(57)【要約】【課題】散乱体内部の異質部分を正確に、簡便且つ短時間で検出することが可能な散乱体内部検出装置及び散乱体内部検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】散乱体内部の異質部分を検出する散乱体内部検出装置であって、前記散乱体を構成する散乱媒質と前記異質部分とで光学特性の異なる光を前記散乱体に照射する照明手段と、前記照明手段により照射された光の後方散乱光を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された後方散乱光の光強度データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複数の光強度データの頻度分布情報を作成し、該情報に基づいて、前記散乱体の所望の位置における内部が散乱媒質であるか或いは異質部分であるかを判定する解析手段と、前記解析手段による判定結果を表示する提示手段とを具備することを特徴とする散乱体内部検出装置を提供する。【選択図】      図３
2010008287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
散乱体内部の異質部分を検出する散乱体内部検出装置であって、
前記散乱体を構成する散乱媒質と前記異質部分とで光学特性の異なる光を前記散乱体に照射する照明手段と、
前記照明手段により照射された光の後方散乱光を検出し、該後方散乱光の光強度データを取得する検出手段と、
前記検出手段により検出された後方散乱光の光強度データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された複数の光強度データの頻度分布情報を作成し、該情報に基づいて、前記散乱体の所望の位置における内部が散乱媒質であるか或いは異質部分であるかを判定する解析手段と、
前記解析手段による判定結果を表示する提示手段と、
を具備することを特徴とする散乱体内部検出装置。
【請求項２】
前記解析手段が、
前記記憶手段に記憶された複数の光強度データから、散乱媒質又は異質部分の影響が支配的な光強度データの頻度分布図Ｂｔを作成し、
前記散乱体表面上の任意の測定点において連続的に検出された光強度の検出データから頻度分布図Ｄｔを作成し、
前記頻度分布図Ｂｔと前記頻度分布図Ｄｔを統計的な検定処理に基づいて比較し、
前記頻度分布図Ｂｔが散乱媒質の影響が支配的な光強度データに基づくときに、一致する場合は前記検出データが散乱媒質の影響が支配的なデータであると判定し、不一致の場合は前記検出データが異質部分の影響が支配的なデータであると判定し、
前記頻度分布図Ｂｔが異質部分の影響が支配的な光強度データに基づくときに、一致する場合は前記検出データが異質部分の影響が支配的なデータであると判定し、不一致の場合は前記検出データが散乱媒質の影響が支配的なデータであると判定することを特徴とする、請求項１に記載の散乱体内部検出装置。
【請求項３】
前記解析手段が、複数の光強度データから頻度分布図を作成して散乱媒質の影響が支配的なデータと異質部分の影響が支配的なデータを区分する閾値を設定し、該閾値に基づいて、前記複数の光強度データから散乱媒質又は異質部分の影響が支配的なデータのみを抽出することにより、散乱媒質又は異質部分の影響が支配的な光強度データの頻度分布図Ｂｔを作成することを特徴とする、請求項２に記載の散乱体内部検出装置。
【請求項４】
前記解析手段が、前記比較の結果として散乱媒質又は異質部分の影響が支配的なデータであると判定された検出データを組込んで頻度分布図Ｂｔを更新することを特徴とする、請求項２又は３に記載の散乱体内部検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の散乱体内部検出装置であって、
前記散乱体表面を走査可能な照明手段と、
複数の検出素子を具備する検出手段を備え、
前記照明手段によって光が照射される照明領域が照明手段の走査によって移動するのに伴い、前記照明領域から一定の距離の領域を検出できる検出素子によって検出が行われることを特徴とする散乱体内部検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の散乱体内部検出装置であって、
前記散乱体の所望の位置における判定結果を、前記散乱体の該位置上に表示する提示手段を備えることを特徴とする散乱体内部検出装置。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか一項に記載の散乱体内部検出装置であって、
複数の検出素子を具備する検出手段と、
前記検出手段により検出された光強度データを、該光強度データが検出された検出領域と前記照明手段によって光が照射された照明領域との相対位置と共に記憶する記憶手段を備え、
前記解析手段による解析が、前記検出領域と前記照明領域との距離が同等な光強度データのグループ毎に行われることを特徴とする散乱体内部検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の散乱体内部検出装置であって、
前記散乱体表面を走査可能な照明手段を備えることを特徴とする散乱体内部検出装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の散乱体内部検出装置であって、
前記解析手段による判定結果を表示するモニターを備え、
前記グループ毎に行われた解析の結果が、前記記憶手段に記憶された前記検出領域と照明領域との相対位置に基づいて画像化されて前記モニターに提示されることを特徴とする散乱体内部検出装置。
【請求項１０】
散乱体内部の異質部分を検出する散乱体内部検出方法であって、
前記散乱体を構成する散乱媒質と前記異質部分とで光学特性の異なる光を前記散乱体に照射する工程と、
前記照射された光の後方散乱光を検出する工程と、
前記検出された後方散乱光の光強度データを記憶する工程と、
複数の前記記憶された光強度データから頻度分布情報を作成し、該情報に基づいて、前記散乱体の所望の位置における内部が散乱媒質であるか或いは異質部分であるかを判定する工程と、
前記判定結果を表示する工程と、
