JP2001286449A

JP2001286449A - プローブ装置

Info

Publication number: JP2001286449A
Application number: JP2000108429A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kuriyama; 裕之栗山; Ryusuke Fukamizu; 竜介深水; Kazunori Yanagisawa; 和典柳沢; Isamu Takekoshi; 勇竹越; Tomoyuki Fujiwara; 倫行藤原; Tokiyoshi Ichikawa; 祝善市川
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2001-10-16
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP3967062B2

Abstract

(57)【要約】【課題】全てのプローブを容易に頭皮に密着させるこ
とができ、プローブが自立的に頭部形状にフィットする
生体光計測装置用のプローブ装置。【解決手段】球体の表面を平面に置き換える場合、
（ａ）、（ｂ）に示すように、多円錐図法によって平面
状に展開することができる。本発明のプローブ装置は、
このような多円錐図法による球体表面の平面への置き換
えを応用し、複数のプローブ２０２を格子状に配置して
保持するシェル部２０１を、（ｃ）に示すように、中央
部のプローブ２０２を１つの方向に連結し、連結された
これらのプローブ２０２の連結軸に直角方向にあるプロ
ーブ２０２が、連結軸から離れて隣接するプローブ２０
２と切り離されて位置するように構成される。また、シ
ェル部２０１は、枝状に延びた複数の部位の方向に２方
向から引っ張ることにより、自立的に球状に変形してく
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体光計測装置用
のプローブ装置に係り、特に、生体内の局所的な血液動
態変化を計測するために使用して好適な生体光計測装置
用のプローブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体光計測装置として、光トポグラフ装
置と呼ばれる計測装置が知られている。この装置は、光
照射／検出部を持つプローブを多数配置したプローブ装
置を、各プローブが計測部位、例えば、頭部に密着する
ように取り付けて、各プローブから近赤外線を照射して
計測を行うというものである。

【０００３】図１５は従来技術によるプローブ装置を被
検体の頭部に装着した状態を説明する図、図１６はプロ
ーブと頭皮との接触状態について説明する図であり、以
下、これらの図を参照して従来技術によるプローブ装置
について説明する。図１５、図１６において、２０１は
シェル部、２０２はプローブ、２０３は光ファイバー、
２０４はしわ、２０５は固定ベルトである。

【０００４】従来技術によるプローブ装置は、図１５に
示すように、被験者の頭部形状に合わせて椀形に形成さ
れたシート材によるシェル部２０１に、複数のプローブ
ｎ２を格子状に配置して構成されている。個々のプロー
ブ２０２は、シェル部２０１から取り外し可能であり、
プローブ２０２が毛髪等により頭皮との接触が不完全で
あることがモニタ画面により確認された場合、その部分
のプローブ２０２だけを装着し直すことが可能とされて
いる。このように構成されるプローブ装置は、これを被
験者の頭部に装着する場合、被験者の頭部形状の個人差
や装着部位の違いにより、必ずしも頭部にフィットする
とは限らないので、固定ベルト２０５をあごに掛けてシ
ェル部２０１をしっかりと頭部に押し付けるようにして
使用される。そして、計測に当っては、各プローブ２０
１から光ファイバー２０３を介して送られてくる近赤外
線を頭部の皮下に向けて照射し、その反射光をプローブ
２０１で受け、光ファイバー２０３を介して図示しない
計測装置本体に送り返す。

【０００５】図１６に頭部形状とプローブの接触状況と
を示しているが、図１６（ａ）に示す例の場合、頭部曲
率とシェル部の曲率とが一致して、全てのプローブが頭
皮に接触している。図１６（ｂ）に示す例の場合、被験
者の頭部の曲率がシェル部の曲率より大きいため、中央
部に配置されるプローブが頭皮に接触できない状態にな
っている。また、図１６（ｃ）に示す例の場合、被験者
の頭部の曲率がシェル部の曲率より小さいため、周辺部
に配置されるプローブが頭皮に接触できない状態になっ
ている。

