(57)【要約】  光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの3次元位置を計測する事なく、光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの3次元位置を簡易的に表示する事を可能とした生体光計測装置を提供するために、頭部形状に関するデータから選択された2次元頭部画像と2次元プローブを表示する表示部と、表示された前記2次元頭部画像上において設定された前記2次元プローブの位置情報を座標変換し3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置を算出する座標変換部を有する制御部とを備えた生体光計測装置。
2010038774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光を照射する光源部と、被検体の複数の測定点における前記近赤外光の通過光強度を計測し測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の測定データとして出力する光計測部と、該光計測部の測定データを処理して画像化する信号処理部と、画像化した測定データを表示する表示部とを備えた生体光計測装置において、
表示用の頭部形状に関するデータを記憶する記憶部と、
前記頭部形状に関するデータから選択された2次元頭部画像上において設定された前記2次元プローブの位置情報を座標変換し、3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの位置を算出する座標変換部を有した制御部とを備え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、
前記表示部は、前記2次元プローブにおける前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルを構成する3次元プローブに対応する形状を表示する
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、
前記座標変換部は、
前記2次元頭部画像から前記3次元頭部画像へ、途中で近似した形状間での座標変換処理を順次繰り返し前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置を求めることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項４】
請求項3において、
前記座標変換部は、
前記2次元頭部画像上の前記プローブの中心座標位置から、2次元円画像上での2次元プローブ中心点の座標位置を求め、
該2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置から3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置を求め、
該3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置から3次元半楕円体面上での3次元プローブ中心点の座標位置を求め、
該3次元半楕円体面上での3次元プローブ中心点の座標位置から、3次元半楕円体面2上での前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの位置を求め、前記3次元頭部画像上での前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置とす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、
前記表示部は、前記2次元頭部画像に重ねて前記2次元プローブと、対応する3次元頭部画像及び3次元プローブを同時に表示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、
前記光計測部からの測定データの処理結果を、前記3次元頭部画像上の前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルにおける光計測部の算出位置に重ね合わせ、前記表示部に表示する重ね表示部を備えたことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項７】
請求項3において、
前記座標変換部は、
前記3次元頭部画像上でのプローブの中心点に相当する位置が設定されたとき、該3次元頭部画像上での3次元プローブ中心点から座標変換処理を用いて3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置を求め、
前記3次元半楕円体面上での前記3次元プローブ中心点の座標位置から座標変換処理を用いて、前記3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置を求め、
前記3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置から座標変換処理を用いて、前記2次元円画像上での2次元プローブ中心点の座標位置を求め、
該2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置から、座標変換処理を用いて、前記2次元頭部画像上での前記2次元プローブの位置を求めることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項８】
請求項3において、
前記測定チャンネルに複数の脳波形電極を備え、
前記制御部は、
前記3次元半球上での各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記2次元円画像上での前記各電極の座標位置を得て、
前記2次元円画像上での各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記2次元頭部画像上での各電極の座標位置を得て、
前記2次元頭部画像上での前記各電極の座標位置を用いて前記2次元頭部画像2との重ね合わせ画像を生成して、表示し、
前記3次元半球上での前記各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記3次元半楕円体上での前記各電極の座標位置を得て、
前記3次元半楕円体上での前記各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記3次元頭部画像上での前記各電極の座標位置を得て、
得られた前記3次元頭部画像上での前記各電極の座標位置を用いて形状画像との重ね合わせ画像を生成して、前記表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９】
請求項8において、
前記制御部は、
前記3次元頭部画像、前記3次元半楕円体画像、前記3次元半球画像、前記2次元円画像、前記2次元頭部画像の各画像上における計算結果を用いて、前記脳波形電極位置と前記生体光計測結果を重ね合わせ前記表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】
生体光計測装置における光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法であって、
前記生体光計測装置は、近赤外光を照射する光源部と、被検体の複数の測定点における通過光強度を計測し測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の測定データとして出力する光計測部と、該光計測部の測定データを処理して画像化する信号処理部と、表示用の頭部形状に関するデータを記憶する記憶部と、画像化した測定データを表示する表示部と、座標変換部を有した制御部とを備えており、
前記表示部に、2次元頭部画像と2次元プローブを表示し、
表示された前記2次元頭部画像上における前記2次元プローブの位置情報を座標変換し3次元頭部画像上での3次元プローブ及び前記光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置を算出し、
前記表示部に、前記2次元頭部画像に重ねて前記2次元プローブと、対応する前記3次元頭部画像及び3次元プローブを表示することを特徴とする生体光計測装置における光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法。
【請求項１１】
請求項10において、
前記2次元頭部画像から前記3次元頭部画像へ、途中で近似した形状間での座標変換処理を順次繰り返し前記3次元プローブの前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置を求め、
前記光計測部からの測定データの処理結果を、前記3次元頭部画像上の前記3次元プローブの前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置に重ね合わせ、前記表示部に表示することを特徴とする生体光計測装置における光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体光計測装置、及び光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法に係り、特に、近赤外光を生体に照射し、生体内部を通過或いは生体内部で反射した光を計測し生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン量変化を計測する生体光計測装置、及び光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体光計測装置は、生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン量変化を、簡便に被検体に対し低拘束で且つ害を与えずに計測できる装置であり、近年、多チャンネル装置による測定データの画像化が実現され、臨床への応用が期待されている。【０００３】
生体光計測装置の原理として、可視から近赤外の波長の光を生体に照射し、照射位置から10-50mm程度離れた位置での反射光から生体内部を測定する装置が知られている。また、多チャンネルを用いた生体光計測装置において、測定対象における計測部位と光照射位置及び光検出位置の位置関係を簡単に2次元上において、表示設定する機能を備えたものも知られている。【０００４】
特許文献1には、測定対象における計測部位と光照射位置及び光検出位置並びに生体通過光強度画像との3次元的な位置関係を明確にするために、光照射位置及び光検出位置を計測し、計測された光照射位置及び光検出位置に基づいて補正された生体通過光強度画像と、計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを重ね合わせて表示する機能を有した生体光計測装置が記載されている。測定対象の形状画像としては、測定対象のワイヤーフレーム画像、断層画像、CT画像、MRI画像が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2001-79008号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記公知文献には、光照射位置及び光検出位置を計測しなければいけない、という問題がある。【０００７】