を具備することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記判定する工程が、
複数の光強度データから、散乱媒質又は異質部分の影響が支配的な光強度データの頻度分布図Ｂｔを作成する工程と、
前記散乱体表面上の任意の測定点において連続的に光強度データを検出し、得られた検出データから頻度分布図Ｄｔを作成する工程と、
前記頻度分布図Ｂｔと前記頻度分布図Ｄｔを統計的な検定処理に基づいて比較し、
前記頻度分布図Ｂｔが散乱媒質の影響が支配的な光強度データに基づくときに、一致する場合は前記検出データが散乱媒質の影響が支配的なデータであると判定し、不一致の場合は前記検出データが異質部分の影響が支配的なデータであると判定し、
前記頻度分布図Ｂｔが異質部分の影響が支配的な光強度データに基づくときに、一致する場合は前記検出データが異質部分の影響が支配的なデータであると判定し、不一致の場合は前記検出データが散乱媒質の影響が支配的なデータであると判定する工程と、
を具備することを特徴とする、請求項１０に記載の散乱体内部検出方法。
【請求項１２】
前記頻度分布図Ｂｔを作成する工程が、
複数の光強度データから頻度分布図を作成して散乱媒質の影響が支配的なデータと異質部分の影響が支配的なデータを区分する閾値を設定する工程と、
該閾値に基づいて、前記複数の光強度データから散乱媒質又は異質部分の影響が支配的なデータのみを抽出して頻度分布図を作成する工程と
を具備することを特徴とする、請求項１１に記載の散乱体内部検出方法。
【請求項１３】
前記頻度分布図Ｂｔが、前記判定する工程において、散乱媒質又は異質部分の影響が支配的なデータであると判定された検出データを組込んで更新されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の散乱体内部検出方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３の何れか一項に記載の散乱体内部検出方法であって、
前記照射された光の後方散乱光を検出する工程において、
前記散乱体に照射する光を移動させ、前記照射された光が移動するのに伴い、該光が照射する領域から一定の距離の領域において後方散乱光を検出することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４の何れか一項に記載の散乱体内部検出方法であって、
前記照射された光の後方散乱光を複数の検出素子によって検出し、
前記複数の検出素子のそれぞれによって得られた光強度データを、それぞれの検出素子が検出した領域と前記光が照射された領域との距離が同じデータ毎にグループ化し、
前記判定する工程が、前記グループ毎に行われることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の散乱体内部検出方法であって、
前記グループ毎に行われた判定の結果を、情報量を落とした値に対応付け、光強度データが検出された領域と前記光が照射された領域との距離に従って、前記値をモニター上に画像化して表示することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散乱体からの後方散乱光を計測することにより、散乱体内部の異質部分の位置を正確かつ迅速に検出できる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の異質部分、例えば血管などの位置を正確に知ることは困難である。そのため、特許文献１に示されるような、生体組織内部の血管の位置を認識する装置が開示されている。特許文献１に開示された装置は、医師又は看護師が患者の腕等に対して静脈注射や点滴を行うための血管位置提示装置である。
【０００３】
その概要を説明すると、血管内血液により吸収が顕著な740〜950nmの光を生体に照射することにより、血管と脂肪部位で異なる強度の信号を得ている。特許文献１では、血管識別のために検出信号強度の閾値を設定し、信号が所定の閾値より大きいか小さいかで血管を識別している。
【０００４】
また特許文献１には、生体表面をライン状に走査することにより、血管を識別する第一ステップSと、識別結果に基づいて再度ライン状に走査しながら血管位置をマークする第二ステップSとを具備する方法が開示されている。
【特許文献１】特開2006-102029号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献1に記載の装置を用いて散乱体内部の異質部分の位置を検出する場合、次のような問題がある。第一に、閾値の設定基準があいまいである。第二に、散乱体内部の異質部分の位置が深部になればなるほど、異質部分による光の減衰が顕著になり、ノイズの影響が大きくなる。そのため、閾値を一意に与える方法では正確な判定が困難である。第三に、閾値を一意で与えるために散乱媒質及び異質部分の不均質性に対応できない。第四に、照明部と検出部が固定されているため、装置を静止した状態で観察したい場合には適用できない。このため、使用範囲が限られる。第五に、血管を検出する工程と血管位置をマークする工程が別工程であるため、操作に時間がかかる。さらに、1ラインスキャンに対して1点しかマークできず、広範囲の観察には適さない。第六に、点検出であるために異質部分の形状が確認できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明は、散乱体内部の異質部分を検出する散乱体内部検出装置であって、前記散乱体を構成する散乱媒質と前記異質部分とで光学特性の異なる光を前記散乱体に照射する照明手段と、前記照明手段により照射された光の後方散乱光を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された後方散乱光の光強度データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複数の光強度データの頻度分布情報を作成し、該情報に基づいて、前記散乱体の所望の位置における内部が散乱媒質であるか或いは異質部分であるかを判定する解析手段と、前記解析手段による判定結果を表示する提示手段とを具備することを特徴とする散乱体内部検出装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、検出された光強度データの頻度分布情報を作成し、該情報に基づいて判定を行うために、散乱媒質と異質部分とを正確に判定することが可能であり、さらに不均質な部分でも正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の散乱体内部検出装置及び該装置を用いた検出方法について説明する。本発明において、散乱体とは、主に散乱媒質から構成される物体を指し、例として生体が挙げられる。散乱媒質とは、少なくとも光を散乱する性質を示し、吸収よりも散乱のほうが支配的であるものである。
