特許 5790877 光生体測定システム及びその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5790877

(24)【登録日】2015年8月14日

(45)【発行日】2015年10月7日

(54)【発明の名称】光生体測定システム及びその使用方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 10/00 20060101AFI20150917BHJP

   A61B 5/1455 20060101ALI20150917BHJP

【ＦＩ】

   A61B10/00 EZDM

   A61B5/14 322

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-514339(P2014-514339)

(86)(22)【出願日】2012年5月11日

(86)【国際出願番号】JP2012062223

(87)【国際公開番号】WO2013168294

(87)【国際公開日】20131114

【審査請求日】2014年7月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100114030

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿島 義雄

(72)【発明者】

【氏名】石川 亮宏

(72)【発明者】

【氏名】井上 芳浩

(72)【発明者】

【氏名】網田 孝司

(72)【発明者】

【氏名】河野 理

(72)【発明者】

【氏名】宇田川 晴英

(72)【発明者】

【氏名】増田 善紀

【審査官】 伊藤 幸仙

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３２２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４０２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３６４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／００５３０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１６１０１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／６５８９０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検者の頭皮表面上に配置される複数の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数の受光プローブとを有し、各受光プローブは送光プローブから第二設定距離ｒ２で離れた位置に配置される送受光部と、
送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する送受光用制御部とを備える光生体測定システムであって、
前記送受光部には、送光プローブから第二設定距離ｒ２より短い第一設定距離ｒ１で離れた位置にＮ個の参照プローブを配置することが可能となっており、
送光プローブから参照プローブまでのＮ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する第一受光量情報取得部を備え、
前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを得る前試験が実行された後、Ｎ個の第一受光量情報ΔＡ１のうちからＸ個の第一受光量情報ΔＡ１が選択され、
前記送受光用制御部は、送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する際には、Ｘ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の所定位置における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する本試験を実行することを特徴とする光生体測定システム。

【請求項2】

送光プローブから参照プローブまでのＮ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得するための広範囲制御テーブルを予め記憶する記憶部と、
Ｘ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得するための選択制御テーブルを記憶部に記憶させる選択制御テーブル作成部とを備え、
前記第一受光量情報取得部は、前記送受光部に対して光の送受光を広範囲制御テーブルを用いて制御することで、前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを得て、
前記送受光用制御部は、前記選択制御テーブルが記憶された後、前記送受光部に対して光の送受光を選択制御テーブルを用いて制御することで、前記被検者の頭皮の所定位置における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得することを特徴とする請求項１に記載の光生体測定システム。

【請求項3】

被検者の頭皮表面上に配置される複数の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数の受光プローブとを有し、各受光プローブは送光プローブから第二設定距離ｒ２で離れた位置に配置される送受光部と、
送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する送受光用制御部とを備える光生体測定システムの使用方法であって、
前記送受光部には、送光プローブから第二設定距離ｒ２より短い第一設定距離ｒ１で離れた位置にＮ個の参照プローブを配置することが可能となっており、
送光プローブから参照プローブまでのＮ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する前試験ステップと、
Ｎ個の第一受光量情報ΔＡ１のうちからＸ個の第一受光量情報ΔＡ１を選択する選択ステップと、
送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する際には、Ｘ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の所定位置における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する本試験ステップとを含むことを特徴とする光生体測定システムの使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光生体測定システム及びその使用方法に関し、さらに詳細には非侵襲で脳活動を測定する光生体測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、脳の活動状況を観察するために、光を用いて簡便に非侵襲で測定する光脳機能イメージング装置が開発されている。このような光脳機能イメージング装置では、被検者の頭皮表面上に配置した送光プローブにより、異なる３種類の波長λ_１、λ_２、λ_３（例えば、７８０ｎｍと８０５ｎｍと８３０ｎｍ）の近赤外光を脳に照射するとともに、頭皮表面上に配置した受光プローブにより、脳から放出された各波長λ_１、λ_２、λ_３の近赤外光の強度変化（受光量情報）ΔＡ（λ_１）、ΔＡ（λ_２）、ΔＡ（λ_３）をそれぞれ検出する。
そして、このようにして得られた受光量情報ΔＡ（λ_１）、ΔＡ（λ_２）、ΔＡ（λ_３）から、脳血流中のオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]とを求めるために、例えば、Modified Beer Lambert則を用いて関係式（１）（２）（３）に示す連立方程式を作成して、この連立方程式を解いている。さらには、オキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]と、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]とから総ヘモグロビンの濃度変化・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を算出している。
ΔＡ（λ_１）＝Ｅ_Ｏ（λ_１）×[oxyHb]＋Ｅ_ｄ（λ_１）×[deoxyHb]・・・（１）
ΔＡ（λ_２）＝Ｅ_Ｏ（λ_２）×[oxyHb]＋Ｅ_ｄ（λ_２）×[deoxyHb]・・・（２）
ΔＡ（λ_３）＝Ｅ_Ｏ（λ_３）×[oxyHb]＋Ｅ_ｄ（λ_３）×[deoxyHb]・・・（３）
なお、Ｅ_Ｏ（λｍ）は、波長λｍの光におけるオキシヘモグロビンの吸光度係数であり、Ｅ_ｄ（λｍ）は、波長λｍの光におけるデオキシヘモグロビンの吸光度係数である。

