JP2005329141A

JP2005329141A - 生体計測装置、及び生体計測方法

Info

Publication number: JP2005329141A
Application number: JP2004152056A
Authority: JP
Inventors: Isao Shimoyama; 勲下山; Kiyoshi Matsumoto; 潔松本; Sumihito Nagasawa; 純人長澤
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】生体信号計測において、計測部位の位置情報を正確にモニターすることが可能な新規な装置及び方法を提供する。
【解決手段】探針１０の先端部１０Ａに設けた計測部２０において生体信号を計測する。次いで、探針１０の先端部１０Ａに設けたマーキング部３０によって、計測部２０による計測位置をマーキングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体計測装置、及び生体計測方法に関する。

従来の生体信号計測においては、その取得信号のクオリティや計測チャネル数、計測部位のサイズなどが重要視されている。このため、探針の微細化、信号バッファを極力計測部位に近づけるために、前記信号バッファを探針先端部に組み込むＬＳＩ技術、多チャネル化などの技術開発が活発に行われている。しかしながら、計測部位の位置情報を知るためには、探針を刺入した痕跡から前記計測部位の前記位置情報を調べるなどの手法しか開発されていない。

また、近年においては、生体機能を理解するためには、時空間的応答の解析が必須であるという認識が高まっており、かかる観点からも計測部位の位置情報を正確にモニターすることができる新規な装置及び方法の確立が望まれている。

本発明は、生体信号計測において、計測部位の位置情報を正確にモニターすることが可能な新規な装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
生体信号を計測するための探針を具える生体計測装置であって、
前記探針の先端部において、前記生体信号を計測する計測部と、前記計測部による計測位置をマーキングするためのマーキング部とを設けたことを特徴とする、生体計測装置に関する。

また、本発明は、
探針の先端部に設けた計測部において生体信号を計測する工程と、
前記探針の前記先端部に設けたマーキング部によって、前記計測部による計測位置をマーキングする工程と、
を具えることを特徴とする、生体計測方法に関する。

本発明によれば、生体信号を計測すべき計測部を有する探針の先端部において、前記計測部に加えてマーキング部を設け、このマーキング部によって前記計測部による計測位置をマーキングするようにしている。したがって、前記マーキング位置をモニターすることにより、前記計測位置を正確にモニターできるようになる。

なお、前記マーキング部におけるマーキング位置を正確にモニターするためには、前記マーキング部を前記計測部に隣接させて設ける、あるいは前記計測部と前記マーキング部を併用させることができる。

また、前記マーキング部によるマーキング手段としては、以下に詳述するような微小ヒータを用いる方法、微小構造体マーカーを用いる方法、金属イオンを用いる方法、及び
マーカーを用いる方法を例示することができる。

以上説明したように、本発明によれば、生体信号計測において、計測部位の位置情報を正確にモニターすることが可能な新規な装置及び方法を提供することができる。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の生体計測装置の要部である探針の先端部分を拡大して示す斜視図である。図１に示すように、探針１０の先端部１０Ａには、計測部２０と、この計測部２０と隣接するようにしてマーキング部３０とが設けられている。なお、図中においては明示していないが、計測部２０は、生体信号を計測する部分のみが金属製のパッドで構成されており、その他の部分は絶縁部材で絶縁されている。

図１に示すように、探針１０を生体組織Ｓ内に刺入し、例えば計測部２０で生体組織S内の微弱な電圧変化を生体信号として計測する。前記生体信号は、神経活動、神経修飾物質・ホルモンなどの生体内分泌物の影響や、病理的疾患による生体組織変化などによって変化するので、生体組織Ｓにおける神経情報伝達、分泌物による機能適応や病理的疾患の進行度合いなどの情報を得ることができる。次いで、マーキング部３０から以下に詳述するようなマーキング操作（手段）を施すことによって、生体組織Ｓの、計測部２０による計測位置をモニターするようにする。

なお、計測部２０による計測位置を正確にモニターすべく、図１に示すように、マーキング部３０は計測部２０に隣接して設けるか、あるいは計測部２０でマーキング部３０を兼用することが好ましい。

（微小ヒータを用いるマーキング）
図２は、図１に示す、探針１０の先端部に設けられたマーキング部３０が微小ヒータ３１を含む場合を示している。なお、図においては、本発明を特徴づけるマーキング部３０の構造的特徴を明確にすべく、計測部２０については記載を省略している。

図２に示すように、微小ヒータ３１は、金属線３１１と金属パッド３１２とを含んでいる。金属線３１１は低抵抗の金属材料、例えば銅配線、銀配線、及び生体適合性の良い金配線から構成し、金属パッド３１２は高抵抗の金属材料、例えばニッケル薄膜、ニクロム（ニッケルークロム合金）薄膜及びタングステン薄膜から構成する。

