JP2010012151A

JP2010012151A - 刺激呈示機能を有する生体光計測装置及び刺激課題呈示方法

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Publication number: JP2010012151A
Application number: JP2008176896A
Authority: JP
Inventors: Tsuse Tanii; 通世谷井; Shingo Kawasaki; 真護川崎; Tomoyuki Fujiwara; 倫行藤原; Akihiko Suzuki; 昭彦鈴木; Takumi Inakazu; 拓海稲員
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP5210733B2

Abstract

【課題】可視から近赤外の光を用いて脳機能を計測する生体光計測装置において、計測は一般的に刺激の呈示と安静を繰り返すことによって進められる。この際、刺激を繰り返すことにより被検者が安静中に次の刺激を予測し、無意識に身構えてしまい、その影響が結果にあらわれてしまう事が問題となっていた。
【解決手段】計測パラメータ設定の際に２種のランダム機能を実現し、被検者予測の問題を解決する。第１に安静時間を可変的にすることで次の刺激開始タイミングを被検者が予測できないようにする、第２に次に呈示する刺激種を可変的にすることで次に行うべき行動を予測できないようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、生体光計測装置及び刺激課題呈示方法に係り、特に、近赤外光を生体に照射し、生体内部を通過或いは生体内部で反射した光を計測し生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン量変化を計測する生体光計測装置及び刺激課題呈示方法に関するものである。

生体光計測装置は、生体内部の血液循環、血行動態及びヘモグロビン量変化を、簡便に被検体に対し低拘束で且つ害を与えずに計測できる装置であり、近年、多チャンネル装置による測定データの画像化が実現され、臨床への応用が期待されている。

可視から近赤外の光を用いて生体機能を計測する装置が、例えば特許文献１あるいは特許文献２に記載されている。この装置を用いて主に脳機能を計測する。被検者に刺激を与え、その時の計測データと安静状態でのデータを比較して脳活動を評価する。一般に刺激―安静を複数回繰り返し、計測終了後に加算平均などの処理を行って解析する。場合によって与える刺激は複数種（左右指タッピングの実験など）にのぼり、刺激間の脳活動の違いを測定するといったことも行われる。

従って、この種の装置を用いて計測データを得る際には、呈示刺激種、刺激時間、安静時間、刺激呈示順序、繰り返し回数、などのパラメータ設定が重要である。上記記載の装置の原理を用いてこれらのパラメータ設定をコンピュータの専門的な知識を要することなく分かりやすい操作で実現した装置が、例えば特許文献３あるいは特許文献４に記載されている。

刺激呈示の際に重要な要素の１つに被検者の予測というものがある。刺激―安静を複数回繰り返すうちに、何回目かの安静時に被検者が次の刺激を予測することによって、無意識に身構えてしまい、その影響が計測にあらわれてしまう。このような課題に対する有効な刺激呈示方法として、次の刺激の種類やタイミングをランダム化する機能を有する装置が、例えば特許文献５に記載されている。すなわち、特許文献５には、刺激呈示パターンの作成に際して、「ランダム刺激」を選択することによりランダムに１つの刺激が呈示されるように設定することができる。

特開昭５７-１１５２３２号公報特開昭６３-２７５３２３号公報特開２０００-２３７１９４号公報特開２００５-０９５４６５号公報特開２００７-５４１３８号公報

しかしながら、上記各特許文献に記載のものでは、測定者が使いやすく、効果的に脳活動を計測する装置としてはまだ十分でない。

すなわち、ランダム計測が可能であると同時に測定者の操作性を考慮した装置が必要であるが、特許文献１乃至特許文献４に記載の装置には、被検者に与える刺激呈示手段として自動かつランダム的な手法を用いているものがない。そのため、被検者の予測に関する問題を回避できない可能性がある。

一方、このような被検者の予測による準備態勢が測定に影響を与えてしまう恐れがあるという問題を解決する効果的な方法として、前記したように、特許文献５に記載の刺激呈示のランダマイズがある。しかし、このランダム呈示制御部においては、最も重要なランダム感に関してなお不十分である。すなわち特許文献５に記載の方式は、刺激あるいは安静時間の範囲すなわちランダムに設定された呈示時間の上限と下限、例えば１０〜２０秒の範囲で、設定するものである。この方式では、例えば呈示時間を１０［ｓ］〜２０［ｓ］と設定した場合、実際には１０［ｓ］、１２［ｓ］、１１［ｓ］…など被検者にランダム感を与えられない値が連続発生する可能性もある。さらに、出現頻度のコントロールに関しても十分でない。従って、複数個のランダムな刺激種候補の中である特定の刺激種の発生頻度が突出して高くなってしまう恐れがある。このような刺激種の出現頻度の偏りは測定結果を解析する上で不便である。このように、ランダマイズされた刺激呈示パターンに関し、個々の刺激や安静時間の発生形態が適切にコントロールされない可能性がある。そのため、計測結果を解析するのに適したデータを取得するという観点であまり有効でないデータが得られる可能性もある。

