JP2003202287A - Scattering absorption member measuring method and device - Google Patents
Scattering absorption member measuring method and deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、散乱吸収体の内部
情報を非侵襲的に測定する散乱吸収体測定方法、及び散
乱吸収体測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scattering medium measuring method and a scattering medium measuring apparatus for non-invasively measuring internal information of a scattering medium.
【０００２】[0002]
【従来の技術】散乱吸収体の内部情報を非侵襲的に測定
する測定方法の１つとして、被測定成分の光吸収特性を
利用して内部情報を得る近赤外分光法などの分光法があ
る。この測定方法においては、近赤外光などの光を散乱
吸収体に入射して、その内部を伝搬させ、出射された光
を光検出器にて検出し、その検出結果から散乱吸収体の
内部情報を得る。また、光検出器での検出光の強度や時
間波形の時間変化を測定すれば、内部の時間変化につい
ての情報を得ることができる。2. Description of the Related Art As one of the measuring methods for noninvasively measuring the internal information of a scattering medium, there is a spectroscopic method such as near-infrared spectroscopy which obtains the internal information by utilizing the light absorption characteristic of a component to be measured. is there. In this measurement method, light such as near-infrared light is made incident on the scattering medium, propagates inside the scattering medium, and the emitted light is detected by a photodetector. get information. Further, by measuring the intensity of the detected light at the photodetector and the time change of the time waveform, it is possible to obtain information about the internal time change.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の測定方
法では、測定対象となる散乱吸収体内部が一様ではなく
複数の領域がある場合、測定によって得られる内部情報
は各領域の内部情報と、光が各領域を伝搬するときの光
路長とによる重ね合わせとなる。ここで、散乱吸収体に
含まれる複数の領域のうちの１つを測定対象領域と想定
し、その領域についての内部情報、またはその時間変化
を測定する場合、測定結果に非測定対象領域の内部情報
が含まれるため、正確に測定することができない。In the above-mentioned conventional measuring method, when the inside of the scattering medium to be measured is not uniform and has a plurality of regions, the internal information obtained by the measurement is the internal information of each region. , And the optical path length when light propagates in each region is superposed. Here, assuming that one of the plurality of regions included in the scattering medium is the measurement target region, and when measuring the internal information about that region or its change over time, the measurement result shows the inside of the non-measurement target region. Since it contains information, it cannot be measured accurately.
【０００４】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、散乱吸収体に含まれる所定の測定
対象領域について、その領域内での内部情報の時間変化
を正確に測定することが可能な散乱吸収体測定方法及び
装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and accurately measures a time change of internal information in a predetermined measurement target area included in the scattering medium. An object of the present invention is to provide a scattering absorber measuring method and device capable of measuring the scattering absorber.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による散乱吸収体測定方法は、測定対
象として想定された測定対象領域を含む散乱吸収体につ
いて、測定対象領域内での内部情報の時間変化を非侵襲
的に測定する散乱吸収体測定方法において、（１）所定
波長の光を、散乱吸収体に対して所定の光入射位置から
入射する光入射ステップと、（２）散乱吸収体内部を伝
搬した所定波長の光を所定の光検出位置で検出して光検
出信号を得る光検出ステップと、（３）光検出信号に基
づいて、検出光の光強度についての時間波形を取得する
信号処理ステップと、（４）時間波形に基づいて検出光
の散乱吸収体内全体での平均光路長、吸光度、及び前の
測定時刻からの吸光度変化量を求め、それらを用いて測
定対象領域内での前の測定時刻からの吸収係数変化量を
算出する演算ステップとを備え、（５）光入射ステップ
における光入射位置、または光検出ステップにおける光
検出位置の少なくとも一方を複数とするとともに、演算
ステップにおいて、光入射位置と光検出位置との組み合
わせによる複数の光路のそれぞれに対して平均光路長、
吸光度、及び吸光度変化量を求め、平均光路長に含まれ
る非測定対象領域での部分光路長を光路によらず一定と
して、既知である平均光路長及び吸光度変化量と、未知
である吸収係数変化量とについて所定の関係式を適用す
ることによって、吸収係数変化量を算出することを特徴
とする。In order to achieve such an object, a method for measuring a scattering medium according to the present invention is a method for measuring a scattering medium including a measurement target region assumed as a measurement target within the measurement target region. In the scattering medium measuring method for non-invasively measuring the time change of the internal information of (1), (1) a light incident step of injecting light of a predetermined wavelength into the scattering medium from a predetermined light incident position, and (2) ) A light detection step of detecting light having a predetermined wavelength propagating inside the scattering medium at a predetermined light detection position to obtain a light detection signal, and (3) a time for detecting the light intensity of the detection light based on the light detection signal. The signal processing step of acquiring the waveform, and (4) obtaining the average optical path length, the absorbance, and the amount of absorbance change from the previous measurement time in the entire scattering medium of the detected light based on the time waveform, and measuring using them. Within the target area And a calculation step of calculating the amount of change in absorption coefficient from the measurement time, and (5) at least one of the light incidence position in the light incidence step or the light detection position in the light detection step is plural, and in the calculation step, The average optical path length for each of the plurality of optical paths due to the combination of the light incident position and the light detection position,
Absorbance, and the amount of change in absorbance is determined, the partial optical path length in the non-measurement target region included in the average optical path length is constant regardless of the optical path, and the known average optical path length and absorbance change amount and unknown absorption coefficient change The amount of change in absorption coefficient is calculated by applying a predetermined relational expression with respect to the amount.
【０００６】また、本発明による散乱吸収体測定装置
は、測定対象として想定された測定対象領域を含む散乱
吸収体について、測定対象領域内での内部情報の時間変
化を非侵襲的に測定する散乱吸収体測定装置において、
（１）所定波長の光を、散乱吸収体に対して所定の光入
射位置から入射する光入射手段と、（２）散乱吸収体内
部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置で検出し
て光検出信号を得る光検出手段と、（３）光検出信号に
基づいて、検出光の光強度についての時間波形を取得す
る信号処理手段と、（４）時間波形に基づいて検出光の
散乱吸収体内全体での平均光路長、吸光度、及び前の測
定時刻からの吸光度変化量を求め、それらを用いて測定
対象領域内での前の測定時刻からの吸収係数変化量を算
出する演算手段とを備え、（５）光入射手段による光入
射位置、または光検出手段による光検出位置の少なくと
も一方を複数とするとともに、演算手段は、光入射位置
と光検出位置との組み合わせによる複数の光路のそれぞ
れに対して平均光路長、吸光度、及び吸光度変化量を求
め、平均光路長に含まれる非測定対象領域での部分光路
長を光路によらず一定として、既知である平均光路長及
び吸光度変化量と、未知である吸収係数変化量とについ
て所定の関係式を適用することによって、吸収係数変化
量を算出することを特徴とする。Also, the scattering medium measuring apparatus according to the present invention is a scattering medium which non-invasively measures a time change of internal information in a measuring region of a scattering medium including a measurement target region assumed as a measurement target. In the absorber measuring device,
(1) Light incident means for injecting light of a predetermined wavelength into the scattering medium from a predetermined light incident position, and (2) detection of light of a predetermined wavelength propagated inside the scattering medium at a predetermined light detecting position. And (3) signal processing means for obtaining a time waveform of the light intensity of the detection light based on the light detection signal, and (4) detection light based on the time waveform. Arithmetic means for obtaining the average optical path length in the entire scattering medium, the absorbance, and the amount of change in absorbance from the previous measurement time, and using them to calculate the amount of change in absorption coefficient from the previous measurement time in the measurement target region And (5) at least one of the light incident position by the light incident means and the light detection position by the light detection means is plural, and the arithmetic means is plural optical paths by the combination of the light incident position and the light detection position. Average light for each of Length, absorbance, and the amount of change in absorbance, the partial optical path length in the non-measurement target region included in the average optical path length is constant regardless of the optical path, and the known average optical path length and absorbance change amount and the unknown absorption The absorption coefficient change amount is calculated by applying a predetermined relational expression to the coefficient change amount.
【０００７】上記した散乱吸収体測定方法、及び散乱吸
収体測定装置においては、散乱吸収体内部を伝搬させる
所定波長の光について複数の光路を設定して吸光度の時
間変化等を求めている。そして、非測定対象領域内での
部分光路長LEを光路によらず一定と見なすことにより、
測定対象領域内での吸収係数の時間変化量を示す吸収係
数変化量Δμacを算出している。これにより、散乱吸収
体に含まれる所定の測定対象領域について、非測定対象
領域の影響を除外して、その領域内での内部情報の時間
変化を正確に測定することができる。In the above-described scattering medium measuring method and scattering medium measuring apparatus, a plurality of optical paths are set for the light of a predetermined wavelength that propagates inside the scattering medium, and the temporal change of the absorbance is obtained. Then, by considering the partial optical path length LE in the non-measurement target area to be constant regardless of the optical path,
An absorption coefficient change amount Δμac indicating the time change amount of the absorption coefficient in the measurement target region is calculated. This makes it possible to exclude the influence of the non-measurement target region with respect to the predetermined measurement target region included in the scattering medium, and to accurately measure the time change of the internal information in the region.
【０００８】また、散乱吸収体測定方法（散乱吸収体測
定装置）は、演算ステップにおいて（演算手段が）、ｎ
個（ｎは２以上の整数）の光路のそれぞれに対して求め
られた平均光路長Lo1〜Lon及び吸光度変化量ΔOD1〜ΔO
Dnと、吸収係数変化量Δμacと、部分光路長LEから成る
次式の量Further, in the scattering absorber measuring method (scattering absorber measuring device), in the calculation step (the calculating means), n
Average optical path lengths Lo 1 to L n and absorbance change amounts ΔOD 1 to ΔO obtained for each of the n (n is an integer of 2 or more) optical paths.
D n , absorption coefficient change Δμac, and partial optical path length LE
【数３】
を最小化することによって、吸収係数変化量Δμacを算
出することを特徴とする。このような式を用いた最適化
手法によれば、時間波形に基づいて求められた各測定量
から、吸収係数変化量Δμacの値を好適に算出すること
ができる。[Equation 3] It is characterized in that the absorption coefficient change amount Δμac is calculated by minimizing According to the optimization method using such a formula, the value of the absorption coefficient change amount Δμac can be preferably calculated from each measurement amount obtained based on the time waveform.
