(57)【要約】【課題】簡単な構成で計測対象とする生体から発せられる蛍光に基づいて、蛍光の濃度分布の再構成を高精度で行う光断層計測装置。【解決手段】計測ヘッド部２２には、励起光を発する発光ヘッド６８及び蛍光の波長の光を発する発光ヘッド９６を備えた光源ユニット４０及び、励起光が照射されることによりマウス１２から発せられる蛍光を受光する受光ヘッド７２を備えた複数の受光ユニット４２が放射状に配置されている。光断層計測システムでは、この発光ヘッド９６から発せられてマウスに照射された後、マウスを透過した光を、マウスを挟んで光源ユニットと対向している受光ユニット４２Ｆで受光することにより光透過量を計測し、この光透過量に基づいて計測ヘッド部が対向しているマウスの体長方向に沿った部位を特定し、特定した部位に対して設定されている光学特性値を用いて、マウス内の蛍光の濃度分布の再構成を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光標識剤が投与された計測対象の生体の体長方向と交差する計測面上となるように光軸が配置され、前記計測対象へ励起光を照射する励起光光源と、
それぞれの光軸が前記計測面上となるように配置され、前記励起光光源から照射された前記励起光により前記蛍光標識剤から発せられて前記計測対象から周囲に放出される蛍光を受光する複数の蛍光受光手段と、
前記蛍光受光手段のそれぞれで受光された前記蛍光の強度及び前記計測対象の光学特性値に基づいて前記計測面上の蛍光の濃度分布を再構成する再構成手段と、
前記計測対象を挟んで前記蛍光受光手段の何れかに対向され光軸が前記計測面上となるように設けられ、該蛍光受光手段へ向けて前記蛍光の波長の光を照射する計測用光源と、
前記計測用光源から前記計測対象へ照射されて、該計測用光源に対向する前記蛍光受光手段により計測された光透過量から、前記計測対象の体長方向に沿った部位を特定し、特定した部位に対して設定されている前記計測対象の光学特性値を、前記再構成手段により前記濃度分布の再構成に用いる前記光学特性値に設定する設定手段と、
を含む光断層計測装置。
【請求項２】
前記励起光光源、前記蛍光受光手段及び前記計測用光源を一体で前記計測対象の体長方向に沿って相対移動することにより、前記計測対象に対する前記計測面を移動する移動手段を含み、
前記設定手段が、前記移動手段により移動された位置のそれぞれで前記計測面が対応する部位の前記光学特性値を設定する、
請求項１に記載の光断層計測装置。
【請求項３】
蛍光標識剤が投与された計測対象の生体の体長方向と交差する計測面上となるように光軸が配置され、前記計測対象へ励起光を照射する励起光光源と、
それぞれの光軸が前記計測面上となるように配置され、前記励起光光源から照射された前記励起光により前記蛍光標識剤から発せられて前記計測対象から周囲に放出される蛍光を受光する複数の蛍光受光手段と、
前記蛍光受光手段のそれぞれで受光された前記蛍光の強度及び前記計測対象の光学特性値に基づいて前記計測面上の蛍光の濃度分布を再構成する再構成手段と、
前記計測対象を挟んで前記励起光光源に対向し、光軸が前記計測面上となるように設けられ、前記励起光光源から発せられた光を受光する励起光受光手段と、
前記励起光光源から前記計測対象に照射されて前記励起光受光手段により受光される前記計測対象の光透過量から、前記計測面の前記計測対象の体長方向に沿った部位を特定し、該特定された部位に対して設定されている前記計測対象の光学特性値を、前記再構成手段により前記濃度分布の取得に用いる前記光学特性値に設定する設定手段と、
を含む光断層計測装置。
【請求項４】
前記励起光光源、前記蛍光受光手段及び前記励起光受光手段を一体で前記計測対象の体長方向に沿って相対移動することにより、前記濃度分布を再構成する前記計測面を移動する移動手段を含み、
前記設定手段が、前記移動手段により移動された位置のそれぞれで前記計測面が対応する部位の前記光学特性値を設定する、
請求項３に記載の光断層計測装置。
【請求項５】
前記設定手段が、
予め設定された光透過量のしきい値及び前記光透過量に基づいて、前記しきい値により区分される部位を特定する特定手段と、
特定手段により特定された部位に対して予め設定されている前記光学特性値を、前記再構成手段により前記濃度分布の取得に用いる前記光学特性値として選択する選択手段と、
を含む、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の光断層計測装置。
【請求項６】
前記光学特性値が、光の吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’である請求項１から請求項５の何れか１項に記載の光断層計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光を照射することにより計測対象となる生体から発せられる蛍光を計測して、光断層画像の再構成を行う光断層計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織は、近赤外線などの所定波長の光に対して透過性を有することが知られている。ここから、特許文献１、特許文献２などでは、光を用いた生体内の観察が提案されている（光トモグラフィー：光ＣＴ）。
【０００３】
光ＣＴでは、生体内の光の吸収係数の分布を得るものであり、ファントムモデルを用いてえられる検出光量と測定対象物から得られる検出光量から、測定対象である散乱吸収体内部の吸収係数分布を求めている。
【０００４】
特許文献３、特許文献４では、測定対象の一点に対して相対的に同じ位置関係にある光入射位置と光検出位置との複数の組み合わせによって、それぞれの光入射位置から入射されて測定対象を透過することにより光検出位置で検出される複数の測定値の平均値を、吸収係数分布や等価散乱係数の分布などの内部特性分布を求めるための基準値とすることにより、ファントムモデル等の基準とする計測対象を用いることなく、吸収係数分布の再構成を行うように提案している。
【０００５】
また、生体組織の光透過性を用いた断層像測定装置としては、試料に対して励起レーザ光を照射し、この励起光が計測対象内の蛍光源で散乱されることにより発せられる蛍光のうち、散乱光を除去して得られる平面波のフランフォーファ回折像の０次光を取り込むことにより、光断層像を得る蛍光断層像測定装置が提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【０００６】
一方、腫瘍部分などの病変部位に特異的に付着する抗体に蛍光物質を付与した蛍光標識剤を用い、この蛍光標識剤を生体に投与することにより、生体から発せられる蛍光の濃度分布から、生体中での蛍光標識剤の移動、特定部位への集積／離散過程を観察することができる。
【０００７】
生体中での蛍光標識剤の濃度分布（以下、蛍光の濃度分布とする）を得る場合、生体の表面の一点へ励起光を照射し、これにより生体から放出される蛍光の強度を生体の周囲の多点で検出する。これを、励起光の照射位置を変えながら繰返し行うことにより得られる計測データの間には、蛍光標識剤の分布、生体内での光の散乱特性、及び生体内での光の吸収特性に応じた関係が成り立つ。この関係を用いて、計測データから蛍光の濃度分布を示す断層画像の再構成を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１７３９７６号公報
【特許文献２】特開平１１−３３７４７６号公報
【特許文献３】特開平１０−０２６５８５号公報
【特許文献４】特開平１１−３１１５６９号公報
【特許文献５】特開平０５−２２３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
蛍光ＣＴにおいて、断層画像の再構成を行う場合、励起光の強度分布及び蛍光の強度分布を、光の拡散方程式に基づいた逆問題演算で得ることができる。この逆問題演算では、生体内の光の吸収係数μａ及び散乱係数（等価散乱係数μｓ’）を未知数として、この吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’の演算を行い、この演算結果に基づいて蛍光の濃度分布を得るようにしている。
【００１０】
蛍光の濃度分布を得るときに励起光の強度及び蛍光の強度のそれぞれを多数箇所で計測し、それぞれの計測結果を用いて２系統での逆問題演算を行うことは、計測作業に時間が掛かると共に、演算時間も長くなる。
【００１１】
ここで、予め吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を特定できれば、励起光の強度を計測せずに、蛍光の強度のみを計測することにより、蛍光の濃度分布の再構成が可能となる。このときに、蛍光の計測結果に基づいた１系統の逆問題演算によって行うことができ、計測のための装置の簡略化が可能となると共に、演算負荷が軽減されて演算時間の短縮が可能となる。
