JP2015173920A - Biological examination apparatus and biological examination method - Google Patents
Biological examination apparatus and biological examination method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015173920A JP2015173920A JP2014054122A JP2014054122A JP2015173920A JP 2015173920 A JP2015173920 A JP 2015173920A JP 2014054122 A JP2014054122 A JP 2014054122A JP 2014054122 A JP2014054122 A JP 2014054122A JP 2015173920 A JP2015173920 A JP 2015173920A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- subject
- region
- hair
- unit
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
- A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
- A61B5/443—Evaluating skin constituents, e.g. elastin, melanin, water
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
- A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
- A61B5/446—Scalp evaluation or scalp disorder diagnosis, e.g. dandruff
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
- A61B5/448—Hair evaluation, e.g. for hair disorder diagnosis
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、光を用いて生体の頭皮或いは頭髪を検査する生体検査装置および生体光検査方法関する。 Embodiments described herein relate generally to a biological inspection apparatus and a biological optical inspection method for inspecting a scalp or hair of a living body using light.
近年、人類の頭髪は薄毛が進行しており、アデランスの2011年の調査報告によれば地球人口の約1/3である32.13%が薄毛である。日本人は世界では14位に位置するが、アジア系では1位であり人口の26.78%と報告されている。 In recent years, human hair has been thinned, and according to Aderans' 2011 survey report, 32.13%, which is about 1/3 of the global population, is thin. Japanese are ranked 14th in the world, but 1st in Asians, 26.78% of the population is reported.
薄毛と脱毛には相関関係があり、抜けた毛髪の詳細な観察で頭部の薄毛の進行状況がある程度推定することができる。図20に典型的な抜け毛の毛根部の形状を図に示して説明する。通常の毛髪は5〜6年が寿命で抜け落ちるが、健常な毛髪(a)は太い毛幹を有し、毛根部はさらに太くなっている。異常な脱毛では、例えば毛幹が細い(b)、毛根部が細くなる(e)など形状や毛髪サイズの異常(f)や、毛根部の虚血(c)や角質化(d)など、頭皮の血行不良や病変に因る性状異常が観察される。異常な脱毛状態は薄毛化を促進する。このように頭皮から抜けた毛髪には薄毛化の進行状況、対処の緊急度など、様々な情報が含まれている。 There is a correlation between thinning and hair loss, and the progress of thinning hair on the head can be estimated to some extent by detailed observation of the missing hair. FIG. 20 is a diagram illustrating the shape of a typical root of hair loss. Normal hair falls off with a life of 5 to 6 years, but healthy hair (a) has a thick hair shaft and a hair root portion is further thickened. In abnormal hair removal, for example, abnormal hair shape (f) such as thin hair shaft (b), thin hair root (e), ischemia (c) or keratinization (d) of hair root, Abnormal conditions due to poor circulation or lesions on the scalp are observed. Abnormal hair loss promotes thinning. In this way, the hair that has come out of the scalp contains various information such as the progress of thinning and the urgency of coping.
しかし脱毛した毛髪の観察による薄毛進行度推定には大きな問題がある。それは基本的にどの部位から抜けた毛髪なのかが同定できないことである。よく知られているように薄毛の進行は特定位置から開始されるケースが多い。評価したい位置の毛髪の情報を得るためには検査のためにサンプリング(脱毛)しなくてはならず、薄毛に悩む患者にとって非侵襲な測定とは言えない。 However, there is a big problem in estimating the progress of thinning hair by observing hair that has been removed. Basically, it is impossible to identify from which part the hair is missing. As is well known, the progress of thinning hair is often started from a specific position. In order to obtain information on the hair at the position to be evaluated, it must be sampled (hair removal) for examination, which is not a non-invasive measurement for patients suffering from thin hair.
そこで頭髪を抜かずに髪の健康状態を知る方法が必要とされ、その手段として光学顕微鏡を用いた頭皮・頭髪の拡大目視観察がなされてきた。頭皮頭髪を拡大して目視観察すると、皮膚の外に現れた髪(毛幹)の太さとその分布を計ることができ、髪の過去の成長記録や動向の一部を知ることができる。また、目視観察により皮膚炎や脂質の過多など髪の成長を阻害する要因の有無を知ることができる。 Therefore, there is a need for a method for knowing the health condition of the hair without removing the hair, and as a means for this, an enlarged visual observation of the scalp and hair using an optical microscope has been made. When the scalp and hair are enlarged and visually observed, the thickness of hair (stem) appearing outside the skin and its distribution can be measured, and the past growth records and trends of the hair can be known. Moreover, the presence or absence of factors that inhibit hair growth such as dermatitis and excessive lipids can be known by visual observation.
しかし、目視で判る情報には現在の髪の成長情報が欠けている。一般に、頭髪の成長には頭皮の血行が良好の必要があるとされている。血行情報を得るには、近赤外線を用いた光学測定(NIRS)が有効とされ、脳機能測定等で実用化されている。図21に生体成分である酸素化ヘモグロビン、脱酸素ヘモグロビン、メラニン、水、脂質の光吸収スペクトルをまとめて示す。ヘモグロビン濃度の測定に適した光波長(650nm以上860nm以下)では頭髪(毛根)に含まれるメラニンの吸収はヘモグロビンの吸収より桁違いに大きく、表面からは見えない皮膚下の毛根の存在が血行測定を著しく困難にしていた。 However, the current hair growth information is lacking in the information that can be seen visually. Generally, scalp blood circulation is required to be good for hair growth. In order to obtain blood circulation information, optical measurement (NIRS) using near-infrared rays is effective and has been put into practical use in brain function measurement and the like. FIG. 21 collectively shows light absorption spectra of oxygenated hemoglobin, deoxygenated hemoglobin, melanin, water, and lipid, which are biological components. At light wavelengths suitable for measuring hemoglobin concentration (650 nm to 860 nm or less), the absorption of melanin contained in the hair (hair root) is orders of magnitude greater than that of hemoglobin, and the presence of hair roots under the skin that cannot be seen from the surface is measured for blood circulation. Made it extremely difficult.
そこで頭皮の血行を直接測る方法ではなく、頭皮温度を遠赤外線測定で間接的に測定する方法が採用されてきた。一般に、頭皮の血行が良好であると頭皮温度は高くなる傾向があるため、頭皮の温度分布を測定して血行の分布を推定してきた。 Therefore, instead of directly measuring the blood circulation of the scalp, a method of indirectly measuring the scalp temperature by far infrared measurement has been adopted. In general, the scalp temperature tends to increase when the circulation of the scalp is good. Therefore, the distribution of blood circulation has been estimated by measuring the temperature distribution of the scalp.
また、脱毛に関わる頭皮の健康状態の評価項目として、頭皮の脂質量も採用されている。一般に、頭皮に過多の脂質が存在することは、髪の成長にマイナス効果とされている。現在、脂質を定量する方法として、額にセブテープを付着させて剥がし、付着した脂質をサンプリングして定量化する試験がある。しかし、この方法では頭髪のない部分しか測ることができないため、頭部(対象箇所)そのもののデータを得ることはできなかった。 In addition, the amount of lipids in the scalp is also adopted as an evaluation item for the health condition of the scalp related to hair loss. In general, the presence of excessive lipids in the scalp is considered to have a negative effect on hair growth. Currently, as a method for quantifying lipid, there is a test in which Cebu tape is attached to the forehead and peeled, and the attached lipid is sampled and quantified. However, since this method can measure only a portion without hair, it was not possible to obtain data of the head (target portion) itself.
