(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２波長の光を複数の光照射位置から被検体に照射する光照射部と、前記被検体内の複数の測定点をそれぞれ通過した光を複数の検出位置から検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果から前記複数の測定点のヘモグロビン濃度情報を算出する信号処理部と、
前記被検体に装着されたマスクに酸素または空気を選択的に供給する切換部と、
前記被検体の脳を除いた部位で血中の酸素飽和度の時間変化を測定する手段と、有し、
前記光照射部は、前記被検体の頭部に光を照射し、前記光検出部は、前記被検体の脳内に位置する測定点を通過した光を検出し、
前記信号処理部は、前記ヘモグロビン濃度情報算出の処理に、前記酸素飽和度の時間変化を示す信号を用い、
前記信号処理部は、前記光検出部の検出結果から前記複数の測定点についてそれぞれオキシヘモグロビン濃度変化信号を求め、これらのオキシヘモグロビン濃度変化信号に主成分分析を行い、前記酸素飽和度の時間変化信号と最も相関の大きい主成分を酸素吸入関連主成分として選択することを特徴とする生体光計測装置。
【請求項２】
少なくとも２波長の光を複数の光照射位置から被検体に照射する光照射部と、前記被検体内の複数の測定点をそれぞれ通過した光を複数の検出位置から検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果から前記複数の測定点のヘモグロビン濃度情報を算出する信号処理部と、
前記被検体に装着されたマスクに酸素または空気を選択的に供給する切換部と、を有し、
前記光照射部は、前記被検体の頭部に光を照射し、前記光検出部は、前記被検体の脳内に位置する測定点を通過した光を検出し、
前記信号処理部は、
前記被検体の脳を除いた部位で測定した酸素飽和度の時間変化を示す信号を取り込む手段を備え、前記ヘモグロビン濃度情報算出の処理に、前記酸素飽和度の時間変化を示す信号を用い、
前記光検出部の検出結果から前記複数の測定点についてそれぞれオキシヘモグロビン濃度変化信号を求め、これらのオキシヘモグロビン濃度変化信号に主成分分析を行い、前記酸素飽和度の時間変化信号と最も相関の大きい主成分を酸素吸入関連主成分として選択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において、前記切換部を制御し、前記被検体に酸素をパルス状に投与する制御部を有することを特徴とする生体光計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の生体光計測装置において、前記マスクに供給される空気および酸素の流量を３リットル／min以上１５リットル／min以下に制御する流量制御部を備えることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の生体光計測装置において、前記信号処理部は、前記酸素吸入関連主成分が前記オキシヘモグロビン濃度変換信号にどの程度含まれるかを示す重み値を前記測定点ごとに求めることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載の生体光計測装置において、前記信号処理部は、前記測定点ごとの前記重み値を、前記被検体の頭部の前記各測定点の位置において表す重み値マップを作成し、表示装置に表示させることを特徴とする生体光計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の生体光計測装置において、前記重み値マップは、前記重み値を濃淡で示すマップであり、前記各測定点の間の地点については、前記測定点の前記重み値を補間処理した値を示すことを特徴とする生体光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内部の情報を光を用いて計測する生体光計測装置に関し、特に、刺激として酸素負荷を用いた場合の生体内反応を正確に計測することが可能な生体光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体光計測装置は、可視から赤外領域の波長の光を被検者の生体に照射し、ここから反射された光を検出して生体内部を計測することで、生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン変化を計測する装置である。生体光計測装置は、ＰＥＴ（陽電子放射断層撮影装置）やＳＰＥＣＴ（単光子放射型断層撮像装置）と比較して、放射性物質を投与する必要がなく、ベッドサイドで簡便に、かつ、被検者に対して拘束を強いず非侵襲で計測できるという利点がある。
