a0 , the absorption coefficient of each region is calculated according to the equation (13). it is possible to calculate the absolute value μ a (S150), the distribution relates to the absorption coefficient absolute value inside the measured object is determined based on the absolute value mu a of the absorption coefficient in each region obtained in this manner , An image showing the distribution is displayed on the display unit 80 (S
160).

【0100】更にまた、吸収成分の既知のモル吸収係数
を用いて上記の各領域における吸収係数の絶対値μa
ら各領域における吸収成分の濃度を算出することも可能
であり(S170)、このようにして求められた各領域
における吸収成分の濃度に基づいて測定対象物内部にお
ける吸収成分濃度に関する分布が求められ、その分布を
示す画像が表示部80に表示される(S180)。
[0100] a Further, also possible to calculate the concentration of the absorptive constituent in each region using a known molar absorption coefficient of the absorbing component from the absolute value mu a of the absorption coefficient in each region of the (S170), the Based on the concentration of the absorption component in each region thus determined, a distribution regarding the absorption component concentration inside the measurement object is obtained, and an image showing the distribution is displayed on the display unit 80 (S180).

【0101】また、散乱吸収体SMが少なくとも2つの
吸収成分、例えば酸素化型及び脱酸素化型ヘモグロビ
ン、を含有する場合は、それらの吸収成分に対する吸収
係数が互いに相違する少なくとも2つの波長を有する測
定光を使用し、各波長を有する測定光のそれぞれに関し
て前記測定値、前記基準値を求め、それらに基づいて各
波長を有する測定光のそれぞれに関して前記吸収係数変
化量、前記吸収係数絶対値を求めることによって、各吸
収成分の濃度分布が求められる。
When the scattering medium SM contains at least two absorption components, for example, oxygenated and deoxygenated hemoglobin, it has at least two wavelengths whose absorption coefficients for these absorption components are different from each other. Using the measurement light, the measured value for each of the measurement light having each wavelength, the reference value is obtained, the absorption coefficient change amount for each of the measurement light having each wavelength based on them, the absorption coefficient absolute value. By obtaining, the concentration distribution of each absorption component is obtained.

【0102】以下に、上記2波長分光法を利用したヘモ
グロビンの濃度の計測について説明する。
The measurement of the concentration of hemoglobin using the two-wavelength spectroscopy will be described below.

【0103】哺乳類の脳における吸収成分の主なもの
は、水、チトクローム(cytochrom)、酸素化型及び脱酸
素化型ヘモグロビンである。近赤外線領域での水及びチ
トクロームの吸収は、酸素化型及び脱酸素化型ヘモグロ
ビンに対して、ほぼ無視することができる程度に少な
い。また、酸素化型及び脱酸素化型ヘモグロビンは、図
6に示すように、吸収スペクトルが異なる。さらに、頭
蓋骨は、近赤外線に対して、散乱体と考えてよい。
[0103] The major components of absorption in the mammalian brain are water, cytochrome, oxygenated and deoxygenated hemoglobin. Water and cytochrome absorption in the near-infrared region is almost negligible for oxygenated and deoxygenated hemoglobin. In addition, oxygenated and deoxygenated hemoglobin have different absorption spectra as shown in FIG. Further, the skull may be considered as a scatterer for near infrared rays.

【0104】いま前節までに述べた方法で波長λ1 とλ
2 の2種の波長の光に対して吸収係数μa1とμa2が求め
られたとすれば、ランバート・ベール(Lambert-Beer)
則によって、次式が成立する。
The wavelengths λ 1 and λ are obtained by the method described in the previous section.
If the absorption coefficient mu a1 and mu a2 to two of the two wavelengths of light is determined, Lambert-Beer (Lambert-Beer)
According to the rule, the following equation is established.

【0105】μa1=εHb,1〔Hb〕+εHbO,1 〔Hb
O〕 μa2=εHb,2〔Hb〕+εHbO,2 〔HbO〕 但し、 εHb,1;脱酸素化型ヘモグロビンの波長λ1 に対するモ
ル吸収係数〔mm-1・M-1〕 εHbO,1 ;酸素化型ヘモグロビンの波長λ1 に対するモ
ル吸収係数〔mm-1・M-1〕 εHb,2;脱酸素化型ヘモグロビンの波長λ2 に対するモ
ル吸収係数〔mm-1・M-1〕 εHbO,2 ;酸素化型ヘモグロビンの波長λ2 に対するモ
ル吸収係数〔mm-1・M-1〕 〔Hb〕:脱酸素化型ヘモグロビンのモル濃度〔M〕 〔HbO〕:酸素化型ヘモグロビンのモル濃度〔M〕 である。
Μ a1 = ε Hb, 1 [Hb] + ε HbO, 1 [Hb
O] μ a2 = ε Hb, 2 [Hb] + ε HbO, 2 [HbO] where ε Hb, 1 ; molar absorption coefficient of deoxygenated hemoglobin for wavelength λ 1 [mm −1 · M −1 ] ε HbO , 1 ; molar absorption coefficient of oxygenated hemoglobin at wavelength λ 1 [mm −1 · M −1 ] ε Hb, 2 ; molar absorption coefficient of deoxygenated hemoglobin at wavelength λ 2 [mm −1 · M −1] Ε HbO, 2 ; molar absorption coefficient of oxygenated hemoglobin to wavelength λ 2 [mm −1 · M −1 ] [Hb]: molar concentration of deoxygenated hemoglobin [M] [HbO]: oxygenated hemoglobin Is the molar concentration [M].

【0106】したがって、既知のパラメータεHb,1、ε
HbO,1 、εHb,2、εHbO,2 及び計測値から演算されたμ
a1とμa2から、脱酸素化型ヘモグロビンのモル濃度〔H
b〕、及び酸素化型ヘモグロビンのモル濃度〔HbO〕
を求めることができる。
Therefore, the known parameters ε Hb, 1 , ε
Μ calculated from HbO, 1 , εHb, 2 , εHbO, 2 and the measured value
From a1 and μa2 , the molar concentration of deoxygenated hemoglobin [H
b], and the molar concentration of oxygenated hemoglobin [HbO]
Can be requested.

【0107】また、上記に対してチトクロームを考慮す
る場合のように、吸収スペクトルが既知である3成分の
それぞれの濃度の定量は、3波長以上の光を使用すれば
よい。一般的には、吸収スペクトルが既知であるn個の
成分の濃度の定量計測は、n個又は(n+1)個の波長
に対する吸収係数の計測値から、上記と同様にして求め
ることができる。
In addition, as in the case where cytochrome is considered, the concentration of each of the three components whose absorption spectra are known may be determined by using light having three or more wavelengths. Generally, the quantitative measurement of the concentration of n components whose absorption spectra are known can be obtained in the same manner as described above from the measured values of the absorption coefficients for n or (n + 1) wavelengths.

【0108】さらに、飽和度Yは、 Y=〔HbO〕/(〔Hb〕+〔HbO〕) であるから、 μa1/μa2=〔εHb,1+Y(εHbO,1 −εHb,1)〕÷
〔εHb,2+Y(εHbO,2 −εHb,2)〕 を用いて、既知のパラメータεHb,1、εHbO,1
εHb,2、εHbO,2 と計測値から演算されたμa1及びμa2
とから、飽和度Yが容易に算出される。
Further, since the saturation Y is Y = [HbO] / ([Hb] + [HbO]), μ a1 / μ a2 = [ε Hb, 1 + Y (ε HbO, 1 −ε Hb, 1 )) ÷
Using [ε Hb, 2 + Y (ε HbO, 2 −ε Hb, 2 )], the known parameters ε Hb, 1 , ε HbO, 1 ,
μ a1 and μ a2 calculated from ε Hb, 2 , ε HbO, 2 and measured values
From this, the saturation Y is easily calculated.

【0109】以上の方法では、本発明によって各波長の
光に対する吸収係数μa1とμa2が高精度に求められるた
め、各濃度も高精度に求められる。なお、酸素化型及び
脱酸素化型ヘモグロビンに対して吸収が同一値になる波
長(800nm、isosbesticwavelength)を使用すれば
上記の式はさらに簡単になる。
In the above method, since the absorption coefficients μ a1 and μ a2 for each wavelength of light are determined with high accuracy according to the present invention, each concentration is also determined with high accuracy. The above equation can be further simplified by using a wavelength (800 nm, isosbesticwavelength) at which the absorption is the same for oxygenated and deoxygenated hemoglobin.

