JP2009142611A - Bio-optical measuring device - Google Patents

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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bio-optical measuring device by which the oxyhemoglobin information of the brain tissue can be accurately measured when performing an oxygen administration from a rest state. <P>SOLUTION: The bio-optical measuring device is composed of: a bio-optical measuring device main body; and a switching part to feed oxygen or air selectively to a mask worn on a subject. Thereby, the oxygen administration can be performed instantaneously while keeping the rest state without being recognized by the subject and the hemoglobin information of the brain tissue in this state can be measured. By controlling air and oxygen flow rates not higher than 3-15 L/min, heavy blow-off of air or oxygen is prevented from stimulating the subject and reacting the brain thereto, and oxygen can be sufficiently administrated in a pulse state. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体内部の情報を光を用いて計測する生体光計測装置に関し、特に、刺激として酸素負荷を用いた場合の生体内反応を正確に計測することが可能な生体光計測装置に関する。   The present invention relates to a biological light measurement device that measures information inside a living body using light, and more particularly to a biological light measurement device that can accurately measure in vivo reactions when oxygen load is used as a stimulus.

生体光計測装置は、可視から赤外領域の波長の光を被検者の生体に照射し、ここから反射された光を検出して生体内部を計測することで、生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン変化を計測する装置である。生体光計測装置は、PET(陽電子放射断層撮影装置)やSPECT(単光子放射型断層撮像装置)と比較して、放射性物質を投与する必要がなく、ベッドサイドで簡便に、かつ、被検者に対して拘束を強いず非侵襲で計測できるという利点がある。   The living body light measurement device irradiates a subject's living body with light having a wavelength in the visible to infrared region, detects the light reflected from the living body, and measures the inside of the living body, thereby blood circulation and blood circulation inside the living body. It is a device that measures kinetics and hemoglobin changes. Compared with PET (positron emission tomography apparatus) and SPECT (single-photon emission tomography apparatus), the living body optical measurement apparatus does not need to administer a radioactive substance, and can be conveniently performed at the bedside. There is an advantage that measurement can be performed non-invasively without being constrained.

従来、生体光計測装置を用いて脳機能を計測する場合には、被検者に能動的な課題を行わせ、または、生理的な刺激を与えることにより脳を活性化し、活性化した大脳皮質の血液変化を計測している。課題の例としては、運動や言語の発話等があり、刺激の例としては、視覚刺激、嗅覚刺激、聴覚刺激、痛み刺激等がある。   Conventionally, in the case of measuring brain function using a biological light measurement device, the subject activates the brain by performing an active task or giving a physiological stimulus, and activated the cerebral cortex Measure blood changes. Examples of tasks include exercise and speech, and examples of stimuli include visual stimulation, olfactory stimulation, auditory stimulation, and pain stimulation.

特許文献1では、脳の言語領域を活性化する尻取り等の課題を所定時間行わせながら、複数の部位(チャンネル)からヘモグロビン変化信号を取得する生体光計測装置が開示されている。得られたヘモグロビン変化信号に主成分分析を施し、複数の主成分信号を得て、これと参照波形とを比較し、両者の相関値が最も高い主成分を課題関連主成分と判断し、それが多く含まれるチャンネルを特定する。これにより、課題に最も反応した脳内活動部位を特定することができる。なお、課題や刺激に対するヘモグロビンの変化は経験的に台形波形になることが知られていることから、特許文献1に記載の技術では、参照波形として任意に定めた台形波形を用いている。   Patent Document 1 discloses a biological light measurement device that acquires hemoglobin change signals from a plurality of parts (channels) while performing a task such as trimming to activate a brain language region for a predetermined time. Principal component analysis is performed on the obtained hemoglobin change signal to obtain a plurality of principal component signals, and this is compared with the reference waveform, and the principal component having the highest correlation value is determined as the problem-related principal component. Identify channels that contain a lot of As a result, it is possible to identify the brain activity site that is most responsive to the task. In addition, since it is known from experience that the change of the hemoglobin with respect to a subject or a stimulus becomes a trapezoidal waveform, the technique described in Patent Document 1 uses a trapezoidal waveform arbitrarily determined as a reference waveform.

特許文献2では、被検体に酸素を吸入させることにより酸素負荷を与えてヘモグロビン量の変化を計測し、悪性腫瘍は、正常組織と比較して酸素負荷後の酸素残留時間が長いという特性を利用して悪性腫瘍部位を判別する方法が開示されている。
国際公開WO 2004/021889 A1 特開2001−212115号公報
In Patent Document 2, the oxygen load is applied by inhaling oxygen into a subject to measure the change in the amount of hemoglobin, and the malignant tumor uses the characteristic that the oxygen remaining time after oxygen load is longer than that of normal tissue Thus, a method for discriminating a malignant tumor site is disclosed.
International Publication WO 2004/021889 A1 JP 2001-212115 A

上述のように生体光計測装置を用いて脳機能を計測する場合には、特許文献1に記載されているように、被検体が能動的な運動や言語の発話などを行い、脳を活性化し、活性化した大脳皮質の血液変化を計測している。このため、個人の意思や努力などによって結果が左右されるという問題がある。   As described above, when the brain function is measured using the biological optical measurement device, as described in Patent Document 1, the subject performs active exercise, speech, etc. to activate the brain. Measures blood changes in activated cerebral cortex. For this reason, there exists a problem that a result is influenced by an individual's will, effort, etc.

また従来、安静状態で大気を吸入している被検体に酸素を投与するためには、酸素マスクを顔に当てる必要があり、マスクが顔に接触する刺激や、マスク内の酸素の吹き出しが顔に当たる刺激を受ける。このため、被検体は切換動作を認識し、大脳皮質の活動が促され、これが計測信号にノイズとなって現れる。特許文献2に記載の装置は、酸素負荷によるヘモグロビン量の変化を計測しているが、安静状態から酸素投与への切り換えについての詳しい説明がない。   Conventionally, in order to administer oxygen to a subject inhaling the air in a resting state, it is necessary to put an oxygen mask on the face, irritation that the mask touches the face, and oxygen blowout in the mask I receive a stimulus that hits. For this reason, the subject recognizes the switching operation, and the activity of the cerebral cortex is promoted, which appears as noise in the measurement signal. The device described in Patent Document 2 measures the change in the amount of hemoglobin due to oxygen load, but there is no detailed explanation about switching from resting to oxygen administration.

また、特許文献1は、計測信号波形の複数の主成分を予め定めた台形波形の参照信号と比較して相関値を求めているが、被検体により課題や刺激に対する反応は異なるため、予め定めた形状の参照波形では正確に課題関連信号を選択することができない場合がある。特に、安静状態から酸素投与による脳組織の酸素量変化を計測する場合には、被検体によって呼吸機能が異なるため、酸素吸入から血管内の酸素濃度が上昇するまでの時間に個人差がある。また、計測中に被検体が動くことにより、得られるヘモグロビン信号にノイズが入ることがある。このため、計測された脳組織のオキシヘモグロビン信号は、脳組織への酸素運搬および拡散能力のみならず、呼吸機能や体動によるノイズにより変化し、予め定めた参照波形を用いて、呼吸機能が低下している被検体について脳組織の酸素運搬および拡散能力を判断することは困難である。   Further, Patent Document 1 obtains a correlation value by comparing a plurality of principal components of a measurement signal waveform with a reference signal having a predetermined trapezoidal waveform. In some cases, a reference waveform having a different shape cannot accurately select a task-related signal. In particular, when measuring changes in the amount of oxygen in the brain tissue due to oxygen administration from a resting state, there are individual differences in the time from oxygen inhalation until the oxygen concentration in the blood vessel increases because the respiratory function varies depending on the subject. Further, when the subject moves during measurement, noise may be introduced into the obtained hemoglobin signal. For this reason, the measured oxyhemoglobin signal of brain tissue changes not only due to oxygen transport and diffusion ability to brain tissue but also due to noise due to respiratory function and body movement, and respiratory function is determined using a predetermined reference waveform. It is difficult to determine the oxygen transport and diffusion capacity of brain tissue for a reduced subject.

