JPH0972845A - 光散乱・吸収体の光学的測定装置 - Google Patents
光散乱・吸収体の光学的測定装置Info
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- JPH0972845A JPH0972845A JP7251892A JP25189295A JPH0972845A JP H0972845 A JPH0972845 A JP H0972845A JP 7251892 A JP7251892 A JP 7251892A JP 25189295 A JP25189295 A JP 25189295A JP H0972845 A JPH0972845 A JP H0972845A
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 装置関数の較正を行なって正確な測定をでき
るようにする。 【構成】 プローブ２０では送受光部間ピッチが決まっ
ており、受光面積が距離ａに影響を与えないほど小さい
場合には、μａ・μｓ’を求める式中で未知数としての
装置定数はln(k1/k2)のみであるので、１種類のキャリ
ブレータ２２にプローブ２０を装着して測定を行ない、
装置定数ln(k1/k2)を ln(k1/k2)＝(a1-a2)(3μａ・μｓ’)1/2 - ln(S2/S1) -
ln(a2/a1)2 として求める。受光面積が距離ａに影響を与えるほど大
きい場合や、距離ａにずれがある場合には、未知数とし
ての装置定数は 1/(a2-a1)と｛1/(a2-a1)}ln(k1a2 2/k2a1 2) の２つになるので、２種類の較正用キャリブレータを用
いて測定を行ない、連立方程式を解いて装置定数を決定
する。求められた装置定数は較正部を実現するＣＰＵに
保持され、未知試料２４にプローブ２０を装着して測定
を行なう際に使用される。
るようにする。 【構成】 プローブ２０では送受光部間ピッチが決まっ
ており、受光面積が距離ａに影響を与えないほど小さい
場合には、μａ・μｓ’を求める式中で未知数としての
装置定数はln(k1/k2)のみであるので、１種類のキャリ
ブレータ２２にプローブ２０を装着して測定を行ない、
装置定数ln(k1/k2)を ln(k1/k2)＝(a1-a2)(3μａ・μｓ’)1/2 - ln(S2/S1) -
ln(a2/a1)2 として求める。受光面積が距離ａに影響を与えるほど大
きい場合や、距離ａにずれがある場合には、未知数とし
ての装置定数は 1/(a2-a1)と｛1/(a2-a1)}ln(k1a2 2/k2a1 2) の２つになるので、２種類の較正用キャリブレータを用
いて測定を行ない、連立方程式を解いて装置定数を決定
する。求められた装置定数は較正部を実現するＣＰＵに
保持され、未知試料２４にプローブ２０を装着して測定
を行なう際に使用される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は生体酸素モニタなどの光
散乱・吸収体の光学的測定装置に関するものである。
散乱・吸収体の光学的測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸素モニタでは被検体の一部に測定光を
入射し、その被検体の他の部分から出てくる光を検出
し、複数の波長で測定した吸光度変化量の重みつき一次
結合として目的成分の変化量を求めている。
入射し、その被検体の他の部分から出てくる光を検出
し、複数の波長で測定した吸光度変化量の重みつき一次
結合として目的成分の変化量を求めている。
【０００３】その方法を具体的に示すと、酸素化ヘモグ
ロビン、脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化量をそれぞれ
Δ〔ＨｂＯ2〕、Δ〔Ｈｂ〕とし、散乱成分等による平
行移動量をＳと表し、波長λ1、λ2、λ3に対する酸素
化ヘモグロビンの分子吸光度をそれぞれｅ1，ｅ2，
ｅ3、脱酸素化ヘモグロビンの分子吸光度をそれぞれ
ｂ1，ｂ2，ｂ3とすれば、波長λ1，λ2，λ3についてヘ
モグロビン濃度と吸光度の線形性を仮定して、対応する
吸光度変化ΔＡ1、ΔＡ2、ΔＡ3は ΔＡ1＝ｅ1Δ〔ＨｂＯ2〕＋ｂ1Δ〔Ｈｂ〕＋Ｓ ΔＡ2＝ｅ2Δ〔ＨｂＯ2〕＋ｂ2Δ〔Ｈｂ〕＋Ｓ ΔＡ3＝ｅ3Δ〔ＨｂＯ2〕＋ｂ3Δ〔Ｈｂ〕＋Ｓ ……（ａ） とかける。これをΔ〔ＨｂＯ2〕、Δ〔Ｈｂ〕、Ｓを未
知数とする連立方程式として解けば、 Δ〔ＨｂＯ2〕＝ｋ11ΔＡ1＋ｋ12ΔＡ2＋ｋ13ΔＡ3 Δ〔Ｈｂ〕 ＝ｋ21ΔＡ1＋ｋ22ΔＡ2＋ｋ23ΔＡ3 ……（ｂ） の形の解が得られる。また（ａ）式で散乱成分等による
平行移動量Ｓを考慮しない方法も可能であり、その場合
はＳ＝０として解けば、未知数が２つで式が３つになる
