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JP5924658B2 - 濃度定量装置、光吸収係数算出方法、等価散乱係数算出方法、濃度定量方法、光吸収係数の算出を行うプログラム及び濃度の算出を行うプログラム - Google Patents

濃度定量装置、光吸収係数算出方法、等価散乱係数算出方法、濃度定量方法、光吸収係数の算出を行うプログラム及び濃度の算出を行うプログラム Download PDF

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孝一 清水
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祐次 加藤
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Description

本発明のいくつかの様態は、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置、光吸収係数算出方法、等価散乱係数算出方法、濃度定量方法、光吸収係数の算出を行うプログラム及び濃度の算出を行うプログラムに関する。
従来、血糖値の測定は、指先などから採血を行い、血中のグルコースに対する酵素活性を測ることで行っていた。しかし、このような血糖値の測定方法は、指先などから血液を採取して測定しなければならず、採血に手間と痛みを伴うことや、血液を付着させる測定チップが必要なことから、採血を必要としない非侵襲型の血糖値の測定方法が望まれている。
そこで、皮膚に近赤外光を照射し、その光吸収量からグルコースの濃度を求める方法が検討されている（例えば、特許文献１を参照）。具体的には、予めグルコース濃度と照射する光の波長と光の吸収量との関係を示す検量線を作成しておき、モノクロメーター等を用いてある波長域を走査し、その波長域の各波長に対する吸収量を求め、当該波長及び吸収量と検量線とを比較することでグルコース濃度を算出する。
特許第３９３１６３８号公報
しかしながら、従来の非侵襲血糖値測定方法は、光の入出射間距離を定めることによって、真皮層の近赤外スペクトルを測定するため、測定したスペクトルに、真皮層のスペクトルのみならず表皮層や皮下組織層のスペクトルも含まれ、観測される光吸収係数の変化には表皮層や皮下組織層によるノイズが含まれてしまうという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、目的の層以外の層によるノイズの影響を軽減する濃度定量装置、光吸収係数算出方法、等価散乱係数算出方法、濃度定量方法、光吸収係数の算出を行うプログラム及び濃度の算出を行うプログラムを提供することにある。
本発明にかかるひとつの態様は、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象のうち、任意の層における光吸収係数を算出する光吸収係数算出方法であって、照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光の強度、第１受光手段若しくは第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数、任意の時刻における前記等価散乱係数に基づいて生成された前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデル、任意の時刻における前記等価散乱係数に基づいて生成された前記短時間パルス光の時間分解波形のモデル、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度、を取得する第１の工程と、前記第１の工程で取得した光強度、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、光強度モデル、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する第２の工程と、を有することを特徴とする。
本発明にかかるひとつの態様は、観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、第１受光手段若しくは第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμ ｓ ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμ ｓｍ ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬ ｍ ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬ ｍ （ｔ）、短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、下記の（２）式から複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記時刻ｔにおける前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出することを特徴とする等価散乱係数算出方法である。
本発明にかかるひとつの態様は、コンピュータを、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象に短時間パルス光を照射する照射手段と、前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する第１受光手段と、前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光するとともに、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離が前記第１受光手段と異なるように配置された第２受光手段と、前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第１受光手段が受光した光の強度を取得する第１光強度取得手段と、前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第２受光手段が受光した光の強度を取得する第２光強度取得手段と、前記第１光強度取得手段が取得した光強度と前記第２光強度取得手段が取得した光強度とに基づいて、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する第１等価散乱係数算出手段と、前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段と、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第１光強度取得及び前記第２光強度取得手段とは異なる第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手段と、として機能させるための光吸収係数の算出を行うプログラムである。
本発明のいくつかの態様は上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置であって、前記観測対象に短時間パルス光を照射する照射手段と、前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する第１受光手段と、前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光するとともに、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離が前記第１受光手段と異なるように配置された第２受光手段と、前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第１受光手段が受光した光の強度を取得する第１光強度取得手段と、前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第２受光手段が受光した光の強度を取得する第２光強度取得手段と、前記第１光強度取得手段が取得した光強度と前記第２光強度取得手段が取得した光強度とに基づいて、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する第１等価散乱係数算出手段と、前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段と、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第１光強度取得手段及び前記第２光強度取得手段とは異なる第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手段と、前記光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する濃度算出手段と、を含むことを特徴とする。
この構成によれば、第１光強度取得手段または第２光強度取得手段、若しくは第３光強度取得手段が取得した光強度と、光路長取得手段が取得した複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、任意の層の光吸収係数を選択的に算出することができる。また、観測対象の伝搬光路長分布のモデル及び時間分解波形のモデルを、第１受光手段及び第２受光手段の２つの受光手段が受光した後方散乱光の強度に基づいて任意の時刻における等価散乱係数により生成する方法を採用する。これにより、任意の層の光吸収係数を算出する際の誤差要因が生じることを抑制し、任意の層の光吸収係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、散乱体中での光の速度をｃ、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記第１受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、前記照射位置から前記第２受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、前記第１光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、前記第２光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）としたときに、前記第１等価散乱係数算出手段は、下記の（１）式から前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この構成によれば、上記の（１）式により任意の時刻における等価散乱係数が算出される。よって、光の伝搬光路の等価散乱係数時間関数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、前記任意の層の等価散乱係数を算出する第２等価散乱係数算出手段を備え、前記光吸収係数算出手段は、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、前記第２等価散乱係数算出手段が算出した前記任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出することを特徴とする。
