JP4136704B2

JP4136704B2 - 光計測装置用のプローブとそれを用いたマルチチャンネル光計測装置

Info

Publication number: JP4136704B2
Application number: JP2003041795A
Authority: JP
Inventors: 亮宏石川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2023-02-19
Also published as: JP2004248849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は送光点と受光点を配置したプローブと、それを用いた光計測装置に関し、例えば、被検体の散乱や吸収の内部分布を光を用いて測定し、生体内の成分の経時的変化により組織の正常又は異常を診断する装置などに適用することのできる装置に関するものである。より具体的には、本発明は、脳内各部の血流の経時変化や酸素供給の変化を測定する酸素モニターや循環器系障害診断等の医療分野に利用するのが好適な光計測装置とそれに用いるプローブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘモグロビンは血液中で酸素と結合したり離れたりすることで酸素を運搬する役割を果たしている。血液に含まれるヘモグロビンは血管の拡張と収縮に応じて増減するため、この組織中のヘモグロビンの量を測ることによって、血管の拡張と収縮を検出できることは知られている。
【０００３】
また、ヘモグロビンの濃度は生体内部の酸素代謝機能に対応することを利用して、光を用いて生体内部の酸素代謝を簡便に無侵襲で測定する生体計測も知られている。ヘモグロビンの濃度は、可視光から近赤外領域の波長の光を生体に照射し、生体を透過及び／又は反射して得られる光の吸収量から求めることができる。
【０００４】
また例えば、脳内では、脳活動により酸素が使われても、血流再配分作用によって活性化している部位には必要量以上の酸素供給が行われるのが普通で、その結果活性化した部位はオキシヘモグロビンの量が増加している。したがって、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの動きの測定を、脳の活動の観察に応用することができる。一般にヘモグロビンの吸収スペクトルは、ヘモグロビンが酸素と結合してオキシヘモグロビンとなるか、酸素が離れてデオキシヘモグロビンとなるかによってその形状が異なる。このスペクトルの形状の違いを用いて、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンを無侵襲で定量測定する方法も開発されている。
【０００５】
このように、光計測装置は、脳の血液量変化や酸素代謝の活性化状態を測定し、運動や感覚や思考等の脳機能等の計測に適用することができ、計測結果を画像として表示することによって、生体の脳機能診断や循環器系障害診断等の医療分野への適用効果を高めることができる。
【０００６】
光計測装置は、光を被検体に照射する送光点及び被検体から放出される光を受光する受光点をそれぞれ複数備える構成によって、被検体上の複数箇所の測定を行うことができる。また、送光点と受光点の位置及び組合わせを異ならせることによって、被検体上の測定点の変更や、得られるデータの深さ方向の変更を行うことができる(特許文献１参照)。
【０００７】
従来の光計測装置では、送光点と受光点が配置されているプローブの配置面における送光点と受光点の配置は、正方形のグリッド上の点で隣り合う点が送光点と受光点となるように交互になされるのが一般的である。図７に一例を示す。ここでは、送光点４が１６個、受光点６が１６個の合計３２個の送・受光点が、４行８列に配置されているプローブ２について説明する。送光点４と受光点６は、正方形のグリッド８上で隣り合う送・受光点が異なる種類になるように配置されている。
【０００８】
最も浅い領域のデータ収集は、図８に太線で示されるように、グリッド８上の隣接する送光点４から受光点６への光によるデータ収集となり、５２組のデータ収集が可能となる。ここでの送光点４から受光点６までの距離はＤである。
【０００９】
次に深い領域のデータを収集する場合、図９に太線で示されるように、送光点４から桂馬位置上に存在する受光点６への光によるデータ収集となり、１８組のデータ収集が可能となる。ここでの送光点４から受光点６までの距離は√５Ｄ＝２.２４Ｄとなり、最も浅い領域のデータ収集の送光点４から受光点６までの距離の２倍以上となる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３３７０３３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
送光点から受光点までの距離に応じて深さ方向の測定領域が決まる。送光点から受光点までの距離（送・受光点間隔という）が大きいほど、より深い方向の測定が可能であるが、光量も弱くなり装置に対する負荷が大きくなる。また、Ｓ／Ｎ（信号対ノイズ）比も低くなるため、深さ方向の異なる２層のデータを収集する場合、２層目のデータ収集のための送・受光点間隔は１層目のデータ収集のための送・受光点間隔から大きく異なることは好ましくない。
【００１２】
そこで、本発明は、深さの異なる２層の領域のデータ収集を行う際に、２層目のデータ収集のための送・受光点間隔を１層目のデータ収集のための送・受光点間隔に対して大きく異なるのを抑えることのできるプローブと、そのようなプローブを備えた光計測装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び／又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブにおいて、送光点と受光点の配置は、前記配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド上の点に送光点又は受光点が位置し、各三角形において一つの辺については送光点どおし又は受光点どうしが位置し、他の二つの辺については送光点と受光点が位置するように設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のマルチチャンネル光計測装置は、被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び／又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブと、そのプローブの受光点が受光した光をもとに解析するデータ処理装置とを備え、プローブとして本発明のプローブを用いる点、及び前記データ処理装置が前記プローブ上の受光点が属する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを浅い領域のデータとして処理し、受光点が属する三角形領域のグリッド上にはなく隣接する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを深い領域のデータとして処理するものである点に特徴をもっている。
【００１５】
ここで、「被検体中を透過及び／又は反射した後に外部に放出される光」とは、被検体に光が照射され、その光がいったん被検体に入った後、被検体を透過したり内部で散乱や反射をした後に透過して被検体から外部に放出される全ての光を対象にしていることを意味している。
【００１６】
【作用】
本発明のプローブにおける送光点と受光点の配置によれば、１層目のデータ収集のための送・受光点間隔と２層目のデータ収集のための送・受光点間隔との比は三角グリッドの三角形の形状により異なるが、例えば三角グリッドが正三角形の場合、１層目のデータ収集のための送・受光点間隔Ｄ１と２層目のデータ収集のための送・受光点間隔Ｄ２との比は、Ｄ１：Ｄ２＝１：√３となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照しながら詳細に説明する。
図１は一実施例のマルチチャンネル光計測装置を概略的に表わしたものであり、被検体に光を照射する送光点４と被検体中を透過及び／又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点６とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブ１２と、プローブ１２の受光点６が受光した光をもとに解析するデータ処理装置１８とを備えている。
【００１８】
