JP2019141373A

JP2019141373A - 脳機能測定装置

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Publication number: JP2019141373A
Application number: JP2018029431A
Authority: JP
Inventors: 田中　英樹; Hideki Tanaka; 英樹田中; 裕也丸山; Hironari Maruyama
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2019-08-29

Abstract

【課題】脳機能を正しく測定できないことを抑制する技術を提供する。【解決手段】脳機能測定装置は、頭部に向けて近赤外光を照射する光源部を備える光源ユニットと、脳によって拡散された前記近赤外光を検出する検出部を備える検出ユニットと、前記光源ユニットと前記検出ユニットとを前記頭部に固定するホルダーと、前記光源ユニットと前記検出ユニットとを制御する制御部と、を備え、前記光源ユニットは、前記光源部の周囲に設けられ、風を送り出す第１の通風部を備え、前記検出ユニットは、前記検出部の周囲に設けられ、風を送り出す第２の通風部を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、近赤外分光法を用いた脳機能測定装置に関するものである。

特許文献１には、近赤外分光法を用いて、頭部に向けて光源から光を照射し、脳によって拡散された光を受光部により検出し、この検出結果から脳機能を測定する脳機能測定装置が記載されている。

特開２０１０−１６７０３９号公報

しかし、頭部には毛髪があるため、毛髪が光を遮ることにより、脳機能を正しく測定できない虞があった。この他に、脳機能を正しく測定できない原因として、頭部に脳機能測定装置が正しく装着されていないことが挙げられる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態（aspect）として実現することが可能である。

（１）本発明の第１の形態によれば、脳機能測定装置が提供される。この脳機能測定装置は、頭部に向けて近赤外光を照射する光源部を備える光源ユニットと、脳によって拡散された前記近赤外光を検出する検出部を備える検出ユニットと、前記光源ユニットと前記検出ユニットとを前記頭部に固定するホルダーと、前記光源ユニットと前記検出ユニットとを制御する制御部と、を備え、前記光源ユニットは、前記光源部の周囲に設けられ、風を送り出す第１の通風部を備え、前記検出ユニットは、前記検出部の周囲に設けられ、風を送り出す第２の通風部を備える。
この脳機能測定装置によれば、第１の通風部と第２の通風部とを備えることにより、毛髪が光を遮ることにより、脳機能を正しく測定できないことを抑制できる。

（２）上記脳機能測定装置において、前記第１の通風部は、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記光源ユニットとを密着させる機能を備え、前記第２の通風部は、前記検出部の周囲に設けられ、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記検出ユニットとを密着させる機能を備えてもよい。
この脳機能測定装置によれば、第１の通風部と第２の通風部とを備えることにより、光源ユニットと検出ユニットとを頭部に密着させ、脳機能を正しく測定できる。

（３）上記脳機能測定装置において、前記制御部は、前記第１の通風部と前記第２の通風部との少なくとも一方から前記頭部へ空気を送り出す送風制御と、前記送風制御の後に、前記第１の通風部から空気を吸い込むことにより、前記頭部と前記光源ユニットとを密着させる制御と、前記第２の通風部から空気を吸い込むことにより、前記頭部と前記検出ユニットとを密着させる制御との少なくとも一方の吸引制御を行ってもよい。
この脳機能測定装置によれば、毛髪が光を遮ること抑制した後に、脳機能測定装置を確実に頭部へ装着させることができる。

（４）上記脳機能測定装置において、前記制御部は、前記光源部が照射した前記近赤外光を前記検出部によって検出させた検出強度が、予め定められた閾値未満の場合、前記送風制御と、前記吸引制御を行い、前記検出強度が前記閾値以上である場合、前記送風制御と、前記吸引制御を行わなくてもよい。
この脳機能測定装置によれば、不要な制御を行わなくて済む。

（５）上記脳機能測定装置において、前記制御部は、前記検出強度が前記閾値未満の場合、前記送風制御と前記吸引制御とを、前記検出強度が前記閾値以上となるまで繰り返してもよい。
この脳機能測定装置によれば、脳機能を正しく測定できないことを効果的に抑制できる。

