(57)【要約】【課題】被験者の計測部分に容易にかつ確実に取付けて固定でき、頭皮表面に複数の光ファイバの先端部を密着させることなく保持でき、計測中に近赤外光の入射位置等のずれ動作を生じさせない光計測装置を提供する。【解決手段】光計測装置１０は、近赤外光７１を頭部１Ａの計測部位に照射し、当該計測部位から到来光を受光し、到来光に係るデータの解析に基づき対応する部位の血液量に係る情報を取り出す構成を有する。この光計測装置は、被検体に装着されるヘルメット２０に設けられ、かつ、近赤外光を上記計測部位に照射する少なくとも１つの光照射部１９と到来光を受ける少なくとも１つの受光部２４とを有し、かつ、ヘルメットを頭部１Ａに装着した時、光照射部および受光部が被検体の計測部位に接触しない状態で配置される計測ユニットを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光を被検体の部位に照射し、前記部位からの到来光を受光し、前記到来光に係るデータの解析に基づき前記部位の血液量に係る情報を取り出す光計測装置において、
前記被検体に装着されるカバー部材に設けられ、近赤外光を前記部位に照射する少なくとも１つの光照射部と前記到来光を受ける少なくとも１つの受光部とを有し、前記カバー部材を前記被検体に装着した時、前記光照射部および前記受光部が前記被検体の前記部位に接触しない状態で配置される計測ユニットを備えることを特徴とする光計測装置。
【請求項２】
前記カバー部材は頭部を被うヘルメットであり、前記光照射部と前記受光部の各先端部は前記ヘルメットの内面に配置されることを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
【請求項３】
前記光照射部の先端部には走査機構で支持された集光レンズが設けられ、計測中、前記走査機構により前記集光レンズを首振り動作させ、照射光の照射方向が揺動されることを特徴とする請求項１または２記載の光計測装置。
【請求項４】
前記光照射部の全体は走査機構で支持され、計測中、前記走査機構により前記光照射部を揺動させ、照射光の照射方向が揺動されることを特徴とする請求項１または２記載の光計測装置。
【請求項５】
前記光照射部は、当該光照射部をその軸方向に移動させて前記被検体の前記部位との間の距離を調整する調整機構によって支持されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光計測装置。
【請求項６】
前記到来光は前記被検体の前記部位からの散乱反射光であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光計測装置。
【請求項７】
ピエゾ素子が設けられ、前記集光レンズの首振り動作は前記ピエゾ素子に印加する電圧の制御によって行われることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光計測装置に関し、特に、近赤外光を利用して脳での血液量の分布を検出する光計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、近赤外光を人体の頭部に照射して大脳表層付近の血液量の変化を計測する技術が知られている。この計測技術は、ヘモグロビンの酸素化、脱酸素化による吸光特性の違いを利用してヘモグロビンの存在状態を検出することにより、血液の分布状態を検出する技術に基づいている。近赤外光の光計測装置を用いた計測時には、可撓性を有する板部に複数の光ファイバを取り付けた「計測プローブユニット」を被験者の頭部に固定し、光ファイバから頭部に近赤外光を照射して、大脳表層付近を通過した拡散反射光を解析している。この解析によって、大脳表層の計測部位の血液分布状態が判明し、計測時に刻々と変化する脳の活動部分が分かる。
【０００３】
このような計測を行うための装置として、下記の特許文献１によれば、計測部位を通過する光を光電変換する光検出器と、光電変換した信号を必要に応じて増幅あるいは任意周波数成分を弁別する回路とによって構成される光検出部を有する光計測装置が知られている。この光計測装置では、光検出部の後段または内部にバイアス調整回路および増幅器を有し、通過光の強度とその雑音に応じて、バイアス調整回路における信号加減値および増幅器の増幅率を設定している。
【０００４】
さらに下記の特許文献２では、光を被検体に照射し、その検出光から被検体内部の情報を計測する装置であって、光源部から放射される光の強度に任意の周波数で変調を加えて被検体に照射し、被検体内部を通過して検出された光を電気信号に変換し、周波数フィルタを通過した後に増幅し、位相検波を行う装置が示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６４８２６号公報
【特許文献２】
