(57)【要約】  光照射プローブおよび光検出プローブを保持して被測定対象に装着可能な光計測用プローブホルダの一部を構成し、複数が結合することにより、前記光計測用プローブホルダを構成するプローブホルダモジュールであって、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する、保持部と、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つに電気的に接続される、電気回路および電気配線の少なくとも一つと、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つと、電気回路および電気配線の少なくとも一つとを接続するための端子と、他のプローブホルダモジュールと機械的に接続する機械的接続部と、他のプローブホルダモジュールと電気的に接続する電気的接続部と、を有するプローブホルダモジュールが開示される。
2016203656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射プローブおよび光検出プローブを保持して被測定対象に装着可能な光計測用プローブホルダの一部を構成し、
複数が結合することにより、前記光計測用プローブホルダを構成するプローブホルダモジュールであって、
前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する、保持部と、
前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つに電気的に接続される、電気回路および電気配線の少なくとも一つと、
前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つと、前記電気回路および電気配線の少なくとも一つとを接続するための端子と、
他のプローブホルダモジュールと機械的に接続する機械的接続部と、
前記他のプローブホルダモジュールと電気的に接続する電気的接続部と、
を有するプローブホルダモジュール。
【請求項２】
前記保持部は、
前記他のプローブホルダモジュールの保持部と協働して、前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する、
請求項１記載のプローブホルダモジュール。
【請求項３】
前記保持部は、
前記プローブホルダモジュールの側面の一部が、前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを挿入する挿入孔の一部を形成し、
前記挿入孔の一部が、前記他のプローブホルダモジュールの挿入孔の一部と協働して、前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する、
請求項２記載のプローブホルダモジュール。
【請求項４】
前記保持部として、
さらに、前記プローブホルダモジュールの側面より内側に形成され、前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する内部挿入孔を有する、
請求項３記載のプローブホルダモジュール。
【請求項５】
曲面を有する平板状の形状を有する、
請求項１記載のプローブホルダモジュール。
【請求項６】
前記機械的接続部および電気的接続部は、
別部材であるプローブホルダ間中継コネクタを、前記他のプローブホルダモジュールとの間に挿入することで、機械的および電気的な接続をおこなう、
請求項１記載のプローブホルダモジュール。
【請求項７】
光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つと電気的に接続可能なコネクタと、
電気回路および電気配線の少なくとも一つと、
を有する生体光計測用プローブホルダモジュールであって、
他の生体光計測用プローブホルダモジュールと互いに接合する接合部と、
前記他の生体光計測用プローブホルダモジュールと互いに電気的に接続する電気的接続部と、
を有することを特徴とする生体光計測用プローブホルダモジュール。
【請求項８】
前記光照射プローブおよび前記光検出プローブの少なくとも一つの側面形状の一部に略一致したプローブ挿入孔側面を有する、
ことを特徴とする請求項７記載の生体光計測用プローブホルダモジュール。
【請求項９】
前記電気的接続部は、前記接合部に内蔵される、
ことを特徴とする請求項７記載の生体光計測用プローブホルダモジュール。
【請求項１０】
前記接合部は、接続する前記生体光計測用プローブホルダモジュール間の距離および接続角度の少なくとも一つを調整可能である、
ことを特徴とする請求項７に記載の生体光計測用プローブホルダモジュール。
【請求項１１】
挿入されるプローブとして、光照射プローブもしくは光検出プローブを電磁的もしくは機械的に切り替える機能を有し、
前記光照射プローブまたは前記光検出プローブの配置を変更可能な、
ことを特徴とする請求項７に記載の生体光計測用プローブホルダモジュール。
【請求項１２】
複数のプローブホルダモジュールを結合することにより、光計測用プローブホルダを構成するプローブホルダ構成方法であって、
前記プローブホルダモジュールとして、
光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する、保持部と、
前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つに電気的に接続される、電気回路および電気配線の少なくとも一つと、
前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つと、前記電気回路および電気配線の少なくとも一つとを接続するための端子と、
他のプローブホルダモジュールと機械的に接続する機械的接続部と、
前記他のプローブホルダモジュールと電気的に接続する電気的接続部と、
を有するプローブホルダモジュールを複数準備し、
前記機械的接続部および電気的接続部によって、前記他のプローブホルダモジュールと結合させて、光計測用プローブホルダを構成するプローブホルダ構成方法。
【請求項１３】
前記保持部は、
前記プローブホルダモジュールの側面の一部が、前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを挿入する挿入孔の一部を形成し、
