CN101342079A

CN101342079A - 生体光计测装置

Info

Publication number: CN101342079A
Application number: CNA2008101305228A
Authority: CN
Inventors: 木口雅史; 敦森洋和; 堀田忠宏
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: EP2014223B1; JP2009017999A; CN101342079B; EP2014223A3; US20090015839A1; EP2014223A2; JP5049678B2; US8750951B2

Abstract

本发明提供一种生体光计测装置，与以往相比可以减小光源驱动电流的峰值，与以往相比可以减小受光元件的受光电平的峰值，可以实现装置的省电化，可以提高计测精度。作为码，使用针对每个具有同一位周期的码序列使阿达玛码进行了相同位的位移动后的码，或者使一个PN码进行了位移动后的码。

Description

生体光计测装置

技术领域

本发明涉及一种生体光计测装置，即使用光来计测出生体内部的信息的生体光计测装置。

背景技术

在临床医学以及脑科学等领域中期望简便且对生体无害地测定生体内部的装置。例如如果具体地将头部考虑为测定对象，则可以举出脑梗塞·脑内出血等脑疾病以及思考·语言·运动等高级脑功能的计测等。另外，这样的测定对象不限于头部，还可以举出在胸部针对心肌梗塞等心脏疾病、在腹部针对肾脏·肝脏等的内脏疾病的预防诊断等。在将头部考虑为计测对象而对脑内的疾病或高级脑功能进行计测的情况下，需要明确地确定疾病部或功能区域。因此将头部的宽广区域作为图像来计测是非常重要的。

针对上述的要求，光计测是非常有效的。其理由为，生体内器官的正常以及异常、进而与高级脑功能相关的脑的活化与生体内部的氧代谢以及血液循环有密切的关系。该氧代谢以及血液循环对应于生体中的特定色素(血红蛋白、细胞色素aa3、肌红蛋白等)的浓度，而该色素浓度是根据从可见光到红外区域的波长的光吸收量而求出的。例如在日本特开昭57-115232号公报、日本特开昭63-260532号公报、日本特开昭63-275323号公报、日本特开平5-317295号公报中记载了象这样向生体照射从可见光到红外的波长的光，通过对从生体反射的光进行检测来计测生体内部的装置。

以往，在生体的光计测中使用光强度调制中的时分多路复用调制或频分多路复用。作为基本的结构，构成为通过使用锁定放大的光检测来取出强度数据，并且为了增加测定点，而进行时分多路复用或频分多路复用。

与其相对，在日本特开2004-333344号公报中记载了使用CDMA(码分多路复用)方式的技术。其中使用阿达玛码来进行光的CDMA调制(强度调制)，而在受光侧进行光源及其发光的分离。利用该技术，可以在生体内部的计测中使用CDMA方式。

专利文献1：日本特开昭57-115232号公报

专利文献2：日本特开昭63-260532号公报

专利文献3：日本特开昭63-275323号公报

专利文献4：日本特开平5-317295号公报

专利文献5：日本特开2004-333344号公报

专利文献6：日本特许3365397号公报

发明内容

这里，对以往的使用了CDMA调制的生体光计测装置(以下称为装置)的动作进行说明。图1示出以往的使用了CDMA调制的装置的概要。光照射装置101、102、103具有码生成部111、121、131、光调制部112、122、132、光照射部113、123、133。在码生成部111、121、131中，分别生成循环的码序列C1“1、0、1、0”、C2“1、1、0、0”、C3“1、0、0、1”。在光调制部112、122、132中，生成按照码序列C1、C2、C3进行了强度调制后的信号。强度调制后的信号使光照射部113、123、133的光源元件114、124、134闪烁。光源在原来的码序列C1、C2、C3为“1”的情况下点亮，在“0”的情况下熄灭。光源元件114、124、134所发出的光(发光光)在照射位置115、125、135作为光信号而照射到照射对象上。

所照射的各个光在作为照射对象的生体上透射/散射之后，到达光检测部116的受光元件117。在此，光信号通过光电效应而转换成电信号。该电信号在被分割成3个信号之后，在信号处理部119中，通过3个乘法电路118和与原来的序列同步的序列C’1、C’2、C’3相乘。这里，序列C’1、C’2、C’3是由解调用码生成部151、152、153生成的序列。在相关检波部140中，对各个相乘后的结果进行相关检波，输出由检测结果141、142、143构成的相关检波输出。