【０００６】図１６には、一軸方向しか示していないの
で、シェル部２０１を柔軟な弾性のある材料により構成
することにより、いずれの場合もフィットしそうに見え
る。しかし、シェルプローブは、シェル部２０１上に前
後左右の２次元状にプローブ２０２を配置して構成され
るので、シェル部２０１に柔軟な材料を使用しても、シ
ェル部２０１にしわ２０４が寄ってしまい、全てのプロ
ーブを確実に頭皮に接触させることが困難である。これ
を解決するため、シェル部２０１をゴムシート等の伸縮
性のある材料を用いることが考えられるが、このように
構成されたプローブ装置は、プローブ相互間の距離が変
わってしまったり、より強い力でシェル部を頭部に押さ
え付けなければならないことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
るプローブ装置は、シェル部が椀形に形成されている
が、この椀形形状を頭部形状に完全に一致させることが
できず、全てのプローブを確実に頭皮に密着接触させる
ことが困難であるという問題点を有している。また、プ
ローブを確実に頭皮に密着接触させるために、固定ベル
ト２０５によりしっかりと頭部に押し付けて使用しなけ
ればならないため、被験者にあごに掛かるベルトによる
痛み、苦痛を感じさせるという問題点を有している。こ
の問題点は、実際の計測に３時間程度の長時間を必要と
するため、被験者が苦痛に耐えられない場合も生じさせ
ることになる。

【０００８】また、従来技術によるプローブ装置は、固
定ベルトをあご掛けて使用するため、発声を伴う計測を
行う場合に、プローブが動いてしまうという問題点を有
し、また、プローブの１つ１つを毛を掻き分けながら装
着しなければならず、プローブの装着に時間が掛かり、
高度な技術も必要であるという問題点を有している。さ
らに、従来技術によるプローブ装置は、各プローブに直
接光ファイバーが取り付けられて、プローブの数だけの
光ファイバーが外部に引き出されているので、これらの
ファイバーが絡み合ってしまう等その操作性が悪いとい
う問題点を有している。

【０００９】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、どのような形状を持った頭部にも全てのプ
ローブを容易に頭皮に密着させることができ、プローブ
が自立的に頭部形状にフィットすることを可能にした形
状を有する生体光計測装置用のプローブ装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、生体表面に光を照射する光照射手段と、生体内部を
通過して生体表面から出射する光強度を検出する光検出
手段とを備える生体光計測装置に用いるプローブ装置お
いて、その先端に光ファイバー束端面が露出する複数の
プローブと、これらのプローブを保持するシェル部とに
より構成され、前記シェル部が、中央部のプローブを１
つの方向に連結し、連結されたこれらのプローブの連結
軸に直角方向に連結軸から両側に延びた複数の枝状部を
有し、前記枝状部に他のプローブを保持していることに
より達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による生体光計測装
置用のプローブ装置の実施形態を図面により詳細に説明
する。

【００１２】図１は本発明によるプローブ装置を使用す
る生体光計測装置の構成を示すブロック図であり、本発
明によるプローブ装置の説明を行う前に、まず、図１を
参照して生体光計測装置について説明する。図１におい
て、１は光源、２は光源用光ファイバー、３ａ〜３ｃは
光ファイバー連結器、４は光照射用光ファイバー、５は
光照射位置、６は被検体、７ａ、７ｂは光検出用光ファ
イバー、８は光ファイバー固定部材、９ａ、９ｂは光検
出器用光ファイバー、１０ａ、１０ｂは光検出器、１１
は差動増幅器、１２はＡ／Ｄ変換器、１３は計算機、１
４は表示装置、１５は局所的に血液動態が変化する領
域、１６ａ、１６ｂは光検出用光ファイバーの視野、２
４ａ、２４ｂはロックインアンプ、２５ａ、２５ｂは対
数増幅器である。

【００１３】図１において、光源１から発せられる光
は、図示しないレンズ系を用いて集光されて光源用光フ
ァイバー２に入射する。光源１から発せられる光は、外
来起因の雑音を除去するために発振器２３により１００
Ｈｚ〜１０ＭＨｚ程度の任意の周波数ｆで強度変調され
ている。光源用光ファイバー２は、光ファイバー連結器
３ａを介して光照射用光ファイバー４と接続されている
ため、光源１からの光は、光照射用光ファイバー４に伝
達され、光照射位置５より被検体６に照射される。用い
る光の波長は、生体内の注目物質の分光特性によるが、
血液内のＨｂとＨｂＯ₂ との濃度から酸素飽和度や血液
量を計測する場合には６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長
範囲の光の中から１あるいは複数波長選択して用いる。
光源１としては、半導体レーザ、チタンサファイアレー
ザ、発光ダイオード等を用いることができる。被検体６
に照射された光は、光検出用光ファイバーの視野１６
ａ、１６ｂの領域を通過し、この領域内の血管等の局所
的に血液動態が変化する領域１５を通過して光検出用光
ファイバー７ａ及び７ｂに入射する。なお、光ファイバ
ー４、７ａ、７ｂは、多数のファイバーが束ねられて構
成されたものである。