この構成によれば、第１光強度取得手段または第２光強度取得手段、若しくは第３光強度取得手段が取得した光強度と、光路長取得手段が取得した複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、第２等価散乱係数算出手段が算出した任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、任意の層の光吸収係数を選択的に算出することができる。光吸収係数を算出する際に、等価散乱係数が加味されるので、光吸収係数の算出結果は高精度となる。そのため、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、前記光強度取得手段は、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、前記第２等価散乱係数算出手段は、下記の（２）式から前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この構成によれば、等価散乱係数を算出する際、等価散乱係数の真値に収束するまで上記の（２）式を用いた繰り返し演算が行われる。よって、任意の層の等価散乱係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）、前記光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ｔ）、第ｍ層の光吸収係数をμａｍ、前記伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、入射光子数をＮｉｎ、入射光強度をＩｉｎとしたときに、前記光強度取得手段は、複数の時刻ｔ１〜ｔｍにおける光強度を取得し、前記光吸収係数算出手段は、下記の（３）式から前記任意の層の光吸収係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この構成によれば、上記の（３）式により任意の層の光吸収係数が算出される。よって、任意の層の光吸収係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）、前記光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ｔ）、第ｍ層の光吸収係数をμａｍ、前記伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、入射光子数をＮｉｎ、入射光強度をＩｉｎとしたときに、前記光強度取得手段は、所定の時刻から少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、前記光吸収係数算出手段は、下記の（４）式から前記任意の層の光吸収係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この構成によれば、光吸収係数が時間τ１〜τ２の間の光路長の積分値によって算出されるため、計測した受光強度に含まれる誤差による光吸収係数の算出結果に対する影響を少なくすることができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、前記任意の層である第ｍ層における光吸収係数をμａｍ、前記観測対象を形成する第ｉ成分の光吸収係数をμａｉ、前記観測対象を形成する第ｉ成分の体積濃度をｃｖｉとしたときに、前記濃度算出手段は、下記の（５）式から前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この構成によれば、上記の（５）式により任意の層における目的成分の濃度が算出される。よって、任意の層の目的成分の濃度を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、前記任意の層である第ｍ層における光吸収係数をμａｍ、前記観測対象を形成する第ｉ成分のモル吸光係数をεｉ、前記観測対象を形成する第ｉ成分のモル濃度をｃｉとしたときに、前記濃度算出手段は、下記の（６）式から前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この構成によれば、上記の（６）式により任意の層における目的成分の濃度が算出される。よって、任意の層の目的成分の濃度を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記濃度算出手段は、前記任意の層における前記光吸収係数に基づいて、多変量解析を用いて特性が既知であるものを測定した値から検量線作成をして、未知測定対象の測定値を検量線に照合することで前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出することを特徴とする。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象が皮膚であり、前記任意の層が真皮層であるときに、当該真皮層に含まれるグルコースの濃度を定量することを特徴とする
この構成によれば、算出した光吸収係数に基づいて真皮層に含まれるグルコースの濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、グルコースの濃度の定量を高精度で行うことができる。
また、本発明のいくつかの態様は、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象のうち、任意の層における光吸収係数を算出する光吸収係数算出方法であって、照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光の強度、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数、任意の時刻における前記等価散乱係数に基づいて生成された前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデル、任意の時刻における前記等価散乱係数に基づいて生成された前記短時間パルス光の時間分解波形のモデル、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度、を取得する第１の工程と、前記第１の工程で取得した光強度、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記光強度モデル、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する第２の工程と、を有することを特徴とする。
この方法によれば、第１の工程で取得した光強度、複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、光強度モデル、に基づいて、任意の層の光吸収係数を選択的に算出することができる。また、観測対象の伝搬光路長分布のモデル及び時間分解波形のモデルを、任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成する方法を採用する。これにより、任意の層の光吸収係数を算出する際の誤差要因が生じることを抑制し、任意の層の光吸収係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、第１受光手段若しくは第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、散乱体中での光の速度をｃ、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記第１受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、前記照射位置から前記第２受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、前記第１光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、前記第２光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）としたときに、前記第１の工程において、下記の（１）式から前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この方法によれば、上記の（１）式により任意の時刻における等価散乱係数が算出される。よって、光の伝搬光路の等価散乱係数時間関数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記第１の工程において、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記光強度モデル、に基づいて、前記任意の層の等価散乱係数を取得し、前記第２の工程において、前記第１の工程で取得した光強度、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記光強度モデル、前記任意の層の前記等価散乱係数、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出することを特徴とする。
この方法によれば、第２の工程において、第１の工程で取得した光強度、複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、光強度モデル、任意の層の等価散乱係数、に基づいて、任意の層の光吸収係数を選択的に算出することができる。光吸収係数を算出する際に、等価散乱係数が加味されるので、光吸収係数の算出結果は高精度となる。そのため、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、前記第１の工程において、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、下記の（２）式から前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
この方法によれば、等価散乱係数を算出する際、等価散乱係数の真値に収束するまで上記の（２）式を用いた繰り返し演算が行われる。よって、任意の層の等価散乱係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、第１受光手段若しくは第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、下記の（２）式から複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記時刻ｔにおける前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出することを特徴とする。
Figure 0005924658
この方法によれば、等価散乱係数を算出する際、等価散乱係数の真値に収束するまで上記の（２）式を用いた繰り返し演算が行われる。よって、任意の層の等価散乱係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記第２の工程で算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出することを特徴とする。
この方法によれば、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象が皮膚であり、前記任意の層が真皮層であるときに、当該真皮層に含まれるグルコースの濃度を定量することを特徴とする。
この方法によれば、算出した光吸収係数に基づいて真皮層に含まれるグルコースの濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、グルコースの濃度の定量を高精度で行うことができる。
また、本発明のいくつかの態様は、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象のうち任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置を、前記観測対象に短時間パルス光を照射する照射手段、前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する第１受光手段、前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光するとともに、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離が前記第１受光手段と異なるように配置された第２受光手段、前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第１受光手段が受光した光の強度を取得する第１光強度取得手段、前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第２受光手段が受光した光の強度を取得する第２光強度取得手段、前記第１光強度取得手段が取得した光強度と前記第２光強度取得手段が取得した光強度とに基づいて、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する第１等価散乱係数算出手段、前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段、前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段、前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段、前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第１光強度取得手段及び前記第２光強度取得手段とは異なる第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手段、として動作させるための光吸収係数の算出を行うプログラムである。
