JPH07323033A - 生体測定装置 - Google Patents
生体測定装置Info
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- JPH07323033A JPH07323033A JP6142323A JP14232394A JPH07323033A JP H07323033 A JPH07323033 A JP H07323033A JP 6142323 A JP6142323 A JP 6142323A JP 14232394 A JP14232394 A JP 14232394A JP H07323033 A JPH07323033 A JP H07323033A
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- Japan
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- coefficient
- examinee
- equivalent scattering
- straight line
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 時間応答波形のうちピークの部分のデータを
用いることができるようにして、S/N比のよい部分で
短時間で精度よくμaとμs'を求める。 【構成】 R(t)測定手段10は被検体の一部に超短
光パルスを入力し、被検体の他の部分から出てくる光の
時間応答曲線R(t)を測定し、R0(t,μs1')算出
手段20は被検体に吸収が存在しないと仮定した時間応
答曲線R0(t,μs1')を計算で求める。ln{R(t)
/R0(t,μs1')}直線化手段22は測定したR
(t)と算出したR0(t,μs1')との比の対数 ln{R(t)/R0(t,μs1')} を計算し、それが指定した時間範囲で直線とみなしうる
ようになる等価散乱係数μs1'を算出する。出力手段2
4はそのμs1'を被検体の等価散乱係数μs'として出
力し、出力手段26はln{R(t)/R0(t,μ
s1')}直線化手段22で得られる直線の傾きを被検体
中での光束cで割って被検体の吸収係数μaを算出し出
力する。
用いることができるようにして、S/N比のよい部分で
短時間で精度よくμaとμs'を求める。 【構成】 R(t)測定手段10は被検体の一部に超短
光パルスを入力し、被検体の他の部分から出てくる光の
時間応答曲線R(t)を測定し、R0(t,μs1')算出
手段20は被検体に吸収が存在しないと仮定した時間応
答曲線R0(t,μs1')を計算で求める。ln{R(t)
/R0(t,μs1')}直線化手段22は測定したR
(t)と算出したR0(t,μs1')との比の対数 ln{R(t)/R0(t,μs1')} を計算し、それが指定した時間範囲で直線とみなしうる
ようになる等価散乱係数μs1'を算出する。出力手段2
4はそのμs1'を被検体の等価散乱係数μs'として出
力し、出力手段26はln{R(t)/R0(t,μ
s1')}直線化手段22で得られる直線の傾きを被検体
中での光束cで割って被検体の吸収係数μaを算出し出
力する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は近赤外光を被検体の生体
に照射し、その拡散透過反射光を検出して被検体内の情
報を非破壊的に得る光学的生体測定装置に関するもので
ある。このような光学的生体測定装置は、例えば生体酸
素モニタや光CTなどとして利用される。
に照射し、その拡散透過反射光を検出して被検体内の情
報を非破壊的に得る光学的生体測定装置に関するもので
ある。このような光学的生体測定装置は、例えば生体酸
素モニタや光CTなどとして利用される。
【0002】
【従来の技術】600〜1200nmの範囲の近赤外光
線は生体の透過性がよく、生体中の数cmの距離を通過
した後でも十分測定が可能な強度を保つ。そして、好都
合なことに、生体機能を反映する重要な物質であるヘモ
グロビンやチトクロムオキシダーゼなどの吸収スペクト
ルがちょうどこの波長域に存在するので、近赤外光のこ
の性質を利用して生体機能を無侵襲で測定することが行
なわれている。
線は生体の透過性がよく、生体中の数cmの距離を通過
した後でも十分測定が可能な強度を保つ。そして、好都
合なことに、生体機能を反映する重要な物質であるヘモ
グロビンやチトクロムオキシダーゼなどの吸収スペクト
ルがちょうどこの波長域に存在するので、近赤外光のこ
の性質を利用して生体機能を無侵襲で測定することが行
なわれている。
【0003】生体に近赤外光を照射し、その近赤外光が
