CN100586373C - 活体光测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种活体光测量装置，在每个测量部位，互相独立地统计测试预定周期内的多个生理数据(诸如oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类)的变化。通过组合多个生理数据的结果，将每个测量部位分类为多个类别中的一个类别。在单个图表中显示每个分类结果。效果还是相应于多个Hb信号类设定不同活动周期、确定是否每个信号类都表示活动或者估计该信号类的强度、并根据单个图表中的多个Hb信号类的活动的组合显示分类结果的方法。使用本发明的脑活动分析方法和显示方法的活体光测量装置可以高精度地检测发生脑活动的部位。

Description

活体光测量装置
本申请要求2006年3月3日递交的日本专利申请JP 2006-057090的优先权，在此将其内容结合入本申请供参考。
技术领域
本发明涉及活体光测量装置，根据使用光产生的光吸收材料浓度的改变测量活体内的数据，特别是信号，特别地涉及一种活体光测量装置，使用活体光测量中获取的数据使脑活动可看见。
背景技术
在从可见光范围到近红外线范围内具有光强峰值的光对活体具有高穿透性。这种光可用于测量活体内的数据而不会伤害该活体。这是基于朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，该定律教导光的测量信号的对数值是与光的路径长度及其浓度成正比的。这个定律已经推导出了。此外，还开发了用于测量代表活体中的血红蛋白(Hb)的浓度相对变化的信号(以下称为“Hb信号”)的技术。利用该技术可以测量的Hb信号通常半分类为以下三种类别：氧化Hb(oxy-Hb)信号，脱氧Hb(deoxy-Hb)信号以及oxy-Hb和deoxy-Hb的总信号(总的Hb信号)，分别称为“oxy-Hb信号(类)”、“deoxy-Hb信号(类)”和“总的Hb信号(类)”
Maki A等人(1995年)在Medical Physics 22，1997-2005的论文“Spatialand temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIRtopography”中提出一种测量人体大脑皮层的多点Hb信号值而不伤害大脑皮层的技术，这个技术在研究和临床医学中广泛采用。该文献公开了一种测量大脑皮层的Hb信号值，从而测量人体的脑功能的方法。具体地讲，当人体感知机能或运动神经功能是活动时，大脑皮层内负责该功能的区域内的血流增加。因此，在该区域内的oxy-Hb信号类或deoxy-Hb信号类变化。由此，可以评估脑部的活动状况。伴随脑活动变化的典型例子是oxy-Hb信号类增加和deoxy-Hb信号类减少。这些变化是由血流的增加以补充氧气和葡萄糖引起的，氧气和葡萄糖消耗于伴随神经活动的新陈代谢活动。增加的血液是动脉血并且包含氧气。雨氧气消耗相比，这种增加更多。可以看出，这将导致oxy-Hb信号类增加和deoxy-Hb信号类减少。通常，oxy-Hb信号类的增加大于deoxy-Hb信号类的减少。因此，oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类的总数的总的Hb信号类将增加。已知这些血流变化通常比神经活动滞后约5到7秒。这种技术是有益的，因为它允许在不损害受检体的大脑或过度地限制受检体的情况下测量受检体的脑功能。这种技术的一种有益应用是实现健康婴儿或幼儿脑功能的测量，这是迄今仍未能实现的。参考Pena M等人(2003年)的论文“Sound and silence：an optical topography study of language recognition atbirth”，Proc Natl Acad Sci USA 100(20)，11702-11705；和Taga，G等人(2003年)的论文“Brain imaging in awake infants by near-infrared optical topography”，Proc Natl Acad Sci USA 100(19)，10722-10727。