このプログラムによれば、第１光強度取得手段または第２光強度取得手段、若しくは第３光強度取得手段が取得した光強度と、光路長取得手段が取得した複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、任意の層の光吸収係数を選択的に算出することができる。また、観測対象の伝搬光路長分布のモデル及び時間分解波形のモデルを、第１受光手段及び第２受光手段の２つの受光手段が受光した後方散乱光の強度に基づいて任意の時刻における等価散乱係数により生成する方法を採用する。これにより、任意の層の光吸収係数を算出する際の誤差要因が生じることを抑制し、任意の層の光吸収係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、散乱体中での光の速度をｃ、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記第１受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、前記照射位置から前記第２受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、前記第１光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、前記第２光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）としたときに、前記第１等価散乱係数算出手段は、下記の（１）式から前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
このプログラムによれば、上記の（１）式により任意の時刻における等価散乱係数が算出される。よって、光の伝搬光路の等価散乱係数時間関数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、前記任意の層の等価散乱係数を算出する第２等価散乱係数算出手段、として動作させ、前記光吸収係数算出手段は、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、前記第２等価散乱係数算出手段が算出した前記任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出することを特徴とする。
このプログラムによれば、第１光強度取得手段または第２光強度取得手段、若しくは第３光強度取得手段が取得した光強度と、光路長取得手段が取得した複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、第２等価散乱係数算出手段が算出した任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、任意の層の光吸収係数を選択的に算出することができる。光吸収係数を算出する際に、等価散乱係数が加味されるので、光吸収係数の算出結果は高精度となる。そのため、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、前記光強度取得手段は、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、前記第２等価散乱係数算出手段は、下記の（２）式から前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出する、ことを特徴とする。
Figure 0005924658
このプログラムによれば、等価散乱係数を算出する際、等価散乱係数の真値に収束するまで上記の（２）式を用いた繰り返し演算が行われる。よって、任意の層の等価散乱係数を高精度に算出することができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する濃度算出手段として動作させるための濃度の算出を行うプログラムである。
このプログラムによれば、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。
また、本発明のいくつかの態様は、前記観測対象が皮膚であり、前記任意の層が真皮層であるときに、当該真皮層に含まれるグルコースの濃度を定量することを特徴とする。
このプログラムによれば、算出した光吸収係数に基づいて真皮層に含まれるグルコースの濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、グルコースの濃度の定量を高精度で行うことができる。
本発明の第１実施形態に係る血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。 シミュレーション部が算出した各層の伝搬光路長分布を示すグラフである。 シミュレーション部が算出した時間分解波形を示すグラフである。 皮膚の主成分の吸収スペクトルを示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。
血糖値測定装置１００（濃度定量装置）は、照射部１０１（照射手段）、第１受光部１０２（第１受光手段）、第２受光部１０３（第２受光手段）、第１計測光強度取得部１０４（第１光強度取得手段）、第２計測光強度取得部１０５（第２光強度取得手段）、第１等価散乱係数算出部１０６（第１等価散乱係数算出手段）、シミュレーション部１０７、光路長分布記憶部１０８（光路長分布記憶手段）、時間分解波形記憶部１０９（時間分解波形記憶手段）、光路長取得部１１０（光路長取得手段）、無吸収時光強度取得部１１１（光強度モデル取得手段）、光吸収係数算出部１１２（光吸収係数算出手段）、成分吸収情報記憶部１１３、濃度算出部１１４（濃度算出手段）、濃度単位変換部１１５、濃度表示部１１６、を備える。
血糖値測定装置１００は、皮膚（観測対象）の真皮層（任意の層）に含まれるグルコース（目的成分）の濃度を測定する。
照射部１０１は、皮膚に対して短時間パルス光を照射する。この照射部１０１が照射する複数の短時間パルス光は、皮膚を構成する主成分の各々の成分の吸収スペクトル分布の直交性が高くなる波長の光、すなわち、皮膚を構成する主成分の各々の成分のうち、ある主成分における特定成分の吸収スペクトルの極大値が他の成分の吸収スペクトルの極大値と大きく異なる波長の光を含んでいる。
第１受光部１０２は、短時間パルス光が皮膚によって後方散乱した光を受光する。
第２受光部１０３は、短時間パルス光が皮膚によって後方散乱した光を受光する。第２受光部１０３は、皮膚に短時間パルス光が照射される照射位置から皮膚によって後方散乱した光を受光する位置までの距離が第１受光部１０２と異なるように配置されている。
第１計測光強度取得部１０４は、第１受光部１０２が受光した光のある時刻における光強度を取得する。
第２計測光強度取得部１０５は、第２受光部１０３が受光した光のある時刻における光強度を取得する。
第１等価散乱係数算出部１０６は、第１計測光強度取得部１０４が取得した光強度と第２計測光強度取得部１０５が取得した光強度とに基づいて、第１受光部１０２若しくは第２受光部１０３が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する。
シミュレーション部１０７は、第１等価散乱係数算出部１０６が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて、皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデル、短時間パルス光の時間分解波形のモデル、を生成する。シミュレーションは、例えばモンテカルロ法を用いて行われる。
光路長分布記憶部１０８は、シミュレーション部１０７が生成した皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデルを記憶する。
時間分解波形記憶部１０９は、シミュレーション部１０７が生成した短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する。
光路長取得部１１０は、光路長分布記憶部１０８からある時刻における光路長を取得する。
無吸収時光強度取得部１１１は、時間分解波形記憶部１０９からある時刻における光強度を取得する。
光吸収係数算出部１１２は、短時間パルス光を照射した皮膚の真皮層における光吸収係数を算出する。
成分吸収情報記憶部１１３は、皮膚の主成分の光吸収係数、またはモル吸光係数を予め記憶する。
濃度算出部１１４は、真皮層に含まれるグルコースの濃度を算出する。
濃度単位変換部１１５は、グルコースの濃度の単位を所望の単位に変換する。
濃度表示部１１６は、グルコースの濃度を表示する。
本実施形態の血糖値測定装置１００においては、照射部１０１は皮膚に短時間パルス光を照射する。第１受光部１０２は短時間パルス光が皮膚によって後方散乱した光を受光し、第１計測光強度取得部１０４は時刻ｔにおいて第１受光部１０２が受光した光の強度を取得する。第２受光部１０３は短時間パルス光が皮膚によって後方散乱した光を受光し、第２計測光強度取得部１０５は時刻ｔにおいて第２受光部１０３が受光した光の強度を取得する。次に、第１等価散乱係数算出部１０６は第１計測光強度取得部１０４が取得した光強度と第２計測光強度取得部１０５が取得した光強度とに基づいて真皮層における任意の時刻における等価散乱係数を算出する。次に、シミュレーション部１０７は任意の時刻における等価散乱係数に基づいて皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデル、短時間パルス光の時間分解波形のモデルを生成する。光路長分布記憶部１０８はシミュレーション部１０７が生成した皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデルを記憶する。時間分解波形記憶部１０９はシミュレーション部１０７が生成した短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する。光路長取得部１１０は光路長分布記憶部１０８から皮膚モデルにおける伝搬光路長分布の時刻ｔにおける皮膚の各層の光路長を取得する。無吸収時光強度取得部１１１は時間分解波形記憶部１０９から皮膚モデルにおける短時間パルス光の時間分解波形の時刻ｔにおける光の強度を取得する。
次に、光吸収係数算出部１１２は、第１計測光強度取得部１０４または第２計測光強度取得部１０５が取得した光強度と、光路長取得部１１０が取得した皮膚の各層の光路長と、無吸収時光強度取得部１１１が取得した光強度と、に基づいて、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する。そして、濃度算出部１１４は、光吸収係数算出部１１２が算出した光吸収係数に基づいて、真皮層におけるグルコースの濃度を算出する。
前記の光強度は、第１計測光強度取得部１０４、第２計測光強度取得部１０５とは異なる第３計測光強度取得部が取得した光強度であることもできる。この場合、第３計測光強度取得部は第１計測光強度取得部１０４と第２計測光強度取得部１０５の間に配置するのが望ましい。
これにより、真皮層以外の層によるノイズの影響を軽減して、真皮層に含まれるグルコースの濃度を算出することができる。なお、濃度算出部１１４が算出したグルコースの濃度は、濃度単位変換部１１５により所望の単位に変換され、濃度表示部１１６に表示される。
次に、血糖値測定装置１００の動作を説明する。
血糖値測定装置１００は、血糖値を測定する前に、予め皮膚の各層における伝搬光路長分布と時間分解波形とを算出する。
ところで、伝搬光路長分布及び時間分解波形の算出方法としては、予めサンプルを取ることによって決定された皮膚の各層の光散乱係数、光吸収係数及び厚みに基づいて一般的な光学特性を持つ皮膚モデルを生成し、当該皮膚モデルに光を照射するシミュレーションを行うことにより算出する方法がある。しかしながら、当該皮膚モデルを用いたシミュレーションでは、各個人の差や測定時の体調などによる一般値からのずれが、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する際の誤差要因となる懸念がある。
これに対し、本実施形態においては、皮膚の伝搬光路長分布のモデル及び時間分解波形のモデルを、第１受光部１０２及び第２受光部１０３の２つの受光部が受光した後方散乱光の強度に基づいて任意の時刻における等価散乱係数により生成する方法を採用する。これにより、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する際の誤差要因が生じることを抑制し、真皮層の光吸収係数を高精度に算出することを可能にしている。
シミュレーション部１０７は、第１等価散乱係数算出部１０６が算出した任意の時刻における等価散乱係数を用いて、皮膚の伝搬光路長分布のモデル及び時間分解波形のモデルを生成する。なお、ここで用いる皮膚の光吸収係数はゼロとする。
