JP5019968B2

JP5019968B2 - 生体光計測装置

Info

Publication number: JP5019968B2
Application number: JP2007162948A
Authority: JP
Inventors: 真護川崎
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: JP2009000230A

Description

この発明は、光を用いて被検体の光学特性を計測する生体光計測装置に関するものである。

従来の生体光計測装置では、検出光の強度信号が計測点を表す二次元表示面にトポグラフィ画像（等高線画像）として表示される。トポグラフィ画像は、計測したヘモグロビン濃度の相対変化量の時間積分値（又は時間平均値）を計算し、各計測点間の値を線形補間することにより作成される（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１９４０８号公報

上記のような従来の生体光計測装置では、トポグラフィ画像によりヘモグロビン濃度の２次元的な分布を視認することはできるものの、精神疾患の良悪性を評価したりするようにトポグラフィ画像を具体的に分析することが難しかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、精神疾患の良悪性を評価したりするようにトポグラフィ画像を具体的に分析することができる生体光計測装置を得ることを目的とする。

この発明に係る生体光計測装置は、被検体に光を照射する複数の光照射プローブと、上記被検体から戻る光を検出する複数の光検出プローブとを有し、上記被検体に装着される装着部、上記光検出プローブでの検出光量からヘモグロビン濃度の変化量を計測し、ヘモグロビン濃度の２次元的な分布画像であるトポグラフィ画像を作成する計測装置本体、及び上記トポグラフィ画像を表示するモニタを備えている生体光計測装置において、上記計測装置本体は、ヘモグロビン濃度の変化量の最大値と最小値及びその座標位置を上記トポグラフィ画像とともに上記モニタに表示する。
また、この発明に係る生体光計測装置は、被検体に光を照射する複数の光照射プローブと、上記被検体から戻る光を検出する複数の光検出プローブとを有し、上記被検体に装着される装着部、上記光検出プローブでの検出光量からヘモグロビン濃度の変化量を計測し、ヘモグロビン濃度の２次元的な分布画像であるトポグラフィ画像を作成する計測装置本体、及び上記トポグラフィ画像を表示するモニタを備えている生体光計測装置において、上記計測装置本体は、計測条件が異なる複数のトポグラフィ画像を上記モニタに並べて表示し、各上記トポグラフィ画像におけるヘモグロビン濃度の変化量の最大値及びその座標位置を上記トポグラフィ画像とともに上記モニタに表示し、各上記トポグラフィ画像における上記最大値の座標差を演算し上記モニタに表示する

この発明の生体光計測装置は、精神疾患の良悪性を評価したりするようにトポグラフィ画像を具体的に分析することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による生体光計測装置の概略構成を示すブロック図である。被検体に装着される装着部１は、光照射プローブ群２、光検出プローブ群３、及びプローブ群２，３を保持するホルダ（図示せず）を有している。光照射プローブ群２は、被検体に光を照射する複数の光照射プローブを含んでいる。光検出プローブ群３は、被検体から戻る光を検出する複数の光検出プローブを含んでいる。光照射プローブ及び光検出プローブは、ホルダ上にマトリクス状に配置されている。また、光照射プローブ及び光検出プローブは、交互に配置されている。

装着部１は、複数本の照射用光ファイバを含む照射用光ファイバ群４と複数本の検出用光ファイバを含む検出用光ファイバ群５とを介して計測装置本体６に接続されている。計測装置本体６は、照射計測部７及び表示制御部８を有している。

照射計測部７は、可視から赤外領域の波長の光を発生し光照射プローブ群２に送るとともに、各光検出プローブでの検出光量を計測する。また、照射計測部７は、各光検出プローブでの検出光量から各計測点における血液中のヘモグロビン濃度の変化量を計測する。

表示制御部８は、照射計測部７による計測結果に基づいて、ヘモグロビン濃度の２次元的な分布画像であるトポグラフィ画像を作成し、モニタ９に表示する。計測装置本体６は、処理部（ＣＰＵ等）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を含むコンピュータを有している。このコンピュータの記憶部には、照射計測部７及び表示制御部８の機能を実現するためのプログラムが格納されている。

図２は図１の表示制御部８の機能構成を示すブロック図である。計測結果記憶部１１は、照射計測部７での計測結果に関するデータを記憶する。計測結果データは、被検体毎のデータに分けて保存される。また、各被検体のデータは、検査課題毎のデータに分けて保存される。さらに、計測結果記憶部１１は、計測点（計測チャンネル）の配置状態を模式的に示すボディマークを計測結果データに関連付けて記憶する。

