JP4991468B2 - プローブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、生体光計測装置用のプローブ装置に係り、特に、生体内の局所的な血液動態変化を計測するために使用して好適な生体光計測装置用のプローブ装置に関する。

生体光計測装置として、光トポグラフ装置と呼ばれる計測装置が知られている。この装置は、光照射／検出部を持つプローブ本体を多数配置したプローブ装置を、各プローブ本体が計測部位、例えば、頭部に密着するように取り付けて、各プローブ本体から近赤外線を照射して計測を行うというものである。

従来技術によるプローブ装置は被検者の頭部形状に合わせて椀形に形成されたシート材によるシェル部に、複数のプローブ本体を格子状に配置して構成されている。個々のプローブ本体は、シェル部から取り外し可能であり、プローブ本体が毛髪等により頭皮との接触が不完全であることがモニタ画面により確認された場合、その部分のプローブだけを装着し直すことが可能とされている。このように構成されるプローブ装置は、これを被検者の頭部に装着する場合、被験者の頭部形状の個人差や装着部位の違いにより、必ずしも頭部にフィットするとは限らないので、固定ベルトをあごに掛けてシェル部をしっかりと頭部に押し付けるようにして使用される。そして、計測に当っては、各光ファイバーを介して送られてくる近赤外線を発光用プローブ本体を介して頭部の皮下に向けて照射し、その反射光を受光用プローブ本体で受け、光ファイバーを介して計測装置本体に送り返す構造を備えている。

特開２００１−２８６４４９号公報

前記従来技術のプローブ装置は、シェル部に対して光を照射する発光部と検出部が交互に格子状に配列されており、これら発光部と検出部にはそれぞれ光ファイバーを介して光を供給したり、あるいは検出した検出光を光ファイバを介して収集する構造を備えている。このため、このプローブ装置を頭部に装着した被検者は、頭部の周囲に複数のファイバーが取り付けられるため、被検者の行動の自由度を阻害したり、あるいは被検者に不安感を抱かせる課題がある。

本発明の目的とするころは、検査精度を向上させるとともに、被検者への装着が容易なプローブ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るプローブ装置は、シート状のプローブ保持体と、該このプローブ保持体に所定の間隔で取り付けられる複数の発光プローブ及び複数の検出プローブと、前記プローブ保持体を生体表面の所定の位置に保持するシート保持部と、このシート保持部を生体に装着するための固定バンド部とを含んで構成され、前記複数の発光プローブ及び複数の検出プローブは、発光ユニットまたは検出ユニットを備えたプローブ本体と、該プローブ本体を前記プローブ保持体の所定の位置に着脱可能に取り付けるプローブ取付部とを含み、前記シート保持部は、前記プローブ保持体の周囲を囲み、該プローブ保持体と生体表面との間に所定の隙間を備えて遮光される遮蔽空間を形成し、プローブ本体は、光伝達手段を備えた前記主突起部と、該主突起部の周囲に配置される複数のサブ突起部を一端側に備え、前記プローブ取付部は、前記主突起部と前記サブ突起部を備えた一端を前記遮蔽空間に露出させ、他の一端をプローブ保持体の外側に露出させるように、前記プローブ本体を前記主突起部を中心に回転可能に保持し、かつ、前記プローブ本体の前記遮蔽空間側の張り出し量をプローブ保持体の外側への張り出し量より大きく取って保持する。

本発明によれば、所定の隙間を備えて遮光される遮蔽空間を介して、プローブ本体の姿勢を変えて検査精度を向上できるとともに、披検者への装着を容易にすることができる。

以下、図１から図１２を参照して、この実施の形態に係る生体光計測装置を具体的に説明する。この実施の形態に係る生体光計測装置は、脳のある部位が活動をすると、それに伴って、その部位に酸素を送る為の血液量が増大することを利用して、生体内の局所的な血液動態変化を計測する装置である。具体的には、頭皮上から近赤外光を照射し、この近赤外光が血液中のヘモグロビンによる散乱を計測することで、大脳の表面付近の血液量の変化を計測し、それを２次元的なマップ等に表わすなどして簡便に脳の働きを観察することができる。ここで、近赤外光とは、可視光より波長の長い領域の電磁波である。

先ず、図１を参照して、この実施の形態に係る生体光計測装置のプローブ装置の概略構造を説明する。ここで、図１はこの実施の形態に係るプローブ装置の概略構成図であり、（ａ）図がプローブ装置の外観斜視図、（ｂ）図が（ａ）図のＡ−Ａ破線部の断面図、（ｃ）図がプローブの拡大断面図を示している。

図１において、この実施の形態に係るプローブ装置１００は、シート状のプローブ保持体２００と、このプローブ保持体２００に所定の間隔で取り付けられる複数の発光プローブ３００及び複数の検出プローブ４００と、前記プローブ保持体２００を被検者の頭部（検査部位）の所定の位置に保持するシート保持部５００と、このシート保持部５００を被検者に装着するための固定バンド部６００とを含んで構成される。

前記プローブ保持体２００は、信号や電源を配線する配線シートを含む複数のシート材を積層した積層部材であり、発光プローブ３００と検出プローブ４００の姿勢を維持できる柔軟性のある保持機能と、外光の頭部への進入を防ぐ遮光機能と、信号や電源の配線を包含する配線機能とを備えている。即ち、このプローブ保持体２００は、その平面上に、発光プローブ３００の両隣に検出プローブ４００を位置するように、交互にかつマトリックス状に配置されるように複数の発光プローブ３００と複数の検出プローブ４００とを支持する。また、このプローブ保持体２００は、前記２種類のプローブの姿勢を保持する適度の柔軟性と強度を備えるとともに、検査部位への外光の侵入を防止し、かつ発汗に伴う通気性をも確保している。

前記発光プローブ３００と複数の検出プローブ４００は、図１の下部右側の吹き出し内に示すように、同様な構造を備えている。ここでは、検出プローブ４００の構造を中心に説明し、発光プローブ３００については検出プローブ４００との相違点を中心に説明する。