シミュレーション部１０７は、皮膚に光を照射するシミュレーションを行う。このとき、照射部１０１の位置と第１受光部１０２の位置との間の距離、照射部１０１の位置と第２受光部１０３の位置との間の距離、を決定しておく必要がある。なお、第１受光部１０２と第２受光部１０３とは、皮膚に短時間パルス光が照射される照射位置から皮膚によって後方散乱した光を受光する位置までの距離が互いに異なるように位置決めされる。シミュレーションは、モンテカルロ法を用いて行うと良い。モンテカルロ法によるシミュレーションは、例えば以下のように行われる。
まず、シミュレーション部１０７は、照射する光のモデルを光子（光束）とし、当該光子を皮膚に照射する計算を行う。皮膚に照射された光子は、皮膚内を移動する。このとき、光子は、次に進む点までの距離Ｌ及び方向θを乱数Ｒ（０≦Ｒ≦１）によって決定する。シミュレーション部１０７は、光子が次に進む点までの距離Ｌの計算を、（１０）式によって行う。
Figure 0005924658
但し、ｌｎ（Ａ）は、Ａの自然対数を示す。また、μｓｍは、皮膚の第ｍ層（表皮層、真皮層、皮下組織層の何れか）の散乱係数を示す。
また、シミュレーション部１０７は、光子が次に進む点までの方向θの計算を、（１１）式によって行う。
Figure 0005924658
但し、ｇは、散乱角度のコサインの平均である非等方性パラメータを示し、皮膚の非等方性パラメータは、略０．９である。
シミュレーション部１０７は、上記（１０）式、（１１）式の計算を単位時間毎に繰り返すことにより、照射部１０１から第１受光部１０２までの光子の移動経路を算出することができる。シミュレーション部１０７は、複数の光子について移動距離の算出を行う。例えば、シミュレーション部１０７は、１０８個の光子について移動距離を算出する。
図２は、シミュレーション部が算出した各層（表皮層、真皮層、皮下組織層）の伝搬光路長分布を示すグラフである。なお、本図においては、一例として、２つの受光部のうち第１受光部１０２を用いている。
図２の横軸は光子の照射からの経過時間を示し、縦軸は光路長の対数表示を示している。シミュレーション部１０７は、第１受光部１０２に到達した光子の各々の移動経路を、移動経路が通過する層毎に分類する。そして、シミュレーション部１０７は、単位時間毎に到達した光子の移動経路の平均長を分類された層毎に算出することで、図２に示すような皮膚の各層の伝搬光路長分布を算出する。
図３は、シミュレーション部が算出した時間分解波形を示すグラフである。なお、本図においては、一例として、２つの受光部のうち第１受光部１０２を用いている。
図３の横軸は光子の照射からの経過時間を示し、縦軸は第１受光部１０２が検出した光子数を示している。シミュレーション部１０７は、単位時間毎に第１受光部１０２に到達した光子の個数を算出することで、図３に示すような時間分解波形を算出する。
上述したような処理により、シミュレーション部１０７は、複数の波長に対して、伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出する。このとき、シミュレーション部１０７は、皮膚の主成分（水、たんぱく質、脂質、グルコース等）の吸収スペクトルの直交性が高くなる波長について伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出すると良い。
図４は、皮膚の主成分の吸収スペクトルを示すグラフである。
図４の横軸は照射する光の波長を示し、縦軸は光吸収係数を示している。図４を参照すると、グルコースの光吸収係数は、波長が１６００ｎｍのときに極大となり、水の光吸収係数は、波長が１４５０ｎｍのときに極大となる。そのため、シミュレーション部１０７は、例えば１４５０ｎｍ、１６００ｎｍといった皮膚の主成分の吸収スペクトルの直交性が高くなる波長について伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出すると良い。
次に、血糖値測定装置１００が血糖値を測定する動作について説明する。
図５は、第１実施形態に係る血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。
まず、ユーザが血糖値測定装置１００を皮膚にあてがい、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等によって血糖値測定装置１００を動作させると、照射部１０１は、皮膚に対して波長λ１の短時間パルス光を照射する（ステップＳ１）。ここで、波長λ１は、シミュレーション部１０７が伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出した複数の波長の中の１つである。
照射部１０１が短時間パルス光を照射すると、第１受光部１０２、第２受光部１０３は、照射部１０１から照射され、皮膚によって後方散乱した光を受光する（ステップＳ２）。このとき、第１受光部１０２、第２受光部１０３は、照射開始からの単位時間毎（例えば、１ピコ秒毎）の受光強度を内部メモリに登録しておく。
第１受光部１０２が受光を完了すると、第１計測光強度取得部１０４は、第１受光部１０２の内部メモリに格納されている、異なる時刻ｔにおける受光強度Ｒ（ρ１，ｔ）を照射開始からの所定の時間内に所定の時間分解能にて取得する（ステップＳ３）。すなわち、第１計測光強度取得部１０４は、受光強度の時間特性を取得する。
第２受光部１０３が受光を完了すると、第２計測光強度取得部１０５は、第２受光部１０３の内部メモリに格納されている、異なる時刻ｔにおける受光強度Ｒ（ρ２，ｔ）を照射開始からの所定の時間内に所定の時間分解能にて取得する（ステップＳ３）。すなわち、第２計測光強度取得部１０５は、受光強度の時間特性を取得する。
各計測光強度取得部１０４，１０５が光強度を取得すると、第１等価散乱係数算出部１０６は、ある受光強度Ｒ（ρ１，ｔ），Ｒ（ρ２，ｔ）から任意の時刻における等価散乱係数を算出する（ステップＳ４）。
本実施形態において、第１等価散乱係数算出部１０６は、下記の（１２）式から任意の時刻における等価散乱係数を算出する。但し、自然対数をｌｎ（・）、任意の層の時刻ｔにおける任意の時刻における等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、光吸収係数をμａ、散乱体中での光の速度をｃ、観測対象に短時間パルス光が照射される照射位置から第１受光部１０２が観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、照射位置から第２受光手段１０３が観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、第１光強度取得部１０４が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、第２光強度取得部１０５が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）とする。
Figure 0005924658
ここで、（１２）式の導出過程について説明する。
散乱体にインパルス光を入射した際の反射型のインパルス応答Ｒは、輸送方程式の拡散近似解析解（参考文献：M.S,Patterson,B.Chance and B.C,Wilson,‘‘Time resolved reflectance and transmittance for the noninvasive measurement of tissue optical properties,’’Appl.Opt.,28,12,2331-6,1989）より、入射点からの距離ρ、時刻ｔの関数として、下記の（１３）式で与えられる。
Figure 0005924658
ここで、ｃは散乱体中での光の速度、μｓは散乱係数、μａは光吸収係数、μｓ’は任意の時刻における等価散乱係数、ｇは非等方性パラメータである。よって、異なる距離ρ１，ρ２における時間分解波形Ｒ（ρ１，ｔ），Ｒ（ρ２，ｔ）は上記の（１３）式より、下記の（１４）式、（１５）式のように表される。
Figure 0005924658
Figure 0005924658
ここで、上記の（１４）式と（１５）式との比を取ると下記の（１６）式となる。これにより、光吸収係数μａの影響を強く表すｅｘｐ（−μａｃｔ)を消去することができる。
Figure 0005924658
一般に生体組織ではμａ＜＜μｓ’の関係が成り立つので、上記の（１６）式をμｓ’について変形することにより、下記の（１）式に示す任意の時刻における等価散乱係数の推定式を得る。
Figure 0005924658
このようにして、上記の（１２）式が導出される。
なお、任意の時刻における等価散乱係数は散乱係数を用いて下記の（１７）式のように表すこともできる。
Figure 0005924658
ここで、ｇは非等方性パラメータである。ｇは散乱の方向性を示す指標である。ｇは−１から１の間の値をとり、１の場合は完全な前方散乱、−１の場合は完全な後方散乱を示す。また、０の場合は等方散乱を示し、任意の時刻における等価散乱係数と散乱係数とが等しくなる。
生体組織内で起こる散乱はｇ＝０．９の強い前方散乱であるが、組織内で何度も散乱を繰り返すことで、結果的には見かけ上、等方散乱に似た状態が観測される。そこで、等方散乱とみなした場合の散乱係数が任意の時刻における等価散乱係数となる。任意の時刻における等価散乱係数は、散乱を等方散乱とみなした場合に散乱係数がいくつに相当するかを表したものであるといえる。例えばｇ＝０．９の場合は、散乱係数が１／１０の等方散乱とみなせることになる。
図５に戻り、第１等価散乱係数算出部１０６が任意の時刻における等価散乱係数を算出すると、シミュレーション部１０７は、任意の時刻における等価散乱係数に基づいて皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデル、短時間パルス光の時間分解波形のモデルを生成する。
光路長分布記憶部１０８はシミュレーション部１０７が生成した皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデルを記憶する。時間分解波形記憶部１０９はシミュレーション部１０７が生成した短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する。
光路長取得部１１０は、光路長分布記憶部１０８から、時刻ｔ１〜ｔ３における皮膚の各層の光路長Ｌ１（ｔ１）〜Ｌ１（ｔ３）、Ｌ２（ｔ１）〜Ｌ２（ｔ３）、Ｌ３（ｔ１）〜Ｌ３（ｔ３）を取得する（ステップＳ５）。
また、無吸収時光強度取得部１１１は、時間分解波形記憶部１０９から、時刻ｔ１〜ｔ３における検出光子数Ｎ（ｔ１）〜Ｎ（ｔ３）を取得する（ステップＳ６）。
光路長取得部１１０が皮膚の各層の光路長を取得し、無吸収時光強度取得部１１１が検出光子数を取得すると、光吸収係数算出部１１２は、下記の（３）式に基づいて、皮膚の各層の光吸収係数を算出する（ステップＳ７）。
但し、自然対数をｌｎ（・）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）、前記受光手段が時刻ｔにおいて受光した光強度をＲ（ｔ）、第ｍ層の光吸収係数をμａｍ、前記伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、入射光子数をＮｉｎ、入射光強度をＩｉｎとする。
Figure 0005924658
なお、上記の（３）式は一般式である。（３）式を、本実施形態における三層構造に適用するように変形すると下記の（１８）式となる。
Figure 0005924658
光吸収係数算出部１１２は、（３）式を本実施形態の三層構造に適用した（１８）式に基づいて、皮膚の各層の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出する（ステップＳ７）。ここで、光吸収係数μａ１は、表皮層の光吸収係数を示し、光吸収係数μａ２は、真皮層の光吸収係数を示し、光吸収係数μａ３は、皮下組織層の光吸収係数を示す。
但し、ｌｎ（Ａ）は、Ａの自然対数を示す。また、Ｉｉｎは、照射部１０１が照射した短時間パルス光の光強度を示す。また、Ｎｉｎは、シミュレーション部１０７が照射のシミュレーションを行った光子の個数を示す。
光吸収係数算出部１１２が皮膚の各層の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出すると、光吸収係数算出部１１２は、皮膚の主成分の種類数と同じ数の波長に対して光吸収係数μａ１〜μａ３を算出したか否かを判定する（ステップＳ８）。本実施形態では、皮膚の主成分を水、たんぱく質、脂質、グルコースの４種類として血糖値の測定を行うため、光吸収係数算出部１１２は、４種類の波長λ１〜λ４に対して光吸収係数μａ１〜μａ３を算出したか否かを判定する。ここで、波長λ１〜λ４は、シミュレーション部１０７が伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出した複数の波長の中から選出する。