【0003】

ここで、送光プローブと受光プローブとの間の距離（チャンネル）と、測定部位との関係について説明する。図９は、一対の送光プローブ及び受光プローブと、測定部位との関係を示す図である。送光プローブ１２が被検者の頭皮表面の送光点Ｔに押し当てられるとともに、受光プローブ１３が被検者の頭皮表面の受光点Ｒに押し当てられる。そして、送光プローブ１２から光を照射させるとともに、受光プローブ１３に頭皮表面から放出される光を入射させる。このとき、頭皮表面の送光点Ｔから照射された光のうちで、バナナ形状（測定領域）を通過した光が頭皮表面の受光点Ｒに到達する。すなわち、光は、送光点Ｔ近傍の皮膚に存在する血管と、脳に存在する血管と、受光点Ｒ近傍の皮膚に存在する血管とを通過することになる。

【0004】

そこで、脳に存在する血管のみによる受光量情報ΔＡを取得するために、送光プローブ１２と受光プローブ１３との間の距離（チャンネル）を、短距離ｒ１としたものと長距離ｒ２としたものとを備えるものが開示されている（例えば、特許文献１や非特許文献１参照）。図１０は、送光プローブ１２と短距離ｒ１となる参照プローブ１４及び長距離ｒ２となる受光プローブ１３と、測定部位との関係を示す断面図である。これにより、長距離ｒ２のチャンネルで、送光点Ｔ近傍の皮膚に存在する血管と、脳に存在する血管と、受光点Ｒ２近傍の皮膚に存在する血管とによる受光量情報ΔＡ２を取得するとともに、短距離ｒ１のチャンネルで、送光点Ｔ近傍の皮膚に存在する血管（受光点Ｒ１近傍の皮膚に存在する血管）のみによる受光量情報ΔＡ１を取得している。

【0005】

そして、このようにして得られた受光量情報ΔＡ１、ΔＡ２から式（４）を用いて、脳に存在する血管のみによる受光量情報ΔＡを求めている。
ΔＡ＝ΔＡ２−ＫΔＡ１・・・（４）
ところで、式（４）において受光量情報ΔＡを求めるためには係数Ｋを決定する必要があり、この係数Ｋを算出する算出方法が開示されている（例えば、非特許文献２参照）。この算出方法では、最小二乗誤差を用いて係数Ｋを算出している。

【0006】

また、光脳機能イメージング装置では、脳の複数箇所の測定部位に関するオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度変化・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）をそれぞれ測定するために、例えば、近赤外分光分析計等が利用されている（例えば、特許文献２参照）。
図１１は、従来の近赤外分光分析計の概略構成の一例を示すブロック図である。近赤外分光分析計１０１は、光を出射する光源２と、光源２を駆動する光源駆動機構４と、光を検出する光検出器３と、Ａ／Ｄ（Ａ／Ｄコンバータ）５と、送受光用制御部１２１と、解析用制御部１２２と、メモリ（記憶部）１２３とを備えるとともに、８個の送光プローブ１２と、８個の受光プローブ１３と、モニタ画面２６ａ等を有する表示装置２６と、キーボード（入力装置）２７とを備える。

【0007】

光源駆動機構４は、送受光用制御部１２１から入力された駆動信号により光源２を駆動する。光源２は、例えば異なる３種類の波長λ_１、λ_２、λ_３の近赤外光を出射することができる半導体レーザＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３等である。
光検出器３は、近赤外光をそれぞれ検出することにより、受光信号（受光量情報）ΔＡ（λ_１）、ΔＡ（λ_２）、ΔＡ（λ_３）をＡ／Ｄ５を介して送受光用制御部１２１に出力する検出器であり、例えば光電子増倍管等である。

【0008】

このような近赤外分光分析計１０１においては、８個の送光プローブ１２と８個の受光プローブ１３とを所定の配列で被検者の頭皮表面に接触させるために、ホルダ（送受光部）１３０が使用される。図１２は、８個の送光プローブと８個の受光プローブとが挿入されるホルダ１３０の一例を示す平面図である。
送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８と受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８とは、縦方向に４個と横方向に４個とに交互となるように配置されている。このとき、送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８と受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８との間の間隔（チャンネル）である第二設定距離ｒ２は、３０ｍｍとなっている。これにより、脳の２４箇所の計測位置に関する受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）を得ている。