本発明は、安静状態から酸素投与した場合の脳組織のヘモグロビン情報を精度良く計測する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。   An object of the present invention is to provide a living body light measuring device capable of accurately measuring hemoglobin information of brain tissue when oxygen is administered from a resting state.

上記目的を達成するために本発明によれば、以下のような生体光計測装置が提供される。すなわち、少なくとも2波長の光を複数の光照射位置から被検体に照射する光照射部と、被検体内の複数の測定点をそれぞれ通過した光を複数の検出位置から検出する光検出部と、光検出部の検出結果から複数の測定点のヘモグロビン濃度情報を算出する信号処理部と、被検体に装着されたマスクに酸素または空気を選択的に供給する切換部とを有する生体光計測装置である。これにより、マスクに空気または酸素を選択的に供給することにより、被検体に認識されることなく、安静状態で酸素または空気を選択的に投与しながら、その状態の脳組織のヘモグロビン情報を計測することができる。   In order to achieve the above object, according to the present invention, the following biological light measuring device is provided. That is, a light irradiation unit that irradiates a subject with light of at least two wavelengths from a plurality of light irradiation positions, a light detection unit that detects light that has passed through a plurality of measurement points in the subject from a plurality of detection positions, and A biological light measurement apparatus having a signal processing unit that calculates hemoglobin concentration information at a plurality of measurement points from detection results of a light detection unit, and a switching unit that selectively supplies oxygen or air to a mask attached to a subject. is there. As a result, by selectively supplying air or oxygen to the mask, hemoglobin information of brain tissue in that state is measured while selectively administering oxygen or air in a resting state without being recognized by the subject. can do.

また、上記切換部を制御し、被検体に酸素をパルス状に投与する制御部をさらに備える構成することも可能である。この場合、安静状態で酸素をパルス状に投与しながら、脳組織のヘモグロビン情報を計測することができる。   It is also possible to further comprise a control unit that controls the switching unit and administers oxygen to the subject in a pulsed manner. In this case, the hemoglobin information of the brain tissue can be measured while administering oxygen in a pulsed manner in a resting state.

このとき、例えば、流量制御部により、マスクに供給される空気および酸素の流量を3リットル/min以上15リットル/min以下に制御することにより、強すぎる空気や酸素の吹き出しが被検体に刺激を与えて、脳が反応するのを防止できる。しかも、パルス状に酸素を充分に投与することができる。   At this time, for example, by controlling the flow rate of air and oxygen supplied to the mask to 3 liters / min or more and 15 liters / min or less by the flow rate control unit, too strong air or oxygen blowout stimulates the subject. Gives and prevents the brain from reacting. Moreover, oxygen can be sufficiently administered in the form of pulses.

また、本発明の生体光計測装置は、被検体の脳を除いた部位で血中の酸素飽和度の時間変化を測定する手段をさらに備えることが可能である。例えば、末梢血管で酸素飽和度を測定する手段を用いる。このとき、光照射部は、被検体の頭部に光を照射し、光検出部は、被検体の脳内に位置する測定点を通過した光を検出する。信号処理部は、ヘモグロビン濃度情報算出の処理に、酸素飽和度の時間変化を示す信号を用いることができる。これにより、呼吸機能の個人差の影響を排除して、脳のヘモグロビン濃度情報を算出できる。   In addition, the living body optical measurement device of the present invention can further include means for measuring a temporal change in blood oxygen saturation at a site excluding the brain of the subject. For example, a means for measuring oxygen saturation in peripheral blood vessels is used. At this time, the light irradiation unit irradiates light on the head of the subject, and the light detection unit detects light that has passed through a measurement point located in the brain of the subject. The signal processing unit can use a signal indicating a temporal change in oxygen saturation in the process of calculating hemoglobin concentration information. As a result, it is possible to calculate the brain hemoglobin concentration information by eliminating the influence of individual differences in respiratory function.

具体例としては、信号処理部は、光検出部の検出結果から複数の測定点についてそれぞれオキシヘモグロビン濃度変化信号を求め、これらのオキシヘモグロビン濃度変化信号に主成分分析を行い、酸素飽和度の時間変化信号と最も相関の大きい主成分を酸素吸入関連主成分として選択することができる。さらに、信号処理部は、前記酸素吸入関連主成分がオキシヘモグロビン濃度変換信号にどの程度含まれるかを示す重み値を測定点ごとに求めることができる。測定点ごとの前記重み値を、被検体の頭部の各測定点の位置において表す重み値マップとして作成し、表示装置に表示することができる。これにより、左右脳の重み値マップの差の有無から脳虚血を判定することができる。重み値マップは、例えば、重み値を濃淡で示し、各測定点の間の地点については、測定点の重み値を補間処理した値を示すようにする。   As a specific example, the signal processing unit obtains an oxyhemoglobin concentration change signal for each of a plurality of measurement points from the detection result of the light detection unit, performs a principal component analysis on these oxyhemoglobin concentration change signals, and calculates the oxygen saturation time. The principal component having the largest correlation with the change signal can be selected as the oxygen inhalation-related principal component. Further, the signal processing unit can obtain a weight value indicating how much the oxygen inhalation-related main component is included in the oxyhemoglobin concentration conversion signal for each measurement point. The weight value for each measurement point can be created as a weight value map expressed at the position of each measurement point on the head of the subject and displayed on a display device. Thereby, it is possible to determine cerebral ischemia from the presence or absence of the difference between the weight value maps of the left and right brains. In the weight value map, for example, the weight values are indicated by shading, and the points between the measurement points are indicated by interpolation processing of the weight values of the measurement points.

本発明によれば、従来のように生理的な脳刺激を行って脳血流量変化を調べる方法とは異なり、安静時に酸素を投与することによって脳組織中のへモグロビン濃度の変化する状態を計測することができる。これにより、脳組織への酸素運搬および拡散の効率の違いを検出することができる。   According to the present invention, unlike the conventional method of investigating changes in cerebral blood flow by performing physiological brain stimulation, the state in which the hemoglobin concentration in brain tissue changes is measured by administering oxygen at rest. can do. Thereby, the difference in the efficiency of oxygen transport and diffusion to the brain tissue can be detected.

本発明の一実施の形態について説明する。   An embodiment of the present invention will be described.

本発明では、安静状態から酸素の投与による脳組織の酸化濃度の変化を精度良く計測するために、安静状態の空気吸入から酸素負荷のための酸素吸入への切り換えを、被検者に認識させないで行う装置構成とする。また、脳以外の部位の動脈血の酸素濃度の変化を実際に測定し、これを参照波形として用いることにより、呼吸機能の個人差に関わらず、精度良く脳組織のヘモグロビン情報を求めるものである。   In the present invention, in order to accurately measure changes in brain tissue oxidation concentration due to administration of oxygen from a resting state, the subject is not allowed to recognize switching from resting air inhalation to oxygen inhalation for oxygen load. The device configuration is as follows. Further, by actually measuring a change in the oxygen concentration of arterial blood in a region other than the brain and using this as a reference waveform, the hemoglobin information of the brain tissue can be obtained with high accuracy regardless of individual differences in respiratory function.

