JPH10111238A - 散乱体の吸収情報の計測方法及び装置 - Google Patents

散乱体の吸収情報の計測方法及び装置

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JPH10111238A
JPH10111238A JP8263047A JP26304796A JPH10111238A JP H10111238 A JPH10111238 A JP H10111238A JP 8263047 A JP8263047 A JP 8263047A JP 26304796 A JP26304796 A JP 26304796A JP H10111238 A JPH10111238 A JP H10111238A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の形状の散乱体内部の特定吸収成分の濃
度変化や絶対値などを散乱体の外形形状に影響されずか
つ高い空間解像度で計測する方法および装置を提供する
こと。 【解決手段】 パルス光を発生させる光源と、パルス光
を散乱体に入射する光入射部と、測定対象物の内部を伝
播した光を受光する受光部と、受光部で得られた光信号
の一部分を時間的に切り出し、切り出された信号に相当
する測定信号を取得する信号検出部と、異なる複数のタ
イミングなどでそれぞれ測定信号を取得する計測を行
い、得られた複数の測定信号のそれぞれに対して時間積
分値および平均光路長を導出する第１の演算部と、複数
の時間積分値、複数の平均光路長、吸収成分の単位濃度
当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度変化量との間
の所定の関係に基づいて吸収成分の濃度の変化量を演算
する第２の演算部とを備える、散乱体の吸収情報の計測
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体組織などの散
乱体内部の吸収に関する情報を得ることができる計測方
法及び装置、イメージング方法及び装置、透視方法及び
装置、断層像撮影方法及び装置、あるいはマンモグラフ
ィーの方法及び装置に関するものである。より詳しく
は、本発明は、散乱体内部の特定部分の特定吸収成分の
濃度の時間変化やその空間分布を計測する方法および装
置、さらには種々の形状の表面をもつ散乱体内部の特定
吸収成分の濃度分布を非侵襲計測することができる散乱
体の吸収情報計測方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光を利用して散乱体である生体組織を計
測あるいはイメージングする主な方法は４種あり、これ
らは、(a)直進光(baristic photon)を利用するもの、
(b)コヒーレント成分をヘテロダイン検出して利用する
もの、(c)散乱光を利用するもの、(d)時間分解ゲートを
利用するものに大別される。
【０００３】(a)直進光(baristic photon)を利用するも
のは、計測対象にパルス光を入射して、出力光の中に含
まれる直進透過成分を超高速ゲートで抽出する。この
際、直進透過光の飛行時間は散乱光より短くなり、出力
光の中で最短になる。したがって、計測対象から最初に
出てくる光を超高速ゲートで切り出すことによって直進
透過光が検出できる。この方法は、原理的にはＸ線ＣＴ
のような高い空間解像度が期待できるという利点があ
る。しかし、散乱体である計測対象の内部ではほとんど
全ての光が多重に散乱されるため、直進透過成分はほと
んど存在しないか、たとえ有ったとしても極微量であ
る。その結果、計測に際する光の利用率が極めて悪くな
り、生体に入射できる最大光入射強度（２ｍＷ／ｍｍ2
程度）を考慮すると、イメージング計測などに極めて長
い時間が必要となり実用的でない。また、頭部や腕部な
どの大きな対象物では信号光が極微弱になり、実用上計
測は不可能である。
【０００４】(b)コヒーレント成分を利用する方法は、
コヒーレントな高周波変調光を分岐して、一方を計測対
象に入射する。そして出力光ともう一方の高周波変調光
とを干渉させて、出力光の中に含まれるコヒーレント成
分をヘテロダイン検出し、そのコヒーレント成分を計測
に利用する。
【０００５】つまり、この計測系では、散乱の度合いに
応じて散乱光の飛行時間（または光路長）や飛行方向が
変化して乱されるため多重散乱された光は干渉しなくな
り、ほぼ直進透過した光が検出される。したがってこの
場合にも、先の例と同様に原理的には高い空間解像度が
期待されるが、光の利用率が極めて悪く、生体の計測や
イメージングなどに実用することは極めて困難である。
また、頭部や腕部などの大きな対象物の計測は実用上不
可能である。
【０００６】(c)散乱光を検出するものは、連続（Ｃ
Ｗ）光、パルス光、あるいは変調光を計測対象に入射
し、計測対象内を散乱伝播した光（出力光）を検出して
利用する。この際、計測対象の時間応答特性に対して十
分短いパルス幅のパルス光を入射する場合はインパルス
光入射と考えてよく、対応する出力光はインパルス応答
で表される。このような計測は時間分解計測（ＴＲＳ）
とよばれ、インパルス応答の時間波形を計測して内部情
報を演算する。また、連続（ＣＷ）光を入射する方法は
ＣＷ計測、変調光を入射する計測は位相変調計測（ＰＭ
Ｓ）とよばれる。前者はインパルス応答の時間積分値
を、また後者はインパルス応答のフーリエ変換、つまり
システム関数を計測していることになる。以上から、時
間分解計測（ＴＲＳ）では、他の２者より多くの情報を
含む信号を得ていることが理解される。また、変調周波
数を掃引する位相変調計測（ＰＭＳ）とインパルス応答
の時間分解計測（ＴＲＳ）は、ほぼ同等の情報を含むこ
とになる。連続（ＣＷ）計測と位相変調計測（ＰＭＳ）
では、信号処理方式は大きく異なるが、得られる信号は
本質的に同等の情報を含むから、ほぼ同じ程度の情報の
計測ができる。これらは、いずれの方法も、ほぼ全ての
出力光を利用するから、前記(a)及び(b)の２例に比較す
ると光の利用率が桁違いに向上する。しかし、散乱光は
計測対象の内部のほぼ全域、あるいはかなり広い範囲に
広がってしまうため、上記の方法では狭い特定部位の定
量計測ができない。また、イメジングや光ＣＴでは、空
間分解能が極めて悪く、実用化は困難である。
【０００７】以上に対して、(d)時間分解ゲートを利用
するものは、インパルス応答波形の一部分を利用する。
例えば、時間分解出力信号（インパルス応答波形）の最
初の部分に含まれる光子は、ほとんど散乱されなかった
光子（あまり寄り道をしなかった光子）、つまり光入射
位置（光入射点）と光検出位置（受光点）を結ぶ直線光
路の近くを伝播した光子である。したがって、時間分解
ゲートによる信号を利用すれば、上記直線光路の近くを
伝播して検出された光子を抽出することができ、イメー
ジングなどの空間分解能を向上させることができる。こ
の極限が先に述べた直進光(ballistic photon)である。
しかし、現在までに開発あるいは提案されている時間分
解ゲート法では、散乱体内部の吸収成分の定量測定がで
きない。この理由は、時間分解ゲート法で得られる信号
を解析的に記述する方法が開発されていないことにあ
る。つまり、時間分解ゲート法で得られる信号を光拡散
理論に基づいて解析して、吸収成分の定量に利用する方
法は知られていない。また、仮に光拡散理論に基づいて
解析する方法が開発されたとしても、光拡散理論に基づ
くことに起因する本質的問題、つまり拡散近似が成立し
ない場合や種々の外形形状をもつ散乱体の計測が不可能
であるという問題が残る。以上から、時間分解ゲート法
は空間分解能を向上させることができるが、吸収成分な
どの内部情報を定量することができないという大きな問
題がある。
【０００８】なお、以上のような時間分解ゲート法につ
いては多くの文献があり、代表的なものを次に列記す
る。ただし、いずれの場合にも、本発明で開示されるよ
うな吸収成分の定量化についての議論や示唆は皆無であ
る。
【０００９】1) A.J.Joblin, "Method of calculating
the image resolution of a near-infrared time-of-fl
ight tissue-imaging system", Appl.Opt.Vol.35, pp.7
52-757(1996)。
【００１０】2) J.C.Hebden, D.J.Hall, M.Firbank and
D.T.Delpy, "Time-resolved opticalimaging of a sol
id tissue-equivalent phantom", Appl.Opt.Vol.34, p
p.8038-8047 (1995)。
【００１１】3) G.Mitic, J.Kolzer, J.Otto, E.Plies,
G.Solkner and W.Zinth, "Time-gated transilluminat
ion of biological tissues and tissue-like phantom
s", Appl.Opt.Vol.33, pp.6699-6710 (1994)。
【００１２】4) J.C.Hebden and D.T.Delpy, "Enhanced
time-resolved imaging with a diffusion model of p
hoton transport", Opt.Lett.Vol.19, pp.311-313 (199
4)。
【００１３】5) J.A.Moon, R.Mahon, M.D.Duncan and
J.Reintjes, "Resolution limits forimaging through
turbid media with diffuse light", Opt.Lett.Vol.18,
pp.1591-1593 (1993)。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した従
来の時間ゲート法の「高い空間分解能が得られる」とい
う利点を生かしたまま、「吸収成分などの内部情報の定
量計測ができない」という問題点を解決することを目的
とする。具体的には、本発明は、形状の異なる散乱体内
部の光の挙動を記述する方法（基本関係式）、およびこ
