生体光計測装置
【課題】大脳の内側表面における脳活動の計測が可能な生体光計測装置を提供する
【解決手段】生体頭部に光を照射する複数の光照射器と、生体頭部内を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、を有する計測器を備える、生体に装着可能なプローブ２５と、計測部から取得された信号に基づいて、受光した光の分布を解析する解析部と、を有し、プローブ２５は、当該プローブが装着された場合、一または複数の計測器が、生体頭部内の大脳縦列を覆い、大脳縦列の長手方向に縦列に配置される形状を有する。
【解決手段】生体頭部に光を照射する複数の光照射器と、生体頭部内を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、を有する計測器を備える、生体に装着可能なプローブ２５と、計測部から取得された信号に基づいて、受光した光の分布を解析する解析部と、を有し、プローブ２５は、当該プローブが装着された場合、一または複数の計測器が、生体頭部内の大脳縦列を覆い、大脳縦列の長手方向に縦列に配置される形状を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳深部活動の計測が容易な生体光計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脳の局所的血液量変化は光トポグラフィ法により無侵襲に計測可能である。光トポグラフィ法では可視から赤外領域に属する波長の光を被検体に照射し，被検体内部を通過した複数信号の光を同一の光検出器で検出しヘモグロビン変化量（または，ヘモグロビン濃度と光路長の積の変化量）を計測する。この方法は、磁気共鳴描画装置（MRI）, ポジトロン断層撮影法（PET）等の他の脳機能計測技術に比べ被験者に対する拘束性も低いという特徴を有する。臨床現場において，言語機能や神経性発作などの計測が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１０３４３４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】岡田英史、他著 「生体光伝播シミュレーションの近赤外分光法への応用」、脈管学、Ｖｏｌ．４９、２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
脳活動に伴う血液量変化を計測する生体光計測装置は、既に特許文献１にて公開され、大脳表面での脳活動部位を決定することで、精神疾患、言語機能計測などの医療分野のみならず、心理学、認知科学分野などの人文科学分野などへ広く活用されている。
【０００６】
上記、特許文献１にて公開されている生体光計測装置は、図２に示されるように、頭皮・頭蓋骨７、脳脊髄液層（ＣＳＦ層）８、白質・灰白質９などの層状に構成される被検査体の頭部の頭皮上に、一対の光照射器１０（照射用光源、具体的には、レーザ、発光ダイオード、ランプや、これらの光源から照射された光を導く光導波路、具体的には、光ファイバ他）と生体内を伝搬した光を検出する光検出器１１（具体的には、生体内を伝搬した光を検出する光導波路、具体的には、光ファイバ他とその光導波路で検出した光を電気的な信号へ変換する光／電気変換素子、具体的には、フォトダイオード、光電子増倍管）を配置し、脳活動に伴う大脳皮質での血液量変化に伴い、生体内を伝搬し検出器へ到達した光の強度が変化する現象により、血液量変化を推定する技術である。これら光照射器と光検出器は、複数対にて配置し、血液量変化を多点で推定することで、血液量変化部位の画像を作成することも可能である。
【０００７】
しかし、従来の生体光計測装置では、白質表面（大脳皮質表面）、言い換えると、外側表面（がいそくひょうめん）での脳活動を計測することを目的としていた。この計測装置では、例えば、ブロードマンの脳地図に対応した運動野、言語野などでの脳活動を計測することは可能であり、各種非特許文献などにその結果が計測されている。この計測が可能な理由は、計算機シミュレーションなどにより検討がなされ、非特許文献１等にその根拠が示されている。これは、頭皮表面から照射された光は生体組織内の細胞により散乱されるものの、その一部は、白質と頭蓋骨の間に存在する脳脊髄液層（光散乱係数が小さいことが特長）を伝播し、その脳脊髄液層で散乱された光の一部が白質の表面（大脳皮質）を通過し、その通過光も含めて検出した光は、白質表面での脳血液量変化を反映するからであるとされている。また、この非特許文献１によれば、小脳などの深部へ光が伝播することは無いとされている。そのため、光を照射・受光する計測器の形状や被検体の頭部に装着するプローブの形状、演算処理法などは大脳の外側表面の計測のみをターゲットとした構造となっていた。従って、脳の内側面から取得される脳深部の活動に基づく注意、意思決定などのヒト認知機能情報を積極的に計測するには不向きであった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
生体頭部に光を照射する複数の光照射器と、生体頭部内を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、を有する計測器を備える、生体に装着可能なプローブと、前記計測部から取得された信号に基づいて、前記受光した光の分布を解析する演算部と、を有し、前記プローブは、当該プローブが装着された場合、一または複数の前記計測器が、前記生体頭部内の大脳縦列上部を覆い、当該大脳縦列の長手方向に縦列に配置される形状を有することを特徴とする生体光計測装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の生体光計測装置により、左右半球間に存在する大脳縦列との境界面である内側表面での脳活動の計測が可能になり、その結果、注意、意思決定などのヒト認知機能の計測が新たに可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】大脳内側表面における脳活動の計測を模式的に示した図
【図２】従来の生体光計測装置の装置構成を模式的に示した図
【図３】頭蓋骨の内側に位置する大脳を頭部上部から俯瞰した図
【図４】右半球の内側表面における光伝播経路（１）
【図５】計算機シミュレーションに使用したモデル
【図６】(a)シミュレーション算出結果１ (b)光伝搬特性を可視化した表
【図７】大脳縦列の有無による光伝搬特性の違いを示した図
【図８】図１の変形例１
【図９】大脳縦列の有無による光の伝搬特性の違いの検証に用いたモデル図
【図１０】シミュレーション算出結果２
【図１１】図１の変形例２
【図１２】複数の光検出器-光照射器対の相関を示した図
【図１３】プローブ図１
【図１４】プローブ図２
【図１５】生体光計測装置の全体構成図
【図１６】プローブアレー構成図１
【図１７】プローブアレー構成図２
【図１８】信号解析部３２での解析内容の一例
【図１９】光が伝搬する深さ方向への伝搬経路の違いを示した図
【図２０】大脳縦列直上と近傍へ照射した場合を示した図
【図２１】別部位計測器と組み合わせて計測を行う場合を示した図
【図２２】吸光度変化ΔＡを算出するための式
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための原理について、図１を用いて説明する。図１は、本発明による脳計測部位を模式的に示した図である。１は頭部構造の頭皮・頭蓋骨、２は脳脊髄液層、３は白質・灰白質層を示す。この３は大脳縦列４により左右に分かれており、３−１は左半球、３−２は右半球を示す。
【００１２】
