(57)【要約】【課題】簡単な装置構成で、「脳信号」のみを精度良く抽出することのできる生体光計測装置を提供する。【解決手段】光源から所定距離離れた位置に配置され第一の検出経路を形成する第一の検出器と、前記所定距離よりも短い位置に配置され第二の検出経路を形成検出器とを備え、被検者毎に、雑音成分の振幅を最適化する修正係数αを予め取得し、この所定数を前記二の検出経路を経由した第二検出信号に乗算し、当該乗算された第二検出信号と前記第一の検出経路を経由した第一検出信号とから脳活動変化を算出する。【選択図】図７
2010240298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光を被検体に照射して当該被検体からの光を受光する検出器と、当該検出された信号を元に脳機能を計測する演算装置と、被験者にタスクを提示するタスク提示部とを有する生体光計測装置であって、
前記光源及び前記検出器は、所定距離離れた位置に配置され第一の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器と、前記所定距離よりも短い位置に配置され第二の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器とを備え、
前記被験者によって実行される正式なタスク応答と同期した脳活動の変化として、前記第一の検出経路から得られる第一検出信号と前記第二の検出経路から得られる第二検出信号を各々検出する信号計測機能と、
被験者に対する予備のタスク提示により、前記第一検出信号、前記第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、当該被験者に固有の最適な修正係数αを算出する機能と、
前記正式なタスクに応答した前記第一検出信号と前記第二検出信号及び前記修正係数αから、振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、該差分の信号に基づき脳活動の変化の算出を行う機能とを備えている
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数の検出器は、前記光源から所定距離離れた位置に配置される第一検出器と、当該第一検出器よりも前記光源近傍に配置される第二検出器とを少なくとも備え、
前記演算装置は、前記検出器を装着した被験者に対する予備のタスク提示により、前記第一検出信号、前記第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、当該被験者に固有の最適な修正係数αを算出し、
前記被験者によって実行される正式タスク応答と同期した脳活動の変化として、前記第一検出器から得られる第一検出信号と前記第二検出器から得られる第二検出信号を検出し、該正式タスク応答の前記第一検出信号と前記第二検出信号に対して前記修正係数αが乗算され振幅の最適化された前記差分の信号を求め、該差分の信号に基づき脳活動変化の算出を行う
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項３】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
該プローブ上における前記各検出器、または前記光源の位置を移動することにより、前記第一の検出経路若しくは前記第二の検出経路の距離を変更可能である
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項４】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
該プローブ上における前記各検出器、または前記光源の位置を移動することにより、前記第一の検出経路若しくは前記第二の検出経路の距離を変更可能である
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項５】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
被検者に対して、光源・検出間の距離（ＳＤ距離）の組み合わせ、または、プローブ装着部位の条件を変えた計測を複数回行う機能と、
該計測の状態をカメラで記録し、プローブ装着部位を国際１０−２０法で特定する機能を有する
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項６】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
前記プローブの装着状態が良好となってから、複数準備された予備タスクから、前記被検者の計測目的に対応した予備タスクを被検者に提示し、これに対して、同期した信号変化が見られるかを評価指標とし、前記被験者に最適な計測位置を決定する
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記被験者に最適な計測位置において、タスクを繰り返し行った時に、最も多い回数の有意差が認められたものを探索し、そのときの係数αを当該被験者に固有の最適な修正係数αとして算出し、記録する
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記第一検出信号を検出１、前記第二検出信号を検出２としたとき、
（信号S）=（検出１）−修正係数α・（検出２）
の関係から前記脳活動の信号Sを求める、
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項９】
請求項１において、
制御装置と、前記被検体の頭部などに装着されるプローブと、カメラ付モニタ兼タスク呈示部とを備えており、
前記制御装置は、前記プローブにより前記被検体に照射し、検出した光信号を処理して、ヘモグロビン変化量等の情報を数値やトポグラフィとして、前記カメラ付モニタ兼タスク呈示部に表示する
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１０】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
前記プローブの装着状態が良好となってから、複数準備された予備タスクから、被検者の計測目的に対応した予備タスクを被検者に提示し、
前記光源と前記検出器の距離に応じて、検出光量がどの程度の値であるかについて、予め得られた検出光量のデータを利用して、プローブ装着状態の良否を判定する。
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１１】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
前記プローブの装着状態が良好となってから、複数準備された予備タスクから、被検者の計測目的に対応した予備タスクを被検者に提示し、
前記被検者の脈波が妥当な範囲で観測されるか否かに基づいて、前記プローブ装着状態の良否を判定する。
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１２】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
前記プローブの装着状態が良好となってから、検出された時系列信号に対し、バンドパスフィルタで脈、呼吸、脳活動に対応する帯域の各信号を周波数帯域ごとに分離し、前記脳活動の信号の帯域に相当する信号のみを利用して、前記修正係数αを求める
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１３】
請求項１において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
前記複数の検出器は、前記光源から所定距離離れた位置に配置される第一検出器と、当該第一検出器よりも前記光源近傍に配置される第二検出器と、前記第１と前記第２の検出器のほぼ中間点に位置する補正用の第３の検出器を備え、
前記３点からの検出信号があらかじめ設定された規定の関係にあるとき、前記プローブの装着状態が良好な状態にあると判定し、
予備のタスク提示により、前記第一検出信号、前記第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、当該被験者に固有の最適な修正係数αを算出し、
