CN100462055C - 将生物体光测量装置和脑波测量装置组合而成的生物体信息信号处理系统及其使用的探针装置 - Google Patents

Abstract

一种将生物体光测量装置和脑波测量装置有机组合的生物体信息信号处理系统(100)，其包括：生物体光测量装置(300)，对被检测体(140)的头部照射从可视光到近红外的检查光，通过接收其透射光将头部内部的脑部活动产生的光学特征变化作为生物体光信号进行测量；脑波测量装置(400)，将被检测体的头部内部的脑部活动所产生的电学特性变化作为脑波信号进行测量；两种测量装置所使用的探针装置(50)；以及生物体信息信号处理显示装置(200)，把来自所述生物体光测量装置的与各个测量位置对应的生物体光信号以及来自所述脑波测量装置的与各个测量位置对应的脑波信号与各个测量位置相互关联地显示到共用的显示装置上；其中，可以通过该系统综合观察两种信号。

Description

将生物体光测量装置和脑波测量装置组合而成的生物体信息信号处理系统及其使用的探针装置

技术领域

本发明涉及将生物体光测量装置和脑波测量装置组合而成的生物体信息信号处理系统及其所使用的探针装置；尤其涉及将该生物体光及脑波测量结果显示到共用的显示装置上，并可利用测量出的脑波信号数据排除了无用测量的高精度生物体光测量以及使测量准备操作快速化的、容易安装的生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针。

背景技术

生物体光测量装置是一种通过对被检测体即生物体照射波长为从可视光到近红外区域的光，测量在生物体内散射并透射的光，将生物体内部的光学特性差异图像化的装置。若使用该生物体光测量装置，由于通过测量血红蛋白等生物体代谢物质及血流等，即可利用对被检测体约束性低而且不损伤被检测体的方法简便地测量生物体功能，因而在临床医学及脑科等领域内被广泛应用。

例如，特开平9—149903号公报中公开了下述装置：与脑部的思考、语言、感觉、运动等有关的高级功能的活化，与生物体内部的氧代谢及血液循环密切相关，这些均与生物体中的特定色素(血红蛋白等)的浓度变化相对应。因此，通过对脑部的多个部位照射易被该特定色素吸收的、从可视光到近红外区域的多个波长的光，从多个部位检测出通过脑内部的透射光，根据该光的吸收量，将脑部内的代谢物质的浓度及血液中的血红蛋白的浓度变化等图像化，从而测量脑部的高级功能。

作为该生物体光测量装置的临床应用，例如有以头部为测量对象，测量脑部内的血红蛋白的活化、变化的状态以及局部性脑内出血等。

另外，伴随同样的脑功能活动，生物体所产生的脑波信号，作为可以直接测量脑部神经活动的一种手段，一直被作为一种脑部疾患诊断手段使用。即，在脑科领域内，通过使电极与头皮等处接触，测量伴随脑部活动而产生的脑波，根据特定波长范围的脑波信号(α波、β波、θ波、δ波等)，可以进行分析思考、语言等智能性功能及运动功能等脑的高级功能的试验。例如，通过使多个电极接触头皮表面而取得二维脑电图并分析各部位的功能，诊断有无脑部障碍之后再反映到医疗上的研究开发一直在进行。

虽然这两个信号都是伴随脑部活动的信号，但由于测量对象的物理量不同，因而信号所具有的信息各异，并且由于二者在空间以及时间特性方面具有互补关系，因而进行了二者的同时测量试验。

上述脑波信号和生物体光信号的同时测量，由于两种信号之间没有物理性的相互干涉，测量本身较为容易，但由于二者的时间性空间性特性区别很大，因而要想通过综合观察两种信号并用于疾患诊断，即使对于专业医生也很难。

尤其是当采用现有的手段处理两种信号的情况下，例如仅是特开2003—149137号中公开的那样同时测量、同时显示，无法高效取得有用的诊断信息。

不过，若采用现有的生物体光测量装置，在测量思考、语言、运动等脑部高级功能的情况下，通过听觉、视觉刺激脑部、将刺激前后的脑部状态变化图像化，对比这些图像进行脑功能诊断。

然而，关于显示在光测量图像上的脑部状态与刺激之间的关系的分析虽有进展，但尚未达到与脑波测量装置测出的脑部状态对应，根据光测量图像进行准确诊断的程度。

还有，在同时进行生物体光测量和脑波测量的情况下，需要一边将妨碍测量的头发分开，一边把生物体光测量装置的探针装置的多个照射用光纤以及受光用光纤的前端部配置到头部的规定位置上，进而将脑波测量装置用探针装置的多个脑波电极以便避开前面的光纤配置位置一边进行配置，测量开始之前的准备、设置需花费大量时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由生物体光测量装置和脑波量装置组合而成的生物体信息信号处理系统，其生物体光信号以及脑波信号易被观察者理解，而且便于综合性观察两种信号，还可取得利用单一信号无法取得的新诊断信息。

本发明的另一目的在于提供一种由生物体光测量装置和脑波测量装置组合而成的生物体信息信号处理系统，其通过利用脑波测量装置测量出的脑波信号数据，可进行排除了无用测量的高精度的生物体光测量。

本发明的第3目的在于提供一种生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针装置，其既可减少测量时的设定所需的时间，又可同时进行生物体光测量以及脑波测量两种测量。

本发明的一个观点是：生物体信息信号处理系统是通过使生物体光测量装置和脑波测量装置所测量出的生物体光信号以及脑波信号与各自的测量位置相关联地显示到共用的显示装置上，有机组合能够综合性观察两种信号的生物体光测量装置和脑波测量装置而成的。

本发明的第2个观点是：生物体信息信号处理系是通过有机组合生物体光测量装置和脑波测量装置而成的，可取得用脑波测量装置测量出的脑波信号数据所表示的规定脑部状态，例如与清醒状态对应的生物体光信号数据的。

