JP3433534B2 - 散乱吸収体内の散乱特性・吸収特性の測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医学、理学等の分野で
非侵襲的な計測技術として用いられ、散乱吸収体（例え
ば生体組織）内の散乱係数及び吸収係数を測定し、ま
た、その散乱吸収体が含有する吸収成分（例えばヘモグ
ロビン）の濃度を測定し、さらに、これらの定量値の時
間変化や空間分布などを計測する散乱吸収体内の散乱特
性・吸収特性の測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】散乱吸収
体内の吸収係数及び散乱係数に関して測定を行う従来技
術には、測定光として連続光またはパルス光を散乱吸収
体にそれぞれ入射することにより、その散乱吸収体から
出射した測定光を時間積分または時間分解してそれぞれ
計測するものがある。

【０００３】第１に、時間積分計測を行う技術において
は、いわゆるベール・ランバート（Beer-Lambert）の法
則を基本原理として散乱吸収体内の吸光度を測定してい
る。この基本原理によれば、散乱吸収体内の吸光度は、
散乱吸収体が含有する吸収成分のモル吸光係数と、その
吸収成分の濃度と、散乱吸収体内を透過した測定光の光
路長との積に対して比例関係を有するとしている。ここ
で、測定光の光路長としては、測定光を入射した散乱吸
収体の光入射位置と、測定光を検出した散乱吸収体の光
検出位置との間の物理的距離を設定している。

【０００４】しかしながら、測定光の光路長は、散乱吸
収体内の散乱係数及び吸収係数の両方に依存して変化し
てしまう。そのため、散乱吸収体内の吸光度の測定値に
は、測定光の光路長を一定値とする近似に起因した大き
な誤差を含むという問題がある。したがって、散乱吸収
体内の吸収係数や吸収成分の濃度を十分精密に測定する
ことができない。

【０００５】第２に、時間分解計測を行う技術において
は、散乱吸収体内でパルス幅を拡張した測定光の波形解
析に基づいて散乱吸収体内の吸収係数を測定している。
この波形解析によれば、散乱吸収体内の吸収係数は、測
定光の入射から十分な時間が進行した際に測定光の光強
度の時間微分値と一致するとしている。ここで、測定光
の入射から十分な時間が進行した際としては、測定光の
光強度が十分に減衰したときを設定している。

【０００６】しかしながら、測定光の光強度が十分に減
衰した場合、信号対雑音（ＳＮ）比が大幅に劣化してし
まう。そのため、散乱吸収体内の吸収係数の測定値に
は、微弱な測定光の信号成分に対する測定に起因した大
きな誤差を含むという問題がある。なお、このような先
行技術に関する知見については、文献"Applied Optics,
vol.28, no.12, pp.2331-2336, 1989"などに詳細に記
載されている。

【０００７】そこで、本発明は、以上の問題点に鑑みて
なされたものであり、散乱吸収体内で光が拡散伝搬する
過程に対する理論的かつ実験的に十分な解析に基づい
て、測定誤差を低減して計測精度を向上させる散乱吸収
体内の散乱特性・吸収特性の測定方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の散乱吸収体内の
散乱特性・吸収特性の測定方法は、上記の目的を達成す
るために、（ａ）所定波長を有するパルス状の測定光を
散乱吸収体に入射する第１のステップと、（ｂ）この第
１のステップにおいて測定光を入射した散乱吸収体の光
入射位置と、測定光を検出する散乱吸収体の光検出位置
とからなって、異なる光入射位置−光検出位置間距離を
有する複数の組み合わせに対応する当該光検出位置で、
散乱吸収体内を拡散伝搬した測定光の時間分解計測をそ
れぞれ行う第２のステップと、（ｃ）この第２のステッ
プにおいて測定した複数の時間分解計測の結果に基づい
て、光入射位置−光検出位置間距離に対応する複数の測
定光の平均光路長をそれぞれ算出する第３のステップ
と、（ｄ）この第３のステップにおいて算出した光入射
位置−光検出位置間距離に対応する複数の平均光路長の
計算値と、散乱吸収体内の拡散伝搬経路における散乱特
性及び吸収特性を含む光拡散特性に対応して導出した平
均光路長の理論式とからなる複数の連立関係に基づい
て、散乱吸収体内の散乱係数及び吸収係数を算出する第
４のステップとを備えることを特徴とする（医療行為を
除く）。

【０００９】なお、（ａ）第１のステップは、散乱吸収
体内の吸収成分に対して異なる吸収係数を有する当該吸
収成分の種類数以上の波長を測定光に設定し、（ｂ）第
２のステップは、各波長に対する測定光の時間分解計測
を行い、（ｃ）第３のステップは、各波長に対する測定
光の平均光路長を算出し、（ｄ）第４のステップは、各
波長に対する散乱吸収体内の吸収係数を算出し、（ｅ）
第４のステップにおいて算出した各波長に対する散乱吸
収体内の吸収係数の計算値と、散乱吸収体内の拡散伝搬
経路における吸収成分の寄与を含む光減衰特性に対応し
て導出した当該吸収係数の理論式とからなる連立関係に
基づいて、吸収成分の濃度を算出する第５のステップを
さらに備えることを特徴としてもよい。

【００１０】また、本発明の散乱吸収体内の散乱特性・
吸収特性の測定装置は、上記の目的を達成するために、
（ａ）所定波長を有するパルス状の測定光を発生する光
源と、（ｂ）この光源から入射した測定光を散乱吸収体
に出射する光ガイドと、（ｃ）この光ガイドによって測
定光を入射させた散乱吸収体の光入射位置と、測定光を
検出する散乱吸収体の光検出位置とからなって、異なる
光入射位置−光検出位置間距離を有する複数の組み合わ
せに対応する当該光検出位置で、散乱吸収体内を拡散伝
搬した測定光の時間分解計測をそれぞれ行う光検出器
と、（ｄ）この光検出器によって測定した複数の時間分
解計測の結果に基づいて、光入射位置−光検出位置間距
離に対応する複数の測定光の平均光路長をそれぞれ算出
する光路長演算部と、（ｅ）この光路長演算部によって
算出した光入射位置−光検出位置間距離に対応する複数
の平均光路長の計算値と、散乱吸収体内の拡散伝搬経路
における散乱特性及び吸収特性を含む光拡散特性に基づ
いて導出した平均光路長の理論式とからなる複数の連立
関係に基づいて、散乱吸収体内の散乱係数及び吸収係数
を算出する光拡散演算部とを備えることを特徴とする。

【００１１】なお、（ａ）光源は、散乱吸収体内の吸収
成分に対して異なる吸収係数を有する当該吸収成分の種
類数以上の波長を測定光に設定する波長制御手段を有
し、（ｂ）光検出器は、各波長に対する測定光の光強度
時間変化を測定し、（ｃ）光路長演算部は、各波長に対
する測定光の平均光路長を算出し、（ｄ）光拡散演算部
は、各波長に対する散乱吸収体内の吸収係数を算出し、
（ｅ）光拡散演算部によって算出した各波長に対する散
乱吸収体内の吸収係数の計算値と、散乱吸収体内の拡散
伝搬経路における吸収成分の寄与を含む光減衰特性に対
応して導出した当該吸収係数の理論式とからなる連立関
係に基づいて、吸収成分の濃度を算出する光吸収演算部
をさらに備えることを特徴としてもよい。

【００１２】

【作用】本発明の散乱吸収体内の散乱特性・吸収特性の
測定方法及び装置においては、散乱と吸収の影響を受け
ながら散乱吸収体の内部を拡散伝搬したパルス状の測定
光を散乱吸収体の外部で非侵襲的に測定し、その測定結
果を演算処理して散乱吸収体内の散乱特性及び吸収特性
を計測する。このとき、測定光の平均光路長が散乱吸収
体内の拡散伝搬経路における散乱特性及び吸収特性を含
む光拡散性に依存することを利用して、異なる２種類以
上の光入射位置−光検出位置間距離に対して測定した平
均光路長に基づいて、散乱吸収体内の散乱係数及び吸収
係数の計測を行う。

【００１３】ここで、散乱吸収体が含有する吸収成分に
対して異なる吸収係数を有し、当該吸収成分の種類数以
上の異なる種類数の波長を測定光に設定する場合、各波
長に対する散乱吸収体内の吸収係数が散乱吸収体内の拡
散伝搬経路における各吸収成分の寄与を含む光減衰特性
に依存することを利用して、異なる波長に対して測定し
た吸収係数に基づいて、吸収成分の濃度の計測を行う。

【００１４】なお、このような計測を同一の光入射位置
及び光検出位置で異なる時刻に行うことにより、これら
定量値の時間変化を計測することができる。さらに、こ
のような計測を光入射位置及び光検出位置を走査しなが
ら行うことにより、これら定量値の空間分布を計測する
ことができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の散乱吸収体内の散乱特性・吸
収特性の測定方法及び装置に係る実施例の構成及び作用
について、図１ないし図１２を参照して詳細に説明す
る。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号
を付し、重複する説明を省略する。