該修正係数αが乗算され振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、該差分の信号に基づき脳活動変化の算出を行う
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１４】
光源と、該光源からの光を被検体に照射して当該被検体からの光を受光する検出器と、当該検出された信号を元に脳機能を計測する演算装置と、被験者にタスクを提示するタスク提示部とを有する生体光計測装置であって、
前記光源及び前記検出器は、所定距離離れた位置に配置され第一の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器と、前記所定距離よりも短い位置に配置され第二の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器とを備え、
前記演算装置は、複数の被験者に対しするタスク提示により、前記第一検出信号、前記第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、当該複数の被験者に共通する汎用の最適な修正係数αのデータを有しており、
前記被験者によって実行されるタスク応答と同期した脳活動の変化として、前記第一の検出経路から得られる第一検出信号と前記第二の検出経路から得られる第二検出信号を各々検出し、
該修正係数α及び前記第一検出信号、前記第二検出信号から、振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、
該差分の信号に基づき脳活動の変化の算出を行う
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記複数の検出器は、前記光源から所定距離離れた位置に配置される第一検出器と、当該第一検出器よりも前記光源近傍に配置される第二検出器とを少なくとも備え、
前記演算装置は、複数の被験者に対しする前記タスク提示により、前記第一検出信号、前記第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、当該複数の被験者に共通する汎用の最適な修正係数αのデータを記憶装置に保持しており、
前記被験者によって実行されるタスク応答と同期した脳活動の変化として、前記第一検出器から得られる第一検出信号と前記第二検出器から得られる第二検出信号に基づき当該脳活動変化の算出を行い、
前記被験者によって実行される前記タスク応答と同期した前記第一検出器から得られる第一検出信号と前記第二検出器から得られる第二検出信号の検出を行い、
該修正係数αが乗算され振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、
該差分の信号に基づき脳活動変化の算出を行う
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１６】
請求項１４において、
前記演算装置は、前記修正係数として、当該複数の被験者に共通する有意水準５％の領域のデータを汎用の最適な修正係数αのデータとして記憶装置に保持しており、
前記第一検出信号を検出１、前記第二検出信号を検出２としたとき、
（信号S）=（検出１）−修正係数α・（検出２）
の関係から前記脳活動の信号Sを求める、
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
有意水準５％の領域のデータは、
前記光源と前記検出１との距離を８ｍｍとし、前記光源と前記検出２との距離を１６ｍｍから３２ｍｍの領域として、
前記修正係数αが、１．７〜２．４の
範囲である
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項１８】
光源と、該光源からの光を被検体に照射して当該被検体からの光を受光する検出器と、当該検出された信号を元に脳機能を計測する演算装置と、被験者にタスクを提示するタスク提示部とを有する生体光計測装置を用いた生体光計測方法であって、
前記光源及び前記検出器は、所定距離離れた位置に配置され第一の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器と、前記所定距離よりも短い位置に配置され第二の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器とを備え、
前記被験者によって実行される正式なタスク応答と同期した脳活動の変化として、前記第一の検出経路から得られる第一検出信号と前記第二の検出経路から得られる第二検出信号を各々検出し、
被験者に対する予備のタスク提示により、前記第一検出信号、前記第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、当該被験者に固有の最適な修正係数αを算出し、
前記正式なタスクに応答した前記第一検出信号と前記第二検出信号及び前記修正係数αから、振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、該差分の信号に基づき脳活動の変化の算出を行う
ことを特徴とする生体光計測方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
１組の前記光源に対して距離の異なる少なくとも２組の前記検出器を有するプローブを備えており、
前記プローブの装着状態が良好となってから、複数準備された前記予備タスクから、被検者の計測目的に対応した前記予備タスクを被検者に提示し、これに対して、同期した信号変化が見られるかを評価指標とし、前記被験者に最適な計測位置を決定する
ことを特徴とする生体光計測方法。
【請求項２０】
請求項１８において、
前記被験者に最適な計測位置において、前記予備タスクを繰り返し行った時に、最も多い回数の有意差が認められたものを探索し、そのときの係数αを当該被験者に固有の最適な修正係数αとして算出し、
（信号S）=（検出１）−修正係数α・（検出２）
の関係から前記脳活動の信号Sを求める、
ことを特徴とする生体光計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体光計測装置及び生体光計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体光計測装置は、所定の波長の光を生体に照射し、生体を透過した光の光量の変化を計測することにより、生体内部の血液循環、血行動態、ヘモグロビン変化等の情報を得るものであり、特に、複数の光照射部と受光部とを配置して、比較的広い範囲の血流情報をトポグラフィとして得るようにした生体光計測装置は、脳の機能の研究や臨床への応用が進んでいる。
【０００３】
特許文献１には、光測定層において、深さ方向について区別して測定を行うために、送光光が異なる波長を含み、この異なる波長に応じて被検体上の送光点と受光点の距離を異ならせるようにしたものが提案されている。
【０００４】
特許文献２には、散乱吸収体測定において、測定対象である散乱吸収体中に測定対象領域と非測定対象領域とが存在する場合に、非測定対象領域Meを伝搬する部分光路長が光路によらず一定であるとして、測定対象領域のみの吸収係数変化量を算出することで、非測定対象領域の影響を除外するようにしたものが提案されている。
【０００５】
特許文献３には、皮膚血流等による不要な情報を除去することができる光計測装置を提供することを目的とし、送光プローブが配置される位置と受光プローブが配置される位置とを被検体表面に沿って最短距離で結んだ線の中点が、同一の位置となるようにして、送光プローブと受光プローブとの間の距離を変化させて測定することにより、中点から異なる深さ付近である被検体の部位の測定情報を取得するようにしたものが提案されている。
【０００６】
一方、特許文献４には、発光部に対する受光部の位置を可変として、異なる深さからの情報を一つの測定装置で得ることができるようにした光学的測定装置が開示されている。
【０００７】
また、特許文献５には、小型・低価格の非侵襲的骨密度計測装置の提供を目的として、皮膚及び骨で反射・散乱した光を、１列に並べられたフォトダイオードにより検出するものが提案されている。特許文献５によれば、遠いフォトダイオードでは、皮膚からの反射・散乱光の影響を受けず、より深部にある骨の密度特性を反映した反射・散乱光が検出される。発光ダイオードから遠いフォトダイオードから得られた反射・散乱光強度の空間分布を解析することで骨密度情報のみを抽出することができる、とされている。
