(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を被検体に照射する光発光部と、光を検出する受光部とを一体化した測定用プローブと、前記光の照射を制御する光制御手段と、前記受光部によって得られる検出信号を信号処理する信号処理手段を備え、前記信号処理手段は外乱光の入射状態を検出し、前記光制御手段は該外乱光の入射に応じて前記測定用プローブの浮きあるいは外れの有無を判定し、前記浮きあるいは外れが生じたと判定した場合、光の発光間隔を長く、又は光の発光強度を小さくするように光の照射状態を変更し、前記浮きあるいは外れが解消したと判定した場合、光の照射状態を変更前に復帰させることを特徴とする光散乱体の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に光を照射し、被検体によって散乱し反射した光を受光して被検体の診断や組成を光学的に測定する光散乱体の測定装置に関し、生体酸素モニタ等に適用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体等に可視光から近赤外の光を照射し、生体内部で散乱し反射してくる光を受光し、その散乱光の吸収スペクトルを測定することによって生体の組成を調べたり、診断を行う生体モニタが知られている。この生体モニタは被検体に光を照射するための光ファイバ等からなる測定用プローブを備え、被検体内部で散乱した光を光検出器で検出して測定を行っている。このような生体モニタとしては、例えば酸素化ヘモグロビンや脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を検出する酸素モニタが知られている。
【０００３】
図９は、従来の光散乱体の測定装置の概略構成図である。図９（ａ）において、光散乱体の測定装置は、測定器本体１０と測定用プローブ２０とを含み、測定用プローブ２０には測定器本体１０から光ファイバ３１を介してレーザー光を発光する光発光部２１と、被検体等によって散乱して反射してきた光を受光する光受光部２２，２３を備える。光受光部２２，２３は検出光を電気信号に変換し、信号線３２を介して測定器本体１０に送る。測定器本体１０では、検出信号を用いて例えば酸素化ヘモグロビンや脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を求める信号処理を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
光散乱体の測定装置は、例えば生体モニタでは、通常被検体である生体に測定用プローブを接触させて取付け、測定を行っている。そのため、測定中に測定用プローブがはずれると、レーザー光などの光が人や生体の眼に直接入って、眼に障害を起こすおそれがあるという問題がある。また、被検体の移動や光ファイバの変位等によって、取り付けた測定用プローブが被検体から一時的に浮いた状態となったり、離れてしまう場合がある。このような場合には、測定用プローブの光受光部に測定光以外の外乱光が入射してノイズとなり、正確な測定が困難となるという問題がある。
【０００５】
図９（ｂ），（ｃ）は、測定用プローブの使用状態を説明するための図である。図９（ｂ）において、光発光部２１と光受光部２２，２３を散乱体である被検体４１に接触させて取付け、光発光部２１から放射された光は散乱体で散乱されて散乱光５２となり、光受光部２２，２３をこの散乱光５２をそれぞれ検出する。測定用プローブ２０が被検体から一時的に浮いたり離れた状態となると、放射光５１は被検体４１に入射されず、表面で反射されたり、被検体４１以外の方向に放射される。そのため、光受光部２２，２３は、被検体４１からの反射光５３やあるいは周囲から入り込む外乱光５４を受光することになり、被検体内部の情報を有する散乱光５２を検出することができなくなる。
【０００６】
また、測定用プローブがはずれたことをセンサ等の検出信号の監視により、測定を自動的に停止させることは容易に考えられるものの、別個のセンサや他の光源を必要とし、また、測定用プローブが元の位置に復帰した場合に、測定を再開することができない。
【０００７】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、測定用プローブが浮いたりはずれた場合のレーザー光による障害を低減して安全性を向上させた光散乱体の測定装置を提供することを目的とし、また、測定用プローブの一時的な浮きやはずれに対して、測定を自動的に再開することができる光散乱体の測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光散乱体の測定装置は、光を被検体に照射する光発光部と、光を検出する受光部とを一体化した測定用プローブと、前記光の照射を制御する光制御手段と、前記受光部によって得られる検出信号を信号処理する信号処理手段を備え、前記信号処理手段は外乱光の入射状態を検出し、前記光制御手段は該外乱光の入射に応じて前記測定用プローブの浮きあるいは外れの有無を判定し、前記浮きあるいは外れが生じたと判定した場合、光の発光間隔を長く、又は光の発光強度を小さくするように光の照射状態を変更し、前記浮きあるいは外れが解消したと判定した場合、光の照射状態を変更前に復帰させるものであり、これによって、測定用プローブが浮いたりはずれた場合のレーザー光による障害を低減して安全性を向上させることができ、測定用プローブの一時的な浮きやはずれに対して、測定を自動的に再開することができる光散乱体の測定装置を提供することができる。
