JP5717064B2 - 血流計測装置及び血流計測装置を用いた脳活動計測装置 - Google Patents
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Description
(1)本発明は、被験者の頭部に装着される装着具と、
該装着具の内側に配され、当該被験者の頭部の血流を検出する複数のセンサと、
前記装着具の外側に配された表示手段と、
前記複数のセンサから出力された血流データに基づく表示パターンを前記表示手段により表示させる制御手段と、
を備え、
前記表示手段は、複数の発光素子を前記装着具の外側に所定間隔でマトリックス状に配されており、
前記制御手段は、前記表示手段に血流による脳の活動状態を表示させることを特徴とする。
(2)本発明は、被験者の頭部に装着される装着具と、
該装着具の内側に配され、当該被験者の頭部の血流を検出する複数のセンサと、
前記装着具の外側に配された表示手段と、
前記複数のセンサから出力された血流データに基づく表示パターンを前記表示手段により表示させる制御手段と、
を備え、
前記表示手段は、薄型の表示デバイスからなり、前記装着具の外部形状に沿うように配されており、
前記制御手段は、前記表示手段に血流による脳の活動状態を表示させることを特徴とするとする。
(3)本発明の前記表示手段は、前記複数のセンサにより計測された各血流データに応じた色を表示することを特徴とする。
(4)本発明は、被験者の頭部に装着される装着具と、
該装着具の内側に配され、当該被験者の頭部の血流を検出する複数のセンサと、
前記装着具の外側に配された表示手段と、
前記複数のセンサから出力された血流データに基づく表示パターンを前記表示手段により表示させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記表示手段に血流による脳の活動状態を表示させるとともに、前記複数のセンサにより計測された各血流データに基づき、前記被験者の思考状態に応じた表示パターンを複数の異なる色による模様として前記表示手段に表示させることを特徴とする。
(5)本発明の前記制御手段は、脳の活動領域に応じて複数のブロックに分類し、各ブロック毎に前記複数のセンサにより計測された各血流データに応じた色を前記表示手段に表示することを特徴とする。
(6)本発明の前記制御手段は、前記血流データを判別するための複数の閾値が設定されており、前記複数の閾値と前記血流データとの比較により、当該血流データがどの色に対応するかを判別する判別手段を有することを特徴とする。
(7)本発明の前記複数のセンサは、脳波を検出する脳波検出用電極を有し、前記血流データを計測すると共に、脳波を検出することを特徴とする。
(8)本発明は(1)乃至(7)の何れかに記載の血流計測装置であって、
被験者の各部位に対して刺激を付与する刺激付与手段を有し、
該刺激付与手段による各刺激付与位置に対応する前記頭部の血流を前記センサにより計測し、前記表示手段により表示することを特徴とする。
(9)本発明の前記刺激付与手段は、被験者の体形に応じてフィットするシャツ、手袋、スパッツ、靴下の何れかに、被験者の体表面に刺激を付与する複数の刺激付与部を有することを特徴とする。
(10)本発明は、(1)乃至(7)の何れかに記載の前記血流計測装置を用いて脳の血流を計測し、前記血流計測装置によって計測された結果に基づき前記脳の活動状態を計測することを特徴とする脳活動計測装置である。
(11)本発明は、前記血流計測装置を用いて計測された脳の血流、及び前記複数のセンサに設けられた脳波検出用電極により検出された脳波に基づいて脳波活性度を判定する判定手段を有することを特徴とする。
(12)本発明の前記判定手段は、前記脳波検出用電極により検出された脳波の周波数及び振幅の組み合わせにより脳波活性度を判定することを特徴とする。
(13)本発明の前記判定手段は、前記脳波検出用電極により検出された脳波の周波数及び振幅の相対関係を関数により区切って脳波活性度を判定することを特徴とする。
図1は本発明による血流計測装置及び脳活動計測装置の一実施例の概略構成を模式的に示す図である。図1に示されるように、脳活動計測システム10は、脳活動計測装置20と、コントロールユニット30とを有する。
〔センサユニット100及び表示ユニット24の取付構造〕
図4はセンサユニット100及び表示ユニット24の取付構造を拡大して示す図である。尚、図4においては、多数配置されたセンサユニット1001〜100nのうちセンサユニット1001、1002、1003が取り付けられた状態を示している。図4に示されるように、各センサユニット1001、1002、1003は、可撓性を有する半球形状のベース23の取付孔28に挿入され、接着剤などにより固定される。従って、各センサユニット1001、1002、1003は、ベース23の取付孔28に固定されることで先端のセンサ面が被験者の頭部表面110に接触するように保持される。各センサユニット1001、1002、1003は、夫々が同一構成であり、同一箇所に同一符号を付す。
