JPH1026585A - 内部特性分布の計測方法および装置 - Google Patents

内部特性分布の計測方法および装置

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JPH1026585A
JPH1026585A JP8334674A JP33467496A JPH1026585A JP H1026585 A JPH1026585 A JP H1026585A JP 8334674 A JP8334674 A JP 8334674A JP 33467496 A JP33467496 A JP 33467496A JP H1026585 A JPH1026585 A JP H1026585A
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之雄 上田
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裕 土屋
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 測定対象物についての測定値から直接的に基
準値を求めることを可能とし、その基準値に基づいて測
定対象物における内部特性分布の信頼性の高いすなわち
高精度の測定が可能な方法および装置の提供。 【解決手段】 測定対象物の表面における複数の光入射
位置から順次対象物中に測定光を入射するステップと、
対象物中を透過した測定光を、光検出位置で順次あるい
は同時に検出するステップと、各光検出位置で検出され
た各測定光に基づいて、該測定光の所定パラメータの測
定値を求めるステップと、前記位置関係が相対的に同じ
である光入射位置と光検出位置との複数の組み合わせに
よって求められた測定値を抽出し、測定値の平均値を算
出して基準値を得るステップと、前記複数の組み合わせ
によって求められた測定値と、基準値とを用いて、対象
物の各領域における所定内部特性の変化量を算出して対
象物における内部特性変化量分布を求めるステップと、
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の内部
特性分布を計測するための方法およびそのための装置に
関する。より詳細には、本発明は、光入射位置および光
検出位置を測定対象物の表面に沿って移動させて断層像
を得る光ＣＴ（コンピュータトモグラフィー）装置等に
適用可能な内部特性分布計測方法並びにそのための装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】散乱吸収体である対象物の表面における
１つの光入射位置から測定光を入射し、対象物によって
散乱されつつ透過した測定光を前記対象物の表面におけ
る複数の光検出位置で受光するとともに、前記対象物の
表面に添って光入射位置および光検出位置を移動させて
いき、散乱吸収体における内部特性の分布を求める光Ｃ
Ｔ装置においては、例えばその内部の吸収係数の分布を
求める方法として以下の方法が知られている。すなわ
ち、“Imaging of Multiple Targets in Dense Scatter
ing Media”（H.L.Graber, J.Chang, R.L.Barbour, SPI
E vol.2570, p.219-p.234）、“Imaging diffusive med
ia using time-independent and time-harmonic source
s；dependence of image quality on imaging algorith
ms, target volume weight matrix, and view angles
”（Jenghwa Chang et.al., SPIE vol.2389）等に記載
された方法がある。
【０００３】このような従来の方法における基本的な画
像化原理は、測定対象物内部を便宜的に複数のボクセル
に区切り、対象物表面のある点から入射した光が測定対
象物内部を透過して同表面の他の点で受光された際に、
各ボクセル毎の吸収係数といった特定の内部特性に注目
した場合の受光される光に対する寄与度を示す関数（こ
こでは便宜的に「広がり関数」という）と、受光された
光との関係式を用いることにある。なお、ここでいうボ
クセルとは、測定対象物を複数の領域に分割した各領域
（ボックスセル）のことをいう。
【０００４】しかしながら、上記従来の方法において
は、測定対象物とは別に吸収の無いファントムを用意
し、それを用いて基準となる検出光量を測定し、さらに
その状態の広がり関数を用いて目的とする散乱吸収体内
部の吸収係数分布を求めていた。そして、このような方
法を用いて画像化を行う場合、測定対象物と同一又は類
似した形状を有しかつ既知の内部特性を持つように作ら
れたファントムモデル（物理モデル）あるいはシミュレ
ーションモデルを想定し、このようなモデルから得たデ
ータを画像化の計算の際の基準値として用いる必要があ
った。そのため、これら従来の方法では、実際の測定対
象物と物理モデルまたはシミュレーションモデルとの差
や測定対象物の個体差等に起因する誤差を避けることが
できず、特に生体のように複雑な構造を有する測定対象
への適用は非常に困難であった。
【０００５】一方、ファントムを用いないで吸収物質濃
度の空間分布を求める方法として、特開平８−２９３２
９号公報に記載の方法がある。しかしながら、同公報記
載の方法においては、測定対象物中の吸収成分が一種類
の場合でも複数の波長を有する光を用いる必要があり、
これら複数の波長間での平均光路長分布および減衰光量
（散乱等の影響で減衰する光量）は同じであると仮定し
て吸収物質濃度の空間分布を求めていた。また、この方
法においては、吸収物質を含まない仮想被検体を想定
し、その仮想被検体内における平均光路長を用いて吸収
物質濃度の空間分布を求めており、吸収による光路長の
変化は考慮されていなかった。そのため、上記公報に記
載の方法によっても、得られる内部特性分布の信頼性は
未だ充分なものではなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
従来の課題に鑑みてなされたものであり、従来は必要で
あった物理モデルあるいはシミュレーションモデルから
基準値を求めることなく、また測定対象物中の一成分に
対して複数の波長を有する光を用いることなく、測定対
象物についての測定値から直接的に基準値を求めること
を可能とし、その基準値に基づいて測定対象物における
内部特性分布の信頼性の高いすなわち高精度の測定が可
能な方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究した結果、測定対象物の表面にあ
りかつその対象物内の一点（例えば対象物の中心）に対
して相対的に同じ位置関係にある光入射位置と光検出位
置との複数の組み合わせによって求められた複数の測定
値の平均値を内部特性分布を求めるための基準値として
用いることによって上記課題が解決されることを見出
し、本発明に到達した。
【０００８】すなわち、本発明の内部特性分布の計測方
法は、測定対象物の表面における複数の光入射位置から
順次該対象物中に測定光を入射するステップと、該対象
物中を透過した測定光を、前記対象物の表面における複
数の光検出位置のうちの少なくとも１つの光検出位置で
あってかつ測定されるべき測定光が入射された光入射位
置に対して所定の位置関係にある光検出位置で順次ある
いは同時に検出するステップと、各光検出位置で検出さ
れた各測定光に基づいて、該測定光の所定パラメータの
測定値を求めるステップと、前記位置関係が相対的に同
じである前記光入射位置と前記光検出位置との複数の組
み合わせによって求められた複数の前記測定値を抽出
し、該測定値の平均値を算出して該位置関係における基
準値を得るステップと、前記複数の組み合わせによって
求められた前記複数の測定値と、前記基準値とを用い
て、複数の領域に分割された前記対象物の各領域におけ
る所定内部特性の変化量を算出して該対象物における内
部特性変化量分布を求めるステップと、を具備する方法
である。
【０００９】また、本発明の内部特性分布の計測装置
は、測定対象物の表面における複数の光入射位置から順
次該対象物中に測定光を入射する光入射手段と、該対象
物中を透過した測定光を、前記対象物の表面における複
数の光検出位置のうちの少なくとも１つの光検出位置で
あってかつ測定されるべき測定光が入射された光入射位
置に対して所定の位置関係にある光検出位置で順次ある
いは同時に検出する光検出手段と、各光検出位置で検出
された各測定光に基づいて、該測定光の所定パラメータ
の測定値を求める測定値取得手段と、前記位置関係が相
対的に同じである前記光入射位置と前記光検出位置との
複数の組み合わせによって求められた複数の前記測定値
を抽出し、該測定値の平均値を算出して該位置関係にお
ける基準値を得る基準値算出手段と、前記複数の組み合
わせによって求められた前記複数の測定値と、前記基準
値とを用いて、複数の領域に分割された前記対象物の各
領域における所定内部特性の変化量を算出して該対象物
における内部特性変化量分布を求める内部特性変化量算
出手段と、を具備する装置である。
【００１０】本発明の方法および装置では、測定対象物
の表面にありかつその対象物内の一点（例えば対象物の
中心）に対して相対的に同じ位置関係にある光入射位置
と光検出位置との複数の組み合わせによって求められた
複数の測定値の平均値を、内部特性分布を求めるための
基準値として用いる。すなわち、上記基準値と各測定値
とを用いて後述する方程式を解くことよって、複数の領
域に分割された前記対象物の各領域における内部特性の
変化量（差分）が求められる。
【００１１】このように本発明では、実際の測定で得ら
れる測定値の平均値から基準値を求め、この基準値に基
づいて内部特性の変化量が算出される。したがって、本
発明では物理モデルやシミュレーションモデルから予め
求めた基準値を用いていないため、測定対象物の個体差
や、実際の測定対象物と物理モデルやシミュレーション
モデルとの間に生じる条件の差等に起因する誤差が発生
する余地がなく、信頼性の高い高精度の測定が可能であ
る。さらに、本発明によれば、物理モデル等を用いて基
準値を予め求める手間が省かれ、測定時間が短縮化され
る。
【００１２】基準値を実際の測定で得られる測定値の平
均値から求め、その基準値に基づいて内部特性の変化量
等を求めるということは、例えば図１で説明すると、
Ａ、Ｂ、Ｃの各値は０からの値が分からなくても平均値
との差分が分かれば求められるということと同様であ
る。本発明の動作原理はこのような原理に基づいて内部
特性の差分や絶対値を求めることである。
【００１３】また、本発明では測定対象物中の一成分に
対して複数の波長を有する光を用いることなく測定対象
物中の内部特性分布が求められるため、複数の波長間で
の平均光路長分布および減衰光量（散乱等の影響で減衰
する光量）は同じであるといった仮定に基づく誤差の発
生が防止され、測定精度が向上する。さらに、本発明に
よれば、測定対象物中の多成分を複数の波長を有する光
を用いて解析する場合においても誤差の発生は同様に防
止される。すなわち、本発明においては、現実の物体に
は存在する散乱係数の波長依存性の変化にも対応して各
波長毎に散乱係数を求めているためである。
【００１４】なお、本発明にかかる光入射位置と光検出
位置との位置関係は、例えば測定対象物の中心を基準
に、すなわち光入射位置および該中心を結ぶ線と光検出
位置および該中心を結ぶ線との間の角度で規定され、か
かる位置関係が相対的に同じであるということは例えば