また、他の例として、測定者がマニュアル操作により、刺激―安静のタイミングを任意に与えることのできる刺激呈示法も知られている。これによってある程度人為的にランダム的な刺激呈示は可能である。しかし完全に測定者の手動操作となり、測定者のパーソナルコンピュータの操作が増えてしまう上に、複数回の計測において時間を完全一致させることが困難であること、刺激種の順序まで変更することは困難であること、などの理由から、計測結果を解析するのに適したデータを取得するという観点であまり有効ではない。すなわち、加算平均処理を施す際に設定するパラメータは安静時間に依存するが、現在の装置は設定の際に刺激―安静のタイミング等に制限はなく、もし解析処理の不可能なパラメータを設定したとしても、計算処理を実行するまでそれに気づくことはない。マニュアル操作により安静時間が可変的になると、この設定ミスは増加することが予想される。

そこで本発明の目的は、測定者の操作性向上を考慮すると共に、刺激呈示パターンに関し、個々の刺激や安静時間についてもその出現頻度の偏りがなく、計測結果を解析するのに適したデータを取得し得る生体機能計測装置及び刺激課題呈示方法を提供することにある。

本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明の生体光計測装置は、被検体に刺激を繰り返し呈示する刺激呈示部と、前記刺激呈示部を制御する刺激呈示制御部と、前記刺激の呈示と並行して、前記被検体に照射された光の通過光強度を複数の測定点で計測し、該測定点毎の前記通過光強度に対応する信号を測定データとして出力する光計測部と、前記光計測部からの測定データを処理して出力する信号処理部と、該信号処理部の処理結果を表示する表示部とを備え、前記刺激呈示制御部は、複数の刺激種で構成される刺激呈示パターンにおける個々の刺激種の呈示順若しくは呈示時間と該刺激呈示パターンの繰り返し周期とをランダムに設定するパラメータ設定部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、測定者の負担を増すことなく、刺激呈示パターンを構成する個々の刺激や安静時間についてその出現頻度の偏りがなく計測結果を解析するのに適したデータを取得できるようになり、より精度の高い脳活動計測を行うことができる。

本発明の代表的な実施例によれば、計測パラメータ設定の際に２種のランダム機能を実現し、被検者予測の問題を解決する。すなわち、第１に、刺激呈示パターンに関し、該刺激呈示パターンを構成する複数の刺激種個々の安静時間を可変的にすることで次の刺激開始タイミングを被検者が予測できないようにする、第２に、次に呈示する刺激種を個々に可変設定可能とすることで次に行うべき行動を予測できないようにする。

本発明の生体機能計測装置によれば、測定者に次の刺激種を明示することや、条件入力や解析の際に設定パラメータに制限を設けるなど、測定者の操作性向上を考慮した上で、刺激呈示に安静時間をランダムに設定することを可能とし、その際、よりランダム性を強調するために時間幅と共にＳｔｅｐ幅を設定する方法、また刺激呈示パターンを構成する複数種の刺激においてその出現頻度の偏りがなく、順序をランダムにする方法を備え、より精度の高い生体機能計測を行える装置を実現することができる。

以下、図を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
本発明の第一の実施例になる生体光計測装置は、近赤外光を生体内に照射し、生体の表面近傍から反射或いは生体内を通過した光(以下、単に通過光という)を検出し、光の強度に対応する電気信号を発生する装置である。この生体光計測装置は、図１に示すように、光トポグラフィ装置１として、近赤外光を照射する光源部１０と、通過光を計測し、電気信号に変換する光計測部１２と、光源部１０及び光計測部１２の駆動を制御する制御部１４とを備えている。制御部１４は、刺激呈示部１１０を介して被検者に与える刺激呈示パターンを構成する刺激課題呈示の種類や時間をランダムに設定するための刺激呈示制御部１００を備えている。

光源部１０は、所定の波長の光を放射する半導体レーザ１６と、半導体レーザ１６が発生する光を複数の異なる周波数で変調するための変調器を備えた複数の光モジュール１８とを備え、各光モジュール１８の出力光はそれぞれ光ファイバ２０を介して被検体２２の所定の計測領域、例えば頭部の複数箇所から照射される。なお、プローブホルダ２３は被検体２２に取り付けられており、光ファイバ２０はプローブホルダ２３に固定されている。

光源部１８は、ｎ個（ｎは自然数）の光モジュールを備える。光の波長は生体内の注目物質の分光特性によるが、ＨｂとＨｂＯ２の濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の光の中から１あるいは複数波長選択して用いる。

光計測部１２は、計測領域の複数の計測箇所から検出用光ファイバ２６を介して誘導された通過光をそれぞれ光量に対応する電気量に変換するフォトダイオード等の光電変換素子２８と、光電変換素子２８からの電気信号を入力し、光照射位置に対応した変調信号を選択的に検出するロックインアンプ３０と、ロックインアンプ３０の出力信号をデジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器３２とからなる。

