JP4332534B2 - 生体光計測装置 - Google Patents

Description

本発明は生体光計測装置、特に生体内部を光学的に測定し、それによって得られる情報信号にもとづいて生体内部を画像化するために用いられるのに適した生体光計測装置に関する。

生体内部を簡便でかつ生体に害を与えずに測定する技術が臨床医療の分野で望まれている。この要望に対し、光を用いた計測は非常に有効である。その第１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、チトクロームa a3、ミオグロビン等)、すなわち、光吸収体の濃度に対応し、この特定色素濃度は光(可視から近赤外領域の波長)吸収量から求められ得るからである。第２の理由は、光は光ファイバによる扱いが簡便であるからである。第３の理由は、光計測は、安全基準（ANSIZ 136-1973, JISC6802規格:2mW/mm²）の範囲内での使用により生体に害を与えないからである。

このような、光を用いた生体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ー５０ｍｍ程度離れた位置での反射光から生体内部を測定する装置が、例えば、特許文献１、特許文献２等に記載されている。また、厚さ１００ー２００ｍｍ程度の生体を透過した光から酸素代謝機能のＣＴ画像を計測する装置、すなわち光ＣＴ装置が例えば特許文献３、特許文献４に記載されている。

特開平６３ー２７７０３８号公報 特開平５３００８８７号公報 特開昭６０ー７２５４２号公報 特開昭６２ー２３１６２５号公報

生体光計測による臨床応用としては、例えば頭部を計測対象とする場合、脳の酸素代謝の活性化状態及び局所的な脳内出血の計測等が挙げられる。また、脳内の酸素代謝に関連して、運動、感覚さらには思考に及ぶ高次脳機能等を計測することも可能である。このような計測においては、非画像よりも画像として計測し表示することにより、その効果は飛躍的に増大する。例えば、局所的な酸素代謝の変化部位の検出等では、画像として計測及び表示することが不可欠である。

多チャンネルの光計測装置において、実際の計測位置と計測信号を対応づけて、操作者オペレ−タに提示しなければ、不具合のあるチャンネルの迅速な発見が困難である。
また、計測の開始前にオペレ−タが多くの計測条件を入力しなければ臨床医療の現場では深刻な事態を招く問題があった。

本発明の目的は、被検体を光計測し、その計測によって得られた情報にもとづく所定の項目の画像を容易に得るのに適した生体光計測装置を提供することにある。

本発明にもとづく生体光計測装置は、１つの観点によれば、被検体頭部に複数波長の光を照射する複数の光照射器と、前記被検体頭部内を伝播した光を受光する複数の受光器と、前記受光器で受光された光から前記被検体頭部の血流動態変化を演算する演算部と前記演算部による演算結果を表示する表示部とを有し、前記表示部は前記光照射器と前記受光器の組み合わせにより計測される計測位置および照射波長に対応した計測チャンネルと、前記計測チャンネルから出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器のチャンネルの対応を表す対応表を表示することを特徴とする。
本発明にもとづく生体光計測装置は、もう１つの観点によれば、被検体頭部に複数波長の光を照射する複数の光照射器と、前記被検体頭部内を伝播した光を受光する複数の受光器と、前記受光器で受光された光を電気信号に変換し、前記被検体頭部の血流動態変化を求める信号処理系と、前記信号処理系による演算結果を表示する表示部とを有し、前記光照射器と受光器の組み合わせにより計測される計測位置および照射波長に対応した各計測チャンネルと、前記各計測チャンネルの前記信号処理系の信号処理に供するデータとを対応させて前記表示部へ表示させる手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、被検体を光計測し、その計測によって得られた情報にもとづく所定の項目の画像を容易に得るのに適した生体光計測装置が提供される。

本発明によればまた、習熟していないオペレ−タによっても、迅速に間違いのない入力が可能となり、したがってまた、操作マニュアルを熟知することなく光による計測操作が可能となる。

さらに、本発明によれば、被検体の変化の状況例えば脳の酸素代謝の活性化状態を高精度に把握することが可能となる。

図１は、本発明が適用される光計測装置のー実施例の主要部の構成を示す。本実施例では、例えば頭部の皮膚に光を照射し、それによって体内を通過した散乱光を皮膚から検出することにより大脳内部を画像化する実施形態を、計測チャンネルの個数すなわち計測位置の数が１２の場合で示す。もちろん本発明は、計測対象として頭部に限らず他の部位、さらには生体以外にも実施可能である。

光源部１は４個の光モジュール２から構成されている。各光モジュールは、可視から赤外の波長領域内での複数の波長、例えば７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの２波長の光をそれぞれ放射する２個の半導体レーザから構成されている。これらの２波長の値は、７８０ｎｍと８３０ｎｍに限定されるものではなく、また、波長数も２波長に限定されるものではない。この光源部１については、半導体レーザの代わりに発光ダイオードを用いてもよい。この光源部１に含まれる全ての半導体レーザ８個からの光は、発振周波数の異なる８個の発振器で構成されている発振部３によりそれぞれ変調される。