这里，被用作CDMA调制用码的是被称为阿达玛码(沃尔什阿达玛码)的信号。作为该代码的特征，可以举出：(1)可以在代码级完全除去作为阿达玛码的其它序列码的优良的相关性；(2)形成码的“1”和“0”的个数相等，信号的占空比为50％。

该生成方法如下所述。

(式1)

H₁＝[1] ...(1)

H_{n + 1} = [\begin{matrix} H_{n} & H_{n} \\ H_{n} & - H_{n} \end{matrix}] . . . (2)

(式2)

H_{2} = [\begin{matrix} 1 & 1 \\ 1 & 0 \end{matrix}] . . . (3)

H_{3} = [\begin{matrix} 1 & 1 & 1 & 1 \\ 1 & 0 & 1 & 0 \\ 1 & 1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 1 \end{matrix}] . . . (4)

这里如果设H₁＝[1]，则-H₁＝[0]。通过将其递归代入，来给出阿达玛矩阵即阿达玛码。其结果作为H₂、H₃，得到用以下的行列式的形式表现的阿达玛矩阵(阿达玛码)。

接下来，对码的调制和分离/解调的过程进行详细说明。图2示出进入受光元件的信号。此时，3个光通过加法作用(效果)201，以混合的形式输入到受光元件。在图2中，由于光源元件的驱动电流的差异、各照射位置115、125、135与受光元件间的光的透射/散射特性不同，所以输入到受光元件(省略图示)的信号的振幅根据照射位置115、125、135而不同。另外，在光的透射特性由于从各个照射位置照射的光的波长的差异而不同的情况下，也同样地表现为振幅的差异。这里，图中的数值从右开始以时间序列进行输入输出。

如图3所示，受光元件的输出(受光信号301)与图2的输入光相加后的结果成比例。即，在时间序列上以“6、3、1、2”的信号循环的形式(6、3、1、2、6、3、1、2、...)输出。这里，各信号的占空比为50％，所以相加结果的平均值为3。这里，如果在实际的电路上进行AC结合的处理，则以结合前的值3作为中心，在时间序列上以“3、0、-2、-1”的受光信号302循环的形式输出。

接下来，首先对来自照射位置115的信号的检测方法进行说明。如图4所示，对于AC结合后的受光信号302即“3、0、-2、-1”，以同步的形式乘以序列C’1“1、-1、1、-1”之后，针对每4位相加而作为检测结果输出，其中，该序列C’1“1、-1、1、-1”是对在原来的信号生成时使用的码序列C1“1、0、1、0”的各值实施了通过乘2减1来定义的转换而取得的。即，计算/处理成3×1+0×(-1)+(-2)×1+(-1)×(-1)＝3+0+(-2)+1＝2，作为检测结果141输出“2”这样的值。这里，同步是指，上述的序列C1的某值“1”或“0”与对应于它们的、基于上述转换的值“1”或“-1”的对应和变化点在时间轴上相同。

同样地，图5、图6示出针对来自照射位置125、135的信号进行基于序列C2、C3的转换序列C’2、C’3的计算/处理的过程。由此，来自照射位置115、125、135的信号的输出分别成为“2、6、4”。该值141、142、143是来自图2中的照射位置115、125、135的信号振幅“1、3、2”的2倍的值。因此，可知正确地进行了检测。

经过上述的过程，可知在装置中使用CDMA方式进行信号的强度调制、光信号的传送、光电转换后的信号的解调，从而计测作为光的传送路径的生体的活动。

这里，在观察装置的信号的情况下，以上述时间序列的形式“6、3、1、2”地循环的信号可以视为所接受的光信号，另一方面可以视为光源元件的驱动电流。在各光源元件的驱动电流中存在差异的情况下，同样地在无差异的情况下标准化后的电流值的变动为“3、1、1、1”。实际上，由于光源元件的偏差、每个光源元件的输出设定和输出特性的差异而产生变动。

在以上述时间序列的形式“6、3、1、2”地循环的信号的情况下，用4位定义的周期中的最大值为“6”，最小值为“1”。另外，在阿达玛码的说明中，在用式(1)、式(2)定义的阿达玛码的情况下，如果为了应对增加的光源数而延长码长，则循环的序列的开头的“6”、标准化时的“3”的值变大。这导致光源元件驱动电流的增大，其结果，装置电源部大型化，从而成为妨碍装置的小型化、利用电池驱动的装置的便携化的一个原因。