図１の下部右側の吹き出し内に示すように、検出プローブ４００は、検出ユニット４１１を備えた検出プローブ本体４１０と、この検出プローブ本体４１０をプローブ保持体２００の前記所定の位置に取り付ける検出プローブ取付部４５０とから構成される。一方、発光プローブ３００は、前記検出ユニット４１１と同様な構造を有する発光ユニット３１１を備えた発光プローブ本体３１０と、この発光プローブ本体３１０をプローブホルダ２００の前記所定の位置に取り付ける発光プローブ取付部３５０とから構成される。さらに、検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０は、その露出面を覆う同じ構造を備えたキャップ部７００が取り付けられる。なお、このキャップ部７００は、その機能を識別するために異なる色彩を施すようにしてもよい。

検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０は、いずれも、被検者側に主突起部４１２を備え、この主突起部４１２の先端と検出ユニット４１１または発光ユニット３１１とを連通する光フアイバー４１３が設けられている。そして、この実施の形態では、この主突起部４１２の周囲に複数のサブ突起部４１４を配置した構造を採用している。また、発光プローブ３００も同様に被検者５０との接触面６０に照射用の光フアイバー４１３を備えた主突起部４１２を備え、この主突起部４１２の周囲に複数のサブ突起部４１４を配置した「複数の点からなる面接触」構造を採用している。

また、検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０は、主突起部４１２を中心に回転可能に前記検出プローブ取付部４５０または発光プローブ取付部３５０に取り付けられている。この複数のサブ突起部４１４と回転構造によれば、被検者の毛髪の掻き分け機能と、プローブ自身の姿勢制御を図ることができる。

そして、この実施の形態に係るプローブ装置の大きな特徴の１つは、シート状のプローブ保持体２００の周囲を保持して、このプローブ保持体２００と披検者の頭皮との間を所定の間隔に維持するとともに、プローブ保持体２００と披検者の頭皮とで遮光された遮光空間５０１を確保するシート保持部５００を採用した点にある。この遮光空間５０１を形成した実施の形態によれば、検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０の姿勢を変更するに十分な空間で、かつ、発汗に伴う通気性を確保するに十分な空間が確保される。しかも、このシート保持部５００は、ゴムなどの軟質材料で形成されるため、被検者への装着が容易である。

また、シート保持部５００は、両側の電子基板配置５０２に差動増幅器とＡ／Ｄ変換器とプローブ通信部などを内蔵しているので、このプローブ装置を装着することでスタンバイ状態をとることができるので、相応性の向上を図ることができる。

以下、図２から図１２を参照して、この実施の形態に係る検査装置をさらに詳細に説明する。なお、同一部位や矢印などは同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。

先ず、図２を参照して、この第１の実施の形態に係る生体光計測装置の概略構造を説明する。図２は、この実施の形態に係る生体光計測装置の概略構成図を示している。

図２において、符号１で総括的に示す生体光計測装置は、被検者の頭部に装着するプローブ装置１００と、このプローブ装置１００から出力される電気信号を画像処理してマップ等の表示を行う生体光計測装置本体１０とを含んで構成される。前記したように、前記プローブ装置１００は、プローブ保持体２００と複数の発光プローブ３００と複数の検出プローブ４００とシート保持部５００と固定バンド部６００とキャップ部７００などを含んで構成される。

この実施の形態に係るプローブ装置１００は、プローブ保持体２００を略横長の長方形に形成し、このプローブ保持体２００の周囲を厚み（奥行き）のあるシート保持部５００で囲い、このシート保持部５００の長手方向の両端に固定バンド部６００を取り付けることにより、「ゴーグル形状」の外観を備えるようにしている。そして、この実施の形態によれば、前記プローブ保持体２００の長手方向を被検者の頭部の横姿勢となる方向で被検者の頭部に押し当ててセットする。この姿勢であれば、前記プローブ保持体２００は、シート保持部５００を介して、被検者の頭部の所定の位置に、所定の隙間を以って、しかも遮光された遮光空間５０１を確保してセットされる。しかも、シート保持部５００は柔軟性のある材料で形成されるので、ほぼ球体状の被検者の頭部の形状に合わせて湾曲する形状とすることができるから、このプローブ保持体２００を被検者の頭部にフイットさせることができる。さらにまた、固定バンド部６００は長さ調整可能な既存の構造を備えているので、被検者の体系に合わせてプローブ装置１００を被検者の頭部の所定の位置にセットすることができる。

また、このシート保持部５００は、長手方向の両側にそれぞれ電子基板配置５０２を備えている。即ち、図２の左下の吹き出し内に示すように、差動増幅器５５０とＡ／Ｄ変換器５５１とプローブ通信部５５２と、電源部５６０とを備えている。この実施の形態では、プローブ保持体２００の積層部材の１つとして配線シート２３０を採用している。この配線シート２３０は、マトリックス状に配列された発光プローブ３００と検出プローブ４００の間を這うように配線されるような複数の帯状シートから構成される。この実施の形態では、配線シート２３０は左右に分断された一対の構造を備えて、接続される左右の発光プローブ３００と検出プローブ４００を両側に配置される電子基板配置５０２に配線している。

なお、この実施の形態では、マトリックス状に配置される発光プローブ３００と検出プローブ４００を左右に分け、これを左右一対の配線シート２３０で左右の電子基板配置５０２に配線しているが、これに限定されるものではない。例えば、発光プローブ３００と検出プローブ４００とを分けて、これを左右に配線する構造でもよく、あるいは、一行ごとに左右に分けて配線してもよく、あるいは、片側に集約した電子基板配置５０２に配線するようにしてもよい。

さらにまた、この実施の形態では電子基板配置５０２をシート保持部５００に設けたが、電子基板配置５０２をコードを介して接続される別体のホルダ基板部に設けてもよい。

一方、複数の発光プローブ３００と検出プローブ４００は、斜線で示した発光プローブ３００の両隣に検出プローブ４００を位置するように、交互にかつマトリックス状に配置される。このため、１つの発光プローブ３Ａから照射された光は、Ｘ方向とＹ方向の両隣に配置される４個の検出プローブ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄの検出部４１１で検出することができる。言い換えれば、１つの検出プローブ４００は、Ｘ方向とＹ方向の両隣に配置される４個の発光プローブ３００から照射された光を検出することができる。つまり、この実施の形態によれば、プローブ装置１００が装着されている領域全体の血液動態変化を計測することができる。

