(57)【要約】  光学的測定装置は、表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に照射された光のうち表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した第１位置で受光すると共に、表層及び深層を通過した光を受光するように照射位置から第２の所定距離だけ離間した第２位置で受光し、表層の血流に変化を与える前後で第１位置及び第２位置で受光された光の吸光度の変化量に基づいて補正係数を算出し、表層の血流に変化を与えた後に第２位置で受光された光の吸光度の変化量と、補正係数と、表層及び深層の血流に変化を与えた後に第２位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、深層の吸光度の変化量を演算する。
2018030314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射する発光部と、
前記発光部から発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように前記発光部から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、前記発光部から発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記発光部から第２の所定距離だけ離間した位置で受光する受光部と、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出する算出部と、
前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記算出部により算出された補正係数と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算する演算部と、
を備えた光学的測定装置。
【請求項２】
前記測定対象は生体の一部であり、前記表層は頭皮であり、前記深層は脳である
請求項１記載の光学的測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量から、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量に前記補正係数を乗算した値を減算することにより、前記深層の吸光度の変化量を演算する
請求項１又は請求項２記載の光学的測定装置。
【請求項４】
前記発光部は、異なる複数の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記受光部は、前記複数の波長の光を受光し、
前記算出部は、前記複数の波長毎に前記補正係数を算出し、
前記演算部は、前記複数の波長毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記複数の波長毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する
請求項１〜３の何れか１項に記載の光学的測定装置。
【請求項５】
前記受光部は、前記発光部から前記第１の所定距離だけ離間した第１の受光部と、前記発光部から前記第２の所定距離だけ離間した第２の受光部と、を含む
請求項１〜４の何れか１項に記載の光学的測定装置。
【請求項６】
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射し、
発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光し、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出し、
前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算する
光学的測定方法。
【請求項７】
コンピュータに、
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、
発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、
前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、
を含む処理を実行させるための光学的測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的測定装置、光学的測定方法、及び光学的測定プログラムに係り、特に、人体の深層組織の光の吸光度について測定する光学的測定装置、光学的測定方法、及び光学的測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の近赤外分光法（ＮＩＲＳ：ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による脳計測では、頭皮（表層）の血液の情報が重畳するため、脳（深層）だけの信号を取得するためには、表情や温度を変えない等の多くの制限があった。脳計測の際には頭部を動かさないことや周囲温度を一定にする必要があるため、車載計測や日常的動作を伴う計測で正確度が低下する、という問題があった。【０００３】
皮膚の影響を補正する手法として、皮膚の光路長を平均的な値を用いて補正する手法（非特許文献１参照）や、独立成分分析で皮膚の信号を抽出し、それを差し引く方法（非特許文献２参照）等があるが、皮膚の光路長の個人差に起因する誤差により、適用できる対象が極めて限定的な補正法となっていた。【０００４】
また、生体を圧迫することと光計測を組み合わせた技術として、皮膚を圧迫してその計測値から末梢動脈機能を評価する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、光源部と検出部とを頭部に押し付ける板ばね部を有する脳機能測定装置が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２０１５／１３４２４５号パンフレット
【特許文献２】特開２０１０−１６７０３９号公報
【非特許文献１】Fabbri F, Sassaroli A, Henry ME et al: Optical measurements of absorption changes in two-layered diffusive media. Phys. Med. Biol. 49(2004) 1183-1201.
