JP4373687B2 - 濃度測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する測定方法として、被測定成分の光吸収特性を利用して濃度情報を得る近赤外分光法などの分光法がある。この測定方法においては、近赤外光などの光を散乱吸収体に入射して、その内部を伝搬させ、出射された光の強度を検出し、その検出結果から散乱吸収体の濃度情報を得る。
【０００３】
このような分光法の１つに、空間分解分光法（ＳＲＳ：Spacially Resolved Spectroscopy）がある。ＳＲＳでは、散乱吸収体上の１つの光入射位置から入射された光を、該光入射位置からの距離が互いに異なる複数の光検出位置において検出する。または、１つの光検出位置からの距離が互いに異なる複数の光入射位置から入射された光を該光検出位置において検出する。そして、光入射位置と光検出位置との間の距離が互いに異なる複数の検出結果に基づいて、被測定成分の濃度に比例した値や酸素飽和度を求める。ＳＲＳは、他の分光法であるＴＲＳ（Time Resolved Spectroscopy）やＰＲＳ（Photo Reflectance Spectroscopy）に比べて、被測定成分濃度の定量的な測定をより簡易に実施できる方法として広く利用されている。
【０００４】
一方、１つの光入射位置から入射された光を１つの光検出位置において検出することにより、光入射位置及び光検出位置の近傍における被測定成分濃度の時間的な相対変化を測定する方法がある。この方法はＳＲＳに比べて測定結果の定量性に劣るが、散乱吸収体上に光入射位置及び光検出位置のうち少なくとも一方を多数配置することにより、散乱吸収体全体のうちどの部分の被測定成分濃度が時間変化しているかを測定することができる。この方法を用いて散乱吸収体全体における測定対象領域を最初に決定し、以後は該測定対象領域をＳＲＳにより測定すれば、測定対象領域における被測定成分濃度を効率的に測定することができる。
【０００５】
なお、被測定成分濃度の時間的な相対変化を測定する方法とＳＲＳとを１つの装置を用いて実施するものとして、例えば特許文献１に開示された生体計測装置がある。この生体計測装置は、濃度の時間的な相対変化を測定する、または濃度に比例した値を測定するといった測定目的に応じた複数種のプローブを接続する共通の接続端子を備えている。また、接続端子は、プローブの測定端の個数と受光部（光検出位置）の個数とを積算した数のチャンネル数をもつ信号処理チャンネルを有している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１２７６１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
測定対象領域を決定するために被測定成分濃度の時間的な相対変化を測定する場合、上記したように散乱吸収体上に光入射位置及び光検出位置のうち少なくとも一方を多数配置する。しかしながら、例えば特許文献１の生体測定装置のような構成においては、信号処理チャンネルが、プローブの測定端の個数と受光部（光検出位置）の個数とを積算した数のチャンネルを有している。従って、光検出位置を散乱吸収体上に多数配置する場合には、チャンネル数が例えば４０以上と多くなり、装置が大型化する一因となる。
【０００８】
また、測定対象領域を決定するのは初回の測定だけで、以後は少ないチャンネル数でのＳＲＳにより測定対象領域内を測定するような場合、濃度測定装置が有するチャンネルのうち多くのチャンネルが２回目の測定以降には使用されないこととなる。従って、濃度測定装置を小型化するために、チャンネルを効率よく使用できる濃度測定装置が望まれている。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、チャンネルを効率よく使用できる濃度測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による濃度測定装置は、散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度測定装置において、（ａ）散乱吸収体内部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置から出射する複数の光出射手段を各々含む第１及び第２の光出射手段群と、（ｂ）第１及び第２の光出射手段群のそれぞれに対応し、散乱吸収体に対して互いに異なる所定の光入射位置のそれぞれから所定波長の光を交互に入射する第１及び第２の光入射手段と、（ｃ）第１及び第２の光出射手段群の各光出射手段に光学的に結合されており、各光出射手段を介して出射された所定波長の光の強度に基づいて複数の光検出信号を生成する信号生成手段と、（ｄ）信号生成手段からの複数の光検出信号を入力する複数のチャンネル、及び複数の光検出信号に基づいて被測定成分の濃度情報を演算する演算手段を有する本体部と、（ｅ）第１の光出射手段群に対応する複数の入力端子、及び第２の光出射手段群に対応する複数の入力端子と、複数のチャンネルのそれぞれと電気的に接続された複数の出力端子とを有し、複数のチャンネルとの対応関係を第１及び第２の光出射手段群のうちいずれかに切り替える切替手段と、（ｆ）切替手段に対応関係の切り替えを指示するための指示手段とを備え、切替手段は、第１の光入射手段から所定波長の光を入射しているときには複数のチャンネルとの対応関係を第１の光出射手段群に切り替え、第２の光入射手段から所定波長の光が入射しているときには複数のチャンネルとの対応関係を第２の光出射手段群に切り替え、第１及び第２の光出射手段群及び切替手段と本体部とが互いに脱着可能であるることを特徴とする。
【００１１】
上記した濃度測定装置においては、光入射手段により入射された光が第１または第２の光出射手段群から出射され、信号生成手段によって複数の光検出信号が生成される。そして、第１及び第２の光出射手段群と複数のチャンネルとの対応関係が指示手段及び切替手段により適宜切り替えられることによって、チャンネルの数よりも多い光出射手段のそれぞれを介して出射した光に応じた全ての光検出信号がチャンネルを介して本体部に入力される。このように、本濃度測定装置によれば、指示手段及び切替手段によって第１及び第２の光出射手段群と複数のチャンネルとの対応関係が切り替わることにより、チャンネルを効率よく使用することができる。
【００１２】
また、第１及び第２の光出射手段群及び切替手段と本体部とが互いに脱着可能であることによって、本体部が有するチャンネルをＳＲＳでの濃度測定に利用することが可能となり、チャンネルをより効率よく使用することができる。
【００１３】
また、濃度測定装置は、第１及び第２の光出射手段群のそれぞれを構成する光出射手段の数と、切替手段が有する複数の出力端子の数とが互いに同数であることを特徴としてもよい。
【００１４】
また、濃度測定装置は、第１の光入射手段及び第１の光出射手段群、または第２の光入射手段及び第２の光出射手段群を所定の位置関係に保持するホルダをさらに備えると尚良い。これによって第１及び第２の光入射手段を各光入射位置に容易に配置するとともに、第１及び第２の光出射手段群の各光出射手段を各光検出位置に容易に配置することができる。
【００１５】
また、濃度測定装置は、演算手段により演算された濃度情報を表示する表示手段をさらに備え、表示手段は、第１及び第２の光出射手段群のそれぞれに対応する各光検出位置における濃度変化を同時に表示することを特徴としてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による濃度測定装置の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による濃度測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による濃度測定装置は、散乱吸収体の所定の光入射位置に所定波長（λ1、λ2、λ3）の光を入射し、該散乱吸収体内を通って該散乱吸収体の所定の光検出位置に出射される光の強度を検出することにより被測定成分による光への影響を調べ、これに基づいて被測定成分の濃度情報を算出する装置である。また、本実施形態による濃度測定装置は、散乱吸収体として例えば生体を測定対象とし、被測定成分として例えば酸素化ヘモグロビン（Ｏ2Ｈｂ）及び脱酸素化ヘモグロビン（ＨＨｂ）の濃度情報を測定するための近赤外線酸素モニタとして利用することができる。
【００１８】
図１に示された濃度測定装置１は、本体部３、検出プローブ６、及び照射プローブ８を備えている。照射プローブ８は、光ファイバＦ１及びＦ２、並びにプラグ２０を有している。
【００１９】
光ファイバＦ１及びＦ２は、散乱吸収体に対して所定の光入射位置から所定波長の光を入射するための光入射手段である。光ファイバＦ１及びＦ２それぞれの一端は、光コネクタ１８を介して本体部３に光学的に結合されている。また、光ファイバＦ１及びＦ２それぞれの他端には、プラグ２０が設けられている。光ファイバＦ１及びＦ２それぞれのプラグ２０は、光照射端Ｅ１及びＥ２それぞれを有している。光ファイバＦ１及びＦ２それぞれを伝搬した光は、光照射端Ｅ１及びＥ２それぞれから散乱吸収体に入射される。
【００２０】
検出プローブ６は、配線５ａ〜５ｅ、アダプタ７、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４を備えている。配線５ａの一端は、コネクタ１３を介してアダプタ７に電気的に接続されている。また、配線５ａの他端は、コネクタ１５を介して本体部３に電気的に接続されている。配線５ｂ〜５ｅの一端は、コネクタ１１を介してアダプタ７に電気的に接続されている。また、配線５ｂ〜５ｅの他端は、コネクタ１７を介して本体部３に電気的に接続されている。検出プローブ６は、コネクタ１５及び１７において本体部３と脱着することが可能となっている。また、本実施形態においては、配線５ａ〜５ｅは例えば４〜５ｍといった長さである。
【００２１】
光ファイバＦ１１〜Ｆ２４は、散乱吸収体内部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置から出射するための光出射手段である。本実施形態においては、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４は例えば２〜３ｍといった長さである。光ファイバＦ１１〜Ｆ２４の一端は、光コネクタ９を介してアダプタ７にそれぞれ光学的に結合されている。また、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４の他端には、それぞれプラグ１９が設けられている。光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれのプラグ１９は、光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれを有している。光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれから出射された光は、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれへ伝搬する。
【００２２】
図２は、アダプタ７の内部構成を示すブロック図である。アダプタ７は、４つのフォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４を含むフォトダイオードモジュール７２ａと、同じく４つのフォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４を含むフォトダイオードモジュール７２ｂとを有している。また、アダプタ７は、アナログ信号セレクタ７１を有している。
【００２３】
フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４は、例えばアバランシェフォトダイオードなどの光検出素子である。本実施形態では、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれは、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれを介して出射された所定波長の光の強度に基づいて光検出信号を生成するための信号生成手段として用いられる。フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれは、光コネクタ９を介して光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれに光学的に結合されており、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４から受けた光の強度に応じた電気信号である光検出信号を生成する。また、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれは、配線Ｗ１１〜Ｗ２４それぞれによってアナログ信号セレクタ７１に電気的に接続されており、生成した光検出信号をアナログ信号セレクタ７１へ出力する。
【００２４】
アナログ信号セレクタ７１は、配線Ｗ１１〜Ｗ２４と配線５ｂ〜５ｅとの対応関係を切り替えるための手段である。アナログ信号セレクタ７１は、入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４及びＩ２１〜Ｉ２４、並びに出力端子７３ｂ〜７３ｅを有している。入力端子Ｉ１１〜Ｉ２４それぞれは、配線Ｗ１１〜Ｗ２４それぞれに電気的に接続されており、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれから光検出信号を入力する。出力端子７３ｂ〜７３ｅそれぞれは、コネクタ１１を介して配線５ｂ〜５ｅそれぞれに電気的に接続されている。
【００２５】
また、アナログ信号セレクタ７１は、コネクタ１３を介して配線５ａに電気的に接続されている。配線５ａは本体部３に接続されており、配線Ｗ１１〜Ｗ２４と配線５ｂ〜５ｅとの対応関係を切り替えるための切替信号が本体部３から配線５ａを介してアナログ信号セレクタ７１へ送られる。アナログ信号セレクタ７１は、本体部３からの切替信号に基づいて、出力端子７３ｂ〜７３ｅに電気的に接続される入力端子を入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４及び入力端子Ｉ２１〜Ｉ２４のいずれか一方に切り替える。
【００２６】
再び図１を参照すると、本体部３は、操作スイッチ３１、ＣＰＵ３２、表示手段３３、データ出力手段３４、Ａ／Ｄ変換回路３５、サンプルホールド回路３６、増幅器３７、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂ、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂ、並びにデータバス４０を備えている。
【００２７】
ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂは、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂを駆動するための手段である。ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂそれぞれは、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれに電気的に接続されている。また、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂは、データバス４０に電気的に接続されており、同じくデータバス４０に電気的に接続されているＣＰＵ３２からレーザダイオード３９ａ及び３９ｂの駆動を指示するための指示信号を受ける。指示信号には、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂから発光されるレーザ光の光強度や波長（例えば波長λ1、λ2、λ3のうちいずれかの波長）などの情報が含まれている。ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂそれぞれは、ＣＰＵ３２から受けた指示信号に基づいてレーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれを駆動するための駆動信号を生成し、この駆動信号をレーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれに出力する。
