(57)【要約】  【課題】  生体光計測装置において、タスクの繰り返し印加による同期加算が有効であるタイミング設定を可能とする。  【解決手段】  タスク、レストの実施期間、タスクの繰り返し回数、光照射器２−６の光源の点滅周期の各設定入力の相互関係を計算機１−１１でチェックし、相互関係が所定の禁止条件に当てはまるとき、警報で再設定を促し、もしくは光源の点滅周期を自動的に変更する。【選択図】  図１
2004184402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光照射器、該光照射器から照射された光を被検体へ照射するための光照射手段、被検体へ照射され被検体の内部を伝播した光を検出する複数の光検出器、前記複数の光照射器の光照射のオン、オフのタイミングおよび照射される光の変調を制御する制御手段、前記複数の光検出器の検出信号を処理する処理手段、前記光照射手段および光検出器を所定の関係で配列し且つ被検体に装着するためのヘルメットおよび前記制御手段および処理手段と結合されて前記制御手段に必要な信号を与え、前記処理手段の信号を適当な形で処理するとともに、各種制御のための設定の入力手段および信号表示のための表示画面を備えた電子計算機よりなり、前記光検出器に得られる計測データから生体内代謝物質の濃度もしくは濃度変化を計測する生体光計測装置において、
前記被検体に負荷をかけるタスク期間と負荷を除去するレスト期間とを周期的に複数回作用させ、且つ、前記タスク期間とレスト期間に所定のサンプリング周期のサンプリングタイミングデータ計測をするとき、前記タスク期間とレスト期間との和の時間が前記複数の光照射器の光照射のオン、オフの周期の整数倍ではない関係に設定されることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
前記複数の光照射器、該光照射器から照射された光を被検体へ照射するための光照射手段、被検体へ照射され被検体の内部を伝播した光を検出する複数の光検出器の第１の組と前記複数の光照射器、該光照射器から照射された光を被検体へ照射するための光照射手段、被検体へ照射され被検体の内部を伝播した光を検出する複数の光検出器の第２の組とを備え、前記第１の組の光照射器の光照射のオン、オフと前記第２の組の光照射器の光照射のオン、オフが逆位相とされている請求項１に記載の生体光計測装置。
【請求項３】
前記第１の組の１対の光照射器および光検出器のペアの略中点に、前記第２の組の１対の光照射器および光検出器のペアの光照射器もしくは光検出器を配置した請求項２に記載の生体光計測装置。
【請求項４】
前記生体光計測装置の使用者が、前記タスク期間およびレスト期間を設定するための入力信号を前記電子計算機に与えたとき、前記タスク期間とレスト期間との和の時間が前記複数の光照射器の光照射のオン、オフの周期の整数倍となったときは、前記電子計算機は設定が不適切である旨の警報を表示する請求項１から３のいずれかに記載の生体光計測装置。
【請求項５】
複数の光照射器、該光照射器から照射された光を被検体へ照射するための光照射手段、被検体へ照射され被検体の内部を伝播した光を検出する複数の光検出器よりなる第１の光学系、複数の光照射器、該光照射器から照射された光を被検体へ照射するための光照射手段、被検体へ照射され被検体の内部を伝播した光を検出する複数の光検出器よりなる第２の光学系、前記第１および第２の光学系の複数の光照射器の光照射のオン、オフのタイミングおよび照射される光の変調を制御する制御手段、前記複数の光検出器の検出信号を処理する処理手段、前記光照射手段および光検出器を所定の関係で配列し且つ被検体に装着するためのヘルメットおよび前記制御手段および処理手段と結合されて前記制御手段に必要な信号を与え、前記処理手段の信号を適当な形で処理するとともに、各種制御のための設定の入力手段および信号表示のための表示画面を備えた電子計算機よりなり、前記光検出器に得られる計測データから生体内代謝物質の濃度もしくは濃度変化を計測する生体光計測装置において、
前記第１の光学系の複数の光照射器の光照射をオンとするときは前記第２の光学系の複数の光照射器の光照射をオフとし、前記第２の光学系の複数の光照射器の光照射をオンとするときは前記第１の光学系の複数の光照射器の光照射をオフとするとともに、それぞれの光学系の光照射をオンとしている期間に、被検体に負荷をかけるタスク期間と負荷を除去するレスト期間とを周期的に複数回作用させ、且つ、前記タスク期間とレスト期間に所定の周期のサンプリングタイミングでデータ計測を行なうことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項６】
前記第１の光学系の複数の光照射器の光照射をオンとするときは前記第２の光学系の複数の光照射器の光照射をオフとし、前記第２の光学系の複数の光照射器の光照射をオンとするときは前記第１の光学系の複数の光照射器の光照射をオフとするとともに、それぞれの光学系の光照射をオンとしている期間の前記タスク期間とレスト期間に所定の周期でのデータ計測は、連続したサンプリング周期のサンプリングタイミングで行なわれる請求項５記載の生体光計測装置。
【請求項７】
前記第１の光学系の複数の光照射器の光照射をオンとするときは前記第２の光学系の複数の光照射器の光照射をオフとし、前記第２の光学系の複数の光照射器の光照射をオンとするときは前記第１の光学系の複数の光照射器の光照射をオフとするとともに、それぞれの光学系の光照射をオンとしている期間の前記タスク期間とレスト期間での所定の周期でのデータ計測は、前記第１の光学系のサンプリング周期のサンプリングタイミングと、前記第２の光学系のサンプリング周期のサンプリングタイミングとでは、該サンプリング周期の半サイクル程度ずれたものとされた請求項５記載の生体光計測装置。
【請求項８】
前記タスク期間とレスト期間でのサンプリングタイミングによる計測データに加え、隣接するサンプリングタイミングによる二つの計測データの和の１/２とした推定値を計測データとして利用する請求項１から７のいずれかに記載の生体光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光を用いて生体の代謝物質濃度もしくはその濃度変化を計測する生体光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織透過性が高い近赤外光に代表される光を用いて、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、ミオグロビンに代表される生体内代謝物質の濃度もしくはその濃度変化を計測し、その濃度変化を画像化する生体光計測装置が、特許文献１（特開平９−９８９７２号公報）に記載されている。図２はその装置の構成を示す。被検体２−１は、計測部位の上部に相当する頭皮もしくは頭髪上に計測に使用する光ファイバホルダ２−２を固定したヘルメット２−３を装着する。この光ファイバホルダへは、後述する半導体レーザ、発光ダイオード、ランプに代表される光源（以下、光照射器２−７とする）もしくは、アバランシェ・ホト・ダイオード、光電子増倍管に代表される検出器（以下、光検出器２−６とする）と接続された光ファイバ２−４を接続された光ファイバコネクタ２−５を挿入する。この光ファイバコネクタ２−５の先端は、被検体の頭髪を掻き分けてその頭皮へ接触させる。光ファイバの一部（図２では、５本の光ファイバ）は、前述した通り光照射器２−７へ接続されている。また、残りの光ファイバ（図２では、４本の光ファイバ）は、前述した光検出器２−６へ接続されている。これら光照射器２−７へ接続された光ファイバと、光検出器２−６へ接続された光ファイバは、頭皮上で約３０ｍｍの間隔で交互に配置されており、光検出器２−６へ接続された光ファイバは、その光ファイバから約３０ｍｍ離れた位置に存在する光ファイバから照射され、生体組織内部を通過した光を検出する。