(57)【要約】【課題】  水の状態に関する情報を用いて、試料の状態を判別する情報取得装置及び情報取得方法を提供する。【解決手段】  テラヘルツ波を試料の照射位置に照射する照射部１０４と、前記試料を透過した又は前記試料で反射したテラヘルツ波を検出する検出部１０７と、検出部の検出結果を用いて、前記照射位置に含まれる水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比に関する情報を取得する情報取得部１２３と、前記存在比に関する情報に基づいて、前記照射位置の状態を判別する判別部１２５と、を有し、前記存在比に関する情報は、情報取得部が、検出部の検出結果を用いて取得した複数の異なる周波数のそれぞれにおける光学特性値を用いて取得される情報取得装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の情報を取得する情報取得装置であって、
テラヘルツ波を前記試料の照射位置に照射する照射部と、
前記試料を透過した又は前記試料で反射したテラヘルツ波を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果を用いて、前記照射位置に含まれる水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比に関する情報を取得する情報取得部と、
前記存在比に関する情報に基づいて、前記照射位置の状態を判別する判別部と、を有し、
前記情報取得部は、前記検出部の検出結果を用いて取得した複数の周波数のそれぞれにおける光学特性値を用いて、前記存在比に関する情報を取得する
ことを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
前記存在比に関する情報は、水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度又は分子間伸縮振動モードの振動強度と、非水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度と、の比である
ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項３】
前記存在比に関する情報は、水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数又は分子間伸縮振動モードに対応する周波数における前記光学特性値と、非水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数における前記光学特性値と、の比である
ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項４】
前記存在比に関する情報は、水素結合性自由水の緩和モード又は水素結合性自由水の分子間伸縮振動モードに対応する第１の周波数より所定の周波数低い周波数における前記光学特性値と前記第１の周波数より前記所定の周波数高い周波数における前記光学特性値とを用いて取得した第１の変化量と、非水素結合性自由水の緩和モードに対応する第２の周波数より前記所定の周波数低い周波数における前記光学特性値と前記第２の周波数より前記所定の周波数高い周波数における前記光学特性値とを用いて取得した第２の変化量と、の比である
ことを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項５】
前記照射部からのテラヘルツ波は、パルス波であり、
前記情報取得部は、前記検出部の検出結果を用いて時間波形を取得し、前記時間波形を用いて前記複数の異なる周波数のそれぞれにおける光学特性値を取得する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項６】
前記複数の異なる周波数のそれぞれにおける光学特性値は、周波数スペクトルである
ことを特徴とする請求項５に記載の情報取得装置。
【請求項７】
前記照射部は、前記複数の異なる周波数のテラヘルツ波のそれぞれの連続波を発生する複数の発生部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項８】
前記複数の異なる周波数は、水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数又は分子間伸縮振動モードに対応する周波数と、非水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数と、を含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項９】
前記複数の異なる周波数は、０．０２ＴＨｚ又は５．０ＴＨｚと、０．５ＴＨｚとを含む
ことを特徴とする請求項８に記載の情報取得装置。
【請求項１０】
前記複数の異なる周波数は、水素結合性自由水の緩和モード又は分子間伸縮振動モードに対応する第１の周波数より所定の周波数低い周波数と、前記第１の周波数より前記所定の周波数高い周波数と、非水素結合性自由水の緩和モードに対応する第２の周波数より前記所定の周波数低い周波数と、前記第２の周波数より前記所定の周波数高い周波数と、を含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１１】
前記光学特性値は、複素誘電率実部又は複素誘電率虚部又は複素屈折率である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１２】
前記試料は生体組織である
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１３】
前記判別部は、前記存在比に関する情報と基準値とを比較することにより前記照射位置の状態を判別する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１４】
前記判別部は、前記存在比に関する情報と前記基準値とを比較し、前記存在比に関する情報が前記基準値の許容範囲内であるか否かに基づいて前記照射位置の状態を判別する
ことを特徴とする請求項１３に記載の情報取得装置。
【請求項１５】
前記基準値は、前記試料又は前記試料と同じ光学特性を有する物質の第一の状態の領域に含まれる水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比に関する情報であり、
前記判別部は、前記照射位置の前記存在比に関する情報が前記基準値の許容範囲内であれば前記照射位置を第一の状態と判別し、前記差の絶対値が許容範囲内でない場合は前記照射位置を第二の状態と判別する
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の情報取得装置。
【請求項１６】
