JP4151162B2 - 光計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測装置に関し、被検体の散乱吸収の内部分布を光を用いて測定し、生体の成分の経時的変化より組織の正常、異常を診断する装置に関し、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適用することができる。
【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・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・収縮を検出することが知られている。
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を簡便に無侵襲で測定する生体計測が知られている。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、生体を透過して得られる光の吸収量から求められる。
また、脳内では、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、酸素化された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。
【０００３】
このとき酸素と結合しオキシヘモグロビンとなるか、酸素が離れデオキシヘモグロビンとなるかによってスペクトルが異なる。このスペクトルの違いを用いて、オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの無侵襲定量測定が開発されている。
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。
光計測装置は、光を被検体に照射する送光部、及び被検体から放出される光を受光する受光部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、送光部と受光部の位置及び組み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。
【０００４】
このような複数の送光部及び受光部を備えた光計測装置において、送光部と受光部の位置及び／又は組み合わせを変更する構成として、従来、以下のような方式が提案されている。
一つの方式は、複数の送光部に対して一つの光源を備え、光源と送光部との接続を順次切り替えることによって、一測定時に一つの送光部のみから光を被検体に照射するものが知られている。これによれば、複数の送光部から同時に光が照射されないため、他の送光部から照射された光（散乱・反射光）による信号が混入しないため、測定信号の混信を防止することができる。
【０００５】
また、他の方式は、複数の送光部に対して点灯周波数が異なる複数の光源を備え、同一の送光部から周波数の異なる光を被検体に照射するものが知られている。この構成では、受光した光信号の内から夫々光源の周波数に同調するロックインアンプで増幅することで、目的信号成分を分離する。ロックインアンプによる方式を行う構成としては、光源の周波数と同じ周波数による同調し信号増幅する狭帯域同調回路と、同期整流を行う同期整流回路とを組み合わせた構成が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように光源と複数の送光部と間の接続を順次切り替える構成では、同時には一つの送光部のみから光を照射するため、送光部から光を照射して行う測定をすべての送光部について行うには、各送光部と光源との切り替え及び測定を順次繰り返す必要があるため、測定時間が長くなるという問題がある。また、測定時間が長くなると、生体のオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの変化速度への対応が困難となり、測定精度の問題が生じることとなる。
【０００７】
また、各送光部における測定時間を短縮することによっても全体の測定時間を短縮することはできるが、各送光部毎の測定における光源の点灯時間の割合が小さくなるため、一連の測定時間に対する点灯時間の時間割合が小さくなり、雑音対信号比（Ｓ／Ｎ）が小さくなる。
【０００８】
一方、異なる周波数で変調しロックインアンプで分離する構成では、測定時間を短縮するには有利である。しかしながら、一般に、被検体の形状や測定部位に応じて送光点と受光点の配列位置を変更する必要がある。しかしながら、ロックインアンプの配線接続は送光点と受光点の配列位置に対応して設定されているため、送光点と受光点の配列位置を被検体の形状や測定部位に応じて変更することは困難であり、また、ロックインアンプの接続を被検体の形状や測定部位に応じて変更することも困難である。