この場合、探針１０を生体組織Ｓ内に刺入し、この状態で金属線３１１を介して金属パッド３１２に電流を導入する。すると、高抵抗の金属材料からなる金属パッド３１２ではジュール熱を生成し、このジュール熱を利用することによって、生体組織Ｓ内の計測部２０による計測位置を含む領域を焼くことができるようになる。したがって、生体組織Ｓ内の、焼かれた部分をモニターすることによって、計測部２０による前記計測位置をモニターできるようになる。

なお、前記焼かれた部分は、実際には生体糾織が炭化して変色するため、実体顕微鏡で直接観測が可能になる。また、共焦点顕微鏡を用いることで、変色部位の３次元的な詳細位置情報がモニターできる。

図３は、図２に示すマーキング部３０の変形例を示す図である。図３に示す例においては、マーキング部３０を計測部２０と併用する場合について示している。この場合、マーキング部３０の金属パッド３１２は計測部２０の計測パッドとしても機能する。

図３に示すマーキング手法を用いる場合については、金属パッド３１２を計測手段として用いる場合は、金属線３１１を計測機器に接続することによって、前述したようにして、生体組織Ｓ内で生じた電圧変化などを生体信号として計測する。金属パッド３１２をマーキング手段として用いる場合は、金属線３１１を大電流用電源に切り替えて接続することによって、金属パッド３１２でジュール熱を発生させ、生体組織Ｓ内の、計測位置を含む領域を焼く。したがって、上述したように、生体組織Ｓ内の、焼かれた部分をモニターすることによって、計測部２０による前記計測位置をモニターできるようになる。

（微小構造体を用いるマーキング）
図４は、図１に示す、探針１０の先端部に設けられたマーキング部３０が微小構造体マーカーを含む場合を示している。なお、図においては、本発明を特徴づけるマーキング部の構造的特徴を明確にすべく、計測部２０については記載を省略している。

図４に示すように、マーキング部３０は、微小構造体マーカー３２と、この微小構造体マーカー３２を支持するための支持部材３３とから構成されている。このとき、例えば微小構造体マーカー３２及び支持部材３３を異なる熱膨張係数を有する材料、具体的には微小構造体マーカー３２を金薄膜及びチタン薄膜などから構成し、支持部材３３を酸化シリコン及びポリイミドなどから構成する。

この場合、探針１０を生体組織Ｓ内に刺入し、この状態で微小構造体マーカー３２及び支持部材３３に通電させて両者を加熱すると、これらの部材を構成する材料の熱膨脹係数差に応じて、微小構造体マーカー３２及び支持部材３３の熱膨脹の度合いが異なるようになる。この結果、微小構造体マーカー３２が支持部材３３より剥離して、生体組織Ｓ内の、計測部２０による計測位置を含む領域に残留するようになる。したがって、生体組織Ｓ内に残留した微小構造体マーカー３２をモニターすることによって、計測部２０による前記計測位置をモニターできるようになる。

なお、生産組織S内に残留した微小構造体マーカーは、実際には金属であるため実体兼顕微鏡下で直接観測が可能である。また、共焦点顕微鏡を用いることで、マーカーの3次元的な詳細位置情報がモニターできる。その他、MRI、エコグラフイ、CT、PET、Ｘ線透過画像などでも、残留した微小構造体の位置を計測することができる。

また、計測部２０及びマーキング部３０を併用する場合は、微小構造体マーカー３２を計測部２０における計測パッドで代用することができる。すなわち、計測パッドで生体組織Ｓ内の生体信号を計測した後、前記計測パッドを剥離させて残留させ、上述した方法によってモニターすることにより、計測部２０による計測位置をモニターすることができる。

（金属イオンを用いるマーキング）
図５は、図１に示す、探針１０の先端部に設けられたマーキング部３０が金属イオン生成手段を含む場合を示している。なお、図においては、本発明を特徴づけるマーキング部の構造的特徴を明確にすべく、計測部２０については記載を省略している。

図５に示すように、マーキング部３０は、ジュール熱を発生しないような低抵抗の金属材料、例えば銅厚膜及びコバルト合金・ニッケル合金厚膜などからなる金属パッド３４と、同様の低抵抗金属材料からなる金属線３５とから構成されている。この場合、探針１０を生体組織Ｓ内に刺入し、特にその先端部が生体内液に接した状態で、金属線３５を介して金属パッド３４に過電圧を印加するようにすると、金属パッド３４からは金属イオンIdが溶出されるとともに局所的に拡散し、計測部２０による計測位置を含む領域中に残存するようになる。したがって、生体組織Ｓ内に残留した金属イオンIdをモニターすることによって、計測部２０による前記計測位置をモニターできるようになる。

