JP2017038878A - 生体光計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測者の技量に左右されず、簡便かつ精度よく生体光計測装置のプローブホルダを脳の特定の位置、特に、脳の局在化している機能と関連する位置に装着できる生体光計測装置を提供する。【解決手段】生体光計測装置１は、複数の光源プローブ２１を用いて近赤外光を被検体に照射する光源部１０と、複数の受光プローブ２２を用いて被検体からの通過光を計測位置ごと検出する光計測部１２と、を備える。また、被検体の外観を撮影する撮影装置４６を用いて撮影したリアルタイムの頭部画像を取り込み、頭部画像に、光源プローブ２１および受光プローブ２２を配置する基準となる配置位置を重畳して表示装置に表示させる画像処理部を備える。【選択図】図１

Description

本願発明は、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。

生体光計測装置は、被検体の所定の部位、例えば、頭部、に装着されるプローブホルダと、近赤外光を生体（被検体）に照射する光源部と、被検体の表面近傍から反射或いは被検体内を通過した光(以下、「通過光」という)を受光し、電気信号に変換する光計測部と、光源部および光計測部の駆動を制御し、得られた電気信号に対し必要な信号処理等を行い、結果を表示部に表示させる制御部と、を備える。光源部および光計測部は複数の光ファイバを備え、プローブホルダは、光源からの近赤外光を被検体に照射する光ファイバの出射端および被検体からの通過光を受光する光ファイバの入射端を固定する。

このような生体光計測装置は、近赤外光を被検体内に照射し、被検体の通過光を検出し、光の強度に対応する電気信号を発生する。
具体的には、被検体の所定の部位、例えば、頭部に特定の波長を照射するとともにその部位の通過光を検出し、検出した光量に相当する信号を作成し、所定の部位における血流変化や血中ヘモグロビン量変化を計測する。得られた脳の血流変化などは、脳機能計測に有用である。脳機能が計測できると、脳機能の解析に役立つ。

例えば、「運動野」、「言語野」など、脳（特に、大脳）において特定の機能を有する部位が局在化していることが知られている（脳機能局在論）。脳機能を計測するために、生体光計測装置から取得された計測結果が、計測したい脳機能を担っている脳の部位の血流から得られることが重要である。そのため、光ファイバの出射端および入射端を固定するプローブホルダは脳機能を計測したい位置に確実に装着される必要性がある。

生体光計測装置では、プローブホルダの装着する位置を設定する方法の一つとして、脳波計で使用されている国際１０−２０法の電極位置に準じて位置を設定する方法があり、比較的広く用いられている。

また特許文献１は、あらかじめ被検者の頭部ＭＲＩ画像を計測しておき、そのＭＲＩ画像と生体光計測装置のプローブホルダの位置を重ね合わせることで、プローブホルダが装着され実際に計測している大脳の位置を示す手法を開示している。

特開２００３−１４４４３７号公報（段落００４２および００４３）

国際１０−２０法を用いた位置設定手法は比較的容易で誰にでも可能であるが、実際には頭部上にメジャーのようなもので位置決めを行なう等、ある程度の正確さ得るためには操作者の経験、慣れが必要である。

特許文献１に開示している頭部ＭＲＩ画像を利用する手法では、被検者のＭＲＩ画像の撮影が必要であるため、簡便さという点では問題がある。

本発明の課題は、計測者の技量に左右されず、簡便かつ精度よく生体光計測装置のプローブホルダを脳の特定の位置、特に、脳の局在化している機能と関連する位置に装着できる生体光計測装置を提供することにある。

このような課題に鑑み、本発明の生体光計測装置は、被検体の外観を撮影する装置を用いてリアルタイムで取得した被検体の画像に光ファイバの出射端および入射端の配置位置を表示させる機能を有する。
具体的には、本発明の生体光計測装置は、複数の光源プローブを用いて近赤外光を被検体に照射する光源部と、複数の受光プローブを用いて被検体からの通過光を計測位置ごと検出する光計測部と、を備える。また、被検体の外観を撮影する撮影装置を用いて撮影したリアルタイムの頭部画像を取り込み、頭部画像に、光源プローブおよび受光プローブの配置位置を重畳して表示装置に表示させる画像処理部を備える。

本発明によれば、被検体の外観を撮影する装置を用いてリアルタイムで取得した被検体の頭部画像に国際１０−２０法に従った電極位置を重畳表示することにより、操作者の技量に依存することなく、生体光計測装置のプローブホルダを脳の特定の位置、特に、脳の局在化している機能に関連する位置に簡便かつ精度よく装着できる。