根据这种技术，可以测量三类Hb信号，即oxy-Hb信号类、deoxy-Hb信号类和总的Hb信号类。但是，在常规的脑功能研究中，存在有效使用这多个信号类的困难例子。例如，在Maki等人教导测量成人运动神经区域活动的著文章中描述这三类Hb信号随着时间的变化；但是，没有提及它们之间实质上的不同，而只关注总的Hb信号类的增加和评估他/她的脑活动。以相同的方式，在Pena等人的文章中，只关注总的Hb信号类的增加和评估脑活动。另一方面，Taga等人指明了oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类。但是，没有从它们之间的区别中提取出有用的信息。例如，从活动波形之间的区别，叙述deoxy-Hb信号类的减少比相应oxy-Hb信号类的增加更慢和小。但是，没有进行基于关注该区别的分析。在过去的研究中，包括Taga等人的研究，对deoxy-Hb信号类的研究结果比对相应的oxy-Hb信号类的研究结果缺少连贯性，后者的活动清晰地表示了；因此，对于deoxy-Hb信号类，在很多情况下仅研究其信噪比较低的情况。这种事实是基于一个假设，即oxy-Hb信号类和相应的deoxy-Hb信号类最初指示相同脑活动。如上所述，尽管存在能够测量三类Hb信号的技术，但是还没有使用它们之间的区别或共同特性改进脑活动测量精度的任何方法。
发明内容
在活体光测量装置中，在多个部位测量Hb信号类，并使脑活动可看见，精确指示脑活动部位的方法是必不可少的。但是，在现有技术中，没有任何关于从三种Hb信号类中选择一个或多个要使用的类的有效方法的统一意见，也没有显示所选择类的有效方法。因此，很难从多个测量部位的数据清楚地表示脑活动的中心部位。在主要的常规的方法中，只使用这三种Hb信号类中一种信号类，以便从多个测量部位的数据中使得脑活动的空间部位可看见，该信号类的强度的单位是毫摩尔毫米(mM·mm)，使用色彩等来表示。以这种方式，对于每个测量部位，将信号强度进行绘图。但是，一些测量者只使用oxy-Hb信号类评估脑活动，而其他的测量者只使用总的Hb信号类评估脑活动。以这种方式，在现有环境下，观察的Hb信号类对于测量者是不同的。因此，没有获得统一意见，因为在获得的脑活动图中是否产生了不同，取决于所使用的Hb信号类；或者用于评估脑活动的Hb信号类。
关于在多个部位测量Hb信号使脑活动可看见的活体光测量装置，重要的课题是开发以更加标准的方法更精确地识别生成脑活动的部位的分析方法和显示方法。
本发明人使用上述的活体测量装置测量受检体的脑活动，其中在受检体的整个大脑安排多个测量点。从而，本发明人统计地分析了每个获得的Hb信号类(oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类)，并显示作为活动部位的引起显著变化的测量点(通过预定分析方法测试每个信号类从而生成仅在预定概率或更低概率下引起变化的点)，从而发现以下情况：oxy-Hb信号类的活动部位分布及deoxy-Hb信号类的活动部位分布彼此有些不同；但是，两种Hb信号类的活动在一些测量点彼此重叠(参看图1中的显示部分101)。
在图1中，使用oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类评估脑活动。只是oxy-Hb信号类是活动的(增加)的每个测量点以网格图案表示，只是deoxy-Hb信号类是活动(减少)的每个测量点以点图案表示，而oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类都是活动的每个测量点以黑块表示。多个Hb信号类的活动相互重叠的部位与从给定刺激推测的活动部位一致。还表示更加局部的活动部位，这些部位不能只使用一种Hb信号类的活动图来识别。由此发现，本发明提出一种方法：在预定周期内的测量点独立地和统计地测试多个生物数据(oxy-Hb信号类、deoxy-Hb信号类等等)的变化；组合多个生物数据的结果；将每个测量点分类为预定类别之一；和在单个的图表中显示分类的结果。本发明使得能够以高精度检测更加局部的脑活动部位。
