生体測定装置
【課題】 被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを得た上で、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことにより、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる生体測定装置の提供。
【解決手段】 頭皮表面画像２４ａ及び／又は脳表面画像２４ｂを表示する３次元形態画像表示制御部３３と、受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成するプローブ測定関連位置データ作成部３５と、電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する電極測定関連位置データ作成部３６と、プローブ測定関連位置データ及び電極測定関連位置データに基づいて、頭皮表面画像２４ａ及び／又は脳表面画像２４ｂ中に、受光量情報と電位情報とを重畳して表示する脳活動画像表示制御部３７とを備えることを特徴とする。
【解決手段】 頭皮表面画像２４ａ及び／又は脳表面画像２４ｂを表示する３次元形態画像表示制御部３３と、受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成するプローブ測定関連位置データ作成部３５と、電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する電極測定関連位置データ作成部３６と、プローブ測定関連位置データ及び電極測定関連位置データに基づいて、頭皮表面画像２４ａ及び／又は脳表面画像２４ｂ中に、受光量情報と電位情報とを重畳して表示する脳活動画像表示制御部３７とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲で脳活動を測定する生体測定装置に関する。特に生体の組織が正常であるか否かを診断するための酸素モニタや脳機能イメージング装置等として使用することができる生体測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘモグロビン濃度が生体内部の酸素代謝機能に対応することを利用することにより、生体内部を簡便に非侵襲で計測する光生体計測方法が知られている。このような光生体計測方法では、ヘモグロビン濃度は、可視光から近赤外領域までの波長の光を生体に照射することにより、生体を透過して得られる光の量から求められる。さらに、ヘモグロビンは、酸素と結合してオキシヘモグロビンとなり、一方、酸素と離れてデオキシヘモグロビンとなる。脳内では、血流再配分作用によって活性化している部位には酸素供給が行われ、酸素と結合したオキシヘモグロビン濃度が増加することも知られている。よって、オキシヘモグロビン濃度を計測することにより、脳活動の観察に応用することができる。オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとは、可視光から近赤外領域にかけて異なる分光吸収スペクトル特性を有しているので、異なる２波長（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍ）の近赤外光を用いてオキシヘモグロビン濃度とデオキシヘモグロビン濃度とをそれぞれ求めることができる。
【０００３】
そこで、複数の送光プローブと複数の受光プローブとを有するホルダを備える光計測装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。光計測装置では、被検体の頭皮表面上に配置した送光プローブにより、脳に近赤外光を照射するとともに、頭皮表面上に配置した受光プローブにより、脳から放出された近赤外光の光量を検出する。このようにして送光プローブと受光プローブとを用いることにより、脳の測定部位のオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、さらにはこれらから算出される全ヘモグロビン濃度を求める。
ここで、送光プローブと受光プローブとのプローブ間隔（チャンネル）と、脳の測定部位との関係について説明する。図７（ａ）は、一対の送光プローブ及び受光プローブと、脳の測定部位との関係を示す断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の平面図である。
送光プローブ１２が被検体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が被検体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検出させる。このとき、光は、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。これにより、測定領域の中でも、特に送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線Ｌの中点Ｍから、送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の距離の半分の深さＬ／２である被検体の部位Ｓの受光量情報（オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、さらにはこれらから算出される全ヘモグロビン濃度）が得られる。
【０００４】
また、複数の送光プローブと複数の受光プローブとを所定の配列で被検体の頭皮表面に密着させるために、ホルダが使用されている。ホルダには貫通孔が複数個設けられ、送光プローブと受光プローブとがそれらの貫通孔に挿入されることによって、チャンネルが一定となり、頭皮表面から特定の深度となる複数箇所の脳部位から受光量情報が得られるようになっている。
図８は、ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブとの位置関係を示す平面図である。ホルダ５１において送光プローブ１２と受光プローブ１３とが行方向及び列方向に交互となるように正方格子状に配置されている。ホルダ５１は、頭皮から脳までの距離が考慮されて設計されているため、被検体が成人であれば、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３０ｍｍとしたものが用いられている。チャンネルが３０ｍｍである場合には、上述したようにチャンネルの中点からの深度１５ｍｍ〜２０ｍｍの受光量情報が得られると考えられている。すなわち、頭皮表面から深度１５ｍｍ〜２０ｍｍの位置は脳表部位にほぼ対応し、脳活動に関した受光量情報が得られる。
【０００５】
このようなホルダ５１では、１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させ、次に、他の１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させるように順次、送光プローブ１２に光を送光させることにより、合計３１箇所の脳表部位からの受光量情報を得ることができる。なお、送光プローブ１２から照射された光は、隣接する受光プローブ１３以外の離れた受光プローブ１３でも検出されるが、ここでは説明を簡単にするため、隣接する受光プローブ１３のみで検出されることとする。
そして、合計３１箇所の脳表部位からの受光量情報を、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、カラーマッピングで表示している。このとき、脳の解剖学的構造には個人差があり、脳の形状が各人で違っているので、医師や検査技師等は、脳のどの部位から受光量情報を得たかを認識するために、核磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩと略す）等から被検体の脳表面を示す３次元形態画像データを得ることにより、脳表面画像を表示して、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示することも行われている。
【０００６】
一方、被検体の頭皮表面の電位が神経細胞やシナプスの電気活動の集積・総和に対応することを利用することにより、生体内部を簡便に非侵襲で計測する脳波計測方法も知られている。
そこで、複数の脳波測定電極と１個の基準電極とを有するホルダを備える脳波計が開発されている。脳波計では、被検体の頭皮表面上に配置した脳波測定電極と、被検体の耳等に配置した基準電極とにより、電位差（電位情報）を検出する。
図９は、ホルダにおける１２個の脳波測定電極と１個の基準電極との位置関係を示す平面図である。１２個の脳波測定電極１４が３×４の正方格子状に配置されている。一の脳波測定電極１４と他の脳波測定電極１４との間の距離は、３０ｍｍである。
このようなホルダ６１では、１２個の脳波測定電極１４と基準電極１５との電位差を同時にそれぞれ検出することにより、合計１２箇所の頭皮表面部位の電位情報を得ることができる。そして、合計１２箇所の頭皮表面部位の電位情報を等電位線図で表示している。
【０００７】
ところで、上述したような光生体測定装置では、空間分解能が高い（例えば、２０ｍｍ間隔となる）ので高次脳機能を知る上で非常に有効な手法であるが、順次、送光プローブ１２に光を送光させてから合計３１箇所の脳表部位からの受光量情報を得るため、時間分解能が低い（例えば、１．５秒間隔となる）という欠点がある。
一方、上述したような脳波計では、１２個の脳波測定電極１４と基準電極１５との電位差を同時に検出することができるので時間分解能が高いが、電位情報には生体内部（低導電特性の頭蓋骨等）に起因する背景雑音やアーチファクトが混入するため、明瞭性を欠く上に、脳波測定電極１４の配置数に制限があるため、空間分解能が低い（例えば、３０ｍｍ間隔となる）という欠点がある。
したがって、測定の目的等に応じて、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とが使い分けられていた。
【特許文献１】特開２００１−３３７０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを使い分けているので、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができなかった。
