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WO2022065390A1 - 測定感度算出方法、測定感度算出装置、測定感度算出プログラム、及び光学的測定装置 - Google Patents

測定感度算出方法、測定感度算出装置、測定感度算出プログラム、及び光学的測定装置 Download PDF

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WO2022065390A1
WO2022065390A1 PCT/JP2021/034881 JP2021034881W WO2022065390A1 WO 2022065390 A1 WO2022065390 A1 WO 2022065390A1 JP 2021034881 W JP2021034881 W JP 2021034881W WO 2022065390 A1 WO2022065390 A1 WO 2022065390A1
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WO
WIPO (PCT)
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measurement
light
measurement target
distance
depth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2021/034881
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅嗣 庭山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shizuoka University NUC
Original Assignee
Shizuoka University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shizuoka University NUC filed Critical Shizuoka University NUC
Priority to JP2022552046A priority Critical patent/JP7813039B2/ja
Priority to US18/246,384 priority patent/US12422246B2/en
Priority to EP21872519.0A priority patent/EP4218605A4/en
Publication of WO2022065390A1 publication Critical patent/WO2022065390A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4785—Standardising light scatter apparatus; Standards therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
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    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • A61B2562/0242—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00 for varying or adjusting the optical path length in the tissue

Definitions

  • the present disclosure relates to a measurement sensitivity calculation method, a measurement sensitivity calculation device, a measurement sensitivity calculation program, and an optical measurement device.
  • the continuous light method a method of measuring the amount of change in oxygen concentration with one light source and one receiver
  • spatial decomposition a method of obtaining the absolute value of the oxygen concentration from the difference in the amount of spatial light with a pair of one light source and two photoreceivers
  • the time-resolved method a method of obtaining the absolute value of the oxygen concentration from the difference in the amount of spatial light with a pair of one light source and two photoreceivers
  • the time-resolved method a phase modulation method
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a measurement method using a continuous light method. Further, Non-Patent Document 1 discloses a measurement method using a spatial decomposition method.
  • Patent Document 1 International Publication No. 2014/34285 Pamphlet
  • Patent Document 2 US Pat. No. 5,902235
  • Non-Patent Document 1 Masatsugu Niwayama, "Voxel-based measurement sensitivity of spatially resolved near-infrared spectroscopy in layered tissues", Biomedical Optics_2018 .3:
  • the measurement depth in the spatial decomposition method there is a problem that if the measurement depth is set to about half of the distance between transmitters and receivers as in NIRS by the continuous light method, the error becomes large and the true measurement sensitivity cannot be obtained in principle. rice field.
  • This disclosure has been made in consideration of the above facts, and is a measurement sensitivity calculation method, a measurement sensitivity calculation device, a measurement sensitivity calculation program, and an optical method capable of accurately calculating the measurement sensitivity for each depth of the measurement target.
  • the purpose is to obtain a measuring device.
  • the light emitted from the light emitter to the measurement target is the first from the light emitter.
  • the first optical path length representing the length of the first optical path until the light is received by the first light receiver separated by one distance, and the light emitted from the light emitter are the second from the light emitter.
  • the measurement sensitivity is measured for each depth of the measurement target, with the difference in optical path length between the second optical path length representing the length of the second optical path until light is received by the second light receiver separated by a distance as the measurement sensitivity.
  • a process including a step of calculating the measurement sensitivity and a step of outputting the measurement sensitivity calculated for each depth of the measurement target is executed.
  • the measurement sensitivity calculation method in the calculation step, a plurality of sets of two receivers having a combination in which at least one of the first distance and the second distance is different is selected and selected.
  • the measurement sensitivity may be calculated for each depth of the measurement target.
  • the output step is a set in which the depth of the measurement target is included in the depth range corresponding to the measurement sensitivity equal to or higher than a predetermined threshold value among the plurality of sets of receivers.
  • the first distance and the second distance of the light receiver may be output.
  • the measurement target model is a model in which the measurement target is represented by a plurality of voxels, and the calculation step is the first optical path length and the first optical path length for each of the plurality of voxels.
  • the measurement sensitivity calculation device is a first light receiving state in which the light emitted from the light emitter to the measurement target is separated from the light emitter by a first distance.
  • the first optical path length which represents the length of the optical path until the light is received by the device, and the light emitted from the light emitter are received by the second light receiver separated by a second distance from the light emitter.
  • the measurement sensitivity calculation program in the measurement target model representing the measurement target, the light emitted from the light emitter to the measurement target is separated from the light emitter by the first distance.
  • a first optical path length representing the length of the first optical path until the light is received by the light receiver 1 and a second optical path length in which the light emitted from the light emitter is separated from the light emitter by a second distance.
  • the step of calculating the measurement sensitivity for each depth of the measurement target using the difference in the optical path length between the second optical path length representing the length of the second optical path until the light is received by the light receiver and the optical path length as the measurement sensitivity, and the above-mentioned step.
  • a process including a step of outputting the measurement sensitivity calculated for each depth of the measurement target is executed.
  • the optical measuring device is a light emitter that emits light to a measurement target and three or more selected from a plurality of sets of receivers selected by the measurement sensitivity calculation method according to the first aspect.
  • a light receiver a selection unit that selects two light receivers from the three or more light receivers, a calculation unit that calculates the degree of light absorption based on the light intensity of the light received by the two light receivers, and a calculation unit. To prepare for.
  • the measuring unit that measures the optical flight time in the same positional relationship as the positional relationship between the light emitter and two predetermined receivers among the three or more receivers. And the absorption coefficient calculated based on the spatial inclination calculated based on the intensity of the light received by the two light receivers by emitting light of a plurality of wavelengths from the light emitter and the light flight time. And a specific unit for specifying the measurement target corresponding to the scattering coefficient, and the selection unit includes two of the three or more photoreceivers corresponding to the measurement target specified by the specific unit. The receiver may be selected.
  • the optical measuring device is selected from a light emitter that emits light to a measurement target, three or more light receivers having different distances from the light emitter, and the three or more light receivers. It includes a selection unit that selects one photophore, and a calculation unit that calculates the degree of light absorption based on the light intensity of the light received by the two photophores.
  • the light emitted from the light emitter to the measurement target is separated from the light emitter by a first distance.
  • the first optical path length which represents the length of the first optical path until the light is received by the first light receiver, and the light emitted from the light emitter are separated from the light emitter by a second distance.
  • At least one of the first distance and the second distance is measured by measuring the difference between the second optical path length representing the length of the second optical path until the light is received by the second receiver and the optical path length difference.
  • a plurality of sets of two receivers having different combinations are selected, and the selected plurality of receivers correspond to the measurement target based on the calculation result obtained by calculating the measurement sensitivity for each depth of the measurement target.
  • One receiver may be selected.
  • the second distance is 14 mm or less. 2 receivers may be selected.
  • the first distance is 1 ⁇ 2 of the second distance and the depth of the skin tissue.
  • the first receiver and the first receiver corresponding to the first distance and the first distance closest to the second distance and the second distance satisfying the condition that is 1/5 of the second distance.
  • the second receiver may be selected.
  • the selection unit has the depth of the measurement target, the first distance, and the said, which are derived based on the calculation result of calculating the measurement sensitivity for each depth of the measurement target.
  • the first receiver and the second receiver may be selected based on the correspondence of the second distance.
  • the optical measuring device is a light emitter that emits light to a measurement target, two or more receivers having different distances from the light emitter, and at least one of the two or more receivers. It is provided with a measuring unit for measuring the optical flight time, which is adjacent to the light receiver.
  • the spatial inclination calculated based on the intensity of the light received by the two or more light receivers by emitting light of a plurality of wavelengths from the light emitter, and the light.
  • the configuration may include a calculation unit that calculates information on at least one of the absorption coefficient and the scattering coefficient based on the flight time.
  • a specific unit that specifies the measurement target corresponding to at least one of the absorption coefficient and the scattering coefficient calculated by the calculation unit, and the measurement target specified by the specific unit. It may be configured to include a selection unit for selecting two or more receivers corresponding to the above.
  • the measurement sensitivity can be calculated accurately for each depth of the measurement target.
  • FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration of the measurement sensitivity calculation device 50.
  • the measurement sensitivity calculation device 50 is a device including a general computer.
  • the measurement sensitivity calculation device 50 includes a controller 51.
  • the controller 51 includes a CPU (Central Processing Unit) 51A, a ROM (ReadOnlyMemory) 51B, a RAM (RandomAccessMemory) 51C, and an input / output interface (I / O) 51D.
  • the CPU 51A, ROM 51B, RAM 51C, and I / O 51D are connected to each other via the system bus 51E.
  • the system bus 51E includes a control bus, an address bus, and a data bus.
  • the operation unit 52, the display unit 53, the communication unit 54, and the storage unit 55 are connected to the I / O 51D.
  • the operation unit 52 includes, for example, a mouse and a keyboard.
  • the display unit 53 is composed of, for example, a liquid crystal display or the like.
  • the communication unit 54 is an interface for performing data communication with an external device.
  • the storage unit 55 is composed of a non-volatile external storage device such as a hard disk, and stores the measurement sensitivity calculation program 55A, the measurement target model data 55B, the measurement target depth information 55C, and the like, which will be described later.
  • the CPU 51A reads the measurement sensitivity calculation program 55A stored in the storage unit 55 into the RAM 51C and executes it.
  • the CPU 51A functionally includes a calculation unit 60 and an output unit 61.
  • the calculation unit 60 calculates the measurement depth for each depth of the measurement target using the measurement target model representing the measurement target.
  • the measurement target include objects that absorb light, such as living organisms, agricultural products, and wood.
  • the measurement sensitivity calculation device 50 is not limited to the medical equipment field, but is applied to products, services, etc. in the rehabilitation field, sports science field, or agricultural products. It can also be applied to quality control of various products such as wood.
  • the measurement target model is a simulation model in which the layer structure of the measurement target, the light absorption coefficient, the light scattering coefficient, etc. are defined.
  • FIG. 3 shows, as an example, a measurement target model M1 of gastrointestinal tissue as a measurement target.
  • the layer structure of the gastrointestinal tissue ST is a one-layer structure.