【００１６】（１）散乱吸収体内の散乱特性及び吸収特
性の測定方法 （１．１）散乱係数及び吸収係数の測定原理 図１に示すように、散乱吸収体内に入射した光は、散乱
及び吸収の作用を受けるために、減衰しつつ拡散伝搬し
て散乱吸収体内から出射される。すなわち、光は散乱成
分によってランダムに散乱されるので、折れ曲がりなが
ら進行する。一方、光は吸収成分によって徐々に吸収さ
れるので、進行した距離に対応して光量を指数関数的に
減衰させる。なお、散乱吸収体内において光はランダム
な散乱によってほぼ全領域に拡散するが、散乱吸収体の
光入射位置と異なる光検出位置で検出された光子の飛跡
のみ、すなわち実際の計測に利用される光子の飛跡を模
式的に図示している。

【００１７】このような散乱吸収体内において光が拡散
伝搬する過程については、光拡散理論（Photon Diffusi
on Theory ）に基づいてかなり厳密に記述及び解析され
ることが周知である。この光拡散理論によれば、散乱吸
収体内に入射したパルス状の測定光は、散乱及び吸収の
影響を受けながら拡散伝搬する際に、そのパルス幅を拡
張させることになる。なお、このような光拡散理論に関
する知見については、文献"Medical Physics, vol.19,
no.14, pp.879-888, 1992"などに詳細に記載されてい
る。

【００１８】一方、散乱吸収体内を拡散伝搬する光子個
々の振舞については、モンテカルロ（Monte Calro ）法
に基づいてコンピュータを利用したシミュレーションに
よる解析が行われている。また、散乱吸収体の物理模型
や生体試料などのサンプルを実際に用いて実験すること
も行われている。

【００１９】最近の知見によれば、光拡散理論から導い
た解析結果と、モンテカルロ法によるシミュレーション
結果と、サンプルによる実験結果との間には、それぞれ
良い一致が得られている。そのため、散乱吸収体内を拡
散伝搬する光の振舞は、光拡散理論に基づいて十分正確
に記述することができると考えてよい。

【００２０】このような光拡散理論に基づいて、散乱吸
収体内の光拡散方程式は、位置ｒにおいて時刻ｔのとき
の光子流動率φ（ｒ，ｔ）及び光子発生率Ｓ（ｒ，ｔ）
に対して次式のように記述される。

【００２１】

【数１】

【００２２】ただし、 φ（ｒ，ｔ）：光子流動率（Fluence Rate）［光子数・
ｍｍ^-2・ｓｅｃ^-1］， Ｄ：光拡散係数（Diffusion Coefficient ）［ｍｍ］， μ_A ：吸収係数（Absorption Coefficient）［ｍ
ｍ^-1］， ｃ：光速（light Velocity）［ｍｍ・ｓｅｃ^-1］， Ｓ（ｒ，ｔ）：光子発生率（Generation Rate ）［光子
数・ｍｍ^-3・ｓｅｃ^-1］ である。なお、光速ｃは、散乱吸収体内の屈折率に対応
して決定されている。

【００２３】ここで、インパルス光源の光子発生率はデ
ルタ関数として表されるので、 Ｓ（ｒ，ｔ）＝δ（ｒ，ｔ） （２） としてよい。そのため、原点（ｒ＝０）において初期
（ｔ＝０）のときインパルス光源から散乱吸収体に入射
する光は、式（２）から次式のように表される。

【００２４】 Ｓ（０，０）＝δ（０，０）＝δ（０）・δ（０） （３） したがって、インパルス光入射に対する光拡散方程式
は、式（１），（３）から次式のように記述される。

【００２５】

【数２】

【００２６】さらに、この式（４）に用いられた種々の
光学定数の間には、次式に示す関係がある。

【００２７】 Ｄ＝［３（μ_A ＋μ_TS）］^-1 （５） μ_TS＝（１−ｇ）μ_S （６） ただし、 μ_S ：散乱係数（Scattering Coefficient）［ｍｍ^-1］ μ_TS：輸送散乱係数（Transport Scattering Coefficie
nt）［ｍｍ^-1］ ｇ：散乱角θに対するｃｏｓθの平均値（Mean Cosine
of Scattering Angle θ） である。なお，通常の生体においては、輸送散乱係数μ
_TSは吸収係数μ_A よりも数十倍大きいため、拡散定数Ｄ
＝（３μ_TS）^-1と近似してよい。また光拡散係数Ｄは吸
収係数μ_A を含まないとする理論もある。いずれにして
も本発明は、両方の理論に適用可能である。

【００２８】図２に示すように、半空間を占める散乱吸
収体にスポット状のパルス光を入射する場合、式（４）
に示す光拡散方程式の境界条件は、散乱吸収体表面上に
沿って配置したρ座標軸と、散乱吸収体表面の法線とし
て配置したｚ座標軸とを用いて、負極性の点光源を位置
（ρ＝０，ｚ＝−ｚ₀ ）に置くことによって実現され
る。なお、通常のｚ₀ は、輸送散乱係数μ_TSの逆数程度
であることが好適であり、厳密には光の入射方法や散乱
吸収体が含有する散乱成分の性質などに対応して変化す
る。この輸送散乱係数の逆数μ_TS ^-1は、光が散乱の影響
を受けずに進める距離、すなわち平均自由行程または平
均拡散長に相当する。

【００２９】このような境界条件に基づいて式（４）に
示す光拡散方程式の解は、散乱吸収体表面の任意の位置
（ρ，０）において時刻ｔのときの光強度Ｉ（ρ，０，
ｔ）［光子数・ｍｍ^-2・ｓｅｃ^-1］として、次式に示す
ように得られる。

【００３０】

【数３】

【００３１】一方、原点（ρ＝０）において初期（ｔ＝
０）のときインパルス光源から散乱吸収体に入射した光
子は、散乱や吸収の影響を受けながら散乱吸収体内を拡
散伝搬する。このとき、散乱吸収体から出射して検出さ
れた光子の平均光路長（MeanOptical Pathlength ）＜
Ｌ＞は、次式に示すように定義されている。

【００３２】

【数４】

【００３３】なお、このような平均光路長に関する知見
については、文献"Phys. Med. Biol., vol.37, no.7, p
p.1531-1560, 1992"などに詳細に記載されている。

【００３４】図３に示すように、式（７）における種々
の光学定数をＤ＝０．１４４ｍｍ，μ_A ＝０．０１ｍｍ
^-1，ｃ＝２．２×１０¹¹ｍｍ・ｓｅｃ^-1及びμ_TS＝２．
３ｍｍ^-1として設定して時間分解計測を想定したシミュ
レーション結果をプロットした場合、式（８）によって
算出した平均光路長に対応する光子の拡散伝搬時間ｔ
_MOP は、光強度の時間変化を示す波形の重心を通過して
いる。

【００３５】ここで、式（８）に式（７）を代入する
と、インパルス光入射に関する光子の平均光路長＜Ｌ＞
は、光入射位置−光検出位置間距離ρに基づいて次式の
ように得られる。ただし、ｚ_E ＝２Ｄ＝２／［３（μ_A
＋μ_TS）］である。

【００３６】

【数５】

【００３７】この式（９）に示す平均光路長＜Ｌ（ρ）
＞は、制御または設定可能な既知数として１個の光入射
位置−光検出位置間距離ρと、測定対象の未知数として
２個の吸収係数μ_A 及び輸送散乱係数μ_TSとによって表
されている。そのため、光入射位置−光検出位置間距離
ρを異なる２種類以上の値に制御または設定した場合
に、光強度の時間分解計測に基づいて式（８）によって
２種類以上の平均光路長＜Ｌ（ρ）＞をそれぞれ算出す
ることにより、２種類以上の式（９）からなる連立関係
に基づいて、吸収係数μ_A 及び輸送散乱係数μ_TSをそれ
ぞれ算出することができる。

【００３８】図４に示すように、より具体的には、散乱
成分及び吸収成分が均一に分布した散乱吸収体に対し
て、原点（ρ＝０）において初期（ｔ＝０）のとき所定
波長を有するパルス状の測定光を入射する。続いて、異
なる２種類の光入射位置−光検出位置間距離ρ₁ ，ρ₂
で測定光の時間分解計測をそれぞれ行う。続いて、これ
ら２種類の時間分解計測の結果に基づいて式（８）によ
って２種類の平均光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞，＜Ｌ（ρ₂ ）
＞をそれぞれ算出する。続いて、光入射位置−光検出位
置間距離ρ₁ 及び平均光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞の組み合わ
せと、光入射位置−光検出位置間距離ρ₂ 及び平均光路
長＜Ｌ（ρ₂ ）＞の組み合わせとを式（９）にそれぞれ
代入すると、次式に示すような連立関係を得ることがで
きる。

