JP3260539B2 - 生体計測装置 - Google Patents
生体計測装置Info
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (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
から近赤外の波長の光を用いて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。さらに、この光によ
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、この機能を画像化する光ＣＴ装置が例え
ば特開昭60−72542 号もしくは特開昭62−231625号公報
に開示されている。
から近赤外の波長の光を用いて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。さらに、この光によ
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、この機能を画像化する光ＣＴ装置が例え
ば特開昭60−72542 号もしくは特開昭62−231625号公報
に開示されている。
【０００４】一方、生体の酸素代謝機能と関連のある神
経活動を計測し画像化する技術は磁場計測装置が知られ
ている。この装置は、神経活動により発せられた生体内
部でのパルス電流に起因する磁場の変化を計測するもの
である。このような装置は、例えば、特開昭61−250576
号，特開昭61−250577号、及び特開平2−40578号公報に
開示されている。
経活動を計測し画像化する技術は磁場計測装置が知られ
ている。この装置は、神経活動により発せられた生体内
部でのパルス電流に起因する磁場の変化を計測するもの
である。このような装置は、例えば、特開昭61−250576
号，特開昭61−250577号、及び特開平2−40578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】以上で示した光による
生体計測装置では、計測対象が血液中に含まれるヘモグ
ロビンの場合、生体の酸素代謝に関する血液の挙動、す
なわち、血液中の酸素濃度及び血液量を計測するもので
ある。一方、脳磁場計測装置は神経活動を直接に計測す
るものである。この血液の挙動と神経活動との関係は、
例えばにゅーろん社、１９８４年発行の松本圭蔵編集に
よる著書「二次元脳電図の臨床」に詳細に記載されてお
り、症例毎に血液の挙動と神経活動との間に相関が存在
する場合もあり、相関が無い場合もあることが既知であ
る。このことは、血液の挙動と神経活動とは本質的に同
一の現象を反映しているのではなく、お互いに臨床診断
で相補的であることを示している。
生体計測装置では、計測対象が血液中に含まれるヘモグ
ロビンの場合、生体の酸素代謝に関する血液の挙動、す
なわち、血液中の酸素濃度及び血液量を計測するもので
ある。一方、脳磁場計測装置は神経活動を直接に計測す
るものである。この血液の挙動と神経活動との関係は、
例えばにゅーろん社、１９８４年発行の松本圭蔵編集に
よる著書「二次元脳電図の臨床」に詳細に記載されてお
り、症例毎に血液の挙動と神経活動との間に相関が存在
する場合もあり、相関が無い場合もあることが既知であ
る。このことは、血液の挙動と神経活動とは本質的に同
一の現象を反映しているのではなく、お互いに臨床診断
で相補的であることを示している。
【０００６】しかし、従来の生体光計測装置では磁場の
計測は考慮されておらず、また同様に、従来の生体磁場
計測装置では光計測は考慮されていない。従って、両者
の計測が必要な場合には、個々の計測装置を用いて、両
者を独立に計測しなければならない。これは時間的（２
回の計測が必要）及び空間的（２台の装置の設置が必
要）に効率が非常に悪い。さらに、酸素代謝及び神経活
動計測は、脳または心臓の手術中における術中モニタと
しても用いられる。この術中モニタとしての使用の場
合、限られた場所及び限られた時間内で計測を行う必要
から装置の操作性が要求されるが、両者の独立な計測で
はこの操作性についても悪くなる。
計測は考慮されておらず、また同様に、従来の生体磁場
計測装置では光計測は考慮されていない。従って、両者
の計測が必要な場合には、個々の計測装置を用いて、両
者を独立に計測しなければならない。これは時間的（２
回の計測が必要）及び空間的（２台の装置の設置が必
要）に効率が非常に悪い。さらに、酸素代謝及び神経活
動計測は、脳または心臓の手術中における術中モニタと
しても用いられる。この術中モニタとしての使用の場
合、限られた場所及び限られた時間内で計測を行う必要
から装置の操作性が要求されるが、両者の独立な計測で
はこの操作性についても悪くなる。
【０００７】本発明の目的は、これらの効率及び操作性
を向上させる装置を提供することにある。
を向上させる装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、生体内部の情
報を検出するプローブが、生体内部の磁場を検出する磁
場計測部と、光を生体に照射し、生体内部を通過した光
を検出する光計測部とから構成されている。
報を検出するプローブが、生体内部の磁場を検出する磁
場計測部と、光を生体に照射し、生体内部を通過した光
を検出する光計測部とから構成されている。
【０００９】
【作用】生体光計測と生体から生じる磁場計測とに必要
な、光計測部と磁場計測部が同一プローブ内に配置され
ているために、このプローブを測定部位に装着するだけ
で、光と磁場の同時計測すなわち酸素代謝機能と神経活
動の同時計測が可能となる。