接下来，在同样地从受光元件来观察信号的情况下，在上述的过程中受光电平也以时间序列的形式以“6、3、1、2”变化。因此，受光元件或进行CDMA解调的处理部需要对作为最大值的“6”的电平的信号进行不会发生饱和的电平的受光、光电转换、信号处理。这一点与上述的驱动电流的情况同样，随着光源数即计测点、照射位置的增加而增加。其原因在于，受光元件易于饱和，导致搭载于处理部上的放大器的放大率降低，其结果，计测的动态范围窄带化。即，成为装置的计测精度降低的原因。

本发明在使用了CDMA码的生体光计测装置中，通过变更2个以上的码在时间轴上的位置来使光源元件的驱动电流以及受光信号的峰值减小。

具体而言，作为码，使用针对每个具有同一位周期的码序列使阿达玛码进行了相同位的位移动后的码、或者使一个PN码进行了位移动后的码。

根据本发明，在使用了CDMA码的生体光计测装置中，通过光源元件驱动电流的平滑化，与以往相比可以减小峰值，并且与以往相比可以减小受光元件的受光电平的峰值。由此，可以实现生体光计测装置的省电化，并且可以提高计测精度。

附图说明

图1是以往发明的CDMA方式的概略图。

图2是示出光源元件的驱动电流以及受光信号的混合的概略图。

图3是示出使用以往的阿达玛码的受光信号的一个例子的图。

图4是示出来自照射位置115的信号的解调/检测过程的概略图。

图5是示出来自照射位置125的信号的解调/检测过程的概略图。

图6是示出来自照射位置135的信号的解调/检测过程的概略图。

图7是使用改良阿达玛码的CDMA方式的概略图。

图8是使用改良阿达玛码的光源元件的驱动电流以及受光信号的混合的说明图。

图9是示出使用改良阿达玛码的受光信号的一个例子的图。

图10是示出来自照射位置115的改良阿达玛码信号的解调/检测过程的概略图。

图11是示出来自照射位置125的改良阿达玛码信号的解调/检测过程的概略图。

图12是示出来自照射位置135的改良阿达玛码信号的解调/检测过程的概略图。

图13是示出不使用载波的CDMA方式的结构的一个例子的图。

图14是示出使用载波的CDMA方式的结构的一个例子的图。

图15是示出载波与码片速率的关系的一个例子的图。

图16是基于3个光源元件的光的传送的概念图。

图17是基于3个波长3个光源元件的光的传送的概念图。

图18是基于3个波长3个光源元件的光的传送和分离的概念的图。

图19是示出3个波长LD的结构的一个例子的图。

图20是示出生体光计测装置的一个例子的图。

(标号说明)

101光照射装置

102光照射装置

103光照射装置

111码生成部

112光调制部

113 光照射部

114 光源元件

115 照射位置

116 光检测部

117 受光元件

118 乘法电路

119 信号处理部

121 码生成部

122 光调制部

123 光照射部

124 光源元件

125 照射位置

131 码生成部

132 光调制部

133 光照射部

134 光源元件

135 照射位置

140 相关检波部

151 解调用码生成部

152 解调用码生成部

153 解调用码生成部

711 码生成部

721 码生成部

731 码生成部

751 新阿达玛序列解调用码生成部

752 新阿达玛序列解调用码生成部

753 新阿达玛序列解调用码生成部

1600 被验体

1601 发光光

1602 发光光

1603 发光光

1700 发光

2001 生体光计测装置

2002 主体部

2003 探测器部

2004 被验者头部

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。

(实施例1)

首先，将任意的阿达玛码序列C(k)的任意第n位表示为bn或b(n)。进而，在相对于自然数n1、n2上述C(k)周期地成为相同码的情况下，将该周期中的最小的周期设为C(k)的位周期a。即，位周期a是指，下式(5)相对于任意的n1、n2成立的自然数的最小值。

b(n1×a+n2)＝b(n2) ...(5)

这里，在表1中重新示出在上述的CDMA方式的说明中使用的序列C1、C2、C3。

(表1)

时刻	0～t1	t1～t2	t2～t3	t3～t4
时刻	0～t1	t1～t2	t2～t3	t3～t4	序列/位	b(1)	b(2)	b(3)	b(4)
C1	1	0	1	0	序列/位	b(1)	b(2)	b(3)	b(4)
C1	1	0	1	0	C2	1	1	0	0
C3	1	0	0	1	C2	1	1	0	0
C3	1	0	0	1	合计	3	1	1	1

