JP5997384B2 - Biological light measurement device - Google Patents

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Description

本発明は、可視光または近赤外光を用いた生体光計測装置において、特に、生体組織の酸素化状態または組織中の血行動態変化を計測するための技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring an oxygenated state of a biological tissue or a hemodynamic change in the tissue, particularly in a biological optical measurement apparatus using visible light or near infrared light.

近赤外分光法(Near-infrared spectroscopy: NIRS)を用いた脳機能計測装置(特許文献1参照)は、医療用および研究用機器として、あるいは教育効果・リハビリ効果の確認、家庭における健康管理、商品モニタ等の市場調査に用いることができる。また、同様の手法により組織酸素飽和度計測や筋組織の酸素代謝計測に用いることができる。さらに、果実の糖度計測を始め、一般の吸収分光装置にも用いることができる。   A brain function measurement device (see Patent Document 1) using near-infrared spectroscopy (NIRS) is used as a medical and research instrument, or as an educational / rehabilitation effect, home health management, It can be used for market research such as merchandise monitors. Moreover, it can be used for tissue oxygen saturation measurement and oxygen metabolism measurement of muscle tissue by the same method. Furthermore, it can be used for general absorption spectroscopy equipment, such as sugar content measurement of fruits.

一方で、頭部にプローブを設置する従来の光脳機能計測装置及び組織酸素モニタでは、表層組織の光吸収量変化の影響を考慮することの重要性が報告されており(非特許文献2、3参照)、表層組織由来の信号寄与の定量化が課題となっている。さらに、皮膚−脳間距離(脳の深さ)に依存して表層信号の影響度が変化するので、組織構造パラメータの取得は重要な課題である。   On the other hand, in the conventional optical brain function measuring apparatus and tissue oxygen monitor in which the probe is installed on the head, the importance of considering the influence of the change in the amount of light absorption of the surface tissue has been reported (Non-Patent Document 2, 3), quantification of the signal contribution derived from the surface tissue is an issue. Furthermore, since the influence level of the surface layer signal changes depending on the skin-brain distance (brain depth), the acquisition of the tissue structure parameter is an important issue.

表層組織の光吸収量変化の影響を分離する方法として、表層組織のみを透過する短い光源、検出器間距離のプローブ配置により表層組織の血液量変化を計測し、長い照射−検出器間距離(SD距離)で取得した信号から引き算することで表層組織の影響を除去する方法が提案されている。または、表層組織の相対的な影響が無視できる長い照射、検出器間距離で複数点を計測し、生体組織の一様性を仮定した上で組織の光学特性を定量化する空間分解分光法がある。しかし、表層影響の大きさは表層部の光路長により変わるため、生体構造を考慮せずに信号波形のみを用いた方法では深部及び浅部組織由来の生体信号を正確に分離できない。また、そのような生体構造は、頭部各層の光学定数や厚みを含み、さらにSD距離、被検者(年齢、性別)、計測部位等の各種条件により異なる。生体構造情報が仮定された場合、もしくは既知であった場合には、その情報を用いてSD距離を複数有するプローブ配置でNIRS計測し、表層及び灰白質における平均実効光路長のSD距離依存性をモデル化することにより、NIRS信号を深部、浅部信号に分離する方法が開示されている(特許文献2、非特許文献4参照)。一方、生体構造情報を仮定しない場合、もしくは未知である場合には、各条件で最適な解析パラメータを用い、深部、浅部における酸素化状態もしくは血液量変化計測を可能とする技術が必要となるが、従来法ではこのような解析パラメータを簡便に決定することは困難であった。さらに、通常のNIRS計測では生体構造情報が利用できない、もしくは未知である場合が多く、生体構造情報を事前に仮定せずに、被検者毎、部位毎に最適な値を用いることが望ましい。止血帯を用いて頭皮を虚血に近い状態とすることにより表層組織の影響を排除して計測を行うことが1つの方法であるが、光の照射位置及び検出位置において頭皮を加圧する必要があり、これまでにそのような測定を効率良く、かつ再現性良く行うことは困難であった。   As a method of separating the influence of the change in the light absorption amount of the surface tissue, the blood volume change in the surface tissue is measured by a short light source that transmits only the surface tissue and the probe arrangement of the distance between the detectors, and a long irradiation-detector distance ( A method of removing the influence of the surface structure by subtracting from the signal acquired by (SD distance) has been proposed. Alternatively, spatially resolved spectroscopy that quantifies the optical properties of the tissue after measuring multiple points with long irradiation, the distance between detectors, where the relative influence of the surface tissue can be ignored, and assuming the uniformity of the biological tissue. is there. However, since the magnitude of the effect on the surface layer varies depending on the optical path length of the surface layer portion, the method using only the signal waveform without considering the biological structure cannot accurately separate biological signals derived from the deep and shallow tissues. Such anatomy includes the optical constants and thickness of each layer of the head, and further varies depending on various conditions such as the SD distance, the subject (age, sex), and the measurement site. When anatomical information is assumed or known, NIRS measurement is performed using a probe arrangement with multiple SD distances using this information, and the SD distance dependence of the average effective optical path length in the surface layer and gray matter is determined. A method of separating NIRS signals into deep and shallow signals by modeling is disclosed (see Patent Document 2 and Non-Patent Document 4). On the other hand, when anatomical structure information is not assumed or unknown, a technique that enables measurement of oxygenation state or blood volume change in the deep part and shallow part using optimum analysis parameters in each condition is required. However, it has been difficult for the conventional method to easily determine such analysis parameters. Furthermore, in many cases, anatomical structure information cannot be used or is unknown in ordinary NIRS measurement, and it is desirable to use optimum values for each subject and each part without assuming anatomical structure information in advance. One method is to eliminate the influence of surface tissue by making the scalp close to ischemia using a tourniquet, but it is necessary to pressurize the scalp at the light irradiation position and the detection position. In the past, it has been difficult to perform such measurements efficiently and with good reproducibility.