なお、生体組織Ｓ内に残留した金属イオンIdは、実際には硫化アンモニウムやルベアン酸などを滴下、または硫化水素ガスを通気することにより、金属イオン残留部位を染色することができる。その後、ホルマリンなどで組織を固定し、アルコールで脱水、サリチル酸メチルで透徹することにより、染色された計測部位を顕微鏡下で観測して位置情報をモニターするができる。

また、計測部２０及びマーキング部３０を併用する場合は、図３において説明したように、参照電極及び電源電圧を設け、生体信号の計測に際しては金属線３５を参照電極に接続するとともに、マーキングに際しては金属パッド３４を電源電圧に接続し、上述したような金属イオンＩｄを溶出及び拡散させ、計測部２０による計測位置に金属イオンＩｄを残留させてモニターすることによって、前記計測位置をモニターすることができる。

（マーカーを用いるマーキング）
図６は、図１に示す、探針１０の先端部に設けられたマーキング部３０がマーカー生成注入手段を含む場合を示している。なお、図においては、本発明を特徴づけるマーキング部の構造的特徴を明確にすべく、計測部２０については記載を省略している。

図６に示すように、マーキング部３０は、所定のマーカーを生体組織内に導入するためのマーカー導入部３６と、前記マーカーを前記生体組織内に注入するためのシャッター３７とから構成されている。この場合、探針１０を生体組織Ｓ内に刺入し、この状態でマーカー導入部３６からマーカーを導入し、シャッター３７を開にして生体組織Ｓ内にマーカーＭａを注入すると、マーカーＭａは計測部２０による計測位置を含む領域に残留するようになる。したがって、生体組織Ｓ内に残留したマーカーＭａをモニターすることによって、計測部２０による前記計測位置をモニターできるようになる。

マーカーMaは、例えば生体組織Sと反応して生体組織Sを化学的に変質せしめる化学物質から構成することができる。具体的には、硫酸・塩酸などの強酸を局所的に放出し、生体組織を酸化・変色させることで、実体鋲微鏡で直接観測が可能になる。また、共焦点顕微鏡を用いることで、変色部位の3次元的な詳細位置情報がモニターできる。

また、マーカーMaは蛍光色素から構成することができる。この場合、生体組織S内に残留したマーカーMaは、組織固定、脱水、透徹することで、蛍光頼微鏡によって位置情報をモニターする。また、蛍光色素の波長だけを透過するフィルタを装着した高感度CCDカメラでの計測によるモニタリングも可能である。また、TOTO−3及びYOYO−3などのDNAに選択的に結合する蛍光色素など、特定用途に特化した蛍光色素を用いることで、計測目的に適合した位置情報を得ることが可能になる。

さらに、マーカーMaは生体組織Sと抗体抗原反応を生ぜせしめる抗体から構成することができる。この場合、生体組織S内に残留したマーカーMaは、計測部位の特定の抗原と抗原抗体反応により結合される。さらに、この結合部位に選択的に結合する蛍光抗体（2次抗体）を適用した後、組織固定、脱水、透徹することで、蛍光顕微鏡や、蛍光色素の波長だけを透過するフィルタを装着した高感度CCDカメラで位置情報をモニターできる。
抗体マーカーには、BrDUなどのDNAと反応するものや、各種レセプタ抗体、脂質二重膜抗体、グリア細他用抗体など特定の生体要素と抗原抗体反応を引き起こすものを用いることで、計測目的に適合した位置情報を得ることが可能になる。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

本発明の生体計測装置の要部である探針の先端部分を拡大して示す斜視図である。図１に示す生体計測装置におけるマーキング部の、微小ヒータを含む場合の構成図である。図２に示すマーキング部の変形例を示す構成図である。図１に示す生体計測装置におけるマーキング部の、微小構造体マーカーを含む場合の構成図である。図１に示す生体計測装置におけるマーキング部の、金属イオン生成手段を含む場合の構成図である。図１に示す生体計測装置におけるマーキング部の、マーカー生成注入手段を含む場合の構成図である。

符号の説明

１０探針
２０計測部
３０マーキング部
３１微小ヒータ
３２微小構造体マーカー
３３支持部材
３４金属パッド
３５金属線
３６マーカー導入部
３７シャッター
Ｓ生体組織
Ｉｄ金属イオン
Ｍａマーカー