図２３は光モジュール２内の構成を、光モジュール２(1)を例にして示す。光モジュール２(1)内には、半導体レーザ３(1-a)、３(1-b)、及びこれらの半導体レーザの駆動回路４(1-a)、４(1-b)、が含まれている。ここで、括弧内の文字については、数字は含まれる光モジュール番号を、a、bはそれぞれ波長７８０ｎｍ、８３０ｎｍを表す記号を示している。これらの半導体レーザ駆動回路４(1-a)、４(1-b)では、半導体レーザ３(1-a)、３(1-b)に対して直流バイアス電流を印加すると共に、発振器３によりそれぞれ異なる周波数ｆ(1-a)、ｆ(1-b)をも印加することで、半導体レーザ３(1-a)、３(1-b)から放射される光に変調を与える。この変調として、本実施例では正弦波によるアナログ変調の場合を示すが、もちろん、それぞれ異なる時間間隔の矩形波によるデジタル変調を用いてもよい。このようにして変調された光ビ−ムはそれぞれの半導体レーザごとに集光レンズ５により光ファイバ６に個々に導入される。個々の光ファイバに導入された２波長の光は光モジュールごとに光ファイバ結合器７により１本の光ファイバ、たとえば照射用光ファイバ８−１内に導入される。光モジュールごとに、２波長の光ビ−ムが照射用光ファイバ８−１〜８−４内に導入され、これらの照射用光ファイバの他端から被検体９の表面上の異なる４個所の照射位置から光が照射される。被検体から反射された光は、被検体表面上の５個所の検出位置に配置されている検出用光ファイバ１０−１〜１０−５で検出される。これらの光ファイバの端面は被検体９表面上に軽く接触しており、例えば特開平９―１４９９０３号公報に記載されているプローブにより光ファイバは被検体９に装着される。

図２４は、被検体９表面上における、照射位置１〜４及び検出位置１〜５の幾何学的配置例を示す。本実施例では、照射及び検出位置を交互に正方格子状に配置する。隣接する照射及び検出位置の中点を計測位置とすると、この場合、隣接する照射・検出位置の組合せが１２通り存在するため、計測位置数すなわち計測チャンネル数は１２個となる。この光照射及び検出位置の配置は、例えば特開平９−１４９９０３号及びユウイチ・ヤマシタ(Yuichi Yamashita)他による「近赤外光トポグラフィ計測システム：散乱媒体中に局在する吸収体の画像化(Near-infrared topographic measurement system: Imaging of absorbers localized in a scattering medium)」、１９９６年、レヴュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメント、第６７巻、第７３０〜７３２頁(Rev. Sci. Instrum.,67,730(1996))に記載されている。隣接する照射及び検出位置間隔を３ｃｍに設定すると、各検出位置で検出された光は、皮膚、頭蓋骨を通過して大脳の情報を有していることが、例えばピィー・ダブル・マコーミック(P.W.McCormic)他による「赤外光の大脳内部の浸透(Intracerebral penetration of infrared light)」，１９９２年，ジャーナル・オブ・ニューロサージェリ，第７６巻，第３１５〜３１８頁(J.Neurosurg.,33,315(1992))により報告されている。

以上のことから、この照射・検出位置の配置で１２計測チャンネルを設定すれば、全体として６ｃｍ×６ｃｍの領域にける大脳の計測が可能となる。この実施例では、簡単のために計測チャンネル数が１２の場合を示しているが、格子状に配置する光照射位置及び光検出位置の数をさらに増加させることにより、計測チャンネルをさらに増加させて計測領域を拡大することも容易に可能である。

図１において、それぞれの検出用光ファイバ１０−１〜１０−５で検出された反射光は、検出位置ごとに、すなわち各検出位置に対応した検出用光ファイバごとに独立に５個の光検出器たとえばフォトダイオード１１−１〜１１−５で検出する。このフォトダイオードとしては、高感度な光計測が実現できるアバランシェフォトダイオードであることが望ましい。また、光検出器としては光電子増倍管を用いてもよい。これらのフォトダイオードで光信号が電気信号に変換された後、変調信号の選択的な検出回路、例えば複数のロックインアンプから構成されるロックイン増幅器モジュール１２で、照射位置かつ波長に対応した変調信号を選択的に検出する。この実施例では、アナログ変調の場合に対応する変調信号検出回路としてのロックイン増幅器を示しているが、デジタル変調を用いた場合、変調信号検出のためにデジタルフィルタもしくはデジタルシグナルプロセッサを用いる。

図２５は、図１のロックイン増幅器モジュ−ル１２の構成を示す。まず、図２４の検出位置１においてフォトダイオ−ド１１−１によって検出される検出信号について、その変調信号分離の説明を行う。「検出位置１」では、隣接した「光照射位置１」、「光照射位置２」、「光照射位置３」及び「光照射位置４」から照射された光を検出することができ、したがって図２４における「計測位置４」、「計測位置６」、「計測位置７」及び「計測位置９」が計測対象位置となる。ここで、「検出位置１」においてフォトダイオード１１−１で検出された光は、「照射位置１」、「照射位置２」、「照射位置３」及び「照射位置４」で照射された各２波長の光に対応する、変調周波数がｆ(1-a)、ｆ(1-b)、ｆ(2-a)、ｆ(2-b)、ｆ(3-a)、ｆ(3-b)、ｆ(4-a)及びｆ(4-b)である８個の信号成分を含んでいる。これらの８個の信号成分を含む光信号は８個の増幅器１４−１〜１４−８を介して８個のロックイン増幅器１３−１〜１３−８に導入される。８個のロックイン増幅器１３−１〜１３−８には、それぞれｆ(1-a)、ｆ(1-b)、ｆ(2-a)、ｆ(2-b)、ｆ(3-a)、ｆ(3-b)、ｆ(4-a)及びｆ(4-b)の変調周波数信号が参照信号として与えられている。したがって、「照射位置１」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分はロックイン増幅器１３−１及び１３−２によって、「照射位置２」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分はロックイン増幅器１３−３及び１３−４によって、「照射位置３」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分はロックイン増幅器１３−５及び１３−６によって、そして「照射位置４」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分はロックイン増幅器１３−７及び１３−８によってそれぞれ選択的に分離してロックイン検出される。