【００１２】
しかしながら、生体では臓器によって光の吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’が異なる。このために、吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を適正に設定できなければ、精度の良い断層画像の再構成が困難となってしまう。
【００１３】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で計測対象とする生体から発せられる蛍光を計測して、精度の良い光断層画像を再構成しうる光断層計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、蛍光標識剤が投与された計測対象の生体の体長方向と交差する計測面上となるように光軸が配置され、前記計測対象へ励起光を照射する励起光光源と、それぞれの光軸が前記計測面上となるように配置され、前記励起光光源から照射された前記励起光により前記蛍光標識剤から発せられて前記計測対象から周囲に放出される蛍光を受光する複数の蛍光受光手段と、前記蛍光受光手段のそれぞれで受光された前記蛍光の強度及び前記計測対象の光学特性値に基づいて前記計測面上の蛍光の濃度分布を再構成する再構成手段と、前記計測対象を挟んで前記蛍光受光手段の何れかに対向され光軸が前記計測面上となるように設けられ、該蛍光受光手段へ向けて前記蛍光の波長の光を照射する計測用光源と、前記計測用光源から前記計測対象へ照射されて、該計測用光源に対向する前記蛍光受光手段により計測された光透過量から、前記計測対象の体長方向に沿った部位を特定し、特定した部位に対して設定されている前記計測対象の光学特性値を、前記再構成手段により前記濃度分布の再構成に用いる前記光学特性値に設定する設定手段と、を含む。
【００１５】
この発明によれば、蛍光受光手段の何れかに対向する位置に、計測用の光として蛍光の波長の光を発する計測用光源を設け、この計測用光源に対向する蛍光受光手段により、計測用光源から照射されて計測対象を透過した光を受光する。
【００１６】
計測対象とする生体では、体長方向に沿った部位により内部の臓器等が異なり、これにより光透過量も異なる。ここから、設定手段は、計測用光源に対向する蛍光受光手段により受光される光透過量から計測面上の部位を特定し、特定した部位に応じた光学特性値を、再構成手段で用いる光学特性値に設定する。
【００１７】
また、本発明は、蛍光標識剤が投与された計測対象の生体の体長方向と交差する計測面上となるように光軸が配置され、前記計測対象へ励起光を照射する励起光光源と、それぞれの光軸が前記計測面上となるように配置され、前記励起光光源から照射された前記励起光により前記蛍光標識剤から発せられて前記計測対象から周囲に放出される蛍光を受光する複数の蛍光受光手段と、前記蛍光受光手段のそれぞれで受光された前記蛍光の強度及び前記計測対象の光学特性値に基づいて前記計測面上の蛍光の濃度分布を再構成する再構成手段と、前記計測対象を挟んで前記励起光光源に対向し、光軸が前記計測面上となるように設けられ、前記励起光光源から発せられた光を受光する励起光受光手段と、前記励起光光源から前記計測対象に照射されて前記励起光受光手段により受光される前記計測対象の光透過量から、前記計測面の前記計測対象の体長方向に沿った部位を特定し、該特定された部位に対して設定されている前記計測対象の光学特性値を、前記再構成手段により前記濃度分布の取得に用いる前記光学特性値に設定する設定手段と、を含む。
【００１８】
この発明によれば、励起光光源に対向する位置に、励起光受光手段を設け、励起光光源から発せられて計測対象を透過した励起光を受光する。設定手段は、励起光受光手段での受光量とされる光透過量光透過量から計測面上の部位を特定して、光学特性値を設定する。
【００１９】
これにより、本発明では、計測用光源又は、励起光受光手段を設ける簡単な構成で、計測対象の体長方向に沿った部位にかかわらず同じ光学特性値を適用する場合に比べて、高精度の濃度分布を再構成することができる。
【００２０】
このような本発明では、前記励起光光源、前記蛍光受光手段及び前記計測用光源を一体で前記計測対象の体長方向に沿って相対移動することにより、前記計測対象に対する前記計測面を移動する移動手段を含み、前記設定手段が、前記移動手段により移動された位置のそれぞれで前記計測面が対応する部位の前記光学特性値を設定しても良く、前記励起光光源、前記蛍光受光手段及び前記励起光受光手段を一体で前記計測対象の体長方向に沿って相対移動することにより、前記濃度分布を再構成する前記計測面を移動する移動手段を含み、前記設定手段が、前記移動手段により移動された位置のそれぞれで前記計測面が対応する部位の前記光学特性値を設定しても良い。
【００２１】
この発明によれば、計測対象に対して、計測面を体長方向に沿って相対移動する。これにより、計測対象の体長方向に沿った任意の位置での濃度分布の再構成を行うことができる。このとき、設定手段は、それぞれの移動位置で、計測対象の部位を特定して、光学特性値を設定するので、蛍光の濃度分布を高精度で再構成することができる。
【００２２】
また、本発明は、前記設定手段が、予め設定された光透過量のしきい値及び前記光透過量に基づいて、前記しきい値により区分される部位を特定する特定手段と、特定手段により特定された部位に対して予め設定されている前記光学特性値を、前記再構成手段により前記濃度分布の取得に用いる前記光学特性値として選択する選択手段と、を含むものであれば良い。
【００２３】
さらに、本発明は、前記光学特性値として、光の吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を適用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、蛍光受光手段に対向して計測用光源を設けるか、励起光光源に対向して励起光受光手段を設ける簡単な構成で、蛍光の濃度分布を、高精度で再構成することができるという効果が得られる。
【００２５】
また、本発明では、予めしきい値及びしきい値により区分される部位ごとに光学特性値を設定することにより、光透過量から適正な光学特性値を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施の形態に係る計測ヘッド部の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る光断層計測システムの腰部の概略構成図である。
【図３】第１の実施の形態に係る光断層計測システムの制御部の概略構成図である。
【図４】光計測装置の要部を示す斜視図である。
【図５】マウスの保定に用いる検体ホルダの一例を示す概略斜視図である。
【図６】蛍光の計測位置を示す概略構成図である。
【図７】（Ａ）はマウス内の臓器の配置を示す概略図、（Ｂ）はマウスの体長方向に沿った区分ごとの光透過量の概略を示す線図である。
【図８】第１の実施の形態における光計測装置における計測処理の概略を示す流れ図である。
【図９】計測データを用いた濃度分布の演算の概略を示す流れ図である。
【図１０】光透過量に基づいた光学特性値の設定の一例を示す流れ図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る計測ヘッド部の概略構成図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る光断層計測システムの制御部の概略構成図である。
【図１３】第２の実施の形態における光計測装置における計測処理の概略を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
〔第１の実施の形態〕
図２及び図３には、本実施の形態に係る光断層計測システム１０の概略構成が示されている。光断層計測システム１０は、光計測装置１４及び、光計測装置１４で得られる計測データに対して所定のデータ処理を行うデータ処理装置１６を備えている。なお、光断層計測システム１０は、光計測装置１４の機能とデータ処理装置１６の機能を一体化した構成であっても良い。
【００２８】
この光断層計測システム１０では、例えば、ヌードマウスなどの生体を計測対象とする。なお、以下では、計測対象をマウス１２（図１、５参照）として説明するが、これに限らない。
【００２９】
計測されるマウス１２には、例えば、予め腫瘍細胞などの病変細胞などを注入するなどして所定の病変部位を生じさせる（発現させる）。また、マウス１２には、例えば、病変部位などの特定部位に特異的に付着する抗体に蛍光物質を含ませた蛍光標識剤が投与される。
【００３０】
