JP2003275191A - 生体光計測装置 - Google Patents
生体光計測装置Info
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—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
- 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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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 診断上有用な各種疾患のヘモグロビン変化情
報を基準値として保持し、疾患等の診断を容易に行なう
ことが可能な生体光計測装置を提供する。 【解決手段】 生体光計測装置は、信号処理部に、各種
疾患のヘモグロビン変化パターンの特徴を基準テンプレ
ートとして格納する記憶部と、光計測部で計測したヘモ
グロビン信号からヘモグロビン変化パターンの特徴を抽
出する特徴抽出部と、抽出したヘモグロビン変化パター
ンの特徴と記憶部に格納された基準テンプレートとを比
較し、被検者の疾患を診断する判定部とを備えている。
ヘモグロビン変化パターンの特徴としては、ヘモグロビ
ン変化パターン曲線、潜時、最大値、最大値到達時間、
変化量微分値、変化量積分値などを用いる。
報を基準値として保持し、疾患等の診断を容易に行なう
ことが可能な生体光計測装置を提供する。 【解決手段】 生体光計測装置は、信号処理部に、各種
疾患のヘモグロビン変化パターンの特徴を基準テンプレ
ートとして格納する記憶部と、光計測部で計測したヘモ
グロビン信号からヘモグロビン変化パターンの特徴を抽
出する特徴抽出部と、抽出したヘモグロビン変化パター
ンの特徴と記憶部に格納された基準テンプレートとを比
較し、被検者の疾患を診断する判定部とを備えている。
ヘモグロビン変化パターンの特徴としては、ヘモグロビ
ン変化パターン曲線、潜時、最大値、最大値到達時間、
変化量微分値、変化量積分値などを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、可視から赤外領
域における波長の光を用いて、生体内部情報を計測する
生体光計測装置に関し、特に生体内のヘモグロビン変化
情報を用いて効率よく診断を行なうことが可能な生体光
計測装置に関する。
域における波長の光を用いて、生体内部情報を計測する
生体光計測装置に関し、特に生体内のヘモグロビン変化
情報を用いて効率よく診断を行なうことが可能な生体光
計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】生体光計測装置は、生体内部の血管循環
・血行動態やヘモグロビン変化を、簡便に被検体に対し
て低拘束で計測できる装置である。このような生体光計
測装置として、可視から赤外領域の波長の光を生体に照
射し、生体内部を透過した光或いは表面近傍で反射した
光を検出し、生体内部を計測する装置が、例えば特開昭
57-115232号、特開昭63-275323号などに記載されてい
る。これら装置では、複数の点から光を照射するととも
に、それら点に近接する複数の点からの光を検出するこ
とにより、これら点がカバーする領域についての生体情
報を得ることができる。領域内のヘモグロビン変化をマ
ップとして表示したグラフは、トポグラフィと呼ばれ、
これらトポグラフィの臨床応用が期待され、実用化され
つつある。
・血行動態やヘモグロビン変化を、簡便に被検体に対し
て低拘束で計測できる装置である。このような生体光計
測装置として、可視から赤外領域の波長の光を生体に照
射し、生体内部を透過した光或いは表面近傍で反射した
光を検出し、生体内部を計測する装置が、例えば特開昭
57-115232号、特開昭63-275323号などに記載されてい
る。これら装置では、複数の点から光を照射するととも
に、それら点に近接する複数の点からの光を検出するこ
とにより、これら点がカバーする領域についての生体情
報を得ることができる。領域内のヘモグロビン変化をマ
ップとして表示したグラフは、トポグラフィと呼ばれ、
これらトポグラフィの臨床応用が期待され、実用化され
つつある。
【０００３】生体光計測装置の臨床応用としては、例え
ば頭部を計測対象とする場合、てんかん発作の局所焦点
同定、うつ病、精神分裂病などの脳内ヘモグロビン変化
機能低下診断が挙げられる。具体的には、生体光計測装
置を用いて、てんかん発作開始時に急峻なヘモグロビン
変化が生じることが確認されている（「光トポグラフィ
の臨床応用」ＭＥＤＩＸ ３０巻、渡辺英寿ら、東京警
察病院）。またうつ病、精神分裂病において、前頭葉の
ヘモグロビン変化パターンに異常が生じることが報告さ
れている（「近赤外線スペクトロスコピーによる脳機能
イメージング」臨床精神医学 第３０巻 第８号、福田
正人ら、群馬大学付属病院）。
ば頭部を計測対象とする場合、てんかん発作の局所焦点
同定、うつ病、精神分裂病などの脳内ヘモグロビン変化
機能低下診断が挙げられる。具体的には、生体光計測装
置を用いて、てんかん発作開始時に急峻なヘモグロビン
変化が生じることが確認されている（「光トポグラフィ
の臨床応用」ＭＥＤＩＸ ３０巻、渡辺英寿ら、東京警
察病院）。またうつ病、精神分裂病において、前頭葉の
ヘモグロビン変化パターンに異常が生じることが報告さ
れている（「近赤外線スペクトロスコピーによる脳機能
イメージング」臨床精神医学 第３０巻 第８号、福田
正人ら、群馬大学付属病院）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
生体光計測装置では、生体を透過した光や反射した光か
ら得たヘモグロビン変化信号をタイムコースとして、或
いはトポグラフィとして表示するのみであったので、表
示されたグラフから上述した疾患等を判断するために
は、経験に頼らざるを得ず、高度な専門性が要求されて
いた。
生体光計測装置では、生体を透過した光や反射した光か
ら得たヘモグロビン変化信号をタイムコースとして、或
いはトポグラフィとして表示するのみであったので、表
