JP6879546B2 - Brain function measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、脳の機能を計測するための装置に関するものである。 The present invention relates to a device for measuring brain function.
近年においては、簡便な脳機能計測手法として機能的近赤外分光法(functional near infrared spectroscopy:fNIRS)が知られており、例えば特許文献1に示されるように、この方法を採用した計測装置(以下「fNIRS装置」という。)も種々考案されている。
In recent years, functional near infrared spectroscopy (fNIRS) has been known as a simple brain function measurement method. For example, as shown in
そして、特許文献2には、正三角形の各頂点に光の照射と検出の時間的切り替えが可能なプローブを配置して、ある時刻で一点を照射に用いると同時に他の2点を検出に用い、照射点を全ての頂点に関して一巡させる計測手法(以下「三点複向法」という。)が開示されている。
Then, in
光源や検出器が収納された本体と、頭部に装着されるヘッドセットが光伝送ケーブルで連結されたfNIRS装置では、光伝送ケーブルの存在が本装置を小型化し軽量化する上で大きな障害になり、当該ヘッドセットを装着する被験者の負荷を軽減することが困難となる。 In the fNIRS device, in which the main body containing the light source and detector and the headset mounted on the head are connected by an optical transmission cable, the presence of the optical transmission cable is a major obstacle to making the device smaller and lighter. Therefore, it becomes difficult to reduce the load on the subject who wears the headset.
ここで、市販されているfNIRS装置の中には光伝送ケーブルを使用せず、光源素子と検出素子を頭皮表面上に直接配置するものもあるが、どの装置においても、一つの筐体中に光源若しくは検出器のいずれか一方のみが格納されているに過ぎないため、特許文献2に示された三点複向法を実現することはできないという問題がある。
Here, some commercially available fNIRS devices do not use an optical transmission cable, and the light source element and the detection element are arranged directly on the surface of the scalp. However, in any device, the light source element and the detection element are arranged in one housing. Since only one of the light source and the detector is stored, there is a problem that the three-point double-direction method shown in
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、被験者に対する負荷を軽減しつつ三点複向法を実現することのできる脳機能計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a brain function measuring device capable of realizing a three-point bidirectional method while reducing a load on a subject.
上記課題を解決するため、本発明は、被験者の脳に光を照射して脳の機能を計測する脳機能計測装置であって、被験者の頭部に装着され、プローブが配置された検知手段と、プローブを制御する制御手段と、脳から反射された光の強度を計測する計測手段とを備え、プローブは、制御手段から供給された制御信号に応じて光を脳に照射する光源部と、脳から反射された光を検出する検出部と、光源部と検出部を光学的に隔離する遮光部とを含む脳機能計測装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention is a brain function measuring device that measures the function of the brain by irradiating the brain of the subject with light, and is a detection means that is attached to the head of the subject and has a probe arranged therein. The probe includes a control means for controlling the probe and a measuring means for measuring the intensity of light reflected from the brain, and the probe includes a light source unit that irradiates the brain with light according to a control signal supplied from the control means. Provided is a brain function measuring device including a detection unit that detects light reflected from the brain and a light-shielding unit that optically separates the light source unit and the detection unit.
本発明によれば、被験者に対する負荷を軽減しつつ三点複向法を実現することのできる脳機能計測装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a brain function measuring device capable of realizing a three-point bidirectional method while reducing the load on a subject.
以下において、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1は、本発明の実施の形態に係る脳機能計測装置1の構成を示すブロック図である。図1に示されるように、脳機能計測装置1は計測端末2と検知部3とを備え、計測端末2は制御部10、データ計測部11、記憶部12、操作部13、及び表示部14を含む。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a brain
そして、検知部3は、ワイヤ7により制御部10及びデータ計測部11に接続される。より具体的には、ワイヤ7は、検知部3に配置された複数のプローブTPに接続され、制御部10からプローブTPに制御信号が供給されると共に、プローブTPで検出された光の強度を示すデータがプローブTPからデータ計測部11に供給される。
Then, the
また、制御部10はデータ計測部11、記憶部12、操作部13、及び表示部14に接続され、記憶部12はデータ計測部11及び表示部14に接続される。また、表示部14は操作部13にも接続される。
Further, the
図2は、図1に示された検知部3に含まれたプローブTPの配置を示す平面図である。図2に示されるように、プローブTPは例えば、30mm間隔の六方最密充填により配置される。このとき、隣接するプローブTPの中間点が計測点Mとなるが、隣接する計測点Mの距離は15mmに短縮される。
FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of the probe TP included in the
上記のような構成を有する脳機能計測装置1により、上記三点複向法による計測が実現される。すなわち、制御部10は、ユーザーによる操作部13の操作により選択された動作を実行すべく、複数のプローブTPに対して選択的に光を照射させるよう制御信号を供給すると共に、複数のプローブTPで受光された光の強度を選択的に計測するようデータ計測部11を制御する。
The brain function measuring
また、制御部10はユーザーによる操作部13の操作に応じて、データ計測部11で計測された上記光の強度を記憶部12に記憶させ、記憶部12に記憶された上記光の強度等のデータを表示部14に表示させる。なお、制御部10は、上記操作に応じて表示部14の表示を制御することができ、操作部13は上記操作に応じて表示部14の表示機能を調整することができる。
Further, the
図3は、図2に示されたプローブTPの第一の実施の形態に係る上から見た平面構成及び横から見た断面構造を示す図である。なお、図中の矢印は光の進む向きを示し、図4についても同様である。 FIG. 3 is a diagram showing a plan configuration seen from above and a cross-sectional structure seen from the side according to the first embodiment of the probe TP shown in FIG. The arrows in the figure indicate the direction in which the light travels, and the same applies to FIG.