そこで、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことも考えられるが、脳の解剖学的構造には個人差があり、脳の形状が各人で違っているため、光生体測定装置によるヘモグロビン濃度と、脳波計による神経細胞やシナプスの電気活動の集積・総和とを充分に融合することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本件発明者らは、上記課題を解決するために、光生体測定装置によるヘモグロビン濃度と、脳波計による神経細胞やシナプスの電気活動の集積・総和とを充分に融合することについて検討を行った。そこで、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを得た上で、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことで、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができることを見出した。
すなわち、本発明の生体測定装置は、被検体の頭皮表面上に配置される送光プローブと受光プローブと脳波測定電極と、基準電極とを有するホルダと、前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する受光量情報を得る送受光部制御部と、前記脳波測定電極と基準電極との電位差を検出するように制御することで、脳活動に関する電位情報を得る電極制御部とを備える生体測定装置であって、前記被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得して、表示装置に頭皮表面画像及び／又は脳表面画像を表示する３次元形態画像表示制御部と、前記頭皮表面上における送光プローブ及び受光プローブの配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、当該プローブ配置位置データに基づいて、前記受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成するプローブ測定関連位置データ作成部と、前記頭皮表面上における脳波測定電極の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、当該電極配置位置データに基づいて、前記電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する電極測定関連位置データ作成部と、前記頭皮表面画像及び／又は脳表面画像中に、前記プローブ測定関連位置データに基づいて、前記受光量情報を重畳して表示するとともに、前記電極測定関連位置データに基づいて、前記電位情報を重畳して表示する脳活動画像表示制御部とを備えるようにしている。
【００１０】
ここで、「被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データ」とは、核磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩと略す）やＣＴ画像等により作成された被検体の映像データから、頭皮表面と脳表面とを示す映像データを抽出することにより作成された３次元画像データのことをいう（図４参照）。
本発明の生体測定装置によれば、３次元形態画像表示制御部は、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得する。そして、３次元形態画像表示制御部は、３次元形態画像データに基づいて、頭皮表面画像又は脳表面画像を表示する。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、計測しようとする被検体自身の頭皮表面又は脳表面を正確に認識することができるようになる。
【００１１】
また、医師や検査技師等は、ホルダを被検体の頭皮表面上に配置する。このとき、送光プローブと受光プローブと脳波測定電極とが被検体の頭皮表面上に配置されることになる。
プローブ測定関連位置データ作成部は、頭皮表面上における送光プローブ及び受光プローブの配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、プローブ配置位置データに基づいて、受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成する。例えば、医師や検査技師等が、表示装置に表示された頭皮表面画像中の送光プローブ及び受光プローブの配置位置の対応位置を入力装置等で指定することで、プローブ測定関連位置データ作成部は、プローブ配置位置データを取得する。そして、プローブ測定関連位置データ作成部は、プローブ測定関連位置として、脳表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置を算出する。
また、電極測定関連位置データ作成部は、頭皮表面上における脳波測定電極の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、電極配置位置データに基づいて、電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する。例えば、医師や検査技師等が、表示装置に表示された頭皮表面画像中の脳波測定電極の配置位置の対応位置を入力装置等で指定することで、電極測定関連位置データ作成部は、電極配置位置データを取得する。そして、電極測定関連位置データ作成部は、電極測定関連位置として、頭皮表面上において、脳波測定電極の配置位置を算出する。
【００１２】
次に、送受光部制御部は、送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する受光量情報を得る。また、電極制御部は、脳波測定電極と基準電極との電位差を検出するように制御することで、脳活動に関する電位情報を得る。
脳活動画像表示制御部は、頭皮表面画像及び／又は脳表面画像中に、プローブ測定関連位置データに基づいて、受光量情報を重畳して表示するとともに、電極測定関連位置データに基づいて、電位情報を重畳して表示する。例えば、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、頭皮表面画像中に電位情報を等電位線図で重畳して表示する。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを融合することができ、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の生体測定装置によれば、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを得た上で、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことにより、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
【００１４】
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明の生体測定装置は、前記ホルダは、複数の送光プローブと複数の受光プローブと複数の脳波測定電極と１個の基準電極とを有するようにしてもよい。
本発明の生体測定装置によれば、被検体の脳表面全面に関して、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
また、本発明の生体測定装置は、前記プローブ測定関連位置は、前記頭皮表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の中点の位置とするか、或いは、前記脳表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置とするようにしてもよい。
また、本発明の生体測定装置は、前記電極測定関連位置は、前記頭皮表面上において、脳波測定電極の配置位置とするか、或いは、前記脳表面上において、前記頭皮表面における脳波測定電極の配置位置からの垂線と交差する位置とするようにしてもよい。
【００１５】
そして、本発明の生体測定装置は、前記脳活動画像表示制御部は、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、前記電位情報を等電位線図で重畳して表示するようにしてもよい。
本発明の生体測定装置によれば、カラーマッピングと等電位線図とで表示するので、医師や検査技師等は、正確に区別することができる。
さらに、本発明の生体測定装置は、前記３次元形態画像表示制御部は、表示装置に頭皮表面画像と脳表面画像とを一体的に表示し、前記脳活動画像表示制御部は、前記頭皮表面画像又は脳表面画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、前記受光量情報がカラーマッピングで表示された画像と異なる画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第二カラーテーブルに基づいて、前記電位情報をカラーマッピングで重畳して表示するようにしてもよい。
本発明の生体測定装置によれば、頭皮表面画像と脳表面画像とに表示するので、医師や検査技師等は、正確に区別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、以下の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ことはいうまでもない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態である生体測定装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブと１２個の脳波測定電極１４と１個の基準電極１５との位置関係を示す平面図である。
生体測定装置１は、被検体の頭皮表面上に配置されるホルダ１１と、発光部２と、光検出部３と、生体測定装置１全体の制御を行う制御部（コンピュータ）２０と、ＭＲＩ６とにより構成される。
【００１８】