本发明的第3种观点是：上述系统中使用的探针装置，包括：共用支架，其安装在被检测体身上；照射用光纤，其安装在支架上，向被检测体照射生物体光测量用的检查光；受光用光纤，其与照射用光纤相对地相隔一定间隔安装在支架上，接收检查光透射被检测体的透射光；以及脑波仪电极，其在照射用光纤与受光用光纤之间安装于支架上，与被检测体接触。

附图说明

图1是表示本发明的由生物体光测量装置和脑波测量装置组合而成的生物体信号处理系统的简要结构的框图。

图2是通过本发明的生物体信号处理系统中的生物体信号处理显示装置显示在其显示装置上的一个显示例；其表示在表示被检测体头部的图像上重叠显示二维脑波测量图像，进而在其上重叠显示二维生物体光测量图像。

图3是通过本发明的生物体信号处理系统中的生物体信号处理显示装置显示在其显示装置上的又一个显示例；在表示被检测体头部的图像上并列显示表示脑波信号以及生物体光信号测量位置的二维图像和用带箭头的引出线表示的选择位置以及该选择位置上的脑波信号及生物体光信号沿时间轴的变化。

图4是通过本发明的生物体信号处理系统中的生物体信号处理显示装置显示在其显示装置上的另一个显示例；在表示被检测体上的光照位置及其透射光检测位置的二维图像上重叠显示二维生物体光测量图像和用带箭头引出线表示的选择位置及其选择位置上的脑波信号与生物体光信号沿时间轴的变化。

图5是通过本发明的生物体信号处理系统中的生物体信号处理显另一个示装置显示在其显示装置上的又一个显示例；其通过颠倒图2中表示的二维脑波测量图像和二维生物体光测量图像的上下关系，将前者投影到第1层，将后者投影到第2层，并在空间上分离显示两个层。

图6是通过本发明的生物体信号处理系统中的生物体信号处理显示装置显示在其显示装置上的又一个显示例；在表示被检测体头部的并列显示的两个图像的其中一个图像中，在各个对应的测量位置上显示脑波测量信号的时间过程曲线图，在另一图像中在各个对应的测量位置上显示生物体光测量信号的时间过程曲线图。

图7是通过本发明的生物体信号处理系统中的生物体信号处理显示装置显示在其显示装置上的另一种显示例；(a)表示光测量信号的空间分布，(b)表示同一测量空间内的脑波测量信号的空间分布，(c)表示(a)、(b)的空间分布之积的空间分布。

图8是根据本发明生物体信号处理系统中的生物体信号处理显示装置所显示的某个测量位置上的脑波测量信号以及光测量信号，求取两个信号间的相关的计算说明图，(a)是以沿时间轴的最大值标准化了的脑波测量信号强度的时间过程曲线图，(b)是以沿同一时间轴的最大值标准化了的光测量信号强度的时间过程曲线图，(c)是将垂直相交的两个轴的一方作为脑波测量信号，将另一方作为光测量信号，以时间为参数将其强度绘制成曲线的图示。

图9是表示在本发明的一个实施例中设置有对被检测体施加刺激的刺激施加装置的生物体信号处理系统的简要结构的框图。

图10是用于说明为了唤起被检测体注意而利用图9的实施例中的脑波电平施加刺激的说明图。

图11是用于说明为了唤起被检测体注意而利用图9的实施例中的脑波电平施加刺激的处理顺序的流程图。

图12是用于说明利用图9实施例中的脑波电平取舍选择光测量数据的图。

图13是用于说明利用图9实施例中的脑波电平取舍选择光测量数据的处理顺序的流程图。

图14是用于说明利用图9实施例中的脑波中的特定频率的电平取舍选择光测量数据的图。

图15是用于说明在代替图9实施例中的脑波测量装置而使用体动检测装置的变形例中，利用体动量的电平取舍选择光测量数据的图。

图16是用于说明利用图9实施例的变形例中的体动量电平取舍选择光测量数据的处理顺序的流程图。

图17是与图9实施例中利用的睁眼监视器有关的，说明睁眼程度与脑波中的α波的关系的图。

图18是用于说明光测量和脑波测量的测量特性的差别的图。

图19是表示图9实施例中的用于进行光测量和脑波测量的刺激施加时间的模型的一个示例的图。

图20是表示图9实施例的协调控制部中用于进行光测量和脑波测量的取样脉冲生成电路的一个示例的框图。

图21是根据图20的取样脉冲生成电路所生成的取样脉冲的时间图。

图22是表示图9实施例中的用于进行光测量和脑波测量的刺激施加时间图形的又一示例的图。

图23是本发明的生物体信号处理系统中使用的探针装置的第1实施例的局部剖面立体图。

图24是本发明的生物体信号处理系统中使用的探针装置的第2实施例的局部立体图。

图25是图24的前端部的底面图。

图26是本发明的生物体信号处理系统中使用的探针装置的第3实施例的简要侧面图。

图27是本发明的生物体信号处理系统中使用的探针装置的第4实施例的简要侧面图。

图28是本发明的生物体信号处理系统中使用的探针装置的第5实施例的简要侧面图。

图29是图28的第5实施例的探针装置的主要部位的底面图。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明涉及的生物体信息信号处理系统的

具体实施方式。

图1表示本实施例涉及的生物体信息信号处理系统100的构成。生物体信息信号处理系统100由生物体光测量装置300、脑波测量装置400以及用于输入这些的信号并进行处理显示的生物体信号处理显示装置200构成。

生物体光测量装置300以及脑波测量装置400用的探针装置50，安装在被检测体140的头部，本发明系统用的探针装置50由生物体光测量装置300的多个检查光照射用的光纤102a、该透射光受光用光纤102b、脑波测量装置400的多个脑波电极104以及将这些部件保持在规定位置上的由橡胶或塑料制成的共用的探针支架101构成。

生物体信号处理显示装置200由数据输入部210、数据保存部220、数据处理部230、协调控制部240、显示装置250以及操作桌260构成。

由生物体光测量装置300测量出的被检测体的血红蛋白时间变化信号被输入到数据输入部210，被转送并保存到数据保存部220中。该数据中还附加了显示各测量点位置的信息以及测量时间的信息被同时转送。

