JP2003339677A

JP2003339677A - 非拘束生体活動計測装置

Info

Publication number: JP2003339677A
Application number: JP2002150123A
Authority: JP
Inventors: Hideo Eda; 英雄江田
Original assignee: Communications Research Laboratory
Current assignee: Communications Research Laboratory
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＩＲＳ法を利用した生体活動計測時に、光フ
ァイバ自体が計測時における被験者の運動の障害となら
ず、光ファイバによって被験者に不快感を与えることな
く、さらにその影響を本来の計測結果にも及ぼすことの
ない非拘束生体活動計測装置を提供する。【解決手段】所定波長の近赤外線を計測対象領域に照射
する光源Ｌと、計測対象領域で反射した近赤外線を受光
し電気計測信号に変換するディテクタＤとを、被験者Ｔ
の計測対象領域に装着する装着具３の一部に配置する構
成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脳活動等の生体の
機能を示す生体活動を好適に測定するための生体活動計
測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、脳等の生体の一部の活動を非侵襲
的に計測し生体機能を解析する装置やシステムが種々開
発されてきている。例えば、機能的核磁気共鳴法（ｆＭ
ＲＩ；functional magnetic resonance imaging）、ポ
ジトロン断層法（ＰＥＴ；positron emission tomograp
hy）等が代表例である。しかしながら、このような方法
では、被験者をほぼ閉塞された装置内に収容し、その装
置内で生体活動を計測するため、例えば被験者の体を動
かしながら運動中における生体活動を計測することは困
難である。

【０００３】このような問題を解決する方法として、近
赤外線分光法（ＮＩＲＳ；near-infrared spectroscop
y）を利用した脳活動等の計測方法が開発され注目され
るようになっている。ＮＩＲＳ法では、被験者の頭部に
照射用光ファイバを通じて所定波長の近赤外線を照射
し、それに対応して脳で反射した近赤外線を検出用光フ
ァイバを通じて検知する方法が採用されている。具体的
には、皮膚組織や骨組織を透過し且つ脳の血管における
血液中のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン
に吸収される波長の近赤外線を利用して、この近赤外線
を被験者の頭部に装着したホルダに接続した光ファイバ
を介して伝達することで、血液中のオキシヘモグロビン
濃度、デオキシヘモグロビン濃度及びそれらの総和であ
る総ヘモグロビン濃度を測定し、これらの経時的な濃度
変化から導き出される脳内の血行動態変化によって、運
動中又は静止状態における被験者の脳活動を計測し、或
いは画像化する。また、ＮＩＲＳ法によれば、運動機能
に障害を有する被験者が、その障害を有する部位を動か
しているようにイメージする場合の脳活動を計測するこ
とで、脳の活動パターンを明らかにするとともに、リハ
ビリテーションにも役立っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来から採
用されているＮＩＲＳ法に基づく計測装置では、被験者
の頭部等の身体における計測対象領域に近赤外線を照射
するための光源や、被験者の計測対象領域で反射した近
赤外線を検出するためのディテクタが、その検出した近
赤外線に基づいて生体機能画像等を生成する装置本体側
に設けられており、光源及びディテクタと被験者の計測
対象領域との間を多数本の光ファイバで接続した構成を
有している。このため、光ファイバの荷重が被験者に直
接作用するため、それによる影響が目的とする生体活動
の計測結果に反映されてしまう可能性を排除することが
困難であり、また、被験者が光ファイバの荷重により不
快感を覚える場合もあり、また光ファイバの存在が被験
者の運動の邪魔になるという問題がある。

【０００５】そこで本発明は、以上のような問題に鑑み
て、ＮＩＲＳ法を利用した生体活動計測時に、光ファイ
バ自体が計測時における被験者の運動の障害とならず、
光ファイバによって被験者に不快感を与えることなく、
さらにその影響を本来の計測結果にも及ぼすことのない
生体活動計測装置を提供することを主たる目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の非拘
束生体活動計測装置は、被験者の身体における計測対象
領域に近赤外線を照射し、当該計測対象領域で反射した
近赤外線を計測することにより近赤外線分光法を利用し
て被験者の生体機能を示す生体活動を計測する生体活動
計測装置において、被験者の計測対象領域に装着する装
着具と、所定波長の近赤外線を計測対象領域に照射する
光源と、計測対象領域で反射した近赤外線を受光し電気
計測信号に変換するディテクタとを備え、前記光源及び
ディテクタを共に装着具の一部に配置していることを特
徴とするものである。

【０００７】このような構成の非拘束型の生体活動計測
装置であれば、従来は光ファイバによって被験者の動き
が制限される可能性があったのに対して、そのような光
ファイバに拘束されることなく被験者の生体活動を計測
できるようになるため、被験者が感じていた不快感や違
和感を取り払うとともに、それにより及ぼされる計測結
果への影響をなくし、より多様な運動状態における被験
者の生体活動を適正に測定することができる。

【０００８】好ましい非拘束生体活動計測装置の態様と
しては、光源に発光させる近赤外線を制御する光源制御
信号を無線により受信する受信部と、受信部で受信した
光源制御信号に基づいて光源を駆動する光源駆動部と、
前記電気計測信号を通信信号に変換し無線により送信す
る送信部とを、被験者の身体側に設けたものが挙げられ
る。