光源部１０は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの２種類の測定対象に対応して２種類の波長、例えば６９５nm及び８３０nmの光を発生するように構成され、これら二波長の光は合成され一つの照射位置から照射される。ロックインアンプ３０は光照射位置とこれら二波長に対応した変調信号を選択的に検出する。光照射位置と検出位置との間の点(計測点)の数の２倍のチャンネル数のヘモグロビン量変化信号が得られる。これらの信号は、制御部１４でデジタル信号に変換されて信号処理部３４に送られる。

信号処理部３４は、デジタル信号に変換されたヘモグロビン量変化信号を処理し、酸素化ヘモグロビン濃度変化、脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、全ヘモグロビン濃度変化などをチャンネル毎に示すグラフやそれを被検体の二次元画像上にプロットした画像を作成する。生体光計測装置は、さらに、信号処理部３４の処理結果を表示する表示部３６と、信号処理部３４の処理に必要なデータや処理結果を記憶するための記憶部３８と、装置の動作に必要な種々の指令を入力するための入出力部４０を備えている。

制御部１４が備える刺激呈示制御部１００の具体的な構成例を、図２に機能ブロック図として示す。本実施例の生体光計測装置は、刺激課題の手生成、提示、解析などの処理を行なう刺激呈示制御部１００に加えて、被検体へのモニター画面等による刺激の呈示を行う刺激呈示部１１０、被検体からの応答手段であるマイク１１２、ボタン１１４、刺激呈示制御部１００の処理結果等を計測者用に表示する表示部３６等によって構成されている。表示部３６には、脳機能計測を行う光トポグラフィ装置１の出力も表示される。

刺激呈示制御部１００は、安静時間などの安静パラメータに関する設定を行う安静パラメータ設定部１０１、設定された安静パラメータのデータを保持する安静データベース１０２、刺激課題などの刺激パラメータに関する設定する刺激パラメータ設定部１０３、設定された刺激パラメータのデータを保持する刺激データベース１０４、及び、設定されたパラメータに基き安静課題や刺激課題を刺激呈示部１１０に呈示すると共に、呈示された刺激に対する被検体からの応答・反応を計測し、解析処理する課題提示制御部１０５を備えている。課題提示制御部１０５は、応答手段であるマイク１１２、ボタン１１４から得られる被検体からの応答を解析する解析部１０６及び、応答・反応の結果を解析処理しその結果を表示部３６に出力する解析部１０７を備えている。また、課題提示制御部１０５は、測定者が呈示刺激のランダム設定を行った場合、測定中に、可変的になった次の呈示刺激種や呈示タイミングを表示部３６に表示して測定者に知らせる機能を有している。光トポグラフィ装置１は、可視から赤外領域における波長の光を被検体（被験者の頭部）に照射し、被検体を通過した複数信号の光を同一の光検出器で検出する機能を有している。なお、制御部１４における刺激呈示制御部１００や光トポグラフィ装置１の処理機能は、ホストコンピュータやそれにネットワーク接続されたパーソナルコンピュータ内のメモリにロードされた各種のプログラムをＣＰＵにて実行することにより実現される。

また、安静パラメータ設定部１０１、刺激パラメータ設定部１０３等における各種パラメータの設定を含むデータの入出力は入出力部４０で行っても良く、あるいは、表示部３６の入出力機能、例えば、パーソナルコンピュータの表示画面のユーザーインターフェース機能を利用して行うようにしても良い。

図３は、図２のパラメータ設定部１０１、１０３の詳細な構成例を示す機能ブロック図である。パラメータ設定部は、コンピュータプログラムを用いて実現される機能として、「フィードバック発生部」１２０、「ランダム発生部」１３０、「手動発生部」１４０を備え、刺激パラメータの発生形態としていずれかを選択して設定することができる。「フィードバック発生部」１２０では、刺激課題時の正答率や反応時間をリアルタイムに用いて課題呈示が自動的に設定される。「ランダム発生部」１３０では刺激課題の種類、時間がランダムに設定される。「手動発生部」１４０では操作者が任意に設定した課題種類、時間が適用される。

「ランダム発生部」１３０は、刺激呈示タイミングをランダムにする機能「ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ」１３１と、刺激呈示順序をランダムにする機能「ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ」１３２とを備えている。これにより、複数の刺激や安静時間で構成される刺激呈示パターンに関し、そのパターン全体に対してのみならず、刺激呈示パターンを構成する個々の刺激や安静時間についても、適切な設定が可能になる。すなわち、刺激呈示タイミングをランダムにする機能１３１は、呈示する刺激を設定する刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）１３３と、刺激種に識別記号を割り振って刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）１３３にその刺激をセットするための刺激種セット部（ＭａｒｋＣｌａｓｓ）１３４と、各刺激種にそれぞれ任意の名前を入力する名前入力部（Ｎａｍｅ）１３５と、刺激時間を設定する刺激時間設定部（Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）１３６と、安静時間を入力し設定する安静時間設定部（Ｒｅｌａｘ）および（ＲｅｌａｘＥｎｄ）１３７と、安静時間のＳｔｅｐ幅を設定する部分（Ｓｔｅｐ）１３８と、繰り返し回数を設定する繰り返し回数設定部（ＲｅｐｅａｔＣｏｕｎｔ）１３９とで構成される。被検者に与える刺激種数だけ所定の項目を設定し、刺激種セット部を押下することでその識別記号が入力され、刺激呈示パターンを構成する呈示刺激としてセットされる。