前記第一の状態は、生体組織又は前記生体組織と同一種、同一臓器が正常な状態であり、
前記第二の状態は、前記生体組織又は前記生体組織と同一種、同一臓器が異常な状態である
ことを特徴とする請求項１５に記載の情報取得装置。
【請求項１７】
前記判別部で判別した複数の前記照射位置の状態に基づいて前記試料の画像を形成する画像形成部を有する
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１８】
試料の照射位置にテラヘルツ波を照射し、前記試料を透過した又は前記試料で反射したテラヘルツ波を検出した検出結果を用いて、試料の情報を取得する情報取得方法であって、
前記検出結果を用いて、複数の異なる周波数のそれぞれにおける光学特性値を取得する第１の情報取得ステップと、
前記複数の異なる周波数のそれぞれにおける光学特性値を用いて前記照射位置に含まれる水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比に関する情報を取得する第２の情報取得ステップと、
前記存在比に関する情報に基づいて、前記照射位置の状態を判別する判別ステップと、を有する
ことを特徴とする情報取得方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の情報取得方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の情報を取得する情報取得装置及び情報取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、３０ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下の範囲のうち、任意の周波数帯域の成分を有する電磁波である。この周波数帯域では、水素結合性自由水及び非水素結合性自由水等の緩和モードや分子間振動モード等を直接観測できる。よって、テラヘルツ波を用いれば、複数の異なる状態の水を観測することができる。非特許文献１では、テラヘルツ波領域の分光情報を利用して、水の状態に関する情報を抽出する方法を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｋｅｉｉｃｈｉｒｏ  Ｓｈｉｒａｇａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｍｉｌｌｉ  Ｔｅｒａｈｚ  Ｗａｖｅｓ，（２０１４），３５，４９３−５０２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような水の状態に関する情報を用いて試料の状態を判別したい場合、例えば試料が生体組織等の場合には、個体差等があり、水の状態に関する状態を取得しただけでは、試料の状態を判別することができない。非特許文献１では水の状態が異なる試料の状態判別については記載されておらず、水の状態の違いから試料の状態の判別を行うことができない。
【０００５】
本発明は、係る課題を鑑みてなされたもので、水の状態に関する情報を用いて、試料の状態を判別する情報取得装置及び情報取得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】
【０００６】
本発明の一側面としての情報取得装置は、試料の情報を取得する情報取得装置であって、テラヘルツ波を前記試料の照射位置に照射する照射部と、前記試料を透過した又は前記試料で反射したテラヘルツ波を検出する検出部と、前記検出部の検出結果を用いて、前記照射位置に含まれる水素結合性自由水と非水素結合性自由水との存在比に関する情報を取得する情報取得部と、前記存在比に関する情報に基づいて、前記照射位置の状態を判別する判別部と、を有し、前記存在比に関する情報は、前記情報取得部が、前記検出部の検出結果を用いて取得した複数の異なる周波数のそれぞれにおける光学特性値を用いて取得されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一側面としての情報取得装置によれば、水の状態に関する情報を用いて、試料の状態を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の情報取得装置の構成を説明する模式図。
【図２】第１の実施形態の情報取得方法を表すフローチャート。
【図３】第１の実施形態の試料の複素誘電率実部のスペクトルを説明する図。
【図４】（ａ）は第２の実施形態における試料の複素誘電率実部のスペクトルにおける水の状態の寄与を説明する図、（ｂ）は第２の実施形態における試料の複素誘電率実部の値の変化量から水の状態の寄与を抽出する方法を説明する図。
【図５】第３の実施形態の情報取得装置の構成を説明する模式図。
【図６】（ａ）は実施例１のラット脳生組織切片の複素誘電率実部のスペクトル、（ｂ）は実施例１のラット脳生組織切片の複素誘電率虚部のスペクトル。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以降の実施形態では、水の状態の情報を用いて試料の状態判別を行うことができる情報取得装置及び情報取得方法について述べる。
【００１０】
水と水以外の他の物質とが混合すると、水は、他の物質に水素結合を介して直接結合する結合水と、結合水以外の自由水（他の物質と結びつきのない水）とに分けられることがある。結合水と結合する物質として、生体内に存在するタンパク質や核酸、コラーゲン、糖類、食品等に含まれる炭水化物等があげられる。
【００１１】
自由水は、バルクの水と同様の性質を持ち、水分子同士は水素結合している。しかし、自由水では、ピコ秒からサブピコ秒の時間スケールで常に水結結合の形成と切断とを繰り返している。そのため、自由水の中では瞬間的に周囲の水分子と水素結合を形成していない水分子が生じる。このような自由水を非水素結合性自由水、周囲の水分子と水素結合を形成している自由水を水素結合性自由水と言う。このように、水には様々な異なる状態が存在する。
【００１２】
テラヘルツ波の周波数領域（テラヘルツ波領域）では、主に物質の緩和モードや分子間振動モード等が観測され、分子によっては分子内振動モードも観測される。結合水と自由水では緩和モードの減衰時間が異なり、タンパク質等に結合し運動を制限されている結合水の減衰時間は、自由水の減衰時間より長くなる。そのため、結合水の緩和モードは主に５ＧＨｚ以下の領域に観測され、テラヘルツ波領域では、主に自由水の緩和モードが観測される。
【００１３】
