JP3967062B2 - プローブ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体光計測装置用のプローブ装置に係り、特に、生体内の局所的な血液動態変化を計測するために使用して好適な生体光計測装置用のプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体光計測装置として、光トポグラフ装置と呼ばれる計測装置が知られている。この装置は、光照射／検出部を持つプローブを多数配置したプローブ装置を、各プローブが計測部位、例えば、頭部に密着するように取り付けて、各プローブから近赤外線を照射して計測を行うというものである。
【０００３】
図１５は従来技術によるプローブ装置を被検体の頭部に装着した状態を説明する図、図１６はプローブと頭皮との接触状態について説明する図であり、以下、これらの図を参照して従来技術によるプローブ装置について説明する。図１５、図１６において、２０１はシェル部、２０２はプローブ、２０３は光ファイバー、２０４はしわ、２０５は固定ベルトである。
【０００４】
従来技術によるプローブ装置は、図１５に示すように、被験者の頭部形状に合わせて椀形に形成されたシート材によるシェル部２０１に、複数のプローブｎ２を格子状に配置して構成されている。個々のプローブ２０２は、シェル部２０１から取り外し可能であり、プローブ２０２が毛髪等により頭皮との接触が不完全であることがモニタ画面により確認された場合、その部分のプローブ２０２だけを装着し直すことが可能とされている。このように構成されるプローブ装置は、これを被験者の頭部に装着する場合、被験者の頭部形状の個人差や装着部位の違いにより、必ずしも頭部にフィットするとは限らないので、固定ベルト２０５をあごに掛けてシェル部２０１をしっかりと頭部に押し付けるようにして使用される。そして、計測に当っては、各プローブ２０１から光ファイバー２０３を介して送られてくる近赤外線を頭部の皮下に向けて照射し、その反射光をプローブ２０１で受け、光ファイバー２０３を介して図示しない計測装置本体に送り返す。
【０００５】
図１６に頭部形状とプローブの接触状況とを示しているが、図１６（ａ）に示す例の場合、頭部曲率とシェル部の曲率とが一致して、全てのプローブが頭皮に接触している。図１６（ｂ）に示す例の場合、被験者の頭部の曲率がシェル部の曲率より大きいため、中央部に配置されるプローブが頭皮に接触できない状態になっている。また、図１６（ｃ）に示す例の場合、被験者の頭部の曲率がシェル部の曲率より小さいため、周辺部に配置されるプローブが頭皮に接触できない状態になっている。
【０００６】
図１６には、一軸方向しか示していないので、シェル部２０１を柔軟な弾性のある材料により構成することにより、いずれの場合もフィットしそうに見える。しかし、シェルプローブは、シェル部２０１上に前後左右の２次元状にプローブ２０２を配置して構成されるので、シェル部２０１に柔軟な材料を使用しても、シェル部２０１にしわ２０４が寄ってしまい、全てのプローブを確実に頭皮に接触させることが困難である。これを解決するため、シェル部２０１をゴムシート等の伸縮性のある材料を用いることが考えられるが、このように構成されたプローブ装置は、プローブ相互間の距離が変わってしまったり、より強い力でシェル部を頭部に押さえ付けなければならないことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術によるプローブ装置は、シェル部が椀形に形成されているが、この椀形形状を頭部形状に完全に一致させることができず、全てのプローブを確実に頭皮に密着接触させることが困難であるという問題点を有している。また、プローブを確実に頭皮に密着接触させるために、固定ベルト２０５によりしっかりと頭部に押し付けて使用しなければならないため、被験者にあごに掛かるベルトによる痛み、苦痛を感じさせるという問題点を有している。この問題点は、実際の計測に３時間程度の長時間を必要とするため、被験者が苦痛に耐えられない場合も生じさせることになる。
【０００８】
また、従来技術によるプローブ装置は、固定ベルトをあご掛けて使用するため、発声を伴う計測を行う場合に、プローブが動いてしまうという問題点を有し、また、プローブの１つ１つを毛を掻き分けながら装着しなければならず、プローブの装着に時間が掛かり、高度な技術も必要であるという問題点を有している。さらに、従来技術によるプローブ装置は、各プローブに直接光ファイバーが取り付けられて、プローブの数だけの光ファイバーが外部に引き出されているので、これらのファイバーが絡み合ってしまう等その操作性が悪いという問題点を有している。
【０００９】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、どのような形状を持った頭部にも全てのプローブを容易に頭皮に密着させることができ、プローブが自立的に頭部形状にフィットすることを可能にした形状を有する生体光計測装置用のプローブ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、生体表面に光を照射する光照射手段と、生体内部を通過して生体表面から出射する光強度を検出する光検出手段とを備える生体光計測装置に用いるプローブ装置において、前記プローブ装置は、その先端に前記光照射手段を備えた複数の光照射プローブと、その先端に前記光検出手段を備えた複数の光検出プローブと、前記光照射プローブと前記光検出プローブとを互いに隣接するような格子状の配列で保持するシェル部とを備え、前記光照射手段と前記光検出手段とは、前記光照射プローブまたは前記光検出プローブの先端に光ファイバー束端面が露出するように配置され、かつ、該光ファイバー束端面が、その高さと位置とを微調整する調整つまみを介して調整可能に前記シェル部に取り付けられていることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による生体光計測装置用のプローブ装置の実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明によるプローブ装置を使用する生体光計測装置の構成を示すブロック図であり、本発明によるプローブ装置の説明を行う前に、まず、図１を参照して生体光計測装置について説明する。図１において、１は光源、２は光源用光ファイバー、３ａ〜３ｃは光ファイバー連結器、４は光照射用光ファイバー、５は光照射位置、６は被検体、７ａ、７ｂは光検出用光ファイバー、８は光ファイバー固定部材、９ａ、９ｂは光検出器用光ファイバー、１０ａ、１０ｂは光検出器、１１は差動増幅器、１２はＡ／Ｄ変換器、１３は計算機、１４は表示装置、１５は局所的に血液動態が変化する領域、１６ａ、１６ｂは光検出用光ファイバーの視野、２４ａ、２４ｂはロックインアンプ、２５ａ、２５ｂは対数増幅器である。
【００１３】
図１において、光源１から発せられる光は、図示しないレンズ系を用いて集光されて光源用光ファイバー２に入射する。光源１から発せられる光は、外来起因の雑音を除去するために発振器２３により１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚ程度の任意の周波数ｆで強度変調されている。光源用光ファイバー２は、光ファイバー連結器３ａを介して光照射用光ファイバー４と接続されているため、光源１からの光は、光照射用光ファイバー４に伝達され、光照射位置５より被検体６に照射される。用いる光の波長は、生体内の注目物質の分光特性によるが、血液内のＨｂとＨｂＯ2 との濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の光の中から１あるいは複数波長選択して用いる。光源１としては、半導体レーザ、チタンサファイアレーザ、発光ダイオード等を用いることができる。被検体６に照射された光は、光検出用光ファイバーの視野１６ａ、１６ｂの領域を通過し、この領域内の血管等の局所的に血液動態が変化する領域１５を通過して光検出用光ファイバー７ａ及び７ｂに入射する。なお、光ファイバー４、７ａ、７ｂは、多数のファイバーが束ねられて構成されたものである。
【００１４】
