(57)【要約】【課題】充分な精度での検出感度の校正を低コストで実現可能な散乱吸収体計測装置の校正方法、校正装置、及び散乱吸収体計測システムを提供する。【解決手段】光源１０から供給された所定波長の光を散乱吸収体へと照射する照射プローブ３０と、照射プローブ３０から照射されて散乱吸収体の内部を伝搬した光を対応する光検出器２１、２２へと導く２個の検出プローブ３１、３２とを備える散乱吸収体計測装置Ａに対し、１点の光照射位置Ｐ０と、２点の光検出位置Ｐ１、Ｐ２とが設定された校正用ファントム５０を有する校正装置Ｂを用意する。そして、照射プローブ３０を光照射位置Ｐ０へと接続し、検出プローブ３１、３２を異なる２つの対応付けで光検出位置Ｐ１、Ｐ２へと接続してそれぞれ校正測定を行い、その測定結果に基づいて検出感度を校正する。【選択図】  図１
2004350863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光供給手段から供給された所定波長の光を散乱吸収体へと照射する照射プローブと、前記照射プローブから照射されて前記散乱吸収体の内部を伝搬した光をそれぞれ対応する光検出手段へと導くＮ個（Ｎは複数）の検出プローブとを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、
校正用の散乱吸収体に対して光照射位置及びＮ点の光検出位置を設定するとともに、前記照射プローブを前記光照射位置へと接続し、前記Ｎ個の検出プローブのそれぞれを第１の対応付けで前記Ｎ点の光検出位置へと接続して校正測定を行う第１測定ステップと、
前記照射プローブを前記光照射位置へと接続し、前記Ｎ個の検出プローブのそれぞれを第２の対応付けで前記Ｎ点の光検出位置へと接続して校正測定を行う第２測定ステップと、
前記第１測定ステップ、及び前記第２測定ステップでの測定結果に基づいて、前記Ｎ個の検出プローブに対応する検出感度の校正を行う校正ステップとを備えることを特徴とする散乱吸収体計測装置の校正方法。
【請求項２】
前記Ｎ個の検出プローブとして第１検出プローブ及び第２検出プローブを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、
前記第１測定ステップにおいて、前記校正用の散乱吸収体に対して第１光検出位置及び第２光検出位置を設定するとともに、前記第１検出プローブ、前記第２検出プローブを前記第１の対応付けでそれぞれ前記第１光検出位置、前記第２光検出位置へと接続して校正測定を行い、
前記第２測定ステップにおいて、前記第１検出プローブ、前記第２検出プローブを前記第２の対応付けでそれぞれ前記第２光検出位置、前記第１光検出位置へと接続して校正測定を行うことを特徴とする請求項１記載の校正方法。
【請求項３】
前記校正ステップにおいて、前記第１検出プローブ及び前記第２検出プローブに対応する検出感度の比を示す検出感度係数を算出することを特徴とする請求項２記載の校正方法。
【請求項４】
光供給手段から供給された所定波長の光を散乱吸収体へと照射する照射プローブと、前記照射プローブから照射されて前記散乱吸収体の内部を伝搬した光をそれぞれ対応する光検出手段へと導くＮ個（Ｎは複数）の検出プローブとを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、
光照射位置及びＮ点の光検出位置が設定された校正用の散乱吸収体と、
前記照射プローブを前記光照射位置へと接続させる照射プローブ接続手段と、前記Ｎ個の検出プローブのそれぞれを所定の対応付けで前記Ｎ点の光検出位置へと接続させるとともに、その対応付けについて、第１の対応付けと、第２の対応付けとを切り換え可能に構成された検出プローブ接続手段とを備えることを特徴とする散乱吸収体計測装置の校正装置。
【請求項５】
前記Ｎ個の検出プローブとして第１検出プローブ及び第２検出プローブを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、
前記校正用の散乱吸収体に対して第１光検出位置及び第２光検出位置が設定され、
前記検出プローブ接続手段は、前記第１検出プローブ、前記第２検出プローブをそれぞれ前記第１光検出位置、前記第２光検出位置へと接続させる前記第１の対応付けと、前記第１検出プローブ、前記第２検出プローブをそれぞれ前記第２光検出位置、前記第１光検出位置へと接続させる前記第２の対応付けとを切り換え可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載の校正装置。
【請求項６】
前記検出プローブ接続手段は、前記Ｎ個の検出プローブを前記Ｎ点の光検出位置へと、前記第１の対応付け及び前記第２の対応付けのそれぞれで位置決めして接続させることが可能に構成された凹状の固定手段からなることを特徴とする請求項４または５記載の校正装置。
【請求項７】
光供給手段から供給された所定波長の光を散乱吸収体へと照射する照射プローブと、
前記照射プローブから照射されて前記散乱吸収体の内部を伝搬した光を導くＮ個（Ｎは複数）の検出プローブと、
前記Ｎ個の検出プローブのそれぞれによって導かれた光を検出して検出信号を出力するＮ個の光検出手段とを有する散乱吸収体計測装置と、
請求項４〜６のいずれか一項記載の校正装置とを備えることを特徴とする散乱吸収体計測システム。
【請求項８】