（６）本発明の他の形態によれば、脳機能測定装置が提供される。この脳機能測定装置は、頭部に向けて光を照射する光源部を備える光源ユニットと、脳によって拡散された前記光を検出する検出部を備える検出ユニットと、前記光源ユニットと前記検出ユニットとを前記頭部に固定するホルダーと、前記光源ユニットと前記検出ユニットとを制御する制御部と、を備え、前記光源ユニットは、前記光源部の周囲に設けられ、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記光源ユニットとを密着させる第１の通風部を備え、前記検出ユニットは、前記検出部の周囲に設けられ、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記検出ユニットとを密着させる第２の通風部を備える。
この脳機能測定装置によれば、第１の通風部と第２の通風部とを備えることにより、光源ユニットと検出ユニットとを頭部に密着させ、脳機能を正しく測定できる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、脳機能測定装置の装着方法や、この方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の形態で実現することができる。

一実施形態における脳機能測定装置を説明する図である。ホルダーの模式図である。光源ユニットの外観図である。光源ユニットの断面図である。図４に記載の矢印Ａの方向から光源ユニット１００を見た図である。検出ユニットの断面図である。第２実施形態における光源ユニットの断面図である。通風系を説明するための構成図である。第１装着処理を説明するためのフローチャートである。第２装着処理を説明するためのフローチャートである。第３装着処理を説明するためのフローチャートである。開口部の他の形態を示す図である。

Ａ．第１実施形態
図１は、一実施形態における脳機能測定装置１０を説明する図である。脳機能測定装置１０は、近赤外分光法（Near Infrared Spectroscopy）を用いて脳機能を測定する機器である。例えば、脳機能測定装置１０は、血液中のヘモグロビンの酸素状態を測定することにより、脳の活動状態を測定することができる。

脳機能測定装置１０は、頭部に向けて近赤外光（以下、単に「光」と呼ぶ）を照射する光源ユニット１００と、脳によって拡散された光を検出する検出ユニット２００と、光源ユニット１００と検出ユニット２００とを頭部に固定するホルダー３００と、光源ユニット１００と検出ユニット２００とを制御する制御部４００と、を備える。近赤外光としては、例えば、７００ｎｍから１０００ｎｍの波長を有する光が挙げられる。

図２は、ホルダー３００の模式図である。ホルダー３００には、光源ユニット１００を挿入して固定するための複数の孔Ｈ１と、検出ユニット２００を挿入して固定するための複数の孔Ｈ２とを備える。本実施形態では、孔Ｈ１と孔Ｈ２とは交互に配置されている。

図３は、光源ユニット１００の外観図であり、図４は、光源ユニット１００の断面図である。図３に示されるとおり、光源ユニット１００の側面には、突起部１５０が設けられている。光源ユニット１００のホルダー３００への固定は、ホルダー３００の孔Ｈ１に光源ユニット１００が挿入されることによって、孔Ｈ１に設けられた凹部（図示せず）に光源ユニット１００の突起部１５０が係止されることにより完了する。

光源ユニット１００は、光源部１１０と、光源部１１０が照射した光を集めるレンズ１１５と、第１の通風部１２０とを備える。光源部１１０は、頭部に向けて光を照射する部分である。本実施形態では、光源部１１０として固体発光素子を用い、光源部１１０は配線１１２と接続されているが、これに限られず、例えば、外部の光源と光ファイバーで接続されている構成としてもよい。

図４に示すように、第１の通風部１２０は、ボタン１２５とバネ１２７とを備える。第１の通風部１２０は、風を送り出す機能を備える。試験者もしくはホルダー３００の装着者によって、ボタン１２５を光源ユニット１００の先端側（矢印Ｂの方向）に押されることによって、空気流路１２４から矢印Ｂの方向に風が送り出される。この風に頭部の毛髪が吹かれることにより、光源ユニット１００と頭部との間に毛髪が挟まることを抑制できる。

