(57)【要約】【課題】刺激に対する生体の反応範囲あるいは病巣範囲を容易に決定し確認することができる生体光計測装置を提供すること【解決手段】生体光計測装置の表示部に表示された計測チャンネル毎のタイムコースデータから、被検者特有の典型的な反応パターンを示すタイムコースデータの選択を促す入出力手段を設けると共に、入出力手段を介して選択されたタイムコースデータを基準データとして全てのタイムコースデータから前記基準データと類似するタイムコースデータを抽出し、抽出されたタイムコースデータの表示位置に視覚的に識別可能なマークや着色などの表示を施す。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の照射用光ファイバ及び検出用光ファイバを生体の体表面に配置し、生体内で散乱した光或いは生体を透過した光（以下、生体通過光）を計測チャンネル毎に計測する計測手段と、前記検出用光ファイバで集光した生体通過光の強度変化を計測チャンネル毎の生体物質の変化量のタイムコースとして表示する信号処理手段とを備えた生体光計測装置において、
前記信号処理手段は、表示された計測チャンネル毎のタイムコースデータから任意のタイムコースデータの選択を促す入出力手段及び選択されたタイムコースデータを基準データとして全てのタイムコースデータから前記基準データと類似するタイムコースデータを抽出する類似データ抽出手段を備えたことを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の生体光計測装置であって、前記類似データ抽出手段は、基準データとタイムコースデータとの相関係数を求め、相関係数から両者の類似性を判断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又は２に記載の生体光計測装置であって、前記信号処理手段は、前記類似データ抽出手段によって抽出されたタイムコースデータに対応する表示位置に識別可能な表示を与える表示制御手段を備えたことを特徴とする生体光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体光計測装置に関し、特に被検者毎の刺激あるいはイベントに対する生体反応の解析を容易に行うことが可能な生体光計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体光計測装置は、可視から赤外領域の波長を生体に照射し、生体から反射された光或いは生体を通過した光（以下、まとめて透過光という）を検出し、生体内部を計測する装置であり、簡便で被検者に対して低拘束で非侵襲的に生体内部の血行動態などの生体情報を得ることができる。特に変調周波数の異なる複数の光を用いて異なる照射位置から照射すると共に、受光した光をロックインアンプで検出することにより、広がりのある領域を計測可能にした装置が臨床に応用されつつある（特開平９−９８９７２号公報など）。
【０００３】
このような生体光計測装置を利用した計測方法として、経時的な信号の変化を追うことにより、てんかん発作等の突発的変化を検出するイベントモードの計測や、被検者に所定の刺激（タスク）を反復して与え、刺激を与えた時の脳の活性状態を観察する刺激モードの計測などがある。刺激モードの計測では光刺激、運動など所定の刺激を一定の間隔で被検者に繰り返し与えながら、生体光計測を行い、得られた結果から刺激負荷時におけるヘモグロビン濃度の相対変化を得る。
【０００４】
このような計測結果は、図６に示すように、計測位置毎の信号の経時変化（タイムコース）（図６（ａ））やヘモグロビン濃度の相対変化を等高線状に表示した画像（トポグラフィ）（図６（ｂ））として表示される。ユーザはタイムコースとして表示された信号のパターンから、例えば脳血流の反応が正常か否かの判定や反応部位の特定などの種々の解析を行う。また信号の変化から酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、ヘモグロビン全量などの数値を定量的に求める手法も開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、脳血流の反応は正常な反応の場合でも、反応の大きさ、刺激開始からの立ちあがり時間、潜時（刺激を与えてから反応が現れるまでの時間）、立下り時間、プラトーの有無に個人差が大きい上に、さらに個人差の大きい生体揺らぎが加わって、千差万別のパターンを呈する。したがって、正常あるいは異常反応部位を、これらの限られた定量値で検出するのは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、個人差の大きい反応パターンについても、反応の解析を容易に行うことができる生体光計測装置を提供することを目的とする。また本発明は解析結果をユーザが容易に確認することができる生体光計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の生体光計測装置は、ユーザにその被検者固有の典型的反応パターンを選ばせる手段を設けると共に、それとの類似領域を検出して、反応を示す範囲或いは病巣の範囲を決定するようにしたものである。
