WO2021014583A1 - 物性値計測方法、及び物性値算出装置 - Google Patents

物性値計測方法、及び物性値算出装置 Download PDF

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    • G01N2021/4711—Multiangle measurement

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring a physical characteristic value and a device for calculating a physical characteristic value.
  • the physical property value distribution inside the measurement object is distributed.
  • the technique of estimating is known.
  • Patent Document 1 measurement is performed by changing the angle of irradiating the object to be measured with light and the angle of receiving the return light from the object to be measured, and the optical transport equation (RTE: Radiative Transfer Equation) and lookup are performed.
  • RTE Radiative Transfer Equation
  • Patent Document 2 discloses a technique in which return light from a measurement object is received by a plurality of optical fibers at different positions and the scattering coefficient and absorption coefficient inside the measurement object are estimated by using the Monte Carlo method. ..
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a physical characteristic value measuring method capable of accurately estimating the scattering coefficient and the absorption coefficient inside the measurement object, and a physical characteristic value calculating device. To do.
  • the physical property value measuring method incidents light on the measurement object and returns from the measurement object by the first measurement.
  • the light intensity of the light is measured, the attenuation coefficient in the depth direction of the measurement object is calculated based on the measurement result of the first measurement, and the light is incident on the measurement object to cause the first measurement object.
  • the light intensity of the return light from the measurement object is measured by a second measurement different from the measurement of the above, the attenuation coefficient is fixed to the value calculated by the first measurement, and the second measurement is used as a constraint condition.
  • the scattering coefficient and the absorption coefficient in the depth direction of the measurement object are calculated.
  • one of the scattering coefficient and the absorption coefficient of the measurement object is set as the first variable, and the attenuation coefficient calculated by the first measurement and the first variable With the difference as the second variable, a plurality of parameter sets of the first variable and the second variable are created, and the measurement target of the return light from the measurement target calculated using the created plurality of parameter sets. Select a variable set that minimizes the difference between the light intensity distribution on the plane of the surface of the object and the light intensity distribution of the return light from the measurement object measured by the second measurement on the surface of the measurement object. Then, the selected parameter set is used as the scattering coefficient and the absorption coefficient in the depth direction of the measurement object.
  • the first variable is an absorption coefficient
  • the first variable is a value that the absorption coefficient can take. Determined based on range.
  • the first measurement or the second measurement measures by scanning the return light from the measurement object on the surface of the measurement object.
  • the first measurement is interference measurement, time decomposition measurement, polarization measurement, or pattern projection measurement.
  • the second measurement is a measurement of incident spot light, a time-resolved measurement, or a polarization measurement.
  • the second measurement measures the light intensity distribution of the return light from the measuring object on the surface of the measuring object.
  • the first variable is set to a different value within a predetermined range
  • a lookup table of the first variable and the second variable is created, and the above-mentioned The light intensity distribution of the return light from the measurement object calculated corresponding to the created lookup table on the surface plane of the measurement object and the measurement object measured by the second measurement.
  • the first variable and the second variable that minimize the difference between the return light and the light intensity distribution on the surface of the measurement object are selected.
  • the light intensity of the return light from the measurement object calculated by analyzing the light propagation in the measurement object on the surface plane of the measurement object.
  • the scattering coefficient and absorption coefficient that minimize the difference between the distribution and the light intensity distribution of the return light from the measurement object measured by the second measurement on the surface of the measurement object are calculated.
  • the second measurement controls the polarization of the light incident on the measurement object and the polarization of the return light from the measurement object.
  • the light intensity distribution of the return light from the measurement target on the surface of the measurement target is measured.
  • the method for measuring the physical property value according to one aspect of the present invention depends on the scattering coefficient in the depth direction of the measurement object and the wavelength dependence of the light intensity of the return light from the measurement object by the first measurement. Based on this, the anisotropic scattering parameter in the depth direction of the measurement object is calculated.
  • the physical property value calculation device includes measurement results by the first measuring device that injects light into the measurement target object and measures the light intensity of the return light from the measurement target object, and the above-mentioned.
  • Acquisition unit that acquires the measurement result by the second measuring device that incidents light on the measurement object and measures the light intensity of the return light from the measuring object by a measuring method different from that of the first measuring device.
  • the damping coefficient calculation unit that calculates the attenuation coefficient in the depth direction of the measurement object and the attenuation coefficient are fixed to the values calculated by the attenuation coefficient calculation unit.
  • a physical property value calculation unit for calculating the scattering coefficient and the absorption coefficient in the depth direction of the measurement object based on the measurement result of the second measuring device is provided.
  • the present invention it is possible to realize a physical characteristic value measuring method and a physical characteristic value calculating device capable of accurately estimating the scattering coefficient and the absorption coefficient inside the object to be measured.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a physical characteristic value measurement system including a physical characteristic value calculation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the second measuring device.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an outline of the process executed by the physical characteristic value calculation device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the light intensity of the return light in the depth direction measured by the first measuring device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a two-dimensional light intensity distribution of the return light formed by the second measuring device.
  • FIG. 6 is a diagram showing how light propagates inside the object to be measured.
  • FIG. 7 is a diagram showing how the first variable is changed.
  • the physical property value measuring method and the embodiment of the physical characteristic value calculating device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the present invention is not limited to these embodiments.
  • the present invention can be generally applied to a physical property value measuring method for measuring a scattering coefficient and an absorption coefficient, and a physical characteristic value calculating device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a physical characteristic value measurement system including a physical characteristic value calculation device according to an embodiment of the present invention.
  • the physical characteristic value measuring system 1 according to the present embodiment is based on the measurement results by the first measuring device 2, the second measuring device 3, the first measuring device 2, and the second measuring device 3.
  • the physical property value calculation device 4 for calculating the physical property value inside the object to be measured is provided.
  • the object to be measured is, for example, a living body, but may be a pseudo-living body (so-called phantom) or the like, and is not particularly limited.
  • the first measuring device 2 incidents light on the object to be measured and measures the light intensity of the return light from the object to be measured. Specifically, the first measuring device 2 measures, for example, the inside of the object to be measured in the visible light region by optical coherence tomography (OCT), but the wavelength band is not particularly limited.
  • OCT optical coherence tomography
  • the first measuring device 2 performs OCT measurement by SD (spectrum domain) -OCT, but may perform OCT measurement by TD (time domain) -OCT.