【0009】

ところで、このような８個の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８と８個の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８との位置関係では、１個の受光プローブ１３で、複数個の送光プローブ１２から照射された光を同時に受光せず、１個の送光プローブ１２から照射された光のみを受光するように、送光プローブ１２から光を照射するタイミングと、受光プローブ１３で光を受光するタイミングとを調整する必要がある。このため、メモリ１２３の制御テーブル記憶領域１２３ａには、光源２で光を出射するタイミングと光検出器３で光を検出するタイミングとを示す制御テーブルが記憶されている。
送受光用制御部１２１は、制御テーブル記憶領域１２３ａに記憶された制御テーブルに基づいて、所定の時間に１個の送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を光源駆動機構４に出力するとともに、受光プローブ１３で受光された受光信号（受光量情報）を光検出器３で検出してデータ記憶領域１２３ｂに記憶させている。

【0010】

ここで、図４は、制御テーブルの一例を説明するための図である。このような制御テーブルによれば、まず５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長７８０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８０５ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８３０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ２に波長７８０ｎｍの光を送光させるように、所定のタイミングで１個の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８に光を順番に送光させていく。このとき、いずれか１個の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８に光を送光させるごとに、８個の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８で受光信号を検出することになるが、所定のタイミングで検出した所定の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８の受光信号をメモリ１２３のデータ記憶領域１２３ｂに記憶させる。具体的には、送光プローブ１２_Ｔ１からの光を検出した受光プローブ１３_Ｒ１と受光プローブ１３_Ｒ３との受光信号をデータ記憶領域２３ｂに記憶させ、送光プローブ１２_Ｔ２からの光を検出した受光プローブ１３_Ｒ１と受光プローブ１３_Ｒ２と受光プローブ１３_Ｒ４との受光信号をデータ記憶領域１２３ｂに記憶させるように、所定のタイミングで検出した所定の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８の受光信号をデータ記憶領域１２３ｂに記憶させる。これにより、合計２４個の受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）の収集が行われる。

【0011】

解析用制御部１２２は、２４個の受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）に基づいて、関係式（１）（２）（３）を用いて、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度変化・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を２４個の測定データとして求める。その結果、医師や検査技師等によって観察されるために、２４個の測定データがモニタ画面２６ａに表示される。例えば、脳表面画像の２４個の所定位置上に各測定データの画像表示がそれぞれ行われており、各測定データは、ある計測時間ｔでのオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]の数値に対応する色で表現される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００９−１３６４３４号公報

【特許文献2】特開２００１−３３７０３３号公報

【非特許文献】

【0013】

【非特許文献1】Rolf B. Saager, and Andrew J. Berger "Direct characterization and removal of interfering absorption trends in two-layer turbid media" J. Opt. Soc. Am. A/Vol.22, No.9/September 2005.

【非特許文献2】Francesco Fabbri, Angelo Sassaroli, Michael e Henry, and Sergio Fantini "Optical measurements of absorption changes in two-layered diffusive media" Phys. Med. Biol. 49(2004) 1183 - 1201.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

ところで、上述したような受光量情報ΔＡ１、ΔＡ２や係数Ｋを用いた算出方法で受光量情報ΔＡを算出しているが、これは一対の送光プローブ１２及び受光プローブ１３の組み合わせを考慮しており、上述したような光脳機能イメージング装置１０１のホルダ１３０のような複数の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８及び複数の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８の組み合わせを考慮したものではなかった。つまり、脳の複数箇所（２４箇所）の計測位置に関する受光量情報ΔＡを算出するものではなかった。
なお、上述したような算出方法で受光量情報ΔＡを算出するために、全ての送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８及び受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８の組み合わせに対して短距離ｒ２とした複数（例えば８個）の参照プローブ１４を設けることも考えられるが、８個の参照プローブ１４を設けることはコストがかかる。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本件発明者らは、上記課題を解決するために、多数（例えば８個）の参照プローブ１４を設けることなく、脳の複数箇所の測定部位に関して脳に存在する血管のみによる受光量情報ΔＡを考察することができる方法について検討を行った。そこで、被検者の脳の所定範囲における測定データを取得する前に、被検者の頭皮の所定範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得して、その皮膚血流データを観察しながら、どれが必要な位置（例えば２個）における皮膚血流データであるか否かを決定することにした。その後、被検者の脳の所定範囲における測定データを取得する際には、必要な位置（例えば２個）における皮膚血流データを取得することにした。つまり、まず多数の参照プローブ１４で光を検出することにより、被検者の頭皮の所定範囲における皮膚血流データを取得する前試験を実行して、前試験の皮膚血流データを観察しながら少数の参照プローブ１４を選択した後、少数の参照プローブ１４と受光プローブ１３とで光を検出することにより、被検者の頭皮の必要な位置（例えば２個）における皮膚血流データを取得しながら、被検者の脳の所定範囲における測定データを取得する本試験を実行することを見出した。

