(57)【要約】      （修正有）【課題】脳表面または硬膜を露出させた環境下で、脳組織などの状態変化を光を用いて計測する手法において、脳表面への衝撃を低減し安全に計測が可能とする。【解決手段】脳表面での光トポグラフィ計測に用いる光学的脳表面計測用衝撃緩衝具であって、柔軟な素材で構成され、脳表面に接する面が平面であるシート部１０１と、前記シート部に設けられ、光の照射または検出のための光照射・検出穴１０２とを備え、前記光照射・検出穴が、光照射機器の照射面または光検出機器の検出面よりも小さいものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脳表面での光トポグラフィ計測に用いる光学的脳表面計測用衝撃緩衝具であって、
柔軟な素材で構成され、脳表面に接する面が平面であるシート部と、
前記シート部に設けられ、光の照射または検出のための光照射・検出穴とを備え、
前記光照射・検出穴が、光照射機器の照射面または光検出機器の検出面よりも小さいものである光学的脳表面計測用衝撃緩衝具。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具において、更に、
前記光検出機器または光照射機器を配置する面に、光検出機器または光照射機器の取り付けをガイドするとともに、もれ光を防ぐガイド兼遮光部を有する光学的脳表面計測用衝撃緩衝具。
【請求項３】
請求項１に記載の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具において、更に、
前記シート部の外側に、硬膜下へ設置可能な浸透性の無い観測域保護膜を有する光学的脳表面計測用衝撃緩衝具。
【請求項４】
請求項１に記載の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具において、更に、
前記シート部の外周部に、脳脊髄液や血液を吸収するためのスポンジ部を有する光学的脳表面計測用衝撃緩衝具。
【請求項５】
請求項１に記載の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具において、
前記光照射・検出穴の角部が面取り加工されている光学的脳表面計測用衝撃緩衝具。
【請求項６】
請求項２に記載の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具において、
前記ガイド兼遮光部が、光照射機器または光検出機器の外れ防止機構を備えている光学的脳表面計測用衝撃緩衝具。
【請求項７】
請求項１に記載の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具において、
前記光照射機器または光検出機器が光ファイバーである光学的脳表面計測用衝撃緩衝具。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１つに記載の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具と、
光照射機器および光検出機器とを備える光計測プローブ。
【請求項９】
柔軟な素材で構成され、脳表面に接する面が平面であるシート部と、前記シート部に設けられ、光の照射または検出のための光照射・検出穴とを備える脳表面での光トポグラフィ計測に用いる光学的脳表面計測用衝撃緩衝具を保持する保持具であって、
一端に前記衝撃緩衝具を保持する、３本以上の支持棒と、前記支持棒を貫通させ、支持する支持板を備え、
前記支持板の貫通穴はそれぞれの前記支持棒が前記支持板に対し垂直になるようなものであり、
前記支持棒の一部にネジ構造を有しており、前記支持棒の任意の位置で前記支持板に固定可能としたものである衝撃緩衝具の保持具。
【請求項１０】
請求項９に記載の衝撃緩衝具の保持具おいて、更に、
前記支持板を被検体に取り付ける取付手段を有する衝撃緩衝具の保持具。
【請求項１１】
請求項９に記載の衝撃緩衝具の保持具において、
複数の前記支持棒が前記ネジ構造を有し、前記支持板と前記衝撃緩衝具との距離を3点以上で任意に変更可能としたものである衝撃緩衝具の保持具。
【請求項１２】
請求項９に記載の衝撃緩衝具の保持具おいて、
前記支持棒と前記衝撃緩衝具の結合部にバネまたはスポンジ機構を有する衝撃緩衝具の保持具。
【請求項１３】
請求項９に記載の衝撃緩衝具の保持具おいて、
計測対象の領域面と前記衝撃緩衝具との距離を、３点以上で観測する距離計を有する衝撃緩衝具の保持具。
【請求項１４】
請求項１３に記載の衝撃緩衝具の保持具おいて、
観測された３点の距離の差があらかじめ定めた範囲内または範囲外にある場合に、光や音によって報知する機構を有する衝撃緩衝具の保持具。 
【請求項１５】
請求項９に記載の衝撃緩衝具の保持具おいて、