ホルダ１１は、１０個の送光プローブ１２と、１０個の受光プローブ１３と、１２個の脳波測定電極１４と、１個の基準電極１５とを有する。
１０個の送光プローブ１２と１０個の受光プローブ１３とは、縦方向と横方向とに交互となるように固定されている。１０個の送光プローブ１２は、光を出射するものであり、一方、１０個の受光プローブ１３は、光強度を検出するものである。なお、送光プローブ１２と受光プローブ１３との間の距離は、３０ｍｍである。
１２個の脳波測定電極１４は、３×４の正方格子状に固定されている。一方、１個の基準電極１５は、被検体の耳等に固定されるようになっている。脳波測定電極１４は、基準電極１５との電位差を検出するものである。そして、１２個の脳波測定電極１４は、後述する電極制御部３２に検出信号（電位情報）を出力する。なお、脳波測定電極１４と脳波測定電極１４との間の距離は、３０ｍｍである。
【００１９】
発光部２は、コンピュータ２０から入力された駆動信号により１０個の送光プローブ１２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８５０ｎｍ）が用いられる。
光検出部３は、１０個の受光プローブ１３で受光した近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍ）を個別に検出することにより、１０個の受光信号（受光量情報）をコンピュータ２０に出力する。
【００２０】
ＭＲＩ６は、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを作成する。具体的には、まず、被検体の頭皮表面と脳表面とを撮影することにより、３方向の２次元画像を示す形態映像データを取得する。ここで、形態映像データは、ＭＲ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルから構成される。そして、頭皮表面を示す形態映像データを抽出することにより、頭皮表面形態画像データを作成するとともに、脳表面を示す形態映像データを抽出することにより、脳表面形態画像データを作成することで、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを作成する（図４参照）。
なお、上述した抽出する方法としては、例えば、ＭＲ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルを用いることにより、領域拡張法、領域併合法、ヒューリスティック法等の画像領域分割方法、境界要素を連結して領域を抽出する方法、閉曲線を変形させて領域を抽出する方法等を利用する方法等が挙げられる。このように形態映像データを抽出することにより、頭皮表面形態画像データ及び脳表面形態画像データを取得するので、鮮明な画像データを取得することができる。
【００２１】
コンピュータ２０においては、ＣＰＵ２１を備え、さらにメモリ２５と、モニタ画面２３ａ等を有する表示装置２３と、入力装置２２であるキーボード２２ａやマウス２２ｂとが連結されている。
また、ＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、発光部２及び光検出部３を制御する送受光部制御部３１と、脳波測定電極１４及び基準電極１５を制御する電極制御部３２と、３次元形態画像表示制御部３３と、ポインタ表示制御部３４と、プローブ測定関連位置データ作成部３５と、電極測定関連位置データ作成部３６と、受光量情報及び電位情報を表示する脳活動画像表示制御部３７とを有する。
また、メモリ２５には、３次元形態画像データが記憶されるようになっている。３次元形態画像データは、上述したように、ＭＲＩ６により作成された被検体の映像データから、頭皮表面及び脳表面を示す映像データを抽出することにより作成された３次元画像データである（図４参照）。
【００２２】
ここで、図３は、本発明に係る生体測定装置１により表示されたモニタ画面２３ａの一例を示す図である。モニタ画面２３ａには、脳表面画像２４ｂが表示されている。
脳表面画像２４ｂ中には、受光量情報がカラーマッピングで重畳されて表示されるとともに、電位情報が等電位線図で重畳されて表示されている。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを融合することができる。
【００２３】
送受光部制御部３１は、発光部２に駆動信号を出力する発光制御部４２と、光検出部３からの受光信号（受光量情報）を受ける光検出制御部４３とを有する。
発光制御部４２は、送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を発光部２に出力する制御を行う。例えば、まず、１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させ、次に、他の１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させるように順次、送光プローブ１２に光を送光させる駆動信号を発光部２に出力する。
光検出制御部４３は、１０個の受光プローブ１３から検出された１０個の受光量情報を光検出部３から受ける制御を行う。
電極制御部３２は、１２個の脳波測定電極１４から検出された１２個の電位情報を受ける制御を行う。
【００２４】
３次元形態画像表示制御部３３は、ＭＲＩ６から被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得してメモリ２５に記憶させ、３次元形態画像データに基づいて、頭皮表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとをモニタ画面２３ａに表示する制御を行う（図４参照）。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、被検体自身の頭皮表面と脳表面とを正確に認識することができるようになっている。また、医師や検査技師等が入力装置２２を用いて、所望の方向から見た頭皮表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとなるように、方向を変更して表示することができるようにもなっている。なお、３次元形態画像データは、別に設けられたＭＲＩから記憶媒体等を用いて取得されてもよい。
【００２５】
ポインタ表示制御部３４は、モニタ画面２３ａにポインタ２４ｃを表示するとともに、マウス２２ｂから出力された操作信号に基づいて、モニタ画面２３ａに表示されたポインタ２４ｃを移動したり、ポインタ２４ｃで位置を指定したりする制御を行う。
プローブ測定関連位置データ作成部３５は、頭皮表面上における送光プローブ１２及び受光プローブ１３の配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、プローブ配置位置データに基づいて、受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成する制御を行う。例えば、医師や検査技師等は、モニタ画面２３ａに表示された頭皮表面画像２４ａ中の２０箇所をポインタ２４ｃで指定することで、プローブ測定関連位置データ作成部３５は、プローブ配置位置データを取得する。そして、プローブ測定関連位置データ作成部３５は、プローブ測定関連位置として、脳表面上において、送光プローブ１２の配置位置と受光プローブ１３の配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置を算出する。
【００２６】
電極測定関連位置データ作成部３６は、頭皮表面上における脳波測定電極１４の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、電極配置位置データに基づいて、電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する制御を行う。例えば、医師や検査技師等は、モニタ画面２３ａに表示された頭皮表面画像２４ａ中の１２箇所をポインタ２４ｃで指定することで、電極測定関連位置データ作成部３６は、電極測定関連位置データを取得する。そして、電極測定関連位置データ作成部３６は、電極測定関連位置として、頭皮表面上において、脳波測定電極１４の配置位置を算出する。
脳活動画像表示制御部３７は、脳表面画像２４ｂ中に、プローブ測定関連位置データに基づいて、受光量情報を重畳して表示するとともに、電極測定関連位置データに基づいて、電位情報を重畳して表示する制御を行う。例えば、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、脳表面画像２４ｂ中に電位情報を等電位線図で重畳して表示する。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを融合することができる。
【００２７】
次に、生体測定装置１により、受光量情報と電位情報とを測定する測定方法について説明する。図５ａ及び図５ｂは、生体測定装置１による測定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、３次元形態画像表示制御部３３は、ＭＲＩ６から被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得して、３次元形態画像データに基づいて、頭皮表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとをモニタ画面２３ａに表示する（図４参照）。
次に、ステップＳ１０２の処理において、医師や検査技師等は、披検体の頭皮表面上にホルダ１１を配置する。
【００２８】
次に、ステップＳ１０３の処理において、医師や検査技師等は、頭皮表面画像２４ａ中の２０箇所をポインタ２４ｃで指定する。
次に、ステップＳ１０４の処理において、プローブ測定関連位置データ作成部３５は、プローブ配置位置データを取得して、プローブ測定関連位置として、脳表面上において、送光プローブ１２の配置位置と受光プローブ１３の配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置を算出する。
次に、ステップＳ１０５の処理において、医師や検査技師等は、頭皮表面画像２４ａ中の１２箇所をポインタ２４ｃで指定する。