非特許文献4には、プローブにより頭皮を加圧し、表層信号を抑制した状態におけるNIRS信号のSD距離依存性の情報を取得する方法に関する記載があるが、加圧に最適な構造、及び効率的に加圧するための工夫等については記載されていない。プローブを介して頭皮を圧迫する場合には、手動の場合には特に、時間的に安定に圧力をかけることが困難であり、圧迫不要な箇所も圧迫してしまうという課題があった。   Non-Patent Document 4 describes a method for acquiring information on the SD distance dependency of the NIRS signal in a state in which the scalp is pressurized with a probe and the surface layer signal is suppressed. There is no description about the device for pressurizing. When the scalp is pressed through a probe, particularly in the case of manual operation, it is difficult to apply pressure stably in time, and there is a problem that a portion where compression is unnecessary is also pressed.

特開平9-019408号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-019408 PCT公報WO/2012/005303PCT Publication WO / 2012/005303

A. Maki et al.、“Spatial and temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIR topography”、Medical Physics、Vol.22、 No.12、 pp.1997−2005(1995)A. Maki et al., “Spatial and temporal analysis of human motor activity using noninvasive NIR topography”, Medical Physics, Vol.22, No.12, pp.1997-2005 (1995). S. N. Davie and H. P. Grocott、 2012. “Impact of Extracranial Contamination on Regional Cerebral Oxygen Saturation: A Comparison of Three Cerebral Oximetry Technologies”. Anesthesiology 116、 pp.834-840.S. N. Davie and H. P. Grocott, 2012. “Impact of Extracranial Contamination on Regional Cerebral Oxygen Saturation: A Comparison of Three Cerebral Oximetry Technologies”. Anesthesiology 116, pp.834-840. P. Smielewski et al.、“Clinical evaluation of near-infrared spectroscopy for testing cerebrovascular reactivity in patients with carotid artery disease”. Stroke 28、 331-338.P. Smielewski et al., “Clinical evaluation of near-infrared spectroscopy for testing cerebrovascular reactivity in patients with carotid artery disease”. Stroke 28, 331-338. T. Funane et al.、“Quantitative evaluation of deep and shallow tissue layers' contribution to fNIRS signal using multi-distance optodes and independent component analysis”、 NeuroImage (2013)、 http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.02.026.T. Funane et al., “Quantitative evaluation of deep and shallow tissue layers' contribution to fNIRS signal using multi-distance optodes and independent component analysis”, NeuroImage (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j .neuroimage.2013.02.026.

深部組織及び浅部組織の酸素飽和度もしくは血行動態変化を計測する生体光計測装置において、表層組織の影響度の異なる計測部位及び被検者においても精度の高い計測を実現するため、生体構造データ及びパラメータ、特に、脳の深さに関連するパラメータを取得する手段を提供する。また、効率的に被検者の皮膚を圧迫する手段を提供する。   In order to realize high-precision measurement even in measurement parts and subjects with different degrees of influence of surface tissue in a biological optical measurement device that measures oxygen saturation or hemodynamic change in deep tissue and shallow tissue, anatomical data And means for obtaining parameters, particularly parameters related to brain depth. In addition, a means for efficiently compressing the skin of the subject is provided.

さらに、生体構造に依存する、表層組織における吸収変化寄与率を算出する手段を提供する。   Furthermore, a means for calculating the absorption change contribution rate in the surface tissue depending on the anatomy is provided.

本発明の生体光計測装置は、圧力測定部と、圧力を受ける受圧部と、被検体における光の照射及び検出位置において被検体を加圧する加圧部を有し、加圧時の計測から、被検体の内部情報である深部由来の血液量変化の照射―検出器間距離依存性を算出する。さらに、前記依存性を用いて、非加圧時の信号を、深部及び浅部由来信号に分離し、浅部由来信号の寄与率を定量化する。   The biological light measurement device of the present invention has a pressure measurement unit, a pressure receiving unit that receives pressure, and a pressurization unit that pressurizes the subject at the irradiation and detection position of light in the subject. The irradiation-detector distance dependence of the blood volume change derived from the deep part, which is the internal information of the subject, is calculated. Furthermore, using the dependency, the signal at the time of non-pressurization is separated into a deep part signal and a shallow part signal, and the contribution ratio of the shallow part signal is quantified.

本発明の生体光計測装置の一例を挙げるならば、被検体へ光を照射するための1つまたは複数の光照射手段と、前記光照射手段から前記被検体上の所定の照射点に照射され、前記被検体内を伝播してきた光を前記被検体上の所定の検出点において検出するための1つまたは複数の光検出手段と、前記光検出手段で得られる信号を解析するための解析部と、印加される圧力を受けるための受圧部と、前記受圧部に印加する圧力を制御するための加圧制御部と、前記光照射手段及び前記光検出手段の周囲に設けられ、前記受圧部で受けた圧力を前記被検体の表層組織へ伝える加圧部と、前記被検体の止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態、を確認するための状態確認手段と、前記解析部が解析した結果及び前記状態確認手段による結果を表示できる表示部と、前記解析部が解析した結果及び前記状態確認手段による結果を記憶できる記憶部と、を有し、前記解析部は、前記受圧部に所定の圧力を印加することで、前記被検体を前記加圧部において、所定の圧力で加圧したときに前記光検出手段で取得される信号を演算して得られる加圧時信号から、前記被検体内部の情報を取得し、前記被検体内部の情報を用いて、前記加圧部から前記被検体へ圧力を加えない、もしくは加えない状態に近いときに前記光検出手段で取得される信号を演算して得られる非加圧時信号に含まれる、主に深部組織に由来する深部信号と、主に浅部組織に由来する浅部信号とをそれぞれ取得する、ことを特徴とするものである。   If an example of the biological light measuring device of the present invention is given, one or a plurality of light irradiation means for irradiating the subject with light, and a predetermined irradiation point on the subject is irradiated from the light irradiation means. One or a plurality of light detection means for detecting light propagating in the subject at a predetermined detection point on the subject, and an analysis unit for analyzing a signal obtained by the light detection means A pressure receiving unit for receiving an applied pressure, a pressure control unit for controlling the pressure applied to the pressure receiving unit, and the light receiving unit and the light detecting unit. A pressure unit that transmits the pressure received in step 1 to the surface tissue of the subject, a state confirmation unit for confirming the hemostatic state, ischemic state, or vascular occlusion state of the subject, and the analysis unit includes According to the analysis result and the state confirmation means A display unit that can display a result, and a storage unit that can store a result analyzed by the analysis unit and a result of the state confirmation unit, and the analysis unit applies a predetermined pressure to the pressure receiving unit. The information inside the subject is obtained from a signal at the time of pressurization obtained by calculating a signal obtained by the light detection means when the subject is pressurized at a predetermined pressure in the pressurizing unit. The non-addition obtained by calculating the signal acquired by the light detection means when no pressure is applied to the subject from the pressurizing unit or when the pressure is not applied, using information inside the subject. A deep signal mainly derived from a deep tissue and a shallow signal mainly derived from a shallow tissue, which are included in the pressure signal, are respectively obtained.