另外，脑波测量装置400所测量出的、来自配置在上述同一被检测体头部的电极的脑波信号的变化，也与表示测量时间以及各测量点的信息一起被输入到数据输入部210，被转送并保存到数据保存部220中。

在数据处理部230中，根据来自这两个装置的数据以及所附加的测量时间及测量位置信息进行综合处理，其结果显示在显示装置250中。

作为数据显示，有在测量期间实时显示的方式以及测量结束后的脱机方式，下面介绍的显示法在两种方式中均可使用。

而且，除用实时、脱机方式显示两种数据之外，还有仅将生物体光信号或脑波信号中的一方作为实时数据，而用所保存的数据表示另一方的数据，通过组合不同的时间模式，可使实时测量的观察变得容易。

生物体光信号及脑波信号是头皮上的多个测量点的信号，表示测量位置的信息被保存。作为各个信号的显示形式有：

1、表示各点的信号时间变化的时间过程曲线图。

2、将上述1的时间曲线图配置在测量位置上的时间过程图。

3、以各点的测量信号的特定时刻或特定时间段内的平均值为基础构成的二维图像。

4、用各点的特定时间的信号制成的上述3的二维图像的动画显示。

在生物体信息信号处理系统100中，通过根据观察者的目的将这些适当组合显示，即可容易地对生物体光信号及脑波信号进行综合观察。

脑波测量装置400，通过将脑波电极安装到被检测体头部的规定位置上，观察从其导出的电流，可以捕捉脑的神经活动作为脑内各点的特有信号。作为脑波信号，有通过多次反复刺激而测量10～300毫秒的快速反应的诱发脑波以及随着时间连续地测量脑波的连续脑波；各自所适用的测量方法及测量装置均被开发并广泛用于临床。

用生物体光测量装置300以及脑波测量装置400测量出的信号，利用生物体信号记录并保存了血红蛋白量变化的时间变化，利用脑波信号记录并保存了各时间内的电信号的变化，利用诱发法记录并保存了刺激反复期间的时间方向上的电位变化，利用连续法记录并保存了整个测量时间区域内的电信号的主要振动变化。

在该这两种信号中，一并记录并保存了被检测体的ID以外的信息以及与测量位置、测量时间有关的信息。

下面以具体的例子说明以简便且便于观察者诊断的形式、同时或使时间彼此错开显示生物体光信号以及脑波信号的信息的顺序。

图2表示，首先将所测量出的信号中通过脑波测量取得的二维图像与表示被检测体头部的图像重叠显示，进而在上述脑波测量的二维图像上重叠显示生物体光测量的二维图像。这时，生物体光测量的二维图像使用与显示前述脑波测量的二维图像时不同的色调。通常情况下，在本例这样的二维图像显示中，除使用单色的浓淡之外，还使用通过混合两种以上的特定颜色形成的模拟浓淡，在本例中，为了便于识别两个二维图像，例如前者使用红一青色调，后者使用黄—绿色调等，可以使用不同的仿真颜色。

此外，也可利用仿真颜色的浓淡显示脑波测量的二维图像，利用仿真颜色中不含有的颜色的线将生物体光信号制成等高线图，并使其重叠。

二者的显示层的上下关系，也可以与这种情况相反，而且可根据观察者的希望任意指定上下关系。此外，通过将两层上述图像中的—方设为半透明图像，可更加简便地观察二者的关系。

在图3中示例了，通过操作桌260从表示脑波信号及生物体光信号测量位置的二维图像中选择所需的观察位置时，与表示上述选择位置的箭头标记一起，在与显示画面上的位置显示图像不同的部位上并列显示脑波信号和生物体光信号这两种时间过程数据的图形时的提取图面。

图4是将上述提取画面显示到二维生物体光测量图像上时的情况，其与二维分布图像一起简单地显示出某个特定测量点的脑波以及生物体光这两种信号的时间变化的关系。该脑波及生物体光这两种信号是在同一测量位置上以同一时间测量出的，显示了两种信号的时间变化的关系。图4并列显示的脑波曲线图和生物体光曲线图是分别在同一时间测量出的，可通过时间掌握脑波以及生物体光的曲线图发生了何种变化。而该测量点可通过操作桌任意设定。

此外，也可在测量脑波而未测量生物体光时，仅显示脑波信号的时间变化，在测量生物体光而未测量脑波时，仅显示生物体光信号的时间变化。

图5是颠倒图2的二维脑波测量图像和生物体光测量图像的上下关系，将两个图像在空间上分离显示的图形，为了能同时显示两种二维图像并容易识别测量位置，将两层二维图像显示在三维空间上的两层高度不同的面上。二者的显示层的上下关系有时也可与此相反，还可设定为根据观察者的希望通过操作桌260任意指定上下关系。

图6是时间过程图画面，其在各个测量位置上显示脑波测量以及生物体光测量的时间过程曲线图，通过使曲线图与两种时间过程图曲线并列对应地进行显示，可容易地观察各测量点上的两种信号的关系。

在上述显示中并列显示两种数据，虽然由观察者判断信号间的相互关系，但若对两种信号间的关系进行数学处理并进行显示，则可进一步减轻观察者的负担。

图7是在表示光测量信号的空间分布(a)和脑波测量信号的空间分布(b)这两种信号的空间分布的两个图像的各点上，将两种数据的值相乘，将其结果作为合成图像(c)重新构成并显示的例子。其结果是，通过在两个数据信号同时增加的部位强调合成图像，可明确提示两种信号间的关系。

此处的两种信号的运算，也可根据作为对象的观察现象，使用理论性或实验性的最佳函数。例如，如图8所示，设定为：利用最大值将对于某个测量点的脑波测量信号(a)以及生物体光测量信号(b)的强度的两个数据标准化，通过将这两个数据以时间为参数在相互垂直的轴上绘成曲线，构成表示两个数据的某个测量点上的时间关系的图形(c)，由此求出各测量点的相关系数、相位差或该图形的面积，并将这些显示在二维图像上。