以下、本発明の実施形態の生体光計測装置を詳細に説明する。尚、以下の説明では、生体光計測の対象をヘモグロビン量(オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、ヘモグロビン全量を含む)とするが、本発明の生体光計測装置は、ヘモグロビンのみならず近赤外に吸収を有するチロクローム等の生体内物質を対象とすることが可能である。   Hereinafter, the biological light measurement device of the embodiment of the present invention will be described in detail. In the following description, the target of biological light measurement is the amount of hemoglobin (including the total amount of oxyhemoglobin, deoxyhemoglobin, and hemoglobin). It is possible to target in vivo substances such as thyrochrome.

図1は、本発明が適用される生体光計測装置の概略構成を示す図である。この生体光計測装置は、生体光計測装置本体1と、被検体9の口に装着されたマスク7に接続されるエア切換器2と、エア切換器2の動作を制御するエア切換制御器3と、被検体の末梢血管の酸素濃度を測定するパルスオキシメータ4とを含んでいる。エア切換器2には、圧縮空気供給源6aと圧縮酸素供給源6bが接続されている。圧縮空気供給源6aとエア切換器2との間には、空気流量制御器5aが配置され、圧縮酸素供給源6bとエア切換器2との間には、酸素流量制御器6bが配置されている。エア切換制御器3は、生体光計測装置本体1に接続され、その動作が制御される。パルスオキシメータ4は、被検体9の手指等に装着される。パルスオキシメータ4の出力は、生体光計測装置本体1に受け渡される。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a biological light measurement device to which the present invention is applied. This biological light measurement device includes a biological light measurement device body 1, an air switch 2 connected to a mask 7 attached to the mouth of a subject 9, and an air switching controller 3 that controls the operation of the air switch 2. And a pulse oximeter 4 for measuring the oxygen concentration in the peripheral blood vessels of the subject. A compressed air supply source 6 a and a compressed oxygen supply source 6 b are connected to the air switch 2. Between the compressed air supply source 6a and the air switch 2, an air flow rate controller 5a is disposed. Between the compressed oxygen supply source 6b and the air switch 2, an oxygen flow rate controller 6b is disposed. Yes. The air switching controller 3 is connected to the biological light measuring device main body 1 and its operation is controlled. The pulse oximeter 4 is attached to the finger or the like of the subject 9. The output of the pulse oximeter 4 is transferred to the biological light measurement device main body 1.

生体光計測装置本体1は、図2に示すように、生体に近赤外光を照射する光源部10と、生体通過光を計測し、電気信号に変換する光計測部20と、制御部31と、光計測部20からの信号をもとに生体情報、具体的には血中ヘモグロビン濃度変化を計算し、結果を表示させる信号処理部30と、記憶部32と、入出力部33とを備えている。さらにこの生体光計測装置は、光源部10からの光を誘導する光ファイバ13の先端を被検体9の計測位置に接触させるとともに、被検体9からの透過光を光計測部20に誘導する光ファイバ21の先端を被検体9の計測位置に接触させるために、これら光ファイバ先端が固定される装着具(光ファイバ13、21の先端と合わせて計測プローブ40という)を備えている。   As shown in FIG. 2, the biological light measurement device main body 1 includes a light source unit 10 that irradiates a living body with near-infrared light, an optical measurement unit 20 that measures biological passage light and converts it into an electrical signal, and a control unit 31. And calculating a biological information based on a signal from the optical measurement unit 20, specifically, a blood hemoglobin concentration change, and displaying a result, a signal processing unit 30, a storage unit 32, and an input / output unit 33. I have. Further, the living body light measurement apparatus brings the tip of the optical fiber 13 that guides light from the light source unit 10 into contact with the measurement position of the subject 9 and light that guides transmitted light from the subject 9 to the light measurement unit 20. In order to bring the tip of the fiber 21 into contact with the measurement position of the subject 9, a mounting tool (referred to as the measurement probe 40 together with the tips of the optical fibers 13 and 21) to which the tip of the optical fiber is fixed is provided.

光源部10は、可視光から赤外の波長領域内の複数の波長、例えば695nm及び830nmの光をそれぞれ放射する半導体レーザ11と、これら2波長の光を複数の異なる周波数で変調駆動するための変調器を備えた複数の光モジュール12と、光照射用の光ファイバ13とを含む。各半導体レーザ11は、光モジュール12により変調駆動されることにより、半導体レーザ11ごとに異なる周波数の2波長の光を放射する。2波長の光は混合された後、光ファイバ13を通って被検体9の検査部位に照射される。   The light source unit 10 is a semiconductor laser 11 that emits a plurality of wavelengths in the wavelength range from visible light to infrared, for example, 695 nm and 830 nm, respectively, and for modulating and driving these two wavelengths of light at a plurality of different frequencies. A plurality of optical modules 12 including a modulator and an optical fiber 13 for light irradiation are included. Each semiconductor laser 11 emits light of two wavelengths having different frequencies for each semiconductor laser 11 by being modulated and driven by the optical module 12. After the two wavelengths of light are mixed, the test site of the subject 9 is irradiated through the optical fiber 13.

光計測部20は、検出用光ファイバ21に接続され、検出用光ファイバ21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22等の光電変換素子と、フォトダイオード22からの電気信号を入力し、照射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ロックインアンプモジュール23と、ロックインアンプモジュール23からの信号をA/D変換するA/D変換器24とを含む。ロックインアンプモジュール23は、少なくとも計測すべき信号の数と同数のロックインアンプからなる。   The optical measurement unit 20 is connected to the detection optical fiber 21, photoelectric conversion elements such as a photodiode 22 that converts light guided by the detection optical fiber 21 into an electric signal corresponding to the amount of light, and the electricity from the photodiode 22. A lock-in amplifier module 23 for inputting a signal and selectively detecting a modulation signal corresponding to the irradiation position and wavelength; and an A / D converter 24 for A / D converting the signal from the lock-in amplifier module 23; including. The lock-in amplifier module 23 includes at least the same number of lock-in amplifiers as the number of signals to be measured.

プローブ40には、3×3、4×4、3×5などの適当な大きさのマトリックスに、照射用光ファイバ13先端と検出用光ファイバ21先端とが交互に配列されている。検出用光ファイバ21によって検出される光は、それと隣接する4つの照射用光ファイバ13から照射されて生体を透過した光を混合したものであり、ロックインアンプモジュール23でこれら照射用光ファイバ13によって異なる変調信号を選択検出することにより、検出用光ファイバ21先端と、隣接する照射用光ファイバ13先端との間の点(計測点)の情報を得ることができる。これら計測点はロックインアンプモジュール23が検出するチャンネルに対応し、例えば3×3のマトリックスのプローブでは、光照射位置と検出位置との間の計測点が12となり、チャンネル数12の光計測を行うことができる。   In the probe 40, the tips of the irradiation optical fibers 13 and the tips of the detection optical fibers 21 are alternately arranged in a matrix of an appropriate size such as 3 × 3, 4 × 4, and 3 × 5. The light detected by the detection optical fiber 21 is a mixture of light irradiated from the four irradiation optical fibers 13 adjacent to the detection optical fiber 21 and transmitted through the living body. By selectively detecting different modulation signals according to the above, it is possible to obtain information on points (measurement points) between the tip of the detection optical fiber 21 and the tip of the adjacent irradiation optical fiber 13. These measurement points correspond to the channels detected by the lock-in amplifier module 23. For example, in a 3 × 3 matrix probe, the number of measurement points between the light irradiation position and the detection position is 12, and optical measurement with 12 channels is performed. It can be carried out.