Claims

生体信号を計測するための探針を具える生体計測装置であって、
前記探針の先端部において、前記生体信号を計測する計測部と、前記計測部による計測位置をマーキングするためのマーキング部とを設けたことを特徴とする、生体計測装置。
前記マーキング部は、前記計測部と隣接させて設けたことを特徴とする、請求項１に記載の生体計測装置。
前記計測部と前記マーキング部とを併用することを特徴とする、請求項１に記載の生体計測装置。
前記マーキング部は微小ヒータを含み、生体組織を焼くことによって前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項２に記載の生体計測装置。
前記計測部の金属パッドにおいてジュール熱を発生させることによって微小ヒータとして機能させ、前記ジュール熱によって生体組織を焼き、前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項３に記載の生体計測装置。
前記マーキング部は微小構造体マーカーを含み、生体組織に前記微小構造体マーカーを剥離残留させることによって、前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項２に記載の生体計測装置。
前記計測部のパッドを生体組織内に微小構造体マーカーとして残留させることによって、前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項３に記載の生体計測装置。
前記マーキング部は金属体を含み、前記金属体を生体内液に接触させた状態で、前記金属体に過電圧を印加することにより、前記金属体から金属イオンを前記生体内液内に溶出させるとともに拡散させて残留させ、前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項２に記載の生体計測装置。
前記計測部の金属パッドを、生体内液に接触させた状態で、前記金属パッドに過電圧を印加することにより、前記金属パッドから金属イオンを前記生体内液内に溶出させるとともに、拡散させて残留させ、前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項３に記載の生体計測装置。
前記マーキング部はシャッター及びマーカー導入部を含み、所定のマーカーを前記マーカー導入部を介して前記マーキング部内に導入し、前記シャッターを開にして、生体組織内に注入し残留させることによって、前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項２に記載の生体計測装置。
前記計測部はシャッター及びマーカー導入部を含み、所定のマーカーを前記マーカー導入部を介して前記計測部内に導入し、前記シャッターを開にして、生体組織内に注入し残留させることによって、前記計測位置をマーキングするようにしたことを特徴とする、請求項３に記載の生体計測装置。
前記マーカーは前記生体組織と反応して前記生体組織を化学的に変質せしめる化学物質であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の生体計測装置。
前記マーカーは蛍光色素であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の生体計測装置。
前記マーカーは前記生体組織と抗体抗原反応を生ぜしめる抗体であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の生体計測装置。
探針の先端部に設けた計測部において生体信号を計測する工程と、
前記探針の前記先端部に設けたマーキング部によって、前記計測部による計測位置をマーキングする工程と、
を具えることを特徴とする、生体計測方法。
前記マーキング部は、前記計測部と隣接させて設けることを特徴とする、請求項１５に記載の生体計測方法。
前記計測部と前記マーキング部とを併用することを特徴とする、請求項１５に記載の生体計測方法。
前記マーキング部は微小ヒータを含み、生体組織を焼くことによって前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１６に記載の生体計測方法。
前記計測部の金属パッドにおいてジュール熱を発生させることによって微小ヒータとして機能させ、前記ジュール熱によって生体組織を焼き、前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１７に記載の生体計測方法。
前記マーキング部は微小構造体マーカーを含み、生体組織に前記微小構造体マーカーを剥離残留させることによって、前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１６に記載の生体計測方法。
前記計測部のパッドを生体組織内に微小構造体マーカーとして残留させることによって、前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１７に記載の生体計測方法。
前記マーキング部は金属体を含み、前記金属体を生体内液に接触させた状態で、前記金属体に過電圧を印加することにより、前記金属体から金属イオンを前記生体内液内に溶出させるとともに拡散させて残留させ、前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１６に記載の生体計測方法。
前記計測部の金属パッドを、生体内液に接触させた状態で、前記金属パッドに過電圧を印加することにより、前記金属パッドから金属イオンを前記生体内液内に溶出させるとともに、拡散させて残留させ、前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１７に記載の生体計測方法。
前記マーキング部はシャッター及びマーカー導入部を含み、所定のマーカーを前記マーカー導入部を介して前記マーキング部内に導入し、前記シャッターを開にして、生体組織内に注入し残留させることによって、前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１６に記載の生体計測方法。
前記計測部はシャッター及びマーカー導入部を含み、所定のマーカーを前記マーカー導入部を介して前記計測部内に導入し、前記シャッターを開にして、生体組織内に注入し残留させることによって、前記計測位置をマーキングすることを特徴とする、請求項１７に記載の生体計測方法。
前記マーカーは前記生体組織と反応して前記生体組織を化学的に変質せしめる化学物質であることを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の生体計測方法。
前記マーカーは蛍光色素であることを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の生体計測方法。
前記マーカーは前記生体組織と抗体抗原反応を生ぜしめる抗体であることを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の生体計測方法。