光断層計測システム１０では、発現させたマウス１２に投与した蛍光標識剤が血液循環によりマウス１２の体内に分散されたのち、抗原抗体反応により蛍光標識剤が病変部位に集積して付着するタイミングで、該マウス１２を光計測装置１４へ装填する。光計測装置１４は、蛍光標識剤に対する励起光をマウス１２へ照射し、マウス１２の体内の蛍光標識剤から発せられる蛍光強度を計測する。データ処理装置１６では、光計測装置１４から出力される蛍光強度に応じた計測データに基づいてマウス１２内の蛍光（蛍光標識剤）の濃度分布を演算し、蛍光標識剤（蛍光物質）の体内における濃度分布を示す断層画像を生成する（光断層画像の再構成）。再構成された光断層画像は、例えば、モニタ１８等に表示される。
【００３１】
図１及び図４に示されるように、光断層計測システム１０では、マウス１２を光計測装置１４に装填するときに、検体ホルダ３０が用いられる。図５に示されるように、検体ホルダ３０は、上型ブロック３２と下型ブロック３４とによって構成され、上型ブロック３２と下型ブロック３４とが重ね合わせられることにより、所定の外径の略円柱形状となる。
【００３２】
上型ブロック３２には、マウス１２の背側の体型（外形形状や大きさ）に合わせた凹部３２Ａが形成され、下型ブロック３４には、マウス１２の腹側の体型に合わせた凹部３４Ａが形成されている。マウス１２は、腹側が下型ブロック３４の凹部３４Ａ内に収容された状態で上型ブロック３２が被せされることにより、体長方向が検体ホルダ３０の軸方向に沿うように配置され、表皮が内面に密接されて検体ホルダ３０に保定される。
【００３３】
なお、検体ホルダ３０では、例えば、下型ブロック３４に形成された一対の係合突部３６Ａが、上型ブロック３２に形成された係合凹部３６Ｂに嵌め込まれることにより、上型ブロック３２と下型ブロック３４との間の位置決めがなされる。また、本実施の形態では、主としてマウス１２の胴部（胸部から腰部）を計測部位としており、検体ホルダ３０は、内面に少なくともマウス１２の胴部の表皮が緊密に接した状態で保定する。検体ホルダ３０では、例えば、マウス１２の頭部側の端面が基準面３８とされており、これにより、マウス１２は、検体ホルダ３０に収容されたときに体型（大きさ）に応じて計測部位の凡その位置が定まる。
【００３４】
図４に示されるように、光計測装置１４には、図示しないケーシングにより遮光された内部に基台２０が配置され、この基台２０にベース板２４が立設されている。ベース板２４には、一方の面に計測ヘッド部２２が設けられている。計測ヘッド部２２は、リング状に形成された枠体２６を備え、この枠体２６がベース板２４に形成されている図示しない円孔と同軸となるように配置されている。
【００３５】
ベース板２４には、一方の面にロータリーアクチュエータ２８が取り付けられ、このロータリーアクチュエータ２８に枠体２６が取り付けられている。ロータリーアクチュエータ２８には、ベース板２４の円孔に対応した図示しない空洞部が形成され、この空洞部が円孔に同軸となるようにベース板２４に取り付けられ、枠体２６は、このロータリーアクチュエータ２８の空洞部と同軸となるように取り付けられている。
【００３６】
ロータリーアクチュエータ２８は、例えば、ステッピングモータ、パルスモータなどを用いた図示しない駆動源が作動されることにより、枠体２６を、その軸心部を軸にベース体２４に対して回動する。
【００３７】
光計測装置１４には、ベース板２４を挟んでアーム４４、４６が対で設けられている。アーム４４は、支柱４８の先端部にブラケット５０が取り付けられ、このブラケット５０の先端が枠体２６の開口を通してアーム４６側へ向けられている。また、アーム４６は、支柱５２の先端部にブラケット５４が取り付けられ、このブラケット５４の先端が枠体２６の開口を通してアーム４４側へ向けられている。
【００３８】
基台２０上には、長尺のスライダ５６及びスライドベース５８が配置されている。スライダ５６は、長手方向が枠体２６の軸線方向に沿って配置され、ベース板２４の下端部に形成された開口部２４Ａに挿通されて基台２０上に取り付けられている。スライドベース５８は、長手方向がスライダ５６の長手方向に沿うように配置され、スライダ５６に設けられている図示しないブロックを介してスライダ５６に取り付けられている。このスライドベース５８には、長手方向の一端側にアーム４４の支柱４８が立設され、他端側にアーム４６の支柱５２が立設されている。
【００３９】
スライダ５６は、その内部に、例えば、ステッピングモータなどを駆動源とする送りねじ機構（図示省略）が設けられ、ステッピングモータが駆動されることにより、スライドベース５８が取り付けられているブロックを長手方向（図４の紙面左右方向）に沿って移動する。これにより、光計測装置１４では、一対のアーム４４、４６が一体で、枠体２６の軸線方向に移動される。なお、ここでは、アーム４４、４６を移動するが、これに限らず、枠体２６（計測ヘッド部２２）が移動する構成であっても良い。
【００４０】
光計測装置１４では、アーム４４のブラケット５０とアーム４６のブラケット５４との間に、検体ホルダ３０が掛け渡されて装着される。このとき、検体ホルダ３０は、その軸線が枠体２６の軸心に重なるように配置される。また、検体ホルダ３０は、基準面３８が、ブラケット５０に設定している基準面５０Ａに突き当てられることにより、光計測装置１４に位置決めされる。
【００４１】
光計測装置１４では、一対のアーム４４のブラケット５０が、ベース板の図示しない貫通孔に挿通され、ベース板２４を挟んで枠体２６と反対側（図４の紙面奥側）となる位置へ突出された状態で、ブラケット４４、４６の間に検体ホルダ３０が装着される。光計測装置１４では、スライダ５６の駆動により、検体ホルダ３０が枠体２６の軸心部を通過するように矢印Ａ方向へ移動する。また、光計測装置１４では、検体ホルダ３０が矢印Ａ方向と反対方向へ移動されて、装着された位置に戻されることにより、アーム４４、４６からの検体ホルダ３０の取り出しが行われる。
【００４２】
一方、計測ヘッド部２２には、所定波長の光を発する光源ユニット４０及び、所定波長の光を受光する複数の受光ユニット４２が取り付けられている。光源ユニット４０及び受光ユニット４２は、それぞれの光軸が枠体２６の軸心へ向けられ、枠体２６の軸線方向と交差する平面（図６参照。以下、計測面９２とする）上となるように配置されている。また、図１、図２に示されるように、光源ユニット４０及び受光ユニット４２は、互いの光軸の間の角度が所定の角度θとなるように枠体２６の軸心から放射状となるように配置されている。なお、本実施の形態では、一例として１基の光源ユニット４０と、１１基の受光ユニット４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ、４２Ｆ、４２Ｇ、４２Ｈ、４２Ｉ、４２Ｊ、４２Ｋとを、互いの間の角度θが３０°となるように配置している。
【００４３】
図３に示されるように、光源ユニット４０は、ＬＥＤ、半導体レーザなどの発光素子により蛍光標識剤に対する励起光となる波長λｓの光を発する発光ヘッド６８を備えている。また、受光ユニット４２は、受光素子により蛍光標識剤の発する蛍光の波長λｆの光を受光する受光ヘッド７２が設けられている。
【００４４】
図４に示されるように、光計測装置１４は、アーム４４、４６に装着された検体ホルダ３０が、軸方向に移動されて枠体２６の軸心部に配置された状態で、光源ユニット４０から発する励起光（波長λｓの光）を、検体ホルダ３０の周面に照射する。また、光計測装置１４では、検体ホルダ３０の外周面から放出される蛍光（波長λｆの光）を、受光ユニット４２のそれぞれで受光する。
【００４５】
また、光計測装置１４では、スライダ５６によって検体ホルダ３０を枠体２６の軸線方向に沿って移動し、検体ホルダ３０内のマウス１２の所定部位に計測ヘッド部２２を対向させて計測を行う。このときに、光計測装置１４では、ロータリーアクチュエータ２８の駆動により計測ヘッド部２２（光源ユニット４０及び受光ユニット４２）を、検体ホルダ３０の周方向に回転し、励起光の照射位置及び蛍光の受光位置を変え、それぞれの位置で蛍光の計測を行う。
【００４６】
これにより、光計測装置１４では、マウス１２の体長方向に沿った任意の位置で、マウス１２の体内の蛍光標識剤から発せられ蛍光を計測し、計測された蛍光の強度に応じた計測データが得られる。
【００４７】
一方、図３に示されるように、光計測装置１４には、制御部６０が設けられている。制御部６０は、図示しないマイクロコンピュータを備えたコントローラ６２を備えている。また、制御部６０には、ロータリーアクチュエータ２８を駆動する駆動回路６４及び、スライダ５６を駆動する駆動回路６６が設けられ、これらがコントローラ６２に接続されている。これにより、光計測装置１４では、検体ホルダ３０の移動及び、計測ヘッド部２２の回動が、コントローラ６２により制御される。
【００４８】
