(57)【要約】  ＳＤ距離によらず深部血液動態変化に比例する測定値を得る生体光計測装置を提供するため、深部（脳）血液動態変化由来の信号と皮膚血液動態変化由来の信号を分離するために、少なくとも２つのＳＤ距離による計測を実現するよう、各々の光照射位置および光検出位置が配置される。２つのＳＤ距離において、ある条件またはある時刻における検出光量の対数値を基点として、各時刻における検出光量の対数値の変化量を測定し、長ＳＤ距離の計測によって得られた変化量から短ＳＤ距離の計測によって得られた計測量の、差分ＳＤ距離に対する傾き値を測定量とする。
2016103323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体上の光照射位置に光を照射するための１つまたは複数の光照射器と、
生体内を伝播してきた光を生体上の光検出位置において検出するための１つまたは複数の光検出器と、
１つまたは複数の前記光検出器で得られる検出信号を解析するための解析部とを有し、
前記解析部は、
前記検出信号に基づき、生体組織表面上に、距離d1、及び距離d2離れて配置した光照射位置と光検出位置の組により測定された受光強度の対数値の変化量の差分値もしくはヘモグロビン変化量の差分値の、光照射位置・光検出位置間距離に対する傾き値を用いて、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値を求める、
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体光計測装置であって、
前記距離d1と前記距離d2が、前記生体の浅い部分における部分光路長が同じとみなすことができ、かつ、深い部分における部分光路長が前記光照射位置と前記光検出位置間の距離に比例する範囲にある、
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の生体光計測装置であって、
前記距離d1と前記距離d2は略１０ｍｍ〜５０ｍｍ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に記載の生体光計測装置であって、
前記解析部は、
前記吸収体濃度変化に対応する値を求めるために使用した少なくとも２組の前記光照射位置と光検出位置の組のうち、光照射位置と光検出位置との距離が最も長い組の光照射位置と光検出位置の概中点を、前記吸収体濃度変化に対応する値の計測点として、前記吸収体濃度変化に対応する値、またはその時間波形を画像化する、
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の生体光計測装置であって、
前記光照射位置と光検出位置の組が、一つの前記光照射器と、当該光照射器からそれぞれ前記距離d1、前記距離d2だけ離して配置された前記光検出器で構成される、
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の生体光計測装置であって、
前記光照射器と前記光検出器は、伸縮性のある保持部で連結されている、
ことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項７】
生体上の光照射位置から照射した光が生体内を伝播してきた光を、生体上の光検出位置において検出した検出信号を解析するための解析部を有し、
前記解析部は、
前記検出信号に基づき、生体上に、距離d1、及び距離d2離れて配置した光照射位置と光検出位置の組により測定された受光強度の対数値の変化量の差分値の、光照射位置・光検出位置間距離に対する傾き値を用いて、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値を求める、
ことを特徴とする解析装置。
【請求項８】
請求項７に記載の解析装置であって、
前記距離d1と前記距離d2が、前記生体の浅い部分における部分光路長が同じとみなすことができ、かつ、深い部分における部分光路長が前記光照射位置と前記光検出位置間の距離に比例する範囲にある、
ことを特徴とする解析装置。
【請求項９】
請求項７に記載の解析装置であって、
前記距離d1と前記距離d2は略１０ｍｍ〜５０ｍｍである、
ことを特徴とする解析装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の解析装置であって、
前記解析部は、