光照射位置及び光検出位置を計測しなければいけないという事は、計測者にとって、その計測手段を有する装置を使用するというコストがかかる。【０００８】
また、生体光計測時に光照射位置及び光検出位置を計測する事自体は手間と時間を要し、計測者及び被検体に対し負担がかかる。特に、通常の生体光計測は多くのチャンネル数を用いるため、計測しなければいけない光照射位置及び光検出位置の個数も多くなり、大きな負担となる。【０００９】
一方、測定対象の形状画像に対し、光照射位置及び光検出位置を大まかに把握し、重ね合わせ表示を行いたいというニーズが存在する。例えば、過去の生体光計測の経験から、計測部位が前頭部、後頭部といった特定の位置に概ね定まっており、詳細な位置情報を必要としない場合である。【００１０】
このニーズに対しては、光照射位置及び光検出位置又は測定チャンネルの正確な3次元位置の計測結果は過剰な情報であり、上記のコスト及び負担は目的に比して過剰な負担となっている。【００１１】
本発明の目的は、光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの3次元位置を実際に計測する事なく、3次元頭部画像上での前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置を表示可能にすることができる生体光計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。本発明の生体光計測装置は、近赤外光を照射する光源部と、被検体の複数の測定点における前記近赤外光の通過光強度を計測し測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の測定データとして出力する光計測部と、該光計測部の測定データを処理して画像化する信号処理部と、画像化した測定データを表示する表示部とを備えた生体光計測装置において、表示用の頭部形状に関するデータを記憶する記憶部と、前記頭部形状に関するデータから選択された2次元頭部画像上において設定された前記2次元プローブの位置情報を座標変換し3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの位置を算出する座標変換部を有した制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明によれば、計測者が光照射位置及び光検出位置の3次元位置を計測する事なく、3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置を表示する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の全体構成を説明するための図
【図２】本発明の生体光計測装置が備える主な機能を示す図
【図３】本発明の実施例におけるフローチャートを説明するための図
【図４Ａ】本発明の実施例において、計測者が表示画面を用いた簡易操作で、2次元頭部画像上でのプローブ位置を設定する状況を示す図
【図４Ｂ】本発明の実施例において、計測者が表示画面を用いた簡易操作で、2次元頭部画像と3次元頭部画像が表示された画面上でプローブ位置を設定する状況を示す図
【図４Ｃ】本発明の実施例において、計測者が表示画面を用いた簡易操作で、2次元頭部画像と3次元頭部画像が表示された画面上でプローブ位置を設定する他の例を示す図
【図５】本発明の実施例において、座標変換処理Aを行い、2次元頭部画像上のプローブの中心座標位置から、2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置を求める処理を示す図
【図６】本発明の実施例において、座標変換処理Bを行い、2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置から、3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置を求める処理を示す図
【図７】本発明の実施例において、座標変換処理Cを行い、3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置から、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置を求める処理を示す図
【図８】本発明の実施例において、計算処理Aにより、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置から、3次元半楕円体面上での光照射位置及び光検出位置を求める処理を示す図
【図９】本発明の実施例において、座標変換処理Dを用いて、3次元半楕円体面上での光照射位置及び光検出位置から、3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置を求める処理を示す図
【図１０】本発明の実施例において、3次元頭部画像上の光照射位置及び光検出位置が計算された後、生体通過光強度画像と計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを3次元上で重ね合わせて表示する処理を示す図
【図１１】座標変換処理Aを説明するための図
【図１２】座標変換処理Bを説明するための図
【図１３】座標変換処理Cを説明するための図
【図１４】座標変換処理Dを説明するための図
【図１５】座標変換処理Dを説明するための図
【図１６】3次元頭部画像の3次元半楕円体への近似計算を説明するための図
【図１７】楕円弧の長さの計算方法を説明するための図
【図１８】2次元頭部画像上でのプローブ位置の設定を説明するための図
【図１９】2次元平面上におけるプローブの形状情報を説明するための図
【図２０】2次元平面上におけるプローブの形状情報を説明するための図
【図２１】基準点の座標位置の計算方法を説明するための図
【図２２】基準点の座標位置の計算方法を説明するための図
【図２３】条件1における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図２４】条件1における断面S1上の直線L1の式の計算方法を説明するための図
【図２５】条件1における曲線L2,L3の計算方法を説明するための図
【図２６】条件2における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図２７】条件2における断面S1上の直線L1の式の計算方法を説明するための図
【図２８】条件2における曲線L2,L3の計算方法を説明するための図
【図２９】条件4における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図３０】条件4における断面S1上の直線L1の式の計算方法を説明するための図
【図３１】条件4における曲線L2,L3の計算方法を説明するための図
【図３２】条件5における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図３３】条件5における断面S2上の直線L2を説明するための図
【図３４】条件6における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図３５】3次元球面上に配置したプローブの形状を説明するための図
【図３６】3次元球面上に配置したプローブの形状を説明するための図
【図３７】3次元球面上のプローブの中心点Pと基準点Kiのyz平面に水平な断面における関係を説明するための図
【図３８】3次元球面上のプローブの基準点Kiと光照射位置、光検出位置Miのxy平面に水平な断面における関係を説明するための図
【図３９】本発明の脳波形電極位置の表示機能への適用のフローチャートを説明するための図
【図４０Ａ】図39の実施例において、3次元半球上での各電極の座標位置を求め、呈示した結果を示す図
【図４０Ｂ】図39の実施例において、2次元頭部画像上での各電極の座標位置を用いて2次元頭部画像との重ね合わせ画像を得、呈示した結果を示す図
【図４０Ｃ】図39の実施例において、得られた3次元頭部画像上での各電極の座標位置を用いて形状画像との重ね合わせ画像を得、呈示した結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の代表的な実施例によれば、生体光計測装置がプローブ位置簡易入力部を備えており、計測者が2次元上に表示した頭部画像上で光照射位置及び光検出位置を設定し、制御部が、設定された情報に従って3次元上での光照射位置及び光検出位置を計算する。これにより、光照射位置及び光検出位置の3次元位置を計測する事無く、生体通過光強度画像と計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを3次元画像上で重ね合わせて表示する事が可能となる。
【００１６】
以下、本発明の生体光計測装置について、全体的な装置構成、具体的な構成例など、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
(装置構成)
本発明の生体光計測装置は、近赤外光を生体内に照射し、生体の表面近傍から反射或いは生体内を通過した光(以下、単に通過光という)を検出し、光の強度に対応する電気信号を発生する装置である。この生体光計測装置100は、図1に示すように、近赤外光を照射する光源部101と、通過光を計測し、電気信号に変換する光計測部102と、光源部101及び光計測部102の駆動を制御する制御部103とを備えている。
【００１８】
光源部101は、所定の波長の光を放射する半導体レーザ104と、半導体レーザ104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複数の光モジュール105とを備え、各光モジュール105の出力光はそれぞれ光ファイバ106を介して被検体107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。なお、プローブホルダ108は被検体107に取り付けられており、光ファイバ106や検出用光ファイバ109がプローブホルダ108に固定されている。本発明では、プローブホルダ108内の光ファイバ106の光照射位置及び検出用光ファイバ109の光検出位置の略中間点を、測定チャンネルと定義する。
【００１９】
プローブホルダ108は、被検体107の頭部形状に合わせて光照射位置及び光検出位置が所定の間隔で正方格子状に配列されており、それぞれ隣接する光照射位置と光検出位置との中間位置である計測位置(測定チャンネル)において、被検体107の脳に対する刺激が加えられていない時と脳に刺激が加えられている時との酸素化ヘモグロビン濃度変化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化並びにヘモグロビン濃度総量の変化を求める。
【００２０】
光計測部102は、計測領域の複数の計測箇所から検出用光ファイバ109を介して誘導された通過光をそれぞれ光量に対応する電気量に変換するフォトダイオード等の光電変換素子110と、光電変換素子110からの電気信号を入力し、光照射位置に対応した変調信号を選択的に検出するロックインアンプ111と、ロックインアンプ111の出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換器112とからなる。
【００２１】
光源部101は、n個(nは自然数)の光モジュールを備える。光の波長は生体内の注目物質の分光特性によるが、HbとHbO2の濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には600nm〜1400nmの波長範囲の光の中から1あるいは複数波長選択して用いる。