【０００９】このような構成に基づいて、光ファイバ等
により拘束されない非拘束状態で被験者の生体活動の計
測を実現し得る非拘束生体活動計測装置の好適な具体的
態様としては、以下のようなものを挙げることができ
る。

【００１０】すなわち、まず第１の態様としては、受信
部、光源駆動部及び送信部を、被験者の身体における計
測対象領域とは異なる部位に装着される第２の装着具に
配置したものが挙げられる。この場合、光源駆動部と光
源、及び送信部とディテクタを、それぞれ通信線により
通信可能に接続する構成や、或いは、装着部に光源及び
ディテクタとそれぞれ通信可能な通信中継部を設けると
ともに、第２の装着具に光源駆動部及びディテクタとそ
れぞれ通信可能な通信中継部を設け、装着具の通信中継
部と第２の装着具の通信中継部とを、無線により通信可
能に接続する構成とすることが好ましい。

【００１１】次に、第２の態様としては、光源駆動部を
前記装着具に配置するとともに、受信部及び送信部を被
験者の身体における計測対象領域とは異なる部位に装着
される第２の装着具に配置し、前記装着具に、受信部と
光源駆動部との間の光源制御信号の通信、及び送信部と
ディテクタとの間の電気通信信号の通信を中継する通信
中継部をさらに配置したものが挙げられる。この場合
も、通信中継部と受信部及び送信部との間を、通信線に
より通信可能に接続する構成や、通信中継部、受信部及
び送信部に、それぞれ無線通信機能を設け、通信中継部
と受信部及び送信部とを前記各無線通信機能を利用して
通信可能に接続する構成とすることが望ましい。

【００１２】また、第３の態様として、受信部、光源駆
動部及び送信部を、前記装着具に配置するようにして
も、被験者を非拘束状態で生体活動の計測を好適に実現
することができる。

【００１３】上述の各種の構成に対して、非拘束生体活
動計測装置には、前記受信部へ無線により光源制御信号
を送信するとともに前記送信部から無線により送信され
た電気計測信号に基づく通信信号を受信する無線通信手
段と、この通信手段で受信した通信信号に基づいて被験
者の生体活動を計測する情報処理手段とを有する計測装
置本体を更に備えるとよい。

【００１４】このような計測装置本体を有する場合、被
験者の身体の状態を適切に計測するための好適な計測装
置本体の構成としては、通信手段で受信した前記通信信
号に基づいて、被験者の計測対象領域における生体機能
に寄与する物質であるパラメータ物質の分布や濃度変化
等の動態を示す又は示唆するパラメータ物質動態データ
を生成するパラメータ物質動態データ生成手段と、この
パラメータ物質動態データ生成手段で生成したパラメー
タ物質動態データを表示する表示手段とを備えたものが
好ましい。

【００１５】特に、検知した近赤外線に基づいて生体機
能を視覚的に把握、判別できるようにするには、計測装
置本体において、パラメータ物質動態データ生成手段で
生成したパラメータ物質動態データを、生体機能画像デ
ータとして加工する生体機能画像データ加工手段を更に
備え、前記表示手段が、生体機能画像データ加工手段で
加工した生体機能画像データを表示する機能を有するも
のとすればよい。ここで、パラメータ物質としては、ヘ
モグロビン（オキシヘモグロビンやデオキシヘモグロビ
ン）、糖（グルコース等）を例示することができる。さ
らに、計測装置本体には、パラメータ物質動態データ加
工手段で加工した生体機能画像データを蓄積する生体機
能画像データ蓄積手段を更に設けることによって、被験
者の生体活動の計測結果を、以前の計測結果や将来の計
測結果と比較したり、他の被験者の計測結果と比較する
など、計測結果の有効利用を図ることができる。

【００１６】また、ＣＴスキャンやＭＲＩ等の他の医療
画像診断装置で得られた脳の形態画像や、ｆＭＲＩ等の
他の医療画像診断装置で得られた脳の機能画像と併用し
て、より詳細な脳活動のデータ収集を容易なものとする
には、表示手段に、生体機能画像データ加工手段で加工
した生体機能画像データを、他の医療画像診断装置で生
成された当該被験者の計測対象領域の生体形態画像デー
タ又は生体機能画像データと重ね合わせて表示する機能
を設けるとよい。

【００１７】特に、この非拘束生体活動計測装置で得ら
れる生体機能画像データとして好適な具体例には、被験
者の計測対象領域における血行動態変化を示す画像を挙
げることができる。より具体的に好ましくは、パラメー
タ物質動態データ生成手段が、パラメータ物質としてオ
キシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの動態を示
すヘモグロビン動態データを生成するものである場合、
表示手段を、生成されたヘモグロビン動態データを前記
血行動態変化を示す画像として表示するものとすること
が望ましい。この場合、オキシヘモグロビンとデオキシ
ヘモグロビンとのより正確な動態変化を把握するには、
オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンのそれぞ
れの分子吸光係数が異なる少なくとも２つ以上の波長の
近赤外線を光源から照射し、且つそれらの波長の近赤外
線をディテクタで受光するように構成するとよい。さら
に、これら検知した２波長以上の近赤外線に基づく脳活
動の解析を行い、脳の機能情報をより詳細に得るために
は、計測装置本体において、ディテクタで受光した前記
２つ以上の異なる波長の近赤外線から変換された電気計
測信号に基づく通信信号に対応して、各ヘモグロビン動
態データ、又は当該ヘモグロビン動態データに基づく血
行動態変化を示す各画像を、組み合わせ、抽出し、又は
変換するなどの演算処理を行う演算処理手段を更に設け
るとよい。

