JP5281805B2

JP5281805B2 - 生体光計測装置の検査用ファントム装置

Info

Publication number: JP5281805B2
Application number: JP2008038806A
Authority: JP
Inventors: 文男川口
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2028-02-20
Also published as: JP2009195387A

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の検査を行うための検査用ファントム装置に関するものである。

従来の生体光計測装置のファントム装置では、ケース部材の下面と散乱反射部材との間に、外部から挿入された光路確認部材が移動可能な移動空間が形成されている。また、光路確認部材には、光吸収体が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３７２４７号公報

上記のような従来のファントム装置では、実際の脳内の血流の計測により近い状態での検査を実施することについて配慮されていないと考える。

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、実際の脳内の血流の計測により近い状態での検査を実施することができる生体光計測装置の検査用ファントム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の検査用ファントム装置は、第１の面と、上記第１の面に対向する第２の面とを有し、内部で光を散乱させる板状の主散乱体と、上記第１の面から上記主散乱体に光を入射する複数の照射プローブと、上記第１の面から出射された光を検出する複数の検出プローブとを上記主散乱体の上記第１の面側に保持する検査用ホルダと、上記主散乱体の上記第２の面側に配置され、かつ上記第２の面に沿って移動可能であり、上記第２の面から出射された光の一部を吸収する光吸収体と、上記光吸収体を支持し、上記第２の面の範囲内の予め設定され、脳内の血流の動きを模した軌道に沿って所定の速度で上記光吸収体を移動させる駆動装置と、を備えている。

この発明の生体光計測装置の検査用ファントム装置は、実際の脳内の血流の計測により近い状態での検査を実施することができる。

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．
まず、検査対象となる生体光計測装置について説明する。図１は生体光計測装置の一例を示すブロック図である。図において、光源部１は、光源である複数（図では１つのみ示す）の半導体レーザ２と、半導体レーザ２をそれぞれ駆動するレーザ駆動回路３とを有している。各半導体レーザ２は、計測対象となる生体物質に応じて、可視から赤外の波長領域中の複数の波長、例えば７８０ｎｍの光を放射する。

レーザ駆動回路３は、半導体レーザ２に対して直流バイアス電流を印加するとともに、半導体レーザ２から放射される光に強度変調を与える。この例では、変調方法として、矩形波によるデジタル変調が用いられるが、例えば正弦波等の任意波形の繰り返しを用いてもよい。レーザ駆動回路３には、発振器４により変調周波数が印加される。

光源部１で発生された光は、被検体５の頭部に照射される。被検体５を透過した光は、光電変換部である検出器６で検出される。検出器６は、複数の光電変換素子（フォトダイオード等）を有している。検出器６で検出された光は、皮膚及び頭蓋骨を通過しており、大脳の血流の情報を含んでいる。即ち、検出器６での検出光量は、計測点の生体物質濃度、例えば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、被検体５の光学特性として生体物質濃度の相対変化を計測することができる。

検出器６からの検出信号は、データ処理部７に入力される。データ処理部７は、発振器４からの信号を参照信号として計測点毎の検出信号の抽出を行う。データ処理部７から出力された信号は、コンピュータ８に入力される。コンピュータ８は、検出信号から検出光量を計測し、その計測結果から各計測点における血液中のヘモグロビン濃度等の変化量を計測し、計測結果に関する情報をモニタに表示する。コンピュータ８としては、例えば汎用のパーソナルコンピュータを用いることができる。

被検体５には、光源部１からの光を被検体５に照射するとともに被検体５から戻る光を検出するためのプローブ装置（図示せず）が装着される。プローブ装置は、被検体５の頭部に装着されるプローブホルダと、プローブホルダに装着された複数のプローブとを有している。

図２はこの発明の実施の形態１による生体光計測装置の検査用ファントム装置を示す斜視図、図３は図２の要部断面図である。図において、検査用ファントム装置は、主散乱体１１、補助散乱体１２、複数のスペーサ１３、検査用ホルダ１４、光吸収体１５及び駆動装置１６を有している。

主散乱体１１及び補助散乱体１２は、例えば光を反射する粉体（例えばチタン粉）が均等に混入された白色の樹脂を平板状に成型した矩形の樹脂板（樹脂ブロック）により構成されている。また、主散乱体１１及び補助散乱体１２は、光透過性を有し、かつ内部に入射された光を散乱させる。さらに、主散乱体１１及び補助散乱体１２は、外部からの光を遮断するケース（図示せず）内に収容される。

主散乱体１１は、第１の面１１ａと、第１の面１１ａに対向し第１の面１１ａに平行な第２の面１１ｂとを有している。補助散乱体１２は、所定の間隔をおいて第２の面１１ｂに対向している。補助散乱体１２の主散乱体１１に対向する面は、第２の面１１ｂに平行である。スペーサ１３は、主散乱体１１と補助散乱体１２との間に介在されている。

