(57)【要約】【課題】受光プローブに受光された通過光の計測信号の増幅率を適切に設定することができる生体光計測装置を提供する．【解決手段】本発明の生体光計測装置１００は、複数の照射プローブ１５１ａからそれぞれ計測光が照射され、生体１９０の内部を通過した通過光を受光プローブ１５１ｂで受光し、受光された通過光を電気信号に変換し、予め設定された増幅率で増幅した計測信号Ｖを出力する受光部１２０と、該受光部１２０から出力される計測信号Ｖをディジタル変換して生体光計測データを生成するデータ処理部４００を備えてなり、データ処理部は、計測信号の強度の標準偏差を求め、求めた標準偏差と、計測信号の重畳波数Ｎに応じて定められる係数αとに基づいて、増幅率を設定するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図３
2016144502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の照射プローブからそれぞれ計測光が照射され、生体の内部を通過した通過光を受光プローブで受光し、受光された前記通過光を電気信号に変換し、予め設定された増幅率で増幅した計測信号を出力する受光部と、該受光部から出力される前記計測信号をディジタル変換して生体光計測データを生成するデータ処理部を備え、
前記データ処理部は、前記計測信号の強度の標準偏差を求め、求めた前記標準偏差と、前記計測信号の重畳波数に応じて定められる係数とに基づいて、前記増幅率を設定するようにしてなる生体光計測装置。
【請求項２】
前記計測信号の重畳波数は、前記受光プローブと該受光プローブに受光される前記通過光に関連する前記照射プローブの数に基づいて、前記データ処理部に設けられた記憶部に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。
【請求項３】
前記受光プローブは、複数備えられ、
前記データ処理部は、前記各受光プローブについて、前記増幅率を設定することを特徴とする請求項1または２に記載の生体光計測装置。
【請求項４】
前記計測光は、計測対象の物質ごとに異なる波長を有する複数の周波数の計測光が重畳され、かつ前記照射プローブごとに異なる変調周波数で変調されていることを特徴とする請求項１乃至3のいずれか一項に記載の生体光計測装置。
【請求項５】
前記係数は、前記計測信号の重畳波数に応じて、予め設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体光計測装置。
【請求項６】
さらに、前記データ処理部は、入力される前記計測信号に含まれる異なる周波数の信号成分に分離し、分離された異なる周波数の信号成分ごとの強度比を算出し、算出した前記強度比に基づいて前記係数を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体光計測装置。
【請求項７】
前記データ処理部は、求めた前記標準偏差を前記係数で除算した値が、予め設定された目標値または目標範囲になるように、前記増幅率を設定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の生体光計測装置。
【請求項８】
さらに、表示部と、前記データ処理部に指令を入力する入力部とを備えてなり、
前記データ処理部は、前記受光部から出力される前記計測信号の波形を前記表示部に表示させ、前記入力部から入力される指令に応じて、前記増幅率を設定可能に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の生体光計測装置。
【請求項９】
前記データ処理部は、前記計測信号の強度の最大値と前記標準偏差を前記表示部に表示させ、前記入力部から入力される前記増幅率の設定指令に従って前記増幅率を設定可能に形成されてなることを特徴とする請求項８に記載の生体光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光または近赤外光の計測光を用いて生体内部の代謝物質等を計測する生体光計測装置に係り、具体的には、本計測に先立って予備計測を行い、本計測時における計測信号の増幅率を適切に設定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体光計測装置は、例えば、ヒトの脳機能の活動に伴う脳内血流変化を計測するのに用いられている。この場合、頭皮面から脳内に向けて光を照射し、脳内を通過する通過光を頭皮面で受光して、光電変換素子により通過光に対応した強度を有する電気信号の計測信号に変換する。そして、計測信号の強度の変化により、生体内の計測対象物質の濃度の変化を計測して脳内血流変化を計測する。このような生体光計測装置では、計測精度を高めるために、生体を通過する通過光の強度を精度よく計測する必要がある。