また、発光プローブ３００と検出プローブ４００は、図２の下部右側の吹き出し内に示すように、同様な構造を備えている。ここでは、検出プローブ４００の構造を中心に説明し、発光プローブ３００については検出プローブ４００との相違点を中心に説明する。

前記発光ユニット３１１は、図２の左上の吹き出し内に示した光源部３１５と外来起因の雑音を除去するために発振器３１６とを備えている。ここで、発光部３１１としては、半導体レーザ、チタンサファイアレーザ、発光ダイオード等を用いることができるが、この実施の形態では発光ダイオードを備えた発光部３１１を採用した発光プローブ本体３１０の事例で説明している。

また、前記検出ユニット４１１は、図２の右上の吹き出し内に示した検出部４１５とロックアップ４１６と対数増幅器４１７とを備えている。ここで、検出部４１１としては、フォトダイオードや光電子増倍管等の光電変換素子を用いることができるが、この実施の形態ではフォトダイオードを備えた検出部４１１を採用した検出プローブ本体４１０の事例で説明している。

他方、前記生体光計測装置本体１０は、計算機１１と、表示部１２と、本体通信部１３とを含んで構成される。この実施の形態では、この生体光計測装置本体１０と前記プローブ装置１００にそれぞれ本体通信部１３とプローブ通信部５５２を設けることにより、この生体光計測装置本体１０とプローブ装置１００とをコードレスで電気的に接続することができる。このため、プローブ装置１００を頭部に装着した被検者は、前記生体光計測装置本体１０とコードを介して接続されること無く、電気的に接続されるため、このコード類による束縛を受けることなく、被検者の検査結果を前記生体光計測装置本体１０で計測することができる。

この生体光計測装置１によれば、電子基板配置５０２の電源部５６０から電源供給を受けて光源部３１５から発せられる約1.5ｍWの弱い近赤外光（光）は、図示しないレンズ系を用いて光源部３１５内で集光されて、この光源部３１５の下部に設けられる突起部４１２の照射用の光ファイバー４１３を介して被検者５０の頭部に照射される。光源部３１５から発せられる光は、外来起因の雑音を除去するために発振器３１６により１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚ程度の任意の周波数ｆで強度変調されている。

用いる光の波長は、生体内の注目物質の分光特性によるが、血液内のＨｂとＨｂＯ2との濃度から酸素飽和度や血液量を計測する場合には６００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長範囲の光の中から１あるいは複数波長選択して用いる。被検者５０の頭部に照射された光は、照射用の光ファイバー４１３の視野の領域を通過し、この領域内の血管等の局所的に血液動態が変化する領域を通過して、検出部４１１の下部に形成される突起部４１２の検出用の光ファイバー４１３を介して検出部４１５で検出される。

検出用の光ファイバー４１３を介して検出部４１１で検出された光は、この検出部４１１で光電変換され、通過光の強度が電気信号の強度として出力される。複数の検出部４１１から出力された通過光強度を表わす電気信号は、それぞれのロックインアンプ４１６により光源の光強度変調周波数成分のみが抽出され、それぞれの対数増幅器４１７で対数変換された後に配線シート２３０を介して電子基板配置５０２に収集される。

複数の検出部４１１で収集された信号は電子基板配置５０２の差動増幅器５５０に入力される。この差動増幅器１４では、例えば、検出プローブ４００ａからの出力は負極に入力され、検出プローブ４００ｂからの出力は正極に入力され、その結果として、異なる２ヵ所の位置での通過光強度の差分信号が、出力信号として出力される。この差動増幅器１４からの出力信号は、逐次Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変換され、プローブ通信部５５２を介して生体光計測装置本体１０に送信される。

本体通信部１３を介して生体光計測装置本体１０に受信した信号は計算機１６に取り込まれて処理された後、表示装置１７に時系列データとして表示される。ここで、この実施の形態では、本体通信部１３とプローブ通信部５５２とを無線通信方式のものを採用しているが、赤外線や他の通信手段を介して信号の送受信を行うようにしても良い。もちろん、コードを介して接続してもよいが、その場合、被検者の行動の自由度が束縛されることになる。

また、この実施の形態では、図２の右下の吹き出し内に図示するように、シート状のプローブ保持体２００を、このプローブ保持体２００の外表面に設けられる外シート２２１と、このプローブ保持体２００の被検者の頭部側の内表面に設けられる内シート２２２と、外シート２２１と内シート２２２との間に設けられる遮光シート２２３と配線シート２３０とで構成している。この実施の形態では、前記外シート２２１と内シート２２２を、５ｍｍから１０ｍｍの厚さの範囲で形成される樹脂繊維で形成される立体織物地で構成する。

この立体織物地は、一般に、三次元織物とも呼ばれるものであり、縦、横、垂直の３方向に繊維材料（糸状）を立体的に組織した織物であり、連結糸の素材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等から製造されるポリエステル系繊維、綿、キュプラレーヨン、ビスコースレーヨン、精製セルロース繊維等のセルロース系繊維、ナイロ６、ナイロン６６等から製造されるポリアミド系繊維等、何れの繊維であってもよい。繊維の形態は、フィラメント糸やスパン糸の何れの繊維を採用してもよい。

この実施の形態では、この立体織物地を採用することことにより、その適度な厚みで、前記発光プローブ取付部３５０または検出プローブ取付部４５０を軽量化を図りつつ確り保持するとともに、この織物地内に形成される空間を介して被検者の発汗を良好なものとすることができる。

一方、遮光シート２２３は、立体織物地で形成されるプローブ保持部２２０の遮光性の悪さを向上するものであり、この実施の形態では、黒色の樹脂繊維の布地を外シート２２１と内シート２２２間に挿入する。この遮光シート２２３の採用により、外光がプローブ保持部２２０内に進入することを防ぐとともに、頭皮から反射する反射光も吸収して測定性能を向上する効果も期待できる。

また、この実施の形態では、配線シート２３０として、例えば、薄い樹脂フイルムの表面に銅箔などを貼り付けた帯状のフレキシブルプリント配線板を採用している。これにより、プローブ保持部２２０の厚さムラを起こすことなく配線が施された積層構造を実現することができる。

