WO2022044718A1

WO2022044718A1 - 筋酸素消費量を計測する装置、方法およびコンピュータプログラム

Info

Publication number: WO2022044718A1
Application number: PCT/JP2021/028692
Authority: WO
Inventors: 博人柳川
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN116033946A; JPWO2022044718A1; US20230172470A1

Abstract

計測装置は、光源と、複数の光電変換素子を含むセンサと、処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記光源に光パルスを出射させることと、前記センサに、前記光パルスの出射に起因してユーザの対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させることと、を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得する。前記処理回路は、前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力する。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　筋酸素消費量を計測する装置、方法およびコンピュータプログラム

　本開示は、筋酸素消費量を計測する装置および方法に関する。

　近年、日本を含む世界中で、フィットネスクラブの需要が増加している。国際ヘルス・ラケット・スポーツクラブ協会によると、フィットネスクラブ会員数が最も多い国はアメリカ合衆国であり、会員数が約５４００万人（人口の約１７．４％）である。次いで、ドイツ、英国、ブラジルと続き、日本の会員数は４１６万人（人口の３．３％）と報告されている。また、高齢者を対象にした機能回復訓練または潜在能力発揮を目的にしたリハビリテーションの需要も増加している。これらの筋肉トレーニングおよびリハビリテーションにおいては、トレーニング効果の可視化およびトレーニングメニューへのフィードバックにより、トレーニング効果を向上させることが期待されている。

　一方、人を含む脊椎動物は、血液循環システムを備える。血液循環システムにより、体内酸素運搬能を劇的に増大させ、筋肉をはじめとした細胞の酸素需要に対応していることが知られている。生体内の血液中の酸素の計測には、従来、侵襲的方法が用いられてきた（例えば非特許文献１参照）。侵襲的方法においては、例えばカテーテルまたは酸素針電極の刺入により、血管内および細胞内の酸素動態を直接計測できる。しかし、侵襲的であることから、そのような方法を筋肉トレーニングまたはリハビリテーションに適用することは困難である。

　そこで、近年、非侵襲的な酸素動態の計測に近赤外分光法（Ｎｅａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＮＩＲＳ）を用いる試みがなされている。近赤外光は生体を透過しやすく、ヘモグロビンの酸素化または脱酸素化状態によってその吸収特性が異なる。この性質を利用することにより、生体内の酸素動態を把握することができる。例えば特許文献１および２は、ＮＩＲＳを利用して筋肉内の血流状態を把握する装置を開示している。特許文献１は、被検者が筋負荷運動をすることに伴う筋肉内の血流変化を解析するシステムを開示している。特許文献２は、筋肉の疲労状態を検出して最適な運動負荷を指示する運動モニタ装置を開示している。

国際公開第２０２０／００４０２０号明細書特開平６－１４２０８７号公報

Gayeski, T. E. J., Honig C. R. "Direct measurements of intracellular O2 gradients; role of convection and myoglobin", 1983, Adv Med Biol. 159, 613-621

　本開示は、筋酸素消費量の２次元分布の情報を簡便な方法で取得するための技術を提供する。

　本開示の一態様に係る計測装置は、筋運動を行うユーザの対象部における筋酸素消費量を計測する。前記計測装置は、光源と、複数の光電変換素子を含むセンサと、処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記光源に光パルスを出射させることと、前記センサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させることと、を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得する。前記処理回路は、前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力する。

　本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及および記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ‐Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の記録媒体を含み得る。装置は、１つ以上の装置で構成されてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよく、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書および特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。

　本開示の一様態によれば、筋酸素消費量の２次元分布の情報を簡便な方法で取得することができる。

図１は、例示的な実施形態による計測システムの構成を示す図である。図２は、イメージセンサに到達する光の強度の時間変化の例を示す図である。図３は、入力光パルスの幅と、イメージセンサの検出光量との関係の例を示す図である。図４は、イメージセンサの１つの画素の概略的な構成の例を示す図である。図５は、イメージセンサの構成の一例を示す図である。図６Ａは、２種類の波長の光による検出動作の例を示す図である。図６Ｂは、２種類の波長の光による検出動作の他の例を示す図である。図７は、反射光パルスの光強度の波形を説明するための図である。図８Ａは、内部散乱成分を検出する動作の例を示すタイミングチャートである。図８Ｂは、表面反射成分を検出する動作の例を示すタイミングチャートである。図９は、制御回路による光源およびイメージセンサを制御する動作の一例を示すフローチャートである。図１０は、筋肉血流量の時間変化の一例を模式的に示す図である。図１１は、対象部内の複数の箇所で計測を同時に行う場合の例を模式的に示す図である。図１２は、光の照射領域の例を模式的に示す図である。図１３は、対象部が横方向にシフトした場合における信号の変化を模式的に示す図である。図１４は、筋酸素消費量の１回の計測動作の流れを表した図である。図１５は、計測装置によるトレーニング効果の判定動作の一例を示すフローチャートである。図１６は、トレーニング効果を評価する実験の様子を示す図である。図１７は、実験プロトコルを示す図である。図１８は、ＮＩＲＳカメラによって取得された赤外線画像の例を示す図である。図１９は、トレーニング前に計測されたヘモグロビン変化量の時間変化を示す図である。図２０は、トレーニング後に計測されたヘモグロビン変化量の時間変化を示す図である。図２１は、解析期間が６０秒間の場合におけるトレーニング前のＯｘｙ－Ｈｂの挙動の解析結果を示す図である。図２２は、解析期間が６０秒間の場合におけるトレーニング後のＯｘｙ－Ｈｂの挙動の解析結果を示す図である。図２３は、解析期間が３０秒間の場合におけるトレーニング前のＯｘｙ－Ｈｂの挙動の解析結果を示す図である。図２４は、解析期間が３０秒間の場合におけるトレーニング後のＯｘｙ－Ｈｂの挙動の解析結果を示す図である。

　以下で説明される実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、およびステップの順序は、一例であり、本開示の技術を限定する趣旨ではない。以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一または類似の構成要素には同一の符号を付している。重複する説明は省略または簡略化されることがある。

　本開示において、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部、またはブロック図における機能ブロックの全部または一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、またはＬＳＩ（ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つまたは複数の電子回路によって実行され得る。ＬＳＩまたはＩＣは、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、１つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩまたはＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、もしくはＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、またはＬＳＩ内部の接合関係の再構成またはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。

　さらに、回路、ユニット、装置、部材または部の全部または一部の機能または操作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは１つまたは複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置および周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている１つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置、および必要とされるハードウェアデバイス、例えばインターフェースを備えていてもよい。

　（本開示の基礎となった知見）
　本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

　近年、近赤外分光法（ＮＩＲＳ）を用いて、安静時および運動時におけるヒト骨格筋の血流動態を計測することにより、筋運動の効果を評価することが検討されている。ＮＩＲＳによる血流動態計測は、近赤外光の高い組織透過性と、ヘモグロビンの吸収係数の波長依存性とに基づいている。

　近赤外光は、生体による散乱係数および吸光係数が比較的低く、光の減衰が少ないことから、生体を透過しやすい。この高い組織透過性のため、近赤外光は、生体内の血流動態の計測に適している。

　血液の大きな役割は、酸素を肺から受け取って組織へと運び、組織からは二酸化炭素を受け取ってこれを肺に循環させることである。血液１００ｍｌの中には約１５ｇのヘモグロビンが存在している。酸素と結合したヘモグロビンは酸素化ヘモグロビン（ｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）と呼ばれ、酸素と結合していないヘモグロビンは脱酸素化ヘモグロビン（ｄｅｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）と呼ばれる。これらのヘモグロビンの吸収係数には波長依存性がある。酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸光度は、８０５ｎｍ付近の波長で等しく、８０５ｎｍよりも短い波長では脱酸素化ヘモグロビンによる吸収が増加し、８０５ｎｍよりも長い波長では酸素化ヘモグロビンによる吸収が増加する。このような特性を利用して、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンのそれぞれの濃度を計測または推定することができる。

　従来のＮＩＲＳを利用したヒト骨格筋の血流計測では、ＮＩＲＳ装置のプローブが対象部上の皮膚に取り付けられる。プローブの送光部から近赤外光が照射され、皮膚、皮下脂肪、および筋肉を通過する際に光が吸収および散乱された後、受光部で検出される。ＮＩＲＳで検出される光は光路長の決定が困難であるため、ヘモグロビン量の絶対値ではなく相対値が計測される。検出される近赤外光の強さから、組織内の酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンのそれぞれの濃度の基準値からの変化量を計算できる。以下の説明において、酸素化ヘモグロビンまたはその濃度をＯｘｙ－Ｈｂと表現し、脱酸素化ヘモグロビンまたはその濃度をＤｅｏｘｙ－Ｈｂと表現することがある。また、Ｏｘｙ－ＨｂとＤｅｏｘｙ－Ｈｂの和を総ヘモグロビンまたはＴｏｔａｌ－Ｈｂと表現することがある。

　運動によって筋肉が活動すると、筋肉細胞の代謝が増加する。筋肉細胞の代謝には酸素が必要である。このため、運動により筋肉が活動すると、代謝のため酸素消費量が増加する。消費された酸素は、血液中の酸素供給によって補われる。以上のことから、ＮＩＲＳで計測されたヘモグロビンの変化量は、細胞での酸素消費と酸素供給とのバランスを反映する。運動初期では酸素消費が酸素供給を上回るのでＯｘｙ－Ｈｂは減少する。運動時に酸素供給と酸素消費とのバランスが保たれればＯｘｙ－Ｈｂは一定になる。運動後には酸素供給が酸素消費を上回るためＯｘｙ－Ｈｂは増加する。このように、血流動態、特にＯｘｙ－Ｈｂの動態から、活動する筋肉細胞における酸素消費量（本明細書において、「筋酸素消費量」と称する）を計測または推定することができる。

　しかし、ＮＩＲＳを用いた従来の筋酸素消費量の計測方法にはいくつかの課題がある。

　第１の課題は、従来の方法では対象部におけるある点の筋酸素消費量のみが計測されることである。筋肉での酸素消費量は部位によって異なるため、筋肉トレーニングまたはリハビリテーションの効果を評価するためには、ある筋肉のある点での筋酸素消費量の計測だけでは不十分である。そのような計測方法では、計測結果を踏まえて次の効果的なトレーニングのためのメニューを決定することは難しい。この課題を解決するために、身体の多くの箇所にセンサを装着する方法も考えられる。しかし、運動前、運動中、および運動後に多くのセンサを装着して計測することは現実的ではない。

　第２の課題は、従来の方法では計測結果に皮膚血流の挙動も反映され、高精度に筋酸素消費量を計測することが困難であることである。従来の方法では、ＮＩＲＳ装置のプローブが対象部上の皮膚に取り付けられる。プローブの送光部から近赤外光が照射され、皮膚、皮下脂肪、および筋肉を通過する際に光が吸収および散乱された後、受光部で検出される。このため、検出された光の強度を示す信号には、皮膚血流の挙動も含まれる。送光部と受光部との間の距離データを用いて皮膚血流の影響を低減することも考えられるが、そのためには、１点のデータを取得するために多くの受光部が必要になる。その場合、複数の箇所における酸素消費量の計測がさらに困難になる。

　第３の課題は、ＮＩＲＳ装置のプローブを対象部上の皮膚に取り付ける必要があることである。運動中および運動後には発汗がある。このため、装置を皮膚に長時間取り付けた状態では、不衛生なことに加え、汗の影響で高い精度で計測することが難しい。

　第４の課題は、運動前と運動後の血流動態の比較が困難であることである。汗の付着、および運動の妨げになることを防止するため、運動中はＮＩＲＳ装置を外し、運動前と運動後の血流動態を計測して比較する方法が考えられる。その場合、ＮＩＲＳ装置を運動前と運動後とで同じ箇所に装着する必要がある。しかし、正確に位置合わせを行うことは困難であり、装着箇所の不一致により計測精度が低下し易い。

　運動による血流動態変化をＮＩＲＳ装置で計測し、筋運動の効果を可視化できれば、より効果的なトレーニングが可能になることと期待される。しかし、従来のＮＩＲＳ装置を用いた方法には、前述のとおり様々な課題がある。このため、ＮＩＲＳ装置を用いて筋運動の効果を評価することは、研究レベルでは報告があるものの未だ普及していない。特に、筋運動の効果を可視化する実用的な方法は知られていない。

　そこで、本発明者は、筋運動の効果を可視化するより効果的な方法を検討し、本開示の実施形態の構成に想到した。本開示の実施形態によれば、ユーザの皮膚に計測装置を接触させることなく、筋酸素消費量の２次元分布の情報を効果的に取得することができる。このため、筋運動の効果を高い精度で評価することができる。

　以下、本開示の実施形態の概要を説明する。

　本開示の例示的な実施形態による計測装置は、筋運動を行うユーザの対象部における筋酸素消費量を計測する。前記計測装置は、光源と、複数の光電変換素子を含むセンサと、処理回路と、を備える。前記処理回路は、以下のステップ（ａ）および（ｂ）を含む検出動作を複数回、実行することにより、下記の検出信号を含む複数の検出信号を取得する。
（ａ）前記光源に光パルスを出射させる。
（ｂ）前記センサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させる。
前記処理回路は、前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力する。

　ここで、「筋酸素消費量」は、活動する筋肉細胞による酸素の消費量を意味する。「内部散乱成分」は、反射光パルスのうち、前記反射光パルスの強度が減少を開始した後の成分であり得る。

　上記の構成によれば、ユーザの皮膚に計測装置を接触させることなく、筋酸素消費量の２次元分布の情報を取得することができる。このため、筋運動の効果を部位ごとに高い精度で評価することができる。

　前記処理回路は、前記対象部における前記筋酸素消費量の前記空間分布を前記筋酸素消費量のレベルに応じて異なる色で示す画像データを、前記分布データとして生成してもよい。そのような画像データを生成することにより、ユーザが筋運動の効果を把握することが容易になる。

　前記処理回路は、前記センサまたは他の装置によって取得された、前記対象部を含む前記ユーザの外観を示す外観画像に、前記筋酸素消費量の前記空間分布の情報が重畳された画像を示す画像データを、前記分布データとして生成してもよい。そのような画像データを生成することにより、ユーザが筋運動の効果を把握することがさらに容易になる。