図３は図２の表示制御部８に記憶されたボディマークの一例を示す説明図である。図３のボディマークは、計測領域が前頭部である場合を示している。また、この例では、計測点（計測位置）は、チャンネル１〜チャンネル４８の４８箇所である。さらに、互いに隣接する計測点間の距離は、１５ｍｍである。

各計測点は、光照射プローブと光検出プローブとの間に位置している。光照射プローブから照射された光の一部は、計測点で大脳皮質を透過し光検出プローブに入射する。このとき、光検出プローブでの検出光量は、計測点のヘモグロビン濃度に応じて変化する。従って、検出光量の変化からヘモグロビン濃度の相対変化を計測することができる。

図２において、表示制御部本体１２は、モニタ９の表示内容を制御する。また、表示制御部本体１２は、計測結果データに基づいて、ヘモグロビン濃度の時間変化を示すグラフ群と、トポグラフィ画像とを作成し、モニタ９に表示する。

例えば、図４は図２のモニタ９に表示された被検体Ａのグラフ群画像及びトポグラフィ画像の一例を示す説明図、図５は図２のモニタ９に表示された被検体Ｂのグラフ群画像及びトポグラフィ画像の一例を示す説明図である。各グラフ群では、複数のグラフが計測点に対応するように並べられている。また、図４及び図５では、図２のボディマークに対応して、計測領域が前頭部の場合のグラフ群を示している。

各グラフは、対応する計測点における酸素化ヘモグロビン濃度（実線で示す）及び還元ヘモグロビン濃度（破線で示す）の時間変化を示している。各グラフにおいて、横軸は時間、縦軸はヘモグロビン濃度を示している。また、ヘモグロビン濃度としては、計測開始時点からの相対的な変化量が示されている。

トポグラフィ画像は、対応するグラフ群に並べて表示されている。この例では、空間解像度１５ｍｍのトポグラフィ画像がグラフ群の下に表示される。トポグラフィ画像は、ある時刻における全チャンネルの計測値を補間することにより作成される。各グラフには、トポグラフィ画像に対応する時刻を示すタイムバー１３が表示されている。表示制御部本体１２は、タイムバー１３を所定の速度で時間軸方向に沿って移動させるとともに、トポグラフィ画像の内容をタイムバー１３の移動に同期して連続的に変化させることができる。

図２において、表示制御部本体１２は、計測条件が異なる複数のトポグラフィ画像をモニタ９に並べて表示可能である。例えば、表示制御部本体１２は、異なる複数の被検体のトポグラフィ画像をモニタ９に並べて表示可能である。また、表示制御部本体１２は、同一の被検体に対して異なる検査課題を実施して得た複数のトポグラフィ画像をモニタ９に並べて表示可能である。さらに、表示制御部本体１２は、同一の被検体に対して同一の検査課題を複数回実施して得た複数のトポグラフィ画像をモニタに並べて表示可能である。

最大値抽出部１４は、計測結果データに基づいて、ヘモグロビン濃度の変化量の最大値及びその座標位置を抽出する。また、最大値抽出部１４は、複数のトポグラフィ画像における最大値の座標差を演算する。

最小値抽出部１５は、計測結果データに基づいて、ヘモグロビン濃度の変化量の最小値及びその座標位置を抽出する。また、最小値抽出部１５は、複数のトポグラフィ画像における最小値の座標差を演算する。

表示制御部本体１２は、最大値抽出部１４及び最小値抽出部１５により求められた最大値、最小値、座標位置及び座標差をトポグラフィ画像とともにモニタ９に表示する。

解像度変更部１６は、トポグラフィ画像の空間解像度を変更する。この例では、空間解像度を１５ｍｍとその半分の密度の３０ｍｍとで選択可能である。空間解像度を１５ｍｍに設定した場合、図３に示した全ての計測チャンネルの計測結果が使用される。また、空間解像度を３０ｍｍに設定した場合、図６に示すように、１つおきに奇数番の計測チャンネルの計測結果のみが使用される。表示制御部本体１２は、同一の計測結果から異なる解像度で作成した複数のトポグラフィ画像をモニタ９に並べて表示可能である。

画像合成部１７は、互いに対応する計測点の複数の計測結果を演算処理することにより、計測条件が異なる複数のトポグラフィ画像を合成した合成画像を作成する。合成画像を作成するための演算処理としては、例えば計測結果間の差分をとる演算、又は計測結果の和を求める演算等が挙げられる。

図７は図２のモニタ９に被検体Ａ及び被検体Ｂのトポグラフィ画像を並べて表示した例を示す説明図である。表示画面には、第１及び第２のトポグラフィ画像表示部２１，２２、第１及び第２の解像度表示部２３，２４、スライドバー表示部２５、最大値座標差ボタン２６、最小値座標差ボタン２７、及び差分画像ボタン２８が含まれている。

