JP3801172B2 - Biological light measurement device - Google Patents

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本発明は、生体光計測装置に関し、特に生体内部の光吸収物質の濃度変化を光を用いて無侵襲に計測及び画像化する生体光計測装置に関する。   The present invention relates to a biological light measurement device, and more particularly, to a biological light measurement device that non-invasively measures and images a change in concentration of a light-absorbing substance inside a living body using light.

生体内部を簡便かつ無侵襲に測定する装置が臨床医療で望まれており、この要望に対し、生体光計測は非常に有効である。その第一の理由は、生体内部の酸素代謝機能は生体中の特定色素(ヘモグロビン、チトクロ−ムaa3、ミオグロビン等)すなわち光吸収物質の濃度に対応し、この色素濃度は光(可視から近赤外領域の波長)吸収量から求められるからである。また、光計測が有効である第二、第三の理由としては、光は光ファイバによって扱いが簡便であり、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ことが挙げられる。   An apparatus for measuring the inside of a living body simply and non-invasively is desired in clinical medicine. To meet this demand, living body light measurement is very effective. The first reason is that the oxygen metabolism function in the living body corresponds to the concentration of a specific pigment (hemoglobin, cytochrome aa3, myoglobin, etc.) in the living body, that is, a light-absorbing substance. This is because it is obtained from the amount of absorption in the outer region). The second and third reasons that optical measurement is effective include that light is easy to handle with an optical fiber, and that it does not harm the living body when used within the range of safety standards.

上記光計測の利点を利用して、可視から近赤外の波長の光を生体に照射し、照射位置から10〜50mm程度離れた位置での反射光から生体内部を測定する生体光計測装置が、例えば、特開昭63−277038号公報および特開平5−300887号公報に記載されている。   Utilizing the advantages of the above-mentioned optical measurement, a biological optical measuring device that irradiates a living body with light of visible to near-infrared wavelength and measures the inside of the living body from reflected light at a position about 10 to 50 mm away from the irradiation position. For example, it describes in Unexamined-Japanese-Patent No. 63-277038 and Unexamined-Japanese-Patent No. 5-3000887.

特開昭63−277038号公報JP-A 63-277038

特開平5−300887号公報JP-A-5-300887

光を用いた生体計測では、生体の強い光散乱特性(散乱係数=約1.0[1/mm]程度)により、照射された光は生体内で大きく拡がるため、計測量には生体内部の広範囲な吸収物質濃度が含まれてしまう。特に、検出感度の空間特性は、光照射及び検出位置に近い生体の浅部の感度が生体の深部の感度に比して大きい点に問題がある。そのため、生体深部の吸収物質濃度変化を精度良く計測することは困難である。例えば、生体脳の血行動態変化を頭皮上から計測する場合には、上記理由により、皮膚や頭骨部の血行動態変化が計測値に大きく反映する点に問題がある。   In living body measurement using light, the irradiated light spreads greatly in the living body due to the strong light scattering characteristics of the living body (scattering coefficient = about 1.0 [1 / mm]). A wide range of absorbent concentrations will be included. In particular, the spatial characteristics of detection sensitivity have a problem in that the sensitivity of the shallow part of the living body close to the light irradiation and detection position is larger than the sensitivity of the deep part of the living body. For this reason, it is difficult to accurately measure the concentration change of the absorbent in the deep part of the living body. For example, when measuring the hemodynamic change of the living brain from the scalp, there is a problem in that the hemodynamic change of the skin or the skull is largely reflected in the measurement value for the above reason.

以下、上記従来技術を用いて生体深部での吸収物質の濃度変化の相対感度分布を求めた例を示す。生体表面を平面と仮定し、生体表面と平行な平面をX−Y平面と定義し、生体表面上x=32.5mmかつy=17.5mmの位置から光を照射し、光照射位置より30mm離れた位置x=32.5mmかつy=47.5mmの位置で集光した場合における、深さ2.5mmの位置での相対感度分布を図11に、深さ7.5mmの位置での相対感度分布を図12に、深さ12.5mmの位置での相対感度分布を図13に示す。これらの図では、生体表面の影響が非常に大きく、生体深部の吸収物質の濃度変化を高い精度で計測することは困難である。   Hereinafter, an example in which the relative sensitivity distribution of the concentration change of the absorbing substance in the deep part of the living body is obtained using the above-described conventional technique will be described. The surface of the living body is assumed to be a plane, a plane parallel to the surface of the living body is defined as an XY plane, light is irradiated from the position of x = 32.5 mm and y = 17.5 mm on the surface of the living body, and 30 mm from the light irradiation position. FIG. 11 shows the relative sensitivity distribution at the position of depth 2.5 mm in the case where light is condensed at the position x = 32.5 mm and y = 47.5 mm away from each other. FIG. 12 shows the sensitivity distribution, and FIG. 13 shows the relative sensitivity distribution at a depth of 12.5 mm. In these figures, the influence of the surface of the living body is very large, and it is difficult to measure the concentration change of the absorbing substance in the deep part of the living body with high accuracy.

本発明の目的は、生体深部で吸収物質の濃度変化を高い精度で計測する生体光計測装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a biological light measurement device that measures the concentration change of an absorbing substance in a deep part of a living body with high accuracy.

上記目的を達成するために、複数の照射部から照射された照射光を被検体を透過した透過光として被検体の複数の検出位置で集光し、それぞれの照射部から発せられた照射光のそれぞれの光路が重なるように透過光を集光し、被検体の第1の所定領域の光学パラメータを検出する感度を向上させるか、あるいは被検体の第2の所定領域の光学パラメータを検出する感度を低下させて、透過光の強度を演算処理する生体光計測装置に特徴がある。 以下、より詳細に本発明の特徴を説明する。複数の波長の照射光を被検体の複数の照射位置に照射する複数の照射部を有する光照射手段と、被検体を透過した透過光を被検体の複数の検出位置で集光する複数の集光部であり、それぞれの照射部から発せられた照射光のそれぞれの光路が重なるように透過光を集光する複数の集光部を有する集光手段と、透過光から複数の光照射位置ごとに波長ごとに透過光の光強度を検出する検出手段と、被検体の第1の所定領域の光学パラメータを検出する感度を向上させるか、あるいは被検体の第2の所定領域の光学パラメータを検出する感度を低下させて、透過光の強度を演算処理する演算処理手段と、を有する生体光計測装置に特徴がある。照射光に波長ごとに異なる周波数の強度変調を与え、透過光の中から所定の強度変調周波数の光を検出してもよく、または透過光の中から所定の強度変調周波数の光の強度を演算してもよい。さらに、透過光を波長ごとに分光し、分光された透過光の中から所定の強度変調周波数の光を検出してもよく、または分光された透過光の中から所定の強度変調周波数の光の強度を演算してもよい。前記光学パラメータは吸収係数である。   In order to achieve the above object, the irradiation light emitted from a plurality of irradiation units is condensed at a plurality of detection positions of the subject as transmitted light that has passed through the subject, and the irradiation light emitted from each irradiation unit is collected. Sensitivity for condensing transmitted light so that the respective optical paths overlap and improving the sensitivity of detecting the optical parameter of the first predetermined region of the subject, or detecting the optical parameter of the second predetermined region of the subject Is characterized by a biological light measurement device that performs processing of the intensity of transmitted light. Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail. A light irradiating means having a plurality of irradiating portions for irradiating a plurality of wavelengths of irradiation light to a plurality of irradiation positions of the subject; and a plurality of collections for collecting the transmitted light transmitted through the subject at a plurality of detection positions of the subject. A light condensing unit having a plurality of condensing units for condensing transmitted light so that respective optical paths of irradiation light emitted from the respective irradiation units overlap each other, and a plurality of light irradiation positions from the transmitted light And detecting means for detecting the light intensity of the transmitted light for each wavelength and the sensitivity for detecting the optical parameter of the first predetermined region of the subject, or detecting the optical parameter of the second predetermined region of the subject. The biological light measuring device has an arithmetic processing means for arithmetically processing the intensity of transmitted light by reducing the sensitivity of the transmitted light. It is possible to apply intensity modulation of different frequencies to the irradiated light and detect light of a predetermined intensity modulation frequency from the transmitted light, or calculate the intensity of light of a predetermined intensity modulation frequency from the transmitted light May be. Further, the transmitted light may be dispersed for each wavelength, and light having a predetermined intensity modulation frequency may be detected from the dispersed transmitted light, or light having a predetermined intensity modulation frequency may be detected from the dispersed transmitted light. The intensity may be calculated. The optical parameter is an absorption coefficient.