【０００３】
通常、計測信号は、最終的にアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりデジタル信号に変換され、コンピュータなどにて記録および必要な演算処理を施して、脳機能等の生体機能を計測する。このような生体機能の計測における計測精度を高めるためには、Ａ／Ｄ変換において高い変換精度が求められる。一方、生体通過光を電気信号の計測信号に変換する光電変換素子のダイナミックレンジが広いため、受光量が少ない場合の計測信号を、そのままＡ／Ｄ変換すると、計測信号に比べて量子化ノイズが大きくなってしまう。
【０００４】
そこで、一般に、予備計測を行って受光量に相当する計測信号の強度応じて増幅率を設定した後、本計測を行うようにしている。例えば、一定の計測時間内に計測される生体通過光量（計測信号）の最大値を求め、最大値が目標レベルになるように増幅率を算出して設定することが行われている。しかし、これによれば、ある程度の精度を出すために、数秒間の予備計測を行う必要があり、予備計測に時間を要するという問題がある。また、計測信号にパルス的なノイズが含まれていると、ノイズを最大値として誤認してしまい、増幅率の設定に大きな誤差を生じるという問題がある。
【０００５】
一方、特許文献１には、一定時間内に計測される計測信号の強度（振幅）の標準偏差を求め、標準偏差に基づいて増幅率を設定することが提案されている。これによれば、増幅率を設定するための予備計測の時間を短縮でき、かつ、ノイズ耐性を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１６４８２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、通常、生体光計測には、生体表面に接して保持された複数の照射プローブから計測光を照射し、生体の内部を通過した通過光を生体表面に接して保持された複数の受光プローブで受光する光計測プローブが用いられる。複数の照射プローブおよび受光プローブは、例えば、それぞれの照射プローブと受光プローブの間隔が等しくなるように格子状または網目状に配置される。照射プローブと受光プローブを結んだ線上またはその線を含む一定の領域が、光計測における生体内部の計測点または計測部位である。
【０００８】
したがって、照射プローブと受光プローブの配置によっては、２つの照射プローブから照射された通過光が入射される受光プローブと、３つの照射プローブから照射された通過光が入射される受光プローブと、４つの照射プローブから照射された通過光が入射される受光プローブ等が混在する。また、受光プローブの周囲に複数の照射プローブが配置されているので、１つの受光プローブで受光した通過光が、どの照射プローブから照射されたものかを識別して、計測部位に対応付けて計測信号を弁別する必要がある。
【０００９】
そこで、各照射プローブから射出される計測光をそれぞれ異なる固有の周波数で変調する。言い換えれば、計測光に固有の変調周波数を重畳している。これにより、受光プローブの計測信号に含まれる変調周波数を弁別して、１つの受光プローブで受光した通過光に含まれる複数の照射プローブを識別して、照射プローブに対応させて計測部位を特定できる。また、計測対象の物質の特性（例えば、光吸収特性等）に合わせて、複数（例えば、２つ）の波長（１／周波数）の計測光を重畳して用いることがある。これらのことから、上述の例では、受光プローブによっては、４つの周波数の波形が重畳された計測信号（重畳波数＝４）、６つの周波数が重畳された計測信号（重畳波数＝６）、８つの周波数が重畳された計測信号（重畳波数＝８）等が計測信号となる。
【００１０】