【０００３】
従来、生体光計測装置を用いて脳機能を計測する場合には、被検者に能動的な課題を行わせ、または、生理的な刺激を与えることにより脳を活性化し、活性化した大脳皮質の血液変化を計測している。課題の例としては、運動や言語の発話等があり、刺激の例としては、視覚刺激、嗅覚刺激、聴覚刺激、痛み刺激等がある。
【０００４】
特許文献１では、脳の言語領域を活性化する尻取り等の課題を所定時間行わせながら、複数の部位（チャンネル）からヘモグロビン変化信号を取得する生体光計測装置が開示されている。得られたヘモグロビン変化信号に主成分分析を施し、複数の主成分信号を得て、これと参照波形とを比較し、両者の相関値が最も高い主成分を課題関連主成分と判断し、それが多く含まれるチャンネルを特定する。これにより、課題に最も反応した脳内活動部位を特定することができる。なお、課題や刺激に対するヘモグロビンの変化は経験的に台形波形になることが知られていることから、特許文献１に記載の技術では、参照波形として任意に定めた台形波形を用いている。
【０００５】
特許文献２では、被検体に酸素を吸入させることにより酸素負荷を与えてヘモグロビン量の変化を計測し、悪性腫瘍は、正常組織と比較して酸素負荷後の酸素残留時間が長いという特性を利用して悪性腫瘍部位を判別する方法が開示されている。
【特許文献１】国際公開WO 2004/021889 A1
【特許文献２】特開２００１−２１２１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように生体光計測装置を用いて脳機能を計測する場合には、特許文献１に記載されているように、被検体が能動的な運動や言語の発話などを行い、脳を活性化し、活性化した大脳皮質の血液変化を計測している。このため、個人の意思や努力などによって結果が左右されるという問題がある。
【０００７】
また従来、安静状態で大気を吸入している被検体に酸素を投与するためには、酸素マスクを顔に当てる必要があり、マスクが顔に接触する刺激や、マスク内の酸素の吹き出しが顔に当たる刺激を受ける。このため、被検体は切換動作を認識し、大脳皮質の活動が促され、これが計測信号にノイズとなって現れる。特許文献２に記載の装置は、酸素負荷によるヘモグロビン量の変化を計測しているが、安静状態から酸素投与への切り換えについての詳しい説明がない。
【０００８】
また、特許文献１は、計測信号波形の複数の主成分を予め定めた台形波形の参照信号と比較して相関値を求めているが、被検体により課題や刺激に対する反応は異なるため、予め定めた形状の参照波形では正確に課題関連信号を選択することができない場合がある。特に、安静状態から酸素投与による脳組織の酸素量変化を計測する場合には、被検体によって呼吸機能が異なるため、酸素吸入から血管内の酸素濃度が上昇するまでの時間に個人差がある。また、計測中に被検体が動くことにより、得られるヘモグロビン信号にノイズが入ることがある。このため、計測された脳組織のオキシヘモグロビン信号は、脳組織への酸素運搬および拡散能力のみならず、呼吸機能や体動によるノイズにより変化し、予め定めた参照波形を用いて、呼吸機能が低下している被検体について脳組織の酸素運搬および拡散能力を判断することは困難である。
【０００９】
本発明は、安静状態から酸素投与した場合の脳組織のヘモグロビン情報を精度良く計測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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明によれば、以下のような生体光計測装置が提供される。すなわち、少なくとも２波長の光を複数の光照射位置から被検体に照射する光照射部と、被検体内の複数の測定点をそれぞれ通過した光を複数の検出位置から検出する光検出部と、光検出部の検出結果から複数の測定点のヘモグロビン濃度情報を算出する信号処理部と、被検体に装着されたマスクに酸素または空気を選択的に供給する切換部とを有する生体光計測装置である。これにより、マスクに空気または酸素を選択的に供給することにより、被検体に認識されることなく、安静状態で酸素または空気を選択的に投与しながら、その状態の脳組織のヘモグロビン情報を計測することができる。
【００１１】
また、上記切換部を制御し、被検体に酸素をパルス状に投与する制御部をさらに備える構成することも可能である。この場合、安静状態で酸素をパルス状に投与しながら、脳組織のヘモグロビン情報を計測することができる。
【００１２】
このとき、例えば、流量制御部により、マスクに供給される空気および酸素の流量を３リットル／min以上１５リットル／min以下に制御することにより、強すぎる空気や酸素の吹き出しが被検体に刺激を与えて、脳が反応するのを防止できる。しかも、パルス状に酸素を充分に投与することができる。
