WO2020066959A1 - 光学試料、光学部材、および光学装置 - Google Patents

光学試料、光学部材、および光学装置 Download PDF

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WO2020066959A1
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optical
light
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optical sample
peak
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晃司 柴田
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パイオニア株式会社
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/0245—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate by using sensing means generating electric signals, i.e. ECG signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1495—Calibrating or testing of in-vivo probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water

Definitions

  • the present invention relates to an optical sample, an optical member, and an optical device.
  • blood of animals such as cows, goats and pigs is used as a sample for calibration and development of medical equipment using light, training of doctors and the like.
  • animal blood is more stable and more manageable due to difficulties in managing and maintaining quality, difficulty in controlling conditions such as oxygen saturation, and proper disposal of infectious waste.
  • a simulated blood which can be easily controlled and whose conditions can be controlled.
  • Patent Document 1 describes a blood model for a photoacoustic wave diagnostic apparatus.
  • the absorption coefficient of the blood model is adjusted by incorporating a pigment or the like into the light absorbing compound in the blood model.
  • measurement accuracy can be particularly improved by using light of a plurality of wavelengths sandwiching an isosbestic point between oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin.
  • Patent Document 1 the blood model of Patent Document 1 was not suitable for measurement by such a measuring device.
  • One of the problems to be solved by the present invention is to provide an optical sample applicable to high-precision measurement using light.
  • the invention described in claim 1 is The light absorption spectrum has a first light absorption peak and a second light absorption peak, A first peak wavelength of the first light absorption peak is 590 nm or more and 800 nm or less; The second peak wavelength of the second light absorption peak is an optical sample having a wavelength exceeding 800 nm and 1150 nm or less.
  • the invention according to claim 14 is An optical member having at least a part of the optical sample according to any one of claims 1 to 13.
  • the invention according to claim 16 is An optical sample according to any one of claims 1 to 13, A transmittance adjuster that changes the transmittance of light to the optical sample, A control unit for controlling the transmittance adjusting unit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a light absorption spectrum of the optical sample according to the embodiment. It is a figure which illustrates the relationship between the molar extinction coefficient of oxygenated hemoglobin and the molar extinction coefficient of deoxygenated hemoglobin in the wavelength of 640 nm to 840 nm. It is the figure which plotted the light absorbency with respect to light of 660 nm wavelength, and the light absorbency with respect to light of 820 nm wavelength with respect to oxygen saturation S.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an optical member according to a second embodiment and a method of using the same.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a computer.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the optical member according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating an optical member set according to a third embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a method for using the optical member set according to the third embodiment. It is a figure which illustrates the table attached to an optical member set.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an optical device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a light absorption spectrum of the optical sample according to the embodiment.
  • the light absorption spectrum of the optical sample according to the present embodiment has a first light absorption peak 101 and a second light absorption peak 102.
  • the first peak wavelength ⁇ p1 of the first light absorption peak 101 is 590 nm or more and 800 nm or less
  • the second peak wavelength ⁇ p2 of the second light absorption peak 102 is more than 800 nm and 1150 nm or less. This will be described in detail below.
  • the optical sample according to the present embodiment can be used as a blood model, that is, a simulated blood.
  • the state of the optical sample according to the present embodiment is not particularly limited, and may be a liquid or a solid.
  • Hemoglobin is a compound of a pigment called heme containing iron and a protein called globin. When oxygen is bonded to this iron part, it becomes oxygenated hemoglobin and can carry oxygen to cells. On the other hand, hemoglobin from which the carried oxygen is separated is called deoxygenated hemoglobin.
  • Oxygen saturation is the ratio of the amount of oxygen actually bound to hemoglobin in blood to the amount of oxygen when oxygen is bound to all hemoglobin in blood.
  • S represents the oxygen saturation expressed as a percentage.
  • NIRS tissue oxygen saturation StO 2 Near-infrared spectroscopy
  • oxygenated hemoglobin concentration is C the oxy
  • blood concentration is composed of deoxygenated hemoglobin is C the deoxy assumed.
  • the oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin molar extinction coefficient for light with a wavelength lambda n respectively epsilon n, the oxy and epsilon n, the deoxy.
  • C total is the total hemoglobin concentration. It is known that the total hemoglobin concentration is 7.4 mmol / L or more and 9.9 mmol / L or less for human females and 8.4 mmol / L or more and 10.9 mmol / L or less for human males.
  • ⁇ n, oxy and ⁇ n, deoxy are known constants depending on the wavelength ⁇ n , respectively.
  • the product of C total and d is a value that does not depend on the wavelength.
  • the absorbance A ⁇ n is a linear function of the oxygen saturation SO 2 .
  • the isosbestic point is a wavelength at which the molar extinction coefficient of oxygenated hemoglobin coincides with the molar extinction coefficient of deoxygenated hemoglobin near a wavelength of 800 nm.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the molar extinction coefficient of oxygenated hemoglobin and the molar extinction coefficient of deoxygenated hemoglobin at a wavelength of 640 nm to 840 nm. This figure is based on data compiled by Scott Prahl of the Oregon Institute of Technology shown in "omlc.org/spectra/hemoglobin/summary.html”.
  • 660 nm and 820 nm are two wavelengths before and after the isosbestic point.
  • FIG. 3 is a diagram in which the absorbance for light having a wavelength of 660 nm and the absorbance for light having a wavelength of 820 nm are plotted with respect to the oxygen saturation S.
  • the optical path length d was fixed at 1 cm, and the total hemoglobin concentration C total was fixed at 9 mmol / L. From this figure, it can be seen that when the oxygen saturation changes from 40% to 100%, the absorbance at a wavelength of 660 nm monotonically decreases. On the other hand, when the oxygen saturation changes similarly, it can be seen that the absorbance at a wavelength of 820 nm monotonically increases.
  • Table 2 shows the values obtained by normalizing the absorbance at each wavelength and each oxygen saturation with respect to the wavelength of 660 nm when the oxygen saturation is 40%.
  • a blood model can be realized that reproduces the optical characteristics of blood having that oxygen saturation.
  • a method of reproducing the relationship between the absorbances of the two wavelengths for example, there is a method of adjusting the concentration of a solution containing two types of solutes whose absorption characteristics are known.
  • the optical sample according to the present embodiment has a light of the first wavelength ⁇ 1 that is equal to or lower than the isosbestic point of at least oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin, and is longer than the first wavelength ⁇ 1 and has an equal absorption point.
  • a second wavelength lambda 2 of light or more Such measurements include, for example, measurements using at least one of a pulse oximeter, NIRS, NIRI (Near Infrared Imaging), and a diffuse optical tomography apparatus.
  • each measuring device by using a second wavelength lambda 2 of light is first wavelength lambda 1 light and isosbestic point more or less isosbestic point, the first wavelength lambda 1 of the light and characteristics for using the difference between the characteristic with respect to the second wavelength lambda 2 of the light, the measurement is performed more accurately.
  • the first wavelength lambda 1 is specifically not more than 790nm example 640nm or more
  • the second wavelength lambda 2 is specifically at most 1100nm for example 810nm or more.
  • the first wavelength ⁇ 1 and the first peak wavelength ⁇ p1 need not necessarily match
  • the second wavelength ⁇ 2 and the second peak wavelength ⁇ p2 do not necessarily match. There is no.
  • S obtained by equation (6) corresponds to the oxygen saturation. That is, the optical sample, the first absorbance at a wavelength lambda 1 and A .lambda.1, when the absorbance at the second wavelength lambda 2 and the A .lambda.2, 100 or less S is 0 or more represented by the following formula (6) It is.
  • the optical sample according to the present embodiment includes a first light absorbing material and a second light absorbing material.
  • the first light absorbing material is a material having a light absorption peak having a first peak wavelength ⁇ p1 in a light absorption spectrum.
  • the second light absorbing material is a material having a light absorption peak having a second peak wavelength in a light absorption spectrum.
  • the first wavelength [lambda] 1 and the first peak wavelength [lambda] p1 need only be close to some extent, and need not necessarily match.
  • the second wavelength ⁇ 2 and the second peak wavelength ⁇ p2 need only be close to some extent, and do not necessarily need to match.
  • the difference ⁇ 1 between the first wavelength ⁇ 1 and the first peak wavelength ⁇ p1 is 50 nm or less
  • the difference ⁇ 2 between the second wavelength ⁇ 2 and the second peak wavelength ⁇ p2 is 50 nm. It is as follows.
  • the absorbance of the absorbance and the second wavelength lambda 2 for the first wavelength lambda 1 can be accurately adjusted, respectively.
  • the absorbance for the first wavelength lambda 1 and the second wavelength lambda 2 other wavelengths are not necessarily related to the absorbance of the blood, the color of the entire optical sample is not particularly limited.
  • the optical sample 10 is also applicable to a measuring device that performs non-contact measurement. Further, various forms of the optical sample 10 such as a linear shape and a planar shape can be realized.
  • the optical absorption spectrum of the optical sample according to the present embodiment may have more peaks in addition to the first light absorption peak 101 and the second light absorption peak 102. Even in such a case, any of the peak wavelengths from 590 nm to 800 nm can be regarded as the first peak wavelength ⁇ p1, and any of the peak wavelengths exceeding 800 nm and 1150 nm or less can be regarded as the second peak wavelength ⁇ p2 .
  • the optical sample according to the present embodiment may further include a light absorbing material having an absorption peak different from the first light absorbing material and the second light absorbing material, and the relationship between the absorbances at three or more wavelengths may be adjusted. .
  • the light absorption spectrum of the optical sample has the first light absorption peak 101 and the second light absorption peak 102. Then, the first peak wavelength ⁇ p1 of the first light absorption peak 101 is 590 nm or more and 800 nm or less, and the second peak wavelength ⁇ p2 of the second light absorption peak 102 is more than 800 nm and 1150 nm or less. Therefore, the optical sample according to the present embodiment is suitably used for measurement using light having wavelengths before and after the isosbestic point.
  • Example 1 The optical sample according to Example 1 has the same configuration as the optical sample according to the embodiment.
  • the concentration of the first light absorbing material and the concentration of the second light absorbing material in the optical path are adjusted. By doing so, the ratio of the absorbance at the first wavelength and the absorbance at the second wavelength of blood having a specific oxygen saturation is reproduced in the optical sample.
