JP2002010986A - 脳内血液量の非侵襲的測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作が簡便で、低コストで頻回及び反復して
測定を行える光脳プレチスモグラフィー装置を提供す
る。 【解決手段】 本発明の装置は、(A)赤色光及び／又は
近赤外光を照射する光照射手段、(B)頭部からの光信号
を検知し、脳内血液量に対応する脈波信号に変換する信
号検知手段、(C)信号に含まれるノイズを除去するノイ
ズ処理手段、(D)得られた信号の解析処理を行う解析処
理手段、並びに(E)上記のいずれかの手段から送られる
情報を出力する出力手段を有する光脳プレチスモグラフ
ィー装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電的方法を用い
て脳内の脈波を測定する脳プレチスモグラフィー装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】脳は損傷されやすい重要臓器であり、か
つ堅牢な頭蓋骨に包囲されているという特殊性を有する
ことから、脳循環のモニタリングには多くの制限があっ
た。即ち、穿頭して経血管及び経頭蓋的に頭蓋内にプロ
ーブを留置するという侵襲的方法によれば、脳損傷、脳
虚血及び感染などに至るおそれがあるため、そのような
方法を用いることは非常に制限される。

【０００３】頭蓋の外部から頭蓋骨を透過して脳につい
て直接的に観察する非侵襲的方法となると、放射性物質
を利用するＲＩ検査装置、ＭＲＩ装置、Ｘ線ＣＴ装置な
どの比較的大きな規模の装置が多い。そして、これらの
装置を用いる方法は比較的大きな設備コスト及び検査コ
ストを要し、これらの装置を用いて一人の被験者に対し
て検査又は測定を頻回及び反復して行うことは、コスト
の点からも時間的にも制約が大きかった。

【０００４】また、比較的小さい規模で非侵襲的に脳循
環をモニタリングする装置としては、経頭蓋超音波ドッ
プラー法（以下、ＴＣＤとも称する）を利用する装置が
あるが、この装置によっては、一部の主要脳動脈の血流
速度等の非常に限定された情報しか得られなかった。

【０００５】一方、頭部に限定しなければ、非侵襲的に
血液循環に関する情報を測定する方法として、電気抵
抗、光又は容量の変化によって脈波を測定するプレチス
モグラフィー（plethysmography（容積脈波))という方
法がある。しかしながら、電気抵抗の変化を利用するイ
ンピーダンス脈波法、及び容量の変化を利用するストレ
インゲージ脈波法は、脳が頭蓋骨によって包囲されてい
るために、脳の電気抵抗及び容量の変化に関する情報を
非侵襲的に得ることは困難であるという理由から、いず
れの方法も脳への適用は困難であると考えられてきた。

【０００６】また、光電的脈波法（プレチスモグラフィ
ー法）は赤色光ないし近赤外光を利用するものであっ
て、赤色光及び／又は近赤外光は骨を含む生体を透過す
ることができる。しかしながら、光信号を利用する光電
的プレチスモグラフィー法の場合、光信号は伝達される
光路長の２乗にほぼ反比例して弱まり、光路長が長くな
るに従って、得られる信号に対するノイズの相対的な割
合が急激に大きくなってＳ／Ｎ比が低下することから、
従来において光電的脈波測定法を適用することができる
部位は、光路長が比較的短く十分な光量が得られる指
尖、耳朶及び四肢等の表在性静脈等に限られていた。ま
た、照射する赤色光及び／又は近赤外光の出力を上げる
ことには、被験者の安全性の問題からも限界があった。
従って、光電的プレチスモグラフィー法を脳に適用して
みても、得られる信号に対してノイズの割合が非常に大
きくなり、診断に利用するのに十分な強度で脳内の脈波
を測定することは困難であると考えられていた。このよ
うな考え方は、例えば「脳と神経」1959年3月号、第57
〜71頁に掲載された桑原武夫の「頭の電気容量脈波及び
インピーダンス脈波について」という論文にも示されて
おり、従来は当業者に常識的な認識とされていた。

【０００７】尚、脳を対象とするものではないが、頭部
を対象として光電的プレチスモグラフィー法を適用する
ことについての試みは研究者によって行われていた。例
えば、N. Artemisらは、「Preoperative evaluation of
patients with extracranial carotid disease.-pleth
ysmographic criteria for the use of a shunt, and f
or avoidance of surgery- Acta Neurochir」(Wien) 9
1:100-105,(1988)において、前額部眼窩上の動脈につい
て光プレチスモグラフィーを適用し、得られる脈波から
脳循環を間接的に計測しようと試みたことを開示してい
る。しかしながら、眼窩上動脈は脳に血流を送る内頚動
脈の枝ではなく、頭皮に血流を送る外頚動脈の枝である
ため、この方法によって調べることができる疾患は外頚
動脈が分岐する前の総頚動脈の疾患に限られ、従って頭
蓋内の情報を得ることはできなかった。

