(57)【要約】【課題】  空間的な制約を受けることなく、チャンネル間でのクロストークを抑制することが可能な散乱吸収体計測装置、及び計測方法を提供する。【解決手段】  照射プローブ１１、及び検出プローブ６１、７１を有する計測モジュール１と、照射プローブ２１、及び検出プローブ８１、９１を有する計測モジュール２とで散乱吸収体計測装置を構成する。また、照射プローブ１１、２１に対する共通の光源であるパルス光源３０に対し、光源３０と照射プローブ２１との間に光遅延器２２を設け、パルス光が照射プローブ１１、２１から逐次に照射されるようにする。トリガ回路５０は、光源３０に対してパルス光の照射タイミングを指示するとともに、信号処理回路６２〜９２に対して、照射タイミングと同期したそれぞれでの光の検出タイミングを指示する。【選択図】  図１
2005049238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
散乱吸収体に対してその内部情報を非侵襲的に計測するためのパルス光を所定の光照射位置から照射する光照射手段、及び前記光照射手段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所定の光検出位置で検出する少なくとも１個の光検出手段をそれぞれ有するＮ個（Ｎは２以上の整数）の計測モジュールを備え、
前記Ｎ個の計測モジュールに対応するＮ個の前記光照射手段は、前記散乱吸収体に対して異なる照射タイミングで逐次に前記パルス光を照射し、前記光検出手段は、対応する前記光照射手段での前記照射タイミングと同期した検出タイミングで光を検出することを特徴とする散乱吸収体計測装置。
【請求項２】
前記Ｎ個の計測モジュールが有する前記光照射手段及び前記光検出手段のそれぞれに対して前記照射タイミングまたは前記検出タイミングを指示するタイミング指示手段を備えることを特徴とする請求項１記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項３】
前記照射タイミングが連続する２個の前記光照射手段の間での前記照射タイミングの間隔が１μｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項４】
Ｎ個の前記光照射手段において、それぞれ１個の前記光照射手段に対して前記パルス光を供給するようにＮ個の光源が設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項５】
Ｎ個の前記光照射手段において、それぞれ複数個の前記光照射手段に対して前記パルス光を供給するようにＭ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の光源が設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項６】
複数の前記光検出手段のうちの一部は、複数の前記計測モジュールによって共有されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の散乱吸収体計測装置。
【請求項７】
散乱吸収体に対してその内部情報を非侵襲的に計測するためのパルス光を所定の光照射位置から照射する光照射手段、及び前記光照射手段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所定の光検出位置で検出する少なくとも１個の光検出手段をそれぞれ有するＮ個（Ｎは２以上の整数）の計測モジュールを備える計測装置を用い、
前記Ｎ個の計測モジュールに対応するＮ個の前記光照射手段は、前記散乱吸収体に対して異なる照射タイミングで逐次に前記パルス光を照射し、前記光検出手段は、対応する前記光照射手段での前記照射タイミングと同期した検出タイミングで光を検出することを特徴とする散乱吸収体計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体などの散乱吸収体の内部情報を計測する散乱吸収体計測装置及び計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を用いた生体計測が非破壊、非侵襲の利点から注目されている。この計測方法においては、近赤外光などの所定波長の光を計測対象となる生体などの散乱吸収体に照射して、その内部を伝搬させる。そして、伝搬後に外部へと出射された光を光検出器にて検出し、その検出結果から散乱吸収体の内部情報（例えば生体における酸素化・脱酸素化ヘモグロビン濃度情報）を取得する。
【０００３】
また、この散乱吸収体計測を多チャンネル化し、同時多点計測を行うことにより、散乱吸収体の画像データを取得するなど様々な計測を行うことができる。このような近赤外光による散乱吸収体計測技術は、例えば生体における脳機能計測などに利用することができる。装置の小型化、低い拘束性、高い感度を得ることが可能な光による計測は、脳の賦活化を簡便に計測するのに適している（例えば特許文献１、２、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１８４８００号公報
【特許文献２】特開２００１−１７８７０８号公報
【非特許文献１】H.Eda et al., "Multichannel time-resolved optical tomographic imaging system", Review of Scientific Instruments Vol. 70, p.3595 (1999).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近赤外光による散乱吸収体の内部情報の計測方法としては、計測用の光としてＣＷ光を用いる方法、パルス光に対する検出光の時間分解波形を利用する時間分解分光法（ＴＲＳ法：Time Resolved Spectroscopy）、あるいは変調光を利用する位相変調分光法（ＰＭＳ法：Phase Modulation Spectroscopy）などが知られている。これらのうち、ＴＲＳ法は時間分解波形で検出光の時間成分を選択することによって散乱吸収体内での光路長を選択することができ、その内部情報を精度良く計測することができる。
【０００５】
一方、このような光を用いた計測では、散乱吸収体に対して光を照射する照射プローブと、散乱吸収体から光を取り出す検出プローブとを一定の間隔で配置して散乱吸収体計測のチャンネルを構成する必要がある。このような構成において多チャンネル計測を行おうとすると、隣接するチャンネル間での距離を充分に確保するなどの空間的な制約を受けることとなる。また、隣接するチャンネルを近接させて配置した場合には、チャンネル間でのクロストークが問題となる。
【０００６】
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、空間的な制約を受けることなく、チャンネル間でのクロストークを抑制することが可能な多チャンネルの散乱吸収体計測装置、及び計測方法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】
【０００７】
