JP2003322612A - Brain-activity measuring apparatus and head mounting implement for brain-activity measurement - Google Patents
Brain-activity measuring apparatus and head mounting implement for brain-activity measurementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、被験者の脳の機能
情報を容易に得るための脳活動計測装置及びそれに適用
される脳活動計測用頭部装着具に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brain activity measuring apparatus for easily obtaining functional information of a subject's brain, and a brain activity measuring head attachment applied thereto.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、脳の活動を非侵襲的に計測し脳機
能を解析する装置やシステムが種々開発されてきてい
る。例えば、機能的核磁気共鳴法（ｆＭＲＩ；function
al magnetic resonance imaging）、ポジトロン断層法
（ＰＥＴ；positron emission tomography）等が代表例
である。しかしながら、このような方法では、被験者を
ほぼ閉塞された装置内に収容し、その装置内で脳活動を
計測するため、例えば被験者の体を動かしながら運動中
における脳活動を計測することは困難である。2. Description of the Related Art In recent years, various devices and systems for non-invasively measuring brain activity and analyzing brain function have been developed. For example, functional nuclear magnetic resonance (fMRI) function
Typical examples are al magnetic resonance imaging) and positron emission tomography (PET). However, in such a method, since the subject is housed in a device that is almost occluded and brain activity is measured in the device, it is difficult to measure brain activity during exercise while moving the body of the subject. is there.
【０００３】このような問題を解決する方法として、近
赤外線分光法（ＮＩＲＳ；near-infrared spectroscop
y）を利用した脳活動の計測方法が開発され注目される
ようになっている。ＮＩＲＳ法では、被験者の頭部に照
射用光ファイバを通じて所定波長の近赤外線を照射し、
それに対応して脳で反射した近赤外線を検出用光ファイ
バを通じて検出する方法が採用されている。具体的に
は、皮膚組織や骨組織を透過し且つ脳の血管における血
液中のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンに
吸収される波長の近赤外線を利用して、この近赤外線を
被験者の頭部に装着したホルダに接続した光ファイバを
介して伝達することで、血液中のオキシヘモグロビン濃
度、デオキシヘモグロビン濃度及びそれらの総和である
総ヘモグロビン濃度を測定し、これらの経時的な濃度変
化から導き出される脳内の血行動態変化によって、運動
中又は静止状態における被験者の脳活動を計測し、或い
は画像化する。また、ＮＩＲＳ法によれば、運動機能に
障害を有する被験者が、その障害を有する部位を動かし
ているようにイメージする場合の脳活動を計測すること
で、脳の活動パターンを明らかにするとともに、リハビ
リテーションにも役立っている。As a method for solving such a problem, near-infrared spectrum spectroscopy (NIRS) is used.
A method for measuring brain activity using y) has been developed and is drawing attention. In the NIRS method, a subject's head is irradiated with near-infrared rays of a predetermined wavelength through an irradiation optical fiber,
Correspondingly, a method of detecting near infrared rays reflected by the brain through a detection optical fiber is adopted. Specifically, the near-infrared ray having a wavelength that penetrates skin tissue and bone tissue and is absorbed by oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin in blood in the blood vessels of the brain is used, and the near-infrared ray is attached to the head of the subject. By transmitting via an optical fiber connected to a holder, the concentration of oxyhemoglobin in blood, the concentration of deoxyhemoglobin, and the total hemoglobin concentration, which is the sum of them, are measured, and the concentration in the brain is derived from these changes over time. The hemodynamic changes measure or image the brain activity of the subject during exercise or at rest. In addition, according to the NIRS method, the brain activity pattern is clarified by measuring the brain activity when a subject with a motor function disorder imagines that the site with the disorder is moving. It is also useful for rehabilitation.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来より採
用されているＮＩＲＳ法を採用した脳活動計測装置で
は、照射用光ファイバや検出用光ファイバの束の荷重が
前記ホルダを介して被験者の頭部に作用するため、それ
による影響が目的とする脳活動の計測結果に反映されて
しまう可能性を排除することが困難であり、また、被験
者が光ファイバの荷重により不快感を覚える場合もあ
る。特に歩行等の運動中の計測では、その影響が大き
い。However, in the brain activity measuring device adopting the NIRS method which has been conventionally adopted, the load of the bundle of the irradiation optical fiber and the detection optical fiber is passed through the holder to the subject's head. It is difficult to eliminate the possibility that the influence of the influence on the measurement result of the target brain activity will be excluded because it acts on the part of the body, and the subject may feel discomfort due to the load of the optical fiber. . Especially, the influence is great in measurement during exercise such as walking.
【０００５】そこで本発明は、以上のような問題に鑑み
て、ＮＩＲＳ法を利用した脳活動計測時に、光ファイバ
の荷重によって被験者に不快感を与えることなく、その
影響を本来の計測結果にも及ぼすことのない脳活動計測
装置、及びそれに用いられる頭部装着具を提供すること
を主たる目的としている。In view of the above problems, the present invention does not make the subject uncomfortable due to the load of the optical fiber when measuring the brain activity using the NIRS method, and the influence of the influence on the original measurement result. The main object of the present invention is to provide a brain activity measuring device that does not exert any influence, and a head mounting tool used for the same.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の脳活
動計測装置は、被験者の頭部に近赤外線を照射し、当該
被験者の脳で反射した近赤外線を計測することにより近
赤外線分光法を利用して脳の活動を計測するものにおい
て、近赤外線の照射及び検出並びに計測等を制御する制
御部と、制御部で制御され照射された近赤外線を被験者
の頭部に伝達する照射用光ファイバ及び被験者の脳で反
射した近赤外線を制御部に伝達する検出用光ファイバか
らなる複数の光ファイバを束ねた光ファイバ群と、被験
者の頭部に装着され光ファイバ群の一端部を保持する頭
部装着具と、光ファイバ群の頭部装着具側の端部と制御
部側の端部との間における中間部位を吊り上げる吊り上
げ手段と、当該吊り上げ手段により吊り上げた光ファイ
バ群の重量と略均等な重量を有し吊り上げ手段により吊
り上げられるウェイトバランサとを具備してなることを
特徴とするものである。That is, the brain activity measuring apparatus of the present invention uses near-infrared spectroscopy by irradiating the head of a subject with near-infrared rays and measuring the near-infrared rays reflected by the brain of the subject. In measuring brain activity by utilizing, a control unit that controls irradiation, detection, and measurement of near-infrared rays, and an optical fiber for irradiation that transmits the near-infrared rays that is controlled by the control section and is irradiated to the subject's head And an optical fiber group formed by bundling a plurality of optical fibers composed of detection optical fibers that transmit near infrared rays reflected by the brain of the subject to the control unit, and a head attached to the head of the subject and holding one end of the optical fiber group. And a weight of the optical fiber group lifted by the lifting means, and an intermediate portion between the head mounting tool side end and the control section side end of the optical fiber group. And it is characterized in that formed by and a weight lifted balancer by a lifting means, such weight.
【０００７】このような構成の脳活動計測装置であれ
ば、頭部装着具を介して被験者の頭部に接続された光フ
ァイバ群は、吊り上げ手段によって吊り上げられた状態
で支持され、且つウェイトバランサによって重量の均衡
が図られるため、被験者の頭部には光ファイバ群の荷重
が殆ど作用しないことになる。そのため、被験者が光フ
ァイバ群による不快感を感ずることを防止し、光ファイ
バ群の荷重が被験者に作用することによるＮＩＲＳ法を
利用した脳活動の計測結果に影響も可及的に排除できる
ことになる。また、運動状態における被験者の脳活動を
計測するに際しては、被験者の体の自由度も飛躍的に向
上させることが可能となる。According to the brain activity measuring apparatus having such a configuration, the optical fiber group connected to the subject's head through the head mounting tool is supported in a state of being suspended by the suspending means, and the weight balancer. Since the weight is balanced by, the load of the optical fiber group hardly acts on the head of the subject. Therefore, it is possible to prevent the subject from feeling uncomfortable due to the optical fiber group, and it is possible to eliminate the influence on the measurement result of the brain activity using the NIRS method due to the load of the optical fiber group acting on the subject as much as possible. . In addition, when measuring the brain activity of the subject in an exercise state, the degree of freedom of the subject's body can be dramatically improved.
