JP4470681B2 - Light living body measuring device - Google Patents

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JP4470681B2 JP2004298355A JP2004298355A JP4470681B2 JP 4470681 B2 JP4470681 B2 JP 4470681B2 JP 2004298355 A JP2004298355 A JP 2004298355A JP 2004298355 A JP2004298355 A JP 2004298355A JP 4470681 B2 JP4470681 B2 JP 4470681B2
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本発明は、近赤外光を用いて生体情報を計測する光生体計測装置に関する。 The present invention relates to an optical biometric device for measuring biometric information using near-infrared light. 本発明は、例えば、脳や筋肉の各部位の活動状況を非侵襲で計測し、それぞれの部位の機能を測定する近赤外光イメージング装置(脳機能測定装置など)や、生体中の各部の酸素消費量をモニタリングする生体酸素モニタとして用いられる。 The present invention is, for example, the activities of each part of the brain and muscle was measured by non-invasive, near-infrared light imaging device for measuring the function of each site (brain function measuring device, etc.) or, of each part in the living body used as a biological oxygen monitor for monitoring the oxygen consumption.

近赤外光は、皮膚組織や骨組織を透過し、かつ、血液中のオキシヘモグロビン(oxyHb)、デオキシヘモグロビン(deoxyHb)により吸収される性質を有する。 Near infrared light is transmitted through the skin tissue and bone tissue, and has the property of being absorbed by the oxyhemoglobin in the blood (oxyHb), deoxyhemoglobin (deoxyHb). また、近赤外光は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとに対して、それぞれ異なる分光吸収スペクトル特性を有する。 Also, near infrared light, to the the oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin have different spectral absorption spectrum characteristics.
近赤外光のこのような性質は、近年、脳、各種臓器、筋肉等の生体の活動状態を、非侵襲で計測する近赤外分光分析法(Near infrared spectroscopy、以下NIRSと略す)と呼ばれる計測方法に利用され、脳機能測定装置や酸素モニタとして実用されている。 Such properties of the near-infrared light has recently called brain, various organs, the activity of the living body such as muscle, and near-infrared spectroscopy to measure noninvasively (Near infrared spectroscopy, abbreviated as NIRS less) is used in the measurement method, it has been practically as brain function measuring device and an oxygen monitor.

例えば、NIRSによる脳機能測定では、図8に示すように、近赤外光源から光ファイバを介して送られてくる入射光を頭部に入射させる複数の入射プローブ51と、頭部内部を散乱し、再び頭部から放出される光を受光する複数の検出プローブ52とが用いられ、これらの入射プローブ51および検出プローブ52は、頭皮に取り付けたプローブホルダ53に固定される。 For example, in accordance with brain function measurement NIRS, scattered as shown in FIG. 8, a plurality of the incident probe 51 for entering incident light transmitted through the optical fiber from the near infrared light source to the head, the internal head and is used and a plurality of detection probes 52 for receiving light emitted from the re-head, these incident probe 51 and detection probe 52 is fixed to the probe holder 53 attached to the scalp. この例では、プローブホルダ53に、12個の入射プローブ51と12個の検出プローブ52とが、それぞれ互いに隣接するように配置されている。 In this example, the probe holder 53, and 12 of the incident probe 51 and 12 of the detection probes 52 are disposed adjacent to each other.

そして、各入射プローブ51から近赤外光を適当なタイミングで照射し、脳(脳皮質)によって散乱反射された光を、隣接する検出プローブ52で受光する。 Then, the near-infrared light is irradiated at a suitable timing from the incoming probe 51, the light scattered and reflected by the brain (brain cortex), it is received by the adjacent detection probe 52. なお、隣接する検出プローブ以外の離れた検出プローブにより受光することもできるが、ここでは説明を簡単にするため、隣接する検出部で検出する場合のみを考えている。 Although it may be received by a detection probe away than adjacent detector probe, wherein in order to simplify the description contemplates only the case of detecting by the detecting section adjacent. これにより、各入射プローブ51と各検出プローブ52との中間領域が、測定チャンネル(測定感度を有する領域)となるようにして、合計36個(#1〜#36)の測定チャンネルからの吸光度の信号を検出し、取得した信号から、いわゆるmodified Lambert Beerの法則(MLB則)に基づいて、測定部位でのオキシヘモグロビン濃度(正確にはオキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]であるが、平均光路長は一定として省略している)、デオキシヘモグロビン濃度(正確にはデオキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]であるが、平均光路長は一定として省略している)、さらには、これらから算出される全ヘモグロビン濃度([oxyHb]+[deoxyHb])を算出する。 Thus, the intermediate region between each incident probe 51 and each detection probe 52, as the measurement channel (the area having a measurement sensitivity), absorbance from the measurement channel of the total of 36 (# 1 to # 36) detecting a signal from the acquired signal based on the law (MLB law) of the so-called modified Lambert Beer, in oxyhemoglobin concentration at the measurement site (accurate concentration variation, the mean path length product [oxyHb] of oxyhemoglobin the case, an average optical path length is omitted as constant), although the deoxyhemoglobin concentration (exactly a density change quantity and mean path length product of deoxyhemoglobin [deoxyHb], the mean path length is omitted as constant ), further calculates the total hemoglobin concentration calculated from these ([oxyHb] + [deoxyHb]). これらのヘモグロビン濃度変化を、生体信号データ(脳賦活データ)として取得し、平均化処理などの画像処理を行って脳画像を形成し、図示しない表示器に表示する。 These hemoglobin concentration change, acquires the biometric signal data (the brain activation data), performs image processing such as averaging processing to form a brain image, it is displayed on the display unit (not shown).

また、NIRSによる脳機能測定では、測定中に、被検者に対し、所定のタイムスケジュールで、トレッドミル走行などの運動負荷を与えたり、思考課題によるメンタル的負荷を与えたりすることにより、運動負荷やメンタル的負荷を与えたことによる脳機能各部への影響を測定することもなされている。 Further, in the brain function measurement by NIRS, during the measurement, with respect to the subject, at a predetermined time schedule, or apply exercise such as treadmill running, by or giving mental load by thinking problems, movement it has also been made to measure the effect on brain function each part by gave load and mental load.
図9は、トレッドミル走行によって運動負荷を与えたときの測定データに基づいて算出されたオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、全ヘモグロビン濃度の経時変化データを、図8に示した36個の測定チャンネル(#1〜#36)ごとに、並べて画面に一覧表示したときの画面表示例である。 9, oxyhemoglobin concentration calculated based on the measured data when given exercise by treadmill running, deoxyhemoglobin concentration, the time course data of the total hemoglobin concentration, 36 measurement channels shown in FIG. 8 (# 1 to # 36) each is a screen display example when the list displayed on alongside screen.

ところで、NIRSを用いた脳機能測定装置などの光生体計測装置では、上述したように、光を生体に入射したり、生体から光を検出したりするために、生体に向けて光を照射するための入射プローブと、生体からの光を受光する検出プローブとを、生体表面(頭皮など)に密着させている。 Incidentally, in the optical biometric device, such as a brain function measuring device using NIRS, as described above, or light to the living body, in order to or to detect light from the living body, emits light toward the living body an incident probe for, and a detection probe for receiving light from a living body, and brought into close contact with the biological surface (such as the scalp). これらプローブの生体密着部分の位置や密着状態が変化すると、検出光の光量(すなわち吸光度)が、突然不連続に変化することとなり、生体自体の変化による信号の変化とは考えられないアーチファクト(擬似信号)を含んだ吸光度信号が発生することになる。 When the position and close contact of the living body contact portion of the probe is changed, the light amount of the detection light (i.e. absorbance) becomes the changing suddenly discontinuously, not considered a change in the signal due to changes in body's own artifacts (pseudo absorbance signal including the signal) will occur.
そして、吸光度信号にアーチファクトが重畳された信号を検出プローブで検出することにより、吸光度信号に基づいて算出されるオキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、全ヘモグロビン濃度(オキシヘモグロビン濃度とデオキシヘモグロビン濃度の和)のような生体信号の経時データについても、アーチファクトの影響が重畳されてしまうようになる。 Then, by detecting the signal artifact is superimposed on the absorbance signal at the detection probe, oxyhemoglobin concentration calculated based on the absorbance signal, deoxyhemoglobin, total hemoglobin concentration (sum of oxyhemoglobin concentration and the deoxyhemoglobin concentration) for with time data such biological signal as is as the influence of artifacts from being superimposed.