図１に示した構成は、図２に示したようなこれまでの脳の表側面を計測する場合と比較し、脳の大脳縦列４に沿って光照射器５、光検出器６が配置されている。
【００１３】
この光照射器５、光検出器６の配置位置について、より詳細に図３、図４を用いて説明する。図３は頭蓋骨の内側に位置する大脳を頭部上部から俯瞰した絵である。図中の３−１は左半球、３−２は右半球を示す。この左半球と右半球は別れて存在し、図１の光照射器５と光検出器６の配置位置は、これら左右半球の中間の直上に位置する。また、図４は、右半球の内側表面を示す。１２、１３は、それぞれ、大脳、小脳を模式化している。１４は、光照射器５から照射され、光検出器へ到達した光の伝播経路を示しており、大脳の内側表面を光が伝播している状態を示している。
【００１４】
この図１に示した計測方法の有効性を確認するため、計算機シミュレーションにより実施したので、その方法と結果を以下に説明する。図５は、計算機シミュレーションに使用したモデルを示す。図１にて説明した脳構造と同様の構成となっており、図５の上図では、光照射器５と光検出器６の配置位置を、それぞれ，(x, y, z)=(-15, 0, 50)，(x, y, z)=(15, 0, 50)とし，30 mm間隔で一対の光照射器と光検出器が配置されているとした。
【００１５】
一方、図５の下図では、同図の上図の１−１’で示したX=0平面での断層構造を示す。大脳縦列４の幅をw mmとした。ここで、図１２−１は、脳活動部位の位置であり、脳脊髄液層２から深さD mmの位置に存在すると仮定した。また、この場所にて、脳活動に伴い吸収係数が変化すると仮定した。大脳縦列４が存在する場合と存在しない場合の光伝播特性を評価するために、w=2とw=0の場合を設定し、表１に示す光散乱係数と光吸収係数をシミュレーションの実施のために設定した。尚、設定した係数には非特許文献「2002 Phys. Med. Biol. 47 3429“Arranging optical fibres for the spatial resolution improvement of topographical images”」を参照した。
【００１６】
シミュレーションの具体的な方法を以下に述べる。まず、光照射器から照射され光検出器へ到達する光の伝播経路をモンテカルロシミュレーションにより、また、図６(b)に示した換算散乱係数を用いて算出した。次に、図６(b)に示した吸収係数を用いて、フォトン毎の光検出器へ到達した光の強度を、脳活動前後各々に対して算出し、更に、このフォトン毎の結果の総和を求めた。総和より、脳活動前の検出光強度をＴ１、脳活動後の検出光強度をＴ２と定義し、吸光度変化ΔＡを図２２に示した式を用いて算出した。
【００１７】
このΔＡをw=2mmとw=0mmに対して算出し、大脳縦列４の有無に依存した大脳内側表面における計測の可能性を評価した。
【００１８】
図６(a)に、算出結果を示す。この算出結果は、吸光度変化(ΔＡ)とＤの関係をw=0mm、w=2mmに対して示している。各Ｄにおいて、吸光度変化(ΔＡ)比較すると、各々w=2mmの方がw=0mmに対してΔＡが大きい。この結果は、大脳縦列４が存在し、その大脳縦列４上に光照射器５と光検出器６を具備させ脳活動を計測するときに、大脳の内側表面の感度が高い、もしくは向上することを示している。
【００１９】
また、図７に大脳縦列４の有無、即ちw=0mm、w=2mmを各々設定した場合における内部の光伝播特性を可視化した表を示す。この表は、図５に示した座標系において、x=35面から、計算領域内部での光伝播経路を可視化した、言い換えれば透視した図である。大脳縦列４の無い場合(w=0mm)と大脳縦列４が有る場合(w=2mm)を比較すると、有る場合は、大脳縦列４に沿って光が深部まで伝播していることが明らかになった。この結果からも、大脳縦列４が有る場合は、大脳縦列４に沿って光が伝播するため、左右半球の内側表面での脳活動に対する感度が高いことがわかる。
【００２０】
次に、同一のモデル内において、複数の光照射器−光検出器対にて同時計測した場合の例を図８以降に示す。図８に示した例では、大脳縦列４の上部に光照射器５と光検出器６の対を配置するとともに、その周囲に別途光照射器１５、１６並びに光検出器１７、１８が配置されている。このような同一モデル内での大脳縦列の有無による光の伝搬特性の違いを検証するべく、図９に示すように、光照射器５から照射され光検出器６へ到達したフォトン、並びに、光照射器１６から照射され光検出器１８へ到達したフォトンの伝播特性の違いを計算結果から算出した。算出結果を図１０に示す。光照射器―光検出器の配置位置の違いにより、検出光量が異なり、また、パルスを光照射器から照射した場合は、光検出器６、１８で検出されるパルス波形の形状も異なることが明らかになった。この結果は、大脳縦列４上に光照射器―光検出器対を配置した場合と、大脳縦列４上ではない場所に光照射器―光検出器対を配置した場合では、光伝播経路が異なることを示している。
【００２１】
図１０による結果は、大脳縦列４を中心に複数の光照射器―光検出器対を配置することで、大脳縦列４上に配置した光照射器―光検出器対を推定することが可能となることを示している。一般に、大脳縦列４は頭蓋骨の内側に存在するため、頭皮上から非侵襲的に大脳縦列４の位置を推定するには、磁気共鳴描画装置（ＭＲＩ）などの非侵襲的な形態画像計測装置を用いるしか方法は無い。しかし、図１０に示した結果から、大脳縦列４上に一番近い光照射器―光検出器対を推定することが可能になり、大脳深部を通過している光を検出している可能性が高い光照射器―光検出器対を推定することが可能となる。第二に、第一で述べた「大脳深部を通過している光を検出している可能性が高い光照射器―光検出器対」と「大脳の外側表面を通過している光を検出している光照射器―光検出器対」との比較が可能となる。これにより、大脳の内側表面と外側表面での脳活動の相関を得ることも可能となるため、従来の内側表面での脳活動の取得だけでは得られなかった新たな脳活動の知見を得ることが可能となる。
【００２２】
さらに図１１では、光照射器と光検出器が、光照射器１９、光照射器２０、光検出器２１、光検出器２２、の順番に並べて配置している。この配列の効果を図１２を用いて説明する。図１２は、大脳の右半球の内側表面を示している。図１２に示すように、光照射器１９−光検出器２１による光伝播経路２３と、光照射器２０−光検出器２２による光伝播経路２４とは、一部、大脳の内側表面上で重なり合うことが分かった。この結果から、図１１に示した光照射器―光検出器の配置方法により、内側表面での脳活動を多点で計測することが可能になる。
【実施例１】
【００２３】
本発明を実施するためのプローブ２５の一例を図１３に示す。大脳縦列を計測するためには、プローブ２５を装着した場合、確実に大脳縦列上に計測器２６が装着される構造となっている必要がある。さらに大脳縦列は脳の右半球と左半球の割れ目に位置しており、額側から後頭部側にかけて縦長の形状となっている。そのため、光照射器及び光検出器、あるいは光照射器と光検出器によるモジュールは、大脳縦列に沿って縦列に配置されるような構造となっていることが望ましい。
【００２４】
プローブ２５は、被検体の頭頂部へ装着された場合、大脳縦列を覆うように、光照射器及び光検出器により構成された計測器２６を縦列して配置されるように構成されている。このような構造にすることで、大脳縦列上へ確実に光照射器及び光検出器を配置することができ、脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報を積極的に取得することができる。
【００２５】