  • the calculation unit 60 determines that the light emitted from the light emitter 24 to the gastrointestinal tissue is separated from the light emitter 24 by a first distance D1.
  • the first optical path length representing the length of the first optical path until the light is received by the light receiver 26 of 1 is calculated.
  • the calculation unit 60 represents the length of the second optical path until the light emitted from the light emitter 24 is received by the second light receiver 26 separated by the second distance D2 from the light emitter 24.
  • the measurement sensitivity is calculated for each depth to be measured, using the difference between the second optical path length and the optical path length as the measurement sensitivity.
  • D1 ⁇ D2, and D1 and D2 are set to several tens of mm (for example, 40 mm) or less as an example.
  • the measurement target model M1 is not shown in FIG. 3, but in the present embodiment, the measurement target is represented by a plurality of voxels as an example.
  • the shape of the voxel a case where a cube having a side of 0.5 mm is used as an example in the present embodiment will be described, but the shape and size of the voxel are not limited to this.
  • the calculation unit 60 calculates the measurement sensitivity by calculating the first optical path length and the second optical path length for each of the plurality of voxels, and integrates the measurement sensitivity calculated for each voxel for each depth to be measured. By doing so, the measurement sensitivity for each depth of the measurement target is calculated.
  • the output unit 61 outputs the measurement sensitivity calculated for each depth of the measurement target. Specifically, the output unit 61 displays the measurement sensitivity calculated for each depth of the measurement target on the display unit 53 or stores it in the storage unit 55.
  • FIG. 4 shows the thigh muscle measurement target model M2 as another example of the measurement target.
  • the layered structure of the thigh muscle is a three-layer structure of skin SK, fat FA, and muscle MU.
  • it is possible to specify a measurement target model for various human body parts such as brain tissue and forearm muscle.
  • the measurement target model M when the measurement target model is not distinguished, it is referred to as the measurement target model M.
  • step S100 a selection screen for the user to select a measurement target is displayed on the display unit 53, and the selection of the measurement target is accepted.
  • the user operates the operation unit 52 to select a measurement target whose measurement sensitivity is to be calculated from a plurality of measurement targets.
  • step S102 a selection screen for selecting a set of receivers 26 is displayed on the display unit 53, and selection of a set of receivers 26 is accepted.
  • the user operates the operation unit 52 to select a plurality of sets of two photoreceivers 26 having a combination in which at least one of the first distance D1 and the second distance D2 is different.
  • a set of receivers 26 that can be candidates in advance is excluded from the set of receivers 26 that are clearly considered to be out of scope. Let the user select multiple.
  • the process of step S102 may be omitted, and the process of steps S104 to S114 may be executed for all the sets of the plurality of receivers 26.
  • step S104 the length of the first optical path until the light emitted from the light emitter 24 to the measurement target is received by the first light receiver 26 separated from the light emitter 24 by the first distance D1.
  • the first optical path length representing the above is calculated for each of a plurality of voxels.
  • FIG. 6 schematically shows an optical path until the light emitted from the light emitter 24 is incident on the measurement target and is received by the light receiver 26.
  • FIG. 6 shows the movement of the nth photon group.
  • the photon group has an intensity of 1 at the time of incident, and the intensity is attenuated according to the Lambert-Beer law according to the absorption coefficient of the medium.
  • the distance until the direction changes (scattering distance) and the direction after scattering are determined using random numbers. Assuming that the scattering coefficient of the medium in which the photon group exists is ⁇ s and the uniform random number from 0 to 1 is R, the scattering distance is ⁇ ln (R) / ⁇ s.
  • Li and n be the photon lengths when the nth photon group passes through the voxel Vi while scattering, and let In be the intensity of the photon group when the photon group reaches the receiver 26.
  • the average optical path length Li of the photon group that has passed through the voxel V i is expressed by the following equation.
  • the optical path lengths Li and n when the photon group passes through the boxel Vi are weighted and added by the intensity In when they reach the receiver 26, and the photons that reach the receiver 26 are weighted and added. It is obtained by dividing by the sum of the photons of the group.
  • the average optical path length is also simply referred to as an optical path length.
  • step S104 the optical path length Li of the first optical path is calculated by the above equation (1) for all voxel Vi .
  • step S106 the length of the first optical path until the light emitted from the light emitter 24 to the measurement target is received by the second light receiver 26 separated by the second distance D2 from the light emitter 24.
  • the first optical path length representing the above is calculated for each of a plurality of voxels.
  • the length of the second optical path until the light emitted from the light emitter 24 to the measurement target is received by the second light receiver 26 separated from the light emitter 24 by the second distance D2.
  • the second optical path length to be represented is calculated for each of a plurality of voxels.
  • the optical path length Li of the second optical path is calculated by the above equation (1) for all voxel Vi .
  • step S108 the measurement sensitivity S i is calculated for each voxel V i .
  • the measurement sensitivity S i is expressed by the following equation, where the first optical path length of the voxel V i is Li 1 and the second optical path length is Li 2.
  • the measurement sensitivity S i is calculated by the difference between the second optical path length Lii 2 and the first optical path length Lii 1 .
  • step S110 the measurement sensitivity Si of each voxel Vi calculated in step S108 is integrated for each depth.
  • the measurement sensitivity Si of each voxel Vi is integrated every 1 mm in depth.
  • the measurement sensitivity for each depth can be obtained.
  • the measurement sensitivity S i of each voxel V i may be integrated every 0.5 mm, which is the length of one side of the voxel V i , and the unit of the depth for accumulating the measurement sensitivity S i can be arbitrarily set.
  • FIGS. 7 to 10 show an example of the measurement sensitivity distribution in a contour diagram.
  • FIG. 7 shows the measurement sensitivity distribution in a set of photoreceivers having a first distance D1 of 3 mm and a second distance D2 of 5 mm.
  • 1 ⁇ 10 -1 (mm) to 1 ⁇ 10 -4 (mm) are represented by contour lines for positive measurement sensitivity
  • 1 (mm), -1 ⁇ 10 -2 , and -1 ⁇ 10 -4 (mm) are represented by contour lines.
  • the region of negative measurement sensitivity is a region that cannot be measured accurately.
  • the measurement sensitivity distribution is represented by contour lines for convenience, but the actual measurement sensitivity is calculated by integrating the measurement sensitivity Si of each voxel Vi for each depth as described above. And do it.
  • FIG. 8 shows the measurement sensitivity distribution in a set of photoreceivers having a first distance D1 of 5 mm and a second distance D2 of 7 mm.
  • FIG. 9 shows the measurement sensitivity distribution in a set of photoreceivers having a first distance D1 of 9 mm and a second distance D2 of 14 mm.
  • FIG. 10 shows the measurement sensitivity distribution in a set of photoreceivers having a first distance D1 of 20 mm and a second distance D2 of 30 mm.
  • FIGS. 11 to 15 show graphs of measurement sensitivities corresponding to FIGS. 7 to 10, respectively.
  • FIG. 7 is a graph of measurement sensitivity corresponding to FIG. 11, where the horizontal axis is the depth (mm) and the vertical axis is the measurement sensitivity.
  • the depth at which the measurement sensitivity reaches the peak value P is about 1.5 mm.
  • the depth of the half width W1 of the measurement sensitivity that is, the range of the depth at which the measurement sensitivity is 1 ⁇ 2 of the peak value is 0.3 to 3.6 mm.
  • the depth of 1/10 width W2 that is, the range of the depth at which the measurement sensitivity is 1/10 of the peak value is 0 to 6.2 mm.
  • the depth at which the measurement sensitivity reaches the peak value P is about 3.4 mm.
  • the depth range of the full width at half maximum W1 of the measurement sensitivity is 1.2 to 6.4 mm.
  • the depth range of 1/10 width W2 is 0.2 to 10.4 mm.
  • the depth at which the measurement sensitivity reaches the peak value P is about 5 mm. Further, the depth range of the full width at half maximum W1 of the measurement sensitivity is 2.2 to 9 mm. Further, the range of the depth of 1/10 width W2 is 0.9 to 14 mm.
  • the depth at which the measurement sensitivity reaches the peak value P is about 6 mm. Further, the depth range of the full width at half maximum W1 of the measurement sensitivity is 2.6 to 10.5 mm. The depth range of 1/10 width W2 is 0.8 to 14.5 mm.
  • the peak value of the measurement sensitivity is different. Specifically, it can be seen that as the first distance D1 and the second distance D2 become longer, the depth of the peak value of the measurement sensitivity gradually increases.
  • the depth of the predetermined sensitivity is output. That is, the depth of the predetermined sensitivity is displayed on the display unit 53 or stored in the storage unit 55.
  • the depth of the predetermined sensitivity can be, for example, a depth in which the measurement sensitivity has a peak value, a depth in a range in which the measurement sensitivity has a full width at half maximum, a depth in a range in which the measurement sensitivity has a width of 1/10, and the like.
  • the depth of measurement sensitivity other than these may be output.
  • step S114 it is determined whether or not the processes of steps S104 to S112 have been executed for all the receiver sets selected in step S102, and if all the receiver sets have been executed, the process proceeds to step S116. On the other hand, if all the receiver sets have not been executed, the process proceeds to step S104, and the processes of steps S104 to S112 are executed for the unexecuted receiver sets.
  • step S116 the first distance D1 and the second distance D2 in the set of receivers suitable for the measurement target are output.
  • the depth of the measurement target selected in step S100 is acquired by referring to the measurement target depth information 55C.
  • the measurement target depth information 55C is information on the depth of various types of measurement targets. Then, for example, among the plurality of sets of receivers 26, the first distance D1 and the second distance D1 in the set of receivers 26 in which the depth of the measurement target is included in the depth range corresponding to the measurement sensitivity equal to or higher than the predetermined threshold value.
  • the distance D2 is output.
  • the threshold value may be, for example, a measurement sensitivity slightly smaller than the peak value (for example, a measurement sensitivity slightly smaller than the peak value by several percent), a measurement sensitivity of a half price range, that is, a measurement sensitivity of 1/2 of the peak value, and depending on the measurement application.
  • the measurement sensitivity may be 1/10 width, that is, 1/10 of the peak value.