【0110】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は勿論上記実施形態に限定されるもの
ではない。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is of course not limited to the above embodiment.

【0111】すなわち、前記拘束条件を付加しつつ前記
式(7)で表わされる値([ΔI]−[W][Δ
μa])を最小化するような吸収係数の変化量を算出す
る具体的な方法は図7に示す方法に限定されず、以下の
I)〜III)のような方法の中から適宜選択してもよい。
すなわち、前記式(7)のような目的関数の値の最小化
は一般に以下のi)〜iv)のような手順: i)初期値x0を選択する; ii)目的関数の値が減少するような探索方向Δaを決定
する; iii)探索方向上のステップ幅tを決め、中継点aをa=
0+tΔaに基づいて求める; iv)a=a0としてii)に戻る; で実行される。そして、上記目的関数の値の最小化の過
程において解に拘束条件を付加する方法としては、以下
のI)〜III)のような方法: I)上記の探索方向Δaを決定する際に拘束条件を考慮
して決定する; II)拘束条件を含む形で目的関数を立てる。
That is, the value ([ΔI]-[W] [Δ
The specific method of calculating the amount of change in the absorption coefficient that minimizes μ a ]) is not limited to the method shown in FIG. 7, but may be appropriately selected from the following methods I) to III). You may.
That is, procedures such as the equation minimization generally following i) to iv value of the objective function, such as (7)): i) selecting an initial value x 0; ii) the value of the objective function is reduced Iii) Determine the step width t in the search direction, and set the relay point a to a =
It determined based on a 0 + tΔa; iv) a = a 0 as ii) to return; running on. As a method of adding a constraint condition to the solution in the process of minimizing the value of the objective function, there are methods such as the following I) to III): I) When determining the search direction Δa, II) Establish an objective function including constraints.

【0112】また、上記実施形態においては吸収係数分
布の基準値として実測により求めた吸収係数の平均値を
採用していたが、平均値以外の値を計算上の基準値とし
て採用してもよい。その場合、再構成後の吸収係数の変
化量分布の総和は基準値と真の吸収係数の平均値との差
となるため、その場合の拘束条件は下記式: ΣΔμaj={(基準値)−(真の吸収係数の平均値)}
=X(定数) [式中、Δμajは各領域における吸収係数の変化量を示
す]で表わされる拘束条件となる。そして、基準値と最
初に求めた吸収係数の平均値との差の値を用いた関係式
を採用する以外は図7に示すアルゴリズムと同様にして
反復計算を繰り返すことによって吸収係数の絶対値分布
を精度良く求めることが可能である。
In the above embodiment, the average value of the absorption coefficient obtained by actual measurement is used as the reference value of the absorption coefficient distribution, but a value other than the average value may be used as the reference value for calculation. . In this case, since the sum of the distributions of the variation of the absorption coefficient after the reconstruction is the difference between the reference value and the average value of the true absorption coefficient, the constraint condition in this case is as follows: ΣΔμ aj = {(reference value) − (Average value of true absorption coefficient)}
= X (constant) [where, Δμ aj indicates the amount of change in the absorption coefficient in each region]. Then, the iterative calculation is repeated in the same manner as the algorithm shown in FIG. 7 except that a relational expression using a difference value between the reference value and the average value of the absorption coefficient obtained first is repeated to thereby obtain the absolute value distribution of the absorption coefficient Can be obtained with high accuracy.

【0113】また、上記実施形態においては光CT装置
自身で得られたデータに基づいて光量の基準値を求めて
いたが、測定対象である散乱吸収体に対して内部の吸収
係数のみが相違するファントムモデルあるいはシミュレ
ーションモデルからこのような基準値を求めてもよい。
In the above embodiment, the reference value of the light amount is obtained based on the data obtained by the optical CT apparatus itself. However, only the internal absorption coefficient differs from the scattering medium to be measured. Such a reference value may be obtained from a phantom model or a simulation model.

【0114】更に、上記実施形態においては散乱吸収体
内部の平均吸収係数及び平均等価散乱係数も光CT装置
自身で得られたデータから求めているが、散乱吸収体内
部の平均吸収係数及び平均等価散乱係数を別の装置で求
め、それらに基づいて広がり関数を選択してもかまわな
い。この場合の利点は、例えば光CT装置で得られるデ
ータはCW(連続光)で測定し、平均吸収係数及び平均
等価散乱係数を求める装置でのみパルス光や変調光を用
いればよくなるため、光CT装置のシステムの構成が簡
単になる。なお、別の装置で平均吸収係数及び平均等価
散乱係数を求める手法は位相変調法や時間分解分光法で
あってもよい。
Further, in the above embodiment, the average absorption coefficient and the average equivalent scattering coefficient inside the scattering medium are also obtained from the data obtained by the optical CT apparatus itself. The scattering coefficient may be obtained by another device, and the spread function may be selected based on the obtained values. The advantage in this case is that, for example, data obtained by an optical CT device is measured by CW (continuous light), and pulse light or modulated light can be used only in a device that obtains an average absorption coefficient and an average equivalent scattering coefficient. The configuration of the device system is simplified. Note that the method of obtaining the average absorption coefficient and the average equivalent scattering coefficient by another device may be a phase modulation method or a time-resolved spectroscopy.

【0115】このように測定対象物の内部の光学パラメ
ータの分布を均一とみなして平均等価散乱係数μ's0
平均吸収係数μa0を測定する方法は、時間分解分光法に
ついては例えば“Devlopment of Time Resolved Spectr
oscopy System for Quantitative None-invasive Tissu
e Measurement ”M.Miwa et.al., SPIE vol. 2389 、位
相変調法については例えば特開平6−221913号公
報に記載されている。また、光CT装置に上記の手法を
取り入れれば前記測定値の取得と同時に計算が可能であ
る。
As described above, the method of measuring the average equivalent scattering coefficient μ ′ s0 and the average absorption coefficient μ a0 while considering the distribution of the optical parameters inside the measurement object as uniform is described in, for example, “Devlopment of Time Resolved Spectr
oscopy System for Quantitative None-invasive Tissu
e Measurement "M. Miwa et. al., SPIE vol. 2389, and the phase modulation method are described in, for example, JP-A-6-221913. Calculation is possible at the same time as obtaining the value.

【0116】また、上記実施形態においては共役勾配法
を用いて前記式(6)の連立方程式を解いているが、同
時代数的再構成法(SART:Simultaneous Algebraic Reco
nstruction Technique)を用いて解いてもよい。
In the above embodiment, the simultaneous equation of the above equation (6) is solved by using the conjugate gradient method. However, the simultaneous numerical reconstruction method (SART: Simultaneous Algebraic Reco
nstruction Technique).

【0117】また、上記実施形態においてはCW計測を
用いる実施形態について説明したが、本発明において時
間分解計測を適用することも可能である。すなわち、前
記の式(3)においては検出光を時間0〜t(s)間に
検出器で受光した検出光量の積分値として表わしている
が、かかる関係式は光源にパルス光を用いた場合に検出
器で得られる時間分解波形についても成り立つ。式
(3)をある時間間隔t1〜t2について書き直すと以下
の式(14)が得られる。
In the above embodiment, the embodiment using CW measurement has been described. However, time-resolved measurement can be applied to the present invention. That is, in the above equation (3), the detected light is expressed as an integral value of the detected light amount received by the detector during time 0 to t (s). The above also holds for the time-resolved waveform obtained by the detector. By rewriting the equation (3) for a certain time interval t 1 to t 2 , the following equation (14) is obtained.

【0118】[0118]

【数15】 (Equation 15)

【0119】但し、[Id0t1-t2、[Id1t1-t2は各
検出光の時間t1〜t2間の時間分解波形の光量、
[Wjt1-t2は時間t1〜t2間の広がり関数を示す(j
は各ボクセルの番号を示す)。また、0≦t1<t2であ
る。したがって、式(14)より以下の式(15)が求
められる。
[0119] However, [I d0] t1-t2 , [I d1] t1-t2 is the light amount of the time-resolved waveform between times t 1 ~t 2 of each detection light,
[W j ] t1-t2 indicates a spread function between times t 1 and t 2 (j
Indicates the number of each voxel). Also, 0 ≦ t 1 <t 2 . Therefore, the following equation (15) is obtained from the equation (14).

