JP2004248849A - 光計測装置用のプローブとそれを用いたマルチチャンネル光計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プローブ12における送光点4と受光点6の配置は、配置面を互いに隣接する正三角形からなる領域に分割するグリッド22上の点に送光点4又は受光点6が位置し、各三角形において一つの辺については送光点4どおし又は受光点6どうしが位置し、他の二つの辺については送光点4と受光点6が1個ずつ位置するように設定されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は送光点と受光点を配置したプローブと、それを用いた光計測装置に関し、例えば、被検体の散乱や吸収の内部分布を光を用いて測定し、生体内の成分の経時的変化により組織の正常又は異常を診断する装置などに適用することのできる装置に関するものである。より具体的には、本発明は、脳内各部の血流の経時変化や酸素供給の変化を測定する酸素モニターや循環器系障害診断等の医療分野に利用するのが好適な光計測装置とそれに用いるプローブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ヘモグロビンは血液中で酸素と結合したり離れたりすることで酸素を運搬する役割を果たしている。血液に含まれるヘモグロビンは血管の拡張と収縮に応じて増減するため、この組織中のヘモグロビンの量を測ることによって、血管の拡張と収縮を検出できることは知られている。
【0003】
また、ヘモグロビンの濃度は生体内部の酸素代謝機能に対応することを利用して、光を用いて生体内部の酸素代謝を簡便に無侵襲で測定する生体計測も知られている。ヘモグロビンの濃度は、可視光から近赤外領域の波長の光を生体に照射し、生体を透過及び/又は反射して得られる光の吸収量から求めることができる。
【0004】
また例えば、脳内では、脳活動により酸素が使われても、血流再配分作用によって活性化している部位には必要量以上の酸素供給が行われるのが普通で、その結果活性化した部位はオキシヘモグロビンの量が増加している。したがって、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの動きの測定を、脳の活動の観察に応用することができる。一般にヘモグロビンの吸収スペクトルは、ヘモグロビンが酸素と結合してオキシヘモグロビンとなるか、酸素が離れてデオキシヘモグロビンとなるかによってその形状が異なる。このスペクトルの形状の違いを用いて、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンを無侵襲で定量測定する方法も開発されている。
【0005】
このように、光計測装置は、脳の血液量変化や酸素代謝の活性化状態を測定し、運動や感覚や思考等の脳機能等の計測に適用することができ、計測結果を画像として表示することによって、生体の脳機能診断や循環器系障害診断等の医療分野への適用効果を高めることができる。
【0006】
光計測装置は、光を被検体に照射する送光点及び被検体から放出される光を受光する受光点をそれぞれ複数備える構成によって、被検体上の複数箇所の測定を行うことができる。また、送光点と受光点の位置及び組合わせを異ならせることによって、被検体上の測定点の変更や、得られるデータの深さ方向の変更を行うことができる(特許文献1参照)。
【0007】
従来の光計測装置では、送光点と受光点が配置されているプローブの配置面における送光点と受光点の配置は、正方形のグリッド上の点で隣り合う点が送光点と受光点となるように交互になされるのが一般的である。図7に一例を示す。ここでは、送光点4が16個、受光点6が16個の合計32個の送・受光点が、4行8列に配置されているプローブ2について説明する。送光点4と受光点6は、正方形のグリッド8上で隣り合う送・受光点が異なる種類になるように配置されている。
【0008】
最も浅い領域のデータ収集は、図8に太線で示されるように、グリッド8上の隣接する送光点4から受光点6への光によるデータ収集となり、52組のデータ収集が可能となる。ここでの送光点4から受光点6までの距離はDである。
【0009】
次に深い領域のデータを収集する場合、図9に太線で示されるように、送光点4から桂馬位置上に存在する受光点6への光によるデータ収集となり、18組のデータ収集が可能となる。ここでの送光点4から受光点6までの距離は√5D=2.24Dとなり、最も浅い領域のデータ収集の送光点4から受光点6までの距離の2倍以上となる。
【0010】
【特許文献1】
特開2001−337033号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
送光点から受光点までの距離に応じて深さ方向の測定領域が決まる。送光点から受光点までの距離(送・受光点間隔という)が大きいほど、より深い方向の測定が可能であるが、光量も弱くなり装置に対する負荷が大きくなる。また、S/N(信号対ノイズ)比も低くなるため、深さ方向の異なる2層のデータを収集する場合、2層目のデータ収集のための送・受光点間隔は1層目のデータ収集のための送・受光点間隔から大きく異なることは好ましくない。
【0012】
そこで、本発明は、深さの異なる2層の領域のデータ収集を行う際に、2層目のデータ収集のための送・受光点間隔を1層目のデータ収集のための送・受光点間隔に対して大きく異なるのを抑えることのできるプローブと、そのようなプローブを備えた光計測装置を提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び/又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブにおいて、送光点と受光点の配置は、前記配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド上の点に送光点又は受光点が位置し、各三角形において一つの辺については送光点どおし又は受光点どうしが位置し、他の二つの辺については送光点と受光点が位置するように設定されていることを特徴とするものである。
【0014】