【０００９】
本発明の第１の実施態様において、信号処理手段は非照射時における受光部の出力を所定値と比較を行うものであり、これによって、別個のセンサや他の光源を新たに設けることなく、測定用プローブの被検体からの浮きやはずれを検出することができる。受光部が光−電流変換を行う場合には、信号処理手段は暗電流と所定値との比較を行うことになる。
【００１０】
本発明の第２の実施態様において、光制御手段は測定用プローブの被検体からの浮きやはずれを検出した場合に、光の発光間隔が長くなるように光発光部からの照射状態を変更するものであり、これによって光による障害を低減して安全性を向上させることができる。また、本発明の第３の実施態様では、光制御手段は測定用プローブの被検体からの浮きやはずれを検出した場合に、光の発光強度が小さくなるように光発光部からの照射状態を変更するものであり、これによって光による障害を低減して安全性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第４の実施態様において、測定用プローブの被検体からの浮きやはずれを検出して光発光部からの照射状態を変更した後、信号処理手段は受光部の非照射時における出力（受光部が光−電流変換を行う場合には暗電流）を所定値と比較して、測定用プローブの正常状態への復帰を検出し、光制御部は光発光部からの照射状態を元の状態に変更するものであり、これによって、測定を自動的に再開することができる。
【００１２】
従って、本発明の光散乱体の測定装置において、光発光部は被検体に対して光を断続的に照射する。測定用プローブが被検体に良好に取り付けられている場合には、受光部は照射時には主に被検体の内部で散乱して反射された光を入射し、非照射時には暗電流を検出する。また、測定用プローブが被検体から浮いた状態や離れた状態にある場合には、受光部は主に外乱光を入射する。
【００１３】
信号処理手段は、非照射時の出力（暗電流）を所定値と比較して、所定値よりも明るい場合には測定用プローブが被検体からの浮いたりあるいははずれていると判断する。測定用プローブの異常を検出した場合には、光制御部は断続光の発光間隔を長くしたり発光強度を小さくする制御によって、光発光部からの照射状態を変更し、外部に照射する実質的な光量を下げて生体への影響を低減する。  信号処理手段は、非照射時における出力（暗電流）と所定値の比較を続行して測定用プローブの正常状態への復帰を検出し、光制御部は光発光部からの照射状態を元の状態に変更する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
本発明の光散乱体の測定装置の一実施の形態について、図１に示す概略ブロック図を用いて説明する。図１において、光散乱体の測定装置は、測定器本体１０と測定用プローブ２０を備える。測定用プローブ２０は、少なくとも一つの光発光部２１と該光発光部２１から距離をおいて配置される少なくとも一つの受光部２２，２３を備え、光発光部２１と受光部２２，２３はその配置間隔および配置角度が変化しないよう一体化して形成している。
【００１５】
測定器本体１０は、バス１５を介してＣＰＵ１１と接続されるメモリ１２，ハードディスク１３，フロッピーディスク１４等の記憶手段と、Ａ／Ｄ変換回路１７とレーザー電源１８を備え、さらに、Ａ／Ｄ変換回路１７には積分回路１６が接続され、信号線３２をを介して測定用プローブ２０の受光部２２，２３からの検出信号が入力される。また、レーザー電源１８はレーザー光源１９に電力を供給し、各種の波長（図中のλ１〜λ４）のレーザー光を、光ファイバ３１を通して測定用プローブ２０の光発光部２１に送光する。
【００１６】
メモリ１２には、測定装置全体を制御するためのシステムプログラムや、受光部２２，２３で測定した測定信号に基づいて例えば酸素化ヘモグロビンや脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を求める演算を行うための各種の演算プログラムや、レーザー光源１９の発光間隔や発光強度を制御する制御プログラムを格納するＲＯＭや、演算結果を一時記憶しておくためのＲＡＭ等を備えている。また、ハードディスク１３，フロッピーディスク１４は、データを格納するために任意に設置することができる。
なお、積分回路１６は、受光部からの微小な検出信号を積分してＳ／Ｎ比を高めるための回路であって設置は任意とすることができ、また、Ａ／Ｄ変換回路１７は測定器本体内でのデジタル信号処理のために設ける回路である。
【００１７】
図１に示した構成において、レーザー電源１８，レーザー光源１９，およびＣＰＵ１１，メモリ１２の制御機能に関する部分によって光制御手段を構成し、ＣＰＵ１１，メモリ１２の信号処理機能に関する部分によって信号処理手段を構成する。