【0120】[0120]

【数16】 (Equation 16)

【0121】このように、時間分解計測を用いる方法に
おいては、測定時間を様々に区切って方程式の数を増や
すことによって、ボクセル数と同じN個の方程式を解く
ことによって各ボクセルの吸収係数が求められる。
As described above, in the method using the time-resolved measurement, the absorption coefficient of each voxel is determined by solving the same number of equations as the number of voxels by increasing the number of equations by dividing the measurement time in various ways. Can be

【0122】また、上記実施形態においては測定される
べき内部特性が吸収係数の場合について説明したが、本
発明は等価散乱係数、屈折率といった他の内部特性に適
用することも可能である。すなわち、対象物の内部を透
過して受光された光は、対象物の内部がもつ吸収係数、
等価散乱係数のみならず、かかる対象物がもつ全ての内
部特性の影響を受けており、さらにそれらはそれぞれ線
形的かつ独立的に受光された光に作用を及ぼしている。
なお、互いに影響を及ぼし合う内部特性を求める場合
は、それらを1つの内部特性とみなすことにより独立性
が保たれる。
In the above embodiment, the case where the internal characteristic to be measured is the absorption coefficient has been described. However, the present invention can be applied to other internal characteristics such as the equivalent scattering coefficient and the refractive index. That is, light transmitted through the inside of the object and received is the absorption coefficient of the inside of the object,
Not only are the equivalent scattering coefficients, but also all the internal properties of such objects, each of which affects the linearly and independently received light.
When obtaining internal characteristics that affect each other, independence is maintained by regarding them as one internal characteristic.

【0123】これらの関係により、対象物がもつ全ての
内部特性の値は、各ボクセル内における内部特性の受光
される光に対する寄与度を示す関数(広がり関数)と、
受光された光とを用いた式で表わされ、これらを用いれ
ば例えば“Forward and Inverse Calculations for 3-D
Frequency-Domain Diffuse Optical Tomography”(Br
ian W.Pogue et al., SPIE vol.2389, p.328-p.338)に
記載されているように等価散乱係数、吸収係数の分布を
求めることができる。このような場合においても、検出
光の振幅や位相といったパラメータの基準値の導出法と
して本発明の方法は適用できる。したがって、吸収係
数、等価散乱係数、屈折率といった内部特性に対して
も、受光される光に対する寄与を示す関数(広がり関
数)と受光された光とを用いた関係式に本発明にかかる
基準値導出法を適用することによってこれらの内部特性
の定量化が可能である。このような関係式としては、以
下の諸式が挙げられる。すなわち、吸収係数及び等価散
乱係数を求める場合に適用可能な式として、前記式
(4)及び式(15)の変形式としてそれぞれ下記の式
(4’)及び式(15’)が挙げられる。
From these relations, the values of all the internal characteristics of the object are represented by a function (spread function) indicating the degree of contribution of the internal characteristics to the received light in each voxel;
It is expressed by an equation using the received light, and if these are used, for example, “Forward and Inverse Calculations for 3-D
Frequency-Domain Diffuse Optical Tomography ”(Br
ian W. Pogue et al., SPIE vol. 2389, p. 328-p. 338), the distribution of the equivalent scattering coefficient and absorption coefficient can be obtained. Even in such a case, the method of the present invention can be applied as a method for deriving the reference values of the parameters such as the amplitude and phase of the detection light. Therefore, for the internal characteristics such as the absorption coefficient, the equivalent scattering coefficient, and the refractive index, the reference value according to the present invention is expressed by a relational expression using a function (spread function) indicating the contribution to the received light and the received light. By applying the derivation method, these internal characteristics can be quantified. Such relational expressions include the following expressions. That is, the following equations (4 ′) and (15 ′) are examples of the equations that can be applied to obtain the absorption coefficient and the equivalent scattering coefficient, as modified equations of the above equations (4) and (15).

【0124】[0124]

【数17】 [Equation 17]

【0125】[0125]

【数18】 また、吸収係数、等価散乱係数及び屈折率を求める場合
に適用可能な式として、前記式(4)及び式(15)の
変形式としてそれぞれ下記の式(4'')及び式(1
5'')が挙げられる。
(Equation 18) In addition, as equations applicable when obtaining the absorption coefficient, the equivalent scattering coefficient and the refractive index, the following equations (4 ″) and (1) are modified as the equations (4) and (15).
5 ″).

【0126】[0126]

【数19】 [Equation 19]

【0127】[0127]

【数20】 また、1つの内部特性を求める場合であっても、検出光
に影響を及ぼす全ての内部特性に対応する広がり関数を
用いる方が測定精度が向上する傾向にある。したがっ
て、測定対象が生体のように内部特性として吸収係数、
等価散乱係数、屈折率等をもつ場合は、吸収係数の分布
についてのみ画像化する場合であっても少なくとも吸収
係数の平均値及び等価散乱係数の平均値(時間分解計測
を行う場合は吸収係数の平均値、等価散乱係数の平均値
及び屈折率の平均値)に対応する広がり関数を用いるこ
とが好ましい場合がある。
(Equation 20) Further, even when one internal characteristic is obtained, the measurement accuracy tends to be improved by using a spread function corresponding to all the internal characteristics affecting the detection light. Therefore, the measurement target is an absorption coefficient as an internal characteristic like a living body,
In the case of having the equivalent scattering coefficient, the refractive index, etc., even if only the distribution of the absorption coefficient is imaged, at least the average value of the absorption coefficient and the average value of the equivalent scattering coefficient. It may be preferable to use a spread function corresponding to the average value, the average value of the equivalent scattering coefficient, and the average value of the refractive index).

【0128】更に、上記実施形態においては複数の光入
射及び光検出位置を散乱吸収体の一断面の周囲に配置し
ているが、図8、図9に示すように光入射及び/又は光
検出位置(これらをPで示す)を立体的に配置してもよ
い。すなわち、測定対象物として頭部や乳房を想定した
場合は光入射及び/又は光検出位置(P)を図8に示す
ように配置してもよく、測定対象物として腕部、脚部、
胸部、乳房(圧迫時)を想定した場合は光入射及び/又
は光検出位置(P)を図9に示すように配置してもよ
い。
Further, in the above embodiment, a plurality of light incident and light detection positions are arranged around one cross section of the scattering medium. However, as shown in FIGS. The positions (these are indicated by P) may be arranged three-dimensionally. That is, when assuming the head or the breast as the measurement target, the light incident and / or light detection position (P) may be arranged as shown in FIG. 8, and the measurement target includes an arm, a leg,
When a chest and a breast (when compressed) are assumed, the light incident and / or light detection position (P) may be arranged as shown in FIG.

【0129】また、上記実施形態においては時間積分法
による光量測定値を測定値として用いているが、本発明
に使用可能な測定値はこれに限定されるものではなく、
例えば測定光の位相差(又は位相遅れ)、振幅であって
もよい。また、演算処理部60において測定値を取得す
る具体的な手法も所望の測定値に応じて適宜選択され、
例えば位相変調法による位相差及び/又は振幅測定、時
間分解分光法による時間分解波形測定等の手段を採用し
てもよい。
In the above embodiment, the measured light amount by the time integration method is used as the measured value. However, the measured value that can be used in the present invention is not limited to this.
For example, the phase difference (or phase delay) and the amplitude of the measurement light may be used. Further, a specific method of acquiring the measured value in the arithmetic processing unit 60 is appropriately selected according to a desired measured value,
For example, means such as phase difference and / or amplitude measurement by a phase modulation method and time-resolved waveform measurement by a time-resolved spectroscopy may be employed.