さらに、計測器２６を縦列に配置し、大脳縦列のみを計測部位のターゲットとすることで、他の部分からの余剰な情報を抽出してしまうことによる演算処理の不可を軽減し、プローブの製造コストを抑えることもできる。
【００２６】
プローブ２５の先端は、前方を額付近、後方を後頭部や頚付近にて固定機構２７を備え、頭部に固定されるようにする。
【００２７】
図１４のように頭部に巻き付けるようにベルト部材２８を備えてもよい。ベルト部材２８を備えることで、被検体がより安定してプローブを装着することができる。さらに計測器２６が確実に被検体の頭頂部へ装着されることを補助する役割も担っており、計測精度を向上させることができる。計測器２８に備えられる光照射器−光検出器対は、単数であっても複数であってもよい。尚、光照射器と光検出器による計測器２６の具体的構成は後述することとする。
【００２８】
次に、本装置のシステムについて、図１５を用いて説明する。ただし、本システムは本発明を実施するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。
【００２９】
本装置はプローブ２５と、ロックインアップ２９と、アナログ−デジタル変換３０（以下、「Ａ／Ｄ変換器３０」と記載）と、演算部３１と、演算部３１に含まれる信号解析部３２、記憶装置３３、光量制御部３４、光照射器−光検出器間距離制御部３５からなる。
【００３０】
本システムにより、光照射器と光検出器から構成される計測器２６において，可視から赤外領域に属する波長の光を被検体頭部に照射し，被検体内部を通過した複数信号の光を光検出器で検出し計測することで、脳血液に含まれる脳の活動に基づく情報を得る。
【００３１】
前記計測器２６は被験体内部で反射された光を検出し電気信号に変換するもので，光受光器としては光電子増倍管やフォトダイオードに代表される光電変換素子を用いる。光受光器で光電変換された生体通過光強度を表す電気信号は，それぞれロックインアンプ２９に入力される。
【００３２】
ロックインアップ２９によるロックイン処理により出力された各波長の通過光強度信号をＡ／Ｄ変換器３０でアナログ−デジタル変換した後に，演算部３１に送られる。演算部３１では、演算部３１内の信号解析部３２によって、通過光強度信号を使用して各検出点の検出信号から酸素化ヘモグロビン濃度，脱酸素化ヘモグロビン濃度および総ヘモグロビン濃度の相対変化量（または，より正確には各ヘモグロビン濃度と光路長の積の変化量）を演算し，複数の計測点の経時情報として記憶装置３３に格納する。
【００３３】
尚，ここではロックイン処理を行ってからアナログ−デジタル変換を行う例を記載したが，受光器からの信号を増幅・アナログ−デジタル変換した後に，ロックイン処理をデジタル的に行うことも可能である。
【００３４】
また，ここでは，複数の光を変調方式により分離する実施例を記載したが，これに限定されず，たとえば，複数の光を照射するタイミングを時間的にずらすことで複数光を弁別する時分割方式を用いることも可能である。
【００３５】
演算部３１における信号解析部３２によって、記憶装置３３に格納されたプログラムにより、取得した信号の特性等が解析される。信号解析部３２は、図１０等を基に設定された大脳縦列と判断する光強度の所定の値と比較し、大脳縦列上、つまりは脳の内側部を透過した光であるかどうかを判定し、当該判定により大脳縦列上にあると判断された光照射器―光検出器対による情報を脳の内側部の情報として取得する。
【００３６】
このように、脳の内側部の情報を取得することに特化したプローブの形状、計測器の構造、演算手法等とすることで、脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報を取得することができる。
【００３７】
本実施例による脳の内側部に基づく情報を取得する精度をさらに向上させる方法として、計測器２６に複数の光照射器を具備し、大脳縦列上に存在する計測器を特定するためのプリスキャン機能を計測工程に加えることが有効である。
【００３８】
図１６は、大脳縦列上に対応する光照射器―光検出器対を特定するための、計測器２６によるプローブアレー３６の構成の一例である。破線１は大脳縦列の位置である。さらに、光照射器のみで構成された照射用計測器３７、光検出器のみで構成された受光用計測器３８を示す。本実施例では、照射用計測器３７、受光用計測器３８それぞれに光照射器５、光検出器６が、各々５つ具備されているが、この個数に限定されるものではない。一般に、頭皮上からは大脳縦列の位置を見つけることは不可能であり、本実施例では、アレーの中心に位置する照射用計測器３７及び受光用計測器３８が大脳縦列上に位置していると仮定する。
【００３９】
プローブアレー３６は、図１７のように各計測器２６の中心に光受光器６を配置し、周辺に複数の光照射器５を配置して複数の計測器２６によるアレーを構成してもよい。この構成により、波線１で示した大脳縦列のように、個人差によって変曲していたとしても、各計測点に対応した光照射器を特定できるため、個人差に依らず、大脳縦列の形状に沿って計測することが可能となる。
【００４０】
尚、プローブアレー３６は、より精度良く脳の内側部の情報を抽出するべく、光照射器と光検出器間の距離を変化させることのできる可動式の機構にして、プリスキャンによって特定された大脳縦列上の光照射器―光検出器対において、最適な光強度や波形の特性が鮮明に抽出できる光照射器―光検出器間距離に演算部３１における光照射器−光検出器間距離制御部３５にて制御できるようにしてもよい。また、大脳縦列上の光照射器―光検出器が特定された後、特定された光照射器―光検出器を大脳縦列測定に適当な光照射器―光検出器のモジュールに交換できるよう、計測器２６に設置されている光照射器及び光検出器を交換して光照射器―光検出器間距離を変化させられるよう、交換式の機構を備えてもよい。
【００４１】
次に、図１５及び図１８を用いて、大脳縦列上に対応する光照射器―光検出器対を特定するためのプリスキャンの演算方法について述べる。
【００４２】
図１８に、解析内容についての一例を示す。信号解析部３２は、取得した信号の光量及び受光された光受光器を解析し、大脳縦列上、つまりは脳の内側部を透過した光であるかどうかを判定し、判定された光照射器を大脳縦列上に位置する光照射器として特定する。
【００４３】
本発明は、脳の表平面を計測する従来技術とは異なり、脳の内側表面を計測するという特有を持つため、脳の深層部まで照射され受光した光ほど、光強度は減少してしまう。したがって、特定された光照射器からの光は、他の光照射器からの光と比較して減衰しているため、図１８の「光量制御」等の解析結果に基づいて、特定された光照射器からの光の光量を他の光照射器からの光の光強度と比較して大きくする。あるいは、予め基準となる光強度を設定しておき、当該基準値に近くなるよう、光量を制御してもよい。
【００４４】
このようにすることで、検出される光の強度のノイズレベルを揃えることができ、精度良く大脳縦列上の信号を取得することが出来る。 また、当該光量制御を行う際、特定された光照射器以外の光照射器からの光量を減衰あるいは消灯させてもよい。当該制御により、演算処理の負荷低減やノイズによるエラーの抑制を可能にすることができる。
【００４５】
信号解析部は、特定された光照射器―光検出器対に依る情報は、大脳縦列上による情報を脳の内側部の情報として取得される。
【００４６】
このようなプリスキャン機能を備えることで、本発明の第一の目的である脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報の取得をより精度良く行うことが可能となる。
【実施例２】