また、制御部６０には、光源ユニット４０に設けられている発光ヘッド６８を駆動する発光駆動回路７０、受光ユニット４２のそれぞれに設けられている受光ヘッド７２から出力される電気信号を増幅する増幅器（amp）７４、増幅器７４から出力される電気信号（アナログ信号）に対してＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器７６を備えている。
【００４９】
これにより、制御部６０では、光源ユニット４０の発光ヘッド６８による発光を制御しながら、各受光ユニット４２の受光ヘッド７２によって検出された計測データがデジタル信号として出力される。なお、光計測装置１４には、図示しない表示パネルが設けられ、コントローラ６２によって装置の作動状態等が表示される。
【００５０】
データ処理装置１６は、ＣＰＵ７８、ＲＯＭ８０、ＲＡＭ８２、記憶手段とされるＨＤＤ８４、キーボードやマウス（ポインティングデバイス）などの入力デバイス８６、モニタ１８等がバス８８に接続された一般的構成のコンピュータが形成されている。
【００５１】
また、データ処理装置１６には、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ  ＩＦ）９０Ａが設けられており、この入出力インターフェイス９０Ａが、光計測装置１４の制御部６０に設けている入出力インターフェイス９０Ｂに接続されている。なお、光計測装置１４とデータ処理装置１６との接続は、ＵＳＢインターフェイスなどの公知の任意の規格を適用することができる。
【００５２】
データ処理装置１６は、ＣＰＵ７８が、ＲＡＭ８２をワークメモリとして用い、ＲＯＭ８０又はＨＤＤ８４に記憶されたプログラムを実行することにより、光計測装置１４の作動を制御し、マウス１２から発せられる蛍光の強度を計測し、光計測装置１４で計測された計測データを読み込む。また、データ処理装置１６は、この計測データに基づいて蛍光の強度分布を示す断層画像の再構築を行う。なお、光断層計測システム１０では、データ処理装置１６が、光計測装置１４の作動を制御する構成に限らず、光計測装置１４が単独で動作して、計測データを出力する構成であっても良い。
【００５３】
ところで、図６に示されるように、光断層計測システム１０では、検体ホルダ３０の基準面３８が、ブラケット５０の基準面５０Ａに突き当てられて光計測装置１４に装填される。これにより、光計測装置１４では、ブラケット５０の基準面５０Ａを原点ｘｓとして、検体ホルダ３０の所定位置が、計測ヘッド部２２に対向するように検体ホルダ３０を矢印Ｘ方向へ相対移動する。
【００５４】
このときに、例えば、光計測装置１４では、所定の位置を計測する初期位置（計測位置ｘ１）として、計測位置ｘ１から所定間隔Δｘ（例えば、Δｘ＝３mm）毎に検体ホルダ３０を相対移動した計測位置ｘｎのそれぞれで、計測を行う。
【００５５】
光計測装置１４では、検体ホルダ３０に対する計測位置ｘｎで、光源ユニット４０を予め設定された原位置から所定の角度θずつ回転し（例えば、原位置θ１から回転位置θ２、θ３、・・・、θ１２）、それぞれの回転位置θｐ（ここでは、ｐ＝１〜１２）で、光源ユニット４０から検体ホルダ３０へ励起光を照射して、受光ユニット４２Ａ〜４２Ｋの出力信号である計測データＭ（ｍ）を読み込む。なお、ｍは、ｍ＝１〜１１として、受光ユニット４２Ａ〜４２Ｋを特定する変数としている。
【００５６】
これにより、光計測装置１４では、計測データＭ（ｘ、θ、ｍ）が得られる。このときに、計測位置ｘが同じであれば、その計測データＭ（ｘ、θ、ｍ）は、検体ホルダ３０の移動方向に対して交差する同一平面（計測面９２）上のデータとなる。なお、計測位置ｘｎは、計測面９２の移動位置でもあることから、移動位置ｘｎとも表記する。
【００５７】
一方、マウス１２等の生体では、光に対して異方性散乱媒質となっている。異方性散乱媒質は、入射された光が光浸達長（等価散乱長）に達するまでは、前方散乱が支配的な領域となっているが、光浸達長を超えた領域では、光の偏向がランダムな多重散乱（等方散乱）が生じ、光の散乱が等方的となる（等方散乱領域）。この前方散乱が支配的な領域は数ｍｍ程度と狭いため、異方性散乱媒質同士が接している場合、一方の異方性散乱媒質と他方の異方性散乱媒質とを一体の異方性散乱媒質と見なすことができる。
【００５８】
本実施の形態では、マウス１２を収容した検体ホルダ３０（上型ブロック３２と下型ブロック３４）内が実質的に等方散乱領域と見なされるように、検体ホルダ３０を異方性散乱媒質となる材質を用いて形成している。このような検体ホルダ３０の材質としては、ポリエチレン（ＰＥ）や、光の等価散乱係数μｓ’が１．０５ｍｍ−１のポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）などを用いることができる。なお、検体ホルダ３０を形成する材質は、これに限らず、異方性散乱媒質であれば任意の材質を適用することができる。
【００５９】
マウス１２が収容された検体ホルダ３０内を実質的に等方散乱領域とみなすことができれば、マウス１２の体内での光の散乱を等方散乱に近似することができる。
【００６０】
高密度媒質内で光が散乱を受けながら伝播するときに、光強度の分布は、光子のエネルギーの流れを記述する基本的な方程式である光（光子）の輸送方程式で表されるが、光の散乱が等方散乱に近似されることにより、光の拡散方程式を用いて光強度の分布を表すことができる。
【００６１】
この光の拡散方程式は、（１）式で表される。なお、Φ（ｒ、ｔ）はマウス１２内の光密度、Ｄ（ｒ）は拡散係数、μａ（ｒ）は吸収係数、ｑ（ｒ、ｔ）は光源の光密度を表し、ｒは計測対象であるマウス１２（検体ホルダ３０）内の座標位置、ｔは時間を表す。
【００６２】
【数１】
2011179904.tif 000003
【００６３】
ここで、拡散係数Ｄ（ｒ）は、一般的な三次元モデルにおいては、Ｄ（ｒ）＝（３・μｓ’（ｒ））−１と表される関係を有している。μｓ’（ｒ）は等価散乱係数であり、本実施の形態では、再構成する断層画像が二次元であり、二次元モデルである場合、拡散計数Ｄ（ｒ）と等価散乱係数μｓ’の間では、Ｄ（ｒ）＝（２・μｓ’（ｒ））−１と表される関係を有する。
【００６４】
等価散乱係数μｓ’は、異方性散乱領域と等方性散乱領域を含む物質（異方性散乱媒質）における等方散乱領域における散乱係数を指す。光の拡散方程式では、等方性散乱領域のみを対象としており、ここでは、等価散乱係数μｓ’を用いる。
【００６５】
光断層の計測に連続光を用いる場合、光強度の分布が時間によらず一定となるので、（１）式の光の拡散方程式は、（２）式で示すことができる。
【００６６】
【数２】
2011179904.tif 000004
【００６７】
光学特性値である拡散係数Ｄ（ｒ）、吸収係数μａ（ｒ）が既知であるときに、（２）式で示される光の拡散方程式を用いてマウス１２（検体ホルダ３０）から放出される光の強度分布を求める場合、順問題として計算することができる。しかし、光強度分布が既知であり、ここから、光の拡散方程式を用いてマウス１２の光学特性値を求める場合、逆問題計算となる。
【００６８】
ここで、マウス１８の拡散係数Ｄ（ｒ）、吸収係数μａ（ｒ）は、光の波長によって異なり、励起光の波長λｓに対する拡散係数をＤｓ（ｒ）、吸収係数をμａｓ（ｒ）とし、光源の光密度をｑｓ（ｒ）とすると、励起光に対する拡散方程式は（３）式で表される。また、蛍光の波長λｆに対する拡散係数をＤｍ（ｒ）、吸収係数をμａｍ（ｒ）とし、蛍光を光源とする光密度をｑｍ（ｒ）とすると、蛍光に対する光の拡散方程式は、（４）式で表される。
【００６９】
【数３】
2011179904.tif 000005
【００７０】
また、蛍光の光密度ｑｍ（ｒ）は、マウス１２内の光密度Φｓ（ｒ）及び、蛍光標識剤の量子効率γ、モル吸収係数εを用いて、ｑｍ（ｒ）＝γ・ε・Ｎ（ｒ）・Φｓ（ｒ）と表すことができる。したがって、（４）式は（５）式に置き換えられる。
【００７１】
【数４】
2011179904.tif 000006
【００７２】
ここで、マウス１２の光学特性である吸収係数μａ（ｒ）、等価散乱係数μｓ’（ｒ）（拡散計数Ｄ（ｒ））が既知であれば、（３）式及び（５）式では、Ｄｓ（ｒ）＝Ｄｍ（ｒ）＝Ｄ（ｒ）、μａｓ（ｒ）＝μａ（ｒ）＋ε・Ｎ（ｒ）、μａｍ（ｒ）＝μａ（ｒ）と置き換えられる。ここから、（３）式及び（５）式は、（６）式及び（７）式に置き換えられる。なお、ε・Ｎ（ｒ）は蛍光標識剤による吸収を表す。
【００７３】
【数５】
2011179904.tif 000007
【００７４】
また、蛍光標識剤が光源となる蛍光の強度は、励起光の強度Φｓ（ｒ）に基づくものである。これは、励起光の光源の強度ｑｓ（ｒ）が既知となり、等価散乱係数μｓ’（ｒ）（拡散係数Ｄ（ｒ））及び吸収係数μａ（ｒ）を既知とすることにより、有限要素法などの数値解析手法によりマウス１２内の光強度Φｓ（ｒ）を順問題として求めることができる。