被検体６を通過して出射する光を検出するための２本の光検出用光ファイバー７ａ及び７ｂは、被検体６上の異なる２箇所に配置される。図示例では、前述の２本の光検出用光ファイバー７ａと７ｂとは、光照射位置５を対称中心として点対称の２箇所に配置される。光照射用光ファイバー４と光検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、表面が黒色に塗装された光ファイバー固定部材８により固定されている。また、光照射用光ファイバー４、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂ及び光ファイバー固定部材８は、簡便を期するために光検出プローブとして一体化されており、詳細については後述する。光検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、光ファイバー連結器３ｂ、３ｃを介して光検出器用光ファイバー９ａ、９ｂに連結されているため、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂで検出された通過光は、光検出器１０ａ、１０ｂまで伝達され、光検出器１０ａ、１０ｂにより光電変換され、通過光の強度が電気信号の強度として出力される。光検出器１０ａ、１０ｂとしては、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管等の光電変換素子を用いることができる。
【００１５】
光検出器１０ａと１０ｂとから出力された通過光強度を表わす電気信号は、それぞれロックインアンプ２４ａ、２４ｂにより光源の光強度変調周波数成分のみが抽出される。ロックインアンプ２４ａからの出力は、対数増幅器２５ａで対数変換された後に差動増幅器１１の負極に入力され、ロックインアンプ２４ｂからの出力は、対数増幅器２５ｂで対数変換された後に差動増幅器１１の正極に入力される。その結果として、異なる２ヵ所の位置での通過光強度の差分信号が、出力信号として差動増幅器１１より出力される。差動増幅器１１からの出力信号は、逐次Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換され、計算機１３に取り込まれて処理された後、表示装置１４に時系列データとして表示される。
【００１６】
前述した例は、光照射用光ファイバー１本と光検出用光ファイバー２本とが光検出プローブとして一体化されているとして説明したが、プローブは、光照射用光ファイバーと光検出用光ファイバーとをそれぞれ複数本設けたプローブ装置として構成されていてよく、また、光検出用光ファイバーからの検出信号が個々に計算機に入力されるようになっていてよい。
【００１７】
図２は本発明の実施形態によるプローブ装置のシェル部の形状に対する基本的な考え方を説明する図、図３はシェル部への固定ベルトの取り付けとプローブ装置の被験者の頭頂部への装着状態とを説明する図、図４はプローブ装置の被験者の頭部の各所への装着状態を説明する図、図５は固定ベルトによらないプローブ装置の装着方法を説明する図、図６はプローブの個数の相違によるシェル部の形状の相違を説明する図である。図２〜図６において、２０６は紐、２０７は連結器具、５０１はネット状帽子、５０２はヘッドバンドであり、他の符号は図１５の場合と同一である。
【００１８】
一般に、球体の表面を平面に置き換える場合、例えば、地球儀上の地図を平面に置き換える場合、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、多円錐図法によって平面状に展開することができる。本発明の実施形態によるプローブ装置は、このような多円錐図法による球体表面の平面への置き換えを応用したものであり、複数のプローブ２０２を格子状に配置して保持するシェル部２０１を、図２（ｃ）に示すような形状としたものである。すなわち、シェル部２０１は、中央部のプローブ２０２を１つの方向に連結し、連結されたこれらのプローブ２０２の連結軸に直角方向にあるプローブ２０２が、連結軸から離れて隣接するプローブ２０２と切り離されて、連結部から枝状に延びだ部位に位置させられるような形状を有して構成される。
【００１９】
前述のような形状を持つシェル部２０１は、平面でありながら彎曲したときに、どのような球状の形状の上にも容易にフィットすることができるものとなる。この場合に、シェル部２０１自身は、伸縮することなく、しわができたりすることもない。また、このシェル部２０１は、球の大きさが異なる場合にも、問題なく球面に密着させることができる。これにより、このようなシェル部２０１上に格子状に配置される複数のプローブ２０２は、シェル部２０１の前述のような性質により、その全てが容易に頭部等の球面上に密着可能となる。また、前述した形状を有するシェル部２０１は、枝状に延びた複数の部位の方向に２方向から引っ張ることにより、自立的に球状に変形してくる。シェル部２０１は、前述したような性質を持つので、被検体としての被験者の頭部の曲率が異なるどのような位置に装着された場合にも、全てのプローブ２０２を頭皮に密着させることができる。
【００２０】
シェル部２０１の枝状に延びた複数の部位の２方向から引っ張るため、シェル部２０１には、図３（ａ）に示すように、枝状に延びた複数の部位の先端に紐２０６を連結し、これらの複数の紐を連結器具２０７を介して固定ベルト２０５が取り付けられる。紐２０６を伸縮性を有するものとすれば、固定ベルト２０５を単に輪状に構成して、図３（ｂ）に示すように、複数のプローブ２０２と、これらを保持するシェル部２０１とにより構成されるプローブ装置を頭部に容易に装着することができ、しかも、全てのプローブ２０２を頭皮に密着させることができる。
【００２１】
被検体としての被験者の頭部の曲率が異なる種々の位置にプローブ装置を装着した状態を図４に示している。図４に示す例は、プローブ２０２を円盤状のものとして示しているが、プローブ装置全体の構成は、前述したものと同一である。図４（ａ）に示す例はプローブ装置を側頭部に装着した例、図４（ｂ）に示す例はプローブ装置を前頭部に装着した例、図４（ｃ）に示す例はプローブ装置を後頭部に装着した例である。これらの例は、いずれも、固定ベルト２０５をあごに掛けるのではなく頭部の周囲に掛けることにより、プローブ装置を装着することができる。また、図４（ｄ）に示す例はプローブ装置を頭頂部に装着した例であり、この場合、固定ベルト２０５は、あごに掛けられる。図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す例は、組み合わせて使用することができ、これにより、複数の部位を同時に計測することができ、また、全脳に対する計測を行うこともできる。
【００２２】
図４ではプローブ装置の頭部への装着を固定ベルトにより行うとしたが、次に、図５を参照して固定ベルトによらない装着方法について説明する。
【００２３】
図５（ａ）に示す例は、頭部に載置したプローブ装置の上からネット状帽子５０１を被せ、これにより、プローブ装置を頭部に装着するようにした例である。この例によれば、プローブ装置全体に押し付け力が加わることになり、プローブの頭皮への密着性をより向上させることができ、また、固定ベルトを使用する場合のように被験者に違和感を与えることも少なくすることができる。また、後述するように、プローブ２０２は、頭皮との間に毛髪等が挟まった場合に、その位置を調整することが可能であるが、図５（ａ）に示す例は、このような場合に、ネットの目を通して容易にその作業を行うことができる。図５（ｂ）に示す例は、頭の側部周囲にヘッドバンド５０２を装着させ、このヘッドバンド５０２に前述で説明した固定ベルトを連結してプローブ装置を固定して装着するようにした例である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示す例は、いずれも、被験者が固定ベルトをあごに掛ける必要なくプローブ装置を装着することができるので、長時間にわたる計測の場合にも、被験者苦痛を与えることがなく、また、あごが自由であるので発声をを行いながらの計測も可能となる。なお。ここに説明した２つの例は、組み合わせて使用することができる。
【００２４】
前述までに説明した本発明の実施形態によるプローブ装置は、３×３の格子状に配置された９個のプローブを有するものとして説明したが、プローブの数は、これに限らず任意の数とすることができる。図６に示す例は、それらの幾つかを模式的に示した例であり、図６（ａ）はプローブを５×５とした例、図６（ｂ）はプローブを４×４とした例、図６（ｃ）はこれまでに説明したきたプローブを３×３とした例である。そして、図６（ｂ）に示すプローブを４×４とした例は、中央部に並ぶプローブが存在しないため、中央部の２つの列のプローブを連結して構成している。このような形状としても、前述したと同様に使用することができ、同様な効果を得ることができる。また、プローブ装置を構成するプローブの並べ方は、前述した例に限らず、どのような配列としてもよく、例えば、プローブの縦横の数が異なる配列、列または行のプローブの数が他の列または行と異なる配列等であってもよい。
