(57)【要約】【課題】  測定データと脳の測定部位との関係を用いることにより、精度を向上させる脳機能データ制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】  送光プローブ１２と受光プローブ１３とを有する送受光部１１と、送光プローブ１２は頭蓋表面に光を照射するとともに、受光プローブ１３は頭蓋表面から放出される光を検出するように制御することで、測定データを得る送受光部制御手段４とを備える光計測装置と、出力信号の種類を決定するための設定データを記憶する設定データ記憶部５４と、頭蓋表面と脳表面とを含む被検体を示す形態画像データを取得する形態画像データ取得手段３２と、形態画像データにより、３次元形態画像の画像表示を行う形態画像表示手段３３と、３次元形態画像に基づいて、測定データが得られる脳座標位置を算出する脳座標位置算出手段３５と、測定データと、設定データと、脳座標位置とに基づいて、出力信号の種類を決定する演算手段３８とを具備することを特徴とする。【選択図】図１
2008067904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の頭蓋表面に配置される少なくとも一つの送光プローブと、当該頭蓋表面に配置される少なくとも一つの受光プローブとを有する送受光部と、
前記送光プローブは前記頭蓋表面に光を照射するとともに、前記受光プローブは前記頭蓋表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する測定データを得る送受光部制御手段とを備える光計測装置を具備する脳機能データ制御装置であって、
出力信号の種類を決定するための設定データを記憶する設定データ記憶部と、
画像表示が行われる表示装置と、
入力装置と、
頭蓋表面と脳表面とを含む被検体を示す形態画像データを取得する形態画像データ取得手段と、
前記形態画像データにより、頭蓋表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像の画像表示を行う形態画像表示手段と、
前記３次元形態画像で、前記被検体の頭蓋表面に配置された送光プローブの位置と受光プローブの位置とに対応する位置が入力装置で指定されることにより、前記３次元形態画像に基づいて、前記測定データが得られる脳座標位置を算出する脳座標位置算出手段と、
前記測定データと、前記設定データと、前記脳座標位置とに基づいて、出力信号の種類を決定する演算手段とを具備することを特徴とする脳機能データ制御装置。
【請求項２】
前記演算手段で決定された出力信号を外部装置に出力する出力手段と、
前記出力信号が入力され、入力された出力信号の種類に応じて動作する外部装置とを具備することを特徴とする請求項１に記載の脳機能データ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光生体計測法を用いた脳機能データ制御装置に関し、さらに詳細には、出力信号を外部装置へ出力することにより、外部装置の種々の制御を行う脳機能データ制御装置に関する。詳しくは、キーボード、マウス、ハンドル等を用いずに外部装置を制御する脳機能データ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘモグロビンは、酸素と結合してオキシヘモグロビンとなり、一方、酸素と離れてデオキシヘモグロビンとなることにより、血液中で酸素を運搬する役割を果たしている。血液中に含まれるヘモグロビンの量は、血管の拡張・収縮に応じて増減するため、ヘモグロビンの量を測定することによって、血管の拡張・収縮を検出することが知られている。
そこで、ヘモグロビン濃度が生体内部の酸素代謝機能に対応することを利用することにより、光を用いて生体内部を簡便に無侵襲で測定する生体計測方法が知られている。ヘモグロビン濃度は、可視光から近赤外領域までの波長の光を生体（被検体）に照射することにより、生体を透過して得られる光の量から求められる。
【０００３】
また、脳内では、血流再配分作用によって活性化している部位には必要量以上の酸素供給が行われ、酸素と結合したオキシヘモグロビンの量が増加している。つまり、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの量を測定することにより、脳活動の観察に応用することができることになる。オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとは、可視光から近赤外領域にかけて異なる分光吸収スペクトル特性を有しているので、例えば、近赤外光を用いてオキシヘモグロビン濃度及びデオキシヘモグロビン濃度を求めることができる。
【０００４】
そこで、近年、非侵襲で脳活動を測定することができるものとして、例えば、近赤外分光分析計（以下、ＮＩＲＳと略す）等が利用されている（例えば、特許文献１参照）。
ＮＩＲＳは、被検体の頭蓋表面上に配置した送光プローブにより、脳に近赤外光を照射するとともに、頭蓋表面上に配置した受光プローブにより、脳から放出された近赤外光の光量を検出するものである。近赤外光は、皮膚組織や骨組織を透過し、かつ、血液中のオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビンにより吸収される。よって、ＮＩＲＳを用いることにより、脳の測定部位のオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、さらにはこれらから算出される全ヘモグロビン濃度を求めることができる。また、ＮＩＲＳで全ヘモグロビン濃度の時間的な変化から脳活動を測定することにより、得られた脳活動データ（賦活データともいう）に平均化処理等の画像処理、マッピングを実行させて画像化することも行われている。