关于如上所述的Hb信号的活动，活动的空间分布和活动达到峰值的要求的时间都是根据Hb信号的类别(oxy-Hb信号类或deoxy-Hb信号类)变化的(图2)。图2表示出从开始给出刺激的时间起以2.5秒的间隔分析从声音刺激所生成的脑活动的例子，并表示得到的结果。
以与图1相同的方式，统计地分析每个Hb信号类，并以将脑活动分类为三种情形(只是oxy-Hb信号类是活动的情形，只是deoxy-Hb信号类是活动的情形和oxy-Hb信号类及deoxy-Hb信号类都是活动的情形)的状况显示脑活动。oxy-Hb信号类增加的测量点在开始给出刺激的2.6到5.0秒后出现。从开始给出刺激的7.6到12.5秒这样的测量点的数量变为最大。另一方面，deoxy-Hb信号类减少的测量点在开始给出刺激的7.6到10.0秒后出现。这样的测量点的数量从开始给出刺激的10.1到15.0秒变为最大。如所描述的，可以最明显地检测的Hb信号活动的周期随着Hb信号类而变化。因此，根据Hb信号类设定变化的活动周期、评估活动或其强度的存在或不存在以及显示在单个图表中组合多个Hb信号类的活动的分类结果，可以高精确地识别脑活动部位(图3)。
简单地说，通过测量脑功能的活体光测量装置可以高精确地分析和显示脑活动的部位及其周期，该活体光测量装置包括：多个光照射装置，该装置的光照射到受检体的头部；多个受光装置，用于检测在从光照射装置照射之后通过受检体头部传送的传送光；计算部，基于受光装置检测的信号计算在测量点的受检体的头部中的氧化血红蛋白浓度的变化和脱氧血红蛋白浓度的变化，该测量使用多个光照射装置之一和相应受光装置的一对装置进行的；和显示部，用于显示由该计算部获得的计算结果，其中该计算部确定在每个测量点的氧化血红蛋白浓度变化和脱氧血红蛋白浓度的变化是否显著，该显示部显示关于每个测量点的确定结果。
本发明的活体光测量方法，使用上述的脑活动分析方法和显示方法，使得可以以比现有技术的方法更高精确地检测发生脑活动的部位。此外，如图2所示的，将oxy-Hb信号类活动和deoxy-Hb信号类活动之间的时间和空间分布的不同可视化可以更详细地评估伴随脑活动的血循环状况。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的装置的结构方框图和根据各个Hb信号类以及其组合的脑活动的显示示例的视图；
图2是表示一个示例的视图，其中显示从刺激开始起以间隔2.5秒观察的每个Hb信号类的活动结果；
图3是表示用于设定测试每个Hb信号类的活动的时间窗口的设定部和其中显示该测试结果的脑活动的状况的屏幕的视图；
图4是表示所有测量部位波形的平均波形、达到每个Hb信号类的活动峰值的时间、用于设定测量其中心位于该活动峰值时间的活动的周期的设定部以及显示测试结果的脑活动的屏幕的视图；
图5是表示所有测量部位波形的平均波形、每个Hb信号类活动的峰值的半最大全宽度(the full width half maximun)、设定其中心位于活动峰值的时间的时间窗口的设定部以及显示该Hb信号类的测试结果的脑活动状况屏幕的视图；
图6是表示关于oxy-Hb信号、deoxy-Hb信号和总的Hb信号类三类在所有测量部位的波形的平均波形，每个Hb信号类活动峰值的半最大全宽度和显示Hb信号类测试结果的脑活动状况的屏幕的视图；
图7是表示根据其活动强度阶梯变化的、以彩色或亮度和暗度显示的表示每个脑活动的只是oxy-Hb信号类、只是deoxy-Hb信号类以及二者组合的例子的视图；
图8是表示根据与一些模版波形相关的系数阶梯变化的、以彩色或亮度和暗度显示的表示每个脑活动的只是oxy-Hb信号类、只是deoxy-Hb信号类以及二者组合的例子的视图；
图9是表示显示在Hb信号类活动中心的测量点的每个Hb信号类的脑活动图和时间变化的屏幕的视图；
图10是表示显示脑活动图的图表和以Hb信号类的活动中心的测量点的每个Hb信号类的强度为纵轴和以达到Hb信号类的活动峰值的时间为横轴的图表的视图。
具体实施方式