このように、計測信号の重畳波数が異なると、これらが合成される計測信号の波形がそれぞれ異なってくるから、標準偏差の値も異なってしまう。したがって、各計測信号の標準偏差に基づいて一律に増幅率を設定すると、例えば、見たい周波数成分の信号が圧縮されてしまうなどの不都合がある。
【００１１】
しかし、従来の技術では、計測信号の標準偏差に基づいて増幅率を設定する場合に、計測信号の重畳波数に配慮していないことから、増幅率が適切に設定されていないという問題がある。また、例えば、計測光を照射する照射プローブの数が変更された場合、一つの受信プローブに受光される通過光に含まれる計測光の重畳波数が変化するから、計測信号の標準偏差の値も変わってしまうので、増幅率の設定をやり直す必要がある。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、受光プローブに受光された通過光の計測信号の増幅率を適切に設定することができる生体光計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明の生体光計測装置は、複数の照射プローブからそれぞれ計測光が照射され、生体の内部を通過した通過光を受光プローブで受光し、受光された前記通過光を電気信号に変換し、予め設定された増幅率で増幅した計測信号を出力する受光部と、該受光部から出力される前記計測信号をディジタル変換して生体光計測データを生成するデータ処理部を備えてなり、前記データ処理部は、前記計測信号の強度の標準偏差を求め、求めた前記標準偏差と、前記計測信号の重畳波数に応じて定められる係数とに基づいて、前記増幅率を設定するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
このように構成される本発明によれば、計測信号の強度の標準偏差の値に基づいて、一律に増幅率を設定するのではなく、受光プローブの計測信号に異なる周波数の信号が含まれていれば、計測信号の標準偏差の値と、重畳された周波数の数（重畳波数）に応じて定められた係数とに基づいて増幅率を設定するようにしたから、受光プローブに受光された通過光の計測信号の増幅率を適切に設定することができる。
【００１５】
ここで、計測信号に含まれる重畳波数は、受光プローブとその受光プローブに受光される通過光に関連する照射プローブの数に基づいて、予めデータ処理部に設けられた記憶部に設定することができる。しかし、後述するように、計測信号を周波数弁別して重畳波数を自動的に求めてもよく、これによれば、計測光を照射する照射プローブの数が変更された場合でも、変更に合わせて計測信号の増幅率を適切に設定することができる。
【００１６】
なお、通常は、受光プローブが複数備えられているから、データ処理部は、各受光プローブについて増幅率を設定する。また、重畳波数に応じて定められる係数は、重畳波数に対応させて、予めデータ処理部のメモリなどに設定しておく。メモリに設定する係数は、異なる重畳波数ごとに予め計測を実行および分析して、適切な係数を設定する。
【００１７】
また、重畳波数に応じて定められる係数と標準偏差の値に基づいて増幅率を設定する方法の一つとして、標準偏差の値をその係数で除して得られる値を増幅率として設定する。しかしこれに限られるものではなく、適切な増幅率となるように、異なる重畳波数ごとに対応させて予め計測を実行し、標準偏差と係数と増幅率との関係を分析して、増幅率を設定するようにしてもよい。
【００１８】
また、上述したように、自動的に増幅率を設定した後に、ユーザが予備計測における計測信号の波形を見ながら、重畳波数に応じて定められる係数または増幅率を容易に変更可能な表示部と入力部を備えたインターフェイスを設けて、自由度の高い増幅率設定を可能にしてもよい。これによれば、ユーザが自由に増幅率を設定することができることから、ユーザの利便性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、受光プローブに受光された通過光の計測信号の増幅率を適切に設定することができる生体光計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の生体光計測装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】生体光計測プローブの照射プローブと受光プローブの配置例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の計測信号の増幅率を設定する予備計測の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】実施例１により設定された増幅率を用いて本計測を実施するフローチャートである。
