JP3142080B2 - 生体光計測装置 - Google Patents

生体光計測装置

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JP3142080B2 JP04063056A JP6305692A JP3142080B2 JP 3142080 B2 JP3142080 B2 JP 3142080B2 JP 04063056 A JP04063056 A JP 04063056A JP 6305692 A JP6305692 A JP 6305692A JP 3142080 B2 JP3142080 B2 JP 3142080B2
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優一 山下
文男 川口
幸人 篠原
宗孝 灰田
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は生体内部の情報を光を用
いて計測する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】可視から近赤外の光を用いて生体機能に
関する計測を行い画像化する光CT装置が近年いくつか
考案されている。この波長領域の光は生体透過性が比較
的良く、さらにこれらの光を用いることで生体機能を反
映する生体内酸素分圧を血液中のヘモグロビンもしくは
細胞内のチトクロ−ムaa3などによる光吸収量から求
めることが可能である。このような装置は、例えば特開
昭57−115232号、特開昭60−72542号に
記載されている。
【0003】他方CT画像として再生するためには、生
体に入射した光に対して生体の複数部位から光を検出し
て画像再生のためのデ−タとする必要がある。従って、
多くのデ−タを取り込まなければならない。そこで、生
体を通過した光を複数部位から短時間で効率良く検出す
る装置がいくつか考案されている。たとえば、特開昭6
0−72542号に記載されている装置は、複数部位か
らの生体通過光を時分割によって1つの部位ごとに1つ
の光検出器で検出するものである。また、特開昭62−
231625号に記載されている装置は、複数部位から
の生体通過光をそれぞれの生体測定部位に対応する複数
光検出器で検出するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】数cmから十数cmの
距離の生体を通過した光は入射光強度に対して10桁程
度減衰するため、検出される光は著しい微弱光となる。
このような微弱光から生体機能に関するヘモグロビンも
しくはチトクロ−ムaa3などの光吸収量を抽出して精
度良い画像を再生するためには、検出光を極めて多数回
積算しなければならない。光CT装置では生体の複数部
位から光を検出するため、画像再生のための計測に長時
間要することになり、このことは被検者に与える精神的
な苦痛や測定効率の点から好ましくない。
【0005】特開昭60−72542号に記載の装置で
は、同時に生体の複数部位からの光検出が出来ず、測定
時間の短縮効果には限界がある。また、特開昭62−2
31625号に記載の装置では、生体の複数部位からの
同時光検出が可能であるが、おのおののの測定部位に1
つずつ光検出器が対応しているため、検出器が測定部位
の個数必要となる。この場合に用いる微弱光検出器は通
常高価なものであり、複数個用いることは経済的ではな
い。
【0006】以上のことから、できるだけ少ない検出器
で生体の複数部位から時間的に効率良く光を検出する装
置が望まれている。
【0007】そこで、図4に示されるように1個の光検
出器を含む光検出部7で生体の複数部位からの光測定を
行う考えがある。図4では、生体に照射された光に対す
る生体の複数部位からの生体通過光をそれぞれ光ファイ
バ6−1から6−mで取り込み、これら光ファイバのも
う一端を光検出部7側に並べて配置したものを示してい
る。光ファイバ6−1から6−mにより生体から導かれ
た生体通過光は光検出部7の受光面30に適当な空間間
隔で入射する。これらの光によって受光面30で光電子
が放出され、それらの電子は印加電圧によって螢光面3
2に向い走行する。この結果、螢光面32には光ファイ
バ6−1から6−mの配置位置に対応した検出光の分布
画像が表示され、これをTVカメラ等で読み出すことに
より光強度を測定することができる。
【0008】しかしこのような装置でも次のような問題
点がある。図5に示すように、被検体5への光の生体入
射位置51に対して、角度として180度方向からの検
出位置52と90度方向からの検出位置53ではその検
出光強度として相対的に3桁程度の差異が存在し、通常
90度方向からの検出光の方が検出強度が大きい。その
ために、同時に同一の検出器を用いたこれらの光検出
は、検出器のダイナミックレンジによる制限のために困
難となる。通常、光検出器の有効なダイナミックレンジ
は、同一ゲインの条件であれば2桁程度であるため、1
80度方向の検出光強度を感度良く測定できるように光
検出器のゲインを設定すると、90度方向からの検出光
強度はそのゲインに対しては光強度が強すぎて、光検出
器の出力と光強度との線形性が保証されなくなり正確な
測定が出来ない。他方、90度方向の検出光強度を感度
良く測定できるように光検出器のゲインを設定すると、
今度はそのゲインでは180度方向からの検出光は測定
感度以下となり検出できなくなる。従って、このように
生体の複数部位からの光検出を同時に同一の光検出器で
行おうとすれば、例えば図6に示される光の生体入射位