本発明の実施形態の生体光計測装置の主要な構成を示すブロック図 被検体頭皮上での国際１０−２０法による脳波計の電極位置を説明する図であって、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上面図 第一実施形態の演算部の機能ブロック図 第一実施形態の生体光計測装置でプローブホルダが被検体に装着される処理を示すフローチャート 第一実施形態において、表示部に表示される画面の例を説明する図であって、（ａ）および（ｂ）は、１０−２０法の電極位置が重畳表示された被検体頭部画像であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は、プローブホルダが計測すべき位置に装着された時の被検体頭部正面図 第一および第二実施形態の生体光計測装置において、操作者がプローブホルダの計測すべき位置への位置決めを行っている外観を示す説明図 国際１０−２０法に従った電極位置の算出方法について他の例を説明する図 第二実施形態の演算部の機能ブロック図 第二実施形態において、表示部に表示される画面の例を説明する図であって、（ａ）はプローブホルダ装着前に計測位置を決定した時の被検体頭部正面図、（ｂ）はプローブホルダが決定した計測位置に接近している時の被検体頭部正面図、（ｃ）はプローブホルダが決定した計測位置に配置された時の被検体頭部正面図 第二実施形態の生体光計測装置でプローブホルダが被検体に装着される処理を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

＜第一実施形態＞
本実施形態の生体光計測装置１は、被検体の外観を撮影する撮影装置を用いてリアルタイムの頭部画像に、光源プローブおよび受光プローブの配置位置を重畳して表示装置に表示させる機能を有することを特徴とする。

図１は、本実施形態の生体光計測装置１の装置構成の概略を示す。生体光計測装置１は、被検体０の所定の部位、ここでは、頭部に装着されるプローブホルダ２３と、近赤外光を照射する光源部１０と、被検体の通過光を受光し、電気信号に変換する光計測部１２と、光源部１０および光計測部１２の駆動制御等を行う全体制御部４８と、を備える。また、全体制御部４８には、被検体０を撮影する撮影部４６から取得した画像を処理する演算部５０（後に後述）が含まれる。

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（図１ではｎ個、ｎは自然数）の光モジュール１８（１８−１〜１８−ｎ）と、光モジュール１８の出力光を伝搬する照射光ファイバ２０（２０−１〜２０−ｎ）と、を備える。伝搬された出力光を被検体０の頭部に照射する照射光ファイバ２０の出射端（以下、「光源プローブ２１（２１−１〜２１−ｎ）」という）は、後述するプローブホルダ２３に保持される。

光源部１０から発せられる光の波長は被検体内の注目物質の分光特性によるが、還元ヘモグロビンや酸化ヘモグロビン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あるいは複数の波長を選択して用いる。具体的には、光源部１０は被検体の血液中の酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの２種類を測定対象とする場合は、これらに対応した２種類の波長、例えば、７８０ｎｍおよび８３０ｎｍの光を発生するように構成され、これら２種類の波長の光は合成され一つの照射位置から照射される。

光計測部１２は、通過光を伝搬する検出用光ファイバ２６（２６−１〜２６−ｎ）と、伝搬された通過光のそれぞれの光量を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（２８−１〜２８−ｎ）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、を備える。検出用光ファイバ２６の入射端（以下、「受光プローブ２２（２２−１〜２２−ｎ）」という）は、後述するプローブホルダ２３に保持される。

プローブホルダ２３は、光源プローブ２１と受光プローブ２２を交互に（例えば、３×３、３×５等）マトリックス状に配置して、被検体に装着できるようにした装置で、光源プローブ２１が固定される位置が光照射点、受光プローブ２２が固定される位置が受光点であり、それらの中間の位置が計測点となる。光照射点と受光点の配列や数は、対象となる部位によって異なるが、頭部の場合には、略長方形の形状を有し、この長方形内に複数の計測点が設けられている。

全体制御部４８は、主制御部１４、記憶部３８、演算部５０、信号処理部３４、表示部３６、および入出力部４０を備える。

主制御部１４は、光源部１０および光計測部１２の駆動、撮影部４６からの画像取り込みなどを制御する。

主制御部１４における光源部１０および光計測部１２の駆動の動作について説明すると、主制御部１４は、光源部１０に２種類の測定対象（例、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビン）に対応して所定の２波長（例、７８０ｎｍおよび８３０ｎｍ）の光を周波数変調した複数種類の光信号を発生させ、これら２種類の波長の光は混合され一つの照射位置から照射させる。次に、主制御部１４は光計測部１２のロックインアンプ３０に光照射位置とこれら２種類の波長に対応した変調信号を選択的に検出させる。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酸素化ヘモグロビン又は脱酸素化ヘモグロビンのヘモグロビン量変化信号が得られる。

信号処理部３４は、主制御部１４を介して、デジタル信号に変換されたヘモグロビン量変化信号を取得し、それを処理し、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。

演算部５０は、主制御部１４を介して撮影部４６からの画像を取得し、処理し、結果を表示部３６へ出力する。

撮影部４６は、例えば、ビデオカメラなど被検体０の外観を撮影する装置である。本実施形態では、撮影部４６は、計測位置の３次元的位置座標を取得する。また、撮影部４６は、プローブホルダ２３を所定の計測位置へ固定する操作を支援するための画像を取得する。