自由水の緩和モードは、さらに水素結合性自由水の緩和モードと非水素結合性自由水の緩和モードとに分けられる。非水素結合性自由水は、水素結合による周囲からの束縛がないため運動しやすく、緩和の減衰時間が短くなるため、水素結合性自由水より高周波側に観測される。具体的には、水素結合性自由水の緩和時間は６ｐｓ程度、非水素結合性自由水の緩和時間は２５０ｆｓ程度とされており、それぞれ０．０２ＴＨｚ付近、０．５ＴＨｚ付近に分散や吸収等が観測される。また、水素結合性自由水では、水素結合を形成している水分子間の分子間伸縮振動も５ＴＨｚ付近に観測される。つまり、テラヘルツ波領域では、自由水の中でも特に水素結合性自由水と非水素結合性自由水とを区別して観測することができる。
【００１４】
試料の状態を判別する場合、試料が水を含むものであれば、分光情報や重量情報等、様々な手法により取得した水の量の情報を利用することができる。しかし、水を含む試料では、実際には水の量だけでなく水の状態も異なることがある。そのため、試料の水の状態の情報を得ることができれば、水の量の情報を必要とせずに試料の状態を判別できる。
【００１５】
例えば、試料として水を多く含む生体組織を用いる場合、含まれている水の状態は純水や蒸留水等の一般的なバルク水とは異なる。細胞内には多くのタンパク質等が存在しているため、細胞内の水には結合水と自由水とが存在し、さらに自由水には水素結合性自由水と非水素結合性自由水が存在する。一般的な細胞内には、自由水の水素結合を破壊する構造破壊性イオンの１つであるカリウムイオンが多く存在するため、一般的なバルク水と比較して非水素結合性自由水が増加する。細胞の状態が変化すると、カリウムイオンを含め様々なイオン濃度が変化することがある。例えば、がん細胞では正常細胞と比較して細胞内のカリウムイオンが減ると言われている（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，（１９８１），９０，７６９−７７７）。つまり、がん細胞では、正常細胞と比較して水素結合性自由水が増加し、非水素結合性自由水が減るため、テラヘルツ波領域でこれら２種類の自由水が存在する割合（存在比）を取得できれば試料としての生体組織の状態判別ができる。
【００１６】
生体組織は８割程度が水分であるため、テラヘルツ波領域の光学特性値は水の量を反映する。例えば、水の量が多いほど屈折率や吸収係数の値は高くなる。しかし、試料として生体組織を用いる場合、水の量は生体の個体による差があるため、生体組織の光学特性値に個体差が生じる。つまり、テラヘルツ波領域の光学特性値から水の存在比を取得する場合、光学特性値そのものを使用すると、個体による水の量の違いが含まれる。
【００１７】
そのため、各実施形態では、個体差に起因する水の量の違いを低減した値を判別に利用する。その手順として、まずは、水素結合性自由水と非水素結合性自由水とのそれぞれが試料の測定点に存在している量を反映した値を求める。具体的には、測定点の測定結果を用いて取得した光学特性値に対する、水素結合性自由水と非水素結合性自由水のそれぞれの寄与の大きさを表すパラメータの値を取得する。このパラメータの値は、試料の測定点内における水素結合性自由水と非水素結合性自由水とのそれぞれの存在量を反映するパラメータの値とも言える。
【００１８】
得られたパラメータの値には、個体差と状態の違いとが反映されている。そこで、それぞれのパラメータの値の比をとることで個体差による水の量の違いの影響を低減する。このパラメータの値の比は、水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比を反映した値であり、この値の違いは試料の状態の違いを反映する。以降の各実施形態では、水素結合性自由水と非水素結合性自由水の寄与の大きさを表すパラメータの値の比に反映される、異なる状態の水の存在比を判別に使用する。
【００１９】
なお、本発明の実施形態によれば、がん細胞と正常細胞の違いに限らず、水素結合性自由水と非水素結合性自由水の割合が異なる組織等であれば判別できる。
【００２０】
以下、具体的な実施形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の情報取得装置１００（以下、「装置１００」と呼ぶ）について、図１を参照して説明する。本実施形態では、装置１００としてテラヘルツ波パルスを用いた時間領域分光（ＴＨｚ−ＴＤＳ：ＴＨｚ  Ｔｉｍｅ―Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を使用する。
【００２２】
装置１００の構成について、図１を参照して説明する。図１は、装置１００の構成を説明する模式図である。装置１００は、光源１０１、ハーフミラー１０２、レンズ１０３、１１２、ミラー対１０８、可動ステージ１０９、ミラー１１１、照射部１０４、試料部１０５、放物面鏡１０６、検出部１０７、アンプ１１３、ロックインアンプ１１４及び処理部１３０を有する。処理部１３０は、制御部１２１、波形取得部１２２、情報取得部１２３、判別部１２５、画像形成部１２６、及び記憶部１２７を有する。照射部１０４は、バイアス電源１４１と発生部１４２と放物面鏡１４３とを有する。
【００２３】
光源１０１は、超短パルス光を出力する部分である。超短パルス光は、パルス幅がフェムト秒オーダのパルス光を指す。本実施形態の光源１０１は、パルス幅が１０フェムト秒以上１００フェムト秒以下のフェムト秒レーザパルス光（以下、「レーザ光」と呼ぶ）を出力する。光源１０１からのレーザ光は、ハーフミラー１０２で分岐され、一方はレンズ１０３により集束して発生部１４２に照射する。
【００２４】
発生部１４２は、レーザ光が入射するとパルス状のテラヘルツ波（以下、「パルス波」と呼ぶ）を発生する部分で、本実施形態では、半導体膜に導体でアンテナを形成した光伝導素子を用いる。これに限らず、半導体基板や有機結晶の表面にレーザ光を照射する形態や、非線形結晶にレーザ光を導波させる形態の発生素子等を用いてもよい。発生部１４２は、レーザ光の入力によりパルス波を発生させればよく、この目的を実現できる既知の技術が適用できる。また、発生部から発生するテラヘルツ波は、水素結合性自由水の緩和モード、非水素結合性自由水の緩和モード、水素結合性自由水の分子間伸縮振動モードのそれぞれに対応する０．０２ＴＨｚ、０．５ＴＨｚ、５．０ＴＨｚのそれぞれの周波数成分を含む。
【００２５】
発生部１４２のバイアス電圧は電源１４１により変調されており、変調されたパルス波は放物面鏡１４３によりサンプル部１０５の試料の照射位置に照射される。その後、試料を透過又は試料で反射したパルス波は、放物面鏡１０６を介してテラヘルツ波の検出部１０７に照射される。
【００２６】
サンプル部１０５は、試料を配置する部分である。不図示の放物面鏡等の組み合わせにより発生部１４２からのパルス波が試料に照射され、試料を透過又は試料で反射したパルス波が検出部１０７に入射するように構成されている。サンプル部１０５は、試料のパルス波が照射される面の面内方向に移動可能な可動式のステージ（不図示）を有する。この可動式のステージに試料を配置することで、試料に対してパルス波の照射される照射位置（測定点）を変更できる。なお、本明細書では、試料のパルス波が照射される面と平行な方向と「面内方向」、試料のパルス波が照射される面と垂直な方向を「垂直方向」と呼ぶ。
