CN1781449A - 生物体光学测量用探测器以及使用其的生物体光学测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不会因受试对象头部的大小而变化入射点和检测点之间的距离的、能够调节位置的生物体光学测量用探测器以及使用其的生物体光学测量装置。通过将入射点和检测点之间固定为几乎等距离，去掉以入射点和检测点为中心可旋转的连接部件的受试对象头顶部附近的一部分连接部件而形成间隙部，变化间隙部周围的入射点或检测点之间的距离来变化探测器的尺寸。

Description

生物体光学测量用探测器以及使用其的生物体光学测量装置
技术领域
本发明涉及使用光来测量生物体的代谢物质浓度或其浓度变化的生物体光学测量技术，尤其涉及用于测量受试对象头部的代谢物质浓度的生物体光学测量用探测器以及使用其的生物体光学测量装置。
技术背景
多点测量伴随脑活动的大脑皮质血液量变化、并将其血液量变化表示为动态图象或静态图象的技术(生物体光学测量装置)，已经在“Medical Physics，vol.22，No.12，pp1997-2005(1995)”及“Proceedings of SPIE，vol.3597，pp230-237”中提出。这些技术使用入射用光纤和检测用光纤以正方格子状交互配置的正方形探测器。
由于难以使如上所述正方格子状探测器密合在几乎为球形的头部，因此提出了如下方案。
(1)特开2001-286449号公报中记载了一种生物体光学测量装置用探测器，其具有从连接轴以枝状伸出的枝状部，合适于头部形状。
(2)特开2002-143169号公报中记载了一种生物体光学测量装置用探测器，其特征在于，配置成格子状的探测器的连接部旋转，进而保持各探测器的保持部具有伸缩性。
(3)特开2002-11012号公报中记载了一种探测器，其通过以正方格子掩埋头部的多个区域，并以多角形掩埋其间隙，罩住整个头部。
(4)特表2002-502653号公报中记载了一种在受试者头部呈几何学性配置探测器，非破坏性地测量受试者脑组织的装置。
(5)特开2004-121702号公报中记载了一种探测器，其特征在于，以菱形配置入射用光纤和检测用光纤，将其使用4组来罩住整个球形头部，能够用一张图象表示相当于脑的部分。
但是，上述的生物体光学测量装置及探测器存在如下问题。
上述的以菱形或格子状配置的探测器虽然可密合于几乎球形的头部，能够用一张图象表示头部至少上半部的相当于脑的部分，但存在如果头部的大小不同，则相应的测量位置错位，接受检测的脑的部位不同的问题。即如果头部小，则能够从头顶部罩到耳根附近，但如果头部大，则只能罩到处于耳朵较上方的部分。在脑的接近于耳朵的部分，被认为存在掌管语言功能的语言区，但如果头部大小变化，则有时会无法覆盖到语言区。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供一种入射点和检测点间的距离不会因受试对象头部大小而改变的、能够调节位置的生物体光学测量用探测器以及使用其的生物体光学测量装置。
为了达到上述目的，本发明具有如下特征。
本发明构成为，去掉一部分连接入射用光纤和检测用光纤的连接部件和一部分光纤而形成间隙(后述的图1)，通过变化配置于间隙周围的光纤间的距离(后述的图3、4)，使得即使头的大小不同，位于探测器外周的光纤也能够配置于头部上的几乎相同的位置如耳朵紧上方(后述的图7～9)。
通过如此变化配置于间隙周围的光纤间的距离、或间隙面积，提供能够与受试对象头部大小无关地测量受试对象头部的几乎相同的位置的探测器。
下面，列举本发明的代表性构成例。