５つの光照射器２−７は、複数波長の光源を照射することが可能な光照射器であっても何等かまわない。これは、図３に示したように、計測対象の物質（図３では、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとする）の吸収スペクトルが波長に対して異なる場合、複数の波長の光源を使用することで、各計測対象の物質の濃度変化を計測できるからである（非特許文献１（Atsushi Maki, Yuichi Yamashita, Yoshitoshi Ito, Eijyu Watanabe, Yoshia ki Mayanagi, and Hideaki Koizumi, “Spatial and temporal analysis of hum an motor activity”, Medical Physics, Vol. 22(No. 12), pp.1997-2005(1995)（メディカル・フィシックス、第２２巻(１２号)、1997〜2005頁、1995年））参照）。
【０００３】
２−８は各光照射器の照射光量を、各々の光源に対して独立して制御できる制御装置であり、その制御内容は、２−９に示したパーソナルコンピュータ、ワークステーションに代表される電子計算機を用いて制御される。上述の特許文献１では、この制御装置は、各光照射器の位置情報および複数波長を使用した場合、その各波長の情報を与えるために、各々の光源の強度を全て異なるキロヘルツオーダーの周波数で変調している。これら各光源に対する変調周波数の情報は、後述する信号処理装置２−１０へ伝送ケーブル２−１１を介して伝送される。また、生体内部を通過した光強度は、光検出器２−６で検出され、光強度が電気信号へ変換される。この変換された電気信号は、信号処理装置２−１０へ送信される。この信号処理装置２−１０は、ロックインアンプとアナログ・ディジタル変換装置から構成されており、光検出器２−６で検出した光強度から、各光源成分に対応する成分を抽出する。この抽出方法は、図４を用いて説明する。抽出した信号は、電子計算機２−９へ送信され、計測結果を処理し、トポグラフィ画像として表示する。
【０００４】
次に、前述した各光源成分に対応する成分の抽出方法を図４および補助的な図として図５を用いて説明する。図４中の、４−１、４−２、４−３、４−４、４−５（丸で囲って示す１−５）は、それぞれ、光照射器２−７へ接続された光ファイバが配置される場所を、同様に４−６、４−７、４−８、４−９（大きい四角で囲って示す１−４）は、それぞれ、光検出器２−６へ接続された光ファイバが配置される場所を示している。これらの場所は、交互に約３０ｍｍ離して配置されるが、この３０ｍｍという値に限定されるものではなく、頭部の構造や光学定数（散乱係数や吸収係数）によって、２０ｍｍ程度から４０ｍｍ程度に設定することが可能である。また、図４中の小さい四角中に示した数字１３〜２４は、隣接する光ファイバ対を用いて検出する血液量変化の代表的な位置情報を与えるサンプリング点（これらの一つに代表して参照符号４−１０を付した）を示す。
【０００５】
図４では、サンプリング点の位置を光照射器へ接続された光ファイバの配置位置と光検出器へ接続された光ファイバの接続位置の略中点としている。この理由を、図５に示した脳の構造モデルを用いて説明する。５−１、５−２、５−３、５−４は、それぞれ、頭皮、頭蓋骨、脳脊髄液層、灰白質であり、これらは図５では層状の構造になっている。また、頭皮５−１上にはヘルメット５−５により固定された光ファイバホルダ５−６が固定されており、光照射器２−７へ接続された光ファイバ５−７と光検出器２−６へ接続された光ファイバ５−８が約３０ｍｍ間隔で接続されている。図５に示したようにある光照射器へ接続された光ファイバから照射され、約３０ｍｍ離れた位置にある光検出器へ接続された光ファイバへ到達した光の分布形状は「バナナ形状５−９」であるため、大脳皮質５−１０での血液量変化に対する感度は、光照射器２−７と光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置の中点の直下付近で脳活動に伴い血液量が変化した場合最大であることが知られているためである。
【０００６】
ここで、光検出位置４−６で検出する光源に関して、隣接する各光源成分に対応する抽出方法を記述する。この光検出位置４−６に対して約３０ｍｍ間隔で存在する光源は、光照射位置４−１、４−２、４−３の３つが存在する。各光源が同一の強度変調周波数で動作する場合（この変調周波数が０である連続波も含む）、光検出位置４−６へは、３つの光照射位置４−１、４−２、４−３で照射された光源が到達してしまい、どの光照射位置からの信号かを弁別することが困難になる。そこで、上述の特許文献１では、光照射位置４−１、４−２、４−３、４−４、４−５の光源の強度変調周波数を全て異なる値とする。この方法を用いれば、例えば、光検出位置４−６へ到達した光が３つの光照射位置から照射された場合でも、各変調周波数を参照してフィルター動作するロックインアンプとアナログ・ディジタル変換装置から構成されている信号処理装置２−１０を用いているため、各光源に対応する信号の抽出が可能となる。
【０００７】
また、このような生体光計測装置に関係して、空間分解能の向上が可能な計測方法に関して、特許文献２（特開２００２−５８６号公報）に開示されている。
【０００８】
まず、上述した図４の照射用光ファイバと検出用光ファイバの配置方法をベースとする。この配置方法では、光照射器２−７へ接続された光ファイバによる光照射位置４−１、４−２、４−３、４−４、４−５（丸で囲って示す１−５）を、光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置４−６、４−７、４−８、４−９（大きい四角で囲って示す１−４）を、交互に約３０ｍｍ離して配置する。ここで、図中の小さい四角中に示した数字１３〜２４は、サンプリング点４−１０である。光照射器２−７へ接続された光ファイバと光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置間隔が仮に３０ｍｍの場合、隣接するサンプリング点の間隔、例えば、サンプリング点１３と１５の間隔は、光ファイバ配置間隔の半分の１５ｍｍの√２倍である約２１ｍｍになる。サンプリング点１３と１８の間隔は、光ファイバの配置間隔とおなじ３０ｍｍである。
【０００９】
空間分解能の向上を実現するためには、このサンプリング点の間隔を短縮することが必須であり、上述の特許文献２では、以下に述べる方法を用いている。まず、図６に示すような、図４に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバと光検出器２−６へ接続された光ファイバと同様の配置を有する別の光ファイバアレーを用意する。図６では、６−１、６−２、６−３、６−４、６−５（丸で囲って示す６−１０）が光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置を示しており、６−６、６−７、６−８、６−９（大きい四角で囲って示す５−８）が光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置を示している。また、図中の小さい四角の中に示した数字１〜１２は、サンプリング点（これらの一つに代表して参照符号６−１０を付した）の位置を示す。
【００１０】