前記散乱吸収体計測装置は、前記照射プローブを前記光照射位置へと接続し、前記Ｎ個の検出プローブのそれぞれを前記第１の対応付けで前記Ｎ点の光検出位置へと接続して行った校正測定での測定結果、及び前記Ｎ個の検出プローブのそれぞれを前記第２の対応付けで前記Ｎ点の光検出位置へと接続して行った校正測定での測定結果に基づいて、前記Ｎ個の検出プローブに対応する検出感度の校正を行う校正手段を備えることを特徴とする請求項７記載の散乱吸収体計測システム。
【請求項９】
前記散乱吸収体計測装置は、前記Ｎ個の検出プローブとして第１検出プローブ及び第２検出プローブを備え、
前記校正手段は、前記第１検出プローブ及び前記第２検出プローブに対応する検出感度の比を示す検出感度係数を算出することを特徴とする請求項８記載の散乱吸収体計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体などの散乱吸収体の内部情報を計測するための散乱吸収体計測装置の校正方法、校正装置、及びそれを用いた散乱吸収体計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
散乱吸収体の内部情報を非侵襲的に計測する方法として、被測定成分の光吸収特性を利用して内部情報を得る近赤外分光法（ＮＩＲＳ：Ｎｅａｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）がある。この計測方法においては、近赤外光などの光を散乱吸収体に照射して、その内部を伝搬させる。そして、所定の位置から外部へと出射された光を検出し、その強度や時間波形などの測定結果から散乱吸収体の内部情報を得る。また、検出される光の時間変化を測定すれば、内部の時間変化についての情報を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような計測方法の１つとして、空間分解分光法（ＳＲＳ：Ｓｐａｃｉａｌｌｙ  Ｒｅｓｏｌｖｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）がある。ＳＲＳ法では、例えば、生体などの散乱吸収体上に設定された光照射位置から光を照射し、散乱吸収体の内部を伝搬した光を２点の光検出位置のそれぞれで検出する。そして、測定条件が異なる各光検出位置での測定結果に基づいて、例えばヘモグロビンの相対濃度や酸素飽和度などの所望の内部情報を取得する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１２７６１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したＳＲＳ法では、散乱吸収体上に設定された２点の光検出位置のそれぞれに対して、検出プローブや光検出器、信号処理回路などからなる光検出系を用意し、各光検出位置で取得される光検出器からの検出信号の違いに基づいて、散乱吸収体内での被測定成分の濃度などの内部情報を求める。したがって、２点の光検出位置のそれぞれに対する光検出系で検出感度に違いがあると、求められる内部情報がその影響を受けてしまい、正しい情報を得ることができない。
【０００６】
このような検出感度の影響を除く方法として、従来、散乱吸収体計測装置に対し、校正用の散乱吸収体として校正用ファントムを用意しておき、このファントムを用いた測定を行うことで検出感度の校正（キャリブレーション）を行う方法が用いられている。ここで、このような校正測定では、実際の測定と同程度でフォトンカウントレベルの微弱光量を実現する減光度、及び２点の光検出位置において得られる光量の充分な均一性が校正用の散乱吸収体に対して要求される。
【０００７】
このような要求を満たす散乱吸収体としては積分球が考えられるが、積分球を用いたのではコスト高となる。このため、校正用の散乱吸収体としては、例えばアクリル製の拡散板及び光量調整板を用いたファントムが用いられている。しかしながら、このようなファントムでは光検出位置での光量の均一性の精度が充分ではなく、高精度で検出感度を校正することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、充分な精度での検出感度の校正を低コストで実現可能な散乱吸収体計測装置の校正方法、校正装置、及びそれを用いた散乱吸収体計測システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による散乱吸収体計測装置の校正方法は、（１）光供給手段から供給された所定波長の光を散乱吸収体へと照射する照射プローブと、照射プローブから照射されて散乱吸収体の内部を伝搬した光をそれぞれ対応する光検出手段へと導くＮ個（Ｎは複数）の検出プローブとを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、（２）校正用の散乱吸収体に対して光照射位置及びＮ点の光検出位置を設定するとともに、照射プローブを光照射位置へと接続し、Ｎ個の検出プローブのそれぞれを第１の対応付けでＮ点の光検出位置へと接続して校正測定を行う第１測定ステップと、（３）照射プローブを光照射位置へと接続し、Ｎ個の検出プローブのそれぞれを第２の対応付けでＮ点の光検出位置へと接続して校正測定を行う第２測定ステップと、（４）第１測定ステップ、及び第２測定ステップでの測定結果に基づいて、Ｎ個の検出プローブに対応する検出感度の校正を行う校正ステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記した校正方法においては、照射プローブと、２個以上の検出プローブとを備える計測装置に対して、異なる２つの対応付けで検出プローブを光検出位置へと接続してそれぞれ校正測定を行うこととしている。これにより、検出プローブの個数に合わせて２点以上設定される光検出位置のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を低減することができ、光量の均一性の精度にかかわらず充分な精度での検出感度の校正を低コストで実現することが可能となる。