強度変調周波数を有する透過光または所定の強度変調周波数を有する所定の波長の透過光を光電変換により前記所定の強度変調周波数を有する透過光強度信号に変換する光電変換部と透過光強度信号が入力される位相検波部とを有し、位相検波部に光照射位置の所定の波長の光に与えた強度変調周波数に対応する信号を入力し、位相検波部からの出力信号を、所定の強度変調周波数をもつ透過光の強度として検出することを特徴とする。あるいは、透過光強度信号が入力されるアナログ−デジタル変換部を有し、透過光強度信号をアナログ−デジタル変換部に入力してフーリエ変換して周波数空間の生体透過光強度信号を求め、光照射位置の所定の波長毎または所定の光照射位置ごとに与えられた強度変調周波数に対応する信号をアナログ−デジタル変換部に入力してフーリエ変換することにより所定の参照周波数を求め、所定の参照周波数と等しい周波数における前記周波数空間の生体透過光強度信号を、所定の強度変調周波数をもつ透過光の強度として演算してもよい。   A photoelectric conversion unit for converting transmitted light having an intensity modulation frequency or transmitted light having a predetermined wavelength having a predetermined intensity modulation frequency into a transmitted light intensity signal having the predetermined intensity modulation frequency by photoelectric conversion and a transmitted light intensity signal are input. A signal corresponding to the intensity modulation frequency applied to the light of a predetermined wavelength at the light irradiation position, and the output signal from the phase detector is modulated to a predetermined intensity. It is detected as the intensity of transmitted light having a frequency. Alternatively, it has an analog-to-digital conversion unit to which a transmitted light intensity signal is input, and the transmitted light intensity signal is input to the analog-to-digital conversion unit and subjected to Fourier transform to obtain a biological transmitted light intensity signal in the frequency space for light irradiation. A predetermined reference frequency is obtained by inputting a signal corresponding to the intensity modulation frequency given for each predetermined wavelength of the position or for each predetermined light irradiation position to the analog-digital conversion unit and performing Fourier transform, and the predetermined reference frequency May be calculated as the intensity of transmitted light having a predetermined intensity modulation frequency.

照射部と集光部とは、前記第1の所定領域のほぼ中心を通る直線と被検体の表面とが交わる点を中心とする少なくとも一つの円上であり、所定の直径を有する円上に等間隔に配置され、円の中心が点対称中心となるような点対称位置に照射部と集光部とが配置され、光照射位置のそれぞれからの複数の波長毎の透過光強度を複数の集光位置ごとに検出し、光照射位置のそれぞれからの複数の波長毎の透過光強度から集光位置と点対称位置にある照射位置からの波長毎の透過光強度を選択し、選択した透過光強度の中から同一円上で検出された透過光強度を選択し、同一円上で検出された所定波長を有する透過光の透過光強度を乗算または積算して演算処理することを特徴とする。さらに、直径が小さい前記円上に設置された集光部で集光された透過光を被検体の浅部の情報とし、直径が大きい円上に設置された集光部で集光された透過光を被検体の深部の情報として、透過光を演算処理する。   The irradiating unit and the condensing unit are on at least one circle centered on a point where a straight line passing through the approximate center of the first predetermined region and the surface of the subject intersect, and on a circle having a predetermined diameter The irradiation unit and the condensing unit are arranged at point-symmetrical positions that are arranged at equal intervals and the center of the circle is the point-symmetrical center, and the transmitted light intensity for each of a plurality of wavelengths from each of the light irradiation positions Detected at each condensing position, and selects the transmitted light intensity for each wavelength from the irradiation position that is in point symmetry with the condensing position from the transmitted light intensity for each wavelength from each of the light irradiation positions. The transmitted light intensity detected on the same circle is selected from the light intensities, and calculation processing is performed by multiplying or integrating the transmitted light intensity of transmitted light having a predetermined wavelength detected on the same circle. . Furthermore, the transmitted light collected by the condensing unit installed on the circle having a small diameter is used as information on the shallow part of the subject, and the transmission light collected by the condensing unit installed on the circle having a large diameter is used. The transmitted light is processed using light as information on the deep part of the subject.

照射部と集光部は、正方格子状に配置され、照射部と集光部はそれぞれ、正方格子の所定の複数のそれぞれの行の格子点上に、照射部が配置された正方格子の行と集光部が配置された正方格子の行とが交互になるように配置されることを特徴とする。あるいは、照射部と集光部は、正六角形格子状に配置され、正六角形格子の各格子点に交互に配置される。   The irradiating unit and the condensing unit are arranged in a square lattice shape, and each of the irradiating unit and the condensing unit is arranged in a square lattice row in which the irradiating unit is arranged on a grid point of each of a plurality of predetermined rows of the square lattice. And a square lattice row in which the light condensing portions are arranged are alternately arranged. Or an irradiation part and a condensing part are arrange | positioned at a regular hexagonal grid | lattice form, and are alternately arrange | positioned at each lattice point of a regular hexagonal grid.

照射光は、805nm近傍の波長の光であり、透過光の強度から、酸化ヘモグロビン濃度変化、還元ヘモグロビン濃度変化および酸化ヘモグロビン濃度変化と還元ヘモグロビン濃度変化との和から演算される総ヘモグロビン濃度変化を求め、総ヘモグロビン濃度変化の時間変化を表示することを特徴とする。あるいは、透過光の強度から、総ヘモグロビン濃度変化を求めてもよく、照射光は、700nmから1100nmの範囲から少なくとも2波長の照射光であってもよい。   The irradiation light is light having a wavelength near 805 nm, and the total hemoglobin concentration change calculated from the sum of the oxygenated hemoglobin concentration change, the reduced hemoglobin concentration change, and the oxygenated hemoglobin concentration change and the reduced hemoglobin concentration change from the intensity of the transmitted light. It is obtained, and the time change of the total hemoglobin concentration change is displayed. Alternatively, the total hemoglobin concentration change may be obtained from the intensity of transmitted light, and the irradiation light may be irradiation light having at least two wavelengths from a range of 700 nm to 1100 nm.

酸化ヘモグロビン濃度変化と還元ヘモグロビン濃度変化との和から演算される総ヘモグロビン濃度変化、酸化ヘモグロビン濃度変化または還元ヘモグロビン濃度変化の時間変化を、酸化ヘモグロビン濃度変化と還元ヘモグロビン濃度変化との和から演算される総ヘモグロビン濃度変化、酸化ヘモグロビン濃度変化または還元ヘモグロビン濃度変化ごとに色、線の種類または線の太さを変えて表示することを特徴とする。酸化ヘモグロビン濃度変化を赤色または橙色、還元ヘモグロビン濃度変化を青色、藍色または緑色、総ヘモグロビン濃度変化を黒色または茶色で表示してもよい。また、酸化ヘモグロビン濃度変化と還元ヘモグロビン濃度変化との和から演算される総ヘモグロビン濃度変化、酸化ヘモグロビン濃度変化または還元ヘモグロビン濃度変化の画像を、濃度変化に対応した色あるいは輝度で表示してもよく、濃度変化が正の場合、濃度変化の値の絶対値が大になるほど濃い赤色または高い輝度で表示し、濃度変化が負の場合、濃度変化の値の絶対値が小になるほど濃い青色または低い輝度で表示してもよい。   The total hemoglobin concentration change calculated from the sum of the oxyhemoglobin concentration change and the reduced hemoglobin concentration change, the time change of the oxyhemoglobin concentration change or the reduced hemoglobin concentration change is calculated from the sum of the oxyhemoglobin concentration change and the reduced hemoglobin concentration change. The color, the type of line, or the thickness of the line is displayed for each change in total hemoglobin concentration, oxyhemoglobin concentration change, or reduced hemoglobin concentration change. The change in oxyhemoglobin concentration may be displayed in red or orange, the change in reduced hemoglobin concentration in blue, indigo or green, and the change in total hemoglobin concentration in black or brown. Also, an image of total hemoglobin concentration change, oxygenated hemoglobin concentration change or reduced hemoglobin concentration change calculated from the sum of oxygenated hemoglobin concentration change and reduced hemoglobin concentration change may be displayed in color or brightness corresponding to the concentration change. When the density change is positive, the larger the absolute value of the density change value, the darker red or higher luminance is displayed. When the density change is negative, the lower the absolute value of the density change value, the darker blue or lower You may display with a brightness | luminance.

同一円上で検出された所定波長を有する透過光の透過光強度を、円の中心を通り被検体の表面に垂直な垂線上の被検体の所定の深さの所定範囲領域あるいは前記垂線を回転中心とする所定の回転体の所定範囲領域における、酸化ヘモグロビン濃度変化と還元ヘモグロビン濃度変化との和から演算される総ヘモグロビン濃度変化、酸化ヘモグロビン濃度変化または還元ヘモグロビン濃度変化を反映していると見做して演算することを特徴とし、円の直径が25mmから35mmとし、深さを12mmから25mmとすることを特徴とする。照射部または集光部と被検体との接触面に、柔軟かつ照射光の透過性の高い部材を用い被覆することにより、照射部または集光部が被検体に与える刺激をやわらげることができる。   The transmitted light intensity of transmitted light having a predetermined wavelength detected on the same circle is rotated through a predetermined range region of the predetermined depth of the subject on the perpendicular passing through the center of the circle and perpendicular to the surface of the subject or the perpendicular. It is considered to reflect the total hemoglobin concentration change, oxyhemoglobin concentration change, or deoxyhemoglobin concentration change calculated from the sum of the oxyhemoglobin concentration change and the reduced hemoglobin concentration change in the predetermined range area of the predetermined rotating body at the center. It is characterized in that the calculation is carried out in a short time, and the diameter of the circle is 25 mm to 35 mm, and the depth is 12 mm to 25 mm. By covering the contact surface between the irradiation unit or the light collecting unit and the subject using a flexible and highly transmissive member of the irradiation light, the stimulation given to the subject by the irradiation unit or the light collecting unit can be eased.