【００２５】
図７は本発明の第１の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図、図８は本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図、図９は本発明の第３の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図であり、以下、これらの図を参照して、本発明の実施形態によるプローブ装置について具体的に説明する。図７〜図９において、７０１は連結部、７０２はバネ、７０３は高さ調整ねじ、７０４は調整つまみ、７０５はファイバー束端、７０６はファイバー保持材である。
図７（ａ）、図７（ｂ）には、本発明の第１の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態は、プローブ２０２が構成される部分のシェル部２０１を硬質プラスチック等によりプローブ毎に分割して形成し、プローブが構成される部分の相互間を周囲に蛇腹を形成したゴムチューブ等により形成された連結部７０１により可橈性を持たせて結合してシェル部２０１の全体を形成して構成されている。
【００２６】
各プローブ２０２は、図７（ｃ）に示すように、プローブ装置の下面側に突出するファイバー束端７０５を保持するファイバー保持材７０６と、該保持材７０６と共にファイバー束端７０５を下方に押し付けるバネ７０２と、ファイバー保持材７０６の高さを調整する高さ調整ねじ７０３と、高さ調整ねじの調整とファイバー束端７０５の位置を微調整する調整つまみ７０４とを備えて構成されている。このように構成されるプローブ２０２は、シェル部２０１から取り外すことができないが、調整つまみ７０４によりシェル部２０１の内部で動かすことができ、ファイバー束端７０５と頭皮との密着が充分でない場合等に、毛髪を掻き分けて調節することができる。
【００２７】
なお、後述するが、ファイバー束端７０５から延びる光ファイバーは、シェル部２０１の内部を通り、列毎の各プローブ２０２からの光ファイバーが纏められてシェル部２０１の外部に導かれる。
【００２８】
図８（ａ）、図８（ｂ）には、本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態は、シェル部２０１全体を、ゴム、エラストマ等のやや軟質の材料により形成し、あるいは、これらのいずれかとプラスチックとの２重成型により形成したもので、全体がシームレスに見えるように構成されている。内部に設けられるプローブの構成は、図７により説明したものと同一であってよい。
【００２９】
図９（ａ）、図９（ｂ）には、本発明の第３の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態は、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、個々のプローブ２０２を位置させるシェル部の部位の形状を全体に丸みを持たせてはっきり出すようにし、これらの部位を連結する部分も、前述の丸みに滑らかに繋がるように形成されている。これにより、このプローブ装置は、前述で説明したネット状の帽子５０１により頭部に装着した場合にも、ネット等にひっかかるようなことを防止することができる。また、この実施形態は、シェル部２０１の下側半分をシリコンゴム等によるクッション機能を有する材料により形成し、図９（ｃ）に示すように、プローブ２０２自体をシリコンゴム部９０１に取り付けている。これにより、プローブ２０２は、図７により説明した構成からバネ７０２、高さ調整ねじ７０３を不要としてプローブ２０２の部品点数を低減させても、図９（ｄ）に示すように、調整つまみ７０４だけで、プローブの高さ調整や頭皮への接触調整を行うことができる。
【００３０】
図１０は各プローブからの光ファイバーのプローブ装置の外部への引き出し方法について説明する図である。
【００３１】
各プローブからの光ファイバーを従来技術の場合のように各プローブから直接外部に引き出すようにすると、操作の邪魔になり、また、各ファイバー自体が細いので損傷を受ける場合が生じる。そこで、本発明の実施形態は、各プローブからの光ファイバーを、シェル部の中にはわせて配線し、束ねてから外部に導出するようにしている。
【００３２】
図１０（ａ）に示す例は、プローブの１列毎に光ファイバーを束ねて外部に導出し、外部で複数の各列から導出された光ファイバーの束をさらに束ねるようにした例である。また、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示す例は、全てのプローブからの光ファイバーを全てシェル部内部で束ねて外部に導出するようにした例である。図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示した例は、外部への光ファイバーの導出位置が相違するだけで、基本的に同一である。
【００３３】
前述で説明した本発明の各実施形態によるプローブ装置は、複数備えられるプローブが、相互に隣り合うものが光照射用、光検出器用として使用される。このため、図１により説明した光照射用光ファイバー４、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、それぞれ、前述した本発明の各実施形態によるプローブ装置のプローブ２０２を構成するものであり、また、光ファイバー固定部材８は、シェル部２０１に相当する。前述したように、各プローブ２０２は、光照射用、光検出器用として独立に使用されるので、本発明の各実施形態は、各プローブが光照射用として使用されるものであるか、光検出器用として使用されるものであるかが目視によりすぐに判るように、各プローブの調整つまみ７０４の上面が異なる色とされている。例えば、光照射用を赤色とし光検出器用を黄色とする等である。
【００３４】
そして、各プローブは、光照射用と光検出器用との各ファイバーのファイバー束端の相互間の距離がある一定の距離以下にならないように使用する必要がある。このため、前述で説明した本発明の各実施形態によるプローブ装置は、小さい曲率を持つ頭部に装着され、プローブを囲む部分のシェル部が相互に接触する状態になった場合にも、各プローブのファイバー束端相互間の距離が前述した一定の距離以下とならないように、プローブを囲む部分のシェル部が形成されている。前述の一定の距離は、大人用の場合約３０ｍｍであり、子供用の場合約１５ｍｍである。
【００３５】
図１１は図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用して計測を行う状況を説明する図であり、以下、これについて説明する。
【００３６】
図１１（ａ）において、半導体レーザーによる光源からの近赤外線領域の光は、光ファイバーを介して、光照射用として使用されるプローブに送られて、そのファイバー束端から頭部に照射される。そして、隣接する光検出器用として使用されるプローブのファイバー束端から頭内部を通った光が入力され、光ファイバーを通ってフォトトランジスタによる光検出器１０入力される。ここで、検出された光は電気信号に変換され、この電気信号が増幅器１１’、Ａ／Ｄ変換器１２を介してＰＣ等による計算機１３に入力されて処理される。
【００３７】
本発明の実施形態によるプローブ装置を使用する場合における計測領域と、複数のプローブの使い分けとを図１１（ｂ）に示している。この例では、プローブ装置に４×４の１６個のプローブが配置され、丸印で示す８個のプローブを光照射用として使用し、四角印で示す８このプローブを光検出器用として使用するとしている。そして、この例の場合、図１１（ｂ）に網掛けにより示している部分が被計測領域となり、頭部内の脳における血流の状況等を観測することができる。
【００３８】
図１２は図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用し、プローブのファイバー束端から頭皮部を照明可能とする構成を説明する図であり、以下、これについて説明する。
【００３９】