【００１１】
また、本発明による散乱吸収体計測装置の校正装置は、（ａ）光供給手段から供給された所定波長の光を散乱吸収体へと照射する照射プローブと、照射プローブから照射されて散乱吸収体の内部を伝搬した光をそれぞれ対応する光検出手段へと導くＮ個（Ｎは複数）の検出プローブとを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、（ｂ）光照射位置及びＮ点の光検出位置が設定された校正用の散乱吸収体と、（ｃ）照射プローブを光照射位置へと接続させる照射プローブ接続手段と、（ｄ）Ｎ個の検出プローブのそれぞれを所定の対応付けでＮ点の光検出位置へと接続させるとともに、その対応付けについて、第１の対応付けと、第２の対応付けとを切り換え可能に構成された検出プローブ接続手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記した校正装置においては、照射プローブと、２個以上の検出プローブとを備える計測装置に対して、異なる２つの対応付けで検出プローブを光検出位置へと接続して校正測定を行うことが可能なように検出プローブ接続手段を構成している。これにより、光検出位置のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を低減することができ、光量の均一性の精度にかかわらず充分な精度での検出感度の校正を低コストで実現することが可能となる。
【００１３】
また、校正方法は、Ｎ個の検出プローブとして第１検出プローブ及び第２検出プローブを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、第１測定ステップにおいて、校正用の散乱吸収体に対して第１光検出位置及び第２光検出位置を設定するとともに、第１検出プローブ、第２検出プローブを第１の対応付けでそれぞれ第１光検出位置、第２光検出位置へと接続して校正測定を行い、第２測定ステップにおいて、第１検出プローブ、第２検出プローブを第２の対応付けでそれぞれ第２光検出位置、第１光検出位置へと接続して校正測定を行うことが好ましい。
【００１４】
同様に、校正装置は、Ｎ個の検出プローブとして第１検出プローブ及び第２検出プローブを備える散乱吸収体計測装置を対象とし、校正用の散乱吸収体に対して第１光検出位置及び第２光検出位置が設定され、検出プローブ接続手段は、第１検出プローブ、第２検出プローブをそれぞれ第１光検出位置、第２光検出位置へと接続させる第１の対応付けと、第１検出プローブ、第２検出プローブをそれぞれ第２光検出位置、第１光検出位置へと接続させる第２の対応付けとを切り換え可能に構成されていることが好ましい。
【００１５】
このように、２個の検出プローブに対して、検出プローブと光検出位置との接続に２つの対応付けを適用して校正測定を行うことにより、２点の光検出位置のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を除去することが可能となり、特に高精度での検出感度の校正が実現される。この場合、校正方法は、校正ステップにおいて、第１検出プローブ及び第２検出プローブに対応する検出感度の比を示す検出感度係数を算出することが好ましい。
【００１６】
また、校正装置は、検出プローブ接続手段が、Ｎ個の検出プローブをＮ点の光検出位置へと、第１の対応付け及び第２の対応付けのそれぞれで位置決めして接続させることが可能に構成された凹状の固定手段からなる構成を用いることが好ましい。これにより、光検出位置に対する検出プローブの接続を確実かつ簡単に切り換えることができる。
【００１７】
本発明による散乱吸収体計測システムは、光供給手段から供給された所定波長の光を散乱吸収体へと照射する照射プローブと、照射プローブから照射されて散乱吸収体の内部を伝搬した光を導くＮ個（Ｎは複数）の検出プローブと、Ｎ個の検出プローブのそれぞれによって導かれた光を検出して検出信号を出力するＮ個の光検出手段とを有する散乱吸収体計測装置と、上記した校正装置とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このような計測システムによれば、校正用の散乱吸収体を用いた校正測定において、２点以上設定される光検出位置のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を低減して、充分な精度で検出感度を校正することができる。したがって、校正された計測装置を用いて散乱吸収体に対して実際の測定を行った場合に、高精度で散乱吸収体の内部情報を取得することが可能となる。
【００１９】
さらに、散乱吸収体計測装置は、照射プローブを光照射位置へと接続し、Ｎ個の検出プローブのそれぞれを第１の対応付けでＮ点の光検出位置へと接続して行った校正測定での測定結果、及びＮ個の検出プローブのそれぞれを第２の対応付けでＮ点の光検出位置へと接続して行った校正測定での測定結果に基づいて、Ｎ個の検出プローブに対応する検出感度の校正を行う校正手段を備えることが好ましい。あるいは、計測装置から出力される校正測定での測定結果に基づいて、外部装置等で校正を行うことも可能である。
