JP2002291751A - 生体光計測装置 - Google Patents
生体光計測装置Info
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- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
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Abstract
(57)【要約】
【課題】生体光計測において、曲率が大きく、動きの大
きい生体部位へプローブを装着することは困難であっ
た。 【解決手段】生体との接触面に柔軟性・摩擦係数が高い
部材１−４、１−５を配置し、さらに、均等に圧力を加
えるために光照射手段１-１-２-ａ及び光集光手段１-１
-２-ｂを伸縮性材料によって固定した。この２重構造化
により課題を解決した。
きい生体部位へプローブを装着することは困難であっ
た。 【解決手段】生体との接触面に柔軟性・摩擦係数が高い
部材１−４、１−５を配置し、さらに、均等に圧力を加
えるために光照射手段１-１-２-ａ及び光集光手段１-１
-２-ｂを伸縮性材料によって固定した。この２重構造化
により課題を解決した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を用い、生体内
部の代謝物質を計測する生体光計測装置に関する。
部の代謝物質を計測する生体光計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光を用いた生体計測では、可視から近赤
外の光を用いた生体機能を計測する装置が、例えば特開
昭５７−１１５２３２号公報あるいは特開昭６３−２７
５３２３号公報で開示されている。さらに、本計測原理
を応用し、脳機能の画像計測技術に関する発明（光トポ
グラフィ）が特開平９−９８９７２公報に提案されてい
る。
外の光を用いた生体機能を計測する装置が、例えば特開
昭５７−１１５２３２号公報あるいは特開昭６３−２７
５３２３号公報で開示されている。さらに、本計測原理
を応用し、脳機能の画像計測技術に関する発明（光トポ
グラフィ）が特開平９−９８９７２公報に提案されてい
る。
【０００３】これらは、光ファイバー等で代表されるよ
うな光導波手段を用い、生体に光を照射し数ｍｍから数
ｃｍ離れた位置で生体内部で散乱された光（以降、生体
散乱光と略す。）を集光計測する。計測された生体散乱
光の強度より、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビン
等で代表されるような生体内部の光吸収物質濃度あるい
は濃度に相当する値を求める。光吸収物質濃度あるいは
濃度に相当する値を求める際には、照射した光の波長に
対応した、目的とする光吸収物質の光吸収特性を用い
る。一般的に、生体深部を計測する場合には、生体透過
性の高い６５０ｎｍから１３００ｎｍの範囲内にある波
長の光を用いる。
うな光導波手段を用い、生体に光を照射し数ｍｍから数
ｃｍ離れた位置で生体内部で散乱された光（以降、生体
散乱光と略す。）を集光計測する。計測された生体散乱
光の強度より、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビン
等で代表されるような生体内部の光吸収物質濃度あるい
は濃度に相当する値を求める。光吸収物質濃度あるいは
濃度に相当する値を求める際には、照射した光の波長に
対応した、目的とする光吸収物質の光吸収特性を用い
る。一般的に、生体深部を計測する場合には、生体透過
性の高い６５０ｎｍから１３００ｎｍの範囲内にある波
長の光を用いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】生体光計測において
は、被検査体（生体）に光を照射する手段（以降、光照
射手段と称す。）と生体内部を伝播した通過光を集光す
る手段（以降、集光手段と称す。）を有している。これ
ら光照射手段と集光手段としては、光ファイバーあるい
は光ファイバー束で代表されるような光導波路を具備す
ることが多い。また、１組の光照射用および集光用の光
導波路が、１計測位置を表す最小単位（以降、光照射集
光ペアと略す。）である。この最小単位を複数設定し、
生体の画像計測を行う装置が、特開平９−９８９７２号
公報に提案されている。
は、被検査体（生体）に光を照射する手段（以降、光照
射手段と称す。）と生体内部を伝播した通過光を集光す
る手段（以降、集光手段と称す。）を有している。これ
ら光照射手段と集光手段としては、光ファイバーあるい
は光ファイバー束で代表されるような光導波路を具備す
ることが多い。また、１組の光照射用および集光用の光
導波路が、１計測位置を表す最小単位（以降、光照射集
光ペアと略す。）である。この最小単位を複数設定し、
生体の画像計測を行う装置が、特開平９−９８９７２号
公報に提案されている。
【０００５】ここで、光照射集光ペアの照射位置と集光
位置間の距離（以降、光照射集光ペア間距離と称す。）
は、計測対象となる領域の広さあるいは深さによって変
わる。そのため、特開平９−９８９７２号公報では、各
光照射集光ペア間距離が等間隔になるように、光照射用
の光導波路と集光用の光導波路を、正方格子の頂点上に
交互に配置する配置形態を提案している。この配置形態
を用いれば、１つの光導波路が複数の光照射集光ペアに
共有される形となるため、少ない光導波路で画像計測が
可能となる。従って、短時間で光導波路を生体に装着す
ることができる。
位置間の距離（以降、光照射集光ペア間距離と称す。）
は、計測対象となる領域の広さあるいは深さによって変
わる。そのため、特開平９−９８９７２号公報では、各
光照射集光ペア間距離が等間隔になるように、光照射用
の光導波路と集光用の光導波路を、正方格子の頂点上に
交互に配置する配置形態を提案している。この配置形態
を用いれば、１つの光導波路が複数の光照射集光ペアに
共有される形となるため、少ない光導波路で画像計測が
可能となる。従って、短時間で光導波路を生体に装着す
ることができる。