【００３９】

【数６】

【００４０】

【数７】

【００４１】このとき、これら２連の式（１０），（１
１）は、それぞれ独立である上に、吸収係数μ_A 及び輸
送散乱係数μ_TSを未知数として含んでいる。したがっ
て、これら式（１０），（１１）を連立方程式として解
くことにより、吸収係数μ_A 及び輸送散乱係数μ_TSをそ
れぞれ算出することができる。なお、このような連立方
程式を解く計算は、コンピュータを利用して高速に実行
することができる上に、相互に異なる多種類の光入射位
置−光検出位置間距離ρに対応して平均光路長＜Ｌ
（ρ）＞の測定を行うことによって計算精度を向上させ
ることもできる。

【００４２】さて、以上では、散乱吸収体としては半空
間を占める場合について説明した。しかしながら、実際
には、散乱吸収体の大きさは有限である。このとき、式
（４）に示す光拡散方程式の境界条件としては、散乱吸
収体の表面及び外部に対して第１の負極性の点光源を位
置（ρ＝０，ｚ＝−ｚ₀ ）に置くことによって実現され
る。また、散乱吸収体内を拡散伝搬する大部分の光が光
拡散の条件を満足するためには、散乱吸収体を十分大き
くすればよい。

【００４３】図５に示すように、散乱吸収体の厚さが光
入射位置−光検出位置間距離に対して十分に大きいと見
做せない、すなわち散乱吸収体がスラブ（Slab）状であ
る場合、式（４）に示す光拡散方程式の境界条件とし
て、第１の負極性の光源を設置した散乱吸収体の表面側
に対向する背面側に第２の負極性と正極性の点光源をさ
らに導入すればよい。なお、この第２の負極性と正極性
の点光源による測定光に対する影響を補正するために、
原理的には無限個の点光源の設置が必要となる。しかし
ながら、これら点光源による測定光に対する影響は設置
の順序にしたがって急激に低減するので、実際には有限
個の点光源の設置で近似することができる。

【００４４】そのため、このような境界条件に基づいた
式（４）に示す光拡散方程式の解は、散乱吸収体表面の
任意の位置（ρ，０）において時刻ｔのときの光強度Ｉ
（ρ，０，ｔ）［光子数・ｍｍ^-2・ｓｅｃ^-1］として、
次式に示すように得られる。

【００４５】

【数８】

【００４６】ここで、式（８）に式（１２）を代入する
と、インパルス光入射に関する光子の平均光路長＜Ｌ
（ρ）＞を表す式、すなわち式（９）に相当するものが
導出することができる。このような式で示す平均光路長
＜Ｌ（ρ）＞は、前述した場合と同様に、制御または設
定可能な既知数として１個の光入射位置−光検出位置間
距離ρと、測定対象の未知数として２個の吸収係数μ_A
及び輸送散乱係数μ_TSとによって表されている。そのた
め、光入射位置−光検出位置間距離ρを異なる２種類以
上の値に制御または設定した場合に、光強度の時間分解
計測に基づいて式（８）によって２種類以上の平均光路
長＜Ｌ（ρ）＞をそれぞれ算出することにより、２種類
以上の理論式からなる連立関係に基づいて、吸収係数μ
_A 及び輸送散乱係数μ_TSをそれぞれ算出することができ
る。なお、このような連立方程式を解く計算は、前述し
た場合と同様に、コンピュータを利用して高速に実行す
ることができる上に、相互に異なる多種類の光入射位置
−光検出位置間距離ρに対応して平均光路長＜Ｌ（ρ）
＞の測定を行うことによって計算精度を向上させること
もできる。

【００４７】さらに、散乱吸収体内の散乱係数及び吸収
係数は、光入射位置と光検出位置との間で拡散伝搬した
光の光路に沿った平均値として算出されている。これら
散乱係数及び吸収係数の三次元的分布として、光入射位
置−光検出位置間距離、複数の光入射位置間距離または
複数の光検出位置間距離と比較して十分粗に分散してい
る場合がある。このとき、光入射位置及び光検出位置を
散乱吸収体表面に沿って走査しながら計測を行うことに
より、散乱係数及び吸収係数に対する空間分布の画像
化、すなわち簡単なイメージングを行うことができる。
このような計測を異なる時刻に行うことにより、散乱係
数及び吸収係数の時間変化をモニタすることかできる。
なお、このような画像化演算は、メモリ、ディスプレイ
等を有するコンピュータを利用して高速に実行すること
ができる。

【００４８】（１．２）吸収成分の濃度の測定原理 以下、散乱吸収体として生体組織を適用して具体的に説
明する。

【００４９】図６に示すように、生体組織内の吸収成分
であるヘモグロビン（Ｈｂ，ＨｂＯ₂ ）及びミオグロビ
ン（Ｍｂ，ＭｂＯ₂ ）は、光の波長に依存した特有の吸
収スペクトルを有する。このような吸収スペクトルは、
吸収成分の種類や酸化還元の状態などに対応して異なる
ものである。

【００５０】この生体組織の一つである哺乳類の脳に
は、主な吸収成分として水、チトクローム、脱酸素化ヘ
モグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ が含ま
れている。なお、水及びチトクロームの近赤外線に対す
る吸光度は、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモ
グロビンＨｂＯ₂ と比較して、ほぼ無視することができ
る程度に小さい。脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化
ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各吸収スペクトルは、前述した
ように異なっている。頭蓋骨は、近赤外線に対して散乱
体と考えてよい。

【００５１】ここで、波長λを有する光に対する散乱吸
収体内の吸収係数μ_A （λ）は、ベール・ランバート
（Beer-Lambert）の法則に基づいて、次式で示すように
表される。

【００５２】 μ_A （λ） ＝ε_Hb（λ）・［Ｈｂ］＋ε_HbO2（λ）・［ＨｂＯ₂ ］ （１３） ただし、 μ_A （λ）：波長λに対する吸収係数［ｍｍ^-1］ ε_Hb（λ）：脱酸素化ヘモグロビンＨｂの波長λに対す
るモル吸光係数［ｍｍ^-1・ｍＭ^-1］ ε_HbO2（λ）：酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の波長λに
対するモル吸光係数［ｍｍ^-1・ｍＭ^-1］ ［Ｈｂ］：脱酸素化ヘモグロビンＨｂのモル濃度［ｍ
Ｍ］ ［ＨｂＯ₂ ］：酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ のモル濃度
［ｍＭ］ である。

【００５３】この式（１３）に示す吸収係数μ_A （λ）
は、測定可能な既知数として２個の脱酸素化ヘモグロビ
ンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各モル吸光係
数ε_Hb（λ），ε_HbO2（λ）と、測定対象の未知数とし
て２個の脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロ
ビンＨｂＯ₂ の各モル濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］とに
よって表されている。そのため、異なる２種類以上の波
長λを有する光に対して脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び
酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各モル吸光係数ε
_Hb（λ），ε_HbO2（λ）とを測定した場合に、異なる２
種類以上の波長λを有する光に対して散乱吸収体内の吸
収係数μ_A （λ）を測定することにより、２種類以上の
式（１３）からなる連立関係に基づいて、脱酸素化ヘモ
グロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各モル
濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］をそれぞれ算出することが
できる。

【００５４】より具体的には、散乱吸収体において、異
なる２種類の波長λ₁ ，λ₂ を有する光に対して前述し
た測定光の時間分解計測に行うことにより、散乱吸収体
内の吸収係数μ_A （λ₁ ），μ_A （λ₂ ）をそれぞれ測
定する。続いて、吸収係数μ_A （λ₁ ）及び既知である
モル吸光係数ε_Hb（λ₁ ），ε_HbO2（λ₁ ）の組み合わ
せと、吸収係数μ_A （λ₂ ）及びモル吸光係数ε_Hb（λ
₂ ），ε_HbO2（λ₂ ）の組み合わせとを式（１３）にそ
れぞれ代入すると、次式に示すような連立関係を得るこ
とができる。

【００５５】 μ_A （λ₁ ） ＝ε_Hb（λ₁ ）・［Ｈｂ］＋ε_HbO2（λ₁ ）・［ＨｂＯ₂ ］ （１４） μ_A （λ₂ ） ＝ε_Hb（λ₂ ）・［Ｈｂ］＋ε_HbO2（λ₂ ）・［ＨｂＯ₂ ］ （１５） このとき、これら２連の式（１４），（１５）は、それ
ぞれ独立である上に、モル濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］
を未知数として含んでいる。したがって、これら式（１
４），（１５）を連立方程式として解くことにより、脱
酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ
₂ の各モル濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］と、ヘモグロビ
ンの全モル濃度（［Ｈｂ］＋［ＨｂＯ₂ ］）とをそれぞ
れ算出することができる。なお、このような連立方程式
を解く計算は、コンピュータを利用して高速に実行する
ことができる上に、相互に異なる多種類の波長λを有す
る光に対応して吸収係数μ_A （λ）の測定を行うことに
よって計算精度を向上させることもできる。

【００５６】このような脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び
酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ に対応するヘモグロヒン酸
素飽和度Ｙ（％）は、次式に示すように定義されてい
る。