【００２０】
また、散乱吸収体計測装置は、Ｎ個の検出プローブとして第１検出プローブ及び第２検出プローブを備え、校正手段は、第１検出プローブ及び第２検出プローブに対応する検出感度の比を示す検出感度係数を算出することが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による散乱吸収体計測装置の校正方法、校正装置、及びそれを用いた散乱吸収体計測システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２２】
図１は、本発明による散乱吸収体計測システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。本散乱吸収体計測システムは、近赤外分光法を用いて散乱吸収体の内部情報を非侵襲的に計測するものであり、散乱吸収体計測装置Ａと、校正装置Ｂとを備えて構成されている。本計測システムの計測対象となる散乱吸収体としては、例えば生体などがある。また、測定される内部情報としては、例えば生体内でのヘモグロビンの相対濃度や酸素飽和度などがある。
【００２３】
散乱吸収体計測装置Ａは、光源１０と、光検出器２１、２２と、信号処理部２６、２７と、演算制御部１１とを備えている。光源１０は、測定対象となる散乱吸収体に対して所定波長の光を供給する光供給手段である。また、この光源１０に対して、照射プローブ３０が設けられている。照射プローブ３０は、その入力端が光源１０に接続されており、出力端がプローブヘッド３５となっている。このプローブヘッド３５を散乱吸収体に設定された光照射位置へと接続することにより、光源１０から供給された光が照射プローブ３０を介して散乱吸収体の内部に入射される。
【００２４】
光源１０としては、具体的な計測対象や計測方法などに応じて、所定の時間幅のパルス光を供給するレーザダイオード、発光ダイオード、各種のパルスレーザなどのパルス光源や、ＣＷ光を供給するＣＷ光源などから選択された光源が用いられる。また、光源１０から供給される光の波長については、散乱吸収体での被測定成分の光吸収特性などを考慮して、内部情報を得るために好適な波長（例えば近赤外域の波長）が選択される。また、この光の波長は、必要に応じて複数波長（例えば３波長）に設定される。
【００２５】
これらの光源１０及び照射プローブ３０から構成された光照射系に対し、散乱吸収体からの光を検出する光検出系として、検出プローブ３１、光検出器２１、及び信号処理部２６から構成された第１光検出系と、検出プローブ３２、光検出器２２、及び信号処理部２７から構成された第２光検出系との２つの光検出系が設置されている。
【００２６】
第１検出プローブ３１は、その出力端が第１光検出器２１に接続されており、入力端がプローブヘッド３６となっている。同様に、第２検出プローブ３２は、その出力端が第２光検出器２２に接続されており、入力端がプローブヘッド３７となっている。
【００２７】
本実施形態においては、検出プローブ３１、３２のプローブヘッド３６、３７は一体のプローブヘッド３８となっており、２個の検出プローブ３１、３２からなるデュアルプローブが構成されている。このプローブヘッド３８は、検出プローブ３１の入力端と検出プローブ３２の入力端とが所定の間隔となるように形成されている。検出プローブをこのような構成とすることにより、散乱吸収体へのプローブの着脱及び位置合わせを簡略化することができる。
【００２８】
このプローブヘッド３８を散乱吸収体に設定された２点の光検出位置へと接続することにより、照射プローブ３０から照射されて散乱吸収体の内部を伝搬した光が検出プローブ３１、３２を介して光検出器２１、２２へと導かれる。光検出器２１、２２は、それぞれ検出プローブ３１、３２を介して入力された光を検出して、その強度を示す検出信号を出力する。
【００２９】
光検出器２１、２２としては、具体的な光の波長などに応じて、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、光電子増倍管などが用いられる。また、照射プローブ３０、及び検出プローブ３１、３２としては、光ファイバなどの導光手段が用いられる。
【００３０】
第１光検出器２１からの検出信号は第１信号処理部２６に入力され、信号処理部２６において所定の信号処理が行われる。同様に、第２光検出器２２からの検出信号は第２信号処理部２７に入力され、信号処理部２７において所定の信号処理が行われる。信号処理部２６、２７において行われる信号処理としては、例えば、アンプによる検出信号の増幅、ＣＦＤによるノイズ信号の判別、ＴＡＣによる時間−振幅変換、Ａ／Ｄ変換器によるＡ−Ｄ変換などがある。
【００３１】
光照射系の光源１０、第１光検出系の信号処理部２６、及び第２光検出系の信号処理部２７は、本計測装置Ａの動作を制御するとともに必要な演算処理を行う演算制御部１１へと接続されている。演算制御部１１は、光源１０に対して散乱吸収体への光の供給タイミング等を指示するとともに、信号処理部２６、２７、及び光検出器２１、２２に対して散乱吸収体からの光の検出タイミング等を指示する。また、演算制御部１１は、測定結果として信号処理部２６、２７から入力される信号処理後の検出信号に基づいて、散乱吸収体の内部情報を導出するために必要な演算処理等を行う。
【００３２】
図１においては、この演算制御部１１に対して、計測者に測定結果等を表示するための表示部１６、及び計測者が演算制御部１１に対して必要な指示を行うための操作部１７が接続されている。また、演算制御部１１には、校正部１２が設けられている。校正部１２は、後述する校正測定を行った場合に、その測定結果に基づいて、２個の検出プローブ３１、３２に対応する各光検出系での検出感度の校正を行う。