刺激呈示順序をランダムにする機能１３２は、上記刺激設定部１３３と、刺激種セット部１３４と、名前入力部１３５と、刺激時間設定部１３６と、安静時間設定部１３７と、１３９とで構成される。刺激呈示は、刺激設定部１３３にて設定した複数の刺激種で構成される刺激呈示パターンの呈示順序がランダムになるという方法で行われる。

図４は、本実施例の生体光計測装置による計測風景の模式図である。図４に示すように、被検体２２は、光トポグラフィ装置１による脳機能計測と並行して、刺激呈示制御部１００からの刺激を受け、その応答がマイク１１２やボタン１１４等の応答処理装置を介して刺激呈示制御部１００へ伝達される。刺激呈示制御部１００は、応答結果を安静データベース１０２や刺激データベース１０４（以下、特に区別の必要がないときは、単に、刺激呈示制御部１００のデータベース）に記録する。

課題が「ボタン判定」の場合、被検体２２に、例えば、画面１１０上に○が表示されたときにコントローラーのボタン１１４を押し、×が表示されたときにボタンを押さないという操作を繰り返す課題を与える。安静時間の後に呈示される刺激課題としては○と×の両者が表示される。あるいは、安静時には所定の同じボタンを押し、刺激課題としては異なるボタンを押すという課題が与えられる。被検体２２がコントローラーのボタン１１４を押したタイミングが反応時間、反応回数として刺激呈示制御部１００のデータベースに記録され、モニター画面１１０上に表示された○×表示とボタン押し有無との一致が正答率として記録される。

また、課題が「マイク判定」の場合、被検体に、所定の安静時間を与え、あるいは安静課題として例えば「あ・い・う・え・お」の発話の繰り返しの課題を与え、その後、刺激課題として呈示頭文字・語想起数の課題を与えるようにしても良い。発話音声はマイク１１２で刺激呈示制御部１００のデータベースに記録され、単語間の音節を区切りとして発話反応時間、発話回数が計測される。記録された反応時間、反応回数、正答率等はリアルタイムに刺激呈示制御部１００の表示部３６に表示される。

図５は、「ボタン判定」、「マイク判定」による課題の判定基準の一例を示す表である。課題が「ボタン判定」の場合、被検体に、例えば所定のボタン操作を要する課題を与え、その時の、被検体の正答率、応答時間、反応回数について、表に示した基準に基づいて閾値を設定し、判定の基準とする。さらに、課題が「マイク判定」の場合、被検体に所定の発声を繰り返す課題を与え、その時の、被検体の発話速度、発話の大きさについて、表に示した基準に基づいて閾値を設定し、判定の基準とする。

図６は、表示部３６に表示され、計測者が操作できるよう設計されたユーザーインターフェース部の構成例を示す図である。刺激呈示パターンを設定するためのメイン画面２００と、安静パラメータや刺激呈示パターンのパラメータを設定するための入出力設定画面２０４、入出力設定画面２０４で選択された刺激発生のタイプに基いて遷移し、各々より具体的に刺激発生の設定を行うための入出力設定画面２０６、２０８、２１０等がある。

計測者は、まず、メイン画面２００を操作して、刺激呈示制御部１００の各種パラメータの入力・設定を行う。図７は、刺激呈示制御部１００のデータベース１０２、１０４に記録される情報の一例を示している。メイン画面２００に表示される刺激パラメータ設定部２０４において、各種パラメータなどの初期設定を行ない、その結果は、刺激呈示制御部１００のデータベース１０２、１０４に記録される。入出力設定画面２０４で、刺激課題発生パラメータの「ランダム発生」を選択すると、ランダム刺激設定画面２１０に遷移する。

図６の刺激課題発生パラメータの入力・設定画面２０４では、刺激課題の呈示方法、回数の設定を行う。この例では、「フィードバック発生」、「ランダム発生」、「手動発生」のいずれかを選択することが可能である。「フィードバック発生」では、刺激課題時の正答率や反応時間をリアルタイムに用いて課題呈示が自動的に設定される。例えば、刺激課題中のボタン押し正答率、反応時間が良く、被検体にとって容易な課題となっている場合には呈示時間を短めにして難易度を上げることが可能である。また、刺激課題中の語想起数が少ない場合には単語数の多い頭文字を自動的に呈示し、被検体を課題に集中させることも可能である。「ランダム発生」では刺激課題の種類、時間がランダムに設定される。「手動発生」では操作者が任意に設定した課題種類、時間が適用される。