  • the threshold value is set to 1/2 of the peak value and the depth of the measurement target is 10 mm, the depth of 10 mm is included in the depth range corresponding to the measurement sensitivity of 1/2 or more of the peak value.
  • the measurement sensitivity is calculated for each voxel using the measurement target model in which the measurement target is represented by a plurality of voxels, and the measurement sensitivity for each depth is calculated by integrating the measurement sensitivity for each depth. do.
  • the measurement sensitivity can be calculated accurately for each depth of the measurement target, and a set of light receivers suitable for the measurement target can be easily specified.
  • the measurement sensitivity is calculated for each depth of the measurement target with the optical path length difference as the measurement sensitivity, so that the calculation efficiency is improved.
  • the method of calculating the optical path length described in steps S104 and S106 of FIG. 5 is an example. Since the absorption coefficient, the scattering coefficient, and the like differ depending on the number of layers and the medium of the measurement target model, it is preferable to calculate the optical path length by using the optical path length calculation method corresponding to the measurement target model.
  • FIG. 15 shows a schematic configuration of the optical measuring device 10.
  • the optical measuring device 10 includes a probe 12, a driving device 14, a control unit 16, an operation unit 18, a memory 20, and an output unit 22.
  • the probe 12 has a light emitter 24, a plurality of light receivers 26, a light emitter 40 for ToF, and two light receivers 42 for ToF, for example, on a flat plate-shaped member (for example, a rubber member) 28 having flexibility. It is a provided configuration.
  • a light emitting diode (LED) is used as an example in this embodiment, and a photodiode is used as the light receiver 26.
  • the probe 12 is attached to an endoscope used in surgery for, for example, esophageal cancer, gastric cancer, etc., and more specifically, to the tip of forceps of the endoscope.
  • the optical measuring device 10 measures the oxygen concentration and the like in a state where the probe 12 is in contact with the measurement target 30 such as the esophageal tube and the stomach wall.
  • the measured oxygen concentration and the like are taken into consideration when deciding how far to excise the esophageal tube and stomach wall.
  • the light emitter 24 is a light emitting diode having two wavelengths, the peak wavelength of which is the first wavelength ⁇ 1 and the second wavelength ⁇ 2, as an example.
  • the first wavelength ⁇ 1 and the second wavelength ⁇ 2 are set to wavelengths that absorb less hemoglobin and water, specifically two different wavelengths in the range of 700 nm to 900 nm.
  • the first wavelength ⁇ 1 is 770 nm and the second wavelength ⁇ 2 is 830 nm.
  • the light emitter 24 and each receiver 26 are arranged with different distances from each other, and three or more receivers 26 are arranged in a row.
  • the three or more receivers 26 are selected as a set of receivers suitable for the measurement target obtained by the measurement sensitivity calculation device 50 described in the first embodiment performing the measurement sensitivity calculation process of FIG. It is a thing. That is, the distance between the three or more photoreceivers 26 and the light emitter 24 is a distance suitable for the measurement target measured by the optical measuring device 10.
  • the light emitter 40 for ToF emits pulsed light in order to measure the flight time (Time of Light: ToF) of the light.
  • the light emitter 40 for ToF is provided in the vicinity of the light emitter 24.
  • the two ToF receivers 42 receive the light emitted from the ToF light emitter 40.
  • the two ToF receivers 42 are provided in the vicinity of the two predetermined receivers 26 among the plurality of receivers 26, respectively. That is, the light emitter 40 for ToF and the two receivers 42 for ToF are arranged in the same positional relationship as the positional relationship between the light emitter 24 and the two light receivers 26.
  • the ToF light emitter 40 and the two ToF receivers 42 are examples of the measuring unit.
  • the drive device 14 includes an LED driver 32, a selection circuit 33, an IV converter 34, and an amplifier 36.
  • the LED driver 32 causes the light emitter 24 to emit light at a predetermined wavelength and a predetermined light intensity according to an instruction from the control unit 16.
  • the selection circuit 33 selects two photoreceivers 26 according to the instruction from the control unit 16, and outputs the outputs from the two selected photoreceivers 26 to the IV converter 34.
  • the IV converter 34 converts the current obtained by photoelectric conversion of the light received by the light receiver 26 selected by the selection circuit 33 into a voltage and outputs the current to the amplifier 36.
  • the amplifier 36 amplifies the voltage converted by the IV converter 34 to a predetermined level voltage, and outputs the signal indicating the light intensity to the control unit 16.
  • the control unit 16 instructs the selection circuit 33 to select two light receivers 26, and also instructs the LED driver 32 to emit light from the light emitter 24, and the resulting two selected light receivers are obtained.
  • the hemoglobin concentration and the like are calculated based on the light intensity of the light received in 26.
  • the calculation result is output to the output unit 22.
  • the output unit 22 is composed of, for example, a display, a printer, or the like, and outputs by displaying or printing the calculation result.
  • the memory 20 stores in advance a program of a measurement processing routine to be described later, data used in the processing, and data related to a simulation result executed in advance.
  • the probe 12 When measuring, the probe 12 is brought into contact with the measurement target of the person to be measured, and the operation unit 18 is operated to instruct the start of measurement. As a result, the process shown in FIG. 16 is started.
  • step S200 the method of selecting the measurement target is accepted.
  • the user operates the operation unit 18 to instruct whether the measurement target is automatically selected or manually selected.
  • step S202 it is determined whether or not the selection method accepted in step S200 is automatic, and if it is manual, the process proceeds to step S204, and if it is automatic, the process proceeds to step S206.
  • step S204 the measurement target is accepted.
  • the user manually instructs the measurement target to be measured by operating the operation unit 18.
  • the process proceeds to step S216.
  • step S206 the light of the first wavelength ⁇ 1 and the second wavelength ⁇ 2 is sequentially emitted from the light emitter 24, and the light intensity of the light received by the two predetermined light receivers 26 is acquired.
  • step S208 the spatial inclination in the spatial decomposition method is calculated based on the light intensity acquired in step S206.
  • a known method described in Japanese Patent No. 5062698 is used.
  • step S210 the ToF light emitter 40 is made to emit light, and the ToF until the emitted light is received by the ToF light receiver 42 is measured.
  • step S212 the spatial inclination calculated in step S208 and the absorption coefficient and the scattering coefficient corresponding to the ToF measured in step S210 are obtained.
  • table data representing the correspondence between the spatial slope and ToF and the absorption coefficient and the scattering coefficient obtained in advance from a theoretical analysis database or the like is stored in the memory 20 in advance, and the table data is referred to.
  • the spatial inclination calculated in step S208 and the absorption coefficient and the scattering coefficient corresponding to ToF measured in step S210 are obtained.
  • step S214 the measurement target corresponding to the absorption coefficient and the scattering coefficient obtained in step S212 is specified.
  • table data showing the correspondence between the absorption coefficient and the scattering coefficient and the measurement target is stored in the memory 20 in advance, and the table data is referred to to correspond to the absorption coefficient and the scattering coefficient obtained in step S212.
  • step S216 a set of photoreceivers corresponding to the measurement target specified in step S214 is selected.
  • table data showing the correspondence relationship between the measurement target and the receiver set is stored in the memory 20 in advance, and the table data is referred to to obtain the receiver set corresponding to the measurement target specified in step S214.
  • step S218 the measurement process is executed. That is, the light of the first wavelength ⁇ 1 and the second wavelength ⁇ 2 is sequentially emitted from the light emitter 24, and the light intensity of the light received by the two light receivers 26 selected in step S216 is acquired. Then, the degree of light absorption is calculated based on the acquired light intensity. In addition, the hemoglobin concentration and the like are calculated based on the degree of light absorption. For the calculation of the degree of light absorption, the hemoglobin concentration and the like, for example, a known method described in Japanese Patent No. 5062698 can be used.
  • step S220 the measurement result of step S218 is output to the output unit 22.
  • the measurement target can be automatically specified, so that the user can save the trouble of manually specifying the measurement target.
  • the user can manually specify the measurement target, which improves convenience.
  • the configuration in which the two ToF receivers 42 are provided in the vicinity of the two predetermined receivers 26 among the plurality of receivers 26 has been described, but one ToF receiver 42 has been described.
  • the configuration may be such that the vessel 42 is provided.
  • one ToF receiver 42 is arranged at a position in consideration of balance so as to be close to both of the two predetermined receivers 26.
  • the ToF receiver 42 may be provided at an intermediate position between the two predetermined receivers 26. That is, the ToF receiver 42 may be provided at a position where the distances from each of the two predetermined receivers 26 are equidistant.
  • the measurement target model of the skin tissue (including the subcutaneous tissue) as the measurement target is used, the second distance D2 is set to 5 mm, and the first distance D1 is set to 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 5 (mm). ), And the result of simulating the measurement sensitivity (Sensitivity) for each measurement depth (Depth) is shown.
  • the measurement sensitivity takes a value in the range of ⁇ 1.0 to 1.0, is color-coded by positive sensitivity and negative sensitivity, and is displayed as a gradation by changing the density according to the value. ing.
  • the dark-colored region of the region A1 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity.
  • the peak measurement sensitivity is a measurement sensitivity at which the measurement sensitivity is 1 (mm).
  • the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 1 (mm) or more and 2 (mm) or less.
  • the measurement depth is measured under the same conditions as in FIG. 17, except that the second distance D2 is 8 mm and the first distance D1 is variable in the range of 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 8 (mm). The result of simulating the measurement sensitivity for each is shown.
  • the dark-colored region of the region A2 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity. As shown in FIG. 18, it can be seen that the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 1.5 (mm) or more and 2.5 (mm) or less.
  • the area B2 surrounded by the broken line has a negative measurement sensitivity.
  • the measurement depth is measured under the same conditions as in FIG. 17, except that the second distance D2 is 14 mm and the first distance D1 is variable in the range of 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 14 (mm). The result of simulating the measurement sensitivity for each is shown.
  • the dark-colored region of the region A3 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity.
  • the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 2.0 (mm) or more and 4.0 (mm) or less.
  • the area B3 surrounded by the broken line has a negative measurement sensitivity.