主制御部１４、信号処理部３４、演算部５０は、ＣＰＵとメモリなどで構成することができる。メモリには、各部の機能を実行するためのプログラムが予め格納されており、ＣＰＵはメモリのプログラムを読み込んで実行する。その結果、各部の動作の実現が可能となる。後述する各部の処理手順の説明では、ソフトウェアとして実現するものとして説明するが、本実施形態は、ソフトウェアに限られるものではなく、各部の処理をＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアによって実現することも可能である。

記憶部３８は、信号処理部３４や演算部５０の処理に必要なデータや処理結果を記憶する。

表示部３６は、信号処理部３４や演算部５０の処理結果を表示する。表示部３６は、生体光計測装置１の一部であってもよいし、生体光計測装置１とは別の表示装置であってもよい。

入出力部４０は、装置の動作に必要な種々の指令を入力するための端末（例えば、キーボードやマウスなど）である。

以上の構成や動作の説明を踏まえて、脳の局在化している機能に関連する位置にプローブホルダ２３を装着するための演算部５０および撮影部４６の処理について詳しく説明する。

ここでは、脳の局在化している機能に関連する位置として、国際１０−２０法を用いて設定した計測位置を用いる。国際１０−２０法は、頭部、脳機能の計測手法として一般的に知られている脳波計の電極装着に用いる指標である。図２に示すように、国際１０−２０法は、被検者の頭部の身体的特徴である、鼻根、後頭結節、及び左右耳介前点を基準として、頭蓋外周を通ってこれらを結ぶ線分を所定の割合で分割し電極を配置する手法である。その利点は、被検者の頭の大きさに関係なくほぼ一定部位に電極配置が可能、各電極間の距離がほぼ等しい、大脳の全領域をほぼカバーできる、同一被検者では何回検査してもほぼ同一部位に電極が配置できる、操作者が異なってもほぼ同じ位置に電極が配置できる、電極の位置に対応する解剖学的部位がほぼ確立されている、等である。
上述した国際１０−２０法の電極位置は一例であって、これに限定されず、他の方法で確立している脳の局在化している機能に関連する位置を用いてよい。

本実施形態では、脳の局在化している機能に関連する位置にプローブホルダ２３を配置するために撮影部４６が撮影した被検体０の画像を利用する。このため、撮影部４６は、国際１０−２０法における複数の基準となる位置の３次元的位置座標を取得する撮影を行う。具体的には、撮影部４６は、鼻根、後頭部結節、左右耳介前点、頭頂部を含めた頭部の周囲３６０度を撮影する。
１つの撮影部４６を用いる場合は、頭部が撮影できるように被検体０の傍に撮影部４６を配置し、被検体０が３６０度回転して鼻根、後頭部結節、左右耳介前点、頭頂部を含めた頭部を撮影してよい。あるいは、撮影部４６が被検体０の頭部周囲３６０度回転できる移動機構部を備えている場合は、その移動機構部により、撮影部４６が被検体０の頭部周囲を３６０°回転して鼻根、後頭部結節、左右耳介前点、頭頂部を含めた頭部を撮影してよく、操作者が撮影部４６を用いて頭部周囲を撮影してもよい。
二以上の撮影部４６を用いる場合は、複数のカメラを被検体０の頭部周囲の異なる位置に配置して、鼻根、後頭部結節、左右耳介前点、頭頂部を含めた頭部を撮影する。

撮影画像は、計測位置の３次元的位置座標を取得およびプローブホルダ２３を所定の計測位置へ固定する操作の支援のために利用されるため、撮影部４６は、３次元的位置座標を取得している間およびプローブホルダ２３の位置決めを行っている間、頭頂部および所定の計測位置を含む頭部の撮影を継続する。
なお、３次元的位置座標を取得する場合の撮影画像は動画像でもよいし、３次元的位置座標を取得できれば静止画像でもよい。

撮影部４６で撮像された画像は、有線または無線で演算部５０に送信される。

図３に、計測位置の３次元的位置座標を取得およびプローブホルダ２３を所定の計測位置へ固定する操作の支援の機能を実現する演算部５０の機能ブロック図を示す。演算部５０は、画像取り込み部４２と、画像処理部４４と、を備える。

画像取り込み部４２は、主制御部１４を介して撮影部４６から被検体０の画像をリアルタイムで取り込む。本実施形態では、被検体０の頭部の動画像を取り込む。

画像処理部４４は、画像取り込み部４２から被検体０の画像を取得し、その画像から鼻根、後頭部結節、左右耳介前点、頭頂部の位置を検出し、国際１０−２０法に従い脳波計の電極位置を算出し、算出した電極位置を被検体０頭部の動画像に重畳表示する。