【０００５】
一方、ゲーム機等の外部装置を動作させるために、キーボードやマウスやハンドル等の種々の入力装置を用いて外部装置を制御することが行われている。しかし、このようなヒトが手足で操作するような入力装置は、ゲーム機における臨場感を低減させたり、身体障害者等が操作するには困難であったりした。そこで、脳活動を測定することにより、ヒトと外部装置とのインターフェースに用いられるブレインコンピュータインターフェース（以下、「ＢＣＩ」ともいう）の研究がなされている。例えば、脳活動データを測定しながら、予めパターン認識されて記憶された設定データと当該脳活動データとを照合することで、外部装置を制御する脳機能データ制御装置が提案されている。このような脳機能データ制御装置を用いることにより、身体障害者が手足を用いることなく外部装置を制御することも可能であり、身体障害者の社会参加への貢献も期待されている。
【特許文献１】特開２００１−３３７０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、測定部位が脳であるが、脳の外側には頭蓋が存在するので、脳の位置を確認しながら、送光プローブ及び受光プローブの取付位置を決めることはできない。そのため、脳の位置を基準にして送光プローブ及び受光プローブの位置を決めるのではなく、頭蓋表面に設定した基準点を基にして送光プローブ及び受光プローブの取付位置を決めている。頭蓋表面に設定された基準点としては、例えば、国際１０−２０法が発表されている。
【０００７】
ここで、国際１０−２０法について説明する。図１１は、国際１０−２０法での取付位置を示す図である。国際１０−２０法では、まず、鼻根（ＮＡＳＩＯＮ）と後頭極（ＩＮＩＯＮ）とを結ぶ矢状中央線を引き、矢状中央線を１０等分する。なお、矢状中央線の中点を頭頂（ｖｅｔｅｘ）とする。また、鼻根から左の耳介前点を通り後頭極まで頭蓋周線を引くとともに、鼻根から右の耳介前点を通り後頭極まで頭蓋周線を引き、それぞれ両側の頭蓋周線を１０等分する。続いて、頭頂を中心とし、半径が矢状中央線の１／１０ずつ小さくなる同心円を４個描く。さらに、頭蓋周線を１０等分した各点と頭頂とを結ぶ線分を引くことにより、国際１０−２０法に係る座標を作成する。
【０００８】
次に、脳の各部位と脳機能とについて説明する。図１２は、ヒトの脳の大脳皮質の一例を示す図である。便宜上、脳は、前頭葉７１と、頭頂葉７２と、後頭葉７３と、側頭葉７４との４つの部分に分けられる。なお、シルビウス溝７７が、側頭葉７４と他の部位とを分けている。また、中心溝７８が、前頭葉７１と頭頂葉７２とを分離している。さらに、頭頂葉７２と後頭葉７３とは、図示していない角回と呼ばれる部分によって分けられる。
【０００９】
運動の指令を体の各部へ発信する運動野７５は、中心溝７８の前にあり、かつ、前頭葉７１の一部分を占める。また、触覚、痛覚、圧覚等の体性感覚を認識する体性感覚野１６は、中心溝７８の後ろにあり、かつ、頭頂葉７２の一部分を占める。そして、視覚野８０は、後頭葉７３の後ろの一部分にある。聴覚野７９は、側頭葉７４の一部分を占める。さらに、運動性言語中枢８１は、前頭葉７１の一部分を占める。
【００１０】
しかしながら、送光プローブ及び受光プローブの取付位置を国際１０−２０法に基づく位置に配置して脳活動を測定しても、脳の部位のうちのどの部位の脳活動が測定されているかわからないまま、上述したような脳機能データ制御装置で予めパターン認識されて記憶された設定データ（トレンドグラフ、平面マップ等）と脳活動データとを照合しているので、精度に問題があり、身体障害者が外部装置を制御するためのインターフェースにするには至っていない。
また、脳の解剖学的構造には個人差があり、脳の形状が各人で違っているにもかかわらず、送光プローブ及び受光プローブの取付位置を国際１０−２０法に基づく位置に配置して脳活動を測定すると、測定したい脳の部位の脳活動が測定されていないという問題も生じていた。
【００１１】
そこで、本発明は、脳活動（測定データ）と脳の測定部位との関係を用いることにより、精度を向上させる脳機能データ制御装置を提供することを目的とする。
【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なされた本発明の脳機能データ制御装置は、被検体の頭蓋表面に配置される少なくとも一つの送光プローブと、当該頭蓋表面に配置される少なくとも一つの受光プローブとを有する送受光部と、前記送光プローブは前記頭蓋表面に光を照射するとともに、前記受光プローブは前記頭蓋表面から放出される光を検出するように制御することで、脳活動に関する測定データを得る送受光部制御手段とを備える光計測装置を具備する脳機能データ制御装置であって、出力信号の種類を決定するための設定データを記憶する設定データ記憶部と、画像表示が行われる表示装置と、入力装置と、頭蓋表面と脳表面とを含む被検体を示す形態画像データを取得する形態画像データ取得手段と、前記形態画像データにより、頭蓋表