(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する光源部と、 
上記光源部からの光を被検体に照射する複数の照射プローブと、
上記被検体の透過光を検出する複数の検出プローブと、 
上記検出プローブに入射された透過光をそれぞれ光電変換する検出器と、 
上記検出器からの信号に対して、上記光源部での変調周波数を参照周波数としてそれぞれロックイン処理を行うロックイン処理部と、 
上記ロックイン処理部からの信号に基づいて上記被検体の光学特性を計測する計測装置本体とを備えた生体光計測装置において、  
上記ロックイン処理部には、上記検出器からの信号から低周波成分を取り除く低域カットフィルタ部が設けられ、上記光源部の光の発生のオン・オフに同期して上記低域カットフィルタ部に入力する信号のオン・オフを行うスイッチ部が設けられていることを特徴とする生体光計測装置。  
【請求項２】
上記スイッチ部は、上記検出器と上記低域カットフィルタ部との間に設けられた複数のアナログスイッチを含むことを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光を用いて被検体の光学特性を計測する生体光計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高分解能方式の生体光計測装置では、第１組（Ａ面）の照射プローブ及び検出プローブの中間位置に第２組（Ｂ面）の照射プローブ及び検出プローブが配置されている。そして、第１組の照射プローブからの光の照射タイミングと、第２組の照射プローブからの光の照射タイミングとをずらすことにより、異なる組の照射プローブからの光の影響を除いている。また、生体光計測では、高精度の微弱光検出が求められるため、検出器のダーク電流変動や、外部からの光による信号変化で生じるベースラインの低周波変動を除くため、低域カットフィルタ（コンデンサ）が直列に接続される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７８７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の生体光計測装置では、時分割で計測の組を分離しているものの、他の組の照射プローブからの強い信号による影響が、低域カットフィルタの効果により自組の信号検出時間帯にまで及び、これにより計測信号が大きく変動し、信号精度が低下してしまう。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高精細計測を実現しつつ、他の組の信号の影響を低減し、信号精度を向上させることができる生体光計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る生体光計測装置は、所定の変調周波数で変調された光を発生する光源部、光源部からの光を被検体に照射する複数の照射プローブ、被検体から戻る光を検出する複数の検出プローブ、検出プローブに入射された光をそれぞれ光電変換する検出器、検出器からの信号に対して、光源部での変調周波数を参照周波数としてそれぞれロックイン処理を行うロックイン処理部、及びロックイン処理部からの信号に基づいて被検体の光学特性を計測する計測装置本体を備え、ロックイン処理部には、検出器からの信号から低周波成分を取り除くコンデンサが設けられており、コンデンサには、照射プローブからの光の照射のオン・オフに同期してコンデンサに入力する信号のオン・オフを行うスイッチ部が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の生体光計測装置は、照射プローブからの光の照射のオン・オフに同期してコンデンサに入力する信号のオン・オフを行うスイッチ部をコンデンサに設けたので、高精細計測を実現しつつ、他の組の信号の影響を低減し、信号精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による生体光計測装置を示すブロック図である。図において、光源部１は、複数（図では１つのみ示す）の半導体レーザ２と、半導体レーザ２を駆動するレーザ駆動回路３とを有している。各半導体レーザ２は、可視から赤外の波長領域中で複数の波長、例えば７８０ｎｍの光を放射する。
【０００９】
レーザ駆動回路３は、半導体レーザ２に対して直流バイアス電流を印加するとともに、半導体レーザ２から放射される光に強度変調を与える。この例では、変調方法として、矩形波によるデジタル変調が用いられるが、例えば正弦波等の任意波形の繰り返しを用いてもよい。レーザ駆動回路３には、発振器４により変調周波数が印加される。
【００１０】
光源部１で発生された光は、被検体５の頭部に照射される。被検体５を透過した光は、光電変換部である検出器６で検出される。検出器６で検出された光は、皮膚及び頭蓋骨を通過しており、大脳の血流の情報を含んでいる。即ち、検出器６での検出光量は、計測点のヘモグロビン濃度に応じて変化する。従って、検出光量の変化から、被検体５の光学特性としてヘモグロビン濃度の相対変化を計測することができる。