【０００８】特に、吊り上げ手段により吊り上げられウ
ェイトバランサにより重量の均衡をとった光ファイバ群
の安定性を高め、被験者に与える不快感や測定結果の正
確性、被験者の体の動きの自由度をより向上させる構成
としては、頭部装着具を、被験者の頭部に装着され且つ
後頭部若しくは頭頂部を被覆する後頭部被覆部を有する
ものとし、光ファイバ群の一端部を保持するとともに当
該光ファイバ群の一端部近傍を後頭部被覆部に固定した
構成としたものが挙げられる。In particular, the stability of the optical fiber group suspended by the suspension means and balanced in weight by the weight balancer is improved, and the discomfort given to the subject, the accuracy of the measurement result, and the freedom of movement of the subject's body are further improved. As a configuration to improve, the head mounting device, which has a occipital region covering part that is attached to the head of the subject and covers the occipital region or the crown, holds one end of the optical fiber group and An example is one in which the vicinity of one end is fixed to the occipital region covering part.
【０００９】また、吊り上げ手段として好適なものに
は、光ファイバ群とウェイトバランサとを振り分けて滑
動自在に支持する滑車を備える構成のものを挙げること
ができる。Further, as a suitable lifting means, there may be mentioned a structure provided with a pulley for sorting the optical fiber group and the weight balancer and slidably supporting them.
【００１０】さらに、運動状態における被験者の脳活動
を好適に計測するには、脳活動計測装置に、被験者が略
定位置で脚部を動作可能なトレッドミルを設けることが
望ましい。この場合、自力での歩行が困難な被験者に対
しては、トレッドミルの上方において被験者の少なくと
も脚部のみの動作を許容して身体を吊り上げた状態に支
持する身体吊り上げ手段をさらに設けるとよい。このよ
うにすることで、足の運動障害を有する被験者のニュー
ロリハビリにも大いに役立つこととなる。Further, in order to preferably measure the brain activity of the subject in the exercise state, it is desirable that the brain activity measuring device is provided with a treadmill that allows the subject to move the legs at substantially fixed positions. In this case, for a subject who is difficult to walk by himself / herself, it is preferable to further provide a body lifting unit that allows the motion of at least the legs of the subject above the treadmill and supports the body in a suspended state. By doing so, it will be very useful for neurorehabilitation of a subject having a foot movement disorder.
【００１１】以上のような構成の脳活動計測装置におい
て、運動中の被験者の脳の状態を適切に計測するための
好適な制御部の構成としては、脳で反射され検出用光フ
ァイバを通じて検出した近赤外線に基づいて、脳機能に
寄与する物質であるパラメータ物質の分布や濃度変化等
の動態を示す又は示唆するパラメータ物質動態データを
生成するパラメータ物質動態データ生成手段と、この生
成されたパラメータ物質動態データを表示する表示手段
とを備えたものが好ましい。In the brain activity measuring apparatus having the above-mentioned configuration, the suitable control section for appropriately measuring the state of the brain of the subject during exercise is reflected by the brain and detected through the optical fiber for detection. A parameter substance kinetics data generating means for generating parameter substance kinetics data indicating or suggesting kinetics such as distribution and concentration change of a parameter substance which is a substance contributing to brain function based on near infrared rays, and the generated parameter substance It is preferable to have a display means for displaying the dynamic data.
【００１２】特に、検出した近赤外線に基づいて脳機能
を視覚的に把握、判別できるようにするには、制御部に
おいて、パラメータ物質動態データ生成手段で生成した
パラメータ物質動態データを、脳機能画像データとして
加工する脳機能画像データ加工手段を更に設け、前記表
示手段が、脳機能画像データ加工手段で加工した脳機能
画像データを表示する機能を有するものとすることが有
用である。ここで、パラメータ物質としては、ヘモグロ
ビン（オキシヘモグロビンやデオキシヘモグロビン）、
糖（グルコース等）を例示することができる。さらに、
制御部に、パラメータ物質動態データ加工手段で加工し
た脳機能画像データを蓄積する脳機能画像データ蓄積手
段を設けることによって、被験者の脳活動の計測結果
を、以前の計測結果や将来の計測結果と比較したり、他
の被験者の計測結果と比較するなど、計測結果の有効利
用を図ることができる。In particular, in order to visually grasp and discriminate the brain function based on the detected near-infrared rays, the parameter substance dynamics data generated by the parameter substance dynamics data generating means is controlled by the control unit in the brain functional image. It is useful to further provide a brain functional image data processing means for processing as data, and the display means to have a function of displaying the brain functional image data processed by the brain functional image data processing means. Here, as the parameter substance, hemoglobin (oxyhemoglobin or deoxyhemoglobin),
A sugar (glucose etc.) can be illustrated. further,
The control unit is provided with a brain function image data storage unit that stores the brain function image data processed by the parameter substance dynamics data processing unit, so that the measurement result of the brain activity of the subject is compared with the previous measurement result and the future measurement result. It is possible to effectively use the measurement results, such as comparison and comparison with the measurement results of other subjects.
【００１３】また、ＣＴスキャンやＭＲＩ等の他の医療
画像診断装置で得られた脳の形態画像や、ｆＭＲＩ等の
他の医療画像診断装置で得られた脳の機能画像と併用し
て、より詳細な脳活動のデータ収集を容易なものとする
には、表示手段に、脳機能画像データ加工手段で加工し
た脳機能画像データを、他の医療画像診断装置で生成さ
れた脳形態画像データ又は脳機能画像データと重ね合わ
せて表示する機能を設けるとよい。Further, in combination with a morphological image of the brain obtained by another medical image diagnostic apparatus such as CT scan or MRI, or a functional image of the brain obtained by another medical image diagnostic apparatus such as fMRI, In order to facilitate the collection of detailed brain activity data, the brain function image data processed by the brain function image data processing means is displayed on the display means as the brain morphology image data generated by another medical image diagnostic apparatus or It is advisable to provide a function of superimposing and displaying the brain function image data.
【００１４】特に、この脳活動計測装置で得られる脳機
能画像データとして好適な具体例には、被験者の脳にお
ける血行動態変化を示す画像を挙げることができる。よ
り具体的に好ましくは、パラメータ物質動態データ生成
手段が、パラメータ物質としてオキシヘモグロビン及び
デオキシヘモグロビンの動態を示すヘモグロビン動態デ
ータを生成するものである場合、表示手段を、生成され
たヘモグロビン動態データを前記血行動態変化を示す画
像として表示するものとすればよい。この場合、オキシ
ヘモグロビンとデオキシヘモグロビンの動態変化を把握
するには、制御部において、オキシヘモグロビン及びデ
オキシヘモグロビンのそれぞれの分子吸光係数が異なる
少なくとも２つ以上の波長の近赤外線を照射し、且つ検
出して分光法に基づく理論によって計算するようにする
ことが望ましい。さらに、これら検出した２波長以上の
近赤外線に基づく脳活動の解析を行い、脳の機能情報を
より詳細に得るためには、制御部において、検出した異
なる２つ以上の波長の近赤外線に基づく各ヘモグロビン
動態データ、又は当該各ヘモグロビン動態データに基づ
く血行動態変化を示す各画像を、組み合わせ、抽出し、
又は変換するなどの演算処理を行う演算処理手段をさら
に設けることが好ましい。In particular, a specific example suitable as brain functional image data obtained by this brain activity measuring device is an image showing hemodynamic changes in the brain of a subject. More specifically, preferably, the parameter substance kinetic data generating means is a means for generating hemoglobin kinetic data showing the kinetics of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin as the parameter substance, and displaying means, the generated hemoglobin kinetic data It may be displayed as an image showing hemodynamic changes. In this case, in order to understand the dynamic changes of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin, the control unit irradiates and detects near-infrared rays of at least two or more wavelengths having different molecular absorption coefficients of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin. It is desirable that the calculation is performed by a theory based on spectroscopy. Furthermore, in order to analyze the brain activity based on the detected near-infrared rays of two or more wavelengths and obtain more detailed functional information of the brain, the control unit is based on the detected near-infrared rays of two or more different wavelengths. Each hemoglobin kinetic data, or each image showing hemodynamic changes based on each hemoglobin kinetic data, combined, extracted,
Alternatively, it is preferable to further provide an arithmetic processing means for performing arithmetic processing such as conversion.