次に、ステップＳ１０６の処理において、電極測定関連位置データ作成部３６は、電極測定関連位置データを取得して、電極測定関連位置として、脳表面上において、頭皮表面における脳波測定電極１４の配置位置からの垂線と交差する位置を算出する。
【００２９】
次に、ステップＳ１０７の処理において、医師や検査技師等は、測定を開始するか否かを判断する。測定を開始しないと判断したときには、ステップＳ１０７の処理を繰り返す。
一方、測定を開始すると判断したときには、ステップＳ１０８の処理において、３次元形態画像表示制御部３３は、３次元形態画像データに基づいて、脳表面画像２４ｂをモニタ画面２３ａに表示する。
【００３０】
次に、ステップＳ１０９の処理において、光を送光する送光プローブを示す送光プローブ番号パラメータｎ＝０とする。
次に、ステップＳ１１０の処理において、発光制御部４２及び光検出制御部４３は、発光部２に駆動信号を出力するとともに、光検出部３からの受光信号（受光量情報）を受ける。
次に、ステップＳ１１１の処理において、送光プローブ番号パラメータｎ＝９であるか否かを判定する。
送光プローブ番号パラメータｎ＝９でないと判定したときには、ステップＳ１１２の処理において、ｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１１０の処理に戻る。
一方、送光プローブ番号パラメータｎ＝９であると判定したときには、ステップＳ１１３の処理において、脳活動画像表示制御部３７は、プローブ測定関連位置データに基づいて、脳表面画像２４ｂ中に、受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示する。
次に、ステップＳ１１４の処理において、医師や検査技師等は、測定を終了するか否かを判断する。測定を終了しないと判断したときには、ステップＳ１０９の処理に戻る。
【００３１】
一方、ステップＳ１１５の処理において、電極制御部３２は、１２個の脳波測定電極１４から検出された１２個の検出信号（電位情報）を受ける。
次に、ステップＳ１１６の処理において、脳活動画像表示制御部３７は、電極測定関連位置データに基づいて、脳表面画像２４ｂ中に、電位情報を等電位線図で重畳して表示する。
次に、ステップＳ１１７の処理において、医師や検査技師等は、測定を終了するか否かを判断する。測定を終了しないと判断したときには、ステップＳ１１５の処理に戻る。
一方、ステップＳ１１４、Ｓ１１７の処理において、測定を終了すると判断したときには、本フローチャートを終了させる。
以上のように、生体測定装置１によれば、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを得ているので、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことにより、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
【００３２】
（他の実施形態）
（１）上述した生体測定装置１では、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示する構成を示したが、頭皮表面画像中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示するような構成としてもよい（図６参照）。
（２）上述した生体測定装置１では、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示する構成を示したが、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、頭皮表面画像中に電位情報を等電位線図で重畳して表示するような構成としてもよい。なお、頭皮表面画像と脳表面画像が一体的に表示されるときには、頭皮表面画像は、半透明で表示されるようにすればよい。
（３）上述した生体測定装置１では、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示する構成を示したが、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、数値とカラーとの対応関係を示す第二カラーテーブルに基づいて、頭皮表面画像中に電位情報をカラーマッピングで重畳して表示するような構成としてもよい。なお、頭皮表面画像と脳表面画像が一体的に表示されるときには、頭皮表面画像は、半透明で表示されるようにすればよい。
【００３３】
（４）上述した生体測定装置１では、脳活動画像表示制御部３７は、受光量情報と電位情報とをサンプリング時間で表示する構成を示したが、受光量情報と電位情報とを任意の期間における平均値で表示するような構成としてもよい。
（５）上述した生体測定装置１では、１０個の送光プローブ１２と、１０個の受光プローブ１３と、１２個の脳波測定電極１４と、１個の基準電極１５とを有するホルダ１１を示したが、異なる数、例えば２０個の送光プローブと、２０個の受光プローブと、２４個の脳波測定電極と、１個の基準電極とを有するホルダとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、生体の組織が正常であるか否かを診断するための酸素モニタや脳機能イメージング装置等として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である生体測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブと１２個の脳波測定電極１４と１個の基準電極との位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明に係る生体測定装置により表示されたモニタ画面の一例を示す図である。
【図４】３次元形態画像データを示す図である。
【図５ａ】生体測定装置１による測定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。
【図５ｂ】生体測定装置１による測定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。
【図６】本発明に係る生体測定装置により表示されたモニタ画面の他の一例を示す図である。
【図７】一対の送光プローブ及び受光プローブと、脳の測定部位との関係を示す図である。
【図８】ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブとの位置関係を示す平面図である。
【図９】ホルダにおける１２個の脳波測定電極と１個の基準電極との位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：生体測定装置
１１：ホルダ
１２：送光プローブ
１３：受光プローブ
１４：脳波測定電極
１５：基準電極
２２：入力装置
２３：表示装置
３１：送受光部制御部
３２：電極制御部
３３：３次元形態画像表示制御部
３５：プローブ測定関連位置データ作成部
３６：電極測定関連位置データ作成部
３７：脳活動画像表示制御部
Ｔ：送光点
Ｒ：受光点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲で脳活動を測定する生体測定装置に関する。特に生体の組織が正常であるか否かを診断するための酸素モニタや脳機能イメージング装置等として使用することができる生体測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘモグロビン濃度が生体内部の酸素代謝機能に対応することを利用することにより、生体内部を簡便に非侵襲で計測する光生体計測方法が知られている。このような光生体計測方法では、ヘモグロビン濃度は、可視光から近赤外領域までの波長の光を生体に照射することにより、生体を透過して得られる光の量から求められる。さらに、ヘモグロビンは、酸素と結合してオキシヘモグロビンとなり、一方、酸素と離れてデオキシヘモグロビンとなる。脳内では、血流再配分作用によって活性化している部位には酸素供給が行われ、酸素と結合したオキシヘモグロビン濃度が増加することも知られている。よって、オキシヘモグロビン濃度を計測することにより、脳活動の観察に応用することができる。オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとは、可視光から近赤外領域にかけて異なる分光吸収スペクトル特性を有しているので、異なる２波長（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍ）の近赤外光を用いてオキシヘモグロビン濃度とデオキシヘモグロビン濃度とをそれぞれ求めることができる。
【０００３】
そこで、複数の送光プローブと複数の受光プローブとを有するホルダを備える光計測装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。光計測装置では、被検体の頭皮表面上に配置した送光プローブにより、脳に近赤外光を照射するとともに、頭皮表面上に配置した受光プローブにより、脳から放出された近赤外光の光量を検出する。このようにして送光プローブと受光プローブとを用いることにより、脳の測定部位のオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、さらにはこれらから算出される全ヘモグロビン濃度を求める。
ここで、送光プローブと受光プローブとのプローブ間隔（チャンネル）と、脳の測定部位との関係について説明する。図７（ａ）は、一対の送光プローブ及び受光プローブと、脳の測定部位との関係を示す断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の平面図である。