【非特許文献２】Funane T, Atsumori H, Ktura T et al: Quantitative evaluation of deep and shallow tissue layer's contribution to fNIRS signal using multi-distance optodes and independent component analysis. NeuroImage 85 (2014) 150-165.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、表層の影響を補正して深層の情報を測定する技術は未だ提案されていない。【０００７】
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、表層の影響を精度良く補正して深層の情報を測定することができる光学的測定装置、光学的測定方法、及び光学的測定プログラムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る光学的測定装置は、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射する発光部と、前記発光部から発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように前記発光部から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、前記発光部から発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記発光部から第２の所定距離だけ離間した位置で受光する受光部と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出する算出部と、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記算出部により算出された補正係数と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算する演算部と、を備える。【０００９】
本発明の第２の態様は、前記測定対象は生体の一部であり、前記表層は頭皮であり、前記深層は脳である。【００１０】
本発明の第３の態様は、前記演算部は、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量から、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量に前記補正係数を乗算した値を減算することにより、前記深層の吸光度の変化量を演算する。【００１１】
本発明の第４の態様は、前記発光部は、異なる複数の波長で前記測定対象に光を照射し、前記受光部は、前記複数の波長の光を受光し、前記算出部は、前記複数の波長毎に前記補正係数を算出し、前記演算部は、前記複数の波長毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記複数の波長毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する。【００１２】
本発明の第５の態様は、前記受光部は、前記発光部から前記第１の所定距離だけ離間した第１の受光部と、前記発光部から前記第２の所定距離だけ離間した第２の受光部と、を含む。【００１３】
本発明の第６の態様に係る光学的測定方法は、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射し、発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光し、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出し、前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算する。【００１４】
本発明の第７の態様に係る光学的測定プログラムは、コンピュータに、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、を含む処理を実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、表層の影響を精度良く補正して深層の情報を測定することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光学的測定装置の概略構成図である。
【図２】プローブが頭部に装着された状態を示す図である。
【図３】光学的測定処理のフローチャートである。
【図４】吸光度の変化量を示す線図である。
【図５】吸光度の変化量を示す線図である。
【図６】総ヘモグロビンの変化量を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態では、一例として、近赤外光分光法（ＮＩＲＳ：ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、人間の脳内における血液に関する情報、例えばヘモグロビン濃度の変化量を測定する場合について説明する。
【００１９】
図１には、光学的測定装置１０の概略構成を示した。同図に示すように、光学的測定装置１０は、プローブ１２、制御部１６、操作部１８、メモリ２０、及び出力部２２を含んで構成されている。
【００２０】
プローブ１２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）２４、２つのＰＤ（フォトダイオード）２６Ａ、２６Ｂ、及び圧力センサ２８が、例えば可撓性を有する平板状の部材（例えばゴム性の部材等）３０に設けられた構成である。
【００２１】
図２に示すように、プローブ１２は、例えば被測定者の頭部３２内に光を当てるために被測定者の頭部３２に接触させる。頭部３２は、表層としての頭皮３４、頭蓋骨３６、脳脊髄液３８、及び深層としての脳４０で構成される。
【００２２】
ＬＥＤ２４は、本実施形態では一例としてピーク波長が第１の波長λ１、第２の波長λ２の２波長の発光ダイオードである。第１の波長λ１、第２の波長λ２は、水の吸収が少ない波長、具体的には９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンＨＨｂと酸素化ヘモグロビンＯ２Ｈｂの吸収スペクトルが交差する位置の波長である約８０５ｎｍから略等距離にある波長に設定される。本実施形態では一例として第１の波長λ１が７７０ｎｍ、第２の波長λ２が８３０ｎｍである。
【００２３】