【００２７】
試料として、水分を多く含む柔らかい生体組織等を用いた場合は、サンプル部に設置される試料の形状を維持するために、板状物体等に試料を密着させることが望ましい。その際、パルス波は、板状物体を介して試料に照射させる。板状物体の材質は、テラヘルツ波を良く透過し、物性が安定で既知なものが良い。具体的には、石英基板や単結晶のシリコン板等が挙げられる。また、生体組織の乾燥を防ぐために蓋により密閉すると良い。板状物体に試料を密着させることにより、試料と板状物体との界面を平面化することができ、光学特性値の取得の精度を向上することができる。
【００２８】
装置１００は、パルス波の照射位置を変更しても、パルス波に対する試料面の傾き及び試料面の高さ方向の位置が一定となるように調整可能な形態にすることが望ましい。これは、検出部１０７として光伝導素子を使用する場合、試料面の傾きの違いや、光学特性値の取得に必要なリファレンスデータの取得の際に生じるリファレンス面と試料面との垂直方向の位置の違い等が、周波数に依存した影響を光学特性値に与えるためである。後述する異なる状態の水の存在比に関する情報を用いて試料の状態を判別する方法では、光学特性値の周波数依存性に着目するため、装置性能やサンプルの形態を要因とした光学特性値の変化をできる限り抑制することが望ましい。
【００２９】
ハーフミラー１０２で分岐されたレーザ光の他方は、固定のミラー対１０８と可動ステージ１０９に搭載されたミラー対１１０によって遅延制御されたのち、ミラー１１１、レンズ１１２を介して、検出部１０７に照射される。ミラー対１１０が搭載された可動ステージ１０９は、テラヘルツ波帯のパルス波が検出部１０７で検出されるタイミングを調整する調整部である。具体的には、検出部１０７に入力されるレーザ光と、発生部１４２に入力されるレーザ光との相対的な光路長を変化させる。
【００３０】
本実施形態では、光源１０１と検出部１０７との間にミラー対１１０及び可動する可動ステージ１０９を設け、光源１０１からのレーザ光が検出部１０７に到達するまでの光路長を調整する。この方法に限らず、発生部１４２に入力されるレーザ光の経路上にミラー対１１０と可動ステージ１０９とを設け、発生部１４２に入力されるレーザ光の光路長を変化させても良い。また、光路長を調整する方法として、伝播経路中の屈折率等を変化させることで光路長を変化させる方法等も適用できる。
【００３１】
検出部１０７は、パルス波とレーザ光との入射によりテラヘルツ波を検出する部分である。詳細には、検出部１０７は、レーザ光が入射する際に到達するパルス波の電界強度の瞬間値を検出する。本実施形態では、検出部１０７として光伝導素子を用いる。検出部１０７は、レーザ光によりパルス波を検出できれば良く、この目的を実現できる既知の技術が適用できる。
【００３２】
検出部１０７の検出結果であるテラヘルツ波帯のパルス波による信号は、アンプ１１３、ロックインアンプ１１４を通して、バイアス電源１４１の変調と同相の成分が抽出される。その後、処理部１３０の波形取得部１２２、情報取得部１２３、判別部１２５、及び画像形成部１２６によって画像情報などの情報に変換される。
【００３３】
処理部１３０は、ＣＰＵ、メモリ、記憶デバイス等を備えたコンピュータであり、ＣＰＵが、制御部１２１、波形取得部１２２、情報取得部１２３、判別部１２５、画像形成部１２６、及び記憶部１２７等の機能を有する。記憶部１２７には、後述する図２のフローチャートに対応するプログラムが記憶されており、ＣＰＵがそれを読み込んで実行することで各処理が行われる。また、記憶部１２７には、検出部１０７の検出結果やテラヘルツ波の時間波形等を記憶する。記憶部１２７は、装置１００に接続された外部メモリや、ネットワークを利用して各種データを記憶するメモリ等を用いてもよい。
【００３４】
制御部１２１は、装置１００の各構成を制御する部分で、例えば、可動ステージ１０９及びサンプル部１０５のステージの駆動を制御する。
【００３５】
波形取得部１２２は、検出部１０７の検出結果を用いてテラヘルツ波の時間波形を取得する部分である。具体的には、波形取得部１２２は、可動ステージ１０９及びミラー対１１０を含む光学遅延部による光路長の調整量と検出部１０７の検出結果とを用いて時間波形を取得する。
【００３６】
情報取得部１２３は、波形取得部１２２で取得した時間波形を用いて複数の周波数それぞれにおける試料の照射位置の光学特性値を取得する。また、横軸を周波数、縦軸を光学特性値とする光学特性の周波数スペクトルを取得する。なお、本明細書の「光学特性」は、試料の複素誘電率、複素屈折率、誘電率、屈折率、消衰係数、吸収係数等を含むと定義する。
【００３７】
本実施形態では、光学特性値として複素誘電率を使用した例を記述する。また、本実施形態では、生体組織をサンプルとする場合、形状を維持するための板状物体を必要とする。この場合、波形取得部１２２で取得される時間波形には、板状物体の情報が含まれている。そのため、情報取得部１２３では、板状物体の情報を時間波形上のパルス分離により除去することで生体組織のスペクトルを得る。具体的には、反射型であれば板状物体の表面で反射したパルス波に由来する部分、透過型であれば板状物体内部で反射したパルス波に由来する部分を時間波形から切り出す等の方法で、板状物体の情報を時間波形から除去する。
【００３８】
また、情報取得部１２３では、取得したスペクトルを用いて、異なる２つの状態の水（水素結合性自由水と非水素結合性自由水）の存在比に関する情報を取得する。存在比に関する情報とは、水素結合性自由水と非水素結合性自由水との存在比を反映した値である。存在比に関する情報の取得方法については後述する。
【００３９】
判別部１２５は、光学特性値を解析して試料の情報を取得する部分である。具体的には、情報取得部１２３で取得した存在比に関する情報を、判別対象である生体組織と同一種、同一臓器で正常状態の正常組織部又は異常状態の異常組織部について取得した基準値と比較することにより各照射位置における試料の照射位置の状態を判別する。例えば、生体組織に異常が無い正常組織部と、細胞にがん化等の異常が発生している異常組織部を判別する。この場合、基準値と比較し、存在比を反映した値が基準値の許容範囲内であれば正常組織部、許容範囲外であれば異常組織部と判別できる。
【００４０】
ここで、同一種とは、生物学、分類学における階級の門、綱、目、科、属、種のうち、種が同じものである。基準値との比較の詳細は後述する。
【００４１】
許容範囲は、例えば標準偏差等を用いることができ、その場合、基準値として複数の被検体から得た平均値から標準偏差を加えた値と、平均値から標準偏差を差し引いた値の範囲等を用いる。そして、基準値の許容範囲内に存在比に関する情報が含まれるか否かを判定すれば試料の状態を判別できる。また、複数の被検体から得た平均値を基準値として用い、存在比に関する情報と基準値との差の絶対値が許容範囲内に含まれるか否かによって試料の状態を判別してもよい。