【００７５】
これに基づき、データ処理装置１６では、計測データＭ（ｘ、θ、ｍ）を用いて、順問題計算と１系統の逆問題計算を行い、検体ホルダ３０の内部のマウス１２の蛍光標識剤から発せられる蛍光の濃度分布Ｎ（ｒ）を得るようにしている。
【００７６】
図１に示されるように、受光ユニット４２のそれぞれには、光学フィルタ９４が設けられており、この光学フィルタ９４により、蛍光の波長λｆの光のみが透過されて受光ヘッド７２に受光される。光学フィルタ９４としては、例えば、長い波長帯の光を透過して短い波長帯の光の透過を阻止する特性で励起光の除去に用いるハイパス干渉フィルタ、ハイパス干渉フィルタで除去しきれなかった励起光の透過を阻止する色ガラスフィルタ、及び、蛍光よりも短い波長帯の光を透過して蛍光よりも長い波長の光の透過を阻止するローパス干渉フィルタを組み合わせて形成することができる。これにより、受光ユニット４２では、励起光のみでなく、検体ホルダ３０で発生するラマン散乱光が、受光ヘッド７２で受光されてしまうのを防止することができる。
【００７７】
一方、図１及び図２に示されるように、光源ユニット４０には、発光ヘッド６８に加えて発光ヘッド９６が設けられている。発光ヘッド９６は、マウス１２に投与する蛍光標識剤から発せられる蛍光と同等の波長λｆの光を発する。
【００７８】
図２に示されるように、光計測装置１４の制御部６０には、発光駆動回路９８が設けられており、この発光駆動回路９８が作動されることにより、発光ヘッド９６から波長λｆの光が発せられる。
【００７９】
また、図１に示されるように、光源ユニット４０には、ダイクロイックミラー１００が設けられている。ダイクロイックミラー１００は、波長が所定波長より長い光（長波長の光）を反射し、所定波長より短い波長の光（短波長の光）を透過する。
【００８０】
例えば、波長λｓが７３０ｎｍの励起光により、波長λｆが約７７０ｎｍの蛍光を発する蛍光標識剤を用いるときに、光計測装置１４には、波長が７３０ｎｍ（波長λｓ）の光を発する発光ヘッド６８と、波長が７７０ｎｍ（波長λｆ）の光を発する発光ヘッド９６とが設けられる。また、光源ユニット４０には、例えば、７５０ｎｍ程度の波長を境界として、この境界波長より長波長の光を反射し、短波長の光を透過するダイクロイックミラー１００が設けられる。
【００８１】
これにより、計測ヘッド部２２では、発光ヘッド６８から発せられた波長λｓの光が、ダイクロイックミラー１００を透過して検体ホルダ３０に照射される。また、計測ヘッド部２２では、発光ヘッド９６から発せられた波長λｆの光が、ダイクロイックミラー１００により検体ホルダ３０へ向けて反射されて、発光ヘッド６８から発せられた波長λｓの光と光軸が一致されて、検体ホルダ３０へ照射される。
【００８２】
ここで、計測ヘッド部２２では、角度θ＝３０°の間隔で受光ユニット４２（４２Ａ〜４２Ｋ）が配置されることにより、光源ユニット４０に、受光ユニット４２Ｆが対向する。
【００８３】
検体ホルダ３０へ波長λｆの光を照射した場合、蛍光標識剤が励起されず、受光ヘッド４２Ｆを除く受光ヘッド４２Ａ〜４２Ｅ、４２Ｇ〜４２Ｋでは、波長λｆの光の散乱光のみが受光される。これに対して、受光ヘッド４２Ｆでは、散乱光のみでなく、波長λｆの光の透過光成分を含めた光が受光される。
【００８４】
一方、図７（Ａ）に示されるように、マウス１２では、体長方向に沿った位置に応じて主要な臓器が異なる。例えば、マウス１２の胸部１０２では、肺１０４の占める割合が多く、マウス１２の腰部１０６では、腸などの下部消化器１０８の占める割合が多くなる。また、マウス１２では、胸部１０２と腰部１０６との間の腹部１１０に、胃１１２Ａや肝臓１１２Ｂなどの臓器が位置している。また、マウス１２などの生体では、臓器によって光の吸収係数μａ、等価散乱係数μｓ’等の光学的特性が異なる。
【００８５】
したがって、光源ユニット４０の発光ヘッド９６から発する波長λｆの光を、マウス１２が収容されている検体ホルダ３０へ照射したときに、光源ユニット４０に対向する受光ユニット４２Ｆで受光される光量は、マウス１２の体長方向に沿った位置によって変化する。
【００８６】
図７（Ｂ）には、光源ユニット４０の発光ヘッド９６から光（例えば、波長λｆの光）を照射したときに、受光ユニット４２Ｆで受光される光量に基づく光透過量Ｔ（ｍＶ）を示している。なお、図７（Ｂ）では、図７（Ａ）に示される胸部１０２の所定の位置を計測位置ｘ１として、この計測位置ｘ１から腰部１０６の計測位置ｘ１１までの１１箇所の光透過量Ｔを示している。
【００８７】
図７（Ｂ）に示されるように、光源ユニット４０の発光ヘッド９６から発する波長λｆの光を、マウス１２が収容されている検体ホルダ３０へ照射したときに、光源ユニット４０に対向する受光ユニット４２Ｆで受光される光透過量Ｔは、マウス１２の体長方向に沿った位置によって変化する。
【００８８】
すなわち、腹部１１０では、胃１１２Ａや肝臓１１２Ｂなどの臓器があるために光透過量Ｔが低くなる。これに対して、腰部１０６では、腸などの下部消化器１０８があるために、腹部１１０と比較して光透過量Ｔが多くなる。また、胸部１０２では、肺１０４があるために比較的空洞部分が多く、腰部１０６に比べてさらに光透過量Ｔが多くなる。
【００８９】
したがって、受光ユニット４２Ｆで検出される光透過量Ｔから、マウス１２の体長方向に沿った凡その部位を特定することができる。光断層計測システム１０では、基準とするマウスの各部位の光透過量Ｔを予め計測して、光透過量Ｔに対するしきい値Ｔｈが予め設定されている。
【００９０】
例えば、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるように、マウス１２の胸部１０２に相当する計測位置ｘ１〜ｘ４の範囲では、光透過量Ｔが所定値Ｔｈ２よりも多く、マウス１２の腰部１０６に相当する計測位置ｘ１１では、光透過量Ｔが所定値Ｔｈ２よりも少ないが、所定値Ｔｈ１よりも多い（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）。また、マウス１２の腹部１１０に相当する計測位置ｘ５〜ｘ１０の範囲では、光透過量Ｔが所定値Ｔｈ１より少なくなっている。このような所定値Ｔｈ１、Ｔｈ２を用いることにより、光源ユニット４０の発光ヘッド９６と受光ユニット４２Ｆとにより計測される光透過量Ｔから、計測面９２に対応するマウス１２の部位が、胸部１０２、腰部１０６又は腹部１１０の何れであるかを判断することができる。
【００９１】
ここから、光断層計測システム１０では、所定値Ｔｈ１、Ｔｈ２がしきい値（しきい値Ｔｈ１、Ｔｈ２）として設定され、このしきい値Ｔｈ１、Ｔｈ２がデータ処理装置１６のＲＯＭ８０又はＨＤＤ８４等に記憶されている。データ処理装置１６では、光計測装置１４によりマウス１２の蛍光の計測を行うときに、発光ヘッド９６により光源ユニット４０から発せられた光を、受光ユニット４２Ｆで受光し、これにより得られる光透過量Ｔから、蛍光の計測位置ｘとなる凡その計測部位を特定するようにしている。なお、発光ヘッド９６が発する光の強度は、例えば、検体ホルダ３０の非装着状態などで、受光ユニット４２Ｆの受光ヘッド７２で受光される光量に基づいて調整されるなどしたものであれば良い。
【００９２】
図７（Ａ）に示されるように、マウス１２では、胸部１０２、腰部１０６及び腹部１１０で、主要な臓器が異なる。また、表１に示されるように、マウス１２では、臓器ごとに光の吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’等の光学特性値が異なる。
【００９３】
【表１】
2011179904.tif 000008
【００９４】
ここから、光断層計測システム１０では、区分されたそれぞれの部位における吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’が設定され、データ処理装置１６のＲＯＭ８０又はＨＤＤ８４に記憶されている。なお、マウス１２の部位（胸部１０２、腰部１０６及び腹部１１０）ごとの光の吸収係数μａ、等価散乱係数μｓ’は、該当部位の主要臓器の吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を適用してもよく、また、臓器の吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’と該当臓器の面積比率から吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を設定したものなどを適用することができる。
【００９５】