  • the optical sample according to the present example further includes a base material. Then, at least one of the first light absorbing material and the second light absorbing material is dispersed in the base material.
  • a first light-absorbing material and a second light-absorbing material may be dispersed in a base material by adjusting the concentration.
  • the optical sample may separately include a first portion in which the first light absorbing material is dispersed in the base material and a second portion in which the second light absorbing material is dispersed in the base material.
  • the first light absorbing material is not particularly limited, but is, for example, a pigment, a dye, a colorant, or a nanoparticle.
  • the first light-absorbing material is particularly preferably nanoparticles.
  • the second light absorbing material is not particularly limited, but is, for example, a nanoparticle.
  • the absorption wavelength and the Q value of the peak can be controlled with high accuracy depending on the shape and size of the nanoparticles.
  • the stability of the optical sample is excellent, and the management of the optical sample becomes easy.
  • an optical sample can maintain optical quality at room temperature for at least two years.
  • the nanoparticles are, for example, particles that exhibit light absorption by localized surface plasmon resonance.
  • the nanoparticles are metal nanoparticles such as silver, gold, copper, and platinum.
  • the shape of the nanoparticles is not particularly limited, but is, for example, a rod shape, a polygonal plate shape such as a triangle shape, or a spherical shape.
  • the size of the nanoparticles is not particularly limited. For example, the average of the equivalent circle diameters of the projected nanoparticles is 200 nm or less.
  • the light having the second peak wavelength is infrared light.
  • the light having the first peak wavelength may also be infrared light. That is, the light having the first peak wavelength may be 750 nm or more. Therefore, it is necessary to adjust the absorbance of infrared light in the optical sample.
  • pigments, dyes, coloring agents, and the like mainly target visible light, it is difficult to control the absorbance of infrared light even when they are used.
  • the nanoparticles the absorption of light in the infrared region can be controlled with high accuracy.
  • both the first light absorbing material and the second light absorbing material are nanoparticles, they have good affinity with each other and are easy to mix.
  • the base material contains, for example, a polymer material.
  • the polymer material is, for example, any of a resin, an oligomer of the resin, and a monomer.
  • the resin is, for example, at least one of a photocurable resin, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin. It is particularly preferable that the polymer material contains acrylate.
  • the acrylate include monofunctional acrylate, bifunctional acrylate, polyfunctional acrylate, monofunctional methacrylate, difunctional methacrylate, and polyfunctional methacrylate.
  • Examples of the polyfunctional acrylate include pentaerythritol triacrylate and pentaerythritol tetraacrylate.
  • the base material preferably has no light absorption peak in the wavelength range of 590 nm to 1150 nm.
  • the Gruneisen coefficient of the base material there is no particular limitation on the Gruneisen coefficient of the base material, and any value can be used.
  • the Gruneisen coefficient of the base material may be less than 0.1 or greater than 2.0.
  • the optical sample may further include, for example, one or more of a dispersant, a polymerization initiator, and a scatterer.
  • a dispersant include propylene glycol monomethyl ether.
  • Irgacure is an example of the polymerization initiator.
  • the scatterer include resin beads having a particle diameter of 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the absorbance at a wavelength of 820 nm is 0.379 to 2.865 times the absorbance at a wavelength of 660 nm.
  • blood having an oxygen saturation of 40% or more and 100% or less is simulated.
  • the light absorption spectrum of the optical sample has the first light absorption peak 101 and the second light absorption peak 102 as in the embodiment. Then, the first peak wavelength ⁇ p1 of the first light absorption peak 101 is 590 nm or more and 800 nm or less, and the second peak wavelength ⁇ p2 of the second light absorption peak 102 is more than 800 nm and 1150 nm or less. Therefore, the optical sample according to the present embodiment is suitably used for measurement using light having wavelengths before and after the isosbestic point.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the optical member 20 according to the second embodiment and a method of using the same.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating a first example of the structure of the optical member 20 according to the second embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating the structure of the optical member 20 according to the second embodiment. It is sectional drawing which shows the example of No. 2.
  • the optical member 20 according to the present embodiment has the optical sample 10 at least in part.
  • the optical sample 10 is the same as the optical sample according to at least one of the embodiment and the first example. This will be described in detail below.
  • the optical member 20 further includes a base material 230.
  • the substrate 230 is a transparent plate-like member such as a preparation.
  • the base 230 is, for example, glass or resin. It is preferable that the base material 230 does not have a light absorption peak in a wavelength range of at least 590 nm to 1150 nm.
  • the optical sample 10 may be, for example, laminated on at least a part of the surface of the substrate 230, or may be at least partially embedded in the substrate 230.
  • the optical sample 10 is a portion including at least one of the first light absorbing material and the second light absorbing material. The portion of the optical member 20 where the optical sample 10 is provided becomes a light receiving area 220 for measurement by the measuring device 40.
  • the optical member 20 is provided with a layer in which a first light-absorbing material and a second light-absorbing material are dispersed in a base material as an optical sample 10 with respect to a substrate 230.
  • the concentrations of the first light absorbing material and the second light absorbing material are adjusted so as to simulate the absorbance ratio of blood.
  • the optical member 20 has a first portion 100 a in which a first light-absorbing material is dispersed in a base material, and a second light-absorbing material in the base material as the optical sample 10.
  • the second portion 100b in which the material is dispersed is laminated.
  • the ratio of the absorbance at the first wavelength to the absorbance at the second wavelength is adjusted so as to simulate blood as a whole of the optical sample 10 including the first portion 100a and the second portion 100b. I just need.
  • the thickness of the first portion 100a and the second portion 100b may be the same or may be different from each other.
  • a solution containing a first light-absorbing material, a second light-absorbing material, a base material, and a photopolymerization initiator for curing the base material is applied to the base material 230, and the applied film is photo-cured to form the optical sample 10 Is formed, the optical member 20 is obtained.
  • FIG. 4 shows an example in which the measurement device 40 sequentially measures the optical members 20 arranged on the scatterer 450.
  • the measurement device 40 sequentially measures the optical members 20 arranged on the scatterer 450.
  • a plurality of optical members 20 are arranged on the scatterer 450 for measurement, but only one optical member 20 may be measured.
  • the configuration of the measuring device 40 is not limited to the example described below.
  • the light 90 passes through the optical sample 10 twice to perform the measurement, but the light 90 may pass through the optical sample 10 only once to perform the measurement.
  • the measuring device 40 is a device for measuring the dynamics of oxygen in blood or the like, such as NIRS.
  • the measurement device 40 includes a light source 410, a detection unit 420, and a measurement control unit 430.
  • the light 90 output from the light source 410 passes through the optical sample 10 of the optical member 20 before and after being reflected by the scatterer 450. Then, the light 90 is detected by the detection unit 420.
  • the measurement control unit 430 controls the light source 410 and the detection unit 420 to irradiate the optical member 20 with light, and calculates the oxygen saturation based on the detection result of the detection unit 420.
  • the measuring device 40 is not limited to the measurement using the absorbance directly, and may be a device that performs the measurement using the light transmittance or the like.
  • the absorbance may be directly or indirectly reflected in the measurement result.
  • the measurement control unit 430 may be realized by hardware (for example, a hard-wired electronic circuit or the like) that realizes each functional configuration unit, or a combination of hardware and software (for example, an electronic circuit and Control programs).
  • hardware for example, a hard-wired electronic circuit or the like
  • software for example, an electronic circuit and Control programs
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the computer 1000.
  • the measurement control unit 430 is realized using a computer 1000 as shown in FIG.
  • the computer 1000 is an arbitrary computer.
  • the computer 1000 is a personal computer (PC), a server machine, a tablet terminal, a smartphone, or the like.
  • the computer 1000 may be a dedicated computer designed to implement the measurement control unit 430, or may be a general-purpose computer.
  • the computer 1000 has a bus 1020, a processor 1040, a memory 1060, a storage device 1080, an input / output interface 1100, and a network interface 1120.
  • the bus 1020 is a data transmission path through which the processor 1040, the memory 1060, the storage device 1080, the input / output interface 1100, and the network interface 1120 mutually transmit and receive data.
  • a method for connecting the processors 1040 and the like to each other is not limited to a bus connection.
  • the processor 1040 is various processors such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or a FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • the memory 1060 is a main storage device realized using a RAM (Random Access Memory) or the like.
  • the storage device 1080 is an auxiliary storage device realized using a hard disk, an SSD (Solid State Drive), a memory card, or a ROM (Read Only Memory).
  • the input / output interface 1100 is an interface for connecting the computer 1000 and an input / output device.
  • an input device such as a keyboard and an output device such as a display device are connected to the input / output interface 1100.
  • the light source 410 and the detection unit 420 are connected to the input / output interface 1100 of the computer 1000 that implements the measurement control unit 430.
  • the network interface 1120 is an interface for connecting the computer 1000 to a network.
  • the communication network is, for example, a LAN (Local Area Network) or a WAN (Wide Area Network).
  • the method by which the network interface 1120 connects to the network may be a wireless connection or a wired connection.
  • the storage device 1080 stores a program module that implements the measurement control unit 430.
  • the processor 1040 implements a function corresponding to the program module by reading the program module into the memory 1060 and executing the program module.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the optical member 20 according to the second embodiment.
  • the optical member 20 includes a model 210 simulating at least a part of a living body.
  • the solution described above is applied to the surface of the model 210 such as a mannequin and cured to imitate at least a part of a patient's living body in a state in which the oxygen saturation of the living tissue has been significantly reduced due to severely ischemic limbs.
  • the optical member 20 having a curved surface can be obtained.
  • Such an optical member 20 can be used for performance measurement or training of a non-contact or contact-type medical diagnostic apparatus using light as a phantom.
  • the model 210 is a mannequin imitating a human foot.
  • the model 210 is fixed to a stand 211.
  • As the optical sample 10 an optical sample 10 corresponding to blood with low oxygen saturation when the tissue becomes ischemic due to diabetes or the like and the tissue is about to die is applied.
  • the optical member 20 simulating the shape and size of the ischemic part according to the actual case is created, and the optical member 20 is measured by the measuring device 40 which is a medical device. Performance can be measured.