また、この実施の形態では、前記プローブ保持体２００を熱圧着して、被検者の頭部の湾曲形状に合った湾曲した立体形状に形成している。

また、この実施の形態では、検出プローブ本体４１０の主突起部４１２の周囲に複数のサブ突起部４１４を配置した「複数の点からなる面接触」構造を採用している。

従来技術の発光プローブや検出プローブは、被検者５０との接触面６０に照射用または検出用ファイバーを直接または突起部で補強した構造を備えた「１点の点接触」方式を採用している。このため、プローブホルダに複数取り付けられる各プローブ本体の先端部に突出して設けられる光フアイバーの先端部を頭部皮下に対して垂直の姿勢に維持させることが難しいという課題を備えている。従来技術においては、微調整つまみを備えて、光フアイバーの先端部の姿勢を変更可能としたものがあるが、多くのプローブの垂直の姿勢を調整することに時間がかかるなどの課題を備えている。

この実施の形態では、被検者５０の生体表面（接触面６０）との接触を、その軸心に前記光照射手段（発光部３１１）または光検出手段（検出部４１１）と外部を連通する光伝達手段（照射用ファイバー３１３または検出用ファイバー４１３）を備えた主突起部４１２と、この主突起部４１２の周囲に突出する長さが略同じ長さの複数のサブ突起部４１４を備えた構造としているので、前記光伝達手段を生体表面に垂直な姿勢で支持し易くすることができる。

この実施の形態では、図２の下部吹き出しに図示したように、前記主突起部４１２の同心円Ｐ１、Ｐ２上に各４個のサブ突起部４１４を等間隔に設けることで、４方向の傾きを抑制することができるので、前記従来技術の課題を軽減することができる。

特に、この実施の形態では、シート保持部５００を介して、プローブ保持体２００の上部への突出寸法を短く、プローブ保持体２００と生体表面（接触面６０）との間の距離を長く形成しているので、プローブ保持体２００に保持される発光プローブ３００と検出プローブ４００は、主突起部４１２の先端を生体表面（接触面６０）に密着しにくくなる。この点、この実施の形態では、サブ突起部４１４により４方向の傾きを抑制することができるので、前記課題を解決することができる。

なお、サブ突起部４１４は主突起部４１２の周囲に３個以上あれば、サブ突起部４１４を備えた検出プローブ本体４１０が垂直な姿勢で自立するので、前記同様な効果が期待できる。

また、この実施の形態では、サブ突起部４１４を柔軟性のある樹脂材料やゴムやエラストマ等のやや軟質の材料により形成することで、被検者５０に優しく、かつ、検出プローブ本体４１０の垂直姿勢をし易くすることができる。前記したように発光プローブ３００も同様な構造を備えることで同様な作用効果を得ることができる。

また、この実施の形態では、主突起部４１２と複数のサブ突起部４１４を主突起部４１２を中心に回転可能に支持している。この種の生体光計測装置においては、生体表面の毛髪が邪魔をして被検者５０の生体表面に光フアイバーの先端を密着させ難い課題がある。しかし、従来技術においては、プローブと頭部皮下との接点が「１点接触」となっているため、この光フアイバーの先端部で毛髪を掻き分けて調節することとなるため、毛髪を掻き分けてながら多くのプローブの垂直の姿勢を調節することに時間がかかるとの課題を備えている。

この実施の形態では、主突起部４１２とサブ突起部４１４を備えた発光プローブ本体３１０と検出プローブ本体４１０が主突起部４１２を中心に回転可能に支持されるので、このサブ突起部４１４を回転させることにより、サブ突起部４１４の先端が毛髪を掻き分けるから、検出用ファイバー４１３の先端部を生体表面に密着させ易くなる。しかも、サブ突起部４１４が主突起部４１２を中心に回転することにより、検出プローブ本体４１０の垂直な姿勢を取りやすくすることができる。

更に、サブ突起部４１４を柔軟性のある材料で形成することで、検出用ファイバー４１３を軸心に備えることでサブ突起部４１４より強度のある主突起部４１２を中心に柔軟性のあるサブ突起部４１４が回転することで、毛髪の掻き分けや姿勢制御を容易に行うことができる。加えて、この実施の形態では、主突起部４１２の周囲に２段のサブ突起部４１４を備えることで、回転する範囲を少なくしても毛髪を掻き分けることができる。

なお、前記したように発光プローブ３００も同様な構造を備えることで同様な作用効果を得ることができる。

また、この実施の形態では、発光プローブ本体３１０と検出プローブ本体４１０をプローブ保持体２００の外表面に露出させ、この露出部にキャップ部７００を取り付けることにより、このキャップ部７００を介して、発光プローブ本体３１０と検出プローブ本体４１０を回転させることができる。これにより、プローブ装置１００を被検者に取り付けた状態でもプローブ保持体２００の外表面に露出したキャップ部７００を指などで摘んで回転させることができるから、簡単に前記サブ突起部４１４を回転させることができるから、前記毛髪の掻き分けや姿勢の変更を簡単に行うことができる。

また、この実施の形態では、発光プローブ本体３１０と検出プローブ本体４１０のキャップ部７００で覆われる部分に、信号コネクタ４１８を設けている。これにより、キャップ部７００の着脱により結線が容易となる。しかも、前記結線は、発光プローブ本体３１０と検出プローブ本体４１０の回転に影響されないので断線が少なく、また、その結線部はキャップ部７００により隠蔽されるので、結線部の脱落がなく美観も向上する。

また、この実施の形態では、発光プローブ本体３１０と検出プローブ本体４１０を、発光ユニット３１１または検出ユニット４１１を備えた第１筺体４２１と、この第１筺体４２１の周囲に回転可能に取り付けられる第２筺体４２２とで構成している。前記第１筺体４２１は、主突起部４１２とサブ突起部４１４が設けられ、前記第２筺体４２２は、発光プローブ取付部３５０または検出プローブ取付部４５０と着脱可能に取り付けられている。

この構造によれば、前記主突起部４１２とサブ突起部４１４を備えた第１筺体４２１を回転させることができるし、また、第１筺体４２１と第２筺体４２２とからなる検出プローブ本体４１０を検出プローブ取付部４５０から着脱することができる。