【０００９】
本発明の散乱体内部検出装置は、散乱体内部の散乱媒質中に存在する異質部分を検出するための装置である。本発明において異質部分とは、透過率、屈折率、反射率、散乱係数、吸収係数などの光学特性が散乱媒質と異なるものである。例として血管が挙げられるが、これに限定されない。
【００１０】
内部に異質部分が存在する散乱体の例を図1に示す。図1（a）では観察範囲となる領域を観測領域103として示している。
【００１１】
散乱体の大部分を構成する散乱媒質101の深部に異質部分102が存在している。この異質部分102は散乱体の表面からは見えない。図1（b）は、図1（a）の一点鎖線における断面図である。図1の例では、紐状の異質部分が走行するような形状を示したが、これに限定されず、塊状やループ状の異質部分も存在する。
【００１２】
本発明の散乱体内部検出装置では、散乱媒質と異質部分とで光学特性の異なる光を散乱体に照射する。散乱媒質と異質部分とで光学特性の異なる光とは、透過率、屈折率、反射率、散乱係数、吸収係数などの光学特性が、散乱媒質中と異質部分中とで異なる波長の光を意味する。
【００１３】
図2は散乱媒質による後方散乱光を検出し、その光強度データを取得する様子を示す模式図である。図2（a）は、散乱体Ｓの内部に散乱媒質101よりも吸収が大きい異質部分102が存在する場合である。照明手段201により照明された光は異質部分102の影響で減衰し、減衰された後方散乱光401が検出手段204により検出され、その光強度データが取得される。本発明においては、このような場合に検出される光強度データを、異質部分の影響が支配的なデータ、又は異質部分検出信号と称する。一方、図2（b）は、散乱体Ｓの内部に異質部分102が存在しない場合である。この場合、照明手段201により照明された光は減衰せず、散乱媒質101で散乱された後方散乱光402が検出手段204により検出され、その光強度データが取得される。本発明においては、このような場合に検出される光強度データを、散乱媒質の影響が支配的なデータ、又は散乱媒質検出信号と称する。
【００１４】
例えば図1(b)のような散乱体を図1(a)の一点鎖線に沿って検出する場合、図2（c）で示すような光強度のグラフが得られる。このグラフでは、散乱媒質の影響が支配的な光強度データ402と異質部分の影響が支配的な光強度データ401として、強度の異なるデータが検出される。本発明では、このように得られたデータを後述するように解析することにより、散乱媒質と異質部分を判定する。
【００１５】
なお、図2（c）の例では、異質部分102の影響が支配的な光強度は、散乱媒質101の影響が支配的な光強度よりも小さくなっているが、この関係が逆転している場合でも本発明を適用することができる。
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１７】
図3は本発明の第１の実施形態に係る散乱体内部検出装置100の概略機能ブロック図である。同図に示すように、散乱体内部検出装置100は、照明手段201、検出手段204、記憶手段207、解析手段208、及び提示手段209を備える。
【００１８】
照明手段201は、散乱媒質中と異質部分中とで光学特性の異なる光を発生し、散乱体に照射する手段である。本実施形態の散乱体内部検出装置100は、図3(a)に示すように、光源201aと、発生された光を導光するための光ファイバーを用いた導光体201bと、光ファイバーにより伝播され射出される発散光を限定された検出領域に照射するため、細い平行の光速に変換する集光体201cによって構成される照明手段201を具備する。
【００１９】
光源201aには、散乱媒質と異質部分で光学特性の異なる波長の光を発生するものが用いられる。導光体201bには、光ファイバーが好適に用いられるが、これに限定されず、リレーレンズによって構成することもできる。集光体201cにはレンズが好適に用いられるがこれに限定されず、ミラーによって構成してもよい。或いは、プリズムや回折格子で構成してもよい。
【００２０】
或いは、光源として予め光束を絞ったレーザ光等を使用し、集光体201cを用いなくともよい。また或いは、集光体201cを用いる代わりにマスク等により、照明光が当たる検出領域を限定してもよい。検出領域とは、照明手段201によって光が照射される散乱体表面上の領域を意味し、図3(a)では符号a1で示される。
【００２１】
検出手段204は、照明手段201により発せられる光の波長を含む波長帯に感度を有し、散乱体表面上から出射される後方散乱光を検出して電気信号に変える手段である。本実施形態の散乱体内部検出装置100は、光源201aより発せられる光の波長を含む波長帯域に感度を有する少なくとも一つの検出素子204aと、検出素子204aが検出した光強度信号を伝播する信号伝達部204bと、光強度信号を光データに変換する処理部204cによって構成される検出手段204を具備する。
【００２２】
検出素子204aには、一般的な光検出素子が用いられる。フォトディテクター、光電子増倍管等を用いることができるがこれに限定されない。また或いは、複数点を同時に検出するCCD等のような撮像素子を用いてもよい。信号伝達部204bには電線を用いてもよく、処理部204cには受光電流を電圧に変換するフォトディテクターアンプを用いることができるがこれらに限定されない。
【００２３】