【０００６】しかし、この配置形態は、生体の平面で近
似できる程度の生体の狭い領域(例えば、頭の場合では
１５ｃｍ四方程度)への適用は容易であるが、曲率の大
きい領域への適用は困難である。特に、新生児・乳幼児
の頭部形状などは、大きな曲率を有し、個人差も大き
い。また、新生児・乳幼児などを計測する場合には、被
検者が静かに待機してもらうことが不可能であるため、
動きによるプローブのずれも抑制しなければならない
等、大人では想定できなかった問題が生じる。
似できる程度の生体の狭い領域(例えば、頭の場合では
１５ｃｍ四方程度)への適用は容易であるが、曲率の大
きい領域への適用は困難である。特に、新生児・乳幼児
の頭部形状などは、大きな曲率を有し、個人差も大き
い。また、新生児・乳幼児などを計測する場合には、被
検者が静かに待機してもらうことが不可能であるため、
動きによるプローブのずれも抑制しなければならない
等、大人では想定できなかった問題が生じる。
【０００７】特に、新生児・乳幼児の脳機能を計測する
手段は、これまでのところ脳波計に限定されている。し
かし、脳波計は空間分解能が余り高くなく、脳中心部の
脳幹部・脳表面の大脳皮質の情報を分離することが困難
である。一方、光計測に基づく脳機能計測方法は、人間
において特に発達した高次脳機能に強く連関をもつ大脳
皮質の無侵襲計測が可能であるため、高次機能の発達過
程を知る上で非常に有効な手法であることが期待されて
いた。
手段は、これまでのところ脳波計に限定されている。し
かし、脳波計は空間分解能が余り高くなく、脳中心部の
脳幹部・脳表面の大脳皮質の情報を分離することが困難
である。一方、光計測に基づく脳機能計測方法は、人間
において特に発達した高次脳機能に強く連関をもつ大脳
皮質の無侵襲計測が可能であるため、高次機能の発達過
程を知る上で非常に有効な手法であることが期待されて
いた。
【０００８】しかし、原理的に有効であることは知られ
ているが、光を照射および集光する導波路を固定する固
定具（プローブ）がこれまでのところ開発されていなか
った。
ているが、光を照射および集光する導波路を固定する固
定具（プローブ）がこれまでのところ開発されていなか
った。
【０００９】そこで、実用的な新生児・乳幼児のための
生体光計測用光導波路プローブを構成するためには、次
のような点が要求される。以下、列挙する。 （１）柔軟性：使用される生体光計測用プローブは、曲
率を有する生体表面に柔軟に適合可能でなければならな
い。 （２）入射検出用導波路間距離保持能力：使用される生
体光計測用プローブは、個人差を有する形状に対して、
入射検出用導波路間距離(正確には、光照射用光導波路
の先端と集光用光導波路の先端部間の道のりであるが、
以降、便宜的に入射検出間距離と称す。)が、所定の許
容範囲以上には変わってはならない。 （３）体動追従性：使用される生体光計測用プローブ
は、ある程度の動きを伴っていても、ずれてはならな
い。 （４）密着度視認性：使用される生体光計測用プローブ
は、光導波路と生体表面との密着性が確認できるよう
に、視認性が高く、容易に密着状態を制御できなければ
ならない。 （５）快適性：新生児や乳幼児など、環境変化に適応能
力の低い被検者の場合には、温度変化の観点から完全に
頭部などを覆うこがあってはならない。 （６）圧力分散性：新生児や乳幼児など、デリケートな
頭部を持つ被検者の場合には、１点に高い圧力をかけて
はならない。 （７）形状保持性：被検者に与える不可を減らすため、
短時間でプローブを装着する必要があるため、容易に形
状を変化でき、かつ、基本的な形状を保持する必要があ
る。 （８）装着性：上記課題７と同様の理由で、容易にプロ
ーブを固定する手段が必要である。 （９）固定手段の形状・サイズ適応性：固定する手段
が、被検者の頭部形状に適応できる必要がある。 （１０）固定手段の加圧性：固定する手段が、適度な圧
力を与えることができる必要がある。
生体光計測用光導波路プローブを構成するためには、次
のような点が要求される。以下、列挙する。 （１）柔軟性：使用される生体光計測用プローブは、曲
率を有する生体表面に柔軟に適合可能でなければならな
い。 （２）入射検出用導波路間距離保持能力：使用される生
体光計測用プローブは、個人差を有する形状に対して、
入射検出用導波路間距離(正確には、光照射用光導波路
の先端と集光用光導波路の先端部間の道のりであるが、
以降、便宜的に入射検出間距離と称す。)が、所定の許
容範囲以上には変わってはならない。 （３）体動追従性：使用される生体光計測用プローブ
は、ある程度の動きを伴っていても、ずれてはならな
い。 （４）密着度視認性：使用される生体光計測用プローブ
は、光導波路と生体表面との密着性が確認できるよう
に、視認性が高く、容易に密着状態を制御できなければ
ならない。 （５）快適性：新生児や乳幼児など、環境変化に適応能
力の低い被検者の場合には、温度変化の観点から完全に
頭部などを覆うこがあってはならない。 （６）圧力分散性：新生児や乳幼児など、デリケートな
頭部を持つ被検者の場合には、１点に高い圧力をかけて
はならない。 （７）形状保持性：被検者に与える不可を減らすため、
短時間でプローブを装着する必要があるため、容易に形
状を変化でき、かつ、基本的な形状を保持する必要があ
る。 （８）装着性：上記課題７と同様の理由で、容易にプロ
ーブを固定する手段が必要である。 （９）固定手段の形状・サイズ適応性：固定する手段
が、被検者の頭部形状に適応できる必要がある。 （１０）固定手段の加圧性：固定する手段が、適度な圧
力を与えることができる必要がある。
【００１０】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、生体光計測において、曲率が大きく、動きのあ
る生体部位に対して装着可能なプローブを備えた生体光
計測装置を提供することを目的とする。
であり、生体光計測において、曲率が大きく、動きのあ
る生体部位に対して装着可能なプローブを備えた生体光
計測装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、入射用光導波路および集光用光導波路