【０００８】
特許文献６には、被検体を透過した光を検出して得られた光信号を処理した信号の微分値から、ノイズ成分を含む信号を特定し、その信号を含む区間データを加算平均処理から除外することで、計測結果からノイズ成分を自動的に除去するようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−８２７３２号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２２８７号公報
【特許文献３】特開２００８−６４６７５号公報
【特許文献４】特開平１１−２９５２１８号公報
【特許文献５】特開２００７−７２６７号公報
【特許文献６】特開２００３−１０１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
予防医学の観点から、簡易、安価でもかつ、信頼性の高い脳血流計測装置の必要性が今後高まると予想される。また、脳等の生体光情報は、医療だけでなく、ゲームなどの分野にも応用が期待される。
【００１１】
脳血流の状態等を知るために現在広く使用されている主な生体光計測装置は、所定の波長の光を放射する半導体レーザと、この半導体レーザが発生する光を複数の異なる周波数で変調するための変調器を備えた多数の光モジュールとを備え、各光モジュールの出力光はそれぞれ光ファイバを介して被検体の所定の計測領域、例えば頭部の複数箇所から照射される。このような多数の光モジュールを備えた装置は、高精度の生体光情報の測定を目的としており、大型で高価である。そのため、このような生体光計測装置を用いて、例えば、個人が手軽に自宅で自分や肉親などの生体光情報を取得し、利用することは難しい。
【００１２】
このような用途には、簡易型の測定装置で、なおかつ、安定した信号計測が出来ることが重要である。
【００１３】
特許文献１〜６で提案されている装置は、この２つの要求を同時に十分に満たすものとはなっていない。
【００１４】
ここで、簡易型の生体光計測装置に要求される課題について、図を用いて説明する。  
図１４は、一対の光照射部（光源）と受光部（検出部）とを備えた生体光計測装置を示している。光源では光の出力の揺らぎ、検出部では、皮膚血流変化が、各々、測定時の雑音の要因となる。このような雑音の影響を低減するために、図１５に示すように、第１の検出器に加えて、第２の検出器を設けたものが、例えば特許文献１で提案されている。光源からの距離の短い第２の検出器は脳の浅い部分、距離の長い第１の検出器は深い部分の信号を検出できる。これにより、深部と浅部との信号（情報成分）を分離し、大脳皮質、つまり深部のデータ（情報成分）のみを抽出することで、皮膚血流等による不要な情報を除去できる。
図１５の構成では、検出器１で、「光源出力の揺らぎ」＋「皮膚血流変化」＋「脳信号」を検出し、検出器２で「光源出力の揺らぎ」＋「皮膚血流変化」を検出し、検出器１と検出器２の検出値の差から、「脳信号」のみを抽出する。
【００１５】
しかしながら、例えば、生体光計測で計測するヘモグロビン変化量は数％のオーダーであるのに対し、皮膚血流変化等や体動等によって生じる光信号の変化量は50％以上に達し、このように大きな比率の雑音が本来計測すべき光信号に重畳されて計測される。換言すると、深部の「脳信号」のレベルは、「光源出力の揺らぎ」や浅部の「皮膚血流変化」に比べてその信号レベルがかなり小さい。また、雑音、すなわち、「光源出力の揺らぎ」や「皮膚血流変化」は被検者毎に、あるいは測定部位ごとに異なる。そのため、図１５の構成のように、単に、検出器２を追加しただけでは、深部の「脳信号」のみを正確に抽出することは困難である。
【００１６】
本発明の目的は、簡単な装置構成で、「脳信号」のみを精度良く抽出することのできる生体光計測装置及び生体光計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、予め、被検者毎に、雑音成分の振幅を最適化する所定数を取得し、この所定数を第二検出信号に乗算し、当該乗算された第二検出信号と第一検出信号から脳活動変化を算出することを１つの特徴とする。すなわち、本発明の生体光計測装置は、光源と、該光源からの光を被検体に照射して当該被検体からの光を受光する検出器と、当該検出された信号を元に脳機能を計測する演算装置と、被験者にタスクを提示するタスク提示部とを有する生体光計測装置であって、  前記光源及び前記検出器は、所定距離離れた位置に配置され第一の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器と、前記所定距離よりも短い位置に配置され第二の検出経路を形成する少なくとも一組の光源及び検出器とを備え、前記被験者によって実行される正式なタスク応答と同期した脳活動の変化として、前記第一の検出経路から得られる第一検出信号と前記第二の検出経路から得られる第二検出信号を各々検出する信号計測機能と、被験者に対する予備のタスク提示により、前記第一検出信号、前記第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、当該被験者に固有の最適な修正係数αを算出する機能と、前記正式なタスクに応答した前記第一検出信号と前記第二検出信号及び前記修正係数αから、振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、該差分の信号に基づき脳活動の変化の算出を行う機能とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単な装置構成で、「脳信号」のみを精度良く抽出することのできる生体光計測装置及び生体光計測方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の第一の実施例になる生体光計測装置の全体的なシステム構成を示す機能ブロック図である。
【図１Ｂ】第一の実施例におけるプローブの構成例を示す機能ブロック図である。
【図２Ａ】第一の実施例におけるプローブの構成、及び被検者の頭部への装着状態を説明する縦断面図である。
【図２Ｂ】本発明におけるプローブの構成例、及び第一検出信号、第二検出信号の定義を示す、正面図である。
【図３】第一の実施例になる生体光計測装置による生体光計測の処理動作を示す、フローチャートである。
【図４Ａ】第一の実施例における、プローブの装着状態を示す図である。
【図４Ｂ】タスクに同期した脳活動変化の状態を説明する図である。
【図４Ｃ】第一の実施例における、プローブによる第一検出信号と第二検出信号の波形の例を示す図である。
【図５】図３のステップ３２４における、最適な修正係数αの導出の手順の一例を示す図である。
【図６Ａ】図３のステップ３２４における、最適な修正係数αの探索結果の一例を示す図である。
【図６Ｂ】被検者に最適な修正係数αの範囲を求めた結果を示す図である。
【図７】図３のステップ３３４における、最適な修正係数αを用いて深部の「脳信号」のみを正確に抽出する処理を示す図である。
【図８】第一の実施例において、被検者が既存のデータを使用して生体光計測を行う場合の処理動作を示す、フローチャートである。
【図９Ａ】本発明の第二の実施例として、予め各被検者に共通する最適な修正係数αの範囲を求めた結果を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の第二の実施例になる生体光計測装置による生体光計測の処理動作を示す、フローチャートである。
【図１０】本発明の第三の実施例として、タスクに同期した脳活動変化の有意検定をする方式を説明する図である。
【図１１】本発明の第五の実施例として、最適な修正係数αの決め方の他の例を示す図である。
【図１２】本発明の第八の実施例として、安静時のＳＤ１cmとＳＤ3cmの信号の相関を示す図である。
【図１３】本発明の第九の実施例になる生体光計測装置の全体的なシステム構成を示す機能ブロック図である。
【図１４】一対の光照射部（光源）と受光部（検出部）とを備えた、生体光計測装置の測定原理を示す図である。