前記吸収体濃度変化に対応する値を求めるために使用した少なくとも２組の前記光照射位置と光検出位置の組のうち、光照射位置と光検出位置との距離が最も長い組の光照射位置と光検出位置の概中点を、前記吸収体濃度変化に対応する値の計測点として、前記吸収体濃度変化に対応する値、またはその時間波形を画像化する、
ことを特徴とする解析装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の解析装置であって、
表示部を更に備え、
前記表示部は、画像化された前記吸収体濃度変化に対応する値、またはその時間波形を表示する、
ことを特徴とする解析装置。
【請求項１２】
生体上の光照射位置から照射した光が生体内を伝播してきた光を、生体上の光検出位置において検出した検出信号を解析する解析部よる解析方法であって、
前記検出信号に基づき、生体上に、距離d1、及び距離d2離れて配置した光照射位置と光検出位置の組により測定された受光強度の対数値の変化量の差分値の、光照射位置・光検出位置間距離に対する傾き値を用いて、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値を求める、
ことを特徴とする解析方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の解析方法であって、
前記距離d1と前記距離d2が、前記生体の浅い部分における部分光路長が同じとみなすことができ、かつ、深い部分における部分光路長が前記光照射位置と前記光検出位置間の距離に比例する範囲にある、
ことを特徴とする解析方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の解析方法であって、
前記距離d1と前記距離d2は略１０ｍｍ〜５０ｍｍである、
ことを特徴とする解析方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の解析方法であって、
前記解析部は、
前記吸収体濃度変化に対応する値を求めるために使用した少なくとも２組の前記光照射位置と光検出位置の組のうち、光照射位置と光検出位置との距離が最も長い組の光照射位置と光検出位置の概中点を、前記吸収体濃度変化に対応する値の計測点として、前記吸収体濃度変化に対応する値、またはその時間波形を画像化する、
ことを特徴とする解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体光計測装置において、脳血液動態変化などの生体内部情報を精度良く測定・解析する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近赤外分光法（Near Infra- Red 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】
従来のNIRSを用いた脳機能計測では、ヒトの脳の表層付近の局所的血液動態変化を無侵襲的に観測するために、可視から赤外領域に属する波長の光を被検体に照射し、光照射位置から数cm離れた位置で被検体内部を通過した光量を測定し、修正ランバートベール式を用いてヘモグロビン濃度と光路長の積の変化量（以下、ΔCLと略す）を計測する。つまり、NIRS計測では、生体を透過して検出された光量変化が直接測定量であり、ΔCLが間接測定量である。臨床現場においてこの方法を用いて、言語機能や視覚機能などの計測が行われている。これらの技術に関する先行技術としては、以下の特許文献１−３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５３３６０９号公報
【特許文献２】特開昭５９−２０７１３１号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１２／００５３０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のNIRS計測ける光路長Lは、光照射位置・光検出位置間距離（以下、ＳＤ距離と略す）に依存するため、ΔCLもＳＤ距離に依存する。そのため、ＳＤ距離の異なる装置間で測定量が異なるという問題があった。逆に言えば、測定データを比較するためには、ＳＤ距離が同じになるように光照射位置・光検出位置を配置する必要があった。そのため、頭部形状や頭部寸法が異なる被験者間では脳の測定位置がずれるという課題があった。【０００６】