【０００８】また、W. Binghamは、「Neurosurgical ap
plications of ocular pneumoplethysmography」J Neur
osurg. 54:588-595(1981)において、眼球プレチスモグ
ラフィーから脳循環を評価することを試みたことを開示
している。しかしながら、眼動脈は内頚動脈が頭蓋内へ
貫通した直後、即ち頭蓋内へ貫通して１〜２mmの部位で
分岐したものであって、その間の血流量は０.３ml程度
であるのに対して、頭蓋内全体の血流量は１５０mlにも
達することから、眼動脈によって調べることができる疾
患は実際には頚部病変に限られ、眼動脈によって頭蓋内
情報を得ることは実質的に不可能であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
いて、脳内の血管についての血液循環機能の観察及び診
断方法又は装置であって、比較的簡便に操作することが
でき、また、比較的低コストで頻回及び反復して検査又
は測定を行うことができる方法又は装置は望まれていた
にもかかわらず、確立されていなかった。

【００１０】また、最近になって、脳内の動脈硬化、特
に細動脈硬化という現象が脳血管障害や高齢者の痴呆に
ついて重要な因果関係を有するということが注目される
ようになってきた。しかしながら、脳内の動脈硬化を直
接的に評価することができる有効な検査方法又は装置も
確立されていなかった。

【００１１】従って、本発明は、比較的簡便に操作する
ことができ、また、比較的低コストで頻回及び反復して
検査又は測定を行うことができる、脳内の血管について
の血液循環機能の観察及び診断を行う装置を提供するこ
とを１つの目的とする。また、本発明は、脳内の動脈硬
化を直接的に評価することができる有効な検査装置を提
供することをもう１つの目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明について簡単に説
明すると、本発明者は、上述した光電的プレチスモグラ
フィー法を脳内の血管についての血液循環機能の観察及
び診断に利用することについて種々の検討を重ねた結
果、頭部に対して赤色光及び／又は近赤外光を照射する
光電的プレチスモグラフィー法によって得られる光信号
に対して、所定の処理を加えることによって、その光信
号に含まれるノイズ成分を大幅に低減させ、プレチスモ
グラフィーとして有用な脈波信号を取り出すことができ
ることを見出した。更に、本発明者は、そのようにして
得られた脈波信号が、指尖や耳朶等に光電的プレチスモ
グラフィー法を適用して得られる脈波信号と実質的に同
一の情報を含むパターンの信号であることを確認し、従
って、このようにして得られる脈波信号を脳内の血管に
ついての血液循環機能の観察及び診断に利用することが
できることを見出し、本発明を完成するに至った。

【００１３】具体的には、本発明に係る脳内の脈波を光
電的に測定する脳プレチスモグラフィー装置は、１つの
要旨において、（Ａ）光源から供給される赤色光及び／
又は近赤外光を頭部に向けて少なくとも１秒間照射する
光照射手段１０、（Ｂ）頭部から発せられる光信号を少
なくとも１秒間検知し、検知した光信号を脳内血液量に
対応する脈波としての電気的信号に変換する信号検知手
段３０、（Ｃ）得られた電気的信号に含まれるノイズ成
分を除去処理するノイズ処理手段４０・５０、（Ｄ）得
られた信号に対して所定の解析処理を行う解析処理手段
６０、並びに（Ｅ）信号検知手段、ノイズ処理手段及び
解析処理手段のいずれかから送られてくる情報を出力す
る出力手段７０を有してなることを特徴とする。尚、ノ
イズ処理手段は、所定の周波数帯を越える周波数をノイ
ズ成分として除去する手段のみでよい場合もあるが、ノ
イズ成分の除去のみでは不充分な場合には、ノイズ成分
を除去して得られた脈波信号を複数回加算平均する手段
をも含み得る。従って、以下の説明において、ノイズ成
分を除去する手段を第１ノイズ処理手段４０と称し、信
号を複数回加算平均する手段を第２ノイズ処理手段５０
と称し、それぞれの手段によるノイズ除去処理を、一次
ノイズ除去処理及び二次ノイズ除去処理と称する。