【０００９】また、散乱吸収体測定方法（散乱吸収体測
定装置）は、光入射ステップにおいて（光入射手段
が）、所定波長を異なる複数の波長とし、演算ステップ
において（演算手段が）複数の波長のそれぞれに対して
算出された吸収係数変化量と、被測定成分との光吸収特
性との相関から、測定対象領域内での被測定成分の濃度
変化量を算出することを特徴とする。これにより、濃度
変化量測定において非測定対象領域の影響を除外して、
測定対象領域に存在する被測定成分のみの濃度変化量を
好適に測定できる。Further, in the scattering absorber measuring method (scattering absorber measuring device), the predetermined wavelength is set to a plurality of different wavelengths in the light incidence step (the light incidence means), and the plurality of wavelengths are calculated in the calculation step (the calculation means). It is characterized in that the amount of change in concentration of the measured component in the measurement target region is calculated from the correlation between the amount of change in absorption coefficient calculated for each of the above and the light absorption characteristics of the measured component. This excludes the influence of the non-measurement target area in the concentration change measurement,
The amount of change in concentration of only the measured component existing in the measurement target region can be preferably measured.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
散乱吸収体測定方法及び装置の好適な実施形態について
説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同
一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の
寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the method and apparatus for measuring a scattering medium according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Further, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
【００１１】図１は、本発明による散乱吸収体測定装置
の一実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。
この散乱吸収体測定装置は、後述する本発明による散乱
吸収体測定方法を好適に実施できるよう構成されてい
る。FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of an embodiment of a scattering medium measuring apparatus according to the present invention.
This scattering medium measuring apparatus is configured so that the scattering medium measuring method according to the present invention described later can be suitably implemented.
【００１２】ここで、この散乱吸収体測定装置は、散乱
吸収体Mを測定対象としている。具体的には、散乱吸収
体Mにおいて、内部情報の時間変化を測定する対象であ
る測定対象領域Mcと、測定対象領域Mc以外の領域である
非測定対象領域Meを想定している。そして、この散乱吸
収体Mについて複数の測定時刻において内部情報を測定
する場合に、非測定対象領域Meの吸収係数μae、及び測
定対象領域Mcの吸収係数μacに対して、μaeが時間によ
らず一定（Δμae＝０）として、測定対象領域Mcでの前
の測定時刻からの吸収係数変化量Δμac、あるいはさら
に他の内部情報の時間変化を求める。[0012] Here, this scattering medium measuring apparatus targets the scattering medium M. Specifically, in the scattering medium M, a measurement target region Mc that is a target for measuring a time change of internal information and a non-measurement target region Me that is a region other than the measurement target region Mc are assumed. Then, when measuring internal information at a plurality of measurement times for this scattering medium M, the absorption coefficient μae of the non-measurement target region Me, and the absorption coefficient μac of the measurement target region Mc, μae does not depend on time. Assuming a constant value (Δμae = 0), the absorption coefficient change amount Δμac from the previous measurement time in the measurement target region Mc or further time change of other internal information is obtained.
【００１３】図１に示す散乱吸収体測定装置は、光入射
手段１０と、光検出手段２０と、信号処理手段３０と、
演算手段４０とを備えている。The scattering medium measuring apparatus shown in FIG. 1 comprises a light incident means 10, a light detecting means 20, a signal processing means 30, and
And a computing means 40.
【００１４】光入射手段１０は、散乱吸収体Mに対して
所定波長のパルス光を入射する手段である。本実施形態
では、散乱吸収体Mの表面上に１個の光入射位置Ｓ１が
設定されている。この光入射位置Ｓ１からパルス光を入
射するための光入射手段１０は、パルス光を発生させる
パルス光源１１と、光入射用光ガイド１２とによって構
成されている。光入射用光ガイド１２は、その入力端が
パルス光源１１に光学的に接続されており、その出力端
が散乱吸収体M表面上の光入射位置Ｓ１となるように設
置されている。The light incidence means 10 is means for injecting pulsed light of a predetermined wavelength into the scattering medium M. In this embodiment, one light incident position S1 is set on the surface of the scattering medium M. The light incident means 10 for injecting the pulsed light from the light incident position S1 is composed of a pulsed light source 11 for generating the pulsed light and a light incident light guide 12. The light incident light guide 12 has its input end optically connected to the pulse light source 11, and is installed so that its output end is located at the light incident position S1 on the surface of the scattering medium M.
【００１５】パルス光源１１としては、発光ダイオー
ド、レーザーダイオード、各種のパルスレーザなど、様
々なものが用いられる。また、パルス光源１１において
発生するパルス光としては、散乱吸収体Mの吸収係数変
化量を測定できる程度にパルスの時間幅が短く、被測定
成分の光吸収特性からみて好適な波長のパルス光（例え
ば近赤外パルス光）が用いられる。また、光入射用光ガ
イド１２としては、例えば光ファイバが用いられる。As the pulse light source 11, various ones such as a light emitting diode, a laser diode and various pulse lasers are used. Further, the pulsed light generated in the pulsed light source 11 has a short pulse width so that the amount of change in the absorption coefficient of the scattering medium M can be measured, and the pulsed light having a wavelength suitable for the light absorption characteristics of the measured component ( For example, near-infrared pulsed light) is used. An optical fiber is used as the light incident light guide 12, for example.
【００１６】一方、光検出手段２０は、散乱吸収体Mの
内部を伝搬したパルス光を検出光として検出する手段で
ある。本実施形態では、光検出手段２０に対し、散乱吸
収体Mの表面上に２個の光検出位置Ｄ１及びＤ２が設定
されている。これらの光検出位置Ｄ１及びＤ２にて光を
検出する光検出手段２０は、光検出用光ガイド２１及び
２２と、光を検出して電気的な検出信号に変換する光検
出器２４及び２５とによって構成されている。光検出用
光ガイド２１は、その入力端が散乱吸収体M表面上の光
検出位置Ｄ１となるように設置されており、その出力端
が光検出器２４に光学的に接続されている。同様に、光
検出用光ガイド２２は、その入力端が散乱吸収体M表面
上の光検出位置Ｄ２となるように設置されており、その
出力端が光検出器２５に光学的に接続されている。On the other hand, the light detecting means 20 is means for detecting the pulsed light propagating inside the scattering medium M as detection light. In the present embodiment, two light detection positions D1 and D2 are set on the surface of the scattering medium M for the light detection means 20. The light detecting means 20 for detecting light at these light detecting positions D1 and D2 includes light detecting light guides 21 and 22, and light detectors 24 and 25 for detecting light and converting it into electrical detection signals. It is composed by. The light guide 21 for light detection is installed so that its input end is at the light detection position D1 on the surface of the scattering medium M, and its output end is optically connected to the photodetector 24. Similarly, the light detection light guide 22 is installed so that its input end is at the light detection position D2 on the surface of the scattering medium M, and its output end is optically connected to the photodetector 25. There is.
【００１７】光検出用光ガイド２１及び２２としては、
例えば光ファイバが用いられる。また、光検出器２４及
び２５としては、光電子増倍管、フォトダイオード、ア
バランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード
など、様々なものが用いられる。光検出器２４及び２５
の選択については、パルス光源１１にて発光される光
を、その波長において充分に検出できる分光感度特性を
有していれば良い。また、検出光が微弱であるときは、
高感度あるいは高利得の光検出器を用いることが好まし
い。As the light guides 21 and 22 for light detection,
For example, an optical fiber is used. As the photodetectors 24 and 25, various ones such as photomultiplier tubes, photodiodes, avalanche photodiodes, PIN photodiodes, etc. are used. Photodetectors 24 and 25
For the selection, it is sufficient that the light emitted from the pulsed light source 11 has a spectral sensitivity characteristic capable of sufficiently detecting at that wavelength. Also, when the detected light is weak,
It is preferable to use a photodetector with high sensitivity or high gain.
【００１８】この光検出手段２０に対し、光検出手段２
０からの光検出信号に所定の信号処理を行う信号処理手
段３０が設けられている。信号処理手段３０は、時間波
形計測部３１及び３２によって構成されている。時間波
形計測部３１は、光検出器２４と電気的に接続されてお
り、光検出器２４からの光検出信号に基づいて検出光の
時間波形を取得する。また、時間波形計測部３２は、光
検出器２５と電気的に接続されており、光検出器２５か
らの光検出信号に基づいて検出光の時間波形を取得す
る。これらの時間波形を取得するために、時間波形計測
部３１及び３２には、パルス光源１１からのパルス光発
光のトリガ信号がそれぞれ入力されている。In contrast to the light detecting means 20, the light detecting means 2
A signal processing means 30 for performing a predetermined signal processing on the light detection signal from 0 is provided. The signal processing means 30 is composed of time waveform measuring units 31 and 32. The time waveform measuring unit 31 is electrically connected to the photodetector 24 and acquires the time waveform of the detection light based on the photodetection signal from the photodetector 24. Further, the time waveform measuring unit 32 is electrically connected to the photodetector 25 and acquires the time waveform of the detection light based on the photodetection signal from the photodetector 25. In order to obtain these time waveforms, the time waveform measuring units 31 and 32 are respectively input with pulse light emission trigger signals from the pulse light source 11.
【００１９】この信号処理手段３０に対し、信号処理手
段３０で得られた時間波形に所定の演算を行う演算手段
４０が設けられている。演算手段４０は、吸収係数変化
量の算出のために所定の演算を行う変化量算出部４１を
有する。変化量算出部４１は、時間波形計測部３１及び
３２と電気的に接続されており、時間波形計測部３１及
び３２から入力される検出光の時間波形に基づいて、測
定対象領域Mcにおける前の測定時刻からの吸収係数変化
量Δμacを求める。すなわち、上記した光入射手段１０
及び光検出手段２０の構成により複数の光路が設定さ
れ、それぞれに対して検出光の時間波形が得られる。ま
た、パルス光の入射及びその検出が複数の測定時刻にお
いて行われ、その各々の時刻での時間波形が得られる。
そして、これらの時間波形から得られる平均光路長Lo及
び吸光度ODに基づいて、測定対象領域Mcにおける吸収係
数変化量Δμacが求められる。また、変化量算出部４１
には表示装置４２が接続されており、必要に応じて変化
量算出結果を表示する。The signal processing means 30 is provided with a calculating means 40 for performing a predetermined calculation on the time waveform obtained by the signal processing means 30. The calculation means 40 has a change amount calculation unit 41 that performs a predetermined calculation for calculating the absorption coefficient change amount. The change amount calculation unit 41 is electrically connected to the time waveform measurement units 31 and 32, and based on the time waveform of the detection light input from the time waveform measurement units 31 and 32, the change amount calculation unit 41 detects the previous time in the measurement target region Mc. The absorption coefficient change amount Δμac from the measurement time is obtained. That is, the light incident means 10 described above
Also, a plurality of optical paths are set by the configuration of the light detection means 20, and the time waveform of the detection light is obtained for each of them. Further, the incidence of pulsed light and its detection are performed at a plurality of measurement times, and the time waveform at each time is obtained.