参照图1，以下将描述实施本发明的基本实施例。图1表示根据本发明的活体光测量装置的概况的方框图。其活体光测量部具有：计算机构成的控制单元103，其典型的例子包括个人计算机和工作站；两个激光二极管109和110，二者在不同的峰值波长表现出峰值波长；振荡器107和108，用于生成以不同频率调制两个激光二极管的信号；光混合器111，用于混合两个光射线，二者的峰值波长彼此不同；光照射器，通过光纤从光混合器111对受检体的发照射部位照射光；光检测112，用于检测在与光照射器适当远离的光检测部位(本例子中相距大约3cm的部位)的混合的光；锁相放大器105和106，其中输入来自该振荡器的调制的频率作为参考信号；以及模数转换器104，用于将锁相放大器输出的、具有各自波长带宽的光射线的发射的光信号从模拟信号转换为数字信号。光照射部位和光检测部位之间的实质上的中点成为待测量部位的中心。在图1中，仅关于测量部位3，精确地表示连接到该装置的部位的结构。但是，实际上图1中示出的全部光照射部位和光检测部位都是通过光纤连接到该装置。在上述装置中，振荡器用于分离多个信号；因此，来自多个部位的光信号可以通过单个检测器进行检测。在本例子中，振荡器用于以这种方式分离多个信号；但是，使用脉冲光而不使用任何振荡器可以在光亮(lighting-on)时刻分离光信号。具有各自波长带宽的光射线的发射光信号是在模数转换器104中进行模数转换的，然后输入并存储在控制单元103中。在控制单元103，根据发射信号计算出每个待测部位的各个Hb信号类。计算出的信号与初始信号(发射信号)一起发送并存储在数据分析单元102中。由发射光信号计算出Hb信号类的方法在Maki的文章中详细地描述。在本例子中，控制单元103和数据分析单元102分别描述和表示。但是，它们的功能都可以通过单个PC获得。
在数据分析单元102中，每个被测量的Hb信号类都进行统计地分析以确定该信号是否表式显著的活性。在这个情况中统计分析的方法的典型例子包括t测量和离散分析。在通常的脑活动测量中，在给予受检体特定刺激或主题(theme)时产生的反应与他/她在其他周期中的状态进行比较，然后比较获取结果作为脑活动。因此，空闲周期的信号和基于刺激或主题可能产生的反应(活动周期)的周期的信号之间的比较是统计分析的基础。进行这种比较的统计方法的典型例子包括t测试，F测试，离散分析和多重比较(multiplycomparision)。此外，不仅可以使用参数测试还可以使用非参数测试。另外，还可以使用以下方法：对受检体给出不同刺激或主题，然后相互直接比较由此生成的不同活动的周期中的信号的方法；和假定指示响应于某刺激或主题的活动的信号波形，然后使用校正系数等评估实际信号波形与该假定信号波形的相似性的方法。通常，已知伴随脑活动的Hb信号的变化可以分类为：oxy-Hb信号类的增加，deoxy-Hb信号类的减少和总的Hb信号类的增加。因此，在本例子中，这三种变化被定义为活动信号。在每个测量部位，使用t测试来测试这三种Hb信号类是否每个信号类都表现出活动性。测试的结果显示在显示器101。在本例子的测量中，将以下定义为一个块：空闲周期具有在20到30秒的周期内任意设定的长度之后，施加10秒的声音刺激的序列。该块重复5次。首先，在每个这种块中，刺激开始后5秒到刺激结束后10秒的周期被认为是活动周期，并且获取该活动周期内信号强度的平均值作为活动值(或者该周期内信号强度的最大值可以作为活动值)。此外，在每个块中，获取在紧接刺激开始前5秒的空闲周期内信号强度的平均值作为空闲值。为了确定该活动值和该空闲值之间是否存在差别，使用从五个块的活动值获得的平均值和偏差以及从五个块的空闲值获得的平均值和偏差进行t测试。术语“t测试”是使用在假定虚假设(null hypothesis)是正确的情况下统计遵循t分布的事实的统计测试方法的通用术语。该测试是参数测试方法，其中假定物种(population)遵循正态分布。在该测试中，该分布依赖于自由度而不依赖于初始平均值或者标准偏差。例如，该测试可以用于测试两组的每个平均值之间是否有显著的不同。在本例子中，提出的虚假设是“空余值的平均值等于活动值的平均值”。然后测试活动值的平均值和空余值的平均值之间是否产生差别。换句话说，当虚假设例如可能以95％或更大的概率被否决时，所测量的活动认为是显著的活动。当发现oxy-Hb信号类增加或者deoxy-Hb信号类减少的概率大于特定的阈值时，可以确定发生了脑活动。