  • the first measuring device 2 uses the first light source unit 21 that emits light, the propagation unit 22 that propagates the light emitted by the first light source unit 21, and the light from the first light source unit 21 as measurement light and reference light.
  • the optical branching unit 23 that branches into, the spectroscopic unit 24 that disperses the interfering light generated by the measurement light and the reference light scattered backward in the subject, and the first light receiving that receives the interfering light dispersed in the spectroscopic unit 24.
  • a unit 25 is provided.
  • the first measuring device 2 performs OCT measurement in the visible light region
  • the first light source unit 21 to the first light receiving unit 25 each function in the visible light region.
  • the first light source unit 21 is a light source in which the wavelength width and the center wavelength can be freely selected in the visible light region. Specifically, the first light source unit 21 is, for example, a super-continuum light source.
  • the light emitted by the first light source unit 21 is spot light that irradiates one point of the measurement object O, but the spot light may be irradiated by scanning the measurement object O in the horizontal direction.
  • the propagation unit 22 propagates the light emitted by the first light source unit 21.
  • the first light source unit 21 is an optical fiber having a small loss and dispersion in the visible light region, and is, for example, a photonic crystal fiber.
  • the optical branching portion 23 is, for example, a half mirror, and the light transmitted through the optical branching portion 23 becomes the measurement light, and the light reflected by the optical branching portion 23 becomes the reference light.
  • the measurement light transmitted through the optical branching portion 23 is incident on the subject. Then, the light backscattered inside the subject passes through the optical branching portion 23 again, and the interference light between this light and the reference light is incident on the spectroscopic portion 24.
  • the spectroscopic unit 24 disperses the interference light.
  • the spectroscopic unit 24 may be, for example, a diffraction grating or a prism, and may be configured to disperse light.
  • the first light receiving unit 25 outputs an electric signal generated by photoelectrically converting the incident light.
  • the first light receiving unit 25 may be, for example, a one-pixel photodiode, but may be a multi-pixel line sensor or area sensor.
  • the OCT measurement result at each wavelength can be acquired by moving or rotating the spectroscopic unit 24 or the first light receiving unit 25.
  • the light dispersed by the sensor having a plurality of pixels may be acquired without moving parts.
  • the first light receiving unit 25 may receive the measurement light scanned in the horizontal direction with respect to the measurement object O.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the second measuring device.
  • the second measuring device 3 has a second light source unit 31 that injects spot light substantially perpendicular to the measurement object O and a return light from the measurement object O, for example, 60 from the incident direction.
  • a second light receiving unit 32 that receives light in the direction of ° is provided.
  • the angle at which the second light receiving unit 32 receives the return light is not particularly limited.
  • the second light receiving unit 32 has image pickup elements arranged in a two-dimensional manner, and measures the light intensity distribution on the surface of the measurement target O of the return light from the measurement target O. Further, the second light source unit 31 may scan the object O to be measured in a plane orthogonal to the incident light and irradiate the spot light. Similarly, the second light receiving unit 32 may scan the return light from the measurement object O on the surface of the measurement object O to receive the light.
  • the physical property value calculation device 4 includes an acquisition unit 41 that acquires measurement results by the first measurement device 2 and the second measurement device 3, and an attenuation coefficient calculation unit 42 that calculates an attenuation coefficient based on the measurement results by the first measurement device 2.
  • a storage that stores the physical property value calculation unit 43 that calculates the scattering coefficient and the absorption coefficient, the control unit 44 that comprehensively controls the entire physical property value measurement system 1, and various programs for controlling the physical property value measurement system 1.
  • a unit 45 is provided.
  • the acquisition unit 41 acquires the measurement results of the first measuring device 2 and the second measuring device 3.
  • the attenuation coefficient calculation unit 42 calculates the attenuation coefficient of the measurement object O in the depth direction based on the measurement result of the first measuring device 2.
  • the attenuation coefficient calculation unit 42 is realized by using a CPU (Central Processing Unit), various arithmetic circuits, and the like.
  • the physical property value calculation unit 43 fixes the attenuation coefficient to the value calculated by the attenuation coefficient calculation unit 42, and uses this value as a constraint condition based on the measurement result of the second measuring device 3 in the depth direction of the measurement object O. Calculate the scattering coefficient and absorption coefficient.
  • the physical characteristic value calculation unit 43 is realized by using a CPU, various arithmetic circuits, and the like.
  • the control unit 44 comprehensively controls the operation of the physical characteristic value measurement system 1 by giving instructions to each unit constituting the physical characteristic value measurement system 1 and transferring data.
  • the control unit 44 is realized by using a CPU, various arithmetic circuits, and the like.
  • the storage unit 45 is realized by using a hard disk and a semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory).
  • the storage unit 45 stores various programs executed by the physical property value measurement system 1, measurement results by the first measurement device 2 and the second measurement device 3 acquired by the acquisition unit 41, and the like.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an outline of the process executed by the physical characteristic value calculation device 4 shown in FIG.
  • the acquisition unit 41 acquires the measurement result of the first measuring device 2 (step S1).
  • the measurement result acquired by the acquisition unit 41 includes an interference component between the measurement light and the reference light and a non-interference component.
  • the first measuring device 2 performs measurement before performing step S1.
  • the attenuation coefficient calculation unit 42 calculates the attenuation coefficient of the measurement object O in the depth direction based on the measurement result of the first measuring device 2 (step S2).
  • the attenuation coefficient calculation unit 42 subtracts the separately measured non-interference component from the measurement result acquired by the acquisition unit 41 to obtain only the interference component.
  • the attenuation coefficient calculation unit 42 calculates the light intensity distribution of the return light in the depth direction of the measurement object O by Fourier transforming the interference component in the wavelength direction.
  • FIG. 4 is a diagram showing the light intensity of the return light in the depth direction measured by the first measuring device.
  • the horizontal axis of FIG. 4 is the depth, and the depth d0 corresponds to the surface of the measurement object O.
  • the vertical axis of FIG. 4 is the light intensity of the return light from the measurement object O represented by the natural logarithm.
  • the measurement target O is, for example, the epithelium of the digestive organs.
