@phdthesis{oai:muroran-it.repo.nii.ac.jp:00010456,
 author = {KAUSTAV, Das and カウスタフ, ダス},
 month = {2021-06-23, 2022-03-02},
 note = {application/pdf, 拡散分光法は可視から近赤外波長領域におけるヒト皮膚の分光反射率を取得する手法として広く使われている。分光反射率のスペクトル形状は皮膚組織における光の吸収と散乱に依存し、特にメラニン、ヘモグロビン等の色素が光吸収に強く影響する。そのため、測定したスペクトルから吸収係数または色素濃度を評価する技術が皮膚科学や化粧品開発分野で大きく期待されている。従来から多変量解析を利用した手法が多く研究されているが、設定モデルが限定的なため未だ実用に至っていない。本論文では、大量のシミュレーションデータから構築した分光反射率データベースを用いて、皮膚組織における吸収の変化を効率的に検出する新規手法に関する研究を行った。最初に、これまで提案されてきた生体組織における様々な光エネルギーの伝搬理論について概説し、皮膚の分光反射率計測法の現状と本論文の目的、概要を示した。第２章では、ヒト皮膚組織の構造、組織内光伝搬の解析、ならびにモンテカルロ法に基づく生体組織内の光伝搬演算を中心に、本論文で扱う基礎的な原理を述べた。第３章では、皮膚分光反射率の適切な実測を目指した積分球における最適検出領域について、実験とシミュレーションにより調査を行った。皮膚内部を伝搬し再放出された拡散光の測定においては、特に検出領域径がスペクトル形状に大きく影響する。本章では、皮膚の9層構造モデルによるスペクトル形状と光子フルーエンスによるエネルギー分布の考察から、適切な検出径条件を初めて定量的に明らかにし、ヒト前腕部皮膚に対する実験により、その効果を確認した。この結果は、第5章における実験に反映されている。第４章では、9層構造皮膚モデルを用いたモンテカルロ法による光伝搬計算において、独自の緩和型グルーピング法を新たに考案した。これより、応用上重要となる吸収係数と散乱係数を変動パラメータとする分光反射率の効率的なデータベース構築法を開発した。また、構築したデータベースにおいて典型的な5種のスペクトル変化形態を見出すとともに、点像分布関数（PSF）によるスペクトル形態弁別アルゴリズムを提案した。第５章では、第4章で明らかにした5種のスペクトル変化形態を、寒天母材の人工皮膚モデル（ファントム）による実験で検証した。さらにヒト前腕部を対象とした組織血液量変化実験を実施し、従来から知られる重回帰分析との比較も含め、データベースによるマイニングから同定した結果が、皮膚組織における吸収変化を簡便かつ効果的に検出可能であることを実証した。最後に第６章では、本論文の内容と成果を総括し、まとめとした。, Diffuse spectroscopy is widely used as a tool to measure diffuse spectral reflectance curve from human skin in visible to near-infrared wavelength region. The spectral shape of such reflectance curve depends on light absorption and scattering in skin tissue. Particularly, chromophores such as melanin and hemoglobin affects the light absorption, it is much expected to evaluate absorption coefficients or chromophore concentrations from a measured spectrum in the fields of dermatology and cosmetic industry. Many researchers have studied various techniques, including multi-variate analysis, however their mathematical models are yet limited to fewer skin conditions. This dissertation is aimed at the development of a novel method for evaluation of change in light absorption in skin tissue by using spectral reflectance database which consists of a number of simulated data. Chapter 1 briefly reviews the background of light propagation in biological tissue and introduces the synopsis of the dissertation. Chapter 2 presents the fundamentals of the skin tissue structure and the analysis of light propagation in tissue including Monte Carlo method, and the other basic theories and principles that are integral to this dissertation. Chapter 3 highlights the effect of a detecting aperture size on spectral reflectance measurements of human skin through numerical simulation and experiments. To find the appropriate size, Monte Carlo simulation of light propagation in the nine-layered skin tissue model was employed for generating spectral reflectance curves and photon fluence maps. Spectrophotometric experiments were also carried out on the human forearm. This study becomes functional for the experiments made in Chapter 5. Chapters 4 and 5 are assigned to the proposed method of spectral mining from the spectral reflectance database to evaluate unknown optical parameters in skin. Chapter 4 treats construction of the database which consists of simulated spectra with varying absorption and scattering coefficients. To construct the database efficiently, the moderate grouping method is newly proposed, in which the absorption coefficient and scattering coefficient are preferentially varied. This grouping method resulted in five typical types of spectral change, and leads to a potential spectral classification using the point spread function In Chapter 5, the five types of spectral change are validated by observing measured spectra from the three-layered agarose-gel phantom. Pressure-cuff occlusion and hot water immersion experiments are carried out on human forearm to confirm the applicability to evaluation of change in absorption coefficients. The results are successfully compared with those obtained by the conventional multiple regression analysis. Finally, use of application-based customized database is newly proposed as a promising way to suppress the ambiguity contained in the original database. Chapter 6 provides an overall summary of the various results obtained by studies executed in this dissertation.},
 school = {室蘭工業大学, Muroran Institute of Technology},
 title = {Construction of spectral reflectance database and its application to the evaluation of　light absorption in skin tissue},
 year = {}
}