示されたグラフから上述した疾患等を判断するために
は、経験に頼らざるを得ず、高度な専門性が要求されて
いた。
【０００５】そこで本発明は、疾患等の診断を容易に行
なうことが可能な生体光計測装置を提供することを目的
とする。また本発明は診断上有用な各種疾患のヘモグロ
ビン変化情報を基準値として内蔵する生体光計測装置を
提供することを目的とする。さらに本発明は、計測結果
を各種疾患の基準値と比較し、疾患の診断を行なうこと
ができる生体光計測装置を提供することを目的とする。
なうことが可能な生体光計測装置を提供することを目的
とする。また本発明は診断上有用な各種疾患のヘモグロ
ビン変化情報を基準値として内蔵する生体光計測装置を
提供することを目的とする。さらに本発明は、計測結果
を各種疾患の基準値と比較し、疾患の診断を行なうこと
ができる生体光計測装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の生体光計測装置は、被検体に照射する光を発生する
光源部と、被検体内部を通過した光を検出し、被検体の
ヘモグロビン濃度変化に対応するヘモグロビン信号を生
成する光計測部と、測定したヘモグロビン信号に基き、
被検体の生体情報を作成し、表示する信号処理部とを備
え、信号処理部は、ヘモグロビン信号をもとに各種疾患
のヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出する特徴抽出
部を備えたことを特徴とする。
明の生体光計測装置は、被検体に照射する光を発生する
光源部と、被検体内部を通過した光を検出し、被検体の
ヘモグロビン濃度変化に対応するヘモグロビン信号を生
成する光計測部と、測定したヘモグロビン信号に基き、
被検体の生体情報を作成し、表示する信号処理部とを備
え、信号処理部は、ヘモグロビン信号をもとに各種疾患
のヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出する特徴抽出
部を備えたことを特徴とする。
【０００７】この生体光計測装置によれば、各種疾患の
ヘモグロビン変化パターンの特徴が既知である場合に
は、抽出した測定ヘモグロビン信号の特徴と既知の特徴
とを比較することにより、測定対象である被検体がどの
ような疾患を持つか否かを診断できる。また被検体が所
定の疾患であることがわかっている場合には、この被検
体について測定したヘモグロビン信号をもとに、その疾
患についてのヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出
し、その後の測定結果に用いることができる。特に、特
徴抽出部が抽出した各種疾患のヘモグロビン変化パター
ンの特徴を基準テンプレートとして格納した場合には、
これら基準テンプレートを用いて自動的な診断を行なう
ことができる。
ヘモグロビン変化パターンの特徴が既知である場合に
は、抽出した測定ヘモグロビン信号の特徴と既知の特徴
とを比較することにより、測定対象である被検体がどの
ような疾患を持つか否かを診断できる。また被検体が所
定の疾患であることがわかっている場合には、この被検
体について測定したヘモグロビン信号をもとに、その疾
患についてのヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出
し、その後の測定結果に用いることができる。特に、特
徴抽出部が抽出した各種疾患のヘモグロビン変化パター
ンの特徴を基準テンプレートとして格納した場合には、
これら基準テンプレートを用いて自動的な診断を行なう
ことができる。
【０００８】また本発明の生体光計測装置は、被検体に
照射する光を発生する光源部と、被検体内部を通過した
光を検出し、被検体のヘモグロビン濃度変化に対応する
ヘモグロビン信号を生成する光計測部と、前記ヘモグロ
ビン信号に基き、被検体の生体情報を作成し、表示する
信号処理部とを備え、信号処理部は、各種疾患のヘモグ
ロビン変化パターンの特徴を基準テンプレートとして格
納する記憶部と、前記光計測部が生成したヘモグロビン
信号をもとにヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出
し、抽出したヘモグロビン変化パターンの特徴と記憶部
に格納された基準テンプレートとの比較から疾患を判定
する判定部とを備えたことを特徴とする。
照射する光を発生する光源部と、被検体内部を通過した
光を検出し、被検体のヘモグロビン濃度変化に対応する
ヘモグロビン信号を生成する光計測部と、前記ヘモグロ
ビン信号に基き、被検体の生体情報を作成し、表示する
信号処理部とを備え、信号処理部は、各種疾患のヘモグ
ロビン変化パターンの特徴を基準テンプレートとして格
納する記憶部と、前記光計測部が生成したヘモグロビン
信号をもとにヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出
し、抽出したヘモグロビン変化パターンの特徴と記憶部
に格納された基準テンプレートとの比較から疾患を判定
する判定部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】この生体光計測装置によれば、各種疾患の
基準テンプレートを記憶部に備えるとともに、測定した
ヘモグロビン信号について基準テンプレートに対応する
ヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出し、基準テンプ
レートと比較する機能を設けたことにより、ヘモグロビ
ン変化の測定と同時に疾患の診断を行なうことができ
る。
基準テンプレートを記憶部に備えるとともに、測定した
ヘモグロビン信号について基準テンプレートに対応する
ヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出し、基準テンプ
レートと比較する機能を設けたことにより、ヘモグロビ
ン変化の測定と同時に疾患の診断を行なうことができ
る。
【００１０】本発明の生体光計測装置において、抽出部
が抽出するヘモグロビン変化パターンの特徴或いは基準
テンプレートとして格納されるヘモグロビン変化パター
ンの特徴は、ヘモグロビン変化パターン曲線、潜時、最