表1的序列C1是位周期2，序列C2和序列C3是位周期4。在阿达玛码中，通过计算的过程，同一位周期的序列是位周期a的情况下，存在a/2种序列。这里，将作为同一位周期的序列设为位周期组，称为位周期a组。例如，序列C2和序列C3是位周期4，被表示成位周期4组。反过来，位周期4组是指序列C2和序列C3。

在表1中示出图1所示的每个码序列的位bn。位bn是由“1”或“0”构成的2值数据，在图1所示的结构中，在“1”的情况下，光源元件点亮，在“0”的情况下熄灭。合计表示各位bn对应的时刻的点亮的光源元件的个数。

这里，根据C1、C2、C3，针对每个上述位组生成了移位后的序列C”1、C”2、C”3。在表2中示出这些序列。

(表2)

时刻	0～t1	t1～t2	t2～t3	t3～t4
时刻	0～t1	t1～t2	t2～t3	t3～t4	序列/位	b″(1)	b″(2)	b″(3)	b″(4)
C″1	0	1	0	1	序列/位	b″(1)	b″(2)	b″(3)	b″(4)
C″1	0	1	0	1	C″2	0	0	1	1
C″3	0	1	1	0	C″2	0	0	1	1
C″3	0	1	1	0	合计	0	2	2	2

表2也同样，只不过移动了位。与表1的序列进行比较，b”(1)～b”(4)用“0、1、0、1”表示的C”1是使C1向前方(或者后方)移动了1位。同样地，用“0、0、1、1”表示的C”2是使“1、1、0、0”C2移动了2位。进而，同样地，用“0、1、1、0”表示的C”3是使“1、0、0、1”C3移动了2位。这里，k位移动是指，在使用上述的b(n)表示为

b”(n)＝b(n+k) ...(6)

的情况下，在序列C”1中k＝1，在序列C”2和序列C”3中k＝2。

在阿达玛码中，同一位周期组的码利用针对该同一位周期的相位偏移量而进行了分离。即，用于分离的信息以该相位信息的形式包含在各码(各序列)中。例如，C2和C3都是位周期4组，利用C2和C3的相位信息来进行它们在检测时的分离。

即，在向各序列设定上述的位移动量，并设定新的码序列的组合时，需要针对每个位周期组设定相同的位移动量k位。相反，在同一位周期组内设定了不同的位移动量的情况下，由于无法进行码的分离，所以无法实施。例如在针对C2＝“1、1、0、0”和C3＝“1、0、0、1”，将C2的位移动量k设为1并将C3的位移动量设为0时，C2和C3都成为“1、0、0、1”，而成为相同的序列。因此，在受光元件以后的信号处理的过程中无法进行这2个序列的分离。

这里，看一下序列C1、C2、C3和序列C”1、C”2、C”3的每个位、即每个时刻的相加合计值。根据表1和表2，原来的序列的合计是“3、1、1、1”，在进行推移后，通过位的位移动而生成的新序列推移为“0、2、2、2”。从装置电源部的观点看，

(1)除了b(1)的“0”以外全是“2”，从装置电源部观察的LD驱动电路侧的阻抗变动小。

(2)最大消耗电流(峰值驱动电流)从“3”减小到“2”。

另外，从受光元件的观点来看，

(3)最大的受光信号的电平从“3”相对地降低到“2”。

作为该(1)、(2)、(3)的效果，可以举出如下的优点：根据(1)，由于阻抗(负载)变动被抑制，所以不易发生电路内部的周期性噪声。根据(2)，装置电源部可以向光源元件供给相当于“2”的电流即可，由此可以降低装置电源部所需的电源容量。根据(3)，由于在相当于“2”的范围内受光，在光电转换后进行用于检测的信号处理即可，所以受光元件、信号处理部的输入的动态范围可以取得较宽。

接下来，对实际上使用了序列C”1、C”2、C”3的CDMA调制和解调的过程和此时的效果进行验证。这里将C”1、C”2、C”3一并称为新阿达玛序列。

图7示出使用了新阿达玛序列的装置的概要。其相当于在使用了以往的阿达玛序列的装置的说明中使用的图1。与图1所示的装置的不同点在于，由码生成部711、721、731生成的码序列是新阿达玛序列C”1、C”2、C”3；由解调用码生成部751、752、753生成的解调用码是新阿达玛序列解调用的码。各个相关检波部140输出使用新阿达玛序列C”1、C”2、C”3的检测结果741、742、743。

