(57)【要約】【課題】脳の活動部位を特定できるとともに、高い空間分解能が得られる脳機能計測装置を提供する。【解決手段】脳機能計測装置１は、脳５に向けて近赤外光Ｌを出射する一つの光源６と、脳５を透過した近赤外光Ｌを検出する複数の受光器アレイ３とを備えている。各受光器アレイ３は頭皮２上に設けられ、光源６は、口腔４内に配置されることで、受光器アレイ３と脳５を介して反対側に設けられる。光源６には、近赤外光Ｌの出射方向を調整する光ファイバが設けられる。光ファイバは、近赤外光Ｌが脳５に向けて出射されるように出射部の向きが調整される。また、光ファイバの出射部には、出射部から出射した近赤外光Ｌを放射状に拡散する球面状のレンズが取り付けられる。【選択図】図１
2010082370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳に向けて電磁波を出射する電磁波発生手段と、  
脳を透過した前記電磁波を検出する電磁波検出手段とを備え、
前記電磁波検出手段は、頭皮上に設けられ、
前記電磁波発生手段は、前記電磁波検出手段と脳を介して反対側に設けられることを特徴とする脳機能計測装置。
【請求項２】
前記電磁波発生手段は、前記電磁波としての近赤外光を脳に向けて出射する光源であり、
前記電磁波検出手段は、脳を透過した前記近赤外光を受光する受光器アレイであることを特徴とする請求項１に記載の脳機能計測装置。
【請求項３】
前記電磁波発生手段は、前記電磁波としてのテラヘルツ波を脳に向けて出射するテラヘルツ波発生装置であり、
前記電磁波検出手段は、脳を透過した前記テラヘルツ波を検出する検出器であることを特徴とする請求項１に記載の脳機能計測装置。
【請求項４】
前記電磁波発生手段は、口腔内に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の脳機能計測装置。
【請求項５】
前記電磁波発生手段は、鼻腔内に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の脳機能計測装置。
【請求項６】
前記電磁波発生手段は、一つ設けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の脳機能計測装置。
【請求項７】
前記電磁波検出手段は、前記頭皮上の異なる位置に複数設けられることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の脳機能計測装置。
【請求項８】
前記電磁波発生手段には、前記電磁波の出射方向を調整する光ファイバが設けられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の脳機能計測装置。
【請求項９】
前記光ファイバの出射部には、前記電磁波を放射状に拡散する球面状のレンズが設けられることを特徴とする請求項８に記載の脳機能計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を用いた脳機能計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織に対して透過性が高い近赤外光を用いて、生体組織における血流変化を検出することが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２には、近赤外光を頭部や筋肉などの生体組織に向けて照射し、生体組織を透過した近赤外光を分析することで、生体組織を流れる血液中のヘモグロビン酸素化状態の変化を調べる方法が開示されている。
【０００４】
この方法は、生体組織の透過時における近赤外光の光吸収量を測定することで、血流の増加に伴い生じる酸素化ヘモグロビンの増加と脱酸素化ヘモグロビンの減少を観測するものであって、一般に近赤外分光法(ＮＩＲＳ：Ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）と呼ばれ、非浸襲的な実施が可能であるため、安全な手法として知られている。
【０００５】
図３は、近赤外分光法により大脳皮質における活動を検出する従来の脳機能計測装置４０を示している。この脳機能計測装置４０は、頭皮２上に設けた光源４１から脳５に近赤外光Ｌを照射して、この照射により生じた反射光および散乱光を、頭皮２上に設けた受光器４２によって受光することで、脳５の血流変化（血液中のヘモグロビン酸素化状態の変化）を検出するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−１１５２３２号公報
【特許文献２】特開昭６３−２７５３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで図３に示す脳機能計測装置４０では、脳５の構造が複雑であるため、受光器４２が受光した光の経路を特定することができない。このため、図３に示す脳機能計測装置４０では、脳５における活動部位を高精度に特定することが困難である。