毛髪を抜くことなく毛根の健康度(脱毛および薄毛への耐性)を測定する方法および装置に関する公知例は見当たらない。一方で、毛髪のダメージを非侵襲で測定する方法に関しては公知の従来技術が存在する。毛髪を非侵襲に測定する技術にはさまざまな手法があるが、その一つである赤外光計測は、被爆の問題がなく、また波長を選択することによって計測対象である化合物を選択できるという利点を有している。赤外線分光法を用いて分析・評価する主な特許文献を下に列記する(例えば、特許文献1〜6参照)。また、脱毛を意識した皮膚下の体毛の検出方法についても提案されている(例えば、特許文献7、8参照)。 There is no known example relating to a method and apparatus for measuring the health of the hair root (hair loss and resistance to thinning hair) without removing the hair. On the other hand, there is a known prior art regarding a method for measuring hair damage non-invasively. There are various techniques for measuring hair non-invasively, but one of them is infrared measurement, and there is no problem of exposure, and the compound to be measured can be selected by selecting the wavelength. Has advantages. Main patent documents analyzed and evaluated using infrared spectroscopy are listed below (for example, refer to Patent Documents 1 to 6). Further, a method for detecting body hair under the skin in consideration of hair removal has also been proposed (see, for example, Patent Documents 7 and 8).
しかしながら、これらの従来例は、皮膚へ非接触光源から約700nm~約2000nmの波長範囲の電磁波を入射し、電磁波は皮膚内で散乱されるが、皮膚内の毛髪により一部は吸収されるため、皮膚内の毛髪を非接触の撮像素子で影として画像化する技術である。この影の形成は、体毛の形状及び体毛の屈折率における差異、及びその周辺(即ち空気又は皮膚の組織)に主に依存する。電磁波の波長は、皮膚の色素によって引き起こされる吸収が少ない領域を選択して、皮膚の色やそばかす等によるコントラスト低下を避けている。 However, in these conventional examples, an electromagnetic wave having a wavelength range of about 700 nm to about 2000 nm is incident on the skin from a non-contact light source, and the electromagnetic wave is scattered in the skin, but is partially absorbed by the hair in the skin. In this technique, hair in the skin is imaged as a shadow with a non-contact imaging device. This shadow formation mainly depends on the difference in the shape of the hair and the refractive index of the hair and its surroundings (ie air or skin tissue). For the wavelength of the electromagnetic wave, a region where the absorption caused by the skin pigment is low is selected to avoid a contrast decrease due to skin color or freckles.
この方法では、脱毛後の毛根の有無は検出できるが、毛髪の健康度(脱毛および薄毛への耐性)を測定することはできない。 In this method, the presence or absence of the root after hair removal can be detected, but the health level of hair (resistance to hair loss and thin hair) cannot be measured.
以上の課題解決のために、発明者らは、生体の発毛位置に隣接する皮膚表面から生体内部に向けて特定波長の光を照射する光照射器と毛髪を挟んで光照射器に対向する皮膚表面位置に配置された光検出器からなる装置を作成して、生体内で散乱・吸収された光の強度を検出・測定する方法を開発してきた。この方法により毛髪の毛根のサイズ情報と近傍の血液代謝情報を得ることができ、生体の毛髪の健康度(脱毛および薄毛化への耐性)を、無侵襲に検査することができる。 In order to solve the above problems, the inventors face the light irradiator across the hair and a light irradiator that emits light of a specific wavelength from the skin surface adjacent to the hair growth position of the living body toward the inside of the living body. A method of detecting and measuring the intensity of light scattered and absorbed in a living body has been developed by creating a device composed of a photodetector arranged at a skin surface position. By this method, hair root size information and nearby blood metabolism information can be obtained, and the health level (resistance to hair loss and thinning) of living body can be examined non-invasively.
しかしながら、毛根の(メラニンの吸収の)影領域は生体内光散乱により皮膚上にプロードニングしており、影の領域では他の生体組成分(真皮の血中ヘモグロビン、含脂質等)に対応した光吸収測定量が不正確になる場合がある。従って、正しく定量評価するために毛根の影が影響する領域と周辺領域とを分別する必要がある。 However, the shadow region (absorbing melanin) of the hair root is broadened on the skin by in-vivo light scattering, and the shadow region corresponds to other biological components (blood hemoglobin, lipids, etc. in the dermis). The light absorption measurement may be inaccurate. Therefore, it is necessary to distinguish between the region affected by the shadow of the hair root and the peripheral region in order to accurately perform quantitative evaluation.
本発明は上記の課題を解決するための方法および装置であり、生体の毛髪の健康度(脱毛および薄毛化への耐性)測定を、従来に比して、無侵襲で、高精度且つ簡便に行うことのできる生体検査装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention is a method and apparatus for solving the above-mentioned problems, and is a non-invasive, highly accurate and simple method for measuring the health level (resistance to hair loss and thinning) of living hair. It is an object of the present invention to provide a biopsy apparatus and method that can be performed.
本実施形態に係る生体検査装置は、光照射部と、検出部と、計算部とを具備する。光照射部は、被検体表面から当該被検体内に向けて、赤色光又は近赤外光を照射する。検出部は、前記被検体内を伝播し当該被検体表面から外部へ放射される光を検出する。計算部は、前記放射された光を用いて、前記被検体に局在し且つ当該被検体内を伝播する光の強度に影響を与える光吸収体が存在する第1の領域と、前記被検体において前記光吸収体が存在しない第2の領域と、を分別し、前記第2の領域で光放射強度分布を測定する。 The biopsy apparatus according to the present embodiment includes a light irradiation unit, a detection unit, and a calculation unit. The light irradiation unit irradiates red light or near infrared light from the surface of the subject into the subject. The detection unit detects light that propagates through the subject and is emitted from the subject surface to the outside. The calculation unit uses the emitted light to include a first region where a light absorber that is localized in the subject and affects the intensity of light propagating in the subject exists, and the subject And the second region where the light absorber does not exist, and the light emission intensity distribution is measured in the second region.
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る本生体検査装置1の構成を示したブロック図である。同図に示す様に、生体検査装置1は、光プローブ12、演算回路22、データベース23、光信号制御部24、コントローラー26、表示部28を具備する。なお、演算回路22、光信号制御部24、コントローラー26については、ハードウェアで具現化しても良いし、コンピュータのアプリケーションソフトで具現化しても良い。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the biopsy apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in the figure, the biological examination apparatus 1 includes an optical probe 12, an arithmetic circuit 22, a database 23, an optical signal control unit 24, a controller 26, and a display unit 28. Note that the arithmetic circuit 22, the optical signal control unit 24, and the controller 26 may be realized by hardware or may be realized by application software of a computer.
光プローブ12は、多波長光源16a、照明光源16b、光ファイバー123、光照射部IF121、光検出部IF122、光検知器20、光学レンズ系21a、エリアセンサ21bを有し、皮膚表面に密着して皮膚内部と効果的に光の授受を行うためのコンポーネンツである。 The optical probe 12 includes a multi-wavelength light source 16a, an illumination light source 16b, an optical fiber 123, a light irradiation unit IF121, a light detection unit IF122, a light detector 20, an optical lens system 21a, and an area sensor 21b, and is in close contact with the skin surface. It is a component to exchange light effectively with the inside of the skin.
光照射部IF121は、多波長光源16a、光ファイバー123と共に光照射ユニットを構成し、多波長光源16aが発生する光(近赤外光)を被検体に向けて照射する。光検出部IF122は、光検知器20と共に光検出ユニットを構成し、例えば光ファイバーの端部で構成され生体内からの光を入力するための検出面、当該入力した光を光検知器20まで伝播させるための光導波路を有する。なお、光照射部IF121、光検出部IF122の生体への接触面には、必要に応じて、皮膚への密着性と光学的インピーダンスマッチングを行うための接触部を設けるようにしてもよい。この様な接触部により、光照射部IF121、光検出部IF122と生体面と密着させることで、光路(光散乱域)が浅いために生じる、光の入射角依存データ誤差を抑制する。 The light irradiation unit IF121 constitutes a light irradiation unit together with the multi-wavelength light source 16a and the optical fiber 123, and irradiates light (near infrared light) generated by the multi-wavelength light source 16a toward the subject. The light detection unit IF122 constitutes a light detection unit together with the light detector 20, for example, a detection surface that is configured by an end of an optical fiber and inputs light from inside the living body, and propagates the input light to the light detector 20. Having an optical waveguide. In addition, you may make it provide the contact part for performing the adhesiveness to skin and optical impedance matching in the contact surface to the biological body of the light irradiation part IF121 and the light detection part IF122 as needed. With such a contact portion, the light irradiation unit IF121, the light detection unit IF122, and the living body surface are brought into close contact with each other, thereby suppressing light incident angle-dependent data errors caused by a shallow optical path (light scattering region).