前記挿入孔の一部が、他のプローブホルダモジュールの挿入孔の一部とともに、前記光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する挿入孔を形成する、
請求項１２記載のプローブホルダ構成方法。
【請求項１４】
前記複数のプローブホルダモジュールは、形状の異なる複数種類のプローブホルダモジュールを含む、
請求項１２記載のプローブホルダ構成方法。
【請求項１５】
前記複数のプローブホルダモジュールは、前記光照射プローブ及び前記光検出プローブのいずれも接続しない接続専用プローブホルダモジュールを含み、
前記接続専用プローブホルダモジュールは、
他のプローブホルダモジュールと機械的に接続する機械的接続部と、
前記他のプローブホルダモジュールと電気的に接続する電気的接続部と、を有する、
請求項１２記載のプローブホルダ構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光、特に可視光または近赤外光を用いた光計測装置に関する。特に、脳活動に伴う脳血液動態変化などの生体内部情報を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近赤外分光法（near−infrared spectroscopy：NIRS）を用いた脳機能計測装置は、医療用および研究用機器として、あるいは教育効果・リハビリ効果の確認、家庭における健康管理、商品モニタ等の市場調査に用いることができる。また、同様の手法により組織酸素飽和度計測や筋肉の酸素代謝計測に用いることができる。さらに、果実の糖度計測を始め、光散乱体を測定対象とした一般の吸収分光装置にも用いることができる。【０００３】
このような技術においては、目的に依存して必要な計測点数を測定するためのプローブ配置を実現するために、これまでは様々な種類のプローブホルダを準備することで、光源及び検出器配置を構成していた。【０００４】
特許文献１には、回路が内蔵されているプローブホルダを有し、プローブを入れ替えた場合でも再度校正を行う必要が無く、最適条件で計測を行うことができる光計測装置が開示されている。しかし、電気的結合を維持した状態でプローブホルダを、必要な分だけ過不足無く拡張する方法についての開示が無かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３５４７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A. Maki et al.、”Spatial and temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIR topography、”Medical Physics、Vol.22、No.12、p.1997−2005（1995年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明者らは、光計測装置のプローブホルダを、必要な分だけ過不足無く拡張するために、光源、検出器をモジュール化することを検討した。【０００８】
ここで、光源、検出器をモジュール化し、装置本体で全光源、全検出器を制御する代わりに、各光源、検出器モジュールが各々制御部を有する構成においては、モジュール間通信や制御のためにプローブホルダ内部の通信線等の電気回路が必要となる。【０００９】
しかし、電気回路が内蔵されたプローブホルダであって、プローブホルダの交換、もしくは連続性のあるプローブ拡張を安定的に行うことが可能なモジュール構成のプローブホルダの具体的な提案は、これまでに開示が無かった。【００１０】
本発明の課題は、光計測装置において、プローブ配置を容易に、安定的に変更、拡張することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題を解決するために、本発明の一側面は、光照射プローブおよび光検出プローブを保持して被測定対象に装着可能な光計測用プローブホルダの一部を構成し、複数が結合することにより、光計測用プローブホルダを構成するプローブホルダモジュールである。このプローブホルダモジュールは、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する、保持部と、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つに電気的に接続される、電気回路および電気配線の少なくとも一つと、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つと、電気回路および電気配線の少なくとも一つとを接続するための端子と、他のプローブホルダモジュールと機械的に接続する機械的接続部と、他のプローブホルダモジュールと電気的に接続する電気的接続部と、を有する。【００１２】
さらに好ましい形態の例を示すと、保持部は、他のプローブホルダモジュールの保持部と協働して、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する。【００１３】
本発明の他の側面は、光照射プローブまたはおよび光検出プローブの少なくとも一つと電気的に接続可能なコネクタと、電気回路および電気配線の少なくとも一つと、を有する生体光計測用プローブホルダモジュールである。このモジュールは、他の生体光計測用プローブホルダモジュールと互いに接合する接合部と、他の生体光計測用プローブホルダモジュールと互いに電気的に接続する電気的接続部と、を有する。【００１４】
さらに好ましい形態の例を示すと、光照射プローブもしくは光検出プローブの少なくとも一つの側面形状の一部に略一致したプローブ挿入孔側面を有する。【００１５】
本発明の他の側面は、複数のプローブホルダモジュールを結合することにより、光計測用プローブホルダを構成するプローブホルダ構成方法である。この方法においては、プローブホルダモジュールとして、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する、保持部と、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つに電気的に接続される、電気回路および電気配線の少なくとも一つと、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つと、電気回路および電気配線の少なくとも一つとを接続するための端子と、他のプローブホルダモジュールと機械的に接続する機械的接続部と、他のプローブホルダモジュールと電気的に接続する電気的接続部と、を有するプローブホルダモジュールを複数準備する。そして、機械的接続部および電気的接続部によって、他のプローブホルダモジュールと結合させて、光計測用プローブホルダを構成する。【００１６】