【0130】また、光入射ファイバー及び光検出ファイ
バーと散乱吸収体SM表面との間の空間は、図4に示す
実施形態では微小になっている。しかし実際には、これ
を大きくして、この空間に計測対象である散乱吸収体S
Mとほぼ等しい屈折率及び等価散乱係数をもつ液状体や
ゼリー状物体(以下、インターフェース材と呼ぶ)を満
たしておいても良い。つまり、光はこのインターフェー
ス材中を拡散伝搬して計測対象に入射するから何ら問題
は生じない。また、散乱吸収体SMの表面反射が問題に
なるときには、インターフェース材を適宜に選択するこ
とによって、表面反射等の影響を低減することができ
る。また、光入射ファイバー及び/又は光検出ファイバ
ーと生体のような散乱吸収体SM表面との間の空間がか
かるインターフェース材によって満たされている場合
は、位置関係が相対的に同じである光入射位置と光検出
位置との複数の組み合わせを簡便にかつ確実に達成する
ことが可能となる。
Further, the space between the light incident fiber and the light detecting fiber and the surface of the scattering medium SM is very small in the embodiment shown in FIG. However, in practice, this is increased and the scattering medium S to be measured is placed in this space.
A liquid or jelly-like object having a refractive index and an equivalent scattering coefficient substantially equal to M (hereinafter, referred to as an interface material) may be filled. That is, the light diffuses and propagates through the interface material and enters the measurement target, so that no problem occurs. When the surface reflection of the scattering medium SM becomes a problem, the influence of the surface reflection can be reduced by appropriately selecting the interface material. When the space between the light incident fiber and / or the light detecting fiber and the surface of the scattering medium SM such as a living body is filled with such an interface material, the light incident position where the positional relationship is relatively the same. And a plurality of combinations of the light detection position can be easily and reliably achieved.

【0131】更に、上記実施形態においては複数の光入
射ファイバー及び光検出ファイバーを散乱吸収体の周囲
に配置しておき、光入射及び光検出に使用するファイバ
ーをそれぞれ順次変えていくことによって光入射位置及
び光検出位置を移動させていたが、散乱吸収体に対する
光入射位置と光検出位置とを同期して走査させてもよ
い。このようにすれば、散乱吸収体の各部の内部情報を
求めて、フレームメモリーに蓄積し、これをテレビ方式
で読み出すことによって内部情報の分布を示す画像が得
られる。また、異なる時刻に計測すれば、内部情報の時
間的変化を計測することができる。前記記憶部70はこ
のようにして得た内部情報を記憶する機能をもち、表示
部80はこれらの途中経過や結果を表示するものであ
る。この際、これらの演算処理は、メモリ70、ディス
プレイ80等を備えるコンピュータ装置60によって高
速に実行することができる。
Furthermore, in the above embodiment, a plurality of light incident fibers and light detection fibers are arranged around the scattering medium, and the fibers used for light incidence and light detection are sequentially changed, thereby changing the light incidence fibers. Although the position and the light detection position have been moved, the light incident position and the light detection position with respect to the scattering medium may be scanned in synchronization. In this way, the internal information of each part of the scattering medium is obtained, stored in the frame memory, and read out by the television system, whereby an image showing the distribution of the internal information can be obtained. Further, if the measurement is performed at different times, the temporal change of the internal information can be measured. The storage unit 70 has a function of storing the internal information obtained in this way, and the display unit 80 displays the progress and results of these processes. At this time, these arithmetic processes can be executed at high speed by the computer device 60 including the memory 70, the display 80, and the like.

【0132】さらに別な方法として、特開平6−221
913号公報、特開平6−129984号公報に記載さ
れているように、測定対象物の周囲に真円状のホルダー
を取り付けて測定すれば、人の頭部を測定する際も個体
差はそこで吸収され、実測の系をモデル系に近い状態で
測定でき、精度が向上する傾向にある。
As still another method, Japanese Patent Laid-Open No. 6-221
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 913 and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 6-129984, if a measurement is performed by attaching a perfect circular holder around the measurement object, individual differences are not affected even when measuring a human head. It is absorbed and the measured system can be measured in a state close to the model system, and the accuracy tends to be improved.

【0133】光入射位置と光検出位置との組み合わせの
位置関係が相対的に同じになるように、少なくとも2つ
の光入射位置と少なくとも2つの光検出位置とを事前に
設定しておいてもよい。この場合、位置関係が相対的に
同じである光入射位置と光検出位置との組み合わせにお
いて測定値を容易に得ることが可能となり、そして前記
測定値の平均値の計算が容易となる。
At least two light incident positions and at least two light detection positions may be set in advance so that the positional relationship between the combination of the light incident position and the light detection position is relatively the same. . In this case, it is possible to easily obtain a measured value in a combination of the light incident position and the light detection position where the positional relationship is relatively the same, and it is easy to calculate the average value of the measured values.

【0134】[0134]

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を
より具体的に説明する。
The present invention will be described more specifically below with reference to examples and comparative examples.

【0135】実施例1 本実施例では、対象物がもつ全ての内部特性(吸収係
数、等価散乱係数、屈折率等)の中で、吸収係数のみを
変化させた場合における吸収係数の絶対値分布測定の例
を示す。
Embodiment 1 In this embodiment, among all the internal characteristics (absorption coefficient, equivalent scattering coefficient, refractive index, etc.) of the object, the absolute value distribution of the absorption coefficient when only the absorption coefficient is changed An example of measurement is shown.

【0136】本発明の有効性を実証するために、光入射
ファイバーの配置間隔を20度とし、光検出ファイバー
の配置間隔を10度とした以外は図4に示す装置と同様
の装置を用いて以下の手順で実験を行なった。なお、本
実施例で使用したファントムは高さ方向に同一形状であ
るため(z軸方向に対称性を持つため)、3次元(立
体)の問題を2次元(断面)の問題に次元を落として考
えることができる。
In order to demonstrate the effectiveness of the present invention, an apparatus similar to the apparatus shown in FIG. 4 was used except that the interval between the light incident fibers was set to 20 degrees and the interval between the light detection fibers was set to 10 degrees. The experiment was performed according to the following procedure. Since the phantom used in this embodiment has the same shape in the height direction (since it has symmetry in the z-axis direction), the three-dimensional (three-dimensional) problem is reduced to a two-dimensional (cross-sectional) problem. You can think.

【0137】すなわち、波長800nm、出力50mW
のCW光のレーザーを光入射ファイバーから図10
(a)、(b)に示すファントムに入射し、ファントム
を透過あるいは散乱反射した光を光検出ファイバーで検
出し、検出器に導いた。なお、使用したファントムの仕
様は以下の通りである。
That is, wavelength 800 nm, output 50 mW
Fig. 10
Light incident on the phantom shown in (a) and (b) and transmitted or scattered and reflected by the phantom was detected by a light detection fiber, and guided to a detector. The specifications of the phantom used are as follows.

【0138】(材質)母材=エポキシ樹脂 散乱物質=シリカ粒子 吸収物質=色素 (形状)円柱状固体ファントム 直径= 80mm 高さ=100mm (母材)吸収係数=0.01/mm 等価散乱係数=1.00/mm (吸収体ロッドA)直径=12.5mm 吸収係数=0.02/mm 等価散乱係数=1.00/mm。(Material) Base material = Epoxy resin Scattering substance = Silica particles Absorbing substance = Dye (Shape) Cylindrical solid phantom Diameter = 80 mm Height = 100 mm (Base material) Absorption coefficient = 0.01 / mm Equivalent scattering coefficient = 1.00 / mm (absorber rod A) diameter = 12.5 mm Absorption coefficient = 0.02 / mm Equivalent scattering coefficient = 1.00 / mm.

【0139】(吸収体ロッドB)直径=10mm 吸収係数=0.02/mm 等価散乱係数=1.00/mm。(Absorber rod B) Diameter = 10 mm Absorption coefficient = 0.02 / mm Equivalent scattering coefficient = 1.00 / mm.

【0140】(吸収体ロッドC)直径=12.5mm 吸収係数=0.015/mm 等価散乱係数=1.00/mm。(Absorber rod C) Diameter = 12.5 mm Absorption coefficient = 0.015 / mm Equivalent scattering coefficient = 1.00 / mm.

【0141】検出された光信号は光電子増倍管にて検出
信号に変換し、その検出信号をカウンターで読み取って
10秒間加算した。加算された値はGPIB(計測イン
ターフェース・バス)でコンピュータに送った。
The detected optical signal was converted into a detection signal by a photomultiplier tube, and the detection signal was read by a counter and added for 10 seconds. The added value was sent to a computer by GPIB (measurement interface bus).