关于是否发生显著活动的决定可取决于测量者设定的标准。例如，该标准可以是脑活动的值是否超出了测量者在设定部设定的阈值，或者也可以是直到脑活动变为最大值所需的时间。
关于是否发生了显著活动的决定标准可以对每个测量部位分别设定。在图1中，只是oxy-Hb信号类活动(增加)的每个测量点由网格图案表示，只是deoxy-Hb信号类活动(减少)的每个测量点由点状图案表示，oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类都活动的每个测量点由黑块表示。两种Hb信号类的活动彼此重叠的部位代表更加局部的活动部位。这些活动部位在右侧和左侧太阳穴区域观察，该区域对应于听觉区附近，期望对声音刺激产生反应。因为使用语言声音，也在前额区观察活动，通常认为该区域与记忆或精神集中有关。以此方式，两个Hb信号类的活动的相互重叠的部位与从给定刺激推测的活动部位满意地一致。因此，由此脑活动部位可以比从多个Hb信号类中只要一个Hb信号类的活动图更高精确地检测到。
此外，图2表示一个例子，其中时间窗口代表从给出刺激开始以2.5秒的间隔对上述数据设定的活动周期，以及分析和显示活动的结果。以与图1相同的方式，对每个Hb信号类进行统计的分析。将活动分类为三种情形：(1)只有oxy-Hb信号类是活动的情形，(2)只有deoxy-Hb信号类是活动的情形，和(3)oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类都是活动的情形，然后显示。oxy-Hb信号类增加的测量点在刺激开始后2.6到5.0秒开始出现。这样的测量点的数量在从7.6到12.5秒的时间窗口内变为最大。另一方面，deoxy-Hb信号类减少的测量点在刺激开始后7.6到10.0秒开始出现。这样的测量点的数量在从10.1到15.0秒的时间窗口内数量变为最大。如此处所描述的，应当懂得，取决于Hb信号种类，Hb信号活动的空间分布或者直到该活动达到峰值所需的时间是变化的。换句话说，取决于Hb信号种类，可以更加显著地检测脑活动的时间窗口是变化的。因此，取决于Hb信号种类，设定变化的活动周期(时间窗口)，然后决定是否产生了Hb信号的活动，或者评估活动的强度。之后，在单个图表中显示上述的分类，其中组合多个Hb信号类的活动，从而可以以高精度识别脑活动部位。
图3表示一个例子，刺激开始后7.6秒到12.5秒的周期和刺激开始后10.1到15.0的周期分别设定为代表oxy-Hb信号类的活动周期的时间窗口和代表deoxy-Hb信号类的活动周期的时间窗口。然后分析脑活动并在单个图表中表示该分析的结果。在设置设定部301的情况下，设定部301能够以上述方式设定代表随Hb信号类变化的活动周期的时间窗口，则可能显示更精确的活动区域，这不能在对全部活动周期设定恒定地指定的时间窗口时检测到。
图4和5表示根据每个Hb信号类的活动波形设定代表每个Hb信号类活动周期的时间窗口以便以更高的精度检测脑活动的装置。图4表示一个显示装置，具有显示部401，用于显示每个Hb信号类的活动峰值，该峰值是从所有测量点的每个Hb信号类的信号平均波形计算得到的；和设定部402，用于设定活动周期的时间窗口，其中心是活动峰值。用户可以通过参考平均波形等决定该活动周期的时间窗口。特别地，该显示允许不同的Hb信号类诸如oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类的活动周期的时间窗口彼此独立地设置。