生体各部で散乱して生体を透過して出てきたものをCC
Dカメラなどの二次元検出器により受光し、計算により
生体内部の吸収の分布を画像化する考え方が知られてい
る。
生体各部で散乱して生体を透過して出てきたものをCC
Dカメラなどの二次元検出器により受光し、計算により
生体内部の吸収の分布を画像化する考え方が知られてい
る。
【0004】被検体の一部に超短光パルスを入力したと
き、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線R
(t)の解析解はパターソンらの文献(APPLIED OPTICS,
Vol.28, No.12, pp.2331-2336 (1989)の第(7)式に
より与えられている。その文献では、時間応答波形に含
まれる吸収係数μaと等価散乱係数μs'(=(1−
g)μs;μsは散乱係数、gは散乱の非等方性パラメ
ータ)を求める1つの方法が示されている。その文献の
(9)式で与えられているように、時間応答波形の傾き
(時間部分)の時間を無限大にしたときの値、すなわち
時間応答波形のテールの傾きが−μa・cとなることを
利用し、吸収係数μaを求めている。等価散乱係数μ
s'はその文献の(10)式でμaの関数として与えら
れており、μaが求まればμs'も計算により求めるこ
とができる。
き、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線R
(t)の解析解はパターソンらの文献(APPLIED OPTICS,
Vol.28, No.12, pp.2331-2336 (1989)の第(7)式に
より与えられている。その文献では、時間応答波形に含
まれる吸収係数μaと等価散乱係数μs'(=(1−
g)μs;μsは散乱係数、gは散乱の非等方性パラメ
ータ)を求める1つの方法が示されている。その文献の
(9)式で与えられているように、時間応答波形の傾き
(時間部分)の時間を無限大にしたときの値、すなわち
時間応答波形のテールの傾きが−μa・cとなることを
利用し、吸収係数μaを求めている。等価散乱係数μ
s'はその文献の(10)式でμaの関数として与えら
れており、μaが求まればμs'も計算により求めるこ
とができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記引用文献の方法で
は、μaを求めるのに時間応答波形のテールの傾きを用
いるため、信号強度の大きいピークの部分のデータを使
うことができず、信号強度の弱いテールの部分を用い
る。そのためS/N比が悪く、μaを精度よく求めるこ
とができない。また、そのような精度の悪いμaを用い
て求められる等価散乱係数μs'も当然に精度が悪いも
のとなる。また前述の引用文献の第(7)式(本明細書
では(1)式として引用)では、時間応答波形が2つの
パラメータμaとμs’で表わされ、R(t,μa,μ
s’)の形に表わされている。
は、μaを求めるのに時間応答波形のテールの傾きを用
いるため、信号強度の大きいピークの部分のデータを使
うことができず、信号強度の弱いテールの部分を用い
る。そのためS/N比が悪く、μaを精度よく求めるこ
とができない。また、そのような精度の悪いμaを用い
て求められる等価散乱係数μs'も当然に精度が悪いも
のとなる。また前述の引用文献の第(7)式(本明細書
では(1)式として引用)では、時間応答波形が2つの
パラメータμaとμs’で表わされ、R(t,μa,μ
s’)の形に表わされている。
【0006】一般に、理論式に含まれるパラメータを求
めるために、最小2乗法を用いて理論式を実測曲線に合
わせる(fit)方法は知られている。この方法ならば、
時間応答曲線のピークの部分を用いてパラメータを求め
ることは可能であるが、この式には2つのパラメータが
含まれているので、単純に最小2乗法を適用すると計算
時間が非常に長くかかり、実用的ではなくなる。本発明
は時間応答波形のうちピークの部分のデータを用いるこ
とができるようにして、S/N比のよい部分で精度よ
く、しかも短時間でμaとμs'を求めるようにするこ
とを目的とするものである。
めるために、最小2乗法を用いて理論式を実測曲線に合
わせる(fit)方法は知られている。この方法ならば、
時間応答曲線のピークの部分を用いてパラメータを求め
ることは可能であるが、この式には2つのパラメータが
含まれているので、単純に最小2乗法を適用すると計算
時間が非常に長くかかり、実用的ではなくなる。本発明
は時間応答波形のうちピークの部分のデータを用いるこ
とができるようにして、S/N比のよい部分で精度よ
く、しかも短時間でμaとμs'を求めるようにするこ