〔血流計測方法〕
ここで、血流計測方法の原理について説明する。図5は血流計測方法の原理を説明するための図である。
R=log10(Iin/Iout)=f(Iin,L,Ht)…(式1)
(式1)の方法では、赤血球濃度が発光部120から出射されたレーザ光Aの入射透過光量Iinと、発光部220と受光部230との距離(光路長)Lと、前述したヘマトクリット(Ht)との関数になる。そのため、(式1)の方法で赤血球濃度を求める際は、3つの因子によって赤血球濃度が変動するため、赤血球濃度を正確に計測することが難しい。
Rp=log10{Iout/(Iout−ΔIout)}=Φ(ΔL,Ht)…(式2)
(式2)の方法では、図4に示すようにレーザ光Aから距離の異なる2点(センサユニット1002,1003の各受光部230)で受光するため、赤血球濃度は2つの受光部230間距離ΔLと、前述したヘマトクリット(Ht)との関数になる。そのため、(式2)の方法で赤血球濃度を求める際は、2つの因子のうち受光部230間距離ΔLが予め分かっているので、赤血球濃度がヘマトクリット(Ht)を係数とした値として計測される。よって、この演算方法では、赤血球濃度をヘマトクリット(Ht)に応じた計測値として正確に計測することが可能になる。
Rpw
=[log10{Iout/(Iout−ΔIout)}λ1]/[log10{Iout/(Iout−ΔIout)}λ2]
=ξ(Ht)・・・(式3)
(3式)の方法では、発光部120から出射されるレーザ光Aの波長を異なるλ1,λ2(本実施例では、λ1=805nm、λ2=680nmに設定する)とすることで赤血球濃度をヘマトクリット(Ht)のみの関数として計測される。よって、この演算方法によれば、赤血球濃度をヘマトクリット(Ht)に応じた計測値として正確に計測することが可能になる。
〔脳の構造〕
ここで、被計測領域となる脳について説明する。図7は脳を左側面から見た図である。図7に示されるように、人間の脳300は、大脳301と、小脳302と、脳幹303とからなる。大脳301は、人体の運動機能をコントロールする中枢であり、大脳皮質が人体の各部(手、肘、肩、腰、膝、足首の各関節など)に対応して各運動野に分かれる。例えば、大脳300には、前頭前野330、前運動野340、運動野350、体性感覚野360、側頭葉370、後頭葉380、頭頂葉390等を有する。さらに、大脳300には、前頭葉眼球運動野332、ブローカ領域334、嗅覚領域336があり、前運動野340には、運動連合野342がある。
〔変形例1〕
図11は装着具22の左側に配された各表示ユニット241〜24nの配置例を示す側断面図である。図11に示されるように、装着具22の内側に配された複数の表示ユニット241〜24nは、例えば、脳300の左脳の夫々を8箇所の領域L1〜L8、R1〜R8に区切られる。また、脳300の右脳も同様に8箇所の領域R1〜R8に区切られる。尚、図11では、装着具22の左側の内周面を領域L1〜L8に区切る場合を一例として示しており、8箇所以外に区切っても良いし、8箇所以下に区切っても良い。
(a)領域L1、R1は、前頭前野330の血流を計測、表示する領域である。
(b)領域L2、R2は、嗅覚領域336の血流を計測、表示する領域である。
(c)領域L3、R3は、前運動野340の血流を計測、表示する領域である。
(d)領域L4、R4は、側頭葉370の血流を計測、表示する領域である。
(e)領域L5、R5は、体性感覚野360の血流を計測、表示する領域である。
(f)領域L6、R6は、側頭葉370の血流を計測、表示する領域である。
(g)領域L7、R7は、後頭葉380、頭頂葉390の血流を計測、表示する領域である。
(h)領域L8、R8は、小脳302の血流を計測、表示する領域である。
〔変形例2〕
図13は装着具22の外側に配された表示ユニット24の変形例を示す側面図である。図13に示されるように、変形例2の装着具22Aは、外周面の各領域L1〜L8、R1〜R8に例えば、有機EL(Organic Electro-Luminescence)等の薄型表示デバイス4601〜4608を設ける構成である。
〔変形例による血流の計測方法〕
被験者が異なる動きをした場合の右脳、左脳の計測データについて説明する。尚、以下では、説明の便宜上領域L1、R1、L3、R3、L4、R4、L8、R8の血流計測データ及び脳波活性度について説明する。また、以下の図14A〜図14D及び図16A〜図16Dにおいて、例えば、時間帯Taは安静、時間帯Tbは音読、時間帯Tcは計算、時間帯Tdは音楽鑑賞、時間帯Teは歩行といった具合に各時間帯によって被験者の動きを変更した場合の左脳、右脳の血流を計測する。
〔脳波活性度の計測方法〕