【００１４】被検体６を通過して出射する光を検出する
ための２本の光検出用光ファイバー７ａ及び７ｂは、被
検体６上の異なる２箇所に配置される。図示例では、前
述の２本の光検出用光ファイバー７ａと７ｂとは、光照
射位置５を対称中心として点対称の２箇所に配置され
る。光照射用光ファイバー４と光検出用光ファイバー７
ａ、７ｂは、表面が黒色に塗装された光ファイバー固定
部材８により固定されている。また、光照射用光ファイ
バー４、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂ及び光ファイ
バー固定部材８は、簡便を期するために光検出プローブ
として一体化されており、詳細については後述する。光
検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、光ファイバー連結器
３ｂ、３ｃを介して光検出器用光ファイバー９ａ、９ｂ
に連結されているため、光検出用光ファイバー７ａ、７
ｂで検出された通過光は、光検出器１０ａ、１０ｂまで
伝達され、光検出器１０ａ、１０ｂにより光電変換さ
れ、通過光の強度が電気信号の強度として出力される。
光検出器１０ａ、１０ｂとしては、例えば、フォトダイ
オードや光電子増倍管等の光電変換素子を用いることが
できる。

【００１５】光検出器１０ａと１０ｂとから出力された
通過光強度を表わす電気信号は、それぞれロックインア
ンプ２４ａ、２４ｂにより光源の光強度変調周波数成分
のみが抽出される。ロックインアンプ２４ａからの出力
は、対数増幅器２５ａで対数変換された後に差動増幅器
１１の負極に入力され、ロックインアンプ２４ｂからの
出力は、対数増幅器２５ｂで対数変換された後に差動増
幅器１１の正極に入力される。その結果として、異なる
２ヵ所の位置での通過光強度の差分信号が、出力信号と
して差動増幅器１１より出力される。差動増幅器１１か
らの出力信号は、逐次Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号
に変換され、計算機１３に取り込まれて処理された後、
表示装置１４に時系列データとして表示される。

【００１６】前述した例は、光照射用光ファイバー１本
と光検出用光ファイバー２本とが光検出プローブとして
一体化されているとして説明したが、プローブは、光照
射用光ファイバーと光検出用光ファイバーとをそれぞれ
複数本設けたプローブ装置として構成されていてよく、
また、光検出用光ファイバーからの検出信号が個々に計
算機に入力されるようになっていてよい。

【００１７】図２は本発明の実施形態によるプローブ装
置のシェル部の形状に対する基本的な考え方を説明する
図、図３はシェル部への固定ベルトの取り付けとプロー
ブ装置の被験者の頭頂部への装着状態とを説明する図、
図４はプローブ装置の被験者の頭部の各所への装着状態
を説明する図、図５は固定ベルトによらないプローブ装
置の装着方法を説明する図、図６はプローブの個数の相
違によるシェル部の形状の相違を説明する図である。図
２〜図６において、２０６は紐、２０７は連結器具、５
０１はネット状帽子、５０２はヘッドバンドであり、他
の符号は図１５の場合と同一である。

【００１８】一般に、球体の表面を平面に置き換える場
合、例えば、地球儀上の地図を平面に置き換える場合、
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、多円錐図法によ
って平面状に展開することができる。本発明の実施形態
によるプローブ装置は、このような多円錐図法による球
体表面の平面への置き換えを応用したものであり、複数
のプローブ２０２を格子状に配置して保持するシェル部
２０１を、図２（ｃ）に示すような形状としたものであ
る。すなわち、シェル部２０１は、中央部のプローブ２
０２を１つの方向に連結し、連結されたこれらのプロー
ブ２０２の連結軸に直角方向にあるプローブ２０２が、
連結軸から離れて隣接するプローブ２０２と切り離され
て、連結部から枝状に延びだ部位に位置させられるよう
な形状を有して構成される。