図１に示すように、ＬＥＤ２４とＰＤ２６Ａとは、第１の所定距離ｄ１だけ離間して配置されており、ＬＥＤ２４とＰＤ２６Ｂとは第２の所定距離ｄ２だけ離間して配置されている。
【００２４】
第１の所定距離ｄ１は、ＬＥＤ２４から発光された光が、頭部３２の表層、すなわち頭皮３４を通ってＰＤ２６Ａに到達するような距離に設定される。本実施形態では、第１の所定距離ｄ１は一例として４ｍｍとするが、これに限られるものではない。
【００２５】
また、第２の所定距離ｄ２は、ＬＥＤ２４から発光された光が、頭部３２の深層、すなわち脳４０を通ってＰＤ２６Ｂに到達するような距離に設定される。本実施形態では、第２の所定距離ｄ２は一例として３５ｍｍとするが、これに限られるものではない。
【００２６】
圧力センサ２８は、圧力センサ２８が設けられた位置に加えられた圧力を検出する。圧力センサ２８により検出された圧力の変化を検出することにより、プローブ１２が頭部３２に押し付けられたか否かを検出することができる。
【００２７】
制御部１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んだコンピュータで構成される。制御部１６は、後述する光学的測定処理を実行する。この光学的測定処理では、ＬＥＤ２４を発光させ、ＰＤ２６Ａ、２６Ｂで受光した光の光強度に基づいて、頭皮３４の影響を除去して脳４０の光の吸光度を算出し、算出結果に基づいて脳４０のヘモグロビン濃度を算出する。算出結果は、出力部２２を介して例えばディスプレイやプリンタ等の外部装置に出力される。
【００２８】
メモリ２０は、例えば不揮発性のメモリで構成され、上記の算出結果や、後述する光学的測定処理の処理ルーチンのプログラムが予め記憶される。
【００２９】
次に、本実施形態の作用として、制御部１６で実行される測定処理について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、この処理は、光学的測定装置１０の電源がオンされると実行される。
【００３０】
測定する際には、プローブ１２を被測定者の頭部３２に装着し、操作部１８を操作することにより、測定開始を指示する。
【００３１】
ステップ１００では、操作部１８の操作により測定開始が指示されたか否かを判断し、測定開始が指示された場合にはステップ１０２へ移行する。
【００３２】
ステップ１０２では、初期状態の光強度を測定する。すなわち、ＬＥＤ２４に発光を指示し、ＰＤ２６Ａ、ＰＤ２６Ｂで受光した光の光強度ＩＡ０、ＩＢ０を取り込む。なお、第１の波長λ１、第２の波長λ２で順次発光させ、それぞれの光強度ＩＡ０、ＩＢ０を取り込む。以下では、第１の波長λ１で発光した場合のＰＤ２６Ａ、ＰＤ２６Ｂで受光した光の光強度をＩＡ０−１、ＩＢ０−１とし、第２の波長λ２で発光した場合のＰＤ２６Ａ、ＰＤ２６Ｂで受光した光の光強度をＩＡ０−２、ＩＢ０−２とする。なお、以下では、符号をフォトダイオードで区別しない場合は添え字の「Ａ」、「Ｂ」を省略し、符号を波長で区別しない場合は添え字の「−１」、「−２」を省略する。
【００３３】
ステップ１０４では、ステップ１０２で測定した光強度ＩＡ０−１、ＩＢ０−１、ＩＡ０−２、ＩＢ０−２を初期状態の光強度としてメモリ２０に記憶させる。
【００３４】
ステップ１０６では、ステップ１０２と同様に、任意状態の光強度を測定する。すなわち、ＬＥＤ２４を第１の波長λ１、第２の波長λ２で順次発光させ、それぞれの光強度ＩＡ、ＩＢを取り込む。以下では、第１の波長λ１で発光した場合のＰＤ２６Ａ、ＰＤ２６Ｂで受光した光の光強度をＩＡ−１、ＩＢ−１とし、第２の波長λ２で発光した場合のＰＤ２６Ａ、ＰＤ２６Ｂで受光した光の光強度をＩＡ−２、ＩＢ−２とする。
【００３５】
ステップ１０８では、ステップ１０２、１０６で測定した光強度に基づいて、第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤＡ−１、ΔＯＤＢ−１、第２の波長λ２の吸光度の変化量ΔＯＤＡ−２、ΔＯＤＢ−２を算出する。
【００３６】
吸光度の変化量ΔＯＤは、初期状態の光強度をＩ０、その後の任意の状態における光強度をＩ、ｌｎを自然対数として、次式で表される。
【００３７】
ΔＯＤ＝ｌｎ（Ｉ０／Ｉ）        ・・・（１）
【００３８】
従って、第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤＡ−１は、上記（１）式のＩ０にＩＡ０−１を、ＩにＩＡ−１を代入することにより算出できる。第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤＢ−１、第２の波長λ２の吸光度の変化量ΔＯＤＡ−２、ΔＯＤＢ−２についても同様に上記（１）式を用いて算出できる。
【００３９】
ここで、頭部３２に圧力を加えた場合、圧力を加える前後で吸光度の変化量ΔＯＤは変化する。一例として、図４には、頭部３２を軽く数回圧迫した場合に、ＰＤ２６Ａで受光した第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤＡ−１、第２の波長λ２の吸光度の変化量ΔＯＤＡ−２を示した。図４に示すように、頭部３２を押下しているｔ期間は、吸光度の変化量ΔＯＤＡが低下しているのが判る。
【００４０】
また、図５には、頭部３２を軽く数回圧迫した場合に、ＰＤ２６Ｂで受光した第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤＢ−１、第２の波長λ２の吸光度の変化量ΔＯＤＢ−２を示した。図５に示すように、頭部３２を押下しているｔ期間は、吸光度の変化量ΔＯＤＢが低下しているのが判る。
【００４１】
ユーザーは、操作部１８を操作して測定開始を指示してから、ステップ１０８までの処理が終了する程度の時間の経過後、例えば数秒経過後に、プローブ１２を例えば数秒程度軽く押圧し、頭部３２に圧力を加える。なお、ビープ音等を鳴らす等して頭部３２に押圧するタイミングをユーザーに報知するようにしてもよい。
【００４２】
そして、ステップ１１０では、頭部３２が押圧されたか否かを検出する。具体的には、圧力センサ２８により検出された圧力値を取り込み、取り込んだ圧力値が、頭部３２に圧力が加えられたと判定できる閾値以上であるか否かを判定する。そして、圧力値が閾値以上の場合はステップ１１２へ移行し、圧力値が閾値未満の場合はステップ１０６へ戻る。なお、押圧する力は、頭皮３４内でのみ血流が変化する程度の力、すなわち、頭皮３４内の血流には影響するが、脳４０内の血流には影響しない程度の力であることが好ましく、例えば０．３Ｎ程度の力が好ましい。
【００４３】