「検出位置２」、「検出位置３」、「検出位置４」及び「検出位置５」においてそれぞれフォトダイオ−ド１１−２〜１１−５によって検出される検出信号についても同様にして所望の光信号成分が選択的に分離してロックイン検出される。すなわち、「検出位置２」においてフォトダイオ−ド１１−２によって検出された光信号は４個の増幅器１４−９〜１４−１２を介して４個のロックイン増幅器１３−９〜１３−１２に導入されて「照射位置１」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分と「照射位置２」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分がそれぞれ選択的に分離してロックイン検出され、「検出位置３」においてフォトダイオ−ド１１−３によって検出された光信号は４個の増幅器１４−１３〜４−１６を介して４個のロックイン増幅器１３−１３〜１３−１６に導入されて「照射位置１」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分と「照射位置３」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号がそれぞれ選択的にロックイン検出され、「検出位置４」においてフォトダイオ−ド１１−４によって検出された光信号は４個の増幅器１４−１７〜４−２０を介して４個のロックイン増幅器１３−１４〜１３−２０に導入されて「照射位置３」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分と「照射位置４」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分がそれぞれ選択的にロックイン検出され、そして「検出位置５」においてフォトダイオ−ド１１−５によって検出された光信号は４個の増幅器１４−２１〜４−２４を介して４個のロックイン増幅器１３−２１〜１３−２４に導入されて「照射位置２」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光信号成分と「照射位置４」で照射された７８０ｎｍ及び８３０ｎｍの光成分がそれぞれ選択的にロックイン検出される。

なお、図２４からわかるように、検出位置が「検出位置２」、「検出位置３」、「検出位置４」及び「検出位置５」である場合の計測対象位置は「計測位置１」及び「計測位置３」、「計測位置２」及び「計測位置５」、「計測位置１０」及び「計測位置１２」並びに「計測位置８」及び「計測位置１１」である。

以上のように、波長の数が２で、計測位置の数が１２の場合は、計測する信号数は２４となるため、ロックイン増幅器モジュール１２では合計で２４個のロックイン増幅器１３−１〜１３−２４が用いられる。これらのロックイン増幅器１３−１〜１３−２４（チャンネル１〜２４）から出力されるアナログ出力信号はサンプルホ−ルド回路モジュ−ル１６の対応するチャンネルのサンプルホ−ルド回路によってそれぞれ所定時間積算される。その積算終了後スイッチ（マルチプレクサ）１７を順次切り替え、それぞれのサンプルホ−ルド回路に蓄積された信号は例えば１２ビットのアナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１８によってディジタル信号に変換され、その変換された全チャンネルの信号は計算機１９の外部にある記憶装置に記憶される。もちろん、この記憶は計算機９の内部にある記憶装置になされてもよい。

サンプルホ−ルド回路モジュ−ル１６を用いない場合は、スイッチ１６を高速で繰り返し切り替える。その切り替えごとに各チャンネルのアナログ信号をアナログ／ディジタル変換器１８によってディジタル信号に変換して、記憶装置２０に蓄積し、チャンネルごとに所定の回数取得されたディジタル信号を計算機１９によって平均化して、記憶装置２０に記憶する。この方式によっても、高周波成分の雑音を低減することができる。

計算機１９は記憶されているデ−タをもとにして、脳活動に伴う酸素化ヘモグロビン濃度変化及び脱酸素化ヘモグロビン濃度変化、さらにはこれらヘモグロビン濃度総量としての全ヘモグロビン濃度変化を、例えば、特開平９―１９４０８号公報及び前述アツシ・マキ(Atsushi Maki)他による「無侵襲近赤外光トポグラフィによるヒト脳活動の時空間解析(Spatial and temporal analysis of human moter activity using noninvasive NIR topography)」、１９９５年、メディカルフィジックス、第２２巻、第１９９７〜２００５頁(Medical physics,22,1997(1995))に記載されている方法で計算し、表示部２０にトポグラフィ画像等を表示する。

図１において、計算機１９はパ−ソナルコンピュ−タであってよい。計算機１９には操作部２２が接続され、該操作部は種々の情報のインプットやアウトプットを行ったり、デ−タの追加や削除をしたりするキ−ボ−ドやマウス等を含む。

図２６は、ある検出位置における計測信号３０と該計測信号から求められる予測無負荷信号３１の経時変化を表すグラフである。このグラフは表示部２１に表示されるもので、その横軸は計測時間を表わし、縦軸はヘモグロビン濃度の相対変化量すなわち生体の特定機能（例えば指等、身体の一部を動かすこと等）が働くことによる脳の特定部位のヘモグロビン濃度変化に対応する。予測無負荷信号３１は、計測信号３０から、負荷を与えた時間(負荷時間)Ｔｔと負荷印加後信号が元に戻るまでの時間(緩和時間)Ｔ２における信号を除き、負荷前時間Ｔ１と負荷印加後時間Ｔ３における計測信号３１に対して任意関数を最小二乗法を用いてフィッティングし、求たものである。本実施例では、任意関数を２次の線形多項式を用い、Ｔ１＝４０秒、Ｔ２＝３０秒、Ｔ３＝３０秒として処理している。

図２７は、ある計測位置における酸化及び還元ヘモグロビンの濃度の相対変化量の時間変化を表す、表示部２１に表示されるグラフである。横軸は計測時間を表し、縦軸は相対濃度変化量を表す。また、斜線で示した時間が負荷印加時間（右手指の運動期間）である。図２６の相対変化量については、無負荷信号３１と予測無負荷信号３２にもとづき、酸化及び還元ヘモグロビ（Ｈ_bＯ₂，Ｈ_b）の濃度の負荷印加による相対変化量は所定の演算処理により求められる。