プローブ装置は、被計測部である頭部に装着した際に、各プローブのファイバー束端と頭皮との間に毛髪等が挟まらないように、毛髪の掻き分け作業を行わなければならない。このためには、ファイバー束端の近傍を容易に目視することが可能であることが必要である。図１２に示す例は、このため、ファイバー束端から頭皮部を照明可能としたもので、図１２（ａ）に示すように、図１１（ａ）に示す構成に白色光の光源１２１を設け、また、各プローブに接続されているファイバーの途中に光結合器１２２を設けたものである、そして、前述の白色光は、光源１２１に接続された光ファイバーと光結合器１２２とを介して各プローブに接続されているファイバーに注入される。これにより、白色光の光源１２１からの白色光は、各プローブのファイバー束端から頭皮部分を照射して照明することができる。なお、この場合、白色光を注入するプローブのファイバーは、光照射用、光検出器用の全てである。作業者は、プローブの調整つまみ７０４の近傍にプローブのファイバー束端を見通せるように設けた穴１２３からファイバー束端の部分を見ながら調整つまみ７０４を動かして、毛髪の掻き分け作業、ファイバー束端の高さ調整の作業等を容易に行うことができ、あるいは、穴１２３にピンを挿入して毛髪の掻き分け作業を行うことができる。
【００４０】
図１２に示す例は、白色光の光源１２１をＵＶ（紫外線）光源に置き換えることにより、各プローブのファイバー束端のＵＶ殺菌を行うことができる。
【００４１】
図１３は図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用し、プローブのファイバー束端が頭皮に密着していることをプローブの位置で確認可能とする構成を説明する図であり、以下、これについて説明する。
【００４２】
図１に示す生体光計測装置は、各プローブのファイバー束端の頭皮への密着状況をリアルタイムで検知することができる。通常、この検知情報は、計算機１３の表示装置１４に表示させているが、図１３に示す例は、この検知情報をプローブの近傍に表示することができるようにしたものである。すなわち、この例は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、各プローブの近傍にファイバー束端が頭皮への密着しているか否かを示すＬＥＤ１３１を設け、計算機１３が持つ密着状況の情報をプローブ装置まで導いて、各ＬＥＤ１３１によりファイバー束端の頭皮への密着状態を表示するようにしたものである。
【００４３】
例えば、計算機１３は、各プローブのファイバー束端が頭皮に充分に密着されていない場合に、対応する位置にあるＬＥＤが発光するように制御する。これにより、作業者は、どの位置のプローブにおけるファイバー束端が頭皮に充分に密着していないかを一目で知ることができ、これにより、容易にそのプローブのファイバー束端を密着させる作業を行うことができる。なお、ＬＥＤ１３１からの光は、ファイバー束端の照明として使用することができる。
【００４４】
前述までに説明した本発明の各実施形態によるプローブ装置は、計測装置との間を光ファイバーにより接続して使用するものであったが、本発明は、プローブ装置と計測装置との間を有線または無線を使用した電気信号により接続することもできる。
【００４５】
図１４はプローブ装置と計測装置との間を有線または無線を使用した電気信号により接続した例を接続する図である。
【００４６】
図１４（ａ）に示す例は、プローブ装置内の各プローブに近赤外線発光用のＬＥＤ１４１とフォトトランジスタ１０とを設け、フォトトランジスタ１０により検出された信号をケーブルを介して計測装置に送信するように構成した例である。この例の場合、図示していないがＬＥＤ１４１の駆動用の電源ラインが別途必要となる。このようなプローブ装置によれば、光ファイバーを使用することなく計測を行うことができ、プローブ装置の装着時の作業性の向上を図ることができる。なお、この例は、光照射用または光検出器用のいずれか一方のみを光ファイバーとすることもできる。
【００４７】
図１４（ｂ）に示す例は、プローブ装置内の各プローブに近赤外線発光用のＬＥＤ１４１とフォトトランジスタ１０とを設けると共に、プローブ装置内にフォトトランジスタ１０により検出された信号を増幅するアンプ１４２、Ａ／Ｄ変換器１４３及び無線送信装置１４４を設け、フォトトランジスタ１０により検出された信号をディジタル化して計測装置に送信するように構成した例である。この場合、計測装置には、無線受信装置１４５を設ける必要がある。この例の場合、プローブ装置の内部あるいは外付けでプローブ装置内のＬＥＤ１４１、アンプ１４２、Ａ／Ｄ変換器１４３、無線送信装置１４４を駆動するためのバッテリーを備えることにより、被験者は、プローブ装置を装着したまま自由に動くことができ、例えば、運動をしながらの脳機能の計測を容易に行うことが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数のプローブを自立的に頭部形状にフィットさせることができ、どのような形状を持った頭部にも全てのプローブを容易に頭皮に密着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプローブ装置を使用する生体光計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態によるプローブ装置のシェル部の形状に対する基本的な考え方を説明する図である。
【図３】シェル部への固定ベルトの取り付けとプローブ装置の被験者の頭頂部への装着状態とを説明する図である。
【図４】プローブ装置の被験者の頭部の各所への装着状態を説明する図である。
【図５】固定ベルトによらないプローブ装置の装着方法を説明する図である。
【図６】プローブの個数の相違によるシェル部の形状の相違を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図である。
【図９】本発明の第３の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図である。
【図１０】各プローブからの光ファイバーのプローブ装置の外部への引き出し方法について説明する図である。
【図１１】図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用して計測を行う状況を説明する図である。
【図１２】プローブのファイバー束端から頭皮部を照明可能とする構成を説明する図である。
【図１３】プローブのファイバー束端が頭皮に密着していることをプローブの位置で確認可能とする構成を説明する図である。
【図１４】プローブ装置と計測装置との間を有線または無線を使用した電気信号により接続した例を接続する図である。
【図１５】従来技術によるプローブ装置を被検体の頭部に装着した状態を説明する図である。
【図１６】プローブと頭皮との接触状態について説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光源用光ファイバー
３ａ〜３ｃ 光ファイバー連結器
４ 光照射用光ファイバー
５ 光照射位置
６ 被検体
７ａ、７ｂ 光検出用光ファイバー
８ 光ファイバー固定部材
９ａ、９ｂ 光検出器用光ファイバー
１０ａ、１０ｂ 光検出器
１１ 差動増幅器
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 計算機
１４ 表示装置
１５ 局所的に血液動態が変化する領域
１６ａ、１６ｂ 光検出用光ファイバーの視野
２４ａ、２４ｂ ロックインアンプ
２５ａ、２５ｂ 対数増幅器
２０１ シェル部
２０２ プローブ
２０３ 光ファイバー
２０４ しわ
２０５ 固定ベルト
２０６ 紐
２０７ 連結器具
５０１ ネット状帽子
５０２ ヘッドバンド
７０１ 連結部
７０２ バネ
７０３ 高さ調整ねじ
７０４ 調整つまみ
７０５ ファイバー束端
７０６ ファイバー保持材
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体光計測装置用のプローブ装置に係り、特に、生体内の局所的な血液動態変化を計測するために使用して好適な生体光計測装置用のプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体光計測装置として、光トポグラフ装置と呼ばれる計測装置が知られている。この装置は、光照射／検出部を持つプローブを多数配置したプローブ装置を、各プローブが計測部位、例えば、頭部に密着するように取り付けて、各プローブから近赤外線を照射して計測を行うというものである。