  • the optical sample 10 may be exposed to the outside, the optical sample 10 may be included in the model 210, or the optical sample 10 simulates, for example, a transparent layer or skin. It may be covered with a layer.
  • the optical member 20 according to the embodiment is not limited to the above, and may be configured to include, for example, an optical cell and the liquid optical sample 10 introduced into the optical cell.
  • the light absorption spectrum of the optical sample 10 has the first light absorption peak 101 and the second light absorption peak 102. Then, the first peak wavelength ⁇ p1 of the first light absorption peak 101 is 590 nm or more and 800 nm or less, and the second peak wavelength ⁇ p2 of the second light absorption peak 102 is more than 800 nm and 1150 nm or less. Therefore, the optical member 20 according to the present embodiment is suitably used for measurement using light having wavelengths before and after the isosbestic point.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating the optical member set 30 according to the third embodiment.
  • the optical member 20 according to the present embodiment is the same as the optical member 20 according to the second embodiment except for the points described below.
  • the optical member set 30 according to the present embodiment includes a plurality of optical members 20 having a light-transmitting light receiving area 220.
  • the light absorption spectrum of the light receiving region 220 has at least one of a first light absorption peak and a second light absorption peak.
  • the first peak wavelength of the first light absorption peak is 590 nm or more and 800 nm or less
  • the second peak wavelength of the second light absorption peak is more than 800 nm and 1150 nm or less. This will be described in detail below.
  • optical member set 30 In the measurement method using the optical member set 30, light passes through the light receiving region 220 of one or more optical members 20 among the plurality of optical members 20.
  • the optical member set 30 it is possible to realize a blood model having a specific oxygen saturation by overlapping two or more optical members 20 of the plurality of optical members 20 included in the optical member set 30. it can.
  • the configuration of the optical member set 30 will be described in detail below.
  • This figure shows a state where a plurality of optical members 20 are housed in a case 310.
  • the plurality of optical members 20 include a first optical member 20a having a light absorption spectrum of a light receiving region 220 having a first light absorption peak and a second optical member 20a having a light absorption spectrum of a light receiving region 220 having a second light absorption peak. And an optical member 20b.
  • the second light absorption peak does not appear in the light absorption spectrum of the light receiving region 220 of the first optical member 20a.
  • the first light absorption peak does not appear in the light absorption spectrum of the light receiving region 220 of the second optical member 20b.
  • the optical member set 30 may further include a third optical member 20c in which the light absorption spectrum of the light receiving region 220 has both the first light absorption peak and the second light absorption peak.
  • the first optical member 20a and the second optical member 20b may be further superimposed on the third optical member 20c whose absorbance ratio has been roughly adjusted, and the absorbance ratio may be finely adjusted. In this way, the number of optical members 20 to be superimposed can be reduced.
  • the plurality of optical members 20 may include a plurality of first optical members 20a having different first light absorption peak intensities. Further, the plurality of optical members 20 may include a plurality of second optical members 20b having different second light absorption peak intensities from each other.
  • the optical member set 30 is used for measurement using light of the first wavelength and light of the second wavelength.
  • the first wavelength, the second wavelength, and the measurement using the light of these wavelengths are as described in the embodiment. Further, the relationship between the first wavelength and the first light absorption peak and the relationship between the second wavelength and the second light absorption peak are also as described in the embodiment.
  • the ratio between the absorbance at the first wavelength and the absorbance at the second wavelength can be arbitrarily set by combining two or more optical members 20. As described above in Example 1 and the like, by adjusting the ratio of the concentration of the first light absorbing material to the concentration of the second light absorbing material in the solution, the absorbance at the first wavelength and the absorbance at the second wavelength are adjusted. The ratio can be adjusted. However, the work of directly adjusting the concentration by directly mixing a solution or a solute may require time and effort.
  • the first light absorbing material may have some influence on the absorbance at the second peak wavelength, and conversely, the second light absorbing material may have some influence on the absorbance at the first peak wavelength. There is also. Therefore, the operation of adjusting the density is not simple.
  • One of the methods for providing a plurality of oxygen saturation blood models without forcing the user to perform such an operation is to prepare an optical sample 10 whose concentration has been adjusted in advance for each oxygen saturation. Is mentioned.
  • the user can combine the optical members 20 to measure the blood corresponding to the desired oxygen saturation at the time of measurement.
  • the model can be easily realized.
  • the optical members 20 each include the optical sample 10 in the light receiving region 220.
  • the optical sample 10 includes at least one of a first light absorbing material and a second light absorbing material. That is, the optical sample 10 included in the first optical member 20a includes the first light absorbing material, the optical sample 10 included in the second optical member 20b includes the second light absorbing material, and the third optical member 20c The optical sample 10 included in both contains the first light absorbing material and the second light absorbing material.
  • the first light absorbing material and the second light absorbing material are as described in the first embodiment.
  • a first light-absorbing material, a base material, and a solution containing a photopolymerization initiator for curing the base material are applied to the substrate 230, and the applied film is photo-cured to form the optical sample 10,
  • the first optical member 20a is obtained.
  • the second optical member 20b can be obtained by using the second light absorbing material instead of the first light absorbing material in the same manner.
  • the third optical member 20c is obtained by making the solution contain both the first light absorbing material and the second light absorbing material in the same manner.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method of using the optical member set 30 according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a table attached to the optical member set 30.
  • the user overlaps some of the plurality of optical members 20 included in the optical member set 30 as shown in FIG.
  • Light 90 from the measuring device 40 passes through the light receiving regions 220 of all the optical members 20 that are superimposed.
  • a table showing combinations of the optical members 20 as illustrated in FIG. 10 may be prepared and provided to the user.
  • the optical member 20 to be used for achieving the desired oxygen saturation can be grasped.
  • each of the plurality of optical members 20 included in the optical member set 30 is provided with a symbol indicating the light absorption characteristics of the optical member 20.
  • This symbol (3a, 2b, etc. in the figure) is, for example, a combination of a symbol indicating a peak wavelength (a, b, c in the figure) and a number indicating an absorbance level at the peak wavelength. Can be.
  • the symbol and the number of optical members 20 to be used are described for each oxygen saturation. The user may combine the optical members 20 according to the table.
  • the optical member set 30 may further include the optical member 20 used alone.
  • an optical member 20 that can be used alone as a blood model of the oxygen saturation may be prepared and included in the optical member set 30.
  • the optical member set 30 may further include one or more optical members 20 whose light absorption spectrum of the light receiving region 220 has a light absorption peak different from the first light absorption peak and the second light absorption peak. good. Then, the optical member set 30 can correspond to more measurement wavelengths.
  • the light absorption spectrum of the optical sample 10 included in the optical member set 30 has at least one of the first light absorption peak 101 and the second light absorption peak 102. Then, the first peak wavelength ⁇ p1 of the first light absorption peak 101 is 590 nm or more and 800 nm or less, and the second peak wavelength ⁇ p2 of the second light absorption peak 102 is more than 800 nm and 1150 nm or less. Therefore, the optical sample according to the present embodiment is suitably used for measurement using light having wavelengths before and after the isosbestic point.
  • a plurality of optical members 20 each having the translucent light receiving region 220 are included. Therefore, by combining two or more optical members 20, a blood model having a desired oxygen saturation can be easily realized.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the configuration of the optical device 50 according to the fourth embodiment.
  • the optical device 50 according to the present embodiment includes the optical sample 10, the transmittance adjusting unit 510, and the control unit 520.
  • the optical sample 10 is the same as the optical sample 10 according to the embodiment and at least one of Examples 1 to 3.
  • the transmittance adjuster 510 changes the transmittance of light to the optical sample 10.
  • the control unit 520 controls the transmittance adjustment unit 510.
  • the transmittance adjuster 510 is, for example, a liquid crystal shutter, and can continuously change the transmittance of light passing through the transmittance adjuster 510.
  • the transmittance of the light to the optical sample 10 is changed by the transmittance adjusting unit 510, so that the absorbance measured by the measuring device 40 is pseudo-changed, and the pulse of the living body is changed. Can be reproduced.
  • the transmittance of the transmittance adjusting unit 510 does not depend on the wavelength of light in a wavelength range of at least 590 nm to 1150 nm.
  • the optical device 50 includes the optical member set 30, the transmittance adjusting unit 510, and the control unit 520, and the transmittance of light to the light receiving area 220 of the two or more optical members 20 on which the transmittance adjusting unit 510 is stacked. May be changed.
  • the transmittance of the transmittance adjusting unit 510 can be electrically controlled.
  • Control unit 520 changes the transmittance of transmittance adjusting unit 510 based on a predetermined and stored pattern.
  • This pattern is, for example, a periodic pattern in which the transmittance is repeatedly increased and decreased.
  • the period of the pattern is, for example, not less than 1/100 minutes and not more than 1/40 minutes.
  • the transmittance adjusting unit 510 may change the transmittance of the control unit 520 in a pattern determined based on an input operation by the user.
  • the control unit 520 is realized using, for example, a computer 1000 as shown in FIG.
  • the storage device 1080 stores a program module that implements the control unit 520. Further, the storage device 1080 of the computer 1000 holds information indicating a pattern for changing the transmittance, and the transmittance adjusting unit 510 may read out the information and use it for control of the transmittance adjusting unit 510. Further, a transmittance adjusting unit 510 is connected to the input / output interface 1100 of the computer 1000 that implements the control unit 520.
  • the light absorption spectrum of the optical sample 10 has at least one of the first light absorption peak 101 and the second light absorption peak 102. Then, the first peak wavelength ⁇ p1 of the first light absorption peak 101 is 590 nm or more and 800 nm or less, and the second peak wavelength ⁇ p2 of the second light absorption peak 102 is more than 800 nm and 1150 nm or less. Therefore, the optical sample according to the present embodiment is suitably used for measurement using light having wavelengths before and after the isosbestic point.
  • the optical device 50 includes the transmittance adjusting unit 510 that changes the transmittance of light to the optical sample 10. Therefore, a simulation closer to reality, which reproduces the pulse of the living body, is possible.