先端を、柔軟な素材で連結した。ただし、この柔軟な素
材は、入射検出間距離が変わらないように、あまり伸縮
性のない素材が好ましい。例えば、シリコンラバーなど
が適切である。
に、本発明では、入射用光導波路および集光用光導波路
先端を、柔軟な素材で連結した。ただし、この柔軟な素
材は、入射検出間距離が変わらないように、あまり伸縮
性のない素材が好ましい。例えば、シリコンラバーなど
が適切である。
【００１２】また、本発明では、上記目的を達成するた
めに、生体に接触する面に摩擦係数の高い素材を配置
し、さらに各導波路に適度な圧力を加えるために、伸縮
性のある素材で各光導波路の先端から１〜２ｃｍのとこ
ろで連結した。
めに、生体に接触する面に摩擦係数の高い素材を配置
し、さらに各導波路に適度な圧力を加えるために、伸縮
性のある素材で各光導波路の先端から１〜２ｃｍのとこ
ろで連結した。
【００１３】さらに、本発明では、上記目的を達成する
ために、光導波路先端を連結する素材及び光導波路先端
から１〜２ｃｍのところを連結する素材において、連結
に不要な部分は除去して視認性を確保した。また、光導
波路の生体への密着性の制御は、伸縮性のある素材で各
光導波路の先端から１〜２ｃｍのところで連結すること
によって容易に解決できた。
ために、光導波路先端を連結する素材及び光導波路先端
から１〜２ｃｍのところを連結する素材において、連結
に不要な部分は除去して視認性を確保した。また、光導
波路の生体への密着性の制御は、伸縮性のある素材で各
光導波路の先端から１〜２ｃｍのところで連結すること
によって容易に解決できた。
【００１４】このように、本発明は、被検査体に光導波
路を介して被検査体に光を照射する光照射手段と、前記
光照射手段から照射され被検査体内部を伝播した光を光
導波路を介して集光する集光手段とを備えたプローブを
用いて、被検査体内部の代謝物を計測するようにした生
体光計測装置において、前記プローブは、前記光照射手
段用および前記集光手段用として、それぞれ複数の光導
波路を有し、前記被検査体に接触する部分が少なくとも
１つの面構造の部材で構成されていることを特徴とする
生体光計測装置を提供する。
路を介して被検査体に光を照射する光照射手段と、前記
光照射手段から照射され被検査体内部を伝播した光を光
導波路を介して集光する集光手段とを備えたプローブを
用いて、被検査体内部の代謝物を計測するようにした生
体光計測装置において、前記プローブは、前記光照射手
段用および前記集光手段用として、それぞれ複数の光導
波路を有し、前記被検査体に接触する部分が少なくとも
１つの面構造の部材で構成されていることを特徴とする
生体光計測装置を提供する。
【００１５】また、本発明は、前記構成において、前記
光照射手段および前記集光手段の各光導波路の先端部
が、前記被検査体と接触する面で、各光導波路間の距離
が所定の許容範囲内にあるよう支持されていることを特
徴とする生体光計測装置を提供する。
光照射手段および前記集光手段の各光導波路の先端部
が、前記被検査体と接触する面で、各光導波路間の距離
が所定の許容範囲内にあるよう支持されていることを特
徴とする生体光計測装置を提供する。
【００１６】また、本発明は、前記構成において、前記
被検査体に接触する部分が、分割した複数の面構造の部
材で構成されていることを特徴とする生体光計測装置を
提供する。
被検査体に接触する部分が、分割した複数の面構造の部
材で構成されていることを特徴とする生体光計測装置を
提供する。
【００１７】さらに、本発明は、被検査体に光導波路を
介して光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から
照射され被検査体内部を伝播した光を光導波路を介して
集光する集光手段とを備えたプローブを用いて、被検査
体内部の代謝物を計測するようにした生体光計測装置に
おいて、前記プローブは、被検査体に接触する部分が、
分割した複数の面構造の部材で構成され、前記面構造の
各部材上には複数の光照射用の光導波路および複数の集
光検出用の光導波路を具備し、かつ、前記面構造の各部
材間が柔軟性部材を介して連結されていることを特徴と
する生体光計測装置を提供する。
介して光を照射する光照射手段と、前記光照射手段から
照射され被検査体内部を伝播した光を光導波路を介して
集光する集光手段とを備えたプローブを用いて、被検査
体内部の代謝物を計測するようにした生体光計測装置に
おいて、前記プローブは、被検査体に接触する部分が、
分割した複数の面構造の部材で構成され、前記面構造の
各部材上には複数の光照射用の光導波路および複数の集
光検出用の光導波路を具備し、かつ、前記面構造の各部
材間が柔軟性部材を介して連結されていることを特徴と
する生体光計測装置を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
説明する。
説明する。
【００１９】図１に、本実施例に基づく生体光計測用プ
ローブの光導波路固定部を示す。図２には、前記光導波
路の配置形態を示す。図３には、前記光導波路固定部を
頭部へ装着する装着手段及びその装着方法を示す。
ローブの光導波路固定部を示す。図２には、前記光導波
路の配置形態を示す。図３には、前記光導波路固定部を
頭部へ装着する装着手段及びその装着方法を示す。
【００２０】まず、図１に関する説明を行う。基本的に
はくり返しパターンで構成されるため、基本構成のみ説
明を行う。光源から被検査体に光を照射する光照射用の
光導波路は、光導波路保持部１-１-１-ａと光導波路部
１-１-２-ａとで構成される。この光導波路は、光導波
路ガイド１−２に挿入される。図中、隣接の集光用の光
導波路の光導波路ガイド１−２には、光導波路保持部１
-１-１-ｂと光導波路部１-１-２-ｂとで構成される光導
波路が既に挿入されている状態を示している。本図に
は、挿入前の光導波路と挿入後の光導波路をそれぞれ１
本ずつ示したが、図１中の全ての光導波路ガイドに光導
波路は挿入される。また、本実施例では、光導波路固定
部の光導波路が９個の場合について示しているが、本例