【００１５】また、本発明の脳活動計測用頭部装着具
は、被験者の頭部に近赤外線を照射し、当該被験者の脳
で反射した近赤外線を計測することにより近赤外線分光
法を利用して脳の活動を計測する脳活動計測装置におい
て、近赤外線の照射及び検出並びに計測等を制御する制
御部と、制御部で制御され照射された近赤外線を被験者
の頭部に伝達する照射用光ファイバ及び被験者の脳で反
射した近赤外線を制御部に伝達する検出用光ファイバか
らなる複数の光ファイバを束ねた光ファイバ群と、光フ
ァイバ群の被験者側の端部と制御部側の端部との間にお
ける中間部位を吊り上げる吊り上げ手段と、当該吊り上
げ手段により吊り上げた光ファイバ群の重量と略均等な
重量を有し吊り上げ手段により吊り上げられるウェイト
バランサと共に用いられ、被験者の頭部に装着される頭
部装着部と、該頭部装着部において光ファイバ群の一端
部を保持する保持部を形成していることを特徴としてい
る。The brain activity measuring head mount of the present invention utilizes near infrared spectroscopy by irradiating the subject's head with near infrared light and measuring the near infrared light reflected by the subject's brain. In a brain activity measuring device that measures brain activity with a control unit, a control unit that controls irradiation, detection, and measurement of near-infrared rays, and an irradiation light that transmits the near-infrared rays that are controlled and irradiated by the control unit to the subject's head. An optical fiber group formed by bundling a plurality of optical fibers, each of which is composed of an optical fiber and a detection optical fiber that transmits near-infrared rays reflected by the brain of the subject to the control unit, and the end of the optical fiber group on the subject side and the end on the control unit side. And a weight balancer that has a weight approximately equal to the weight of the optical fiber group suspended by the suspension means and that is suspended by the suspension means. It is, and a head mounting portion mounted on the subject's head, characterized in that it forms a holding portion for holding one end portion of the optical fiber group in the head unit mounting portion.
【００１６】このようなものであれば、光ファイバ群
は、吊り上げ手段によって吊り上げられた状態で支持さ
れ、且つウェイトバランサによって重量の均衡が図られ
るため、この脳活動計測用頭部装着具を装着した被験者
の頭部には光ファイバ群の荷重が殆ど作用しないことに
なる。そのため、被験者が光ファイバ群による不快感を
感ずることを防止し、光ファイバ群の荷重が被験者に作
用することによるＮＩＲＳ法を利用した脳活動の計測結
果に影響も可及的に排除でき、また、運動状態における
被験者の脳活動を計測するに際しては、被験者の体の自
由度も向上することができるようになる。In this case, the optical fiber group is supported in a state of being suspended by the suspending means, and the weight is balanced by the weight balancer. Therefore, the brain activity measuring head mount is worn. The load of the optical fiber group hardly acts on the head of the test subject. Therefore, it is possible to prevent the subject from feeling uncomfortable due to the optical fiber group, and it is possible to eliminate the influence on the measurement result of the brain activity using the NIRS method due to the load of the optical fiber group acting on the subject as much as possible. The degree of freedom of the subject's body can be improved when measuring the subject's brain activity in the exercise state.
【００１７】特に、この脳活動計測用頭部装着具に一端
部を保持された光ファイバ群の安定性及びそれに基づく
被験者の頭部の安定性を向上するには、被験者の後頭部
若しくは頭頂部を被覆する部位に後頭部被覆部を形成
し、該後頭部被覆部において光ファイバ群の被験者側の
一端部近傍を固定する固定手段を設けるとよい。In particular, in order to improve the stability of the optical fiber group whose one end is held by the head attachment for measuring brain activity and the stability of the head of the subject based on the optical fiber group, It is advisable to form a occipital region covering portion on the area to be covered and to provide a fixing means for fixing the vicinity of one end of the optical fiber group on the subject side in the occipital region covering portion.
【００１８】また、頭部装着部を、熱可塑性材料を主体
としてなるものとし、当該熱可塑性材料を加熱して軟化
させた状態で被験者の頭部に被せた後硬化させることに
よって、当該被験者の頭部の形状に対応した形状とする
ことで、被験者ごとの頭部の形状に合った脳活動計測用
頭部装着具を利用でき、より正確な脳活動の計測が可能
になる。In addition, the head mounting portion is mainly made of a thermoplastic material, and the thermoplastic material is heated and softened, and the head mounting portion is put on the head of the subject and then cured, whereby the head of the subject is cured. By adopting a shape corresponding to the shape of the head, it is possible to use a head attachment for measuring brain activity that matches the shape of the head of each subject, and it is possible to measure brain activity more accurately.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２０】図１及び図２に概略的に示す本実施形態の
脳活動計測装置１は、被験者Ｔの運動中、特に四肢を動
かしているときの脳活動を近赤外線分光法（ＮＩＲＳ
法）を利用して計測するためのものである。The brain activity measuring apparatus 1 of the present embodiment schematically shown in FIGS. 1 and 2 shows near-infrared spectroscopy (NIRS) of the brain activity during movement of the subject T, especially when the limbs are moving.
Method) is used for measurement.
【００２１】この脳活動計測装置１は、制御部２、光フ
ァイバ群３、頭部装着具４、トレッドミル５、支持台
６、吊り上げ手段７、ウェイトバランサ８、身体吊り上
げ手段９等から構成される。The brain activity measuring apparatus 1 is composed of a control unit 2, an optical fiber group 3, a head mounting tool 4, a treadmill 5, a support stand 6, a lifting means 7, a weight balancer 8, a body lifting means 9 and the like. It
【００２２】まず制御部２は、図３に示す概略的な機能
構成図に基づいて説明すると、近赤外線を照射する光源
２２、被験者Ｔの脳で反射した近赤外線を検出する検出
器２３、前記光源２２や検出器２３の制御及び検出器２
３で検出した近赤外線の計測等を実行する情報処理装置
２１、ディスプレイ２４、プリンタ２５等からなるもの
である。情報処理装置２１は、例えば専用コンピュータ
や所定のソフトウェアプログラムを組み込んだ汎用コン
ピュータであって、図示しないが、ＣＰＵ、内部メモ
リ、ＨＤＤ等の記憶装置、キーボードやマウス等の入力
デバイス、外部機器との通信インタフェース等を備えて
いる。そして、この情報処理装置２１は、前記プログラ
ムに従って各部が作動し、図３に示すように、光源制御
手段２１１、検出器制御手段２１２、測定対象であるパ
ラメータ物質たるヘモグロビンの動態データを生成する
ヘモグロビン動態データ生成手段２１３、脳機能画像デ
ータ加工手段２１４、脳機能画像データ蓄積手段２１
５、演算処理手段２１６、表示手段２１７等として機能
する。First, the control unit 2 will be described based on the schematic functional configuration diagram shown in FIG. 3. A light source 22 for irradiating near infrared rays, a detector 23 for detecting near infrared rays reflected by the brain of the subject T, and the above-mentioned Control of light source 22 and detector 23 and detector 2
The information processing device 21, the display 24, the printer 25, and the like that perform measurement of the near-infrared rays detected in 3 and the like. The information processing device 21 is, for example, a dedicated computer or a general-purpose computer incorporating a predetermined software program, and is connected to a CPU, an internal memory, a storage device such as an HDD, an input device such as a keyboard or a mouse, and an external device, although not shown. It is equipped with a communication interface. Then, in the information processing apparatus 21, each unit operates according to the program, and as shown in FIG. 3, the light source control unit 211, the detector control unit 212, and hemoglobin that generates dynamic data of hemoglobin that is a parameter substance to be measured. Dynamic data generation means 213, brain function image data processing means 214, brain function image data storage means 21
5, the arithmetic processing unit 216, the display unit 217, and the like.