図3(b)は、散乱体内部検出装置100によって光が照射及び検出される散乱体の表面部分を上面から見た図である。図に示すように、照明手段201から発せられた光(a1)は散乱体Ｓの表面上の照明領域a2を照射し、照明された光は散乱体内を伝播して散乱体表面の検出領域a3から射出する。射出された光(a4)は検出手段204により検出され、光強度データに変換される。ここで検出領域とは検出手段、特に検出素子によって後方散乱光が検出される領域であり、照明領域とは照明手段によって光が照射される領域を指す。
【００２４】
記憶手段207は、検出手段204により検出されて変換された光強度データを記憶する手段であり、メモリが好適に用いられる。
【００２５】
解析手段208は、記憶手段207に記憶された光強度データを解析する手段であり、解析のための適宜のソフトウェアが予めインストールされているコンピュータ等の制御装置が好適に用いられる。
【００２６】
提示手段209は、解析手段208によって解析された結果を表示する手段である。提示手段209は、例えば、観測領域内の検出領域と検出領域を含むように散乱体表面上をマークする可視光を照射し、判別結果に基づいてマークを切り替える手段を用いる。可視光を用いた方法であれば、マークの方法の自由度が高く、また切り替えも光源のオンオフで実現でき容易であるため、迅速に判別結果の通知を行うことができる。また、散乱体表面を走査中に、その検出位置において結果を提示できるので迅速に結果を提示することができる。また、照明手段と同じ導光体を利用すれば小型化した構成を実現することもできる。
【００２７】
本実施形態の散乱体内部検出装置100は、可視光を発生する光源209aと、発生された光を導光するものとして光ファイバーを用いた導光体209bと、光ファイバーにより伝播され射出される発散光を、照明領域(a2)と検出領域(a3)を含む測定領域(a5)に集光する表示用集光部209cによって構成される提示手段209を具備する。解析結果の表示は、散乱媒質検出時と異質部分検出時で異なるマークを照射することにより行う。図４に示すように円状マーク1801をオンとオフとで切り替えてもよく、或いは、丸印とバツ印を切り替えるなど、様々なマークの切り替え方法を取ることができる。
【００２８】
本実施形態の散乱体内部検出装置100では、導光体201b、集光体201c、検出素子204a及び信号伝達部204bがホルダー210の内部に配置される。集光体201cと検出素子204aがホルダー210に固定されることによって、照明領域a2と検出領域a3が特定の距離に保持される。本実施形態では、このホルダー210を移動させることによって観測領域内を走査することができる。
【００２９】
さらに、ホルダー210の先端には、集光体201c及び検出素子204aを保護するための保護部211を取り付けることができる。保護部211を介してホルダー210を散乱体表面に押し当てて検出することにより、散乱体表面から照明手段201及び検出手段204までの距離を一定に保つことができる。保護部211は、照明手段201により照射される光の波長に吸収の少ない材質から作製されることが好ましい。
【００３０】
図3cは、ホルダー210を先端部から見た正面模式図である。提示手段の表示用集光部209cは、集光部201c及び検出部204aからずらして配置する。なお、図3ｃでは集光部201c、検出部204a及び表示用集光部209cが三角形の配置に示されているが、本発明の提示手段209が検出位置をマークする趣旨を逸脱しない限りいかようにも配置させることが可能である。
【００３１】
次に、上記第１の実施形態における散乱体内部検出装置100の変形例を図5に示す。本変形例では、散乱体表面を走査可能な照明手段と複数の検出素子を具備する検出手段を備える。図5(b)に示すように、検出部204a'は複数の検出素子206を有する。説明のため複数の検出素子206を順にd1〜dnとして表す。
【００３２】
本変形例では、図5cに示すように、集光部201cのみを移動させることにより、ホルダー210を動かすことなく照明領域を移動させる。このとき、集光部201cの移動に伴って、光の検出に用いる検出素子206を変更させ、照明領域と検出領域の距離を一定に維持する。これにより、照明領域と検出領域が特定の距離に保たれ、同じ深度の情報を得ることができる。なお、図5には提示手段209は図示していないが、図3と同様の構成で提示手段を備えることができる。
【００３３】
図6は、上記第１の実施形態の散乱体内部検出装置100における提示手段209の変形例を示す図である。図6（a）は、照明手段201が、解析結果を表示するための可視光を散乱体表面に照射する機能をさらに備える変形例である。提示手段209の他の変形例として、モニターを用いて表示する形態（図6（b））や、音によって解析結果を提示する形態（図6（c））を用いることもできる。
【００３４】
次に、図3に示す散乱体内部検出装置100を用いて、散乱体の内部の異質部分を検出する動作について説明する。図7に、第１の実施形態の散乱体内部検出装置100の概略動作フローを示す。
【００３５】
図7のステップS801で処理フローを開始する。ステップS802では、処理のスウィッチがオンであるか否かを判定し、オンであるときステップS804以降の処理を実行し、オフであるときステップS803において処理フロー動作を中断又は終了する。なお、スウィッチがオフかどうかの判断は随時行われており、オフの場合は終了する。
【００３６】
処理スウィッチがオンである場合は、ステップS804で生体表面を走査し光強度信号を取得する。図8に示すように、照明手段201と検出手段204を有するホルダー210を用いて、生体Sの表面上（観測領域内）をランダムに走査し、観測領域103内の様々な位置で後方散乱光の光強度信号を検出する。検出された光強度信号は光強度データに変換されて、一定時間間隔で記憶手段207に記憶される。
【００３７】
次に、ステップS805において、取得された光強度データが頻度分布情報を作成するのに十分か否かを判定する。十分ではない場合、ステップS806で再び光強度データを取得し、十分である場合はステップS807へ進む。ステップS806では、取得した光強度データをスウィッチがオンである限り、ステップS804において記憶手段に記憶する。
【００３８】