(1)本发明的生物体光学测量用探测器的特征在于，其构成为，具有用于对受试对象进行光照射的多个照射用光纤、用于检测由所述照射用光纤照射在所述受试对象体内传播的光的多个检测用光纤、用于各自固定所述照射用光纤和所述检测用光纤的多个固定部、各自连接所述多个固定部之间的连接部件，由所述连接部连接的相邻固定部之间的距离根据所述连接部件被连接成几乎为等距离，所述连接部件能够以所述固定部为中心旋转变化，并且在由所述多个固定部和所述多个连接部件构成的整个区域的一部分，去掉所述固定部和所述连接部件而设置间隙部，使所述间隙部占据的面积可以变化。
(2)如(1)所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，设置于所述间隙部的周围且互相不相邻的所述固定部间的距离可以变化。
(3)如(1)所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，设置有用于固定设置于所述间隙部的周围且互相不相邻的所述固定部间的距离的固定部件。
(4)如(3)所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，所述固定部件具有长度调节装置。
(5)如(1)所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，为固定设置于所述间隙部的周围且互相不相邻的所述固定部间的距离，设置于所述间隙部的周围的所述固定部间的所述连接部件被构成为能够固定以所述固定部为中心的旋转。
(6)如(1)所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，所述固定部和所述连接部件被构成为能够装卸，能够增减所述固定部的数目。
(7)本发明的生物体光学测量装置具备用于向受试对象照射光的多个照射用光纤、用于检测由所述光照射装置照射并在所述受试对象体内传播的透射光的检测用光纤，并且具有用于装到所述受试对象的探测器、以及从由所述探测器检测到的所述透射光计算出所述受试对象体内的代谢物质浓度的演算部，其特征在于，所述探测器构成为，具有用于各自固定所述照射用光纤和所述检测用光纤的多个固定部和各自连接所述多个固定部之间的连接部件，并且由所述连接部连接的相邻固定部之间的距离根据所述连接部件被连接成几乎为等距离，所述连接部件以所述固定部为中心可以旋转变化，并且在由所述多个固定部和所述多个连接部件构成的整个区域的一部分，去掉所述固定部和所述连接部件而设置间隙部，所述间隙部占据的面积可以变化。
(8)如(7)所述的生物体光学测量装置，其特征在于，所述演算部构成为，基于由所述探测器检测到的信号、把所述照射用光纤和所述检测用光纤之间的大致中心点位置作为测量点来计算出所述受试对象体内的代谢物质浓度。
根据本发明，能够实现不会因受试对象头部的大小而变化入射点和检测点之间的距离的、能够调节位置的生物体光学测量用探测器以及使用其的生物体光学测量装置。
附图说明
图1是表示本发明一个实施例的生物体光学测量用探测器的配置构成的展开图。
图2是表示图1配置中的取样点的分布的图。
图3是表示本发明探测器的第一个配置例的展开图。
图4是表示本发明探测器的第二个配置例的展开图。
图5是表示本发明探测器的第三个配置例的展开图。
图6是表示本发明探测器的第四个配置例的展开图。
图7是从侧面和上面看把图6的探测器安装在受试对象的状态的一例示意图。
图8是从侧面和上面看把图6的探测器安装在受试对象的状态的另一例示意图。
图9是从侧面和上面看把图6的探测器安装在受试对象的状态的又一例示意图。
图10是对图6的探测器保持间隙外周的角度、拉近入射点或检测点的距离并保持为一定的方法的一例示意图。
图11是对图6的探测器保持间隙外周的角度、拉近入射点或检测点的距离并几乎保持为一定的方法的另一例示意图。
图12是将图6的探测器保持间隙外周的角度、拉近入射点或检测点的距离并几乎保持为一定的方法的又一例示意图。
图13是将图6的探测器用纽带固定入射点和检测点的距离的方法的示意图。