特開平１１−１６９３６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近赤外光を利用した上記の光計測装置を用いて頭部の計測を行う場合、上記の計測プローブユニットを被験者の頭部に取付け、固定する。この際、頭髪を棒状器具を用いて掻き分け、計測プローブユニットに設けられた複数の光ファイバの各先端を頭皮に密着させることが必要となる。これは、光ファイバから出射される近赤外光を、頭髪に遮られることなく、頭皮表面に正確に照射することが要求されるからである。
【０００７】
ところで、従来の計測プローブユニットの通常の構成によれば、２４点計測が行われるようになっている。２４点計測では、頭皮の８箇所の部位に近赤外光を照射できる構成を有する。そのため、計測プローブユニットの頭皮対向面部であるほぼ正方形の領域部分に照射部および検出部がそれぞれ８箇所ずつ設けられている。
【０００８】
上記の２４点計測用の計測プローブユニットによれば、上記条件を満たして被験者の頭部に固定するためには、熟練者であっても前処理作業として２０分程度の時間を要していた。
【０００９】
また上記の計測プローブユニットを被験者の頭部に固定するときには、当該ユニットの頭皮対向面を頭皮に密着させる必要がある。頭皮に密着させるためには、計測プローブユニットから頭部に圧力がかかる状態が作られるので、被験者が頭に痛みを感じ、計測中に不快感を持つという問題も起きる。
【００１０】
さらに圧力を利用して計測プローブユニットを被験者の頭皮に密着させるための従来の構成は、被験者が頭を動かしてしまうときには、取付け状態でずれが生じ、光ファイバの先端部が動きやすい。この結果、頭皮における近赤外光の入射位置および散乱検出位置が一定にならず、計測結果に悪い影響を与えるという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、被験者の計測部分に容易にかつ確実に取付けて固定することができ、頭皮表面に対する複数の光ファイバのそれぞれの先端部の位置を、圧力をかけて密着させることなく、適切に保持することができ、計測中に近赤外光の入射位置等のずれ動作を生じさせず、取扱いが容易で、高い精度の計測結果を得ることができ、さらに被験者の肉体的および心理的な負担を軽減し、計測作業者の手間を軽減した光計測装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る光計測装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１３】
第１の光計測装置（請求項１に対応）は、前提構成として、近赤外光を被検体の部位に照射し、当該部位からの反射等に基づく到来光を受光し、当該到来光に係るデータの解析に基づき対応する部位の血液量に係る情報を取り出す構成を有している。さらに、この光計測装置は、被検体に装着されるカバー部材に設けられ、かつ、近赤外光を上記部位に照射する少なくとも１つの光照射部と到来光を受ける少なくとも１つの受光部とを有し、かつ、上記カバー部材を被検体に装着した時、光照射部および受光部が被検体の上記部位に接触しない状態で配置される計測ユニットを備えている。
【００１４】
上記の光計測装置では、計測時に被検体に取り付けられる計測ユニットが、被検体に対して簡易に装着できるカバー部材に設けられるので、計測時の取付けを容易に行うことが可能となる。計測ユニットが有している例えば複数の光照射部と受光部は、カバー部材が被検体に装着されたときに、その取付け構造上の特性に基づき、被検体の皮膚表面に押し付けられないようになっているため、被験者に肉体的および心理的に負担を軽減することが可能となる。カバー部材を被検体に装着するだけで、複数の光照射部および受光部は、計測に好ましい位置に配置されるので、計測作業が簡素化される。
【００１５】
第２の光計測装置（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、カバー部材は頭部を被うヘルメットであり、光照射部と受光部の各端部はヘルメットの内面に配置されるように構成されている。この構成によれば、被験者の頭部を計測する時には、頭部にヘルメットを被るだけでよく、ヘルメットの内面に配置された光照射部と受光部の各端部は自動的に頭部の表面に接近した状態で、かつ非接触の状態で配置されることになる。
【００１６】
第３の光計測装置（請求項３に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、光照射部の先端部には走査機構で支持された集光レンズが設けられ、計測中、走査機構により集光レンズを首振り動作させ、照射光の照射方向が揺動されるように構成されている。この構成では、例えば頭部にカバー部材が装着された時、上記光照射部の先端部と頭部の表面の所定部位の間には毛髪があり、近赤外光の進行を妨げる状態が生じ得る。このような場合には、光照射部の先端部の集光レンズを走査機構で首振り動作させ、光照射部の光ファイバの先端面から出射された近赤外光が、毛髪に遮られることなく、直接に頭部表面の所定部位に照射されるような状況を作り出すことが可能となる。
【００１７】
第４の光計測装置（請求項４に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、