本実施形態では、第１の通風部１２０は、空気を吸い込むことにより、頭部と光源ユニット１００とを密着させる機能についても備える。具体的には、ボタン１２５が押された後、バネ１２７の力により矢印Ｂとは反対方向にボタン１２５が戻る。この際に発生する力により、空気が光源ユニット１００内部に吸い込まれるとともに、頭部が光源ユニット１００内部に吸引され、頭部と光源ユニット１００とが密着する。

図５は、図４に記載の矢印Ａの方向から光源ユニット１００を見た図である。第１の通風部１２０は、光源部１１０の周囲に設けられている。本実施形態では、第１の通風部１２０の開口部Ａｐは、光源部１１０の周りを途切れなく囲んでいる。

図６は、検出ユニット２００の断面図である。検出ユニット２００の構成は、光源ユニット１００の構成と比較して、光源部１１０の変わりに検出部２１０を備える点が大きく異なるが、それ以外の基本的な構成は同様である。具体的には、検出ユニット２００は、検出部２１０と、脳によって拡散された光を集めるレンズ２１５と、第２の通風部２２０とを備える。検出部２１０は、脳によって拡散された光を検出する部分である。本実施形態では、検出部２１０として受光素子を用い、検出部２１０は配線２１２と接続されているが、これに限られず、外部の受光センサーと光ファイバーで接続されている構成としてもよい。

図６に示すように、第２の通風部２２０は、空気流路２２４とボタン２２５とバネ２２７とを備える。第２の通風部２２０の送風メカニズムは、第１の通風部１２０の送風メカニズムと同様である。具体的には、試験者もしくはホルダー３００の装着者によって、ボタン２２５を検出ユニット２００の先端側（矢印Ｃの方向）に押されることによって、空気流路２２４から矢印Ｃの方向に風が送り出される。この風に頭部の毛髪が吹かれることにより、検出ユニット２００と頭部との間に毛髪が挟まることを抑制できる。

本実施形態では、第２の通風部２２０は、空気を吸い込むことにより、頭部と検出ユニット２００とを密着させる機能についても備える。具体的には、ボタン２２５が押された後、バネ２２７の力により矢印Ｃとは反対方向にボタン２２５が戻る。この際に発生する力により、空気が検出ユニット２００内部に吸い込まれるとともに、頭部が検出ユニット２００内部に吸引され、頭部と検出ユニット２００とが密着する。

本実施形態の脳機能測定装置１０によれば、風を送り出す第１の通風部１２０及び第２の通風部２２０とを備えることにより、毛髪が光を遮ることにより、脳機能を正しく測定できないことを抑制できる。

また、本実施形態の脳機能測定装置１０によれば、第１の通風部１２０を備えることにより、光源ユニット１００と頭部とを密着させることができ、第２の通風部２２０を備えることにより、検出ユニット２００と頭部とを密着させることができる。この結果として、脳機能測定装置１０によれば、光源ユニット１００と検出ユニット２００とを頭部へ確実に固定することができる。

Ｂ．第２実施形態
第１実施形態では風の送り出し及び空気の吸い込みを手動により行うが、第２実施形態では自動で行う点が異なる。

図７は、第２実施形態における光源ユニット１００Ａの断面図である。第２実施形態の光源ユニット１００Ａは、第１実施形態の光源ユニット１００と比較して、空気流路１２４Ａが通風を行う通風系と接続されている。

図８は、通風系２０を説明するための構成図である。通風系２０は、先端Ｔ側から順に、第１三方弁５１と、コンプレッサー５３と、第２の三方弁５５と、第３の三方弁５７とを備える。第１三方弁５１と第３の三方弁５７とは接続されており、第２の三方弁５５は光源ユニット１００の外に接続されている。送風時には、矢印Ｄ１に示されるように、空気流路１２４Ａの空気は、第１三方弁５１、コンプレッサー５３、第２の三方弁５５、第３の三方弁５７の順に送られていき光源ユニット１００Ａの先端Ｔに送り出される。一方、吸引時には、矢印Ｄ２に示されるように、光源ユニット１００Ａの先端Ｔから、第１三方弁５１、コンプレッサー５３、第２の三方弁５５を通って、空気は外部に放出される。なお、本実施形態の構成に限られず、送風と吸引を行う構成は、他の構成を用いてもよい。