ので、最小自乗法で解けばよく、解の形はやはり（ｂ）
式になる。
ロビン、脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化量をそれぞれ
Δ〔ＨｂＯ2〕、Δ〔Ｈｂ〕とし、散乱成分等による平
行移動量をＳと表し、波長λ1、λ2、λ3に対する酸素
化ヘモグロビンの分子吸光度をそれぞれｅ1，ｅ2，
ｅ3、脱酸素化ヘモグロビンの分子吸光度をそれぞれ
ｂ1，ｂ2，ｂ3とすれば、波長λ1，λ2，λ3についてヘ
モグロビン濃度と吸光度の線形性を仮定して、対応する
吸光度変化ΔＡ1、ΔＡ2、ΔＡ3は ΔＡ1＝ｅ1Δ〔ＨｂＯ2〕＋ｂ1Δ〔Ｈｂ〕＋Ｓ ΔＡ2＝ｅ2Δ〔ＨｂＯ2〕＋ｂ2Δ〔Ｈｂ〕＋Ｓ ΔＡ3＝ｅ3Δ〔ＨｂＯ2〕＋ｂ3Δ〔Ｈｂ〕＋Ｓ ……（ａ） とかける。これをΔ〔ＨｂＯ2〕、Δ〔Ｈｂ〕、Ｓを未
知数とする連立方程式として解けば、 Δ〔ＨｂＯ2〕＝ｋ11ΔＡ1＋ｋ12ΔＡ2＋ｋ13ΔＡ3 Δ〔Ｈｂ〕 ＝ｋ21ΔＡ1＋ｋ22ΔＡ2＋ｋ23ΔＡ3 ……（ｂ） の形の解が得られる。また（ａ）式で散乱成分等による
平行移動量Ｓを考慮しない方法も可能であり、その場合
はＳ＝０として解けば、未知数が２つで式が３つになる
ので、最小自乗法で解けばよく、解の形はやはり（ｂ）
式になる。
【０００４】一方、均一な光散乱・吸収体の特性は吸収
係数μａと等価散乱係数μｓ’（＝（１−ｇ）μｓ；μ
ｓは散乱係数、ｇは非等方性パラメータ）の２つの光学
定数により記述することができる。図１に示されるよう
に、半無限体の一部に単位１のデルタ関数のパルス光を
時刻０に入射させ、その入射点からρｍｍ離れた点の１
ｍｍ2から時刻ｔに出る光の強度Ｒ（ρ，ｔ）は次の
（１）式で与えられる（APPLIED OPTICS, Vol.28, No.1
2, pp.2331-2336 (1989）参照）。
係数μａと等価散乱係数μｓ’（＝（１−ｇ）μｓ；μ
ｓは散乱係数、ｇは非等方性パラメータ）の２つの光学
定数により記述することができる。図１に示されるよう
に、半無限体の一部に単位１のデルタ関数のパルス光を
時刻０に入射させ、その入射点からρｍｍ離れた点の１
ｍｍ2から時刻ｔに出る光の強度Ｒ（ρ，ｔ）は次の
（１）式で与えられる（APPLIED OPTICS, Vol.28, No.1
2, pp.2331-2336 (1989）参照）。
【数３】 ここで、Ｄは拡散係数であり、Ｄ＝１／３（μａ＋μ
ｓ’）、ｃは媒体中での光速、Ｚ0＝１／μｓ’であ
る。入射点から一定の距離だけ離れた受光点で光の強度
を時間分解法により測定し、（１）式にあてはめれば、
光学定数μａとμｓ’を個々に求めることができ、現在
その方向での検討が進められている。
ｓ’）、ｃは媒体中での光速、Ｚ0＝１／μｓ’であ
る。入射点から一定の距離だけ離れた受光点で光の強度
を時間分解法により測定し、（１）式にあてはめれば、
光学定数μａとμｓ’を個々に求めることができ、現在
その方向での検討が進められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の酸素モニタでの
測定は、測定開始点を零として、それからの変化量の測
定に限られており、絶対量の測定はなされていない。絶
対量を測定しようとすれば、現在のところ時間分解法に
より求める方法しか検討がなされていないが、時間分解
法は装置が大型となり、価格も高価となるので、簡易な
測定装置としては実現することができない。そのため、
定常光法で光学定数の絶対値を求めることが長らく求め
られてきたが、これまで有用な方法が見出されていな
い。
測定は、測定開始点を零として、それからの変化量の測
定に限られており、絶対量の測定はなされていない。絶
対量を測定しようとすれば、現在のところ時間分解法に
より求める方法しか検討がなされていないが、時間分解
法は装置が大型となり、価格も高価となるので、簡易な
測定装置としては実現することができない。そのため、
定常光法で光学定数の絶対値を求めることが長らく求め
られてきたが、これまで有用な方法が見出されていな
い。
【０００６】本発明の第１の目的は、定常光法で光学定
数の絶対測定を行なう装置を提供することである。ここ
で、絶対量とはその時点の量であればよく、それが単位
を持たない比の形であるか、特定の単位を有する本来の
絶対量であるかは問わない。特定の時刻からの変化分だ
けの測定量でなく、その時点の測定量を絶対量と称すこ
とにする。
数の絶対測定を行なう装置を提供することである。ここ
で、絶対量とはその時点の量であればよく、それが単位
を持たない比の形であるか、特定の単位を有する本来の
絶対量であるかは問わない。特定の時刻からの変化分だ
けの測定量でなく、その時点の測定量を絶対量と称すこ
とにする。
【０００７】入射点と受光点との距離が複数種類あるプ
ローブを用いた場合、入射点と受光点との距離のずれが