照射部から発せられた照射光のそれぞれの光路が重なる様に、照射部と集光部を所定の直径の円上に複数配置し、集光部と対向位置にある照射部からの生体透過光のみを選択的に検出し、検出された透過光の透過光強度を乗算することにより、前記円の中心の位置からの所定の深さでの感度を向上させることが可能となる。   A plurality of irradiation units and condensing units are arranged on a circle with a predetermined diameter so that the respective optical paths of the irradiation light emitted from the irradiation unit overlap, and the living body transmitted light from the irradiation unit at a position opposite to the condensing unit It is possible to improve the sensitivity at a predetermined depth from the position of the center of the circle by selectively detecting only the light and multiplying the transmitted light intensity of the detected transmitted light.

本発明によって、生体の所定の深さの吸収物質濃度を精度良く計測することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately measure the concentration of an absorbing substance at a predetermined depth in a living body.

本発明に基づく実施の形態を示す。本実施の形態では、生体中の酸化および還元ヘモグロビン濃度変化計測を目的として照射波長として2波長用い、光照射位置および光検出位置を2カ所設定した場合について説明するが、それぞれ波長数、光照射位置および光検出位置を増やすことは容易である。また、波長数を増加させることにより、酸化および還元ヘモグロビン濃度の変化に加えて、チトクロームやミオグロビン等他の光吸収物質濃度の変化を計測することができる。   An embodiment based on the present invention will be described. In the present embodiment, a case where two wavelengths are used as irradiation wavelengths for the purpose of measuring changes in oxidized and reduced hemoglobin concentrations in a living body and two light irradiation positions and two light detection positions are set will be described. It is easy to increase the position and the light detection position. Further, by increasing the number of wavelengths, in addition to changes in oxidized and reduced hemoglobin concentration, changes in the concentration of other light absorbing substances such as cytochrome and myoglobin can be measured.

図1に、本発明による装置構成を示す。   FIG. 1 shows an apparatus configuration according to the present invention.

特定波長の光が、光源1−1、1−2、1−3、1−4より発せられ、それぞれ光ファイバー2−1、2−2、2−3、2−4に入射される。ここで、光源1−1、1−3からの波長はλ1であり、光源1−2、1−4からの波長はλ2で、400nmから2400nmの範囲から選択する。特に、生体中の血行動態を計測する場合に、700nmから1100nmの範囲から、波長差が50nm以内となるように選択することが望ましい。また、光源1−1、1−2、1−3、1−4はそれぞれ光源駆動回路4−1、4−2、4−3、4−4により100Hzから10MHzの間の異なる周波数f1、f2、f3、f4で強度変調されている。各光源駆動回路4−1、4−2、4−3、4−4からの周波数信号は参照周波数信号として、それぞれ、位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4に入力されている。   Light of a specific wavelength is emitted from the light sources 1-1, 1-2, 1-3, and 1-4 and is incident on the optical fibers 2-1, 2-2, 2-3, and 2-4, respectively. Here, the wavelength from the light sources 1-1 and 1-3 is λ1, and the wavelength from the light sources 1-2 and 1-4 is λ2, which is selected from the range of 400 nm to 2400 nm. In particular, when measuring hemodynamics in a living body, it is desirable to select a wavelength difference within a range of 50 nm from a range of 700 nm to 1100 nm. The light sources 1-1, 1-2, 1-3, and 1-4 have different frequencies f1 and f2 between 100 Hz and 10 MHz by the light source driving circuits 4-1, 4-2, 4-3, and 4-4, respectively. , F3, and f4. The frequency signals from the light source drive circuits 4-1, 4-2, 4-3, and 4-4 are respectively supplied to the phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4 as reference frequency signals. Have been entered.

光ファイバー2−1、2−2は光方向性結合器3−1と接続し、光ファイバー2−3、2−4は光方向性結合器3−2と接続しており、光源1−1、1−2からの光は混合され照射用光ファイバー5−1に入射され、光源1−3、1−4からの光は混合され照射用光ファイバー5−2に入射される。照射用光ファイバー5−1、5−2、および集光用光ファイバー8−1、8−2は光ファイバーホルダー6で固定されている。   The optical fibers 2-1 and 2-2 are connected to the optical directional coupler 3-1, and the optical fibers 2-3 and 2-4 are connected to the optical directional coupler 3-2. -2 is mixed and incident on the irradiation optical fiber 5-1, and the light from the light sources 1-3 and 1-4 is mixed and incident on the irradiation optical fiber 5-2. The irradiation optical fibers 5-1 and 5-2 and the condensing optical fibers 8-1 and 8-2 are fixed by an optical fiber holder 6.

照射用光ファイバー5−1、5−2から被検者7に光を照射し、集光用光ファイバー8−1、8−2で生体透過光を集光する。ここで、照射用光ファイバー5−1、5−2と集光用光ファイバー8−1、8−2は、光ファイバーホルダー6の円上に等間隔に配置され、照射用光ファイバー5−1、5−2に対向した位置に集光用光ファイバー8−1、8−2が配置される。光ファイバーホルダー6は、遮光性を高めるため黒色の材料もしくは黒色の材料で被覆し、中空構造とすることが望ましい。また、照射用光ファイバー5−1、5−2および集光用光ファイバー8−1、8−2も黒色材料で被検者接触面以外を被覆することが望ましい。さらに、照射用光ファイバー5−1、5−2および集光用光ファイバー8−1、8−2の被検者接触面には、接触による痛みを軽減する目的で、例えばビニール樹脂などのような照射波長に対して透過性の良い材料で被覆する。   The subject 7 is irradiated with light from the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2, and the living body transmitted light is collected by the condensing optical fibers 8-1 and 8-2. Here, the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2 and the condensing optical fibers 8-1 and 8-2 are arranged on the circle of the optical fiber holder 6 at equal intervals, and the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2. The concentrating optical fibers 8-1 and 8-2 are arranged at positions opposite to. The optical fiber holder 6 is preferably covered with a black material or a black material to improve the light shielding property and have a hollow structure. Further, it is desirable that the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2 and the condensing optical fibers 8-1 and 8-2 are also covered with a black material other than the subject contact surface. Further, irradiation of the subject contact surfaces of the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2 and the condensing optical fibers 8-1 and 8-2, such as vinyl resin, is performed for the purpose of reducing pain due to contact. Cover with a material that is transparent to the wavelength.

集光用光ファイバー8−1、8−2で集光された生体透過光は、それぞれ光検出器9−1、9−2に入射され、各集光位置における生体透過光が光電変換および増幅される。光検出器9−1、9−2には、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを用いる。光検出器9−1からの出力信号は2つに分配された後、位相検波器10−1、10−2に入力し、光検出器9−2からの出力信号は2つに分配された後、位相検波器10−3、10−4に入力する。   The biologically transmitted light collected by the condensing optical fibers 8-1 and 8-2 is incident on the photodetectors 9-1 and 9-2, respectively, and the biologically transmitted light at each condensing position is photoelectrically converted and amplified. The For the photodetectors 9-1 and 9-2, a photomultiplier tube or an avalanche photodiode is used. The output signal from the photodetector 9-1 is distributed into two and then input to the phase detectors 10-1 and 10-2, and the output signal from the photodetector 9-2 is distributed into two. Then, it inputs into the phase detectors 10-3 and 10-4.

各位相検波器に入力した信号には照射した全波長の生体透過光が混合しているが、位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4には、それぞれ光源駆動回路4−1、4−2、4−3、4−4から参照周波数が入力されているので、位相検波器10−1では光源1−1からの生体透過光強度を、位相検波器10−2では光源1−2からの生体透過光強度を、位相検波器10−3では光源1−3からの生体透過光強度を、位相検波器10−4では光源1−4からの生体透過光強度を分離検出する。   The signals input to the respective phase detectors are mixed with the irradiated biologically transmitted light of all wavelengths, but the phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4 each have a light source driving circuit. Since the reference frequencies are input from 4-1, 4-2, 4-3, and 4-4, the phase detector 10-1 uses the phase detector 10-2 to determine the transmitted light intensity from the light source 1-1. Shows the intensity of the transmitted light from the light source 1-2, the intensity of the transmitted light from the light source 1-3 at the phase detector 10-3, and the intensity of the transmitted light from the light source 1-4 at the phase detector 10-4. Separate detection.