【００１４】赤色光及び／又は近赤外光を用いる光電的
脈波測定法の原理は、以下のようなものである。即ち、
赤色光及び／又は近赤外光は生体組織に対して良好な透
過性を有しており、特に６００〜１３００nm、更に特に
７５０〜８５０nmの範囲の波長の赤色光及び近赤外光
は、血液中の酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとに
対してほぼ同等の吸収スペクトルを示す。従って、生体
に対して赤色光及び／又は近赤外光を照射すると、照射
部位の局所に存在するヘモグロビン量、従って照射部位
の局所に存在する脳血液量に応じて、照射された光は所
定の割合で血液中に吸収され、吸収されずに透過し及び
／又は反射（散乱）されて生体外に出てきた赤色光及び
／又は近赤外光の光信号を対応するセンサで検知し、透
過及び／又は反射（散乱）により得られた光の光信号及
び照射した赤色光及び／又は近赤外光の強度を比較する
ことによって、照射部位に存在していた血液量を求める
ことができる。従って、赤色光及び／又は近赤外光の照
射を所定の時間にわたって連続して行うことによって、
脈拍動に対応する血液量の変化を経時的に求めることが
でき、その結果として脳の容積脈波（脳プレチスモグラ
フィー）信号が得られる。

【００１５】このような赤色光及び／又は近赤外光の波
長範囲の光を生体の特定の部位に対して照射し、生体を
透過する光信号又は生体から反射（散乱）される光信号
を検知し、照射した生体の特定部位における血液量又は
血液流量の変化を測定する技術は、光電的脈波測定法と
して、例えば特開昭６３−１９４６３８号公報等から既
に知られており、また実用化されている。特開昭６３−
１９４６３８号公報に教示されている技術は、指尖を測
定部位として、その血流量の心拍動に伴う容積変化を脈
波としてとらえることにより、血管系の疾患の診断に利
用することである。このように指尖を測定部位として脈
波を求めた場合には、主として末梢動脈疾患を診断する
ことができる。しかしながら、特開昭６３−１９４６３
８号公報には、その技術を脳に対して適用できるような
開示又は示唆はされていない。

【００１６】本発明は、頭部に対して赤色光及び／又は
近赤外光を照射して得られる信号に含まれるノイズ成分
に特有の周波数帯を確認した上で、その特有の周波数帯
のノイズをカットした後、信号を増幅することによっ
て、更に必要な場合には、信号を複数回加算平均するこ
とによって、指尖などで測定する脈波と実質的に同等の
パターンの脈波が脳から得られることを見出したことに
よって完成した。本発明者は、このようにして得られた
信号が脳内の脈波を示すと考えるのに十分なものである
と種々の検証を行った結果、本発明の装置によって得ら
れる脳内の脈波を示す信号を脳内血管の疾患等の診断に
用いることができるということを確認した。

【００１７】本発明では、１つの態様においては、６０
０〜１３００nmの範囲内の単一の波長を有する赤色光及
び／又は近赤外光を用いることができるが、その他に、
６００〜１３００nmの範囲内において２又はそれ以上の
複数の波長を用いることもできるし、更に、６００〜１
３００nmの周波数域で一定の範囲の連続する波長の赤色
光及び／又は近赤外光を用いることもできる。尚、赤色
光及び／又は近赤外光を照射する時間及び光信号を検知
する時間を少なくとも１秒と規定するのは、一般的に１
回の心拍の時間（周期）は１秒弱であることから、少な
くとも１周期の脈波信号を得るためである。従って、良
好な時間分解能での測定を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の測定装置について、その
好ましい形態を示す図面を参照しながら、以下、説明す
る。図１は、本発明の測定装置を被験者に装着した状態
を摸式的に示している。本明細書では、本発明の装置に
おいて行う脳内の脈波の測定方法を経頭蓋脳光プレチス
モグラフィー（Transcranial brain photoplethysmogra
phy)又はＴＢＰとも称する。図１において、光源１０か
ら発せられる光は、ライン１１を介して光照射手段２０
へ伝達された後、光照射手段２０から被験者の頭部、例
えば前額部へ向けて照射される。光照射手段２０から水
平方向に離れた、例えば約３cm離れた位置の前額部に
は、被験者の前額部の内側から出てくる光信号を検知す
ることができる信号検知手段３０が配されている。

【００１９】光源１０が発する赤色光及び／又は近赤外
光の波長は６００〜１３００nmの範囲、好ましくは７５
０〜８２０nmの範囲、特に好ましくは７８０〜８００nm
の範囲である。ここでは、光源１０として、工業的に多
くの用途に用いられている７８０nmの単一波長を連続し
て発生するレーザー光発生装置（旭データシステム社
製、ＡＬＰ−１０００Ｕ）を使用し、光ファイバーの一
端側を光源１０に接続し、他端側を光照射手段２０とし
た。光照射手段２０側の端部における連続レーザー光の
出力は約３０mWであった。また、信号検知手段３０とし
ては、フォト・ダイオード（バーブラウン社製、ＯＰＴ
−１０１）を使用した。