Then, the absorption coefficient change amount Δμac in the measurement target region Mc is obtained based on the average optical path length Lo and the absorbance OD obtained from these time waveforms. In addition, the change amount calculation unit 41
A display device 42 is connected to the display device 42 and displays the variation calculation result as necessary.
【００２０】以上の構成において、パルス光源１１から
出力された所定波長のパルス光が、光入射用光ガイド１
２を介して光入射位置Ｓ１から散乱吸収体Mの内部へ入
射される（光入射ステップ）。入射されたパルス光は、
例えば光路L1、L2のような伝搬経路を通りながら散乱吸
収体Mの内部を散乱し、或いは吸収されつつ散乱吸収体M
表面上の光検出位置Ｄ１、Ｄ２へ達し、光検出用光ガイ
ド２１もしくは２２を通って光検出器２４、２５におい
て検出され、電気的な検出信号に変換される（光検出ス
テップ）。その検出信号及びパルス光源１１からのトリ
ガー信号を用いて、時間波形計測部３１、３２におい
て、それぞれの光路での各測定時刻における検出光強度
の時間変化を示す時間波形が取得される（信号処理ステ
ップ）。取得された時間波形を用いて、変化量算出部４
１にて所定の演算を行い、測定対象領域Mcにおける吸収
係数変化量Δμacを算出する（演算ステップ）。In the above configuration, the pulsed light of the predetermined wavelength output from the pulsed light source 11 is used as the light incident light guide 1.
The light is incident on the inside of the scattering medium M from the light incident position S1 via 2 (light incident step). The incident pulsed light is
For example, the light is scattered inside the scattering medium M while passing through the propagation paths such as the optical paths L1 and L2, or the scattering medium M is absorbed while being absorbed.
The light reaches the photodetection positions D1 and D2 on the surface, is detected by the photodetectors 24 and 25 through the photodetection light guide 21 or 22, and is converted into an electrical detection signal (photodetection step). Using the detection signal and the trigger signal from the pulse light source 11, the time waveform measuring units 31 and 32 acquire a time waveform indicating a temporal change in the detected light intensity at each measurement time on each optical path (signal processing. Step). Using the acquired time waveform, the change amount calculation unit 4
A predetermined calculation is performed in 1 to calculate the absorption coefficient change amount Δμac in the measurement target region Mc (calculation step).
【００２１】図２は、信号処理手段によって得られる検
出光の時間波形の一例である。以下、図２を参照して、
上述した変化量算出部４１における吸収係数変化量Δμ
acの決定方法を説明する。FIG. 2 shows an example of the time waveform of the detection light obtained by the signal processing means. Hereinafter, referring to FIG.
Absorption coefficient change amount Δμ in the change amount calculation unit 41 described above
Explain how to determine ac.
【００２２】なお、図２においては、光入射手段１０に
よるパルス光の入射、及び光検出手段２０による光の検
出を行う複数の測定時刻について、２つの測定時刻t0及
びt1を考える。そして、これらの間での散乱吸収体Mの
内部、特に測定対象領域Mcの内部の時間変化の測定につ
いて説明する。また、時刻t0及びt1で非測定対象領域Me
の内部状態は変化していないものとする。In FIG. 2, two measurement times t0 and t1 are considered for a plurality of measurement times at which the light incidence means 10 makes the pulsed light incident and the light detection means 20 detects the light. Then, the measurement of the time change inside the scattering medium M between them, particularly inside the measurement target region Mc will be described. At time t0 and t1, the non-measurement target area Me
It is assumed that the internal state of has not changed.
【００２３】図２において、A0は光入射手段１０から散
乱吸収体Mへと入射されるパルス光の時間波形である。
このパルス光の時間波形は、通常、測定時刻t0及びt1に
よらず一定とされる。In FIG. 2, A 0 is a time waveform of the pulsed light incident on the scattering medium M from the light incident means 10.
The time waveform of this pulsed light is usually constant regardless of the measurement times t0 and t1.
【００２４】A1(t0)は、測定時刻t0において入射された
波形A0のパルス光に対する、光検出位置Ｄ１での検出光
の時間波形である。散乱吸収体M内部を伝搬した光は、
その伝搬状況によって光検出位置Ｄ１に達する時間が一
様ではなく、また、散乱や吸収によって減衰をうけるた
め、検出光強度の時間波形は図２に示すようにある一定
の分布曲線を示す。測定時刻t0における光検出位置Ｄ１
での吸光度OD1(t0)は、A0を時間積分して求められる光
強度I0、A1(t0)を時間積分して求められる光強度I1(t0)
を用いて、OD1(t0)＝log(I0/I1(t0))によって求められ
る。また、時間T 1は、時間波形A0で示されているパルス
光の入射時刻から、時間波形A1(t0)を時間積分して得ら
れる波形重心の時刻までの平均伝搬時間である。この平
均伝搬時間T1と光速ｃとの積によって、平均光路長Lo1
＝T1×ｃが求められる。ここで、パルス光の入射時刻と
しては、時間波形A0を時間積分して得られる波形重心の
時刻が用いられる。[0024] A1(t0) was injected at measurement time t0
Waveform A0Light at the light detection position D1 for the pulsed light of
Is a time waveform of. The light propagating inside the scattering medium M is
Depending on the propagation condition, the time to reach the light detection position D1 is
It is not like that, and is attenuated by scattering and absorption.
Therefore, the time waveform of the detected light intensity is constant as shown in Fig. 2.
The distribution curve of is shown. Light detection position D1 at measurement time t0
Absorbance OD at1(t0) is A0Light obtained by time integration of
Strength I0, A1Light intensity I obtained by time integration of (t0)1(t0)
Using OD1(t0) ＝ log (I0/ I1(t0))
It Also, time T 1Is the time waveform A0Pulse indicated by
Time waveform A from the incident time of light1(t0) obtained by time integration
It is the average propagation time until the time of the waveform center of gravity. This flat
Uniform propagation time T1And the speed of light c, the average optical path length Lo1
= T1Xc is required. Here, the incident time of the pulsed light and
Then, the time waveform A0Of the center of gravity of the waveform obtained by integrating
The time of day is used.
【００２５】また、A2(t0)は測定時刻t0において入射さ
れた波形A0のパルス光に対する光検出位置Ｄ２での検出
光の時間波形である。この時間波形は、光検出位置Ｄ１
での時間波形と同様に、ある一定の分布曲線を示す。ま
た、光検出位置Ｄ２での吸光度OD2(t0)、平均伝搬時間T
2、及び平均光路長Lo2は、時間波形A2(t0)からA1(t0)の
場合と同様に求められる。Further, A 2 (t0) is a time waveform of the detection light at the light detection position D2 with respect to the pulsed light of the waveform A 0 incident at the measurement time t0. This time waveform shows the light detection position D1.
Similar to the time waveform in, a certain distribution curve is shown. Also, the absorbance OD 2 (t0) at the light detection position D2 and the average propagation time T
2 and the average optical path length Lo 2 are obtained in the same manner as in the case of the time waveforms A 2 (t0) to A 1 (t0).
【００２６】ここで、光検出位置Ｄ１、Ｄ２での検出光
の時間波形を比較すると、光検出位置Ｄ２と光入射位置
Ｓ１との間隔ｄ２が光検出位置Ｄ１と光入射位置Ｓ１と
の間隔ｄ１に比べて大きいため、光検出位置Ｄ２に達す
る光は光検出位置Ｄ１に達する光よりも伝搬に時間を要
する。したがって、平均伝搬時間T2はT1よりも遅れ、且
つ広範囲に散乱するため、A2(t0)はA1(t0)に比べ時間方
向に広がっている。Here, comparing the time waveforms of the detection light at the light detection positions D1 and D2, the distance d2 between the light detection position D2 and the light incident position S1 is the distance d1 between the light detection position D1 and the light incident position S1. The light reaching the light detection position D2 requires longer time to propagate than the light reaching the light detection position D1. Therefore, since the average propagation time T 2 is later than T 1 and scattered over a wide range, A 2 (t0) is wider in the time direction than A 1 (t0).
【００２７】次に、２つの測定時刻t0、t1における検出
光の時間波形の変化について説明する。Next, changes in the time waveform of the detection light at the two measurement times t0 and t1 will be described.
【００２８】時刻t0における光検出位置Ｄ１での時間波
形であるA1(t0)に対し、A1(t1)は時刻t1における時間波
形である。図２では、測定対象領域Mcの時刻t1における
吸収係数μac(t1)が、時刻t0における吸収係数μac(t0)
よりも大きい場合を想定している。このため、A1(t0)か
らA1(t1)へは、その光量が減小するように変化してい
る。吸光度変化量ΔOD1は、A1(t0)から求まる吸光度OD1
(t0)と、A1(t1)から求まる吸光度OD1(t1)との差により
求められる。また、平均伝搬時間T1については、通常の
散乱吸収体測定においては吸収係数変化量Δμacが微小
であり、A1(t0)とA1(t1)とは波形重心が略一致している
とみなしてよい。したがって、A1(t1)に関してもA1(t0)
と同様に平均伝搬時間T1及び平均光路長Lo1を適用でき
る。A2(t0)、A2(t1)に対する平均伝搬時間T2及び平均光
路長Lo2についても同様である。ただし、吸収係数変化
量Δμacが微小ではなく、平均伝搬時間に差がある場合
には、時刻t0における平均伝搬時間と時刻t1における平
均伝搬時間の平均値をT1及びT2とし、これらから平均光
路長Lo1及びLo2を求めることが好ましい。A 1 (t1) is the time waveform at time t1, whereas A 1 (t0) is the time waveform at the light detection position D1 at time t0. In FIG. 2, the absorption coefficient μac (t1) of the measurement target region Mc at time t1 is equal to the absorption coefficient μac (t0) at time t0.
It is supposed to be larger than. Therefore, the light amount changes from A 1 (t0) to A 1 (t1). The change in absorbance ΔOD 1 is the absorbance OD 1 obtained from A 1 (t0).
It is obtained by the difference between (t0) and the absorbance OD 1 (t1) obtained from A 1 (t1). Further, for the average propagation time T 1 , the absorption coefficient change amount Δμac is small in the usual scattering medium measurement, and the waveform centroids of A 1 (t0) and A 1 (t1) are substantially the same. You can regard it. Therefore, also for A 1 (t1), A 1 (t0)
Similarly, the average propagation time T 1 and the average optical path length Lo 1 can be applied. The same applies to the average propagation time T 2 and the average optical path length Lo 2 for A 2 (t0) and A 2 (t1). However, if the amount of change in absorption coefficient Δμac is not small and there is a difference in the average propagation time, the average values of the average propagation time at time t0 and the average propagation time at time t1 are set to T 1 and T 2, and the average value is calculated from these. It is preferable to determine the optical path lengths Lo 1 and Lo 2 .