  • the measurement depth is measured under the same conditions as in FIG. 17, except that the second distance D2 is 30 mm and the first distance D1 is variable in the range of 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 30 (mm). The result of simulating the measurement sensitivity for each is shown.
  • the dark-colored region of the region A4 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity. As shown in FIG. 20, it can be seen that the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 3.0 (mm) or more and 6.5 (mm) or less.
  • the area B4 surrounded by the broken line has a negative measurement sensitivity.
  • the second distance is obtained. It is preferable to select a second photoreceiver 26 having a D1 of 14 mm or less.
  • the present inventor performed the same simulation as in FIGS. 17 to 20 for various second distances D2 other than the second distance D2 shown in FIGS. 17 to 20. From the simulation results shown in FIGS. 17 to 20 and the simulation results other than those shown in FIGS. 17 to 20, it was found that the measurement depth becomes deeper as the first distance D1 and the second distance D2 become longer.
  • the measurement depth Dp is approximated by 1/5 of the second distance D2 when the first distance D1 is about half of the second distance D2.
  • the correspondence between the measurement depth Dp1 and the second distance D2 is expressed by the following equation.
  • Dp1 0.090 x D1 + 0.079 x D2 + 0.85 ... (4)
  • the first distance D1 is 1/2 of the second distance D2, and the skin tissue to be measured is desired.
  • the first receiver corresponding to the first distance D1 and the second distance D2 closest to the first distance D1 and the second distance D2 satisfying the condition that the depth of is 1/5 of the second distance D2. 26 and a second photoreceiver 26 may be selected.
  • the depth of the measurement target, the first distance, and the second are derived based on the calculation result obtained by calculating the measurement sensitivity for each depth of the measurement target.
  • the first light receiver 26 and the second light receiver 26 may be selected based on the correspondence of distances.
  • the first receiver 26 and the second receiver 26 may be selected based on the above equation (4).
  • the second distance D2 is set to 5 mm
  • the first distance D1 is made variable in the range of 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 5 (mm). Except for this, the results of simulating the measurement sensitivity for each measurement depth under the same conditions as in FIG. 17 are shown.
  • the dark-colored region of the region A5 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity.
  • the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 0.5 (mm) or more and 1.5 (mm) or less. In FIG. 21, there is no region where the measurement sensitivity is negative.
  • the measurement depth is measured under the same conditions as in FIG. 21 except that the second distance D2 is 8 mm and the first distance D1 is variable in the range of 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 8 (mm). The result of simulating the measurement sensitivity for each is shown.
  • the dark-colored region of the region A6 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity.
  • the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 1.0 (mm) or more and 2.0 (mm) or less. In FIG. 22, there is no region where the measurement sensitivity is negative.
  • the measurement depth is measured under the same conditions as in FIG. 21 except that the second distance D2 is 14 mm and the first distance D1 is variable in the range of 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 14 (mm). The result of simulating the measurement sensitivity for each is shown.
  • the dark-colored region of the region A7 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity. As shown in FIG. 23, it can be seen that the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 2.5 (mm) or more and 4.0 (mm) or less.
  • the measurement sensitivity is negative in the region B7 surrounded by the broken line.
  • the measurement depth is measured under the same conditions as in FIG. 21 except that the second distance D2 is 30 mm and the first distance D1 is variable in the range of 0 (mm) ⁇ D1 ⁇ 30 (mm). The result of simulating the measurement sensitivity for each is shown.
  • the dark-colored region of the region A8 surrounded by the broken line is the peak measurement sensitivity.
  • the measurement sensitivity peaks in the range where the measurement depth is 3.0 (mm) or more and 5.5 (mm) or less.
  • the measurement sensitivity is negative in the region B8 surrounded by the broken line.
  • the present inventor performed the same simulation as in FIGS. 21 to 24 for various second distances D2 other than the second distance D2 shown in FIGS. 21 to 24. Then, from the simulation results shown in FIGS. 21 to 24 and the simulation results other than those shown in FIGS. 21 to 24, when the first distance D1 and the second distance D2 are the same as compared with the case where the measurement target is the skin tissue. It was found that the measurement depth at which the measurement sensitivity peaks is slightly shallower.
  • the difference between the measurement depth Dp1 of the skin tissue and the Dp2 of the gastrointestinal tissue is in the range of 10% or more and 20% or less, and the same measurement sensitivity calculation device. It was found that the measurement sensitivity distributions of the two tissues can be calculated.
  • the measurement depth can be changed in the range of 1 to 5 mm by appropriately selecting the first distance D1 and the second distance D2 according to the depth of the measurement target and the type of tissue.
  • the present embodiment does not limit the invention according to the claim, and not all combinations of features described in the embodiments are indispensable for the means for solving the invention.