【００２８】
レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、光ファイバＦ１及びＦ２に波長λ1〜λ3といった所定波長のレーザ光を出力するための発光手段である。レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂから受けた駆動信号に基づいてレーザ光を発生する。レーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれは、光コネクタ１８を介して光ファイバＦ１及びＦ２それぞれに光学的に結合されており、レーザ光を光ファイバＦ１及びＦ２それぞれへ出力する。
【００２９】
操作スイッチ３１は、検出プローブ６の配線Ｗ１１〜Ｗ２４と配線５ｂ〜５ｅとの対応関係の切り替えをアナログ信号セレクタ７１に指示するための指示手段である。操作スイッチ３１は、例えば本体部３の側面に設けられた手動スイッチである。あるいは、操作スイッチ３１は、例えばＣＰＵ３２からの指示によって動作する自動スイッチであってもよい。操作スイッチ３１は、配線Ｗ１１〜Ｗ１４と配線Ｗ２１〜２４とのうちいずれの配線を配線５ｂ〜５ｅに電気的に接続するかを示す切替信号を生成する。操作スイッチ３１は、データバス４０、本体部３内の配線４２、コネクタ１５、及び配線５ａを介してアナログ信号セレクタ７１に電気的に接続されており、生成した切替信号をアナログ信号セレクタ７１へ出力する。また、操作スイッチ３１は、切替信号をデータバス４０を介してＣＰＵ３２へ出力する。
【００３０】
増幅器３７、サンプルホールド回路３６、及びＡ／Ｄ変換回路３５は、本体部３において光検出信号を入力し、デジタル信号化を行ってＣＰＵ３２に出力するための手段である。これらの手段は、４本の配線５ｂ〜５ｅを介して得られた４つの光検出信号を入力する４つのチャンネル４ａ〜４ｄを構成している。
【００３１】
増幅器３７は、光検出信号を増幅するための手段である。増幅器３７は４つ設けられており、それぞれがコネクタ１７を介して配線５ｂ〜５ｅに電気的に接続されている。増幅器３７は、配線５ｂ〜５ｅを介してアダプタ７からそれぞれ光検出信号を受け取る。ここで、増幅器３７が受け取る光検出信号は、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４のうちアナログ信号セレクタ７１によって配線５ａ〜５ｅに対応付けられた光ファイバから出射された光に関するものである。増幅器３７は、受け取った光検出信号を増幅する。増幅器３７は、サンプルホールド回路３６に電気的に接続されており、増幅した光検出信号をサンプルホールド回路３６へ出力する。
【００３２】
サンプルホールド回路３６は、４つの光検出信号の値を同時に保持（ホールド）するための手段である。サンプルホールド回路３６は、データバス４０に配線４１を介して電気的に接続されており、光検出信号を保持するタイミングを示すサンプル信号をＣＰＵ３２からデータバス４０及び配線４１を介して入力する。サンプルホールド回路３６は、サンプル信号を受けると、増幅器３７から受けた４つの光検出信号を同時に保持する。サンプルホールド回路３６は、Ａ／Ｄ変換回路３５に電気的に接続されており、保持した４つの光検出信号それぞれをＡ／Ｄ変換回路３５へ出力する。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換回路３５は、光検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するための手段である。Ａ／Ｄ変換回路３５は、サンプルホールド回路３６から受けた４つの光検出信号を順にデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路３５は、データバス４０に電気的に接続されており、変換した光検出信号をデータバス４０を介してＣＰＵ３２へ出力する。
【００３４】
ＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄ変換回路３５から受けた光検出信号に基づいて散乱吸収体内部に含まれる被測定成分の濃度情報を演算するための演算手段である。ＣＰＵ３２は、光検出信号に基づいて被測定成分の濃度情報を演算し、演算結果をデータバス４０を介して表示手段３３及びデータ出力手段３４へ送る。なお、光検出信号に基づく濃度情報の演算方法については後述する。また、ＣＰＵ３２は、前述したようにレーザダイオード３９ａ及び３９ｂの駆動を指示するための指示信号を生成し、この指示信号をＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂへ出力する機能も備えている。また、ＣＰＵ３２は、サンプルホールド回路３６が光検出信号を保持するタイミングを示すサンプル信号を生成して、このサンプル信号をサンプルホールド回路３６に出力する機能も備えている。
【００３５】
表示手段３３は、データバス４０に電気的に接続されており、データバス４０を介してＣＰＵ３２から送られた濃度情報に関する演算結果を表示する。なお、表示手段３３における表示画面の例については後述する。また、データ出力手段３４は、データバス４０に電気的に接続されており、データバス４０を介してＣＰＵ３２から送られた濃度情報に関する演算結果を濃度測定装置１の外部へ出力する。
【００３６】
図３は、濃度測定装置１が備えるホルダ５０を示す斜視図である。ホルダ５０は、散乱吸収体の表面上において光ファイバＦ１及び光ファイバＦ１１〜Ｆ１４を所定の位置関係に保持するための手段である。なお、光ファイバＦ２及び光ファイバＦ２１〜Ｆ２４に対してもホルダ５０と同様のホルダが用いられる。ホルダ５０は、シート５１、バンド５３、及び複数のソケット５２を備えている。
【００３７】
シート５１は、散乱吸収体の表面に密着することが可能な、可撓性の材料からなっている。シート５１の縁部には、シート５１を挟んで互いに反対側に位置するように２本のバンド５３が取り付けられている。バンド５３は、シート５１を散乱吸収体の表面に固定する。
【００３８】
複数のソケット５２は、光ファイバＦ１の端部に設けられているプラグ２０、及び光ファイバＦ１１〜Ｆ１４の端部に設けられているプラグ１９と嵌合する形状を有している。ソケット５２はシート５１上の所定の位置に配置されており、散乱吸収体表面における光入射位置及び光検出位置の位置関係を規定する。散乱吸収体内の被測定成分濃度を測定する際には、ホルダ５０が散乱吸収体に装着され、光ファイバＦ１のプラグ２０及び光ファイバＦ１１〜Ｆ１４のプラグＦ１９がそれぞれ対応するソケット５２に差し込まれる。
【００３９】
図４（ａ）及び（ｂ）は、散乱吸収体５４ａにおける光入射位置及び光検出位置の位置関係を説明するための図である。図４（ａ）では、散乱吸収体５４ａの例として人体の右側頭部が示されている。散乱吸収体５４ａの表面上にはホルダ５０が装着されており、ホルダ５０によって光入射位置及び光検出位置が規定されている。すなわち、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４の光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４が、ホルダ５０上における正方形の四隅に位置している。この光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４の位置が、光検出位置となる。また、光ファイバＦ１の光照射端Ｅ１が、当該正方形の中心に位置している。この光照射端Ｅ１の位置が、光入射位置となる。以上の位置関係において、光照射端Ｅ１から散乱吸収体５４ａに入射された光が、光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４それぞれから出射される。
【００４０】
図４（ｂ）では、散乱吸収体５４ｂの例として人体の左側頭部が示されている。この散乱吸収体５４ｂにおいても、光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４及び光照射端Ｅ２の位置関係が、図４（ａ）に示された散乱吸収体５４ａにおける光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４及び光照射端Ｅ１の位置関係と同様に規定されている。
【００４１】
図４（ａ）及び（ｂ）のように、各光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれが、１つの光照射端Ｅ１またはＥ２からの光を出射する配置を、第１のモードと称する。これに対し、光照射端Ｅ１及びＥ２双方からの光を出射する光検出端が存在する配置も可能である。このような配置を、第２のモードと称する。第２のモードについては、本実施形態の変形例として後に説明する。
【００４２】
以上、本実施形態による濃度測定装置１の構成について説明した。続いて、濃度測定装置１の動作について説明する。
【００４３】
図５は、濃度測定装置１における光照射端Ｅ１及びＥ２からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタ７１による切替タイミングとの関係を示す図である。図５を参照すると、光照射端Ｅ１及びＥ２から交互に光が入射されており、それに応じて切替信号もＤ１側（光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４）とＤ２側（光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４）とを切り替えている。なお、このように散乱吸収体に対して光照射端Ｅ１及びＥ２から光を交互に入射するのは、光照射端Ｅ１からの光と光照射端Ｅ２からの光とが散乱吸収体内部において互いに干渉することを防ぐためである。
【００４４】
図５を参照すると、時刻ｔ0〜ｔ1において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射され（ＯＮ）、光照射端Ｅ２からは光が入射されない（ＯＦＦ）。すなわち、レーザダイオード３９ａの駆動を指示するための指示信号が本体部３のＣＰＵ３２からＬＤドライバ３８ａへ送られる。また、ＬＤドライバ３８ｂへは、指示信号が送られない。このときＬＤドライバ３８ａへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ1とする指示が含まれている。
【００４５】
ＬＤドライバ３８ａは、ＣＰＵ３２からの指示信号に基づいて、レーザダイオード３９ａが波長λ1のレーザ光を発生するように駆動信号を生成してレーザダイオード３９ａへ出力する。レーザダイオード３９ａは、ＬＤドライバ３８ａから駆動信号を受けて波長λ1のレーザ光を発生する。レーザ光は、光ファイバＦ１を伝搬して光照射端Ｅ１に達し、光入射位置にある光照射端Ｅ１から散乱吸収体内へ入射される。
【００４６】
散乱吸収体内に入射されたレーザ光は、散乱吸収体内において散乱するとともに被測定成分に吸収されながら伝搬し、光検出位置に達する。光検出位置に達したレーザ光は、光検出位置にある光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射される。
【００４７】
光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射されたレーザ光は、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４を伝搬してアダプタ７内のフォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４に達する。そして、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４において、４つの光検出位置それぞれにおけるレーザ光の強度に応じた光検出信号が生成される。生成された光検出信号は、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４からアナログ信号セレクタ７１の入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４へ送られる。
【００４８】
ここで、時刻ｔ0〜ｔ1において、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ１側すなわち光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４を選択するように設定されている。この切替信号が操作スイッチ３１からアナログ信号セレクタ７１に送られると、アナログ信号セレクタ７１内部では入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４それぞれと出力端子７３ｂ〜７３ｅそれぞれとが互いに電気的に接続される。これにより、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４それぞれとチャンネル４ａ〜４ｄそれぞれとが互いに対応付けられる。そして、光検出信号が、出力端子７３ｂ〜７３ｅから配線５ｂ〜５ｅを介して本体部３に取り込まれる。本体部３では、光検出信号が、チャンネル４ａ〜４ｄ及びデータバス４０を介してＣＰＵ３２に取り込まれる。
【００４９】
続いて図５を参照すると、時刻ｔ1〜ｔ2において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射されず（ＯＦＦ）、光照射端Ｅ２からは光が散乱吸収体へ入射される（ＯＮ）。すなわち、レーザダイオード３９ｂの駆動を指示するための指示信号が本体部３のＣＰＵ３２からＬＤドライバ３８ｂへ送られる。また、ＬＤドライバ３８ａへは、指示信号が送られない。このとき、時刻ｔ0〜ｔ1における指示信号と同様に、ＬＤドライバ３８ｂへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ1とする指示が含まれている。
【００５０】
ＬＤドライバ３８ｂは、駆動信号を生成してレーザダイオード３９ｂへ出力する。レーザダイオード３９ｂは、ＬＤドライバ３８ｂから駆動信号を受けて波長λ1のレーザ光を発生する。レーザ光は、光ファイバＦ２を伝搬して光照射端Ｅ２から散乱吸収体内へ入射される。散乱吸収体内に入射されたレーザ光は、散乱吸収体内を伝搬し、光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射される。
【００５１】
光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射されたレーザ光は、光ファイバＦ２１〜Ｆ２４を伝搬してアダプタ７内のフォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４に達する。そして、フォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４において光検出信号が生成される。光検出信号は、フォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４からアナログ信号セレクタ７１の入力端子Ｉ２１〜Ｉ２４へ送られる。