そして、図４と図６に示した配置関係の光ファイバを図７に示した要領で配置する。図７では、７−１、７−２、７−３、７−４、７−５は図４に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置を、７−６、７−７、７−８、７−９、７−１０は図６に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置を、それぞれ、示し、７−１１、７−１２、７−１３、７−１４は図４に示した光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置を、７−１５、７−１６、７−１７、７−１８は図６に示した光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置を、それぞれ、示す。
【００１１】
図７では、図６に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置を、図４に示した光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置に横方向で隣接するように配置する。すなわち、図６に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置（例えば、７−９）を、図４に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置（例えば、７−２）と光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置（例えば、７−１３）の間（横方向で）に配置する。その結果、上段および下段では、光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置２，９および１，１０が隣接し、これに、光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置３，６および２，７が隣接し、さらに、光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置５，６および４，７が隣接することになる。中段では、光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置１，８が隣接し、これに、光照射器２−７へ接続された光ファイバの配置位置３，８が隣接し、さらに、光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置位置４，５が隣接することになる。
【００１２】
図８は、図７に示す光ファイバの配置位置に対応する２４個のサンプリング点１−２４（これらの一つに代表して参照符号８−１を付した）の位置を示す図である。ここで、サンプリング点１−１２は、図６に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバと光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置方法から得られたサンプリング点を示し、サンプリング点１３−２４は、図４に示した光照射器２−７へ接続された光ファイバと光検出器２−６へ接続された光ファイバの配置方法から得られたサンプリング点を示す。なお、図８の背景に薄いドットで示す領域は、計測領域である。
【００１３】
図８と図４のサンプリング点の分布を比較すると、図４では、サンプリング点が２１ｍｍの等間隔で格子状に配置されたのに対して、図８では、サンプリング点が１５ｍｍの等間隔で格子状に配置されたものとなる。この結果空間分解能の改善が可能となる。
【００１４】
尤も、これら図７に示した計測方法で、図８に示すサンプリング点を得るためには、図４に示した光照射器２−７へ接続された各光ファイバの配置位置１〜５から照射される光と、図６に示した光照射器２−７へ接続された各光ファイバの配置位置６−１０から照射される光とが、タイミングをずらして、重複して照射されないものとする必要がある。この理由は上述の特許文献２で説明されている。例えば、配置位置３にある光ファイバは、配置位置２，３および５にある光照射器２−７へ接続された各光ファイバから照射され生体内部を伝播した光を検出するのみならず、配置位置９にある光照射器２−７へ接続された光ファイバから照射され生体内部を伝播した光をも検出する。配置位置９にある光照射器２−７へ接続された光ファイバと、配置位置３にある光検出器２−６へ接続された光ファイバとは、図４および図６で設定されている光ファイバの配置位置の関係の半分の距離しかない。半分の距離で生体内部を伝播した光の強度は、本来の距離の伝播による強度の約１０００倍となる。したがって、配置位置９にある光照射器２−７へ接続された光ファイバから照射され生体内部を伝播した光を、配置位置３にある光ファイバに接続された光検出器２−６で検出した光を光検出器で検出した場合、感度のダイナミックレンジを超過してしまう可能性がある。
【００１５】
上述の特許文献２では、図４に示す光照射器２−７へ接続された各光ファイバの光源と、図６に示す光照射器２−７へ接続された各光ファイバの光源とを周期Ｔ秒で交互に点滅させて、この問題に対処することを提案している。図９は、光源の交互点滅を示すタイムチャートである。ここで、プローブ群Ａの光源とは、図４に示す光照射器２−７へ接続された各光ファイバの光源を意味し、これがＯＮの時は、図４に示したサンプリング点１３−２４のみの血液量変化を検出する。一方、プローブ群Ｂの光源とは、図６に示す光照射器２−７へ接続された各光ファイバの光源を意味し、これがＯＮの時は、図６に示したサンプリング点１−１２のみの血液量変化を検出する。
【００１６】
【特許文献１】特開平９−９８９７２号公報
【００１７】
【特許文献２】特開２００２−５８６号公報
【非特許文献１】Atsushi Maki, Yuichi Yamashita, Yoshitoshi Ito, Eijyu Watanabe, Yoshia ki Mayanagi, and Hideaki Koizumi, “Spatial and temporal analysis of hum an motor activity”, Medical Physics, Vol. 22(No. 12), pp.1997-2005(1995)（メディカル・フィシックス、第２２巻(１２号)、1997〜2005頁、1995年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
被検体の脳活動を検査する場合、医師や検査技師が被検体へ刺激を与え被検体の脳を活動させる場合がある。例えば、上述の特許文献１（特開平９−９８９７２号公報）では、図１０に示すように、まず、被験者を或る一定時間（例えば、Ｘ秒（以降、レスト期間とする））安静な状態にさせる。そして、指の運動を開始させる指示と、その指示を与えてから或る一定時間（例えば、Ｙ秒（以降、タスク期間とする））が経過した後に指の運動を終了させる指示を与え、被験者を再度安静な状態にさせる。また、計測する信号のノイズを低減するため、これら安静な状態と脳を活動させている状態を交互に繰り返し、計測した結果を、レスト期間のデータのみの加算およびタスク期間のデータのみの加算、すなわち、同期加算する方法が開示されている。しかし、この上述の特許文献１（特開平９−９８９７２号公報）に掲載されている計測方法では、複数の光照射器、該光照射器から照射された光を被検体へ照射するための光照射手段、被検体へ照射され被検体の内部を伝播した光を検出する複数の光検出器よりなる光学系の光ファイバの配置位置は図４あるいは図６のように設計されていることを前提としているため、光源の点滅は必要でなく、全サンプリング点での血液量変化を同時に連続計測できた。このため、レスト期間とタスク期間を任意に設定することができた。なお、ここで言うタスクは、指の運動をするなどの被検体の行動に限定されるものではなく、例えば、被検体に音を聞かせる等の被検体自体は受身であっても、脳の活動を発現させるものであれば良い。