  • the embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions are extracted by combining a plurality of disclosed constituent requirements. Even if some constituents are deleted from all the constituents shown in the embodiment, the configuration in which some of the constituents are deleted can be extracted as an invention as long as the effect is obtained.
  • the measurement sensitivity calculation program 55A may be stored in a storage medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) and provided, or may be provided via a network.
  • a storage medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) and provided, or may be provided via a network.
  • the measurement sensitivity calculation process is realized by the software configuration by using the computer by executing the program
  • the present invention is not limited to this.
  • the measurement sensitivity calculation process may be realized by a hardware configuration or a combination of a hardware configuration and a software configuration.
  • processing flow of the measurement sensitivity calculation program described in the above embodiment is also an example, and unnecessary steps are deleted or new steps are added within the range not deviating from the gist of the present disclosure. Needless to say, the processing order may be changed.

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Abstract

測定感度算出装置は、測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から測定対象に対して発光された光が、発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの光路の長さを表す第１の光路長と、発光器から発光された光が、発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、測定対象の深度毎に前記測定感度を算出し、測定対象の深度毎に算出した測定感度を出力する。

Description

測定感度算出方法、測定感度算出装置、測定感度算出プログラム、及び光学的測定装置
　本開示は、測定感度算出方法、測定感度算出装置、測定感度算出プログラム、及び光学的測定装置に関する。
　従来の近赤外分光法（Ｎｅａｒ－Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＮＩＲＳ）による血液動態計測では、主に連続光法（１つの光源と１つの受光器のペアで酸素濃度変化量を計測する手法）と空間分解法（１つの光源と２つの受光器のペアで、空間的な光量の差異から酸素濃度の絶対値を求める手法）、時間分解法、位相変調法が実用化されている。
　例えば特許文献１、２には、連続光法を用いた計測方法が開示されている。また、非特許文献１には、空間分解法を用いた計測方法が開示されている。
　測定対象において、体表からどの程度の深度まで測定できるか、という測定深度の問題に関しては、連続光法の測定範囲を示すバナナシェイプと呼ばれる範囲の深度を根拠として、送受光器間距離の半分程度の距離が測定深度となることが一般的に知られている。
　　　特許文献１：国際公開２０１４／３４２８５号パンフレット
　　　特許文献２：米国特許第５９０２２３５号明細書
　　　非特許文献１：Masatsugu Niwayama, "Voxel-based measurement sensitivity of spatially resolved near-infrared spectroscopy in layered tissues", Biomedical Optics_2018.3：
　しかしながら、空間分解法における測定深度については、連続光法によるＮＩＲＳと同様に送受光器間距離の半分程度とすると誤差が大きくなり、また、原理的に真の測定感度にはならないという問題があった。
　本開示は上記事実を考慮して成されたものであり、精度良く測定対象の深度毎に測定感度を算出することができる測定感度算出方法、測定感度算出装置、測定感度算出プログラム、及び光学的測定装置を得ることを目的とする。
　上記目的を達成するため、第１態様に係る測定感度算出方法は、コンピュータが、測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出するステップと、前記測定対象の深度毎に算出した前記測定感度を出力するステップと、を含む処理を実行する。
　第１態様に係る測定感度算出方法において、前記算出するステップは、前記第１の距離及び前記第２の距離の少なくとも一方が異なる組み合わせの２つの受光器の組を複数組選択し、選択した複数組の受光器について、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出するようにしてもよい。
　第１態様に係る測定感度算出方法において、前記出力するステップは、前記複数組の受光器のうち、前記測定対象の深度が、予め定めた閾値以上の測定感度に対応する深度範囲に含まれる組の受光器における前記第１の距離及び前記第２の距離を出力するようにしてもよい。
　第１態様に係る測定感度算出方法において、前記測定対象モデルは、前記測定対象を複数のボクセルで表したモデルであり、前記算出するステップは、前記複数のボクセル毎に前記第１の光路長及び前記第２の光路長を算出して前記測定感度を算出し、前記測定対象の深度毎の各ボクセルについて算出された前記測定感度を積算することにより、前記測定対象の深度毎の前記測定感度を算出するようにしてもよい。
　第２態様に係る測定感度算出装置は、測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出する算出部と、前記測定対象の深度毎に算出した前記測定感度を出力する出力部と、を備える。
　第３態様に係る測定感度算出プログラムは、コンピュータに、測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出するステップと、前記測定対象の深度毎に算出した前記測定感度を出力するステップと、を含む処理を実行させる。
　第４態様に係る光学的測定装置は、測定対象に対して発光する発光器と、第１態様に係る測定感度算出方法により選択された複数組の受光器の中から選択された３つ以上の受光器と、前記３つ以上の受光器から２つの受光器を選択する選択部と、前記２つの受光器で受光した光の光強度に基づいて、光の吸収度合いを算出する演算部と、を備える。
　第４態様に係る光学的測定装置において、前記発光器と、前記３つ以上の受光器のうち予め定めた２つの受光器と、の位置関係と同じ位置関係で光飛行時間を測定する測定部と、前記発光器から複数の波長の光を発光させて前記２つの前記受光器で受光した光の強度に基づいて算出した空間的傾きと、前記光飛行時間と、に基づいて算出した吸収係数及び散乱係数に対応する前記測定対象を特定する特定部と、を更に備え、前記選択部は、前記３つ以上の受光器のうち、前記特定部により特定された前記測定対象に対応する２つの受光器を選択するようにしてもよい。
　第５態様に係る光学的測定装置は、測定対象に対して発光する発光器と、前記発光器からの距離が異なる３つ以上の受光器と、前記３つ以上の受光器から選択された２つの受光器を選択する選択部と、前記２つの受光器で受光した光の光強度に基づいて、光の吸収度合いを算出する演算部と、を備える。
　第５態様に係る光学的測定装置において、前記選択部は、測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記第１の距離及び前記第２の距離の少なくとも一方が異なる組み合わせの２つの受光器の組を複数組選択し、選択した複数組の受光器について、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出した算出結果に基づいて、前記測定対象に対応する２つの受光器を選択するようにしてもよい。
　第５態様に係る光学的測定装置において、前記選択部は、前記測定対象が皮膚組織であって測定対象の深度が１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下の場合、前記第２の距離が１４ｍｍ以下の前記第２の受光器を選択するようにしてもよい。
　第５態様に係る光学的測定装置において、前記選択部は、前記測定対象が皮膚組織の場合、前記第１の距離が前記第２の距離の１／２であり、且つ、前記皮膚組織の深度が前記第２の距離の１／５となる条件を満たす前記第１の距離及び前記第２の距離に最も近い前記第１の距離及び前記第２の距離に対応する前記第１の受光器及び前記第２の受光器を選択するようにしてもよい。
　第５態様に係る光学的測定装置において、前記選択部は、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出した算出結果に基づいて導出した前記測定対象の深度、前記第１の距離、及び前記第２の距離の対応関係に基づいて、前記第１の受光器及び前記第２の受光器を選択するようにしてもよい。
　第６態様に係る光学的測定装置は、測定対象に対して発光する発光器と、前記発光器からの距離が異なる２つ以上の受光器と、前記２つ以上の受光器のうち少なくとも１つの受光器に隣接する、光飛行時間を測定する測定部と、を備える。
　第６態様に係る光学的測定装置において、前記発光器から複数の波長の光を発光させて、前記２つ以上の受光器で受光した光の強度に基づいて算出した空間的傾きと、前記光飛行時間と、に基づいて吸収係数及び散乱係数の少なくとも一方に関する情報を算出する算出部を備えた構成としてもよい。
　第６態様に係る光学的測定装置において、前記算出部により算出された前記吸収係数及び散乱係数の少なくとも一方に対応する前記測定対象を特定する特定部と、前記特定部により特定された前記測定対象に対応する２つ以上の受光器を選択する選択部と、を備えた構成としてもよい。
　本開示によれば、精度良く測定対象の深度毎に測定感度を算出することができる、という効果を有する。
測定感度算出装置の構成図である。 測定感度算出装置の機能ブロック図である。 測定対象モデルの一例を示す図である。 測定対象モデルの一例を示す図である。 測定感度算出処理のフローチャートである。 光路長の算出について説明するための図である。 測定感度分布の一例を示す図である。 測定感度分布の一例を示す図である。 測定感度分布の一例を示す図である。 測定感度分布の一例を示す図である。 測定感度と深度との関係を示すグラフである。 測定感度と深度との関係を示すグラフである。 測定感度と深度との関係を示すグラフである。 測定感度と深度との関係を示すグラフである。 光学的測定装置の構成図である。 測定処理のフローチャートである。 測定対象が皮膚組織であり、第２の距離Ｄ２が５ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。 測定対象が皮膚組織であり、第２の距離Ｄ２が８ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。 測定対象が皮膚組織であり、第２の距離Ｄ２が１４ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。 測定対象が皮膚組織であり、第２の距離Ｄ２が３０ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。 測定対象が胃腸組織であり、第２の距離Ｄ２が５ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。 測定対象が胃腸組織であり、第２の距離Ｄ２が８ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。 測定対象が胃腸組織であり、第２の距離Ｄ２が１４ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。 測定対象が胃腸組織であり、第２の距離Ｄ２が３０ｍｍの場合における測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
　図１は、測定感度算出装置５０のハードウェア構成を示す図である。測定感度算出装置５０は、一般的なコンピュータを含む装置である。