【０００９】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、被検体の複数箇所の部位の測定において、同時に動作する送光点及び／又は受光点の位置や組み合わせを、光源や配線の接続を切り替えることなく、測定目的に応じた適切な組み合わせに自在に選択できる手段を与えることを第１の目的とし、又、被検体の複数箇所の部位の測定において、測定時間を短縮し、Ｓ／Ｎ比を向上させることを第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体の複数箇所の部位の測定において、同時に動作する送光点や受光点の位置の変更や、同時に動作する送光点や受光点の組み合わせの変更を、光源や配線の接続を切り替えることなく行うために、送光部や受光部における送受光を制御する制御テーブルをあらかじめ用意しておき、この制御テーブルから所望の送受光制御を行うものを選択可能とするものである。制御テーブルから所望の送受光制御を選択することによって、光源や配線の接続を切り替えることなく、同時に動作する送光点や受光点の位置や組み合わせを所望のものに変更することができる。
本発明の光計測装置の一形態は、被検体に光を照射し、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測定する光計測装置において、被検体に光を照射する複数の送光部と放出される光を受光する複数の受光部とを備えた送受光部と、この送受光部に対して光の送受光を制御する制御部とを備える構成とする。そして、制御部は、送受光を行う送光部及び／又は受光部の組み合わせと順序を定めた複数の制御テーブルを備え、選択した制御テーブルの送光部及び／又は受光部の組み合わせと順序に従って送受光制御を行う。
【００１１】
制御テーブルは、送光部については、送受光部に配列される複数の送光部の中から送光を同時に行う送光部の組み合わせと動作順とを定め、受光部については、送受光部に配列される複数の受光部で受光して得られる受光信号を有効データとする受光部の組み合わせと動作順とを定める。なお、送光部及び受光部の組み合わせにおいて、全ての送光部あるいは全ての受光部を含む組み合わせとすることができる。
制御部は、複数の制御テーブルを備え、選択した制御テーブルによって定められる組み合わせと動作順に従って、送光及び受光部で受光して得られる受光信号を制御する。制御部は、あらかじめ定めた複数の制御テーブルから所定の制御テーブルを選択することによって、光源や配線の接続を切り替えることなく、同時に動作する送光点や受光点の位置や組み合わせを所望のものに変更することができる。
【００１２】
図１は本発明の光計測装置の一形態を説明するための概略構成図である。図１において、光計測装置１は、被検体１０に光を照射する送光部１２及び被検体１０からの光を受光する受光部１３を含み、測定プローブを形成する送受光部１１と、送光部１２に光を送光する発光部２と、受光部１３で受光した光を光検出する光検出部３と、発光部２及び光検出部３を制御する演算・制御部４を備える。演算・制御部４は、発光部２を制御して送光部１２の送光を制御する発光制御部４２、光検出部３の受光信号を制御する光検出制御４３と、発光制御部４２及び光検出制御４３の制御形態を定める制御テーブル４１とを備える。制御テーブル４１は例えば送受光を行う送光部及び／又は受光部の組み合わせと順序を定めた複数の制御テーブルを発光・光検出テーブル４１ｃ，発光テーブル４１ａ，光検出テーブル４１ｂ等を備える。各テーブルにおいて、発光にかかわる制御に関しては、送受光部１１に配列される複数の送光部１２の中から送光を同時に行う送光部の組み合わせと動作順とを定め、光検出にかかわる制御に関しては、送受光部に配列される複数の受光部で受光して得られる受光信号を有効データとする受光部の組み合わせと動作順とを定める。
【００１３】
発光制御部４２は、発光・光検出テーブル４１ａあるいは発光テーブル４１ｂから受け取った送光部の組み合わせと動作順に基づいて、送光部１２の送光を制御する。また、発光・光検出テーブル４１ａあるいは光検出テーブル４１ｃから受け取った受光部の組み合わせと動作順に基づいて、受光部１３で受光し光検出部３に変換して得た受光信号を制御する。
【００１４】
制御テーブルは、第１の態様では任意の送光部及び受光部間の組み合わせで定めることができ、異なる光源を２つ以上を同時に点灯させ、信号処理によって、夫々の光源からの出力を分離する。また第２の態様では、一対の送光部及び受光部間の組み合わせで設定することができる。制御テーブルを設定する第２の態様は、送光部と受光部で一対の送受光対を形成し、この送受光対を単位として動作を行なう組み合わせを定めるものである。さらに、各第１の態様及び第２の態様において、全送光部の送光を同時に行う第１の発光形態、一送光部毎に順次送光を行う第２の発光形態、及び送光部の組み合わせを順次変更する第３の発光形態等の各発光形態とすることができる。
【００１５】
第１の発光形態は、送光部は特定の受光部と実質的に一義に対応し、特定の送光部は他の受光部に実質的に干渉しない状態であり、特定の送光部と対応関係にない受光部との距離が大きく、受光部で受光される光量が実質的に無視できる程度に少ない場合に適用することができる。この発光形態による測定は並列測定モードとなり、全送光部の送光を同時に行うと共に全受光部でそれぞれ測定を行って高速測定を行うことができる。
【００１６】
第２，３の発光形態は、送光部と受光部とが互いに干渉する場合に適用するものである。第２の発光形態は、送光部の送光を順に行って相互干渉を零とする形態である。この発光形態による測定はシーケンシャル測定モードとなり、一送光部毎に送光を順次行って各受光部で受光することによって、他の送光部からの光の影響を無くすことができる。また、第３の発光形態は、複数の送光部から送光し、複数の受光部で受光する形態である。この発光形態による測定はマルチプレックス測定モードとなり、複数の送光部と複数の受光部の組み合わせで測定し、得られた検出信号を用いて所定の測定データを演算することによって、信号の混入を分離する。このモードでは、シーケンシャルモードより測定時間を短縮することができる。