图14是表示本发明生物体光学测量用探测器的另一配置构成的展开图。
图15是表示本发明生物体光学测量用探测器的又一配置构成的展开图。
图16是由本发明生物体光学测量用探测器得到的脑功能图象的显示方法的一例示意图。
图17是由本发明生物体光学测量用探测器得到的脑功能图象的显示方法的另一例示意图。
图18是把本发明生物体光学测量用探测器安装在受试对象时的探测器固定法的一例示意图。
图19是把本发明生物体光学测量用探测器安装在受试对象时的探测器固定法的另一例示意图。
图20是把本发明生物体光学测量用探测器安装在受试对象时的探测器固定法的又一例示意图。
图21是显示本发明生物体光学测量用探测器的(a)固定入射用光纤和检测用光纤的固定部的一例和(b)连接部件的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是表示本发明一个实施例中生物体光学测量用探测器的配置构成的展开图。
连接有入射用光纤的入射点1和连接有检测用光纤的检测点2由连接部件3连接，配置成几乎等间隔。连接部件3由不伸缩的材料制成，使入射点1和检测点2之间保持为几乎一定间隔。连接部件3能够以入射点1和检测点2的位置为支点来旋转，能够沿着圆的头部形状安装探测器。材料可举出如加固硅橡胶、树脂、凝胶等。
抽掉配置成一定间隔的入射点1和检测点2和连接部件3而形成间隙部4。安装这种探测器时，将间隙配置于头顶部。这样，本发明构成为，在由多个固定部和多个连接部件构成的整个区域的一部分，去掉固定部和连接部件而设置间隙部4。还可以构成为能够变化间隙部4所占面积。
图21(a)表示本发明的探测器的固定入射用光纤和检测用光纤的固定部的一例。入射用光纤13-1由固定部17固定成其前端部接触受试对象6的皮肤。同样，检测用光纤13-2由固定部17固定成其前端部接触受试对象6的皮肤。固定部17用如娄力路(ノリル)、树脂、橡胶等材料制作。各自固定相邻的入射用光纤13-1和检测用光纤13-2的多个固定部17，通过连接部件3而保持在几乎一定的距离。
图21(b)是本发明探测器的连接部件的一例。本实施例的连接部件3呈两个环连接的形状，用t表示连接两个环中心点的距离。该连接部件3将入射用光纤13-1的前端接触受试对象6的皮肤的部分即入射点与检测用光纤13-2的前端接触受试对象6的皮肤的部分即检测点之间的距离固定为几乎一定的距离t。这里，距离t在例如测量大人的头部时，把该t设定为约30mm。测量婴儿或新生儿时，可以设定为20mm或者30mm，根据测量目的区分使用。根据测量目的或受试对象不同，t也可以变化。
图2表示图1配置的取样点(测量点)5的分布。由灯、发光二极管、半导体激光等照射的测定光，经入射用光纤从入射点1入射到头部。传播到头部内的大脑皮质部分的光经连接于检测点2的检测用光纤送往光二极管、光电子倍增管等光照射器而被检测。由于受大脑皮质内血流状态的影响，被检测的光强度会变动，所以能够测量光传播通过的大脑皮质内的血液的增减情况。检测信号反映光传播通过的部分的全部的血流信息，但为方便起见，把入射点1与检测点2之间的几乎中心点位置作为取样点5，把测量出的信号值作为该取样点5的血流信息。通过设置多组入射点和检测点，获得多个取样点的血液信息，从而能够得到血流分布图象。
图3是表示本发明探测器的第一个配置例的展开图，是对应于尺寸稍微小的头而缩短相对的一对检测点的距离，从而减小一个方向尺寸的情况。对应于需要测量的头的部位，缩短的方向可以是从前头部到后头部的方向，也可以是左右侧头方向，此外，也可以反转入射点和检测点的位置。此时的取样点5的数目与图1和2相同。
图4是表示本发明探测器的第二个配置例的展开图，是对应于尺寸进一步小的头而缩短相对的两对检测点的距离，减小两个方向尺寸的情况。此时前后方向、左右方向均减小尺寸。此时也可以反转入射点和检测点的位置。此时的取样点5的数目也与图1和2相同。