【００１９】前述のような形状を持つシェル部２０１
は、平面でありながら彎曲したときに、どのような球状
の形状の上にも容易にフィットすることができるものと
なる。この場合に、シェル部２０１自身は、伸縮するこ
となく、しわができたりすることもない。また、このシ
ェル部２０１は、球の大きさが異なる場合にも、問題な
く球面に密着させることができる。これにより、このよ
うなシェル部２０１上に格子状に配置される複数のプロ
ーブ２０２は、シェル部２０１の前述のような性質によ
り、その全てが容易に頭部等の球面上に密着可能とな
る。また、前述した形状を有するシェル部２０１は、枝
状に延びた複数の部位の方向に２方向から引っ張ること
により、自立的に球状に変形してくる。シェル部２０１
は、前述したような性質を持つので、被検体としての被
験者の頭部の曲率が異なるどのような位置に装着された
場合にも、全てのプローブ２０２を頭皮に密着させるこ
とができる。

【００２０】シェル部２０１の枝状に延びた複数の部位
の２方向から引っ張るため、シェル部２０１には、図３
（ａ）に示すように、枝状に延びた複数の部位の先端に
紐２０６を連結し、これらの複数の紐を連結器具２０７
を介して固定ベルト２０５が取り付けられる。紐２０６
を伸縮性を有するものとすれば、固定ベルト２０５を単
に輪状に構成して、図３（ｂ）に示すように、複数のプ
ローブ２０２と、これらを保持するシェル部２０１とに
より構成されるプローブ装置を頭部に容易に装着するこ
とができ、しかも、全てのプローブ２０２を頭皮に密着
させることができる。

【００２１】被検体としての被験者の頭部の曲率が異な
る種々の位置にプローブ装置を装着した状態を図４に示
している。図４に示す例は、プローブ２０２を円盤状の
ものとして示しているが、プローブ装置全体の構成は、
前述したものと同一である。図４（ａ）に示す例はプロ
ーブ装置を側頭部に装着した例、図４（ｂ）に示す例は
プローブ装置を前頭部に装着した例、図４（ｃ）に示す
例はプローブ装置を後頭部に装着した例である。これら
の例は、いずれも、固定ベルト２０５をあごに掛けるの
ではなく頭部の周囲に掛けることにより、プローブ装置
を装着することができる。また、図４（ｄ）に示す例は
プローブ装置を頭頂部に装着した例であり、この場合、
固定ベルト２０５は、あごに掛けられる。図４（ａ）〜
図４（ｄ）に示す例は、組み合わせて使用することがで
き、これにより、複数の部位を同時に計測することがで
き、また、全脳に対する計測を行うこともできる。

【００２２】図４ではプローブ装置の頭部への装着を固
定ベルトにより行うとしたが、次に、図５を参照して固
定ベルトによらない装着方法について説明する。

【００２３】図５（ａ）に示す例は、頭部に載置したプ
ローブ装置の上からネット状帽子５０１を被せ、これに
より、プローブ装置を頭部に装着するようにした例であ
る。この例によれば、プローブ装置全体に押し付け力が
加わることになり、プローブの頭皮への密着性をより向
上させることができ、また、固定ベルトを使用する場合
のように被験者に違和感を与えることも少なくすること
ができる。また、後述するように、プローブ２０２は、
頭皮との間に毛髪等が挟まった場合に、その位置を調整
することが可能であるが、図５（ａ）に示す例は、この
ような場合に、ネットの目を通して容易にその作業を行
うことができる。図５（ｂ）に示す例は、頭の側部周囲
にヘッドバンド５０２を装着させ、このヘッドバンド５
０２に前述で説明した固定ベルトを連結してプローブ装
置を固定して装着するようにした例である。図５
（ａ）、図５（ｂ）に示す例は、いずれも、被験者が固
定ベルトをあごに掛ける必要なくプローブ装置を装着す
ることができるので、長時間にわたる計測の場合にも、
被験者苦痛を与えることがなく、また、あごが自由であ
るので発声をを行いながらの計測も可能となる。なお。
ここに説明した２つの例は、組み合わせて使用すること
ができる。

【００２４】前述までに説明した本発明の実施形態によ
るプローブ装置は、３×３の格子状に配置された９個の
プローブを有するものとして説明したが、プローブの数
は、これに限らず任意の数とすることができる。図６に
示す例は、それらの幾つかを模式的に示した例であり、
図６（ａ）はプローブを５×５とした例、図６（ｂ）は
プローブを４×４とした例、図６（ｃ）はこれまでに説
明したきたプローブを３×３とした例である。そして、
図６（ｂ）に示すプローブを４×４とした例は、中央部
に並ぶプローブが存在しないため、中央部の２つの列の
プローブを連結して構成している。このような形状とし
ても、前述したと同様に使用することができ、同様な効
果を得ることができる。また、プローブ装置を構成する
プローブの並べ方は、前述した例に限らず、どのような
配列としてもよく、例えば、プローブの縦横の数が異な
る配列、列または行のプローブの数が他の列または行と
異なる配列等であってもよい。