【0016】

すなわち、本発明の光生体測定システムは、被検者の頭皮表面上に配置される複数の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数の受光プローブとを有し、各受光プローブは送光プローブから第二設定距離ｒ２で離れた位置に配置される送受光部と、送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する送受光用制御部とを備える光生体測定システムであって、前記送受光部には、送光プローブから第二設定距離ｒ２より短い第一設定距離ｒ１で離れた位置にＮ個の参照プローブを配置することが可能となっており、送光プローブから参照プローブまでのＮ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する第一受光量情報取得部を備え、前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを得る前試験が実行された後、Ｎ個の第一受光量情報ΔＡ１のうちからＸ個の第一受光量情報ΔＡ１が選択され、前記送受光用制御部は、送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する際には、Ｘ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の所定位置における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する本試験を実行するようにしている。

【0017】

ここで、「第二設定距離ｒ２」は、送光点Ｔ近傍の皮膚に存在する血管と、脳に存在する血管と、受光点Ｒ近傍の皮膚に存在する血管とによる受光量情報を取得するための距離であり、「第一設定距離ｒ１」は、送光点Ｔ又は受光点Ｒ近傍の皮膚に存在する血管による受光量情報を取得するための距離である。
また、「被検者の脳の所定範囲」とは、計測したい任意の脳の範囲のことをいい、送受光部の大きさ等によって決定されるものであり、「被検者の頭皮の広範囲」とは、任意の頭皮の範囲のことをいい、送受光部の大きさ等によって決定されることになり、「被検者の頭皮の所定位置」とは、脳に存在しない血管を計測するための位置のことをいい、例えば、頭皮から２ｃｍ以内に存在する主要動脈や主要静脈や送受光部付近の動脈や送受光部付近の静脈を計測するための位置等となり、本願では、皮膚血流データを取得するための適切な位置となる。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明の光生体測定システムによれば、医師や検査技師等は複数の皮膚血流データを考察する前試験を実行するので、必要な皮膚血流データを選択することができ、その結果、本試験では必要な皮膚血流データのみを取得した上で、複数の測定データを取得することができる。

【0019】

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明の光生体測定システムにおいては、送光プローブから参照プローブまでのＮ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得するための広範囲制御テーブルを予め記憶する記憶部と、Ｘ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得するための選択制御テーブルを記憶部に記憶させる選択制御テーブル作成部とを備え、前記第一受光量情報取得部は、前記送受光部に対して光の送受光を広範囲制御テーブルを用いて制御することで、前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを得て、前記送受光用制御部は、前記選択制御テーブルが記憶された後、前記送受光部に対して光の送受光を選択制御テーブルを用いて制御することで、前記被検者の頭皮の所定位置における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得するようにしてもよい。

【0020】

そして、本発明の光生体測定システムの使用方法は、被検者の頭皮表面上に配置される複数の送光プローブと、当該頭皮表面上に配置される複数の受光プローブとを有し、各受光プローブは送光プローブから第二設定距離ｒ２で離れた位置に配置される送受光部と、送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する送受光用制御部とを備える光生体測定システムの使用方法であって、前記送受光部には、送光プローブから第二設定距離ｒ２より短い第一設定距離ｒ１で離れた位置にＮ個の参照プローブを配置することが可能となっており、送光プローブから参照プローブまでのＮ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の広範囲における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する前試験ステップと、Ｎ個の第一受光量情報ΔＡ１のうちからＸ個の第一受光量情報ΔＡ１を選択する選択ステップと、送光プローブから受光プローブまでの複数の第二受光量情報ΔＡ２を取得することで、被検者の脳の所定範囲における脳活動に関する複数の測定データを取得する際には、Ｘ個の第一受光量情報ΔＡ１を取得することで、前記被検者の頭皮の所定位置における皮膚血流に関する皮膚血流データを取得する本試験ステップとを含むようにしている。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施形態である光生体計測装置の概略構成を示すブロック図。