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像の画像表示を行う形態画像表示手段と、前記３次元形態画像で、前記被検体の頭蓋表面に配置された送光プローブの位置と受光プローブの位置とに対応する位置が入力装置で指定されることにより、前記３次元形態画像に基づいて、前記測定データが得られる脳座標位置を算出する脳座標位置算出手段と、前記測定データと、前記設定データと、前記脳座標位置とに基づいて、出力信号の種類を決定する演算手段とを具備するようにしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の脳機能データ制御装置によれば、被検体の頭蓋表面と脳表面とを示す３次元形態画像により、頭蓋表面と脳表面との位置関係を正確に認識することができる。さらに、３次元形態画像で、被検体の頭蓋表面に配置された送光プローブの位置と受光プローブの位置とに対応する位置を指定することにより、測定データが得られる脳座標位置を、例えばタライニック座標やＭＮＩ（エムニ）座標で算出させるので、演算手段は、同じ脳座標位置での測定データと設定データとを比較して、出力信号の種類を決定することができ、その結果、決定する出力信号の種類の精度を向上させることができる。
また、頭蓋表面と脳表面との位置関係を示す３次元形態画像の画像表示を行うので、脳の解剖学的構造に個人差があるにもかかわらず、測定したい脳の部位の脳活動を測定することができるようにもなる。これによっても、出力信号の種類の精度を向上させることができる。
【００１４】
（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明の脳機能データ制御装置は、前記演算手段で決定された出力信号を外部装置に出力する出力手段と、前記出力信号が入力され、入力された出力信号の種類に応じて動作する外部装置とを具備するようにしてもよい。
本発明の脳機能データ制御装置によれば、ヒトが手足で操作するような入力装置を用いず、外部装置を動作できるので、ゲーム機等における臨場感を低減させることもない。また、身体障害者が外部装置を操作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である脳機能データ制御装置の構成を示すブロック図である。脳機能データ制御装置１は、送受光部１１と、発光部２と、光検出部３と、脳機能データ制御装置１全体の制御を行う制御部（コンピュータ）２０と、出力信号の種類に応じて動作する外部装置１００とにより構成される。脳機能データ制御装置１においては、局在化している脳活動を光で計測し、計測された情報に基づいて外部装置１００へ出力信号を送信するものとする。ここでは、出力信号の種類を決定するために、光で計測されるオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の値を利用する。
【００１７】
また、図２は、脳機能データ制御装置１により画像表示されたモニタ画面２３ａの一例を示す図である。モニタ画面２３ａには、頭蓋表面画像２４ａと、脳表面画像２４ｂと、３６個の測定点Ｍ１〜Ｍ３６との位置関係を示す３次元形態画像２４ｄの画像表示が行われている。さらに、ポインタ２４ｃの画像表示が行われている。なお、頭蓋表面画像２４ａは、半透明で画像表示されている。
さらに、図３は、送受光部１１と測定点Ｍ１〜Ｍ３６との関係を示す平面図である。ここで、後述するように、送光プローブ１２及び受光プローブ１３が配置される面（頭蓋表面）と、測定点Ｍ１〜Ｍ３６を含む面（脳表面）とは異なる面となる。
【００１８】
送受光部１１は、図３に示すように、１２個の送光プローブ１２ａ〜１２ｌと１２個の受光プローブ１３ａ〜１３ｌとを有し、送光プローブ１２ａ〜１２ｌと受光プローブ１３ａ〜１３ｌとが行方向及び列方向に交互となるように正方格子状に配置された半球状のものである。なお、送光プローブ１２と受光プローブ１３との間の最短距離は、３０ｍｍである。また、１２個の送光プローブ１２ａ〜１２ｌは、光を出射するものであり、一方、１２個の受光プローブ１３ａ〜１３ｌは、光の量を検出するものである。
【００１９】
発光部２は、コンピュータ２０から入力された駆動信号により１２個の送光プローブ１２ａ〜１２ｌのうちから選択される１個の送光プローブに光を送光する。上記光としては、近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍとの２波長光）が用いられる。
光検出部３は、１２個の受光プローブ１３ａ〜１３ｌで受光した近赤外光（例えば、７８０ｎｍと８５０ｎｍとの２波長光）を個別に検出することにより、１２個の受光信号（測定データ）をコンピュータ２０に出力する。
【００２０】
外部装置１００は、コンピュータ２０からの出力信号に基づいて制御されるものであれば、特に限定されないが、本実施形態では、手や指が本物と同様の動きをするヒトの腕の形状をした義手であり、出力信号の種類に基づいて、グー、チョキ、パーを示す動作をするものとする。
【００２１】
コンピュータ２０においては、ＣＰＵ２１を備え、さらに、メモリ２５と、モニタ画面２３ａ等を有する表示装置２３と、入力装置２２であるキーボード２２ａやマウス２２ｂとが連結されている。
