JP2010252906A

JP2010252906A - 生体光計測装置

Info

Publication number: JP2010252906A
Application number: JP2009104004A
Authority: JP
Inventors: Tsuse Tanii; 通世谷井
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】
生体光計測装置における複数データの解析および出力表示において、解析から結果表示までの時間短縮、さらには、解析条件の設定ミスの軽減を図る。
【解決手段】
生体光計測装置において、複数の計測データを同条件で一括解析し、また、複数の計測または解析データを同条件で一括出力表示するように構成する。そして、同条件で一括解析するために、生体光計測装置が有する解析機能を示す画面を表示し、当該画面上で解析機能の設定を行う。また、同条件で一括出力表示するために、表示形式、レイアウト等の設定を行う画面を表示し、当該画面上で表示形式、レイアウト等の設定を行う。
【選択図】図4

Description

本発明は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光トポグラフィ装置が提案され、実用化されている（特許文献１）。この装置に関する基本機能および形態については、例えば（特許文献２）に記載されている。
1つの計測データを得るまでには装置のユーザインタフェース部を測定者が操作することにより、モード選択、初期設定、表示形式設定、計測デザイン設定など各種設定を行った上で計測を実施し、ファイル登録する流れとなる。
また、このようにして得た計測データは、次に解析処理が施される。1つの解析データを得るためには、対象となる計測データが登録されたファイルを読み込み、処理方法や表示形式を選択、設定した上で解析を実施し、得られた画像を解析済データとしてファイル登録する。解析処理として、フィルタ処理、フィッティング処理、加算平均処理、ノイズ除去などの手法が提案されており、これらについては（特許文献３）あるいは（特許文献４）に記載されている。

特開平１１−３１１５９９号公報特許第４１５６５８５号公報特開２００２−１７７２８１号公報特開２００３−１０１８８号公報

しかしながら、上記公知文献では、測定者が複数の計測データに対して、解析を行い、結果を得るまでの操作性に関して十分でない。
一般的に生体光計測装置における計測では、複数人、あるいは同じ被検者であっても複数回の計測を行い、その上で、それらの計測データを同条件で解析するという方法がしばしば用いられる。つまり、同条件で解析することを前提として同条件で複数回の計測を行なう場合が多い。解析手法としては、（特許文献１）に記載の装置の一解析機能である加算平均、信号のフィルタ処理、移動平均処理などが用いられるが、これまでこれらの解析処理を計測データ1つ1つに対して操作者自らが手動操作により行い、その都度結果画面を確認、ファイル登録する、という方法で行っていた。そのため、手順は同じながらも操作者は手動設定で行なわなければならず、解析処理に膨大な時間と手間がかかっていた。また、操作者は手動で設定を行うため、単純な設定ミスを犯してしまう可能性も高かった。また、こうして得た同条件解析の結果表示に関しては、臨床の場面ではその結果画面をプリントアウトしてカルテに挟みこむ、といった用い方をしていることが多い。なお、結果画面としては計測チャンネルごとに順次波形表示するもの、測定状態に合わせたレイアウトで波形表示するもの、あるいはトポグラフィ表示するものなど、いくつかの表示形式を有する。しかし、上記公知文献では基本的に結果の出力は1データ対応である。上記のような表示を行う場合、操作者が1データごと読み込み、出力し、レイアウトを考慮して結果図を配置する、といった操作者の手動操作が必要であり、やはり非常に多くの時間を費やした。

そこで本発明は、複数の計測データの解析および出力表示において、同条件での一括処理及び表示を簡便に行うことができる機能を備える生体光計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、まず、近赤外光を被検体に照射する光源部と、被検体の複数の測定点における通過光強度を計測し、測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の計測データとして出力する光計測部と、前記光計測部からの計測データを解析処理及び表示処理して画像化する信号処理部と、前記信号処理部の処理結果を表示する表示部と、装置の動作に必要な指令を入力する入力部と、装置の各部を制御する制御部とを備えた生体光計測装置において、前記制御部は、複数の計測データを同条件で一括解析し、また、複数の計測または解析データを同条件で一括出力表示するように装置の各部を制御するものである。

また、本発明は、上記の生体光計測装置において、同条件で一括解析するために、前記表示部は、当該生体光計測装置が有する解析機能を示す画面を表示し、前記入力部は、当該画面上で解析機能の設定を行うものである。