なお、圧力センサ２８により検出された圧力値に基づいて頭部３２が押圧されたか否かを判定するのではなく、吸光度の変化量ΔＯＤに基づいて頭部３２が押圧されたか否かを判定するようにしてもよい。前述したように、頭部３２を押下すると、図４、５に示したように吸光度の変化量ΔＯＤが低下するので、吸光度の変化量ΔＯＤが頭部３２に圧力が加えられたと判定できる閾値以下であるか否かを判定することにより、頭部３２が押圧されたか否かを判定するようにしてもよい。
【００４４】
ステップ１１２では、押圧後の光強度をステップ１０２と同様に測定する。すなわち、ＬＥＤ２４を第１の波長λ１、第２の波長λ２で順次発光させ、それぞれの光強度Ｉ’Ａ、Ｉ’Ｂを取り込む。以下では、第１の波長λ１で発光した場合のＰＤ２６Ａ、ＰＤ２６Ｂで受光した光の光強度をＩ’Ａ−１、Ｉ’Ｂ−１とし、第２の波長λ２で発光した場合の押圧後におけるＰＤ２６Ａ、ＰＤ２６Ｂで受光した光の光強度をＩ’Ａ−２、Ｉ’Ｂ−２とする。
【００４５】
ステップ１１４では、ステップ１０６、１１２で測定した光強度に基づいて、押圧前後における第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤ’Ａ−１、ΔＯＤ’Ｂ−１、第２の波長λ２の吸光度の変化量ΔＯＤ’Ａ−２、ΔＯＤ’Ｂ−２を算出する。
【００４６】
具体的には、押圧前後における第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤ’Ａ−１は、上記（１）式のＩ０に押圧前のＩＡ−１を、Ｉに押圧後のＩ’Ａ−１を代入することにより算出できる。押圧前後における第１の波長λ１の吸光度の変化量ΔＯＤ’Ｂ−１、第２の波長λ２の吸光度の変化量ΔＯＤ’Ａ−２、ΔＯＤ’Ｂ−２についても同様に上記（１）式を用いて算出できる。
【００４７】
ステップ１１６では、ステップ１１４で算出した押圧前後における吸光度の変化量ΔＯＤ’Ａ、ΔＯＤ’Ｂに基づいて、補正係数Ｋを算出する。具体的には次式により補正係数Ｋを算出する。
【００４８】
Ｋ＝ＬＢ／ＬＡ＝ΔＯＤ’Ｂ／ΔＯＤ’Ａ    ・・・（２）
【００４９】
補正係数Ｋは、波長毎に算出する。すなわち、上記（２）式のΔＯＤ’ＡにΔＯＤ’Ａ−１を、ΔＯＤ’ＢにΔＯＤ’Ｂ−１を代入することにより、第１の波長λ１における補正係数Ｋ１を算出することができる。同様に、上記（２）式のΔＯＤ’ＡにΔＯＤ’Ａ−２を、ΔＯＤ’ＢにΔＯＤ’Ｂ−２を代入することにより、第２の波長λ２における補正係数Ｋ２を算出することができる。
【００５０】
ここで、ＬＡは、頭皮３４内におけるＬＥＤ２４からＰＤ２６Ａまでの平均光路長であり、ＬＢは、頭皮３４内におけるＬＥＤ２４からＰＤ２６Ｂまでの平均光路長である。図２に示すように、ＬＥＤ２４から発光された光のうち、或る光ＬＡ１は頭皮３４内を通ってＰＤ２６Ａに到達し、或る光ＬＡ２は頭蓋骨３６まで到達してからＰＤ２６Ａに到達する。従って、平均光路長ＬＡは、ＬＥＤ２４から発光され、様々な経路を通ってＰＤ２６Ａに到達した光のうち、頭皮３４内を通る光の光路長の平均値である。すなわち、平均光路長ＬＡは、図２のハッチングで示された領域４２Ａを通る光の光路長の平均値である。
【００５１】
同様に、図２に示すように、ＬＥＤ２４から発光された光のうち、或る光ＬＢ１は頭皮３４内を通ってＰＤ２６Ｂに到達し、或る光ＬＢ２は脳４０まで到達してからＰＤ２６Ｂに到達する。従って、平均光路長ＬＢは、ＬＥＤ２４から発光され、様々な経路を通ってＰＤ２６Ｂに到達した光のうち、頭皮３４内を通る光の光路長の平均値である。すなわち、平均光路長ＬＢは、図２のハッチングで示された領域４２Ｂを通る光の光路長の平均値である。
【００５２】
そして、平均光路長ＬＡとＬＢとの比は、押圧前後の吸光度の変化量ΔＯＤ’ＡとΔＯＤ’Ｂとの比に等しいため、上記（２）式が成立する。なお、頭皮３４の散乱係数や吸収係数は個人によって異なり、これらが異なると補正係数Ｋも異なる。従って、個人によって補正係数Ｋの値は異なる。
【００５３】
ステップ１１８では、頭部３２への押圧が終了したか否かを検出する。具体的には、圧力センサ２８により検出された圧力値を取り込み、取り込んだ圧力値が、頭部３２に圧力が加えられていないと判定できる閾値以下であるか否かを判定する。そして、圧力値が閾値以下の場合はステップ１２０へ移行し、圧力値が閾値より大きい場合は閾値以下になるまで待機する。
【００５４】
ステップ１２０では、ステップ１０６と同様に、任意状態の光強度を測定する。
【００５５】
ステップ１２２では、ステップ１０８と同様に、ステップ１０２、１２０で測定した光強度に基づいて、吸光度の変化量ΔＯＤＡ、ΔＯＤＢを算出する。
【００５６】
ステップ１２４では、ステップ１２２で算出した吸光度の変化量ΔＯＤＡ、ΔＯＤＢと、ステップ１１６で算出した補正係数Ｋと、に基づいて、頭皮３４の影響を除去した脳４０の吸光度の変化量ΔＯＤ”Ｂを算出する。具体的には、次式によりΔＯＤ”Ｂを算出する。
【００５７】
ΔＯＤ”Ｂ＝ΔＯＤＢ−Ｋ×ΔＯＤＡ      ・・・（３）
【００５８】
頭皮３４の影響を除去した脳４０の吸光度の変化量ΔＯＤ”Ｂは、波長毎に算出する。すなわち、上記（３）式のΔＯＤＡにΔＯＤＡ−１を、ΔＯＤＢにΔＯＤＢ−１を、ＫにＫ１を代入することにより、第１の波長λ１におけるΔＯＤ”Ｂ−１を算出することができる。同様に、上記（３）式のΔＯＤＡにΔＯＤＡ−２を、ΔＯＤＢにΔＯＤＢ−２を、ＫにＫ２を代入することにより、第２の波長λ２におけるΔＯＤ”Ｂ−２を算出することができる。
【００５９】
ステップ１２６では、脳４０の血液に関する情報、例えば酸素化ヘモグロビンＯ２Ｈｂの変化量、脱酸素化ヘモグロビンＨＨｂの変化量を算出する。まず、脳４０の光の吸収係数変化量を算出する。
【００６０】
頭皮３４の影響を除去した脳４０の吸光度の変化量ΔＯＤ”Ｂは、次式でも表すことができる。
【００６１】
ΔＯＤ”Ｂ＝ΔμＢ×ＬＣ      ・・・（４）
【００６２】
ここで、ΔμＢは、脳４０の光の吸収係数変化量を表す。また、ＬＣは、脳４０の平均光路長であり、ＬＥＤ２４から発光されてＰＤ２６Ｂに到達した光の光路長の中で脳４０のみを通る光の光路長の平均値である。上記（４）式をΔμＢの式で表すと次式のようになる。
【００６３】
ΔμＢ＝ΔＯＤ”Ｂ／ＬＣ      ・・・（５）
【００６４】
上記（５）式のΔＯＤ”Ｂに第１の波長λ１における上記（３）式で求めたΔＯＤ”Ｂ−１を、ＬＣに第１の波長λ１における平均光路長ＬＣ−１を代入することにより、第１の波長λ１における吸収係数変化量ΔμＢ−１を算出することができる。同様に、上記（５）式のΔＯＤ”Ｂに第２の波長λ２における上記（３）式で求めたΔＯＤ”Ｂ−２を、ＬＣに第２の波長λ２における平均光路長ＬＣ−２を代入することにより、第２の波長λ２における吸収係数変化量ΔμＢ−２を算出することができる。
【００６５】