積μａ・μｓ’の測定値に影響を与える。入射点が共通
で受光点が複数設けられている場合、受光面積が大きい
ときは受光面積もμａ・μｓ’の測定値に影響を与える
し、複数の受光点の受光器間の感度の違いもμａ・μ
ｓ’の測定値に影響を与える。入射点が複数で受光点が
共通の場合には入射光量の違いもμａ・μｓ’の測定値
に影響を与える。これらの入射光量、受光面積、受光器
の感度などは装置関数であり、出荷時に工場で個々の装
置について較正がなされるが、装置が経時変化して光源
の強度が変化したときや、受光器の感度が変化したとき
は再較正をしなければならない。そこで、本発明の第２
の目的は、そのような装置関数の較正手段を備えること
である。
ローブを用いた場合、入射点と受光点との距離のずれが
積μａ・μｓ’の測定値に影響を与える。入射点が共通
で受光点が複数設けられている場合、受光面積が大きい
ときは受光面積もμａ・μｓ’の測定値に影響を与える
し、複数の受光点の受光器間の感度の違いもμａ・μ
ｓ’の測定値に影響を与える。入射点が複数で受光点が
共通の場合には入射光量の違いもμａ・μｓ’の測定値
に影響を与える。これらの入射光量、受光面積、受光器
の感度などは装置関数であり、出荷時に工場で個々の装
置について較正がなされるが、装置が経時変化して光源
の強度が変化したときや、受光器の感度が変化したとき
は再較正をしなければならない。そこで、本発明の第２
の目的は、そのような装置関数の較正手段を備えること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、検出した光か
ら被検体の吸収係数μａと等価散乱係数μｓ’の積μａ
・μｓ’を一括した量として算出する演算部を備えた測
定装置である。被検体の１点に入射した光が入射点から
距離を離れた点から再放射される強さの理論式におい
て、積μａ・μｓ’が常に一括して現れ、再放射される
光の強さを入射点からの距離の関数として測定すれば、
時間分解法を用いることなく積μａ・μｓ’の絶対値を
求めることができる。さらに複数の波長で求められた、
複数個の（μａ・μｓ’）の組の間の比を計算すれば、
被検体のμａの比率という意味での被検体の酸素化度の
絶対値（変化量ではないその時点の値）を算出すること
ができる。これは後述するようにμｓ’の波長依存性が
各検体についてほぼ等しいので、複数波長の（μａ・μ
ｓ’）の組の間の比によりμｓ’が消去されμａだけが
残るという理由による。
ら被検体の吸収係数μａと等価散乱係数μｓ’の積μａ
・μｓ’を一括した量として算出する演算部を備えた測
定装置である。被検体の１点に入射した光が入射点から
距離を離れた点から再放射される強さの理論式におい
て、積μａ・μｓ’が常に一括して現れ、再放射される
光の強さを入射点からの距離の関数として測定すれば、
時間分解法を用いることなく積μａ・μｓ’の絶対値を
求めることができる。さらに複数の波長で求められた、
複数個の（μａ・μｓ’）の組の間の比を計算すれば、
被検体のμａの比率という意味での被検体の酸素化度の
絶対値（変化量ではないその時点の値）を算出すること
ができる。これは後述するようにμｓ’の波長依存性が
各検体についてほぼ等しいので、複数波長の（μａ・μ
ｓ’）の組の間の比によりμｓ’が消去されμａだけが
残るという理由による。
【０００９】本発明は、光散乱・吸収体である被検体の
一部に測定光を入射し、その被検体上で前記測定光の入
射点から離れた受光点で測定光を受光するとともに、入
射点と受光点との距離を複数種類に異ならせるように入
射点と受光点のうちの一方が複数個設けられているプロ
ーブを備えた測定光学系と、受光点と入射点の１つの組
における受光点と入射点との距離をａ1、その組の受光
点での受光強度をＩ1、そのときの受光器の出力信号を
Ｓ1とし、受光点と入射点の他の組における受光点と入
射点との距離をａ2、その組の受光点での受光強度を
Ｉ2、そのときの受光器の出力信号をＳ2としたとき、プ
ローブの入射点が共通で受光点が複数のとき、Ｓ1＝ｋ1
Ｉ1（ｋ1は入射点からの距離ａ1にある受光点の受光器
の定数）、Ｓ2＝ｋ2Ｉ2（ｋ2は入射点からの距離ａ2に
ある受光点の受光器の定数）として、
一部に測定光を入射し、その被検体上で前記測定光の入
射点から離れた受光点で測定光を受光するとともに、入
射点と受光点との距離を複数種類に異ならせるように入
射点と受光点のうちの一方が複数個設けられているプロ
ーブを備えた測定光学系と、受光点と入射点の１つの組
における受光点と入射点との距離をａ1、その組の受光
点での受光強度をＩ1、そのときの受光器の出力信号を
Ｓ1とし、受光点と入射点の他の組における受光点と入
射点との距離をａ2、その組の受光点での受光強度を
Ｉ2、そのときの受光器の出力信号をＳ2としたとき、プ