ステップS807では、記憶手段に記憶された光強度データを用いて頻度分布情報を作成する。光強度データの頻度分布情報とは、光強度の頻度をとったヒストグラムのことである。
【００３９】
ここで、本発明における解析方法の原理について説明する。検出した光強度に基づいた頻度分布は、散乱媒質の影響が支配的な光強度データの分布と、異質部分の影響が支配的な光強度データの分布の足し合わせになる。それぞれノイズによる幅を持った分布であるために、足し合わせると分布の裾の重なった多峰の分布となる。この例を図9に示す。
【００４０】
図9は、散乱媒質を検出した信号の頻度が異質部分を検出した信号の頻度よりも高い場合の頻度分布の例である。分布602が散乱媒質検出信号、分布601が異質部分検出信号である。図9に示すように、散乱媒質検出信号602と異質部分検出信号601に由来する分布は、それぞれピークと幅を持つ二峰性の頻度分布を示す。よって、頻度分布情報に基づいて、両者の分布を区別することができる。
【００４１】
図1に示したように散乱媒質の部位が異質部分の部位よりも大部分を占める場合、観測領域内をランダムに走査すると、散乱媒質が検出される頻度が高くなる。この性質を利用することにより、頻度分布情報から、どちらの分布が散乱媒質検出信号であるかを区別できる。即ち、散乱媒質が観測領域内の大部分を占める場合、頻度の高い信号を散乱媒質の影響が支配的な信号とみなすことが出来る。反対に、異質部分が大部分を占める場合は、頻度の高い信号を異質部分の影響が支配的な信号とみなすことが出来る。
【００４２】
図7に戻って、ステップS807で頻度分布情報が作成されると、ステップS808では、該頻度分布情報に基づいて閾値を設定する。ここで閾値とは、図10に示したように、散乱媒質信号と異質部分検出信号を区分する値である。閾値は、ステップS807で作成された頻度分布情報から、散乱媒質検出信号分布と異質部分検出信号分布の間の谷の部位から設定する。
【００４３】
閾値が設定されると、ステップS809では、設定された閾値に基づいて、図10に斜線で示した領域に該当する散乱媒質検出信号のデータのみを選択的に抽出する。そして、抽出されたデータに基づいて、散乱媒質検出信号の頻度分布データセットＢｔを作成する。
【００４４】
図11に、散乱媒質検出信号データの抽出処理フローを示す。図11（a）は、分布に正規分布をフィッティングさせる方法の処理フローである。この方法では、ステップS901で生体表面Sを走査して取得した後方散乱光強度を記憶し、ステップS902で頻度分布情報を作成する。ステップS903で、この頻度分布を二つの正規曲線でフィッティングする。これにより、二つの正規曲線の交点が明確になり、この交点を閾値とすることができる（S904）。続いて、ステップS905において、この閾値より強度の大きなデータを散乱媒質検出信号として抽出する。
【００４５】
図11（b）は、分布の山と谷を抽出して谷の部分を閾値とする方法の処理フローである。この方法では、ステップS901で生体表面Sを走査して取得した後方散乱光強度を記憶し、ステップS902で頻度分布情報を作成する。ステップS906で頻度分布の山のピーク値2点とそれにはさまれる谷のピーク値1点を抽出し、ステップS907で谷のピーク値を閾値とする。続いて、ステップS907において、この閾値より強度の大きいデータを散乱媒質検出信号として抽出する。
【００４６】
図7に戻って、ステップS809では、上記のように抽出された散乱媒質検出信号から、頻度分布データセットＢｔを作成する。
【００４７】
続いて、ステップS810では、散乱体表面上の任意の測定点において連続的に光強度を検出し、光強度データセットＤｔを作成する。このとき検出した光強度データを検出データと称することとする。任意の測定点において連続的に光強度を検出するとは、同一の位置で複数回（ｎ回）検出を行い、ｎの光強度データを得ることを意味する。検出するデータ数nは次の工程でt検定を行うために、n=4以上が望ましく、n=10以下で十分である。
【００４８】
続いて、ステップS811において、上記ステップS810で作成した光強度データセットＤｔと、上記ステップS809で作成した頻度分布データセットＢｔとが、同じ分布に基づくものか否かを統計的な検定処理に基づいて比較する。
【００４９】
このとき、統計的な検定処理としてt検定(分布の平均値の差の検定)を行う。t検定を実行すると、DtがBtの分布と同一母集団から生成された分布である確率を、p値というパラメータで表すことができる。p値は0〜1の値を取り、p値が1に近いほど、DtとBtは同一母集団に由来する分布である確率が高いことを示し、p値が0に近いほど、DtとBtは別の母集団に由来する分布である確率が高いことを意味する。本実施形態の例では、p値が0に近いほど、Dtは散乱媒質検出信号データBtとは異なる集合、つまり異質部分検出信号であることを示す。
【００５０】
次に、ステップS812において、上記の統計的性質により算出されたp値が所定の閾値thpよりも小さいときに、現在のデータDtが異質部分検出信号であると判定する。閾値thpは判定の信頼性に影響し、所望する信頼性に依存して適宜設定することができる。閾値thpを高く設定すると、信頼性は低いが高ノイズデータでも判定結果を出すことができる。閾値thpを低く設定すると、信頼性は高いが高ノイズデータで平均値の差が顕著に見えないときには判定結果を出すことができない場合もある。閾値Thpは0.1以下且つ0.01以上の値が望ましく、例えば0.05、0.1などを設定することができる。
【００５１】
ステップS812で、p値が閾値thpよりも小さかった場合は、異質部分が検出されたと判定し、ステップS813で提示手段によりその旨を通知する。また、p値が閾値thpよりも大きかった場合は、散乱媒質が検出されたと判定し、ステップS814で提示手段によりその旨を通知する。
【００５２】
判定結果を表示した後は、ステップS802に戻り、スウィッチがオフでない限り、S804〜S814の処理を繰り返す。
【００５３】
なお、以上の処理フローでは、データの取得と頻度分布の作成は随時行われる。特に、本実施形態では、散乱媒質検出信号であると判定されたデータを、ステップS809での頻度分布データセットＢｔを作成するためのデータに組込み、頻度分布図Ｂｔを適宜更新する。
