CN103108595B - 送光用探针、受光用探针、送受光用探针以及利用该探针的光测量装置 - Google Patents

送光用探针、受光用探针、送受光用探针以及利用该探针的光测量装置 Download PDF

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Abstract

一种送光用探针(12)，具备：壳体(12a)，其用于固定于安装到被检体的支架(50)的安装部(51)；发光部(2)，其配置于壳体(12a)的前端部，用于射出光；以及传送路径(30)，其一端部与发光部(2)相连接，并且另一端部与控制部(21)相连接，该送光用探针(12)被固定于支架(50)来对被检体照射光，该送光用探针(12)的特征在于，壳体(12a)的前端部具有多个棒状的突出部(12b)，发光部(2)是多个发光元件(2)，发光元件(2)分别配置于各突出部(12b)的前端部，传送路径(30)是多个传送路径(30a)，传送路径(30a)分别配置于各突出部(12b)的内部。

Description

送光用探针、受光用探针、送受光用探针以及利用该探针的光测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于利用光非侵入地测量脑活动的送光用探针、受光用探针、送受光用探针以及利用该探针的光测量装置。
背景技术
近年来，为了观察脑的活动情况，开发了一种利用光以非侵入方式简便地进行测量的脑功能光学成像装置(光测量装置)。在这种脑功能光学成像装置中具备送光用探针和受光用探针。由此在脑功能光学成像装置中，通过配置在被检者的头部表面上的送光用探针向脑照射3种不同的波长λ1、λ2、λ3(例如780nm、805nm、830nm)的近红外光，并且通过配置在头部表面上的受光用探针分别检测从脑部发出的各波长的近红外光的强度(受光量信息)A(λ1)、A(λ2)、A(λ3)。
而且，为了根据以这种方式获得的受光量信息A(λ1)、A(λ2)、A(λ3)来求出脑部血流中的氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyHb]和脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]，例如利用ModifiedBeerLambert(修正的比尔-朗伯定律)生成关系式(1)、(2)、(3)所示的联立方程式，对该联立方程式进行求解(例如参照非专利文献1)。并且，根据氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyHb]和脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]计算出总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])。
A(λ1)=Eo(λ1)×[oxyHb]+Ed(λ1)×[deoxyHb]…(1)
A(λ2)=Eo(λ2)×[oxyHb]+Ed(λ2)×[deoxyHb]…(2)
A(λ3)=Eo(λ3)×[oxyHb]+Ed(λ3)×[deoxyHb]…(3)
此外，Eo(λm)是波长λm的光中的氧合血红蛋白的吸光度系数，Ed(λm)是波长λm的光中的脱氧血红蛋白的吸光度系数。
在此，对送光用探针和受光用探针之间的距离(通道)与测量部位的关系进行说明。图5的(a)是表示一对送光用探针和受光用探针与测量部位的关系的截面图，图5的(b)是图5的(a)的俯视图。
将送光用探针112压紧于被检者的头部表面的送光点T，并且将受光用探针113压紧于被检者的头部表面的受光点R。然后，从送光用探针112照射光，并且使从头部表面发出的光入射到受光用探针113。此时，关于光，从头部表面的送光点T照射的光中的通过香蕉形状(测量区域)的光到达头部表面的受光点R。由此，还能够在测量区域中特别获得与被检者的测量部位S有关的受光量信息A(λ1)、A(λ2)、A(λ3)，该被检者的测量部位S是离中点M深度为L/2的部位，该中点M为沿着被检者的头部表面以最短距离将送光点T与受光点R相连接而得到的线L的中点，该L/2为沿着被检者的头部表面以最短距离将送光点T与受光点R相连接而得到的线的距离的一半。