さらに好ましい態様の例を示すと、プローブホルダモジュールの保持部は、プローブホルダモジュールの側面の一部が、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを挿入する挿入孔の一部を形成している。この挿入孔の一部が、他のプローブホルダモジュールの挿入孔の一部とともに、光照射プローブおよび光検出プローブの少なくとも一つを機械的に保持する挿入孔を形成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光計測装置における安定的で容易なプローブホルダの拡張、自由なプローブ配置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例の装置構成の一例を示すブロック図
【図２】ホルダ間電気的接続コネクタを有するプローブホルダモジュールの平面図
【図３】ホルダ間電気的接続コネクタを接合部に内蔵するプローブホルダモジュールの平面図
【図４】プローブ配置構成を示す平面図例
【図５】プローブホルダモジュールを組み合わせることにより作成したプローブホルダ構成例を示す平面図
【図６】電気接続端子内蔵接合部の詳細を示し、プローブホルダモジュールおよびプローブホルダ間中継コネクタの平面および側面図
【図７】曲率のある表面を有するプローブホルダモジュールの斜視図
【図８】プローブホルダモジュール、プローブホルダ間中継コネクタ、端子カバーを組み合わせて構成したプローブホルダを示す平面図
【図９】２×２配置単位を制御部１つで制御するプローブホルダの構成例を示す平面図
【図１０】略正六角形型プローブホルダモジュールのモジュール、および、モジュールを六角格子配置上に構成した例を示す平面図
【図１１】略正八角形型プローブホルダモジュールを示す平面図
【図１２】略正方形型プローブホルダモジュールを示す平面図
【図１３】略長方形プローブホルダモジュールを示す平面図
【図１４】略正八角形プローブホルダモジュールと略正方形プローブホルダモジュールの組み合わせ配置を示す平面図
【図１５】ヒト頭部にプローブホルダモジュールを配置した例を示す平面図
【図１６】プローブ挿入孔を形成するようヒト頭部にプローブホルダモジュールを配置した例を示す平面図
【図１７】プローブ配置設計画面の平面図
【図１８】プローブ配置設定時のフローチャート図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００２０】
以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
【００２１】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００２２】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【００２３】
本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。
【００２４】
本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。
【００２５】
以下の実施例において、電気回路内蔵のプローブホルダパーツからなるモジュールにより、容易に自由配置が可能なプローブホルダを実現する構成の詳細を説明する。実施例では、モジュール間接合部を有し接合後にプローブ挿入孔を為すためのプローブ挿入孔側面を有することで連続的なプローブホルダ拡張を実現する例が開示される。各々のプローブホルダモジュール間で電気的結合を可能とする電気的接続部を有することで、プローブ間での通信もしくは制御モジュールとの通信を可能とする。その電気的接続部をモジュール間接合部に内蔵しても良い。モジュール型光源、検出器は、故障時に交換可能でメンテナンスが容易である。プローブホルダを拡張可能とすることで、プローブ数拡張も容易となる。タイル型で互いに電気的に接続可能なプローブホルダを構成し、拡張可能で任意のプローブ配置を作成可能とする。
【００２６】
典型的プローブ配置（３×３、４×４、３×５）間の接合部により、プローブ拡張可能とする。配置設計のためのＧＵＩ（graphical user interface）により、プローブ配置に依存するパワー及び検出方式の選択方法に対する自動検出を実現する構成が開示される。
【００２７】
以下に、実施例で詳細に説明される代表的な構成を記載する。
【００２８】
光照射プローブまたは光検出プローブと電気的に接続可能なコネクタと、電気回路と、を有する生体光計測用プローブホルダモジュールであって、別の前記生体光計測用プローブホルダモジュールと互いに電気的に接続する電気的接続部と、別の生体光計測用プローブホルダモジュールと互いに接合する接合部と、を有する生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００２９】
光照射プローブもしくは光検出プローブの側面形状に略一致したプローブ挿入孔側面を有する生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３０】
電気的接続部は、接合部に内蔵される生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３１】
電気的接続部は、信号線、クロック線、電源線、を少なくとも有する生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３２】
照射−検出器間距離であるSD距離を可変とすることができる生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３３】
接合部は、接続する生体光計測用プローブホルダモジュール間の距離及び接続角度を調整可能である生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３４】