【００１９】
これに対して、上述の特許文献２（特開２００２−５８６号公報）に開示されているように、サンプリング点の密度を上げるために、プローブ群Ａ、Ｂのように、複数の光照射器、該光照射器から照射された光を被検体へ照射するための光照射手段、被検体へ照射され被検体の内部を伝播した光を検出する複数の光検出器よりなる光学系を２グループ設け、光ファイバの配置位置をグループ化して、グループ対応で周期Ｔで光源を点滅させて計測する場合には、全部のサンプリング点で同時に血液量変化を検出することは不可能である。このため、文献１（特開平９−９８９７２号公報）に記載されている同期加算の手法を用いて、等価的に任意の時刻において、全部のサンプリング点で同時に血液量変化を検出することが有用である。しかし、これまでに開示されている上述の特許文献および非特許文献では、光源の点滅周期Ｔとレスト期間Ｘ、タスク期間Ｙの設定方法が開示されていない。
【００２０】
いま、例えば、図１１に示したように、上記、Ｘ、Ｙ、Ｔの間に、自然数ｎを用いて、(１)式の関係を満たすような設定をした場合を考える。
【００２１】
Ｘ＋Ｙ＝ｎ×Ｔ----（１）
図１１は、Ｘ＝２Ｔ，Ｙ＝３Ｔと設定された例である。図１１の場合、タスク期間の開始時のＴ／２の期間は、常にプローブ群Ａの光源はＯＦＦになっており、プローブ群Ｂの光源はＯＮになる。このことは、タスク期間の開始時のＴ／２の期間は、プローブ群Ｂでの各サンプリング点での血液量変化のみが計測可能であり、プローブ群Ａでの各サンプリング点での血液量変化は計測不可能であることを意味する。これに続くＴ／２の期間は、プローブ群Ａでの各サンプリング点での血液量変化のみが計測可能であり、プローブ群Ｂでの各サンプリング点での血液量変化は計測不可能である。このことは、これに続く計測についても同様である。その結果、何回かのタスク期間およびレスト期間のデータを加算する同期加算を行っても、タスク期間およびレスト期間のＴ／２の期間ごとの血液量変化のみを繰り返し検出するに過ぎないこととなる。すなわち、タスク期間およびレスト期間の全範囲を万遍無く計測できないから、同期加算の効果が薄まってしまうのみならず、計測不可能の期間に対応するデータ欠損が生じることになる。
【００２２】
したがって本発明の目的は、同期加算を有効に行なうための設定方法とこれが容易にできる光計測装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に従う生体光計測装置では、医師や検査技師に代表されるユーザが光源の点滅周期、レスト期間、タスク期間、タスクの繰り返し回数の全て、もしくは、何れかを設定できるタイミング設定手段を有し、その入力結果が所定の禁止条件に合致すると、その設定を禁止する。代表的にはその禁止条件とはレスト期間とタスク期間の合計が光源の点滅周期の整数倍であること（上記（１）式）である。例えば設定入力が上記禁止条件にあてはまると警告を発し、前記点滅周期、レスト期間、タスク期間、タスクの繰り返し回数の全てもしくは何れかを再設定させる。
【００２４】
あるいは、設定入力が禁止条件にあてはまるとき、光源の点滅周期を自動的に変更する手段を有する。
【発明の効果】
【００２５】
データ欠損を防ぎ、同期加算を有効に行なうための設定方法とこれが容易にできる光計測装置が提供できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明に基づく実施の形態を説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は本発明に基づく生体光計測装置の装置構成を示している。被検体１−１は、計測部位の上部に相当する頭皮もしくは頭髪上に、計測に使用する光ファイバホルダ１−２を固定したヘルメット１−３を装着する。この光ファイバホルダ１−２へは、後述する半導体レーザ、発光ダイオード、ランプに代表される光源（以下、光照射器１−７とする）もしくは、アバランシェ・ホト・ダイオード、光電子増倍管に代表される検出器（以下、光検出器１−６とする）に接続された光ファイバ１−４を接続された光ファイバコネクタ１−５を挿入する。光ファイバコネクタ１−５の先端は、被検体の頭髪を掻き分けてその頭皮へ接触させる。光ファイバ１−４の一部は（図１では、１０本の光ファイバ）、前述した通り光照射器１−７へ接続されている。また、残りの光ファイバ（図１では、８本の光ファイバ）は、前述した光検出器１−６へ接続されている。図１中、黒い色で示した光ファイバコネクタと光ファイバホルダを、ここでは、プローブ群Ａとし、同様に、灰色で示した光ファイバコネクタと光ファイバホルダを、ここでは、プローブ群Ｂとする。
【００２８】
これらプローブ群Ａおよびプローブ群Ｂのそれぞれに於いて、それぞれ光照射器１−７へ接続された光ファイバと光検出器１−６へ接続された光ファイバは各々約３０ｍｍ間隔で交互に配置する。この配置間隔は、この約３０ｍｍ間隔に限定されるものではなく、生体構造や光学定数に応じて任意の値に設定することができる。また、図１では、図７で説明したように、プローブ群Ａの光照射器へ接続された光ファイバの配置位置と光検出器へ接続された光ファイバの配置位置の略中点にプローブ群Ｂの光照射器もしくは光検出器へ接続された光ファイバの何れかを配置する。
【００２９】
光照射器１−７に接続された光ファイバから照射された光は、被検体内部を伝播し、光検出器１−６へ接続された光ファイバを用いて検出される。光照射器１−７では、各光源毎に全て異なる周波数で強度を変調する。この変調周波数の情報は、伝送ケーブル１−１１を通じて、ロックインアンプとアナログ・ディジタル変換装置から構成されている信号処理装置１−１０へ伝送される。この信号処理装置１−１０は、光検出器１−６により生体内部を通過した光の強度を光学信号から電気信号へ変換した結果を処理する。また、１−９は、パーソナルコンピュータ、ワークステーションに代表される電子計算機であり、脳機能計測におけるタスク期間、レスト期間、タスク繰り返し回数、光照射器の強度変調周波数ならびに点滅タイミングに代表される計測条件を設定し、また、生体内部を通過した光の強度から血液量変化を演算処理し、その結果を画像化する機能を有する。この中で１−１３は表示画面であり、前述した計測条件に関連する全てもしくは何れかの情報を設定することに使用する。また、１−１２は計測時における支障などをユーザへ提示するためなどに使用するスピーカであり、具体的には、音を発することが特徴である。１−１５は、例えばキーボードなどの、入力装置であり、前述した脳機能計測におけるタスク期間、レスト期間、タスク繰り返し回数、光照射器の強度変調周波数ならびに点滅タイミングに代表される計測条件を入力するために使用される。１−８は各光照射器１−７の照射光量を、各々の光源に対して独立して制御できる制御装置であり、その制御内容は、電子計算機１−９を用いて制御される。これら各光源に対する変調周波数の情報は、信号処理装置１−１０へ伝送ケーブル１−１１を介して伝送される。信号処理装置１−１０の処理結果は、電子計算機１−９に送られ、計測結果を処理し、トポグラフィ画像として表示画面１−１３に表示される。なお、ここで言うタスクは、先にも述べたように、被検体に指の運動をさせるなどの被検体の行動に限定されるものではなく、例えば、被検体に音を聞かせる等の被検体自体は受身であっても、脳の活動を発現させるものであれば良い。被検体に指の運動をさせる場合には、上述の表示画面１−１３に運動指示を表示させればよい。また、被検体に音を聞かせる場合には、上述のスピーカ１−１２をこのために利用することができる。
【００３０】