【００１３】
また、本発明の生体光計測装置は、被検体の脳を除いた部位で血中の酸素飽和度の時間変化を測定する手段をさらに備えることが可能である。例えば、末梢血管で酸素飽和度を測定する手段を用いる。このとき、光照射部は、被検体の頭部に光を照射し、光検出部は、被検体の脳内に位置する測定点を通過した光を検出する。信号処理部は、ヘモグロビン濃度情報算出の処理に、酸素飽和度の時間変化を示す信号を用いることができる。これにより、呼吸機能の個人差の影響を排除して、脳のヘモグロビン濃度情報を算出できる。
【００１４】
具体例としては、信号処理部は、光検出部の検出結果から複数の測定点についてそれぞれオキシヘモグロビン濃度変化信号を求め、これらのオキシヘモグロビン濃度変化信号に主成分分析を行い、酸素飽和度の時間変化信号と最も相関の大きい主成分を酸素吸入関連主成分として選択することができる。さらに、信号処理部は、前記酸素吸入関連主成分がオキシヘモグロビン濃度変換信号にどの程度含まれるかを示す重み値を測定点ごとに求めることができる。測定点ごとの前記重み値を、被検体の頭部の各測定点の位置において表す重み値マップとして作成し、表示装置に表示することができる。これにより、左右脳の重み値マップの差の有無から脳虚血を判定することができる。重み値マップは、例えば、重み値を濃淡で示し、各測定点の間の地点については、測定点の重み値を補間処理した値を示すようにする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来のように生理的な脳刺激を行って脳血流量変化を調べる方法とは異なり、安静時に酸素を投与することによって脳組織中のへモグロビン濃度の変化する状態を計測することができる。これにより、脳組織への酸素運搬および拡散の効率の違いを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施の形態について説明する。
【００１７】
本発明では、安静状態から酸素の投与による脳組織の酸化濃度の変化を精度良く計測するために、安静状態の空気吸入から酸素負荷のための酸素吸入への切り換えを、被検者に認識させないで行う装置構成とする。また、脳以外の部位の動脈血の酸素濃度の変化を実際に測定し、これを参照波形として用いることにより、呼吸機能の個人差に関わらず、精度良く脳組織のヘモグロビン情報を求めるものである。
【００１８】
以下、本発明の実施形態の生体光計測装置を詳細に説明する。尚、以下の説明では、生体光計測の対象をヘモグロビン量（オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、ヘモグロビン全量を含む）とするが、本発明の生体光計測装置は、ヘモグロビンのみならず近赤外に吸収を有するチロクローム等の生体内物質を対象とすることが可能である。
【００１９】
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、生体光計測装置本体１と、被検体９の口に装着されたマスク７に接続されるエア切換器２と、エア切換器２の動作を制御するエア切換制御器３と、被検体の末梢血管の酸素濃度を測定するパルスオキシメータ４とを含んでいる。エア切換器２には、圧縮空気供給源６ａと圧縮酸素供給源６ｂが接続されている。圧縮空気供給源６ａとエア切換器２との間には、空気流量制御器５ａが配置され、圧縮酸素供給源６ｂとエア切換器２との間には、酸素流量制御器６ｂが配置されている。エア切換制御器３は、生体光計測装置本体１に接続され、その動作が制御される。パルスオキシメータ４は、被検体９の手指等に装着される。パルスオキシメータ４の出力は、生体光計測装置本体１に受け渡される。
【００２０】
生体光計測装置本体１は、図２に示すように、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、制御部３１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、結果を表示させる信号処理部３０と、記憶部３２と、入出力部３３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１３の先端を被検体９の計測位置に接触させるとともに、被検体９からの透過光を光計測部２０に誘導する光ファイバ２１の先端を被検体９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１３、２１の先端と合わせて計測プローブ４０という）を備えている。
【００２１】