前記支持板が、光照射機器および光検出機器と接続するケーブルを貫通させる穴部を有し、前記貫通したケーブルを前記穴部に固定する固定機構を有する衝撃緩衝具の保持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳組織や脳表面に分布する血管などの周辺組織の状態変化を、外科的手術によって脳表面または硬膜を露出させた環境下で、光を用い計測する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体の内部状態を非侵襲的に計測する手段として、MRIやX線CTなどがある。これらの装置は、例えばMRIの場合は強力な磁場を生成するための磁石と磁場への干渉を防ぐためのシールド設備が必要であり、大きな計測装置となってしまう。そのため、簡便な計測には不向きである。X線CTも、X線を用いるため十分なシールド設備が必要となってしまう。一方、光を用いた手法では、光の発生機構も小型であり、特別なシールド設備も不要なため、簡便な計測が可能である。また、観測では被検体の対象となる領域へ光を照射し検出する必要があるが、光ファイバーを用いることによって、柔軟に光の照射や検出の領域を調整することが可能である。この様な光を用いた計測装置が、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。これらの文献に記載の生体光計測装置は、半導体レーザーで光を発生させ、発生させた光を光ファイバーで導いて被検体に照射し、生体内を透過あるいは反射してきた光を検出し、検出した光を光ファイバーによってフォトダイオードまで導き、検出光量から血液循環、血行動態、ヘモグロビン変化などの生体情報を得ている。
【０００３】
また、このような生体光計測を実現するために、被検体に光ファイバーを接触させる生体光計測プローブが用いられている。これは、光を照射する光照射部と、生体内を透過あるいは反射してきた光を検出する光検出部と、前記光照射部と前記光検出部を格子状あるいは網目状に配列させて固定する固定部材とによって構成されている。また、この固定部材をバンドもしくはゴム紐もしくはヘアバンドなどを用いて光照射部と光検出部を被検体に接触させる形状になっている。この生体光計測プローブの例として、特許文献３などが挙げられる。また、通常光ファイバーは複数あり、これら複数の光ファイバーを束ねる構造を有する生体光計測プローブが、特許文献４などに記載されている。ただし、これらの技術が対象としている観測手法は生体の皮膚上から内部状態を観測するものである。
【０００４】
ところで、脳外科分野において、脳の切除領域を病巣除去のために最大限にとり、かつ機能温存のために最小限の切除とすることが必要とされている。適切な切除領域を決めるための情報として、実際に患者の脳で計測された脳活動情報が用いられる。例えばてんかん患者の焦点部位の決定では、脳波電極を大脳皮質上に手術により設置し、一時的に患者を覚醒させ、てんかん発作時の脳波信号に基づき切除部位を決める。しかし、電気的な信号は脳表で広く拡散してしまい、焦点位置が定まらないという課題がある。一方、近赤外光を用いた脳機能計測法である光トポグラフィは、検出される信号の感度領域は確率的に決定することが可能であり、照射点と検出点の距離を短くすることで高い空間分解能を得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−９８９７２号公報
【特許文献２】特開平９−１４９９０３号公報
【特許文献３】特開平８−１１７２０９号公報
【特許文献４】特開２００１−２８６４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常の光トポグラフィ計測は、皮膚、頭蓋骨の上から計測を行うことを想定したものである。例えば観測用光ファイバーの先端は皮膚との接触状態を十分に安定的なものとするために、一定の圧力で皮膚との接触を保たれるようになっている。これは、光トポグラフィ計測法が観測対象の自由な動きを妨げないという利点を備えているため、観測中に観測対象が動いた場合にも観測用光ファイバーの接触位置がずれないようにする必要があることからも備えられている特徴である。したがって、従来の光トポグラフィ計測手法を、脳表面のように非常に柔らかい対象に適用することは困難であった。
【０００７】
本発明は、脳表面または硬膜を露出させた環境下で、脳組織などの状態変化を光を用いて計測する手法において、脳表面への衝撃を低減し安全に計測が可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
【０００９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、脳表面での光トポグラフィ計測に用いる光学的脳表面計測用衝撃緩衝具であって、柔軟な素材で構成され、脳表面に接する面が平面であるシート部と、前記シート部に設けられ、光の照射または検出のための光照射・検出穴とを備え、前記光照射・検出穴が、光照射機器の照射面または光検出機器の検出面よりも小さいものである。
【００１０】