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は、散乱吸収体に対してその内部情報を非侵襲的に計測するためのパルス光を所定の光照射位置から照射する光照射手段、及び光照射手段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所定の光検出位置で検出する少なくとも１個の光検出手段をそれぞれ有するＮ個（Ｎは２以上の整数）の計測モジュールを備え、Ｎ個の計測モジュールに対応するＮ個の光照射手段は、散乱吸収体に対して異なる照射タイミングで逐次にパルス光を照射し、光検出手段は、対応する光照射手段での照射タイミングと同期した検出タイミングで光を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による散乱吸収体計測方法は、散乱吸収体に対してその内部情報を非侵襲的に計測するためのパルス光を所定の光照射位置から照射する光照射手段、及び光照射手段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所定の光検出位置で検出する少なくとも１個の光検出手段をそれぞれ有するＮ個（Ｎは２以上の整数）の計測モジュールを備える計測装置を用い、Ｎ個の計測モジュールに対応するＮ個の光照射手段は、散乱吸収体に対して異なる照射タイミングで逐次にパルス光を照射し、光検出手段は、対応する光照射手段での照射タイミングと同期した検出タイミングで光を検出することを特徴とする。
【０００９】
上記した散乱吸収体計測装置及び計測方法においては、光照射手段及び光検出手段から構成された計測モジュールを複数個設置して、多チャンネル計測を実現している。また、パルス光を用いるとともに、その照射タイミングと検出タイミングとを同期させることにより、ＴＲＳ法による計測が可能となっている。
【００１０】
また、Ｎ個の計測モジュールのそれぞれにおける光の照射及び検出を異なるタイミングで行うこととしている。これにより、隣接するチャンネルの計測モジュールが近接する場合であっても、チャンネル間でのクロストークが抑制される。また、計測モジュールの近接配置が許容されることにより、空間的な制約を受けることなく、所望の空間分解能で計測を行うことが可能となる。さらに、Ｎ個の計測モジュールで逐次光の照射及び検出を行って計測を一巡させている。これにより、散乱吸収体の内部情報の変化に対して、充分なリアルタイム性をもって内部情報を計測することができる。
【００１１】
ここで、計測装置は、Ｎ個の計測モジュールが有する光照射手段及び光検出手段のそれぞれに対して照射タイミングまたは検出タイミングを指示するタイミング指示手段を備えることが好ましい。これにより、計測装置の動作を好適に制御することができる。あるいは、外部装置等からタイミングを制御する構成としても良い。
【００１２】
また、照射タイミングが連続する２個の光照射手段の間での照射タイミングの間隔が１μｓｅｃ以下であることが好ましい。これにより、内部情報の計測のリアルタイム性を充分に確保することができる。また、このタイミング間隔については、１００ｎｓｅｃ以下の間隔、例えば５０〜６０ｎｓｅｃの間隔とすることがさらに好ましい。
【００１３】
光照射手段の構成については、Ｎ個の光照射手段において、それぞれ１個の光照射手段に対してパルス光を供給するようにＮ個の光源が設置された構成を用いることができる。あるいは、Ｎ個の光照射手段において、それぞれ複数個の光照射手段に対してパルス光を供給するようにＭ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の光源が設置された構成を用いることができる。
【００１４】
また、光検出手段の構成については、複数の光検出手段のうちの一部が、複数の計測モジュールによって共有された構成を用いても良い。あるいは、すべての光検出手段がそれぞれ１個の計測モジュールに属する構成であっても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による散乱吸収体計測装置、及び計測方法は、次のような効果を得る。すなわち、光照射手段及び光検出手段から構成された計測モジュールを複数個設置することにより、散乱吸収体の多チャンネル計測が実現される。また、パルス光を用いるとともに、その照射タイミングと検出タイミングとを同期させることにより、ＴＲＳ法による計測が可能となる。
【００１６】
また、Ｎ個の計測モジュールのそれぞれにおける光の照射及び検出を異なるタイミングで行うこととしている。これにより、隣接するチャンネルの計測モジュールが近接する場合であっても、チャンネル間でのクロストークが抑制される。また、計測モジュールの近接配置が許容されることにより、空間的な制約を受けることなく、所望の空間分解能で計測を行うことが可能となる。さらに、Ｎ個の計測モジュールで逐次光の照射及び検出を行って計測を一巡させている。これにより、散乱吸収体の内部情報の変化に対して、充分なリアルタイム性をもって内部情報を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面とともに本発明による散乱吸収体計測装置、及び計測方法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。
【００１８】
図１は、本発明による散乱吸収体計測装置の第１実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。また、図２は、図１に示した散乱吸収体計測装置を用いた散乱吸収体計測方法を示す模式図である。本散乱吸収体計測装置は、近赤外光などの光によるＴＲＳ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る。本計測装置で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、計測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。
【００１９】
図１に示す計測装置は、第１計測モジュール１、及び第２計測モジュール２の２個の計測モジュールを備えている。
【００２０】
第１計測モジュール１は、照射プローブ１１を含む光照射手段と、第１検出プローブ６１を含む第１光検出手段と、第２検出プローブ７１を含む第２光検出手段とを有している。照射プローブ１１は、散乱吸収体ＳＭ（図２参照）上に設定された光照射位置Ｐ10に対して配置されている。また、この照射プローブ１１には、散乱吸収体ＳＭに対してその内部情報を非侵襲的に計測するためのパルス光（例えばピコ秒パルス光）を供給するパルス光源３０が光ファイバなどの光学系を介して接続され、これによって本計測モジュール１における光照射手段が構成されている。光源３０から供給された所定波長のパルス光は、光ファイバ及び照射プローブ１１を通過し、散乱吸収体ＳＭに対して光照射位置Ｐ10から照射される。なお、パルス光源３０としては、具体的な計測方法等に応じて、１波長のパルス光を供給する短パルス光源、または図２に例示するようにそれぞれ異なる波長のパルス光を供給する複数の短パルス光源からなる光源ユニットが用いられる。
【００２１】
検出プローブ６１は、散乱吸収体ＳＭ上に設定された第１光検出位置Ｐ11に対して配置されている。また、この検出プローブ６１には、照射プローブ１１から照射されて散乱吸収体ＳＭの内部を伝搬した光を検出するための光検出器６０が光ファイバなどの光学系を介して接続され、これによって第１光検出手段が構成されている。散乱吸収体ＳＭの光検出位置Ｐ11へ入射された光は、検出プローブ６１及び光ファイバを通過し、光検出器６０においてその光強度が検出される。また、検出プローブ６１及び光検出器６０の間には、検出プローブ６１から光検出器６０への光の通過を制御するシャッター６１ａが設置されている。
【００２２】