【００２３】以下、制御部２における各手段について簡
単に説明する。光源制御手段２１１は、それぞれ照射用
光ファイバ３１の基端部を接続した異なる波長の近赤外
線を発する光源２２、具体的に本実施形態では、オキシ
ヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンに吸収される近
赤外線の波長に対応する７８０ｎｍ、８０５ｎｍ、８３
０ｎｍ付近の３波長の半導体レーザダイオードからなる
光源２２に対して、所定間隔のパルス光又は定常光を発
するように制御するものである。なお、光源２２は、７
８０ｎｍ及び８３０ｎｍ付近の２波長の半導体レーザダ
イオードから構成してもよい。また、光源としてはＬＥ
Ｄ等を採用することもできる。一方、検出器制御手段２
１２は、光源２２から照射した近赤外線の波長に対応し
て反射した近赤外線を、検出用光ファイバ３２を通じて
フォトマルチプライヤー等からなる検出器２３で検出す
るように当該検出器２３を制御し、デジタル信号に変換
する。本実施形態では、複数の光源２２と複数の検出器
２３をそれぞれ組にして設けており、例えば１〜３０ま
での番号を付した３０組の光源・検出器チャンネルを、
光源制御手段２１１及び検出器制御手段２１２によって
制御している。ヘモグロビン動態データ生成手段２１３
は、検出器２３で検出され、検出器制御手段２１２でデ
ジタル信号に変換された近赤外線に基づいて、被験者Ｔ
の脳の各部におけるオキシヘモグロビン及びデオキシヘ
モグロビンの分布や経時的な濃度変化等の動態を示すヘ
モグロビン動態データを生成する。演算処理手段２１６
は、生成されたオキシヘモグロビン動態データ及びデオ
キシヘモグロビンの動態データに基づき、それらの総和
である総ヘモグロビンの動態データを生成し、又はそれ
らオキシヘモグロビン動態データ、デオキシヘモグロビ
ン動態データ、及び総ヘモグロビン動態データを経時的
なグラフとしたり、複数回の測定値を平均化するなどの
処理を行う。脳機能画像データ加工手段２１４は、上記
複数の光源・検出チャンネルから取得し、ヘモグロビン
動態データ生成手段２１３で生成したオキシヘモグロビ
ン動態データ及びデオキシヘモグロビン動態データや、
演算処理手段２１６で処理した総ヘモグロビン動態デー
タ等を解析し、脳機能画像データとして加工する。ま
た、脳機能画像データ蓄積手段２１５は、脳機能画像デ
ータ加工手段２１４で加工した脳機能画像データをＨＤ
Ｄ等に蓄積する。表示手段２１７は、主として脳機能画
像データ加工手段２１４で加工した脳機能画像データに
基づき、ヘモグロビンの動態に基づく血行動態変化画像
としてディスプレイ２４に表示出力、又はプリンタ２５
に印刷出力するなどの処理を行う。また、この表示手段
２１７では、画像データに加工される前のヘモグロビン
動態データを表示又は印刷出力したり、脳機能画像デー
タをＣＴスキャン等による被験者Ｔの頭部の断層形態画
像やｆＭＲＩ等による脳機能画像等と組み合わせ又は重
ね合わせて表示又は印刷出力する機能を有している。The respective means in the control unit 2 will be briefly described below. The light source control means 211 is a light source 22 that emits near-infrared rays having different wavelengths, each of which is connected to the base end portion of the irradiation optical fiber 31, specifically, in the present embodiment, the wavelengths of near-infrared rays that are absorbed by oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin. 780nm, 805nm, 83 corresponding to
The light source 22 composed of a semiconductor laser diode of three wavelengths near 0 nm is controlled so as to emit pulsed light or stationary light at predetermined intervals. The light source 22 is 7
It may be composed of a semiconductor laser diode having two wavelengths near 80 nm and 830 nm. Also, as a light source, LE
D or the like can also be adopted. On the other hand, the detector control means 2
Reference numeral 12 controls the near-infrared ray reflected by the wavelength of the near-infrared ray emitted from the light source 22 so that the near-infrared ray is detected by the detector 23 such as a photomultiplier through the detection optical fiber 32. Convert to digital signal. In the present embodiment, a plurality of light sources 22 and a plurality of detectors 23 are provided as a set, and for example, 30 sets of light source / detector channels with numbers 1 to 30 are provided.
It is controlled by the light source control means 211 and the detector control means 212. Hemoglobin dynamic data generation means 213
Is detected by the detector 23, and based on the near-infrared rays converted into a digital signal by the detector control means 212, the subject T
Hemoglobin kinetic data showing kinetics such as distribution of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin and changes in concentration over time in each part of the brain are generated. Arithmetic processing means 216
Generates kinetic data of total hemoglobin, which is the sum of them, based on the generated oxyhemoglobin kinetic data and deoxyhemoglobin kinetic data, or generates oxyhemoglobin kinetic data, deoxyhemoglobin kinetic data, and total hemoglobin kinetic data. Processing such as making a graph over time and averaging the measured values of a plurality of times is performed. The brain functional image data processing unit 214 acquires the oxyhemoglobin kinetic data and the deoxyhemoglobin kinetic data acquired by the plurality of light source / detection channels and generated by the hemoglobin kinetic data generation unit 213,
The total hemoglobin dynamics data processed by the arithmetic processing means 216 is analyzed and processed as brain functional image data. The brain function image data storage means 215 also stores the brain function image data processed by the brain function image data processing means 214 in HD format.
Accumulate in D etc. The display unit 217 outputs the hemodynamic change image based on the hemoglobin dynamics to the display 24 or the printer 25 based on the brain functional image data mainly processed by the brain functional image data processing unit 214.
Performs processing such as printing output to. Further, the display means 217 displays or prints out hemoglobin dynamics data before being processed into image data, or outputs brain functional image data by a tomographic image of the head of the subject T by CT scanning or the like by fMRI or the like. It has a function of displaying or printing out by combining or superimposing with a functional image.
【００２４】光ファイバ群３は、それぞれ複数の照射用
光ファイバ３１及び検出用光ファイバ３２の束で構成さ
れる。照射用光ファイバ３１の基端部は光源２２に接続
しており、先端部を頭部装着具４に設けたホルダ等で構
成される保持部４３に接続して被験者Ｔの頭部に直接的
に近赤外線を照射する。照射された近赤外線は、被験者
Ｔの頭皮や頭蓋骨を透過し、大脳皮質で反射する。一
方、検出用光ファイバ３２は、基端部を検出器２３に接
続しており、先端部を頭部装着具４に設けたホルダ等で
構成される保持部４４に接続して、対に設けられた照射
用光ファイバ３１で照射され大脳皮質で反射した近赤外
線を受光し、検出器２３へと伝達する。The optical fiber group 3 is composed of a bundle of a plurality of irradiation optical fibers 31 and a plurality of detection optical fibers 32. The proximal end of the irradiation optical fiber 31 is connected to the light source 22, and the distal end is directly connected to the head of the subject T by connecting to the holder 43 formed of a holder or the like provided in the head mounting device 4. Irradiate near infrared rays. The irradiated near-infrared rays pass through the scalp and skull of the subject T and are reflected by the cerebral cortex. On the other hand, the detection optical fiber 32 has a base end portion connected to the detector 23, and a tip end portion connected to a holding portion 44 configured by a holder or the like provided in the head mounting device 4, and provided in pairs. The near-infrared rays that have been irradiated by the irradiation optical fiber 31 and reflected by the cerebral cortex are received and transmitted to the detector 23.