なお、第１の波長λ１における平均光路長ＬＣ−１は、層状モデルを用いた光輸送理論に基づく理論解析により算出できる。同様に、第２の波長λ２における平均光路長ＬＣ−２は、層状モデルを用いた光輸送理論に基づく理論解析により算出できる。
【００６６】
そして、第１の波長λ１における吸収係数変化量ΔμＢー１及び第２の波長λ２における吸収係数変化量ΔμＢ−２に基づいて、酸素化ヘモグロビンＯ２Ｈｂの変化量ΔＯ２Ｈｂ及び脱酸素化ヘモグロビンＨＨｂの変化量ΔＨＨｂを算出する。また、酸素化ヘモグロビンＯ２Ｈｂの変化量ΔＯ２Ｈｂと脱酸素化ヘモグロビンＨＨｂの変化量ΔＨＨｂを足し合わせることにより、総ヘモグロビンの変化量ΔＨｂを算出する。酸素化ヘモグロビンＯ２Ｈｂの変化量ΔＯ２Ｈｂ及び脱酸素化ヘモグロビンＨＨｂの変化量ΔＨＨｂの算出については、種々公知の算出方法を用いることができる。
【００６７】
上記のように算出した脳４０の血液に関する情報は、出力部２２を介して例えばディスプレイやプリンタ等の外部装置に出力する。
【００６８】
ステップ１２８では、操作部１８の操作により測定終了が指示されたか否かを判断し、測定終了が指示された場合には本ルーチンを終了し、測定終了が指示されていない場合はステップ１２０へ移行してステップ１２０〜１２６の処理を繰り返す。
【００６９】
図６には、頭部３２に外乱（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が加えられた場合に、上記のようにして補正係数Ｋで補正して算出した総ヘモグロビンＨｂの変化量ΔＨｂ（Ａｆｔｅｒ）、補正係数Ｋで補正せずに算出した総ヘモグロビンＨｂの変化量ΔＨｂ（Ｂｅｆｏｒｅ）と、を示した。
【００７０】
図６に示すように、補正係数Ｋで補正しない場合、外乱（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の影響によって総ヘモグロビンＨｂの変化量ΔＨｂ（Ｂｅｆｏｒｅ）が低下してしまっている。これは、頭皮３４の影響を除去できていないためである。
【００７１】
これに対し、本実施形態のように補正係数Ｋで補正した場合、総ヘモグロビンＨｂの変化量ΔＨｂ（Ａｆｔｅｒ）は、外乱（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の影響によって総ヘモグロビンＨｂの変化量ΔＨｂ（Ｂｅｆｏｒｅ）はほとんど変化していない。このように、脳４０の吸光度をユーザー固有の補正係数Ｋで補正し、補正した吸光度を用いて酸素化ヘモグロビン等の脳４０内の血液に関する情報を算出することにより、頭皮３４の影響を除去して脳４０内の血液に関する情報を精度良く算出することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、人の脳内のヘモグロビン濃度等を測定する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば他の部位の筋肉のヘモグロビン濃度等を測定する場合にも適用可能である。この場合、頭皮に代えて皮膚を表層とし、脳に代えて筋肉を深層とし、プローブ１２を測定対象の部位に装着して図３に示す処理を実行すればよい。
【００７３】
また、本実施形態では、頭皮３４の血流に変化を与えるのに頭部３２を押圧する場合について説明したが、これに限らず、頭部３２に熱を与えることにより頭皮３４の血流に変化を与えるようにしてもよい。
【００７４】
また、本実施形態では、ＰＤを二つ設けた構成の場合について説明したが、これに限らず、ＰＤを一つとし、ＬＥＤを二つとしてもよい。また、ＬＥＤ又はＰＤを移動可能な構成として、すなわちＬＥＤとＰＤとの距離を調整可能な構成としてもよい。この場合、ＬＥＤとＰＤとの距離を第１の所定距離ｄ１に設定してＬＥＤから発光された光を受光し、その後ＬＥＤとＰＤとの距離を第２の所定距離ｄ２に設定してＬＥＤから発光された光を受光するようにすればよい。
【００７５】
本実施形態に係る光学的測定装置１０を用いることにより、温度の変化の大きい車内や、表情変化・視認動作を伴うような日常的な活動時であっても、表層（頭皮）の影響を受けにくい脳計測が可能となるため、従来よりも計測の適用範囲を大きく広げることができる。
【００７６】
光による脳計測は、機能的近赤外分光法（functional near infrared spectroscopy)として広く普及しつつあるが、常に表層の影響の有無が測定値の信頼性を左右する要因となっている。本実施形態に係る光学的測定装置１０によれば、測定値から得られる知見の信頼性や正確度の面で優位となる。さらに、頭皮の血流が外乱によって変化する状態でも精度良く頭皮の影響を除去して測定できるようになるため、利便性の面でも優位となる。
【符号の説明】
【００７７】
１０ 光学的測定装置
１２ プローブ
１６ 制御部
１８ 操作部
２０ メモリ
２２ 出力部
２４ ＬＥＤ
２６Ａ、２６Ｂ ＰＤ
２８ 圧力センサ
３２ 頭部
３４ 頭皮
３６ 頭蓋骨
３８ 脳脊髄液
４０ 脳
【図１】
2018030314.tif 000003
【図２】
2018030314.tif 000004
【図３】
2018030314.tif 000005
【図４】
2018030314.tif 000006
【図５】
2018030314.tif 000007
【図６】
2018030314.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月29日(2017.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射する発光部と、
前記発光部から発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように前記発光部から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、前記発光部から発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記発光部から第２の所定距離だけ離間した位置で受光する受光部と、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出する算出部と、
前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記算出部により算出された補正係数と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算する演算部と、
を備え、