而图8示出照射位置115、125、135处的输出以及受光元件中的受光电平。这里，各电平是与图2示出的“1、3、2”相同的值。图8示出从光源元件发出的信号，图9示出受光元件接受的信号。这里，图8的各照射位置的码从图中的右侧依次输出，例如在照射位置115的情况下依次输出“0、1、0、1”。

此时，应用了该新阿达玛序列时的受光信号901的总和以时间序列依次以“0、3、5、4”循环。另外，应用了新阿达玛序列时的AC结合后的受光信号902以“-3、0、2、1”循环。这里，如果与图3所示的信号进行比较，则相对于在图3中以“6、3、1、2”循环，在使用了新阿达玛码的情况下，以“0、3、5、4”循环，所以判明

(1)最大值从“6”减小到“5”；

(2)4个信号的平均是“3”，不变化。

由此可以说，在实际的装置中，可以与消耗电流的个体差异或光的透射率无关地实现之前用码(仅“1”、“0”)说明的效果。另外，根据(2)，可知总光亮不变化，相对于白噪声性的噪声(暗电流噪声等)，SN比不会由于码的变更而劣化。

接下来，与说明了以往的阿达玛序列的解调过程的情况同样地，分别根据序列C”1、C”2、C”3的码生成乘2减1后的码，根据所对应的照射位置进行相乘之后，进行4位长的积算。其与之前的说明中的C1～C3和C’1～C’3的转换处理相同。图10、图11、图12分别示出照射位置115、照射位置125、照射位置135处的解调的过程。其结果，检测输出依次成为“2、6、4”，可知利用与图4、图5、图6所示的使用了以往的阿达玛序列的情况相同的值来进行解调/检测。

以上，说明了在光绘图(topography)装置中为了信号分离而可以使用新阿达玛序列，并且对消耗电流和受光电平的峰值的抑制有效。这里，阿达玛码的码长没有限制，可以通过对式(1)、式(2)进行递归代入来生成更长的阿达玛码，而据此针对每个上述的位长组设定位移动量。在以上的说明中，位长最大可以采用4，但可以根据光源数即测定点的数量来延长位长，利用该组合，通过对消耗电流和受光电平的峰值抑制，具有进一步的效果。

特别是，与以往的阿达玛码比较，将针对码长n周期的位周期n组的位移动量设为n/2时，第一个码优选全部为0。例如，上述的序列C”1是将位周期2组的序列C1移动了1位，序列C”2、C”3是将位周期4组的序列C2、C3移动了2位。同样地，通过上述的递归代入，从更长的阿达玛码，针对这些位周期n组整体，将位移动量设为n/2，优选将这样得到的序列作为新阿达玛码。它们的特征在于，在使用了所定义的所有码的情况下，

(1)第1位的数值的总和为0；

(2)从第2位开始到最终位，各位的数值的总和为恒定的值。

例如，C”1、C”2、C”3的总和的序列如上所述成为“0、2、2、2”，其中(1)第1位为0，(2)第2～4位的数值的总和为恒定的2。该排列方法对目的负载的均匀化最有效。

另外，与码的表现对应的光源元件的点亮/熄灭的动作不限于相对于表1所示的形式成为正逻辑(1时点亮，0时熄灭)。也可以相对于表1所示的形式成为负逻辑(1时熄灭，0时点亮)。这里，如果将表1所示的形式设为正逻辑(1时点亮，0时熄灭)并将其以负逻辑(1时熄灭，0时点亮)重读，则成为C1＝“0、1、0、1”，变为与上述的C”1相同。另外，通过同样的重读而成为C2＝C”2，C3＝C”3。由此，可知上述的C”1、C”2、C”3分别使原来的C1、C2、C3的“1”、“0”反转。由此，可知即使是原来的阿达玛码的负逻辑表现，也可以取得上述的光源元件的消耗电流的平滑化效果、测定精度提高的效果。

另外，即使是负逻辑的表现，也可以利用光源的个数、配置来针对每个上述的位周期组设定位移动量，实现与装置对应的最佳的配置。

(实施例2)