【図１５】第１の検出器に加えて、第２の検出器を設けた、従来の生体光計測装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の生体光計測装置を、所定の領域におけるヘモグロビン量変化を画像として表示する光トポグラフィ装置に適用した実施形態に基づき説明する。この光トポグラフィ装置は、被検体に脳活動を伴う運動・言語などの課題（以下、タスクという）を課した場合の脳内ヘモグロビン変化（酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、全ヘモグロビン濃度変化）を計測し、計測位置毎の変化として表示する機能を有している。
【実施例１】
【００２１】
図１〜図８により、本発明の第一の実施例を説明する。
【００２２】
まず、図１Ａは、本発明が適用される光トポグラフィ装置の全体構成を示す図である。図１Ｂは、第一の実施例のプローブの構成例を示す機能ブロック図である。図２Ａ、図２Ｂは、第一の実施例のプローブの構成、及び被検者の頭部への装着状態を説明する図である。
【００２３】
この装置は、制御装置１００と、被検体３００の頭部などに装着されるプローブ２００と、カメラ付モニタ兼タスク呈示部４００とを備えている。制御装置１００は、プローブ２００により被検体３００に照射し、検出した光信号を処理して、ヘモグロビン変化量等の情報を数値やトポグラフィとしてカメラ付モニタ兼タスク呈示部４００に表示する。プローブ２００は、被検体３００の頭部などに装着・固定するための紐や面ファスナーなどを備えている。
【００２４】
制御装置１００は、プローブ２００から送られるデジタル信号を一時的に記憶するメモリ（図示略）と、このメモリに格納されたコンピュータプログラムにより、このデジタル信号を用いてヘモグロビン濃度変化等の種々の演算、解析を行う演算処理部と、この演算処理部における演算結果を格納する記憶装置２２０と、演算結果、例えばヘモグロビン変化量を等高線状の線図や着色された画像としてカメラ付モニタ兼タスク呈示部４００に表示するための画像、信号処理機能と、演算処理部に計測に必要な条件や被検体情報などの種々の情報をインプットするための上記カメラ付モニタ兼タスク呈示部４００及びその他の入力装置（図示略）を備えている。
【００２５】
制御装置１００の演算処理部は、コンピュータプログラムを用いて実現される機能として、例えば、被験者にタスクを提示するタスク提示機能（１１１）と、脳機能の正式な計測の前にキャリブレーションを行い被験者固有の最適な修正係数αを求める機能（１１２〜１１３）と、プローブ２００で検出された信号を元に脳機能を計測する脳機能演算処理機能（１１４）とを備えている。
【００２６】
プローブ２００は、の所定の領域に光を照射するとともに当該領域を透過した光を複数の検出位置毎に検出し、位置情報を含む生体情報を光信号として取り出す光照射・検出機能を備えている。すなわち、所定波長の光、具体的には近赤外光を発生する光照射部と、被検体３００を透過した光を検出し、電気信号に変換する光検出部と、光照射部２０１、第１光検出部２０２、及び第２光検出部２０３と、これらの検出部からの電気信号を増幅しＡ/Ｄ変換するＡ/Ｄ変換器２４２を備えている。
【００２７】
カメラ付モニタ兼タスク呈示部４００は、演算処理装置、メモリ、入出力装置、及び記憶装置を有するコンピュータ、および通信機能等を備えている。入出力装置はキーボード４０１やＧＵＩ機能を有するモニタ画面４０２、及びカメラ４０３を有し、これらにより被検者に対する指示やタスクの提示、被検者からの応答などの情報が入出力され、制御装置１００との間で送受される。コンピュータは、画像処理機能も備えており、カメラ４０３で撮影された被検体３００の画像のデータを処理して制御装置１００に送ったり、制御装置１００から送られてきた画像情報をモニタ画面に表示したりする機能も備えている。なお、制御装置１００とカメラ付モニタ兼タスク呈示部４００は、一体のものであってもよく、これらは、汎用のパーソナルコンピュータ等上で実現することが可能である。
【００２８】
制御装置１００とプローブ２００は、共に発振器と無線送受信部を備えており、信号が無線でやり取りされる。すなわち、制御装置１００は、無線送受信部１２１、１２２と発振器１２３とを備えた無線送受信部１２０を具備し、プローブ２００も無線送受信部２２１、２２２と発振器２２３とを備えた無線送受信部２２０を具備している。制御装置１００及びプローブ２００の各無線送受信部は、ミキサ、増幅器、送受信アンテナ１２４等を備えている。また、受信系回路部は、増幅器、ミキサ、送受信アンテナ２２４等を備えている。発振器より発生した高周波信号は、送信用のミキサと受信用のミキサのローカル信号として利用される。入力信号とミキシング処理され変調された高周波信号は送信用の増幅器を経由してアンテナより送出される。一方、受信信号はアンテナにより受信され、受信用の低雑音増幅器を経由して受信用のミキサに入力される。そしてローカル信号とミキシング処理され、復調された受信信号が得られる。プローブ２００に送出される計測用の信号のタイミングと、対応するタスク呈示用信号のタイミング間の同期は、例えば発振器１２３の出力を用いて制御することができる。
【００２９】
このように、プローブ２００では、制御装置１００からの無線通信を受けて、光照射・検出部で、光駆動信号および受光信号を制御して計測を行い、光照射・検出部１００で得られた生体光計測のデータをＡＤ変換し、制御装置１００に送信して、処理する。
【００３０】
プローブ２００に配置される検出器には、図２Ａに示したように、光源２０１から所定距離離れた位置に配置される第一検出器２０２と、この第一検出器よりも光源２０１の近傍に配置される第二検出器２０３とを少なくとも備えている。
【００３１】
プローブ２００は、生体に光を照射する１つまたは複数の光照射部（ＬＥＤ）２０１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（フォトトランジタ２０２、２０３）がある。計測対象として、５０１は脳の極浅い部分、例えば頭部の皮膚や骨などの部分を示し、５０２は脳の浅い部分、例えば脳脊髄液の部分を示し、５０３は脳の深い部分、例えば大脳皮質の部分を示している。
【００３２】
このように、プローブ２００は、１組の光源２０１に対して距離の異なる少なくとも２組の検出器を備えている。プローブの光源２０１、第一検出器２０２、第二検出器２０３の構造については、たとえば、図２Ｂの（ａ）に示したように、各検出器、または光源の位置を自由に移動できる構造の場合としても良い。この場合、列状に配置された凹凸２０ｎなどによって特定の単位、例えば５ｍｍ毎に、光源や検出器の位置を移動できるのが望ましい。このような可動式の光源や検出器の位置決めには、ねじやマグネットなどを用いればよい。
【００３３】
また、検出と照射は逆の関係に構成しても、同様の効果が得られる。たとえば、図２Ｂの（ｂ）に示したように、２組の位置可変な光照射部２０１、２０５と、位置が固定されたあるいは可変の１つの光検出部２０２の組み合わせでもよい。
【００３４】
なお、図２Ｂの（ａ）、（ｂ）のいずれの場合でも、光照射部と光検出部間の距離の長い、換言すると脳の深部を測定する第１の検出経路２６０の信号（情報成分）と、距離の短い、換言すると脳の浅い部分を測定する第２の検出経路２７０の信号（情報成分）を分離するものであり、いずれの方式にも本発明は適用可能である。
【００３５】
プローブ２００の光照射部で照射される光駆動信号は、制御装置１００内の無線送受信部の変調器において、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２００に送信される。プローブ２００において光駆動信号はアナログの振幅変調信号に変換され、１つの光源駆動回路２３０に伝えられる。光源駆動回路２３０では、アナログの振幅変調信号を光駆動信号に変換し、任意の数（本実施例では図１Ｂのように２組）の光照射部２０１（ＬＥＤ）ａ，２０１ｂへ、マルチプレクサ２３２によって各々タイミングをずらして伝える。光照射では、２組の強度変調された光駆動信号に基づき光を発生させ、生体３００に順次照射する。光検出部（フォトトランジタ）２０２ａ，２０２ｂ，２０３ａ，２０３ｂ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、各光検出部に対応したＡ／Ｄ変換器２４２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／シリアル変換器２４４によって１つにまとめられ、無線送受信部２２０を経て制御装置１００へのデジタル信号として送られる。このようにして、プローブ２００と制御装置１００との間の光源駆動側および光検出側の信号のやり取りを無線により行うことができる。無線通信の代わりに、通信ケーブルを介して通信を行っても良い。