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６９５ｎｍ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駆動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とを含む。各半導体レーザ１１は、光モジュール１２により変調駆動されることにより、半導体レーザ１１ごとに異なる周波数の２波長の光を放射する。２波長の光は混合された後、光ファイバ１３を通って被検体９の検査部位に照射される。
【００２２】
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モジュール２３と、ロックインアンプモジュール２３からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２４とを含む。ロックインアンプモジュール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。
【００２３】
プローブ４０には、３×３、４×４、３×５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１３先端と検出用光ファイバ２１先端とが交互に配列されている。検出用光ファイバ２１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１３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、ロックインアンプモジュール２３でこれら照射用光ファイバ１３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２１先端と、隣接する照射用光ファイバ１３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モジュール２３が検出するチャンネルに対応し、例えば３×３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１２となり、チャンネル数１２の光計測を行うことができる。
【００２４】
制御部３１は、生体光計測装置本体１の全体の制御を行うとともに、エア切換制御器３を制御することにより、所定のタイミングで被検体９へ供給される空気を酸素に切り換える。また、流量制御器５ａ、５ｂを制御し、空気および酸素の流量を制御する。さらに、制御部３１は、パルスオキシメータ４から出力信号を受け取って信号処理部３０に受け渡す。
【００２５】
信号処理部３０は、制御部３１を介して光計測部２０と接続され、光計測部２０から送られる電圧信号（デジタル信号）を処理し、生体情報を表す信号、具体的には計測部位のオキシヘモグロビン濃度を表すオキシヘモグロビン変化信号へ変換し、トポグラフィ像の作成等を行う。例えば、信号処理部３０は、オキシヘモグロビン変化信号に主成分分析を行って負荷の特徴を表す複数の主成分信号を抽出し、各主成分信号と参照応答波形との相関値を求め、最も相関の高い主成分を酸素吸入関連主成分として選択する等の処理を行う。このとき、本実施の形態では、参照応答波形として、パルスオキシメータ４が測定した酸素飽和度（ＳＰＯ２）波形を用いる。この酸素吸入関連主成分が各チャンネルにどの程度含まれているかを評価するために重み値をそれぞれ求め、重み値とその補完値を頭部画像上に配置してマップを作成する機能も備えている。
【００２６】
記憶部３２は、光計測部２０から送られるデジタル信号や信号処理後のデータを記憶する。入出力部３３は、信号処理部３０における処理結果を表示部４１に表示させる制御を行なうとともに、計測や信号処理に必要な指示を操作者から受け付け、制御部３１に受け渡す。
【００２７】
次に、本実施の形態の生体光計測装置で計測を行う手順および各部の動作について、図３のフローを用いて説明する。
【００２８】
ここでは、安静時に酸素をパルス状に投与することによって、脳組織中のオキシヘモグロビン濃度が変化する状態を計測する。これにより、脳組織への酸素運搬能力や拡散効率が脳の左右で違いがあるかどうかを把握することができ、脳虚血の有無を判定することが可能になる。この方法は、いわばオキシヘモグロビンを標識物質として用いる拡散計測法と位置づけることができる。
【００２９】
まず、制御部３１は、操作者に対し、被検体９にマスク７、プローブ４０およびパルスオキシメータ４の装着を促す表示を表示部４１等に表示する（ステップ３０１）。操作者は、これを受けて、被検体９の口にマスク７を、手指にパルスオキシメータ４を装着する。また、被検体９の両側の前頭・側頭部を覆うように、例えば３×５のプローブ（一側２４チャンネル）を左右１つずつ装着する。