【００５７】 Ｙ＝｛［ＨｂＯ₂ ］／（［Ｈｂ］＋［ＨｂＯ₂ ］）｝×１００ （１６） そのため、吸収係数μ_A （λ₁ ），μ_A （λ₂ ）の比
は、式（１４）〜（１６）によって次式に示すようにな
る。

【００５８】

【数９】

【００５９】したがって、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及
び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ に対応するヘモグロビン
酸素飽和度Ｙ（％）は、式（１７）を変形して次式に示
すように得られる。

【００６０】

【数１０】

【００６１】この式（１８）に示すヘモグロビン酸素飽
和度Ｙは、測定可能な既知数として、異なる２種類の光
の波長λ₁ ，λ₂ に対して４個の脱酸素化ヘモグロビン
Ｈｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各モル吸光係数
ε_Hb（λ₁ ），ε_HbO2（λ₁），ε_Hb（λ₂ ），ε_HbO2
（λ₂ ）と、２個の散乱吸収体内の吸収係数μ
_A （λ₁ ），μ_A （λ₂ ）とによって表されているの
で、簡単に算出することができる。

【００６２】さて、生体組織には、このようなヘモグロ
ビン以外の吸収成分による影響を無視することができな
い場合がある。このとき、波長λを有する光に対するバ
ックグラウンド吸収項をα（λ）として式（１３）の右
辺に追加すると、波長λを有する光に対する散乱吸収体
内の吸収係数μ_A （λ）は次式で示すように表される。

【００６３】 μ_A （λ） ＝ε_Hb（λ）・［Ｈｂ］＋ε_HbO2（λ）・［ＨｂＯ₂ ］＋α（λ） （１９） この式（１９）に示す吸収係数μ_A （λ）は、測定可能
な既知数として２個の脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸
素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各モル吸光係数ε
_Hb（λ），ε_HbO2（λ）と、測定対象の未知数として２
個の脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビン
ＨｂＯ₂ の各モル濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］及び１個
のバックグラウンド吸収項α（λ）とによって表されて
いる。そのため、異なる３種類以上の波長λを有する光
に対して脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロ
ビンＨｂＯ₂ の各モル吸光係数ε_Hb（λ），ε
_HbO2（λ）とを測定した場合に、異なる３種類以上の波
長λを有する光に対して散乱吸収体内の吸収係数μ
_A （λ）を測定することにより、３種類以上の式（１
９）からなる連立関係に基づいて、脱酸素化ヘモグロビ
ンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各モル濃度
［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］をそれぞれ算出することができ
る。

【００６４】より具体的には、散乱吸収体において、異
なる３種類の波長λ₁ ，λ₂ ，λ₃を有する光に対して
前述した測定光の時間分解計測に行うことにより、散乱
吸収体内の吸収係数μ_A （λ₁ ），μ_A （λ₂ ），μ_A
（λ₃ ）をそれぞれ測定する。続いて、吸収係数μ
_A （λ₁ ）及び既知であるモル吸光係数ε_Hb（λ₁ ），
ε_HbO2（λ₁ ）の組み合わせと、吸収係数μ_A （λ₂ ）
及びモル吸光係数ε_Hb（λ₂ ），ε_HbO2（λ₂ ）の組み
合わせと、吸収係数μ_A （λ₃ ）及びモル吸光係数ε_Hb
（λ₃ ），ε_HbO2（λ₃ ）の組み合わせとを式（１９）
にそれぞれ代入すると、次式に示すような連立関係を得
ることができる。

【００６５】 μ_A （λ₁ ） ＝ε_Hb（λ₁ ）・［Ｈｂ］＋ε_HbO2（λ₁ ）・［ＨｂＯ₂ ］ ＋α（λ₁ ） （２０） μ_A （λ₂ ） ＝ε_Hb（λ₂ ）・［Ｈｂ］＋ε_HbO2（λ₂ ）・［ＨｂＯ₂ ］ ＋α（λ₂ ） （２１） μ_A （λ₃ ） ＝ε_Hb（λ₃ ）・［Ｈｂ］＋ε_HbO2（λ₃ ）・［ＨｂＯ₂ ］ ＋α（λ₃ ） （２２） このとき、これら３連の式（２０）〜（２２）は、それ
ぞれ独立である上に、モル濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］
及びバックグラウンド吸収項α（λ₁ ），α（λ₂ ），
α（λ₃ ）を未知数として含んでいる。ここで、バック
グラウンド吸収項α（λ₁ ），α（λ₂ ），α（λ₃ ）
が一致するように異なる３種類の波長λ₁ ，λ₂ ，λ₃
を予め設定することができる。したがって、これら式
（２０），（２２）を連立方程式として解くことによ
り、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビン
ＨｂＯ₂ の各モル濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］と、ヘモ
グロビンの全モル濃度（［Ｈｂ］＋［ＨｂＯ₂ ］）とを
それぞれ算出することができる。なお、このような連立
方程式を解く計算は、コンピュータを利用して高速に実
行することができる。

【００６６】また、吸収係数μ_A （λ₂ ）に対する吸収
係数μ_A （λ₁ ），μ_A （λ₃ ）の差異の比は、式（２
０）〜（２２）によって次式に示すようになる。

【００６７】

【数１１】

【００６８】ここで、バックグラウンド吸収項α
（λ₁ ），α（λ₂ ），α（λ₃ ）が一致するように異
なる３種類の波長λ₁ ，λ₂ ，λ₃ を予め設定すること
により、式（２３）は次式に示すように変形される。

【００６９】

【数１２】

【００７０】したがって、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及
び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ に対応するヘモグロビン
酸素飽和度Ｙ（％）は、式（２４）を変形して次式に示
すように得られる。

【００７１】

【数１３】

【００７２】この式（２５）に示すヘモグロビン酸素飽
和度Ｙは、測定可能な既知数として、異なる３種類の光
の波長λ₁ ，λ₂ ，λ₃ に対して６個の脱酸素化ヘモグ
ロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各モル吸
光係数ε_Hb（λ₁ ），ε_HbO2（λ₁ ），ε_Hb（λ₂ ），
ε_HbO2（λ₂ ），ε_Hb（λ₃ ），ε_HbO2（λ₃ ）と、３
個の散乱吸収体内の吸収係数μ_A （λ₁ ），μ
_A （λ₂ ），μ_A （λ₃ ）とによって表されているの
で、簡単に算出することができる。

【００７３】（２）散乱吸収体内の散乱特性及び吸収特
性の測定装置 （２．１）第１実施例 本実施例は、光入射位置−光検出位置間距離に対して十
分に大きい散乱吸収体の内部における散乱特性及び吸収
特性を測定する測定装置である。

【００７４】図７に示すように、測定装置２０は、測定
光Ｐ₀ を発生する光源２０と、測定光Ｐ₀ を散乱吸収体
１０に出射する光ガイド７０と、散乱吸収体１０の内部
を拡散伝搬した測定光Ｐ₀ を取り出す光ガイド７１，７
２と、測定光Ｐ₀ を光電変換した検出する光検出器４
１，４２と、これら光検出器４１，４２から出力する各
種の電気信号を処理する信号処理系とから構成されてい
る。この信号処理系としては、散乱吸収体１０の内部に
おける散乱特性及び吸収特性に関する各種の演算処理を
実行する演算処理ユニット５０と、この演算処理によっ
て算出した各種のデータを表示したり記録したりする表
示記録ユニット６０が設置されている。

【００７５】光源３０は、散乱吸収体１０が含有する吸
収成分の種類数Ｎに対して、異なるＮ＋１種類の波長λ
₁ ，λ₂ ，…，λ_N+1 を有するパルス光を測定光Ｐ₀ と
して周期ｆで発生し、測定光Ｐ₀ のパルス発振に同期し
た参照信号Ｒ₀ を光検出器４１，４２に出力するレーザ
ダイオードである。この測定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，…，λ
_N+1 としては、散乱吸収体１０の組成に対応して適宜に
選択する必要がある。

【００７６】例えば、散乱吸収体１０が生体組織である
場合、ヘモグロビンやミオグロビンなどは波長約７００
ｎｍ〜約１０００ｎｍの光に対して大きい吸光度を有す
るので、測定精度を向上させる観点から、測定光Ｐ₀ の
波長λ₁ ，…，λ_N+1 を近赤外領域に設定することが好
適である。また、これらヘモグロビン及びミオグロビン
は酸化還元状態に対応して異なる光吸収スペクトルを示
すので、計測対象を分別する観点から、測定光Ｐ₀ の波
長λ₁ ，…，λ_N+1 を相互に分離して設定することが好
適である。

【００７７】なお、このような測定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，
…，λ_N+1 に対する制御が可能であるならば、光源３０
としては、発光ダイオードなどの種々のものを適用する
ことができる。