同様に、検出プローブ７１は、散乱吸収体ＳＭ上に設定された第２光検出位置Ｐ12に対して配置されている。また、この検出プローブ７１には、光検出器７０が光ファイバ等を介して接続され、これによって第２光検出手段が構成されている。散乱吸収体ＳＭの光検出位置Ｐ12へ入射された光は、検出プローブ７１及び光ファイバを通過し、光検出器７０においてその光強度が検出される。また、検出プローブ７１及び光検出器７０の間には、シャッター７１ａが設置されている。
【００２３】
また、光検出器６０、７０から出力される検出信号に対して、それぞれ信号処理回路６２、７２、Ａ／Ｄ変換器６３、７３、メモリ６４、７４が設けられている。これらの回路系は、離散的なパルス状の光を検出して積算する時間相関単一光子計数法を用いた計測が可能なように構成されている。
【００２４】
具体的には、信号処理回路６２、７２は、光検出器６０、７０からの検出信号に対し、検出光の強度情報または時間情報等を取得するために必要な信号処理を行う。この信号処理回路６２、７２は、例えば図２に示すように、入力した光による検出信号とノイズ信号とを弁別する波高弁別器（ＣＦＤ）６２ａ、７２ａ、及び時間情報を電圧に変換する時間−振幅変換器（ＴＡＣ）６２ｂ、７２ｂから構成することができる。
【００２５】
また、Ａ／Ｄ変換器６３、７３は、信号処理回路６２、７２からの電気信号をデジタル信号へと変換する。そして、Ａ／Ｄ変換器６３、７３から出力されたデジタル信号は、それぞれヒストグラムメモリ６４、７４に格納されて、検出光の時間分解波形の生成、及びそれを用いた散乱吸収体ＳＭの内部情報の導出などに用いられる。なお、光検出器６０、７０としては、図２に例示する光電子増倍管（ＰＭＴ）やフォトダイオードなど、様々な光検出器を用いることができる。
【００２６】
一方、第２計測モジュール２は、照射プローブ２１を含む光照射手段と、第１検出プローブ８１を含む第１光検出手段と、第２検出プローブ９１を含む第２光検出手段とを有している。照射プローブ２１は、散乱吸収体ＳＭ上に設定された光照射位置Ｐ20に対して配置されている。また、この照射プローブ２１には、パルス光源３０が光ファイバ等を介して接続され、これによって本計測モジュール２における光照射手段が構成されている。すなわち、本実施形態においては、１個のパルス光源３０が２個の計測モジュール１、２に対する共通の光源として設置されており、光源３０から供給されたパルス光が分岐されて計測モジュール１、２において用いられている。
【００２７】
また、計測モジュール２においては、光源３０と照射プローブ２１との間に、光源３０から供給されたパルス光を所定時間ΔＴだけ遅延させる光遅延器２２が設けられている。光源３０から供給された所定波長のパルス光は、光ファイバ、光遅延器２２、及び照射プローブ２１を通過し、散乱吸収体ＳＭに対して光照射位置Ｐ20から照射される。光遅延器２２としては、例えば所定長さ（光路長）の光ファイバを用いることができる。
【００２８】
検出プローブ８１は、散乱吸収体ＳＭ上に設定された第１光検出位置Ｐ21に対して配置されている。また、この検出プローブ８１には、光検出器８０が光ファイバ等を介して接続され、これによって第１光検出手段が構成されている。散乱吸収体ＳＭの光検出位置Ｐ21へ入射された光は、検出プローブ８１及び光ファイバを通過し、光検出器８０においてその光強度が検出される。また、検出プローブ８１及び光検出器８０の間には、シャッター８１ａが設置されている。
【００２９】
同様に、検出プローブ９１は、散乱吸収体ＳＭ上に設定された第２光検出位置Ｐ22に対して配置されている。また、この検出プローブ９１には、光検出器９０が光ファイバ等を介して接続され、これによって第２光検出手段が構成されている。散乱吸収体ＳＭの光検出位置Ｐ22へ入射された光は、検出プローブ９１及び光ファイバを通過し、光検出器９０においてその光強度が検出される。また、検出プローブ９１及び光検出器９０の間には、シャッター９１ａが設置されている。
【００３０】
また、光検出器８０、９０から出力される検出信号に対して、それぞれ信号処理回路８２、９２、Ａ／Ｄ変換器８３、９３、メモリ８４、９４が設けられている。計測モジュール２におけるこれらの回路系の構成は、計測モジュール１における回路系と同様である。
【００３１】
これらの計測モジュール１、２を備える計測装置に対して、計測装置の各部の動作タイミングを制御するトリガ回路５０が設置されている。このトリガ回路５０は、計測モジュール１、２が有する光照射手段及び光検出手段のそれぞれに対してパルス光の照射タイミングまたは光の検出タイミングを指示するタイミング指示手段である。
【００３２】
図３は、図１に示した散乱吸収体計測装置の動作を示すタイミングチャートである。ここで、図３（ａ）は計測モジュール１、２において照射されるパルス光を示し、図３（ｂ）は計測モジュール１の信号処理回路に入力される検出信号及びトリガ信号を示し、図３（ｃ）は計測モジュール２の信号処理回路に入力される検出信号及びトリガ信号を示している。
【００３３】
本実施形態においては、トリガ回路５０は、図３（ａ）〜（ｃ）に破線Ｓt0で示すように、１個のパルス光源３０に対して、計測モジュール１、２のそれぞれにおける照射プローブ１１、２１からのパルス光の照射タイミングを指示するトリガ信号を送出する。
【００３４】
トリガ信号に応じて光源３０から出射されたパルス光は、計測モジュール１では、光遅延器を介さずに、照射プローブ１１から所定の照射タイミングでパルス光Ａ1として散乱吸収体ＳＭに照射される。また、計測モジュール２では、光遅延器２２で所定時間ΔＴだけ遅延され、照射プローブ２１からパルス光Ａ2として散乱吸収体ＳＭに照射される（図３（ａ））。これにより、２個の計測モジュール１、２に対応する照射プローブ１１、２１から、散乱吸収体ＳＭに対してタイミング間隔ΔＴの異なる照射タイミングで逐次にパルス光が照射される。
【００３５】
第１計測モジュール１において照射プローブ１１からパルス光Ａ1が照射されると、光路Ｌ11（図２参照）を通った光成分が検出プローブ６１へと到達し、光検出器６０によって検出される。光検出器６０で検出された検出信号はＣＦＤ６２ａへ送られ、ＣＦＤ６２ａはパルス光Ａ1の照射タイミングから時間Ｔ1だけ遅れた検出信号Ｃ1を出力する（図３（ｂ））。光検出器７０による光路Ｌ12を通った光成分の検出も同様に行われる。
【００３６】
一方、トリガ回路５０は、この計測モジュール１に属する２個の信号処理回路６２、７２に対して、照射プローブ１１からのパルス光Ａ1の照射タイミングに同期した所定の検出タイミングで光を検出するためのトリガ信号を送出する。例えば、ＣＦＤ６２ａからの検出信号Ｃ1がＴＡＣ６２ｂに対してスタート信号として入力されている場合、トリガ回路５０は、ＴＡＣ６２ｂでストップ信号として用いられるパルス光Ａ1の照射タイミングから時間Ｔ0だけ遅れたトリガ信号Ｂ1を送出する（図３（ｂ））。これにより、光検出器６０の検出信号が時間分解計測される。光検出器７０から信号処理回路７２へと入力された検出信号の時間分解計測も同様に行われる。
【００３７】
続いて、第２計測モジュール２において照射プローブ２１からパルス光Ａ2が照射されると、光路Ｌ21を通った光成分が検出プローブ８１へと到達し、光検出器８０によって検出される。光検出器８０で検出された検出信号はＣＦＤ８２ａへ送られ、ＣＦＤ８２ａはパルス光Ａ2の照射タイミングから時間Ｔ2だけ遅れた検出信号Ｃ2を出力する（図３（ｃ））。光検出器９０による光路Ｌ22を通った光成分の検出も同様に行われる。
【００３８】
一方、トリガ回路５０は、この計測モジュール２に属する２個の信号処理回路８２、９２に対して、照射プローブ２１からのパルス光Ａ2の照射タイミングに同期した所定の検出タイミングで光を検出するためのトリガ信号、例えばＴＡＣでのストップ信号として用いられるトリガ信号Ｂ2、を送出する（図３（ｃ））。これにより、光検出器８０からの検出信号、及び光検出器９０からの検出信号が時間分解計測される。
