JP2005118063A - 生体光計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な形状の頭部に適合し、頭皮までの距離を短く装着することができ、髪避けを行いやすく、軽量化を図ることのできる生体光計測装置用のプローブホルダーを提供すること。
【解決手段】予め設定された光源位置から被検体に光を照射する手段と、被検体内を通過した光を集光する手段と、照射手段と集光手段とを所定間隔に保持する手段とを有する計測プローブを備え、集光した通過光から被検体の生体通過強度画像を生成する生体光計測装置において、照射手段を設置する照射用プローブホルダーと集光手段を設置する集光用プローブホルダーを一対として複数個湾曲して形成されるシート状のホルダーベースに設け、該ホルダーベースの湾曲の曲率を略中央部の曲率に対して２以上の曲率をもって形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体光計測装置に関し、特に、無理なく計測プローブを被検体の体表面に固定するのに有効な技術に関するものである。

従来、生体内部を簡便かつ生体に害を与えずに計測する装置が臨床医学及び脳科学等の分野で切望され、可視から赤外の波長の光を生体に照射し、生体を通過した光を検出することで生体内部の血液循環・血行動態及びヘモグロビン変化を、簡便に、被検者に対して低拘束でかつ生体に害を与えずに計測する生体光計測装置が開発されている。この生体光計測装置は、異なる変調周波数の光を生体に誘導し異なる位置にそれぞれ照射する検出用光ファィバと、生体を通過した光をフォトダイオードに誘導する検出用光ファイバと、照射用及び検出用光フアイバの先端部分を生体の所定位置に固定させる計測プローブと、計測点毎の酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相対変化量を計算し、生体通過強度画像（トポグラフイ画像）を形成する処理装置とによって構成されている。なお、以下「通過」とは光が生体内に入り込み散乱を繰り返しながら、検出位置まで到達することをいう。

この生体光計測装置におけるプローブに関しては、例えば、プラスチックのような材料を頭部形状に合うように曲げたホルダーに、光ファイバーを固定するためのソケットなどが組み合わせられている。ホルダーは、例えば、プラスチックに熱を加えることで任意の形状を作ったり、人形などである程度万人に会わせられるタイプを作成されている。この場合、ある一定の半径での形状で作られている（例えば特許文献１参照）。

また、この生体光計測装置に用いられる計測プローブは、被検体の頭頂部に第１のシェルプレートを配置し、側頭部に第２のシェルプレートを配置し、この第１のシェルプレートと第２のシェルプレートを一対のベルト上移動可能に配置し、ベルトの端部がそれぞれ固定され、第３のシェルプレートが直接固定されるリング部材とによって構成されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００２−３２３４４４号公報 特開２００２−１４３１７０号公報

この特許文献１は、プラスチックのような材料を頭部形状に合うように曲げて作られているが、プローブホルダーを装着する頭部形状は千差万別であり、ホルダーが一定の半径で作成されているため、頭部に密着しないで、浮いた状態ができる場合がある。

また、特許文献２は、第１のシェルプレートと第２のシェルプレートを一対のベルト上移動可能に配置してあるが、プローブホルダーを取り付ける第１のシェルプレート、第２のシェルプレートが一定の半径で作成されているため、特許文献１同様、頭部に密着しないで、浮いた状態ができる場合がある。

ホルダーには、信号の送受信を行うための光ファイバーが組み合わせられるが、この光ファイバーから発せられる光は、黒い髪の毛があると吸収される性質を持っている。したがって、光ファイバーの先端は、皮膚に接触していることが望ましく、ホルダーが浮いた状態になっていると、その分、光ファイバーを深くホルダーに装着する必要がある。しかし、光ファイバーを深くホルダーに装着するためには、光ファイバーの装着部分の長さが必要となり、髪避けが難しく、光ファイバーの装着部分の長さが長い分だけ重くなり、かつ外観が良くない（外観上違和感がある）という問題を有している。

本発明の目的は、様々な形状の頭部に適合し、頭皮までの距離を短く装着することができ、髪避けを行いやすく、軽量化を図ることのできる生体光計測装置用のプローブホルダーを提供することにある。

本発明は、予め設定された光源位置から被検体に光を照射する手段と、前記被検体内を通過した光を集光する手段と、前記照射手段と集光手段とを所定間隔に保持する手段とを有する計測プローブを備え、前記集光した通過光から前記被検体の生体通過強度画像を生成する生体光計測装置において、前記照射手段を設置する照射用プローブホルダーと集光手段を設置する集光用プローブホルダーを一対として複数個湾曲して形成されるシート状のホルダーベースに設け、該ホルダーベースの湾曲の曲率を略中央部の曲率に対して２以上の曲率をもって形成したものである。