【００１８】さらに、運動状態における被験者の生体活
動を好適に計測するには、この非拘束生体活動計測装置
に、被験者が略定位置で脚部を動作可能なトレッドミル
を更に設けることが望ましい。

【００１９】従来は運動状態における被験者の脳活動を
計測するのは前述したように様々な制約があったが、以
上のような非拘束生体活動計測装置において、被験者の
脳活動を有効に計測し得るようにするためには、装着具
を被験者の頭部に装着する頭部装着具として、被験者の
生体活動として脳活動を計測するようにするとよい。こ
のようにすることで、特に被験者に体を動かすことをイ
メージさせることに基づく脳の一部を活性化させるニュ
ーロリハビリ時の脳活動の計測にも大いに役立つことと
なる。

【００２０】また、以上のような無線を用いた非拘束生
体活動計測装置の他にも、光源に発光させる近赤外線を
制御する光源制御情報を読み取る光源制御情報読み取り
と、光源制御情報読み取り部で読み出した光源制御情報
に基づいて光源を駆動する光源駆動部と、前記電気計測
信号又はそれに基づき変換された検出情報を格納する検
出情報格納部とを、被験者の身体側に設けた構成として
も、非拘束での生体活動の計測を好適に実現することが
できる。ここで、光源制御情報格納部や検出情報格納部
としては、メモリスティックや小型のハードディスク
等、被験者の身体に負担を与えないような記憶媒体を採
用するとよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。

【００２２】＜第１実施形態＞図１及び図２に示す本
発明の第１実施形態は、被験者Ｔの脳、特に大脳皮質を
計測対象領域とし、特に運動中における被験者Ｔの脳活
動を近赤外線分光法（ＮＩＲＳ法）を利用して測定する
ための非拘束型の生体活動計測装置たる脳活動計測装置
１である。

【００２３】この脳活動計測装置１は、計測装置本体
２、計測対象領域たる頭部に装着される頭部装着具３、
頭部以外の被験者の身体に装着される第２の装着具たる
胴部装着具４、トレッドミル５等から主として構成され
る。

【００２４】まず計測装置本体２は、図３に示す概略的
な機能構成図に基づいて説明すると、光源制御信号の生
成やディテクタＤで検知した近赤外線の計測等を実行す
る情報処理手段たる情報処理装置２１、無線通信手段た
る無線通信装置２２、ディスプレイ２３、プリンタ２４
等からなるものである。情報処理装置２１は、例えば専
用コンピュータや所定のソフトウェアプログラムを組み
込んだ汎用コンピュータであって、図示しないが、ＣＰ
Ｕ、内部メモリ、ＨＤＤ等の記憶装置、キーボードやマ
ウス等の入力デバイス、外部機器との通信インタフェー
ス等を備えている。そして、この情報処理装置２１は、
前記プログラムに従って各部が作動し、図３に示すよう
に、光源制御信号生成手段２１１、測定対象であるパラ
メータ物質たるヘモグロビンの動態データを生成するヘ
モグロビン動態データ生成手段２１２、脳機能画像デー
タ加工手段２１３、脳機能画像データ蓄積手段２１４、
演算処理手段２１５、表示手段２１６等として機能す
る。なお、無線通信装置２２は、後述する胴部装着具４
に設けられる通信手段４１と所定規格の無線通信を行う
ものである。具体的には、以下に説明する光源制御信号
生成手段２１１で生成された光源制御信号を通信信号に
変換して前記通信手段４１に送信する機能や、ディテク
タＤで検出された検出光に基づいて通信手段４１から送
信された通信信号を受信し情報処理装置２１で読み込み
可能な電気信号に変換する機能等を有している。また、
無線の規格は特に限定されないが、人体に及ぼす影響が
比較的小さいものを適用することが望ましい。また、無
線は上述のように電波を用いたものでも良いが、光を用
いたもので実現しても良い。