【００３９】
以上により、２個の計測モジュール１、２で逐次光の照射及び検出を行う計測の一巡が終了する。そして、このような計測を多数回にわたって繰返し、それらの検出結果を積算することにより、ＴＲＳ法による散乱吸収体の内部情報の計測に用いられる検出光の時間分解波形が得られる。図３（ｄ）においては、その例として、図３（ｂ）に示した計測モジュール１での検出信号Ｃ1及びトリガ信号Ｂ1により求めた時間−電圧変換信号を積算した時間分解波形Ｄ1を示している。なお、トリガ回路５０は、信号処理回路に加えて、検出プローブ及び光検出器の間に設けられたシャッターの動作タイミング等をも併せて制御しても良い。また、ゲーティング機能を備えた光検出器を使用する場合には、シャッターに替えて、光検出器をＯＮ／ＯＦＦさせるゲート動作のタイミングをトリガ回路５０から制御しても良い。
【００４０】
また、図１〜図３においては、簡単のため、計測モジュールの個数を２個としているが、一般には、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の計測モジュールを備えて計測装置を構成することができる。また、各計測モジュールが有する光検出手段（検出プローブ）の個数については、一般には少なくとも１個、すなわち１個または複数個とすることができる。
【００４１】
上記実施形態による散乱吸収体計測装置、及び計測方法の効果について説明する。
【００４２】
図１〜図３に示した計測装置、及び計測方法においては、照射プローブを含む光照射手段、及び検出プローブを含む光検出手段から構成された計測モジュールを複数個設置することによって、画像データの取得等が可能な多チャンネルでの散乱吸収体計測が実現されている。また、計測用の光としてＣＷ光ではなくパルス光を用いるとともに、光照射手段でのパルス光の照射タイミングと、対応する光検出手段での光の検出タイミングとを同期させることにより、ＴＲＳ法による計測が可能となっている。
【００４３】
また、２個の計測モジュール１、２のそれぞれにおける光の照射及び検出を、互いに異なるタイミングで行うこととしている。これにより、隣接するチャンネルの計測モジュール１、２が散乱吸収体ＳＭ上で近接して配置される場合であっても、チャンネル間でのクロストークが抑制される。さらに、このクロストークの抑制により、計測モジュールの近接配置が許容される。これにより、空間的な制約を受けることなく、所望の空間分解能で計測を行うことが可能となる。
【００４４】
図４は、散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の一例を示す図である。この図では、４個の計測モジュール１Ａ〜４Ａが近接配置された構成例を示している。これらの計測モジュール１Ａ〜４Ａのうち、左上の計測モジュール１Ａは、照射プローブ１００と、照射プローブ１００を中心とする正方形の各頂点に配置された４個の検出プローブ１０１〜１０４とを有して構成されている。また、左下の計測モジュール２Ａ、右上の計測モジュール３Ａ、及び右下の計測モジュール４Ａについても同様の構成となっている。
【００４５】
生体計測等においてその内部情報に時間変化がある場合、各計測モジュールでの光の照射及び検出は同時に行われることが好ましい。しかしながら、図４に示したような構成では、計測モジュール１Ａ〜４Ａでの各照射プローブからのパルス光の照射を同時に行うと、例えば、計測モジュール２Ａに属する検出プローブのうちで計測モジュール１Ａ側に位置する検出プローブ２０１、２０３には、計測モジュール２Ａの照射プローブ２００からの光のみでなく、隣接する計測モジュール１Ａの照射プローブ１００からの光も入射してしまい、チャンネル間でのクロストークが発生する。
【００４６】
これに対して、光の照射及び検出を上記のように異なるタイミングで逐次に行うことにより、図５（ａ）〜（ｄ）に図４に示す構成例での動作のタイミングチャートを示すように、隣接するチャンネル間でのクロストークの発生を防止しつつ計測を行うことができる。
【００４７】
また、上記実施形態の計測装置及び計測方法では、Ｎ個（図１に示した例では２個、図４に示した例では４個）の計測モジュールで逐次に光の照射及び検出を行って計測を一巡させ、それを複数回にわたって繰返して検出光の時間分解計測を行っている。
【００４８】
例えば、図３（ｄ）に示したような検出光の積算時間分解波形を得る方法としては、計測モジュールで多数回の計測を連続的に行って積算時間分解波形を取得するとともに、そのような計測を順に各計測モジュールで行う方法が考えられる
（例えば、H.Eda et al., Review of Scientific Instruments Vol. 70, p.3595 (1999). （非特許文献１）を参照）。しかしながら、このような方法では、１個の計測モジュールにおいて時間分解波形を得るために多数回の計測を行わなければならず、計測モジュール毎に計測タイミングが大きくずれる（例えば１〜数秒程度）こととなる。このような計測タイミングのずれは、例えば、生体内の酸素化、脱酸素化ヘモグロビンの経時変化を計測するような場合に特に問題となる。
【００４９】
これに対して、複数の計測モジュールでの計測を、１回ずつ計測モジュールを切り換えて逐次に行うことにより、計測モジュール間での計測タイミングのずれはパルス光の照射タイミングの間隔ΔＴ程度となる。これにより、散乱吸収体の内部情報の変化に対して、充分なリアルタイム性をもって内部情報を計測することが可能となる。
【００５０】
この計測タイミングについては、パルス光の照射タイミングが連続する２個の光照射手段（２個の計測モジュール）の間での照射タイミングの間隔ΔＴを１μｓｅｃ以下とすることが好ましい。これにより、例えば生体計測レベル（約１００ｍｓｅｃ以上）などの散乱吸収体の計測レベルに対して、内部情報の計測のリアルタイム性を充分に確保することができる。また、このタイミング間隔ΔＴについては、１００ｎｓｅｃ以下の間隔、例えば５０〜６０ｎｓｅｃの間隔とすることがさらに好ましい。
【００５１】
また、図１に示した構成では、計測装置において、計測モジュール１、２に対して光の照射タイミング及び検出タイミングを指示するタイミング指示手段としてトリガ回路５０を設けている。これにより、計測装置の動作を好適に制御することができる。ただし、このようなタイミングの指示については、外部装置等からタイミングを制御する構成としても良い。
【００５２】
なお、特開２００１−１７８７０８号公報（特許文献２）には、複数の光照射器及び光検出器を被検査体上に配置することが記載されている。しかしながら、この装置では、単に光照射器と光検出器を交互に配置した構成となっており、複数の計測モジュールからなる構成とはなっていない。これに対して、図１に示した計測装置では、光照射手段と光検出手段とを対応付けて計測モジュールを構成してそれを複数個設置し、各計測モジュールにおいて光の照射と検出とを同期させた時間分解計測を行うとともに、複数の計測モジュール間での逐次計測を行っている。これにより、上述したように、空間的な制約を受けることなく、かつ、チャンネル間でのクロストークを抑制することが可能な多チャンネルの計測装置を実現することができる。
【００５３】
また、複数の計測モジュールを備える計測装置の構成については、上述したように、一般には、光照射手段、及び少なくとも１個の光検出手段をそれぞれ有するＮ個（Ｎは２以上の整数）の計測モジュールを備える計測装置に対して、上記した構成を適用することができる。また、それらの計測モジュールの配置についても、様々な配置を用いることができる。