多波長光源16aは、特定波長の光を発生する半導体レーザ、発光ダイオード、固体レーザ、ガスレーザなどの発光素子等である。ここで、特定波長は、例えば生体透過性の高い波長領域(600nm〜1200nm)であり、毛髪に含まれる成分(メラニン、ケラチン等)または血液に含まれる成分(ヘモグロビン、グルコース等)に対して吸収を有する波長近傍を選定することが好ましい。多波長光源16aには、波長以外に制約なく様々な機器が使用できるが、コンパクト性が必要であることからLED、LDが好適である。多波長光源16aにおいて発生した光は、光ファイバー123や薄膜光導波路で構成される光導波部を介して(或いは直接空間の伝播を介して)、光照射部IF121に供給される。 The multi-wavelength light source 16a is a light emitting element such as a semiconductor laser, a light emitting diode, a solid state laser, or a gas laser that generates light of a specific wavelength. Here, the specific wavelength is, for example, a wavelength region (600 nm to 1200 nm) with high biological permeability, and is absorbed by components (melanin, keratin, etc.) contained in hair or components (hemoglobin, glucose, etc.) contained in blood. It is preferable to select the vicinity of the wavelength having. Various devices can be used as the multi-wavelength light source 16a without any restrictions other than the wavelength, but LEDs and LDs are suitable because of their compactness. The light generated in the multi-wavelength light source 16a is supplied to the light irradiating unit IF121 through an optical waveguide unit formed of an optical fiber 123 or a thin film optical waveguide (or through direct space propagation).
なお、多波長光源16aは、光ファイバー123,光照射部IF121と一体に構成してもよい。本実施形態においては、皮膚に点接触する光源として、低反射コーティングした直径が毛髪密度(ピッチ0.9mm程度)より小さい(直径0.5mm以下が好ましい)導光ピラーの中心に光ファイバーを埋めた一体型プローブとして、光ファイバー123,光照射部IF121を構成し(図8参照)、2波長の光を切り替え可能なLED光源から測定波長の光を導光する構成を採用している。 The multi-wavelength light source 16a may be configured integrally with the optical fiber 123 and the light irradiation unit IF121. In this embodiment, as a light source that makes point contact with the skin, an optical fiber is buried in the center of a light guide pillar having a low reflection coating diameter smaller than the hair density (pitch of about 0.9 mm) (preferably a diameter of 0.5 mm or less). As an integrated probe, an optical fiber 123 and a light irradiation unit IF121 are configured (see FIG. 8), and a configuration in which light having a measurement wavelength is guided from an LED light source capable of switching between two wavelengths of light is employed.
照明光源16bは、非接触で測定領域を照らす可視光源である。照明光源16bには、様々な機器が使用できるが、コンパクト性からLEDやLDが推奨される。特に、ノイズを増やすことなくクリアな撮像画面を得るために、可視光領域かつ検査使用波長でない光で検査部を照らす白色LEDが好適である。 The illumination light source 16b is a visible light source that illuminates the measurement region in a non-contact manner. Various devices can be used for the illumination light source 16b, but LEDs and LDs are recommended because of their compactness. In particular, in order to obtain a clear imaging screen without increasing noise, a white LED that illuminates the inspection portion with light that is not in the visible light region and the wavelength used for inspection is suitable.
光検知器20は、各種検知器が使用できるが、例えば、シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体等を材料としたフォトダイオード、フォトトランジスタ、CCD光センサ、CMOS光センサなど半導体光センサを使用するのが簡便かつ好適である。光検知器20の受光素子には、必要に応じてフィルターを設けるようにしてもよい。光検知器20の受光素子γ特性は1.0近傍が望ましく、受光感度の面分布も揃っていることが望まれる。 Although various detectors can be used as the photodetector 20, for example, it is easy to use a semiconductor optical sensor such as a photodiode, phototransistor, CCD optical sensor, or CMOS optical sensor made of silicon, germanium, a compound semiconductor, or the like. And preferred. You may make it provide a filter in the light receiving element of the photodetector 20 as needed. The light receiving element γ characteristic of the light detector 20 is desirably in the vicinity of 1.0, and the surface distribution of the light receiving sensitivity is desirably uniform.
光学レンズ系21a及びエリアセンサ21bは、頭皮部分を拡大した顕微画像を取得するために、頭皮面にピントを合わせた光学レンズ系と結像部に配置(USB接続)したシリコンCMOSイメージセンサである。 The optical lens system 21a and the area sensor 21b are silicon CMOS image sensors arranged in an imaging unit (USB connection) and an optical lens system focused on the scalp surface in order to acquire a microscopic image in which the scalp is enlarged. .
なお、毛髪のように小さな対象を分析するためには高い空間分解能が必要である。光散乱が大きい生体で空間分解能を高めるために、十分に小さな開口部を有する光照射部IF121、光検出部IF122を具備し、それらの距離は皮膚厚の2倍以下に設定している。 Note that high spatial resolution is required to analyze a small object such as hair. In order to increase spatial resolution in a living body with a large amount of light scattering, a light irradiation unit IF121 and a light detection unit IF122 having sufficiently small openings are provided, and the distance between them is set to be twice or less the skin thickness.
また、光プローブ12は、低反射のためのコーティング処理が施されている。低反射コーティング処理には、可視光から近赤外線まで光の反射率が低いニッケル黒メッキが好適である。さらに、光プローブ12は、周囲を遮光壁で覆って外光を遮断するための遮光壁125を有している(図8参照)。遮光壁123は内壁も低反射素材であり、先端の開口接触部を斜め (散乱出力光の強度の高い角度である10°以上35°以下) にカットしてある。開口接触部を頭皮に密着させた条件で、導光ピラーは、頭皮に垂直に接する位置に配置される。 The optical probe 12 is subjected to a coating process for low reflection. For the low-reflection coating treatment, nickel black plating having a low light reflectance from visible light to near-infrared light is suitable. Furthermore, the optical probe 12 has a light shielding wall 125 for covering the periphery with a light shielding wall and blocking outside light (see FIG. 8). The light-shielding wall 123 is also made of a low-reflective material on the inner wall, and the opening contact portion at the tip is cut obliquely (from 10 ° to 35 °, which is an angle at which the intensity of scattered output light is high). The light guide pillar is arranged at a position in contact with the scalp vertically under the condition that the opening contact portion is in close contact with the scalp.
演算回路22は、メラニン測定用波長、ヘモグロビン測定用波長のそれぞれの特定波長に対応する光量(光吸収量)を計算する。また、演算回路22は、後述する領域分割処理、非拡散領域における補正処理を実行する。 The arithmetic circuit 22 calculates the light amount (light absorption amount) corresponding to each specific wavelength of the melanin measurement wavelength and the hemoglobin measurement wavelength. In addition, the arithmetic circuit 22 executes an area division process and a correction process in a non-diffusion area which will be described later.
データベース23は、毛髪健康度の判定のための数値データベース、統計データベース、後述する領域分割処理、非拡散領域における補正処理に用いられる各種データを格納する。 The database 23 stores various data used for a numerical database, a statistical database, an area division process, which will be described later, and a correction process in a non-diffusion area, for determining hair health.
光信号制御部24は、コントローラー26の制御のもと、所定のタイミング、周波数、強度、強度変動周期Tで光照射部IF121から光が照射されるように、光源16を制御する。また、光信号制御部24は、所定のタイミングで計算処理が実行されるように、演算回路22を制御する。 Under the control of the controller 26, the optical signal control unit 24 controls the light source 16 so that light is emitted from the light irradiation unit IF 121 at a predetermined timing, frequency, intensity, and intensity fluctuation period T. Further, the optical signal control unit 24 controls the arithmetic circuit 22 so that the calculation process is executed at a predetermined timing.