また、前記第２筺体４２２は、バネ体４２３を備えているので、このバネ体４２３を介して第１筺体４２１を被検者方向にスライド移動させることができるので、被検者の頭部の凹凸に合わせて複数の点接触からなる面的接触の密着度を向上させることができる。

次に、図３から図８を参照して検出プローブの周辺構造を更に詳細に説明する。図３は、検出プローブの周辺構造の展開図である。図４は検出プローブの周辺構造の展開図である。図５は検出プローブの断面図である。図６は検出プローブの外観図であり、（ａ）図が正面図、（ｂ）図が右側面図（ｃ）図が背面図、（ｄ）図が左側面図、（ｅ）図が平面図、（ｆ）図が底面図である。図７が検出プローブの伸縮機構の説明図であり、（ａ）図が断面図、（ｂ）図が伸ばした状態の斜視図、（ｃ）図が縮めた状態の斜視図である。図８が検出プローブの回転状態の説明図であり、（ａ）図が外観斜視図、（ｂ）図が底面図である。ここで、前記したように、発光プローブ３００は検出プローブ４００と同様な構造を備えているため、ここでは説明を省略する。

図３において、プローブ保持体２００は、所定の位置に検出プローブ取付部４５０を取り付けるための複数の開口部２２４が設けられている。そして、このプローブ保持体２００は、一対の外シート２２１と内シート２２２との間に、遮光シート２２３と配線シート２３０と設けられる積層構造を備えている。この実施の形態では、外シート２２１側に配線シート２３０を設け、内シート２２２側に遮光シート２２３を設ける。

さて、この実施の形態では、検出プローブ取付部４５０を高さの低い筒状の外観を備え、その一端側に一対の外周に張り出したリング状のフランジ部４５４が設けられ、一対のフランジ部４５４の間に開口部２２４を嵌合して固定される。

この実施の形態では、組み立てにあったっては、予め開口部２２４が形成された外シート２２１と内シート２２２と遮光シート２２３を準備し、これに配線シート２３０を所定の順番で、しかも前記開口部２２４で位置合わせして熱圧着して接合する。この接合の際、前記開口部２２４から配線シート２３０の結線端子２３０ａを露出させて熱圧着することで、後の検出プローブ４００との接合が容易となる。

周囲を所定の大きさに切断されたプローブ保持体２００は、その周囲端部をシート保持部５００の内側に形成した接合溝５０３に挿入して接着剤などで固定する。この固定の際に、配線シート２３０の他端を電子基板配置５０２に接合させる。

一方、プローブ保持体２００の所定の位置に固定された検出プローブ取付部４５０（発光プローブ取付部３５０）には、検出プローブ本体４１０（発光プローブ本体３１０）が着脱可能に取り付けられる。そして、検出プローブ取付部４５０に取り付けられた検出プローブ本体４１０は、その上部に設けた信号コネクタ４１８に前記配線シート２３０の結線端子２３０ａを接続する。

また、前記検出プローブ本体４１０の上部には信号コネクタ４１８に隣接してキャップ取付穴４１９が設けてあり、このキャップ取付穴４１９にキャップ部７００に形成した接続棒７０１（図５参照）を挿入してキャップ部７００を取り付けることができる。

次に、図４から図８を参照して、検出プローブ本体４１０の具体的な構造と検出プローブ取付部４５０との取り付け構造を説明する。図４において、検出プローブ本体４１０は円柱形状の第１筺体筒状４２１と、その周囲に配置される第２筺体４２２とから構成される。

図４において、第１筺体筒状４２１は、円柱形状の上面に前記信号コネクタ４１８とキャップ取付穴４１９が設けられ、円柱形状の下面には主突起部４１２と複数のサブ突起部４１４が設けられている。更に、円柱形状の周側面の下端部には外側に張り出したフランジ４２４が形成され、周側面の上端部には対向する位置に１対の突起部４２５が設けられている。

一方、第２筺体４２２は、筒状の外周筺体４２６とコイル状のバネ体４２３とから構成される。外周筺体４２６の上端部は対向する位置に一段低く形成される凹部４２７が形成され、凹部４２７と９０度ずれた位置に外側と上方（中心軸方向）に張り出した把持部４２８が形成される。この把持部４２８は、検出プローブ本体４１０と検出プローブ取付部４５０との着脱にのための指摘み部として利用することができる。

そして、第１筺体４２１と第２筺体４２２は、第１筺体４２１の外周にバネ体４２３が挿入され、次に外周筺体４２６が挿入されて、フランジ２２４と突起部４２５との間にバネ体４２３と外周筺体４２６とが挟まれて保持されるように組み立てられる。この構造によれば、バネ体４２３の一端はフランジ２２４に固定され、他端は外周筺体４２６を突起部４２５側に押し付けるように作用する。他方、外周筺体４２６は一端側は突起部４２５に阻止されて移動できないが、他端側へはバネ体４２３が伸縮するので第１筐体４２１をスライド移動させることができる。

また、前記外周筺体４２６の外周には対向する位置に一対の固定突起４２９設けられる。一方、検出プローブ取付部４５０の内面には、上端から下方に伸び、更に横に伸びるＬ型の結合溝４５１が形成される。この構造によれば、組み立てられた検出プローブ本体４１０を、外周筺体４２６の固定突起４２９が検出プローブ取付部４５０の結合溝４５１に合うように挿入して、そして回転させれば、検出プローブ取付部４５０に検出プローブ本体４１０を固定することができる。

このように、この実施の形態では、検出プローブ取付部４５０に対して検出プローブ本体４１０を簡単に着脱することができるので、検出プローブ本体４１０のメンテナンスが容易である。

また、この実施の形態では、第１筺体４２１は、その周側面に設けた突起部４２５が外周筺体４２６の凹部４２７に填まり込み、突起部４２５が凹部４２７上を円周方向に移動することで検出プローブ本体４１０を回転することできる。したがって、検出プローブ本体４１０の回転は凹部４２７の円周方向の角度Θ１の範囲で揺動するように回転させることができる。これは、回転範囲を自由にすると、信号コネクタ４１８と結線端子を２３０ａとの結線に障害が生じ、また、毛髪の掻き分け動作や検出プローブ本体４１０の姿勢変更は揺れる動作で十分目的を達成できることに起因する。