に限定されないことはいうまでもない。
はくり返しパターンで構成されるため、基本構成のみ説
明を行う。光源から被検査体に光を照射する光照射用の
光導波路は、光導波路保持部１-１-１-ａと光導波路部
１-１-２-ａとで構成される。この光導波路は、光導波
路ガイド１−２に挿入される。図中、隣接の集光用の光
導波路の光導波路ガイド１−２には、光導波路保持部１
-１-１-ｂと光導波路部１-１-２-ｂとで構成される光導
波路が既に挿入されている状態を示している。本図に
は、挿入前の光導波路と挿入後の光導波路をそれぞれ１
本ずつ示したが、図１中の全ての光導波路ガイドに光導
波路は挿入される。また、本実施例では、光導波路固定
部の光導波路が９個の場合について示しているが、本例
に限定されないことはいうまでもない。
【００２１】光導波路ガイド１−２には、光導波路は接
着あるいはネジあるいは一体加工あるいは機械的に固定
される。光導波路固定ガイド１−２とクッション部材１
−４を接合する接合部材１−３は柔軟なプラスチックな
どでできており、光導波路ガイド１−２に刻まれた溝に
嵌められている。クッション部材１−４は、例えば,ス
ポンジ、シリコンなど、柔軟性、弾力性のある材料が使
用される。
着あるいはネジあるいは一体加工あるいは機械的に固定
される。光導波路固定ガイド１−２とクッション部材１
−４を接合する接合部材１−３は柔軟なプラスチックな
どでできており、光導波路ガイド１−２に刻まれた溝に
嵌められている。クッション部材１−４は、例えば,ス
ポンジ、シリコンなど、柔軟性、弾力性のある材料が使
用される。
【００２２】また、接合部材１−３の底面（クッション
部材１−４に接する面）は、クッション部材部材１−４
と接着剤などによって接合されている。クッション部材
部材１−４は、被験者接触部材１−５に接着剤などで接
着されている。被験者接触部材１−５は、安全性の観点
から被験者組織に対して適合性が高く、体動によってず
れないように十分な摩擦係数を有すること、被験者接触
部材１−５表面での光の反射を押さえるために光源波長
を透過または反射しないこと(例えば、黒色)、任意の形
状に対して柔軟に対応できるよう軟らかであることが条
件となる。
部材１−４に接する面）は、クッション部材部材１−４
と接着剤などによって接合されている。クッション部材
部材１−４は、被験者接触部材１−５に接着剤などで接
着されている。被験者接触部材１−５は、安全性の観点
から被験者組織に対して適合性が高く、体動によってず
れないように十分な摩擦係数を有すること、被験者接触
部材１−５表面での光の反射を押さえるために光源波長
を透過または反射しないこと(例えば、黒色)、任意の形
状に対して柔軟に対応できるよう軟らかであることが条
件となる。
【００２３】また、通気性を高めるためや光導波路の接
触具合を確認するために孔（開口部）１−６が設けられ
ている。これらを満たす材料としては、例えばシリコン
ラバーや布が挙げられるが、他にも同条件を満たす材料
を使用しても構わない。
触具合を確認するために孔（開口部）１−６が設けられ
ている。これらを満たす材料としては、例えばシリコン
ラバーや布が挙げられるが、他にも同条件を満たす材料
を使用しても構わない。
【００２４】形状保持部材１−７は、全体の形状を保持
するために各光導波路ガイド１−２同士を連結するよう
に被験者接触部材１−５に固定されている。この形状保
持部材１−７は、線状の金属あるいはプラスチックから
できている。被験者接触部材１−５が十分剛性を持って
いる場合や、被験者接触部の曲率が大きい場合などなく
ても構わない。
するために各光導波路ガイド１−２同士を連結するよう
に被験者接触部材１−５に固定されている。この形状保
持部材１−７は、線状の金属あるいはプラスチックから
できている。被験者接触部材１−５が十分剛性を持って
いる場合や、被験者接触部の曲率が大きい場合などなく
ても構わない。
【００２５】光減衰フィルター１−８は、ビニール等、
柔らかな素材でできている。光源強度が強い場合、また
は、光照射光源部で強度調整できない場合、この光減衰
フィルター１−８は、光照射用の光導波路の先端部を覆
うように取り付けられるが、状況に応じてなくても構わ
ない。
柔らかな素材でできている。光源強度が強い場合、また
は、光照射光源部で強度調整できない場合、この光減衰
フィルター１−８は、光照射用の光導波路の先端部を覆
うように取り付けられるが、状況に応じてなくても構わ
ない。
【００２６】光導波路の先端部は、被験者接触部材１−
５の被験者へ接触する面から若干上部へ凹ませた位置に
固定されている。例えば、０.５ｍｍ〜４ｍｍ程度が望
ましい。
５の被験者へ接触する面から若干上部へ凹ませた位置に
固定されている。例えば、０.５ｍｍ〜４ｍｍ程度が望
ましい。
【００２７】この光導波路固定部の特徴を、以下に列挙
する。 １）連結している部材が非常に軟らかな素材で構成され
るため、任意形状に適応できる。 ２）光導波路先端部で連結しているため、被検体接触部
において光導波路間の距離(実際には道のり)が変化しな
い。このことは、各計測部における光の浸潤度が一定で
あり、空間的に均一な信号を取得することに寄与する。 ３）連結している部材が適度な摩擦係数を有しているた
め、体動が発生した場合にもずれることがない。 ４）連結している部材の不要部分には孔が空けられてお
り、光導波路の密着性を確認するための視認性が高い。 ５）連結している部材の不要部分には孔が空けられてお
り、被験者皮膚が蒸れないよう通気が可能であり、快適
性が高い。 ６）被験者皮膚表面に対して、光導波路先端部のみが圧
力を加えず、広い領域で圧力を与えることができ、か
つ、それぞれがクッション部材で圧力を加えるので被験
者に対して与える苦痛が極めて少ない。
する。 １）連結している部材が非常に軟らかな素材で構成され
るため、任意形状に適応できる。 ２）光導波路先端部で連結しているため、被検体接触部
において光導波路間の距離(実際には道のり)が変化しな
い。このことは、各計測部における光の浸潤度が一定で