　前記処理回路は、前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布を推定し、前記酸素化ヘモグロビンの前記濃度分布の時間変化に基づいて、前記筋酸素消費量の前記空間分布を推定してもよい。このような動作により、筋運動によって生じた筋酸素消費量の空間分布をより正確に推定することができる。

　前記処理回路は、前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の傾きに基づいて、前記筋酸素消費量を推定してもよい。このような動作により、筋運動によって生じた筋酸素消費量の空間分布をより正確に推定することができる。

　前記計測装置は、加圧器をさらに備えていてもよい。前記処理回路は、前記ユーザの体の一部が前記加圧器によって加圧されて前記対象部における血流が抑制された状態で前記検出動作を実行してもよい。加圧することで、筋酸素消費量をより正確に推定することができる。

　前記加圧器は、前記処理回路によって制御されてもよい。前記処理回路は、前記検出動作を行う前に、前記加圧器に前記ユーザの体の前記一部への加圧を開始させ、前記検出動作を行った後、前記加圧器に前記加圧を終了させてもよい。このような動作により、加圧の開始、検出動作、および加圧の終了を自動化することができ、利便性が向上する。

　前記処理回路は、前記ユーザが筋運動を行う前の第１の期間と、前記ユーザが前記筋運動を行った後の第２の期間の各々において、前記検出動作を複数回、実行し、前記第１の期間において取得された前記複数の検出信号と、前記第２の期間において取得された前記複数の検出信号とに基づいて前記分布データを生成してもよい。このような動作により、筋運動に起因する筋酸素消費量の空間分布をより正確に推定することができる。

　前記処理回路は、前記対象部を含む前記ユーザの外観を示す外観画像のデータを取得し、前記外観画像は、前記第１の期間および前記第２の期間の各々において前記センサまたは他の装置によって取得され、前記第１の期間において取得された前記外観画像に含まれる１つ以上の特徴点と、前記第２の期間において取得された前記外観画像に含まれる前記１つ以上の特徴点とのマッチングを行うことにより、前記第１の期間と前記第２の期間との間で生じた前記対象部の位置の変化を検出し、前記第１の期間において取得された前記複数の検出信号、及び前記第２の期間において取得された前記複数の検出信号に対して、前記位置の変化を補償する処理を行った後、前記分布データを生成してもよい。このような動作により、第１の期間と第２の期間とで、対象部の位置が変化したとしても、良好な計測結果を得ることができる。

　前記処理回路は、前記第１の期間において取得された前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布の経時変化を示す第１血流データを生成し、前記第２の期間において取得された前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布の経時変化を示す第２血流データを生成し、前記第１血流データと前記第２血流データとに基づき、前記分布データを生成してもよい。酸素化ヘモグロビンの濃度の経時変化は、筋運動による筋酸素消費量に依存する。このため、運動前後における酸素化ヘモグロビンの濃度分布の経時変化を比較することにより、筋酸素消費量の空間分布を高い正確性で推定することができる。

　前記処理回路は、前記第１血流データから、前記対象部に含まれる複数の点における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の減少の傾きを示す第１変化率を決定し、前記第２血流データから、前記複数の点における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の減少の傾きを示す第２変化率を決定し、前記第１変化率と前記第２変化率との差または比に基づき、前記複数の点における前記筋酸素消費量を推定してもよい。このような動作により、筋酸素消費量の空間分布をより正確に推定することができる。

　前記第１の期間および前記第２の期間における前記検出動作は、前記ユーザの体の一部が加圧されて前記対象部における血流が抑制された状態で行われ得る。前記処理回路は、前記第１の期間において、前記酸素化ヘモグロビンの濃度が増加を終了した後の所定期間における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化を関数にフィッティングし、前記関数の時間変化率から前記第１変化率を決定し、前記第２の期間において、前記酸素化ヘモグロビンの濃度が増加を終了した後の前記所定期間における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化を前記関数にフィッティングし、前記関数の時間変化率から前記第２変化率を決定してもよい。このような動作により、筋酸素消費量の空間分布をより正確に推定することができる。

　前記処理回路は、前記第２変化率の大きさが前記第１変化率の大きさのａ倍以上（ａは１よりも大きい実数）である場合に、前記筋酸素消費量が相対的に大きいことを示す情報を前記分布データに加えて出力し、前記第２変化率の大きさが前記第１変化率の大きさのａ倍未満である場合に、前記筋酸素消費量が相対的に小さいことを示す情報を前記分布データに加えて出力してもよい。このような動作により、例えば分布データを取得した表示装置に、どの点における筋酸素消費量が相対的に大きいかを示す画像を表示させることが可能になる。

　前記処理回路は、前記筋酸素消費量が相対的に大きいことを示す前記情報に基づいて、前記対象部における、前記筋酸素消費量が相対的に大きい第１領域を決定し、前記筋酸素消費量が相対的に小さいことを示す前記情報に基づいて、前記対象部における、前記筋酸素消費量が相対的に小さい第２領域を決定してもよく、前記分布データは、前記第１領域または前記第２領域を強調して表示する画像を含んでいてもよい。そのような画像が表示されることにより、ユーザは、筋運動の効果を対象部の点ごとに容易に把握することができる。

　前記処理回路は、前記対象部に含まれる前記筋酸素消費量が相対的に小さい領域における筋肉をトレーニングするためのトレーニングプランを示すデータを、さらに生成して出力してもよい。そのようなデータに基づき、ユーザは、筋運動の効果が低かった筋肉の部位を効果的に鍛えるトレーニングプランを知ることができる。

　前記処理回路は、前記ユーザが実施した前記筋運動の内容を示す履歴データを取得し、前記履歴データに基づいて、前記トレーニングプランを調整してもよい。そのような動作により、ユーザにより適切なトレーニングプランを提示することができる。

　前記処理回路は、前記ユーザを識別する識別データを取得し、前記識別データに基づいて、前記トレーニングプランを調整してもよい。これにより、ユーザごとに最適なトレーニングプランを提示することができる。

　前記光源は、６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満の第１波長を有する第１光パルス、および８０５ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の第２波長を有する第２光パルスを出射するように構成されていてもよい。前記検出動作は、前記光源に前記第１光パルスを出射させることと、前記センサに、前記第１光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた第１反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である第１内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記第１内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す第１検出信号を出力させることと、前記光源に前記第２光パルスを出射させることと、前記センサに、前記第２光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた第２反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である第２内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記第２内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す第２検出信号を出力させることと、を含んでいてもよい。前記処理回路は、前記第１検出信号と、前記第２検出信号とに基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布を推定し、前記酸素化ヘモグロビンの前記濃度分布の時間変化に基づいて、前記筋酸素消費量の前記空間分布を推定してもよい。このような動作により、筋酸素消費量の空間分布をより正確に推定することができる。

　前記計測装置は、透明ディスプレイを含む拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ：ＡＲ）グラスをさらに備えていてもよい。前記透明ディスプレイは、前記透明ディスプレイを通して視認される前記ユーザの外観に、前記分布データを示す分布画像が重畳されるように、前記分布画像を表示してもよい。これにより、どの部位のトレーニング効果が高かったかをユーザが把握し易くなる。

　本開示の他の実施形態による方法は、筋運動を行うユーザの対象部における筋酸素消費量を計測する計測装置に含まれるコンピュータによって実行される。前記方法は、前記処理回路は、光源に光パルスを出射させること、及び複数の光電変換素子を含むセンサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させること、を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得することと、前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力することと、を含む。

　本開示の他の実施形態によるコンピュータプログラムは、筋運動を行うユーザの対象部における筋酸素消費量を計測する計測装置に含まれるコンピュータによって実行される。前記プログラムは、前記コンピュータに、光源に光パルスを出射させること、及び複数の光電変換素子を含むセンサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させること、を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得することと、前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力することと、を実行させる。

　本開示の他の実施形態による非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プロセッサにより実行されるときに、
　光源に光パルスを出射させること、及び複数の光電変換素子を含むセンサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させること、を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得することと、
　前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力することと、を含む処理を前記プロセッサに実行させるコンピュータプログラムを記録する。

　以下、添付の図面を参照して、本開示の実施形態をより具体的に説明する。

　（実施形態）
　［１．構成］
　図１は、本開示の例示的な実施形態による筋酸素消費量を計測するシステムの構成を模式的に示す図である。本システムは、計測装置１００と、加圧器４０と、ディスプレイ５０と、ＡＲグラス９０とを備える。計測装置１００は、光源２０と、イメージセンサ３０と、制御回路６０と、信号処理回路７０と、メモリなどの記憶媒体８０とを備える。図１には、計測装置１００を使用するユーザの腕も示されている。本実施形態においては、制御回路６０と信号処理回路７０とが、前述の「処理回路」としての役割を果たす。

　加圧器４０は、ユーザに装着され、ユーザの体の一部を加圧することで、体の一部の血流を一時的に遮断する装置である。本実施形態では、加圧器４０はユーザの腕に装着されている。加圧器４０が装着される部位は、対象部の位置によって異なる。例えば脚の筋酸素消費量を計測する場合には、加圧器４０は脚に装着され得る。また、体幹部の筋酸素消費量を計測する場合には、加圧器４０は胴体に装着され得る。

　光源２０は、ユーザの対象部に照射される光パルスを出射する装置である。光源２０は、１つ以上の発光素子を含み、対象部に向けて光パルスを出射する。光源２０は、波長の異なる２種類の光パルスを出射するように構成され得る。例えば、光源２０は、６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満の第１波長を有する第１光パルス、および８０５ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の第２波長を有する第２光パルスを出射できるように構成され得る。

　イメージセンサ３０は、ユーザの体から戻ってきた光パルスの少なくとも一部を検出し、検出結果を示す検出信号を出力する。イメージセンサ３０は、２次元的に配列された複数の光検出セルを備える。各光検出セルは、光電変換素子を含み、受光量に応じた電気信号を出力する。なお、本実施形態ではイメージセンサ３０が用いられるが、２次元的に配列された複数の光電変換素子を備える他の種類のセンサを用いてもよい。

　制御回路６０は、加圧器４０、光源２０、およびイメージセンサ３０を制御する。制御回路６０は、加圧器４０を制御する加圧制御部６４と、光源を制御する光源制御部６２と、イメージセンサ３０を制御するセンサ制御部６３とを含む。

　加圧制御部６４は、加圧器４０の動作を制御する。例えば、圧力および加圧タイミングの一方または両方を制御する。

　光源制御部６２は、光源２０の発光動作を制御する。例えば、光源２０から出射される光パルスの強度、パルス幅、出射タイミング、および波長の少なくとも１つを制御する。

　センサ制御部６３は、イメージセンサ３０の各光検出セルにおける信号蓄積のタイミングを制御する。

　加圧制御部６４、光源制御部６２、およびセンサ制御部６３は、分離された３つの回路によって実現されていてもよいし、単一の回路によって実現されていてもよい。加圧制御部６４、光源制御部６２、およびセンサ制御部６３は、制御回路６０が不図示のメモリに格納された制御用のプログラムを実行することによって実現されてもよい。

　信号処理回路７０は、イメージセンサ３０から出力された検出信号を処理する。信号処理回路７０は、検出信号に基づいて、ユーザの対象部における血流状態を示す情報（以下、「血流情報」と称する。）を生成する。血流情報は、例えば、血流量、血液中の酸素化ヘモグロビン濃度、血液中の脱酸素化ヘモグロビン濃度、酸素化ヘモグロビン濃度と脱酸素化ヘモグロビン濃度との合計であるトータルヘモグロビン濃度、および血中酸素飽和度からなる群から選択される少なくとも１つの情報を含み得る。信号処理回路７０は、対象部における血流情報の経時変化に基づいて、筋酸素消費量の２次元分布を示す分布データを生成して出力する。

　本実施形態では、制御回路６０と信号処理回路７０とが分離されているが、これらの回路の機能が、単一の電子回路によって実現されていてもよい。

　ディスプレイ５０は、信号処理回路７０によって生成された分布データに基づく画像を表示する。例えば、ユーザの外観を示す画像に、筋酸素消費量の空間分布の情報が重畳された画像を表示する。ディスプレイ５０は、例えば液晶または有機ＥＬなどの任意のディスプレイであり得る。ディスプレイ５０は、計測装置１００に内蔵されていてもよい。

　ＡＲグラス９０は、透明ディスプレイを備える。ＡＲグラス９０は、透明ディスプレイに、信号処理回路７０によって生成された分布データに基づく画像を表示させることができる。例えば、ＡＲグラス９０は、透明ディスプレイを通して視認されるユーザの外観に、分布データに基づく画像が重畳されるように当該画像を透明ディスプレイに表示させる。

　以下、各構成要素をより具体的に説明する。

　［１－１．加圧器４０］
　加圧器４０は、ユーザの体の一部を加圧する。加圧により、ユーザの体の一部の血流が一定時間遮断される。加圧器４０は、例えばカフを含み得る。加圧は、例えば、腕または脚の付け根にカフを巻き付けた状態で行われ得る。加圧力は、例えば４０ｍｍＨｇまたは２００ｍｍＨｇなどの所定の値に設定される。加圧により、一時的に静脈または動脈の血流が遮断される。加圧時間は、例えば１分などの予め設定された時間に設定され得る。加圧器４０は、制御回路６０に有線または無線で接続され得る。加圧器４０は、制御回路６０から入力される制御信号に従って動作する。加圧器４０は、必ずしも制御回路６０に接続されていなくてもよく、手動式であってもよい。

　［１－２．光源２０］
　光源２０は、１つ以上の発光素子を備える。発光素子は、例えばレーザ光を出射するレーザダイオードを含み得る。光源２０は、制御回路６０における光源制御部６２から入力される制御信号に従って光パルスを出射する。

　光源２０は、ユーザの対象部に向けて光を出射するように配置される。対象部は、例えば、ユーザの腕または脚であり、より具体的にはユーザの上腕、前腕、大腿、または下腿であり得る。対象部は、これらの部位に限らず、例えば腹部、胸部、下背部、上背部、または肩部であってもよい。