上記角度が同じであることをいう。
【００１５】また、本発明にかかる測定値としては、測
定光の測定対象物内部での散乱および吸収に関係する所
定パラメータの測定値が好ましく、例えば測定光の光
量、位相差（または位相遅れ）、振幅、時間分解波形等
のパラメータの測定値が好適に用いられる。
【００１６】本発明の方法および装置によって測定可能
な内部特性としては、吸収係数、等価散乱係数、屈折率
が挙げられ、これらのうちのいずれかの特性を単独で、
あるいは複数の特性を同時または順次に求めてもよい。
【００１７】先ず、本発明の方法および装置によって測
定されるべき内部特性が吸収係数である場合について説
明する。
【００１８】この場合、本発明の方法は、前記対象物の
平均の吸収係数および平均の等価散乱係数を求める（好
ましくは前記基準値に基づいて求める）ステップと、前
記平均の吸収係数および平均の等価散乱係数に対応する
広がり関数（吸収係数用の広がり関数）を選択するステ
ップとを更に具備していることが好ましく、前記内部特
性変化量分布を求めるステップにおいて前記複数の測定
値と前記基準値と前記広がり関数とを用いて前記各領域
における吸収係数の変化量を算出することができる。
【００１９】また、本発明の装置は、前記対象物の平均
の吸収係数および平均の等価散乱係数を求める（好まし
くは前記基準値に基づいて求める）平均吸収および散乱
係数検出手段と、前記平均の吸収係数および平均の等価
散乱係数に対応する広がり関数（吸収係数用の広がり関
数）を選択する広がり関数選択手段とを更に具備してい
ることが好ましく、前記内部特性変化量算出手段におい
て前記複数の測定値と前記基準値と前記広がり関数とを
用いて前記各領域における吸収係数の変化量を算出する
ことができる。
【００２０】このような本発明の方法および装置によれ
ば、内部が不均一な測定対象物に対して測定された平均
値としての吸収係数および等価散乱係数に対応して選択
された広がり関数に基づいて、前記の各領域における吸
収係数の変化量（差分）が求められる。したがって、こ
のような本発明の方法および装置によれば、吸収係数お
よび／または等価散乱係数をゼロとして計算する場合に
比べて、それらによる実効光路長の変化に基づく誤差の
発生が充分に防止され、測定精度が向上する。
【００２１】さらに、上記本発明の方法は、前記吸収係
数の変化量および前記平均の吸収係数を用いて、前記各
領域における吸収係数の絶対値を算出して前記対象物に
おける吸収係数絶対値分布を求めるステップ、および／
または前記吸収係数の絶対値を用いて、前記各領域にお
ける吸収成分の濃度を算出して前記対象物における吸収
成分濃度分布を求めるステップを更に具備してもよい。
【００２２】また、上記本発明の装置は、前記吸収係数
の変化量および前記平均の吸収係数を用いて、前記各領
域における吸収係数の絶対値を算出して前記対象物にお
ける吸収係数絶対値分布を求める吸収係数絶対値算出手
段、および／または前記吸収係数の絶対値を用いて、前
記各領域における吸収成分の濃度を算出して前記対象物
における吸収成分濃度分布を求める吸収成分濃度算出手
段を更に具備してもよい。
【００２３】このような本発明の方法および装置によれ
ば、内部が不均一な測定対象物に対して測定された平均
値としての吸収係数に基づいて、前記の各領域における
吸収係数の変化量（差分）から各領域における吸収係数
の絶対値が求められる。このように本発明の方法および
装置によれば、均一な吸収係数を有しかつ測定対象物と
同一の外形を持つファントムから得た基準値を用いるこ
となく各領域における吸収係数の絶対値が求められるこ
ととなる。そして、各領域における吸収係数の絶対値が
求まれば、既知の吸収成分のモル吸収係数等を用いて各
領域における吸収成分の濃度が求められる。本発明で求
められる吸収係数の変化量分布の誤差は従来の方法によ
る場合と比較して極めて少なくなるため、それに基づい
て求められる吸収係数の絶対値分布並びに吸収成分の濃
度分布の精度が高くなる。
【００２４】上記本発明の方法を少なくとも２つの吸収
成分を含有している対象物に適用する場合には、前記光
入射ステップにおいて前記対象物中に入射される測定光
が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違する少な
くとも２つの波長を有していることが好ましい。この場
合、前記光検出ステップにおいて前記少なくとも２つの
波長を有する測定光をそれぞれ検出し、前記測定値を求
めるステップにおいて前記少なくとも２つの波長を有す
る測定光に関してそれぞれ前記測定値を求め、前記基準
値を得るステップにおいて前記少なくとも２つの波長を
有する測定光に関してそれぞれ前記平均値を算出し、前
記内部特性変化量分布を求めるステップにおいて前記少
なくとも２つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前
記吸収係数の変化量を算出し、前記吸収係数絶対値分布
を求めるステップにおいて前記少なくとも２つの波長を
有する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数の絶対値を
算出し、前記吸収成分濃度分布を求めるステップにおい
て前記少なくとも２つの波長を有する測定光に関してそ
れぞれ前記吸収成分の濃度を算出することによって、前
記対象物における前記各吸収成分の濃度分布を高精度に
求めることが可能となる。
【００２５】また、上記本発明の装置を用いて少なくと
も２つの吸収成分を含有している対象物を測定する場合
には、前記光入射手段において前記対象物中に入射され
る測定光が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違
する少なくとも２つの波長を有していることが好まし
い。この場合、前記光検出手段において前記少なくとも
２つの波長を有する測定光をそれぞれ検出し、前記測定
値取得手段において前記少なくとも２つの波長を有する
測定光に関してそれぞれ前記測定値を求め、前記基準値
算出手段において前記少なくとも２つの波長を有する測
定光に関してそれぞれ前記平均値を算出し、前記内部特
性変化量算出手段において前記少なくとも２つの波長を
有する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数の変化量を
算出し、前記吸収係数絶対値算出手段において前記少な
くとも２つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記
吸収係数の絶対値を算出し、前記吸収成分濃度算出手段
において前記少なくとも２つの波長を有する測定光に関
してそれぞれ前記吸収成分の濃度を算出することによっ
て、前記対象物における前記各吸収成分の濃度分布を高
精度に求めることが可能となる。
【００２６】次に、本発明の方法および装置によって測
定されるべき内部特性が等価散乱係数である場合につい
て説明する。
【００２７】この場合、本発明の方法は、前記対象物の
平均の吸収係数および平均の等価散乱係数を求める（好
ましくは前記基準値に基づいて求める）ステップと、前
記平均の吸収係数および平均の等価散乱係数に対応する
広がり関数（等価散乱係数用の広がり関数）を選択する
ステップとを更に具備していることが好ましく、前記内
部特性変化量分布を求めるステップにおいて前記複数の
測定値と前記基準値と前記広がり関数とを用いて前記各
領域における等価散乱係数の変化量を算出することがで
きる。
【００２８】また、本発明の装置は、前記対象物の平均
の吸収係数および平均の等価散乱係数を求める（好まし
くは前記基準値に基づいて求める）平均吸収および散乱
係数検出手段と、前記平均の吸収係数および平均の等価
散乱係数に対応する広がり関数（等価散乱係数用の広が
り関数）を選択する広がり関数選択手段とを更に具備し
ていることが好ましく、前記内部特性変化量算出手段に
おいて前記複数の測定値と前記基準値と前記広がり関数
とを用いて前記各領域における等価散乱係数の変化量を
算出することができる。
【００２９】このような本発明の方法および装置によれ
ば、内部が不均一な測定対象物に対して測定された平均
値としての吸収係数および等価散乱係数に対応して選択
された広がり関数に基づいて、前記の各領域における等
価散乱係数の変化量（差分）が求められる。したがっ
て、このような本発明の方法および装置によれば、吸収
係数および／または等価散乱係数をゼロとして計算する
場合に比べて、それらによる実効光路長の変化に基づく
誤差の発生が充分に防止され、測定精度が向上する。
【００３０】さらに、上記本発明の方法は、前記等価散
乱係数の変化量および前記平均の等価散乱係数を用い
て、前記各領域における等価散乱係数の絶対値を算出し
て前記対象物における等価散乱係数絶対値分布を求める
ステップを更に具備してもよい。
【００３１】また、上記本発明の装置は、前記等価散乱
係数の変化量および前記平均の等価散乱係数を用いて、
前記各領域における等価散乱係数の絶対値を算出して前
記対象物における等価散乱係数絶対値分布を求める等価
散乱係数絶対値算出手段を更に具備してもよい。
【００３２】このような本発明の方法および装置によれ
ば、内部が不均一な測定対象物に対して測定された平均
値としての等価散乱係数に基づいて、前記の各領域にお
ける等価散乱係数の変化量（差分）から各領域における
等価散乱係数の絶対値が求められる。このように本発明
の方法および装置によれば、均一な等価散乱係数を有し
かつ測定対象物と同一の外形を持つファントムから得た
基準値を用いることなく各領域における等価散乱係数の
絶対値が求められることとなる。本発明で求められる等
価散乱係数の変化量分布の誤差は従来の方法による場合
と比較して極めて少なくなるため、それに基づいて求め
られる等価散乱係数の絶対値分布の精度が高くなる。
【００３３】次に、本発明の方法および装置によって測
定されるべき内部特性が屈折率である場合について説明
する。
【００３４】この場合、本発明の方法は、前記対象物の
平均の吸収係数、平均の等価散乱係数および平均の屈折
率を求める（好ましくは前記基準値に基づいて求める）
ステップと、前記平均の吸収係数、平均の等価散乱係数
および平均の屈折率に対応する広がり関数（屈折率用の
広がり関数）を選択するステップとを更に具備している
ことが好ましく、前記内部特性変化量分布を求めるステ
ップにおいて前記複数の測定値と前記基準値と前記広が
り関数とを用いて前記各領域における屈折率の変化量を
算出することができる。
【００３５】また、本発明の装置は、前記対象物の平均
の吸収係数、平均の等価散乱係数および平均の屈折率を
求める（好ましくは前記基準値に基づいて求める）平均
吸収および散乱係数検出手段と、前記平均の吸収係数、
平均の等価散乱係数および平均の屈折率に対応する広が
り関数（屈折率用の広がり関数）を選択する広がり関数
選択手段とを更に具備していることが好ましく、前記内
部特性変化量算出手段において前記複数の測定値と前記
基準値と前記広がり関数とを用いて前記各領域における
屈折率の変化量を算出することができる。
【００３６】このような本発明の方法および装置によれ
ば、内部が不均一な測定対象物に対して測定された平均
値としての吸収係数、等価散乱係数および屈折率に対応
して選択された広がり関数に基づいて、前記の各領域に
おける屈折率の変化量（差分）が求められる。したがっ
て、このような本発明の方法および装置によれば、吸収
係数および／または等価散乱係数をゼロとして計算する
場合に比べて、それらによる実効光路長の変化に基づく
誤差の発生が充分に防止され、測定精度が向上する。
【００３７】さらに、上記本発明の方法は、前記屈折率