本発明によれば、特に生体組織の酸素化状態または組織中の血行動態変化を精度よく計測するための生体内部情報、もしくは組織構造情報、もしくは解析パラメータを簡便に決定することが可能となる。また、生体組織を再現性良く、かつ効率的に圧迫し、表層組織を止血あるいは虚血に近い状態とすることでより安定に、精度良く生体内部情報、特に深部組織の吸収変化のSD距離依存性を取得できる。   According to the present invention, it is possible to easily determine in-vivo internal information, tissue structure information, or analysis parameters for accurately measuring an oxygenated state of a living tissue or a hemodynamic change in the tissue. In addition, the body tissue is compressed with good reproducibility and efficiency, and the surface tissue is in a state close to hemostasis or ischemia. You can get sex.

本発明の生体光計測装置の装置構成の一例を示す図。The figure which shows an example of the apparatus structure of the biological light measuring device of this invention. 本発明の実施例1に従った測定と解析の手順を表すフローチャート。The flowchart showing the procedure of the measurement and analysis according to Example 1 of this invention. 被検者内部情報を取得する手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure which acquires a subject internal information. ヒト頭部における皮膚及び灰白質の平均実効光路長の照射―検出器間(SD)距離依存性を示す図。The figure which shows the irradiation-detector (SD) distance dependence of the average effective optical path length of the skin and gray matter in a human head. 非加圧時信号、及び前記被検者内部情報から、非加圧時信号に含まれる深部信号、浅部信号を取得する手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure which acquires the deep part signal and shallow part signal which are contained in the non-pressurization signal from the non-pressurization signal and the subject internal information. 複数の照射―検出器間距離を有する配置の場合のプローブ断面を示す図。The figure which shows the probe cross section in the case of the arrangement | positioning which has several irradiation-detector distance. 空隙を有する保持部及び周辺の構成を示す図。The figure which shows the structure of the holding | maintenance part which has a space | gap, and its periphery. 円形の加圧部を有し、接触固定部が曲率を有するプローブの断面図。Sectional drawing of the probe which has a circular pressurization part and a contact fixing | fixed part has a curvature. 光子伝播シミュレーションにより得られた皮膚部の実効光路長分布を示す図。The figure which shows effective optical path length distribution of the skin part obtained by photon propagation simulation. 加圧領域調整手段を有するプローブを示す図。The figure which shows the probe which has a pressurization area | region adjustment means. 適切な加圧領域を算出し、適切なプローブを選択するためのフローチャート。The flowchart for calculating an appropriate pressurization region and selecting an appropriate probe. 押下位置案内手段を有する保持部を示す図。The figure which shows the holding | maintenance part which has a pressing position guide means. (a) 凹部のある受圧部を有する保持部の断面を示す図、(b) 突起状の滑り止めを有する保持部の断面を示す図。(a) The figure which shows the cross section of the holding | maintenance part which has a pressure-receiving part with a recessed part, (b) The figure which shows the cross section of the holding | maintenance part which has a protrusion-like slip stopper. 屈曲もしくは湾曲のある導波路を有する保持部を示す図。The figure which shows the holding | maintenance part which has a waveguide with a bending or a curve. (a) 取っ手を有する保持部の断面を示す図、(b) 取っ手及び弾性機構を有する保持部の断面を示す図。(a) The figure which shows the cross section of the holding part which has a handle, (b) The figure which shows the cross section of the holding part which has a handle and an elastic mechanism. (a) 加圧機構を有する保持部の断面を示す図、(b) 空気袋により加圧するときのプローブ断面を示す図。(a) The figure which shows the cross section of the holding part which has a pressurization mechanism, (b) The figure which shows the probe cross section when pressurizing with an air bag. 通常のSD距離配置(約30 mm)のプローブを用いたときの、表層成分における光吸収の寄与率を推定する手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure which estimates the contribution rate of the light absorption in a surface layer component when the probe of normal SD distance arrangement | positioning (about 30 mm) is used. 照射―検出器間(SD)距離が約30 mmの場合のプローブ断面を示す図。The figure which shows the cross section of the probe when the distance between the irradiation and detector (SD) is about 30 mm.

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、本発明の生体光計測装置の装置構成の一例を示す。光を生体に入射し、生体内を散乱・吸収され伝播して生体外に放出される光を検出できる生体光計測装置において、装置本体20に含まれる1つまたは複数の光源101から照射される光30を、光を伝播させるための導波路40を介して、被検者10に入射させる。光30は、照射点12から被検者10内に入射し、被検者10内を透過、伝播した後は、照射点12とは離れた位置にある検出点13から導波路40を介して、1つまたは複数の光検出器102で検出される。SD距離は、前述のように照射点12と検出点13間の距離で定義される。
ここで、1つまたは複数の光源101は半導体レーザ(LD)や発光ダイオード(LED)等であり、1つまたは複数の光検出器はアバランシェフォトダイオード(APD)やフォトダイオード(PD)、光電子増倍管(PMT)等であれば良い。また、導波路40は光ファイバ、ガラス、ライトガイド等の使用する波長が伝播可能な媒体であれば良い。
In FIG. 1, an example of the apparatus structure of the biological light measuring device of this invention is shown. In a biological light measurement device capable of detecting light incident on a living body and detecting the light that is scattered / absorbed and propagated in the living body and emitted to the outside of the living body, the light is irradiated from one or a plurality of light sources 101 included in the apparatus main body 20. The light 30 is incident on the subject 10 through the waveguide 40 for propagating the light. The light 30 enters the subject 10 from the irradiation point 12, passes through and propagates through the subject 10, and then passes through the waveguide 40 from the detection point 13 at a position away from the irradiation point 12. It is detected by one or more photodetectors 102. The SD distance is defined by the distance between the irradiation point 12 and the detection point 13 as described above.
Here, the one or more light sources 101 are a semiconductor laser (LD), a light emitting diode (LED) or the like, and the one or more photodetectors are an avalanche photodiode (APD), a photodiode (PD), a photoelectron amplifier, or the like. A double tube (PMT) or the like may be used. The waveguide 40 may be any medium that can propagate the wavelength used, such as an optical fiber, glass, or light guide.