【００２０】本発明において利用する赤色光及び／又は
近赤外光の反射（散乱）現象は、光線が鏡面反射する現
象とは多少異なっており、赤色光及び／又は近赤外光が
生体組織に対して高い透過性及び高い散乱性を示すこと
を利用したものである。従って、以下において、この現
象を散乱現象とも称する。生体組織に対して照射された
赤色光及び／又は近赤外光は、生体組織中を散乱しなが
ら透過するので、その散乱した赤色光及び／又は近赤外
光の一部は再び生体組織の表面へ戻ってくる。その場合
に、光照射手段２０と信号検知手段３０との間隔を所定
の距離に設定しておくと、光照射手段２０から出て、生
体内にその所定の距離にほぼ等しい深さまで入って散乱
及び／又は反射されて体表面に戻ってきた光信号を信号
検知手段３０は検知することができるということを、本
発明者は確認した。

【００２１】従って、例えば、光照射手段２０と信号検
知手段３０との間隔を約３cmに設定すると、頭皮下約３
cmの深さの頭蓋内を通過してきた赤色光及び／又は近赤
外光を信号検知手段３０は検知することになる。光照射
手段２０と信号検知手段３０との間隔は必ずしも３cmに
限定する必要はない。例えば２〜４cm、例えば１〜５c
m、例えば０.５〜６cmの範囲で選択することもできる
が、その間隔をあまり短く設定すると、実際に脳内を通
過していない光信号が含まれる割合が高くなる可能性が
あり、また、その間隔をあまり長く設定すると、光路長
が長くなり過ぎるために、実質的に利用可能な強度の光
信号が得られない可能性がある。

【００２２】そのため、脳内を実際に通過した光信号が
実質的に利用可能な強度で得られる間隔として、本発明
の好ましい態様では３cmという間隔を採用している。ま
た、外部からの光の影響をできるだけ小さくするため、
光照射手段２０から信号検知手段３０まで及びその周囲
の一定の領域を黒色のゴム製シートで被覆して遮光し
た。

【００２３】例えば、光照射手段２０と信号検知手段３
０との間隔を約３cmに設定した場合の光路長は、指尖や
耳朶などを透過させる場合の光路長よりも遙かに長いの
で、得られる光信号（以下、ＴＢＰ信号とも称する）に
はかなりのノイズ成分が含まれている。尤も、信号検知
手段３０によって得られる拍動性変動を示す光信号はそ
れ自体が微弱なので、電気的信号に変換した後、低雑音
プリアンプ（図示せず）によって増幅し、増幅した信号
をＡ／Ｄ変換した後、パーソナルコンピュータ（Macint
osh Quadra 650, Apple社製）（図示せず）に入力し、
Ｇ言語（日本National Instrument社製、LabVIEW 4.0）
で作成したデータ収集ソフトウェアにて２００sample／
secのサンプリングレートにて収集し、binary dataとし
て記録手段３５であるハードディスクに一旦記録した。

【００２４】本発明の装置による解析結果の妥当性を判
断するために、上記の測定と平行して、以下のような測
定も行った。尚、脳室腹腔シャント術後の水頭症患者を
被験者とした。被験者の心電図（ＥＣＧ）を心電計（He
ulet-Packered社製、HP7839A）により測定し、頭蓋内圧
（intracranial pressure、以下ＩＣＰとも称する）を
埋め込み式頭蓋内圧計（OSAKA telesensor、長野計器社
製）にて測定し、頚部内頚動脈の血流速（cerebral blo
od flow veloity、以下ＣＢＦＶとも称する）波形をdup
lex sonography（東芝社製、SSA-260A）にて測定し、各
測定結果を記録した。

【００２５】ハードディスクに記録されている脈波デー
タを、電圧（Ｖ）を縦軸とし、経過時間（秒）を横軸と
するグラフにすると、図２においてＴＢＰと表示する波
形が得られた。図２において、ＥＣＧと表示する波形は
心電図のデータであって、ＴＢＰの波形が心拍動に対応
する脈波であることが判った。しかしながら、ＴＢＰの
波形には多くのノイズが含まれていた。

【００２６】尚、上記の説明では、検知した信号を記録
手段３５に一旦記録し、その後にその信号を読み出して
信号の処理を行っているが、この態様に限定されず、信
号検知手段３０からの電気的信号を、ライン３１を通し
て第１ノイズ処理手段４０へ直接送って以下の処理を行
うこともできる。また、図３は、図２のグラフを時間軸
について圧縮したグラフを示しているが、長い時間にわ
たって観察すると、ＴＢＰの波形には呼吸性のドリフト
も含まれており、ベースラインが不安定であることも図
３から判った。

【００２７】そこで、このＴＢＰ波形をフーリエ解析し
て周波数分布を調べたところ、図４及び５に示すよう
に、２０Hz以下、更には１５Hz以下の低周波成分が主た
る信号成分であること、並びに２０Hz以上、更には１５
Hz以上のノイズ成分は周波数に関係なく一定の強度を示
すことを、本発明者は見出した。尚、ＴＢＰ信号は、光
センサー面の光量にほぼ比例しており、血液量が増加す
ると、逆に光量及び信号は小さくなる。従って、図にお
いては、血液量の増減に対応するように、縦軸の極性を
逆にして表示している。