送光プローブ１２が被検体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が被検体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検出させる。このとき、光は、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。これにより、測定領域の中でも、特に送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線Ｌの中点Ｍから、送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の距離の半分の深さＬ／２である被検体の部位Ｓの受光量情報（オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、さらにはこれらから算出される全ヘモグロビン濃度）が得られる。
【０００４】
また、複数の送光プローブと複数の受光プローブとを所定の配列で被検体の頭皮表面に密着させるために、ホルダが使用されている。ホルダには貫通孔が複数個設けられ、送光プローブと受光プローブとがそれらの貫通孔に挿入されることによって、チャンネルが一定となり、頭皮表面から特定の深度となる複数箇所の脳部位から受光量情報が得られるようになっている。
図８は、ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブとの位置関係を示す平面図である。ホルダ５１において送光プローブ１２と受光プローブ１３とが行方向及び列方向に交互となるように正方格子状に配置されている。ホルダ５１は、頭皮から脳までの距離が考慮されて設計されているため、被検体が成人であれば、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３０ｍｍとしたものが用いられている。チャンネルが３０ｍｍである場合には、上述したようにチャンネルの中点からの深度１５ｍｍ〜２０ｍｍの受光量情報が得られると考えられている。すなわち、頭皮表面から深度１５ｍｍ〜２０ｍｍの位置は脳表部位にほぼ対応し、脳活動に関した受光量情報が得られる。
【０００５】
このようなホルダ５１では、１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させ、次に、他の１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させるように順次、送光プローブ１２に光を送光させることにより、合計３１箇所の脳表部位からの受光量情報を得ることができる。なお、送光プローブ１２から照射された光は、隣接する受光プローブ１３以外の離れた受光プローブ１３でも検出されるが、ここでは説明を簡単にするため、隣接する受光プローブ１３のみで検出されることとする。
そして、合計３１箇所の脳表部位からの受光量情報を、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、カラーマッピングで表示している。このとき、脳の解剖学的構造には個人差があり、脳の形状が各人で違っているので、医師や検査技師等は、脳のどの部位から受光量情報を得たかを認識するために、核磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩと略す）等から被検体の脳表面を示す３次元形態画像データを得ることにより、脳表面画像を表示して、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示することも行われている。
【０００６】
一方、被検体の頭皮表面の電位が神経細胞やシナプスの電気活動の集積・総和に対応することを利用することにより、生体内部を簡便に非侵襲で計測する脳波計測方法も知られている。
そこで、複数の脳波測定電極と１個の基準電極とを有するホルダを備える脳波計が開発されている。脳波計では、被検体の頭皮表面上に配置した脳波測定電極と、被検体の耳等に配置した基準電極とにより、電位差（電位情報）を検出する。
図９は、ホルダにおける１２個の脳波測定電極と１個の基準電極との位置関係を示す平面図である。１２個の脳波測定電極１４が３×４の正方格子状に配置されている。一の脳波測定電極１４と他の脳波測定電極１４との間の距離は、３０ｍｍである。
このようなホルダ６１では、１２個の脳波測定電極１４と基準電極１５との電位差を同時にそれぞれ検出することにより、合計１２箇所の頭皮表面部位の電位情報を得ることができる。そして、合計１２箇所の頭皮表面部位の電位情報を等電位線図で表示している。
【０００７】
ところで、上述したような光生体測定装置では、空間分解能が高い（例えば、２０ｍｍ間隔となる）ので高次脳機能を知る上で非常に有効な手法であるが、順次、送光プローブ１２に光を送光させてから合計３１箇所の脳表部位からの受光量情報を得るため、時間分解能が低い（例えば、１．５秒間隔となる）という欠点がある。
一方、上述したような脳波計では、１２個の脳波測定電極１４と基準電極１５との電位差を同時に検出することができるので時間分解能が高いが、電位情報には生体内部（低導電特性の頭蓋骨等）に起因する背景雑音やアーチファクトが混入するため、明瞭性を欠く上に、脳波測定電極１４の配置数に制限があるため、空間分解能が低い（例えば、３０ｍｍ間隔となる）という欠点がある。
したがって、測定の目的等に応じて、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とが使い分けられていた。
【特許文献１】特開２００１−３３７０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを使い分けているので、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができなかった。
そこで、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことも考えられるが、脳の解剖学的構造には個人差があり、脳の形状が各人で違っているため、光生体測定装置によるヘモグロビン濃度と、脳波計による神経細胞やシナプスの電気活動の集積・総和とを充分に融合することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本件発明者らは、上記課題を解決するために、光生体測定装置によるヘモグロビン濃度と、脳波計による神経細胞やシナプスの電気活動の集積・総和とを充分に融合することについて検討を行った。そこで、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを得た上で、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことで、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができることを見出した。
すなわち、本発明の生体測定装置は、被検体の頭皮表面上に配置される送光プローブと受光プローブと脳波測定電極と、基準電極とを有するホルダと、前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する受光量情報を得る送受光部制御部と、前記脳波測定電極と基準電極との電位差を検出するように制御することで、脳活動に関する電位情報を得る電極制御部とを備える生体測定装置であって、前記被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得して、表示装置に頭皮表面画像及び／又は脳表面画像を表示する３次元形態画像表示制御部と、前記頭皮表面上における送光プローブ及び受光プローブの配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、当該プローブ配置位置データに基づいて、前記受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成するプローブ測定関連位置データ作成部と、前記頭皮表面上における脳波測定電極の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、当該電極配置位置データに基づいて、前記電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する電極測定関連位置データ作成部と、前記頭皮表面画像及び／又は脳表面画像中に、前記プローブ測定関連位置データに基づいて、前記受光量情報を重畳して表示するとともに、前記電極測定関連位置データに基づいて、前記電位情報を重畳して表示する脳活動画像表示制御部とを備えるようにしている。
【００１０】
ここで、「被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データ」とは、核磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩと略す）やＣＴ画像等により作成された被検体の映像データから、頭皮表面と脳表面とを示す映像データを抽出することにより作成された３次元画像データのことをいう（図４参照）。
本発明の生体測定装置によれば、３次元形態画像表示制御部は、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得する。そして、３次元形態画像表示制御部は、３次元形態画像データに基づいて、頭皮表面画像又は脳表面画像を表示する。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、計測しようとする被検体自身の頭皮表面又は脳表面を正確に認識することができるようになる。
【００１１】
また、医師や検査技師等は、ホルダを被検体の頭皮表面上に配置する。このとき、送光プローブと受光プローブと脳波測定電極とが被検体の頭皮表面上に配置されることになる。
プローブ測定関連位置データ作成部は、頭皮表面上における送光プローブ及び受光プローブの配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、プローブ配置位置データに基づいて、受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成する。例えば、医師や検査技師等が、表示装置に表示された頭皮表面画像中の送光プローブ及び受光プローブの配置位置の対応位置を入力装置等で指定することで、プローブ測定関連位置データ作成部は、プローブ配置位置データを取得する。そして、プローブ測定関連位置データ作成部は、プローブ測定関連位置として、脳表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置を算出する。