データ処理装置１６では、光透過量Ｔから特定した部位に対して設定されている吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を、吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）に設定し、計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）に基づいた光断層画像の再構成を行うようになっている。
【００９６】
以下に、第１の実施の形態に係る光断層計測システム１０における光断層画像の再構成を説明する。
【００９７】
図８には、光断層計測システム１０に設けている光計測装置１４での計測処理の概略が示されている。このフローチャートは、マウス１２を収容した検体ホルダ３０が光計測装置１４に装填されて、計測処理の開始が指示されると実行される。なお、ここでは、計測位置ｘを計測位置ｘｎとして、間隔Δｘ（例えば、Δｘ＝３ｍｍ）でｎ＝１〜１５までの計測を行う。計測位置ｘｎのそれぞれで、光源ユニット４０の回転位置θを回転位置θｐとして、３０°間隔でｐ＝１〜１２まで順に回転し、ｍ＝１〜１１の各受光ユニット４２で蛍光の計測を行う。また、光計測装置１４の作動はデータ処理装置１６により制御される。
【００９８】
最初のステップ２００では、初期設定を行い、ｍ＝０、ｎ＝０、ｐ＝０に設定し、ステップ２０２では、ｎをインクリメント（ｎ＝ｎ＋１）する。次に、ステップ２０４では、スライダ５６を作動させることにより、マウス１２の計測位置ｘｎの初期位置（計測位置ｘ１）が計測ヘッド部２２に対応するように移動する。
【００９９】
マウス１２を、蛍光の計測を行う計測位置ｘnへ移動すると、ステップ２０６では、光源ユニット４０に設けている発光ヘッド９６を作動させて、検体ホルダ３０へ波長λｆの光を照射する。また、ステップ２０８では、光源ユニット４０に対向する受光ユニット４２Ｆで、検体ホルダ３０を透過した光を受光する。
【０１００】
この後、ステップ２１０では、受光ユニット４２Ｆで受光された光に応じた計測データを、光透過量Ｔｎとしてデータ処理装置１６へ出力し、ステップ２１２では、発光ヘッド９６の発光を停止する。
【０１０１】
光透過量Ｔの計測が終了すると、ステップ２１４では、ｐをインクリメント（ｐ＝ｐ＋１）し、ステップ２１６でロータリーアクチュエータ２８を作動することにより、計測ヘッド部２２を回転する。これにより、光源ユニット４０は、先ず、原位置θ１へ移動される。なお、ここでは、光透過量Ｔｎを計測した後に、光源ユニット４０を原位置θ１へ移動するようにしたが、これに限らず、光源ユニット４０を原位置θ１へ移動した状態で、光透過量Ｔｎの計測を行うようにしても良い。
【０１０２】
この後、ステップ２１８では、光源ユニット４０の発光ヘッド６８を作動させて検体ホルダ３０へ励起光を照射する。これと共に、ステップ２２０では、ｍをインクリメント（ｍ＝ｍ＋１）して、ステップ２２２では、ｍに対応する受光ユニット４２で受光している蛍光の光量を計測位置ｘｎ、回転位置θｐにおける計測データＤ（ｍ）として読み込む。また、ステップ２２４では、全ての受光ユニット４２から計測データを読み込んだか否か（ｍ≧１１）を確認し、ｍ≧１１となっていなければ、ステップ２２４で否定判定して、ステップ２２０へ移行、次の計測データＭ（ｍ）を読み込む。
【０１０３】
このようにして、計測位置ｘｎ、計測角度θｐにおいて、受光ユニット４２の全ての計測データを読み込むと、ステップ２２４で肯定判定してステップ２２６へ移行し、光源ユニット４０の発光を停止すると共に、読み込んだ計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）をデータ処理装置１６へ出力する（ステップ２２８）。
【０１０４】
次のステップ２３０では、計測位置ｘｎで光源ユニット４０を全周に移動した（ｐ≧１２）か否かを確認し、否定判定された場合は、ｍをリセット（ｍ＝０）して（ステップ２３２）、ステップ２２０へ移行する。
【０１０５】
このようにして、計測位置ｘｎにおいて、光源ユニット４０を計測位置θ１〜θ１２まで回転して、計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）の計測を終了すると、ステップ２３０で肯定判定され、ステップ２３４へ移行する。このステップ２３４では、全ての計測位置ｘｎでの計測が終了したか否か（ｎ≧１５）を確認し、否定判定された場合は、ステップ２３６で、ｍ＝０及びｐ＝０に設定して、ステップ２０２へ移行し、次の計測位置ｘｎにおける計測を開始する。また、全ての計測位置ｘｎ（ｘ１〜ｘ１５）での計測が終了すると、ステップ２３４で肯定判定され、計測処理を終了する。なお、計測処理が終了したときには、スライダ５６が作動されて検体ホルダ３０が着脱位置に戻される。
【０１０６】
一方、図９には、光計測装置１４の計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）に基づいたデータ処理装置１６での処理の概略を示している。このフローチャートは、光計測装置１４での計測処理が開始されることにより実行される。
【０１０７】
このフローチャートでは、ステップ２５０及びステップ２５２で、先ず計測位置ｘｎの設定を行う。なお、ここでは、ｎを初期化（ｎ＝０）した後にインクリメント（ｎ＝ｎ＋１）することにより、最初の計測位置ｘｎ（計測位置ｘ１）に設定する。
【０１０８】
この後、ステップ２５４では、計測位置ｘｎにおける光透過量Ｔｎが計測されたか否かを確認し、光計測装置１４で計測位置ｘｎにおける光透過量Ｔｎが計測されて出力されることにより、ステップ２５４で肯定判定してステップ２５６へ移行し、光計測装置１４から出力された光透過量Ｔｎを読み込む。
【０１０９】
次のステップ２５８では、光透過量Ｔｎに基づいて計測位置ｘｎにおけるマウス１２の光学特性である吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）を設定する。
【０１１０】
ここで、光透過量Ｔｎの計測を行うときに、光源ユニット４０から発する光の波長を励起光の波長λｓではなく蛍光の波長λｆを用いる。これにより、マウス１２に照射されても、マウス１２内の蛍光標識剤が励起されて蛍光を発することがないようにしている。
【０１１１】
また、波長λｆの光を、検体ホルダ３０を挟んで光源ユニット４０に対向している受光ユニット４２Ｆを用い計測する。これにより、光計測装置１４では、マウス１２を透過した光を検出することができる。すなわち、受光ユニット４２Ａ〜４２Ｅ及び受光ユニット４２Ｇ〜４２Ｋは、マウス１２の体内及び検体ホルダ３０内で散乱した光のみを受光してしまうが、受光ユニット４２Ｆでは、マウス１２を透過した光を受光することができる。
【０１１２】
マウス１２では、体長方向に沿った部位によって光の透過量が異なり、データ処理装置１６には、光透過量に対するしきい値Ｔhが設定されている。データ処理装置１６では、読み込んだ光透過量Ｔｎとしきい値Ｔｈを比較することにより、計測位置ｘｎとなっている部位を推定する。
【０１１３】
図１０には、このときの処理の一例を示している。このフローチャートは、図９でステップ２５８へ移行することにより実行され、最初のステップ３００では、対象としている計測位置ｘｎの光透過量Ｔｎを読み込み、ステップ３０２及びステップ３０４では、光透過量Ｔｎと予め設定されているしきい値（しきい値Ｔｈ１、Ｔｈ２）とを比較する。すなわち、ステップ３０２では、光透過量Ｔｎがしきい値Ｔｈ２を越えているか否かを確認し、ステップ３０４では、光透過量Ｔｎがしきい値Ｔｈ２以下か否かを確認する。
【０１１４】
ここで、光透過量Ｔｎがしきい値Ｔｈ２を越えている場合（Ｔｎ＞Ｔｈ２）、ステップ３０２で肯定判定されてステップ３０６へ移行する。このステップ３０６では、計測位置ｘｎがマウス１２の胸部１０２であるとして、マウス１２の胸部１０２に対して設定されている吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を読み出し、読み出した吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を、吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）（等価散乱係数μｓ’（ｒ）に対向する拡散計数Ｄ（ｒ））に設定する（ステップ３０８）。
【０１１５】
また、光透過量Ｔｎがしきい値Ｔｈ１以下である場合（Ｔｈ１≧Ｔｎ）、ステップ３０２で否定判定されると共にステップ３０４で肯定判定されてステップ３１０へ移行する。このステップ３１０では、計測位置ｘｎがマウス１２の腹部１１０であるとして、マウス１２の腹部１１０に対して設定されている吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を読み出し、読み出した吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を、吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）に設定する（ステップ３０８）。