第２実施形態の構成では、例えば、以下の第１装着処理から第３装着処理までの装着処理を実施可能である。

（ｉ）第１装着処理
図９は、第１装着処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、複数の光源ユニット１００と複数の検出ユニット２００とがホルダー３００に固定された状態により開始される。例えば、脳機能測定装置１０に固定完了ボタンが設けられており、このボタンが押下されることにより、この処理が開始されてもよい。

まず、制御部４００は、第１の通風部１２０及び第２の通風部２２０から頭部へ風を送り出す送風制御を行う（工程Ｐ１１０）。このようにすることにより、光源ユニット１００と頭部との間や検出ユニット２００と頭部との間に毛髪が入ることを抑制できる。なお、第１の通風部１２０及び第２の通風部２２０の両方から送風を行うのでなく、どちらか一方のみから行ってもよい。

次に、制御部４００は、第１の通風部１２０及び第２の通風部２２０から空気を吸い込ませる吸引制御を行う（工程Ｐ１２０）。このようにすることにより、光源ユニット１００及び検出ユニット２００と頭部とを固定させることができる。なお、第１の通風部１２０及び第２の通風部２２０の両方から吸引を行うのでなく、どちらか一方のみから行ってもよい。

（ｉｉ）第２装着処理
図１０は、第２装着処理を説明するためのフローチャートである。第２装着処理は、第１装着処理と比較して、工程Ｐ１１０の前に工程Ｐ１０５を備える点が異なるが、それ以外は同じである。

工程Ｐ１０５では、制御部４００は、光源部１１０によって照射させた光を検出部２１０によって検出させ、その検出強度が予め定められた閾値（例えば、検出部２１０の想定限界）未満か否かを判定する。

検出強度が予め定められた閾値未満の場合（工程Ｐ１０５：ＹＥＳ）、制御部４００は、送風制御（工程Ｐ１１０）及び吸引制御（工程Ｐ１２０）を行う。一方、検出強度が予め定められた閾値以上の場合（工程Ｐ１０５：ＮＯ）、制御部４００は、送風制御（工程Ｐ１１０）及び吸引制御（工程Ｐ１２０）を行わず、フローは終了する。このようにすることにより、頭部と脳機能測定装置１０との間に毛髪が挟まっていると考えられる場合にのみ、送風制御（工程Ｐ１１０）と吸引制御（工程Ｐ１２０）が行われ、それ以外の場合は不要な制御をしなくて済む。なお、本処理では、全ての第１の通風部１２０及び第２の通風部２２０が、送風及び吸引を行うが、これに限られず、例えば、検出強度が閾値未満となった検出ユニット２００内の第２の通風部２２０と、その検出ユニット２００と隣接する光源ユニット１００内の第１の通風部１２０とによってのみ、送風及び吸引が行われてもよい。このようにすることにより、不要な制御を行わなくて済む。

（ｉｉｉ）第３装着処理
図１１は、第３装着処理を説明するためのフローチャートである。第３装着処理は、第２装着処理と比較して、検出強度が予め定められた閾値Ｔｈ未満の場合、送風制御（工程Ｐ１１０）と吸引制御（Ｐ１２０）とを、検出強度が閾値Ｔｈ以上となるまで繰り返される点が異なるが、それ以外は同じである。このようにすることにより、脳機能を正しく測定できないことを効果的に抑制できる。

Ｃ．他の実施形態
上述の実施形態では、第１の通風部１２０は、風を送り出す機能と空気を吸い込む機能を備えるが、これに限られず、これらの機能のうち少なくとも一方を備えていればよい。同様に、第２の通風部２２０は、風を送り出す機能と空気を吸い込む機能を備えるが、これに限られず、これらの機能のうち少なくとも一方を備えていればよい。