在实施例1中，将码设为阿达玛码，但对于阿达玛码以外的作为公知的PN码序列的M序列、Gold(金)序列，也可以利用上述的位移动来生成码。例如，在M序列中，作为可以使一种序列进行位移动来实现分离(解调/检测)的码来进行处理。这里，PN码也被称为伪噪声码，是指表现出信号的频谱扩散而接近于白噪声的举动的所有循环码。其中包含M序列。作为其特征，可以举出优良的自相关性。利用该特征，即使是相同的码，也可以分离定时偏移的码。

在表3所示的M序列(15位长)的情况下，上述的位周期是15。这里，各序列M(k)的各位Mb(k，n)表示成

Mb(k，n)＝Mb(k-1，n-1) ...(7)

其中，在k＝1的情况下向右边代入k＝16，在n＝1的情况下也代入n＝16。表3中的码C1～C15分别表示0或1。

(表3)

此时，如记载于合计栏中那样，在某时刻点亮的光源数是8个。这是M序列的固有的性质，其原因是在位周期(位长)a的M序列中“1”(点亮)存在(a+1)/2个。

由此，与使用了上述的阿达玛码的情况同样地，在15个光源的情况下，与使用了多个不同的M序列的情况相比，可以进一步抑制光源元件的消耗电流的变动。在各光源元件的消耗电流恒定的情况下，由于15个光源元件的闪烁(点亮和熄灭)而引起的消耗电流的变动幅度理想地成为0。该动作在置换成Gold序列的情况下也同样地表现出。另外，在M序列的情况下，相对于仅存在几种15位长的M序列，通过加上在上述的式(7)中定义的码的位移动的处理，可以使用信号处理部对来自15个光源元件的受光信号进行解调/检测、计测。进而，同一位长的不同M序列的互相关与自相关相比，相关特性不佳，所以可以利用上述的方法来实现比使用了同一位长的不同的多个M序列的CDMA方式更为优良的生体计测。

这利用了即使是相同码也可以分离去掉在时间上移动的码、即自相关特性高的M序列、Gold序列的特征。另外，这些序列的位长不限于15，例如可以设为31位长、63位长、127位长、255位长等，可以根据装置的光源数来变更。如果是光源数以上的位长的M序列、Gold序列，则可以实现排除了从其它光源元件发出的光的干扰的生体计测。

其原因在于，在生体光计测装置中，可以对装置内的所有光源以及检测系统的动作进行统一控制，与移动体通信相比，在移动体通信中成为问题的、序列间的同步建立和处理时的同步补充/保持变得更容易。

这里，不限于图1所示的信号处理部以及码生成部的结构。由于近期的电路技术的进步，优选使用数字信号处理系统。数字信号处理系统除了FPGA、PLD这样的可编程逻辑器件以外，还可以根据处理量、装置内部的预/后处理中的计算量、计测结果的输出方法，利用使用了被称为DSP、CPU或MPU的处理器的部件来构成。当然还可以除去或包含AD、DA转换部并利用通用的个人计算机(PC)或数据记录器等电子设备来构成，而进行计测和基于计测结果的信号处理的检测。另外，当然还可以组合上述的结构，使用设备进行乘法等运算，利用PC来进行包括检测结果的二维显示或统计学处理的所有后处理。

另外，装置的使用形式也没有限制，还可以利用光源元件整体的消耗电流的平滑化(电流峰值的减小)效果，使包括电池等的装置电源部小型化，从而实现不仅可固定而且还具有可移动性的便携型的装置。在该情况下，可以实施长时间的生体活动的计测，而不会拘束被验体的各种活动例如各种运动或拘束被验体，可以使计测时的被验体的状态或活动扩宽。

另外，利用码(扩散码)扩散的信号(载波)也可以并非是图13所示的恒定值的直流信号。例如，也可以是图14所示的矩形波信号。此时，优选为载波频率fca是作为扩散码的扩散速度的码片速率(fc)的整数倍、特别是2的乘方倍，并且扩散码与载波同步。其原因在于，各序列的每一周期的占空比为50％，并且可以实现基于载波频率fca的装置内部处理的简化。图15示出该例子。在图15的例子的情况下，在序列的一个码b(n)中，存在4个周期的载波的矩形波，且fca＝2²×fc成立。