【００４７】
また、図１９のように、計測される信号によって光が脳の内側部を透過した部位によって差異が生じる。つまりは、得られる脳の特性に由来する情報がそれぞれ異なるため、光強度等から、それぞれの光が脳のどの部位を透過したのかを推定することが必要となる。
【００４８】
図１９は、深さ方向に計測する場合において、光照射器と光検出器の距離を複数設定し、この設定により光伝播経路が異なることに着目して、各々異なる深さ情報を計測する場合の模式図を示している。本図において、各対(3対）の光伝播経路は異なり、5-1、6-1の間を通過する光強度の減少は、5-3、6-3の間を通過する光強度の減少と比較して大きい。このため、3点において同一の光強度を照射された場合、6-1で検出される光強度は最小となる。そこで、最小となる光強度から脳表面付近までの光強度とを相対比較を行うこと等により、光強度の減衰率の度合いから、各光照射器が透過した脳の深さ方向での位置を推定して計測することができる。
【００４９】
図１５の演算部３１内の信号解析部３２は、図１８の解析内容のように、光量の度合いによって深層レベルを分類し、脳の深さ方向について、どの深さの情報を受光した光を有しているのかを推定する。当該推定結果に基づいて脳内側部の計測部位を特定することで、脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報をより明確に取得することが可能になる。
【実施例３】
【００５０】
大脳縦列直上の情報は、右脳、左脳それぞれの情報を併せて取得している場合がある。そのため、これまでの実施例などによって特定した光照射器と隣接する光照射器から取得された情報との相関から、左右の脳活動の違いや、大脳縦列上の情報について、左脳、右脳の情報との相関性を計測することができる。
【００５１】
図２０は、大脳縦列上、並びにその近傍に複数対の光照射器、光検出器対を具備したことを特徴とする生体光計測装置である。図２０では、左脳の境界面上、大脳縦列上、右脳の境界面上にプローブ２５を配置しているため、各々光伝播経路が異なる。得られた信号の特性は、演算部３１による波形特性の違いやメモリ内の参照波形との比較などによって類似性、相関性について解析される。
【００５２】
その結果、大脳縦列に沿う、大脳皮質上の活動に関して、左右半球での脳活動の違いを計測することが出来る。
さらに、脳の同一測定対象部位における表平面と内側部の情報を同時に取得することにより、対象部位の脳活動の情報をより詳細に解析することが可能となる。図２１は、大脳縦列上以外の脳の表面を計測する外側面計測器３９と一体化させた構成である。当該構成を用いれば、脳の同一測定部位を、表面と内側部の両方から計測することが可能となる。得られた同一測定部位の表面からの情報と内側部からの情報との相関を比較することで、測定部位の情報をより精度よく検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 頭皮・頭蓋骨
２ 脳脊髄液層
３ 灰白質・白質
３−１ 左半球
３−２ 右半球
４ 大脳縦列
５ 光照射器
６ 光検出器
７ 頭皮・頭蓋骨
８ 脳脊髄液層（ＣＳＦ層）
９ 白質・灰白質
１０ 光照射器
１１ 光検出器
１２ 大脳
１２−１ 脳活動部位の位置
１３ 小脳
１４ 光照射器から照射され、光検出器へ到達した光の伝播経路
１５ 光照射器
１６ 光照射器
１７ 光検出器
１８ 光検出器
１９ 光照射器
２０ 光照射器
２１ 光検出器
２２ 光検出器
２３ 光照射器１９と光検出器２１による光伝播経路
２４ 光照射器２０と光検出器２２による光伝播経路
２５ プローブ
２６ 計測器
２７ 固定機構
２８ ベルト部材
２９ ロックインアンプ
３０ Ａ／Ｄ変換器
３１ 演算部
３２ 信号解析部
３３ 記憶装置
３４ 光量制御部
３５ 光照射器−光検出器間距離制御部
３６ プローブアレー
３７ 照射用計測器
３８ 受光用計測器
３９ 外側面計測器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳深部活動の計測が容易な生体光計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脳の局所的血液量変化は光トポグラフィ法により無侵襲に計測可能である。光トポグラフィ法では可視から赤外領域に属する波長の光を被検体に照射し，被検体内部を通過した複数信号の光を同一の光検出器で検出しヘモグロビン変化量（または，ヘモグロビン濃度と光路長の積の変化量）を計測する。この方法は、磁気共鳴描画装置（MRI）, ポジトロン断層撮影法（PET）等の他の脳機能計測技術に比べ被験者に対する拘束性も低いという特徴を有する。臨床現場において，言語機能や神経性発作などの計測が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１０３４３４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】岡田英史、他著 「生体光伝播シミュレーションの近赤外分光法への応用」、脈管学、Ｖｏｌ．４９、２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
脳活動に伴う血液量変化を計測する生体光計測装置は、既に特許文献１にて公開され、大脳表面での脳活動部位を決定することで、精神疾患、言語機能計測などの医療分野のみならず、心理学、認知科学分野などの人文科学分野などへ広く活用されている。
【０００６】
上記、特許文献１にて公開されている生体光計測装置は、図２に示されるように、頭皮・頭蓋骨７、脳脊髄液層（ＣＳＦ層）８、白質・灰白質９などの層状に構成される被検査体の頭部の頭皮上に、一対の光照射器１０（照射用光源、具体的には、レーザ、発光ダイオード、ランプや、これらの光源から照射された光を導く光導波路、具体的には、光ファイバ他）と生体内を伝搬した光を検出する光検出器１１（具体的には、生体内を伝搬した光を検出する光導波路、具体的には、光ファイバ他とその光導波路で検出した光を電気的な信号へ変換する光／電気変換素子、具体的には、フォトダイオード、光電子増倍管）を配置し、脳活動に伴う大脳皮質での血液量変化に伴い、生体内を伝搬し検出器へ到達した光の強度が変化する現象により、血液量変化を推定する技術である。これら光照射器と光検出器は、複数対にて配置し、血液量変化を多点で推定することで、血液量変化部位の画像を作成することも可能である。
【０００７】
しかし、従来の生体光計測装置では、白質表面（大脳皮質表面）、言い換えると、外側表面（がいそくひょうめん）での脳活動を計測することを目的としていた。この計測装置では、例えば、ブロードマンの脳地図に対応した運動野、言語野などでの脳活動を計測することは可能であり、各種非特許文献などにその結果が計測されている。この計測が可能な理由は、計算機シミュレーションなどにより検討がなされ、非特許文献１等にその根拠が示されている。これは、頭皮表面から照射された光は生体組織内の細胞により散乱されるものの、その一部は、白質と頭蓋骨の間に存在する脳脊髄液層（光散乱係数が小さいことが特長）を伝播し、その脳脊髄液層で散乱された光の一部が白質の表面（大脳皮質）を通過し、その通過光も含めて検出した光は、白質表面での脳血液量変化を反映するからであるとされている。また、この非特許文献１によれば、小脳などの深部へ光が伝播することは無いとされている。そのため、光を照射・受光する計測器の形状や被検体の頭部に装着するプローブの形状、演算処理法などは大脳の外側表面の計測のみをターゲットとした構造となっていた。従って、脳の内側面から取得される脳深部の活動に基づく注意、意思決定などのヒト認知機能情報を積極的に計測するには不向きであった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