検査用ホルダ１４は、第１の面１１ａに接合され、複数の照射プローブ９ａと複数の検出プローブ９ｂとを主散乱体１１の第１の面１１ａ側に保持している。検査用ホルダ１４には、プローブ９ａ，９ｂを挿入するための複数のプローブ挿入孔１４ａが互いに間隔をおいてマトリクス状に設けられている。照射プローブ９ａ及び検出プローブ９ｂの先端部は、プローブ挿入孔１４ａに挿入され第１の面１１ａに当接されている。

照射プローブ９ａは、被検体５の計測時には被検体５に光を照射し、検査時には第１の面１１ａから主散乱体１１に光を入射する。検出プローブ９ｂは、被検体５の計測時には被検体５から戻る光を検出し、検査時には第１の面１１ａから出射された光を検出する。照射プローブ９ａ及び検出プローブ９ｂは、プローブ挿入孔１４ａに交互に挿入されている。各照射プローブ９ａは、照射用光ファイバ１０ａを介して光源部１に接続されている。各検出プローブ９ｂは、検出用光ファイバ１０ｂを介して検出器６に接続されている。

光吸収体１５は、主散乱体１１の第２の面１１ｂ側、即ち主散乱体１１と補助散乱体１２との間に配置されている。また、光吸収体１５は、平板状（例えば円板状）であり、第２の面１１ｂから出射された光の一部を吸収する。光吸収体１５の第２の面１１ｂに対向する面の面積は、第２の面１１ｂの面積よりも小さい。また、光吸収体１５は、第２の面１１ｂに沿って移動可能である。

駆動装置１６は、光吸収体１５を支持し、第２の面１１ｂの範囲内の予め設定された軌道に沿って所定の速度で光吸収体１５を移動させる。駆動装置１６は、ベース１７と、ベース１７上に設けられ、図のＹ軸に平行なガイドレール１８と、ガイドレール１８に沿って移動可能な移動部１９と、図のＸ軸に平行な方向に移動可能に移動部１９に結合され、先端部に光吸収体１５が取り付けられた支持ロッド２０とを有している。また、駆動装置１６には、移動部１９を駆動する第１のモータと、支持ロッド２０を駆動する第２のモータとが内蔵されている。即ち、駆動装置１６は、２軸駆動装置である。駆動装置１６は、生体光計測装置のコンピュータ８又は別のコンピュータにより制御される。

次に、生体光計測装置の検査方法について説明する。検査を行う場合、駆動装置１６により光吸収体１５を移動させながら、通常の計測時と同様に、照射プローブ９ａから主散乱体１１に対して光を照射するとともに、検出プローブ９ｂにより光を検出する。主散乱体１１に入射された光は、主散乱体１１内で拡散され、一部が第２の面１１ｂに到達する。この主散乱体１１内の光分布は、生体の中の光伝播を近似している。

第２の面１１ｂから出射された光は、一部が光吸収体１５に吸収され、残りが補助散乱体１２に入射される。補助散乱体１２に入射された光は、補助散乱体１２内で拡散され、一部が再び主散乱体１１に入射される。

生体光計測装置のコンピュータ８には、予め設定された軌道に沿って光吸収体１５を移動させたときに得られる正常時の計測データが記憶されている。そして、検査時に得られた計測データを正常時の計測データと比較することにより、生体光計測装置が正常であるかどうかが判定される。このような検査時の計測データの判定は、コンピュータ８とは別のコンピュータで行っても、検査員が計測データを確認することにより行ってもよい。

このような検査用ファントム装置では、駆動装置１６を用い、光吸収体１５を第２の面１１ｂの範囲内の予め設定された軌道に沿って所定の速度で移動させるので、光吸収体１５を所望の軌道に沿って安定した速度で移動させることができるとともに、主散乱体１１との距離を安定させることができ、生体光計測装置の検査精度を向上させることができる。

また、例えば脳内の血流の動きを模して、自由曲線的な軌道を設定したり、１ｃｍ／秒程度の低速の移動を設定したりすることができ、実際の血流の計測により近い状態での検査を実施することができる。
さらに、軌道の設定により、全ての計測点（計測チャンネル）の計測状態を効率良く検査することができる。
さらにまた、光吸収体１５の反主散乱体１１側に補助散乱体１２を配置したので、第２の面１１ｂから出射された光を適当な率で主散乱体１１に戻すことができ、生体の計測により近い状態での検査を実施することができる。

実施の形態２．
次に、図４はこの発明の実施の形態２による検査用ファントム装置の要部断面図である。図において、主散乱体１１の第２の面１１ｂ側には、第２の面１１ｂから出射された光を反射する光反射体２１が設けられている。即ち、光反射体２１は、第２の面１１ｂに対向している。光反射体２１の第２の面１１ｂに対向する面の面積は、第２の面１１ｂの面積よりも大きい。

