JP3251417B2 - 生体計測装置 - Google Patents
生体計測装置Info
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- JP3251417B2 JP3251417B2 JP03810794A JP3810794A JP3251417B2 JP 3251417 B2 JP3251417 B2 JP 3251417B2 JP 03810794 A JP03810794 A JP 03810794A JP 3810794 A JP3810794 A JP 3810794A JP 3251417 B2 JP3251417 B2 JP 3251417B2
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- Japan
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- light
- living body
- ultrasonic
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- measurement
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は生体内部の情報を計測す
る装置に関する。
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】可視から近赤外領域の波長の光を用いた
生体計測は、生体の酸素代謝機能を簡便にかつ生体に害
を与えずに測定可能のため臨床医療では有用である。こ
の光による酸素代謝機能の計測原理およびその簡便性を
以下に記す。生体の酸素代謝機能を反映する生体内の酸
素分圧は、生体中の特定色素（ヘモグロビン，ミオグロ
ビン，チトクロームａａ3 ）の酸素化状態（通常、酸素
飽和度もしくは酸化度と呼ばれる）に対応する。これら
の色素は酸素化状態により可視から近赤外領域の波長で
光吸収スペクトルが変化するため、各々の色素の酸素化
状態は光の吸収量から求められる。また、光は光ファイ
バにより扱いが簡便であり、さらに安全基準の範囲内で
の使用により生体に害を与えない。
生体計測は、生体の酸素代謝機能を簡便にかつ生体に害
を与えずに測定可能のため臨床医療では有用である。こ
の光による酸素代謝機能の計測原理およびその簡便性を
以下に記す。生体の酸素代謝機能を反映する生体内の酸
素分圧は、生体中の特定色素（ヘモグロビン，ミオグロ
ビン，チトクロームａａ3 ）の酸素化状態（通常、酸素
飽和度もしくは酸化度と呼ばれる）に対応する。これら
の色素は酸素化状態により可視から近赤外領域の波長で
光吸収スペクトルが変化するため、各々の色素の酸素化
状態は光の吸収量から求められる。また、光は光ファイ
バにより扱いが簡便であり、さらに安全基準の範囲内で
の使用により生体に害を与えない。
【０００３】このような光計測の利点を利用して、可視
から近赤外の波長で酸素代謝機能を測定する装置が、例
えば、特開昭57−115232号もしくは特開昭63−275323号
公報に開示されている。このような光による酸素代謝機
能計測技術をより効果的に医療診断に適用するために、
生体からの反射光により反射断層像を計測する装置が、
例えば特開平4−189349号さらに特表平3−505922号公報
に記載されている。また、生体を透過した光から酸素代
謝機能のＣＴ画像を計測する装置、すなわち、光ＣＴ装
置が、例えば特開昭60−72542 号もしくは特開昭62−23
1625号公報に開示されている。
から近赤外の波長で酸素代謝機能を測定する装置が、例
えば、特開昭57−115232号もしくは特開昭63−275323号
公報に開示されている。このような光による酸素代謝機
能計測技術をより効果的に医療診断に適用するために、
生体からの反射光により反射断層像を計測する装置が、
例えば特開平4−189349号さらに特表平3−505922号公報
に記載されている。また、生体を透過した光から酸素代
謝機能のＣＴ画像を計測する装置、すなわち、光ＣＴ装
置が、例えば特開昭60−72542 号もしくは特開昭62−23
1625号公報に開示されている。
【０００４】このように、光を用いた生体計測では酸素
代謝機能の画像化が可能であるが、生体内部の形状計測
（例えば肝臓及び腎臓などの臓器の特定）は困難であ
る。臨床診断では、酸素代謝機能に関する画像と、生体
の内部形状に関する画像とを同時に比較することで効果
が増大する。そこで、酸素代謝機能と形状について各々
のＣＴ画像を同時に計測する装置が特開平4−161145 号
公報に開示されている。
代謝機能の画像化が可能であるが、生体内部の形状計測
（例えば肝臓及び腎臓などの臓器の特定）は困難であ
る。臨床診断では、酸素代謝機能に関する画像と、生体
の内部形状に関する画像とを同時に比較することで効果
が増大する。そこで、酸素代謝機能と形状について各々
のＣＴ画像を同時に計測する装置が特開平4−161145 号