図１２は、前述したタスク期間（Ｙ）、レスト期間（Ｘ）、タスク繰り返し回数（Ｒ）、光照射器の点滅タイミング（光源切り替え周期Ｔ１）に代表される計測条件を設定するための入力画面の例を示す図である。ここで、Ｒは自然数でなければならない。計測条件の設定には、この他、例えば、各光照射器１−７対応での強度変調周波数の設定などがある。なお、これらの設定は、予め、標準的な設定値を持たせておき、ユーザの考えで、変更できるようにするのが簡便である。
【００３１】
図１３は、図１２の適正な設定の下でのタスク期間およびレスト期間でのプローブ群Ａおよびプローブ群Ｂの光源のＯＮ、ＯＦＦ状態の一例を示す図である。図において、タスク期間中に上段に左下がりのハッチングで示した期間はプローブ群Ａの光源のＯＮによる計測データの得られる期間を示し、下段に右下がりのハッチングで示した期間はプローブ群Ｂの光源のＯＮによる計測データの得られる期間を示す。
【００３２】
ここで、光源切り替え周期Ｔ１、タスク期間Ｙおよびレスト期間Ｘが前述した（１）式を満足しないように設定する。すなわち、（２）式に示すように設定する。
【００３３】
Ｘ＋Ｙ≠ｎＴ１----（２）
ただし、タスク繰返し回数Ｒは、Ｒ（Ｘ＋Ｙ）が被験者の負担を考えた一定値を越えないように選ぶ。すなわち、被験者は、Ｒ（Ｘ＋Ｙ）の時間の間、ユーザの要求する姿勢を維持し、あるいは、タスクに対応する動作を繰り返し行なうことを要求されるからである。
【００３４】
図１３と図１１とを対比して分かるように、図１１に示される光源切り替え周期Ｔは、図１３に示される光源切り替え周期Ｔ１に変更されている。光源切り替え周期Ｔ１は、図１１に示す光源切り替え周期Ｔと比較して、約１０％長くなっている。したがって、図１３による光源のＯＮ，ＯＦＦ周期の下で計測すると、各タスク期間およびレスト期間で光源のＯＮするタイミングが少しずつ、ずれる。その結果、タスク期間およびレスト期間の繰り返しによる同期加算の効果を得ることができる。すなわち、図１１に示す光源切り替え周期Ｔの下では、プローブ群Ａおよびプローブ群Ｂのいずれでも、光源のＯＮ、ＯＦＦ状態はタスク期間およびレスト期間のそれぞれで、同じタイミングでの計測となる。これに対して、図１３では、タスク期間中に上段に左下がりのハッチングで示されたプローブ群Ａの光源のＯＮによる計測データの得られる期間、および、下段に右下がりのハッチングで示されたプローブ群Ｂの光源のＯＮによる計測データの得られる期間のそれぞれの各周期の状況を比較して分かるように、タスク期間ごとに異なった期間に計測データが得られることが分かる。この結果、何回かのタスク期間のデータを得て、同期加算すれば、データ欠損のない測定ができる。これは、レスト期間に付いても、同様であることは言うまでも無かろう。
【００３５】
図１２の入力画面を使用して、図１３に示すような計測を実行させることに関して、被検体の負担ができるだけ少なくなるように、タスク繰返し回数Ｒを設定する一例を以下に述べる。
【００３６】
まず、医師あるいは検査技師であるユーザは、タスク期間Ｘとレスト期間Ｙの値を入力する。光源切り替え周期Ｔ１については、ユーザが設定するものとしても良いが、電子計算機１−９が、あらかじめ、適当な値を与えるものとしても良い。これらＸとＹおよびＴ１に対しては、前述したように（１）式が成立してはならない。したがって、（１）式を満たした数値が入力されたときは、図１２に示す入力画面をフリッカさせるとか、入力文字を赤色にして入力数字が無効であることをユーザに知らせ、さらには、図１に示したスピーカ１−１２から警告の音を発するものとするのが良い。入力された数字が不適当であることに気がついたユーザは、再度入力をやり直せば良い。
【００３７】
タスク繰返し回数Ｒは、ユーザが被験体の状況、すなわち、年齢、体力、この検査に対する慣れ等を考慮して設定する。入力されたタスク繰り返し回数Ｒの値では、タスク期間Ｘ、レスト期間Ｙおよび光源切り替え周期Ｔ１の関係から、同期加算の結果が十分なものにならないと電子計算機１−９が判定した時は、入力されたタスク繰り返し回数Ｒに近い値で適当な値を電子計算機１−９が推奨するために、図１２に示す入力画面のタスク繰り返し回数の入力部分をフリッカさせ、あるいは、赤色表示にする。さらには、スピーカ１−１２による音声警告も併用する。このためには、電子計算機１−９には、タスク期間Ｘ、レスト期間Ｙおよび光源切り替え周期Ｔ１の関係からタスク繰返し回数の推奨データのテーブル等を備え、入力値との比較を行なうオプログラムを備えるものとする。もちろん、タスク繰返し回数が、あるレベルを超えれば、同期加算による効果は十分なものとなるので、（１）式の不成立となる設定で、データの偏りを防止し、ノイズを低減した計測が可能となる。
【００３８】
図１２を参照して説明した設定値は、電子計算機１−９から光照射器１−７へ伝送し、光照射器１−７内の各光源の変調と点滅の制御に使用する。
【００３９】
次に、図１４から図１６を用いて、上述した各値の設定方法の妥当性を述べる。
【００４０】
まず、図１４は、あるサンプリング点で光源を連続的にオンとして、被験者に１２秒周期で変わるレスト期間、タスク期間を設定した際に得られる透過光強度の変化の実測値の例を示す図である。横軸に時刻、縦軸に透過光強度をとっている。ここでは、Ｘ＝Ｙ＝１２秒である。光源が連続的にオンとされているから、当然、計測データは連続したものとなっている。もっとも、実際は、信号処理装置１−１０では、光検出器１−６の出力を所定の周期でサンプリングしてアナログ−デジタル変換を行なって、検出データとし、信号処理装置１−１０から電子計算機１−９に送るから、図に示す連続データではないが、実質的な意味では、連続したデータと考えてよい。
【００４１】
このデータからも分かるように、一つのサンプリング点のデータであるから、レスト期間およびタスク期間のそれぞれで計測値は類似したパターンを示す。しかしながら、厳密に見ると同一のパターンではない。このパターンのずれは、被験者の状態に応じた計測値の変化による要素と、計測ノイズによる要素とが混在して、生じている。したがって、レスト期間のデータ、タスク期間のデータのそれぞれを同期加算することで、計測ノイズによる要素を低減させることができる。
【００４２】
図１５（Ａ）は図１４に示される計測結果を示す図、図１５（Ｂ）は、これを図１１で説明した禁止条件の（１）式を満足する形で計測した計測結果を示す図である。図１５（Ａ）、（Ｂ）では、図を分かりやすくするために、図１４に比べて、時間軸を倍に広げて示した。図１５（Ｂ）でも、Ｘ＝Ｙ＝１２秒であるが、着目している計測点がプローブ群Ａの光源により照射されるものとし、光源のＯＮ、ＯＦＦ周期Ｔの５倍をレスト期間＋タスク期間（Ｘ＋Ｙ）に設定した場合の光源のＯＮ、ＯＦＦ状態と、これに対応した計測結果を示す。Ｘ＋Ｙ＝５Ｔの設定は、（１）式に示した禁止条件に合致する。この結果、図１５（Ｂ）に示したように、レスト期間およびタスク期間のそれぞれで、同じタイミングでの計測結果しか得られていない。このことは、レスト期間およびタスク期間のそれぞれで同期加算を行なった場合、データが得られる期間での同期加算のメリットはあるが、光源ＯＦＦの期間に対応するデータは得られていないので、光源ＯＦＦの期間に対応するデータ欠損が生じることになる。
【００４３】
図１６（Ａ）は図１５（Ａ）と同じ図１４に示される計測結果を示す図、図１６（Ｂ）は、これを図１１で説明した禁止条件の（１）式を満足しない形で計測した計測結果を示す図である。図１６（Ａ）、（Ｂ）は、図１５（Ａ）、（Ｂ）と同じ時間軸とした。図１６（Ｂ）でも、Ｘ＝Ｙ＝１２秒であり、着目している計測点がプローブ群Ａの光源により照射されるものとしたが、光源のＯＮ、ＯＦＦ周期Ｔ１の４．５倍をレスト期間＋タスク期間（Ｘ＋Ｙ）に設定して、光源のＯＮ、ＯＦＦ状態と、これに対応した計測結果を示す。すなわち、図１５（Ａ）、（Ｂ）と図１６（Ａ）、（Ｂ）では、Ｘ＋Ｙ＝５Ｔ＝４．５Ｔ１であるから、Ｔ１＝１．１１Ｔとなり、図１６（Ａ）、（Ｂ）は、図１５（Ａ）、（Ｂ）と比較して、約１０％長い光源のＯＮ、ＯＦＦ周期による計測をしていることになる。