【００２５】図７は本発明の第１の実施形態によるプロ
ーブ装置の形状とプローブの構成を説明する図、図８は
本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の形状とプ
ローブの構成を説明する図、図９は本発明の第３の実施
形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明
する図であり、以下、これらの図を参照して、本発明の
実施形態によるプローブ装置について具体的に説明す
る。図７〜図９において、７０１は連結部、７０２はバ
ネ、７０３は高さ調整ねじ、７０４は調整つまみ、７０
５はファイバー束端、７０６はファイバー保持材、図７
（ａ）、図７（ｂ）には、本発明の第１の実施形態によ
るプローブ装置の上面側を見た斜視図、下面側を見た斜
視図を示している。この実施形態は、プローブ２０２が
構成される部分のシェル部２０１を硬質プラスチック等
によりプローブ毎に分割して形成し、プローブが構成さ
れる部分の相互間を周囲に蛇腹を形成したゴムチューブ
等により形成された連結部７０１により可橈性を持たせ
て結合してシェル部２０１の全体を形成して構成されて
いる。

【００２６】各プローブ２０２は、図７（ｃ）に示すよ
うに、プローブ装置の下面側に突出するファイバー束端
７０５を保持するファイバー保持材７０６と、該保持材
７０６と共にファイバー束端７０５を下方に押し付ける
バネ７０２と、ファイバー保持材７０６の高さを調整す
る高さ調整ねじ７０３と、高さ調整ねじの調整とファイ
バー束端７０５の位置を微調整する調整つまみ７０４と
を備えて構成されている。このように構成されるプロー
ブ２０２は、シェル部２０１から取り外すことができな
いが、調整つまみ７０４によりシェル部２０１の内部で
動かすことができ、ファイバー束端７０５と頭皮との密
着が充分でない場合等に、毛髪を掻き分けて調節するこ
とができる。

【００２７】なお、後述するが、ファイバー束端７０５
から延びる光ファイバーは、シェル部２０１の内部を通
り、列毎の各プローブ２０２からの光ファイバーが纏め
られてシェル部２０１の外部に導かれる。

【００２８】図８（ａ）、図８（ｂ）には、本発明の第
２の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視
図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態
は、シェル部２０１全体を、ゴム、エラストマ等のやや
軟質の材料により形成し、あるいは、これらのいずれか
とプラスチックとの２重成型により形成したもので、全
体がシームレスに見えるように構成されている。内部に
設けられるプローブの構成は、図７により説明したもの
と同一であってよい。

【００２９】図９（ａ）、図９（ｂ）には、本発明の第
３の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視
図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態
は、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、個々のプロ
ーブ２０２を位置させるシェル部の部位の形状を全体に
丸みを持たせてはっきり出すようにし、これらの部位を
連結する部分も、前述の丸みに滑らかに繋がるように形
成されている。これにより、このプローブ装置は、前述
で説明したネット状の帽子５０１により頭部に装着した
場合にも、ネット等にひっかかるようなことを防止する
ことができる。また、この実施形態は、シェル部２０１
の下側半分をシリコンゴム等によるクッション機能を有
する材料により形成し、図９（ｃ）に示すように、プロ
ーブ２０２自体をシリコンゴム部９０１に取り付けてい
る。これにより、プローブ２０２は、図７により説明し
た構成からバネ７０２、高さ調整ねじ７０３を不要とし
てプローブ２０２の部品点数を低減させても、図９
（ｄ）に示すように、調整つまみ７０４だけで、プロー
ブの高さ調整や頭皮への接触調整を行うことができる。

【００３０】図１０は各プローブからの光ファイバーの
プローブ装置の外部への引き出し方法について説明する
図である。

【００３１】各プローブからの光ファイバーを従来技術
の場合のように各プローブから直接外部に引き出すよう
にすると、操作の邪魔になり、また、各ファイバー自体
が細いので損傷を受ける場合が生じる。そこで、本発明
の実施形態は、各プローブからの光ファイバーを、シェ
ル部の中にはわせて配線し、束ねてから外部に導出する
ようにしている。

【００３２】図１０（ａ）に示す例は、プローブの１列
毎に光ファイバーを束ねて外部に導出し、外部で複数の
各列から導出された光ファイバーの束をさらに束ねるよ
うにした例である。また、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）
に示す例は、全てのプローブからの光ファイバーを全て
シェル部内部で束ねて外部に導出するようにした例であ
る。図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示した例は、外部へ
の光ファイバーの導出位置が相違するだけで、基本的に
同一である。