の変化量および前記平均の屈折率を用いて、前記各領域
における屈折率の絶対値を算出して前記対象物における
屈折率絶対値分布を求めるステップを更に具備してもよ
い。
【００３８】また、上記本発明の装置は、前記屈折率の
変化量および前記平均の屈折率を用いて、前記各領域に
おける屈折率の絶対値を算出して前記対象物における屈
折率絶対値分布を求める屈折率絶対値算出手段を更に具
備してもよい。
【００３９】このような本発明の方法および装置によれ
ば、内部が不均一な測定対象物に対して測定された平均
値としての屈折率に基づいて、前記の各領域における屈
折率の変化量（差分）から各領域における屈折率の絶対
値が求められる。このように本発明の方法および装置に
よれば、均一な屈折率を有しかつ測定対象物と同一の外
形を持つファントムから得た基準値を用いることなく各
領域における屈折率の絶対値が求められることとなる。
本発明で求められる屈折率の変化量分布の誤差は従来の
方法による場合と比較して極めて少なくなるため、それ
に基づいて求められる屈折率の絶対値分布の精度が高く
なる。
【００４０】上述の本発明の方法は、前記の求められた
分布に基づいて、前記対象物内部における分布を示す画
像を表示するステップを更に具備してもよい。また、上
述の本発明の装置は、前記の求められた分布に基づい
て、前記対象物内部における分布を示す画像を表示する
画像表示手段を更に具備してもよい。このような本発明
の方法および装置によれば、高精度に求められた内部特
性分布を画像化して表示することが可能である。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面中、
同一又は相当部分には同一符号を付することとする。
【００４２】先ず、図２および図３を参照して本実施形
態で使用した光ＣＴの画像化原理を説明する。なお、散
乱されつつ進行する光に関しては３次元座標を用いて考
える必要があるが、以下では説明を簡単にするために２
次元座標を用いて説明する。
【００４３】先ず、散乱吸収体内部をＮ個のボクセルに
区切り、吸収係数が存在する条件下における散乱吸収体
に対する入射光量と出射光量（検出光量）との関係を考
える。等価散乱係数μ'sおよび吸収係数μaを均一とし
た散乱吸収体内部の模式図を図２に示す（Ｎ＝２５）。
このとき入射光量をＩ0、検出光量をＩd0、散乱吸収体
内部の等価散乱係数μ'sおよび吸収係数μaを均一とし
た場合の各ボクセル内での実効光路長をＷj、散乱およ
び反射等によって入射光が散乱吸収体の外に出る割合を
示す減衰定数をＤsrとすると、下記式（１）が成り立
つ。
【００４４】
【数１】
【００４５】次に、幾つかのボクセル内に等価散乱係数
は同じであるが吸収係数が相違する媒質を挿入した以外
は図２に示すものと同様の散乱吸収体内部の模式図を図
３に示す。但し、図３に示す散乱吸収体に用いた各媒質
の吸収係数μai（i=1,2,・・・,N）と図２に示す散乱吸収
体に用いた媒質の吸収係数μaとの関係は以下の式
（２）に示すような関係にある。
【００４６】
【数２】
【００４７】このときの入射光量をＩ0、検出光量をＩ
d1とし、散乱および反射等によって入射光が散乱吸収体
の外に出る割合を示す減衰定数Ｄsrは吸収係数を均一と
した場合（図２）と変わらないと考えると、検出光量を
Ｉd1は下記式（３）のように表わされる。
【００４８】
【数３】
【００４９】したがって、式（３）より以下の式（４）
が求められる。
【００５０】
【数４】
【００５１】このように、基準の光量Ｉd0を用いれば、
求めたい吸収係数μaと実際の実験系で測定可能な検出
光量Ｉd1との関係より、実効光路長Ｗjが決まれば散乱
吸収体内部の吸収係数μaの分布が求められることとな
る。式（４）は１組の光入射位置−光検出位置で成り立
つ関係を示す。したがって、例えばＮ個の吸収係数（未
知数）を求める場合は、光入射位置−光検出位置の組み
合わせをＮ組み揃え、それぞれの組み合わせについて成
り立つＮ個の式（４）の連立方程式を解くことによって
Ｎ個の吸収係数を求めることができる。
【００５２】すなわち、光入射位置−光検出位置のＮ個
の組み合わせについて成り立つＮ個の式（４）の連立方
程式を行列式の形で表わすと、下記式（５）が得られ
る。
【００５３】
【数５】
【００５４】但し、ΔＩはｌｎＩd0−ｌｎＩd1、Ｗは各
ボクセルの実効光路長の分布を示す広がり関数を表わ
す。光入射位置Ｍ（Ｍ1〜ＭX）の数をＸ、光検出位置ｍ
（ｍ1〜ｍx）の数をｘ、光入射位置Ｍ及び光検出位置ｍ
のときの光量の変化量をΔＩMm、光入射位置Ｍ及び光検
出位置ｍのときの各ボクセルの広がり関数をＷMmとする
と、［ΔＩMm］は（Ｘ×ｘ）×１、［ＬMm］は（Ｘ×
ｘ）×Ｎ、［Δμan］はＮ×１のマトリックスとなる。
したがって、吸収係数の変化量Δμanは下記式（６）の
連立方程式を解くことにより求められることとなる。な
お、式（６）の連立方程式は、Ｘ×ｘ＝Ｎとなるように
Ｘおよびｘの値を選択して解くことが好ましい。
【００５５】
【数６】
【００５６】かかる画像再構成方法で散乱吸収体内部の
吸収係数の定量を行う場合、基本的に図２に示すような
基準となる状態が必要となり、上記の形態では吸収係数
が均一の状態を基準として想定していたため式（２）と
式（４）から各ボクセルの吸収係数を求めていた。しか
しながら、かかる画像化方法においては内部の吸収係数
の値とその時の各光検出位置での光量さえ予め分かって
いればよく、実際に用いるべき基準の状態は特に制限さ
れない。すなわち、例えばある条件下での内部の吸収係
数の値とその時の各光検出位置での光量を基準として内
部の吸収係数を求めると、その吸収係数の値は基準の値
との差という形で求められる。
【００５７】従来はこのように基準となる内部の吸収係
数の値とその時の各光検出位置での光量を、測定対象で
ある散乱吸収体に対して内部の吸収係数のみが相違する
ファントムモデルあるいはシミュレーションモデルから
得ていた。
【００５８】しかしながら、本発明においては、測定対
象物の表面にありかつその対象物内の一点（例えば対象
物の中心）に対して相対的に同じ位置関係にある光入射
位置と光検出位置との複数の組み合わせによって求めら
れた複数の測定値の平均値を、内部特性分布を求めるた
めの基準値として用いる。また、各ボクセルの実効光路
長の作成方法は、本発明者らによる特願平８−６６１９
「光ＣＴ装置及び光ＣＴによる画像再構成方法」等に記
載されている。本実施形態においてはこの作成方法にし
たがって、ある光入射位置−光検出位置の関係における
各ボクセルの実効光路長の分布（すなわち広がり関数）
を、吸収係数の平均値、等価散乱係数の平均値等に基づ
いて予め用意する。このように、本実施形態において
は、従来は必要であった物理モデルやシミュレーション
モデルから基準値を求めることなく、測定対象物につい
ての測定値から直接的に基準値を求めることが可能とな
り、その基準値に基づいて測定対象物の内部特性の分布
を高精度に測定することが可能となる。
【００５９】以上、ＣＷ計測を用いる実施形態について
説明したが、本発明において時間分解計測を適用するこ
とも可能である。すなわち、前記の式（３）においては
検出光を時間０〜ｔ（ｓ）間に検出器で受光した検出光
量の積分値として表わしているが、かかる関係式は光源
にパルス光を用いた場合に検出器で得られる時間分解波
形についても成り立つ。式（３）をある時間間隔ｔ1〜
ｔ2について書き直すと以下の式（７）が得られる。
【００６０】
【数７】
【００６１】但し、［Ｉd0］t1-t2、［Ｉd1］t1-t2は各
検出光の時間ｔ1〜ｔ2間の時間分解波形の光量、
［Ｗj］t1-t2は時間ｔ1〜ｔ2間の広がり関数を示す（ｊ
は各ボクセルの番号を示す）。また、０≦ｔ1＜ｔ2であ
る。したがって、式（７）より以下の式（８）が求めら
れる。
【００６２】
【数８】
【００６３】このように、時間分解計測を用いる方法に
おいては、測定時間を様々に区切って方程式の数を増や
すことによって、ボクセル数と同じＮ個の方程式を解く
ことによって各ボクセルの吸収係数が求められる。
【００６４】また、上記の実施形態においては測定され
るべき内部特性が吸収係数の場合について説明したが、
本発明は等価散乱係数、屈折率といった他の内部特性に
適用することも可能である。すなわち、対象物の内部を
透過して受光された光は、対象物の内部がもつ吸収係
数、等価散乱係数のみならず、かかる対象物がもつ全て
の内部特性の影響を受けており、さらにそれらはそれぞ
れ線形的かつ独立的に受光された光に作用を及ぼしてい
る。なお、互いに影響を及ぼし合う内部特性を求める場
合は、それらを１つの内部特性とみなすことにより独立
性が保たれる。
【００６５】これらの関係により、対象物がもつ全ての
内部特性の値は、各ボクセル内における内部特性の受光
される光に対する寄与度を示す関数（広がり関数）と、
受光された光とを用いた式で表わされ、これらを用いれ
ば例えば“Forward and Inverse Calculations for 3-D
Frequency-Domain Diffuse Optical Tomography”（Br
ian W.Pogue et al., SPIE vol.2389, p.328-p.338）に
記載されているように等価散乱係数、吸収係数の分布を
求めることができる。このような場合においても、検出
光の振幅や位相といったパラメータの基準値の導出法と
して本発明の方法は適用できる。したがって、吸収係
数、等価散乱係数、屈折率といった内部特性に対して
も、受光される光に対する寄与を示す関数（広がり関
数）と受光された光とを用いた関係式に本発明にかかる
基準値導出法を適用することによってこれらの内部特性
の定量化が可能である。このような関係式としては、以
下の諸式が挙げられる。すなわち、吸収係数および等価
散乱係数を求める場合に適用可能な式として、前記式
（４）および式（８）の変形式としてそれぞれ下記の式
（４’）および式（８’）が挙げられる。
【００６６】
【数９】
【００６７】
【数１０】
【００６８】また、吸収係数、等価散乱係数および屈折
率を求める場合に適用可能な式として、前記式（４）お
よび式（８）の変形式としてそれぞれ下記の式（４''）
および式（８''）が挙げられる。
【００６９】
【数１１】
【００７０】
【数１２】 また、１つの内部特性を求める場合であっても、検出光
に影響を及ぼす全ての内部特性に対応する広がり関数を
用いる方が測定精度が向上する傾向にある。したがっ
て、測定対象が生体のように内部特性として吸収係数、
等価散乱係数、屈折率等をもつ場合は、吸収係数の分布
についてのみ画像化する場合であっても少なくとも吸収
係数の平均値および等価散乱係数の平均値（時間分解計
測を行う場合は吸収係数の平均値、等価散乱係数の平均
値および屈折率の平均値）に対応する広がり関数を用い
ることが好ましい場合がある。
【００７１】次に、本発明の内部特性分布計測装置につ
いて説明する。図４に本発明の装置の一実施形態の模式
図を示す。
【００７２】図４に示す装置は、１２個の光ファイバー
ホルダー１〜１２（以下、場合により「光ファイバーホ
ルダー群」と総称する）を備えており、各光ファイバー
ホルダー１〜１２は散乱吸収体ＳＭ(scattering mediu
m) の一断面の周りに等間隔に配置されており（図４に
示す装置においては、散乱吸収体ＳＭの中心から３０度
間隔で放射線状に伸びる各線上に配置されている）、時
計回りに１〜１２の番号が割り振られている。
【００７３】光ファイバーホルダー１〜１２はそれぞれ
光入射ファイバー１ａ〜１２ａと光検出ファイバー１ｂ
〜１２ｂとを備える。光入射ファイバー１ａ〜１２ａと