位相検波器10−1、10−3で検出した各生体透過光強度信号(対向位置から照射された同一波長λ1の生体透過光強度)を乗算器11−1に入力して乗算し、位相検波器10−2、10−4で検出した各生体透過光強度(対向位置から照射された波長λ2の生体透過光強度)を乗算器11−2に入力して乗算し、乗算器11−1、11−2からの出力信号をログアンプ12−1、12−2にそれぞれ入力する。さらに、各ログアンプからの出力信号をアナログ−デジタル変換器(以降A/D変換器と略す)13−1、13−2に入力し、デジタル信号に変換した後、演算装置14に取り込む。   Each biological transmitted light intensity signal (biologically transmitted light intensity of the same wavelength λ1 irradiated from the opposite position) detected by the phase detectors 10-1 and 10-3 is input to the multiplier 11-1 and multiplied, and phase detection is performed. Each of the living body transmitted light intensities detected by the devices 10-2 and 10-4 (the transmitted light intensity of the wavelength λ2 irradiated from the opposite position) is input to the multiplier 11-2 and multiplied, and the multipliers 11-1, The output signals from 11-2 are input to log amplifiers 12-1 and 12-2, respectively. Further, output signals from the log amplifiers are input to analog-digital converters (hereinafter abbreviated as A / D converters) 13-1 and 13-2, converted into digital signals, and then taken into the arithmetic unit 14.

演算装置14では、取り込まれた2波長の透過光強度の時系列信号より、酸化ヘモグロビン濃度の変化および還元ヘモグロビン濃度変化および血液量を表す酸化ヘモグロビン濃度の変化と還元ヘモグロビン濃度の変化の和を演算し時系列グラフとして表示装置15に表示する。また、同様の装置で多点計測を行った場合には、画像として表示装置15に表示する。各ヘモグロビン濃度の変化を時系列グラフとして表示する際に、表示装置が色付き表示可能な場合には各ヘモグロビン濃度の変化ごとに色を変えて表示し、表示装置が色付き表示不可能な場合には各ヘモグロビン濃度の変化ごとに線種または線の太さを変えて表示する。例えば、酸化ヘモグロビン濃度の変化は赤色または橙色、還元ヘモグロビン濃度の変化は青色、藍色または緑色、総ヘモグロビン濃度の変化は黒色、灰色または茶色で表示する。また、画像を表示する場合には、等高線画像で表示してもよく、濃度変化値の変化に対応して色あるいは輝度を変えて表示してもよい。例えば、正の濃度変化値の絶対値が大きいほど濃い赤色または濃い灰色とし、負の濃度変化値の絶対値が大きくなるほど濃い青色または淡い白色とする。   The arithmetic unit 14 calculates the sum of the change in the oxygenated hemoglobin concentration, the change in the reduced hemoglobin concentration, the change in the oxygenated hemoglobin concentration representing the blood volume, and the change in the reduced hemoglobin concentration from the captured time series signal of the transmitted light intensity of the two wavelengths. Then, it is displayed on the display device 15 as a time series graph. Further, when multipoint measurement is performed with the same device, the image is displayed on the display device 15 as an image. When displaying changes in each hemoglobin concentration as a time-series graph, if the display device can display a color, it will change the color for each change in hemoglobin concentration, and if the display device cannot display a color The line type or line thickness is changed for each change in hemoglobin concentration. For example, a change in oxyhemoglobin concentration is displayed in red or orange, a change in reduced hemoglobin concentration is displayed in blue, indigo or green, and a change in total hemoglobin concentration is displayed in black, gray or brown. Further, when displaying an image, it may be displayed as a contour image, or may be displayed by changing the color or brightness in accordance with the change in the density change value. For example, the larger the absolute value of the positive density change value, the darker red or darker gray, and the larger the absolute value of the negative density change value, the darker blue or lighter white.

本発明の装置構成としては、図1に示した光検出器9から演算装置14までのデータ収集部について様々な組み合わせが考えられる。図2から図6に、光検出器9から演算装置14までのデータ収集部に関する装置構成例を示す。   As the apparatus configuration of the present invention, various combinations of the data collection unit from the photodetector 9 to the arithmetic unit 14 shown in FIG. FIG. 2 to FIG. 6 show device configuration examples related to the data collection unit from the photodetector 9 to the arithmetic device 14.

図2にデータ収集部に関する装置構成の第1例を示す。図中、丸印付き記号A、B、CおよびDは、図1に示した装置構成例と同様に参照周波数信号を表している。また、簡単のため図1の光源1から集光用光ファイバー8までは同じ構成としている。本データ収集部に関する装置構成例は、光検出器9−1、9−2と、位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4と、A/D変換器13−1、13−2、13−3、13−4と、演算装置14とからなる。   FIG. 2 shows a first example of a device configuration relating to the data collection unit. In the figure, symbols A, B, C, and D with circles represent reference frequency signals as in the device configuration example shown in FIG. For simplicity, the light source 1 to the condensing optical fiber 8 in FIG. Device configuration examples related to the data collection unit include photodetectors 9-1 and 9-2, phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4, and an A / D converter 13-1. , 13-2, 13-3, 13-4 and the arithmetic unit.

各位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4までは図1に示した構成と同じであるが、各位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4からの出力信号を各々A/D変換器13−1、13−2、13−3、13−4でデジタル信号に変換した後、演算装置14に入力する。演算装置14では、入力された全同一波長の生体透過光信号を乗算後、乗算結果を自然対数演算で行うか、または、各同一波長の生体透過光信号の自然対数演算後、自然対数演算の演算結果を加算する。ここで、同一波長の生体透過光信号の組み合わせは、A/D変換器13−1およびA/D変換器13−3からの出力信号の組と、A/D変換器13−2およびA/D変換器13−4からの出力信号の組の2組ある。   Each phase detector 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 is the same as the configuration shown in FIG. 1, but each phase detector 10-1, 10-2, 10-3, 10 -4 are converted into digital signals by A / D converters 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4, respectively, and then input to the arithmetic unit 14. The computing device 14 multiplies the input biological transmitted light signals of the same wavelength and performs the multiplication result by natural logarithm calculation, or performs natural logarithm calculation after natural logarithm calculation of the biological transmitted light signals of the same wavelength. Add the operation results. Here, the combination of the biologically transmitted optical signals having the same wavelength is obtained by combining the output signals from the A / D converter 13-1 and the A / D converter 13-3, the A / D converter 13-2, and the A / D. There are two sets of output signals from the D converter 13-4.

図3にデータ収集部に関する装置構成の第2例を示す。図中、丸印付き記号A
、B、CおよびDは、図1に示した装置構成例と同様に参照周波数信号を表している。また、簡単のため図1の光源1から集光用光ファイバー8までは同じ構成としている。本データ収集部に関する装置構成例は、光検出器9−1、9−2と、位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4と、乗算器11−1、11−2と、A/D変換器13−1、13−2と演算装置14からなる。乗算器11−1、11−2、11−3、11−4までは図1に示した構成と同じであるが、各乗算器11−1および乗算器11−2からの出力信号を各A/D変換器13−1およびA/D変換器13−2でデジタル信号に変換した後、演算装置14に入力する。演算装置14では、各A/D変換器13−1、13−2からの信号に対してそれぞれ自然対数演算を行う。
FIG. 3 shows a second example of the device configuration relating to the data collection unit. In the figure, symbol A with a circle
, B, C, and D represent reference frequency signals as in the device configuration example shown in FIG. For simplicity, the light source 1 to the condensing optical fiber 8 in FIG. Device configuration examples related to the data collection unit include photodetectors 9-1 and 9-2, phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4, and multipliers 11-1 and 11-. 2, A / D converters 13-1 and 13-2, and an arithmetic unit 14. The multipliers 11-1, 11-2, 11-3, and 11-4 are the same as those shown in FIG. 1, but the output signals from the multipliers 11-1 and 11-2 are assigned to each A. The signal is converted into a digital signal by the / D converter 13-1 and the A / D converter 13-2 and then input to the arithmetic unit 14. The arithmetic unit 14 performs natural logarithm calculation on the signals from the A / D converters 13-1 and 13-2.

図4にデータ収集部に関する装置構成の第3例を示す。図中、丸印付き記号A、B、CおよびDは図1に示した装置構成例と同様に参照周波数信号を表している。また、簡単のため図1の光源1から集光用光ファイバー8までは同じ構成としている。本データ収集部に関する装置構成例は、光検出器9−1、9−2と、位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4と、ログアンプ12−1、12−2、12−3、12−4と、加算器16−1、16−2と、A/D変換器13−1、13−2と演算装置14からなる。位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4までは図1に示した構成と同様であるが、各位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4からの出力信号をそれぞれログアンプ12−1、12−2、12−3、12−4に入力する。ログアンプ12−1およびログアンプ12−3からの各生体透過光強度信号(対向位置から照射された同一波長λ1の生体透過光強度)を加算器16−1に入力して加算し、ログアンプ12−2およびログアンプ12−4からの各生体透過光強度信号(対向位置から照射された同一波長λ2の生体透過光強度)を加算器16−2に入力して加算し、各加算器16−1、16−2からの出力信号を各々A/D変換器13−1、13−2に入力する。各A/D変換器13−1、13−2でデジタル信号に変換した後に演算装置14に入力する。   FIG. 4 shows a third example of the apparatus configuration relating to the data collection unit. In the figure, symbols A, B, C, and D with circles represent reference frequency signals as in the device configuration example shown in FIG. For simplicity, the light source 1 to the condensing optical fiber 8 in FIG. Device configuration examples related to the data collection unit include photodetectors 9-1 and 9-2, phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4, and log amplifiers 12-1 and 12-. 2, 12-3, 12-4, adders 16-1 and 16-2, A / D converters 13-1 and 13-2, and an arithmetic unit 14. The phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4 are the same as the configuration shown in FIG. 1, but the phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, 10- 4 are input to log amplifiers 12-1, 12-2, 12-3, and 12-4, respectively. Each biological transmitted light intensity signal from the log amplifier 12-1 and the log amplifier 12-3 (biological transmitted light intensity of the same wavelength λ1 irradiated from the opposite position) is input to the adder 16-1 and added to the log amplifier. Each biological transmitted light intensity signal (biologically transmitted light intensity of the same wavelength λ2 irradiated from the opposing position) from 12-2 and the log amplifier 12-4 is input to the adder 16-2 and added, and each adder 16 is added. -1 and 16-2 are input to A / D converters 13-1 and 13-2, respectively. Each of the A / D converters 13-1 and 13-2 is converted into a digital signal and then input to the arithmetic unit 14.