このような場合、従来は、測定者の経験による視覚的評価によって、生理学的に発生しえないと考えられる不連続な信号変化や経験上不自然と思われる信号変化を、アーチファクトとして捉えていた。 In such a case, conventionally, by visual evaluation by measurement's experience, a signal change seems physiologically developmental and E without a discontinuous signal change and experiences considered unnatural, was regarded as an artifact .
しかしながら、アーチファクトが含まれているか否かの判別を、測定者の経験に基づく視覚的な評価のみで、的確に行うことは困難である。 However, the determination of whether or not contain artifacts, only measure the experience visual evaluation based on, appropriately be carried out it is difficult.

そのため、アーチファクトを判定する方法として、生体信号の単位時間あたりの変化率を算出し、予め定めた基準値と比較することにより、基準値よりも変化率が大きければ、体動によるアーチファクトを含んでいると判断し、基準値よりも大きくなければ体動は起こっていないと判断し、状況に応じて、生体信号レベルをシフトすることにより、アーチファクトの影響を除去することが開示されている(特許文献1参照)。 Therefore, a method for determining artifacts, calculating a change rate per unit time of the biological signal, by comparing with a predetermined reference value, the larger the rate of change than the reference value, including the artifacts by the body movement determines that there, is not greater than the reference value body movement is determined not to have occurred, depending on the circumstances, by shifting the bio-signal level, it is disclosed that to eliminate the effects of artifacts (patent references 1).
特開平5−154136号公報 JP-5-154136 discloses

上述したように、生体信号の単位時間あたりの変化率を算出する方法を用いれば、生体信号にアーチファクトが含まれているかを、定量的に判定することが一応可能である。 As described above, using the method of calculating the rate of change per unit time of the biological signal, if there is any artifacts in the biological signal, it is tentatively possible to determine quantitatively.
しかしながら、実際に、この方法を用いて判定した場合であっても、信号のなかには、生体信号と考えられるが、信号が元の値に戻りきらない判定困難なデータも出現することがある。 However, in practice, even when it is determined by using this method, some of the signal is considered to biological signal, which may signal also appears determination difficult data not completely return to its original value.

例えば、運動負荷を与えながら、計測を行っている場合に、体動にともなって、入射プローブ51や検出プローブ52(図8参照)に位置ずれが生じた場合には、位置ずれが生じた時点で階段状の変化が生じるため、検出信号の単位時間あたりの変化率をモニタすることで、アーチファクトとして容易に判定することができる。 Time For example, while providing exercise load, when doing measurements, along with the body motion, misalignment incident probe 51 and detection probe 52 (see FIG. 8) when occurs, the positional deviation occurs in order to step-like change occurs, by monitoring the rate of change per unit of the detection signal time it can be easily determined as an artifact.
しかしながら、運動負荷によって汗が徐々に発生し、入射プローブ51または検出プローブ52の光路に汗が入り込んで影響をおよぼす場合には、急激な変化が発生することがないため、階段状の変化が見られないアーチファクトとなる。 However, gradually it generated sweat by exercise, when the affect enters sweat in the optical path of the incident probe 51 or detector probe 52, since abrupt change does not occur, step change is observed It is not an artifact.
このような急激な変化が見られないアーチファクトは、汗に起因するものだけではなく、その他の原因によっても生じることがあり(原因が不明の場合もある)、その場合は、検出信号の単位時間あたりの変化率をモニタする方法では、アーチファクトと判定することが困難であった。 Such abrupt changes are not observed artifact is not only due to sweat, may be caused by other causes (caused sometimes unknown), in which case the unit of the detection signal time in the method for monitoring the rate of change per, it is difficult to determine the artifact.

そこで、本発明は、検出した信号が、アーチファクトを含まない生体信号であるか、生体信号にアーチファクトが含まれている混合信号であるかの判定を的確に行うことができる光生体計測装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides the detected signal, or a biological signal without the artifacts, an optical biometric device can be carried out accurately determine whether the mixed signal contains artifacts biosignal an object of the present invention is to.
また、アートファクトが含まれる生体信号である場合に、どの時点でアーチファクトが含まれるようになったかを、的確に判断することができる光生体計測装置を提供することを目的とする。 Further, when a biological signal that includes art facts, whether now contain artifacts at any time, and to provide an optical biometric device can be accurately determined.

上記課題を解決するためになされた本発明の光生体計測装置は、光を照射して生体内を散乱させ、生体内から再放出された光を検出することにより検出光に基づいて生体に関する情報を得る光生体計測装置であって、生体内に光を照射する入射プローブと生体内から再放出された光を検出する検出プローブとにより、少なくとも3つの異なる波長λ (但し、n≧3)にて吸光度変化量を測定して測定吸光度変化量ΔAm(λ n )を取得する光学測定部と、オキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]およびデオキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積 [deoxyHb]と、吸光度変化量ΔAとの間の関係式(LB)を利用して、前記測定吸光度変化ΔAm(λn)に基づいて、最小自乗法により、オキシヘモグロビン濃度変化量・平均光 Information light living body measuring device of the present invention made to solve the above problems, by irradiating light to scatter in vivo, to subject based on the detected light by detecting the light re-emitted from the living body an optical bioinstrumentation apparatus for obtaining, by a detection probe for detecting light re-emitted from the incident probe in vivo for irradiating light into a living body, at least three different wavelengths lambda n (where, n ≧ 3) an optical measuring unit for acquiring measurement change in absorbance ΔAm (λ n) by measuring the change in absorbance at a concentration variation, the mean path length product of oxyhemoglobin [oxyHb] and concentration variation of deoxyhemoglobin-mean path length product [deoxyHb], by utilizing relationship between the change in absorbance ΔA a (LB), on the basis of the measured absorbance change ΔAm (λn), by the method of least squares, oxyhemoglobin concentration change quantity and average optical 路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]を算出する濃度変化量・平均光路積演算部と、算出したオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]に基づいて、再度、関係式(LB)を利用して、計算により計算吸光度変化量ΔAc(λn)を算出する計算吸光度変化量演算部と、測定吸光度変化量ΔAm(λ n )と計算吸光度変化量ΔAc(λ n )とに基づいて残差自乗和D、または、残差自乗和率Eを算出する残差自乗和/残差自乗和率演算部と、残差自乗和D、または、残差自乗和率Eを、基準値Rと比較することにより、アーチファクトを含むか否かの判定を行う判定部とを備えるようにしている。 Michichoseki [oxyHb], the density change quantity and the mean path product calculating section for calculating a deoxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [deoxyHb], calculated oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], based on deoxyhemoglobin variation, the mean path length product [deoxyHb], again, by using the equation (LB), and calculating absorbance change amount calculation unit for calculating a calculated absorbance variation ΔAc (λn) by calculation, measuring absorbance change ΔAm (λ n) with the calculated amount of change in absorbance ΔAc (λ n) and the residual sum of squares D based on, or residual square sum / residual square sum rate for calculating the residual sum of squares rate E a calculation unit, the residual sum of squares D, or, a residual sum of squares ratio E, by comparing the reference value R, so that and a determination unit for determining whether or not containing artifacts.

ここで、関係式(LB)は、modified Lambert-Beerの法則が成立するとして、次式(1)で定義されるものである。 Here, equation (LB) as law modified Lambert-Beer is met, is defined by the following equation (1).
ΔA(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ・・・・(1) ΔA (λ n) = E 0 (λ n) × [oxyHb] + E d (λ n) × [deoxyHb] ···· (1)
ただし、E (λ )はオキシヘモグロビンの吸光度係数、E (λ )はデオキシヘモグロビンの吸光度係数である。 However, E 0n) is the absorbance coefficient of oxyhemoglobin, E dn) is the absorbance coefficient of deoxyhemoglobin.

なお、[oxyHb]はオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積であり、[deoxyHb]はデオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積であるが、光吸収量の変化が小さい条件では、平均光路長を一定として扱うことができるので、その場合、(1)式は、[oxyHb]をオキシヘモグロビン濃度変化量、[deoxyHb]をデオキシヘモグロビン濃度変化量として扱うことができるので、かかる場合も一形態として含まれるものとする。 Incidentally, [oxyHb] is the concentration of oxyhemoglobin variation, the mean path length product, [deoxyHb] is a deoxyhemoglobin variation, the mean path length product, the conditions change in the light absorption amount is small, the mean path length it is possible to deal with a constant, in which case, equation (1), [oxyHb] oxy hemoglobin concentration variation, it is possible to treat as a deoxyhemoglobin concentration change amount [deoxyHb], as a form even such a case It included to.