　光源２０から出射されてユーザの対象部に到達した光は、対象部の表面で反射される成分と、対象部の内部で散乱される成分とに分かれる。本明細書では、表面で反射される成分を「表面反射成分」と称し、内部で散乱される成分を「内部散乱成分」と称する。内部散乱成分は、生体内部で１回反射もしくは散乱、または多重散乱する成分である。ユーザの腕または脚に向けて光を出射する場合、内部散乱成分は、腕または脚の皮膚表面から奥に８ｍｍから１６ｍｍほどの部位に到達する。すなわち、内部散乱成分は、皮膚および皮下脂肪を通過して筋肉に到達し、そこで散乱されて再び計測装置１００に戻る光の成分である。表面反射成分は、直接反射成分、拡散反射成分、および散乱反射成分の３つの成分を含む。直接反射成分は、入射角と反射角とが等しい反射成分である。拡散反射成分は、表面の凹凸形状によって拡散されて反射される成分である。散乱反射成分は、表面近傍の内部組織によって散乱されて反射される成分である。ユーザの腕または脚に向けて光を出射する場合、散乱反射成分は腕または脚の表皮内部で散乱されて反射される成分である。以下では、対象部の表面で反射される表面反射成分は、これら３つの成分を含むものとする。また、内部散乱成分は、表面近傍の内部組織によって散乱されて反射される成分を含まないものとする。表面反射成分および内部散乱成分については、反射または散乱されることにより、これらの成分の進行方向が変化し、その一部がイメージセンサ３０に到達する。表面反射成分は、対象部の表面情報、例えば、表皮の血流情報を含み得る。内部散乱成分は、対象部の内部情報、例えば、筋肉組織の近傍の血流情報を含み得る。したがって、表面反射成分を検出することにより、対象部の表面情報、例えば、表皮の血流情報を取得することができる。また、内部散乱成分を検出することにより、対象部の内部情報、例えば、筋肉組織の近傍の血流情報を取得することができる。

　本実施形態では、ユーザの腕または脚などの対象部から戻って来る光（本明細書において、「反射光」と総称する）のうち、少なくとも内部散乱成分の少なくとも一部が検出される。内部散乱成分は、ユーザの筋肉組織の活動を反映してその強度が変動する。このため、内部散乱成分の経時変化を解析することにより、ユーザの筋肉活動の状態を推定することができる。

　以下、内部散乱成分の検出方法の例を説明する。光源２０は、制御回路６０からの指示に従い、光パルスを所定の時間間隔または所定のタイミングで繰り返し出射する。光源２０から出射される光パルスは、例えば立ち下がり期間がゼロに近い矩形波であり得る。本明細書において、「立ち下がり期間」とは、光パルスの強度が減少を開始してから減少が終了するまでの期間を意味する。一般に、ユーザの対象部に入射した光は、様々な経路で対象部内を伝播し、時間差を伴って対象部から出射する。このため、光パルスの内部散乱成分の後端は、広がりを有する。対象部が腕または脚である場合、内部散乱成分の後端の広がりは、４ｎｓ程度である。このことを考慮すると、光源２０が出射する光パルスの立ち下がり期間の長さは、例えばその半分以下である２ｎｓ以下に設定され得る。立ち下がり期間の長さは、さらにその半分の１ｎｓ以下であってもよい。光源２０から出射される光パルスの立ち上がり期間の長さは任意である。本明細書において、「立ち上がり期間」とは、光パルスの強度が増加を開始してから増加が終了するまでの期間である。本実施形態における内部散乱成分の検出では、光パルスの立ち下がり部分が使用され、立ち上がり部分は使用されない。光パルスの立ち上がり部分は、表面反射成分の検出に用いられ得る。光源２０は、例えば、ＬＤなどのレーザ素子を含み得る。レーザ素子から出射される光は、光パルスの立ち下がり部分が時間軸に略直角である急峻な時間応答特性を有する。

　光源２０は、単一の波長の光を出射してもよいし、複数の波長の光を出射してもよい。複数の波長の光は、複数の発光素子からそれぞれ出射されてもよい。２つの発光素子から異なる２つの波長の光がそれぞれ出射される場合、ユーザの対象部を経由してイメージセンサ３０に戻った２つの波長の光の光路長は、ほぼ等しくなるように設計され得る。例えば、イメージセンサ３０と一方の発光素子との距離、およびイメージセンサ３０と他方の発光素子との距離が一致し、かつ、２つの発光素子が、イメージセンサ３０を中心として回転対称になる位置に配置され得る。

　光源２０から出射される光の波長は、例えば６５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長範囲に含まれる任意の波長であり得る。この波長範囲は、赤色から近赤外線の波長範囲に含まれる。上記の波長範囲は、「生体の窓」と呼ばれており、光が生体内の水分および皮膚に比較的吸収されにくいという性質を有する。生体を計測対象にする場合、上記の波長範囲の光を使用することにより、検出感度を高くすることができる。本実施形態のように、ユーザの血流変化を検出する場合、使用される光は、主に酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンに吸収される。一般に、血流に変化が生じると、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの濃度が変化する。この変化に伴い、光の吸収度合いも変化する。したがって、血流が変化すると、検出される光量も時間的に変化する。

　酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとでは、光吸収の波長依存性が異なる。波長が６５０ｎｍ以上であり、かつ８０５ｎｍよりも短いとき、脱酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数の方が、酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数よりも大きい。波長８０５ｎｍでは、脱酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数と、酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数とが同程度になる。波長が８０５ｎｍよりも長く、かつ９５０ｎｍ以下であるとき、酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数の方が、脱酸素化ヘモグロビンによる光吸収係数よりも大きい。

　したがって、光源２０は、６５０ｎｍ以上かつ８０５ｎｍ未満の波長の第１光パルスと、８０５ｎｍ以上かつ９５０ｎｍ以下の波長の第２光パルスとを出射するように構成され得る。波長の異なる第１光パルスおよび第２光パルスで対象部を照射することにより、対象部の内部の血液に含まれる酸素化ヘモグロビンの濃度および脱酸素化ヘモグロビンの濃度を推定することができる。このように、異なる波長を有する２つの光パルスの照射により、対象部のより詳細な内部情報を取得することができる。

　本実施形態では、非接触でユーザの筋肉内部の血流が計測される。光源２０から出射された光がユーザの眼に入射する可能性を考慮し、網膜への影響を考慮して設計された光源２０が用いられ得る。例えば、各国で策定されているレーザ安全基準のクラス１を満足する光源２０が用いられ得る。クラス１が満足されている場合、被爆放出限界（ＡＥＬ）が１ｍＷを下回るほどの低照度の光が、ユーザに照射される。なお、光源２０自体はクラス１を満たしていなくてもよい。例えば、拡散板またはＮＤフィルタを光源２０の前に設置して光を拡散または減衰することにより、レーザ安全基準のクラス１が満たされていてもよい。

　筋肉組織の近傍の血流を計測するためにユーザの対象部を光で照射する場合、内部散乱成分の光量は、表面反射成分の光量の数千分の１から数万分の１程度の非常に小さい値になり得る。さらに、レーザの安全基準を考慮すると、照射できる光の光量は、極めて小さくなる。したがって、内部散乱成分の検出は非常に難しい。その場合でも、光源２０が、比較的パルス幅の大きい光パルスを出射すれば、時間遅れを伴う内部散乱成分の積算量を増加させることができる。それにより、検出光量を増やし、ＳＮ比を向上させることができる。

　光源２０は、例えばパルス幅が３ｎｓ以上の光パルスを出射する。一般に、筋肉などの生体組織内で散乱された光の時間的な広がりは４ｎｓ程度である。図２は、イメージセンサ３０に到達する光の強度の時間変化の例を示す図である。図２には、光源２０から出射される光パルスの幅が、０ｎｓ、３ｎｓ、および１０ｎｓである３つの場合の例が示されている。図２に示すように、光源２０から出射される光パルスの幅を広げるにつれて、ユーザからイメージセンサ３０に到達する光パルスの後端部に現れる内部散乱成分の光量が増加する。

　図３は、光源２０から出射される光パルスである入力光パルスの幅を横軸に、イメージセンサ３０での検出光量を縦軸に表した図である。イメージセンサ３０は、電子シャッタを備える。図３の結果は、光パルスの後端が対象部の表面で反射されてイメージセンサ３０に到達した時刻から１ｎｓ経過した後に電子シャッタを開いた条件で得られた。この条件を選択した理由は、光パルスの後端が到達した直後は、内部散乱成分と比較して、表面反射成分の比率が高いためである。図３に示すように、光源２０から出射される光パルスのパルス幅を３ｎｓ以上にすると、検出光量を最大化することができる。

　光源２０は、パルス幅５ｎｓ以上、さらには１０ｎｓ以上の光パルスを出射してもよい。一方、パルス幅が大きすぎても使用しない光が増えて無駄となる。このため、光源２０は、例えば、パルス幅５０ｎｓ以下の光パルスを出射する。あるいは、光源は、パルス幅３０ｎｓ以下、さらには２０ｎｓ以下の光パルスを出射してもよい。矩形パルスのパルス幅が数ｎｓから数十ｎｓであれば、光源２０を低電圧で駆動することができる。したがって、計測装置１００の小型化および低コスト化が可能になる。

　光源２０の照射パターンは、例えば、照射領域内において、均一な強度分布をもつパターンであってもよい。この点で、本実施形態は、従来方法とは異なる。従来方法では、検出器と光源とを３ｃｍ程度離すことにより、表面反射成分が、空間的に内部散乱成分から分離される。このため、離散的な光照射とせざるを得ない。これに対し、本実施形態における計測装置１００は、表面反射成分を時間的に内部散乱成分から分離して低減することができる。このため、均一な強度分布を有する照射パターンの光源２０を用いることができる。均一な強度分布を有する照射パターンは、光源２０から出射される光を拡散板で拡散することによって形成してもよい。

　本実施形態では、対象部の照射点直下でも、内部散乱成分を検出することができる。対象部を空間的に広い範囲にわたって光で照射することにより、計測解像度を高めることができる。

　［１－３．イメージセンサ３０］
　イメージセンサ３０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの任意の撮像素子であり得る。イメージセンサ３０は、受光面上に２次元的に配置された複数の光検出セルを備える。各光検出セルは、例えばフォトダイオードなどの光電変換素子と、１つまたは複数の電荷蓄積部とを含み得る。光電変換素子は、光電変換によって受光量に応じた信号電荷を発生させる。電荷蓄積部は、光電変換素子から生じた信号電荷を蓄積する。イメージセンサ３０は、ユーザの２次元的な情報を一度に取得することができる。以下の説明において、光検出セルを「画素」と称することがある。

　イメージセンサ３０は、電子シャッタを備え得る。電子シャッタは、撮像のタイミングを制御する回路である。本実施形態では、制御回路６０におけるセンサ制御部６３が、電子シャッタの機能を有する。電子シャッタは、受光した光を有効な電気信号に変換して蓄積する１回の信号蓄積の期間と、信号蓄積を停止する期間とを制御する。信号蓄積期間は、「露光期間」とも称する。以下の説明では、露光期間の幅を、「シャッタ幅」とも称する。１回の露光期間が終了し次の露光期間が開始するまでの時間を、「非露光期間」とも称する。以下、露光している状態を「ＯＰＥＮ」、露光を停止している状態を「ＣＬＯＳＥ」と称することがある。

　イメージセンサ３０は、電子シャッタにより、露光期間および非露光期間を、サブナノ秒、例えば３０ｐｓから１ｎｓの範囲で調整することができる。距離の計測が目的であるＴＯＦカメラは、光源から出射され被写体で反射されて戻ってきた光の全てを検出する。このため、ＴＯＦカメラでは、シャッタ幅が光のパルス幅よりも大きい必要がある。これに対し、本実施形態における計測装置１００では、シャッタ幅がパルス幅よりも大きい必要はない。シャッタ幅を、例えば、１ｎｓ以上３０ｎｓ以下の値に設定することができる。本実施形態における計測装置１００によれば、シャッタ幅を縮小できるため、検出信号に含まれる暗電流の影響を低減することができる。

　ユーザの腕または脚などの対象部を光で照射して血流などの情報を検出する場合、生体内部での光の減衰率が非常に大きい。例えば、入射光に対して出射光が、１００万分の１程度にまで減衰し得る。このため、内部散乱成分を検出するには、１パルスの照射だけでは光量が不足する場合がある。レーザ安全性基準のクラス１での照射では、特に光量が微弱である。この場合、光源２０が光パルスを複数回出射し、それに応じてイメージセンサ３０も電子シャッタによって複数回露光することにより、検出信号を積算して感度を向上することができる。

　以下、イメージセンサ３０の各画素が、フォトダイオードなどの光電変換素子と、複数の電荷蓄積部とを備える例を説明する。各画素における複数の電荷蓄積部は、光パルスの表面反射成分によって生じた信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、光パルスの内部散乱成分によって生じた信号電荷を蓄積する電荷蓄積部とを含み得る。制御回路６０は、イメージセンサ３０に、ユーザの対象部から戻ってきた反射光パルス中の立ち下がり開始前の部分を検出させることにより、表面反射成分を検出させる。制御回路６０はまた、イメージセンサ３０に、ユーザの対象部から戻ってきた光パルス中の立ち下がり開始後の部分を検出させることにより、内部散乱成分を検出させる。この例における光源２０は２種類の波長の光を出射する。

　図４は、イメージセンサ３０の１つの画素２０１の概略的な構成の例を示す図である。なお、図４は、１つの画素２０１の構成を模式的に示しており、実際の構造を必ずしも反映していない。この例における画素２０１は、光電変換を行うフォトダイオード２０３と、電荷蓄積部である第１の浮遊拡散層（Ｆｌｏａｔｉｎｇ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ：ＦＤ）２０４、第２の浮遊拡散層２０５、第３の浮遊拡散層２０６、および第４の浮遊拡散層２０７と、信号電荷を排出するドレイン２０２とを含む。

　１回の光パルスの出射に起因して各画素に入射したフォトンは、フォトダイオード２０３によって信号電荷である信号エレクトロンに変換される。変換された信号エレクトロンは、制御回路６０からイメージセンサ３０に入力される制御信号に従って、ドレイン２０２に排出されるか、第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７のいずれかに振り分けられる。

