JP2002000586A - 生体光計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光を用いて生体を計測する生体光計測装置にお
いて、生体光計測装置の空間分解能を向上させる。 【解決手段】一つ以上の光照射器（１１〜１５：２１〜
２４）と一つ以上の光検出器（５１〜５４：６１〜６
４）を具備する計測プローブセット（１−６：１−７）
を複数個用意し、各プローブを互違いに配置し、かつ光
照射器と光検出器が略一列に並ぶように配置する。これ
により、単位面積当たりの計測点数を増加させ、かつ、
計測領域内に計測点を均一に配置可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を用いて被検査
体（生体）の代謝物質濃度もしくはその濃度変化を計測
する生体光計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体組織透過性が高い近赤外光に代表さ
れる光を用いて、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビ
ン、ミオグロビンに代表される生体内代謝物質の濃度も
しくはその濃度変化を計測し、その濃度変化を画像化す
る生体光計測装置が、特開平９−９８９７２号公報に記
載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】まず、従来技術につい
て、図２、図３、図４を用いて説明する。

【０００４】図２は、生体内の代謝物質の濃度もしくは
その濃度変化を計測するために用いられていた計測方法
を示す。図中の２−１は光照射用プローブ、２−２は光
検出用プローブであり、２−３はこれら光照射もしくは
光検出に使用することが可能な光導波路を示している。
この光導波路とは、コア層と、このコア層よりも屈折率
が小さいクラッド層からなる光伝送用の媒質であり、一
例として光ファイバが挙げられる。ここで言及した光フ
ァイバは、ガラス製であっても、プラスチック製であっ
ても構わない。更に、アクリル樹脂製であっても、フッ
素樹脂製であっても構わない。この光導波路は、光照射
用プローブ及び光検出用プローブに挿入されていて、固
定用ネジ（２−４）にて固定されている。

【０００５】光照射用プローブに挿入された光導波路
は、半導体レーザ、発光ダイオード、ランプに代表され
る光源に接続されている。一方、光検出用プローブに挿
入された光導波路は、フォトダイオード、光電子増倍管
に代表される光検出素子に接合されている。本図では、
これら光照射用プローブと光検出用プローブを頭皮上に
配置し、脳内の血液量変化を計測する場合に関して説明
する。

【０００６】この場合、生体組織透過性が高い近赤外光
（波長７００ナノメートル台から９００ナノメートル
台）を計測に使用する。光照射用プローブから照射され
た光は、皮膚（２−５）、頭蓋骨（２−６）、脳脊髄液
層（２−７）、大脳皮質（２−８）に代表される生体組
織により、散乱される。そして、散乱光の一部は、図中
に示したバナナ形状（２−９）の様に光照射位置から約
３０ｍｍ離れた光検出用プローブへ到達する。この３０
ｍｍという値は成人の場合であり、例えば、頭の大きさ
が異なる子供の場合は異なる。ここで、大脳皮質は脳の
活動により血液（２−１０）量が変化する計測領域であ
る。また、血液中のヘモグロビンは近赤外光を吸収す
る。このため、光検出用プローブへ到達する光量は、脳
の活動に伴い血液量が増加すると減少する。これは、検
出用プローブへ到達する光量は脳活動を反映することを
示している。

【０００７】次に、この図２に示した計測方法を用いて
脳活動に伴う血液量変化を画像化する方法を図３に示
す。図３中の３−１、３−２、３−３、３−４、３−
５、３−６、３−７、３−８は或る波長（仮に、ｘナノ
メートルとする）の光源である。また、同様に、３−
９、３−１０、３−１１、３−１２、３−１３、３−１
４、３−１５、３−１６は或る波長（仮に、ｙナノメー
トルとする）の光源である。

【０００８】光を用いて脳機能を計測する場合、波長８
００ナノメートルを中心に、この波長より長波長であれ
ば酸化ヘモグロビンの吸光度が、また短波長であれば還
元ヘモグロビンの吸光度が大きい。そこで、ｘを７８
０、ｙを８３０として、複数の波長の光源を被検査体
（３−１７）へ照射し、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグ
ロビンの濃度もしくはその濃度変化を計測する。