図５において、筒状の検出プローブ取付部４５０は、内側に張り出したフランジ４５２をその内面の下端部に形成している。検出プローブ取付部４５０と検出プローブ本体４１０の固定は、外周筺体４２６が検出プローブ取付部４５０に固定されることで行われるので、外周筺体４２６に対してスライド移動する第１筺体４２１は、第１筺体４２１の下端を前記フランジ４５２に常に押し付けられるように作用している。

これに対し、図７に示すように、被検者側から圧力Ｑが加わると、（ｂ）図にようにバネ体４２３が伸びた状態から（ｃ）図に示すようにバネ体４２３が縮むように作用する。これにより、（ａ）図に示すように、第１筺体４２１が上方に移動して、被検者側から圧力Ｑを吸収するように作用する。これにより、複数の検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０のそれぞれが被検者の頭部の凹凸に合わせ検出プローブ本体４１０及び発光プローブ本体３１０の主突起部４１２の先端を被検者の頭皮に密着させることができるので、結果として、それぞれの第１筺体４２１が検出プローブ取付部４５０に対してＨ１だけ上方に突出して圧力Ｑを吸収するから、前記プローブ装置１００全体を被検者の頭部にフイットさせることができる。

図５に戻り、第１筺体４２１は、検出ユニット４１１を備えた主筺体４３０と、主突起部４１２とサブ突起部４１４を備えたクッション材料部４３１とに分割されている。クッション材料部４３１は軟質材料から形成され、被検者の頭皮に痛みを与えることなく接触することができる。そして、クッション材料部４３１は接着材で主突起部４１２に取り付けられ、消耗品として交換可能である。

また、図６（ｆ）図及び図８（ｂ）図に示すように、サブ突起部４１４は、頂点に丸みを持たせた逆円錐台形状に形成されるとともに、内側から外側に向かって開くように形成される。これにより、常に複数のサブ突起部４１４の先端を被検者の頭皮に密着させるように作用する。即ち、検出プローブ本体４１０を被検者の頭皮に対して自立するように作用させることができる。この自立は、検出プローブ本体４１０を回転させることで、より作用させることができる。なお、この実施の形態では、外側のサブ突起部４１４が、検出プローブ本体４１０の姿勢の制御に大きく貢献するので内側のサブ突起部４１４より太く形成している。また、内側のサブ突起部４１４は、外側のサブ突起部４１４と主突起部４１２の間を埋めるものであり、主突起部４１２とサブ突起部４１４とで「複数の点からなる面接触」構造としている。これにより、被検者に痛さを感じさせないで、検出プローブ本体４１０を自立させるとともに、この「面接触」内に存在する毛髪をサブ突起部４１４を回転させることで掻き分け効率を向上させて、主突起部４１２の先端を頭皮に密着させることができる。

図５に戻り、キャップ部７００は断面形状をドーム状に形成され、この内面から接続棒７０１が下方に垂れて形成される。これにより、キャップ部７００を指で摘んで回転させると、その回転力は接続棒７０１とキャップ取付穴４１９との連結により、第１筺体４２１に設けたサブ突起部４１４を回転させることができる。なお、結線端子を２３０ａはキャップ部７００と検出プローブ本体４１０との隙間を介してキャップ部７００内に取り込まれ信号コネクタ４１８に接続される。

また、図６に示すように、キャップ部７００は、第２筺体４２２に設けた一対の把持部４２８を回避するように、その両側に切欠部７０２が形成される。この切欠部７０２は、図４で説明したように、第２筺体４２２の凹部４２７の円周方向の角度Θ１と同じに形成される。そして、図８の（ａ）図に示すように、この角度Θ１の大きさを備えた切欠部７０２によれば、この一対の切欠部７０２を親指と人差し指でキャップ部７００を摘むのに適した形状とすることができる。

一方、キャップ部７００に切欠部７０２を形成することにより、この切欠部７０２に嵌まり込んで配置される一対の把持部４２８を親指と人差し指で摘みやすくすることができるから、検出プローブ本体４１０を回転させて検出プローブ取付部４５０から簡単に着脱することができる。

次に、図９から図１１を参照して、プローブ装置１００の全体構造を更に説明する。ここで、図９は、ブロー部装置の外観図であり、（ａ）図が斜視図、（ｂ）が平面図、（ｃ）図が左側面図、（ｄ）図が正面図、（ｅ）図が背面図、（ｆ）図が底面図である。図１０は検出プローブの垂直制御動作の説明図であり、（ａ）図が垂直姿勢の検出プローブの側面図、（ｂ）図が姿勢制御動作の説明図、プローブ装置全体の断面図である。図１１はプローブ装置の頭部締め付け構造図であり、（ａ）図がプローブ装置を装着した状態の側面図、（ｂ）図が締め付け構造の拡大図である。

先ず、図９において、この実施の形態では、プローブ保持体２００を横長形状とし、その面積内に横１０列、縦３行の配列で発光プローブ３００と検出プローブ４００をマトリックに配置している。また、この実施形態では、両側の下部の発光プローブ３００または検出プローブ４００の１つを取り除くことで、プローブ保持体２００の両側を先細りの形状としている。また、この横長形状のプローブ保持体２００は、その周囲をシート保持部５００によって保持される。シート保持部５００は、ゴム材料などの軟質材料で形成され、プローブ保持体２００の周りを厚みのある帯として囲っているので、プローブ保持体２００と被検者の頭部との間に、均等な奥行きのある遮光空間５０１を形成することができる。

そして、このシート保持部５００も両側を先細り形状とし、その先細った先端に固定バンド部６００のベルト６０１の一端を取り付けることができる。この一対のベルト６０１の他端には両端部を連結して、その長さを調整するベルト固定部６０２が設けられているので、一対のベルトの他端を引っ張ってベルト固定部６０２で固定することにより、シート保持部５００を頭部の任意の位置に固定することができる。これにより、被検者は、ゴーグルを頭部に装着するようにプローブ装置１００を装着することができる。

図１０の（ｃ）図に示すように、前記プローブ保持体２００に固定される検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０は、外側の突出量に比べて内側（遮光空間５０１）に大きく突出している。これにより、外側に大きく突出した部分が少なくなるので、この突出部に何かが引っかかるのを軽減することができる。特に、外側に張り出した部分はキャップ部７００によって保護されているので、前記課題をいっそう解決することができるし、更に、美観を向上させることができる。