【００２５】頭部装着具４は、被験者Ｔの頭部に被せる
ものであり、熱可塑性樹脂素材からなる頭部装着部４１
を主体として構成される。そして、被験者Ｔごとの頭部
の形状に対応してオーダメイドで頭部装着部４１を作成
できるようにもしている。具体的には、被験者Ｔの頭部
の型を予め取っておき、熱可塑性樹脂からなるシート材
を加熱して軟化させた状態で被験者Ｔの頭部の型にあて
がって密着させ、頭部の形状を前記シート材に写し取
り、冷却して硬化させる。このようにして形成された頭
部装着部４１は、図４に示すように、被験者Ｔの額から
側頭部、頭頂部、後頭部に亘って連続的に頭部のほぼ全
域を覆う形状となる。特に本実施形態では、頭部装着部
４１のうち被験者Ｔの後頭部を覆う部位を、後頭部被覆
部４１ｘとしている。そして、この後頭部被覆部４１ｘ
に、光ファイバ３１の先端部側の一部を束ねて固定する
固定手段４２を設けている。この固定手段４２は、例え
ばアーチ型をなす樹脂部材であり、そのアーチ型の内側
に光ファイバ群３を挿入させた状態で固定するようにし
ている。このようにしたのは、固定手段４２で光ファイ
バ群３を被験者Ｔの後頭部において一箇所で固定するこ
とで、運動による光ファイバ群３の揺れ等に対する安定
性を向上することができるからである。また、頭部装着
部３１において照射用光ファイバ３１及び検出用光ファ
イバ３２の本数に対応して、これら光ファイバ３１、３
２の先端部を固定するホルダからなる保持手段４３、４
４を設けている。各保持手段４３、４４が設けられる部
位では、頭部装着部４１に貫通孔を設けており、この貫
通孔を通じて各光ファイバ３１、３２の先端を被験者Ｔ
の頭皮に接触させるようにしている。なお、所定の照射
用光ファイバ３１から照射された近赤外線は、大脳皮質
で反射して所定の一又は複数の検出用光ファイバ３２で
受光するようにしているため、このように組にされた照
射用光ファイバ３１と検出用光ファイバ３２とに対応す
る保持部４３、４４は、例えば３ｃｍ程度の間隔をあけ
て設けている。The head mounting device 4 is to be put on the head of the subject T, and is a head mounting portion 41 made of a thermoplastic resin material.
It is composed mainly of. Then, the head mounting portion 41 can be made in an order-made manner corresponding to the shape of the head of each subject T. Specifically, a mold of the head of the subject T is set aside in advance, and a sheet material made of a thermoplastic resin is heated and softened, and is applied to the mold of the head of the subject T so as to be closely contacted thereto. The sheet material is copied and cooled to cure. As shown in FIG. 4, the head mounting portion 41 formed in this manner has a shape that covers substantially the entire head area continuously from the forehead of the subject T to the temporal region, crown, and occipital region. . Particularly in the present embodiment, the portion of the head mounting portion 41 that covers the occipital region of the subject T is the occipital region covering portion 41x. Then, this occipital region covering portion 41x
Further, a fixing means 42 for fixing a part of the optical fiber 31 on the tip end side by bundling is provided. The fixing means 42 is, for example, an arch-shaped resin member, and the optical fiber group 3 is fixed inside the arch-shaped member. This is done by fixing the optical fiber group 3 at one position on the back of the head of the subject T with the fixing means 42, and thus it is possible to improve the stability of the optical fiber group 3 against shaking and the like due to movement. . Further, in the head mounting portion 31, the optical fibers 31, 3 corresponding to the numbers of the irradiation optical fibers 31 and the detection optical fibers 32 are provided.
Holding means 43 and 4 made up of holders for fixing the tip of 2
4 is provided. A through hole is provided in the head mounting portion 41 at a portion where the holding means 43 and 44 are provided, and the tip of each of the optical fibers 31 and 32 is attached to the subject T through the through hole.
I try to make contact with my scalp. The near-infrared light emitted from the predetermined irradiation optical fiber 31 is reflected by the cerebral cortex and received by the predetermined one or a plurality of detection optical fibers 32. The holding portions 43 and 44 corresponding to the irradiation optical fiber 31 and the detection optical fiber 32 are provided with a space of, for example, about 3 cm.
【００２６】トレッドミル５は、回転ベルト５１上を被
験者Ｔがほぼ定位置で歩行又は走行できるようにした通
常のものである。回転ベルト５１を停止した際には、被
験者Ｔは静止又は足踏み運動を行うことができる。The treadmill 5 is an ordinary one that allows the subject T to walk or run on the rotating belt 51 at a substantially fixed position. When the rotating belt 51 is stopped, the subject T can be stationary or take a stepping motion.
【００２７】支持台６は、トレッドミル５の周囲に設け
られ高い剛性を有するもので、トレッドミル５の左右両
側の床上に配置される一対のベース６１、ベース６１上
にそれぞれ立設される左右一対の支柱６２、支柱６２の
上端部間を接続する横桟６３、及び後述する吊り上げ手
段７や身体吊り上げ手段９を支持し前記横桟６３とほぼ
平行に延びる支持アーム６４を主体として構成される。
なお、支持アーム６４は、トレッドミル５上の被験者Ｔ
の頭部よりも高位置に配置している。The support base 6 is provided around the treadmill 5 and has a high rigidity. A pair of bases 61 are provided on the floors on both the left and right sides of the treadmill 5, and the left and right are respectively erected on the base 61. A pair of struts 62, a horizontal rail 63 connecting the upper ends of the stanchions 62, and a support arm 64 that supports a lifting means 7 and a body lifting means 9 described later and extend substantially parallel to the horizontal rail 63 are mainly configured. .
The support arm 64 is the subject T on the treadmill 5.
It is placed higher than the head of the.
【００２８】吊り上げ手段７は、束ねられた光ファイバ
群３を吊り上げることによって、光ファイバ群３の重量
により被験者Ｔの頭部に作用する荷重を軽減し又はその
荷重の殆どを排除するものである。具体的に吊り上げ手
段７は、前記支持アーム６４の一部に支持された水平軸
周りに正逆回転可能な滑車７１を備え、その滑車７１の
一方に、紐やロープ等の可撓変形可能な線材７２の一端
に光ファイバ群３の先端部と基端部との間における中間
位置を固定している。その際、光ファイバ群３の中間位
置は、各光ファイバ３１、３２がバラバラにならないよ
うに、紐や結束バンド等で束ねて固定しておくとよい。
また、滑車７１に掛けられた前記線材７２の他端には、
次に説明するウェイトバランサ８を固定している。な
お、滑車７１は、支持アーム６４に内蔵する構成として
もよい。The hoisting means 7 hoists the bundled optical fiber group 3 to reduce the load acting on the head of the subject T due to the weight of the optical fiber group 3 or to eliminate most of the load. . Specifically, the lifting means 7 is provided with a pulley 71 supported by a part of the support arm 64 and capable of rotating in the forward and reverse directions about a horizontal axis, and one of the pulleys 71 is capable of being flexibly deformed such as a string or a rope. An intermediate position between the front end portion and the base end portion of the optical fiber group 3 is fixed to one end of the wire rod 72. At this time, the intermediate position of the optical fiber group 3 may be fixed by bundling it with a string or a binding band so that the optical fibers 31 and 32 do not come apart.
Further, at the other end of the wire 72 hung on the pulley 71,
The weight balancer 8 described below is fixed. The pulley 71 may be built in the support arm 64.