光照射部の全体は走査機構で支持され、計測中、当該走査機構により光照射部を揺動させ、照射光の照射方向が揺動されることで特徴づけられる。この構成では、光照射部全体を走査機構で揺動させる。この構成によっても、光照射部の光ファイバの先端面から出射された近赤外光が、毛髪に遮られることなく、直接に頭部表面の所定部位に照射されるような状況を作り出すことが可能である。
【００１８】
第５の光計測装置（請求項５に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、光照射部は、その軸方向に光照射部を移動させ、被検体の部位との間の距離を調整する調整機構によって支持されている。この構成では、光照射部と被検体の部位との間の距離を適宜に調整し、これにより計測部位に照射される近赤外光の強度を調整し、計測感度を調整することが可能となる。
【００１９】
第６の光計測装置（請求項６に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、上記到来光は被検体の部位からの散乱反射光であることで特徴づけられる。
【００２０】
第７の光計測装置（請求項７に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、ピエゾ素子が設けられ、集光レンズの首振り動作はピエゾ素子に印加する電圧の制御によって行われることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値や構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２３】
図１は本発明に係る光計測装置の全体的な構成を示す。この光計測装置１０は、光照射機構１１と光検出機構１２と演算処理部１３と表示部１４と操作部１５と光照射機構制御装置１６と光計測制御部３０から構成されている。光計測制御部３０は光計測装置１０の計測動作の全体を制御する装置である。
【００２４】
光照射機構１１は、被験者１の例えば頭部（被検体の一例）１Ａの所定の部位に近赤外光を照射する装置である。光照射機構１１は、近赤外領域の互いに異なる波長の複数の光（近赤外光）を発光する光源１７と、その光源１７から供給される光を通す光ファイバ１８とから構成されている。光源１７は、例えば、半導体レーザ、発光ダイオードなどの単色光源、ハロゲンランプ、タングステンランプなどの近赤外領域の波長の光を出力する光源である。また、連続スペクトルを持つ光源からの光を単一波長の光を透過する干渉フィルタなどの複数のフィルタを介して照射するようにしてもよい。
【００２５】
図１では、光ファイバ１８として１本の光ファイバを示している。光照射機構１１は、近赤外光を照射する複数本の光ファイバを有するようにしてもよい。そのときには、頭部１Ａにおける計測部位について、複数箇所での計測を同時に行うことができる。通常では、被験者１の頭部１Ａにおける比較的に広い領域を計測する目的で、複数本の光ファイバが設けられる。
【００２６】
光ファイバ１８は、光源１７からの近赤外光を被験者１の頭部１Ａに近赤外光を照射するためのものである。光ファイバ１８の一方の端部は光源１７に接続され、他方の端部１９はヘルメット２０に取り付けられている。光ファイバ１８のヘルメット側の端部１９は、図３に示されるごとく、光照射部として構成されている。
【００２７】
ヘルメット２０は、被験者１の頭部１Ａに光ファイバ１８の光照射部１９や後述される光検出機構１２の光ファイバ２１を取り付けるためのカバー部材である。ヘルメット２０は、光計測装置１０の光ファイバ１８等を頭部１Ａの計測部位に対して不動の位置関係で取り付けるための装着ユニットである。
【００２８】
なお図１に示したヘルメット２０は概念的に示されたものであり、その形態は任意に定めることができる。
【００２９】
光検出機構１２は、頭部１Ａの計測部位から到来する例えば散乱（拡散）反射光（一般的に「到来光」という）を集光して伝達する光ファイバ２１と、複数の異なる近赤外光に感度を持つ光検出器２２（例えばフォトダイオード、光電子増倍管）と、信号処理部２３とから構成されている。
【００３０】
光ファイバ２１は、その一端部２４がヘルメット２０に取り付けられている。光ファイバ２１の端部２４は受光部となっている。光ファイバ２１の受光部２４で頭部１Ａの計測部位で散乱反射した光を集光し、他の端部から出射して光検出器２２に当該光を入射させる。
【００３１】
なお図１に示した本実施形態による光計測装置１０の構成によれば、説明および図示の簡単化の観点で、光照射機構１１と光検出機構１２のそれぞれで１本の光ファイバ１８，２１を用いて基本となる１点照射・１点受光の装置構成を示している。光計測装置１０では、通常、頭部１Ａの特定な領域の血流量の分布を計測するため、光照射用光ファイバおよび光検出用光ファイバをそれぞれ複数本用いることにより多点照射・多点受光の構成が用いられる。ヘルメット２０では、これに複数本の光照射用光ファイバ１８および光検出用光ファイバ２１をとり付けるとき、複数本の光ファイバの先端部によって計測ユニットが形成される。