「フィードバック発生」、「ランダム発生」では課題呈示時間がリアルタイムに調整される。調整時間幅は「刺激課題呈示時間幅」に入力された値を使用する。

「ボタン判定」の場合、反応回数は、ボタンを押したときを検出する。課題時の正答率・反応時間（平均値、標準偏差値）・反応回数の例として、反応回数に対する正答率は、６回〜１２回／１０回〜２０回（６０％）として求める。また、ボタンを押すまでの反応時間（平均値）を（２００〜３００ｍｓ）／回数＝Ａとして、標準偏差値（バラツキ）を次式で求める。

（（Ａ_１−Ａ）^２＋（Ａ_２−Ａ）^２…＋（Ａ_ｎ−Ａ）^２）／Ｎ＝１００〜１５０ｍｓ
さらに、課題が「マイク判定」の場合、閾値として、被検体の発話速度は、音声波形のピーク値から次のピーク値までの時間間隔を１０００ｍｓ±１００ｍｓとする。この波形値は、例えば加速度計で計測する。発話の大きさは、２０ｄＢ〜３０ｄＢとし、例えば波形を視覚で観測する。

図８は、本実施例の生体光計測装置による計測、解析の全体的な処理の流れを表すフローチャートである。測定者は、まず、被検者２２にプローブホルダ２３を装着し（Ｓ８０１）、次に、入出力部４０にて、計測パラメータを設定する（Ｓ８０２）。すなわち、刺激呈示パターンを構成する刺激種、刺激時間、安静時間、及び繰り返し回数などを設定する。これらのデータはデータベースに保持される。

ここで、計測パラメータの設定に関して、図９乃至図１０を参照して説明する。

図９は、入出力部４０のメイン画面を模式的に表した図である。図６に示した各種パラメータの入力・設定画面２０４の刺激課題発生パラメータの項目で「ランダム発生」を選択した場合にこのメイン画面２１０が表示される。

メイン画面２１０は、計測データ表示部２１１と被検者情報、計測日時、計測条件などの情報を表示する情報表示部２１２と、計測開始、終了など計測を行う際に操作する操作部２１３から成っている。計測データが波形やトポグラフィ画像でリアルタイムに表示され、解析結果データについてもこの画面上に表示される。測定者はこのメイン画面２１０を見ながら計測を進める。情報表示部２１２には、次回刺激表示部２１４が設けられている。これにより、「ランダム発生」を選択して複数の刺激（Stim）をランダムに呈示する設定を行った場合に、可変的になった次の呈示刺激種や呈示タイミングを、測定者のために表示する。図９の次回刺激表示部２１４の表示例は、次回の刺激として、"Stim A"が２４．９秒後に呈示されることを示している。これにより、測定者の負担を増すことなく、測定者が被検者に的確な刺激を与えることを可能とする。すなわち、刺激呈示パターンの設定において、刺激種の出現頻度の偏りを排除することができる。

計測パラメータの設定（Ｓ８０２）が完了し、次に、刺激計測が開始されると（Ｓ８０３）、信号処理部３４は計測中得られたヘモグロビン信号を順次処理し、表示部３６はその信号をメイン画面２１０上にリアルタイムに表示する。すなわち、ヘモグロビン変化信号等の計測データが波形やトポグラフィ画像でリアルタイムにメイン画面２１０に表示される。また、測定者が入力したパラメータ情報も常にメイン画面上に表示される。測定者は、メイン画面２１０上の操作部２１３のボタン操作で計測を進める。計測パラメータの設定において、刺激呈示順序をランダムにした場合、刺激計測における刺激種がランダムとなる（ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ）。

引き続いて、安静時の計測が開始され（Ｓ８０４）、計測データ、例えばヘモグロビン変化信号、が波形やトポグラフィ画像でリアルタイムにメイン画面２１０に表示され、測定者は、メイン画面２１０上の操作部２１３のボタン操作で計測を進める。計測パラメータの設定において、刺激呈示順序をランダムにした場合、安静時間がランダムとなる（ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ）。１組の刺激計測と安静時間を刺激セットとして、所定の繰り返し回数だけ、計測が繰り返される。

計測終了後、測定者が入出力部４０にて、加算平均処理などの解析を行うための解析パラメータを設定し（Ｓ８０５）、これに基いて、制御部１４で解析処理が行なわれる（Ｓ８０６）。その結果は、データベースに保持されると共に、信号処理部３４を経て表示部３６のメイン画面に表示される（Ｓ８０７）。

図１０は、図８のフローチャートの計測パラメータ設定（Ｓ８０２）の際に、刺激課題発生パラメータとして「ランダム発生」を選択した場合に、呈示刺激設定部１１０のモニター画面に表示される入力前の表示画面３００の一例である。表示画面３００は、刺激呈示法を選択するコンボボックス３０１で、刺激呈示タイミングをランダムにする手法で計測する場合は「ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ」（図１１参照）を、順序をランダムにする手法で計測する場合「ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ」（図１３参照）を選択する。すると、設定するべき項目が編集可能となる。