【００７８】光ガイド７０は、光源３０から入射した測
定光Ｐ₀ をスポット状に収束し、散乱吸収体１０に出射
するものである。図８に示すように、光ガイド７０に代
替する具体的な手段としては、集光レンズ（図８（ａ）
参照）、光ファイバ（図８（ｂ）参照）及びピンホール
（図８（ｃ）参照）を散乱吸収体の表面に設置したり、
胃カメラのように光ファイバを散乱吸収体の内面に設置
したり（図８（ｄ）参照）することなどがある。

【００７９】例えば、散乱吸収体１０が生体組織である
場合、測定光Ｐ₀ は散乱吸収体１０の内部で平均拡散長
約２ｍｍだけ直進するまでに散乱する。そのため、散乱
吸収体１０のサイズが平均拡散長よりも十分大きけれ
ば、散乱吸収体１０にスポット状の測定光Ｐ₀ を出射し
ても、測定光Ｐ₀ の方向性に対する平均拡散長の影響を
無視することができる。なお、比較的太いビーム光を複
数の並列したスポット光として見做せることが可能であ
るならば、散乱吸収体１０にビーム状の測定光Ｐ₀ を出
射することも好適である。

【００８０】光ガイド７１，７２は、散乱吸収体１０の
内部を拡散伝搬した測定光Ｐ₀ を取り出し、光検出器４
１，４２にそれぞれ出射するものである。図９に示すよ
うに、光ガイド７１，７２に代替する具体的な手段とし
ては、散乱吸収体の表面に光検出器を直接設置したり
（図９（ａ）参照）、光ファイバ（図９（ｂ）参照）及
び集光レンズ（図８（ｃ）参照）を散乱吸収体の表面に
設置したりすることなどがある。

【００８１】ここで、光ガイド７０を散乱吸収体１０の
表面に設置した光入射位置と、光ガイド７１及び光ガイ
ド７２を散乱吸収体１０の表面にそれぞれ設置した光検
出位置との間の物理的距離を、異なる光入射位置−光検
出器間距離ρ₁ ，ρ₂ として設定する必要がある。な
お、光ガイド７０〜７２と散乱吸収体１０との間には、
インターフェース材として散乱吸収体１０にほぼ一致し
た屈折率及び散乱係数を有する液状体やゼリー状体を介
在させることも好適である。この場合、インターフェー
ス材を適宜選択することにより、インターフェース材の
内部を拡散伝搬した測定光Ｐ₀ に対する散乱吸収体１０
の表面反射による影響も低減することができる。

【００８２】光検出器４１，４２は、光源３０から入力
した参照信号Ｒ₀ に基づいて、光ガイド７１，７２から
入射して受光した測定光Ｐ₀ をサンプリングして光電変
換し、時間分解計測を行った検出信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ として
演算処理ユニット５０にそれぞれ出力する光検出器であ
る。光検出器４０，４１の各分光感度特性及び利得とし
ては、測定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，…，λ_N+1 を良好に検出
するために、比較的大きいことが必要である。また、光
検出器４０，４１の各応答周波数としては、測定光Ｐ₀
の時間分解計測を良好に行うために、可能な限り大きい
ことが必要である。さらに、散乱吸収体１０の内部を拡
散伝搬した測定光Ｐ₀ が蛍光などの発生によって異なる
複数の波長を有する場合、光検出器４０，４１と散乱吸
収体１０との間に波長選択フィルタを配置する必要があ
る。

【００８３】なお、このような測定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，
…，λ_N+1 に対する検出が可能であるならば、光検出器
４０，４１としては、アバランシェ・フォトダイオー
ド、ＰＩＮフォトダイオード、ストリークカメラ、光電
管及び光電子像倍管などの種々のものを適用することが
できる。

【００８４】演算処理ユニット５０は、光検出器４０，
４１から入力した検出信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ に基づいて各種の
演算処理を行い、その結果をデータ信号Ｄ₀ として表示
記録ユニット６０に出力するものである。この演算処理
ユニット５０には、測定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，…，λ_N+1
と光入射位置−光検出位置間距離ρ₁ ，ρ₂ とに対応し
た測定光Ｐ₀ の平均光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞，＜Ｌ
（ρ₂ ）＞をそれぞれ算出する光路長演算部５１と、こ
れら平均光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞，＜Ｌ（ρ₂ ）＞の各理
論式からなる複数の連立関係に基づいて散乱吸収体１０
の内部における輸送散乱係数μ_TS（λ₁ ），μ
_TS（λ₂ ），…，μ_TS（λ_N+1 ）及び吸収係数μ_A （λ
₁ ），μ_A （λ₂ ），…，μ_A （λ_N+1 ）をそれぞれ算
出する光拡散演算部５２と、これら吸収係数μ
_A （λ₁ ），…，μ_A （λ_N+1 ）の各理論式からなる複
数の連立関係に基づいて散乱吸収体１０が含有するＮ種
類の吸収成分ＡＣ（１），ＡＣ（２），…，ＡＣ（Ｎ）
の濃度［ＡＣ（１）］，［ＡＣ（２）］，…，［ＡＣ
（Ｎ）］を算出する光吸収演算部５３とが配置されてい
る。

【００８５】表示記録ユニット６０は、演算処理ユニッ
ト５０から入力したデータ信号Ｄ₀に基づいて輸送散乱
係数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ_N+1 ）及び吸収係数μ
_A （λ₁ ），…，μ_A （λ_N+1 ）や吸収成分の濃度［Ａ
Ｃ（１）］，…，［ＡＣ（Ｎ）］などを表示したり記録
したりするコンソールモニタ、プリンタ及びメモリであ
る。

【００８６】なお、測定光Ｐ₀ の波長として時分割にλ
₁ ，…，λ_N+1 を順次選択して設定する場合、光源３０
に配置する波長選択器としては、ミラーを用いた光ビー
ム切替器、あるいは光スイッチを用いた光切替器を適用
することができる。一方、測定光Ｐ₀ の波長として同時
にλ₁ ，…，λ_N+1 を全て含んで設定する場合、光源３
０または光検出器４０，４１に配置する波長選択器とし
ては、フィルタを用いた波長切替器を適用することがで
きる。この場合、波長選択器と光検出器との組み合わせ
として多数組を設置することにより、測定光Ｐ₀ の各波
長λ₁ ，…，λ_N+1 に対する時間分解計測を並列して行
うことができる。

【００８７】また、検出信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ を低雑音で増幅
する場合、光検出器４０，４１に配置する増幅器として
は、狭帯域アンプ及びロックインアンプを適用すること
ができる。特に、ロックインアンプを用いる場合には、
パルス状の測定光Ｐ₀ に対して高いダイナミックレンジ
で計測を行うことができる。

【００８８】次に、本実施例の作用について説明する。

【００８９】このように構成された測定装置２０におい
ては、光源３０は、異なるＮ＋１種類の波長λ₁ ，…，
λ_N+1 を有するパルス状の測定光Ｐ₀ を周期ｆで発生
し、光ガイド７０を介して散乱吸収体１０に出射する。
この光源３０は、測定光Ｐ₀ のパルス発振に同期して参
照信号Ｒ₀ を演算処理ユニット５０に出力する。そのた
め、測定光Ｐ₀ は、散乱吸収体１０の内部を拡散伝搬し
てパルス時間幅を拡張し、光入射位置から異なる２種類
の物理的距離ρ₁ ，ρ₂ だけ離れた光検出位置で光ガイ
ド７１，７２によって取り出される。

【００９０】ここで、光検出器４１，４２は、光源３０
から入力した参照信号Ｒ₀ に基づいて、測定光Ｐ₀ の発
振タイミングとして基準時刻ｔ_B ＝ｔ₀ を設定するとと
もに、測定光Ｐ₀ のサンプリング・タイミングとして測
定時刻ｔ_M ＝ｔ₀ ＋Δｔを設定する。これら光検出器４
１，４２は、散乱吸収体１０から光ガイド７１，７２を
介して受光した測定光Ｐ₀ を測定時刻ｔ_M に光電変換
し、測定光Ｐ₀ の光強度に比例したレベルを有する検出
信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ を増幅して演算処理ユニット５０にそれ
ぞれ出力する。続いて、光検出器４０，４１は、基準時
刻ｔ_B ＝ｔ₀ ＋（Ｍ−１）／ｆと測定時刻ｔ_M ＝ｔ₀ ＋
（Ｍ−１）／ｆ＋Ｍ・Δｔとを設定しながら順次サンプ
リングし、以上の操作を連続して測定光Ｐ₀ の時間分解
計測を行う。ただし、Ｍ＝１，２，３，…である。

【００９１】なお、光検出器４１，４２が光強度測定を
行う場合、検出信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ のレベルは各測定時刻ｔ
_M における測定光Ｐ₀ の光強度に比例している。一方、
光検出器４１，４２が光子数測定を行う場合、検出信号
Ｍ₁ ，Ｍ₂ のレベルは各測定時刻ｔ_M における測定光Ｐ
₀ の光子数に比例している。