制御部31は、生体光計測装置本体1の全体の制御を行うとともに、エア切換制御器3を制御することにより、所定のタイミングで被検体9へ供給される空気を酸素に切り換える。また、流量制御器5a、5bを制御し、空気および酸素の流量を制御する。さらに、制御部31は、パルスオキシメータ4から出力信号を受け取って信号処理部30に受け渡す。   The control unit 31 performs overall control of the biological light measurement apparatus main body 1 and controls the air switching controller 3 to switch the air supplied to the subject 9 to oxygen at a predetermined timing. Further, the flow controllers 5a and 5b are controlled to control the flow rates of air and oxygen. Further, the control unit 31 receives an output signal from the pulse oximeter 4 and passes it to the signal processing unit 30.

信号処理部30は、制御部31を介して光計測部20と接続され、光計測部20から送られる電圧信号(デジタル信号)を処理し、生体情報を表す信号、具体的には計測部位のオキシヘモグロビン濃度を表すオキシヘモグロビン変化信号へ変換し、トポグラフィ像の作成等を行う。例えば、信号処理部30は、オキシヘモグロビン変化信号に主成分分析を行って負荷の特徴を表す複数の主成分信号を抽出し、各主成分信号と参照応答波形との相関値を求め、最も相関の高い主成分を酸素吸入関連主成分として選択する等の処理を行う。このとき、本実施の形態では、参照応答波形として、パルスオキシメータ4が測定した酸素飽和度(SPO)波形を用いる。この酸素吸入関連主成分が各チャンネルにどの程度含まれているかを評価するために重み値をそれぞれ求め、重み値とその補完値を頭部画像上に配置してマップを作成する機能も備えている。 The signal processing unit 30 is connected to the optical measurement unit 20 via the control unit 31, processes a voltage signal (digital signal) sent from the optical measurement unit 20, and represents a signal representing biological information, specifically, a measurement site. It is converted into an oxyhemoglobin change signal representing the oxyhemoglobin concentration, and a topography image is created. For example, the signal processing unit 30 performs principal component analysis on the oxyhemoglobin change signal to extract a plurality of principal component signals representing the characteristics of the load, obtains a correlation value between each principal component signal and the reference response waveform, The main component having a high concentration is selected as the main component related to oxygen inhalation. At this time, in this embodiment, an oxygen saturation (SPO 2 ) waveform measured by the pulse oximeter 4 is used as the reference response waveform. It also has a function to calculate the weight value to evaluate how much this oxygen inhalation-related principal component is contained in each channel, and create a map by placing the weight value and its complementary value on the head image Yes.

記憶部32は、光計測部20から送られるデジタル信号や信号処理後のデータを記憶する。入出力部33は、信号処理部30における処理結果を表示部41に表示させる制御を行なうとともに、計測や信号処理に必要な指示を操作者から受け付け、制御部31に受け渡す。   The storage unit 32 stores a digital signal sent from the optical measurement unit 20 and data after signal processing. The input / output unit 33 performs control to display the processing result in the signal processing unit 30 on the display unit 41, receives instructions necessary for measurement and signal processing from the operator, and passes them to the control unit 31.

次に、本実施の形態の生体光計測装置で計測を行う手順および各部の動作について、図3のフローを用いて説明する。   Next, the procedure for measuring with the biological light measurement device of the present embodiment and the operation of each part will be described with reference to the flow of FIG.

ここでは、安静時に酸素をパルス状に投与することによって、脳組織中のオキシヘモグロビン濃度が変化する状態を計測する。これにより、脳組織への酸素運搬能力や拡散効率が脳の左右で違いがあるかどうかを把握することができ、脳虚血の有無を判定することが可能になる。この方法は、いわばオキシヘモグロビンを標識物質として用いる拡散計測法と位置づけることができる。   Here, the state in which the oxyhemoglobin concentration in the brain tissue changes is measured by administering oxygen in a pulsed manner at rest. As a result, it is possible to determine whether there is a difference between the right and left of the brain in terms of oxygen carrying capacity and diffusion efficiency to the brain tissue, and it is possible to determine the presence or absence of cerebral ischemia. This method can be regarded as a diffusion measurement method using oxyhemoglobin as a labeling substance.

まず、制御部31は、操作者に対し、被検体9にマスク7、プローブ40およびパルスオキシメータ4の装着を促す表示を表示部41等に表示する(ステップ301)。操作者は、これを受けて、被検体9の口にマスク7を、手指にパルスオキシメータ4を装着する。また、被検体9の両側の前頭・側頭部を覆うように、例えば3×5のプローブ(一側24チャンネル)を左右1つずつ装着する。   First, the control unit 31 displays a display for prompting the operator to attach the mask 7, the probe 40, and the pulse oximeter 4 to the subject 9 on the display unit 41 or the like (step 301). In response to this, the operator wears the mask 7 on the mouth of the subject 9 and the pulse oximeter 4 on the finger. Further, for example, 3 × 5 probes (24 channels on one side) are attached one by one on the left and right sides so as to cover the frontal and temporal regions on both sides of the subject 9.

装着が完了したならば制御部31は計測を開始する。まず、制御部31は、所定の空気流量および酸素流量をそれぞれ流量制御器5a、5bに設定し、エア切換器2を圧縮空気側に切り換え、圧縮空気を設定した流量でマスク7に送気する(ステップ302)。流量制御器5a、5bにそれぞれ設定する空気および酸素の流量は、3リットル/min以上15リットル/min以下に設定することが好ましい。その理由は、流量が15リットル/minよりも大きいと、空気や酸素の吹き出しが顔に当たることによる刺激で脳が活性化され、ノイズが生じ、逆に流量が3リットル/min未満の場合には、酸素投与時にマスク7内に100%酸素が充満せず、被検体9に充分酸素を供給できないためである。例えば、流量制御器5a、5bの設定を8リットル/minに設定する。   If the mounting is completed, the control unit 31 starts measurement. First, the control unit 31 sets predetermined air flow rates and oxygen flow rates in the flow rate controllers 5a and 5b, switches the air switch 2 to the compressed air side, and sends compressed air to the mask 7 at the set flow rate. (Step 302). The air and oxygen flow rates set in the flow rate controllers 5a and 5b are preferably set to 3 liters / min or more and 15 liters / min or less, respectively. The reason is that if the flow rate is higher than 15 liters / min, the brain is activated by the stimulation of air or oxygen blowing on the face, causing noise, and conversely if the flow rate is less than 3 liters / min. This is because the mask 7 is not filled with 100% oxygen during oxygen administration, and oxygen cannot be sufficiently supplied to the subject 9. For example, the flow rate controllers 5a and 5b are set to 8 liters / min.