図5にデータ収集部に関する装置構成の第4例を示す。図中、丸印付き記号A、B、CおよびDは図1に示した装置構成例と同様に参照周波数信号を表している。また、簡単のため図1の光源1から集光用光ファイバー8までは同じ構成としている。本データ収集部に関する装置構成例は、光検出器9−1、9−2と、位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4と、ログアンプ12−1、12−2、12−3、12−4と、A/D変換器13−1、13−2、13−3、13−4と、演算装置14からなる。位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4までは図1に示した構成と同じであるが、各位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4からの出力信号をそれぞれログアンプ12−1、12−2、12−3、12−4に入力する。ログアンプ12−1、12−2、12−3、12−4からの出力信号を各々A/D変換器13−1、13−2、13−3、13−4でデジタル信号に変換した後演算装置14に入力する。演算装置14では、入力された全同一波長の生体透過光信号を加算する。ここで、同一波長の生体透過光信号の組み合わせは、A/D変換器13−1およびA/D変換器13−3からの出力信号の組と、A/D変換器13−2およびA/D変換器13−4からの出力信号の組の2組ある。   FIG. 5 shows a fourth example of the apparatus configuration relating to the data collection unit. In the figure, symbols A, B, C, and D with circles represent reference frequency signals as in the device configuration example shown in FIG. For simplicity, the light source 1 to the condensing optical fiber 8 in FIG. Device configuration examples related to the data collection unit include photodetectors 9-1 and 9-2, phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4, and log amplifiers 12-1 and 12-. 2, 12-3, 12-4, A / D converters 13-1, 13-2, 13-3, 13-4, and an arithmetic unit 14. The phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, and 10-4 are the same as those shown in FIG. 1 except that each of the phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, 10-. 4 are input to log amplifiers 12-1, 12-2, 12-3, and 12-4, respectively. After the output signals from the log amplifiers 12-1, 12-2, 12-3, and 12-4 are converted into digital signals by the A / D converters 13-1, 13-2, 13-3, and 13-4, respectively. Input to the arithmetic unit 14. In the arithmetic unit 14, the input biological transmitted light signals of the same wavelength are added. Here, the combination of the biologically transmitted optical signals having the same wavelength is obtained by combining the output signals from the A / D converter 13-1 and the A / D converter 13-3, the A / D converter 13-2, and the A / D. There are two sets of output signals from the D converter 13-4.

図6にデータ収集部に関する装置構成の第5例を示す。図中丸印付き記号A、B、CおよびDは図1に示した装置構成例と同様に参照周波数信号を表している。また、簡単のため図1の光源1から集光用光ファイバー8までは同じ構成としている。本データ収集部に関する装置構成例は、光検出器9−1、9−2と、A/D変換器13−1、13−2、13−3、13−4、13−5、13−6と、演算装置14からなる。光検出器9−1、9−2までは図1に示した構成と同じであるが、各光検出器9−1および光検出器9−2からの出力信号を各々A/D変換器13−1およびA/D変換器13−2に入力する。各A/D変換器13−1および13−2からの出力信号を演算装置14に入力する。また、照射光に与えた参照周波数信号A、B、CおよびDを各A/D変換器13−3、13−4、13−5、13−6に入力し、デジタル信号に変換した後演算装置14に入力する。演算装置では、各A/D変換器13−1、13−2、13−3、13−4、13−5、13−6からの信号をフーリエ変換する。A/D変換器13−3、13−4、13−5、13−6からの信号をフーリエ変換し、得られた最高強度の周波数を各々f1、f2、f3およびf4とする。A/D変換器13−1からの信号をフーリエ変換した結果の中から、周波数f1およびf2に相当する信号強度をI(f1)およびI(f2)とし、A/D変換器13−2からの信号をフーリエ変換した結果の中から、周波数f3およびf4に相当する信号強度をI(f3)およびI(f4)とする。ここで、I(f1)およびI(f3)は対向位置から照射された同一波長(図1の光源1−1および1−3からの光)の生体透過光信号であるので、それぞれ相互に乗算して自然対数演算を行い、I(f2)およびI(f4)も対向位置から照射された同一波長(図1の光源1−2および1−4からの光)の生体透過光信号であるので、それぞれ相互に乗算して自然対数演算を行う。   FIG. 6 shows a fifth example of the device configuration relating to the data collection unit. In the figure, symbols A, B, C, and D with circles represent reference frequency signals in the same manner as the apparatus configuration example shown in FIG. For simplicity, the light source 1 to the condensing optical fiber 8 in FIG. Device configuration examples related to this data collection unit include photodetectors 9-1 and 9-2 and A / D converters 13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 13-5, and 13-6. And the arithmetic unit 14. The photodetectors 9-1 and 9-2 are the same as those shown in FIG. 1, but output signals from the photodetectors 9-1 and 9-2 are converted into A / D converters 13, respectively. -1 and A / D converter 13-2. Output signals from the A / D converters 13-1 and 13-2 are input to the arithmetic unit 14. Further, the reference frequency signals A, B, C and D given to the irradiation light are inputted to the A / D converters 13-3, 13-4, 13-5 and 13-6, converted into digital signals, and then operated. Input to the device 14. In the arithmetic unit, the signals from the A / D converters 13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 13-5, and 13-6 are subjected to Fourier transform. The signals from the A / D converters 13-3, 13-4, 13-5, and 13-6 are Fourier-transformed, and the obtained highest intensity frequencies are defined as f 1, f 2, f 3, and f 4, respectively. From the result of Fourier transform of the signal from the A / D converter 13-1, the signal intensities corresponding to the frequencies f1 and f2 are I (f1) and I (f2), and from the A / D converter 13-2. The signal intensity corresponding to the frequencies f3 and f4 is defined as I (f3) and I (f4) from the result of Fourier transform of the signal. Here, since I (f1) and I (f3) are biologically transmitted optical signals of the same wavelength (light from the light sources 1-1 and 1-3 in FIG. 1) irradiated from the opposite positions, they are multiplied by each other. Thus, natural logarithm calculation is performed, and I (f2) and I (f4) are biologically transmitted optical signals of the same wavelength (light from the light sources 1-2 and 1-4 in FIG. 1) emitted from the opposite positions. The natural logarithm calculation is performed by multiplying each other.

以上、1つの円上に照射用光ファイバー2本と集光用光ファイバー2本を配置した場合について説明を行った。以下、照射用光ファイバー数および集光用光ファイバー数を多数配置する場合の実施の形態を示す。   The case where two irradiation optical fibers and two condensing optical fibers are arranged on one circle has been described above. Hereinafter, an embodiment in which a large number of irradiation optical fibers and condensing optical fibers are arranged will be described.

図7に照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバー配置の第1例を示す。本配置例では2重の同心円上に、照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバーを各3本ずつ前記各同心円上に配置する例を示すが、照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバーを同心円上に多重化して設けることにより、種々の所定の深さの位置で測定の感度を高めることができる。   FIG. 7 shows a first example of the arrangement of the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber. In this arrangement example, three irradiation optical fibers and three collection optical fibers are arranged on each concentric circle on a double concentric circle. However, the irradiation optical fibers and the collection optical fibers are multiplexed on the concentric circles. By providing them, it is possible to increase the sensitivity of measurement at various predetermined depth positions.