また、電極測定関連位置データ作成部は、頭皮表面上における脳波測定電極の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、電極配置位置データに基づいて、電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する。例えば、医師や検査技師等が、表示装置に表示された頭皮表面画像中の脳波測定電極の配置位置の対応位置を入力装置等で指定することで、電極測定関連位置データ作成部は、電極配置位置データを取得する。そして、電極測定関連位置データ作成部は、電極測定関連位置として、頭皮表面上において、脳波測定電極の配置位置を算出する。
【００１２】
次に、送受光部制御部は、送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する受光量情報を得る。また、電極制御部は、脳波測定電極と基準電極との電位差を検出するように制御することで、脳活動に関する電位情報を得る。
脳活動画像表示制御部は、頭皮表面画像及び／又は脳表面画像中に、プローブ測定関連位置データに基づいて、受光量情報を重畳して表示するとともに、電極測定関連位置データに基づいて、電位情報を重畳して表示する。例えば、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、頭皮表面画像中に電位情報を等電位線図で重畳して表示する。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを融合することができ、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明の生体測定装置によれば、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを得た上で、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことにより、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
【００１４】
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明の生体測定装置は、前記ホルダは、複数の送光プローブと複数の受光プローブと複数の脳波測定電極と１個の基準電極とを有するようにしてもよい。
本発明の生体測定装置によれば、被検体の脳表面全面に関して、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
また、本発明の生体測定装置は、前記プローブ測定関連位置は、前記頭皮表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の中点の位置とするか、或いは、前記脳表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置とするようにしてもよい。
また、本発明の生体測定装置は、前記電極測定関連位置は、前記頭皮表面上において、脳波測定電極の配置位置とするか、或いは、前記脳表面上において、前記頭皮表面における脳波測定電極の配置位置からの垂線と交差する位置とするようにしてもよい。
【００１５】
そして、本発明の生体測定装置は、前記脳活動画像表示制御部は、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、前記電位情報を等電位線図で重畳して表示するようにしてもよい。
本発明の生体測定装置によれば、カラーマッピングと等電位線図とで表示するので、医師や検査技師等は、正確に区別することができる。
さらに、本発明の生体測定装置は、前記３次元形態画像表示制御部は、表示装置に頭皮表面画像と脳表面画像とを一体的に表示し、前記脳活動画像表示制御部は、前記頭皮表面画像又は脳表面画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、前記受光量情報がカラーマッピングで表示された画像と異なる画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第二カラーテーブルに基づいて、前記電位情報をカラーマッピングで重畳して表示するようにしてもよい。
本発明の生体測定装置によれば、頭皮表面画像と脳表面画像とに表示するので、医師や検査技師等は、正確に区別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、以下の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ことはいうまでもない。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態である生体測定装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブと１２個の脳波測定電極１４と１個の基準電極１５との位置関係を示す平面図である。
生体測定装置１は、被検体の頭皮表面上に配置されるホルダ１１と、発光部２と、光検出部３と、生体測定装置１全体の制御を行う制御部（コンピュータ）２０と、ＭＲＩ６とにより構成される。
【００１８】
ホルダ１１は、１０個の送光プローブ１２と、１０個の受光プローブ１３と、１２個の脳波測定電極１４と、１個の基準電極１５とを有する。
１０個の送光プローブ１２と１０個の受光プローブ１３とは、縦方向と横方向とに交互となるように固定されている。１０個の送光プローブ１２は、光を出射するものであり、一方、１０個の受光プローブ１３は、光強度を検出するものである。なお、送光プローブ１２と受光プローブ１３との間の距離は、３０ｍｍである。
１２個の脳波測定電極１４は、３×４の正方格子状に固定されている。一方、１個の基準電極１５は、被検体の耳等に固定されるようになっている。脳波測定電極１４は、基準電極１５との電位差を検出するものである。そして、１２個の脳波測定電極１４は、後述する電極制御部３２に検出信号（電位情報）を出力する。なお、脳波測定電極１４と脳波測定電極１４との間の距離は、３０ｍｍである。
【００１９】
発光部２は、コンピュータ２０から入力された駆動信号により１０個の送光プローブ１２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８５０ｎｍ）が用いられる。
光検出部３は、１０個の受光プローブ１３で受光した近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍ）を個別に検出することにより、１０個の受光信号（受光量情報）をコンピュータ２０に出力する。
【００２０】
ＭＲＩ６は、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを作成する。具体的には、まず、被検体の頭皮表面と脳表面とを撮影することにより、３方向の２次元画像を示す形態映像データを取得する。ここで、形態映像データは、ＭＲ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルから構成される。そして、頭皮表面を示す形態映像データを抽出することにより、頭皮表面形態画像データを作成するとともに、脳表面を示す形態映像データを抽出することにより、脳表面形態画像データを作成することで、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを作成する（図４参照）。
なお、上述した抽出する方法としては、例えば、ＭＲ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルを用いることにより、領域拡張法、領域併合法、ヒューリスティック法等の画像領域分割方法、境界要素を連結して領域を抽出する方法、閉曲線を変形させて領域を抽出する方法等を利用する方法等が挙げられる。このように形態映像データを抽出することにより、頭皮表面形態画像データ及び脳表面形態画像データを取得するので、鮮明な画像データを取得することができる。
【００２１】
コンピュータ２０においては、ＣＰＵ２１を備え、さらにメモリ２５と、モニタ画面２３ａ等を有する表示装置２３と、入力装置２２であるキーボード２２ａやマウス２２ｂとが連結されている。
また、ＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、発光部２及び光検出部３を制御する送受光部制御部３１と、脳波測定電極１４及び基準電極１５を制御する電極制御部３２と、３次元形態画像表示制御部３３と、ポインタ表示制御部３４と、プローブ測定関連位置データ作成部３５と、電極測定関連位置データ作成部３６と、受光量情報及び電位情報を表示する脳活動画像表示制御部３７とを有する。
また、メモリ２５には、３次元形態画像データが記憶されるようになっている。３次元形態画像データは、上述したように、ＭＲＩ６により作成された被検体の映像データから、頭皮表面及び脳表面を示す映像データを抽出することにより作成された３次元画像データである（図４参照）。
【００２２】
ここで、図３は、本発明に係る生体測定装置１により表示されたモニタ画面２３ａの一例を示す図である。モニタ画面２３ａには、脳表面画像２４ｂが表示されている。
脳表面画像２４ｂ中には、受光量情報がカラーマッピングで重畳されて表示されるとともに、電位情報が等電位線図で重畳されて表示されている。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを融合することができる。
【００２３】
送受光部制御部３１は、発光部２に駆動信号を出力する発光制御部４２と、光検出部３からの受光信号（受光量情報）を受ける光検出制御部４３とを有する。
発光制御部４２は、送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を発光部２に出力する制御を行う。例えば、まず、１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させ、次に、他の１個の送光プローブ１２に光を０．１５秒間送光させるように順次、送光プローブ１２に光を送光させる駆動信号を発光部２に出力する。