とを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、吸収を含
む測定した時間応答曲線R(t)に対して、等価散乱係
数の予測値μs1’をパラメータとして含む吸収のない
仮想媒体に対する時間応答曲線R0(t,μs1')を理論
式で求めた後、両者の対数ln{R(t)/R0(t,μ
s1')}を計算すると、等価散乱係数μs1'が正しく予
測されておればその関数y=ln{R(t)/R0(t,
μs1')}は時間に対して直線となり、しかもその傾き
が−μa・cとなることを見出した。したがって、まず
1つのパラメータμs1'に注目してy=ln{R(t)
/R0(t,μs1')}が時間に対し直線となるように等
価散乱係数μs1'を定め、次にその直線の傾きから第2
のパラメータμaを定めることができる。
む測定した時間応答曲線R(t)に対して、等価散乱係
数の予測値μs1’をパラメータとして含む吸収のない
仮想媒体に対する時間応答曲線R0(t,μs1')を理論
式で求めた後、両者の対数ln{R(t)/R0(t,μ
s1')}を計算すると、等価散乱係数μs1'が正しく予
測されておればその関数y=ln{R(t)/R0(t,
μs1')}は時間に対して直線となり、しかもその傾き
が−μa・cとなることを見出した。したがって、まず
1つのパラメータμs1'に注目してy=ln{R(t)
/R0(t,μs1')}が時間に対し直線となるように等
価散乱係数μs1'を定め、次にその直線の傾きから第2
のパラメータμaを定めることができる。
【0008】この方法では2つのパラメータμaとμ
s’を一度に求めるのではなく、先にμs’を定める手
順と後でμaを定める手順が分離しているので、計算が
極めて速く行なえる点に特徴がある。なお上記説明にお
いて、等価散乱係数の表示について、予測値と正しい値
とを区別して使用している。予測値に対しμs1'を、正
しい値に対しμs’を用いた。以下の説明でも同様であ
る。予測値が正しい値に一致するときμs1'=μs’と
なる。
s’を一度に求めるのではなく、先にμs’を定める手
順と後でμaを定める手順が分離しているので、計算が
極めて速く行なえる点に特徴がある。なお上記説明にお
いて、等価散乱係数の表示について、予測値と正しい値
とを区別して使用している。予測値に対しμs1'を、正
しい値に対しμs’を用いた。以下の説明でも同様であ
る。予測値が正しい値に一致するときμs1'=μs’と
なる。
【0009】本発明は図1に示されるものである。R
(t)測定手段10は被検体の一部に超短光パルスを入
力し、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線
R(t)を測定するものであり、R0(t,μs1')算出
手段20は被検体に吸収が存在しないと仮定したときに
予測される時間応答曲線R0(t,μs1')を次の式を用
いて計算で求める。
(t)測定手段10は被検体の一部に超短光パルスを入
力し、被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線
R(t)を測定するものであり、R0(t,μs1')算出
手段20は被検体に吸収が存在しないと仮定したときに
予測される時間応答曲線R0(t,μs1')を次の式を用
いて計算で求める。
【0010】
【数1】
【0011】(ここで、D=1/(3μs1')、tは時
間、cは被検体中での光速、ρは被検体での光入射点と
光出射点に関する距離で、図2に与えられる量、kiは
被検体の厚さに依存する係数で、表1で与えられるもの
である。) なお、上記の式は被検体の形状が、半無限体、又は厚さ
がdで大きさが無限大の板に対するものである。実用上
被検体の表面が平坦で、深さ、大きさが数cm以上であ
れば、適用できる。表面が曲面の被検体や小さい被検体
に対してはこれより複雑にはなるが、同様の原理による
μs’をパラメータとする理論式を使用することができ
る。例えば、Arridge et al., phys. Med. Biol., 199
2, Vol.37, pp.1531-1560のTable 1 の式においてμa
=0としたものが利用できる。
間、cは被検体中での光速、ρは被検体での光入射点と
光出射点に関する距離で、図2に与えられる量、kiは
被検体の厚さに依存する係数で、表1で与えられるもの
である。) なお、上記の式は被検体の形状が、半無限体、又は厚さ
がdで大きさが無限大の板に対するものである。実用上
被検体の表面が平坦で、深さ、大きさが数cm以上であ
れば、適用できる。表面が曲面の被検体や小さい被検体
に対してはこれより複雑にはなるが、同様の原理による
μs’をパラメータとする理論式を使用することができ