また、残差自乗和Dは、次式(2)で定義される。 Further, the residual square sum D is defined by the following equation (2).
D=(ΔAm(λ )−ΔAc(λ )) +(ΔAm(λ )−ΔAc(λ )) +・・・+(ΔAm(λ n )−ΔAc(λ n )) ・・・・(2) D = (ΔAm (λ 1) -ΔAc (λ 1)) 2 + (ΔAm (λ 2) -ΔAc (λ 2)) 2 + ··· + (ΔAm (λ n) -ΔAc (λ n)) 2 ... (2)
また、残差自乗和率Eは、次式(3)で定義される。 Further, the residual square sum rate E is defined by the following equation (3).
E=D/((ΔAm(λ )) +(ΔAm(λ )) +・・・+(ΔAm(λ n )) E = D / ((ΔAm ( λ 1)) 2 + (ΔAm (λ 2)) 2 + ··· + (ΔAm (λ n)) 2)
・・・・(3) ... (3)

この発明によれば、光生体計測装置の光学測定部は、入射プローブから生体内に測定光を照射するとともに、入射プローブから離れた位置に取り付けた検出プローブにより、生体内を散乱(透過)し再放出された光を検出し、吸光度変化量を測定する。 According to the present invention, the optical measuring section of the optical biometric device, irradiates the measurement light into a living body from the incident probe, the detection probe attached to a position away from the incident probe, the in vivo scattered (transmitted) and detecting light re-emitted, to measure the change in absorbance. このとき、少なくとも3つの異なる波長λ (但し、n≧3)にて、吸光度変化量を測定し、測定吸光度変化量ΔAm(λ n )を取得する。 In this case, at least three different wavelengths lambda n (where, n ≧ 3) in to measure the change in absorbance to obtain measured amount of change in absorbance ΔAm a (lambda n).

測定を始めてからの吸光度変化量は、吸収変化が小さい場合は、modified Lambert Beerの法則(MLB則)が成立し、吸光度変化ΔAと吸収体の濃度変化と、平均光路長との間に上述した(1)式が成立する。 The amount of change in absorbance from the start of measurement, when the absorption change is small, modified Lambert's law Beer (MLB law) is established, the absorbance change ΔA and change in concentration of the absorber, the above-described between the mean path length (1) it is established.

したがって、例えば、3つの近赤外波長(λ 、λ 、λ )で吸光度を測定すると、そのとき、測定吸光度変化量ΔAm(λ )、ΔAm(λ )、ΔAm(λ )は、次式(4)で与えられる。 Thus, for example, three near-infrared wavelengths (λ 1, λ 2, λ 3) Measurement of the absorbance at that time, measuring absorbance change ΔAm (λ 1), ΔAm ( λ 2), ΔAm (λ 3) is given by the following equation (4).
ΔAm(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ΔAm (λ 1) = E 0 (λ 1) × [oxyHb] + E d (λ 1) × [deoxyHb]
ΔAm(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ΔAm (λ 2) = E 0 (λ 2) × [oxyHb] + E d (λ 2) × [deoxyHb]
ΔAm(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ΔAm (λ 3) = E 0 (λ 3) × [oxyHb] + E d (λ 3) × [deoxyHb]
・・・(4) ... (4)

濃度変化量・平均光路積演算部は、オキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]およびデオキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積 [deoxyHb]と、吸光度変化量ΔAとの間の関係式(LB)を利用して、前記測定吸光度変化ΔAm(λn)に基づいて、最小自乗法により、オキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]を算出する。 Density change quantity and the mean path product unit includes a concentration change quantity and mean path length product of oxyhemoglobin [oxyHb] and concentration variation of deoxyhemoglobin, the mean path length product [deoxyHb], between the change in absorbance ΔA using the equation (LB), on the basis of the measured absorbance change ΔAm (λn), by the method of least squares, oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], deoxyhemoglobin variation, mean path length to calculate the product [deoxyHb]. すなわち、3つ(あるいはそれ以上)の異なる波長で測定した結果、未知数は、オキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]およびデオキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積 [deoxyHb]の2つであるのに対し、方程式が3つ(あるいはそれ以上)与えられることになるので、方程式を同時に満たす解が1つに決まらないことから、最小自乗法により最適な解を求めるようにする。 That is, three (or more) results measured at different wavelengths, the unknown is the concentration variation, the mean path length product of oxyhemoglobin [oxyHb] and deoxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product of [deoxyHb] whereas the two, it means that the given equation is three (or more), since the solution satisfying the equation simultaneously can not be determined one, to seek an optimum solution by the method of least squares .

その結果、[oxyHb]および[deoxyHb]は、次式(5)の形の解で表すことができる。 As a result, [oxyHb] and [deoxyHb] it can be expressed in solution in the form of the following equation (5).

[oxyHb] =K 11 ΔAm(λ )+K 12 ΔAm(λ )+K 13 ΔAm(λ ) [oxyHb] = K 11 ΔAm ( λ 1) + K 12 ΔAm (λ 2) + K 13 ΔAm (λ 3)
[deoxyHb]=K 21 ΔAm(λ )+K 22 ΔAm(λ )+K 23 ΔAm(λ ) [deoxyHb] = K 21 ΔAm ( λ 1) + K 22 ΔAm (λ 2) + K 23 ΔAm (λ 3)
・・・(5) ... (5)

ここで、K 11 〜K 23の値は、E (λ )、E (λ )、E (λ )、E (λ )、E (λ )、E (λ )の値から定まる値、すなわち、測定波長(λ 、λ 、λ )を決定することで求まる値である。 Here, the value of K 11 ~K 23 is, E 0 (λ 1), E 0 (λ 2), E 0 (λ 3), E d (λ 1), E d (λ 2), E d ( value determined from the value of lambda 3), i.e., measurement wavelength (lambda 1, lambda 2, a value obtained by determining a lambda 3).
例えば、λ =780nm、λ =805nm、λ =830nmとした場合は、Matcher SJ らにより、E (λ )〜E (λ )は、以下のように求められている。 For example, λ 1 = 780nm, λ 2 = 805nm, the case of a lambda 3 = 830 nm, the Matcher SJ et al, E 0 (λ 1) ~E d (λ 3) is obtained as follows.
(780)=0.7360、E (805)=0.8973、E (830)=1.0507 E 0 (780) = 0.7360, E 0 (805) = 0.8973, E 0 (830) = 1.0507
(780)=1.1050、E (805)=0.8146、E (830)=0.7804 E d (780) = 1.1050, E d (805) = 0.8146, E d (830) = 0.7804
(Matcher SJ, Elwell CE, et al. Performance comparison of several published tissue near-infrared spectroscopy algorithms. Analytical Biochemistry 227:54-68(1995)) (.. Matcher SJ, Elwell CE, et al Performance comparison of several published tissue near-infrared spectroscopy algorithms Analytical Biochemistry 227: 54-68 (1995))
この値を用いて、最小自乗法による演算を行うことによって、K 11 〜K 23の値は、以下のように求められる。 Using this value, by performing a calculation by the least square method, the values of K 11 ~K 23 is obtained as follows.
11 =−1.4887、K 12 =0.5970、K 13 =1.4847 K 11 = -1.4887, K 12 = 0.5970, K 13 = 1.4847
21 =1.8545、K 22 =−0.2394、K 23 =−1.0947 K 21 = 1.8545, K 22 = -0.2394, K 23 = -1.0947

以上の計算により、算出されたオキシヘモグロビン濃度変化・平均光路長積[oxyHb]およびデオキシヘモグロビン濃度変化・平均光路長積[deoxyHb]は、生体(例えば脳)の活動データを示す生体信号として、利用することになる。 By the above calculation, the calculated oxyhemoglobin concentration change, the mean path length product [oxyHb] and deoxyhemoglobin concentration changes, the mean path length product [deoxyHb] as biological signal indicating the activity data of a living body (e.g. brain), use It will be.

続いて、計算吸光度変化量演算部、残差自乗和/残差自乗和率演算部、判定部により、算出された[oxyHb]および[deoxyHb]に、アーチファクトが含まれているか否かの判定を定量的に行うための演算処理を行う。 Then, calculate the absorbance change amount calculation unit, the residual square sum / residual square sum rate calculating unit, the determination unit, to the calculated [oxyHb] and [deoxyHb], the determination of whether or not contain artifacts It performs arithmetic processing for executing quantitatively.

計算吸光度変化量演算部は、算出したオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]に基づいて、再度、modified Lambert-Beerの法則である(1)の関係式を利用して、計算により計算吸光度変化量ΔAc(λn)を算出する。 Calculated absorbance variation calculation section calculates the oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], based on the deoxy-hemoglobin concentration variation, the mean path length product [deoxyHb], again, in law modified Lambert-Beer there utilizing a relational expression (1), and calculates the calculated absorbance variation DerutaAc (lambda] n) by calculation.
例えば、上述したように、3つの近赤外波長(λ 、λ 、λ )で吸光度を測定したときは、計算吸光度変化量ΔAc(λ )、ΔAc(λ )、ΔAc(λ )は、次式(4)で与えられる。 For example, as described above, three near-infrared wavelengths (λ 1, λ 2, λ 3) when the absorbance was measured at the calculated absorbance variation ΔAc (λ 1), ΔAc ( λ 2), ΔAc (λ 3) is given by the following equation (4).