　図１に示すように、測定感度算出装置５０は、コントローラ５１を備える。コントローラ５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）５１Ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）５１Ｃ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）５１Ｄを備える。そして、ＣＰＵ５１Ａ、ＲＯＭ５１Ｂ、ＲＡＭ５１Ｃ、及びＩ／Ｏ５１Ｄがシステムバス５１Ｅを介して各々接続されている。システムバス５１Ｅは、コントロールバス、アドレスバス、及びデータバスを含む。
　また、Ｉ／Ｏ５１Ｄには、操作部５２、表示部５３、通信部５４、及び記憶部５５が接続されている。
　操作部５２は、例えばマウス及びキーボードを含んで構成される。
　表示部５３は、例えば液晶ディスプレイ等で構成される。
　通信部５４は、外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースである。
　記憶部５５は、ハードディスク等の不揮発性の外部記憶装置で構成され、後述する測定感度算出プログラム５５Ａ、測定対象モデルデータ５５Ｂ、及び測定対象深度情報５５Ｃ等を記憶する。ＣＰＵ５１Ａは、記憶部５５に記憶された測定感度算出プログラム５５ＡをＲＡＭ５１Ｃに読み込んで実行する。
　次に、測定感度算出装置５０が測定感度算出プログラム５５Ａを実行する場合におけるＣＰＵ５１Ａの機能構成について説明する。
　図２に示すように、ＣＰＵ５１Ａは、機能的には、算出部６０及び出力部６１を備える。
　算出部６０は、測定対象を表す測定対象モデルを用いて測定対象の深度毎に測定深度を算出する。測定対象としては、例えば生体、農産物、及び木材等の光を吸収する物体が挙げられる。本実施形態では、一例として生体が測定対象である場合について説明するが、測定感度算出装置５０は、医療機器分野に限らず、リハビリ分野、スポーツ科学分野の製品、サービス等への応用、あるいは農産物、木材などの各種生産物の品質管理にも適用可能である。
　測定対象モデルは、測定対象の層構造、光の吸収係数、及び光の散乱係数等が定義されたシミュレーションモデルである。
　図３には、一例として、測定対象としての胃腸組織の測定対象モデルＭ１を示した。図３に示すように、胃腸組織ＳＴの層構造は１層構造となっている。
　この場合、算出部６０は、測定対象である胃腸組織を表す測定対象モデルＭ１において、発光器２４から胃腸組織に対して発光された光が、発光器２４から第１の距離Ｄ１だけ離間した第１の受光器２６で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長を算出する。また、算出部６０は、発光器２４から発光された光が、発光器２４から第２の距離Ｄ２だけ離間した第２の受光器２６で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、測定対象深度毎に測定感度を算出する。なお、Ｄ１＜Ｄ２であり、Ｄ１及びＤ２は、一例として数１０ｍｍ(例えば４０ｍｍ）以下に設定される。
　ここで、測定対象モデルＭ１は、図３では図示を省略しているが、本実施形態では一例として測定対象を複数のボクセルで表したモデルである。ボクセルの形状としては、本実施形態では一例として一辺が０．５ｍｍの立方体を用いる場合について説明するが、ボクセルの形状及びサイズはこれに限られるものではない。
　この場合、算出部６０は、複数のボクセル毎に第１の光路長及び第２の光路長を算出して測定感度を算出し、測定対象の深度毎の各ボクセルについて算出された測定感度を積算することにより、測定対象の深度毎の測定感度を算出する。
　出力部６１は、測定対象の深度毎に算出した測定感度を出力する。具体的には、出力部６１は、測定対象の深度毎に算出した測定感度を表示部５３に表示させたり、記憶部５５に記憶させたりする。
　図４には、測定対象の他の例として大腿筋の測定対象モデルＭ２を示した。大腿筋の層構造は皮膚ＳＫ、脂肪ＦＡ、及び筋肉ＭＵの３層構造となっている。なお、その他にも、例えば脳組織、前腕筋など各種の人体部位について測定対象モデルを特定可能である。
　なお、以下では、測定対象モデルを区別しない場合は測定対象モデルＭと称する。
　次に、本実施形態の作用として、ＣＰＵ５１Ａで実行される測定感度算出処理について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
　図５に示すように、ステップＳ１００では、ユーザーが測定対象を選択するための選択画面を表示部５３に表示し、測定対象の選択を受け付ける。ここでユーザーは、操作部５２を操作して複数の測定対象の中から測定感度を算出したい測定対象を選択する。
　ステップＳ１０２では、受光器２６の組を選択するための選択画面を表示部５３に表示し、受光器２６の組の選択を受け付ける。ここでユーザーは、操作部５２を操作して、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２の少なくとも一方が異なる組み合わせの２つの受光器２６の組を複数組選択する。本実施形態では、計算処理を簡略化するため、複数の受光器２６の組の中から、明らかに対象外と考えられる受光器２６の組を除外して、予め候補となり得る受光器２６の組をユーザーに複数選択させる。なお、ステップＳ１０２の処理を省略し、複数の受光器２６の組の全てについてステップＳ１０４～Ｓ１１４の処理を実行してもよい。
　ステップＳ１０４では、発光器２４から測定対象に対して発光された光が、発光器２４から第１の距離Ｄ１だけ離間した第１の受光器２６で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長を複数のボクセル毎に算出する。
　以下、各ボクセルにおける光路長の算出方法について図６を参照して説明する。
　図６は、発光器２４から発光された光が測定対象に入射されて、受光器２６で受光されるまでの光路を模式的に表している。
　ｉ番目のボクセルＶｉを通過する光の平均光路長Ｌｉをモンテカルロ法により求める手順について説明する。
　測定対象モデルＭに入射された光子群のうちＮ個の光子群が受光器２６に到達したものとし、図６は、ｎ番目の光子群の移動の様子を表しているものとする。光子群は入射時に１の強度を有し、その強度が媒質の吸収係数に応じてＬａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒ則に従い減衰する。
　また、光子群が散乱により方向を変化させる際に、方向を変化させるまでの距離（散乱距離）と散乱後の方向は乱数を用いて決定される。光子群の存在する媒質の散乱係数をμｓ、０～１の一様乱数をＲとすると－ｌｎ（Ｒ）／μｓが散乱距離となる。
　ｎ番目の光子群が散乱しながらボクセルＶｉの中を通過したときの光路長をＬｉ，ｎとし、その光子群が受光器２６へ到達したときの光子群の強度をＩｎとすると、ボクセルＶｉの中を通過した光子群の平均光路長Ｌｉは次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

　　　　・・・（１）
　すなわち、平均光路長Ｌｉは、光子群がボクセルＶｉを通過したときの光路長Ｌｉ，ｎを受光器２６へ到達したときの強度Ｉｎで重み付け加算し、受光器２６に到達した光子群の光量の総和で除算することにより得られる。なお、平均光路長を単に光路長とも呼ぶ。
　ステップＳ１０４では、全てのボクセルＶｉについて上記（１）式により第１の光路の光路長Ｌｉを算出する。
　ステップＳ１０６では、発光器２４から測定対象に対して発光された光が、発光器２４から第２の距離Ｄ２だけ離間した第２の受光器２６で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長を複数のボクセル毎に算出する。同様に、発光器２４から測定対象に対して発光された光が、発光器２４から第２の距離Ｄ２だけ離間した第２の受光器２６で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長を複数のボクセル毎に算出する。
　すなわち、ステップＳ１０４と同様に、全てのボクセルＶｉについて上記（１）式により第２の光路の光路長Ｌｉを算出する。
　ステップＳ１０８では、ボクセルＶｉ毎に測定感度Ｓｉを算出する。測定感度Ｓｉは、ボクセルＶｉの第１の光路長をＬｉ１、第２の光路長をＬｉ２として次式で表される。
Ｓｉ＝Ｌｉ２－Ｌｉ１　　　・・・（２）
　すなわち、測定感度Ｓｉを算出は、第２の光路長Ｌｉ２と第１の光路長Ｌｉ１との差分である。
　ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で算出した各ボクセルＶｉの測定感度Ｓｉを深度毎に積算する。例えば、深度１ｍｍ毎に各ボクセルＶｉの測定感度Ｓｉを積算する。これにより、深度毎の測定感度が得られる。なお、ボクセルＶｉの一辺の長さである０．５ｍｍ毎に各ボクセルＶｉの測定感度Ｓｉを積算してもよく、測定感度Ｓｉを積算する深度の単位は任意に設定できる。
　図７～１０には、測定感度分布の例を等値線図で示した。図７は、第１の距離Ｄ１が３ｍｍ、第２の距離Ｄ２が５ｍｍの受光器の組における測定感度分布を表している。図７に示すように、正の測定感度については１×１０－１（ｍｍ）～１×１０－４（ｍｍ）を等値線で表しており、負の測定感度については－１×１０－１（ｍｍ）、－１×１０－２、－１×１０－４（ｍｍ）を等値線で表している。ここで、負の測定感度の領域については、正確に測定することはできない領域である。なお、図７～１０では、便宜上、測定感度分布を等値線で表したが、実際の測定感度の計算は、前述したように各ボクセルＶｉの測定感度Ｓｉを深度毎に積算するこことで行う。
　同様に、図８は、第１の距離Ｄ１が５ｍｍ、第２の距離Ｄ２が７ｍｍの受光器の組における測定感度分布を表している。
　図９は、第１の距離Ｄ１が９ｍｍ、第２の距離Ｄ２が１４ｍｍの受光器の組における測定感度分布を表している。
　図１０は、第１の距離Ｄ１が２０ｍｍ、第２の距離Ｄ２が３０ｍｍの受光器の組における測定感度分布を表している。
　また、図１１～１５には、図７～１０に各々対応した測定感度のグラフを示した。図７は、図１１に対応した測定感度のグラフであり、横軸が深度（ｍｍ）、縦軸が測定感度である。
　図１１に示すように、Ｄ１＝３ｍｍ、Ｄ２＝５ｍｍの受光器の組においては、測定感度がピーク値Ｐとなる深度は約１．５ｍｍである。また、測定感度の半値幅Ｗ１の深度、すなわち、測定感度がピーク値の１／２となる深度の範囲は０．３～３．６ｍｍである。また、１／１０幅Ｗ２となる深度、すなわち測定感度がピーク値の１／１０となる深度の範囲は０～６．２ｍｍである。
　また、図１２に示すように、Ｄ１＝５ｍｍ、Ｄ２＝７ｍｍの受光器の組においては、測定感度がピーク値Ｐとなる深度は約３．４ｍｍである。また、測定感度の半値幅Ｗ１の深度の範囲は１．２～６．４ｍｍである。また、１／１０幅Ｗ２となる深度の範囲は０．２～１０．４ｍｍである。
　また、図１３に示すように、Ｄ１＝９ｍｍ、Ｄ２＝１４ｍｍの受光器の組においては、測定感度がピーク値Ｐとなる深度は約５ｍｍである。また、測定感度の半値幅Ｗ１の深度の範囲は２．２～９ｍｍである。また、１／１０幅Ｗ２となる深度の範囲は０．９～１４ｍｍである。
　また、図１４に示すように、Ｄ１＝２０ｍｍ、Ｄ２＝３０ｍｍの受光器の組においては、測定感度がピーク値Ｐとなる深度は約６ｍｍである。また、測定感度の半値幅Ｗ１の深度の範囲は２．６～１０．５ｍｍである。また、１／１０幅Ｗ２となる深度の範囲は０．８～１４．５ｍｍである。
　このように、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２が異なると、測定感度のピーク値が異なることが分かる。具体的には、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２が長くなるに従って、測定感度のピーク値の深度が徐々に深くなる方向にシフトしていくことが分かる。
　ステップＳ１１２では、所定感度の深度を出力する。すなわち、所定感度の深度を表示部５３に表示させたり、記憶部５５に記憶させたりする。ここで、所定感度の深度とは、例えば測定感度がピーク値となる深度、測定感度が半値幅となる範囲の深度、測定感度が１／１０幅となる範囲の深度等とすることができるが、これら以外の測定感度の深度を出力してもよい。
　ステップＳ１１４では、ステップＳ１０２で選択した全ての受光器の組についてステップＳ１０４～Ｓ１１２の処理を実行したか否かを判定し、全ての受光器の組について実行した場合はステップＳ１１６へ移行する。一方、全ての受光器の組について実行していない場合は、ステップＳ１０４へ移行し、未実行の受光器の組についてステップＳ１０４～Ｓ１１２の処理を実行する。
　ステップＳ１１６では、測定対象に適した受光器の組における第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２を出力する。具体的には、まず測定対象深度情報５５Ｃを参照し、ステップＳ１００で選択された測定対象の深度を取得する。測定対象深度情報５５Ｃは、様々な種類の測定対象の深度の情報である。そして、例えば、複数組の受光器２６のうち、測定対象の深度が、予め定めた閾値以上の測定感度に対応する深度範囲に含まれる組の受光器２６における第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２を出力する。閾値は、例えばピーク値より若干小さい測定感度（例えばピーク値より数％小さい測定感度）としてもよいし、半値幅の測定感度、すなわちピーク値の１／２としてもよいし、測定の用途によっては１／１０幅の測定感度、すなわちピーク値の１／１０としてもよい。具体的には、例えば、閾値をピーク値の１／２とし、測定対象の深度が１０ｍｍであった場合、深度１０ｍｍが、ピーク値の１／２以上の測定感度に対応する深度範囲に含まれる組の受光器２６は、図１４に示すＤ１＝２０ｍｍ、Ｄ２＝３０ｍｍの組である。従って、この組が測定対象に適した受光器２６の組として選択される。