【図５】本発明の実施例２の計測信号の増幅率を設定する予備計測の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例３の増幅率の設定画面を説明する図である。
【図７】重畳波数により計測信号の波形が変化することを説明する図である。
【図８】重畳波数により係数を変更する意義を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。なお、発明の実施形態を説明するための図において、同一機能を有するものは、明示しない限り同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
本実施形態の生体光計測装置は、近赤外光を生体内に照射し、生体の表面近傍から反射或いは生体内を通過した光（以下、単に通過光という。）を検出し、光の強度に対応する電気信号を発生するものとして説明する。図１に示すように、本実施形態の生体光計測装置１００は、近赤外光を照射する光源部１１０と、生体内の通過光を電気信号に変換して増幅した後にＡ／Ｄ変換するする受光部１２０と、光源部１１０および受光部１２０の駆動を制御するとともに、受光部から出力された光計測データを処理する制御部１４０とを備えて構成される。
【００２３】
光源部１１０は、生体である被検体１９０の体表上の予め定められた照射点に光を照射する。光源部１１０は、所定の波長の光を発生する半導体レーザ１１１と、半導体レーザ１１１が発生した光を複数の異なる周波数で変調する変調器を有してなる複数の光モジュール１１２とを備える。光モジュール１１２は、例えば、照射点の数だけ設けられる。各光モジュール１１２からの出力光（計測光）は、それぞれ光導波路である光ファイバ１３０（照射光用光ファイバ１３１）を介して被検体１９０の所定の計測部位に照射される。
【００２４】
計測光の照射は、被検体１９０の体表に取り付けられるプローブホルダ１５０の各照射光用光ファイバ１３１を介して行われ、予め定められた複数の照射点から被検体１９０の所定の部位に光を照射する。照射光用光ファイバ１３１は、プローブホルダ１５０の所定位置に固定される。プローブホルダ１５０は、被検体１９０の例えば、頭部に固定される。光源部１１０から出力される計測光の波長は、測定対象の生体内の注目物質の分光特性（あるいは吸収特性等）に応じたものとする。
【００２５】
例えば、ヘモグロビン（Ｈｂ）と酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）の濃度から、酸素飽和度や血液量を計測する場合は、６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の光の中から１あるいは複数波長選択して用いる。また、例えば、測定対象を、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ２：ｏｘｙＨｂ）と脱酸素化ヘモグロビン（ｄｅｏｘｙＨｂ）の２種類とする場合、光源部１１０は、この２種類の測定対象を検出するために、２種類以上の波長、例えば６９５ｎｍおよび８３０ｎｍの光を発生するように構成される。これら複数種類の波長の光は照射点で合成され、照射光用光ファイバ１３１の一つの光照射位置から照射される。
【００２６】
受光部１２０は、計測領域の複数の計測箇所から光ファイバ１３０の受光用光ファイバ１３２を介して誘導された通過光を受光し、それぞれの光量に相当する電気信号の計測信号に変換するフォトダイオード等の光電変換素子１２１と、光電変換素子１２１から出力される計測信号を増幅する可変ゲインアンプ１２２と、可変ゲインアンプ１２２の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１２３とを備える。可変ゲインアンプ１２２は、Ａ／D変換器１２３に最適な振幅の計測信号に増幅するために、増幅率を可変設定できるようになっている。Ａ／Ｄ変換器１２３から出力されるディジタル変換された計測信号は、制御部１４０にあるデータ処理部４００に入力され、データ処理部４００において目的の光計測データを得ることができるようになっている。