図3に示されるように、第一の実施の形態に係るプローブTPは、円筒形の筐体20と、それぞれ筐体20内に格納された検出光ガイド21、照射光ガイド22、光源部23、遮光部24、受光用集光機構25、検出部26、検出部用偏光フィルタ27、及び光源部用偏光フィルタ28と、筐体20の端面を構成する窓部29により構成される。
As shown in FIG. 3, the probe TP according to the first embodiment has a
ここで、光源部23は筐体20の中心軸に沿って光が照射されるよう筐体20内の中心部に配設され、制御部10から供給された制御信号に応じて光を照射する。また、検出部26は光源部23により照射される光の進行方向を前向きとして光源部23の背後に配設され、脳において反射された光を検出する。
Here, the
また、照射光ガイド22は、光源部23の照射面上に配設され、光源部23により照射される光の進行方向を限定する機能を有し、内側面が鏡面加工された光透明媒質や、多数の光ファイバーを束ねて融着させて棒状やテーパー状などに成形したものにより構成される。
Further, the
また、受光用集光機構25は、検出部26の検出面上に配設され、脳から反射された光を検出部26へ集約して受光効率を上げる機能を有する。そして、検出光ガイド21は、光源部23及び照射光ガイド22を囲むように周設されると共に、受光用集光機構25と窓部29との間に設けられる。
Further, the light receiving
また、遮光部24は、光源部23と検出部26とを光学的に隔離して、光源部23による背部、すなわち検出部26への光放射を遮断する機能を果たすものであり、光源部23を包摂するように配設される。
Further, the light-
このような構成を有する遮光部24によれば、光源部23が消灯時においても微弱に発する光の検出部26による検出を回避することによって、脳からのより小さな反射光の正確な計測を実現することができる。
According to the light-
なお、遮光部24は、同時に、光源部23の前方(図3における上方)への光放射効率を向上させるための集光機構を有してもよい。
At the same time, the light-
また、検出部用偏光フィルタ27は検出光ガイド21と窓部29との間に設けられ、光源部用偏光フィルタ28は照射光ガイド22と窓部29との間に設けられる。そして、これらの検出部用偏光フィルタ27と光源部用偏光フィルタ28は、光源部23から照射された光のうち特に窓部29や窓部29に近接した毛髪や頭表で反射される光を遮光する機能を果たすものである。
Further, the polarizing
ここで、光源部用偏光フィルタ28は直線偏光フィルタであり、検出部用偏光フィルタ27は、光源部用偏光フィルタ28を構成する上記直線偏光フィルタの偏光方向と直交する方向に光を偏光させる直線偏光フィルタとされる。
Here, the polarizing
また、検出部用偏光フィルタ27及び光源部用偏光フィルタ28は、同一回転方向の円偏光フィルタとしても良く、この場合には検出部用偏光フィルタ27及び光源部用偏光フィルタ28を単一の円偏光フィルタとすることができる。
Further, the polarizing
図4は、図2に示されたプローブTPの第二の実施の形態に係る上から見た平面構成及び横から見た断面構造を示す図である。図4に示されるように、第二の実施の形態に係るプローブTPは、円筒形の筐体20と、それぞれ筐体20内に格納された1つの検出部用偏光フィルタ27と、検出光ガイド21と、検出部26と、4つの光源部用偏光フィルタ28、照射光ガイド22、光源部23、及び遮光部24と、筐体20の端面を構成する窓部29により構成される。
FIG. 4 is a diagram showing a plan configuration seen from above and a cross-sectional structure seen from the side according to the second embodiment of the probe TP shown in FIG. As shown in FIG. 4, the probe TP according to the second embodiment includes a
ここで、図4に示された第二の実施の形態に係るプローブTPは、図3に示された第一の実施の形態に係るプローブTPと同様な構成を有するため、以下においては共通点における説明は省略し、相違点についてのみ説明する。 Here, since the probe TP according to the second embodiment shown in FIG. 4 has the same configuration as the probe TP according to the first embodiment shown in FIG. 3, the following are common points. The explanation in is omitted, and only the differences will be explained.