在图5中，表示显示装置具有显示部501，用于显示每个Hb信号类活动峰值的半最大全宽度(FWHM)，FWHM是从所有测量点的每个Hb信号类的信号波形平均值计算得到的；和设定部502，用于设定显示不小于参考值的时间窗口，其中心是每个Hb信号类的活动峰值。在这个例子中使用的设定时间窗口的方法是操作箭头按键503和504，从而改变每个oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类的参考值以设定时间窗口的方法。在这个情况下为了更易理解地显示参考值，移动箭头505和506的显示方法是有效的，分别操作箭头按键503和504显示上下时间窗口。当然，为了设定参考值，允许使用直接地输入选择的值的方法，或者输入相对于每个活动信号峰值的比率(％)的方法。
上述的每个例子都是使用oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类评估脑活动的。但是，如图6所示，在使用oxy-Hb信号类、deoxy-Hb信号类和总的Hb信号类三种类型的情况下也可以使用与上述相同的方法。由于使用三种Hb信号类，例如，信号类的活动类型的数量由三种增加为七种。当关注全部三种Hb信号类都是活动的部位时，应当懂得，脑活动的部位更加局部化。可以认为，oxy-Hb信号类增加，deoxy-Hb信号类减少和总的Hb信号类增加全都被观察到的全部部位表示理论上预期的典型脑活动。换句话说，通过流入动脉血，oxy-Hb信号类和总的Hb信号类增加了。此外，血液的流动速率变得比氧气的消耗速率大；因此，deoxy-Hb信号类减少。Hb信号类的其他变化类型例如可以是在一些部位oxy-Hb信号类和总的Hb信号类增加但是deoxy-Hb信号类不减少的情况，建议提供动脉血但是血流速率的增加小，因此这些部位可能在活动部位的中心之外。相反地，在一些部位只有deoxy-Hb信号类减少但是oxy-Hb信号类和总的Hb信号类不增加的情况，则假设动脉血的供应主要是通过血流速率的增加实现的，而血液的总量几乎不增加。建议这些部位也可能是在脑活动的中心之外。从这些Hb信号类的变化图，可以猜想到脑部血液循环的情况，诸如其中血管的柔性(flexibility)。
在图4至6中，作为一个例子表示在所有测量点的每个Hb信号类的平均波形。但是，用于对活动周期设定时间窗口的Hb信号类的波形不需要是在所有测量点的波形的平均值。例如，可以使用以下的波形：在最活动的测量点的Hb信号类的波形；理论上获得的标准脑活动波形(即，模版波形)；在所关注的部位的波形的平均波形；或者从每个受检体的过去脑活动信号得来的标准活动波形。在由每个受检体获得Hb信号类波形并且获得的波形用于分析的情况下，抵消各个Hb信号波形之间的差别。因此，这种情况对以高精度检测脑活动是有用的。
在图4至6每个图中，使用一些阈值统计地测试信号(或脑)活动的显著性，然后将测试结果分类为“0”或“1”。图7表示一个例子，阶梯地表示在呈现活动的测量点的活动强度。活动强度的例子包括在活动周期中的信号强度的平均值(nM·mm)，活动强度的最大值(最小值)，t值，F值和p值，每个都是统计值。在使用一些活动波形模版的情况下，可以使用表示与模版相似度的系数，诸如对模版的相关系数。在图7所示的例子中，首先统计地测试如图4至6所示的是否每个Hb信号类都表现活动性。之后，在彩色条701中显示每个信号类的活动周期内的信号强度的平均值。当oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类互相独立地表示活动性时，可以将各个信号类的平均信号强度显示为不同色彩的亮度和暗度等等。当oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类都表现活动性时，使用不同于各个信号类互相独立地表现活动性时的色彩的色彩亮度和暗度来显示oxy-Hb信号类强度和deoxy-Hb信号类强度的总和，或者该强度的平均值。替代地，在oxy-Hb信号类强度和deoxy-Hb信号类强度彼此非常不同的情况下，或在一些其他情况下，将oxy-Hb信号类强度和deoxy-Hb信号类强度标准化为相同级别，然后计算合并的标准化强度的组合的信号强度是有用的。图8表示一个例子，其中指示的是在模版波形的情况下使用在所有测量点的波形的平均波形、在最活动的测量点的活动波形或者理论上获得的标准的脑活动波形时的相关系数。在这个例中，与图7所示相同的方式使用一些阈值测试各个Hb信号类是否表现活动，然后用不同色彩的亮度和暗度指示其相关系数。当Hb信号类中的多个信号类(诸如oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类)都表现显著的活动时，指示其相关系数的平均值或者类似值。以此方式，根据Hb信号类中的多个信号类的组合的活动是否显著来指示分类，另外可以阶梯地指示活动的强度。在这个例中，可以容易地检测更加局部化的部位。