の基本関係を時間分解ゲート法に適用する方法を見出
し、この関係を利用して種々の形状の散乱体内部の特定
吸収成分の濃度変化や絶対値などを散乱体の外形形状に
影響されずかつ高い空間解像度で計測する方法および装
置を提供することを目的とする。そして、本発明は、特
定部分の特定吸収成分に関する計測精度が大幅に改善さ
れるとともに、それらの時間変化や空間分布を計測する
ことができる生体計測方法及び装置、イメージング方法
及び装置、透視方法及び装置、断層像解析方法及び装
置、あるいはマンモグラフィーの方法及び装置などの散
乱体内部の吸収情報の計測方法および装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の散乱体の
吸収情報の計測方法は、所定の波長のパルス光を発生さ
せる第１ステップと、前記パルス光を測定対象物である
散乱体の表面における光入射位置にスポット状に入射す
る第２ステップと、測定対象物の内部を伝播した光を、
前記散乱体の表面における光検出位置で受光する第３ス
テップと、前記第３ステップで得られた光信号の一部分
を時間的に切り出し、切り出された信号に相当する測定
信号を取得する第４ステップと、異なる複数のタイミン
グでそれぞれ前記第１乃至第４ステップを繰り返して行
い、前記複数のタイミングにおいて得られた複数の前記
測定信号のそれぞれに対して時間積分値および平均光路
長を導出する第５ステップと、前記複数の時間積分値、
前記複数の平均光路長、および吸収係数の変化量との間
の所定の関係に基づいて、前記複数のタイミングの間に
生じた吸収係数の変化量を演算する第６ステップと、を
備えることを特徴とする方法である。
【００１６】この場合、前記第６ステップで得られた吸
収係数の変化量、吸収成分の単位濃度当たりの吸収係
数、および吸収成分の濃度変化量との間の所定の関係に
基づいて、前記複数のタイミングの間に生じた吸収成分
の濃度の変化量を演算する第７ステップをさらに備えて
もよい。
【００１７】また、前記第６ステップにおいて、前記複
数の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単
位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度変化量
との間の所定の関係に基づいて、前記複数のタイミング
の間に生じた吸収成分の濃度の変化量を演算してもよ
い。
【００１８】本発明の第２の散乱体の吸収情報の計測方
法は、所定の波長のパルス光を発生させる第１ステップ
と、前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面にお
ける光入射位置にスポット状に入射する第２ステップ
と、測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表
面における光検出位置で受光する第３ステップと、前記
第３ステップで得られた光信号の一部分を時間的に切り
出し、切り出された信号に相当する測定信号を取得する
第４ステップと、前記光入射位置と前記光検出位置との
間の距離を固定しつつ異なる複数の測定位置でそれぞれ
前記第１乃至第４ステップを繰り返して行い、前記複数
の測定位置において得られた複数の前記測定信号のそれ
ぞれに対して時間積分値および平均光路長を導出する第
５ステップと、前記複数の時間積分値、前記複数の平均
光路長、および吸収係数の差との間の所定の関係に基づ
いて、前記複数の測定位置の間における吸収係数の差を
演算する第６ステップと、を備えることを特徴とする方
法である。
【００１９】この場合、前記第６ステップで得られた吸
収係数の差、吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数、お
よび吸収成分の濃度差との間の所定の関係に基づいて、
前記複数の測定位置の間における吸収成分の濃度の差を
演算する第７ステップをさらに備えてもよい。
【００２０】また、前記第６ステップにおいて、前記複
数の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単
位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度差との
間の所定の関係に基づいて、前記複数の測定位置の間に
おける吸収成分の濃度差を演算してもよい。
【００２１】本発明の第３の散乱体の吸収情報の計測方
法は、測定対象物に対して散乱係数が等しいか又は等し
いと見なせる異なる波長のパルス光を発生させる第１ス
テップと、前記パルス光を測定対象物である散乱体の表
面における光入射位置にスポット状に入射する第２ステ
ップと、測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体
の表面における光検出位置で受光する第３ステップと、
前記第３ステップで得られた光信号の一部分を時間的に
切り出し、切り出された信号に相当する測定信号を、前
記異なる波長のパルス光に対するそれぞれの時間関係が
同一となるようにして取得する第４ステップと、前記複
数の測定信号のそれぞれに対して時間積分値および平均
光路長を導出する第５ステップと、前記複数の時間積分
値、前記複数の平均光路長、および吸収係数の差との間
の所定の関係に基づいて、前記異なる波長のパルス光に
対する吸収係数の差を演算する第６ステップと、を備え
ることを特徴とする方法である。
【００２２】この場合、前記第６ステップで得られた吸
収係数の差、吸収成分の前記異なる波長のパルス光に対
する単位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度
との間の所定の関係に基づいて、前記吸収成分の濃度を
演算する第７ステップをさらに備えてもよい。
【００２３】また、前記第６ステップにおいて、前記複
数の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の前
記異なる波長のパルス光に対する単位濃度当たりの吸収
係数、および吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づ
いて、前記吸収成分の濃度を演算してもよい。
【００２４】さらに、前記第３ステップにおいて複数の
光検出位置で受光し、前記第４ステップにおいて、前記
複数の光検出位置でそれぞれ前記異なる波長のパルス光
に対応してそれぞれ測定信号を取得し、前記第５ステッ
プにおいて、前記複数の測定信号のそれぞれに対して時
間積分値および平均光路長を導出し、前記第６ステップ
において、前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路
長、吸収成分の前記異なる波長のパルス光に対する単位
濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度との間の
所定の関係に基づいて、前記吸収成分の濃度を演算す
る、ことがより好ましい。
【００２５】また、前記第２ステップにおける光入射位
置と前記第３ステップにおける光検出位置とを測定対象
である散乱体の外周に沿って走査し、前記走査による複
数の測定位置に対してそれぞれ前記第６ステップで得ら
れる吸収係数の濃度を演算して、散乱体内の濃度分布の
断層像を演算する第８ステップをさらに備えることも可
能である。
【００２６】本発明の第１の散乱体の吸収情報の計測装
置は、所定の波長のパルス光を発生させる光源と、前記
パルス光を測定対象物である散乱体の表面における光入
射位置にスポット状に入射する光入射部と、測定対象物
の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面における光検
出位置で受光する受光部と、前記受光部で得られた光信
号の一部分を時間的に切り出し、切り出された信号に相
当する測定信号を取得する信号検出部と、異なる複数の
タイミングでそれぞれ前記測定信号を取得する計測を行
い、前記複数のタイミングにおいて得られた複数の前記
測定信号のそれぞれに対して時間積分値および平均光路
長を導出する第１の演算部と、前記複数の時間積分値、
前記複数の平均光路長、および吸収係数の変化量との間
の所定の関係に基づいて、前記複数のタイミングの間に
生じた吸収係数の変化量を演算する第２の演算部と、を
備えることを特徴とする装置である。
【００２７】この場合、前記第２の演算部は、さらに、
前記第２の演算部で得られた吸収係数の変化量、吸収成
分の単位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度
変化量との間の所定の関係に基づいて、前記複数のタイ
ミングの間に生じた吸収成分の濃度の変化量を演算して
もよい。
【００２８】また、前記第２の演算部において、前記複
数の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単
位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度変化量
との間の所定の関係に基づいて、前記複数のタイミング
の間に生じた吸収成分の濃度の変化量を演算してもよ
い。
【００２９】本発明の第２の散乱体の吸収情報の計測装
置は、所定の波長のパルス光を発生させる光源と、前記
パルス光を測定対象物である散乱体の表面における光入
射位置にスポット状に入射する光入射部と、測定対象物
の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面における光検
出位置で受光する受光部と、前記受光部で得られた光信
号の一部分を時間的に切り出し、切り出された信号に相
当する測定信号を取得する信号検出部と、前記光入射位
置と前記光検出位置との間の距離を固定しつつ異なる複
数の測定位置でそれぞれ前記測定信号を取得する計測を
行い、前記複数の測定位置において得られた複数の前記
測定信号のそれぞれに対して時間積分値および平均光路
長を導出する第１の演算部と、前記複数の時間積分値、
前記複数の平均光路長、および吸収係数の差との間の所
定の関係に基づいて、前記複数の測定位置の間における
吸収係数の差を演算する第２の演算部と、を備えること
を特徴とする装置である。
【００３０】この場合、前記第２の演算部は、さらに、