　例えば測定対象が腸壁の場合は、Ｄ１＝３ｍｍ、Ｄ２＝５ｍｍの受光器２６の組が適している。また、測定対象が胃や食道の場合は、Ｄ１＝５ｍｍ、Ｄ２＝７ｍｍの受光器２６の組が適している。また、測定対象が筋肉組織の場合は、Ｄ１＝２０ｍｍ、Ｄ２＝３０ｍｍの受光器２６の組が適している。
　このように、本実施形態では、測定対象を複数のボクセルで表した測定対象モデルを用いてボクセル毎に測定感度を算出し、深度毎に測定感度を積算することにより深度毎の測定感度を算出する。これにより、精度良く測定対象の深度毎に測定感度を算出することができ、測定対象に適した受光器の組を容易に特定することができる。また、本実施形態では、光路長差を測定感度として測定対象の深度毎に測定感度を算出するするため、計算効率が向上する。なお、図５のステップＳ１０４、Ｓ１０６で説明した光路長の算出方法は一例である。測定対象モデルの層数や媒質の違いにより、吸収係数、散乱係数などは異なるため、測定対象モデルに対応した光路長の算出方法を用いて光路長を算出することが好ましい。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態について説明する。
　図１５には、光学的測定装置１０の概略構成を示した。図１５に示すように、光学的測定装置１０は、プローブ１２、駆動装置１４、制御部１６、操作部１８、メモリ２０、及び出力部２２を含んで構成されている。
　プローブ１２は、発光器２４、複数の受光器２６、ＴｏＦ用発光器４０、及び２つのＴｏＦ用受光器４２が、例えば可撓性を有する平板状の部材（例えばゴム性の部材等）２８に設けられた構成である。発光器２４は、本実施形態では一例として発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられ、受光器２６にはフォトダイオードが用いられる。プローブ１２は、例えば食道がん、胃がん等の手術において用いられる内視鏡、より具体的には内視鏡の鉗子先端に装着して設けられる。この場合、光学的測定装置１０は、プローブ１２が食道の管や胃壁等の測定対象３０に当てられた状態で酸素濃度等を測定する。測定された酸素濃度等は、食道の管や胃壁をどこまで切除するかを決めたりする場合に考慮される。
　発光器２４は、本実施形態では一例としてピーク波長が第１の波長λ１、第２の波長λ２の２波長の発光ダイオードである。第１の波長λ１、第２の波長λ２は、ヘモグロビンと水の吸収が少ない波長、具体的には７００ｎｍから９００ｎｍの範囲における２つの異なる波長に設定される。本実施形態では一例として第１の波長λ１が７７０ｎｍ、第２の波長λ２が８３０ｎｍである。
　発光器２４と各受光器２６とは、各々異なる離間距離を持って配置されており、３つ以上の受光器２６が一列に配置されている。この３つ以上の受光器２６は、第１実施形態で説明した測定感度算出装置５０が図５の測定感度算出処理を実行することにより得られた測定対象に適した受光器の組として選択されたものである。すなわち、３つ以上の受光器２６の発光器２４との距離は、光学的測定装置１０で測定される測定対象に適した距離となっている。
　ＴｏＦ用発光器４０は、光の飛行時間（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ：ＴｏＦ）を計測するためにパルス光を出射する。ＴｏＦ用発光器４０は、発光器２４の近傍に設けられる。
　２つのＴｏＦ用受光器４２は、ＴｏＦ用発光器４０から発光された光を受光する。２つのＴｏＦ用受光器４２は、複数の受光器２６のうち予め定めた２つの受光器２６の近傍にそれぞれ設けられる。すなわち、発光器２４と２つの受光器２６との位置関係と同じ位置関係でＴｏＦ用発光器４０及び２つのＴｏＦ用受光器４２が配置されている。なお、ＴｏＦ用発光器４０及び２つのＴｏＦ用受光器４２は測定部の一例である。
　駆動装置１４は、ＬＥＤドライバ３２、選択回路３３、Ｉ－Ｖコンバータ３４、及びアンプ３６を含んで構成されている。
　ＬＥＤドライバ３２は、制御部１６からの指示により、発光器２４を所定の波長及び所定の光強度で発光させる。
　選択回路３３は、制御部１６からの指示により、２つの受光器２６を選択し、選択した２つの受光器２６からの出力をＩ－Ｖコンバータ３４に出力する。
　Ｉ－Ｖコンバータ３４は、選択回路３３により選択された受光器２６で受光した光を光電変換することにより得られた電流を電圧に変換してアンプ３６へ出力する。
　アンプ３６は、Ｉ－Ｖコンバータ３４によって変換された電圧を所定レベルの電圧に増幅し、光強度を示す信号として制御部１６へ出力する。
　制御部１６は、選択回路３３に２つの受光器２６を選択させるように指示すると共に、ＬＥＤドライバ３２へ発光器２４を発光させるよう指示し、その結果得られた、選択された２つの受光器２６で受光した光の光強度に基づいて、ヘモグロビン濃度等を算出する。演算結果は、出力部２２に出力される。出力部２２は、例えばディスプレイやプリンタ等で構成され、演算結果を表示したり印刷したりすることにより出力する。
　メモリ２０には、後述する測定処理ルーチンのプログラムや、その処理で用いるデータであって、予め実行したシミュレーション結果に関するデータ等が予め記憶されている。
　次に、本実施形態の作用として、制御部１６で実行される測定処理について、図１６に示すフローチャートを参照して説明する。
　測定する際には、プローブ１２を被測定者の測定対象に接触させ、操作部１８を操作することにより、測定開始を指示する。これにより、図１６に示す処理が開始される。
　ステップＳ２００では、測定対象の選択方法を受け付ける。ユーザーは、測定対象を自動で選択するか、手動で選択するかを操作部１８を操作して指示する。
　ステップＳ２０２では、ステップＳ２００において受け付けた選択方法が自動であるか否かを判定し、手動の場合はステップＳ２０４へ移行し、自動の場合はステップＳ２０６へ移行する。
　ステップＳ２０４では、測定対象を受け付ける。ここでユーザーは、測定したい測定対象を操作部１８を操作することにより手動で指示する。測定対象を受け付けた後は、ステップＳ２１６へ移行する。
　ステップＳ２０６では、発光器２４から第１の波長λ１及び第２の波長λ２の光を順次発光させ、予め定めた２つの受光器２６で受光した光の光強度をそれぞれ取得する。
　ステップＳ２０８では、ステップＳ２０６で取得した光強度に基づいて、空間分解法における空間的傾きを算出する。空間的傾きの算出には、例えば特許第５０６２６９８号公報等に記載された公知の手法を用いる。
　ステップＳ２１０では、ＴｏＦ用発光器４０を発光させ、発光した光がＴｏＦ用受光器４２で受光するまでのＴｏＦを測定する。
　ステップＳ２１２では、ステップＳ２０８で算出した空間的傾き及びステップＳ２１０で測定したＴｏＦに対応する吸収係数及び散乱係数を求める。例えば、理論解析データベース等から予め求められた、空間的傾き及びＴｏＦと、吸収係数及び散乱係数と、の対応関係を表すテーブルデータをメモリ２０に予め記憶しておき、このテーブルデータを参照して、ステップＳ２０８で算出した空間的傾き及びステップＳ２１０で測定したＴｏＦに対応する吸収係数及び散乱係数を求める。
　ステップＳ２１４では、ステップＳ２１２で求めた吸収係数及び散乱係数に対応する測定対象を特定する。例えば、吸収係数及び散乱係数と、測定対象と、の対応関係を表すテーブルデータをメモリ２０に予め記憶しておき、このテーブルデータを参照して、ステップＳ２１２で求めた吸収係数及び散乱係数に対応する測定対象を特定する。これにより、ユーザーが手動で測定対象を指定することなく、自動で測定対象を特定することができる。
　ステップＳ２１６では、ステップＳ２１４で特定した測定対象に対応する受光器の組を選択する。例えば、測定対象と受光器の組との対応関係を表すテーブルデータをメモリ２０に予め記憶しておき、このテーブルデータを参照し、ステップＳ２１４で特定した測定対象に対応する受光器の組を求め、求めた組の受光器２６を選択するよう選択回路３３に指示する。
　ステップＳ２１８では、測定処理を実行する。すなわち、発光器２４から第１の波長λ１及び第２の波長λ２の光を順次発光させ、ステップＳ２１６で選択された２つの受光器２６で受光した光の光強度をそれぞれ取得する。そして、取得した光強度に基づいて光の吸収度合いを演算する。また、光の吸収度合いに基づいてヘモグロビン濃度等を算出する。光の吸収度合い及びヘモグロビン濃度等の算出は、例えば特許第５０６２６９８号公報等に記載された公知の手法を用いることができる。
　ステップＳ２２０では、ステップＳ２１８の測定結果を出力部２２に出力する。
　このように、測定対象を自動で特定することができるため、ユーザーが手動で測定対象を指定する手間を省くことができる。また、ユーザーが手動で測定対象を指定することもできるため、利便性が向上する。
　なお、第２実施形態では、２つのＴｏＦ用受光器４２が、複数の受光器２６のうち予め定めた２つの受光器２６の近傍にそれぞれ設けられた構成について説明したが、１つのＴｏＦ用受光器４２を設けた構成としてもよい。この場合、予め定めた２つの受光器２６の両方に近接するようにバランスを考慮した位置に一つのＴｏＦ用受光器４２を配置する。具体的には、予め定めた２つの受光器２６の中間位置にＴｏＦ用受光器４２を設けても良い。すなわち、予め定めた２つの受光器２６の各々からの距離が等距離となる位置にＴｏＦ用受光器４２を設けても良い。これにより、発光器２４から予め定めた２つの受光器２６までの２つの光路に対応する散乱係数に近い平均的な散乱係数を求めることができるため好ましい。また、図１５において、中央に位置する受光器２６に隣接するＴｏＦ用受光器４２あるいは一番下の受光器２６に隣接するＴｏＦ用受光器４２を一つだけ設けた構成としてもよい。
（第３実施形態）
　次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２の複数の組み合わせにおける測定感度のシミュレーション結果について説明する。
　図１７には、測定対象としての皮膚組織（皮下組織を含む）の測定対象モデルを用いて、第２の距離Ｄ２を５ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜５（ｍｍ）の範囲で可変にして測定深度（Ｄｅｐｔｈ）毎の測定感度（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）をシミュレーションした結果を示した。図１７に示すように、測定感度は、－１．０～１．０の範囲の値を取り、正の感度と負の感度とで色分けすると共に、値によって濃度を変えることによりグラデーションで表示している。
　図１７に示すように、破線で囲んだ領域Ａ１のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。ここで、ピークの測定感度とは、測定感度が１（ｍｍ）となる測定感度である。図１７に示すように、測定深度が１（ｍｍ）以上で且つ２（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。
　なお、図１７において、負の測定感度となる領域はない。すなわち、負の測定感度となる第１の距離Ｄ１と測定感度との組み合わせはない。
　図１８には、第２の距離Ｄ２を８ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜８（ｍｍ）の範囲で可変にしたこと以外は、図１７と同様の条件で測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示した。
　図１８に示すように、破線で囲んだ領域Ａ２のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。図１８に示すように、測定深度が１．５（ｍｍ）以上で且つ２．５（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。
　なお、図１８において、破線で囲んだ領域Ｂ２においては、負の測定感度となっている。
　図１９には、第２の距離Ｄ２を１４ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜１４（ｍｍ）の範囲で可変にしたこと以外は、図１７と同様の条件で測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示した。
　図１９に示すように、破線で囲んだ領域Ａ３のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。図１９に示すように、測定深度が２．０（ｍｍ）以上で且つ４．０（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。
　なお、図１９において、破線で囲んだ領域Ｂ３においては、負の測定感度となっている。
　図２０には、第２の距離Ｄ２を３０ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜３０（ｍｍ）の範囲で可変にしたこと以外は、図１７と同様の条件で測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示した。
　図２０に示すように、破線で囲んだ領域Ａ４のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。図２０に示すように、測定深度が３．０（ｍｍ）以上で且つ６．５（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。
　なお、図２０において、破線で囲んだ領域Ｂ４においては、負の測定感度となっている。