　光源２０からの光パルスの出射と、第１の浮遊拡散層２０４、第２の浮遊拡散層２０５、第３の浮遊拡散層２０６、および第４の浮遊拡散層２０７への信号電荷の蓄積と、ドレイン２０２への信号電荷の排出が、この順序で繰り返し行われる。この繰り返し動作は高速であり、例えば動画像の１フレームの時間内に数万回から数億回繰り返され得る。１フレームの時間は、例えば約１／３０秒であり得る。画素２０１は、最終的に、第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７に蓄積された信号電荷に基づく４つの画像信号を生成して出力する。

　この例における制御回路６０は、光源２０に、第１波長を有する第１光パルスと、第２波長を有する第２光パルスとを、順に繰り返し出射させる。第１波長および第２波長として、対象部の内部組織での吸収率が異なる２波長を選択することにより、対象部の内部の状態を分析することができる。例えば、第１波長として８０５ｎｍよりも長い波長が選択され、第２波長として８０５ｎｍよりも短い波長が選択され得る。これにより、血液中の酸素化ヘモグロビン濃度および脱酸素化ヘモグロビン濃度のそれぞれの変化を検出することができる。

　制御回路６０は、まず、光源２０に、第１光パルスを出射させる。制御回路６０は、第１光パルスの表面反射成分がフォトダイオード２０３に入射している第１の期間に、第１の浮遊拡散層２０４に信号電荷を蓄積させる。続いて、制御回路６０は、第１光パルスの内部散乱成分がフォトダイオード２０３に入射している第２の期間に、第２の浮遊拡散層２０５に信号電荷を蓄積させる。次に、制御回路６０は、光源２０に、第２光パルスを出射させる。制御回路６０は、第２光パルスの表面反射成分がフォトダイオード２０３に入射している第３の期間に、第３の浮遊拡散層２０６に信号電荷を蓄積させる。続いて、制御回路６０は、第２光パルスの内部散乱成分がフォトダイオード２０３に入射している第４の期間に、第４の浮遊拡散層２０７に信号電荷を蓄積させる。

　このように、制御回路６０は、第１光パルスの出射を開始した後、所定の時間差を空けて、第１の浮遊拡散層２０４および第２の浮遊拡散層２０５に、フォトダイオード２０３からの信号電荷を順次蓄積させる。その後、制御回路６０は、第２光パルスの出射を開始した後、上記所定の時間差を空けて、第３の浮遊拡散層２０６および第４の浮遊拡散層２０７に、フォトダイオード２０３からの信号電荷を順次蓄積させる。以上の動作が、複数回繰り返される。

　外乱光および環境光の光量を推定するために、光源２０を消灯した状態で、不図示の他の浮遊拡散層に信号電荷を蓄積する期間を設けてもよい。第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７の信号電荷量から、上記他の浮遊拡散層の信号電荷量を差し引くことにより、外乱光および環境光成分を除去した信号を得ることができる。

　なお、本実施形態では、各画素の電荷蓄積部の数が４であるが、目的に応じて１以上の任意の数に設計してよい。例えば、１種類の波長のみを用いて、表面反射成分と内部散乱成分とを検出する場合には、電荷蓄積部の数は２であってよい。また、使用する波長が１種類であり、表面反射成分が検出されない場合には、画素ごとの電荷蓄積部の数は１であってもよい。２種類の波長を用いて、内部散乱成分のみを検出する場合には、画素ごとの電荷蓄積部の数は２であってもよい。また、２種類以上の波長を用いる場合であっても、それぞれの波長を用いた撮像を別のフレームで行えば、電荷蓄積部の数は１であってもよい。同様に、表面反射成分および内部散乱成分の両方の検出を行う場合であっても、両者をそれぞれ別のフレームで検出する構成では、電荷蓄積部の数は１であってもよい。

　図５は、イメージセンサ３０の構成の一例を示す図である。図４において、二点鎖線の枠によって囲まれた領域が１つの画素２０１に相当する。画素２０１には１つのフォトダイオードが含まれる。図５では２行２列に配列された４画素のみが示されているが、実際にはさらに多数の画素が配置され得る。画素２０１は、第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７を含む。第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７に蓄積される信号は、あたかも一般的なＣＭＯＳイメージセンサの４画素の信号のように取り扱われ、イメージセンサ３０から出力される。

　各画素２０１は、４つの信号検出回路を有する。各信号検出回路は、ソースフォロワトランジスタ３０９と、行選択トランジスタ３０８と、リセットトランジスタ３１０とを含む。この例では、リセットトランジスタ３１０が図４に示すドレイン２０２に対応する。リセットトランジスタ３１０のゲートには、ドレイン排出パルスが入力される。各トランジスタは、例えば半導体基板に形成された電界効果トランジスタであるが、これに限定されない。図示されるように、ソースフォロワトランジスタ３０９の入力端子および出力端子の一方と、行選択トランジスタ３０８の入力端子および出力端子のうちの一方とが接続されている。ソースフォロワトランジスタ３０９の入力端子および出力端子の上記一方は、典型的にはソースである。行選択トランジスタ３０８の入力端子および出力端子の上記一方は、典型的にはドレインである。ソースフォロワトランジスタ３０９の制御端子であるゲートは、フォトダイオード２０３に接続されている。フォトダイオード２０３によって生成された正孔または電子の信号電荷は、フォトダイオード２０３とソースフォロワトランジスタ３０９との間の電荷蓄積部である浮遊拡散層に蓄積される。

　図５には示されていないが、第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７はフォトダイオード２０３に接続される。フォトダイオード２０３と、第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７の各々との間には、１つ以上のスイッチが設けられ得る。スイッチは、制御回路６０からの信号蓄積パルスに応じて、フォトダイオード２０３と第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７の各々との間の導通状態を切り替える。これにより、第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７の各々への信号電荷の蓄積の開始と停止とが制御される。本実施形態における電子シャッタは、このような露光制御のための機構を有する。

　第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７に蓄積された信号電荷は、行選択回路３０２によって行選択トランジスタ３０８のゲートがＯＮにされることにより、読み出される。このとき、第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７の信号電位に応じて、ソースフォロワ電源３０５からソースフォロワトランジスタ３０９およびソースフォロワ負荷３０６へ流入する電流が増幅される。垂直信号線３０４から読み出されるこの電流によるアナログ信号は、列ごとに接続されたアナログ－デジタル（ＡＤ）変換回路３０７によってデジタル信号データに変換される。このデジタル信号データは、列選択回路３０３によって列ごとに読み出され、イメージセンサ３０から出力される。行選択回路３０２および列選択回路３０３は、１つの行の読出しを行った後、次の行の読み出しを行い、以下同様に、全ての行の浮遊拡散層の信号電荷の情報を読み出す。制御回路６０は、全ての信号電荷を読み出した後、リセットトランジスタ３１０のゲートをオンにすることにより、全ての浮遊拡散層をリセットする。これにより、１つのフレームの撮像が完了する。以下同様に、フレームの高速撮像を繰り返すことにより、イメージセンサ３０による一連のフレームの撮像が完結する。

　図６Ａは、１フレーム内の動作の例を示す図である。図６Ａに示すように、１フレーム内で、第１光パルスの発光と第２光パルスの発光とを交互に複数回切り替えてもよい。このようにすることで、２種類の波長による検出信号の取得タイミングの時間差を低減でき、ユーザに動きがある場合であっても、ほぼ同時に第１および第２光パルスでの撮像が可能である。

　図６Ｂは、２種類の波長の光による検出動作の他の例を示す図である。図６Ｂに示すように、第１光パルスによる反射光パルスの検出と第２光パルスによる反射光パルスの検出とを、フレームごとに切り替えてもよい。このような動作は、例えば、第１光パルスの発光と、第２光パルスの発光とをフレームごとに切り替えることによって行われ得る。その場合、各画素２０１は単数の電荷蓄積部を備えていてもよい。そのような構成によれば、各画素２０１の電荷蓄積部の数を低減できるため、各画素２０１のサイズを大きくでき、感度を向上させることができる。

　なお、光源２０が出射する光の波長は１種類であってもよい。その場合であっても、筋肉活動のおおよその状態を推定することができる。

　本実施形態では、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ３０の例を説明したが、イメージセンサ３０は他の種類の撮像素子であってもよい。イメージセンサ３０は、例えば、ＣＣＤ型であっても、単一光子計数型素子であっても、ＥＭＣＣＤまたはＩＣＣＤなどの増幅型イメージセンサであってもよい。また、複数の光検出セルが２次元的に配列されたイメージセンサ３０の代わりに、各々が単数の光電変換素子を備える複数のセンサを用いてもよい。単画素のセンサを２次元的に配列した構成であっても、対象部の２次元データを生成することができる。

　本実施形態では、イメージセンサ３０は、光パルスの表面反射成分および／または内部散乱成分を検出することができる。表面反射成分の時間的または空間的な変化から、ユーザの脈拍などの第１の生体情報を取得することができる。一方、内部散乱成分の時間的または空間的な変化から、ユーザの筋酸素消費量などの第２の生体情報を取得することができる。

　第１の生体情報は、表面反射成分を検出する方法とは異なる方法によって取得してもよいし、そもそも取得されなくてもよい。例えば、イメージセンサ３０とは異なる他の種類の検出器を利用して、第１の生体情報を取得してもよい。その場合、イメージセンサ３０は、内部散乱成分のみを検出してもよい。他の種類の検出器は、例えばレーダまたはサーモグラフィであってもよい。第１の生体情報は、例えば、ユーザの脈拍、発汗、呼吸、および体温からなる群から選択される少なくとも１つであり得る。第１の生体情報は、ユーザの対象部に照射された光パルスの内部散乱成分を検出することにより得られる筋酸素消費情報以外の生体情報である。ここで、「筋酸素消費情報以外の生体情報」とは、筋酸素消費活動に起因する情報が一切含まれないことを意味するものではない。第１の生体情報は、筋酸素消費活動とは別の生体活動に起因する生体情報が含まれ得る。第１の生体情報は、例えば、自律的または反射的な生体活動に起因する生体情報であり得る。

　［１－４．制御回路６０および信号処理回路７０］
　制御回路６０は、光源２０の光パルスの出射タイミングと、イメージセンサ３０のシャッタタイミングとの時間差を調整する。本明細書では、当該時間差を「位相差」と称することがある。光源２０の「出射タイミング」とは、光源２０から出射される光パルスが立ち上がりを開始するタイミングである。「シャッタタイミング」とは、露光を開始するタイミングである。制御回路６０は、出射タイミングを変化させて位相差を調整してもよいし、シャッタタイミングを変化させて位相差を調整してもよい。

　制御回路６０は、例えばプロセッサおよびメモリの組み合わせ、またはプロセッサおよびメモリを内蔵するマイクロコントローラなどの集積回路であり得る。制御回路６０は、例えばプロセッサがメモリに記録されたプログラムを実行することにより、例えば出射タイミングとシャッタタイミングとの調整を行う。

　信号処理回路７０は、イメージセンサ３０から出力された検出信号を処理する回路である。信号処理回路７０は、画像処理などの演算処理を行う。信号処理回路７０は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、または中央演算処理装置（ＣＰＵ）もしくは画像処理用演算プロセッサ（ＧＰＵ）とコンピュータプログラムとの組み合わせによって実現され得る。

　制御回路６０および信号処理回路７０は、統合された１つの回路であってもよいし、分離された個別の回路であってもよい。信号処理回路７０は、例えば遠隔地に設けられたサーバなどの外部の装置の構成要素であってもよい。この場合、サーバなどの外部の装置は、無線通信または有線通信により、光源２０、イメージセンサ３０、および制御回路６０と相互にデータの送受信を行う。

　本実施形態における信号処理回路７０は、イメージセンサ３０から出力された検出信号に基づき、対象部の内部の血液中の酸素化ヘモグロビン（Ｏｘｙ－Ｈｂ）、脱酸素化ヘモグロビン（Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）、および総ヘモグロビン（Ｔｏｔａｌ－Ｈｂ）のそれぞれの濃度の時間変化を示す動画像データを生成することができる。信号処理回路７０は、そのような動画像データに限らず、他の情報を生成してもよい。例えば、他の機器と同期させることにより、筋酸素消費量または血中酸素飽和度などの生体情報を生成してもよい。

　信号処理回路７０は、外乱光によるオフセット成分の見積り、およびオフセット成分の除去を行ってもよい。オフセット成分は、太陽光もしくは蛍光灯などの外乱光による信号成分である。光源２０の駆動をＯＦＦにして光源２０から光が出射されない状態で、イメージセンサ３０によって信号を検出することにより、環境光または外乱光によるオフセット成分が見積もられる。

　［１－５．その他］
　計測装置１００は、ユーザの２次元像をイメージセンサ３０の受光面上に形成する結像光学系を備えてもよい。結像光学系の光軸は、イメージセンサ３０の受光面に略直交する。結像光学系は、ズームレンズを含んでいてもよい。ズームレンズの位置が変化するとユーザの２次元像の拡大率が変化し、イメージセンサ３０上の２次元像の解像度が変化する。したがって、ユーザまでの距離が遠くても、所望の計測領域を拡大して詳細に観察することが可能である。

　計測装置１００は、ユーザとイメージセンサ３０との間に、光源２０から出射される波長帯域の光、またはその近傍の光のみを通過させる帯域通過フィルタを備えていてもよい。これにより、環境光などの外乱成分の影響を低減することができる。帯域通過フィルタは、例えば多層膜フィルタまたは吸収フィルタによって構成され得る。光源２０の温度変化およびフィルタへの斜入射に伴う帯域シフトを考慮して、帯域通過フィルタの帯域幅は、例えば２０から１００ｎｍ程度の幅を持たせてもよい。

　計測装置１００は、光源２０とユーザとの間、およびイメージセンサ３０とユーザとの間に、それぞれ偏光板を備えてもよい。この場合、光源２０側に配置される偏光板と、イメージセンサ３０側に配置される偏光板との偏光方向は、直交ニコルの関係であり得る。これにより、ユーザの表面反射成分のうち正反射成分、すなわち入射角と反射角が同じ成分がイメージセンサ３０に到達することを防ぐことができる。つまり、表面反射成分がイメージセンサ３０に到達する光量を低減させることができる。