【００２２】
光源部101は酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの2種類の測定対象に対応して2種類の波長、例えば780nm及び830nmの光を発生するように構成され、これら二波長の光は合成され一つの照射位置から照射される。ロックインアンプ111は光照射位置とこれら二波長に対応した変調信号を選択的に検出する。光照射位置と検出位置との間の点(計測点)の数の2倍のチャンネル数のヘモグロビン量変化信号が得られる。制御部103には、さらに、信号処理部113、記憶部115、表示部114やマウス117を含む入出力部116が接続されている。さらに、被検体107の近傍には刺激呈示部118が設置され、制御部103等で生成された所定の刺激が被検体107に提示(表示)される。
【００２３】
記憶部115は、信号処理部113の処理に必要なデータや処理結果を記憶している。表示用の頭部形状に関するデータとして、例えば、被検体107の年齢や性別に応じた複数の表示用の「頭部形状の標準的なパターン」が、2次元の平面図形と3次元の形状(ワイヤーフレーム像)のデータが各々対をなす形でテーブル化され、記憶部115に記憶されている。この頭部形状の標準的なパターンやプローブの形状は、過去の生体光計測のデータ例を基に、被検体107に対する計測目的に応じて計測者(使用者)が被検体の特定の計測部位、例えば、前頭部、後頭部といった計測位置を把握できるに足る位置情報として予め準備されたものである。表示用の頭部形状に関するデータとして、さらに、生体光計測装置に備え付けられた複数のプローブホルダの各形状や、各プローブホルダ内の光ファイバや検出用光ファイバの位置関係のデータがセットになって、所定のパターンを有する「プローブ」のデータとしてテーブル化され、記憶部115に記憶されている。
【００２４】
制御部103や信号処理部113は、CPU、メモリ、ソフトウェア等により実現にされる各種の演算処理機能や画像処理表示機能を有している。演算処理機能により、例えば、デジタル信号に変換されたヘモグロビン量の変化信号を処理する。この処理された情報に基づいて、信号処理部113で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などをチャンネル毎に示すグラフやそれを被検体の2次元画像上にプロットした画像を作成する。この信号処理部113の処理結果は、入出力部116の表示部114に表示される。
【００２５】
入出力部116は、計測者が装置の動作に必要な種々の指令を入力したり、測定結果や処理結果を出力するため機能を備えている。表示部114の表示画面はグラフィカルユーザーインターフェース(GUI)機能を有し、使用者が表示画面上のアイコンや「プローブ」位置等をマウス117などで操作することで各種の測定や処理に必要な指令や座標位置等の情報を入力するための入力部として機能する。例えば、計測者が、被検体107のプローブホルダ108の位置、すなわち光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの3次元位置を実際に計測する事なく、これに相当する情報として、マウス操作で2次元の「頭部形状」を選択し、さらに、この「頭部形状」に対する2次元の「プローブ」の位置を設定することで、「頭部形状」上におけるプローブの位置座標の情報を入力するのに使用される。なお、2次元の「プローブ」の位置座標入力のための表示部114と、信号処理部113の処理結果を頭部形状のプローブの位置に重ねて表示する表示部とは、必要に応じて、別個に設けても良いことは言うまでもない。
【００２６】
図2に、本発明の生体光計測装置100における制御部103や表示部114等が備える主な機能を示す。生体光計測装置100の表示部114は、記憶部115の「標準的な頭部形状」等のデータから被検体に最適な「頭部形状の標準的なパターン」や「プローブ」を使用者に選択させるための頭部形状データ選択部201、選択された頭部形状の標準的なパターン等に基づき生成、表示された「頭部形状」の画面像上で被検体のプローブ位置を使用者に入力、設定させるためのプローブ位置簡易入力部202、座標変換された画像や、頭部形状上の光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの算出位置にトポグラフィ像を重ね合わせた画像を表示する表示部209を備えている。
【００２７】
生体光計測装置100の制御部103は、入力されたプローブ位置の座標変換処理を行い3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置を算出する座標変換部203、被検体に刺激を呈示する刺激提示部206、光照射位置に基づきトポグラフィ像を生成するトポグラフィ像生成部207、及び入力されたプローブ位置に基づき頭部形状上の光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの算出位置にトポグラフィ像を重ね合わせて生成する重ね合わせ処理部208を備えている。座標変換部203は、プローブ位置簡易入力部202で設定された2次元の位置情報に従って3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置を計算する機能を備えている。
【００２８】
なお、座標変換部203は、2次元座標から3次元座標に変換する2次元座標−3次元座標変換部204と、3次元座標から2次元座標に変換する3次元座標−2次元座標変換部205とがあり、例えば、2次元頭部画像から前記3次元頭部画像へ、途中で近似した形状間での座標変換処理を順次繰り返すことにより、光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの算出位置を求める。後で詳細に述べるように、座標変換部203は、使用者の情報入力のため、あるいは演算結果の出力、表示のために、プローブ位置は2次元表示または3次元表示のいずれも変換可能である。なお、本発明の生体光計測装置100が備える上記主な機能は、ソフトウェアを用いて制御部103や表示部114等の全体で実現されるものであり、図2に示したブロック構成に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００２９】
換言すると、本発明の生体光計測装置100は、GUI機能を有する表示部を利用した光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの3次元位置の簡易表示、設定機能を備えている。すなわち、計測者がプローブホルダ108を被検体107の頭部に装着した後、被検体に装着された実際の光照射位置及び光検出位置を計測することなく、表示画面の2次元頭部画像上で被検体の光照射位置及び光検出位置を簡易設定し、このようにして設定された情報に基づき座標変換などの演算処理により3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置を推定し、実際に計測されたトポグラフィ像を演算処理で得られた頭部画像上の算出位置に重ねて表示する機能を実現することができる。これにより、生体光計測時に被検体に装着された実際の光照射位置及び光検出位置を計測する手間と時間を省略し、計測者及び被検体に対する負担を大幅に低減することができる。
【００３０】
(1．0  全体の具体的な構成例)
次に、本発明の生体光計測装置100の各機能を実現するより具体的な構成について、図3のフローチャート及び図4〜図10の表示画面に表示される操作画面等の例を用いて説明する。
【００３１】
まず、使用者が頭部形状データ選択部201により、表示画面を利用して被検体に最適な「頭部形状の標準的なパターン」や「プローブ」を選択する。図4(図4A、図4B、図4C)は本発明における表示画面の例を示している。
【００３２】
本実施例においては、操作の簡便性を優先した操作画面2011を想定する。すなわち、表示部114の表示画面には、図4Aに示すような操作画面2011が表示される。この操作画面2011には、光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルすなわち2次元頭部画像2012、複数の光照射位置及び光検出位置を全体として一つの塊とした一つのプローブ(2次元プローブ)2013、2次元プローブの中心座標位置2014、2次元頭部画像の中心座標位置2015が表示される。2019は各種の指令やデータの入力欄、プルダウン形式の操作ボタンなどのアイコンが配置された操作入力部である。操作画面2011における2次元頭部画像2012、2次元プローブ2013の形状、位置や大きさは、マウス操作等により使用者が、被検体107の年齢や、測定目的、使用するプローブホルダ108の種類などに応じて、任意に選択し、あるいは変更して表示可能である。
【００３３】
図4Aに示された2次元頭部画像2012は、頭部を上から見た平面画像である。使用されるプローブホルダ108の形状に対応して、一つの正方形のプローブに複数の光照射位置及び光検出位置が規則的に配列され、図形の中心にプローブ中心点が存在している。なお、頭部上に装着された状態でのプローブホルダ108の上面図に対応するように、プローブホルダ108の設置位置によって、光照射位置や光検出位置の間隔を不等間隔とし、図形の中心位置もプローブ内でシフトして2次元頭部画像上に表示するようにしても良い。
【００３４】
また、2次元頭部画像として、測定目的に応じて頭部を種々の方向から見た画像、例えば、左右の側頭部、正面、あるいは後頭部の2次元頭部画像も位置設定用の2次元画像として使用者が選択できるように、データベースを構成しても良い。
【００３５】
次に、選択された2次元頭部画像2012上でのプローブ2013の位置を使用者がソフトウェア上で設定する(S2010)。
【００３６】
次に、計測者が簡易操作で設定した2次元頭部画像上でのプローブ位置の設定位置情報を用いて、3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置の計算を行なう(S2110)。
【００３７】
まず、使用者がソフトウェア上で設定を行なった2次元頭部画像上でのプローブ2013の位置を基に、座標変換処理を行う。この座標変換処理は、2次元頭部画像から3次元頭部画像へ、途中で近似した形状間での座標変換処理を順次繰り返しながら実行され、光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの算出位置を求める。すなわち、プローブ中心点の位置に関して、座標変換処理A(S2020)、座標変換処理B(S2040)、座標変換処理C(S2060)を行い、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の位置を求める(S2060)。
【００３８】