前記した光散乱体の測定装置によって、例えば酸素化ヘモグロビンや脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化を求めるには、測定用プローブ２０を被検体に取付けてレーザー光源１９から各種波長のレーザー光を送り、被検体内で散乱して反射した光を受光部２２，２３で検出し、該検出信号を信号処理することによって求める。なお、該信号処理の詳細については省略する
次に、本発明の光散乱体の測定装置による測定用プローブの異常を検出する手順について、図２〜図８を用いて説明する。なお、以下の手順で検出する測定用プローブの異常は、主に測定用プローブの被検体からの浮きやはずれであり、その他レーザー光の点灯状態を検出することができる。
以下、図２〜図４を用いて測定用プローブでのチェックの手順を示し、図５〜図８を用いて前記チェック結果に基づいて行う制御手段の行う制御手順を示す。
【００１８】
この実施の形態で示す測定用プローブのチェックは、二つの受光部のそれぞれの検出信号を所定値と比較することによって行う。そして、両受光部で同一の判断処理を行い、両チェックの組み合わせによって測定用プローブの異常状態の判定を行う。
【００１９】
そこで、以下では、検出信号と所定値との比較について、一方の受光部についてのみ説明し、他の受光部についての比較は同様であるため省略する。はじめに、受光部からの検出信号との比較に使用する定数ｐ，ｑ，およびｒを設定する。ここで、定数ｐは、発光部が照射を行っていないときに、受光部に外乱光が入射しているか否かを判定するための所定値であり、測定用プローブを被検体に良好に取り付けたときの暗電流より小さな値に設定する。定数ｒは、同じく発光部が照射を行っていないときに、受光部に入射する外乱光が許容範囲内か否かを判定するための所定値であり、前記した定数ｐより大きな値で、測定に影響を及ぼさないことが判定できる程度の所定値に設定する。また、定数ｑは、測定用プローブの発光部が測定に充分な光量を発光しているか否かを判定するための所定値であり、測定対象の被検体や受光器特性等に応じて設定する（ステップＳ１）。
【００２０】
測定用プローブを被検体に取り付けた状態で、受光部から検出信号Ｉと暗電流Ｄを求める。暗電流Ｄは、発光部からの照射を行わないときの受光部の検出信号であり、また、検出信号Ｉは発光部から照射を行い、被検体中を散乱して反射して得られる受光部の検出信号である。検出信号Ｉと暗電流Ｄの検出は、発光部での照射を断続的に行い、照射時のタイミングでの受光部の出力を検出信号Ｉとし、非照射時のタイミングでの受光部の出力を暗電流Ｄとすることにより得ることができる（ステップＳ２）。
【００２１】
次に、暗電流Ｄと定数ｐとを比較して、受光部に外乱光が入射しているか否かの判定を行う（ステップＳ３）。この判定において、暗電流Ｄが定数ｐより大きい場合には、外乱光の多い旨の表示を行い（ステップＳ４）、さらに、定数ｒとの比較を行って、受光部に入射している光が許容範囲内か否かの判定を行う（ステップＳ５）。ステップＳ５の判定において、受光部に入射している光が許容範囲を越えている場合には、測定用プローブが被検体からはずれている可能性があると判定する。この判定をｃとする（ステップＳ６）。この判定結果は、図３において、同じくｃで示される領域により表される。なお、図３において、Ｉの符号を付した斜線部分は検出信号Ｉの範囲を示し、Ｄの符号を付した斜線部分は暗電流Ｄの範囲を示している。
【００２２】
前記ステップＳ３の判定で暗電流Ｄが定数ｐよりも小さく、外乱光が認められない場合、あるいは、暗電流Ｄが定数ｒよりも小さく、外乱光は認められるものの許容範囲内である場合には、測定用プローブのはずれの可能性はないと判断し、以下ステップＳ７〜ステップＳ１１によって、レーザー光が良好であるか否かの判定を行う。ステップＳ７では検出信号Ｉと定数ｑとを比較し、検出信号Ｉが定数ｑより大きい場合には、充分な光量が得られていると判断して、レーザー光は正常であると判定する。この判定をｂとする。この判定結果は、図３において、同じくｂで示される領域により表される。また、検出信号Ｉが定数ｑより小さい場合には、充分な光量が得られていないと判断し、さらに検出信号Ｉと暗電流Ｄとの大きさの比較を行う（ステップＳ９）。
【００２３】
このステップＳ９の判定において、検出信号Ｉと暗電流Ｄの大きさがほぼ等しい場合には、受光部には暗電流Ｄのみが入射していて、レーザー光源は未点灯と判定する。この判定をａとする。この判定結果は、図３において、同じくａで示される領域により表される。また、検出信号Ｉが暗電流Ｄよりも大きい場合には、受光部には暗電流Ｄ以上の光が入射しているものの、充分な光量でないため、レーザー光源になんらかの異常があると判定して、レーザーチェックの表示等を行う（ステップＳ１１）。この判定をｄとする。この判定結果は、図３において、同じくｄで示される領域により表される。
【００２４】
前記した判定は、一つの受光部の判定であり、図１に示すように測定用プローブが二つの受光部を備えている場合には、両受光部について同様の判定を行って後、図４に示すようなチェック結果の組み合わせに従って、測定用プローブの異常状態の判定を行う。図４において、例えば、第１受光部と第２受光部のチェック結果が共に正常である（図中ｂ）の場合には、測定用プローブは正常に点灯しているは判定することができる。また、第１受光部と第２受光部のチェック結果が共にプローブはずれの可能性がある（図中ｃ）の場合には、測定用プローブはプローブはずれであると判定する。