前記第２の演算部で得られた吸収係数の差、吸収成分の
単位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度差と
の間の所定の関係に基づいて、前記複数の測定位置の間
における吸収成分の濃度の差を演算してもよい。
【００３１】また、前記第２の演算部において、前記複
数の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単
位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度差との
間の所定の関係に基づいて、前記複数の測定位置の間に
おける吸収成分の濃度差を演算してもよい。
【００３２】本発明の第３の散乱体の吸収情報の計測装
置は、測定対象物に対して散乱係数が等しいか又は等し
いと見なせる異なる波長のパルス光を発生させる光源
と、前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面にお
ける光入射位置にスポット状に入射する光入射部と、測
定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面にお
ける光検出位置で受光する受光部と、前記受光部で得ら
れた光信号の一部分を時間的に切り出し、切り出された
信号に相当する測定信号を、前記異なる波長のパルス光
に対するそれぞれの時間関係が同一となるようにして取
得する信号検出部と、前記複数の測定信号のそれぞれに
対して時間積分値および平均光路長を導出する第１の演
算部と、前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路
長、および吸収係数の差との間の所定の関係に基づい
て、前記異なる波長のパルス光に対する吸収係数の差を
演算する第２の演算部と、を備えることを特徴とする装
置である。
【００３３】この場合、前記第２の演算部は、さらに、
前記第２の演算部で得られた吸収係数の差、吸収成分の
前記異なる波長のパルス光に対する単位濃度当たりの吸
収係数、および吸収成分の濃度との間の所定の関係に基
づいて、前記吸収成分の濃度を演算してもよい。
【００３４】また、前記第２の演算部において、前記複
数の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の前
記異なる波長のパルス光に対する単位濃度当たりの吸収
係数、および吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づ
いて、前記吸収成分の濃度を演算してもよい。
【００３５】さらに、前記受光部は、複数の光検出位置
で受光するものであり、前記信号検出部は、前記複数の
光検出位置でそれぞれ前記異なる波長のパルス光に対応
してそれぞれ測定信号を取得するものであり、前記第１
の演算部は、前記複数の測定信号のそれぞれに対して時
間積分値および平均光路長を導出するものであり、前記
第２の演算部は、前記複数の時間積分値、前記複数の平
均光路長、吸収成分の前記異なる波長のパルス光に対す
る単位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度と
の間の所定の関係に基づいて、前記吸収成分の濃度を演
算するものである、ことが好ましい。
【００３６】また、前記光入射部における光入射位置と
前記受光部における光検出位置とを測定対象である散乱
体の外周に沿って走査し、前記走査による複数の測定位
置に対してそれぞれ前記第２の演算部で得られる吸収係
数の濃度を演算して、散乱体内の濃度分布の断層像を演
算する第３の演算部をさらに備えることも可能である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（本発明の原理）先ず、本発明の原理について説明す
る。ここでは、先ず一般に用いられている光拡散近似法
の問題点を明確にし、次に本発明の原理を述べる。
【００３８】一般には、散乱体内部の光子の挙動は光拡
散理論(Photon Diffusion Theory)に基づく光拡散方程
式によって解析されている。つまり、散乱体内部の光の
挙動は光拡散方程式によって近似され、この方程式を解
くと計測対象の光学的特性あるいは光学定数と出力光と
の関係が求められ、この関係から吸収情報などを導出す
ることができる。ところが、光拡散方程式に基づく方法
は次のような問題がある。
【００３９】つまり、光拡散方程式を解く場合、必ず境
界条件が設定される必要がある。しかし、境界条件は散
乱体の形状に大きく依存するため、正確な計測を行うた
めには、散乱体の形状が変わる度に、新たな境界条件を
設定して光拡散方程式を解く必要がある。ところが、境
界条件が有る程度正確に設定できる散乱体は無限空間、
半無限空間、無限長の円柱、無限に広がる有限厚さのス
ラブ、球など、形状が極めて単純なものに限定される。
この結果、形状が単純でない生体組織などの計測では、
近似境界条件を用いることが不可欠になり、これが大き
な計測誤差を生じる原因となっている。このような問題
は、例えば最近の文献; Albert Cerussiet al. "The Fr
equency Domain Multi-Distance Method in the Presen
ce of Curved Boundaries, in Biomedical Optical Spe
ctroscopy and Diagnostics, 1996, Technical Digest
(Optical Society of America, washington DC, 1996)
pp.24-26 でも議論されている。以上の問題点を要約す
ると、「形状の異なる散乱体に対して統一的に適用でき
る計測法は未開発であり、従来技術では形状の異なる散
乱体に対して統一的に内部の特定吸収成分の濃度などを
正確に計測することは不可能である」となる。
【００４０】そこで以下では、先ず形状の異なる散乱体
に対して統一的に適用できる関係式を開示し、次にこの
関係式を時間分解ゲート法に適用し、吸収成分の定量方
法を開示する。空間分解能を向上させて、吸収成分など
の内部情報を定量することができる本発明の装置及び方
法においては、ゲート時間とそのタイミングを制御する
ことによって空間分解能を選択することができる。
【００４１】生体組織などの散乱体の内部を非侵襲計測
しようとする場合、散乱体の表面に光を入射し、散乱体
の内部を伝播した光を表面の他の位置で受光して測定信
号を得て、その測定信号から内部に含まれる吸収成分の
濃度などの情報を計測する。この際、光子は散乱体内部
の散乱成分によって強く散乱され、その光路はジグザグ
に折れ曲がる。図１は、位置Ｐに入射した光子が位置Ｑ
で受光されたときの光子の飛跡の例を示す。基準時間ｔ
＝０に散乱体にインパルス光を入射したときの出力光の
時間波形（インパルス応答）は、種々のジグザク光路を
飛行した種々の飛行距離（光路長）をもつ複数の光子で
構成される。ところが、任意の時間ｔにおける出力光を
構成する光子は、媒体中の光速度をｃとしたとき、それ
ぞれが一定の飛行距離（光路長）ｌ＝ｃｔをもち、それ
ぞれの光子に対してベア・ランバート(Beer-Lambert)則
が成立する。つまり、吸収係数をμaとしたときそれぞ
れの光子の生存率はexp(-cμat)となる。つまり、多数
の光子からなる光パルスを位置Ｐから入射して位置Ｑで
受光すると、時間ｔには種々の光路を通過した多くの光
子が検出されることになるが、それらの総和である検出
光量、つまり生存率はexp(-cμat)に比例する。なお上
記で、生体の巨視的な屈折率は水の屈折率にほぼ等しい
一定値となるから、前記光速度ｃは定数と見なした。以
下、上記の事実をマイクロ・ベア・ランバート則とよ
ぶ。
【００４２】以上から、ｔ＝０に散乱体にインパルス光
を入射したときのインパルス応答ｈ(t)は、散乱係数
μs、吸収係数μa、および時間ｔの関数となり、次のよ
うに表される。
【００４３】
【数１】 ここで、ｓ(μs,t)は吸収係数がμa＝０のときの応答
（つまり、散乱のみがあるときの応答）、指数項exp(-
μact)は吸収係数μaによる減衰を表す項である。いず
れの関数もｔ＜０のときゼロとなる時間因果関数であ
る。以上ではインパルス光入射を考えたが、媒体の時間
応答に対して時間幅が十分短いと見なせるパルス光入射
に対して、上記の関係が成立することは明らかである。
したがって以下では、時間幅が十分短いと見なせるパル
ス光入射について考える。
【００４４】なお、ここで上式は境界条件に関する変数
を含んでいないことに注目されたい。このことは、境界
条件に関する変数を含む光拡散方程式の解とは大きく異
なる。上式で境界条件はインパルス応答ｈ(t)に関数ｓ
(μs,t)を介して反映されている。したがって、上式は
種々の再入射不可能な表面形状をもつ散乱体に広く適用
することができる。
【００４５】このとき、出力信号ｊ(μs,μa,t)は、
【数２】 のように表される。ここで、ｂは入射光の強度に比例す
る係数である。出力信号ｊ(μs,μa,t)の時間積分は全
積分出力信号量Ｉ(μs,μa)を表わし、ＣＷ計測のとき
の計測値に対応する。この積分出力信号Ｉ(μs,μa)は
(2.1)式から次のようになる。
【００４６】
【数３】 今、図２に示すように、出力信号ｊ(μs,μa,t)の任意
の一部分ｔ＝[t1,t2] (t1＜t2)を切り出すことを考え
る。このときの積分出力信号つまり測定信号ＩT(μs,μ
a)は、次式のように表される。
【００４７】
【数４】 さらに、(4.1)および(4.2)式から、
【数５】 が導出される。ここで<tT>は検出された光子の平均飛行
時間、ＬT(μs,μa)は平均光路長であり、このような考
え方は本発明によって初めて開示されるものである。次
に、(5)式を積分すると、
【数６】 が得られる。ここで、右辺第２および第３項は積分定数
であり、(4.1)式でμa＝０として求められる。当然の結
果ではあるが、(6)式は境界条件に関する変数を含んで
いない。このことは、境界条件に関する変数を必ず含む
光拡散方程式の解とは大きく異なる。前出の(6)式にお
いては、境界条件は測定信号ＩT(μs,μa)および平均光
路長ＬT(μs,μa)に反映されている。したがって、(6)