生体頭部に光を照射する複数の光照射器と、生体頭部内を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、を有する計測器を備える、生体に装着可能なプローブと、前記計測部から取得された信号に基づいて、前記受光した光の分布を解析する演算部と、を有し、前記プローブは、当該プローブが装着された場合、一または複数の前記計測器が、前記生体頭部内の大脳縦列上部を覆い、当該大脳縦列の長手方向に縦列に配置される形状を有することを特徴とする生体光計測装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の生体光計測装置により、左右半球間に存在する大脳縦列との境界面である内側表面での脳活動の計測が可能になり、その結果、注意、意思決定などのヒト認知機能の計測が新たに可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】大脳内側表面における脳活動の計測を模式的に示した図
【図２】従来の生体光計測装置の装置構成を模式的に示した図
【図３】頭蓋骨の内側に位置する大脳を頭部上部から俯瞰した図
【図４】右半球の内側表面における光伝播経路（１）
【図５】計算機シミュレーションに使用したモデル
【図６】(a)シミュレーション算出結果１ (b)光伝搬特性を可視化した表
【図７】大脳縦列の有無による光伝搬特性の違いを示した図
【図８】図１の変形例１
【図９】大脳縦列の有無による光の伝搬特性の違いの検証に用いたモデル図
【図１０】シミュレーション算出結果２
【図１１】図１の変形例２
【図１２】複数の光検出器-光照射器対の相関を示した図
【図１３】プローブ図１
【図１４】プローブ図２
【図１５】生体光計測装置の全体構成図
【図１６】プローブアレー構成図１
【図１７】プローブアレー構成図２
【図１８】信号解析部３２での解析内容の一例
【図１９】光が伝搬する深さ方向への伝搬経路の違いを示した図
【図２０】大脳縦列直上と近傍へ照射した場合を示した図
【図２１】別部位計測器と組み合わせて計測を行う場合を示した図
【図２２】吸光度変化ΔＡを算出するための式
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための原理について、図１を用いて説明する。図１は、本発明による脳計測部位を模式的に示した図である。１は頭部構造の頭皮・頭蓋骨、２は脳脊髄液層、３は白質・灰白質層を示す。この３は大脳縦列４により左右に分かれており、３−１は左半球、３−２は右半球を示す。
【００１２】
図１に示した構成は、図２に示したようなこれまでの脳の表側面を計測する場合と比較し、脳の大脳縦列４に沿って光照射器５、光検出器６が配置されている。
【００１３】
この光照射器５、光検出器６の配置位置について、より詳細に図３、図４を用いて説明する。図３は頭蓋骨の内側に位置する大脳を頭部上部から俯瞰した絵である。図中の３−１は左半球、３−２は右半球を示す。この左半球と右半球は別れて存在し、図１の光照射器５と光検出器６の配置位置は、これら左右半球の中間の直上に位置する。また、図４は、右半球の内側表面を示す。１２、１３は、それぞれ、大脳、小脳を模式化している。１４は、光照射器５から照射され、光検出器へ到達した光の伝播経路を示しており、大脳の内側表面を光が伝播している状態を示している。
【００１４】
この図１に示した計測方法の有効性を確認するため、計算機シミュレーションにより実施したので、その方法と結果を以下に説明する。図５は、計算機シミュレーションに使用したモデルを示す。図１にて説明した脳構造と同様の構成となっており、図５の上図では、光照射器５と光検出器６の配置位置を、それぞれ，(x, y, z)=(-15, 0, 50)，(x, y, z)=(15, 0, 50)とし，30 mm間隔で一対の光照射器と光検出器が配置されているとした。
【００１５】
一方、図５の下図では、同図の上図の１−１’で示したX=0平面での断層構造を示す。大脳縦列４の幅をw mmとした。ここで、図１２−１は、脳活動部位の位置であり、脳脊髄液層２から深さD mmの位置に存在すると仮定した。また、この場所にて、脳活動に伴い吸収係数が変化すると仮定した。大脳縦列４が存在する場合と存在しない場合の光伝播特性を評価するために、w=2とw=0の場合を設定し、表１に示す光散乱係数と光吸収係数をシミュレーションの実施のために設定した。尚、設定した係数には非特許文献「2002 Phys. Med. Biol. 47 3429“Arranging optical fibres for the spatial resolution improvement of topographical images”」を参照した。
【００１６】
シミュレーションの具体的な方法を以下に述べる。まず、光照射器から照射され光検出器へ到達する光の伝播経路をモンテカルロシミュレーションにより、また、図６(b)に示した換算散乱係数を用いて算出した。次に、図６(b)に示した吸収係数を用いて、フォトン毎の光検出器へ到達した光の強度を、脳活動前後各々に対して算出し、更に、このフォトン毎の結果の総和を求めた。総和より、脳活動前の検出光強度をＴ１、脳活動後の検出光強度をＴ２と定義し、吸光度変化ΔＡを図２２に示した式を用いて算出した。
【００１７】
このΔＡをw=2mmとw=0mmに対して算出し、大脳縦列４の有無に依存した大脳内側表面における計測の可能性を評価した。
【００１８】
図６(a)に、算出結果を示す。この算出結果は、吸光度変化(ΔＡ)とＤの関係をw=0mm、w=2mmに対して示している。各Ｄにおいて、吸光度変化(ΔＡ)比較すると、各々w=2mmの方がw=0mmに対してΔＡが大きい。この結果は、大脳縦列４が存在し、その大脳縦列４上に光照射器５と光検出器６を具備させ脳活動を計測するときに、大脳の内側表面の感度が高い、もしくは向上することを示している。
【００１９】
また、図７に大脳縦列４の有無、即ちw=0mm、w=2mmを各々設定した場合における内部の光伝播特性を可視化した表を示す。この表は、図５に示した座標系において、x=35面から、計算領域内部での光伝播経路を可視化した、言い換えれば透視した図である。大脳縦列４の無い場合(w=0mm)と大脳縦列４が有る場合(w=2mm)を比較すると、有る場合は、大脳縦列４に沿って光が深部まで伝播していることが明らかになった。この結果からも、大脳縦列４が有る場合は、大脳縦列４に沿って光が伝播するため、左右半球の内側表面での脳活動に対する感度が高いことがわかる。
【００２０】
次に、同一のモデル内において、複数の光照射器−光検出器対にて同時計測した場合の例を図８以降に示す。図８に示した例では、大脳縦列４の上部に光照射器５と光検出器６の対を配置するとともに、その周囲に別途光照射器１５、１６並びに光検出器１７、１８が配置されている。このような同一モデル内での大脳縦列の有無による光の伝搬特性の違いを検証するべく、図９に示すように、光照射器５から照射され光検出器６へ到達したフォトン、並びに、光照射器１６から照射され光検出器１８へ到達したフォトンの伝播特性の違いを計算結果から算出した。算出結果を図１０に示す。光照射器―光検出器の配置位置の違いにより、検出光量が異なり、また、パルスを光照射器から照射した場合は、光検出器６、１８で検出されるパルス波形の形状も異なることが明らかになった。この結果は、大脳縦列４上に光照射器―光検出器対を配置した場合と、大脳縦列４上ではない場所に光照射器―光検出器対を配置した場合では、光伝播経路が異なることを示している。