【００２５】以下、情報処理装置２１における各手段に
ついて簡単に説明する。光源制御信号生成手段２１１
は、後述する頭部装着具２に設けられた光源Ｌを所定の
プログラム通りに発光させるための光源制御信号を生成
する。光源制御信号は、具体的には例えば光源Ｌに対し
て、所定間隔のパルス光又は定常光を発するように制御
する情報からなるものである。ヘモグロビン動態データ
生成手段２１２は、検出された近赤外線に基づいて前記
無線通信装置２２で受信し変換された電気信号に基づい
て、被験者Ｔの脳の各部におけるオキシヘモグロビン及
びデオキシヘモグロビンの分布や経時的な濃度変化等の
動態を示すヘモグロビン動態データを生成する。演算手
段２１５は、生成されたオキシヘモグロビン動態データ
及びデオキシヘモグロビンの動態データに基づき、それ
らの総和である総ヘモグロビンの動態データを生成し、
又はそれらオキシ総ヘモグロビン動態データ、デオキシ
総ヘモグロビン動態データ、及び総ヘモグロビン動態デ
ータを経時的なグラフとしたり、複数回の測定値を平均
化するなどの処理を行う。脳機能画像データ加工手段２
１３は、上記複数の光源・検出チャンネルから取得し、
ヘモグロビン動態データ生成手段２１２で生成したオキ
シヘモグロビン動態データ及びデオキシヘモグロビン動
態データや、演算手段２１５で処理した総ヘモグロビン
動態データ等を解析し、脳機能画像データとして加工す
る。また、脳機能画像データ蓄積手段２１４は、脳機能
画像データ加工手段２１３で加工した脳機能画像データ
をＨＤＤ等に蓄積する。表示手段２１５は、主として脳
機能画像データ加工手段２１３で加工した脳機能画像デ
ータに基づき、ヘモグロビンの動態に基づく血行動態変
化画像としてディスプレイ２３に表示出力、又はプリン
タ２４に印刷出力するなどの処理を行う。また、この表
示手段２１６では、画像データに加工される前のヘモグ
ロビン動態データを表示又は印刷出力したり、脳機能画
像データをＣＴスキャン等による被験者Ｔの頭部の断層
形態画像やｆＭＲＩ等による脳機能画像等と組み合わせ
又は重ね合わせて表示又は印刷出力する機能を有してい
る。

【００２６】頭部装着具３は、被験者Ｔの頭部に被せる
ものであり、熱可塑性樹脂素材からなる頭部装着部３１
と、この頭部装着具３１に設けられる光源Ｌ及びディテ
クタＤとを主体として構成される。頭部装着具３１は、
被験者Ｔごとの頭部の形状に対応してオーダメイドで作
成したものであり、具体的には、熱可塑性樹脂からなる
シート材を加熱して軟化させた状態で予め型取りした被
験者Ｔの頭部の模型等にあてがって密着させ、頭部の形
状を前記シート材に写し取り、冷却して硬化させる。こ
のようにして形成された頭部装着部３１は、図１及び図
２に示すように、被験者Ｔの額から側頭部、頭頂部、後
頭部に亘って連続的に頭部のほぼ全域を覆う形状とな
る。さらにこの頭部装着具３１には、光源Ｌを保持する
複数の光源ホルダ３２と、ディテクタＤを保持する複数
のディテクタホルダ３３とを、測定箇所の数に対応して
形成している。具体的には、光源ホルダ３２及びディテ
クタホルダ３３はその位置において、光源Ｌ及びディテ
クタＤが被験者Ｔの頭皮に接触するように、頭部装着部
３１を貫通させた態様としている。

【００２７】光源Ｌは、本実施形態では、オキシヘモグ
ロビン及びデオキシヘモグロビンに吸収される近赤外線
の波長に対応する７８０ｎｍ、８０５ｎｍ、８３０ｎｍ
付近の３波長の半導体レーザダイオードからなるもので
あり、前記光源制御信号に基づいて所定間隔のパルス光
又は定常光を発するように制御するものである。なお、
光源Ｌは、７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの２波長のレーザ
ダイオードから構成してもよい。また、光源としてはＬ
ＥＤ等を採用することもできる。一方、ディテクタＤ
は、各光源Ｌと対にして設けられるものであり、光源Ｌ
から照射した近赤外線の波長に対応して反射した近赤外
線を受光し、電気計測信号に変換するシリコンフォトダ
イオード等からなるものである。本実施形態では、この
ような複数の光源Ｌと複数のディテクタＤとをそれぞれ
組にして、頭部装着部３１における光源ホルダ３２及び
ディテクタホルダ３３に装着している。なお、頭部から
の発汗等によりこれらの電気素子が影響を受けないよう
に、生体との間は完全に絶縁するものとする。

【００２８】第２の装着具たる胴部装着具４は、被験者
Ｔの計測対象領域である頭部以外の部位として胴部に巻
き付けて装着されるベルト状の胴部装着部４０を主体と
するものである。そしてこの胴部装着部４０には、図３
に示すように、通信手段４１と、光源駆動部４２と、そ
の他図示しないが通信手段４１及び光源駆動部４２に電
源を供給する電源や、アンプ等を設けている。これら通
信手段４１、光源受動部４２、電源及びアンプ等は、例
えば図１及び図２に示すように１つのユニット４０ｘに
内蔵しておくことができる。通信手段４１はさらに、受
信部４１１と送信部４１２とを有している。受信部４１
１は、計測装置本体２の無線通信装置２２から発信され
た光源制御信号を無線により受信する機能を有してい
る。そして、この受信部４１１で受信した光源制御信号
は、光源駆動部４２において電気信号に変換され、有線
である通信線４３を通じて光源Ｌへ伝達される。一方、
送信部４１２は、ディテクタＤで変換された電気計測信
号を通信線４４を通じて受信し、さらに無線通信信号に
変換した上で前記無線通信装置２２へ送信する機能を有
している。なお、通信線４３、４４は、ユニット４０ｘ
から頭部装着部３１における被験者Ｔの後頭部に該当す
るまでの間を、図１及び図２に示すように１又は少数の
束にまとめておき、頭部装着部３１の後頭部に該当する
部位で固定しておくと、被験者Ｔの動きの障害となりに
くい。また、頭部装着具３上においては、通信線４３、
４４を、頭部装着部３１に縫着又は接着して固定してお
いてもよい。また、送信部４１２で受信した電気計測信
号は、アンプにより増幅した後、無線通信信号として送
信するとよい。