【００５４】
図６、及び図７（ａ）〜（ｃ）は、散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の他の例を示す図である。図６に示す構成例では、図４に示した計測モジュール１Ａ〜４Ａと同様の構成を有する４個の計測モジュール１Ｂ〜４Ｂが、互いに一部重なり合うように配置されている。この場合には、隣接する光検出位置間の距離は、図４の場合の略１／２である。このように、上記構成の計測装置及び計測方法によれば、散乱吸収体に対して照射プローブ及び検出プローブを高密度で配置して、高分解能で計測を行うことが可能である。
【００５５】
図７（ａ）〜（ｃ）では、計測対象の散乱吸収体として生体の頭部を想定した場合の計測モジュールの配置例を示している。いずれの配置例においても、各計測モジュールの中心に照射プローブが位置し、その周辺に複数の検出プローブが配置された構成となっている。
【００５６】
図７（ａ）の構成例では、正六角形のプローブ配置を有する２個の計測モジュール１Ｃ、２Ｃが、クロストークが問題とならない充分な距離をおいて配置されている。また、図７（ｂ）の構成例では、正五角形のプローブ配置を有する２個の計測モジュール１Ｄ、２Ｄが、互いに一部重なり合うように配置されている。また、図７（ｃ）の構成例では、長方形のプローブ配置を有する３個の計測モジュール１Ｅ、２Ｅ、３Ｅが、互いに近接または一部重なり合うように配置されている。
【００５７】
このように、本発明による散乱吸収体計測装置においては、様々な計測モジュールの配置を適用することが可能である。ただし、各計測モジュールの構成については、正多角形のプローブ配置など、光照射位置−光検出位置間の距離が等しくなるプローブ配置とすることが好ましい。
【００５８】
なお、照射プローブと検出プローブとが極めて近い位置、または同じ位置にある場合、検出プローブに接続されている光検出器を保護するため、メカニカルまたは液晶等によるシャッターで遮光を行うことが好ましい。また、ゲーティング機能を備えた光検出器を使用する場合には、光検出器をＯＮ／ＯＦＦさせるゲート動作のタイミングをトリガ回路５０から制御することが好ましい。その場合、照射プローブから光を照射している間、光検出器の動作を停止させるようなゲート動作を行えば良い。なお、ゲーティングとは、ＰＭＴを例にすると、計測において電気的にＰＭＴをスイッチングして、所望の時間幅の信号のみを計測することをいう。このゲーティング機能を利用すれば、シャッターに替えて、過大な光入射から光検出器を保護することができる。また、高速の光検出器として、ストリークカメラを用いても良い。また、照射プローブ及び検出プローブとしては、検出用光ファイバが照射用光ファイバを中心として周上に複数配置されたバンドルファイバを用いても良い。
【００５９】
上記構成の計測装置及び計測方法による隣接チャンネル間でのクロストークの抑制効果についてさらに説明する。
【００６０】
図８は、光照射位置−光検出位置間の距離を変えたときの時間分解波形データを示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間（ｃｈａｎｎｅｌ）を、縦軸はカウント数（ｌｏｇ）を示している。また、グラフＧ１は光照射位置−光検出位置間の距離＝４ｃｍでの波形データ、グラフＧ２は距離＝６ｃｍでの波形データ、グラフＧ３は距離＝８ｃｍでの波形データ、グラフＧ４は距離＝１０ｃｍでの波形データをそれぞれ示している。なお、横軸は、２０００ｃｈが約５０ｎｓｅｃに相当している。
【００６１】
この波形データでは、散乱吸収体に照射するパルス光として、波長７６０、８００、８３０ｎｍの３波長の短パルスレーザ光を用いている。これに対応して、図８に示す各グラフでは、３波長に対応する３つのピークを持つ時間分解波形が得られている。また、光照射位置−光検出位置間の距離が離れるほど光強度が低下するためにピーク高さが低くなっており、ピークの重心位置は時間遅れのために後方にずれている。
【００６２】
実際の計測を行う際の光照射位置−光検出位置間の距離は、例えば２．５ｃｍ〜４ｃｍ程度である。図９に示すように、計測モジュール１における照射プローブ１００と検出プローブ１０１との距離を４ｃｍ、隣接する計測モジュール２の照射プローブ２００と検出プローブ１０１との距離を６ｃｍとすると、図８のグラフＧ１、Ｇ２からわかるように、照射プローブ１００、２００から同時にパルス光を照射した場合には、隣接する計測モジュール間でのクロストークの影響は小さくない。
【００６３】
これに対して、例えば隣接する計測モジュール２の照射プローブ２００と検出プローブ１０１との距離を８ｃｍ以上とすれば、クロストークの影響は低減されるが、一方で計測モジュール同士を近接して配置できず、計測に大きな制約がつくこととなる。さらに、図１０（ａ）に示すように隣接する計測モジュール１、２同士が接する場合、あるいは図１０（ｂ）に示すように隣接する計測モジュール１、２同士が一部重なり合う場合には、正確な計測が不可能となってしまう。
【００６４】
例えば、図１０（ａ）に示す構成では、４ｃｍ離れた照射プローブ２００からの光が、検出プローブ１０１において図１１（ａ）のグラフに示すように計測される。これに対して、図１０（ａ）に示す構成において、複数の計測モジュールで逐次に同期計測を行う上記方法によれば、照射プローブ２００からの光は、検出プローブ１０１においては図１１（ｂ）のグラフに示すように計測されない。このように、複数の計測モジュールでの計測タイミングの間隔を適切（例えば５０ｎｓｅｃ）に設定して逐次計測を行うことにより、プローブ配置等に関して空間的な制約を受けることなく、かつ、チャンネル間でのクロストークを抑制することが可能となる。
【００６５】
次に、上記した計測装置及び計測方法において用いられるＴＲＳ法による散乱吸収体の内部情報の計測、及びその利点等について、生体における酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）及び脱酸素化ヘモグロビン（Ｈｂ）の濃度計測を例として説明する。
【００６６】
光を用いた生体計測では、生体内の酸素を直接計測することができないが、酸素代謝に関与する血液中のヘモグロビンなどの色素蛋白は、酸素と結合した状態と解離した状態とで光の吸収スペクトルが異なるため、これを利用して間接的に生体内の酸素代謝についての情報を得ることができる。
【００６７】
酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトル（光吸収特性の波長依存性）を図１２に示す。ヘモグロビンの吸収スペクトルでは、６００ｎｍ以下の波長領域では光の減衰が大きく透過光を計測することは難しいが、近赤外光（生体内で減衰の小さい波長、例えば、波長７００〜１１００ｎｍの光）を用いれば、そのような透過光計測が可能である。
【００６８】
生体組織を透過した近赤外光に対する吸光度Ａは、Beer-Lambert則を応用して、ほぼ以下の（１）式のように表される。
【００６９】
【数１】
2005049238.tif 000003
ここで、Ｉ0は入射光量、Ｉは透過光量、εHbO2はＨｂＯ2の吸光係数、εHbはＨｂの吸光係数、［ＨｂＯ2］は酸素化ヘモグロビンの濃度、［Ｈｂ］は脱酸素化ヘモグロビンの濃度、Ｌは実効的光路長、Ｓは散乱による減光度である。実際にこの（１）式を用いてヘモグロビンの濃度を算出する場合には、近赤外光領域内にあるいくつかの波長の光が用いられる。図１２には、その例として、７６０ｎｍ、８００ｎｍ、８３０ｎｍの３つの波長を示している。
【００７０】