【００２１】
図１０による結果は、大脳縦列４を中心に複数の光照射器―光検出器対を配置することで、大脳縦列４上に配置した光照射器―光検出器対を推定することが可能となることを示している。一般に、大脳縦列４は頭蓋骨の内側に存在するため、頭皮上から非侵襲的に大脳縦列４の位置を推定するには、磁気共鳴描画装置（ＭＲＩ）などの非侵襲的な形態画像計測装置を用いるしか方法は無い。しかし、図１０に示した結果から、大脳縦列４上に一番近い光照射器―光検出器対を推定することが可能になり、大脳深部を通過している光を検出している可能性が高い光照射器―光検出器対を推定することが可能となる。第二に、第一で述べた「大脳深部を通過している光を検出している可能性が高い光照射器―光検出器対」と「大脳の外側表面を通過している光を検出している光照射器―光検出器対」との比較が可能となる。これにより、大脳の内側表面と外側表面での脳活動の相関を得ることも可能となるため、従来の内側表面での脳活動の取得だけでは得られなかった新たな脳活動の知見を得ることが可能となる。
【００２２】
さらに図１１では、光照射器と光検出器が、光照射器１９、光照射器２０、光検出器２１、光検出器２２、の順番に並べて配置している。この配列の効果を図１２を用いて説明する。図１２は、大脳の右半球の内側表面を示している。図１２に示すように、光照射器１９−光検出器２１による光伝播経路２３と、光照射器２０−光検出器２２による光伝播経路２４とは、一部、大脳の内側表面上で重なり合うことが分かった。この結果から、図１１に示した光照射器―光検出器の配置方法により、内側表面での脳活動を多点で計測することが可能になる。
【実施例１】
【００２３】
本発明を実施するためのプローブ２５の一例を図１３に示す。大脳縦列を計測するためには、プローブ２５を装着した場合、確実に大脳縦列上に計測器２６が装着される構造となっている必要がある。さらに大脳縦列は脳の右半球と左半球の割れ目に位置しており、額側から後頭部側にかけて縦長の形状となっている。そのため、光照射器及び光検出器、あるいは光照射器と光検出器によるモジュールは、大脳縦列に沿って縦列に配置されるような構造となっていることが望ましい。
【００２４】
プローブ２５は、被検体の頭頂部へ装着された場合、大脳縦列を覆うように、光照射器及び光検出器により構成された計測器２６を縦列して配置されるように構成されている。このような構造にすることで、大脳縦列上へ確実に光照射器及び光検出器を配置することができ、脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報を積極的に取得することができる。
【００２５】
さらに、計測器２６を縦列に配置し、大脳縦列のみを計測部位のターゲットとすることで、他の部分からの余剰な情報を抽出してしまうことによる演算処理の不可を軽減し、プローブの製造コストを抑えることもできる。
【００２６】
プローブ２５の先端は、前方を額付近、後方を後頭部や頚付近にて固定機構２７を備え、頭部に固定されるようにする。
【００２７】
図１４のように頭部に巻き付けるようにベルト部材２８を備えてもよい。ベルト部材２８を備えることで、被検体がより安定してプローブを装着することができる。さらに計測器２６が確実に被検体の頭頂部へ装着されることを補助する役割も担っており、計測精度を向上させることができる。計測器２８に備えられる光照射器−光検出器対は、単数であっても複数であってもよい。尚、光照射器と光検出器による計測器２６の具体的構成は後述することとする。
【００２８】
次に、本装置のシステムについて、図１５を用いて説明する。ただし、本システムは本発明を実施するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。
【００２９】
本装置はプローブ２５と、ロックインアップ２９と、アナログ−デジタル変換３０（以下、「Ａ／Ｄ変換器３０」と記載）と、演算部３１と、演算部３１に含まれる信号解析部３２、記憶装置３３、光量制御部３４、光照射器−光検出器間距離制御部３５からなる。
【００３０】
本システムにより、光照射器と光検出器から構成される計測器２６において，可視から赤外領域に属する波長の光を被検体頭部に照射し，被検体内部を通過した複数信号の光を光検出器で検出し計測することで、脳血液に含まれる脳の活動に基づく情報を得る。
【００３１】
前記計測器２６は被験体内部で反射された光を検出し電気信号に変換するもので，光受光器としては光電子増倍管やフォトダイオードに代表される光電変換素子を用いる。光受光器で光電変換された生体通過光強度を表す電気信号は，それぞれロックインアンプ２９に入力される。
【００３２】
ロックインアップ２９によるロックイン処理により出力された各波長の通過光強度信号をＡ／Ｄ変換器３０でアナログ−デジタル変換した後に，演算部３１に送られる。演算部３１では、演算部３１内の信号解析部３２によって、通過光強度信号を使用して各検出点の検出信号から酸素化ヘモグロビン濃度，脱酸素化ヘモグロビン濃度および総ヘモグロビン濃度の相対変化量（または，より正確には各ヘモグロビン濃度と光路長の積の変化量）を演算し，複数の計測点の経時情報として記憶装置３３に格納する。
【００３３】
尚，ここではロックイン処理を行ってからアナログ−デジタル変換を行う例を記載したが，受光器からの信号を増幅・アナログ−デジタル変換した後に，ロックイン処理をデジタル的に行うことも可能である。
【００３４】
また，ここでは，複数の光を変調方式により分離する実施例を記載したが，これに限定されず，たとえば，複数の光を照射するタイミングを時間的にずらすことで複数光を弁別する時分割方式を用いることも可能である。
【００３５】
演算部３１における信号解析部３２によって、記憶装置３３に格納されたプログラムにより、取得した信号の特性等が解析される。信号解析部３２は、図１０等を基に設定された大脳縦列と判断する光強度の所定の値と比較し、大脳縦列上、つまりは脳の内側部を透過した光であるかどうかを判定し、当該判定により大脳縦列上にあると判断された光照射器―光検出器対による情報を脳の内側部の情報として取得する。
【００３６】
このように、脳の内側部の情報を取得することに特化したプローブの形状、計測器の構造、演算手法等とすることで、脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報を取得することができる。
【００３７】
本実施例による脳の内側部に基づく情報を取得する精度をさらに向上させる方法として、計測器２６に複数の光照射器を具備し、大脳縦列上に存在する計測器を特定するためのプリスキャン機能を計測工程に加えることが有効である。
【００３８】
図１６は、大脳縦列上に対応する光照射器―光検出器対を特定するための、計測器２６によるプローブアレー３６の構成の一例である。破線１は大脳縦列の位置である。さらに、光照射器のみで構成された照射用計測器３７、光検出器のみで構成された受光用計測器３８を示す。本実施例では、照射用計測器３７、受光用計測器３８それぞれに光照射器５、光検出器６が、各々５つ具備されているが、この個数に限定されるものではない。一般に、頭皮上からは大脳縦列の位置を見つけることは不可能であり、本実施例では、アレーの中心に位置する照射用計測器３７及び受光用計測器３８が大脳縦列上に位置していると仮定する。
【００３９】