コントローラー26は、本生体検査装置1を動的又は静的に動作させるために、各構成要素を制御する。また、コントローラー26は、後述する領域分割処理、非拡散領域における補正処理のための制御を実行する。さらに、コントローラー26は、計算された光量に基づいて後述する毛髪形状・サイズ等情報、血液代謝情報等を取得すると共に、これらに基づいて毛髪の健康度を判定する。 The controller 26 controls each component in order to operate the biopsy apparatus 1 dynamically or statically. In addition, the controller 26 performs control for region division processing, which will be described later, and correction processing in a non-diffusion region. Furthermore, the controller 26 obtains information such as hair shape and size, blood metabolism information, and the like, which will be described later, based on the calculated light amount, and determines the health level of the hair based on these.
なお、コントローラー26、演算回路22、光信号制御部24は、ハードウェア、コンピュータのアプリケーションソフトのいずれで構成してもよい。本実施形態においては、例えば図2に示す様に、光プローブ12、光源16、光検知器20、演算回路22、光信号制御部24を内蔵するスティック状の生体インターフェースデバイス2と、コントローラー26の機能を実現するパーソナルコンピューター3とで構成するものとする。しかしながら、これはあくまでも一例であり、必要におうじて種々変更可能である。例えば、コントローラー26の機能についても生体インターフェースデバイス2に内蔵させ、パーソナルコンピューター3は電源、表示、通信等の各機能を担うようにしてもよい。 The controller 26, the arithmetic circuit 22, and the optical signal control unit 24 may be configured by any of hardware and computer application software. In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2, the stick-shaped biological interface device 2 including the optical probe 12, the light source 16, the photodetector 20, the arithmetic circuit 22, and the optical signal control unit 24, and the controller 26 A personal computer 3 that realizes the function is used. However, this is only an example, and various modifications can be made as necessary. For example, the function of the controller 26 may be incorporated in the biological interface device 2 and the personal computer 3 may be responsible for functions such as power supply, display, and communication.
図3は、図2に示した生体インターフェースデバイス2の先端Pの拡大図である。同図に示す様に、光源16と光検知部20は、光照射部IF121及び光検出部IF122(例えば光ファイバー)により、近接して配置される。光照射部IF121及び光検出部IF122の先端には、生体との密着性を上げ、光学的インピーダンスマッチングを取る先端接触部10a、10bが設けられている。光照射部IF121及び光検出部IF122は、弾力性のある支持体14に固定されており、過度の負荷が光照射部IF121及び光検出部IF122に加わるのを抑制すると同時に、適切な負荷で先端を皮膚に密着させる構造を有する。光照射部IF121及び光検出部IF122の間には、髪を誘導して皮膚上の測定位置を決める毛髪ガイド17a(図3の例では光照射部IF121及び光検出部IF122に並列する溝)を形成している。 FIG. 3 is an enlarged view of the tip P of the biological interface device 2 shown in FIG. As shown in the figure, the light source 16 and the light detection unit 20 are arranged close to each other by a light irradiation unit IF121 and a light detection unit IF122 (for example, an optical fiber). At the tips of the light irradiation part IF121 and the light detection part IF122, tip contact parts 10a and 10b are provided which increase the adhesion to the living body and take optical impedance matching. The light irradiation unit IF121 and the light detection unit IF122 are fixed to the elastic support member 14, and it is possible to suppress an excessive load from being applied to the light irradiation unit IF121 and the light detection unit IF122, and at the same time with an appropriate load. Has a structure that adheres to the skin. Between the light irradiation unit IF121 and the light detection unit IF122, a hair guide 17a (a groove parallel to the light irradiation unit IF121 and the light detection unit IF122 in the example of FIG. 3) that guides hair and determines a measurement position on the skin is provided. Forming.
図4は、本生体検査装置1を用いた毛髪健康度判定の原理を説明するための図である。同図に示す様に、毛根近傍の生体皮膚に光照射部IF121を接触させて特定波長の光を照射する。特定波長は、生体透過性の高い波長領域(600nm〜1200nm)であり、毛髪に含まれる成分(メラニン、ケラチン等)または血液に含まれる成分(ヘモグロビン、グルコース等)に対して吸収を有する波長近傍を選定する。当該照射によって生体内に入射した光は毛根H1を含む光路HRを伝播する。当該伝播した光を、毛根H1を挟んだ皮膚表面に接触させた光検出部IF123によって検出する。検出された光の光量を解析することで、毛根のサイズ及び形状の少なくとも一方に関する情報(毛髪形状等情報)、毛根近傍の血液代謝に関する情報(血液代謝情報)を取得し、生体の毛髪の健康度(薄毛化耐性)を判定・評価する方法である。毛幹・毛根のサイズや形状は現在の毛髪の健康度情報を与え、毛根近傍の血液代謝情報は健康度の低下可能性の情報を与える。 FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of hair health level determination using the biopsy device 1. As shown in the figure, the light irradiation unit IF121 is brought into contact with the living skin near the hair root to irradiate light having a specific wavelength. The specific wavelength is a wavelength region (600 nm to 1200 nm) with high biological permeability, and the vicinity of the wavelength having absorption for components (melanin, keratin, etc.) contained in hair or components (hemoglobin, glucose, etc.) contained in blood Is selected. The light incident on the living body by the irradiation propagates through the optical path HR including the hair root H1. The propagated light is detected by the light detection unit IF123 brought into contact with the skin surface with the hair root H1 interposed therebetween. By analyzing the amount of light detected, information on at least one of the size and shape of the hair root (information on hair shape, etc.), information on blood metabolism in the vicinity of the hair root (blood metabolism information) is obtained, and the health of living body hair This is a method for determining and evaluating the degree (thinning resistance). The size and shape of the hair shaft and hair root give information on the current health level of the hair, and the blood metabolism information in the vicinity of the hair root gives information on the possibility of lowering the health level.
この判定方法を使えば、例えば入射光の波長に650nm以上760nm以下の波長域を選び毛根に内包されるメラニンの吸収に起因する検知光量の低下を測定することで、毛根のサイズ情報を得ることができる。一方で、毛根を外した場所を選び、入射光の波長に650nm以上860nm 以下の近赤外線域を選び、近傍の血液代謝量情報を血液に内包されるヘモグロビン(酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素ヘモグロビン)の吸収で検知することが可能である。 If this determination method is used, for example, a wavelength range of 650 nm or more and 760 nm or less is selected as the wavelength of incident light, and the decrease in the amount of light detected due to absorption of melanin contained in the hair root is measured, thereby obtaining follicle size information. Can do. On the other hand, select the location where the hair root was removed, select the near infrared region of 650 nm to 860 nm as the wavelength of the incident light, and the hemoglobin (oxygenated hemoglobin and deoxygenated hemoglobin) included in the blood with information on blood metabolism in the vicinity It can be detected by absorption.
図5は、本生体検査装置1を用いて、680nmの赤色光による毛根ファントム(アガロース/イントラリピッド分散体基体に直径90μmと110μmの2種毛髪を植えた頭皮の光学模型)の疑似毛根測定を説明するための図である。また、図6は、図5に示した疑似毛根測定の結果の一例を示した図である。なお、太い毛幹サイズの直径110μmの毛髪は健康な毛根サイズを模し、標準的毛幹サイズの直径90μmの髪は成長不良の毛根を模している。また、図5において、入射位置と放射位置の距離は2mmに固定している。 FIG. 5 shows a pseudo hair follicle measurement of a hair root phantom (an optical model of a scalp in which two kinds of hairs having diameters of 90 μm and 110 μm are planted on an agarose / intralipid dispersion substrate) with a red light of 680 nm using the biopsy apparatus 1. It is a figure for demonstrating. FIG. 6 is a diagram showing an example of the result of the pseudo follicle measurement shown in FIG. In addition, a hair having a diameter of 110 μm having a thick hair shaft size simulates a healthy hair root size, and a hair having a standard hair shaft size of 90 μm diameter simulates a hair root having poor growth. In FIG. 5, the distance between the incident position and the radiation position is fixed to 2 mm.