あり、空間的に均一な信号を取得することに寄与する。 ３）連結している部材が適度な摩擦係数を有しているた
め、体動が発生した場合にもずれることがない。 ４）連結している部材の不要部分には孔が空けられてお
り、光導波路の密着性を確認するための視認性が高い。 ５）連結している部材の不要部分には孔が空けられてお
り、被験者皮膚が蒸れないよう通気が可能であり、快適
性が高い。 ６）被験者皮膚表面に対して、光導波路先端部のみが圧
力を加えず、広い領域で圧力を与えることができ、か
つ、それぞれがクッション部材で圧力を加えるので被験
者に対して与える苦痛が極めて少ない。
【００２８】次に、前記光導波路固定部における光導波
路の配置形態について、図２により説明する。
路の配置形態について、図２により説明する。
【００２９】ここでは、配置形態２−１および配置形態
２−２の基本的構成を示す。図２（ａ）に示した配置形
態２−１は通常用いられる光導波路配置であり、光導波
路固定部を生体に固定する場合に、特に問題がない場合
に用いる。光導波路は、正方格子の頂点上に配置する。
白丸は光照射用の光導波路を配置する位置を表し、黒丸
は光検出(集光)用の光導波路を配置する位置を意味す
る。
２−２の基本的構成を示す。図２（ａ）に示した配置形
態２−１は通常用いられる光導波路配置であり、光導波
路固定部を生体に固定する場合に、特に問題がない場合
に用いる。光導波路は、正方格子の頂点上に配置する。
白丸は光照射用の光導波路を配置する位置を表し、黒丸
は光検出(集光)用の光導波路を配置する位置を意味す
る。
【００３０】図２（ｂ）に示した配置形態２−２は、側
頭部を計測する際に用いられる光導波路配置である。側
頭部を計測する際には、耳があるため正方格子状に光導
波路を配置することが難しい。ここでは、耳を避けるた
め中心の縦軸線が両側の軸線より少し上方（１ｃｍ〜２
ｃｍ）にあげられている。このように配置することで、
耳を避けて計測することが可能となる。即ち、光導波路
をひし形格子の頂点上に配置する。白丸は光照射用の光
導波路を配置する位置を表し、黒丸は光検出（集光）用
の光導波路を配置する位置を意味する。
頭部を計測する際に用いられる光導波路配置である。側
頭部を計測する際には、耳があるため正方格子状に光導
波路を配置することが難しい。ここでは、耳を避けるた
め中心の縦軸線が両側の軸線より少し上方（１ｃｍ〜２
ｃｍ）にあげられている。このように配置することで、
耳を避けて計測することが可能となる。即ち、光導波路
をひし形格子の頂点上に配置する。白丸は光照射用の光
導波路を配置する位置を表し、黒丸は光検出（集光）用
の光導波路を配置する位置を意味する。
【００３１】両配置形態に共通して、照射用および集光
用の光導波路の位置は反転してもかまわない。また、配
置形態２−２で計測した信号から画像を再構築する際に
は、表示画像を配置形態と同じ形状で表示する。
用の光導波路の位置は反転してもかまわない。また、配
置形態２−２で計測した信号から画像を再構築する際に
は、表示画像を配置形態と同じ形状で表示する。
【００３２】次に、生体光計測用プローブの光導波路固
定部を頭部へ装着する装着手段及びその装着方法につい
て、図３により説明する。図３の（Ａ）は光導波路固定
部を頭部へ装着する面から見た図、（Ｂ）はそれを斜め
方向から見た図、（Ｃ）は頭部装着状態を示した図であ
る。
定部を頭部へ装着する装着手段及びその装着方法につい
て、図３により説明する。図３の（Ａ）は光導波路固定
部を頭部へ装着する面から見た図、（Ｂ）はそれを斜め
方向から見た図、（Ｃ）は頭部装着状態を示した図であ
る。
【００３３】図３（Ａ）に示すように、光導波路固定部
３−１および３−２は、光導波路固定部の保持部３−３
および３−４によって保持されている。光導波路固定部
の保持部３−３及び３−４は、図３（Ｂ）に示すよう
に、伸縮性帯または紐３-３-１及び３-３-２及び３-３-
３及び３-４-１及び３-４-２及び３-４-３によって構成
されており、光導波路固定部の各保持部３−３及び３−
４の両端で各伸縮性帯または紐は連結している。
３−１および３−２は、光導波路固定部の保持部３−３
および３−４によって保持されている。光導波路固定部
の保持部３−３及び３−４は、図３（Ｂ）に示すよう
に、伸縮性帯または紐３-３-１及び３-３-２及び３-３-
３及び３-４-１及び３-４-２及び３-４-３によって構成
されており、光導波路固定部の各保持部３−３及び３−
４の両端で各伸縮性帯または紐は連結している。
【００３４】上記伸縮性帯または紐は、重量は軽く、ま
た、光導波路の接触状態を容易に確認できるほうが良い
ため、できる限り細い物がよい。本発明では伸縮性のあ
る布を使用したが、同様の機能を有するものであれば異
なる材質を用いても構わない。光導波路固定部保持部の
連結部３−５及び３−６は、光導波路固定部の保持部３
−３及び３−４を連結する目的で作られている。光導波
路固定部保持部の連結部３−５及び３−６は、以下の理
由で形状および機能が決定される。
た、光導波路の接触状態を容易に確認できるほうが良い
ため、できる限り細い物がよい。本発明では伸縮性のあ
る布を使用したが、同様の機能を有するものであれば異
なる材質を用いても構わない。光導波路固定部保持部の
連結部３−５及び３−６は、光導波路固定部の保持部３
−３及び３−４を連結する目的で作られている。光導波
路固定部保持部の連結部３−５及び３−６は、以下の理
由で形状および機能が決定される。
【００３５】第１に、計測対象が生体であるためその大
きさには個人差がある。この個人差に対応できるよう、
連結の距離が変更できなければならない。本発明では、
脱着自在布テープを、光導波路固定部の保持部３−３及
び３−４の両端と光導波路固定部保持部の連結部３−５
及び３−６の両端に取り付け、頭部周囲長に応じた距離
調整を可能とした。
きさには個人差がある。この個人差に対応できるよう、
連結の距離が変更できなければならない。本発明では、
脱着自在布テープを、光導波路固定部の保持部３−３及
び３−４の両端と光導波路固定部保持部の連結部３−５
及び３−６の両端に取り付け、頭部周囲長に応じた距離
調整を可能とした。