光検出ファイバー１ｂ〜１２ｂとは図４に示すように並
列に束ねられている構造でもかまわないが、図５（ａ）
に示すように光入射ファイバー１ａの回りを複数の光検
出ファイバー１ｂ（バンドルファイバー）が包むように
束ねられている構造、あるいは図５（ｂ）に示すように
光入射ファイバー１ａと光検出ファイバー１ｂとを光フ
ァイバーホルダー内で光カプラ１ｃでカップリングさせ
ている構造であってもよい。図５（ａ）や図５（ｂ）に
示すような構造を採用すると、散乱吸収体ＳＭの周囲に
あたるファイバー端面は１つになり、両ファイバーを上
下２段あるいは左右２列に並べる場合よりも光入射ファ
イバー端と光検出ファイバー端との位置ずれをなくすこ
とができ、誤差を軽減できる傾向がある。
【００７４】光入射ファイバー１ａ〜１２ａには波長選
択器２０を介して光源３０が光学的に接続されている。
そして、光源３０から発せられた光は波長選択器２０で
波長選択され、光ファイバーホルダー１〜１２を通して
計測対象である散乱吸収体ＳＭの表面に入射される。光
源３０には、発光ダイオード、レーザーダイオード、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザー等種々のものが使用できる。また、光
源３０は、パルス光や方形波光、またはそれらの変調光
を発生するものでもよい。
【００７５】本実施形態において使用する光源３０は単
波長の光（測定光）を発生するものであってもよいが、
２波長以上の光（測定光）を発生可能なものであること
が好ましい。計測に使用する光の波長は、計測対象に応
じて適宜選択される。一般に生体では、ヘモグロビン等
の吸収特性から７００ｎｍ以上の光、特に好ましくは可
視光または近赤外光、を使用することが好ましい。例え
ば酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンを対象とする場
合は、図６に示すようにそれらの吸収係数が異なるか
ら、適宜に波長を選択して使用することによってこれら
を分離して計測することが可能となる。
【００７６】光検出ファイバー１ｂ〜１２ｂには検出器
４０が光学的に接続されている。そして、散乱吸収体Ｓ
Ｍ中で散乱されつつ透過した光（測定光）は光ファイバ
ーホルダー１〜１２の光検出ファイバー１ｂ〜１２ｂを
介して検出器４０に導かれ、光検出器４０で受光信号を
検出信号（電気信号）に変換して増幅し、それぞれに対
応する検出信号が出力される。光検出器４０は光電子増
倍管のほか、光電管、フォトダイオード、アバランシェ
フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード等、あらゆ
る種類の光検出器を使用することができる。光検出器４
０の選択に際しては、使用される測定光の波長の光が検
出できる分光感度特性をもっていれば良い。また、光信
号が微弱であるときは高感度あるいは高利得の光検出器
を使用することが好ましい。なお、光検出ファイバー１
ｂ〜１２ｂおよび光検出器４０の受光面以外の場所は、
光を吸収あるいは遮光する構造にしておくことが望まし
い。また、散乱吸収体ＳＭの内部を拡散伝搬した光が複
数の波長の光を含む場合には、光検出器４０と散乱吸収
体ＳＭとの間に波長選択フィルタ（図示せず）を適宜配
置してもよい。
【００７７】光源３０および検出器４０には制御部５０
が接続されており、入射あるいは受光の際に使用される
光ファイバーホルダー１〜１２の選択は制御部５０で行
なわれる。すなわち、制御部５０によって光入射ファイ
バーから順次（例えば１ａ→２ａ→３ａ→・・・→１２
ａ）一定時間間隔で散乱吸収体ＳＭ中に測定光が入射さ
れるように制御され、それに同期して測定光が入射され
た光入射ファイバーに対して所定の位置関係にある光検
出ファイバーから測定光が検出されるように制御され
る。本実施形態においては、測定光が入射された光入射
ファイバーと異なる位置にある全ての光検出ファイバー
（例えば光入射ファイバーが１ａの場合は光検出ファイ
バー２ｂ〜１２ｂ）から測定光がそれぞれ検出される
が、特にかかる組み合わせに限定されるものではない。
【００７８】また、複数の波長を有する測定光を使用す
る場合は、入射される測定光の波長も制御部５０によっ
て制御される。具体的な手法としては、異なる波長の光
を時分割で入射させて使用する手法と、後述する異なる
波長の光を同時に含む光を使用する手法とがある。具体
的な波長選択手段としては、ミラーを用いた光ビーム切
り換え器、フィルターを用いた波長切り換え器、光スイ
ッチを用いた光切り換え器等がある（図７（ａ））。
【００７９】上記の光入射ファイバー１ａ〜１２ａ、波
長選択器２０、光源３０および制御部５０が本発明にか
かる光入射手段を構成し、上記の光検出ファイバー１ｂ
〜１２ｂ、検出器４０および制御部５０が本発明にかか
る光検出手段を構成する。
【００８０】制御部５０には演算処理部（例えばＣＰ
Ｕ）６０が電気的に接続されており、演算処理部６０に
は記憶部（例えばハードディスク、フレキシブルディス
ク）７０および表示部（例えばディスプレイ、プリン
タ）８０が電気的に接続されている。そして、検出器４
０から出力された検出信号は制御部５０を介して演算処
理部６０へ導かれる。
【００８１】上記の演算処理部６０および記憶部７０
が、本発明にかかる測定値取得手段と、基準値算出手段
と、内部特性変化量算出手段と、平均吸収および散乱係
数検出手段と、広がり関数選択手段と、吸収係数絶対値
算出手段と、吸収成分濃度算出手段と、等価散乱係数絶
対値算出手段と、屈折率絶対値算出手段とを構成し、上
記の表示部８０が画像表示手段を構成する。これらの本
発明にかかる諸手段については、図８に示す本発明の方
法の一実施形態のフローチャートに基づいて以下に詳細
に説明する。
【００８２】（１）図８に示す方法においては、先ず、
以下に説明するようにして光ＣＴによる測定データ（Ｉ
d1｛Ｍ，ｍ｝））が取得される（Ｓ１００）。なお、Ｍ
は光入射ファイバーの番号を示し、ｍは光検出ファイバ
ーの番号を示す。
【００８３】すなわち、光入射ファイバー１ａ〜１２ａ
から順次散乱吸収体ＳＭ中に測定光を入射し、散乱吸収
体ＳＭ中で散乱されつつ透過した各測定光をその測定光
が入射された光入射ファイバーと異なる位置にある全て
の光検出ファイバー（例えば光入射ファイバーが１ａの
場合は光検出ファイバー２ｂ〜１２ｂ）から順次あるい
は同時に検出する。なお、各測定光を同時に検出する場
合は、光検出器４０が光検出ファイバー数分必要であ
る。
【００８４】そして、各光検出ファイバーで検出された
各測定光に基づいて光検出器４０から検出信号が発せら
れる。そして、これらの検出信号はそれぞれ演算処理部
６０において処理され、検出された測定光のそれぞれの
検出光量に比例した測定値に変換されて、得られた測定
値は記憶部７０に一次的に保存される。具体的には、演
算処理部６０において、光源３０から発せられた光発生
に同期した信号を利用して、検出信号に対する時間域で
の積分演算を行い、検出光量に比例した測定値を求め
る。ただし、パルス光等を利用する場合には、この同期
信号を省略することができる。この種の演算処理は、演
算処理手段に組み込んだマイクロコンピュータ等で高速
に実行することができる。また、演算処理部６０におい
て、測定値を平均化フィルタリングや最小二乗フィッテ
ィング等を利用して修正してもよい。
【００８５】２）次に、演算処理部６０において位置関
係が相対的に同じである光入射ファイバーと光検出ファ
イバーとの複数の組み合わせによって求められた複数の
測定値が抽出され、それらの測定値の平均値である基準
値（Ｉd0｛Ｍ，ｍ｝））が算出される（Ｓ１１０）。
【００８６】すなわち、演算処理部６０では、吸収係数
変化量等を求めるための基準値を得るために、光入射−
光検出の位置関係が相対的に同じである光入射−光検出
位置対毎に測定値の平均値を求める。
【００８７】図４に基づいて具体的に説明すると、例え
ば光入射ファイバーと散乱吸収体ＳＭの中心と光検出フ
ァイバーとのなす角度が１８０度の位置関係にある場
合、相対的に同じ光入射−光検出位置の組み合わせは、
（光入射ホルダー番号，光検出ホルダー番号）で表わす
と(1,7)、(2,8)、(3,9)、(4,10)、(5,11)、(6,12)となる。な
お、光の相反定理が成り立たない状態である場合は光入
射−光検出位置の反対の組み合わせも考慮に入れる必要
性がある。
【００８８】各々の測定値をI(1,7)、I(2,8)、I(3,9)、
I(4,10) 、I(5,11) 、I(6,12) とした場合、これらの平
均値は下式となる。
【００８９】I(ave_180)＝｛I(1,7)＋I(2,8)＋I(3,9)＋
I(4,10) ＋I(5,11) ＋I(6,12) ｝／６ このI(ave_180)を光入射−光検出の位置関係が１８０度
の時の基準値とする。
【００９０】同様にして、I(ave_150)、I(ave_120)、I
(ave_90) 、I(ave_60) 、I(ave_30)も求め、これらの平
均値を上記各位置関係における基準値として記憶部７０
に一次的に保存する。
【００９１】３）次に、本実施形態においては、上記各
位置関係における基準値等に基づいて、平均吸収係数μ
a0および平均等価散乱係数μ'S0を光拡散理論等を利用
して求めることができる（Ｓ１２０）。
【００９２】すなわち、各角度毎の基準値から内部の吸
収係数と等価散乱係数とを求め、さらにそれらの平均値
を算出し、それらを散乱吸収体ＳＭ内部の平均吸収係数
μa0と平均等価散乱係数μ'S0として記憶部７０に一次
的に保存する。また、いずれか１つの角度の基準値、例
えばI(ave_180)の値のみから散乱吸収体ＳＭ内部の平均
吸収係数μa0と平均等価散乱係数μ'S0とを求めてもか
まわない。
【００９３】なお、上記基準値から散乱吸収体ＳＭ内部
の吸収係数と等価散乱係数とを求める方法としては、例
えば“Imaging diffusive media using time-independe
nt and time-harmonic sources；dependence of image
quality on imaging algorithms, target volume weigh
t matrix, and view angles ”(Jenghwa Chang et.al.,
SPIE vol.2389）に記載されている方法がある。
【００９４】４）次に、本実施形態においては、上記平
均吸収係数μa0と平均等価散乱係数μ'S0に対応する広
がり関数（Ｗθ）を選択する（Ｓ１３０）。
【００９５】すなわち、予め用意されて記憶部７０に記
憶してあった広がり関数の中から、上記で求めた平均吸
収係数μa0および平均等価散乱係数μ'S0と合う広がり
関数を選択する。この場合、実際の測定値から求めた吸
収係数および等価散乱係数に基づいて広がり関数を選択
するため、適当に仮定したそれらの値を用いるよりも誤
差要因は除かれる。
【００９６】なお、このような「広がり関数」とは、各
ボクセルにおける光（測定光）の広がり方を示す関数を
意味し、各ボクセルにおける実効光路長に関するいわゆ
る重み関数や各ボクセルにおける測定光に対する寄与度
に関するいわゆる寄与関数を包含する概念である。本発
明にかかる広がり関数は上記の重み関数あるいは寄与関
数のいずれでもよい。このような広がり関数に関して
は、例えば“A Perturbation Model for Imaging in De
nse Scattering Media: Derivation and Evaluation of
Imaging Operation”（H.L.Graber et.al., SPIE vol.