図6から解るように、直径90μmと110μmの2種毛髪それぞれについて5%と8%程度の放射光強度の低減が観察されており、測定位置の精度を確保すれば、メラニンの光吸収量による毛根サイズの定量判定ができる。一方、毛根の(メラニンの吸収の)影領域は、生体内光散乱により皮膚上にプロードニングしており、影の領域では他の生体組成分(真皮ヘモグロビン、含脂質等)に対応した光吸収測定量が不正確になっている。 As can be seen from FIG. 6, a decrease in the intensity of the emitted light of about 5% and 8% was observed for each of the two types of hair having a diameter of 90 μm and 110 μm. Quantitative determination of hair root size is possible. On the other hand, the shadow region (of melanin absorption) of the hair root is broadened on the skin by in-vivo light scattering, and the shadow region absorbs light corresponding to other biological components (dermal hemoglobin, lipid-containing, etc.). The measured quantity is inaccurate.
従って、毛根近傍の血液代謝情報正しく定量評価するためには、毛根及び毛根の影が影響する領域(毛根影響領域)と、毛根の影が影響しない毛根の周辺に位置し、毛根近傍の血液代謝情報を正しく測定することができる領域(毛根非影響領域)とを分別し、後者の毛根非影響領域にて血液代謝情報を測定する必要がある。そこで、本実施形態に係る生体検査装置1は、次に述べる領域分別機能により、毛根影響領域と毛根非影響領域とを分別し、それぞれの領域で健康度情報、毛根近傍の血液代謝情報を測定する。 Therefore, in order to accurately and quantitatively evaluate blood metabolism information in the vicinity of the hair root, it is located in the vicinity of the hair root and the area where the shadow of the hair root affects (the hair root influence area) and the hair root where the shadow of the hair root does not affect. It is necessary to classify the region where the information can be measured correctly (the hair follicle non-affected region) and to measure the blood metabolism information in the latter follicle non-affected region. Therefore, the biopsy device 1 according to the present embodiment classifies the follicle affected area and the follicle non-affected area by the area sorting function described below, and measures health information and blood metabolism information in the vicinity of the follicle in each area. To do.
(領域分別機能)
本機能は、生体表面(頭皮表面)を撮像した画像データを用いて毛根影響領域と毛根非影響領域とを分別するものである。なお、以下の説明においては、検査対象として生体毛髪を典型例とするが、当該例に拘泥されず、生体のすべての体毛を検査対象とすることが可能である。
(Area separation function)
This function classifies the hair root affected area and the hair root non-affected area using image data obtained by imaging the surface of the living body (scalp surface). In the following description, biological hair is a typical example as an inspection target, but it is not limited to this example, and all body hair of the living body can be an inspection target.
図7は、本領域分別機能を用いた毛髪の健康度判定処理の流れを示したフローチャートである。図8は、測定領域における光照射部IF121等の配置例を示した図である。図9(a)〜(e)は、光学レンズ系によって撮像される測定対象領域を模式的に示した図である。図7、図8、図9の各図を参照しながら、本実施形態に係る毛髪の健康度判定処理について以下説明する。 FIG. 7 is a flowchart showing the flow of hair health level determination processing using this area classification function. FIG. 8 is a diagram illustrating an arrangement example of the light irradiation unit IF121 and the like in the measurement region. FIGS. 9A to 9E are diagrams schematically showing measurement target regions imaged by the optical lens system. The hair health determination process according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS.
まず、測定領域に、例えば照明光源16bを用いて可視照明用LED光を照射し、光学レンズ系21aにより頭皮・頭髪の顕微画像を撮像する(図9(a)参照)。操作者は、表示部28に表示された当該顕微画像を観察しながら、毛髪形状等情報を測定する際の光照射部IF121の位置(すなわち、第一の測定波長(670nm)の光入射位置)を確定する(ステップS1)。なお、本実施形態に係る生体検査装置1では、後述するステップS4において毛根影響領域と毛根非影響領域とを分別する。このため、光照射部IF121の位置決めにおいて、毛根の影が影響しないように光プローブ12の位置を決めなければならないといった配慮を必要としない。この点は、特筆すべき効果であると言える。 First, the measurement region is irradiated with visible illumination LED light using, for example, the illumination light source 16b, and a microscopic image of the scalp / hair is captured by the optical lens system 21a (see FIG. 9A). The operator observes the microscopic image displayed on the display unit 28, and measures the position of the light irradiation unit IF121 when measuring information such as the hair shape (that is, the light incident position of the first measurement wavelength (670 nm)). Is determined (step S1). In addition, in the biopsy apparatus 1 which concerns on this embodiment, in step S4 mentioned later, a follicle affected area and a follicle non-affected area are separated. For this reason, in positioning of the light irradiation part IF121, the consideration that the position of the optical probe 12 must be determined so that the shadow of the hair root does not affect is not required. This point is a remarkable effect.
次に、光照射部IF121をステップS1において確定した位置に密着させながら(図9(b)参照)、毛髪、頭皮を含む測定対象領域を、光学レンズ系21aを用いて撮像する(ステップS2)。なお、本ステップS2では、照明光源16bは、ONされた状態(すなわち、照明光源16bによって測定領域が照らされた状態)となっている。 Next, while the light irradiation unit IF121 is brought into close contact with the position determined in step S1 (see FIG. 9B), the measurement target region including hair and scalp is imaged using the optical lens system 21a (step S2). . In step S2, the illumination light source 16b is turned on (that is, the measurement area is illuminated by the illumination light source 16b).
次に、照明光源16bをOFFとする(図9(b)参照)。操作者は、光学レンズ系21aにより撮像された頭皮・頭髪の顕微画像を表示部28において観察しながら、測定領域に外光の漏えいがないことを確認する(ステップS3)。 Next, the illumination light source 16b is turned off (see FIG. 9B). The operator confirms that there is no leakage of external light in the measurement region while observing the microscopic image of the scalp and hair captured by the optical lens system 21a on the display unit 28 (step S3).
次に、ステップS1において確定した位置において、第一の測定波長(670nm)が光照射部IF121から生体内に向けて照射される。当該照射によって生体内に入射した光は毛根を含む光路を伝播する。光検出部IF123は、当該光路を伝播し生体表面から出射する光を検出する。演算回路22は、光強度分布を測定し、解析・記録する。演算回路22は、当該補正処理によって得られた光強度分布を用いて、測定領域において、毛根影響領域と毛根非影響領域とを分別する(ステップS4)。図9(d)、(e)に、皮膚面の明るさが周囲と比較してやや暗く見える毛根影響領域(部分D)と、それ以外の部分として毛根非影響領域とを模式的に示した。散乱の影響で毛根の影との境界が不明確になるため、毛根非影響領域は、マージンを十分に取って選定するのが好ましい。 Next, the first measurement wavelength (670 nm) is irradiated from the light irradiation unit IF121 toward the living body at the position determined in step S1. The light incident on the living body by the irradiation propagates through the optical path including the hair root. The light detection unit IF123 detects light that propagates through the optical path and exits from the surface of the living body. The arithmetic circuit 22 measures the light intensity distribution, analyzes and records it. Using the light intensity distribution obtained by the correction process, the arithmetic circuit 22 separates the follicle affected area and the follicle non-affected area in the measurement area (step S4). FIGS. 9D and 9E schematically show the follicle affected area (part D) in which the brightness of the skin surface looks slightly darker than the surroundings, and the follicle non-affected area as the other part. Since the boundary with the shadow of the follicle becomes unclear due to the influence of scattering, it is preferable to select the follicle non-affected area with a sufficient margin.