另外，在脑功能光学成像装置中，为了分别测量与脑的多处测量部位有关的氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]以及总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])，例如使用了近红外光谱仪(以下简称为NIRS)等(例如，参照专利文献1)。
图6是表示以往的脑功能光学成像装置的概要结构的一例的框图。
脑功能光学成像装置(近红外光谱仪)101具有长方体形状的壳体6。在壳体6的内部具备射出光的光源(发光部)102、驱动光源102的光源驱动机构4、检测受光量信息An(λm)的光检测器(受光部)103、A/D(A/D转换器)5、送受光用控制部21、分析用控制部22以及存储器23，并且在壳体6的外部具备安装于被检者的头部的支架50、固定于支架50的N个送光用探针112、固定于支架50的M个受光用探针113、具有监视器画面26a等的显示装置26以及键盘(输入装置)27。
光源驱动机构4根据从送受光用控制部21输入的驱动信号来驱动光源102。光源102例如是能够射出3种不同的波长λ1、λ2、λ3的近红外光的半导体激光器LD1、LD2、LD3等。
光检测器103是通过分别检测近红外光而将受光信号(受光量信息)A(λ1)、A(λ2)、A(λ3)经由A/D5输出到送受光用控制部21的检测器，例如使用光电倍增管等。
在这种近红外光谱仪101中，为了使N个送光用探针112和M个受光用探针113以规定的排列紧贴于被检者的头部表面，使用支架50。作为支架50，例如使用与头部表面的形状相匹配地模制成为碗状的支架。图7是表示支架的一例的立体图。在支架50上以在行方向和列方向上隔开30mm的方式形成(N+M)个贯通孔(安装部)51。贯通孔51是圆柱形状，其直径为10mm左右，深度为5mm左右。
而且，图8是表示送光用探针(受光用探针)的一例的图。图8的(a)是送光用探针的立体图，图8的(b)是送光用探针的截面图，图8的(c)是送光用探针的主视图。
送光用探针112具有外径为10mm左右的圆筒形状的壳体112a，壳体112a的外周面能够固定于贯通孔51的内周面。直径2mm的管状的送光用光纤130a的一端部插入到壳体112a的内部。由此，送光用光纤130a的另一端部与发光部102相连接，由此从送光用光纤130a的另一端部入射的近红外光能够通过送光用光纤130a的内部从送光用光纤130a的一端部(送光用探针112的前端)射出。
受光用探针113也具有与送光用探针112相同的结构，具有外径为10mm左右的圆筒形状的壳体113a，壳体113a的外周面能够固定于贯通孔51的内周面。直径2mm的管状的受光用光纤140a的一端部插入到壳体113a的内周面。由此，受光用光纤140a的另一端部与光检测器103相连接，由此从受光用光纤140a的一端部(受光用探针113的前端)入射的近红外光能够通过受光用光纤140a的内部从受光用光纤140a的另一端部射出。
这种N个送光用探针112和M个受光用探针113在行方向和列方向上交替地插入到支架50的贯通孔51。图9是表示N个送光用探针与M个受光用探针的位置关系的一例的图。此外，用白圆点表示送光用探针112，用黑圆点表示受光用探针113。
此时，为了识别哪个送光用探针112T1～112Tn或受光用探针113R1～113Rm插入到了支架50的哪个贯通孔51，对各贯通孔51分别分配不同的编号(T1、T2、…、Tn、R1、R2、…、Rm)，并且对各送光用探针112T1～112Tn也分别分配不同的编号(T1、T2、…、Tn)、对各受光用探针113R1～113Rm也分别分配不同的编号(R1、R2、…、Rm)。由此，各送光用探针112T1～112Tn和各受光用探针113R1～113Rm被分别插入到对应的编号的各贯通孔51中。
而且，在N个送光用探针112T1～112Tn与M个受光用探针113R1～113Rm的位置关系中，需要调整从送光用探针112照射光的时刻和利用受光用探针113接收光的时刻，使得不利用一个受光用探针113同时接收从多个送光用探针112照射出的光，而仅接收从一个送光用探针112照射出的光。因此，在存储器23中存储有控制表，该控制表表示利用光源102射出光的时刻和利用光检测器103检测光的时刻。