【００２５】
次に、図５〜図７を用いて、上記のような手順で測定用プローブのプローブはずれの検出を利用した発光部の発光状態を変更する手順について説明する。
前記した手順により両受光部のチェックを行って、測定用プローブのチェックを行う。なお、図６では、レーザー光源から波長の異なる４つのレーザー光（λ１〜λ４）を順次発光タイミングをずらして発光させて、各レーザー光による４つの検出信号を求め、さらに、レーザー光を発光しないときの検出信号から暗電流信号を求めている。この複数の検出信号と暗電流信号によって、測定値の絶対値を求めることができる。なお、この測定値の絶対値を求める手法については、本発明には特に関連がないため説明を省略する。
【００２６】
従って、図６において、測定用プローブは４つのレーザー光による測定と暗電流の測定の計５つの測定で１サイクルを構成し、この１サイクル内で前記およびステップＳ２１で示す測定用プローブの判定を行う。
各サイクルで測定用プローブの異常が判定され（図６中のＡ）、この異常判定が連続して例えばＴ秒継続したか否かの判定を行う。このＴ秒継続の判定（図６中のＢ）によって、一時的なプローブの浮きやはずれを排除することができる。なお、このＴ秒継続の判定に代えて、対応するサイクル数の判定を行うこともできる（ステップＳ２２）。
【００２７】
前記ステップＳ２２の判定で、測定用プローブがはずれていると判定すると、光制御手段は検出モードを変更して、レーザー光の発光状態を変更する（ステップＳ２３）。このレーザー光の発光状態の変更は、例えば、レーザー光の発光間隔を長くしたり、あるいはレーザー光の各発光強度を低くすることよって行うことができる。図７は、レーザー光の発光間隔を長くする場合の例を示しており、前記図６の信号Ｂによってプローブはずれを検出した後の状態を示している。図７において、プローブはずれの信号の後、レーザー光を発光する間隔を長くする（図７中のＣ）。これによって、レーザー光の発光光量は実質的に低下し、生体への影響を低減することができる。
【００２８】
また、図８はレーザー光の各発光強度を低くする場合の例を示しており、同じく、前記図６の信号Ｂによってプローブはずれを検出した後の状態を示している。図８において、プローブはずれの信号の後、レーザー光の発光強度を下げる（図７中のＥ）。これによって、レーザー光の発光光量は実質的に低下し、生体への影響を低減することができる。
前記ステップＳ２３のレーザー光の発光光量を実質的に低下させる検出モードを行う間においても、測定用プローブのチェックを行い、プローブはずれの状態が解消したか否かの判定を行う（ステップＳ２４）。そして、測定用プローブが正常と判定された場合には、ステップＳ２５で元の検出モードに復帰する（図７および図８中のＦ）。これによって、測定を自動的に再開することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、光散乱体の測定装置によれば、測定用プローブが浮いたりはずれた場合のレーザー光による障害を低減して安全性を向上させることができる。また、測定用プローブの一時的な浮きやはずれに対して、測定を自動的に再開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光散乱体の測定装置の一実施の形態を説明するための概略ブロック図である。
【図２】本発明の光散乱体の測定装置による測定用プローブの異常を検出する手順についてのフローチャートである。
【図３】本発明の光散乱体の測定装置による測定用プローブの異常を検出する、検出値と定数との関係を示す図である。
【図４】本発明の光散乱体の測定装置による測定用プローブの異常を検出する、チェック結果の組み合わせを示す図である。
【図５】本発明のプローブはずれの検出を利用した発光部の発光状態を変更する手順を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の発光部の発光状態を変更する手順を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明の発光部の発光状態を変更する手順を説明するタイムチャートである。
【図８】本発明の発光部の発光状態を変更する手順を説明するタイムチャートである。
【図９】従来の光散乱体の測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１…光散乱体の測定装置、１０…測定器本体、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１３…ＨＤ、１４…ＦＤ、１５…バス、１６…積分回路、１７…Ａ／Ｄ回路、１８…レーザー電源、１８…レーザー電源、１９…レーザー光源、２０…測定用プローブ２０、２１…発光部、２２，２３…受光部、３１…光ファイバ、３２…信号線、４１…被検体、５１…放射光、５２…散乱光、５３…反射光、５４…外乱光。
【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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