図４を用いて、国際１０−２０法の電極位置を被検体の頭部画像上に重畳表示し、プローブホルダ２３を被検体に装着する処理を次に説明する。

＜ステップＳ３０１＞
撮影部４６は、基準となる位置の３次元位置情報を得るように被検体０を撮影する。
具体的には、プローブホルダ２３を被検体０の頭部に装着する前に、撮影部４６は、被検体０の鼻根、後頭部結節、左右耳介前点、頭頂部を含めた頭部の動画像を得るように撮影する。本実施形態では、１台のビデオカメラを用いて、被検体０が３６０°回転することにより、頭部の周囲を撮影する。

＜ステップＳ３０２＞
撮影部４６は、全体制御部４８に撮影した頭部の動画像を出力する。
画像取り込み部４２は、主制御部１４を介して撮影した頭部動画像を取得し、保存する。

＜ステップＳ３０３＞
画像処理部４４は、画像取り込み部４２から頭部画像を取得し、その画像から鼻根、後頭部結節、左右耳介前点を検出する。
具体的には、画像処理部４４は、頭部画像を処理して、両目、鼻、両耳を抽出し、これらの特徴から鼻根および左右耳介前点との位置を検出する。また、画像処理部４４は、これらの検出位置情報と、後頭部の画像と、頭頂部の画像と、を用いて、後頭部結節の位置を検出する。これらの検出は、パターン認識など従来の画像解析技術を用いて検出できる。

＜ステップＳ３０４＞
画像処理部４４は、検出した鼻根、後頭部結節、および左右耳介前点に基づいて、国際１０−２０法に準拠した電極位置を算出する。電極位置は、光源プローブ２１および受光プローブ２２を配置する基準となる配置位置となる。
算出の一例としては、頭頂を通って鼻根および後頭結節を結ぶ曲線と頭頂を通って左右耳介前点を結ぶ曲線との交点をＣｚの位置として算出する（図２（ａ）〜（ｃ）参照）。鼻根と、Ｃｚと、後頭結節とを通って結ぶ曲線の長さを１０％、２０％、２０％、２０％、２０％、１０％の割合で６つに分割し、中心のＣｚから鼻根側へ２０％の位置およびＣｚから後頭結節側へ２０％の位置をそれぞれＦｚおよびＰｚの位置として算出する（図２（ａ））。各点を結ぶ曲線は画像の輪郭線を抽出してもよいし、円弧で近似してもよい。

左耳介前点と、Ｃｚと、右耳介前点とを通って結ぶ曲線の長さを１０％、２０％、２０％、２０％、２０％、１０％の割合で６つに分割し、右耳介前点から左耳介前点側へ順にＴ４、Ｃ４、Ｃｚ、Ｃ３、Ｔ３の位置として算出する（図２（ｂ））。

鼻根上部と左耳介上部のＴ３と後頭結節と右耳介上部のＴ４とを通って頭を一周する曲線を想定する。鼻根上部からＴ３を通って後頭結節上部に至る長さを１０％、２０％、２０％、２０％、２０％、１０％に分割することにより鼻根上部側から順にＦｐ１、Ｆ７、Ｔ３、Ｔ５、Ｏ１の位置として算出する（図２（ａ）および（ｃ））。また、鼻根上部からＴ４を通って後頭結節上部に至る長さを１０％、２０％、２０％、２０％、２０％、１０％に分割することにより鼻根上部側から順にＦｐ２、Ｆ８、Ｔ４、Ｔ６、Ｏ２の位置として算出する（図２（ｃ））。

さらに、Ｆ８とＦｚとを結ぶ曲線の中点およびＦｚとＦ７とを結ぶ曲線の中点をそれぞれＦ４およびＦ３と算出する（図２（ｂ）および（ｃ））。Ｔ６とＰｚとを結ぶ曲線の中点およびＰｚとＴ５とを結ぶ曲線の中点をそれぞれＰ４およびＰ３と算出する（図２（ｃ））。

画像処理部４４は、基準となる鼻根、後頭部結節、および左右耳介前点の位置と上記算出した電極位置である配置位置とを含む３次元形状の配置位置データを作成し、記憶部３８にそれを保存する。

＜ステップＳ３０５＞
図５に示すように、画像処理部４４は、ステップＳ３０４で算出した電極位置を国際１０−２０法準拠した電極位置として、実際に撮影している被検体０の頭部の動画像に重畳表示し、表示部３６へ出力する。表示部３６はこれを表示する。

このため、まず、撮影部４６は、頭頂およびプローブホルダ２３を装着する位置を含んだ頭部動画像をリアルタイムで撮影する。画像取り込み部４２がリアルタイムに取り込んだ画像を、画像処理部４４は、取得し、画像を処理して、その画像に含まれる鼻根、後頭部結節、左右耳介前点の位置を検出する（これらの位置の検出方法は、ステップＳ３０３を参照）。次いで、画像処理部４４は、検出されたこれらの位置と、ステップＳ３０４で記憶部３８に格納された３次元形状の配置位置データの鼻根、後頭部結節、左右耳介前点の位置とを一致さる。その上で、３次元形状の配置位置データを二次元面上に投影する変換を行い、処理した結果を実際に撮影している頭部動画像に重畳表示させる。３次元形状の配置位置データの裏面側になる電極位置は非表示にしてもよく、濃度を低くして表示させてもよい。