更に、光を頭皮上から照射するために、頭皮における皮膚血液動態変動の影響を受ける可能性があり、このような皮膚血流の成分を抽出・除去する方法が研究されている。例えば、特許文献１、２においては、複数のＳＤ距離で測定を実施し、長ＳＤ距離における計測信号から短ＳＤ距離における計測信号に適当な係数を乗じた値を引くことで、皮膚血液動態由来信号を除去している。また、特許文献３では、皮膚血液動態信号振幅と深部血液動態信号振幅のＳＤ距離依存性が異なることを利用してこれらを分離し、深部血液動態変化に由来する信号を得ている。いずれの方式においても、間接測定量はΔCLであり、信号振幅はＳＤ距離に依存するという課題は解決されていない。【０００７】
本発明の目的は、ＳＤ距離によらず深部血液動態変化に比例する値、すなわち生体内の吸収体濃度変化に対応する値を得ることが可能な生体光計測装置、解析装置並びにその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明においては、生体上の光照射位置に光を照射するための１つまたは複数の光照射器と、生体内を伝播してきた光を生体上の光検出位置において検出するための１つまたは複数の光検出器と、１つまたは複数の光検出器で得られる検出信号を解析するための解析部とを有し、解析部は、検出信号に基づき、生体組織表面上に、距離d1、及び距離d2離れて配置した光照射位置と光検出位置の組により測定された受光強度の対数値の変化量の差分値の、光照射位置・光検出位置間距離に対する傾き値を用いて、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値を求める生体光計測装置を提供する。【０００９】
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、生体上の光照射位置から照射した光が生体内を伝播してきた光を、生体上の光検出位置において検出した検出信号を解析するための解析部を有し、解析部は、検出信号に基づき、生体上に、距離d1、及び距離d2離れて配置した光照射位置と光検出位置の組により測定された受光強度の対数値の変化量の差分値の、光照射位置・光検出位置間距離に対する傾き値を用いて、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値を求める解析装置を提供する。【００１０】
更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、生体上の光照射位置から照射した光が生体内を伝播してきた光を、生体上の光検出位置において検出した検出信号を解析する解析部よる解析方法であって、検出信号に基づき、生体上に、距離d1、及び距離d2離れて配置した光照射位置と光検出位置の組により測定された受光強度の対数値の変化量の差分値の、光照射位置・光検出位置間距離に対する傾き値を用いて、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値を求める解析方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＳＤ距離によらずに深部の血液動態変化に比例した測定信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】各実施例に係る部分光路長とＳＤ距離の関係の一例を示す図である。
【図２】第１の実施例に係る、光照射位置と光検出位置の組の配置例の図である。
【図３】第１の実施例に係る、光照射位置と光検出位置の組の配置例の図である。
【図４】第１の実施例に係る、光照射位置と光検出位置の組の配置例の図である。
【図５】第１の実施例に係る、生体光計測装置の構成例を示す図である。
【図６】第３の実施例に係る、ΔCdeep[t]・L0を求めるための補助説明図である。
【図７】第３の実施例に係る、ΔCdeep[t]・L0を求めるための補助説明図である。
【図８】第４の実施例に係る、光照射位置と光検出位置と計測点の関係を示す図である。
【図９】第５の実施例に係る、ヒト計測のための光照射位置と光検出位置配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、各種の実施例を図面に従い順次説明する前に、本発明の原理を詳述する。図１は、ヒト頭部を模擬して灰色質（深部）の部分光路長３（Ｌdeep）と頭皮の部分光路長４（Ｌscalp）のＳＤ距離依存性を計算した一例を示す図である。同図の横軸はＳＤ距離ｄ（ｍｍ）を、縦軸は部分光路長を示す。
【００１４】