式は、種々の再入射不可能な表面形状をもつ散乱体に広
く適用することができる。
【００４８】ここで、出力信号ｊ(μs,μa,t)の一部分
を切り出して得た測定信号を構成する光子の飛跡につい
て考えると次のことが理解される。出力信号ｊ(μs,
μa,t)の最初の部分のみを切り出せば、先に述べたよう
に短い光路長の光子が検出されるから、図３（ａ）及び
図３（ｂ）において実線ハッチ（Ｔ1）で示した狭い部
分を伝播した光子が検出されて、空間分解能が向上す
る。ここで図３（ａ）は透過型計測、また図３（ｂ）は
反射型計測の構成を示す。また、切り出し時間Ｔ＝ｔ2
−t1を長くしていくと（Ｔ1→Ｔ2→Ｔ3）、図３（ａ）
及び図３（ｂ）において鎖斜線ハッチ（Ｔ2）及び鎖縦
線ハッチ（Ｔ3）で示すように順次広い部分を伝播した
光子が検出されるようになることから、計測に利用する
光量（または信号量）は増加するが、空間分解能は低下
する。
【００４９】さらに、出力信号ｊ(μs,μa,t)の途中の
一部分を切り出す場合、その切り出しタイミングを遅ら
せていくと、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように計
測する部分を変えることができる（ｔ1→ｔ2）。また、
このような計測は、異なる時間ゲートで得られた２つの
信号の差を求める計測でも実現できる。つまり、出力信
号ｊ(μs,μa,t)の後の部分を切り出せば、周辺部の情
報がより多く含まれることを利用している。したがっ
て、本発明においては、前記の切り出し時間Ｔ＝ｔ2−t
1および切り出しのタイミングを制御して、空間分解能
や情報を取得する部位を選択することができる。
【００５０】但し、図３（ａ）、（ｂ）及び図４
（ａ）、（ｂ）は、検出光（出力信号）に含まれる光子
の中で、ある程度の割合を占める一般的な光子の飛跡の
範囲を示したものである。したがって、検出される光子
の中には、当然、図示の範囲の外を伝播した光子も含ま
れる。
【００５１】以下、前記(6)式を用いて測定値から吸収
に関する情報を算出する方法を説明する。
【００５２】（吸収成分の濃度変化の計測）媒体中に１
種類の吸収成分が含まれ、その濃度が変化して吸収係数
μaがμa1からμa2に変化した場合を考える。通常の生
体や散乱体では、吸収成分の濃度が変化しても散乱特性
は変化しないと考えてよい。これは、丁度、牛乳の中に
インクを入れる場合と同様である。変化の前後でｓ
(μs,t)あるいは散乱係数μsが変化しない場合、測定位
置（パルス光入射位置と光検出位置）を固定して計測す
れば前記平均光路長ＬT(μs,μa)は吸収係数μaの関数
となり、変化の前後の測定値に対して(6)式が成立す
る。したがって、変化の前後のμa1とμa2とを用いて
(6)式から次式が導出される。
【００５３】
【数７】 つぎに、平均値定理を用いると(7)式から次式が得られ
る。
【００５４】
【数８】 ただし、μxはμa1≦μx≦μa2またはμa1≧μx≧μa2
なる適宜の値である。以上から、平均光路長ＬT(μs,μ
a)を知ることができれば、変化の前後の測定信号ＩT(μ
s,μa)の値から、変化の前後の吸収係数の差μa2−μa1
を算出することができる。
【００５５】さらにこの場合、平均光路長ＬT(μs,
μa)は係数αを用いて、
【数９】 と表すことができる。ただし、αは0≦α≦1なる適宜の
値をもつ。この場合、ＬT(μs,μa)は単調関数であり、
通常はμa1とμa2における値がほぼ等しいから、α＝1/
2としてよい。また、それぞれの平均光路長ＬT(μs,μ
a1)およびＬT(μs,μa2)は、前出の(5)式に示したよう
に、測定信号の波形の重心（平均タイムディレイ）を演
算することによって求めることができる。すなわち、前
出の（５）式の第２行に示す式の値を計算する。ここ
で、ｃは媒質中の光速度であるから、既知あるいは別の
方法で知ることができる。また、分子と分母に含まれる
項、つまりｓ(μs,ｔ)exp(−μaｃｔ)＝Ａは前出の
（２．１）式に示した出力信号Ｊ(μs,μa,ｔ)を１／ｂ
倍したものである。この係数ｂは積分操作の外に出すこ
とができ、かつ分子と分母の両方に含まれるから消去さ
れる。つまり、上記の計算では、Ａを用いても、ｂＡで
ある計測値Ｊ(μs,μa,ｔ)を用いても、同じ結果が得ら
れる。したがって、分子はｔＪ(μs,μa,ｔ)を、また分
母はＪ(μs,μa,ｔ)をｔについて、それぞれｔ1からｔ2
まで積分したものである。これら２つの項、及びそれら
の比の計算は、コンピュータを用いて高速に計算するこ
とができる。また、上記重心の計算は、上記のように直
接（５）式第２行の分子と分母を演算する方法以外に、
これと等価な種々の方法がある。いずれの場合にも、こ
の計算結果は平均飛行時間となり、前記ｃを乗じて平均
光路長を得る。
【００５６】吸収成分の濃度変化ΔＶを算出するには、
ベア・ランバート則から導かれる次式を用いる。
【００５７】
【数１０】 ただし、εは吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数（ま
たは消光係数）であり、分光光度計で測定することがで
きる。また、多くの吸収物質の吸収係数（または消光係
数）は種々の文献に公表されている。したがって、(8)
〜(10)式から、
【数１１】 が得られる。以上の(11)式によって、散乱体内部の吸収
成分の濃度変化ΔＶを計測する方法が明らかとなる。
【００５８】（吸収成分の濃度変化の計測の応用）上記
の方法は、測定位置を固定したまま、異なる波長のパル
ス光を用いて複数種の吸収成分の濃度の時間的変化を計
測することに応用できる。さらに、計測対象の外周に沿
って複数箇所でこのような計測を繰り返して、Ｘ線ＣＴ
や光ＣＴ等に見られるような断層像再構成演算を行え
ば、所定の部位のヘモグロビンの濃度の時間変化の計測
などに応用することもできる。
【００５９】また、厚さが一定になるように保持した計
測対象に対して、測定位置（光入射位置及び光検出位
置）を平行移動あるいは走査させて計測し、任意の位置
での測定値を基準値とすることで、散乱体内部の吸収成
分の濃度の基準値に対する差の分布を計測することもで
きる。このような計測は、乳ガンの診断を行うための光
マンモグラフィーに応用することができる。
【００６０】本発明による以上のような計測は、ゲート
時間（切り出し時間）を短くすると空間分解能が向上す
る。また、ゲートのタイミングを可変にして計測する部
位（あるいは部分）を制御することができる。具体的な
応用例として光マンモグラフィーの他に、透視装置、光
ＣＴ、手術や治療に利用される臨床モニターなどがあ
る。
【００６１】（特定吸収成分の濃度の計測）つぎに、波
長 がλ1とλ2の２種のパルス光を用いて計測する場
合、つまり２波長分光計測法について説明する。今、１
種類の吸収成分を含む散乱体の吸収係数が、波長λ1の
ときμa1、波長λ2のときμa2であるとする。そして、
波長λ1とλ2における媒質の散乱係数μs1およびμs2が
同じであるか、ほぼ等しいものとする。このような条件
は、測定に用いる波長を選択することによって、容易に
実現される。したがって、同一の測定位置（パルス光入
射位置及び光検出位置）で２波長計測する場合、μs1＝
μs2とすれば、
【数１２】 が成立する。そして(6)式から
【数１３】 が得られる。すると、(8)式の場合と同様にして、
【数１４】 が得られる。ただし、μxはμa1≦μx≦μa2またはμa1
≧μx≧μa2なる適宜の値である。この(14)式は、b1/b2
＝１つまり２波長のパルス光の入射光強度が等しいと
き、前出の(7)式に等しくなる。また、係数b1/b2は入射
パルス光の強度を調整することによってb1/b2＝１とす
ることができる。さらに、光源あるいはパルス光の強度
を実測してb1/b2の値を推定することもできる。以上に
より、平均光路長ＬT(μs,μx)とb1/b2の値、および波
長λ1とλ2のパルス光を用いた計測で得られる測定信号
ＩT(λ1)およびＩT(λ2)の値から、吸収係数の差μa2−
μa1を算出することができる。
【００６２】平均光路長ＬT(μs,μx)は、前記と同様の
係数αを用いて、
【数１５】 と表すことができる。ただし、αは0≦α≦1なる適宜の
値をもつ。この場合にも、ＬTが単調関数であることを
考慮すると、通常はα＝1/2としてよい。また、それぞ
れの平均光路長ＬT(μs,μa1)およびＬT(μs,μa2)は、
前出の(5)式に示したように測定信号の波形の重心（平
均タイムディレイ）を演算することによって求めること
ができる。
【００６３】特定吸収成分の濃度Ｖは、波長λ1とλ2に
おける特定吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数（また
は消光係数）ε1およびε2を用いて、次式から算出され
る。
【００６４】
【数１６】 ただし、ε1およびε2の値は前もって分光光度計で測定
することができる。したがって、
【数１７】 となり、前出の吸収成分の濃度変化の計測と全く同様に
して、吸収成分の絶対濃度Ｖを計測することができる。
この場合、２種以上のｎ種の波長のパルス光を使用すれ
ば、(n-1)種類の吸収成分の濃度を計測することができ
る。
【００６５】（２点２波長計測）２種の検出距離（光入
射−光検出位置間距離）で前記の２波長分光計測を行う
と、前出の係数b1/b2を消去することができる。つま
り、係数b1/b2が光入射−光検出位置に依存しないこと
を利用して、係数b1/b2を消去する。この場合、前記(1
7)式は次のようになる。
【００６６】
【数１８】 ただし、ＩT1(λ1)とＩT2(λ2)およびＬT1(μs,μx1)と
ＬT2(μs,μx2)は、それぞれ光検出距離１と２で得られ
る測定信号と平均光路長である。また、μx1はμa1≦μ
x1≦μa2またはμa1≧μx1≧μa2、μx2はμa1≦μx2≦
μa2またはμa1≧μx2≧μa2なる適宜の値であり、(15)
式と同様にして求めることができる。さらに、当然では
あるが、以上に述べた方法は、２つ以上の波長の光を用
いる多波長分光計測に拡張することができる。
【００６７】（吸収成分の濃度の空間分布の計測）多箇
所で上述のような計測を行って、吸収成分の濃度の空間
分布を計測することができる。この場合、吸収成分の濃
度の計測値はそれぞれ独立に計測されるから、各計測位