光源101は、光源駆動装置103により駆動され、1つまたは複数の光検出器102の増倍率及びゲインは制御・解析部106により制御される。制御・解析部106は、光源駆動装置103の制御も行い、入力部107からの条件等の入力を受ける。   The light source 101 is driven by the light source driving device 103, and the multiplication factor and gain of the one or more photodetectors 102 are controlled by the control / analysis unit 106. The control / analysis unit 106 also controls the light source driving device 103 and receives an input of conditions and the like from the input unit 107.

光検出器102で光電変換して得られた電気信号は、増幅器104で増幅され、アナログ−デジタル変換器105でアナログ−デジタル変換され、制御・解析部106へ送られ、処理される。微小信号の検出及び複数信号の分離の方法としては、複数の光源を強度変調方式で駆動し、光検出器で検出された信号をロックイン検出してからアナログ−デジタル変換する方法や、受光器からの信号を増幅・アナログ−デジタル変換した後に、ロックイン処理をデジタル的に行う方法がある。また、これに限定されず、たとえば、複数の光を照射するタイミングを時間的にずらすことで複数光を弁別する時分割方式や、スペクトラム拡散変調方式を用いることも可能である。   An electric signal obtained by photoelectric conversion by the photodetector 102 is amplified by the amplifier 104, converted from analog to digital by the analog-digital converter 105, sent to the control / analysis unit 106, and processed. As a method of detecting a minute signal and separating a plurality of signals, a method of driving a plurality of light sources by an intensity modulation method, detecting a lock-in of a signal detected by a photodetector, and performing analog-digital conversion, or a light receiver There is a method of performing a lock-in process digitally after amplifying and analog-to-digital conversion of the signal from. Further, the present invention is not limited to this, and for example, a time division method for discriminating a plurality of lights by shifting the timing of irradiating a plurality of lights in time, or a spread spectrum modulation method can be used.

尚、光源101及び光検出器102は、導波路40と一体となる構成でも良い。例えば、LD、LED等の光源素子、PD、APD等の光検出素子をプローブ内に設置することで、光損失の低下、装置の小型化、低コスト化、低消費電力化、等の効果がある。   Note that the light source 101 and the photodetector 102 may be integrated with the waveguide 40. For example, by installing light source elements such as LD and LED, and light detection elements such as PD and APD in the probe, there are effects such as reduction of light loss, downsizing of equipment, cost reduction, and reduction of power consumption. is there.

制御・解析部106では、光検出器102で検出された信号に基づき解析を実行する。具体的には、アナログ−デジタル変換器105で変換して得られたデジタル信号を受け当該デジタル信号をもとに、例えば非特許文献1に記載されている方法に基づいて、検出光量変化もしくは吸光度変化から、酸素化、脱酸素化ヘモグロビン変化(oxy-Hb、deoxy-Hb)を算出する。ここでの酸素化及び脱酸素化ヘモグロビン変化は、ヘモグロビン濃度と実効光路長との積の変化量に相当する値である。もしくは、実効光路長を仮定し代入することによりヘモグロビン濃度の変化量を算出しても良い。   The control / analysis unit 106 performs analysis based on the signal detected by the photodetector 102. Specifically, based on the digital signal received by the digital signal converted by the analog-digital converter 105, for example, based on the method described in Non-Patent Document 1, the detected light amount change or absorbance From the changes, oxygenated and deoxygenated hemoglobin changes (oxy-Hb, deoxy-Hb) are calculated. Here, the oxygenated and deoxygenated hemoglobin change is a value corresponding to a change amount of a product of the hemoglobin concentration and the effective optical path length. Alternatively, the amount of change in hemoglobin concentration may be calculated by substituting the effective optical path length.

ここでは、制御・解析部106は光源101の駆動、光検出器102のゲイン制御、アナログ−デジタル変換器105からの信号処理を全て行うことを想定して記述したが、それぞれ別個の制御部を有し、さらにそれらを統合する手段を有することでも同機能を実現できる。   Here, the control / analysis unit 106 has been described on the assumption that the driving of the light source 101, the gain control of the photodetector 102, and the signal processing from the analog-digital converter 105 are all performed. And having the means for integrating them can also realize the same function.

また、計測データおよびヘモグロビン変化の算出結果は、記憶部108に保存され、解析結果および/または保存データに基づいて表示部109で計測結果を表示することが可能である。   Further, the measurement data and the calculation result of the hemoglobin change are stored in the storage unit 108, and the measurement result can be displayed on the display unit 109 based on the analysis result and / or the stored data.

送光器50、受光器60は、図1に記載していないが、送光器50は、例えば光源101側の導波路40を含み、被検者10に接触あるいは接触に近い状態で設置され、受光器60は、例えば光検出器102側の導波路40を含み、被検者10に接触あるいは接触に近い状態で設置される。   Although the light transmitter 50 and the light receiver 60 are not shown in FIG. 1, the light transmitter 50 includes, for example, a waveguide 40 on the light source 101 side, and is installed in contact with or close to contact with the subject 10. The light receiver 60 includes, for example, the waveguide 40 on the light detector 102 side, and is placed in contact with or close to contact with the subject 10.