同図から明らかなように、深部の部分光路長３（Ｌdeep）は、Ｘ切片d0、傾きL0を持って線形に増加すると近似できるＳＤ距離の範囲１が存在する。また、頭皮の部分光路長４（Ｌscalp）は変化しないと近似できるＳＤ距離の範囲２が存在する。よって、ＳＤ距離の範囲１とＳＤ距離の範囲２が重なるＳＤ距離の範囲においては、ＳＤ距離dで測定された受光強度の時間変化をI[d,t]とおくと、時刻０を基点とした吸光度変化、即ち検出器の受光強度の対数値の変化量ΔA[d,t]は、修正ランバートベール式により数１のように書ける。
【００１５】
尚、ここでは本発明の原理の説明を簡単にするために、下記の数１は等吸収点波長を用いて総ヘモグロビンを計測する場合を例にした。２波長以上の光を用いて、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンを分光計測する場合については、実施例２にて説明する。
【００１６】
【数１】
2016103323.tif 000003
【００１７】
ここで、εは当該波長における総ヘモグロビンの分子吸光係数、ΔCdeep、ΔCscalpは、それぞれ深部および頭皮における総ヘモグロビン濃度変化を表す。
【００１８】
続いて、ＳＤ距離d1で測定したΔA[d1,t]とＳＤ距離d2で測定したΔA[d2,t]の差分値をとり、この差分値をＳＤ距離の差で割ると数２が得られる。
【００１９】
【数２】
2016103323.tif 000004
【００２０】
数２の右辺は、２つのＳＤ距離において、ある時刻における検出光量の対数値を基点として、各時刻における検出光量の対数値の変化量を測定し、長ＳＤ距離の計測によって得られた変化量から短ＳＤ距離の計測によって得られた計測量の差分ＳＤ距離に対する傾き値、すなわち生体内部の吸収体濃度変化に比例した値であるΔAdiff/Δｄをεで割ったものを示す。この新たな測定量は、深部ヘモグロビン濃度変化ΔCdeepとL0の積に比例し、皮膚血流の影響（ΔCscalp・Lscalp）は除去されている。また、L0はでLdeepのdに対する傾きであり、一定であると見なせるため、ＳＤ距離ｄには依存しない値である。但し、頭部の解剖学的構造と光学特性の分布に依存した光学的構造に依存する。なお、生体内部の吸収体濃度変化に比例した値は、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値と呼ぶことができる。
【００２１】
本発明の特徴は、ΔCdeepとL0の積を間接測定量とすることにある。ΔCdeepは濃度の次元を有するが、L0は傾きであり無次元量であるため、本測定量は濃度の次元を有する。また、数１において、ΔCdeep・L0をCdeepとL0の積の変化Δ（Cdeep・L0）と置き換えることができる。つまり、仮に頭部の光学的構造が変化した場合でも、それを含んだ量を間接測定量と考えるということである。
【００２２】
Ldeepが灰白質であるとした場合には、図１よりＳＤ距離の範囲１とＳＤ距離の範囲２が重なるＳＤ距離の範囲は、約１０mm以上約４０mm以下とすればよいことがわかる。但し、４０mmを５０mmとしても直線性が大きく損なわれるわけではないので、測定の許容精度によっては５０mm以下またはそれ以上とすることも可能である。ただ、ＳＤ距離を長くすると空間分解能や直接測定量の信号対雑音比が低下する。よって、実際の測定では、目的に応じてＳＤ距離を選択すればよく、略１０ｍｍ〜５０ｍｍが好ましいといえる。尚、数１では、ある１点の時刻０における検出光量の対数値を基準としたが、複数の時刻における検出光量の対数値の平均値を基準としてもよい。
【００２３】
以上説明した本発明の原理に基づく、本発明の生体光計測装置の好適な態様は下記の構成となる。すなわち、本発明の生体光計測装置は、被検体に光を照射するための１つまたは複数の光照射器と、１つまたは複数の光照射器から被検体上の光照射位置に照射され、被検体内を伝播してきた光を被検体上の光検出位置において検出するための１つまたは複数の光検出器と、１つまたは複数の光検出器で得られる信号を解析するための解析部とを有し、光照射器と光検出器の各々は被検体上に配置され、照射位置と検出位置間の距離として定義されるＳＤ距離が少なくとも短長２種以上であって、かつ、これらのＳＤ距離は、深部における部分光路長がＳＤ距離に対して線形増加すると近似できる範囲の値を有し、解析部は、長ＳＤ距離の光照射器と光検出器を用いて検出した信号の対数値と、短ＳＤ距離の光照射器と光検出器を用いて検出した信号の対数値の差分をとり、長ＳＤ距離と短ＳＤ距離の差で除する処理を行い、ＳＤ距離ｄに対する傾き値（ΔAdiff/Δd）を計算し、得られた傾き値を用いて、深部血液動態変化に比例した間接測定信号（ΔCdeep・L0[t]）を求める。そして、この間接測定信号を時間波形や画像として表示部に表示し、更には記憶部に保存する。