上述の実施形態では、図５に示すように、空気流路１２４の開口部Ａｐは、光源部１１０の周りを途切れなく囲んでいたが、これに限られない。

図１２は、開口部Ａｐの他の形態を示す図である。図１２に示すように、複数の開口部Ａｐ１が、光源部１１０の周りに点在していてもよいし、１つの開口部Ａｐ１が光源部１１０の隣に設けられていてもよい。図１２では、光源ユニット１００の開口部Ａｐを示したが、検出ユニット２００の開口部Ａｐにおいても同様である。

本発明は、上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…脳機能測定装置、２０…通風系、５１…第１三方弁、５３…コンプレッサー、５５…第２の三方弁、５７…第３の三方弁、１００…光源ユニット、１００Ａ…光源ユニット、１１０…光源部、１１２…配線、１１５…レンズ、１２０…第１の通風部、１２４…空気流路、１２４Ａ…空気流路、１２５…ボタン、１２７…バネ、１５０…突起部、２００…検出ユニット、２１０…検出部、２１２…配線、２１５…レンズ、２２０…第２の通風部、２２４…空気流路、２２５…ボタン、２２７…バネ、３００…ホルダー、４００…制御部、Ａ…矢印、Ａｐ、Ａｐ１…開口部、Ｂ…矢印、Ｃ…矢印、Ｄ１、Ｄ２…矢印、Ｈ１、Ｈ２…孔、Ｔ…先端

Claims

頭部に向けて近赤外光を照射する光源部を備える光源ユニットと、
脳によって拡散された前記近赤外光を検出する検出部を備える検出ユニットと、
前記光源ユニットと前記検出ユニットとを前記頭部に固定するホルダーと、
前記光源ユニットと前記検出ユニットとを制御する制御部と、を備え、
前記光源ユニットは、前記光源部の周囲に設けられ、風を送り出す第１の通風部を備え、
前記検出ユニットは、前記検出部の周囲に設けられ、風を送り出す第２の通風部を備える、脳機能測定装置。
請求項１に記載の脳機能測定装置であって、
前記第１の通風部は、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記光源ユニットとを密着させる機能を備え、
前記第２の通風部は、前記検出部の周囲に設けられ、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記検出ユニットとを密着させる機能を備える、脳機能測定装置。
請求項２に記載の脳機能測定装置であって、
前記制御部は、
前記第１の通風部と前記第２の通風部との少なくとも一方から前記頭部へ空気を送り出す送風制御と、
前記送風制御の後に、前記第１の通風部から空気を吸い込むことにより、前記頭部と前記光源ユニットとを密着させる制御と、前記第２の通風部から空気を吸い込むことにより、前記頭部と前記検出ユニットとを密着させる制御との少なくとも一方の吸引制御を行う、脳機能測定装置。
請求項３に記載の脳機能測定装置であって、
前記制御部は、
前記光源部が照射した前記近赤外光を前記検出部によって検出させた検出強度が、予め定められた閾値未満の場合、前記送風制御と、前記吸引制御を行い、
前記検出強度が前記閾値以上である場合、前記送風制御と、前記吸引制御を行わない、脳機能測定装置。
請求項４に記載の脳機能測定装置であって、
前記制御部は、前記検出強度が前記閾値未満の場合、前記送風制御と前記吸引制御とを、前記検出強度が前記閾値以上となるまで繰り返す、脳機能測定装置。
頭部に向けて近赤外光を照射する光源部を備える光源ユニットと、
脳によって拡散された前記近赤外光を検出する検出部を備える検出ユニットと、
前記光源ユニットと前記検出ユニットとを前記頭部に固定するホルダーと、
前記光源ユニットと前記検出ユニットとを制御する制御部と、を備え、
前記光源ユニットは、前記光源部の周囲に設けられ、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記光源ユニットとを密着させる第１の通風部を備え、
前記検出ユニットは、前記検出部の周囲に設けられ、空気を吸い込むことにより前記頭部と前記検出ユニットとを密着させる第２の通風部を備える、脳機能測定装置。