【００４４】
図１６（Ｂ）から分かるように、実施例１によれば、ＯＮ、ＯＦＦのタイミングがレスト期間およびタスク期間のそれぞれで、少しずつ、ずれていくから、図１５（Ｂ）に示すデータの欠損は解消される。実施例１では、光源のＯＮ、ＯＦＦ周期Ｔ１の４．５倍をレスト期間＋タスク期間（すなわち、Ｘ＋Ｙ＝４．５Ｔ１）としたから、図１６（Ｂ）を参照してわかるように、１回目のレスト期間の光源のＯＮ、ＯＦＦと、２回目のレスト期間の光源のＯＮ、ＯＦＦとは、ちょうど逆転したものとなる。これはタスク期間についても同じである。したがって、１回目のレスト期間の光源のＯＮによって得られるデータと、２回目のレスト期間の光源のＯＮによって得られるデータとは、それぞれ、相手のＯＦＦの期間に対応する時間のデータとなる。
【００４５】
図１７はデータの欠損解消をより具体的に説明する図である。図１７は、横軸に光源のＯＮ、ＯＦＦ周期を基準にした時刻、縦軸に図１６に示したレスト期間の透過光強度の計測結果を示す。図１６に示した第１のレスト期間の透過光強度の計測結果を実線で、第２のレスト期間の透過光強度の計測結果を太い破線で、第３のレスト期間の透過光強度の計測結果を太い一点鎖線で、それぞれ、示す。図から容易に分かるように、第１のレスト期間のデータ（実線）が無い期間のデータが、第２のレスト期間のデータ（破線）に示すように得られる。さらに、第１のレスト期間のデータ（実線）と対応する期間のデータとして、第３のレスト期間のデータ（鎖線）が得られる。したがって、レスト期間およびタスク期間を６回繰り返す、すなわち、タスク繰返し回数Ｒを６とすれば、それぞれのＯＮまたはＯＦＦの期間で３回分の計測結果が得られることになる。したがって、これらを加算して３で割算すれば、同期加算のメリットが得られるのみならず、データの欠損も防止できる。タスク期間については説明を省略したが、同様である。
【００４６】
図１７では、光源のＯＮ、ＯＦＦ周期Ｔ１の４．５倍をレスト期間＋タスク期間と設定して、１回目のレスト期間の光源のＯＮによって得られるデータと、２回目のレスト期間の光源のＯＮによって得られるデータとは、それぞれ、相手のＯＦＦの期間に対応する時間のデータとなるように光源のＯＮ、ＯＦＦ周期Ｔ１を選んだ。光源のＯＮ、ＯＦＦ周期Ｔ１の５．５倍をレスト期間＋タスク期間（Ｘ＋Ｙ＝５．５Ｔ１）と設定しても、同様である。しかし、このように相手のＯＦＦの期間に対応する時間のデータとなるように設定するだけでなく、任意の時間のずれとなるように決定すれば良い。いずれの場合でも、ずれに応じた適当なレスト期間およびタスク期間の繰り返しの後に同期加算の処理をすれば良い。
【００４７】
（実施例２）
次に、実施例１とは異なった計測方法を述べる。
【００４８】
図１８は実施例２の計測のシーケンスを示す図である。この計測方法では、プローブ群Ａの光源を、まずＯＮにし、被験者を安静にした（レスト…図中のt０１からｔ０２）後、被験者に対して負荷をかけ（タスク…図中のt０２からｔ０３）、その後再度被験者を安静にする（レスト…図１８のt０３からｔ０４）。このレスト−タスク−レストのシーケンスを実施している間（図１８のt０１からｔ０４）プローブ群Ｂの光源はＯＦＦとする。次に、時刻ｔ０４からｔ０７においては、プローブ群Ｂの光源をＯＮとし、一方、プローブ群Ａの光源はＯＦＦとする。そして、時刻ｔ０４からｔ０５、ｔ０５からｔ０６、ｔ０６からｔ０７の期間で、それぞれ、レスト、タスク、レストを実施する。その後、再度、プローブ群Ａの光源をＯＮ，プローブ群Ｂの光源をＯＦＦとする（図１８のt０７からｔ１０）。更に、その後、プローブ群Ｂの光源をＯＮとし、プローブ群Ａの光源をＯＦＦとする（図１８のt１０からｔ１３）。
【００４９】
実施例２では、実施例１に示した計測シーケンスと比較して、レスト期間とタスク期間とを等しく設定すると、２倍のレスト期間を要する。図１８に示した計測シーケンスでは、プローブ群Ａの光源を点灯させて、レスト−タスク−レストを実施した後、プローブ群Ｂの光源を点灯させて、改めてレスト−タスク−レストを実施する。これは、図１３に示した計測方法のように、タスク−レスト−タスク−レストを連続して行なうのに比較して、短い時間周期での光源の点滅が不要となり、システムの安定性が高い。
【００５０】
図１８示した計測シーケンスでも、図１９に示す設定画面で、タスク期間（Ｘ）、レスト期間（Ｙ）およびタスク繰り返し回数（Ｒ）を設定する。ここでは、先に説明した図１２に示した光源切り換え周期に対応する時間（図１８のt０１からｔ０４に対応する時間）は電子計算機１−９により与えられるものとしたが、必要なら、図１２の設定画面と同じにして、ユーザが設定するものとしても良い。なお、実施例１でデータ欠損を防止するために必要であった禁止条件は、実施例２では自ずと解消する。すなわち、光源がＯＮとなってデータをサンプリングするときは、レスト期間およびタスク期間のいずれであっても、連続して計測されるから、データ欠損は生じないからである。これらの値は、図１に示した電子計算機１−９へ入力され、入力された値に基づいて、制御装置１−８に各々の光照射器１−７に対するＯＮ，ＯＦＦの制御信号を送る。
【００５１】
図２０は、図１９に示した設定画面で、タスク期間＝レスト期間＝１２秒、繰り返し回数＝２回とした場合に、プローブ群Ａの或るサンプリング点で検出した透過光強度信号を示す図である。横軸は時刻の経過を示す。
【００５２】
図２１（Ａ）、（Ｂ）は、図２０の計測結果に対して同期加算を行なった結果を説明する図である。図２１（Ａ）は同期加算の対象となる１回目の計測結果と、２回目の計測結果とを重ねて示す。ここでは、図２０に比較して、時間軸を広げて示した。実線は１回目の計測結果を示し、破線は２回目の計測結果を示す。図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示す計測結果を加算して２で割った同期加算の結果を示す。図２１（Ａ）、（Ｂ）から分かるように、図１８に示した実施例２の計測シーケンスを用いても、欠損のない時系列データを取得することが可能である。図２１（Ｂ）の同期加算の結果の波形を見ると、図２０の各計測時の波形が、滑らかになっていて、これから、同期加算のメリットが分かる。
【００５３】
なお、図１８は、データサンプリング期間のタスク期間とレスト期間との時間の配分を、タスク期間の１に対してレスト期間を２とした例であるが、タスク期間の１に対してレスト期間を１とする配分としても良いことは言うまでもない。このようにすると、Ａ面およびＢ面での計測の全体を通してタスク期間とレスト期間を等しくできるから、被検体にとっては、タスクの繰り返しへの対応が容易になるメリットがある。
【００５４】
次に、実施例２のデータのサンプリング方法を詳細に述べる。先に、図１４を参照して、計測データの取得は光検出器１−６の出力を所定の周期でサンプリングしてアナログ−デジタル変換を行なって、検出データとするものであるが、実質的な意味では、連続したデータと考えてよい旨、説明したが、ここでは、このサンプリングのタイミングを中心に説明する。
【００５５】