光反射体２１には、第２の面１１ｂから出射された光の一部を吸収する光吸収体２２が付着されている。光吸収体２２は、光反射体２１とともに駆動装置１６により移動される。光反射体２１としては、例えば白色のシートを用いることができ、光吸収体１５としてはシートに塗布されたインク等を用いることができる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によっても、光吸収体２２を所望の軌道に沿って安定した速度で移動させることができるとともに、主散乱体１１との距離を安定させることができ、生体光計測装置の検査精度を向上させることができる。
また、光吸収体２２を光反射体２１に付着させたので、第２の面１１ｂから出射された光を適当な率で主散乱体１１に戻すことができ、生体の計測により近い状態での検査を実施することができる。

実施の形態３．
次に、図５はこの発明の実施の形態３による検査用ファントム装置の要部断面図である。図において、主散乱体１１の第２の面１１ｂ側には、第２の面１１ｂから出射された光を反射する光反射体２３が設けられている。即ち、光反射体２３は、第２の面１１ｂに対向している。光吸収体１５は、主散乱体１１と光反射体２３との間に配置されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によっても、光吸収体１５を所望の軌道に沿って安定した速度で移動させることができるとともに、主散乱体１１との距離を安定させることができ、生体光計測装置の検査精度を向上させることができる。
また、光吸収体１５の反主散乱体１１側に光反射体２３を配置したので、第２の面１１ｂから出射された光を適当な率で主散乱体１１に戻すことができ、生体の計測により近い状態での検査を実施することができる。

実施の形態４．
次に、図６はこの発明の実施の形態４による検査用ファントム装置の要部断面図である。この例では、実施の形態１の光吸収体１５の代わりに、第２の面１１ｂから出射された光の一部を反射する光反射体２４が支持ロッド２０の先端部に支持されている。光反射体２４としては、例えばミラーが用いられ、光反射体２４の第２の面１１ｂに対向する面の面積は、第２の面１１ｂの面積よりも小さい。また、補助散乱体１２は省略されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成では、光反射体２４の近傍の検出光量が他の部分の検出光量よりも大きくなるため、光吸収体１５を用いる場合とは逆になるが、光反射体２４の有無による検出光量の差は確認できるため、生体光計測装置の検査を行うことができる。そして、光反射体２４を所望の軌道に沿って安定した速度で移動させることができるとともに、主散乱体１１との距離を安定させることができ、生体光計測装置の検査精度を向上させることができる。

なお、図２〜図６では、第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂが水平となるように主散乱体１１を設置した状態を示したが、第１の面１１ａ及び第２の面１１ｂが水平面に対して傾斜した状態や垂直に立てた状態で設置してもよく、同様に検査を行うことができる。

生体光計測装置の一例を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による生体光計測装置の検査用ファントム装置を示す斜視図である。図２の要部断面図である。この発明の実施の形態２による検査用ファントム装置の要部断面図である。この発明の実施の形態３による検査用ファントム装置の要部断面図である。この発明の実施の形態４による検査用ファントム装置の要部断面図である。

符号の説明

９ａ照射プローブ、９ｂ検出プローブ、１１主散乱体、１１ａ第１の面、１１ｂ第２の面、１２補助散乱体、１４検査用ホルダ、１５，２２光吸収体、１６駆動装置、２１，２３，２４光反射体。

Claims

第１の面と、上記第１の面に対向する第２の面とを有し、内部で光を散乱させる板状の主散乱体と、
上記第１の面から上記主散乱体に光を入射する複数の照射プローブと、上記第１の面から出射された光を検出する複数の検出プローブとを上記主散乱体の上記第１の面側に保持する検査用ホルダと、
上記主散乱体の上記第２の面側に配置され、かつ上記第２の面に沿って移動可能であり、上記第２の面から出射された光の一部を吸収する光吸収体と、
上記光吸収体を支持し、上記第２の面の範囲内の予め設定され、脳内の血流の動きを模した軌道に沿って所定の速度で上記光吸収体を移動させる駆動装置と、
を備えていることを特徴とする生体光計測装置の検査用ファントム装置。
上記第２の面に対向し、上記第２の面から出射された光を内部で散乱させ、上記第２の面から出射された光を上記主散乱体に戻す補助散乱体をさらに備え、
上記光吸収体は、上記主散乱体と上記補助散乱体との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置の検査用ファントム装置。
上記第２の面に対向し、上記第２の面から出射された光を反射する光反射体をさらに備え、
上記光吸収体は、上記光反射体に付着されており、上記光反射体とともに上記駆動装置により移動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の検査用ファントム装置。
上記第２の面に対向し、上記第２の面から出射された光を反射する光反射体をさらに備え、
上記光吸収体は、上記主散乱体と上記光反射体との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の生体光計測装置の検査用ファントム装置。