图5是表示本发明探测器的第三个配置例的展开图，并非把前后左右数目相同的入射点1、检测点2、取样点5的数目均等地配置，而是根据目的改变数目。此时，减少接近眼睛的前头部的入射点1、检测点2、取样点5的数目，进一步提高安全性。也可以根据目的而减少侧头部、或后头部的入射点1、检测点2、取样点5的数目。此外，例如可以装上钩扣等装卸自由的装置。
图6是表示为了对应于头更小的新生儿或幼儿，抽掉外周的一排入射点和检测点的探测器的第四个配置例的展开图。此时，为提高安全性，将入射点和检测点的配置逆转，使最外周成为检测点。此时也可以安装钩扣等装卸自由的装置，以在必要时能够增减入射点和检测点。
图7是从侧面和上面看把图6的探测器安装到受试者(受试对象)6的状态的一例示意图。对于该探测器当头大的情况，间隙部4的外周上的入射点和检测点分开，所以间隙部4成为八角形。此外，连接部件3以入射点和检测点为支点旋转而合适于头，因而，部分连接部件呈菱形结构。探测器的最外周能够罩到耳朵上部。
图8是从侧面和上面看把图6的探测器安装到受试对象6的状态的另一例示意图。对于该探测器当头小的情况，只缩短间隙部4的外周上的一对入射点和检测点的距离，仅在一个方向减小尺寸。此外，连接部件3以入射点和检测点为支点旋转而合适于头，因而，部分连接部件呈菱形结构。探测器的最外周也呈菱形结构，能够避开受试对象6的耳朵而安装成不堵住耳朵。
图9是从侧面和上面看把图6的探测器安装到受试对象6的状态的又一例示意图。对于该探测器当头小的情况，缩短间隙部4的外周上的两对入射点和检测点的距离，在两个方向减小尺寸。此外，连接部件3以入射点和检测点为支点旋转而合适于头，因而，部分连接部件呈菱形结构。探测器的最外周也呈菱形结构，能够避开受试对象6的耳朵而安装成不堵住耳朵。当菱形的角度成为锐角，一部分入射点和检测点接触到脸时，可以去掉一部分入射点和检测点。此外，也可以把一部分入射点和检测点设定成可以装卸。
上述探测器中，作为保持间隙部4的外周角度、拉近入射点1或检测点2的距离并保持为几乎一定的装置，例如可以停止一部分连接部件3的旋转而固定。也可以使一部分连接部件3的旋转的滑动恶化，暂时保持固定的状态。
图10是对图6的探测器保持间隙部4外周的角度、拉近入射点1或检测点2的距离并保持为一定的方法的一例示意图。
通过将间隙部4外周上的相对的一对检测点间采用纽带状部件(或者带状部件)7连接，改变纽带状部件7的长度，来调节一个方向的距离。
图11是对图6的探测器保持间隙部4外周的角度、拉近入射点1或检测点2的距离并几乎保持为一定的方法的另一例示意图。
通过将间隙部4外周上的相对的两对检测点间采用两根纽带状部件7连接，改变两根纽带状部件7的长度，来调节两个方向的距离。
图12是对图6的探测器保持间隙部4外周的角度、拉近入射点1或检测点2的距离并几乎保持为一定的方法的又一例示意图。
通过将间隙部4外周上的相对的两对检测点间采用一根纽带状部件7连接，用纽带勒紧袋口，调节纽带状部件7的长度来减少间隙部4的面积，从而调节两个方向的距离。
图13是对图6的探测器以纽带状部件7固定入射点1或检测点2的距离的方法的示意图。对应于受试对象头部的大小，为能够调节作为固定部件的纽带状部件7的长度，把长度调节用部件8安装到纽带状部件7上。以长度调节用部件8进行长度调节，可以在罩上探测器后进行，也可以在罩上之前调节长度。作为在罩上之前调节长度的方法，有如下方法。
将用探测器罩上的区域的端，如为前后方向时，把额头与后头部的突出部分经过头顶连接的距离作为L1，为左右方向时，把两个耳根经过头顶连接的距离作为L2，把入射点1和检测点2之间的距离作为r。探测器的配置构成是如图6所示的构成。这样，前后方向的纽带的长度d1和左右方向的纽带长度d2可以由如下公式估算。
