生体光計測装置
【課題】 生体光計測装置において、被検体へ与える負荷を低減するため、光ファイバを除去し、且つ小型軽量な装置構成を提供する。
【解決手段】 プローブ装置１０１の内部に、１つの光源駆動装置１０１４、１つの分配器１０１５を有する事により、複数の光照射部１０１１へ光源駆動信号を伝送するとともに、制御演算装置１０２とプローブ装置１０１の信号送受を１列の直列デジタル信号とする構成とし、光ファイバを除去し小型軽量な生体光計測装置とした。
【効果】 本発明における生体光計測装置によれば、装置を小型化且つ軽量化する事が可能で、且つ高精度な生体信号を獲得する事ができる。
【解決手段】 プローブ装置１０１の内部に、１つの光源駆動装置１０１４、１つの分配器１０１５を有する事により、複数の光照射部１０１１へ光源駆動信号を伝送するとともに、制御演算装置１０２とプローブ装置１０１の信号送受を１列の直列デジタル信号とする構成とし、光ファイバを除去し小型軽量な生体光計測装置とした。
【効果】 本発明における生体光計測装置によれば、装置を小型化且つ軽量化する事が可能で、且つ高精度な生体信号を獲得する事ができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて生体内部の情報を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の情報を、簡便で生体に害を与えずに計測する装置が、臨床医療や脳科学等の分野で用いられている。その中でも、特に光を用いた計測法は非常に有効な手段である。その第一の理由は、生体内部の酸素代謝機能は生体中の特定色素（ヘモグロビン、チトクロームａａ３、ミオグロビン等）の濃度に対応しており、これらの色素の濃度は、光の吸収量から求められるからである。また、光計測が有効である第二、第三の理由は、光は光ファイバにより扱いが簡便であり、さらに安全基準の範囲内での使用により生体に害を与えないことが挙げられる。
【０００３】
このような光計測の利点を活かして、可視から赤外の波長の光を用いて生体内部を計測する生体光計測装置が、例えば、特許文献１もしくは特許文献２に記載されている。これらの文献に記載の生体光計測装置は、半導体レーザで光を発生させ、発生させた光を光ファイバで導いて被検体に照射し、生体内を透過あるいは反射してきた光を検出し、検出した光を光ファイバによってフォトダイオードまで導き、検出光量から血液循環、血行動態、ヘモグロビン変化などの生体情報を得ている。
【０００４】
また、このような生体光計測を実現するために、被検体に光ファイバを接触させる生体光計測プローブが用いられている。これは、光を照射する光照射部と、生体内を透過あるいは反射してきた光を検出する光検出部と、前記光照射部と前記光検出部を格子状あるいは網目状に配列させて固定する固定部材とによって構成されている。また、この固定部材をバンドもしくはゴム紐もしくはヘアバンドなどを用いて光照射部と光検出部を被検体に接触させる形状になっている。この生体光計測プローブの例として、特許文献３などが挙げられる。また、通常光ファイバは複数あり、これら複数の光ファイバを束ねる構造を有する生体光計測プローブが、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９などに記載されている。
【０００５】
上述の特許文献では、装置本体で発せられた光を光ファイバで生体へ導く事で光計測を実現しているが、より簡便で被験体への負荷を低減するためには光ファイバを用いない事が望ましい。光ファイバを除去し、簡便な計測を実現する従来技術は、特許文献１０、特許文献１１などに記載されている。これらは、光源および受光器を生体光計測プローブに備え、無線制御により生体情報を獲得する技術である。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９８９７２号公報
【特許文献２】特開平９−１４９９０３号公報（対応US2001／0018554）
【特許文献３】特開平８−１１７２０９号公報
【特許文献４】特開２００１−２８６４４９号公報
【特許文献５】特開２００２−１１０１２号公報
【特許文献６】特開２００３−３２２６１２号公報
【特許文献７】特開２００４−２０５４９３号公報（対応US2006／0058594）
【特許文献８】特開２００４−２４８９６１号公報
【特許文献９】実開平５−９３４０３号公報
【特許文献１０】特開平９−１４０７１５号公報
【特許文献１１】特開２００２−１５０１２３号公報(対応US2003／009336)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
生体光計測において、生体に与える負荷を限りなく低減する事は最重要課題の一つである。生体光計測を実現するために光ファイバで構成された生体光計測プローブ（以下、プローブ）を被検体である生体に接触させると、生体の可動範囲が光ファイバの長さにより制限されたり、光ファイバの重量が生体に負荷を与えたりすることが考えられる。このことから、より自然な状態で生体光計測を実現するためには、光ファイバを用いず且つ小型軽量な生体光計測装置が求められて来た。そのため、従来技術ではプローブ内部に光源と検出器を配置することで光ファイバを除去しているが、その際、光源駆動装置を光源とアナログ電気信号で接続可能な箇所に設置する必要があり、電気的な、あるいは想定し得る全ての雑音をできるだけ抑制するためには、光源駆動装置をプローブ内部に配置する必要があった。また、多くの生体情報を獲得するためにプローブ内部に光源を複数配置すると、複数の光源駆動装置が必要となるため重量および体積が増大し、被検体に与える負荷が大きくなる事が挙げられる。以上より、光ファイバを用いず且つ小型軽量で、多くの生体情報を獲得する事が可能な生体光計測装置は、これまで実現されなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
生体光計測装置において、被検体に光を照射し被検体内部を透過あるいは反射した光を検出するためのプローブ装置と、プローブ装置と光制御信号および受光信号を送受し生体信号を獲得する制御演算装置とを有し、プローブ装置内部の最も簡易な構成として、光を照射するための１つまたは複数の光照射部と、生体を透過あるいは反射した光を検出するための１つまたは複数の光検出部と、１つの光源駆動装置と、１つの分配器を、配置するものとする。本構成において１つの分配器を配置した事により、複数の光照射部より生体に光を照射する場合においても、光源駆動装置は１つあれば良い事から、プローブ装置の重量を大幅に低減するとともに装置の小型化が可能である。
【０００９】
また本構成において、プローブ装置内部の光源駆動装置の前段にデジタル／アナログ変換器と、光検出部の後段にアナログ／デジタル変換器と並列直列変換器を設けるものとし、プローブ装置と制御演算装置との間ではデジタル信号を送受するものとする。アナログの光制御信号および受光信号の送受をプローブ装置内部に納める事により、雑音を抑制するとともに、複数の光制御信号および受光信号をそれぞれ１列の直列信号として扱い、プローブ装置と制御演算装置との間の信号送受を簡易な構成で実現可能とする。
【００１０】
またプローブ装置内部に分配器を２つあるいはそれ以上配置する事により、上記構成より少なくとも２倍の光検出部を配置する事が可能であり、重量低減の効果を維持しつつより多くの生体情報を獲得する事ができる。また必要に応じてプローブ装置内部に光源駆動装置とこれに対応する分配器を２つあるいはそれ以上配置する事により、多くの生体情報を獲得する事ができる。