【００３３】
図２は、図１に示した散乱吸収体計測装置Ａによる散乱吸収体の内部情報の計測方法を示す図である。計測対象となる散乱吸収体ＳＭには、計測装置Ａの構成に対応して、１点の光照射位置Ｑ０と、２点の光検出位置Ｑ１、Ｑ２とが設定される。そして、光照射位置Ｑ０に対して照射プローブ３０が接続される。また、第１光検出位置Ｑ１、第２光検出位置Ｑ２に対して、それぞれ第１検出プローブ３１、第２検出プローブ３２が接続される。
【００３４】
光照射系の光源１０から供給された所定波長の光は、照射プローブ３０を介して光照射位置Ｑ０から散乱吸収体ＳＭの内部へと入射される。入射された光は、散乱吸収体ＳＭの内部を散乱等しつつ伝搬し、例えば光路Ｌ１、Ｌ２のような伝搬経路を通ってその一部が光検出位置Ｑ１、Ｑ２へと到達する。
【００３５】
光検出位置Ｑ１に到達した光成分は、検出プローブ３１を介して光検出器２１へと導かれ、光検出器２１は、その光を検出して検出信号を出力する。検出信号は信号処理部２６で信号処理され、光検出位置Ｑ１での測定結果として処理後の検出信号が演算制御部１１に入力される。同様に、光検出位置Ｑ２に到達した光成分は、検出プローブ３２を介して光検出器２２へと導かれ、光検出器２２は、その光を検出して検出信号を出力する。検出信号は信号処理部２７で信号処理され、光検出位置Ｑ２での測定結果として処理後の検出信号が演算制御部１１に入力される。
【００３６】
演算制御部１１は、信号処理部２６、２７から入力された光検出位置Ｑ１、Ｑ２のそれぞれでの検出信号に基づいて、散乱吸収体ＳＭの内部での吸収係数やその時間変化等を算出する。また、算出された吸収係数などに対して所定の演算処理を行って、例えばヘモグロビンの相対濃度や酸素飽和度など、散乱吸収体ＳＭでの所望の内部情報を取得する。
【００３７】
以上の構成を有する計測装置Ａに対して、図１に示した散乱吸収体計測システムは、校正装置Ｂを備えている。校正装置Ｂは、散乱吸収体計測装置Ａに設けられている２個の検出プローブ３１、３２について、それぞれに対応する光検出系での検出感度の校正を行う際に用いられるものであり、校正用の散乱吸収体である校正用ファントム５０を有して構成されている。
【００３８】
図１に示した校正装置Ｂでは、校正用ファントム５０に対し、その所定の面上に１点の光照射位置Ｐ０と、２点の光検出位置Ｐ１、Ｐ２とが設定されている。
そして、光照射位置Ｐ０に対し、照射プローブ３０をファントム５０の光照射位置Ｐ０へと接続させるための照射プローブ接続部５６が設けられている。また、第１光検出位置Ｐ１、第２光検出位置Ｐ２に対し、検出プローブ３１、３２を所定の対応付けでファントム５０の光検出位置Ｐ１、Ｐ２へと接続させるための検出プローブ接続部５７が設けられている。
【００３９】
特に、本校正装置Ｂにおいては、上記した検出プローブ接続部５７が、検出プローブ３１、３２と、光検出位置Ｐ１、Ｐ２との対応付けを切り換えることが可能に構成されている。具体的には、第１検出プローブ３１、第２検出プローブ３２をそれぞれ第１光検出位置Ｐ１、第２光検出位置Ｐ２へと接続させる第１の対応付けと、第１検出プローブ３１、第２検出プローブ３２を入れ換えてそれぞれ第２光検出位置Ｐ２、第１光検出位置Ｐ１へと接続させる第２の対応付けとを切り換え可能に検出プローブ接続部５７が構成されている。
【００４０】
なお、図１においては、計測装置Ａの照射プローブ３０を校正装置Ｂの照射プローブ接続部５６へと接続するとともに、検出プローブ３１、３２を第１の対応付けで検出プローブ接続部５７へと接続した状態を図示している。実際の散乱吸収体に対して測定を行う場合には、これらのプローブ３０、３１、３２を校正装置Ｂから取り外し、散乱吸収体に対して接続して測定が行われる。
【００４１】
本実施形態による校正装置、及びそれを用いた散乱吸収体計測システムの効果について説明する。
【００４２】
図１に示した校正装置Ｂにおいては、照射プローブ３０と、２個の検出プローブ３１、３２とを備える計測装置Ａに対して、異なる２つの対応付けで検出プローブ３１、３２を光検出位置Ｐ１、Ｐ２へと接続して校正測定を行うことが可能なように検出プローブ接続部５７を構成している。
【００４３】
すなわち、散乱吸収体からの光を検出するために用意される光検出系では、検出プローブ３１、光検出器２１、及び信号処理部２６からなる第１光検出系と、検出プローブ３２、光検出器２２、及び信号処理部２７からなる第２光検出系とで、その検出感度に違いが生じる。このような検出感度の違いは、例えば、光ファイバなどからなる検出プローブやプローブヘッドでの光透過特性の違いや、光検出器及び信号処理部での出力特性、ゲイン特性の違いなどによって生じる。また、時間的な変化を考えると、検出プローブの製造、出荷時での光透過特性の違いや、計測装置を使用していく際の光ファイバの折れや汚れなどに起因する光透過特性の違いなども検出感度に影響する。
【００４４】
このような検出プローブ３１、３２に対応する各光検出系での検出感度について校正測定を行う場合、校正用ファントム５０としては、通常、アクリル製の拡散板及び光量調整板から構成されたファントムなどが用いられる。ただし、このようなファントムでは、２点の光検出位置Ｐ１、Ｐ２での光量に例えば３％程度のばらつきが生じる。
【００４５】