【００１７】
第１，２，３の発光形態は、任意の送光部及び受光部間で組み合わせを定める第１の態様、及び、一対の送光部及び受光部間で組み合わせを定める第２の態様で適用することができる。
本発明の制御テーブルは、第１〜第３の発光形態や、送光部と受光部の組み合わせに対応して種々に設定することができ、設定した複数の制御テーブルから必要に応じて選択して使用することができる。この制御テーブルの設定及び選択において、送受光部で配置される送光部と受光部の配置パターンに応じて行うことができる。
また、制御テーブルにおいて、送光を行う送光部を設定する他に、送光する波長を設定することができる。これによって、送光部と受光部の組み合わせに加えて送光部の波長についても組み合わせ定めることができる。
【００１８】
光計測装置による測定では、送光部と受光部との距離、及び波長に応じて被検体から異なる測定データを得ることができることが知られており、本発明の制御テーブルは送光部及び受光部に加えて波長を組み合わせることによって対応することができる。
一般に異なる種類の複数の信号を同時に与えながら、共通の検出器で検出する処理を必要回数行なった後、演算によって検出信号から元の複数の信号を分離し復元するマルチプレックス法が知られている。異なる種類の信号として複数波長を用いたマルチプレックス法の典型例がフーリエ変換法である。
【００１９】
フーリエ分光法では異なる多数の波長成分を含む光を、干渉計（各フーリエ成分が得られるような光学系）を通過させた後共通の検出器の入射し、フーリエ成分毎に受光した後、計算で逆フーリエ変換することで、元の波長成分に回復する手法が用いられる。この場合、多数の波長成分を同時に検出器に入射するので、信号の総量は確実に増えるが、光が増えることでノイズが連動して増えないことがフーリエ分光法が有効に使える条件となる。通常、赤外域用の検出器は、入射信号が増えてもノイズはあまり増えないという性質があるので、フーリエ分光法は赤外域に一般的に使われる。
【００２０】
しかし、波長のもっと短い可視域や近赤外域で使われる検出器は量子検出器と言われ、光信号の全体が増えるとノイズも信号に応じて増えるという性質を持つ。このため、この波長領域のフーリエ分光法は不利であり利用実績が少ない。生体測定に使う近赤外域の検出器も量子検出器であるので、多くの波長成分を重ねて入射させて測定する、「波長のマルチプレックス法」は同様な欠点があり、せっかくの光量の増加がノイズにより相殺されてしまう。
【００２１】
上述のように、量子的検出器を用いるマルチプレックス法は、その利点がノイズの増加で相殺される場合が多いのであるが、本発明が課題とするのは「波長のマルチプレックス法」ではなく、異なる場所に送光部・受光部を配置する「位置のマルチプレックス法」である。
この場合には、送受光間の距離が大きい光検出信号の強度は極めて小さくなる。そのため、同一の検出器に送受光距離が大きな光検出信号と送受光距離が小さな光検出信号とが重なって入射した場合にも、遠い光源からの光成分の混入量は少なくなり、バックグラウンドノイズが増えにくく、同時に受光する信号のうち、不要成分の除去が容易となる。
特に、送受光部中に配置する送光部の個数が多い場合には、相互に離れた位置にある送光部の個数が増加するため、本発明の光計測装置が適用するマルチプレックス法による効果が大きくなる。
【００２２】
また、異なる波長を用いる場合には、上記したように、各波長の検出信号の強度はほぼ同程度となってＳ／Ｎ比の向上が望めないので、波長についてはシーケンシャル測定モードを適用して順に切り替えると共に、複数の送光部及び受光部を組み合わせる場所的マルチプレックス法を適用組み合わせ手法がＳ／Ｎ比を向上させるために有効である。
また、本発明の制御テーブルにおいて、同時に動作させる送光部及び受光部の組み合わせは以下の形態とすることができる。
送受光部において所定距離以上離れて配置される送光部を、同時に送光を行う送光部の組み合わせとし、また、送受光部において送光部から所定距離内の位置に配置される受光部を、同時に受光して得られる受光信号を有効データとする受光部の組み合わせとする。この所定距離は該距離だけ離れて検出される光強度が所定値となる距離とする。
生体等の被検体は強度の散乱体であり、入射点からの距離が１０ｍｍ離れるとその光信号は約１/１０となり、２０ｍｍでは約１/１００、３０ｍｍでは約１/１０００となる。この特性を利用して、複数の送光部の内で一定の距離以上離れている場合には、同時に送光しても相互干渉の程度が低いため分離して光検出することができ、これらの送光部を同時に動作させることによって測定時間を短縮することができる。また、送光部から所定距離内の位置に配置される受光部を同時に受光し、得られる受光信号を有効データとすることによって測定時間を短縮することができる。
上記の送光部の動作は、ある受光部に対して所定距離内に配置される送光部は１つのみを送光させ、複数の送光部は同時に送光しないという条件で表すことができる。
【００２３】