加えて、この実施の形態では、信号配線をプローブ保持体２００内に収め、また検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０をキャップ部７００で保護しているので、従来のように、無数の針が飛び出して、信号配線が目立った外観をすっきりさせて、被検者に不快感を与えることを軽減することができる。

一方、検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０は、その上部をプローブ保持体２００に保持されて遮光空間５０１側に大きく張り出して配置される。そして、シート保持部５００は、この検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０の先端に設けた主突起部４１２の先端が被検者の頭部に接触するように、その奥行き寸法が設定されている。

遮光空間５０１側に大きく張り出した検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０は主突起部４１２の先端を被検者の頭部に接触する姿勢を維持することが難しい課題があるが、この実施の形態では、主突起部４１２の周囲に複数のサブ突起部４１４を設けることにより、主突起部４１２とサブ突起部４１４とが被検者の頭皮と複数の点接触による面的な接触となって、検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０自身が自立して主突起部４１２の先端を被検者の頭皮に接触させる正しい姿勢となるように作用するので、前記課題を解決することができる。

即ち、サブ突起部４１４は、前記主突起部４１２の同心円Ｐ１、P2上に４個のサブ突起部４１４を等間隔に設けることで、図１０（ａ）図に示すように、検出プローブ本体４１０を被検者５０の頭皮上に垂直な姿勢で自立させることができる。これにより、主突起部４１２の中心軸Ｑ１に設けられる検出用ファイバー４１３を垂直な姿勢にすることができるので、精度を向上させることができる。

更に、仮に、装着時に検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０が傾いた姿勢となっていても、それらを回転させることで、その姿勢を前記正しい姿勢とさせることができる。逆に言えば、この実施の形態では、シート保持部５００を介して、プローブ保持体２００と被検者の頭皮との間の隙間を大きくして、検出プローブ本体４１０と発光プローブ本体３１０の姿勢制御のスペースを確保している。

即ち、図１０（ｂ）図に示すように、プローブ装置１００を被検者５０に装着した際に、検出プローブ本体４１０の中心軸Ｑ１が傾斜した姿勢であるとき、キャップ部７００を摘んで第１筺体４２１を回転させることで、検出プローブ本体４１０の中心軸Ｑ１を垂直に近づけて（ａ）図に示す垂直な姿勢にすることができる。この際、前記クッション材料部４１９との併用で、より前記姿勢制御動作がやりやすくなる。また更に、（ｂ）図に示すように、サブ突起部４１４を柔軟性のある材料で形成することで、この弾力性を利用して、前記姿勢制御動作の向上が図れる。特に、この実施の形態では、主突起部４１２がその軸心に検出用ファイバー４１３を備えることで、サブ突起部４１４の柔軟性より硬くなっているので、前記回転に伴う前記姿勢制御動作の向上が図れる。

このように、この実施の形態では、プローブ保持体２００と被検者の頭皮との間の隙間が大きい遮光空間５０１を確保したことにより、この広い空間を利用して、被検者の発汗を改善する通気性を確保することができる。

図１１に示すように、この実施の形態では、このプローブ装置１００の被検者への装着性を一層向上させるために、プローブ頭部締め付け構造を採用している。（ｂ）図に示すように、この実施の形態では、扁平なリング状のワッシャ部材６５１の両端にワイヤ保持突起部６５２を備えた締付アダプタ６５０を準備し、これをプローブ保持体２００とともに前記フランジ部４５４に取り付けたり、あるいはキャップ部７００を取り付ける際に中段の発光プローブ３００と検出プローブ４００を取り付ける。また、ベルト６０１を取り付けるシート保持部５００にワイヤ取付部６５３を設け、ワイヤ取付部６５３を通したワイヤ６５４を、このワイヤ取付部６５３に取り付けるようにする。この構造によれば、浮きやすいプローブ保持体２００の中央部を全体に押さえつけることができる。

また、この実施の形態では、シート保持部５００に対してベルト６０１の一端をやや下方に取り付ける構造としている。これにより、ベルト固定部６０２を被検者の首の後ろに位置させることで、シート保持部５００の装着性を向上させている。また、この実施の形態では、このプローブ装置１００の装着性を一層向上する手段として、第２の固定バンド部６１０をシート保持部５００に対してやや上方に取り付けることができる（破線部参照）。この第２の固定バンド部６１０によれば、被検者の頭部の上方でプローブ装置１００を固定することができる。したがって、この２つの固定バンド部を取り付ければ、被検者の頭部を囲む３点、即ち、シート保持部５００による頭部前部と、固定バンド部６００による首の後部と、第２の固定バンド部６１０による頭部後部上方とを介してプローブ装置１００を確り保持させることができるの、脱落の危険性のある動作時の検査に有効である。

次に、図１２を参照して、この実施の形態に係るプローブ装置１００の他の応用例を説明する。図１２は、他の配線シートの応用例を示す外観図であり、（ａ）図が配線シートの外観図、（ｂ）図が配線シートの組み状態の説明図である。

図１２において、この実施の形態に係る配線シート２４０は、プローブ装置１００の外部で生成した光源を光フアイバを介して発光プローブ３００に導くタイプのプローブ装置のための配線シート２４０である。

前記した実施の形態では、発光プローブ３００は発光ダイオードを備えた発光部３１１を採用したもので説明したが、この発光部３１１を備えた発光プローブ本体３１０に代えて、外部で生成した光源を伝達する光フアイバが接続される図示しない発光プローブ本体を取り付けるようにしてもよい。この場合、結線端子を２３０ａに代えて光フアイバを配線することで、他の構造を大きく変更する必要はない。しかし、各発光プローブ３００に光フアイバを導く課題があるが、この場合、締付アダプタ６５０と同種の構造を備えるアダプタを準備し、ワイヤ６５４に代えて光フアイバを取り付けるようにすれば、光フアイバを整理して配線することができる。

しかし、外部光源を使用する発光プローブ本体を常時使用する場合、プローブ保持体２００の内部に配線された配線シート２３０は不要である。そこで、図１２の（ａ）図に示す検出プローブ４００専用に配線する配線シート２４０を採用するとよい。