前記発光部は、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記受光部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、
前記算出部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、
前記演算部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する
光学的測定装置。
【請求項２】
前記測定対象は生体の一部であり、前記表層は頭皮であり、前記深層は脳である
請求項１記載の光学的測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量から、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量に前記補正係数を乗算した値を減算することにより、前記深層の吸光度の変化量を演算する
請求項１又は請求項２記載の光学的測定装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記受光部は、前記発光部から前記第１の所定距離だけ離間した第１の受光部と、前記発光部から前記第２の所定距離だけ離間した第２の受光部と、を含む
請求項１〜３の何れか１項に記載の光学的測定装置。
【請求項６】
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、
発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、
前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記受光するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、
前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長
の光毎に前記補正係数を算出し、
前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する
光学的測定方法。
【請求項７】
コンピュータに、
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、
発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、
前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記受光するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、
前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、
前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する
処理を実行させるための光学的測定プログラム。
【請求項８】
前記複数の層は、前記表層と前記深層との間に少なくとも１つの層を含む
請求項１、２、３、及び５の何れか１項に記載の光学的測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
深層の吸光度の変化量を演算する演算部と、を備え、前記発光部は、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、前記受光部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、前記算出部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、前記演算部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する。
［０００９］
本発明の第２の態様は、前記測定対象は生体の一部であり、前記表層は頭皮であり、前記深層は脳である。
［００１０］
本発明の第３の態様は、前記演算部は、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量から、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量に前記補正係数を乗算した値を減算することにより、前記深層の吸光度の変化量を演算する。
［００１１］
［００１２］
本発明の第５の態様は、前記受光部は、前記発光部から前記第１の所定距離だけ離間した第１の受光部と、前記発光部から前記第２の所定距離だけ離間した第２の受光部と、を含む。
［００１３］
本発明の第６の態様に係る光学的測定方法は、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、を含み、前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、前記受光するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
［００１４］
本発明の第７の態様に係る光学的測定プログラムは、コンピュータに、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、を含み、前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、前記受光するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する処理を実行させる。
本発明の第８の態様に係る光学的測定装置は、前記複数の層は、前記表層と前記深層との間に少なくとも１つの層を含む。
発明の効果
［００１５］
本発明によれば、表層の影響を精度良く補正して深層の情報を測定することができる、という効果を有する。
図面の簡単な説明
［００１６］
［図１］光学的測定装置の概略構成図である。
［図２］プローブが頭部に装着された状態を示す図である。
［図３］光学的測定処理のフローチャートである。
［図４］吸光度の変化量を示す線図である。
［図５］吸光度の変化量を示す線図である。
［図６］総ヘモグロビンの変化量を示す線図である。
発明を実施するための形態
［００１７］
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月25日(2018.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射する発光部と、