【０００３】
図１５は従来技術によるプローブ装置を被検体の頭部に装着した状態を説明する図、図１６はプローブと頭皮との接触状態について説明する図であり、以下、これらの図を参照して従来技術によるプローブ装置について説明する。図１５、図１６において、２０１はシェル部、２０２はプローブ、２０３は光ファイバー、２０４はしわ、２０５は固定ベルトである。
【０００４】
従来技術によるプローブ装置は、図１５に示すように、被験者の頭部形状に合わせて椀形に形成されたシート材によるシェル部２０１に、複数のプローブｎ２を格子状に配置して構成されている。個々のプローブ２０２は、シェル部２０１から取り外し可能であり、プローブ２０２が毛髪等により頭皮との接触が不完全であることがモニタ画面により確認された場合、その部分のプローブ２０２だけを装着し直すことが可能とされている。このように構成されるプローブ装置は、これを被験者の頭部に装着する場合、被験者の頭部形状の個人差や装着部位の違いにより、必ずしも頭部にフィットするとは限らないので、固定ベルト２０５をあごに掛けてシェル部２０１をしっかりと頭部に押し付けるようにして使用される。そして、計測に当っては、各プローブ２０１から光ファイバー２０３を介して送られてくる近赤外線を頭部の皮下に向けて照射し、その反射光をプローブ２０１で受け、光ファイバー２０３を介して図示しない計測装置本体に送り返す。
【０００５】
図１６に頭部形状とプローブの接触状況とを示しているが、図１６（ａ）に示す例の場合、頭部曲率とシェル部の曲率とが一致して、全てのプローブが頭皮に接触している。図１６（ｂ）に示す例の場合、被験者の頭部の曲率がシェル部の曲率より大きいため、中央部に配置されるプローブが頭皮に接触できない状態になっている。また、図１６（ｃ）に示す例の場合、被験者の頭部の曲率がシェル部の曲率より小さいため、周辺部に配置されるプローブが頭皮に接触できない状態になっている。
【０００６】
図１６には、一軸方向しか示していないので、シェル部２０１を柔軟な弾性のある材料により構成することにより、いずれの場合もフィットしそうに見える。しかし、シェルプローブは、シェル部２０１上に前後左右の２次元状にプローブ２０２を配置して構成されるので、シェル部２０１に柔軟な材料を使用しても、シェル部２０１にしわ２０４が寄ってしまい、全てのプローブを確実に頭皮に接触させることが困難である。これを解決するため、シェル部２０１をゴムシート等の伸縮性のある材料を用いることが考えられるが、このように構成されたプローブ装置は、プローブ相互間の距離が変わってしまったり、より強い力でシェル部を頭部に押さえ付けなければならないことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術によるプローブ装置は、シェル部が椀形に形成されているが、この椀形形状を頭部形状に完全に一致させることができず、全てのプローブを確実に頭皮に密着接触させることが困難であるという問題点を有している。また、プローブを確実に頭皮に密着接触させるために、固定ベルト２０５によりしっかりと頭部に押し付けて使用しなければならないため、被験者にあごに掛かるベルトによる痛み、苦痛を感じさせるという問題点を有している。この問題点は、実際の計測に３時間程度の長時間を必要とするため、被験者が苦痛に耐えられない場合も生じさせることになる。
【０００８】
また、従来技術によるプローブ装置は、固定ベルトをあご掛けて使用するため、発声を伴う計測を行う場合に、プローブが動いてしまうという問題点を有し、また、プローブの１つ１つを毛を掻き分けながら装着しなければならず、プローブの装着に時間が掛かり、高度な技術も必要であるという問題点を有している。さらに、従来技術によるプローブ装置は、各プローブに直接光ファイバーが取り付けられて、プローブの数だけの光ファイバーが外部に引き出されているので、これらのファイバーが絡み合ってしまう等その操作性が悪いという問題点を有している。
【０００９】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、どのような形状を持った頭部にも全てのプローブを容易に頭皮に密着させることができ、プローブが自立的に頭部形状にフィットすることを可能にした形状を有する生体光計測装置用のプローブ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば前記目的は、生体表面に光を照射する光照射手段と、生体内部を通過して生体表面から出射する光強度を検出する光検出手段とを備える生体光計測装置に用いるプローブ装置において、前記プローブ装置は、その先端に前記光照射手段を備えた複数の光照射プローブと、その先端に前記光検出手段を備えた複数の光検出プローブと、前記光照射プローブと前記光検出プローブとを互いに隣接するような格子状の配列で保持するシェル部とを備え、前記光照射手段と前記光検出手段とは、前記光照射プローブまたは前記光検出プローブの先端に光ファイバー束端面が露出するように配置され、かつ、該光ファイバー束端面が、その高さと位置とを微調整する調整つまみを介して調整可能に前記シェル部に取り付けられていることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による生体光計測装置用のプローブ装置の実施形態を図面により詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明によるプローブ装置を使用する生体光計測装置の構成を示すブロック図であり、本発明によるプローブ装置の説明を行う前に、まず、図１を参照して生体光計測装置について説明する。図１において、１は光源、２は光源用光ファイバー、３ａ〜３ｃは光ファイバー連結器、４は光照射用光ファイバー、５は光照射位置、６は被検体、７ａ、７ｂは光検出用光ファイバー、８は光ファイバー固定部材、９ａ、９ｂは光検出器用光ファイバー、１０ａ、１０ｂは光検出器、１１は差動増幅器、１２はＡ／Ｄ変換器、１３は計算機、１４は表示装置、１５は局所的に血液動態が変化する領域、１６ａ、１６ｂは光検出用光ファイバーの視野、２４ａ、２４ｂはロックインアンプ、２５ａ、２５ｂは対数増幅器である。
【００１３】
図１において、光源１から発せられる光は、図示しないレンズ系を用いて集光されて光源用光ファイバー２に入射する。光源１から発せられる光は、外来起因の雑音を除去するために発振器２３により１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚ程度の任意の周波数ｆで強度変調されている。光源用光ファイバー２は、光ファイバー連結器３ａを介して光照射用光ファイバー４と接続されているため、光源１からの光は、光照射用光ファイバー４に伝達され、光照射位置５より被検体６に照射される。用いる光の波長は、生体内の注目物質の分光特性によるが、血液内のＨｂとＨｂＯ2 との濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の光の中から１あるいは複数波長選択して用いる。光源１としては、半導体レーザ、チタンサファイアレーザ、発光ダイオード等を用いることができる。被検体６に照射された光は、光検出用光ファイバーの視野１６ａ、１６ｂの領域を通過し、この領域内の血管等の局所的に血液動態が変化する領域１５を通過して光検出用光ファイバー７ａ及び７ｂに入射する。なお、光ファイバー４、７ａ、７ｂは、多数のファイバーが束ねられて構成されたものである。
【００１４】
被検体６を通過して出射する光を検出するための２本の光検出用光ファイバー７ａ及び７ｂは、被検体６上の異なる２箇所に配置される。図示例では、前述の２本の光検出用光ファイバー７ａと７ｂとは、光照射位置５を対称中心として点対称の２箇所に配置される。光照射用光ファイバー４と光検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、表面が黒色に塗装された光ファイバー固定部材８により固定されている。また、光照射用光ファイバー４、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂ及び光ファイバー固定部材８は、簡便を期するために光検出プローブとして一体化されており、詳細については後述する。光検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、光ファイバー連結器３ｂ、３ｃを介して光検出器用光ファイバー９ａ、９ｂに連結されているため、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂで検出された通過光は、光検出器１０ａ、１０ｂまで伝達され、光検出器１０ａ、１０ｂにより光電変換され、通過光の強度が電気信号の強度として出力される。光検出器１０ａ、１０ｂとしては、例えば、フォトダイオードや光電子増倍管等の光電変換素子を用いることができる。