図２８及び図２９は、それぞれ被検者の左手指及び右手指の運動を負荷として、各計測点の酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量の時間変化から作成した、表示部２１に表示される等高線画像(トポグラフィ画像)を示す。トポグラフィ画像は、負荷印加時間(図２７の斜線期間)中の相対変化量信号３２の時間積分値(時間平均値でもよい）を処理部１９で計算し、各計測位置間の値はＸ軸方向及びＹ軸方向に線形に補間して作成したものである。トポグラフィ画像としては、図２８及び図２９に示すような等高線の他に、白黒濃淡画像、色彩による識別表示像であってもよい。図２８及び図２９の画像の比較から、明らかに右手運動時に特定の位置において酸化ヘモグロビン濃度が増加していることがわかる。

このような空間的分布の情報を画像として表示することにより計測結果の認識を迅速かつ容易にする。また、図２８及び図２９に示した画像は、負荷印加時間中の濃度相対変化量の時間積分値で作成したが、同一計測時間ごとの各計測位置の酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量によって同様にトボグラフィ画像を作成することも可能である。作成した複数のトポグラフィ画像を、計測時間の順に従って表示あるいは動画として表示すれば、酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量の時間変化を捉らえることができる。

さらに、任意の１計測位置の酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量の時間変化と自他計測位置の酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量の時間変化の自己及び相互相関関数を計算し、各計測位置における相関関数よりトポグラフィ画像を作成することもできる。各計測位置における相関関数は、時間ずれτで定義される関数であるから、同一時間ずれτにおける相関関数の値よりトポグラフィ画像を作成し、τの順序に従って表示あるいは動画として表示すれば、血液動態変化が伝播していく様子を可視化することができる。ここでは、酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量を代表的に用いて説明しているが、還元ヘモグロビン濃度の相対変化量あるいは酸化及び還元ヘモグロビン濃度の相対変化量の和で計算される総ヘモグロビン濃度相対変化量も同様にトポグラフィ画像を作成することができる。

図３０は、上記記載の方法で作成されたトポグラフィ画像３４を、被検者の脳表面画像３５と重ねあわせた表示例を示す。トポグラフィ画像３４は、生体の機能に関連して変化した脳の血液動態の変化であるため、脳表面画像と重ねあわせて表示することが望ましい。脳表面画像３５は３次元ＭＲＩあるいは３次元Ｘ線ＣＴで計測し表示する。トポグラフィ画像３４は、各計測位置の座標を脳表面に位置するように座標変換し、座標変換した後の各計測位置間の値を補間してトポグラフィ画像を作成する。作成したトポグラフィ画像３４と脳表面画像３５を重ねあわせて表示するとき、重ねたトポグラフィ画像３４の色を半透明として、下に位置する脳表面画像が透けて見えるようにする。

図２は、図１に示される光計測装置を用いて被検体の計測を行う、本発明にもとづく一例としてのフロ−を示す。操作は、オペレ−タが、図３〜２２に示される、表示部２１の画面表示面に表示される画面を見ながら順次進めて行くことができるようになっている。

装置のオペレ−ティングシステムが立ち上げられると、まず図３に示されるメインメニュ−選択用の初期画面が表示される（Ｓ１）。図３において、ボタン３０１を選択すると計測処理に進み、ボタン３０２を選択するとデ−タ解析に進み、ボタン３０３を選択すると、プログラムを終了する。

今、ボタン３０１が選択されたとすると、図３に示される初期画面は消去されて、計測処理に進み、はじめに、図４に示される条件入力画面が表示部２１の表示面中央に表示される（Ｓ２）。図４において、各部の意味や機能は次の通りである。

４０１：タイトルを入力するバ−である。具体的には、行われる検査の名称を入力する。
４０２：日付及び時間を表示する部分で、デフォルト（自動的に表示される数字や文字）で画面表示時の日付及び時間が表示される。
４０３：刺激の種類（例えば指運動、書字、発語、薬剤投与等）を入力する部分である。リスト表示ボタン（逆三角ボタン）を押してリストボックス内から既に登録してある種類を選択する。選択した種類は背景色を変えたり、反転して表示される。デ−タは追加、削除ができる。
４０４：刺激入力部で選択された種類項目を削除することができる。
４０５：計測モ−ドを選択する部分である。計測モ−ドは計測チャンネルの数と計測する面の数によって決まるものである。例えば計測チャンネル数が１２で、計測する面の数が２の場合を計測モ−ド１とする、が如きである。
４０６：自由なメモ書き部分である。
４０７：被検者名を入力する部分である。
４０８：被検者の年齢を入力する部分である。
４０９：被検者の性別を入力する部分である。
４１０：被検者の種類すなわち患者か健常者かを入力する部分である。
４１１：設定終了ボタンである。
４１２：初期画面に戻るためのボタンである。

以上のような条件を入力し、設定した後、ボタン４１２を押すと図４に示される条件入力画面は消去され、フロ−は初期画面表示に戻るが、ボタン４１１を押すと、図４に示される条件入力画面は消去され、図５に示されるゲイン調整中表示画面が表示面中央に表示される（Ｓ３）。これは計測系が自動ゲイン調整中であることを表し、調整が終了すると、図５に示されるゲイン調整画面は消去され、図６に示される計測位置表示画面が表示面中央に表示される（Ｓ４）。この画面はこの後表示部２１の表示面の所定位置に基本的に常時表示される。この計測位置表示画面を常時表示することで、多数ある計測信号と実際の計測位置との対応を容易かつ迅速に把握することが可能となる。ここで、通常、図１の照射用光ファイバ８−１〜８−４及び検出用光ファイバ１０−１〜１０−５は、被検者がかぶるヘルメットに固定される。従って、計測チャンネル番号をヘルメット上に明示し、図６中の６０２の番号との位置関係を、予め明確にさせておけば、さらにオペレ−タの認知を助ける。