さらに、楕円弧の長さの計算処理、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置から光照射位置、光検出位置を計算する計算処理(S2080)が実行される。これらの計算処理の結果に基づき、さらに、3次元頭部画像上の光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルすなわち光照射位置及び光検出位置の計算(S2110)を行なう。なお、途中の近似した形状の種類や座標変換処理の回数は上記例に限定されるものではない。例えば、途中の上記座標変換処理C(S2060)を省略しても良い。あるいは、2次元頭部画像から座標変換処理B、Cまでを行い3次元頭部画像に代えて3次元半球画像を最終的な画像とし、この3次元半球画上でのプローブ中心点の座標位置から光照射位置、光検出位置、又は測定チャンネルを計算するようにしても良い。あるいは3次元頭部画像に代えて3次元半球画像を最終的な画像とし、光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルを計算するようにしても良い。
【００３９】
そして、3次元頭部画像上の光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネル(光照射位置及び光検出位置)が計算(S2110)された後、生体通過光強度画像と計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを3次元上で重ね合わせて表示する(S2120)。
【００４０】
なお、図4Bに示すように、プローブ位置を使用者がソフトウェア上で設定するステップ(S2010)において、操作画面2011には、2次元頭部画像2012に重ねて3次元頭部画像(ワイヤーフレーム像)3100も同時に表示可能である。これは、2次元と3次元の形状データが各々対をなしてテーブル化され記憶装置に保持されていることや、後で詳細に述べる2次元と3次元の座標変換の双方向処理機能に基き、演算処理の結果が直ちに操作画面上に反映される結果によるものである。重ね合わせる測定対象の3次元頭部形状画像としては、本実施例においては、被検体の頭部の形状フレーム画像を用いる。図4Bにおいて、2次元プローブ2013内の円及び矩形角内の数値は、被検体の左頭部における照射位置及び光検出位置を示している。また、3次元プローブ2017には、3次元頭部画像3100が表示されている。3次元頭部画像3100における3次元プローブ2018の位置は、2次元頭部画像2012における2次元プローブ2013の位置に対応した左頭部にある。
【００４１】
図4Cは、2次元プローブ2013の形状として横長の矩形がマウス操作で選択され、位置も前頭部にある状態を示しており、このとき、3次元頭部画像3100内における3次元プローブ2018の位置も、前頭部にある。座標変換処理の双方向処理機能により、マウス操作等により使用者が3次元プローブ2018の形状、位置を変えることで、2次元頭部画像2012の形状、位置を変えることもできる。また、3次元頭部画像3100をマウス操作などで回転させ、3次元プローブ2018の形状、位置を見やすくすることも可能である。このとき、2次元頭部画像内における2次元プローブの位置も連動して、変形、移動表示される。このように、操作画面2011に、2次元頭部画像と3次元頭部画像を同時に表示することで、計測者が簡易操作で設定した表示画面の頭部画像上における被検体の光照射位置及び光検出位置をより正確に確認し、必要に応じて修正することを可能にしている。状況に応じて、計測者がマウス等の簡易操作により3次元頭部画像上で3次元プローブ2018を操作し、プローブホルダ108の3次元位置座標を入力するようにしても良い。
【００４２】
ここで、2次元頭部画像上でのプローブ位置2010を使用者がソフトウェア上で設定する処理S2010について、説明を加える。
【００４３】
まず、図4Aの操作画面2011に表示された2次元頭部画像2012上でのプローブ位置2010を使用者が、マウス操作などにより設定する。なお、本実施例においては、2次元頭部画像2012が光照射位置及び光検出位置のおおよその位置を示すために用いられ、2次元頭部画像2012上での光照射位置及び光検出位置の位置情報の正確さがそれほど無い場合を想定する。
【００４４】
以上の想定条件において、2次元頭部画像上のプローブの中心座標位置2014を2次元頭部画像2012上での使用者の設定位置情報として利用する事とする。
【００４５】
次に、図3のフローにおける［順方向の処理］、すなわち2次元頭部画像上→3次元頭部画像上の座標変換処理A〜D、及び計算処理A(S2080)について説明する。
【００４６】
順方向の処理では、まず、座標変換処理A(S2020)を行い、2次元頭部画像2012上のプローブの中心座標位置2014から、図5に示す、2次元円画像2032上でのプローブ中心点の座標位置2031を求める(S2030)。なお、2次元円画像2032の中心は、2次元頭部画像の中心座標位置2015と一致する。
【００４７】
そして、座標変換処理B(S2040)を行い、2次元円画像2012上でのプローブ中心点の座標位置2031から、図6に示す、3次元半球面2052上でのプローブ中心点の座標位置2051を求める(S2050)。
【００４８】
そして、座標変換処理C(S2060)を行い、3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置2051から、図7に示す、3次元半楕円体面2072上でのプローブ中心点の座標位置2071を求める(S2070)。
【００４９】
さらに、計算処理A(S2080)により、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置2071から、図8に示す、3次元半楕円体面2072上での光照射位置及び光検出位置2091を求める(S2090)。計算処理A(S2080)の詳細に関しては後に説明する。
【００５０】
そして、座標変換処理D(S2100)を用いて、3次元半楕円体面上での光照射位置及び光検出位置2090から、図9に示す、3次元頭部画像3100上での光照射位置及び光検出位置2111を求める(S2110)。座標変換の途中で3次元半楕円体面2072上での位置の算出を行うのは、3次元半楕円体面2072の3次元形状が、3次元半球面2052よりも、より3次元頭部画像3100の3次元形状に近いものであるため、座標変換の処理が容易になる利点があるためである。
【００５１】
なお、2次元頭部画像上での使用者による設定位置の情報としては、2次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置の位置情報を用いて、本実施例と同様の座標変換処理を行ない、3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置を算出する(S2110)事も可能である。
【００５２】
3次元頭部画像上の光照射位置及び光検出位置2111が計算された後、図10に示すように、生体通過光強度画像2121と計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを3次元上で重ね合わせて表示する(S2120)。
【００５３】
次に、形状画像との重ね合わせ表示の処理(S2120)について、説明を補足する。光照射位置に基づくトポグラフィ像生成部207は、読み込んだ光照射位置及び光検出位置2111からそれぞれ隣接する光照射位置及び光検出位置の三次元空間における距離ｄを各計測位置毎に計算する。このとき本実施の形態では、計測位置数は16個となるので、計算によって算出された光照射位置及び光検出位置の三次元空間における距離ｄは24個となる。次に、トポグラフィ像生成部207は、補正前のトポグラフィ像である二次元の光照射位置及び光検出位置に基づいたトポグラフィ像Hb data(original)を下記の式(1)に従って補正し、補正後のトポグラフィ像である三次元の光照射位置及び光検出位置に基づいたトポグラフィ像Hb data(new)を生成する。具体的には、3次スプライン補間によって得られたトポグラフィ像の各画素毎の画素値を、その画素に最も近い計測位置の距離ｄで補正する。なお、このときの補正は、下記の式(1)に従う。
【００５４】
Hb data(new)＝Hb data(original)×Distance・・・(1)
ただし、Distance＝d/30
【００５５】
次に、トポグラフィ像生成部207は、補正後のトポグラフィ像を先に生成したワイヤーフレーム像に沿ったトポグラフィ像に変換する。具体的には、トポグラフィ像を構成する各画素の画素値を、頭部ワイヤフレーム座標に合わせて3次元マッピング補間を行うことにより、三次元トポグラフィ像画像へ変換する。
【００５６】
この後に、トポグラフィ像生成部207は、ワイヤーフレーム像にトポグラフィ像を重ねた三次元像を生成し、その三次元像を入力手段から指示された視点位置から見た二次元の画像(「三次元的トポグラフィ像」)に変換し、表示手段の表示面上に表示させる。
【００５７】
次に、図3のフローチャートにおける［逆方向の処理］、すなわち、3次元頭部画像上→2次元頭部画像上の処理について、説明する。
【００５８】
先にも述べたとおり、座標変換処理A(S2020)、座標変換処理B(S2040)、座標変換処理C(S2060)、座標変換処理D(S2100)は可逆な座標変換処理であるため、3次元頭部画像上で3次元頭部画像上でのプローブ位置を使用者が設定する事で、2次元頭部画像上でのプローブ位置を計算し、表示させる事も可能である。
【００５９】
まず、例えば図4Bに示した状態において、3次元頭部画像3100上で、3次元頭部画像上でのプローブ位置2017を使用者がソフトウェア上で設定する。ここでは、簡単に、図9に示す、3次元頭部画像3100上でのプローブ2111の中心点に相当する位置が設定されるものとする。
【００６０】
次に、3次元頭部画像上でのプローブ中心点から座標変換処理D(S2100)を用いて、図7に示す、3次元半楕円体面2072上でのプローブ中心点の座標位置2071が求まる。
【００６１】
次に、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置2070から座標変換処理C(S2060)を用いて、図6に示す、3次元半球面2052上でのプローブ中心点の座標位置2051が求まる。さらに、3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置2051から座標変換処理B(S2040)を用いて、図5に示す、2次元円画像2032上でのプローブ中心点の座標位置2031が求まる。この2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置2031から、座標変換処理B(S2020)を用いて、2次元頭部画像上でのプローブ2013の位置が求まる。
【００６２】
3次元半楕円体面2072上での光照射位置及び光検出位置2091、3次元頭部画像3100上での光照射位置及び光検出位置2111は、先に説明した通り、3次元半楕円体面2072上でのプローブ中心点の座標位置2071から求められる。
【００６３】
以上、本発明によれば、計測者が2次元上に表示した頭部画像上で光照射位置及び光検出位置を設定し、設定された情報に従って3次元上での光照射位置及び光検出位置を計算する機能を実現する事で、光照射位置及び光検出位置の3次元座標を計測する事無く、生体通過光強度画像と計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを3次元上で重ね合わせて表示する事が可能となる。すなわち、被検体の頭部における光照射位置及び光検出位置の3次元座標を計測者が計測する必要なしに、被検体の生体通過光強度画像と計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを3次元画像上で重ね合わせて表示する事が可能となる。光照射位置及び光検出位置の正確な計測結果を必要としないため、位置計測の省略による生体光計測全体の時間を短縮し、コストの節減及び計測者の負担軽減を図ることができる。