【００１５】
光検出器１０ａと１０ｂとから出力された通過光強度を表わす電気信号は、それぞれロックインアンプ２４ａ、２４ｂにより光源の光強度変調周波数成分のみが抽出される。ロックインアンプ２４ａからの出力は、対数増幅器２５ａで対数変換された後に差動増幅器１１の負極に入力され、ロックインアンプ２４ｂからの出力は、対数増幅器２５ｂで対数変換された後に差動増幅器１１の正極に入力される。その結果として、異なる２ヵ所の位置での通過光強度の差分信号が、出力信号として差動増幅器１１より出力される。差動増幅器１１からの出力信号は、逐次Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換され、計算機１３に取り込まれて処理された後、表示装置１４に時系列データとして表示される。
【００１６】
前述した例は、光照射用光ファイバー１本と光検出用光ファイバー２本とが光検出プローブとして一体化されているとして説明したが、プローブは、光照射用光ファイバーと光検出用光ファイバーとをそれぞれ複数本設けたプローブ装置として構成されていてよく、また、光検出用光ファイバーからの検出信号が個々に計算機に入力されるようになっていてよい。
【００１７】
図２は本発明の実施形態によるプローブ装置のシェル部の形状に対する基本的な考え方を説明する図、図３はシェル部への固定ベルトの取り付けとプローブ装置の被験者の頭頂部への装着状態とを説明する図、図４はプローブ装置の被験者の頭部の各所への装着状態を説明する図、図５は固定ベルトによらないプローブ装置の装着方法を説明する図、図６はプローブの個数の相違によるシェル部の形状の相違を説明する図である。図２〜図６において、２０６は紐、２０７は連結器具、５０１はネット状帽子、５０２はヘッドバンドであり、他の符号は図１５の場合と同一である。
【００１８】
一般に、球体の表面を平面に置き換える場合、例えば、地球儀上の地図を平面に置き換える場合、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、多円錐図法によって平面状に展開することができる。本発明の実施形態によるプローブ装置は、このような多円錐図法による球体表面の平面への置き換えを応用したものであり、複数のプローブ２０２を格子状に配置して保持するシェル部２０１を、図２（ｃ）に示すような形状としたものである。すなわち、シェル部２０１は、中央部のプローブ２０２を１つの方向に連結し、連結されたこれらのプローブ２０２の連結軸に直角方向にあるプローブ２０２が、連結軸から離れて隣接するプローブ２０２と切り離されて、連結部から枝状に延びだ部位に位置させられるような形状を有して構成される。
【００１９】
前述のような形状を持つシェル部２０１は、平面でありながら彎曲したときに、どのような球状の形状の上にも容易にフィットすることができるものとなる。この場合に、シェル部２０１自身は、伸縮することなく、しわができたりすることもない。また、このシェル部２０１は、球の大きさが異なる場合にも、問題なく球面に密着させることができる。これにより、このようなシェル部２０１上に格子状に配置される複数のプローブ２０２は、シェル部２０１の前述のような性質により、その全てが容易に頭部等の球面上に密着可能となる。また、前述した形状を有するシェル部２０１は、枝状に延びた複数の部位の方向に２方向から引っ張ることにより、自立的に球状に変形してくる。シェル部２０１は、前述したような性質を持つので、被検体としての被験者の頭部の曲率が異なるどのような位置に装着された場合にも、全てのプローブ２０２を頭皮に密着させることができる。
【００２０】
シェル部２０１の枝状に延びた複数の部位の２方向から引っ張るため、シェル部２０１には、図３（ａ）に示すように、枝状に延びた複数の部位の先端に紐２０６を連結し、これらの複数の紐を連結器具２０７を介して固定ベルト２０５が取り付けられる。紐２０６を伸縮性を有するものとすれば、固定ベルト２０５を単に輪状に構成して、図３（ｂ）に示すように、複数のプローブ２０２と、これらを保持するシェル部２０１とにより構成されるプローブ装置を頭部に容易に装着することができ、しかも、全てのプローブ２０２を頭皮に密着させることができる。
【００２１】
被検体としての被験者の頭部の曲率が異なる種々の位置にプローブ装置を装着した状態を図４に示している。図４に示す例は、プローブ２０２を円盤状のものとして示しているが、プローブ装置全体の構成は、前述したものと同一である。図４（ａ）に示す例はプローブ装置を側頭部に装着した例、図４（ｂ）に示す例はプローブ装置を前頭部に装着した例、図４（ｃ）に示す例はプローブ装置を後頭部に装着した例である。これらの例は、いずれも、固定ベルト２０５をあごに掛けるのではなく頭部の周囲に掛けることにより、プローブ装置を装着することができる。また、図４（ｄ）に示す例はプローブ装置を頭頂部に装着した例であり、この場合、固定ベルト２０５は、あごに掛けられる。図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す例は、組み合わせて使用することができ、これにより、複数の部位を同時に計測することができ、また、全脳に対する計測を行うこともできる。
【００２２】
図４ではプローブ装置の頭部への装着を固定ベルトにより行うとしたが、次に、図５を参照して固定ベルトによらない装着方法について説明する。
【００２３】
図５（ａ）に示す例は、頭部に載置したプローブ装置の上からネット状帽子５０１を被せ、これにより、プローブ装置を頭部に装着するようにした例である。この例によれば、プローブ装置全体に押し付け力が加わることになり、プローブの頭皮への密着性をより向上させることができ、また、固定ベルトを使用する場合のように被験者に違和感を与えることも少なくすることができる。また、後述するように、プローブ２０２は、頭皮との間に毛髪等が挟まった場合に、その位置を調整することが可能であるが、図５（ａ）に示す例は、このような場合に、ネットの目を通して容易にその作業を行うことができる。図５（ｂ）に示す例は、頭の側部周囲にヘッドバンド５０２を装着させ、このヘッドバンド５０２に前述で説明した固定ベルトを連結してプローブ装置を固定して装着するようにした例である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示す例は、いずれも、被験者が固定ベルトをあごに掛ける必要なくプローブ装置を装着することができるので、長時間にわたる計測の場合にも、被験者苦痛を与えることがなく、また、あごが自由であるので発声をを行いながらの計測も可能となる。なお。ここに説明した２つの例は、組み合わせて使用することができる。
【００２４】
前述までに説明した本発明の実施形態によるプローブ装置は、３×３の格子状に配置された９個のプローブを有するものとして説明したが、プローブの数は、これに限らず任意の数とすることができる。図６に示す例は、それらの幾つかを模式的に示した例であり、図６（ａ）はプローブを５×５とした例、図６（ｂ）はプローブを４×４とした例、図６（ｃ）はこれまでに説明したきたプローブを３×３とした例である。そして、図６（ｂ）に示すプローブを４×４とした例は、中央部に並ぶプローブが存在しないため、中央部の２つの列のプローブを連結して構成している。このような形状としても、前述したと同様に使用することができ、同様な効果を得ることができる。また、プローブ装置を構成するプローブの並べ方は、前述した例に限らず、どのような配列としてもよく、例えば、プローブの縦横の数が異なる配列、列または行のプローブの数が他の列または行と異なる配列等であってもよい。
【００２５】