また、本発明は、上記の生体光計測装置において、同条件で一括出力表示するために、前記表示部は、表示形式、レイアウト等の設定を行う画面を表示し、前記入力部は、当該画面上で表示形式、レイアウト等の設定を行うものである。さらに、前記表示部は、出力データをソートする項目を画面に表示し、前記入力部は、当該画面上でソートする項目の選択を行うようにしても良い。

また、本発明は、上記の生体光計測装置において、前記表示部は、計測データ又は解析データを一覧で表示し、前記入力部は、一覧表示された計測データ又は解析データから解析対象データ又は表示対象データを複数選択可能としたものである。

また、本発明は、上記の生体光計測装置において、前記表示部は、当該生体光計測装置が有する解析機能を示す画面、及び、表示形式、レイアウト等の設定を行う画面を表示し、前記入力部は、当該画面上で、それぞれ、解析機能の設定、及び、表示形式、レイアウト等の設定を行うものである。

以上、本発明によれば、生体光計測装置における複数の計測データの解析および結果表示に費やしていた時間の短縮と扱いやすさを実現するとともに、単純な設定ミスを防ぎ、信頼性を向上させることができる。

本発明の全体構成を説明するための図である。本計測装置を起動すると表示されるメイン画面のイメージ図である。本計測装置にて計測したデータファイルを管理し表示するファイル管理画面である。計測データを一括処理し、登録するまでのフローチャートである。解析条件設定画面を説明するための図である。登録データを一括表示するまでのフローチャートである。表示形式設定画面を説明するための図である。一括出力された結果画面のイメージ図である。

生体光計測装置(以下、光トポグラフィ装置)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。この光トポグラフィ装置は、図１に示すように、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。
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、脱酸素化ヘモグロビンＨｂと酸素化ヘモグロビンＨｂＯ_２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780nm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。
また、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信号処理部34と、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力部40を備えている。そして、制御部14は、信号処理部34、表示部36、記憶部38、及び入力部40の動作を制御するものである。なお、制御部14および信号処理部34は、例えば、CPUとそれを動作させるためのプログラムで構成されている。

図2は、図1に示した光トポグラフィ装置を起動すると表示部36に示される、いわゆるメイン画面である。パラメータ表示部201に被検者ID、コメントなど被検者の基本情報や時間、計測および解析設定パラメータの情報を表示する。結果図表示部202では計測チャンネルごとに計測されたヘモグロビン値を波形あるいはトポグラフィ画像で表示する。計測あるいは解析の具体的な操作は画面下部に配置されたボタン部203より行う。例えば計測する際にはそのスタート、ストップ等の制御、解析する際には解析パラメータを設定する別画面を表示させたり、データの再生等の制御を行う。なお、ボタンを押下して、さらに詳細を設定選択するメニュー204を表示するようにしてもよい。

図3は図2のボタン部203より起動するファイル管理画面である。計測した計測データを保存・消去したり、任意の計測データを選んでメイン画面に表示させたりする操作を行う。計測データは階層構造で管理され、被検者情報表示・操作部301と計測データ情報表示・操作部302をそれぞれ表形式で表示する。被検者IDごとに計測データをまとめ被検者情報表示・操作部301で任意の被検者を選択すると、その被検者毎に保存された計測データが計測データ情報表示・操作部302に表示される。

図4は、図1に示した光トポグラフィ装置にて計測し、図3に示したファイル管理画面にて保存・登録された複数の計測データを一括解析し、解析データとして登録するまでのフローチャートである。登録された解析データはファイル管理画面から一覧表示で確認することができる。まず、この画面から入力部４０により一括解析する計測データを複数個選択する（ステップ401）。すると図5に示す、解析条件設定画面が表示される。この画面から一括処理する解析条件を設定し（ステップ402）、解析処理を行う（ステップ403）。最後に解析結果データを再びファイル管理画面に解析データとして一括登録する（ステップ404）。なお、解析処理の実行は、解析条件を設定した後に実行ボタンを選択することにより行っても良いし、解析条件を設定すると自動で解析処理を行うようにしても良い。