【００２７】
なお、光源部１１０から発光される計測光は、６９５ｎｍおよび８３０ｎｍの波長とは別に、それぞれ異なる変調周波数が重畳された波形を有している。これらの重畳波数を有する計測信号は、受光部１２０にてデータ取り込み後に、後述する周波数弁別機能を有するロックインアンプ４０２にて再分離することが可能である。
【００２８】
本実施形態は、計測信号の増幅率を最適化して可変ゲインアンプ１２２に設定する機能をデータ処理部４００に付加したことを特徴とする。まず、光源部１１０および受光部１２０に接続される光計測プローブ１５１の配置例について、図２を参照して説明する。光計測プローブ１５１は、それぞれ複数の照射プローブ１５１aと受光プローブ１５１ｂを有する。光計測プローブ１５１は、受光する光が灰白質まで伝播するように、各々の照射プローブ１５１aの照射点と、受光プローブ１５１ｂの受光点が配置される。具体的には、図２のように、各光計測プローブ１５１は、格子状に配置される。図中▲は、光源部１１０に接続される照射光用光ファイバ１３１に接続される照射プローブ１５１aの照射点を意味する。また、図中●は、受光部１２０に接続される受光用光ファイバ１３２に接続される受光プローブ１５１ｂの受光点を意味する。なお、説明を簡単にするため、以下、照射点１５１a、受光点１５１ｂとして説明する。
【００２９】
照射点１５１aと受光点１５１ｂとを結ぶ線１５２上または線１５２を含む領域を計測点ないし計測部位と称する。図２に示したように、受光点１５１ｂでは、場所によっては２か所、３か所、４か所の照射点１５１ａに囲まれており、それぞれ２方向、３方向、４方向からの計測光を受光する。各照射点１５１ａでは、例えば、上述したように一つの照射光用光ファイバ１３１から２種類の波長の計測光が出射される場合、変調周波数が重畳されることを考慮すると、受光点１５１ｂで受光する光の重畳波数Ｎはそれぞれ４、６、８となる。つまり、一つの受光点１５１ｂで受光する通過光は、重畳波数Ｎが最大で８になる。データ処理部４００には、可変ゲインアンプ１２２に最適な増幅率を与えるために、増幅率設定部４０１およびロックインアンプ４０２などを備えている。
【００３０】
データ処理部４００において検出される変調信号から、例えば生体組織中にある酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビン等の濃度あるいは濃度に対応する量を計測することができる。データ処理部４００において、上記変調信号より作成する生体光計測データに含まれる表示データには、例えば、酸素化ヘモグロビン（ｏｘｙＨｂ）濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン（ｄｅｏｘｙＨｂ）濃度変化、および総ヘモグロビン（ＴｏｔａｌＨｂ）濃度変化を、測定点毎に示すグラフ、またはそれらのデータを被検体１９０の二次元画像上にプロットした画像である。
【００３１】
なお、図１に示すように、本実施形態の制御部１４０には、データ処理部４００による処理結果、例えば、作成した画像を表示する表示部１４２と、データ処理部４００の処理に必要なデータや処理結果を記憶するための記憶部１４３と、生体光計測装置１００の動作に必要な種々の指令を入力するための入力部１４１とが接続される。
【００３２】
また、制御部１４０が実現する各機能は、記憶部１４３に予め格納されたプログラムを、制御部１４０が備えるＣＰＵが、メモリにロードして実行することにより実現される。なお、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）等のハードウェアにより実現されてもよい。
【００３３】
次に、制御部１４０およびデータ処理部４００が行う予備計測処理について、実施例に分けて説明する。
【実施例１】
【００３４】