【０００９】被検査体（３−１７）の頭皮上には、３−
１〜３−１６に示した光源を照射する光照射位置（Ｓ１
１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１
７、Ｓ１８）（３−１８）とこれから３０ｍｍ離れた位
置で生体内を伝播した光を検出する光検出位置（Ｄ１
１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６、Ｄ１
７、Ｄ１８）（３−１９）が配置されている。光照射位
置の情報を与えるために、計測に使用した光源（図３中
では、１６個）の強度を全て異なる周波数で変調する。

【００１０】ここで、頭皮から１５ｍｍ程度の深さに存
在する大脳皮質での血液量変化の感度は、光照射位置と
光検出位置の中点で最大である。例えば、Ｓ１１で照射
されＤ１１へ到達した光を例に挙げれば、このＳ１１と
Ｄ１１の中点での血液量変化を最も高感度に検出する。
そこで、この中点を、「血液量変化の計測点」と定義す
る。図３に示した光照射位置と光検出位置の配置におい
ては、図中で■印（３−２０）で示したこの計測点は２
４ヶ所存在する。この２４計測点での各波長に対応する
信号光強度変化を求めるために、光検出位置に到達した
光を光検出器アレー（３−２１）で光学的信号から電気
信号へ変換し、更に、ロックインアンプアレー（３−２
２）を用いて復調する。

【００１１】そして、その復調した信号光強度からコン
ピューター、ワークステーションに代表される電子計算
機（３−２３）を用いて各計測点における酸化ヘモグロ
ビン濃度（もしくはその濃度変化）および還元ヘモグロ
ビン濃度（もしくはその濃度変化）を求める。

【００１２】各酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの
濃度もしくはその濃度変化において、もしくはこれらの
和で与えられる総ヘモグロビンの濃度もしくはその濃度
変化において、各２４計測点での濃度もしくはその濃度
変化を用いてスプライン画像処理を行い、図４に示すよ
うなトポグラフィ画像を得ることが出来る。

【００１３】しかし、生体組織は光を強く散乱するた
め、一般に他の生体計測装置（例えば、磁気共鳴描画装
置、エックス線）と比較して、空間分解能が低いことが
問題点として広く知られている。

【００１４】そこで、本発明の目的は、生体内の代謝物
質濃度を高い空間分解能で計測するために、計測点を計
測領域内密に、且つ均一に配置することが可能な生体光
計測装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、被検査
体へ光を照射する複数の光照射器と該光照射器から照射
され被検査体内を伝播した光を検出する複数の光検出器
とを具備する複数個の計測プローブセットと、光検出器
によって検出された信号に基き、光照射器と光検出器の
略中点位置を計測点として被検査体内の代謝物質濃度お
よびその濃度変化を計測する手段とを有し、かつ、前記
計測プローブセットの一つに配置された光照射器と光検
出器との間に、他の計測プローブセットに配置された光
照射器もしくは光検出器が略一列に並ぶよう、複数個の
前記計測プローブセットを重ね合せて配置し、前記計測
を行うよう構成したことを特徴とする。

【００１６】また、本発明によれば、被検査体へ光を照
射する複数の光照射器と該光照射器から照射され被検査
体内を伝播した光を検出する複数の光検出器とを具備す
る複数個の計測プローブセットと、光検出器によって検
出された信号に基き、光照射器と光検出器との略中点位
置を計測点として被検査体内の代謝物質濃度およびその
濃度変化を計測する手段とを有し、かつ、前記計測プロ
ーブセットのうち少なくとも一つの計測プローブセット
より光照射され、時系列的に他の計測プローブセットへ
移行するよう構成したことを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明によれば，被検査体へ光を
照射する複数の光照射器と該光照射器から照射され被検
査体内を伝播した光を検出する複数の光検出器とが格子
状に交互に等間隔に配置された計測プローブセットを複
数個と、光検出器によって検出された信号に基き、光照
射器と光検出器の略中点位置を計測点として被検査体内
の代謝物質濃度およびその濃度変化を計測する手段とを
有し、かつ、前記計測プローブセットの一つに配置され
た光照射器と光検出器との間に、他の前記計測プローブ
セットに配置された光照射器もしくは光検出器が略一列
に並ぶよう、前記計測プローブセットを重ね合せて配置
構成したものと、複数個の前記計測プローブセットを並
べて配置構成したものとを計測条件に応じて選択可能に
構成したことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳述する。