【００５２】
図５を参照すると、時刻ｔ1〜ｔ2において、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ２側すなわち光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４を選択するように設定されている。この切替信号が操作スイッチ３１からアナログ信号セレクタ７１に送られると、アナログ信号セレクタ７１内部では出力端子７３ｂ〜７３ｅに接続される入力端子が入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４から入力端子Ｉ２１〜Ｉ２４へと切り替えられる。つまり、チャンネル４ａ〜４ｄに対応する光ファイバが、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４から光ファイバＦ２１〜Ｆ２４へ切り替えられる。そして、光検出信号が、出力端子７３ｂ〜７３ｅから配線５ｂ〜５ｅを介して本体部３に取り込まれる。本体部３では、光検出信号が、チャンネル４ａ〜４ｄ及びデータバス４０を介してＣＰＵ３２に取り込まれる。
【００５３】
以後、時刻ｔ2〜ｔ3及び時刻ｔ4〜ｔ5における動作は、時刻ｔ0〜ｔ1における動作と略同様であり、時刻ｔ3〜ｔ4及び時刻ｔ5〜ｔ6における動作は、時刻ｔ1〜ｔ2における動作と略同様である。ただし、時刻ｔ2〜ｔ3及び時刻ｔ3〜ｔ4においては、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ2とする指示が含まれている。そして、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、波長λ2のレーザ光を発生する。また、時刻ｔ4〜ｔ5及び時刻ｔ5〜ｔ6においては、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ3とする指示が含まれている。そして、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、波長λ3のレーザ光を発生する。
【００５４】
濃度測定装置１は、以上に説明した動作を複数回、例えば時刻Ｔ0及び時刻Ｔ1において行う。時刻Ｔ0と時刻Ｔ1との時間間隔は、図５に示された時刻ｔ0〜ｔ6の時間間隔よりも長く設定される。
【００５５】
ＣＰＵ３２は、以上のようにして取り込んだ光検出信号に基づいて、散乱吸収体内の被測定成分の濃度情報を演算する。すなわち、ある光検出位置において、時刻Ｔ0におけるレーザ光波長λ1〜λ3それぞれに応じた光検出信号の値をＤλ1（Ｔ0）〜Ｄλ3（Ｔ0）、同じく時刻Ｔ1における値をＤλ1（Ｔ1）〜Ｄλ3（Ｔ1）とすると、時刻Ｔ0〜Ｔ1における検出光強度の変化量は、次の（１）〜（３）式のように表される。
【数１】
ただし、（１）〜（３）式において、ΔＯＤ1（Ｔ1）は波長λ1の検出光強度の変化量、ΔＯＤ2（Ｔ1）は波長λ2の検出光強度の変化量、ΔＯＤ3（Ｔ1）は波長λ3の検出光強度の変化量である。
【００５６】
また、時刻Ｔ0〜Ｔ1における被測定成分の濃度変化量は、例えば被測定成分として酸素化ヘモグロビン（Ｏ2Ｈｂ）及び脱酸素化ヘモグロビン（ＨＨｂ）の濃度変化量をそれぞれΔＯ2Ｈｂ（Ｔ1）及びΔＨＨｂ（Ｔ1）とすると、これらは次の（４）式によって求めることができる。
【数２】
ただし、（４）式において、係数ａ11〜ａ23は、波長λ1、λ2、及びλ3の光に対するＯ2Ｈｂ及びＨＨｂの吸収係数から求まる定数である。また、散乱吸収体内の総ヘモグロビン（ｃＨｂ）濃度の変化量ΔｃＨｂ（Ｔ1）は、次の（５）式によって求めることができる。
【数３】
ＣＰＵ３２は、光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４のそれぞれに対応する光検出信号について上記の演算を行い、各光検出位置における被測定成分の濃度変化量を算出する。そして、ＣＰＵ３２は、算出した濃度変化量を被測定成分に関する濃度情報として表示手段３３及びデータ出力手段３４へ出力する。
【００５７】
図６は、表示手段３３の表示画面の一例を示す図である。表示手段３３の画面３３ａは、各光検出位置における被測定成分の濃度変化量の遷移グラフを示す遷移表示部３３１と、各光検出位置における現時点での濃度変化状態を色で示す状態表示部３３２とを表示する。
【００５８】
遷移表示部３３１は、各光検出位置のうち選択された光検出位置のそれぞれについて、ΔＯ2Ｈｂ、ΔＨＨｂ、及びΔｃＨｂの遷移を表示する。例えば、遷移表示部３３１は、ΔＯ2Ｈｂを赤色のグラフＡ１１で表し、ΔＨＨｂを青色のグラフＢ１１で表し、ΔｃＨｂを白色のグラフＣ１１で表す。
【００５９】
状態表示部３３２は、各光検出位置における現時点での濃度変化状態を示すための表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４を、ΔＯ2Ｈｂ、ΔＨＨｂ、及びΔｃＨｂそれぞれについて有している。表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４それぞれは、各光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれに対応している。状態表示部３３２では、表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色が変化することにより、各光検出位置における現時点での濃度変化量が判断される。状態表示部３３２は、濃度変化量と表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色との関係を示す色相表示部３３２ａを有しており、表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色は色相表示部３３２ａに基づいて決定される。なお、濃度変化量と表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色とを関係付ける方法の一例として、例えば濃度変化量が増加するほど濃い赤色とし、濃度変化量が減少するほど濃い青色とするといった方法がある。
【００６０】
本実施形態による濃度測定装置１は、以上に説明した構成及び動作によって、以下の効果を奏する。すなわち、濃度測定装置１においては、光ファイバＦ１及びＦ２により入射された光が光ファイバＦ１１〜Ｆ２４から出射され、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４によって光検出信号が生成される。そして、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４と本体部３の第１〜第４のチャンネルとの対応関係が、操作スイッチ３１及びアナログ信号セレクタ７１により適宜切り替えられる。これにより、本体部３のチャンネル数（４つ）よりも多い８本の光ファイバＦ１１〜Ｆ２４のそれぞれから出射された光に応じた全ての光検出信号が、チャンネル４ａ〜４ｄを介して本体部３に入力される。このように、本実施形態による濃度測定装置１によれば、操作スイッチ３１及びアナログ信号セレクタ７１によって光ファイバＦ１１〜Ｆ２４とチャンネル４ａ〜４ｄとの対応関係が切り替わることにより、チャンネル４ａ〜４ｄを効率よく使用することができる。
【００６１】
また、本実施形態による濃度測定装置１は、検出プローブ６と本体部３とが互いに脱着可能となっている。換言すれば、濃度測定装置１は、検出プローブ６が有する光ファイバＦ１１〜Ｆ２４及びアナログ信号セレクタ７１と本体部３とが互いに脱着可能となっている。濃度測定装置１はこのような構成を有することが好ましく、これによって、本体部３のチャンネル４ａ〜４ｄにＳＲＳ用のプローブを接続することが可能となる。
【００６２】
ここで、図７は、濃度測定装置１の検出プローブ６を本体部３から取り外してＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを本体部３に取り付けた状態を示すブロック図である。図７を参照すると、ＳＲＳ用プローブ２１ａには、光照射端Ｅ１が取り付けられている。また、ＳＲＳ用プローブ２１ａは、フォトダイオード２３ａを備えている。フォトダイオード２３ａは２つの受光部２３１ａ及び２３２ａを有しており、受光部２３１ａ及び２３２ａ並びに光照射端Ｅ１が直線上に並ぶように配置されている。受光部２３１ａは、増幅器２７、配線５ｆ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ａに電気的に接続されている。また、受光部２３２ａは、増幅器２７、配線５ｇ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ｂに電気的に接続されている。
【００６３】
ＳＲＳ用プローブ２１ｂには、光照射端Ｅ２が取り付けられている。また、ＳＲＳ用プローブ２１ｂは、ＳＲＳ用プローブ２１ａと同様に、受光部２３１ｂ及び２３２ｂを有するフォトダイオード２３ｂを備えている。受光部２３１ｂは、増幅器２７、配線５ｈ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ｃに電気的に接続されている。また、受光部２３２ｂは、増幅器２７、配線５ｉ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ｄに電気的に接続されている。
【００６４】
被測定成分をＳＲＳにより測定する場合には、上記したＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを用いる。そして、光照射端Ｅ１（Ｅ２）からの距離が異なる２つの受光部２３１ａ及び２３２ａ（２３１ｂ及び２３２ｂ）において受光した光に応じた光検出信号に基づいて、被測定成分の濃度に比例した値や酸素飽和度をＣＰＵ３２が演算する。
【００６５】
このように、本体部３のチャンネル４ａ〜４ｄにＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを接続することによって、本体部３が有するチャンネル４ａ〜４ｄをＳＲＳでの濃度測定に利用することが可能となり、チャンネル４ａ〜４ｄをより効率よく使用することができる。
【００６６】
この効果は、特に臨床現場において有効である。すなわち、臨床現場においては、ＳＲＳによる脳酸素飽和度測定の有効性が評価されており、脳機能測定においても脳の左右半球における活性の差異の測定や、既知の活性部位に対する測定などに多く用いられている。しかし、特定の刺激やタスクに対する脳の活性部位が特定できない場合は、活性部位が存在する可能性がある範囲内を比較的多くの測定位置（数箇所〜十数箇所）で測定して活性部位を特定する必要がある。そして、一たび活性部位が特定できれば、以後はその活性部位において１〜２箇所の測定位置を継続的に測定するのが一般的である。また、測定位置が毛髪のないところ（例えば前額部）であれば、定量性の高い濃度情報が得られるＳＲＳプローブを用いて測定する。
【００６７】
このように、臨床現場でも測定開始時点では多くの測定位置を測定するが、それ以後は、日常的な診断として１〜２箇所の測定位置を測定すれば充分である。従って、多くのチャンネルを備える濃度測定装置を臨床現場において有効活用することは難しく、このことが濃度測定装置の普及を妨げる一因となっている。
【００６８】
本実施形態による濃度測定装置１によれば、検出プローブ６を用いることによって、少ないチャンネルで多くの測定位置を測定できる濃度測定装置を構成することができる。これにより、実用的な脳機能マッピングシステムが大変安価に実現できる。そして、通常はＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを用いることにより応用範囲が広く使用頻度が高いＳＲＳ濃度測定装置として使用できる。従って、装置の利用効率が高まり医療経費を大きく削減することができる。
【００６９】
また、本実施形態による濃度測定装置１は、光ファイバＦ１（Ｆ２）の光照射端Ｅ１（Ｅ２）と光ファイバＦ１１〜Ｆ１４（Ｆ２１〜Ｆ２４）の光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４（Ｄ２１〜Ｄ２４）とを所定の位置関係に保持するホルダ５０を備えている。濃度測定装置１はこのようなホルダ５０を備えることが好ましく、これによって、光照射端Ｅ１及びＥ２を散乱吸収体表面の光入射位置に容易に配置するとともに、光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４を散乱吸収体表面の光検出位置に容易に配置することができる。
【００７０】
図８〜図１０は、本実施形態による濃度測定装置１の変形例を説明するための図である。図８は、本変形例における、散乱吸収体５４ｂ（左側頭部）での光入射位置及び光検出位置の位置関係を示す図である。本変形例においては、光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４及びＤ２１が、１つの正五角形の隅に位置しており、光照射端Ｅ１が、その正五角形の中心に位置している。また、光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４及びＤ１４が、他の正五角形の隅に位置しており、光照射端Ｅ２が、その正五角形の中心に位置している。
【００７１】
図８に示された光照射端Ｅ１及びＥ２並びに光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４の配置では、光検出端Ｄ２１及びＤ１４は、２つの光照射端Ｅ１及びＥ２からの光を出射するように配置されている。つまり、第２のモードとなる配置であり、各光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４のうち光照射端Ｅ１及びＥ２双方からの光を出射する光検出端が存在する。従って、本実施形態による濃度測定装置１の動作において、光照射端Ｅ１から光を入射するとともにアナログ信号セレクタ７１をＤ２側へ切り替える動作、及び光照射端Ｅ２から光を入射するとともにアナログ信号セレクタ７１をＤ１側へ切り替える動作がさらに必要となる。
【００７２】
図９は、本変形例における光照射端Ｅ１及びＥ２からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタ７１による切替タイミングとの関係を示す図である。図９を参照すると、時刻ｔ0〜ｔ1において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射され（ＯＮ）、光照射端Ｅ２からは光が入射されない（ＯＦＦ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ１側を選択するように設定されており、光照射端Ｅ１から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射する。
【００７３】
続いて、時刻ｔ1〜ｔ2において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射されず（ＯＦＦ）、光照射端Ｅ２からは光が入射される（ＯＮ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ１側を選択するように設定されたままであり、光照射端Ｅ２から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射する。
【００７４】