ΔAc(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ΔAc (λ 1) = E 0 (λ 1) × [oxyHb] + E d (λ 1) × [deoxyHb]
ΔAc(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ΔAc (λ 2) = E 0 (λ 2) × [oxyHb] + E d (λ 2) × [deoxyHb]
ΔAc(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ΔAc (λ 3) = E 0 (λ 3) × [oxyHb] + E d (λ 3) × [deoxyHb]
・・・(6) ... (6)

残差自乗和/残差自乗和率演算部は、光学測定部による測定で取得した測定吸光度変化量ΔAm(λ n )と、上記(6)式で算出した計算吸光度変化量ΔAc(λ n )とに基づいて、(2)式で示される残差自乗和D、または、これを規格化し(3)式で示される残差自乗和率Eを算出する。 Residual square sum / residual square sum arithmetic operation part includes a measurement amount of change in absorbance obtained in the measurement by the optical measuring unit ΔAm (λ n), the equation (6) with the calculated calculated absorbance variation ΔAc (λ n) based on the bets, it calculates the (2) or the residual sum of squares D, represented by formula, which was standardized (3) the residual square sum modulus E of the formula.
残差自乗和を算出するのは、以下の理由による。 To calculate a residual square sum for the following reason. すなわち、濃度変化量・平均光路積演算部が(5)式の計算を行う際に、上述したように最小自乗法を用いているが、これは、(2)式の残差自乗和の値が最小になるように、[oxyHb]および[deoxyHb]の値を算出していることを意味する。 That is, when performing the calculation amounts of density changes, the mean path product unit is (5), but using the least square method as described above, this is (2) the value of the residual square sum of Formula There as a minimum, it means that the calculated value of [oxyHb] and [deoxyHb]. したがって、残差自乗和を利用すれば、算出した[oxyHb] [deoxyHb]の値の最小自乗誤差の大きさを、定量的に判断することができることになる。 Thus, by utilizing a residual square sum, the size of the smallest square error value of the calculated [oxyHb] [deoxyHb], so that it is possible to quantitatively judge.
そして、体動にともなう急激な変化が生じるアーチファクトであれ、その他の急激な変化が生じない場合のアーチファクトであれ、その原因に関わらず、アーチファクトの影響の大きさは、最小自乗誤差の大きさの変化として現れる。 Then, any artifact rapid change due to body movement occurs, it is artifacts if other abrupt change does not occur, regardless of its cause, the magnitude of the influence of artifacts, the minimum square error magnitude of It appears as a change.

そこで、判定部が、判定のために予め設定した基準値Rと、残差自乗和D(あるいは残差自乗和率E)とを比較する。 Therefore, determination unit, and the reference value R which is set in advance for determining, comparing the residual square sum D (or residual square sum rate E). これにより、定量的に、信号にアーチファクトが含まれるか否かを判定する。 Thus, quantitatively determines whether contain artifacts in the signal.

本発明によれば、アーチファクトが含まれていない生体信号であるか、アーチファクトが含まれている生体信号であるかを、定量的に、かつ、精度よく判定することができる。 According to the present invention, or a biological signal that does not contain artifacts, whether the biological signal that contains artifacts, quantitatively, and can be determined accurately. 特に、階段的な変化が見られないような、一見しただけでは生体信号と考えられるが、変化後に信号が元の値に戻らないような信号の場合でも、定量的に判定できる。 In particular, as not seen graded changes, although at first glance be considered as biological signal, even if the signal after the change of the signal that does not return to the original value, can be quantitatively determined.

(課題を解決するためのその他の手段および効果) (Other means and effects for Solving the Problems)
上記発明において、光学測定部は、時々刻々、測定吸光度変化量ΔAm(λ n )を取得するとともに、濃度変化量・平均光路積演算部、計算吸光度変化量演算部、残差自乗和/残差自乗和率演算部、判定部が、取得した測定吸光度変化量ΔAm(λ n )に基づいて経時的に算出、判定を行い、さらに、判定部によりアーチファクトを含む判定がなされた場合にアーチファクト発生時点を記憶するアーチファクト発生時記憶部を備えるようにしてもよい。 In the above invention, the optical measuring unit, every moment, obtains the measured change in absorbance ΔAm (λ n), concentration variation, the mean path product unit, calculates absorbance change amount calculation unit, the residual square sum / residuals square sum rate calculating unit, determining unit, the acquired measured absorbance change ΔAm (λ n) over time is calculated based on, a determination, further artifacts occur when if it is determined that contains artifacts have been made by the determination unit it may be provided with an artifact generation during storage section for storing.
これによれば、光学測定部が、時々刻々変化する吸光度信号を経時的に測定し、測定した吸光度信号に基づいて、濃度変化量・平均光路積演算部、計算吸光度変化量演算部、残差自乗和/残差自乗和率演算部、判定部がそれぞれ動作して、アーチファクトが含まれるか否かの判定を経時的に行う。 According to this, the optical measurement unit, over time by measuring the absorbance signal changing every moment, on the basis of the measured absorbance signal, amounts of density changes, the mean path product unit, calculates absorbance change amount calculation unit, the residual square sum / residual square sum arithmetic operation part, by the determination unit is operated, respectively, over time to determine whether or not include artifacts. そして、判定部によりアーチファクトを含む判定がなされた場合に、アーチファクト発生時記憶部がアーチファクト発生時点を記憶するので、生体信号の経時的な変化において、アーチファクトが含まれるようになった時点を決定することができる。 When the determination including artifacts have been made by the determination unit, when artifact occurrence storage unit since stores artifact generation time, the temporal change of the biological signal, to determine when the now contain artifacts be able to.
したがって、測定者が測定結果を検討する際に、アーチファクトが発生する時点までのデータのみを採用したり、アーチファクト発生時点以後のデータについては、適当は補間を行って生体信号を利用したりすることができるようになる。 Therefore, when the measuring person to consider the measurement results, or employing only data up to the point of artifacts occurs, the data for artifact occurrence time after suitably be or using biometric signal by performing interpolation so that it is.

また、光生体計測装置は、さらに表示部および表示部の表示内容を制御する表示制御部とを備え、表示制御部は、経時的に算出されるオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]、これら2つの和である全ヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[totalHb]の少なくともいずれかを、経時的データとして表示部に表示するとともに、判定部によりアーチファクトを含む判定がなされた場合に、アーチファクト発生時記憶部に記憶されたアーチファクト発生時点を参照して、表示した経時的データにおけるアーチファクトを含む領域を表示する制御を行うようにしてもよい。 Further, the optical biometric device, and a display control unit for controlling the further display content of the display unit and a display unit, the display control unit, over time calculated by oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb ], deoxyhemoglobin variation, the mean path length product [deoxyHb], displays at least one of these two total hemoglobin concentration variation, the mean path length product which is the sum [TotalHb], the display unit as the time data together, if the determination including artifacts have been made by the determination unit, by referring to the artifacts generated when it is stored at the time of artifact occurrence storage unit, to perform control to display an area including the artifacts in the indicated time data it may be.
これによれば、オキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]、全ヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[totalHb]の少なくともいずれかの経時データが、表示部に表示されるとともに、アーチファクトが含まれると判定された場合には、アーチファクトを含む領域と含まない領域とが識別可能に表示されるので、測定者は、アーチファクトの影響の有無を考慮しながら、測定結果を検討することができる。 According to this, oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], deoxyhemoglobin variation, the mean path length product [deoxyHb], at least one of total hemoglobin concentration variation, the mean path length product [totalHb] with time data is displayed on the display unit of, when it is determined to include artifacts, because a region not including a region including the artifacts is capable displayed identification, measuring person, the influence of the artifact taking into account the presence or absence of, it is possible to consider the measurement result.