図６において、６０１は選択された計測モ−ドを表示する部分であり、表示される計測位置表示画面は選択された計測モ−ドに対応したものとなる。６０２は計測面の計測チャンネルの数を表示する部分である。６０３は照射用及び検出用光ファイバの設定位置、すなわち光照射位置及び検出位置を表す。６０４は計測チャンネルの番号を表し、自動ゲイン調整がうまくいった場合は、計測チャンネルが緑色で表示される。

ゲイン調整がうまくいかなかった計測チャンネルが１つでもある場合は、その計測チャンネルは赤色で表示される。この場合はまた、図７に示される異常表示画面が図６に示される計測位置表示画面の近傍に表示される（Ｓ５）。ゲイン調整がうまくいかない場合は、赤色表示の左右又は上下の計測位置に問題がある可能性があることを意味する。赤色表示の場合は、光ファイバの設定が悪いためと考えられるので、光ファイバの設定のし直しが必要である。そこで、光ファイバの再設定後、図７において、７０１が図３あるいは図４の画面に戻って計測を中止するときに用いられる。図７のボタン７０２を押すと、図７に示される異常表示画面が消去され、図５に示されるゲイン調整中表示画面が表示されて、再度自動ゲイン調整が行われる。ゲイン調整後、再度異常がある場合には、図５に示されるゲイン調整中表示画面を消去し、再度図６に示される計測位置表示画面の異常計測チャンネルを赤色表示し、図７に示される異常表示画面を図６に示される計測位置表示画面の近傍に表意する。異常が生じない場合には、図５に示されるゲイン調整中表示画面を消去し、図６に示される計測位置表示画面中の全計測チャンネルを緑色表示に変え、図８に示されるファイル作成画面が表示される。

図７において、７０３は異常を無視する場合に押すボタンで、このボタンを押すと、図６に示される計測位置表示画面中の異常計測チャンネルを無視し（赤色表示のまま）、図８に示されるファイル作成画面が表示される（Ｓ６）。異常の有無にかかわらず、図８に示されるファイル作成画面は表示面内中央に表示され、図６に示される計測位置表示画面は、図８に示されるファイル作成画面の表示に伴い、表示面内の左下に位置が移動する。この表示方法により、オペレ−タは常に入力すべき条件に注目することが可能となる。

図８において、各部の意味や機能は次の通りである。
８０１：ファイル名を入力する部分である。
８０２：ボタン８０４で選択されている階層に存在する、全てのファイルのリストを表示するための部分で、例えばここには以前に計測したデ−タ名を表示する。８０３：現在のパスを表示する部分である。
８０４：ディレクトリリスト（階層リスト）を表示する部分である。
８０５：計測処理に進むことの許可を与えるボタンである。
８０６：キャンセルして図４の条件入力画面に戻るために押すボタンである。このボタンを押すと、図８に示されるファイル作成画面及び図６に示される計測位置表示画面は消去され、図４に示される条件入力画面が表示される。
８０７：図９に示されるディレクトリ作成画面を表示して、新しいディレクトリを作成するときに用いるボタンである。このボタンを押すと、ディレクトリ作成画面は若干ずれた状態で図８に示されるファイル作成画面上に重なって表示される。このとき、図９に示されるディレクトリ作成画面は操作できない。
８０８：ドライブの指定を行うためのボタンである。

ボタン８０７を押すと、図９に示されるディレクトリ作成画面が表示される（Ｓ７）。図９において、９０１は作成するディレクトリ名を入力する部分、９０２はディレクトリ作成終了のボタン、９０３はキャンセルボタンで、いずれのボタンを押した場合でも、図９に示されるディレクトリ作成画面は消去され、図８に示されるファイル作成画面に戻る。

図８において、ボタン８０５を押すと、図８に示されるファイル作成画面は消去され、図１０に示される計測画面が表示面内左上に表示され（Ｓ８）、図１４に示される計測デ−タ時系列表示画面が表示面内右大部分に単数又は複数表示される（Ｓ１１）。図８は、計測の実行をコントロ−ルするのに用いられる。図１０において、各部の意味や機能は次の通りである。
１００１：Infoを選択するボタンで、Infoを選択すると、図１１に示されるよ
うに、サブメニュ−としてCondition又はTuneupを選択する画面が表示
される。図１１のサブメニュ−内のConditionを選択すると、図４と同
じ条件入力画面が表示される（Ｓ９）。これは、現状確認あるいは追
加の条件入力が目的である。図１１のサブメニュ−内のTuneupを選択
すると、図１２に示される計測条件及び表示条件の入力画面が表示さ
れる（Ｓ１０）。ステップ９又はステップ１０において、キャンセル
ボタンを押すと、図４に示される条件入力画面又は図１２に示される
計測条件及び表示条件入力画面が消去され、図１０の計測画面に戻る
。
１００２：Optionを選択するボタンで、Optionを選択すると、図１３に示される
ようにサブメニュ−画面が表示される。ここでは、後述する計測中の
グラフ表示条件、デ−タのバックアップ間隔及び他計測機器から出力
される信号等の条件を入力するが、自動的に前回の計測時に設定した
値が反映されるという学習機能の故に毎回設定する必要はない。
１００３：デ−タ取得時間間隔を指定して表示する部分である。
１００４：デ−タ取得回数（サンプリング回数）を表示する部分である。
１００５：計測経過時間を表示する部分である。
１００６：次の計測状態を表示する部分である。
Run ：計測中
Completion ：計測正常終了
Overrun ：Ａ／Ｄ変換器のオ−バ−フロ−による計測
異常終了
Stop ：その他の計測異常終了
File error ：計測ファイル書き込みエラ−
Back up file error ：バックアップファイル書き込みエラ−
１００７：計測開始用のボタンである。このボタンを押すと、計測が行われ、図
１４中の各軸に計測デ−タ時系列信号グラフが表示される(Ｓ１１)。
表示されるグラフは変化率を表す。
１００８：デ−タ取得終了用のボタンである。
１００９：計測及び検査終了用のボタンである。
１０１０：マ−クボタン１０１１押下後の経過時間を表示する部分である。これ
により、いちいちストップウオッチで刺激時間を管理しなくともよく
なるという便利さが与えられる。
１０１１：マ−クボタンである。計測中に図１４のグラフに縦線からなるマ−ク
を入れるためのものである。普通は、このマ−クはデ−タ解析時の参
照用として刺激開始終了時に入力するが、計測中に時刻を記録してお
きたい事象が発生した場合に任意に入力してもかまわない。