図２２は、実施例２のデータのサンプリング方法の一例を示す図面である。これは、図１８に示した計測シーケンスを基礎としたものである。図２２の２２Ａ、２２Ｂに示す実線は、図１８に示した計測シーケンスにおけるＡ面、及びＢ面における各々のタスク期間、レスト期間、および、各面における光源の点滅状況を示している。ここで、横軸は、計測の進行状況を示す時刻を示している。また、Ａ面でのレスト期間およびタスク期間は、各々、Ｂ面でのレスト期間およびタスク期間と対応している。また、図２２に示した一点鎖線は、データのサンプリングタイミングを示し、ＴＡ１はＡ面でのレスト期間およびタスク期間でのデータのサンプリングタイミング期間、ＴＢ１はＢ面でのレスト期間およびタスク期間でのデータのサンプリングタイミング期間を、それぞれ、示している。図２２では、レスト期間およびタスク期間のそれぞれに４本の一点鎖線が存在し、各一点鎖線は等間隔で存在し、且つ、Ａ面およびＢ面でのサンプリングタイミングが対応している。これは、レスト期間およびタスク期間のデータが等間隔で、各期間に対応したタイミングで４回のデータが取得されることを示している。
【００５６】
図２２に示す計測シーケンスによるデータのサンプリングタイミングに基づき、Ａ面およびＢ面での計測結果を、それぞれの面のデータ毎に同期加算すると、図２３のようになる。ここでは、図を分かりやすくするために、図２２に対して、時間軸を倍に拡大して示した。ここで、ｔ１，ｔ３，---，ｔ２３は、Ａ面でのサンプリング期間ＴＡのサンプリングタイミングであるが、Ａ面およびＢ面でのサンプリングタイミングが対応しているので、このサンプリングタイミングが、そのままＢ面でのサンプリング期間ＴＢのサンプリングタイミングに対応する。なお、ここでは、説明の便宜上、各サンプリング時点に付した参照番号に１−２３の奇数番号による下付きの数字を付した。この同期加算の結果は、Ａ面およびＢ面のそれぞれで、図２１（Ａ）、（Ｂ）で説明したと同等の結果が得られる。
【００５７】
実施例２では、Ａ面およびＢ面でのサンプリングタイミングが対応しているので、これを総合したトポグラフィ画像でも、時間分解能は向上しないが、図８で説明したように、サンプリング点画像化しているので、空間分解能は向上する。なお、図１８に示した計測シーケンスでは、先にも述べたように、データの取得にデータ欠損は伴わないから、図２２に示すデータサンプリングのタイミングには、図１１を参照して説明したデータ欠損の問題はない。
【００５８】
（実施例３）
図２４は、図２２に対して、データサンプリングのタイミングを変更した例を示す図である。図２４を図２２と対比して容易に分かるように、両者の計測シーケンスは同じであるが、Ａ面によるサンプリング期間ＴＡ２はサンプリング期間ＴＡ１に対して、やや遅れたタイミングになされ、Ｂ面によるサンプリング期間ＴＢ２はサンプリング期間ＴＢ１に対して、やや進んだタイミングになされている。ここでは、サンプリング期間ＴＡ２からサンプリング期間ＴＢ２に移る時間はサンプリングの周期の半分となるように変更した例を示す。このタイミングを移す制御は電子計算機１−９による制御によって行なうことで容易に実現できる。
【００５９】
図２４に示す計測シーケンスによるデータのサンプリングタイミングに基づき、Ａ面およびＢ面での計測結果を、それぞれの面のデータ毎に同期加算すると、図２５のようになる。ここでも、図を分かりやすくするために、図２２に対して、時間軸を倍に拡大して示した。図２５では、Ａ面によるサンプリング期間ＴＡ２は一点鎖線で示し、各サンプリングタイミングは、図２３と同様に、ｔ１，ｔ３，---，ｔ２３で示した。これに対して、Ｂ面によるサンプリング期間ＴＢ２は二点鎖線で示し、各サンプリングタイミングは、ｔ０，ｔ２，---，ｔ２２で示した。ここでは、説明の便宜上、各サンプリング時点に付した参照番号に０−２２の偶数番号による下付きの数字を付した。２２Ａおよび２２Ｂは、Ａ面およびＢ面のタスク期間およびレスト期間のシーケンスである。図２４を参照して説明したように、サンプリング期間ＴＡ２は、図２２に示したサンプリングのタイミングを遅らせ、サンプリング期間ＴＢ２は、逆に進ませて、両者の差がサンプリング周期の半分となるようにしたから、サンプリング期間ＴＡ２のサンプリングのタイミングｔ１，ｔ３，---，ｔ２３の中間位置にサンプリング期間ＴＢ２のサンプリングのタイミングｔ０，ｔ２，---，ｔ２２が挿入された形になる。
【００６０】
この結果、図２２に示したサンプリング周期の半分の時間間隔でデータをサンプリングしたことと等価になり、計測における時間分解能の向上が可能になり、時々刻々と変化する生体内代謝物質の濃度変化を詳細に把握することが可能になった。
【００６１】
（実施例４）
実施例３により、実質的にサンプリング周期を半分にする計測法について説明した。実施例４では、実施例１から実施例３のいずれの場合にも適用できる、等価的な、サンプリング周期の半減方法について説明する。実施例４では、いずれの実施例でも、各サンプリング時点のそれぞれの隣接する時点間でのデータが、短いサンプリング間隔でのデータであることに着目して、データを補間することを提案する。ここでは、実施例３の計測方法に対して、実施例４を適用するものとして、説明する。
【００６２】
図２６（Ａ）は、図２２に示す計測シーケンスによってデータをサンプリングする場合のサンプリングタイミングを拡大して示す図、図２６（Ｂ）は、図２２に示す計測シーケンス２２によってデータをサンプリングした結果について、各サンプリング時点におけるデータ例を示す表である。ここでも、説明の便宜上、各サンプリング時点に付した参照番号に１−２３の奇数番号による下付きの数字を付した。
【００６３】
図２２に示す計測シーケンスは、先にも説明したように、等間隔でサンプリングするので、Ａ面でのサンプリング期間ＴＡのサンプリングタイミングｔ１，ｔ３，---，ｔ２３でのサンプリングタイミングが、そのままＢ面でのサンプリング期間ＴＢのサンプリングタイミングに対応する。したがって、それぞれのタイミングで、Ａ面の通過光強度のデータｖａ１，ｖａ３，---，ｖａ２３およびＢ面の通過光強度のデータｖｂ１，ｖｂ３，---，ｖｂ２３が得られる。実施例２では、これをＡ面およびＢ面ごとに同期加算して、図２１に対応するデータを得るものとして説明した。
【００６４】
しかし、実施例３では、サンプリングのタイミングを変更して、実質的にサンプリング周期を半分にすることができる計測法である。図２７（Ａ）は、図２４に示す計測シーケンスによってデータをサンプリングする場合のサンプリングタイミングを拡大して示す図、図２７（Ｂ）は、図２４に示す計測シーケンスによってデータをサンプリングした結果の各サンプリング時点におけるデータ例を示す表である。ここでは、サンプリング期間ＴＡ２のサンプリング時点については、図２３と同じように、各サンプリング時点に付した参照番号に１−２３の奇数番号による下付きの数字を付した。一方、サンプリング期間ＴＢ２のサンプリング時点については、各サンプリング時点に付した参照番号に０−２２の偶数番号による下付きの数字を付した。
【００６５】
先にも述べたように、サンプリング期間ＴＡ２のサンプリング時点のデータとサンプリング期間ＴＢ２のサンプリング時点のデータとは対応しないから、各サンプリング時点に得られるデータは、図２７（Ｂ）に示すように、サンプリング期間ＴＡ２のサンプリング時点のデータ（Ａ面のデータ）は、図２６と同じであるが、このサンプリング時点でのＢ面のデータは存在しない。一方、サンプリング期間ＴＢ２のサンプリング時点のデータ（Ｂ面のデータ）は、ｔ０，ｔ２，---，ｔ２２のサンプリングタイミングにｖｂ０，ｖｂ２，---，ｖｂ２２が得られる。しかし、このサンプリング時点でのＡ面のデータは存在しない。
【００６６】
図２８は、図２７（Ｂ）のデータを基礎に、実施例４により補間したデータを含めた状態を示す表である。すなわち、Ａ面、Ｂ面の各面で、隣接するサンプリング時点のデータの和を取って、これの１／２の値を、サンプリング時点の間の計測されていない時点のデータと推測する。この結果、図２８から分かるように、全てのサンプリング時点（t０およびt２３は除く）で、Ａ面、Ｂ面のデータが得られることになる。すなわち、実質的にサンプリング周期を半分にするのみならず、この周期でＡ面、Ｂ面の全データが得られる。このような補間による推定作業は、電子計算機１−９で容易に実施できる。