さらに、本発明の生体光計測装置には、印加される圧力を受けるための受圧部14と、受圧部14で受けた圧力を前記被検者10へ伝える加圧部15と、前記被検者10の表層組織における止血もしくは虚血の状態を確認するための圧力センサ16を具備する。また、受圧部14に効率的に圧力をかけるとともに加圧する圧力を制御する手段を有する加圧制御部11を備える。加圧制御部11は、手動で制御するものでも、電磁気的な方法で自動制御するものでもよい。加圧制御部は着脱可能であってもよい。非加圧時の計測を行う場合には加圧制御部は不要となるため、加圧制御部を取り外すことにより、性能を変えずにプローブを軽量化することができるという効果がある。プローブを軽量化することは、被検者の負担軽減につながる。   Furthermore, the living body optical measurement device of the present invention includes a pressure receiving portion 14 for receiving an applied pressure, a pressurizing portion 15 for transmitting the pressure received by the pressure receiving portion 14 to the subject 10, and the subject. The pressure sensor 16 for confirming the state of hemostasis or ischemia in 10 surface tissues is provided. The pressure control unit 11 includes means for efficiently applying pressure to the pressure receiving unit 14 and controlling the pressure to be applied. The pressurization control unit 11 may be manually controlled or automatically controlled by an electromagnetic method. The pressurization control unit may be detachable. Since the pressurization control unit is not necessary when performing measurement at the time of non-pressurization, the probe can be reduced in weight without changing the performance by removing the pressurization control unit. Reducing the weight of the probe reduces the burden on the subject.

制御・解析部106は、受圧部14に所定の圧力を印加することで被検者10を加圧部15において加圧したときに光検出器102で取得される信号を演算して得られる加圧時信号から、前記被検者内部の情報を取得する。圧力印加時には、好ましくは表示部109において、圧力情報を測定時に表示、もしくは音で報知する。これにより、オペレータは圧力が安定に印加されているかどうかを確認することが可能になる。このとき、圧力センサ16を保持部17の内部に設置すれば、加圧部の凹凸を小さくした平面とすることができる。   The control / analysis unit 106 applies a predetermined pressure to the pressure receiving unit 14 to calculate the signal obtained by the photodetector 102 when the subject 10 is pressurized by the pressurizing unit 15. Information on the inside of the subject is acquired from the pressure signal. At the time of applying pressure, the display unit 109 preferably displays pressure information at the time of measurement or notifies by sound. As a result, the operator can check whether the pressure is stably applied. At this time, if the pressure sensor 16 is installed inside the holding portion 17, it is possible to form a flat surface in which the unevenness of the pressurizing portion is reduced.

尚、以下では被検者10に接触する保持部17、保持部17が保持する送光器50、受光器60、及び周辺の構成要素からなるコンポーネントをプローブと呼ぶ。送光器50、受光器60がそれぞれ光源101、光検出器102であってもよい。前記圧力センサ16は、保持部17もしくは前記プローブの、表面もしくは内部に設置され、加圧部15と、照射点12と検出点13のいずれかとの間の圧力を測定する。ここでは圧力センサ16は、加圧状態を測定することで、被検者10の表層組織における止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態、を確認する目的であるので、印加圧力に関連するパラメータを取得できればよい。   In the following description, the holding unit 17 that contacts the subject 10, the light transmitter 50 and the light receiver 60 that are held by the holding unit 17, and components including peripheral components are called probes. The light transmitter 50 and the light receiver 60 may be the light source 101 and the photodetector 102, respectively. The pressure sensor 16 is installed on the surface or inside of the holding unit 17 or the probe, and measures the pressure between the pressurizing unit 15 and any one of the irradiation point 12 and the detection point 13. Here, the pressure sensor 16 is for the purpose of confirming the hemostatic state, ischemic state, or occlusion state of the blood vessel in the surface tissue of the subject 10 by measuring the pressurization state. It is only necessary that the parameters to be acquired can be acquired.

尚、ここでは、圧力センサ16を用いる方法を説明したが、圧力センサ以外に、パルスオキシメータやレーザドップラ血流計等の生体信号を用いて、周波数成分の解析を行うことにより、具体的には、脈波信号が小さくなることを確認することにより、被検者10の表層組織における止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態、を確認する方法でもよい。また、これらの方法を圧力センサ16と併用して用いてもよい。このように、計測原理の異なる、もしくは独立の生体信号を別途取得することにより、圧力センサのみで計測する場合よりも、精度よく血液の状態を計測できる可能性がある。   In addition, although the method using the pressure sensor 16 was demonstrated here, by analyzing a frequency component using biological signals, such as a pulse oximeter and a laser Doppler blood flow meter, in addition to a pressure sensor, specifically, May be a method of confirming the hemostatic state, ischemic state, or vascular occlusion state in the surface tissue of the subject 10 by confirming that the pulse wave signal is small. Further, these methods may be used in combination with the pressure sensor 16. In this way, by separately acquiring biological signals having different measurement principles or independent, there is a possibility that the blood state can be measured with higher accuracy than in the case of measuring with only the pressure sensor.

図2に示すフローチャートを参照しながら、実施例1に従った測定と解析の流れを説明する。まず、加圧制御部11により受圧部14に圧力を印加することで、加圧部15から被検者10に圧力を印加する(ステップS201)。次に、加圧時信号を取得する(ステップS202)。加圧時信号を取得開始するには、表層組織における血液量変化が十分抑制されていることを確認する必要があるが、十分抑制されていることを視覚(色ランプ)もしくは聴覚的な手段(音)等の報知手段で報知してもよい。次に、加圧時信号から、被検者内部情報を取得する(ステップS203)。 次に、加圧部からの圧力を解放する(ステップS204)。さらに、非加圧時信号を取得し(ステップS205)、非加圧時信号、及び前記被検者内部情報から、非加圧時信号に含まれる深部信号、浅部信号を取得する(ステップS206)。フローチャートには示していないが、加圧時信号のデータ保存時には、圧力センサ16で計測した圧力情報を含めて保存することにより、次回からの計測で加圧時信号の取得が不要となり、計測者の手間、被検者10の負担を軽減し、計測を効率的に進めることができる。さらに、必要に応じて、圧力が十分であったかどうかを後の解析時に判断することが可能となる。   The flow of measurement and analysis according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, pressure is applied from the pressurization unit 15 to the subject 10 by applying pressure to the pressure receiving unit 14 by the pressurization control unit 11 (step S201). Next, a pressurization signal is acquired (step S202). In order to start acquiring the signal at the time of pressurization, it is necessary to confirm that the change in blood volume in the surface tissue is sufficiently suppressed. However, the visual (color lamp) or auditory means ( You may alert | report by alerting means, such as a sound. Next, subject internal information is acquired from the signal at the time of pressurization (step S203). Next, the pressure from the pressurizing unit is released (step S204). Further, a non-pressurization signal is acquired (step S205), and a deep signal and a shallow signal included in the non-pressurization signal are acquired from the non-pressurization signal and the subject internal information (step S206). ). Although not shown in the flowchart, when storing the data of the signal at the time of pressurization, by storing the pressure information measured by the pressure sensor 16, it is not necessary to acquire the signal at the time of pressurization in the next measurement. Thus, the burden on the subject 10 can be reduced, and the measurement can be advanced efficiently. Furthermore, it becomes possible to determine whether the pressure was sufficient at the time of later analysis, if necessary.