  • the light absorption spectrum has a first light absorption peak and a second light absorption peak, A first peak wavelength of the first light absorption peak is 590 nm or more and 800 nm or less; An optical sample wherein the second peak wavelength of the second light absorption peak is more than 800 nm and 1150 nm or less. 1-2. 1-1.
  • At least a light of a first wavelength that is equal to or less than the isosbestic point of oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin and a light of a second wavelength that is longer than the first wavelength and equal to or more than the isosbestic point are used.
  • Optical sample used for measurement 1-3.
  • optical sample described in The optical sample, wherein the first wavelength is 640 nm to 790 nm and the second wavelength is 810 nm to 1100 nm. 1-4. 1-2. Or 1-3.
  • a difference between the first wavelength and the first peak wavelength is 50 nm or less;
  • An optical sample wherein a difference between the second wavelength and the second peak wavelength is 50 nm or less. 1-5. 1-2. From 1-4.
  • Optical sample that is the extinction coefficient. 1-7. 1-1. From 1-6.
  • An optical sample wherein the second light absorbing material is a nanoparticle. 1-9. 1-7. Or 1-8.
  • the first light absorbing material is a nanoparticle. 1-10. 1-7. From 1-9.
  • An optical sample wherein the Gruneisen coefficient of the base material is less than 0.1 or more than 2.0. 1-12. 1-10. Or 1-11.
  • the base material is an optical sample containing a polymer material. 1-13. 1-12.
  • the base material is an optical sample containing acrylate. 1-14. 1-1. From 1-13.
  • a light absorption spectrum of the light receiving region has at least one of a first light absorption peak and a second light absorption peak, A first peak wavelength of the first light absorption peak is 590 nm or more and 800 nm or less; An optical member set wherein a second peak wavelength of the second light absorption peak is more than 800 nm and 1150 nm or less. 2-2. 2-1.
  • the plurality of optical members include a first optical member having a light absorption spectrum of the light receiving region having the first light absorption peak, and a second optical member having a light absorption spectrum of the light receiving region having the second light absorption peak.
  • At least a first wavelength of light equal to or less than the isosbestic point of oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin and a second wavelength of light longer than the first wavelength and equal to or more than the isosbestic point are used.
  • Optical member set used for measurement. 2-6. 2-5 In the optical member set described in, The optical member set, wherein the first wavelength is 640 nm to 790 nm and the second wavelength is 810 nm to 1100 nm. 2-7. 2-5. Or 2-6. In the optical member set described in, A difference between the first wavelength and the first peak wavelength is 50 nm or less; An optical member set wherein a difference between the second wavelength and the second peak wavelength is 50 nm or less. 2-8. 2-5. To 2-7. In the optical member set according to any one of, An optical member set used for measurement by any of a pulse oximeter, NIRS, NIRI, and a diffuse optical tomography apparatus. 2-9. 2-1. To 2-8.
  • the plurality of optical members each include an optical sample in the light receiving area,
  • the optical sample includes at least one of a first light absorbing material having a light absorption peak having the first peak wavelength and a second light absorbing material having a light absorption peak having the second peak wavelength.
  • the optical member set, wherein the second light absorbing material is a nanoparticle. 2-11. 2-9. Or 2-10.
  • An optical member set, wherein the first light absorbing material is nanoparticles. 2-12. 2-9. To 2-11.
  • the optical sample further includes a base material, An optical member set in which at least one of the first light absorbing material and the second light absorbing material is dispersed in the base material. 2-13. 2-12.
  • An optical member set wherein the Gruneisen coefficient of the base material is less than 0.1 or more than 2.0. 2-14. 2-12. Or 2-13.
  • the base material includes a polymer material. 2-15. 2-14.
  • An optical member set wherein the base material includes acrylate. 2-16. 2-1. To 2-15.
  • ⁇ 1, oxy is the molar extinction coefficient of oxygenated hemoglobin for the light of the first wavelength
  • ⁇ 2, oxy is the molar absorption coefficient of oxygenated hemoglobin for the light of the second wavelength.
  • 3-1 A blood model in which the absorbance at a wavelength of 820 nm is 0.379 to 2.865 times the absorbance at a wavelength of 660 nm.

Abstract

光学試料の光吸収スペクトルは、第１の光吸収ピーク（１０１）と第２の光吸収ピーク（１０２）とを有する。第１の光吸収ピーク（１０１）の第１のピーク波長λｐ１は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピーク（１０２）の第２のピーク波長λｐ２は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。光学試料はたとえば、少なくとも酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの等吸収点以下である第１の波長λ１の光および、第１の波長λ１よりも長く、かつ等吸収点以上である第２の波長λ２の光を用いた測定に用いられる。

Description

光学試料、光学部材、および光学装置
　本発明は、光学試料、光学部材、および光学装置に関する。
　光を用いた医療機器の校正や開発、医師等の訓練等のために牛、山羊、豚などの動物の血液が試料として用いられる場合がある。しかし、動物の血液は管理や品質の維持が難しいこと、酸素飽和度等の条件の制御が困難であること、感染性廃棄物として適切な廃棄処理が求められること等から、より安定で、管理しやすく、条件制御が可能な擬似血液が求められている。
　特許文献１には、光音響波診断装置用の血液モデルが記載されている。特許文献１の技術では、血液モデルに顔料等を光吸収性化合物に含有させることにより、血液モデルの吸収係数が調整されている。
特開２０１５－２９７８号公報
　光を用いた測定装置では、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの等吸収点を挟んだ複数の波長の光を用いることで、特に測定精度が高められる。
　しかし、特許文献１の血液モデルは、このような測定装置による測定に適するものではなかった。
　本発明が解決しようとする課題としては、光を用いた高精度の測定に適用可能な光学試料を提供することが一例として挙げられる。
　請求項１に記載の発明は、
　光吸収スペクトルが、第１の光吸収ピークと第２の光吸収ピークとを有し、
　前記第１の光吸収ピークの第１のピーク波長は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
　前記第２の光吸収ピークの第２のピーク波長は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である光学試料である。
　請求項１４に記載の発明は、
　請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学試料を少なくとも一部に有する光学部材である。
　請求項１６に記載の発明は、
　請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学試料と、