照射用光ファイバー5−1、5−2、5−3は同心円17−1の上に120度ごとに配置し、各照射用光ファイバーに対向する位置に、集光用光ファイバー8−1、8−2、8−3を配置する。照射用光ファイバー5−4、5−5、5−6は上記同心円17−1の内部に設けた同心円17−2の上に120度ごとに配置し、各照射用光ファイバーの対向(180度)位置に、集光用光ファイバー8−4、8−5、8−6を配置する。このような配置位置の固定手段は前記光ファイバーホルダー6を用いて行う。同心円17−1の上で検出される乗算した生体透過光強度を深部の情報として割り当てて生体内部のヘモグロビン濃度変化を演算し、同心円17−2の上で検出される乗算した生体透過光強度を浅部の情報として割り当てて生体内部のヘモグロビン濃度の変化を演算することができる。また
、同心円17−2の上で検出される乗算した生体透過光強度から計算されるヘモグロビン濃度変化に感度分布から推定される所定の重み係数を乗じ、同心円17−1の上で検出される乗算した生体透過光強度から計算されるヘモグロビン濃度の変化から減算することで、所定の深さの深部の相対感度をさらに向上することも可能である。
The irradiation optical fibers 5-1, 5-2, and 5-3 are arranged on the concentric circle 17-1 at every 120 degrees, and the condensing optical fibers 8-1 and 8-2 are arranged at positions facing the respective irradiation optical fibers. , 8-3. Irradiation optical fibers 5-4, 5-5, and 5-6 are arranged at intervals of 120 degrees on the concentric circle 17-2 provided inside the concentric circle 17-1, and are opposed to each irradiation optical fiber (180 degrees). The condensing optical fibers 8-4, 8-5, and 8-6 are arranged in the above. Such an arrangement position fixing means is performed by using the optical fiber holder 6. The multiplied biological transmitted light intensity detected on the concentric circle 17-1 is assigned as the deep portion information to calculate the hemoglobin concentration change inside the living body, and the multiplied biological transmitted light intensity detected on the concentric circle 17-2 is calculated. The change in the hemoglobin concentration inside the living body can be calculated by assigning it as shallow information. Further, the multiplication detected on the concentric circle 17-1 is obtained by multiplying the hemoglobin concentration change calculated from the multiplied biological transmitted light intensity detected on the concentric circle 17-2 by a predetermined weighting factor estimated from the sensitivity distribution. By subtracting from the change in hemoglobin concentration calculated from the transmitted light intensity of the living body, it is possible to further improve the relative sensitivity of the deep part of the predetermined depth.

図8に照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバー配置の第2例を示す。本配置例では、本発明に基づき生体の様々な位置での計測を行う場合の効率的な配置例を示している。本例では1つの円上に2組の照射用光ファイバーと集光用光ファイバーの配置例を示す。   FIG. 8 shows a second example of the arrangement of the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber. This arrangement example shows an efficient arrangement example in the case where measurement is performed at various positions of a living body based on the present invention. In this example, an arrangement example of two sets of irradiation optical fibers and condensing optical fibers is shown on one circle.

1つの円上に2組の照射用光ファイバーと集光用光ファイバーを配置し、計測領域の拡張を行う場合には、図8に示すように正方格子頂点上に照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバーを配置し、各格子の対角線方向には相互に照射用光ファイバーと集光用光ファイバーが位置するように配置する。ここでは、計測位置を9か所、即ち円18−1から円18−9までの9個設定した場合、図8のように、照射用光ファイバー5−1から照射用光ファイバー5−12までと、集光用光ファイバー8−1から集光用光ファイバー8−12までを正方格子頂点上に配置する。この配置により、異なる円の交差点に配置した照射用光ファイバーと集光用光ファイバーは、円交差数と同数の計測位置に関して機能するため、より少ない本数の光ファイバーでの計測が可能となる。さらに広い領域の計測を行うため、計測位置を増加させることは容易である。このような計測領域の広域化によって得られた結果より生体深部の血行動態の画像を得ることができる。   When two sets of optical fiber for irradiation and optical fiber for condensing are arranged on one circle and the measurement area is expanded, the optical fiber for irradiation and the optical fiber for condensing are arranged on the apex of the square lattice as shown in FIG. It arrange | positions and it arrange | positions so that the optical fiber for irradiation and the optical fiber for condensing may be located mutually in the diagonal direction of each grating | lattice. Here, when nine measurement positions, that is, nine circles 18-1 to 18-9 are set, as shown in FIG. 8, from the irradiation optical fiber 5-1 to the irradiation optical fiber 5-12, The condensing optical fiber 8-1 to the condensing optical fiber 8-12 are arranged on the apex of the square lattice. With this arrangement, the irradiation optical fibers and the condensing optical fibers arranged at the intersections of different circles function with the same number of measurement positions as the number of circular intersections, so that measurement with a smaller number of optical fibers is possible. In addition, since a wider area is measured, it is easy to increase the measurement position. An image of hemodynamics in the deep part of the living body can be obtained from the result obtained by widening the measurement region.

図9に照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバー配置の第2例を示す。本配置例では、本発明に基づき生体の様々な位置での計測を行う場合の効率的な配置例を示している。本例では1つの円上に3組の照射用光ファイバーと集光用光ファイバーの配置例を示す。   FIG. 9 shows a second example of the arrangement of the irradiation optical fiber and the condensing optical fiber. This arrangement example shows an efficient arrangement example in the case where measurement is performed at various positions of a living body based on the present invention. In this example, an arrangement example of three sets of irradiation optical fibers and condensing optical fibers is shown on one circle.

1つの円上に3組の照射用光ファイバーと集光用光ファイバーを配置し、計測領域の拡張を行う場合には、図9に示すように正6角形格子頂点上に照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバーを配置し、各格子頂点の対向位置の頂点には相互に照射用光ファイバーと集光用光ファイバーが位置するように配置する。ここでは、計測位置を4か所、即ち円18−1から円18−4までの4個設定した場合、図8のように、照射用光ファイバー5−1から照射用光ファイバー5−8までと、集光用光ファイバー8−1から集光用光ファイバー8−8までを正6角形格子頂点上に配置する。この配置により、異なる円の交差点に配置した照射用光ファイバーと集光用光ファイバーは、円交差数と同数の計測位置に関して機能するため、少ない本数の光ファイバーでの計測が可能となる。さらに広い領域の計測を行うため、計測位置を増加させることは容易である。このような計測領域の広域化によって得られた結果より生体血行動態の画像を得ることができる。   When three sets of optical fiber for irradiation and optical fiber for condensing are arranged on one circle and the measurement area is expanded, as shown in FIG. 9, the optical fiber for irradiation and the optical fiber for condensing are placed on the apex of a regular hexagonal lattice. An optical fiber is arranged, and an irradiation optical fiber and a condensing optical fiber are arranged at the apexes of the opposing positions of the lattice apexes. Here, when four measurement positions, that is, four circles 18-1 to 18-4 are set, as shown in FIG. 8, from the irradiation optical fiber 5-1 to the irradiation optical fiber 5-8, The condensing optical fiber 8-1 to the condensing optical fiber 8-8 are arranged on the regular hexagonal lattice apex. With this arrangement, the irradiation optical fibers and the condensing optical fibers arranged at the intersections of different circles function with respect to the same number of measurement positions as the number of circular intersections, so that measurement with a small number of optical fibers is possible. In addition, since a wider area is measured, it is easy to increase the measurement position. A biological hemodynamic image can be obtained from the result obtained by widening the measurement area.

図10に、本発明による他の装置構成を示す。   FIG. 10 shows another apparatus configuration according to the present invention.

連続的な波長スペクトルを有する光が、白色光源19−1、19−2より発せられ、硝子フィルタ20−1、20−2を通過して計測に必要な波長域が選択され、レンズ21−1、21−2によって、照射用光ファイバー5−1、5−2に入射される。ここで、光源19−1および光源19−2からの波長は400nmから2400nmの範囲である。特に、生体中の血行動態を計測する場合に、700nmから1100nmの範囲となるように硝子フィルター20−1および硝子フィルター20−2で選択することが望ましい。また、光源19−1および光源19−2はそれぞれ光源駆動回路4−1および光源駆動回路4−2により100Hzから10MHzの間の異なる周波数f1および周波数f2で強度変調されている。各光源駆動回路4−1、4−2からの周波数信号は参照周波数信号として、それぞれ、位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4に入力されている。照射用光ファイバー5−1および照射用光ファイバー5−2は、集光用光ファイバー8−1および集光用光ファイバー8−2と供に光ファイバーホルダー6で固定されている。   Light having a continuous wavelength spectrum is emitted from the white light sources 19-1 and 19-2, passes through the glass filters 20-1 and 20-2, a wavelength range necessary for measurement is selected, and the lens 21-1 , 21-2 is incident on the irradiation optical fibers 5-1, 5-2. Here, the wavelengths from the light source 19-1 and the light source 19-2 are in the range of 400 nm to 2400 nm. In particular, when measuring hemodynamics in a living body, it is desirable to select the glass filter 20-1 and the glass filter 20-2 so as to be in the range of 700 nm to 1100 nm. The light sources 19-1 and 19-2 are intensity-modulated at different frequencies f1 and f2 between 100 Hz and 10 MHz by the light source drive circuit 4-1 and the light source drive circuit 4-2, respectively. The frequency signals from the light source driving circuits 4-1 and 4-2 are respectively input to the phase detectors 10-1, 10-2, 10-3 and 10-4 as reference frequency signals. The irradiation optical fiber 5-1 and the irradiation optical fiber 5-2 are fixed by the optical fiber holder 6 together with the condensing optical fiber 8-1 and the condensing optical fiber 8-2.

照射用光ファイバー5−1、5−2から被検者7に光を照射し、集光用光ファイバー8−1、8−2で生体透過光を集光する。ここで、照射用光ファイバー5−1、5−2と集光用光ファイバー8−1、8−2は、光ファイバーホルダー6に円上で等間隔に配置され、照射用光ファイバー5−1、5−2から対向した位置に集光用光ファイバー8−1、8−2が配置される。   The subject 7 is irradiated with light from the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2, and the living body transmitted light is collected by the condensing optical fibers 8-1 and 8-2. Here, the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2 and the condensing optical fibers 8-1 and 8-2 are arranged on the optical fiber holder 6 at equal intervals on the circle, and the irradiation optical fibers 5-1 and 5-2. The concentrating optical fibers 8-1 and 8-2 are arranged at positions facing each other.