【００４２】
画像形成部１２６は、サンプル部１０５に含まれるステージを走査することによって変更されたパルス波の照射位置の情報と、判別部１２５で取得した情報とを用いて画像のデータを生成する部分である。上述のコンピュータの各機能で取得したパルス波の時間波形及びスペクトル、試料の情報、画像等は、コンピュータと接続されている表示部（不図示）に必要に応じて表示することができる。
【００４３】
以上が、本実施形態の装置１００の構成である。ここからは、装置１００を用いて、試料の状態を判定する判定方法について図２を参照して説明する。図２は、装置１００を用いて試料の状態を判定する判定方法を説明するフローチャートである。なお、以降の説明では、装置１００は、試料で反射したパルス波を検出部１０７で検出する反射型の測定装置であるとして説明する。ここでは、試料として生体組織を用いた場合に、生体組織の各位置が異常のない正常組織部か腫瘍のある異常組織部かを判別する。
【００４４】
初めに、装置１００は、判別対象となる試料をＴＨｚ−ＴＤＳ法で測定し、波形取得部１２３が時間波形を取得する（Ｓ２０１）。その後、情報取得部１２３が、測定点における複数の異なる周波数のそれぞれの光学特性値を取得する（Ｓ２０２）。本実施形態では、複数の異なる周波数のそれぞれの光学特性値として、光学特性の周波数スペクトルを取得する。
【００４５】
次に、情報取得部１２３が、試料の測定点における存在比に関する情報として、存在比を反映した値を取得する（Ｓ２０３）。ステップＳ２０３の詳細について説明する。まず、情報取得部１２３は、異なる状態の水の存在比に関する情報の取得のためにスペクトルの線形解析を行う。線形解析では、生体組織のスペクトルを複数の成分に分解する。
【００４６】
図３は、生体組織の複素誘電率実部のスペクトルと、生体組織に含まれる各成分のスペクトルと、を示している。既述のように、テラヘルツ波領域では、水素結合性自由水の緩和モード、非水素結合性自由水の緩和モード、水素結合性自由水の分子間伸縮振動モード等が観測される。緩和モードは時間領域で指数関数的に減衰するデバイ緩和として表すことができ、周波数領域の複素誘電率で表現すると（１）式のようになる。
【００４７】
【数１】
2017072558.tif 000003
【００４８】
ここで、Ｒ０及びτは、スペクトルの線形解析における変数パラメータであり、それぞれ緩和強度、緩和時間である。ωはスペクトルの横軸（角周波数表記）を表している。例えば、非特許文献１では、Ｈｅｌａ細胞（子宮頸がん）の水素結合性自由水の緩和モードと非水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度はそれぞれ、５１．５９±３．０３２、２．５６±０．１２７と算出している。また、分子間伸縮振動モードは時間領域で振動減衰するローレンツ関数として表すことができ、周波数領域の複素誘電率で表現すると（２）式のようになる。
【００４９】
【数２】
2017072558.tif 000004
【００５０】
ここで、Ａ０、ω０及びγ０は、スペクトルの線形解析における変数パラメータであり、それぞれ振動振幅、共鳴角周波数、減衰定数である。ωはスペクトルの横軸（角周波数表記）を表している。振動振幅Ａ０は、共鳴角周波数ω０の二乗で割ることで、緩和強度Ｒ０と比較可能な振動強度Ｖ０（Ｖ０＝Ａ０／ω０２）となる。例えば、非特許文献１では、Ｈｅｌａ細胞（子宮頚がん）の水素結合性自由水の分子間伸縮振動の振動強度は０．９９±０．０３５と算出している。
【００５１】
測定によって得られた複素誘電率実部のスペクトルは、テラヘルツ波領域で観測される自由水成分の他に、テラヘルツ波領域に分散を持たない高周波成分と、生体組織に含まれるタンパク質等の水以外の成分と、の影響を受けている。テラヘルツ波領域に分散を持たない高周波成分のスペクトルは、図３に示したように一定形状のスペクトルとして観測される。また、水以外の成分についても、テラヘルツ波領域に特徴的な吸収、分散を持たないため、テラヘルツ波領域では一定形状のスペクトルとみなすことができる。非特許文献１では、Ｈｅｌａ細胞の高周波成分の寄与の値を２．４７と算出しているが、水以外の成分の寄与の影響については記載されていない。
【００５２】
図３では、２つの緩和モードを異なる緩和強度、緩和時間を持つ２つの（１）式、分子間伸縮振動モードを（２）式、高周波成分と水以外の成分を一定形状のスペクトルとした場合の各成分のスペクトルを表している。つまり、取得した生体組織のスペクトルに対して、自由水の各成分を表す関数と水以外の成分及び高周波成分のスペクトルを用いたフィッティングを行えばスペクトルを再現することができる。フィッティングでは、各成分の変数パラメータの値を変化させ、最小二乗法等によりスペクトルを最も良く再現する変数の組み合わせを得る。その結果、水素結合性自由水と非水素結合性自由水の寄与の大きさを表すパラメータとして各緩和モードの緩和強度や分子間伸縮振動モードの振動強度が得られる。
【００５３】
緩和強度や振動強度は、水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比により変化するため、これらのパラメータの比は、水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比を反映した値となる。つまり、これらのパラメータの比を存在比に関する情報として利用すれば、試料の状態の判別を行うことができる。
【００５４】
例えば、水素結合性自由水の緩和時間は６ｐｓ程度、非水素結合性自由水の緩和時間は２５０ｆｓ程度とされているので、これらの値を既知のパラメータとして使用でき、未知のパラメータである各緩和モードの緩和強度が得られる。得られた水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度をＲ１、非水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度をＲ２とすると、緩和強度の比（Ｒ１／Ｒ２）が存在比を反映した値となる。また、水素結合性自由水の分子間伸縮振動の共鳴周波数は５ＴＨｚであるため、（２）式を使って得られる振動振幅Ａ０から振動強度Ｖ０を得ることができる。得られたＶ０を水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度の代わりに使うことで存在比を反映した値（Ｖ０／Ｒ２）の取得に使用できる。
【００５５】