続いて、時刻ｔ2〜ｔ3において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射され（ＯＮ）、光照射端Ｅ２からは光が散乱吸収体へ入射されない（ＯＦＦ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ２側を選択するように切り替えられており、光照射端Ｅ１から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射する。
【００７５】
続いて、時刻ｔ3〜ｔ4において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射されず（ＯＦＦ）、光照射端Ｅ２からは光が入射される（ＯＮ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ２側を選択するように設定されたままであり、光照射端Ｅ２から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射する。
【００７６】
以上の時刻ｔ0〜ｔ4における動作では、いずれも散乱吸収体に入射するレーザ光の波長をλ1とする。そして、時刻ｔ4〜ｔ8において、散乱吸収体に入射するレーザ光の波長をλ2とし、時刻ｔ8〜ｔ12において、散乱吸収体に入射するレーザ光の波長をλ3として上記の動作を繰り返し行う。
【００７７】
本変形例による濃度測定装置１によれば、第２のモードにより光照射端Ｅ１及びＥ２並びに光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４を配置することが可能となるので、散乱吸収体表面において光入射位置及び光検出位置の多様な配置を実現できる。
【００７８】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態による濃度測定装置１の他の変形例を説明するための図である。第２のモードによる配置としては、図８に示された配置の他に、例えば図１０（ａ）に示されるような配置が可能である。図１０（ａ）に示された配置では、散乱吸収体５４の表面において、光検出端Ｄ１１〜Ｄ１３及びＤ２１が１つの正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２１〜２３及びＤ１３が他の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２からの光を出射する。つまり、光検出端Ｄ２１及びＤ１３は、２つの光照射端Ｅ１及びＥ２からの光を出射する。
【００７９】
また、第１のモードの変形例として、例えば図１０（ｂ）に示されたような配置も可能である。この配置では、散乱吸収体５４の表面において、光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４が正八角形の各隅に位置しており、その正八角形の中心に位置する光照射端Ｅ１からの光を出射する。この例では、光照射端Ｅ２を用いないため、光照射端Ｅ２から光を入射する動作が不要となる。
【００８０】
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明による濃度測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による濃度測定装置２は、本体部３、検出プローブ６ａ、及び照射プローブ８ａを備えている。これらのうち、本体部３の構成は第１実施形態による濃度測定装置１の本体部３の構成と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００８１】
照射プローブ８ａは、光ファイバＦ３及びＦ４、並びにプラグ２０を有している。光ファイバＦ３及びＦ４は、散乱吸収体に対して所定の光入射位置から所定波長の光を入射するための光入射手段である。光ファイバＦ３及びＦ４それぞれの一端は、光コネクタ１８を介して本体部３に光学的に結合されている。また、光ファイバＦ３及びＦ４は、それぞれの他端が２本に分岐されており、分岐先にはそれぞれプラグ２０が設けられている。そして、光ファイバＦ３の２つのプラグ２０それぞれは、光照射端Ｅ１１及びＥ１２それぞれを有している。光ファイバＦ３を伝搬した光は、光照射端Ｅ１１及びＥ１２それぞれから散乱吸収体に入射される。また、光ファイバＦ４の２つのプラグ２０それぞれは、光照射端Ｅ２１及びＥ２２それぞれを有している。光ファイバＦ３を伝搬した光は、光照射端Ｅ２１及びＥ２２それぞれから散乱吸収体に入射される。
【００８２】
検出プローブ６ａは、配線５ａ〜５ｅ、アダプタ７、及び光ファイバＦ３１〜Ｆ４４を備えている。これらのうち、配線５ａ〜５ｅ及びアダプタ７の構成は、第１実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。
【００８３】
光ファイバＦ３１〜Ｆ４４は、散乱吸収体内部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置から出射するための光出射手段である。光ファイバＦ３１〜Ｆ４４の一端は、光コネクタ９を介してアダプタ７にそれぞれ光学的に結合されている。また、光ファイバＦ３１〜Ｆ４４は、それぞれの他端が２本に分岐されており、分岐先にはそれぞれプラグ１９が設けられている。そして、例えば光ファイバＦ３１の２つのプラグ１９それぞれは、光検出端Ｄ１１１及びＤ１１２それぞれを有している。光検出端Ｄ１１１及びＤ１１２それぞれから入射された光は、光ファイバＦ３１へ伝搬される。光ファイバＦ３２〜Ｆ４４それぞれにおいても光ファイバＦ３１と同様に、プラグ１９が光検出端Ｄ１２１〜Ｄ２４２それぞれを有しており、各光検出端から入射された光が、各光ファイバＦ３２〜Ｆ４４へ伝搬される。
【００８４】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における光照射端Ｅ１１〜Ｅ２２及び光検出端Ｄ１１１〜Ｄ２４２の配置例を示す図である。本実施形態では、各光ファイバＦ３１〜Ｆ４４それぞれが２つの光ファイバＦ３及びＦ４にそれぞれ対応する２つの光検出位置から光を出射するように、各光検出端が配置される。また、光ファイバＦ３及びＦ４がそれぞれ２つの光入射位置から光を入射するように、各光照射端が配置される。
【００８５】
具体的には、図１２（ａ）を参照すると、散乱吸収体５４の表面において、光検出端Ｄ１１１、Ｄ１２１、Ｄ１３１、及びＤ１４１が正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ１１２、Ｄ１２２、Ｄ１３２、及びＤ１４２が別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２１１、Ｄ２２１、Ｄ２３１、及びＤ２４１がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１２からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２１２、Ｄ２２２、Ｄ２３２、及びＤ２４２がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２２からの光を出射する。
【００８６】
また、図１２（ｂ）を参照すると、光検出端Ｄ１１１、Ｄ１２１、Ｄ１３１、及びＤ１４１が正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ１２１、Ｄ１３１、Ｄ１１２、及びＤ１４２が別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２１からの光を出射する。つまり、光検出端Ｄ１２１及びＤ１３１は、２つの光照射端Ｅ１１及びＥ２１からの光を出射するように配置されている。また、光検出端Ｄ２１１、Ｄ２２１、Ｄ２３１、及びＤ２４１がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１２からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２２１、Ｄ２３１、Ｄ２１２、及びＤ２４２がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２２からの光を出射する。つまり、光検出端Ｄ２２１及びＤ２３１は、２つの光照射端Ｅ１２及びＥ２２からの光を出射するように配置されている。
【００８７】
また、図１２（ｃ）を参照すると、光検出端Ｄ１１１、Ｄ１２１、Ｄ１３１、Ｄ１４１、Ｄ２１１、Ｄ２２１、Ｄ２３１、及びＤ２４１が八角形の各隅に位置しており、その八角形の中心に位置する光照射端Ｅ１１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ１１２、Ｄ１２２、Ｄ１３２、Ｄ１４２、Ｄ２１２、Ｄ２２２、Ｄ２３２、及びＤ２４２が別の八角形の各隅に位置しており、その八角形の中心に位置する光照射端Ｅ２１からの光を出射する。
【００８８】
以上の構成を有する濃度測定装置２では、第１実施形態による濃度測定装置１の変形例における動作（第２のモード、図９参照）と同様の動作によって、各光検出端Ｄ１１１〜Ｄ２４２における光検出信号が得られる。そして、得られた光検出信号に基づいて、第１実施形態による濃度測定装置１と同様の演算を行うことにより被測定成分の濃度情報として濃度変化量を求める。
【００８９】
本実施形態による濃度測定装置２は、以上に説明した構成及び動作によって、以下の効果を奏する。すなわち、濃度測定装置２においては、光ファイバＦ３１〜Ｆ４４と本体部３のチャンネル４ａ〜４ｄとの対応関係が、操作スイッチ３１及びアナログ信号セレクタ７１により適宜切り替えられる。これにより、チャンネル４ａ〜４ｄを効率よく使用することができる。
【００９０】
また、本実施形態による濃度測定装置２は、光入射手段として光ファイバを複数（２つの光ファイバＦ３及びＦ４）備えるとともに、光検出手段である光ファイバＦ３１〜Ｆ４４それぞれが２本に分岐している。そして、例えば光ファイバＦ３１に注目すると、光ファイバＦ３の光入射位置（光照射端Ｅ１１またはＥ１２の位置）、及び光ファイバＦ４の光入射位置（光照射端Ｅ２１またはＥ２２の位置）にそれぞれ対応する２つの光検出端Ｄ１１１及びＤ１１２から光を出射している。濃度測定装置はこのような構成を備えることが好ましく、これによって、散乱吸収体へ光を入射するタイミングを光ファイバＦ３及びＦ４それぞれの間で調整することにより、例えば１つの光ファイバＦ３１が２つの光検出位置に対応できる。従って、本体部３のチャンネル数を増すことなく、より多くの光検出位置を散乱吸収体上に設定することができる。なお、この効果は、光ファイバＦ３２〜Ｆ４４についても同様である。また、光ファイバＦ３１〜Ｆ４４は、２本に限らずさらに多くの本数に分岐していてもよい。
【００９１】
また、本実施形態による濃度測定装置２は、光ファイバＦ３（Ｆ４）が２本に分岐しており、２つの光入射位置に対応する２つの光照射端Ｅ１１及びＥ１２（Ｅ２１及びＥ２２）から散乱吸収体へ光を入射している。濃度測定装置はこのような構成を備えることが好ましく、これによって、２つの光入射位置から入射された光を、複数の光検出位置のそれぞれから出射することにより、より多くの光入射位置を散乱吸収体上に設定することができる。なお、光ファイバＦ３及びＦ４は、２本に限らずさらに多くの本数に分岐していてもよい。
【００９２】
なお、本実施形態のように光ファイバＦ３及びＦ４、並びに光ファイバＦ３１〜Ｆ４４を分岐すると、各光検出端から出射される光の強度は４分の１に低下する。しかしながら、光ファイバを分岐しない場合において光入射位置と光検出位置との距離を例えば５ｃｍとして測定可能な濃度測定装置であれば、光ファイバを分岐した場合に光入射位置と光検出位置との距離を例えば３ｃｍといった比較的短い距離とするとよい。これにより、散乱吸収体内部での光の減衰量は数１０〜１００分の１程度で済むので、当該濃度測定装置により充分に検出可能な光強度が得られる。
【００９３】
本発明による濃度測定装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した各実施形態において、光入射位置及び光検出位置の配置例をいくつか示したが、光入射位置及び光検出位置の配置はこれらに限らず、他に様々な配置とすることができる。
【００９４】
また、上記した各実施形態において、検出プローブは４つのチャンネルに対して８本の光ファイバを備えているが、チャンネル数及び光ファイバ本数はこれに限るものではない。例えば、３つのチャンネルに対して９本の光ファイバを備え、アナログ信号セレクタがこれらの接続状態を３段階で切り替えることにより全ての光ファイバをチャンネルと対応付けられるように構成してもよい。
【００９５】
【発明の効果】
本発明による濃度測定装置によれば、指示手段及び切替手段によって光出射手段とチャンネルとの対応関係が切り替わることにより、チャンネルを効率よく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による濃度測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】アダプタの内部構成を示すブロック図である。
【図３】濃度測定装置が備えるホルダを示す斜視図である。
【図４】散乱吸収体（（ａ）左側頭部、（ｂ）右側頭部）における光入射位置及び光検出位置の位置関係を説明するための図である。
【図５】濃度測定装置における光照射端からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタによる切替タイミングとの関係を示す図である。
【図６】表示手段の表示画面の一例を示す図である。
【図７】濃度測定装置の検出プローブを本体部から取り外してＳＲＳ用プローブを本体部に取り付けた状態を示すブロック図である。
【図８】濃度測定装置の変形例における、散乱吸収体での光入射位置及び光検出位置の位置関係を示す図である。
【図９】濃度測定装置の変形例における光照射端からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタによる切替タイミングとの関係を示す図である。
【図１０】第１実施形態による濃度測定装置の他の変形例として、光入射位置及び光検出位置の配置例を説明するための図である。
【図１１】本発明による濃度測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２実施形態における光照射端及び光検出端の配置例を示す図である
【符号の説明】
１、２…濃度測定装置、３…本体部、４ａ〜４ｄ…チャンネル、５ａ〜５ｉ…配線、６、６ａ…検出プローブ、７…アダプタ、８、８ａ…照射プローブ、９、１８…光コネクタ、１１、１３，１５、１７…コネクタ、１９、２０…プラグ、２１ａ、２１ｂ…ＳＲＳ用プローブ、２３ａ、２３ｂ…フォトダイオード、２７…増幅器、３１…操作スイッチ、３２…ＣＰＵ、３３…表示手段、３３ａ…画面、３４…データ出力手段、３５…変換回路、３６…サンプルホールド回路、３７…増幅器、３８ａ、３８ｂ…ドライバ、３９ａ、３９ｂ…レーザダイオード、４０…データバス、４１、４２…配線、５０…ホルダ、５１…シート、５２…ソケット、５３…バンド、５４、５４ａ、５４ｂ…散乱吸収体、７１…アナログ信号セレクタ、７２ａ、７２ｂ…フォトダイオードモジュール、７３ｂ〜７３ｅ…出力端子、２３１ａ、２３１ｂ、２３２ａ、２３２ｂ…受光部、３３１…遷移表示部、３３２…状態表示部、３３２ａ…色相表示部、Ｄ１１〜Ｄ２４、Ｄ１１１〜Ｄ２４２…光検出端、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ１１〜Ｅ２２…光照射端、Ｆ１〜Ｆ４、Ｆ１１〜Ｆ２４、Ｆ３１〜Ｆ４４…光ファイバ、Ｉ１１〜Ｉ２４…入力端子、Ｍ１１〜Ｍ２４…表示部分、Ｐ１１〜Ｐ２４…フォトダイオード、Ｗ１１〜Ｗ２４…配線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する測定方法として、被測定成分の光吸収特性を利用して濃度情報を得る近赤外分光法などの分光法がある。この測定方法においては、近赤外光などの光を散乱吸収体に入射して、その内部を伝搬させ、出射された光の強度を検出し、その検出結果から散乱吸収体の濃度情報を得る。