る。例えば、Arridge et al., phys. Med. Biol., 199
2, Vol.37, pp.1531-1560のTable 1 の式においてμa
=0としたものが利用できる。
【0012】ln{R(t)/R0(t,μs1')}直線化
手段22は測定したR(t)と算出したR0(t,μ
s1')との比の対数 ln{R(t)/R0(t,μs1')} を計算し、それが指定した時間範囲で直線とみなしうる
ようになる等価散乱係数の予測値μs1'を算出する。こ
の時間範囲(t1〜t2)は、経験から、時間応答曲線の
ピーク時刻を含む信号強度の強い範囲を選ぶのがよい。
実際の装置では、t1とt2をオペレータが設定できるよ
うにしておいてもよいし、同様の検体を測定するのなら
予め定めてあってもよい。出力手段24はln{R(t)
/R0(t,μs1')}直線化手段22で求められたμs
1'を被検体の等価散乱係数μs'として出力し、出力手
段26はln{R(t)/R0(t,μs1')}直線化手段
22で得られる直線の傾きを被検体中での光束cで割っ
て被検体の吸収係数μaを算出し出力する。
手段22は測定したR(t)と算出したR0(t,μ
s1')との比の対数 ln{R(t)/R0(t,μs1')} を計算し、それが指定した時間範囲で直線とみなしうる
ようになる等価散乱係数の予測値μs1'を算出する。こ
の時間範囲(t1〜t2)は、経験から、時間応答曲線の
ピーク時刻を含む信号強度の強い範囲を選ぶのがよい。
実際の装置では、t1とt2をオペレータが設定できるよ
うにしておいてもよいし、同様の検体を測定するのなら
予め定めてあってもよい。出力手段24はln{R(t)
/R0(t,μs1')}直線化手段22で求められたμs
1'を被検体の等価散乱係数μs'として出力し、出力手
段26はln{R(t)/R0(t,μs1')}直線化手段
22で得られる直線の傾きを被検体中での光束cで割っ
て被検体の吸収係数μaを算出し出力する。
【0013】
【作用】上記の引用文献には、半無限媒体での反射測
定、厚さdの媒体での反射測定、厚さdの媒体での
透過測定の3つの場合についてそれぞれ時間応答波形が
求められているが、次の(1)式により3つの場合をま
とめて一般的に扱うことができる。
定、厚さdの媒体での反射測定、厚さdの媒体での
透過測定の3つの場合についてそれぞれ時間応答波形が
求められているが、次の(1)式により3つの場合をま
とめて一般的に扱うことができる。
【0014】
【数2】
【0015】被検体での光入射点と光出射点との距離ρ
は図2に示されるものである。図2は厚さdの板状媒体
の測定を表わしたものであり、(A)は反射測定、
(B)は透過測定を示している。媒体は吸収係数μaと
等価散乱係数μs'をもっている。被検体の厚さに依存
する係数Kiは表1又は表2に示されるようになる。
は図2に示されるものである。図2は厚さdの板状媒体
の測定を表わしたものであり、(A)は反射測定、
(B)は透過測定を示している。媒体は吸収係数μaと
等価散乱係数μs'をもっている。被検体の厚さに依存
する係数Kiは表1又は表2に示されるようになる。
【0016】
【表1】 反射の場合
【0017】
【表2】 透過の場合 Z0は仮想的な入射深さであり、Z0=1/μs'であ
る。表1で、反射の場合にi=1だけを用いると半無限
媒体となる。
る。表1で、反射の場合にi=1だけを用いると半無限
媒体となる。
【0018】(1)式の[ ]内が、図2(A)又は
(B)の媒体の形状によってのみ異なる点に注目すれ
ば、本発明は半無限媒体での反射測定、厚さdの媒
体での反射測定、及び厚さdの媒体での透過測定の全
ての場合に適用できることがわかる。
(B)の媒体の形状によってのみ異なる点に注目すれ
ば、本発明は半無限媒体での反射測定、厚さdの媒
体での反射測定、及び厚さdの媒体での透過測定の全
ての場合に適用できることがわかる。
【0019】通常、(1)式の拡散係数DはD=1/3
(μa+μs')で与えられるが、生体では吸収係数μa
は等価散乱係数μs'に比べて2桁程度小さいので無視
することができ、D=1/3μs'とすることができ
る。すなわち、Dはμs'のみに依存し、μaが変わっ
ても不変であるとすることができる。(1)式におい
て、μa=0である場合、Dは不変であるから、(1)
式は次の(2)式のように変形することができる。
(μa+μs')で与えられるが、生体では吸収係数μa
は等価散乱係数μs'に比べて2桁程度小さいので無視
することができ、D=1/3μs'とすることができ
る。すなわち、Dはμs'のみに依存し、μaが変わっ
ても不変であるとすることができる。(1)式におい