通过上述任一种方法检测脑活动部位然后显示在每个活动部位的活动细节以便详细地观察脑活动部位是有效。图9表示一个例子，其中表示关于每个oxy-Hb信号类和deoxy-Hb信号类，其脑活动部位，并进一步选择这些部位中最活动部位的测量点和指示在该测量点的Hb信号类的时间波形。以这种方式指示每个实际的Hb信号类的时间变化是有利于确定脑活动不是人工的或者评估其活动图。图10是以每个Hb信号类的峰值或者其活动周期的平均值为纵轴和以达到该活动峰值所需时间为横轴的图，该图用于详细地观察脑活动。其中的每个误差条(Error bar)显示标准偏差，标准误差，可靠区间等。从这个图表指示符中可以懂得，信号类中的哪个信号类的强度是最大的或者Hb信号类中的哪个信号类最快达到信号强度峰值。这个图的图案用于评估伴随脑活动的血液循环的状况是有用的。根据前述的发现，可知有关伴随脑活动的Hb信号类的变化的以下情况：总的Hb信号类的增加首先达到峰值；然后，oxy-Hb信号类的增加达到峰值；最后，deoxy-Hb信号类的减少达到峰值。当使用该图时，可以简单地确定测量的变化是否与已知的典型图案一致。因此，本发明的装置中可以增加显示测量的变化是否与用户已知的典型图案一致的功能。图9和10是一个例子，从所有测量点中只选择一个测量点，然后显示在这点的时间波形。但是，也可以显示在所有测量点的多个测量点的时间波形。例如，设定多个区域诸如前额区和太阳穴区，然后选择在每个区域中活动强度最大的测量部位的方法也是有效的。
以上的例子是支持脑活动的估计的例子；以相同的方式，可以支持脑功能的诊断或者脑部血液循环的诊断。例如，如图2所示，从刺激开始以2.5秒的时间窗口的间隔分析和显示脑活动。在这种情况下，很容易理解每个Hb信号类活动的空间分布和活动达到峰值时的时间窗口(图2)。首先oxy-Hb信号类的增加，该刺激开始2.6到5.0秒之后，活动部位开始出现。在之后的7.6到12.5秒的周期内，表现活动的测量点的数量变为最大。另一方面，deoxy-Hb信号类的减少延后，并且在刺激开始7.6到10.0秒之后，活动部位开始出现。在之后的10.1到15.0秒的周期内，表现活动的测量点的数量变为最大。这种图案是一种典型的活动图案，一定程度上依赖于每个人。例如，在应该首先观察到的oxy-Hb信号类增加的区域窄或者活动强度小的情况下，这种情况意味着伴随脑活动供应的动脉血较少。因此，认为血管的柔性可能较低。可替代地，在首先观察到deoxy-Hb信号类增加并且之后观察到oxy-Hb信号类增加的情况下，以同样的方式动脉血供应倾向于较慢。因此，认为血管的柔性可能较低。在没有观察到deoxy-Hb信号类减少或较小的情况下，可以认为血流速率的增加不显著。因此，认为血管的柔性可能高或者可能缺少血流。可选地，认为平衡动脉血液供应的氧气消耗可能提前。在观察到与这些图案不同的并且与期望的生理变化显著区别的变化图案时，可能不能测量脑活动信号。因此，显示差错信息的功能也是有用的。

Claims (16)

1.一种活体光测量装置，包括：
多个光照射装置，从该装置发射光到受检体的头部；
多个受光装置，用于检测在从该光照射装置照射之后通过该受检体的头部发送的光；
计算器，在包括一对的每个光照射装置与相应的受光装置的测量点计算该受检体的头部中的氧化血红蛋白浓度的变化和脱氧血红蛋白浓度的变化，其中该测量点包括由该受光装置检测的信号；
显示器，用于显示从该计算器获得的计算结果；
其特征在于：
还包括设定部，在该设定部中输入每个所述氧化血红蛋白和所述脱氧血红蛋白的不同活动周期；