ヒト頭部への接触面において、曲面を有する生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３５】
挿入されるプローブとして、光照射プローブもしくは光検出プローブを切り替える機能を有する生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３６】
短ＳＤ距離専用のプローブホルダモジュールを有する生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３７】
接続専用で前記光照射プローブ及び前記光検出プローブのいずれも接続しないプローブホルダモジュールを有する生体光計測用プローブホルダモジュールが開示される。
【００３８】
図１に、本実施例における装置の全体構成の一例を示す。光を生体に入射し、生体内を散乱・吸収され伝播して出てきた光を検出する生体光計測装置の構成例である。
【００３９】
装置本体２０に含まれる１つまたは複数の光源１０１から照射される光３０を、導波路４０を介して、被検者１０に入射させる。導波路４０は、プローブホルダモジュール２１のプローブ挿入孔２３に挿入及び固定される。光３０は、光照射位置１２から被検者１０内に入射し、被検者１０内を透過、伝播した後は、光照射位置１２と離れた位置にある光検出位置１３および１４から導波路４０を介して、別々の光検出器１０２で検出される。
【００４０】
光照射位置１２と光検出位置１３間の距離をd1および光照射位置１２と光検出位置１４間の距離をd2とする。ここでは光検出位置が２つの場合を図示しているが、光検出位置は３個以上あってもよい。
【００４１】
ここで、１つまたは複数の光源１０１は半導体レーザ（LD）や発光ダイオード（LED）等であり、１つまたは複数の光検出器１０２はアバランシェフォトダイオード（APD）やフォトダイオード（PD）、光電子増倍管（PMT）等であれば良い。また、導波路４０は光ファイバ、ガラス、ライトガイド等であれば良い。
【００４２】
光源１０１は、光源駆動装置１０３により駆動され、１つまたは複数の光検出器出力は増幅器１０４により増幅後、アナログ−デジタル変換器１０５でアナログ−デジタル変換され、その値を用いて解析部１１０で処理された結果が表示部１０９で表示されるとともに、記憶部１０８に保存される。本体制御部１０６は、入力部１０７からの条件等の入力や記憶部１０８のデータに基づき、光源駆動装置１０３の制御を行う。
【００４３】
解析部１１０では、光検出器１０２で検出された信号に基づき解析を実行する。具体的には、アナログ−デジタル変換器１０５で変換して得られたデジタル信号を受け当該デジタル信号をもとに、例えば非特許文献１に記載の演算により、酸素化ヘモグロビン変化と脱酸素化ヘモグロビン変化を算出する。
【００４４】
前記プローブホルダモジュール２１は、プローブホルダ間中継コネクタ４１で互いに電気的及び機械的に接合可能となり、複数の計測領域を覆うプローブホルダを構成することができる。
【００４５】
本技術は光トポグラフィ（optical topography：OT）、拡散光トモグラフィ（diffuse optical tomography：DOT）、等の光脳機能計測及びイメージング法、及び近赤外分光法に基づく酸素飽和度の測定において適用することができる。
【実施例１】
【００４６】
本実施例では、光源及び検出器をモジュール化する場合に用いることができるプローブホルダモジュールについて説明する。測定原理、全体装置構成は図１に示したものと同様であり、図１の生体光計測装置本体２０が、１または複数の光照射モジュール３２、もしくは光検出モジュール３３の組合せに置き換わったものである。【００４７】
図２に、ホルダ間電気的接続コネクタを有するプローブホルダモジュールの構成図を示す。本実施例におけるプローブホルダモジュール２１は、接合部２２、プローブ挿入孔２３、プローブ挿入孔一部２４、プローブ接続コネクタ２５、制御部２７、電気回路もしくは電気的配線２８、ホルダ間電気的接続コネクタ２９、バッテリコネクタ３４を有する。【００４８】
プローブホルダモジュール２１は、バッテリコネクタ３４に接続するバッテリケーブル３４を介してバッテリ２６に接続されている。図示されない光照射モジュール３２もしくは光検出モジュール３３がプローブ挿入孔２３に挿入され、機械的に結合される。光照射モジュール３２もしくは光検出モジュール３３とプローブホルダモジュールの電気的な接続は、プローブ接続コネクタ２５により行われ、バッテリ２５からの電力が供給される。【００４９】
図２（a）に示すプローブホルダモジュール２１は、上下左右に同形状のプローブホルダモジュール２１を接続可能である。プローブホルダモジュール２１を接続することで、２つのプローブ挿入孔一部２４が組み合わされ、一つのプローブ挿入孔２３を増加できる。よって、一つプローブホルダモジュール２１を追加する毎に、追加したプローブホルダモジュール２１のプローブ挿入孔２３と合わせて、２個のプローブ挿入孔２３を増加できる。【００５０】
特に、プローブホルダモジュール２１の平面形状を一辺30ｍｍの略正方形とすると、左右のプローブホルダモジュール２１接続後に、プローブ挿入孔を全て使用するか、一つ置きに使用するかを選択することで、プローブ挿入孔間の距離を30ｍｍもしくは15ｍｍに設定することができる。これらの距離は光脳機能計測において従来から用いられる距離であり、プローブホルダモジュール２１を図２（a）の形状にすることは，30ｍｍもしくは15 ｍｍのＳＤ距離に容易に設定可能であるという効果がある。【００５１】
図２に示したように、プローブ挿入孔一部２４を利用した場合、同密度でプローブを配置する場合に、平面図上における最小幅となる部分の幅を大きくすることができる。【００５２】
これは例えば、図２(a)で、プローブ挿入孔一部２４を持たず、プローブ挿入孔２３のみを有する正方形のモジュールとした場合と、プローブ挿入孔２３を持たず、プローブ挿入孔一部２４のみを有するモジュールとした場合を比較すれば理解できる。これらのモジュールでプローブホルダを形成した場合、プローブの横方向の配置密度は同じであるが、モジュールの最小幅となる部分の幅は異なる。例えば、モジュールの一辺をｍ、プローブ挿入孔の直径をｒとした場合、横方向の最小幅は、前者では（ｍ−ｒ）/２となるのに対して、後者では、ｍ−ｒとなる。従って、モジュールに内蔵可能な回路や配線の設計の自由度が大きく広がることになる。このため、プローブ挿入孔一部を利用することは、まとまった内部回路のスペース確保に有効である。【００５３】