また、ＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、発光部２及び光検出部３を制御する送受光部制御手段４と、ポインタ表示制御手段３６と、形態映像データ取得手段３１と、形態画像データ取得手段３２と、形態画像表示手段３３と、脳座標位置算出手段３５と、脳活動画像表示手段３７と、設定データ登録手段４０と、演算手段３８と、出力手段３９とを有する。
また、メモリ２５は、受光信号（測定データ）を記憶する測定データ記憶部５２と、送受光部１１の制御形態を定める制御テーブルを記憶する制御テーブル記憶部５１と、形態映像データ、頭蓋表面形態画像データ、脳表面形態画像データ、３次元形態画像データ等を記憶する画像データ記憶部５３と、出力信号の種類を決定するための設定データを記憶する設定データ記憶部５４とを有する。
【００２２】
制御テーブル記憶部５１は、送光プローブ１２の位置と受光プローブ１３の位置との組合せを定める複数の制御テーブルを記憶する。例えば、表１に示すように、第一制御テーブル（ＣＨ１）では、送光プローブ１２ａに光を送光させるとともに、検出した受光プローブ１３ａ、１３ｄのそれぞれの受光信号を個別に取得させる。このように、１２個の送光プローブ１２ａ〜１２ｌのうちから選択される１個の送光プローブに対して、それぞれ１個の制御テーブルが割り当てられている。よって、制御テーブル記憶部５１は、１２個の制御テーブルを記憶する。
【００２３】
【表１】
2008067904.tif 000003
【００２４】
設定データ記憶部５４は、外部装置１００への出力信号の種類を決定するための設定データを記憶する（表２参照）。例えば、後述するように、被検体が出力信号の種類に対応する動作を行ったときに、各脳座標位置における、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の値を算出することにより、特徴がある脳座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）におけるオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の閾値と、出力信号の種類との対応付けを行い、出力信号の種類に対応する動作を行う設定データとして記憶させる。これにより、同じ脳座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）において、記憶されている設定データの閾値と、測定される測定データの値とを比較して、測定データの値が設定データの閾値より高くなった脳座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）が活性化していると判定させることにより、その脳座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）に対応する出力信号の種類を外部装置１００へ送信するように決定させることができるようになる。なお、脳座標位置は、タライニック座標やＭＮＩ（エムニ）座標で示される値である。
【００２５】
【表２】
2008067904.tif 000004
【００２６】
送受光部制御手段４は、発光部２に駆動信号を出力する発光制御手段４２と、光検出部３からの受光信号（測定データ）を受けることにより受光信号（測定データ）を測定データ記憶部５２に記憶させる光検出制御手段４３とを有する。
【００２７】
発光制御手段４２は、制御テーブルに基づいて、送光プローブ１２に光を送光する駆動信号を発光部２に出力する制御を行うものである。例えば、まず、第一制御テーブル（ＣＨ１）に基づいて、送光プローブ１２ａに光を０．１５秒間送光させ、次に、第二制御テーブル（ＣＨ２）に基づいて、送光プローブ１２ｂに光を０．１５秒間送光させるように、第一制御テーブル（ＣＨ１）から第十二制御テーブル（ＣＨ１２）まで順番に実行する駆動信号を発光部２に出力する。つまり、最終的には、１２個全ての送光プローブ１２ａ〜１２ｌから光を送光することになる。
【００２８】
光検出制御手段４３は、光検出部３からの受光信号を受けることにより、１２個の受光プローブ１３ａ〜１３ｌから検出された１２個の測定データを測定データ記憶部５２に記憶させる制御を行うものである。つまり、１個の送光プローブから光が送光されるごとに、１２個の測定データが測定データ記憶部５２に記憶されることになる。
【００２９】
ポインタ表示制御手段３６は、モニタ画面２３ａにポインタ２４ｃの画像表示を行うとともに、マウス２２ｂから出力された入力信号に基づいて、モニタ画面２３ａに画像表示されたポインタ２４ｃを移動したり、ポインタ２４ｃで位置を指定したりする制御を行うものである。
【００３０】
形態映像データ取得手段３１は、核磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩと略す）により作成された形態映像データを取得するとともに、形態映像データを画像データ記憶部５３に記憶させる制御を行うものである。なお、ＭＲＩは、図４に示すような３方向の２次元画像を示す形態映像データを作成するものである。ここで、形態映像データとは、頭蓋表面と脳表面とを含む被検体を示すものであり、ＭＲ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルから構成されるもののことをいう。
【００３１】