【００２９】ウェイトバランサ８は、滑車７１に掛けら
れた線材７２の一端に固定してある光ファイバ群３の重
量とほぼ等しい重量を有するものであり、素材や形状は
特に限定されることなく適宜のものを利用することがで
きる。そして、滑車７１の両側に光ファイバ群３とウェ
イトバランサ８とを線材７２を介して振り分けて吊り上
げることで、光ファイバ群３の重量がウェイトバランサ
８の重量と均衡して支持アーム６４に支持されることと
なるため、被験者Ｔの頭部には光ファイバ群３の重量に
よる荷重が殆ど作用しないようになる。The weight balancer 8 has a weight substantially equal to the weight of the optical fiber group 3 fixed to one end of the wire rod 72 hung on the pulley 71, and the material and the shape thereof are not particularly limited and may be appropriately selected. Can be used. The weight of the optical fiber group 3 is supported by the support arm 64 in balance with the weight of the weight balancer 8 by distributing and lifting the optical fiber group 3 and the weight balancer 8 on both sides of the pulley 71 via the wire rod 72. Therefore, the weight of the optical fiber group 3 hardly acts on the head of the subject T.
【００３０】身体吊り上げ手段９は、トレッドミル５上
の被験者Ｔの身体を前記支持アーム６４から吊り上げて
支持するものである。具体的には、被験者Ｔの胴部、臀
部及び大腿部に装着され肩の上方に延びるベルト９１１
を備えたボディスーツ９１と、被験者Ｔをボディスーツ
９１を着用した状態でベルト９１１の上端部から上方へ
引き上げるワイヤ９２と、このワイヤ９２を引き寄せる
べく支柱６２等に設けられたウィンチ９３と、支持アー
ム６４に設けられワイヤ９２の中間長さ位置を滑動自在
に支持する滑車９４とから構成される。このような身体
吊り上げ手段９を設けることで、被験者Ｔを半ば宙吊り
状態として脚部のみをトレッドミル５上で動作させるこ
とを可能にする、ボディウェイトサポート法による脳活
動の計測、又は脚部の機能回復のためのリハビリテーシ
ョン時の脳活動の計測を可能とすることができる。The body lifting means 9 supports the body of the subject T on the treadmill 5 by lifting it from the support arm 64. Specifically, a belt 911 that is attached to the torso, buttocks, and thighs of the subject T and extends above the shoulders.
A body suit 91 provided with, a wire 92 for pulling the subject T upward from the upper end portion of the belt 911 in a state where the body suit 91 is worn, a winch 93 provided on the support column 62 or the like to draw the wire 92, and a support A pulley 94 is provided on the arm 64 and slidably supports an intermediate length position of the wire 92. By providing the body lifting means 9 as described above, the subject T can be suspended in mid air and only the legs can be operated on the treadmill 5, or the brain activity can be measured by the body weight support method or the legs can be moved. It is possible to measure brain activity during rehabilitation for functional recovery.
【００３１】以上に説明した本実施形態の脳活動計測装
置１及びそれに適用される頭部装着具４によれば、光フ
ァイバ群３が中間長さ位置でウェイトバランサ８と重量
の均衡を図りつつ吊り上げ手段７により吊り上げられる
ため、光ファイバ群３の重量による荷重が頭部装着具４
を介して被験者Ｔの頭部に殆ど作用せず、被験者Ｔが感
ずる不快感を解消するとともに、光ファイバ群３の荷重
が被験者Ｔの頭部に作用することによる脳活動の計測結
果に及ぼす影響を可及的に排除又は低減することが可能
である。また、光ファイバ群３は、ウェイトバランサ８
とバランスを取りながら線材７２を介して滑車７１によ
り滑動自在に支持されているため、特にトレッドミル５
上で被験者Ｔが歩行又は走行運動を行う際に光ファイバ
群３が揺れ動いたとしても、それによる被験者Ｔの脳活
動に対する影響をも排除又は低減することができる。According to the brain activity measuring apparatus 1 of the present embodiment and the head mounting tool 4 applied to it, the optical fiber group 3 balances the weight with the weight balancer 8 at the intermediate length position. Since it is lifted by the lifting means 7, the load due to the weight of the optical fiber group 3 is applied to the head mounting tool 4.
The effect on the measurement result of the brain activity due to the load of the optical fiber group 3 acting on the head of the subject T as well as the discomfort felt by the subject T through the Can be eliminated or reduced as much as possible. Further, the optical fiber group 3 includes a weight balancer 8
Since it is slidably supported by the pulley 71 via the wire rod 72 while maintaining balance with the treadmill 5,
Even if the optical fiber group 3 sways when the subject T walks or runs, the influence on the brain activity of the subject T due to it can be eliminated or reduced.
【００３２】また、被験者Ｔの身体は、トレッドミル５
上で身体吊り上げ手段９により吊り上げられた状態とな
っていることから、特に脚部の動きに対応した脳活動の
計測に極めて好適であり、ニューロリハビリにも大いに
役立つことになる。The body of the subject T is treadmill 5
Since it is in the state of being suspended by the body suspending means 9 above, it is extremely suitable for measuring the brain activity corresponding to the movement of the legs, and is very useful for neurorehabilitation.
【００３３】実験（I.Miyai et.al, NeuroImage 14,118
6-1192(2001)）では、この脳活動計測装置１を用いて被
験者Ｔの歩行時における大脳皮質の活動パターンを画像
化することに成功し、その結果、ヒトの歩行時には、内
側一次感覚運動野、補足運動野の両部位に、オキシヘモ
グロビン及び総ヘモグロビンの増加が認められた。ま
た、足を交互に動かす運動を行った場合、前記内側一次
感覚運動野、補足運動野の両部位におけるより狭い領域
の活性化が認められた。さらに、実際には足を動かさず
に歩行をイメージした場合には、補足運動野の尾側の活
性化が認められた。以上の計測結果より、ヒトの運動を
支配する大脳皮質の活動パターンを明らかとすることが
でき、本脳活動計測装置１が、運動障害時、リハビリテ
ーション時の歩行に対する脳活動パターンの診断に有用
であることを示すことができた。Experiment (I. Miyai et.al, NeuroImage 14,118
6-1192 (2001)) succeeded in imaging the activity pattern of the cerebral cortex of the subject T when walking using this brain activity measuring device 1, and as a result, during human walking, the inner primary sensorimotor An increase in oxyhemoglobin and total hemoglobin was observed in both the cortex and the supplementary motor cortex. In addition, activation of a narrower region was observed in both of the inner primary sensory motor cortex and the supplementary motor cortex when the legs were alternately moved. Furthermore, activation of the caudal side of the supplementary motor area was observed when walking was imaged without actually moving the foot. From the above measurement results, it is possible to clarify the activity pattern of the cerebral cortex that governs human motion, and the present brain activity measuring device 1 is useful for diagnosing the brain activity pattern for gait during movement disorders and rehabilitation. I was able to show that there is.
【００３４】なお、本発明は上述した実施形態に限られ
るものではなく、各部の具体的構成等を、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made to the specific configurations of the respective parts without departing from the spirit of the present invention.
【００３５】[0035]
【発明の効果】本発明は以上に詳述したように、ＮＩＲ
Ｓ法を利用した脳活動の計測において、被験者の頭部に
装着した頭部装着具から制御部に延びる光ファイバ群
を、その中間位置で吊り上げ手段により吊り上げた状態
とすることで、従来は光ファイバ群の重量により被験者
の頭部に作用していた荷重を排除又は軽減することがで
きるため、被験者が感ずる不快感や、頭部に光ファイバ
群の荷重を受けることによる脳活動に及ぼす影響をなく
し又は少なくとも可及的に軽減することができる。その
結果、被験者の運動時における脳活動の計測を飛躍的に
正確且つ適正に行うことが可能である。特に、頭部装着
具のうち被験者の後頭部に対応する部位に、光ファイバ
群の一部を固定することで、光ファイバ群の安定性を向
上することができる。さらに、吊り上げ手段に滑車を設
け、この滑車を介してウェイトバランサを吊り上げ、光
ファイバ群の重量がウェイトバランサの重量と均衡する
ように構成すると、運動時の脳活動の計測の正確性をさ
らに向上することができる。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above in detail, the present invention provides NIR.