【０１１６】
さらに、光透過量Ｔｎがしきい値Ｔｈ１を越えているがしきい値Ｔｈ２以下である場合（Ｔｈ１＜Ｔｎ≦Ｔｈ２）、ステップ３０２及びステップ３０４で否定判定されてステップ３１２へ移行する。このステップ３１２では、計測位置ｘｎがマウス１２の腰部１０６であるとして、マウス１２の腰部１０６に対して設定されている吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を読み出し、読み出した吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を、吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）に設定する（ステップ３０８）。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、一例として、計測位置ｘｎに沿う二次元平面（計測面９２）内で、光学特性値が一様であると見なして、演算の簡略化が図られるようにしており、ここでは、吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）は、計測面９２内での座標（ｒ）にかかわらず一定値としている。
【０１１８】
このようにして計測位置ｘｎに対応する吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）を設定すると、図９のステップ２６０では、光計測装置１４から出力される計測データを順に読み込み、ステップ２６２では、計測位置ｘｎにおいて、光源ユニット４０の１周分の計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）（ｐ＝１〜１２までのデータ）の読み込みを終了したか否かを確認する。
【０１１９】
ここで、１周分の計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）を読み込むと、ステップ２６２で肯定判定してステップ２６４へ移行する。このステップ２６４では、読み込んだ計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）から、蛍光強度分布（蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measure）を算出する。すなわち、計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）に基づいた蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measureを取得する。
【０１２０】
この後、ステップ２６６では、マウス１２を含めた検体ホルダ３０内の蛍光（蛍光標識剤）の濃度分布Ｎ（ｒ）の初期値を設定し、ステップ２６８では、設定された濃度分布Ｎ（ｒ）と、先に設定した吸収係数μａ（ｒ）及び透過散乱係数μｓ’（ｒ）（拡散係数Ｄ（ｒ））に基づいて、マウス１２から放出された蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcを計算する。すなわち、仮想的な蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcを取得する。この蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcは、数学的モデルである光拡散方程式を有限要素法などの数値解析手法を用いた公知の順問題計算として容易に演算することができる。
【０１２１】
すなわち、励起光強度分布Φｓ（ｒ）calcは、（６）式又は（８）式から得られ、励起光と蛍光をあわせた光強度分布Φｔ（ｒ）calcは、（９）式から得られる。また、蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcは、励起光強度分布Φｓ（ｒ）calcと光強度分布Φｔ（ｒ）calcとから得られる（（１０）式参照）。
【０１２２】
【数６】
2011179904.tif 000009
【０１２３】
次のステップ２７０では、計測データに基づいた蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measureと、演算結果に基づいた蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcを比較し、ステップ２７２では、一致しているか否かを確認する。この判定は、例えば、蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measureと、蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcとの二乗誤差ｙを用い、二乗誤差ｙが、予め設定した規定値内か否かから判断するものであっても良い。
【０１２４】
ここで、二乗誤差ｙが規定値より大きく、蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measureと蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcが一致していないと判断されるときには、ステップ２７２で否定判定されてステップ２７４へ移行する。
【０１２５】
このステップ２７４では、関数行列（Jacobian  matrix）を用いた公知の手法で光学特性値の変化に対する光強度分布の変化を演算する。また、次のステップ２７６では、Levenberg  Marqurdt法などの最適化手法による逆問題計算を用いて蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measureと蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcの誤差（例えば、二乗誤差ｙ）を評価する。すなわち、二乗誤差ｙは、（１１）式から得られ、この二乗誤差ｙを評価する。なお、γは量子効率、εはモル吸光係数としている。
【０１２６】
【数７】
2011179904.tif 000010
【０１２７】
また、このステップ２７６では、この二乗誤差ｙを最小とする蛍光標識剤での蛍光の吸収εＮ、すなわち、蛍光標識剤の濃度分布Ｎ（ｒ）を推定する。これは、光拡散方程式である（７）式又は（１２）式を用いた逆問題計算を行うことにより推定することができる。
【０１２８】
【数８】
2011179904.tif 000011
【０１２９】
このようにして濃度分布Ｎ（ｒ）を求めると、ステップ２７８では、この演算結果に基づいて濃度分布Ｎ（ｒ）を更新する。
【０１３０】
データ処理装置１６では、蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measureと蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcとが一致したとみなされるまで、ステップ２６８からステップ２７８を繰り返す。
【０１３１】
これにより、蛍光強度分布Φｍ（ｒ）measureと蛍光強度分布Φｍ（ｒ）calcとが一致したとみなされると、ステップ２７２で肯定判定してステップ２８０へ移行し、このときの濃度分布Ｎ（ｒ）を計測データＭ（ｘｎ、θｐ、ｍ）から得られた濃度分布Ｎ（ｒ）として格納する。この濃度分布Ｎ（ｒ）を用いることにより、計測位置ｘｎにおける蛍光分布の断層画像が得られる。
【０１３２】
このようにして、計測位置ｘｎに対する演算が終了すると、ステップ２８２では、全ての計測位置ｘｎに対する処理が終了したか否かを確認（ｎ≧１５）し、否定判定された場合には、ステップ２５２へ移行し、次の計測位置ｘｎに対する処理を行う。
【０１３３】
このように、データ処理装置１６では、マウス１６の光学的特性である吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）を予め設定することにより、蛍光強度の計測データがあれば、蛍光の濃度分布（ｒ）を得ることができるので、計測の簡略化及び計測時間の短縮を図ることができる。また、データ処理装置１６では、光拡散方程式の逆問題計算が、蛍光に対して行えば良いので、処理負荷の軽減が図られる。
【０１３４】
さらに、光断層計測システム１０では、光源ユニット４０に設けている発光ヘッド９６から発する波長λｆの光を、光源ユニット４０に対向する受光ユニット４２Ｆで検出して光透過量Ｔを取得し、この光透過量Ｔからマウス１２の計測部位を特定するので、簡単な構成で、的確な計測部位の特定が可能となる。