【００１１】
また上記構成において、各光照射部で照射される光は時間的に独立に発せられ且つ強度変調されており、受光信号は制御演算装置において位相同期検波処理されるものとする。このため外乱光などの雑音の除去が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明における生体光計測装置によれば、装置を小型化且つ軽量化する事が可能で、且つ高精度な生体信号を獲得する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明において、発明の実施の形態とともに図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、本発明による生体光計測装置の第一の実施の形態について説明する。図１は、本発明による生体光計測装置の装置構成の一部を表す概略図である。生体光計測装置１００は、プローブ装置１０１と、演算装置１０２と、プローブ装置１０１と演算装置１０２との間で信号を伝送するケーブル９００と、制御装置１０３から成り、演算装置１０２の図示しない無線送受信部１０２１および制御装置１０３の図示しない無線送受信部１０３１により、プローブ装置１０１および演算装置１０２での光駆動信号および受光信号を制御し、生体光計測を可能とする。演算装置１０２と制御装置１０３の信号のやり取りは、無線である必要はなく、ケーブルによる有線の信号伝送であっても良く、さらに演算装置１０２と制御装置１０３を分離する必要はなく一体構成としても良い。また、演算装置１０２は、計測データおよび計測手続き等を記録するための記録部１０４を具備し、外部メモリ１０４１を記録部１０４に着脱する事により、記録したデータを取り出したり、あらかじめ記録された計測手続きを読み出したりする事ができる。記録部１０４および外部メモリ１０４１により、にあらかじめ記録された計測手続きに従い計測を制御しつつ、計測データを記録部１０４にて外部メモリ１０４１に記録する事により、制御装置１０３を用いず，プローブ装置１０１および演算装置１０２のみでの計測が可能である。ここでは、プローブ装置１０１および演算装置１０２のみでの計測について記述する。
【００１５】
図２は、図１に示した装置構成における信号の流れについて概略を示したものである。プローブ装置１０１には生体に光を照射する１つまたは複数の光照射部１０１１と、照射光が生体で透過あるいは反射され、これを検出する１つまたは複数の光検出部１０１２がある。本発明によれば、光照射部１０１１で照射される光駆動信号は、演算装置１０２の内部にある変調器１０２２において、ある特定の周波数、またはある種の符号に基くデジタルの振幅変調信号として発生され、プローブ装置１０１に至る。プローブ装置１０１において光駆動信号はＤ／Ａ変換機１０１３によってアナログの振幅変調信号に変換され、１つの光源駆動装置１０１４に伝えられる。光源駆動装置１０１４では、アナログの振幅変調信号を光駆動信号に変換し、マルチプレクサ１０１５によって１つまたは複数の光照射部１０１１各々へ図６のようにタイミングをずらして伝える。光照射部１０１１では、光駆動信号に基づき強度変調光を発生させ、生体に順次照射する。光検出部１０１２では、生体を透過または反射した強度変調光がアナログの振幅変調信号として出力される。このアナログの振幅変調信号は、各光検出部１０１２に対応したＡ／Ｄ変換機１０１６においてデジタルの振幅変調信号に変換される。このデジタルの振幅変調信号は、パラレル／シリアル変換機１０１７によって１つにまとめられ、演算装置１０２へ１つのデジタル信号として送られる。このように、Ｄ／Ａ変換機１０１３、光源駆動装置１０１４、マルチプレクサ１０１５、Ａ／Ｄ変換機１０１６、パラレル／シリアル変換機１０１７をプローブ装置１０１内部に有する事で、プローブ装置１０１と演算装置１０２との間を、光源駆動側および光検出側の信号のやり取りをそれぞれ１本ずつのケーブルで伝送する事ができる。
【００１６】
本発明による生体光計測装置により、マルチプレクサ１０１５を用いる事で全ての光照射部１０１１から光照射する事ができる。そのため、各光照射部１０１１に対応した光源駆動装置を用意する必要はなく、１つの光源駆動装置１０１４を用いるだけで良い事になり、この装置構成は装置の小型化に必要不可欠なものである。
【実施例２】
【００１７】
生体や周囲の温度変化等の種々の原因により照射光量が変動した場合に、検出光量を補正する例について説明する。図３は、本発明における実施の形態の１つを示したもので、プローブ装置１０１内の光検出部１０１２とＡ／Ｄ変換機１０１６とパラレル／シリアル変換機１０１７を省略してある。本実施例によれば、各光照射部１０１１には、モニターフォトダイオード１０９が具備されていて照射光量を常時検出しており、検出信号をバッファメモリ１０１８を通して１つにまとめ、Ａ／Ｄ変換器１０１９へ送り、一連のデジタル信号として演算装置１０２へ伝送している。またこの演算装置１０２へ伝送するまでの処理は、図２に示す構成と同じく光検出部１０１２に対応するＡ／Ｄ変換器とパラレル／シリアル変換器を用いても良い。本来照射すべき光量がＰｓであった場合、周囲の温度変化等の種々の原因により、ある時刻ｔにおける実際の照射光量が本来のｋ（ｔ）倍に変化すると、時刻ｔにおける実際の照射光量はＰｓ×ｋ（ｔ）となる。この時、モニターフォトダイオード１０９で観測された照射光量Ｐｓ×ｋ（ｔ）が演算装置１０２へ伝送され、既知の値Ｐｓよりｋ（ｔ）を算出できる。一方、本来照射すべき光量Ｐｓに対し、光検出部１０１２にて本来検出されるべき検出光量をＰｄ（ｔ）とすると、Ｐｄ（ｔ）には、光が被検体である生体内を透過あるいは反射する事で得られる生体情報の時間的変動が含まれている。そのため、照射光量の時間的変動ｋ（ｔ）が生じると、検出光量はＰｄ（ｔ）×ｋ（ｔ）となり、生体情報の時間的変動と照射光量の時間的変動とがともに含まれて検出される。ここで、モニターフォトダイオード１０９と演算装置１０２より照射光量の時間的変動ｋ（ｔ）をあらかじめ獲得しているため、リアルタイムでも事後処理であっても、ｋ（ｔ）にて検出光量を除算する事により、本来の信号であるＰｄ（ｔ）を回復する事ができるため、周囲の温度変化等の種々の原因に伴う照射光量の変動によらない生体情報計測データを記録する事ができる。
【００１８】
また、光源駆動信号をＶ（ｔ）とし、得られたｋ（ｔ）をリアルタイムに光源駆動信号にフィードバックする事により、照射光量を調節する事も可能である。すなわち、ある時刻ｔにおいて、直前に得られたｋ（ｔ−１）を用い、Ｖ（ｔ）÷ｋ（ｔ−１）を光源駆動信号として伝送すれば良い。これにより、光照射部で発生させる光の強度をほぼ一定に保つ事ができる。
【実施例３】
【００１９】
図４は、本発明における実施の形態の１つを示したもので、プローブ装置１０１に配置された光照射部１０１１および光検出部１０１２を示している。この配置において、各光検出部１０１２は、複数の光照射部１０１１より照射された光を検出し、このとき図２におけるマルチプレクサ１０１５によって光照射部１０１１の光照射は時間的に分離されているため、演算装置１０２において処理される照射タイミングにより、どの光照射部１０１１からの信号かを分離する事ができる。また、本発明による生体光計測装置によれば、各光照射部１０１１で照射される光は強度変調光であるため、演算装置１０２において同期位相検波処理を行うため、光検出部１０１２に入り込む迷光などの種々の原因から生じる雑音を除去し、本来の生体信号を精度良く取得する事が可能である。