【００６７】
なお、他の実施例についても、隣接するサンプリング時点のデータの和を取って、これの１／２の値を、サンプリング時点の間の計測されていない時点のデータと推測することにより、実質的にサンプリング周期を半分にするのみならず、この周期で全データが得られることは明らかである。
【００６８】
（その他）
上述のいずれの実施例でも、データのサンプリング間隔の具体例は言及しなかった。実際の脳機能計測では、データのサンプリング間隔を１秒程度あるいはこれ以下とすることが適当である。これは、脳活動に伴う血液量変化の速度は数秒であることが一般に知られているため、この時間より充分に小さい間隔である１秒以内とすれば、脳活動に伴う血液量変化の時系列データを取得すること（言い換えれば、変化を観測すること）が可能になるからである。また、サンプリング間隔を１秒以内するとき、制御装置１−８、電子計算機１−９あるいは信号処理装置１−１０の動作に何らの特別な負担が発生するものではないからである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に基づく生体光計測装置の装置構成を示す図である。
【図２】従来の生体光計測装置の構成を示す図である。
【図３】生体光計測装置において計測する生体内代謝物質である酸化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。
【図４】光照射器へ接続された光ファイバと光検出器へ接続された光ファイバの配置位置、並びに、これらの配置から得られるサンプリング点の分布（１）を示す図である。
【図５】脳の構造モデルおよびその脳内における光の伝播経路を示す図である。
【図６】光照射器へ接続された光ファイバと光検出器へ接続された光ファイバの配置位置、並びに、これらの配置から得られるサンプリング点の分布（２）を示す図である。
【図７】サンプリング点を高密度に配置することを目的とした光照射器へ接続された光ファイバと光検出器へ接続された光ファイバの配置位置を示す図である。
【図８】図７に示した光照射器へ接続された光ファイバの配置位置および光検出器へ接続された光ファイバの配置位置から得られたサンプリング点の空間的な分布を示す図である。
【図９】図７、図８、図９に示した光ファイバの配置方法を採用する際に実施するプローブ群Ａおよびプローブ群Ｂに属する光源の点滅に関するシーケンスを示す図である。
【図１０】従来の生体光計測装置におけるタスクおよびレストの実施方法を示したシーケンスを示す図である。
【図１１】データの計測のための光源の点滅周期Ｔと、タスク期間とレストＰ期間の和とが自然数ｎの倍数の関係を満たす場合を示す図である。
【図１２】光源切り換え周期、タスク期間、レスト期間およびタスク繰り返し回数をユーザが設定するために使用することができる画面の一例を示す図である。
【図１３】図１２の適正な設定の下でのタスク期間およびレスト期間でのプローブ群Ａおよびプローブ群Ｂの光源のＯＮ、ＯＦＦ状態の一例を示す図である。
【図１４】あるサンプリング点で光源を連続的にオンとして、被験者に１２秒周期で変わるレスト期間、タスク期間を設定した際に得られる透過光強度の変化の実測値の例を示す図である。
【図１５】（Ａ）は図１４に示される計測結果を示す図、（Ｂ）は、これを図１１で説明した禁止条件の（１）式を満足する形で計測した計測結果を示す図である。
【図１６】（Ａ）は図１５（Ａ）と同じ図１４に示される計測結果を示す図、（Ｂ）は、これを図１１で説明した禁止条件の（１）式を満足しない形で計測した計測結果を示す図である。
【図１７】データの欠損解消をより具体的に説明する図である。
【図１８】実施例２の計測のシーケンスを示す図である。
【図１９】タスク期間、レスト期間およびタスク繰り返し回数をユーザが設定するために使用することができる画面の一例を示す図である。
【図２０】図１９に示した設定画面で、タスク期間＝レスト期間＝１２秒、繰り返し回数＝２回とした場合に、プローブ群Ａの或るサンプリング点で検出した透過光強度信号を示す図である。
【図２１】（Ａ）、（Ｂ）は、図２０の計測結果に対して同期加算を行なった結果を説明する図である。
【図２２】実施例２のデータのサンプリング方法の一例を示す図面である。
【図２３】図２２に示す計測シーケンスによるデータのサンプリングタイミングに基づき、Ａ面およびＢ面での計測結果を、それぞれの面のデータ毎に同期加算した結果を示す図である。
【図２４】図２２に対して、データサンプリングのタイミングを変更した例を示す図である。
【図２５】図２４に示すデータサンプリングのタイミングを説明する図である。
【図２６】（Ａ）は、図２２に示す計測シーケンスによってデータをサンプリングする場合のサンプリングタイミングを拡大して示す図、（Ｂ）は、図２２に示す計測シーケンスによってデータをサンプリングした結果の各サンプリング時点におけるデータ例を示す表である。
【図２７】（Ａ）は、図２５に示す計測シーケンスによってデータをサンプリングする場合のサンプリングタイミングを拡大して示す図、（Ｂ）は、図２５に示す計測シーケンスによってデータをサンプリングした結果の各サンプリング時点におけるデータ例を示す表である。
【図２８】図２７（Ｂ）のデータを基礎に、実施例４により補間したデータを含めた状態を示す表である。
【符号の説明】
【００７０】
１−１…被検体、１−２…光ファイバホルダ、１−３…ヘルメット、１−４…光ファイバ、１−５…ファイバコネクタ、１−６…光検出器、１−７…光照射器、１−８…制御装置、１−９…電子計算機、１−１０…信号処理装置、１−１１…伝送ケーブル、１−１２…スピーカ、１−１３…表示画面、１−１５…入力装置、２−１…被検体、２−２…光ファイバホルダ、２−３…ヘルメット、２−４…光ファイバ、２−５…光ファイバコネクタ、２−６…光検出器、２−７…光照射器、２−８…制御装置、２−９…電子計算機，２−１０…信号処理装置、２−１１…伝送ケーブル、４−１〜４−５…光照射器へ接続された光ファイバの配置位置、４−６〜４−９…光検出器へ接続された光ファイバの配置位置、４−１０…サンプリング点、５−１…頭皮、５−２…頭蓋骨、５−３脳脊髄液層、５−４…灰白質、５−５…ヘルメット、５−６…光ファイバホルダ、５−７…光照射器へ接続された光ファイバ、５−８…光検出器へ接続された光ファイバ、５−９…光照射器から照射され光検出器へ到達した光の伝播経路、５−１０…脳活動に伴う血液量の変化領域、６−１〜６−５…光照射器へ接続された光ファイバの配置位置、６−６〜６−９…光検出器へ接続された光ファイバの配置位置、６−１０…サンプリング点、７−１〜７−５…図４に示した光照射器へ接続された光ファイバの配置位置、７−６〜７−１０…図６に示した光照射器へ接続された光ファイバの配置位置、７−１１〜７−１４…図４に示した光検出器へ接続された光ファイバの配置位置、７−１５〜７−１８…図６に示した光検出器へ接続された光ファイバの配置位置、８−１…サンプリング点、２２，２２Ａ，２２Ｂ…図１８に示した計測シーケンスにおけるＡ面、及びＢ面における各々のタスク期間、レスト期間、および、各面における光源の点滅状況、ＴＡ１，ＴＡ２…Ａ面でのレスト期間およびタスク期間でのデータのサンプリングタイミング期間、ＴＢ１，ＴＢ２…Ｂ面でのレスト期間およびタスク期間でのデータのサンプリングタイミング期間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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