【００２９】次に、平均光路長Lo、吸光度OD、吸光度変
化量ΔOD、及びそれらの測定量を用いた吸収係数変化量
Δμacの算出方法について説明する。Next, the method of calculating the average optical path length Lo, the absorbance OD, the absorbance change amount ΔOD, and the absorption coefficient change amount Δμac using these measured amounts will be described.
【００３０】光検出位置Ｄ１での検出光の平均光路長Lo
1は、測定対象領域Mcを伝搬する部分光路長Lc1と非測定
対象領域Meを伝搬する部分光路長Le1との和であること
から、以下の（４）式のように表せる。Average optical path length Lo of the detection light at the light detection position D1
Since 1 is the sum of the partial optical path length Lc 1 propagating in the measurement target region Mc and the partial optical path length Le 1 propagating in the non-measurement target region Me, it can be expressed by the following equation (4).
【００３１】[0031]
【数４】 [Equation 4]
【００３２】また、光検出位置Ｄ１における時刻t0での
吸光度OD1(t0)は、以下の（５）式として表現できる。The absorbance OD 1 (t0) at the time t0 at the light detection position D1 can be expressed as the following equation (5).
【００３３】[0033]
【数５】 [Equation 5]
【００３４】ここで、μao(t0)は測定対象領域Mcと非測
定対象領域Meを合わせた散乱吸収体Mの全体の吸収係
数、X1は散乱による減衰項である。Here, μao (t0) is the overall absorption coefficient of the scattering medium M including the measurement target region Mc and the non-measurement target region Me, and X 1 is the attenuation term due to scattering.
【００３５】（５）式に示した吸光度OD1(t0)は、測定
対象領域Mc及び非測定対象領域Meの内部情報と、光がこ
れらの領域を伝搬するときの光路長とによる重ね合わせ
となる。したがって、（５）式は以下の（６）式のよう
に表現できる。The absorbance OD 1 (t0) shown in the equation (5) is obtained by superimposing the internal information of the measurement target region Mc and the non-measurement target region Me and the optical path length when light propagates in these regions. Become. Therefore, the expression (5) can be expressed as the following expression (6).
【００３６】[0036]
【数６】 [Equation 6]
【００３７】ここで、μac(t0)は測定対象領域Mcの吸収
係数、μae(t0)は非測定対象領域Meの吸収係数である。Here, μac (t0) is the absorption coefficient of the measurement target region Mc, and μae (t0) is the absorption coefficient of the non-measurement target region Me.
【００３８】同様に時刻t1での吸光度OD1(t1)は、以下
の（７）式として表現できる。Similarly, the absorbance OD 1 (t1) at time t1 can be expressed by the following equation (7).
【００３９】[0039]
【数７】 [Equation 7]
【００４０】（６）式及び（７）式より、時刻t0から時
刻t1における、光検出位置Ｄ１での吸光度変化量ΔOD1
＝OD1(t1)−OD1(t0)は以下の（８）式となる。From equations (6) and (7), the amount of change in absorbance ΔOD 1 at the light detection position D1 from time t0 to time t1.
= OD 1 (t1) -OD 1 (t0) is the following equation (8).
【００４１】[0041]
【数８】 [Equation 8]
【００４２】ここで、Δμac＝μac(t1)−μac(t0)は、
算出対象となっている測定対象領域Mcの吸収係数変化量
である。また、非測定対象領域Meの吸収係数変化量Δμ
aeについては、Δμae＝０が仮定されている。Here, Δμac = μac (t1) −μac (t0) is
It is the amount of change in the absorption coefficient of the measurement target region Mc that is the calculation target. Also, the amount of change in absorption coefficient Δμ of the non-measurement target area Me
For ae, Δμae = 0 is assumed.
【００４３】（８）式を吸収係数の関係式に変形すると
以下の（９）式となる。When the equation (8) is transformed into the relational expression of the absorption coefficient, the following equation (9) is obtained.
【００４４】[0044]
【数９】 [Equation 9]
【００４５】この（９）式において、未知の量は非測定
対象領域Meの部分光路長Le1及び測定対象領域Mcの吸収
係数変化量Δμacであるが、これらの量はこの式からは
分離して求めることができない。このため、従来の散乱
吸収体測定方法では、散乱吸収体Mの内部が一様である
として内部情報を取得していた。この場合、非測定対象
領域Meを含む散乱吸収体M全体の吸収係数変化量Δμao
が測定結果として得られるが、（９）式に示すとおり、
これは測定対象領域Mc内部における吸収係数変化量Δμ
acの(Lo1-Le1)/Lo1倍であり、それだけ測定対象領域Mc
内部の吸収係数変化量Δμacが過小評価される。In this equation (9), the unknown quantities are the partial optical path length Le 1 of the non-measurement target area Me and the absorption coefficient change amount Δμac of the measurement target area Mc, but these quantities are separated from this expression. I can't ask. Therefore, in the conventional scattering medium measuring method, the inside information is acquired assuming that the inside of the scattering medium M is uniform. In this case, the absorption coefficient change amount Δμao of the entire scattering medium M including the non-measurement target region Me
Is obtained as the measurement result, but as shown in the equation (9),
This is the amount of change in absorption coefficient Δμ in the measurement target area Mc.
(Lo 1 -Le 1 ) / Lo 1 times of ac, which is the measurement target area Mc
The internal absorption coefficient change amount Δμac is underestimated.
【００４６】一方、本発明による散乱吸収体測定方法で
は、平均光路長Lo及び吸光度ODの測定に対して複数の光
路を設定している。そこで、光検出位置Ｄ２での吸光度
変化量ΔOD2についても（９）式と同様に以下の（１
０）式が成り立つ。On the other hand, in the scattering absorber measuring method according to the present invention, a plurality of optical paths are set for the measurement of the average optical path length Lo and the absorbance OD. Therefore, also regarding the amount of change in absorbance ΔOD 2 at the light detection position D2, the following (1
Equation (0) holds.
【００４７】[0047]
【数１０】 [Equation 10]
【００４８】２つの光路に対する（９）式及び（１０）
式において、吸光度変化量ΔOD1、ΔOD2、及び平均光路
長Lo1、Lo2は、検出光の時間波形を測定することによっ
て得られる既知の変数である。一方、非測定対象領域Me
での部分光路長Le1、Le2、及び測定対象領域Mcの吸収係
数変化量Δμacは、未知の変数である。これら３つの未
知の変数Le1、Le2、及びΔμacは、上記の２式から決定
することはできない。これは、光路の数を３以上として
も同様である。Equations (9) and (10) for the two optical paths
In the formula, the absorbance changes ΔOD 1 , ΔOD 2 , and the average optical path lengths Lo 1 , Lo 2 are known variables obtained by measuring the time waveform of the detected light. On the other hand, the non-measurement target area Me
The partial optical path lengths Le 1 and Le 2 at and the absorption coefficient change amount Δμac of the measurement target region Mc are unknown variables. These three unknown variables Le 1 , Le 2 and Δμac cannot be determined from the above two equations. This is the same even if the number of optical paths is three or more.
【００４９】これに対して、非測定対象領域Meの部分光
路長Le1及びLe2について、光路によらず一定（≡LE）と
する仮定を導入する。測定対象である散乱吸収体Mにこ
の仮定を導入することにより、（９）式及び（１０）式
という２つの式における未知の変数が非測定対象領域Me
の部分光路長LE及び測定対象領域Mcの吸収係数変化量Δ
μacの２個となって、これらの変数を求めることが可能
となる。On the other hand, the assumption that the partial optical path lengths Le 1 and Le 2 of the non-measurement target area Me are constant (≡LE) regardless of the optical path is introduced. By introducing this assumption into the scattering absorber M that is the measurement target, unknown variables in the two equations (9) and (10) are not measured.
Partial optical path length LE and absorption coefficient change amount Δ of measurement target area Mc
It becomes possible to obtain these variables with two μac.
【００５０】以上に示した散乱吸収体測定方法、及び散
乱吸収体測定装置では、測定対象領域Mcの吸収係数変化
量Δμacの算出において、非測定対象領域Meの部分光路
長Leを光路によらず一定としている。これによって、複
数の光路での吸光度及び吸収係数の時間変化に関する連
立方程式を解くことが可能となる。したがって、従来は
測定結果に含まれていた非測定対象領域Meの内部情報の
影響を除外し、測定対象領域Mcのみに対する吸収係数変
化量Δμacをより正確に求めることが可能となる。In the scattering absorber measuring method and the scattering absorber measuring device described above, the partial optical path length Le of the non-measurement target region Me is not dependent on the optical path in calculating the absorption coefficient change amount Δμac of the measurement target region Mc. It is constant. This makes it possible to solve simultaneous equations relating to changes in absorbance and absorption coefficient with time in a plurality of optical paths. Therefore, it is possible to exclude the influence of the internal information of the non-measurement target region Me, which has been conventionally included in the measurement result, and more accurately obtain the absorption coefficient change amount Δμac for only the measurement target region Mc.
【００５１】ここで、上記した吸収係数変化量Δμacの
算出方法における（９）式及び（１０）式は、以下のよ
うに一般化できる。Here, the equations (9) and (10) in the above-described calculation method of the absorption coefficient change amount Δμac can be generalized as follows.
【００５２】すなわち、光入射位置と光検出位置との組
み合わせによって、ｎ個（ｎは２以上の整数）の光路１
ないし光路ｎを設定し、各々での部分光路長Le1ないしL
enを一定値LEとしたとき、（９）式及び（１０）式は、
以下の（１１）式のように表現できる。That is, depending on the combination of the light incident position and the light detection position, n (n is an integer of 2 or more) optical paths 1
To optical path n, and partial optical path lengths Le 1 to L in each
When e n is a constant value LE, equations (9) and (10) are
It can be expressed as the following equation (11).
【００５３】[0053]
【数１１】 [Equation 11]
【００５４】この（１１）式に対して、以下の（１２）
式で表す量が最小化されるように吸収係数変化量Δμac
及び部分光路長LEを決定する最小二乗法を用いることに
より、吸収係数変化量Δμacを求めることができる。For this equation (11), the following (12)
Change in absorption coefficient Δμac so that the amount expressed by the equation is minimized
By using the least squares method for determining the partial optical path length LE and the absorption coefficient change amount Δμac can be obtained.