制御部１４０およびデータ処理部４００が行う予備計測処理の実施例１を、図３のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１００１で、光源部１１０から発光された計測光は、照射光用光ファイバ１３１を介して照射プローブ（照射点）１５１aに伝送され、生体１９０内に照射される。生体１９０内を通過した通過光は受光プローブ（受光点）１５１ｂで受光されて受光部１２０に伝送される。この時、１つの光モジュール１１２から２種類の波長を含む計測光が照射される場合、受光部１２０に伝送される通過光は最大８種類の重畳波形となる。
【００３５】
ステップＳ１００２で、受光された通過光は光電変換素子１２１にて電気信号の計測信号Vに変換される。次いで、ステップS１００３において、計測信号Ｖは可変ゲインアンプ１２２に設定されている増幅率によって増幅される。ここで、増幅率の初期値を例えば１が設定されているものとする。増幅された計測信号Ｖは、Ａ／Ｄ変換器１２３においてディジタル信号の計測信号に変換される。ここで、Ａ／Ｄ変換器１２３における量子化誤差を低減するためには、Ａ／Ｄ変換器１２３の入力レンジを広く使用することが重要である。そのため、可変ゲインアンプ１２２の増幅率を最適に設定する必要がある。
【００３６】
次に、本実施例の特徴である増幅率を最適に設定する手順について説明する。まず、初期の増幅率にて予備計測における計測信号の標準偏差（Ｖｓｔｄ）を算出する（Ｓ１００５）。ここで、予備計測時間における計測データ数をｎ（ｎは自然数）、その計測信号Ｖｉ（ｉ＝１、・・・、ｎ）、計測信号Ｖｉの平均値をＶａｖｅとすると、標準偏差（Ｖｓｔｄ）は、数式１にて求められる。
【数１】
2016144502.tif 000003
【００３７】
重畳波を含む計測信号の標準偏差は、重畳波数Ｎによって異なるが、プローブ配置が予め決まっているため、各受光点１５１ｂに入射される通過光の重畳波数Ｎは事前にわかる。そのため、各受光点１５１ｂに入射される通過光の重畳波数Ｎに合わせた係数αを設定し得る。係数αは、例えば記憶部１４３のデータテーブルに重畳波数Ｎに対応させて設定しておき、各受光点１５１ｂにおける重畳波数Ｎに対応する係数αを読み出すことで得られる（Ｓ１００６）。
【００３８】
次いで、ステップＳ１００７において、計測信号Ｖの標準偏差Ｖｓｔｄを係数αで除算して得られるＶ’（＝Ｖｓｔｄ／α）を求める。求めたＶ’と、目標電圧ｋとを比較する（Ｓ１００８）。Ｖ’が目標電圧ｋ（若しくはｋ±１０%以内）となっていない場合は、ステップＳ１００９に進んで、Ｖ’が目標電圧ｋとなるように増幅率（Ｇａｉｎ）を再調整し（Ｓ１００９）、可変ゲインアンプ１２２に増幅率を再設定する。そして、ステップＳ１００３に戻って、Ｖ’が目標電圧ｋとなるまで、ステップＳ１００３〜Ｓ１００９を繰り返す。以上の処理を、それぞれの受光点１５１ｂにて行い、全ての受光点１５１ｂがＶ’が目標電圧ｋとなるように増幅率（Ｇａｉｎ）が設定される。このようにして、目標電圧ｋの範囲内になるように計測信号Ｖに対する適切な増幅率が設定される。
【００３９】
計測信号Ｖに対する適切な増幅率が設定されると、ロックインアンプ４０２にて計測信号はそれぞれ対応する照射点１５１ａごと及び測定対象の物質ごとに分離され、各計測信号の強度情報が得られる（Ｓ１０１０）。次いで、ロックインアンプ４０２にて分離された各強度情報が全て同じレベルとなるように、それぞれの強度に応じてデジタルゲインβが設定される（Ｓ１０１１）。このような予備計測の処理により、目的とする生体光計測の情報を得ることができる。
【００４０】
図４に、本計測における制御部１４０およびデータ処理部４００におけるフローチャートを示す。増幅率（Ｇａｉｎ）およびデジタルゲイン値が予備計測により設定されるため、計測信号Ｖに設定された増幅率（Ｇａｉｎ）を掛け（Ｓ２００３）、次いでＡ／Ｄ変換し（Ｓ２００４）、ロックインアンプ４０２により周波数弁別し（Ｓ２００５）、さらにデジタルゲインβを設定するまで（Ｓ２００５）、の本計測処理をリアルタイムで行うことができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施例１によれば、計測信号Ｖの強度の標準偏差の値Ｖｓｔｄに基づいて、一律に増幅率を設定するのではなく、受光プローブ１５１ｂの計測信号Ｖに異なる周波数の信号が含まれていれば、計測信号の標準偏差の値Ｖｓｔｄと、重畳された周波数の重畳波数Ｎに応じて定められた係数αとに基づいて増幅率を設定するようにしたから、受光プローブ１５１ｂに受光された通過光の計測信号Ｖの増幅率を適切に設定することができる。