【００２９】トレッドミル５は、回転ベルト５１上を被
験者Ｔがほぼ定位置で歩行又は走行できるようにした通
常のものである。回転ベルト５１を停止した際には、被
験者Ｔは静止又は足踏み運動を行うことができる。

【００３０】以上のような構成からなる脳活動計測装置
１によれば、被験者Ｔには、頭部装着具３及び胴部装着
具４、並びに衣服以外のものは装着しないので、従来の
ＮＩＲＳ法による脳活動計測装置のように多数の光ファ
イバで拘束されない。したがって、被験者Ｔの体の動き
の自由度を飛躍的に高めることができ、様々な運動状態
における脳活動の計測を行うことができる。また、光フ
ァイバに拘束されないことは、被験者Ｔが感じていた不
快感や、光ファイバの存在による測定結果への影響をも
排除することができるため、従来のものと比較して遙か
に正確な計測を行うことができる。

【００３１】なお、上述した第１実施形態は、図４に示
す変形例のような態様に変更することができる。ただ
し、この変形例は、上記第１実施形態とは頭部装着具３
及び胴部装着具４に備えられる機器構成が異なるもので
あり、頭部装着部３１やベルト状の胴部装着部自体の構
成、計測装置本体２、トレッドミル５等の各部について
は第１実施形態のものとほぼ同様である。したがって、
以下では図４に基づいて、頭部装着具３及び胴部装着具
４に設けられる機器について説明する。

【００３２】すなわち、この変形例では、頭部装着具３
に、前述のものと同様の光源ホルダに装着した光源Ｌ及
びディテクタホルダに装着したディテクタＤに加えて、
有線による通信機能を有する通信中継部３４を、頭部装
着部に固定して設けている。一方、胴部装着具４には、
受信部４１１及び送信部４１２を有する通信手段４１に
加えて、光源駆動部４２と、有線による通信機能を有す
る通信中継部４５とを、１ユニット４０ｘとして設けて
いる。

【００３３】頭部装着具３における通信中継部３４は、
光源Ｌ及びディテクタＤと電気的に接続されており、胴
部装着具４の通信中継部４５と通信線４３を介して相互
通信可能に接続されている。一方、胴部装着具４におい
て、受信部４１１は、上記実施形態の受信部４１１とほ
ぼ同一の機能を有するが、無線により受信した光源制御
信号を光源駆動部４２へ伝達する。この光源制御信号は
光源駆動部４２から電気信号として、通信中継部４５及
び通信線４３並びに頭部装着具３の通信中継部４３を経
て光源Ｌへ送信されることになる。また、ディテクタＤ
で受光した近赤外線は電気計測信号に変換され、通信中
継部３４へ送信されると、通信線４３を経て胴部装着具
４の通信中継部４５へ送信され、さらに送信部４１２へ
送信される。送信部４１２は、この電気計測信号を無線
通信信号として、計測装置本体２の無線通信装置２２へ
送信する。

【００３４】このような構成を採用することで、この変
形例においても、上述した第１実施形態のものと同様に
有用な効果を奏する。特に、頭部装着具３と胴部装着具
４との間には、単一の通信線４３しか存在しないため、
被験者Ｔの運動時の制約をさらに緩和することができ
る。

【００３５】＜第２実施形態＞本発明の第２実施形態
は、上述した第１実施形態とは頭部装着具及び胴部装着
具に備えられる機器構成が異なるものであり、頭部装着
部やベルト状の胴部装着具自体の構成、計測装置本体
２、トレッドミル５等の各部については第１実施形態の
ものとほぼ同様である。したがって、以下では図５に基
づいて、頭部装着具１３０及び胴部装着具１４０に設け
られる機器について説明する。

【００３６】頭部装着具１３０には、前述のものと同様
の光源ホルダに装着した光源Ｌ及びディテクタホルダに
装着したディテクタＤに加えて、光源駆動部１３４を、
頭部装着部に固定して設けている。一方、胴部装着具１
４０には、受信部１４１１及び送信部１４１２を有する
通信手段１４１を、１つの通信ユニット１４０ｘとして
設けている。光源駆動部１３４と通信ユニット１４０
ｘ、及びディテクタＤと通信ユニット１４０ｘとは、そ
れぞれ有線からなる通信線１４３、１４４によって電気
的に接続されている。