【００１９】図１に、本発明に基づく生体光計測方法を
示す。１−１はパーソナルコンピューター、ワークステ
ーションに代表される電子計算機であり、後述する光源
（光照射器）の光量制御、検出した信号の処理、計測結
果の画像処理などに使用される。この電子計算機は、図
１中に１１、１２、１３、１４、１５の番号を付した光
源群Ａ（１−２）と同じ図１中に２１、２２、２３、２
４の番号を付した光源群Ｂ（１−３）に接続されてい
る。各光源群の構造は図５を用いて後述する。

【００２０】また、図１中に５１、５２、５３、５４の
番号を付したものは検出器群Ａ（１−４）であり、同様
に同図中に６１、６２、６３、６４の番号を付したもの
は、検出器群Ｂ（１−５）である。

【００２１】また、図１中に示した１−６は、光照射器
と光検出器のペアＡを示しており、１１、１２、１３、
１４、１５の番号で示した光源群Ａ（図中の白丸印に相
当）と５１、５２、５３、５４の番号で示した検出器群
Ａ（図中の黒丸印に相当）を３０ｍｍ間隔で交互に配置
しており、この光照射器―光検出器の配置ペアを計測プ
ローブセットＡと呼ぶ。尚、本実施例では、全て光照射
器と検出器の配置間隔は３０ｍｍとしているが、ヒトの
頭のサイズは異なるため、この値に限定されるものでは
無い。

【００２２】同様に、図１中に示した１−７は、光照射
器と光検出器のペアBを示しており、２１、２２、２
３、２４、２５の番号を付した光源群Ｂ（図中の白四角
印に相当）と６１、６２、６３、６４の番号を付した検
出器群Ｂ（図中の黒四角印に相当）とを３０ｍｍ間隔で
配置したものであり、この光照射器―検出器の配置ペア
を、同様に、計測プローブセットBと呼ぶ。

【００２３】５１、５２、５３、５４、および６１、６
２、６３、６４で示した検出器は、生体内を伝播した信
号を電気的な信号へ変換する。そして、この信号は、ロ
ックインアンプリファイヤー、アナログ／ディジタル変
換器（Ａ／Ｄ変換器）などを具備する信号処理装置（１
−８）を介して、電子計算機（１−１）へ接続されてい
る。また、電子計算機（１−１）で処理した信号は、表
示装置（１−９）を用いて、画像、グラフ、テキストデ
ータなどの形態で画面上に表示することが出来る。

【００２４】次に、１−２や１−３に示した光源群、お
よび１−４や１−５に示した検出器群の構造を、図５を
用いて説明する。この図を用いた説明では、説明を簡単
にするために、ペアＡ中の光照射位置１１（対応する光
照射器と同じ番号を付す。）と光検出位置５１（対応す
る光検出器と同じ番号を付す。）の組合せについて説明
する。

【００２５】５−１は、図１中の１−１に示した電子計
算機である。この電子計算機は、光源１（５−２）と光
源２（５−３）へ対して、制御信号を送ることが可能で
ある。これら光源１および光源２は、半導体レーザ、発
光ダイオード、ランプなどに代表される光源である。

【００２６】また、この生体光計測装置においては、分
光スペクトルが異なる複数種類の生体内代謝物質の濃度
を計測することが可能である。これは、５−２と５−３
に示したように複数の光源を用い、かつこれらの光源の
発光スペクトルが異なれば、計測することが可能であ
る。

【００２７】本実施例では、２つの光源を示している
が、以下に述べる方法を用いて、任意個数の光源を設置
し、その結果任意個数のパラメーターを有する生体内代
謝物質の濃度を計測することが可能である。例えば、生
体中の酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの濃度を計
測する場合、これらの吸光度は波長８００ナノメートル
付近で一致するため、これらより長い波長（例えば８３
０ナノメートル）と短い波長（例えば７８０ナノメート
ル）を有する光源を使用する。

【００２８】本実施例では、５−２は、中心波長が７８
０ナノメートルである半導体レーザを、５−３は、中心
波長が８３０ナノメートルである半導体レーザを例とす
る。これらの光は、光波結合器（５−４）、光ファイバ
（５−５）、光照射用ホルダ（５−６）を用いて被検査
体（５−７）へ照射する。ここで、光照射用ホルダ（５
−６）は中空の形状であり、その内部へ光ファイバ（５
−５）を挿入し、その先端を被検査体（５−７）へ軽く
接触させ光を照射する。また、光照射用ホルダは、光フ
ァイバを固定することが可能なネジ（５−８）等を具備
する。

