JP5147949B2 - 生体光計測装置 - Google Patents
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Description
(S601)プローブ保持部102を被験者10に装着する(機械的スイッチ401がONとなる)。
(S602)光照射プローブ104・受光プローブ103を押し込み,被験者10に接触させ固定する。
(S603)レーザ照射を開始する。
(S701)レーザ照射開始。
(S702)プローブ装着センサがON(機械的スイッチ401がON)であるかどうかの判断。
(S703)計測終了であるかどうかの判断。
(S704)計測終了時(計測終了コマンドを受けたとき),またはプローブ装着センサがOFFとなった(プローブが被験者10からはずれた)とき,レーザ照射終了。
(S1101)分離する複数脳部位を選択する。それらの脳部位を例えば,A領域:前頭極,B領域:眼窩前頭野とおく。
(S1102)A領域とB領域の近くに計測点(光源・検出器ペア)を置き,計測点をch1, ch2, …等とおく。それらの計測点で得られる信号は,A領域および/またはB領域からの信号が支配的であるとする。すなわち,他領域の賦活による,各計測点での信号変化を無視する。
(S1103)A領域を主に活動させる課題をさせ,計測を行う(taskα)。例えば,記憶中に計算を行うブランチング課題を行う。このとき,taskα実施時に計測点ch1で得られたデータをD(ch1, α)等と表現する。
(S1104)A領域を活動させない,コントロール課題を行う(taskα’)。例えば,記憶と計算を連続的に行う二重課題とする。
(S1105)差(D(ch1, α) − D(ch1, α’))等を計算し,計測点ch1におけるA領域の活動値とする。同様に,各計測点におけるA領域の活動値(A(ch1),A(ch2),…)を計算する。
(S1106)各計測点におけるA領域の活動値分布を数値あるいは色等で表示する。
(S1107)B領域を主に活動させる第一の課題(taskβ1)をさせ,計測を行う。例えば,被験者10の友人や家族の写真による視覚課題とする。
(S1108)B領域を主に活動させる第二の課題(taskβ2)をさせ,計測を行う。例えば,被験者10の好きな食べ物の写真による視覚課題とする。
(S1109)以下の連立方程式を計算し,変数B(ch1),B(ch2),B(ch3),ka(β1),ka(β2),kb(β1),kb(β2)を求める(計測点が3点のとき)。計測点が4点以上のときは,最小二乗法により求める。
式1. D(ch1, β1)= ka(β1)×A(ch1) + kb(β1)×B(ch1)
式2. D(ch2, β1)= ka(β1)×A(ch2) + kb(β1)×B(ch2)
式3. D(ch3, β1)= ka(β1)×A(ch3) + kb(β1)×B(ch3)
式4. D(ch1, β2)= ka(β2)×A(ch1) + kb(β2)×B(ch1)
式5. D(ch2, β2)= ka(β2)×A(ch2) + kb(β2)×B(ch2)
式6. D(ch3, β2)= ka(β2)×A(ch3) + kb(β2)×B(ch3)
式7. kb(β1)=1
ここで,Dは計測値,Aは(S1105)で求めたA領域の活動値である。変数7に対して方程式が7なので,変数を求めることができる。計測値の計算方法は,例えば刺激期間中とそうでない期間中のoxy-Hbの平均値の差を用いれば良い。
(S1401)プローブ保持部102を被験者10に装着する(機械的スイッチ401がONとなる)。
(S1402)眼球保護板191をスライドさせて取り外す。
(S1403)光照射プローブ104・受光プローブ103を押し込み,被験者10に接触させ固定する。
(S1404)レーザ照射を開始する。
尚,このフローにおいて一部または全部を自動で行うようにしてもよい。例えば,眼球保護板191のスライド式開閉動作は機械的スイッチ401のON/OFFに応答する電磁スイッチ等を用いて実現できる。また,(S1403)のプローブ押し込みに関しては,ばね等を事前に弱い力で縮めておくことで,ばねの力のみでプローブが突き出すという構成とすることもできる。レーザ照射も,電磁スイッチを用いて実現できる。
そこで,装置本体20により最適角度を決定し,プローブ角度調節機構161によりその角度にプローブ角度を設定することが必要である。よって,例えば,以下のようにプローブ角度を設定する。図18のような表示部30のプローブ角度設定画面例を用いて説明する。まず,ラジオボタン1801で,最適化(最大化)パラメータを選択する。ここでは,「検出光量」あるいは「ヘモグロビン(Hb)信号強度」が選択可能となっている。図18では,「検出光量(Light amplitude)」が選択されている。次に,ラジオボタン1802で,使用データを選択する。ここでは,「今から計測」あるいは「データベースから読み込む」が選択可能となっている。図18では,「今から計測」が選択されている。「今から計測」が選択された場合,順にプローブ角度を手動または自動で設定し,「計測」ボタン1805を押す。計測後,各チャンネルでの計測値1803が画面に表示される。再計測する場合には,「再計測」ボタン1804を押す。各計測の度に,最適化パラメータを考慮し,評価関数の計算を行い,最適角度の判定結果を最適角度判定結果表示部1806に表示する。候補となるプローブ角度を計測終了し,結果を保存する場合には,「保存」ボタン1807,そのまま角度設定を終了する場合には「OK」ボタン1808を押す。尚,ラジオボタン1802で「データベースから読み込む」を選択した場合には,計測しようとする被験者の過去の計測結果を読み込む,あるいは同一年齢層における平均値等を読み込むことで,各チャンネルの計測値が表示され,ラジオボタン1801で選択された最適化パラメータをもとに評価関数の計算が行われ,結果表示部1806にて最適角度の結果が表示される。データベースを用いることで,計測の手間を省くことが可能となる。ここでの評価関数は,例えば全計測チャンネルの平均値を用いることが考えられる。また,各計測チャンネルで,重点的に計測したい脳領域に応じた重み付け和でもよい。