【００１１】
検出器６からの検出信号は、ロックイン処理部７に入力される。ロックイン処理部７は、変調周波数と同位相・同周波数の信号を参照信号とするロックイン処理を行う。ロックイン処理部７から出力された信号は、計測装置本体としてのコンピュータ８に入力される。コンピュータ８は、検出器６での検出光量を計測し、その計測結果から各計測点における血液中のヘモグロビン濃度の変化量を計測し、計測結果に関する情報をモニタに表示する。コンピュータ８としては、例えば汎用のパーソナルコンピュータを用いることができる。
【００１２】
被検体５には、光源部１からの光を被検体５に照射するとともに被検体５から戻る光を検出するためのプローブ装置（図示せず）が装着される。プローブ装置は、被検体５の頭部に装着されるホルダと、ホルダに装着された複数のプローブとを有している。
【００１３】
図２は図１の生体光計測装置におけるプローブの配置状態を示す説明図である。プローブは、複数の第１組（Ａ面）の照射プローブ１１ａ（図２では斜線付きの四角で示す）と、複数の第１組の検出プローブ１１ｂ（図２では斜線無しの四角で示す）と、複数の第２組（Ｂ面）の照射プローブ１２ａ（図２では斜線付きの円で示す）と、複数の第２組の検出プローブ１２ｂ（図２では斜線無しの円で示す）とを含んでいる。
【００１４】
即ち、図２では、第１組のプローブ１１ａ，１１ｂを四角で示し、第２組のプローブ１２ａ，１２ｂを円で示している。また、図２では、照射プローブ１１ａ，１２ａに斜線を付し、検出プローブ１１ｂ，１２ｂを斜線無しで示している。照射プローブ１１ａ，１２ａは、光源部１からの光を被検体５に照射する。検出プローブ１１ｂ，１２ｂは、被検体５を透過した光を受光する。検出プローブ１１ｂ，１２ｂで受光された光は、それぞれ検出器６に送られる。
【００１５】
第１組のプローブ１１ａ，１１ｂは、マトリクス状に配置されている。また、第１組の照射プローブ１１ａ及び検出プローブ１１ｂは、交互に配置されている。第２組のプローブ１２ａ，１２ｂも、マトリクス状に配置されている。また、第２組の照射プローブ１２ａ及び検出プローブ１２ｂも、交互に配置されている。さらに、第２組のプローブ１２ａ，１２ｂは、第１組のプローブ１１ａ，１１ｂ間に配置されている。各組において、照射プローブ１１ａ，１２ａと検出プローブ１１ｂ，１２ｂとの間のピッチは、３０ｍｍである。
【００１６】
図３は図１の生体光計測装置における計測点の分布を示す説明図である。図３では、計測点を四角で示している。照射プローブ１１ａ，１２ａから照射された光の一部は、計測点で大脳皮質を透過し検出プローブ１１ｂ，１２ｂに入射する。従って、計測点は、図２における照射プローブ１１ａ，１２ａと検出プローブ１１ｂ，１２ｂとの間に位置している。この例における計測点は、４５箇所（４５チャンネル）であり、互いに隣接する計測点のピッチは１５ｍｍである。
【００１７】
図４は図１のロックイン処理部７を示すブロック図である。ロックイン処理部７は、増幅器１３、アナログスイッチ部１４、低域カットフィルタ部１５、ＡＤ変換器１６及びロックイン演算部１７を有している。
【００１８】
検出器６で電流に変換された検出信号は、それぞれ増幅器１３で電圧変換され、アナログスイッチ部１４により所定の周期でオン・オフされる。アナログスイッチ部１４は、光源の切換に同期して他の組からの強い信号を減衰させる。また、アナログスイッチ部１４は、検出プローブ１１ｂ，１２ｂに対応した複数のアナログスイッチを有している。
【００１９】
低域カットフィルタ部１５は、検出器６のダーク電流による変動や外部の照明等による外来光の影響を除去する。低域カットフィルタ部１５としては、複数組のコンデンサ及び抵抗が用いられる。
【００２０】
低域カットフィルタ部１５を通過した信号は、それぞれＡＤ変換器１６でデジタル信号に変換され、ロックイン演算部１７に入力される。ロックイン演算部１７は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により構成され、変調周波数、例えば１０ｋＨｚを参照信号として、参照信号と同期した信号の抽出を行う。
【００２１】
ここで、ＡＤ変換器１６の変換サイクルは、光源部１の変調周期に比べて十分に大きい１００ｋＨｚとする。これにより、デジタル信号のサンプルナイキスト周波数は５０ｋＨｚとなり、変調信号１０ｋＨｚを十分な精度でサンプルすることができる。
【００２２】
図５は図１の生体光計測装置の一対の照射プローブ１１ａ及び検出プローブ１１ｂに関する信号変調回路及び信号検出回路を示す回路図である。半導体レーザ２で発生された光は、照射用光ファイバ１８ａを通して照射プローブ１１ａへ送られる。検出プローブ１１ｂに入射した光は、検出用光ファイバ１８ｂを通して検出器６へ送られる。
【００２３】
パルス発生器１９は、光源をオン・オフするとともに、アナログスイッチ部１４をオン・オフするためのパルスを発生する。発振器４からの変調信号とパルス発生器１９からのパルス信号とは、アンドゲート２０に入力される。アンドゲート２０からの出力は、レーザ駆動回路３に入力される。これにより、レーザ駆動回路３は、パルス発生器１９で発生されたパルスに同期して半導体レーザ２のオン・オフを行う。