置での検出距離（光入射−光検出位置間距離）は異なっ
ていてもよい。つまり、本発明の方法によれば、再入射
不可能な種々の外形をもつ散乱体内部の吸収成分の濃度
を高空間分解能で計測することができる。この際、空間
分解能は前述の切り出し時間Ｔ＝t2−t1とそのタイミン
グで制御する。具体的な応用例としては、光マンモグラ
フィー、透視装置、光ＣＴなどがある。これらでは、複
数箇所での受光、光入射位置や光検出位置の走査、時分
割計測などの方法が利用される。また、必要に応じて、
ＣＴに見られるような画像再構成演算を行う。これらの
計測の特長は、既に説明したように、特定吸収成分の濃
度分布を高い空間分解能で定量計測できることにある。
【００６８】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。ただし、以下の説明においては、同一の要素
には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６９】実施例１ 図５は本発明の方法を実施するための本発明の装置の第
１実施例を示すもので、散乱体２の内部の吸収成分の濃
度の時間変化を計測する装置１の構成を示す。この装置
１の構成では、１種類の吸収成分が含まれている散乱体
２の吸収成分の濃度変化、あるいは複数の成分からなる
吸収物質の濃度変化を計測する。この構成では、散乱体
２の表面の位置Ｐ（光入射位置）に所定の波長λの十分
時間幅の狭いパルス光を入射し、表面の他の位置Ｑ（光
検出位置）で散乱体２の内部を伝播した光を受光する。
そして、この測定を繰り返して散乱体２内部の比較的狭
い部分の吸収成分の濃度の変化を定量する。この場合、
第１回目の計測を行ったときの吸収成分の濃度を基準値
にとれば、吸収成分の濃度の変化が定量できる。計測装
置１は一体化されて１つの筐体に収納されている。
【００７０】光源１０はレーザーダイオードなどを使用
し、波長λのパルス光を発生する。この場合、波長は計
測すべき散乱体２や吸収成分に応じて選択される。生体
の計測では、酸素化型、脱酸素化型ヘモグロビンや酸素
化型、脱酸素化型ミオグロビンを計測することが多く、
それらの吸収成分の吸収スペクトルを図６に示す。した
がって、生体の計測では通常600nm〜1.3μmの光が使用
される。また、パルス幅は通常、20ps〜200ps程度にす
る。光源にはレーザーダイオードの他に、発光ダイオー
ド、パルスレーザーなどを使用することができる。
【００７１】光源１０から発したパルス光は光ガイド１
２を通して計測対象である散乱体２の表面に入射され
る。光ガイド１２と散乱体２の間の空間は、図５の実施
例では微小になっている。しかし実際にはこの隙間を広
くして、そこに散乱体２とほぼ等しい屈折率と散乱係数
をもつ液状体やゼリー状物体（以下、インタフェース材
と呼ぶ）を満たしておいてもよい。つまり、光はこのイ
ンタフェース材の中を伝播して計測対象に入射するから
何ら問題は生じない。また、散乱体２の表面反射が問題
になるときは、インタフェース材を適宜に選択すること
によって、表面反射などの影響を低減することができ
る。
【００７２】散乱体２の内部を伝播した光は、前記光入
射位置Ｐから距離ｒの位置Ｑ（光検出位置）に置いた光
ガイド１３で受光される。ここでも前記と同様の理由に
よって、インタフェース材を使用してもよい。光検出器
１４は、前記光信号を電気信号に変換し、必要に応じて
増幅して出力する。光検出器１４としては、光電子増倍
管の他に、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、ストリーク
カメラ、ストリークスコープ、光オシロスコープなどを
使用することができる。光検出器１４の選択に際して
は、所定波長の光を検出する分光感度特性と必要な時間
応答速度をもっていればよい。また、光信号が微弱であ
るときは、高利得の光検出器を使用する。さらには、光
子を計数する時間相関光子係数法を用いてもよい。光検
出器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。
【００７３】信号検出部１５は、前記の検出信号から所
定の時間域を切り出して、測定信号を出力する。具体的
には、よく知られているゲート回路が利用される。この
際、所定の時間域を切り出すためのゲート信号は信号処
理部１１で発生する。この場合、信号処理部１１は、必
要に応じて光源１０から発せられるパルス光と同期した
信号を利用する。空間分解能は前記ゲート信号の時間幅
（ゲート時間）を可変にして制御することができる。ま
た、ゲート信号のタイミングを変えて、測定すべき部分
を選択することができる。例えば、検出信号の先端部分
を狭いゲートで抽出した場合には、散乱体内部の狭い部
分２ａを伝播した光を計測することになるが、ゲート時
間を長くすると部分２ａより広い部分２ｂを伝播した光
を計測することになる。さらに、前述の図３および図４
に示したような制御も可能である。
【００７４】以上の測定信号の取得は他の方法、例えば
図７及び図８に示すように、光検出器で直接ゲートする
ようにしてもよい。例えば光電子増倍管を用いた場合、
光電陰極、第１ダイノードやその他のダイノード、ある
いは陽極にパルス状の電圧を印加して、ゲート動作をさ
せることができる。また、アバランシェフォトダイオー
ドにおいてパルス電圧を印加してゲート動作をさせるこ
とができる。ストリークカメラも時間ゲート機能が備わ
っている。これらの場合は、光電変換とゲート動作が同
一デバイスで実行される。
【００７５】第１の演算部１６は、前記測定信号から時
間積分値ＩTおよび平均光路長ＬT（波形の重心（平均タ
イムディレイ）に相当する）を演算する。この際、前記
(5)式に従って平均光路長ＬTを演算する。そして以上の
計測を異なる時間に繰り返して実行する。以下、ｍ回目
と(m+1)回目の計測を考える。
【００７６】第２の演算部１７は、ｍ回目と(m+1)回目
の計測で得られた２種の前記時間積分値 ＩT,mとＩ
T,m+1、および(9)式を用いて２種の前記平均光路長Ｌ
T,mとＬT,m +1から求めた平均光路長ＬT(μs,μx)を前出
の(8)式に代入して、散乱体２の部分の吸収係数の変化
量μa(m+1)−μam（第１次情報）を演算し、さらに前出
の(11)式を用いて吸収成分の変化量（第２次情報）を演
算する。このとき、平均光路長ＬT(μs,μx)の算出は、
前出の(8)式でα＝1/2として十分な精度が得られる。こ
れらの演算処理は、第１及び第２の演算部に組み込んだ
マイクロコンピュータなどで高速に実行される。
【００７７】表示記録部１８は、以上のようにして得ら
れた吸収成分の濃度情報を記憶する機能をもち、これら
を表示あるいは記録する。
【００７８】上記では、１つの波長のパルス光を用いた
が、実際には２つ以上の波長のパルス光を利用すること
もできる。さらに、１つの光入射位置からパルス光を入
射し、２つ以上の光検出位置で伝播光を検出することも
できる。また、これらは並列あるいは時分割で検出して
もよい。
【００７９】散乱体２に光を入射する手段は、図５に示
した光ガイド１２の代わりに、集光レンズによる方法
（図９（ａ））、光ファイバーを用いる方法（図９
（ｂ））、ピンホールを利用する方法（図９（ｃ））、
胃カメラのように体内から光を入射する方法（図９
（ｄ））などがある。また、太いビーム状の光を散乱体
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。
【００８０】散乱体２の内部を拡散伝播した光を検出す
る手段としては、図５に示した光ガイド１３を用いる方
法以外に、直接検出する方法（図１０（ａ））、光ファ
イバーを用いる方法（図１０（ｂ））、レンズを用いる
方法（図１０（ｃ））などがある。
【００８１】実施例２ 上記第１実施例で、パルス光の光入射位置Ｐと光検出位
置Ｑの相対位置関係を一定（固定）にしたまま、散乱体
２に沿って走査させて計測し、任意の位置での吸収成分
の濃度を基準値として、その基準値に対する濃度の差の
空間分布を計測することができる。この場合、前記第１
実施例と同様にして、(8)〜(11)式を用いて、吸収成分
の濃度の基準値に対する差の空間分布を計測することが
できる。
【００８２】図１１は本発明の方法を実施するための本
発明の装置の第２実施例を示すもので、平行な平らな面
をもつように軽く挟みつけた乳房のような散乱体２の内
部の吸収成分の濃度の空間分布を計測する装置１の構成
を示す。図１１中では、前記第１実施例にかかる図５に
示したものと同じ機能をもつものには同じ記号を用い
た。散乱体２の表面に所定の波長λのパルス光を入射
し、反対側の表面の位置で散乱体２の内部を伝播した光
を受光する。この際、パルス光の光入射位置と光検出位
置は、それらの相対位置関係を一定にしたまま、散乱体
２に沿って走査させて計測する。そして、例えば、第１
の測定位置（第１の光入射位置及び第１の光検出位置）
で計測を行ったときの吸収成分の濃度を基準値（つまり
変化量の計測の基準値）にとれば、吸収成分の濃度差の
空間分布が計測できる。
【００８３】この第２実施例では、散乱体２を平行に軽
く挟みつける第１の機構部３０がある。つまり、乳房の
ような散乱体２を少し平たく伸して計測する。この第１
の機構部３０には、パルス光の光入射位置と光検出位置
との相対位置関係を一定にしたまま、パルス光の光入射
位置（入射部）と光検出位置（受光部）を散乱体に沿っ
て同期して走査させて計測するための第２の機構部３１
が設けてある。そして、この第２の機構部３１からは走
査位置を表す位置信号が発せられ、この位置信号は表示
記録部１８に供給されて、空間分布の演算、表示記録に
利用される。また、パルス光を発生する光源１０の後段
には波長選択器１９が設けてあり、適宜所望の波長のパ
ルス光が選択できるようにしてある。その他の部分は、
前記の第１実施例の装置のものと同じである。
【００８４】この第２実施例の装置１では、前記ゲート
信号で出力光の最初の部分を抽出するが、その際にゲー
ト時間を狭くすれば空間解像度が向上する。また、上記
では１つの波長のパルス光を用いたが、実際には２つ以
上の波長のパルス光を利用することもできる。さらに、
１つの光入射位置から光を入射し、２つ以上の光検出位
置で同時あるいは時分割で伝播光を検出することもでき
る。