これに対して、上記のように、校正用ファントム５０の光検出位置Ｐ１、Ｐ２に対して対応付けを切り換えて検出プローブ３１、３２を接続することが可能な構成とすることにより、後述するように、検出プローブの個数に合わせて２点設定される光検出位置Ｐ１、Ｐ２のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を除去することができる。したがって、光量の均一性の精度にかかわらず高精度での検出感度の校正を実現することが可能となる。また、このような構成は、校正用の散乱吸収体での光量の均一性を高精度とする場合に比べて、低コストで実現可能である。
【００４６】
また、散乱吸収体計測装置Ａと、上記構成の校正装置Ｂとを備える図１に示した計測システムによれば、校正用ファントム５０を用いた校正測定において、光検出位置Ｐ１、Ｐ２のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を除去して、高精度で検出感度を校正することができる。したがって、校正された計測装置Ａを用いて散乱吸収体ＳＭに対して実際の測定を行った場合（図２参照）に、高精度で散乱吸収体ＳＭの内部情報を取得することが可能となる。
【００４７】
なお、図１においては、計測装置Ａを、光源１０、演算制御部１１、表示部１６、操作部１７、及び信号処理部２６、２７を含む本体部１と、光検出器２１、２２を含む光検出部２とから構成している。ただし、これらは全体で一体の装置として構成しても良い。
【００４８】
散乱吸収体計測システムにおける本発明による散乱吸収体計測装置の校正方法について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した散乱吸収体計測システムにおける検出感度の校正方法を示す図である。
【００４９】
図３（ａ）に示すように、校正用ファントム５０を有する校正装置Ｂには、光照射位置Ｐ０に照射プローブ３０を接続するための照射プローブ接続部５６と、光検出位置Ｐ１、Ｐ２に所定の対応付けで検出プローブ３１、３２のそれぞれを接続するための検出プローブ接続部５７とが設けられている。図１に示した計測システムでは、このような校正装置Ｂを用い、検出プローブ３１、３２と光検出位置Ｐ１、Ｐ２との対応付けを切り換えて２回の校正測定を行うことにより、検出プローブ３１、３２に対応する検出感度を校正する。
【００５０】
まず、１回目の校正測定では図３（ｂ）に示すように、校正用ファントム５０の接続部５６、５７に対して、下辺５０ａ側から照射プローブ３０のプローブヘッド３５、及び検出プローブ３１、３２からなるデュアルプローブのプローブヘッド３８を装着する。これにより、照射プローブ３０が光照射位置Ｐ０へと接続されると同時に、第１検出プローブ３１、第２検出プローブ３２が第１の対応付けでそれぞれ第１光検出位置Ｐ１、第２光検出位置Ｐ２へと接続される。
【００５１】
この接続状態で校正測定を行うと、光源１０から供給された光は、照射プローブ３０を通って光照射位置Ｐ０からファントム５０の内部へと入射される。そして、ファントム５０内を伝搬して光検出位置Ｐ１に到達した光成分は、検出プローブ３１を通って光検出器２１で検出される。また、光検出位置Ｐ２に到達した光成分は、検出プローブ３２を通って光検出器２２で検出される（第１測定ステップ）。
【００５２】
ここで、光照射位置Ｐ０から光検出位置Ｐ１、Ｐ２に到達する光成分の光量をそれぞれＩ１、Ｉ２、検出プローブ３１を含む第１光検出系での検出感度（信号ゲイン）をＧ１、検出プローブ３２を含む第２光検出系での検出感度をＧ２とする。このとき、１回目の校正測定において第１光検出系、第２光検出系のそれぞれで取得される検出信号Ｓ１１、Ｓ２１は、
Ｓ１１＝Ｉ１・Ｇ１
Ｓ２１＝Ｉ２・Ｇ２
となる。また、その信号比Ｒ１は、
Ｒ１＝Ｓ２１／Ｓ１１＝（Ｉ２・Ｇ２）／（Ｉ１・Ｇ１）
と求められる。
【００５３】
次に、２回目の校正測定では図３（ｃ）に示すように、校正用ファントム５０の接続部５６、５７に対して、上辺５０ｂ側から照射プローブ３０のプローブヘッド３５、及び検出プローブ３１、３２からなるデュアルプローブのプローブヘッド３８を装着する。これにより、照射プローブ３０が光照射位置Ｐ０へと接続されると同時に、第１検出プローブ３１、第２検出プローブ３２が第２の対応付けでそれぞれ第２光検出位置Ｐ２、第１光検出位置Ｐ１へと接続される。
【００５４】
この接続状態で校正測定を行うと、光源１０から供給された光は、照射プローブ３０を通って光照射位置Ｐ０からファントム５０の内部へと入射される。そして、ファントム５０内を伝搬して光検出位置Ｐ１に到達した光成分は、検出プローブ３２を通って光検出器２２で検出される。また、光検出位置Ｐ２に到達した光成分は、検出プローブ３１を通って光検出器２１で検出される（第２測定ステップ）。
【００５５】
このとき、２回目の校正測定において第１光検出系、第２光検出系のそれぞれで取得される検出信号Ｓ１２、Ｓ２２は、
Ｓ１２＝Ｉ２・Ｇ１
Ｓ２２＝Ｉ１・Ｇ２
となる。また、その信号比Ｒ２は、
Ｒ２＝Ｓ２２／Ｓ１２＝（Ｉ１・Ｇ２）／（Ｉ２・Ｇ１）
と求められる。
【００５６】
以上の第１測定ステップ、第２測定ステップでの測定結果に基づいて、２個の検出プローブ３１、３２に対応する検出感度の校正を行う（校正ステップ）。まず、信号比Ｒ１、Ｒ２からＲ１・Ｒ２を計算すると以下のようになる。
【００５７】
2004350863.tif 000003
したがって、第１光検出系及び第２光検出系での検出感度の比を示す検出感度係数Ｋは、２回の校正測定で得られた信号比Ｒ１、Ｒ２から