図15は脳波活性度と血流計測データとの相関関係を示すグラフである。図15に示されるように、センサユニット100により検出された脳波の周波数f1〜f4を有する各グラフと振幅dとの関係に基づいて、脳波活性度Eを求める。例えば、脳波が周波数f3で振幅d3であれば、脳波活性度E3が求まる。また、血流計測データが周波数f4で振幅d4であれば、脳波活性度E4が求まる。
〔各表示ユニット24の表示色及び点滅速度の判定方法〕
図17は各表示ユニット24の表示色及び点滅速度を判定するしきい値の例を示す図である。図17に示されるように、例えば、レベル1では、血流の閾値=aが設定されており、血流の差ΔBが閾値a以下の場合、表示ユニット24の表示色は青色に制御される。また、レベル1において、脳波活性度の閾値=dが設定されており、脳波活性度の差ΔEが閾値d以下の場合、表示ユニット24の点滅速度がV1(遅)に制御される。
〔被験者の動作と表示ユニットによる表示パターン〕
図18は被験者の動作と表示ユニットによる表示パターンとの関連を示す図である。
(被験者が安静の場合)
被験者Nが安静状態(M1)のときは、血流の差ΔBがa以下でレベル0のため、装着具22の各表示ユニット24は全て発光せず、消灯状態である。
(被験者が音読中の場合)
また、被験者Nが本や新聞などの文章を音読する音読状態(M2)の場合、左脳の領域L1(前頭前野330)における血流がレベル4と高いので、装着具22の領域L1に対応する各表示ユニット24が赤色を表示し、領域R1(前頭前野330)及び領域L3、R3(前運動野340)、領域R4(側頭葉370)、領域L8、R8(小脳302)における血流がレベル1と低いので、装着具22の領域R1、L3、R3、R4、L8、R8に対応する各表示ユニット24が青色を表示する。また、左脳の領域L4(側頭葉370)における血流がレベル2であるので、装着具22の領域L4に対応する各表示ユニット24が緑色を表示する。
(被験者Nが音読中の場合)
また、被験者Nが音読を行っている場合、左脳の領域L1の血流がレベル4なので、装着具22の領域L1に対応する各表示ユニット24が赤色で表示され、右脳の領域R1の血流レベル1なので、領域R1に対応する各表示ユニット24が青色を表示する。
(被験者が計算中の場合)
被験者が計算を行っている場合、左脳の領域L1の血流がレベル4なので、装着具22の領域L1に対応する各表示ユニット24が赤色で表示され、右脳の領域R1の血流レベル1なので、装着具22の領域R1に対応する各表示ユニット24が青色を表示する。
(被験者が音楽鑑賞中の場合)
被験者が音楽鑑賞を行っている場合、左脳の領域L1の血流がレベル1なので、装着具22の領域L1に対応する各表示ユニット24を青色で表示させ、右脳の領域R1の血流レベル4なので、領域R1に対応する各表示ユニット24が赤色を表示する。
(被験者が歩行中)
被験者が歩行を行っている場合、左脳の領域L1の血流がレベル2なので、装着具22の領域L1に対応する各表示ユニット24を緑色で表示させ、右脳の領域R1の血流レベル3なので、領域R1に対応する各表示ユニット24が橙色を表示する。
(変形例の制御処理)
図19は変形例の制御装置40が実行する表示パターン制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。
(判定方法の変形例)
図20は血流と脳波活性度との相対関係を示す別の表示例を示す図である。図20に示されるように、血流のパラメータΔB(以下「ΔB」という)と脳波活性度のパラメータΔE(以下「ΔE」という)との相対関係は、双曲線関数K1〜K4が閾値を表すものとして、横軸、縦軸及び双曲線関数K1〜K4を境界にして各領域Q0〜Q12に判別することができる。
〔血流計測システムの変形例〕
図21は本発明による血流計測装置と刺激付与ユニットとを組み合わせた場合の変形例を示す図である。図21に示されるように、変形例の血流計測システム10Aは、血流計測装置20と、刺激付与ユニット(刺激付与手段)500とを組み合わせた構成である。
20 脳活動計測装置
30 コントロールユニット
22、22A 装着具
23 ベース
24(241〜24n) 表示ユニット
26、27 ケーブル
30 コントロールユニット
40 制御装置
42 メモリ
50、90 無線通信装置
60 バッテリ
70 外部ユニット
80 データベース
100(1001〜100n) センサユニット
110 頭皮表面
120、130 フレキシブル配線板
122、132 回路パターン
170 センサ制御部
180 赤色発光部
190 緑色発光部
200 青色発光部
210 発光制御部
220 発光部
230 受光部
240 光路分離部材
242 出射側透過領域
244 入射側透過領域
246 屈折領域
250 脳波計測用電極
270 光伝搬経路
280 血管
290 血液層
292 赤血球
300 脳
301 大脳
302 小脳
303 脳幹
330 前頭前野