【００３２】
信号処理部２３は、光検出器２２で検出された光を電気信号に変換する。変換された電気信号は、図示しないアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器によってＡ／Ｄ変換され、演算処理部１３に送られる。
【００３３】
演算処理部１３は、光検出機構１２により検出された散乱反射光に係るデータに対して所要の演算を行い、頭部１Ａにおける計測部位における血流量の分布を算出する。演算処理部１３は、ＣＰＵ１３ａとメモリ１３ｂから成るコンピュータによって構成されている。演算処理部１３では、光検出機構１２で検出されかつ提供される信号について、メモリ１３ｂに記憶された信号処理プログラムをＣＰＵ１３ａで実行し、血流量の分布に係るデータを算出する。血流量の分布に係るデータは表示部１４に送られ、画像データに変換され、表示部１４で血流量の分布に係るイメージやグラフが表示される。
【００３４】
操作部１５は、光計測装置１０において必要な設定を行ったり、プログラムの変更、変数の変更を行うための入力手段であり、演算処理部１３、光照射機構制御装置１６、光計測制御部３０等に対して動作制御の上で必要な指示を与えるための入力操作が行われる。
【００３５】
光照射機構制御装置１６は、操作部１５で入力された指令に基づき、光源１７の光強度の調整、波長の選択等、あるいは光ファイバ１８の光照射部１９に設けられたピエゾ素子等の駆動部の制御を行う。
【００３６】
次に、図２を参照してヘルメット２０の構造、光照射部１９および受光部２４の取付け状態の一例を説明する。図２に示されたヘルメット２０の形態は、図１に比較して、より具体的に示されている。ヘルメット２０の形態は、通常のオートバイ用ヘルメットに類似している。しかしながら、カバー部材としてのヘルメット２０の形態はこれに限定されず、頭部１Ａ等の被検体の形状に応じて任意に作ることができる。ヘルメット２０を形成する殻壁部２０ａは、その断面構造で示されるごとく、例えば、所要の強度を有する外殻部３１と、外側ライナ３２と、内側ライナ３３と、外側ライナ３２および内側ライナ３３の間に設けられた複数の弾性部材３４とから構成されている。なお図２では、ヘルメット２０の殻壁部２０ａの厚みは誇張して示されている。実際的なイメージでは、図３に示すごとく、ヘルメット２０の殻壁部２０ａの厚みは比較的に薄いものである。またヘルメット２０の構造は簡単なものにすることも可能である。
【００３７】
上記のヘルメット２０の外側には、光照射部１９を有する光ファイバ１８と、受光部２４を有する光ファイバ２１が取り付けられている。ヘルメット２０の頂部の任意箇所に光照射部１９と受光部２４が設けられている。光照射部１９の具体的な構造は図３を参照して後述される。また受光部２４は、光ファイバ２１の先端部が殻壁部２０ａに埋め込まれ、その先端部が内側ライナ３３の内面に露出した状態で形成されている。光照射部１９および受光部２４の各々の先端部は、内側ライナ３３の内側面から突出し、かつ当該内側面から内側を臨むように配置されている。
【００３８】
図２では、図１と同様に、１つの光ファイバ１８および光照射部１９、１つの光ファイバ２１および受光部２４が示されているが、前述した通り、光計測装置１０では、通常、光照射側および光検出側において複数の光ファイバ、光照射部および受光部が設けられている。複数の光ファイバ１８およびそれらの光照射部１９、複数の光ファイバ２１およびそれらの受光部２４を適宜な配列状態でユニット化して設けることにより、ヘルメット２０には計測ユニットが形成される。
【００３９】
上記の構造を有するヘルメット２０を、図１に示すように、被験者１の頭部１Ａに被せると、通常、頭部１Ａには毛髪があるので、内側ライナ３３と頭部１Ａの間には隙間が形成される。頭部１Ａにヘルメット２０を被せた状態において、光照射部１９の先端部と受光部２４の先端部は頭部１Ａの表面に接触しない状態で配置される。光計測装置１０のヘルメット２０を頭部１Ａに被せ、上記計測ユニットを頭部１Ａに装着した時、光ファイバ１８の光照射部１９の先端部、および光ファイバ２１の受光部２４の先端部が頭部１Ａの頭皮に密着されることはない。従って光計測装置１０による計測の際に被験者１が不快を感じることは少なくなる。
【００４０】
次に、図３を参照して、光照射機構１１における光ファイバ１８のヘルメット側の端部である光照射部１９の具体的構造を説明する。
【００４１】
図３では、ヘルメット２０は頭部１Ａに被せられた状態であるとする。通常、頭部１Ａの頭皮４１には毛髪が存在するが、図３では毛髪の図示を省略している。光照射部１９は、ヘルメット２０の殻壁部２０ａに孔４２を形成し、そこに挿通自在に設けられている。孔４２の内側と外側にリング形状のガイド４３が設けられている。内外のリング状ガイド４３の中央孔および殻壁部２０ａの孔４２に挿通させ、軸方向に自由に移動できる状態で、光ファイバガイドカバー４４が配置されている。光ファイバガイドカバー４４の内部には破線で示されるように光ファイバ１８が設けられ、光ファイバ１８は光ファイバガイドカバー４４に固定されている。光ファイバ１８の先端面（図３中、下端面）は光ファイバガイドカバー４４の端部から頭皮４１に臨んでいる。このように、計測の際に、光ファイバ１８の先端面は頭部１Ａの頭皮４１に接触せず、頭皮４１から離れた状態に配置されている。かかる配置状態において、光ファイバ１８の先端面から近赤外光が出射され、頭部１Ａの頭皮４１上の任意の部位に照射され、計測が行われる。