図2の手順では、加圧時信号を取得後、非加圧時信号を取得する場合について説明したが、非加圧時信号を取得した後に、加圧時信号を取得しても良い。加圧時信号は、被検者の内部情報、つまり構造パラメータを取得する目的であるので、既に取得済みであれば、加圧時信号の再度の取得は不要と判断してもよい。さらに、ここでは加圧時信号の取得と、非加圧時信号の取得を別個の測定と想定して説明したが、一回の測定中において、加圧時信号を取得後に圧力を解放し、非加圧時信号を取得しても良い。その場合、加圧状態と非加圧状態の変化時において、表層組織由来の信号が過渡的な応答を示すことが予想されるため、非加圧時の有効なデータを取得するために、一定の時間を空ける必要がある。例えば、10秒程度は必要であると考えられる。この一回の測定で加圧時信号及び非加圧時信号の両方を取得する手順においても、先に非加圧時信号を取得し、その後に加圧時信号を取得する手順でもよい。   In the procedure of FIG. 2, the case of acquiring the non-pressurization signal after acquiring the pressurization signal has been described. However, after the non-pressurization signal is acquired, the pressurization signal may be acquired. Since the signal at the time of pressurization is for the purpose of acquiring the internal information of the subject, that is, the structural parameter, if it has already been acquired, it may be determined that it is unnecessary to acquire the signal at the time of pressurization again. Furthermore, although the acquisition of the signal at the time of pressurization and the acquisition of the signal at the time of non-pressurization are described here as separate measurements, the pressure is released after acquiring the signal at the time of pressurization during one measurement, An unpressurized signal may be acquired. In that case, the signal derived from the surface tissue is expected to show a transient response at the time of change between the pressurized state and the non-pressurized state. Need to spend some time. For example, about 10 seconds is considered necessary. Even in the procedure of obtaining both the signal at the time of pressurization and the signal at the time of non-pressurization by this single measurement, the procedure of obtaining the signal at the time of pressurization and then obtaining the signal at the time of pressurization may be used.

図3に示すフローチャートを参照しながら、被検者内部情報を取得する流れを説明する(特許文献2、非特許文献4、非特許文献5を参照)。まず、加圧時に測定されたマルチディスタンス計測データ(電圧もしくは電圧データから変換されたヘモグロビン変化)に独立成分分析を適用する (ステップS301)。次に、独立成分及びそれらの重みから、各SD距離における信号寄与を算出する (ステップS302)。次に、各独立成分について、SD距離に対して信号寄与をプロットし、最小二乗法により1次回帰直線を算出し、回帰直線の傾き及びx切片を算出する(ステップS303)。最後に、各独立成分のx切片に対し、信号寄与による重みづけ平均化処理を行い、被検者内部情報(Xigr)を求める(ステップS304)。The flow of acquiring the subject internal information will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 3 (see Patent Document 2, Non-Patent Document 4, and Non-Patent Document 5). First, independent component analysis is applied to multi-distance measurement data (voltage or hemoglobin change converted from voltage data) measured during pressurization (step S301). Next, the signal contribution at each SD distance is calculated from the independent components and their weights (step S302). Next, for each independent component, the signal contribution is plotted against the SD distance, a linear regression line is calculated by the least square method, and the slope and x intercept of the regression line are calculated (step S303). Finally, a weighted averaging process based on signal contribution is performed on the x-intercept of each independent component to obtain subject internal information (Xi gr ) (step S304).

ステップS301では信号分離手法として、独立成分分析を用いる方法を説明したが、主成分分析、因子分析等の方法でも良い。また、信号分離手法を用いなくても、検出光量またはヘモグロビン変化の代表振幅を用いる方法でも良い。   In step S301, the method using independent component analysis has been described as the signal separation method, but methods such as principal component analysis and factor analysis may be used. Further, without using a signal separation method, a method using a detected light amount or a representative amplitude of hemoglobin change may be used.

ステップS304で求める被検者内部情報(Xigr)は、ここでは灰白質の平均実効光路長のSD距離依存直線におけるSD距離軸の切片に相当する値であり、光子が灰白質へ到達する(灰白質における光吸収変化への感度を有する)ための最小SD距離である。尚、被検者内部情報は、頭部組織各層の厚みに依存するパラメータ、灰白質深さに比例するパラメータ等、被検者頭部構造に関する他のパラメータであってもよい。The subject internal information (Xi gr ) obtained in step S304 is a value corresponding to the intercept of the SD distance axis in the SD distance-dependent line of the mean effective optical path length of the gray matter, and the photon reaches the gray matter ( Minimum SD distance for sensitivity to light absorption changes in gray matter). The subject internal information may be other parameters related to the subject head structure, such as a parameter depending on the thickness of each layer of the head tissue, a parameter proportional to the gray matter depth, and the like.

図3の手順ではx切片を被検者内部情報として抽出する方法について説明したが、回帰直線の傾きを内部情報として抽出しても良い。回帰直線の傾きは、振幅情報を表しており、被検者が遂行する課題にも依存するものである。課題の情報との組み合わせにより、該課題の特性(脳血液量及び皮膚血液量変化への影響等)を知る上で、有効なデータベースとなり得る。   In the procedure of FIG. 3, the method of extracting the x-intercept as the subject internal information has been described, but the slope of the regression line may be extracted as the internal information. The slope of the regression line represents amplitude information and depends on the task performed by the subject. By combining with the task information, it can be an effective database for knowing the characteristics of the task (effects on changes in cerebral blood volume and skin blood volume, etc.).