大値、最大値到達時間、変化量微分値、変化量積分値の
少なくとも一つを含むものであり、判定部は、これら指
標の少なくとも一つを用いて判定を行なう。このような
指標を用いることにより、定量的な診断が可能となり、
診断効率を向上することができる。
が抽出するヘモグロビン変化パターンの特徴或いは基準
テンプレートとして格納されるヘモグロビン変化パター
ンの特徴は、ヘモグロビン変化パターン曲線、潜時、最
大値、最大値到達時間、変化量微分値、変化量積分値の
少なくとも一つを含むものであり、判定部は、これら指
標の少なくとも一つを用いて判定を行なう。このような
指標を用いることにより、定量的な診断が可能となり、
診断効率を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の生体光計測装置の
実施形態を図面を参照して説明する。
実施形態を図面を参照して説明する。
【００１２】図１は、本発明が適用される生体光計測装
置の全体概要を示す図である。図示するように、この生
体光計測装置は、主として、生体に光を照射するととも
に生体を透過した光を検出する光トポグラフィ部101
と、光トポグラフィ部101からの信号を用いて血中ヘモ
グロビン量など生体内情報を計算し、表示するための信
号処理部108とからなる。
置の全体概要を示す図である。図示するように、この生
体光計測装置は、主として、生体に光を照射するととも
に生体を透過した光を検出する光トポグラフィ部101
と、光トポグラフィ部101からの信号を用いて血中ヘモ
グロビン量など生体内情報を計算し、表示するための信
号処理部108とからなる。
【００１３】光トポグラフィ部101は、生体に光を所定
の波長の光を被検体の検査部位に照射するための光源部
102と、被検体の検査部位を透過した光或いは検査部位
で反射、散乱した光（以下、まとめて透過光という）を
検出する受光素子を備えた光計測部105〜107と、光源部
102からの光を被検体の所定の部位に伝送する光ファイ
バ103と被検体からの透過光を光計測部に伝送する光フ
ァイバ103の各先端を固定し、被検体に装着させる装着
具104とからなる。
の波長の光を被検体の検査部位に照射するための光源部
102と、被検体の検査部位を透過した光或いは検査部位
で反射、散乱した光（以下、まとめて透過光という）を
検出する受光素子を備えた光計測部105〜107と、光源部
102からの光を被検体の所定の部位に伝送する光ファイ
バ103と被検体からの透過光を光計測部に伝送する光フ
ァイバ103の各先端を固定し、被検体に装着させる装着
具104とからなる。
【００１４】光源部101は、複数の光モジュールからな
り、各光モジュールは、可視光から赤外の波長領域内の
所定の波長、例えば780nmや830nmの二波長の光を放射す
る二個の半導体レーザを備えている。また光源部は、発
振周波数の異なる複数の発振器で構成される発振部を備
えており、各半導体レーザに、それぞれ異なる変調を与
える。
り、各光モジュールは、可視光から赤外の波長領域内の
所定の波長、例えば780nmや830nmの二波長の光を放射す
る二個の半導体レーザを備えている。また光源部は、発
振周波数の異なる複数の発振器で構成される発振部を備
えており、各半導体レーザに、それぞれ異なる変調を与
える。
【００１５】半導体レーザからの、例えば二波長の光
は、光モジュール毎に混合されて１本の照射用光ファイ
バ103に導入される。図では１本の光ファイバ103のみを
示したが、実際には、照射用の光ファイバ103は、光モ
ジュールの数と同数設けられる。これにより光モジュー
ル毎に異なる変調を与えられた光が、それぞれ複数の光
ファイバ先端から被検体表面に照射される。
は、光モジュール毎に混合されて１本の照射用光ファイ
バ103に導入される。図では１本の光ファイバ103のみを
示したが、実際には、照射用の光ファイバ103は、光モ
ジュールの数と同数設けられる。これにより光モジュー
ル毎に異なる変調を与えられた光が、それぞれ複数の光
ファイバ先端から被検体表面に照射される。
【００１６】照射用及び受光用の光ファイバ103の先端
は、互いに交互になるように、例えば３×３、４×４な
どの正方格子の交点に位置するように、装着具104に固
定される。照射用光ファイバ先端と受光用光ファイバ先
端との間の領域が、光計測によって計測される計測点と
なる。
は、互いに交互になるように、例えば３×３、４×４な
どの正方格子の交点に位置するように、装着具104に固
定される。照射用光ファイバ先端と受光用光ファイバ先
端との間の領域が、光計測によって計測される計測点と
なる。
【００１７】光計測部は、各受光用光ファイバ103に接
続され、受光用光ファイバ103が誘導する光を光量に対
応する電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変
換素子105と、光電変換素子105からの電気信号を入力
し、照射位置（照射用光ファイバ先端の位置）及び波長
に対応した変調信号を選択的に検出するための変調信号
検出回路、例えばロックインアンプ106と、連続可変ア
ンプ107とを備えている。
続され、受光用光ファイバ103が誘導する光を光量に対
応する電気信号に変換するフォトダイオード等の光電変
換素子105と、光電変換素子105からの電気信号を入力
し、照射位置（照射用光ファイバ先端の位置）及び波長
に対応した変調信号を選択的に検出するための変調信号
検出回路、例えばロックインアンプ106と、連続可変ア
ンプ107とを備えている。
【００１８】光電変換素子105としては光電子増倍管を
用いても良い。またフォトダイオードを用いる場合に
は、高感度な光計測が実現できるアバランシェフォトダ
イオードが好適である。変調信号検出回路106は、照射
位置と波長に対応した変調信号を選択的に検出するもの
で、アナログ変調の場合にはロックインアンプ106を使
用する。デジタル変調の場合にはデジタルフィルターや
デジタルシグナルプロセッサを用いる。またこの実施形
態では照射光として二波長の光を用いているので、計測
する信号数（チャンネル数）は[計測点]×[２]であり、
これと同数のロックインアンプを備える。計測チャンネ