形態画像データ取得手段３２は、画像データ記憶部５３に記憶された形態映像データに基づいて、頭蓋表面を示す形態映像データを抽出することにより、頭蓋表面形態画像データを取得し、かつ、脳表面を示す形態映像データを抽出することにより、脳表面形態画像データを取得するとともに、頭蓋表面形態画像データと脳表面形態画像データとを画像データ記憶部５３に記憶させる制御を行うものである（図５参照）。
上述した抽出する方法としては、例えば、ＭＲ信号の強度情報や位相情報等の数値を有する複数のピクセルを用いることにより、領域拡張法、領域併合法、ヒューリスティック法等の画像領域分割方法、境界要素を連結して領域を抽出する方法、閉曲線を変形させて領域を抽出する方法等を利用する方法等が挙げられる。このように形態映像データを抽出することにより、頭蓋表面形態画像データ及び脳表面形態画像データを取得するので、鮮明な画像データを取得することができる。
【００３２】
形態画像表示手段３３は、画像データ記憶部５３に記憶された頭蓋表面形態画像データと脳表面形態画像データとを合成することにより、頭蓋表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとの位置関係を示す３次元形態画像２４ｄの画像表示をモニタ画面２３ａに行う制御を行うものである。なお、頭蓋表面画像２４ａは、半透明で画像表示される（図２参照）。このとき、画像表示された頭蓋表面形態画像データと脳表面形態画像データとに基づいて、脳座標系（例えば、タライニック座標やＭＮＩ（エムニ）座標等）を用いて、３次元形態画像２４ｄを画像データ記憶部５３に記憶させることになる。
【００３３】
脳座標位置算出手段３５は、モニタ画面２３ａに画像表示された頭蓋表面画像２４ｂの所定の位置がポインタ２４ｃで指定されることにより、頭蓋表面画像２４ｂに送光プローブ及び受光プローブの配置位置と定めるとともに、算出される測定点Ｍ１〜Ｍ３６の画像表示をモニタ画面２３ａに行う制御を行うものである（図２参照）。このとき、図６に示すように、送光プローブの位置Ｔと受光プローブの位置Ｒとを頭蓋表面画像に沿って最短距離で結んだ線の中点から、送光プローブの位置Ｔと受光プローブの位置Ｒを頭蓋表面画像に沿って最短距離で結んだ線の距離の半分の深さ（１５ｍｍ）である位置を、測定点Ｍとする（一般的に、送光プローブ及び受光プローブを頭蓋表面に押し当てた場合には、送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭蓋表面に沿って最短距離で結んだ線の中点から、送光点Ｔと受光点Ｒとを被検体の頭蓋表面に沿って最短距離で結んだ線の距離の半分の深さである被検体の部位（測定部位）の測定情報が求まるとされている）。よって、被検体の頭蓋表面に配置された送光プローブの位置Ｔと受光プローブの位置Ｒとに対応する位置を、頭蓋表面画像２４ｂで指定することにより、算出される測定点Ｍを、測定データが得られる測定部位とみなすことができる。
【００３４】
脳活動画像表示手段３7は、測定データ記憶部５３に記憶された測定データと、制御テーブルとに基づいて、モニタ画面２３ａに測定データの画像表示を行う制御を行うものである。例えば、発光制御手段４２が第一制御テーブル（ＣＨ１）を実行したときに測定データ記憶部５２に記憶された測定データの中から、受光プローブ１３ａ、１３ｄで検出された受光信号の測定データを、測定点Ｍ１、Ｍ７における測定データとして取得する。また、発光制御手段４２が第二制御テーブル（ＣＨ２）を実行したときに測定データ記憶部５２に記憶された測定データの中から、受光プローブ１３ａ、１３ｂ、１３ｄ、１３ｅで検出された受光信号の測定データを、測定点Ｍ２、Ｍ３、Ｍ８、Ｍ９における測定データとして取得する。このように、第一制御テーブル（ＣＨ１）から第十二制御テーブル（ＣＨ１２）までの全ての制御テーブルに基づいて、測定点Ｍ１〜Ｍ３６における測定データを取得する。そして、例えば、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度を求めて、測定点Ｍ１〜Ｍ３６を含む脳表面でのオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の等高線グラフを画像表示する。このとき、例えば、図２に示すような頭蓋表面画像２４ａと、脳表面画像２４ｂとの位置関係を示す３次元形態画像２４ｄの画像表示が行われている上に重ねるようにして、半透明な等高線グラフを画像表示する（図７参照）。
【００３５】
設定データ登録手段４０は、入力装置の指示に基づいて、例えば、各脳座標位置における、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の閾値と、出力信号の種類とを対応させて、設定データを設定データ記憶部５４に記憶させる制御を行うものである。例えば、被検体が出力信号の種類に対応する動作を行った場合に、脳活動画像表示手段３４によって、画像表示された各脳座標位置におけるオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の等高線グラフを参考にして、例えば、被検体が手をグーにする動作を行った場合に、脳座標位置（ａ１、ａ２、ａ３）で等高線グラフに特徴があると判断したときには、脳座標位置（ａ１、ａ２、ａ３）におけるオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の閾値を決定して、手をグーにする動作を行う設定データとして設定データ記憶部５４に記憶させる（表２参照）。
【００３６】