【００８５】実施例３ 図１２は本発明の方法を実施するための本発明の装置の
第３実施例を示すもので、散乱体２の内部の吸収成分の
濃度分布を計測する装置１の構成を示す。この場合、乳
房のような散乱体２は軽く挟みつけられる。図１２中で
は、前記第１実施例にかかる図５および前記第２実施例
にかかる図１１に示したものと同じ機能をもつものには
同じ記号を用いた。この装置１の構成では、散乱体２に
対して散乱係数が等しいかまたは等しいと見なせる異な
るｎ種の波長λ1〜λnのパルス光を用い、前出の(17)式
を用いて(n-1)種の吸収成分の濃度のイメージングを行
うことができる。この第３実施例は前記第２実施例とよ
く似た構成となっているが、計測するパラメーターは吸
収成分の濃度の空間分布である。また、測定位置（光入
射位置及び光検出位置）は走査されるが、各走査位置で
吸収成分の濃度を前出の(17)式に基づいて計測するか
ら、パルス光の光入射位置（光入射点）と光検出位置
（受光点）の相対位置関係は変化してもよい。つまり、
前記の第２実施例では散乱体２を平行に挟んで光入射位
置と光検出位置の相対位置関係が一定になるように走査
したが、第３実施例ではこのような制限はない。その理
由については、前出の（吸収成分の濃度の空間分布の計
測）の項で述べた通りである。
【００８６】光源１０1〜１０nはレーザーダイオードな
どを使用し、異なるｎ種の波長のパルス光を順次に発生
する。この際、光源１０1〜１０nの発振タイミングは信
号処理部１１からの信号で制御される。光源１０1〜１
０nからのパルス光は合波器２０で合波され、光ガイド
１２を通して計測対象である散乱体２の表面に入射され
る。
【００８７】光ガイド１２と散乱体２との間の空間は、
図１２の実施例では微小になっている。しかし実際に
は、第１実施例と同様にこれを広くして、この空間に散
乱体２とほぼ等しい屈折率と散乱係数をもつインタフェ
ース材を満たしておいてもよい。つまり、パルス光はこ
のインタフェース材の中を伝播して計測対象に入射する
から何ら問題は生じない。また、散乱体２の表面反射が
問題になるときは、インタフェース材を適宜に選択する
ことによって、表面反射などの影響を低減することがで
きる。
【００８８】散乱体２の内部を伝播した光は、前記光入
射位置と反対側の位置に置いた光ガイド１３で受光され
る。ここでも前記と同様の理由によって、インタフェー
ス材を使用してもよい。光ガイド１３からの光信号は波
長選択器２１で波長選択されて、それぞれの波長の入射
パルス光に対応する光信号が光ガイド１３を介して次段
の光検出器１４に導かれる。
【００８９】散乱体２は、前記第２実施例と同様に、第
１の機構部３０によって軽く挟みつけられる。この第１
の機構部３０には、パルス光の光入射位置と光検出位置
とを同期して走査させるための第２の機構部３１が設け
てある。そして、この第２の機構部３１からは、走査位
置を表す位置信号が発せられ、この位置信号は表示記録
部１８に供給されて、空間分布演算及びその結果の表示
記録に利用される。
【００９０】光検出器１４は前記のそれぞれの波長の光
信号を電気信号に変換し、必要に応じて増幅して検出信
号を出力する。光検出器１４としては、光電子増倍管の
他に、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、ストリークカメ
ラ、ストリークスコープ、光オシロスコープなどを使用
することができる。光検出器１４の選択に際しては、所
定波長の光を検出する分光感度特性と必要な時間応答速
度をもっていればよい。また、光信号が微弱であるとき
は、高利得の光検出器を使用する。さらには、光子を計
数する時間相関光子係数法を用いてもよい。光検出器１
４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。
【００９１】信号検出部１５は、前記の検出信号から所
定の時間域を切り出して、測定信号を出力する。所定の
時間域を切り出すためのゲート信号は信号処理部１１で
発生する。空間分解能は前記ゲート信号の時間幅（ゲー
ト時間）を可変にして制御することができ、ゲート時間
を狭くすれば空間解像度が向上する。例えば、検出信号
の先端部分を狭いゲートで抽出した場合には、散乱体内
部の狭い部分２ａを伝播した光を計測することになる。
ゲート時間を長くすると部分２ａより広い部分を伝播し
た光を計測することになり、空間解像度が低下する。以
上の測定信号の取得は他の方法、例えば前述の図７及び
図８に示すように、光検出器で直接ゲートする方法でも
よい。
【００９２】第１の演算部１６は、前記測定信号から時
間積分値ＩTおよび平均光路長ＬT（波形の重心（平均タ
イムディレイ）に相当する）を演算する。この際、平均
光路長ＬTは前記(5)式に従って演算する。第２の演算部
１７は、前記の計測で得られたｎ種の前記時間積分値Ｉ
T1〜ＩTn、ｎ種の前記平均光路長ＬT1〜ＬTnおよびｎ種
の消光係数を用いて、散乱体２の内部の部分２ａに含ま
れる(n-1)種類の吸収成分の濃度を演算する。これらの
演算処理は、第１及び第２の演算部に組み込んだマイク
ロコンピュータなどで高速に実行される。
【００９３】そして、前記第２の機構部３１によって測
定位置を変えて以上の一連の計測を繰り返えし、各測定
位置（光入射位置及び光検出位置）での吸収成分の濃度
を演算する。前記表示記録部１８は、以上のようにして
得られた吸収成分の濃度を記憶する機能をもち、これら
を表示あるいは記録する。
【００９４】上記の場合、ｎ種の波長のパルス光を順次
に入射する方法について述べたが、ｎ種の波長のパルス
光を同時に点灯して、同軸状に入射する方法としてもよ
い。この場合、光検出器１４の直前に設けた波長選択器
２１で波長選択する方法、さらには検出光をｎに分岐し
て波長選択したあと、ｎ個の光検出器で並列に検出する
方法もある。
【００９５】また、図１２では散乱体２をほぼ平行に挟
むようにしたが、既に述べたように実際には厚さが異な
ってもよい。ただし、この場合には、第２の機構部３１
は散乱体２の表面に沿って走査されるようにする。さら
に、図１２では光入射位置と光検出位置が上下（紙面の
上下方向）に配置してあるが、これらを斜めの位置関係
に配置して計測したデータも含めて、ＣＴのような画像
再構成を行ってもよい。
【００９６】実施例４ 図１３は本発明の方法を実施するための本発明の装置の
第４実施例を示すもので、散乱体２の断面内の吸収成分
の濃度分布を計測する装置の構成を示す。光入射位置
（光入射部）と光検出位置（受光部）は散乱体２の外周
に沿って走査される。図１３の中では、前記第１実施例
にかかる図５、前記第２実施例にかかる図１１、前記第
３実施例にかかる図１２に示したものと同じ機能をもつ
ものには同じ記号を用いた。この装置の構成では散乱係
数が等しいかまたは等しいと見なせる異なる２種の波長
λ1とλ2のパルス光を用いる。そして、前出の(17)式を
用いて各測定位置（光入射位置及び光検出位置）におけ
る特定吸収成分の濃度を求め、複数の測定位置における
特定吸収成分の濃度値から、散乱体２の断面内の特定吸
収成分の濃度の分布を求める。この第４実施例の装置
は、光入射位置と光検出位置の周辺以外の部分では前記
第３実施例とよく似た構成となるが、測定結果は断層像
として得られる。
【００９７】計測対象である散乱体２は、散乱体２を取
りまく円形の回転機構部３２の中に置かれる。散乱体２
と回転機構部３２の内壁との間隙にはインタフェース材
３３が詰められ、散乱体２を固定したまま回転機構部３
２が回転できるようになっている。また、回転機構部３
２には光入射用の光ファイバー１２と受光用の光ガイド
１３が取り付けてある。この回転機構部３２からは、走
査位置を表す位置信号が発せられ、この位置信号は第３
の演算部２２に供給されて、断層像の再構成に利用され
る。
【００９８】光源１０はレーザーダイオードなどを使用
して波長の異なる２種のパルス光を発生し、波長切換器
１９は前記２種のパルス光を交互に切り換えて通過させ
る。光源１０の発振および波長切換器１９の切り換えタ
イミングは信号処理部１１からの信号で制御される。こ
の際、２種の波長の異なるパルス光源を交互に点灯させ
てもよい。また、２種の波長のパルス光を同時に入射す
る方法としてもよく、このときには波長選択器１９は省
略され、後述する光検出器１４の前段に波長選択器を設
けて測定に用いる波長を選択する。
【００９９】波長切換器１９から出たパルス光は、光フ
ァイバー１２を通して計測対象である散乱体２を包む込
むインタフェース材３３の表面に入射される。インタフ
ェース材３３は、第１実施例において既に述べたもので
ある。散乱体２とインタフェース材３３の内部を伝播し
た光は、前記光入射位置と反対側の位置に設けられた光
ガイド１３で受光される。光ガイド１３からの光信号は
次段の光検出器１４に導かれる。
【０１００】光検出器１４は前記の２種の波長の光信号
を電気信号に変換し、必要に応じて増幅して検出信号を
出力する。光検出器１４としては、光電子増倍管の他
に、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、ストリークカメ
ラ、ストリークスコープ、光オシロスコープなどを使用
することができる。また、光信号が微弱であるときは、
高利得の光検出器を使用する。さらには、光子を計数す
る時間相関光子係数法を用いてもよい。光検出器１４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。
【０１０１】信号検出部１５は、前記の検出信号から所
定の時間域を切り出して、測定信号を出力する。所定の
時間域を切り出すためのゲート信号は信号処理部１１で
発生する。空間分解能は前記ゲート信号の時間幅（ゲー
ト時間）を可変にして制御することができ、ゲート時間
を狭くすれば空間解像度が向上する。以上の測定信号の
取得は他の方法、例えば前出の図７及び図８に示すよう
に、光検出器で直接ゲートする方法でもよい。
【０１０２】第１の演算部１６は、前記測定信号から時
間積分値ＩTおよび平均光路長ＬT（波形の重心（平均タ
イムディレイ）に相当する）を演算する。この際、平均
光路長は前記(5)式に従って演算する。第２の演算部１
７は、前記の計測で得られた２種の前記時間積分値ＩT1
とＩT2、２種の前記平均光路長ＬT1とＬT2、および２種