　図１７～２０の結果から、例えば図１５に示す光学的測定装置１０における測定処理においては、測定対象が皮膚組織であって測定対象の深度が１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下の場合、第２の距離Ｄ１が１４ｍｍ以下の第２の受光器２６を選択することが好ましい。
　また、本発明者は、図１７～図２０で示した第２の距離Ｄ２以外の様々な第２の距離Ｄ２についても図１７～図２０と同様のシミュレーションを行った。そして、図１７～図２０で示したシミュレーション結果及び図１７～図２０以外のシミュレーション結果から、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２が長くなるに従って、測定深度が深くなることが判った。
　また、測定深度をＤｐとして、次式が成り立つことが判った。
Ｄｐ≒Ｄ２／５　　・・・（３）
ただし、Ｄ１≒Ｄ２／２
　すなわち、測定深度Ｄｐは、第１の距離Ｄ１が第２の距離Ｄ２の約半分である場合において、第２の距離Ｄ２の１／５で近似される。具体的には、回帰分析を行った結果、測定深度Ｄｐ１、第１の距離Ｄ１、及び第２の距離Ｄ２の対応関係が次式で表されることが判った。
　Ｄｐ１＝０．０９０×Ｄ１＋０．０７９×Ｄ２＋０．８５　　　・・・（４）
　従って、例えば図１５に示す光学的測定装置１０における測定処理においては、測定対象が皮膚組織の場合、第１の距離Ｄ１が第２の距離Ｄ２の１／２であり、且つ、測定したい皮膚組織の深度が第２の距離Ｄ２の１／５となる条件を満たす第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２に最も近い第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２に対応する第１の受光器２６及び第２の受光器２６を選択してもよい。
　また、例えば図１５に示す光学的測定装置１０における測定処理においては、測定対象の深度毎に測定感度を算出した算出結果に基づいて導出した測定対象の深度、第１の距離、及び第２の距離の対応関係に基づいて、第１の受光器２６及び第２の受光器２６を選択するようにしてもよい。例えば上記（４）式に基づいて、第１の受光器２６及び第２の受光器２６を選択するようにしてもよい。
　図２１には、測定対象としての胃腸組織の測定対象モデルを用いて、第２の距離Ｄ２を５ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜５（ｍｍ）の範囲で可変にしこと以外は、図１７と同様の条件で測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示した。
　図２１に示すように、破線で囲んだ領域Ａ５のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。図２１に示すように、測定深度が０．５（ｍｍ）以上で且つ１．５（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。なお、図２１において、負の測定感度となる領域はない。
　図２２には、第２の距離Ｄ２を８ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜８（ｍｍ）の範囲で可変にしたこと以外は、図２１と同様の条件で測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示した。
　図２２に示すように、破線で囲んだ領域Ａ６のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。図２２に示すように、測定深度が１．０（ｍｍ）以上で且つ２．０（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。なお、図２２において、負の測定感度となる領域はない。
　図２３には、第２の距離Ｄ２を１４ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜１４（ｍｍ）の範囲で可変にしたこと以外は、図２１と同様の条件で測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示した。
　図２３に示すように、破線で囲んだ領域Ａ７のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。図２３に示すように、測定深度が２．５（ｍｍ）以上で且つ４．０（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。
　なお、図２３において、破線で囲んだ領域Ｂ７においては、負の測定感度となっている。
　図２４には、第２の距離Ｄ２を３０ｍｍとし、第１の距離Ｄ１を０（ｍｍ）＜Ｄ１＜３０（ｍｍ）の範囲で可変にしたこと以外は、図２１と同様の条件で測定深度毎の測定感度をシミュレーションした結果を示した。
　図２４に示すように、破線で囲んだ領域Ａ８のうち色が濃い領域がピークの測定感度となっている。図２０に示すように、測定深度が３．０（ｍｍ）以上で且つ５．５（ｍｍ）以下の範囲で測定感度がピークとなっていることが判る。
　なお、図２４において、破線で囲んだ領域Ｂ８においては、負の測定感度となっている。
　本発明者は、図２１～図２４で示した第２の距離Ｄ２以外の様々な第２の距離Ｄ２について図２１～図２４と同様のシミュレーションを行った。そして、図２１～図２４で示したシミュレーション結果及び図２１～図２４以外のシミュレーション結果から、測定対象が皮膚組織の場合と比較して、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２が同じ場合、測定感度がピークとなる測定深度が僅かに浅くなることが判った。
　また、回帰分析を行った結果、測定深度Ｄｐ２、第１の距離Ｄ１、及び第２の距離Ｄ２の関係が次式で表されることが判った。
　Ｄｐ２＝０．０４１×Ｄ１＋０．０７３×Ｄ２＋０．７６　　　・・・（５）
　上記のシミュレーション結果から、第２の距離Ｄ２が１０ｍｍ以下の場合、皮膚組織の測定深度Ｄｐ１と胃腸組織のＤｐ２との差は１０％以上で且つ２０％以下の範囲であり、同じ測定感度算出装置によって２つの組織の測定感度分布を算出できることが判った。
　また、測定対象の深度と組織の種類に応じて、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２を適切に選択することにより、測定深度を１～５ｍｍの範囲で変更できることが判った。
　なお、本実施形態は、請求項に係る発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の組み合わせにより種々の発明が抽出される。実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
　また、上記実施の形態では、測定感度算出プログラム５５Ａが記憶部５５に予めインストールされている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、測定感度算出プログラム５５Ａが、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の記憶媒体に格納されて提供される形態、又はネットワークを介して提供される形態としてもよい。
　さらに、上記実施の形態では、測定感度算出処理を、プログラムを実行することにより、コンピュータを利用してソフトウェア構成により実現する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、測定感度算出処理を、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成の組み合わせによって実現する形態としてもよい。
　また、上記実施の形態で説明した測定感度算出プログラムの処理の流れ（図５参照）も一例であり、本開示の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。
　なお、日本国特許出願第２０２０－１６１４０１号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
１０ 光学的測定装置
１２ プローブ
１４ 駆動装置
１６ 制御部
２４ 発光器
２６ 受光器
３３ 選択回路
４０ ＴｏＦ用発光器
４２ ＴｏＦ用受光器
５０ 測定感度算出装置
５１ コントローラ
５５ 記憶部
５５Ａ 測定感度算出プログラム
５５Ｂ 測定対象モデルデータ
５５Ｃ 測定対象深度情報
６０ 算出部
６１ 出力部
Ｄ１ 第１の距離
Ｄ２ 第２の距離
Ｍ 測定対象モデル

Claims (14)

  1. 　測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出する算出部と、
    　前記測定対象の深度毎に算出した前記測定感度を出力する出力部と、
    　を含む処理を実行する測定感度算出装置。
  2. 　前記算出部は、前記第１の距離及び前記第２の距離の少なくとも一方が異なる組み合わせの２つの受光器の組を複数組選択し、選択した複数組の受光器について、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出する
    　請求項１記載の測定感度算出装置。
  3. 　前記出力部は、前記複数組の受光器のうち、前記測定対象の深度が、予め定めた閾値以上の測定感度に対応する深度範囲に含まれる組の受光器における前記第１の距離及び前記第２の距離を出力する
    　請求項２記載の測定感度算出装置。
  4. 　前記測定対象モデルは、前記測定対象を複数のボクセルで表したモデルであり、
    　前記算出部は、前記複数のボクセル毎に前記第１の光路長及び前記第２の光路長を算出して前記測定感度を算出し、前記測定対象の深度毎の各ボクセルについて算出された前記測定感度を積算することにより、前記測定対象の深度毎の前記測定感度を算出する
    　請求項１～３の何れか１項に記載の測定感度算出装置。
  5. 　測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出するステップと、
    　前記測定対象の深度毎に算出した前記測定感度を出力するステップと、
    　を備えた測定感度算出方法。
  6. 　コンピュータに、
    　測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出するステップと、
    　前記測定対象の深度毎に算出した前記測定感度を出力するステップと、
    　を含む処理を実行させる測定感度算出プログラム。
  7. 　測定対象に対して発光する発光器と、
    　前記発光器からの距離が異なる３つ以上の受光器と、
    　前記３つ以上の受光器から選択された２つの受光器を選択する選択部と、
    　前記２つの受光器で受光した光の光強度に基づいて、光の吸収度合いを算出する演算部と、
    　を備えた光学的測定装置。
  8. 　前記選択部は、測定対象を表す測定対象モデルにおいて、発光器から前記測定対象に対して発光された光が、前記発光器から第１の距離だけ離間した第１の受光器で受光されるまでの第１の光路の長さを表す第１の光路長と、前記発光器から発光された光が、前記発光器から第２の距離だけ離間した第２の受光器で受光されるまでの第２の光路の長さを表す第２の光路長と、の光路長差を測定感度として、前記第１の距離及び前記第２の距離の少なくとも一方が異なる組み合わせの２つの受光器の組を複数組選択し、選択した複数組の受光器について、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出した算出結果に基づいて、前記測定対象に対応する２つの受光器を選択する
    　請求項７記載の光学的測定装置。
  9. 　前記選択部は、前記測定対象が皮膚組織であって測定対象の深度が１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下の場合、前記第２の距離が１４ｍｍ以下の前記第２の受光器を選択する
    　請求項８記載の光学的測定装置。
  10. 　前記選択部は、前記測定対象が皮膚組織の場合、前記第１の距離が前記第２の距離の１／２であり、且つ、前記皮膚組織の深度が前記第２の距離の１／５となる条件を満たす前記第１の距離及び前記第２の距離に最も近い前記第１の距離及び前記第２の距離に対応する前記第１の受光器及び前記第２の受光器を選択する
    　請求項８記載の光学的測定装置。
  11. 　前記選択部は、前記測定対象の深度毎に前記測定感度を算出した算出結果に基づいて導出した前記測定対象の深度、前記第１の距離、及び前記第２の距離の対応関係に基づいて、前記第１の受光器及び前記第２の受光器を選択する
    　請求項８記載の光学的測定装置。
  12. 　測定対象に対して発光する発光器と、
    　前記発光器からの距離が異なる２つ以上の受光器と、
    　前記２つ以上の受光器のうち少なくとも１つの受光器に隣接する、光飛行時間を測定する測定部と、
    　を備えた光学的測定装置。
  13. 　前記発光器から複数の波長の光を発光させて、前記２つ以上の受光器で受光した光の強度に基づいて算出した空間的傾きと、前記光飛行時間と、に基づいて吸収係数及び散乱係数の少なくとも一方に関する情報を算出する算出部
    　を備えた請求項１２記載の光学的測定装置。
  14. 　前記算出部により算出された前記吸収係数及び散乱係数の少なくとも一方に対応する前記測定対象を特定する特定部と、
    　前記特定部により特定された前記測定対象に対応する２つ以上の受光器を選択する選択部と、
    　を備えた請求項１３記載の光学的測定装置。
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