演算手段３８は、測定データ記憶部５２に記憶された測定データと、制御テーブルと、設定データとに基づいて、出力信号の種類を決定する制御を行うものである。例えば、発光制御手段４２が第一制御テーブル（ＣＨ１）を実行したときにデータ記憶部５２に記憶された測定データの中から、受光プローブ１３ａ、１３ｄで検出された受光信号の測定データを、測定点Ｍ１、Ｍ７における測定データとして取得する。また、発光制御手段４２が第二制御テーブル（ＣＨ２）を実行したときにデータ記憶部５２に記憶された測定データの中から、受光プローブ１３ａ、１３ｂ、１３ｄ、１３ｅで検出された受光信号の測定データを、測定点Ｍ２、Ｍ３、Ｍ８、Ｍ９における測定データとして取得する。このように、第一制御テーブル（ＣＨ１）から第十二制御テーブル（ＣＨ１２）までの全ての制御テーブルに基づいて、測定点Ｍ１〜Ｍ３６における測定データを取得する。そして、脳表面でのオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度を求めて、同じ脳座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）で、記憶されている設定データの閾値と、測定される測定データの値とを比較して、測定データの値が設定データの閾値より高くなった脳座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）が活性化していると判定することにより、その脳座標位置（ｘ、ｙ、ｚ）に対応する出力信号の種類を外部装置１００へ送信するように決定する。
【００３７】
出力手段３９は、演算手段３８で決定された出力信号を外部装置１００に出力する制御を行うものである。これにより、例えば、出力信号＃ａを外部装置１００に出力した場合には、外部装置１００は、出力信号＃ａに基づいて、グーを示す動作を行うことになる。
【００３８】
次に、脳機能データ制御装置１により、設定データ記憶部５４に、外部装置２への出力信号の種類を決定するための設定データを記憶する設定方法について説明する。図８は、脳機能データ制御装置１による設定方法の一例について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１の処理において、ＭＲＩから、頭蓋表面と脳表面とを含む一の被検体を示す形態映像データを取得するとともに、形態映像データを画像データ記憶部５３に記憶させる（図４参照）。このとき、形態映像データは、別に設けられたＭＲＩから記憶媒体等を用いて画像データ記憶部５３に記憶されることになる。
【００３９】
次に、ステップＳ１０２の処理において、画像データ記憶部５３に記憶された形態映像データに基づいて、頭蓋表面を示す形態映像データを抽出することにより、頭蓋表面形態画像データを取得するとともに、頭蓋表面形態画像データを画像データ記憶部５３に記憶させる。このとき、例えば、サーフェースレンダリング法により頭蓋表面を示す形態映像データを抽出する（図５（ａ）参照）。
【００４０】
次に、ステップＳ１０３の処理において、画像データ記憶部５３に記憶された形態映像データに基づいて、脳表面を示す形態映像データを抽出することにより、脳表面形態画像データを取得するとともに、脳表面形態画像データを画像データ記憶部５３に記憶させる。このとき、例えば、ボリュームレンダリング法により脳表面を示す形態映像データを抽出する（図５（ｂ）参照）。
【００４１】
次に、ステップＳ１０４の処理において、画像データ記憶部５３に記憶された頭蓋表面形態画像データと脳表面形態画像データとを合成させることにより、頭蓋表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとの位置関係を示す３次元形態画像２４ｄの画像表示をモニタ画面２３ａに行わせる（図２参照）。
【００４２】
次に、ステップＳ１０５の処理において、披検体の頭蓋表面に送受光部１１を配置する。
次に、ステップＳ１０６の処理において、脳座標位置算出手段３５は、モニタ画面２３ａに画像表示された頭蓋表面画像２４ｂの所定の位置がポインタ２４ｃで指定されることにより、頭蓋表面画像２４ｂにそれぞれ送光プローブ及び受光プローブの配置位置と定めるとともに、算出される測定点Ｍ１〜Ｍ３６の画像表示をモニタ画面２３ａに行う（図２参照）。
【００４３】
次に、ステップＳ１０７の処理において、被検体に動作を行うことを促し、被検体が出力信号の種類に対応する動作を行ったときに、発光制御手段４２及び光検出制御手段４３は、発光部２に駆動信号を出力するとともに、光検出部３からの受光信号（測定データ）を受けることにより受光信号（測定データ）を測定データ記憶部５２に記憶させる。
【００４４】
次に、ステップＳ１０８の処理において、脳活動画像表示手段３４は、測定データ記憶部５３に記憶された測定データと、制御テーブルとに基づいて、モニタ画面２３ａに測定データの画像表示を行う。このとき、例えば、各波長（オキシヘモグロビンの吸収波長及びデオキシヘモグロビンの吸収波長）の通過光強度から、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度を求めて、測定点Ｍ１〜Ｍ３６を含む脳表面でのオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の等高線グラフを画像表示する（図７参照）。
【００４５】