の消光係数を用いて、前記測定位置における特定吸収成
分の濃度を演算する。
【０１０３】これらの演算処理は、第１及び第２の演算
部に組み込んだマイクロコンピュータなどで高速に実行
される。
【０１０４】次に、前記回転機構部３２を適宜の角度だ
け回転して測定位置（光入射位置及び光検出位置）を変
えて、上記一連の計測を繰り返えし、各測定位置での吸
収成分の濃度を演算する。第３の演算部２２は、このよ
うにして得られた複数の測定位置における吸収成分の濃
度の値から、断面内の吸収成分の濃度分布（断層像）を
演算する。
【０１０５】表示記録部１８は、以上のようにして得ら
れた吸収成分の濃度分布を記憶する機能をもち、これら
を断層像として表示あるいは記録する。なお、上記の断
層像の再構成には、ＣＴとしてよく知られている手法や
ハードウエアを利用することができる。
【０１０６】また、上記の実施例ではパルス光の光入射
位置と光検出位置の相対位置関係を一定にしたが、この
相対位置関係を可変にしてもよい。この場合には、散乱
体に対するサンプリング密度が向上し、測定データ数も
多くなるから、断層像の空間解像度が向上する。さら
に、上記のパルス光の光入射位置と光検出位置の相対位
置関係を３次元で可変制御して、３次元の解析を行うＣ
Ｔとすることもできる。
【０１０７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の散乱体の
吸収情報計測方法及び装置によれば、再入射不可能な面
からなる任意の形状の散乱体内部の特定吸収成分の濃度
変化や絶対濃度などを、高空間分解能で計測することが
可能となる。従って、本発明によれば、特定部分の特定
吸収成分に関する計測精度を大幅に改善することがで
き、それらの時間変化や空間分布を散乱体の外形形状に
影響されずかつ高い空間解像度で計測することができる
生体計測方法及び装置、イメージング方法及び装置、透
視方法及び装置、断層像解析方法及び装置、あるいはマ
ンモグラフィーの方法及び装置などの散乱体内部の吸収
情報の計測方法および装置を提供することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】散乱体内部を伝播した光子の飛跡を示す模式図
である。
【図２】本発明にかかる測定信号（切り出した信号）を
説明するための波形図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ切り出し時間と計
測される部分（散乱体内の部分）の関係を示す模式図で
ある。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ切り出しタイミン
グと計測される部分（散乱体内の部分）の関係を示す模
式図である。
【図５】本発明にかかる第１実施例の装置の構成概略図
である。
【図６】ヘモグロビン及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】測定信号を得るための他の方法を示す模式図で
ある。
【図８】図７に示す方法による場合の出力光とゲート信
号と測定信号との関係を示す波形図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、散乱体への光入射
方法を示す概略図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、受光方法を示す
概略図である。
【図１１】本発明にかかる第２実施例の装置の構成概略
図である。
【図１２】本発明にかかる第３実施例の装置の構成概略
図である。
【図１３】本発明にかかる第４実施例の装置の構成概略
図である。
【符号の説明】
１…吸収情報計測装置、２…散乱体、２ａ…散乱体内部
の第１の部分、２ｂ…散乱体内部の第２の部分、１０，
１０1…１０n…光源、１１…信号処理部、１２，１３…
光ガイド、１４…光検出器、１５…信号検出部、１６…
第１の演算部、１７…第２の演算部、１８…表示記録
部、１９…波長切換器、２０…合波器、２１…波長選択
器、２２…第３の演算部、３０…第１の機構部、３１…
第２の機構部、３２…回転機構部、３３…インタフェー
ス材。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の波長のパルス光を発生させる第１
    ステップと、 前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面における
    光入射位置にスポット状に入射する第２ステップと、 測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面に
    おける光検出位置で受光する第３ステップと、 前記第３ステップで得られた光信号の一部分を時間的に
    切り出し、切り出された信号に相当する測定信号を取得
    する第４ステップと、 異なる複数のタイミングでそれぞれ前記第１乃至第４ス
    テップを繰り返して行い、前記複数のタイミングにおい
    て得られた複数の前記測定信号のそれぞれに対して時間
    積分値および平均光路長を導出する第５ステップと、 前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路長、および
    吸収係数の変化量との間の所定の関係に基づいて、前記
    複数のタイミングの間に生じた吸収係数の変化量を演算
    する第６ステップと、を備えることを特徴とする散乱体
    の吸収情報の計測方法。
  2. 【請求項２】 前記第６ステップで得られた吸収係数の
    変化量、吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数、および
    吸収成分の濃度変化量との間の所定の関係に基づいて、
    前記複数のタイミングの間に生じた吸収成分の濃度の変
    化量を演算する第７ステップをさらに備えることを特徴
    とする、請求項１記載の散乱体の吸収情報の計測方法。
  3. 【請求項３】 前記第６ステップにおいて、前記複数の
    時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単位濃
    度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度変化量との
    間の所定の関係に基づいて、前記複数のタイミングの間
    に生じた吸収成分の濃度の変化量を演算することを特徴
    とする、請求項１記載の散乱体の吸収情報の計測方法。
  4. 【請求項４】 所定の波長のパルス光を発生させる第１
    ステップと、 前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面における
    光入射位置にスポット状に入射する第２ステップと、 測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面に
    おける光検出位置で受光する第３ステップと、 前記第３ステップで得られた光信号の一部分を時間的に
    切り出し、切り出された信号に相当する測定信号を取得
    する第４ステップと、 前記光入射位置と前記光検出位置との間の距離を固定し
    つつ異なる複数の測定位置でそれぞれ前記第１乃至第４
    ステップを繰り返して行い、前記複数の測定位置におい
    て得られた複数の前記測定信号のそれぞれに対して時間
    積分値および平均光路長を導出する第５ステップと、 前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路長、および
    吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、前記複数
    の測定位置の間における吸収係数の差を演算する第６ス
    テップと、を備えることを特徴とする散乱体の吸収情報
    の計測方法。
  5. 【請求項５】 前記第６ステップで得られた吸収係数の
    差、吸収成分の単位濃度当たりの吸収係数、および吸収
    成分の濃度差との間の所定の関係に基づいて、前記複数
    の測定位置の間における吸収成分の濃度の差を演算する
    第７ステップをさらに備えることを特徴とする、請求項
    ４記載の散乱体の吸収情報の計測方法。
  6. 【請求項６】 前記第６ステップにおいて、前記複数の
    時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単位濃
    度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度差との間の
    所定の関係に基づいて、前記複数の測定位置の間におけ
    る吸収成分の濃度差を演算することを特徴とする、請求
    項４記載の散乱体の吸収情報の計測方法。
  7. 【請求項７】 測定対象物に対して散乱係数が等しいか
    又は等しいと見なせる異なる波長のパルス光を発生させ
    る第１ステップと、 前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面における
    光入射位置にスポット状に入射する第２ステップと、 測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面に
    おける光検出位置で受光する第３ステップと、 前記第３ステップで得られた光信号の一部分を時間的に
    切り出し、切り出された信号に相当する測定信号を、前
    記異なる波長のパルス光に対するそれぞれの時間関係が
    同一となるようにして取得する第４ステップと、 前記複数の測定信号のそれぞれに対して時間積分値およ
    び平均光路長を導出する第５ステップと、 前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路長、および
    吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、前記異な
    る波長のパルス光に対する吸収係数の差を演算する第６
    ステップと、を備えることを特徴とする散乱体の吸収情
    報の計測方法。