d1＝L1-4r     …(1)
d2＝L2-4r     …(2)
也可以预先将纽带状部件7的长度设定为该长度d1、d2或接近于其的值来罩上。其中，如果是图1～4的配置，则可以估算成：
d1＝L1-6r     …(3)
d2＝L2-6r     …(4)
图14是表示本发明生物体光学测量用探测器的另一配置构成的展开图。间隙部4并非设置在相当于头顶附近的探测器配置的中央部，而是在从中央错开的部分。对应于想测量的部位，如在前头部、或在后头部、或在右侧头部、或在左侧头部设置间隙部4，可以得到包括头顶部的脑功能图象。
图15是表示本发明生物体光学测量用探测器的又一配置构成的展开图。在前述的探测器配置中，拿掉了四个连接部件3来形成比较宽的间隙部4，但如果头的大小之差小，则可以如图15所示仅去掉一个连接部件3来形成较小的间隙部4。
图16是由本发明生物体光学测量用探测器得到的脑功能图象的表示方法的一例示意图。
由于本探测器的连接部件3以入射点或检测点2作为支点旋转，因而，入射点1和检测点2的配置呈菱形结构，探测器沿着头部安装。从而实际上脑功能图象成为曲面，难以表示在二维的监控器或纸上。因此，为了使其沿着头部，把实际上变形为菱形的入射点1和检测点2的配置，在以图象表示时修正成以正方格子配置。随之，取样点5的位置也被修正。
对重叠为脑功能图象来表示的头部图象(电脑图形图像、插图、照片等)也进行同样的修正使其变形来表示，使得脑活动与头部上活动部位的对应关系容易辨认。图16是在强调侧头部的头部平面图象10上重叠脑功能图象的情况。例如，可以用于着眼表示位于侧头部的听觉、语言功能的情况。
图17是采用本发明生物体光学测量用探测器得到的脑功能图象的表示方法的另一例示意图。在进行修正而变形的从上看到的头部平面图象11上重叠脑功能图象进行表示，整个头部的脑活动状态容易辨认。
图18是把本发明生物体光学测量用探测器安装到受试对象时的探测器固定法的一例示意图。
通过从上面用具有伸缩性的探测器罩(或盔)12罩住，固定使得整个探测器不会从头上掉下来。探测器罩12和探测器可以固定成不能移动，也可以不进行固定。或者也可以使探测器与探测器罩12成为一体，以能够同时安装探测器和探测器罩12。还有，也可以在与间隙部4几乎相同的位置设置孔洞15。
进一步，测量新生儿或患者等时，也可以在安装有该探测器罩12的状态下横卧在床14进行测量。此时，可以把探测器罩12固定在床14使头不易活动，也可以不进行固定而使头活动。对于自己不能活动头的新生儿的情况，如果把探测器罩12固定在床14上，安装有时会容易。连接到入射点1或检测点2，进而从探测器罩12下部露出到外面的光纤13，为使得不会压在受试对象6之下，也可以通过床14的内部。图18的情况，可以从探测器罩12下部拉出光纤13，因此也可以不设置相当于帽头顶部的间隙部4的部分的孔洞15。
图19是把本发明生物体光学测量用探测器安装到受试对象时的探测器固定法的另一例示意图。
与图18的情况相同，是装上探测器罩12并仰卧在床14的状态，然而，是将光纤13从头顶部的孔洞15拉出并连接于入射点1或检测点2。进而，也可以使光纤13通过床14。此外，为了防止身体的活动影响光纤13并影响到信号传达状态的情况，可以将从孔洞15拉出的光纤13进行捆扎，并用弹性材料固定在床上。
图20是把本发明生物体光学测量用探测器安装到受试对象时的探测器固定法的又一例示意图。
也可以在探测器罩12上安装脑波测定用脑波电极16，以能够同时测定脑波。脑波测量与采用光的脑功能测量相同，可以用于测量脑功能，也可以用于监控别的功能或状态。例如可以监控清醒状态。因而，可以是与采用光的测量相同的取样数，也可以更少。当然也可以是更多的取样数。
如上所述，根据本发明，能够实现不会因受试对象头部的大小而改变入射点和检测点之间距离的、能够调节位置、并且即使大小改变也能够测量相对相同的部位的、能够测量整个头部的生物体光学测量用探测器。