【００６４】
次に、本発明の実施例における、座標変換処理について、より詳細に説明する。
【００６５】
(2．1．2次元頭部画像⇔2次元円画像)
まず、座標変換処理A(S2020)に関し、図11を用いて、説明する。  
【００６６】
(2．1．1．座標変換処理A  2次元頭部画像→2次元円画像)
座標変換処理A(S2020)により、2次元頭部画像上の点を2次元円画像上の点に一意に対応させる計算手順を説明する。2次元円画像は半径Rc、中心点(0 0)の円とする。
【００６７】
各座標点、偏角を下記のように表記する事とする。
2010038774.tif 000003
【００６８】
以下のように座標変換の計算を行なう。
2010038774.tif 000004
【００６９】
(2．1．2．  座標変換処理A  2次元円画像→2次元頭部画像)
座標変換処理A(S2020)により、2次元円画像上の点を2次元頭部画像上の点に一意に対応させる計算手順を説明する。2次元円画像は半径Rc、中心点(0 0)の円とする。
各座標点、偏角を下記のように表記する事とする。
2010038774.tif 000005
以下のように座標変換の計算を行なう。
【００７０】
2010038774.tif 000006
【００７１】
(2．2．  2次元円画像⇔3次元半球面)
座標変換処理B(S2040)に関し、図12を用いて、説明する。
【００７２】
(2．2．1．  座標変換処理B  2次元円画像→3次元半球面)
座標変換処理B(S2040)により、2次元円画像上の点を3次元半球面上の点に一意に対応させる計算手順を説明する。
2010038774.tif 000007
以下のように座標変換の計算を行なう。
2010038774.tif 000008
【００７３】
(2．2．2．  座標変換処理B  3次元半球面→2次元円画像)
座標変換処理B(S2040)により、3次元半球面上の点を2次元円画像上の点に一意に対応させる計算手順を説明する。
【００７４】
2次元円画像は半径Rc、中心点(0 0)の円とし、3次元半球面は半径Rs、中心点(0 0 0)の半球面とする。
【００７５】
各座標点を下記のように表記する事とする。
2010038774.tif 000009
以下のように座標変換の計算を行なう。
2010038774.tif 000010
【００７６】
(2．3．  3次元半球面⇔3次元半楕円体面)
座標変換処理C(S2060)に関し、図13を用いて、説明する。
【００７７】
(2．3．1．  座標変換処理C  3次元半球面→3次元半楕円体面)
座標変換処理C(S2060)により、3次元半球面上の点を3次元半楕円体面上の点に一意に対応させる計算手順を説明する。
【００７８】
3次元半球面は半径Rs、中心点(0 0 0)の半球面とする。3次元半楕円体面は半径Rvx, Rvy, Rvz、中心点(0 0 0)の半楕円体面とする。
【００７９】
各座標点を下記のように表記する事とする。
2010038774.tif 000011
以下のように座標変換の計算を行なう。
2010038774.tif 000012
【００８０】
(2．3．2．  座標変換処理C  3次元半楕円体面→3次元半球面)
座標変換処理C(S2060)により、3次元半楕円体面上の点を3次元半球面上の点に一意に対応させる計算手順を説明する。  
3次元半楕円体面は半径Rvx, Rvy, Rvz、中心点(0 0 0)の半楕円体面とする。3次元半球面は半径Rs、中心点(0 0 0)の半球面とする。  
各座標点を下記のように表記する事とする。
2010038774.tif 000013
以下のように座標変換の計算を行なう。
2010038774.tif 000014
【００８１】
(2．4．  3次元半楕円体面⇔3次元頭部画像)
座標変換処理D(S2100)に関し、図14を用いて、説明する。
【００８２】
(2．4．1．  3次元半楕円体面→3次元頭部画像)
座標変換処理D(S2100)により、3次元半楕円体面上の点を3次元頭部画像上の点に一意に対応させる。
2010038774.tif 000015
本計算処理はポリゴンの形状に依存しないが、本実施例では三角形ポリゴンで構成されているものとする。
【００８３】
各々の三角形ポリゴンを構成する3点を
2010038774.tif 000016
と表記する。各座標点を下記のように表記する事とする。
2010038774.tif 000017
直線OvPvと3次元頭部画像との交点を点Phとして定義し、以下のように計算を行なう。
(Ｉ)各々の三角形ポリゴンに対し、下記の計算を行う。
2010038774.tif 000018
なお、図15に、三角形ポリゴンと直線の関係を示す。
2010038774.tif 000019
【００８４】
(2．4．2．  3次元頭部画像→3次元半楕円体面)
座標変換処理D(S2100)により、3次元頭部画像上の点を3次元半楕円体面上の点に一意に対応させる。3次元半楕円体面は半径Rvx, Rvy, Rvz、中心点(0 0 0)の半楕円体面とする。3次元頭部画像の中心点は(0 0 0)であるものとする。  
各座標点を下記のように表記する事とする。
2010038774.tif 000020
直線OvPhと3次元半楕円体面との交点を点Pvとして定義し、以下のように求める。
2010038774.tif 000021
【００８５】
(3．  3次元頭部画像の3次元半楕円体への近似計算)
3次元頭部画像を3次元半楕円体を用いて近似する。近似の方法は幾つか考えられるが、本実施例では単純に3次元頭部画像から3次元半楕円体の3つの径Rvx、Rvy、Rvzを求める事とする。  
3次元頭部画像中の右耳Ph,R、左耳Ph,L、NasionPh,N、頭頂Ph,Tの4点を用いて、3次元半楕円体の3つの径を求める手順を、図16を用いて説明する。図16は、3次元頭部画像の3次元半楕円体への近似計算処理を示す図である。
2010038774.tif 000022
【００８６】
(4．  楕円弧の長さの計算)
楕円弧の長さの計算方法について、図17に基づき説明する。図17は楕円弧の長さの計算例を示す図である。  
楕円弧の長さを求める問題は、楕円積分の計算を行なう問題として知られており、初等関数によって求める事が出来なく、数値積分により、近似的に計算する事が可能である。数値積分は幾つかの手法が提案されているが、本実施例においては、拡張中点則を用いた区分求積法により計算を行なう。
2010038774.tif 000023
楕円の弧の長さＬは次の定積分にて表現される。
2010038774.tif 000024
【００８７】
(II)他の場合
下表のように、定積分を分解し、分解された定積分を(Ｉ)の近似計算に従って計算する。
2010038774.tif 000025
【００８８】
(5．  楕円弧の長さが指定距離となる点座標の計算)
楕円上のある点から指定距離となる点座標を計算する方法について、図17に基づき説明する。
2010038774.tif 000026
【００８９】
楕円弧の長さは先に述べた通り、演繹的に計算する事は出来なく、近似計算により求める事になるため、可能な範囲における偏角βの候補値に対し楕円弧の長さの計算を行ない、指定距離に最も近くなる偏角を採用する事とする。具体的には以下のように計算を行なう。
2010038774.tif 000027
【００９０】
(6．  実際の計算処理)
使用者がソフトウェア上で設定を行なった2次元頭部画像上でのプローブ位置(S2010)を元に3次元頭部画像上の光照射位置及び光検出位置(S2110)の計算を行なう手順を以降、説明する。
【００９１】
(プローブ中心点の座標位置から光照射位置、光検出位置を計算する計算処理A(S2080))
計算処理A(S2080)に関して図18、図19、図20を用いて以下に説明する。図18は、2次元頭部画像上でのプローブ位置の設定例を説明する図、図19は、2次元平面上におけるプローブの形状情報(回転前)を説明する図、図20は、2次元平面上におけるプローブの形状情報(回転後)を説明する図である。
【００９２】
3次元半楕円体面上におけるプローブ中心点の座標位置から3次元半楕円体面上における光照射位置、光検出位置を計算する。
【００９３】
本実施例では、例えば、2次元頭部画像上でプローブを、図18のように配置したとする。
【００９４】
プローブの中心点と2次元頭部画像の中心点を結んだ基準線(901)の傾きをαuとし、基準線(901)に対するプローブの中心線(902)の傾きをθuとする。
【００９５】
3次元半楕円体面上におけるプローブ中心点の座標位置から3次元半楕円体面上における光照射位置、光検出位置を計算するためには、そのプローブにおける光照射位置、光検出位置のプローブ中心点との関係情報を既知のプローブの形状情報として用いる事とする。
【００９６】
プローブの形状情報は、通常ある一定の個数の光照射位置、光検出位置を一組にしたシート状のプローブを想定し、その形状情報を用いればよい。
【００９７】
完全に頭部形状に合致する形状を持ったプローブを作成する事は、被検体の頭部形状の個体差や、取り付け位置に依存した形状の違いにより、非常に困難であり、通常は、多くの被検体の頭部形状に可能な範囲で合致するような形状を有したプローブが使用される。
【００９８】
本実施例では、プローブの形状情報として、2次元平面上の形状と、3次元球面上に配置した形状の2つを想定した場合における計算処理A(S2080)を説明する。
【００９９】
(6．1．  2次元平面上の形状を利用した場合)
まず、プローブの形状情報として、2次元平面上のシート状の上に各光照射位置、光検出位置を配置した場合を想定する。例えば、プローブの形状情報として、図19に示す形状情報を用いたとする。光照射位置、光検出位置間の距離を全てWとした。
2010038774.tif 000028
2010038774.tif 000029
【０１００】
3次元半楕円体上での各光照射位置、光検出位置を求める際に、このプローブの形状情報から、プローブの中心から基準点までの距離(式2)と基準点から各光照射位置、光検出位置までの距離(式3)を用いる事とする。
2010038774.tif 000030
Miの3次元半楕円体上での位置を求めるために、次の2つの計算を行なう。  
(Ｉ)3次元半楕円体上での基準線に沿って、3次元半楕円体上のプローブの中心点から3次元半楕円体上で距離が(式4)となる3次元半楕円体上での基準点Kiの座標を求める。  
(II)3次元半楕円体上での基準点Kiから、3次元半楕円体上で距離が(式5)となる座標点を求め、3次元半楕円体上でのMiとする。
2010038774.tif 000031
以降、(Ｉ)、(II)の計算処理の詳細を説明する。
【０１０１】
(Ｉ)3次元半楕円体上での基準点Kiの座標を求める。
3次元半楕円体上でのプローブの中心点Pvと半楕円体の頂点を通る基準線上の点として、基準点Kiを求める手順を図21、図22を用いて説明する。図21は、基準点の座標位置の計算(3次元半楕円体)を説明する図、図22は、基準点の座標位置の計算(切断楕円面 S1)を説明する図である。
【０１０２】
図21において、プローブの中心点Pvを次のように表記する。
2010038774.tif 000032
基準点Kiは、基準線上の点として、
2010038774.tif 000033
【０１０３】