图9表示本发明的生物体信息信号处理系统的另一个实施例的整体结构图。本实施例是将光测量装置和脑波测量装置结合而成的系统。在图中，多个(图示的例中为两个)光源301，产生易透射人体的波长为600～1200nm左右的近红外光。光源301产生的近红外光通过光纤被导入光方向性耦合器(光耦合器)302后混合，结合成可在1个照射光用的光纤102a中传输。光纤102a的前端部，以可保持在被检测体140头部的所需位置上的状态安装在头罩101上。

该头罩101上固定着聚光用的光纤102b的前端部，将从被检测体140的头内部一边散射一边返回外部的信号透射光引导向光检波器306。光检波器306由光电二极管或光电放大管等构成，将入射的信号光转换为电信号。通过光检波器306转换为电信号的信号光被输入到多个(图示的例中为两个)相位检波器(检波器)307中。相位检波器307参照按照各个光源301所设定的调制频率进行滤波，将与各个光源301对应的信号光的光量输入A/D转换器309。A/D转换器309将所检测出的信号光的光量转换为数字数据后输出到光测量控制装置310中。

光测量控制装置310，通过激光二极管等的光源301的驱动装置308控制各光源301的光强度、光检测器306的放大率等，并且自始至终控制生物体光测量。光运算装置311利用从A/D转换器309输出的各个光源的检测光量，根据通过被检测体140的同一位置的近红外光的两种或三种组对，计算被检测体140内的氧化、脱氧血红蛋白及血红蛋白总量的变化量。该计算结果的光测量数据以数值或图像的形式显示在作为显示装置的监视器250上，并存储到存储部220中。此外，刺激施加装置521是设置在被检测体的例如头部附近，并通过声音或图像等对被检测体施加刺激的装置。

另外，脑波测量装置400由设置在被检测体140头部的脑波电极104、脑波接收装置431、脑波运算装置432构成。脑波接收装置431接收由脑波电极104检测出的脑波变化，显示在监视器250上，并输出到脑波运算装置432。脑波运算装置432根据所输入的脑波，检测θ波、β波等脑波，并据此检测被检测体140的身体状态(例如睡眠等)。由脑波运算装置求出的θ波、β波等的大小或比例等运算结果，输出到设置在刺激施加装置521上的显示画面522中。刺激施加装置521如下构成：在输入的θ波、β波等的大小或比例超过或低于设定值时，通过向光测量控制装置310输出触发信号523，实施光测量的停止、暂停、开始的控制。

即，在光测量过程中，希望对通过刺激施加装置521向被检测体140施加听觉或视觉刺激的时间与脑功能变化的关系，例如施加刺激前后的脑功能的变化进行光测量。因此，在本实施例中，根据被检测体的脑部状态例如是否清醒，通过从刺激施加装置521输出的触发信号523使光测量控制装置310实施光测量的开始、暂停、停止控制。

下面详细说明具有这种结构的本实施例的动作以及使用形态。首先，在对脑部活动状态进行光测量的情况下，需要将测量条件保持在一定水平上，例如将被检测体140的脑部活动状态管理到一定或所需状态。下面，分成与光测量目的相对应的测量模式，说明本实施例的动作及使用状态。另外，下述测量模式既可各自独立，也可通过适当组合多个模式进行动作并使用。

(带有唤起被检测体注意的光测量控制模式)

在对脑部活动状态进行光测量的情况下，作为将被检测体140的脑部活动状态维持在一定状态进行测量的一例，需要唤起被检测体140的注意，例如防止其睡着。在此情况下，如图10所示，刺激施加装置521的显示画面522上呈现唤起注意的图像。该图(a)的曲线601示出通过脑波运算装置432计算出的被检测体140的清醒度的时间变化。该图(a)的线602表示与清醒度有关的用于唤起注意的判定阈值。当处于清醒度低于判定阈值的图中的B期间时，如该图(b)的B所示，用于唤起注意的灯604亮灯，当处于在判定阈值以上的A期间时，如该图(b)的A所示，用于唤起注意的灯604熄灭。这样即可将光测量条件保持在一定的允许范围内。

图11中表示了在脑波运算装置432中计算清醒度，判定清醒度并施加唤起注意的刺激的顺序的一例。如图11所示，脑波运算装置432实时测量从脑波接收装置431输入的脑波(S1)，在每个取样周期对之前的一定区间(取样周期)的脑波数据(S2)进行傅里叶变换。接着，求出脑波中的θ波(4～7Hz成分)的信号强度(S3)，从该θ波可得知被检测体犯困打瞌睡。可根据需要将求出的θ波的信号强度作为清醒度显示到刺激施加装置521的画面522上。接着，判定θ波的信号强度是否超过预先设定的判定阈值(S5)。在未超过阈值的情况下，为了唤起被检测体的注意，在显示画面522上进行唤起注意的显示(S6)。当θ波的信号强度超过判定阈值时，则不在显示画面522上进行唤起注意的显示。

在这里，作为促使唤起被检测体注意的因素，除清醒度之外，还有可以根据脑波测量出的注意力强度或可根据后述肌肉电信号测量出的体动等。此外，作为唤起注意的方法，在测量脑部对于声音的反应的情况下，最好在显示画面522上显示图像，在测量脑部对于视觉的反应的情况下，最好通过声音进行显示。此外，唤起注意还可采用警报音的强弱及频率的变化、触觉(温度)的变化、或通过唤起注意的图像及运算结果的曲线图等对视觉的作用。

这样一来，通过将脑波的运算结果显示到刺激施加装置521内的显示画面522上，将犯困及注意力强度下降等反馈给被检测体140，可以在脑部维持所需活性等的状态下，例如“醒着的状态”下，利用光测量进行脑功能测量。其结果是，可减少所取得的光测量数据的浪费，减轻光测量的运算负荷。

在图10、图11所示的例子中，虽然说明了使用脑波θ波的情况，但是使用β波(14～33Hz)也同样可唤起注意。即，β波表示处于紧张度高、注意力及识别力高的状态，在进行需要集中注意力的事情时β波出现。而在看电影、电视时α波出现，但由于此种α波是被动性的注意力，因而与脑功能测量中使用的注意力不同。与之相反，由于β波的注意力是积极性的，因而在评价注意力时最好使用β波的变化。