プローブアレー３６は、図１７のように各計測器２６の中心に光受光器６を配置し、周辺に複数の光照射器５を配置して複数の計測器２６によるアレーを構成してもよい。この構成により、波線１で示した大脳縦列のように、個人差によって変曲していたとしても、各計測点に対応した光照射器を特定できるため、個人差に依らず、大脳縦列の形状に沿って計測することが可能となる。
【００４０】
尚、プローブアレー３６は、より精度良く脳の内側部の情報を抽出するべく、光照射器と光検出器間の距離を変化させることのできる可動式の機構にして、プリスキャンによって特定された大脳縦列上の光照射器―光検出器対において、最適な光強度や波形の特性が鮮明に抽出できる光照射器―光検出器間距離に演算部３１における光照射器−光検出器間距離制御部３５にて制御できるようにしてもよい。また、大脳縦列上の光照射器―光検出器が特定された後、特定された光照射器―光検出器を大脳縦列測定に適当な光照射器―光検出器のモジュールに交換できるよう、計測器２６に設置されている光照射器及び光検出器を交換して光照射器―光検出器間距離を変化させられるよう、交換式の機構を備えてもよい。
【００４１】
次に、図１５及び図１８を用いて、大脳縦列上に対応する光照射器―光検出器対を特定するためのプリスキャンの演算方法について述べる。
【００４２】
図１８に、解析内容についての一例を示す。信号解析部３２は、取得した信号の光量及び受光された光受光器を解析し、大脳縦列上、つまりは脳の内側部を透過した光であるかどうかを判定し、判定された光照射器を大脳縦列上に位置する光照射器として特定する。
【００４３】
本発明は、脳の表平面を計測する従来技術とは異なり、脳の内側表面を計測するという特有を持つため、脳の深層部まで照射され受光した光ほど、光強度は減少してしまう。したがって、特定された光照射器からの光は、他の光照射器からの光と比較して減衰しているため、図１８の「光量制御」等の解析結果に基づいて、特定された光照射器からの光の光量を他の光照射器からの光の光強度と比較して大きくする。あるいは、予め基準となる光強度を設定しておき、当該基準値に近くなるよう、光量を制御してもよい。
【００４４】
このようにすることで、検出される光の強度のノイズレベルを揃えることができ、精度良く大脳縦列上の信号を取得することが出来る。 また、当該光量制御を行う際、特定された光照射器以外の光照射器からの光量を減衰あるいは消灯させてもよい。当該制御により、演算処理の負荷低減やノイズによるエラーの抑制を可能にすることができる。
【００４５】
信号解析部は、特定された光照射器―光検出器対に依る情報は、大脳縦列上による情報を脳の内側部の情報として取得される。
【００４６】
このようなプリスキャン機能を備えることで、本発明の第一の目的である脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報の取得をより精度良く行うことが可能となる。
【実施例２】
【００４７】
また、図１９のように、計測される信号によって光が脳の内側部を透過した部位によって差異が生じる。つまりは、得られる脳の特性に由来する情報がそれぞれ異なるため、光強度等から、それぞれの光が脳のどの部位を透過したのかを推定することが必要となる。
【００４８】
図１９は、深さ方向に計測する場合において、光照射器と光検出器の距離を複数設定し、この設定により光伝播経路が異なることに着目して、各々異なる深さ情報を計測する場合の模式図を示している。本図において、各対(3対）の光伝播経路は異なり、5-1、6-1の間を通過する光強度の減少は、5-3、6-3の間を通過する光強度の減少と比較して大きい。このため、3点において同一の光強度を照射された場合、6-1で検出される光強度は最小となる。そこで、最小となる光強度から脳表面付近までの光強度とを相対比較を行うこと等により、光強度の減衰率の度合いから、各光照射器が透過した脳の深さ方向での位置を推定して計測することができる。
【００４９】
図１５の演算部３１内の信号解析部３２は、図１８の解析内容のように、光量の度合いによって深層レベルを分類し、脳の深さ方向について、どの深さの情報を受光した光を有しているのかを推定する。当該推定結果に基づいて脳内側部の計測部位を特定することで、脳の内側部から取得される脳深部の活動特有の情報をより明確に取得することが可能になる。
【実施例３】
【００５０】
大脳縦列直上の情報は、右脳、左脳それぞれの情報を併せて取得している場合がある。そのため、これまでの実施例などによって特定した光照射器と隣接する光照射器から取得された情報との相関から、左右の脳活動の違いや、大脳縦列上の情報について、左脳、右脳の情報との相関性を計測することができる。
【００５１】
図２０は、大脳縦列上、並びにその近傍に複数対の光照射器、光検出器対を具備したことを特徴とする生体光計測装置である。図２０では、左脳の境界面上、大脳縦列上、右脳の境界面上にプローブ２５を配置しているため、各々光伝播経路が異なる。得られた信号の特性は、演算部３１による波形特性の違いやメモリ内の参照波形との比較などによって類似性、相関性について解析される。
【００５２】
その結果、大脳縦列に沿う、大脳皮質上の活動に関して、左右半球での脳活動の違いを計測することが出来る。
さらに、脳の同一測定対象部位における表平面と内側部の情報を同時に取得することにより、対象部位の脳活動の情報をより詳細に解析することが可能となる。図２１は、大脳縦列上以外の脳の表面を計測する外側面計測器３９と一体化させた構成である。当該構成を用いれば、脳の同一測定部位を、表面と内側部の両方から計測することが可能となる。得られた同一測定部位の表面からの情報と内側部からの情報との相関を比較することで、測定部位の情報をより精度よく検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 頭皮・頭蓋骨
２ 脳脊髄液層
３ 灰白質・白質
３−１ 左半球
３−２ 右半球
４ 大脳縦列
５ 光照射器
６ 光検出器
７ 頭皮・頭蓋骨
８ 脳脊髄液層（ＣＳＦ層）
９ 白質・灰白質
１０ 光照射器
１１ 光検出器
１２ 大脳
１２−１ 脳活動部位の位置
１３ 小脳
１４ 光照射器から照射され、光検出器へ到達した光の伝播経路
１５ 光照射器
１６ 光照射器
１７ 光検出器
１８ 光検出器
１９ 光照射器
２０ 光照射器
２１ 光検出器
２２ 光検出器
２３ 光照射器１９と光検出器２１による光伝播経路
２４ 光照射器２０と光検出器２２による光伝播経路
２５ プローブ
２６ 計測器
２７ 固定機構
２８ ベルト部材
２９ ロックインアンプ
３０ Ａ／Ｄ変換器
３１ 演算部
３２ 信号解析部
３３ 記憶装置
３４ 光量制御部
３５ 光照射器−光検出器間距離制御部
３６ プローブアレー
３７ 照射用計測器
３８ 受光用計測器
３９ 外側面計測器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体頭部に光を照射する複数の光照射器と、
生体頭部内を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、
を有する計測器を備える、生体に装着可能なプローブと、
前記計測部から取得された信号に基づいて、前記受光した光の分布を解析する演算部と、
を有し、
前記プローブは、
当該プローブが装着された場合、一または複数の前記計測器が、前記生体頭部内の大脳縦列を覆い、当該大脳縦列の長手方向に縦列に配置される形状を有することを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
生体表面に光を照射する複数の光照射器と、
生体内部を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、