刺激呈示タイミングをランダムにする「ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ」を選択した場合の表示画面３００では、呈示する刺激を設定する刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８と、刺激種に識別記号を割り振って刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８にその刺激をセットするための刺激種セット部（ＭａｒｋＣｌａｓｓ）３０２と、各刺激種にそれぞれ任意の名前を入力する名前入力部（Ｎａｍｅ）３０３と、刺激時間を設定する刺激時間設定部（Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）３０４と、安静時間を入力し設定する安静時間設定部（Ｒｅｌａｘ）３０５および（ＲｅｌａｘＥｎｄ）３０６と、安静時間のＳｔｅｐ幅（継続時間）を設定する部分（Ｓｔｅｐ）３０７と、繰り返し回数を設定する繰り返し回数設定部（ＲｅｐｅａｔＣｏｕｎｔ）３０９とが表示されて入力可能（有効）となる。そこで、被検者に与える刺激種数だけ上記各項目３０３〜３０７を設定しボタン３０２を押下すると（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８の左から順にその識別記号が入力され、刺激呈示パターンとしてセットされる。安静時間のランダム幅は（Ｒｅｌａｘ）３０５以上（ＲｅｌａｘＥｎｄ）３０６以下で、その範囲内で安静時間の（Ｓｔｅｐ）３０７のＳｔｅｐ幅ごとの数字がランダムで発生する。刺激呈示の順序は刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８にて設定した順である。

一方、刺激呈示順序をランダムにする「ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ」を選択した場合の表示画面３００では、刺激設定部３０８と、刺激種セット部３０２と、名前入力部３０３と、刺激時間設定部３０４と、安静時間設定部３０５と、繰り返し回数設定部３０９が入力可能（有効）となる。なお、安静時間は一定である。刺激呈示は、刺激設定部３０８にて設定した刺激種の呈示順序がランダムになるという方法で行われる。従って、この場合の刺激呈示パターンでは、１ＲｅｐｅａｔＣｏｕｎｔ内に設定された刺激種が全て出現し、刺激種間の出現頻度は一致する。

すなわち、刺激呈示タイミングをランダムに設定する場合は、図１１の「ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ」の設定画面を介して設定する。「ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ」の設定画面は、刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８、刺激種セット部（ＭａｒｋＣｌａｓｓ）３０２、名前入力部（Ｎａｍｅ）３０３、刺激時間設定部（Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）３０４と、安静時間設定部（Ｒｅｌａｘ）３０５および（ＲｅｌａｘＥｎｄ）３０６、安静時間のＳｔｅｐ幅を設定（Ｓｔｅｐ）３０７、繰り返し回数設定部（ＲｅｐｅａｔＣｏｕｎｔ）３０９が有効となる。被検者に与える刺激種数だけ上記各項目３０３〜３０７を設定しボタン３０２、例えばＡ，Ｂを押下すると（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８の左から順にその識別記号、例えばＡ，Ｂ、が入力され、呈示刺激としてセットされる。なお、（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８のボタンを押下することでその刺激種はキャンセルされ、残りの刺激種の識別記号が繰上げ表示される。安静時間のランダム幅は（Ｒｅｌａｘ）３０５以上（ＲｅｌａｘＥｎｄ）３０６以下で、その範囲内で安静時間のＳｔｅｐ幅ごとの数字がランダムで発生する。刺激呈示の順序は刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８にて設定した順である。すなわち、刺激呈示パターンを構成する安静時間のランダム幅には、測定結果を解析するのに適したデータを取得できるようにすると共に被検者の予測を排除するという観点で、予め、上限、下限値、及び長さの差の上下限値が設定されており、かつ、トータルの計測時間がコントロールされたものとなる。

図１１の具体的な数値は「ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ」における設定例である。図１１ように安静時間設定部（Ｒｅｌａｘ）３０５、（ＲｅｌａｘＥｎｄ）３０６、（Ｓｔｅｐ）３０７を設定した場合、安静時間は、１０［ｓ］、２０［ｓ］、３０［ｓ］、４０［ｓ］、５０［ｓ］、６０［ｓ］のいずれかでランダムに発生する。また、名前入力部（Ｎａｍｅ）３０３で入力されたStim（刺激）A、Stim（刺激）Bが、刺激設定部（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）３０８に設定された順序に基づき、それぞれ刺激A,刺激Bの順序で、かつ、刺激時間設定部（Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）３０４で設定された刺激時間１５［ｓ］、安静時間が（ランダム時間）で、繰り返し回数設定部（ＲｅｐｅａｔＣｏｕｎｔ）３０９の設定に基き、計５回発生する。本実施例によれば、刺激呈示パターン中の安静時間の長さは、上限が６０秒となっており、安静時間の長さの差は少なくとも１０秒である。換言すると、本発明では、刺激呈示パターンとして、実質的に長さに変化の無い安静時間、例えば、３１［ｓ］、３２［ｓ］、３３［ｓ］のような連続した安静時間の設定はできないように構成されている。