光吸収係数算出部１１２が、光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していない波長λ１〜λ４があると判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、まだ光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していない波長λ１〜λ４の光吸収係数μａ１〜μａ３の算出を行う。
他方、光吸収係数算出部１１２が、波長λ１〜λ４の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していると判定した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、濃度算出部１１４は、下記の式（５）に基づいて真皮質に含まれるグルコースの濃度を算出する（ステップＳ９）。
Figure 0005924658
但し、第ｍ層における光吸収係数をμａｍ、皮膚を形成する第ｉ成分の光吸収係数をμａｉ、皮膚を形成する第ｉ成分の体積濃度をｃｖｉとする。
なお、上記の（５）式は一般式である。（５）式を、本実施形態における４つの波長に適用するよう変形すると下記の（１９）式となる。
Figure 0005924658
但し、μａ２（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４の光吸収係数、μａｗ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４の水の光吸収係数、μａｐ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４のたんぱく質の光吸収係数、μａｌ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４の脂質の光吸収係数、μａｇ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４のグルコースの光吸収係数を示す。また、ｃｖｗは水の体積濃度（体積分率）、ｃｖｐはたんぱく質の体積濃度（体積分率）、ｃｖｌは脂質の体積濃度（体積分率）、ｃｖｇはグルコースの体積濃度（体積分率）を示す。
濃度算出部１１４は、成分吸収情報記憶部１１３に記憶されている測定対象中の主成分の光吸収係数と、上記の（１９）式により算出された真皮層における光吸収係数μａ２とからグルコースの濃度を算出する。
なお、上記の（５）式に替えて下記の（６）式を用いてグルコースの濃度を算出してもよい。
Figure 0005924658
但し、第ｍ層における光吸収係数をμａｍ、皮膚を形成する第ｉ成分のモル吸光係数をεｉ、皮膚を形成する第ｉ成分のモル濃度をｃｉとする。
なお、上記の（６）式は一般式である。（６）式を、本実施形態における三層構造に適用するよう変形すると下記の（２０）式となる。
Figure 0005924658
但し、εｗ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４の水のモル吸光係数、εｐ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４のたんぱく質のモル吸光係数、εｌ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４の脂質のモル吸光係数、εｇ（λ）は真皮層における波長λ１〜λ４のグルコースのモル吸光係数を示す。また、ｃｗは水のモル濃度、ｃｐはたんぱく質のモル濃度、ｃｌは脂質のモル濃度、ｃｇはグルコースのモル濃度を示す。
濃度算出部１１４は、成分吸収情報記憶部１１３に記憶されている測定対象中の主成分のモル吸光係数と、上記の（２０）式により算出された真皮層におけるモル吸光係数εとからグルコースの濃度を算出する。
濃度単位変換部１１５は、濃度算出部１１４で算出したグルコースの濃度の単位を所望の単位に変換する。濃度表示部１１６は、グルコースの濃度を表示する。
このように、本実施形態によれば、皮膚に短時間パルス光を照射し、所定の時刻において受光した光の強度と、伝搬光路長分布のモデルの所定の時刻における各層の光路長と、短時間パルス光の時間分解波形のモデルの所定の時刻における光の強度と、に基づいて、真皮層の光吸収係数を選択的に算出することができる。そのため、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。
ところで、伝搬光路長分布及び時間分解波形の算出方法としては、予めサンプルを取ることによって決定された皮膚の各層の光散乱係数、光吸収係数及び厚みに基づいて一般的な光学特性を持つ皮膚モデルを生成し、当該皮膚モデルに光を照射するシミュレーションを行うことにより算出する方法がある。しかしながら、当該皮膚モデルを用いたシミュレーションでは、各個人の差や測定時の体調などによる一般値からのずれが、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する際の誤差要因となる懸念がある。
これに対し、本実施形態においては、皮膚の伝搬光路長分布のモデル及び時間分解波形のモデルを、第１受光部１０２及び第２受光部１０３の２つの受光部が受光した後方散乱光の強度に基づいて任意の時刻における等価散乱係数により生成する方法を採用する。したがって、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する際の誤差要因が生じることを抑制し、真皮層の光吸収係数を高精度に算出することができる。
なお、上記実施形態において、光吸収係数がゼロ、入射光子数が１のときの後方散乱光強度Ｎ’（ｔ）は、下記の（２１）式を用いて算出することもできる。
Figure 0005924658
但し、自然対数をｌｎ（・）、散乱体中での光の速度をｃ、観測対象に短時間パルス光が照射される照射位置から第１受光部１０２が観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、照射位置から第２受光手段１０３が観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、第１光強度取得部１０４が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、第２光強度取得部１０５が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）とする。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について詳しく説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態による血糖値測定装置１００と同じ構成であり、各計測光強度取得部１０４，１０５、第１等価散乱係数算出部１０６、光路長取得部１１０、無吸収時光強度取得部１１１、光吸収係数算出部１１２の動作が異なる。
図６は、第２実施形態に係る血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。
まず、血糖値測定装置１００を動作させると、照射部１０１は、皮膚に対して波長λ１の短時間パルス光を照射する（ステップＳ１１）。ここで、波長λ１は、シミュレーション部１０７が伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出した複数の波長の中の１つである。
照射部１０１が短時間パルス光を照射すると、第１受光部１０２、第２受光部１０３は、照射部１０１から照射され、皮膚によって後方散乱した光を受光する（ステップＳ１２）。このとき、第１受光部１０２、第２受光部１０３は、照射開始からの単位時間毎（例えば、１ピコ秒毎）の受光強度を内部メモリに登録しておく。
第１受光部１０２が受光を完了すると、第１計測光強度取得部１０４は、第１受光部１０２の内部メモリに格納されている受光強度から、照射開始からの所定の時間内に所定の時間分解能にて受光強度の時間分布を取得する（ステップＳ１３）。第２受光部１０３が受光を完了すると、第２計測光強度取得部１０５は、第２受光部１０３の内部メモリに格納されている受光強度から、照射開始からの所定の時間内に所定の時間分解能にて受光強度の時間分布を取得する（ステップＳ１３）
各計測光強度取得部１０４，１０５が光強度を取得すると、第１等価散乱係数算出部１０６は、照射開始からの所定の時間内の所定の時間分解能の受光強度の時間分布から任意の時刻における等価散乱係数を算出する（ステップＳ１４）。
第１等価散乱係数算出部１０６が任意の時刻における等価散乱係数を算出すると、シミュレーション部１０７は、任意の時刻における等価散乱係数に基づいて皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデル、短時間パルス光の時間分解波形のモデルを生成する。
光路長分布記憶部１０８はシミュレーション部１０７が生成した皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデルを記憶する。時間分解波形記憶部１０９はシミュレーション部１０７が生成した短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する。
光路長取得部１１０は、光路長分布記憶部１０８が記憶する波長λ１の伝搬光路長分布から、ある時間τ１〜τ２の間の皮膚の各層の光路長Ｌ１〜Ｌ３を取得する（ステップＳ１５）。
また、無吸収時光強度取得部１１１は、時間分解波形記憶部１０９が記憶する波長λ１の時間分解波形から、ある時間τ１〜τ２の間の検出光子数を取得する（ステップＳ１６）。
光路長取得部１１０が皮膚の各層の光路長を取得し、無吸収時光強度取得部１１１が検出光子数を取得すると、光吸収係数算出部１１２は、下記の（４）式に基づいて、皮膚の各層の光吸収係数を算出する（ステップＳ１７）。但し、自然対数をｌｎ（・）、短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）、光強度取得部が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ｔ）、第ｍ層の光吸収係数をμａｍ、伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、入射光子数をＮｉｎ、入射光強度をＩｉｎとする。
Figure 0005924658
なお、上記の（４）式は、第１実施形態で用いた（３）式を積分型に発展させた式である。
光吸収係数算出部１１２は、（４）式に基づいて、皮膚の各層の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出する（ステップＳ１７）。ここで、光吸収係数μａ１は表皮層の光吸収係数を示し、光吸収係数μａ２は真皮層の光吸収係数を示し、光吸収係数μａ３は、皮下組織層の光吸収係数を示す。
但し、ｌｎ（Ａ）は、Ａの自然対数を示す。また、Ｉｉｎは、照射部１０１が照射した短時間パルス光の光強度を示す。また、Ｎｉｎは、シミュレーション部１０７が照射のシミュレーションを行った光子の個数を示す。
光吸収係数算出部１１２が皮膚の各層の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出すると、光吸収係数算出部１１２は、皮膚の主成分の種類数と同じ数の波長に対して光吸収係数μａ１〜μａ３を算出したか否かを判定する（ステップＳ１８）。本実施形態では、皮膚の主成分を水、たんぱく質、脂質、グルコースの４種類として血糖値の測定を行うため、光吸収係数算出部１１２は、４種類の波長λ１〜λ４に対して光吸収係数μａ１〜μａ３を算出したか否かを判定する。ここで、波長λ１〜λ４は、シミュレーション部１０７が伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出した複数の波長の中から選出する。
光吸収係数算出部１１２が、光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していない波長λ１〜λ４があると判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、まだ光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していない波長λ１〜λ４の光吸収係数μａ１〜μａ３の算出を行う。