(取决于脑部状态的光测量控制模式1)

一般而言，光测量中在多个取样周期内收集光测量数据，通过将其相加来减少测量数据中包含的噪声。因此，如果同一测量条件下的测量时间延长，其间脑部状态发生变化，则很可能出现收集到的光测量数据浪费的现象。因此，在本实施例中，可由脑波运算装置432向光运算装置311输送脑波数据434，在光运算装置311中根据脑部活动状态取舍选择所取样的光测量数据。

图12(a)与图10(a)相同，曲线601表示由脑波运算装置432计算出的被检测体140的清醒度(注意力强度)的时间变化。该图(a)的线602是与清醒度(注意力强度)有关的用于唤起注意的判定阈值。此外，该图(b)的曲线605表示在所对应的时间内通过光运算装置311计算出的光测量数据的时间变化。而且，在脑波运算装置432或光运算装置311中，按照图13所示的处理顺序判定注意力强度，对光测量数据进行取舍选择。首先，对任意测量区间A的脑波数据进行傅里叶变换(S11)。接着，求出脑波中的θ波(4～7Hz成分)的信号强度，从中可以得知可得知被检测体犯困正在打瞌睡(S12)。判定求出的θ波的信号强度是否超过预先设定的阈值(S13)。在θ波的信号强度超过判定阈值的情况下，将区间A作为光测量数据的加法区间(S14)，在未超过阈值的情况下，将区间A从光测量数据的加法区间内去除(S15)，转移到下一个区间(S16)。即，在注意力强度超过判定阈值102的图12(b)的区间606、607中，对所取样的光测量数据进行加法运算，对于该区间以外的光测量数据则不进行加法运算而进行舍弃处理。

在此情况下，当把光测量数据存储到存储部220中时，标注表示加法区间106、107的始点和终点的标记后加以保存。此外，由于θ波信号强度降低到阈值以下是处于犯困打瞌睡的状态，因而中途若不叫醒，则很可能熟睡，所以有时最好还评价δ波(1.5～4Hz)。

因此，若采用该光测量控制模式1，由于可舍弃偏离测量条件的光测量数据，所以可提高光测量的精度。而且，通过减少用于提高测量精度的反复测量次数，可缩短实际的测量时间。

此外，如图11示例的替代方案所示，在图13的例中也可代替θ波，而根据β波判定注意力强度，并进行光测量数据的取舍选择。图14例示了根据其他特定频率的脑波而取舍选择光测量数据时的各个波形图。该图(a)是脑波的波形图的示例，该图(b)是脑波中包含有的特定频带范围内的脑波的示例，该图(c)是沿同一时间轴的光测量数据的波形的示例。如图所示，当特定频带范围内的脑波低于判定阈值608时，舍弃光测量数据，而对其他区间609、609的光测量数据进行加法运算。

(取决于脑部状态的光测量控制模式2)

有些脑疾患例如癫痫，其发病时间并不确定。此类脑疾患的发作关键是观察发作前后的脑部状态。但由于不知道何时发病，因而不得不长时间地进行光测量，对于被检测体而言也存在负担过大的问题。此外，不得不存储长时间得出的庞大光测量数据，需要有存储容量庞大的存储装置。

因此，当根据脑波运算装置432的诊断结果检测出癫痫发作时，将图9所示的触发信号435输送给光测量控制装置310。光测量控制装置310接收到触发信号435时，仅将此前的一定期间内的光测量数据存储到存储部220中。这样即可节约存储部220的存储容量。此外，脑波运算装置432将检测出的癫痫发作信息输送给刺激施加装置521，并在显示画面522上显示该内容。

如上所述，若采用图9的实施例，在对被检测体140施加听觉及视觉等刺激的前后，通过求取被检测体140的脑内部的氧化、脱氧血红蛋白以及血红蛋白总量的变化量并图像化等，可以观察出脑部状态的变化，进行脑功能测量。

尤其是，若采用本实施例，可在维持脑部所需活性等的状态下，例如“醒着的状态”下，通过光测量进行脑功能测量。其结果是，既可减少取得的光测量数据的浪费，又可减轻光测量的运算处理负荷。

此外，由于在对符合测量条件的光测量数据进行取舍选择之后计算光测量结果，因而可提高光测量的精度。

另外，虽未图示，但作为本实施例的一个变形例，可在体动检测装置的基础上采用脑波测量装置，或采用脑波测量装置代替体动检测装置。

体动检测装置具有：与被检测体颈部等处接触安装的肌肉电电极、接收由肌肉电电极检测出的肌肉电信号的肌肉电接收装置以及根据肌肉电接收装置接收到的肌肉电信号计算体动的体动运算装置。体动运算装置可设定为：例如通过检测出被检测体140的头部活动并显示到刺激施加装置521的显示画面522上等方式，反馈给被检测体140。

若采用本变形例，与脑波的清醒度(注意力强度)相同地，可通过与预先设定的体动量的允许值对应的判定阈值(相当于图10的602)进行比较，可以实现唤起被检测体注意的模式、与取决于脑部状态的光测量控制模式1、2相当的动作或使用方式。此外，相反，也可以对移动后的脑部状态进行光测量。

即，在带有以体动量为参数的唤起被检测体注意的光测量控制方式的情况下，如图11的处理顺序所示，实时测量肌肉电信号，根据前一取样周期的肌肉电数据求出体动量，判定该体动量是否超过判定阈值，当超过阈值时，则在显示画面522中显示“请不要动”之类的唤起注意。图15(a)～(c)中示出此时的肌肉电信号612、体动量613以及光测量数据614的各个波形。如图中所示，判定对肌肉电信号612进行积分而得到的体动量613是否超过判定阈值615，在超过的区间舍弃光测量数据，在未超过的区间616、616上对光测量数据进行加法运算。