【００３７】胴部装着部１４０において、受信部１４１
１は、計測装置本体２の無線通信装置２２から発信され
た光源制御信号を無線により受信し、それを電気信号に
変換して、通信線１４３を介して光源駆動部１３４に伝
達する。光源駆動部１３４は、この光源制御信号に基づ
いて光源Ｌの駆動を制御する。また、ディテクタＤで
は、受光した近赤外線を電気計測信号に変換し、通信線
１４４を介して送信部１４４へ伝達する。一方、送信部
１４１２は、この電気計測信号を無線通信信号に変換
し、無線により計測装置本体２の無線通信装置２２へ送
信する。

【００３８】このような構成としても、上記第１実施形
態のものと同様に、リハビリ時等における運動中の脳活
動の計測に適したものとすることができる。

【００３９】なお、この第２実施形態についても、図６
に示すような変形例を採用することができる。すなわ
ち、この変形例では、図５に示した第２実施形態の構成
に加えて、頭部装着具１３０及び胴部装着具１４０に、
相互に無線通信可能な通信中継部１３５、１４２を設け
ている。このような構成において、胴部装着具１４０の
受信部１４１１が計測装置本体２の無線通信装置２２か
ら光源制御信号を受信すると、受信部１４１１はその光
源制御信号を電気信号に変換して、通信中継部１４２へ
送信する。通信中継部１４２はその電子信号をさらに無
線通信信号に変換し、頭部装着具１３０の通信中継部１
３５へ無線で送信する。一方、通信中継部１３５は、こ
の受信した無線通信信号を電気信号に変換し、光源駆動
部１３４へ送信する。光源駆動部１３４では、この電子
信号を光源制御信号として光源Ｌを制御する。そして、
ディテクタＤが脳で反射した近赤外線を受光し電気計測
信号に変換すると、それを通信中継部１３５へ伝達す
る。通信中継部１３５はこの電気計測信号を無線通信信
号に変換して胴部装着具１４０の通信中継部１４２へ無
線で送信する。これに対して通信中継部１４２は、受信
した無線通信信号を電気計測信号に変換して送信部１４
１２へ伝達する。送信部１４１２は、この電気計測信号
をさらに無線通信信号に変換して、計測装置本体２の無
線通信装置２２へ送信する。

【００４０】このような変形例の構成であっても、上述
した第１及び第２実施形態と同様に有用な脳機能計測装
置とすることができる。特に第１実施形態における変形
例と同様に、被験者Ｔの体は非常に自由な状態であるの
で、被験者Ｔの運動時の制約を有効に緩和することがで
きる。

【００４１】＜第３実施形態＞本発明の第３実施形態
は、上述した第１及び第２実施形態とは異なり、胴部装
着具を適用せず、頭部装着具２３０のみを被験者Ｔの身
体に装着するように構成したものである。すなわち、こ
の第３実施形態では、頭部装着具２３０に、光源ホルダ
に保持された光源Ｌ、ディテクタホルダに保持されたデ
ィテクタＤに加えて、受信部２３４１及び送信部２３４
２を有する通信手段２３４、及び光源駆動部２３５を設
けている。なお、これら、通信手段２３４及び光源駆動
部２３５は、被験者Ｔの頭部に過大な負荷を掛けない程
度に軽量のものを採用することが望ましい。

【００４２】受信部２３４１は、計測装置本体２の無線
通信装置２２から無線で送信された光源制御信号を受信
して電気信号に変換し、光源駆動部２３５へ伝達する。
この光源駆動部２３５は、受信した光源駆動信号に基づ
いて光源Ｌの制御を行う。一方、脳で反射してディテク
タＤで受光された近赤外線は、当該ディテクタＤで電気
計測信号に変換され、送信部２３４２へ伝達される。送
信部２３４２はこの電気計測信号を無線通信信号に変換
して、計測装置本体２の無線通信装置２２へ無線で送信
する。

【００４３】このような構成とすれば、被験者Ｔの身体
に装着されるのは、実質的に脳機能の計測に必要とされ
る頭部装着具２３０のみであり、頭部装着具２３０と計
測装置本体２との間で無線による通信が行われるため、
被験者Ｔの動きの自由度を極めて高いものとし、運動中
の脳活動の計測に非常に有用なものとすることができ
る。

【００４４】＜第４実施形態＞本発明の第４実施形態
は、計測装置本体２との無線による通信機能を有さない
頭部装着具３３０を有している。一方、計測装置本体２
には、無線通信装置に代えて、リムーバブルデータ記憶
装置３２０を設けている。リムーバブルデータ記憶装置
３２０は、光源制御信号生成手段２１１で生成された光
源制御信号を、光源制御情報としてメモリスティック等
のリムーバブルデータ記憶媒体Ｒに記録し、又はリムー
バブルデータ記憶媒体Ｒから電気計測情報を読み出す機
能を有する。一方、頭部装着具３３０には、図８に示す
ように、光源Ｌ及びディテクタＤに加えて、リムーバブ
ルデータ記憶媒体Ｒから光源制御情報読み取り部３３４
１及びリムーバブルデータ記憶媒体Ｒに電気計測情報を
格納する電気計測情報格納部３３４２とを有するデータ
読み書き部３３４と、光源駆動部３３５とを設けてい
る。光源制御情報読み取り部３３４１は、リムーバブル
データ記憶媒体Ｒに記録された光源制御情報を読み出
し、その光源制御情報を電気信号である光源制御信号に
変換して光源駆動部３３５へ伝達する。光源駆動部３３
５は、この光源制御信号に基づいて光源Ｌを制御する。
一方、電気計測情報格納部３３４２は、ディテクタＤか
ら受けた電気計測信号を、電気計測情報としてリムーバ
ブルデータ記憶媒体Ｒに格納する。そして、必要なとき
に、このリムーバブルデータ記憶媒体Ｒから電気計測情
報を計測装置本体２のリムーバブルデータ記憶装置３２
０で読み出すようにしている。