ル毎に検出された信号は連続可変アンプ107で増幅さ
れ、図示しないＡ/Ｄ変換器でデジタル信号に変換さ
れ、信号処理部108に送られる。
用いても良い。またフォトダイオードを用いる場合に
は、高感度な光計測が実現できるアバランシェフォトダ
イオードが好適である。変調信号検出回路106は、照射
位置と波長に対応した変調信号を選択的に検出するもの
で、アナログ変調の場合にはロックインアンプ106を使
用する。デジタル変調の場合にはデジタルフィルターや
デジタルシグナルプロセッサを用いる。またこの実施形
態では照射光として二波長の光を用いているので、計測
する信号数（チャンネル数）は[計測点]×[２]であり、
これと同数のロックインアンプを備える。計測チャンネ
ル毎に検出された信号は連続可変アンプ107で増幅さ
れ、図示しないＡ/Ｄ変換器でデジタル信号に変換さ
れ、信号処理部108に送られる。
【００１９】信号処理部108は、光計測部105〜107から
の信号を記録するメモリ109と、光計測部からの信号を
処理し、血中ヘモグロビンの変化量の計算、血中ヘモグ
ロビン変化量の特徴の抽出、抽出された特徴に基く疾患
判定などを行う演算部110と、演算部110の演算結果や演
算に必要なデータ、各種疾患毎のヘモグロビン変化の特
徴をテンプレートとして作成したデータベースなどを記
憶するハードディスク等の記憶部111と、計測信号のタ
イムコースや演算結果であるトポグラフィ画像を表示す
る表示部112とを備えている。また図示しないが、光計
測における条件や患者情報などを入力するための入力部
が備えられている。このような構成の信号処理部108
は、汎用のパーソナルコンピュータ上に構築することが
でき、光トポグラフィ装置と直接ケーブルによって接続
してもよいし、通信ネットワーク、可搬媒体等によりデ
ータの送受を行なうものであってもよい。
の信号を記録するメモリ109と、光計測部からの信号を
処理し、血中ヘモグロビンの変化量の計算、血中ヘモグ
ロビン変化量の特徴の抽出、抽出された特徴に基く疾患
判定などを行う演算部110と、演算部110の演算結果や演
算に必要なデータ、各種疾患毎のヘモグロビン変化の特
徴をテンプレートとして作成したデータベースなどを記
憶するハードディスク等の記憶部111と、計測信号のタ
イムコースや演算結果であるトポグラフィ画像を表示す
る表示部112とを備えている。また図示しないが、光計
測における条件や患者情報などを入力するための入力部
が備えられている。このような構成の信号処理部108
は、汎用のパーソナルコンピュータ上に構築することが
でき、光トポグラフィ装置と直接ケーブルによって接続
してもよいし、通信ネットワーク、可搬媒体等によりデ
ータの送受を行なうものであってもよい。
【００２０】図２に、記憶部111に構築された疾患デー
タベースの一例を示す。図示する実施形態では、ヘモグ
ロビン変化信号の平均変化パターン、潜時時間、最大
値、最大値到達時間、変化量微分値、変化量積分値の６
の項目を指標として、各疾患毎の基準テンプレートを作
成し、データベース化している。
タベースの一例を示す。図示する実施形態では、ヘモグ
ロビン変化信号の平均変化パターン、潜時時間、最大
値、最大値到達時間、変化量微分値、変化量積分値の６
の項目を指標として、各疾患毎の基準テンプレートを作
成し、データベース化している。
【００２１】このようなデータベースは、予め健常者、
疾患Ａ患者、疾患Ｂ患者について、ヘモグロビン変化信
号を計測したものを統計処理することによって作成する
ことができる。ヘモグロビン変化信号から、上記指標を
抽出する手法としては、例えば特願平2000-375678号に
記載された手法を採用することができる。以下、その手
法を簡単に説明する。
疾患Ａ患者、疾患Ｂ患者について、ヘモグロビン変化信
号を計測したものを統計処理することによって作成する
ことができる。ヘモグロビン変化信号から、上記指標を
抽出する手法としては、例えば特願平2000-375678号に
記載された手法を採用することができる。以下、その手
法を簡単に説明する。
【００２２】被検者に装着具を装着した状態で、光の照
射と受光を行いながら、所定のタスク(例えば、ハンド
グリッピング運動)を与え、その際のヘモグロビン変化
量を測定する。このとき光計測部で計測される信号は、
図３（ａ）に示すようにノイズを含む信号である。この
生の信号に対し、フィルタ処理及びベースライン処理を
施し、同図（b）に示すような曲線を得る。この曲線か
ら、最大値及びヘモグロビン値が閾値を超える位置（タ
スクによってヘモグロビンが変化し始める位置）オンセ
ット位置301を求めることができ、タスク開始からオン
セット位置までの時間を潜時として、オンセット位置か
ら最大値に到達する時間を最大値到達時間として、計算
することができる。またこの曲線について、オンセット
位置から所望の位置までの傾きを求めることにより微分
値（ヘモグロビン変化率）が、オンセット位置から所望
の位置までの面積を求めることにより積分値が、それぞ
れ求められる。
射と受光を行いながら、所定のタスク(例えば、ハンド
グリッピング運動)を与え、その際のヘモグロビン変化
量を測定する。このとき光計測部で計測される信号は、
図３（ａ）に示すようにノイズを含む信号である。この
生の信号に対し、フィルタ処理及びベースライン処理を
施し、同図（b）に示すような曲線を得る。この曲線か
ら、最大値及びヘモグロビン値が閾値を超える位置（タ
スクによってヘモグロビンが変化し始める位置）オンセ
ット位置301を求めることができ、タスク開始からオン
セット位置までの時間を潜時として、オンセット位置か
ら最大値に到達する時間を最大値到達時間として、計算
することができる。またこの曲線について、オンセット
位置から所望の位置までの傾きを求めることにより微分
値（ヘモグロビン変化率）が、オンセット位置から所望
の位置までの面積を求めることにより積分値が、それぞ
れ求められる。
【００２３】図４は、健常Ｎ、疾患Ａ、疾患Ｂについ
て、それぞれ基準テンプレートを作成する手順を示した
ものである。図示する実施例では、疾患ごとに複数患者
（n人）から得られたヘモグロビン信号Ｎ(t)1〜Ｎ(t)n