3次元半楕円体上でのプローブの中心点Pvと半楕円体の頂点を通る基準線を含む切断面において形成される楕円上で、プローブの中心点Pvから距離が(式4)となる点を求める。(図22参照)
切断楕円面S1上では点Pv、Kiは以下のように表記される。
2010038774.tif 000034
これに対し、先に説明した「楕円弧の長さが指定距離となる点座標の計算」方法を用いて、偏角ψKiを求める事で、プローブの中心点Pvから距離が(式4)となる基準点Kiが求まる。
【０１０４】
また、ここで、基準線をXvYv座標平面へ射影した線分がXv軸と成す角度αを以下の通りに求めておく。
2010038774.tif 000035
【０１０５】
(II)3次元半楕円体上におけるMiの座標を求める。
3次元半楕円体上におけるMiの座標を求める方法を以下に説明する。  
点Miは、「楕円体上の点Kiにおける接平面」に垂直であり、かつ、「点Kiを通り楕円体の底面に垂直な断面(断面S1)」に垂直な断面(断面S2)と、楕円体の交線として構成される曲線(曲線L2)上で、基準点Kiからの距離が(式5)となる点として求める。その計算手順は以下の通りとなる。
【０１０６】
(i)断面S1に含まれる点Kiにおける楕円体への接線L1の式を求める。  
(ii)断面S2の式を求める。  
(iii)曲線L2の式を求める。  
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。  
基準点Kiの座標値(式6)に依存して、各計算手順の詳細が異なる。
2010038774.tif 000036
基準点Kiの座標値が以下の6通りの条件の各々に関し、計算手順(i)〜(iv)の詳細に関し、以下に説明する。
2010038774.tif 000037
【０１０７】
(1)条件1の場合
2010038774.tif 000038
直線L1は断面S1上のXsYs座標系において
2010038774.tif 000039
と表記される。なお、図23は、条件1における3次元半楕円体上の断面S1、S2と曲線L1、L2、L3の関係を示す図、図24は、条件1における断面S1上の直線L1を示す図である。
【０１０８】
図24中に示される断面S1上の座標系と図23中に示される3次元座標系の間には以下の関係式が成り立つ。
2010038774.tif 000040
【０１０９】
(ii)断面S2の式を求める。
図23に示すように、直線L1に垂直な平面として、断面S2が下式の通り、求まる。
2010038774.tif 000041
【０１１０】
(iii)曲線L2の式を求める。
2010038774.tif 000042
上式を変形後、下式を得る。下式は曲線L2をXY平面上に射影して定義される曲線L3を示し、図23、図25に示す通りである。図25は、条件1における3次元半楕円体上の曲線L2とXY平面上曲線L3の関係を示す図である。
2010038774.tif 000043
以上を用いて、曲線L2上の任意の点Qは以下のように表記される。
2010038774.tif 000044
ただし、媒介変数θQは図25に示す通り、曲線L2をXY平面上に射影した曲線L3において定義した。
【０１１１】
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
2010038774.tif 000045
2010038774.tif 000046
この定積分は演繹的に解を得る事が出来ないので、拡張中点則を用いた区分求積法により、近似的に解を得る事とする。拡張中点則においては、適当な分割数Nを用い、下記のように計算を行なう。
2010038774.tif 000047
2010038774.tif 000048
以上により、曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点として、点Miの座標が求まる。
【０１１２】
(2)条件2の場合(式7の場合)
2010038774.tif 000049
(i)断面S1に含まれる点Kiにおける楕円体への接線L1の式を求める
2010038774.tif 000050
【０１１３】
(ii)断面S2の式を求める。
図26に示すように、直線L1に垂直な平面として、断面S2が下式の通り、求まる。
2010038774.tif 000051
【０１１４】
(iii)曲線L2の式を求める。
楕円体の式は下記の通りとなる。
2010038774.tif 000052
上式を変形後、下式を得る。下式は曲線L2をXY平面上に射影して定義される曲線L3を示し、図23、図25に示す通りである。
2010038774.tif 000053
以上を用いて、曲線L2上の任意の点Qは媒介変数θQを用いて以下のように表記される。
2010038774.tif 000054
【０１１５】
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
2010038774.tif 000055
2010038774.tif 000056
この定積分は演繹的に解を得る事が出来ないので、拡張中点則を用いた区分求積法により、近似的に解を得る事とする。拡張中点則においては、適当な分割数Nを用い、下記のように計算を行なう。
2010038774.tif 000057
2010038774.tif 000058
以上により、曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点として、点Miの座標が求まる。
【０１１６】
(3)条件3の場合(ZKi=0)
(i)断面S1に含まれる点Kiにおける楕円体への接線L1の式を求める
接線L1  X=X1, Y=Y1
(ii)断面S2の式を求める。
半楕円体の底面が断面S2となるので断面S2の式は  Z=0  となる。
(iii)曲線L2の式を求める。
半楕円体の底面の楕円が曲線L2なるので曲線L2の式は(式8)となる。
2010038774.tif 000059
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
曲線L2は楕円になるので、先に説明した「楕円弧の長さが指定距離となる点座標の計算」方法を用いる事で、曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点の座標値を求める。
【０１１７】
(4)条件4の場合
2010038774.tif 000060
直線L1は
2010038774.tif 000061
と求められる。
【０１１８】
(ii)断面S2の式を求める。
図29に示すように、直線L1に垂直な平面として、断面S2が下式の通り、求まる。
2010038774.tif 000062
【０１１９】
(iii)曲線L2の式を求める。
楕円体の式は下記の通りとなる。
2010038774.tif 000063
断面S2の式を楕円体の式に代入し、断面S2と楕円体の交線で構成される断面線を求める。
2010038774.tif 000064
上式を変形後、下式を得る。下式は曲線L2をXY平面上に射影して定義される曲線L3を示し、図23、図25に示す通りである。
2010038774.tif 000065
以上を用いて、曲線L2上の任意の点Qは媒介変数θQを用いて以下のように表記される。
2010038774.tif 000066
【０１２０】
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
2010038774.tif 000067
2010038774.tif 000068
【０１２１】
この定積分は演繹的に解を得る事が出来ないので、拡張中点則を用いた区分求積法により、近似的に解を得る事とする。拡張中点則においては、適当な分割数Nを用い、下記のように計算を行なう。
2010038774.tif 000069
2010038774.tif 000070
【０１２２】
以上により、曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点として、点Miの座標が求まる。
【０１２３】
(5)条件5の場合
2010038774.tif 000071
【０１２４】
(ii)曲線L2の式を求める。
2010038774.tif 000072
【０１２５】
(iii)楕円体における曲線L2上の点Qの座標は
2010038774.tif 000073
【０１２６】
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
先に説明した「楕円弧の長さが指定距離となる点座標の計算」方法を用いて、曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求め、その点の偏角θcを求める事で、その点の3次元半楕円体上の座標値が求まる。
【０１２７】
(6)条件6の場合
2010038774.tif 000074
これに対し、先に説明した「楕円弧の長さが指定距離となる点座標の計算」方法を用いて、曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
【０１２８】
(6．2．  3次元球面上に配置した形状を利用した場合)
次に、プローブの形状情報として、3次元球面上に配置した形状を利用した場合を想定する。
【０１２９】
3次元球の半径をRsとする。プローブの中心点をP(Rs 0 0)とする。例えば、プローブの形状情報として、図35に示す形状情報を用いたとする。3次元上のx軸を中心として、3次元球面上に光照射位置、光検出位置を配置する。N点の光照射位置、光検出位置の3次元上の座標点を
2010038774.tif 000075
とする。
【０１３０】
次に2次元頭部画像上で設定されたプローブの回転を3次元球面上のプローブの形状情報において反映する。
【０１３１】
3次元上のx軸を中心として、回転を行なう事とする。(図36参照)
N点の光照射位置、光検出位置の3次元上の座標点は
2010038774.tif 000076
となり、図36のようになる。
【０１３２】
光照射位置、光検出位置の各点において、プローブの基準線上への足となる点を求め、光照射位置、光検出位置の各点に対する基準点K1,・・・Ki,・・・,KNとする。例えば、Miに対し、基準点Kiは
2010038774.tif 000077
と計算される。
【０１３３】
そして、3次元球面上における、プローブの中心点と各基準点の間の弧長(式2)、各基準点と光照射位置、光検出位置の各点の間の弧長(式3)を求める。例えば、Mi及びその基準点Kiに対し、(式4)、(式5)を求めると以下のようになる。
【０１３４】
Miを通り、yz平面に水平な平面で切断した断面が図37のようになるので
2010038774.tif 000078
と求まる。Miを通り、xy平面に水平な平面で切断した断面が図38のようになるので
2010038774.tif 000079
と求まる。
【０１３５】
プローブの中心点から基準点までの弧長(式2)と基準点から光照射位置、光検出位置の各点までの弧長(式3)をプローブの形状情報として利用して、2次元平面上の形状を利用した場合と同様に、光照射位置、光検出位置の3次元楕円半球上での座標位置が求まる。
【０１３６】
(7．  脳波形電極位置の表示機能)
本実施例において、座標変換処理A、B、C、D(S2020、S2040、S2060、S2100)を用いて脳波形電極位置を2次元頭部画像上、2次元円画像上、3次元半球面上、3次元半楕円体面上及び3次元頭部画像上に表示する事が可能である。脳波形電極位置の表示機能に関し、図39及び図40(40A，40B，40C)を用いて以下に説明する。  