  • the measurement object O When the measurement result of FIG. 4 is fitted by a straight line, the measurement object O has a two-layer structure consisting of an upper layer having a depth d0 to d1 corresponding to the straight line L1 and a lower layer having a depth d1 to d2 corresponding to the straight line L2. It can be seen that it is. Then, the damping coefficient ⁇ t1 of the upper layer can be calculated from the slope of the straight line L1, and the damping coefficient ⁇ t2 of the lower layer can be calculated from the slope of the straight line L2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a two-dimensional light intensity distribution of return light on the surface of the measurement object O formed by the second measuring device.
  • the second measuring device 3 measures the light intensity distribution on the surface of the measurement target O of the return light from the measurement target O shown in FIG.
  • the origin of the light intensity distribution corresponds to the position where the spot light is emitted from the second light source unit 31.
  • the second measuring device 3 performs measurement before performing step S3.
  • the physical property value calculation unit 43 fixes the attenuation coefficient to the value calculated by the attenuation coefficient calculation unit 42, and uses this value as a constraint condition based on the measurement result of the second measuring device 3, and the depth of the measurement object O.
  • the scattering coefficient and the absorption coefficient in the longitudinal direction are calculated (step S4).
  • FIG. 6 is a diagram showing how light propagates inside the object to be measured.
  • the epithelium of the digestive organ which is the object to be measured O, is composed of an upper layer having a scattering coefficient ⁇ s1 and an absorption coefficient ⁇ a1 and a lower layer having a scattering coefficient ⁇ s2 and an absorption coefficient ⁇ a2 .
  • ⁇ t1 ⁇ s1 + ⁇ a1
  • ⁇ t2 ⁇ s2 + ⁇ a2 , respectively.
  • the first variable is determined based on the range of possible values of the absorption coefficient.
  • the lower limit of the value that the absorption coefficient can take can be zero, and the upper limit can be set to a sufficiently large value based on the known absorption coefficient of the measurement object O.
  • FIG. 7 is a diagram showing how the first variable is changed.
  • the first variable is, for example, from zero to twice the reference value described later for the absorption coefficient, based on the range of values that the absorption coefficient can take. Then, a parameter set in which the first variables ⁇ a1 and ⁇ a2 are changed from zero to twice the reference value at predetermined intervals is created, and a lookup table including all of these parameter sets is created.
  • the scattering coefficient is generally sufficiently larger than the absorption coefficient, so that the attenuation coefficient is dominated by the contribution of the scattering coefficient. Therefore, if the scattering coefficient is set as the first variable, the absorption coefficient may become negative, the range of change in the scattering coefficient cannot be increased, and the absorption coefficient and the scattering coefficient cannot be estimated accurately. Therefore, by setting the absorption coefficient as the first variable and changing the first variable within the range of values that the absorption coefficient can take, the absorption coefficient does not become negative and the rate of change of the absorption coefficient is increased, and then the absorption coefficient is increased. And the scattering coefficient can be estimated. As a result, the absorption coefficient and the scattering coefficient can be estimated with high accuracy.
  • the reference value of the absorption coefficient may be set with reference to, for example, the absorption coefficient of a general epithelium at the measured wavelength.
  • the physical property value calculation unit 43 uses the Monte Carlo method for each parameter set of the created lookup table on the plane of the surface of the object to be measured for the return light under the same conditions as the second measurement. The light intensity distribution in is calculated. Then, the light intensity distribution for each calculated parameter set is compared with the light intensity distribution of the measurement result shown in FIG. 5, and the parameter set that minimizes the square integration error of all pixels is selected. Further, the physical property value calculation unit 43 sets the selected parameter set as a scattering coefficient ( ⁇ s1 , ⁇ s2 ) and an absorption coefficient ( ⁇ a1 , ⁇ a2 ) that change in the depth direction of the measurement object O.
  • the scattering coefficient and the absorption coefficient of the measurement target O can be estimated accurately by combining the two measurement methods of the first measurement and the second measurement. ..
  • the distribution of the attenuation coefficient of the measurement object O in the depth direction is obtained by the first measurement, and the scattering coefficient and the scattering coefficient and the result of the second measurement are used with the value of the attenuation coefficient as a constraint condition.
  • the distribution of the absorption coefficient in the depth direction is calculated.
  • the number of variables for obtaining the scattering coefficient and the absorption coefficient is reduced, and the scattering coefficient and the absorption coefficient can be determined with higher accuracy than the estimation methods disclosed in Patent Documents 1 and 2.
  • the distribution in the depth direction can be obtained.
  • the physical property value calculation unit 43 analyzes the light propagation in the measurement target O and calculates the light intensity distribution of the return light from the measurement target O on the surface plane of the measurement target O.
  • the scattering coefficient and the absorption coefficient that minimize the difference from the light intensity distribution on the surface of the measurement object O of the return light from the measurement object O measured by the second measurement are calculated.
  • a method of analyzing light propagation in the measurement object O there are a method of calculating light propagation using a light transport equation and a diffusion approximation formula, a method of probabilistically tracking a light ray using a Monte Carlo method, and the like.
  • a method of selecting (optimizing) the optimum parameter set there are Newton's method, Lagrange's undetermined multiplier method and the like.
  • Modification 2 in the second measurement, the polarization of the light incident on the measurement object O and the polarization of the return light from the measurement object O are controlled, and the return light from the measurement object O is measured.
  • the light intensity distribution on the surface of the object O is measured.
  • the light intensity distribution of the return light when the polarization of the light incident on the measurement object O and the return light from the measurement object O is cross Nicol or Paranicol is measured.
  • Andreas H. Hielscher, et al. "Influence of partial size and concentration on the difference backscattering of polarized light from fantasy phantoms and biological cell. 36, No.
  • the scattering coefficient is calculated using the method described in 1 y APPRIED OPTICS. Further, the absorption coefficient can be obtained by subtracting the scattering coefficient from the attenuation coefficient obtained by the first measurement.
  • the physical property value calculation unit 43 measures the measurement target based on the scattering coefficient of the measurement target O in the depth direction and the wavelength dependence of the backscattered light ⁇ b from the measurement target O in the first measurement.
  • the g parameter which is an anisotropic scattering parameter in the depth direction of the object O, is calculated.
  • the physical property value calculation unit 43 first fixes the g parameter to an appropriate value, and calculates the scattering coefficient in the depth direction by inverse analysis or the like. Subsequently, from the calculated scattering coefficient and the wavelength dependence of the backscattered light ⁇ b measured by the first measurement, J.I. Yi, et al.
  • the g parameter is calculated using the method described in.