また、上記発明において、光生体計測装置は、表示部および表示部の表示内容を制御する表示制御部とをさらに備え、光学測定部は、複数の入射プローブと複数の検出プローブとを有し、入射プローブと検出プローブとの組み合わせによって定まる複数の測定チャンネルについて、それぞれの測定チャンネルの吸光度変化量を測定して複数の測定吸光度変化量ΔAm(λ n )を取得し、取得した複数の測定吸光度変化量ΔAm(λ n )に対して、濃度変化量・平均光路積演算部、計算吸光度変化量演算部、残差自乗和/残差自乗和率演算部、判定部が、アーチファクトを含むか否かを判定するための演算、判定を行い、表示制御部は、表示部に複数の測定チャンネルのデータを並べて表示するとともに、判定部の判定結果に基づいてアーチファ Further, in the above invention, an optical biometric device further includes a display control unit for controlling the display content of the display unit and a display unit, the optical measuring unit, and a plurality of incident probe and a plurality of detection probes, a plurality of measuring channels determined by the combination of the incident probe and the detection probe, by measuring the absorbance change for each measurement channel to obtain a plurality of measurement amount of change in absorbance ΔAm (λ n), a plurality of measuring absorbance change obtained relative to the amount ΔAm (λ n), concentration variation, the mean path product unit, calculates absorbance change amount calculation unit, the residual square sum / residual square sum rate calculating unit, determining unit, whether or not containing artifacts calculation for determining, it is determined, display control unit is configured to display side by side data of a plurality of measurement channels on the display unit, based on the determination result of the determination unit Achifa トを含む測定チャンネルと含まない測定チャンネルとを識別可能に表示する制御を行うようにしてもよい。 And a measurement channel that does not contain a measurement channel including bets may perform control to identifiably displayed.
これによれば、複数の測定チャンネルからのデータが並べて表示され、さらに、アーチファクトを含む測定チャンネルと含まない測定チャンネルとを識別する識別記号が表示されるので、アーチファクトが含まれる場合に、アーチファクトが含まれる測定チャンネルの位置関係を検討することで、そのアーチファクトの発生原因(例えば、入射プローブが原因か、検出プローブが原因かの識別)を特定することが容易になる。 According to this, data from multiple measurement channels are displayed side by side, further, since the identification code for identifying the measurement channel that does not contain a measurement channel containing artifacts are displayed, if it contains artifacts, artifacts to examine the positional relationship of the measurement channels contained, cause of the artifact (e.g., caused by incident probe, the detection probe or identification cause) it is easy to identify.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter will be described with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention.
図1は、本発明の一実施形態である光生体計測装置の構成を示す図であり、より具体的には、オキシヘモグロビン濃度やデオキシヘモグロビン濃度から脳活動状態を測定する脳機能測定装置の構成を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing a configuration of an optical bioinstrumentation apparatus according to an embodiment of the present invention, more specifically, configuration of a brain function measurement device for measuring brain activity state from the oxyhemoglobin concentration and the deoxyhemoglobin concentration is a diagram illustrating a. この光生体計測装置は、主として、光学測定部10、光生体計測装置全体の制御を行う制御部20、アプリケーションプログラムや測定データを記憶する記憶部30、設定画面や測定結果を表示する表示部40とから構成される。 The optical biometric device, mainly, an optical measuring unit 10, a control unit 20 for controlling the entire optical biometric device, a storage unit 30 for storing application programs and the measurement data, the display unit 40 for displaying the setting screen and the measurement result composed of a.

光学測定部10は、光源12、複数の送光ファイバ13、送光ファイバに接続される複数の入射プローブ14により形成される入射部15と、複数の検出プローブ16、複数の検出プローブに接続される受光ファイバ17、検出器18により形成される検出部19とからなる。 Optical measurement unit 10 includes a light source 12, a plurality of optical transmission fiber 13, an incident portion 15 formed by a plurality of incident probe 14 connected to the optical transmission fiber, a plurality of detection probes 16, connected to a plurality of detection probes that the light receiving fiber 17, comprising a detection unit 19 for formed by the detector 18.
光源12は、発光波長が異なる3つのレーザ光源が用いられ、例えば、λ (780nm)、λ (805nm)、λ (830nm)の3波長の光が、図示しない切替え機構により選択的に発光するように構成されている。 Source 12 has three laser light sources emitting different wavelengths are used, for example, λ 1 (780nm), λ 2 (805nm), 3 of wavelengths of lambda 3 (830 nm) is selectively by switching mechanism (not shown) and it is configured to emit light.
入射プローブ14は、送光ファイバ13を介して送られてくる光が頭部へ入射するように、先端が頭皮に密着する状態にしてプローブホルダ53により固定してある。 Incident probe 14, so that the light transmitted through the optical transmission fiber 13 is incident to the head, is fixed by the probe holder 53 in the state in which the leading end is brought into close contact with the scalp.
検出プローブ16についても、同様であり、プローブ先端が頭皮に密着する状態にしてプローブホルダ53により固定してある。 Detection probe 16 is also similar, is fixed by the probe holder 53 in the state in which the probe tip is brought into close contact with the scalp. そして、検出プローブ16により検出した光は、検出器18に送られるようにしてある。 The light detected by the detecting probe 16, are to be sent to the detector 18. 検出器18には、フォトマルチプライヤ、フォトダイオードなどの受光素子が用いられている。 A detector 18, a photomultiplier, light receiving elements such as photodiodes are used.

なお、入射プローブ14と検出プローブ16とは、互いに隣接するように配置されており、隣接する入射プローブ14と検出プローブ16とにより挟まれた中間領域が、測定チャンネル(感度を有する領域)となるようにしてある。 Note that the incident probe 14 and detection probe 16 is arranged adjacent to each other, an intermediate region sandwiched by the incident probe 14 and detection probe 16 adjacent becomes the measurement channel (the region having sensitivity) It is so.
そして、後述する光学測定部制御部21による制御により、一対の入射プローブ14と検出プローブ16の組み合わせが選択され、その組み合わせにより定められる測定チャンネル(図8の♯1〜♯36)のひとつについての測定が行われる。 Then, the control by the optical measuring unit controller 21 to be described later, a combination of a pair of incident probe 14 and detection probe 16 is selected, for one measurement channel defined by the combination (♯1~♯36 in FIG. 8) measurement is carried out. このとき、互いに光が干渉しないような組み合わせを選択することで、複数の測定チャンネルを同時に測定してもよい。 In this case, by selecting a combination, such as light from each other do not interfere, it may be measured a plurality of measurement channels simultaneously.
検出器18で受光した信号(吸光度信号)は、増幅器36、A/D変換器37を介して、制御部20に送られる。 Receiving the signal at the detector 18 (absorbance signal) via the amplifier 36, A / D converter 37 is sent to the control unit 20.

制御部20は、CPUにより構成され、記憶部30に記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実行する。 Control unit 20 is constituted by CPU, and executes various functions by executing programs stored in the storage unit 30.
この制御部20を、実行する機能に基づいて分けると、光学測定部制御部21、濃度変化量・平均光路積演算部22、計算吸光度変化量演算部23、残差自乗和/残差自乗和率演算部25、判定部25、表示制御部26とに分類することができる。 The control unit 20, the divided based on the function to be executed, the optical measurement unit control section 21, amounts of density changes, the mean path product unit 22, calculates the amount of change in absorbance calculation section 23, the residual square sum / residual square sum rate calculation unit 25, the determination unit 25 can be classified into a display control unit 26.

光学測定部制御部21は、脳活動信号のマッピングデータをとるために、光学測定部10の複数の入射プローブ14と複数の検出プローブ16から、適当なタイミングで、順次、一対の入射プローブ14aと検出プローブ16aの組み合わせを選択し、適当なタイミングで入射プローブ14aから送光し、検出プローブ16aで受光する動作を行うことで、対応する測定チャンネル(#1〜#36)についての吸光度信号を採取する制御を行う。 Optical measuring section control unit 21, to take the mapping data of the brain activity signals, from a plurality of the incident probe 14 and a plurality of detection probes 16 of the optical measurement chamber 10, at an appropriate timing, sequence, and a pair of incident probe 14a selects a combination of the detection probe 16a, and sending the incident probe 14a at a proper timing, by performing an operation for receiving the detection probe 16a, collecting the absorbance signal for the corresponding measurement channel (# 1 to # 36) the control to be carried out.

濃度変化量・平均光路積演算部22は、オキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]およびデオキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積 [deoxyHb]と、吸光度変化量ΔAとの間の関係式である(1)式を利用して、測定吸光度変化ΔAm(λ=780、805、830nm)に基づいて、最小自乗法により、オキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]((5)式)、および、全オキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[totalHb](=[oxyHb]+[deoxyHb])を算出する演算を行う。 Density change quantity and the mean path product calculating section 22, the amounts of density changes, the mean path length product of oxyhemoglobin [oxyHb] and deoxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [deoxyHb], between the change in absorbance ΔA is a relational expression (1) using the formula based on the measured absorbance change ΔAm (λ = 780,805,830nm), by the method of least squares, oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], deoxyhemoglobin variation, the mean path length product [deoxyHb] ((5) type), and the total oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [totalHb] (= [oxyHb] + [deoxyHb]) calculation for calculating the I do.