　前記光学試料への光の透過率を変化させる透過率調整部と、
　前記透過率調整部を制御する制御部とを含む光学装置である。
　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
実施形態に係る光学試料の光吸収スペクトルを例示する図である。 ６４０ｎｍから８４０ｎｍの波長における酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数の関係を例示する図である。 ６６０ｎｍの波長の光に対する吸光度と、８２０ｎｍの波長の光に対する吸光度とを酸素飽和度Ｓに対してプロットした図である。 実施例２に係る光学部材およびその使用方法を例示する図である。 （ａ）は、実施例２に係る光学部材の構造の第１の例を示す断面図であり、（ｂ）は、実施例２に係る光学部材の構造の第２の例を示す断面図である。 計算機の構成を例示する図である。 実施例２に係る光学部材の他の例を示す図である。 実施例３に係る光学部材セットを例示する斜視図である。 実施例３に係る光学部材セットの使用方法を例示する断面図である。 光学部材セットに添付される表を例示する図である。 実施例４に係る光学装置の構成を例示する図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（実施形態）
　図１は、実施形態に係る光学試料の光吸収スペクトルを例示する図である。本実施形態に係る光学試料の光吸収スペクトルは、第１の光吸収ピーク１０１と第２の光吸収ピーク１０２とを有する。第１の光吸収ピーク１０１の第１のピーク波長λｐ１は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピーク１０２の第２のピーク波長λｐ２は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。以下に詳しく説明する。
　本実施形態に係る光学試料は、血液モデル、すなわち擬似血液として用いることができる。本実施形態に係る光学試料の状態は特に限定されず、液体であってもよいし、固体であってもよい。
　生物の血液においては、ヘモグロビンを含む赤血球が酸素を運ぶ役割を果たしている。ヘモグロビンは、鉄を含むヘムという色素と、グロビンというタンパク質との化合物である。この鉄部分に酸素が結合することで、酸素化ヘモグロビンとなり細胞へ酸素を運ぶことができる。一方、運んだ酸素を切り離した状態のヘモグロビンを脱酸素化ヘモグロビンと呼ぶ。
　血液の状態を示す指標の一つとして酸素飽和度ＳＯ２がある。酸素飽和度は、血液中の全てのヘモグロビンに酸素が結合した場合の酸素量に対する、血液中のヘモグロビンに実際に結合していた酸素量の比である。なお、以下では酸素飽和度を百分率で表したものをＳと表す。
　非侵襲で血液中の酸素飽和度を測定する手段の一つとしては、生体への透過光を用いて動脈血中酸素飽和度ＳｐＯ２を測定するパルスオキシメータや、組織酸素飽和度ＳｔＯ２を測定するNear-infrared spectroscopy（ＮＩＲＳ）等がある。
　光を用いた酸素飽和度の測定方法の例について以下に説明する。なお、以下に記載する波長等の具体的な数値は説明のための一例である。溶液を光路長ｄの光学セルに入れ、光学セルに波長λの光を透過させる場合を考える。溶質の波長λｎにおけるモル吸光係数をεｎ、溶質の濃度をＣ、溶液による吸光度をＡλｎとすると、Beer-Lambertの法則によりＡλｎ＝εｎＣｄが成り立つ。また、光を吸収する溶質が複数含まれる溶液では、式（１）が成り立つ。式（１）において、εｎ，ｉは溶質ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｍ）の波長λｎの光に対するモル吸光係数であり、Ｃｉは、溶液における溶質ｉの濃度である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　濃度がＣｏｘｙである酸素化ヘモグロビンと、濃度がＣｄｅｏｘｙである脱酸素化ヘモグロビンで構成されている血液を仮定する。また、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの波長λｎの光に対するモル吸光係数をそれぞれεｎ，ｏｘｙおよびεｎ，ｄｅｏｘｙとする。この血液を光路長ｄの光学セルに入れて波長λｎの単一光源の光を透過させたときの、吸光度Ａλｎは、上記の式（１）に基づき、式（２）で表される。なお、この血液には散乱体としての赤血球は含まれないと仮定している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記の式（２）、以下の式（３）、および式（４）より、式（５）が成り立つ。Ｃｔｏｔａｌは総ヘモグロビン濃度である。なお、総ヘモグロビン濃度は人間の女性で７．４ｍｍｏｌ／Ｌ以上９．９ｍｍｏｌ／Ｌ以下、人間の男性で８．４ｍｍｏｌ／Ｌ以上１０．９ｍｍｏｌ／Ｌ以下であることが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　εｎ，ｏｘｙおよびεｎ，ｄｅｏｘｙはそれぞれ、波長λｎに依存する既知の定数である。また、Ｃｔｏｔａｌとｄとの積は波長に依存しない値であり、この値を一定とした場合、吸光度Ａλｎは酸素飽和度ＳＯ２の一次関数である。
　ここで、酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数の大小関係は、等吸収点の前後で逆転する。等吸収点は波長８００ｎｍ付近において、酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数とが一致する波長である。
　図２は、６４０ｎｍから８４０ｎｍの波長における酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数の関係を例示する図である。本図は、"omlc.org/spectra/hemoglobin/summary.html"に示されている、オレゴン工科大学のScott Prahl氏がまとめたデータに基づく。
　本データに基づく、６６０ｎｍと８２０ｎｍのそれぞれの波長の光に対する酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの各モル吸光係数は、具体的に表１の通りである。ここで、６６０ｎｍと８２０ｎｍは、等吸収点の前後の二波長である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　図３は、６６０ｎｍの波長の光に対する吸光度と、８２０ｎｍの波長の光に対する吸光度とを酸素飽和度Ｓに対してプロットした図である。ここで、光路長ｄを１ｃｍ、総ヘモグロビン濃度Ｃｔｏｔａｌを９ｍｍｏｌ／Ｌでそれぞれ固定した。本図から、酸素飽和度が４０％から１００％に上がるよう変化する場合、６６０ｎｍの波長に対する吸光度は単調減少することが分かる。一方、酸素飽和度が同様に変化する場合、８２０ｎｍの波長に対する吸光度は単調増加することが分かる。
　さらに、各波長および各酸素飽和度の吸光度を、酸素飽和度が４０％である場合の６６０ｎｍの波長に対する吸光度について正規化した値を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　以上より、特定の酸素飽和度を有する血液の二波長の吸光度の関係を再現することにより、その酸素飽和度を有する血液の光学的な特徴を再現した血液モデルを実現することができると言える。二波長の吸光度の関係を再現する方法としては、たとえば、吸光特性が既知である二種類の溶質を含む溶液の濃度を調整することが挙げられる。
　図１に戻り、本実施形態に係る光学試料について説明する。本実施形態に係る光学試料は、少なくとも酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの等吸収点以下である第１の波長λ１の光および、第１の波長λ１よりも長く、かつ等吸収点以上である第２の波長λ２の光を用いた測定に用いられる。このような測定としてはたとえば、パルスオキシメータ、ＮＩＲＳ、ＮＩＲＩ(Near Infrared Imaging)、および拡散光トモグラフィ装置の少なくともいずれかを用いた測定が挙げられる。上記したように、酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数と脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数の大小関係は、等吸収点の前後で逆転する。したがって、各測定装置では、等吸収点以下である第１の波長λ１の光と等吸収点以上である第２の波長λ２の光とを用いることにより、第１の波長λ１の光に対する特性と、第２の波長λ２の光に対する特性との違いを用いて、より高精度に測定が行われる。
　第１の波長λ１は具体的にはたとえば６４０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下であり、第２の波長λ２は具体的にはたとえば８１０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である。なお、詳しく後述するが、第１の波長λ１と第１のピーク波長λｐ１とは必ずしも一致する必要は無く、第２の波長λ２と第２のピーク波長λｐ２とは必ずしも一致する必要は無い。
　上記した式（５）から、式（６）で得られるＳが酸素飽和度に相当する。すなわち、光学試料の、第１の波長λ１における吸光度をＡλ１とし、第２の波長λ２における吸光度をＡλ２としたとき、以下の式（６）で表されるＳが０以上１００以下である。ここで、Ａ'＝Ａλ２／Ａλ１が成り立ち、ε１，ｄｅｏｘｙは第１の波長λ１の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｄｅｏｘｙは第２の波長λ２の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε１，ｏｘｙは第１の波長λ１の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｏｘｙは第２の波長λ２の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　本実施形態に係る光学試料は、第１の吸光材料と第２の吸光材料とを含む。第１の吸光材料は、光吸収スペクトルに第１のピーク波長λｐ１を有する光吸収ピークを有する材料である。また、第２の吸光材料は、光吸収スペクトルに第２のピーク波長を有する光吸収ピークを有する材料である。光路における第１の吸光材料と第２の吸光材料の濃度比を調整することにより、特定の酸素飽和度の血液における第１の波長λ１についての吸光度と第２の波長λ２についての吸光度との比を再現した光学試料を実現することができる。
　第１の波長λ１と第１のピーク波長λｐ１とはある程度近ければよく、必ずしも一致する必要は無い。また、第２の波長λ２と第２のピーク波長λｐ２とも、ある程度近ければよく、必ずしも一致する必要は無い。たとえば、第１の波長λ１と、第１のピーク波長λｐ１との差Δλ１は５０ｎｍ以下であり、第２の波長λ２と、第２のピーク波長λｐ２との差Δλ２は５０ｎｍ以下である。第１の波長λ１に近い第１のピーク波長λｐ１を有する第１の吸光材料および第２の波長λ２に近い第２のピーク波長λｐ２を有する第２の吸光材料を用いることにより、第１の波長λ１についての吸光度と第２の波長λ２についての吸光度をそれぞれ精度良く調整できる。ここで、第１の波長λ１および第２の波長λ２以外の波長に対する吸光度は血液の吸光度と関連している必要は無く、光学試料全体の色も特に限定されない。
　たとえば医療機器の校正装置としてバイタルサインシミュレーターがあるが、この校正装置では測定装置のプローブ等を校正装置の検出部に接触させる必要がある。また、校正装置の規模が大きく、操作も複雑である。一方、本実施形態に係る光学試料１０によれば、非接触で測定を行う測定装置に対しても、適用可能である。また、線状や面状など、様々な形態の光学試料１０を実現することができる。
　なお、本実施形態に係る光学試料の光吸収スペクトルは、第１の光吸収ピーク１０１と第２の光吸収ピーク１０２の他にさらにピークを有しても良い。その場合でも、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下のピーク波長のいずれかを第１のピーク波長λｐ１とみなし、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下のピーク波長のいずれかを第２のピーク波長λｐ２とみなすことができる。
　また、本実施形態に係る光学試料は、さらに第１の吸光材料および第２の吸光材料とは異なる吸収ピークを有する吸光材料をさらに含み、三波長以上で吸光度の関係が調整されていても良い。
　以上、本実施形態によれば、光学試料の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピーク１０１と第２の光吸収ピーク１０２とを有する。そして第１の光吸収ピーク１０１の第１のピーク波長λｐ１は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピーク１０２の第２のピーク波長λｐ２は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。したがって本実施形態に係る光学試料は等吸収点の前後の波長の光を用いた測定に対して好適に用いられる。
（実施例１）