な、光計測部と磁場計測部が同一プローブ内に配置され
ているために、このプローブを測定部位に装着するだけ
で、光と磁場の同時計測すなわち酸素代謝機能と神経活
動の同時計測が可能となる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の一実施例の装置構成を示すブ
ロック図である。光源部１は可視から近赤外領域内の３
波長の光で構成されており、これらの波長を順に放射す
る。この光源部１から放射された光は、光源光ファイバ
２を介して多入力・多出力光スイッチ３に導入し、光フ
ァイバ４−１から４−ｎの任意の一つの光ファイバに接
続される。ここでは仮に、光源光ファイバ２と光ファイ
バ４−１が接続しているとする。これら光ファイバ４−
１から４−ｎはプローブ５（プローブ５の構造の詳細は
後述）に導入され、被検体６の異なった部位に各々接触
している。ここでは、光源部１からの光は上記の状態に
より、光ファイバ４−１から被検体６に照射される。被
検体６内を通過した光は、光ファイバ４−２から４−ｎ
でそれぞれ捉えられ、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は多入力多出力スイ
ッチ３の内部で検出光ファイバ７−１から７−ｍにそれ
ぞれ一対一に接続される。これら検出光ファイバ７−１
から７−ｍの他端は、マルチチャンネル光検出部８に導
入され、それぞれの光ファイバについて独立に光強度が
計測される。マルチチャンネル光検出部８には冷却型の
ＣＣＤカメラを用いる。
ロック図である。光源部１は可視から近赤外領域内の３
波長の光で構成されており、これらの波長を順に放射す
る。この光源部１から放射された光は、光源光ファイバ
２を介して多入力・多出力光スイッチ３に導入し、光フ
ァイバ４−１から４−ｎの任意の一つの光ファイバに接
続される。ここでは仮に、光源光ファイバ２と光ファイ
バ４−１が接続しているとする。これら光ファイバ４−
１から４−ｎはプローブ５（プローブ５の構造の詳細は
後述）に導入され、被検体６の異なった部位に各々接触
している。ここでは、光源部１からの光は上記の状態に
より、光ファイバ４−１から被検体６に照射される。被
検体６内を通過した光は、光ファイバ４−２から４−ｎ
でそれぞれ捉えられ、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は多入力多出力スイ
ッチ３の内部で検出光ファイバ７−１から７−ｍにそれ
ぞれ一対一に接続される。これら検出光ファイバ７−１
から７−ｍの他端は、マルチチャンネル光検出部８に導
入され、それぞれの光ファイバについて独立に光強度が
計測される。マルチチャンネル光検出部８には冷却型の
ＣＣＤカメラを用いる。
【００１１】この測定が一つの波長の光で終了すると、
制御部９により光源部１を制御して測定波長を変化させ
る。同様な計測を全ての波長に対して終了すると、次に
制御部９により多入力・多出力スイッチ３に導入してい
る光源光ファイバ２を、例えば光ファイバ４−２に接続
して、被検体６へ光を前回とは異なった位置から照射す
る。この時、被検体６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で捉え、それぞれ制
御部９によって制御された多入力・多出力スイッチ３に
より光ファイバ７−１から７−ｍに一対一に接続され
る。同様にして、順次、被検体６へ照射する光ファイバ
を変化させて測定を繰返し、最終的に光データ処理部１
０で後述の方法により処理される。
制御部９により光源部１を制御して測定波長を変化させ
る。同様な計測を全ての波長に対して終了すると、次に
制御部９により多入力・多出力スイッチ３に導入してい
る光源光ファイバ２を、例えば光ファイバ４−２に接続
して、被検体６へ光を前回とは異なった位置から照射す
る。この時、被検体６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で捉え、それぞれ制
御部９によって制御された多入力・多出力スイッチ３に
より光ファイバ７−１から７−ｍに一対一に接続され
る。同様にして、順次、被検体６へ照射する光ファイバ
を変化させて測定を繰返し、最終的に光データ処理部１
０で後述の方法により処理される。
【００１２】一方、被検体６から発せられる磁場は、プ
ローブ５内に配置されている複数の磁場計たとえばＳＱ
ＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）により検出され、磁場デ
ータ処理部１１により処理される。
ローブ５内に配置されている複数の磁場計たとえばＳＱ
ＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）により検出され、磁場デ
ータ処理部１１により処理される。
【００１３】ここで、光データ処理部１０及び磁場デー
タ処理部１１で処理された結果は、記憶部１２で記憶さ
れると共に、表示部１３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１１で処理された結果は、記憶部１２で記憶さ
れると共に、表示部１３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５の構成を図２で示す。こ
のプローブ５は磁場計測部２１と光計測部２２の二つの
部分から構成されている。まず、磁場計測部２１につい
て説明する。この磁場計測部内には複数のＳＱＵＩＤ２
３−１から２３−ｑがそれぞれ異なる場所に配置されて
いる。各々のＳＱＵＩＤで計測された磁場は電気信号と
なり、磁場データ処理部に伝送される。