また、順序をランダムにする手法で計測する場合は、図１２の「ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ」の設定画面を介して設定する。「ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ」の設定画面は、刺激設定部３０８とセット部３０２と、名前入力部３０３と刺激時間設定部３０４と安静時間設定部３０５と繰り返し回数設定部３０９が有効となる。なお、安静時間は一定である。刺激呈示は、刺激設定部３０８にて設定した刺激種の呈示順序がランダムになるという方法で行われる。従って１ＲｅｐｅａｔＣｏｕｎｔ内に設定された刺激種が全て出現し、刺激種間の出現頻度は一致する。すなわち、測定結果を解析するのに適したデータを取得できるようにすると共に被検者の予測を排除するという観点で、刺激呈示パターンの刺激課題の呈示順序が予め設定された範囲内でランダムに変更され、かつ、トータルの計測時間がコントロールされたものとなる。

図１２の具体的な数値は「ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ」における設定例である。図１２のように安静時間設定部（Ｒｅｌａｘ）３０５を設定した場合、Stim A、Stim B、Stim Cが順序を変えて、例えば、「刺激C、刺激A、刺激B」、「刺激B、刺激C、刺激A」、「刺激A、刺激C、刺激B」等のように、計５回、それぞれ刺激時間１５［ｓ］、安静時間３０［ｓ］で発生する。

本実施例では、加算平均処理を行う際に設定するパラメータ部を表し、パラメータの入力制限を設けている。まず、図１３は、図８のフローチャートの加算平均による解析処理（Ｓ８０５、Ｓ８０６）を行う際の、メイン画面２１０のパラメータ設定画面である。「Pre Time」、「Recovery Time」、「Post Time」の各項目を設定し、OKボタンを押下することで加算平均処理解析が行われる。加算平均処理解析の処理の詳細については、特許文献３の引用をもって、詳細な説明に代える。解析処理可能なパラメータの範囲は安静時間を図に示した「Pre Time」、「Recovery Time」、「Post Time」の３つの時間単位に区切り、そこからデータ切り出しを行なうという手法の性質上、安静時間設定部（Ｒｅｌａｘ）３０５および（ＲｅｌａｘＥｎｄ）３０６で設定された最小の安静時間に依存する。本発明では、刺激呈示パターンにおけるこの最小の安静時間に制限がある。

次に、図１４は、加算平均処理の切り出しを説明する図である。刺激呈示パターンの安静時間はセット部（ＭａｒｋＣｌａｓｓ）３０２で設定された識別記号毎に設定可能であるから可変的である。また、安静時間のランダム化によっても可変的になった。一方、加算解析でデータを切り出す際に設定する３つのパラメータ(図１３のPre Time)、「Recovery Time」、「Post Time」)に関しては一意である。「Recovery Time」＋「Post Time」あるいは「Recovery Time」＋「Pre Time」がそれぞれ安静時間を越えないことが切り出しの条件である。従って、３つのパラメータ、Pre Time」、「Recovery Time」、「Post Time」は、最小の安静時間を基に設定しなければならない。

例えば、図１１および図１２のように安静時間を設定し、「Recovery Time」を２０［ｓ］と設定した場合、「Pre Time」と「Post Time」の上限値はそれぞれ１０［ｓ］以内である。安静時間設定部に入力時間値の範囲に制限を設け、範囲外の入力設定はできないようにする。すなわち、本発明では、刺激呈示パターンにおける、最小の安静時間、換言すると、加算平均処理解析のために取得される最小時間（下限）が予め設定されている。換言すると、測定結果を解析するのに適したデータを取得できるように、安静時間のランダム化に制限が加えられている。

以上述べたように、本発明によれば、計測パラメータ設定の際に、２種のランダム機能が実現される。まず、第１に刺激呈示パターンの安静時間を可変的にすることで次の刺激開始タイミングを被検者が予測できないようにする、第２に、刺激呈示パターンにおいて次に呈示する刺激種を可変的にすることで、次に行うべき行動を予測できないようにする。このように、計測パラメータの設定に２種のランダム機能を付加することにより、確実にランダムな繰り返しの刺激を被検者に与えることができる。そのため、被検者が安静中に次の刺激を予測して無意識に身構えてしまい、その影響が結果にあらわれてしまう、という事態の発生が防止される。また、刺激呈示パターンにおける安静時間のランダム幅には、測定結果を解析するのに適したデータを取得できるように、予め、上限、下限値、及び長さの差の上下限値が設定されている。したがって、常に的確な測定、解析が可能となる。

本発明の実施例になる刺激呈示機能を有する生体光計測装置の全体構成を説明するための図である。図１の制御部刺激呈示制御部の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。図２のパラメータ設定部の詳細な構成例を示す機能ブロック図である。本実施例の生体光計測装置による計測風景の模式図である。「ボタン判定」、「マイク判定」による安静状態の判定基準の一例を示す表である。本実施例の刺激呈示制御部の各種パラメータの入力・設定画面の一例を示す模式図である。本実施例の刺激呈示制御部のデータベースに記録される情報の一例を示している。本実施例の生体光計測装置による計測、解析の全体的な処理の流れを表すフローチャートである。本実施例における、計測中に測定者に表示されるメイン画面を示す図である。本実施例の呈示刺激設定部（入力前）を説明するための図である。本実施例による呈示刺激「ＲｅｌａｘＲａｎｄｏｍ」の設定画面を説明するための図である。本実施例による呈示刺激「ＭａｒｋＲａｎｄｏｍ」の設定画面を説明するための図である。本実施例による、加算平均処理を行う際に設定するパラメータ部を表し、パラメータの入力制限を設けたことを説明する図である。本実施例による、加算平均処理におけるデータ切り出しを説明する図である。