他方、光吸収係数算出部１１２が、波長λ１〜λ４の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していると判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、濃度算出部１１４は、上記の式（５）を本実施形態における４つの波長に適用した上記の（１９）式に基づいて真皮質に含まれるグルコースの濃度を算出する（ステップＳ１９）。
濃度算出部１１４は、成分吸収情報記憶部１１３に記憶されている測定対象中の主成分の光吸収係数と、上記の（１９）式により算出された真皮層における光吸収係数μａ２とからグルコースの濃度を算出する。
なお、濃度算出部１１４は、成分吸収情報記憶部１１３に記憶されている測定対象中の主成分のモル吸光係数と、上記の（２０）式により算出された真皮層におけるモル吸光係数εとからグルコースの濃度を算出してもよい。
濃度単位変換部１１５は、濃度算出部１１４で算出したグルコースの濃度の単位を所望の単位に変換する。濃度表示部１１６は、グルコースの濃度を表示する。
このように、本実施形態においても、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。また、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する際の誤差要因が生じることを抑制し、真皮層の光吸収係数を高精度に算出することができる。
また、本実施形態によれば、光吸収係数が時間τ１〜τ２の間の光路長の積分値によって算出されるため、計測した受光強度に含まれる誤差による光吸収係数の算出結果に対する影響を少なくすることができる。
なお、上記実施形態において、光吸収係数がゼロ、入射光子数が１のときの後方散乱光強度Ｎ’（ｔ）は、下記の（２１）式を用いて算出することもできる。
Figure 0005924658
但し、自然対数をｌｎ（・）、散乱体中での光の速度をｃ、観測対象に短時間パルス光が照射される照射位置から第１受光部１０２が観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、照射位置から第２受光手段１０３が観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、第１光強度取得部１０４が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、第２光強度取得部１０５が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）とする。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について詳しく説明する。
第３実施形態に係る血糖値測定装置２００は、第１実施形態に係る血糖値測定装置１００と基本的な構成は同じであり、さらに第２等価散乱係数算出部１１７を備える点が異なる。その他の構成は、第１実施形態の構成と同様であるので詳細な説明は省略する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。
血糖値測定装置２００（濃度定量装置）は、照射部１０１（照射手段）、第１受光部１０２（第１受光手段）、第２受光部１０３（第２受光手段）、第１計測光強度取得部１０４（第１光強度取得手段）、第２計測光強度取得部１０５（第２光強度取得手段）、第１等価散乱係数算出部１０６（第１等価散乱係数算出手段）、シミュレーション部１０７、光路長分布記憶部１０８（光路長分布記憶手段）、時間分解波形記憶部１０９（時間分解波形記憶手段）、光路長取得部１１０（光路長取得手段）、無吸収時光強度取得部１１１（光強度モデル取得手段）、第２等価散乱係数算出部１１７（第２等価散乱係数算出手段）、光吸収係数算出部１１２（光吸収係数算出手段）、成分吸収情報記憶部１１３、濃度算出部１１４（濃度算出手段）、濃度単位変換部１１５、濃度表示部１１６、を備える。
第２等価散乱係数算出部１１７は、光路長取得部１１０が取得した皮膚の各層の光路長と、無吸収時光強度取得部１１１が取得した光強度と、に基づいて、任意の層の等価散乱係数を算出する。
本実施形態において、光吸収係数算出部１１２は、第１計測光強度取得部１０４または第２計測光強度取得部１０５が取得した光強度と、光路長取得部１１０が取得した皮膚の各層の光路長と、無吸収時光強度取得部１１１が取得した光強度と、第２等価散乱係数算出部１１７が算出した任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する。そして、濃度算出部１１４は、光吸収係数算出部１１２が算出した光吸収係数に基づいて、真皮層におけるグルコースの濃度を算出する。
前記の光強度は、第１計測光強度取得部１０４、第２計測光強度取得部１０５とは異なる第３計測光強度取得部が取得した光強度であることもできる。この場合、第３計測光強度取得部は第１計測光強度取得部１０４と第２計測光強度取得部１０５の間に配置するのが望ましい。
次に、血糖値測定装置２００が血糖値を測定する動作について説明する。
図８は、第３実施形態に係る血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。
まず、ユーザが血糖値測定装置２００を皮膚にあてがい、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等によって血糖値測定装置２００を動作させると、照射部１０１は、皮膚に対して波長λ１の短時間パルス光を照射する（ステップＳ２１）。ここで、波長λ１は、シミュレーション部１０７が伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出した複数の波長の中の１つである。
照射部１０１が短時間パルス光を照射すると、第１受光部１０２、第２受光部１０３は、照射部１０１から照射され、皮膚によって後方散乱した光を受光する（ステップＳ２２）。このとき、第１受光部１０２、第２受光部１０３は、照射開始からの単位時間毎（例えば、１ピコ秒毎）の受光強度を内部メモリに登録しておく。
第１受光部１０２が受光を完了すると、第１計測光強度取得部１０４は、第１受光部１０２の内部メモリに格納されている、異なる時刻ｔにおける受光強度Ｒ（ρ１，ｔ）を照射開始からの所定の時間内に所定の時間分解能にて取得する（ステップＳ２３）。すなわち、第１計測光強度取得部１０４は、受光強度の時間特性を取得する。
第２受光部１０３が受光を完了すると、第２計測光強度取得部１０５は、第２受光部１０３の内部メモリに格納されている、異なる時刻ｔにおける受光強度Ｒ（ρ２，ｔ）を照射開始からの所定の時間内に所定の時間分解能にて取得する（ステップＳ２３）。すなわち、第２計測光強度取得部１０５は、受光強度の時間特性を取得する。
各計測光強度取得部１０４，１０５が光強度を取得すると、第１等価散乱係数算出部１０６は、ある受光強度Ｒ（ρ１，ｔ），Ｒ（ρ２，ｔ）から任意の時刻における等価散乱係数を算出する（ステップＳ２４）。第１等価散乱係数算出部１０６は、上記の（１２）式から任意の時刻における等価散乱係数を算出する。
第１等価散乱係数算出部１０６が任意の時刻における等価散乱係数を算出すると、シミュレーション部１０７は、任意の時刻における等価散乱係数に基づいて皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデル、短時間パルス光の時間分解波形のモデルを生成する。
光路長分布記憶部１０８はシミュレーション部１０７が生成した皮膚の各層の伝搬光路長分布のモデルを記憶する。時間分解波形記憶部１０９はシミュレーション部１０７が生成した短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する。
光路長取得部１１０は、光路長分布記憶部１０８が記憶する波長λ１の伝搬光路長分布から、ある時間τ１〜τ２の間の皮膚の各層の光路長Ｌ１〜Ｌ３を取得する（ステップＳ２５）。
また、無吸収時光強度取得部１１１は、時間分解波形記憶部１０９が記憶する波長λ１の時間分解波形から、ある時間τ１〜τ２の間の検出光子数を取得する（ステップＳ２６）。
光路長取得部１１０が皮膚の各層の光路長を取得し、無吸収時光強度取得部１１１が検出光子数を取得すると、第２等価散乱係数算出部１１７は、皮膚の任意の層の等価散乱係数を算出する（ステップＳ２７）。
本実施形態において、第２等価散乱係数算出部１１７は、先ず下記の（２）式から皮膚の各層の等価散乱係数の近似解を算出する。次いで、シミュレーション部１０７は、当該等価散乱係数の近似解に基づいて、伝搬光路長分布のモデルの所定の時刻における皮膚の各層の光路長の補正値と、短時間パルス光の時間分解波形のモデルの所定の時刻における光の強度の補正値と、を生成する。そして、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、皮膚の各層の等価散乱係数の補正値を算出することを皮膚の各層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行う。これにより、任意の層の等価散乱係数を算出する。但し、任意の層の時刻ｔにおける任意の時刻における等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）とする。
Figure 0005924658
ここで、上記の（２）式の導出過程について説明する。
対象散乱体を深さ方向に任意のｎ層に分割して考える。各層の等価散乱係数をμｓｍ’（ｍ＝１，２，・・・ｎ）とすると、上記の（１）式により得られるμｓ’（ｔ）は、各層の等価散乱係数の影響をある重みに応じて受けているはずである。また、その重みは光子が各層を通る光路長に依存すると考えられる。よって、上記の（１）式により得られるμｓ’（ｔ）は、各光子の第ｍ番目の層の平均光路長Ｌｍ’（ｔ）を用いて下記の（２２）式に近似できると考えられる。
Figure 0005924658
また、ノイズ低減のために、上記の（２２）式の両辺にＬｍ’（ｔ）を作用させ、時刻ｔをτ１からτ２まで積分すると下記の（２）式で表される。
このようにして、（２）式が得られる。
図８に戻り、皮膚の各層の等価散乱係数の補正値の算出は繰り返し行われる。具体的には、第２等価散乱係数算出部１１７は、上記の（２）式から皮膚の各層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解に基づいてシミュレーション部１０７が生成した伝搬光路長分布のモデルの所定の時刻における皮膚の各層の光路長の補正値と短時間パルス光の時間分解波形のモデルの所定の時刻における光の強度の補正値とを上記の（２）式に代入して、皮膚の各層の等価散乱係数の補正値を算出する。この補正値の算出は、皮膚の各層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行われる（ステップＳ２８）。
なお、繰り返し回数は、前回の算出値（例えば一次補正値）と今回の算出値（例えば二次補正値）との変化量がある一定量以下になるまで繰り返し行ってもよい。また、繰り返し回数を予め設定しておいてもよい。
ここで、上記の（２）式を用いて、繰り返し計算をする際の打ち切り判断について説明する。
等価散乱係数の推定においては、精度の必要度合い（小数点以下何桁目まで必要か）によって収束の判断を都度変えるとよい。
得られた等価散乱係数を、さらに光吸収係数や目的成分の濃度の算出に用いる場合について具体例を挙げる。
血糖値測定測定に応用することを想定し、単純なグルコース水溶液について考えると、光吸収係数は０．００００１／ｍｍオーダーで求める必要がある。
例えば、特許文献（特開２０１０−２３７１３９）の（１）式を均一モデルに適用した下記の（２３）式を用いて光吸収係数を求める場合を考える。等価散乱係数を求める収束演算にて算出されるＮ（ｔ）、Ｌ１（ｔ）を下記の（２３）に代入するとμａ１が得られる。したがって、繰り返し計算をする際の打ち切り判断については、計算結果のμａ１の小数点以下５桁目の数字が繰り返し計算の数回から１０回程度にわたって変動しない場合には、結果が必要な範囲で収束したと判断できる。
図８に戻り、皮膚の各層の等価散乱係数の真値に収束していないと判定した場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、ステップＳ２５に戻り、皮膚の各層の光路長を取得する。