【００３０】
装着が完了したならば制御部３１は計測を開始する。まず、制御部３１は、所定の空気流量および酸素流量をそれぞれ流量制御器５ａ、５ｂに設定し、エア切換器２を圧縮空気側に切り換え、圧縮空気を設定した流量でマスク７に送気する（ステップ３０２）。流量制御器５ａ、５ｂにそれぞれ設定する空気および酸素の流量は、３リットル／ｍｉｎ以上１５リットル／ｍｉｎ以下に設定することが好ましい。その理由は、流量が１５リットル／ｍｉｎよりも大きいと、空気や酸素の吹き出しが顔に当たることによる刺激で脳が活性化され、ノイズが生じ、逆に流量が３リットル／ｍｉｎ未満の場合には、酸素投与時にマスク７内に１００％酸素が充満せず、被検体９に充分酸素を供給できないためである。例えば、流量制御器５ａ、５ｂの設定を８リットル／ｍｉｎに設定する。
【００３１】
空気投与の状態で、光トポグラフィーの測定を開始するとともに、パルスオキシメータ４から手指の末梢血管の酸素飽和度ＳｐＯ２を示す信号の取り込みを開始する（ステップ３０３）。被検体９は安静を保ち、脳血流量が生理的に変化しないように努める。光トポグラフィーの測定は以下のように行う。まず、光源部１０から２種類の異なる波長の近赤外光を重畳して、かつ、照射用光ファイバ１３ごとに異なる周波数で変調して複数の照射用光ファイバ１３からそれぞれ頭皮上に照射する。脳組織内で拡散、乱反射した光を照射点から所定距離離れた複数の検出用光ファイバ２１により取り込み、受光部２０で受光する。受光部２０は、受光信号をロックインアンプモジュール２３により周波数毎に検出することにより、照射用光ファイバ１３と検出用光ファイバ２１との間の計測点（チャンネル）ごとに信号を計測する。
【００３２】
計測信号が安定した後、制御部３１は、所定のタイミングでエア切換器２を酸素側に切り換えることにより、空気の投与から瞬時に酸素の投与へ切り換える（ステップ３０４）。これにより、マスク７に酸素を３リットル／ｍｉｎ以上１５リットル／ｍｉｎ以下の流量で送気し、被検体９に酸素を供給投与することができる。この切換は、瞬時に行われる。しかも、ほぼ同じ流量を流量制御器５ａ、５ｂに設定しておくことにより、切り換えにより流量の変化も生じないため、被検体９に切り換えを認識させることなく実行できる。所定の時間（例えば２分）経過後、再び制御部３１は、エア切換器２を空気側に切り換えることにより、瞬時に酸素投与から空気投与に切り換える。これらの動作により、被検体９に安静状態で酸素をパルス状に投与することができる。このときのステップ３０３で開始した動脈血の酸素飽和度ＳｐＯ２の測定と、光トポグラフィの計測は継続して実行しているので、パルス状の酸素投与とタイミングを共用したＳｐＯ２の時系列データおよび光トポグラフィ計測データが制御部３１によって取得される。すなわち、制御部３１が切り換えの制御を行うことにより、エア切換器２と生体光計測装置本体１とで切換タイミングを共用し、光トポグラフィ計測データと同期したＳｐＯ２の時系列データを信号処理部３０において処理することができる。
【００３３】
制御部３１は、受光部２０が検出した信号を信号処理部３０に受け渡し、広く知られた手法により処理することにより、頭皮から所定の深さ（２０ｍｍ程度）の脳組織中のオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量、総ヘモグロビン量の変化信号を算出する。オキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量、総ヘモグロビン量は、操作者の要求に応じて、チャンネル毎の時系列のグラフとして、または、トポグラフィ像を作成して、表示部４１に表示する。
【００３４】
つぎに、算出したオキシヘモグロビン量の時系列データを信号処理部３０において以下の方法で解析する（ステップ３０５〜３０８）。まず、各チャンネルのオキシヘモグロビン信号を１次フィッティングより補正し、直線的な変動成分（ｔｒｅｎｄ）を除去する。トレンド除去後の時系列なオキシヘモグロビン信号を一部チャンネルについてグラフとして表したものを図４に示す。つぎに、オキシヘモグロビン信号データに対して主成分分析を行って、４８チャンネル全体のオキシヘモグロビン信号の複数の主成分を求める（ステップ３０５）。図５に示した例では、主成分１(Component1)から主成分５(Component5)まで５つの主成分の波形が得られている。これらの主成分波形は、表示部４１に表示することができる。なお、主成分分析とは、多数の変量によって構成された測定データに対して、それらの情報量をできるだけ損なわず、かつ、情報をより把握し易くするために合成変量（主成分）を求めて解析する統計的手法である。生体光計測装置の複数チャンネルのオキシヘモグロビン信号について、主成分分析を施して主成分を求める手法については、例えば特開２００５−１４３６０９号公報等に詳細に記載され、広く知られた手法であるので、ここでは詳細な分析手法については説明を省略する。