【００５５】[0055]
【数１２】 [Equation 12]
【００５６】このような式を用いた最適化手法を適用す
ることにより、３個以上の光路が設定されている場合を
含めて、検出光の時間波形に基づいて求められた各測定
量から、測定対象領域Mcの吸収係数変化量Δμacを好適
に求めることが可能となる。By applying the optimization method using such an equation, including the case where three or more optical paths are set, from each measured quantity obtained based on the time waveform of the detected light, It is possible to preferably obtain the absorption coefficient change amount Δμac of the measurement target region Mc.
【００５７】次に、測定対象領域Mcでの光吸収成分（被
測定成分）の濃度変化量の計算方法について説明する。Next, a method of calculating the concentration change amount of the light absorption component (measurement component) in the measurement target region Mc will be described.
【００５８】本発明による散乱吸収体測定装置及び方法
によれば、上述したように、測定対象領域Mcでの吸収係
数変化量Δμacをより正確に算出できる。さらに、光入
射手段１０から散乱吸収体Mへと入射されるパルス光に
ついて、異なる複数の波長を設定して吸収係数変化量Δ
μacの測定を行うことにより、測定によって求められた
吸収係数変化量Δμacと、被測定成分の光吸収特性との
相関から、測定対象領域Mc内での被測定成分の濃度変化
量を算出することが可能になる。なお、この濃度変化量
の算出については、例えば図１に示した散乱吸収体測定
装置であれば、演算手段４０において算出を行う構成と
することが可能である。According to the scattering absorber measuring apparatus and method of the present invention, as described above, the absorption coefficient change amount Δμac in the measurement target region Mc can be calculated more accurately. Furthermore, with respect to the pulsed light that is incident on the scattering medium M from the light incident means 10, a plurality of different wavelengths are set and the absorption coefficient change amount Δ
By measuring μac, the concentration change amount of the measured component in the measurement target region Mc can be calculated from the correlation between the absorption coefficient change amount Δμac obtained by the measurement and the light absorption property of the measured component. Will be possible. Regarding the calculation of the amount of change in concentration, for example, in the case of the scattering medium measuring apparatus shown in FIG. 1, the calculation means 40 can be configured to perform the calculation.
【００５９】いま、被測定成分としてそれぞれ特定の光
吸収特性をもつ２つの成分Ａ、Ｂを考える。光入射手段
１０から入射するパルス光の波長をλ1及びλ2の２波長
とすれば、λ1とλ2に対する吸収係数μac1とμac2は、
吸収係数と光吸収成分の濃度との関係を表わすランバー
ト・ベア則（Lambert-Beer's law）によって、次の（１
３）式及び（１４）式のように表せる。Now, let us consider two components A and B each having a specific light absorption characteristic as the component to be measured. Assuming that the wavelength of the pulsed light incident from the light incident means 10 is two wavelengths of λ1 and λ2, the absorption coefficients μac1 and μac2 for λ1 and λ2 are
According to the Lambert-Beer's law, which represents the relationship between the absorption coefficient and the concentration of light-absorbing components, the following (1
It can be expressed as in equations (3) and (14).
【００６０】[0060]
【数１３】 [Equation 13]
【００６１】[0061]
【数１４】 [Equation 14]
【００６２】ここで、ε11は成分Ａの波長λ1の光に関
するモル吸光係数、ε12は成分Ｂの波長λ1の光に関す
るモル吸光係数、ε21は成分Ａの波長λ2の光に関する
モル吸光係数、ε22は成分Ｂの波長λ2の光に関するモ
ル吸光係数である。これらの係数は該成分に係る定数と
して、既知である。また、[Ａ]cは測定対象領域Mcにお
ける成分Ａのモル濃度、[Ｂ]cは測定対象領域Mcにおけ
る成分Ｂのモル濃度である。Here, ε11 is the molar extinction coefficient for the component A wavelength λ1 light, ε12 is the molar extinction coefficient for the component B wavelength λ1 light, ε21 is the molar extinction coefficient for the component A wavelength λ2 light, and ε22 is It is the molar extinction coefficient for the light of wavelength λ2 of component B. These coefficients are known as constants related to the component. Further, [A] c is the molar concentration of the component A in the measurement target region Mc, and [B] c is the molar concentration of the component B in the measurement target region Mc.
【００６３】（１３）式及び（１４）式を時刻t0から時
刻t1への変化量に関する式に書き直すと、以下の（１
５）式及び（１６）式となる。Rewriting equations (13) and (14) into equations relating to the amount of change from time t0 to time t1, the following (1)
Equations (5) and (16) are obtained.
【００６４】[0064]
【数１５】 [Equation 15]
【００６５】[0065]
【数１６】 [Equation 16]
【００６６】ここで、Δμac1、Δμac2、Δ[Ａ]c、Δ
[Ｂ]cはそれぞれμac1、μac2、[Ａ]c、[Ｂ]cの時刻t0
から時刻t1への変化量である。Here, Δμac1, Δμac2, Δ [A] c, Δ
[B] c is the time t0 of μac1, μac2, [A] c, and [B] c, respectively.
From the time t1 to the time t1.
【００６７】したがって、散乱吸収体測定装置によって
測定されたΔμac1及びΔμac2と既知のパラメータであ
るモル吸光係数ε11、ε12、ε21、ε22とを用いて、測
定対象領域における成分Ａのモル濃度変化量Δ[Ａ]c及
び成分Ｂのモル濃度変化量Δ[Ｂ]cを求めることができ
る。Therefore, by using Δμac1 and Δμac2 measured by the scattering medium measuring apparatus and the molar absorption coefficients ε11, ε12, ε21 and ε22 which are known parameters, the variation amount Δ of the molar concentration of the component A in the measurement target region is calculated. It is possible to obtain the amount of change in molar concentration Δ [B] c of [A] c and component B.
【００６８】以上の濃度変化量の算出方法によれば、従
来は測定結果に含まれていた非測定対象領域Meの内部情
報の影響を除外し、測定対象領域Mcのみに対する被測定
成分の濃度変化量をより正確に求めることができる。According to the above method of calculating the concentration change amount, the influence of the internal information of the non-measurement target region Me, which was conventionally included in the measurement result, is excluded, and the concentration change of the measured component only in the measurement target region Mc is eliminated. The amount can be calculated more accurately.
【００６９】図３は、図１に示した散乱吸収体測定装置
に用いられる、時間波形計測部３１の構成例を示すブロ
ック図である。本構成例では、離散的なパルス状の光を
検出して積算する時間相関単一光子計数法を用いてい
る。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the time waveform measuring section 31 used in the scattering medium measuring apparatus shown in FIG. In this configuration example, the time-correlated single photon counting method of detecting and integrating discrete pulsed light is used.
【００７０】図３に示す時間波形計測部３１は、信号増
幅器３４、波高弁別器（ＣＦＤ）３５、時間−振幅変換
器（ＴＡＣ）３６、アナログ・デジタル変換器（Ａ／
Ｄ）３７、及び記憶装置（ＭＥＭ）３８によって構成さ
れている。なお、時間波形計測部３２についても同様の
構成が用いられる。The time waveform measuring section 31 shown in FIG. 3 includes a signal amplifier 34, a crest discriminator (CFD) 35, a time-amplitude converter (TAC) 36, and an analog / digital converter (A /
D) 37 and a storage device (MEM) 38. The same configuration is used for the time waveform measuring unit 32.
【００７１】光検出器２４にて生成された検出信号は、
信号増幅器３４によって増幅される。次に、その増幅さ
れた信号の波高により、ＣＦＤ３５において、光子を検
出したことによる信号が、それ以外の雑音信号から弁別
される。そして、ＴＡＣ３６において、パルス光源１１
からのトリガ信号の入力に対応して、パルス光源１１で
の発光から光検出器２４での検出までの時間がアナログ
信号に変換された後、Ａ／Ｄ３７によってデジタル信号
に変換され、記憶装置３８に記憶される。The detection signal generated by the photodetector 24 is
It is amplified by the signal amplifier 34. Then, the CFD 35 discriminates the signal resulting from the detection of the photon from the other noise signals by the wave height of the amplified signal. Then, in the TAC 36, the pulse light source 11
In response to the input of the trigger signal from, the time from the light emission from the pulse light source 11 to the detection by the photodetector 24 is converted into an analog signal, and then converted into a digital signal by the A / D 37, and the storage device 38 Memorized in.
【００７２】このような時間波形計測部によって、信号
処理手段は、光検出器からの光検出信号を雑音を除いて
取得し、演算手段に供するための時間波形を計算に好適
なデジタル信号で供給することができる。With such a time waveform measuring section, the signal processing means obtains the photodetection signal from the photodetector by removing noise, and supplies the time waveform for use in the arithmetic means with a digital signal suitable for calculation. can do.
【００７３】図４は、本発明による散乱吸収体測定装置
の他の実施形態を概略的に示すブロック図である。本実
施形態は、図１に示した散乱吸収体測定装置において光
入射位置を１個から２個へ増やし、光検出位置を２個か
ら１個へ減らした場合の形態である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing another embodiment of the scattering medium measuring apparatus according to the present invention. The present embodiment is a mode in which the light incident position is increased from 1 to 2 and the light detection position is decreased from 2 to 1 in the scattering medium measuring apparatus shown in FIG.
【００７４】図４に示す散乱吸収体測定装置は、光入射
手段１０と、光検出手段２０と、信号処理手段３０と、
演算手段４０とを備えている。The scattering medium measuring apparatus shown in FIG. 4 comprises a light incident means 10, a light detecting means 20, a signal processing means 30,
And a computing means 40.
【００７５】光入射手段１０は、散乱吸収体Mに対して
所定波長のパルス光を入射させる手段である。本実施形
態では、光入射手段１０に対し、散乱吸収体Mの表面上
に２個の光入射位置Ｓ１、Ｓ２が設定されている。この
光入射位置Ｓ１及びＳ２から散乱吸収体Mに対しパルス
光を入射する光入射手段１０は、パルス光を発生させる
パルス光源１１と、光入射用光ガイド１２及び１３と、
光切り替え器１４とによって構成されている。光入射用
光ガイド１２は、その入力端が光切り替え器１４に光学
的に接続されており、その出力端が散乱吸収体M表面上
の光入射位置Ｓ１となるように設置されている。また、
光入射用光ガイド１３は、その入力端が光切り替え器１
４に光学的に接続されており、その出力端が散乱吸収体
M表面上の光入射位置Ｓ２となるように設置されてい
る。光切り替え器１４は、その入力端がパルス光源１１
に光学的に接続されており、パルス光源１１から発せら
れたパルス光を、入射用光ガイド１２と入射用光ガイド
１３とに振り分ける。The light incident means 10 is means for making pulsed light of a predetermined wavelength incident on the scattering medium M. In this embodiment, two light incident positions S1 and S2 are set on the surface of the scattering medium M with respect to the light incident means 10. The light incidence means 10 for injecting pulsed light from the light incident positions S1 and S2 to the scattering medium M includes a pulsed light source 11 for generating pulsed light, and light incident light guides 12 and 13.