  • the physical property value calculation unit 43 may improve the accuracy of the g parameter to be calculated by repeating the above-mentioned calculation. Further, the physical property value calculation unit 43 may calculate the g parameter by regarding the attenuation coefficient obtained by the first measurement as the scattering coefficient, assuming that the absorption coefficient is sufficiently smaller than the scattering coefficient.
  • the first measurement may be a time-resolved measurement, a polarization measurement, or a pattern projection measurement.
  • the time-resolved measurement it is possible to obtain information in the depth direction of the measurement object O from the time change of the light intensity of the return light from the measurement object O when the pulse or intensity-modulated light is irradiated to the measurement object O. it can.
  • the polarization measurement information on each of the shallow portion and the deep portion can be obtained by controlling the polarization of the light incident on the measurement object O and the return light from the measurement object O.
  • the first measurement is not particularly limited as long as it is a measurement method capable of obtaining information in the depth direction of the measurement object O.
  • the second measurement may be a time-resolved measurement, a polarization measurement, or a pattern projection.
  • the scattering coefficient and the absorption coefficient can be separated from the characteristics of the impulse response or the phase shift with respect to the intensity-modulated light.
  • polarization measurement it is possible to separate polarization-dependent scattering and non-polarization-dependent absorption by controlling the polarization of the light incident on the measurement object O and the return light from the measurement object O. it can.
  • the scattering coefficient and the absorption coefficient can be obtained by optimization from the pattern projection image of a plurality of frequencies.
  • the second measurement is not particularly limited as long as it is a measurement method capable of separating the scattering coefficient and the absorption coefficient. Further, if the first measurement is performed on different parts of the measurement target O, the distribution of the attenuation coefficient in the depth direction of that part can be obtained, and this value is used to three-dimensionally measure the measurement target O. It is also possible to obtain the distribution of the scattering coefficient and the absorption coefficient.

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Abstract

物性値計測方法は、計測対象物に対して光を入射し、第１の計測により前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測し、前記第１の計測の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の減衰係数を算出し、前記計測対象物に対して光を入射し、前記第１の計測とは異なる第２の計測により前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測し、減衰係数を前記第１の計測により算出した値に固定し、該値を制約条件として前記第２の計測の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数及び吸収係数を算出する。これにより、計測対象物内部の散乱係数及び吸収係数を精度よく推定することができる物性値計測方法を提供する。

Description

物性値計測方法、及び物性値算出装置
　本発明は、物性値計測方法、及び物性値算出装置に関する。
　体積散乱体である生体等の計測対象物に対して光を照射し、計測対象物からの戻り光の光強度を複数の異なる角度や位置において計測することにより、計測対象物内部の物性値分布を推定する技術が知られている。
　特許文献１には、計測対象物に光を照射する角度、及び計測対象物からの戻り光を受光する角度を変化させて計測を行い、光輸送方程式（ＲＴＥ：Ｒａｄｉａｔｉｖｅ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｅｑｕａｔｉｏｎ）、及びルックアップテーブルを用いて、計測対象物内部の散乱係数及び吸収係数を推定する技術が開示されている。
　特許文献２には、計測対象物からの戻り光を複数の光ファイバにより異なる位置において受光し、モンテカルロ法を用いて、計測対象物内部の散乱係数及び吸収係数を推定する技術が開示されている。
　特許文献１、２の技術では、計測対象物からの戻り光の光強度を計測する角度や位置の数を増やして情報量を増やすことにより、計測対象物内部の物性値を推定する精度を高くすることができる。
特許第４９９５０５５号公報 特許第４０３８１７９号公報