なお、光吸収量の変化が小さいときは、簡略化のため、平均光路長を一定として扱うことができる。 Incidentally, when the change of the light absorption is small, for simplicity, it is possible to handle an average optical path length is constant. この場合(1)式において、平均光路長は省略でき、[oxyHb]をオキシヘモグロビン濃度変化量、[deoxyHb]をデオキシヘモグロビン濃度変化量として扱うことができる。 In this case (1), the mean path length can be omitted, it is possible to treat the [oxyHb] oxy hemoglobin concentration variation, as deoxyhemoglobin change amount [deoxyHb]. 通常の測定では、この条件が満たされている。 In a typical measurement, the conditions have been met. 本実施形態でも、平均光路長は一定であるとして以後の説明では、これを省略することとする。 In the present embodiment, the mean path length in the following description as a constant, and be omitted.

計算吸光度変化量演算部23は、算出したオキシヘモグロビン濃度変化量[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量[deoxyHb]に基づいて、(1)式を利用して、計算により計算吸光度変化量ΔAc(λn)を算出する演算を行う((6)式)。 Calculating absorbance change amount calculation unit 23 outputs the calculated oxyhemoglobin concentration change amount [oxyHb], based on the deoxy-hemoglobin concentration change amount [deoxyHb], using the equation (1), calculated by the calculation change in absorbance DerutaAc (lambda] n ) performs a calculation for calculating a ((6)).

残差自乗和/残差自乗和率演算部24は、光学測定部11による測定により取得した測定吸光度変化量ΔAm(λ n )と、(6)式で算出した計算吸光度変化量ΔAc(λ n )とに基づいて、残差自乗和D((2)式)を算出し、さらに、これを規格化した残差自乗和率E((3)式)を算出する。 Residual square sum / residual square sum arithmetic operation part 24 includes a measurement amount of change in absorbance ΔAm obtained by measurement by the optical measuring unit 11 (λ n), (6 ) formula in the calculated calculated absorbance variation ΔAc (λ n ) and on the basis, calculates the residual square sum D ((2) formula), further calculates a which normalized residual square sum rate E ((3) type).

判定部25は、予め実験的に求めて設定した基準値Rと、残差自乗和D(あるいは残差自乗和率E)とを大小比較して、アーチファクトを含むか否かを判定する演算を行う。 Determination unit 25, a reference value R which is set previously obtained experimentally, and a residual square sum D (or residual square sum rate E) and compares the determined operation whether including artifacts do. この基準値Rは、アーチファクトを含む信号と含まない信号の測定データから、統計的に求めるのが好ましいが、測定者の経験に基づいて適当な値を任意に設定することもできる。 The reference value R, the measurement data signal that does not include a signal containing artifacts, but preferably determined statistically, it is also possible to arbitrarily set the appropriate value based on the measurement's experience.

表示制御部26は、表示部40に表示する画面の制御を行う。 The display control unit 26 controls the screen displayed on the display unit 40. 表示の一形態として、算出したオキシヘモグロビン濃度変化量[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量[deoxyHb]を、生体信号(脳活動信号)の経時データとして表示する。 As a form of display, calculated oxyhemoglobin concentration change amount [oxyHb], deoxyhemoglobin concentration change amount [deoxyHb], displayed as time data of the biological signal (brain activity signal). この表示において、後述するアーチファクト発生時記憶部27に、アーチファクト発生時のデータが記憶されている場合は、測定した生体信号の経時データを表示するとともに、アーチファクトの発生時点にマークを表示したり、発生時点以降の経時データの色を変えたりする。 In this display, the artifact generation during storage section 27 to be described later, if the data at the time of artifact occurrence is stored, and displays the time data of the measured biological signal, displaying a mark on the time point of generation of artifacts, or change the color of the data-over-time after the time of occurrence.
また、複数の測定チャンネルについての経時データを並べて表示する(図9参照)。 Moreover, they are displayed side by side with time data for a plurality of measurement channels (see FIG. 9). この場合に、アーチファクト発生時のデータが記憶されている測定チャンネルについては、該当する経時データの背景色を他のチャンネルの背景色と異なる色にしたり、該当する経時データを太枠で囲んだりして、目立つようにする。 In this case, for the measurement channel data when the artifact occurrence is stored, or the background color of the corresponding time data to the color different from the background color of the other channels, Dari enclosed by a bold frame the appropriate time data Te, to stand out.

記憶部30は、HDDなどの記憶装置により構成され、制御に必要なアプリケーションプログラムを記憶する。 Storage unit 30 is constituted by a storage device such as a HDD, stores an application program necessary for control. また、測定したデータを随時、記憶し、後に利用するために保存する。 Also, to save the measured data at any time, stored, for later use. さらに、アーチファクト発生時記憶部27が形成されており、判定部25により、アーチファクトが含まれるとの判定がなされたときは、その発生時点を記憶する。 Moreover, are formed artifact generation during storage section 27, the determination unit 25, when it is determined to include the artifact is made, it stores the time of occurrence.

表示部40は、フラットパネル、液晶パネルなどで構成され、表示制御部26による制御の下で、経時データや設定画面が表示できるようにしてある。 Display section 40, a flat panel, is constituted by a liquid crystal panel, under the control by the display control unit 26, time data and setting screens are also available display.

次に、上記装置の動作について、図2のフローチャートを用いて説明する。 Next, the operation of the apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、各測定チャンネル(#1〜#36)について、3つの異なる波長にて、測定により、吸光度変化量(ΔAm)を採取する(s101)。 First, for each measurement channel (# 1 to # 36), at three different wavelengths, measured by absorbance change amount (DerutaAm) collecting (s101).
続いて、測定吸光度変化量(ΔAm)を用いて、平均光路長は一定として最小自乗法により、(5)式による計算を行い、オキシヘモグロビン濃度変化量[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量[deoxyHb]を算出し、さらに全ヘモグロビン濃度変化量[totalHb]を算出する(s102)。 Subsequently, using the measured change in absorbance (DerutaAm), the average optical path length is the minimum square method as a constant, (5) performs a calculation by equation oxyhemoglobin concentration change amount [oxyHb], deoxyhemoglobin change amount [deoxyHb ] was calculated, and calculates the total hemoglobin concentration variation [totalHb] (s102).

続いて、(6)式による計算を行い、計算吸光度変化量(ΔAc)を算出する(s103)。 Then, (6) perform calculations by an equation to calculate the calculated absorbance variation (ΔAc) (s103).
さらに、測定吸光度変化(ΔAm)と計算吸光度変化(ΔAc)とに基づいて、残差自乗和D((2)式)、残差自乗和率E((3)式)を算出する(s104)。 Furthermore, based on the measured absorbance change (DerutaAm) and calculate the absorbance change (DerutaAc), the residual sum of squares D ((2) type), the residual sum of squares ratio E ((3) formula) is calculated (s104) .

そして、残差自乗和D、残差自乗和率Eと、基準値R(閾値)との比較を行い(S105)、比較の結果、設定した基準値Rより小さいときは、アーチファクトが含まれていないと判定され、何も対策がとられることなく、通常の表示が行われる(S106)。 Then, the residual sum of squares D, a residual sum of squares rate E, to compare the reference value R (threshold) (S105), the result of the comparison, when less than the reference value R set is contains artifacts is determined not, nothing without measures taken, normal display is performed (S106).
比較の結果、基準値Rより大きいときは、アーチファクトが含まれていると判定され、アーチファクトが発生したチャンネルであることを示す背景色で表示し、また、経時データを表示しているときは、経時データのなかでアーチファクトが発生している領域の色を変えたり、マークをつけたりして目立つように表示する(S107)。 As a result of the comparison, when larger than the reference value R is determined to contain artifacts, displayed in the background color to indicate that a channel artifact occurs, also, when viewing with time data, or changing the color of the region where the artifact has occurred among the data over time, to display prominently in or marked (S107).

次に、生体信号データ(脳賦活データ)におけるアーチファクト判定例について説明する。 Next, a description will be given artifact determination example of the biological signal data (the brain activation data). 生体信号データを採取する際に、トレッドミル歩行による運動付加を与えた。 When obtaining a biological signal data gave motion added by treadmill walking. 運動負荷は、速度が3km/hの歩行タスクであり、30秒のレスト、90秒のタスク、30秒のレスト(合計150秒)のタイムコースにしたがうものである。 Exercise is a walking task speed 3 km / h, 30 seconds of rest, 90 seconds of the task, but according to the time course of 30 seconds rest (total 150 sec).
測定チャンネルは、図8に示したものと同様の配置となるように設定し、合計36個のチャンネルで信号を採取した。 Measurement channel is set to be same arrangement as that shown in FIG. 8, it was collected signal at total of 36 channels. 測定終了後に、36個の測定チャンネルからの生体信号データは、並べて表示された(図9参照)。 After completion of the measurement, biosignal data from 36 measurement channels were tiled (see Figure 9).
以下に、これらのチャンネルで採取した信号のなかから典型的な信号データについて説明する。 Hereinafter, typical signal data is described from among the collected signals in these channels.