また、前記第１の実施の形態で採用した配線シート２３０とこの配線シート２４０は、湾曲して形成されるプローブ保持体２００に整合するように、予め球面に沿って形成される。こでの説明は、配線シート２４０で説明するが、この構造は配線シート２３０でも採用することができる。

この実施の形態に係るプローブ装置１００は、被検者の球状の頭部形状にフイットするように湾曲して形成される。特に、プローブ保持体２００は積層構造をもって湾曲して形成するために工夫が必要である。そこで、この実施の形態では、（ａ）図に示すように、予め球面に沿って形成される配線シート２４０を採用している。

この配線シート２４０は、前記配線シート２３０と同様に左右１対の構造を備えて形成される。この配線シート２４０は、端部に形成されるベース材２４１から帯状の枝材２４２を数本引き出して、この枝材２４２が更に枝分かれする構造となっている。この枝分かれした端部２４３は、短冊状に形成され、プローブ保持体２００の開口部２２４から露出するように形成される。

この実施の形態によれば、予め湾曲した図示しない金型を準備し、図３に示すように、この金型に内シート２２２、遮光シート２２３、配線シート２４０、外シート２２１の順で、かつ、開口部２２４を介して位置あわせするとともに、この配線シート２４０の端部２４２が開口部２２４から露出するように積層して、熱圧着して成型する。この成型の際、内シート２２２と遮光シート２２３と外シート２２１は織物地であるので、フラットなシート状の織物地から立体的な織物地への変形が容易であるが、配線が施された通常の配線シートは、この成型に対応できず、しわがよったりする成型不良を生じる課題がある。しかし、この実施の形態に係る配線シート２４０は事前に球面に合わせて成型され、しかも、複数の枝分かれ構造となっているので、（ｂ）図に示すように、開口部２２４から端部２４２が露出した成型物２５０を形成することができる。この成型物２５０は、周囲を切り取ることでプローブ保持体２００を形成することができる。

プローブ装置の概略構成図である。 生体光計測装置の概略構成図である。 検出プローブの周辺構造の展開図である。 検出プローブの周辺構造の展開図である。 検出プローブの断面図である。 検出プローブの外観図である。 検出プローブの伸縮機構の説明図である。 検出プローブの回転状態の説明図である。 ブロー部装置の外観図である。 検出プローブの垂直制御動作の説明図である。 プローブ装置の頭部締め付け構造図である。 他の配線シートの応用例を示す外観図である。

符号の説明

１…生体光計測装置、１０…生体光計測装置本体、１１…計算機、１２…表示部、１３…本体通信部、５０…被検者、６０…接触面、１００…プローブ装置、２００…プローブ保持体、２２１…外シート、２２２…内シート、２２３…遮光シート、２２４…開口部、２３０…配線シート、２３０ａ…結線端子、２４０…配線シート、２４１…ベース材、２４２…枝材、２４３…端部、２５０…成型物、３００…発光プローブ、３１０…発光プローブ本体、３１１…発光ユニット、３１５…光源部、３１６…発振器、３５０…発光プローブ取付部、４００…検出プローブ、４１０…検出プローブ本体、４１１…検出ユニット、４１２…主突起部、４１３…光フアイバー、４１４…サブ突起部、４１５…検出部、４１６…ロックアンプ、４１７…対数増幅器、４１８…信号コネクタ、４１９…キャップ取付穴、４２１…第１筺体、４２２…第２筺体、４２３…バネ体、４２４…フランジ、４２５…突起部、４２６…外周筺体、４２７…凹部、４２８…把持部、４２９…固定突起、４３０…主筺体、４３１…クッション材料部、４５０…検出プローブ取付部、４５１…結合溝、４５４…フランジ部、５００…シート保持部、５０１…遮光空間、５０２…電子基板配置、５０３…接合溝、５５０…差動増幅器、５５１…Ａ／Ｄ変換器、５５２…プローブ通信部、５６０…電源部、６００…固定バンド部、６０１…ベルト、６０２…ベルト固定部、６１０…第２の固定バンド部、６５０…締付アダプタ、６５１…ワッシャ部材、６５２…ワイヤ保持突起部、６５３…ワイヤ取付部、６５４…ワイヤ、７００…キャップ部、７０１…接続棒、７０２…切欠部。

Claims (3)

1. 生体表面に光を照射する光照射手段と、生体内部を通過して生体表面から出射する光強度を検出する光検出手段とを備える生体光計測装置に用いるプローブ装置において、
   シート状のプローブ保持体と、該プローブ保持体に所定の間隔で取り付けられる複数の発光プローブ及び複数の検出プローブと、前記プローブ保持体を生体表面の所定の位置に保持するシート保持部と、このシート保持部を生体に装着するための固定バンド部とを含んで構成され、
   前記複数の発光プローブ及び複数の検出プローブは、発光ユニットまたは検出ユニットを備えたプローブ本体と、該プローブ本体を前記プローブ保持体の所定の位置に着脱可能に取り付けるプローブ取付部とを含み、
   前記シート保持部は、前記プローブ保持体の周囲を囲み、該プローブ保持体と生体表面との間に所定の隙間を備えて遮光される遮蔽空間を形成し、
   プローブ本体は、光伝達手段を備えた前記主突起部と、該主突起部の周囲に配置される複数のサブ突起部を一端側に備え、
   前記プローブ取付部は、前記主突起部と前記サブ突起部を備えた一端を前記遮蔽空間に露出させ、他の一端をプローブ保持体の外側に露出させるように、前記プローブ本体を前記主突起部を中心に回転可能に保持し、かつ、前記プローブ保持体の前記遮蔽空間側の張り出し量をプローブ保持体の外側への張り出し量より大きく取って保持する
   ことを特徴とするプローブ装置。
2. 請求項１記載のプローブ装置において、
   前記プローブ保持体は、外シートと内シートとの間に配置される遮光シートと配線シートとを積層した構造体である
   ことを特徴とするプローブ装置。
3. 請求項１または２記載のプローブ装置において、
   シート保持部は、前記プローブ装置から出力される電気信号を画像処理してマップ等の表示を行う生体光計測装置本体と無線通信を可能とする通信手段と、前記プローブ装置に電源を供給する電源部とを備えた電気基板を備えている
   ことを特徴とするプローブ装置。

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