を加算平均処理し、変化パターン401Ｎの基準テンプレ
ートを作成するとともに、各ヘモグロビン信号につい
て、それぞれ上述した指標を求め、それを加算平均処理
し、基準テンプレートの潜時時間402Ｎ、最大値403Ｎ、
最大値到達時間404Ｎ、変化量微分値405Ｎ、変化量積分
値406Ｎを求める。図２の表中、ＳＤ値は、標準偏差で
ある。
て、それぞれ基準テンプレートを作成する手順を示した
ものである。図示する実施例では、疾患ごとに複数患者
（n人）から得られたヘモグロビン信号Ｎ(t)1〜Ｎ(t)n
を加算平均処理し、変化パターン401Ｎの基準テンプレ
ートを作成するとともに、各ヘモグロビン信号につい
て、それぞれ上述した指標を求め、それを加算平均処理
し、基準テンプレートの潜時時間402Ｎ、最大値403Ｎ、
最大値到達時間404Ｎ、変化量微分値405Ｎ、変化量積分
値406Ｎを求める。図２の表中、ＳＤ値は、標準偏差で
ある。
【００２４】これら基準テンプレートとして保持される
潜時時間、最大値等の指標は、上述したように複数患者
のヘモグロビン信号についてそれぞれ指標を求め、それ
らの加算平均として求めてもよいが、加算平均後の変化
パターンから求めてもよい。
潜時時間、最大値等の指標は、上述したように複数患者
のヘモグロビン信号についてそれぞれ指標を求め、それ
らの加算平均として求めてもよいが、加算平均後の変化
パターンから求めてもよい。
【００２５】疾患Ａ、疾患Ｂについても同様に、基準テ
ンプレートとして、変化パターン401Ａ（401Ｂ）、潜時
時間402Ａ（402Ｂ）、最大値403Ａ（403Ｂ）、最大値到
達時間404Ａ（404Ｂ）、変化量微分値405Ａ（405Ｂ）、
変化量積分値406Ａ（406Ｂ）を求める。
ンプレートとして、変化パターン401Ａ（401Ｂ）、潜時
時間402Ａ（402Ｂ）、最大値403Ａ（403Ｂ）、最大値到
達時間404Ａ（404Ｂ）、変化量微分値405Ａ（405Ｂ）、
変化量積分値406Ａ（406Ｂ）を求める。
【００２６】尚、図４には、複数ある測定点のうちの一
つの測定点(測定チャンネル)のヘモグロビン信号のみを
示しているが、他の測定点についても同様の処理を行な
うことができる。また指標（潜時時間、最大値、最大値
到達時間、変化量微分値、変化量積分値）は、全ての測
定点の指標を加算平均し指標としてもよいが、特定の１
の測定点について求めた指標を用いるか、特定の２以上
の測定点の指標を加算平均したものでもよい。
つの測定点(測定チャンネル)のヘモグロビン信号のみを
示しているが、他の測定点についても同様の処理を行な
うことができる。また指標（潜時時間、最大値、最大値
到達時間、変化量微分値、変化量積分値）は、全ての測
定点の指標を加算平均し指標としてもよいが、特定の１
の測定点について求めた指標を用いるか、特定の２以上
の測定点の指標を加算平均したものでもよい。
【００２７】基準テンプレートは、前述したように、健
常であること、疾患Ａ、Ｂがあることが予めわかってい
る被検者について測定し、その結果を用いて自動的に計
算することにより作成することができる。この場合、統
計処理の有意性を高めるために、例えば性別、年齢別
(大人、子供)に、できるだけ多くの集団を対象に測定し
た結果を用いることが好ましい。基準テンプレートを作
成する他の方法として、例えば、被検者のヘモグロビン
信号を観察し、その結果、健常であると判断されたもの
について、上述した健常の基準テンプレート作成手順を
実行し、疾患ＡあるいはＢであると判断されたものにつ
いて、疾患ＡあるいはＢの基準テンプレート作成手順を
実行するようにしてもよい。
常であること、疾患Ａ、Ｂがあることが予めわかってい
る被検者について測定し、その結果を用いて自動的に計
算することにより作成することができる。この場合、統
計処理の有意性を高めるために、例えば性別、年齢別
(大人、子供)に、できるだけ多くの集団を対象に測定し
た結果を用いることが好ましい。基準テンプレートを作
成する他の方法として、例えば、被検者のヘモグロビン
信号を観察し、その結果、健常であると判断されたもの
について、上述した健常の基準テンプレート作成手順を
実行し、疾患ＡあるいはＢであると判断されたものにつ
いて、疾患ＡあるいはＢの基準テンプレート作成手順を
実行するようにしてもよい。
【００２８】このような基準テンプレート作成手順は、
信号処理部108の入力部から選択し、実行することがで
きる。作成された基準テンプレートは、記憶部112に格
納される。
信号処理部108の入力部から選択し、実行することがで
きる。作成された基準テンプレートは、記憶部112に格
納される。
【００２９】上述した基準テンプレート作成手順は、測
定したヘモグロビン信号から指標を抽出する機能であ
り、この機能を用いて健常か疾患があるかが未知の患者
について診断を行なうことができる。
定したヘモグロビン信号から指標を抽出する機能であ
り、この機能を用いて健常か疾患があるかが未知の患者
について診断を行なうことができる。
【００３０】以下、基準テンプレートを用いて疾患の診
断を行なう手順を説明する。疾患の診断は、基準テンプ
レートとして保持する指標のうち、平均変化パターンの
みを用いて行なってもよいし、それ以外の指標を用いて
行ってもよい。さらに平均変化パターンと他の指標を組
み合わせて行なってもよい。図５に平均変化パターンを
用いた診断処理手順を示す。
断を行なう手順を説明する。疾患の診断は、基準テンプ
レートとして保持する指標のうち、平均変化パターンの
みを用いて行なってもよいし、それ以外の指標を用いて
行ってもよい。さらに平均変化パターンと他の指標を組
み合わせて行なってもよい。図５に平均変化パターンを
用いた診断処理手順を示す。
【００３１】まず被検者のヘモグロビン信号Ｘ(t)を計
測する（ステップ501）。次に計測したヘモグロビン信
号Ｘ(t)と基準テンプレートに保持されている平均変化
パターンＹ（Ｎ、Ａ、Ｂ・・）との相関関係を調べる
（ステップ502）。相関は、次式に示す相関係数ρを算
出することにより判定することができる。
測する（ステップ501）。次に計測したヘモグロビン信
号Ｘ(t)と基準テンプレートに保持されている平均変化
パターンＹ（Ｎ、Ａ、Ｂ・・）との相関関係を調べる