　しかしながら、特許文献１、２の技術において、計測対象物からの戻り光の光強度を計測する角度や位置の数を増やしても、推定する物性値の精度を限界値よりも高くすることができなかった。これは、特許文献１、２の技術では、戻り光の光路を正確に推定することができないことに起因する。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、計測対象物内部の散乱係数及び吸収係数を精度よく推定することができる物性値計測方法、及び物性値算出装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、計測対象物に対して光を入射し、第１の計測により前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測し、前記第１の計測の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の減衰係数を算出し、前記計測対象物に対して光を入射し、前記第１の計測とは異なる第２の計測により前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測し、減衰係数を前記第１の計測により算出した値に固定し、該値を制約条件として前記第２の計測の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数及び吸収係数を算出する。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記計測対象物の散乱係数又は吸収係数の一方を第１変数とし、前記第１の計測により算出した減衰係数と前記第１変数との差を第２変数とし、前記第１変数及び前記第２変数の複数のパラメータセットを作成し、前記作成した複数のパラメータセットを用いて算出した前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面の平面上における光強度分布と、前記第２の計測により計測された前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布との差異が最小となるパラメータセットを選択し、前記選択したパラメータセットを、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数及び吸収係数とする。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記第１変数は、吸収係数であり、前記複数のパラメータセットを作成する際に、前記第１変数は、吸収係数が取り得る値の範囲に基づいて定められる。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記第１の計測又は前記第２の計測は、前記計測対象物からの戻り光を前記計測対象物の表面においてスキャンして計測する。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記第１の計測は、干渉計測、時間分解計測、偏光計測、又はパターン投影計測である。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記第２の計測は、スポット光を入射する計測、時間分解計測、又は偏光計測である。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記第２の計測は、前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布を計測する。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記第１変数を所定の範囲内における異なる値に設定して、前記第１変数及び前記第２変数のルックアップテーブルを作成し、前記作成したルックアップテーブルに対応して算出した前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面の平面上における光強度分布と、前記第２の計測により計測された前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布との差異が最小となる前記第１変数及び前記第２変数を選択する。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記計測対象物内における光伝播を解析して算出した前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面の平面上における光強度分布と、前記第２の計測により計測された前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布との差異が最小となる散乱係数及び吸収係数を算出する。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記第２の計測は、前記計測対象物に入射する光の偏光と前記計測対象物からの戻り光の偏光とを制御して、前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布を計測する。
　また、本発明の一態様に係る物性値計測方法は、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数、及び前記第１の計測による前記計測対象物からの戻り光の光強度の波長依存性に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の異方性散乱パラメータを算出する。
　また、本発明の一態様に係る物性値算出装置は、計測対象物に対して光を入射し、前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測する第１計測装置による計測結果と、前記計測対象物に対して光を入射し、前記計測対象物からの戻り光の光強度を前記第１計測装置とは異なる計測方法により計測する第２計測装置による計測結果と、を取得する取得部と、前記第１計測装置の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の減衰係数を算出する減衰係数算出部と、減衰係数を前記減衰係数算出部が算出した値に固定し、該値を制約条件として、前記第２計測装置の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数及び吸収係数を算出する物性値算出部と、を備える。
　本発明によれば、計測対象物内部の散乱係数及び吸収係数を精度よく推定することができる物性値計測方法、及び物性値算出装置を実現することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る物性値算出装置を含む物性値計測システムの構成を示す模式図である。 図２は、第２計測装置の構成を示す模式図である。 図３は、図１に示す物性値算出装置が実行する処理の概要を示すフローチャートである。 図４は、第１計測装置により計測された深さ方向における戻り光の光強度を表す図である。 図５は、第２計測装置により形成された戻り光の２次元光強度分布を表す図である。 図６は、計測対象物の内部を光が伝播する様子を表す図である。 図７は、第１変数を変化させる様子を表す図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る物性値計測方法、及び物性値算出装置の実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、散乱係数及び吸収係数を計測する物性値計測方法、及び物性値算出装置一般に適用することができる。
　また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態）
〔物性値計測システムの構成〕
　まず、実施の形態に係る物性値計測システムの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る物性値算出装置を含む物性値計測システムの構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る物性値計測システム１は、第１計測装置２と、第２計測装置３と、第１計測装置２及び第２計測装置３による計測結果に基づいて計測対象物内部の物性値を算出する物性値算出装置４と、を備える。なお、計測対象物は、例えば生体であるが、疑似生体（いわゆるファントム）等であってもよく、特に限定されない。
〔第１計測装置の構成〕
　次に、第１計測装置の構成を説明する。第１計測装置２は、計測対象物に対して光を入射し、計測対象物からの戻り光の光強度を計測する。具体的には、第１計測装置２は、例えば可視光域において計測対象物の内部を光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）により計測するが、波長帯域は特に限定されない。第１計測装置２は、ＳＤ（スペクトラムドメイン）－ＯＣＴによりＯＣＴ計測を行うが、ＴＤ（タイムドメイン）－ＯＣＴによりＯＣＴ計測を行ってもよい。
　第１計測装置２は、光を出射する第１光源部２１と、第１光源部２１が出射した光を伝播する伝播部２２と、第１光源部２１からの光を測定光と参照光とに分岐する光分岐部２３と、被検体において後方散乱した測定光と参照光とにより生成された干渉光を分光する分光部２４と、分光部２４において分光された干渉光を受光する第１受光部２５と、を備える。第１計測装置２が可視光域においてＯＣＴ計測を行う場合、第１光源部２１～第１受光部２５は、それぞれ可視光域で機能するものを用いる。