【００３５】
つぎに、参照応答信号としてステップ３０３で同時に取得したＳｐＯ２データの波形を参照応答信号として用い、ステップ３０５で求めた各主成分の波形との相関を求める（ステップ３０６）。ＳｐＯ２データの時系列な波形は、図７の波形７０１、波形７０２に示すように、パルス状の酸素投与に伴い台形形状に変化する。そこで、エア切換器２の切換タイミングを用い、連続したＳｐＯ２の時系列データからパルス状の酸素投与に時間的に同期して台形形状に変化するＳｐＯ２の時系列データ波形を切り出す。これを参照応答信号として、これと時間的に同期した各主成分波形との相関を求める。主成分波形とＳｐＯ２の時系列データ波形との時間的同期を取る際にも、エア切換器２の切り換えタイミングを用いる。ＳｐＯ２の時系列データ波形に最も相関係数が高い主成分を、酸素吸入に伴うオキシヘモグロビン変化の情報を持った主成分（酸素吸入関連主成分５０１）として選択する。例えば、図５の例では、主成分１(Component1)の波形が、ＳｐＯ２の時系列データ波形７０１または７０２と最も相関が高いため、酸素吸入関連主成分５０１として選択されている。
【００３６】
なお、図７に示したＳｐＯ２データ波形７０１は、呼吸機能が健常な被検体９のものであり、波形７０２は、呼吸機能が低下している被検体９のものである。呼吸機能が低下している被検体９のＳｐＯ２データ波形７０２は、呼吸機能が健常な被検体９の波形７０１と比較して、ピークに達するまでに時間が遅延し、最高酸素飽和度が低い傾向がある。上述のステップ３０６において、ＳｐＯ２データを参照応答信号として用いることにより、呼吸機能の個人差による血中酸素濃度の影響を排除して、オキシヘモグロビン信号の主成分を判断することができる。
【００３７】
ステップ３０６で求めた酸素吸入関連主成分５０１が各チャンネルにどの程度含まれているかを評価するために、チャンネル毎の重み値５０２をそれぞれ求める（ステップ３０７）。求めたチャンネル毎の重み値５０２は、図５のようにグラフとして表示部４１に表示することができる。重み値５０２は、主成分のデータが、各チャンネルのオキシヘモグロビン信号をそれぞれどの程度反映させたものであるかを表した値（−１〜１の範囲の値）であり、この値が１に近いほどチャンネルのオキシヘモグロビン信号が、当該主成分に近い波形を呈していることを表している。オキシヘモグロビン信号の波高が低い場合やピークが遅れた場合は、重み値は低下する傾向を示す。なお、図５に示した例では、酸素吸入関連主成分(Component1)５０１のみならず、主成分２〜５(Component2〜5)についても、チャンネル毎の重み値を求め、グラフとして表示している。
【００３８】
酸素吸入関連主成分５０１のチャンネル毎の重み値５０２を、頭部マップ上のチャンネル（計測点）の位置に濃淡や色相差等で表すことにより、図５のように重み値マップ５０３を作成する（ステップ３０８）。チャンネル間の位置についてはスプライン補完等により補完した値を濃淡や色相差等で表す。なお、図５の重み値マップ５０３は、脳の片側のチャンネル１〜２４のトポグラフィ像であり、４８チャンネル全体の重み値マップは、図６（ａ）または（ｂ）のようになる。
【００３９】
重み値マップの左右差があるかどうかにより脳虚血の有無を判定する（ステップ３０９）。図６（ｂ）のように、重み値マップに左右差が見られない場合は脳虚血なしと判定し、図６（ａ）のように左右差が見られる場合は重み値の低い部分を脳虚血ありと判定する。この判定は、制御部３１の指示を受けた信号処理部３０が画像処理を行って重みマップの濃淡のばらつき（分散）の左右差を求め、所定値以上である場合には、脳虚血有りと判定することが可能である。
【００４０】
上述してきたように、本実施の形態の生体光計測装置は、エア切換器２を制御することにより、予め被検体９に装着したマスク７に対して供給する気体を瞬時に空気から酸素に、酸素から空気に切り換えることができる。これにより、安静状態で酸素をパルス状に投与することができ、脳組織中の酸素濃度の変化を精度良く計測することができる。また、被検体９に空気投与から酸素投与への切換を認識させないで、酸素をパルス状に投与することができるため、切り換え認識による大脳皮質の活動を生じさせることなく計測を行うことができる。よって、酸素投与による脳組織中の酸素濃度が変化する状態を精度良く計測することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、手指の末梢血管で測定した酸素飽和度ＳｐＯ２データを参照応答信号として用いることができる。図７に示すように、呼吸機能が健常な被検体９では、酸素投与に伴いＳｐＯ２の時系列データが台形波状７０１に変化する。呼吸機能が低下している被検体９では、ＳｐＯ２の時系列データの波形７０２はピークに達するまでに時間が遅延し、最高酸素飽和度が低い傾向がある。よって、ＳｐＯ２データを参照応答信号として用いることにより、呼吸機能の個人差による血中酸素濃度の影響を排除して、オキシヘモグロビン信号の主成分を判断することができる。これにより、呼吸機能の高低にかかわらず、脳組織の酸素運搬および拡散能力を判断することが可能である。