【００２８】従って、ＴＢＰ信号を第１ノイズ処理手段
４０において１５Hzのローパスフィルターに通すことに
よって、ＴＢＰ信号からノイズの大部分を除去すること
ができた（一次ノイズ除去処理）。第１ノイズ処理手段
４０としては、例えばアナログ回路によるフィルター及
びデジタル信号処理によるフィルターを使用した。ま
た、ロックインアンプ等の広義のフィルターを使用する
こともできる。このように処理して得られたＴＢＰ信号
は、拍動パターンが十分に認識できる強度を有する場合
には、そのまま脈波として利用することもできる。従っ
て、その場合には、第１ノイズ処理手段４０においてノ
イズ除去処理を行って得られたＴＢＰ信号を、ライン４
２を通して出力手段７０へ送ることもできるし、或いは
図示しないラインを経由して解析処理手段６０へ直接送
ることもできる。

【００２９】しかしながら、単に１５Hzのローパスフィ
ルターに通す処理を行っただけでは、ＴＢＰ信号は強度
が小さすぎて、相対的にノイズ成分が残存し、診断に利
用するのに十分ではない場合も多い。そのような場合に
は、第１ノイズ処理手段４０からのＴＢＰ信号を、ライ
ン４１を通して第２ノイズ処理手段５０へ送り、第２ノ
イズ処理手段５０において信号の増幅及びノイズの除去
することが好ましい。第２ノイズ処理手段５０として
は、例えばデジタル信号処理による加算平均処理を使用
した（二次ノイズ除去処理）。増幅及びノイズ除去に
は、複数回加算平均を行うことが好ましく、心電図（Ｅ
ＣＧ）のＲ波を基準として複数回加算平均を行うことが
更に好ましい。

【００３０】加算平均を行う回数は特に限定されず、例
えばグラフに示されるＴＢＰ信号を参照しながら、１回
〜２００回までの範囲、好ましくは１０回〜１００回ま
での範囲の中から任意の回数を選択することができる。
この実施の形態では１００回の加算平均を行った。その
結果、図５に示すように、ＴＢＰ信号のきれいな波形が
得られ、この波形パターンによれば、ＴＢＰによる脈波
において、従来のプレチスモグラフィーにおいて観察さ
れるような、立ち上がり点（Ｓ）、前峰（Ａ）、縮期峰
（Ｐ）、切痕（ＤＮ）及び弛期峰（Ｄ）を判別すること
が可能となった。

【００３１】このようにして得られるＴＢＰ信号の波形
パターンには、脳動脈硬化、脳血管狭窄又は頭蓋内圧の
亢進時に、例えば脳動脈硬化の場合には三角波、さざな
み波等、脳血管狭窄の場合には脈波のなまり等とそれぞ
れ特徴的な変化が現れるので、ノイズを除去したＴＢＰ
信号によってこれらの疾患の予測や診断を行うことがで
きる。また、後述するように、ＴＢＰ信号の波高と頭蓋
内圧脈波（ＩＣＰ）とを組み合わせることによって、頭
蓋腔の弾性の相対的変化を評価することができる。この
ように処理して得られたＴＢＰ信号を脈波信号として利
用する場合には、ＴＢＰ信号を第２ノイズ処理手段５０
からライン５２を通して出力手段７０へ送ることもでき
る。

【００３２】上述のようにして得られたＴＢＰ信号は心
拍動の変化に対応する脳血流量の変化を示すものである
ので、このＴＢＰ信号をライン５１を通して解析処理手
段６０へ送って、解析処理手段６０で一次微分すること
によって血流速を求めることができる。解析処理手段６
０としては、例えばデジタル信号処理による差分を使用
した。解析処理手段６０において処理した信号は、ライ
ン６１を通して出力手段７０へ送られる。

【００３３】一般に、ある物理量が変動する場合、その
変動の一次微分によって変化速度が求められ、二次微分
によってその加速度が求められる。これを血液量に適用
すると、一次微分は血流速度に、二次微分はその加速度
に相当し、後者は加速度脈波として知られている。図６
Ａは、ＴＢＰ信号を一次微分した波形である。また、図
６Ｂは、上記の脳プレチスモグラフィーの測定と平行し
て測定した頚部内頚動脈の血流速（ＣＢＦＶ）の波形で
ある。図６Ａの波形パターンは、ＣＢＦＶ波形に特徴的
に観察される２峰性の収縮期ピーク及びその後のノッチ
などついて、この図６Ｂの波形パターンと非常によい対
応性を示していることから、ＴＢＰ信号を一次微分した
波形が血流速（ＣＢＦＶ）に対応することを確認した。