なお、 図9(d)に模式的に示した毛根に対応した影の主要部分(領域D)は、光照射部IFと(受光光学系に対して位相角が小さい)位置関係から、放射光強度補正の効果は小さい。従って、確定した影の濃さと広がりを解析することにより、皮膚下に位置する毛根(サイズ)情報を推定できる。一方で、他の波長の光を使用して、毛根非影響領域で血行(ヘモグロビン)情報、脂質・水分情報を測定する。なお、光照射位置から一定の範囲内にある毛根非影響領域は受光光学系に対して有意な位相角がある。このため、放射光強度の定量化には補正を必要とする。当該補正処理については、後で詳しく説明する。 Note that the main part (region D) of the shadow corresponding to the hair root schematically shown in FIG. 9 (d) is emitted light from the positional relationship with the light irradiation unit IF (with a small phase angle with respect to the light receiving optical system). The effect of intensity correction is small. Therefore, by analyzing the darkness and spread of the determined shadow, it is possible to estimate hair root (size) information located under the skin. On the other hand, using light of other wavelengths, blood circulation (hemoglobin) information and lipid / water information are measured in the hair root non-affected region. The follicle non-influence region within a certain range from the light irradiation position has a significant phase angle with respect to the light receiving optical system. For this reason, correction | amendment is required for quantification of emitted light intensity. The correction process will be described in detail later.
次に、ステップS1において確定した位置において、第二の測定波長(809nm)が光照射部IF121から生体内に向けて照射される。演算回路22は、毛根非影響領域において検出された光を用いて光強度分布を測定し、頭皮の局所的血行量(総ヘモグロビン量)等の血液代謝情報を測定する((図9(e)参照:ステップS5)。 Next, the second measurement wavelength (809 nm) is emitted from the light irradiation unit IF121 toward the living body at the position determined in step S1. The arithmetic circuit 22 measures the light intensity distribution using the light detected in the hair root non-affected region, and measures blood metabolism information such as the local blood circulation amount (total hemoglobin amount) of the scalp ((FIG. 9 (e)). Reference: Step S5).
(非拡散領域における補正処理)
生体は光の強散乱体である。しかしながら、光の入射位置と放射位置とが所定の範囲内まで(例えば数mm以内)接近すると、光放射の仰角と位相角に対する強度分布が顕著に現れる現象が観察される。発明者らは、実験により、このことをつきとめた。
(Correction process in non-diffusion area)
The living body is a strong light scatterer. However, when the incident position and the emission position of light approach within a predetermined range (for example, within several mm), a phenomenon in which the intensity distribution with respect to the elevation angle and the phase angle of the light emission appears remarkably is observed. The inventors have found this out through experiments.
すなわち、光の入射位置と放射位置の距離が十分に離れている場合には、生体内を伝播した光は拡散モデルで近似でき、放射光は等方的に広がる。しかしながら、光の入射位置と放射位置が数mm以内まで接近すると、ビーム指向性を残した放射光は仰角と位相角に強度の最大値を持つようになる。 That is, when the distance between the light incident position and the radiation position is sufficiently large, the light propagated in the living body can be approximated by the diffusion model, and the radiation light spreads isotropically. However, when the light incident position and the radiation position are close to within a few millimeters, the radiated light having the beam directivity has a maximum intensity value at the elevation angle and the phase angle.
図10は、シミュレーションによって得られた放射光(すなわち、光検出部IF122の光軸)の仰角θ、位相角φ毎の光強度(仰角θ=0として鉛直方向で測定した値に対する相対強度)の分布を示した図である。図からわかるように、仰角は60°〜80°に最大値を、位相角は0°を中心に三日月状に強度分布している。 FIG. 10 shows the light intensity at each elevation angle θ and phase angle φ of the radiated light (that is, the optical axis of the light detection unit IF122) obtained by the simulation (relative intensity with respect to the value measured in the vertical direction with the elevation angle θ = 0). It is the figure which showed distribution. As can be seen from the figure, the elevation angle has a maximum value in the range of 60 ° to 80 °, and the phase angle has a crescent-shaped intensity distribution centering on 0 °.
また、発明者らは、上記シミュレーションに加えて、生体に光吸収係数と散乱係数を合わせたシリコーンファントムを用いて、光の入射位置と放射位置との距離(すなわち、光照射部IF121と光検出部122との間の距離)と、拡散モデル(或いは非拡散モデル)との関係、放射光強度の仰角及び位相角の依存性について、実験を行った。当該実験では、図11に示す様に、先端を加工した特殊プローブ(光照射部IF121、光検出部122に対応)を使用して、X,Y,Z(Zは、XY平面に垂直方向),θステージで精度よく位置合わせをして測定した。 Further, in addition to the above simulation, the inventors use a silicone phantom with a light absorption coefficient and a scattering coefficient combined with a living body to determine the distance between the light incident position and the radiation position (that is, the light irradiation unit IF121 and the light detection). The distance between the unit 122 and the diffusion model (or non-diffusion model) and the dependence of the radiated light intensity on the elevation angle and phase angle were tested. In this experiment, as shown in FIG. 11, X, Y, Z (Z is a direction perpendicular to the XY plane) using a special probe (corresponding to the light irradiation unit IF121 and the light detection unit 122) whose tip is processed. , Measured with accurate alignment on the θ stage.
図12は、光の入射位置と放射位置との距離xが6mm以上の場合における、放射光強度とx,y(位相角φに対応)との関係を示した図である。図13、図14は、y=0における光の入射位置と放射位置との距離xと放射光強度との関係を示したグラフである。図12、図13、図14からわかるように、光の入射位置と放射位置との距離xが6mm以上になると、位相角φの依存性は極めて低い。従って、光の入射位置と放射位置との距離xが6mm以上であれば、生体内の光は拡散モデルで近似できる。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the radiated light intensity and x, y (corresponding to the phase angle φ) when the distance x between the light incident position and the radiation position is 6 mm or more. FIG. 13 and FIG. 14 are graphs showing the relationship between the distance x between the incident position of light and the emission position at y = 0 and the emitted light intensity. As can be seen from FIGS. 12, 13, and 14, when the distance x between the light incident position and the radiation position is 6 mm or more, the dependency of the phase angle φ is extremely low. Therefore, if the distance x between the light incident position and the radiation position is 6 mm or more, the light in the living body can be approximated by a diffusion model.
図15は、光の入射位置と放射位置との距離xが3.5mm以下の場合における、放射光強度とx,y(位相角φに対応)との関係を示した図である。図16は、x=2mm、仰角θ=70°におけるyと放射光強度との関係を示したグラフである。なお、図16における「14°」等の角度は、yの値に応じた位相角φの角度を示したものである。 FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the radiated light intensity and x, y (corresponding to the phase angle φ) when the distance x between the light incident position and the radiation position is 3.5 mm or less. FIG. 16 is a graph showing the relationship between y and emitted light intensity at x = 2 mm and elevation angle θ = 70 °. Note that an angle such as “14 °” in FIG. 16 indicates the angle of the phase angle φ corresponding to the value of y.
図15、図16からわかるように、光の入射位置と放射位置との距離xが2mm以内になると、位相角φの影響が顕著に現れる。従って、光の入射位置と放射位置との距離xが例えば2mm以内の場合には、生体内の光は非拡散モデルで近似する必要がある。具体的には、距離xが2〜2.5mmの範囲では、位相角φが30°前後で検出光強度が10〜20%低下することが確認された。これは、点接触で光入射して放射光強度分布をエリアセンサで非接触測定する本実施形態では、入射位置と放射位置と光学レンズ系21a(光学カメラ)の相対位置次第で、入射位置近傍の放射光強度が10%オーダーで低下することを示唆している。 As can be seen from FIGS. 15 and 16, when the distance x between the light incident position and the radiation position is within 2 mm, the influence of the phase angle φ appears significantly. Therefore, when the distance x between the light incident position and the radiation position is within 2 mm, for example, the light in the living body needs to be approximated by a non-diffusion model. Specifically, it was confirmed that when the distance x is in the range of 2 to 2.5 mm, the detected light intensity is reduced by 10 to 20% when the phase angle φ is around 30 °. In this embodiment in which light is incident at a point contact and the radiated light intensity distribution is measured in a non-contact manner by an area sensor, the vicinity of the incident position depends on the incident position, the radiation position, and the relative position of the optical lens system 21a (optical camera). This suggests that the intensity of radiated light decreases on the order of 10%.