ローブの入射点が共通で受光点が複数のとき、Ｓ1＝ｋ1
Ｉ1（ｋ1は入射点からの距離ａ1にある受光点の受光器
の定数）、Ｓ2＝ｋ2Ｉ2（ｋ2は入射点からの距離ａ2に
ある受光点の受光器の定数）として、
【数４】 に基づいてμａ・μｓ’を求め、プローブの入射点が複
数で受光点が共通のとき、受光点からの距離ａ1にある
入射点への入射光強度をＩo1、受光点からの距離ａ2に
ある入射点への入射光強度をＩo2とし、Ｓ1＝ｋＩ1、Ｓ
2＝ｋＩ2（ｋは受光点の受光器の定数）として、
数で受光点が共通のとき、受光点からの距離ａ1にある
入射点への入射光強度をＩo1、受光点からの距離ａ2に
ある入射点への入射光強度をＩo2とし、Ｓ1＝ｋＩ1、Ｓ
2＝ｋＩ2（ｋは受光点の受光器の定数）として、
【数５】 に基づいてμａ・μｓ’を求める演算部とを備えてい
る。装置定数の較正を行なうために、μａとμｓ’のそ
れぞれ又はその積μａ・μｓ’が既知のキャリブレータ
を用いて入射点と受光点との距離の異なる複数の光出力
を測定することにより、上記式中の装置定数を決定する
較正部をさらに備えている。
る。装置定数の較正を行なうために、μａとμｓ’のそ
れぞれ又はその積μａ・μｓ’が既知のキャリブレータ
を用いて入射点と受光点との距離の異なる複数の光出力
を測定することにより、上記式中の装置定数を決定する
較正部をさらに備えている。
【００１０】一般的に、（μａ・μｓ’）を１つの定数
として扱えば、定常光による絶対測定が可能であること
を示す。定常光の扱いは（１）式を時間積分すればよ
く、その結果は次の（２）式になる。
として扱えば、定常光による絶対測定が可能であること
を示す。定常光の扱いは（１）式を時間積分すればよ
く、その結果は次の（２）式になる。
【数６】
【００１１】ここで、拡散係数Ｄ＝１／３（μａ＋μ
ｓ’）において、μａはμｓ’の約１／１００であるの
で、μａは無視することができ、Ｄ＝１／３μｓ’とし
ても全く差し支えがない。これを、（２）式に代入し、
またａ＝（ρ2＋Ｚ0 2)1/2とおけば、次の（３）式とな
る。
ｓ’）において、μａはμｓ’の約１／１００であるの
で、μａは無視することができ、Ｄ＝１／３μｓ’とし
ても全く差し支えがない。これを、（２）式に代入し、
またａ＝（ρ2＋Ｚ0 2)1/2とおけば、次の（３）式とな
る。
【数７】
【００１２】（３）式では（μａ・μｓ’）が１つの積
の形で一緒に現れていることが注目される。このこと
は、定常光方式ではμａとμｓ’は区別できず、常に一
括して扱わざるを得ないことを意味している。しかし、
（μａ・μｓ’）を１つの光学定数と考えると、（３）
式の光学定数はただ１つになるので、計算で求めること
が容易になる。なお、測定を多波長で行なえば、（μａ
・μｓ’）は各波長ごとに求まるので、後述するように
各波長での（μａ・μｓ’）の比を求める演算につなげ
ることができる。
の形で一緒に現れていることが注目される。このこと
は、定常光方式ではμａとμｓ’は区別できず、常に一
括して扱わざるを得ないことを意味している。しかし、
（μａ・μｓ’）を１つの光学定数と考えると、（３）
式の光学定数はただ１つになるので、計算で求めること
が容易になる。なお、測定を多波長で行なえば、（μａ
・μｓ’）は各波長ごとに求まるので、後述するように
各波長での（μａ・μｓ’）の比を求める演算につなげ
ることができる。
【００１３】（３）式を変形すると、次の（４）式にな
る。
る。
【数８】
【００１４】実際に測定する場合、ａは数十ｍｍであ
り、十分に大きいと考えることができるので、（４）式
の最終項の１／ａは０又は小さい定数と近似することが
できる。その結果、（４）式のln(2πa2R)をｆ(ａ）と
おけば、図２に示されるように、（４）式はａの一次式
となる。そこで、２種類の距離ａ1，ａ2で出射率Ｒを測
定し、そこからｆ(ａ1），ｆ(ａ2）を求めれば、（４）
式の直線の傾きは
り、十分に大きいと考えることができるので、（４）式
の最終項の１／ａは０又は小さい定数と近似することが
できる。その結果、（４）式のln(2πa2R)をｆ(ａ）と
おけば、図２に示されるように、（４）式はａの一次式
となる。そこで、２種類の距離ａ1，ａ2で出射率Ｒを測
定し、そこからｆ(ａ1），ｆ(ａ2）を求めれば、（４）
式の直線の傾きは
【数９】 となるので、（５）式からμａ・μｓ’を求めることが
できる。
できる。
【００１５】実測では、出射率ＲはＲ＝Ｉ／Ｉo（Ｉ：
出射光強度、Ｉo：入射光強度）であり、出射光は受光
器での出力信号Ｓ（＝ｋＩ，ｋ：定数）で与えられる。
受光点と入射点の１つの組における受光点と入射点との
距離をａ1、その組の受光点での受光強度をＩ1、そのと
きの受光器の出力信号をＳ1とし、受光点と入射点の他
の組における受光点と入射点との距離をａ2、その組の
受光点での受光強度をＩ2、そのときの受光器の出力信