空気投与の状態で、光トポグラフィーの測定を開始するとともに、パルスオキシメータ4から手指の末梢血管の酸素飽和度SpOを示す信号の取り込みを開始する(ステップ303)。被検体9は安静を保ち、脳血流量が生理的に変化しないように努める。光トポグラフィーの測定は以下のように行う。まず、光源部10から2種類の異なる波長の近赤外光を重畳して、かつ、照射用光ファイバ13ごとに異なる周波数で変調して複数の照射用光ファイバ13からそれぞれ頭皮上に照射する。脳組織内で拡散、乱反射した光を照射点から所定距離離れた複数の検出用光ファイバ21により取り込み、受光部20で受光する。受光部20は、受光信号をロックインアンプモジュール23により周波数毎に検出することにより、照射用光ファイバ13と検出用光ファイバ21との間の計測点(チャンネル)ごとに信号を計測する。 In the state of air administration, measurement of optical topography is started, and acquisition of a signal indicating oxygen saturation SpO 2 of the peripheral blood vessels of the finger is started from the pulse oximeter 4 (step 303). The subject 9 is kept calm and tries to keep the cerebral blood flow from changing physiologically. Optical topography is measured as follows. First, two types of near-infrared light having different wavelengths are superimposed from the light source unit 10 and modulated at different frequencies for each of the irradiation optical fibers 13 and irradiated onto the scalp from each of the plurality of irradiation optical fibers 13. . Light diffused and diffusely reflected in the brain tissue is taken in by a plurality of detection optical fibers 21 separated from the irradiation point by a predetermined distance and received by the light receiving unit 20. The light receiving unit 20 measures the signal for each measurement point (channel) between the irradiation optical fiber 13 and the detection optical fiber 21 by detecting the light reception signal for each frequency by the lock-in amplifier module 23.

計測信号が安定した後、制御部31は、所定のタイミングでエア切換器2を酸素側に切り換えることにより、空気の投与から瞬時に酸素の投与へ切り換える(ステップ304)。これにより、マスク7に酸素を3リットル/min以上15リットル/min以下の流量で送気し、被検体9に酸素を供給投与することができる。この切換は、瞬時に行われる。しかも、ほぼ同じ流量を流量制御器5a、5bに設定しておくことにより、切り換えにより流量の変化も生じないため、被検体9に切り換えを認識させることなく実行できる。所定の時間(例えば2分)経過後、再び制御部31は、エア切換器2を空気側に切り換えることにより、瞬時に酸素投与から空気投与に切り換える。これらの動作により、被検体9に安静状態で酸素をパルス状に投与することができる。このときのステップ303で開始した動脈血の酸素飽和度SpOの測定と、光トポグラフィの計測は継続して実行しているので、パルス状の酸素投与とタイミングを共用したSpOの時系列データおよび光トポグラフィ計測データが制御部31によって取得される。すなわち、制御部31が切り換えの制御を行うことにより、エア切換器2と生体光計測装置本体1とで切換タイミングを共用し、光トポグラフィ計測データと同期したSpOの時系列データを信号処理部30において処理することができる。 After the measurement signal is stabilized, the control unit 31 switches from air administration to oxygen administration instantaneously by switching the air switch 2 to the oxygen side at a predetermined timing (step 304). Thereby, oxygen can be supplied to the mask 7 at a flow rate of 3 liters / min or more and 15 liters / min or less, and oxygen can be supplied and administered to the subject 9. This switching is performed instantaneously. In addition, by setting substantially the same flow rate in the flow rate controllers 5a and 5b, the flow rate does not change due to the switching, so that it can be executed without causing the subject 9 to recognize the switching. After a predetermined time (for example, 2 minutes) has elapsed, the control unit 31 switches from the oxygen administration to the air administration instantly by switching the air switch 2 to the air side again. By these operations, oxygen can be administered to the subject 9 in a pulsed state in a resting state. Since the measurement of the arterial blood oxygen saturation SpO 2 and the measurement of the optical topography started at step 303 at this time are continuously performed, the time-series data of SpO 2 sharing the timing with the pulsed oxygen administration and Optical topography measurement data is acquired by the control unit 31. That is, when the control unit 31 performs switching control, the air switching unit 2 and the biological light measurement device main body 1 share the switching timing, and SpO 2 time-series data synchronized with the optical topography measurement data is signal processing unit. 30 can be processed.

制御部31は、受光部20が検出した信号を信号処理部30に受け渡し、広く知られた手法により処理することにより、頭皮から所定の深さ(20mm程度)の脳組織中のオキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量、総ヘモグロビン量の変化信号を算出する。オキシヘモグロビン量、デオキシヘモグロビン量、総ヘモグロビン量は、操作者の要求に応じて、チャンネル毎の時系列のグラフとして、または、トポグラフィ像を作成して、表示部41に表示する。   The control unit 31 passes the signal detected by the light receiving unit 20 to the signal processing unit 30 and processes the signal by a widely known method, whereby the amount of oxyhemoglobin in the brain tissue at a predetermined depth (about 20 mm) from the scalp, A change signal of the deoxyhemoglobin amount and the total hemoglobin amount is calculated. The oxyhemoglobin amount, deoxyhemoglobin amount, and total hemoglobin amount are displayed on the display unit 41 as a time-series graph for each channel or by creating a topographic image according to the operator's request.

つぎに、算出したオキシヘモグロビン量の時系列データを信号処理部30において以下の方法で解析する(ステップ305〜308)。まず、各チャンネルのオキシヘモグロビン信号を1次フィッティングより補正し、直線的な変動成分(trend)を除去する。トレンド除去後の時系列なオキシヘモグロビン信号を一部チャンネルについてグラフとして表したものを図4に示す。つぎに、オキシヘモグロビン信号データに対して主成分分析を行って、48チャンネル全体のオキシヘモグロビン信号の複数の主成分を求める(ステップ305)。図5に示した例では、主成分1(Component1)から主成分5(Component5)まで5つの主成分の波形が得られている。これらの主成分波形は、表示部41に表示することができる。なお、主成分分析とは、多数の変量によって構成された測定データに対して、それらの情報量をできるだけ損なわず、かつ、情報をより把握し易くするために合成変量(主成分)を求めて解析する統計的手法である。生体光計測装置の複数チャンネルのオキシヘモグロビン信号について、主成分分析を施して主成分を求める手法については、例えば特開2005−143609号公報等に詳細に記載され、広く知られた手法であるので、ここでは詳細な分析手法については説明を省略する。   Next, the time series data of the calculated amount of oxyhemoglobin is analyzed in the signal processing unit 30 by the following method (steps 305 to 308). First, the oxyhemoglobin signal of each channel is corrected by first-order fitting to remove a linear fluctuation component (trend). FIG. 4 shows a graph of the time-series oxyhemoglobin signal after the trend removal for some channels. Next, principal component analysis is performed on the oxyhemoglobin signal data to obtain a plurality of principal components of the oxyhemoglobin signal of the entire 48 channels (step 305). In the example shown in FIG. 5, waveforms of five principal components from principal component 1 (Component 1) to principal component 5 (Component 5) are obtained. These principal component waveforms can be displayed on the display unit 41. Principal component analysis refers to measurement data composed of a large number of variables, and seeks a composite variable (principal component) to make the information easier to grasp without losing the amount of information as much as possible. It is a statistical method to analyze. A technique for obtaining a principal component by performing principal component analysis on the oxyhemoglobin signals of a plurality of channels of the biological optical measurement device is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-143609, and is a widely known technique. Here, description of the detailed analysis method is omitted.