【００３６】
なお、本実施例では、説明を簡単にするために、以下、図２Ｂの（ａ）に示したような、１つの光照射部と２組の光検出部の組み合わせにより、第１の検出経路２６０の信号（情報成分）と、距離の短い、換言すると脳の浅い部分を測定する第２の検出経路２７０の信号（情報成分）を分離する例について説明する。
【００３７】
制御装置１００の脳機能演算処理機能（１１４）は、被験者によって実行されるタスク応答と同期した脳活動変化を第１の検出経路２６０の信号（情報成分）から得られる第一検出信号と第２の検出経路２７０から得られる第二検出信号との差分から当該脳活動変化の算出を行う。制御装置１００は、プローブ２００を装着した被験者に対する予備のタスク提示により、第一検出信号、第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、この被験者に固有の最適な修正係数αを算出し、この被験者によって実行されるタスク応答と同期した脳活動変化を第一検出信号及び第二検出器として算出し、該第一検出信号もしくは第二検出器信号に前記最適な修正係数αを乗算し、該修正係数αが乗算され振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、該差分の信号に基づき脳活動変化の算出を行う。
【００３８】
次に、本実施例の光トポグラフィ装置の動作及び信号処理部が行う処理の概要について説明する。
【００３９】
被検体３００の頭部（例えば、前頭部）にプローブ２００を装着した状態で、制御装置１００は、被検体３００に間歇的なタスクを課すとともに、プローブ２００の光照射部より光を照射し、その光が被検体３００を透過した光を光検出部で検出する。この透過光は、生体中の特定色素、例えばヘモグロビンによって一部吸収され、ヘモグロビン濃度を反映した光量となる。そしてタスクを課した状態と、タスクを課していない状態とでは、脳内血流に変化を生じることに対応してヘモグロビン量が変動する。
【００４０】
このようなヘモグロビン量の変動に対応する光量の変動は、各検出位置毎に、光検出部において電気信号に変換され、各計測位置の信号として信号処理部に入力される。信号処理部に入力された信号は制御装置１００の記憶装置１２０に格納された後、演算処理部においてヘモグロビン濃度に対応する信号（ヘモグロビン信号）に変換される。
【００４１】
このヘモグロビン濃度やヘモグロビン量の変化量については、たとえば特許文献６の式（１）〜（３）を用いて演算により求めることができる。
【００４２】
次に、生体光計測装置の全体的な処理を、図３のフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
まず、初期設定を行う（Ｓ３００）。ここでは、被検者が初めて生体光計測装置を使用する、あるいは、前回の用途とは異なる用途で被検者が初めて生体光計測装置を使用する場合を想定する。初期設定に際しては、モニタ４００に初期設定画面を表示し、被検者に計測目的や測定したい部位を入力、もしくは選択させる。被検者の計測目的の例としては、例えば、被検者自身の生体光の計測、医療現場での簡易計測、ゲームなどがある。
＜被検者の測定位置の決定処理＞
次に、モニタ４００の画面や音声出力により、被検者が計測目的に応じた位置にプローブを装着するように装置は指示する（Ｓ３０２）。さらに、モニタ４００により、被検者に対して、光源・検出間の距離（ＳＤ距離）の組み合わせ、または、プローブ装着部位の条件を変えた計測を複数回行うよう指示を出し（Ｓ３０４）、そめ計測の状態をカメラ４０３で記録させる（Ｓ３０６）。
【００４４】
図４Ａは、被験者の前額部の測定を行う場合の、プローブ装着部位を２００ａ〜２００ｄと変えた状態の例を示している。
【００４５】
プローブ装着部位の特定には、たとえば、国際１０−２０法を用いる。すなわち、被検者の鼻根、耳介、後頭結節（頭の後ろの突出部）を基準点として、それらの間の距離を１０％、２０％、２０％、というように分割し、さらなる基準点を設定していく方法である。まず、この１０−２０システム基準点の標準脳座標値を参照し、被検者の頭部画像１９箇所の基準点に対応する標準座標値を求め、次に、カメラ４０３で撮像されたプローブ装着部位について、画像処理を行い、対応する座標値を取得し、記憶装置に保持する。
【００４６】
そして、被検者がプローブを装着し、タスクの課されていない状態で、プローブの装着状態を評価し、良好な状態であるか判断を下す。
【００４７】
（Ａ）検出光量が妥当な範囲にあるか、判定する手法はいくつかある。たとえば、次のようなものが挙げられる。
【００４８】
（Ａ１）光源と検出器の距離に応じて、検出光量がどの程度の値であるかについては、研究され、既に公開されたデータもある。このような公開された検出光量のデータを利用して、装着状態の良否を判定する。
【００４９】
（Ａ２）また、２つの照射検出距離での検出光量の比についても、従来研究され既に公開されたデータと比べることで、妥当であるか判断できる。
【００５０】
（Ａ３）第１と第２の検出器のほぼ中間点に補正用の検出器を設置し、これら３点からの信号が規定の関係に納まっているかを調べ、結果を表示するようにしてもよい。
【００５１】
（Ｂ）被検者の脈波が妥当な範囲で観測されるか。  
これは、たとえば、１Hz付近にピークが見られるかどうかで、判断できる。すなわち、一般に、被検者の通常の状態における脈波は１Hz程度、呼吸は０．３Hz程度、脳活動の信号はタスクに同期し、大凡０．１Hz〜０．０２Hz程度のオーダーにあるので、１Hz付近にピークが見られたら、被検者の脈波を検知できる程度にプローブの装着状態が良好であると判定できる。
【００５２】
（Ｃ）深呼吸タスクに対して、深呼吸に同期した信号変化が見られるか。
【００５３】
すなわち、被検者に深呼吸を指示し、例えば０．３Hz付近の信号変化が見られたらプローブの装着状態が良好であると判定できる。
【００５４】
判定の信頼度を高めるために、上記（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも１つあるいは複数が良好な状態であると判定されたら、プローブの装着状態は良好であると判定するのが望ましい。
【００５５】
次に、被検者に対する測定位置の決定を行う。  
この場合、被検者のプローブの装着状態が良好となったら、次に、複数準備された予備タスクから、本タスクに最も適したもの、すなわち、被検者の計測目的に対応した予備タスクを被検者に呈示する（Ｓ３０８）。この予備タスクに対して、光トポグラフィによる計測を行い（Ｓ３１０）、プローブの装着位置を変更した計測を所定回数繰り返す（Ｓ３１２〜Ｓ３１４）。そして、同期した検出信号の変化が見られるかを評価指標とし、最適な計測位置を決定する。
【００５６】
図４Ｂに、予備タスクと検出信号の例関係の一例を示す。予備タスクは、被検者に課題を呈示するタスク期間とREST区間（無負荷あるいは軽負荷）の両区間が周期的あるいは不定期に繰り返すように構成されている（後で述べる正規タスクも同じ）。この例では、タスク期間にほぼ同期した信号変化が見られる。このような信号変化の同期の高い状態が得られたら、最適な計測位置として決定し、結果をモニタに表示する（Ｓ３１６）。
・すなわち、被検者の測定位置の決定に関する処理プロセスの例を示すと、
・（１）プローブ装着条件、または係数αを決定するための予備タスクを行った時の脳活動の検出結果を評価指標とし、
・（２）計測部位やＳＤ距離を変えて複数回行う。
・（３）評価指標が最も良好であった計測部位やＳＤ距離の条件を提示する。
・（４）あるいは、上記例に加えて、各条件で得られる評価指標をスプライン補完し、最適値を推定してもよい。
【００５７】
（５）そして、最適な計測条件のときのプローブの装着状態の情報を記録し、モニタ４００に表示する。
【００５８】
（６）なお、プローブが３つ以上のＳＤ距離を同時に計測可能となっている場合には、最適な２つのＳＤ距離の組み合わせを自動的に探索し、導出する。
【００５９】