本発明のマルチチャンネル光計測装置は、被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び/又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブと、そのプローブの受光点が受光した光をもとに解析するデータ処理装置とを備え、プローブとして本発明のプローブを用いる点、及び前記データ処理装置が前記プローブ上の受光点が属する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを浅い領域のデータとして処理し、受光点が属する三角形領域のグリッド上にはなく隣接する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを深い領域のデータとして処理するものである点に特徴をもっている。
【0015】
ここで、「被検体中を透過及び/又は反射した後に外部に放出される光」とは、被検体に光が照射され、その光がいったん被検体に入った後、被検体を透過したり内部で散乱や反射をした後に透過して被検体から外部に放出される全ての光を対象にしていることを意味している。
【0016】
【作用】
本発明のプローブにおける送光点と受光点の配置によれば、1層目のデータ収集のための送・受光点間隔と2層目のデータ収集のための送・受光点間隔との比は三角グリッドの三角形の形状により異なるが、例えば三角グリッドが正三角形の場合、1層目のデータ収集のための送・受光点間隔D1と2層目のデータ収集のための送・受光点間隔D2との比は、D1:D2=1:√3となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照しながら詳細に説明する。
図1は一実施例のマルチチャンネル光計測装置を概略的に表わしたものであり、被検体に光を照射する送光点4と被検体中を透過及び/又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点6とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブ12と、プローブ12の受光点6が受光した光をもとに解析するデータ処理装置18とを備えている。
【0018】
14は各送光点に測定用の光を供給する送光点ごとの光源であり、LED(発光ダイオード)やLD(レーザダイオード)などの発光素子を用いることができる。各光源14からの光はそれぞれ光ファイバなどの導光路を介してそれぞれの送光点4に導かれる。この場合、送光点4は導光路の光送光端面となる。
【0019】
16は各受光点が受光した光を検出する検出器であり、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子のほか、光電子増倍管などを使用することができる。各受光点からの光は光ファイバなどの導光路を介して各検出器16に導かれる。この場合、受光点は導光路の光入射端面となる。
ただし、送光点4に発光素子を配置したり、受光点6に受光素子を配置してもよい。
【0020】
プローブ12における送光点4と受光点6の配置は、配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド22上の点に送光点4又は受光点6が位置し、各三角形において一つの辺については送光点4どおし又は受光点6どうしが位置し、他の二つの辺については送光点4と受光点6が1個ずつ位置するように設定されている。この実施例では、グリッド22により分割される配置面上の領域は正三角形である。
【0021】
18はプローブ12の受光点6が受光した光をもとに解析するデータ処理装置であり、プローブ12上の受光点6が属する三角形領域のグリッド22上にある送光点4からの光によるデータを浅い領域のデータとして処理し、受光点6が属する三角形領域のグリッド22上にはなく隣接する三角形領域のグリッド22上にある送光点からの光によるデータを深い領域のデータとして処理する。20はデータ処理装置18で処理された結果を表示する表示装置である。
【0022】
図1の実施例のマルチチャンネル光計測装置において、最も浅い領域のデータ収集を行なう第1の様式では、図2に太線で示される組合わせのように、隣接する送・受光点間でのデータ収集、すなわち、受光点6はその受光点6が属する三角形領域のグリッド22上にある送光点4からの光を受光する。この様式では46組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置18は、この様式で収集したデータを浅い領域のデータとして処理し、表示装置20に表示する。
【0023】
次に深い領域のデータ収集を行う第2の様式では、図3に太線で示される組合わせのように、受光点6は、その受光点6が属する三角形領域のグリッド22上にはなく隣接する三角形領域のグリッド22上にある送光点4からの光を受光する。この様式では24組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置18は、この様式で収集したデータを深い領域のデータとして処理し、表示装置20に表示する。
【0024】
第1の様式での送光点4から受光点6までの送・受光点間隔をDとすると、第2の様式での送光点4から受光点6までの送・受光点間隔は√3D=1.73Dとなる。また、得られるデータ数は、第1の様式では46、第2の様式では24である。
【0025】
第1の様式においても第2の様式においても、各組のデータ収集は、光源14と検出器16の作動を送光点4と受光点6の各組ごとに順次切り替えることにより、互いに混信することなく実行することができる。
【0026】
送光点4と受光点6の配置を異ならせた他の実施例のプローブ12aを図4に示す。ここでは、プローブ12aの配置面上に送光点4が16個、受光点6が16個の合計32個の送・受光点が配置されている。送光点4と受光点6の配置は、図1の実施例においても図4の実施例においても、いずれも正三角形のグリッド上の点に配置している点は同じである。しかし、配置領域の形状が、図1の実施例ではほぼ横長の長方形であるのに対して、図4の実施例ではほぼ正方形である点で異なっている。
【0027】
図4の実施例で、最も浅い領域のデータ収集を行なう第1の様式では、図5に太線で示される組合わせのように、隣接する送・受光点間でのデータ収集、すなわち、受光点6はその受光点6が属する三角形領域のグリッド22上にある送光点4からの光を受光する。この様式では49組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置18は、この様式で収集したデータを浅い領域のデータとして処理し、表示装置20に表示する。