此外，如图13的处理顺序所示，根据区间A的肌肉电信号数据求出体动量，判定体动量是否超过判定阈值，当超过判定阈值时，将区间A的光测量数据从加法区间中去除，当未超过判定阈值时，在每一区间实施将区间A设定为加法区间的处理。这样即可通过对符合测量条件的光测量数据进行取舍选择而计算光测量结果，由此可以提高光测量的精度。

(取决于体动量的光测量控制模式的特例)

图16示例了体动特有的测量模式的处理。在婴幼儿等情况下，有时会出现无法根据检查者的讯号开始工作(动作等)的情况。在此情况下，可根据肌肉电信号检测出口及手等的动作，并将动作达到一定阈值以上的期间视为行工作期间。另外，可从测量数据中去除体动太大而难以采用光测量进行脑功能测量的区间。即，如图16中所示，根据区间A的肌肉电数据求出体动量(S21)。接着判定所求出的体动量是否超过第1判定阈值Ta(S22)。如果超过阈值，则将区间A的光测量数据从加法区间中去除(S24)。另外，在体动量未超过判定阈值Ta的情况下，判定体动量是否超过第2判定阈值Tb(Ta>Tb)(S23)。如果体动量超过Tb，即如果Tb<体动量<Ta，则将区间A的光测量数据作为加法区间(S25)。另外，如果体动量低于Tb，则转移到步骤S24，将区间A的光测量数据从加法区间中去除。结束这些处理之后，转移到下一区间(S26)。

另外，也可通过在图16的步骤S21中变为对肌肉电数据进行实时测量并求出体动量，在步骤S24、S25中变为当Tb<体动量<Ta时在刺激施加装置521的显示画面522上显示婴幼儿喜欢的画面，当体动量>Ta或体动量<Tb时在显示画面522上显示婴幼儿不喜欢的画面。总之，要想使体动维持现状时则显示婴幼儿喜欢的画面。要想抑制体动时则显示慢速动画，希望增大体动时则显示快速的动画之类较不喜欢的画面。

下面对图9实施例中的睁眼监视器450加以说明。

由于脑波中的α波的量会因睁眼而减少，因而要想提高α波的测量精度，必须改变睁眼时和闭眼时的α波的测量值的评价。尤其是在测量婴幼儿的脑功能时更为必要。因此，在本实施例中，设置了检测眼睛睁闭状态的睁眼监视器450，并设定为将睁眼监视器450的检测信号451输入给脑波运算装置432。

睁眼监视器450，例如可使用CCD摄像机等实时拍摄眼球图像，将黑眼珠的面积设定为评价函数，检测睁闭程度。即，如图17所示，把睁眼状态划分为闭眼、半睁，完全睁开等多个阶段，根据预先测量出的各个状态下的α波强度的多个数据，预先设定该图内显示的校正曲线620。

这样一来，若采用本实施例，由于可在脑波运算装置432中根据睁眼状态校正α波，因而可提高α波的测量精度。其结果是，可适当设定刺激施加装置521呈现的刺激内容。

在以上说明的本发明的生物体信息信号处理系统中，由于光测量和脑波测量其测量对象的物理量以及测量原理存在差异，因而最好达到测量控制的协调。即，光测量以及脑波测量虽然都是测量脑功能对于刺激的变化，但是为了提高测量值的精度，无论在哪一种情况下都必需对同一刺激的多次取样数据进行加法运算。

然而，由于测量原理不同，因而如图18所示，当使用脑波测量中使用的典型的诱发电位仪(ERP：Event—Related Potentials)时，施加刺激的间隔(刺激间隔)例如为0.1～1秒钟，所需的加法运算次数为20～200次；与之相对应，在采用光测量的情况下，刺激间隔为15～30秒钟，所需的加法运算次数为5～10次。即，这是因为脑波的情况下，施加刺激之后经几十毫秒即可检测出反应，与之相对应，在测量血液中的血红蛋白浓度变化的光测量的情况下，施加刺激之后，血液状态发生变化需要10～15秒以上的时间。

因此，在本实施例中，如图19所示，在使刺激期间S和停止(休止)期间R交替地反复进行测量的情况下，在以刺激间隔1秒反复施加1个刺激630的同时，可对脑波测量进行100次加法运算，在将1个刺激施加期设定为20秒时可对光测量进行5次加法运算。这样即可协调光测量和脑波测量。该协调测量可通过构成图20所示的协调控制部240的取样脉冲生成单元实现。即，如该图所示，将时钟脉冲发生器241产生的时钟脉冲用第1分频器242分频为适合脑波测量的时钟脉冲之后施加刺激，并且提供给脑波测量用的取样器243。此外，利用第2分频器244将由第1分频器242分频的时钟脉冲进一步分频之后施加刺激，并且提供给光测量用的取样器245。这样即如图21所示，从取样器245和取样器243分别输出取样脉冲631、632，在设定的时间对光测量数据和脑波数据进行取样。

图22示出测量协调控制的另一实施例。该实施例中，利用相同装置在每次进行光测量和脑波测量时施加一次刺激作为光测量用刺激和脑波测量用刺激。将光测量635的刺激时间设定为最小，测量与一次刺激对应的反应。脑波测量636的刺激也可通过在光测量635和光测量635之间施加刺激来增加测量次数。在光测量的刺激前后确保必要的停止时间。

如上所述，通过达到光测量和脑波测量的测量协调，可以无损二者测量特性地在短时间内达到光测量和脑波测量对脑功能测量的协调。

图23是本发明的生物体信息信号处理系统用探针装置50的一个实施例的剖面立体图，在图23中示出由橡胶、塑料或布制成的支架101的局部切断剖面。图中的支架101安装在被检测体(生物体)的头部。支架101上彼此相隔规定间隔地配置了向头部照射近红外光等检查光的多个照射用光纤102a以及接收检查光的透射光的多个受光用光纤102b。各照射用光纤102a配置在彼此相邻的受光用光纤102b的中间。图23中仅示出1个照射用光纤102a以及两个受光用光纤102b，实际上以格子状配置有多个照射用光纤102a以及多个受光用光纤102b。