【実施例４】
【００２０】
本実施例では、生体光計測における光照射部１０１１の光量レベル設定として、光検出部１０１２で検出される複数の光照射部１０１１からの光量レベルを調整し、Ａ／Ｄ変換機１０１６の検出範囲を効率的に設定する例について説明する。図５に示す例では、各光照射部１０１１には波長λ１の光源１０１１ａと、λ１とは異なる波長λ２の光源１０１１ｂと、これら２光源の光強度を監視するモニターフォトダイオード１０９があり、光検出部１０１２においては少なくとも２つの光照射部１０１１から４つの光が到達する。このとき、光検出部１０１２に到達した光の４つの検出光量をＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（光量の大きさはＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４）とする。これらは、マルチプレクサ１０１５により時間的に分離して照射された光に基づくため、独立に光量を評価する事ができる。Ｐ４に対し、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が弱い場合、演算装置１０２において光駆動信号をそれぞれ（Ｐ４／Ｐ１）倍、（Ｐ４／Ｐ２）倍、（Ｐ４／Ｐ３）倍とするフィードバックを与える事で、検出光量レベルを合わせて照射光量を調整する事ができる。一方で、照射光量の安全性を確保する必要があるため、安全基準レベルＰｂがあらかじめ設定されており、モニターフォトダイオード１０９にて検出される照射光量がＰｂを超えないように演算装置１０２において制御される。例えば上述の例において４光源の照射光量をＰｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３、Ｐｓ４とし、Ｐｓ２＜Ｐｂ＜Ｐｓ３であった場合、照射光量をそれぞれ（Ｐｂ／Ｐｓ１）倍、（Ｐｂ／Ｐｓ２）倍、（Ｐｂ／Ｐｓ３）倍、（Ｐｂ／Ｐｓ４）倍とするように、演算装置１０２において光駆動信号にフィードバックを与える。
【実施例５】
【００２１】
次に、２つの変調器と、２つのＤ／Ａ変換器と、２つの光源駆動装置と、２つのマルチプレクサを用いる事により、少なくとも２倍の数の光照射部１０１１を持ち、且つ全光照射部１０１１の照射時間を変える事のない生体光計測装置を構成する実施例について説明する。すなわち、図７に示す通り、演算装置１０２に備えた第１の変調器１０２２において第１の変調周波数または第１の符号に基づくデジタルの振幅変調信号を発生させ、これをケーブル９００を通じて第１のＤ／Ａ変換器１０１３に伝送し、これに基づき第１の光源駆動装置１０１４において第１の光駆動信号を生成して第１のマルチプレクサ１０１５に伝送し、第１のマルチプレクサ１０１５によって第１の光駆動信号をｍ１個の光照射部１０１１に分配して被検体に光を照射するとともに、演算装置１０２に備えた第２の変調器２０２２において、第１の変調周波数とは相関のない第２の変調周波数または第１の符号とは相関のない第２の符号に基づくデジタルの振幅変調信号を発生させ、これをケーブル９００を通じて第２のＤ／Ａ変換器２０１３に伝送し、これに基き第２の光源駆動装置２０１４において第２の光駆動信号を生成して第２のマルチプレクサ２０１５に伝送し、第２のマルチプレクサ２０１５によって第２の光駆動信号をｍ２個の光照射部２０１１に分配して被検体に光を照射する。この時、光照射部１０１１および光照射部２０１１においては、第１の変調周波数または第１の符号を持つ光と第２の変調周波数または第２の符号を持つ光が同時に被検体に照射されるが、演算装置１０２で行う位相同期検波処理により、対象とする周波数または符号とは異なる光信号は除去されるため、異なる周波数または符号を持つ光信号に影響されず、また雑音に対する精度と計測時間を劣化させる事なく、より多くの生体情報を得る事が可能である。
【実施例６】
【００２２】
上記実施例５に示した例において、第１のマルチプレクサ１０１５により光駆動信号を分配される光照射部１０１１と、第２のマルチプレクサ２０１５により光駆動信号を分配される光照射部２０１１とが、空間的に充分離れ、一方の光照射部１０１１で照射された光が被検体内を伝播し他方の光照射部２０１１近傍で無視できるほど減衰していると判断される場合、第１の変調周波数または符号と第２の変調周波数または符号を同一にする事が可能である。この場合、図８に示すように、第１のマルチプレクサ１０１５および第２のマルチプレクサ２０１５を備えるとともに、変調器１０２２、Ｄ／Ａ変換器１０１３、光源駆動装置１０１４はそれぞれ１つのみ備える事により、より簡素化した装置構成で多くの生体情報を得る事が可能である。また、本実施例による構成と、実施例６に示した装置構成を組み合わせる事により、さらに多くの生体情報を得る事が可能である。
【実施例７】
【００２３】
また上述の実施例５および実施例６の装置構成において、第１の光源駆動装置と第２の光源駆動装置でそれぞれ発せられる光駆動信号の位相を反転させる事で、電源由来のノイズを抑制する事ができる。図９のように、第１の光源駆動装置１０１４および第２の光源駆動装置２０１４および光検出部１０１２が同一の電源部５００より電源を供給された状況において、第１の光源駆動装置１０１４および第２の光源駆動装置２０１４より出力されるアナログの光駆動信号がある特定の周波数で変調された矩形波の振幅変調である場合、電源部５００から見ると、振幅変調に伴いインピーダンス変動が生じる。そのため変調に伴う変動が光検出部１０１２にノイズとして回りこむ可能性がある。この時、第１の光源駆動装置１０１４より発せられる第１の光駆動信号と、第２の光源駆動装置２０１４より発せられる第２の光駆動信号を同一の周波数で変調された矩形波とし、且つ位相が反転しているものとすると、図１０のように、電源部５００から見たインピーダンス変動はほぼ一定となる。本発明による生体光計測装置において、上述の第１および第２の光駆動信号を用いる事により、不要なノイズを抑制する事が可能である。
【実施例８】
【００２４】
次に、図１１に示す通り、プローブ装置１０１に表示部３０１と１つの処理部３００を備える事により、プローブ装置１０１上に計測結果を即時に表示する実施例について説明する。演算装置１０２にて処理され獲得された生体情報は、演算装置１０２とプローブ装置１０１とを結ぶケーブル３０２により処理部３００へ即時に伝送され、処理部３００より各表示部３０１へ送られる。表示部３０１は、ＬＥＤ、液晶など視覚的な表示装置や、スピーカなどの音声呈示装置やバイブレータなどの振動装置、サーミスタなどを利用した温度呈示装置であっても良い。表示する生体情報が２種類の場合で、且つプローブ装置１０１の表面に表示部３０１、裏面に光照射部１０１１および光検出部１０１２を備えた場合の実装例を図１２に示す。破線で示した光照射部１０１１および光検出部１０１２は裏面に存在する事を示す。図１２では、光照射部１０１１と光検出部１０１２の略中点で生体情報が得られた場合の例を示しており、生体情報が得られていると想定される箇所に表示部３０１を配置しているが、表示部３０１は必要に応じて適切な配置箇所に実装すれば良い。