集光用光ファイバー8−1、8−2で集光された生体透過光は、それぞれ分光器22−1、22−2に入射され、所定の波長ごとに分光される。ここでは、分光された複数波長の中から波長λ1および波長λ2を選択する。分光器22−1からの波長λ1の生体透過光が光検出器9−1に、分光器22−1からの波長λ2の生体透過光が光検出器9−2に、分光器22−2からの波長λ1の生体透過光が光検出器9−3に、分光器22−2からの波長λ2の生体透過光が光検出器9−4に入力され、各光検出器で光電変換および増幅される。光検出器9−1、9−2、9−3、9−4として、光電子増倍管あるいはアバランシェフォトダイオードが用いられる。光検出器9−1からの出力信号は位相検波器10−1に入力され、光検出器9−2からの出力信号は位相検波器10−2に入力され、光検出器9−3からの出力信号は位相検波器10−3に入力され、光検出器9−4からの出力信号は位相検波器10−4に入力される。   The living body transmitted light collected by the condensing optical fibers 8-1 and 8-2 is incident on the spectroscopes 22-1 and 22-2, respectively, and is dispersed for each predetermined wavelength. Here, the wavelength λ1 and the wavelength λ2 are selected from the plurality of dispersed wavelengths. Biologically transmitted light of wavelength λ1 from the spectroscope 22-1 is sent to the photodetector 9-1, biologically transmitted light of wavelength λ2 from the spectroscope 22-1 is sent to the photodetector 9-2, and from the spectroscope 22-2. The biologically transmitted light having the wavelength λ1 is input to the photodetector 9-3, and the biologically transmitted light having the wavelength λ2 from the spectroscope 22-2 is input to the photodetector 9-4, and is photoelectrically converted and amplified by each photodetector. The As the photo detectors 9-1, 9-2, 9-3, 9-4, photomultiplier tubes or avalanche photodiodes are used. The output signal from the photodetector 9-1 is input to the phase detector 10-1, the output signal from the photodetector 9-2 is input to the phase detector 10-2, and the output from the photodetector 9-3. The output signal is input to the phase detector 10-3, and the output signal from the photodetector 9-4 is input to the phase detector 10-4.

各位相検波器に入力した信号には同波長の異なる強度変調周波数を持つ生体透過光が混合しているが、各位相検波器10−1、10−2、10−3、10−4には、それぞれ光源駆動回路4−1、4−2から参照周波数が入力されているので、位相検波器10−1では光源19−1からの波長λ1の生体透過光強度を、位相検波器10−2では光源19−1からの波長λ2の生体透過光強度を、位相検波器10−3では光源19−2からの波長λ1の生体透過光強度を、位相検波器10−4では光源19−2からの波長λ2の生体透過光強度を分離検出することができる。   The signals input to the phase detectors are mixed with biologically transmitted light having the same wavelength and different intensity modulation frequencies, but each of the phase detectors 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 has Since the reference frequencies are respectively input from the light source drive circuits 4-1 and 4-2, the phase detector 10-1 calculates the intensity of the biologically transmitted light having the wavelength λ 1 from the light source 19-1 by the phase detector 10-2. Then, the biological transmitted light intensity of wavelength λ2 from the light source 19-1, the biological transmitted light intensity of wavelength λ1 from the light source 19-2 in the phase detector 10-3, and the light source 19-2 from the phase detector 10-4. It is possible to separate and detect the transmitted light intensity of the living body having the wavelength λ2.

位相検波器10−1および位相検波器10−3で検出した各生体透過光強度信号(対向位置から照射された波長λ1の生体透過光強度)を乗算器11−1に入力して乗算し、位相検波器10−2および位相検波器10−4で検出した各生体透過光強度(対向位置から照射された波長λ2の生体透過光強度)を乗算器11−2に入力して乗算し、各乗算器からの出力信号をログアンプ12−1およびログアンプ12−112−2にそれぞれ入力する。さらに、各ログアンプからの出力信号をアナログ−デジタル変換器13−1、13−2に入力し、デジタル信号に変換した後、演算装置14に取り込む。   Each biological transmitted light intensity signal detected by the phase detector 10-1 and the phase detector 10-3 (biological transmitted light intensity of wavelength λ1 irradiated from the opposite position) is input to the multiplier 11-1 and multiplied, Each biological transmitted light intensity detected by the phase detector 10-2 and the phase detector 10-4 (the biological transmitted light intensity of the wavelength λ2 irradiated from the opposite position) is input to the multiplier 11-2 and multiplied. The output signal from the multiplier is input to the log amplifier 12-1 and the log amplifier 12-112-2, respectively. Further, output signals from the respective log amplifiers are inputted to the analog-digital converters 13-1 and 13-2, converted into digital signals, and taken into the arithmetic device 14.

演算装置14では、取り込まれた2波長の透過光強度の時系列信号より、酸化ヘモグロビン濃度の変化、還元ヘモグロビン濃度の変化および血液量を表す酸化ヘモグロビン濃度の変化と還元ヘモグロビン濃度の変化の和を演算し時系列グラフとして表示装置15に表示する。   The arithmetic unit 14 calculates the sum of the change in the oxygenated hemoglobin concentration, the change in the reduced hemoglobin concentration, the change in the oxygenated hemoglobin concentration representing the blood volume and the change in the reduced hemoglobin concentration from the time-series signal of the transmitted two-wavelength transmitted light intensity. It calculates and displays on the display device 15 as a time series graph.

図1で示した装置構成では、光ファイバーホルダー6に照射用光ファイバーと集光用光ファイバーとの組をさらに増やして設置してもよい。例えば、照射用光ファイバーと集光用光ファイバーとの組を4組設けて、測定した測定結果を図14、図15および図16に示す。生体表面を平面と仮定し、前記生体表面と平行な平面をX−Y平面と定義し、生体表面上に、中心がx=32.5mmかつy=32.5の直径30mmの円上に、円の中心を点対称中心とするように照射用光ファイバーと集光用光ファイバーとを4組配置した。測定結果を、深さ2.5mmの位置での相対感度分布(図14)、深さ7.5mmの位置での相対感度分布(図15)、深さ12.5mmの位置での相対感度分布(図16)として示す。従来例による測定結果(図11、図12および図13)と本発明の測定結果(図14
、図15および図16)とを比較すると、所定の生体深部において測定感度を向上させることができた。
In the apparatus configuration shown in FIG. 1, a set of irradiation optical fibers and condensing optical fibers may be further installed in the optical fiber holder 6. For example, FIG. 14, FIG. 15 and FIG. 16 show the measurement results obtained by providing four sets of irradiation optical fibers and condensing optical fibers. Assuming that the surface of the living body is a plane, a plane parallel to the surface of the living body is defined as an XY plane, on the surface of the living body, on a circle with a center of x = 32.5 mm and y = 32.5 and a diameter of 30 mm. Four sets of irradiation optical fibers and condensing optical fibers were arranged so that the center of the circle was a point-symmetrical center. The measurement results are the relative sensitivity distribution at a depth of 2.5 mm (FIG. 14), the relative sensitivity distribution at a depth of 7.5 mm (FIG. 15), and the relative sensitivity distribution at a depth of 12.5 mm. (FIG. 16). Measurement results according to the conventional example (FIGS. 11, 12 and 13) and measurement results of the present invention (FIG. 14)
15 and 16), it was possible to improve the measurement sensitivity in a predetermined deep part of the living body.

本実施の形態では、所定の円上の対向位置からの生体透過光強度を同一波長ごとに全て乗算する様な構成で説明したが、同様に、同一波長ごとに全て加算する様な装置構成でも物理的な意味は低下するが、深部の相対感度を向上することは可能である。また、複数の位置で計測した生体透過光強度を四則演算する装置構成を用いて、目的とする計測領域の感度を向上してもよい。また、本発明により、深部に感度分布が必要な計測として、脳機能活動に伴う血行動態の変化を頭皮上から計測を行うことができる。   In the present embodiment, the configuration has been described in which all the transmitted light intensities from opposite positions on a predetermined circle are multiplied for each same wavelength. Similarly, in the device configuration in which all are added for each same wavelength. Although the physical meaning is lowered, it is possible to improve the relative sensitivity in the deep part. Moreover, the sensitivity of the target measurement region may be improved by using an apparatus configuration that performs four arithmetic operations on the transmitted light intensity measured at a plurality of positions. In addition, according to the present invention, as a measurement that requires a sensitivity distribution in the deep part, a change in hemodynamics accompanying brain function activity can be measured from the scalp.