図３では光学特性として複素誘電率実部を用いる場合を例としてあげたが、複素誘電率虚部を用いる場合は、テラヘルツ波領域に吸収、分散のない成分は観測されない。そのため、複素誘電率実部で考慮すべき高周波成分と水以外の成分の寄与は無視でき、２つの緩和モードと１つの分子間伸縮振動モードで分解すれば、複素誘電率実部と同様の手順で存在比に関する情報を取得できる。
【００５６】
光学特性値として複素屈折率を得た場合は、複素屈折率の実部である屈折率と虚部である消衰係数又は吸収係数を用いて複素誘電率に変換し、上記と同様の手順で存在比に関する情報を取得できる。
【００５７】
ステップＳ２０３の後は、判定部１２５が、情報取得部１２３が取得した存在比に関する情報と基準値とを比較して、試料の照射位置の状態を判定する（Ｓ２０４）。ここで用いる基準値は、試料である生体組織と同一種、同一臓器の正常組織部又は異常組織部について、図３のステップＳ２０１からステップＳ２０３までと同じ手順で取得したデータから得た存在比を反映した値である。試料である生体組織の同一切片内に、正常組織部又は異常組織部であることが明らかな領域があれば、その領域における取得データから基準値を得る。もしくは、予め取得しておいた、試料と同一種、同一臓器の正常組織部又は異常組織部のデータから算出した基準値でも良い。基準値となる存在比に関する情報を抽出する組織は、正常組織部でも異常組織部でもよいが、異常組織部は、同一個体であっても領域によりスペクトルに違いが生じやすいため、正常組織部のデータを用いて基準値を取得することがより望ましい。
【００５８】
判定部１２５が試料の照射位置の状態を判定するために、存在比に関する情報として緩和強度の比（Ｒ１／Ｒ２）を用いることができる。その場合、基準値も同じ緩和強度の比を用いる。基準値が正常組織部のものである場合、測定点が正常組織部であれば存在比に関する情報と基準値とが略一致する。測定点が異常組織部であればこれらの値が一致せず、正常組織部における存在比を反映した値である基準値の方が小さくなる。これは、異常組織部では、正常組織部と比較して水素結合性自由水の存在比が多くなり、緩和強度の比（Ｒ１／Ｒ２）が大きくなるためである。これにより、試料である生体組織の測定点が正常組織部であるか、異常組織部であるかを判別する（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。
【００５９】
存在比に関する情報としては、水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度を非水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度で割った値（Ｒ１／Ｒ２）だけでなく、逆の値（Ｒ２／Ｒ１）も利用できる。この場合は、存在比に関する情報と正常組織部から得た基準値の許容範囲内でなく、且つ基準値の方が大きくなる場合に異常組織部と判別される。また、存在比に関する情報としては、水素結合性自由水の分子間振動モードの振動強度を非水素結合性自由水の緩和モードの緩和強度で割った値（Ｖ０／Ｒ２）やその逆の値（Ｒ２／Ｖ０）も利用できる。
【００６０】
生体組織全体のイメージング測定であれば、全測定点について判別部１２５が上述の判定方法で状態の判別を行う。画像形成部１２６は、判定部１２５の判定結果に基づいて、全測定点を各々の状態に対応した色で表示するようにすることで、生体組織の状態ごとに色分けしたイメージング画像のデータを取得する。
【００６１】
このように、本実施形態の装置１００によれば、水の状態に関する情報を用いて、試料の状態を判別することができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
第１の実施形態は、情報取得部１２３が、線形解析を用いて生体組織に含まれる異なる状態の水の存在比に関する情報を取得する形態であったが、本実施形態では、情報取得部１２３及び判定部１２５における各処理をより簡便にした形態について記述する。
【００６３】
具体的には、本実施形態では、情報取得部１２３が、異なる状態の水のそれぞれの緩和モード又は分子間伸縮振動モードに由来する周波数における光学特性値を求める。そして、判定部１２５は、それを用いて取得した存在比に関する情報を用いて試料の状態の判定を行う。
【００６４】
水素結合性自由水の緩和モードの成分と非水素結合性自由水の緩和モードの成分は、それぞれ緩和時間に対応した周波数に分散又は吸収のあるスペクトルを示す。水素結合性自由水の緩和時間は約６ｐｓ、非水素結合性自由水の緩和時間は約２５０ｆｓであり、各緩和時間に対応する周波数は、水素結合性自由水が０．０２ＴＨｚ、非水素結合性自由水が０．５ＴＨｚである。また、水素結合性自由水の分子間伸縮振動モードは、５ＴＨｚに分散又は吸収のあるスペクトルとなる。水素結合性自由水と非水素結合性自由水の割合が変化すれば、第１の実施形態で既述のようにスペクトルの形状が変わり、特にこれらの周波数周辺における変化が大きい。
【００６５】
図３の縦軸、横軸を共に対数表示した生体組織の複素誘電率実部のスペクトルを図４（ａ）に示す。水素結合性自由水の緩和モード、非水素結合性自由水の緩和モード、水素結合性自由水の分子間伸縮振動モード、高周波モード、及び水以外の成分のそれぞれの寄与の大きさを、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで示している。対数表示することで、各モードが対応する周波数において、複素誘電率実部の値が大きく変化していることが分かる。この変化の程度は、各モードの寄与の割合、つまりは水素結合性自由水と非水素結合性自由水との存在比を反映している。
【００６６】
変化の程度は、各モードに対応する周波数周辺の複素誘電率実部の変化量として算出できる。例えば、水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数０．０２ＴＨｚより所定の周波数低い周波数（ｆａ１）と所定の周波数高い周波数（ｆａ２）のそれぞれの複素誘電率実部の値をεａ１、εａ２とすると、変化量Δεａは（３）式で表される。
【００６７】
【数３】
2017072558.tif 000005
【００６８】
周波数ｆａ１、ｆａ２は、例えば０．０２ＴＨｚから０．０１ＴＨｚ低い周波数である０．０１ＴＨｚと、０．０２ＴＨｚから０．０１ＴＨｚ高い周波数である０．０３ＴＨｚとする。同様に、周波数ｆｂ１、ｆｂ２として、非水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数０．５０ＴＨｚから例えば、０．１ＴＨｚずつ低周波側と高周波側の周波数である０．４０ＴＨｚと０．６０ＴＨｚとすることで、このモードの変化量Δεｂが得られる。同様に、周波数ｆｃ１、ｆｃ２として水素結合性自由水の分子間伸縮振動モードに対応する周波数５．０ＴＨｚから例えば、０．５ＴＨｚずつ低周波側と高周波側の周波数である４．５ＴＨｚと５．５ＴＨｚとすることで、このモードの変化量Δεｃが得られる。これらの変化量は、水素結合性自由水と非水素結合性自由水の寄与の大きさを表すパラメータとなる。そのため、変化量の比Δεａ／Δεｂ、Δεｃ／Δεｂは、水素結合性自由水と非水素結合性自由水との存在比を反映した値となる。