（ステップ502）。相関は、次式に示す相関係数ρを算
出することにより判定することができる。
【数１】
【００３２】即ち、相関係数ρは、次の性質（１）〜
（４）を有し、計測したヘモグロビン信号Ｘとある平均
変化パターンのρが＋１に近いほど、その被検者はその
平均変化パターンを持つ疾患である確率が高いことにな
る。 （１）−１≦ρ≦１ （２）ρ＝＋１：正の相関でＸ(t)が増加するとＹ(t)も
増加する。 （３）ρ＝−１：負の相関でＸ(t)が増加するとＹ(t)は
減少する。 （４）ρ＝０：無相関でＸ(t)とＹ(t)は相関関係がな
い。
（４）を有し、計測したヘモグロビン信号Ｘとある平均
変化パターンのρが＋１に近いほど、その被検者はその
平均変化パターンを持つ疾患である確率が高いことにな
る。 （１）−１≦ρ≦１ （２）ρ＝＋１：正の相関でＸ(t)が増加するとＹ(t)も
増加する。 （３）ρ＝−１：負の相関でＸ(t)が増加するとＹ(t)は
減少する。 （４）ρ＝０：無相関でＸ(t)とＹ(t)は相関関係がな
い。
【００３３】従って、例えば基準テンプレートに保持さ
れている全ての疾患(健常状態を含む、以下同様)のそれ
ぞれについてρを求め、最も相関の高いものに該当する
と診断する。あるいはρが所定の値(例えば0.8)以上で
あるものに該当すると診断することも可能である。図５
に示す例では、健常Ｎ、疾患Ａ、疾患Ｂの３つの平均変
化パターンとの相関を求め（ステップ503）、相関が0.8
と最も高い状態を、被検者の状態であると判断し、判断
結果を表示部112に表示している（ステップ504）。この
際、図示するように、診断結果とともにその根拠（健常
との相関関係が最も+1に近いため）を表示するようにし
てもよい。或いはステップ504で得られた最終結果のみ
でなく、各疾患との相関（ステップ503の結果）も表示
してもよい。これにより最終的な診断結果の信頼性を確
認することができる。
れている全ての疾患(健常状態を含む、以下同様)のそれ
ぞれについてρを求め、最も相関の高いものに該当する
と診断する。あるいはρが所定の値(例えば0.8)以上で
あるものに該当すると診断することも可能である。図５
に示す例では、健常Ｎ、疾患Ａ、疾患Ｂの３つの平均変
化パターンとの相関を求め（ステップ503）、相関が0.8
と最も高い状態を、被検者の状態であると判断し、判断
結果を表示部112に表示している（ステップ504）。この
際、図示するように、診断結果とともにその根拠（健常
との相関関係が最も+1に近いため）を表示するようにし
てもよい。或いはステップ504で得られた最終結果のみ
でなく、各疾患との相関（ステップ503の結果）も表示
してもよい。これにより最終的な診断結果の信頼性を確
認することができる。
【００３４】図６は、潜時時間402Ｎ、最大値403Ｎ、最
大値到達時間404Ｎ、変化量微分値405Ｎ、変化量積分値
406Ｎを用いた診断処理手順を示すものである。この場
合には、測定したヘモグロビン信号から、基準テンプレ
ート作成の場合と同様に、測定ヘモグロビン信号につい
て潜時時間、最大値、最大値到達時間、変化量微分値及
び変化量積分値を計算する（ステップ601）。次にこれ
ら計算値と、基準テンプレートに保持されている各疾患
における潜時時間、最大値、最大値到達時間、変化量微
分値及び変化量積分値とをそれぞれ比較する（ステップ
602）。
大値到達時間404Ｎ、変化量微分値405Ｎ、変化量積分値
406Ｎを用いた診断処理手順を示すものである。この場
合には、測定したヘモグロビン信号から、基準テンプレ
ート作成の場合と同様に、測定ヘモグロビン信号につい
て潜時時間、最大値、最大値到達時間、変化量微分値及
び変化量積分値を計算する（ステップ601）。次にこれ
ら計算値と、基準テンプレートに保持されている各疾患
における潜時時間、最大値、最大値到達時間、変化量微
分値及び変化量積分値とをそれぞれ比較する（ステップ
602）。
【００３５】診断をしやすくするために、各疾患につい
て、これら指標61とその標準偏差62を表示するととも
に、被検者について計算した値63を重ねて表示する（ス
テップ603）。表示例を図７(a)に示す。このような表示
により、視覚的にどの疾患であるかを把握することがで
きる。次に、指標毎に被検者がどの疾患であるかを求め
る（ステップ604）。この判断は、例えば被検者につい
てヘモグロビン変化量の最大値の値が、所定の疾患の基
準テンプレートの最大値の標準偏差内か否かを判断し、
標準偏差内であれば、その疾患であると判断する。同様
に、他の指標についても基準テンプレートの指標の標準
偏差内か否かを判断する。被検者の値が、どの疾患の標
準偏差にも含まれない場合には、最も近い値を持つ疾患
と判断してもよい。或いは判断を保留してもよい。
て、これら指標61とその標準偏差62を表示するととも
に、被検者について計算した値63を重ねて表示する（ス
テップ603）。表示例を図７(a)に示す。このような表示
により、視覚的にどの疾患であるかを把握することがで
きる。次に、指標毎に被検者がどの疾患であるかを求め
る（ステップ604）。この判断は、例えば被検者につい
てヘモグロビン変化量の最大値の値が、所定の疾患の基
準テンプレートの最大値の標準偏差内か否かを判断し、
標準偏差内であれば、その疾患であると判断する。同様
に、他の指標についても基準テンプレートの指標の標準
偏差内か否かを判断する。被検者の値が、どの疾患の標
準偏差にも含まれない場合には、最も近い値を持つ疾患
と判断してもよい。或いは判断を保留してもよい。
【００３６】このように各指標について判断した結果を
表示した表示例を図７（b）に示す。最後に、各指標の
判断結果を総合的に判断する（ステップ605）。即ち、
例えば５つの指標のうち４つ以上が、ある疾患と判断さ
れた場合には、その疾患であると判断する。即ち、図７
に示す例では、変化量微分値を除く指標についてはステ
ップ603で健常であると診断されているので、総合的な
診断結果は健常とする。また例えば３つ以上の指標につ
いて、ある疾患と判断された場合には、その疾患である
可能性が高いと判断する。
表示した表示例を図７（b）に示す。最後に、各指標の
判断結果を総合的に判断する（ステップ605）。即ち、