このような光計測において、計測用の光としてＣＷ光を用いる計測方法では、検出される光の散乱吸収体内での光路長に関する情報が不足することが定量測定を行う上で問題となる。一方、パルス光を用いたＴＲＳ法による計測方法では、光路長に関する情報を含む様々な情報を得ることができるという利点がある。
【００７１】
生体などの散乱吸収体内での光の振舞いは、光に対する散乱係数、吸収係数、及び光照射位置−光検出位置間の距離を関数とした光拡散方程式によって記述される。例えば、半無限媒質に対して時間的に充分短いパルス光を入射した場合、入射点と同一面上の位置ｒでの時刻ｔにおける光強度Ｒ（ρ，ｔ）は、（２）式で表される。
【００７２】
【数２】
2005049238.tif 000004
ここで、ρ（ｃｍ）は光検出器の位置、ｔ（ｓｅｃ）はパルス光が入射されてからの時間、Ｄ（ｃｍ）は拡散係数Ｄ＝１／３μs’、μs’（ｃｍ-1）は等価散乱係数、ｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）は媒質中での光の速度、ｚ0（ｃｍ）はｚ0＝１／μs’、μa（ｃｍ-1）は吸収係数である。パルス光を用いたＴＲＳ法による散乱吸収体計測で得られる時間分解波形を、この光拡散方程式を用いて解析することにより、光に対する吸収係数及び散乱係数が算出される。そして、吸収係数と、吸収物質（例えばヘモグロビン）の濃度との関係を利用することにより、散乱吸収体内での吸収物質の濃度定量が可能となる。
【００７３】
このような散乱吸収体計測方法を用いた光マッピングや光ＣＴでは、例えば、生体内での酸素濃度の分布を２次元または３次元的に求めることが目標の１つとなっている。光ＣＴは、ＰＥＴやｆＭＲＩなどに比べて簡便、安全、かつ非侵襲に連続して計測可能な画像診断方法として注目されている。このような光マッピング（２次元または３次元を含む）や光ＣＴによる画像再構成を行うためには、生体についての多くの内部情報を取得することが必要となるが、ＣＷ光を用いた計測では得られる情報が限られる。これに対して、ＴＲＳ法を用いた計測では、１つの光源−光検出器のペアでも例えば５００点以上のデータから構成される波形データにより非常に多くの情報を取得することができ、画像再構成等を行う上で有利である。
【００７４】
図１３は、ＴＲＳ法を用いた散乱吸収体計測によって得られる時間分解波形の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間ｔ（ｎｓ）を示し、縦軸は検出される光強度（ａ．ｕ．）を示している。このような波形データにおいて、ｔ＝ｔ1＝２ｎｓでの時間成分、ｔ2＝８ｎｓでの時間成分、及びｔ3＝２０ｎｓでの時間成分をそれぞれ選択することを考える。
【００７５】
図１４は、（ａ）ｔ＝ｔ1、（ｂ）ｔ＝ｔ2、及び（ｃ）ｔ＝ｔ3で検出された光成分に対応する散乱吸収体ＳＭ内での光路分布を模式的に示す図である。ここでは１辺が８０ｍｍの２次元平面モデルを用い、光照射位置Ｐ0と光検出位置Ｐ1との距離を７５ｍｍとしている。
【００７６】
光照射位置Ｐ0と光検出位置Ｐ1との間で図１３に示した時間分解波形データを取得した場合、その波形データでは、検出時間ｔによって対応する光成分の散乱吸収体ＳＭ内での光路分布が変化する。具体的には、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、時間ｔが遅くなると散乱吸収体ＳＭ内での光路長が長くなり、その光路分布の深さが深くなる。したがって、ＴＲＳ法によって計測を行い、得られた時間分解波形データで検出時間ｔによって光成分を選択することにより、同一の計測位置Ｐ0、Ｐ1で、散乱吸収体内での深さ情報を選択することができる。
【００７７】
ＴＲＳ法における散乱吸収体内での深さ情報の選択について、図１５を用いてさらに説明する。ここでは、図１５（ａ）に示すプローブ配置において、散乱吸収体上に設定された３つの計測位置Ｐ0、Ｐ1、Ｐ2を用いた計測を考える。これらの計測位置は、Ｐ1、Ｐ0、Ｐ2の順で等間隔に並んでいる。
【００７８】
このような構成において、計測対象となる散乱吸収体ＳＭに対して、各計測位置が設定されている表面から深さｄまでの領域（第１層）Ｒ1と、深さｄ以上の領域（第２層）Ｒ2とを、内部情報を得ようとする領域として設定する。このような領域は、例えば、生体計測においてその表皮から体内への層構造に対応して設定される。
【００７９】
このように複数の計測領域を設定した場合、ＣＷ光を用いた計測方法では深さ情報を選択することができないため、図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように、計測位置間の距離を変えることが必要となる。すなわち、浅い領域Ｒ1について計測を行うには、Ｐ0を光照射位置、Ｐ1、Ｐ2を光検出位置として、光照射位置−光検出位置間の距離を短くする。一方、深い領域Ｒ2について計測を行うには、Ｐ1を光照射位置、Ｐ2を光検出位置として、光照射位置−光検出位置間の距離を長くする。このような計測では、光照射位置及び光検出位置を切り換える必要があるために、領域Ｒ1、Ｒ2のデータを同時には取得することができない。また、計測位置Ｐ1については、光照射手段及び光検出手段の両方の機能を兼ねる同軸ファイバなどのプローブを用いる必要がある。
【００８０】
これに対して、ＴＲＳ法を用いた計測方法では、上述したように検出時間ｔで光成分を選択することによって深さ情報を選択することができる。したがって、図１５（ｂ）、（ｄ）に示すように、Ｐ0を光照射位置、Ｐ1、Ｐ2を光検出位置とした同一の配置のままで、領域Ｒ1、Ｒ2のそれぞれについて同時に計測を行うことができる。このように、ＴＲＳ法を用いた散乱吸収体計測では、時間分解波形データによって非常に多くの情報を効率的に取得することが可能である。
【００８１】
本発明による散乱吸収体計測装置、及び計測方法についてさらに説明する。
【００８２】
図１６は、本発明による散乱吸収体計測装置の第２実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。図１６に示す計測装置は、第１計測モジュール１、及び第２計測モジュール２の２個の計測モジュールを備えている。
【００８３】
第１計測モジュール１は、照射プローブ１１を含む光照射手段と、第１検出プローブ６１を含む第１光検出手段と、第２検出プローブ７１を含む第２光検出手段とを有している。これらのうち、光照射手段における照射プローブ１１、第１光検出手段における検出プローブ６１、光検出器６０、及び回路系、第２光検出手段における検出プローブ７１、光検出器７０、及び回路系の構成については、図１に示した構成と同様である。
【００８４】
照射プローブ１１には、散乱吸収体ＳＭ（図２参照）に対してその内部情報を非侵襲的に計測するためのパルス光を供給するパルス光源１０が光ファイバなどの光学系を介して接続され、これによって本計測モジュール１における光照射手段が構成されている。光源１０から供給された所定波長のパルス光は、光ファイバ及び照射プローブ１１を通過し、散乱吸収体ＳＭに対して光照射位置Ｐ10から照射される。
【００８５】
一方、第２計測モジュール２は、照射プローブ２１を含む光照射手段と、第１検出プローブ８１を含む第１光検出手段と、第２検出プローブ９１を含む第２光検出手段とを有している。これらのうち、光照射手段における照射プローブ２１、第１光検出手段における検出プローブ８１、光検出器８０、及び回路系、第２光検出手段における検出プローブ９１、光検出器９０、及び回路系の構成については、図１に示した構成と同様である。
【００８６】