Ｋ＝Ｇ２／Ｇ１＝√（Ｒ１・Ｒ２）
として算出することができる。また、Ｒ１／Ｒ２により、光量比
Ｉ２／Ｉ１＝√（Ｒ１／Ｒ２）
が求められる。
【００５８】
図１に示した散乱吸収体計測システムでは、この検出感度係数Ｋの算出などの校正処理は、演算制御部１１に設けられた校正部１２によって行われる。また、得られた検出感度係数Ｋなどの校正結果は演算制御部１１に記憶され、実際の散乱吸収体に対する測定において用いられる。このように、異なる２つの対応付けで検出プローブを光検出位置へと接続してそれぞれ校正測定を行うことにより、２点の光検出位置のそれぞれにおける光量Ｉ１、Ｉ２のばらつきの影響を除去することができる。
【００５９】
例えば、実際の測定において、散乱吸収体上に設定された光照射位置Ｑ０に照射プローブ３０を接続し、検出プローブ３１、３２をそれぞれ第１光検出位置Ｑ１、第２光検出位置Ｑ２に接続して内部情報の時間変化を測定することを考える（図２参照）。この場合、時刻ｔで検出信号Ｓ１ｔ、Ｓ２ｔが得られたとすると、検出感度Ｇ１、Ｇ２の違いを除去した真の光量比Ｉ１ｔ／Ｉ２ｔは、上記した検出感度係数Ｋを用いて
Ｉ１ｔ／Ｉ２ｔ＝（Ｓ１ｔ／Ｓ２ｔ）・Ｋ
と求めることができる。
【００６０】
この検出感度係数Ｋは、検出プローブでの光ファイバの光透過特性や、信号処理回路でのゲイン特性など、光検出系内にある各部の特性の影響をすべて含んでいる。したがって、上記した校正方法によれば、校正装置Ｂの光検出位置Ｐ１、Ｐ２での光量の均一性の精度にかかわらず、上記した一連の校正操作により高精度で検出感度を校正することができる。
【００６１】
次に、図１に示した散乱吸収体計測システムに用いられる散乱吸収体計測装置Ａ、及び校正装置Ｂの具体的な構成例について説明する。
【００６２】
図４は、散乱吸収体計測装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。本構成例では、光検出器２１、２２からの検出信号を処理する各光検出系の信号処理部２６、２７は、計測装置内に設けられたＣＰＵ１ａへと接続されている。また、ＣＰＵ１ａには、さらに光照射系の光源１０が接続されている。このＣＰＵ１ａにおいて、本散乱吸収体計測装置において実行される散乱吸収体の内部情報の計測方法、及び計測装置の校正方法に対応する処理を行うための計測プログラム、及び校正プロブラムを実行することにより、図１に示した校正部１２を含む演算制御部１１の機能が実現される。また、信号処理部２６、２７としては、例えば上記したように、光検出器２１、２２側からアンプ、ＣＦＤ、ＴＡＣ、Ａ／Ｄ変換器が順に接続された構成が用いられる。
【００６３】
ＣＰＵ１ａには、計測及び校正の処理動作に必要な各ソフトウェアプログラムなどが記憶されるＲＯＭ１ｂと、プログラム実行中に一時的にデータが記憶されるＲＡＭ１ｃと、図１での表示部１６に対応するＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイなどの表示装置１ｄと、操作部１７に対応するキーボードやマウスなどの操作装置１ｅとが接続されている。このような構成により、図１に示した散乱吸収体計測装置Ａを実現することができる。
【００６４】
図５は、校正装置の具体的な構成の一例を示す斜視図である。本構成例では、校正装置Ｂは、校正用ファントム５０と、校正用ファントム５０を内部に格納するとともに上面が開放されたファントム格納部５１と、校正用ファントム５０の上面上に設けられたプローブ固定部５５と、校正用ファントム５０の上面を覆う蓋部５２とを備えている。また、蓋部５２は、プローブ固定部５５に対する照射プローブ３０、検出プローブ３１、３２の着脱等のため、図４に示すように左右に開放可能に構成されている。なお、ファントム５０の上面上に設定される１点の光照射位置、及び２点の光検出位置については、図１及び図３（ａ）に示した通りである。
【００６５】
プローブ固定部５５には、上記した照射プローブ接続部５６、及び検出プローブ接続部５７が設けられている。照射プローブ接続部５６は、照射プローブ３０をファントム５０上の光照射位置へと位置決めして接続させることが可能に構成された凹状の固定部からなる。また、検出プローブ接続部５７は、検出プローブ３１、３２をファントム５０上の２点の光検出位置へと、上記した第１の対応付け及び第２の対応付けのそれぞれで位置決めして接続させることが可能に構成された凹状の固定部からなる。
【００６６】
具体的には、照射プローブ接続部５６は、光照射位置に臨む円形開口状のプローブヘッド固定部６０と、プローブヘッド固定部６０から辺５０ａ、５０ｂへとそれぞれ伸びる直線凹状のプローブ固定部６１、６２とを有する。
【００６７】
この接続部５６に対し、計測装置Ａの照射プローブ３０は、そのプローブヘッド３５がプローブヘッド固定部６０に位置決め固定され、光ファイバ部分がプローブ固定部６１、６２の一方に固定される（図３（ｂ）及び（ｃ）参照）。これにより、照射プローブ３０がファントム５０の光照射位置へと接続される。
【００６８】
また、検出プローブ接続部５７は、２点の光検出位置に臨む矩形開口状のプローブヘッド固定部７０と、プローブヘッド固定部７０から辺５０ａへと所定の間隔で平行に伸びる直線凹状のプローブ固定部７１、７２と、プローブヘッド固定部７０から辺５０ｂへと所定の間隔で平行に伸びる直線凹状のプローブ固定部７３、７４とを有する。
【００６９】