IS11）、“Initial assessment of a simple system f
or frequency domein diffuse optical tomography”
（B.W.Pogue et al.,Phys.Med.Biol.40(1995)p.1709-p.
1729）、本発明者らによる特願平８−６６１９「光ＣＴ
装置及び光ＣＴによる画像再構成方法」に記載されてい
る。本実施形態においては特願平８−６６１９に記述さ
れた作成方法にしたがって、以下に示すような時間項の
入っていない光拡散方程式を用いて広がり関数を予め用
意する。
【００９７】Δφ−μaＤ-1φ＝０ ここで、Ｄ＝1/{3(1-g)μs}＝1/3μ's、φ：光子密度、
Ｄ：光拡散定数、μa：吸収係数、μ'S：等価散乱係
数、ｇ：散乱吸収体による光子の散乱角の余弦の平均値
である。また、屈折率分布を求める際に好適に用いられ
る時間項の入っている光拡散方程式を以下に示す。
【００９８】
【数１３】
【００９９】ここで、Ｄ(r)＝1/{3(1-g)μs(r)}＝1/3
μ's(r)、φ(r,t)：位置ｒ、時刻ｔにおける光子密度、
Ｃ：媒質中の光速、Ｄ：光拡散定数、μa：吸収係数、
Ｓ(r,t)：光源、μ'S：等価散乱係数、ｔ：時間、ｒ：
位置、ｇ：散乱吸収体による光子の散乱角の余弦の平均
値である。なお、真空中の光速をＣ’、被測定物の屈折
率をｎとするとＣ＝Ｃ’ｎと表わすことができる。
【０１００】また、平均吸収係数μa0及び平均等価散乱
係数μ'S0と合う広がり関数とは、具体的には、測定対
象物の平均吸収係数及び平均等価散乱係数と同じ平均吸
収係数及び平均等価散乱係数を有しかつ測定対象物と同
じ形状を有する対象物に対して光入射−光検出位置の相
対的関係を実測の場合と同様にした場合に求められるで
あろう光の広がり方を示す関数のことであり、平均吸収
係数μa0及び平均等価散乱係数μ'S0等に基づいて選択
される。
【０１０１】また、記憶部７０に対象物を複数のブロッ
ク（ボクセル）に分けた際に生じる歪みを補正するため
の補正項を記憶しておいてもよく、その場合は演算処理
部６０で前記測定値および／または前記基準値を補正す
ることが可能である（Ｓ１４０）。このようなボクセル
に関する補正とは、例えば光入射位置ａと光検出位置
ｂ，ｃとの間の距離が同じにも拘らずボクセルの切り方
によってボクセル上でのトータルの距離が異なるような
場合に、その相違分を測定値及び／又は基準値の補正項
として利用することである。
【０１０２】５）続いて、演算処理部６０において前記
複数の組み合わせによって求められた複数の測定値と、
前記基準値と、前記広がり関数とを用いて、複数の領域
に分割された前記各領域における吸収係数の変化量Δμ
a を算出し（Ｓ１５０）、出力する（Ｓ１６０）。
【０１０３】すなわち、前記各角度毎の基準値と前記測
定値と前記広がり関数とを用いて吸収係数の変化量を求
める。その際に成り立つ関係式は、前記式（４）に対応
させると、例えば光入射−光検出の位置関係が１８０度
の場合は基準値Ｉd0はI(ave_180)となり、測定値Ｉd1は
I(1,7)、I(2,8)、I(3,9)、I(4,10) 、I(5,11) 、I(6,1
2) となる。この時、基準値Ｉd0の吸収係数は散乱吸収
体ＳＭ内部の平均の吸収係数である。さらに、光入射−
光検出の位置関係が１８０度の時の広がり関数をＷθと
すると下記の式（4-1）〜式（4-6）が成り立ち、これら
の連立方程式（前記式（８）の連立方程式）を各位置関
係毎に立てて（つまり未知数分と同じ数の連立方程式を
立てて）解くことによって各領域における吸収係数の変
化量Δμaが算出される。
【０１０４】
【数１４】
【０１０５】
【数１５】
【０１０６】
【数１６】
【０１０７】
【数１７】
【０１０８】
【数１８】
【０１０９】
【数１９】
【０１１０】なお、散乱吸収体ＳＭ内部の吸収係数の変
化量の空間的分布や濃度変化の空間的分布を求める場
合、このように成り立った関係式を散乱吸収体ＳＭの内
部を分割したボクセル（ボックスセル）の個数分と同じ
数の連立方程式を立てて解けばよい。本実施形態におい
ては、共役勾配法を用いた。また、式数がボクセルの個
数分より少ない場合や多い場合であっても、特異値分解
法等を用いれば特異な問題を非特異な問題に変えられる
ため、内部特性の分布が求められる。
【０１１１】このようにして求められた各領域における
吸収係数の変化量Δμa に基づいて測定対象物内部にお
ける吸収係数変化量に関する吸収分布が求められ、その
分布を示す画像が表示部８０に表示される（Ｓ１７
０）。
【０１１２】なお、上記に説明したような演算処理部６
０におけるΔμa の算出方法から吸収分布を求めて画像
を表示する方法としては他にも様々な方法が知られてい
る。このような方法は、例えば“Optical Back Project
ion Tomography in Heterogeneous Diffusive Media ”
（S.B.Cloak et al., in Advances in Optical Imaging
and Photon Migration, 1996 Technical Digest; Opti
cal Society of America, Washington DC, 1996, pp.14
7-149 ）、“Back-projection image reconstruction u
sing photon density wave in tissues ”（S.A.Walker
et al., SPIEvol.2389, pp.350, 1995）、“in Photon
Propagation in Tissues”（S.Cloaket al., SPIE vo
l.2626, 1995 ）、“Optical tomography by the tempo
rally extrapolated absorbance method ”（Ichiro Od
a et al., APPLIED OPTICS, vol.35, No.01, 1996）等
に記載されている。これらの方法はＸ線ＣＴで知られて
いるバックプロジェクション（Back Projection ）法も
しくはそれらを変形した方法であり、上記アルゴリズム
の変わりに画像再構成をさせる方法である。
【０１１３】また、吸収成分の既知のモル吸収係数を用
いて上記各領域における吸収係数の変化量Δμa から各
領域における吸収成分の濃度差の絶対値を算出すること
が可能であり（Ｓ１８０）、このようにして求められた
各領域における吸収成分の濃度差の絶対値に基づいて測
定対象物内部における吸収成分濃度差に関する分布が求
められ、その分布を示す画像が表示部８０に表示される
（Ｓ１９０）。
【０１１４】更に、上記の各領域における吸収係数の変
化量Δμa および前記平均吸収係数μa0を用いて上記各
領域における吸収係数の絶対値μa を算出することが可
能であり（Ｓ２００）、このようにして求められた各領
域における吸収係数の絶対値μa に基づいて測定対象物
内部における吸収係数絶対値に関する分布が求められ、
その分布を示す画像が表示部８０に表示される（Ｓ２１
０）。
【０１１５】更にまた、吸収成分の既知のモル吸収係数
を用いて上記の各領域における吸収係数の絶対値μa か
ら各領域における吸収成分の濃度を算出することが可能
であり（Ｓ２２０）、このようにして求められた各領域
における吸収成分の濃度に基づいて測定対象物内部にお
ける吸収成分濃度に関する分布が求められ、その分布を
示す画像が表示部８０に表示される（Ｓ２３０）。
【０１１６】また、散乱吸収体ＳＭが少なくとも２つの
吸収成分、例えば酸化および還元ヘモグロビン、を含有
する場合は、それらの吸収成分に対する吸収係数が互い
に相違する少なくとも２つの波長を有する測定光を使用
し、各波長を有する測定光のそれぞれに関して前記測定
値、前記基準値を求め、それらに基づいて各波長を有す
る測定光のそれぞれに関して前記吸収係数変化量、前記
吸収係数絶対値を求めることによって、各吸収成分の濃
度分布が求められる。
【０１１７】以下に、上記２波長分光法を利用したヘモ
グロビンの濃度の計測について説明する。
【０１１８】哺乳類の脳における吸収成分の主なもの
は、水、チトクローム（cytochrom)、酸化および還元ヘ
モグロビンである。近赤外線領域での水及びチトクロー
ムの吸収は、酸化および還元ヘモグロビンに対して、ほ
ぼ無視することができる程度に少ない。また、酸化およ
び還元ヘモグロビンは、図６に示すように、吸収スペク
トルが異なる。さらに、頭蓋骨は、近赤外線に対して、
散乱体と考えてよい。
【０１１９】いま前節までに述べた方法で波長λ1 とλ
2 の２種の波長の光に対して吸収係数μa1とμa2が求め
られたとすれば、ランバート・ベール（Lambert-Beer)
則によって、次式が成立する。
【０１２０】 μa1＝εHb,1〔Ｈｂ〕＋εHbO,1 〔ＨｂＯ〕 μa2＝εHb,2〔Ｈｂ〕＋εHbO,2 〔ＨｂＯ〕 但し、 εHb,1；還元ヘモグロビンの波長λ1 に対するモル吸収
係数〔ｍｍ-1・Ｍ-1〕 εHbO,1 ；酸化ヘモグロビンの波長λ1 に対するモル吸
収係数〔ｍｍ-1・Ｍ-1〕 εHb,2；還元ヘモグロビンの波長λ2 に対するモル吸収
係数〔ｍｍ-1・Ｍ-1〕 εHbO,2 ；酸化ヘモグロビンの波長λ2 に対するモル吸
収係数〔ｍｍ-1・Ｍ-1〕 〔Ｈｂ〕：還元ヘモグロビンのモル濃度〔Ｍ〕 〔ＨｂＯ〕：酸化ヘモグロビンのモル濃度〔Ｍ〕 である。
【０１２１】したがって、既知のパラメータεHb,1、ε
HbO,1 、εHb,2、εHbO,2 および計測値から演算された
μa1とμa2から、還元ヘモグロビンのモル濃度〔Ｈ
ｂ〕、および酸化ヘモグロビンのモル濃度〔ＨｂＯ〕を
求めることができる。
【０１２２】また、上記に対してチトクロームを考慮す
る場合のように、吸収スペクトルが既知である３成分の
それぞれの濃度の定量は、３波長以上の光を使用すれば
よい。一般的には、吸収スペクトルが既知であるｎ個の
成分の濃度の定量計測は、ｎ個又は（ｎ＋１）個の波長
に対する吸収係数の計測値から、上記と同様にして求め
ることができる。
【０１２３】さらに、飽和度Ｙは、 Ｙ＝〔ＨｂＯ〕／（〔Ｈｂ〕＋〔ＨｂＯ〕） であるから、 μa1／μa2＝〔εHb,1＋Ｙ（εHbO,1 −εHb,1）〕÷
〔εHb,2＋Ｙ（εHbO,2 −εHb,2）〕 を用いて、既知のパラメータεHb,1、εHbO,1 、
εHb,2、εHbO,2 と計測値から演算されたμa1およびμ
a2とから、飽和度Ｙが容易に算出される。
【０１２４】以上の方法では、本発明によって各波長の
光に対する吸収係数μa1とμa2が高精度に求められるた
め、各濃度も高精度に求められる。なお、酸化および還
元ヘモグロビンに対して吸収が同一値になる波長（８０
０ｎｍ、isosbestic wavelength)を使用すれば上記の式
はさらに簡単になる。
【０１２５】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は勿論上記実施形態に限定されるもの
ではない。
【０１２６】すなわち、上記実施形態においては内部特
性として吸収係数を求めているが、前述のように本発明
は等価散乱係数の計測にも適用可能であり、吸収係数お