　実施例１に係る光学試料は、実施形態に係る光学試料と同様の構成を有する。
　本実施例に係る光学試料においては、光路における第１の吸光材料の濃度と第２の吸光材料の濃度とが調整されている。そうすることで、特定の酸素飽和度を有する血液の、第１の波長における吸光度と第２の波長における吸光度との比が、光学試料において再現される。
　本実施例に係る光学試料は母材をさらに含む。そして、第１の吸光材料と第２の吸光材料との少なくとも一方が母材に分散されている。たとえば光学試料では、母材に第１の吸光材料と第２の吸光材料とが濃度を調整して合わせて分散されていてもよい。また、光学試料は、母材に第１の吸光材料が分散された第１部分と、母材に第２の吸光材料が分散された第２部分とを別々に含んでも良い。光学試料が第１部分と第２部分とを別々に含む場合、第１部分と第２部分との両方を通過する光路全体における、吸光度が調整されていればよい。
　第１の吸光材料は特に限定されないが、たとえば顔料、染料、着色料、またはナノ粒子である。第１の吸光材料は中でもナノ粒子であることが好ましい。また、第２の吸光材料は特に限定されないが、たとえばナノ粒子である。
　ナノ粒子を用いることで、ナノ粒子の形状や大きさに依存して吸収波長やピークのＱ値を精度良く制御することができる。また、安定性に優れ、光学試料の管理が容易となる。たとえば、光学試料は、光学的な品質を常温で少なくとも２年は維持することが可能である。なお、ナノ粒子とは、たとえば局在化表面プラズモン共鳴による光吸収を発現する粒子である。ナノ粒子は銀、金、銅、白金等の金属ナノ粒子である。ナノ粒子の形状は特に限定されないが、たとえばロッド状、三角形等の多角形プレート状、球状である。また、ナノ粒子の大きさは特に限定されないが、たとえばナノ粒子の投影の円相当径の平均が２００ｎｍ以下である。
　ここで、第２のピーク波長の光は赤外光である。さらに、第１のピーク波長の光も赤外光であってもよい。すなわち、第１のピーク波長の光は７５０ｎｍ以上であってもよい。したがって、光学試料においては赤外光の吸光度を調整する必要がある。しかし、顔料、染料、着色料等は主に可視光を対象とするため、これらを用いても赤外光の吸光度を制御することは難しい。一方、ナノ粒子を用いることで、赤外域の光の吸収を高精度に制御することができる。
　また、第１の吸光材料と第２の吸光材料がいずれもナノ粒子である場合、互いに親和性が良く、混合が容易である。
　母材はたとえば高分子材料を含む。高分子材料はたとえば樹脂、樹脂のオリゴマー、およびモノマーのいずれかである。樹脂はたとえば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の少なくともいずれかである。高分子材料は特にアクリレートを含むことが好ましい。アクリレートとしては、たとえば単官能アクリレート、２官能アクリレート、多官能アクリレート、単官能メタクリレート、２官能メタクリレート、多官能メタクリレート等が挙げられる。多官能アクリレートとしてはたとえばペンタエリスリトールトリアクリレート、およびペンタエリスリトールテトラアクリレートが挙げられる。
　母材は５９０ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の波長範囲に光吸収ピークを有さないことが好ましい。
　母材のグリューナイゼン係数に特に制限はなく、どのような値を採ることもできる。たとえば、母材のグリューナイゼン係数は０．１未満または２．０超過であってもよい。
　光学試料はさらに、たとえば分散剤、重合開始剤、および散乱体のうち一以上を含んでも良い。分散剤としてはたとえばプロピレングリコールモノメチルエーテルが挙げられる。重合開始剤としてはたとえばイルガキュアが挙げられる。散乱体としてはたとえば粒径が５μｍ以上２０μｍ以下の樹脂ビーズが挙げられる。
　本実施例に係る光学試料の第１の例において、波長８２０ｎｍにおける吸光度は波長６６０ｎｍにおける吸光度の０．３７９倍以上２．８６５倍以下である。この場合、酸素飽和度４０％以上１００％以下の血液が模擬される。
　以上、本実施例によれば、実施形態と同様、光学試料の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピーク１０１と第２の光吸収ピーク１０２とを有する。そして第１の光吸収ピーク１０１の第１のピーク波長λｐ１は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピーク１０２の第２のピーク波長λｐ２は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。したがって本実施例に係る光学試料は等吸収点の前後の波長の光を用いた測定に対して好適に用いられる。
（実施例２）
　図４は、実施例２に係る光学部材２０およびその使用方法を例示する図である。また、図５（ａ）は、実施例２に係る光学部材２０の構造の第１の例を示す断面図であり、図５（ｂ）は、実施例２に係る光学部材２０の構造の第２の例を示す断面図である。本実施例に係る光学部材２０は、光学試料１０を少なくとも一部に有する。光学試料１０は、実施形態および実施例１の少なくともいずれかに係る光学試料と同じである。以下に詳しく説明する。
　図４、図５（ａ）および図５（ｂ）の例において、光学部材２０は基材２３０をさらに含む。基材２３０は、たとえばプレパラート等、透明な板状部材である。また、基材２３０はたとえばガラスまたは樹脂である。基材２３０は少なくとも５９０ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の波長範囲に光吸収ピークを有さないことが好ましい。光学試料１０はたとえば基材２３０の表面の少なくとも一部に積層されていても良いし、少なくとも一部が基材２３０の内部に埋め込まれていても良い。光学部材２０において光学試料１０は第１の吸光材料および第２の吸光材料の少なくとも一方を含む部分である。光学部材２０において光学試料１０が設けられた部分が測定装置４０による測定の受光領域２２０となる。
　図５（ａ）の例において、光学部材２０には基材２３０に対し、光学試料１０として、母材に第１の吸光材料および第２の吸光材料が分散された層が設けられている。光学試料１０においては、血液の吸光度比を模擬するよう、第１の吸光材料と第２の吸光材料の濃度が調整されている。
　図５（ｂ）の例において、光学部材２０には基材２３０に対し、光学試料１０として、母材に第１の吸光材料が分散された第１部分１００ａと、母材に第２の吸光材料が分散された第２部分１００ｂとが積層されている。この場合、第１部分１００ａと第２部分１００ｂとを合わせた光学試料１０の全体として、血液を模擬するよう、第１の波長における吸光度と第２の波長における吸光度との比が調整されていればよい。このとき、第１部分１００ａと第２部分１００ｂとの厚さは同じでも良いし、互いに異なっていても良い。
　たとえば、第１の吸光材料、第２の吸光材料、母材、および母材を硬化させるための光重合開始剤を含む溶液を基材２３０に塗布し、塗布膜を光硬化させて光学試料１０を形成することにより、光学部材２０が得られる。
　図４では、散乱体４５０上に並べられた光学部材２０に対し測定装置４０で順に測定が行われる例を示している。本図では、複数の光学部材２０を散乱体４５０上に並べて測定を行う例を示しているが、一つの光学部材２０のみが測定されても良い。また、測定装置４０の構成は以下に説明する例に限定されない。たとえば本図の例では光９０が光学試料１０を二度通過して測定が行われるが、光９０は光学試料１０を一度のみ通過して測定が行われても良い。
　測定装置４０はたとえばＮＩＲＳ等、血液等の酸素動態を測定する装置である。測定装置４０は、光源４１０、検出部４２０、および測定制御部４３０を備える。光源４１０から出力された光９０は散乱体４５０で反射される前後で光学部材２０の光学試料１０を透過する。そして、光９０は検出部４２０で検出される。測定制御部４３０は光源４１０と検出部４２０とを制御し、光学部材２０に対する光照射を行うと共に、検出部４２０での検出結果に基づき酸素飽和度を算出する。ここで、光学試料１０で模擬した血液の酸素飽和度と、測定制御部４３０で算出された酸素飽和度とを比較する事で、測定装置４０の校正や性能評価が可能である。なお、測定装置４０は、吸光度を直接用いた測定に限らず、光透過率等を用いた測定を行う装置であっても良い。吸光度は直接または間接的に測定結果に反映されればよい。
　測定制御部４３０は、各機能構成部を実現するハードウエア（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。以下、測定制御部４３０がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
　図６は、計算機１０００の構成を例示する図である。測定制御部４３０は本図のような計算機１０００を用いて実現される。計算機１０００は任意の計算機である。例えば計算機１０００は、Personal Computer（PC）、サーバマシン、タブレット端末、又はスマートフォンなどである。計算機１０００は、測定制御部４３０を実現するために設計された専用の計算機であってもよいし、汎用の計算機であってもよい。
　計算機１０００は、バス１０２０、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、入出力インタフェース１１００、及びネットワークインタフェース１１２０を有する。バス１０２０は、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージデバイス１０８０、入出力インタフェース１１００、及びネットワークインタフェース１１２０が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ１０４０は、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、又は FPGA（Field-Programmable Gate Array）などの種々のプロセッサである。メモリ１０６０は、RAM（Random Access Memory）などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス１０８０は、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）、メモリカード、又は ROM（Read Only Memory）などを用いて実現される補助記憶装置である。
　入出力インタフェース１１００は、計算機１０００と入出力デバイスとを接続するためのインタフェースである。例えば入出力インタフェース１１００には、キーボードなどの入力装置や、ディスプレイ装置などの出力装置が接続される。また、測定制御部４３０を実現する計算機１０００の入出力インタフェース１１００には、光源４１０および検出部４２０が接続される。
　ネットワークインタフェース１１２０は、計算機１０００をネットワークに接続するためのインタフェースである。この通信網は、例えば LAN（Local Area Network）や WAN（Wide Area Network）である。ネットワークインタフェース１１２０がネットワークに接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
　ストレージデバイス１０８０は、測定制御部４３０を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ１０４０は、このプログラムモジュールをメモリ１０６０に読み出して実行することで、プログラムモジュールに対応する機能を実現する。
　図７は、実施例２に係る光学部材２０の他の例を示す図である。本図の例において、光学部材２０は生体の少なくとも一部を模した模型２１０を含む。たとえば、上記した溶液をマネキン等の模型２１０の表面に塗布し、硬化させることで、重症虚血肢により生体組織の酸素飽和度が著しく下がった状態の患者の生体の少なくとも一部を模した、曲面を有する光学部材２０を得ることができる。このような光学部材２０は、ファントムとして非接触または接触型の、光を用いた医療診断装置の性能測定や、訓練に用いることができる。
　本図の例において、模型２１０は、人の足先を模したマネキンである。模型２１０は、台２１１に固定されている。光学試料１０としては、糖尿病等を患うことで虚血状態となり組織が壊死しかけた場合の、低酸素飽和度の血液に相当する光学試料１０が塗布されている。実際の症例に応じて虚血状態の部位の形状や大きさを模した光学部材２０を作成し、これを医療機器である測定装置４０で測定することで、測定装置４０の解像度や分解能の医学的な性能を測ることが可能となる。
　なお、光学部材２０において、光学試料１０は外部に露出していても良いし、光学試料１０は模型２１０に内包されていても良いし、または光学試料１０はたとえば透明な層や皮膚を模擬した層で覆われていても良い。
　また、本実施例に係る光学部材２０は、上記に限らず、たとえば光学セルと、光学セルに導入された液状の光学試料１０とを含んで構成されても良い。
　以上、本実施例によれば、実施形態と同様、光学試料１０の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピーク１０１と第２の光吸収ピーク１０２とを有する。そして第１の光吸収ピーク１０１の第１のピーク波長λｐ１は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピーク１０２の第２のピーク波長λｐ２は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。したがって本実施例に係る光学部材２０は等吸収点の前後の波長の光を用いた測定に対して好適に用いられる。