　第１光源部２１は、可視光域において波長幅や中心波長を自由に選択できる光源である。具体的には、第１光源部２１は、例えばスーパーコンティニューム光源である。第１光源部２１が出射する光は、計測対象物Ｏの１点に照射されるスポット光であるが、計測対象物Ｏに対して水平方向にスキャンしてスポット光を照射してもよい。
　伝播部２２は、第１光源部２１が出射した光を伝播する。第１光源部２１は、可視光域での損失及び分散が小さい光ファイバであり、例えばフォトニッククリスタルファイバである。
　光分岐部２３は、例えばハーフミラーであり、光分岐部２３を透過した光が測定光となり、光分岐部２３において反射した光が参照光となる。光分岐部２３を透過した測定光は、被検体に入射する。そして、被検体の内部で後方散乱された光が再度光分岐部２３を透過し、この光と参照光との干渉光が分光部２４に入射する。
　分光部２４は、干渉光を分光する。分光部２４は、例えば回折格子であってよいが、プリズムであってもよく、光を分光する構成であればよい。
　第１受光部２５は、入射した光を光電変換して生成される電気信号を出力する。第１受光部２５は、例えば１画素のフォトダイオードであってよいが、複数画素のラインセンサやエリアセンサであってもよい。第１受光部２５が１画素の受光素子である場合、分光部２４又は第１受光部２５が移動又は回転することにより、各波長におけるＯＣＴ計測結果を取得することができる。あるいは複数画素のセンサにより、可動部なしで分光された光を取得してもよい。また、第１受光部２５は、計測対象物Ｏに対して水平方向にスキャンした測定光を受光してもよい。
〔第２計測装置の構成〕
　次に、第２計測装置の構成を説明する。第２計測装置３は、計測対象物に対して光を入射し、計測対象物からの戻り光の光強度を第１計測装置２とは異なる計測方法により計測する。図２は、第２計測装置の構成を示す模式図である。図２に示すように、第２計測装置３は、計測対象物Ｏに対して略垂直にスポット光を入射する第２光源部３１と、計測対象物Ｏからの戻り光を入射方向から例えば６０°の方向において受光する第２受光部３２と、を備える。ただし、第２受光部３２が戻り光を受光する角度は特に限定されない。第２受光部３２は、２次元状に配列された撮像素子を有し、計測対象物Ｏからの戻り光の計測対象物Ｏの表面における光強度分布を計測する。また、第２光源部３１は、計測対象物Ｏに対して入射光に直交する面内においてスキャンしてスポット光を照射してもよい。同様に、第２受光部３２は、計測対象物Ｏからの戻り光を計測対象物Ｏの表面においてスキャンして受光してもよい。
〔物性値算出装置の構成〕
　次に、物性値算出装置の構成を説明する。物性値算出装置４は、第１計測装置２及び第２計測装置３による計測結果を取得する取得部４１と、第１計測装置２による計測結果に基づいて減衰係数を算出する減衰係数算出部４２と、散乱係数及び吸収係数を算出する物性値算出部４３と、物性値計測システム１全体を統括的に制御する制御部４４と、物性値計測システム１を制御するための各種プログラムを記憶する記憶部４５と、を備える。
　取得部４１は、第１計測装置２及び第２計測装置３による計測結果を取得する。
　減衰係数算出部４２は、第１計測装置２の計測結果に基づいて、計測対象物Ｏの深さ方向の減衰係数を算出する。減衰係数算出部４２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や各種演算回路等を用いて実現される。
　物性値算出部４３は、減衰係数を減衰係数算出部４２が算出した値に固定し、この値を制約条件として第２計測装置３の計測結果に基づいて、計測対象物Ｏの深さ方向の散乱係数及び吸収係数を算出する。物性値算出部４３は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
　制御部４４は、物性値計測システム１を構成する各部に対する指示やデータの転送等を行って物性値計測システム１の動作を統括的に制御する。制御部４４は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
　記憶部４５は、ハードディスク及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体メモリを用いて実現される。記憶部４５は、物性値計測システム１が実行する各種プログラムや取得部４１が取得した第１計測装置２および第２計測装置３による計測結果等を記憶する。
〔物性値計測方法〕
　次に、物性値計測システム１を用いた物性値計測方法を説明する。図３は、図１に示す物性値算出装置４が実行する処理の概要を示すフローチャートである。まず、図３に示すように、取得部４１は、第１計測装置２の計測結果を取得する（ステップＳ１）。取得部４１が取得する計測結果には、測定光と参照光との干渉成分と、非干渉成分とが含まれている。なお、第１計測装置２は、ステップＳ１を行う前に計測を行っている。
　続いて、減衰係数算出部４２は、第１計測装置２の計測結果に基づいて、計測対象物Ｏの深さ方向の減衰係数を算出する（ステップＳ２）。減衰係数算出部４２は、取得部４１が取得した計測結果から別途計測した非干渉成分を差し引いて干渉成分のみとする。さらに、減衰係数算出部４２は、干渉成分を波長方向にフーリエ変換することにより、計測対象物Ｏの深さ方向における戻り光の光強度分布を算出する。図４は、第１計測装置により計測された深さ方向における戻り光の光強度を表す図である。図４の横軸は、深さであり、深さｄ０が計測対象物Ｏの表面に対応する。図４の縦軸は、自然対数で表した計測対象物Ｏからの戻り光の光強度である。なお、計測対象物Ｏは、例えば消化器の上皮である。
　図４の計測結果を直線によりフィッティングすると、計測対象物Ｏは、直線Ｌ１に対応する深さｄ０～ｄ１までの上層と、直線Ｌ２に対応する深さｄ１～ｄ２までの下層との２層構造であることがわかる。そして、直線Ｌ１の傾きから上層の減衰係数μｔ１を算出することができ、直線Ｌ２の傾きから下層の減衰係数μｔ２を算出することができる。
　その後、取得部４１は、第２計測装置３の計測結果を取得する（ステップＳ３）。図５は、第２計測装置により形成された計測対象物Ｏの表面における戻り光の２次元光強度分布を表す図である。第２計測装置３は、図５に示す計測対象物Ｏからの戻り光の計測対象物Ｏの表面における光強度分布を計測する。光強度分布の原点（図５の縦軸及び横軸の数字かゼロの位置）は、第２光源部３１からスポット光を照射する位置に対応する。そして、右側に示す表示バーＢの数値が大きいパターンに対応する領域ほど光強度が高いことを示す。なお、第２計測装置３は、ステップＳ３を行う前に計測を行っている。
　続いて、物性値算出部４３は、減衰係数を減衰係数算出部４２が算出した値に固定し、この値を制約条件として第２計測装置３の計測結果に基づいて、計測対象物Ｏの深さ方向の散乱係数及び吸収係数を算出する（ステップＳ４）。
　図６は、計測対象物の内部を光が伝播する様子を表す図である。図６に示すように、計測対象物Ｏである消化器の上皮は、散乱係数μｓ１、吸収係数μａ１の上層と、散乱係数μｓ２、吸収係数μａ２の下層とからなる。また、μｔ１＝μｓ１＋μａ１、μｔ２＝μｓ２＋μａ２がそれぞれ成り立つ。
　物性値算出部４３は、計測対象物Ｏの吸収係数（μａ１、μａ２）を第１変数とし、第１の計測により算出した減衰係数（μｔ１、μｔ２）と第１変数との差（μｓ１＝μｔ１－μａ１、μｓ２＝μｔ２－μａ２）を第２変数とし、第１変数及び第２変数の複数のパラメータセットを作成する。複数のパラメータセットを作成する際に、第１変数は、吸収係数が取り得る値の範囲に基づいて定められることが好ましい。吸収係数が取り得る値の下限値はゼロとすることができ、上限値は計測対象物Ｏの公知の吸収係数に基づいて十分大きい値に設定することができる。
　図７は、第１変数を変化させる様子を表す図である。図７に示すように、第１変数は、吸収係数が取り得る値の範囲に基づいて、例えばゼロから吸収係数の後述する基準値の２倍までとする。そして、第１変数であるμａ１、μａ２をそれぞれゼロから基準値の２倍まで所定の間隔で変化させたパラメータセットを作成し、これらのパラメータセットを全て含むルックアップテーブルを作成する。
　上皮の特徴として、一般的に散乱係数が吸収係数より十分に大きいことから、減衰係数は、散乱係数による寄与が支配的となる。そのため、散乱係数を第１変数とすると、吸収係数が負になる場合があり散乱係数の変化の幅を大きくすることができず、吸収係数及び散乱係数を精度よく推定することができない。そこで、吸収係数を第１変数とし、第１変数を吸収係数が取り得る値の範囲内で変化させることにより、吸収係数が負にならず、かつ吸収係数の変化率を大きくした上で吸収係数及び散乱係数を推定することができる。その結果、吸収係数及び散乱係数を高精度に推定することができる。ただし、散乱係数（μｓ１、μｓ２）を第１変数としても散乱係数及び吸収係数の推定は可能である。なお、吸収係数の基準値は、例えば計測を行った波長における一般的な上皮の吸収係数を参考に設定すればよい。