【００２９】ここで、波長７８０ナノメートルと波長８
３０ナノメートルの光を同じに入射するが、この程度の
波長の違いであれば、被検査体内を光はほぼ同じ経路を
辿って伝播する。

【００３０】そこで、光検出用ホルダ（５−９）へ到達
する光の波長情報を弁別するために、５−２に示した光
源の強度と５−３に示した光源の強度を異なる周波数で
変調する。被検査体内を伝播した光は、光検出用ホルダ
（５−９）内部に装着・固定した光ファイバ（５−５）
を用いて検出し、その検出した光波は、光検出器（５−
１０）へ伝送される。この光検出器の具体的な名称とし
て、一例としてフォトダイオード、光電子増倍管が挙げ
られる。そして、これらの光検出器を用いて光ファイバ
を伝播して来た光量の情報が電気的情報へ変換される。

【００３１】図５中の５−１１および５−１２は、波長
７８０ナノメートル、波長８３０ナノメートルの光源
（各々、５−２、５−３に対応する）の変調周波数と同
じ変調波成分の電気的信号を検出することが可能な電子
回路フィルターである。一例として、ロックインアンプ
リファイヤーが挙げられる。各フィルターで検出された
信号の強度は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換
器）（５−１３）へ伝送される。そして、ディジタル化
された信号は、再び電子計算機（５−１）へ伝送され
る。

【００３２】次に、図１中の光照射器―検出器の配置ペ
アＡ（１−６）と光照射器―光検出器の配置ペアＢ（１
−７）について、図６を用いて説明する。６−１および
６−２は、それぞれ光照射器―検出器配置ペアＡおよび
光照射器―検出器配置ペアＢの光照射器、光検出器の配
置例および計測点の位置を示す図である。６−１内に示
した白丸印（６−３）は光照射器の配置位置を示す。ま
た、同様に６−１内に示した黒丸印（６−４）は、光検
出器の配置位置を示す。これら光照射器の配置位置や光
検出器の配置位置は、図５の５−６や５−９に示した光
照射用ホルダや光検出用ホルダの頭皮上への配置位置に
相当している。これら光照射器と光検出器は３０ｍｍ間
隔で互違いに配置されている。

【００３３】ここで、大脳皮質における血液量変化の感
度は、光照射器の配置位置と光検出器の配置位置の中点
で最大である。そこで、図中の小さい丸で示した位置
（図中の６−５に相当する）は血液量変化の計測点と定
義される。

【００３４】一方、光照射器―検出器配置ペアＢ（６−
２）においては、６−２に示した白四角印（６−６）を
光照射器として、また、黒四角印（６−７）を光検出器
として、それぞれ３０ｍｍ間隔で配置する。また、これ
ら光照射器と光検出器の中点である位置（図中の６−８
に相当する）は、同様に血液量変化の計測点と定義され
る。

【００３５】次に、これら光照射器―光検出器配置ペア
Ａと光照射器―光検出器配置ペアＢを用いて、被検査体
上に血液量変化の計測点を効率よく配置する方法を、図
７を用いて説明する。図中の白丸印（７−１）は被検査
体上の光照射器の配置位置であり、この場所から照射さ
れ、生体内のたとえば大脳皮質を経由した光を検出する
ためには、図中の黒丸印（７−２）で示した光検出位置
で光を検出する。これら白丸印と黒丸印は一例として、
成人の脳機能を計測する場合３０ｍｍ間隔で配置する
が、この配置間隔（３０ｍｍ）に限定されるものでは無
い。

【００３６】そして、この光照射器―光検出器配置ペア
Ａの配置の間に、光照射器―光検出器配置ペアＢを配置
する方法を以下に説明する。具体的には、７−１で示し
た光照射器の配置位置と７−２に示した光検出器の配置
位置の略中点に、図中で白四角印（７−３）で示した光
照射器を配置する。そして、この配置場所から３０ｍｍ
離れた場所に、この光照射器から照射され生体内の、た
とえば大脳皮質を経由した光を検出するために、黒四角
印（７−４）で示した光検出器を配置する。そして、光
照射器（７−３）と光検出器（７−４）を３０ｍｍ間隔
で、図７に示すように、互い違いに配置する。別の言い
方をすれば、光照射器―光検出器配置ペアＡの光照射
器、光検出器と、光照射器―光検出器配置ペアＢの光照
射器と光検出器が一列に並んでいる。ここで言う一列と
は直線に限定されるものではなく、曲線であっても何等
問題は無い。