【００６９】
既述のように、がん細胞では正常細部と比較して水素結合性自由水の割合が増える。つまり、変化量の比Δεａ／Δεｂ又はΔεｃ／Δεｂは、正常細胞よりもがん細胞で大きくなる。本実施形態では、この変化量の比を、存在比に関する情報として取得して生体組織の状態判別に使用する。
【００７０】
次に、判別部１２５は、情報取得部１２４が取得した存在比に関する情報を利用して判別を行う（Ｓ２０４）。存在比に関する情報としてΔεａ／Δεｂ又はΔεｃ／Δεｂを用いる場合は、判別対象である生体組織のスペクトルから抽出した値が基準値の許容範囲内であれば正常状態と判別し（Ｓ２０５）、大きければ異常状態と判別する（Ｓ２０６）。
【００７１】
基準値は、正常組織部又は異常組織部のデータに基づいて、（３）式のように変化量の比を求めることによって取得する。基準値を取得する際に用いる組織は、同一個体であっても領域によりばらつきが生じやすい異常組織部よりも正常組織部であることが望ましい。
【００７２】
存在比に関する情報として利用できる値は、水素結合性自由水の緩和モード又は分子間伸縮振動モードに対応する周波数周辺の変化量を非水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数周辺の変化量で割った値（Δεａ／Δεｂ又はΔεｃ／Δεｂ）に限らない。逆の値（Δεｂ／Δεａ又はΔεｂ／Δεｃ）も利用でき、この場合は基準値から許容範囲内に入らず、基準値よりも小さい場合に異常組織部と判別される。
【００７３】
ここまでは、複素誘電率実部を例として記述したが、複素誘電率虚部の場合は、各モードに対応する周波数で各成分がピーク値を持つことになる。この場合も、複素誘電率実部と同様に判別対象となる生体組織のスペクトルは各モードの重ね合わせになるため、水素結合性自由水と非水素結合性自由水との存在比によりスペクトルの形状は変化する。
【００７４】
しかし、各モードに対応する周波数にピークを持つ成分で構成される複素誘電率虚部では、（３）式の変化量を用いるよりも、各モードに対応する周波数における光学特性値の比を存在比に関する情報として用いて試料の照射位置の状態の判別を行うことが望ましい。
【００７５】
また、ここでは（３）式に示した変化量と、各モードに対応する周波数における光学特性値の値を用いて存在比に関する情報を取得する方法について述べたが、スペクトルの形状の違いを抽出する手段であれば統計解析等の他の手法でも良い。例えば、統計解析のうち主成分解析を用いてスペクトルの形状や光学特性値の変化量に関する情報が得られれば、各モードの存在比に関する情報を算出し得る。
【００７６】
このように、本実施形態の装置１００によれば、水の状態に関する情報を用いて、試料の状態を判別することができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、存在比に関する情報を得る周波数における光学特性値のみを得れば良いため、スペクトル取得における周波数分解能の軽減等が可能となり、データ取得時間の短縮等を含めたデータ取得の簡易化、高速化が可能となる。
【００７８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の情報取得装置５００（以下、「装置５００」と呼ぶ）について図５を用いて説明する。図５は、装置５００の構成を説明するプロック図である。第１、第２の実施形態の装置１００は、テラヘルツ波パルスを用いてテラヘルツ波の時間波形を取得していた。これに対し、装置５００では、テラヘルツ波の連続波を試料に照射して測定する。なお、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００７９】
装置５００は、発生部５０１と、サンプル部５０２と、検出部５０３と、処理部５３０と、を有する。
【００８０】
発生部５０１は、テラヘルツ波の連続波を発生する。発生部５０１としては、共鳴トンネルダイオード発振器や量子カスケードレーザ等がある。発生部５０１から発生したテラヘルツ波の連続波は、サンプル部５０２に保持されている試料に照射される。
【００８１】
その後、試料を透過又は試料で反射したテラヘルツ波を検出部５０３が検出する。検出部５０３としては、ＣＭＯＳ型やショットキー型等の検出器が挙げられる。検出部５０３の検出結果は、処理部５３０に送られる。処理部５３０は、情報取得部１２３、判別部１２５を少なくとも有し、それらが、検出部５０３の検出結果を用いて試料の照射位置の状態を判別するための処理を行う。また、処理部５３０は、図２のフローチャートの各ステップに対応するプログラムが記憶されている記憶部１２７を有しており、ＣＰＵがそのプログラムを読み込んで実行することで各処理が行われる。
【００８２】
発生部５０１は、複数の異なる周波数の電磁波をある周波数間隔で発振可能な発振器であり、水素結合性自由水の緩和モード及び分子間伸縮振動モードと非水素結合性自由水の緩和モードとの３つのモードに対応する周波数を含む多数の周波数を試料に照射する。このような構成にすることにより、多数の異なる周波数のそれぞれで光学特性値を得ることが可能となり、第１の実施形態のような横軸を周波数とするスペクトルを取得できるため、第１の実施形態と同じ方法で存在比に関する情報を取得できる。
【００８３】
また、第２の実施形態と同じ方法で存在比に関する情報を取得したい場合は、発生部５０１は最低４つの異なる周波数の連続波を発振可能であればよい。４つの周波数の組み合わせの一つは、水素結合性自由水及び非水素結合性自由水のそれぞれの緩和モードに対応する周波数０．０２ＴＨｚ、０．５０ＴＨｚ付近の周波数（例えば、０．０１ＴＨｚと０．０３ＴＨｚ、０．４０ＴＨｚと０．６０ＴＨｚ）である。水素結合性自由水の緩和モードの変化量の代わりに分子間伸縮振動モードの変化量を得るための４．５ＴＨｚと５．５ＴＨｚの周波数の連続波を発振する発生素子を設ければよい。
【００８４】
試料に照射する連続波の周波数が多くなるほど装置が大型化し、またデータ量が多くなるため、試料に照射する連続波の周波数の数が少ない構成の方が好ましい。
【００８５】
板状物体に密着させた生体組織の光学特性値を得る場合、第１、第２の実施形態では、時間波形上で試料の各界面からのパルス波を分離することより、板状物体の影響を除去できた。しかし、本実施形態のように連続波光源ではパルス波形が取得できないため、板状物体の情報を時間波形上で分離することはできない。得られる信号から生体組織のみの情報を分離するためには、板状物体のみの測定を別途行い、検出部５０３の検出結果から差し引くことが必要である。
【００８６】