て、μa=0である場合、Dは不変であるから、(1)
式は次の(2)式のように変形することができる。
【0020】
【数3】
【0021】R(t)とR0(t)の比の対数をとると、 ln{R(t)/R0(t)}=−μa・ct (3) となる。すなわち、 y=ln{R(t)/R0(t)} は、勾配が−μa・cの直線となる。しかし、これは実
測値の散乱係数μs'が、R0(t)に用いたμs'に等し
い場合に限られる。実際にはR(t)のμs'は分かって
いないので、予測する吸収ゼロの時間応答曲線R0(t)
を作るときの散乱係数は、μs'と区別するためにμ
s1'と記述する。一般にはμs'≠μs1'であるが、μ
s1’が正しく求められたとき、μs'=μs1'となる。
測値の散乱係数μs'が、R0(t)に用いたμs'に等し
い場合に限られる。実際にはR(t)のμs'は分かって
いないので、予測する吸収ゼロの時間応答曲線R0(t)
を作るときの散乱係数は、μs'と区別するためにμ
s1'と記述する。一般にはμs'≠μs1'であるが、μ
s1’が正しく求められたとき、μs'=μs1'となる。
【0022】μs'≠μs1'であるとして、ln{R(t)
/R0(t)}を計算してみる。最も簡単な半無限媒体の
反射の場合を例にとると、(1)式、(2)式のΣの項
はi=1のみで、かつk1=Z0=1/μs'であるの
で、
/R0(t)}を計算してみる。最も簡単な半無限媒体の
反射の場合を例にとると、(1)式、(2)式のΣの項
はi=1のみで、かつk1=Z0=1/μs'であるの
で、
【0023】
【数4】
【0024】得る。(4)式の右辺をtに関係しない項
(=β)、tに比例する項(αt)、1/tに比例する
項(=γ/t)の和として表せば、 y=ln{R(t)/R0(t,μs1')} =αt+β+γ/t (5) と書くことができる。これにより、実測値のR(t)と
計算値R0(t,μs1')との比の対数y=ln{R(t)
/R0(t,μs1')}に(5)式を合わせる。そして、
γ=0となるようにμs1'を変化させることにより、μ
s=μs1'となり、またこのときのα=−μa・ctか
らμaも求まる。
(=β)、tに比例する項(αt)、1/tに比例する
項(=γ/t)の和として表せば、 y=ln{R(t)/R0(t,μs1')} =αt+β+γ/t (5) と書くことができる。これにより、実測値のR(t)と
計算値R0(t,μs1')との比の対数y=ln{R(t)
/R0(t,μs1')}に(5)式を合わせる。そして、
γ=0となるようにμs1'を変化させることにより、μ
s=μs1'となり、またこのときのα=−μa・ctか
らμaも求まる。
【0025】μs'とμaを求める本発明の手順を図3
にまとめて示す。図3のフローチャートにおいて、R
(t)測定手段10により測定波形を読み込む。ここで
はR(t)をR(μs',μa,t)と表し、μs'とμ
aがこれから求める量であることを示している。また、
計算によって求める、吸収がない場合の推測波形R0(μ
s1',t)をR0(μs1',0,t)と表し、μa=0で
あることを示している。
にまとめて示す。図3のフローチャートにおいて、R
(t)測定手段10により測定波形を読み込む。ここで
はR(t)をR(μs',μa,t)と表し、μs'とμ
aがこれから求める量であることを示している。また、
計算によって求める、吸収がない場合の推測波形R0(μ
s1',t)をR0(μs1',0,t)と表し、μa=0で
あることを示している。
【0026】R0(μs1',0,t)を計算するための初
期値μs1'を設定(実際には適当な任意の値として、例
えばμs1’=1mm-1などを用いる)し、その初期値
μs1'を用いて(2)式から推定波形R0(μs1',0,
t)を計算する。次に ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} を計算し、それにαt+β+γ/tを合わせて、γを求
める。γの値からμs1'の修正値Δμs1'を計算し、Δ
μs1'が判定基準より大きければμs1'をμs1'+Δμ
s1'に置き換えて再び ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} の計算、γの計算、Δμs1'の計算を繰り返す。
期値μs1'を設定(実際には適当な任意の値として、例
えばμs1’=1mm-1などを用いる)し、その初期値
μs1'を用いて(2)式から推定波形R0(μs1',0,
t)を計算する。次に ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} を計算し、それにαt+β+γ/tを合わせて、γを求