【０００８】
即ち、本発明の生体光計測装置は、複数の照射用光ファイバ及び検出用光ファイバを生体の体表面に配置し、生体通過光を計測チャンネル毎に計測する計測手段と、前記検出用光ファイバで集光した生体通過光の強度変化を計測チャンネル毎の生体物質の変化量のタイムコースとして表示する信号処理手段とを備え、
前記信号処理手段は、表示された計測チャンネル毎のタイムコースデータから任意のタイムコースデータの選択を促す入出力手段及び選択されたタイムコースデータを基準データとして全てのタイムコースデータから前記基準データと類似するタイムコースデータを抽出する類似データ抽出手段を備えたものである。
【０００９】
このような生体光計測装置によれば、ユーザがその被検者についての典型的な反応パターンを示す計測チャンネルを抽出し、表示することができるので、反応パターンに個人差がある場合でも、正確に測定部位毎の反応の有無を把握することができる。
類似データ抽出手段が、基準データとタイムコースデータとの類似性を判断する手法としては、例えば両者の相関係数を用いることができる。
【００１０】
また本発明の生体光計測装置は、信号処理手段が、前記類似データ抽出手段によって抽出されたタイムコースデータに対応する表示位置に視覚的に識別可能な表示を与える表示制御手段を備える。
この生体光計測装置によれば、典型的反応パターンを示す部位をユーザが視覚的に容易に把握することができる。識別可能な表示としては、マーク、着色などを採用することができる。また識別可能な表示を施す表示位置としては、タイムコース表示そのものでもよいが、生体光計測装置がトポグラフィ画像の表示機能を備える場合には、トポグラフィ画像上の対応位置に表してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の生体光計測装置の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本明細書では通過光とは生体を散乱あるいは透過してきた光の両方を指す。
【００１２】
図１は本発明が適用される生体光計測装置の概略構成を示す図である。この生体光計測装置は、主として、生体に近赤外光を照射する光源部１０と、生体通過光を計測し、電気信号に変換する光計測部２０と、光計測部２０からの信号をもとに生体情報、具体的には血中ヘモグロビン濃度変化を計算し、結果を表示する信号処理部３０とを備えている。さらにこの生体光計測装置は、光源部１０からの光を誘導する光ファイバの先端を被検者の計測位置に接触させるとともに、被検者からの透過光を光計測部２０に誘導する光ファイバの先端を被検者の計測位置に接触させるために、これら光ファイバ先端が固定される装着具（光ファイバ先端と合わせて計測プローブという）４０を備えている。
【００１３】
光源部１０は、可視光から赤外の波長領域内の複数の波長、例えば７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光をそれぞれ放射する半導体レーザ１１と、これら２波長の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１２と、光照射用の光ファイバ１３とからなる。半導体レーザ１１から放射された２波長の光は、混合された後、各光モジュール毎に異なる周波数に変調されて、光ファイバ１３を通って、被検者の検査部位に照射される。
【００１４】
光計測部２０は、検出用光ファイバ２１に接続され、検出用光ファイバ２１が誘導する光を光量に対応する電気信号に変換するフォトダイオード２２等の光電変換素子と、フォトダイオード２２からの電気信号を入力し、照射位置及び波長に対応した変調信号を選択的に検出するためのロックインアンプ２３と、ロックインアンプ２３からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２４とからなる。ロックインアンプ２３は、少なくとも計測すべき信号の数と同数のロックインアンプからなる。
【００１５】
プローブ４０は、３×３、４×４などの適当な大きさのマトリックスに、照射用光ファイバ先端と検出用光ファイバ先端とが交互に配列するように光ファイバ接続用のソケットを配置したものである。検出用光ファイバによって検出される光は、それと隣接する４つの照射用光ファイバから照射されて生体を透過した光を混合したものであり、ロックインアンプ２３でこれら照射用光ファイバによって異なる変調信号を選択検出することにより、検出用光ファイバ先端と、隣接する照射用光ファイバ先端との間の点（計測点）の情報を得ることができる。これら計測点はロックインアンプ２３が検出するチャンネルに対応し、例えば４×４のマトリックスのプローブでは、光照射位置と検出位置との間の計測点が２４となり、チャンネル数２４の光計測を行うことができる。