【００３７】この配置方法から得られる計測点の分布
を、以下の図８を用いて説明する。図８中に白丸印で示
した８−１は、光照射器―光検出器の配置ペアＡから得
た計測点であり、一方、白四角印で示した８−２は光照
射器―光検出器の配置ペアＢから得た計測点である。光
照射器―光検出器の配置ペアＡから得られる計測点の間
隔、および光源―検出器の配置ペアＢから得られる計測
点の間隔は、各々２１ｍｍである。これに対し、８−１
で示した計測点と８−２で示した計測点は１５ｍｍの間
隔で配置されている。

【００３８】次に、図９を用いて、この生体計測方法で
使用する計測シーケンスを説明する。その前に、図７を
用いてこの計測方法の問題点を説明する。図７中の番号
１３は光照射器の配置位置である。この場所から照射さ
れ生体内（例えば脳内の大脳皮質）を経由した光は、こ
の光照射器の配置位置から３０ｍｍ離れた場所で検出す
る。この図7においては、５１、５２、５３、５４の番
号を記した光検出器の配置位置で検出する。

【００３９】しかし、計測対象である生体組織は光散乱
体であるため、光照射器の配置位置（１３）で照射され
た光は、例えば、この光照射位置から僅か１５ｍｍしか
離れていない番号６１で示した光検出器の配置位置にも
到達する。しかし、この６１で示した光検出器は、図中
の２１、２２、２３，２４で示した光照射位置から照射
され生体内（例えば脳内の大脳皮質）を経由した光を検
出するために配置されたものである。

【００４０】光照射位置１３から照射されこの６１へ到
達した光の強度は、図中の２１、２２、２３，２４で示
した光照射位置から照射された光の強度と比較して、約
１０００倍大きい。その結果、光検出器のダイナミック
レンジを超過する可能性がある。そこで、図９に示した
ように、光照射する期間毎に、光照射器―光検出器配置
ペアＡで照射する光の強度と、光照射器―検出器配置ペ
アＢで照射する光の強度を交互に切り替えることで、こ
の問題を回避することができる。

【００４１】まず、光照射位置の情報を与えるために、
各光源の強度を各光源の場所毎に異なる変調周波数で変
調する。また、図９の場合、期間１、期間３、期間５で
は、光照射器―光検出器配置ペアＢからのみ光を被検査
体へ照射し、一方、期間２、期間４では光照射器―光検
出器配置ペアＡからのみ光を被検査体へ照射する。そし
て、期間１、期間３、期間５では、光照射器―光検出器
配置ペアＢに存在する光検出器でのみ光を検出する。同
様に、期間２、期間４では、光照射器―検出器配置ペア
Ａに存在する光検出器のみで光を検出する。この方法を
用いることで、光源のダイナミックレンジを考慮する必
要がなくなる。また、この制御プログラムは、図１の電
子計算機（１−１）に記憶されている次に、本発明の他
の実施例について、図１０、図１１、図１２、図１３、
図１４を用いて説明する。

【００４２】図１０は、光照射器（１０−１）と光検出
器（１０−２）の配置方法の一例を示す。図中では、光
照射器と光検出器をそれぞれ８箇所、交互に配置した。

【００４３】本実施例では、成人の大脳皮質内での血液
量変化を計測するために、これら光照射器と光検出器は
３０ｍｍ間隔で配置しているが、この配置間隔に限定さ
れるものでは無い。

【００４４】図中の１０−３は血液量変化を検出する計
測点であり、図に示した光照射器と光検出器の配置の場
合、この計測点は２４ヶ所存在する。また、この計測点
は２１ｍｍ間隔で存在する。また、図中の八角形の領域
（１０−４）は、この計測点で囲まれた計測領域であ
る。

【００４５】図１１は、図１０と同様に光照射器（１１
−１）と光検出器（１１−２）を３０ｍｍ間隔で配置し
た計測方法の実施例である。この図１１では、光照射器
（１１−１）と光検出器（１１−２）をそれぞれ７個
所、３０ｍｍ間隔で配置した。また、図中の１１−３は
血液量変化を検出する計測点であり、光照射器（１１−
１）と光検出器（１１−２）の略中点に配置した。