置51に対して光検出位置61−1から61−qのよう
に比較的検出光強度の差異が少なくなる隣接部位だけを
まとめて測定せざるをえないため、一度に測定できる生
体部位の数に制限が加えられる。このように、この装置
では複数の検出光を同時に測定できる測定系を持ちなが
ら十分にその特性が発揮されていない。
【0009】そこで、検出位置の違いによる検出強度の
差異を補正して、生体の複数部位からの生体通過光を同
時に1つの光検出器で検出することが、本発明が解決し
ようとする課題である。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光計測装置は、生体等の被検体に光を照射
し、上記被検体の複数の部位から被検体を通過した光を
検出し、検出光から上記被検体内部の形態もしくは機能
を検出する装置において、上記複数の部位即ち光計測部
位から上記検出光を光ファイバなどの光導波路によって
電気信号に変換する光電変換部まで導き、その光導波路
(光経路)中に、上記複数の光計測部に対応した光透過
率可変フィルタを設けた。即ち上記複数の光計測部の光
の検出角度、入射光の照射位置からの距離等によって変
動する光透過強度を補償するための光フィルタを設け
た。 なお、以下の実施形態の説明では、被検体として、
生体について説明するが、光の透過において、散乱吸収
を生じる生体でない物体についても当然適用できる。
【0011】
【作用】図4における受光面30と光ファイバ6−1か
ら6−mの間におのおのの光ファイバに対応した複数個
の光透過率可変フィルタを設けると、光ファイバ6−1
から6−mの間を通る光強度に大きな差異がある時、お
のおのの光ファイバを通過する光強度に応じて可変フィ
ルタを操作して全ての光ファイバから受光面30に出射
される光の強度を同程度にすることができる。そうする
ことにより、光検出器の同一ゲイン条件であらゆる部位
からの生体通過光を同時に検出できるようになる。この
光フィルタによる光減衰はデ−タ処理の過程で補正す
る。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0013】図1は、本発明の一実施例を示す生体光計
測装置の構成図である。光源部1は波長500nmから
1500nm間の複数の波長の光から構成されており、
それぞれの波長の光を順に放射する。ここから放射され
た光は光ファイバ2によって多入力・多出力光スイッチ
3に導入される。この光は、被検体5の周囲の複数部位
に配置されている光ファイバ4−1から4−nのうち任
意の1つの光ファイバに接続される。ここでは仮にそれ
を光ファイバ4−1とする。この光ファイバ4−1によ
り被検体5に光が照射される。被検体5の中を散乱によ
って広がって通過した光は、光ファイバ4−2から4−
nでそれぞれ検出され、再び光スイッチ3に導入され
る。これら光ファイバ4−2から4−nは、光スイッチ
3の内部で光ファイバ6−1から6−mにそれぞれ一対
一に接続される。これら光ファイバ6−1から6−mの
もう一方の端は一列にたばねて光検出部7に、たとえば
図4における受光面30に配置する。この時、光ファイ
バ6−1から6−mによって放射された光は受光面30
の直前で光透過率可変フィルタ40−1から40−mを
通過する。
【0014】光透過率可変フィルタ40−1の構造の一
例は図7に示される。透過率の異なる数枚のフィルタ4
1−1から41−pは平面上に上下一列に配列されてフ
ィルタ枠42に取り付けられる。フィルタ枠42は光検
出部7の受光面30の前面に上下方向にスライド可能に
設置される。ステップモ−タ−43の回転をラック・ア
ンド・ピニオン・ギア機構44でフィルタ枠42の上下
移動に変えて伝達することによりフィルタ枠42の上下
方向位置を設定し、もって準備されたフィルタのうちの
任意のものが光ファイバ6−1の光出力端と受光面30
の間に保持されるようにする。図7では省略したが、光
透過率可変フィルタ40−2から40−mは光透過率可
変フィルタ40−1と同様な構造をしており、それぞれ
のステップモ−タ−の回転角はフィルタ駆動部45によ
って制御される。このようにして検出された信号は図1
においてデ−タ記憶部8で記憶され、これらのデ−タは
コンピュ−タ9で処理される。
【0015】通常生体を通過して検出される光は微弱で
あるため、ヘモグロビンまたはチトクロ−ムaa3など
による光吸収量の解析を行うためには、生体透過光の積
算回数を増加させる必要があり従って時間を要する。こ
こで、測定の前段階として,光を検出できる最小の時間
で試し測定を行い、フィルタの調整がうまく行えている
かどうか確認する。この段階で検出光に極端な差異が存
在する場合、フィルタ駆動部へフィ−ドバックしてフィ
ルタの透過率を調整する。これは短時間で行うことがで
きる。このあと積算回数を試し測定に対して2桁から3
桁増加させて本測定を行う。この一連の測定が1波長の
光で終了すると、コンピュ−タ−9によって光源部1を
制御して測定波長を変化させる。同様な測定を全ての波
長に対して終了すると、次に、コンピュ−タ−9によっ
て光スイッチ3を制御して、光源部1から光スイッチ3
に導入している光ファイバ2を、たとえば光ファイバ4
−2に接続して、被検者5への光照射を前回とは異なっ
た位置から行う。この時、被検者5を通過した光は光フ
ァイバ4−1および光ファイバ4−3から4−nで捕ら
えられ、それぞれコンピュ−タ−9によって制御された
光スイッチ3により光ファイバ6−1から6−mに一対
一に接続される。このようにして順次被検体5への光照