【００４５】このように構成することによっても、運動
中の被験者Ｔの脳機能を非接触で好適に計測することが
できる。特に、被験者Ｔは計測装置本体２の近くにいる
必要がないため、例えば日常生活を行いながら頭部装着
具３３０を装着して、脳機能の計測のためのデータを収
集することができる。また、本実施形態は、胴部装着具
を用い、データ読み書き部３３４及び光源駆動部３３
５、又はデータ読み書き部３３４のみをその胴部装着具
に配置するように変更することが可能である。

【００４６】なお、本発明は、上述した各実施形態及び
その変形例のように、対象領域として被験者の脳にのみ
適用されるものではなく、被験者の身体の何れの箇所を
も対象領域とすることができるものである。また、無線
を使用する際には、被験者に電磁波を防止するアースス
ルーベストを着用させることもできる。さらに、第１〜
第３実施形態において説明した各受信部が受信する光源
制御信号や、各受信部が受信する電気計測信号は、携帯
電話等の通信機器を介して計測装置本体の無線通信装置
と通信を行うことで、第４実施形態のように日常生活中
での生体機能の計測を可能とすることができる。その
他、第２の装着具を被験者の胴部以外の部位に装着する
ようにするなど、各部の具体的構成についても上記実施
形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々変形が可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明は以上に詳述したように、ＮＩＲ
Ｓ法を利用した生体活動の計測において、被験者の身体
に装着した装着具から従来の生体機能計測装置に設けら
れていた光ファイバ群をなくすようにしたことで、その
ような光ファイバに拘束されることなく被験者の生体活
動を計測できるようになるため、より多様な運動状態に
おける被験者の生体活動を適正に測定することができ
る。また、従来の生体機能計測装置における光ファイバ
により被験者が感じていた不快感や違和感を取り払うと
ともに、それにより及ぼされる計測結果への影響をなく
し、さらに正確な計測を実現することが可能である。

【００４８】また、以上の構成に加え、被験者の頭部で
反射した近赤外線の測定値に基づいて脳の機能画像を生
成し、又は加工等を図るようにすることで、運動時の脳
機能の診断やニューロリハビリにも大いに役立つことが
できる。

【００４９】このように、本発明は、運動中の脳をはじ
めとする生体活動の計測時における被験者の負担を減ら
して好適な計測を実現することができるのは勿論のこ
と、従来多数の光ファイバケーブルを要していたため生
体活動の計測が困難であった寝たきり等の重症患者のモ
ニタリングも可能となるなど、臨床的にも多大なメリッ
トをもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る脳活動計測装置全
体を被験者の背後から見た状態を示す図。