【０００３】
このような分光法の１つに、空間分解分光法（ＳＲＳ：Spacially Resolved Spectroscopy）がある。ＳＲＳでは、散乱吸収体上の１つの光入射位置から入射された光を、該光入射位置からの距離が互いに異なる複数の光検出位置において検出する。または、１つの光検出位置からの距離が互いに異なる複数の光入射位置から入射された光を該光検出位置において検出する。そして、光入射位置と光検出位置との間の距離が互いに異なる複数の検出結果に基づいて、被測定成分の濃度に比例した値や酸素飽和度を求める。ＳＲＳは、他の分光法であるＴＲＳ（Time Resolved Spectroscopy）やＰＲＳ（Photo Reflectance Spectroscopy）に比べて、被測定成分濃度の定量的な測定をより簡易に実施できる方法として広く利用されている。
【０００４】
一方、１つの光入射位置から入射された光を１つの光検出位置において検出することにより、光入射位置及び光検出位置の近傍における被測定成分濃度の時間的な相対変化を測定する方法がある。この方法はＳＲＳに比べて測定結果の定量性に劣るが、散乱吸収体上に光入射位置及び光検出位置のうち少なくとも一方を多数配置することにより、散乱吸収体全体のうちどの部分の被測定成分濃度が時間変化しているかを測定することができる。この方法を用いて散乱吸収体全体における測定対象領域を最初に決定し、以後は該測定対象領域をＳＲＳにより測定すれば、測定対象領域における被測定成分濃度を効率的に測定することができる。
【０００５】
なお、被測定成分濃度の時間的な相対変化を測定する方法とＳＲＳとを１つの装置を用いて実施するものとして、例えば特許文献１に開示された生体計測装置がある。この生体計測装置は、濃度の時間的な相対変化を測定する、または濃度に比例した値を測定するといった測定目的に応じた複数種のプローブを接続する共通の接続端子を備えている。また、接続端子は、プローブの測定端の個数と受光部（光検出位置）の個数とを積算した数のチャンネル数をもつ信号処理チャンネルを有している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１２７６１２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
測定対象領域を決定するために被測定成分濃度の時間的な相対変化を測定する場合、上記したように散乱吸収体上に光入射位置及び光検出位置のうち少なくとも一方を多数配置する。しかしながら、例えば特許文献１の生体測定装置のような構成においては、信号処理チャンネルが、プローブの測定端の個数と受光部（光検出位置）の個数とを積算した数のチャンネルを有している。従って、光検出位置を散乱吸収体上に多数配置する場合には、チャンネル数が例えば４０以上と多くなり、装置が大型化する一因となる。
【０００８】
また、測定対象領域を決定するのは初回の測定だけで、以後は少ないチャンネル数でのＳＲＳにより測定対象領域内を測定するような場合、濃度測定装置が有するチャンネルのうち多くのチャンネルが２回目の測定以降には使用されないこととなる。従って、濃度測定装置を小型化するために、チャンネルを効率よく使用できる濃度測定装置が望まれている。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、チャンネルを効率よく使用できる濃度測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による濃度測定装置は、散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度測定装置において、（ａ）散乱吸収体内部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置から出射する複数の光出射手段を各々含む第１及び第２の光出射手段群と、（ｂ）第１及び第２の光出射手段群のそれぞれに対応し、散乱吸収体に対して互いに異なる所定の光入射位置のそれぞれから所定波長の光を交互に入射する第１及び第２の光入射手段と、（ｃ）第１及び第２の光出射手段群の各光出射手段に光学的に結合されており、各光出射手段を介して出射された所定波長の光の強度に基づいて複数の光検出信号を生成する信号生成手段と、（ｄ）信号生成手段からの複数の光検出信号を入力する複数のチャンネル、及び複数の光検出信号に基づいて被測定成分の濃度情報を演算する演算手段を有する本体部と、（ｅ）第１の光出射手段群に対応する複数の入力端子、及び第２の光出射手段群に対応する複数の入力端子と、複数のチャンネルのそれぞれと電気的に接続された複数の出力端子とを有し、複数のチャンネルとの対応関係を第１及び第２の光出射手段群のうちいずれかに切り替える切替手段と、（ｆ）切替手段に対応関係の切り替えを指示するための指示手段とを備え、切替手段は、第１の光入射手段から所定波長の光を入射しているときには複数のチャンネルとの対応関係を第１の光出射手段群に切り替え、第２の光入射手段から所定波長の光が入射しているときには複数のチャンネルとの対応関係を第２の光出射手段群に切り替え、第１及び第２の光出射手段群及び切替手段と本体部とが互いに脱着可能であるることを特徴とする。
【００１１】
上記した濃度測定装置においては、光入射手段により入射された光が第１または第２の光出射手段群から出射され、信号生成手段によって複数の光検出信号が生成される。そして、第１及び第２の光出射手段群と複数のチャンネルとの対応関係が指示手段及び切替手段により適宜切り替えられることによって、チャンネルの数よりも多い光出射手段のそれぞれを介して出射した光に応じた全ての光検出信号がチャンネルを介して本体部に入力される。このように、本濃度測定装置によれば、指示手段及び切替手段によって第１及び第２の光出射手段群と複数のチャンネルとの対応関係が切り替わることにより、チャンネルを効率よく使用することができる。
【００１２】
また、第１及び第２の光出射手段群及び切替手段と本体部とが互いに脱着可能であることによって、本体部が有するチャンネルをＳＲＳでの濃度測定に利用することが可能となり、チャンネルをより効率よく使用することができる。
【００１３】
また、濃度測定装置は、第１及び第２の光出射手段群のそれぞれを構成する光出射手段の数と、切替手段が有する複数の出力端子の数とが互いに同数であることを特徴としてもよい。
【００１４】
また、濃度測定装置は、第１の光入射手段及び第１の光出射手段群、または第２の光入射手段及び第２の光出射手段群を所定の位置関係に保持するホルダをさらに備えると尚良い。これによって第１及び第２の光入射手段を各光入射位置に容易に配置するとともに、第１及び第２の光出射手段群の各光出射手段を各光検出位置に容易に配置することができる。
【００１５】
また、濃度測定装置は、演算手段により演算された濃度情報を表示する表示手段をさらに備え、表示手段は、第１及び第２の光出射手段群のそれぞれに対応する各光検出位置における濃度変化を同時に表示することを特徴としてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による濃度測定装置の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による濃度測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による濃度測定装置は、散乱吸収体の所定の光入射位置に所定波長（λ1、λ2、λ3）の光を入射し、該散乱吸収体内を通って該散乱吸収体の所定の光検出位置に出射される光の強度を検出することにより被測定成分による光への影響を調べ、これに基づいて被測定成分の濃度情報を算出する装置である。また、本実施形態による濃度測定装置は、散乱吸収体として例えば生体を測定対象とし、被測定成分として例えば酸素化ヘモグロビン（Ｏ2Ｈｂ）及び脱酸素化ヘモグロビン（ＨＨｂ）の濃度情報を測定するための近赤外線酸素モニタとして利用することができる。
【００１８】
図１に示された濃度測定装置１は、本体部３、検出プローブ６、及び照射プローブ８を備えている。照射プローブ８は、光ファイバＦ１及びＦ２、並びにプラグ２０を有している。
【００１９】
光ファイバＦ１及びＦ２は、散乱吸収体に対して所定の光入射位置から所定波長の光を入射するための光入射手段である。光ファイバＦ１及びＦ２それぞれの一端は、光コネクタ１８を介して本体部３に光学的に結合されている。また、光ファイバＦ１及びＦ２それぞれの他端には、プラグ２０が設けられている。光ファイバＦ１及びＦ２それぞれのプラグ２０は、光照射端Ｅ１及びＥ２それぞれを有している。光ファイバＦ１及びＦ２それぞれを伝搬した光は、光照射端Ｅ１及びＥ２それぞれから散乱吸収体に入射される。
【００２０】
検出プローブ６は、配線５ａ〜５ｅ、アダプタ７、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４を備えている。配線５ａの一端は、コネクタ１３を介してアダプタ７に電気的に接続されている。また、配線５ａの他端は、コネクタ１５を介して本体部３に電気的に接続されている。配線５ｂ〜５ｅの一端は、コネクタ１１を介してアダプタ７に電気的に接続されている。また、配線５ｂ〜５ｅの他端は、コネクタ１７を介して本体部３に電気的に接続されている。検出プローブ６は、コネクタ１５及び１７において本体部３と脱着することが可能となっている。また、本実施形態においては、配線５ａ〜５ｅは例えば４〜５ｍといった長さである。
【００２１】
光ファイバＦ１１〜Ｆ２４は、散乱吸収体内部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置から出射するための光出射手段である。本実施形態においては、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４は例えば２〜３ｍといった長さである。光ファイバＦ１１〜Ｆ２４の一端は、光コネクタ９を介してアダプタ７にそれぞれ光学的に結合されている。また、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４の他端には、それぞれプラグ１９が設けられている。光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれのプラグ１９は、光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれを有している。光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれから出射された光は、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれへ伝搬する。
【００２２】
図２は、アダプタ７の内部構成を示すブロック図である。アダプタ７は、４つのフォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４を含むフォトダイオードモジュール７２ａと、同じく４つのフォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４を含むフォトダイオードモジュール７２ｂとを有している。また、アダプタ７は、アナログ信号セレクタ７１を有している。
【００２３】
フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４は、例えばアバランシェフォトダイオードなどの光検出素子である。本実施形態では、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれは、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれを介して出射された所定波長の光の強度に基づいて光検出信号を生成するための信号生成手段として用いられる。フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれは、光コネクタ９を介して光ファイバＦ１１〜Ｆ２４それぞれに光学的に結合されており、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４から受けた光の強度に応じた電気信号である光検出信号を生成する。また、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれは、配線Ｗ１１〜Ｗ２４それぞれによってアナログ信号セレクタ７１に電気的に接続されており、生成した光検出信号をアナログ信号セレクタ７１へ出力する。
【００２４】
アナログ信号セレクタ７１は、配線Ｗ１１〜Ｗ２４と配線５ｂ〜５ｅとの対応関係を切り替えるための手段である。アナログ信号セレクタ７１は、入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４及びＩ２１〜Ｉ２４、並びに出力端子７３ｂ〜７３ｅを有している。入力端子Ｉ１１〜Ｉ２４それぞれは、配線Ｗ１１〜Ｗ２４それぞれに電気的に接続されており、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４それぞれから光検出信号を入力する。出力端子７３ｂ〜７３ｅそれぞれは、コネクタ１１を介して配線５ｂ〜５ｅそれぞれに電気的に接続されている。
【００２５】
また、アナログ信号セレクタ７１は、コネクタ１３を介して配線５ａに電気的に接続されている。配線５ａは本体部３に接続されており、配線Ｗ１１〜Ｗ２４と配線５ｂ〜５ｅとの対応関係を切り替えるための切替信号が本体部３から配線５ａを介してアナログ信号セレクタ７１へ送られる。アナログ信号セレクタ７１は、本体部３からの切替信号に基づいて、出力端子７３ｂ〜７３ｅに電気的に接続される入力端子を入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４及び入力端子Ｉ２１〜Ｉ２４のいずれか一方に切り替える。
【００２６】
再び図１を参照すると、本体部３は、操作スイッチ３１、ＣＰＵ３２、表示手段３３、データ出力手段３４、Ａ／Ｄ変換回路３５、サンプルホールド回路３６、増幅器３７、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂ、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂ、並びにデータバス４０を備えている。
【００２７】
ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂは、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂを駆動するための手段である。ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂそれぞれは、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれに電気的に接続されている。また、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂは、データバス４０に電気的に接続されており、同じくデータバス４０に電気的に接続されているＣＰＵ３２からレーザダイオード３９ａ及び３９ｂの駆動を指示するための指示信号を受ける。指示信号には、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂから発光されるレーザ光の光強度や波長（例えば波長λ1、λ2、λ3のうちいずれかの波長）などの情報が含まれている。ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂそれぞれは、ＣＰＵ３２から受けた指示信号に基づいてレーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれを駆動するための駆動信号を生成し、この駆動信号をレーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれに出力する。