【００４２】
光ファイバガイドカバー４４の基部側（図３中、上部側）の外側周囲には雄ネジ部４４ａが形成されている。また孔４２の周囲外側であって殻壁部２０ａの外面上には筒体４５が固定されている。筒体４５は、光ファイバガイドカバー４４と同軸的な位置関係にて配置されている。筒体４５の内面部にはリング形状を有するモータ４６が固定され、かつ当該リング形状のモータ４６の内面にはモータ４６によって回転される内歯車４７が設けられている。上記の内歯車４７と上記の雄ネジ部４４ａとの螺合関係によって送りねじ機構４８が形成される。この送りねじ機構４８によれば、モータ４６の回転動作により内歯車４７が適宜な方向に回転すると、リング状ガイド４３に挿通自在に支持された光ファイバガイドカバー４４をその軸方向Ａに自由に移動させることができる。光ファイバガイドカバー４４で軸方向Ａの移動を生じさせることにより、光ファイバ１８の先端面と頭皮４１の間の距離を任意に調整することが可能となる。
【００４３】
光ファイバガイドカバー４４の先端面には集光レンズ４９が配置され、この集光レンズ４９は例えば等間隔の位置にある４つのピエゾ素子５０によって支持されている。ピエゾ素子５０は光ファイバガイドカバー４４の先端面に固定されている。集光レンズ４９は、光ファイバ１８の先端面から出射された近赤外光を集光し、頭部１Ａの頭皮４１の表面に照射させる。また集光レンズ４９は、下方から見ると、図４に示すごとく好ましくは４ヶ所でピエゾ素子５０によって支持されている。各ピエゾ素子５０は全体がロッド形状であり、例えば図３中に上下方向（光ファイバ１８の軸方向）に積層構造を有するように形成されている。図３中で４つのピエゾ素子５０のそれぞれに独立に上下方向に所要の直流電圧等を印加すると、各ピエゾ素子５０を独立に上下方向に伸縮させることができる。これによって、例えば、図４中のＸ軸方向のライン上に配置された左右の２つのピエゾ素子５０のそれぞれに任意に直流電圧を印加させると、左右のピエゾ素子５０の伸縮動作の状態に応じて集光レンズ４９をＹ軸の周りに適宜な角度で傾斜させることができる。図４中、Ｙ軸方向のライン上に配置された上下の２つのピエゾ素子５０についても同様な伸縮動作を行わせることができ、集光レンズ４９をＸ軸の周りに適宜な角度で傾斜させることができる。さらに、集光レンズ４９は、Ｙ軸周りの傾斜動作とＸ軸周りの傾斜動作を合成させることにより、ピエゾ素子の動作特性で制限される任意の傾斜角度および傾斜方向で傾斜動作を行わせることが可能となる。４つのピエゾ素子５０で支持された集光レンズ４９の上記のごとき傾斜動作に基づき、集光レンズ４９に首振り動作を行わせることができる。集光レンズ４９の首振り動作の速度は、ピエゾ素子５０の伸縮動作の特性に応じて適宜に決められる。
【００４４】
４つのピエゾ素子５０による集光レンズ４９の首振り動作は、計測の際に、計測部位に照射される近赤外光を測定部位の表面上で走査させ、髪の毛のない位置にて近赤外光が直接に頭皮４１に照射されるようにするためのものである。それにより、髪の毛の影響のない計測状況を作ることを可能にする。集光レンズ４９は、上記首振り動作を容易かつ速い速度で行えるように軽量プラスチックレンズを用いて作られている。なお、ピエゾ素子５０の数や配置態様は図４に示すものに限られず、集光レンズ４９の所望の首振り動作のために、他の数や配置のピエゾ素子５０に設けてもよい。
【００４５】
またヘルメット２０の殻壁部２０ａの内面において、光ファイバガイドカバー４４の近傍の位置に測距装置５１が設けられる。測距装置５１は、前述のごとく光ファイバガイドカバー４４をその軸方向Ａに移動させるときに、ヘルメット２０の殻壁部２０ａとの間の距離を測定するもので、当該距離データを参照して光ファイバガイドカバー４４の軸方向の移動における移動量が調整される。測距装置５１は、測定された距離に基づいて、計測部位からの光ファイバ１８の先端の集光レンズ４９の位置を、近赤外光が計測部位に焦点を結ぶように、位置決めするために用いられる装置である。
【００４６】
光照射機構１１の光照射部１９における上記のモータ４６の回転動作の制御、集光レンズ４９に首振り動作を行わせるための４つのピエゾ素子５０のそれぞれの伸縮動作の制御、測距装置５１の測定動作の制御および測定データの処理等は、前述した光照射機構制御装置１６（図５参照）によって行われる。
【００４７】