【００４６】更に、図１２も、図１０、図１１と同様
に、光照射器（１２−１）、光検出器（１２−２）を３
０ｍｍ間隔で各々７個所配置し、さらにはこれらの略中
点を血液量変化の計測点（１２−３）とする。

【００４７】図１０、図１１、図１２に示した光照射器
と光検出器の配置方法を用いて、計測点を高密度に配置
する方法を図１３に示す。図中の記号の意味は、同図中
に表で示した。すなわち、図中の１３−１、１３−５は
図１０の配置、１３−５、１３−６はず１１の配置、１
３−３、１３−４は図１２の配置をそれぞれ示す。

【００４８】図１３では、図１０、図１１、図１２に示
した光照射器と光検出器を同一平面上に重ねる。更に、
各光照射器と光検出器が重ならないように、略一列に並
ぶように配置している。

【００４９】この図１３に示した光照射器および光検出
器の配置方法から得た計測点の分布を図１４に示す。図
中に示した白丸印（１４−１）、白四角印（１４−
２）、白三角印（１４−３）は、各々図１０、図１１、
図１２に示した光照射器と光検出器の配置方法から得ら
れた計測点に対応している。図１０に示した計測方法で
は、計測点が２１ｍｍ間隔で配置されている。

【００５０】しかし、図１４に示した方法では、計測点
が最小で１０ｍｍ間隔に設置することが出来る。この結
果、計測領域内における計測点の個数が大幅に増加し、
かつ、図１４に示したように均一に分布することが可能
になる。この結果、単位面積当たりの計測点の個数が大
幅に増加し、計測から得られるトポグラフィ画像の空間
分解能の向上が実現できる。

【００５１】次に、本発明の更に他の実施例を、図１
５、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。

【００５２】図１５は、本実施例を実現するために使用
する生体光計測装置の装置構成を示している。１５−１
は、パーソナルコンピューター、ワークステーションに
代表される電子計算機であり、以下の装置の制御などに
使用される。１５−２に示した、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ
４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８は光源アレーである。各光
源（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７、Ａ
８）は、複数波長（例えば、７８０ナノメートル、８３
０ナノメートル）の光源（例えば、ランプ、発光ダイオ
ード、半導体レーザ）を具備し、更に、各光源の強度を
全て異なる周波数に変調することが可能な変調器も具備
している。

【００５３】各光源は、図中にＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ
４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８と示した光分岐器（１５−
３）へ接続されている。この光分岐器は、例えば、分岐
器Ｃ１の場合、以降の図１６を用いて説明する光照射位
置（光照射器）１１′と光照射位置（光照射器）３１へ
交互に光を導くことが可能である。この交互に光を導く
ためには、１５−１に示した電子計算機から発せられる
信号をトリガーとして、制御する。

【００５４】また、１５−４は光検出器アレーである。
各検出器の配置場所は、次の図１６を用いて説明する。
各検出器を用いて検出した光は、ロックインアンプアレ
ー、アナログ／デジタル変換器に代表される電子回路を
具備する信号処理装置（１５−５）へ伝送され、処理結
果は１５−１に示した電子計算機へ伝送される。更に、
この電子計算機は、計測結果を画像化することが可能で
あり、その作成した画像はディスプレー、プリンターに
代表される画像表示装置（１５−６）へ伝送される。

【００５５】次に、図１６を用いて、図１５に示した光
源アレーおよびこの光源アレーから照射され、生体内を
伝播した光を検出する光検出器の配置方法を説明する。
図中の白丸印（１６−１）で示した１１′、１２′、１
３′、１４′、１５′、１６、１７、１８および白四角
印（１６−２）で示した３１、３２、３３、３４、３
５、３６、３７、３８は、光照射器の配置位置である。
また、図中の黒丸印（１６−３）で示した２１′、２
２′、２３′、２４′、２５、２６、２７、２８および
黒四角印（１６−４）で示した４１、４２、４３、４
４、４５、４６、４７、４８は光検出器の配置位置であ
る。

【００５６】各光照射器と光検出器は、大脳皮質での血
液量変化を計測するために、３０ｍｍ間隔で配置されて
いる。しかし、配置間隔はこの値に限定されるものでは
無い。この図１６を見ると、９０×９０ｍｍのサイズを
有する計測領域が２面存在することがわかる。そこで、
これら図１５、図１６に示した生体光計測方法を用いた
計測方法に関して述べる。