射位置を変化させて測定を繰返し、最終的にコンピュ−
タ−9で画像処理を行い、生体機能に関する画像として
表示部10で表示する。
【0016】次に、この光透過率可変フィルタとして、
液晶フィルタを用いたものを図2に示す。液晶フィルタ
−20−1から20−mはそれぞれ光ファイバ6−1か
ら6−mの端面に配置されていて、液晶印加電圧駆動部
25によって光透過率を制御されている。このように液
晶フィルタを用いることで機械的な制御を行わずに、電
気的にかつ連続的に光フィルタ透過率を変化させること
が可能となる。
【0017】さらに、複数の光透過率可変フィルタを図
3に示すようにモジュ−ルとしてもよい。この場合、光
ファイバ6−1から6−mをそれぞれ光透過率可変フィ
ルタモジュ−ル38に導入する。光透過率可変フィルタ
モジュ−ル38に導入するまで光ファイバ6−1から6
−mは束ねているが、この中ではおたがいの光ファイバ
の間隔を余裕を持って配置している。光ファイバ6−1
から6−m中を伝わる光は光透過率可変フィルタ(たと
えば液晶フィルタ)20−1から20−mを通過して光
ファイバ19−1から19−mに入射し、最終的に光検
出部7まで導かれる。図1および図2で示した光検出部
7の受光面30の前面に光フィルタを配置する場合,受
光面30および光フィルタの大きさによって受光面30
の前面に配置できる光ファイバの数に制限が設けられ
る。しかし、このようにモジュ−ルの中に光透過率可変
フィルタを組み込むことによって、光フィルタの大きさ
による光ファイバ数の減少は生じない。さらに、これは
光検出部7の受光面30の前面にこのような光フィルタ
機構を設置するスペ−スが無い場合にも有効である。
【0018】
【発明の効果】光を用いて生体機能を計測し画像化する
光CT装置において、生体の複数部位からの測定を時間
的に効率良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による生体光計測装置の一実施例の全体
構成を示すブロック図。
【図2】液晶フィルタを用いた実施例の主要部を示す斜
視図。
【図3】光透過率可変フィルタのモジュ−ル化を示す
図。
【図4】光検出部への光ファイバ配置と光検出部の動作
を示す図。
【図5】被検体への光入射位置と光検出位置を示す図。
【図6】被検体への光入射位置と光検出位置の配置を示
す図。
【図7】光透過率可変フィルタの機械的切り替え機構を
示す図。
【符号の説明】
1:光源部 2:光ファイバ 3:多入力・多出力光スイッチ 4−1〜4−n:光ファイバ 5:被検体 6−1〜6−m:光ファイバ 7:光検出部 8:デ−タ記憶部 9:コンピュ−タ− 10:表示部 11:光透過率可変部 19−1〜19−m:光ファイバ 20−1〜20−m:液晶フィルタ 25:液晶印加電圧駆動部 30:受光面 32:螢光面 38:光透過率可変フィルタモジュ−ル 40−1〜40−m:光透過率可変フィルタ 41−1〜41−p:光フィルタ 42:フィルタ枠 43:ステップモ−タ− 44:ラック・アンド・ピニオン・ギア機構 45:フィルタ駆動部 51:被検体光照射位置 52,53,61−1〜61−q:被検体光検出位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 幸人 神奈川県伊勢原市下粕屋143番地 学校 法人東海大学医学部内 (72)発明者 灰田 宗孝 神奈川県伊勢原市下粕屋143番地 学校 法人東海大学医学部内 (56)参考文献 特開 昭63−275327(JP,A) 特開 昭60−72542(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 10/00 G01N 21/17 620

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検体に光を照射し、上記被検体の複数の
    部位から被検体を通過した光を検出し、検出光から上記
    被検体内部の形態もしくは機能を検出する装置におい
    て、上記複数の部位から上記検出光を電気信号に変換す
    る光電変換部までの光経路中に上記複数の部位に対応し
    た光透過率可変フィルタを設けたことを特徴とする光計
    測装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の光計測装置において、上記
    被検体に光を照射する光源部が、複数の波長の光を放射
    する光源と、上記光源の光を上記被検体に導く光ファイ
    バとをもち、上記複数の部位から上記光電変換部までの
    光経路が複数の光ファイバで構成されたことを特徴とす
    る光計測装置
  3. 【請求項3】請求項2記載の光計測装置において、上記
    光経路が複数の光ファイバの光検出側のそれぞれに上記
    光透過率可変フィルタを配置したことを特徴とする光計
    測装置。
  4. 【請求項4】請求項1又は2記載の光計測装置におい
    て、上記光透過率可変フィルタが印加電圧によって光透
    過率を可変させる液晶フィルタであることを特徴とする
    光計測装置。
  5. 【請求項5】請求項2記載の光計測装置において、光透
    過率可変フィルタが上記光経路が複数の光ファイバの上
    記複数の部位から光電変換部までの途中に設けられた複
    数個の光透過率可変フィルタからなるフィルタモジュー
    ルで構成されたことを特徴とする光計測装置。
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