よび等価散乱係数を求める一実施形態のフローチャート
を図９に示す。
【０１２７】図９に示す方法においては、吸収係数の測
定に関しては図８に示す方法と同様であるが、平均吸収
係数μa0と平均等価散乱係数μ'S0に対応する広がり関
数（Ｗθ）を選択する際に、吸収係数用の広がり関数
（Ｗμa,j）と等価散乱係数用の広がり関数（Ｗ
μ'S,j）とを選択しておくことが好ましい（Ｓ１３
０）。
【０１２８】そして、演算処理部６０において前記複数
の組み合わせによって求められた複数の測定値と、前記
基準値と、前記広がり関数とを用いて、複数の領域に分
割された前記各領域における等価散乱係数の変化量Δ
μ'Sを算出し（Ｓ２４０）、出力する（Ｓ２５０）。す
なわち、前述の式（４’）に基づいて、前記各角度毎の
基準値と前記測定値と前記広がり関数と吸収係数の変化
量とを用いて等価散乱係数の変化量を求める。より具体
的には、前述の式（4-1）〜式（4-6）と同様に式
（４’）に基づいて連立方程式が成り立ち、これらの連
立方程式を各位置関係毎に立てて解くことによって各領
域における等価散乱係数の変化量Δμ'Sが算出される。
【０１２９】このようにして求められた各領域における
等価散乱係数の変化量Δμ'Sに基づいて測定対象物内部
における等価散乱係数変化量分布が求められ、その分布
を示す画像が表示部８０に表示される（Ｓ２６０）。
【０１３０】更に、上記の各領域における等価散乱係数
の変化量Δμ'Sおよび前記平均等価散乱係数μ'S0を用
いて上記各領域における等価散乱係数の絶対値μ'Sを算
出することが可能であり（Ｓ２７０）、このようにして
求められた各領域における等価散乱係数の絶対値μ'Sに
基づいて測定対象物内部における等価散乱係数絶対値に
関する分布が求められ、その分布を示す画像が表示部８
０に表示される（Ｓ２８０）。
【０１３１】また、本発明は屈折率の計測にも適用可能
であり、吸収係数、等価散乱係数および屈折率を求める
一実施形態のフローチャートを図１０に示す。
【０１３２】図１０に示す方法においては、吸収係数お
よび等価散乱係数の測定に関しては図８および図９に示
す方法と同様であるが、各位置関係における基準値等に
基づいて、平均吸収係数μa0および平均等価散乱係数
μ'S0を求める際に、平均屈折率ｎ0も併せて求める（Ｓ
１２０）。但し、平均屈折率ｎ0としては水の屈折率
（1.33）を用いてもよい。また、広がり関数（Ｗθ）を
選択する際に、吸収係数用の広がり関数（Ｗμa,j）と
等価散乱係数用の広がり関数（Ｗμ'S,j）と屈折率用の
広がり関数（Ｗn,j）とを選択しておくことが好ましい
（Ｓ１３０）。
【０１３３】そして、演算処理部６０において前記複数
の組み合わせによって求められた複数の測定値と、前記
基準値と、前記広がり関数とを用いて、複数の領域に分
割された前記各領域における屈折率の変化量Δｎを算出
し（Ｓ２９０）、出力する（Ｓ３００）。すなわち、前
述の式（４''）に基づいて、前記各角度毎の基準値と前
記測定値と前記広がり関数と吸収係数の変化量と等価散
乱係数の変化量とを用いて屈折率の変化量を求める。よ
り具体的には、前述の式（4-1）〜式（4-6）と同様に式
（４''）に基づいて連立方程式が成り立ち、これらの連
立方程式を各位置関係毎に立てて解くことによって各領
域における屈折率の変化量Δｎが算出される。
【０１３４】このようにして求められた各領域における
屈折率の変化量Δｎに基づいて測定対象物内部における
屈折率変化量分布が求められ、その分布を示す画像が表
示部８０に表示される（Ｓ３１０）。
【０１３５】更に、上記の各領域における屈折率の変化
量Δｎおよび前記平均屈折率ｎ0を用いて上記各領域に
おける屈折率の絶対値ｎを算出することが可能であり
（Ｓ３２０）、このようにして求められた各領域におけ
る屈折率の絶対値ｎに基づいて測定対象物内部における
屈折率絶対値に関する分布が求められ、その分布を示す
画像が表示部８０に表示される（Ｓ３３０）。
【０１３６】そして、このように屈折率に関する分布が
求められると、血糖値の分布を求めることが可能とな
る。屈折率の変化により血糖値を検出する方法として
は、例えば“Possible correlation between blood glu
cose concentration and the reduced scattering coef
ficient of tissues in the near infrared”（John S.
Maier et al., OPTICS LETTERS vol.19, No.24, Decemb
er 15, 1994）に記載の方法がある。生体組織のグルコ
ース濃度は細胞外液の屈折率に大きな影響を与えてお
り、組織中の等価散乱係数は細胞外液徒細胞との間の屈
折率差に大きく依存するため、細胞外液の屈折率が変化
して検出光に影響を及ぼす結果となる。したがって、検
出光に基づいて屈折率分布を求めることによって組織内
部の血糖値の分布を求めることが可能となるのである。
【０１３７】また、上記実施形態においては複数の光入
射及び光検出位置を散乱吸収体の一断面の周囲に配置し
ているが、図１１、図１２に示すように光入射及び／又
は光検出位置（これらをＰで示す）を立体的に配置して
もよい。すなわち、測定対象物として頭部や***を想定
した場合は光入射及び／又は光検出位置（Ｐ）を図１１
に示すように配置してもよく、測定対象物として腕部、
脚部、胸部、***（圧迫時）を想定した場合は光入射及
び／又は光検出位置（Ｐ）を図１２に示すように配置し
てもよい。
【０１３８】また、上記実施形態においては時間積分法
による光量測定値を測定値として用いているが、本発明
に使用可能な測定値はこれに限定されるものではなく、
例えば測定光の位相差（または位相遅れ）、振幅であっ
てもよい。また、演算処理部６０において測定値を取得
する具体的な手法も所望の測定値に応じて適宜選択さ
れ、例えば位相変調法による位相差及び／又は振幅測
定、時間分解分光法による時間分解波形測定等の手段を
採用してもよい。
【０１３９】また、上記実施形態においては散乱吸収体
ＳＭ内部の平均吸収係数および平均等価散乱係数を本発
明にかかる光ＣＴ装置自身で得られたデータから求めて
いるが、図１３〜図１５に示すように散乱吸収体ＳＭ内
部の平均吸収係数および平均等価散乱係数を別の装置で
求め（Ｓ１２０ａ）、それらに基づいて広がり関数を選
択してもかまわない（Ｓ１３０ａ）。なお、図１３〜図
１５における上記以外の諸工程は図８〜図１０における
諸工程にそれぞれ対応する。この場合の利点は、例えば
光ＣＴ装置で得られるデータはＣＷ（連続光）で測定
し、平均吸収係数および平均等価散乱係数を求める装置
でのみパルス光や変調光を用いればよくなるため、光Ｃ
Ｔ装置のシステムの構成が簡単になる。なお、別の装置
で平均吸収係数および平均等価散乱係数を求める手法は
位相変調法や時間分解分光法であってもよい。
【０１４０】このように測定対象物の内部の光学パラメ
ータの分布を均一とみなして平均等価散乱係数μ's0と
平均吸収係数μa0を測定する方法は、時間分解分光法に
ついては例えば“Devlopment of Time Resolved Spectr
oscopy System for Quantitative None-invasive Tissu
e Measurement ”M.Miwa et.al., SPIE vol. 2389 、位
相変調法については例えば特開平６−２２１９１３号公
報に記載されている。また、光ＣＴ装置に上記の手法を
取り入れれば前記測定値の取得と同時に計算が可能であ
る。
【０１４１】また、光を生体等の散乱吸収体に入射する
手段としては、図４および図１６（ｂ）に示した光ファ
イバーを使用する方法の他に、集光レンズ（図１６
（ａ））、ピンホール（図１６（ｃ））を利用する方
法、胃カメラのように体内から入射する方法（図１６
（ｄ））等であってもよい。
【０１４２】なお、生体試料等の散乱吸収体では平均拡
散長が２ｍｍ程度であるため、入射光は約２ｍｍ直進す
るまでに散乱し、光の方向性がなくなる。したがって、
数センチメートル以上の厚みの散乱吸収体では平均拡散
長の影響を無視することができるのでスポット状に光を
入射すれば良い。また、太いビーム状の光を散乱吸収体
に入射してもよい。この場合には、複数のスポット状光
源が並んでいると考えればよい。
【０１４３】また、光入射ファイバーおよび光検出ファ
イバーと散乱吸収体ＳＭ表面との間の空間は、図４に示
す実施形態では微小になっている。しかし実際には、こ
れを大きくして、この空間に計測対象である散乱吸収体
ＳＭとほぼ等しい屈折率および等価散乱係数をもつ液状
体やゼリー状物体（以下、インターフェース材と呼ぶ）
を満たしておいても良い。つまり、光はこのインターフ
ェース材中を拡散伝搬して計測対象に入射するから何ら
問題は生じない。また、散乱吸収体ＳＭの表面反射が問
題になるときには、インターフェース材を適宜に選択す
ることによって、表面反射等の影響を低減することがで
きる。
【０１４４】更に、上記実施形態においては異なる波長
の光を時分割で入射させて使用する態様について説明し
たが、異なる波長の光を光混合器３５によって同軸状の
ビームにして、光入射点の直前に設けた波長選択フィル
タ２０で波長選択して各波長の光を散乱吸収体に入射す
る方法、あるいはそのまま前記ビームを並行に散乱吸収
体に入射する方法であってもよい（図７（ｂ））。但
し、後者の場合は、図１７に示すように、光検出器４０
ａ〜４０ｃの直前に波長選択フィルタ２５ａ〜２５ｃを
設けて検出光を波長選択する必要がある。
【０１４５】また、散乱吸収体の内部を拡散伝搬した光
を受光して検出する手段としては、図４および図１８
（ｂ）に示した光ファイバーを用いる方法以外に、直接
検出する方法（図１８（ａ））、レンズを用いる方法
（図１８（ｃ））等がある。
【０１４６】また、光検出器４０で得られる信号を低雑
音で増幅する必要がある場合には、狭帯域アンプ（図１
９（ａ））、ロックインアンプ（図１９（ｂ））等を利
用することができる。ロックインアンプを使用する場合
には、参照信号として前記同期信号を利用する。この方
法は、方形波光やパルス光を用いてダイナミックレンジ
の高い計測を行うときに有効である。
【０１４７】さらに、上記実施形態においては複数の光
入射ファイバーおよび光検出ファイバーを散乱吸収体の
周囲に配置しておき、光入射および光検出に使用するフ
ァイバーをそれぞれ順次変えていくことによって光入射
位置および光検出位置を移動させていたが、散乱吸収体
に対する光入射位置と光検出位置とを同期して走査させ
てもよい。このようにすれば、散乱吸収体の各部の内部
情報を求めて、フレームメモリーに蓄積し、これをテレ
ビ方式で読み出すことによって内部情報の分布を示す画
像が得られる。また、異なる時刻に計測すれば、内部情
報の時間的変化を計測することができる。前記記憶部７
０はこのようにして得た内部情報を記憶する機能をも
ち、表示部８０はこれらの途中経過や結果を表示するも
のである。この際、これらの演算処理は、メモリ７０、
ディスプレイ８０等を備えるコンピュータ装置６０によ
って高速に実行することができる。
【０１４８】さらに別な方法として、特開平６−２２１
９１３号公報、特開平６−１２９９８４号公報に記載さ
れているように、測定対象物の周囲に真円状のホルダー
を取り付けて測定すれば、人の頭部を測定する際も個体