【０１３５】
また、光断層計測システム１０では、特定した計測部位に応じて適切に吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）を設定できるので、マウス１２の全体を同じ吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）に設定する場合に比べて、高精度の蛍光の濃度分布Ｎ（ｒ）を得ることができる。
【０１３６】
なお、第１の実施の形態では、発光ユニット６８が設けられた光源ユニット４０に、蛍光の波長λｆの光を発する発光ヘッド９６を設けたが、マウス１２を挟んで受光ユニット４２Ａ〜４２Ｋの何れかに発光ヘッド９６を設けるようにするなど、蛍光の検出用に設けている受光ユニット４２の何れかで波長λｆの透過光を検出する構成であれば、任意の構成を適用することができる。
【０１３７】
〔第２の実施の形態〕
次に第２の実施の形態を説明する。なお、第２の実施の形態の基本的構成は、前記した第１の実施の形態と同じであり、第１の実施の形態と同一の部品又は構成については、同一の符号を付与してその説明を省略する。
【０１３８】
図１２には、第２の実施の形態に係る光断層計測システム１０Ａの概略構成が示され、図１１には、光断層計測システム１０Ａに用いる光計測装置１４Ａに形成されている計測ヘッド部２２Ａの概略構成を示している。光計測装置１４Ａには、光源ユニット４０に換えて光源ユニット４０Ａが設けられている。また、光計測装置１４Ａには、受光ユニット４２Ｆに換えて、受光ユニット４２Ｌが設けられている。
【０１３９】
光源ユニット４０Ａは発光ヘッド６８を備え、光源ユニット４０から発光ヘッド９６及びダイクロイックミラー１００が除かれた構成となっている。また、図１１に示されるように、光源ユニット４０Ａに対向される受光ユニット４２Ｌは、受光ヘッド７２及び光学フィルタ９４に加えて、受光ヘッド１２０及びダイクロイックミラー１２２を備えている。
【０１４０】
受光ユニット４２Ｌに設けているダイクロイックミラー１２２は、長波長の光を透過し、短波長の光を反射する。このとき、受光ユニット４２Ｌでは、蛍光の波長λｆの光を透過し、励起光の波長λｓの光を反射するダイクロイックミラー１２２が用いられている。また、受光ユニット４２Ｌには、受光ヘッド１２０とダイクロイックミラー１２２との間に、光学フィルタ１２４が設けられている。この光学フィルタ１２４は、波長λｓの光を透過するように形成されている。
【０１４１】
これにより、受光ユニット４２Ｌでは、検体ホルダ３０から放出される蛍光が、ダイクロイックミラー１２２を透過して受光ヘッド７２で受光される。また、受光ユニット４２Ｌでは、波長λｓの光が入射されると、ダイクロイックミラー１２２で反射されて、受光ヘッド１２０により受光される。
【０１４２】
図１２に示されるように、光計測装置１４Ａには、受光ヘッド１２０から出力される電気信号を増幅する増幅器７４が設けられており、受光ヘッド１２０で受光された励起光の波長λｓの光量に応じた計測データがＡ／Ｄ変換されてデータ処理装置１６へ出力される。
【０１４３】
光断層計測システム１０Ａでは、光源ユニット４０Ａの発光ヘッド６８から照射された励起光を、この光源ユニット４０Ａに対向される受光ユニット４２Ｌの受光ヘッド１２０により計測し、これにより得られる光透過量Ｔに基づいて、マウス１２の計測部位を特定するようにしている。
【０１４４】
蛍光標識剤が投与されたマウス１２に励起光を照射した場合、励起光によって蛍光標識剤が蛍光を発するが、照射された励起光の一部は、マウス１２内を透過する。光計測装置１４Ａでは、マウス１２を透過した励起光を受光ヘッド１２０で受光するようにしている。
【０１４５】
図１３には、光計測装置１４Ａでの計測処理の概略が示されている。このフローチャートでは、マウス１２の所定部位を計測位置ｘｎとなるように移動すると（ステップ２０４）、発光ヘッド６８を作動させて検体ホルダ３０へ波長λｓの光（励起光）を照射する（ステップ２４０）。
【０１４６】
これと共にステップ２４２では、検体ホルダ３０を透過した波長λｓの光を受光ヘッド１２０で受光し、励起光の受光量が光透過量Ｔとしてデータ処理装置１６へ出力される（ステップ２４４）。また、光計測装置１４Ａでは、光透過量Ｔを出力すると、発光ヘッド６８の動作を一旦停止し（ステップ２４６）、ステップ２１４へ移行することにより、蛍光の計測を開始する。
【０１４７】
このように構成された光断層計測システム１０Ａにおいても、マウス１２を透過した光量（光透過量Ｔ）に基づいて、マウス１２の計測部位の特定が可能となる。このときに、光断層計測システム１０Ａでは、光源ユニット４０Ａに対向する受光ユニット４２Ｌに、波長λｓの光を受光する受光ヘッド１２０を設けるのみの簡単な構成とすることができる。
【０１４８】
また、光透過量に基づいて特定した計測部位に対して設定されている吸収係数μａ及び等価散乱係数μｓ’を、吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）として設定するので、データ処理装置１６で断層画像の再構成を行うときの処理負荷を軽減することができる。また、データ処理装置１６では、マウス１２の全体を同等の吸収係数μａ、等価散乱係数μｓ’に設定する場合に比べて、高精度での光断層画像の再構成が可能となる。
【０１４９】
なお、以上説明した本実施の形態では、計測対象としているマウス１２を、体長方向に沿って胸部１０２、腹部１１０及び腰部１０６に３分割して、それぞれの部位に対して吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）を設定したが、これに限らず、体長方向に沿った光透過量Ｔの相違に基づいて３分割以上に区分けし、区分けしたそれぞれの部位に対して吸収係数μａ（ｒ）及び等価散乱係数μｓ’（ｒ）を設定しても良い。
【０１５０】
また、マウス１２では、衰弱することにより、消化器系器官内にガスが溜まる。これにより、腸などの消化器系器官の占める割合の多い腰部１０６などでは、光の吸収が低くなり、光透過量Ｔが増加する。ここから、例えば、スライダ５６により移動されたマウス１２の移動量から計測ヘッド部２２にマウス１２の腰部１０６が対向されていると判断される状態で、光透過量Ｔが増加している場合（例えば、しきい値Ｔｈ２を越えている場合）には、マウス１２が衰弱していると判断することができる。
【０１５１】
このように、光断層計測システム１０では、マウス１２の光透過量Ｔを検出するときに、腰部１０６の光透過量Ｔから計測対象としているマウス１２の体調を把握することができる。
【０１５２】
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。本発明は、光断層計測システム１０、１０Ａに限らず、励起光を計測対象とする生体に照射し、この励起光により計測対象から放出される蛍光を、計測対象の周囲の複数位置で計測する任意の構成の光断層計測装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１５３】
１０、１０Ａ    光断層計測システム（光断層計測装置）
１２    マウス
１４、１４Ａ    光計測装置
１６    データ処理装置（設定手段、特定手段、選択手段、再構成手段）
２２、２２Ａ    計測ヘッド部
４０    光源ユニット（励起光光源、計測用光源）
４０Ａ    光源ユニット（励起光光源）
４２    受光ユニット（蛍光受光手段）
４２Ｆ    受光ユニット（蛍光受光手段）
４２Ｌ    受光ユニット（蛍光受光手段、励起光受光手段）
６８    発光ヘッド（励起光光源）
７２    受光ヘッド（蛍光受光手段）
９６    発光ヘッド（計測用光源）
１０２    胸部
１０６    腰部
１１０    腹部
１２０    受光ヘッド（励起光受光手段）
【図１】
2011179904.tif 000012
【図２】
2011179904.tif 000013
【図３】
2011179904.tif 000014
【図４】
2011179904.tif 000015
【図５】
2011179904.tif 000016
【図６】
2011179904.tif 000017
【図７】
2011179904.tif 000018
【図８】
2011179904.tif 000019
【図９】
2011179904.tif 000020
【図１０】
2011179904.tif 000021
【図１１】
2011179904.tif 000022
【図１２】
2011179904.tif 000023
【図１３】
2011179904.tif 000024