【図2】８個の送光プローブと８個の受光プローブと８個の参照プローブとが挿入されるホルダの一例を示す平面図。

【図3】受光量情報が得られる位置を説明する図。

【図4】制御テーブルの一例の説明図。

【図5】広範囲制御テーブルの一例の説明図。

【図6】選択制御テーブルの一例の説明図。

【図7】８個の皮膚血流データの画像表示を示す図。

【図8】光生体計測装置の使用方法の一例について説明するためのフローチャート。

【図9】一対の送光プローブ及び受光プローブと、測定部位との関係を示す図。

【図10】送光プローブと短距離となる参照プローブ及び長距離となる受光プローブと、測定部位との関係を示す断面図。

【図11】従来の近赤外分光分析計の概略構成の一例を示すブロック図。

【図12】８個の送光プローブと８個の受光プローブとが挿入されるホルダの一例を示す平面図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

【0023】

図１は、本発明の一実施形態である光生体計測装置の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、８個の送光プローブと８個の受光プローブと８個の参照プローブとが挿入されるホルダ（送受光部）の一例を示す平面図である。なお、近赤外分光分析計１０１と同様のものについては、同じ符号を付している。
光生体計測装置（光生体測定システム）１は、光を出射する光源２と、光源２を駆動する光源駆動機構４と、光を検出する光検出器３と、Ａ／Ｄ（Ａ／Ｄコンバータ）５と、送受光用制御部２１と、解析用制御部２２と、選択制御テーブル作成部２４と、第一受光量情報取得部２５と、メモリ（記憶部）２３とを備えるとともに、８個の送光プローブ１２と、８個の受光プローブ１３と、２個（Ｘ個＜Ｎ個）の参照プローブ１４ａ、１４ｂと、モニタ画面２６ａ等を有する表示装置２６と、キーボード（入力装置）２７とを備える。

【0024】

光源２は、送受光用制御部２１から入力された駆動信号により８個の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８のうちから選択される１個の送光プローブ１２に光を送光する。上記光としては、近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８０５ｎｍと８３０ｎｍとの３波長光）が用いられる。
光検出器３は、８個の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８で受光した近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８０５ｎｍと８３０ｎｍとの３波長光）を個別に検出することにより、８個の第二受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）を送受光用制御部２１に出力するとともに、２個（Ｘ個）の参照プローブ１４で受光した近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８０５ｎｍと８３０ｎｍとの３波長光）を個別に検出することにより、第一受光量情報ΔＡ１_ｘ（λ_１）、ΔＡ１_ｘ（λ_２）、ΔＡ１_ｘ（λ_３）（ｘ＝１，２）を送受光用制御部２１に出力する。

【0025】

ホルダ３０は、８個の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８と、８個の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８と、８個（Ｎ個）の参照プローブ１４_Ｂ１〜１４_Ｂ８とを配置することが可能となる貫通孔Ｔ１〜Ｔ８、Ｒ１〜Ｒ８、Ｂ１〜Ｂ８が形成されている。
送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８が配置可能な貫通孔Ｔ１〜Ｔ８と受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８が配置可能な貫通孔Ｒ１〜Ｒ８とは、行方向及び列方向に交互となるように正方格子状に形成されている。このとき、送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８が配置可能な貫通孔Ｔ１〜Ｔ８と受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８が配置可能な貫通孔Ｒ１〜Ｒ８との間の間隔（チャンネル）である第二設定距離ｒ２は、３０ｍｍとなっている。

【0026】

また、参照プローブ１４_Ｂ１が配置可能な貫通孔Ｂ１は、送光プローブ１２_Ｔ１が配置可能な貫通孔Ｔ１と受光プローブ１３_Ｒ３が配置可能な貫通孔Ｒ３との間で、送光プローブ１２_Ｔ１が配置可能な貫通孔Ｔ１と第一設定距離ｒ１で離れた位置に形成されており、送光プローブ１２_Ｔ１が配置可能な貫通孔Ｔ１と参照プローブ１４_Ｂ１が配置可能な貫通孔Ｂ１との間の間隔である第一設定距離ｒ１は、１０ｍｍとなっている。そして、参照プローブ１４_Ｂ２が配置可能な貫通孔Ｂ２は、送光プローブ１２_Ｔ３が配置可能な貫通孔Ｔ３と第一設定距離ｒ１で離れた位置に形成され、参照プローブ１４_Ｂ３が配置可能な貫通孔Ｂ３は、送光プローブ１２_Ｔ２が配置可能な貫通孔Ｔ２と第一設定距離ｒ１で離れた位置に形成されるように、各参照プローブ１４が配置可能な貫通孔は、各送光プローブ１２が配置可能な貫通孔と第一設定距離ｒ１で離れた位置にそれぞれ形成されている。