【００２８】
レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、光ファイバＦ１及びＦ２に波長λ1〜λ3といった所定波長のレーザ光を出力するための発光手段である。レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂから受けた駆動信号に基づいてレーザ光を発生する。レーザダイオード３９ａ及び３９ｂそれぞれは、光コネクタ１８を介して光ファイバＦ１及びＦ２それぞれに光学的に結合されており、レーザ光を光ファイバＦ１及びＦ２それぞれへ出力する。
【００２９】
操作スイッチ３１は、検出プローブ６の配線Ｗ１１〜Ｗ２４と配線５ｂ〜５ｅとの対応関係の切り替えをアナログ信号セレクタ７１に指示するための指示手段である。操作スイッチ３１は、例えば本体部３の側面に設けられた手動スイッチである。あるいは、操作スイッチ３１は、例えばＣＰＵ３２からの指示によって動作する自動スイッチであってもよい。操作スイッチ３１は、配線Ｗ１１〜Ｗ１４と配線Ｗ２１〜２４とのうちいずれの配線を配線５ｂ〜５ｅに電気的に接続するかを示す切替信号を生成する。操作スイッチ３１は、データバス４０、本体部３内の配線４２、コネクタ１５、及び配線５ａを介してアナログ信号セレクタ７１に電気的に接続されており、生成した切替信号をアナログ信号セレクタ７１へ出力する。また、操作スイッチ３１は、切替信号をデータバス４０を介してＣＰＵ３２へ出力する。
【００３０】
増幅器３７、サンプルホールド回路３６、及びＡ／Ｄ変換回路３５は、本体部３において光検出信号を入力し、デジタル信号化を行ってＣＰＵ３２に出力するための手段である。これらの手段は、４本の配線５ｂ〜５ｅを介して得られた４つの光検出信号を入力する４つのチャンネル４ａ〜４ｄを構成している。
【００３１】
増幅器３７は、光検出信号を増幅するための手段である。増幅器３７は４つ設けられており、それぞれがコネクタ１７を介して配線５ｂ〜５ｅに電気的に接続されている。増幅器３７は、配線５ｂ〜５ｅを介してアダプタ７からそれぞれ光検出信号を受け取る。ここで、増幅器３７が受け取る光検出信号は、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４のうちアナログ信号セレクタ７１によって配線５ａ〜５ｅに対応付けられた光ファイバから出射された光に関するものである。増幅器３７は、受け取った光検出信号を増幅する。増幅器３７は、サンプルホールド回路３６に電気的に接続されており、増幅した光検出信号をサンプルホールド回路３６へ出力する。
【００３２】
サンプルホールド回路３６は、４つの光検出信号の値を同時に保持（ホールド）するための手段である。サンプルホールド回路３６は、データバス４０に配線４１を介して電気的に接続されており、光検出信号を保持するタイミングを示すサンプル信号をＣＰＵ３２からデータバス４０及び配線４１を介して入力する。サンプルホールド回路３６は、サンプル信号を受けると、増幅器３７から受けた４つの光検出信号を同時に保持する。サンプルホールド回路３６は、Ａ／Ｄ変換回路３５に電気的に接続されており、保持した４つの光検出信号それぞれをＡ／Ｄ変換回路３５へ出力する。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換回路３５は、光検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するための手段である。Ａ／Ｄ変換回路３５は、サンプルホールド回路３６から受けた４つの光検出信号を順にデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回路３５は、データバス４０に電気的に接続されており、変換した光検出信号をデータバス４０を介してＣＰＵ３２へ出力する。
【００３４】
ＣＰＵ３２は、Ａ／Ｄ変換回路３５から受けた光検出信号に基づいて散乱吸収体内部に含まれる被測定成分の濃度情報を演算するための演算手段である。ＣＰＵ３２は、光検出信号に基づいて被測定成分の濃度情報を演算し、演算結果をデータバス４０を介して表示手段３３及びデータ出力手段３４へ送る。なお、光検出信号に基づく濃度情報の演算方法については後述する。また、ＣＰＵ３２は、前述したようにレーザダイオード３９ａ及び３９ｂの駆動を指示するための指示信号を生成し、この指示信号をＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂへ出力する機能も備えている。また、ＣＰＵ３２は、サンプルホールド回路３６が光検出信号を保持するタイミングを示すサンプル信号を生成して、このサンプル信号をサンプルホールド回路３６に出力する機能も備えている。
【００３５】
表示手段３３は、データバス４０に電気的に接続されており、データバス４０を介してＣＰＵ３２から送られた濃度情報に関する演算結果を表示する。なお、表示手段３３における表示画面の例については後述する。また、データ出力手段３４は、データバス４０に電気的に接続されており、データバス４０を介してＣＰＵ３２から送られた濃度情報に関する演算結果を濃度測定装置１の外部へ出力する。
【００３６】
図３は、濃度測定装置１が備えるホルダ５０を示す斜視図である。ホルダ５０は、散乱吸収体の表面上において光ファイバＦ１及び光ファイバＦ１１〜Ｆ１４を所定の位置関係に保持するための手段である。なお、光ファイバＦ２及び光ファイバＦ２１〜Ｆ２４に対してもホルダ５０と同様のホルダが用いられる。ホルダ５０は、シート５１、バンド５３、及び複数のソケット５２を備えている。
【００３７】
シート５１は、散乱吸収体の表面に密着することが可能な、可撓性の材料からなっている。シート５１の縁部には、シート５１を挟んで互いに反対側に位置するように２本のバンド５３が取り付けられている。バンド５３は、シート５１を散乱吸収体の表面に固定する。
【００３８】
複数のソケット５２は、光ファイバＦ１の端部に設けられているプラグ２０、及び光ファイバＦ１１〜Ｆ１４の端部に設けられているプラグ１９と嵌合する形状を有している。ソケット５２はシート５１上の所定の位置に配置されており、散乱吸収体表面における光入射位置及び光検出位置の位置関係を規定する。散乱吸収体内の被測定成分濃度を測定する際には、ホルダ５０が散乱吸収体に装着され、光ファイバＦ１のプラグ２０及び光ファイバＦ１１〜Ｆ１４のプラグＦ１９がそれぞれ対応するソケット５２に差し込まれる。
【００３９】
図４（ａ）及び（ｂ）は、散乱吸収体５４ａにおける光入射位置及び光検出位置の位置関係を説明するための図である。図４（ａ）では、散乱吸収体５４ａの例として人体の右側頭部が示されている。散乱吸収体５４ａの表面上にはホルダ５０が装着されており、ホルダ５０によって光入射位置及び光検出位置が規定されている。すなわち、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４の光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４が、ホルダ５０上における正方形の四隅に位置している。この光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４の位置が、光検出位置となる。また、光ファイバＦ１の光照射端Ｅ１が、当該正方形の中心に位置している。この光照射端Ｅ１の位置が、光入射位置となる。以上の位置関係において、光照射端Ｅ１から散乱吸収体５４ａに入射された光が、光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４それぞれから出射される。
【００４０】
図４（ｂ）では、散乱吸収体５４ｂの例として人体の左側頭部が示されている。この散乱吸収体５４ｂにおいても、光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４及び光照射端Ｅ２の位置関係が、図４（ａ）に示された散乱吸収体５４ａにおける光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４及び光照射端Ｅ１の位置関係と同様に規定されている。
【００４１】
図４（ａ）及び（ｂ）のように、各光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれが、１つの光照射端Ｅ１またはＥ２からの光を出射する配置を、第１のモードと称する。これに対し、光照射端Ｅ１及びＥ２双方からの光を出射する光検出端が存在する配置も可能である。このような配置を、第２のモードと称する。第２のモードについては、本実施形態の変形例として後に説明する。
【００４２】
以上、本実施形態による濃度測定装置１の構成について説明した。続いて、濃度測定装置１の動作について説明する。
【００４３】
図５は、濃度測定装置１における光照射端Ｅ１及びＥ２からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタ７１による切替タイミングとの関係を示す図である。図５を参照すると、光照射端Ｅ１及びＥ２から交互に光が入射されており、それに応じて切替信号もＤ１側（光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４）とＤ２側（光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４）とを切り替えている。なお、このように散乱吸収体に対して光照射端Ｅ１及びＥ２から光を交互に入射するのは、光照射端Ｅ１からの光と光照射端Ｅ２からの光とが散乱吸収体内部において互いに干渉することを防ぐためである。
【００４４】
図５を参照すると、時刻ｔ0〜ｔ1において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射され（ＯＮ）、光照射端Ｅ２からは光が入射されない（ＯＦＦ）。すなわち、レーザダイオード３９ａの駆動を指示するための指示信号が本体部３のＣＰＵ３２からＬＤドライバ３８ａへ送られる。また、ＬＤドライバ３８ｂへは、指示信号が送られない。このときＬＤドライバ３８ａへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ1とする指示が含まれている。
【００４５】
ＬＤドライバ３８ａは、ＣＰＵ３２からの指示信号に基づいて、レーザダイオード３９ａが波長λ1のレーザ光を発生するように駆動信号を生成してレーザダイオード３９ａへ出力する。レーザダイオード３９ａは、ＬＤドライバ３８ａから駆動信号を受けて波長λ1のレーザ光を発生する。レーザ光は、光ファイバＦ１を伝搬して光照射端Ｅ１に達し、光入射位置にある光照射端Ｅ１から散乱吸収体内へ入射される。
【００４６】
散乱吸収体内に入射されたレーザ光は、散乱吸収体内において散乱するとともに被測定成分に吸収されながら伝搬し、光検出位置に達する。光検出位置に達したレーザ光は、光検出位置にある光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射される。
【００４７】
光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射されたレーザ光は、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４を伝搬してアダプタ７内のフォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４に達する。そして、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４において、４つの光検出位置それぞれにおけるレーザ光の強度に応じた光検出信号が生成される。生成された光検出信号は、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ１４からアナログ信号セレクタ７１の入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４へ送られる。
【００４８】
ここで、時刻ｔ0〜ｔ1において、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ１側すなわち光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４を選択するように設定されている。この切替信号が操作スイッチ３１からアナログ信号セレクタ７１に送られると、アナログ信号セレクタ７１内部では入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４それぞれと出力端子７３ｂ〜７３ｅそれぞれとが互いに電気的に接続される。これにより、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４それぞれとチャンネル４ａ〜４ｄそれぞれとが互いに対応付けられる。そして、光検出信号が、出力端子７３ｂ〜７３ｅから配線５ｂ〜５ｅを介して本体部３に取り込まれる。本体部３では、光検出信号が、チャンネル４ａ〜４ｄ及びデータバス４０を介してＣＰＵ３２に取り込まれる。
【００４９】
続いて図５を参照すると、時刻ｔ1〜ｔ2において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射されず（ＯＦＦ）、光照射端Ｅ２からは光が散乱吸収体へ入射される（ＯＮ）。すなわち、レーザダイオード３９ｂの駆動を指示するための指示信号が本体部３のＣＰＵ３２からＬＤドライバ３８ｂへ送られる。また、ＬＤドライバ３８ａへは、指示信号が送られない。このとき、時刻ｔ0〜ｔ1における指示信号と同様に、ＬＤドライバ３８ｂへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ1とする指示が含まれている。
【００５０】
ＬＤドライバ３８ｂは、駆動信号を生成してレーザダイオード３９ｂへ出力する。レーザダイオード３９ｂは、ＬＤドライバ３８ｂから駆動信号を受けて波長λ1のレーザ光を発生する。レーザ光は、光ファイバＦ２を伝搬して光照射端Ｅ２から散乱吸収体内へ入射される。散乱吸収体内に入射されたレーザ光は、散乱吸収体内を伝搬し、光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射される。
【００５１】
光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射されたレーザ光は、光ファイバＦ２１〜Ｆ２４を伝搬してアダプタ７内のフォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４に達する。そして、フォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４において光検出信号が生成される。光検出信号は、フォトダイオードＰ２１〜Ｐ２４からアナログ信号セレクタ７１の入力端子Ｉ２１〜Ｉ２４へ送られる。
【００５２】