【００３４】このようなＴＢＰ信号の一次微分波形によ
れば、波形パターンには頭蓋内圧亢進時及び／又は脳血
管抵抗上昇時に特有の変化が、例えば頭蓋内圧亢進時に
は収縮期時間の短縮として、脳血管狭窄若しくは脳血管
抵抗上昇時には収縮期ピークの遅れなどの変化が現れる
ことから、これらの情報に基づいて、脳動脈硬化、脳血
管狭窄又は頭蓋内圧の亢進などについての予測や診断を
行うことができる。

【００３５】更に、解析処理手段６０においてＴＢＰ信
号を二次微分することによって、図７に示すような加速
度ＴＢＰ脈波信号を求めた。この加速度ＴＢＰ脈波につ
いてはａ、ｂ、ｃ及びｄの４つの明瞭なピークを確認す
ることができた。一般的に、動脈硬化が生じると、この
加速度ＴＢＰ脈波において、ピークｂの上昇並びにピー
クｃ及びｄの下降が観察されることから、ＴＢＰ信号の
二次微分波形パターンによって脳動脈硬化の進展の程度
を診断することができ、ＴＢＰ信号の二次微分波形の波
高から脳動脈硬化を鋭敏に評価できる指標を得ることが
できると考えられる。

【００３６】更に、脳プレチスモグラフィーの測定と平
行して測定した頭蓋内圧（ＩＣＰ）脈波と、上述のよう
にして得られたＴＢＰ脈波信号とを対比した。図８に
は、ＩＣＰ脈波を実線で示しており、ＴＢＰ脈波はＩＣ
Ｐ脈波と同じ時間での１サイクルの波形を点線で示して
いる。すると、それぞれ独立して測定して得られた頭蓋
内圧（ＩＣＰ）脈波と、本発明の装置によって得られた
ＴＢＰ脈波信号との間で、両者の脈波のパターン及び各
ピーク及び谷の位置は比較的よく一致することが示され
た。

【００３７】更に、ＩＣＰ脈波をＸ軸にとり、ＴＢＰ脈
波をＹ軸にとると、図９に示すように、特有のヒステリ
シス特性を有する相関関係が観察された。ＴＢＰ脈波が
頭蓋内血液量を反映していることを考慮すると、この曲
線は頭蓋脊髄腔の圧・容量特性を示しており、その傾き
は頭蓋内エラスタンスに比例し、頭蓋内コンプライアン
スに反比例すると理解することができる。従って、この
ようなヒステリシス曲線を描くことによって、頭蓋内圧
や頭蓋脊髄腔の弾性特性を把握することもできると考え
られる。

【００３８】尚、出力手段７０としては、ディスプレイ
装置、プリンター、プロッター、又は電気的若しくは電
子的信号をそのまま他のデバイスへ出力する装置を用い
ることができる。上述したように、出力手段７０へは、
第１ノイズ処理手段４０からはライン４２を経由して、
第２ノイズ処理手段５０からはライン５２を経由して、
及び解析処理手段６０からはライン６１を経由して、３
つの手段４０、５０及び６０のいずれからも信号を送る
ことができる。

【００３９】本発明は、もう１つの形態において、記録
手段３５に、頭部に照射された後、透過及び／又は散乱
現象によって頭部から発せられる光信号を信号検知手段
３０が検知し、検知した光信号を脳内血液量に対応する
脈波として変換した電気的信号が予め記録されている場
合に、その記録手段３５と、（Ｃ）得られた電気的信号
に含まれるノイズ成分を除去処理する第１ノイズ処理手
段４０と、（Ｄ）第１ノイズ処理手段からの信号につい
て増幅及びノイズ除去する第２ノイズ処理手段５０と、
（Ｅ）得られた信号に対して所定の解析処理を行う解析
処理手段６０と、（Ｆ）第１ノイズ処理手段４０、第２
ノイズ処理手段５０及び解析処理手段６０のいずれかか
ら送られてくる情報を出力する出力手段７０とを組み合
わせてなる、脳内の脈波を光電的に測定する脳プレチス
モグラフィー装置を提供することができる。

【００４０】かかる脳プレチスモグラフィー装置によれ
ば、予め被験者に対して、赤色光及び／又は近赤外光を
照射し、透過及び／又は散乱現象によって頭部から発せ
られる光信号を信号検知手段３０により検知し、検知し
た光信号を脳内血液量に対応する脈波として変換した電
気的信号が記録手段３５に記録されている場合に、その
記録手段３５を準備することによって、被験者に対する
測定とは時間的に切り離して、脳プレチスモグラフィー
の計測及び診断を独立して行うことができる。従って、
測定の後で、第１のノイズ処理、第２のノイズ処理及び
解析処理を、必要な場合には同じ処理を複数回やり直し
たり、繰り返したりして行うことができる。