【0027】

メモリ２３は、２４個の測定データを取得するためにホルダ３０に対して光の送受光を制御する制御形態を定める制御テーブルを予め記憶するとともに、８個（Ｎ個）の皮膚血流データを取得するためにホルダ３０に対して光の送受光を制御する制御形態を定める広範囲制御テーブルを予め記憶し、かつ、２個（Ｘ個）の皮膚血流データを取得するためにホルダ３０に対して光の送受光を制御する制御形態を定める選択制御テーブルを記憶するための制御テーブル記憶領域２３ａと、受光信号（測定データ）等を記憶するデータ記憶領域２３ｂとが形成されている。
図４は、前述の通り制御テーブルの一例を説明するための図であり、図３は、受光量情報が得られる位置を説明するための図である。なお、制御テーブルは、近赤外分光分析計１０１の制御テーブルと同様に用いられるので、説明を省略する。

【0028】

図５は、広範囲制御テーブルの一例を説明するための図である。このような広範囲制御テーブルによれば、まず５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長７８０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８０５ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８３０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ２に波長７８０ｎｍの光を送光させるように、所定のタイミングで１個の送光プローブ１２に光を順番に送光させていく。このとき、いずれか１個の送光プローブ１２に光を送光させるごとに、８個の参照プローブ１４_Ｂ１〜１４_Ｂ８で受光信号を検出することになるが、所定のタイミングで検出した所定の参照プローブ１４の受光信号をメモリ２３のデータ記憶領域２３ｂに記憶させる。具体的には、送光プローブ１２_Ｔ１からの光を検出した参照プローブ１４_Ｂ１の受光信号をデータ記憶領域２３ｂに記憶させ、送光プローブ１２_Ｔ３からの光を検出した参照プローブ１４_Ｂ２の受光信号をデータ記憶領域２３ｂに記憶させるように、所定のタイミングで検出した所定の参照プローブ１４の受光信号をデータ記憶領域２３ｂに記憶させる。これにより、合計８個（Ｎ個）の第一受光量情報ΔＡ１_ｎ（λ_１）、ΔＡ１_ｎ（λ_２）、ΔＡ１_ｎ（λ_３）（ｎ＝１，２，・・・，８）の収集が行われる。

【0029】

図６は、選択制御テーブルの一例を説明するための図である。なお、選択制御テーブルの作成方法についての詳細は後述する。このような選択制御テーブルによれば、制御テーブルによって所定のタイミングで１個の送光プローブ１２に光を順番に送光させていく際に、いずれか１個の送光プローブ１２に光を送光させるごとに、２個（Ｘ個）の参照プローブ１４で受光信号を検出することになるが、所定のタイミングで検出した所定の参照プローブ１４の受光信号をメモリ２３のデータ記憶領域２３ｂに記憶させる。具体的には、送光プローブ１２_Ｔ３からの光を検出した参照プローブ１４_Ｂ３の受光信号をデータ記憶領域２３ｂに記憶させ、送光プローブ１２_Ｔ４からの光を検出した参照プローブ１４_Ｂ４の受光信号をデータ記憶領域２３ｂに記憶させるように、所定のタイミングで検出した所定の参照プローブ１４の受光信号をデータ記憶領域２３ｂに記憶させる。これにより、合計２個（Ｘ個）の第一受光量情報ΔＡ１_ｘ（λ_１）、ΔＡ１_ｘ（λ_２）、ΔＡ１_ｘ（λ_３）（ｘ＝１，２）の収集が行われる。

【0030】

第一受光量情報取得部２５は、８個（Ｎ個）の皮膚血流データを取得する入力信号を受信したときには、制御テーブル記憶領域２３ａに記憶された広範囲制御テーブルに基づいて、所定の時間に１個の送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を光源駆動機構４に出力するとともに、参照プローブ１４で受光された受光信号（受光量情報）を光検出器３で検出する。
具体的には、第一受光量情報取得部２５は、まず５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長７８０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８０５ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８３０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ２に波長７８０ｎｍの光を送光させるように、所定のタイミングで１個の送光プローブ１２に光を順番に送光させていく。このとき、所定のタイミングで検出した所定の参照プローブ１４_Ｂ１〜１４_Ｂ８の受光信号をメモリ２３のデータ記憶領域２３ｂに記憶させる。その結果、合計８個（Ｎ個）の第一受光量情報ΔＡ１_ｎ（λ_１）、ΔＡ１_ｎ（λ_２）、ΔＡ１_ｎ（λ_３）（ｎ＝１，２，・・・，８）の収集が行われる。