例えば５つの指標のうち４つ以上が、ある疾患と判断さ
れた場合には、その疾患であると判断する。即ち、図７
に示す例では、変化量微分値を除く指標についてはステ
ップ603で健常であると診断されているので、総合的な
診断結果は健常とする。また例えば３つ以上の指標につ
いて、ある疾患と判断された場合には、その疾患である
可能性が高いと判断する。
【００３７】なお、図５及び図６では、平均変化パター
ンとそれ以外の指標のいずれかを用いて診断する場合を
説明したが、これらを組み合わせてもよい。また図７に
例示した表示と併せて、平均変化パターンを表示するこ
とも可能である。
ンとそれ以外の指標のいずれかを用いて診断する場合を
説明したが、これらを組み合わせてもよい。また図７に
例示した表示と併せて、平均変化パターンを表示するこ
とも可能である。
【００３８】このように本実施形態によれば、測定した
ヘモグロビン信号からヘモグロビン変化パターン及び指
標を算出するとともに、これら算出された結果と、基準
テンプレートに保持されたヘモグロビン変化パターン及
びその特徴である指標とを自動的に比較して、診断を行
なうことができる。
ヘモグロビン信号からヘモグロビン変化パターン及び指
標を算出するとともに、これら算出された結果と、基準
テンプレートに保持されたヘモグロビン変化パターン及
びその特徴である指標とを自動的に比較して、診断を行
なうことができる。
【００３９】以上、本発明の生体光計測装置の実施形態
を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されること
なく種々の変更が可能である。例えば、疾患の診断に用
いる指標は、上記５つの指標のうち任意のものを適宜組
み合わせてもよい。また上記実施形態では、すべての計
測点のヘモグロビン変化信号を加算平均して指標とした
が、ヘモグロビン変化が特定の領域に限定される疾患の
場合には、その領域に含まれる計測点のみのヘモグロビ
ン信号のみを加算平均して指標とすることも可能であ
り、それにより、より精度の高い診断を行なうことも可
能である。
を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されること
なく種々の変更が可能である。例えば、疾患の診断に用
いる指標は、上記５つの指標のうち任意のものを適宜組
み合わせてもよい。また上記実施形態では、すべての計
測点のヘモグロビン変化信号を加算平均して指標とした
が、ヘモグロビン変化が特定の領域に限定される疾患の
場合には、その領域に含まれる計測点のみのヘモグロビ
ン信号のみを加算平均して指標とすることも可能であ
り、それにより、より精度の高い診断を行なうことも可
能である。
【００４０】さらに上記実施形態では、基準テンプレー
トの作成及びそれを用いた診断機能について説明した
が、本発明の生体光計測装置においても、従来と同様に
測定領域のヘモグロビン変化を等高線状の画像として表
示することは可能である。
トの作成及びそれを用いた診断機能について説明した
が、本発明の生体光計測装置においても、従来と同様に
測定領域のヘモグロビン変化を等高線状の画像として表
示することは可能である。
【００４１】
【発明の効果】本発明の生体光計測装置によれば、各種
疾患の特徴を抽出した基準テンプレートの作成機能及び
それを用いた診断機能を備えたことにより、定量的な診
断を行なうことができ、診断効率を向上することができ
る。
疾患の特徴を抽出した基準テンプレートの作成機能及び
それを用いた診断機能を備えたことにより、定量的な診
断を行なうことができ、診断効率を向上することができ
る。
【図１】 本発明の生体光計測装置の全体概要を示す図
【図２】 本発明の生体光計測装置が備える疾患データ
ベースの一例を示す図
ベースの一例を示す図
【図３】 データベースに格納される基準テンプレート
作成のための信号処理を説明する図
作成のための信号処理を説明する図
【図４】 基準テンプレートを作成するための手順の一
例を示す図
例を示す図
【図５】 基準テンプレートを用いた診断の一実施形態
を示す図
を示す図
【図６】 基準テンプレートを用いた診断の他の実施形
態を示す図
態を示す図
【図７】 図６の診断手順における表示例を示す図
102・・・光源部、105・・・光電変換素子（光計測
部）、106・・・ロックインアンプ、107・・・連続可変
アンプ、108・・・信号処理部、109・・・メモリ、110
・・・演算部、111・・・記憶部、112・・・表示部
部）、106・・・ロックインアンプ、107・・・連続可変
アンプ、108・・・信号処理部、109・・・メモリ、110
・・・演算部、111・・・記憶部、112・・・表示部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年３月２８日（２００２．３．２
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
Claims (4)
- 【請求項１】 被検体に照射する光を発生する光源部
と、被検体内部を通過した光を検出し、被検体のヘモグ
ロビン濃度変化に対応するヘモグロビン信号を生成する
光計測部と、前記ヘモグロビン信号に基き、被検体の生
体情報を作成し、表示する信号処理部とを備えた生体光
計測装置において、前記信号処理部は、ヘモグロビン信
号をもとに各種疾患のヘモグロビン変化パターンの特徴
を抽出する特徴抽出部を備えたことを特徴とする生体光
計測装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の生体光計測装置であっ
て、前記特徴抽出部が抽出した各種疾患のヘモグロビン
変化パターンの特徴を基準テンプレートとして格納する
記憶部を備えたことを特徴とする生体光計測装置。 - 【請求項３】 被検体に照射する光を発生する光源部
と、被検体内部を通過した光を検出し、被検体のヘモグ
ロビン濃度変化に対応するヘモグロビン信号を生成する
光計測部と、前記ヘモグロビン信号に基き、被検体の生
体情報を作成し、表示する信号処理部とを備えた生体光
計測装置において、前記信号処理部は、各種疾患のヘモ
グロビン変化パターンの特徴を基準テンプレートとして