在存储器23中存储有这种控制表的送受光用控制部21在规定的时间将用于对一个送光用探针112发送光的驱动信号输出到光源102，并且利用光检测器103对由受光用探针113接收到的受光信号(受光量信息)进行检测。其结果是，对与X处测量部位有关的受光量信息Ax(λ1)、Ax(λ2)、Ax(λ3)(x=1、2、…、X)进行收集。
分析用控制部22基于与X处测量部位有关的受光量信息Ax(λ1)、Ax(λ2)、Ax(λ3)(x=1、2、…、X)，使用关系式(1)、(2)、(3)，根据各波长(氧合血红蛋白的吸收波长和脱氧血红蛋白的吸收波长)的通过光强度，来求出氧合血红蛋白的浓度与光路长度的积[oxyHb]、脱氧血红蛋白的浓度与光路长度的积[deoxyHb]以及总血红蛋白的浓度与光路长度的积([oxyHb]+[deoxyHb])。
专利文献1：日本特开2006-109964号公报
非专利文献1:Factorsaffectingtheaccuracyofnear-infraredspectroscopyconcentrationcalculationsforfocalchangesinoxygenationparameters,NeuroImage18,865-879,2003
发明内容
发明要解决的问题
然而，在将支架50安装到被检者的头部之后，将送光用探针112T1～112Tn、受光用探针113R1～113Rm固定于支架50的贯通孔51，但是由于人体的头部表面存在头发，因此必须避开头发地使送光用探针112T1～112Tn、受光用探针113R1～113Rm的前端与头部表面接触，因此产生以下操作：一边拨开头发一边安装送光用探针112T1～112Tn、受光用探针113R1～113Rm。
由此，在将送光用探针112T1～112Tn、受光用探针113R1～113Rm固定于支架50的贯通孔51的情况下要拨开头发，这对于医生等来说相当耗费工夫，对被检者来说由于长时间受到束缚而倍感压力。
并且，被检者还有时每天进行康复等运动，而且在康复的地点是被检者的家等的情况下，家属等对被检者将送光用探针112T1～112Tn、受光用探针113R1～113Rm固定到支架50的贯通孔51相当耗费工夫和时间。
用于解决问题的方案
因此，发明者对能够在短时间内配置于被检者的头部的探针进行了研究。在如上所述的探针的情况下，需要在使前端接触头部表面时拨开头发。由此，发现到当将探针固定到支架时探针自身拨开头发的方法。也就是说使探针的前端部为梳子形状。
本发明的送光用探针具备：壳体，其用于固定于支架的安装部，该支架安装于被检体；发光部，其配置于上述壳体的前端部，用于射出光；以及传送路径，其一端部与发光部相连接，并且另一端部与控制部相连接，该送光用探针固定于上述支架来对该被检体照射光，上述壳体的前端部具有多个棒状的突出部，上述发光部是多个发光元件，该发光元件分别配置于各突出部的前端部，上述传送路径是多个传送路径，该传送路径分别配置于各突出部的内部。
本发明的探针具有多个棒状的突出部。也就是说，探针的前端是梳子形状。由此，能够在将探针插进支架的安装部的同时拨开头发。
发明的效果
如上所述，根据本发明的送光用探针，能够在短时间内将送光用探针配置于被检者的头部。
(用于解决其它问题的方案和效果)
另外，本发明的受光用探针具备：壳体，其用于固定于支架的安装部，该支架安装于被检体；受光部，其配置于上述壳体的前端部，用于检测光；以及传送路径，其一端部与受光部相连接，并且另一端部与控制部相连接，该受光用探针固定于上述支架来接收从该被检体发出的光，上述壳体的前端部具有多个棒状的突出部，上述受光部是多个受光元件，该受光元件分别配置于各突出部的前端部，上述传送路径是多个传送路径，该传送路径分别配置于各突出部的内部。
如上所述，根据本发明的受光用探针，能够在短时间内将受光用探针配置于被检者的头部。
另外，本发明的送受光用探针具备：壳体，其用于固定于支架的安装部，该支架安装于被检体；发光部，其配置于上述壳体的前端部，用于射出光；传送路径，其一端部与发光部相连接，并且另一端部与控制部相连接；受光部，其配置于上述壳体的前端部，用于检测光；以及传送路径，其一端部与受光部相连接，并且另一端部与控制部相连接，该送受光用探针固定于上述支架来对该被检体照射光并且接收从该被检体发出的光，上述壳体的前端部具有多个棒状的突出部，上述发光部是发光元件，该发光元件配置于突出部的前端部，上述受光部是受光元件，该受光元件配置于突出部的前端部，上述传送路径是多个传送路径，该传送路径分别配置于各突出部的内部。