【0031】

送受光用制御部２１は、２４個の測定データを取得する入力信号を受信したとき（制御テーブル記憶領域２３ａに選択制御テーブルが記憶された後）には、制御テーブル記憶領域２３ａに記憶された制御テーブルと選択制御テーブルとに基づいて、所定の時間に１個の送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を光源駆動機構４に出力するとともに、受光プローブ１３と参照プローブ１４とで受光された受光信号（受光量情報）を光検出器３で検出する。
具体的には、送受光用制御部２１は、まず５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長７８０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８０５ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ１に波長８３０ｎｍの光を送光させ、次の５ミリ秒間、送光プローブ１２_Ｔ２に波長７８０ｎｍの光を送光させるように、所定のタイミングで１個の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８に光を順番に送光させていく。このとき、所定のタイミングで検出した所定の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８と所定の参照プローブ１４ａ、１４ｂとの受光信号をメモリ２３のデータ記憶領域２３ｂに記憶させる。その結果、合計２４個の受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）の収集が行われるとともに、合計２個（Ｘ個）の第一受光量情報ΔＡ１_ｘ（λ_１）、ΔＡ１_ｘ（λ_２）、ΔＡ１_ｘ（λ_３）（ｘ＝１，２）の収集が行われる。

【0032】

解析用制御部２２は、８個（Ｎ個）の皮膚血流データを取得する際には、８個（Ｎ個）の第一受光量情報ΔＡ１_ｎ（λ_１）、ΔＡ１_ｎ（λ_２）、ΔＡ１_ｎ（λ_３）（ｎ＝１，２，・・・，８）に基づいて、関係式（１）（２）（３）を用いて、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を８個の皮膚血流データとして求める。これにより、モニタ画面２６ａには、図７に示すような頭皮表面画像の８個の所定位置Ｃ１〜Ｃ８上に８個の皮膚血流データの画像表示が行われる。このとき、皮膚血流データは、例えば、ある計測時間ｔにおける８個の所定位置Ｃ１〜Ｃ８でのオキシヘモグロビンの濃度変化・光路長積[oxyHb]を、数値とカラーとの対応関係を示すカラーテーブルに基づいて、色で表現されている。また、８個の所定位置Ｃ１〜Ｃ８は、送光点Ｔと受光点Ｂとを被検者の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の中点とする。

【0033】

また、解析用制御部２２は、２４個の測定データを取得する際（制御テーブル記憶領域２３ａに選択制御テーブルが記憶された後）には、２４個の第二受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）と２個（Ｘ個）の第一受光量情報ΔＡ１_ｘ（λ_１）、ΔＡ１_ｘ（λ_２）、ΔＡ１_ｘ（λ_３）（ｘ＝１，２）とに基づいて、関係式（１）（２）（３）を用いて、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を２４個の測定データと２個の皮膚血流データとして求める。

【0034】

選択制御テーブル作成部２４は、キーボード２７による入力操作によって、８個（Ｎ個）の皮膚血流データのうちから所望個数（Ｘ個）とその配置位置の皮膚血流データが選択されることで、２個（Ｘ個）の皮膚血流データを取得するための選択制御テーブルを作成して制御テーブル記憶領域２３ａに記憶させる制御を行う。
このとき、医師や検査技師等は、Ｘ個の皮膚血流データを選択するために、例えば、モニタ画面２３ａに表示された画像を用いてキーボード２７で入力操作して設定することになるが、図７に示すような画像表示が行われている際に、８個の皮膚血流データのうちから必要な皮膚血流データを選択することにより設定する。これにより、必要な部位における皮膚血流に関する皮膚血流データを取り逃すということがなくなる。

【0035】

次に、光生体計測装置１の使用方法について説明する。図８は、光生体計測装置１の使用方法の一例について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、ホルダ３０を被検者の頭皮表面に配置する。
次に、ステップＳ１０２の処理において、８個の送光プローブ１２_Ｔ１〜１２_Ｔ８を貫通孔Ｔ１〜Ｔ８に挿入するとともに、８個の受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８を貫通孔Ｂ１〜Ｂ８に挿入する。このとき、受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８を貫通孔Ｂ１〜Ｂ８に挿入することにより、参照プローブ１４_Ｂ１〜１４_Ｂ８として用いることになる。つまり、前試験と本試験とを設けているため、受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８を参照プローブ１４_Ｂ１〜１４_Ｂ８として利用する。

【0036】

次に、ステップＳ１０３の処理において、第一受光量情報取得部２５は、広範囲制御テーブルに基づいて、所定の時間に１個の送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を光源駆動機構４に出力するとともに、参照プローブ１４_Ｂ１〜１４_Ｂ８で受光された８個の第一受光量情報ΔＡ１_ｎ（λ_１）、ΔＡ１_ｎ（λ_２）、ΔＡ１_ｎ（λ_３）（ｎ＝１，２，・・・，８）を光検出器３で検出する（前試験ステップ）。
次に、ステップＳ１０４の処理において、解析用制御部２２は、８個の第一受光量情報ΔＡ１_ｎ（λ_１）、ΔＡ１_ｎ（λ_２）、ΔＡ１_ｎ（λ_３）（ｎ＝１，２，・・・，８）に基づいて、関係式（１）（２）（３）を用いて、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を８個の皮膚血流データとして求めて、モニタ画面２６ａに表示する。