また、送光を同時に行う送光部の組み合わせと送光を行う順序を決める制御テーブル、及び同時に受光して得られる受光信号を有効とする受光部の組み合わせのテーブルは、測定目的あるいは送受光部を被検体のは配置する送光点と受光点の距離に応じて、操作者が変更または選択できる操作画面上に表示されるテーブルとすることができる。また、測定目的に応じた多数の送光部制御テーブル、又は測定目的に応じた送光部と受光部の組み合わせのテーブルを記憶する記憶部を有し、操作者が予め記憶したテーブルの一つを選択することができる。
【００２４】
本発明の光計測装置によれば、制御テーブル内に動作を行う送光部及び／又は受光部の組み合わせと順序を定めるたものを用意し、この中から選択することによって、光源や配線の接続を切り替えることなく、同時に動作する送光点及び／又は受光点の位置や組み合わせの変更行うことができ、多種の送光及び／又は受光を行うことができ、被検体に取り付ける送光部と受光部の配列パターンに対応して測定することができる。
また、光源や配線の接続切り替えを要さないため、被検体の複数箇所の部位の測定において、測定時間を短縮することができる。
また、検出する光強度が大きく、雑音となる干渉成分が小さくなるように送光部及び／又は受光部の組み合わせを設定することによって、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２５】
【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。
はじめに、図１に示した本発明の光計測装置の一形態の概略構成図を用いて、本発明の制御テーブルを用いた各動作を説明する。
図２，３，４は、任意の送光部及び受光部の組み合わせを定める第１の態様を説明する図であり、それぞれ第１，２，３の発光形態を説明している。また、図５，６，７は、一対の送光部及び受光部間で組み合わせを定める第２の態様を説明する図であり、それぞれ第１，２，３の発光形態を説明している。ここで、第１の発光形態は同時送光によって並列測定を行うものであり、第２の発光形態は順次送光によってシーケンシャル測定を行うものであり、第３の発光形態は複数の送光及び受光によってマルチプレックス測定を行うものである。なお、図２，３，４において、ａ，ｂ，ｃは送光部を示し、Ａ，Ｂ，Ｃは受光部を示している。
【００２６】
また、図２（ｄ）において、○印は光源を点灯させること、Ｄは暗信号用として光源を点灯させないことを意味する。また、図２（ｅ）における○印は検出信号を有効とすることを意味する。図３（ｅ）及び図３（ｆ）も同様である。
【００２７】
はじめに、任意の送光部及び受光部の組み合わせを定める第１の態様について、図２，３，４を用いて説明する。第１の態様は、送光部と受光部の組み合わせは任意とする場合である。
【００２８】
第１の発光形態では、送光部と受光部との送受光関係が実質的に一義に定まり、ある送光部からの送光は他の受光部に影響を与えないことを前提としている。例えば、送光部ａ，ｂ，ｃに対して受光部Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ対応している場合には、送光部ａの送光は受光部Ａでのみ検出され、検出部Ｂ，Ｃでは実質的に検出されない。
第１の発光形態は同時送光によって並列測定を行う形態である。図２（ａ）において、送光部ａ，ｂ，ｃは同時に送光を行う。実線の矢印は送光部ａから受光部Ａ，Ｂ，Ｃへの送光を示し、破線の矢印は送光部ｂから受光部Ａ，Ｂ，Ｃへの送光を示し、一点鎖線の矢印は送光部ｃから受光部Ａ，Ｂ，Ｃへの送光を示している。また、図２（ｂ）は各送光部ａ，ｂ，ｃの送光のシーケンス（時間変化）を示し、図２（ｃは受光部Ａ，Ｂ，Ｃの受光のシーケンス（時間変化）を示している。この形態では、例えば、受光部Ａは他の送光部ｂ，ｃから送光される光の干渉を受けず、実質的に送光部ａからの送光のみを受光する。
【００２９】
送光部及び受光部を第１の発光態様で動作させるために、図２（ｄ），（ｅ）に示す制御テーブルを用いることができる。図２（ｄ）に示す制御テーブルは送光部ａ，ｂ，ｃの制御テーブルであり、４ステップ分（ステップ１から４、及びステップ５から８）を１サイクルとし、各ステップ毎に送光部ａ，ｂ，ｃから送光する制御例を示している。なお、ステップ１，５に示すＤは、暗信号の測定のために光源を点灯しない状態を示している。図２（ｅ）に示す制御テーブルは受光部Ａ，Ｂ，Ｃの制御テーブルであり、図２（ｄ）の送光に対して、各ステップ毎に送光部ａ，ｂ，ｃから受光を行う制御例を示している。制御テーブルは、各サイクルを単位として繰り返すことができる。
【００３０】
第２の発光形態は順次送光によってシーケンシャル測定を行う形態である。第２の発光態様では、送光部と受光部との送受光関係は一義に定まらず、ある送光部からの送光は複数の受光部に影響を与えることを前提としている。例えば、送光部ａ（ｂ，ｃ）から送光した光は各受光部Ａ，Ｂ，Ｃで検出される。なお、図３（ａ）において、実線の矢印は送光部ａの送光を示し、破線の矢印は送光部ｂの送光を示し、一点鎖線の矢印は送光部ｃからの送光を示している。また、図３（ｂ）は各送光部ａ，ｂ，ｃの送光のシーケンス（時間変化）を示し、図３（ｃ）は受光部Ａ，Ｂ，Ｃの受光のシーケンス（時間変化）を示している。図３（ｂ），（ｃ）によれば、受光部Ａ，Ｂ，Ｃは送光部ａ，ｂ，ｃから送光される毎に受光する。このとき、送光部ａ，ｂ，ｃは順に送光しているため、送光時の送光部と対応する受光部の光信号を検出することによって、他の送光による干渉を防ぐことができる。図３（ｄ）は対応する受光部の検出信号を示している。