この例では生体情報が２種類あるため、各表示部３０１には、第１の生体情報を表示する第１の表示部３０１１と、第２の生体情報を表示する第２の表示部３０１２が存在する。例えば、第１の表示部３０１１および第２の表示部３０１２がともにＬＥＤであり且つ生体情報として生体内の特定の２種類の物質の濃度を示す表示部である場合、物質の濃度が増大に伴い発光量を増大させ、また物質の濃度の減少に伴い発光量を減少させる事で、生体情報である各物質の濃度変化を即時に表示する事が可能である。また図１３に示すように、ケーブル３０２に換えて、プローブ装置１０１の内部に備えたケーブル３０３により、光検出部１０２により得られた信号を、演算装置１０２を介さずに処理部３００へ伝送し、処理部３００にて生体情報獲得のための必要な処理を施し、表示部３０１を制御する事が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明による生体光計測装置は、プローブ装置内部にＤ／Ａ変換器、光源駆動装置、分配器、Ａ／Ｄ変換器、パラレル／シリアル変換器を具備する事を特徴とした装置構成により、従来の生体光計測装置で用いられていた光ファイバを除去するのみならず、現実的な装置の小型化を提案し実現した。小型化に伴い、被検体に対する拘束性も低減され、医療・福祉機関や研究機関といった専門機関のみならず、スポーツやアミューズメント、教育など幅広い分野での活用が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における生体光計測装置の概略図。
【図２】本発明における生体光計測装置において、信号の流れを示す概略図。
【図３】本発明における生体光計測装置において、信号の流れを示す概略図。
【図４】本発明における生体光計測装置において、光照射部および光検出部の一例を示す概略図。
【図５】本発明における生体光計測装置において、１つの光検出部の近傍に、異なる波長の２つの光源と１つのモニターフォトダイオードを有する光照射部を２つ備えた例を示す概略図。
【図６】本発明における生体光計測装置において、複数の光照射部で照射する光が同一の変調周波数を持ち、各光照射部での照射タイミングが時間的に重ならない事を示す概念図。
【図７】本発明における生体光計測装置において、２つの異なる変調周波数を持つ光駆動信号を利用し、多くの計測信号を得る事を実現する構成の一例。
【図８】本発明における生体光計測装置において、１つの変調周波数を持つ光駆動信号により、多くの計測信号を得る事を実現する構成の一例。
【図９】光源駆動装置と光検出部に電源を供給するための構成の一例。
【図１０】２つの光源駆動装置で生成する光駆動信号に同一の周波数を持たせ且つ位相を反転させた時の信号の振幅変化と、その際に生じるインピーダンス変動の一例。
【図１１】本発明における生体光計測装置において、表示部に生体情報を表示する構成の一例。
【図１２】本発明における生体光計測装置において、表示部に生体情報を表示するための実装例。
【図１３】本発明における生体光計測装置において、表示部に生体情報を表示する構成の一例。
【符号の説明】
【００２７】
１０１…プローブ装置、
１０１１…光照射部、
１０１１ａ…波長λ１の光源、
１０１１ｂ…波長λ２の光源、
１０１２…光検出部、
１０１３…Ｄ／Ａ変換器、
１０１４…光源駆動装置、
１０１５…マルチプレクサ（分配器）、
１０１６…Ａ／Ｄ変換器、
１０１７…パラレル／シリアル変換器、
１０１８…バッファメモリ、
１０１９…Ａ／Ｄ変換器、
１０２…演算装置、
１０２２…変調器、
１０３…制御装置、
１０４…記録部、
１０４１…外部メモリ、
１０９…モニターフォトダイオード、
２０１１…光照射部、
２０１３…Ｄ／Ａ変換器、
２０１４…光源駆動装置、
２０１５…マルチプレクサ（分配器）、
２０２２…変調器、
３００…処理部、
３０１…表示部、
３０１１…第１の表示部、
３０１２…第２の表示部、
３０２…ケーブル、
３０３…ケーブル
５００…電源部、
９００…ケーブル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて生体内部の情報を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内部の情報を、簡便で生体に害を与えずに計測する装置が、臨床医療や脳科学等の分野で用いられている。その中でも、特に光を用いた計測法は非常に有効な手段である。その第一の理由は、生体内部の酸素代謝機能は生体中の特定色素（ヘモグロビン、チトクロームａａ３、ミオグロビン等）の濃度に対応しており、これらの色素の濃度は、光の吸収量から求められるからである。また、光計測が有効である第二、第三の理由は、光は光ファイバにより扱いが簡便であり、さらに安全基準の範囲内での使用により生体に害を与えないことが挙げられる。
【０００３】
このような光計測の利点を活かして、可視から赤外の波長の光を用いて生体内部を計測する生体光計測装置が、例えば、特許文献１もしくは特許文献２に記載されている。これらの文献に記載の生体光計測装置は、半導体レーザで光を発生させ、発生させた光を光ファイバで導いて被検体に照射し、生体内を透過あるいは反射してきた光を検出し、検出した光を光ファイバによってフォトダイオードまで導き、検出光量から血液循環、血行動態、ヘモグロビン変化などの生体情報を得ている。
【０００４】
また、このような生体光計測を実現するために、被検体に光ファイバを接触させる生体光計測プローブが用いられている。これは、光を照射する光照射部と、生体内を透過あるいは反射してきた光を検出する光検出部と、前記光照射部と前記光検出部を格子状あるいは網目状に配列させて固定する固定部材とによって構成されている。また、この固定部材をバンドもしくはゴム紐もしくはヘアバンドなどを用いて光照射部と光検出部を被検体に接触させる形状になっている。この生体光計測プローブの例として、特許文献３などが挙げられる。また、通常光ファイバは複数あり、これら複数の光ファイバを束ねる構造を有する生体光計測プローブが、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９などに記載されている。
【０００５】
上述の特許文献では、装置本体で発せられた光を光ファイバで生体へ導く事で光計測を実現しているが、より簡便で被験体への負荷を低減するためには光ファイバを用いない事が望ましい。光ファイバを除去し、簡便な計測を実現する従来技術は、特許文献１０、特許文献１１などに記載されている。これらは、光源および受光器を生体光計測プローブに備え、無線制御により生体情報を獲得する技術である。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９８９７２号公報
【特許文献２】特開平９−１４９９０３号公報（対応US2001／0018554）
【特許文献３】特開平８−１１７２０９号公報
【特許文献４】特開２００１−２８６４４９号公報
【特許文献５】特開２００２−１１０１２号公報
【特許文献６】特開２００３−３２２６１２号公報
【特許文献７】特開２００４−２０５４９３号公報（対応US2006／0058594）
【特許文献８】特開２００４−２４８９６１号公報
【特許文献９】実開平５−９３４０３号公報
【特許文献１０】特開平９−１４０７１５号公報
【特許文献１１】特開２００２−１５０１２３号公報(対応US2003／009336)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