号をＳ2とする。プローブの入射点が共通で受光点が複
数のとき、Ｓ1＝ｋ1Ｉ1、Ｓ2＝ｋ2Ｉ2とすれば、（５）
式は次の（６ａ）式となる。
出射光強度、Ｉo：入射光強度）であり、出射光は受光
器での出力信号Ｓ（＝ｋＩ，ｋ：定数）で与えられる。
受光点と入射点の１つの組における受光点と入射点との
距離をａ1、その組の受光点での受光強度をＩ1、そのと
きの受光器の出力信号をＳ1とし、受光点と入射点の他
の組における受光点と入射点との距離をａ2、その組の
受光点での受光強度をＩ2、そのときの受光器の出力信
号をＳ2とする。プローブの入射点が共通で受光点が複
数のとき、Ｓ1＝ｋ1Ｉ1、Ｓ2＝ｋ2Ｉ2とすれば、（５）
式は次の（６ａ）式となる。
【数１０】 すなわち、
【数１１】
【００１６】一方、プローブの入射点が複数で受光点が
共通のとき、受光点からの距離ａ1にある入射点への入
射光強度をＩo1、受光点からの距離ａ2にある入射点へ
の入射光強度をＩo2とし、Ｓ1＝ｋＩ1、Ｓ2＝ｋＩ2（ｋ
は受光点の受光器の定数）とすれば、（５）式は次の
（６ｂ）式となる。
共通のとき、受光点からの距離ａ1にある入射点への入
射光強度をＩo1、受光点からの距離ａ2にある入射点へ
の入射光強度をＩo2とし、Ｓ1＝ｋＩ1、Ｓ2＝ｋＩ2（ｋ
は受光点の受光器の定数）とすれば、（５）式は次の
（６ｂ）式となる。
【数１２】 すなわち、
【数１３】
【００１７】( μａ・μｓ’の利用法と有用性 )次
に、μａ・μｓ’の利用法と有用性について説明する。
μａ・μｓ’をμａｓ’と表わす。 μａｓ’＝μａ・μｓ’……（７） これが各波長、例えばλ1，λ2，λ3で求められ、各時
刻ｔで求められているとする。すなわち μａｓ'(λｉ，ｔ） （ｉ＝１，２，３） である。
に、μａ・μｓ’の利用法と有用性について説明する。
μａ・μｓ’をμａｓ’と表わす。 μａｓ’＝μａ・μｓ’……（７） これが各波長、例えばλ1，λ2，λ3で求められ、各時
刻ｔで求められているとする。すなわち μａｓ'(λｉ，ｔ） （ｉ＝１，２，３） である。
【００１８】この光学定数μａｓ’が積の形になってい
る利点は、μｓ’は短波長側でやや大きくなるものの、
波長依存性は小さいと考えられており、かつ波長依存性
ｆ(λ）と試料依存性とに分離できることである。そこ
で、 μａｓ’＝f(λｉ)・ｓ(ｔ） ……（８） と表わす。f(λｉ)は波長依存項、s(ｔ）は個別の検体
と時間ｔによる項で、波長によらない項である。
る利点は、μｓ’は短波長側でやや大きくなるものの、
波長依存性は小さいと考えられており、かつ波長依存性
ｆ(λ）と試料依存性とに分離できることである。そこ
で、 μａｓ’＝f(λｉ)・ｓ(ｔ） ……（８） と表わす。f(λｉ)は波長依存項、s(ｔ）は個別の検体
と時間ｔによる項で、波長によらない項である。
【００１９】（８）式の値を例えば３波長について求
め、それらの比をとると、s(ｔ）が消え、次のようにな
る。 ｍ1＝μａｓ'(λ1)／μａｓ'(λ3) ＝（f(λ1)／f(λ3))(μａ(λ1)／μａ(λ3)） ＝f13・(μａ(λ1)／μａ(λ3)） ｍ2＝μａｓ'(λ2)／μａｓ'(λ3) ＝（f(λ2)／f(λ3))(μａ(λ2)／μａ(λ3)） ＝f23・(μａ(λ2)／μａ(λ3)） 故に、 μａ(λ1)＝μａ(λ3)×（ｍ1／f13） μａ(λ2)＝μａ(λ3)×（ｍ2／f23） ……（９） が得られる。これから吸収係数の比が求まる。すなわ
ち、 μａ(λ1)：μａ(λ2)：μａ(λ3) （ｍ1／f13）：（ｍ2／f23）：１ ……（１０）
め、それらの比をとると、s(ｔ）が消え、次のようにな
る。 ｍ1＝μａｓ'(λ1)／μａｓ'(λ3) ＝（f(λ1)／f(λ3))(μａ(λ1)／μａ(λ3)） ＝f13・(μａ(λ1)／μａ(λ3)） ｍ2＝μａｓ'(λ2)／μａｓ'(λ3) ＝（f(λ2)／f(λ3))(μａ(λ2)／μａ(λ3)） ＝f23・(μａ(λ2)／μａ(λ3)） 故に、 μａ(λ1)＝μａ(λ3)×（ｍ1／f13） μａ(λ2)＝μａ(λ3)×（ｍ2／f23） ……（９） が得られる。これから吸収係数の比が求まる。すなわ
ち、 μａ(λ1)：μａ(λ2)：μａ(λ3) （ｍ1／f13）：（ｍ2／f23）：１ ……（１０）
【００２０】もし、吸収係数μａ(λ1)，μａ(λ2)及び
μａ(λ3)μａがそれぞれ酸素化ヘモグロビン量［Ｈｂ
Ｏ2］、ヘモグロビン量［Ｈｂ］及びチトクロムオキシ
ダーゼ量［Ｃｙｔ］のみからきたものであるとすれば、
上記３波長の比からこれらの成分の量比が求まることに
なり、従来は変化量Δ［ＨｂＯ2］、Δ［Ｈｂ］及びΔ
［Ｃｙｔ］の比しか求められなかった状態から、絶対値
の比が求められるところまで進歩したことになる。すな
わち、変化量ではなく、比としてのその時点の量が求め
られる。