める。γの値からμs1'の修正値Δμs1'を計算し、Δ
μs1'が判定基準より大きければμs1'をμs1'+Δμ
s1'に置き換えて再び ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} の計算、γの計算、Δμs1'の計算を繰り返す。
【0027】Δμs1'が判定基準以下になったところ
で、収束したものと判定し、μs1'+Δμs1'を新しい
μs1'とし、それを等価散乱係数μs'として採用す
る。その新しいμs1'を用いて再度(2)式からR0(μ
s1',0,t)を計算し、 ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} を計算する。今度はγ=0に調整されているので、その
計算値にαt+βを合わせ、その直線の傾きα=−μa
・cからμaを計算し、その値を吸収係数として採用す
る。
で、収束したものと判定し、μs1'+Δμs1'を新しい
μs1'とし、それを等価散乱係数μs'として採用す
る。その新しいμs1'を用いて再度(2)式からR0(μ
s1',0,t)を計算し、 ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} を計算する。今度はγ=0に調整されているので、その
計算値にαt+βを合わせ、その直線の傾きα=−μa
・cからμaを計算し、その値を吸収係数として採用す
る。
【0028】図3でγからΔμs1'を計算するのに代え
て、μs1'を徐々に変化させ、 ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} が直線に乗るまでμs1'の変化を繰り返すようにしても
よい。 ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)}
=αt+β の形は、R(μs',μa,t)がピークとなるような
比較的tが小さい部分でも成り立つ。すなわち、このこ
とはパルスの信号強度の強い部分を用いて計算できるこ
とを意味しており、この点で先に引用したパターソンの
文献の(9)式を利用する方法に比べて遥かにS/N比
が高くなり、優れている。また、この方式はパラメータ
μs’を分離して先に求めることにより、一般的な2つ
のパラメータμa,μs’を含む式を用いて2つのパラ
メータを扱う場合に比べ計算量が大幅に少ない点が優れ
ている。
て、μs1'を徐々に変化させ、 ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)} が直線に乗るまでμs1'の変化を繰り返すようにしても
よい。 ln{R(μs',μa,t)/R0(μs1',0,t)}
=αt+β の形は、R(μs',μa,t)がピークとなるような
比較的tが小さい部分でも成り立つ。すなわち、このこ
とはパルスの信号強度の強い部分を用いて計算できるこ
とを意味しており、この点で先に引用したパターソンの
文献の(9)式を利用する方法に比べて遥かにS/N比
が高くなり、優れている。また、この方式はパラメータ
μs’を分離して先に求めることにより、一般的な2つ
のパラメータμa,μs’を含む式を用いて2つのパラ
メータを扱う場合に比べ計算量が大幅に少ない点が優れ
ている。
【0029】
【実施例】図4は一実施例を概略的に表したものであ
る。被検体2に対し、超短光パルスレーザー4から照射
ファイバ6により被検体のA点に幅10〜100ピコ秒
の光パルスが照射される。A点から距離ρだけ離れたB
点に、受光ファイバ8の一端が設置され、そのファイバ
8を介して時間応答波形が超高時間分解光信号測定装置
10に取り込まれる。12は時間応答波形解析装置、1
4はCRTやレコーダなど、μaとμs'を出力する装
置である。
る。被検体2に対し、超短光パルスレーザー4から照射
ファイバ6により被検体のA点に幅10〜100ピコ秒
の光パルスが照射される。A点から距離ρだけ離れたB
点に、受光ファイバ8の一端が設置され、そのファイバ
8を介して時間応答波形が超高時間分解光信号測定装置
10に取り込まれる。12は時間応答波形解析装置、1
4はCRTやレコーダなど、μaとμs'を出力する装
置である。
【0030】図1との対応を示すと、R(t)測定手段
10は超短光パルスレーザー4、ファイバ6,8及び超
高時間分解光信号測定装置10により実現され、R
0(t,μs1')算出手段20、ln{R(t)/R0(t,
μs1')}直線化手段22及び吸収係数μa算出出力手
段26の算出部は時間応答波形解析装置12により実現
される。
10は超短光パルスレーザー4、ファイバ6,8及び超
高時間分解光信号測定装置10により実現され、R