図39は脳波形電極位置の表示機能のフローチャートを示したものである。
【０１３７】
脳波形電極位置として、例えば10-20電極配置法が一般的に知られている。10-20電極配置法の詳細は、例えば非特許文献1(新臨床検査技師講座  7  臨床生理学(第3版)、医学書院、pp.174-176)などに記載されている。本実施例ではこの10-20電極配置法を用いる事とする。定められた配置法に従って、3次元半球上での各電極の座標位置(301)を求める。求めた結果は図40Aの302のようになる。
【０１３８】
3次元半球上での各電極の座標位置(301)に対し、座標変換処理B(S2040)を施し、2次元円画像上での各電極の座標位置(303)を得る事が出来る。
【０１３９】
さらに、2次元円画像上での各電極の座標位置(303)に対し、座標変換処理A(S2020)を施し、2次元頭部画像上での各電極の座標位置(305)を得る事が出来る。
【０１４０】
2次元頭部画像上での各電極の座標位置(305)を用いて2次元頭部画像2012との重ね合わせ画像(306)を、図40Bのように得、呈示する事ができる。
【０１４１】
また、3次元半球上での各電極の座標位置(301)に対し、座標変換処理C(S2060)を施し、3次元半楕円体上での各電極の座標位置(307)を得る事が出来る。さらに、3次元半楕円体上での各電極の座標位置(307)に対し、座標変換処理D(S2080)を施し、3次元頭部画像3100上での各電極の座標位置(308)を得る事が出来る。
【０１４２】
得られた3次元頭部画像上での各電極の座標位置(308)を用いて形状画像との重ね合わせ画像(310)を、図40Cのように得、呈示する事ができる。
【０１４３】
また、以上の各画像(3次元頭部画像、3次元半楕円体画像、3次元半球画像、2次元円画像、2次元頭部画像)上における計算結果を用いて、脳波形電極位置と生体光計測結果を重ね合わせ表示する事も可能である。
【符号の説明】
【０１４４】
100  生体光計測装置、101  光源部、102  光計測部、103  制御部、104  半導体レーザ、105  光モジュール、106  光ファイバ、107  被検体、108  プローブホルダ、109  検出用光ファイバ、110  光電変換素子、111  ロックインアンプ、112  A/D変換器、113  信号処理部、114  表示部、115  記憶部、116  入出力部、201  頭部形状データ選択部、202  プローブ位置簡易入力部、203  座標変換部、204  2次元座標−3次元座標変換部、205  3次元座標−2次元座標変換部、206  刺激提示部、207  光照射位置に基づくトポグラフィ像生成部、208  トポグラフィ像と頭部形状の重ね合わせ処理部、209  トポグラフィ像と頭部形状の重ね合わせ表示部、2011  操作画面、2012  2次元頭部画像、2013  2次元プローブ、3100  3次元頭部画像
【図１】
2010038774.tif 000080
【図２】
2010038774.tif 000081
【図３】
2010038774.tif 000082
【図４Ａ】
2010038774.tif 000083
【図４Ｂ】
2010038774.tif 000084
【図４Ｃ】
2010038774.tif 000085
【図５】
2010038774.tif 000086
【図６】
2010038774.tif 000087
【図７】
2010038774.tif 000088
【図８】
2010038774.tif 000089
【図９】
2010038774.tif 000090
【図１０】
2010038774.tif 000091
【図１１】
2010038774.tif 000092
【図１２】
2010038774.tif 000093
【図１３】
2010038774.tif 000094
【図１４】
2010038774.tif 000095
【図１５】
2010038774.tif 000096
【図１６】
2010038774.tif 000097
【図１７】
2010038774.tif 000098
【図１８】
2010038774.tif 000099
【図１９】
2010038774.tif 000100
【図２０】
2010038774.tif 000101
【図２１】
2010038774.tif 000102
【図２２】
2010038774.tif 000103
【図２３】
2010038774.tif 000104
【図２４】
2010038774.tif 000105
【図２５】
2010038774.tif 000106
【図２６】
2010038774.tif 000107
【図２７】
2010038774.tif 000108
【図２８】
2010038774.tif 000109
【図２９】
2010038774.tif 000110
【図３０】
2010038774.tif 000111
【図３１】
2010038774.tif 000112
【図３２】
2010038774.tif 000113
【図３３】
2010038774.tif 000114
【図３４】
2010038774.tif 000115
【図３５】
2010038774.tif 000116
【図３６】
2010038774.tif 000117
【図３７】
2010038774.tif 000118
【図３８】
2010038774.tif 000119
【図３９】
2010038774.tif 000120
【図４０Ａ】
2010038774.tif 000121
【図４０Ｂ】
2010038774.tif 000122
【図４０Ｃ】
2010038774.tif 000123
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光を照射する光源部と、被検体の2次元計測点における前記近赤外光の通過光強度を計測し測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の測定データとして出力する2次元プローブと、該2次元プローブの測定データを処理して画像化する信号処理部と、画像化した測定データを表示する表示部とを備えた生体光計測装置において、
表示用の頭部形状に関するデータを記憶する記憶部と、
前記頭部形状に関するデータから選択された2次元頭部画像上において設定された2次元プローブの位置情報を座標変換し、3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの位置を算出する座標変換部を有した制御部とを備え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、
前記表示部は、前記2次元プローブにおける前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルを構成する3次元プローブに対応する形状を表示する
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、
前記座標変換部は、
前記2次元頭部画像から前記3次元頭部画像へ、途中で近似した形状間での座標変換処理を順次繰り返し前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置を求めることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項４】
請求項3において、
前記座標変換部は、
前記2次元頭部画像上の前記プローブの中心座標位置から、2次元円画像上での2次元プローブ中心点の座標位置を求め、
該2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置から3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置を求め、
該3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置から3次元半楕円体面上での3次元プローブ中心点の座標位置を求め、
該3次元半楕円体面上での3次元プローブ中心点の座標位置から、3次元半楕円体面上での前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの位置を求め、前記3次元頭部画像上での前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置とす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、
前記表示部は、前記2次元頭部画像に重ねて前記2次元プローブと、対応する3次元頭部画像及び3次元プローブを同時に表示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、
前記2次元プローブからの測定データの処理結果を、前記3次元頭部画像上の前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルにおける2次元プローブの算出位置に重ね合わせ、前記表示部に表示する重ね表示部を備えたことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項７】
請求項4において、
前記座標変換部は、
前記3次元頭部画像上でのプローブの中心点に相当する位置が設定されたとき、該3次元頭部画像上での3次元プローブ中心点から座標変換処理を用いて3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置を求め、
前記3次元半楕円体面上での前記3次元プローブ中心点の座標位置から座標変換処理を用いて、前記3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置を求め、
前記3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置から座標変換処理を用いて、前記2次元円画像上での2次元プローブ中心点の座標位置を求め、
該2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置から、座標変換処理を用いて、前記2次元頭部画像上での前記2次元プローブの位置を求めることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項８】
請求項4において、
前記測定チャンネルに複数の脳波形電極を備え、
前記制御部は、
前記3次元半球上での各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記2次元円画像上での前記各電極の座標位置を得て、
前記2次元円画像上での各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記2次元頭部画像上での各電極の座標位置を得て、
前記2次元頭部画像上での前記各電極の座標位置を用いて前記2次元頭部画像との重ね合わせ画像を生成して、表示し、
前記3次元半球上での前記各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記3次元半楕円体上での前記各電極の座標位置を得て、
前記3次元半楕円体上での前記各電極の座標位置に対し、座標変換処理を施し、前記3次元頭部画像上での前記各電極の座標位置を得て、