のプローブ５は磁場計測部２１と光計測部２２の二つの
部分から構成されている。まず、磁場計測部２１につい
て説明する。この磁場計測部内には複数のＳＱＵＩＤ２
３−１から２３−ｑがそれぞれ異なる場所に配置されて
いる。各々のＳＱＵＩＤで計測された磁場は電気信号と
なり、磁場データ処理部に伝送される。
【００１５】次に光計測部２２について説明する。プロ
ーブ内のこの光計測部２２だけを（図２を横から見た図
として）上から見た図を図３に示す。光計測部２２はリ
ング状で、被検体６を取り囲んでいる。光計測部２２に
は光ファイバ４−１から４−ｎが導入されており、それ
ぞれの光ファイバの端は被検体６の周りに円周状に配置
されている。この光ファイバの配置により、前述のよう
に任意の一つの光ファイバから、すなわち、この光ファ
イバが被検体に接触している照射位置から光が被検体６
に照射され、残りの他の光ファイバにより、すなわち、
それら光ファイバが被検体に接触している検出位置から
被検体内部を通過した光を検出する。
ーブ内のこの光計測部２２だけを（図２を横から見た図
として）上から見た図を図３に示す。光計測部２２はリ
ング状で、被検体６を取り囲んでいる。光計測部２２に
は光ファイバ４−１から４−ｎが導入されており、それ
ぞれの光ファイバの端は被検体６の周りに円周状に配置
されている。この光ファイバの配置により、前述のよう
に任意の一つの光ファイバから、すなわち、この光ファ
イバが被検体に接触している照射位置から光が被検体６
に照射され、残りの他の光ファイバにより、すなわち、
それら光ファイバが被検体に接触している検出位置から
被検体内部を通過した光を検出する。
【００１６】次に、光データ処理部及び磁場データ処理
部における処理を以下に示す。
部における処理を以下に示す。
【００１７】まず、光データ処理部の詳細を示す。３波
長による計測から、被検体の照射位置と検出位置を結ぶ
線上において、被検体の酸素代謝機能を示す吸収体の酸
素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの線濃度が
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
とで求められる。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。この操作を複数の光照射・検出位置間で行い、それ
ぞれの光照射・検出位置間で上記線濃度が求まれば、次
にこれらの線濃度を画像処理して酸素化ヘモグロビン及
び脱酸素化ヘモグロビン濃度の空間分布画像を求める。
この画像化方法については、例えば、米国のアカデミッ
ク プレス（ACADEMIC PRESS）社、１９８０年発行のジ
ィ・ティ・ハーマン（G.T.Herman）による著書「投影像
からの画像再構成（Image reconstruction from projec
tions)」に記載されている方法で行う。
長による計測から、被検体の照射位置と検出位置を結ぶ
線上において、被検体の酸素代謝機能を示す吸収体の酸
素化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの線濃度が
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
とで求められる。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。この操作を複数の光照射・検出位置間で行い、それ
ぞれの光照射・検出位置間で上記線濃度が求まれば、次
にこれらの線濃度を画像処理して酸素化ヘモグロビン及
び脱酸素化ヘモグロビン濃度の空間分布画像を求める。
この画像化方法については、例えば、米国のアカデミッ
ク プレス（ACADEMIC PRESS）社、１９８０年発行のジ
ィ・ティ・ハーマン（G.T.Herman）による著書「投影像
からの画像再構成（Image reconstruction from projec
tions)」に記載されている方法で行う。
【００１８】一方、被検体６からの磁場については磁場
データ処理部で、例えば、特開平2−40578 号公報に記
載の方法により磁場分布として処理される。
データ処理部で、例えば、特開平2−40578 号公報に記
載の方法により磁場分布として処理される。
【００１９】これらの処理結果は、表示部１３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）磁場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磁場計測結果とを独立に同時
に表示する、（４）光計測結果と磁場計測結果とを同一
画面上に重ねて表示する、の４種類から選択する。これ
らのモードの選択は制御部９を介して行われる。この制
御部９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。
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）磁場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磁場計測結果とを独立に同時
に表示する、（４）光計測結果と磁場計測結果とを同一
画面上に重ねて表示する、の４種類から選択する。これ
らのモードの選択は制御部９を介して行われる。この制
御部９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。
【００２０】
【発明の効果】生体の酸素代謝機能と神経活動の分布が
同時に計測可能となり、測定の効率及び操作性が向上す