格納する記憶部と、前記光計測部が生成したヘモグロビ
ン信号をもとにヘモグロビン変化パターンの特徴を抽出
し、抽出したヘモグロビン変化パターンの特徴と記憶部
に格納された基準テンプレートとの比較から疾患を判定
する判定部とを備えたことを特徴とする生体光計測装
置。 - 【請求項４】 前記ヘモグロビン変化パターンの特徴
は、ヘモグロビン変化パターン曲線、潜時、最大値、最
大値到達時間、変化量微分値、変化量積分値の少なくと
も一つを含むことを特徴とする請求項１ないし３いずれ
か１項に記載の生体光計測装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002085350A JP3916985B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 生体光計測装置 |
| EP03745695A EP1506739A4 (en) | 2002-03-26 | 2003-03-03 | BIOLOGICAL PHOTOMETER |
| US10/509,104 US7186217B2 (en) | 2002-03-26 | 2003-03-03 | Biological photometer |
| PCT/JP2003/002429 WO2003084400A1 (en) | 2002-03-26 | 2003-03-03 | Biological photometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002085350A JP3916985B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 生体光計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003275191A true JP2003275191A (ja) | 2003-09-30 |
| JP3916985B2 JP3916985B2 (ja) | 2007-05-23 |
Family
ID=28786125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002085350A Expired - Fee Related JP3916985B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 生体光計測装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7186217B2 (ja) |
| EP (1) | EP1506739A4 (ja) |
| JP (1) | JP3916985B2 (ja) |
| WO (1) | WO2003084400A1 (ja) |
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| WO2012140966A1 (ja) * | 2011-04-15 | 2012-10-18 | 株式会社日立メディコ | 生体光計測装置、生体光計測装置の作動方法、及び生体光計測データの解析表示方法 |
| WO2012165602A1 (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-06 | 国立大学法人名古屋工業大学 | 認知機能障害判別装置、認知機能障害判別システム、およびプログラム |
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| US9042952B2 (en) | 1997-01-27 | 2015-05-26 | Lawrence A. Lynn | System and method for automatic detection of a plurality of SPO2 time series pattern types |
| US8932227B2 (en) * | 2000-07-28 | 2015-01-13 | Lawrence A. Lynn | System and method for CO2 and oximetry integration |
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| US9521971B2 (en) | 1997-07-14 | 2016-12-20 | Lawrence A. Lynn | System and method for automatic detection of a plurality of SPO2 time series pattern types |
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| JP5043107B2 (ja) * | 2007-05-21 | 2012-10-10 | 株式会社日立メディコ | 生体光計測装置 |
| WO2009137682A1 (en) | 2008-05-07 | 2009-11-12 | Lynn Lawrence A | Medical failure pattern search engine |
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| US11033225B2 (en) | 2015-05-27 | 2021-06-15 | Shimadzu Corporation | Brain activity feedback system |
| CN112424611A (zh) * | 2018-07-27 | 2021-02-26 | 株式会社日立高新技术 | 自动分析系统 |
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| JP3260472B2 (ja) * | 1993-03-26 | 2002-02-25 | 浜松ホトニクス株式会社 | 診断装置 |
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