前記発光部から発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように前記発光部から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、前記発光部から発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記発光部から第２の所定距離だけ離間した位置で受光する受光部と、
前記受光部により受光された光の吸光度の変化量に基づいて前記表層の血流に変化を与えたか否かを判定する判定部と、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出する算出部と、
前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記算出部により算出された補正係数と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算する演算部と、
を備え、
前記発光部は、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記受光部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、
前記算出部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、
前記演算部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する
光学的測定装置。
【請求項２】
前記測定対象は生体の一部であり、前記表層は頭皮であり、前記深層は脳である
請求項１記載の光学的測定装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量から、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量に前記補正係数を乗算した値を減算することにより、前記深層の吸光度の変化量を演算する
請求項１又は請求項２記載の光学的測定装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記受光部は、前記発光部から前記第１の所定距離だけ離間した第１の受光部と、前記発光部から前記第２の所定距離だけ離間した第２の受光部と、を含む
請求項１〜３の何れか１項に記載の光学的測定装置。
【請求項６】
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、
発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、
前記受光するステップにより受光された光の吸光度の変化量に基づいて前記表層の血流に変化を与えたか否かを判定するステップと、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、
前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、
前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する
光学的測定方法。
【請求項７】
コンピュータに、
少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、
発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、
前記受光するステップにより受光された光の吸光度の変化量に基づいて前記表層の血流に変化を与えたか否かを判定するステップと、
前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、
前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、
を含み、
前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、
前記受光するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、
前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、
前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する
処理を実行させるための光学的測定プログラム。
【請求項８】
前記複数の層は、前記表層と前記深層との間に少なくとも１つの層を含む
請求項１、２、３、及び５の何れか１項に記載の光学的測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
非特許文献１：Ｆａｂｂｒｉ  Ｆ，Ｓａｓｓａｒｏｌｉ  Ａ，Ｈｅｎｒｙ  ＭＥ  ｅｔ  ａｌ：Ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ｔｗｏ−ｌａｙｅｒｅｄ  ｄｉｆｆｕｓｉｖｅ  ｍｅｄｉａ．Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．４９（２００４）１１８３−１２０１．
非特許文献２：Ｆｕｎａｎｅ  Ｔ，Ａｔｓｕｍｏｒｉ  Ｈ，Ｋｔｕｒａ  Ｔ  ｅｔ  ａｌ：Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｅｅｐ  ａｎｄ  ｓｈａｌｌｏｗ  ｔｉｓｓｕｅ  ｌａｙｅｒ’ｓ  ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｔｏ  ｆＮＩＲＳ  ｓｉｇｎａｌ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｄｉｓｔａｎｃｅ  ｏｐｔｏｄｅｓ  ａｎｄ  ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ．ＮｅｕｒｏＩｍａｇｅ  ８５（２０１４）１５０−１６５．
［発明の概要］
発明が解決しようとする課題
［０００６］
しかしながら、表層の影響を補正して深層の情報を測定する技術は未だ提案されていない。
［０００７］
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、表層の影響を精度良く補正して深層の情報を測定することができる光学的測定装置、光学的測定方法、及び光学的測定プログラムを得ることを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００８］