【００３１】
送光部及び受光部を第２の発光態様で動作させるために、図３（ｅ），（ｆ）に示す制御テーブルを用いることができる。図３（ｅ）に示す制御テーブルは送光部ａ，ｂ，ｃの制御テーブルであり、４ステップ分（ステップ１から４、及びステップ５から８）を１サイクルとし、各ステップでは１つの送光部から送光する制御例を示している。なお、ステップ１，５に示すＤは、暗信号を測定するために送光を行わない状態を示している。また、図３（ｆ）に示す制御テーブルは受光部Ａ，Ｂ，Ｃの制御テーブルであり、送光部の制御テーブルと対応するステップ及び受光部において受光を行う制御例を示している。制御テーブルは、各サイクルを単位として繰り返すことができる。
【００３２】
第３の発光形態は複数の送光及び受光によってマルチプレックス測定を行う形態である。第３の発光態様は、第２の発光態様と同様に、送光部と受光部との送受光関係は一義に定まらず、ある送光部からの送光は複数の受光部に影響を与えることを前提としている。例えば、送光部ａ（ｂ，ｃ）から送光した光は各受光部Ａ，Ｂ，Ｃで検出される。なお、図４（ａ）において、実線の矢印は送光部ａの送光を示し、破線の矢印は送光部ｂの送光を示し、一点鎖線の矢印は送光部ｃからの送光を示している。
図４（ｂ）は各送光部ａ，ｂ，ｃの送光のシーケンス（時間変化）を示し、図４（ｃ）は受光部Ａ，Ｂ，Ｃの受光のシーケンス（時間変化）を示している。図４（ｂ），（ｃ）によれば、送光部を種々に組み合わせて同時に送光し、受光部は同時に複数の送光部からの送光を受光する。例えば、図４（ｂ），（ｃ）の第１のステップでは、送光部ａ，ｂが同時に送光し、受光部Ａ，Ｂ，Ｃはこの２つの送光を受光する。なお、図４（ｃ）中の小文字ａ，ｂ，ｃは受光した光の送光部を表している。
【００３３】
受光部Ａは時間順に送光部ｃ及びａ、ｂ及びｃ、ａ及びｂ、・・・からの送光を受光する。対応する送光部と受光部の光信号を、ａＡ，ｂＡ，ｃＡ，・・・等で表すと、受光部Ａで受光される光信号Ａ（ｃａ），Ａ（ｂｃ），Ａ（ａｂ）は、順に図４（ｄ）に示される式で表される。従って、図４（ｄ）に示される式によれば、光信号ａＡ，ｂＡ，ｃＡはこの連立方程式を解くことによって求めることができる。
送光部及び受光部を第３の発光態様で動作させるために、図４（ｅ），（ｆ）に示す制御テーブルを用いることができる。図４（ｅ）に示す制御テーブルは送光部ａ，ｂ，ｃの制御テーブルであり、４ステップ分（ステップ１から４、及びステップ５から８）を１サイクルとし、各ステップ毎に同時に送光する送光部の組み合わせを定め、順次変更する。また、図４（ｆ）に示す制御テーブルは受光部Ａ，Ｂ，Ｃの制御テーブルであり、送光部の制御テーブルと対応するステップ及び受光部において受光を行う制御例を示している。制御テーブルは、各サイクルを単位として繰り返すことができる。
【００３４】
次に、一対の送光部及び受光部間で組み合わせを定める第２の態様について、図５，６，７を用いて説明する。
第２の態様は、送光部と受光部の組み合わせをあらかじめ定める場合であり、特定の送光部と受光部とを組み合わせて送受光対を形成する。従って、第２の態様は、第１の態様において送光部と受光部を特定の関係に定めた特例である。
第１の発光形態では、送受光対間の関係が実質的に一義に定まり、ある送受光対は他の送受光対に影響を与えないことを前提としている。例えば、送光部ａと受光部Ａで送受光対ＣＨ１を構成し、送光部ｂと受光部Ｂで送受光対ＣＨ２を構成し、送光部ｃ受光部Ｃで送受光対ＣＨ３を構成する場合には、送受光対ＣＨ３の受光部Ｃは送光部ｃの送光のみを検出し、送光部ａ，ｂの送光を検出しない。
【００３５】
第１の発光形態において、同時送光によって並列測定を行う。図５（ａ）において、送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３は同時に送光・受光を行う。図５（ｂ）は各送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３の送光・受光シーケンス（時間変化）を示している。この形態では、例えば、送受光対ＣＨ１は他の送受光対ＣＨ２，ｃｈ３からの干渉を受けず、実質的に送受光対ＣＨ１のみで送光・受光を行う。
第１の発光形態で動作させるために、図５（ｃ）に示す制御テーブルを用いることができる。図５（ｃ）に示す制御テーブルは、送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３の制御テーブルであり、１ステップ分を１サイクルとし、各送受光対で送光・受光を行う制御例を示している。
【００３６】