这里，如果上述的关系成立，则fc、fca的频率和频率比没有限制。根据装置的处理能力、计测结果的输出间隔标准来决定。

进而，图14所示的乘法电路118中的、将载波fca和码序列C’1相乘的部分、将载波fca和解调用码相乘的部分无需如图7的光调制部112、122、113以及信号处理部119那样实际进行相乘。可以是利用各种存储器电路、逻辑电路使预先进行了相乘的结果的码再现/发生的方法。可以根据与其它部分的适合情况来自由地构成。例如，在使用了存储器电路的情况下，可以记录码序列和载波的相乘结果来作为存储器的记录内容，而在生体计测时利用控制时钟信号逐次读出记录内容而作为相乘结果输出，从电路简化以及处理量的降低的观点来看是优选的。

在以上的说明中，为了进行被称为照射位置的、向被验体照射发光光的位置的空间位置相互信号分离(空间分离)而使用了CDMA方式。CDMA方式的适用不限于此，也可以同样地应用于发光光的波长相互分离(波长分离)。例如，优选如图16所示，从同一照射位置照射不同波长的发光光1601、1602、1603，并对生体的同一测定对象点进行测定。其原因在于，可以使用不同的波长光来对作为计测对象的被验体的同一点进行计测。进而，优选通过设置多个上述多波长光的照射点，组合并同时实施上述的空间分离和波长分离，对被验体在较宽的范围内实施精密的计测。

例如，图17示出从沿着Z轴方向在同一平面(XY平面)上设定的3个照射位置115、125、135对1个光检测部116分别传送3个波长的光，来进行测定的情况。如果使进行该情况的各光的强度调制的码(CDMA码)不同，则可以同时进行空间分离和波长分离。在该情况下，基于码的分离的概念变为如图18所示，可以在不同的照射位置(x1≠x2≠x3、y1≠y2≠y3)利用不同的3个波长(λ1、λ2、λ3)来进行9种信号分离。在图18中，纵轴方向示出照射位置的分离、即空间分离，横轴方向示出进行了3个波长(λ1、λ2、λ3)的波长分离。这里，需要使各光信号的码不同。另外，为便于说明，将Z轴方向的值设为相同，而在XY平面中进行了说明，但也可以将Z轴方向的值不同的人体等立体形状设为计测对象。

另外，当进行码分离时，在来自离开的光源的发光光由于距离或计测对象的透射率而没有入射到同一受光元件的情况下，可以在不同的光源(照射位置)使用同一码。但是，在该情况下，需要确认同一码的发光光实际上不入射到同一受光元件，且不发生码干扰/误计测。

另外，在将照射位置设为相同的情况下，可以使用将3个光源元件安装在同一封装中而具有3个发光光输出的光源。图19例示出具有3个发光光输出的光源1700。该光源可以从光源元件LD 1、LD 2、LD 3分别输出不同波长λ1、λ2、λ3的发光光，并从大致同一点照射光。另外，作为从同一点或尽可能从附近照射3个光源元件的光的方法，也可以利用WDM等光学元件来混合各光源元件的发光光后向同一点进行照射。

另外，λ1、λ2、λ3不受装置结构上的限制，而可以根据测定对象或光源元件能否制作来选择/设定。在图19的具有3个发光输出的光源1700中，在作为生体活动信息而对血液流体实施计测时，为了进行血液所含有的氧化、脱氧化血红蛋白量的计测，例如将λ1、λ2、λ3分别设为850nm、750nm、680nm，但在例如将测定对象设为水(体液)的情况下，也可以变更成适合于此的波长。

发光方式/元件除了LD(激光二极管)以外，还可以使用VCSEL元件、LED元件、RCLED元件等各种光源元件。进而对照射点的照射方法也没有限制，例如可以实施使光源元件的光输出部直接接触到照射位置的方法、以及使用光纤向照射位置传送/照射从照射位置隔离的光源元件的发光光的方法。

图19例示的光源元件LD 1、LD 2、LD 3共用各自的正极，但光源元件的结构不限于此。还可以根据光源元件的驱动电路而共用负极，或者内置用于对光源元件的光输出进行测定的mPD(监视光电二极管)，还可以与使用了受光元件的生体活动的计测同时地进行光源元件的光输出的监视或用于控制的监视。在该情况下，mPD的连接也没有限制，例如可以使图19的光源元件LD 1、LD 2、LD 3的正极和mPD的负极共用，或者使mPD的正极以及负极与光源元件LD 1、LD 2、LD 3的正极以及负极独立。进而，mPD的内置个数也没有限制，可以使用1个mPD来对光源元件LD 1、LD 2、LD 3的发光光进行监视，也可以使用3个mPD来分别个别地对发光光进行监视。这里，在使用1个mPD来对3个发光光进行监视的情况下，需要通过与上述的受光元件以后同样的信号处理来进行信号电平(发光电平)的解调/检测。