一例として、図５（ａ）の被検体正面図を参照して説明すると、実際に撮影された被検体正面画像から、画像処理部４４は、鼻根および左右耳介前点の位置を検出し、検出した鼻根および左右耳介前点の位置と、３次元形状の配置位置データの鼻根および左右耳介前点の位置とを一致させ、その上で、３次元形状の配置位置データを二次元面上に投影する変換を行い、処理した結果をリアルタイムに撮影している頭部動画像に重畳表示させる。その結果、図５（ａ）に示すように、鼻根および左右耳介前点の位置と、これらの位置を結んだ線と左右耳介前点およびＣｚ点を通る曲線とで形成される領域内にある電極位置（Ｔ４、Ｃ４、Ｃ３、Ｃｚ、Ｔ３、Ｆ８、Ｆ４、Ｆｚ、Ｆ３、Ｆ７、Ｆｐ２、Ｆｐ１）と、をリアルタイムに撮影している頭部動画像正面図に重畳表示する。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、３次元形状の配置位置データ裏面側の電極位置を非表示した場合を示す。

また、画像処理部４４は、被検体０の頭部の動きに連動して、重畳して表示させる画像の更新を行う。
例えば、プローブホルダ２３の位置決めを行っている最中に被検体０の向きが、正面から左側面に変わった場合、撮影部４６がリアルタイムに撮影した被検体の左側面画像から、画像処理部４４は、上述したように、鼻根および左耳介前点、後頭部結節の位置を検出し、これらの検出した位置と、３次元形状の配置位置データの対応する位置とを一致させ、３次元形状の配置位置データの二次元面上への投影変換の処理を行う。これにより、被検体の向きが変わっても、被検体の向きの変更に連動して、その向きに対応した電極位置を動画像の頭部に重畳表示する（図５（ａ）から図５（ｂ）参照）。

＜ステップＳ３０６＞
図５および図６に示すように、操作者は、表示部３６に実際の頭部動画像に重畳表示された電極位置を見ながらプローブホルダ２３の位置決めを行い、計測すべき電極位置にプローブホルダ２３を装着する。一例として、電極位置Ｆｚがプローブホルダ２３の中心になるようにプローブホルダ２３を装着する場合は、操作者は、電極が重畳表示された正面図（図５（ａ））を目視しながら、プローブホルダ２３を電極位置Ｆｚ近づけ、電極位置Ｆｚがプローブホルダ２３の中心になるようにプローブホルダ２３を装着する（図６、図５（ｃ））。

これにより、本実施形態の生体光計測装置１は、装着したプローブホルダ２３に光源プロ―ブ２１および受光プローブ２２を交互にマットリックス状に配置すれば、電極位置Ｆｚを中心とした脳内の血流変化や血中ヘモグロビン量変化を計測できる。

本実施形態によれば、リアルタイムに撮影される頭部動画像に国際１０−２０法に従った電極位置を重畳表示することにより、操作者の技量に依存することなく、国際１０−２０法の電極位置に、プローブホルダ２３を簡便かつ精度よく配置できる。これにより、プローブホルダ２３に支持される光源プローブ２１、および受光プローブ２２も簡便かつ精度よく国際１０−２０法の電極位置に配置できる。

すなわち、国際１０−２０法の電極位置に対応する大脳の解剖学的部位および大脳機能分布（大脳において特定の部位がどういう機能を担うかを示す分布）が確立しているため、本実施形態の生体光計測装置１では、特定の機能を有する特定の部位にプローブホルダ２３、光源プローブ２１、および受光プローブ２２が簡便かつ精度よく配置される。このような生体光計測装置１を用いて得られた計測結果は、脳の局在している機能に関連づけて解析でき、診断の精度の向上に有用である。

具体的には、上述の説明では、計測する電極位置をＦｚとしているため、生体光計測装置１は、電極位置Ｆｚを中心とした脳内の血流変化や血中ヘモグロビン量変化を計測できる。１０−２０法の電極位置Ｆｚは大脳の正中前頭の部位に対応するため、得られた計測結果は、正中前頭の部位を中心とした脳内領域の機能に関連付けて解析できる。

＜第一実施形態の変形例１＞
上述の検出した鼻根、後頭部結節、および左右耳介前点の位置（ステップＳ３０３）とともに算出したＣｚ、Ｆｚなどの電極位置（ステップＳ３０４）の電極名を表示してもよい（図５参照）。検出した鼻根、後頭部結節、および左右耳介前点の位置（ステップＳ３０３）や電極位置の電極名を表示するか否かは操作者の操作により適宜選択できる。表示する場合は、電極表示の色分けをして電極位置を識別することもできる。