【００３６】第２に、光導波路固定部保持部の連結部３
−５及び３−６は、直接被験者の皮膚に接触するため、
幅および被験者接触面を考慮する必要がある。被験者皮
膚に対して圧力の集中を避けるためには、光導波路固定
部の保持部３−３及び３−４を構成する伸縮性帯または
紐の様に細ければ良いわけではなく、ある程度の幅を有
する必要がある。その幅は、１ｃｍから４ｃｍの間が望
ましい。また、光導波路固定部保持部の連結部３−５及
び３−６の被験者への接触面は、柔らかな素材でかつ摩
擦係数の高い(滑らないように)ものが望ましい。そのた
めの素材として、シリコンラバーやスポンジをあげるこ
とができる。勿論、同等の機能を有すれば、他の素材で
も構わない。
−５及び３−６は、直接被験者の皮膚に接触するため、
幅および被験者接触面を考慮する必要がある。被験者皮
膚に対して圧力の集中を避けるためには、光導波路固定
部の保持部３−３及び３−４を構成する伸縮性帯または
紐の様に細ければ良いわけではなく、ある程度の幅を有
する必要がある。その幅は、１ｃｍから４ｃｍの間が望
ましい。また、光導波路固定部保持部の連結部３−５及
び３−６の被験者への接触面は、柔らかな素材でかつ摩
擦係数の高い(滑らないように)ものが望ましい。そのた
めの素材として、シリコンラバーやスポンジをあげるこ
とができる。勿論、同等の機能を有すれば、他の素材で
も構わない。
【００３７】光導波路固定部３−１及び３−２が小さい
場合には、上記説明した構成要素による装着が可能であ
る。しかし、光導波路固定部３−１及び３−２が大きい
場合には、以下に説明する補助的保持部を用い、各光導
波路に均一な圧力を与える必要がある。
場合には、上記説明した構成要素による装着が可能であ
る。しかし、光導波路固定部３−１及び３−２が大きい
場合には、以下に説明する補助的保持部を用い、各光導
波路に均一な圧力を与える必要がある。
【００３８】本発明では、図３（Ａ）に示すように、補
助的保持部３-７-１-ａ〜３-７-５-ａ及び３-７-１-ｂ
〜３-７-５-ｂを取り付けてある。各補助的保持部３-７
-１-ａ〜３-７-５-ａ及び３-７-１-ｂ〜３-７-５-ｂの
先端には、脱着自在布テープを取り付けてあり、例えば
補助的保持部３-７-１-ａと補助的保持部３-７-１ｂを
被験者頭部形状に応じて長さを調整して連結する。他の
補助的保持部も同様に、ａ−ｂ間で長さを調整して連結
する。各各補助的保持部３-７-１-ａ〜３-７-５-ａ及び
３-７-１-ｂ〜３-７-５-ｂの素材は、できるだけ細い伸
縮性帯または紐を用いる。
助的保持部３-７-１-ａ〜３-７-５-ａ及び３-７-１-ｂ
〜３-７-５-ｂを取り付けてある。各補助的保持部３-７
-１-ａ〜３-７-５-ａ及び３-７-１-ｂ〜３-７-５-ｂの
先端には、脱着自在布テープを取り付けてあり、例えば
補助的保持部３-７-１-ａと補助的保持部３-７-１ｂを
被験者頭部形状に応じて長さを調整して連結する。他の
補助的保持部も同様に、ａ−ｂ間で長さを調整して連結
する。各各補助的保持部３-７-１-ａ〜３-７-５-ａ及び
３-７-１-ｂ〜３-７-５-ｂの素材は、できるだけ細い伸
縮性帯または紐を用いる。
【００３９】また、図３（Ｃ）に示すように、光導波路
３−８の様に、全ての光導波路ガイドに光導波路は挿入
されている。装着の手順は、図３において、（Ａ）→
（Ｂ）→（Ｃ）の順序で行うことで、簡便に装着するこ
とができる。
３−８の様に、全ての光導波路ガイドに光導波路は挿入
されている。装着の手順は、図３において、（Ａ）→
（Ｂ）→（Ｃ）の順序で行うことで、簡便に装着するこ
とができる。
【００４０】この光導波路固定部の保持部の特徴を、以
下に列挙する。 １） 簡便かつ素早く装着できる。 ２） さまざまな被験者計測部位の形状及びサイズに適
応できる。 ３） 被験者皮膚に対して、均一かつ適切な圧力を加え
ることができる。
下に列挙する。 １） 簡便かつ素早く装着できる。 ２） さまざまな被験者計測部位の形状及びサイズに適
応できる。 ３） 被験者皮膚に対して、均一かつ適切な圧力を加え
ることができる。
【００４１】計測部位に応じて、光導波路固定部の保持
部の形状は様々に変わるが、前記光導波路固定部の保持
部を構成する要点は、以下のとおりである。 １） 複数に分割し、装着時に連結する。 ２） 連結部分に、長さ調整を行えるようにする。 ３） 伸縮性の帯または紐を用いる。
部の形状は様々に変わるが、前記光導波路固定部の保持
部を構成する要点は、以下のとおりである。 １） 複数に分割し、装着時に連結する。 ２） 連結部分に、長さ調整を行えるようにする。 ３） 伸縮性の帯または紐を用いる。
【００４２】上記１)及び２)を実現するためには、例え
ば、脱着自在布テープを用い、３)を実現するために
は、伸縮性布やゴム等を用いる。
ば、脱着自在布テープを用い、３)を実現するために
は、伸縮性布やゴム等を用いる。
【００４３】次に、図４は、生体光計測用プローブの光
導波路固定部の断面図を示す。光導波路は、基本的に
は、光導波路部４−１−１及び光導波路保持部キャップ
４−１−２及び光導波路保持部４−１−３から構成され
る。光導波路部４−１−１は、図に示すように光導波路
保持部４−１−３を貫通して、その先端部が出ている。
先端部は矢印で示すように任意の圧力（弾性体が光導波
路保持部４−１−３に配置されている）で上下に可動す
る。この可動により、被験者生体表面へ適切な圧力で光
導波路先端部を密着する。
導波路固定部の断面図を示す。光導波路は、基本的に
は、光導波路部４−１−１及び光導波路保持部キャップ
４−１−２及び光導波路保持部４−１−３から構成され
る。光導波路部４−１−１は、図に示すように光導波路
保持部４−１−３を貫通して、その先端部が出ている。
先端部は矢印で示すように任意の圧力（弾性体が光導波
路保持部４−１−３に配置されている）で上下に可動す
る。この可動により、被験者生体表面へ適切な圧力で光
導波路先端部を密着する。
【００４４】光導波路保持部キャップ４−１−２及び光
導波路保持部４−１−３は、それぞれの外壁面及び内壁
面に切られたネジで連結される。