（７）具体的な、処理プロセスの他の例として、すべての可能な組み合わせについて装着状態を判断し、最も良好な組み合わせを自動的に選択するようにしても良い。＜キャリブレーションによる被験者固有の最適な検出位置、修正係数αの算出＞
被検者の測定位置が決まったら、装置は次に、被験者固有の修正係数αの算出などの処理を行う。
【００６０】
図４Ｃに、光照射・検出部１００で得られる第一検出信号と第二検出信号の例を示す。第一検出信号と第二検出信号のレベルには差が有るので、そのままでは精度の高い「脳信号」の情報を得ることが出来ない。そこで、第一検出信号と第二検出信号から、「脳信号」のみを抽出するための、最適な修正係数αを算出する。この処理は、図３のＳ３１８〜Ｓ３２６によって実行される。
【００６１】
なお、本発明で用いる修正係数αは、「２つの検出信号１、２に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数」を意味する。修正係数αは、次のα１〜α６のような使用例が想定される。
【００６２】
（信号S）=（検出１）−係数α１・（検出２）              （１）  
（信号S）=係数α２・ （検出１）−（検出２）            （２）  
（信号S）=係数α３・ （検出１）−係数α４・（検出２）    （３）又は
（信号S）=係数α５・ （検出１±Ｃ１）−係数α６・（検出２±Ｃ２）  （４）
ただし、Ｃ１、Ｃ２は定数。
【００６３】
上記（１）〜（３）におけるα１〜α４は、実質的に同じ値のものを異なる形式で表現したものである。上記（４）におけるα５〜α６は、上記（１）〜（３）におけるα１〜α４とは若干、値が異なってくる。本発明で用いる修正係数αは、これらを総称したものである。
【００６４】
図３のステップ３１８では、前の処理で得られた、「被検者の最適なプローブ装着位置」をモニタに表示し、被検者に装着を指示する。そして、修正係数α測定用の簡易タスクをモニタに表示し、被検者にその簡易タスクを実行させ（Ｓ３２０）、タスク呈示に並行して光トポグラフィによる計測を行う（Ｓ３２２）。次に、この計測結果を用いて、被検者の最適な修正係数αの導出を行う（Ｓ３２４〜Ｓ３２８）。
【００６５】
図４Ｃでも述べたように、最適な修正係数αの導出は、「振幅の最適化の探索」によって実現される。すなわち、
（信号Ｓ）=（検出１）−係数α・（検出２）
（信号Ｓ）からタスクに同期した脳活動変化の有無を検討する。係数αは０〜１０まで０．１ステップで変えて、網羅的に探索する。
【００６６】
図５に、図３のＳ３２４における、最適な修正係数αの導出の手順の詳細例を示す。ここでは、上記係数α１を求める例について説明する。α（α１）を、０から２以上の予め設定した適当な値まで、当ピッチで変更しながら、Ｓ５０２〜Ｓ５０８を繰り返す。ここで、Ｓ１は計測点１又は２からの信号、Ｓ２はＳ１以外の信号、ｄは補正後の信号とする。
【００６７】
まず、ｄ＝Ｓ２−α＊Ｓ１を求める（Ｓ５０２）。ここでは、ｄの絶対値を求めるようにしても良い。次に、簡易タスク期間の値と、簡易タスク前の値との差を統計検定する（Ｓ５０４）。例えば、記憶して置いた簡易タスク開始後の１０個の信号と、簡易タスク開始前の１０個の信号に対し、ｔ検定などの統計検定により、両者に有意な差があるかどうかを判別する。そして、統計検定の結果とαの値を記憶装置に記録する（Ｓ５０６）。統計検定の結果、例えば、有意差の有無を０、１としてまたは、統計値であるp値や有意差の検定結果などを記録する。
【００６８】
図６Ａは、図３のステップ３２４における、最適な修正係数α（α１）の探索結果の一例を示す図である。この例では、α１が２〜３の付近にあるときに、脳活動が正しく検出できた割合が特に高くなっている。
【００６９】
最後に、最良の統計検定の結果を与える時のαを選出する（Ｓ５０８）。すなわち、繰り返し演算により得られた結果列から、最良のもの、例えば、図６Ａに示したような、タスクを繰り返し行った時に、最も多い回数の有意差が認められたものなどを探索し、そのときの係数αを選出する。
【００７０】
なお、図６Ａは、プローブ装着部位が、被験者の最適な１つの部位にある場合の例を示している。被験者上のプローブ装着部位を上下又は左右に変えて、複数の部位の計測結果から最適な計測位置を求めてもよい。
【００７１】
図６Ｂは、被検者上の場所、すなわちプローブ装着部位を変えた場合の、最適な修正係数α１の探索結果の例を示している。光源・検出間の距離は固定、すなわち、光源と第一検出器との距離ＳＤshortが８ｍｍ、距離光源と第二検出器とのＳＤlongが３２ｍｍである。この例では、被験者の額の上部に相当する位置で、修正係数α１＝２とその近傍で、有意水準５％の領域が得られている。
【００７２】
発明者等の研究によれば、数分オーダーの短い時間で、上記最適プローブ装着部位および最適な修正係数α１を得ることができる。
【００７３】
なお、Ｓ１やＳ２の計測結果は、被験者上のプローブ装着部位が頭部のどの領域にあるか、毛根が有るか無いかなど、計測条件にも大きく影響されるので、計測目的に応じて、予め計測条件があまり変動しない領域を選定し、その領域内で複数の部位の計測結果を得るようにするのが望ましい。
【００７４】
また、発明者等の研究によれば、被検者や測定部位によっては、計測を繰り返しても計測結果に有意差が認められない場合も稀にある（Ｓ３２６でＮＯ）。このような場合には、被検者の状況や計測目的に応じた代替演算法を採用して測定を行い、それでも適切な結果が得られない場合はエラーメッセージを出してαの導出処理を終了させる（Ｓ３２８）。
＜修正係数αを用いた脳活動状態量の計測＞
次に、計測、演算処理により得られた被検者の修正係数αを用いで、その被検者の脳活動状態量の計測を行う。
【００７５】
まず、装置が計測目的に応じて選択された正式タスクをモニタに表示し（Ｓ３３０）、被検者にその正式タスクを実行させ（Ｓ３２０）、正式タスク呈示に並行して光トポグラフィによる計測を行う（Ｓ３３２）。そして、上記修正係数αを用いた脳活動状態量の計測・演算処理を行い、結果を記録する（Ｓ３３４）。
【００７６】
図７に、図３のステップ３３４における、最適な修正係数α１を用いて深部の「脳信号」のみを正確に抽出する処理の例を示す。ここでは、式（１）の、
（信号S）=（検出１）−係数α１×（検出２）
の関係により、「脳信号」を抽出する処理の例を示している。
【００７７】
先にも述べたように、（検出２）で得られる深部の「脳信号」のレベルは、「光源出力の揺らぎ」や浅部の「皮膚血流変化」に比べてその信号レベルがかなり小さい。また、雑音、すなわち、「光源出力の揺らぎ」や「皮膚血流変化」は被検者毎に、あるいは測定部位ごとに異なる。本発明によれば、被検者毎に、さらには計測目的ごとに最適な修正係数α１を算出することで、（検出２）で得られる深部の「脳信号」を含む信号のレベルと、（検出１）で検出される比較的浅い「脳信号」などを含む信号とを、最適な検出状態において信号レベルを適切に合わせることが出来、深部の「脳信号」のみをかなり正確に抽出することが可能になる。
【００７８】
なお、被検者やその測定部位によっては、計測を繰り返しても計測結果に有意差が認められない場合も稀にある（Ｓ３３８でＮＯ）。このような場合には、被検者の状況や計測目的に応じた他の正式タスクを採用して測定を行い、それでも適切な結果が得られない場合はエラーメッセージを出して脳活動状態量の計測・演算処理を終了させる（Ｓ３４０）。
【００７９】
このようにして、簡単な装置構成で、「脳信号」のみを精度良く抽出するが出来る。
【００８０】
なお、上記実施例に代えて、ＳＤ距離を可変にしておいて、個人ごとに最適なＳＤ距離の組み合わせを予め求めてから正式タスクを呈示する装置としても良い。あるいは異なるＳＤ距離の組み合わせで多点計測し、それらの中の最適なＳＤ距離の組み合わせを決定し、正式タスクを呈示するようにしてもよい。
＜既知の最適な位置、修正係数αを用いる場合＞
第一の実施例において、被検者が以前に行った測定の結果得られた既知のデータを使用して同じ目的、用途で生体光計測装置を使用する場合、すなわち測定位置やタスク（簡易タスク及び正式タスク）が同じであれば、前記したキャリブレーションの一部を省略できる。換言すると、前回の既知の「最適なプローブ位置」及び「修正係数α」のデータを利用することができ、キャリブレーションによる被験者固有の最適な検出位置や、修正係数αの算出の処理は不要となる。