図５に示すごとく、光照射機構制御装置１６は、光源１７の出力等を調整する光源制御部５２、モータ４６の回転動作を制御するモータ制御部５３、４つのピエゾ素子５０の各々の伸縮動作を制御するピエゾ素子制御部５４、測距装置５１の測定動作を制御する測距装置制御部５５を備える。測距装置５１で得られた距離に係るデータは距離データ検出部５６によって取り込まれる。モータ制御部５３によるモータ４６の制御は、距離データ検出部５６で検出された距離データに基づき制御すべき位置を求める位置調整部５７からの位置に係る指令に基づいて行われる。またピエゾ素子制御部５４は、４つのピエゾ素子５０によるレンズ首振り運動による近赤外光の走査動作を行わせるためのものであるので、走査指令部５８から走査指令を受けて制御動作を行う。
【００４８】
なお光検出機構１２の光ファイバ２１の端部の受光部２４は固定状態で取り付けられている。
【００４９】
上記の実施形態の説明では、説明の便宜の観点からヘルメット２０に１つの光照射部１９と受光部２４を設けた例を説明したが、前述した通り、実際には例えば８個の光照射部１９と受光部２４が設けられ、これらは計測ユニットとして構成される。
【００５０】
図６は、８個の光照射部１９と受光部２４の配置パターンの一例を示す。図６は、ヘルメット２０の内面部の光照射部１９と受光部２４が配置された所定領域を、例えば頭部１Ａの頭皮表面に投影した状態で見ている。図６中で、６０は計測ユニットを示している。図６中、斜線で示した丸は光照射部１９の位置を示し、単なる丸は受光部２４の位置を示している。斜線の丸（１９）と丸（２４）の間の正方形６１は頭部１Ａの計測部位を示している。図６の破線で示された領域６２を取り出して示すと、図７のようになる。図６および図７に示されるごとく、１つの光照射部１９の周囲には、その周囲に配置される受光部２４との関係で４ヶ所の計測部位６１が設定される。また１つの光照射部１９の周囲に配置された４つの受光部２４のそれぞれの間に描かれた領域６３は、光照射部１９から出射された近赤外光が頭部１Ａに照射され、測定部位で反射され、各受光部２４に至る領域を示している。
【００５１】
上記の説明で明らかなように、図６に示すごとく、８個の光照射部１９と受光部２４とで構成される計測ユニット６０において２４ヶ所の測定部位６１が設定される。
【００５２】
図８によって光照射部１９における出射光の走査動作を説明する。光ファイバガイドカバー４４内の光ファイバ１８の先端面から出射される近赤外光７１は集光レンズ４９で集光され、頭皮４１に焦点合せされた状態で頭部１Ａに照射される。頭皮４１上には毛髪７２があるので、通常、近赤外光７１は頭皮４１に至る前で毛髪７２に遮られる。そこで計測中では、例えば図８中の２つのピエゾ素子５０の伸縮動作７３を適宜に制御することにより、集光レンズ４９に首振り動作を行わせ、近赤外光７１について走査動作７４を行わせる。その結果、図示されるごとく近赤外光７１が毛髪７２に遮られることなく頭皮４１に照射される状態が作り出される。
【００５３】
図９に示すように、毛髪７２に遮られることなく頭部１Ａの表面に直接に照射された近赤外光７１は表層に侵入しその中で散乱される。図９中、番号８１で示される領域は近赤外光７１が頭部１Ａの表層で拡散している領域である。散乱した近赤外光は矢印８２，８３で示されるように頭皮４１から外に出て、さらに集光レンズ８４を介して受光部２４の受光端面に入射される。散乱領域８１およびその周辺を含む脳組織領域が頭部１Ａにおける前述の測定部位６１になる。
【００５４】
次に、前述した光計測装置１０の計測動作の全体を説明する。光計測装置１０の計測動作は前述した光計測制御部３０による制御動作に基づいて制御される。この計測動作の制御は、光計測制御部３０のメモリに記憶された計測プログラムによって実行される。図１０は当該計測プログラムによって実行される計測制御の内容を示すフローチャートである。
【００５５】
光計測装置１０による計測を開始する前に、被験者１の頭部１Ａにヘルメット２０が被せられる。この状態が図１に示された状態である。ヘルメット２０が頭部１Ａに被せられて被験者１に装着された時、ヘルメット２０の内側部の計測ユニット６０では光照射部１９と受光部２４が頭皮４１に非接触の状態で配置される。
【００５６】
次の段階では、図１０のステップＳ１１においてレンズの接近が行われる。このレンズ接近の処理では、各光照射部１９で、その測距装置５１による距離測定で得られる距離データに基づいてモータ４６を動作させ、光ファイバ１８の先端面の位置（集光レンズ４９の位置）を、焦点合せの条件が満たされる否かを判定しながら（ステップＳ１２）、接近動作させる。判定ステップＳ１２で、焦点合せ条件を満たす所定距離になったと判断された場合には、レンズ接近を中止し、ステップＳ１３に移行する。
【００５７】
ステップＳ１３では、光照射機構制御装置１６の制御動作に基づいて光源１７等の光照射動作が駆動され、光照射部１９から近赤外光が出射され、頭部１Ａの所定の計測部位に近赤外光が照射される。近赤外光を照射する時、４つのピエゾ素子５０は適宜に伸縮動作を行うように制御され、焦点合せされた状態で照射された近赤外光７１は揺動し所定範囲を走査する。
【００５８】