(S1901)最適化パラメータを選択する(例えば,「検出強度」,「眼窩前頭野Hb信号強度」等)。
(S1902)使用データを選択する(例えば,「今から計測」,「データベースから読み込む」等)。
(S1903)「データベースから読み込む」を選択した場合,データベースの読み込み,
(S1904)「今から計測」を選択した場合,照射・受光用プローブの角度の初期値を設定する。
(S1905)計測実施(例えば,眼窩前頭野用課題と前頭極用の課題を共に実施し,複数部位で検出)。
(S1906)信号(例えば,眼窩前頭野の活動)を抽出する。
(S1907)全種類の角度を計測したかどうかの判断。
(S1908)全種類の角度を計測していない場合,次の角度へプローブを設定する。
(S1909)データベースの読み込みを行った場合,あるいは,全種類の角度を計測した場合,最大値をとる角度を選択する。
(S1910)結果を表示部に表示する。
(S1911)結果をデータベースに保存するかの判断。
(S1912)結果をデータベースに保存する場合,保存の実行。
このフローチャートにおいては,一部または全部を装置本体20の制御部により自動で行っても良い。プローブ角度調節機構161として,小型モーター等を用いて角度を自動調整する機構を備え,自動的に各角度に設定して計測を繰り返すことが可能である。また,本計測においても,全角度をスキャンしながら計測,という構成とすることにより,各角度の計測データを解析することができ,より広範囲な脳活動分布を知ることが可能となる。
20:装置本体
30:表示部
40:刺激呈示部
101:鼻当て
102:プローブ保持部
103a〜103c:受光プローブ
104:光照射プローブ
105:耳掛け
111:プローブ
112:プローブ支持部材
113:圧縮ばね
121:ボルト状プローブ
122:ナット状つまみ
123:ナット押さえ部材
131:保持バンド
150:遠隔制御装置
151:無線制御装置
161:プローブ角度調節機構
171:視覚刺激呈示用ディスプレイ
181:聴覚刺激呈示用イヤホン
191:眼球保護板
201:光源
202a〜202c:光検出器
301a〜301d:光ファイバ
401a〜401c:機械的スイッチ(接触センサ)
500:脳底部
501:入射光
502:検出光
1801:ラジオボタン
1802:ラジオボタン
1803:各チャンネルでの計測値
1804:「再計測」ボタン
1805:「計測」ボタン
1806:最適角度判定結果表示部
1807:「保存」ボタン
1808:「OK」ボタン
2101:感情変化の原因入力(例:甘味)
2102:領域Aの名称(例:前頭極)
2103:領域Bの名称(例:眼窩前頭野)
2104:領域分離データ
2105:領域Aの各計測点の活動値
2106:領域Bの各計測点の活動値
2107:活動値を表すカラーバー
2108:計測生データ
2109:計測点における生データ波形
2110:刺激期間
2401:左右側頭部における脳表層部データ
2402:前頭極の抽出データ
2403:眼窩前頭野の抽出データ
2404:カラーバー
2501:視覚野の代表計測点データ
2502:眼窩前頭野の代表計測点データ
2503:演算結果。
Claims (21)
- 1つまたは複数の光源と,
前記1つまたは複数の光源の光を被験体へ照射するための1つまたは複数の光照射プローブと,
前記1つまたは複数の光照射プローブから照射され前記被検体を伝播または反射した光を受光するための1つまたは複数の受光プローブと,
前記1つまたは複数の受光プローブで受光した光を光電変換するための1つまたは複数の光検出器と,
前記1つまたは複数の光照射プローブと前記1つまたは複数の受光プローブを保持するためのプローブ保持部と,
前記プローブ保持部を前記被験体の鼻において支持するための保持手段と、
前記プローブ保持部の前記被験体への設置状態を判定するための設置状態センサとを有することを特徴とする生体光計測装置。 - 前記1つまたは複数の光検出器によって光電変換されたアナログ信号をアナログ−デジタル変換するためのアナログ−デジタル変換器と,
前記アナログ−デジタル変換器の出力から,前記被験体の生体情報を演算・解析する演算部と,
前記演算部による演算結果を一時的に記憶するための記憶部と,
前記演算部による演算結果を表示する表示部を有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。 - 前記1つまたは複数の光照射プローブ,または前記1つまたは複数の受光プローブが,
前記被験体の鼻腔内で光を照射あるいは検出するために前記被験体の鼻腔内に設置され,