【００３３】前述で説明した本発明の各実施形態による
プローブ装置は、複数備えられるプローブが、相互に隣
り合うものが光照射用、光検出器用として使用される。
このため、図１により説明した光照射用光ファイバー
４、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、それぞれ、前
述した本発明の各実施形態によるプローブ装置のプロー
ブ２０２を構成するものであり、また、光ファイバー固
定部材８は、シェル部２０１に相当する。前述したよう
に、各プローブ２０２は、光照射用、光検出器用として
独立に使用されるので、本発明の各実施形態は、各プロ
ーブが光照射用として使用されるものであるか、光検出
器用として使用されるものであるかが目視によりすぐに
判るように、各プローブの調整つまみ７０４の上面が異
なる色とされている。例えば、光照射用を赤色とし光検
出器用を黄色とする等である。

【００３４】そして、各プローブは、光照射用と光検出
器用との各ファイバーのファイバー束端の相互間の距離
がある一定の距離以下にならないように使用する必要が
ある。このため、前述で説明した本発明の各実施形態に
よるプローブ装置は、小さい曲率を持つ頭部に装着さ
れ、プローブを囲む部分のシェル部が相互に接触する状
態になった場合にも、各プローブのファイバー束端相互
間の距離が前述した一定の距離以下とならないように、
プローブを囲む部分のシェル部が形成されている。前述
の一定の距離は、大人用の場合約３０ｍｍであり、子供
用の場合約１５ｍｍである。

【００３５】図１１は図１に示す生体光計測装置に本発
明の実施形態によるプローブ装置を使用して計測を行う
状況を説明する図であり、以下、これについて説明す
る。

【００３６】図１１（ａ）において、半導体レーザーに
よる光源からの近赤外線領域の光は、光ファイバーを介
して、光照射用として使用されるプローブに送られて、
そのファイバー束端から頭部に照射される。そして、隣
接する光検出器用として使用されるプローブのファイバ
ー束端から頭内部を通った光が入力され、光ファイバー
を通ってフォトトランジスタによる光検出器１０入力さ
れる。ここで、検出された光は電気信号に変換され、こ
の電気信号が増幅器１１’、Ａ／Ｄ変換器１２を介して
ＰＣ等による計算機１３に入力されて処理される。

【００３７】本発明の実施形態によるプローブ装置を使
用する場合における計測領域と、複数のプローブの使い
分けとを図１１（ｂ）に示している。この例では、プロ
ーブ装置に４×４の１６個のプローブが配置され、丸印
で示す８個のプローブを光照射用として使用し、四角印
で示す８このプローブを光検出器用として使用するとし
ている。そして、この例の場合、図１１（ｂ）に網掛け
により示している部分が被計測領域となり、頭部内の脳
における血流の状況等を観測することができる。

【００３８】図１２は図１に示す生体光計測装置に本発
明の実施形態によるプローブ装置を使用し、プローブの
ファイバー束端から頭皮部を照明可能とする構成を説明
する図であり、以下、これについて説明する。

【００３９】プローブ装置は、被計測部である頭部に装
着した際に、各プローブのファイバー束端と頭皮との間
に毛髪等が挟まらないように、毛髪の掻き分け作業を行
わなければならない。このためには、ファイバー束端の
近傍を容易に目視することが可能であることが必要であ
る。図１２に示す例は、このため、ファイバー束端から
頭皮部を照明可能としたもので、図１２（ａ）に示すよ
うに、図１１（ａ）に示す構成に白色光の光源１２１を
設け、また、各プローブに接続されているファイバーの
途中に光結合器１２２を設けたものである、そして、前
述の白色光は、光源１２１に接続された光ファイバーと
光結合器１２２とを介して各プローブに接続されている
ファイバーに注入される。これにより、白色光の光源１
２１からの白色光は、各プローブのファイバー束端から
頭皮部分を照射して照明することができる。なお、この
場合、白色光を注入するプローブのファイバーは、光照
射用、光検出器用の全てである。作業者は、プローブの
調整つまみ７０４の近傍にプローブのファイバー束端を
見通せるように設けた穴１２３からファイバー束端の部
分を見ながら調整つまみ７０４を動かして、毛髪の掻き
分け作業、ファイバー束端の高さ調整の作業等を容易に
行うことができ、あるいは、穴１２３にピンを挿入して
毛髪の掻き分け作業を行うことができる。