【００１６】
信号処理部３０は、装置全体の制御を行う制御部３１と、光計測部２０から送られる電圧信号（デジタル信号）を記憶するとともに信号処理後のデータを記憶する記憶部３２と、記憶部３２に記憶された電圧信号を処理し、生体情報を表す信号、具体的には計測部位のヘモグロビン濃度を表すヘモグロビン信号への変換や、トポグラフィ像の作成を行う演算部３３と、処理結果を表示するとともに計測や信号処理に必要な指示を制御部３１に入力するための入出力部３４と、入出力部３４に表示される表示内容の制御を行う表示制御部３５を備えている。演算部３３は、上述した画像作成等の機能のほかに、各計測チャンネルのデータ間の類似性を判断する機能を備えている。
【００１７】
このような構成の生体光計測装置において、生体光計測は、照射用光ファイバ１３によって異なる周波数で変調された光を、生体に装着したプローブから照射するとともに、生体を透過し、検出用光ファイバ２１によって誘導された光を各フォトダイオード２２で電気信号に変換し、それを照射位置及び検出位置の中間点である計測点毎に検出し、計測部位の血中ヘモグロビン濃度に変換したヘモグロビン信号を得ることにより行われる。この計測で得られる情報は、一般的には、酸素化ヘモグロビン濃度（Ｏｘｙ−Ｈｂ）、脱酸素化ヘモグロビン濃度（Ｄｅｏｘｙ−Ｈｂ）、ヘモグロビン総量（Ｔｏｔａｌ−Ｈｂ）であるが、近赤外に吸収を有する生体内物質であればチトクローム等、ヘモグロビン以外の物質も計測の対象とすることができる。計測した各測定点のヘモグロビン信号は、入出力部３４の表示部にタイムコース或いはトポグラフィ画像として表示される。
【００１８】
次にこのような生体光計測装置において、所定の刺激に対する生体の反応範囲或いは病巣の範囲を決定するための手順を図２のフローを参照して説明する。
以下、計測チャンネル数２４で、被検者９の頭部（大脳内部）を計測する場合を説明するが、測定対象は頭部に限らず他の部位でもよく、さらには人体以外の生物にも適用可能である。また、光照射位置及び光検出位置の数をさらに増加させることにより、計測チャンネルの個数を増加させることが可能であり、計測領域を拡大させることも可能となる。
【００１９】
まず、制御部３１は、演算部３３で計算した生体情報、例えばヘモグロビン濃度のタイムコースを入出力部３４の表示部に表示させる（ステップ２０１）。図３に表示の一例を示す。図示するように、表示画面には、ＩＤや氏名などの被検者に関する情報や測定日などを表示する測定情報表示部３０１、各計測チャンネルの信号変化を示すタイムコース表示部３０２、タイムコース表示部３０２に表示された測定結果をもとにユーザが解析に必要なパラメータ等を設定する条件設定部３０３などが表示される。
【００２０】
タイムコース表示部３０２に表示される各計測チャンネルのタイムコースは、被検者上の測定位置に対応して配置され、計測チャンネル番号が付されている。この例ではチャンネル数２４の計測の場合を示している。個々のタイムコースの表示（ａ）は、所定の時間間隔における信号の変化を示すグラフであり、２本の縦線で挟まれた時間帯（ｂ）が刺激を与えた時間である。
【００２１】
条件設定部３０３には、各計測チャンネルのうち、この患者の典型と思われる反応パターン或いは病巣パターンを示す計測チャンネル番号ＣＨと、この計測チャンネルのタイムコースのうち他の計測チャンネルのタイムコースとの相関をとるための範囲Ｉｎｔｅｒｖａｌと、相関をとる際の相関係数Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔとを入力させるための入力画面が表示される。相関係数は、反応あり或いは病巣であると判定する閾値となるもので、予めデフォルトとして、例えば０．８５等の数値を設定しておいても良い。相関をとる範囲は、図示する例では、刺激の開始１０秒前から始まり６０秒間のタイムコースが設定されており、この間の適当な範囲を秒で指定する。相関をとる範囲についてもデフォルトとして、例えば刺激開始の１０秒前から２０秒後というように設定しておいても良い。
【００２２】
この入力画面により、基準となる計測チャンネルＣＨ、相関をとる範囲Ｉｎｔｅｒｖａｌ及び相関係数Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔが設定されたならば（ステップ２０２）、演算部３３は、計測チャンネル全部について、同じ範囲のタイムコースデータとステップ２０２で設定した計測チャンネルのタイムコースデータ（以下、基準データという）との相関を計算する（ステップ２０３）。
相関係数ρは、例えば基準データをＸ（ｔ）、各タイムコースデータをＹｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３…２４）とするとき、次式を算出することにより行う。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