照射プローブ２１には、パルス光源２０が光ファイバ等を介して接続され、これによって本計測モジュール２における光照射手段が構成されている。すなわち、本実施形態においては、２個のパルス光源１０、２０が２個の計測モジュール１、２に対する個別の光源として設置されており、光源１０、２０から供給されたパルス光がそれぞれ計測モジュール１、２において用いられている。光源２０から供給された所定波長のパルス光は、光ファイバ及び照射プローブ２１を通過し、散乱吸収体ＳＭに対して光照射位置Ｐ20から照射される。
【００８７】
これらの計測モジュール１、２を備える計測装置に対して、計測装置の各部の動作タイミングを制御するトリガ回路５０が設置されている。このトリガ回路５０は、計測モジュール１、２が有する光照射手段及び光検出手段のそれぞれに対してパルス光の照射タイミングまたは光の検出タイミングを指示するタイミング指示手段である。
【００８８】
図１７は、図１６に示した散乱吸収体計測装置の動作を示すタイミングチャートである。ここで、図１７（ａ）は計測モジュール１において照射されるパルス光を示し、図１７（ｂ）は計測モジュール１の信号処理回路に入力される検出信号及びトリガ信号を示し、図１７（ｃ）は計測モジュール２において照射されるパルス光を示し、図１７（ｄ）は計測モジュール２の信号処理回路に入力される検出信号及びトリガ信号を示している。
【００８９】
本実施形態においては、トリガ回路５０は、図１７（ａ）、（ｂ）に破線Ｓt1で、また、図１７（ｃ）、（ｄ）に破線Ｓt2で示すように、２個のパルス光源１０、２０のそれぞれに対して、計測モジュール１、２のそれぞれにおける照射プローブ１１、２１からのパルス光の照射タイミングを指示するトリガ信号を送出する。
【００９０】
トリガ信号に応じて光源１０、２０から出射されたパルス光は、計測モジュール１、２のいずれにおいても、光遅延器等を介さずに、照射プローブ１１、２１から所定の照射タイミングでパルス光Ａ1、Ａ2として散乱吸収体ＳＭに照射される。また、パルス光源２０に対するトリガ信号は、パルス光源１０に対するトリガ信号から所定時間ΔＴだけ遅延して送出される（図１７（ａ）、（ｃ））。これにより、２個の計測モジュール１、２に対応する照射プローブ１１、２１から、散乱吸収体ＳＭに対してタイミング間隔ΔＴの異なる照射タイミングで逐次にパルス光が照射される。
【００９１】
第１計測モジュール１において照射プローブ１１からパルス光Ａ1が照射されると、検出プローブ６１へと到達した光成分が、光検出器６０によって検出される。光検出器６０は、この検出光に対応して、パルス光Ａ1の照射タイミングから時間Ｔ1だけ遅れた検出信号Ｃ1を出力する（図１７（ｂ））。光検出器７０による光成分の検出も同様に行われる。
【００９２】
一方、トリガ回路５０からの光源１０に対するトリガ信号は分岐されて、この計測モジュール１に属する２個の信号処理回路６２、７２に対しても送られている。分岐されたトリガ信号は遅延回路５１を介し、照射プローブ１１からのパルス光Ａ1の照射タイミングに同期した所定の検出タイミングで光を検出するためのトリガ信号、例えばＴＡＣでのストップ信号として用いられるトリガ信号Ｂ1、として信号処理回路６２、７２へと入力される（図１７（ｂ））。これにより、光検出器６０からの検出信号、及び光検出器７０からの検出信号が時間分解計測される。
【００９３】
続いて、第２計測モジュール２において照射プローブ２１からパルス光Ａ2が照射されると、検出プローブ８１へと到達した光成分が、光検出器８０によって検出される。光検出器８０は、この検出光に対応して、パルス光Ａ2の照射タイミングから時間Ｔ2だけ遅れた検出信号Ｃ2を出力する（図１７（ｄ））。光検出器９０による光成分の検出も同様に行われる。
【００９４】
一方、トリガ回路５０からの光源２０に対するトリガ信号は分岐されて、この計測モジュール２に属する２個の信号処理回路８２、９２に対しても送られている。分岐されたトリガ信号は遅延回路５２を介し、照射プローブ２１からのパルス光Ａ2の照射タイミングに同期した所定の検出タイミングで光を検出するためのトリガ信号、例えばＴＡＣでのストップ信号として用いられるトリガ信号Ｂ2、として信号処理回路８２、９２へと入力される（図１７（ｄ））。これにより、光検出器８０からの検出信号、及び光検出器９０からの検出信号が時間分解計測される。
【００９５】
以上により、２個の計測モジュール１、２で逐次光の照射及び検出を行う計測の一巡が終了する。そして、このような計測を多数回にわたって繰返し、それらの検出結果を積算することにより、ＴＲＳ法による散乱吸収体の内部情報の計測に用いられる検出光の時間分解波形が得られる。なお、トリガ回路５０は、信号処理回路に加えて、検出プローブ及び光検出器の間に設けられたシャッターの動作タイミング等をも併せて制御しても良い。また、ゲーティング機能を備えた光検出器を使用する場合には、シャッターに替えて、光検出器をＯＮ／ＯＦＦさせるゲート動作のタイミングをトリガ回路５０から制御しても良い。
【００９６】
上記実施形態による散乱吸収体計測装置、及び計測方法の効果について説明する。
【００９７】
図１６、１７に示した計測装置、及び計測方法においては、計測モジュールを複数個設置することによって、多チャンネルでの散乱吸収体計測が実現されている。また、パルス光を用いるとともに、パルス光の照射タイミングと光の検出タイミングとを同期させることにより、ＴＲＳ法による計測が可能となっている。
【００９８】
また、２個の計測モジュール１、２のそれぞれにおける光の照射及び検出を、互いに異なるタイミングで行うこととしている。これにより、隣接するチャンネルの計測モジュール１、２が散乱吸収体ＳＭ上で近接して配置される場合であっても、チャンネル間でのクロストークが抑制される。さらに、計測モジュールの近接配置が許容される。これにより、空間的な制約を受けることなく、所望の空間分解能で計測を行うことが可能となる。
【００９９】
また、上記実施形態の計測装置及び計測方法では、Ｎ個（図１６に示した例では２個）の計測モジュールで逐次に光の照射及び検出を行って計測を一巡させ、それを複数回にわたって繰返して検出光の時間分解計測を行っている。このように、複数の計測モジュールでの計測を、１回ずつ計測モジュールを切り換えて逐次に行うことにより、計測モジュール間での計測タイミングのずれはパルス光の照射タイミングの間隔ΔＴ程度となる。これにより、散乱吸収体の内部情報の変化に対して、充分なリアルタイム性をもって内部情報を計測することが可能となる。
【０１００】
本発明による散乱吸収体計測装置、及び計測方法は、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、各計測モジュールに設けられる光検出手段（検出プローブ）の個数については、１個または複数個で適宜設定して良い。また、照射プローブ及び検出プローブの具体的な配置等についても、様々な構成を用いることができる。
【０１０１】
また、散乱吸収体に対してパルス光を照射する光照射手段の構成については、図１６に示したような構成では、一般には、Ｎ個の光照射手段において、それぞれ１個の光照射手段に対してパルス光を供給するようにＮ個の光源が設置された構成となる。また、図１に示したような構成では、一般には、Ｎ個の光照射手段において、それぞれ複数個の光照射手段に対してパルス光を供給するようにＭ個（Ｍは１以上Ｎ未満の整数）の光源が設置された構成となる。また、パルス光の照射の切り換えについては、光スイッチ等を用いても良い。
【０１０２】
また、光検出手段の構成については、上記した実施形態では、すべての光検出手段（検出プローブ）がそれぞれ１個の計測モジュールに属する構成となっている。これに対して、各計測モジュールに設けられる光検出手段のうちの一部が、複数の計測モジュールによって共有された構成を用いても良い。