次に、ステップＳ１０９の処理において、各脳座標位置における、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の値と、出力信号の種類とを対応させて、設定データとして設定データ記憶部５４に記憶させる。このとき、画像表示された等高線グラフを参考にして、例えば、被検体が手をグーにする動作を行った場合に、脳座標位置（ａ１、ａ２、ａ３）で等高線グラフに特徴があると判断したときには、脳座標位置（ａ１、ａ２、ａ３）におけるオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の閾値を決定して、手をグーにする動作を行う設定データとして設定データ記憶部５４に記憶させる。
【００４６】
次に、ステップＳ１１０の処理において、異なる出力信号の種類に対応する設定データを記憶させるか否かを判断する。まだ設定データを記憶させると判断したときには、ステップＳ１０７の処理に戻らせる。つまり、これ以上は設定データを記憶させないと判断するまで、ステップＳ１０７〜ステップＳ１１０の処理は繰り返される。
一方、異なる出力信号の種類に対応する設定データをこれ以上は記憶させないと判断したときには、本フローチャートを終了させる。
【００４７】
次に、脳機能データ制御装置１により、外部装置を制御する制御方法について説明する。図９は、脳機能データ制御装置１による制御方法の一例について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１の処理において、ＭＲＩから、頭蓋表面と脳表面とを含む一の被検体を示す形態映像データを取得するとともに、形態映像データを画像データ記憶部５３に記憶させる（図４参照）。このとき、形態映像データは、別に設けられたＭＲＩから記憶媒体等を用いて画像データ記憶部５３に記憶されることになる。
【００４８】
次に、ステップＳ２０２の処理において、画像データ記憶部５３に記憶された形態映像データに基づいて、頭蓋表面を示す形態映像データを抽出することにより、頭蓋表面形態画像データを取得するとともに、頭蓋表面形態画像データを画像データ記憶部５３に記憶させる。このとき、例えば、サーフェースレンダリング法により頭蓋表面を示す形態映像データを抽出する（図５（ａ）参照）。
【００４９】
次に、ステップＳ２０３の処理において、画像データ記憶部５３に記憶された形態映像データに基づいて、脳表面を示す形態映像データを抽出することにより、脳表面形態画像データを取得するとともに、脳表面形態画像データを画像データ記憶部５３に記憶させる。このとき、例えば、ボリュームレンダリング法により脳表面を示す形態映像データを抽出する（図５（ｂ）参照）。
【００５０】
次に、ステップＳ２０４の処理において、画像データ記憶部５３に記憶された頭蓋表面形態画像データと脳表面形態画像データとを合成させることにより、頭蓋表面画像２４ａと脳表面画像２４ｂとの位置関係を示す３次元形態画像２４ｄの画像表示をモニタ画面２３ａに行わせる（図２参照）。
【００５１】
次に、ステップＳ２０５の処理において、披検体の頭蓋表面に送受光部１１を配置する。
次に、ステップＳ２０６の処理において、脳座標位置算出手段３５は、モニタ画面２３ａに画像表示された頭蓋表面画像２４ｂの所定の位置がポインタ２４ｃで指定されることにより、頭蓋表面画像２４ｂにそれぞれ送光プローブ及び受光プローブの配置位置と定めるとともに、算出される測定点Ｍ１〜Ｍ３６の画像表示をモニタ画面２３ａに行う（図２参照）。
【００５２】
次に、ステップＳ２０７の処理において、発光制御手段４２及び光検出制御手段４３は、発光部２に駆動信号を出力するとともに、光検出部３からの受光信号（測定データ）を受けることにより受光信号（測定データ）を測定データ記憶部５２に記憶させる。
【００５３】
次に、ステップＳ２０８の処理において、演算手段３８は、後述する決定ルーチンを実行することにより、測定データ記憶部５２に記憶された測定データと、制御テーブルと、設定データとに基づいて、出力信号の種類を決定する。このとき、詳細は後述するが、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度を求めて、測定点Ｍ１〜Ｍ３６を含む脳表面でのオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の値と、記憶されている設定データの閾値とを比較することにより、出力信号の種類を決定する。
【００５４】
次に、ステップＳ２０９の処理において、出力手段３９は、演算手段３８で決定された出力信号を外部装置１００に出力する。
次に、ステップＳ２１０の処理において、外部装置１００は、出力信号の種類に基づいて、グー、チョキ、パーを示すように指部分等が動作する。
【００５５】
次に、ステップＳ２１１の処理において、本フローチャートを終了させるか否かを判断する。外部装置１００をまだ操作すると判断したときには、ステップＳ２０７の処理に戻らせる。つまり、外部装置１００をこれ以上は操作しないと判断するまで、ステップＳ２０７〜ステップＳ２１０の処理は繰り返される。
一方、外部装置１００をこれ以上は操作しないと判断したときには、本フローチャートを終了させる。
【００５６】
次に、演算手段３８により、出力信号の種類を決定する方法（決定ルーチン）について説明する。図１０は、演算手段３８により、出力信号の種類を決定する方法（決定ルーチン）の一例について説明するためのフローチャートである。