光検出制御部４３は、１０個の受光プローブ１３から検出された１０個の受光量情報を光検出部３から受ける制御を行う。
電極制御部３２は、１２個の脳波測定電極１４から検出された１２個の電位情報を受ける制御を行う。
【００２４】
３次元形態画像表示制御部３３は、ＭＲＩ６から被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得してメモリ２５に記憶させ、３次元形態画像データに基づいて、頭皮表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとをモニタ画面２３ａに表示する制御を行う（図４参照）。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、被検体自身の頭皮表面と脳表面とを正確に認識することができるようになっている。また、医師や検査技師等が入力装置２２を用いて、所望の方向から見た頭皮表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとなるように、方向を変更して表示することができるようにもなっている。なお、３次元形態画像データは、別に設けられたＭＲＩから記憶媒体等を用いて取得されてもよい。
【００２５】
ポインタ表示制御部３４は、モニタ画面２３ａにポインタ２４ｃを表示するとともに、マウス２２ｂから出力された操作信号に基づいて、モニタ画面２３ａに表示されたポインタ２４ｃを移動したり、ポインタ２４ｃで位置を指定したりする制御を行う。
プローブ測定関連位置データ作成部３５は、頭皮表面上における送光プローブ１２及び受光プローブ１３の配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、プローブ配置位置データに基づいて、受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成する制御を行う。例えば、医師や検査技師等は、モニタ画面２３ａに表示された頭皮表面画像２４ａ中の２０箇所をポインタ２４ｃで指定することで、プローブ測定関連位置データ作成部３５は、プローブ配置位置データを取得する。そして、プローブ測定関連位置データ作成部３５は、プローブ測定関連位置として、脳表面上において、送光プローブ１２の配置位置と受光プローブ１３の配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置を算出する。
【００２６】
電極測定関連位置データ作成部３６は、頭皮表面上における脳波測定電極１４の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、電極配置位置データに基づいて、電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する制御を行う。例えば、医師や検査技師等は、モニタ画面２３ａに表示された頭皮表面画像２４ａ中の１２箇所をポインタ２４ｃで指定することで、電極測定関連位置データ作成部３６は、電極測定関連位置データを取得する。そして、電極測定関連位置データ作成部３６は、電極測定関連位置として、頭皮表面上において、脳波測定電極１４の配置位置を算出する。
脳活動画像表示制御部３７は、脳表面画像２４ｂ中に、プローブ測定関連位置データに基づいて、受光量情報を重畳して表示するとともに、電極測定関連位置データに基づいて、電位情報を重畳して表示する制御を行う。例えば、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、脳表面画像２４ｂ中に電位情報を等電位線図で重畳して表示する。これにより、医師や検査技師等は、脳の解剖学的構造に個人差があるが、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを融合することができる。
【００２７】
次に、生体測定装置１により、受光量情報と電位情報とを測定する測定方法について説明する。図５ａ及び図５ｂは、生体測定装置１による測定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、３次元形態画像表示制御部３３は、ＭＲＩ６から被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得して、３次元形態画像データに基づいて、頭皮表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとをモニタ画面２３ａに表示する（図４参照）。
次に、ステップＳ１０２の処理において、医師や検査技師等は、披検体の頭皮表面上にホルダ１１を配置する。
【００２８】
次に、ステップＳ１０３の処理において、医師や検査技師等は、頭皮表面画像２４ａ中の２０箇所をポインタ２４ｃで指定する。
次に、ステップＳ１０４の処理において、プローブ測定関連位置データ作成部３５は、プローブ配置位置データを取得して、プローブ測定関連位置として、脳表面上において、送光プローブ１２の配置位置と受光プローブ１３の配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置を算出する。
次に、ステップＳ１０５の処理において、医師や検査技師等は、頭皮表面画像２４ａ中の１２箇所をポインタ２４ｃで指定する。
次に、ステップＳ１０６の処理において、電極測定関連位置データ作成部３６は、電極測定関連位置データを取得して、電極測定関連位置として、脳表面上において、頭皮表面における脳波測定電極１４の配置位置からの垂線と交差する位置を算出する。
【００２９】
次に、ステップＳ１０７の処理において、医師や検査技師等は、測定を開始するか否かを判断する。測定を開始しないと判断したときには、ステップＳ１０７の処理を繰り返す。
一方、測定を開始すると判断したときには、ステップＳ１０８の処理において、３次元形態画像表示制御部３３は、３次元形態画像データに基づいて、脳表面画像２４ｂをモニタ画面２３ａに表示する。
【００３０】
次に、ステップＳ１０９の処理において、光を送光する送光プローブを示す送光プローブ番号パラメータｎ＝０とする。
次に、ステップＳ１１０の処理において、発光制御部４２及び光検出制御部４３は、発光部２に駆動信号を出力するとともに、光検出部３からの受光信号（受光量情報）を受ける。
次に、ステップＳ１１１の処理において、送光プローブ番号パラメータｎ＝９であるか否かを判定する。
送光プローブ番号パラメータｎ＝９でないと判定したときには、ステップＳ１１２の処理において、ｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１１０の処理に戻る。
一方、送光プローブ番号パラメータｎ＝９であると判定したときには、ステップＳ１１３の処理において、脳活動画像表示制御部３７は、プローブ測定関連位置データに基づいて、脳表面画像２４ｂ中に、受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示する。
次に、ステップＳ１１４の処理において、医師や検査技師等は、測定を終了するか否かを判断する。測定を終了しないと判断したときには、ステップＳ１０９の処理に戻る。
【００３１】
一方、ステップＳ１１５の処理において、電極制御部３２は、１２個の脳波測定電極１４から検出された１２個の検出信号（電位情報）を受ける。
次に、ステップＳ１１６の処理において、脳活動画像表示制御部３７は、電極測定関連位置データに基づいて、脳表面画像２４ｂ中に、電位情報を等電位線図で重畳して表示する。
次に、ステップＳ１１７の処理において、医師や検査技師等は、測定を終了するか否かを判断する。測定を終了しないと判断したときには、ステップＳ１１５の処理に戻る。
一方、ステップＳ１１４、Ｓ１１７の処理において、測定を終了すると判断したときには、本フローチャートを終了させる。
以上のように、生体測定装置１によれば、被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを得ているので、光生体測定装置による測定と、脳波計による測定とを同時に行うことにより、空間分解能が高く、かつ、時間分解能が高い測定を行うことができる。
【００３２】
（他の実施形態）
（１）上述した生体測定装置１では、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示する構成を示したが、頭皮表面画像中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示するような構成としてもよい（図６参照）。
（２）上述した生体測定装置１では、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示する構成を示したが、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、頭皮表面画像中に電位情報を等電位線図で重畳して表示するような構成としてもよい。なお、頭皮表面画像と脳表面画像が一体的に表示されるときには、頭皮表面画像は、半透明で表示されるようにすればよい。
（３）上述した生体測定装置１では、脳表面画像２４ｂ中に受光量情報と電位情報とを重畳して表示する構成を示したが、脳表面画像中に受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、数値とカラーとの対応関係を示す第二カラーテーブルに基づいて、頭皮表面画像中に電位情報をカラーマッピングで重畳して表示するような構成としてもよい。なお、頭皮表面画像と脳表面画像が一体的に表示されるときには、頭皮表面画像は、半透明で表示されるようにすればよい。
【００３３】
（４）上述した生体測定装置１では、脳活動画像表示制御部３７は、受光量情報と電位情報とをサンプリング時間で表示する構成を示したが、受光量情報と電位情報とを任意の期間における平均値で表示するような構成としてもよい。