１４は各送光点に測定用の光を供給する送光点ごとの光源であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子を用いることができる。各光源１４からの光はそれぞれ光ファイバなどの導光路を介してそれぞれの送光点４に導かれる。この場合、送光点４は導光路の光送光端面となる。
【００１９】
１６は各受光点が受光した光を検出する検出器であり、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子のほか、光電子増倍管などを使用することができる。各受光点からの光は光ファイバなどの導光路を介して各検出器１６に導かれる。この場合、受光点は導光路の光入射端面となる。
ただし、送光点４に発光素子を配置したり、受光点６に受光素子を配置してもよい。
【００２０】
プローブ１２における送光点４と受光点６の配置は、配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド２２上の点に送光点４又は受光点６が位置し、各三角形において一つの辺については送光点４どおし又は受光点６どうしが位置し、他の二つの辺については送光点４と受光点６が１個ずつ位置するように設定されている。この実施例では、グリッド２２により分割される配置面上の領域は正三角形である。
【００２１】
１８はプローブ１２の受光点６が受光した光をもとに解析するデータ処理装置であり、プローブ１２上の受光点６が属する三角形領域のグリッド２２上にある送光点４からの光によるデータを浅い領域のデータとして処理し、受光点６が属する三角形領域のグリッド２２上にはなく隣接する三角形領域のグリッド２２上にある送光点からの光によるデータを深い領域のデータとして処理する。２０はデータ処理装置１８で処理された結果を表示する表示装置である。
【００２２】
図１の実施例のマルチチャンネル光計測装置において、最も浅い領域のデータ収集を行なう第１の様式では、図２に太線で示される組合わせのように、隣接する送・受光点間でのデータ収集、すなわち、受光点６はその受光点６が属する三角形領域のグリッド２２上にある送光点４からの光を受光する。この様式では４６組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置１８は、この様式で収集したデータを浅い領域のデータとして処理し、表示装置２０に表示する。
【００２３】
次に深い領域のデータ収集を行う第２の様式では、図３に太線で示される組合わせのように、受光点６は、その受光点６が属する三角形領域のグリッド２２上にはなく隣接する三角形領域のグリッド２２上にある送光点４からの光を受光する。この様式では２４組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置１８は、この様式で収集したデータを深い領域のデータとして処理し、表示装置２０に表示する。
【００２４】
第１の様式での送光点４から受光点６までの送・受光点間隔をＤとすると、第２の様式での送光点４から受光点６までの送・受光点間隔は√３Ｄ＝１.７３Ｄとなる。また、得られるデータ数は、第１の様式では４６、第２の様式では２４である。
【００２５】
第１の様式においても第２の様式においても、各組のデータ収集は、光源１４と検出器１６の作動を送光点４と受光点６の各組ごとに順次切り替えることにより、互いに混信することなく実行することができる。
【００２６】
送光点４と受光点６の配置を異ならせた他の実施例のプローブ１２ａを図４に示す。ここでは、プローブ１２ａの配置面上に送光点４が１６個、受光点６が１６個の合計３２個の送・受光点が配置されている。送光点４と受光点６の配置は、図１の実施例においても図４の実施例においても、いずれも正三角形のグリッド上の点に配置している点は同じである。しかし、配置領域の形状が、図１の実施例ではほぼ横長の長方形であるのに対して、図４の実施例ではほぼ正方形である点で異なっている。
【００２７】
図４の実施例で、最も浅い領域のデータ収集を行なう第１の様式では、図５に太線で示される組合わせのように、隣接する送・受光点間でのデータ収集、すなわち、受光点６はその受光点６が属する三角形領域のグリッド２２上にある送光点４からの光を受光する。この様式では４９組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置１８は、この様式で収集したデータを浅い領域のデータとして処理し、表示装置２０に表示する。
【００２８】
次に深い領域のデータ収集を行う第２の様式では、図６に太線で示される組合わせのように、受光点６は、その受光点６が属する三角形領域のグリッド２２上にはなく隣接する三角形領域のグリッド２２上にある送光点４からの光を受光する。この様式では２３組のデータ収集が行なわれる。データ処理装置１８は、この様式で収集したデータを深い領域のデータとして処理し、表示装置２０に表示する。
【００２９】
この場合も、第１の様式での送光点４から受光点６までの送・受光点間隔をＤとすると、第２の様式での送光点４から受光点６までの送・受光点間隔は√３Ｄ＝１.７３Ｄとなる。
【００３０】
実施例における第１の様式での送・受光点間隔と第２の様式での送・受光点間隔との比を従来法（図７）と比較すると、この比は従来方では２．２４であったものが、実施例では１.７３に抑制することができることから、２つの様式での測定における光量差の緩和と、より高いＳ／Ｎ比のデータが得られる効果がある。
【００３１】
また第１層と第２層のデータ収集数の比が従来法では５２：１８≒３：１となり、第２層目のデータ量が大幅に劣化する。それに対し、実施例では、４６：２４と４９：２３と約２：１程度に抑えられ、データ量の大幅劣化も抑えることができる。
【００３２】
プローブの配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッドの三角形状は、実施例に示した正三角形に限られるものではなく、実施例に示した第１の様式と第２の様式における送・受光点間隔の比が２以下となる三角形が好ましい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のマルチチャンネル光計測装置では、用いるプローブとして送光点と受光点の配置は、その配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド上の点に送光点又は受光点が位置し、各三角形において一つの辺については送光点どおし又は受光点どうしが位置し、他の二つの辺については送光点と受光点が１個ずつ位置するように設定されているようにしたので、検体の深さ方向で最も浅い第１層目のデータを収集するときの送・受光点間隔と次の深さの第２層目のデータを収集するときの送・受光点間隔とのちがいを抑えることができ、第２層目のデータを収集するときの光量を第１層目のデータを収集するときの光量に比べて大きく減少しないように抑制できてＳ／Ｎ比の向上に寄与する。また、第１層目のデータと第２層目のデータとでデータ収集数の差も小さく抑えることができるので、第２層目のデータを収集するときの分解能を第１層目のデータを収集するときに比べて大きく劣化しないように抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例のマルチチャンネル光計測装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】同実施例におけるプローブでの浅部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図３】同実施例におけるプローブでの深部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図４】他の実施例におけるプローブの送光点と受光点の配置を示す平面図である。
【図５】同実施例におけるプローブでの浅部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図６】同実施例におけるプローブでの深部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図７】従来法におけるプローブの送光点と受光点の配置を示す平面図である。
【図８】同従来法におけるプローブでの浅部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【図９】同従来法におけるプローブでの深部データ収集用送・受光点の組合わせを示す平面図である。
【符号の説明】
４送光点
６受光点
１２プローブ
１８データ処理装置
１４光源
１６検出器
２２配置面を分割するグリッド