導波路保持部４−１−３は、それぞれの外壁面及び内壁
面に切られたネジで連結される。
【００４５】光導波路保持部キャップ４−１−２と光導
波路保持部４−１−３の間には、図３中の光導波路固定
部保持部３−３または３−４を構成する伸縮性帯または
紐４−２が挟まることで固定されている。伸縮性帯また
は紐が非常に細い場合には、リング形状にして上記と同
様に挟めたり、光導波路保持部または光導波路ガイドに
固定部を設けて固定しても構わない。
波路保持部４−１−３の間には、図３中の光導波路固定
部保持部３−３または３−４を構成する伸縮性帯または
紐４−２が挟まることで固定されている。伸縮性帯また
は紐が非常に細い場合には、リング形状にして上記と同
様に挟めたり、光導波路保持部または光導波路ガイドに
固定部を設けて固定しても構わない。
【００４６】接合部材４−３は、プラスチックでできた
リング形状のものであり、光導波路ガイドを構成するク
ッション部材４−４と光導波路を構成する光導波路保持
部４−１−３を接合している。接合部材４−３の下面
は、接着剤でクッション部材４−４と接合している。ま
た、接合部材４−３の内部に空けられた穴が、図に示す
ように光導波路保持部４−１−３の溝にはめ込まれてい
る。光導波路及び光導波路ガイドを１体成型、または、
接着して製作できる場合には、この接合部材４−３は不
要となる。クッション部材４−４は、図中に示すよう
に、矢印方向(上下)に可動であり、光導波路固定部保持
部を構成する伸縮性帯または紐４−２によって適切な圧
力が加えられる。
リング形状のものであり、光導波路ガイドを構成するク
ッション部材４−４と光導波路を構成する光導波路保持
部４−１−３を接合している。接合部材４−３の下面
は、接着剤でクッション部材４−４と接合している。ま
た、接合部材４−３の内部に空けられた穴が、図に示す
ように光導波路保持部４−１−３の溝にはめ込まれてい
る。光導波路及び光導波路ガイドを１体成型、または、
接着して製作できる場合には、この接合部材４−３は不
要となる。クッション部材４−４は、図中に示すよう
に、矢印方向(上下)に可動であり、光導波路固定部保持
部を構成する伸縮性帯または紐４−２によって適切な圧
力が加えられる。
【００４７】光減衰フィルター４−５は、光照射用の光
導波路先端部を覆うように取り付けられることがある。
導波路先端部を覆うように取り付けられることがある。
【００４８】各光導波路ガイド及び光導波路は、被験者
接触部材４−６で連結されている。この被験者接触部材
４−６は、薄ければ薄いほど良く、黒色であり、被験者
組織に対して摩擦係数が高く、光導波路部４−１−１の
ほぼ先端に配置されている。さらに、汗発散性や通気性
が高ければ、さらに快適性を増すことができる。
接触部材４−６で連結されている。この被験者接触部材
４−６は、薄ければ薄いほど良く、黒色であり、被験者
組織に対して摩擦係数が高く、光導波路部４−１−１の
ほぼ先端に配置されている。さらに、汗発散性や通気性
が高ければ、さらに快適性を増すことができる。
【００４９】上述した実施例では、乳幼児頭部計測を主
体にして説明してきたが、本発明は、乳幼児頭部計測に
限定されるものではない。即ち、構成要素を保持しつつ
サイズや光導波路の配置を変更することにより、大人頭
部の計測や、頭部以外の筋肉内の計測等にも用いること
は可能である。
体にして説明してきたが、本発明は、乳幼児頭部計測に
限定されるものではない。即ち、構成要素を保持しつつ
サイズや光導波路の配置を変更することにより、大人頭
部の計測や、頭部以外の筋肉内の計測等にも用いること
は可能である。
【００５０】以上のように、本発明は、生体との接触面
に柔軟性、摩擦係数が高い部材を配置し、さらに、接触
面に均等に圧力を加えるため光照射手段および集光手段
を伸縮性材料によって固定する、２重構造化をはかるこ
とにより、曲率が大きく、動きの大きい生体部位に対す
る生体光計測を実現可能にしたものである。
に柔軟性、摩擦係数が高い部材を配置し、さらに、接触
面に均等に圧力を加えるため光照射手段および集光手段
を伸縮性材料によって固定する、２重構造化をはかるこ
とにより、曲率が大きく、動きの大きい生体部位に対す
る生体光計測を実現可能にしたものである。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、大きな曲率を有する生
体表面に対し、簡便に装着可能な生体光計測用プローブ
によって、これまで計測が困難であった新生児・乳幼児
の頭部や腕などの運動部位の計測が可能となった。ま
た、本発明は、生体光計測装置の応用範囲の拡大につな
がり、産業上の寄与が大きい。特に、脳機能の発達過程
の理解は、教育など人間社会へ大きな影響を与える分野
に寄与する。
体表面に対し、簡便に装着可能な生体光計測用プローブ
によって、これまで計測が困難であった新生児・乳幼児
の頭部や腕などの運動部位の計測が可能となった。ま
た、本発明は、生体光計測装置の応用範囲の拡大につな
がり、産業上の寄与が大きい。特に、脳機能の発達過程
の理解は、教育など人間社会へ大きな影響を与える分野
に寄与する。
【図１】本発明に基づく生体光計測用プローブの光導波
路固定部の一実施例を示す図。
路固定部の一実施例を示す図。
【図２】本発明における光導波路の配置形態の構成例を
示す図。
示す図。
【図３】本発明に基づく生体光計測用プローブの装着手
段及びその装着方法を説明する図。
段及びその装着方法を説明する図。
【図４】本発明に基づく生体光計測用プローブの光導波
路固定部の断面図。
路固定部の断面図。
１-１-１-ａ：光導波路保持部、１-１-１-ｂ：光導波路
保持部、１-１-２-ａ：光導波路部、 １-１-２-ｂ：光
導波路部、１−２：光導波路ガイド、１−３：接合部
材、１−４：クッション部材、１−５：被験者接触部
材、１−６：孔、１−７：形状保持部材、１−８：光減
衰フィルター、２−1：配置形態、２−２：配置形態、
３−1：光導波路固定部、 ３−２：光導波路固定部、
３−３：光導波路固定部保持部、３-３-１：伸縮性帯ま
たは紐、３-３-２：伸縮性帯または紐、３-３-３：伸縮