【０００８】
また、大脳皮質５０の血流変化を計測するためには、光源４１と受光器４２とを３０ｍｍ程度間隔をあけて配置する必要がある。このため、受光器４２を高密度に配置できないため、高い空間分解能を得ることができない。
【０００９】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、脳の活動部位を高精度に特定できるとともに、高い空間分解能が得られる脳機能計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の脳機能計測装置は、脳に向けて電磁波を出射する電磁波発生手段と、脳を透過した前記電磁波を検出する電磁波検出手段とを備え、前記電磁波検出手段は、頭皮上に設けられ、前記電磁波発生手段は、前記電磁波検出手段と脳を介して反対側に設けられることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記電磁波発生手段は、前記電磁波としての近赤外光を脳に向けて出射する光源であり、前記電磁波検出手段は、脳を透過した前記近赤外光を受光する受光器アレイであることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記電磁波発生手段は、前記電磁波としてのテラヘルツ波を脳に向けて出射するテラヘルツ波発生装置であり、前記電磁波検出手段は、脳を透過した前記テラヘルツ波を検出する検出器であることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記電磁波発生手段は、口腔内に配置されることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記電磁波発生手段は、鼻腔内に配置されることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記電磁波発生手段は、一つ設けられることを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記電磁波検出手段は、前記頭皮上の異なる位置に複数設けられることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、前記電磁波発生手段には、前記電磁波の出射方向を調整する光ファイバが設けられることを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、前記光ファイバの出射部には、前記電磁波を放射状に拡散する球面状のレンズが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電磁波検出手段を頭皮上に設け、電磁波発生手段を電磁波検出手段と脳を介して反対側に設けるようにしたことから、電磁波検出手段で受光される電磁波には、脳への照射で反射した電磁波はほとんど含まれず、脳を透過した電磁波が大部分となる。また、感覚や運動等の機能を司る大脳皮質は脳の表面近くにあり、電磁波検出手段で検出される電磁波には電磁波検出手段から近い距離にある大脳皮質での血流変化が反映される。これにより、脳の活動部位を高精度に特定することができる。
【００２０】
また上述の電磁波検出手段と電磁波発生手段との位置関係により、電磁波検出手段を電磁波発生手段による制限なく配置することができる。このため、電磁波検出手段を高密度に配置することができるため、高い空間分解能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態における脳機能計測装置１を示している。脳機能計測装置１は、頭皮２上に設けられた複数の受光器アレイ３と、口腔４内に配置されることで受光器アレイ３と脳５を介して反対側に設けられた、一つの光源６とを備えている。
【００２３】
各受光器アレイ３は、頭皮２上の異なる位置に設けられており、直径が１ｃｍ程度の受光面を有し、該受光面に受光された光の強度を計測可能である。
【００２４】
図２は、光源６を拡大して示す概略図である。光源６は、例えば、近赤外光Ｌを発生させる発生部７と、発生部７で発生した近赤外光Ｌの出射方向を調整する光ファイバ８とによって構成される。光ファイバ８は、近赤外光Ｌが脳５に向けて出射されるように、出射部９の向きが調整される。また、光ファイバ８の出射部９には球面状のレンズ１０が取り付けられ、レンズ１０は、出射部９から出射した近赤外光Ｌを放射状に拡散する。
【００２５】