＜第一実施形態の変形例２＞
上述した説明では、曲線の長さを所定の割合で分割して電極位置を算出する場合を説明したが（ステップＳ３０４）、これに限定されず、１０−２０法の電極配置を算出できる方法であれば用いることができる。例えば、Ｔ４、Ｃ４、Ｃｚ、Ｃ３、Ｔ３の位置を算出する場合、まず、上述したように、頭頂を通って鼻根および後頭結節を結ぶ曲線と頭頂を通って左右耳介前点を結ぶ曲線との交点をＣｚの位置として算出する。次に、図７に示すように、左耳介前点と、Ｃｚと、右耳介前点とを通って結ぶ曲線および左右耳介前点を結ぶ直線と、を用いて形成する半円を想定し、その半円において、右耳介前点から左耳介前点の弧の中心角（１８０°）を右耳介前点の位置から１８°、３６°、３６°、３６°、３６°、１８°と分割することでＴ４からＴ３の位置を算出してもよい。

＜第一実施形態の変形例３＞
上述した自動検出した鼻根、左右耳介前点、後頭部結節の位置（ステップＳ３０３）や自動算出した電極位置（ステップＳ３０４）が万一間違っていた場合は、表示部３６に重畳表示した画面上で操作者が、例えば、マウスをドラッグして、入出力部４０を介して手動で補正できる機能を付加することもできる。
手動で補正を行う場合に、マウスを画面上の自由な位置にドラッグするようにしてもよい。この場合、修正の範囲を頭部輪郭内に制限することもできる。

＜第一実施形態の変形例４＞
本実施形態においては、画像処理部４４が鼻根、後頭部結節、左右耳介前点の位置を画像解析により自動検出する（ステップＳ３０３参照）場合を説明したが、操作者が表示部３６に表示される頭部画像を目視することにより、鼻根、後頭部結節、左右耳介前点の位置を決定し、それらの位置情報をマウス等の入出力部４０を介して入力し、その位置情報を画像処理部４４が取得してもよい。

＜第一実施形態の変形例５＞
本実施形態においては、取得した動画像から画像解析により目、鼻、耳等を抽出しこれらの特徴から鼻根、後頭部結節、左右耳介前点を検出した場合（ステップＳ３０３）を説明したが、被検体０の頭部の鼻根、後頭部結節、左右耳介前点の位置に決められたマーカーをあらかじめ貼付け、その頭部画像を撮影部４６が撮影し（ステップＳ３０１）、得られた画像から画像処理部４４が貼付けられたマーカーを検出することで鼻根、後頭部結節、左右耳介前点の位置を検出してもよい。

上述した変形例１から５の一以上を第一実施形態に組み合わせてもよい。

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、操作者は画像処理部４４が処理した頭部画像を目視してプローブホルダ２３が計測すべき電極位置に配置されたことを判断した（ステップＳ３０６参照）が、本実施形態では、演算部５０はプローブホルダ２３が計測すべき電極位置に適切に配置されているかを判断する機能をさらに有する。

図８に本実施形態の演算部５０の機能ブロック図を示す。演算部５０は、第一実施形態と同様の画像取り込み部４２および画像処理部４４に加えて、位置算出部７０１および判定部７０２を備える。

位置算出部７０１は、位置決めに際して頭部に対する相対位置が変化するプローブホルダ２３の位置を算出する。
プローブホルダ２３の位置を算出するために、本実施形態では、図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、略長方形のプローブホルダ２３の四隅には、プローブホルダ２３の位置を検出するための検出用マーカー（ラベル）６１、６２、６３、６４があらかじめ備えられている。
位置算出部７０１は、画像処理部４４を介して取得した位置検出用マーカー６１〜６４の位置情報を用いてプローブホルダ２３の基準となる位置を算出し、プローブホルダ２３の装着向きを算出する。

判定部７０２は、位置算出部７０１が算出したプローブホルダ２３の基準の位置が計測すべき電極位置と一致しているか判断する。また、プローブホルダ２３の装着向きが所望する向きと一致するかどうかを判断する。

第一実施形態と異なる動作を説明する。すなわち、図１０を用いて、第一実施形態の算出した電極位置を頭部画像に重畳表示するステップＳ３０５後の撮影部４６および演算部５０の動作の説明をする。
ここでは、一例として、プローブホルダ２３の基準となる位置が、プローブホルダ２３の中心であり、また、所望するプローブホルダ２３の装着向きが、プローブホルダ２３の長手方向が鼻根およびＣｚを通る直線と垂直になる方向である場合を説明する。