　続いて、物性値算出部４３は、作成したルックアップテーブルの各パラメータセットに対して、モンテカルロ法を用いて第２の計測と同一の条件の場合の戻り光の計測対象物の表面の平面上における光強度分布を算出する。そして、算出した各パラメータセットに対する光強度分布と図５に示す計測結果の光強度分布とを比較し、全画素の二乗積算誤差が最小になるパラメータセットを選択する。さらに、物性値算出部４３は、選択したパラメータセットを、計測対象物Ｏの深さ方向に変化する散乱係数（μｓ１、μｓ２）及び吸収係数（μａ１、μａ２）とする。
　以上説明したように、実施の形態によれば、第１の計測及び第２の計測の２つの計測方法を組み合わせることにより、計測対象物Ｏの散乱係数及び吸収係数を精度よく推定することができる。特に、本実施の形態では第１の計測により計測対象物Ｏの減衰係数の深さ方向の分布を求め、この減衰係数の値を制約条件として、第２の計測の結果を用いて散乱係数および吸収係数の深さ方向の分布を求めている。減衰係数の値を制約条件とすることで、散乱係数および吸収係数を求める場合の変数の数が少なくなり、特許文献１および２に開示されている推定方法より高精度に散乱係数及び吸収係数の深さ方向の分布を求めることができる。
（変形例１）
　変形例１において、物性値算出部４３は、計測対象物Ｏ内における光伝播を解析して算出した計測対象物Ｏからの戻り光の計測対象物Ｏの表面の平面上における光強度分布と、第２の計測により計測された計測対象物Ｏからの戻り光の計測対象物Ｏの表面における光強度分布との差異が最小となる散乱係数及び吸収係数を算出する。計測対象物Ｏ内における光伝播を解析する方法としては、光輸送方程式、拡散近似式を用いて光伝播を計算する方法、モンテカルロ法を用いて確率的に光線を追跡する方法等がある。また、最適なパラメータセットを選択（最適化）する方法としては、ニュートン法、ラグランジュの未定乗数法等がある。
（変形例２）
　変形例２において、第２の計測は、計測対象物Ｏに入射する光の偏光と計測対象物Ｏからの戻り光との偏光とを制御して、計測対象物Ｏからの戻り光の計測対象物Ｏの表面における光強度分布を計測する。具体的には、第２の計測として、計測対象物Ｏに入射する光と計測対象物Ｏからの戻り光との偏光をクロスニコル及びパラニコルとした場合の戻り光の光強度分布を計測し、Ａｎｄｒｅａｓ　Ｈ．　Ｈｉｅｌｓｃｈｅｒ，　ｅｔ　ａｌ．，　“Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｕｓｅ　ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ｐｏｌａｒｉｚｅｄ　ｌｉｇｈｔ　ｆｒｏｍ　ｔｉｓｓｕｅ　ｐｈａｎｔｏｍｓ　ａｎｄ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｅｌｌ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ”　１　Ｊａｎｕａｒｙ　１９９７　ｙ　Ｖｏｌ．　３６，　Ｎｏ．　１　ｙ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＯＰＴＩＣＳに記載されている方法を用いて散乱係数を算出する。さらに、第１の計測により求めた減衰係数から散乱係数を減算することにより吸収係数を求めることができる。
（変形例３）
　変形例３において、物性値算出部４３は、計測対象物Ｏの深さ方向の散乱係数、及び第１の計測による計測対象物Ｏからの後方散乱光μｂの波長依存性に基づいて、計測対象物Ｏの深さ方向の異方性散乱パラメータであるｇパラメータを算出する。具体的には、物性値算出部４３は、まず、ｇパラメータを適当な値に固定し、逆解析等により深さ方向の散乱係数を算出する。続いて、算出した散乱係数と、第１の計測により測定した後方散乱光μｂの波長依存性から、Ｊ．　Ｙｉ，　ｅｔ　ａｌ．，　“Ｓｐａｔｉａｌｌｙ　ｒｅｓｏｌｖｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｌｏｒｅｃｔａｌ　ａｎｄ　ｐａｎｃｒｅａｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｃａｒｃｉｎｏｇｅｎｅｓｉｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｂｙ　ｉｎｖｅｒｓｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，”　Ｊ．　Ｂｉｏｍｅｄ．　Ｏｐｔ．　１９（３），　０３６０１３　（２０１４）．に記載されている方法を用いてｇパラメータを算出する。なお、物性値算出部４３は、上述した計算を繰り返し行うことにより、算出するｇパラメータの精度を高めてもよい。また、物性値算出部４３は、吸収係数が散乱係数に対して十分に小さいと仮定して、第１の計測により求めた減衰係数を散乱係数とみなしてｇパラメータを算出してもよい。
　なお、上述した実施の形態では、第１の計測として干渉計測を行う例を説明したがこれに限られない。第１の計測は、時間分解計測、偏光計測、パターン投影計測であってもよい。時間分解計測では、パルス又は強度変調光を計測対象物Ｏに照射した場合における計測対象物Ｏからの戻り光の光強度の時間変化から、計測対象物Ｏの深さ方向の情報を得ることができる。偏光計測では、計測対象物Ｏに入射する光と計測対象物Ｏからの戻り光との偏光を制御することにより、浅部及び深部それぞれの情報を得ることができる。また、パターン投影計測では、縞パターンの周波数特性と計測対象物Ｏ（生体等の散乱体）の深さとが対応するため、深さ方向の情報を得ることができる。このように、第１の計測は、計測対象物Ｏの深さ方向の情報を得ることができる計測方法であれば特に限定されない。
　また、上述した実施の形態では、第２の計測として計測対象物Ｏにスポット光を入射する計測を行う例を説明したがこれに限られない。第２の計測は、時間分解計測、又は偏光計測又はパターン投影であってもよい。時間分解計測では、インパルス応答又は強度変調光に対する位相ずれの特徴などから、散乱係数と吸収係数とを分離することができる。偏光計測では、計測対象物Ｏに入射する光と計測対象物Ｏからの戻り光との偏光を制御することにより、偏光依存性がある散乱と、偏光依存性がない吸収とを分離することができる。パターン投影では、複数周波数のパターン投影像から、最適化により散乱係数および吸収係数を求めることができる。このように、第２の計測は、散乱係数と吸収係数とを分離可能な計測方法であれば特に限定されない。
　さらに、第１の計測を計測対象物Ｏの異なる部分に対して行えば、その部分の深さ方向の減衰係数の分布を求めることができ、この値を用いて計測対象物Ｏの３次元的な散乱係数と吸収係数との分布を求めることもできる。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　１　物性値計測システム
　２　第１計測装置
　３　第２計測装置
　４　物性値算出装置
　２１　第１光源部
　２２　伝播部
　２３　光分岐部
　２４　分光部
　２５　第１受光部
　３１　第２光源部
　３２　第２受光部
　４１　取得部
　４２　減衰係数算出部
　４３　物性値算出部
　４４　制御部
　４５　記憶部
　Ｏ　計測対象物

Claims (12)

  1. 　計測対象物に対して光を入射し、第１の計測により前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測し、
    　前記第１の計測の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の減衰係数を算出し、
    　前記計測対象物に対して光を入射し、前記第１の計測とは異なる第２の計測により前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測し、
    　減衰係数を前記第１の計測により算出した値に固定し、該値を制約条件として前記第２の計測の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数及び吸収係数を算出する物性値計測方法。
  2. 　前記計測対象物の散乱係数又は吸収係数の一方を第１変数とし、前記第１の計測により算出した減衰係数と前記第１変数との差を第２変数とし、前記第１変数及び前記第２変数の複数のパラメータセットを作成し、
    　前記作成した複数のパラメータセットを用いて算出した前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面の平面上における光強度分布と、前記第２の計測により計測された前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布との差異が最小となるパラメータセットを選択し、