また、他の一例を挙げるならば、柔軟な素材で構成され、脳表面に接する面が平面であるシート部と、前記シート部に設けられ、光の照射または検出のための光照射・検出穴とを備える脳表面での光トポグラフィ計測に用いる光学的脳表面計測用衝撃緩衝具を保持する保持具であって、一端に前記衝撃緩衝具を保持する、３本以上の支持棒と、前記支持棒を貫通させ、支持する支持板を備え、前記支持板の貫通穴はそれぞれの前記支持棒が前記支持板に対し垂直になるようなものであり、前記支持棒の一部にネジ構造を有しており、前記支持棒の任意の位置で前記支持板に固定可能としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、脳組織や脳表面に分布する血管などの周辺組織の状態変化を、脳表面または硬膜を露出させた環境下で、光を用いて計測する手法において、脳表面への衝撃を低減し安全に計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の衝撃緩衝具の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例２の衝撃緩衝具の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例３の衝撃緩衝具の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例４の衝撃緩衝具の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例５の衝撃緩衝具の保持具の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例６の衝撃緩衝具の保持具の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態を、図面に基づいて説明する。なお、発明を実施するための形態を説明するための全図において、同一の機能を有する要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
図1に、本発明の実施例１の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具を示し、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）はＡ−Ｂ線に沿う断面図である。この衝撃緩衝具は、観測対象が柔らかく傷つきやすいという課題に対する工夫がなされたものである。また、光を用いた計測においては、光を観測対象に照射し観測対象から反射または観測対象内部を伝搬し拡散した光を検出する必要があり、また観測される光量が微弱なため様々な雑音に影響されてしまうという課題に対する工夫がなされたものである。
【００１５】
図において、符号１０１はシート部であり、生体組織、例えば脳表面と光計測の機器、例えば光照射用或いは光検出用の光ファイバーとの間に設置され、計測機器からの衝撃が脳表面に伝わるのを和らげるためのものである。シート部は、柔軟な素材で構成され、脳表面に接する面は、脳表面へのダメージを低減するために平坦になっている。これは脳表面が心拍や呼吸に応じてわずかに動くため、例えば頭蓋骨に固定されたシート部１０１と脳表面との摩擦による脳表面へのダメージを低減する必要があるためである。シート部１０１には、光の侵入や漏れを防ぐために、遮光性を備えた例えば黒色の素材を用いるのが好ましい。シート部１０１には、光照射・検出穴１０２が設けられ、光検出・照射穴に対応して光照射用或いは光検出用の光ファイバー（光機器）が取り付けられる。光検出・照射穴１０２の周辺には、光照射または光検出用の光ファイバーの取り付けをガイドするためのガイド兼遮光部１０３を設置する。ガイド兼遮光部１０３は、例えば、光ファイバーと同等またはより大きな断面を持つ筒状とする。ガイド兼遮光部１０３は、光機器の漏れ光を防ぐための遮光機構としても働く。
【００１６】
ここで、光照射・検出穴１０２は様々な径の穴とすることが可能であるが、重要な条件として光機器の面が脳表面に直接接することを防ぐために、光機器の面よりも小さな穴径である必要がある。穴径に関して、例えば日立メディコ社のETG-100（商品名）を用いた計測において、0.3，0.5，1.0mmの穴径のシート１０１を製作し実験に用いたところ、穴径が0.5ｍｍのシートを用いた場合に最も良い観測結果が得られた。この結果は、光出力用のレーザー光源のパワーと、出力された光を生体へと導く光ファイバーの減衰特性、同じく光検出用の光ファイバーの減衰特性、そして光検出用のフォトダイオードの検出感度に加え、観測対象である脳組織およびその周辺にある生体物質の光学的特性などに影響があり、最適なシート１０１の穴径が決まることを意味する。そこで、レーザー光源出力や光検出機器の検出感度などの調整が簡便ではない場合には、複数の穴径のシートを用意し、これらを幾つか取り換え利用することで簡便に最適な信号を得ることが可能である。