【００４０】図１２に示す例は、白色光の光源１２１を
ＵＶ（紫外線）光源に置き換えることにより、各プロー
ブのファイバー束端のＵＶ殺菌を行うことができる。

【００４１】図１３は図１に示す生体光計測装置に本発
明の実施形態によるプローブ装置を使用し、プローブの
ファイバー束端が頭皮に密着していることをプローブの
位置で確認可能とする構成を説明する図であり、以下、
これについて説明する。

【００４２】図１に示す生体光計測装置は、各プローブ
のファイバー束端の頭皮への密着状況をリアルタイムで
検知することができる。通常、この検知情報は、計算機
１３の表示装置１４に表示させているが、図１３に示す
例は、この検知情報をプローブの近傍に表示することが
できるようにしたものである。すなわち、この例は、図
１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、各プローブの
近傍にファイバー束端が頭皮への密着しているか否かを
示すＬＥＤ１３１を設け、計算機１３が持つ密着状況の
情報をプローブ装置まで導いて、各ＬＥＤ１３１により
ファイバー束端の頭皮への密着状態を表示するようにし
たものである。

【００４３】例えば、計算機１３は、各プローブのファ
イバー束端が頭皮に充分に密着されていない場合に、対
応する位置にあるＬＥＤが発光するように制御する。こ
れにより、作業者は、どの位置のプローブにおけるファ
イバー束端が頭皮に充分に密着していないかを一目で知
ることができ、これにより、容易にそのプローブのファ
イバー束端を密着させる作業を行うことができる。な
お、ＬＥＤ１３１からの光は、ファイバー束端の照明と
して使用することができる。

【００４４】前述までに説明した本発明の各実施形態に
よるプローブ装置は、計測装置との間を光ファイバーに
より接続して使用するものであったが、本発明は、プロ
ーブ装置と計測装置との間を有線または無線を使用した
電気信号により接続することもできる。

【００４５】図１４はプローブ装置と計測装置との間を
有線または無線を使用した電気信号により接続した例を
接続する図である。

【００４６】図１４（ａ）に示す例は、プローブ装置内
の各プローブに近赤外線発光用のＬＥＤ１４１とフォト
トランジスタ１０とを設け、フォトトランジスタ１０に
より検出された信号をケーブルを介して計測装置に送信
するように構成した例である。この例の場合、図示して
いないがＬＥＤ１４１の駆動用の電源ラインが別途必要
となる。このようなプローブ装置によれば、光ファイバ
ーを使用することなく計測を行うことができ、プローブ
装置の装着時の作業性の向上を図ることができる。な
お、この例は、光照射用または光検出器用のいずれか一
方のみを光ファイバーとすることもできる。

【００４７】図１４（ｂ）に示す例は、プローブ装置内
の各プローブに近赤外線発光用のＬＥＤ１４１とフォト
トランジスタ１０とを設けると共に、プローブ装置内に
フォトトランジスタ１０により検出された信号を増幅す
るアンプ１４２、Ａ／Ｄ変換器１４３及び無線送信装置
１４４を設け、フォトトランジスタ１０により検出され
た信号をディジタル化して計測装置に送信するように構
成した例である。この場合、計測装置には、無線受信装
置１４５を設ける必要がある。この例の場合、プローブ
装置の内部あるいは外付けでプローブ装置内のＬＥＤ１
４１、アンプ１４２、Ａ／Ｄ変換器１４３、無線送信装
置１４４を駆動するためのバッテリーを備えることによ
り、被験者は、プローブ装置を装着したまま自由に動く
ことができ、例えば、運動をしながらの脳機能の計測を
容易に行うことが可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数のプローブを自立的に頭部形状にフィットさせること
ができ、どのような形状を持った頭部にも全てのプロー
ブを容易に頭皮に密着させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプローブ装置を使用する生体光計
測装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態によるプローブ装置のシェル
部の形状に対する基本的な考え方を説明する図である。