公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】生体の酸素代謝機能と
生体内部の形状を同時に画像計測する従来の装置では、
これらをＣＴ画像として計測している。従って、酸素代
謝機能を計測する光ＣＴ装置と、生体内部の形状を計測
するＸ線ＣＴ装置またはＭＲＩ装置とを必要とするた
め、必然的に装置が大型になる。このような大型の装置
では、設置可能な施設または部屋は限られてしまい、装
置の普及が困難となる。
生体内部の形状を同時に画像計測する従来の装置では、
これらをＣＴ画像として計測している。従って、酸素代
謝機能を計測する光ＣＴ装置と、生体内部の形状を計測
するＸ線ＣＴ装置またはＭＲＩ装置とを必要とするた
め、必然的に装置が大型になる。このような大型の装置
では、設置可能な施設または部屋は限られてしまい、装
置の普及が困難となる。
【０００６】本発明の目的は、小型の装置構成で簡便に
生体の酸素代謝機能と生体内部の形状を同時に画像計測
する装置を提供することにある。
生体の酸素代謝機能と生体内部の形状を同時に画像計測
する装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、装置を小型
かつ簡便にするため、生体からの反射光を利用して酸素
代謝機能を画像化する。透過光を利用した従来のＣＴ画
像化計測では、以下に記す理由で小型化，簡便化には適
さないためである。まず、生体を透過した光は微弱であ
るため、このような微弱光を検出するために高感度な光
検出器が必要である。さらに、ＣＴ画像を得るために生
体へ複数の方向から光を照射する必要があるため、生体
周囲に光照射および光検出のための光走査機構が必要で
ある。
かつ簡便にするため、生体からの反射光を利用して酸素
代謝機能を画像化する。透過光を利用した従来のＣＴ画
像化計測では、以下に記す理由で小型化，簡便化には適
さないためである。まず、生体を透過した光は微弱であ
るため、このような微弱光を検出するために高感度な光
検出器が必要である。さらに、ＣＴ画像を得るために生
体へ複数の方向から光を照射する必要があるため、生体
周囲に光照射および光検出のための光走査機構が必要で
ある。
【０００８】一方、生体内部の形状計測について、従来
小型化，簡便化されている装置に超音波診断装置が挙げ
られる。このような超音波による診断装置についての計
測原理は、例えば、コロナ社、１９８５年発行の日本電
子機械工業会編集による著書「医用超音波機器ハンドブ
ック」に詳細に記載されている。
小型化，簡便化されている装置に超音波診断装置が挙げ
られる。このような超音波による診断装置についての計
測原理は、例えば、コロナ社、１９８５年発行の日本電
子機械工業会編集による著書「医用超音波機器ハンドブ
ック」に詳細に記載されている。
【０００９】本発明では、このように装置の小型化及び
簡便化に適している、反射光計測と超音波計測を用いる
ことにより、生体の酸素代謝機能と内部形状を同時に計
測する。
簡便化に適している、反射光計測と超音波計測を用いる
ことにより、生体の酸素代謝機能と内部形状を同時に計
測する。
【００１０】
【作用】測定対象物を検査する素子もしくはその素子を
含む検出器はプローブと呼ばれている。本発明では、こ
のプローブは生体に光を照射する光照射部と生体内部で
反射された光を検出する受光部を含む光計測部と、生体
に超音波を照射及び生体内部で反射された超音波を受波
する超音波計測部により構成されている。そのため、生
体内部の酸素代謝機能と形状とが同時に、そして小型か
つ簡便な装置で計測可能となる。
含む検出器はプローブと呼ばれている。本発明では、こ
のプローブは生体に光を照射する光照射部と生体内部で
反射された光を検出する受光部を含む光計測部と、生体
に超音波を照射及び生体内部で反射された超音波を受波
する超音波計測部により構成されている。そのため、生
体内部の酸素代謝機能と形状とが同時に、そして小型か
つ簡便な装置で計測可能となる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の実施例の装置を示す。光源部
１は、可視から近赤外の波長範囲の中から適当な３波長
の光で構成されており、これらの波長の光を順に放射す
る。光源部１から放射された光は、照射光ファイバ２に
導入される。この照射光ファイバ２はプローブ３に導か
れる。このプローブの構造の詳細は後述する。このプロ
ーブから被検体４に光が照射され、被検体４の内部を通
過して反射した光は、プローブ３内の複数位置に配置さ
れている検出光ファイバ５−１から５−ｎを介してマル
チチャンネル光検出部６で各々の検出光ファイバごとに
検出光量を測定する。光源部１で放射される３波長に対
して、第一の波長での計測が終了すれば次に制御部７に
より測定波長を第二及び第三と変化させて同様な計測を
行う。光計測で得られたデータは、光データ処理部８で
後述する方法により処理される。
１は、可視から近赤外の波長範囲の中から適当な３波長
の光で構成されており、これらの波長の光を順に放射す