また、ホルダにおいて、30ｍｍあたり２つのプローブ挿入孔を均等に形成する場合を考えてみる。図２(a)のように、プローブ挿入孔２３とプローブ挿入孔一部２４の両方を用いると、横方向の最小幅は、プローブ挿入孔２３と２つのプローブ挿入孔一部２４の間に２か所形成される領域の、（ｍ−２ｒ）/２となる。一方、プローブ挿入孔一部２４を用いずに、正方形のモジュールに、プローブ挿入孔２３を２個横に並べた場合を考えると、横方向の最小幅は、プローブ挿入孔とモジュール端面の間に形成される領域の（ｍ−２ｒ）/４となる。すなわち、最小幅が半分になるため、機械的な強度の点からも不利となる。また、（ｍ−２ｒ）/２の幅は、２つのプローブ挿入孔の間１か所のみに確保される。【００５４】
図２（b）は、プローブホルダモジュール２１の平面形状を一辺42ｍｍの略正方形とし、同形状のプローブホルダモジュール２１を接続することで、プローブ挿入孔間の距離を30ｍｍもしくは21ｍｍに設定することができる実施例である。【００５５】
図２（c）、図２（d）は図２（b）をさらに２分割、４分割に分解した平面形状を有するプローブホルダモジュール２１である。これらのプローブホルダモジュール２１は、各モジュールを組み合わせて一つのプローブホルダを形成する際、より自由度のある最終形状を実現するとともに、プローブ端（辺、角）に接続することで、最終形状を整えることにも効果がある。【００５６】
ここではプローブ挿入孔２３を円形と仮定して図示したが、四角形等の多角形でも良い。内壁を平面とすることで、平面コネクタ、電極等の設置が可能になるという効果がある。また、光照射モジュール３２と光検出モジュール３３の挿入孔の形状を互いに異なるものとすることで、挿入間違いを防止することに効果がある。【００５７】
また、照射−検出モジュールを電磁的もしくは機械的に切り替える手段を有することで、照射−検出モジュールを動的に切り替える構成としても良い。例えば、光照射モジュール３２と光検出モジュール３３が共通のモジュールである場合に、切り替えて使用するという用途に用いることができる。すなわち、光源と検出器の両者のデバイスを備える光照射・検出モジュールとし、動作させるデバイスを選択することにより、光源と検出器を入れ替える機能を持つことで、機械的にプローブを動かさなくとも、プローブ配置を動的に変化させることが可能であり、プローブの設置を再度行う必要が無く、測定状態を保つことが可能であるとともに、実質的に測定領域を増加させることが可能となるという効果がある。【００５８】
ここでは、プローブホルダモジュール２１は、電気配線を有しない接合部２２、およびホルダ間電気的接続コネクタ２９を有する構成であることを想定した。すなわち、接合部２２は機械的に隣接するプローブホルダモジュール２１を結合するのみの構成であり、ホルダ間電気的接続コネクタ２９間を図示しないケーブルで結合することで、電気的に接続する。別の構成例としては、ホルダ間電気的接続コネクタ２９を廃して、接合部２２に電気配線を内蔵する構成としても良い。また、プローブホルダモジュール２１に接続する各光照射モジュール３２及び光検出モジュール３３が制御部を有する場合には、プローブホルダモジュール２１内に制御部２７を必ずしも有する必要は無い。
【実施例２】
【００５９】
図３には、図２におけるホルダ間電気的接続コネクタ２９及び接合部２２の代わりに、電気接続端子内蔵接合部３１を有する構成（ホルダ間電気的接続コネクタを接合部に内蔵するプローブホルダモジュールの構成図）を示す。このようにすることで、プローブホルダモジュール２１表面の部品占有面積を減らすことができるとともに、機械的接合部を減少させることができる。さらに、部品点数を減らすことで、製作コスト及び重量を減らすことにも効果がある。【００６０】
さらに、プローブ接続コネクタ２５は、プローブ挿入孔２３及びプローブ挿入孔一部２４の内壁部に有してもよく、プローブそのものが電気コネクタの役割を有してもよい。これにより、前記プローブ接続コネクタ２５が不要となるとともに、部品点数を減らすことで、プローブホルダモジュールの平面における部品の占有面積を減らすことができ、重量を減らすことに効果がある。【００６１】
また、バッテリ２６は専用のコネクタ３５を介してプローブホルダモジュール２１外に設置することを想定したが、プローブホルダモジュールに内蔵される構成でも良い。バッテリ２６を複数のプローブホルダモジュールで共有化することにより、各プローブホルダモジュールは個別にバッテリに接続する必要は無くなり、バッテリ２６及びバッテリケーブル３４の数を減らすことができ、重量及び部品点数を低減できるという効果がある。また、制御部をプローブ本体に有する構成とし、プローブホルダモジュール２１には制御部２７を有しない構成としても良い。
【実施例３】
【００６２】
図４に、プローブ配置構成例を示す。図４(a)は通常配置（SD距離30ｍｍ）を示し、図４（b）はマルチディスタンス配置（SD距離30ｍｍ、15ｍｍ）の場合の構成を示す。【００６３】
図４(a)は光照射モジュール３２と光検出モジュール３３を１つずつ保持できるよう構成されたプローブホルダモジュール２１のプローブ配置である。計測点が１つの場合でも、必要過不足の無い構成を実現可能である。例えば図３（d）に記載のプローブホルダモジュールを４個組み合わせることで構成可能である。【００６４】
図４（b）は光照射モジュール３２を１つと光検出モジュール３３を２つ保持できるよう構成されたプローブホルダモジュール２１のプローブ配置である。これは、表層および深部組織由来信号の分離に有効なプローブ配置であり、例えば図３（a）に記載のプローブホルダモジュールを２個組み合わせることで構成可能である。【００６５】
図４で示したプローブ構成は、複数のプローブホルダモジュール２１により構成することを想定したが、本構成を一つのセットとしたプローブホルダモジュール２１としても良い。必要最小限のプローブホルダモジュール２１をセットとすることで、機械的接合部を減少させることができ、プローブ作成の手間が軽減されるという効果がある。
【実施例４】
【００６６】