第２の発光形態において、順次送光によってシーケンシャル測定を行う。第２の発光態様では、送受光対間の関係が一義に定まらず、ある送受光対は複数の送受光対に影響を与えることを前提としている。第２の発光形態において、同時送光によって並列測定を行う。図６（ａ）において、送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３は順次送光によってシーケンシャル測定を行う。図６（ｂ）は各送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３の動作のシーケンス（時間変化）を示している。各送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３は、各送光部ａ，ｂ，ｃと各受光部Ａ，Ｂ，Ｃとの間で順に送光・受光を行う。このとき、送光部ａ，ｂ，ｃは順に送光しているため、各送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３でのみ送光・受光が行われ、他の送受光対間送の干渉を防ぐことができる。送受光対を第２の発光態様で動作させるために、図６（ｃ）に示す制御テーブルを用いることができる。図６（ｃ）に示す制御テーブルは、送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３の制御テーブルであり、送受光対分のステップ数を１サイクルとし、各ステップでは１つの送受光対にのみ送光・受光を行う。制御テーブルは、各サイクルを単位として繰り返すことができる。
【００３７】
第３の発光形態において、複数の送光及び受光によってマルチプレックス測定を行う。第３の発光態様は、第２の発光態様と同様に、送受光対間の関係が一義に定まらず、ある送受光対は複数の送受光対に影響を与えることを前提としている。
図７（ａ）において、送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３は、複数の送受光対を組み合わせを変えながら送光して順次測定する。図７（ｂ）は各送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３の動作のシーケンス（時間変化）を示している。送受光対を種々に組み合わせて同時に送光・受光する。例えば、図７（ｂ）の第１のステップでは送受光対ＣＨ１，ＣＨ２が同時に送光・受光し、第２のステップでは送受光対ＣＨ１，ＣＨ３が同時に送光・受光する。
【００３８】
各送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３で検出した光信号は、前記図４（ｄ）と同様の連立方程式で表され、この連立方程式を解くことによって送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３の信号を求めることができる。
送受光対を第３の発光態様で動作させるために、図７（ｄ）に示す制御テーブルを用いることができる。図７（ｃ）に示す制御テーブルは、送受光対ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３の制御テーブルであり、送受光対の各組み合わせを１ステップとし、動作させる送受光対の全ての組み合わせを実施する全ステップを１サイクルとする。制御テーブルは、各サイクルを単位として繰り返すことができる。
なお、動作させる送受光対の全ての組み合わせは、配置間隔等の送受光対の配置位置や、測定対象位置と送光受光対との位置関係や、解の個数と連立方程式の式数との関係等から定める。
次に、本発明の光計測装置のより詳細な構成例、及び動作例について説明する。なお、動作例は特定の送光部と受光部とを組み合わせて形成する送受光対を用いた第２の態様について説明する。
図８は本発明の光計測装置の構成例を示す図である。図８に示す光計測装置１の概略は、前記した図１と同様である。送受光部１１は、送光部１２と受光部１３をそれぞれ複数個備えて測定プローブを形成し、被検体（図示していない）に取り付けられる。
【００３９】
発光部２は、第１発光素子２２ａ〜第ｎ発光素子２２ｎを備えた発光素子部２２によって複数個の光源を構成する。各発光素子は異なる波長（λａからλｎ）を発光する構成とすることができ、発光素子駆動部２１及び光スイッチ２３によって送光部１２への発光を制御し、これによって送光部１２から被検体への送光を制御する。なお、発光素子部２２と光スイッチ２３との間は光結合器２４を介して光学的に結合される。
光検出器３は、受光部１３で受光した光を検出して検出信号を出力する光検出器３１（第１光検出器３１ａから第ｍ光検出器３１ｍ）と、検出信号を積分する積分器３２（第１積分３２ａから第ｍ積分器３２ｍ）と、積分したアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３３（第１Ａ／Ｄ変換器３３ａから第ｍＡ／Ｄ変換器３３ｍ）とを備える。
また、演算・制御部４は、制御テーブルを格納する制御テーブル部４１と、該制御テーブルに従って発光部２を制御する発光制御部４２と、光検出部３で求めた検出信号を演算して、測定データを求める演算部４３を備える。制御テーブル４１は、送受光対の組み合わせと順序を定めた複数の制御テーブルを格納する。
【００４０】
以下、図９の制御テーブルの図、及び図１０から図１３の送受光対の関係図を用いて、前記した第１，２，３の発光形態について説明する。
図９（ａ）及び図１０は第１の発光形態を示している。図１０において、被検体１０に対して送光部１２ａ〜１２ｆと受光部１３ａ〜１３ｆを取り付け、送光部１２ａ（〜１２ｆ）と受光部１３ａ（〜１３ｆ）とでそれぞれ送受光対ＣＨ１（〜ＣＨ６）を構成する。なお、図１０において、各送受光対ＣＨ１の端部に示す丸印は発光部を示し、矩形印は光検出部を示している。