【0037】

次に、ステップＳ１０５の処理において、医師や検査技師等は、モニタ画面２３ａに表示された画像を用いてキーボード２７で入力操作することにより、８個の皮膚血流データのうちから所望個数とその配置位置の皮膚血流データを選択する（選択ステップ）。
次に、ステップＳ１０６の処理において、選択制御テーブル作成部２４は、Ｘ個の皮膚血流データを取得するための選択制御テーブルを作成して制御テーブル記憶領域２３ａに記憶させる。

【0038】

次に、ステップＳ１０７の処理において、８個の参照プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８を貫通孔Ｂ１〜Ｂ８から取外し貫通孔Ｒ１〜Ｒ８に挿入するとともに、２個の参照プローブ１４ａ_、１４ｂを貫通孔Ｂ３、Ｂ４に挿入する。
次に、ステップＳ１０８の処理において、送受光用制御部２１は、制御テーブルと選択制御テーブルとに基づいて、所定の時間に１個の送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を光源駆動機構４に出力するとともに、受光プローブ１３_Ｒ１〜１３_Ｒ８と参照プローブ１４ａ、１４ｂとで受光された２４個の第二受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）と、２個（Ｘ個）の第一受光量情報ΔＡ１_ｘ（λ_１）、ΔＡ１_ｘ（λ_２）、ΔＡ１_ｘ（λ_３）（ｘ＝１，２）とを光検出器３で検出する（本試験ステップ）。

【0039】

次に、ステップＳ１０９の処理において、解析用制御部２２は、２個の第一受光量情報ΔＡ１_ｘ（λ_１）、ΔＡ１_ｘ（λ_２）、ΔＡ１_ｘ（λ_３）（ｘ＝１，２）に基づいて、関係式（１）（２）（３）を用いて、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を２個の皮膚血流データとして求めて、モニタ画面２６ａに表示する。
次に、ステップＳ１１０の処理において、医師や検査技師等は２個の皮膚血流データを観察して、アーティファクトがあるか否かを判断する。アーティファクトがあると判断したときにはステップＳ１０８の処理に戻る。つまり、本試験を再度実行する。
一方、アーティファクトがないと判断したときには、ステップＳ１１１の処理において、解析用制御部２２は、２４個の第二受光量情報ΔＡ２（λ_１）、ΔＡ２（λ_２）、ΔＡ２（λ_３）に基づいて、関係式（１）（２）（３）を用いて、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビンの濃度・光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビンの濃度・光路長積[deoxyHb]及び総ヘモグロビンの濃度・光路長積（[oxyHb]＋[deoxyHb]）を２４個の測定データとして求めて、モニタ画面２６ａに表示する。
そして、ステップＳ１１１の処理が終了したときには、本フローチャートを終了させる。

【0040】

以上のように、光生体計測装置１によれば、医師や検査技師等は８個の皮膚血流データを考察する前試験を実行するので、必要な２個の皮膚血流データを選択することができ、その結果、本試験では必要な２個の皮膚血流データのみを取得した上で、２４個の測定データを取得することができる。これにより、必要な２個の皮膚血流データを観察してアーティファクトがない場合の２４個の測定データを取得することができる。
また、光生体計測装置１は、８個の送光プローブ１２と、８個の受光プローブ１３と、２個の参照プローブ１４ａ、１４ｂとを備えるだけで、２４個の測定データを取得するとともに、必要な皮膚血流データを取得することができる。したがって、光生体計測装置１は、８個の送光プローブと８個の受光プローブと８個の参照プローブとを備える必要がなくなり、コストを抑えることができる。

【0041】

＜他の実施形態＞
（１）上述した光生体計測装置１では、８個の皮膚血流データのうちから２個の皮膚血流データを選択する構成を示したが、８個の皮膚血流データのうちから３個等の他の個数の皮膚血流データを選択する構成としてもよい。

【0042】

（２）上述した光生体計測装置１では、キーボード２７によって８個（Ｎ個）の皮膚血流データのうちから所望個数（Ｘ個）とその配置位置の皮膚血流データが選択される構成を示したが、皮膚血流データの内容等によって閾値等を登録することで８個（Ｎ個）の皮膚血流データのうちから所望個数（Ｘ個）とその配置位置の皮膚血流データが自動的に選択されるようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、非侵襲で脳活動を測定する光生体計測装置等に利用することができる。

【符号の説明】

【0044】

１： 光生体計測装置（光生体測定システム）
１２： 送光プローブ
１３： 受光プローブ
１４： 参照プローブ
２１： 送受光用制御部
２３： メモリ（記憶部）
２４： 選択制御テーブル作成部
２５： 第一受光量情報取得部
３０： ホルダ（送受光部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】