【００５７】図１７では、被検査体（１７−１）の頭皮
上に、白丸印―黒丸印で示した光照射器―光検出器のペ
アと、白四角印―黒四角印で示した光照射器―光検出器
のペアを並べて配置する計測方法を示す。各ペアの計測
領域のサイズは９０×９０ｍｍであるが、本方法を用い
ることで、計測領域（１７−２）は２１０×９０ｍｍに
広がる。この結果、分解能は従来通りであるが、被検査
体の広い領域での血液量変化を計測することが可能にな
る。

【００５８】これに対して、図１８では、図１６に示し
た白丸印―黒丸印の光照射器―光検出器のペアと白四角
印―黒四角印の光照射器―光検出器のペアを、互い違い
に重ねて配置している。この結果、計測領域における計
測点の個数が大幅に増加し、かつ、均一に分布すること
が可能となり、特定の領域における血液量変化を高い空
間分解能で計測することが可能になる。図１７および図
１８に示した計測方法を計測条件に応じて適宜選択する
ことで、目的に応じた計測結果を得ることが可能にな
る。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、計測点
を計測領域内密に、かつ、均一に配置することが可能と
なり、生体内の代謝物質濃度を高い空間分解能で計測す
ることが可能な生体光計測装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生体光計測装置の一実施例を説明する
ブロック図。