図５に、プローブホルダモジュールを組み合わせ、タイル状に並べることにより作成したプローブホルダ構成例を示す。図５(a)は倍密度、3x5MD配置に対応したプローブホルダ構成例、図５(b)は3x5MD配置（変化形）に対応したプローブホルダ構成例、図５（c）は回路モジュールを有し無線通信を行うプローブホルダ構成例である。【００６７】
図５(a)は、図２(a)または図３(a)に示すプローブホルダモジュール２１を用い、倍密度配置、3x5マルチディスタンス配置に対応したプローブホルダ構成例である。【００６８】
図５(b)は、図２(b)または図３(b)に示すプローブホルダモジュール２１を主に用い、3x5マルチディスタンス配置（変化形）に対応したプローブホルダ構成例である。【００６９】
図５(a)および(b)において、バッテリ２６と制御部２７を含む外部回路が制御ボックス４７に格納され、制御ケーブル４８を介して、プローブホルダに接続される光照射モジュール３２、光検出モジュール３３を制御する。さらに、制御ボックス４７は、制御ボックス―ＰＣ間通信ケーブル４９によりパーソナルコンピュータ４６に接続される。パーソナルコンピュータ４６では、測定結果の表示、測定パラメータの設定、および入力手段を有する。【００７０】
図５（c）は、図２(b)または図３(b)に示すプローブホルダモジュール２１を主に用い、制御ボックスを一つのモジュール（回路モジュール５３）としてプローブホルダモジュール２１に接続したものである。この例では、さらに、パーソナルコンピュータ４６との通信ケーブルの代わりに無線通信により接続した構成を示す。回路モジュール５３内には、無線通信手段を有する。回路モジュール５３には光照射モジュール３２、光検出モジュール３３が配置されない。尚、無線通信を用いなくとも、有線通信を行うよう構成しても良い。また、回路モジュール５３から電気回路を除き、電気配線だけを配置して、モジュール間の電気的接続を行わせてもよい。また、電気回路や電気配線を持たず、モジュール間の機械的な接続のみを行わせてもよい。このように、接続手段を共通化した種々の機能のモジュールを準備すれば、状況に応じてプローブホルダを構成することができる。【００７１】
この構成により、ケーブルを削減でき、重量が低減できるという効果がある。このように、複数のプローブホルダモジュール２１を用いて拡張されたプローブホルダを用いることで、広い範囲の脳領域をカバーできる。複数のプローブホルダモジュール２１及び光照射モジュール３２、光検出モジュール３３を、まとめて１つの制御部２７が制御できるので、個々のモジュール単位で制御部２７を持つ必要が無くなり、スペース、コストの点で有効である。また、従来の多チャンネル一体型のプローブホルダ（例えば、）の再現も可能という効果がある。
【実施例５】
【００７２】
図６に、図３で述べた電気接続端子内蔵接合部３１の詳細な構成例の図を示す。図６(a)はプローブホルダモジュール２１の平面、立面図、図６(b)はプローブホルダ間中継コネクタの平面、立面図、図６（c）は端子カバーの平面、立面図を示す。【００７３】
プローブホルダモジュール２１には、電気接続端子内蔵接合部３１、グラウンド（GND）の端子３６、電源電圧の端子３７、クロックの端子３８、通信用の端子３９Ａ、通信用の端子３９Ｂを含むピンが具備される。ここではピンは、プローブホルダモジュール２１の平面図において、プローブホルダモジュール２１の最外殻の内部に収まっていることを想定しているが、突き出していても良い。【００７４】
本実施例の場合には、２つのプローブホルダモジュール２１を接続するために、プローブホルダ間中継コネクタ４１を用いる。プローブホルダ間中継コネクタ４１は端子挿入孔４２を有し、プローブホルダモジュール２１が具備しているグラウンド（GND）の端子３６、電源電圧の端子３７、クロックの端子３８、通信用の端子３９Ａ、通信用の端子３９Ｂの各々のピンを挿入することが可能である。プローブホルダ間中継コネクタ４１を、２つのプローブホルダモジュール２１間に挿入することで、機械的および電気的な接続を可能とする。【００７５】
他のプローブホルダモジュール２１と接続しない（使用しない）電気接続端子内蔵接合部３１には、端子カバー４３をかぶせる。端子カバー４３は、端子挿入孔４２を有し、プローブホルダモジュール２１が具備しているグラウンド（GND）の端子３６、電源電圧の端子３７、クロックの端子３８、通信用の端子３９Ａ、通信用の端子３９Ｂの各々のピンを挿入することが可能である。また、端子カバー４３は、樹脂やゴムなど電気的な絶縁部材で構成される。この構成により、プローブホルダモジュール２１ピンが被検者１０に接触することが無く、安全な測定が可能となるという効果がある。【００７６】
なお、プローブホルダ間中継コネクタ４１を用いずに、電気接続端子としてピンを有するプローブホルダと、ソケットを有するプローブホルダの２種類を準備することで電気的な接続を行うこともできる。接続作業自体は簡単になるが、プローブホルダの組み合わせに制約が生じる欠点がある。
【実施例６】
【００７７】
図７に、曲率を有するプローブホルダモジュール２１を示す。プローブ挿入孔２３、プローブ挿入孔一部２４を有するプローブホルダモジュール２１のヒトへの接触する部分とその反対の面は、曲面部５２となっており、その曲率は、ヒト頭部の曲率に近い値となるように設定される。これまでの実施例に述べた全てのプローブホルダモジュールについて、このように曲率を有する表面を有するものとすることが可能である。この構成により、ヒト頭部形状にフィットしやすく、装着しやすいという効果がある。また、付け心地が良く、プローブホルダのずれ、浮きが少なくなることが期待されるため、信号の質が向上するという効果がある。
【実施例７】
【００７８】
図８に、プローブホルダモジュール２１、プローブホルダ間中継コネクタ４１、端子カバー４３を組み合わせて構成したプローブホルダを示す。プローブホルダ間中継コネクタ４１は、例えば、弾性を持つ部材で形成する等して、プローブホルダモジュール２１間の距離及び角度を微調整可能であることにより、隙間なくプローブホルダモジュール２１を互いに接続できるよう構成する。これにより、被検者１０の頭部表面の曲率等の構造に合わせて設置しやすくなるという効果がある。さらに、プローブホルダ間中継コネクタ４１が曲率を有しており、プローブホルダモジュール２１の平面構造が曲率を有する場合に互いの曲率に一致するように接続するようにしても良い。