図９（ａ）に示す制御テーブルは、ステップ１（ステップ８）からステップ７（ステップ１４）の７つのステップ（発光を行なわないステップ１，ステップ８を含む）を１サイクルとし、各ステップでは送受光対ＣＨ１〜ＣＨ６を動作させる。
【００４１】
第１の発光形態は、送受光対間の相互干渉は実質的に無視することができ、各送受光対の送光部は同時点灯する。また、各送受光対は独立して測定することができ、並列して測定することができる。
図９（ｂ）及び図１１は第２の発光形態を示している。図１１において、送光部１２ａ（〜１２ｆ）と受光部１３ａ（〜１３ｆ）で形成される複数個の送受光対によって送受光部１１を構成して測定プローブとし、被検体１０に取り付ける。図１１中の送受光部１１において、白丸○は送光部１２を示し、黒丸●は受光部１３を示している。
図９（ｂ）に示す制御テーブルは、ステップ１（ステップ８）からステップ７（ステップ１４）の７つのステップ（発光を行なわないステップ１，ステップ８を含む）を１サイクルとし、各ステップでは送受光対ＣＨ１〜ＣＨ６の何れか１つの送受光対を動作させる。
【００４２】
第２の発光形態は、送受光対間の相互干渉を考慮し、各送受光対の送光部は同時に１つのみを点灯して受光する動作を順次繰り返す。
図９（ｃ）及び図１２は第３の発光形態を示している。第３の発光形態において、送受光対の構成は前記した図１１は第２の発光形態と同様とすることができ、図１２において、送光部１２ａ（〜１２ｆ）と受光部１３ａ（〜１３ｆ）で複数個の送受光対を形成する。
図９（ｃ）に示す制御テーブルは、ステップ１（ステップ８）からステップ７（ステップ１４）の７つのステップ（発光を行なわないステップ１，ステップ８を含む）を１サイクルとし、各ステップでは送受光対ＣＨ１〜ＣＨ６の中から選択した複数を含む送受光対の組み合わせで動作を行う。図１２（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ図９（ｃ）の制御テーブルのステップ２（ステップ９）からステップ７（ステップ１４）に対応している。例えば、図１２（ａ）は制御テーブルのステップ２（ステップ９）に対応し、送受光対ＣＨ１とＣＨ３を同時に動作させる。第３の発光形態は、送受光対間の相互干渉を考慮し、各送受光対の送光部は同時に複数個を点灯して複数の受光部で受光する動作を順次繰り返し、得られた光信号を演算して測定データを求める。
【００４３】
前記は１波長について説明しているが、送光する光として波長を異ならせることができる。図１３は異なる波長を用いた場合の制御データ例を示しており、λ１〜λ３の３波長の例を示している。波長と送受光対との組み合わせにおいて、同一の送受光対の組み合わせ内で波長を順に切り替え、また、同一ステップ内では同一波長の光を送光する。
【００４４】
次に、送光部と受光部の他の配置例と、該配置における制御テーブル例について図１４，１５を用いて説明する。
図１４（ａ）は送光部（二重丸）と受光部（一重丸）とを９０度で交差する格子状に配列した例であり、それぞれ８個の送光部と受光部を備える。また、図１４（ｂ）は送光部（二重丸）と受光部（一重丸）とを６０度配列の格子状に配列した例であり、専用の送光部と受光部とをそれぞれ６個と、送光部と受光部とを兼用したものを２個備える。なお、送光部と受光部とを兼用する構成は、２重のファイバーで構成することができる。
【００４５】
図１５は図１４（ａ）に示す９０度の格子配列例であり、ａからｈの８個の送光部と、ＡからＩの９個の受光部を備える。なお、図中のａＡ，ａＢ等は、検出関係にある送光部と受光部との組み合わせを示している。
生体等の強度の散乱体であり、入射点からの距離が離れると光信号の強度は急激に減少する。この特性を利用して、複数の送光部の内で一定の距離以上離れている場合には、同時に送光しても相互干渉の程度が低いため分離して光検出することができる。図１５において、隣接する送光部と受光部との距離をｒとすると、該距離ｒより離れた位置にある送光部と受光部とでは、受光する光信号の強度は極めて小さくなる。
【００４６】
そこで、制御テーブルは、ある受光部に対して所定距離内に配置される送光部は１つのみを送光させ、複数の送光部は同時に送光しないという条件の下に、同時に動作させる送受光対を定める。図１５（ｂ）に示す制御テーブルにおいて、第１サイクルでは送光部ａ，ｅから送光し、受光部Ａ，Ｂ、及び受光部Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈで受光する。また、第２サイクルでは送光部ｂ，ｆから送光し、受光部Ｂ、Ｃ、及び受光部Ｅ，Ｆ，Ｈ，Ｉ，で受光する。これらの送光部と受光部の関係は、上記に条件を満足するものである。上記の制御テーブルによって、同一サイクルで複数の送受光対を動作させることによって、測定時間を短縮することができる。図１５（ｃ）の制御テーブルは、各サイクルでは１つの送受光対を動作させるものであり、この場合には全送光部（ａ〜ｈ）からの送光を完了するまでに８サイクルを要する。これに対して、図１５（ｂ）の制御テーブルによれば、４サイクルで完了させることができ、測定時間を短縮することができる。
【００４７】