図5は解析条件設定画面である。図1に示す光トポグラフィ装置の持つ解析機能をまとめた画面である。この画面から、選択した複数の計測データの(1)解析モード(Continuous / Integral)の選択およびそれら解析モードのパラメータ設定（501）、(2)フィルタ処理の有無およびそのパラメータ設定（502）、(3)体動処理の有無およびそのパラメータ設定（503）、(4)移動平均処理の設定、除外CHの設定、ベースライン処理の設定などのその他の解析処理設定(504)を行なう。なお、各種の設定は、解析条件設定画面上で入力部により選択することにより行う。

解析モードのパラメータ設定501に関し、Continuous（非加算平均）解析において、「Base Start Time」、「End Time」は解析のベーススタート時間、ベースエンド時間を設定する。Integral(加算平均）解析において、「Pre Time」は刺激前の安静時間、「Recovery Time」は刺激後の緩和時間、「Post Time」は刺激後の安静時間、「Fitting Curve Degree」はフィッティングカーブ次数を設定する。
フィルタ処理のパラメータ設定502では、計測データをフィルタに通して必要な周波数成分だけ抜き出して表示するフィルタ機能を設定する。「LPF」はローパスフィルタの、「HPF」はハイパスフィルタのカットオフ周波数をそれぞれ設定する。「Tap」はフィルタを設定した時のデータを中心とした左右の、窓幅を設定する。「Window Selection」は信号切り出し窓関数を設定する。
体動処理のパラメータ設定503では、計測中動いてしまった時など、スパイク的な変化信号があった時、その区間をキャンセルする体動処理を設定する。「Cognition Area」は体動認識判定の時間幅を設定する。「Threshold」は体動処理判定のしきい値を設定する。「Width(±)」は刺激時間に時間幅を持たない種の計測において便宜的に時間幅を設定するものである。
その他の解析処理設定504において、「Moving Average」は計測データを平均化し、波形を滑らかに表示する移動平均時間を設定し、「Exception Ch」は計測点信号のS/Nが低い時、その点を除去する処理に関する設定を行う。「Base Line Degree」はベースライン差し引き処理における関数近似の次数を設定する。
これら解析機能の詳細については（特許文献１）（特許文献２）（特許文献３）（特許文献４）に記載の通りである。もし、条件を満たせず、解析不可能である計測データが存在した場合、その計測データを外してその他の計測データ群を一括処理した後にメッセージボックスでその旨を表示する。自動で解析処理が行われるため、選択した全ての計測データに対して単純な設定操作ミスを防ぐことができる。

図6は、図1に示した光トポグラフィ装置にて計測あるいは解析し、図3に示したファイル管理画面にて保存・登録された複数の計測または解析データを一括表示し、場合によっては外部出力するまでのフローチャートである。登録された計測または解析データはファイル管理画面から一覧表示で確認することができる。まず、この画面から入力部４０により一括表示する計測または解析データを複数個選択する（ステップ601）。すると図7に示す、表示形式設定画面が表示される。この画面から一括処理する表示形式を設定し（ステップ602）、表示処理を行い結果画面を表示する（ステップ603）。この画面を場合によってはプリントアウト等、外部出力することが可能である（ステップ604）。なお、表示処理の実行は、表示形式を設定した後に実行ボタンを選択することにより行っても良いし、表示形式を設定すると自動で表示処理を行うようにしても良い。

図7は表示形式設定画面である。図1に示す光トポグラフィ装置の持つ画面表示に関する設定をまとめた画面および出力テンプレートの選択を行う画面である。この画面から、(1)表示波形のレンジ（縦軸/横軸）の設定（701）、(2)トポグラフィ画像の解像度およびカラー設定（702）、(3)表示Hb種（Oxy/Deoxy/Total）選択（703）、(4)表示画面種（Hb TimeCourse/ Hb Mapping/Hb Mapping On Head/Topo2D/Topo2D On Head）の選択（704）などを行う。なお、各種の設定は、表示形式設定画面上で入力部により選択することにより行う。