332 前頭葉眼球運動野
334 ブローカ領域
336 嗅覚領域
340 前運動野
342 運動連合野
350 運動野
352 肩運動野
354 肘運動野
360 体性感覚野
370 側頭葉
380 後頭葉
390 頭頂葉
400 髄液
410 頭蓋骨
420 頭皮
440 円弧状パターン
4601〜4608 薄型表示デバイス
500 刺激付与ユニット
510 シャツ
511a〜515a、511b〜515b、561a〜563a、561b〜563b 領域
520 刺激付与部
530 手袋
540 制御部
550 コネクタ
560 スパッツ
570 通信ユニット
580 靴下
Claims (13)
- 被験者の頭部に装着される装着具と、
該装着具の内側に配され、当該被験者の頭部の血流を検出する複数のセンサと、
前記装着具の外側に配された表示手段と、
前記複数のセンサから出力された血流データに基づく表示パターンを前記表示手段により表示させる制御手段と、
を備え、
前記表示手段は、複数の発光素子を前記装着具の外側に所定間隔でマトリックス状に配されており、
前記制御手段は、前記表示手段に血流による脳の活動状態を表示させることを特徴とする血流計測装置。 - 被験者の頭部に装着される装着具と、
該装着具の内側に配され、当該被験者の頭部の血流を検出する複数のセンサと、
前記装着具の外側に配された表示手段と、
前記複数のセンサから出力された血流データに基づく表示パターンを前記表示手段により表示させる制御手段と、
を備え、
前記表示手段は、薄型の表示デバイスからなり、前記装着具の外部形状に沿うように配されており、
前記制御手段は、前記表示手段に血流による脳の活動状態を表示させることを特徴とする血流計測装置。 - 前記表示手段は、前記複数のセンサにより計測された各血流データに応じた色を表示することを特徴とする請求項1又は2に記載の血流計測装置。
- 被験者の頭部に装着される装着具と、
該装着具の内側に配され、当該被験者の頭部の血流を検出する複数のセンサと、
前記装着具の外側に配された表示手段と、
前記複数のセンサから出力された血流データに基づく表示パターンを前記表示手段により表示させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記表示手段に血流による脳の活動状態を表示させるとともに、前記複数のセンサにより計測された各血流データに基づき、前記被験者の思考状態に応じた表示パターンを複数の異なる色による模様として前記表示手段に表示させることを特徴とする血流計測装置。 - 前記制御手段は、脳の活動領域に応じて複数のブロックに分類し、各ブロック毎に前記複数のセンサにより計測された各血流データに応じた色を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項1又は4の何れかに記載の血流計測装置。
- 前記制御手段は、前記血流データを判別するための複数の閾値が設定されており、前記複数の閾値と前記血流データとの比較により、当該血流データがどの色に対応するかを判別する判別手段を有することを特徴とする請求項1又は4、5の何れかに記載の血流計測装置。
- 前記複数のセンサは、脳波を検出する脳波検出用電極を有し、前記血流データを計測すると共に、脳波を検出することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の血流計測装置。
- 請求項1乃至7の何れかに記載の血流計測装置であって、
被験者の各部位に対して刺激を付与する刺激付与手段を有し、
該刺激付与手段による各刺激付与位置に対応する前記頭部の血流を前記センサにより計測し、前記表示手段により表示することを特徴とする血流計測装置。 - 前記刺激付与手段は、被験者の体形に応じてフィットするシャツ、手袋、スパッツ、靴下の何れかに、被験者の体表面に刺激を付与する複数の刺激付与部を有することを特徴とする請求項8に記載の血流計測装置。
- 請求項1乃至7の何れかに記載の前記血流計測装置を用いて脳の血流を計測し、前記血流計測装置によって計測された結果に基づき前記脳の活動状態を計測することを特徴とする脳活動計測装置。
- 前記血流計測装置を用いて計測された脳の血流、及び前記複数のセンサに設けられた脳波検出用電極により検出された脳波に基づいて脳波活性度を判定する判定手段を有することを特徴とする請求項10に記載の脳活動計測装置。
- 前記判定手段は、前記脳波検出用電極により検出された脳波の周波数及び振幅の組み合わせにより脳波活性度を判定することを特徴とする請求項11に記載の脳活動計測装置。
- 前記判定手段は、前記脳波検出用電極により検出された脳波の周波数及び振幅の相対関係を関数により区切って脳波活性度を判定することを特徴とする請求項11に記載の脳活動計測装置。
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