μａ(λ3)μａがそれぞれ酸素化ヘモグロビン量［Ｈｂ
Ｏ2］、ヘモグロビン量［Ｈｂ］及びチトクロムオキシ
ダーゼ量［Ｃｙｔ］のみからきたものであるとすれば、
上記３波長の比からこれらの成分の量比が求まることに
なり、従来は変化量Δ［ＨｂＯ2］、Δ［Ｈｂ］及びΔ
［Ｃｙｔ］の比しか求められなかった状態から、絶対値
の比が求められるところまで進歩したことになる。すな
わち、変化量ではなく、比としてのその時点の量が求め
られる。
【００２１】μａの各波長の比を表わす量は、酸素化度
の情報である。一方、血液量の情報はμａの絶対値と
（８）式のs(ｔ）の方に含まれているので、（１０）式
の比によっては評価することはできない。しかし、等吸
収点(λ＝８０５ｎｍ)におけるμａｓ’＝μａ(８０
５）×μｓ'(８０５）が血液量の情報を与える。
の情報である。一方、血液量の情報はμａの絶対値と
（８）式のs(ｔ）の方に含まれているので、（１０）式
の比によっては評価することはできない。しかし、等吸
収点(λ＝８０５ｎｍ)におけるμａｓ’＝μａ(８０
５）×μｓ'(８０５）が血液量の情報を与える。
【００２２】
【実施例】図３は一実施例を表わす。プローブ２０には
レーザダイオードなどの１個の光源Ｌと、光源Ｌから距
離ａ1，ａ2の位置にそれぞれ受光器Ｄ1，Ｄ2が設けられ
ており、光源Ｌと受光器Ｄ1，Ｄ2が被検体２に接触させ
られて使用され。受光器Ｄ1，Ｄ2の検出信号がそれぞれ
Ｓ1，Ｓ2となる。μａ・μｓ’演算部１４はＣＰＵによ
り実現され、（６ａ）式に基づいてμａ・μｓ’を算出
する。μａ・μｓ’は各波長ごとに算出され、それらは
表示部１６に表示される。酸素化度、血液量演算部１８
では、（１０）式に与えられるような吸収係数の比を算
出したり、等吸収点でのμａ・μｓ’から血液量を算出
する。複数の波長で測定を行なうことがでる装置とする
には、光源Ｌに代えてレーザ装置から複数波長のレーザ
光λ1，λ2，λ3が切り換えて発信され、送光ファイバ
を介して被検体に送られるようにすればよい。
レーザダイオードなどの１個の光源Ｌと、光源Ｌから距
離ａ1，ａ2の位置にそれぞれ受光器Ｄ1，Ｄ2が設けられ
ており、光源Ｌと受光器Ｄ1，Ｄ2が被検体２に接触させ
られて使用され。受光器Ｄ1，Ｄ2の検出信号がそれぞれ
Ｓ1，Ｓ2となる。μａ・μｓ’演算部１４はＣＰＵによ
り実現され、（６ａ）式に基づいてμａ・μｓ’を算出
する。μａ・μｓ’は各波長ごとに算出され、それらは
表示部１６に表示される。酸素化度、血液量演算部１８
では、（１０）式に与えられるような吸収係数の比を算
出したり、等吸収点でのμａ・μｓ’から血液量を算出
する。複数の波長で測定を行なうことがでる装置とする
には、光源Ｌに代えてレーザ装置から複数波長のレーザ
光λ1，λ2，λ3が切り換えて発信され、送光ファイバ
を介して被検体に送られるようにすればよい。
【００２３】装置定数の較正について説明する。図４は
入射点の光源Ｌが共通で、受光点の受光器が複数個（Ｄ
1，Ｄ2）設けられているプローブ２０の一例を表わした
ものである。プローブ２０では送受光部間ピッチが決ま
っており、受光面積が距離ａに影響を与えないほど小さ
い場合には、（６ａ）式中で未知数としての装置定数は
ln(k1/k2)のみであるので、μａとμｓ’のそれぞれ又
はその積μａ・μｓ’が既知の較正用キャリブレータは
１つでよい。
入射点の光源Ｌが共通で、受光点の受光器が複数個（Ｄ
1，Ｄ2）設けられているプローブ２０の一例を表わした
ものである。プローブ２０では送受光部間ピッチが決ま
っており、受光面積が距離ａに影響を与えないほど小さ
い場合には、（６ａ）式中で未知数としての装置定数は
ln(k1/k2)のみであるので、μａとμｓ’のそれぞれ又
はその積μａ・μｓ’が既知の較正用キャリブレータは
１つでよい。
【００２４】図４（Ｂ）のようにキャリブレータ２２に
プローブ２０を装着して測定を行なえば、装置定数ln(k
1/k2)は ln(k1/k2)＝(a1-a2)(3μａ・μｓ’)1/2 - ln(S2/S1) -
ln(a2/a1)2 として求めることができる。
プローブ２０を装着して測定を行なえば、装置定数ln(k
1/k2)は ln(k1/k2)＝(a1-a2)(3μａ・μｓ’)1/2 - ln(S2/S1) -
ln(a2/a1)2 として求めることができる。
【００２５】受光面積が距離ａに影響を与えるほど大き
い場合や、距離ａにずれがある場合には、（６ａ）式中
で未知数としての装置定数は 1/(a2-a1)と｛1/(a2-a1)}ln(k1a2 2/k2a1 2) の２つになるので、２種類の較正用キャリブレータを用
いて測定を行ない、連立方程式を解いて装置定数を決定
する。
い場合や、距離ａにずれがある場合には、（６ａ）式中