第１のトポグラフィ画像表示部２１には、被検体Ａのトポグラフィ画像が表示される。第２のトポグラフィ画像表示部２２には、被検体Ｂのトポグラフィ画像が表示される。第１の解像度表示部２３は、第１のトポグラフィ画像表示部２１の上部に配置され、被検体Ａのトポグラフィ画像の解像度が表示される。第２の解像度表示部２４は、第２のトポグラフィ画像表示部２２の上部に配置され、被検体Ｂのトポグラフィ画像の解像度が表示される。

解像度表示部２３，２４の表示内容は、マウスやキーボード等の入力手段により切換可能となっている。そして、解像度表示部２３，２４の表示内容を切り換えることにより、解像度変更部１６に指令が入力され、対応するトポグラフィ画像の解像度が変更される。

スライドバー表示部２５には、トポグラフィ画像に対応する時刻を示すスライドバー２５ａが表示されている。スライドバー２５ａの位置は、入力手段により左右に移動可能になっている。そして、スライドバー２５ａの位置を移動させることにより、トポグラフィ画像の内容も対応する時刻のトポグラフィ画像に変更される。また、スライドバー２５ａを所定の速度で移動させるとともに、２つのトポグラフィ画像の内容をスライドバー２５ａの移動に同期して同時に変化させることもできる。

最大値座標差ボタン２６は、入力手段により押圧操作可能である。最大値座標差ボタン２６を押圧操作することにより、最大値抽出部１４に指令が入力され、各トポグラフィ画像の最大値座標位置が求められるとともに、最大値座標差が求められる。そして、モニタ９の表示画面が、図８に示すような最大値座標差表示画面に切り換えられる。

図８の画面では、トポグラフィ画像に最大値座標位置が重ねて表示される。また、スライドバー表示部２５の下部に座標差表示部２９が設けられている。座標差表示部２９には、被検体Ａのトポグラフィ画像における最大値位置と被検体Ｂのトポグラフィ画像における最大値位置との座標差が表示される。この例では、Ｘ軸方向に−４０ｍｍのずれがあり、Ｙ軸方向にはずれがないことを示している。最大値座標位置及び最大値座標差は、指定された時刻、解像度毎に演算され表示される。

図７において、最小値座標差ボタン２７は、入力手段により押圧操作可能である。最小値座標差ボタン２７を押圧操作することにより、最小値抽出部１５に指令が入力され、各トポグラフィ画像の最小値座標位置が求められるとともに、最小値座標差が求められる。そして、モニタ９の表示画面が、最小値座標差表示画面に切り換えられる。

最小値座標差表示画面では、トポグラフィ画像に最小値座標位置が重ねて表示される。また、図８と同様に、スライドバー表示部２５の下部に座標差表示部２９が設けられている。座標差表示部２９には、被検体Ａのトポグラフィ画像における最小値位置と被検体Ｂのトポグラフィ画像における最小値位置との座標差が表示される。

差分画像ボタン２８は、入力手段により押圧操作可能である。差分画像ボタン２８を押圧操作することにより、画像合成部１７に指令が入力される。これにより、被検体Ａのトポグラフィ画像と被検体Ｂのトポグラフィ画像との差分トポグラフィ画像（合成画像）が作成され、モニタ９の表示画面が、図９に示すような差分画像表示画面に切り換えられる。

差分画像表示画面には、差分画像表示部３０、スライドバー表示部２５、及び座標・画素数表示部３１が含まれている。差分画像表示部３０には、２つのトポグラフィ画像の差分トポグラフィ画像が表示される。この例では、被検体Ａのトポグラフィ画像から被検体Ｂのトポグラフィ画像を引いた差分トポグラフィ画像を表示しているが、逆に被検体Ｂのトポグラフィ画像から被検体Ａのトポグラフィ画像を引いた差分トポグラフィ画像を指定することも可能である。

このような差分トポグラフィ画像を参照することにより、脳活動部位の違いからトポグラフィ画像の広がりに差異があることが分かる。また、差分トポグラフィ画像は、スライドバー２５ａで指定された時刻毎に作成される。また、座標・画素数表示部３１には、差分領域の画素数、最大値座標、最小値座標等が表示される。

なお、図７の例では、異なる被検体のトポグラフィ画像を並べて表示したが、同一の被検体に対して異なる検査課題を実施して得たトポグラフィ画像を並べて表示したり、同一の被検体に対して同一の検査課題を複数回実施して得たトポグラフィ画像を並べて表示したりしてもよく、それぞれ最大値座標差を求めたり、合成画像を作成したりすることができる。