各光纤102a、102b通过光纤安装件103安装在支架101上。光纤安装件103中内置有光纤用弹簧(未图示)。光纤用弹簧通过将光纤102a、102b按压到被检测体头部上而被压缩。此时，利用光纤用弹簧的复原力，将光纤102a、102b的前端部按压到被检测体的头部上。

支架101上通过作为弹性体的电极用弹簧105安装了脑波测量用的多个脑波仪电极104。各脑波仪电极104配置在彼此相邻的照射用光纤102a与受光用光纤102b之间。更具体地说，各脑波仪电极104配置在连接彼此相邻的照射用光纤102a和受光用光纤102b的线段的中心或大体中心的位置上。电极用弹簧105通过将脑波仪电极104按压到被检测体头部而被压缩。这时，利用电极用弹簧的复原力可以将脑波仪电极104按压到被检测体头部。

通过将支架101安装到被检测体头部，将照射用光纤102、受光用光纤102b以及脑波仪电极104同时安装到被检测体头部。并且，为了可以恰当地进行测量，照射用光纤102a可调整受光用光纤102b以及脑波仪电极104与被检测体头部的接触状态。接着，经由照射用光纤102a向被检测体头部照射检查光。检查光从被检测体头部的透射光被受光用光纤102b接收，并输送给生物体光测量装置主体300。在生物体光测量装置主体300中，根据受光用光纤102b输送来的透射光测量生物体内的生理变化。另外，来自脑波仪电极104的输出信号经由导线113(参照图26)被输送给脑波测量装置主体400。由此可以通过脑波测量装置400测量被检测体的脑波。

此外，各光纤安装件103上粘贴了由反射可视光的材料构成的光纤用反射部件106。此外，支架101的脑波仪电极104的安装位置上粘贴了由反射可视光的材料构成的电极用反射部件107。

由于粘贴了上述反射部件106、107，因而通过利用可二维摄影的CCD摄像机等摄影装置拍摄支架101，即可求出光纤用反射部件106以及电极用反射部件107彼此之间的相对位置。由此，不必一一实测，即可容易地掌握照射用光纤102a、受光用光纤102b以及脑波仪电极104的测量位置。因而，可减轻为了进行测量而进行准备的劳力和时间。

也可设定为通过利用多个摄影装置从彼此不同的角度拍摄支架101，来掌握照射用光纤102a、受光用光纤102b以及脑波仪电极104的三维测量位置。

此外，为了便于识别，可将光纤用反射部件106和电极用反射部件107设定为彼此不同的颜色或彼此不同的形状。

而且，为了便于识别，还可将与照射用光纤102a对应的光纤用反射部件106和与受光用光纤102b对应的光纤用反射部件106设定为彼此不同的颜色或彼此不同的形状。

若采用此种生物体信息信号处理系统用探针装置50，由于照射用光纤102a、受光用光纤102b以及脑波仪电极104安装在共用支架101上，因而既可减轻为进行测量而进行准备的时间和劳力，又可同时进行生物体光测量以及脑波测量。此外，虽然可利用生物体光测量装置300测量照射用光纤102a和受光用光纤102b的中间位置上的脑功能，但是在该例中，由于脑波仪电极104配置在照射用光纤102a和受光用光纤102b的中间，因而可使生物体光测量装置300的测量位置与脑波测量装置400的测量位置大体一致，从而可提高生物体光测量装置300和脑波测量装置400组合后的整体测量精度。

还有，由于在该例中，脑波仪电极104通过电极用弹簧105安装在支架101上，所以可使脑波仪电极104与被检测体的头部牢固接触，稳定地测量脑波。

接着，图24是表示本发明的生物体信息信号处理系统用探针装置50的又一实施例的主要部位的立体图，图25是表示图24的光纤前端部的底面图。在图中，照射用光纤102a以及受光用光纤102b的前端部被由铜或黄铜之类的导电材料构成的套筒部件108围绕。套筒部件108固定在照射用光纤102a以及受光用光纤102b的前端部。

在套筒部件108和光纤102a、102b之间填充有浸渗了导电性液体的液体保持部件109。作为导电性液体例如可使用生理盐水。作为液体保持部件109可使用海棉等多孔质材料。脑波仪电极110由套筒部件108、液体保持部件109以及保持在其中的导电性液体构成。此外，脑波仪电极110通过导线与脑波测量装置主体400连接。光纤102a、102b通过光纤安装件103安装在支架101(参照图23)上。

若采用此种生物体信息信号处理系统用探针装置50，由于在生物体光测量用光纤102a、102b的前端部一体设置了脑波仪电极110，因而通过使光纤102a、102b与被检测体头部接触，可以同时使脑波仪电极110与被检测体的头部接触，可减轻测量所需的准备时间和劳力。

接下来，图26是本发明的生物体信息信号处理系统用探针装置50的又一实施例的侧面图。在图中，网状的支架111安装在被检测体的头部。网状支架111上安装了多个照射用光纤102a、多个受光用光纤102b以及多个脑波仪电极104。各光纤102a、102b通过光纤安装件112安装在支架111上。光纤安装件112上设有用于贯穿构成支架111的细绳的狭缝(未图示)。即，光纤安装件112通过使支架111的细绳穿过缝隙而安装到支架111上。各脑波仪电极104配置在彼此相邻的照射用光纤102a和受光用光纤102b的中间。此外，各脑波仪电极104通过导线113与脑波测量装置400连接。

在此种生物体信息信号处理装置用探针装置50中，由于将光纤102a、102b安装在脑波仪电极104安装用的支架111的细绳上，因而可减少测量所需的准备时间和劳力，并可同时进行生物体光测量以及脑波测量。

图27是本发明的生物体信息信号处理系统用探针装置50的又一实施例的侧面图。在图中，照射用光纤102a以及受光用光纤102b通过结构与脑波仪电极104的安装件114相同的安装件114安装在支架111上。因此，采用安装件114将光纤安装到支架111上的安装结构与将脑波仪电极104安装到支架111上的安装结构相同。

如上所述，由于将脑波仪电极104以及光纤102a、102b安装到支架111上的安装结构相同，因而可简化整体结构，可减少测量所需的准备时间和劳力，并可进行稳定的设置。