【００４２】
また、計測信号Ｖに含まれる重畳波数Ｎは、受光プローブ１５１ｂとその受光プローブ１５１ｂに受光される通過光に関連する照射プローブ１５１ａの数に基づいて、予め制御部１４０のメモリまたはこれに関連して設けられた記憶部１４３に設定する。
【００４３】
なお、通常は、受光プローブが複数備えられているから、データ処理部は、各受光プローブについて増幅率を設定する。また、重畳波数Ｎに応じて定められる係数αは、重畳波数Ｎに対応させて、予め制御部１４０のメモリ、または記憶部１４３などに設定しておく。メモリに設定する係数αは、異なる重畳波数Ｎごとに予め計測を実行し、標準偏差と係数と増幅率との関係を分析して適切な係数αを設定する。
【００４４】
なお、本実施例１において、重畳波数Ｎに応じて定められる係数αと標準偏差の値Ｖｓｔｄに基づいて増幅率を設定する具体的な方法として、標準偏差の値Ｖｓｔｄを係数αで除して得られる値Ｖ’（＝Ｖｓｔｄ／α）を求め、このＶ’が目標電圧ｋ（またはｋ±１０％）になるような増幅率を設定している。これにより、受光プローブ１２１ｂに受光された通過光の計測信号Ｖが異なる重畳波数Ｎを有していても、計測信号Ｖの増幅率を適切に設定することができる。しかしこれに限られるものではなく、適切な増幅率となるように、異なる重畳波数Ｎごとに対応させて予め計測を実行し、標準偏差Ｖｓｔｄと係数αとの関係を分析して適切な係数αを設定する。
【実施例２】
【００４５】
図５に、制御部１４０およびデータ処理部４００が行う予備計測処理の実施例２のフローチャートを示す。図５において、ステップＳ３００１〜Ｓ３００４までの処理は実施例１のステップＳ１００２からＳ１００４と同じである。本実施例が実施例１と相違する点は、実施例１では計測信号に含まれる重畳波数Ｎは、受光プローブ１５１ｂとその受光プローブ１５１ｂに受光される通過光に関連する照射プローブ１５１ａの数に基づいて、予め制御部１４０に関連して設けられた記憶部１４３等に設定する例を示した。本実施例では、これに代えて、計測信号Ｖを、ロックインアンプ４０２を用いて周波数弁別し（Ｓ３００５）、次いで、各周波数の波形の強度比を算出する（Ｓ３００６）。つまり、重畳された波形の強度比により重畳波数Ｎを割り出すことができるので、実施例１と同様に記憶部１４３のテーブルから係数αを読み出して設定する（Ｓ３００８）。
【００４６】
その後は、実施例１と同様に、ステップＳ３００９でＶ’を求め、Ｖ’が目標電圧ｋまたは一定の範囲内になるまで、ステップＳ３０１０、Ｓ３０１１を介して、ステップＳ３００３に戻り、上記の処理を繰り返す。このように、本実施例２は、重畳波数Ｎを自動的に求めて、計測信号の増幅率を適切に設定することができる。
【００４７】
したがって、実施例２によれば、計測信号を周波数弁別して重畳波数Ｎを自動的に求めているから、計測光を照射する照射プローブ１５１ａの数が変更された場合でも、変更に合わせて計測信号の増幅率を適切に設定することができる。すなわち、実施例２によれば、受光点１５１ｂに入射する計測光の重畳波数が予め判明していなくても、あるいは、照射光用光ファイバ１３１から照射される計測光のうち、特定の光が受光点１５１ｂに届かない場合でも、正確な増幅率を設定することが可能である。
【実施例３】
【００４８】
図６に、本実施例の表示部１４２における予備計測画面の一例を示す。本実施例は、計測信号の増幅率をマニュアル（手技）により設定可能にしたことが実施例１，２と相違する。本実施例の機能は、入力部１４１と、表示部１４２と、データ処理部４００との協働により実現する。図示のように、予備計測画面は、受光部１２０が受け持つ計測点のエリア１６０を表示するとともに、設定された増幅率を表示部１６１に表示するようになっている。さらに、表示部１６１に表示された増幅率を手技により可変設定する機能を有する。これにより、ユーザのニーズに合った増幅率を設定することが可能となる。さらに、この予備計測画面上に予備計測に係る計測信号の波形１６２そのものを表示する。これにより、ノイズの多い場合などで増幅率の自動設定が難しいような場合においても、適切な増幅率を設定することができる。
【００４９】