【実施例８】
【００７９】
図９に、２×２配置単位を制御部１つで制御するプローブホルダの構成例を示す。図９（a）は２×２配置、図９（b）は２×４配置、図９（c）は２×１２配置を示す。各々の２×２配置単位において制御部２７を有している。制御部２７は、２×２配置単位ごとに配置される接続コネクタ４４と、接続ケーブル４５で接続される。また、バッテリ２６から制御部２７へ、バッテリケーブル３４で電源が供給されている。【００８０】
この制御部２７は、プローブホルダモジュール２１上に設置しても良いし、プローブホルダモジュール２１の電気回路内に内蔵してもよい。このように少数の光照射モジュール３２及び光検出モジュール３３を１つの制御部２７が制御する構成は、各々の制御部の処理を軽くするため、測定の性能を下げすに計測点を容易に増加することができるという効果がある。【００８１】
一方、多くの光照射モジュール３２及び光検出モジュール３３を１つの制御部２７が制御する構成では、制御が単純になりプログラムの設計が容易であり、配線も減らすことができる。さらに、２×２または２×４等の偶数の組み合わせのプローブ配置を採用する場合、光照射モジュール３２、及び光検出モジュール３３が、プローブホルダに一体化した状態でモジュール化しても良い。この構成により、そのままホルダ間を接続することで、光源、検出器を交互配置とすることができるという効果がある。
【実施例９】
【００８２】
図１０に、略正六角形型プローブホルダモジュール２１を示す。図１０（a）はモジュール２１の平面図、図１０（b）はモジュール２１を六角格子配置して、プローブホルダを構成した例を示す。【００８３】
図１０（a）に示すように、このプローブホルダモジュール２１は１つあたり、プローブ挿入孔２３を１個、プローブ挿入孔一部２４を６個有しているため、実質４個のプローブ挿入孔を有している。よって、図１０（b）に示すように高密度配置を実現可能である。つまり、少ないモジュールで多くのプローブ挿入孔を構成可能である。【００８４】
また、このようなプローブ挿入孔一部２４を有することで、プローブ挿入孔一部２４を有さずに同密度のプローブホルダを構成する場合に比べて、各モジュール平面構造において最も幅の小さい領域の幅を、大きくできる点にある。これにより、機械的強度やまとまった電気回路を搭載する点で有利であるという効果がある。【００８５】
さらに、他のモジュールとの接続部分の数が多いため、一部の接続部分は電気的接続の無い接合部２２で構成され、残りの接続部分は電気接続端子内蔵接合部３１で構成される構成としても良い。接合部２２もしくは電気接続端子内蔵接合部３１においてプローブホルダモジュール２１間の距離及び角度を調整する機構を有することで、プローブホルダモジュールが曲率の有さない平板構造である場合でも、ヒト頭部の曲面にフィットするように設置可能である。ヒト頭部形状への最適な設置の調整は、プローブホルダモジュール２１が小さいほど、またはプローブホルダモジュール２１における、モジュール間角度を調整する接合部が多いほど、有効である。
【実施例１０】
【００８６】
図１１に、略正八角形型プローブホルダモジュールを示す。光源―検出器間距離を30ｍｍ及び２１ｍｍに設定している。接合部の直線部位を8.8ｍｍ残し、安定な接合を維持しながら、正方形モジュールに比べてプローブホルダ面積を小さくできるため、軽量化、部材の削減に効果がある。
【実施例１１】
【００８７】
図１２に、略正方形型プローブホルダモジュールを示す。光源―検出器間距離を30ｍｍ及び２１ｍｍに設定している。接合部の直線部位が２１ｍｍあり、接合部の距離が長いことから、安定にプローブホルダモジュール２１を接合できるという効果がある。【００８８】
図１３に、略長方形プローブホルダモジュールを示す。必要な光源―検出器間距離を実現しながら、モジュール面積を大きくすることで、回路収納能力が大きいという効果がある。ここでは略長方形の形状を示したが、楕円形でも良い。【００８９】
図１４に、略正八角形プローブホルダモジュール２１と略正方形プローブホルダモジュール５０の組み合わせ配置を示す。ここでは、略正方形な短ＳＤ専用ホルダモジュール５０は機能を削減してより小さく作ることができる。つまり、機能の容量に応じて、コネクタを含む必要回路サイズが変わるので、必要回路サイズに応じた様々なサイズのプローブホルダモジュール２１を組み合わせることが可能となる。
【実施例１２】
【００９０】
図１５に、ヒト頭部１０にプローブホルダモジュール２１を配置した例を示す。プローブホルダモジュール２１間を、電気接続端子内蔵接合部３１により電気的に結合する。電気接続端子内蔵接合部３１は、通信線、クロック線、電源、GND線を少なくとも有している。プローブ挿入孔２３には光照射モジュール３２及び光検出モジュール３３が接続される。さらに、バッテリ２６と制御部２７を少なくとも有する制御ボックス４７、および無線通信手段５１に接続されており、本構成での測定が可能で、図示されないパーソナルコンピュータ４６へデータ送信が可能である。【００９１】
本構成により、プローブホルダ間の相対的位置関係の固定に有効である。従来使われていたプローブ配置（４×４、３×５、３×１１等）を容易に接続できる。プローブホルダモジュール間でのクロックを合わせるのが容易であるという効果がある。【００９２】
図１６に、プローブ挿入孔を形成するようヒト頭部１０にプローブホルダモジュール２１を配置した例を示す。プローブホルダモジュール２１の辺には、プローブ挿入孔一部が形成されている。プローブ挿入孔一部が組み合わせられることにより、新たなプローブ挿入孔２３を形成し、プローブホルダモジュール２１各々の合計プローブ挿入孔数よりも、多くのプローブ挿入孔２３を構成することが可能となっている。本構成により、シームレスな広範囲のカバーに有効である。また、電気回路スペースの削減に有効である。従来配置（３×３、３×５、４×４、２×８、３×１１等）をモジュール化した場合にも、シームレスな拡張が可能であるという効果がある。
【実施例１３】
【００９３】
図１７に、プローブ配置設計画面を示す。先に説明した実施例のプローブホルダモジュール２１及び光照射モジュール３２及び光検出モジュール３３を用い、各種プローブホルダモジュールの組み合わせにより任意のプローブ配置が実現可能である。【００９４】