また、測定プローブを構成する送受光部の他の構成例について、図１６を用いて説明する。前記した例では送受光部を１つの測定プローブ内に形成する例であるが、複数の分離した測定プローブとすることもできる。図１６において、測定プローブ１４，１４’のそれぞれに送受光部を形成し、被検体（図示していない）に光干渉を起こさない距離Ｌだけ離して取り付ける。制御テーブルは、上記した測定プローブの取付け条件を考慮して定めておき、該制御テーブルを選択して測定を行う。また、他の構成例として、光干渉を起こさない距離によって送受光対の組み合わせを定める代りに、送光部と受光部との間における光干渉の程度を測定し、該測定値に基づいて設定することができる。この光干渉の程度の測定は、生体と同等の散乱係数μｓ’と吸収係数μａを持つ測定試料を標準ファントムとして用意し、この標準ファントムを測定することによって行うことができる。また、測定した光干渉の程度に基づいて送受光対の組み合わせを定めるプログラムを内蔵することによって、制御テーブルの自動設定を行うことができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光計測装置によれば、被検体の複数箇所の部位の測定において、同時に動作する送光点及び／又は受光点の位置や組み合わせの変更を、光源や配線の接続を切り替えることなく行うことができる。また、被検体の複数箇所の部位の測定において、測定時間を短縮し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光計測装置の一形態を説明するための概略構成図である。
【図２】任意の送光部及び受光部の組み合わせを定める第１の態様において第１の発光形態を説明する図である。
【図３】任意の送光部及び受光部の組み合わせを定める第１の態様において第２の発光形態を説明する図である。
【図４】任意の送光部及び受光部の組み合わせを定める第１の態様において第３の発光形態を説明する図である。
【図５】一対の送光部及び受光部間で組み合わせを定める第２の態様において第１の発光形態を説明する図である。
【図６】一対の送光部及び受光部間で組み合わせを定める第２の態様において第２の発光形態を説明する図である。
【図７】一対の送光部及び受光部間で組み合わせを定める第２の態様において第３の発光形態を説明する図である。
【図８】本発明の光計測装置の構成例を示す図である。
【図９】制御テーブルを説明するための図である。
【図１０】送受光対の関係を説明するための図である。
【図１１】送受光対の関係を説明するための図である。
【図１２】送受光対の関係を説明するための図である。
【図１３】送受光対の関係を説明するための図である。
【図１４】送光部と受光部の他の配置例を説明するための図である。
【図１５】送光部と受光部の他の配置例における制御テーブルを説明するための図である。
【図１６】測定プローブを構成する送受光部の他の構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…光計測装置、２…発光部、３…光検出部、４…演算・制御部、１０…被検体、１１…送受光部、１２…送光部、１３…受光部、１４，１４’…測定プローブ、２１…発光素子駆動部、２２…発光素子部、２３…光スイッチ、２４…光結合器、３１…光検出器、３２…積分器、３３…Ａ／Ｄ変換器、４１…制御テーブル、４２…発光制御部、４３…光検出制御部、４３ａ…発光テーブル、４３ｂ…光検出テーブル、４３ｃ…発光・光検出テーブル。

Claims (4)

1. 被検体に光を照射し、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測定する光計測装置において、被検体に光を照射する複数の送光部と放出される光を受光する複数の受光部とを備えた送受光部と、前記送受光部に対して光の送受光を制御する制御部とを備え、前記制御部は、送受光を行う送光部及び／又は受光部の組み合わせと順序を定めた複数の制御テーブルを備え、
   前記制御テーブルは、送光部については、送受光部に配列される複数の送光部の中から送光を同時に行う、全ての送光部が同時に送光する組み合わせを除く、送光部の組み合わせと動作順とを定め、
   受光部については、送受光部に配列される複数の受光部で受光して得られる受光信号を有効データとする受光部の組み合わせと動作順とを定め、
   操作者が、前記送光部の組み合わせと動作順および前記受光部の組み合わせと動作順を、変更または選択できる操作画面上に表示されるテーブルであることを特徴とする
   光計測装置。
2. 前記制御テーブルが定める送光部の組み合わせは、同じ時間ステップに送光する１つあるいは異なる２つ以上の送光部を有し、異なる２つ以上の送光部からの出力を信号処理の計算により分離することを特徴とする請求項１記載の光計測装置。
3. 前記制御テーブルが定める送光部及び／又は受光部の組み合わせは、送受光部における送光部と受光部の配置位置に基づいて定めることを特徴とする請求項１又は２記載の光計測装置。
4. 測定目的に応じた多数の送光部制御テーブル、又は測定目的に応じた送光部と受光部の組み合わせのテーブルを記憶する記憶部を有し、操作者が予め記憶したテーブルの一つを選択することができることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光計測装置。

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