頭部１Ａの所定の計測部位に近赤外光が照射されると、当該頭部の計測部位における脳組織で血流量の分布状態に応じて散乱光８３の反射作用が生じ、受光部２４の受光面で散乱光８３が入射される。この状態で計測が開始され（ステップＳ１４）、さらに計測が継続される（ステップＳ１５）。判断ステップＳ１６で、計測終了条件を満たさない限り、計測が継続される（ステップＳ１５）。  計測終了条件は、計測操作者の停止指示または所定量のデータ取得が条件である。計測終了条件が満たされた時に、計測が終了する。
【００５９】
受光部２４を含む光検出機構１２で検出された、脳組織を透過してきた散乱反射光は演算処理部１３で分析処理される。この分析処理では、メモリ１３ｂに記憶された信号処理プログラムが実行される。この信号処理プログラムは、集光レンズ４９の首振り動作、すなわち近赤外光７１の走査動作７４に同期させて信号処理を行い、毛髪７２に遮られることなく照射された近赤外光に基づいて散乱した反射光に基づく信号を利用して分析を行う。この反射光の分析によって、血流の分布状態に関する情報に基づいて脳組織の活性化状態に係る情報を取得する。計測部位の脳組織の活性化状態は表示部１４に表示される。
【００６０】
なお、大脳内での脳組織の活性化状態に関し、活性化部位は当該脳組織の血管における血液量が増加するという特性を有しているので、この特性を利用し、血液量の分布に関する情報を得ることにより、大脳内のどの部位が活性化されているかを知ることができる。７５〜２．５μｍの波長を有する近赤外光は、生体に対する透過率が高く、頭皮や頭蓋骨を透過して大脳皮質内に達する。また血液中のヘモグロビンは、酸化型と還元型とでは、近赤外光の吸収率が異なるので、頭部に照射された近赤外光の散乱反射光を解析することで、大脳皮質内の血液量や２つの型のヘモグロビンの分布状況を把握できる。従って、上記光計測装置によって近赤外光を頭部に照射し、その散乱反射光を解析することで、大脳の活性化状態や機能を調べることができる。
【００６１】
上記の実施形態の光計測装置１０によれば、ヘルメット２０を被るだけで計測ユニットを装着できるので、計測の準備作業が軽減でき、手間や時間を削減できる。計測ユニットに設けられる光照射部等のプローブ先端を被験者の頭部等に密着させる必要がないので、被験者の負担を軽減することができる。被験者の頭部等に計測ユニットをセットするとき、ヘルメットで位置関係を固定できるので、光照射部や受光部の光ファイバの先端の不要な動きが防止され、正確な計測結果を得ることができる。
【００６２】
さらに上記の実施形態によれば、計測部位に照射される近赤外光を走査させるように構成したため、計測部位の走査範囲を広くすることにより広い領域の情報を得ることができる。さらに走査を行うことで直接に計測部位に近赤外光を照射するようにしたため、照射される近赤外光のパワーを低減できるという利点を有する。
【００６３】
次に、図１１を参照して光照射部１９の他の実施形態を説明する。図１１において、図３で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符合を付し、同一部分に関する詳細な説明を省略し、相違する部分について説明する。
【００６４】
この実施形態では、光照射部１９におけるヘルメット２０の殻壁部２０ａの内面で内側のガイド４３の周囲に筒部９１を固定し、この筒部９１の先部の開口部９１ａに、例えば４つのピエゾ素子９２を用いて、リングガイド部材９３を介して光ファイバガイドカバー４４を支える構造を設けている。光ファイバガイドカバー４４は、前述した通り、殻壁部２０ａの孔４２、内外の２つのリング状ガイド４３の中央孔を挿通させて配置されている。これらの孔の各々と光ファイバガイドカバー４４の外面との間には所要の隙間が形成され、光ファイバガイドカバー４４がその径方向に揺動できるような構造を有している。下側位置で筒部９１と光ファイバガイドカバー４４との間に設けられた複数のピエゾ素子９２の各々は、図１１中、適宜に電圧を印加されることにより水平方向に伸縮動作を行うように設けられている。例えば、図１１に示された左右の２つのピエゾ素子９２は、一方が伸びれば、他方が縮むようにそれらの伸縮動作が制御される。この動作制御によって、図１１中、光ファイバガイドカバー４４は左右方向の揺動が可能である。同様に、図示しない紙面前後に配置された２つのピエゾ素子９２の伸縮動作制御によって、光ファイバカバー４４は紙面前後方向の揺動が可能である。これらの左右、前後方向の動作制御を合成することにより、光ファイバカバー４４の先端の集光レンズ４９を任意の方向に向けることができる。なお光ファイバガイドカバー４４は、ピエゾ素子９２の制御による集光レンズの首振り動作が可能なように適当な柔軟性を有している。
【００６５】
集光レンズ４９は、この実施形態では、光ファイバガイドカバー４４の先端面（図１１中、下端面）に固定されておリ、集光レンズ４９自体が首振り動作することはない。
【００６６】
さらに筒部９１の先端面の縁部に測距装置５１が固定されている。この実施形態の構成によれば、光照射部１９において測距装置５１は、頭皮４１により近づけて配置されることになる。