図７は本発明の第１の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図、図８は本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図、図９は本発明の第３の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図であり、以下、これらの図を参照して、本発明の実施形態によるプローブ装置について具体的に説明する。図７〜図９において、７０１は連結部、７０２はバネ、７０３は高さ調整ねじ、７０４は調整つまみ、７０５はファイバー束端、７０６はファイバー保持材である。
図７（ａ）、図７（ｂ）には、本発明の第１の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態は、プローブ２０２が構成される部分のシェル部２０１を硬質プラスチック等によりプローブ毎に分割して形成し、プローブが構成される部分の相互間を周囲に蛇腹を形成したゴムチューブ等により形成された連結部７０１により可橈性を持たせて結合してシェル部２０１の全体を形成して構成されている。
【００２６】
各プローブ２０２は、図７（ｃ）に示すように、プローブ装置の下面側に突出するファイバー束端７０５を保持するファイバー保持材７０６と、該保持材７０６と共にファイバー束端７０５を下方に押し付けるバネ７０２と、ファイバー保持材７０６の高さを調整する高さ調整ねじ７０３と、高さ調整ねじの調整とファイバー束端７０５の位置を微調整する調整つまみ７０４とを備えて構成されている。このように構成されるプローブ２０２は、シェル部２０１から取り外すことができないが、調整つまみ７０４によりシェル部２０１の内部で動かすことができ、ファイバー束端７０５と頭皮との密着が充分でない場合等に、毛髪を掻き分けて調節することができる。
【００２７】
なお、後述するが、ファイバー束端７０５から延びる光ファイバーは、シェル部２０１の内部を通り、列毎の各プローブ２０２からの光ファイバーが纏められてシェル部２０１の外部に導かれる。
【００２８】
図８（ａ）、図８（ｂ）には、本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態は、シェル部２０１全体を、ゴム、エラストマ等のやや軟質の材料により形成し、あるいは、これらのいずれかとプラスチックとの２重成型により形成したもので、全体がシームレスに見えるように構成されている。内部に設けられるプローブの構成は、図７により説明したものと同一であってよい。
【００２９】
図９（ａ）、図９（ｂ）には、本発明の第３の実施形態によるプローブ装置の上面側を見た斜視図、下面側を見た斜視図を示している。この実施形態は、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、個々のプローブ２０２を位置させるシェル部の部位の形状を全体に丸みを持たせてはっきり出すようにし、これらの部位を連結する部分も、前述の丸みに滑らかに繋がるように形成されている。これにより、このプローブ装置は、前述で説明したネット状の帽子５０１により頭部に装着した場合にも、ネット等にひっかかるようなことを防止することができる。また、この実施形態は、シェル部２０１の下側半分をシリコンゴム等によるクッション機能を有する材料により形成し、図９（ｃ）に示すように、プローブ２０２自体をシリコンゴム部９０１に取り付けている。これにより、プローブ２０２は、図７により説明した構成からバネ７０２、高さ調整ねじ７０３を不要としてプローブ２０２の部品点数を低減させても、図９（ｄ）に示すように、調整つまみ７０４だけで、プローブの高さ調整や頭皮への接触調整を行うことができる。
【００３０】
図１０は各プローブからの光ファイバーのプローブ装置の外部への引き出し方法について説明する図である。
【００３１】
各プローブからの光ファイバーを従来技術の場合のように各プローブから直接外部に引き出すようにすると、操作の邪魔になり、また、各ファイバー自体が細いので損傷を受ける場合が生じる。そこで、本発明の実施形態は、各プローブからの光ファイバーを、シェル部の中にはわせて配線し、束ねてから外部に導出するようにしている。
【００３２】
図１０（ａ）に示す例は、プローブの１列毎に光ファイバーを束ねて外部に導出し、外部で複数の各列から導出された光ファイバーの束をさらに束ねるようにした例である。また、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示す例は、全てのプローブからの光ファイバーを全てシェル部内部で束ねて外部に導出するようにした例である。図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示した例は、外部への光ファイバーの導出位置が相違するだけで、基本的に同一である。
【００３３】
前述で説明した本発明の各実施形態によるプローブ装置は、複数備えられるプローブが、相互に隣り合うものが光照射用、光検出器用として使用される。このため、図１により説明した光照射用光ファイバー４、光検出用光ファイバー７ａ、７ｂは、それぞれ、前述した本発明の各実施形態によるプローブ装置のプローブ２０２を構成するものであり、また、光ファイバー固定部材８は、シェル部２０１に相当する。前述したように、各プローブ２０２は、光照射用、光検出器用として独立に使用されるので、本発明の各実施形態は、各プローブが光照射用として使用されるものであるか、光検出器用として使用されるものであるかが目視によりすぐに判るように、各プローブの調整つまみ７０４の上面が異なる色とされている。例えば、光照射用を赤色とし光検出器用を黄色とする等である。
【００３４】
そして、各プローブは、光照射用と光検出器用との各ファイバーのファイバー束端の相互間の距離がある一定の距離以下にならないように使用する必要がある。このため、前述で説明した本発明の各実施形態によるプローブ装置は、小さい曲率を持つ頭部に装着され、プローブを囲む部分のシェル部が相互に接触する状態になった場合にも、各プローブのファイバー束端相互間の距離が前述した一定の距離以下とならないように、プローブを囲む部分のシェル部が形成されている。前述の一定の距離は、大人用の場合約３０ｍｍであり、子供用の場合約１５ｍｍである。
【００３５】
図１１は図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用して計測を行う状況を説明する図であり、以下、これについて説明する。
【００３６】
図１１（ａ）において、半導体レーザーによる光源からの近赤外線領域の光は、光ファイバーを介して、光照射用として使用されるプローブに送られて、そのファイバー束端から頭部に照射される。そして、隣接する光検出器用として使用されるプローブのファイバー束端から頭内部を通った光が入力され、光ファイバーを通ってフォトトランジスタによる光検出器１０入力される。ここで、検出された光は電気信号に変換され、この電気信号が増幅器１１’、Ａ／Ｄ変換器１２を介してＰＣ等による計算機１３に入力されて処理される。
【００３７】
本発明の実施形態によるプローブ装置を使用する場合における計測領域と、複数のプローブの使い分けとを図１１（ｂ）に示している。この例では、プローブ装置に４×４の１６個のプローブが配置され、丸印で示す８個のプローブを光照射用として使用し、四角印で示す８このプローブを光検出器用として使用するとしている。そして、この例の場合、図１１（ｂ）に網掛けにより示している部分が被計測領域となり、頭部内の脳における血流の状況等を観測することができる。
【００３８】
図１２は図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用し、プローブのファイバー束端から頭皮部を照明可能とする構成を説明する図であり、以下、これについて説明する。
【００３９】
プローブ装置は、被計測部である頭部に装着した際に、各プローブのファイバー束端と頭皮との間に毛髪等が挟まらないように、毛髪の掻き分け作業を行わなければならない。このためには、ファイバー束端の近傍を容易に目視することが可能であることが必要である。図１２に示す例は、このため、ファイバー束端から頭皮部を照明可能としたもので、図１２（ａ）に示すように、図１１（ａ）に示す構成に白色光の光源１２１を設け、また、各プローブに接続されているファイバーの途中に光結合器１２２を設けたものである、そして、前述の白色光は、光源１２１に接続された光ファイバーと光結合器１２２とを介して各プローブに接続されているファイバーに注入される。これにより、白色光の光源１２１からの白色光は、各プローブのファイバー束端から頭皮部分を照射して照明することができる。なお、この場合、白色光を注入するプローブのファイバーは、光照射用、光検出器用の全てである。作業者は、プローブの調整つまみ７０４の近傍にプローブのファイバー束端を見通せるように設けた穴１２３からファイバー束端の部分を見ながら調整つまみ７０４を動かして、毛髪の掻き分け作業、ファイバー束端の高さ調整の作業等を容易に行うことができ、あるいは、穴１２３にピンを挿入して毛髪の掻き分け作業を行うことができる。