【００２４】
以下、図面に従い、上述した本発明の種々の実施形態を順次説明する。
【実施例１】
【００２５】
実施例１は、生体上の光照射位置に光を照射するための１つまたは複数の光照射器と、生体内を伝播してきた光を生体上の光検出位置において検出するための１つまたは複数の光検出器と、１つまたは複数の光検出器で得られる検出信号を解析するための解析部とを有し、解析部は、検出信号に基づき、生体組織表面上に、距離d1、及び距離d2離れて配置した光照射位置と光検出位置の組により測定された受光強度の対数値の変化量の差分値の、ＳＤ距離に対する傾き値を用いて、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値として、生体内部の吸収体濃度変化に比例した値を求める生体計測装置、解析装置、及び方法の実施例である。【００２６】
まず、図２から図４に、実施例１に係る生体光計測装置の光照射器と光検出器を使って、生体内部の吸収体濃度変化に対応する値であるΔAdiff/Δdを計算するために組として用いる光照射位置と光検出位置の配置例を示す。図２では、第１の光照射位置１２と光１の光検出位置１３がＳＤ距離d1で配置されて対を形成しており、第２の光照射位置１６と光１の光検出位置１４がＳＤ距離d2で配置されて対を形成している。【００２７】
図３では、光照射位置１２は第１の光検出位置１３と第２の光検出位置１４の両方と対を形成している。つまり、光照射位置１２から照射された光は第１の光検出位置１３と第２の光検出位置１４の両方で検出される。逆に、図４では、第１の光照射位置１２と第２の光照射位置１６から別々に照射された光が１個の光照射位置１２で検出されている。【００２８】
図２から図４で示したように、光照射位置と光検出位置が直線に配置されることが望ましいが、血液動態変化がほぼ一定とみなせる領域では、異なる方向に配置されたＳＤ距離の異なる光検出位置を用いることもできる。【００２９】
図５に、実施例１の生体光計測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において、装置本体２０に含まれる１つまたは複数の光照射器である光源１０１から照射される光３０を、導波路４０を介して、生体、すなわち被検者１０に入射させる。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。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。図５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。【００３０】
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。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。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の制御を行なう。【００３１】
図５に示した生体光計測装置の制御部１０６、入力部１０７、記憶部１０８、表示部１０９、解析部１１０は、例えばパーソナルコンピュータ（PC）等の通常の計算機構成で実現できることは言うまでない。特に、制御部１０６や解析部１１０は、PCの中央処理部（CPU）におけるプログラム実行で構成でき、記憶部１０８には、計測或いは算出された各種のデータが記憶されると共に、制御部１０６、解析部１１０の機能を実現する各種のプログラムを記憶することができる。【００３２】
さて、CPU等で実現可能な解析部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、以下の演算により、深部の酸素化ヘモグロビンと深部の脱酸素化ヘモグロビンについて、それぞれ、(ΔCoxyL0)deepと(ΔCdeoxyL0)deepを求める。光源１０１の出力として、２つの波長λ1とλ2を用いた場合、数２は以下のように表すことができる。【００３３】
【数３】
2016103323.tif 000005
【００３４】
ここでそれぞれのパラメータの下付のoxy、deoxyは、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンに相当するパラメータであることを表し、εの上付のλ1、λ2はそれぞれの波長におけるヘモグロビン分子吸光係数を表す。数３をΔCdeepL0について解くと、数４が得られる。【００３５】