【００１７】
遮光部１０３は、例えば光照射用の光ファイバーから光が漏れ、光検出用の光ファイバーに直接光が届いてしまうことを防ぐ機構である。光を用いた観測において、生体組織を拡散し、その後に検出される光は微弱なものであるため、光ファイバーからの直接漏れ光を十分に遮断する必要がある。そこで、遮光部１０３は光機器を覆い漏れ光を防ぐものである。例えば、黒いゴム素材などで作成する。また、シート部１０１と遮光部１０３との取り付けは、加工のしやすさとしては別々に作成し、両者をのり付けする加工方法が考えられるが、例えば透明な瞬間接着剤ではそこから光が漏れてしまう可能性がある。そこで、光が透過しないような接着剤を用いるか、またはシート部１０１と遮光部１０３を一体成型とすることが望ましい。また、シート部１０１は脳表面の形状に追従するような柔軟な素材で作成されているので、光照射・検出穴１０２と光機器の面が常に平行とは限らない。そこで、光機器がガイド兼遮光部１０３から外れてしまうのを防ぐために、ガイド兼遮光部１０３には十分な高さが必要である。例えば、光機器の断面長さの1/3以上の高さを有することが望ましい。ただし、ガイド兼遮光部１０３の高さが高すぎてしまうと、シート部１０１の柔軟性が損なわれてしまうため、シートの柔軟性が損なわれない程度の高さとすることが望ましい。
【００１８】
観測対象となる脳表面を露出させるためには、皮膚を切開し頭骨を取り除き、必要であれば硬膜も切開する必要がある。したがって、切断面からの出血や、脳脊髄液が計測領域へ侵入してくる問題がある。計測領域の環境が変化してしまうと観測信号の雑音として悪影響を与えてしまう。そこで、観測領域となる脳表面へ周囲の領域から血液などの侵入を防ぐ目的で、浸透性の無い観測域保護膜１０４を具備する。この観測域保護膜の利用方法としては、例えば観測領域外の脳表面と硬膜との間にすべり込ませるように設置する。これにより観測領域内へ血液などが侵入し雑音となることを防ぐことができる。
【００１９】
本実施例の光学的脳表面計測用の衝撃緩衝具によれば、脳組織と光機器との間に、柔軟な素材で構成され、脳表面に接する面が平面であるシート部を備えることにより、脳表面への衝撃を低減し安全に光計測が可能となる。また、光照射・検出穴を光機器の面よりも小さな穴径にすることにより、光機器の面が脳表面に直接接することを防ぐことができる。
【実施例２】
【００２０】
図２（ａ）〜（ｃ）に本発明の実施例２の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具を示す。
【００２１】
実施例１で述べたように、心拍や呼吸に応じて脳表面がわずかに動く。そのため、例えば頭蓋骨に固定されたシート部１０１と脳表面との摩擦によるダメージを低減する必要がある。図２（ａ）に記載した衝撃緩衝具では、シート部１０１の脳表面へ接する面の角部、即ち、光照射・検出穴の角部に面取り加工を行い適度な曲率の面取り部２０１を設ける。面取り加工を行うことにより、さらに脳表面との摩擦によるダメージを低減することができる。
【００２２】
図２（ｂ）は、光機器の外れ防止機構２０２を設けたものである。例えば、ガイド兼遮光部１０３に凸部を設けるとともに、光機器（光ファイバー）側に凹部を設け、光機器の取り付け時に、光機器側の凹部にガイド兼遮光部１０３の凸部が嵌り合うようにする。これにより、光計測中にガイド兼遮光部１０３から光機器が外れてしまうことを防止できる。
【００２３】
図２（ｃ）は、面取り部２０１および外れ防止機構２０２を備えた光学的脳表面計測用衝撃緩衝具に、光機器（光ファイバー）２０３を取り付けた状態を示す。光機器側の凹部にガイド兼遮光部の凸部が嵌り合うことにより、光機器の外れを防ぐことができる。なお、外れ防止機構２０２としては、光機器側に凸部を設け、ガイド兼遮光部側に凹部を設けてもよい。
【００２４】
本発明の光計測プローブは、図２（ｃ）に示されるように、光学的脳表面計測用衝撃緩衝具と、光照射および光検出用の光機器とを備えるものである。
【実施例３】
【００２５】
図３に、本発明の実施例３の光学的脳表面計測用衝撃緩衝具を示す。
【００２６】
実施例１で述べたように、切断面からの出血や、脳脊髄液が計測領域へ侵入してくる問題がある。観測領域となる脳表面へ周囲の領域から血液などの侵入を防ぐ目的で、本実施例では、シート部１０１の周囲を取り囲むように、スポンジ部３０１を配置する。スポンジ部３０１を有するシート部１０１を用いることにより、観測領域を保護し、血液等の干渉を防ぐことができる。例えば、スポンジ部に液体に触れることによりゲル化するような素材を用いれば、より保護効果を高めることができる。
【実施例４】
【００２７】
図１に記載した光計測プローブは、縦２個×横４個の照射用或いは検出用の光ファイバーを備えるものである。光機器は照射用と検出用との距離が一定であることが必要であるが、照射機器同士または検出機器同士の距離には制限はない。そこで、これらの距離を小さくすることでより高密度の計測が可能となる。