本発明は、好ましくは、ホルダーベースの湾曲の曲率を、中央部の曲率から周端に向かって順次小さく形成するようにしたものである。

また、本発明は、好ましくは、ホルダーベースを、照射用と集光用の一対のプローブホルダーを連結する網状に形成するようにしたものである。

さらに、本発明は、好ましくは、プローブホルダーに取り付ける光ファイバーを、被検体の皮膚に密着するように調整することができるようにしたものである。

そして、本発明は、好ましくは、プローブホルダーを、シリコンで構成するようにしたものである。

すなわち、本発明は、ベースとなるホルダーの材質に任意の頭部形状に合わせられる柔らかいシリコンなどの材料を採用し、一定の半径で作るのではなく、複数の半径を持たせた形状にすることでホルダーの頭部形状への密着性を向上させるようにしたものである。

本発明により、様々な形状の頭部に密着しやすくなり、頭部までが浅いため髪避けが行いやすく、光ファイバーを深く挿入することがないため、軽量化を図ることができる。

本発明は、予め設定された光源位置から被検体に光を照射する手投と、前記被検体内を通過した光を集光する手段とを所定間隔に保持させて構成する計測プローブを、照射手段を設置する照射用プローブホルダーと集光手段を設置する集光用プローブホルダーを一対として複数個湾曲して形成されるシート状のホルダーベースに設け、このホルダーベースの湾曲の曲率を略中央部の曲率に対して２以上の曲率をもって形成するようにして実現する。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
図１にはホルダーの全体斜視図が、図２には図１に図示ホルダーの平面図が、図３には図２に図示ホルダーのＣ−Ｃ断面図が示されている。

図１において、１はホルダーで、２はホルダーベースである。このホルダーベース２は、図２に示す如く略正方形状に形成されている。このホルダーベース２には、照射手段である照射用光ファイバを設置する照射用プローブホルダー３と集光手段である検出用光ファイバを設置する集光用プローブホルダー４が一方の面から突出するように配置されている。そして、この照射用プローブホルダー３と集光用プローブホルダー４とは、交互に正方格子状に配置されている。

このホルダーベース２は、シリコン等の可撓性を有する材料で形成され、図３に示す如く、椀状に形成されている。また、このホルダーベース２には、図１、図２に示すように、照射用プローブホルダー３と集光用プローブホルダー４の間に貫通孔５が複数個設けられ、網状に形成されている。このプローブホルダー３（４）には、図４に示す如くプローブケース６がラチェット機構により装脱自在に装着されている。そして、このプローブケース６には、光ファイバー７が装着されている。

また、椀状に形成されるホルダーベース２は、湾曲する内面の曲率が、ホルダーベース２の中央部の曲率に対して異なる曲率をもって形成されている。このホルダーベース２の湾曲の曲率は、中央部の曲率から周端に向かって順次小さくなるように形成されている。すなわち、ホルダーベース２の内面の曲率は、ホルダーベース２の内面Ａ（ホルダーベース２の内面の中心近傍）の曲率に対し、ホルダーベース２の内面Ｂの曲率が小さく形成されている。このホルダーベース２の内面の曲率は、本実施例においては、２つとなっているが、ホルダーベース２の内面の曲率は、複数個形成してもよい。

このようにホルダーベース２をシリコン等の可撓性を有する材料で形成し、ホルダーベース２の内面の曲率を複数個替えることによって、被検者の頭部に装着した場合、プローブホルダー３（４）が浮いた状態になるのを防止することでき、プローブホルダー３（４）を皮膚に接触して装着することができる。また、ホルダーベース２の内面の曲率を複数個変えることによって、被検者が成人男女、子供の何れの頭部にもフィットさせることができ（頭部への密着性の向上）、光ファイバーを深くホルダーに装着するためにも、光ファイバーの装着部分の長さが必要でなく、髪避けを容易に行うことができる。このように曲率を複数個持たせることによって、ホルダーベース２のプローブホルダー３（４）に装着されるプローブケース６にセットされる光ファイバー７を頭部皮膚により密着しやすくすることができる。

また、このホルダーベース２には、照射用プローブホルダー３と集光用プローブホルダー４の間に貫通孔５が複数個設けられ、網状に形成されている。このようにホルダーベース２を網状に形成するのは、被検者が検査のために長時間ホルダーベース２を頭部に装着していると頭が蒸れて違和感を持つのを防止する為である。さらに、検査に当たっては、長時間ホルダーベース２を頭部に装着したままで行うため、ホルダー１を重く感じ、長時間の検査に耐えられなくなる人が生じるので、ホルダーベース２を網状に形成することによって、ホルダーベース２の重量を軽減し、長時間検査による苦痛を軽減しようとしたものである。

このように構成されるホルダー１のプローブホルダー３（４）に装着されるプローブケース６にセットされる光ファイバー７によって検出する光を処理する生体光計測装置の構成が図５に示されている。

図において、１００は照射用プローブホルダー３と集光用プローブホルダー４に装着する光ファイバー７がセットされたプローブケース６によって形成される計測プローブ、１０２は変調半導体レーザ、１０４は照射用光ファイバー、１０６は検出用（集光用）光ファイバー、１０８はフォトダイオード、１１０はロックインアンプ、１１２はＡ／Ｄ変換器、１１４は情報処理装置である。ここに、計測プローブ１００を除く他の手段及び機構は、周知の手段及び機構が用いられている。