【００６７】
本実施形態による光照射部１９の構造によれば、光ファイバ１８の先端面から出射される近赤外光を走査させるとき、光ファイバガイドカバー４４それ自体を揺動させることにより、光ファイバ１８の先端面から出射される近赤外光の走査を行うようにしている。
【００６８】
図１２はヘルメット２０の変形実施形態を示す。図１２において図２で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符合を付し、説明を省略する。この実施形態によるヘルメット２０によれば、内側ライナ３３の内面に複数の突起９４を設けている。その他の構成は、図２で説明した構成と同じである。この構造を有するヘルメット２０によれば、突起９４の存在によって、計測ユニットの光照射部１９の先端部および受光部２４の先端部が、頭部１Ａの頭皮に直接に接触するのを確実に防止することができる。
【００６９】
前述の実施形態による光計測装置１０では、被験者１の頭部１Ａを計測する例を説明したが、被験者１の他の部分であっても、当該部分に対応するカバー部材を用意することにより、ヘルメット２０と同様に、簡易な計測作業を行うことが可能である。また受光部で受ける光は、散乱反射光ではなく、透過した散乱光であってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００７１】
本発明による光計測装置によれば、計測ユニットを備えたヘルメット等のカバー部材を設けるようにしたため、当該カバー部材を被検体に被せるだけで計測ユニットを装着し計測を開始できるので、計測の準備作業が軽減でき、手間や時間を削減できる。また計測ユニットに設けられる光照射部等のプローブ先端を被験者の頭部等に密着させる必要がないので、被験者の負担を軽減することができる。被験者の頭部等に計測ユニットをセットするとき、カバー部材で位置関係を動かないように固定できるので、光照射部や受光部の光ファイバの先端の不要な動きが防止され、正確な計測結果を得ることができる。
【００７２】
さらに本発明によれば、計測部位に照射される近赤外光を走査させるように構成したため、毛髪の影響を排除できる計測状況を作ることができ、これにより正確な計測を行うことができる、加えて、計測部位の走査範囲を広くすることにより広い領域の情報を得ることができる。さらに走査を行うことで直接に計測部位に近赤外光を照射するようにしたため、照射される近赤外光のパワーを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光計測装置の代表的実施形態の全体構成および使用状態を示す図である。
【図２】ヘルメットの構造を示す垂直断面図である。
【図３】ヘルメットに取り付けられる光照射部の縦断面図である。
【図４】光照射部における集光レンズの取付け部の平面図である。
【図５】光照射機構制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【図６】ヘルメットに装備される計測ユニットの一例を示す配置説明図である。
【図７】１つの光照射部の周囲における受光部との関係と測定部位を示す図である。
【図８】光照射部から照射される近赤外光の走査動作を説明する図である。
【図９】測定部位に照射された近赤外光の散乱反射状態を説明する図である。
【図１０】光計測装置による計測動作を示すフローチャートである。
【図１１】光照射部の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１２】ヘルメットの他の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１            被験者
１Ａ          頭部
１０          光計測装置
１１          光照射機構
１２          光検出機構
１３          演算処理部
１４          表示部
１５          操作部
１６          光照射機構制御装置
１７          光源
１８          光ファイバ
１９          光照射部
２０          ヘルメット
２０ａ        殻壁部
２１          光ファイバ
２４          受光部
３０          光計測制御部
４６          モータ
４９          集光レンズ
５０          ピエゾ素子
５１          測距装置
６０          計測ユニット
６１          計測部位
【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】
2004166827.tif 000011
【図１０】
2004166827.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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