以上の構成を有する脳機能計測装置１によれば、口腔４内に配置された光源６から、脳５に向けて近赤外光Ｌが出射されることで、近赤外光Ｌは、脳５内を上方へ進行して、脳５の頭皮２近傍に位置する大脳皮質５０を透過する。この際、光源６から出射された近赤外光Ｌは、レンズ１０により放射状に拡散されることで大脳皮質５０のあらゆる位置を透過し、大脳皮質５０の血液中のヘモグロビンに吸収される。そして、大脳皮質５０を透過した各近赤外光Ｌは、その進行方向の先に存在する受光器アレイ３に受光されて、大脳皮質５０の透過後における強度が計測される。そして、この計測された強度と光源６からの出射時における強度との差から、近赤外光Ｌの大脳皮質５０透過時における吸収量が得られ、この吸収量に基づき、大脳皮質５０の血流変化（大脳皮質５０における血液中のヘモグロビン酸素化状態）が観測される。
【００２６】
本実施の形態では、受光器アレイ３を頭皮２上に配置し、光源６を、受光器アレイ３と脳５を介する反対側に設けるようにしたことから、受光器アレイ３で受光される近赤外光Ｌには、脳５への照射により生じた反射光はほとんど含まれず、脳５を透過した近赤外光Ｌが大部分となる。近赤外光Ｌの吸収が検出された受光器アレイ３（出射時における強度よりも低い強度が計測された受光器アレイ３）が存在する場合には、その受光器アレイ３と近い大脳皮質５０の部位に血流変化が生じていると判断できる。これにより、脳５の活動部位を特定することができる。
【００２７】
また、受光器アレイ３が配置される頭皮２上には光源６を設けないことから、受光器アレイ３を、光源６による制限を受けることなく配置することができる。これにより、受光器アレイ３を高密度に配置することができるため、高い空間分解能を得ることができる。
【００２８】
また、受光器アレイ３を光源６による制限なく配置できるため、高い感度を有する大型の受光器アレイ３を使用することができる。これにより、脳５透過後の近赤外光Ｌを漏れなく受光器アレイ３に受光させることができるため、脳５のあらゆる位置で生じた活動を検出することができる。
【００２９】
また、受光器アレイ３を頭皮２上に配置することで、頭皮２に近い位置に存在する大脳皮質５０で生じた光吸収が鮮鋭に検出される。このため、感覚、運動、思考、記憶など高次機能を司る大脳皮質５０における血流変化を的確に計測することができる。
【００３０】
また、光源６を口腔４内に配置することで、高強度の近赤外光Ｌを発する大型の光源６を使用することができる。このため、脳５の透過に十分な強度を有する近赤外光Ｌを、脳５に向けて照射することができる。これにより、脳５透過後の近赤外光Ｌが受光器アレイ３において確実に検出されるため、脳５の活動を確実に捉えることができる。
【００３１】
また、光源６を口腔４内に配置することで、非浸襲で、光源６を取り付けることができる。このため、光源６の取り付けが容易且つ安全に行われる。
【００３２】
また、光源６が配置される口腔４は脳５に近い位置に存在するために、近赤外光Ｌが脳５に至る過程で生じる光吸収を小さく抑えることができる。これにより、脳５に高強度の近赤外光Ｌを照射することや、脳５における正確な光吸収量を測定する上で有利になる。
【００３３】
また、口腔４の壁面を構成する口蓋表面は滑らかであるために、光源６を口腔４内に配置するにあたって、光源６を口蓋表面に密着させることができる。これにより、光の漏れを小さくすることができるため、近赤外光Ｌが脳５に至る過程で生じる光吸収を、さらに一層小さく抑えることができる。
【００３４】
また、光源６を口腔４内に配置することで、近赤外光Ｌに外部から加えられる光ノイズを軽減させることができる。
【００３５】
また、光ファイバ８によって近赤外光Ｌの出射方向を調整するようにしたことから、近赤外光Ｌを確実に脳５へ照射することができる。また光ファイバ８の出射部９に設けたレンズ１０により、近赤外光Ｌを放射状に拡散するようにしたので、脳５のあらゆる位置に近赤外光Ｌを透過させることができる。これにより、さらに高い空間分解能が得られる。
【００３６】
また、光源６を一つのみ設けていることで、脳機能計測装置１のハードウェア構成は簡易になる。
【００３７】
なお、本発明は、上記の実施形態に限られず、種々改変することができる。
【００３８】
例えば、光源６は鼻腔１２（図１参照）内に配置されてもよい。このようにしても、光源６は、非浸襲で、容易且つ安全に人体に取り付けられる。また光源６が口腔４内に配置される場合に比して、より脳５に近い位置に光源６が配置されるので、近赤外光Ｌが脳５に至るまでの過程で生じる光吸収を小さく抑えることができる。これにより、小型の光源６を使用したとしても、適当な強度の近赤外光Ｌが受光器アレイ３において検出される。
【００３９】
また光源６は、光ファイバ８のみを口腔４内や鼻腔１２内に配置し、発生部７については口腔４や鼻腔１２の外側に配置してもよい。このようにしても、近赤外光Ｌを口腔４や鼻腔１２から脳５に向けて照射することができるとともに、発生部７として大型の機器を使用することができるために、より確実に適当な強度の近赤外光を受光器アレイ３に検出させることができる。
【００４０】