図１２に示される計測条件及び表示条件の入力画面においては、選択された計測モ−ドに応じた計測条件が表示される。計測条件は、計測チャンネル（計測位置）、Ａ／Ｄ変換器のチャンネル、波長、信号増幅率等の対応を表す。また、ここで、計測するチャンネルの指定及びグラフ表示するチャンネルの指定をすることもできる。さらに、空いているチャンネルに別の信号を入力することを指示することもできる。図１２の画面において各部の意味や機能は次の通りである。

１２０１：選択された計測モ−ドで使用している波長ごとに計測条件及び表示条件を示す表があり、提示したい波長に関する表をこのタブを用いて選択する。
１２０２：グラフ表示の要否を指定し、表示する部分である。Trueはグラフ表示を意味し、falseはグラフ非表示を意味する。予め、グラフ非表示にしたい計測チャンネルごとに選択しておき(Visible列の中でクリックすると選択されて背景色が変わるか又は反転表示される)、１２１２のFalseボタンを指定することで、選択した計測チャンネルがTrueからFalseに変わる。
１２０３：ロックインアンプのゲインを表示する部分である。
１２０４：Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを表示する部分である。１２０３及び１２０４には自動ゲイン調整で決定された値が表示される。
１２０５：波長を表示する部分である。
１２０６：信号の種類を表示する部分である。Opticalは光計測を意味する。例えば、脳波信号を追加チャンネルで同時に計測する（１２０８で追加を指定できる）場合には、ＥＥＧとオペレ−タが入力する。デ−タ解析時に、Optical以外の信号を区別して処理ができる。
１２０７：計測チャンネルの番号を表示する部分である。
１２０８：Ａ／Ｄ変換器のチャンネル番号の有効（True）・無効（False）を指定し表示する部分である。指定方法は１２０２の場合と同じである。Falseにした場合は、指定したチャンネルでの計測は行われない。
１２０９：１２０２〜１２０８の選択した位置に文字列、数字等を入力するものである。
１２１０：Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを変更する部分である。１２０４選択時に有効となる。
１２１１：ロックインアンプのゲインを変更する部分である。１２０３選択時に有効となる。
１２１２：１２０２及び１２０８列内のTrue及びFalseの切り替えを行う部分である。
１２１３：表示される計測モ−ドを選択する部分である。Eachは表示する表を波長別に複数の表で表示し、Allは全計測チャンネルを１枚の表で表示する。
１２１４：設定を終了するためのボタンである。
１２１５：設定をキャンセルするためのボタンである。

図１２の画面によれば、計測条件（１２０３〜１２０８）のモニタとグラフ表示（１２０２）条件を１画面で表し、確認と設定変更が簡便に行える。また、他計測機器（装置）の信号をこの画面を用いて取り込むこともできる。さらに、図１２の画面は、入力信号の計測要否をオペレ−タが選択して使用する条件を入力する唯一の画面である。

図１３に示される、図１０の計測画面中のOptionのサブメニュ−画面では、何を選択するかによって次のような画面がそれぞれ表示される。ただし、図１３においては、選択されるべきTrigger Pulse及びExternal Triggerの表示は省略さ
れている。

・Graph ：図１４のグラフの表示条件入力画面（図１５）
・Backup ：ファイルバックアップ条件入力画面（図１６）
・Other CH ：他計測機器出力信号の入力設定画面（図１７）
・Trigger Pulse ：矩形波出力信号設定画面（図１８）
・External Trigger：外部入力トリガ−同期計測条件設定画面（図２０）
・Measurement
Parameter：計測デ−タ取得条件設定画面（図２１）
・Prescan ：計測信号確認画面（図２２）
・Position ：計測位置表示画面（図６）（ステップＳ６への戻り）
図１５〜１８、２０〜２２の画面について、その各部の意味や機能を以下に説明する。

図１５（図１４のグラフの表示条件入力画面）（Ｓ１２）１）．Ｘ軸のレンジを入力する。レンジの入力には、１５０１で行う倍率での入力と、１５０３で行う、表示する時間での入力との２種類の入力方法がある。