つぎに、参照応答信号としてステップ303で同時に取得したSpOデータの波形を参照応答信号として用い、ステップ305で求めた各主成分の波形との相関を求める(ステップ306)。SpOデータの時系列な波形は、図7の波形701、波形702に示すように、パルス状の酸素投与に伴い台形形状に変化する。そこで、エア切換器2の切換タイミングを用い、連続したSpOの時系列データからパルス状の酸素投与に時間的に同期して台形形状に変化するSpOの時系列データ波形を切り出す。これを参照応答信号として、これと時間的に同期した各主成分波形との相関を求める。主成分波形とSpOの時系列データ波形との時間的同期を取る際にも、エア切換器2の切り換えタイミングを用いる。SpOの時系列データ波形に最も相関係数が高い主成分を、酸素吸入に伴うオキシヘモグロビン変化の情報を持った主成分(酸素吸入関連主成分501)として選択する。例えば、図5の例では、主成分1(Component1)の波形が、SpOの時系列データ波形701または702と最も相関が高いため、酸素吸入関連主成分501として選択されている。 Next, using the waveform of the SpO 2 data simultaneously acquired in step 303 as a reference response signal, the correlation with the waveform of each principal component obtained in step 305 is obtained (step 306). The time-series waveform of the SpO 2 data changes to a trapezoidal shape with pulsed oxygen administration, as shown by the waveform 701 and the waveform 702 in FIG. Therefore, using the switching timing of the air switching device 2 cuts out time-series data waveform of SpO 2 which changes in a trapezoidal shape pulsed oxygen administration from the time-series data of the continuous SpO 2 synchronously in time. Using this as a reference response signal, a correlation with each principal component waveform synchronized with the time is obtained. The switching timing of the air switch 2 is also used when time synchronization is performed between the main component waveform and the SpO 2 time-series data waveform. The principal component having the highest correlation coefficient in the SpO 2 time-series data waveform is selected as the principal component (oxygen inhalation-related principal component 501) having information on oxyhemoglobin changes associated with oxygen inhalation. For example, in the example of FIG. 5, the waveform of the principal component 1 (Component 1) is selected as the oxygen inhalation-related principal component 501 because it has the highest correlation with the SpO 2 time-series data waveform 701 or 702.

なお、図7に示したSpOデータ波形701は、呼吸機能が健常な被検体9のものであり、波形702は、呼吸機能が低下している被検体9のものである。呼吸機能が低下している被検体9のSpOデータ波形702は、呼吸機能が健常な被検体9の波形701と比較して、ピークに達するまでに時間が遅延し、最高酸素飽和度が低い傾向がある。上述のステップ306において、SpOデータを参照応答信号として用いることにより、呼吸機能の個人差による血中酸素濃度の影響を排除して、オキシヘモグロビン信号の主成分を判断することができる。 Note that the SpO 2 data waveform 701 shown in FIG. 7 is for the subject 9 with a normal respiratory function, and the waveform 702 is for the subject 9 with a reduced respiratory function. The SpO 2 data waveform 702 of the subject 9 whose respiratory function is lowered is delayed in time to reach a peak and the maximum oxygen saturation is low as compared with the waveform 701 of the subject 9 whose respiratory function is healthy. Tend. In step 306 described above, by using the SpO 2 data as the reference response signal, the main component of the oxyhemoglobin signal can be determined by eliminating the influence of the blood oxygen concentration due to individual differences in respiratory function.

ステップ306で求めた酸素吸入関連主成分501が各チャンネルにどの程度含まれているかを評価するために、チャンネル毎の重み値502をそれぞれ求める(ステップ307)。求めたチャンネル毎の重み値502は、図5のようにグラフとして表示部41に表示することができる。重み値502は、主成分のデータが、各チャンネルのオキシヘモグロビン信号をそれぞれどの程度反映させたものであるかを表した値(−1〜1の範囲の値)であり、この値が1に近いほどチャンネルのオキシヘモグロビン信号が、当該主成分に近い波形を呈していることを表している。オキシヘモグロビン信号の波高が低い場合やピークが遅れた場合は、重み値は低下する傾向を示す。なお、図5に示した例では、酸素吸入関連主成分(Component1)501のみならず、主成分2〜5(Component2〜5)についても、チャンネル毎の重み値を求め、グラフとして表示している。   In order to evaluate how much the oxygen inhalation-related principal component 501 obtained in step 306 is included in each channel, a weight value 502 for each channel is obtained (step 307). The obtained weight value 502 for each channel can be displayed on the display unit 41 as a graph as shown in FIG. The weight value 502 is a value (a value in the range of −1 to 1) representing how much the principal component data reflects the oxyhemoglobin signal of each channel. It shows that the oxyhemoglobin signal of a channel is exhibiting the waveform close | similar to the said main component, so that it is near. When the wave height of the oxyhemoglobin signal is low or the peak is delayed, the weight value tends to decrease. In the example shown in FIG. 5, not only the oxygen inhalation-related main component (Component 1) 501 but also the main components 2 to 5 (Component 2 to 5) are obtained and displayed as a graph for each channel. .

酸素吸入関連主成分501のチャンネル毎の重み値502を、頭部マップ上のチャンネル(計測点)の位置に濃淡や色相差等で表すことにより、図5のように重み値マップ503を作成する(ステップ308)。チャンネル間の位置についてはスプライン補完等により補完した値を濃淡や色相差等で表す。なお、図5の重み値マップ503は、脳の片側のチャンネル1〜24のトポグラフィ像であり、48チャンネル全体の重み値マップは、図6(a)または(b)のようになる。   A weight value map 503 is created as shown in FIG. 5 by expressing the weight value 502 for each channel of the oxygen inhalation-related principal component 501 at the position of the channel (measurement point) on the head map by the shading or hue difference. (Step 308). As for the position between channels, the value complemented by spline interpolation or the like is represented by shading or hue difference. The weight value map 503 in FIG. 5 is a topographic image of the channels 1 to 24 on one side of the brain, and the weight value map of the entire 48 channels is as shown in FIG. 6 (a) or (b).

重み値マップの左右差があるかどうかにより脳虚血の有無を判定する(ステップ309)。図6(b)のように、重み値マップに左右差が見られない場合は脳虚血なしと判定し、図6(a)のように左右差が見られる場合は重み値の低い部分を脳虚血ありと判定する。この判定は、制御部31の指示を受けた信号処理部30が画像処理を行って重みマップの濃淡のばらつき(分散)の左右差を求め、所定値以上である場合には、脳虚血有りと判定することが可能である。   The presence / absence of cerebral ischemia is determined based on whether there is a left-right difference in the weight map (step 309). As shown in FIG. 6B, it is determined that there is no cerebral ischemia when no left-right difference is seen in the weight value map, and when the left-right difference is seen as shown in FIG. Determined as having cerebral ischemia. In this determination, the signal processing unit 30 that has received an instruction from the control unit 31 performs image processing to determine the left-right difference in the shading variation (dispersion) of the weight map. Can be determined.