本実施例３によれば、実施例１，２により、自動的に増幅率を設定した後に、ユーザが予備計測における計測信号の波形を見ながら、重畳波数Ｎに応じて定められる係数αまたは増幅率を容易に変更可能な表示部１４２と入力部１４１を備えたインターフェイスを設けることにより、自由度の高い増幅率設定を可能にできる。これによれば、ユーザが自由に増幅率を設定することができることから、ユーザの利便性を向上することができる。また、本実施例によれば、可変ゲインアンプ１２２に対して適正な増幅率設定が行えるため、計測信号のＳ／Ｎが高くなり、より精度の高い測定が可能となる。
【００５０】
つまり、本実施例３は、データ処理部４００に、受光部１２０から出力される計測信号Ｖの波形を表示部１４２に表示させ、入力部１４１から入力される指令に応じて、増幅率を設定可能に形成されていることを特徴とする。また、データ処理部４００は、計測信号Ｖの強度の最大値と、標準偏差Ｖｓｔｄを表示部１４２に表示させ、入力部１４１から入力される増幅率の設定指令に従って、増幅率を設定可能に形成されてなることを特徴とする。
【００５１】
図７は、計測光の重畳波数Ｎを変更した場合の計測信号の波形と、標準偏差Ｖｓｔｄの値のシミュレーション結果の一例を示す。同図（ａ）は計測信号の重畳波数Ｎが「１」の波形と「Ｖｓｔｄ」、（ｂ）は計測信号の重畳波数Ｎが「２」の波形と「Ｖｓｔｄ」、（ｃ）は計測信号の重畳波数Ｎが「８」の波形と「Ｖｓｔｄ」を示している。なお、同図では計測信号の振幅の最大値を１に規格化して示している。それらの図からわかるように、重畳波数Ｎが変わると波形が変化し、標準偏差Ｖｓｔｄの値も異なることがわかる。
【００５２】
図８は、本発明の実施例を適用した場合と、従来法による増幅率設定との比較を説明する図である。図において、左側の波形が計測信号位の元波形であり、右側の波形が元波形を増幅した波形である。同図（ａ）は、振幅の最大値に基づいて増幅率を設定した場合である。同図に示すように、一定の計測時間における計測信号に、パルス状のノイズが２箇所に乗っている。したがって、最大値に基づいて増幅率を設定すると、ノイズの最大値に引っ張られて増幅率を設定してしまうため、見たい信号の振幅が圧縮（つぶれ）されてしまっていることがわかる。この点、同図（ｂ）のように、標準偏差に基づいて増幅率を設定すると、ノイズの影響を受けない増幅率の設定を行うことができる。
【００５３】
さらに、同図（ｃ）は、重畳波数が「８」の計測信号を、実施例１、２のように、重畳波数Ｎに応じて定めた係数αと標準偏差Ｖｓｔｄとに基づいて、増幅率を設定したものである。これに対し、同図（ｄ）は、重畳波数Ｎが「２」の計測信号を、その計測信号の標準偏差のみに基づいて増幅率を設定した従来例である。同図（ｃ）、（ｄ）を対比してわかるように、重畳波数Ｎに応じて定めた係数αを考慮して増幅率を設定することにより、元波形の特徴を強調できるのに対し、重畳波数Ｎ＝２でも例えばＮ＝８と同じ係数αに基づいて増幅率を設定すると、（ｄ）のように、見たい信号がつぶれてしまうことがわかる。
【００５４】
以上、本発明を一実施形態及び実施例１〜３に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形または変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形または変更された形態が本願の特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００５５】
１００：生体光計測装置、１１０：光源部、１１１：半導体レーザ、１１２：光モジュール、１２０：受光部、１２１：光電変換素子、１２２：可変ゲインアンプ、１２３：Ａ／Ｄ変換器、１３０：光ファイバ、１３１：照射光用光ファイバ、１３２：受光用光ファイバ、１４０：制御部、１４１：入力部、１４２：表示部、１４３：記憶部、１５０：プローブホルダ、１５１：光計測プローブ、１５１ａ：照射プローブ（照射点）、１５１ｂ：受光プローブ（受光点）、１９０：被検体、４００：データ処理部、４０１：増幅率設定部、４０２：ロックインアンプ
【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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