１５０１：グラフのＸ軸の表示倍率入力を選択するボタンである。
１５０２：グラフのＸ軸の表示倍率をパーセント入力する部分である。例えば１
００％のとき時３６００秒の期間を表示する場合に、１０００％に変
更すると３６０秒の範囲となる。この場合３６０秒を越えると、画面
が左にスクロールする。具体的には、３６２秒のデータが取得される
と、図１４のグラフのＸ軸の範囲は２秒から３６２秒の信号を表示す
る。
１５０３：グラフのＸ軸の表示時間入力を選択するボタンである。このボタンが
選択されると自動的に１５０１は非選択となる。１５０１と１５０３
のボタンは互いに排他的なものである。
１５０４：グラフのＸ軸の表示時間を入力する部分である。
１５０５：１５０４で指定された表示時間内に取得されるデータ数を表示する部
分である。
２）．Ｙ軸のレンジを入力する。
１５０６：グラフのＹ軸の表示倍率を入力する部分である。Ｘ軸の倍率入力の場
合と考え方は同じである。
３）．図１４のグラフ表示の形式を選択する。
１５０７：計測チャンネル順に全チャンネル(図１２で表示選択したすべてのチャ
ンネル)を表示することを選択するボタンである。こボタンが選択
されると、各計測チャンネルの計測に用いられる波長数（実施例では
２波長）と同数の図１４の画面が重ならないで表示される。このとき
、第１画面は第１波長の、計測チャンネル順の信号を表示し、第２画
面は第２波長の、計測チャンネル順の信号を表示する。特に設定しな
ければ、Togetherが選択される。
１５０８：全チャンネルを一つのウィンドウ内に表示するボタンである。
１５０９：各チャンネルごと個別のウィンドウ内にグラフを表示するためのボタ
ンである。さらに表示方法の種類として以下の２種類がある。
Title ：グラフをタイル状に並べて表示する。
Cascade：グラフを重ねて表示する。
１５１０：指定した１チャンネルだけのグラフを表示する(図１２で表示するチャ
ンネルが選択できる)。
１５１１：グラフの表示をしないことを強いるための部分である。
１５１２：設定を終了するための部分である。設定終了により画面表示は図１０の画面
表示に戻る。
１５１３：キャンセルをするための部分である。キャンセルの場合も画面表示は
図１０の画面表示に戻る。

図１６（ファイルバックアップ条件入力画面）（Ｓ１３）
これは、計測中の停電や、図８のファイル作成画面で指定したファイルが何らかの原因で壊れた場合を予想して、計測中に随時デ−タをバックアップする機能の条件を設定するものである。

１６０１：バックかプの要否を指定する部分である。
１６０２：バックアップ間隔時間を入力する部分である。
１６０３：バツクァツプファイル名をフルパスで入力する部分である。
１６０４：ディレクトリ、ファイルを参照する部分である。図８のファイル作成画面が表示され、指定ファイル名が１６０３のBackup File Nameエリアに入る。
１６０５：設定終了用ボタンである。設定終了により画面表示は図１０の画面表示の戻る。
１６０６：キャンセル用ボタンである。キャンセルの場合も画面表示は図１０の画面表示の戻る。

図１７（他計測機器出力信号の入力設定画面）（Ｓ１４）
この画面を使って他計測機器から出力される信号を、空いているＡ／Ｄ変換器チャンネルを通して取得する。取得する際のＡ／Ｄ変換器のチャンネル番号、信号の種類名(ＥＥＧ等)、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを選択する。
１７０１：空いている入力用のＡ／Ｄ変換器のチャンネル番号を表示する部分で
ある。空いているＡ／Ｄ変換器のチャンネルの一番若い番号が自動的
に割り当てられる。
１７０２：信号の種類名を入力する部分である。
１７０３：その他の入力のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを選択する部分で
ある。
１７０４：設定終了用ボタンである。設定終了により画面表示は図１０の画面表
示に戻る。
１７０５：キャンセル用ボタンである。キャンセルの場合も画面表示は図１０の
画面表示に戻る。

図１８（矩形波出力信号設定画面）（Ｓ１５）
本光計測装置から定期的に矩形電圧信号を出力する。この信号を他の計測機器（脳波計等）に入力することで、計測時刻を機器間で厳密にあわせることが可能となる。矩形波信号は例えばパソコンのシルアルポ−トから出力する。

出力する矩形波信号には、図１９に示されるように、３種類ある。１種類目は開始時のみ出力する矩形波信号である。２種類目は計測終了まで定期的に出力する矩形波信号である。３種類目は図１０のマ−クボタン１０１１を押すことと同期して出力する矩形波信号である。図１８の画面でこれらの３種類の矩形波信号の条件を設定することができる。

１８０１：矩形波出力の要否を選択する部分である。
１８０２：矩形波出力する端子を選択する部分である。
１８０３：１種類目の矩形波の時間幅を入力する部分である(図１９のＡ参照)。１８０４：１種類目の矩形波の繰り返し回数を入力する部分である（図１９のＢ参照）。
１８０５：２種類目の矩形波の繰り返し回数を入力する部分である（図１９のＣ参照）。
１８０６：２種類目の矩形波の時間幅を入力する部分である(図１９のＤ参照)。１８０７：３種類目の矩形波の時間幅を入力する部分である(図１９のＥ参照)。１８０８：設定終了用ボタンである。設定終了により画面表示は図１０の画面表 示の戻る。
１８０９：キャンセル用ボタンである。キャンセルの場合も画面表示は図１０の画面表示の戻る。

図２０（外部入力トリガ−同期計測条件設定画面）（Ｓ１６）
この画面は、外部からのトリガ−信号に同期して計測する場合に使用する画面である。同期計測することで、他計測機器や刺激装置などと完全に時間の同期が取れる。

２００１：外部入力トリガー同期計測の要否を指定する部分である。
２００２：外部入力トリガ−信号に用いるＡ／Ｄ変換器のチャンネル番号を入力する部分である。
２００３：１回のトリガ−信号に対する計測時間を入力する部分である。
２００４：トリガ−信号と認識される電圧値の閾値を入力する部分である。
２００５：設定終了用ボタンである。設定終了により画面表示は図１０の画面表示に戻る。
２００６：キャンセル用ボタンである。キャンセルの場合も画面表示は図１０の画面表示の戻る。

図２１（計測デ−タ取得条件設定画面）（Ｓ１７）
ここでは、Ａ／Ｄ変換器のチャンネルの操作周波数（Burst Rate）、Ａ／Ｄ変換器の１チャンネル当たりのサンプリング周波数（Coversion Rate）、取得デ−タの加算平均回数（Number of Samples）、取得デ−タの加算時間（Acquisition Time）、デ−タ取得時間間隔（Sampling Period：図１０の１００３と同じ）及び前計測時間を設定せることができる。