る。光源部１から放射された光は、照射光ファイバ２に
導入される。この照射光ファイバ２はプローブ３に導か
れる。このプローブの構造の詳細は後述する。このプロ
ーブから被検体４に光が照射され、被検体４の内部を通
過して反射した光は、プローブ３内の複数位置に配置さ
れている検出光ファイバ５−１から５−ｎを介してマル
チチャンネル光検出部６で各々の検出光ファイバごとに
検出光量を測定する。光源部１で放射される３波長に対
して、第一の波長での計測が終了すれば次に制御部７に
より測定波長を第二及び第三と変化させて同様な計測を
行う。光計測で得られたデータは、光データ処理部８で
後述する方法により処理される。
【００１２】一方、生体内部の形状の計測については、
プローブ３内に光計測部と共に配置されている超音波計
測部、すなわち超音波振動子が配置されている部分で行
う。この超音波振動子に高周波発生機９から発生された
パルスを印加することで被検体４に超音波を放射する。
被検体４内部で反射された超音波は再び超音波振動子で
検出する。超音波の検出信号は、超音波データ処理部１
０で処理される。
プローブ３内に光計測部と共に配置されている超音波計
測部、すなわち超音波振動子が配置されている部分で行
う。この超音波振動子に高周波発生機９から発生された
パルスを印加することで被検体４に超音波を放射する。
被検体４内部で反射された超音波は再び超音波振動子で
検出する。超音波の検出信号は、超音波データ処理部１
０で処理される。
【００１３】ここで、光データ処理部８及び超音波デー
タ処理部１０で処理された結果は、記憶部１１で記憶さ
れると共に、表示部１２で個別にもしくは同時にもしく
は重ねて表示される。
タ処理部１０で処理された結果は、記憶部１１で記憶さ
れると共に、表示部１２で個別にもしくは同時にもしく
は重ねて表示される。
【００１４】次に、プローブ３の構成を図２に従い詳細
に説明する。このプローブ３は、二つの部分から構成さ
れている。光計測部と超音波計測部２１である。まず、
光計測部について説明する。この光計測部はさらに光照
射部２２と受光部２３とから構成されている。光照射部
２２では、照射光ファイバ２が導入されている。この照
射光ファイバ２はリニアモータで駆動することにより、
光照射位置を可変にすることができる。また、受光部２
３では検出光ファイバ５−１から５−ｎを線状に配置し
ている。これらの検出光ファイバにより、照射光ファイ
バ２から被検体に照射され被検体内を通過して反射した
光を検出する。ここで、光照射部２２で、例えば、照射
光ファイバ２が図２における向かって左端の光照射位置
で所定の３波長による計測が終了したならば、次に、光
照射位置を変化させて、例えば、検出光ファイバ１本の
幅相当の距離だけ照射光ファイバを向かって右側に移動
させて同様に３波長で計測する。同様な操作を照射光フ
ァイバが向かって右端の位置になるまで繰り返す。
に説明する。このプローブ３は、二つの部分から構成さ
れている。光計測部と超音波計測部２１である。まず、
光計測部について説明する。この光計測部はさらに光照
射部２２と受光部２３とから構成されている。光照射部
２２では、照射光ファイバ２が導入されている。この照
射光ファイバ２はリニアモータで駆動することにより、
光照射位置を可変にすることができる。また、受光部２
３では検出光ファイバ５−１から５−ｎを線状に配置し
ている。これらの検出光ファイバにより、照射光ファイ
バ２から被検体に照射され被検体内を通過して反射した
光を検出する。ここで、光照射部２２で、例えば、照射
光ファイバ２が図２における向かって左端の光照射位置
で所定の３波長による計測が終了したならば、次に、光
照射位置を変化させて、例えば、検出光ファイバ１本の
幅相当の距離だけ照射光ファイバを向かって右側に移動
させて同様に３波長で計測する。同様な操作を照射光フ
ァイバが向かって右端の位置になるまで繰り返す。
【００１５】次に、超音波計測部２１について説明す
る。この超音波計測部２１には、ｍ個の超音波振動子２
４−１から２４−ｍが配置されている。ここで、超音波
の送受信の一例を示す。まず、超音波振動子２４−１の
みを振動させて被検体に超音波を照射すると同時に被検
体内部で反射された超音波を超音波振動子２４−１で検
出する。次に、超音波振動子２４−２のみを振動させて
同様に被検体で反射された超音波を超音波振動子２４−
２で検出する。以下同様にして超音波振動子２４−ｍま
で、超音波の送受信を繰り返す。
る。この超音波計測部２１には、ｍ個の超音波振動子２
４−１から２４−ｍが配置されている。ここで、超音波
の送受信の一例を示す。まず、超音波振動子２４−１の
みを振動させて被検体に超音波を照射すると同時に被検
体内部で反射された超音波を超音波振動子２４−１で検
出する。次に、超音波振動子２４−２のみを振動させて
同様に被検体で反射された超音波を超音波振動子２４−
２で検出する。以下同様にして超音波振動子２４−ｍま
で、超音波の送受信を繰り返す。
【００１６】また、可塑性のチューブ２５内には、照射
光ファイバ，検出光ファイバ，高周波発生機からの電気