The optical switching device 14 is used. The light incident light guide 12 has its input end optically connected to the light switch 14, and is installed so that its output end becomes the light incident position S1 on the surface of the scattering medium M. Also,
The input end of the light incident light guide 13 is the light switch 1
4 is optically connected to the output end of which is a scattering medium
It is installed at the light incident position S2 on the M surface. The input end of the optical switch 14 is the pulse light source 11
Is optically connected to the pulse light source 11, and distributes the pulsed light emitted from the pulse light source 11 to the incident light guide 12 and the incident light guide 13.
【００７６】一方、光検出手段２０は、散乱吸収体Mの
内部を伝搬したパルス光を検出光として検出する手段で
ある。本実施形態では、光検出手段２０に対し、散乱吸
収体Mの表面上に１個の光検出位置Ｄ１が設定されてい
る。この光検出位置Ｄ１にて光を検出する光検出手段２
０は、光検出用光ガイド２１と、光を検出して電気的な
検出信号に変換する光検出器２４とによって構成されて
いる。光検出用光ガイド２１は、その入力端が散乱吸収
体M表面上の光検出位置Ｄ１となるように設置されてお
り、その出力端が光検出器２４に光学的に接続されてい
る。On the other hand, the light detecting means 20 is means for detecting the pulsed light propagating inside the scattering medium M as detection light. In the present embodiment, one light detection position D1 is set on the surface of the scattering medium M for the light detection means 20. Light detection means 2 for detecting light at this light detection position D1
Reference numeral 0 is composed of a light detection light guide 21 and a light detector 24 that detects light and converts it into an electrical detection signal. The light guide 21 for light detection is installed so that its input end is at the light detection position D1 on the surface of the scattering medium M, and its output end is optically connected to the photodetector 24.
【００７７】この光検出手段２０に対し、光検出手段２
０からの光検出信号に所定の信号処理を行う信号処理手
段３０が設けられている。信号処理手段３０は、時間波
形計測部３１によって構成されている。時間波形計測部
３１は、光検出器２４と電気的に接続されており、光検
出器２４からの光検出信号に基づいて検出光の時間波形
を取得する。この時間波形を取得するために、時間波形
計測部３１には、パルス光源１１からのパルス光発光の
トリガ信号が入力されている。In contrast to the light detecting means 20, the light detecting means 2
A signal processing means 30 for performing a predetermined signal processing on the light detection signal from 0 is provided. The signal processing means 30 is composed of a time waveform measuring section 31. The time waveform measuring unit 31 is electrically connected to the photodetector 24 and acquires the time waveform of the detection light based on the photodetection signal from the photodetector 24. In order to acquire this time waveform, the time waveform measuring unit 31 is input with a trigger signal for pulsed light emission from the pulse light source 11.
【００７８】この信号処理手段３０に対し、信号処理手
段３０で得られた時間波形に所定の演算を行う演算手段
４０が設けられている。演算手段４０は、吸収係数変化
量の算出のために所定の演算を行う変化量算出部４１を
有する。変化量算出部４１は、時間波形計測部３１と電
気的に接続されており、時間波形計測部３１から入力さ
れる検出光の時間波形に基づいて、測定対象領域Mcにお
ける吸収係数変化量Δμacを求める。このとき、変化量
算出部４１における吸収係数変化量Δμacの算出方法
は、図１に示した散乱吸収体測定装置における算出方法
と同様である。また、変化量算出部４１には表示装置４
２が接続されており、必要に応じて変化量算出結果を表
示する。The signal processing means 30 is provided with a calculating means 40 for performing a predetermined calculation on the time waveform obtained by the signal processing means 30. The calculation means 40 has a change amount calculation unit 41 that performs a predetermined calculation for calculating the absorption coefficient change amount. The change amount calculation unit 41 is electrically connected to the time waveform measurement unit 31, and based on the time waveform of the detection light input from the time waveform measurement unit 31, calculates the absorption coefficient change amount Δμac in the measurement target region Mc. Ask. At this time, the calculation method of the absorption coefficient change amount Δμac in the change amount calculation unit 41 is the same as the calculation method in the scattering medium measuring apparatus shown in FIG. Further, the change amount calculation unit 41 includes the display device 4
2 is connected, and the change amount calculation result is displayed if necessary.
【００７９】この散乱吸収体測定装置では、光入射位置
を２箇所とし、光検出位置を１箇所とすることで２個の
光路を設定している。これによって、図１では２系統必
要だった光検出器及び時間波形計測部が１系統で済み、
図１の散乱吸収体測定装置にくらべて構成が単純化でき
る。In this scattering absorber measuring apparatus, two light paths are set by setting two light incident positions and one light detection position. As a result, the photodetector and the time waveform measuring unit, which were required in two systems in FIG.
The configuration can be simplified as compared with the scattering medium measuring apparatus of FIG.
【００８０】次に、散乱吸収体測定装置を利用した、脳
組織の血中ヘモグロビン濃度変化量測定の実施例につい
て説明する。Next, an example of measuring the amount of change in blood hemoglobin concentration of brain tissue using the scattering medium measuring apparatus will be described.
【００８１】生体の脳内部組織における光吸収成分の主
なものは、水、チトクローム、酸素化および脱酸素化ヘ
モグロビンである。これらの成分のうち、近赤外線領域
での水とチトクロームの吸収は、酸素化および脱酸素化
ヘモグロビンに比べてほぼ無視できる程度に小さい。そ
こで、近赤外光による非侵襲測定を利用することができ
る。The main light absorbing components in the internal tissues of the brain of the living body are water, cytochrome, oxygenated and deoxygenated hemoglobin. Among these components, the absorption of water and cytochrome in the near infrared region is almost negligible compared to oxygenated and deoxygenated hemoglobin. Therefore, non-invasive measurement using near infrared light can be used.
【００８２】ここで、脳組織を非侵襲的に測定するため
には光入射位置及び光検出位置を頭皮上に固定する必要
があり、非測定対象領域である頭蓋骨及び頭皮等の外側
より脳組織を測定する方法を利用せざるを得ない。Here, in order to measure the brain tissue non-invasively, it is necessary to fix the light incident position and the light detection position on the scalp, and the brain tissue is measured from outside the non-measurement target region such as the skull and the scalp. There is no choice but to use the method of measuring.
【００８３】そこで、散乱吸収体である頭部に対して、
測定対象領域として脳組織を、非測定対象領域として頭
蓋骨及び頭皮等をそれぞれ設定し、上述した散乱吸収体
測定方法及び装置を用いて光吸収成分である酸素化およ
び脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化量測定を行って、頭
蓋骨及び頭皮等の影響を除外した脳組織のヘモグロビン
濃度変化量を測定した。具体的には、４名の被験者に対
し、脳組織の血管を拡張させる作用があるアセタゾール
アミドを投与することにより、脳組織中ヘモグロビン濃
度を変化させた。測定としては、まず、アセタゾールア
ミドを投与する前に、各被験者の頭部にパルス光を入射
し、それを検出した。そして、アセタゾールアミドを投
与した後にも同様に入射、検出を行った。その後、投与
後の測定時刻における、投与前の測定時刻からの血中ヘ
モグロビン濃度変化量を求めた。Therefore, with respect to the head which is the scattering medium,
Set the brain tissue as the measurement target area, the skull and the scalp as the non-measurement target area, respectively, and use the scattering absorber measurement method and device described above to change the concentration of oxygenated and deoxygenated hemoglobin, which are light absorbing components. The measurement was performed to measure the amount of change in hemoglobin concentration in brain tissue excluding the effects of the skull and scalp. Specifically, the hemoglobin concentration in the brain tissue was changed by administering acetazolamide, which has an action of expanding the blood vessels of the brain tissue, to four subjects. As the measurement, first, before administration of acetazolamide, pulsed light was incident on the head of each subject and detected. Then, after the administration of acetazolamide, incidence and detection were performed in the same manner. Then, the amount of change in blood hemoglobin concentration from the measurement time before administration at the measurement time after administration was determined.
【００８４】図５は、本実施例において用いた散乱吸収
体測定装置の構成の一部を示すブロック図である。本実
施例においては、図１に示した測定装置と同様の構成を
用いているが、散乱吸収体Mの表面上に３個の光検出位
置Ｄ１〜Ｄ３を設定した。そして、具体的な散乱吸収体
測定装置として浜松ホトニクス株式会社製の時間分解計
測装置ＴＲＳ−４０を使用した。この装置は、上記した
３個の光検出位置Ｄ１〜Ｄ３に対応する、光検出用光ガ
イド２１〜２３と光検出器２４〜２６を備えている。FIG. 5 is a block diagram showing a part of the structure of the scattering medium measuring apparatus used in this example. In this embodiment, the same configuration as that of the measuring device shown in FIG. 1 is used, but three photodetection positions D1 to D3 are set on the surface of the scattering medium M. Then, a time-resolved measurement device TRS-40 manufactured by Hamamatsu Photonics KK was used as a specific scattering absorber measurement device. This device is provided with light detection light guides 21 to 23 and light detectors 24 to 26 corresponding to the above-mentioned three light detection positions D1 to D3.
【００８５】本実施例においては、光入射位置Ｓ１と光
検出位置Ｄ１〜Ｄ３との間隔であるｄ１〜ｄ３を、それ
ぞれｄ１＝２ｃｍ、ｄ２＝３ｃｍ、ｄ３＝４ｃｍとし
た。また、パルス光を供給するパルス光源としては、パ
ルス幅が１００［ｐｓ］以下のパルス光を５［ＭＨｚ］
の繰り返しで発生する３個のレーザダイオードを用い
た。これらのパルス光の波長はそれぞれ７５９［ｎ
ｍ］、７９７［ｎｍ］、８３４［ｎｍ］とした。In this embodiment, the distances d1 to d3 between the light incident position S1 and the light detection positions D1 to D3 are set to d1 = 2 cm, d2 = 3 cm, and d3 = 4 cm, respectively. As a pulse light source for supplying pulsed light, pulsed light having a pulse width of 100 [ps] or less is 5 [MHz].
Three laser diodes generated by repeating the above were used. The wavelengths of these pulsed lights are 759 [n
m], 797 [nm], and 834 [nm].