２１０１：Burst Rateを表示、入力する部分である。
２１０２：Convewrsion Rateを表示、入力する部分である。
２１０３：１回のサンプリングで取得するサンプル数を表示、入力する部分である。
２１０４：データ取得時間を表示する部分である。
２１０５：データ取得時間間隔を表示、入力する部分である。
２１０６：計測時間を表示、入力する部分である。
２１０７：設定終了用ボタンである。設定終了により画面表示は図１０の画面表示の戻る。
２１０８：キャンセル用ボタンである。キャンセルの場合も画面表示は図１０の画面表示に戻る。

図２２（計測信号確認画面）（Ｓ１８）
本画面は、必要に応じて本計測に入る前に予備計測を行い、オペレ−タが信号状態を確認するのに用いられる。グラフ表示される信号の値は電圧値を表す。

２２０１：デ−タ取得間隔を表示する部分である。
２２０２：デ−タ取得回数（サンプリング数）を表示する部分である。
２２０３：計測経過時間を表示する部分である。
２２０４：計測状態を表示する部部である（図１０参照）。
２２０５：グラフのＸ方向の倍率を指定する部分である（図１５参照）。
２２０６：予備計測結果を書くチャンネルごとに数値で表示する部部である。
２２０７：出力信号確認開始用ボタンである。このボタンを押すと、図１５に示される画面で設定されたグラフのスタイルに応じて、単数あるいは複数の、図１４に示される画面内に計測信号を表示する。
２２０８：計測中断用ボタンである。
２２０９：予備計測終了用ボタンである。このボタンを押すと、表示画面は図１０の画面に戻る。

以上説明した実施例により、習熟していないオペレ−タによっても、迅速に間違いのない入力が可能となる。また、オペラ−タにとっては、詳細な設定が可能なオプション機能も備えられている。

本発明が適用される光計測装置のー実施例の主要部の構成を示すブロック図。 図１に示される光計測装置を用いて被検体の計測を行う、本発明にもとづく一例としてのフロ−図。 表示部に表示される初期画面を示す図。 表示部に表示される条件入力画面を示す図。 表示部に表示されるゲイン調整中表示画面を示す図。 表示部に示される計測位置表示画面を示す図。 表示部に表示される異常表示画面を示す図。 表示部に表示されるファイル作成画面を示す図。 表示部に表示されるディレクトリ作成画面を示す図。 表示部に示される計測画面を示す図。 表示部に表示される、図１０のInfoのサブメニュ−画面を示す図。 表示に表示される計測条件及び表示条件の入力画面を示す図。 表示部に表示される、図１０のOptionのサブメニュ−画面を示す図。 表示部に表示される計測デ−タ時系列表示画面を示す図。 表示部に表示される、図１４のグラフの表示条件入力画面を示す図。 表示部に表示されるファイルバックアップ条件入力画面を示す図。 表示部に表示される他計測機器出力信号の入力設定画面を示す図。 表示部に表示される矩形波出力信号設定画面を示す図。 図１８で条件設定される矩形波出力信号波形を示す図。 表示部に表示される外部入力トリガ−同期計測条件設定画面を示す図。 表示部に表示される計測デ−タ取得条件設定画面を示す図。 表示部に表示される計測信号確認画面を示す図。 図１の光モジュール内の構成を示すブロック図。 被検体表面上における、照射位置及び検出位置の幾何学的配置例を示す図。 図１のロックイン増幅器モジュ−ルの構成を示すブロック図。 ある検出位置における計測信号と該計測信号から求められる予測無負荷信号の経時変化を表す一例としてのグラフ。 ある計測位置における酸化及び還元ヘモグロビンの濃度の相対変化量の時間変化を表す一例としてのグラフ。 被検者の左手指の運動を負荷として、各計測点の酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量の時間変化から作成した等高線画像(トポグラフィ画像)を示す図。 被検者の右手指の運動を負荷として、各計測点の酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量の時間変化から作成した等高線画像(トポグラフィ画像)を示す図。 トポグラフィ画像を被検者の脳表面画像と重ねあわせた表示例を示す図。

符号の説明

１：光源部、２：光モジュ−ル、３：発振部、８−１〜８−４：照射用光ファイバ、９：被検体、１０−１〜１０５：検出用光ファイバ、１１−１〜１１−５：フォトダイオ−ド、１２：ロックイン増幅器モジュ−ル、１６：サンプルホ−ルド回路モジュ−ル、１７：スイッチ（マルチプレクサ）、１８：アナログ／ディジタル変換器、１９：計算機、２０：記憶装置、２１：表示部、２２：操作部。

Claims (5)

1. 被検体頭部に複数波長の光を照射する複数の光照射器と、
   前記被検体頭部内を伝播した光を受光する複数の受光器と、
   前記受光器で受光された光から前記被検体頭部の血流動態変化を演算する演算部と前記演算部による演算結果を表示する表示部とを有し、
   前記表示部は前記光照射器と前記受光器の組み合わせにより計測される計測位
   置および照射波長に対応した計測チャンネルと、前記計測チャンネルから出力
   されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器のチャンネルの対応を表す対応表を表示することを特徴とする生体光計測装置。
2. 前記対応表において、計測に用いるチャンネルの指定をできることを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
3. 前記対応表において、グラフ表示するチャンネルの指定をできることを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
4. 前記対応表において、ロックインアンプのゲインまたはＡ/Ｄ変換器のダイナミックレンジを変更できることを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。
5. 前記対応表において、前記チャンネルに外部からの入力信号を入力するか否かを設定できることを特徴とする請求項１に記載の生体光計測装置。

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