In the measurement of the brain activity using the S method, the optical fiber group extending from the head-mounted device attached to the subject's head to the control unit is suspended by the suspending means at the intermediate position, which has been conventionally used. The weight of the fiber group can eliminate or reduce the load acting on the head of the subject, so that the discomfort felt by the subject and the influence on the brain activity due to the load of the optical fiber group on the head can be reduced. It can be eliminated or at least reduced as much as possible. As a result, it is possible to dramatically and accurately measure brain activity during exercise of the subject. In particular, by fixing a part of the optical fiber group to a part of the head attachment that corresponds to the occipital region of the subject, the stability of the optical fiber group can be improved. Furthermore, if a pulley is provided in the lifting means and the weight balancer is lifted through this pulley so that the weight of the optical fiber group is balanced with the weight of the weight balancer, the accuracy of brain activity measurement during exercise is further improved. can do.
【００３６】また、以上の構成に加え、被験者の頭部で
反射した近赤外線の測定値に基づいて脳の機能画像を生
成し、又は加工等を図るようにすることで、運動時の脳
機能の診断やニューロリハビリにも大いに役立てること
ができる。In addition to the above configuration, a functional image of the brain is generated or processed based on the measured value of the near infrared rays reflected by the subject's head, so that the brain function during exercise can be improved. It can be very useful for diagnosis and neurorehabilitation.
【図１】本発明の一実施形態に係る脳活動計測装置全体
を被験者の背後から見た状態を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a state in which a whole brain activity measuring apparatus according to an embodiment of the present invention is viewed from the back of a subject.
【図２】同脳活動計測装置を被験者の側方から見た状態
を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a state in which the brain activity measuring device is viewed from the side of a subject.
【図３】同実施形態における制御部の概略的な機能構成
図。FIG. 3 is a schematic functional configuration diagram of a control unit in the same embodiment.
【図４】同実施形態に適用される頭部装着具を後方から
見た状態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a state in which the head mounting device applied to the embodiment is viewed from the rear.
１…脳活動計測装置 ２…制御部 ３…光ファイバ群 ４…頭部装着具 ５…トレッドミル ７…吊り上げ手段 ８…ウェイトバランサ ９…身体吊り上げ手段 1. Brain activity measuring device 2 ... Control unit 3 ... Optical fiber group 4 ... Head fitting 5 ... treadmill 7 ... Lifting means 8 ... Weight balancer 9 ... Body lifting means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐瀬 一郎 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 江田 英雄 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 小田 一郎 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 (72)発明者 小西 郁夫 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 (72)発明者 綱澤 義夫 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 (72)発明者 鈴木 恒彦 大阪市城東区東中浜１−６−５ 特定医療 法人大道会 ボバース記念病院内 (72)発明者 柳田 敏雄 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 久保田 競 大阪市城東区東中浜１−６−５ 特定医療 法人大道会 ボバース記念病院内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB12 CC18 EE02 EE11 FF01 GG01 GG03 HH01 HH06 JJ17 KK02 MM03 MM09 PP04 4C017 AA11 AB06 AC28 BC11 CC03 FF30 4C038 KK01 KL05 KL07 KM00 KX01 KX02 KY01 KY03 KY04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Ichiro Sase 4-2-1 Kanaikitamachi, Koganei City, Tokyo Independent Communications Research Laboratory (72) Inventor Hideo Eda 4-2-1 Kanaikitamachi, Koganei City, Tokyo Independent Communications Research Laboratory (72) Inventor Ichiro Oda 1st Nishinokyo Kuwabara-cho, Nakagyo-ku, Kyoto City Stock Association Inside the Shimadzu factory (72) Inventor Ikuo Konishi 1st Nishinokyo Kuwabara-cho, Nakagyo-ku, Kyoto City Stock Association Inside the Shimadzu factory (72) Inventor Yoshio Tsunazawa 1st Nishinokyo Kuwabara-cho, Nakagyo-ku, Kyoto City Stock Association Inside the Shimadzu factory (72) Inventor Tsunehiko Suzuki 1-6-5 Higashi-Nakahama, Joto-ku, Osaka Corporate Street Association Bobath Memorial Hospital (72) Inventor Toshio Yanagida 4-2-1 Kanaikitamachi, Koganei City, Tokyo Independent Communications Research Laboratory (72) Inventor Kubota 1-6-5 Higashi-Nakahama, Joto-ku, Osaka Corporate Street Association Bobath Memorial Hospital F term (reference) 2G059 AA05 BB12 CC18 EE02 EE11 FF01 GG01 GG03 HH01 HH06 JJ17 KK02 MM03 MM09 PP04 4C017 AA11 AB06 AC28 BC11 CC03 FF30 4C038 KK01 KL05 KL07 KM00 KX01 KX02 KY01 KY03 KY04
Claims (16)
験者の脳で反射した近赤外線を計測することにより近赤
外線分光法を利用して脳の活動を計測する脳活動計測装
置において、 近赤外線の照射及び検出並びに計測等を制御する制御部
と、制御部で制御され照射された近赤外線を被験者の頭
部に伝達する照射用光ファイバ及び被験者の脳で反射し
た近赤外線を制御部に伝達する検出用光ファイバからな
る複数の光ファイバを束ねた光ファイバ群と、被験者の
頭部に装着され光ファイバ群の一端部を保持する頭部装
着具と、光ファイバ群の頭部装着具側の端部と制御部側
の端部との間における中間部位を吊り上げる吊り上げ手
段と、当該吊り上げ手段により吊り上げた光ファイバ群
の重量と略均等な重量を有し吊り上げ手段により吊り上
げられるウェイトバランサとを具備してなることを特徴
とする脳活動計測装置。1. A brain activity measuring device for measuring brain activity using near infrared spectroscopy by irradiating a subject's head with near infrared light and measuring the near infrared light reflected by the subject's brain. A control unit that controls irradiation, detection, measurement, etc. of near-infrared rays, an irradiation optical fiber that is controlled by the control unit and transmits the irradiated near-infrared rays to the head of the subject, and a control unit that controls near-infrared rays reflected by the brain of the subject. Optical fiber group consisting of a plurality of optical fibers for detection to be transmitted to the head, a head mounting tool mounted on the head of the subject and holding one end of the optical fiber group, and head mounting of the optical fiber group The hoisting means for hoisting an intermediate portion between the tool-side end and the control-side end, and the hoisting means having a weight substantially equal to the weight of the optical fiber group hoisted by the hoisting means. A brain activity measuring apparatus, comprising: a weight balancer.
験者の脳で反射した近赤外線を計測することにより近赤
外線分光法を利用して脳の活動を計測する脳活動計測装
置において、 近赤外線の照射及び検出並びに計測等を制御する制御部
と、制御部で制御され照射された近赤外線を被験者の頭
部に伝達する照射用光ファイバ及び被験者の脳で反射し
た近赤外線を制御部に伝達する検出用光ファイバからな
る複数の光ファイバを束ねた光ファイバ群と、被験者の
頭部に装着され且つ後頭部若しくは頭頂部を被覆する後
頭部被覆部を有し前記光ファイバ群の一端部を保持する
とともに当該光ファイバ群の一端部近傍を後頭部被覆部
に固定した頭部装着具と、光ファイバ群の前記後頭部被
覆部における固定位置と制御部側の端部との間における
中間部位を吊り上げる吊り上げ手段と、当該吊り上げ手
段により吊り上げた光ファイバ群の重量と略均等な重量
を有し吊り上げ手段により吊り上げられるウェイトバラ
ンサとを具備してなることを特徴とする脳活動計測装
置。2. A brain activity measuring device for measuring brain activity by using near infrared spectroscopy by irradiating a subject's head with near infrared light and measuring the near infrared light reflected by the subject's brain. A control unit that controls irradiation, detection, measurement, etc. of near-infrared rays, an irradiation optical fiber that is controlled by the control unit and transmits the irradiated near-infrared rays to the head of the subject, and a control unit that controls near-infrared rays reflected by the brain of the subject. An optical fiber group formed by bundling a plurality of optical fibers consisting of detection optical fibers to be transmitted to, and an end portion of the optical fiber group having an occipital region covering portion that is attached to the head of a subject and covers the occipital region or the crown. A head mounting tool that holds and fixes one end of the optical fiber group near the occipital region covering portion, and an intermediate position between the fixed position in the occipital region covering portion of the optical fiber group and the end portion on the control unit side. A brain activity measuring device comprising: a suspending means for suspending a part; and a weight balancer that has a weight substantially equal to the weight of the optical fiber group suspended by the suspending means and is suspended by the suspending means.