あるいは鼻腔内でなくても鼻腔外から,鼻孔を通して鼻腔内に光を照射あるいは鼻腔内からの光を検出するために前記被験体の鼻腔外に設置され,
前記プローブ保持部が,前記1つまたは複数の光照射プローブ,または前記1つまたは複数の受光プローブの,光照射方向あるいは光検出方向を調節するためのプローブ角度調節部を有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。 - 前記アナログ−デジタル変換器から前記表示部の間のデータ通信手段として,少なくとも一つの無線通信手段を用いることを特徴とする請求項2記載の生体光計測装置。
- 前記1つまたは複数の光源はLEDまたは半導体レーザであることを特徴とする請求項2記載の生体光計測装置。
- 前記1つまたは複数の光照射プローブは,前記1つまたは複数の受光プローブの下方に設置されることを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 前記1つまたは複数の光源と前記1つまたは複数の光照射プローブの間,または前記1つまたは複数の光検出器と前記1つまたは複数の受光プローブの間には,光学的な導波路を有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 前記光学的な導波路が光ファイバであることを特徴とする請求項7記載の生体光計測装置。
- 前記プローブ保持部が眼鏡フレーム型,またはバンド型,またはサンバイザー型,または帽子型,または粘着シール型であることを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 前記プローブ保持部は,耳掛けを有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 前記プローブ保持部は,前記1つまたは複数の光照射プローブ,または前記1つまたは複数の受光プローブが,前記被験体の皮膚に対しておよそ垂直に,接触または接触に近い状態になるようなプローブ挿入口を有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 前記1つまたは複数の光照射プローブ,または前記1つまたは複数の受光プローブと,前記被験体との距離を調整するための距離調節機構を有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 前記設置状態センサは圧力センサ,または光センサ,または機械的スイッチであることを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 1つまたは複数の光源と,
前記1つまたは複数の光源の光を被験体へ照射するための1つまたは複数の光照射プローブと,
前記1つまたは複数の光照射プローブから照射され前記被検体を伝播または反射した光を受光するための1つまたは複数の受光プローブと,
前記1つまたは複数の受光プローブで受光した光を光電変換するための1つまたは複数の光検出器と,
前記1つまたは複数の光照射プローブと前記1つまたは複数の受光プローブを保持するためのプローブ保持部と,
前記プローブ保持部は,
前記1つまたは複数の光照射プローブ,または前記1つまたは複数の受光プローブが,前記被験体の皮膚に対しておよそ垂直に,接触または接触に近い状態になるようなプローブ挿入口と、
前記プローブ挿入口の開口径を電磁的に変化させる機構を有することを特徴とする生体光計測装置。 - 前記被験体に対して刺激を呈示するための刺激呈示手段を更に有することを特徴とする請求項1記載の生体光計測装置。
- 前記刺激呈示手段は,前記被験体に映像を呈示するためのディスプレイ,あるいは音声を呈示するためのイヤホン等の音声発生器であることを特徴とする請求項15記載の生体光計測装置。
- 前記演算部は,前記被験体の1つまたは複数の脳部位から発生した生体情報を分離および識別し,
前記表示部は,各脳部位からの信号を分けて表示することを特徴とする請求項2記載の生体光計測装置。 - 前記1つまたは複数の光照射プローブと,前記1つまたは複数の受光プローブとの略中点である計測位置が,異なる位置に3箇所以上あることを特徴とする請求項17記載の生体光計測装置。
- 前記1つまたは複数の光照射プローブ,または前記1つまたは複数の受光プローブと,前記被験体との間に,
1つまたは複数の集光器を有することを特徴とする請求項1に記載の生体光計測装置。 - 1つまたは複数の光源と,
前記1つまたは複数の光源の光を被験体へ照射するための1つまたは複数の光照射プローブと,
前記1つまたは複数の光照射プローブから照射され前記被検体を伝播または反射した光を受光するための1つまたは複数の受光プローブと,
前記1つまたは複数の受光プローブで受光した光を光電変換するための1つまたは複数の光検出器と,
前記1つまたは複数の光照射プローブと前記1つまたは複数の受光プローブを保持するためのプローブ保持部と,
前記プローブ保持部を前記被験体の鼻において支持するための保持手段を有し、
前記プローブ保持部は,前記被験者の眼球を保護するための,着脱可能な保護板を有することを特徴とする生体光計測装置。 - 前記プローブ保持部に固定され,前記被験体の鼻腔・副鼻腔あるいは口腔に挿入可能な内視鏡機能を持つプローブを有することを特徴とする請求項3記載の生体光計測装置。
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