を備えるプローブと、
前記光検出器から取得された信号に基づいて、前記受光した光の分布を解析する演算部と、
を有し、
前記プローブは、
前記複数の光照射器及び前記複数の光受光器が、当該プローブの中点と交わる略直線上に配置されることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項３】
前記演算部は、
前記一または複数の計測器の有する前記複数の光照射器のうち、大脳縦列へ照射された光を受光する一または複数の前記光照射器を特定することを特徴とする請求項１または２記載の生体光計測装置。
【請求項４】
前記演算部は、
前記受光する光の光量が所定の値より低い場合、大脳縦列へ照射された光を受光する光照射器として特定することを特徴とする請求項２記載の生体光計測装置。
【請求項５】
前記演算部は、
前記特定された光照射器における計測結果に基づいて、前記照射する光の光強度を変化させることを特徴とする請求項４記載の生体光計測装置。
【請求項６】
前記演算部は、
前記特定された光照射器以外の一または複数の前記光照射器の照射する光強度を所定の値よりも小さくさせることを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項７】
前記演算部は、
前記特定された光照射器と隣接する一または複数の前記光照射器からの光に基づく信号を取得し、
前記特定された光照射器からの光に基づく信号と、前記隣接する一または複数の前記光照射器からの光に基づく信号との相関を解析することを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項８】
前記演算部は、
前記大脳縦列へ照射された光を受光する計測器の計測結果に基づいて、脳の内側部の深さ方向の光の照射位置を解析することを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項９】
前記プローブは、
披検体の頭部へ着脱するベルト部材を有することを特徴とする請求項１または２記載の生体光計測装置。
【請求項１０】
前記演算部は、
前記特定された光照射器からの光の光強度に基づいて、当該特定された光照射器と前記光受光器との間隔を変化させることを特徴とする請求項３記載の光計測装置。
【請求項１１】
前記計測器は、
当該計測器の有する前記複数の光照射器または光検出器の一部を交換し、前記光照射器と前記光検出器の間の距離を変更する機構を有することを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項１２】
前記プローブは、
当該プローブが装着された場合、前記計測部により計測される部位を、前記計測部が設置される側面と別の側面から計測する外側面計測器を有し、
前記演算部は、
脳の同一部位における前記計測器と前記外側面計測器からの信号との相関に基づいて、前記受光した光の分布を解析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１】
生体頭部に光を照射する複数の光照射器と、
生体頭部内を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、
を有する計測器を備える、生体に装着可能なプローブと、
前記計測部から取得された信号に基づいて、前記受光した光の分布を解析する演算部と、
を有し、
前記プローブは、
当該プローブが装着された場合、一または複数の前記計測器が、前記生体頭部内の大脳縦列を覆い、当該大脳縦列の長手方向に縦列に配置される形状を有することを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
生体表面に光を照射する複数の光照射器と、
生体内部を通過して生体表面から出射する光を検出する光受光器と、
を備えるプローブと、
前記光検出器から取得された信号に基づいて、前記受光した光の分布を解析する演算部と、
を有し、
前記プローブは、
前記複数の光照射器及び前記複数の光受光器が、当該プローブの中点と交わる略直線上に配置されることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項３】
前記演算部は、
前記一または複数の計測器の有する前記複数の光照射器のうち、大脳縦列へ照射された光を受光する一または複数の前記光照射器を特定することを特徴とする請求項１または２記載の生体光計測装置。
【請求項４】
前記演算部は、
前記受光する光の光量が所定の値より低い場合、大脳縦列へ照射された光を受光する光照射器として特定することを特徴とする請求項２記載の生体光計測装置。
【請求項５】
前記演算部は、
前記特定された光照射器における計測結果に基づいて、前記照射する光の光強度を変化させることを特徴とする請求項４記載の生体光計測装置。
【請求項６】
前記演算部は、
前記特定された光照射器以外の一または複数の前記光照射器の照射する光強度を所定の値よりも小さくさせることを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項７】
前記演算部は、
前記特定された光照射器と隣接する一または複数の前記光照射器からの光に基づく信号を取得し、
前記特定された光照射器からの光に基づく信号と、前記隣接する一または複数の前記光照射器からの光に基づく信号との相関を解析することを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項８】
前記演算部は、
前記大脳縦列へ照射された光を受光する計測器の計測結果に基づいて、脳の内側部の深さ方向の光の照射位置を解析することを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項９】
前記プローブは、
披検体の頭部へ着脱するベルト部材を有することを特徴とする請求項１または２記載の生体光計測装置。
【請求項１０】
前記演算部は、
前記特定された光照射器からの光の光強度に基づいて、当該特定された光照射器と前記光受光器との間隔を変化させることを特徴とする請求項３記載の光計測装置。
【請求項１１】
前記計測器は、
当該計測器の有する前記複数の光照射器または光検出器の一部を交換し、前記光照射器と前記光検出器の間の距離を変更する機構を有することを特徴とする請求項３記載の生体光計測装置。
【請求項１２】
前記プローブは、
当該プローブが装着された場合、前記計測部により計測される部位を、前記計測部が設置される側面と別の側面から計測する外側面計測器を有し、
前記演算部は、
脳の同一部位における前記計測器と前記外側面計測器からの信号との相関に基づいて、前記受光した光の分布を解析することを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１５２４１２（Ｐ２０１２−１５２４１２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６９９（Ｐ２０１１−１４６９９）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【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２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【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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