如上所述，根据本发明的送受光用探针，能够在短时间内将送受光用探针配置于被检者的头部。
而且，本发明的光测量装置也可以具备如上所述的探针、安装于上述被检体的支架以及对上述探针控制光的发送或者接收的控制部。
附图说明
图1是表示作为本发明的一个实施方式的脑功能光学成像装置的概要结构的一例的框图。
图2是表示送光用探针的一例的图。
图3是表示受光用探针的一例的图。
图4是表示送受光用探针的一例的图。
图5是表示送光用探针和受光用探针之间的距离(通道)与测量部位的关系的图。
图6是表示以往的脑功能光学成像装置的概要结构的一例的框图。
图7是表示支架的一例的图。
图8是表示送光用探针(受光用探针)的一例的图。
图9是表示N个送光用探针与M个受光用探针的位置关系的一例的图。
具体实施方式
下面，使用附图说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限于以下所说明那样的实施方式，当然在不脱离本发明主旨的范围内可包含各种方式。
图1是表示作为本发明的一个实施方式的脑功能光学成像装置的概要结构的一例的框图。此外，对与脑功能光学成像装置101相同的部分附加相同的附图标记。
脑功能光学成像装置(近红外光谱仪)1具有长方体形状的壳体6。在壳体6的内部具备驱动发光部2(参照图2)的光源驱动机构4、A/D(A/D转换器)5、送受光用控制部21、分析用控制部22以及存储器23，并且在壳体6的外部具备安装于被检者的头部的支架50、固定于支架50的N个送光用探针12、固定于支架50的M个受光用探针13、具有监视器画面26a等的显示装置26以及键盘(输入装置)27。
图2是表示送光用探针的一例的图。图2的(a)是送光用探针的立体图，图2的(b)是送光用探针的截面图，图2的(c)是送光用探针的主视图。
送光用探针12具有外径为10mm左右的圆筒形状的壳体12a，壳体12a的外周面能够固定于贯通孔51的内周面。在壳体12a的前端部形成有轴向延伸的五个圆柱形状的突出部12b。突出部12b的直径为1mm左右，突出部12b的长度为10mm～20mm左右。而且，当从轴向观察送光用探针12的前端部时，如图2的(c)所示，一个突出部12b配置于送光用探针12的中心，四个突出部12b以等间隔地排列成圆形的方式配置于送光用探针12的周缘部。
在各突出部12b的前端部分别固定有LED(发光元件)2。LED2例如能够射出三种不同的波长λ1、λ2、λ3的近红外光。
直径1mm的管状的电线(传送路径)30a的一端部插入到各突出部12b的内部。而且，电线30a的一端部与LED2相连接。另外，电线30a的另一端部互相连接而成为电线30，电线30的另一端部与光源驱动机构4相连接。由此，光源驱动机构4能够根据从送受光用控制部21输入的驱动信号来驱动LED2。
图3是表示受光用探针的一例的图。图3的(a)是受光用探针的立体图，图3的(b)是受光用探针的截面图，图3的(c)是受光用探针的主视图。
受光用探针13具有外径为10mm左右的圆筒形状的壳体13a，壳体13a的外周面能够固定于贯通孔51的内周面。在壳体13a的前端部形成有轴向延伸的五个圆柱形状的突出部13b。突出部13b的直径为1mm左右，突出部13b的长度为10mm～20mm左右。而且，当从轴向观察受光用探针13的前端部时，一个突出部13b配置于送光用探针13的中心，四个突出部13b以等间隔地排列成圆形的方式配置于送光用探针13的周缘部。
在各突出部13b的前端部分别固定有光电二极管(受光元件)3。光电二极管3分别检测近红外光，由此能够输出受光信号(受光量信息)A(λ1)、A(λ2)、A(λ3)。
直径1mm的管状的电线(传送路径)40a的一端部插入到各突出部13b的内部。而且，电线40a的一端部与光电二极管3相连接。另外，电线40a的另一端部互相连接而成为电线40，电线40的另一端部经由A/D5与送受光用控制部21相连接。由此，光电二极管3能够将受光信号(受光量信息)A(λ1)、A(λ2)、A(λ3)经由A/D5输出到送受光用控制部21。
而且，在将支架50安装于被检者的头部之后，将送光用探针12T1～12Tn、受光用探针13R1～13Rm固定于支架50的贯通孔51，但即使人体的头部表面存在头发，也在插入送光用探针12T1～12Tn、受光用探针13R1～13Rm的前端部时拨开头发，因此能够短时间内安装于被检者的头部。
(其它实施方式)