図3(a)は、アーチファクトを含まない典型的な脳賦活データ信号([oxyHb]と[deoxyHb])であり、図3(b)は、これに対応する残差自乗和率E((3)式参照)である。 3 (a) is a typical brain activation data signal which does not include artifacts ([oxyHb] and [deoxyHb]), FIG. 3 (b), the residual sum of squares modulus E corresponding thereto ((3 ) is an expression reference). また、図4(a)は、アーチファクトを含んでいるときの典型的な脳賦活データ信号であり、図4(b)は、これに対応する残差自乗和率Eである。 Further, FIG. 4 (a) is a typical brain activation data signal when containing artifacts, FIG. 4 (b) is a residual square sum modulus E corresponding thereto. また、図5(a)は、脳賦活データ信号であると考えるが、タスク終了後に信号が元の値まで戻らない、視覚的評価ではアーチファクトを含むか否かを判定することが困難な中間的な脳賦活データ信号であり、図5(b)は、これに対応する残差自乗和率Eである。 Further, FIGS. 5 (a) is considered to be the brain activation data signal, the signal after the task termination does not return to its original value, visual difficulties intermediate is possible to determine whether including the artifacts in the evaluation such a brain activation data signal, FIG. 5 (b) is a residual square sum modulus E corresponding thereto.

図3(a)の典型的な脳賦活データの場合は、残差自乗和率Eが、ほぼ10 −6以下(図3(b)参照)となっているのに対し、図4(a)のアーチファクトが含まれる賦活データの場合は、残差自乗和率Eが脳賦活信号値の変化に対応して増大し、10 −4以上となっている(図4(b)参照)。 Figure 3 is a typical brain activation data (a), the residual square sum rate E is approximately 10 -6 contrast has a (see FIG. 3 (b)), FIGS. 4 (a) for activation data containing artifacts of the residual square sum modulus E increases in response to changes in brain activation signal values, it is 10 -4 or more (see Figure 4 (b)). また、図5(a)の中間的な脳賦活データの場合は、100秒以降に残差自乗和率Eが急激に増加し(したがって90秒のときはアーチファクトが含まれていない)、残差自乗和Eが増加後は10 −3以上となっている。 Further, Figure 5 If an intermediate brain activation data (a) is (does not include artifacts when thus 90 seconds) residual square sum rate E after 100 seconds abruptly increased, the residual after the square sum E is increased and has a 10 -3 or more.
例えば、90秒の時点における図4(a)、図5(a)の具体的には、0.0005、0.00006であった。 For example, FIGS. 4 (a) at the time of 90 seconds, specifically of FIG. 5 (a), was 0.0005,0.00006.
したがって、残差自乗和率Eにより、アーチファクトを含むか否かを判定しようとする場合には、上記データから、基準値Rを0.00006よりも大きく、0.0005よりも小さい値を選ぶこととし、例えば0.0001程度に設定することにより、Rがこれより小さいときにはアーチファクトが含まれていないと判定できるようにする。 Therefore, the residual square sum rate E, when attempting to determine whether including artifacts from the data, the reference value R greater than 0.00006, and choosing a value smaller than 0.0005, for example 0.0001 by setting the degree, when R is smaller than this to be determined not to contain artifacts.

このようにして、Rを設定した以後は、設定したRを基準値としてアーチファクトの有無が判定される。 In this way, the subsequent set of R, the presence or absence of artifacts is determined the set R as a reference value. そして残差自乗和率Eが基準値Rを超える場合は、脳賦活データの該当する領域の色を変えた表示がなされることにより、アーチファクトの有無が明確に見えるようになる。 And if the residual square sum rate E is greater than the reference value R, by displaying the changed color of the corresponding region of the brain activation data is made, so that the presence or absence of artifacts clearly visible.
また、36個の測定チャンネルからの脳賦活データを、並べて表示画面に表示したときは(図9参照)、基準値Rを超えたチャンネルは、脳賦活データの背景色が変えられて表示される。 Also, the brain activation data from the 36 measurement channels, arranged when displayed on the display screen (see FIG. 9), a channel which exceeds the reference value R, the background color of the brain activation data is displayed is changed . 図9の表示例によれば、例えば、#2、#3、#8、#9の4つの測定チャンネルについて、異なる背景色で表示される。 According to the display example of FIG. 9, for example, # 2, # 3, # 8, the four measurement channels # 9, are displayed in a different background color. この結果、これら4つチャンネルの測定の際に共通して使用されていた特定の入射プローブ14が位置ずれしたものと、簡単に判断することができるようになる。 As a result, as a specific incident probe 14 which has been commonly used in these four channel measurements are misaligned, it is possible to easily determine.

図4(a)、図5(a)における90秒の時点の値を用いて、modified Lambert Beerの法則(MLB則)((6)式)を、プロットしたときの解のデータを図6、図7に示す。 FIG. 4 (a), using the value of the time of 90 seconds in FIG. 5 (a), modified Lambert Beer's law (MLB law) to ((6)), FIG data of the solution when plotted 6, It is shown in Figure 7.
図6、図7に見られる3本の直線は、(6)式の3つの方程式それぞれに対応し、2本の直線の交点は、(6)式の3つの式うち、2つの方程式を用いて解いた場合の解を示している。 6, three straight lines as seen in FIG. 7, (6) corresponding to each of the three equations of type, the intersection of the two straight lines, (6) of three equations of expression, using the two equations Te shows the solution of the case of solving. このときの2つの方程式は、3通りの組み合わせを取りうるので、交点が3つ、すなわち解が3つできることになる。 Two equations in this case, as it can take a combination of three kinds, the intersection is three, that is, the solution can be three.
この交点のばらつきが小さい場合は、MLB則に合致した、すなわち、アーチファクトの影響がない脳賦活信号であることになる。 If the variation of the intersection point is small, matching the MLB law, that is, it is brain activation signal there is no influence of artifacts. 一方、ばらつきが大きい場合は、脳賦活信号だけではなく、アートファクトが含まれた信号であることになる。 On the other hand, when the variations are large, not only brain activation signal, so that a signal including art facts. なお、ばらつきが大きい場合は、残差自乗和率Eが大きくなる。 Incidentally, when the variations are large, the residual square sum modulus E increases.

図6と図7を比較すると、明らかに図7の場合の方が交点のばらつきが小さく、MLBの法則に合致した(アーチファクトの影響がない)脳賦活信号であることになる。 Comparing Figures 6 and 7, clearly smaller variation it is an intersection in the case of FIG. 7, matching the law of MLB (there is no influence of artifacts) would be a brain activation signal. 図5(a)の90秒後のデータには、アーチファクトが含まれていないことがわかる。 The data after 90 seconds of FIG. 5 (a), it can be seen that does not contain artifacts. 一方、図6の場合は、MLB則からかなり大きく外れており、脳賦活信号だけではなく、アートファクトが含まれた信号であることになる。 On the other hand, in the case of FIG. 6, which deviates considerably larger from MLB law, not only brain activation signal, so that a signal including art facts.

本発明は、生体信号に、アーチファクトが含まれているか否かの判定を、的確に行うことができる光生体計測装置を製造する際に利用できる。 The present invention can be used in the biological signal, the determination of whether or not contain artifacts, when manufacturing an optical biometric device can be performed appropriately.