该显示器显示从所述设定部输入的相应所述活动周期内的所述氧化血红蛋白和所述脱氧血红蛋白的浓度变化的计算器的计算结果；
该计算器确定在所述每个测量点从所述设定部输入的相应所述活动周期内的所述氧化血红蛋白浓度变化和脱氧血红蛋白浓度的变化是否显著，以及
该显示器显示多个所述测量点的每个测量点的确定结果。
2.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于该显示器根据所述确定结果显示色彩和图案之一，或者变化的色彩的亮度或暗度。
3.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于该显示器显示根据该氧化血红蛋白浓度变化的显著性、该脱氧血红蛋白浓度变化的显著性和该氧化血红蛋白浓度变化及该脱氧血红蛋白浓度变化之一的显著性的至少一种显著性变化的确定结果。
4.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于该计算器根据统计分析确定该氧化血红蛋白浓度变化和该脱氧血红蛋白浓度变化是否每个都是显著的。
5.根据权利要求4所述的活体光测量装置，其特征在于：在该统计分析中，使用参数测试和非参数测试的任一个测试。
6.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于还包括分析参数设定部，用于设定由该计算器做出的确定结果。
7.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于：该计算器根据在每个测量点的脑活动波形与预定的模版波形的相似度确定该氧化血红蛋白浓度变化和该脱氧血红蛋白浓度变化是否每个都是显著的。
8.根据权利要求7所述的活体光测量装置，其特征在于：该模版波形是在所有测量点的脑活动波形的平均波形、在脑活动最活跃的测量点的脑活动波形和标准的脑活动波形中的任一个波形。
9.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于该计算器计算每个氧化血红蛋白和脱氧血红蛋白的脑活动的峰值时间；
该活体光测量装置还包括活动期间设定部，用于设定脑活动的变化周期，该变化周期的中心是峰值时间，并且根据在该变化周期期间的脑活动的变化，该计算器确定在所述变化周期期间该氧化血红蛋白浓度变化和该脱氧血红蛋白浓度的变化是否每个都是显著的。
10.根据权利要求9所述的活体光测量装置，其特征在于：该峰值时间是从所有测量点的脑活动波形的平均波形、在脑活动最活跃的测量点的脑活动波形、标准脑活动波形、在待测部位的脑活动波形的平均波形和由该受检体的过去脑活动信号准备的标准脑活动波形的任一个波形中进行计算的。
11.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于该显示器根据测量时间显示排列的确定结果。
12.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于：该显示器根据该氧化血红蛋白和该脱氧血红蛋白的显著性以阶梯显示测量点的确定结果。
13.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于该显示器显示该氧化血红蛋白浓度变化和该脱氧血红蛋白浓度变化的最显著的测量点的脑活动波形。
14.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于：该计算器在每个测量点统计地确定该氧化血红蛋白浓度变化、该脱氧血红蛋白浓度变化和全部血红蛋白浓度的变化是否显著。
15.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于所述测量点实质上是在该光照射装置和该受光装置对之间的中点。
16.根据权利要求1所述的活体光测量装置，其特征在于该多个光照射装置和多个受光装置以网格形式交替地设置。
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