Claims

被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び／又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブにおいて、
前記送光点と受光点の配置は、前記配置面を互いに隣接する三角形からなる領域に分割するグリッド上の点に送光点又は受光点が位置し、各三角形において一つの辺については送光点どおし又は受光点どうしが位置し、他の二つの辺については送光点と受光点が１個ずつ位置するように設定されていることを特徴とするプローブ。
前記グリッドにより分割される前記配置面上の領域は、１つの三角形領域のグリッド上での送・受光点間隔に対して、受光点からその受光点が属する三角形領域のグリッド上にはなく隣接する三角形領域のグリッド上にある送光点までの送・受光点間隔が２倍以下となる三角形状である請求項１に記載のプローブ。
前記グリッドにより分割される前記配置面上の領域は正三角形である請求項２に記載のプローブ。
被検体に光を照射する送光点と被検体中を透過及び／又は反射した後に外部に放出される光を受光する受光点とが配置面上にそれぞれ複数個ずつ配置されたプローブと、前記プローブの受光点が受光した光をもとに解析するデータ処理装置とを備えたマルチチャンネル光計測装置において、
前記プローブとして請求項１，２又は３に記載のプローブを用い、
前記データ処理装置は、前記プローブ上の受光点が属する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを浅い領域のデータとして処理し、受光点が属する三角形領域のグリッド上にはなく隣接する三角形領域のグリッド上にある送光点からの光によるデータを深い領域のデータとして処理するものであることを特徴とするマルチチャンネル光計測装置。