【0028】
次に深い領域のデータ収集を行う第2の様式では、図6に太線で示される組合わせのように、受光点6は、その受光点6が属する三角形領域のグリッド22上にはなく隣接する三角形領域のグリッド22上にある送光点4からの光を受光する。この様式では23組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置18は、この様式で収集したデータを深い領域のデータとして処理し、表示装置20に表示する。
【0029】
この場合も、第1の様式での送光点4から受光点6までの送・受光点間隔をDとすると、第2の様式での送光点4から受光点6までの送・受光点間隔は√3D=1.73Dとなる。
【0030】
実施例における第1の様式での送・受光点間隔と第2の様式での送・受光点間隔との比を従来法(図7)と比較すると、この比は従来方では2.24であったものが、実施例では1.73に抑制することができることから、2つの様式での測定における光量差の緩和と、より高いS/N比のデータが得られる効果がある。
【0031】
また第1層と第2層のデータ収集数の比が従来法では52:18≒3:1となり、第2層目のデータ量が大幅に劣化する。それに対し、実施例では、46:24と49:23と約2:1程度に抑えられ、データ量の大幅劣化も抑えることができる。
【0032】
プローブの配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッドの三角形状は、実施例に示した正三角形に限られるものではなく、実施例に示した第1の様式と第2の様式における送・受光点間隔の比が2以下となる三角形が好ましい。
【0033】
【発明の効果】
本発明のマルチチャンネル光計測装置では、用いるプローブとして送光点と受光点の配置は、その配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド上の点に送光点又は受光点が位置し、各三角形において一つの辺については送光点どおし又は受光点どうしが位置し、他の二つの辺については送光点と受光点が1個ずつ位置するように設定されているようにしたので、検体の深さ方向で最も浅い第1層目のデータを収集するときの送・受光点間隔と次の深さの第2層目のデータを収集するときの送・受光点間隔とのちがいを抑えることができ、第2層目のデータを収集するときの光量を第1層目のデータを収集するときの光量に比べて大きく減少しないように抑制できてS/N比の向上に寄与する。また、第1層目のデータと第2層目のデータとでデータ収集数の差も小さく抑えることができるので、第2層目のデータを収集するときの分解能を第1層目のデータを収集するときに比べて大きく劣化しないように抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例のマルチチャンネル光計測装置を概略的に示すブロック図である。
【図2】同実施例におけるプローブでの浅部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図3】同実施例におけるプローブでの深部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図4】他の実施例におけるプローブの送光点と受光点の配置を示す平面図である。
【図5】同実施例におけるプローブでの浅部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図6】同実施例におけるプローブでの深部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図7】従来法におけるプローブの送光点と受光点の配置を示す平面図である。
【図8】同従来法におけるプローブでの浅部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図9】同従来法におけるプローブでの深部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【符号の説明】
4 送光点
6 受光点
12 プローブ
18 データ処理装置
14 光源
16 検出器
22 配置面を分割するグリッド
Claims (4)
- 被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び/又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブにおいて、
前記送光点と受光点の配置は、前記配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド上の点に送光点又は受光点が位置し、各三角形において一つの辺については送光点どおし又は受光点どうしが位置し、他の二つの辺については送光点と受光点が1個ずつ位置するように設定されていることを特徴とするプローブ。 - 前記グリッドにより分割される前記配置面上の領域は、1つの三角形領域のグリッド上での送・受光点間隔に対して、受光点からその受光点が属する三角形領域のグリッド上にはなく隣接する三角形領域のグリッド上にある送光点までの送・受光点間隔が2倍以下となる三角形状である請求項1に記載のプローブ。
- 前記グリッドにより分割される前記配置面上の領域は正三角形である請求項2に記載のプローブ。
- 被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び/又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブと、前記プローブの受光点が受光した光をもとに解析するデータ処理装置とを備えたマルチチャンネル光計測装置において、
前記プローブとして請求項1,2又は3に記載のプローブを用い、
前記データ処理装置は、前記プローブ上の受光点が属する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを浅い領域のデータとして処理し、受光点が属する三角形領域のグリッド上にはなく隣接する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを深い領域のデータとして処理するものであることを特徴とするマルチチャンネル光計測装置。
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