（実施例３）
　図８は、実施例３に係る光学部材セット３０を例示する斜視図である。本実施例に係る光学部材２０は、以下に説明する点を除いて実施例２に係る光学部材２０と同じである。本実施例に係る光学部材セット３０は、透光性の受光領域２２０を有する光学部材２０を複数含む。複数の光学部材２０のそれぞれにおいて、受光領域２２０の光吸収スペクトルは、第１の光吸収ピークおよび第２の光吸収ピークの少なくとも一方を有する。また、第１の光吸収ピークの第１のピーク波長は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピークの第２のピーク波長は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。以下に詳しく説明する。
　光学部材セット３０を用いる測定方法では、複数の光学部材２０のうち、一以上の光学部材２０の受光領域２２０に光を通過させる。光学部材セット３０の使用においては、光学部材セット３０に含まれる複数の光学部材２０のうちの二以上の光学部材２０を重ねることにより、特定の酸素飽和度を有する血液のモデルを実現することができる。
　このように実現した血液モデルにおいては、重ね合わされた二以上の光学部材２０の受光領域２２０の、第１の波長における吸光度をＡλ１とし、第２の波長における吸光度をＡλ２としたとき、上記した式（６）で表されるＳが０以上１００以下となる。
　光学部材セット３０の構成について以下に詳しく説明する。本図は、ケース３１０に複数の光学部材２０が収められている状態を示している。複数の光学部材２０は、受光領域２２０の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピークを有する第１の光学部材２０ａと、受光領域２２０の光吸収スペクトルが第２の光吸収ピークを有する第２の光学部材２０ｂとを含む。第１の光学部材２０ａの受光領域２２０の光吸収スペクトルには、第２の光吸収ピークは現れない。また、第２の光学部材２０ｂの受光領域２２０の光吸収スペクトルには、第１の光吸収ピークは現れない。ただし、光学部材セット３０は、さらに、受光領域２２０の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピークと第２の光吸収ピークの両方を有する第３の光学部材２０ｃを含んでも良い。たとえば、大まかに吸光度比が調整された第３の光学部材２０ｃに対し、さらに第１の光学部材２０ａおよび第２の光学部材２０ｂを重ねて吸光度比の細かな調整を行ってもよい。こうすることで、重ね合わせる光学部材２０の数を減らすことができる。
　複数の光学部材２０は、互いに第１の光吸収ピークの強度が異なる複数の第１の光学部材２０ａを含んでもよい。また、複数の光学部材２０は、互いに第２の光吸収ピークの強度が異なる複数の第２の光学部材２０ｂを含んでもよい。
　光学部材セット３０は、第１の波長の光および、第２の波長の光を用いた測定に用いられる。第１の波長、第２の波長、およびこれらの波長の光を用いた測定については実施形態で説明した通りである。また、第１の波長と第１の光吸収ピークとの関係、および、第２の波長と第２の光吸収ピークとの関係についても、実施形態で説明した通りである。
　本実施例に係る光学部材セット３０によれば、二以上の光学部材２０を組み合わせて、第１の波長の吸光度と第２の波長の吸光度との比を任意に設定することができる。実施例１等で上記した通り、溶液における第１の吸光材料の濃度と第２の吸光材料との濃度との比を調整することで第１の波長の吸光度と第２の波長の吸光度との比を調整することができる。しかし、溶液や溶質を直接混ぜ合わせて精密に濃度を調整する作業には時間と手間を要する場合がある。
　特に、第１の吸光材料が、第２のピーク波長における吸光度に多少の影響を及ぼすこともあり、逆に、第２の吸光材料が、第１のピーク波長における吸光度に多少の影響を及ぼすこともある。したがって、濃度の調整作業は単純ではない。
　このような作業をユーザに強いることなく、複数の酸素飽和度の血液モデルを提供するための方法の一つとしては、予め濃度を調整した光学試料１０を酸素飽和度毎に準備しておく方法が挙げられる。
　また、光学試料１０を酸素飽和度毎に準備しなくとも、本実施例に係る光学部材セット３０を用いれば、ユーザが測定時に、光学部材２０を組み合わせることで所望の酸素飽和度に対応する血液モデルを容易に実現することができる。
　複数の光学部材２０はそれぞれ受光領域２２０に光学試料１０を含む。光学試料１０は、第１の吸光材料と、第２の吸光材料との少なくともいずれかを含む。すなわち、第１の光学部材２０ａに含まれる光学試料１０は第１の吸光材料を含み、第２の光学部材２０ｂに含まれる光学試料１０は第２の吸光材料を含み、第３の光学部材２０ｃに含まれる光学試料１０は第１の吸光材料と第２の吸光材料の両方を含む。第１の吸光材料および第２の吸光材料については実施例１で説明した通りである。
　たとえば、第１の吸光材料、母材、および母材を硬化させるための光重合開始剤を含む溶液を基材２３０に塗布し、塗布膜を光硬化させて光学試料１０を形成することにより、第１の光学部材２０ａが得られる。また、同様の方法で第１の吸光材料の代わりに第２の吸光材料を用いることにより、第２の光学部材２０ｂが得られる。また、同様の方法で、溶液に第１の吸光材料と第２の吸光材料との両方を含有させることにより、第３の光学部材２０ｃが得られる。
　図９は、実施例３に係る光学部材セット３０の使用方法を例示する断面図である。また、図１０は、光学部材セット３０に添付される表を例示する図である。光学部材セット３０を使用する際、ユーザは、光学部材セット３０に含まれる複数の光学部材２０のうちのいくつかを図９に示すように重ねて測定装置４０の測定対象とする。測定装置４０からの光９０は、重ねられた全ての光学部材２０の受光領域２２０を通過する。
　光学部材セット３０に使用においては図１０に例示するような、光学部材２０の組み合わせを示す表が準備され、ユーザに提供されても良い。このような表を参照して、所望の酸素飽和度を実現するために用いるべき光学部材２０を把握することができる。
　具体的にはたとえば、光学部材セット３０に含まれる複数の光学部材２０のそれぞれには、その光学部材２０の吸光特性を示す記号が付されている。この記号（本図中、３ａ、２ｂ等）は、たとえば、ピーク波長を示す記号（本図中、ａ，ｂ，ｃ）と、そのピーク波長における吸光度のレベルを示す番号との組み合わせとすることができる。そして、表には酸素飽和度毎に、用いるべき光学部材２０の記号と枚数が記載されている。ユーザは表に従って光学部材２０を組み合わせればよい。
　なお、光学部材セット３０にはさらに、一つのみで用いられる光学部材２０が含まれても良い。たとえば、望まれる頻度が高いと思われる酸素飽和度については、単独でその酸素飽和度の血液のモデルとして用いることができる光学部材２０が準備され、光学部材セット３０に含まれても良い。
　また、光学部材セット３０にはさらに、受光領域２２０の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピークとも第２の光吸収ピークとも異なる光吸収ピークを有する一以上の光学部材２０が含まれていても良い。そうすれば、光学部材セット３０をより多くの測定波長に対応させることができる。
　以上、本実施例によれば、光学部材セット３０に含まれる光学試料１０の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピーク１０１と第２の光吸収ピーク１０２との少なくとも一方を有する。そして第１の光吸収ピーク１０１の第１のピーク波長λｐ１は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピーク１０２の第２のピーク波長λｐ２は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。したがって本実施例に係る光学試料は等吸収点の前後の波長の光を用いた測定に対して好適に用いられる。
　くわえて、本実施例によれば、透光性の受光領域２２０を有する光学部材２０を複数含む。したがって、二以上の光学部材２０を組み合わせることで所望の酸素飽和度の血液モデルを容易に実現することができる。
（実施例４）
　図１１は、実施例４に係る光学装置５０の構成を例示する図である。本実施例に係る光学装置５０は、光学試料１０、透過率調整部５１０、および制御部５２０を含む。光学試料１０は、実施形態、および実施例１から実施例３の少なくともいずれかに係る光学試料１０と同じである。透過率調整部５１０は、光学試料１０への光の透過率を変化させる。制御部５２０は、透過率調整部５１０を制御する。
　透過率調整部５１０は、たとえば液晶シャッターであり、透過率調整部５１０を通過する光の透過率を連続的に変化させることができる。本実施例に係る光学装置５０では、光学試料１０への光の透過率を透過率調整部５１０で変化させることにより、測定装置４０で測定される吸光度を擬似的に変化させ、生体の脈拍を再現することができる。ここで、透過率調整部５１０の透過率は、少なくとも５９０ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の波長範囲で光の波長に依存しないことが好ましい。
　本図では、光学試料１０が実施例２で示したような光学部材２０に含まれる例を示しているが、光学装置５０において光学試料１０は、実施例３で示したような光学部材セット３０を利用するものであっても良い。すなわち、光学装置５０は、光学部材セット３０、透過率調整部５１０、および制御部５２０を備え、透過率調整部５１０が積層された二以上の光学部材２０の受光領域２２０への光の透過率を変化させてもよい。
　光学装置５０において、透過率調整部５１０の透過率は電気的に制御可能である。制御部５２０は予め定められ、記憶されたパターンに基づいて透過率調整部５１０の透過率を変化させる。このパターンは、たとえば透過率の増減を繰り返す周期的なパターンである。パターンの周期は、たとえば１／１００分以上１／４０分以下である。透過率調整部５１０は、ユーザによる入力操作に基づき定められたパターンで制御部５２０の透過率を変化させても良い。
　制御部５２０は、たとえば図６で示したような計算機１０００を用いて実現される。ストレージデバイス１０８０は、制御部５２０を実現するプログラムモジュールを記憶している。さらに、計算機１０００のストレージデバイス１０８０には透過率を変化させるパターンを示す情報が保持されており、透過率調整部５１０はそれを読み出して透過率調整部５１０の制御に用いてもよい。また、制御部５２０を実現する計算機１０００の入出力インタフェース１１００には、透過率調整部５１０が接続される。
　以上、本実施例によれば、光学試料１０の光吸収スペクトルが第１の光吸収ピーク１０１と第２の光吸収ピーク１０２との少なくとも一方を有する。そして第１の光吸収ピーク１０１の第１のピーク波長λｐ１は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、第２の光吸収ピーク１０２の第２のピーク波長λｐ２は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である。したがって本実施例に係る光学試料は等吸収点の前後の波長の光を用いた測定に対して好適に用いられる。
　くわえて、本実施例によれば、光学装置５０が光学試料１０への光の透過率を変化させる透過率調整部５１０を備える。したがって、生体の脈拍を再現した、より現実に近い模擬が可能である。
　以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
　以下、参考形態の例を付記する。
１－１．光吸収スペクトルが、第１の光吸収ピークと第２の光吸収ピークとを有し、
　前記第１の光吸収ピークの第１のピーク波長は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
　前記第２の光吸収ピークの第２のピーク波長は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である光学試料。
１－２．　１－１．に記載の光学試料において、
　少なくとも酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの等吸収点以下である第１の波長の光および、前記第１の波長よりも長く、かつ前記等吸収点以上である第２の波長の光を用いた測定に用いられる光学試料。
１－３．　１－２．に記載の光学試料において、
　前記第１の波長は６４０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下であり、前記第２の波長は８１０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である光学試料。
１－４．　１－２．または１－３．に記載の光学試料において、
　前記第１の波長と、前記第１のピーク波長との差は５０ｎｍ以下であり、
　前記第２の波長と、前記第２のピーク波長との差は５０ｎｍ以下である光学試料。
１－５．　１－２．から１－４．のいずれか一つに記載の光学試料において、
　パルスオキシメータ、ＮＩＲＳ、ＮＩＲＩ、および拡散光トモグラフィ装置の少なくともいずれかを用いた測定に用いられる光学試料。
１－６．　１－２．から１－５．のいずれか一つに記載の光学試料において、