在上述的脑功能光学成像装置1中，示出了使用N个送光用探针12和M个受光用探针13那样的结构，但也可以设为使用(N+M)个送受光用探针14那样的结构。
图4是表示送受光用探针的一例的图。图4的(a)是送受光用探针的立体图，图4的(b)是送受光用探针的截面图，图4的(c)是送受光用探针的主视图。
送受光用探针14具有外径为10mm左右的圆筒形状的壳体14a，壳体14a的外周面能够固定于贯通孔51的内周面。在壳体14a的前端部形成有轴向延伸的四个圆柱形状的突出部14b。突出部14b的直径为1mm左右，突出部14b的长度为10mm～20mm左右。而且，当从轴向观察送受光用探针14的前端部时，四个突出部14b以等间隔地依次排列成圆形的方式配置于送光用探针14的周缘部。
在第一突出部14b和第三突出部14b的前端部分别固定有LED(发光元件)2。直径1mm的管状的电线(传送路径)30a的一端部插入到第一突出部14b和第三突出部14b的内部。而且，电线30a的一端部与LED2相连接。另外，电线30a的另一端部互相连接而成为电线30，电线30的另一端部与光源驱动机构4相连接。由此，光源驱动机构4能够根据从送受光用控制部21输入的驱动信号来驱动LED2。
在第二突出部14b和第四突出部14b的前端部分别固定有光电二极管(受光元件)3。直径1mm的管状的电线(传送路径)40a的一端部插入到第二突出部14b和第四突出部14b的内部。而且，电线40a的一端部与光电二极管3相连接。另外，电线40a的另一端部互相连接而成为电线40，电线40的另一端部经由A/D5与送受光用控制部21相连接。由此，光电二极管3能够将受光信号(受光量信息)A(λ1)、A(λ2)、A(λ3)经由A/D5输出到送受光用控制部21。
产业上的可利用性
本发明能够利用于非侵入地测量脑活动的脑功能光学成像5装置等。
附图标记说明
1：脑功能光学成像装置(光测量装置)；2：发光元件(发光部)；3：受光元件(光检测部)；12：送光用探针；12a：壳体；12b：突出部；21：送受光用控制部；30：电线(传送路径)；30a：电线(传送路径)；50：支架；51：贯通孔(安装部)。

Claims (4)

1.一种送光用探针，具备：
壳体，其用于固定于支架的安装部，该支架安装于被检体；
发光部，其配置于上述壳体的前端部，用于射出光；以及
传送路径，其一端部与发光部相连接，并且另一端部与控制部相连接，
该送光用探针固定于上述支架来对该被检体照射光，
该送光用探针的特征在于，
上述壳体的前端部具有多个棒状的突出部，使上述送光用探针的前端部为梳子形状，
上述发光部是多个发光元件，该发光元件分别配置于各突出部的前端部，
上述传送路径是多条电线，该多条电线分别配置于各突出部的内部。
2.一种受光用探针，具备：
壳体，其用于固定于支架的安装部，该支架安装于被检体；
受光部，其配置于上述壳体的前端部，用于检测光；以及
传送路径，其一端部与受光部相连接，并且另一端部与控制部相连接，
该受光用探针固定于上述支架来接收从该被检体发出的光，
该受光用探针的特征在于，
上述壳体的前端部具有多个棒状的突出部，使上述受光用探针的前端部为梳子形状，
上述受光部是多个受光元件，该受光元件分别配置于各突出部的前端部，
上述传送路径是多条电线，该多条电线分别配置于各突出部的内部。
3.一种送受光用探针，具备：
壳体，其用于固定于支架的安装部，该支架安装于被检体；
发光部，其配置于上述壳体的前端部，用于射出光；
传送路径，其一端部与发光部相连接，并且另一端部与控制部相连接；
受光部，其配置于上述壳体的前端部，用于检测光；以及
传送路径，其一端部与受光部相连接，并且另一端部与控制部相连接，
该送受光用探针固定于上述支架来对该被检体照射光并且接收从该被检体发出的光，
该送受光用探针的特征在于，
上述壳体的前端部具有多个棒状的突出部，使上述送受光用探针的前端部为梳子形状，
上述发光部是发光元件，该发光元件配置于突出部的前端部，
上述受光部是受光元件，该受光元件配置于突出部的前端部，
上述传送路径是多条电线，该多条电线分别配置于各突出部的内部。
4.一种光测量装置，其特征在于，具备：
根据权利要求1至3中的任一项所述的探针；
支架，其安装于上述被检体；以及
控制部，其对上述探针控制光的发送或者接收。
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