【００９２】演算処理ユニット５０に配置された光路長
演算部５１は、光検出器４１，４２から各サンプリング
・タイミング毎に入力した検出信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ に基づい
て、式（８）を簡略化した次式を用いることにより、測
定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，…，λ_N+1 と光入射位置−光検出
位置間距離ρ₁ ，ρ₂ とに対応した平均光路長＜Ｌ（ρ
₁ ）＞，＜Ｌ（ρ₂ ）＞をそれぞれ算出して光拡散演算
部５２に出力する。

【００９３】

【数１４】

【００９４】

【数１５】

【００９５】ただし、 Ｔ_M ：各基準時刻ｔ_B と各測定時刻ｔ_M との時間差Ｍ・
Δｔ， Ｉ（ρ，Ｔ_M ）：測定光Ｐ₀ の光強度， ｎ（ρ，Ｔ_M ）：測定光Ｐ₀ の光子数 である。

【００９６】光拡散演算部５２は、光路長演算部５１に
よって算出した平均光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞，＜Ｌ
（ρ₂ ）＞の各計算値を式（９）を順次代入し、式（１
０），（１１）を連立方程式として解くことにより、吸
収係数μ_A （λ₁ ），…，μ_A （λ_N+1 ）及び輸送散乱
係数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ_N+1 ）をそれぞれ算出
して光吸収演算部５３に出力する。

【００９７】光吸収演算部５３は、光拡散演算部５２に
よって算出した吸収係数μ_A （λ₁），…，μ_A （λ
_N+1 ）及び輸送散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ
_N+1 ）の各計算値を、式（１３）を拡張した次式に順次
代入する。

【００９８】 μ_A （λ） ＝ε_AC(1) （λ）・［ＡＣ（１）］＋ε_AC(2) （λ）・［ＡＣ（２）］ ＋…＋ε_AC(N) （λ）・［ＡＣ（Ｎ）］ （２８） ただし、 ε_AC(N) （λ）：吸収成分ＡＣ（Ｎ）の波長λに対する
モル吸光係数［ｍｍ^-1・Ｍ^-1］ ［ＡＣ（Ｎ）］：吸収成分ＡＣ（Ｎ）のモル濃度［Ｍ］ である。

【００９９】この光吸収演算部５３は、式（１４），
（１５）を拡張した次式を連立方程式として解くことに
より、異なるＮ種類の吸収成分の濃度［ＡＣ（１）］，
…，［ＡＣ（Ｎ）］を算出し、データ信号Ｄ₀ として表
示記録ユニット６０に出力する。

【０１００】 μ_A （λ₁ ） ＝ε_AC(1) （λ₁ ）・［ＡＣ（１）］＋ε_AC(2) （λ₁ ）・［ＡＣ（２）］ ＋…＋ε_AC(N) （λ₁ ）・［ＡＣ（Ｎ）］ （２９） ……… μ_A （λ_N ） ＝ε_AC(1) （λ_N ）・［ＡＣ（１）］＋ε_AC(2) （λ_N ）・［ＡＣ（２）］ ＋…＋ε_AC(N) （λ_N ）・［ＡＣ（Ｎ）］ （３０） 表示記録ユニット６０は、光吸収演算部５３から入力し
た吸収係数μ_A （λ₁），…，μ_A （λ_N+1 ）及び輸送
散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ_N+1 ）の計算値
と、異なるＮ種類の吸収成分の濃度［ＡＣ（１）］，
…，［ＡＣ（Ｎ）］に対して表示や記録などを行う。

【０１０１】（２．２）第２実施例 本実施例は、散乱吸収体として人の頭部を適用し、その
脳内の吸収成分であるヘモグロビンを測定対象として濃
度及び酸素飽和度のモニタを行う測定装置である。

【０１０２】図１０に示すように、測定装置２１は、人
の頭部である散乱吸収体１０の周囲に装着されたバンド
型の光ガイドホルダ８０によって一体として固定されて
いる。この光ガイドホルダ８０は、２個のホルダ長調整
部８１，８２によってホルダ長を散乱吸収体１０の周囲
長に対応して調整し、散乱吸収体１０の周囲を鉢巻き状
に被覆して設置されている。光ガイドホルダ８０の内側
に形成した内部空間８３には、光源３０、光検出器４
１，４２及び光ガイド７０〜７２が、上記第１実施例と
同様して構成されている。光ガイドホルダ８０の外周部
には、光検出器４１，４２から入力した検出信号Ｍ₁ ，
Ｍ₂ を信号処理系（図示しない）に出力するコネクタ９
０が設置されている。この信号処理系としては、演算処
理ユニット５０及び表示記録ユニット６０が、上記第１
実施例と同様して構成されている。

【０１０３】なお、散乱吸収体１０は、人の脳であり、
その吸収成分として脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素
化ヘモグロビンＨｂＯ₂ を含有している。光源３０は、
散乱吸収体１０の２種類の吸収成分に対して、異なる３
種類の波長λ₁ ，λ₂ ，λ₃を有するパルス光を測定光
Ｐ₀ として発生する。この測定光Ｐ₀ の波長λ₁ 〜λ₃
としては、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグ
ロビンＨｂＯ₂ の各吸光度が異なるとともに、これら２
種類の吸収成分以外の吸収成分による影響として前述し
たバックグラウンド吸収項がほぼ一致するように設定す
る必要がある。

【０１０４】次に、本実施例の作用について説明する。

【０１０５】このように構成された測定装置２１におい
ては、光源３０は、異なる３種類の波長λ₁ ，λ₂ ，
…，λ₃ を有するパルス状の測定光Ｐ₀ を周期ｆで発生
し、光ガイド７０を介して散乱吸収体１０に出射する。
この光源３０は、測定光Ｐ₀ のパルス発振に同期して参
照信号Ｒ₀ を演算処理ユニット５０に出力する。そのた
め、測定光Ｐ₀ は、散乱吸収体１０の内部を拡散伝搬し
てパルス時間幅を拡張し、光入射位置から異なる２種類
の物理的距離ρ₁ ，ρ₂ だけ離れた光検出位置で光ガイ
ド７１，７２によって取り出される。

【０１０６】ここで、光検出器４１，４２は、光源３０
から入力した参照信号Ｒ₀ に基づいて、測定光Ｐ₀ の発
振タイミングとして基準時刻ｔ_B ＝ｔ₀ を設定するとと
もに、測定光Ｐ₀ のサンプリング・タイミングとして測
定時刻ｔ_M ＝ｔ₀ ＋Δｔを設定する。これら光検出器４
１，４２は、散乱吸収体１０から光ガイド７１，７２を
介して受光した測定光Ｐ₀ を測定時刻ｔ_M に光電変換
し、測定光Ｐ₀ の光強度に比例したレベルを有する検出
信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ を増幅し、コネクタ９０を介して演算処
理ユニット５０にそれぞれ出力する。続いて、光検出器
４０，４１は、基準時刻ｔ_B ＝ｔ₀ ＋（Ｍ−１）／ｆと
測定時刻ｔ_M ＝ｔ₀ ＋（Ｍ−１）／ｆ＋Ｍ・Δｔとを設
定しながら順次サンプリングし、以上の操作を連続して
測定光Ｐ₀の時間分解計測を行う。ただし、Ｍ＝１，
２，３，…である。

【０１０７】なお、光検出器４１，４２が光強度測定を
行う場合、検出信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ のレベルは各測定時刻ｔ
_M における測定光Ｐ₀ の光強度に比例している。一方、
光検出器４１，４２が光子数測定を行う場合、検出信号
Ｍ₁ ，Ｍ₂ のレベルは各測定時刻ｔ_M における測定光Ｐ
₀ の光子数に比例している。

【０１０８】演算処理ユニット５０に配置された光路長
演算部５１は、光検出器４１，４２から各サンプリング
・タイミング毎に入力した検出信号Ｍ₁ ，Ｍ₂ に基づい
て、式（８）を簡略化した式（２６），（２７）を用い
ることにより、測定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，…，λ₃ と光入
射位置−光検出位置間距離ρ₁ ，ρ₂ とに対応した平均
光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞，＜Ｌ（ρ₂ ）＞をそれぞれ算出
して光拡散演算部５２に出力する。

【０１０９】光拡散演算部５２は、光路長演算部５１に
よって算出した平均光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞，＜Ｌ
（ρ₂ ）＞の各計算値を式（９）を順次代入し、式（１
０），（１１）を連立方程式として解くことにより、吸
収係数μ_A （λ₁ ），…，μ_A （λ₃ ）及び輸送散乱係
数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ₃ ）をそれぞれ算出して
光吸収演算部５３に出力する。

【０１１０】光吸収演算部５３は、光拡散演算部５２に
よって算出した吸収係数μ_A （λ₁），…，μ
_A （λ₃ ）及び輸送散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ
_TS（λ₃ ）の計算値を、式（１９）に順次代入して式
（２０）〜（２１）を得るとともに、式（２５）に代入
してヘモグロビン酸素飽和度Ｙを得る。この光吸収演算
部５３は、式（２０）〜（２１）を連立方程式として解
くことにより、異なる２種類の吸収成分である脱酸素化
ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各
濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］を算出し、ヘモグロビン酸
素飽和度Ｙとともにデータ信号Ｄ₀ として表示記録ユニ
ット６０に出力する。