【００２８】
図４に、本発明の実施例４の高密度計測用の緩衝シートの例を示す。図において、例えば、中央の行には照射用の光ファイバー４０２が配置され、上側の行および下側の行には、検出用の光ファイバー４０１が配置される。照射用と検出用の光ファイバーの距離は一定であるが、照射用の機器同士、および検出用の機器同士の距離を接近させることにより、高密度の計測を行うことができる。
【実施例５】
【００２９】
実際の計測では、光機器と本発明の衝撃緩衝具を観測対象に対し固定する必要がある。なぜならば、微小な動き、位置ずれであっても雑音として信号に影響を与えてしまうからである。しかし、脳組織は柔らかく傷付きやすいため固定部としては適さない。そこで、十分な強度がある頭蓋骨を固定部として用いる。
【００３０】
図５に、本発明の実施例５の光機器と衝撃緩衝具とを固定するための保持具を示す。取付棒５０１は先端がネジ状になっており、頭蓋骨にネジで固定することが可能である。計測面との平行を保つため取付棒５０１は3つ以上であることが望ましい。また、支持板５０２は3つの取付棒５０１がそれぞれ平行となるような穴部を有し、表面や裏面に取付棒５０１を固定する機構を有することが望ましい。例えばネジによる固定具などである。さらに、支持板５０２には緩衝シート５０６（図1に示した緩衝シートの模式図である）を支持する支持棒５０３を固定するための穴部を有する。穴部は、それぞれの支持棒５０３が支持板５０２に対して垂直になるように設ける。支持棒５０３は緩衝シート５０６を保持する目的とともに、緩衝シート５０６と観測面との平行を調節する目的もある。そのため、支持棒は３本以上設ける。そして、例えば支持棒５０３の端部をネジ切りとしてネジ構造５０４を設け、支持棒５０３に取り付けたネジを回すことによって支持棒５０３の上下位置を微調整する。支持棒５０３は緩衝シート５０６を支持する必要があるため一定の硬さを持つことが必要である。一方、観測対象となる脳表面は柔らかく傷つきやすいので緩衝シート５０６は柔軟に支持される必要がある。そこで、支持棒５０３の先端部にバネ機構５０５やスポンジ状の部材を設け、緩衝シート５０６と支持棒５０３とを柔軟に結合する機構を有することが望ましい。
【００３１】
光機器は、本実施例では光ファイバーを想定している。あるいは、LED発光素子やフォトダイオード素子を直接用いたものであっても良い。その場合は、電源提供や情報伝達のためのケーブルを具備している。計測時に光ファイバーやケーブル類が脳表面を傷付けたり計測の障害とならないようにするため、支持板５０２にはこれらのケーブルを通過させる穴機構５０７を具備することが望ましい。図では、穴機構を1つ設けたものである。中心部に穴機構５０７を設けることで計測時の安定性が増すと考えられる。一方で、一か所にまとめてしまうとケーブルの取り回しが困難になってしまうことから、3つ程度の異なる個所に穴機構を設けても良い。また、穴機構には、光ファイバーやケーブル類が予期せずに脳表面方向へずれ落ち脳表面を傷つけてしまうことを防ぐために、ストッパー機構を有することが望ましい。例えばクリップ状の器具により光ファイバー類を束ね、それをネジ止めする機構などである。
【実施例６】
【００３２】
図６に、本発明の実施例６の衝撃緩衝具の保持具を示す。
【００３３】
本実施例では、図５の実施例５に記載した保持具に、距離計を備えている。衝撃緩衝シート５０６の支持棒５０３のそれぞれに距離計６０１が設置されており、計測対象となる脳表面との距離が計測可能となっている。シート面と脳表面とは出来る限り平行であることが望ましいので、距離計６０１の計測結果に基づきシート支持棒５０３の上下位置を調整し、シート面と脳表面との平行を保つようにする。さらに、距離計で観測された３点の距離の差が予め定めた範囲内または範囲外にある場合に、光や音によって報知する機構を備えればよい。例えば、３つの距離計の観測結果の平均値とそれぞれの観測結果とのずれの和が設定値、例えば２ｍｍ以上の場合に報知するとよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  シート部
１０２  光照射・検出穴
１０３  ガイド兼遮光部
１０４  観測領域保護膜
２０１  面取り部
２０２  外れ防止機構
２０３  光機器
３０１  スポンジ部
４０１  検出用の光ファイバー
４０２  照射用の光ファイバー
５０１  取付棒
５０２  支持板
５０３  シート支持棒
５０４  シート支持棒のネジ構造
５０５  シート支持棒のバネ機構
５０６  衝撃緩衝シート
５０７  穴部
６０１  距離計
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014212930.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2014212930.tif 000008