信号ケーブル，超音波振動子で受信した信号を超音波デ
ータ処理部へ送信する電気ケーブル、及び制御部から照
射光ファイバを駆動する信号を伝送する電気ケーブルを
含む。
光ファイバ，検出光ファイバ，高周波発生機からの電気
信号ケーブル，超音波振動子で受信した信号を超音波デ
ータ処理部へ送信する電気ケーブル、及び制御部から照
射光ファイバを駆動する信号を伝送する電気ケーブルを
含む。
【００１７】上記で計測された結果は、光データ処理部
８及び超音波データ処理部１０で被検体内部の酸素代謝
機能及び形状の断層像として処理される。この処理につ
いて次に説明する。
８及び超音波データ処理部１０で被検体内部の酸素代謝
機能及び形状の断層像として処理される。この処理につ
いて次に説明する。
【００１８】光データ処理部８では被検体の内部の酸素
代謝機能の断層像を以下に示す方法で求める。前述のよ
うに、プローブ３内の光照射部２２で任意の光照射位
置、すなわち照射光ファイバ２の位置に対して複数の検
出位置、すなわち複数の検出光ファイバで生体内部を通
過した光を検出する場合、各検出位置によって光が被検
体内部を通過する領域が異なる。このような検出光か
ら、被検体内部の光吸収体の分布を求める方法は、例え
ば特表平3−505922 号公報に記述されている。
代謝機能の断層像を以下に示す方法で求める。前述のよ
うに、プローブ３内の光照射部２２で任意の光照射位
置、すなわち照射光ファイバ２の位置に対して複数の検
出位置、すなわち複数の検出光ファイバで生体内部を通
過した光を検出する場合、各検出位置によって光が被検
体内部を通過する領域が異なる。このような検出光か
ら、被検体内部の光吸収体の分布を求める方法は、例え
ば特表平3−505922 号公報に記述されている。
【００１９】また、この波長領域における３波長による
計測から、酸素代謝機能を示す光吸収体の酸素化ヘモグ
ロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度が求められる。
一般に、光散乱体(被検体)中に含まれる光吸収体の濃度
は、このように計測に複数波長を用いることで得られ
る。この方法は、例えば講談社、１９７９年発行の柴田
正三等編集による著書「二波長分光光度法とその応用」
に記載されている測定方法により実現できる。以上のデ
ータ処理により、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモ
グロビンの濃度の断層像が求められる。
計測から、酸素代謝機能を示す光吸収体の酸素化ヘモグ
ロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度が求められる。
一般に、光散乱体(被検体)中に含まれる光吸収体の濃度
は、このように計測に複数波長を用いることで得られ
る。この方法は、例えば講談社、１９７９年発行の柴田
正三等編集による著書「二波長分光光度法とその応用」
に記載されている測定方法により実現できる。以上のデ
ータ処理により、酸素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモ
グロビンの濃度の断層像が求められる。
【００２０】一方、超音波データ処理部１０では被検体
内部の形状の断層像を求める。超音波計測部の結果から
断層像の導出は、文献「医用超音波機器ハンドブック」
に記されている方法で行う。
内部の形状の断層像を求める。超音波計測部の結果から
断層像の導出は、文献「医用超音波機器ハンドブック」
に記されている方法で行う。
【００２１】これらの処理結果は表示部１２で以下のよ
うに表示される。この表示部では、操作者の必要とする
任意の表示モードで計測結果を選択的に表示する。この
表示モードは、例えば（１）光計測結果のみを表示す
る、（２）超音波計測結果のみを表示する、（３）画面
を２分割して光計測結果と超音波計測結果とを独立に表
示する、（４）光計測結果と超音波計測結果とを同一画
面に重ねて表示するの４種類から選択する。これらのモ
ードの選択は制御部７を介して行われる。この制御部７
はこの選択の他に上記の一連の計測及びデータ処理を制
御する。
うに表示される。この表示部では、操作者の必要とする
任意の表示モードで計測結果を選択的に表示する。この
表示モードは、例えば（１）光計測結果のみを表示す
る、（２）超音波計測結果のみを表示する、（３）画面
を２分割して光計測結果と超音波計測結果とを独立に表
示する、（４）光計測結果と超音波計測結果とを同一画
面に重ねて表示するの４種類から選択する。これらのモ
ードの選択は制御部７を介して行われる。この制御部７
はこの選択の他に上記の一連の計測及びデータ処理を制
御する。
【００２２】
【発明の効果】生体内部の情報を検出するプローブにお
いて、酸素代謝機能を計測する光計測部と内部の形状を
計測する超音波計測部とを共に含むことにより、両者を
同時に、小型かつ簡便に計測可能となる。
いて、酸素代謝機能を計測する光計測部と内部の形状を
計測する超音波計測部とを共に含むことにより、両者を