他方、皮膚の各層の等価散乱係数の真値に収束したと判定した場合（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、光吸収係数算出部１１２は、上記の（４）式に基づいて、皮膚の各層の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出する（ステップＳ２９）。ここで、光吸収係数μａ１は、表皮層の光吸収係数を示し、光吸収係数μａ２は、真皮層の光吸収係数を示し、光吸収係数μａ３は、皮下組織層の光吸収係数を示す。
但し、ｌｎ（Ａ）は、Ａの自然対数を示す。また、Ｉｉｎは、照射部１０１が照射した短時間パルス光の光強度を示す。また、Ｎｉｎは、シミュレーション部１０７が照射のシミュレーションを行った光子の個数を示す。
光吸収係数算出部１１２が皮膚の各層の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出すると、光吸収係数算出部１１２は、皮膚の主成分の種類数と同じ数の波長に対して光吸収係数μａ１〜μａ３を算出したか否かを判定する（ステップＳ３０）。本実施形態では、皮膚の主成分を水、たんぱく質、脂質、グルコースの４種類として血糖値の測定を行うため、光吸収係数算出部１１２は、４種類の波長λ１〜λ４に対して光吸収係数μａ１〜μａ３を算出したか否かを判定する。ここで、波長λ１〜λ４は、シミュレーション部１０７が伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出した複数の波長の中から選出する。
光吸収係数算出部１１２が、光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していない波長λ１〜λ４があると判定した場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、ステップＳ１に戻り、まだ光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していない波長λ１〜λ４の光吸収係数μａ１〜μａ３の算出を行う。
他方、光吸収係数算出部１１２が、波長λ１〜λ４の光吸収係数μａ１〜μａ３を算出していると判定した場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、濃度算出部１１４は、上記の（１９）式に基づいて真皮質に含まれるグルコースの濃度を算出する（ステップＳ３１）。
濃度算出部１１４は、成分吸収情報記憶部１１３に記憶されている測定対象中の主成分の光吸収係数と、上記の（１９）式により算出された真皮層における光吸収係数μａ２とからグルコースの濃度を算出する。
なお、濃度算出部１１４は、成分吸収情報記憶部１１３に記憶されている測定対象中の主成分のモル吸光係数と、上記の（２０）式により算出された真皮層におけるモル吸光係数εとからグルコースの濃度を算出してもよい。
濃度単位変換部１１５は、濃度算出部１１４で算出したグルコースの濃度の単位を所望の単位に変換する。濃度表示部１１６は、グルコースの濃度を表示する。
このように、本実施形態によれば、第１光強度取得部１０４または第２光強度取得部１０５、若しくは第３光強度取得部が取得した光強度と、光路長取得部１１０が取得した皮膚の各層の光路長と、無吸収時光強度取得部１１１が取得した光強度モデルと、第２等価散乱係数算出部１１７が算出した任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、任意の層の光吸収係数を選択的に算出することができる。光吸収係数を算出する際に、等価散乱係数が加味されるので、光吸収係数の算出結果は高精度となる。そのため、算出した光吸収係数に基づいて目的成分の濃度を算出することにより、他の層によるノイズの影響を低減し、精度の高い濃度の定量を行うことができる。
また、本実施形態によれば、等価散乱係数を算出する際、等価散乱係数の真値に収束するまで上記の（２）式を用いた繰り返し演算が行われる。よって、任意の層の等価散乱係数を高精度に算出することができる。
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、濃度定量方法を血糖値測定装置１００に実装し、皮膚の真皮層に含まれるグルコースの濃度を測定する場合を説明したが、これに限られず、濃度定量方法を、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象の任意の層における目的成分の濃度を定量する他の装置に用いても良い。
上述の血糖値測定装置１００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
１００，２００…血糖値測定装置（濃度定量装置）、１０１…照射部（照射手段）、１０２…第１受光部（第１受光手段）、１０３…第２受光部（第２受光手段）、１０４…第１計測光強度取得部（第１光強度取得手段）、１０５…第２計測光強度取得部（第２光強度取得手段）、１０６…第１等価散乱係数算出部（第１等価散乱係数算出手段）、１０７…シミュレーション部、１０８…光路長分布記憶部（光路長分布記憶手段）、１０９…時間分解波形記憶部（時間分解波形記憶手段）、１１０……光路長取得部（光路長取得手段）、１１１…無吸収時光強度取得部（光強度モデル取得手段）、１１２…光吸収係数算出部（光吸収係数算出手段）、１１４…濃度算出部（濃度算出手段）、１１５…濃度単位変換部、１１６…濃度表示部、１１７…第２等価散乱係数算出部（第２等価散乱係数算出手段）

Claims (23)

  1. 複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置であって、
    前記観測対象に短時間パルス光を照射する照射手段と、
    前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する第１受光手段と、
    前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光するとともに、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離が前記第１受光手段と異なるように配置された第２受光手段と、
    前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第１受光手段が受光した光の強度を取得する第１光強度取得手段と、
    前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第２受光手段が受光した光の強度を取得する第２光強度取得手段と、
    前記第１光強度取得手段が取得した光強度と前記第２光強度取得手段が取得した光強度とに基づいて、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する第１等価散乱係数算出手段と、
    前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、
    前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、
    前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、
    前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段と、
    前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第１光強度取得手段及び前記第２光強度取得手段とは異なる第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手段と、
    前記光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する濃度算出手段と、
    を含むことを特徴とする濃度定量装置。
  2. 前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、散乱体中での光の速度をｃ、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記第１受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、前記照射位置から前記第２受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、前記第１光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、前記第２光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）としたときに、
    前記第１等価散乱係数算出手段は、下記の（１）式から前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の濃度定量装置。
    Figure 0005924658
  3. 前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、前記任意の層の等価散乱係数を算出する第２等価散乱係数算出手段を備え、
    前記光吸収係数算出手段は、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、前記第２等価散乱係数算出手段が算出した前記任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の濃度定量装置。
  4. 前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、
    前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段は、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、
    前記第２等価散乱係数算出手段は、下記の（２）式から前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項３に記載の濃度定量装置。
    Figure 0005924658
  5. 前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ｔ）、第ｍ層の光吸収係数をμａｍ、前記伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、入射光子数をＮｉｎ、入射光強度をＩｉｎとしたときに、
    前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段は、複数の時刻ｔ１〜ｔｍにおける光強度を取得し、
    前記光吸収係数算出手段は、下記の（３）式から前記任意の層の光吸収係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の濃度定量装置。
    Figure 0005924658
  6. 前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ｔ）、第ｍ層の光吸収係数をμａｍ、前記伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、入射光子数をＮｉｎ、入射光強度をＩｉｎとしたときに、
    前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段は、所定の時刻から少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、
    前記光吸収係数算出手段は、下記の（４）式から前記任意の層の光吸収係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の濃度定量装置。
    Figure 0005924658
  7. 前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    前記任意の層である第ｍ層における光吸収係数をμａｍ、前記観測対象を形成する第ｉ成分の光吸収係数をμａｉ、前記観測対象を形成する第ｉ成分の体積濃度をｃｖｉとしたときに、
    前記濃度算出手段は、下記の（５）式から前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する、
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の濃度定量装置。
    Figure 0005924658