【図３】シェル部への固定ベルトの取り付けとプローブ
装置の被験者の頭頂部への装着状態とを説明する図であ
る。

【図４】プローブ装置の被験者の頭部の各所への装着状
態を説明する図である。

【図５】固定ベルトによらないプローブ装置の装着方法
を説明する図である。

【図６】プローブの個数の相違によるシェル部の形状の
相違を説明する図である。

【図７】本発明の第１の実施形態によるプローブ装置の
形状とプローブの構成を説明する図である。

【図８】本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の
形状とプローブの構成を説明する図である。

【図９】本発明の第３の実施形態によるプローブ装置の
形状とプローブの構成を説明する図である。

【図１０】各プローブからの光ファイバーのプローブ装
置の外部への引き出し方法について説明する図である。

【図１１】図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形
態によるプローブ装置を使用して計測を行う状況を説明
する図である。

【図１２】プローブのファイバー束端から頭皮部を照明
可能とする構成を説明する図である。

【図１３】プローブのファイバー束端が頭皮に密着して
いることをプローブの位置で確認可能とする構成を説明
する図である。

【図１４】プローブ装置と計測装置との間を有線または
無線を使用した電気信号により接続した例を接続する図
である。

【図１５】従来技術によるプローブ装置を被検体の頭部
に装着した状態を説明する図である。

【図１６】プローブと頭皮との接触状態について説明す
る図である。

【符号の説明】

１光源２光源用光ファイバー３ａ〜３ｃ光ファイバー連結器４光照射用光ファイバー５光照射位置６被検体７ａ、７ｂ光検出用光ファイバー８光ファイバー固定部材９ａ、９ｂ光検出器用光ファイバー１０ａ、１０ｂ光検出器１１差動増幅器１２Ａ／Ｄ変換器１３計算機１４表示装置１５局所的に血液動態が変化する領域１６ａ、１６ｂ光検出用光ファイバーの視野２４ａ、２４ｂロックインアンプ２５ａ、２５ｂ対数増幅器２０１シェル部２０２プローブ２０３光ファイバー２０４しわ２０５固定ベルト２０６紐２０７連結器具５０１ネット状帽子５０２ヘッドバンド７０１連結部７０２バネ７０３高さ調整ねじ７０４調整つまみ７０５ファイバー束端７０６ファイバー保持材

フロントページの続き (72)発明者柳沢和典東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所デザイン研究所内 (72)発明者竹越勇東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所デザイン研究所内 (72)発明者藤原倫行東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内 (72)発明者市川祝善東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB12 CC16 EE02 FF06 GG01 GG02 GG06 HH01 HH06 JJ11 JJ17 KK01 KK02 KK03 MM01 MM09 PP04 4C017 AA12 AB06 AC26 EE01 4C038 KK01 KL07 KX01 KY01 TA04 UC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体表面に光を照射する光照射手段と、
生体内部を通過して生体表面から出射する光強度を検出
する光検出手段とを備える生体光計測装置に用いるプロ
ーブ装置おいて、その先端に光ファイバー束端面が露出
する複数のプローブと、これらのプローブを保持するシ
ェル部とにより構成され、前記シェル部は、中央部のプ
ローブを１つの方向に連結し、連結されたこれらのプロ
ーブの連結軸に直角方向に連結軸から両側に延びた複数
の枝状部を有し、前記枝状部に他のプローブを保持して
いることを特徴とするプローブ装置。
【請求項２】前記複数のプローブは、前記シェル部に
格子状に配置されていることを特徴とする請求項１記載
のプローブ装置。
【請求項３】前記複数のプローブは、隣り合うプロー
ブのそれぞれが光照射用、光検出用となるように配置さ
れていることを特徴とする請求項１または２記載のプロ
ーブ装置。
【請求項４】前記シェル部は、前記複数の枝状部を両
側から引っ張ることにより、自立的に球面状に変形する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載のプローブ
装置。
【請求項５】前記プローブに結合される光ファイバー
が、前記シェル部の内部を通り、列毎のプローブからの
光ファイバーが纏められて、あるいは、プローブ装置の
全てのプローブからの光ファイバーが纏められて外部に
引き出されることを特徴とする請求項１ないし４のうち
いずれか１記載のプローブ装置。
【請求項６】光照射用のプローブに対するＬＥＤ及び
前記光検出用のプローブに対するフォトダイオードが前
記シェル部に設けられていることを特徴とする請求項３
または４記載のプローブ装置。
【請求項７】前記複数のプローブのそれぞれに表示用
ＬＥＤを有し、表示用ＬＥＤは、外部装置から制御され
て、前記ファイバー束端面の計測位置への密着状態を表
示することを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれ
か１記載のプローブ装置。
【請求項８】前記複数のプローブのそれぞれに、前記
ファイバー束端面を見通すことができる穴が設けられて
いることを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか
１記載のプローブ装置。