【００４１】本発明は、更にもう１つの形態において、
（Ｉ）記録手段に既に記録されている、頭部に照射され
た後、透過及び／又は散乱現象によって頭部から発せら
れる光信号を信号検知手段３０が検知し、検知した光信
号を脳内血液量に対応する脈波として変換した電気的信
号を読み出すステップ、（Ｊ）読み出した電気的信号の
中に含まれているノイズ成分を一次除去処理するステッ
プ、（Ｋ）一次除去処理した信号から更にノイズ成分を
二次除去処理するステップ、（Ｌ）ノイズ除去した信号
に所定の解析処理を行うステップ、並びに（Ｍ）前記の
（Ｊ）、（Ｋ）及び（Ｌ）のいずれかのステップから送
られてくる情報を出力するステップを含んでなることを
特徴とする、脳内の脈波を光電的に測定する脳プレチス
モグラフィー法を提供することができる。

【００４２】この脳プレチスモグラフィー法において、
ステップ（Ｉ）及びステップ（Ｊ）は第１ノイズ処理手
段４０を用いて行うことができ、ステップ（Ｋ）は第２
ノイズ処理手段５０を用いて行うことができ、ステップ
（Ｌ）は解析処理手段６０を用いて行うことができる。
この脳プレチスモグラフィー法によれば、予め被験者に
対して赤色光及び／又は近赤外光を照射し、透過及び／
又は散乱現象によって頭部から発せられる光信号を信号
検知手段３０により検知し、検知した光信号を脳内血液
量に対応する脈波として変換した電気的信号が記録手段
３５に記録されている場合に、その記録手段３５を準備
することによって、被験者に対する測定とは時間的に切
り離して、脳プレチスモグラフィーの計測及び診断を独
立して行うことができる。従って、測定の後で、ノイズ
処理、増幅処理及び解析処理を、必要な場合には同じ処
理を複数回やり直したり、繰り返したりして行うことが
できる。

【００４３】本発明は、更にもう１つの形態において、
光照射手段から頭部に向けて照射された赤色光及び／又
は近赤外光が、透過及び／又は散乱現象によって頭部か
ら光信号として発せられ、その光信号を信号検知手段３
０が検知して、光の強度に対応する電圧に変換して得ら
れる電気的信号を、第１ノイズ処理手段４０によってノ
イズ成分を除去処理することによって得られる、脳内血
液量に対応する脈波信号を提供することもできる。かか
る脈波信号は、更に、第２ノイズ処理手段５０へ送って
増幅及びノイズ除去処理して、脳内血液量に対応する脈
波信号を提供することもできるし、その後更に、解析処
理手段６０へ送って一次微分及び／又は二次微分するこ
とによって一次微分脈波及び／又は二次微分脈波（加速
度脈波）を提供することもできる。そのような脈波信号
は、上述した脳プレチスモグラフィー装置を用いて行う
ことができるのと同様の種々の診断に供することができ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的簡単な構成の装置によって、脳内の血液量の変
化、従って脳循環動態を非侵襲的に測定することができ
る。装置の構成が比較的簡単であるため、例えばベッド
サイドなどにおいても被験者の脳循環モニタリングを非
侵襲的に行うことができる。従って、脳内の循環を実質
的に直接モニタリングすることができるので、本発明の
装置によって得られるデータに基づいて、医師は被験者
の脳内の動脈硬化、脳血管狭窄又は頭蓋内圧の亢進など
の頭蓋内の疾患の予測及び診断を効果的に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の装置の構成を表す摸式図である。