  8. 前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    前記任意の層である第ｍ層における光吸収係数をμａｍ、前記観測対象を形成する第ｉ成分のモル吸光係数をεｉ、前記観測対象を形成する第ｉ成分のモル濃度をｃｉとしたときに、
    前記濃度算出手段は、下記の（６）式から前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する、
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の濃度定量装置。
    Figure 0005924658
  9. 前記濃度算出手段は、前記任意の層における前記光吸収係数に基づいて、多変量解析を用いて特性が既知であるものを測定した値から検量線作成をして、未知測定対象の測定値を検量線に照合することで前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の濃度定量装置。
  10. 前記観測対象が皮膚であり、前記任意の層が真皮層であるときに、当該真皮層に含まれるグルコースの濃度を定量することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の濃度定量装置。
  11. 複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象のうち、任意の層における光吸収係数を算出する光吸収係数算出方法であって、
    照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光の強度、第１受光手段若しくは第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数、任意の時刻における前記等価散乱係数に基づいて生成された前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデル、任意の時刻における前記等価散乱係数に基づいて生成された前記短時間パルス光の時間分解波形のモデル、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度、を取得する第１の工程と、
    前記第１の工程で取得した光強度、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、光強度モデル、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する第２の工程と、
    を有することを特徴とする光吸収係数算出方法。
  12. 第１受光手段若しくは第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、散乱体中での光の速度をｃ、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記第１受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、前記照射位置から前記第２受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２ 、時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）としたときに、
    前記第１の工程において、下記の（１）式から前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光吸収係数算出方法。
    Figure 0005924658
  13. 前記第１の工程において、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記光強度モデル、に基づいて、前記任意の層の等価散乱係数を取得し、
    前記第２の工程において、前記第１の工程で取得した光強度、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長、前記光強度モデル、前記任意の層の前記等価散乱係数、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出することを特徴とする請求項１１または１２に記載の光吸収係数算出方法。
  14. 前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、
    前記第１の工程において、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、
    下記の（２）式から前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光吸収係数算出方法。
    Figure 0005924658
  15. 観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    第１受光手段若しくは第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、
    少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、
    下記の（２）式から複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記時刻ｔにおける前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出することを特徴とする等価散乱係数算出方法。
    Figure 0005924658
  16. 請求項１１から１４のいずれか一項に記載の第２の工程で算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における目的成分の濃度を算出することを特徴とする濃度定量方法。
  17. 前記観測対象が皮膚であり、前記任意の層が真皮層であるときに、当該真皮層に含まれるグルコースの濃度を定量することを特徴とする請求項１６に記載の濃度定量方法。
  18. コンピュータを、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象に短時間パルス光を照射する照射手段と、
    前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する第１受光手段と、
    前記短時間パルス光が前記観測対象によって後方散乱した光を受光するとともに、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離が前記第１受光手段と異なるように配置された第２受光手段と、
    前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第１受光手段が受光した光の強度を取得する第１光強度取得手段と、
    前記照射手段が短時間パルス光を照射した時刻以降の所定の時刻において前記第２受光手段が受光した光の強度を取得する第２光強度取得手段と、
    前記第１光強度取得手段が取得した光強度と前記第２光強度取得手段が取得した光強度とに基づいて、前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する第１等価散乱係数算出手段と、
    前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、
    前記第１等価散乱係数算出手段が算出した任意の時刻における等価散乱係数に基づいて生成された、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、
    前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、
    前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段と、
    前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第１光強度取得及び前記第２光強度取得手段とは異なる第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手段と、
    として機能させるための光吸収係数の算出を行うプログラム。
  19. 前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、散乱体中での光の速度をｃ、前記観測対象に前記短時間パルス光が照射される照射位置から前記第１受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ１、前記照射位置から前記第２受光手段が前記観測対象によって後方散乱した光を受光する位置までの距離をρ２、前記第１光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ１，ｔ）、前記第２光強度取得手段が時刻ｔにおいて取得した光強度をＲ（ρ２，ｔ）としたときに、
    前記第１等価散乱係数算出手段は、下記の（１）式から前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の光吸収係数の算出を行うプログラム。
    Figure 0005924658
  20. コンピュータを、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、に基づいて、前記任意の層の等価散乱係数を算出する第２等価散乱係数算出手段、
    として機能させ、
    前記光吸収係数算出手段は、前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段が取得した光強度と、前記光路長取得手段が取得した前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長と、前記光強度モデル取得手段が取得した光強度モデルと、前記第２等価散乱係数算出手段が算出した前記任意の層の等価散乱係数と、に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出することを特徴とする請求項１８または１９に記載の光吸収係数の算出を行うプログラム。
  21. 前記観測対象がｎ層以上の積層構造からなり、
    前記第１受光手段若しくは前記第２受光手段が受光した光の伝搬光路の等価散乱係数をμｓ’（ｔ）、第ｍ層の等価散乱係数をμｓｍ’、時刻ｔにおける第ｍ層の平均光路長をＬｍ’（ｔ）、時刻ｔにおける第ｍ層の光路長をＬｍ（ｔ）、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度をＮ（ｔ）としたときに、
    前記第１光強度取得手段または前記第２光強度取得手段、若しくは前記第３光強度取得手段は、少なくとも所定の時間τ１〜τ２の間の光強度を取得し、
    前記第２等価散乱係数算出手段は、下記の（２）式から前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の近似解を算出し、当該等価散乱係数の近似解から生成された、伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長の補正値と、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度の補正値と、を取得し、当該光路長の補正値と当該光強度モデルの補正値とを下記の（２）式に代入して、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の補正値を算出することを前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の等価散乱係数の真値に収束するまで繰り返し行うことにより、前記任意の層の等価散乱係数を算出する、
    ことを特徴とする請求項２０に記載の光吸収係数の算出を行うプログラム。
    Figure 0005924658
  22. 請求項１８から２１のいずれか一項に記載の光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、コンピュータを、前記任意の層における目的成分の濃度を算出する濃度算出手段として機能させるための濃度の算出を行うプログラム。
  23. 前記観測対象が皮膚であり、前記任意の層が真皮層であるときに、当該真皮層に含まれるグルコースの濃度を定量することを特徴とする請求項２２に記載の濃度の算出を行うプログラム。
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