【００４２】
実際に、健常な被検体９について本実施の形態の装置で測定を行ったところ、酸素の投与に伴いオキシヘモグロビンが台形波状に変化する所見が認められ、主成分分析を行った結果、８１．８％の症例で重み値の左右差は見られなかった。このことから、重み値の左右差が見られないという所見は、健常人の典型的な所見であると確認できた。一方、脳虚血のある被検体９についての測定結果とSPECT所見を比較したところ、酸素吸入でのオキシヘモグロビン信号の上昇が、周囲の異常のない部位（健常部位）と比べて少ない部位では、主成分分析での重み値も低かった。この部位はSPECTでの脳血流低下部位と一致しており、脳虚血を示した所見であることが確認された。この虚血部位で酸素吸入関連主成分の重みが低くなる理由として、虚血により酸素の運搬・拡散が低下した脳組織においては、オキシヘモグロビン増加の程度が低く、かつ時間的にも遅延するために、ＳｐＯ２波形にマッチさせた酸素吸入関連主成分の重み値が、健常部分で高く、虚血部分では低くなるためであると考えられる。今回の解析で脳虚血と判定した部位とSPECTの所見が一致したのは７６．７％であり、実用レベルの検出率であると考えられる。
【００４３】
また、図６（ａ）のように、頚部内頚動脈ステント留置術（CAS）を施す前には重み値に左右差があり、脳虚血ありと判断された被検体９は、CAS後には図６（ｂ）のように重み値に左右差が殆どなくなっていた。同じ被検体９についてCAS前後でSPECTを測定したところ、術前に脳血流の低下していた部位の脳血流は左右差が見られなくなる程度まで増加しており、CASによる脳血流の増加が観察された。これにより、重み値の増加部位はSPECTで脳血流の回復した部位に一致していることが確認された。
【００４４】
なお、上述した実施の形態では、酸素飽和度ＳｐＯ２をパルスオキシメータ４により手指から測定しているが、脳以外の酸素飽和度が測定できればよく、パルスオキシメータ以外の装置で測定したものであっても構わない。また、手指以外の動脈血から測定してもよい。
【００４５】
また、上記説明では、流量制御器５ａ、５ｂの流量を制御部３１が設定しているが、手動で設定する構成や、出荷時に固定的に流量設定しておく構成にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明が適用される生体光計測装置のプローブ等を被検体に装着した状態の全体概要を示すブロック図。
【図２】本発明の生体光計測装置の構成を示すブロック図。
【図３】図１の装置の動作を説明するフローチャート。
【図４】測定した一部チャンネルのオキシヘモグロビン信号を示すグラフ。
【図５】測定したオキシヘモグロビン信号の主成分波形を示すグラフと、各主成分のチャンネル毎の重み値を示すグラフと、それぞれの重み値マップを示す図。
【図６】（ａ）脳虚血がある被検体９の重み値マップを示す図、（ｂ）脳虚血がない被検体９の重み値マップを示す図。
【図７】測定した酸素飽和度ＳｐＯ２を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４７】
１…光計測装置本体、２…エア切換器、３…切換制御器、４…オキシパルスメータ、５ａ…空気流量制御器、５ｂ…酸素流量制御器、６ａ…圧縮空気供給源、６ｂ…圧縮酸素供給源、９…被検体、１０…光源部、１１…半導体レーザ、１２…光モジュール、１３…光照射用光ファイバ、２０…光計測部、２１…検出用光ファイバ、２２…フォトダイオード、２３…ロックインアンプモジュール、２４…Ａ／Ｄ変換器、３０…信号処理部、３４…入出力部、３１…制御部、３２…記憶部、３３…入出力部、４０…プローブ、４１…表示部。
【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７】
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【図６】
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