上述してきたように、本実施の形態の生体光計測装置は、エア切換器2を制御することにより、予め被検体9に装着したマスク7に対して供給する気体を瞬時に空気から酸素に、酸素から空気に切り換えることができる。これにより、安静状態で酸素をパルス状に投与することができ、脳組織中の酸素濃度の変化を精度良く計測することができる。また、被検体9に空気投与から酸素投与への切換を認識させないで、酸素をパルス状に投与することができるため、切り換え認識による大脳皮質の活動を生じさせることなく計測を行うことができる。よって、酸素投与による脳組織中の酸素濃度が変化する状態を精度良く計測することができる。   As described above, the living body optical measurement apparatus according to the present embodiment controls the air switch 2 to instantaneously change the gas supplied to the mask 7 previously attached to the subject 9 from air to oxygen. It is possible to switch from oxygen to air. Thereby, oxygen can be administered in a pulsed form in a resting state, and changes in oxygen concentration in brain tissue can be accurately measured. Further, since oxygen can be administered in a pulsed manner without causing the subject 9 to recognize switching from air administration to oxygen administration, measurement can be performed without causing cerebral cortex activity due to the switching recognition. Therefore, it is possible to accurately measure the state in which the oxygen concentration in the brain tissue due to oxygen administration changes.

また、本実施の形態では、手指の末梢血管で測定した酸素飽和度SpOデータを参照応答信号として用いることができる。図7に示すように、呼吸機能が健常な被検体9では、酸素投与に伴いSpOの時系列データが台形波状701に変化する。呼吸機能が低下している被検体9では、SpOの時系列データの波形702はピークに達するまでに時間が遅延し、最高酸素飽和度が低い傾向がある。よって、SpOデータを参照応答信号として用いることにより、呼吸機能の個人差による血中酸素濃度の影響を排除して、オキシヘモグロビン信号の主成分を判断することができる。これにより、呼吸機能の高低にかかわらず、脳組織の酸素運搬および拡散能力を判断することが可能である。 In the present embodiment, oxygen saturation SpO 2 data measured in the peripheral blood vessels of the fingers can be used as a reference response signal. As shown in FIG. 7, in the subject 9 with a normal respiratory function, the time-series data of SpO 2 changes to a trapezoidal wave shape 701 with the administration of oxygen. In the subject 9 in which the respiratory function is lowered, the time series data waveform 702 of SpO 2 is delayed until reaching a peak, and the maximum oxygen saturation tends to be low. Therefore, by using the SpO 2 data as a reference response signal, it is possible to determine the main component of the oxyhemoglobin signal by eliminating the influence of blood oxygen concentration due to individual differences in respiratory function. This makes it possible to determine the oxygen transport and diffusion ability of brain tissue regardless of the level of respiratory function.

実際に、健常な被検体9について本実施の形態の装置で測定を行ったところ、酸素の投与に伴いオキシヘモグロビンが台形波状に変化する所見が認められ、主成分分析を行った結果、81.8%の症例で重み値の左右差は見られなかった。このことから、重み値の左右差が見られないという所見は、健常人の典型的な所見であると確認できた。一方、脳虚血のある被検体9についての測定結果とSPECT所見を比較したところ、酸素吸入でのオキシヘモグロビン信号の上昇が、周囲の異常のない部位(健常部位)と比べて少ない部位では、主成分分析での重み値も低かった。この部位はSPECTでの脳血流低下部位と一致しており、脳虚血を示した所見であることが確認された。この虚血部位で酸素吸入関連主成分の重みが低くなる理由として、虚血により酸素の運搬・拡散が低下した脳組織においては、オキシヘモグロビン増加の程度が低く、かつ時間的にも遅延するために、SpO波形にマッチさせた酸素吸入関連主成分の重み値が、健常部分で高く、虚血部分では低くなるためであると考えられる。今回の解析で脳虚血と判定した部位とSPECTの所見が一致したのは76.7%であり、実用レベルの検出率であると考えられる。 Actually, when the healthy subject 9 was measured with the apparatus of the present embodiment, a finding that oxyhemoglobin changed in a trapezoidal wave shape with the administration of oxygen was observed, and as a result of principal component analysis, 81. There was no difference between the left and right weights in 8% of cases. From this, it was confirmed that the finding that there is no difference between the left and right weight values is a typical finding of healthy people. On the other hand, when the SPECT findings were compared with the measurement results for the subject 9 with cerebral ischemia, the increase in the oxyhemoglobin signal due to oxygen inhalation was small compared to the surrounding non-abnormal site (healthy site). The weight value in the principal component analysis was also low. This site was consistent with the site of reduced cerebral blood flow on SPECT, and it was confirmed that the findings showed cerebral ischemia. The reason why the weight of oxygen inhalation-related main components is reduced at the ischemic site is that the increase in oxyhemoglobin is low and delayed in the brain tissue where oxygen transport / diffusion is reduced by ischemia. Moreover, it is considered that the weight value of the oxygen inhalation-related main component matched with the SpO 2 waveform is high in the healthy part and low in the ischemic part. In this analysis, the site determined to be cerebral ischemia coincided with the SPECT findings at 76.7%, which is considered to be a practical level of detection rate.

また、図6(a)のように、頚部内頚動脈ステント留置術(CAS)を施す前には重み値に左右差があり、脳虚血ありと判断された被検体9は、CAS後には図6(b)のように重み値に左右差が殆どなくなっていた。同じ被検体9についてCAS前後でSPECTを測定したところ、術前に脳血流の低下していた部位の脳血流は左右差が見られなくなる程度まで増加しており、CASによる脳血流の増加が観察された。これにより、重み値の増加部位はSPECTで脳血流の回復した部位に一致していることが確認された。   Also, as shown in FIG. 6 (a), the subject 9 is judged to have cerebral ischemia after the CAS, because there is a left-right difference in the weight value before performing cervical internal carotid artery stenting (CAS). As shown in 6 (b), there was almost no difference between the left and right in the weight value. When SPECT was measured before and after CAS for the same subject 9, the cerebral blood flow at the site where cerebral blood flow had declined before the operation increased to such an extent that no left-right difference was seen. An increase was observed. As a result, it was confirmed that the site where the weight value increased coincided with the site where cerebral blood flow was recovered by SPECT.

なお、上述した実施の形態では、酸素飽和度SpOをパルスオキシメータ4により手指から測定しているが、脳以外の酸素飽和度が測定できればよく、パルスオキシメータ以外の装置で測定したものであっても構わない。また、手指以外の動脈血から測定してもよい。 In the above-described embodiment, the oxygen saturation level SpO 2 is measured from the finger with the pulse oximeter 4, but it is only necessary to measure the oxygen saturation level other than the brain, and is measured with a device other than the pulse oximeter. It does not matter. Moreover, you may measure from arterial blood other than a finger.

また、上記説明では、流量制御器5a、5bの流量を制御部31が設定しているが、手動で設定する構成や、出荷時に固定的に流量設定しておく構成にすることも可能である。   In the above description, the control unit 31 sets the flow rate of the flow rate controllers 5a and 5b. However, a configuration in which the flow rate is set manually or a configuration in which the flow rate is fixedly set at the time of shipment is also possible. .

本発明が適用される生体光計測装置のプローブ等を被検体に装着した状態の全体概要を示すブロック図。The block diagram which shows the whole outline | summary of the state which mounted | wore the subject with the probe of the biological light measuring device to which this invention is applied. 本発明の生体光計測装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the biological light measuring device of this invention. 図1の装置の動作を説明するフローチャート。The flowchart explaining operation | movement of the apparatus of FIG. 測定した一部チャンネルのオキシヘモグロビン信号を示すグラフ。The graph which shows the oxyhemoglobin signal of the measured partial channel. 測定したオキシヘモグロビン信号の主成分波形を示すグラフと、各主成分のチャンネル毎の重み値を示すグラフと、それぞれの重み値マップを示す図。The graph which shows the principal component waveform of the measured oxyhemoglobin signal, the graph which shows the weight value for every channel of each principal component, and the figure which shows each weight value map. (a)脳虚血がある被検体9の重み値マップを示す図、(b)脳虚血がない被検体9の重み値マップを示す図。(A) The figure which shows the weight value map of the subject 9 with cerebral ischemia, (b) The figure which shows the weight value map of the subject 9 without cerebral ischemia. 測定した酸素飽和度SpOを示すグラフ。Graph showing the measured oxygen saturation SpO 2.