＜ステップＳ８０１＞
操作者は、計測する電極位置、プローブホルダ２３の装着方向、必要に応じてプローブホルダ２３のサイズ（短手方向の長さ×長手方向の長さ）などの情報を入出力部４０介してあらかじめ主制御部１４に入力する。一例として、計測すべき電極位置としてＦｚを、プローブホルダ２３の装着方向としてプローブホルダ２３の長手方向が鼻根およびＣｚを通る直線と垂直になる方向を、プローブホルダ２３のサイズとして、６ｃｍ×１２ｃｍ（３×５ホルダーのサイズ）をあらかじめ入力する。

＜ステップＳ８０２＞
画像処理部４４は、主制御部１４を介して入力された電極位置、装着方向などの情報を取得し、重畳表示した頭部画像上（ステップＳ３０５参照）において、ステップＳ８０１で入力された電極位置（ここでは、Ｆｚ）に対応する電極位置（座標）を検出し、判定部７０２に通知する。
また、図９（ａ）に示すように、画像処理部４４は、検出した位置を他の電極と区別して表示部３６に出力し、それを表示部３６は、表示する（図９（ａ）の黒塗り×マーク参照）。

＜ステップＳ８０３＞
図６および図９（ｂ）に示すように、操作者は、プローブホルダ２３の位置決めを行うために、表示部３６に表示された黒塗り×マークで示す電極位置Ｆｚを目視しながら、その電極位置にプローブホルダ２３を近づける。
この間、画像処理部４４は、操作者が位置決めしている状態を撮影し続けている撮影部４６から、プローブホルダ２３を含んだ頭部画像を画像取り込み部４２を介して取得する。この画像を取得した画像処理部４４はプローブホルダ２３に貼付したマーカー６１〜６４を検出し、これらの位置情報を取得し、それを位置算出部７０１に通知する。
位置算出部７０１は、通知された位置情報からプローブホルダ２３の中心Ｃ（図９（ｂ）参照）を算出し、判定部７０２に通知する。

＜ステップＳ８０４＞
判定部７０２は、プローブホルダ２３の基準の位置が計測すべき電極位置と一致しているか判断する。具体的には、判定部７０２は、位置算出部７０１から取得したプローブホルダ２３の中心Ｃと、ステップＳ８０２で画像処理部４４から通知されたＦｚの位置座標とが一致するかどうか判断する。一致しなかった場合は、前述したステップＳ８０３へ戻る。一致した場合はその旨を画像処理部４４に通知する。

＜ステップＳ８０５＞
通知を受けた画像処理部４４は、図９（ｃ）に示すように、リアルタイムに撮像している画像に電極一致の旨を表示し、表示部３６にそれを表示させる（図９（ｃ）の斜線四角枠内に示す語句を参照）。また、画像処理部４４は、ステップＳ８０２で取得したプローブホルダの装着方向の情報に基づき、重畳表示した頭部画像における鼻根とＣｚの位置を位置算出部７０１に通知する。
通知を受けた位置算出部７０１は、鼻根とＣｚを通る直線位置情報を算出し、かつ、ステップＳ８０３で画像処理部４４から通知されたマーカー６１〜６４の位置情報からプローブホルダ２３の長手方向一辺の位置情報を算出し、これら算出した位置情報を判定部７０２に通知する。

＜ステップＳ８０６＞
判定部７０２は、プローブホルダ２３の装着向きが所望する向きと一致するかどうかを判断する。すなわち、判定部７０２は、位置算出部７０１から通知された位置情報を用いてプローブホルダ２３の長手方向一辺が、位置算出部７０１から通知された鼻根およびＣｚを通る直線に対して垂直かどうか判断する。プローブホルダ２３の向きが垂直でないと判断した場合は、前述したステップＳ８０５に戻る。垂直になった場合は、画像処理部４４へその旨を通知する。
なお、所望する向きの一致度合についてはある程度柔軟性を持たせてもよい。例えば、長手方向一辺と直線との角度を所定の角度以内であれば一致と判断する等があげられる。

＜ステップＳ８０７＞
判定部７０２から通知を受けた画像処理部４４は、プローブホルダ２３の向きが設定した所望の向きになった旨をリアルタイムに撮影している画像に表示し、表示部３６にそれを表示させる（図９（ｃ）の黒四角枠内に示す語句を参照）。

表示部３６を目視しながら位置決めを行っている操作者は、ステップＳ８０５およびステップＳ８０７の表示部の表示により、プローブホルダ２３の中心Ｃと電極位置Ｆｚとが一致し、プローブホルダ２３の長手方向が鼻根とＣｚを通る直線と垂直になったことを認知する。
これにより、本実施形態の生体光計測装置１は、装着したプローブホルダ２３に光源プロ―ブ２１および受光プローブ２２を交互にマットリックス状に配置すれば、電極位置Ｆｚを中心にし、プローブホルダ２３の長手方向が鼻根とＣｚを通る直線と垂直になったプローブホルダ２３に覆われた領域の脳内の血流変化や血中ヘモグロビン量変化を計測できる。