【数４】
2016103323.tif 000006
【００３６】
数４の右辺の右側の行列が、２波長計測の場合に用いられるべきΔAdiff/Δdを要素とする行列である。数４は、上述した等吸収点波長を用いた場合の数２に対応する式である。【００３７】
ここでは、制御部１０６は光源１０１の駆動、光検出器１０２のゲイン制御、アナログ−デジタル変換器１０５からの信号処理を全て行うことを想定して記述したが、それぞれ別個の制御部を有し、さらにそれらを統合する手段を有することでも同機能を実現できる。また、また、ここでは、デジタル変換した後に演算を行ったが、対数増幅器や差動増幅器を用いてアナログ的に演算してもよい。また、ここでは光源１０１および光検出器１０２と被験者１０の間は光導波路４０を用いて光を伝播させたが、光源や検出器を直接、生体に接触させる構成としてもよい。【００３８】
本実施例では、２波長の光源を用いた場合について説明したが、１波長の場合、３波長以上の場合についても同様な演算が可能である。また、本実施例は一つの組についての説明であったが、従来の装置と同様に、複数の組について測定を実施し、画像化してもよい。また、本実施例では、１個の光照射器に対して複数の光検出器がある場合について説明したが、１個の光検出器に対して複数の光照射器を用いる構成としても良い。また、組の間で光照射器と光検出器を共有することなく、ＳＤ距離が異なる複数の組を用いても構わない。但し、組間で光照射器と光検出器を共有することにより、部品数の低減が可能となる。【００３９】
光照射器の出力光量が時間変化する場合、それをI0[t]とし、従来の間接測定量ΔCLを用いて数１を記述すると以下の式が得られる。【００４０】
【数５】
2016103323.tif 000007
【００４１】
光照射器の出力光量が時間変化する場合は、数５の右辺第１項と第２項が存在するために、ΔCLの変化として計測されてしまうことがわかる。よって、従来装置では、光源の出力光量を安定化させるための制御手段、つまり、出力光量の一部を検出して負帰還制御をかける回路などが必要であった。本実施例で特に一つの光照射器に対して複数の光検出器を用いる構成とした場合には、例え数５のように照射光量変化があっても、ΔA[d1,t]とΔA[d2,t]の差をとることにより、照射光量の項（I0[0]およびI0[t]）が消えて、数２が得られる。これは、本実施例の特徴である、間接測定量ΔCdeep・L0は照射光強度が変動してもその影響を受けないことを意味する。よって、一つの光照射器に対して複数の光検出器を用いる構成とすることにより、光源出力の雑音や揺らぎを打ち消すことができ、計測精度が向上する上、従来必要であった光源の出力光量を安定化する制御手段が不要となり、装置の小型化、低コスト化が可能になるという効果がある。【００４２】
本実施例によれば、ＳＤ距離によらずに深部の血液動態変化に比例した測定信号を得ることができるため、光照射手段や光検出手段として通常使用される光ファイバや光学素子を厳密な距離で配置する必要がなくなり、また、配置の自由度が高くなる。よって、被験者の頭部寸法や頭部形状によらず、計測すべき脳の位置にあわせた配置を提供することができる。さらに、ＳＤ距離の異なる装置または測定条件間で測定結果を比較することができるという効果もある。
【実施例２】
【００４３】
次に、実施例２として、３種類以上のＳＤ距離において測定した検出信号を用いる生体光計測装置について実施例について説明する。実施例１では、異なる２つのＳＤ距離d1およびd2において測定した検出信号を用いた。本実施例では、３種類以上のＳＤ距離の場合でも同様に配置することができることを示す。【００４４】
３つのＳＤ距離d1、d2、d3を組として用いた場合の演算について述べる。一つの光照射器につきＳＤ距離d1、d2、d3の位置に光検出器を３個配置する。これらの３個の光検出器のうち２個の組み合わせは、d1-d2、d2−d3、d1−d3の３種類であるので、それぞれの副次的組について、３つのΔAdiff[t]／Δdが得られる。これら３つの平均値を、当該組の測定値ΔCdeep[t]・L0とする。これにより、測定誤差を減らすことができる。ここでは、３つのＳＤ距離について説明したが、４つ以上のＳＤ距離を組として用いた場合でも同様に計算することができる。ここで、それぞれの副次的組のΔdは同じ値でもよいし、異なる値でもよい。また、複数の組がある場合、それぞれの組のΔdは同じ値でもよいし、異なる値でもよい。