図５を参照すると、時刻ｔ1〜ｔ2において、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ２側すなわち光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４を選択するように設定されている。この切替信号が操作スイッチ３１からアナログ信号セレクタ７１に送られると、アナログ信号セレクタ７１内部では出力端子７３ｂ〜７３ｅに接続される入力端子が入力端子Ｉ１１〜Ｉ１４から入力端子Ｉ２１〜Ｉ２４へと切り替えられる。つまり、チャンネル４ａ〜４ｄに対応する光ファイバが、光ファイバＦ１１〜Ｆ１４から光ファイバＦ２１〜Ｆ２４へ切り替えられる。そして、光検出信号が、出力端子７３ｂ〜７３ｅから配線５ｂ〜５ｅを介して本体部３に取り込まれる。本体部３では、光検出信号が、チャンネル４ａ〜４ｄ及びデータバス４０を介してＣＰＵ３２に取り込まれる。
【００５３】
以後、時刻ｔ2〜ｔ3及び時刻ｔ4〜ｔ5における動作は、時刻ｔ0〜ｔ1における動作と略同様であり、時刻ｔ3〜ｔ4及び時刻ｔ5〜ｔ6における動作は、時刻ｔ1〜ｔ2における動作と略同様である。ただし、時刻ｔ2〜ｔ3及び時刻ｔ3〜ｔ4においては、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ2とする指示が含まれている。そして、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、波長λ2のレーザ光を発生する。また、時刻ｔ4〜ｔ5及び時刻ｔ5〜ｔ6においては、ＬＤドライバ３８ａ及び３８ｂへ送られる指示信号には、レーザ光の波長をλ3とする指示が含まれている。そして、レーザダイオード３９ａ及び３９ｂは、波長λ3のレーザ光を発生する。
【００５４】
濃度測定装置１は、以上に説明した動作を複数回、例えば時刻Ｔ0及び時刻Ｔ1において行う。時刻Ｔ0と時刻Ｔ1との時間間隔は、図５に示された時刻ｔ0〜ｔ6の時間間隔よりも長く設定される。
【００５５】
ＣＰＵ３２は、以上のようにして取り込んだ光検出信号に基づいて、散乱吸収体内の被測定成分の濃度情報を演算する。すなわち、ある光検出位置において、時刻Ｔ0におけるレーザ光波長λ1〜λ3それぞれに応じた光検出信号の値をＤλ1（Ｔ0）〜Ｄλ3（Ｔ0）、同じく時刻Ｔ1における値をＤλ1（Ｔ1）〜Ｄλ3（Ｔ1）とすると、時刻Ｔ0〜Ｔ1における検出光強度の変化量は、次の（１）〜（３）式のように表される。
【数１】
【００５６】
また、時刻Ｔ0〜Ｔ1における被測定成分の濃度変化量は、例えば被測定成分として酸素化ヘモグロビン（Ｏ2Ｈｂ）及び脱酸素化ヘモグロビン（ＨＨｂ）の濃度変化量をそれぞれΔＯ2Ｈｂ（Ｔ1）及びΔＨＨｂ（Ｔ1）とすると、これらは次の（４）式によって求めることができる。
【数２】
【数３】
【００５７】
図６は、表示手段３３の表示画面の一例を示す図である。表示手段３３の画面３３ａは、各光検出位置における被測定成分の濃度変化量の遷移グラフを示す遷移表示部３３１と、各光検出位置における現時点での濃度変化状態を色で示す状態表示部３３２とを表示する。
【００５８】
遷移表示部３３１は、各光検出位置のうち選択された光検出位置のそれぞれについて、ΔＯ2Ｈｂ、ΔＨＨｂ、及びΔｃＨｂの遷移を表示する。例えば、遷移表示部３３１は、ΔＯ2Ｈｂを赤色のグラフＡ１１で表し、ΔＨＨｂを青色のグラフＢ１１で表し、ΔｃＨｂを白色のグラフＣ１１で表す。
【００５９】
状態表示部３３２は、各光検出位置における現時点での濃度変化状態を示すための表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４を、ΔＯ2Ｈｂ、ΔＨＨｂ、及びΔｃＨｂそれぞれについて有している。表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４それぞれは、各光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４それぞれに対応している。状態表示部３３２では、表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色が変化することにより、各光検出位置における現時点での濃度変化量が判断される。状態表示部３３２は、濃度変化量と表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色との関係を示す色相表示部３３２ａを有しており、表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色は色相表示部３３２ａに基づいて決定される。なお、濃度変化量と表示部分Ｍ１１〜Ｍ２４の表示色とを関係付ける方法の一例として、例えば濃度変化量が増加するほど濃い赤色とし、濃度変化量が減少するほど濃い青色とするといった方法がある。
【００６０】
本実施形態による濃度測定装置１は、以上に説明した構成及び動作によって、以下の効果を奏する。すなわち、濃度測定装置１においては、光ファイバＦ１及びＦ２により入射された光が光ファイバＦ１１〜Ｆ２４から出射され、フォトダイオードＰ１１〜Ｐ２４によって光検出信号が生成される。そして、光ファイバＦ１１〜Ｆ２４と本体部３の第１〜第４のチャンネルとの対応関係が、操作スイッチ３１及びアナログ信号セレクタ７１により適宜切り替えられる。これにより、本体部３のチャンネル数（４つ）よりも多い８本の光ファイバＦ１１〜Ｆ２４のそれぞれから出射された光に応じた全ての光検出信号が、チャンネル４ａ〜４ｄを介して本体部３に入力される。このように、本実施形態による濃度測定装置１によれば、操作スイッチ３１及びアナログ信号セレクタ７１によって光ファイバＦ１１〜Ｆ２４とチャンネル４ａ〜４ｄとの対応関係が切り替わることにより、チャンネル４ａ〜４ｄを効率よく使用することができる。
【００６１】
また、本実施形態による濃度測定装置１は、検出プローブ６と本体部３とが互いに脱着可能となっている。換言すれば、濃度測定装置１は、検出プローブ６が有する光ファイバＦ１１〜Ｆ２４及びアナログ信号セレクタ７１と本体部３とが互いに脱着可能となっている。濃度測定装置１はこのような構成を有することが好ましく、これによって、本体部３のチャンネル４ａ〜４ｄにＳＲＳ用のプローブを接続することが可能となる。
【００６２】
ここで、図７は、濃度測定装置１の検出プローブ６を本体部３から取り外してＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを本体部３に取り付けた状態を示すブロック図である。図７を参照すると、ＳＲＳ用プローブ２１ａには、光照射端Ｅ１が取り付けられている。また、ＳＲＳ用プローブ２１ａは、フォトダイオード２３ａを備えている。フォトダイオード２３ａは２つの受光部２３１ａ及び２３２ａを有しており、受光部２３１ａ及び２３２ａ並びに光照射端Ｅ１が直線上に並ぶように配置されている。受光部２３１ａは、増幅器２７、配線５ｆ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ａに電気的に接続されている。また、受光部２３２ａは、増幅器２７、配線５ｇ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ｂに電気的に接続されている。
【００６３】
ＳＲＳ用プローブ２１ｂには、光照射端Ｅ２が取り付けられている。また、ＳＲＳ用プローブ２１ｂは、ＳＲＳ用プローブ２１ａと同様に、受光部２３１ｂ及び２３２ｂを有するフォトダイオード２３ｂを備えている。受光部２３１ｂは、増幅器２７、配線５ｈ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ｃに電気的に接続されている。また、受光部２３２ｂは、増幅器２７、配線５ｉ、及びコネクタ１７を介して本体部３のチャンネル４ｄに電気的に接続されている。
【００６４】
被測定成分をＳＲＳにより測定する場合には、上記したＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを用いる。そして、光照射端Ｅ１（Ｅ２）からの距離が異なる２つの受光部２３１ａ及び２３２ａ（２３１ｂ及び２３２ｂ）において受光した光に応じた光検出信号に基づいて、被測定成分の濃度に比例した値や酸素飽和度をＣＰＵ３２が演算する。
【００６５】
このように、本体部３のチャンネル４ａ〜４ｄにＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを接続することによって、本体部３が有するチャンネル４ａ〜４ｄをＳＲＳでの濃度測定に利用することが可能となり、チャンネル４ａ〜４ｄをより効率よく使用することができる。
【００６６】
この効果は、特に臨床現場において有効である。すなわち、臨床現場においては、ＳＲＳによる脳酸素飽和度測定の有効性が評価されており、脳機能測定においても脳の左右半球における活性の差異の測定や、既知の活性部位に対する測定などに多く用いられている。しかし、特定の刺激やタスクに対する脳の活性部位が特定できない場合は、活性部位が存在する可能性がある範囲内を比較的多くの測定位置（数箇所〜十数箇所）で測定して活性部位を特定する必要がある。そして、一たび活性部位が特定できれば、以後はその活性部位において１〜２箇所の測定位置を継続的に測定するのが一般的である。また、測定位置が毛髪のないところ（例えば前額部）であれば、定量性の高い濃度情報が得られるＳＲＳプローブを用いて測定する。
【００６７】
このように、臨床現場でも測定開始時点では多くの測定位置を測定するが、それ以後は、日常的な診断として１〜２箇所の測定位置を測定すれば充分である。従って、多くのチャンネルを備える濃度測定装置を臨床現場において有効活用することは難しく、このことが濃度測定装置の普及を妨げる一因となっている。
【００６８】
本実施形態による濃度測定装置１によれば、検出プローブ６を用いることによって、少ないチャンネルで多くの測定位置を測定できる濃度測定装置を構成することができる。これにより、実用的な脳機能マッピングシステムが大変安価に実現できる。そして、通常はＳＲＳ用プローブ２１ａ及び２１ｂを用いることにより応用範囲が広く使用頻度が高いＳＲＳ濃度測定装置として使用できる。従って、装置の利用効率が高まり医療経費を大きく削減することができる。
【００６９】
また、本実施形態による濃度測定装置１は、光ファイバＦ１（Ｆ２）の光照射端Ｅ１（Ｅ２）と光ファイバＦ１１〜Ｆ１４（Ｆ２１〜Ｆ２４）の光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４（Ｄ２１〜Ｄ２４）とを所定の位置関係に保持するホルダ５０を備えている。濃度測定装置１はこのようなホルダ５０を備えることが好ましく、これによって、光照射端Ｅ１及びＥ２を散乱吸収体表面の光入射位置に容易に配置するとともに、光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４を散乱吸収体表面の光検出位置に容易に配置することができる。
【００７０】
図８〜図１０は、本実施形態による濃度測定装置１の変形例を説明するための図である。図８は、本変形例における、散乱吸収体５４ｂ（左側頭部）での光入射位置及び光検出位置の位置関係を示す図である。本変形例においては、光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４及びＤ２１が、１つの正五角形の隅に位置しており、光照射端Ｅ１が、その正五角形の中心に位置している。また、光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４及びＤ１４が、他の正五角形の隅に位置しており、光照射端Ｅ２が、その正五角形の中心に位置している。
【００７１】
図８に示された光照射端Ｅ１及びＥ２並びに光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４の配置では、光検出端Ｄ２１及びＤ１４は、２つの光照射端Ｅ１及びＥ２からの光を出射するように配置されている。つまり、第２のモードとなる配置であり、各光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４のうち光照射端Ｅ１及びＥ２双方からの光を出射する光検出端が存在する。従って、本実施形態による濃度測定装置１の動作において、光照射端Ｅ１から光を入射するとともにアナログ信号セレクタ７１をＤ２側へ切り替える動作、及び光照射端Ｅ２から光を入射するとともにアナログ信号セレクタ７１をＤ１側へ切り替える動作がさらに必要となる。
【００７２】
図９は、本変形例における光照射端Ｅ１及びＥ２からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタ７１による切替タイミングとの関係を示す図である。図９を参照すると、時刻ｔ0〜ｔ1において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射され（ＯＮ）、光照射端Ｅ２からは光が入射されない（ＯＦＦ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ１側を選択するように設定されており、光照射端Ｅ１から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射する。
【００７３】
続いて、時刻ｔ1〜ｔ2において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射されず（ＯＦＦ）、光照射端Ｅ２からは光が入射される（ＯＮ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ１側を選択するように設定されたままであり、光照射端Ｅ２から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ１１〜Ｄ１４から出射する。
【００７４】
続いて、時刻ｔ2〜ｔ3において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射され（ＯＮ）、光照射端Ｅ２からは光が散乱吸収体へ入射されない（ＯＦＦ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ２側を選択するように切り替えられており、光照射端Ｅ１から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射する。
【００７５】
続いて、時刻ｔ3〜ｔ4において、光照射端Ｅ１からは光が散乱吸収体へ入射されず（ＯＦＦ）、光照射端Ｅ２からは光が入射される（ＯＮ）。また、アナログ信号セレクタ７１に入力される切替信号は、Ｄ２側を選択するように設定されたままであり、光照射端Ｅ２から散乱吸収体へ入射された光を光検出端Ｄ２１〜Ｄ２４から出射する。
【００７６】
以上の時刻ｔ0〜ｔ4における動作では、いずれも散乱吸収体に入射するレーザ光の波長をλ1とする。そして、時刻ｔ4〜ｔ8において、散乱吸収体に入射するレーザ光の波長をλ2とし、時刻ｔ8〜ｔ12において、散乱吸収体に入射するレーザ光の波長をλ3として上記の動作を繰り返し行う。
【００７７】
本変形例による濃度測定装置１によれば、第２のモードにより光照射端Ｅ１及びＥ２並びに光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４を配置することが可能となるので、散乱吸収体表面において光入射位置及び光検出位置の多様な配置を実現できる。
【００７８】
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態による濃度測定装置１の他の変形例を説明するための図である。第２のモードによる配置としては、図８に示された配置の他に、例えば図１０（ａ）に示されるような配置が可能である。図１０（ａ）に示された配置では、散乱吸収体５４の表面において、光検出端Ｄ１１〜Ｄ１３及びＤ２１が１つの正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２１〜２３及びＤ１３が他の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２からの光を出射する。つまり、光検出端Ｄ２１及びＤ１３は、２つの光照射端Ｅ１及びＥ２からの光を出射する。