図１７は、本実施例により実現される装置において、ユーザが自由にその配置を設計できるためのツールの設計画面である。パラメータ設定として、光源数の設定値５４、光検出器数の設定値５５、最小ＳＤ距離（光源―光検出器間距離）の設定値５６、最大ＳＤ距離（光源―光検出器間距離）の設定値５７の入力手段を有している。入力に従って、プローブ配置設定画面及び入力手段６０における光照射位置１２、及び光検出位置１３の数が変更される。ユーザはプローブ配置設定画面及び入力手段６０において自由に光照射位置１２、及び光検出位置１３の配置を設定できる。【００９５】
その後、ユーザにより計算ボタン６１を押下された後、あらかじめ設定した最小ＳＤ距離（光源―光検出器間距離）の設定値５６以上かつ最大ＳＤ距離（光源―光検出器間距離）の設定値５７以下のＳＤ距離の組み合わせを算出し、有効なＳＤ距離の算出結果５８として１つまたは複数のＳＤ距離を表示し、さらに各々の算出されたＳＤ距離に対応する計測点数を、各々の有効なＳＤ距離における計測点数の算出結果５９として表示する。【００９６】
本構成により、自由配置の設計をユーザが容易に実施可能であり、プローブ配置に依存した信号検出方式（例えば、連続ロックイン方式、時分割方式、時分割ロックイン方式、スペクトル拡散変調方式、等）の最適化、さらにそれぞれの方式におけるパラメータの最適化が可能となるという効果がある。【００９７】
本画面で得た情報を参考にして、ユーザは各種プローブホルダモジュールを組み合わせ、追加または、削除を行うことができる。また、本画面で設定した情報は、図示されない各モジュールとの通信手段、各モジュールの設定値を読み込む手段、各モジュールの制御部に設定値を送る処理部を含むソフトウェアにより、プローブホルダモジュール２１に設定することが可能となる。【００９８】
図１８は、プローブ配置設定時のフローチャートを示す図である。同図において、使用する光源数、検出器数を設定する（ステップＳ１８１）。最小、及び最大の光源−検出器間距離を、手動入力等により設定する（ステップＳ１８２）。設定された光源数、検出器数の光源、検出器を画面に表示する（ステップＳ１８３）。各々の光源、検出器の位置を、手動入力等により設定する（マウス等による手動設定）（ステップＳ１８４）。各々の光源、検出器のペアの距離を算出し、各々のＳＤ距離に対応する計測点数を算出し表示する（ステップＳ１８５）。設定された光源、検出器のペアの情報をプローブホルダモジュール２１、もしくは光照射モジュール３２、もしくは光検出モジュール３３へ転送する（ステップＳ１８６）。設定結果を保存する（ステップＳ１８７）。【００９９】
一度プローブホルダモジュールを組み合わせてプローブホルダを構成し、プローブを挿入した後の制御方式は、従来のプローブホルダと同様である。例えば、プローブの校正手法などは、特許文献１の技術が適用可能である。【０１００】
以上説明した実施例によれば、生体光計測装置における安定的で容易なプローブホルダの拡張、自由なプローブ配置を実現できる。プローブモジュール（光源、検出器モジュール）の容易な交換、メンテナンスを実現することができる。さらに、必要最小限のプローブのみを使用することができ省スペース・低コストでの装置が実現できるという効果がある。【０１０１】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
光、特に可視光または近赤外光を用いた各種の光計測装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０：被検者
１２：光照射位置
１３：光検出位置
１４：光検出位置
２０：生体光計測装置本体
２１：プローブホルダモジュール
２２：接合部
２３：プローブ挿入孔
２４：プローブ挿入孔一部
２５：プローブ接続コネクタ
２６：バッテリ
２７：制御部
２８：電気回路もしくは電気的配線
２９：ホルダ間電気的接続コネクタ
３０：光
３１：電気接続端子内蔵接合部
３２：光照射モジュール
３３：光検出モジュール
３４：バッテリケーブル
３５：バッテリコネクタ
３６：グラウンド（GND）の端子
３７：電源電圧の端子
３８：クロックの端子
３９Ａ：通信用の端子
３９Ｂ：通信用の端子
４０：光導波路
４１：プローブホルダ間中継コネクタ
４２：端子挿入孔
４３：端子カバー
４４：制御部との接続コネクタ
４５：制御部との接続ケーブル
４６：パーソナルコンピュータ
４７：制御ボックス
４８：制御ケーブル
４９：制御ボックス―ＰＣ間通信ケーブル
５０：短ＳＤ距離専用のプローブホルダモジュール
５１：無線通信手段
５２：曲面部
５３：回路モジュール
５４：光源数の設定値
５５：光検出器数の設定値
５６：最小ＳＤ距離（光源―光検出器間距離）の設定値
５７：最大ＳＤ距離（光源―光検出器間距離）の設定値
５８：有効なＳＤ距離の算出結果
５９：各々の有効なＳＤ距離における計測点数の算出結果
６０：プローブ配置設定画面及び入力手段
６１：計算ボタン
１０１：光源
１０２：光検出器
１０３：光源駆動装置
１０４：増幅器
１０５：アナログ−デジタル変換器
１０６：本体制御部
１０７：入力部
１０８：記憶部
１０９：表示部
１１０：解析部
【図１】
2016203656.tif 000003
【図２】
2016203656.tif 000004
【図３】
2016203656.tif 000005
【図４】
2016203656.tif 000006
【図５】
2016203656.tif 000007
【図６】
2016203656.tif 000008
【図７】
2016203656.tif 000009
【図８】
2016203656.tif 000010
【図９】
2016203656.tif 000011
【図１０】
2016203656.tif 000012
【図１１】
2016203656.tif 000013
【図１２】
2016203656.tif 000014
【図１３】
2016203656.tif 000015
【図１４】
2016203656.tif 000016
【図１５】
2016203656.tif 000017
【図１６】
2016203656.tif 000018
【図１７】
2016203656.tif 000019
【図１８】
2016203656.tif 000020
【国際調査報告】
2016203656.tif 000021
2016203656.tif 000022
2016203656.tif 000023