【0142】ここまでの測定を1回とし、光入射ファイ
バーを図11に示すA〜Rまで20度づつ、光検出ファ
イバーを10度づつ左回りに移動させてデータをとっ
た。なお、1つの光入射位置に対する光検出位置は、そ
れぞれの光入射位置を基準にして0度から90度までの
10箇所とした。
The measurement up to this point was taken as one time, and the data was taken by moving the light incident fiber counterclockwise by 20 degrees from A to R shown in FIG. 11 and moving the light detection fiber by 10 degrees every 10 degrees. The number of light detection positions with respect to one light incident position was 10 from 0 degree to 90 degrees with respect to each light incident position.

【0143】そして、得られたデータに基づいて、前述
の図7に示すアルゴリズムにしたがって図11に示すエ
リアI〜エリアIIIそれぞれの吸収係数の絶対値を算出
した。得られた結果を、各エリアの吸収係数絶対値の理
論値と共に表1に示す。なお、上記アルゴリズムにした
がって表1に示す結果を得た際における諸条件は以下の
通りである。
Then, based on the obtained data, the absolute values of the absorption coefficients of the areas I to III shown in FIG. 11 were calculated in accordance with the algorithm shown in FIG. The obtained results are shown in Table 1 together with the theoretical values of the absolute value of the absorption coefficient of each area. The conditions when the results shown in Table 1 were obtained according to the above algorithm are as follows.

【0144】(err)=0.04 δ(Δμaj)=0.0125 反復回数=21。(Err) = 0.04 δ (Δμ aj ) = 0.125 The number of repetitions = 21.

【0145】また、上記アルゴリズムにしたがって反復
計算を繰り返した際における反復回数とΣΔμajとの関
係並びに反復回数と残差Eとの関係をそれぞれ図12及
び図13に示す。
FIGS. 12 and 13 show the relationship between the number of iterations and ΣΔμ aj and the relationship between the number of iterations and the residual E when the iterative calculation is repeated according to the above algorithm, respectively.

【0146】[0146]

【表1】 [Table 1]

【0147】図12及び図13に示した結果から明らか
なように、本発明にかかる画像再構成アルゴリズムによ
れば、散乱吸収体の各領域における吸収係数の変化量の
総和は迅速に収束され、反復計算の過程においてその収
束値が変化せず一定の値に維持されていた。そして、表
1に示した結果から明らかなように、本発明にかかる画
像再構成アルゴリズムによれば、エリアI〜エリアIII
のいずれにおいても得られた吸収係数の絶対値は理論値
とほぼ一致していた。
As is clear from the results shown in FIGS. 12 and 13, according to the image reconstruction algorithm according to the present invention, the sum of the variation of the absorption coefficient in each region of the scattering medium is quickly converged, During the iterative calculation, the convergence value did not change and was maintained at a constant value. As is clear from the results shown in Table 1, according to the image reconstruction algorithm according to the present invention, the area I to the area III
In each case, the absolute value of the absorption coefficient obtained almost coincided with the theoretical value.

【0148】比較例1 図7に示すアルゴリズムにおける第二次補正(S14
6)を行なわなかった、すなわち前記拘束条件を付加し
なかった以外は実施例1と同様にしてエリアI〜エリア
IIIそれぞれの吸収係数の絶対値を算出した(反復回数
=45)。得られた結果を表1に示す。
Comparative Example 1 Secondary correction (S14) in the algorithm shown in FIG.
Areas I to Area are the same as in the first embodiment except that 6) was not performed, that is, the constraint condition was not added.
III The absolute value of each absorption coefficient was calculated (number of repetitions = 45). Table 1 shows the obtained results.

【0149】表1に示した結果から明らかなように、前
記拘束条件を付加しなかった場合は、得られた吸収係数
の絶対値は理論値とかなり相違したものであった。
As is clear from the results shown in Table 1, when the above-mentioned constraint conditions were not added, the absolute values of the absorption coefficients obtained were considerably different from the theoretical values.

【0150】比較例2 図7に示すアルゴリズムにおける第二次補正(S14
6)の代わりに以下の上限及び下限にかかる拘束条件を
付加した以外は実施例1と同様にしてエリアI〜エリア
IIIそれぞれの吸収係数の絶対値を算出した(反復回数
=100)。得られた結果を表1に示す。
Comparative Example 2 Secondary correction (S14) in the algorithm shown in FIG.
Areas I to Area are the same as in Example 1 except that the following upper and lower constraints are added instead of 6).
III The absolute value of each absorption coefficient was calculated (number of repetitions = 100). Table 1 shows the obtained results.

【0151】(拘束条件)上限: 0.01 下限:−0.01。(Constraint condition) Upper limit: 0.01 Lower limit: -0.01.

【0152】表1に示した結果から明らかなように、前
記上限及び下限にかかる拘束条件を付加した場合であっ
ても、得られた吸収係数の絶対値は理論値とかなり相違
したものであった。
As is evident from the results shown in Table 1, the absolute value of the absorption coefficient obtained was considerably different from the theoretical value even when the above-mentioned upper and lower constraints were added. Was.

【0153】比較例3 図7に示すアルゴリズムにおける第二次補正(S14
6)の代わりに以下の下限にかかる拘束条件を付加した
以外は実施例1と同様にして反復計算を繰り返した。そ
の際における反復回数とΣΔμajとの関係を図14に示
す。
Comparative Example 3 Secondary correction (S14) in the algorithm shown in FIG.
The iterative calculation was repeated in the same manner as in Example 1 except that the following lower limit was added instead of 6). FIG. 14 shows the relationship between the number of repetitions and ΣΔμ aj at that time.

【0154】(拘束条件)下限:−0.01。(Constraint condition) Lower limit: -0.01.

【0155】図14に示した結果から明らかなように、
前記下限にかかる拘束条件を付加した場合は、散乱吸収
体の各領域における吸収係数の変化量の総和は反復計算
の過程において増加していった。そのため、このような
状況下で得られる吸収係数の絶対値は理論値とよりかな
り高いものであった。
As is clear from the results shown in FIG.
When the constraint on the lower limit was added, the total amount of change in the absorption coefficient in each region of the scattering medium increased in the course of the iterative calculation. Therefore, the absolute value of the absorption coefficient obtained under such a situation was much higher than the theoretical value.

【0156】[0156]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画像再構成アルゴリズムにおける内部特性の演算を繰り
返す過程において物理量保存則にしたがった拘束条件が
付加されるため、散乱吸収体の各領域における内部特性
の変化量の総和は一定の値に収束され、従って演算によ
り求まった内部特性の平均値と真の内部特性の平均値と
がほぼ一致した状態で内部特性の変化量を求めることが
可能となる。そのため、本発明によれば、散乱吸収体の
内部特性の変化量が定性的のみならず定量的にも正確に
求めることが可能となり、このような内部特性の変化量
に基づいて高精度でかつ高水準の再現性をもって内部特
性の絶対値分布を得て画像化することが可能となる。
As described above, according to the present invention,
In the process of repeating the calculation of the internal characteristics in the image reconstruction algorithm, a constraint according to the law of conservation of physical quantity is added, so that the sum of the changes of the internal characteristics in each region of the scattering medium is converged to a constant value, and thus The change amount of the internal characteristic can be obtained in a state where the average value of the internal characteristic obtained by the calculation and the average value of the true internal characteristic substantially match. Therefore, according to the present invention, the variation of the internal characteristics of the scattering medium can be accurately determined not only qualitatively but also quantitatively, and highly accurate and based on the variation of the internal characteristics. It is possible to obtain and image the absolute value distribution of the internal characteristics with a high level of reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)及び(b)はそれぞれ本発明にかかる拘
束条件と内部特性との関係の説明するための模式図であ
る。
FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams for explaining a relationship between a constraint condition and an internal characteristic according to the present invention, respectively.

【図2】吸収が均一な散乱吸収体のモデルを示す模式図
である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a model of a scattering medium having uniform absorption.

【図3】吸収が不均一な散乱吸収体のモデルを示す模式
図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a model of a scattering medium having non-uniform absorption.

【図4】本発明の内部特性分布計測装置の一例を示す模
式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the internal characteristic distribution measuring device of the present invention.