【００８１】
このように、被検者が既知の自己の測定に関するデータを使用して生体光計測を行う場合の処理動作を、図８に示す。
【００８２】
まず、装置はモニタ４００に初期設定画面を表示し、被検者に計測目的や測定したい部位を入力、もしくは選択させる（Ｓ３００）。その結果に基き、装置は被検者の既存のデータを記憶装置から取得し（Ｓ３０１）、プローブの装着部位などをモニタに表示する（Ｓ３０３）。計測目的が同じ場合、プローブの装着部位、ＳＤ距離は以前のものと同じの条件とするのが良い。ただし、前回の測定データに基くプローブの装着状態に関しては、計測のたびにカメラ４０３で撮影しチェックする必要がある（Ｓ３０４〜Ｓ３１３、Ｓ３１５）。その後のキャリブレーション処理（図３のＳ３０８〜Ｓ３１６）は不要である。なお、測定目的が異なる場合は、タスクも異なる場合が多いので、上記キャリブレーション処理（図３のＳ３０８〜Ｓ３１６）は省略できない。その後の、「脳信号」のみを抽出するための、最適な修正係数αの算出処理やこの修正係数αを用いた脳活動状態量の計測の処理は、図３の場合と同じである。
【００８３】
本実施例によれば、被検者が最初に計測を行う場合、及び、以前に行った測定の結果得られた計測結果を利用して計測を行う場合のいずれであっても、簡単な装置構成で、「脳信号」のみを精度良く抽出することができる。
【実施例２】
【００８４】
発明者等の研究によれば、被検者のプローブ装着部位を変えた場合の最適な修正係数αの探索結果は、個々人で多少の差があるものの、測定部位が同じであれば、どの被検者でもほぼ同じような結果が得られている。本発明の第二の実施例は、このような予め多数の計測によって得られた各被検者に共通する汎用的な最適修正係数αのデータをデータベース化しておきこのデータを用いて、計測をより簡易、迅速に行えるようにしたものである。
【００８５】
図９Ａは、本発明の第二の実施例として、予め各被検者に共通する汎用的な最適修正係数αの範囲を求めた結果の例を示す図である。すなわち、測定目的を同じくする被験者における頭の特定の位置で、光源と第一検出器との距離ＳＤshortは８ｍｍに固定し、光源と第二検出器とのＳＤlongの距離を、１６ｍｍから４８ｍｍまで変えた場合の、多数の被検者の測定データを処理した一例を示している。この例では、光源と第二検出器とのＳＤlongの距離が１６ｍｍから３２ｍｍの領域において、修正係数α１の１．７〜２．４付近で、有意水準５％の領域が得られている。従って、予め測定目的ごとに多数の被検者のデータを取得して有意水準５％の領域を抽出し、それをデータベース化しておき、測定目的が同じ場合、有意水準５％の領域に相当する被験者の位置、及び光源と第一、第二検出器との距離を設定し、脳活動状態量の計測を行うようにすれば良い。
【００８６】
図９Ｂは、第二の実施例になる生体光計測装置による生体光計測の処理動作を示す、フローチャートである。
【００８７】
まず、装置はモニタ４００に初期設定画面を表示し、被検者に計測目的や測定したい部位を入力、もしくは選択させる（Ｓ３００）。その結果に基き、装置は距離や修正係数αに関して既存の汎用データを記憶装置から取得し（Ｓ３０５）、プローブの装着部位などをモニタに表示する（Ｓ３０７）。プローブの装着状態に関しては、計測のたびにカメラ４０３で撮影しチェックする必要がある（Ｓ３０４〜Ｓ３１４）。その後のキャリブレーション処理（図３のＳ３０８〜Ｓ３１６）は不要である。ただし、被検者に対する「汎用の修正係数αを採用できるか」の確認が必要であり、簡易タスクを呈示し（Ｓ３１９）、この簡易タスクに対して、光トポグラフィによる計測を行い（Ｓ３２１）、測定結果に基いて汎用の修正係数αを採用できるかの確認を行う（Ｓ３２３、Ｓ３２５）。その後の、「脳信号」のみを抽出するための、最適な修正係数αの算出処理や修正係数αを用いた脳活動状態量の計測の処理は、図３の場合と同じである。なお、被検者やその測定部位によっては、汎用のデータでは計測結果に有意差が認められない場合もある（Ｓ３３８でＮＯ）。このような場合には、被検者の状況や計測目的に応じた他の正式タスクを採用して測定を行い、それでも適切な結果が得られない場合はエラーメッセージを出して脳活動状態量の計測・演算処理を終了させる（Ｓ３４０）。
【００８８】
本実施例によれば、汎用のデータを使用することで、簡単な装置構成で、迅速に「脳信号」のみを比較的精度良く抽出することができる。
【実施例３】
【００８９】
次に、本発明の第三の実施例として、タスクに同期した脳活動変化の有意検定をする方式を説明する。発明者等の研究によれば、脳活動に関し、タスク中の信号とタスク前のＲest信号の変化には、相関性が認められる。そこで、タスク中の信号とタスク前の信号の変化を脳活動として検出してもよい。一例として、前記実施例と同じプローブによる（検出１）、（検出２）で得られた、タスク中の信号とタスク前のＲest状態の信号には、図１０に示したような相関が見られる。
【００９０】
タスク  ＶＳ  タスク直前のＲest  （５）
すなわち、前に述べた最適係数αを求めるのではなく、式（５）により、タスク中の信号とタスク前の信号の変化（比）自体を脳活動として検出する。測定の目的によっては、このように計測を行い、モニタ４００に結果を表示するようにしてもよい。
【００９１】
あるいはまた、前記した実施例の図３や図８Ｓ３２６、あるいは図９ＢのＳ３２５で、ＮＯとなった被検者や測定部位に対しては、Ｓ３２８で、タスク中の信号とタスク前の信号の変化（比）自体を脳活動として表示する方式に切り替えてもよい。
【実施例４】
【００９２】
発明者等の研究によれば、以上述べた計測による最適な修正係数αの求め方以外にも、比較的有効な最適な修正係数αの決め方がある。
【００９３】
たとえば、
（ａ）得られた時系列信号に対し、バンドパスフィルタで脈、呼吸、脳活動の帯域の各信号を抽出してから、最適係数を導出する。前記したように、被検者の通常の状態における脈波は１Hz程度、呼吸は０．３Hz程度、タスクに同期した脳活動の信号は０．１Hz〜０．０２Hz程度のオーダーにある。そこで、上記周波数帯域の異なる３種類のバンドパスフィルタを用いて、前記各実施例で得られた（検出１）、（検出２）の時系列信号を周波数帯域ごとに分離し、脳活動の信号の帯域に相当する信号のみを利用して、修正係数αを求めるようにするようにしてもよい。
【００９４】
（ｂ）拡散方程式でモデルシュミレーションにより求めた最適な係数αを用いる。  
すなわち、被検者として年齢、性別などに応じた標準的なモデルを設定し、モデルシュミレーションにより測定部位にごとの最適な係数αを求めてデータベースを作成し、被検者の測定目的に応じた最適のモデルのデータを取得し、第二の実施例の、Ｓ３０５の予め各被検者に共通する汎用的な最適修正係数αの代わりに用いて、脳活動の情報を得るようにしてもよい。
【実施例５】
【００９５】
図１１は、本発明の第五の実施例として、最適な修正係数αの決め方の他の例を示す図である。
【００９６】
独立成分解析で各成分のＳＤに応じた係数の傾きから、雑音成分を選別する。深いところ（脳）の成分はＳＤ距離依存性が強いと考えられるので、図１１の独立成分Ｃのように傾きが大きければ脳活動信号、図１１の独立成分Ａ，Ｂのように小さければ雑音信号（皮膚などが関与）と考えられる。
【００９７】
そこで、上記独立成分Ｃのように傾きが大きい信号を用いて、前記各実施例で得られた（検出１）、（検出２）の時系列信号を周波数帯域ごとに分離し、脳活動の信号の帯域に相当する信号のみを利用して、修正係数αを求めるようにするようにしてもよい。
【実施例６】
【００９８】
なお、発明者等の研究によれば、上記した本発明の２つの検出を持つ計測装置による測定法では、最適な修正係数αを得ることの出来ない被検者も存在する。このような、最適な係数αが存在しない被検者の場合、短いＳＤの検出器を用いないようにしてもよい。
【００９９】
このような被検者に対しては、たとえば、差分演算を行なわず、換言すると脳の深部を測定する第１の検出経路２６０の信号（情報成分）のみを用いるほうが正しく脳活動を検出できる場合があると考えられる。
【０１００】
例えば、側頭部では毛根があり、皮膚血流の影響は、額部と比べて、少ない可能性がある。このような計測条件のときは、差分演算を行わないほうが正しく脳活動を検出できる場合があると考えられる。そこで、前記した図３や図８のＳ３２６、あるいは図９ＢのＳ３２５で、ＮＯとなった被検者や測定部位に対しては、Ｓ３２８で、脳の深部を測定する第１の検出経路２６０の信号（情報成分）のみを利用して計測を行って、適切なデータが得られないか試行することが考えられる。