　［２．信号検出動作］
　続いて、計測装置１００による信号検出動作をより詳細に説明する。

　本実施形態における計測装置１００は、対象部からの反射光パルスにおける表面反射成分と内部散乱成分とを区別して検出することができる。対象部が腕または脚である場合、検出すべき内部散乱成分による信号強度は、非常に小さくなる。前述のように、レーザ安全基準を満たす非常に小さな光量の光が照射されることに加えて、皮膚および皮下脂肪による光の散乱および吸収が大きいためである。さらに、筋肉活動時の血流量または血液内成分の変化による信号強度の変化は、さらに数十分の１の大きさに相当し非常に小さくなる。したがって、内部散乱成分を検出する場合、検出すべき内部散乱成分の信号成分の数千倍から数万倍の大きさである表面反射成分は、可能な限り除去される。

　以下、計測装置１００による内部散乱成分を検出する動作の例を説明する。

　前述のように、光源２０がユーザの対象部を光パルスで照射すると、表面反射成分および内部散乱成分が発生する。表面反射成分および内部散乱成分の各々の一部がイメージセンサ３０に到達する。内部散乱成分は、光源２０から出射して、イメージセンサ３０に到達するまでに対象部の内部を通過する。このため、内部散乱成分の光路長は、表面反射成分の光路長よりも長い。したがって、内部散乱成分がイメージセンサ３０に到達するタイミングは、表面反射成分がイメージセンサ３０に到達するタイミングよりも平均的に遅れる。

　図７は、光源２０から矩形波の光パルスが出射された場合において、ユーザの対象部から戻ってきた反射光パルスの光強度の波形を模式的に示す図である。横軸は、いずれも時間（ｔ）を表す。縦軸は、図７の部分（ａ）から（ｃ）では強度を表し、部分（ｄ）では電子シャッタのＯＰＥＮまたはＣＬＯＳＥの状態を表す。図７の部分（ａ）は、表面反射成分Ｉ１を示す。図７の部分（ｂ）は、内部散乱成分Ｉ２を示す。図７の部分（ｃ）は、表面反射成分Ｉ１および内部散乱成分Ｉ２の合算成分を示す。図７の部分（ａ）に示すように、表面反射成分Ｉ１の波形は、ほぼ矩形を維持する。一方、内部散乱成分Ｉ２は、さまざまな光路長の光の合算である。このため、図７の部分（ｂ）に示すように、内部散乱成分Ｉ２は、光パルスの後端が尾を引いたような特性を示す。言い換えれば、内部散乱成分Ｉ２の立ち下がり期間は、表面反射成分Ｉ１の立ち下がり期間よりも長くなる。図７の部分（ｃ）に示す光信号から内部散乱成分Ｉ２の割合を高めて抽出するために、図７の部分（ｄ）に示す通り、表面反射成分Ｉ１の後端が到達する時点以降に、電子シャッタの露光が開始される。言い換えれば、表面反射成分Ｉ１の波形が立ち下がった時またはその後に露光が開始される。このシャッタタイミングは、制御回路６０によって調整される。

　対象部が平面的でない場合、イメージセンサ３０の画素によって光が到達するタイミングが異なる。この場合、画素ごとに図７の部分（ｄ）に示すシャッタタイミングを個別に決定してもよい。例えば、イメージセンサ３０の受光面に垂直な方向をｚ方向とする。制御回路６０は、対象部の表面におけるｚ座標の２次元分布を示すデータを取得し、このデータに基づいてシャッタタイミングを画素ごとに変化させてもよい。これにより、対象部の表面が湾曲している場合でも、それぞれの位置で最適なシャッタタイミングを決定することができる。対象部の表面におけるｚ座標の２次元分布を示すデータは、例えば、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ）技術によって取得される。光源２０による照射光が対象部で反射されることにより生じた反射光がそれぞれの画素に到達するまでに要する時間が計測される。よって、各画素で検出される反射光の位相と、光源２０における照射光の位相との差に基づいて、各画素と対象部との間の距離を推定することができる。これにより、対象部の表面におけるｚ座標の２次元分布を示すデータを取得することができる。当該２次元分布を示すデータは計測を行う前に予め取得され得る。

　図７の部分（ａ）に示す例では、表面反射成分Ｉ１の後端が垂直に立ち下がっている。言い換えると、表面反射成分Ｉ１が立ち下がりを開始してから終了するまでの時間がゼロである。しかし、現実には、表面反射成分Ｉ１の後端が垂直に立ち下がらない場合がある。例えば、光源２０から出射される光パルスの波形の立ち下りが完全に垂直でない場合、対象部の表面に微細な凹凸がある場合、または表皮内で散乱が生じる場合には、表面反射成分Ｉ１の後端が垂直に立ち下がらない。また、ユーザは不透明な物体であることから、表面反射成分Ｉ１の光量は、内部散乱成分Ｉ２の光量よりも非常に大きい。したがって、表面反射成分Ｉ１の後端が垂直な立ち下がりの時点からわずかにはみ出した場合であっても、内部散乱成分Ｉ２が埋もれてしまう可能性がある。さらに、電子シャッタの読み出し期間中に、電子の移動に伴う時間遅れが発生する場合もある。以上のことから、図７の部分（ｄ）に示すような理想的なバイナリの読み出しを実現できないことがある。その場合には、制御回路６０は、電子シャッタのシャッタ開始のタイミングを表面反射成分Ｉ１の立ち下がり直後よりやや遅らせてもよい。例えば、制御回路６０は、電子シャッタのシャッタ開始のタイミングを表面反射成分Ｉ１の立ち下がり時点よりも０．５ｎｓから５ｎｓ程度遅らせてもよい。電子シャッタのシャッタタイミングを調整する代わりに、制御回路６０は、光源２０の出射タイミングを調整してもよい。言い換えれば、制御回路６０は、電子シャッタのシャッタタイミングと光源２０の出射タイミングとの時間差を調整してもよい。非接触で対象部内の血流量または血液内成分の変化を計測する場合、あまりにもシャッタタイミングを遅らせすぎると、もともと小さい内部散乱成分Ｉ２がさらに減少してしまう。このため、表面反射成分Ｉ１の後端近傍にシャッタタイミングを留めておいてもよい。前述のように、対象部の内部の散乱による時間遅れは、４ｎｓ程度である。この場合、シャッタタイミングの最大の遅らせ量は、４ｎｓ程度であり得る。

　図６Ａおよび図６Ｂに示す例のように、光源２０から出射された複数の光パルスの各々を、同じ時間差のシャッタタイミングで露光して信号を蓄積してもよい。これにより、内部散乱成分Ｉ２の検出光量が増幅される。

　ユーザとイメージセンサ３０との間に帯域通過フィルタを配置することに替えて、またはそれに加えて、光源２０に光を出射させない状態で、同じ露光時間で撮影することによってオフセット成分を見積もってもよい。見積もったオフセット成分は、イメージセンサ３０の各画素によって検出された信号から差分によって除去される。これにより、イメージセンサ３０上で発生する暗電流成分を除去することができる。

　内部散乱成分Ｉ２には、ユーザの内部特性情報、例えば、筋酸素消費情報が含まれる。ユーザの筋酸素消費量の時間的な変動に応じて、血液に吸収される光の量が変化する。その結果、イメージセンサ３０による検出光量も、相応に増減する。したがって、内部散乱成分Ｉ２をモニタリングすることにより、ユーザの対象部における血液中の酸素化ヘモグロビン（Ｏｘｙ－Ｈｂ）、脱酸素化ヘモグロビン（Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）、および総ヘモグロビン（Ｔｏｔａｌ－Ｈｂ）のそれぞれの濃度の時間変化を推定することができる。Ｏｘｙ－Ｈｂ、Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ、およびＴｏｔａｌ－Ｈｂの濃度の時間変化から筋酸素消費量を推定することができる。

　図８Ａは、内部散乱成分Ｉ２を検出する動作の例を示すタイミングチャートである。この例では、１フレームの期間において、光源２０は光パルスを繰り返し出射する。イメージセンサ３０は、各反射光パルスの後端部分がイメージセンサ３０に到達する期間にシャッタをＯＰＥＮにする。この動作により、イメージセンサ３０は、内部散乱成分Ｉ２の信号を蓄積する。所定回数の信号蓄積が終了すると、イメージセンサ３０は、画素ごとに蓄積された信号を検出信号として出力する。出力された検出信号は、信号処理回路７０によって処理される。

　このように、制御回路６０は、光源２０に光パルスを出射させ、イメージセンサ３０に、反射光パルスのうちの立ち下がり開始後の成分の少なくとも一部を検出させて内部散乱成分の強度の空間分布を示す検出信号を出力させる検出動作を繰り返す。このような動作により、信号処理回路７０は、繰り返し出力された検出信号に基づいて、対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力することができる。

　次に、表面反射成分Ｉ１の検出方法の例を説明する。表面反射成分Ｉ１には、ユーザの表面特性を示す情報、例えば、腕または脚の皮膚血流情報が含まれる。なお、表面反射成分Ｉ１の情報は、必ずしも取得される必要はなく、必要に応じて取得される。

　図８Ｂは、表面反射成分Ｉ１を検出する動作の例を示すタイミングチャートである。表面反射成分Ｉ１を検出する場合、イメージセンサ３０は、各反射光パルスがイメージセンサ３０に到達する前にシャッタをＯＰＥＮにし、反射光パルスの後端が到達するよりも前にシャッタをＣＬＯＳＥにする。このようにシャッタを制御することにより、内部散乱成分Ｉ２の混入を抑制し、表面反射成分Ｉ１の割合を大きくすることができる。シャッタＣＬＯＳＥのタイミングを、イメージセンサ３０への光の到達直後にしてもよい。これにより、光路長が比較的短い表面反射成分Ｉ１の割合を高めた信号検出が可能になる。表面反射成分Ｉ１の信号を取得することにより、ユーザの脈拍、または表皮血流の酸素化度を推定することができる。表面反射成分Ｉ１の他の取得方法として、イメージセンサ３０が反射光パルスの全体を検出したり、光源２０から出射された連続光を検出したりしてもよい。

　表面反射成分Ｉ１を、内部散乱成分Ｉ２を取得する計測装置１００以外の装置によって検出してもよい。例えば、脈波計またはドップラ血流計といった別のデバイスを用いてもよい。その場合、当該別のデバイスは、デバイス間のタイミング同期、光の干渉、および検出箇所の合わせこみを考慮して使用される。本実施形態のように、同一の計測装置１００または同一のセンサによる時分割撮像を行えば、時間的および空間的なずれが発生しにくい。同一のセンサによって表面反射成分Ｉ１および内部散乱成分Ｉ２の両方の信号を取得する場合、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、１フレームごとに取得する成分を切り替えてもよい。あるいは、１フレーム内で取得する成分を高速に交互に切り替えてもよい。その場合、表面反射成分Ｉ１と内部散乱成分Ｉ２との検出時間差を低減することができる。

　さらに、表面反射成分Ｉ１および内部散乱成分Ｉ２のそれぞれの信号を、２つの波長の光を用いて取得してもよい。例えば、７５０ｎｍおよび８５０ｎｍの２波長の光パルスを利用してもよい。これにより、それぞれの波長での検出光量の変化から、酸素化ヘモグロビンの濃度変化および脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を算出することができる。表面反射成分Ｉ１および内部散乱成分Ｉ２を、それぞれ２波長で取得する場合、例えば図４から図６Ａを参照して説明したように、４種類の電荷蓄積を１フレーム内で高速に切り替える方法が利用され得る。そのような方法により、検出信号の時間的なずれを低減することができる。

　図９は、制御回路６０による光源２０およびイメージセンサ３０を制御する動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、光源２０は２波長の光パルスを出射し、イメージセンサ３０は、内部散乱成分の検出のみを行う場合の動作の例を説明する。光源２０は、第１波長を有する第１光パルスと、第２波長を有する第２光パルスとを出射する。第１波長は６５０ｎｍよりも長く８０５ｎｍよりも短い。第２波長は８０５ｎｍよりも長く９５０ｎｍよりも短い。

　ステップＳ１０１において、制御回路６０は、光源２０に所定時間だけ第１光パルスを出射させる。このとき、イメージセンサ３０の電子シャッタは露光を停止した状態にある。制御回路６０は、第１光パルスの照射に起因して生じた第１反射光パルスのうち、表面反射成分がイメージセンサ３０に到達する期間が完了するまで、電子シャッタに露光を停止させる。次に、ステップＳ１０２において、制御回路６０は、第１反射光パルスのうち、内部散乱成分がイメージセンサ３０に到達するタイミングで、電子シャッタに露光を開始させる。所定時間経過後、ステップＳ１０３において、制御回路６０は、電子シャッタに露光を停止させる。ステップＳ１０２およびステップＳ１０３により、図５に示す第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７のうちの１つの浮遊拡散層に、信号電荷が蓄積される。当該信号電荷を「第１信号電荷」と称する。

　ステップＳ１０４において、制御回路６０は、光源２０に所定時間だけ第２光パルスを出射させる。このとき、イメージセンサ３０の電子シャッタは露光を停止した状態にある。制御回路６０は、第２光パルスの照射に起因して生じた第２反射光パルスのうち、表面反射成分がイメージセンサ３０に到達する期間が完了するまで、電子シャッタに露光を停止させる。次に、ステップＳ１０５において、制御回路６０は、第２反射光パルスのうち、内部散乱成分がイメージセンサ３０に到達するタイミングで、電子シャッタに露光を開始させる。所定時間経過後、ステップＳ１０６において、制御回路６０は、電子シャッタに露光を停止させる。ステップＳ１０５およびステップＳ１０６により、図５に示す第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７のうちの他の１つの浮遊拡散層に、信号電荷が蓄積される。当該信号電荷を「第２信号電荷」と称する。

　続いて、ステップＳ１０７において、制御回路６０は、上記の信号蓄積を実行した回数が所定の回数に達したか否かを判定する。ステップＳ１０７での判定がＮｏの場合、Ｙｅｓと判定するまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０６が繰り返される。

　ステップＳ１０７での判定がＹｅｓの場合、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８において、制御回路６０は、イメージセンサ３０に、第１信号電荷および第２信号電荷にそれぞれ基づく第１信号および第２信号を生成させて出力させる。