【００５４】
これにより、観測領域内の散乱媒質又は異質部分の光学特性が位置によって変化しても、散乱媒質と異質部分とで後方散乱光強度に与える影響の力関係が変わらなければ、観測領域内の走査される位置により適切な閾値を設定できる。ここで、散乱媒質と異質部分の後方散乱光強度に与える影響の力関係が変わらないとは、散乱媒質により光が減衰される度合いと異質部分により光が減衰される度合いの大小関係が維持されるということである。
【００５５】
次に、図5に示した散乱体内部検出装置100の変形例を用いて、散乱体の内部の異質部分を検出する動作について説明する。    
図5に示す散乱体内部検出装置100を用いる場合、照明を走査させて後方散乱光を検出する。そして、照明領域の移動に伴って、異なる検出素子により検出を行う。即ち、照明領域と一定の距離だけ離れた検出領域を有する検出素子により検出された信号データを解析に用いる。
【００５６】
照明領域-検出領域の距離が等しい光強度データを取得することにより、異なる検出素子によって取得されたデータ同士を比較することができ、頻度分布情報に基づいた処理を行うことができる。
【００５７】
なお、照明の走査は、少なくとも検出領域が観測領域内を走査できればよく、ホルダー内で集光体201cのみを移動させて行ってもよく、また集光体201cの角度を変化させて照明領域を移動させてもよい。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態では、頻度分布情報を利用し統計的処理に基づいて判定を行うために、散乱媒質と異質部分を区分する閾値を、設定基準が曖昧なままで予め設定しておく必要がなく、検出された光強度データに基づいて適切な閾値が設定される。
【００５９】
また、散乱媒質の影響が支配的な光強度データと検出データとを統計的な検定処理に基づいて比較することにより、ノイズを含む検出データであっても正確な判定を行うことが可能である。
【００６０】
また、判定を継続しながら頻度分布情報を更新し、その都度閾値が更新されるため、散乱媒質や異質部分の不均質性に対応することができ、より正確且つ適応性の高い検出を行うことが可能である。
【００６１】
また、照明手段のみを移動させて検出を行うことができるため、装置を静止した状態での検出にも適用できる。また、検出及び判定と判定結果の提示を同時に行うことができるため、操作が簡便且つ短時間であり、広範囲の観察にも適用できるとともに、異質部分の形状を容易に確認することができる。
【００６２】
なお、上記実施形態では異質部分が散乱媒質よりも吸収が大きい場合を例にして説明したが、異質部分が散乱媒質よりも散乱係数が十分に大きい場合や反射が大きい場合等であっても、本発明を適用できることは明らかである。
【００６３】
また、散乱媒質との光学特性がそれぞれ異なる複数の異質部分を内在する散乱媒質に対しても頻度分布情報に基づいた閾値の決定及び検定処理が適用できる。
【００６４】
本実施形態ではt検定を用いたが、他の統計的手法を用いることも可能である。また、上記の実施形態では、予め散乱媒質の影響が支配的なデータを抽出し、その情報と検出データを比較する場合を示したが、異質部分の影響が支配的なデータを予め抽出し、その情報と検出データを比較する方法であってもよいことは理解されるであろう。
【００６５】
（第2実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図12は、第２の実施形態に係る散乱体内部検出装置200の概略機能ブロック図である。同図に示すように、散乱体内部検出装置200は、照明手段201、検出手段204、記憶手段207、解析手段208、及び提示手段209を備える。
【００６６】
本実施形態に係る散乱体内部検出装置200では、照明手段201、記憶手段207及び解析手段208は、上記第１実施形態と同様である。一方、検出手段204は、散乱体表面Sから射出される後方散乱光を撮像するための撮像光学系214と、光源201aより発せられる光の波長を含む波長帯域に感度を持つ複数の検出素子206（図示せず）から構成される検出体212と、検出素子206が検出した光強度信号を伝播する信号伝達部204bと、光強度信号を光データに変換する処理部204cを備える。
【００６７】
さらに、本実施形態に係る散乱体内部検出装置200は、解析手段208によって解析された結果を画像化して表示する提示手段213を備える。
【００６８】
本実施形態に係る散乱体内部検出装置200では、導光体201b、集光体201c、撮像光学系214、検出体212、及び信号伝達部204bは、ホルダー210の内部に固定されて配置される。但し、集光体201cはその角度を適宜変更することができ、照射する光の角度を変えることで検出領域を走査することができる。撮像光学系214にはマイクロレンズアレイを含むレンズを用いることができるがこれに限定されない。
【００６９】
本実施形態の散乱体内部検出装置200における検出体212は、複数の検出素子206を備えるため、検出手体212を動かすことなく観測領域全域を検出することができる。よって、ホルダー210を走査せずとも観測領域内を走査できる。
【００７０】
図13は検出体212の実施例を示す正面図である。図のように検出素子206が平面に複数配置される。図13（a）のような正方形形状や図13（b）のような円形状など、任意に適切な形状の検出体212を用いることができる。本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な変形が施されてよい。
【００７１】
次に、図12に示す散乱体内部検出装置200を用いて、散乱体の内部の異質部分を検出する動作について説明する。
【００７２】
まず初めに、本実施形態におけるデータ処理方法について説明する。図14は、集光体201cとその照明領域(c1)、検出体212を構成する検出素子(d1〜d6)とそれぞれの検出領域(e1〜e6)の配置を表す模式図である。便宜的に、検出体212内に配置される検出素子206を6つとし、それぞれd1〜d6とする。
【００７３】