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る光学的測定装置は、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射する発光部と、前記発光部から発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように前記発光部から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、前記発光部から発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記発光部から第２の所定距離だけ離間した位置で受光する受光部と、前記受光部により受光された光の吸光度の変化量に基づいて前記表層の血流に変化を与えたか否かを判定する判定部と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で前記受光部により受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出する算出部と、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記算出部により算出された補正係数と、に基づいて、前記
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
深層の吸光度の変化量を演算する演算部と、を備え、前記発光部は、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、前記受光部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、前記算出部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、前記演算部は、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する。
［０００９］
本発明の第２の態様は、前記測定対象は生体の一部であり、前記表層は頭皮であり、前記深層は脳である。
［００１０］
本発明の第３の態様は、前記演算部は、前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量から、前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量に前記補正係数を乗算した値を減算することにより、前記深層の吸光度の変化量を演算する。
［００１１］
［００１２］
本発明の第５の態様は、前記受光部は、前記発光部から前記第１の所定距離だけ離間した第１の受光部と、前記発光部から前記第２の所定距離だけ離間した第２の受光部と、を含む。
［００１３］
本発明の第６の態様に係る光学的測定方法は、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、前記受光するステップにより受光された光の吸光度の変化量に基づいて前記表層の血流に変化を与えたか否かを判定するステップと、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、を含み、前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、前記受光するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
［００１４］
本発明の第７の態様に係る光学的測定プログラムは、コンピュータに、少なくとも表層及び深層を含む複数の層で形成された測定対象に光を照射するステップと、発光された光のうち前記表層を通過した光を受光するように光の照射位置から第１の所定距離だけ離間した位置で受光すると共に、発光された光のうち前記表層及び深層を通過した光を受光するように前記照射位置から第２の所定距離だけ離間した位置で受光するステップと、前記受光するステップにより受光された光の吸光度の変化量に基づいて前記表層の血流に変化を与えたか否かを判定するステップと、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第１の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、前記表層の血流に変化を与える前後で前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、補正係数を算出するステップと、前記表層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、算出された補正係数と、前記表層及び前記深層の血流に変化を与えた後に前記第２の所定距離だけ離間した位置で受光された光の吸光度の変化量と、に基づいて、前記深層の吸光度の変化量を演算するステップと、を含み、前記光を照射するステップは、９００ｎｍ以下の波長で、かつ、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが交差する位置の波長よりも短い第１の波長及び前記交差する位置の波長よりも長い第２の波長で前記測定対象に光を照射し、前記受光するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光を受光し、前記算出するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記補正係数を算出し、前記演算するステップは、前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎に前記深層の吸光度の変化量を演算し、演算した前記第１の波長の光及び前記第２の波長の光毎の前記深層の吸光度の変化量に基づいて、前記深層の血液に関する情報を算出する処理を実行させる。本発明の第８の態様に係る光学的測定装置は、前記複数の層は、前記表層と前記深層との間に少なくとも１つの層を含む。
発明の効果
［００１５］
本発明によれば、表層の影響を精度良く補正して深層の情報を測定することができる、という効果を有する。
図面の簡単な説明
［００１６］
［図１］光学的測定装置の概略構成図である。
［図２］プローブが頭部に装着された状態を示す図である。
［図３］光学的測定処理のフローチャートである。
［図４］吸光度の変化量を示す線図である。
［図５］吸光度の変化量を示す線図である。
［図６］総ヘモグロビンの変化量を示す線図である。
発明を実施するための形態
［００１７］
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【国際調査報告】
2018030314.tif 000009
2018030314.tif 000010