得られた前記3次元頭部画像上での前記各電極の座標位置を用いて形状画像との重ね合わせ画像を生成して、前記表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９】
請求項8において、
前記制御部は、
前記3次元頭部画像、前記3次元半楕円体画像、前記3次元半球画像、前記2次元円画像、前記2次元頭部画像の各画像上における計算結果を用いて、前記脳波形電極の位置と前記生体光計測結果を重ね合わせ前記表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】
生体光計測装置における光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法であって、
前記生体光計測装置は、近赤外光を照射する光源部と、被検体の2次元計測点における通過光強度を計測し測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の測定データとして出力する2次元プローブと、該2次元プローブの測定データを処理して画像化する信号処理部と、表示用の頭部形状に関するデータを記憶する記憶部と、画像化した測定データを表示する表示部と、座標変換部を有した制御部とを備えており、
前記表示部に、2次元頭部画像と2次元プローブを表示し、
表示された前記2次元頭部画像上における前記2次元プローブの位置情報を座標変換し3次元頭部画像上での3次元プローブ及び前記光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置を算出し、
前記表示部に、前記2次元頭部画像に重ねて前記2次元プローブと、対応する前記3次元頭部画像及び3次元プローブを表示することを特徴とする生体光計測装置における光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法。
【請求項１１】
請求項10において、
前記2次元頭部画像から前記3次元頭部画像へ、途中で近似した形状間での座標変換処理を順次繰り返し前記3次元プローブの前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置を求め、
前記2次元プローブからの測定データの処理結果を、前記3次元頭部画像上の前記3次元プローブの前記光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの算出位置に重ね合わせ、前記表示部に表示することを特徴とする生体光計測装置における光照射位置及び光検出位置、又は測定チャンネルの位置表示方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。本発明の生体光計測装置は、近赤外光を照射する光源部と、被検体の2次元計測点における前記近赤外光の通過光強度を計測し測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の測定データとして出力する2次元プローブと、該2次元プローブの測定データを処理して画像化する信号処理部と、画像化した測定データを表示する表示部とを備えた生体光計測装置において、表示用の頭部形状に関するデータを記憶する記憶部と、前記頭部形状に関するデータから選択された2次元頭部画像上において設定された前記2次元プローブの位置情報を座標変換し3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置、又は前記測定チャンネルの位置を算出する座標変換部を有した制御部とを備えたことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本発明の全体構成を説明するための図
【図２】本発明の生体光計測装置が備える主な機能を示す図
【図３】本発明の実施例におけるフローチャートを説明するための図
【図４Ａ】本発明の実施例において、計測者が表示画面を用いた簡易操作で、2次元頭部画像上でのプローブ位置を設定する状況を示す図
【図４Ｂ】本発明の実施例において、計測者が表示画面を用いた簡易操作で、2次元頭部画像と3次元頭部画像が表示された画面上でプローブ位置を設定する状況を示す図
【図４Ｃ】本発明の実施例において、計測者が表示画面を用いた簡易操作で、2次元頭部画像と3次元頭部画像が表示された画面上でプローブ位置を設定する他の例を示す図
【図５】本発明の実施例において、座標変換処理Aを行い、2次元頭部画像上のプローブの中心座標位置から、2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置を求める処理を示す図
【図６】本発明の実施例において、座標変換処理Bを行い、2次元円画像上でのプローブ中心点の座標位置から、3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置を求める処理を示す図
【図７】本発明の実施例において、座標変換処理Cを行い、3次元半球面上でのプローブ中心点の座標位置から、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置を求める処理を示す図
【図８】本発明の実施例において、計算処理Aにより、3次元半楕円体面上でのプローブ中心点の座標位置から、3次元半楕円体面上での光照射位置及び光検出位置を求める処理を示す図
【図９】本発明の実施例において、座標変換処理Dを用いて、3次元半楕円体面上での光照射位置及び光検出位置から、3次元頭部画像上での光照射位置及び光検出位置を求める処理を示す図
【図１０】本発明の実施例において、3次元頭部画像上の光照射位置及び光検出位置が計算された後、生体通過光強度画像と計測部位の目安となる測定対象の形状画像とを3次元上で重ね合わせて表示する処理を示す図
【図１１】座標変換処理Aを説明するための図
【図１２】座標変換処理Bを説明するための図
【図１３】座標変換処理Cを説明するための図
【図１４】座標変換処理Dを説明するための図
【図１５】座標変換処理Dを説明するための図
【図１６】3次元頭部画像の3次元半楕円体への近似計算を説明するための図
【図１７】楕円弧の長さの計算方法を説明するための図
【図１８】2次元頭部画像上でのプローブ位置の設定を説明するための図
【図１９】2次元平面上におけるプローブの形状情報を説明するための図
【図２０】2次元平面上におけるプローブの形状情報を説明するための図
【図２１】基準点の座標位置の計算方法を説明するための図
【図２２】基準点の座標位置の計算方法を説明するための図
【図２３】条件1における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図２４】条件1における断面S1上の直線L1の式の計算方法を説明するための図
【図２５】条件1における曲線L2,L3の計算方法を説明するための図
【図２６】条件2における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図２７】条件2における断面S1上の直線L1の式の計算方法を説明するための図
【図２８】条件2における曲線L2,L3の計算方法を説明するための図
【図２９】条件4における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図３０】条件4における断面S1上の直線L1の式の計算方法を説明するための図
【図３１】条件4における曲線L2,L3の計算方法を説明するための図
【図３２】条件5における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図３３】条件5における断面S2上の直線L2を説明するための図
【図３４】条件6における3次元半楕円体上の断面と直線、曲線の式の計算方法を説明するための図
【図３５】3次元球面上に配置したプローブの形状を説明するための図
【図３６】3次元球面上に配置したプローブの形状を説明するための図
【図３７】3次元球面上のプローブの中心点Pと基準点Kiのyz平面に水平な断面における関係を説明するための図
【図３８】3次元球面上のプローブの基準点Kiと光照射位置、光検出位置Miのxy平面に水平な断面における関係を説明するための図
【図３９】本発明の脳波形電極位置の表示機能への適用のフローチャートを説明するための図
【図４０Ａ】図39の実施例において、3次元半球上での各電極の座標位置を求め、呈示した結果を示す図
【図４０Ｂ】図39の実施例において、2次元頭部画像上での各電極の座標位置を用いて2次元頭部画像との重ね合わせ画像を得、呈示した結果を示す図
【図４０Ｃ】図39の実施例において、得られた3次元頭部画像上での各電極の座標位置を用いて形状画像との重ね合わせ画像を得、呈示した結果を示す図
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
(1)条件1の場合
2010038774.tif 000124
直線L1は断面S1上のXsYs座標系において
2010038774.tif 000125
と表記される。なお、図23は、条件1における3次元半楕円体上の断面S1、S2と曲線L1、L2、L3の関係を示す図、図24は、条件1における断面S1上の直線L1を示す図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
(iii)曲線L2の式を求める。
2010038774.tif 000126
上式を変形後、下式を得る。下式は曲線L2をXY平面上に射影して定義される曲線L3を示し、図23、図25に示す通りである。図25は、条件1における3次元半楕円体上の曲線L2とXY平面上曲線L3の関係を示す図である。
2010038774.tif 000127
以上を用いて、曲線L2上の任意の点Qは以下のように表記される。
2010038774.tif 000128
ただし、媒介変数θQは図25に示す通り、曲線L2をXY平面上に射影した曲線L3において定義した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１５】
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
2010038774.tif 000129
2010038774.tif 000130
この定積分は演繹的に解を得る事が出来ないので、拡張中点則を用いた区分求積法により、近似的に解を得る事とする。拡張中点則においては、適当な分割数Nを用い、下記のように計算を行なう。
2010038774.tif 000131
2010038774.tif 000132
以上により、曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点として、点Miの座標が求まる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
(iv)曲線L2上で基準点Kiからの距離が(式5)となる点を求める。
2010038774.tif 000133
2010038774.tif 000134
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
3次元上のx軸を中心として、回転を行なう事とする。(図36参照)
N点の光照射位置、光検出位置の3次元上の座標点は
2010038774.tif 000135
となり、図36のようになる。
【国際調査報告】
2010038774.tif 000136
2010038774.tif 000137