生体光計測において、生体に与える負荷を限りなく低減する事は最重要課題の一つである。生体光計測を実現するために光ファイバで構成された生体光計測プローブ（以下、プローブ）を被検体である生体に接触させると、生体の可動範囲が光ファイバの長さにより制限されたり、光ファイバの重量が生体に負荷を与えたりすることが考えられる。このことから、より自然な状態で生体光計測を実現するためには、光ファイバを用いず且つ小型軽量な生体光計測装置が求められて来た。そのため、従来技術ではプローブ内部に光源と検出器を配置することで光ファイバを除去しているが、その際、光源駆動装置を光源とアナログ電気信号で接続可能な箇所に設置する必要があり、電気的な、あるいは想定し得る全ての雑音をできるだけ抑制するためには、光源駆動装置をプローブ内部に配置する必要があった。また、多くの生体情報を獲得するためにプローブ内部に光源を複数配置すると、複数の光源駆動装置が必要となるため重量および体積が増大し、被検体に与える負荷が大きくなる事が挙げられる。以上より、光ファイバを用いず且つ小型軽量で、多くの生体情報を獲得する事が可能な生体光計測装置は、これまで実現されなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
生体光計測装置において、被検体に光を照射し被検体内部を透過あるいは反射した光を検出するためのプローブ装置と、プローブ装置と光制御信号および受光信号を送受し生体信号を獲得する制御演算装置とを有し、プローブ装置内部の最も簡易な構成として、光を照射するための１つまたは複数の光照射部と、生体を透過あるいは反射した光を検出するための１つまたは複数の光検出部と、１つの光源駆動装置と、１つの分配器を、配置するものとする。本構成において１つの分配器を配置した事により、複数の光照射部より生体に光を照射する場合においても、光源駆動装置は１つあれば良い事から、プローブ装置の重量を大幅に低減するとともに装置の小型化が可能である。
【０００９】
また本構成において、プローブ装置内部の光源駆動装置の前段にデジタル／アナログ変換器と、光検出部の後段にアナログ／デジタル変換器と並列直列変換器を設けるものとし、プローブ装置と制御演算装置との間ではデジタル信号を送受するものとする。アナログの光制御信号および受光信号の送受をプローブ装置内部に納める事により、雑音を抑制するとともに、複数の光制御信号および受光信号をそれぞれ１列の直列信号として扱い、プローブ装置と制御演算装置との間の信号送受を簡易な構成で実現可能とする。
【００１０】
またプローブ装置内部に分配器を２つあるいはそれ以上配置する事により、上記構成より少なくとも２倍の光検出部を配置する事が可能であり、重量低減の効果を維持しつつより多くの生体情報を獲得する事ができる。また必要に応じてプローブ装置内部に光源駆動装置とこれに対応する分配器を２つあるいはそれ以上配置する事により、多くの生体情報を獲得する事ができる。
【００１１】
また上記構成において、各光照射部で照射される光は時間的に独立に発せられ且つ強度変調されており、受光信号は制御演算装置において位相同期検波処理されるものとする。このため外乱光などの雑音の除去が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明における生体光計測装置によれば、装置を小型化且つ軽量化する事が可能で、且つ高精度な生体信号を獲得する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明において、発明の実施の形態とともに図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、本発明による生体光計測装置の第一の実施の形態について説明する。図１は、本発明による生体光計測装置の装置構成の一部を表す概略図である。生体光計測装置１００は、プローブ装置１０１と、演算装置１０２と、プローブ装置１０１と演算装置１０２との間で信号を伝送するケーブル９００と、制御装置１０３から成り、演算装置１０２の図示しない無線送受信部１０２１および制御装置１０３の図示しない無線送受信部１０３１により、プローブ装置１０１および演算装置１０２での光駆動信号および受光信号を制御し、生体光計測を可能とする。演算装置１０２と制御装置１０３の信号のやり取りは、無線である必要はなく、ケーブルによる有線の信号伝送であっても良く、さらに演算装置１０２と制御装置１０３を分離する必要はなく一体構成としても良い。また、演算装置１０２は、計測データおよび計測手続き等を記録するための記録部１０４を具備し、外部メモリ１０４１を記録部１０４に着脱する事により、記録したデータを取り出したり、あらかじめ記録された計測手続きを読み出したりする事ができる。記録部１０４および外部メモリ１０４１により、にあらかじめ記録された計測手続きに従い計測を制御しつつ、計測データを記録部１０４にて外部メモリ１０４１に記録する事により、制御装置１０３を用いず，プローブ装置１０１および演算装置１０２のみでの計測が可能である。ここでは、プローブ装置１０１および演算装置１０２のみでの計測について記述する。
【００１５】
図２は、図１に示した装置構成における信号の流れについて概略を示したものである。プローブ装置１０１には生体に光を照射する１つまたは複数の光照射部１０１１と、照射光が生体で透過あるいは反射され、これを検出する１つまたは複数の光検出部１０１２がある。本発明によれば、光照射部１０１１で照射される光駆動信号は、演算装置１０２の内部にある変調器１０２２において、ある特定の周波数、またはある種の符号に基くデジタルの振幅変調信号として発生され、プローブ装置１０１に至る。プローブ装置１０１において光駆動信号はＤ／Ａ変換機１０１３によってアナログの振幅変調信号に変換され、１つの光源駆動装置１０１４に伝えられる。光源駆動装置１０１４では、アナログの振幅変調信号を光駆動信号に変換し、マルチプレクサ１０１５によって１つまたは複数の光照射部１０１１各々へ図６のようにタイミングをずらして伝える。光照射部１０１１では、光駆動信号に基づき強度変調光を発生させ、生体に順次照射する。光検出部１０１２では、生体を透過または反射した強度変調光がアナログの振幅変調信号として出力される。このアナログの振幅変調信号は、各光検出部１０１２に対応したＡ／Ｄ変換機１０１６においてデジタルの振幅変調信号に変換される。このデジタルの振幅変調信号は、パラレル／シリアル変換機１０１７によって１つにまとめられ、演算装置１０２へ１つのデジタル信号として送られる。このように、Ｄ／Ａ変換機１０１３、光源駆動装置１０１４、マルチプレクサ１０１５、Ａ／Ｄ変換機１０１６、パラレル／シリアル変換機１０１７をプローブ装置１０１内部に有する事で、プローブ装置１０１と演算装置１０２との間を、光源駆動側および光検出側の信号のやり取りをそれぞれ１本ずつのケーブルで伝送する事ができる。
【００１６】
本発明による生体光計測装置により、マルチプレクサ１０１５を用いる事で全ての光照射部１０１１から光照射する事ができる。そのため、各光照射部１０１１に対応した光源駆動装置を用意する必要はなく、１つの光源駆動装置１０１４を用いるだけで良い事になり、この装置構成は装置の小型化に必要不可欠なものである。
【実施例２】
【００１７】