　このように、制御回路６０は、光源２０に第１光パルスを出射させ、イメージセンサ３０に第１反射光パルスの立ち下がり期間の少なくとも一部の成分を検出させる第１動作を実行する。制御回路６０は、光源に第２光パルスを出射させ、イメージセンサ３０に第２反射光パルスの立ち下がり期間の少なくとも一部の成分を検出させる第２動作を実行する。制御回路６０は、第１動作および第２動作を含む一連の動作を所定回数繰り返す。あるいは、制御回路６０は、第１動作を所定回数繰り返し、その後、第２動作を所定回数繰り返してもよい。また、第１動作と第２動作の順序を入れ替えてもよい。

　図９に示す動作により、内部散乱成分を高い感度で検出することができる。人などの生体を光で照射して血流などの情報を取得する場合、生体内部での光の減衰率が非常に大きい。例えば、入射光に対して出射光が、１００万分の１程度にまで減衰することがある。このため、内部散乱成分を検出するには、１パルスの照射だけでは光量が不足する場合がある。レーザ安全性基準のクラス１での照射では、特に光量が微弱である。そのため、図９の例では、光源２０が光パルスを複数回出射し、それに応じてイメージセンサ３０も電子シャッタによって複数回露光する。このような動作により、検出信号を積算して感度を向上させることができる。なお、複数回の光出射および露光は必須ではなく、必要に応じて行われる。

　図９の例では、内部散乱成分が検出されるが、表面反射成分をさらに検出してもよい。表面反射成分および内部散乱成分の両方を検出する場合、ステップＳ１０１とステップＳ１０２との間に、第１反射光パルスの表面反射成分に基づく信号電荷を蓄積するステップが追加され、ステップＳ１０４とステップＳ１０５との間に、第２反射光パルスの表面反射成分に基づく信号電荷を蓄積するステップが追加される。これらの信号電荷は、図５に示す第１の浮遊拡散層２０４から第４の浮遊拡散層２０７のうちの残りの２つの浮遊拡散層にそれぞれ蓄積される。表面反射成分を検出することにより、例えばユーザの外観または皮膚血流の状態を示す情報を取得することができる。

　次に、信号処理回路７０による筋酸素消費量を推定する動作の例を説明する。

　前述のように、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの光吸収特性は異なる。酸素化ヘモグロビンは約８０５ｎｍを超える波長の近赤外線を比較的よく吸収する。これに対し、脱酸素化ヘモグロビンは、８０５ｎｍよりも短い波長の近赤外線または赤色光を比較的よく吸収する。８０５ｎｍ付近の波長の近赤外線については、両者の吸収率は同程度である。そこで、６５０ｎｍよりも長く８０５ｎｍよりも短い第１波長と、８０５ｎｍよりも長く９５０ｎｍよりも短い第２波長とが用いられ得る。例えば、上記の７５０ｎｍおよび８５０ｎｍの２波長の光が用いられ得る。これらの光の検出光量に基づいて、血液中の酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンのそれぞれの濃度の時間変化を検出することができる。

　信号処理回路７０は、イメージセンサ３０から出力された第１検出信号および第２検出信号に基づいて、対象部の内部の血液の状態を示す信号を生成して出力する。第１検出信号は、第１波長（例えば７５０ｎｍ）の光の内部散乱成分の検出結果を示す信号である。第２検出信号は、第２波長（例えば８５０ｎｍ）の光の内部散乱成分の検出結果を示す信号である。信号処理回路７０は、第１検出信号および第２検出信号を用いて、予め定められた連立方程式を解くことにより、血液中の酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２）および脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の各濃度の、初期値からの変化量を求めることができる。連立方程式は、例えば以下の式（１）および（２）によって表される。

　ΔＨｂＯ_２およびΔＨｂは、それぞれ、血液中のＨｂＯ_２およびＨｂの濃度の初期値からの変化量を表す。ε^７５０ _ＯＸＹおよびε^７５０ _{ｄｅＯＸＹ}は、それぞれ、波長７５０ｎｍでのＨｂＯ_２およびＨｂのモル吸光係数を表す。ε^８５０ _ＯＸＹおよびε^８５０ _{ｄｅＯＸＹ}は、それぞれ、波長８５０ｎｍでのＨｂＯ_２およびＨｂのモル吸光係数を表す。Ｉ^７５０ _ｉｎｉおよびＩ^７５０ _ｎｏｗは、それぞれ、波長７５０ｎｍについての初期時点および計測時点での検出強度を表す。Ｉ^８５０ _ｉｎｉおよびＩ^８５０ _ｎｏｗは、それぞれ、波長８５０ｎｍについての初期時点および計測時点での検出強度を表す。信号処理回路７０は、例えば上記の式（１）および（２）に基づいて、血液中のＨｂＯ_２およびＨｂの各濃度の、初期値からの変化量ΔＨｂＯ_２およびΔＨｂを、各画素について計算することができる。これにより、対象部における血液中のＨｂＯ_２およびＨｂの各濃度の変化量の２次元分布のデータを生成することができる。

　信号処理回路７０は、さらに、ヘモグロビンの酸素飽和度を求めることもできる。酸素飽和度とは、血液中のヘモグロビンのうち、どれだけの割合が酸素と結びついているかを示す値である。酸素飽和度は、脱酸素化ヘモグロビンの濃度をＣ（Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）、酸素化ヘモグロビンの濃度をＣ（Ｏｘｙ－Ｈｂ）として、以下の式で定義される。
　酸素飽和度＝Ｃ（Ｏｘｙ－Ｈｂ）／［Ｃ（Ｏｘｙ－Ｈｂ）＋Ｃ（Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）］×１００（％）

　生体内には、血液以外にも赤色光および近赤外光を吸収する成分が含まれている。しかし、光の吸収率が時間的に変動するのは、主に動脈血中のヘモグロビンに起因する。よって、吸収率の変動に基づいて、高い精度で血中酸素飽和度を計測することができる。

　光は皮膚および皮下組織を透過して筋肉に到達する。このため、皮膚および皮下組織の血流変動も重畳されて検出される。その影響を除去または低減するために、信号処理回路７０は、イメージセンサ３０によって検出された内部散乱成分Ｉ２から表面反射成分Ｉ１を減算する処理を行ってもよい。これにより、皮膚および皮下組織の血流情報を除いた純粋な筋肉血流情報を取得することができる。減算方法には、例えば、内部散乱成分Ｉ２の信号から、光路長差を考慮して決定された１以上のある係数を表面反射成分Ｉ１の信号に掛けた値を減算する方法が用いられ得る。この係数は、例えば、一般的な人の腕または脚の光学定数の平均値に基づいて、シミュレーションまたは実験によって算出され得る。このような減算処理は、同一の計測装置１００またはセンサにより、同一の波長の光を用いて計測する場合に容易に行うことができる。時間的および空間的なずれを低減しやすく、内部散乱成分Ｉ２に含まれる皮膚および皮下組織の血流成分と、表面反射成分Ｉ１の特性とを一致させやすいからである。

　皮膚および皮下組織の血流の２次元分布と筋肉血流の２次元分布とは独立である。したがって、イメージセンサ３０から出力される信号に基づいて、内部散乱成分Ｉ２の２次元分布と表面反射成分Ｉ１の２次元分布とを、独立成分分析または主成分分析などの統計手法を用いて分離してもよい。

　［３．筋肉血流量の変化の検出例］
　次に、ユーザの筋肉血流量の変化を検出する方法の例を説明する。

　図１０は、筋肉血流量の時間変化の一例を模式的に示す図である。図１０に示すように、ユーザ５００の対象部５０１が光源２０からの光で照射され、その戻り光が検出される。この場合、表面反射成分は、内部散乱成分に比べ非常に大きい。しかし、前述したシャッタ調整により、内部散乱成分のみを抽出することができる。図１０に示すグラフは、対象部５０１の内部の血液中の酸素化ヘモグロビン（Ｏｘｙ－Ｈｂ）および脱酸素化ヘモグロビン（Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）のそれぞれの濃度の経時変化と、それらの和（Ｔｏｔａｌ－Ｈｂ）の経時変化の例を示している。この例における内部散乱成分は、２波長の光を用いて取得される。図１０に示す濃度は、平常時における量を基準とする変化量を示している。この変化量は、光の強度信号に基づいて、信号処理回路７０によって算出される。

　筋肉での血流は、筋肉組織での酸素消費と酸素供給とのバランスを反映する。そのため、安静時と比較して、運動初期は酸素消費が供給を上回るため酸素濃度は低下する。運動時に酸素供給と酸素消費とのバランスが保たれれば酸素濃度は一定となる。運動後には酸素供給が消費を上回るので酸素濃度は上昇する。このため、本実施形態では、ユーザ５００の対象部５０１内の同じ位置で筋肉血流の経時変化が計測される。筋肉活動の経時変化を観測する場合、筋肉血流の絶対量がわからなくても、筋肉血流の時間的な相対変化から、ユーザの筋肉活動の状態を推定することが可能である。

　図１１は、ユーザ５００の対象部５０１内の複数の箇所で計測を同時に行う場合の例を模式的に示す図である。この例では、２次元的に広がる領域に光が照射され、当該２次元領域の内部で散乱された光が検出される。このため、対象部５０１の内部の血液の酸素化状態の２次元分布を示すデータを取得することが可能である。この場合、光源２０の照射パターンは、例えば、均一強度の一様な分布、ドット状の分布、またはドーナツ状の分布であり得る。光源２０が均一強度の一様な分布の照射を行う場合、対象部５０１上の照射位置の調整が不要、または簡便にできる。一様な分布の照射であれば、広範囲からユーザ５００の対象部５０１に光が入射する。このため、イメージセンサ３０によって検出される信号を増強することができる。さらに、照射領域内の任意の箇所の計測が可能である。

　図１２は、光の照射領域２２の例を模式的に示す図である。非接触での生体計測では、計測装置１００から対象部までの距離の２乗に反比例して検出光量が減衰する。そこで、イメージセンサ３０によって生成される各画素の信号を近傍の複数の画素の信号を積算することによって増強してもよい。このようにすることでＳＮ比を維持したまま積算パルス数を低減できる。これにより、フレームレートを向上させることができる。

　図１３は、ユーザ５００の対象部が横方向にシフトした場合における信号の変化を模式的に示す図である。前述のように、安静時から筋肉活動状態が変化したときの血液中の酸素化ヘモグロビンまたは脱酸素化ヘモグロビンの濃度の変化量を検出することにより、筋肉活動の変化が読み取られる。２次元的に配列された複数の光電変換素子を備えるイメージセンサ３０を使用する場合、筋肉活動の２次元分布の情報を取得することができる。本実施形態では、非接触で計測が行われるため、図１３の下の図に示すように、対象部の位置が計測中に変化してしまうことがある。これは、例えばユーザ５００が呼吸のために僅かに動いた場合にも生じ得る。一般に、筋肉血液中の酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの濃度の２次元分布は、微小時間内で急激に変化しない。このため、例えば、検出された２次元分布のフレーム間でのパターンマッチングにより、対象部の位置ずれを補正することができる。あるいは、呼吸のような周期的な動きであれば、その周波数成分のみを抽出し補正または除去してもよい。対象部は、単一の領域である必要はなく、複数の領域であってもよい。当該複数の領域は、例えば、左右１個ずつ、あるいは、２×６のマトリックス状のドット分布であってもよい。

　また、筋肉活動を２つの期間における血液状態の変化から推定することも可能である。具体的には、トレーニング前に計測を行い、トレーニングを行い、トレーニング後に再び計測を行い、トレーニング前とトレーニング後の筋肉での血液状態を比較して解析することにより、トレーニング効果を判定または評価することができる。そのような場合には、トレーニング前とトレーニング後に、同一点での筋肉血液中の酸素化ヘモグロビン等の変化量が比較される。そのような計測方法を行う場合、信号処理回路７０は、対象部を含むユーザの外観を示す外観画像から１つ以上の特徴点を抽出し、特徴点と計測領域または解析領域との相対的な位置関係から、対象部の位置ずれを検出し、計測領域を補正することによって位置ずれの影響を低減または補償することができる。このような位置ずれ補正処理は、計測時に行ってもよいし、計測終了後の解析時に行ってもよい。

　ユーザの対象部を含む画像は、例えば、光源２０から出射され、対象部で反射されて戻ってきた光パルスに基づいて生成された赤外画像であってもよい。当該画像は、イメージセンサ３０に到達した光パルスの前端成分または後端成分の少なくとも一部を含む成分に基づいて生成され得る。また、対象部の画像は、計測装置１００が備えるイメージセンサ３０とは別に設けられたカメラまたはセンサによって取得された可視画像であってもよい。

　特徴点としては、例えば、ほくろ、対象部の外形、指先などの先端、爪、または血管形状などであり得るが、これらに限られるものではない。また、特徴点となるマーカを対象部に付しても良い。信号処理回路７０は、これらの特徴点のうちの１つまたは複数を用いてパターンマッチングを行うことにより、運動前後の対象部の位置の変化を検出することができる。信号処理回路７０は、検出した位置の変化を補償する処理を行った上で、筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成することができる。

　［４．トレーニング効果の判定］
　次に、計測装置１００を用いてユーザ５００のトレーニング効果を判定する方法の具体例を説明する。

　前述のように、反射光の内部散乱成分の検出結果に基づいて、ユーザ５００の筋肉組織の周辺の血液の状態を推定することができる。この特性を利用して、ユーザ５００の筋酸素消費量を計測することができる。筋酸素消費量の計測結果に基づき、筋肉トレーニングまたはリハビリテーションといった筋運動による効果を判定することができる。

　本実施形態では、ユーザ５００の筋酸素消費量を計測する方法の一例として、血流を遮断するために加圧器４０によるカフ加圧が使用される。光源２０は、ユーザ５００の腕または脚に向けて光パルスを一定の時間間隔で繰り返し出射する。イメージセンサ３０は、反射光パルスの内部散乱成分の信号を画素ごとに蓄積する。本実施形態では、同様の動作が、カフ加圧開始前の安静時、カフ加圧中、カフ加圧開放後の安静時の各期間において行われる。

　図１４は、本実施形態における筋酸素消費量の１回の計測動作の流れを時間軸上に表した図である。本実施形態における１回の計測動作は、加圧前期間、加圧期間、および加圧後期間の３つの期間を含む。加圧前期間は、カフ加圧開始前の期間である。加圧期間は、カフ加圧中の期間である。加圧後期間は、カフ加圧を開放した直後の期間である。