本実施形態によれば、簡便かつ精度良いプローブホルダ２３、光源プロ―ブ２１および受光プローブ２２の配置という第一実施形態と同様の効果に加えて、プローブホルダ２３の中心の位置と計測する重畳表示電極の位置とを一致できるため、同じ被検体０の複数回の計測であっても、操作者が変わっても、あるいは被検体０が変わっても、同じ位置に安定しておよび再現性よくプローブホルダ２３、光源プローブ２１、および受光プローブ２２を配置できる。
また、プローブホルダ２３の向きも決定できるため、計測する電極を中心としたプローブホルダ２３で覆われる脳領域についても安定して再現性よくプローブホルダ２３、光源プローブ２１、および受光プローブ２２を配置できる。
また、表示部３６に電極位置およびプローブホルダの向きが一致したことを表示させることで、操作者はプローブホルダ２３が所望の配置になったことを的確かつ早期に認識できる。

＜第二実施形態の変形例１＞
本実施形態では、位置算出部７０１がプローブホルダ２３の長手方向の一辺の位置情報等を算出するステップＳ８０５と、判定部７０２がプローブホルダ２３の向きが所定の向きかどうかの判断を行うステップＳ８０６とを含む場合を説明したが、プローブホルダ２３の装着向きを特定する必要が無い場合は、ステップＳ８０５およびステップＳ８０６を省略してもよい。この場合、一致を表示するステップＳ８０７では、画像処理部４４が、判定部７０２からプローブホルダ２３の基準の位置が計測すべき電極位置に一致した旨の通知（ステップＳ８０４参照）を受け、その旨をリアルタイムに撮像している画像に表示し、表示部３６にそれを表示させる。

＜第二実施形態の変形例２＞
本実施形態では、プローブホルダ２３の位置は該ホルダーに貼り付けた検出用マーカーを用いて検出される場合を説明したが、プローブホルダ２３を検出できる、光学式、機械式、超音波式など３次元位置計測装置を用いることができる。

＜第二実施形態の変形例３＞
本実施形態では、プローブホルダ２３の実画像を表示部３６に表示して処理する場合を説明したが、プローブホルダ２３のアイコン表示を表示部３６に表示してもよい。この場合、プローブホルダ２３の動きと連動するようにアイコンを設定する必要がある。

第二実施形態の変形例１から変形例３の一以上を第二実施形態に組み合わせてよい。

０・・・被検体、１・・・生体光計測装置、１０・・・光源部、１２・・・光計測部、２１・・・光源プローブ、２２・・・受光プローブ、２３・・・プローブホルダ、３６・・・表示部（表示装置）、４４・・・画像処理部、４６・・・撮影部（撮影装置）、７０２・・・判定部

Claims (9)

1. 複数の光源プローブを用いて近赤外光を被検体に照射する光源部と、複数の受光プローブを用いて前記被検体からの通過光を計測位置ごと検出する光計測部と、を備えた生体光計測装置であって、
   前記被検体の外観を撮影する撮影装置を用いて撮影されたリアルタイムの頭部画像を取り込み、前記頭部画像に、前記光源プローブおよび前記受光プローブを配置する基準となる配置位置を重畳して表示装置に表示させる画像処理部を備えることを特徴とする生体光計測装置。
2. 請求項１に記載の生体光計測装置であって、
   前記配置位置が、脳の局在化している機能に関連する位置であることを特徴とする生体光計測装置。
3. 請求項２に記載の生体光計測装置であって、
   前記脳の局在化している機能に関連する位置が国際１０−２０法に従う電極位置であることを特徴とする生体光計測装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の生体光計測装置であって、
   前記画像処理部が前記被検体の頭部の動きに連動して、前記重畳して表示させる画像の更新を行うことを特徴とする生体光計測装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の生体光計測装置であって、
   前記光源プローブと前記受光プローブとを支持するプローブホルダと、
   前記プローブホルダの位置が計測すべき前記配置位置に適切に配置されているかどうかを判断する判定部と、をさらに備えることを特徴とする生体光計測装置。
6. 請求項５の生体光計測装置であって、
   前記判定部は、前記プローブホルダの基準となる位置が前記計測すべき配置位置に一致しているかどうかを判断することを特徴とする生体光計測装置。
7. 請求項６に記載の生体光計測装置であって、
   前記判定部は、前記プローブホルダの装着向きが所望する向きであるかどうかを判断することをさらに含むことを特徴とする生体光計測装置。
8. 請求項５から７のいずれか一つに記載の生体光計測装置であって、
   前記判定部は、前記プローブホルダの位置が前記計測する配置位置に適切に配置していると判断した場合に、前記画像処理部は該判断結果を前記表示装置にさらに表示させることを特徴とする生体光計測装置。
9. 請求項１から８のいずれか一つに記載の生体光計測装置であって、
   前記表示装置として、前記画像処理部により作成された画像を表示する表示部をさらに備えることを特徴とする生体光計測装置。

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