【０１１１】表示記録ユニット６０は、光吸収演算部５
３から入力した吸収係数μ_A （λ₁），…，μ
_A （λ₃ ）及び輸送散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ
_TS（λ₃ ）と、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘ
モグロビンＨｂＯ₂ の各濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］
と、ヘモグロビン酸素飽和度Ｙとに対して表示や記録な
どを行う。

【０１１２】このような計測を異なる時刻に行うことに
より、吸収係数μ_A （λ₁ ），…，μ_A （λ₃ ）及び輸
送散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ₃ ）と、脱酸素
化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の
各濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂］と、酸素飽和度Ｙとの時
間変化をモニタすることができる。

【０１１３】なお、本実施例においては、人の脳内のヘ
モグロビンを測定対象として設定している。しかしなが
ら、マラソンを行っている人の脚の筋肉中のヘモグロビ
ンを測定対象として設定しても、本実施例とほぼ同様な
作用効果が得られる。

【０１１４】（２．３）第３実施例 本実施例は、スラブ状の散乱吸収体として人の乳房を適
用し、その乳房内の吸収成分であるヘモグロビンを測定
対象として濃度及び酸素飽和度のモニタを行う測定装置
である。

【０１１５】図１１に示すように、測定装置２２は、上
記第１実施例と同様して構成されている。光ガイド７０
〜７２は、人の乳房である散乱吸収体１０の表面に固定
されている。これら光ガイド７０と光ガイド７１，７２
との間における散乱吸収体１０の各厚さは、異なるよう
に設定されている。光検出器４１，４２と信号処理系
（図示しない）との間には、コネクタ９０が上記第２実
施例と同様にして設置されている。

【０１１６】なお、散乱吸収体１０は、人の乳房であ
り、その吸収成分として脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び
酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ を含有している。光源３０
は、散乱吸収体１０の２種類の吸収成分に対して、異な
る３種類の波長λ₁ ，λ₂ ，λ₃ を有するパルス光を測
定光Ｐ₀ として発生する。この測定光Ｐ₀ の波長λ₁ ，
…，λ₃ としては、上記第２実施例と同様に設定する必
要がある。

【０１１７】次に、本実施例の作用について説明する。

【０１１８】このように構成された測定装置２２におい
ては、上記第２実施例とほぼ同様にして、吸収係数μ_A
（λ₁ ），…，μ_A （λ₃ ）及び輸送散乱係数μ_TS（λ
₁ ），…，μ_TS（λ₃ ）と、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ
及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各濃度［Ｈｂ］，
［ＨｂＯ₂ ］と、酸素飽和度Ｙとを測定して表示や記録
などを行う。

【０１１９】ただし、光拡散演算部５２は、光路長演算
部５１によって算出した平均光路長＜Ｌ（ρ₁ ）＞，＜
Ｌ（ρ₂ ）＞の各計算値を、式（８）に式（１２）を代
入して得られる式（９）に相当する式に順次代入し、式
（１０），（１１）に相当する式を連立方程式として解
くことにより、吸収係数μ_A （λ₁ ），…，μ
_A （λ₃ ）及び輸送散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ
_TS（λ₃ ）をそれぞれ算出して光吸収演算部５３に出力
する。

【０１２０】このような計測を異なる時刻に行うことに
より、吸収係数μ_A （λ₁ ），…，μ_A （λ₃ ）及び輸
送散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ₃ ）と、脱酸素
化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の
各濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂］と、酸素飽和度Ｙとの時
間変化をモニタすることができる。

【０１２１】（２．４）第４実施例 本実施例は、スラブ状の散乱吸収体として人の乳房を適
用し、その乳房内の吸収係数及び散乱係数と、吸収成分
であるヘモグロビンの濃度及び酸素飽和度とに対する空
間分布の画像化、すなわち簡単なイメージングを行う測
定装置である。

【０１２２】図１２に示すように、測定装置２３は、上
記第１実施例と同様して構成されている。ただし、光ガ
イド７０〜７２は、人の乳房である散乱吸収体１０の表
面に固定されている。これら光ガイド７０と光ガイド７
１，７２との間における散乱吸収体１０の各厚さは、異
なるように設定されている。

【０１２３】また、外部固定装置（図示しない）には、
棒状の支持部１２０の一端が固定されている。この支持
部１２０の他端には、支持部１２０の周りを回転する駆
動部１１０が設置されている。この駆動部１１０には、
略Ｌ字型に曲げて成形された棒状の支持部１２１，１２
２の一端が、支持部１２０に対して垂直に、かつ相互に
平行に突出してそれぞれ固定されている。

【０１２４】支持部１２０に平行に延びた支持部１２
１，１２２の他端には、支持部１２１，１２２に沿って
移動する駆動部１１１，１１２がそれぞれ設置されてい
る。これら駆動部１１１，１１２には、光ガイド７０〜
７２の一端が、支持部１２０に対して垂直に突出してそ
れぞれ配置されている。なお、駆動部７２は、光ガイド
７１，７２の間隔を一定に保持している。

【０１２５】これら駆動部１１０〜１１２は、位置制御
ユニット１００からそれぞれ入力した制御信号Ｃ₁ ，Ｃ
₂ ，Ｃ₃ に基づいて、光ガイド７０と光ガイド７１，７
２とを対向して散乱吸収体１０の表面全体を走査させる
ものである。駆動部１１０は、支持部１２０の周りを回
転することにより、光ガイド７０と光ガイド７１，７２
とを対向して散乱吸収体１０の軸方向に対して垂直に回
転させる。駆動部１１１，１１２は、支持部１２１，１
２２に沿ってそれぞれ移動することにより、光ガイド７
０と光ガイド７１，７２とを対向して散乱吸収体１０の
軸方向に対して平行に移動させるとともに、光ガイド７
０〜７２を移動させることにより、光ガイド７０〜７２
の一端を散乱吸収体１０の表面に接触させる。

【０１２６】位置制御ユニット１００は、制御信号
Ｃ₁ ，…，Ｃ₃ を駆動部１１０〜１１２に出力して光ガ
イド７０〜７２の走査を制御するとともに、制御信号Ｃ
₄ を光源３０に出力して光ガイド７０〜７２の走査に同
期して測定光Ｐ₀ を発生させるものである。そのため、
光源３０は、位置制御ユニット１００から入力した制御
信号Ｃ₄ に基づいて、光ガイド７０〜７２の走査に同期
した測定光Ｐ₀ を発生させる。

【０１２７】なお、散乱吸収体１０は、人の乳房であ
り、その吸収成分として脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び
酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ を含有している。光源３０
は、散乱吸収体１０の２種類の吸収成分に対して、上記
第３実施例と同様にして設定した異なる３種類の波長λ
₁ ，λ₂ ，λ₃ を有するパルス光を測定光Ｐ₀ として発
生する。

【０１２８】次に、本実施例の作用について説明する。

【０１２９】このように構成された測定装置２３におい
ては、上記第３実施例とほぼ同様にして、吸収係数μ_A
（λ₁ ），…，μ_A （λ₃ ）及び輸送散乱係数μ_TS（λ
₁ ），…，μ_TS（λ₃ ）と、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ
及び酸素化ヘモグロビンＨｂＯ₂ の各濃度［Ｈｂ］，
［ＨｂＯ₂ ］と、ヘモグロビン酸素飽和度Ｙとを測定し
て表示や記録などを行う。

【０１３０】ただし、位置制御ユニット１００による駆
動部１１０〜１１２の制御に基づいて、光ガイド７０と
光ガイド７１，７２とを対向して散乱吸収体１０の表面
全体を走査させながら、このような計測を順次繰り返し
行うことにより、吸収係数μ_A （λ₁ ），…，μ_A （λ
₃ ）及び輸送散乱係数μ_TS（λ₁ ），…，μ_TS（λ₃）
と、脱酸素化ヘモグロビンＨｂ及び酸素化ヘモグロビン
ＨｂＯ₂ の各濃度［Ｈｂ］，［ＨｂＯ₂ ］と、ヘモグロ
ビン酸素飽和度Ｙと対する空間分布を画像化することが
できる。

【０１３１】なお、本発明は上記諸実施例に限られるも
のではなく、種々の変形を行うことが可能である。

【０１３２】例えば、上記諸実施例においては、散乱吸
収体が含有する吸収成分の種類数Ｎに対応して、測定光
に異なるＮ＋１種類の波長を設定している。しかしなが
ら、散乱吸収体の内部のバックグラウンド吸収を無視す
ることができる場合には、散乱吸収体が含有する吸収成
分の種類数に一致した種類数の波長を測定光に設定する
ことにより、上記諸実施例と同様な作用効果を得ること
ができる。

【０１３３】また、上記諸実施例においては、１個の光
源及び２個の光検出器を用いて構成している。しかしな
がら、２個の光源及び１個の光検出器を用いて構成して
も、上記諸実施例と同様な作用効果を得ることができ
る。すなわち、散乱吸収体に対して異なる２種類の光入
射位置−光検出位置間距離を設定することができればよ
い。特に、相互に異なる多種類の光入射位置−光検出位
置間距離に対応して平均光路長の測定を行うことによ
り、計測精度を向上させることができる。