【００８６】この散乱吸収体測定装置では、上述のよう
に、光入射位置を１個とし、光検出位置を３個とするこ
とで３つの光路を設定している。これによって、図１及
び図４に示す形態と比べて多くの既知数が取得でき、測
定精度を向上させることができる。In this scattering absorber measuring apparatus, as described above, three light paths are set by setting one light incident position and three light detection positions. As a result, a larger number of known numbers can be acquired as compared with the configurations shown in FIGS. 1 and 4, and the measurement accuracy can be improved.
【００８７】表１は、被験者１〜４に対して求められた
測定値、及びそれらの平均値と標準偏差について、非測
定対象領域Meである頭蓋骨及び頭皮等を伝搬した光の部
分光路長LE、測定対象領域Mcである脳内部を伝搬した光
の部分光路長Lc、頭部全体での平均光路長Lo、及び、Lc
の間隔ｄ１ないしｄ３に対する比DPFcを示したものであ
る。Table 1 shows the partial optical path length LE of the light propagated through the non-measurement target region Me, such as the skull and the scalp, for the measured values obtained for the subjects 1 to 4 and their average value and standard deviation. , A partial optical path length Lc of light propagated inside the brain that is the measurement target area Mc, an average optical path length Lo in the entire head, and Lc
3 shows the ratio DPFc for the intervals d1 to d3.
【００８８】[0088]
【表１】 [Table 1]
【００８９】表１に示すように、上記した測定装置及び
方法によれば、散乱吸収体M全体での平均光路長Loを、
測定対象領域Mcの部分光路長Lcと、非測定対象領域Meの
部分光路長LEとに分離することができる。例えば光入射
位置と光検出位置との間隔がｄ２＝３［ｃｍ］の場合に
おいては、Loの被験者平均は１６．６［ｃｍ］、Lcの被
験者平均は９．１［ｃｍ］、LEの被験者平均は７．４
［ｃｍ］であったことがわかる。As shown in Table 1, according to the measuring device and method described above, the average optical path length Lo in the entire scattering medium M is
The partial optical path length Lc of the measurement target region Mc and the partial optical path length LE of the non-measurement target region Me can be separated. For example, when the distance between the light incident position and the light detection position is d2 = 3 [cm], the average subject for Lo is 16.6 [cm], the average subject for Lc is 9.1 [cm], and the subject for LE is LE. The average is 7.4
It can be seen that it was [cm].
【００９０】また、表２は、測定対象領域Mcである脳組
織における酸素化ヘモグロビン濃度変化量Δ[HbO2]cの
算出値、散乱吸収体M全体の成分濃度変化量に対する、
測定対象領域Mcに含まれる成分濃度変化量の割合である
寄与率、及び散乱吸収体M全体の酸素化ヘモグロビン濃
度変化量算出値を示したものである。Further, Table 2 shows the calculated value of the oxygenated hemoglobin concentration change amount Δ [HbO2] c in the brain tissue, which is the measurement target region Mc, and the component concentration change amount of the entire scattering medium M,
5 shows a contribution ratio, which is a ratio of a component concentration change amount contained in the measurement target region Mc, and an oxygenated hemoglobin concentration change amount calculated value of the entire scattering medium M.
【００９１】[0091]
【表２】 [Table 2]
【００９２】光入射位置と光検出位置との間隔が３［ｃ
ｍ］の場合において、非測定対象領域である頭蓋骨及び
頭皮等の影響を算出過程で除外しなかった場合には酸素
化ヘモグロビン変化量測定結果が測定例平均５．１［μ
Ｍ］で過小評価されていたのが、本発明を適用すること
により脳組織の酸素化ヘモグロビン変化量では同９．７
［μＭ］であったことがわかる。The distance between the light incident position and the light detection position is 3 [c
In the case of [m], if the effects of the non-measurement target regions such as the skull and the scalp are not excluded in the calculation process, the oxygenated hemoglobin change amount measurement result is 5.1 [μ in the measurement example].
M] was underestimated, but the amount of change in oxygenated hemoglobin in brain tissue by applying the present invention was 9.7.
It can be seen that it was [μM].
【００９３】以上の脳内ヘモグロビン濃度変化量測定で
は、本発明による散乱吸収体測定方法及び装置を用いる
ことによって、非測定対象領域（頭蓋骨及び頭皮等）を
含む散乱吸収体（頭部）の影響を除外し、測定対象領域
（脳組織）の内部に存在する血中ヘモグロビンのみを正
確に測定することに成功した。これにより、本発明によ
る散乱吸収体測定方法及び装置は、散乱吸収体に含まれ
る所定の測定対象領域について、非測定対象領域の影響
を除外して、その領域内での内部情報の時間変化を測定
できることが示された。In the above-described measurement of the amount of change in hemoglobin concentration in the brain, by using the scattering absorber measuring method and device according to the present invention, the influence of the scattering absorber (head) including the non-measurement target region (such as the skull and the scalp). It was possible to accurately measure only blood hemoglobin existing inside the measurement target region (brain tissue) by excluding the above. Thus, the scattering absorber measuring method and device according to the present invention, for a predetermined measurement target region included in the scattering medium, exclude the influence of the non-measurement target region, the time change of internal information in the region. It was shown that it can be measured.
【００９４】本発明による散乱吸収体測定装置及び方法
は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではな
く、様々な変形が可能である。例えば、前述した各実施
形態及び実施例において、光入射位置と光検出位置との
組み合わせによる複数の光路について幾つかの例を示し
たが、複数の光路を設定できる光入射位置と光検出位置
との組み合わせであれば前述した各実施形態及び実施例
以外の組み合わせでもよい。The scattering absorber measuring apparatus and method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications are possible. For example, in each of the embodiments and examples described above, some examples are shown for a plurality of optical paths by combining the light incident position and the light detection position, but the light incident position and the light detection position that can set the plurality of optical paths Any combination other than the above-described embodiments and examples may be used.
【００９５】また、図１（図４）では、光入射手段１０
として、パルス光源１１、光ガイド１２（及び１３、光
切り替え器１４）からなる構成を示した。光入射手段１
０は、測定対象の散乱吸収体Mに設定された光入射位置
Ｓ１（及びＳ２）から、パルス光を入射できる構成であ
ればよい。例えば、パルス光源１１が光入射位置Ｓ１
（及びＳ２）に設置されることにより、測定対象の散乱
吸収体Mに対して所定のパルス光を好適に入射すること
ができる。Further, in FIG. 1 (FIG. 4), the light incident means 10 is used.
As the above, a configuration including the pulse light source 11, the light guide 12 (and 13, the light switch 14) is shown. Light incident means 1
0 may be any configuration that allows pulsed light to be incident from the light incident position S1 (and S2) set on the scattering medium M to be measured. For example, when the pulse light source 11 is at the light incident position S1
By being installed in (and S2), a predetermined pulsed light can be suitably incident on the scattering medium M to be measured.
【００９６】光検出手段２０についても、測定対象の散
乱吸収体Mに設定された光検出位置Ｄ１及びＤ２から、
パルス光を検出できる構成であればよい。例えば、光検
出器２４が光検出位置Ｄ１に、光検出器２５が光検出位
置Ｄ２にそれぞれ設置されることにより、測定対象の散
乱吸収体M内部を伝搬したパルス光を好適に検出するこ
とができる。Also for the light detecting means 20, from the light detecting positions D1 and D2 set on the scattering medium M to be measured,
Any configuration that can detect pulsed light may be used. For example, by installing the photodetector 24 at the photodetection position D1 and the photodetector 25 at the photodetection position D2, respectively, it is possible to preferably detect the pulsed light propagating inside the scattering medium M to be measured. it can.
【００９７】また、図１（図４）では光入射手段１０に
おいてパルス光を用いたが、パルス光以外の光、例えば
所定波長の位相変調された光でもよい。位相変調光を用
いた場合には、検出光の入射光に対する位相遅れを測定
し、この位相遅れから検出光の入射光に対する時間遅れ
及び平均光路長を求めることができる。例えば、周波数
１００ＭＨｚに変調された光を用いる場合、その光の位
相幅３６０°は時間幅１０ｎｓに相当するので、１°の
位相遅れが測定されたときは、時間遅れは２８ｐｓとな
る。この時間遅れと光速との積によって、平均光路長が
求められる。In FIG. 1 (FIG. 4), pulsed light is used in the light incident means 10, but light other than pulsed light, for example, phase-modulated light having a predetermined wavelength may be used. When the phase-modulated light is used, the phase delay of the detection light with respect to the incident light is measured, and the time delay and the average optical path length of the detection light with respect to the incident light can be obtained from this phase delay. For example, when the light modulated at the frequency of 100 MHz is used, the phase width 360 ° of the light corresponds to the time width 10 ns, so that the time delay becomes 28 ps when the phase delay of 1 ° is measured. The average optical path length is obtained by the product of this time delay and the speed of light.
【００９８】[0098]
【発明の効果】本発明による散乱吸収体測定方法及び装
置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得
る。すなわち、散乱吸収体の測定対象領域内での内部情
報を非侵襲的に測定する散乱吸収体測定方法及び装置に
おいて、散乱吸収体内部を伝搬させる所定波長の光につ
いて複数の光路を設定するとともに、非測定対象領域で
の部分光路長を光路によらず一定とすることにより、散
乱吸収体測定における非測定対象領域の影響を除外し、
測定対象領域のみの、吸収係数変化量などの内部情報の
時間変化を測定することができる。As described in detail above, the method and apparatus for measuring a scattering medium according to the present invention have the following effects. That is, in the scattering absorber measurement method and apparatus for non-invasively measuring the internal information in the measurement target region of the scattering medium, while setting a plurality of optical paths for light of a predetermined wavelength to propagate inside the scattering medium, By making the partial optical path length in the non-measurement target area constant regardless of the optical path, the influence of the non-measurement target area in the scattering medium measurement is excluded,
It is possible to measure the time change of internal information such as the absorption coefficient change amount only in the measurement target region.
【図１】散乱吸収体測定装置の一実施形態の構成を概略
的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a scattering medium measuring apparatus.
【図２】入射光及び検出光の時間波形の一例を示すグラ
フである。FIG. 2 is a graph showing an example of time waveforms of incident light and detection light.
【図３】散乱吸収体測定装置の、時間波形計測部の構成
例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a time waveform measuring unit of the scattering medium measuring apparatus.
【図４】散乱吸収体測定装置の他の実施形態の構成を概
略的に示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of another embodiment of the scattering medium measuring apparatus.