る。
同時に計測可能となり、測定の効率及び操作性が向上す
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。
【図３】プローブ内の光計測部の説明図。
１…光源部、２…光源光ファイバ、３…多入力多出力光
スイッチ、４−１〜４−ｎ…光ファイバ、５…プロー
ブ、６…被検体、７−１〜７−ｍ…検出光ファイバ、８
…マルチチャンネル光検出部、９…制御部、１０…光デ
ータ処理部、１１…磁場データ処理部、１２…記憶部、
１３…表示部。
スイッチ、４−１〜４−ｎ…光ファイバ、５…プロー
ブ、６…被検体、７−１〜７−ｍ…検出光ファイバ、８
…マルチチャンネル光検出部、９…制御部、１０…光デ
ータ処理部、１１…磁場データ処理部、１２…記憶部、
１３…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３−184535（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−23323（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 5/145 A61B 5/05 A61B 10/00
Claims (4)
- 【請求項１】生体内部の情報を検出するプローブが、生
体内部の測定部位の磁場を検出する磁場計測部と、前記
磁場計測部下部に配置され複数の光フアイバーにより前
記測定部位に光を照射し生体内部を通過した光を受光す
る機能を有する光計測部と、を有して構成されることを
特徴とする生体計測装置。装置。 - 【請求項２】光を発生する光源部と、生体からの磁場を
検出する磁場測定部と生体内部を通過した光を測定する
光計測部を有するプローブと、前記プローブからの生体
の神経活動に関する磁場データとして処理する処理部
と、前記プローブからの光データから酸素化ヘモクロビ
ンと脱酸素化ヘモクロビンの濃度を特定する光データ処
理部と、磁場データを処理する処理部からのデータと前
記光データ処理部からのデータを記憶する記憶部と、前
記記憶部からの情報に基づいて表示する表示器と、をを
具備したことを特徴する生体計測装置。 - 【請求項３】前記表示装置は、光計測結果を表示する
か、磁場計測結果を表示するか、画面を２分割して光計
測結果と磁場計測結果とを独立に表示するか、光計測結
果と磁場計測結果とを同一画面上に重ねて表示するかの
いずれかを選択する機能を有することを特徴する請求項
２記載の生体計測装置。 - 【請求項４】前記磁場計測部に複数の超伝導量子干渉素
子を配置したことを特徴する請求項１又は２のいずれか
記載の生体計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03810694A JP3260539B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 生体計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03810694A JP3260539B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 生体計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07246197A JPH07246197A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3260539B2 true JP3260539B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=12516228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03810694A Expired - Fee Related JP3260539B2 (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 生体計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3260539B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011148948A1 (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 株式会社日立製作所 | 脳機能計測装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010151616A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Shimadzu Corp | 光測定装置 |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP03810694A patent/JP3260539B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011148948A1 (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 株式会社日立製作所 | 脳機能計測装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07246197A (ja) | 1995-09-26 |
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