差はそこで吸収され、実測の系をモデル系に近い状態で
測定でき、精度が向上する傾向にある。
【０１４９】また、上記実施形態においては既知の等価
散乱係数より吸収係数の空間分布を算出したが、同一手
法により、既知の吸収係数から等価散乱係数の空間的分
布を求めることもできるため、したがって、今回提案す
る手法により吸収係数と等価散乱係数の両方の空間的分
布を求めることが可能である。
【０１５０】上記実施形態においては内部特性を求める
式として光拡散方程式を用いたが、必ずしもこれに限定
されるものではない。例えば、散乱吸収体内部の光吸収
が伝播距離の関数として表わされることから導かれる式
や、実験から得られる検出光と内部特性との関係式等を
用いてもよい。
【０１５１】また、病気や体の調子と検出光との相関が
求まれば、本発明によって検出光から直接有用な情報を
取得することが可能となる。例えば、検出光の変化が組
織の構造変化と相関があれば、その相関を利用して検出
光から構造変化を求めることができる。
【０１５２】
【実施例】以下の実施例では、対象物がもつ全ての内部
特性（吸収係数、等価散乱係数、屈折率等）の中で、吸
収係数のみを変化させた場合における吸収係数の画像化
の例を示す。
【０１５３】本発明の有効性を実証するために、光入射
ファイバーの配置間隔を２０度とし、光検出ファイバー
の配置間隔を１０度とした以外は図４に示す装置と同様
の装置を用いて以下の手順で実験を行なった。なお、本
実施例で使用したファントムは高さ方向に同一形状であ
るため（ｚ軸方向に対称性を持つため）、３次元（立
体）の問題を２次元（断面）の問題に次元を落として考
えることができる。
【０１５４】すなわち、波長８００ｎｍ、出力５０ｍＷ
のＣＷ光のレーザーを光入射ファイバーから図２０
（ａ）、（ｂ）に示すファントムに入射し、ファントム
を透過あるいは散乱反射した光を光検出ファイバーで検
出し、検出器に導いた。なお、使用したファントムの仕
様は以下の通りである。
【０１５５】 （材質）母材＝エポキシ樹脂 散乱物質＝シリカ粒子 吸収物質＝色素 （形状）円柱状固体ファントム 直径＝８ｃｍ 高さ＝９ｃｍ （母材）吸収係数＝０．０１／ｍｍ 等価散乱係数＝１．００／ｍｍ （吸収体）直径＝１ｃｍ 吸収係数＝０．０２／ｍｍ 等価散乱係数＝１．００／ｍｍ。
【０１５６】検出された光信号は光電子増倍管にて検出
信号に変換し、その検出信号をカウンターで読み取って
１０秒間加算した。加算された値はＧＰＩＢ（計測イン
ターフェース・バス）でコンピュータに送った。
【０１５７】ここまでの測定を１回とし、光入射ファイ
バーを図２０に示すＡ〜Ｒまで２０度づつ、光検出ファ
イバーを１０度づつ左回りに移動させてデータをとっ
た。なお、１つの光入射位置に対する光検出位置は、そ
れぞれの光入射位置を基準にして０度から９０度までの
１０箇所とした。
【０１５８】実験結果を以下に示す。
【０１５９】１）別に作製した吸収体の含まれていない
ファントムで基準値Ｉd0を取得し、画像再構成を行った
結果を図２２（ａ）に示す（背景は黒で示し、図２２
（ｂ）は吸収係数の指標を示す）。図２２（ａ）に示す
画像では複数個の像が見られ、かつ位置ずれが生じてい
る。なお、図２２（ａ）中に記載された円は、期待され
る像の位置を示す。
【０１６０】２）本発明にしたがって光入射−光検出の
位置関係が相対的に同じである光入射−光検出位置の組
み合わせ毎に測定値の平均値を求め、それを基準値Ｉd0
をとして画像再構成を行った結果を図２３（ａ）に示す
（背景は黒で示し、図２３（ｂ）は吸収係数の指標を示
す）。本発明によると、図２３（ａ）に示した画像に見
られるように、従来の方法によって得た図２２（ａ）に
示す画像比べて位置ずれと定量性が改善されることが明
らかである。なお、図２３（ａ）中に記載された円は、
期待される像の位置を示す。
【０１６１】
【発明の効果】本発明によれば、従来は必要であった物
理モデルあるいはシミュレーションモデルから基準値を
求めることなく、また測定対象物中の一成分に対して複
数の波長を有する光を用いることなく、測定対象物につ
いての測定値から直接的に基準値を求めることが可能と
なり、その基準値に基づいて測定対象物における内部特
性分布（例えば吸収係数変化量分布、吸収係数分布、吸
収成分濃度分布、等価散乱係数変化量分布、等価散乱係
数分布、屈折率変化量分布、屈折率分布）を求めて画像
化することが可能となる。そのため、本発明によれば、
実際の測定対象物と物理モデルまたはシミュレーション
モデルとの差や測定対象物の個体差等に起因する誤差の
発生を避けることでき、信頼性の高いすなわち高精度の
測定が可能となる。また、本発明によれば、物理モデル
等を用いて基準値を予め求める手間が省かれ、測定時間
の短縮化が可能となる。さらに、本発明によれば、複数
の波長間での平均光路長分布および減衰光量（散乱等の
影響で減衰する光量）は同じであるといった仮定に基づ
く誤差の発生が防止され、測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作原理の説明図である。
【図２】吸収が均一な散乱吸収体のモデルを示す模式図
である。
【図３】吸収が不均一な散乱吸収体のモデルを示す模式
図である。
【図４】本発明の内部特性分布計測装置の一例を示す模
式図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ光入射ファイバ
ーの一例を示す斜視図および模式図である。
【図６】ヘモグロビンおよびミオグロビンの吸収スペク
トルを示すグラフである。
【図７】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ光入射手段の一
例を示す模式図である。
【図８】本発明の内部特性分布計測方法の一例を示すフ
ローチャートである。
【図９】本発明の内部特性分布計測方法の他の例を示す
フローチャートである。
【図１０】本発明の内部特性分布計測方法の更に他の例
を示すフローチャートである。
【図１１】本発明にかかる光入射及び／又は光検出位置
の配置の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明にかかる光入射及び／又は光検出位置
の配置の他の例を示す模式図である。
【図１３】本発明の内部特性分布計測方法の更に他の例
を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の内部特性分布計測方法の更に他の例
を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の内部特性分布計測方法の更に他の例
を示すフローチャートである。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ散乱吸収体への光
入射方法の一例を示す模式図である。
【図１７】光検出手段の一例を示す模式図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ光検出方法の一例
を示す模式図である。
【図１９】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ検出信号の低
雑音増幅方法の一例を示す模式図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ実施例で使用
したファントムの斜視図および上面図である。
【図２１】実施例における光入射位置と光検出位置との
関係を説明するための補助図である。
【図２２】（ａ）及び（ｂ）は従来の方法で画像再構成
を行った結果、ディスプレー上に表示された中間調画像
を示す写真である。
【図２３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の方法で画像再構
成を行った結果、ディスプレー上に表示された中間調画
像を示す写真である。
【符号の説明】
１〜１２…光ファイバーホルダー、１ａ〜１２ａ…光入
射ファイバー、１ｂ〜１２ｂ…光検出ファイバー、２０
…波長選択器、３０…光源、４０…光検出器、５０…制
御部、６０…演算処理部、７０…記憶部、８０…表示
部、ＳＭ…散乱吸収体、Ｐ…光入射及び／又は光検出位
置。

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 測定対象物の表面における複数の光入射
    位置から順次該対象物中に測定光を入射するステップ
    と、 該対象物中を透過した測定光を、前記対象物の表面にお
    ける複数の光検出位置のうちの少なくとも１つの光検出
    位置であってかつ測定されるべき測定光が入射された光
    入射位置に対して所定の位置関係にある光検出位置で順
    次あるいは同時に検出するステップと、 各光検出位置で検出された各測定光に基づいて、該測定
    光の所定パラメータの測定値を求めるステップと、 前記位置関係が相対的に同じである前記光入射位置と前
    記光検出位置との複数の組み合わせによって求められた
    複数の前記測定値を抽出し、該測定値の平均値を算出し
    て該位置関係における基準値を得るステップと、 前記複数の組み合わせによって求められた前記複数の測
    定値と、前記基準値とを用いて、複数の領域に分割され
    た前記対象物の各領域における所定内部特性の変化量を
    算出して該対象物における内部特性変化量分布を求める
    ステップと、を具備する、内部特性分布の計測方法。
  2. 【請求項２】 前記内部特性が吸収係数であり、 前記対象物の平均の吸収係数および平均の等価散乱係数
    を求めるステップと、 前記平均の吸収係数および平均の等価散乱係数に対応す
    る広がり関数を選択するステップと、を更に具備してお
    り、 前記内部特性変化量分布を求めるステップにおいて、前
    記複数の測定値と前記基準値と前記広がり関数とを用い
    て、前記各領域における吸収係数の変化量を算出する、
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記平均の吸収係数および平均の等価散
    乱係数を求めるステップにおいて、前記基準値に基づい
    て該平均の吸収係数および平均の等価散乱係数を求め
    る、請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記吸収係数の変化量および前記平均の
    吸収係数を用いて、前記各領域における吸収係数の絶対
    値を算出して前記対象物における吸収係数絶対値分布を
    求めるステップを更に具備する、請求項２または３記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 前記吸収係数の絶対値を用いて、前記各
    領域における吸収成分の濃度を算出して前記対象物にお
    ける吸収成分濃度分布を求めるステップを更に具備す
    る、請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記対象物が少なくとも２つの吸収成分
    を含有しており、 前記光入射ステップにおいて前記対象物中に入射される
    測定光が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違す