生体や周囲の温度変化等の種々の原因により照射光量が変動した場合に、検出光量を補正する例について説明する。図３は、本発明における実施の形態の１つを示したもので、プローブ装置１０１内の光検出部１０１２とＡ／Ｄ変換機１０１６とパラレル／シリアル変換機１０１７を省略してある。本実施例によれば、各光照射部１０１１には、モニターフォトダイオード１０９が具備されていて照射光量を常時検出しており、検出信号をバッファメモリ１０１８を通して１つにまとめ、Ａ／Ｄ変換器１０１９へ送り、一連のデジタル信号として演算装置１０２へ伝送している。またこの演算装置１０２へ伝送するまでの処理は、図２に示す構成と同じく光検出部１０１２に対応するＡ／Ｄ変換器とパラレル／シリアル変換器を用いても良い。本来照射すべき光量がＰｓであった場合、周囲の温度変化等の種々の原因により、ある時刻ｔにおける実際の照射光量が本来のｋ（ｔ）倍に変化すると、時刻ｔにおける実際の照射光量はＰｓ×ｋ（ｔ）となる。この時、モニターフォトダイオード１０９で観測された照射光量Ｐｓ×ｋ（ｔ）が演算装置１０２へ伝送され、既知の値Ｐｓよりｋ（ｔ）を算出できる。一方、本来照射すべき光量Ｐｓに対し、光検出部１０１２にて本来検出されるべき検出光量をＰｄ（ｔ）とすると、Ｐｄ（ｔ）には、光が被検体である生体内を透過あるいは反射する事で得られる生体情報の時間的変動が含まれている。そのため、照射光量の時間的変動ｋ（ｔ）が生じると、検出光量はＰｄ（ｔ）×ｋ（ｔ）となり、生体情報の時間的変動と照射光量の時間的変動とがともに含まれて検出される。ここで、モニターフォトダイオード１０９と演算装置１０２より照射光量の時間的変動ｋ（ｔ）をあらかじめ獲得しているため、リアルタイムでも事後処理であっても、ｋ（ｔ）にて検出光量を除算する事により、本来の信号であるＰｄ（ｔ）を回復する事ができるため、周囲の温度変化等の種々の原因に伴う照射光量の変動によらない生体情報計測データを記録する事ができる。
【００１８】
また、光源駆動信号をＶ（ｔ）とし、得られたｋ（ｔ）をリアルタイムに光源駆動信号にフィードバックする事により、照射光量を調節する事も可能である。すなわち、ある時刻ｔにおいて、直前に得られたｋ（ｔ−１）を用い、Ｖ（ｔ）÷ｋ（ｔ−１）を光源駆動信号として伝送すれば良い。これにより、光照射部で発生させる光の強度をほぼ一定に保つ事ができる。
【実施例３】
【００１９】
図４は、本発明における実施の形態の１つを示したもので、プローブ装置１０１に配置された光照射部１０１１および光検出部１０１２を示している。この配置において、各光検出部１０１２は、複数の光照射部１０１１より照射された光を検出し、このとき図２におけるマルチプレクサ１０１５によって光照射部１０１１の光照射は時間的に分離されているため、演算装置１０２において処理される照射タイミングにより、どの光照射部１０１１からの信号かを分離する事ができる。また、本発明による生体光計測装置によれば、各光照射部１０１１で照射される光は強度変調光であるため、演算装置１０２において同期位相検波処理を行うため、光検出部１０１２に入り込む迷光などの種々の原因から生じる雑音を除去し、本来の生体信号を精度良く取得する事が可能である。
【実施例４】
【００２０】
本実施例では、生体光計測における光照射部１０１１の光量レベル設定として、光検出部１０１２で検出される複数の光照射部１０１１からの光量レベルを調整し、Ａ／Ｄ変換機１０１６の検出範囲を効率的に設定する例について説明する。図５に示す例では、各光照射部１０１１には波長λ１の光源１０１１ａと、λ１とは異なる波長λ２の光源１０１１ｂと、これら２光源の光強度を監視するモニターフォトダイオード１０９があり、光検出部１０１２においては少なくとも２つの光照射部１０１１から４つの光が到達する。このとき、光検出部１０１２に到達した光の４つの検出光量をＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（光量の大きさはＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４）とする。これらは、マルチプレクサ１０１５により時間的に分離して照射された光に基づくため、独立に光量を評価する事ができる。Ｐ４に対し、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が弱い場合、演算装置１０２において光駆動信号をそれぞれ（Ｐ４／Ｐ１）倍、（Ｐ４／Ｐ２）倍、（Ｐ４／Ｐ３）倍とするフィードバックを与える事で、検出光量レベルを合わせて照射光量を調整する事ができる。一方で、照射光量の安全性を確保する必要があるため、安全基準レベルＰｂがあらかじめ設定されており、モニターフォトダイオード１０９にて検出される照射光量がＰｂを超えないように演算装置１０２において制御される。例えば上述の例において４光源の照射光量をＰｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３、Ｐｓ４とし、Ｐｓ２＜Ｐｂ＜Ｐｓ３であった場合、照射光量をそれぞれ（Ｐｂ／Ｐｓ１）倍、（Ｐｂ／Ｐｓ２）倍、（Ｐｂ／Ｐｓ３）倍、（Ｐｂ／Ｐｓ４）倍とするように、演算装置１０２において光駆動信号にフィードバックを与える。
【実施例５】
【００２１】
次に、２つの変調器と、２つのＤ／Ａ変換器と、２つの光源駆動装置と、２つのマルチプレクサを用いる事により、少なくとも２倍の数の光照射部１０１１を持ち、且つ全光照射部１０１１の照射時間を変える事のない生体光計測装置を構成する実施例について説明する。すなわち、図７に示す通り、演算装置１０２に備えた第１の変調器１０２２において第１の変調周波数または第１の符号に基づくデジタルの振幅変調信号を発生させ、これをケーブル９００を通じて第１のＤ／Ａ変換器１０１３に伝送し、これに基づき第１の光源駆動装置１０１４において第１の光駆動信号を生成して第１のマルチプレクサ１０１５に伝送し、第１のマルチプレクサ１０１５によって第１の光駆動信号をｍ１個の光照射部１０１１に分配して被検体に光を照射するとともに、演算装置１０２に備えた第２の変調器２０２２において、第１の変調周波数とは相関のない第２の変調周波数または第１の符号とは相関のない第２の符号に基づくデジタルの振幅変調信号を発生させ、これをケーブル９００を通じて第２のＤ／Ａ変換器２０１３に伝送し、これに基き第２の光源駆動装置２０１４において第２の光駆動信号を生成して第２のマルチプレクサ２０１５に伝送し、第２のマルチプレクサ２０１５によって第２の光駆動信号をｍ２個の光照射部２０１１に分配して被検体に光を照射する。この時、光照射部１０１１および光照射部２０１１においては、第１の変調周波数または第１の符号を持つ光と第２の変調周波数または第２の符号を持つ光が同時に被検体に照射されるが、演算装置１０２で行う位相同期検波処理により、対象とする周波数または符号とは異なる光信号は除去されるため、異なる周波数または符号を持つ光信号に影響されず、また雑音に対する精度と計測時間を劣化させる事なく、より多くの生体情報を得る事が可能である。
【実施例６】
【００２２】
上記実施例５に示した例において、第１のマルチプレクサ１０１５により光駆動信号を分配される光照射部１０１１と、第２のマルチプレクサ２０１５により光駆動信号を分配される光照射部２０１１とが、空間的に充分離れ、一方の光照射部１０１１で照射された光が被検体内を伝播し他方の光照射部２０１１近傍で無視できるほど減衰していると判断される場合、第１の変調周波数または符号と第２の変調周波数または符号を同一にする事が可能である。この場合、図８に示すように、第１のマルチプレクサ１０１５および第２のマルチプレクサ２０１５を備えるとともに、変調器１０２２、Ｄ／Ａ変換器１０１３、光源駆動装置１０１４はそれぞれ１つのみ備える事により、より簡素化した装置構成で多くの生体情報を得る事が可能である。また、本実施例による構成と、実施例６に示した装置構成を組み合わせる事により、さらに多くの生体情報を得る事が可能である。