この接続部５７に対し、第１の対応付けにおいては、計測装置Ａの検出プローブ３１、３２は、そのプローブヘッド３８がプローブヘッド３６を左側にしてプローブヘッド固定部７０に位置決め固定され、第１検出プローブ３１の光ファイバ部分が辺５０ａに伸びる左側のプローブ固定部７１に固定され、第２検出プローブ３２の光ファイバ部分が同じく右側のプローブ固定部７２に固定される（図３（ｂ）参照）。これにより、第１検出プローブ３１、第２検出プローブ３２がファントム５０の第１光検出位置Ｐ１、第２光検出位置Ｐ２へとそれぞれ接続される。
【００７０】
また、第２の対応付けにおいては、計測装置Ａの検出プローブ３１、３２は、そのプローブヘッド３８がプローブヘッド３７を左側にしてプローブヘッド固定部７０に位置決め固定され、第１検出プローブ３１の光ファイバ部分が辺５０ｂに伸びる右側のプローブ固定部７３に固定され、第２検出プローブ３２の光ファイバ部分が同じく左側のプローブ固定部７４に固定される（図３（ｃ）参照）。
これにより、第１検出プローブ３１、第２検出プローブ３２がファントム５０の第２光検出位置Ｐ２、第１光検出位置Ｐ１へとそれぞれ接続される。
【００７１】
このように、プローブ接続部５６、５７を凹状の固定部から構成することにより、光照射位置Ｐ０、光検出位置Ｐ１、Ｐ２に対する照射プローブ３０、検出プローブ３１、３２の接続を確実かつ簡単に切り換えることが可能となる。なお、照射プローブ３０については、２回の校正測定での測定条件をそろえる意味から上記のように検出プローブの対応付けの切り換えに併せて接続方向を切り換えることが好ましいが、切り換えを行わない構成としても良い。
【００７２】
本発明による散乱吸収体計測装置の校正方法、校正装置、及びそれを用いた散乱吸収体計測システムは、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した校正方法及び装置では、散乱吸収体計測装置が備える検出プローブを２個としたが、３個以上としても良い。
【００７３】
一般には、Ｎ個（Ｎは複数）の検出プローブを備える計測装置、及びそれに対応して校正用の散乱吸収体上に設定されたＮ点の光検出位置に対し、異なる２つの対応付けで検出プローブを光検出位置へと接続してそれぞれ校正測定を行うことにより、検出プローブの個数に合わせて２点以上設定される光検出位置のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を低減することができる。したがって、光量の均一性の精度にかかわらず充分な精度での検出感度の校正を低コストで実現することが可能となる。
【００７４】
また、上記実施形態では、２回の校正測定での測定結果を用いた検出感度の校正において、２個の検出プローブに対応する検出感度の比を示す検出感度係数を算出しているが、具体的な校正方法としては、これ以外の方法を用いても良い。
また、図１に示した計測システムでは、計測装置Ａ内に設けられた校正部１２において検出感度の校正を行っているが、このような校正部を設けずに、計測装置から出力される校正測定での測定結果に基づいて、外部装置等で校正を行うことも可能である。
【００７５】
【発明の効果】
本発明による散乱吸収体計測装置の校正方法、校正装置、及びそれを用いた散乱吸収体計測システムは、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。
すなわち、照射プローブと、２個以上の検出プローブとを備える計測装置に対して、異なる２つの対応付けで検出プローブを光検出位置へと接続してそれぞれ校正測定を行い、その測定結果に基づいて検出感度を校正することにより、検出プローブの個数に合わせて２点以上設定される光検出位置のそれぞれにおける光量のばらつきの影響を低減することができる。したがって、光量の均一性の精度にかかわらず充分な精度での検出感度の校正を低コストで実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】散乱吸収体計測装置及び校正装置を備える散乱吸収体計測システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】散乱吸収体計測装置による散乱吸収体の内部情報の計測方法を示す図である。
【図３】図１に示した散乱吸収体計測システムにおける検出感度の校正方法を示す図である。
【図４】散乱吸収体計測装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。
【図５】校正装置の具体的な構成の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ…散乱吸収体計測装置、１…本体部、２…光検出部、１０…光源、１１…演算制御部、１２…校正部、１６…表示部、１７…操作部、２１…第１光検出器、２２…第２光検出器、２６…第１信号処理部、２７…第２信号処理部、３０…照射プローブ、３１…第１検出プローブ、３２…第２検出プローブ、３５、３６、３７、３８…プローブヘッド、
Ｂ…校正装置、５０…校正用ファントム、５１…ファントム格納部、５２…蓋部、５５…プローブ固定部、５６…照射プローブ接続部、５７…検出プローブ接続部、６０…プローブヘッド固定部、６１、６２…プローブ固定部、７０…プローブヘッド固定部、７１、７２、７３、７４…プローブ固定部。
【図１】
2004350863.tif 000004
【図２】
2004350863.tif 000005
【図３】
2004350863.tif 000006
【図４】
2004350863.tif 000007
【図５】
2004350863.tif 000008