【図２】同脳活動計測装置を被験者の側方から見た状態
を示す図。

【図３】同実施形態の計測装置本体、頭部装着具及び胴
部装着具の概略的機能構成図。

【図４】同実施形態の一変形例における概略的機能構成
図。

【図５】本発明の第２実施形態における計測装置本体、
頭部装着具及び胴部装着具の概略的機能構成図。

【図６】同実施形態の一変形例における概略的機能構成
図。

【図７】本発明の第３実施形態における計測装置本体及
び頭部装着具の概略的機能構成図。

【図８】本発明の第４実施形態における計測装置本体及
び頭部装着具の概略的機能構成図。

【符号の説明】

Ｄ…ディテクタＬ…光源１…生体機能計測装置（脳機能計測装置）２…計測装置本体３、１３０、２３０、３３０…装着具（頭部装着具）４、１４０、２４０…第２の装着具（胴部装着具）５…トレッドミル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被験者の身体における計測対象領域に近赤
外線を照射し、当該計測対象領域で反射した近赤外線を
計測することにより近赤外線分光法を利用して被験者の
生体機能を示す生体活動を計測する生体活動計測装置に
おいて、被験者の計測対象領域に装着する装着具と、所定波長の
近赤外線を計測対象領域に照射する光源と、計測対象領
域で反射した近赤外線を受光し電気計測信号に変換する
ディテクタとを備え、前記光源及びディテクタを共に装
着具の一部に配置していることを特徴とする非拘束生体
活動計測装置。
【請求項２】光源に発光させる近赤外線を制御する光源
制御信号を無線により受信する受信部と、受信部で受信
した光源制御信号に基づいて光源を駆動する光源駆動部
と、前記電気計測信号を通信信号に変換し無線により送
信する送信部とを、被験者の身体側に設けている請求項
１記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項３】受信部、光源駆動部及び送信部を、被験者
の身体における計測対象領域とは異なる部位に装着され
る第２の装着具に配置している請求項２記載の非拘束生
体活動計測装置。
【請求項４】光源駆動部と光源、及び送信部とディテク
タを、それぞれ通信線により通信可能に接続している請
求項３記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項５】前記装着部に、光源及びディテクタとそれ
ぞれ通信可能な通信中継部を設けるとともに、第２の装
着具に、光源駆動部及びディテクタとそれぞれ通信可能
な通信中継部を設け、装着具の通信中継部と第２の装着
具の通信中継部とを、無線により通信可能に接続してい
る請求項３記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項６】光源駆動部を前記装着具に配置するととも
に、前記受信部及び送信部を被験者の身体における計測
対象領域とは異なる部位に装着される第２の装着具に配
置し、前記装着具に、受信部と光源駆動部との間の光源
制御信号の通信、及び送信部とディテクタとの間の電気
通信信号の通信を中継する通信中継部をさらに配置して
いる請求項２記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項７】通信中継部と受信部及び送信部との間を、
通信線により通信可能に接続している請求項６記載の非
拘束生体活動計測装置。
【請求項８】通信中継部と受信部及び送信部とに、それ
ぞれ無線通信機能を設け、通信中継部と受信部及び送信
部とを前記各無線通信機能を利用して通信可能に接続し
ている請求項６記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項９】受信部、光源駆動部及び送信部を、前記装
着具に配置している請求項２記載の非拘束生体活動計測
装置。
【請求項１０】前記受信部へ無線により光源制御信号を
送信するとともに前記送信部から無線により送信された
電気計測信号に基づく通信信号を受信する無線通信手段
と、この通信手段で受信した通信信号に基づいて被験者
の生体活動を計測する情報処理手段とを有する計測装置
本体を更に備えている請求項２乃至９記載の非拘束生体
活動計測装置。
【請求項１１】計測装置本体が、通信手段で受信した前
記通信信号に基づいて、被験者の計測対象領域における
生体機能に寄与する物質であるパラメータ物質の分布や
濃度変化等の動態を示す又は示唆するパラメータ物質動
態データを生成するパラメータ物質動態データ生成手段
と、このパラメータ物質動態データ生成手段で生成した
パラメータ物質動態データを表示する表示手段とを備え
ている請求項１０記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項１２】計測装置本体が、パラメータ物質動態デ
ータ生成手段で生成したパラメータ物質動態データを、
生体機能画像データとして加工する生体機能画像データ
加工手段を更に備え、前記表示手段が、生体機能画像デ
ータ加工手段で加工した生体機能画像データを表示する
機能を有している請求項１１記載の非拘束生体活動計測
装置。
【請求項１３】計測装置本体が、パラメータ物質動態デ
ータ加工手段で加工した生体機能画像データを蓄積する
生体機能画像データ蓄積手段を更に備えている請求項１
２記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項１４】表示手段が、生体機能画像データ加工手
段で加工した生体機能画像データを、他の医療画像診断
装置で生成された当該被験者の計測対象領域の生体形態
画像データ又は生体機能画像データと重ね合わせて表示
する機能を有している請求項１２又は１３記載の非拘束
生体活動計測装置。
【請求項１５】生体機能画像データが、被験者の計測対
象領域における血行動態変化を示す画像である請求項１
２乃至１４記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項１６】パラメータ物質動態データ生成手段が、
パラメータ物質としてオキシヘモグロビン及びデオキシ
ヘモグロビンの動態を示すヘモグロビン動態データを生
成するものであって、表示手段が、生成されたヘモグロ
ビン動態データを前記血行動態変化を示す画像として表
示するものである請求項１５記載の非拘束生体活動計測
装置。
【請求項１７】オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグ
ロビンのそれぞれの分子吸光係数が異なる少なくとも２
つ以上の波長の近赤外線を光源から照射し、且つそれら
の波長の近赤外線をディテクタで受光するようにしてい
る請求項１６記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項１８】計測装置本体が、ディテクタで受光した
前記２つ以上の異なる波長の近赤外線から変換された電
気計測信号に基づく通信信号に対応して、各ヘモグロビ
ン動態データ、又は当該ヘモグロビン動態データに基づ
く血行動態変化を示す各画像を、組み合わせ、抽出し、
又は変換するなどの演算処理を行う演算処理手段を更に
備えている請求項１７記載の非拘束生体活動計測装置。
【請求項１９】被験者が略定位置で脚部を動作可能なト
レッドミルを更に備えている請求項１乃至１８記載の非
拘束生体活動計測装置。
【請求項２０】前記装着具が被験者の頭部に装着する頭
部装着具であり、被験者の生体活動として脳活動を計測
するようにしている請求項１乃至１９記載の非拘束生体
活動計測装置。
【請求項２１】光源に発光させる近赤外線を制御する光
源制御情報を読み取る光源制御情報読み取り部と、光源
制御情報読み取り部で格納した光源制御情報に基づいて
光源を駆動する光源駆動部と、前記電気計測信号又はそ
れに基づき変換された検出情報を格納する検出情報格納
部とを、被験者の身体側に設けている請求項１記載の非
拘束生体活動計測装置。