レンジの設定701では、「Max」「Min」で表示波形の縦軸の最大・最小値を設定し、「Time」で横軸で表示する時間幅を設定する。
解像度およびカラー設定702では、「Quality」でトポグラフィ画像の解像度を良/普通/粗の3段階から選択し、その下のボックスではトポグラフィ画像に使用する表示色を設定する。「Graph Line Color」では表示される波形3種(Oxy/Deoxy/Total)の線の色をそれぞれ設定する。
表示Hb種選択703では、計測した3種(Oxy/Deoxy/Total)の計測データのそれぞれについて表示するか否かを選択する。
表示画面種の選択704では、図２の結果図表示部202に表示させる波形、あるいはトポグラフィ画像の見せ方の形式を選択する。これら表示機能の詳細については（特許文献1）に記載の通りである。
出力テンプレート705は、図７に示したように1〜4個の計測または解析データを均一な大きさになるように並べて配置するものである。図２の結果図表示部202に表示される1画面を1個の計測または解析データとして扱う。その際、ヘッダ情報として解析条件を記述するか否か、それぞれの計測または解析データにメッセージ記述スペースを設けるか否か、を選択することができ、選択の有無によってその下の画面簡易図も適宜変化する。また、ソートボタン706を押下すると、選択データをソートする項目が表示され、出力データのソートを行うことができる。項目としてはファイル管理画面（図３）に表示される計測データ302がそれぞれもっている計測日時、コメント、プローブ種などのパラメータが示される。

図８は、図７でOKボタンを押すと表示される結果出力画面のイメージ図である。出力テンプレート705で選択した図の形式で、一括表示するように選択した計測または解析データの全てが自動で出力される。
801は選択した計測または解析データの出力の1つで、図２のメイン画面の結果図表示部202に表示されるものと同様の図である。802は全ての計測または解析データを出力するまで自動で生成されるファイル群を図示したものである。選択した出力テンプレート705の形式で出力された画面は、同じ表示形式で複数の計測または解析データが並んで出力されるため、複数データ間の比較検討を容易に行うことができる。

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、23・・・プローブホルダ、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・・・入力部、
201・・・パラメータ表示部、202・・・結果図表示部、203・・・ボタン部、204・・・ボタンを押下して表示されるメニュー群、
301・・・被検者情報表示・操作部、302・・・計測データ情報表示・操作部、
501・・・解析モードの選択・設定部、502・・・フィルタ処理設定部、503・・・体動処理設定部、504・・・その他解析処理設定部、
701・・・レンジ幅設定部、702・・・トポグラフィ画像表示設定部、703・・・表示Hb種選択部、704・・・表示画面種選択部、705・・・表示形式テンプレート選択部、706・・・ソートボタン、
801・・・選択した1つの計測データの出力、802・・・一括出力により生成されたファイル群。

Claims

近赤外光を被検体に照射する光源部と、被検体の複数の測定点における通過光強度を計測し、測定点毎の通過光強度に対応する信号を測定チャンネル毎の計測データとして出力する光計測部と、前記光計測部からの計測データを解析処理及び表示処理して画像化する信号処理部と、前記信号処理部の処理結果を表示する表示部と、装置の動作に必要な指令を入力する入力部と、装置の各部を制御する制御部とを備えた生体光計測装置において、
前記制御部は、複数の計測データを同条件で一括解析し、また、複数の計測または解析データを同条件で一括出力表示するように装置の各部を制御することを特徴とする生体光計測装置。
請求項1記載の生体光計測装置において、同条件で一括解析するために、前記表示部は、当該生体光計測装置が有する解析機能を示す画面を表示し、前記入力部は、当該画面上で解析機能の設定を行うことを特徴とする生体光計測装置。
請求項1記載の生体光計測装置において、同条件で一括出力表示するために、前記表示部は、表示形式、レイアウト等の設定を行う画面を表示し、前記入力部は、当該画面上で表示形式、レイアウト等の設定を行うことを特徴とする生体光計測装置。
請求項３記載の生体光計測装置において、さらに、前記表示部は、出力データをソートする項目を画面に表示し、前記入力部は、当該画面上でソートする項目の選択を行うことを特徴とする生体光計測装置。
請求項1記載の生体光計測装置において、前記表示部は、計測データまたは解析データを一覧で表示し、前記入力部は、一覧表示された計測データまたは解析データから解析対象データまたは表示対象データを複数選択可能としたことを特徴とする生体光計測装置。
請求項1または５記載の生体光計測装置において、前記表示部は、当該生体光計測装置が有する解析機能を示す画面、及び、表示形式、レイアウト等の設定を行う画面を表示し、前記入力部は、当該画面上で、それぞれ、解析機能の設定、及び、表示形式、レイアウト等の設定を行うことを特徴とする生体光計測装置。