性帯または紐、３−４：光導波路固定部保持部、３-４-
１：伸縮性帯または紐、３-４-２：伸縮性帯または紐、
３-４-３：伸縮性帯または紐、３−５：光導波路固定部
保持部連結部、３−６：光導波路固定部保持部連結部、
３-７-１-ａ〜３-７-５-ａ：補助的保持部、３-７-１-
ｂ〜３-７-５-ｂ： 補助的保持部、３−８：光導波路、
４-１-１：光導波路部、 ４-１-２：光導波路保持部キ
ャップ、４-１-３：光導波路保持部、 ４-１-１：光導
波路部、４−２：伸縮性帯または紐、４−３：接合部
材、４−４：クッション部材、４−５：光減衰フィルタ
ー、４−６：被験者接触部材。
保持部、１-１-２-ａ：光導波路部、 １-１-２-ｂ：光
導波路部、１−２：光導波路ガイド、１−３：接合部
材、１−４：クッション部材、１−５：被験者接触部
材、１−６：孔、１−７：形状保持部材、１−８：光減
衰フィルター、２−1：配置形態、２−２：配置形態、
３−1：光導波路固定部、 ３−２：光導波路固定部、
３−３：光導波路固定部保持部、３-３-１：伸縮性帯ま
たは紐、３-３-２：伸縮性帯または紐、３-３-３：伸縮
性帯または紐、３−４：光導波路固定部保持部、３-４-
１：伸縮性帯または紐、３-４-２：伸縮性帯または紐、
３-４-３：伸縮性帯または紐、３−５：光導波路固定部
保持部連結部、３−６：光導波路固定部保持部連結部、
３-７-１-ａ〜３-７-５-ａ：補助的保持部、３-７-１-
ｂ〜３-７-５-ｂ： 補助的保持部、３−８：光導波路、
４-１-１：光導波路部、 ４-１-２：光導波路保持部キ
ャップ、４-１-３：光導波路保持部、 ４-１-１：光導
波路部、４−２：伸縮性帯または紐、４−３：接合部
材、４−４：クッション部材、４−５：光減衰フィルタ
ー、４−６：被験者接触部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 ジャックス・メーラー フランス国パリ・コダックス06、75270、 ブルーバー・ラスパイユ54 フランス国立 科学研究所 ラボラトリ・デ・サイエン ス、コグンテイブ・エ・サイコリングウイ ステイック内 (72)発明者 ジースレン・デゥアン−ランバーツ フランス国パリ・コダックス06、75270、 ブルーバー・ラスパイユ54 フランス国立 科学研究所 ラボラトリ・デ・サイエン ス、コグンテイブ・エ・サイコリングウイ ステイック内 (72)発明者 マルセーラ・ピーニャ フランス国パリ・コダックス06、75270、 ブルーバー・ラスパイユ54 フランス国立 科学研究所 ラボラトリ・デ・サイエン ス、コグンテイブ・エ・サイコリングウイ ステイック内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB12 CC16 EE01 FF01 GG03 GG06 JJ17 JJ25 KK01 KK03 MM09 PP04 4C038 KK00 KL05 KL07 KY02
Claims (11)
- 【請求項１】被検査体に光導波路を介して被検査体に光
を照射する光照射手段と、該光照射手段から照射され被
検査体内部を伝播した光を光導波路を介して集光する集
光手段とを備えたプローブを用いて、被検査体内部の代
謝物を計測するようにした生体光計測装置において、前
記プローブは、前記光照射手段用および前記集光手段用
として、それぞれ複数の光導波路を有し、前記被検査体
に接触する部分が少なくとも１つの面構造の部材で構成
されていることを特徴とする生体光計測装置。 - 【請求項２】前記光照射手段および前記集光手段の各光
導波路の先端部は、前記被検査体と接触する面で、各光
導波路間の距離が所定の許容範囲内にあるよう支持され
ていることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装
置。 - 【請求項３】前記被検査体に接触する部材を、柔軟性と
摩擦係数の高い素材で構成したことを特徴とする請求項
１記載の生体光計測装置。 - 【請求項４】前記被検査体に接触する部材を、前記光の
波長を透過もしくは反射しない材料で構成したことを特
徴とする請求項１記載の生体光計測装置。 - 【請求項５】前記被検査体に接触する面構造の部材にあ
って、前記光導波路で囲まれる領域に開口部を具備して
なることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。 - 【請求項６】前記光照射手段の先端部が、光減衰フィル
ターで覆われていることを特徴とする請求項１記載の生
体光計測装置。 - 【請求項７】前記光照射手段および前記集光手段が、そ
れぞれ４本以上の光導波路を具備し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。 - 【請求項８】前記光照射手段および前記集光手段の各先
端部が、被検査体の表面上部において上下に可動である
よう構成したことを特徴とする請求項１記載の生体光計
測装置。 - 【請求項９】前記光照射手段および前記集光手段が、正
方格子形状もしくはひし形格子形状の頂点の位置に交互
に在るよう配置構成したことを特徴とする請求項１記載
の生体光計測装置。 - 【請求項１０】前記プローブは、前記被検査体に接触す
る部分が、分割した複数の面構造の部材で構成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。 - 【請求項１１】被検査体に光導波路を介して光を照射す
る光照射手段と、前記光照射手段から照射され被検査体
内部を伝播した光を光導波路を介して集光する集光手段
とを備えたプローブを用いて、被検査体内部の代謝物を
計測するようにした生体光計測装置において、前記プロ
ーブは、被検査体に接触する部分が、分割した複数の面
構造の部材で構成され、前記面構造の各部材上には複数
の光照射用の光導波路および複数の集光検出用の光導波
路を具備し、かつ、前記面構造の各部材間が柔軟性部材
を介して連結されていることを特徴とする生体光計測装
置。
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