　これらの３つの期間にわたって、計測装置１００は、ユーザの筋肉活動を示す検出信号を繰り返し生成する。加圧期間中、ユーザは、カフを用いて、腕または脚などの所定の部位を加圧する。加圧の大きさは、例えば４０ｍｍＨｇまたは２００ｍｍＨｇなどの所定の値に設定される。図１４の例では、加圧前期間および加圧後期間のそれぞれの長さは３０秒であり、加圧期間の長さは１２０秒である。この例に限定されず、各期間の長さは適宜調整可能である。加圧前期間と加圧後期間の長さが異なっていてもよい。

　図１５は、計測装置１００によるトレーニング効果の判定動作の一例を示すフローチャートである。本実施形態における制御回路６０は、ユーザが筋運動を行う前の第１の期間と、ユーザが筋運動を行った後の第２の期間のそれぞれにおいて、前述の信号検出動作を繰り返し実行する。信号処理回路７０は、第１の期間においてイメージセンサ３０から繰り返し出力された検出信号と、第２の期間においてイメージセンサ３０から繰り返し出力された検出信号とに基づいて、筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成する。より具体的には、信号処理回路７０は、第１の期間において繰り返し出力された検出信号に基づいて、対象部の内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布の経時変化を示す第１血流データを生成する。また、第２の期間において繰り返し出力された検出信号に基づいて、対象部の内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布の経時変化を示す第２血流データを生成する。信号処理回路７０は、第１血流データと第２血流データとに基づき、筋酸素消費量の２次元分布を示す分布データを生成する。例えば、信号処理回路７０は、第１血流データから、対象部に含まれる複数の点における酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の減少の傾きを示す第１変化率を決定する。また、第２血流データから、対象部に含まれる複数の点における酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の減少の傾きを示す第２変化率を決定する。第１変化率と第２変化率との差または比に基づき、対象部の各点における筋酸素消費量を推定することができる。

　図１５の例において、ユーザが計測開始の操作を行うと、計測装置１００は、計測動作を開始する（ステップＳ７０１）。この段階では、加圧器４０を用いたカフによるユーザの体の一部に対する加圧は行われない。ユーザが何もしていない状態で、所定時間（例えば３０秒）にわたって、検出信号が繰り返し取得される。これは、ユーザの安静時の血流データを取得するために行われる。この期間は、前述の加圧前期間である。計測は、前述のように、光源２０がユーザの腕または脚などの対象部に向けて光パルスを出射し、イメージセンサ３０が反射光パルスの後端成分を検出する動作を繰り返すことによって行われる。これにより、反射光パルスの内部散乱成分が繰り返し検出される。イメージセンサ３０は、画素ごとに、反射光パルスの蓄積量に応じた検出信号を出力する。信号処理回路７０は、イメージセンサ３０から出力された検出信号に基づいて、酸素化ヘモグロビンの濃度分布を示す血流データを繰り返し生成する。血流データは、例えば画素ごとに、または画素群ごとに生成され得る。

　計測を開始してから所定時間が経過すると、制御回路６０は、加圧器４０に、ユーザの体の一部に対する加圧を開始させる（ステップＳ７０２）。加圧されている期間も、血流データの生成はそのまま継続される。信号処理回路７０は、ユーザが加圧されている間、イメージセンサ３０から出力された検出信号に基づいて、血流データを繰り返し生成する。

　カフによる加圧の開始から一定の時間（例えば１２０秒）が経過すると、カフによる加圧が終了し、ユーザの体の一部がカフによる加圧から開放される（ステップＳ７０３）。制御回路６０は、加圧器１０に、加圧を停止させる。加圧が停止された後も、一定の時間（例えば、３０秒）にわたって、計測がそのまま継続される。これにより、カフによる加圧の終了後の期間も血流データが繰り返し生成される。

　カフによる加圧の終了から一定の時間が経過すると、制御回路６０は、計測を終了する（ステップＳ７０４）。その後、信号処理回路７０は、加圧前期間、加圧期間、加圧後期間のそれぞれの期間で取得された血流データを解析する。これにより、加圧期間におけるＯｘｙ－Ｈｂの濃度の時間変化を解析する（ステップＳ７０５）。信号処理回路７０は、例えば、カフ加圧直後に増加したＯｘｙ－Ｈｂの最大点を解析開始点として、Ｏｘｙ－Ｈｂの減少の傾きすなわち変化率を計算する。具体的には、信号処理回路７０は、以下の処理を行う。
（１）加圧期間のＯｘｙ－Ｈｂの最大点を特定する。
（２）最大点を解析開始点とし、その点から所定の期間のＯｘｙ－Ｈｂの挙動に対して線形フィッティングを行う。所定の期間は、例えば、３０秒または６０秒などの値に設定され得る。
（３）線形フィッティングされた直線の傾きを求める。

　上記の処理により、信号処理回路７０は、加圧期間中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きを算出する。この加圧期間中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きは、筋酸素消費量を示す。減少の傾きが小さければ筋酸素消費量が小さく、減少の傾きが大きければ筋酸素消費量が大きいことを示す。ここまでがトレーニング前における筋酸素消費量の計測動作である。

　その後、ユーザは、筋肉トレーニングまたはリハビリテーションなどのトレーニングを行う（ステップＳ７０６）。その後、前述した方法と同様の方法で、トレーニング後における筋酸素消費量の計測が行われる（ステップＳ７０７からＳ７１１）。ステップＳ７０７からＳ７１１の動作は、それぞれ、ステップＳ７０１からＳ７０５の動作と同様である。信号処理回路７０は、ステップＳ７１１において、トレーニング後における加圧期間のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きを算出する。

　これにより、トレーニング前とトレーニング後の筋酸素消費量の比較が可能となる。信号処理回路７０は、トレーニング前とトレーニング後の筋酸素消費量から、既存の検定方法を用いて有意差を検定する（ステップＳ７１２）。有意差がある場合、信号処理回路７０は、トレーニング効果ありと判定する（Ｓ７１３）。逆に、有意差がない場合、信号処理回路７０は、トレーニング効果なしと判定する（ステップＳ７１４）。例えば、トレーニング前の筋酸素消費量とトレーニング後の筋酸素消費量とを比較した結果、筋酸素消費量の増加量が基準値を超える場合、トレーニング効果ありと判定され、筋酸素消費量の増加量が基準値を超えない場合、トレーニング効果なしと判定され得る。トレーニング効果の有無の判定は、画素ごとに行われ得る。信号処理回路７０は、画素ごとに、判定結果である筋酸素消費量の増加量を決定し、増加量のレベルに応じて異なる色で表現された画像データを生成してもよい。例えば、筋酸素消費量の増加量が基準値を超えた画素については、トレーニング効果が高いものとして赤色で表示し、筋酸素消費量の増加量が基準値を超えない画素については、トレーニング効果が低いものとして青色で表示する画像を生成してもよい。あるいは、筋酸素消費量の増加量のレベルに応じて３段階以上に色分けされた画像を生成してもよい。当該画像は、ディスプレイ５０またはＡＲグラス９０に表示され得る。画像とともに、色とトレーニング効果との対応を示すカラーバーを表示してもよい。

　以上の処理により、ユーザは、筋酸素消費量の増加の有無からトレーニング効果を２次元分布として視覚的に把握することができる。信号処理回路７０は、イメージセンサ３０または他の装置で取得されたユーザの外観を示す外観画像に、筋酸素消費量の増加の２次元分布を示す画像が重畳された画像を生成してもよい。そのような画像が表示されることで、ユーザは、各筋肉部位におけるトレーニング効果を明確に把握できる。また、ＡＲグラス９０を通して見えるユーザの実像に重なるように、筋酸素消費量の増加の２次元分布を示す画像が表示されてもよい。そのような表示により、各筋肉部位におけるトレーニング効果をより明確に把握することができる。

　信号処理回路７０は、筋酸素消費量の増加の有無を判定する方法として、運動前後でのＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きの大きさに基づいて判定してもよい。例えば、１よりも大きい実数をａとして、運動後のＯｘｙ－Ｈｂの傾き（すなわち第２変化率）の大きさが、運動前のＯｘｙ－Ｈｂの傾き（すなわち第１変化率）の大きさのａ倍以上である場合に、筋酸素消費量が相対的に大きい、あるいはトレーニング効果が高いと判定し、その旨の情報を筋酸素消費量の分布データに含めて出力してもよい。ａは、例えば２などの適当な値に設定され得る。また、筋酸素消費量の増加が大きい領域または小さい領域を強調して表示するような画像を生成してもよい。そのような画像が表示されることで、ユーザはさらに正確にトレーニング効果を把握できる。

　本実施形態によれば、ユーザは、筋酸素消費量の増加の２次元分布から、トレーニング効果がある筋肉部位、およびトレーニング効果がない筋肉部位を把握し、次のトレーニングメニューにフィードバックすることができる。これにより、より効果的にトレーニングを行うことができる。信号処理回路７０は、筋酸素消費量の増加の２次元分布から、筋酸素消費量の増加が相対的に小さいと判定した領域をトレーニングするためのトレーニングプランを生成し、ディスプレイ５０またはＡＲグラス９０に表示してもよい。その場合、複数の筋肉部位と、各筋肉部位を刺激するための１つ以上のトレーニング種目との対応関係を規定するテーブルなどのデータが記憶媒体８０に予め記録される。信号処理回路７０は、当該データを参照することで、筋酸素消費量の増加が相対的に小さい筋肉部位を鍛えるためのトレーニングプランを生成することができる。ユーザは、提示されたトレーニングプランを実行することで、トレーニング効果を高めることができる。本実施形態によれば、トレーニングに関する知識が不十分であるユーザであっても、より効果の高いトレーニングを実施することが可能になる。

　信号処理回路７０は、トレーニングプランを提供する際、ユーザのトレーニング履歴情報を参照し、トレーニング履歴とトレーニング効果とを照らし合わせ、より最適なトレーニングプランを作成して提供してもよい。さらに、信号処理回路７０は、トレーニングプランを提供する際、ユーザ識別情報を参照して、個々のユーザに適したさらに効果的なトレーニングプランを提供してもよい。そのような構成においては、ユーザ識別情報と、各ユーザのトレーニング履歴情報とが、記憶媒体８０に予め記録される。

　（実施例）
　次に、筋酸素消費量の計測結果に基づいてトレーニング効果を評価する方法の実施例を説明する。

　図１６は、ＮＩＲＳカメラ４００を用いてトレーニング効果を評価する実験の様子を示す図である。この実験では、トレーニング前後における血流遮断時の血流動態をＮＩＲＳカメラ４００で計測した。ＮＩＲＳカメラ４００は、前述の実施形態における計測装置１００に相当する。計測箇所は前腕部の筋肉とし、トレーニングはハンドグリッパ４５０（負荷２ｋｇ）１００回とし、血流遮断は、カフを用いて２００ｍｍＨｇの圧力で上腕部を加圧することによって行った。

　図１７は、実験プロトコルを示す図である。実験プロトコルは、安静３０秒→カフによる加圧１２０秒→安静３０秒とし、トレーニング前にＮＩＲＳカメラ４００を用いて血流動態を計測し、その後ハンドグリッパ４５０でトレーニングを行い、その直後に再び上記プロトコルで血流動態を計測した。トレーニング前後での計測箇所を一致させるために、前腕に油性マジックでマーキングを行った。図１８は、ＮＩＲＳカメラ４００によって取得された赤外線画像を示している。図１８に示す赤外線画像におけるマーキング箇所５１０に基づいて、位置合わせを行った。このように、ＮＩＲＳカメラ４００によって取得された画像中の特徴点の位置に基づいて、正確に位置合わせを行うことができる。この点は、ＮＩＲＳ装置を皮膚上に装着する従来の方法に対する本開示における計測方法の大きなメリットの１つである。

　図１９および図２０は、それぞれ、トレーニング前およびトレーニング後にＮＩＲＳカメラ４００によって計測されたヘモグロビン変化量の時間変化を示す図である。図１９および図２０は、酸素化ヘモグロビン（Ｏｘｙ－Ｈｂ）、脱酸素化ヘモグロビン（Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）、および総ヘモグロビン（Ｔｏｔａｌ－Ｈｂ）のそれぞれの濃度の基準値からの変化量の時間変化を示している。トレーニング前および後のいずれにおいても、Ｔｏｔａｌ－Ｈｂは、加圧により大きく増加し、加圧中は徐々に増加し、加圧開放後は減少した。Ｏｘｙ－Ｈｂは、加圧により大きく増加し、加圧中は徐々に減少し、加圧開放直後に大きく増加し、その後減少した。Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂは、加圧開始時に少し増加し、加圧中に徐々に増加し、加圧開放後に大きく減少した。このように、加圧開始、加圧中、加圧開放のそれぞれの期間において、Ｏｘｙ－ＨｂとＤｅｏｘｙ－Ｈｂとで異なる挙動を示した。加圧中に着目すると、Ｏｘｙ－Ｈｂは徐々に減少し、Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂは徐々に増加した。これは、上腕のカフ加圧による血流遮断によって前腕に滞留した血液中の酸素が筋肉細胞の代謝で消費されたことによるものであると考えられる。以上の大まかな血流動態に関しては、トレーニング前とトレーニング後で同様の傾向を示した。

　本実験は、「トレーニングによって筋酸素消費が増加することで、カフ加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きが増加する」という仮説の元で行われた。図１９および図２０に示すトレーニング前と後のカフ加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きを比較すると、確かにトレーニング後の計測では加圧期間中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きの大きさが増加することが確認できる。

　トレーニング前と後のカフ加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きを定量的に議論するために、図１９および図２０に示すカフ加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの挙動を詳細に解析した。図２１から図２４は、カフ加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの挙動の解析結果を示している。図２１および図２２は、それぞれ、解析期間が６０秒間の場合におけるトレーニング前と後の、Ｏｘｙ－Ｈｂの挙動の解析結果を示している。図２３および図２４は、それぞれ、解析期間が３０秒間の場合におけるトレーニング前と後の、Ｏｘｙ－Ｈｂの挙動の解析結果を示している。解析開始点は、いずれの例においても、Ｏｘｙ－Ｈｂ変化量が最大になる時点である。解析終了点は、図２１および図２２の例では解析開始点から６０秒後であり、図２３および図２４の例では解析開始点から３０秒後である。図２１から図２４に示すように、カフ加圧開始点と解析開始点とは異なる。カフ加圧開始時点とＯｘｙ－Ｈｂ変化量が最大になる時点にはずれがあるため、カフ加圧開始点を解析開始点とすると、Ｏｘｙ－Ｈｂの減少の傾きを正しく算出できない。