【図２】生体内の代謝物質の濃度やその濃度変化を計測
するために用いられていた計測方法を示す図。

【図３】従来の脳活動に伴う血液量変化を画像化する方
法を示す図。

【図４】図３のトポグラフィ画像例を示す図。

【図５】図１における光源群、検出器群の構造を説明す
る図。

【図６】図１における光照射器と光検出器の配置方法を
説明する図。

【図７】本発明における光照射器と光検出器の配置構成
を示す図。

【図８】図７における計測点の分布を示す図。

【図９】本発明における光源の切替シーケンスを説明す
る図。

【図１０】本発明の他の実施例における光照射器、光検
出器、計測点の分布（１）を示す図。

【図１１】本発明の他の実施例における光照射器、光検
出器、計測点の分布（２）を示す図。

【図１２】本発明の他の実施例における光照射器、光検
出器、計測点の分布（３）を示す図。

【図１３】本発明の他の実施例における光照射器、光検
出器の配置構成を示す図。

【図１４】図１３における計測点の分布を示す図。

【図１５】本発明の更に他の実施例を説明するブロック
図。

【図１６】図１５における光照射器、光検出器の配置方
法を説明する図。

【図１７】図１５における計測方法（１）を説明する
図。

【図１８】図１５における計測方法（２）を説明する
図。

【符号の説明】

１−１:電子計算機、１−２：光源群Ａ、１−３：光源
群Ｂ、１−４：検出器群Ａ、１−５：検出器群Ｂ、１−
６：光照射器―光検出器配置ペアＡ、１−７：光照射器
―光検出器配置ペアＢ、１−８：信号処理装置、１−
９：表示装置、２−１：光照射用プローブ、２−２：光
検出用プローブ、２−３：光導波路、２−４：固定用ネ
ジ、２−５：皮膚、２−６：頭蓋骨、２−７：脳脊髄液
層、２−８：大脳皮質、２−９：バナナ形状、２−１
０：血液、３−１：光源、３−２：光源、３−３：光
源、３−４：光源、３−５：光源、３−６：光源、３−
７：光源、３−８：光源、３−９：光源、３−１０：光
源、３−１１：光源、３−１２：光源、３−１３：光
源、３−１４：光源、３−１５：光源、３−１６：光
源、３−１７：被検査体、３−１８：光照射位置（Ｓ１
１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１
７、Ｓ１８）、３−１９：光検出位置（Ｄ１１、Ｄ１
２、Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６、Ｄ１７、Ｄ１
８）、３−２０：血液量変化の計測点、３−２１：光検
出器アレー、３−２２：ロックインアンプアレー、３−
２３：電子計算機、５−１：電子計算機、５−２：光源
１、５−３：光源２、５−４：光波結合器、５−５：光
ファイバ、５−６：光照射用ホルダ、５−７：被検査
体、５−８：光ファイバを固定することが可能なネジ、
５−９：光検出用ホルダ、５−１０：光検出器、５−１
１：電子回路フィルター、５−１２：電子回路のフィル
ター、５−１３：アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変
換器、６−１：光照射器―光検出器の配置ペアＡ、６−
２：光照射器―検出器の配置ペアＢ、６−３：光照射器
の配置位置、６−４：光検出器の配置位置、６−５：血
液量変化の計測点、６−６：光照射器：６−７：光検出
器、、７−１：被検査体上の光照射器の配置位置、７−
２：光検出位置、７−３：光照射器、７−４：光検出
器、８−１：光照射器―光検出器の配置ペアＡから得た
計測点、８−２：光照射器―検出器の配置ペアＢから得
た計測点、１０−１：光照射器、１０−２：光検出器、
１０−３：血液量変化を検出する計測点、１０−４：計
測点で囲まれた計測領域、１１−１：光照射器、１１−
２：光検出器、１１−３：血液量変化を検出する計測
点、１２−１：光照射器、１２−２：光検出器、１２−
３：血液量変化の計測点、１４−１：図１０の配置方法
から得られた計測点、１４−２：図１１の配置方法から
得られた計測点、１４−３：図１２の配置方法から得ら
れた計測点、１５−１:電子計算機、１５−２：光源ア
レー、１５−３：光分岐器、１５−４：光検出器アレ
ー、１５−５：信号処理装置、１５−６：画像表示装
置、１６−１：光照射器、１６−２：光照射器、１６−
３：光検出器、１６−４：光検出器、１７−１：被検査
体、１７−２：計測領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧 敦 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA05 BB12 CC16 EE02 FF06 GG01 GG02 GG03 GG06 GG10 HH01 HH06 JJ17 JJ22 KK01 KK02 KK03 MM09 PP04 4C038 KK01 KL05 KL07 KY01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査体へ光を照射する複数の光照射器と
   該光照射器から照射され被検査体内を伝播した光を検出
   する複数の光検出器とを具備する複数個の計測プローブ
   セットと、該光検出器によって検出された信号に基き、
   該光照射器と該光検出器の略中点位置を計測点として被
   検査体内の代謝物質濃度およびその濃度変化を計測する
   手段とを有し、かつ、前記計測プローブセットの一つに
   配置された光照射器と光検出器との間に、他の計測プロ
   ーブセットに配置された光照射器もしくは光検出器が略
   一列に並ぶよう、複数個の前記計測プローブセットを重
   ね合せて配置し、前記計測を行うよう構成したことを特
   徴とする生体光計測装置。
2. 【請求項２】被検査体へ光を照射する複数の光照射器と
   該光照射器から照射され被検査体内を伝播した光を検出
   する複数の光検出器とを具備する複数個の計測プローブ
   セットと、該光検出器によって検出された信号に基き、
   該光照射器と該光検出器との略中点位置を計測点として
   被検査体内の代謝物質濃度およびその濃度変化を計測す
   る手段とを有し、かつ、前記計測プローブセットのうち
   少なくとも一つの計測プローブセットより光照射され、
   時系列的に他の計測プローブセットへ移行するよう構成
   したことを特徴とする生体光計測装置。
3. 【請求項３】前記計測プローブセットに配置された前記
   光照射器と前記光検出器とが格子状に交互に配置構成さ
   れていることを特徴とする請求項１又は２記載の生体光
   計測装置。
4. 【請求項４】前記計測プローブセットの一つに配置され
   た光照射器と光検出器との間の略中点の位置に、他の計
   測プローブセットに配置された光照射器もしくは光検出
   器が重ね合わせて配置されてなることを特徴とする請求
   項１記載の生体光計測装置。
5. 【請求項５】被検査体へ光を照射する複数の光照射器と
   該光照射器から照射され被検査体内を伝播した光を検出
   する複数の光検出器とが格子状に交互に等間隔に配置さ
   れた計測プローブセットを複数個と、該光検出器によっ
   て検出された信号に基き、該光照射器と該光検出器の略
   中点位置を計測点として被検査体内の代謝物質濃度およ
   びその濃度変化を計測する手段とを有し、かつ、前記計
   測プローブセットの一つに配置された光照射器と光検出
   器との間に、他の計測プローブセットに配置された光照
   射器もしくは光検出器が略一列に並ぶよう、前記計測プ
   ローブセットを重ね合せて配置構成したものと、複数個
   の前記計測プローブセットを並べて配置構成したものと
   を計測条件に応じて選択可能に構成したことを特徴とす
   る生体光計測装置。