【００７９】
また、第１のモードの変形例として、例えば図１０（ｂ）に示されたような配置も可能である。この配置では、散乱吸収体５４の表面において、光検出端Ｄ１１〜Ｄ２４が正八角形の各隅に位置しており、その正八角形の中心に位置する光照射端Ｅ１からの光を出射する。この例では、光照射端Ｅ２を用いないため、光照射端Ｅ２から光を入射する動作が不要となる。
【００８０】
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明による濃度測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による濃度測定装置２は、本体部３、検出プローブ６ａ、及び照射プローブ８ａを備えている。これらのうち、本体部３の構成は第１実施形態による濃度測定装置１の本体部３の構成と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００８１】
照射プローブ８ａは、光ファイバＦ３及びＦ４、並びにプラグ２０を有している。光ファイバＦ３及びＦ４は、散乱吸収体に対して所定の光入射位置から所定波長の光を入射するための光入射手段である。光ファイバＦ３及びＦ４それぞれの一端は、光コネクタ１８を介して本体部３に光学的に結合されている。また、光ファイバＦ３及びＦ４は、それぞれの他端が２本に分岐されており、分岐先にはそれぞれプラグ２０が設けられている。そして、光ファイバＦ３の２つのプラグ２０それぞれは、光照射端Ｅ１１及びＥ１２それぞれを有している。光ファイバＦ３を伝搬した光は、光照射端Ｅ１１及びＥ１２それぞれから散乱吸収体に入射される。また、光ファイバＦ４の２つのプラグ２０それぞれは、光照射端Ｅ２１及びＥ２２それぞれを有している。光ファイバＦ３を伝搬した光は、光照射端Ｅ２１及びＥ２２それぞれから散乱吸収体に入射される。
【００８２】
検出プローブ６ａは、配線５ａ〜５ｅ、アダプタ７、及び光ファイバＦ３１〜Ｆ４４を備えている。これらのうち、配線５ａ〜５ｅ及びアダプタ７の構成は、第１実施形態と同様なので詳細な説明を省略する。
【００８３】
光ファイバＦ３１〜Ｆ４４は、散乱吸収体内部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置から出射するための光出射手段である。光ファイバＦ３１〜Ｆ４４の一端は、光コネクタ９を介してアダプタ７にそれぞれ光学的に結合されている。また、光ファイバＦ３１〜Ｆ４４は、それぞれの他端が２本に分岐されており、分岐先にはそれぞれプラグ１９が設けられている。そして、例えば光ファイバＦ３１の２つのプラグ１９それぞれは、光検出端Ｄ１１１及びＤ１１２それぞれを有している。光検出端Ｄ１１１及びＤ１１２それぞれから入射された光は、光ファイバＦ３１へ伝搬される。光ファイバＦ３２〜Ｆ４４それぞれにおいても光ファイバＦ３１と同様に、プラグ１９が光検出端Ｄ１２１〜Ｄ２４２それぞれを有しており、各光検出端から入射された光が、各光ファイバＦ３２〜Ｆ４４へ伝搬される。
【００８４】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における光照射端Ｅ１１〜Ｅ２２及び光検出端Ｄ１１１〜Ｄ２４２の配置例を示す図である。本実施形態では、各光ファイバＦ３１〜Ｆ４４それぞれが２つの光ファイバＦ３及びＦ４にそれぞれ対応する２つの光検出位置から光を出射するように、各光検出端が配置される。また、光ファイバＦ３及びＦ４がそれぞれ２つの光入射位置から光を入射するように、各光照射端が配置される。
【００８５】
具体的には、図１２（ａ）を参照すると、散乱吸収体５４の表面において、光検出端Ｄ１１１、Ｄ１２１、Ｄ１３１、及びＤ１４１が正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ１１２、Ｄ１２２、Ｄ１３２、及びＤ１４２が別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２１１、Ｄ２２１、Ｄ２３１、及びＤ２４１がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１２からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２１２、Ｄ２２２、Ｄ２３２、及びＤ２４２がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２２からの光を出射する。
【００８６】
また、図１２（ｂ）を参照すると、光検出端Ｄ１１１、Ｄ１２１、Ｄ１３１、及びＤ１４１が正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ１２１、Ｄ１３１、Ｄ１１２、及びＤ１４２が別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２１からの光を出射する。つまり、光検出端Ｄ１２１及びＤ１３１は、２つの光照射端Ｅ１１及びＥ２１からの光を出射するように配置されている。また、光検出端Ｄ２１１、Ｄ２２１、Ｄ２３１、及びＤ２４１がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ１２からの光を出射する。また、光検出端Ｄ２２１、Ｄ２３１、Ｄ２１２、及びＤ２４２がさらに別の正方形の四隅に位置しており、その正方形の中心に位置する光照射端Ｅ２２からの光を出射する。つまり、光検出端Ｄ２２１及びＤ２３１は、２つの光照射端Ｅ１２及びＥ２２からの光を出射するように配置されている。
【００８７】
また、図１２（ｃ）を参照すると、光検出端Ｄ１１１、Ｄ１２１、Ｄ１３１、Ｄ１４１、Ｄ２１１、Ｄ２２１、Ｄ２３１、及びＤ２４１が八角形の各隅に位置しており、その八角形の中心に位置する光照射端Ｅ１１からの光を出射する。また、光検出端Ｄ１１２、Ｄ１２２、Ｄ１３２、Ｄ１４２、Ｄ２１２、Ｄ２２２、Ｄ２３２、及びＤ２４２が別の八角形の各隅に位置しており、その八角形の中心に位置する光照射端Ｅ２１からの光を出射する。
【００８８】
以上の構成を有する濃度測定装置２では、第１実施形態による濃度測定装置１の変形例における動作（第２のモード、図９参照）と同様の動作によって、各光検出端Ｄ１１１〜Ｄ２４２における光検出信号が得られる。そして、得られた光検出信号に基づいて、第１実施形態による濃度測定装置１と同様の演算を行うことにより被測定成分の濃度情報として濃度変化量を求める。
【００８９】
本実施形態による濃度測定装置２は、以上に説明した構成及び動作によって、以下の効果を奏する。すなわち、濃度測定装置２においては、光ファイバＦ３１〜Ｆ４４と本体部３のチャンネル４ａ〜４ｄとの対応関係が、操作スイッチ３１及びアナログ信号セレクタ７１により適宜切り替えられる。これにより、チャンネル４ａ〜４ｄを効率よく使用することができる。
【００９０】
また、本実施形態による濃度測定装置２は、光入射手段として光ファイバを複数（２つの光ファイバＦ３及びＦ４）備えるとともに、光検出手段である光ファイバＦ３１〜Ｆ４４それぞれが２本に分岐している。そして、例えば光ファイバＦ３１に注目すると、光ファイバＦ３の光入射位置（光照射端Ｅ１１またはＥ１２の位置）、及び光ファイバＦ４の光入射位置（光照射端Ｅ２１またはＥ２２の位置）にそれぞれ対応する２つの光検出端Ｄ１１１及びＤ１１２から光を出射している。濃度測定装置はこのような構成を備えることが好ましく、これによって、散乱吸収体へ光を入射するタイミングを光ファイバＦ３及びＦ４それぞれの間で調整することにより、例えば１つの光ファイバＦ３１が２つの光検出位置に対応できる。従って、本体部３のチャンネル数を増すことなく、より多くの光検出位置を散乱吸収体上に設定することができる。なお、この効果は、光ファイバＦ３２〜Ｆ４４についても同様である。また、光ファイバＦ３１〜Ｆ４４は、２本に限らずさらに多くの本数に分岐していてもよい。
【００９１】
また、本実施形態による濃度測定装置２は、光ファイバＦ３（Ｆ４）が２本に分岐しており、２つの光入射位置に対応する２つの光照射端Ｅ１１及びＥ１２（Ｅ２１及びＥ２２）から散乱吸収体へ光を入射している。濃度測定装置はこのような構成を備えることが好ましく、これによって、２つの光入射位置から入射された光を、複数の光検出位置のそれぞれから出射することにより、より多くの光入射位置を散乱吸収体上に設定することができる。なお、光ファイバＦ３及びＦ４は、２本に限らずさらに多くの本数に分岐していてもよい。
【００９２】
なお、本実施形態のように光ファイバＦ３及びＦ４、並びに光ファイバＦ３１〜Ｆ４４を分岐すると、各光検出端から出射される光の強度は４分の１に低下する。しかしながら、光ファイバを分岐しない場合において光入射位置と光検出位置との距離を例えば５ｃｍとして測定可能な濃度測定装置であれば、光ファイバを分岐した場合に光入射位置と光検出位置との距離を例えば３ｃｍといった比較的短い距離とするとよい。これにより、散乱吸収体内部での光の減衰量は数１０〜１００分の１程度で済むので、当該濃度測定装置により充分に検出可能な光強度が得られる。
【００９３】
本発明による濃度測定装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記した各実施形態において、光入射位置及び光検出位置の配置例をいくつか示したが、光入射位置及び光検出位置の配置はこれらに限らず、他に様々な配置とすることができる。
【００９４】
また、上記した各実施形態において、検出プローブは４つのチャンネルに対して８本の光ファイバを備えているが、チャンネル数及び光ファイバ本数はこれに限るものではない。例えば、３つのチャンネルに対して９本の光ファイバを備え、アナログ信号セレクタがこれらの接続状態を３段階で切り替えることにより全ての光ファイバをチャンネルと対応付けられるように構成してもよい。
【００９５】
【発明の効果】
本発明による濃度測定装置によれば、指示手段及び切替手段によって光出射手段とチャンネルとの対応関係が切り替わることにより、チャンネルを効率よく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による濃度測定装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】アダプタの内部構成を示すブロック図である。
【図３】濃度測定装置が備えるホルダを示す斜視図である。
【図４】散乱吸収体（（ａ）左側頭部、（ｂ）右側頭部）における光入射位置及び光検出位置の位置関係を説明するための図である。
【図５】濃度測定装置における光照射端からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタによる切替タイミングとの関係を示す図である。
【図６】表示手段の表示画面の一例を示す図である。
【図７】濃度測定装置の検出プローブを本体部から取り外してＳＲＳ用プローブを本体部に取り付けた状態を示すブロック図である。
【図８】濃度測定装置の変形例における、散乱吸収体での光入射位置及び光検出位置の位置関係を示す図である。
【図９】濃度測定装置の変形例における光照射端からの光照射タイミングとアナログ信号セレクタによる切替タイミングとの関係を示す図である。
【図１０】第１実施形態による濃度測定装置の他の変形例として、光入射位置及び光検出位置の配置例を説明するための図である。
【図１１】本発明による濃度測定装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２実施形態における光照射端及び光検出端の配置例を示す図である
【符号の説明】
１、２…濃度測定装置、３…本体部、４ａ〜４ｄ…チャンネル、５ａ〜５ｉ…配線、６、６ａ…検出プローブ、７…アダプタ、８、８ａ…照射プローブ、９、１８…光コネクタ、１１、１３，１５、１７…コネクタ、１９、２０…プラグ、２１ａ、２１ｂ…ＳＲＳ用プローブ、２３ａ、２３ｂ…フォトダイオード、２７…増幅器、３１…操作スイッチ、３２…ＣＰＵ、３３…表示手段、３３ａ…画面、３４…データ出力手段、３５…変換回路、３６…サンプルホールド回路、３７…増幅器、３８ａ、３８ｂ…ドライバ、３９ａ、３９ｂ…レーザダイオード、４０…データバス、４１、４２…配線、５０…ホルダ、５１…シート、５２…ソケット、５３…バンド、５４、５４ａ、５４ｂ…散乱吸収体、７１…アナログ信号セレクタ、７２ａ、７２ｂ…フォトダイオードモジュール、７３ｂ〜７３ｅ…出力端子、２３１ａ、２３１ｂ、２３２ａ、２３２ｂ…受光部、３３１…遷移表示部、３３２…状態表示部、３３２ａ…色相表示部、Ｄ１１〜Ｄ２４、Ｄ１１１〜Ｄ２４２…光検出端、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ１１〜Ｅ２２…光照射端、Ｆ１〜Ｆ４、Ｆ１１〜Ｆ２４、Ｆ３１〜Ｆ４４…光ファイバ、Ｉ１１〜Ｉ２４…入力端子、Ｍ１１〜Ｍ２４…表示部分、Ｐ１１〜Ｐ２４…フォトダイオード、Ｗ１１〜Ｗ２４…配線。
Claims (4)
- 散乱吸収体内での被測定成分の濃度情報を非侵襲的に測定する濃度測定装置において、
前記散乱吸収体内部を伝搬した所定波長の光を所定の光検出位置から出射する複数の光出射手段を各々含む第１及び第２の光出射手段群と、
前記第１及び第２の光出射手段群のそれぞれに対応し、前記散乱吸収体に対して互いに異なる所定の光入射位置のそれぞれから前記所定波長の光を交互に入射する第１及び第２の光入射手段と、
前記第１及び第２の光出射手段群の各光出射手段に光学的に結合されており、各光出射手段を介して出射された前記所定波長の光の強度に基づいて複数の光検出信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段からの前記複数の光検出信号を入力する複数のチャンネル、及び前記複数の光検出信号に基づいて前記被測定成分の濃度情報を演算する演算手段を有する本体部と、
前記第１の光出射手段群に対応する複数の入力端子、及び前記第２の光出射手段群に対応する複数の入力端子と、前記複数のチャンネルのそれぞれと電気的に接続された複数の出力端子とを有し、前記複数のチャンネルとの対応関係を前記第１及び第２の光出射手段群のうちいずれかに切り替える切替手段と、
前記切替手段に前記対応関係の切り替えを指示するための指示手段と
を備え、
前記切替手段は、前記第１の光入射手段から前記所定波長の光を入射しているときには前記複数のチャンネルとの対応関係を前記第１の光出射手段群に切り替え、前記第２の光入射手段から前記所定波長の光が入射しているときには前記複数のチャンネルとの対応関係を前記第２の光出射手段群に切り替え、
前記第１及び第２の光出射手段群及び前記切替手段と前記本体部とが互いに脱着可能であることを特徴とする濃度測定装置。 - 前記第１の光入射手段及び前記第１の光出射手段群、または前記第２の光入射手段及び前記第２の光出射手段群を所定の位置関係に保持するホルダをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の濃度測定装置。
- 前記第１及び第２の光出射手段群のそれぞれを構成する前記光出射手段の数と、前記切替手段が有する前記複数の出力端子の数とが互いに同数であることを特徴とする請求項２に記載の濃度測定装置。
- 前記演算手段により演算された濃度情報を表示する表示手段をさらに備え、
前記表示手段は、前記第１及び第２の光出射手段群のそれぞれに対応する各光検出位置における濃度変化を同時に表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
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