【実施例７】
【００２３】
また上述の実施例５および実施例６の装置構成において、第１の光源駆動装置と第２の光源駆動装置でそれぞれ発せられる光駆動信号の位相を反転させる事で、電源由来のノイズを抑制する事ができる。図９のように、第１の光源駆動装置１０１４および第２の光源駆動装置２０１４および光検出部１０１２が同一の電源部５００より電源を供給された状況において、第１の光源駆動装置１０１４および第２の光源駆動装置２０１４より出力されるアナログの光駆動信号がある特定の周波数で変調された矩形波の振幅変調である場合、電源部５００から見ると、振幅変調に伴いインピーダンス変動が生じる。そのため変調に伴う変動が光検出部１０１２にノイズとして回りこむ可能性がある。この時、第１の光源駆動装置１０１４より発せられる第１の光駆動信号と、第２の光源駆動装置２０１４より発せられる第２の光駆動信号を同一の周波数で変調された矩形波とし、且つ位相が反転しているものとすると、図１０のように、電源部５００から見たインピーダンス変動はほぼ一定となる。本発明による生体光計測装置において、上述の第１および第２の光駆動信号を用いる事により、不要なノイズを抑制する事が可能である。
【実施例８】
【００２４】
次に、図１１に示す通り、プローブ装置１０１に表示部３０１と１つの処理部３００を備える事により、プローブ装置１０１上に計測結果を即時に表示する実施例について説明する。演算装置１０２にて処理され獲得された生体情報は、演算装置１０２とプローブ装置１０１とを結ぶケーブル３０２により処理部３００へ即時に伝送され、処理部３００より各表示部３０１へ送られる。表示部３０１は、ＬＥＤ、液晶など視覚的な表示装置や、スピーカなどの音声呈示装置やバイブレータなどの振動装置、サーミスタなどを利用した温度呈示装置であっても良い。表示する生体情報が２種類の場合で、且つプローブ装置１０１の表面に表示部３０１、裏面に光照射部１０１１および光検出部１０１２を備えた場合の実装例を図１２に示す。破線で示した光照射部１０１１および光検出部１０１２は裏面に存在する事を示す。図１２では、光照射部１０１１と光検出部１０１２の略中点で生体情報が得られた場合の例を示しており、生体情報が得られていると想定される箇所に表示部３０１を配置しているが、表示部３０１は必要に応じて適切な配置箇所に実装すれば良い。この例では生体情報が２種類あるため、各表示部３０１には、第１の生体情報を表示する第１の表示部３０１１と、第２の生体情報を表示する第２の表示部３０１２が存在する。例えば、第１の表示部３０１１および第２の表示部３０１２がともにＬＥＤであり且つ生体情報として生体内の特定の２種類の物質の濃度を示す表示部である場合、物質の濃度が増大に伴い発光量を増大させ、また物質の濃度の減少に伴い発光量を減少させる事で、生体情報である各物質の濃度変化を即時に表示する事が可能である。また図１３に示すように、ケーブル３０２に換えて、プローブ装置１０１の内部に備えたケーブル３０３により、光検出部１０２により得られた信号を、演算装置１０２を介さずに処理部３００へ伝送し、処理部３００にて生体情報獲得のための必要な処理を施し、表示部３０１を制御する事が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明による生体光計測装置は、プローブ装置内部にＤ／Ａ変換器、光源駆動装置、分配器、Ａ／Ｄ変換器、パラレル／シリアル変換器を具備する事を特徴とした装置構成により、従来の生体光計測装置で用いられていた光ファイバを除去するのみならず、現実的な装置の小型化を提案し実現した。小型化に伴い、被検体に対する拘束性も低減され、医療・福祉機関や研究機関といった専門機関のみならず、スポーツやアミューズメント、教育など幅広い分野での活用が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における生体光計測装置の概略図。
【図２】本発明における生体光計測装置において、信号の流れを示す概略図。
【図３】本発明における生体光計測装置において、信号の流れを示す概略図。
【図４】本発明における生体光計測装置において、光照射部および光検出部の一例を示す概略図。
【図５】本発明における生体光計測装置において、１つの光検出部の近傍に、異なる波長の２つの光源と１つのモニターフォトダイオードを有する光照射部を２つ備えた例を示す概略図。
【図６】本発明における生体光計測装置において、複数の光照射部で照射する光が同一の変調周波数を持ち、各光照射部での照射タイミングが時間的に重ならない事を示す概念図。
【図７】本発明における生体光計測装置において、２つの異なる変調周波数を持つ光駆動信号を利用し、多くの計測信号を得る事を実現する構成の一例。
【図８】本発明における生体光計測装置において、１つの変調周波数を持つ光駆動信号により、多くの計測信号を得る事を実現する構成の一例。
【図９】光源駆動装置と光検出部に電源を供給するための構成の一例。
【図１０】２つの光源駆動装置で生成する光駆動信号に同一の周波数を持たせ且つ位相を反転させた時の信号の振幅変化と、その際に生じるインピーダンス変動の一例。
【図１１】本発明における生体光計測装置において、表示部に生体情報を表示する構成の一例。
【図１２】本発明における生体光計測装置において、表示部に生体情報を表示するための実装例。
【図１３】本発明における生体光計測装置において、表示部に生体情報を表示する構成の一例。
【符号の説明】
【００２７】
１０１…プローブ装置、
１０１１…光照射部、
１０１１ａ…波長λ１の光源、
１０１１ｂ…波長λ２の光源、
１０１２…光検出部、
１０１３…Ｄ／Ａ変換器、
１０１４…光源駆動装置、
１０１５…マルチプレクサ（分配器）、
１０１６…Ａ／Ｄ変換器、
１０１７…パラレル／シリアル変換器、
１０１８…バッファメモリ、
１０１９…Ａ／Ｄ変換器、
１０２…演算装置、
１０２２…変調器、
１０３…制御装置、
１０４…記録部、
１０４１…外部メモリ、
１０９…モニターフォトダイオード、
２０１１…光照射部、
２０１３…Ｄ／Ａ変換器、
２０１４…光源駆動装置、
２０１５…マルチプレクサ（分配器）、
２０２２…変調器、
３００…処理部、
３０１…表示部、
３０１１…第１の表示部、
３０１２…第２の表示部、
３０２…ケーブル、
３０３…ケーブル
５００…電源部、
９００…ケーブル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光を照射し前記被検体内部を透過あるいは反射した光を検出するためのプローブ装置と、
前記プローブ装置に光制御信号を送り且つ前記プローブ装置から受光信号を受け取り生体信号を獲得する制御演算装置とを有し、
前記プローブ装置内部には、
光を照射するための光照射部と、
前記光制御信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するためのデジタル／アナログ変換器と、
アナログ信号に変換された前記光制御信号を受け取り光源駆動信号を発生させる少なくとも１つの光源駆動装置と、