第１、第２の実施形態のＴＨｚ−ＴＤＳ装置で発生するテラヘルツ波は、複数の異なる周波数成分を含む広帯域なテラヘルツ波である。そのため、発生する広帯域なテラヘルツ波をなるべく多く検出できるように測定条件を固定することが望ましい。特に焦点深度、ビーム径がより小さくなる高周波側の周波数成分の検出には、テラヘルツ光路に対するサンプル面の位置や傾きが影響を与える。すなわち、広帯域なテラヘルツ波を一度に検出する場合、より条件の厳しい高周波側に測定条件を合わせる必要がある。それに対、本実施形態のように連続波を照射する場合、一度に全周波数帯域を検出する必要がなく、各周波数の測定で最適な測定条件であれば良いため、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置と比較して測定準備における調整の負担が軽減されると期待できる。
【００８７】
以上、本実施形態の装置５００及びそれを用いた判別方法によれば、第１、第２の実施形態と同様に生体組織に含まれる異なる状態の水の存在比に関する情報を抽出することで試料の状態を判別する。よって、水の状態に関する情報を用いて、試料の状態を判別することができる。
【００８８】
また、装置５００によれば、第１の実施形態又は第２の実施形態のように超短パルス光を発生するレーザ光源が必要ないため、装置の小型化が可能である。
【００８９】
（実施例１）
実施例１として、第１の実施形態の装置１００について説明する。装置１００としては、試料で反射したテラへルツ波を検出する反射型のＴＨｚ−ＴＤＳ装置を用いた。試料としては、Ｓｐｒａｇｕｅ−Ｄａｗｌｅｙラット（以下、単に「ラット」と呼ぶ）の脳生組織を用いた。脳生組織は環状断面で２ｍｍの厚さにスライスして切片化し、板状部体である厚さ１ｍｍのｚ−ｃｕｔ石英に密着させて測定を行った。
【００９０】
図６（ａ）はラットの脳生組織を測定した得られた複素誘電率実部のスペクトルで、図６（ｂ）はラットの脳生組織を測定して得られた複素誘電率虚部のスペクトルである。実線が皮質領域の正常組織部、点線が皮質領域に観測された異常組織部についてそれぞれ５点測定した平均値であり、標準偏差をエラーバーに示している。
【００９１】
複素誘電率実部、虚部ともに、異常組織部が正常組織部よりも高い。これは、異常組織部で正常組織部よりも水分量が多いことが主な要因であるが、詳細には水の状態の違いも含まれていると考えられる。そのため、実際に得られた生体組織の複素誘電率は実部、虚部ともに、第１の実施形態に示した関数を用いて再現できると考えられる。情報取得部１２３は、これらの複素誘電率スペクトルから、異なる状態の水の存在比に関する情報として水素結合性自由水と非水素結合性自由水の存在比に関する情報を取得する（Ｓ２０３）。判別部１２５は、取得した存在比に関する情報と基準値とを比較して（Ｓ２０４）、試料の照射位置の状態を判別（Ｓ２０５、Ｓ２０６）する。
【００９２】
本実施例では０．５ＴＨｚから１．５ＴＨｚの周波数帯域のスペクトルを用いたが、０．０２ＴＨｚ、５．０ＴＨｚの周波数の光学特性値を利用して、水素結合性自由水と非水素結合性自由水との存在比に関する情報を取得してもよい。上述したように、水素結合性自由水の緩和モード、非水素結合性自由水の緩和モード、水素結合性自由水の分子間伸縮振動モードそれぞれに対応する周波数が０．０２ＴＨｚ、０．５ＴＨｚ、５．０ＴＨｚであるためである。つまり、第１の実施形態で水素結合性自由水と非水素結合性自由水との存在比に関する情報を取得する場合、０．０２ＴＨｚ、０．５ＴＨｚ、５．０ＴＨｚの周波数を含む光学特性値を利用すればよい。
【００９３】
観測する周波数帯域を広げたい場合、高周波側と低周波側で考慮すべき条件が異なる。ＴＨｚ−ＴＤＳ法により測定を行う装置１００を用いて観測可能な周波数帯域の上限は、発生、検出素子やサンプルの傾き、高さ位置調整等、主に装置性能により決まる。５．０ＴＨｚの分子間伸縮振動を観測するには、５．０ＴＨｚまでの周波数成分を発生、検出可能な素子の利用やサンプルの傾き、高さ調整が必要である。
【００９４】
しかし、装置１００を用いて観測可能な周波数帯域の下限は、主に、サンプルの大きさと、周波数により変化するテラヘルツ波のビーム径との関係で決まる。本実施例で使用したテラヘルツ波はパルス波であるため、複数の異なる周波数成分を含む。波長の長い（１ＴＨｚで３００μｍ）テラヘルツ波領域では、放物面鏡等のミラーで集束したテラヘルツ波のビーム径はミリ単位となり、さらに周波数に対してサブミリ単位で変化する。例えば、本実施例のテラヘルツ波のビーム径は１ＴＨｚで１．０ｍｍ程度であるが、低周波側ほど大きくなり、０．５ＴＨｚでは３．０ｍｍ程度、０．０２ＴＨｚでは１５ｍｍ程度となる。
【００９５】
一方、ラットの環状断面の脳生組織切片は縦方向が１３ｍｍ程度、横方向が１０ｍｍ程度である。脳組織は皮質領域やＣＰｕ（Ｃａｕｄａｔｅ  ｐｕｔａｍｅｎ）領域等に分けられ、各領域の広さは数ｍｍ程度である。つまり、水素結合性自由水の緩和モードに対応する周波数である０．０２ＴＨｚの光学特性値を利用するには、０．０２ＴＨｚにおけるテラヘルツ波のビーム径が観測対象とする生体組織の領域の大きさ以下となるように調整する必要がある。
【００９６】
本実施例の装置１００によれば、水の状態に関する情報を用いて、試料の状態を判別することができる。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９８】
例えば、水素結合性自由水の緩和モードの緩和時間６ｐｓや非水素結合性自由水の緩和モードの緩和時間２５０ｆｓ、水素結合性自由水の分子間伸縮振動モードの共鳴周波数５．０ＴＨｚは、周辺環境によっては変わる可能性もある。この場合、対応する周波数も変わり得る。水の存在する周辺環境により緩和時間や共鳴周波数が変化した場合、それに応じて存在比に関する情報の取得に用いる周波数も変化させる必要がある。
【００９９】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【０１００】
なお、上述の実施形態の情報取得方法は、１つ以上のプログラムの組み合わせによって実現されればよく、例えば、試料をＴＨｚ−ＴＤＳ法で測定するステップＳ２０１を別のプログラムで行い、ステップＳ２０２以降のステップを実行させるプログラムとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１０４  照射部
１０７  検出部
１２０  処理部
１２３  情報取得部
１２５  判別部
【図１】
2017072558.tif 000006
【図２】
2017072558.tif 000007
【図３】
2017072558.tif 000008
【図４】
2017072558.tif 000009
【図５】
2017072558.tif 000010
【図６】
2017072558.tif 000011