0(t,μs1')算出手段20、ln{R(t)/R0(t,
μs1')}直線化手段22及び吸収係数μa算出出力手
段26の算出部は時間応答波形解析装置12により実現
される。
【0031】次に、実測例を示す。図5に実線、破線又
は鎖線で示す変動している曲線は、厚さが50mmの水
槽に散乱体としてラテックスを混在させ、光吸収体を含
まないものと光吸収体として異なる濃度のインクを含む
ものの4種類の懸濁液に光パルスを照射したときの時間
応答曲線を示したものである。はインクを含まない
液、,,はそれぞれ異なる濃度のインクを含む液
であり、が最もインクの濃度の高いものである。
は鎖線で示す変動している曲線は、厚さが50mmの水
槽に散乱体としてラテックスを混在させ、光吸収体を含
まないものと光吸収体として異なる濃度のインクを含む
ものの4種類の懸濁液に光パルスを照射したときの時間
応答曲線を示したものである。はインクを含まない
液、,,はそれぞれ異なる濃度のインクを含む液
であり、が最もインクの濃度の高いものである。
【0032】図5の測定結果を用い、本発明によりμ
s'とμaを推定した結果を表3の(a)欄と(b)欄
に示し、(c)欄に試料を基準としたΔμaを示す。
(d)欄は予め分光光度計で各試料の吸収係数を測定
し、試料を基準にしてμa値を求めておいたものであ
る。
s'とμaを推定した結果を表3の(a)欄と(b)欄
に示し、(c)欄に試料を基準としたΔμaを示す。
(d)欄は予め分光光度計で各試料の吸収係数を測定
し、試料を基準にしてμa値を求めておいたものであ
る。
【0033】
【表3】 表3の(c)欄と(d)欄がよく一致しており、また、
試料〜に対するμs'の推定値(a欄)も互いによ
く一致しており、本発明が正しいものであることを示し
ている。。
試料〜に対するμs'の推定値(a欄)も互いによ
く一致しており、本発明が正しいものであることを示し
ている。。
【0034】本発明により求めたμs'とμaを用い、
(1)式に透過の場合の表2のki(1=1〜4)を用
いて計算した結果を、図5に点線の滑らかな曲線で示し
た。試料〜は測定値と計算値がよく一致しており、
試料も点線の曲線(計算値)を上方向に平行移動すれ
ば波形はほとんど一致する。
(1)式に透過の場合の表2のki(1=1〜4)を用
いて計算した結果を、図5に点線の滑らかな曲線で示し
た。試料〜は測定値と計算値がよく一致しており、
試料も点線の曲線(計算値)を上方向に平行移動すれ
ば波形はほとんど一致する。
【0035】
【発明の効果】本発明では絶対量としての吸収係数μa
と等価散乱係数μs'を精度よく、しかも短時間に求め
ることができる。また、信号のピークを含む信号の強い
部分のデータを用いることができるので、S/N比のよ
い測定を行なうことができる。本発明は被検体が有限の
厚さを持つ場合の反射測定、透過測定及び半無限媒体の
反射測定のいずれの場合にも適用することができる。計
算はln{R(t)/R0(t,μs1')}が直線になるよ
うにμs1'を変化させるだけであるので、計算が簡単で
あり、計算時間が短くてすむ。計算量が少ないことは、
時間分解方式で多数のデータを処理する場合や、リアル
タイムでμaとμs'を刻々表示する場合に特に有利で
ある。
と等価散乱係数μs'を精度よく、しかも短時間に求め
ることができる。また、信号のピークを含む信号の強い
部分のデータを用いることができるので、S/N比のよ
い測定を行なうことができる。本発明は被検体が有限の
厚さを持つ場合の反射測定、透過測定及び半無限媒体の
反射測定のいずれの場合にも適用することができる。計
算はln{R(t)/R0(t,μs1')}が直線になるよ
うにμs1'を変化させるだけであるので、計算が簡単で
あり、計算時間が短くてすむ。計算量が少ないことは、
時間分解方式で多数のデータを処理する場合や、リアル
タイムでμaとμs'を刻々表示する場合に特に有利で
ある。
【図1】本発明を示すブロック図である。
【図2】媒体への送光点と受光点との距離ρを示す図で
あり、(A)は反射の場合、(B)は透過の場合であ
る。
あり、(A)は反射の場合、(B)は透過の場合であ
る。
【図3】本発明の動作を示すフローチャート図である。
【図4】一実施例を示すブロック図である。
【図5】実施例における実測例を示す図である。
10 R(t)測定手段 20 R0(t,μs1')算出手段 22 ln{R(t)/R0(t,μs1')}直線化手
段 24 等価散乱係数μs'出力手段 26 吸収係数μa算出出力手段
段 24 等価散乱係数μs'出力手段 26 吸収係数μa算出出力手段
Claims (1)
- 【請求項1】 被検体の一部に超短光パルスを入力し、