同時に、小型かつ簡便に計測可能となる。
【図１】本発明による実施例のブロック図。
【図２】プローブの説明図。
１…光源部、２…照射光ファイバ、３…プローブ、４…
被検体、５−１〜５−ｎ…検出光ファイバ、６…マルチ
チャンネル光検出部、７…制御部、８…光データ処理
部、９…高周波発生機、１０…超音波データ処理部、１
１…記憶部、１２…表示部。
被検体、５−１〜５−ｎ…検出光ファイバ、６…マルチ
チャンネル光検出部、７…制御部、８…光データ処理
部、９…高周波発生機、１０…超音波データ処理部、１
１…記憶部、１２…表示部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 文男 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 伊藤 嘉敏 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 小泉 英明 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平５−192316（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 10/00 A61B 5/145
Claims (2)
- 【請求項１】生体にアレー状に配置され光を照射する光
照射部と前記生体内部で反射された光をアレー状に配置
された受光部を含む光計測部と、前記生体に複数の超音
波振動子からの超音波を照射及び前記生体内部で反射さ
れた超音波を受波する超音波計測部と、前記光計測部で
計測された結果を前記生体内部の情報として画像化する
光データ処理部と、前記超音波計測部で計測された結果
を前記生体内部の情報として画像化する超音波データ処
理部と、各々の処理結果を同時にもしくは個々にもしく
は重ねて表示する表示部とから構成される生体計測装
置。 - 【請求項２】前記各々の処理結果が前記光データ処理部
で得た酸素化ヘモクロンビン及び脱酸素化ヘモクロビン
の濃度の像と、前記生体内部の形状の断層像であること
を特徴する請求項１記載の生体計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03810794A JP3251417B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 生体計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03810794A JP3251417B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 生体計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07246198A JPH07246198A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3251417B2 true JP3251417B2 (ja) | 2002-01-28 |
Family
ID=12516255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03810794A Expired - Lifetime JP3251417B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 生体計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3251417B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6245015B1 (en) * | 1998-12-07 | 2001-06-12 | General Electric Company | Photosonic diffusion wave-based tumor detector |
| US6534012B1 (en) * | 2000-08-02 | 2003-03-18 | Sensys Medical, Inc. | Apparatus and method for reproducibly modifying localized absorption and scattering coefficients at a tissue measurement site during optical sampling |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP03810794A patent/JP3251417B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07246198A (ja) | 1995-09-26 |
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