    　前記選択したパラメータセットを、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数及び吸収係数とする請求項１に記載の物性値計測方法。
  3. 　前記第１変数は、吸収係数であり、
    　前記複数のパラメータセットを作成する際に、前記第１変数は、吸収係数が取り得る値の範囲に基づいて定められる請求項２に記載の物性値計測方法。
  4. 　前記第１の計測又は前記第２の計測は、前記計測対象物からの戻り光を前記計測対象物の表面においてスキャンして計測する請求項１～３のいずれか１つに記載の物性値計測方法。
  5. 　前記第１の計測は、干渉計測、時間分解計測、偏光計測、又はパターン投影計測である請求項１～４のいずれか１つに記載の物性値計測方法。
  6. 　前記第２の計測は、スポット光を入射する計測、時間分解計測、又は偏光計測である請求項１～５のいずれか１つに記載の物性値計測方法。
  7. 　前記第２の計測は、前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布を計測する請求項１～６のいずれか１つに記載の物性値計測方法。
  8. 　前記第１変数を所定の範囲内における異なる値に設定して、前記第１変数及び前記第２変数のルックアップテーブルを作成し、
    　前記作成したルックアップテーブルに対応して算出した前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面の平面上における光強度分布と、前記第２の計測により計測された前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布との差異が最小となる前記第１変数及び前記第２変数を選択する請求項２に記載の物性値計測方法。
  9. 　前記計測対象物内における光伝播を解析して算出した前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面の平面上における光強度分布と、前記第２の計測により計測された前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布との差異が最小となる散乱係数及び吸収係数を算出する請求項１に記載の物性値計測方法。
  10. 　前記第２の計測は、前記計測対象物に入射する光の偏光と前記計測対象物からの戻り光の偏光とを制御して、前記計測対象物からの戻り光の前記計測対象物の表面における光強度分布を計測する請求項１に記載の物性値計測方法。
  11. 　前記計測対象物の深さ方向の散乱係数、及び前記第１の計測による前記計測対象物からの戻り光の光強度の波長依存性に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の異方性散乱パラメータを算出する請求項１～１０のいずれか１つに記載の物性値計測方法。
  12. 　計測対象物に対して光を入射し、前記計測対象物からの戻り光の光強度を計測する第１計測装置による計測結果と、前記計測対象物に対して光を入射し、前記計測対象物からの戻り光の光強度を前記第１計測装置とは異なる計測方法により計測する第２計測装置による計測結果と、を取得する取得部と、
    　前記第１計測装置の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の減衰係数を算出する減衰係数算出部と、
    　減衰係数を前記減衰係数算出部が算出した値に固定し、該値を制約条件として前記第２計測装置の計測結果に基づいて、前記計測対象物の深さ方向の散乱係数及び吸収係数を算出する物性値算出部と、
    　を備える物性値算出装置。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000266669A (ja) * 1999-03-19 2000-09-29 Hamamatsu Photonics Kk 濃度測定装置
JP2006521869A (ja) * 2003-04-01 2006-09-28 グルコン インク 光音響分析評価方法と装置
JP2010088498A (ja) * 2008-10-03 2010-04-22 Canon Inc 生体情報処理装置及び生体情報処理方法
WO2014087825A1 (ja) * 2012-12-06 2014-06-12 国立大学法人北海道大学 非侵襲型生体脂質濃度計測器、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法
JP2014128487A (ja) * 2012-12-28 2014-07-10 Kao Corp 皮膚の評価方法及び皮膚の評価システム
JP2017225811A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 公立大学法人大阪市立大学 皮膚診断装置、皮膚状態出力方法、プログラムおよび記録媒体
JP2018115939A (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 公立大学法人大阪市立大学 物質含有量を断層可視化する装置および方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO325061B1 (no) 2001-03-06 2008-01-28 Photosense As Fremgangsmate og arrangement for bestemmelse av den optiske egenskap av et multisjiktvev
DE10163972B4 (de) 2001-12-22 2005-10-27 Roche Diagnostics Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Lichttransportparameters und eines Analyten in einer biologischen Matrix
WO2004064615A2 (en) 2003-01-23 2004-08-05 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for diagnosing neovascularized tissues
JP5783564B2 (ja) * 2011-08-15 2015-09-24 国立大学法人神戸大学 三次元光散乱体の実効散乱係数の算定方法
WO2013154061A1 (ja) * 2012-04-10 2013-10-17 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 光学測定装置および内視鏡システム
WO2014115377A1 (ja) * 2013-01-23 2014-07-31 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法および超音波観測装置の作動プログラム
WO2018079326A1 (ja) * 2016-10-28 2018-05-03 富士フイルム株式会社 光干渉断層画像撮像装置および計測方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000266669A (ja) * 1999-03-19 2000-09-29 Hamamatsu Photonics Kk 濃度測定装置
JP2006521869A (ja) * 2003-04-01 2006-09-28 グルコン インク 光音響分析評価方法と装置
JP2010088498A (ja) * 2008-10-03 2010-04-22 Canon Inc 生体情報処理装置及び生体情報処理方法
WO2014087825A1 (ja) * 2012-12-06 2014-06-12 国立大学法人北海道大学 非侵襲型生体脂質濃度計測器、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法
JP2014128487A (ja) * 2012-12-28 2014-07-10 Kao Corp 皮膚の評価方法及び皮膚の評価システム
JP2017225811A (ja) * 2016-06-20 2017-12-28 公立大学法人大阪市立大学 皮膚診断装置、皮膚状態出力方法、プログラムおよび記録媒体
JP2018115939A (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 公立大学法人大阪市立大学 物質含有量を断層可視化する装置および方法

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