で未知数としての装置定数は 1/(a2-a1)と｛1/(a2-a1)}ln(k1a2 2/k2a1 2) の２つになるので、２種類の較正用キャリブレータを用
いて測定を行ない、連立方程式を解いて装置定数を決定
する。
【００２６】入射点の光源が複数個設けられ、受光点の
受光器が共通になっている場合も同様に較正を行なうこ
とができる。ただし、この場合は、受光面積が距離ａに
影響を与えないほど小さい場合には、（６ｂ）式中で未
知数としての装置定数はln(Ｉo1/Ｉo2)のみとなり、１
種類のキャリブレータを用いて、 ln(Ｉo1/Ｉo2)＝(a1-a2)(3μａ・μｓ’)1/2 - ln(S2/
S1) - ln(a2/a1)2 として求めることができる。
受光器が共通になっている場合も同様に較正を行なうこ
とができる。ただし、この場合は、受光面積が距離ａに
影響を与えないほど小さい場合には、（６ｂ）式中で未
知数としての装置定数はln(Ｉo1/Ｉo2)のみとなり、１
種類のキャリブレータを用いて、 ln(Ｉo1/Ｉo2)＝(a1-a2)(3μａ・μｓ’)1/2 - ln(S2/
S1) - ln(a2/a1)2 として求めることができる。
【００２７】また、受光面積が距離ａに影響を与えるほ
ど大きい場合や、距離ａにずれがある場合には、（６
ｂ）式中で未知数としての装置定数は 1/(a2-a1)と｛1/(a2-a1)}ln(Ｉo1a2 2/Ｉo2a1 2) の２つになるので、２種類の較正用キャリブレータを用
いて測定を行ない、連立方程式を解いて装置定数を決定
する。求められた装置定数は較正部を実現するＣＰＵに
保持され、図４（Ｃ）のように未知試料２４にプローブ
２０を装着して測定を行なう際に使用される。較正の精
度を上げるために、さらに多くのキャリブレータを用い
てもよい。
ど大きい場合や、距離ａにずれがある場合には、（６
ｂ）式中で未知数としての装置定数は 1/(a2-a1)と｛1/(a2-a1)}ln(Ｉo1a2 2/Ｉo2a1 2) の２つになるので、２種類の較正用キャリブレータを用
いて測定を行ない、連立方程式を解いて装置定数を決定
する。求められた装置定数は較正部を実現するＣＰＵに
保持され、図４（Ｃ）のように未知試料２４にプローブ
２０を装着して測定を行なう際に使用される。較正の精
度を上げるために、さらに多くのキャリブレータを用い
てもよい。
【００２８】
【発明の効果】本発明では、定常光法で被検体上で測定
光の入射点から異なる距離だけ離れた複数の受光点で測
定光を受光することにより、吸収係数μａと等価散乱係
数μｓ’との積μａ・μｓ’の絶対値を求めることがで
き、従来不可能であった定常光法による光学定数の絶対
測定が可能になる。従来は時間分解法であれば光学定数
の絶対測定の可能性はあるが、定常光法で絶対測定を行
なうものはない。その結果、本発明によれば、光学定数
の絶対測定を安価な定常光方式の装置で実現できる。さ
らに、本発明では従来からの懸案であった濃度の絶対値
を比例係数を除いて簡単な方法で得ることができる。キ
ャリブレータを用いて装置定数を較正することにより、
複数の受光器のゲインや受光面積に関係なく、複数の受
光器の感度のドリフトを含め、装置全体を一括して較正
することができ、正確にμａ・μｓ’を測定することが
できる。したがって、例えばヘモグロビン量の絶対測定
において、正確さを向上させることができる。装置にキ
ャリブレータを付属品として装備しておくことにより、
必要に応じて簡単に較正を行なうことができるようにな
り、出荷時だけの較正の限界を越えることができる。
光の入射点から異なる距離だけ離れた複数の受光点で測
定光を受光することにより、吸収係数μａと等価散乱係
数μｓ’との積μａ・μｓ’の絶対値を求めることがで
き、従来不可能であった定常光法による光学定数の絶対
測定が可能になる。従来は時間分解法であれば光学定数
の絶対測定の可能性はあるが、定常光法で絶対測定を行
なうものはない。その結果、本発明によれば、光学定数
の絶対測定を安価な定常光方式の装置で実現できる。さ
らに、本発明では従来からの懸案であった濃度の絶対値
を比例係数を除いて簡単な方法で得ることができる。キ
ャリブレータを用いて装置定数を較正することにより、
複数の受光器のゲインや受光面積に関係なく、複数の受
光器の感度のドリフトを含め、装置全体を一括して較正
することができ、正確にμａ・μｓ’を測定することが
できる。したがって、例えばヘモグロビン量の絶対測定
において、正確さを向上させることができる。装置にキ
ャリブレータを付属品として装備しておくことにより、
必要に応じて簡単に較正を行なうことができるようにな
り、出荷時だけの較正の限界を越えることができる。
【図１】光散乱・吸収体におけるパルス光入射と出射を
示す図である。
示す図である。
【図２】本発明でμａ・μｓ’を求める方法を示す図で
ある。
ある。