本発明の一実施形態である光生体計測装置の構成を示すブロック図。 Block diagram showing the configuration of an optical bioinstrumentation apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態である光生体計測装置による動作を説明するフローチャート。 Flow chart for explaining the operation of the optical biometric apparatus according to an embodiment of the present invention. アーチファクトを含まない脳賦活データを示す図。 It shows brain activation data does not include artifacts. アーチファクトを含んだ脳賦活データを示す図。 It shows brain activation data containing artifacts. アーチファクトを含むか否かが不明な脳賦活データを示す図。 Figure whether containing artifacts of unknown brain activation data. 図4のデータをMLB則でプロットしたときのデータを示す図。 It shows the data when the data in Figure 4 plotted with MLB law. 図5のデータをMLB則でプロットしたときのデータを示す図。 It shows the data when the data in Figure 5 are plotted in MLB law. 光生体計測装置の入射プローブおよび検出プローブの配置および測定チャンネルを示す図。 It shows an arrangement and measurement channels of the incident and detection probe light living body measuring device. 測定チャンネルごとのデータを一覧表示したときの画面を示す図。 Shows a screen when lists data for each measurement channel.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10:光学測定部12:光源14:入射プローブ15:入射部16:検出プローブ18:検出器19:検出部20:制御部21:光学測定制御部22:濃度変化量・平均光路長積演算部23:計算吸光度変化量演算部24:残差自乗和/残差自乗和率演算部25:判定部26:表示制御部27:アーチファクト発生時記憶部30:記憶部40:表示部 10: optical measuring unit 12: light source 14: an incident probe 15: incident portion 16: Detection Probe 18: Detector 19: Detection unit 20: control unit 21: optical measurement control unit 22: concentration variation, the mean path length product unit 23: calculated absorbance change amount calculation unit 24: the residual square sum / residual square sum arithmetic operation part 25: determination unit 26: display control unit 27: artifact generation during storage section 30: storage unit 40: display unit

Claims (4)

  1. 光を照射して生体内を散乱させ、生体内から再放出された光を検出することにより検出光に基づいて生体に関する情報を得る光生体計測装置であって、 Is irradiated with light to scatter in vivo, an optical living body measuring device to obtain information about the subject based on the detected light by detecting the re-emitted light from the living body,
    生体内に光を照射する入射プローブと生体内から再放出された光を検出する検出プローブとにより、少なくとも3つの異なる波長λn(但し、n≧3)にて吸光度変化量を測定して測定吸光度変化量ΔAm(λn)を取得する光学測定部と、 The detection probe for detecting light re-emitted from the incident probe in vivo for irradiating light into a living body, at least three different wavelengths lambda] n (where, n ≧ 3) Measurement absorbance by measuring the absorbance variation at an optical measurement unit for obtaining the amount of change ΔAm (λn),
    オキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]およびデオキシヘモグロビンの濃度変化量・平均光路長積 [deoxyHb]と、吸光度変化量ΔAとの間の関係式(LB)を利用して、前記測定吸光度変化ΔAm(λn)に基づいて、最小自乗法により、オキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]を算出する濃度変化量・平均光路積演算部と、 The amounts of density changes, the mean path length product of oxyhemoglobin [oxyHb] and deoxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [deoxyHb], by utilizing relationship between the change in absorbance ΔA a (LB), the based on the measured absorbance change ΔAm (λn), by the method of least squares, oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], concentration variation, of calculating the deoxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [deoxyHb] and the mean path product unit,
    算出したオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]に基づいて、再度、関係式(LB)を利用して、計算により計算吸光度変化量ΔAc(λ n )を算出する計算吸光度変化量演算部と、 Calculated oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], based on the deoxy-hemoglobin concentration variation, the mean path length product [deoxyHb], again, by using the equation (LB), calculated absorbance change by calculation and calculating absorbance change amount calculation unit for calculating an amount ΔAc (λ n),
    測定吸光度変化量ΔAm(λn)と計算吸光度変化量ΔAc(λ n )とに基づいて残差自乗和D、または、残差自乗和率Eを算出する残差自乗和/残差自乗和率演算部と、 Measuring absorbance change ΔAm (λn) and the calculated absorbance variation ΔAc (λ n) and the residual sum of squares D based on, or the residual square sum / residual square sum rate calculation for calculating the residual sum of squares rate E and parts,
    残差自乗和D、または、残差自乗和率Eを、基準値Rと比較することにより、アーチファクトを含むか否かの判定を行う判定部とを備えたことを特徴とする光生体計測装置。 Residual square sum D, or a residual square sum rate E, by comparing the reference value R, the optical bioinstrumentation apparatus characterized by comprising a determining unit for determining whether or not containing artifacts .
    ここで、 here,
    関係式(LB); Relationship (LB);
    ΔA(λ )=E (λ )×[oxyHb]+E (λ )×[deoxyHb] ΔA (λ n) = E 0 (λ n) × [oxyHb] + E d (λ n) × [deoxyHb]
    ただし、E (λ )はオキシヘモグロビンの吸光度係数、E (λ )はデオキシヘモグロビンの吸光度係数残差自乗和D; However, E 0n) is the absorbance coefficient of oxyhemoglobin, E dn) and the extinction coefficient residual square sum D of deoxyhemoglobin;
    D=(ΔAm(λ )−ΔAc(λ )) +(ΔAm(λ )−ΔAc(λ )) +・・・+(ΔAm(λ n )−ΔAc(λ n )) D = (ΔAm (λ 1) -ΔAc (λ 1)) 2 + (ΔAm (λ 2) -ΔAc (λ 2)) 2 + ··· + (ΔAm (λ n) -ΔAc (λ n)) 2
    残差自乗和率E; Residual square sum rate E;
    E=D/((ΔAm(λ )) +(ΔAm(λ )) +・・・+(ΔAm(λ n )) E = D / ((ΔAm ( λ 1)) 2 + (ΔAm (λ 2)) 2 + ··· + (ΔAm (λ n)) 2)
  2. 光学測定部は、時々刻々、測定吸光度変化量ΔAm(λ n )を取得するとともに、濃度変化量・平均光路積演算部、計算吸光度変化量演算部、残差自乗和/残差自乗和率演算部、判定部が、取得した測定吸光度変化量ΔAm(λ n )に基づいて経時的に算出、判定を行い、 The optical measuring unit constantly acquires the measured change in absorbance ΔAm (λ n), concentration variation, the mean path product unit, calculates absorbance change amount calculation unit, the residual square sum / residual square sum rate calculation parts, determining unit, over time calculated based on the obtained measured absorbance change ΔAm (λ n), makes a determination,
    さらに、判定部によりアーチファクトを含む判定がなされた場合にアーチファクト発生時点を記憶するアーチファクト発生時記憶部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光生体計測装置。 Further, the optical living body measuring device of claim 1, comprising the artifact generation during storage section for storing the artifacts occur when if it is determined that contains artifacts have been made by the determination unit.
  3. 光生体計測装置は、さらに表示部および表示部の表示内容を制御する表示制御部とを備え、 Optical biometric device, and a display control unit for controlling the further display content of the display unit and a display unit,
    表示制御部は、経時的に算出されるオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[oxyHb]、デオキシヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[deoxyHb]、これら2つの和である全ヘモグロビン濃度変化量・平均光路長積[totalHb]の少なくともいずれかを、経時的データとして表示部に表示するとともに、判定部によりアーチファクトを含む判定がなされた場合に、アーチファクト発生時記憶部に記憶されたアーチファクト発生時点を参照して、前記経時的データにおけるアーチファクトを含む領域が識別可能なように表示する制御を行うことを特徴とする請求項2に記載の光生体計測装置。 Display control unit over time calculated by oxyhemoglobin concentration variation, the mean path length product [oxyHb], deoxyhemoglobin variation, the mean path length product [deoxyHb], total hemoglobin concentration variation in these two sums · mean path length product of [totalHb] at least one, and displays on the display unit as the time data, when the determination including artifacts have been made by the determination unit, artifacts occurred when stored at artifact occurrence storage unit see, optical biometric device of claim 2 region including the artifacts in the time data and performs control to display as identifiable.
  4. 光生体計測装置は、さらに表示部および表示部の表示内容を制御する表示制御部とを備え、 Optical biometric device, and a display control unit for controlling the further display content of the display unit and a display unit,
    光学測定部は、複数の入射プローブと複数の検出プローブとを有し、入射プローブと検出プローブとの組み合わせによって定まる複数の測定チャンネルについて、それぞれの測定チャンネルの吸光度変化量を測定して複数の測定吸光度変化量ΔAm(λ n )を取得し、 The optical measuring unit, and a plurality of incident probe and a plurality of detection probes, the plurality of measurement channels defined by the combination of the incident probe and the detection probe, a plurality of measurement by measuring the absorbance change for each measurement channel Gets the change in absorbance ΔAm (λ n),
    取得した複数の測定吸光度変化量ΔAm(λ n )に対して、濃度変化量・平均光路積演算部、計算吸光度変化量演算部、残差自乗和/残差自乗和率演算部、判定部が、アーチファクトを含むか否かを判定するための演算、判定を行い、 On the acquired plurality of measurement amount of change in absorbance ΔAm (λ n), concentration variation, the mean path product unit, calculates absorbance change amount calculation unit, the residual square sum / residual square sum rate calculating unit, the determination unit , computation for determining whether including artifacts, makes a determination,
    表示制御部は、表示部に複数の測定チャンネルのデータを並べて表示するとともに、判定部の判定結果に基づいてアーチファクトを含む測定チャンネルと含まない測定チャンネルとを識別可能に表示する制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の光生体計測装置。 Display control unit is configured to display side by side data of a plurality of measurement channels on the display unit, to make a discernible control for displaying a measurement channel that does not contain a measurement channel including an artifact based on the determination result of the determination section light living body measuring device of claim 1, wherein.


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