    る少なくとも２つの波長を有しており、 前記光検出ステップにおいて前記少なくとも２つの波長
    を有する測定光をそれぞれ検出し、 前記測定値を求めるステップにおいて前記少なくとも２
    つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記測定値を
    求め、 前記基準値を得るステップにおいて前記少なくとも２つ
    の波長を有する測定光に関してそれぞれ前記平均値を算
    出し、 前記内部特性変化量分布を求めるステップにおいて前記
    少なくとも２つの波長を有する測定光に関してそれぞれ
    前記吸収係数の変化量を算出し、 前記吸収係数絶対値分布を求めるステップにおいて前記
    少なくとも２つの波長を有する測定光に関してそれぞれ
    前記吸収係数の絶対値を算出し、 前記吸収成分濃度分布を求めるステップにおいて前記少
    なくとも２つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前
    記吸収成分の濃度を算出し、前記対象物における前記各
    吸収成分の濃度分布を求める、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記内部特性が等価散乱係数であり、 前記対象物の平均の吸収係数および平均の等価散乱係数
    を求めるステップと、 前記平均の吸収係数および平均の等価散乱係数に対応す
    る広がり関数を選択するステップと、を更に具備してお
    り、 前記内部特性変化量分布を求めるステップにおいて、前
    記複数の測定値と前記基準値と前記広がり関数とを用い
    て、前記各領域における等価散乱係数の変化量を算出す
    る、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記平均の吸収係数および平均の等価散
    乱係数を求めるステップにおいて、前記基準値に基づい
    て該平均の吸収係数および平均の等価散乱係数を求め
    る、請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記等価散乱係数の変化量および前記平
    均の等価散乱係数を用いて、前記各領域における等価散
    乱係数の絶対値を算出して前記対象物における等価散乱
    係数絶対値分布を求めるステップを更に具備する、請求
    項７または８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記内部特性が屈折率であり、 前記対象物の平均の吸収係数、平均の等価散乱係数およ
    び平均の屈折率を求めるステップと、 前記平均の吸収係数、平均の等価散乱係数および平均の
    屈折率に対応する広がり関数を選択するステップと、を
    更に具備しており、 前記内部特性変化量分布を求めるステップにおいて、前
    記複数の測定値と前記基準値と前記広がり関数とを用い
    て、前記各領域における屈折率の変化量を算出する、請
    求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記平均の吸収係数、平均の等価散乱
    係数および平均の屈折率を求めるステップにおいて、前
    記基準値に基づいて少なくとも該平均の吸収係数および
    平均の等価散乱係数を求める、請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記屈折率の変化量および前記平均の
    屈折率を用いて、前記各領域における屈折率の絶対値を
    算出して前記対象物における屈折率絶対値分布を求める
    ステップを更に具備する、請求項１０または１１記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】 前記の求められた分布に基づいて、前
    記対象物内部における該分布を示す画像を表示するステ
    ップを更に具備する、請求項１〜１２のうちのいずれか
    一項記載の方法。
  14. 【請求項１４】 測定対象物の表面における複数の光入
    射位置から順次該対象物中に測定光を入射する光入射手
    段と、 該対象物中を透過した測定光を、前記対象物の表面にお
    ける複数の光検出位置のうちの少なくとも１つの光検出
    位置であってかつ測定されるべき測定光が入射された光
    入射位置に対して所定の位置関係にある光検出位置で順
    次あるいは同時に検出する光検出手段と、 各光検出位置で検出された各測定光に基づいて、該測定
    光の所定パラメータの測定値を求める測定値取得手段
    と、 前記位置関係が相対的に同じである前記光入射位置と前
    記光検出位置との複数の組み合わせによって求められた
    複数の前記測定値を抽出し、該測定値の平均値を算出し
    て該位置関係における基準値を得る基準値算出手段と、 前記複数の組み合わせによって求められた前記複数の測
    定値と、前記基準値とを用いて、複数の領域に分割され
    た前記対象物の各領域における所定内部特性の変化量を
    算出して該対象物における内部特性変化量分布を求める
    内部特性変化量算出手段と、を具備する、内部特性分布
    の計測装置。
  15. 【請求項１５】 前記内部特性が吸収係数であり、 前記対象物の平均の吸収係数および平均の等価散乱係数
    を求める平均吸収および散乱係数検出手段と、 前記平均の吸収係数および平均の等価散乱係数に対応す
    る広がり関数を選択する広がり関数選択手段と、を更に
    具備しており、 前記内部特性変化量算出手段において、前記複数の測定
    値と前記基準値と前記広がり関数とを用いて、前記各領
    域における吸収係数の変化量を算出する、請求項１４記
    載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記平均吸収および散乱係数検出手段
    において、前記基準値に基づいて前記平均の吸収係数お
    よび平均の等価散乱係数を求める、請求項１５記載の装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記吸収係数の変化量および前記平均
    の吸収係数を用いて、前記各領域における吸収係数の絶
    対値を算出して前記対象物における吸収係数絶対値分布
    を求める吸収係数絶対値算出手段を更に具備する、請求
    項１５または１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記吸収係数の絶対値を用いて、前記
    各領域における吸収成分の濃度を算出して前記対象物に
    おける吸収成分濃度分布を求める吸収成分濃度算出手段
    を更に具備する、請求項１７記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記対象物が少なくとも２つの吸収成
    分を含有しており、 前記光入射手段において前記対象物中に入射される測定
    光が、該吸収成分に対する吸収係数が互いに相違する少
    なくとも２つの波長を有しており、 前記光検出手段において前記少なくとも２つの波長を有
    する測定光をそれぞれ検出し、 前記測定値取得手段において前記少なくとも２つの波長
    を有する測定光に関してそれぞれ前記測定値を求め、 前記基準値算出手段において前記少なくとも２つの波長
    を有する測定光に関してそれぞれ前記平均値を算出し、 前記内部特性変化量算出手段において前記少なくとも２
    つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数
    の変化量を算出し、 前記吸収係数絶対値算出手段において前記少なくとも２
    つの波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収係数
    の絶対値を算出し、 前記吸収成分濃度算出手段において前記少なくとも２つ
    の波長を有する測定光に関してそれぞれ前記吸収成分の
    濃度を算出し、前記対象物における前記各吸収成分の濃
    度分布を求める、請求項１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記内部特性が等価散乱係数であり、 前記対象物の平均の吸収係数および平均の等価散乱係数
    を求める平均吸収および散乱係数検出手段と、 前記平均の吸収係数および平均の等価散乱係数に対応す
    る広がり関数を選択する広がり関数選択手段と、を更に
    具備しており、 前記内部特性変化量算出手段において、前記複数の測定
    値と前記基準値と前記広がり関数とを用いて、前記各領
    域における等価散乱係数の変化量を算出する、請求項１
    ４記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記平均吸収および散乱係数検出手段
    において、前記基準値に基づいて前記平均の吸収係数お
    よび平均の等価散乱係数を求める、請求項２０記載の装
    置。
  22. 【請求項２２】 前記等価散乱係数の変化量および前記
    平均の等価散乱係数を用いて、前記各領域における等価
    散乱係数の絶対値を算出して前記対象物における等価散
    乱係数絶対値分布を求める等価散乱係数絶対値算出手段
    を更に具備する、請求項２０または２１記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記内部特性が屈折率であり、 前記対象物の平均の吸収係数、平均の等価散乱係数およ
    び平均の屈折率を求める平均吸収および散乱係数検出手
    段と、 前記平均の吸収係数、平均の等価散乱係数および平均の
    屈折率に対応する広がり関数を選択する広がり関数選択
    手段と、を更に具備しており、 前記内部特性変化量算出手段において、前記複数の測定
    値と前記基準値と前記広がり関数とを用いて、前記各領
    域における屈折率の変化量を算出する、請求項１４記載
    の装置。
  24. 【請求項２４】 前記平均吸収および散乱係数検出手段
    において、前記基準値に基づいて少なくとも前記平均の
    吸収係数および平均の等価散乱係数を求める、請求項２
    ３記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記屈折率の変化量および前記平均の
    屈折率を用いて、前記各領域における屈折率の絶対値を
    算出して前記対象物における屈折率絶対値分布を求める
    屈折率絶対値算出手段を更に具備する、請求項２３また
    は２４記載の装置。
  26. 【請求項２６】 前記の求められた分布に基づいて、前
    記対象物内部における該分布を示す画像を表示する画像
    表示手段を更に具備する、請求項１４〜２５のうちのい
    ずれか一項記載の装置。
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