【実施例３】
【００４５】
本実施例では、３個のＳＤ距離d1、d2、d3を組として用いた場合の別の演算について述べる。図６に示すようにそれぞれの時刻ｔごとに、dを横軸とし、ΔAdiffを縦軸としたグラフ上に３つのＳＤ距離における測定値をプロットして、線形回帰によりその傾き（ΔAdiff/Δd）を求め、これをεで除した値を当該組の測定値ΔCdeep[t]・L0とする。この場合も、実施例３と同様に測定誤差を低減する効果がある。図６では、d1、d2、d3が異なる場合が描かれているが、図７に示すようにその一部が同じ値（d2=d3）を有しても構わない。また、４つ以上のＳＤ距離を組として用いた場合でも同様に計算することができる。
【実施例４】
【００４６】
実施例４として、生体光計測装置において、解析部等で計測された測定値を好適に画像化する方法の実施例を説明する。図８は、上述したΔCdeep・L0の測定値を画像化する方法について説明するための図である。同図において、光照射器１２からＳＤ距離d1、d2、d3だけ離れた位置に光検出器1３、１４、１５が配置され、破線で囲まれた４個の組を形成している。図８は、光検出器１４を他の光検出器と同じ直線上に配置せず、異なる光照射器からの距離が同じになるようにして組間で共有することにより、光検出器の数を減らしている例である。組内の光照射位置と光検出位置の間の領域では、皮膚血液動態も脳血液動態もそれぞれ均一であるとしているため、ΔAdiffは光照射位置とそこから最も遠い光検出位置の間の情報を反映しているとみなせる。【００４７】
そこで、組内でＳＤ距離の最も長い光検出位置と光照射位置との略中点を、当該組の計測点４０１として代表させることができる。このようにして組毎に得られた計測点（＋の交差点）における測定値ΔCdeep・L0を、図５で示したCPU等で実現される解析部１１０のプログラム処理において、必要に応じて計測点間を補間して、従来と同様に画像表示する。ここで、計測点４０１と光検出器１４の位置が重なっているが、これは光検出器１５が光照射器１２と光検出器１３の中点に配置された場合について図示したためであり、光検出器１５は必ずしも当該中点に配置される必要はなく、その場合には計測点４０１と光検出器１５の位置は一致しない。
【実施例５】
【００４８】
実施例５として、生体光計測装置の光照射器と光検出器の好適な配置に関する実施例を説明する。なお、生体光計測装置本体の構成は、上述した他の実施例と同じ構成であるので、ここでは説明を省略する。【００４９】
図９に示すように、本実施例の光照射器１２と光検出器１３，１４は伸縮性のある機構または部材でできた保持部５０１で結合されており、被験者の頭部形状に応じて保持部５０１が伸縮することにより、ＳＤ距離が伸縮して配置される。そして、保持部５０１に取り付けられたマーカ５０２を被験者の鼻根に位置あわせし、後頭結節に図示を省略した、同じく保持部５０１に取り付けられた別のマーカを合わせることにより、被験者の頭部形状に沿って頭周を分割した位置に光照射位置と光検出位置を配置することができる。外的指標としては、一般に鼻根や後頭結節の他に、耳朶や正中中心部などが用いられる。【００５０】
従来の装置では、ＳＤ距離を一定とするために光照射位置と光検出器位置は距離が変わらないように伸縮性のない部材で結合されていた。そのため、頭部の大きさや形状が異なる被験者では、計測位置がずれることにより計測される脳領野がずれるので、光照射位置と光検出位置と被験者頭部の外的指標の相対的位置関係を別に測定して、計測される脳領野を推定するという追加作業がなされることがあった。【００５１】
それに対し、本実施例の装置ではＳＤ距離を一定とする必要がないため、被験者頭部形状に対して相対的位置に光照射位置や光検出器位置を配置することができる。脳の領野の位置は、被験者頭部の外的指標との相対的位置で推定できるため、本実施例の構成によれば、計測位置が脳のどの領野に相当するかを容易に推定できるという効果がある。更に、外的指標を基にして計測位置を標準化することにより、被験者の頭部形状によらず同じ相対位置で得られた測定データを比較、演算することができるという効果もある。【００５２】