【図5】(a)及び(b)はそれぞれ光入射ファイバー
の一例を示す斜視図及び模式図である。
FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a schematic view, respectively, showing an example of a light incident fiber.

【図6】ヘモグロビン及びミオグロビンの吸収スペクト
ルを示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing absorption spectra of hemoglobin and myoglobin.

【図7】本発明の内部特性分布計測方法の一例を示すフ
ローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of an internal characteristic distribution measuring method according to the present invention.

【図8】本発明にかかる光入射及び/又は光検出位置の
配置の一例を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an arrangement of light incident and / or light detection positions according to the present invention.

【図9】本発明にかかる光入射及び/又は光検出位置の
配置の他の例を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the arrangement of the light incident and / or light detection positions according to the present invention.

【図10】(a)及び(b)はそれぞれ実施例及び比較
例で使用したファントムの斜視図及び上面図である。
FIGS. 10A and 10B are a perspective view and a top view of a phantom used in an example and a comparative example, respectively.

【図11】実施例及び比較例における光入射位置と光検
出位置との関係を説明するための補助図である。
FIG. 11 is an auxiliary diagram for explaining a relationship between a light incident position and a light detection position in Examples and Comparative Examples.

【図12】実施例1において反復計算を繰り返した際に
おける反復回数とΣΔμajとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the number of iterations and ΣΔμ aj when iterative calculation is repeated in Example 1.

【図13】実施例1において反復計算を繰り返した際に
おける反復回数と残差Eとの関係を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the number of iterations and the residual E when iterative calculation is repeated in the first embodiment.