バランサとを振り分けて滑動自在に支持する滑車を備え
ている請求項１又は２記載の脳活動計測装置。3. The brain activity measuring device according to claim 1 or 2, wherein the hoisting means comprises a pulley that distributes the optical fiber group and the weight balancer and slidably supports them.
ッドミルを具備している請求項１乃至３記載の脳活動計
測装置。4. The brain activity measuring device according to claim 1, wherein the subject is equipped with a treadmill capable of operating the legs at substantially fixed positions.
少なくとも脚部のみの動作を許容して身体を吊り上げた
状態に支持する身体吊り上げ手段をさらに具備している
請求項４記載の脳活動計測装置。5. The brain activity measuring device according to claim 4, further comprising a body lifting means for supporting at least a leg portion of the subject above the treadmill and supporting the body in a suspended state.
イバを通じて検出した近赤外線に基づいて、脳機能に寄
与する物質であるパラメータ物質の分布や濃度変化等の
動態を示す又は示唆するパラメータ物質動態データを生
成するパラメータ物質動態データ生成手段と、この生成
されたパラメータ物質動態データを表示する表示手段と
を備えている請求項１乃至５記載の脳活動計測装置。6. The control unit indicates or suggests dynamics such as distribution and concentration change of a parameter substance, which is a substance contributing to brain function, based on near infrared rays reflected by the brain and detected through an optical fiber for detection. 6. The brain activity measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a parameter substance kinetics data generation unit that generates the parameter substance kinetics data; and a display unit that displays the generated parameter substance kinetics data.
生成手段で生成したパラメータ物質動態データを、脳機
能画像データとして加工する脳機能画像データ加工手段
を更に備え、前記表示手段が、脳機能画像データ加工手
段で加工した脳機能画像データを表示する機能を有して
いる請求項６記載の脳活動計測装置。7. The control unit further comprises a brain functional image data processing unit for processing the parameter substance dynamics data generated by the parameter substance dynamics data generating unit as brain functional image data, and the display unit has a brain functional image. The brain activity measuring device according to claim 6, which has a function of displaying brain function image data processed by the data processing means.
加工手段で加工した脳機能画像データを蓄積する脳機能
画像データ蓄積手段を更に備えている請求項７記載の脳
活動計測装置。8. The brain activity measuring device according to claim 7, wherein the control unit further comprises brain function image data storage means for storing brain function image data processed by the parameter substance dynamics data processing means.
段で加工した脳機能画像データを、他の医療画像診断装
置で生成された脳形態画像データ又は脳機能画像データ
と重ね合わせて表示する機能を有している請求項７又は
８記載の脳活動計測装置。9. The display means displays the brain functional image data processed by the brain functional image data processing means in an overlapping manner with the brain morphological image data or the brain functional image data generated by another medical image diagnostic apparatus. The brain activity measuring device according to claim 7, which has a function.
おける血行動態変化を示す画像である請求項７乃至９記
載の脳活動計測装置。10. The brain activity measuring device according to claim 7, wherein the brain function image data is an image showing hemodynamic changes in the brain of the subject.
が、パラメータ物質としてオキシヘモグロビン及びデオ
キシヘモグロビンの動態を示すヘモグロビン動態データ
を生成するものであって、表示手段が、生成されたヘモ
グロビン動態データを前記血行動態変化を示す画像とし
て表示するものである請求項１０記載の脳活動計測装
置。11. The parameter substance kinetic data generating means generates hemoglobin kinetic data indicating kinetics of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin as parameter substances, and the displaying means generates the generated hemoglobin kinetic data by the blood circulation. The brain activity measuring device according to claim 10, which is displayed as an image showing a dynamic change.
ン及びデオキシヘモグロビンのそれぞれの分子吸光係数
が異なる少なくとも２つ以上の波長の近赤外線を照射
し、且つ検出するようにしている請求項１１記載の脳活
動計測装置。12. The brain activity according to claim 11, wherein the control unit irradiates and detects near-infrared rays having at least two wavelengths having different molecular absorption coefficients of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin. Measuring device.
長の近赤外線に基づく各ヘモグロビン動態データ、又は
当該各ヘモグロビン動態データに基づく血行動態変化を
示す各画像を、組み合わせ、抽出し、又は変換するなど
の演算処理を行う演算処理手段をさらに備えている請求
項１２記載の脳活動計測装置。13. A control unit combines, extracts, or extracts each hemoglobin kinetic data based on detected near infrared rays of two or more different wavelengths, or each image showing hemodynamic change based on each hemoglobin kinetic data. 13. The brain activity measuring device according to claim 12, further comprising arithmetic processing means for performing arithmetic processing such as conversion.
被験者の脳で反射した近赤外線を計測することにより近
赤外線分光法を利用して脳の活動を計測する脳活動計測
装置において、近赤外線の照射及び検出並びに計測等を
制御する制御部と、制御部で制御され照射された近赤外
線を被験者の頭部に伝達する照射用光ファイバ及び被験
者の脳で反射した近赤外線を制御部に伝達する検出用光
ファイバからなる複数の光ファイバを束ねた光ファイバ
群と、光ファイバ群の被験者側の端部と制御部側の端部
との間における中間部位を吊り上げる吊り上げ手段と、
当該吊り上げ手段により吊り上げた光ファイバ群の重量
と略均等な重量を有し吊り上げ手段により吊り上げられ
るウェイトバランサと共に用いられ、被験者の頭部に装
着される頭部装着部と、該頭部装着部において光ファイ
バ群の一端部を保持する保持部を形成していることを特
徴とする脳活動計測用頭部装着具。14. A brain activity measuring device for measuring brain activity using near infrared spectroscopy by irradiating a subject's head with near infrared light and measuring the near infrared light reflected by the subject's brain. A control unit that controls irradiation, detection, measurement, etc. of near-infrared rays, an irradiation optical fiber that is controlled by the control unit and transmits the irradiated near-infrared rays to the head of the subject, and a control unit that controls near-infrared rays reflected by the brain of the subject. An optical fiber group that bundles a plurality of optical fibers consisting of a detection optical fiber to be transmitted to, a lifting means for lifting an intermediate portion between the end portion on the subject side and the end portion on the control unit side of the optical fiber group,
In the head mounting part, which is used with a weight balancer having a weight substantially equal to the weight of the optical fiber group suspended by the suspension means and suspended by the suspension means, and a head mounting portion to be mounted on the head of the subject. A head mount for brain activity measurement, characterized in that a holding part for holding one end of the optical fiber group is formed.
る部位に後頭部被覆部を形成し、該後頭部被覆部におい
て光ファイバ群の被験者側の一端部近傍を固定する固定
手段を有している請求項１４記載の脳活動計測用頭部装
着具。15. A occipital covering portion is formed on a portion covering the occipital region or the crown of the subject, and the occipital portion covering portion has fixing means for fixing the vicinity of one end portion of the optical fiber group on the subject side. 14. The head attachment for measuring brain activity according to 14.
てなり、当該熱可塑性材料を加熱して軟化させた状態で
被験者の頭部に被せた後硬化させることによって、当該
被験者の頭部の形状に対応した形状を有している請求項
１４又は１５記載の脳活動計測用頭部装着具。16. The head mounting part is mainly made of a thermoplastic material, and the thermoplastic material is heated and softened, and then covered on the head of the test subject and then cured, whereby the head of the test subject is cured. The brain activity measuring head attachment according to claim 14 or 15, which has a shape corresponding to the shape of.
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