Claims (13)

1.一种生物体光学测量用探测器，其特征在于，具有用于向受试对象照射光的多个照射用光纤、用于检测由所述照射用光纤照射在所述受试对象体内传播的光的多个检测用光纤、用于各自固定所述照射用光纤和所述检测用光纤的多个固定部、以及各自连接所述多个固定部之间的连接部件；由所述连接部连接的相邻固定部之间的距离根据所述连接部件被连接成几乎为等距离，所述连接部件能够以所述固定部为中心可以旋转变化，并且在由所述多个固定部和所述多个连接部件构成的整个区域的一部分，去掉所述固定部和所述连接部件而设置间隙部，并且所述间隙部占据的面积可以变化。
2.如权利要求1所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，设置于所述间隙部的周围且互相不相邻的所述固定部间的距离可以变化。
3.如权利要求1所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，设置有用于固定设置于所述间隙部的周围且互相不相邻的所述固定部间的距离的固定部件。
4.如权利要求3所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，所述固定部件具有长度调节装置。
5.如权利要求1所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，为固定设置于所述间隙部的周围且互相不相邻的所述固定部间的距离，设置于所述间隙部的周围的所述固定部间的所述连接部件被构成为能够固定以所述固定部为中心的旋转。
6.如权利要求1所述的生物体光学测量用探测器，其特征在于，所述固定部和所述连接部件被构成为可以装卸，以能够增减所述固定部的数目。
7.一种生物体光学测量装置，其具有用于向受试对象照射光的多个照射用光纤、用于检测由所述光照射装置照射并在所述受试对象体内传播的透射光的多个检测用光纤，并且具有用于安装到所述受试对象的探测器、以及由所述探测器检测到的所述透射光计算出所述受试对象体内的代谢物质浓度的演算部；其特征在于，所述探测器构成为，具有用于各自固定所述照射用光纤和所述检测用光纤的多个固定部、以及各自连接所述多个固定部之间的连接部件，由所述连接部连接的相邻固定部之间的距离根据所述连接部件被连接成几乎为等距离，所述连接部件以所述固定部为中心可以旋转变化，并且在由所述多个固定部和所述多个连接部件构成的整个区域的一部分，去掉所述固定部和所述连接部件而设置间隙部，使所述间隙部占据的面积可以变化。
8.如权利要求7所述的生物体光学测量装置，其特征在于，设置于所述探测器的间隙部周围且互相不相邻的所述固定部间的距离可以变化。
9.如权利要求7所述的生物体光学测量装置，其特征在于，设置有用于固定设置于所述探测器的间隙部周围且互相不相邻的所述固定部间的距离的固定部件。
10.如权利要求9所述的生物体光学测量装置，其特征在于，所述固定部件具有长度调节装置。
11.如权利要求7所述的生物体光学测量装置，其特征在于，为固定设置于所述探测器的间隙部周围且互相不相邻的所述固定部间的距离，设置于所述间隙部的周围的所述固定部之间的所述连接部件被构成为能够固定以所述固定部为中心的旋转。
12.如权利要求7所述的生物体光学测量装置，其特征在于，所述探测器的固定部和连接部件被构成为可以装卸，以能够增减所述固定部的数目。
13.如权利要求7所述的生物体光学测量装置，其特征在于，所述演算部构成为，基于由所述探测器检测的信号，将所述照射用光纤和所述检测用光纤之间的大致中心点位置作为测量点来计算出所述受试对象体内的代谢物质浓度。
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