符号の説明Explanation of symbols

1…光計測装置本体、2…エア切換器、3…切換制御器、4…オキシパルスメータ、5a…空気流量制御器、5b…酸素流量制御器、6a…圧縮空気供給源、6b…圧縮酸素供給源、9…被検体、10…光源部、11…半導体レーザ、12…光モジュール、13…光照射用光ファイバ、20…光計測部、21…検出用光ファイバ、22…フォトダイオード、23…ロックインアンプモジュール、24…A/D変換器、30…信号処理部、34…入出力部、31…制御部、32…記憶部、33…入出力部、40…プローブ、41…表示部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical measuring device main body, 2 ... Air switch, 3 ... Switching controller, 4 ... Oxypulse meter, 5a ... Air flow controller, 5b ... Oxygen flow controller, 6a ... Compressed air supply source, 6b ... Compressed oxygen Supply source, 9 ... subject, 10 ... light source, 11 ... semiconductor laser, 12 ... optical module, 13 ... optical fiber for light irradiation, 20 ... optical measuring part, 21 ... optical fiber for detection, 22 ... photodiode, 23 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Lock-in amplifier module, 24 ... A / D converter, 30 ... Signal processing part, 34 ... Input / output part, 31 ... Control part, 32 ... Memory | storage part, 33 ... Input / output part, 40 ... Probe, 41 ... Display part .

Claims (9)

少なくとも2波長の光を複数の光照射位置から被検体に照射する光照射部と、前記被検体内の複数の測定点をそれぞれ通過した光を複数の検出位置から検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果から前記複数の測定点のヘモグロビン濃度情報を算出する信号処理部と、
前記被検体に装着されたマスクに酸素または空気を選択的に供給する切換部とを有することを特徴とする生体光計測装置。
A light irradiation unit that irradiates the subject with light of at least two wavelengths from a plurality of light irradiation positions; a light detection unit that detects light that has passed through a plurality of measurement points in the subject from a plurality of detection positions; A signal processing unit that calculates hemoglobin concentration information of the plurality of measurement points from the detection result of the light detection unit;
A living body light measurement apparatus comprising: a switching unit that selectively supplies oxygen or air to a mask mounted on the subject.
請求項1に記載の生体光計測装置において、前記切換部を制御し、前記被検体に酸素をパルス状に投与する制御部を有することを特徴とする生体光計測装置。   The biological light measurement device according to claim 1, further comprising a control unit that controls the switching unit and administers oxygen to the subject in a pulsed manner. 請求項1または2に記載の生体光計測装置において、前記マスクに供給される空気および酸素の流量を3リットル/min以上15リットル/min以下に制御する流量制御部を備えることを特徴とする生体光計測装置。   The living body optical measurement device according to claim 1, further comprising a flow rate control unit that controls a flow rate of air and oxygen supplied to the mask to 3 liter / min or more and 15 liter / min or less. Optical measuring device. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の生体光計測装置において、前記被検体の脳を除いた部位で血中の酸素飽和度の時間変化を測定する手段をさらに有し、
前記光照射部は、前記被検体の頭部に光を照射し、前記光検出部は、前記被検体の脳内に位置する測定点を通過した光を検出し、
前記信号処理部は、前記ヘモグロビン濃度情報算出の処理に、前記酸素飽和度の時間変化を示す信号を用いることを特徴とする生体光計測装置。
The biological light measurement apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for measuring a temporal change in blood oxygen saturation at a site excluding the brain of the subject,
The light irradiation unit irradiates light on the head of the subject, the light detection unit detects light that has passed through a measurement point located in the brain of the subject,
The biological light measurement apparatus, wherein the signal processing unit uses a signal indicating a temporal change in the oxygen saturation in the process of calculating the hemoglobin concentration information.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の生体光計測装置において、前記光照射部は、前記被検体の頭部に光を照射し、前記光検出部は、前記被検体の脳内に位置する測定点を通過した光を検出し、
前記信号処理部は、前記被検体の脳を除いた部位で測定した酸素飽和度の時間変化を示す信号を取り込む手段を備え、前記ヘモグロビン濃度情報算出の処理に、前記酸素飽和度の時間変化を示す信号を用いることを特徴とする生体光計測装置。
4. The biological light measurement apparatus according to claim 1, wherein the light irradiation unit irradiates light on a head of the subject, and the light detection unit is placed in a brain of the subject. Detect the light that has passed through the measurement point,
The signal processing unit includes means for capturing a signal indicating a time change in oxygen saturation measured at a site excluding the brain of the subject, and the time change in the oxygen saturation is included in the processing for calculating the hemoglobin concentration information. A biological light measuring device using a signal indicating
請求項4または5に記載の生体光計測装置において、前記信号処理部は、前記光検出部の検出結果から前記複数の測定点についてそれぞれオキシヘモグロビン濃度変化信号を求め、これらのオキシヘモグロビン濃度変化信号に主成分分析を行い、前記酸素飽和度の時間変化信号と最も相関の大きい主成分を酸素吸入関連主成分として選択することを特徴とする生体光計測装置。   6. The biological light measurement device according to claim 4, wherein the signal processing unit obtains oxyhemoglobin concentration change signals for the plurality of measurement points from the detection result of the light detection unit, and these oxyhemoglobin concentration change signals. The living body optical measuring device is characterized in that the principal component analysis is performed on the main body and the principal component having the largest correlation with the time change signal of the oxygen saturation is selected as the principal component related to oxygen inhalation. 請求項6に記載の生体光計測装置において、前記信号処理部は、前記酸素吸入関連主成分が前記オキシヘモグロビン濃度変換信号にどの程度含まれるかを示す重み値を前記測定点ごとに求めることを特徴とする生体光計測装置。   The biological light measurement apparatus according to claim 6, wherein the signal processing unit obtains, for each measurement point, a weight value indicating how much the oxygen inhalation-related main component is included in the oxyhemoglobin concentration conversion signal. A biological light measuring device as a feature. 請求項7に記載の生体光計測装置において、前記信号処理部は、前記測定点ごとの前記重み値を、前記被検体の頭部の前記各測定点の位置において表す重み値マップを作成し、表示装置に表示させることを特徴とする生体光計測装置。   The biological light measurement apparatus according to claim 7, wherein the signal processing unit creates a weight value map that represents the weight value for each measurement point at the position of each measurement point on the subject's head, A biological light measurement device, characterized by being displayed on a display device. 請求項8に記載の生体光計測装置において、前記重み値マップは、前記重み値を濃淡で示すマップであり、前記各測定点の間の地点については、前記測定点の前記重み値を補間処理した値を示すことを特徴とする生体光計測装置。   9. The biological light measurement apparatus according to claim 8, wherein the weight value map is a map showing the weight values in shades, and for the points between the measurement points, the weight values of the measurement points are interpolated. The biological light measuring device characterized by showing the measured value.
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