【図５】実施例において用いた散乱吸収体測定装置の構
成の一部を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a part of the configuration of the scattering medium measuring apparatus used in the examples.
１０…光入射手段、１１…パルス光源、１２，１３…光
入射用光ガイド、１４…光切り替え器、２０…光検出手
段、２１，２２，２３…光検出用光ガイド、２４，２
５，２６…光検出器、３０…信号処理手段、３１，３
２，３３…時間波形計測部、３４…信号増幅器、３５…
波高弁別器（ＣＦＤ）、３６…時間−振幅変換器（ＴＡ
Ｃ）、３７…アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）、３
８…記憶装置（ＭＥＭ）、４０…演算手段、４１…変化
量算出部、４２…表示装置、M…散乱吸収体、Me…非測
定対象領域、Mc…測定対象領域、L1，L2，L3…光路。Reference numeral 10 ... Light incident means, 11 ... Pulse light source, 12, 13 ... Light incident light guide, 14 ... Light switching device, 20 ... Light detecting means 21, 22, 23 ... Light detecting light guide, 24, 2
5, 26 ... Photodetector, 30 ... Signal processing means, 31, 3
2, 33 ... Time waveform measuring unit, 34 ... Signal amplifier, 35 ...
Crest height discriminator (CFD), 36 ... Time-amplitude converter (TA
C), 37 ... Analog-to-digital converter (A / D), 3
8 ... Storage device (MEM), 40 ... Calculation means, 41 ... Change amount calculation unit, 42 ... Display device, M ... Scattering absorber, Me ... Non-measurement target region, Mc ... Measurement target region, L1, L2, L3 ... Light path.
フロントページの続き (72)発明者 田村 守 北海道札幌市北区北12条西６丁目 北海道 大学電子科学研究所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA02 BB12 CC16 CC18 EE01 EE02 EE11 FF04 FF06 GG01 GG02 GG08 HH01 HH06 JJ17 JJ22 KK02 KK03 LL01 MM01 MM09 MM10 4C038 KK00 KL05 KL07 KM01 KX02Continued front page (72) Inventor Mamoru Tamura Hokkaido, Kita-ku, Kita 12-jo Nishi 6-chome, Hokkaido Inside the Institute for Electronic Science F term (reference) 2G059 AA01 AA02 BB12 CC16 CC18 EE01 EE02 EE11 FF04 FF06 GG01 GG02 GG08 HH01 HH06 JJ17 JJ22 KK02 KK03 LL01 MM01 MM09 MM10 4C038 KK00 KL05 KL07 KM01 KX02
Claims (6)
を含む散乱吸収体について、前記測定対象領域内での内
部情報の時間変化を非侵襲的に測定する散乱吸収体測定
方法において、 所定波長の光を、前記散乱吸収体に対して所定の光入射
位置から入射する光入射ステップと、 前記散乱吸収体内部を伝搬した前記所定波長の光を所定
の光検出位置で検出して光検出信号を得る光検出ステッ
プと、 前記光検出信号に基づいて、検出光の光強度についての
時間波形を取得する信号処理ステップと、 前記時間波形に基づいて前記検出光の前記散乱吸収体内
全体での平均光路長、吸光度、及び前の測定時刻からの
吸光度変化量を求め、それらを用いて前記測定対象領域
内での前記前の測定時刻からの吸収係数変化量を算出す
る演算ステップとを備え、 前記光入射ステップにおける前記光入射位置、または前
記光検出ステップにおける前記光検出位置の少なくとも
一方を複数とするとともに、 前記演算ステップにおいて、前記光入射位置と前記光検
出位置との組み合わせによる複数の光路のそれぞれに対
して前記平均光路長、前記吸光度、及び前記吸光度変化
量を求め、前記平均光路長に含まれる非測定対象領域で
の部分光路長を光路によらず一定として、既知である前
記平均光路長及び前記吸光度変化量と、未知である前記
吸収係数変化量とについて所定の関係式を適用すること
によって、前記吸収係数変化量を算出することを特徴と
する散乱吸収体測定方法。1. A scattering medium including a measurement target region assumed as a measurement target, in a scattering absorber measuring method for non-invasively measuring a time change of internal information in the measurement target region, A light incident step of injecting light into the scattering medium from a predetermined light incident position, and detecting a light having the predetermined wavelength propagating inside the scattering medium at a predetermined light detection position to generate a light detection signal. Obtaining light detection step, based on the light detection signal, a signal processing step of acquiring a time waveform about the light intensity of the detection light, and an average optical path of the detection light in the entire scattering medium based on the time waveform A length, an absorbance, and an amount of change in absorbance from the previous measurement time, and using them, a calculation step of calculating an amount of change in absorption coefficient from the previous measurement time in the measurement target region. At least one of the light incident position in the light incident step or at least one of the light detection positions in the light detection step is plural, and in the calculation step, a plurality of optical paths by a combination of the light incident position and the light detection position. For each of the average optical path length, the absorbance, and the amount of change in the absorbance, the partial optical path length in the non-measurement target region included in the average optical path length is constant regardless of the optical path, and the known average A scattering absorber measuring method, wherein the absorption coefficient change amount is calculated by applying a predetermined relational expression to the optical path length, the absorbance change amount, and the unknown absorption coefficient change amount.
２以上の整数）の光路のそれぞれに対して求められた前
記平均光路長Lo1〜Lon及び前記吸光度変化量ΔOD1〜ΔO
Dnと、前記吸収係数変化量Δμacと、前記部分光路長LE
から成る次式の量 【数１】 を最小化することによって、前記吸収係数変化量Δμac
を算出することを特徴とする請求項１記載の散乱吸収体
測定方法。2. The average optical path lengths Lo 1 to L n and the absorbance change amounts ΔOD 1 to ΔO obtained for each of n (n is an integer of 2 or more) optical paths in the calculating step.
D n , the amount of change in absorption coefficient Δμac, and the partial optical path length LE
The quantity of the following equation consisting of The absorption coefficient change amount Δμac
The scattering absorber measuring method according to claim 1, wherein
波長を異なる複数の波長とし、前記演算ステップにおい
て、前記複数の波長のそれぞれに対して算出された前記
吸収係数変化量と、被測定成分の光吸収特性との相関か
ら、前記測定対象領域内での前記被測定成分の濃度変化
量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載
の散乱吸収体測定方法。3. In the light incident step, the predetermined wavelength is set to a plurality of different wavelengths, and the absorption coefficient change amount calculated for each of the plurality of wavelengths in the calculation step and the light of the component to be measured. 3. The scattering medium measuring method according to claim 1, wherein the amount of change in concentration of the component to be measured in the measurement target region is calculated from the correlation with the absorption characteristic.
を含む散乱吸収体について、前記測定対象領域内での内
部情報の時間変化を非侵襲的に測定する散乱吸収体測定
装置において、 所定波長の光を、前記散乱吸収体に対して所定の光入射
位置から入射する光入射手段と、 前記散乱吸収体内部を伝搬した前記所定波長の光を所定
の光検出位置で検出して光検出信号を得る光検出手段
と、 前記光検出信号に基づいて、検出光の光強度についての
時間波形を取得する信号処理手段と、 前記時間波形に基づいて前記検出光の前記散乱吸収体内
全体での平均光路長、吸光度、及び前の測定時刻からの
吸光度変化量を求め、それらを用いて前記測定対象領域
内での前記前の測定時刻からの吸収係数変化量を算出す
る演算手段とを備え、 前記光入射手段による前記光入射位置、または前記光検
出手段による前記光検出位置の少なくとも一方を複数と
するとともに、 前記演算手段は、前記光入射位置と前記光検出位置との
組み合わせによる複数の光路のそれぞれに対して前記平
均光路長、前記吸光度、及び前記吸光度変化量を求め、
前記平均光路長に含まれる非測定対象領域での部分光路
長を光路によらず一定として、既知である前記平均光路
長及び前記吸光度変化量と、未知である前記吸収係数変
化量とについて所定の関係式を適用することによって、
前記吸収係数変化量を算出することを特徴とする散乱吸
収体測定装置。4. A scattering medium including a measurement target region assumed as a measurement target, the scattering absorber measuring device for non-invasively measuring a time change of internal information in the measurement target region, Light is incident on the scattering medium from a predetermined light incident position, and light having the predetermined wavelength propagating inside the scattering medium is detected at a predetermined light detection position to generate a light detection signal. Optical detection means for obtaining, a signal processing means for acquiring a time waveform of the light intensity of the detection light based on the light detection signal, and an average optical path of the detection light in the entire scattering medium based on the time waveform. Length, the absorbance, and the absorbance change amount from the previous measurement time is obtained, and the calculation means for calculating the absorption coefficient change amount from the previous measurement time in the measurement target region using them, and the light, Incident means The light incident position according to, or at least one of the light detection position by the light detection means is a plurality, the calculation means, for each of a plurality of optical paths by the combination of the light incidence position and the light detection position. The average optical path length, the absorbance, and the absorbance change amount,
The partial optical path length in the non-measurement target region included in the average optical path length is constant regardless of the optical path, and the known average optical path length and the absorbance change amount, and the unknown absorption coefficient change amount is predetermined. By applying the equation,
A scattering medium measuring apparatus, wherein the amount of change in absorption coefficient is calculated.
数）の光路のそれぞれに対して求められた前記平均光路
長Lo1〜Lon及び前記吸光度変化量ΔOD1〜ΔODnと、前記
吸収係数変化量Δμacと、前記部分光路長LEから成る次
式の量 【数２】 を最小化することによって、前記吸収係数変化量Δμac
を算出することを特徴とする請求項４記載の散乱吸収体
測定装置。Wherein said arithmetic means includes n (n is an integer of 2 or more) the mean path length Lo 1 ~Lo n and the absorbance change ΔOD 1 ~ΔOD n determined for each of the optical path of the , The amount of change in absorption coefficient Δμac and the partial optical path length LE The absorption coefficient change amount Δμac
5. The scattering medium measuring apparatus according to claim 4, wherein
る複数の波長とし、前記演算手段が前記複数の波長のそ
れぞれに対して算出した前記吸収係数変化量と、被測定
成分の光吸収特性との相関から、前記測定対象領域内で
の前記被測定成分の濃度変化量を算出することを特徴と
する請求項４または５に記載の散乱吸収体測定装置。6. The light incident means sets the predetermined wavelength to a plurality of different wavelengths, and the amount of change in absorption coefficient calculated by the computing means for each of the plurality of wavelengths and the light absorption characteristic of the component to be measured. The scattering medium measuring apparatus according to claim 4 or 5, wherein the amount of change in concentration of the component to be measured in the measurement target region is calculated from the correlation with.
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