符号の説明

１…光トポグラフィ装置、１０…光源部、１２…光計測部、１４…制御部、１６…半導体レーザ、１８…光モジュール、２０…光ファイバ、２２…被検体、２６…検出用光ファイバ、２８…光電変換素子、３０…ロックインアンプ、３２…Ａ/Ｄ変換器、３４…信号処理部、３６…表示部、３８…記憶部、４０…入出力部、１００…刺激呈示制御部、１０１…安静パラメータ設定部、１０２…安静データベース、１０３…刺激パラメータ設定部、１０４…刺激データベース、１０５…課題提示制御部、１１０…刺激呈示部、２１０…メイン画面、２１１…計測データ表示部、２１２…情報表示部、２１３…操作部、２１４…次回刺激表示部、３０１…刺激呈示法選択部、３０２…刺激セット部、３０３…刺激名入力部、３０４…刺激時間設定部、３０５…安静時間設定部１、３０６…安静時間設定部２、３０７…安静時間Ｓｔｅｐ幅設定部、３０８…刺激種設定部、３０９…繰り返し回数設定部。

Claims

被検体に刺激を繰り返し呈示する刺激呈示部と、
前記刺激呈示部を制御する刺激呈示制御部と、
前記刺激の呈示と並行して、前記被検体に照射された光の通過光強度を複数の測定点で計測し、該測定点毎の前記通過光強度に対応する信号を測定データとして出力する光計測部と、
前記光計測部からの測定データを処理して出力する信号処理部と、
該信号処理部の処理結果を表示する表示部とを備え、
前記刺激呈示制御部は、複数の刺激種で構成される刺激呈示パターンにおける、個々の刺激種の呈示順若しくは呈示時間と、該刺激呈示パターンの繰り返し周期とを、ランダムに設定するパラメータ設定部を備える
ことを特徴とする生体光計測装置。
請求項１において、
前記刺激に関するパラメータは、刺激種、刺激時間、安静時間、繰り返し回数を含み、
前記パラメータ設定部は、前記刺激呈示パターンを構成する個々の刺激種が呈示される刺激時間の幅、及び前記安静時間のStep幅を設定する機能を有する
ことを特徴とする生体光計測装置。
請求項１において、
前記パラメータ設定部は、前記被検体に与える複数の刺激種を予め選定し、前記刺激呈示パターンを構成する複数の刺激種の個々の呈示タイミング及び安静時間をランダムに設定する機能を有する
ことを特徴とする生体光計測装置。
請求項１において、
前記パラメータ設定部は、前記被検体に与える複数の刺激種を予め選定し、前記刺激呈示パターンを構成する複数の刺激種の個々の呈示順序をランダムとし、安静時間を一定に設定する機能を有する
ことを特徴とする生体光計測装置。
前記パラメータ設定部は前記測定者に次の刺激呈示種を知らせる表示部を備えることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置。
請求項１において、
前記信号処理部で処理されたデータに基いて加算平均による解析処理を行う機能を備えており、
前記解析処理に必要な時間に基いて、前記パラメータ設定部による前記刺激に関するパラメータに時間的な制限を与えるリミット機能を有する
ことを特徴とする生体光計測装置。
請求項６において、
前記解析処理に必要な時間に基いて、前記安静時間の上限値及下限値を設定する
ことを特徴とする生体光計測装置。
生体光計測装置における刺激課題呈示制御方法であって、
前記生体光計測装置は、被検体に刺激を繰り返し呈示する刺激呈示部と、前記刺激呈示部を制御する刺激呈示制御部と、前記被検体に照射された光の通過光強度を複数の測定点で計測し該測定点毎の前記通過光強度に対応する信号を測定データとして出力する光計測部と、前記光計測部からの測定データを処理して出力する信号処理部と、該信号処理部の処理結果を表示する表示部とを備えており、
前記刺激呈示制御部において、前記刺激呈示のパラメータとして、刺激呈示パターンを構成する複数の刺激種について個々の呈示順若しくは呈示時間と該刺激呈示パターン繰り返し周期とをランダムに設定し、
前記設定されたパラメータに基き、前記刺激呈示部で前記被検体に前記刺激呈示パターンを構成する前記複数の刺激種をランダムに呈示し、
前記刺激の呈示と並行して前記被検体に照射された光の通過光強度の測定データを処理して該処理結果を前記表示部に表示する
ことを特徴とする生体光計測における刺激課題呈示方法。