また、脳５の活動が神経細胞の電気活動により生じることに基づき、脳５の活動を検出する電磁波としてテラヘルツ波が使用されてもよい。このテラヘルツ波は、微弱電流に吸収される特性を有することから、集積回路の電気的な欠陥部位を調べるために使用されるが、神経細胞の電気活動においてもテラヘルツ波を吸収し得る電流が発生することから、神経細胞の電気活動を検出する電磁波としてテラヘルツ波は好適である。
【００４１】
以下、図１，２を再び用いて、テラヘルツ波による検出を行う脳機能計測装置の構成を説明する。なお、この構成を示す符号は括弧内に表記する。
【００４２】
図１に示すように、テラヘルツ波Ｔによる検出を行う脳機能計測装置３０は、頭皮２上に設けられる複数の検出器３１と、検出器３１と脳５を介して反対側に設けられる、一つのテラヘルツ波発生装置３２とから構成される。
【００４３】
各検出器３１は頭皮２上の異なる位置に配置され、テラヘルツ波発生装置３２は、口腔４内に配置されることで前記検出器３１の反対側に設けられる。
【００４４】
テラヘルツ波発生装置３２は、図２に示すように、テラヘルツ波Ｔを発生させる発生部３３と、発生部３３で発生したテラヘルツ波Ｔの出射方向を調整する光ファイバ３４とによって構成される。光ファイバ３４は、テラヘルツ波Ｔが脳５に向けて出射されるように、出射部３５の向きが調整される。また、光ファイバ３４の出射部３５には、テラヘルツ波Ｔを放射状に拡散する球面状のレンズ３６が取り付けられる。
【００４５】
以上の構成を有する脳機能計測装置３０では、口腔４内に配置されたテラヘルツ波発生装置３２から、脳５に向けてテラヘルツ波Ｔが出射されることで、テラヘルツ波Ｔは、脳５内を上方へ進行する。この際、テラヘルツ波発生装置３２から出射されたテラヘルツ波Ｔは、レンズ３６により放射状に拡散されることで、脳５の幅広い範囲を透過し、この過程で大脳皮質５０などの神経細胞を流れる電流に吸収される。そして、脳５を透過した各テラヘルツ波Ｔは、その進行方向の先に存在する検出器３１に検出されて、脳５の透過後における強度が計測される。そして、この計測された強度とテラヘルツ波発生装置３２からの出射時における強度との差から、テラヘルツ波Ｔの脳透過時における吸収量が得られ、この吸収量に基づき、脳５における神経細胞の電気活動が観測される。
【００４６】
この脳機能計測装置３０によれば、検出器３１が頭皮上に設けられ、テラヘルツ波発生装置３２が、検出器３１と脳５を介して反対側に設けられることで、検出器３１では、脳５を直線的に透過したテラヘルツ波Ｔが受光される。このため、検出器３１に受光されるテラヘルツ波Ｔの経路が確定されるため、脳５の活動部位を特定することができる。
【００４７】
また、頭皮２上にテラヘルツ波発生装置３２を設けないようにしたことで、検出器３１をテラヘルツ波発生装置３２による制限なく頭皮２上に配置することができる。これにより、検出器３１を高密度に配置することができるため、高い空間分解能を得ることができる。
【００４８】
また、脳機能計測装置３０によれば、近赤外光Ｌを用いる脳機能計測装置１に比して、より直接的に脳５の活動を捉えることができる。すなわち、近赤外光Ｌによる検出は、血流におけるヘモグロビンの酸素化状態の変化を検出するものであるが、ヘモグロビン酸素化状態の変化は神経細胞の電気活動の数秒後に生じるものであるとともに、その変化が生じる位置は、電気活動を生じた神経細胞の位置とは必ずしも一致しない。このため、近赤外光Ｌによる検出では、その検出時間及び検出位置が、神経細胞の電気活動の発生時間及び発生位置からずれる虞れがある。これに対して、上述のテラヘルツ波Ｔを用いる脳機能計測装置３０によれば、神経細胞の電気活動を直接的に捉えることから、該神経細胞の電気活動が発生した時間や位置を正確に把握することができる。
【００４９】
また、テラヘルツ波発生装置３２にテラヘルツ波Ｔをミリ秒間隔で放出させることにより、神経細胞の電気活動をミリ秒オーダーで検出できる。これにより、高い時間分解能が得られる。
【００５０】
なお、テラヘルツ波発生装置３２を脳５により近接した位置に設けるべく、テラヘルツ波発生装置３２は、鼻腔１２内に配置され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態における脳機能計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】光源及びテラヘルツ波発生装置を拡大して示す概略図である。
【図３】従来の脳機能計測装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，３０  脳機能計測装置
２  頭皮
３  受光器アレイ
４  口腔
５  脳
６  光源
７，３３  発生部
８，３４  光ファイバ
９，３５  出射部
１０，３６  レンズ
１２  鼻腔
３１  検出器
３２  テラヘルツ波発生装置
５０  大脳皮質
【図２】
2010082370.tif 000003
【図１】
2010082370.tif 000004
【図３】
2010082370.tif 000005