（５）上述した生体測定装置１では、１０個の送光プローブ１２と、１０個の受光プローブ１３と、１２個の脳波測定電極１４と、１個の基準電極１５とを有するホルダ１１を示したが、異なる数、例えば２０個の送光プローブと、２０個の受光プローブと、２４個の脳波測定電極と、１個の基準電極とを有するホルダとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、生体の組織が正常であるか否かを診断するための酸素モニタや脳機能イメージング装置等として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態である生体測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブと１２個の脳波測定電極１４と１個の基準電極との位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明に係る生体測定装置により表示されたモニタ画面の一例を示す図である。
【図４】３次元形態画像データを示す図である。
【図５ａ】生体測定装置１による測定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。
【図５ｂ】生体測定装置１による測定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。
【図６】本発明に係る生体測定装置により表示されたモニタ画面の他の一例を示す図である。
【図７】一対の送光プローブ及び受光プローブと、脳の測定部位との関係を示す図である。
【図８】ホルダにおける１０個の送光プローブと１０個の受光プローブとの位置関係を示す平面図である。
【図９】ホルダにおける１２個の脳波測定電極と１個の基準電極との位置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：生体測定装置
１１：ホルダ
１２：送光プローブ
１３：受光プローブ
１４：脳波測定電極
１５：基準電極
２２：入力装置
２３：表示装置
３１：送受光部制御部
３２：電極制御部
３３：３次元形態画像表示制御部
３５：プローブ測定関連位置データ作成部
３６：電極測定関連位置データ作成部
３７：脳活動画像表示制御部
Ｔ：送光点
Ｒ：受光点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の頭皮表面上に配置される送光プローブと受光プローブと脳波測定電極と、基準電極とを有するホルダと、
前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する受光量情報を得る送受光部制御部と、
前記脳波測定電極と基準電極との電位差を検出するように制御することで、脳活動に関する電位情報を得る電極制御部とを備える生体測定装置であって、
前記被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得して、表示装置に頭皮表面画像及び／又は脳表面画像を表示する３次元形態画像表示制御部と、
前記頭皮表面上における送光プローブ及び受光プローブの配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、当該プローブ配置位置データに基づいて、前記受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成するプローブ測定関連位置データ作成部と、
前記頭皮表面上における脳波測定電極の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、当該電極配置位置データに基づいて、前記電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する電極測定関連位置データ作成部と、
前記頭皮表面画像及び／又は脳表面画像中に、前記プローブ測定関連位置データに基づいて、前記受光量情報を重畳して表示するとともに、前記電極測定関連位置データに基づいて、前記電位情報を重畳して表示する脳活動画像表示制御部とを備えることを特徴とする生体測定装置。
【請求項２】
前記ホルダは、複数の送光プローブと複数の受光プローブと複数の脳波測定電極と１個の基準電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の生体測定装置。
【請求項３】
前記プローブ測定関連位置は、前記頭皮表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の中点の位置とするか、或いは、前記脳表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体測定装置。
【請求項４】
前記電極測定関連位置は、前記頭皮表面上において、脳波測定電極の配置位置とするか、或いは、前記脳表面上において、前記頭皮表面における脳波測定電極の配置位置からの垂線と交差する位置とすることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の生体測定装置。
【請求項５】
前記脳活動画像表示制御部は、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、
前記電位情報を等電位線図で重畳して表示することを特徴とする請求項２〜請求項４の何れかに記載の生体測定装置。
【請求項６】
前記３次元形態画像表示制御部は、表示装置に頭皮表面画像と脳表面画像とを一体的に表示し、
前記脳活動画像表示制御部は、前記頭皮表面画像又は脳表面画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、
前記受光量情報がカラーマッピングで表示された画像と異なる画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第二カラーテーブルに基づいて、前記電位情報をカラーマッピングで重畳して表示することを特徴とする請求項２〜請求項４の何れかに記載の生体測定装置。
【請求項１】
被検体の頭皮表面上に配置される送光プローブと受光プローブと脳波測定電極と、基準電極とを有するホルダと、
前記送光プローブが頭皮表面に光を照射するとともに、前記受光プローブが頭皮表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する受光量情報を得る送受光部制御部と、
前記脳波測定電極と基準電極との電位差を検出するように制御することで、脳活動に関する電位情報を得る電極制御部とを備える生体測定装置であって、
前記被検体の頭皮表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像データを取得して、表示装置に頭皮表面画像及び／又は脳表面画像を表示する３次元形態画像表示制御部と、
前記頭皮表面上における送光プローブ及び受光プローブの配置位置を示すプローブ配置位置データを取得して、当該プローブ配置位置データに基づいて、前記受光量情報が得られたプローブ測定関連位置を示すプローブ測定関連位置データを作成するプローブ測定関連位置データ作成部と、
前記頭皮表面上における脳波測定電極の配置位置を示す電極配置位置データを取得して、当該電極配置位置データに基づいて、前記電位情報が得られた電極測定関連位置を示す電極測定関連位置データを作成する電極測定関連位置データ作成部と、
前記頭皮表面画像及び／又は脳表面画像中に、前記プローブ測定関連位置データに基づいて、前記受光量情報を重畳して表示するとともに、前記電極測定関連位置データに基づいて、前記電位情報を重畳して表示する脳活動画像表示制御部とを備えることを特徴とする生体測定装置。
【請求項２】
前記ホルダは、複数の送光プローブと複数の受光プローブと複数の脳波測定電極と１個の基準電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の生体測定装置。
【請求項３】
前記プローブ測定関連位置は、前記頭皮表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを頭皮表面に沿って最短距離で結んだ線の中点の位置とするか、或いは、前記脳表面上において、送光プローブの配置位置と受光プローブの配置位置とを結んだ線の垂直二等分線と交差する位置とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体測定装置。
【請求項４】
前記電極測定関連位置は、前記頭皮表面上において、脳波測定電極の配置位置とするか、或いは、前記脳表面上において、前記頭皮表面における脳波測定電極の配置位置からの垂線と交差する位置とすることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の生体測定装置。
【請求項５】
前記脳活動画像表示制御部は、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、
前記電位情報を等電位線図で重畳して表示することを特徴とする請求項２〜請求項４の何れかに記載の生体測定装置。
【請求項６】
前記３次元形態画像表示制御部は、表示装置に頭皮表面画像と脳表面画像とを一体的に表示し、
前記脳活動画像表示制御部は、前記頭皮表面画像又は脳表面画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第一カラーテーブルに基づいて、前記受光量情報をカラーマッピングで重畳して表示するとともに、
前記受光量情報がカラーマッピングで表示された画像と異なる画像中に、数値とカラーとの対応関係を示す第二カラーテーブルに基づいて、前記電位情報をカラーマッピングで重畳して表示することを特徴とする請求項２〜請求項４の何れかに記載の生体測定装置。
【図１】
【図２】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図４】
【図６】
【図２】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１１９６６０（Ｐ２０１０−１１９６６０Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６８４９（Ｐ２００８−２９６８４９）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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