【０１３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の散
乱吸収体内の散乱特性・吸収特性の測定方法及び装置に
おいては、散乱と吸収の影響を受けながら散乱吸収体の
内部を拡散伝搬したパルス状の測定光を散乱吸収体の外
部で非侵襲的に測定し、その測定結果を演算処理して散
乱吸収体内の散乱特性及び吸収特性を計測する。このと
き、測定光の平均光路長が散乱吸収体内の拡散伝搬経路
における散乱特性及び吸収特性を含む光拡散性に依存す
ることを利用して、異なる２種類以上の光入射位置−光
検出位置間距離に対して測定した平均光路長に基づい
て、散乱吸収体内の散乱係数及び吸収係数の計測を行
う。

【０１３５】ここで、散乱吸収体が含有する吸収成分に
対して異なる吸収係数を有し、当該吸収成分の種類数以
上の異なる種類数の波長を測定光に設定する場合、各波
長に対する散乱吸収体内の吸収係数が散乱吸収体内の拡
散伝搬経路における各吸収成分の寄与を含む光減衰特性
に依存することを利用して、異なる波長に対して測定し
た吸収係数に基づいて、吸収成分の濃度の計測を行う。

【０１３６】そのため、測定光の平均光路長は、測定光
の時間分解計測の結果に対する時間積分によって得るこ
とから、信号対雑音比を低減して精度良く計測されてい
る。また、散乱吸収体内の散乱係数及び吸収係数は、散
乱吸収体内の拡散伝搬経路における散乱特性及び吸収特
性を含む光拡散性に導出した理論式によって得ることか
ら、十分な解析に基づいて精度良く算出されている。

【０１３７】したがって、散乱吸収体内で光が拡散伝搬
する過程に対する理論的かつ実験的に十分な解析に基づ
いて、従来よりも格段に測定誤差を低減して計測精度を
向上させることができる。例えば、散乱吸収体として生
体組織に適用してその形態情報を得ることにより、当該
生体組織が正常な組織であるのか、ある疾患を伴う組織
であるかという判別が可能となり得る。

【０１３８】なお、このような計測を同一の光入射位置
及び光検出位置で異なる時刻に行うことにより、これら
定量値の時間変化を計測することができる。さらに、こ
のような計測を光入射位置及び光検出位置を走査しなが
ら行うことにより、これら定量値の空間分布を計測する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】散乱吸収体内において光が拡散伝搬する過程を
模式的に示す断面図である。

【図２】光拡散方程式に対する散乱吸収体の境界条件と
して設定した仮想光源を模式的に示す断面図である。

【図３】光拡散方程式の解に基づいた時間分解計測によ
る平均光路長のシミュレーション結果を示すグラフであ
る。

【図４】散乱吸収体における平均光路長を測定する原理
を模式的に示す断面図である。

【図５】スラブ状の散乱吸収体における平均光路長を測
定する原理を模式的に示す断面図である。

【図６】ヘモグロビン及びミオグロビンの近赤外線吸収
スペクトルを示すグラフである。

【図７】散乱吸収体内の散乱特性・吸収特性を測定する
装置を模式的に示す断面図である。

【図８】図７の測定装置において散乱吸収体への導光方
法として用いられる各種手段を模式的に示す断面図であ
る。

【図９】図７の測定装置において散乱吸収体からの導光
方法として用いられる各種手段を模式的に示す断面図で
ある。

【図１０】人の頭部内の散乱特性・吸収特性を測定する
装置の要部を模式的に示す断面図である。

【図１１】人の乳房内の散乱特性・吸収特性を測定する
装置の要部を模式的に示す断面図である。

【図１２】人の乳房内の散乱特性・吸収特性を測定して
イメージングする装置を模式的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…散乱吸収体、２０〜２３…測定装置、３０…光
源、４０，４１…光検出器、５０…演算処理ユニット、
５１…光路長演算部、５２…光拡散演算部、５３…光吸
収演算部、６０…表示記録ユニット、７０〜７２…光ガ
イド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−261107（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−163634（ＪＰ，Ａ) Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，1987年12月，Ｎ ｏ．97，ｐ．93−96 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 ＥＵＲＯＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定波長を有するパルス状の測定光を散
   乱吸収体に入射する第１のステップと、 この第１のステップにおいて前記測定光を入射した前記
   散乱吸収体の光入射位置と、前記測定光を検出する前記
   散乱吸収体の光検出位置とからなって、異なる光入射位
   置−光検出位置間距離を有する複数の組み合わせに対応
   する当該光検出位置で、前記散乱吸収体内を拡散伝搬し
   た前記測定光の時間分解計測をそれぞれ行う第２のステ
   ップと、 この第２のステップにおいて測定した複数の前記時間分
   解計測の結果に基づいて、前記光入射位置−光検出位置
   間距離に対応する複数の前記測定光の平均光路長をそれ
   ぞれ算出する第３のステップと、 この第３のステップにおいて算出した前記光入射位置−
   光検出位置間距離に対応する前記複数の平均光路長の計
   算値と、前記散乱吸収体内の拡散伝搬経路における散乱
   特性及び吸収特性を含む光拡散特性に対応して導出した
   前記平均光路長の理論式とからなる複数の連立関係に基
   づいて、前記散乱吸収体内の散乱係数及び吸収係数を算
   出する第４のステップとを備えることを特徴とする、医
   療行為を除く散乱吸収体内の散乱特性・吸収特性の測定
   方法。
2. 【請求項２】 前記第１のステップは、前記散乱吸収体
   内の吸収成分に対して異なる吸収係数を有する当該吸収
   成分の種類数以上の波長を前記測定光に設定し、 前記第２のステップは、前記波長それぞれに対する前記
   測定光の時間分解計測を行い、前記第３のステップは、
   前記波長それぞれに対する前記測定光の平均光路長を算
   出し、前記第４のステップは、前記波長それぞれに対す
   る前記散乱吸収体内の吸収係数を算出し、 前記第４のステップにおいて算出した前記波長それぞれ
   に対する前記散乱吸収体内の吸収係数の計算値と、前記
   散乱吸収体内の拡散伝搬経路における前記吸収成分の寄
   与を含む光減衰特性に対応して導出した当該吸収係数の
   理論式とからなる連立関係に基づいて、前記吸収成分の
   濃度を算出する第５のステップをさらに備えることを特
   徴とする請求項１記載の散乱吸収体内の散乱特性・吸収
   特性の測定方法。
3. 【請求項３】 所定波長を有するパルス状の測定光を発
   生する光源と、 この光源から入射した前記測定光を散乱吸収体に出射す
   る光ガイドと、 この光ガイドによって前記測定光を入射させた前記散乱
   吸収体の光入射位置と、前記測定光を検出する前記散乱
   吸収体の光検出位置とからなって、異なる光入射位置−
   光検出位置間距離を有する複数の組み合わせに対応する
   当該光検出位置で、前記散乱吸収体内を拡散伝搬した前
   記測定光の時間分解計測をそれぞれ行う光検出器と、 この光検出器によって測定した複数の前記時間分解計測
   の結果に基づいて、前記光入射位置−光検出位置間距離
   に対応する複数の前記測定光の平均光路長をそれぞれ算
   出する光路長演算部と、 この光路長演算部によって算出した前記光入射位置−光
   検出位置間距離に対応する前記複数の平均光路長の計算
   値と、前記散乱吸収体内の拡散伝搬経路における散乱特
   性及び吸収特性を含む光拡散特性に対応して導出した前
   記平均光路長の理論式とからなる複数の連立関係に基づ
   いて、前記散乱吸収体内の散乱係数及び吸収係数を算出
   する光拡散演算部とを備えることを特徴とする散乱吸収
   体内の散乱特性・吸収特性の測定装置。
4. 【請求項４】 前記光源は、前記散乱吸収体内の吸収成
   分に対して異なる吸収係数を有する当該吸収成分の種類
   数以上の波長を前記測定光に設定する波長制御手段を有
   し、 前記光検出器は、前記波長それぞれに対する前記測定光
   の光強度時間変化を測定し、前記光路長演算部は、前記
   波長それぞれに対する前記測定光の平均光路長を算出
   し、前記光拡散演算部は、前記波長それぞれに対する前
   記散乱吸収体内の吸収係数を算出し、 前記光拡散演算部によって算出した前記波長それぞれに
   対する前記散乱吸収体内の吸収係数の計算値と、前記散
   乱吸収体内の拡散伝搬経路における前記吸収成分の寄与
   を含む光減衰特性に対応して導出した当該吸収係数の理
   論式とからなる連立関係に基づいて、前記吸収成分の濃
   度を算出する光吸収演算部をさらに備えることを特徴と
   する請求項３記載の散乱吸収体内の散乱特性・吸収特性
   の測定装置。