図4は、ヒト頭部における皮膚及び灰白質の平均実効光路長の照射―検出器間(SD)距離依存性を示す図である。横軸はSD距離、縦軸は平均実効光路長、もしくは部分光路長である。図4によれば、皮膚における平均実効光路長(74)はSD距離10〜40 mmにおいてあまり変化が無いが、灰白質における平均実効光路長(75)は、SD距離に応じて線形的に増加する。よって、SD距離が大きくなると、NIRS計測信号における灰白質由来成分は大きくなるが、皮膚由来成分は変化しないことが予想される。さらに、灰白質の平均実効光路長を、SD距離10 mmから40 mmのデータを用いて線形回帰により求めた一次回帰直線(72)とSD距離軸(70)との交点として、SD距離軸(x軸)切片(Xigrと表す)(73)を得ることができる。ここでは約10 mmの値となっている。このXigrは、脳、皮膚分離時の解析パラメータとなる。特許文献2等の手順に従って、このx切片を用いることで、SD距離を複数種類有するマルチディスタンス計測で取得されたNIRS信号を、深部信号及び浅部信号に分離することが可能となる。FIG. 4 is a diagram showing the irradiation-detector (SD) distance dependency of the average effective optical path length of skin and gray matter in the human head. The horizontal axis is the SD distance, and the vertical axis is the average effective optical path length or partial optical path length. According to FIG. 4, the average effective optical path length (74) in the skin does not change much at the SD distance of 10 to 40 mm, but the average effective optical path length (75) in gray matter increases linearly with the SD distance. To do. Therefore, as the SD distance increases, the gray matter-derived component in the NIRS measurement signal increases, but the skin-derived component is not expected to change. Further, the average distance of the gray matter effective optical path length is obtained by using the SD distance axis (70) as the intersection of the linear regression line (72) and the SD distance axis (70) obtained by linear regression using the data of the SD distance of 10 mm to 40 mm. An x-axis intercept (denoted Xi gr ) (73) can be obtained. Here, the value is about 10 mm. This Xi gr is an analysis parameter for brain and skin separation. By using this x-intercept according to the procedure of Patent Document 2 and the like, it is possible to separate the NIRS signal acquired by multi-distance measurement having a plurality of types of SD distances into a deep signal and a shallow signal.

ここで得た生体内部情報を深部、浅部信号除去における解析パラメータとして用いるが、既に取得済みの場合には、記憶部108もしくはメモリに保存されている既取得データを読み出し、制御・解析部106が用いても良い。深部寄与率算出式には、SD距離軸切片73が必要であるが、個人、さらには同じ個人においても計測部位によって異なるため、各被検者及び計測部位における最適値をメモリから取りだすことは解析結果の精度向上に有効である。   The bio-internal information obtained here is used as an analysis parameter for removing deep and shallow signals, but if already acquired, the acquired data stored in the storage unit 108 or the memory is read and the control / analysis unit 106 is read out. May be used. The SD contribution axis intercept 73 is necessary for the deep part contribution rate calculation formula, but since it differs depending on the measurement site in an individual or even in the same individual, it is analyzed that the optimum value for each subject and the measurement site is extracted from the memory. It is effective for improving the accuracy of results.

次に、図5に示すフローチャートを参照しながら、非加圧時信号、及び前記被検者内部情報から、非加圧時信号に含まれる深部信号、浅部信号を取得する流れを説明する。まず、非加圧時に測定されたマルチディスタンス計測データ(検出光量として検出される電圧データもしくは電圧データから変換されたヘモグロビン変化)に独立成分分析を適用する(ステップS501)。次に、独立成分及びそれらの重みから、各SD距離における信号寄与を算出する(ステップS502)。次に、各独立成分について、SD距離に対して信号寄与をプロットし、最小二乗法により1次回帰直線 f(x) = a(x − Xiex) を算出し、直線の傾きa、及びx切片(Xiex)を算出する(ステップS503)。最後に、Xigr、Xiexと寄与率を算出するSD距離(x)から、各独立成分の深部寄与率を算出する(ステップS504)。ステップS504において、各独立成分の深部寄与率及び浅部寄与率を算出する際には、例えば、表1に示す式を用いる(非特許文献4を参照)。Next, the flow of acquiring the deep signal and the shallow signal included in the non-pressurization signal from the non-pressurization signal and the subject internal information will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, independent component analysis is applied to multi-distance measurement data (voltage data detected as a detected light quantity or hemoglobin change converted from voltage data) measured at the time of non-pressurization (step S501). Next, the signal contribution at each SD distance is calculated from the independent components and their weights (step S502). Next, for each independent component, the signal contribution is plotted against the SD distance, the linear regression line f (x) = a (x − Xi ex ) is calculated by the least square method, and the slopes a and x of the straight line are calculated. An intercept (Xi ex ) is calculated (step S503). Finally, the deep contribution rate of each independent component is calculated from Xi gr and Xi ex and the SD distance (x) for calculating the contribution rate (step S504). In step S504, when calculating the deep contribution ratio and the shallow contribution ratio of each independent component, for example, the expressions shown in Table 1 are used (see Non-Patent Document 4).

Figure 0005997384
最後に、独立成分と深部、浅部各寄与率から、例えば数式1を用いて深部信号、浅部信号を再構成する(ステップS505)。
Figure 0005997384
Finally, the deep signal and the shallow signal are reconstructed from the independent components and the respective contribution ratios of the deep part and the shallow part using, for example, Equation 1 (step S505).

Figure 0005997384
ただし、rdp Ciは独立成分iの深部寄与率、WCi Pjは計測点mにおける独立成分iの重み、uCiは独立成分iの時系列データ、ΔCLは計測点mにおけるヘモグロビン(酸素化、もしくは脱酸素化)の深部信号である。浅部信号は、同様に浅部寄与率を用いる、もしくは元信号から深部信号を差し引く、等により求めることが可能である。
Figure 0005997384
Where r dp Ci is the depth contribution ratio of the independent component i, W Ci Pj is the weight of the independent component i at the measurement point m, u Ci is the time series data of the independent component i, and ΔCL is hemoglobin (oxygenation, (Or deoxygenation) deep signal. Similarly, the shallow portion signal can be obtained by using the shallow portion contribution ratio or subtracting the deep portion signal from the original signal.