【図14】比較例3において反復計算を繰り返した際に
おける反復回数とΣΔμajとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the number of iterations and ΣΔμ aj when iterative calculation is repeated in Comparative Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜12…光ファイバーホルダー、1a〜12a…光入
射ファイバー、1b〜12b…光検出ファイバー、20
…波長選択器、30…光源、40…光検出器、50…制
御部、60…演算処理部、70…記憶部、80…表示
部、SM…散乱吸収体、P…光入射及び/又は光検出位
置。
1-12: Optical fiber holder, 1a-12a: Light incident fiber, 1b-12b: Light detection fiber, 20
... Wavelength selector, 30 light source, 40 photodetector, 50 control unit, 60 arithmetic processing unit, 70 storage unit, 80 display unit, SM scattering absorber, P light incident and / or light Detection position.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象物の表面における複数の光入射
位置から順次該対象物中に測定光を入射する光入射ステ
ップと、 該対象物中を透過した測定光を、前記対象物の表面にお
ける複数の光検出位置で順次あるいは同時に検出する光
検出ステップと、 各光検出位置で検出された各測定光に基づいて、該測定
光の所定パラメータの測定値を求める測定値取得ステッ
プと、 前記対象物の前記パラメータの基準値及びそれに対応す
る所定内部特性の基準値を設定する基準値設定ステップ
と、 前記パラメータの測定値と基準値との差に基づいて、複
数の領域に分割された前記対象物の各領域における前記
内部特性の基準値に対する該内部特性の変化量を算出す
る内部特性変化量算出ステップと、 前記内部特性の変化量及び基準値に基づいて該内部特性
の絶対値を算出して前記対象物における該内部特性の絶
対値分布を求める内部特性絶対値算出ステップと、を含
む内部特性分布の計測方法であって、 前記内部特性変化量算出ステップにおいて、下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ前記パラメータの測
定値と基準値との差に基づいて前記内部特性の変化量を
算出することを特徴とする、前記内部特性分布の計測方
法。
A light incident step of sequentially entering measurement light into the object from a plurality of light incident positions on the surface of the measurement object; and transmitting the measurement light transmitted through the object to the surface of the object. A light detection step of sequentially or simultaneously detecting light at a plurality of light detection positions; a measurement value obtaining step of obtaining a measurement value of a predetermined parameter of the measurement light based on each measurement light detected at each light detection position; A reference value setting step of setting a reference value of the parameter of the object and a reference value of a predetermined internal characteristic corresponding thereto, and the object divided into a plurality of regions based on a difference between the measured value of the parameter and the reference value An internal characteristic change amount calculating step of calculating a change amount of the internal characteristic with respect to a reference value of the internal characteristic in each region of the object; Calculating an absolute value of the internal characteristic of the target object to obtain an absolute value distribution of the internal characteristic, the internal characteristic distribution calculating method including: Expression: (sum of variation of internal characteristic) = Constant condition is added, and the variation of the internal characteristic is calculated based on the difference between the measured value of the parameter and a reference value. And a method for measuring the internal characteristic distribution.
【請求項2】 前記内部特性変化量算出ステップが、 内部特性の変化量の初期値を設定する初期値設定ステッ
プと、 前記内部特性の変化量に所定の補正を加える第一次補正
ステップと、 下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加して前記内部特性の変化量
を更新する第二次補正ステップと、 前記内部特性の変化量及び前記パラメータの測定値と基
準値との差の関係を評価してその評価結果が所定条件を
満たすまで前記第一次補正ステップ及び第二次補正ステ
ップを繰り返し、前記評価結果が所定条件を満たした時
の内部特性の変化量を出力する評価ステップと、 を含むことを特徴とする、請求項1記載の方法。
2. The internal characteristic change amount calculating step includes: an initial value setting step of setting an initial value of the internal characteristic change amount; a primary correction step of applying a predetermined correction to the internal characteristic change amount; A second correction step of adding the constraint represented by the following formula: (sum of the variation of the internal characteristic) = constant to update the variation of the internal characteristic; and measuring the variation of the internal characteristic and the parameter The primary correction step and the secondary correction step are repeated until the evaluation result satisfies a predetermined condition, and the internal characteristic when the evaluation result satisfies a predetermined condition is evaluated. 2. The method of claim 1, further comprising the step of: outputting an amount of change of.
【請求項3】 前記内部特性が吸収係数でありかつ前記
パラメータが光量であり、 前記対象物の等価散乱係数の基準値を設定する第2の基
準値設定ステップと、 前記吸収係数の基準値及び前記等価散乱係数の基準値に
対応する広がり関数を選択する広がり関数選択ステップ
と、を更に含んでおり、 前記内部特性変化量算出ステップにおいて、下記式: (吸収係数の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ、下記の行列表現の
式: [ΔI]−[W][Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Wは広がり関数、
ΔIは光量の測定値と基準値との差をそれぞれ示す]で
表わされる値を最小化するような吸収係数の変化量を算
出することを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。
A second reference value setting step of setting a reference value of an equivalent scattering coefficient of the object, wherein the internal characteristic is an absorption coefficient and the parameter is a light amount; And a spread function selecting step of selecting a spread function corresponding to the reference value of the equivalent scattering coefficient. In the step of calculating the internal characteristic change amount, the following formula: (sum of changes in absorption coefficient) = constant While adding the constraint represented by the following equation, the following matrix expression formula: [ΔI] − [W] [Δμ a ] [where, Δμ a is the variation of the absorption coefficient, W is the spread function,
ΔI indicates the difference between the measured value of the light amount and the reference value, respectively]. The method according to claim 1 or 2, wherein the amount of change in the absorption coefficient is calculated so as to minimize the value represented by the following expression.
【請求項4】 前記第一次補正ステップにおいて、下記
の行列表現の式: [Δμa’]=[Δμa]+δ[Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Δμa’は第一次補
正後の吸収係数の変化量、δ[Δμa]は所定の補正値
をそれぞれ示す]に基づいて前記吸収係数の変化量を補
正し、 前記第二次補正ステップにおいて、下記の行列表現の
式: [Δμa'']=[Δμa’]−AVR[Δμa’] [式中、Δμa’は第一次補正後の吸収係数の変化量、
Δμa''は第二次補正後の吸収係数の変化量、AVR
[Δμa’]は[Δμa’]の平均値をそれぞれ示す]に
基づいて前記吸収係数の変化量を更新し、 前記評価ステップにおいて、下記の行列表現の式: E=([ΔI]−[W][Δμa])([ΔI]−[W]
[Δμa])T [式中、Δμaは吸収係数の変化量(Δμa=Δ
μa'')、ΔIは光量の測定値と基準値との差、Wは広
がり関数、Eは実測光量差と演算光量差との残差をそれ
ぞれ示す]に基づいて前記残差を求め、該残差が所定値
以下となるまで前記第一次補正ステップ及び第二次補正
ステップを繰り返し、該残差が所定値以下となった時の
吸収係数の変化量を出力することを特徴とする、請求項
3記載の方法。
4. In the primary correction step, the following matrix expression formula: [Δμ a ′] = [Δμ a ] + δ [Δμ a ] [where, Δμ a is a change amount of the absorption coefficient, Δμ aは is the amount of change in the absorption coefficient after the primary correction, δ [Δμ a ] indicates a predetermined correction value, respectively], and the amount of change in the absorption coefficient is corrected based on the following. [Δμ a ″] = [Δμ a ′] −AVR [Δμ a ′] [where, Δμ a ′ is a variation of the absorption coefficient after the first correction,
Δμ a ″ is the change amount of the absorption coefficient after the secondary correction, AVR
[Δμ a ′] updates the amount of change in the absorption coefficient based on [Δμ a ′] indicates the average value of [Δμ a ′]. In the evaluation step, the following matrix expression formula: E = ([ΔI] − [W] [Δμ a ]) ([ΔI] − [W]
[Δμ a ]) T [where Δμ a is the amount of change in absorption coefficient (Δμ a = Δ
μ a ″), ΔI is the difference between the measured value of the light quantity and the reference value, W is the spread function, and E is the residual difference between the actually measured light quantity difference and the calculated light quantity difference, respectively. The first correction step and the second correction step are repeated until the residual becomes a predetermined value or less, and a change amount of the absorption coefficient when the residual becomes a predetermined value or less is output. The method of claim 3.
【請求項5】 前記基準値設定ステップにおいて、相対
的に同じ位置関係にある光入射位置と光検出位置との複
数の組み合わせによって求められた複数の前記測定値を
抽出し、該位置関係における前記パラメータの平均値を
その基準値として求め、該パラメータの平均値に基づい
て前記対象物の平均の内部特性をその基準値として求め
ることを特徴とする、請求項1〜4のうちのいずれか一
項記載の方法。
5. In the reference value setting step, a plurality of measured values obtained by a plurality of combinations of a light incident position and a light detection position having relatively the same positional relationship are extracted, and the plurality of measured values in the positional relationship are extracted. The average value of the parameter is obtained as its reference value, and the average internal characteristic of the object is obtained as its reference value based on the average value of the parameter. The method described in the section.
【請求項6】 前記吸収係数の絶対値を用いて、前記各
領域における吸収成分の濃度を算出して前記対象物にお
ける吸収成分濃度分布を求める濃度算出ステップを更に
含むことを特徴とする、請求項3〜5のうちのいずれか
一項記載の方法。
6. The method according to claim 1, further comprising the step of calculating a concentration of an absorption component in each of the regions by using an absolute value of the absorption coefficient to obtain an absorption component concentration distribution in the object. Item 6. The method according to any one of Items 3 to 5.
【請求項7】 前記対象物が少なくとも2つの吸収成分
を含有しており、 前記光入射ステップにおいて前記対象物中に入射される
測定光が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違す
る少なくとも2つの波長を有しており、 前記光検出ステップにおいて前記少なくとも2つの波長
を有する測定光をそれぞれ検出し、 前記測定値取得ステップにおいて前記少なくとも2つの
波長を有する測定光に関してそれぞれ前記測定値を求
め、 前記基準値設定ステップにおいて前記少なくとも2つの
波長を有する測定光に関してそれぞれ前記光量の基準値
及び前記吸収係数の基準値を設定し、 前記内部特性変化量算出ステップにおいて前記少なくと
も2つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収
係数の変化量を算出し、 前記内部特性絶対値算出ステップにおいて前記少なくと
も2つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収
係数の絶対値を算出し、 前記濃度算出ステップにおいて前記少なくとも2つの波
長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収成分の濃度
を算出し、前記対象物における前記各吸収成分の濃度分
布を求めることを特徴とする、請求項6記載の方法。
7. The object contains at least two absorption components, and the measurement light incident on the object in the light incidence step is at least two absorption coefficients different from each other for the absorption components. Having a wavelength, detecting the measurement light having the at least two wavelengths in the light detection step, and obtaining the measurement values for the measurement light having the at least two wavelengths in the measurement value obtaining step, Setting a reference value of the light amount and a reference value of the absorption coefficient with respect to the measurement light having the at least two wavelengths in the reference value setting step, and measuring the measurement light having the at least two wavelengths in the internal characteristic change amount calculation step. Calculate the change amount of the absorption coefficient, and calculate the internal characteristic absolute value Calculating an absolute value of the absorption coefficient with respect to the measurement light having the at least two wavelengths in the step; calculating a concentration of the absorption component with respect to the measurement light having the at least two wavelengths in the concentration calculation step; 7. The method according to claim 6, wherein a concentration distribution of each of the absorption components in the object is obtained.
【請求項8】 前記の求められた分布に基づいて、前記