　図２１から図２４に示すように、加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少は線形ではないため、解析期間が６０秒の場合、フィッティング精度が低いのに対し、解析期間が３０秒の場合、良好にフィッティングできることを確認した。以上のように、Ｏｘｙ－Ｈｂの変化量が最大になる時点を解析開始点とし、解析期間を３０秒とすることで、カフ加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きを高精度に解析できることが確認された。

　図２１および図２２に示すように、解析期間が６０秒の場合、加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きは、トレーニング前では－０．０００５２であるのに対し、トレーニング後は－０．００１３と、絶対値が約２．５倍に増加した。図示されるプロットとフィッティングラインとを比較すると、特にトレーニング後において両者が大きくずれており、フィッティングラインが実際のＯｘｙ－Ｈｂ減少初期の傾きを正しく表していないことがわかる。一方、図２３および図２４に示すように、解析期間が３０秒の場合、加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きは、トレーニング前が－０．００００８１であるのに対し、トレーニング後は－０．００２４と、約３０．０倍に大きく増加した。また、解析期間が３０秒の場合、Ｏｘｙ－Ｈｂ減少初期の傾きに関して、プロットとフィッティングラインとが良好に一致している。以上の結果から、解析期間を３０秒のように短くした方が高い精度で加圧中のＯｘｙ－Ｈｂの減少の傾きを算出できることが確認された。

　なお、本実施例では、線形フィッティングが行われるが、直線とは異なる関数によるフィッティングが行われてもよい。信号処理回路は、トレーニング前後の各計測期間において、酸素化ヘモグロビンの濃度が増加を終了した後の所定期間における酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化を所定の関数にフィッティングし、当該関数の時間変化率から変化率を決定してもよい。

　（他の実施形態）
　以上の実施形態および実施例では、加圧器４０を用いて対象部における血流を遮断した状態で筋酸素消費量が計測される。しかし、本開示は必ずしもそのような方法に限定されない。以下、筋酸素消費量を計測する方法の他の例を説明する。

　血流遮断法とは別の方法として、トレーニング後のＯｘｙ－ＨｂとＤｅｏｘｙ－Ｈｂとの差分に基づいて筋酸素消費量を推定する方法がある。トレーニング前と比較してトレーニング中は筋酸素消費量が増加するため、血流中の供給酸素量に比べて消費酸素量が増加する。これにより、Ｏｘｙ－Ｈｂはトレーニング前に比べて減少し、Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂはトレーニング前に比べて増加する。トレーニング後は、筋肉血液中の酸素不足を補うため、Ｏｘｙ－Ｈｂが増加し、Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂが減少する。トレーニング後のＯｘｙ－Ｈｂの値とＤｅｏｘｙ－Ｈｂの値との差分をΔＨｂ（＝Ｏｘｙ－Ｈｂ－Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）とすると、ΔＨｂはトレーニング効果の高さを示す指標値として用いることができる。すなわち、高い筋肉負荷でトレーニングを行うほど、ΔＨｂが大きくなる。したがって、ΔＨｂの２次元分布に基づき、効果的にトレーニングできた部位とできていない部位とを２次元的に可視化することができる。

　さらにもう１つの別の方法として、トレーニング後のＴｏｔａｌ－Ｈｂ（＝Ｏｘｙ－Ｈｂ＋Ｄｅｏｘｙ－Ｈｂ）に占めるＯｘｙ－Ｈｂの割合をトレーニング効果の指標値として用いる方法がある。トレーニング中は筋酸素消費量が増加するため、血流中の供給酸素量に比べ消費酸素量が増加する。これにより、トレーニング前と比較してトレーニング中はＴｏｔａｌ－Ｈｂに占めるＯｘｙ－Ｈｂの割合は減少する。トレーニング後は、筋肉血液中の酸素不足を補うため、Ｏｘｙ－Ｈｂが増加することで、Ｔｏｔａｌ－Ｈｂに占めるＯｘｙ－Ｈｂの割合は増加する。この際、基準であるトレーニング前のＴｏｔａｌ－Ｈｂに占めるＯｘｙ－Ｈｂの割合に戻るまでの時間を回復時間とすると、回復時間から筋酸素消費に関する情報が得られる。具体的には、回復時間は有酸素能力すなわち運動能力を示す。継続的にトレーニングを行うことで有酸素能力が高まると、回復時間が短縮される。これにより、継続的に筋肉部位に関する回復時間を計測することで、一定期間経過後にどの筋肉部位の有酸素能力が向上したか、あるいは向上しなかったかを２次元的に可視化することができる。

　本開示の技術は、非接触でユーザの筋肉活動の情報を取得することができる。本開示の技術は、カメラ、計測機器、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ヘッドマウント装置などの、種々の装置に利用することができる。

　　２０　　　光源
　　２２　　　照射領域
　　３０　　　イメージセンサ
　　４０　　　加圧器
　　５０　　　ディスプレイ
　　６０　　　制御回路
　　６２　　　光源制御部
　　６３　　　光検出器制御部
　　６４　　　加圧制御部
　　７０　　　信号処理回路
　　８０　　　記憶媒体
　　９０　　　ＡＲグラス
　　１００　　計測装置
　　２０１　　画素
　　２０２　　ドレイン
　　２０３　　フォトダイオード
　　２０４、２０５、２０６、２０７　　浮遊拡散層
　　３０２　　行選択回路
　　３０３　　列選択回路
　　３０４　　垂直信号線
　　３０５　　ソースフォロワ電源
　　３０６　　ソースフォロワ負荷
　　３０７　　変換回路
　　３０８　　行選択トランジスタ
　　３０９　　ソースフォロワトランジスタ
　　３１０　　リセットトランジスタ
　　４００　　ＮＩＲＳカメラ
　　４５０　　ハンドグリッパ―
　　５００　　ユーザ
　　５０１　　対象部
　　５１０　　マーキング箇所

Claims

　筋運動を行うユーザの対象部における筋酸素消費量を計測する計測装置であって
　光源と、
　複数の光電変換素子を含むセンサと、
　処理回路と、
を備え、
　前記処理回路は、
　　前記光源に光パルスを出射させることと、
　　前記センサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させることと、
　を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得し、
　前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力する、
計測装置。
　前記処理回路は、前記対象部における前記筋酸素消費量の前記空間分布を前記筋酸素消費量のレベルに応じて異なる色で示す画像データを、前記分布データとして生成する、
請求項１に記載の計測装置。
　前記処理回路は、前記センサまたは他の装置によって取得された、前記対象部を含む前記ユーザの外観を示す外観画像に、前記筋酸素消費量の前記空間分布の情報が重畳された画像を示す画像データを、前記分布データとして生成する、
請求項１または２に記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布を推定し、
　前記酸素化ヘモグロビンの前記濃度分布の時間変化に基づいて、前記筋酸素消費量の前記空間分布を推定する、
請求項１から３のいずれかに記載の計測装置。
　前記処理回路は、前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の傾きに基づいて、前記筋酸素消費量を推定する、
請求項４に記載の計測装置。
　加圧器をさらに備え、
　前記処理回路は、前記ユーザの体の一部が前記加圧器によって加圧されて前記対象部における血流が抑制された状態で前記検出動作を実行する、
請求項１から６のいずれかに記載の計測装置。
　前記加圧器は、前記処理回路によって制御され、
　前記処理回路は、
　前記検出動作を行う前に、前記加圧器に前記ユーザの体の前記一部への加圧を開始させ、
　前記検出動作を行った後、前記加圧器に前記加圧を終了させる、
請求項６に記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記ユーザが前記筋運動を行う前の第１の期間と、及び前記ユーザが前記筋運動を行った後の第２の期間の各々において、前記検出動作を複数回、実行し、
　前記第１の期間において取得された前記複数の検出信号と、前記第２の期間において取得された前記複数の検出信号とに基づいて前記分布データを生成する、
請求項１から７のいずれかに記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記対象部を含む前記ユーザの外観を示す外観画像のデータを取得し、前記外観画像は、前記第１の期間および前記第２の期間の各々において前記センサまたは他の装置によって取得され、
　前記第１の期間において取得された前記外観画像に含まれる１つ以上の特徴点と、前記第２の期間において取得された前記外観画像に含まれる前記１つ以上の特徴点とのマッチングを行うことにより、前記第１の期間と前記第２の期間との間で生じた前記対象部の位置の変化を検出し、
　前記第１の期間において取得された前記複数の検出信号、及び前記第２の期間において取得された前記複数の検出信号に対して、前記位置の変化を補償する処理を行った後、前記分布データを生成する、
請求項８に記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記第１の期間において取得された前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布の経時変化を示す第１血流データを生成し、
　前記第２の期間において取得された前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布の経時変化を示す第２血流データを生成し、
　前記第１血流データと前記第２血流データとに基づき、前記分布データを生成する、
請求項８または９に記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記第１血流データから、前記対象部に含まれる複数の点における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の減少の傾きを示す第１変化率を決定し、
　前記第２血流データから、前記複数の点における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化の減少の傾きを示す第２変化率を決定し、
　前記第１変化率と前記第２変化率との差または比に基づき、前記複数の点における前記筋酸素消費量を推定する、
請求項１０に記載の計測装置。
　前記第１の期間および前記第２の期間における前記検出動作は、前記ユーザの体の一部が加圧されて前記対象部における血流が抑制された状態で行われ、
　前記処理回路は、
　前記第１の期間において、前記酸素化ヘモグロビンの濃度が増加を終了した後の所定期間における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化を関数にフィッティングし、前記関数の時間変化率から前記第１変化率を決定し、
　前記第２の期間において、前記酸素化ヘモグロビンの濃度が増加を終了した後の前記所定期間における前記酸素化ヘモグロビンの濃度の時間変化を前記関数にフィッティングし、前記関数の時間変化率から前記第２変化率を決定する、
請求項１１に記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記第２変化率の大きさが前記第１変化率の大きさのａ倍以上（ａは１よりも大きい実数）である場合に、前記筋酸素消費量が相対的に大きいことを示す情報を前記分布データに加えて出力し、
　前記第２変化率の大きさが前記第１変化率の大きさのａ倍未満である場合に、前記筋酸素消費量が相対的に小さいことを示す情報を前記分布データに加えて出力する、
請求項１１または１２に記載の計測装置。
　前記処理回路は、前記筋酸素消費量が相対的に大きいことを示す前記情報に基づいて、前記対象部における、前記筋酸素消費量が相対的に大きい第１領域を決定し、前記筋酸素消費量が相対的に小さいことを示す前記情報に基づいて、前記対象部における、前記筋酸素消費量が相対的に小さい第２領域を決定し、
　前記分布データは、前記第１領域または前記第２領域を強調して表示する画像を含む、
請求項１３に記載の計測装置。
　前記処理回路は、前記対象部に含まれる前記筋酸素消費量が相対的に小さい領域における筋肉をトレーニングするためのトレーニングプランを示すデータを、さらに生成して出力する、
請求項１から１４のいずれかに記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記ユーザが実施した前記筋運動の内容を示す履歴データを取得し、
　前記履歴データに基づいて、前記トレーニングプランを調整する、
請求項１５に記載の計測装置。
　前記処理回路は、
　前記ユーザを識別する識別データを取得し、
　前記識別データに基づいて、前記トレーニングプランを調整する、
請求項１５または１６に記載の計測装置。
　前記光源は、６５０ｎｍ以上８０５ｎｍ未満の第１波長を有する第１光パルス、および８０５ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の第２波長を有する第２光パルスを出射するように構成され、
　前記検出動作は、
　前記光源に前記第１光パルスを出射させることと、
　前記センサに、前記第１光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた第１反射光パルスのうちの前記対象部の前記内部で散乱された成分である第１内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記第１内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す第１検出信号を出力させることと、
　前記光源に前記第２光パルスを出射させることと、
　前記センサに、前記第２光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた第２反射光パルスのうちの前記対象部の前記内部で散乱された成分である第２内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記第２内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す第２検出信号を出力させることと、
を含み、
　前記処理回路は、前記第１検出信号と、前記第２検出信号とに基づいて、前記対象部の前記内部の血液中の酸素化ヘモグロビンの濃度分布を推定し、
　前記酸素化ヘモグロビンの前記濃度分布の時間変化に基づいて、前記筋酸素消費量の前記空間分布を推定する、
請求項１から１７のいずれかに記載の計測装置。
　透明ディスプレイを含む拡張現実グラスをさらに備え、
　前記透明ディスプレイは、前記透明ディスプレイを通して視認される前記ユーザの外観に、前記分布データを示す分布画像が重畳されるように、前記分布画像を表示する、
請求項１から１８のいずれかに記載の計測装置。
　前記内部散乱成分は、前記反射光パルスのうち、前記反射光パルスの強度が減少を開始した後の成分である、
請求項１から１９のいずれかに記載の計測装置。
　筋運動を行うユーザの対象部における筋酸素消費量を計測する計測装置に含まれるコンピュータによって実行される方法であって、
　光源に光パルスを出射させること、及び
　複数の光電変換素子を含むセンサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させること、
を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得することと、
　前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力することと、
を含む方法。
　筋運動を行うユーザの対象部における筋酸素消費量を計測する計測装置に含まれるコンピュータによって実行されるコンピュータプログラムであって、
　前記コンピュータに、
　光源に光パルスを出射させること、及び
　複数の光電変換素子を含むセンサに、前記光パルスの出射に起因して前記対象部から生じた反射光パルスのうちの前記対象部の内部で散乱された成分である内部散乱成分の少なくとも一部を検出させ、前記内部散乱成分の前記少なくとも一部の強度の空間分布を示す検出信号を出力させること、
を含む検出動作を複数回、実行することにより、前記検出信号を含む複数の検出信号を取得することと、
　前記複数の検出信号に基づいて、前記対象部における筋酸素消費量の空間分布を示す分布データを生成して出力することと、
を実行させる、
コンピュータプログラム。