図17は、ある位置における仰角θと放射光強度との関係を示したグラフである。同図に示す様に、仰角θ=10°以上から放射光強度に差が出始める。発明者らの実験では、検出される光データのSN比を上げるためには、仰角θ・位相角φの分布を考慮し、エリアセンサ21bは生体面に対して10°以上35°以下の角度に配置することが望ましく、また、生体に導光するインターフェースの軸(光検出部IF122の光軸)は、皮膚法線方向に対して0°度以上45°以下の角度を有することが望ましいとの結論に至った。 FIG. 17 is a graph showing the relationship between the elevation angle θ and the emitted light intensity at a certain position. As shown in the figure, a difference in emitted light intensity starts to appear from an elevation angle θ = 10 ° or more. In the experiments by the inventors, in order to increase the SN ratio of detected optical data, the distribution of the elevation angle θ and the phase angle φ is taken into consideration, and the area sensor 21b has an angle of 10 ° to 35 ° with respect to the living body surface. It is desirable that the axis of the interface that guides light to the living body (the optical axis of the light detection unit IF122) has an angle of 0 ° to 45 ° with respect to the skin normal direction. The conclusion was reached.
また、図6に示したように、入射位置と放射位置の距離x=2mmでの毛根による吸収は数%程度である。このため、毛根の影を有意に分離するためには、より変動の大きい仰角・位相角による強度変化を補正する必要があることが判る。本実施形態では、各波長の光に対して、画面上の光強度低減率を領域メッシュ化して数値化し、補正係数テーブルとしてシステム内部に留保し、これを用いて、演算回路22が光強度分布を解析する。具体的には、毛根影響領域の補正光吸収データを基にフィッティング計算を行い、毛根のサイズ情報を推定することができる。これにより分別された毛根非影響領は、毛根の持つメラニンの吸収による変化が無視できる。このため、血液(ヘモグロビン)情報や脂質水分情報等の血液代謝情報を精度よく定量測定することができる。 Further, as shown in FIG. 6, the absorption by the hair root at a distance x = 2 mm between the incident position and the radiation position is about several percent. For this reason, it can be seen that in order to significantly separate the shadow of the hair root, it is necessary to correct the intensity change due to the elevation angle and phase angle with larger fluctuations. In the present embodiment, the light intensity reduction rate on the screen is digitized by converting the light intensity reduction rate on the screen into a region mesh as a correction coefficient table, and the arithmetic circuit 22 uses this to calculate the light intensity distribution. Is analyzed. Specifically, fitting calculation can be performed based on the corrected light absorption data of the follicle-affected area to estimate follicle size information. In the non-affected region of hair follicles thus separated, changes due to absorption of melanin in the follicle can be ignored. For this reason, blood metabolic information such as blood (hemoglobin) information and lipid water information can be quantitatively measured with high accuracy.
(変形例1)
図18は、本実施形態に係る生体検査装置1の変形例を示した図である。図1に示した生体検査装置1と比較した場合、図18に示す生体検査装置1は、エリアセンサ21bの単位画素がR,G,B,IRの4種フィルターを備えた4素子で構成されていることである。R,G,Bの3種フィルターを備えた素子は可視画像の取得に使用する。また、毛根測定(メラニン吸収の定量)にはRフィルターの素子、又はIRフィルターの素子を用いる。血行の測定や脂質・水分測定には、IRフィルターの素子を用いる。
(Modification 1)
FIG. 18 is a view showing a modification of the biopsy device 1 according to the present embodiment. Compared with the biopsy apparatus 1 shown in FIG. 1, the biopsy apparatus 1 shown in FIG. 18 is composed of four elements in which the unit pixel of the area sensor 21b includes four types of filters of R, G, B, and IR. It is that. An element having three types of R, G, and B filters is used for obtaining a visible image. In addition, an R filter element or an IR filter element is used for measurement of hair roots (quantification of melanin absorption). An IR filter element is used for blood circulation measurement and lipid / water measurement.
(変形例2)
図19は、本実施形態に係る生体検査装置1の他の変形例を示した図である。図1に示した生体検査装置1と比較した場合、図19に示す生体検査装置1は、複数の光照射系(同図の例では、複数の点光源16a、16b、光ファイバー123a、123b、光照射部IF121a、121b)を具備する点である。
(Modification 2)
FIG. 19 is a view showing another modification of the biopsy device 1 according to the present embodiment. Compared with the biopsy apparatus 1 shown in FIG. 1, the biopsy apparatus 1 shown in FIG. 19 has a plurality of light irradiation systems (in the example of FIG. 1, a plurality of point light sources 16a and 16b, optical fibers 123a and 123b, optical It is a point provided with irradiation part IF121a, 121b).
以上述べた本実施形態に係る生体検査装置1によれば、測定領域に対応する生体表面の顕微画像を取得し、これを用いて毛根影響領域と毛根非影響領域とを分別し、毛根或いは毛根の影の影響を受けない毛根非影響領域において血液代謝情報を測定する。従って、従来に比して、血液代謝情報を精度よく、安全かつ非侵襲に測定することができる。また、光の拡散モデルが成立しない領域においては、非拡散モデルを用いて光放射の仰角と位相角に対する強度分布を補正し、その結果に基づいて毛根影響領域と毛根非影響領域とを分別する。従って、より高精度に分別された毛根非影響領域において血液代謝情報を測定することができ、個体差を考慮しつつ、信頼性の高い毛髪健康度を測定することができる。 According to the biopsy device 1 according to the present embodiment described above, a microscopic image of the living body surface corresponding to the measurement region is acquired, and the hair root affected region and the hair root non-affected region are separated using this, and the hair root or the hair root Blood metabolic information is measured in the non-affected region of the hair root that is not affected by the shadow of the hair. Therefore, blood metabolism information can be measured accurately and safely and non-invasively as compared with the prior art. In regions where the light diffusion model is not established, the intensity distribution with respect to the elevation angle and phase angle of light emission is corrected using a non-diffusion model, and the hair root affected region and the hair root non-affected region are separated based on the result. . Therefore, blood metabolism information can be measured in the hair root non-affected region that is sorted with higher accuracy, and highly reliable hair health can be measured while considering individual differences.
本実施形態に係る生体検査装置1によれば、測定領域に対応する生体表面の顕微画像を取得し、これを用いて測定領域において対象の正確な位置関係を容易且つ迅速に把握することができる。従って、光照射部IFや光検出IF等の精度の高い位置合わせを必要としない。また、光学系を介して非接触のエリアセンサで任意の位置の放出光を測定でき、毛根影響領域と毛根非影響領域とを分別できるため、光検出IFのサイズの制約が緩和されると同時に、入射光位置に対応して選択される位置の光を容易に測定することができる。その結果、測定時における操作者の作業負担を、大幅に軽減することができる。 According to the living body inspection apparatus 1 according to the present embodiment, a microscopic image of the living body surface corresponding to the measurement region can be acquired, and the accurate positional relationship of the target in the measurement region can be easily and quickly grasped using the acquired microscopic image. . Therefore, highly accurate alignment of the light irradiation unit IF and the light detection IF is not required. In addition, the non-contact area sensor can measure the emitted light at any position via the optical system, and the hair follicle affected area and the follicle non-affected area can be separated. The light at the position selected corresponding to the incident light position can be easily measured. As a result, the burden on the operator during measurement can be greatly reduced.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、以下の変形例を挙げることができる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, the following modifications can be given.
(1)毛髪健康度の測定に拘泥されず、例えば、頭皮の血行情報検知、皮膚保湿評価、皮膚下毛細血管マッピングなど、様々な応用アプリケーションがあり、その趣旨を逸脱しない範囲で多くの変形実施例がある。 (1) There are various applications such as blood flow information detection of scalp, skin moisturizing evaluation, subdermal capillary mapping, etc. There is an example.