【図２】 同じ時間軸（秒）でＥＣＧ及びＴＢＰの波形
を示すグラフである。

【図３】 長時間でのＴＢＰ脈波の波形を示すグラフで
ある。

【図４】 フーリエ解析により、図３のグラフのＴＢＰ
脈波について求めた周波数分布を示すグラフである。

【図５】 第２ノイズ処理手段における加算平均及びノ
イズ処理によって得られるＴＢＰ脈波を示すグラフであ
る。

【図６】 ＴＢＰ信号を一次微分した波形（図６Ａ）と
頚部内頚動脈の血流速（ＣＢＦＶ）の波形（図６Ｂ）と
を対比して示す図である。

【図７】 加速度ＴＢＰ脈波を示すグラフである。

【図８】 ＴＢＰ脈波とＩＣＰ脈波との同じ時間での１
サイクルの波形を対比するグラフである。

【図９】 ＩＣＰ脈波をＸ軸にとり、ＴＢＰ脈波をＹ軸
にとった場合のヒステリシス特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…光源、 １１…ライン、 ２０…光照射手段、
３０…信号検知手段、３１…ライン、 ３５…記録手
段、 ４０…ノイズ処理手段、４１・４２…ライン、
５０…ノイズ処理手段、 ５１・５２…ライン、６０…
解析処理手段、 ６１…ライン、 ７０…出力手段。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脳内の脈波を光電的に測定する脳プレチ
   スモグラフィー装置であって、 （Ａ）光源から供給される赤色光及び／又は近赤外光を
   頭部に向けて少なくとも１秒間照射する光照射手段、 （Ｂ）頭部から発せられる光信号を少なくとも１秒間検
   知し、検知した光信号を脳内血液量に対応する脈波とし
   ての電気的信号に変換する信号検知手段、 （Ｃ）得られた電気的信号に含まれるノイズ成分を除去
   処理するノイズ処理手段、 （Ｄ）得られた信号に対して所定の解析処理を行う解析
   処理手段、並びに（Ｅ）信号検知手段、ノイズ処理手段
   及び解析処理手段のいずれかから送られてくる情報を出
   力する出力手段を有してなることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 更に、（Ｆ）記録手段を有することを特
   徴とする請求項１又は２記載の装置。
3. 【請求項３】 ６００〜１３００nmの範囲において単一
   の波長を有する赤色光及び／又は近赤外光を用いること
   を特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 ６００〜１３００nmの範囲において複数
   の波長若しくは連続する波長を有する赤色光及び／又は
   近赤外光を用いることを特徴とする請求項１又は２記載
   の装置。
5. 【請求項５】 ノイズ処理手段において、第１ノイズ処
   理手段によって２０Ｈｚを越える周波数の信号をカット
   することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
   装置。
6. 【請求項６】 ノイズ処理手段において、第１ノイズ処
   理手段によって１５Ｈｚを越える周波数の信号をカット
   することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
   装置。
7. 【請求項７】 ノイズ処理手段において、第２ノイズ処
   理手段によって、脈波としての電気的信号を複数回加算
   平均処理することを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   に記載の装置。
8. 【請求項８】 解析処理手段は、ノイズ処理手段からの
   信号の一次微分を行うことを特徴とする請求項１〜７の
   いずれかに記載の装置。
9. 【請求項９】 解析処理手段は、ノイズ処理手段からの
   信号の二次微分を行うことを特徴とする請求項１〜８の
   いずれかに記載の装置。
10. 【請求項１０】 脳内の動脈硬化の診断に用いることを
    特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
11. 【請求項１１】 脳内の細動脈硬化の診断に用いること
    を特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 【請求項１２】 頭蓋内圧の亢進の診断に用いることを
    特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
13. 【請求項１３】 脳動脈瘤の診断に用いることを特徴と
    する請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
14. 【請求項１４】 （Ｈ）頭部に照射された後、透過及び
    ／又は散乱現象によって頭部から発せられる光信号を信
    号検知手段が検知し、検知した光信号を脳内血液量に対
    応する脈波として変換した電気的信号を予め記録してい
    る記録手段、 （Ｃ）得られた電気的信号に含まれるノイズ成分を除去
    処理するノイズ処理手段、 （Ｄ）得られた信号に対して所定の解析処理を行う解析
    処理手段、並びに（Ｅ）記録手段、ノイズ処理手段及び
    解析処理手段のいずれかから送られてくる情報を出力す
    る出力手段を有してなることを特徴とする、脳内の脈波
    を光電的に測定する脳プレチスモグラフィー装置。
15. 【請求項１５】 （Ｉ）記録手段に既に記録されてい
    る、頭部に照射された後、透過及び／又は散乱現象によ
    って頭部から発せられる光信号を信号検知手段が検知
    し、検知した光信号を脳内血液量に対応する脈波として
    変換した電気的信号を読み出すステップ、 （Ｊ）読み出した電気的信号の中に含まれているノイズ
    成分を一次除去処理するステップ、 （Ｋ）場合により、一次除去処理した信号から更にノイ
    ズ成分を二次除去処理するステップ、 （Ｌ）増幅した電気的信号に所定の解析処理を行うステ
    ップ、並びに（Ｍ）前記の（Ｊ）、（Ｋ）及び（Ｌ）の
    いずれかのステップから送られてくる情報を出力するス
    テップを含んでなることを特徴とする、脳内の脈波を光
    電的に測定する脳プレチスモグラフィー法。
16. 【請求項１６】 光照射手段から頭部に向けて照射され
    た赤色光及び／又は近赤外光が、透過及び／又は散乱現
    象によって頭部から光信号として発せられ、その光信号
    を信号検知手段が検知して、光の強度に対応する電圧に
    変換して得られる電気的信号を、ノイズ処理手段によっ
    てノイズ成分を除去処理することによって得られる、脳
    内血液量に対応する脈波信号。