本発明に係る光計測装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the optical measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る光計測装置におけるデータ収集部の他の構成図。The other block diagram of the data collection part in the optical measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る光計測装置におけるデータ収集部の他の構成図。The other block diagram of the data collection part in the optical measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る光計測装置におけるデータ収集部の他の構成図。The other block diagram of the data collection part in the optical measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る光計測装置におけるデータ収集部の他の構成図。The other block diagram of the data collection part in the optical measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る光計測装置におけるデータ収集部の他の構成図。The other block diagram of the data collection part in the optical measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る光計測装置における照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバーの配置を示す図。The figure which shows arrangement | positioning of the optical fiber for irradiation in the optical measuring device which concerns on this invention, and the optical fiber for condensing. 本発明に係る光計測装置における照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバーの他の配置を示す図。The figure which shows other arrangement | positioning of the optical fiber for irradiation in the optical measuring device which concerns on this invention, and the optical fiber for condensing. 本発明に係る光計測装置における照射用光ファイバーおよび集光用光ファイバーの他の配置を示す図。The figure which shows other arrangement | positioning of the optical fiber for irradiation in the optical measuring device which concerns on this invention, and the optical fiber for condensing. 本発明に係る光計測装置の他の構成を示す図。The figure which shows the other structure of the optical measuring device which concerns on this invention. 従来技術による生体深さ2.5mmでの感度分布を示す図。The figure which shows the sensitivity distribution in the biological body depth 2.5mm by a prior art. 従来技術による生体深さ7.5mmでの感度分布を示す図。The figure which shows the sensitivity distribution in the biological body depth 7.5mm by a prior art. 従来技術による生体深さ12.5mmでの感度分布を示す図。The figure which shows the sensitivity distribution in the biological body depth of 12.5 mm by a prior art. 本発明の装置により求めた生体深さ2.5mmにおける感度分布を示す図。The figure which shows the sensitivity distribution in the biological body depth of 2.5 mm calculated | required with the apparatus of this invention. 本発明の装置により求めた生体深さ7.5mmにおける感度分布を示す図。The figure which shows the sensitivity distribution in the biological body depth 7.5mm calculated | required with the apparatus of this invention. 本発明の装置により求めた生体深さ12.5mmにおける感度分布を示す図。The figure which shows the sensitivity distribution in the biological body depth of 12.5 mm calculated | required with the apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1−1,1−2,1−3,1−4…光源、2−1,2−2,2−3,2−4…光ファイバー、3−1,3−2…光方向性結合器、4−1,4−2,4−3,4−4…光源駆動装置、5−1,5−2,5−3,5−4,5−5,5−6,5−7,5−8…照射用光ファイバー、6…光ファイバーホルダー、7…被検者、8−1,8−2…集光用光ファイバー、9−1,9−2…光検出器、10−1,10−2,10−3,10−4…位相検波器、11−1,11−2…乗算器、12−1,12−2…ログアンプ、13−1,13−2,13−3,13−4…アナログ−デジタル変換器、14…演算装置、15…表示装置、16−1,16−2…加算器、17−1,17−2…同心円、18−1,18−2,18−3,18−4,18−5,18−6,18−7,18−8,18−9…円、19−1,19−2…白色光源、20−1,20−1…硝子フィルタ、21−1,21−1…レンズ、22−1,22−2…分光器。
1-1, 1-2, 1-3, 1-4 ... light source, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 ... optical fiber, 3-1, 3-2 ... optical directional coupler, 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, light source driving device, 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-5, 5-6, 5-7, 5- DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Optical fiber for irradiation, 6 ... Optical fiber holder, 7 ... Subject, 8-1, 8-2 ... Optical fiber for condensing, 9-1, 9-2 ... Photo detector, 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 ... Phase detectors, 11-1, 11-2 ... Multipliers, 12-1, 12-2 ... Log amplifiers, 13-1, 13-2, 13-3, 13-4 ... Analog-to-digital converter, 14 ... arithmetic unit, 15 ... display device, 16-1, 16-2 ... adder, 17-1, 17-2 ... concentric circles, 18-1, 18-2, 18-3, 18 -4, 18-5, 18 6, 18-7, 18-8, 18-9 ... circle, 19-1, 19-2 ... white light source, 20-1, 20-1 ... glass filter, 21-1, 211-1 ... lens, 22- 1, 22-2 ... Spectroscope.

Claims (4)

連続的な波長スペクトル光を発する第1および第2の光源を有し、
前記第1の光源の第1の出力光は第1の周波数f1で強度変調され、前記第2の光源の第2の出力光は第2の周波数f2 (但し、f1≠f2。) で強度変調され、
記第1の出力光は被検体頭部表面の第1の照射位置から被検体頭部内部へ照射され、記第2の出力光は被検体頭部表面の前記第1の照射位置とは異なる第2の照射位置から被検体頭部内部へ照射され、
前記被検体頭部内を透過した前記第1の出力光を第1の検出位置で検出する第1の光検出器と、前記被検体頭部内を透過した前記第2の出力光を第2の検出位置で検出する第2の光検出器とを有し、
前記第1の照射位置から前記第1の検出位置に至る第1の透過光の光路と、前記第2の照射位置から前記第2の検出位置に至る第2の透過光の光路とが前記被検体頭部内部の特定領域で重なり合うように前記第1および第2の照射位置と前記第1および第2の検出位置とが位置決めされており、
前記第1の照射位置と前記第1の検出位置とを結ぶ第1の直線と、前記第2の照射位置と前記第2の検出位置とを結ぶ第2の直線とは非平行であり、
前記第1の光検出器で受光した前記第1の出力光を入射させて波長λ1および波長λ2(λ1≠λ2)の光を取得するための第1の分光器および、前記第2の光検出器で受光した前記第2の出力光を入射させて波長λ1および波長λ2(λ1≠λ2)の光を取得するための第2の分光器を有し、
前記第1の分光器により分光された波長λ1および波長λ2の前記生体透過光のうち、前記周波数f1で強度変調された光を分離検出し、前記第2の分光器により分光された波長λ1および波長λ2の前記生体透過光のうち、前記周波数f2で強度変調された光を分離検出し、
前記第1および第2の分光器で分光された前記波長λ1の光のうち分離検出されたf1およびf2で強度変調された光についてそれぞれ乗算または加算し、前記第1および第2の分光器で分光された前記波長λ2の光のうち分離検出されたf1およびf2で強度変調された光についてそれぞれ乗算または加算する演算装置を有することを特徴とする生体光計測装置。
Having first and second light sources emitting continuous wavelength spectrum light;
The first output light of the first light source is intensity-modulated at a first frequency f1, and the second output light of the second light source is intensity-modulated at a second frequency f2 (where f1 ≠ f2). And
The first output light before SL is irradiated to the first analyte head inside the irradiation position of the head of the subject surface, before Symbol second output light to the first irradiation position the head of the subject surface Is irradiated into the subject's head from a different second irradiation position,
A first photodetector that detects the first output light transmitted through the subject head at a first detection position, and the second output light transmitted through the subject head is second. A second photodetector for detecting at a detection position of
An optical path of the first transmitted light from the first irradiation position to the first detection position and an optical path of the second transmitted light from the second irradiation position to the second detection position are The first and second irradiation positions and the first and second detection positions are positioned so as to overlap in a specific area inside the specimen head;
The first straight line connecting the first irradiation position and the first detection position and the second straight line connecting the second irradiation position and the second detection position are non-parallel,
A first spectroscope for acquiring light of wavelength λ1 and wavelength λ2 (λ1 ≠ λ2) by making the first output light received by the first light detector incident thereon, and the second light detection; A second spectroscope for acquiring the light of wavelength λ1 and wavelength λ2 (λ1 ≠ λ2) by making the second output light received by the instrument incident
Of the biologically transmitted light of wavelength λ1 and wavelength λ2 separated by the first spectrometer, light whose intensity is modulated at the frequency f1 is separated and detected, and the wavelength λ1 separated by the second spectrometer and Separating and detecting light intensity-modulated at the frequency f2 from the living body transmitted light of wavelength λ2,
Multiplying or adding the light intensity-modulated by f1 and f2 separately detected from the light of wavelength λ1 dispersed by the first and second spectrometers, respectively, by the first and second spectrometers. A biological light measurement apparatus comprising: an arithmetic unit that multiplies or adds light that has been separately detected and intensity-modulated with f1 and f2 out of the divided light having the wavelength λ2.
前記第1の出力光から所定の波長域を選択する第1の光フィルタと、前記第2の出力光から所定の波長域を選択する第2の光フィルタとを有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。   The first optical filter for selecting a predetermined wavelength range from the first output light, and the second optical filter for selecting a predetermined wavelength range from the second output light. The biological light measurement device according to 1. 前記演算装置は、前記波長λ1および波長λ2につきそれぞれ乗算または加算された波長ごとの通過光強度の時系列信号より、酸化ヘモグロビン濃度の変化および還元ヘモグロビン濃度の変化を算出することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。  The arithmetic unit calculates a change in oxyhemoglobin concentration and a change in deoxyhemoglobin concentration from a time-series signal of transmitted light intensity for each wavelength multiplied or added for each of the wavelengths λ1 and λ2. Item 2. The biological optical measurement device according to Item 1. 前記酸化ヘモグロビン濃度の変化および前記還元ヘモグロビン濃度の変化を表示する表示装置を有することを特徴とする請求項3記載の生体光計測装置。  The living body optical measurement device according to claim 3, further comprising a display device that displays a change in the oxyhemoglobin concentration and a change in the reduced hemoglobin concentration.
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