前記光源駆動装置に対応し前記光源駆動信号を前記光照射部に時間的に順次分配する分配器と、
被検体内部を透過あるいは反射した光を検出する光検出部と、
前記光検出部で発生した受光信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、
デジタル信号に変換された受光信号を並列信号から直列信号へ変換する並列直列変換器とを有し、
前記プローブ装置と前記制御演算装置との間でデジタル信号を送受信する事を特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体光計測装置において、前記プローブ装置内部に、前記光照射部で被検体に照射する光の強度を観測するためのモニターフォトダイオードと、前記モニターフォトダイオードで発生した観測信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ／デジタル変換器とを有し、前記観測信号を前記制御演算装置へ伝送し、前記光検出部より前記制御演算装置へ伝送された前記受光信号を前記観測信号で除算する事を特徴とする生体光計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の生体光計測装置において、前記プローブ装置内部に、前記光照射部で被検体に照射する光の強度を観測するためのモニターフォトダイオードと、前記モニターフォトダイオードで発生した観測信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ／デジタル変換器とを有し、前記観測信号を前記制御演算装置へ伝送し、前記観測信号に基づき前記光制御信号を調整し前記光照射部で発生させる光の強度をほぼ一定に保つ事を特徴とする生体光計測装置。
【請求項４】
前記分配器は複数有り、
１つの前記光源駆動装置から、前記複数の分配器に、前記光源駆動信号を伝送することを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
【請求項５】
前記光源駆動装置と前記分配器は複数有り、
前記複数の光源駆動装置それぞれに、互いに異なる変調周波数または符号の変調信号を伝送し、
前記分配器それぞれには、前記互いに異なる変調周波数または符号の変調信号に変調された前記光源駆動信号が伝送されることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
【請求項６】
被検体に光を照射し前記被検体内部を透過あるいは反射した光を検出するためのプローブ装置と、
前記プローブ装置に光制御信号を送り且つ前記プローブ装置から受光信号を受け取り生体信号を獲得する制御演算装置とを有し、
前記プローブ装置内部には、
前記被検体に光を照射するための少なくとも２つの光照射部と、
前記被検体内部を透過あるいは反射した光を検出する少なくとも１つの光検出部とを有し、
各光照射部で照射される光は時間的に独立に発せられ且つ強度変調されており、
前記制御演算装置において前記受光信号を位相同期検波処理する事を特徴とする生体光計測装置。
【請求項１】
被検体に光を照射し前記被検体内部を透過あるいは反射した光を検出するためのプローブ装置と、
前記プローブ装置に光制御信号を送り且つ前記プローブ装置から受光信号を受け取り生体信号を獲得する制御演算装置とを有し、
前記プローブ装置内部には、
光を照射するための光照射部と、
前記光制御信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するためのデジタル／アナログ変換器と、
アナログ信号に変換された前記光制御信号を受け取り光源駆動信号を発生させる少なくとも１つの光源駆動装置と、
前記光源駆動装置に対応し前記光源駆動信号を前記光照射部に時間的に順次分配する分配器と、
被検体内部を透過あるいは反射した光を検出する光検出部と、
前記光検出部で発生した受光信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器と、
デジタル信号に変換された受光信号を並列信号から直列信号へ変換する並列直列変換器とを有し、
前記プローブ装置と前記制御演算装置との間でデジタル信号を送受信する事を特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体光計測装置において、前記プローブ装置内部に、前記光照射部で被検体に照射する光の強度を観測するためのモニターフォトダイオードと、前記モニターフォトダイオードで発生した観測信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ／デジタル変換器とを有し、前記観測信号を前記制御演算装置へ伝送し、前記光検出部より前記制御演算装置へ伝送された前記受光信号を前記観測信号で除算する事を特徴とする生体光計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の生体光計測装置において、前記プローブ装置内部に、前記光照射部で被検体に照射する光の強度を観測するためのモニターフォトダイオードと、前記モニターフォトダイオードで発生した観測信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するアナログ／デジタル変換器とを有し、前記観測信号を前記制御演算装置へ伝送し、前記観測信号に基づき前記光制御信号を調整し前記光照射部で発生させる光の強度をほぼ一定に保つ事を特徴とする生体光計測装置。
【請求項４】
前記分配器は複数有り、
１つの前記光源駆動装置から、前記複数の分配器に、前記光源駆動信号を伝送することを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
【請求項５】
前記光源駆動装置と前記分配器は複数有り、
前記複数の光源駆動装置それぞれに、互いに異なる変調周波数または符号の変調信号を伝送し、
前記分配器それぞれには、前記互いに異なる変調周波数または符号の変調信号に変調された前記光源駆動信号が伝送されることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
【請求項６】
被検体に光を照射し前記被検体内部を透過あるいは反射した光を検出するためのプローブ装置と、
前記プローブ装置に光制御信号を送り且つ前記プローブ装置から受光信号を受け取り生体信号を獲得する制御演算装置とを有し、
前記プローブ装置内部には、
前記被検体に光を照射するための少なくとも２つの光照射部と、
前記被検体内部を透過あるいは反射した光を検出する少なくとも１つの光検出部とを有し、
各光照射部で照射される光は時間的に独立に発せられ且つ強度変調されており、
前記制御演算装置において前記受光信号を位相同期検波処理する事を特徴とする生体光計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１７８５６３（Ｐ２００８−１７８５６３Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４４３６（Ｐ２００７−１４４３６）
【出願日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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