第二の実施の形態に係るプローブTPは、筐体20内に複数の光源部23を含み、一例として4つの光源部23が含まれる場合が図4に示される。
FIG. 4 shows a case where the probe TP according to the second embodiment includes a plurality of
そして、図4に示されるように、プローブTPにおいては、1つの検出部用偏光フィルタ27、検出光ガイド21及び検出部26が筐体20の中心軸に沿って配設される。また、これらを囲むように中心軸の周りにおいて対称的に、4つの光源部用偏光フィルタ28、照射光ガイド22、光源部23、及び遮光部24が中心軸方向に配設される。
Then, as shown in FIG. 4, in the probe TP, one
以上のような本発明の実施の形態に係る脳機能計測装置1によれば、充分な空間的サンプリング密度を有する三点複向法によるfNIRS計測を、軽量小型かつ低アーティファクトな構成により実現することができる。
According to the brain
なお、本発明の実施の形態に係る脳機能計測装置1では光伝送ケーブルが不要となるため、図1に示された計測端末2を集積回路化して検知部3に搭載することも考えられる。
Since the brain
このような構成によれば、当該検知部3を含むヘッドセットと、検知部3で検知されたデータをモニタリングするためのスマートフォン、タブレット型端末、若しくはパーソナルコンピュータのみを使用することにより、脳機能計測装置1と同じ機能を実現することができる。
According to such a configuration, brain function measurement is performed by using only the headset including the
1 脳機能計測装置
3 検知部
10 制御部
11 データ計測部
21 検出光ガイド
22 照射光ガイド
23 光源部
24 遮光部
25 受光用集光機構
26 検出部
27 検出部用偏光フィルタ
28 光源部用偏光フィルタ
TP プローブ
1 Brain
Claims (5)
前記被験者の頭部に装着され、複数のプローブが所定間隔の三角格子点上に配置された検知手段と、
前記複数のプローブを制御する制御手段と、
前記脳から反射された光の強度を計測する計測手段とを備え、
各々の前記プローブは、
単一の筐体と、
前記筐体内に格納され、前記制御手段から供給された制御信号に応じて前記光を前記脳に照射する複数の光源部と、
前記筐体内に格納され、前記脳から反射された光を検出する検出部と、
前記筐体内に格納され、前記複数の光源部と前記検出部を光学的に隔離する遮光部とを含み、
前記制御手段は、前記各々の前記プローブにおいて、前記光源部による照射と前記検出部による検出を択一的に切り替える脳機能計測装置。 A brain function measuring device that measures the function of the brain by irradiating the subject's brain with light.
A detection means mounted on the subject's head and having a plurality of probes arranged on triangular lattice points at predetermined intervals.
A control means for controlling the plurality of probes and
It is equipped with a measuring means for measuring the intensity of the light reflected from the brain.
Each said probe
With a single housing
A plurality of light source units housed in the housing and irradiating the brain with the light in response to a control signal supplied from the control means.
A detection unit that is stored in the housing and detects the light reflected from the brain.
The stored in the housing, seen including a light shielding part for isolating said detector and light source parts optically,
The control means is a brain function measuring device that selectively switches between irradiation by the light source unit and detection by the detection unit in each of the probes.
前記複数の光源部は、前記中心軸の周りにおいて対称的に配置された、請求項1に記載の脳機能計測装置。 The detection unit is arranged on the central axis of the probe.
The brain function measuring device according to claim 1, wherein the plurality of light source units are symmetrically arranged around the central axis.
前記光源部から照射された前記光を直線偏光させる第一の直線偏光手段と、
前記検出部に入射する光を、前記第一の直線偏光手段が偏光させる方向と直交する方向に直線偏光させる第二の直線偏光手段とを含む、請求項1に記載の脳機能計測装置。 The light-shielding portion
A first linearly polarized light that linearly polarizes the light emitted from the light source unit,
The brain function measuring apparatus according to claim 1, further comprising a second linearly polarized light that linearly polarizes the light incident on the detection unit in a direction orthogonal to the direction in which the first linearly polarized light is polarized.
前記光源部から照射された前記光をある回転方向に円偏光させる第一の円偏光手段と、
前記検出部に入射する光を、前記第一の円偏光手段が偏光させる方向と同一方向に円偏光させる第二の円偏光手段とを含む、請求項1に記載の脳機能計測装置。 The light-shielding portion
A first circularly polarized light that circularly polarizes the light emitted from the light source unit in a certain rotation direction,
The brain function measuring apparatus according to claim 1, further comprising a second circularly polarized light that circularly polarizes the light incident on the detection unit in the same direction as the direction in which the first circularly polarized light is polarized.
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