なお、本実施の形態においては、被検体の体位は立位や座位等が好ましく、被検体の頭部の皮膚上から光を照射・検出することによって、大脳内部を画像化する生体光計測装置を、計測チャンネルの個数すなわち計測位置の数が２４の場合で示す。

変調半導体レーザ１０２は、例えば、７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの二波長の光をそれぞれ照射する二個の半導体レーザを備えた光モジュールが８個で構成されている。この各光モジュールには、各半導体レーザを駆動する駆動回路と、該駆動回路にそれぞれ異なる周波数の変調信号を印加し各半導体レーザから放射される光に変調を与える発振器と、それぞれの半導体レーザから放射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの波長の光を１本の光ファイバー（照射用光ファイバー１０４）に導入させる光ファイバー結合器とが備えられている。

次に、図５に図示の生体光計測装置の処理動作について説明する。

図５において、まず、計測プローブ１００の装着（具体的には、ホルダー１の装着）を行う。この計測プローブ１００を頭部に装着に当たっては、ホルダーベース２の内面に形成される椀状の曲面によって、ホルダーベース２の内面と被検体頭皮との隙間を埋めて、ホルダーベース２の内面と被検体の頭部とを密着させ、計測プローブ１００を装着する。

そして、変調半導体レーザ１０２からは、二波長光を混合した光を放射する。この変調半導体レーザ１０２から放射される二波長光を混合した光は、変調半導体レーザ１０２に設けられた各光モジュールに接続される８本の照射用光ファイバー１０４の先端部分から図示しない被検体の頭部に照射される。このとき、各照射用光ファイバー１０４は計測プローブ１００のホルダーベース２上に配置されたプローブホルダー３（４）にプローブケース６によって固定され、それぞれ異なる位置に光を照射する。

頭部を通過した光すなわち生体通過光は、ホルダーベース２に配置されたプローブホルダー３（４）に固定された８本の検出用（集光用）光ファイバー１０６でそれぞれ集光され、フォトダイオード１０８に誘導される。フォトダイオード１０８に誘導された光は、８本の各検出用光ファイバー１０６に対応したフォトダイオードで生体通過強度を表す電気信号である生体通過強度信号に変換され、ロックインアンプ１１０に出力される。なお、８本の検出用光ファイバー１０６で誘導された光を電気信号に変換する手段としては、フォトダイオードに限定されることはなく、光電子増倍管等の光電変換素子ならば他のものでもよい。

ロックインアンプ１１０に入力された生体通過強度信号は、各波長及び照射位置に対応する生体通過強度信号にそれぞれ分離され、Ａ／Ｄ変換器１１２に出力される。Ａ／Ｄ変換器１１２でデジタル変挽された各波長及び照射位置毎の生体通過強度信号は、情報処理装置１１４の内部あるいは外部の図示しない記憶装置に格納される。計測中あるいは終了後に、情報処理装置１１４は記憶装置に格納された生体通過強度信号を使用して、各計測位置の検出信号から求められる酸素化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度の相対変化量を演算し、各計測位置におけるヘモグロビン濃度変化の値を演算する。

この後、情報処理装置１１４は、例えば、周知の３次スプライン補間等によつて、計測領域におけるヘモグロビン濃度変化の値を演算し、その結果を二次元画像として図示しない表示装置に表示させることによって、被検体の立位や座位等での生体光計測を容易に行うことができる。

本発明の実施例を示すホルダーの全体斜視図である。 図１に図示ホルダーの平面図である。 図２に図示のホルダーのＣ−Ｃ断面図である。 図３に図示のホルダーに設けられたプローブホルダーに光ファイバーが取り付けられたプローブケースを装着した状態を模式的に示した断面図である。 ホルダーのプローブホルダーに装着されるプローブケースにセットされる光ファイバーによって検出する光を処理する生体光計測装置の構成を示す図である。

符号の説明

１……ホルダー ２……ホルダーベース ３……照射用プローブホルダー ４……集光用プローブホルダー ５……貫通孔 ６……プローブケース ７……光ファイバー

Claims (3)

1. 予め設定された光源位置から被検体に光を照射する手段と、前記被検体内を通過した光を集光する手段と、前記照射手段と集光手段とを所定間隔に保持する手段とを有する計測プローブを備え、前記集光した通過光から前記被検体の生体通過強度画像を生成する生体光計測装置において、
   前記照射手段を設置する照射用プローブホルダーと集光手段を設置する集光用プローブホルダーを一対として複数個湾曲して形成されるシート状のホルダーベースに設け、該ホルダーベースの湾曲の曲率を略中央部の曲率に対して２以上の曲率をもって形成してなることを特徴とする生体光計測装置。
2. 前記ホルダーベースの湾曲の曲率は、中央部の曲率から周端に向かって順次小さく形成したものである請求項１に記載の生体光計測装置。
3. 前記ホルダーベースは、前記照射用と集光用の一対のプローブホルダーを連結する網状に形成したものである請求項１または２に記載の生体光計測装置。

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