集光体201cから発せられた光は散乱体表面上の検出領域c1を照明する。検出部d1〜d6はそれぞれ対応する検出領域e1〜e6から射出する後方散乱光を検出する。ここで、照明領域と検出領域の距離を照明-検出距離と称することとし、図中に両矢印で示してある。
【００７４】
図14（a）に示すように、集光体201cが真直ぐに射出する場合、照明-検出距離が同等であるものを分類すると、[(c1-e1)(c1-e3)]のグループ、[(c1-e4)(c1-e6)]のグループ、及びそれ以外に分けることができる。
【００７５】
次に、図14(b)に示すように、集光体201cを斜めにした場合、検出領域c1が走査され、検出領域c2となる。このとき、照明-検出距離が同等であるものを分類すると、[(c1-e1)(c1-e3)(c2-e4)(c2-e6)]のグループ、[(c1-e2)(c2-e5)]のグループ、[(c1-e4)(c1-e6)]のグループ、[(c1-e5)]、[(c2-e1)(c2-e3)]のグループ、[(c2-e2)]となる。
【００７６】
本実施形態ではこのように、照明領域を走査するとともに複数の検出素子を用いて検出することにより、観測領域内の異なる位置における光強度データを多く取得することができる。さらに、得られたデータは照明-検出距離が同等であるデータにグループ化することにより、解析を容易にすることができる。これは検出素子を6つ以上備える検出体であっても同様である。
【００７７】
なお、図14(b)に示すように、集光体201cから射出する光の角度を変えた時、散乱体表面上に光束が斜めに入るために散乱体表面上の検出領域のサイズが変わるが、集光レンズを動かす等して照明領域のサイズを変え、検出領域の大きさが常に維持されるようにすることもできる。これにより、照明の角度が変わっても照明-検出距離が同等となるように調整することができる。
【００７８】
次に、図12に示す散乱体内部検出装置200を用いて、散乱体の内部の異質部分を検出する動作について説明する。図15に、第2の実施形態の散乱体内部検出装置200の概略動作フローを示す。
【００７９】
ステップS1701で処理フローを開始する。ステップS1702では、処理のスウィッチがオンであるか否かを判定し、オンであるときステップS1704以降の処理を実行し、オフであるときステップS1703で処理フロー動作を中断又は終了する。
【００８０】
処理スウィッチがオンである場合は、ステップS1706で生体表面を走査し光強度信号を取得する。本実施例では、照明手段201が射出する光の角度を変化させることにより照明領域を移動させ、観測領域の全領域の光強度信号を取得する。得られた光強度信号は光強度データに変換されて、一定時間間隔で記憶手段207に記憶される。このとき、各光強度データが得られた検出領域と照明領域との距離も同時に記憶しておく。
【００８１】
次に、ステップS1705において、取得された光強度データが頻度分布情報を作成するのに十分か否かを判定する。十分ではない場合、ステップS1706で再び光強度データを取得し、十分である場合はステップS1707へ進む。ステップS1706では、取得した光強度データをスウィッチがオンである限り、ステップS1704において記憶手段に記憶する。
【００８２】
続いて、ステップS1707において、記憶手段に記憶された光強度データを、照明-検出距離によって分類し、照明-検出距離が同じデータをグループ化する。以下の工程では、このグループ毎に解析を行うこととなる。照明-検出距離が異なる光強度データ同士は、異なる深さの光強度データであるため比較できない。よって、照明-検出間距離が同等である光強度データを用いて比較を行う。グループの数は検出素子の数より少なく、一つのグループ内の照明-検出距離が略同等となるように設定することができる。
【００８３】
次に、ステップS1708において、ステップS1707でグループ化したグループ毎に光強度データの頻度分布情報を作成する。頻度分布情報の作成手順は、上記第1実施形態と同様に行う。図16に、照明-検出距離が同等な４つのグループ（g1〜g4）について、光強度データの頻度分布を作成した様子を示す。図16に示すように、グループによって頻度分布は異なる。
【００８４】
図15に戻って、ステップS1708で頻度分布情報が作成されると、ステップS1709では、該頻度分布情報に基づいて、グループ毎に閾値を設定する。閾値の設定は、上記第1実施形態と同様に行う。設定された閾値の位置を図16では一点鎖線により表している。
【００８５】
閾値が設定されると、ステップS1710では、設定された閾値に基づいて、散乱媒質検出信号のデータのみを選択的に抽出する。そして、抽出されたデータに基づいて、散乱媒質検出信号の頻度分布データセットBtgを作成する。この工程はグループ毎に行う。作成された頻度分布データセットBtgは記憶手段207に記憶する。図17に、各グループについて作成された頻度分布図Btgを示す。散乱媒質検出信号データの抽出処理と頻度分布図Btgの作成は、上記第1実施形態と同様に行う。
【００８６】
続いて図15のステップS1711において、観測領域全域の光強度を検出する。このとき検出した光強度データを検出データDtgと称することとする。
【００８７】
次に、ステップS1712において、ステップS1711で取得した検出データDtgと、上記ステップS1710で作成した頻度分布図Btgとが、同じ分布に基づくものか否かを統計的な検定処理に基づいて比較する。ここで比較に用いられる頻度分布図Btgは、その検出データの照明-検出距離と同等の照明-検出距離を有するグループについてのものである。
【００８８】
ステップS1712における統計的な検定はt検定により行う。t検定を実行すると、DtgがBtgの分布と同一母集団から生成された分布である確率をp値というパラメータで表すことができる。p値は0〜1の値を取り、p値が1に近いほど、DtgとBtgは同一母集団に由来する分布である確率が高いことを示し、p値が0に近いほど、DtgとBtgは別の母集団に由来する分布である確率が高いことを意味する。p値が0に近いほど、Dtgは散乱媒質検出信号データBtgとは異なる集合、つまり異質部分検出信号であることを示す。
【００８９】