【００４０】
図１２に示す例は、白色光の光源１２１をＵＶ（紫外線）光源に置き換えることにより、各プローブのファイバー束端のＵＶ殺菌を行うことができる。
【００４１】
図１３は図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用し、プローブのファイバー束端が頭皮に密着していることをプローブの位置で確認可能とする構成を説明する図であり、以下、これについて説明する。
【００４２】
図１に示す生体光計測装置は、各プローブのファイバー束端の頭皮への密着状況をリアルタイムで検知することができる。通常、この検知情報は、計算機１３の表示装置１４に表示させているが、図１３に示す例は、この検知情報をプローブの近傍に表示することができるようにしたものである。すなわち、この例は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、各プローブの近傍にファイバー束端が頭皮への密着しているか否かを示すＬＥＤ１３１を設け、計算機１３が持つ密着状況の情報をプローブ装置まで導いて、各ＬＥＤ１３１によりファイバー束端の頭皮への密着状態を表示するようにしたものである。
【００４３】
例えば、計算機１３は、各プローブのファイバー束端が頭皮に充分に密着されていない場合に、対応する位置にあるＬＥＤが発光するように制御する。これにより、作業者は、どの位置のプローブにおけるファイバー束端が頭皮に充分に密着していないかを一目で知ることができ、これにより、容易にそのプローブのファイバー束端を密着させる作業を行うことができる。なお、ＬＥＤ１３１からの光は、ファイバー束端の照明として使用することができる。
【００４４】
前述までに説明した本発明の各実施形態によるプローブ装置は、計測装置との間を光ファイバーにより接続して使用するものであったが、本発明は、プローブ装置と計測装置との間を有線または無線を使用した電気信号により接続することもできる。
【００４５】
図１４はプローブ装置と計測装置との間を有線または無線を使用した電気信号により接続した例を接続する図である。
【００４６】
図１４（ａ）に示す例は、プローブ装置内の各プローブに近赤外線発光用のＬＥＤ１４１とフォトトランジスタ１０とを設け、フォトトランジスタ１０により検出された信号をケーブルを介して計測装置に送信するように構成した例である。この例の場合、図示していないがＬＥＤ１４１の駆動用の電源ラインが別途必要となる。このようなプローブ装置によれば、光ファイバーを使用することなく計測を行うことができ、プローブ装置の装着時の作業性の向上を図ることができる。なお、この例は、光照射用または光検出器用のいずれか一方のみを光ファイバーとすることもできる。
【００４７】
図１４（ｂ）に示す例は、プローブ装置内の各プローブに近赤外線発光用のＬＥＤ１４１とフォトトランジスタ１０とを設けると共に、プローブ装置内にフォトトランジスタ１０により検出された信号を増幅するアンプ１４２、Ａ／Ｄ変換器１４３及び無線送信装置１４４を設け、フォトトランジスタ１０により検出された信号をディジタル化して計測装置に送信するように構成した例である。この場合、計測装置には、無線受信装置１４５を設ける必要がある。この例の場合、プローブ装置の内部あるいは外付けでプローブ装置内のＬＥＤ１４１、アンプ１４２、Ａ／Ｄ変換器１４３、無線送信装置１４４を駆動するためのバッテリーを備えることにより、被験者は、プローブ装置を装着したまま自由に動くことができ、例えば、運動をしながらの脳機能の計測を容易に行うことが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複数のプローブを自立的に頭部形状にフィットさせることができ、どのような形状を持った頭部にも全てのプローブを容易に頭皮に密着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプローブ装置を使用する生体光計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態によるプローブ装置のシェル部の形状に対する基本的な考え方を説明する図である。
【図３】シェル部への固定ベルトの取り付けとプローブ装置の被験者の頭頂部への装着状態とを説明する図である。
【図４】プローブ装置の被験者の頭部の各所への装着状態を説明する図である。
【図５】固定ベルトによらないプローブ装置の装着方法を説明する図である。
【図６】プローブの個数の相違によるシェル部の形状の相違を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図である。
【図９】本発明の第３の実施形態によるプローブ装置の形状とプローブの構成を説明する図である。
【図１０】各プローブからの光ファイバーのプローブ装置の外部への引き出し方法について説明する図である。
【図１１】図１に示す生体光計測装置に本発明の実施形態によるプローブ装置を使用して計測を行う状況を説明する図である。
【図１２】プローブのファイバー束端から頭皮部を照明可能とする構成を説明する図である。
【図１３】プローブのファイバー束端が頭皮に密着していることをプローブの位置で確認可能とする構成を説明する図である。
【図１４】プローブ装置と計測装置との間を有線または無線を使用した電気信号により接続した例を接続する図である。
【図１５】従来技術によるプローブ装置を被検体の頭部に装着した状態を説明する図である。
【図１６】プローブと頭皮との接触状態について説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光源用光ファイバー
３ａ〜３ｃ 光ファイバー連結器
４ 光照射用光ファイバー
５ 光照射位置
６ 被検体
７ａ、７ｂ 光検出用光ファイバー
８ 光ファイバー固定部材
９ａ、９ｂ 光検出器用光ファイバー
１０ａ、１０ｂ 光検出器
１１ 差動増幅器
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 計算機
１４ 表示装置
１５ 局所的に血液動態が変化する領域
１６ａ、１６ｂ 光検出用光ファイバーの視野
２４ａ、２４ｂ ロックインアンプ
２５ａ、２５ｂ 対数増幅器
２０１ シェル部
２０２ プローブ
２０３ 光ファイバー
２０４ しわ
２０５ 固定ベルト
２０６ 紐
２０７ 連結器具
５０１ ネット状帽子
５０２ ヘッドバンド
７０１ 連結部
７０２ バネ
７０３ 高さ調整ねじ
７０４ 調整つまみ
７０５ ファイバー束端
７０６ ファイバー保持材
Claims (4)
- 生体表面に光を照射する光照射手段と、生体内部を通過して生体表面から出射する光強度を検出する光検出手段とを備える生体光計測装置に用いるプローブ装置において、
前記プローブ装置は、その先端に前記光照射手段を備えた複数の光照射プローブと、その先端に前記光検出手段を備えた複数の光検出プローブと、前記光照射プローブと前記光検出プローブとを互いに隣接するような格子状の配列で保持するシェル部とを備え、
前記光照射手段と前記光検出手段とは、前記光照射プローブまたは前記光検出プローブの先端に光ファイバー束端面が露出するように配置され、かつ、該光ファイバー束端面が、その高さと位置とを微調整する調整つまみを介して調整可能に前記シェル部に取り付けられていることを特徴とするプローブ装置。 - 請求項１記載のプローブ装置において、
前記光照射手段は、光ファイバーを介して光源と連結されていることを特徴とするプローブ装置。 - 請求項１記載のプローブ装置において、
前記光照射手段は、光源を備えていることを特徴とするプローブ装置。 - 請求額１、２または３記載のプローブ装置において、
前記シェル部は、複数の前記光照射プローブと前記光検出プローブとを一方向に連結する連結軸部と、前記一方向に連結する連結軸部に対して直角方向に連結する連結軸部とから構成されていることを特徴とするプローブ装置。
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