【０１０３】
図１８に、そのような計測モジュールの配置例を示す。この例では、照射プローブ１１を含む第１計測モジュール１と、照射プローブ２１を含む第２計測モジュール２とによって、１個の検出プローブ４１が共有されている。
【０１０４】
図１９は、図１８に示したプローブ構成を用いた場合における、図１に示した計測装置の構成の変形例を示すブロック図である。また、図２０は、図１８に示したプローブ構成を用いた場合における、図１６に示した計測装置の構成の変形例を示すブロック図である。なお、図１９、図２０においては、それぞれ図１、図１６と同様の構成となる部分については図示を省略している。
【０１０５】
これらの構成例では、検出プローブ４１が照射プローブ１１、２１の両者からの光の検出に用いられることに対応して、シャッター４１ａ、光検出器４０、信号処理回路４２、及びＡ／Ｄ変換器４３の後段に設けられるヒストグラムメモリとして、計測モジュール１での計測に対して用いられる第１メモリ４６と、計測モジュール２での計測に対して用いられる第２メモリ４７との２つのメモリを設けている。また、Ａ／Ｄ変換器４３と、２つのメモリ４６、４７との間には、セレクタ４５が設けられている。
【０１０６】
このような構成において、光の検出タイミング指示のためにトリガ回路５０から信号処理回路４２へと送出されるトリガ信号が、セレクタ４５に入力されている。セレクタ４５は、トリガ回路５０からの指示信号にしたがい、パルス光を照射したのが照射プローブ１１、２１のどちらであるかに対応して、Ａ／Ｄ変換器４３からのデジタルデータの格納先をメモリ４６、４７へと振り分ける。これにより、検出プローブ４１が計測モジュール１、２で共有されている場合であっても、それぞれに対応するデータを別々に取得することができる。
【０１０７】
このように、光検出手段の構成については、光検出手段のうちの一部が複数の計測モジュールによって共有される構成を含めて、様々な構成を用いることができる。また、検出プローブが共有される構成や、１つのプローブが照射プローブと検出プローブとに兼用される構成等を用いることにより、計測データの取得数を増加させることができる。
【０１０８】
図２１（ａ）〜（ｃ）は、散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の他の例を示す図である。ここで、各図において、プローブ間を結ぶ破線は計測データを取得可能な計測点（データ取得区間）を示している。また、隣接するプローブ間の距離は３ｃｍである。これらの図２１（ａ）〜（ｃ）に示す構成は、内側に４個の照射プローブ（白丸）を配置し、外側に１２個の検出プローブ（黒丸）を配置した同様の構成となっているが、検出プローブの共有などの条件が異なっている。
【０１０９】
図２１（ａ）では、内側の４個のプローブを照射プローブのみに用い、外側の１２個の検出プローブをそれぞれ１個の照射プローブに対応させて用いている。この場合、計測データを取得可能な計測点は１２点となる。また、図２１（ｂ）では、内側の４個のプローブが照射プローブと検出プローブとに兼用される構成となっている。この場合、計測点は図２１（ａ）よりも２点多い１４点となる。
【０１１０】
さらに、図２１（ｃ）では、内側の４個のプローブが照射プローブと検出プローブとに兼用されるとともに、検出プローブが複数の照射プローブ（計測モジュール）によって共有される構成となっている。この場合、計測点は図２１（ｂ）によりもさらに１２点多い２６点となる。このように、プローブの共有や兼用により、計測データの取得数が増加し、画像化の条件により適したものとなる。
【０１１１】
ただし、図２１（ｂ）及び（ｃ）に示すようにプローブが照射プローブと検出プローブとに兼用される構成では、そのプローブが照射プローブとして使用される場合に検出プローブとしての機能を停止する必要があるため、電源を高速にＯＮ／ＯＦＦできるＰＭＴを用いることが好ましい。また、図２１（ｃ）に示すように検出プローブが複数の計測モジュールに共有される場合には、そのデータ割振りを高速に行うため、ソフトウエアレベルではなくハードウエアレベルで順次メモリ等を切り換えてデータを蓄えることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】散乱吸収体計測装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した計測装置を用いた散乱吸収体計測方法を示す模式図である。
【図３】図１に示した計測装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の一例を示す図である。
【図５】図４に示す構成例での計測装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の一例を示す図である。
【図７】散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の一例を示す図である。
【図８】光照射位置−光検出位置間の距離を変えたときの時間分解波形データを示すグラフである。
【図９】隣接する計測モジュールの位置関係を示す図である。
【図１０】隣接する計測モジュールの位置関係を示す図である。
【図１１】隣接する計測モジュールからの光による時間分解波形データを示すグラフである。
【図１２】酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルを示すグラフである。
【図１３】時間分解波形の一例を示すグラフである。
【図１４】（ａ）ｔ＝ｔ1、（ｂ）ｔ＝ｔ2、及び（ｃ）ｔ＝ｔ3で検出された光成分に対応する散乱吸収体内での光路分布を模式的に示す図である。
【図１５】ＴＲＳ法における散乱吸収体内での深さ情報の選択について示す図である。
【図１６】散乱吸収体計測装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１７】図１６に示した計測装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１８】散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の一例を示す図である。
【図１９】図１に示した計測装置の構成の変形例を示すブロック図である。
【図２０】図１６に示した計測装置の構成の変形例を示すブロック図である。
【図２１】散乱吸収体に対する計測モジュールの配置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１…第１計測モジュール、１０…パルス光源、１１…照射プローブ、６０、７０…光検出器、６１、７１…検出プローブ、６１ａ、７１ａ…シャッター、６２、７２…信号処理回路、６３、７３…Ａ／Ｄ変換器、６４、７４…メモリ、
２…第２計測モジュール、２０…パルス光源、２１…照射プローブ、２２…光遅延器、８０、９０…光検出器、８１、９１…検出プローブ、８１ａ、９１ａ…シャッター、８２、９２…信号処理回路、８３、９３…Ａ／Ｄ変換器、８４、９４…メモリ、
３０…パルス光源、５０…トリガ回路、５１、５２…遅延回路、４０…光検出器、４１…検出プローブ、４１ａ…シャッター、４２…信号処理回路、４３…Ａ／Ｄ変換器、４５…セレクタ、４６、４７…メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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