图28是本发明的生物体信息信号处理系统用探针装置50的又一实施例的侧面图，图29是表示图28的主要部位的底面图。在图中，照射用光纤102a以及受光用光纤102b通过光纤安装件116安装在凝胶状的光纤支架(保护凝胶)115上。凝胶状的光纤用支架115的面覆盖被检测体头部的至少一部分。

脑波仪电极104安装在作为电极用支架的网状支架111上。光纤用支架115上作为与脑波仪电极104扣合的电极扣合部，设有围绕脑波仪电极104侧面部的多个电极围绕部115a。此外，各电极围绕部115a上设有使网状支架111的细绳穿出的多个狭缝115b。

在此种生物体信息信号处理系统用探针装置50中，照射用光纤102a以及受光用光纤102b预先安装在光纤用支架115上。此外，脑波仪电极104安装在网状的支架111上。在将光纤102a、102b以及脑波仪电极104配置到被检测体头部上的情况下，首先将网状的支架111安装到头部，从其上方以覆盖网状的支架111的方式将光纤用支架115安装到头部上。这时，将脑波仪电极104配合到电极围绕部115a上。

这样一来，由于用凝胶状的光纤用支架115覆盖电极用支架的外周部，当在被检测体躺卧的状态下进行测量时，在被检测体翻身等情况下，可防止光纤102a、102b以及脑波仪电极104的位置偏移。尤其是在本实施例中，由于设置了围绕脑波仪电极104的电极围绕部115a，因而不仅是直接安装在光纤用支架115上的光纤102a、102b，还可更为有效地防止安装在网状的支架111上的脑波仪电极104发生位置偏移。因此，可减少测量所需的准备时间和劳力，并可同时进行生物体光测量以及脑波测量。

Claims (17)

1.一种将生物体光测量装置和脑波测量装置组合而成的生物体信息信号处理系统，其特征在于，具有：

生物体光测量装置，其从被检测体头部上的第1位置经由照射用光纤照射从可视光到近红外光的光，在被检测体头部上的第2位置经由受光用光纤接收该透射光，根据所接收的透射光，将与第1以及第2位置的中间位置对应的测量装置上的被检测体头部内部的脑部活动所产生的光学特性变化作为与该测量位置对应的生物体光信号进行测量；

脑波测量装置，其通过安装在相互邻接的所述照射用光纤和所述受光用光纤的中间位置的脑波电极，将被检测体头部内部的脑部活动所产生的电学特性变化作为与测量位置对应的脑波信号进行测量；

生物体光测量装置及脑波测量装置用探针装置，其用于载持所述照射用光纤以及受光用光纤的前端部以及所述脑波电极，并安装在被检测体上；和

生物体信息信号处理显示装置，其使来自所述生物体光测量装置的与各个测量位置对应的生物体光信号以及来自所述脑波测量装置的与各个测量位置对应的脑波信号和各个测量位置彼此关联地显示到其共用的显示装置上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，将与所述各个测量位置对应的生物体光信号以及脑波信号的各个信号强度转换为以色彩浓淡表示的二维生物体光测量图像以及脑波测量图像，在其共用的显示装置上个别或同时、重叠或在空间上分离地进行显示。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，每隔单位时间切换由与所述各个测量位置对应的生物体光信号以及脑波信号分别构成的所述二维生物体光测量图像以及脑波图像中的至少一方，并以动画方式显示在其共用的显示装置上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，在其共用的显示装置上并列显示表示由同一测量位置、同一时间测量出的生物体光信号以及脑波信号分别构成的时间过程数据的图形。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，在全部测量位置上同时或时间上彼此错开地显示由同一测量位置、同一时间测量出的生物体光信号以及脑波信号。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，在其共用的显示装置上以二维或三维方式显示被检测体的测量部位的轮廓，并且显示所述生物体光测量装置以及所述脑波测量装置的测量位置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置具有操作桌，允许通过该操作桌选择所述生物体光测量装置以及所述脑波测量装置的测量位置中感兴趣的测量位置，将表示所选择出的测量位置的生物体光信号以及脑波信号的时间过程数据的图形显示到其共用的显示装置上。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，使与所述各个测量位置对应的生物体光信号以及脑波信号的强度与各个二维位置对应，构成三维图像，显示到其共用的显示装置上，并且对所述两个三维图像进行数学合成，构成第3三维图像并进行显示。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，将表示与各个测量位置对应的生物体光信号以及脑波信号的时间过程数据的图形显示到其共用的显示装置上，并且对表示所述两个时间过程数据的图形进行数学合成，构成第3图形并进行显示。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体信息信号处理显示装置，根据所述脑波测量装置测量出的脑波信号，对所述生物体光测量装置测量出的生物体光信号进行取舍选择。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述脑波测量装置测量出的脑波信号，可被体动测量装置测量出的体动信号置换。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针装置的所述照射用光纤以及受光用光纤的前端部以及所述脑波电极载持于共用支架上。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针装置的所述照射用光纤以及受光用光纤的前端部以及所述脑波电极上分别安装了用于反射可视光的部件，其中所述可视光表示各自在所述共用支架上的安装位置。

14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针装置的所述脑波电极，通过弹性体安装在所述共用支架上；将所述共用支架安装到被检测体上时，所述弹性体被压缩，从而将所述脑波电极按压到被检测体上。

15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针装置的所述共用支架由网状部件构成。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于：所述生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针装置的所述照射用光纤以及受光用光纤的前端部以及所述脑波电极，采用同一形状的安装件安装在由所述网状部件构成的共用支架上。

17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述生物体光测量装置以及脑波测量装置用探针装置的所述脑波电极载持于脑波电极用支架上，所述照射用光纤以及受光用光纤的前端部载持于具有与所述脑部电极扣合的电极扣合部的凝胶状的光纤用支架上，所述凝胶状的光纤用支架从所述脑波电极支架上方通过所述电极扣合部与载持于所述脑波电极支架上的所述脑波电极扣合，使所述脑波电极用支架以及所述凝胶状的光纤支架成为一体而安装到被检测体上。

Images