図１０は図１の生体光計測装置による計測から表示までの作業の流れの一例を示すフローチャートである。まず、被検体Ａのヘモグロビン濃度の変化量を複数の計測点で計測する（ステップＳ１）。そして、指定された時刻、解像度でトポグラフィ画像を作成し表示する（ステップＳ２）。次に、トポグラフィ画像の最大値、最小値、最大値座標及び最小値座標を表示する（ステップＳ３）。

一方、被検体Ｂについても、ヘモグロビン濃度の変化量を複数の計測点で計測する（ステップＳ４）。そして、指定された時刻、解像度でトポグラフィ画像を作成し表示する（ステップＳ５）。次に、トポグラフィ画像の最大値、最小値、最大値座標及び最小値座標を表示する（ステップＳ６）。

被検体Ａ、Ｂの計測結果が揃ったら、座標間又は画像間の差分処理を行う（ステップＳ７）。これにより、図８のように最大値、最小値の座標差を表示するか（ステップＳ８）、又は、図９のように差分画像を表示し（ステップＳ９）、差分画像の最大値、最小値、最大値座標及び最小値座標を表示する（ステップＳ１０）。

このような生体光計測装置では、ヘモグロビン濃度の変化量の最大値及びその座標位置をトポグラフィ画像とともにモニタ９に表示するので、精神疾患の良悪性を評価したりするようにトポグラフィ画像を具体的に分析することができる。
また、ヘモグロビン濃度の変化量の最小値及びその座標位置をトポグラフィ画像とともにモニタ９に表示するので、これによってもトポグラフィ画像を具体的に分析することができる。
さらに、計測条件が異なる複数のトポグラフィ画像をモニタに並べて表示するので、精神疾患の良悪性を評価したりするようにトポグラフィ画像を具体的に分析することができる。
さらにまた、互いに対応する計測点の複数の計測結果を演算処理することにより、複数のトポグラフィ画像を合成した合成画像を作成しモニタに表示するので、精神疾患の良悪性を評価したりするようにトポグラフィ画像を具体的に分析することができる。

この発明の実施の形態１による生体光計測装置の概略構成を示すブロック図である。図１の表示制御部の機能構成を示すブロック図である。図２の表示制御部に記憶されたボディマークの一例を示す説明図である。図２のモニタに表示された被検体Ａのグラフ群画像及びトポグラフィ画像の一例を示す説明図である。図２のモニタに表示された被検体Ｂのグラフ群画像及びトポグラフィ画像の一例を示す説明図である。解像度を３０ｍｍに設定した場合に使用する計測チャンネルを示す説明図である。図２のモニタに被検体Ａ及び被検体Ｂのトポグラフィ画像を並べて表示した例を示す説明図である。最大値座標差表示画面の一例を示す説明図である。差分画像表示画面の一例を示す説明図である。図１の生体光計測装置による計測から表示までの作業の流れの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１装着部、２光照射プローブ群、３光検出プローブ群、６計測装置本体、９モニタ。

Claims

被検体に光を照射する複数の光照射プローブと、上記被検体から戻る光を検出する複数の光検出プローブとを有し、上記被検体に装着される装着部、
上記光検出プローブでの検出光量からヘモグロビン濃度の変化量を計測し、ヘモグロビン濃度の２次元的な分布画像であるトポグラフィ画像を作成する計測装置本体、及び
上記トポグラフィ画像を表示するモニタ
を備えている生体光計測装置において、
上記計測装置本体は、ヘモグロビン濃度の変化量の最大値と最小値及びその座標位置を上記トポグラフィ画像とともに上記モニタに表示することを特徴とする生体光計測装置。
被検体に光を照射する複数の光照射プローブと、上記被検体から戻る光を検出する複数の光検出プローブとを有し、上記被検体に装着される装着部、
上記光検出プローブでの検出光量からヘモグロビン濃度の変化量を計測し、ヘモグロビン濃度の２次元的な分布画像であるトポグラフィ画像を作成する計測装置本体、及び
上記トポグラフィ画像を表示するモニタ
を備えている生体光計測装置において、
上記計測装置本体は、計測条件が異なる複数のトポグラフィ画像を上記モニタに並べて表示し、各上記トポグラフィ画像におけるヘモグロビン濃度の変化量の最大値及びその座標位置を上記トポグラフィ画像とともに上記モニタに表示し、各上記トポグラフィ画像における上記最大値の座標差を演算し上記モニタに表示することを特徴とする生体光計測装置。