対象物内部における該分布を示す画像を表示する画像表
示ステップを更に含むことを特徴とする、請求項1〜7
のうちのいずれか一項記載の方法。
8. The method according to claim 1, further comprising an image display step of displaying an image showing the distribution inside the object based on the obtained distribution.
The method according to any one of the preceding claims.
【請求項9】 測定対象物の表面における複数の光入射
位置から順次該対象物中に測定光を入射する光入射手段
と、 該対象物中を透過した測定光を、前記対象物の表面にお
ける複数の光検出位置で順次あるいは同時に検出する光
検出手段と、 各光検出位置で検出された各測定光に基づいて、該測定
光の所定パラメータの測定値を求める測定値取得手段
と、 前記対象物の前記パラメータの基準値及びそれに対応す
る所定内部特性の基準値を設定する基準値設定手段と、 前記パラメータの測定値と基準値との差に基づいて、複
数の領域に分割された前記対象物の各領域における前記
内部特性の基準値に対する該内部特性の変化量を算出す
る内部特性変化量算出手段と、 前記内部特性の変化量及び基準値に基づいて該内部特性
の絶対値を算出して前記対象物における該内部特性の絶
対値分布を求める内部特性絶対値算出手段と、を備える
内部特性分布の計測装置であって、 前記内部特性変化量算出手段において、下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ前記パラメータの測
定値と基準値との差に基づいて前記内部特性の変化量を
算出することを特徴とする、前記内部特性分布の計測装
置。
9. A light incident means for sequentially inputting measurement light into the object from a plurality of light incident positions on the surface of the object, and transmitting the measurement light transmitted through the object on the surface of the object. Light detection means for sequentially or simultaneously detecting light at a plurality of light detection positions; measurement value acquisition means for obtaining a measurement value of a predetermined parameter of the measurement light based on each measurement light detected at each light detection position; Reference value setting means for setting a reference value of the parameter of the object and a reference value of a predetermined internal characteristic corresponding to the object; and the object divided into a plurality of regions based on a difference between the measured value of the parameter and the reference value. Internal characteristic change amount calculating means for calculating a change amount of the internal characteristic with respect to a reference value of the internal characteristic in each region of the object; and calculating an absolute value of the internal characteristic based on the change amount of the internal characteristic and the reference value. hand An internal characteristic absolute value calculating means for calculating an absolute value distribution of the internal characteristic in the object, wherein the internal characteristic change amount calculating means comprises: A change amount of the internal characteristic based on a difference between a measured value of the parameter and a reference value, while adding a constraint condition represented by the following equation: apparatus.
【請求項10】 前記内部特性変化量算出手段が、 内部特性の変化量の初期値を設定する初期値設定手段
と、 前記内部特性の変化量に所定の補正を加える第一次補正
手段と、 下記式: (内部特性の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加して前記内部特性の変化量
を更新する第二次補正手段と、 前記内部特性の変化量及び前記パラメータの測定値と基
準値との差の関係を評価してその評価結果が所定条件を
満たすまで前記第一次補正手段及び第二次補正手段にお
ける処理を繰り返し、前記評価結果が所定条件を満たし
た時の内部特性の変化量を出力する評価手段と、を具備
することを特徴とする、請求項9記載の装置。
10. The internal characteristic change amount calculating means, initial value setting means for setting an initial value of the internal characteristic change amount, primary correction means for applying a predetermined correction to the internal characteristic change amount, Secondary correction means for updating the amount of change in the internal characteristic by adding a constraint expressed by the following formula: (sum of the amount of change in the internal characteristic) = constant; and measuring the amount of change in the internal characteristic and the parameter The processing in the primary correction means and the secondary correction means is repeated until the evaluation result satisfies a predetermined condition by evaluating the relationship between the value and the reference value, and when the evaluation result satisfies the predetermined condition. The apparatus according to claim 9, further comprising: an evaluation unit configured to output a change amount of the internal characteristic.
【請求項11】 前記内部特性が吸収係数でありかつ前
記パラメータが光量であり、 前記対象物の等価散乱係数の基準値を設定する第2の基
準値設定手段と、 前記吸収係数の基準値及び前記等価散乱係数の基準値に
対応する広がり関数を選択する広がり関数選択手段と、
を更に備えており、 前記内部特性変化量算出手段において、下記式: (吸収係数の変化量の総和)=定数 で表わされる拘束条件を付加しつつ、下記の行列表現の
式: [ΔI]−[W][Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Wは広がり関数、
ΔIは光量の測定値と基準値との差をそれぞれ示す]で
表わされる値を最小化するような吸収係数の変化量を算
出することを特徴とする、請求項9又は10記載の装
置。
11. A second reference value setting means for setting a reference value of an equivalent scattering coefficient of the object, wherein the internal characteristic is an absorption coefficient and the parameter is a light amount; A spread function selecting means for selecting a spread function corresponding to a reference value of the equivalent scattering coefficient,
In the internal characteristic change amount calculating means, a constraint expression represented by the following formula: (sum of the change amounts of the absorption coefficient) = constant is added, and the following matrix expression formula: [ΔI] − [W] [Δμ a ] where Δμ a is the amount of change in the absorption coefficient, W is the spread function,
ΔI indicates the difference between the measured value of the light amount and the reference value, respectively]. The change amount of the absorption coefficient that minimizes the value represented by the following formula is calculated.
【請求項12】 前記第一次補正手段において、下記の
行列表現の式: [Δμa’]=[Δμa]+δ[Δμa] [式中、Δμaは吸収係数の変化量、Δμa’は第一次補
正後の吸収係数の変化量、δ[Δμa]は所定の補正値
をそれぞれ示す]に基づいて前記吸収係数の変化量を補
正し、 前記第二次補正手段において、下記の行列表現の式: [Δμa'']=[Δμa’]−AVR[Δμa’] [式中、Δμa’は第一次補正後の吸収係数の変化量、
Δμa''は第二次補正後の吸収係数の変化量、AVR
[Δμa’]は[Δμa’]の平均値をそれぞれ示す]に
基づいて前記吸収係数の変化量を更新し、 前記評価手段において、下記の行列表現の式: E=([ΔI]−[W][Δμa])([ΔI]−[W]
[Δμa])T [式中、Δμaは吸収係数の変化量(Δμa=Δ
μa'')、ΔIは光量の測定値と基準値との差、Wは広
がり関数、Eは実測光量差と演算光量差との残差をそれ
ぞれ示す]に基づいて前記残差を求め、該残差が所定値
以下となるまで前記第一次補正手段及び第二次補正手段
における処理を繰り返し、該残差が所定値以下となった
時の吸収係数の変化量を出力することを特徴とする、請
求項11記載の装置。
12. The primary correction means, wherein the following matrix expression formula: [Δμ a '] = [Δμ a ] + δ [Δμ a ] [where, Δμ a is a change amount of the absorption coefficient, and Δμ aは is the amount of change in the absorption coefficient after the primary correction, and δ [Δμ a ] indicates a predetermined correction value, respectively], and the amount of change in the absorption coefficient is corrected based on the following. [Δμ a ″] = [Δμ a ′] −AVR [Δμ a ′] [where, Δμ a ′ is a variation of the absorption coefficient after the first correction,
Δμ a ″ is the change amount of the absorption coefficient after the secondary correction, AVR
[Δμ a ′] updates the amount of change in the absorption coefficient based on [Δμ a ′] indicates the average value of [Δμ a ′]. In the evaluation means, the following matrix expression: E = ([ΔI] − [W] [Δμ a ]) ([ΔI] − [W]
[Δμ a ]) T [where Δμ a is the amount of change in absorption coefficient (Δμ a = Δ
μ a ″), ΔI is the difference between the measured value of the light quantity and the reference value, W is the spread function, and E is the residual difference between the actually measured light quantity difference and the calculated light quantity difference, respectively. Repeating the processing in the primary correction means and the secondary correction means until the residual value is equal to or less than a predetermined value, and outputting a change amount of the absorption coefficient when the residual value is equal to or less than the predetermined value. The apparatus according to claim 11, wherein:
【請求項13】 前記基準値設定手段において、相対的
に同じ位置関係にある光入射位置と光検出位置との複数
の組み合わせによって求められた複数の前記測定値を抽
出し、該位置関係における前記パラメータの平均値をそ
の基準値として求め、該パラメータの平均値に基づいて
前記対象物の平均の内部特性をその基準値として求める
ことを特徴とする、請求項9〜12のうちのいずれか一
項記載の装置。
13. The reference value setting means extracts a plurality of measured values obtained by a plurality of combinations of a light incident position and a light detection position having a relatively same positional relationship, and extracts the plurality of measured values in the positional relationship. 13. The method according to claim 9, wherein an average value of the parameter is obtained as a reference value, and an average internal characteristic of the object is obtained as the reference value based on the average value of the parameter. Item.
【請求項14】 前記吸収係数の絶対値を用いて、前記
各領域における吸収成分の濃度を算出して前記対象物に
おける吸収成分濃度分布を求める濃度算出手段を更に備
えることを特徴とする、請求項11〜13のうちのいず
れか一項記載の装置。
14. The apparatus according to claim 1, further comprising a density calculation unit that calculates the density of the absorption component in each of the regions using the absolute value of the absorption coefficient to obtain an absorption component concentration distribution in the object. Item 14. The apparatus according to any one of Items 11 to 13.
【請求項15】 前記対象物が少なくとも2つの吸収成
分を含有しており、 前記光入射手段において前記対象物中に入射される測定
光が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違する少
なくとも2つの波長を有しており、 前記光検出手段において前記少なくとも2つの波長を有
する測定光をそれぞれ検出し、 前記測定値取得手段において前記少なくとも2つの波長
を有する測定光に関してそれぞれ前記測定値を求め、 前記基準値設定手段において前記少なくとも2つの波長
を有する測定光に関してそれぞれ前記光量の基準値及び
前記吸収係数の基準値を設定し、 前記内部特性変化量算出手段において前記少なくとも2
つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数
の変化量を算出し、 前記内部特性絶対値算出手段において前記少なくとも2
つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数
の絶対値を算出し、 前記濃度算出手段において前記少なくとも2つの波長を
有する測定光に関してそれぞれ前記吸収成分の濃度を算
出し、前記対象物における前記各吸収成分の濃度分布を
求めることを特徴とする、請求項14記載の装置。
15. The object contains at least two absorption components, and the measurement light incident on the object by the light incidence means is provided with at least two absorption coefficients different from each other for the absorption components. Having a wavelength, wherein the light detection means respectively detects the measurement light having the at least two wavelengths, and the measurement value acquisition means obtains the measurement values for the measurement light having the at least two wavelengths, respectively. The reference value setting means sets a reference value of the light amount and a reference value of the absorption coefficient for the measurement light having the at least two wavelengths, respectively.
Calculating the amount of change in the absorption coefficient for each of the measurement lights having the two wavelengths;
Calculating the absolute value of the absorption coefficient with respect to the measurement light having the two wavelengths, calculating the concentration of the absorption component with respect to the measurement light having the at least two wavelengths in the concentration calculation means, and calculating the respective absorptions in the object. The apparatus according to claim 14, wherein a concentration distribution of the component is determined.
【請求項16】 前記の求められた分布に基づいて、前
記対象物内部における該分布を示す画像を表示する画像
表示手段を更に備えることを特徴とする、請求項9〜1
5のうちのいずれか一項記載の装置。
16. The image processing apparatus according to claim 9, further comprising image display means for displaying an image showing the distribution inside the object based on the obtained distribution.
An apparatus according to any one of the preceding claims.
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