まず、ステップＳ３０１の処理において、脳座標位置（ａ１、ａ２、ａ３）で、測定データから算出されたオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の値が、設定データの閾値αを越えているか否かを判定する。設定データの閾値αを越えていると判定したときには、ステップＳ３０２の処理において、出力信号＃ａと決定する。
【００５７】
一方、設定データの閾値αを越えていないと判定したとき、又は、ステップＳ３０２の処理が終了したときには、ステップＳ３０３の処理において、脳座標位置（ｂ１、ｂ２、ｂ３）で、測定データから算出されたオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の値が、設定データの閾値βを越えているか否かを判定する。設定データの閾値βを越えていると判定したときには、ステップＳ３０４の処理において、出力信号＃ｂと決定する。
【００５８】
一方、設定データの閾値βを越えていないと判定したとき、又は、ステップＳ３０４の処理が終了したときには、ステップＳ３０５の処理において、脳座標位置（ｃ１、ｃ２、ｃ３）で、測定データから算出されたオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度及び全ヘモグロビン濃度の値が、設定データの閾値γを越えているか否かを判定する。
このような処理を繰り返して、設定データ記憶部５４に記憶された設定データについて、全て実行したときには本フローチャートを終了させる。
【００５９】
脳機能データ制御装置１によれば、被検体の頭蓋表面と脳表面とを示す３次元形態画像により、頭蓋表面と脳表面との位置関係を正確に認識することができる。さらに、３次元形態画像で、被検体の頭蓋表面に配置された送光プローブ１２の位置と受光プローブ１３の位置とに対応する位置を指定することにより、測定データが得られる脳座標位置を、タライニック座標やＭＮＩ（エムニ）座標で算出させるので、演算手段３８は、同じ脳座標位置での測定データと設定データとを比較して、出力信号の種類を決定することができ、その結果、決定する出力信号の種類の精度を向上させることができる。
【００６０】
（他の実施形態）
（１）上述した脳機能データ制御装置１では、１２個の送光プローブ１２ａ〜１２ｌと１２個の受光プローブ１３ａ〜１３ｌとを有する送受光部１１を示したが、異なる数、例えば９個の送光プローブと９個の受光プローブとを有する送受光部としてもよい。
（２）上述した脳機能データ制御装置１では、ＭＲＩにより作成された形態映像データを取得する構成を示したが、ＭＲＩの代わりに、ＣＴ画像等により作成された形態映像データを取得する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、キーボード、マウス、ハンドル等を用いずに外部装置を制御する脳機能データ制御装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態である脳機能データ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】脳機能データ制御装置１により画像表示されたモニタ画面２３ａの一例を示す図である。
【図３】送受光部１１と測定点Ｍ１〜Ｍ３６との関係を示す平面図である。
【図４】ＭＲＩにより得られた３方向の２次元画像を示す図である。
【図５】頭蓋表面形態画像データと脳表面形態画像データとを示す図である。
【図６】一対の送光プローブ及び受光プローブと、脳の測定部位との関係を示す図である。
【図７】脳機能データ制御装置１により画像表示されたモニタ画面２３ａの他の一例を示す図である。
【図８】脳機能データ制御装置１による設定方法の一例について説明するためのフローチャートである。
【図９】脳機能データ制御装置１による制御方法の一例について説明するためのフローチャートである。
【図１０】出力信号の種類を決定する方法の一例について説明するためのフローチャートである。
【図１１】国際１０−２０法の計測位置を示す図である。
【図１２】ヒトの脳の大脳皮質の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：脳機能データ制御装置
４：送受光部制御手段
１１：送受光部
１２：送光プローブ
１３：受光プローブ
２２：入力装置
２３：表示装置
３１：形態映像データ取得手段
３２：形態画像データ取得手段
３３：形態画像表示手段
３５：脳座標位置算出手段
３８：演算手段
５４：設定データ記憶部
Ｔ：送光点
Ｒ：受光点
Ｍ：計測点
【図１】
2008067904.tif 000005
【図２】
2008067904.tif 000006
【図３】
2008067904.tif 000007
【図４】
2008067904.tif 000008
【図５】
2008067904.tif 000009
【図６】
2008067904.tif 000010
【図７】
2008067904.tif 000011
【図８】
2008067904.tif 000012
【図９】
2008067904.tif 000013
【図１０】
2008067904.tif 000014
【図１１】
2008067904.tif 000015
【図１２】
2008067904.tif 000016