上記検定の結果、算出されたp値が所定の閾値thpよりも小さいときに、その検出データDtgが異質部分検出信号であると判定する。p値が閾値thpよりも大きかった場合は、散乱媒質検出信号であると判定する。閾値thpは、所望する信頼性に依存して適宜設定することができ、例えば0.1以下且つ0.01以上の値が望ましく、より好ましくは0.05、0.1などである。
【００９０】
図18に判定結果の例を示す。例えば、図14（a）の照明範囲で観測領域全域の光強度データを取得し、検出素子d1〜d6によりそれぞれ光強度データf1〜f6を得たとする。これらの光強度データf1〜f6は、それぞれの照明-検出距離に応じて検定処理され、散乱媒質検出信号か異質部分検出信号かを判定される。この判定により、図18に示すような結果が得られ、ここではf3、f5は異質部分検出信号であり、f1、f2、f4、f6は散乱媒質検出信号である。
【００９１】
図15に戻って、ステップS1713では、上記判定結果に対し、情報量を落とした値を対応付ける。そして、光強度データが検出された領域と前記光が照射された領域との距離に従って、その対応値をモニター上に画像化して表示する。
【００９２】
より詳細に説明すると、例えば、散乱媒質検出信号に0、異質部分検出信号に1を割り当てる。図18の例ではf1、f2、f4、f6が0に相当し、f3、f5が1に相当する。
【００９３】
続いて、S1714では、各検出データの検出領域の位置関係に応じて、割り当てた値に基づいて画像化し表示手段により表示する。例えば、図19に示すように、値0は白で表示し、値1は黒で表示し、各光強度データ（例えばf1〜f6）の表示を、対応する検出領域（例えばe1〜e6）の位置関係に対応するように配置する。
【００９４】
このように、判定結果を、情報量を落とした値に対応付け、さらに検出領域の配置と対応付けて配置して表示することにより、異質部分の形状を強調表示することができる。
【００９５】
なお、本実施形態では、散乱媒質検出信号に0、異質部分検出信号に1を割り当てたが、他の値を割り当てても良いし、散乱媒質検出信号に0〜１、異質部分検出信号に1〜2のように幅を持たせて値を与えても良い。
【００９６】
また、散乱体内部に光学特性の異なる複数の異質部分が存在する場合は、それぞれの異質部分に対して値を割り当てることができる。これにより、各異質部分を色分けして表示することもできる。
【００９７】
図15のステップS1714で判定結果を表示した後は、ステップS1702に戻り、スウィッチがオフでない限り、S1704〜S1714の処理を繰り返す。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態では、複数の検出素子から構成される検出体で検出を行うことにより、簡便且つ短時間で多くの光強度データを得ることができる。ここにおいて、得られた光強度データを、各検出素子の検出領域と照明領域との距離によってグループ化して統計処理を行うことにより、多くのデータを簡便に効率よく解析することができる。さらに、判定結果を画像表示することにより、異質部分の形状が一見して確認できるという利点を有する。
【００９９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組合せることも可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】内部に異質部分が存在する散乱体の例を示す図。
【図２】散乱媒質による後方散乱光を検出し、その光強度データを取得する様子を示す模式図。
【図３】第１の実施形態に係る散乱体内部検出装置の概略機能ブロック図。
【図４】提示手段によるマークの１実施例を示す図。
【図５】第１の実施形態の散乱体内部検出装置の変形例の概略機能ブロック図。
【図６】第１の実施形態の散乱体内部検出装置の提示手段の変形例を示す概略ブロック図。
【図７】第１の実施形態の散乱体内部検出装置の概略動作フロー図。
【図８】生体Sの表面上を走査して光強度信号を検出する様子を示す模式図。
【図９】光強度信号の頻度分布図。
【図１０】閾値の設定とデータの抽出を示す模式図。
【図１１】散乱媒質検出信号データの抽出処理フロー図。
【図１２】第２の実施形態に係る散乱体内部検出装置の概略機能ブロック図。
【図１３】第２の実施形態に係る散乱体内部検出装置の検出体212の実施例を示す図。
【図１４】第２の実施形態において、照明領域、検出素子(d1〜d6)、各検出領域(e1〜e6)の配置を表す模式図。
【図１５】第２の実施形態の散乱体内部検出装置の概略動作フロー図。
【図１６】照明-検出距離が同等な４つのグループ（g1〜g4）についての頻度分布図。
【図１７】図16の各グループについて作成された頻度分布図Btg。
【図１８】第２の実施形態における判定結果の例を示す図。
【図１９】第２の実施形態における判定結果の表示例を示す図。
【符号の説明】
【０１０１】
Ｓ…散乱体、100…散乱体内部検出装置、103…観測領域、101…散乱媒質、102…異質部分、201…照明手段、204…検出手段、206…検出素子、207…記憶手段、208…解析手段、209…提示手段、210…ホルダー、211…保護部。
【図１】
2010008287.tif 000003
【図２】
2010008287.tif 000004
【図３】
2010008287.tif 000005
【図４】
2010008287.tif 000006
【図５】
2010008287.tif 000007
【図６】
2010008287.tif 000008
【図７】
2010008287.tif 000009
【図８】
2010008287.tif 000010
【図９】
2010008287.tif 000011
【図１０】
2010008287.tif 000012
【図１１】
2010008287.tif 000013
【図１２】
2010008287.tif 000014
【図１３】
2010008287.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2010008287.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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