【図３】一実施例における光学系を概略断面図で示し、
演算部をブロック図で示す図である。
演算部をブロック図で示す図である。
【図４】一実施例における動作を示す図であり、（Ａ）
はプローブの断面図、（Ｂ）は較正動作を示す断面図、
（Ｃ）は未知試料の測定動作を示す断面図である。
はプローブの断面図、（Ｂ）は較正動作を示す断面図、
（Ｃ）は未知試料の測定動作を示す断面図である。
２ 被検体 ４ 送光ファイバ ８−１，８−２ 受光ファイバ １０−１，１０−２ 検出器 １４ μａ・μｓ’演算部 １８ 酸素化度・血液量演算部 ２０ プローブ ２２ キャリブレータ ２４ 未知試料
Claims (2)
- 【請求項１】 光散乱・吸収体である被検体の一部に測
定光を入射し、その被検体上で前記測定光の入射点から
離れた受光点で測定光を受光するとともに、入射点と受
光点との距離を複数種類に異ならせるように入射点と受
光点のうちの一方が複数個設けられているプローブを備
えた測定光学系と、 受光点と入射点の１つの組における受光点と入射点との
距離をａ1、その組の受光点での受光強度をＩ1、そのと
きの受光器の出力信号をＳ1とし、受光点と入射点の他
の組における受光点と入射点との距離をａ2、その組の
受光点での受光強度をＩ2、そのときの受光器の出力信
号をＳ2としたとき、 前記プローブの入射点が共通で受光点が複数のとき、Ｓ
1＝ｋ1Ｉ1（ｋ1は入射点からの距離ａ1にある受光点の
受光器の定数）、Ｓ2＝ｋ2Ｉ2（ｋ2は入射点からの距離
ａ2にある受光点の受光器の定数）として、 【数１】 に基づいてμａ・μｓ’を求め、 前記プローブの入射点が複数で受光点が共通のとき、受
光点からの距離ａ1にある入射点への入射光強度をＩ
o1、受光点からの距離ａ2にある入射点への入射光強度
をＩo2とし、Ｓ1＝ｋＩ1、Ｓ2＝ｋＩ2（ｋは受光点の受
光器の定数）として、 【数２】 に基づいてμａ・μｓ’を求める演算部と、を備えたこ
とを特徴とする光学的測定装置。 ただし、μａ；吸収係数 μｓ’＝（１−ｇ）μｓ； μｓ；散乱係数 ｇ；散乱の非等方性パラメータ - 【請求項２】 μａとμｓ’のそれぞれ又はその積μａ
・μｓ’が既知のキャリブレータを用いて入射点と受光
点との距離の異なる複数の光出力を測定することによ
り、上記式中の装置定数を決定する較正部をさらに備え
ている請求項１に記載の光学的測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7251892A JPH0972845A (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 光散乱・吸収体の光学的測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7251892A JPH0972845A (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 光散乱・吸収体の光学的測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972845A true JPH0972845A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=17229508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7251892A Pending JPH0972845A (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 光散乱・吸収体の光学的測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0972845A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139420A (ja) * | 2000-10-30 | 2002-05-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 散乱吸収体計測装置の校正方法、及びそれを用いた散乱吸収体計測装置 |
-
1995
- 1995-09-04 JP JP7251892A patent/JPH0972845A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002139420A (ja) * | 2000-10-30 | 2002-05-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 散乱吸収体計測装置の校正方法、及びそれを用いた散乱吸収体計測装置 |
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