　当該光学試料の、前記第１の波長における吸光度をＡλ１とし、前記第２の波長における吸光度をＡλ２としたとき、式（６）で表されるＳが０以上１００以下であり、
　Ａ'＝Ａλ２／Ａλ１が成り立ち、ε１，ｄｅｏｘｙは前記第１の波長の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｄｅｏｘｙは前記第２の波長の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε１，ｏｘｙは前記第１の波長の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｏｘｙは前記第２の波長の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数である光学試料。
１－７．　１－１．から１－６．のいずれか一つに記載の光学試料において、
　前記第１のピーク波長を有する光吸収ピークを有する第１の吸光材料と、
　前記第２のピーク波長を有する光吸収ピークを有する第２の吸光材料とを含む光学試料。
１－８．　１－７．に記載の光学試料において、
　前記第２の吸光材料はナノ粒子である光学試料。
１－９．　１－７．または１－８．に記載の光学試料において、
　前記第１の吸光材料はナノ粒子である光学試料。
１－１０．　１－７．から１－９．のいずれか一つに記載の光学試料において、
　母材をさらに含み、
　前記第１の吸光材料と前記第２の吸光材料との少なくとも一方が前記母材に分散されている光学試料。
１－１１．　１－１０．に記載の光学試料において、
　前記母材のグリューナイゼン係数が０．１未満または２．０超過である光学試料。
１－１２．　１－１０．または１－１１．に記載の光学試料において、
　前記母材は高分子材料を含む光学試料。
１－１３．　１－１２．に記載の光学試料において、
　前記母材はアクリレートを含む光学試料。
１－１４．　１－１．から１－１３．のいずれか一つに記載の光学試料を少なくとも一部に有する光学部材。
１－１５．　１－１４．に記載の光学部材において、
　生体の少なくとも一部を模した模型を含む光学部材。
１－１６．　１－１．から１－１３．のいずれか一つに記載の光学試料と、
　前記光学試料への光の透過率を変化させる透過率調整部と、
　前記透過率調整部を制御する制御部とを含む光学装置。
２－１．　透光性の受光領域を有する光学部材を複数含み、
　前記複数の光学部材のそれぞれにおいて、前記受光領域の光吸収スペクトルが、第１の光吸収ピークおよび第２の光吸収ピークの少なくとも一方を有し、
　前記第１の光吸収ピークの第１のピーク波長は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
　前記第２の光吸収ピークの第２のピーク波長は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である光学部材セット。
２－２．　２－１．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記複数の光学部材は、前記受光領域の光吸収スペクトルが前記第１の光吸収ピークを有する第１の光学部材と、前記受光領域の光吸収スペクトルが前記第２の光吸収ピークを有する第２の光学部材とを含む光学部材セット。
２－３．　２－２．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記複数の光学部材は、互いに前記第１の光吸収ピークの強度が異なる複数の前記第１の光学部材を含む光学部材セット。
２－４．　２－２．または２－３．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記複数の光学部材は、互いに前記第２の光吸収ピークの強度が異なる複数の前記第２の光学部材を含む光学部材セット。
２－５．　２－１．から２－４．のいずれか一つに記載の光学部材セットにおいて、
　少なくとも酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの等吸収点以下である第１の波長の光および、前記第１の波長よりも長く、かつ前記等吸収点以上である第２の波長の光を用いた測定に用いられる光学部材セット。
２－６．　２－５．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記第１の波長は６４０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下であり、前記第２の波長は８１０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である光学部材セット。
２－７．　２－５．または２－６．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記第１の波長と、前記第１のピーク波長との差は５０ｎｍ以下であり、
　前記第２の波長と、前記第２のピーク波長との差は５０ｎｍ以下である光学部材セット。
２－８．　２－５．から２－７．のいずれか一つに記載の光学部材セットにおいて、
　パルスオキシメータ、ＮＩＲＳ、ＮＩＲＩ、および拡散光トモグラフィ装置のいずれかによる測定に用いられる光学部材セット。
２－９．　２－１．から２－８．のいずれか一つに記載の光学部材セットにおいて、
　前記複数の光学部材はそれぞれ前記受光領域に光学試料を含み、
　前記光学試料は、前記第１のピーク波長を有する光吸収ピークを有する第１の吸光材料と、前記第２のピーク波長を有する光吸収ピークを有する第２の吸光材料との少なくともいずれかを含む光学部材セット。
２－１０．　２－９．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記第２の吸光材料はナノ粒子である光学部材セット。
２－１１．　２－９．または２－１０．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記第１の吸光材料はナノ粒子である光学部材セット。
２－１２．　２－９．から２－１１．のいずれか一つに記載の光学部材セットにおいて、
　前記光学試料は母材をさらに含み、
　前記第１の吸光材料と前記第２の吸光材料との少なくとも一方が前記母材に分散されている光学部材セット。
２－１３．　２－１２．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記母材のグリューナイゼン係数が０．１未満または２．０超過である光学部材セット。
２－１４．　２－１２．または２－１３．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記母材は高分子材料を含む光学部材セット。
２－１５．　２－１４．に記載の光学部材セットにおいて、
　前記母材はアクリレートを含む光学部材セット。
２－１６．　２－１．から２－１５．のいずれか一つに記載の光学部材セットと、
　前記受光領域への光の透過率を変化させる透過率調整部と、
　前記透過率調整部を制御する制御部とを含む光学装置。
２－１７．　２－１．から２－１５．のいずれか一つに記載の光学部材セットを用いる測定方法であって、
　前記複数の光学部材のうち、一以上の前記光学部材の前記受光領域に、光を通過させる測定方法。
２－１８．　２－１．から２－１５．のいずれか一つに記載の光学部材セットに含まれる前記複数の光学部材のうちの二以上の前記光学部材を重ねることにより特定の酸素飽和度を有する血液のモデルを実現する光学部材セットの使用方法。
２－１９．　２－５．から２－８．のいずれか一つに記載の光学部材セットの使用方法であって、
　前記光学部材セットに含まれる前記複数の光学部材のうちの二以上の前記光学部材を重ねることにより特定の酸素飽和度を有する血液のモデルを実現し、
　前記モデルにおいて、重ね合わされた前記二以上の光学部材の前記受光領域の、前記第１の波長における吸光度をＡλ１とし、前記第２の波長における吸光度をＡλ２としたとき、式（６）で表されるＳが０以上１００以下であり、
　Ａ'＝Ａλ２／Ａλ１が成り立ち、ε１，ｄｅｏｘｙは前記第１の波長の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｄｅｏｘｙは前記第２の波長の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε１，ｏｘｙは前記第１の波長の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｏｘｙは前記第２の波長の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数である光学部材セットの使用方法。
３－１．　波長８２０ｎｍにおける吸光度が波長６６０ｎｍにおける吸光度の０．３７９倍以上２．８６５倍以下である血液モデル。
　この出願は、２０１８年９月２５日に出願された日本出願特願２０１８－１７８３８４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (16)

  1. 　光吸収スペクトルが、第１の光吸収ピークと第２の光吸収ピークとを有し、
    　前記第１の光吸収ピークの第１のピーク波長は、５９０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
    　前記第２の光吸収ピークの第２のピーク波長は、８００ｎｍ超過１１５０ｎｍ以下である光学試料。
  2. 　請求項１に記載の光学試料において、
    　少なくとも酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの等吸収点以下である第１の波長の光および、前記第１の波長よりも長く、かつ前記等吸収点以上である第２の波長の光を用いた測定に用いられる光学試料。
  3. 　請求項２に記載の光学試料において、
    　前記第１の波長は６４０ｎｍ以上７９０ｎｍ以下であり、前記第２の波長は８１０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である光学試料。
  4. 　請求項２または３に記載の光学試料において、
    　前記第１の波長と、前記第１のピーク波長との差は５０ｎｍ以下であり、
    　前記第２の波長と、前記第２のピーク波長との差は５０ｎｍ以下である光学試料。
  5. 　請求項２から４のいずれか一項に記載の光学試料において、
    　パルスオキシメータ、ＮＩＲＳ、ＮＩＲＩ、および拡散光トモグラフィ装置の少なくともいずれかを用いた測定に用いられる光学試料。
  6. 　請求項２から５のいずれか一項に記載の光学試料において、
    　当該光学試料の、前記第１の波長における吸光度をＡλ１とし、前記第２の波長における吸光度をＡλ２としたとき、以下の式（ｃ１）で表されるＳが０以上１００以下であり、
    　Ａ'＝Ａλ２／Ａλ１が成り立ち、ε１，ｄｅｏｘｙは前記第１の波長の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｄｅｏｘｙは前記第２の波長の光に対する脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε１，ｏｘｙは前記第１の波長の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数であり、ε２，ｏｘｙは前記第２の波長の光に対する酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数である光学試料。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の光学試料において、
    　前記第１のピーク波長を有する光吸収ピークを有する第１の吸光材料と、
    　前記第２のピーク波長を有する光吸収ピークを有する第２の吸光材料とを含む光学試料。
  8. 　請求項７に記載の光学試料において、
    　前記第２の吸光材料はナノ粒子である光学試料。
  9. 　請求項７または８に記載の光学試料において、
    　前記第１の吸光材料はナノ粒子である光学試料。
  10. 　請求項７から９のいずれか一項に記載の光学試料において、
    　母材をさらに含み、
    　前記第１の吸光材料と前記第２の吸光材料との少なくとも一方が前記母材に分散されている光学試料。
  11. 　請求項１０に記載の光学試料において、
    　前記母材のグリューナイゼン係数が０．１未満または２．０超過である光学試料。
  12. 　請求項１０または１１に記載の光学試料において、
    　前記母材は高分子材料を含む光学試料。
  13. 　請求項１２に記載の光学試料において、
    　前記母材はアクリレートを含む光学試料。
  14. 　請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学試料を少なくとも一部に有する光学部材。
  15. 　請求項１４に記載の光学部材において、
    　生体の少なくとも一部を模した模型を含む光学部材。
  16. 　請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学試料と、
    　前記光学試料への光の透過率を変化させる透過率調整部と、
    　前記透過率調整部を制御する制御部とを含む光学装置。
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