【００２４】
また、パルス発生器１９からのパルス信号は、アナログスイッチ部１４にも入力される。これにより、アナログスイッチ部１４は、パルス発生器１９で発生されたパルスに同期して低域カットフィルタ部１５への信号の入力のオン・オフを行う。
【００２５】
次に、動作について説明する。図６は図１の光源部１に対する制御信号の波形を示す説明図である。図において、第１組の光源の変調周波数はｆ１、第２組の光源の変調周波数はｆ２である。また、光源のオン・オフの周期は２０ｍ秒である。即ち、２５Ｈｚの周波数で光源がオン・オフされる。このとき、第１組の光源と第２組の光源とが交互にオン・オフされる。
【００２６】
ここで、照射プローブ１１ａ，１２ａ及び検出プローブ１１ｂ，１２ｂが図２のように高精細で配置されている場合、例えば第１組の計測組を自組とすると、自組の照射プローブ１１ａから自組の検出プローブ１１ｂまでの距離が３０ｍｍであるのに対して、他の組の照射プローブ１２ａから自組の検出プローブ１１ｂまでの距離は１５ｍｍになる。このため、生体の減衰散乱による信号減弱を考慮しても、検出器６で検出される他の組の信号強度は、例えば図７に示すように自組の信号強度の約１０倍程度となる。
【００２７】
このような信号を、アナログスイッチ部１４を通さずに低域カットフィルタ部１５に入力した場合、例えば図８に示すように、他の組からの強い信号のテールが自組の信号に付加され、自組の計測信号が大きく変動し、信号精度が低下してしまう。
【００２８】
これに対して、図７のような信号を、アナログスイッチ部１４を通して低域カットフィルタ部１５に入力するとともに、アナログスイッチ部１４のオン・オフを光源のオン・オフに同期させた場合、低域カットフィルタ部１５の上流で他の組の信号が取り除かれるので、例えば図９に示すように、低域カットフィルタ部１５を通過した後の信号に他の組の信号の影響が残ることがない。従って、計測信号の計測時間域におけるベースライン変動を除きながら、他の組の強い光によるベース変化をも除去することができ、簡便に高精度な高精細（高分解能）計測を可能にすることができる。
【００２９】
このような他の組の信号の影響は、デジタル信号処理により除くことも可能であるが、信号を精度良く処理するためには高いビット精度を持つ電圧変換幅の広いＡＤ変換器が必要となり、多くの場合は適用可能なＡＤ変換器の入手が困難で、入手可能としても高価なものとなる。また、最適なデジタル化ができないため、十分な信号精度を得るのが困難になる。
【００３０】
なお、上記の例では、デジタル方式のロックイン演算部１７を示したが、同様の機能を有するアナログ方式のロックイン回路を用いてもよい。
また、上記の例では、アナログスイッチ部１４を増幅器１３と低域カットフィルタ部１５との間に設けたが、検出器６と増幅器１３との間に設けることもできる。また、アナログスイッチ部１４を検出器６に設け、検出器６で電流信号をオン・オフしてもよい。さらに、検出器６の感度又は増幅率をアナログスイッチ部１４によりオン・オフしてもよい。
さらに、上記の例では、照射プローブ１１ａ，１２ａ及び検出プローブ１１ｂ，１２ｂを２つの組に分けたが、３つ以上の組に分けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１による生体光計測装置を示すブロック図である。
【図２】図１の生体光計測装置におけるプローブの配置状態を示す説明図である。
【図３】図１の生体光計測装置における計測点の分布を示す説明図である。
【図４】図１のロックイン処理部を示すブロック図である。
【図５】図１の生体光計測装置の一対の照射プローブ及び検出プローブに関する信号変調回路及び信号検出回路を示す回路図である。
【図６】図１の光源部に対する制御信号の波形を示す説明図である。
【図７】図５の検出器で検出される信号の波形を示す説明図である。
【図８】図７の信号を図５のアナログスイッチ部を通さずに低域カットフィルタ部に入力した場合の信号の波形を示す説明図である。
【図９】図７の信号を図５のアナログスイッチ部を通して低域カットフィルタ部に入力した場合の信号の波形を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  光源部、６  検出器、７  ロックイン処理部、８  コンピュータ（計測装置本体）、１１ａ  第１組の照射プローブ、１１ｂ  第１組の検出プローブ、１２ａ  第２組の照射プローブ、１２ｂ  第２組の検出プローブ、１４  アナログスイッチ部。
【図１】
0004961280.tif 000002
【図２】
0004961280.tif 000003
【図３】
0004961280.tif 000004
【図４】
0004961280.tif 000005
【図５】
0004961280.tif 000006
【図６】
0004961280.tif 000007
【図７】
0004961280.tif 000008
【図８】
0004961280.tif 000009
【図９】
0004961280.tif 000010