被検体の他の部分から出てくる光の時間応答曲線R
(t)を測定する手段(10)と、 被検体に吸収が存在しないと仮定した仮想媒体の時間応
答曲線として、等価散乱係数の予測値μs1’をパラメ
ータとして含み、吸収係数μaを含まない関数R0(t,
μs1')を算出するR0(t,μs1')算出手段(20)
と、 測定したR(t)と算出したR0(t,μs1')との比の
対数 ln{R(t)/R0(t,μs1')} を計算し、予め定められた又は操作者が設定可能な時間
範囲で直線とみなしうるようになる等価散乱係数の予測
値μs1'を算出するln{R(t)/R0(t,μs1')}直
線化手段(22)と、 ln{R(t)/R0(t,μs1')}直線化手段(22)
で求められた予測値μs1'を正しい被検体の等価散乱係
数μs'として出力する手段(24)と、 ln{R(t)/R0(t,μs1')}直線化手段(22)
で得られる直線の傾きを被検体中で光速cで割って被検
体の吸収係数μaを算出し出力する手段(26)と、を
備えたことを特徴とする生体測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14232394A JP3359743B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 生体測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14232394A JP3359743B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 生体測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07323033A true JPH07323033A (ja) | 1995-12-12 |
JP3359743B2 JP3359743B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=15312682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14232394A Expired - Fee Related JP3359743B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 生体測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3359743B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016515855A (ja) * | 2013-03-12 | 2016-06-02 | ローレンス リヴァーモア ナショナル セキュリティ,エルエルシー | 時間分解光散乱分光法を使用する組織又は損傷深度の評価 |
US10502683B2 (en) | 2017-07-27 | 2019-12-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photodetector selection apparatus and method and scattering coefficient measurement apparatus and method |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP14232394A patent/JP3359743B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016515855A (ja) * | 2013-03-12 | 2016-06-02 | ローレンス リヴァーモア ナショナル セキュリティ,エルエルシー | 時間分解光散乱分光法を使用する組織又は損傷深度の評価 |
US10502683B2 (en) | 2017-07-27 | 2019-12-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photodetector selection apparatus and method and scattering coefficient measurement apparatus and method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3359743B2 (ja) | 2002-12-24 |
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