【実施例７】
【０１０１】
上記したように、本発明の前記各実施例によれば、簡単な装置構成で、「脳信号」のみを精度良く抽出することができる。この「脳信号」の「絶対値」を脳活動変化の様子として直接モニタに表示してもよい。
【０１０２】
たとえば、前記式（１）の、（信号S）=（検出１）−係数α１×（検出２）
の関係により、「脳信号」を抽出する処理し、この「脳信号」の「絶対値」を直接モニタに表示する。雑音の影響は低減しているので、たとえばこの「脳信号」から得られる「信号の減少」は、脳活勤の低下に関係しているとみなしてもよい。
【実施例８】
【０１０３】
発明者の研究によれば、安静時には、脳血流と頭皮血流に比較的高い相関があるデータが得られている。そこで、ＳＤ＝１ｃｍとＳＤ＝３ｃｍとの「相関係数」を脳活動として表示する。
【０１０４】
図１２は、本発明の第八の実施例として、前記実施例と同じプローブによる（検出１）、（検出２）で得られた、安静時のＳＤ＝１ｃｍとＳＤ＝３ｃｍの信号の相関を示す図である。この例では、被検者に対して、安静状態を指示し、この状態で得られたデータを処理して、脳活動として表示する。
【実施例９】
【０１０５】
本発明は、ＳＤ距離が１種類に固定されているようなタイプや、広く一般に用いられている大型の光トポグラフィ装置に適用してもよい。図１３は、本発明の第九の実施例になる生体光計測装置の全体的なシステム構成を示す機能ブロック図である。
【０１０６】
光照射・検出部１１００と、プローブ２００と、ヘモグロビン変化量等の情報を数値やトポグラフィとして表示するための制御装置１３００と、カメラ付モニタ兼タスク呈示部４００を備えている。プローブ２００は、光ファイバ２１０の先端を所定の配列で支持し、被検体３００に接触させる機能を有する。光照射・検出部１１００の光検出器１２０２、１２０３には、例えばフォトダイオードを用いる。
【０１０７】
光照射・検出部１１００は、所定波長の光、具体的には近赤外光を発生する光照射部１１0１と、被検体２００を透過した光を検出し、電気信号に変換する光検出部１１０２と、光照射部１２０１、第１光検出部１２０２、及び第２光検出部１２０３に連結された光ファイバ２１０と、光検出部１２０２、１２０３からの電気信号をロックイン検出するロックインアンプ１１０３と、ロックインアンプ１１０３の出力を増幅しＡ/Ｄ変換器するＡ/Ｄ変換器１１０４とを備えている。Ａ/Ｄ変換器１１０４は、各チャンネルからの信号レベルをそろえるために設けられる。光照射部１１０２は、光ファイバの数に対応して、複数の周波数で変調された光を発生する。またロックインアンプ１１０６は、これら複数の変調周波数を参照周波数として、照射位置および波長に対応した変調信号を選択的に検出する。これによって各計測位置（照射光ファイバ先端と検出光ファイバ先端との間の位置）毎の光信号を検出することができる。
【０１０８】
制御装置１３００は、光照射・検出部１１００から送られるデジタル信号を一時的に記憶するメモリと、このデジタル信号を用いてヘモグロビン濃度変化等の種々の演算、解析を行う演算処理部１３１０と、この演算処理部における演算結果を格納する記憶装置１３２０と、演算結果、例えばヘモグロビン変化量を等高線状の線図や着色された画像としてモニタ４００に表示するための画像、信号処理機能と、演算処理部に計測に必要な条件や被検体情報などの種々の情報をインプットするためのモニタ４００を含む入力装置（図示略）とを備えている。
【０１０９】
制御装置１３００は、第一の実施例と同様に、コンピュータプログラムを用いて実現される機能として、被験者固有の最適な修正係数αを求める機能（１３１２〜１３１３）と、光照射・検出部１００で検出された信号を元に脳機能を計測する脳機能演算処理機能（１３１４）と、演算結果、例えばヘモグロビン変化量を等高線状の線図や着色された画像としてモニタ４００に表示するための画像、信号処理部１３１５と、記憶装置１３２０とを備えている。
【０１１０】
プローブ２００の基本的な機能は第一の実施例のものと同じである。
【０１１１】
制御装置１３００の脳機能演算処理機能（１３１４）は、被験者によって実行されるタスク応答と同期した脳活動変化を第一検出器から得られる第一検出信号と第二検出器から得られる第二検出信号との差分から当該脳活動変化の算出を行う。制御装置１３００は、プローブ２００を装着した被験者に対する予備のタスク提示により、第一検出信号、第二検出信号に含まれる雑音成分の振幅を最適化する修正係数として、この被験者に固有の最適な修正係数αを算出し、この被験者によって実行されるタスク応答と同期した脳活動変化を第一検出信号と第二検出信号として算出し、該第一検出信号もしくは第二検出器信号に前記最適な修正係数αを乗算し、該修正係数αが乗算され振幅の最適化された前記第一検出信号と前記第二検出信号との差分の信号を求め、該差分の信号に基づき脳活動変化の算出を行う。
【０１１２】
制御装置１３００は、モニタ４００や光トポグラフィ装置の光照射・検出部１１００と一体のものであってもよく、これらは、汎用のパーソナルコンピュータ等上で実現することが可能である。次に、本実施例の光トポグラフィ装置では、ヘモグロビン量の変動に対応する光量の変動は、各検出位置毎に、光検出部１１０２において電気信号に変換され、ロックインアンプ１１０３でロックイン検出されることにより、各計測位置の信号として信号処理部１０４に入力される。信号処理部１１０４に入力された信号は制御装置１３００の記憶装置１３２０に格納された後、演算処理部１３１０においてヘモグロビン濃度に対応する信号（ヘモグロビン信号）に変換される。その他の動作及び信号処理部が行う処理は、基本的には、第一の実施例と同じである。
【０１１３】
本実施例では、皮膚血流の影響を確認してから、光トポグラフィで計測することにより、脳活動の計測により得られる結果について皮膚血流の影響を考慮して考察することができる。
【０１１４】
以上、本発明の生体光計測装置の一実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず種々の変更が可能である。例えば、ヘモグロビン値は、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、ヘモグロビン総量のいずれでもよい。さらに生体光計測によって計測可能な物質であれば、ヘモグロビン以外の物質、例えばチトクロームa、a3やミオグロビン等についても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１００…制御装置、１２０…無線送受信部、２００…プローブ、２０１…光照射部、２０２…第１光検出部、２０３…第２光検出部、２２０…記憶装置、２４２…Ａ/Ｄ変換器、３００…被検体、４００…カメラ付モニタ兼タスク呈示部、４０１…キーボード、４０２…モニタ画面、４０３…カメラ。
【図１Ａ】
2010240298.tif 000003
【図１Ｂ】
2010240298.tif 000004
【図２Ａ】
2010240298.tif 000005
【図２Ｂ】
2010240298.tif 000006
【図３】
2010240298.tif 000007
【図４Ａ】
2010240298.tif 000008
【図４Ｂ】
2010240298.tif 000009
【図４Ｃ】
2010240298.tif 000010
【図５】
2010240298.tif 000011
【図６Ａ】
2010240298.tif 000012
【図６Ｂ】
2010240298.tif 000013
【図７】
2010240298.tif 000014
【図８】
2010240298.tif 000015
【図９Ａ】
2010240298.tif 000016
【図９Ｂ】
2010240298.tif 000017
【図１０】
2010240298.tif 000018
【図１１】
2010240298.tif 000019
【図１２】
2010240298.tif 000020
【図１３】
2010240298.tif 000021
【図１４】
2010240298.tif 000022
【図１５】
2010240298.tif 000023