(2)顕微撮像素子を含む光学レンズ系21aは、デバイス構成により、エリアセンサ21bと兼用できる。 (2) The optical lens system 21a including the microscopic imaging element can also be used as the area sensor 21b depending on the device configuration.
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…生体検査装置1、2…生体インターフェースデバイス、3…パーソナルコンピューター、12…光プローブ、14…支持体、15…光ミキサー、16a…多波長光源、16b…照明光源、17a、17b…毛髪ガイド、20…光検知器、21a…光レンズ系、21b…エリアセンサ、22…演算回路、23…データベース、24…光信号制御部、26…コントローラー、28…表示部、30…撮像デバイス、32…LEDデバイス、34…溝、121…光照射部IF、122…光検出部IF、123…光ファイバー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biopsy apparatus 1, 2 ... Biointerface device, 3 ... Personal computer, 12 ... Optical probe, 14 ... Support body, 15 ... Optical mixer, 16a ... Multi-wavelength light source, 16b ... Illumination light source, 17a, 17b ... Hair guide , 20 ... photodetector, 21 a ... optical lens system, 21 b ... area sensor, 22 ... arithmetic circuit, 23 ... database, 24 ... optical signal control unit, 26 ... controller, 28 ... display unit, 30 ... imaging device, 32 ... LED device, 34... Groove, 121... Light irradiation unit IF, 122.
Claims (13)
前記被検体内を伝播し当該被検体表面から外部へ放射される光を検出する検出部と、
前記放射された光を用いて、前記被検体に局在し且つ当該被検体内を伝播する光の強度に影響を与える光吸収体が存在する第1の領域と、前記被検体において前記光吸収体が存在しない第2の領域と、を分別し、前記第2の領域で光放射強度分布を測定する計算部と、
を具備することを特徴とする生体検査装置。 A light irradiating unit that irradiates red light or near infrared light from the surface of the object into the object;
A detection unit for detecting light that propagates in the subject and is emitted from the subject surface to the outside;
Using the emitted light, a first region where there is a light absorber localized in the subject and affecting the intensity of light propagating in the subject; and the light absorption in the subject A second region where no body is present, and a calculation unit for measuring a light emission intensity distribution in the second region;
A biopsy device characterized by comprising:
前記測定部は、前記補正部によって補正された光を用いて、前記第1の領域と前記第2の領域とを分別し、前記光放射強度分布を測定すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の生体検査装置。 The light detected by the detection unit further comprises a correction unit for correcting the intensity for each wavelength according to the position,
The measurement unit separates the first region and the second region using the light corrected by the correction unit, and measures the light emission intensity distribution;
The biopsy device according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記被検体内を伝播し当該被検体表面から外部へ放射される光を検出し、
前記放射された光を用いて、前記被検体に局在し且つ当該被検体内を伝播する光の強度に影響を与える光吸収体が存在する第1の領域と、前記被検体において前記光吸収体が存在しない第2の領域と、を分別し、
前記第2の領域で光放射強度分布を測定すること、
を具備することを特徴とする生体検査方法。 Irradiate red light or near infrared light from the subject surface into the subject,
Detecting the light propagating through the subject and emitted from the subject surface to the outside,
Using the emitted light, a first region where there is a light absorber localized in the subject and affecting the intensity of light propagating in the subject; and the light absorption in the subject Separating the second region where the body does not exist,
Measuring a light radiation intensity distribution in the second region;
A biological examination method comprising:
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014054122A JP2015173920A (en) | 2014-03-17 | 2014-03-17 | Biological examination apparatus and biological examination method |
CN201510109777.6A CN104921701A (en) | 2014-03-17 | 2015-03-13 | Living body detection device and living body detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014054122A JP2015173920A (en) | 2014-03-17 | 2014-03-17 | Biological examination apparatus and biological examination method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015173920A true JP2015173920A (en) | 2015-10-05 |
Family
ID=54109389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014054122A Pending JP2015173920A (en) | 2014-03-17 | 2014-03-17 | Biological examination apparatus and biological examination method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015173920A (en) |
CN (1) | CN104921701A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2018198908A1 (en) * | 2017-04-24 | 2020-03-12 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Hair observation method, phase contrast microscope system and preparation |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110720890A (en) * | 2019-09-24 | 2020-01-24 | 广西中医药大学附属瑞康医院 | Graphene-based handheld hair follicle detection method and device |
CN113576406A (en) * | 2021-07-15 | 2021-11-02 | 深圳市脉度科技有限公司 | Non-contact skin oil distribution measuring system and method |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7931028B2 (en) * | 2003-08-26 | 2011-04-26 | Jay Harvey H | Skin injury or damage prevention method using optical radiation |
CH696516A5 (en) * | 2003-05-21 | 2007-07-31 | Asulab Sa | Portable instrument for measuring a physiological quantity comprising a device for illuminating the surface of an organic tissue. |
US20120010603A1 (en) * | 2005-08-12 | 2012-01-12 | Dermalucent, LLC | Tissue optical clearing devices for subsurface light-induced phase-change and method of use |
JP2010512532A (en) * | 2006-12-12 | 2010-04-22 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Device to suppress hair growth |
-
2014
- 2014-03-17 JP JP2014054122A patent/JP2015173920A/en active Pending
-
2015
- 2015-03-13 CN CN201510109777.6A patent/CN104921701A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2018198908A1 (en) * | 2017-04-24 | 2020-03-12 | 国立研究開発法人理化学研究所 | Hair observation method, phase contrast microscope system and preparation |
JP7297204B2 (en) | 2017-04-24 | 2023-06-26 | 国立研究開発法人理化学研究所 | HAIR OBSERVATION METHOD AND PHASE CONTRAST MICROSCOPE SYSTEM |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104921701A (en) | 2015-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10912504B2 (en) | Near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy device and methods | |
JP6093761B2 (en) | Apparatus for optical analysis of relevant tissue samples | |
US20160270665A1 (en) | Method and apparatus for imaging tissue topography | |
US20170020460A1 (en) | System and method for assessing a cancer status of biological tissue | |
US20210298652A1 (en) | Hemoglobin measurement from a single vessel | |
JP2009504303A (en) | Combined technology and system using visual optics and passive infrared that can detect and identify cancer precursors, nevi and tumor on the skin, and can be used for early diagnosis | |
JP5691687B2 (en) | Inspection device | |
JP2014113467A (en) | Biological examination apparatus and biological examination method | |
US20190053745A1 (en) | Combined pulse oximetry and diffusing wave spectroscopy system and control method therefor | |
Wisotzky et al. | Determination of optical properties of human tissues obtained from parotidectomy in the spectral range of 250 to 800 nm | |
WO2018168071A1 (en) | Imaging device, image display system, and image display method | |
US20150305712A1 (en) | Ultrasonic diagnosis apparatus and biomedical light measuring apparatus | |
e Silva et al. | New insights of Raman spectroscopy for oral clinical applications | |
JP2015173920A (en) | Biological examination apparatus and biological examination method | |
US11576717B2 (en) | Optical tissue feedback device for an electrosurgical device | |
US20150062320A1 (en) | Diffuse reflectance hyperspectral imaging system | |
US20210196135A1 (en) | Blood vessel detection device and method therefor | |
US10718709B2 (en) | Device for measuring radiation backscattered by a sample and measurement method using such a device | |
Georgakoudi et al. | Characterization of dysplastic tissue morphology and biochemistry in Barrett's esophagus using diffuse reflectance and light scattering spectroscopy | |
WO2015174273A1 (en) | Breast measurement method and measurement device | |
JP2013050376A (en) | Measuring device for functional state of biological tissue and method of the same | |
US20240324881A1 (en) | Optical sensor for monitoring temperature-induced changes in biological tissues | |
JP3876322B2 (en) | Non-invasive brain activity measurement method | |
Rey-Barroso et al. | Polarized multispectral imaging for the diagnosis of skin cancer | |
JP6412956B2 (en) | Biological light measurement device, analysis device, and method |