作为光输出的计测或用于控制的监视的具体方法，可以使用在计测时以时间序列独立地进行基于受光元件的计测和监视、即时地或在测定完成后对各个测定结果进行除法运算来作为后处理的方法，或者将基于mPD的信号电平的计测结果视为光源元件的发光电平、对光源元件的驱动电流的振幅进行控制以使该基于mPD的信号电平的计测结果恒定的APC(自动功率控制)。在基于2种计测结果的除法运算的处理的情况下，可以利用上述的除法运算来计算出光源元件和受光元件间的到达率(透射衰减率)的时间序列上的变化，在基于APC的控制中，可以将基于受光元件的解调/检测后的受光电平的时间序列上的变化作为透射衰减率的时间序列上的变化来计测。

另外，受光元件的方式、材料都没有限制。例如不仅仅是SiPD(硅光电二极管)，还可以根据目的、受光信号强度、发光波长等适当选择使用APD(雪崩光电二极管)、PMT(光电子倍增管)等各种受光元件。进而，材料也可以选择/使用各种半导体或由包括它们的各种化合物构成的已知的受光元件。

图20示出组合了以上的方法的(生体光计测)装置2001的实施例。该装置由包括PC的主体部2002和探测器部2003构成。主体部2002进行整个计测的设定/控制、记录/保存、显示等。探测器部2003固定于被验者头部2004，进行向被验者头部2004的光照射以及检测。本发明的基于CDMA码的光强度的调制以及受光信号的解调由主体部2002进行。但是，也可以通过电路结构等而使用探测器部2003来实施。

该装置2001具有如下功能：通过对脑内的氧化血红蛋白(OxHb)、脱氧化血红蛋白(DeOxHb)的血液循环/血流动态进行计测，来计测出被验者的脑活动的变化并进行显示、记录。在主体部2002中，可以针对每个照射位置设定照射信号的光强度、调制用码，另外，进行光信号的照射计测的开始/结束的控制。进而还具有如下的功能：根据所计测出的数据，在时间轴方向上显示出受光量的变化、据此计算出的OxHb、DeOxHb的血液循环/血流动态的时间变动、与其相伴的每个脑内部位的OxHb、DeOxHb的血液循环/血流动态的变动，并记录到附属的辅助记录装置(HDD、CD-ROM、MO等)中。另外，具有进行计测数据的统计处理的功能，并具有向辅助记录装置记录结果的功能。根据本发明，使主体部2002的电源成为小容量，从而实现了装置小型化，并且实现了测定精度的提高。

产业上的可利用性

本发明提供一种电源负载变动比以往的使用了CDMA方式的生体光计测装置小的装置。由此，可以在有助于装置的小型化的同时提高测定精度。伴随小型化，对被验体的拘束性也降低，不仅是医疗·福利、研究机构那样的专门机构，还可以有效地利用于体育、娱乐、教育等广泛的领域。

Claims

1.一种生体光计测装置，其特征在于，具有：

多个光照射部，分别具备码生成部、产生利用上述码生成部生成的码进行了强度调制后的信号的调制部、以及利用来自上述光调制部的强度调制信号来闪烁的光源；

光检测部，对从上述多个光照射部具备的光源照射并通过了生体的内部的光进行检测并作为电信号输出；以及

信号处理部，进行上述光检测部的输出信号与上述各码的相关运算，

上述码是针对每个具有同一位周期的码序列使阿达玛码进行了相同位的位移动后的码，不同的码生成部生成不同的码。

2.根据权利要求1所述的生体光计测装置，其特征在于，阿达玛码与上述强调调制信号的相关是负逻辑。

3.根据权利要求1所述的生体光计测装置，其特征在于，各光照射部具备分别产生不同波长的光的多个光源。

4.一种生体光计测装置，其特征在于，具有：

上述码是使一个PN码进行了位移动后的码，不同的码生成部生成不同的码。

5.根据权利要求4所述的生体光计测装置，其特征在于，使用M序列作为上述PN码。

6.根据权利要求4所述的生体光计测装置，其特征在于，使用Gold序列作为上述PN码。

7.根据权利要求4所述的生体光计测装置，其特征在于，各光照射部具备分别产生不同波长的光的多个光源。