また、脳波との同時計測において、脳波は外的指標を基準にした相対位置に計測位置を配置するのに対し、NIRSの光プローブはＳＤ距離を固定した絶対位置への配置が必要となるため、脳波電極と光プローブの配置位置が干渉して配置が困難になる上、被験者毎に脳波とNIRSの計測位置の位置関係がずれるという問題があった。光照射位置や光検出器位置の配置を、脳波電極配置に一般的に使用される国際１０-２０法などと同じ、またはこれらに準拠することにより、前記干渉を防ぐことができ、脳波とNIRSの同時計測が容易になるという効果がある。本実施例では頭部を一周する光照射位置や光検出器位置の配置について説明したが、頭部全体、或いは頭部の部分的な計測においても同様に光照射位置や光検出器位置の配置を構成することができる。【００５３】
なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。【００５４】
また、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、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【００５５】
更に、上述した各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いし、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成することによりソフトウェアで実現しても良いことは言うまでもない。また、本明細書では、まず、異なるＳＤ距離において計測した吸光度の差を計算した後に、修正ランバートベール式を用いてΔCdeep・L0を求めているが、まず、それぞれのＳＤ距離において計測した吸光度から修正ランバートベール式を用いてΔC・Lを求めた後に、それらの差を演算することによりΔCdeep・L0を求めてもよい。例えば、ＳＤ距離がｄ１とｄ２の場合には、
数６のように表される。【００５６】
【数６】
2016103323.tif 000008
【符号の説明】
【００５７】
１  灰白質の部分光路長が線形の範囲
２  頭皮の部分光路長が一定の範囲
３  灰白質の部分光路長
４  頭皮の部分光路長
１０  被検者
１２、１６  光照射位置
１３、１４、１５：光検出位置
２０  装置本体
３０  光
４０  光導波路
５０  光照射器
６０、１０２  光検出器
１０１  光源
１０３  光源駆動装置
１０４  増幅器
１０５  アナログ−デジタル変換器
１０６  制御部
１０７  入力部
１０８  記憶部
１０９  表示部
１１０  解析部
４０１  計測点
５０１  保持部
５０２  マーカ
【図１】
2016103323.tif 000009
【図２】
2016103323.tif 000010
【図３】
2016103323.tif 000011
【図４】
2016103323.tif 000012
【図５】
2016103323.tif 000013
【図６】
2016103323.tif 000014
【図７】
2016103323.tif 000015
【図８】
2016103323.tif 000016
【図９】
2016103323.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月25日(2017.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図３では、光照射位置１２は第１の光検出位置１３と第２の光検出位置１４の両方と対を形成している。つまり、光照射位置１２から照射された光は第１の光検出位置１３と第２の光検出位置１４の両方で検出される。逆に、図４では、第１の光照射位置１２と第２の光照射位置１６から別々に照射された光が１個の光検出位置１３で検出されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
本実施例では、３個のＳＤ距離d1、d2、d3を組として用いた場合の別の演算について述べる。図６に示すようにそれぞれの時刻ｔごとに、dを横軸とし、ΔAdiffを縦軸としたグラフ上に３つのＳＤ距離における測定値をプロットして、線形回帰によりその傾き（ΔAdiff/Δd）を求め、これをεで除した値を当該組の測定値ΔCdeep[t]・L0とする。この場合も、実施例２と同様に測定誤差を低減する効果がある。図６では、d1、d2、d3が異なる場合が描かれているが、図７に示すようにその一部が同じ値（d2=d3）を有しても構わない。また、４つ以上のＳＤ距離を組として用いた場合でも同様に計算することができる。
【国際調査報告】
2016103323.tif 000018
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