このような計算において、タイムコースから切り出した生データに対し、ベースライン処理やフィルタ処理を施しておいてもよい。そして、計算された相関係数ρがステップ２０２で設定された相関係数の閾値よりも大きい計測チャンネルを抽出し、表示制御部３５によって抽出された計測チャンネルのタイムコース表示にマークを施す（ステップ２０４）。マークを施した後の表示を図４に示す。図示する例では、例えば、計測チャンネル１６のタイムコースデータを基準データとして選択し、これとの相関が所定の閾値以上であった計測チャンネル１０、１１、１３、１５、１６、１８、２０のタイムコース表示にマーク（＊）が付されている。
【００２５】
なお、マークの代わりに、抽出されたタイムコースを抽出されなかったタイムコースと異なる色で表示してもよい。このようなタイムコースへの表示に代えて或いはタイムコースへの表示と併せて、被検者上の測定点の位置を示す表示３０４上にカラー表示を行なっても良い。或いは、タイムコース画面とは別にトポグラフィ画像やＭＲ画像などの形態画像にトポグラフィ画像を重畳したものが表示される場合には、そのトポグラフィ画像の対応する計測部位にマークや着色を施してもよい。
【００２６】
図５（ａ）及び（ｂ）に表示例を示す。図５（ａ）は、測定位置を示す表示に、反応部位（閾値以上として抽出された測定点）を他の測定点から識別可能に示した図で、図中、マトリックス内の数字は測定点を表し、そのうち斜線が施されている測定点は、上記ステップ２０４で抽出された計測チャンネルであって色表示されていることを示している。図５（ｂ）は、ＭＲ画像から抽出されたワイヤフレームに重畳表示されたトポグラフィ画像上に、反応部位を×印で表示した図である。
【００２７】
各計測チャンネルのタイムコースに、ステップ２０２で選択されたもの以外の典型的なパターンがある場合には（ステップ２０５）、再びステップ２０２に戻りステップ２０４までを繰り返し、そのパターンについても類似するパターンの計測チャンネルを抽出し表示する。他に選択すべきパターンがない場合は終了する。ステップ２０２で選択された典型パターンは、必要に応じてデータベース化し、被検者ごとの典型パターンを決定する際に参考にできるようにしても良い。
【００２８】
このように本実施形態によれば、ユーザが典型的な反応パターンを選択し、このパターンと各計測チャンネルのパターンとの相関をとることにより、典型的な反応パターンに個人差や特有の生体揺らぎがあっても、患者毎に適切な基準パターンを選択して判定できるので、正確な判定を行うことができる。また判定結果が視覚的に表示されるので、反応部位の確認を容易に行うことができる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、反応あり或いは病巣であるとの判断基準として、基準データとの相関係数を用いたが、判断基準は相関係数以外のものを使用しても良い。例えば、反応の種類によって、その大きさ（信号値の大きさ）が特徴的であるものについて、典型的な反応の大きさの何％以上というような基準を加えても良い。さらに、本実施形態では一つのヘモグロビン濃度Ｈｂのタイムコースだけを対象として類似反応パターンの抽出を行なっているが、例えば酸素化ヘモグロビン濃度ＯｘｙＨｂ、脱酸素化ヘモグロビン濃度ＤｅｏｘｙＨｂの両方を処理対象として、両方が条件を満たす場合に反応あるいは病巣範囲と判定するようにしても良い。これらは、その反応の種類や性質に応じて任意に組み合わせて判定要素とすることできる。
【００３０】
本発明の生体光計測装置における類似反応パターンの抽出は、被検者に所定の刺激（タスク）を与えて反応を観察する刺激モードのみならず、てんかん発作等の突発的変化を検出するイベントモードの計測にも同様に適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、被検者毎に固有の典型的反応パターンを選択することにより、これとほぼ同じパターンを示す部位を検出することができるので、正確に反応範囲あるいは病巣範囲を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生体光計測装置の一実施形態の概略構成を示す図
【図２】本発明の生体光計測装置における生体反応範囲の決定手順を示すフローチャート
【図３】図２の決定手順（ステップ２０２）のための表示画面の一例を示す図
【図４】図２の決定手順（ステップ２０４）の表示画面の一例を示す図
【図５】図２の決定手順（ステップ２０４）の表示画面の他の例を示す図
【図６】従来の生体光計測装置における表示画面の一例を示す図
【符号の説明】
９…被検者、１０…光源部、１３…照射用光ファイバ、２０…計測部、２１…検出用光ファイバ、３０…信号処理部、３１…制御部、３２…記録部、３３…演算部、３４…入出力部、３５…表示制御部
【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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