  8. 【請求項８】 前記第６ステップで得られた吸収係数の
    差、吸収成分の前記異なる波長のパルス光に対する単位
    濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度との間の
    所定の関係に基づいて、前記吸収成分の濃度を演算する
    第７ステップをさらに備えることを特徴とする、請求項
    ７記載の散乱体の吸収情報の計測方法。
  9. 【請求項９】 前記第６ステップにおいて、前記複数の
    時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の前記異
    なる波長のパルス光に対する単位濃度当たりの吸収係
    数、および吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づい
    て、前記吸収成分の濃度を演算することを特徴とする、
    請求項７記載の散乱体の吸収情報の計測方法。
  10. 【請求項１０】 前記第３ステップにおいて複数の光検
    出位置で受光し、 前記第４ステップにおいて、前記複数の光検出位置でそ
    れぞれ前記異なる波長のパルス光に対応してそれぞれ測
    定信号を取得し、 前記第５ステップにおいて、前記複数の測定信号のそれ
    ぞれに対して時間積分値および平均光路長を導出し、 前記第６ステップにおいて、前記複数の時間積分値、前
    記複数の平均光路長、吸収成分の前記異なる波長のパル
    ス光に対する単位濃度当たりの吸収係数、および吸収成
    分の濃度との間の所定の関係に基づいて、前記吸収成分
    の濃度を演算する、ことを特徴とする請求項９記載の散
    乱体の吸収情報の計測方法。
  11. 【請求項１１】 前記第２ステップにおける光入射位置
    と前記第３ステップにおける光検出位置とを測定対象で
    ある散乱体の外周に沿って走査し、前記走査による複数
    の測定位置に対してそれぞれ前記第６ステップで得られ
    る吸収係数の濃度を演算して、散乱体内の濃度分布の断
    層像を演算する第８ステップをさらに備えることを特徴
    とする、請求項８または９記載の散乱体の吸収情報の計
    測方法。
  12. 【請求項１２】 所定の波長のパルス光を発生させる光
    源と、 前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面における
    光入射位置にスポット状に入射する光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面に
    おける光検出位置で受光する受光部と、 前記受光部で得られた光信号の一部分を時間的に切り出
    し、切り出された信号に相当する測定信号を取得する信
    号検出部と、 異なる複数のタイミングでそれぞれ前記測定信号を取得
    する計測を行い、前記複数のタイミングにおいて得られ
    た複数の前記測定信号のそれぞれに対して時間積分値お
    よび平均光路長を導出する第１の演算部と、 前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路長、および
    吸収係数の変化量との間の所定の関係に基づいて、前記
    複数のタイミングの間に生じた吸収係数の変化量を演算
    する第２の演算部と、を備えることを特徴とする散乱体
    の吸収情報の計測装置。
  13. 【請求項１３】 前記第２の演算部は、さらに、前記第
    ２の演算部で得られた吸収係数の変化量、吸収成分の単
    位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度変化量
    との間の所定の関係に基づいて、前記複数のタイミング
    の間に生じた吸収成分の濃度の変化量を演算することを
    特徴とする、請求項１２記載の散乱体の吸収情報の計測
    装置。
  14. 【請求項１４】 前記第２の演算部において、前記複数
    の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単位
    濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度変化量と
    の間の所定の関係に基づいて、前記複数のタイミングの
    間に生じた吸収成分の濃度の変化量を演算することを特
    徴とする、請求項１２記載の散乱体の吸収情報の計測装
    置。
  15. 【請求項１５】 所定の波長のパルス光を発生させる光
    源と、 前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面における
    光入射位置にスポット状に入射する光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面に
    おける光検出位置で受光する受光部と、 前記受光部で得られた光信号の一部分を時間的に切り出
    し、切り出された信号に相当する測定信号を取得する信
    号検出部と、 前記光入射位置と前記光検出位置との間の距離を固定し
    つつ異なる複数の測定位置でそれぞれ前記測定信号を取
    得する計測を行い、前記複数の測定位置において得られ
    た複数の前記測定信号のそれぞれに対して時間積分値お
    よび平均光路長を導出する第１の演算部と、 前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路長、および
    吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、前記複数
    の測定位置の間における吸収係数の差を演算する第２の
    演算部と、を備えることを特徴とする散乱体の吸収情報
    の計測装置。
  16. 【請求項１６】 前記第２の演算部は、さらに、前記第
    ２の演算部で得られた吸収係数の差、吸収成分の単位濃
    度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度差との間の
    所定の関係に基づいて、前記複数の測定位置の間におけ
    る吸収成分の濃度の差を演算することを特徴とする、請
    求項１５記載の散乱体の吸収情報の計測装置。
  17. 【請求項１７】 前記第２の演算部において、前記複数
    の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の単位
    濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃度差との間
    の所定の関係に基づいて、前記複数の測定位置の間にお
    ける吸収成分の濃度差を演算することを特徴とする、請
    求項１５記載の散乱体の吸収情報の計測装置。
  18. 【請求項１８】 測定対象物に対して散乱係数が等しい
    か又は等しいと見なせる異なる波長のパルス光を発生さ
    せる光源と、 前記パルス光を測定対象物である散乱体の表面における
    光入射位置にスポット状に入射する光入射部と、 測定対象物の内部を伝播した光を、前記散乱体の表面に
    おける光検出位置で受光する受光部と、 前記受光部で得られた光信号の一部分を時間的に切り出
    し、切り出された信号に相当する測定信号を、前記異な
    る波長のパルス光に対するそれぞれの時間関係が同一と
    なるようにして取得する信号検出部と、 前記複数の測定信号のそれぞれに対して時間積分値およ
    び平均光路長を導出する第１の演算部と、 前記複数の時間積分値、前記複数の平均光路長、および
    吸収係数の差との間の所定の関係に基づいて、前記異な
    る波長のパルス光に対する吸収係数の差を演算する第２
    の演算部と、を備えることを特徴とする散乱体の吸収情
    報の計測装置。
  19. 【請求項１９】 前記第２の演算部は、さらに、前記第
    ２の演算部で得られた吸収係数の差、吸収成分の前記異
    なる波長のパルス光に対する単位濃度当たりの吸収係
    数、および吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づい
    て、前記吸収成分の濃度を演算することを特徴とする、
    請求項１８記載の散乱体の吸収情報の計測装置。
  20. 【請求項２０】 前記第２の演算部において、前記複数
    の時間積分値、前記複数の平均光路長、吸収成分の前記
    異なる波長のパルス光に対する単位濃度当たりの吸収係
    数、および吸収成分の濃度との間の所定の関係に基づい
    て、前記吸収成分の濃度を演算することを特徴とする、
    請求項１８記載の散乱体の吸収情報の計測装置。
  21. 【請求項２１】 前記受光部は、複数の光検出位置で受
    光するものであり、 前記信号検出部は、前記複数の光検出位置でそれぞれ前
    記異なる波長のパルス光に対応してそれぞれ測定信号を
    取得するものであり、 前記第１の演算部は、前記複数の測定信号のそれぞれに
    対して時間積分値および平均光路長を導出するものであ
    り、 前記第２の演算部は、前記複数の時間積分値、前記複数
    の平均光路長、吸収成分の前記異なる波長のパルス光に
    対する単位濃度当たりの吸収係数、および吸収成分の濃
    度との間の所定の関係に基づいて、前記吸収成分の濃度
    を演算するものである、ことを特徴とする請求項２０記
    載の散乱体の吸収情報の計測装置。
  22. 【請求項２２】 前記光入射部における光入射位置と前
    記受光部における光検出位置とを測定対象である散乱体
    の外周に沿って走査し、前記走査による複数の測定位置
    に対してそれぞれ前記第２の演算部で得られる吸収係数
    の濃度を演算して、散乱体内の濃度分布の断層像を演算
    する第３の演算部をさらに備えることを特徴とする、請
    求項１９または２０記載の散乱体の吸収情報の計測装
    置。
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