このようにして得られた浅部信号は、表層組織における血液量変化の課題(タスク)依存性を調べることや、表層組織の血液量変化に対する個人差の影響を調べることに有効である。さらに、浅部信号のNIRS信号への寄与を事前に調べることで、マルチディスタンス配置ではない方法でのデータ解釈に対して有効な指針が得られるという効果がある。   The shallow signal thus obtained is effective in examining the task dependency of the blood volume change in the surface tissue, and in examining the influence of individual differences on the blood volume change in the surface tissue. Further, by examining in advance the contribution of the shallow signal to the NIRS signal, there is an effect that an effective guideline can be obtained for data interpretation by a method other than the multi-distance arrangement.

次に、以上のような測定を実現するプローブについて説明する。図6は、本発明の実施例1に従った測定を行うための、複数の照射―検出器間距離を有する配置(マルチディスタンス配置)の場合のプローブ断面を示す図である。   Next, a probe that realizes the above measurement will be described. FIG. 6 is a diagram showing a probe cross section in the case of an arrangement having a plurality of irradiation-detector distances (multi-distance arrangement) for performing measurement according to the first embodiment of the present invention.

特許文献2にあるように、マルチディスタンス配置においてはSD距離に応じて光量を変化させることが有効である。送光器50及び受光器60を保持するための保持部17は、保持部17と被検者10との間に空隙18を設けるように設置される。保持部17の材料には、内部応力の発生しにくい(変形しにくい)、硬いゴムもしくはプラスチック等を使用することが望ましい。空隙18を構成する表面の材質としては、光の反射の少ない低反射体19とすることが望ましい。一度空間に出た光子が再び組織に入射し、いずれかの光検出器102で検出されてしまうと、実効光路がより浅い位置に移動してしまい、深部組織への感度が相対的に低下するためである。このような現象を防ぐため、空隙18の内壁部のみの材質を低反射体19もしくは高吸収体とするか、もしくはこれらの材質のコーティング加工としても良い。   As described in Patent Document 2, it is effective to change the amount of light according to the SD distance in the multi-distance arrangement. The holding unit 17 for holding the light transmitter 50 and the light receiver 60 is installed so as to provide a gap 18 between the holding unit 17 and the subject 10. As the material of the holding portion 17, it is desirable to use hard rubber, plastic, or the like that hardly generates internal stress (not easily deformed). As a material of the surface constituting the gap 18, it is desirable to use the low reflector 19 that reflects little light. Once a photon that has exited space enters the tissue again and is detected by one of the photodetectors 102, the effective optical path moves to a shallower position, and the sensitivity to deep tissue is relatively reduced. Because. In order to prevent such a phenomenon, the material of only the inner wall portion of the gap 18 may be the low reflector 19 or the high absorber, or a coating process of these materials may be used.

空隙18は、加圧部15からの被検者10に対する印加圧力を加圧部15もしくはプローブ直下に集中させることに効果がある。さらに、空隙18は、加圧部15により圧迫され、押し出された生体組織を逃がす空間としての役割がある。これにより、加圧部15から被検者10に、加圧制御部11から受圧部14に印加された圧力21を効率的に伝えることに効果がある。つまり、より小さい力でより大きな圧力を印加できる効果がある。空隙18が無い場合、印加圧力が分散し、印加圧力を大きくする必要が生じる。尚、空隙は圧力を伝えず、加圧領域を制限するための効果があるが、同効果を実現するために受圧部14からの圧力を加圧部15へ伝えにくい材質で置き換えても良い。   The gap 18 is effective in concentrating the pressure applied to the subject 10 from the pressurizing unit 15 directly below the pressurizing unit 15 or the probe. Furthermore, the space | gap 18 has a role as a space which escapes the biological tissue pressed and pressed by the pressurization part 15. FIG. Thereby, it is effective in efficiently transmitting the pressure 21 applied from the pressurization control unit 11 to the pressure receiving unit 14 from the pressurization unit 15 to the subject 10. That is, there is an effect that a larger pressure can be applied with a smaller force. When there is no gap 18, the applied pressure is dispersed and the applied pressure needs to be increased. The gap does not transmit the pressure and has an effect of limiting the pressurizing region. However, in order to realize the same effect, the pressure from the pressure receiving unit 14 may be replaced with a material that is difficult to transmit to the pressurizing unit 15.

保持部17には、被検者を所定の圧力で加圧できているかモニタするために、つまり、被検者10の表層組織における止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態を確認する手段として、圧力センサ16を設置する。加圧部15を介して被検者10に加わる圧力の時間的変化は、NIRS信号に影響を与えるため、常にモニタしておく必要がある。圧力センサ16は、プローブ内部に設置することが望ましい。圧力センサ16が加圧部15の面に設置されないことで、生体組織接触部の平面性を維持できる。よって、被検者10に対し一様に圧力印加が可能である、という効果がある。   The holding unit 17 checks whether the subject can be pressurized with a predetermined pressure, that is, confirms the hemostatic state, ischemic state, or vascular occlusion state in the surface tissue of the subject 10. As a means, a pressure sensor 16 is installed. Since the temporal change of the pressure applied to the subject 10 via the pressurizing unit 15 affects the NIRS signal, it is necessary to always monitor it. The pressure sensor 16 is preferably installed inside the probe. Since the pressure sensor 16 is not installed on the surface of the pressurizing unit 15, the planarity of the living tissue contact portion can be maintained. Therefore, there is an effect that pressure can be uniformly applied to the subject 10.

十分な圧力であること、被検者10の表層組織における止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態の確認は、心拍の拍動(パルス)が無くなることで確認しても良い。心拍の拍動は、NIRS波形の脈動の有無を目視確認するか、圧力センサの出力値、もしくはNIRSプローブの直近に設置された光学的計測システムでも良い。ここでの光学的計測システムは、パルスオキシメータもしくは光電式容積脈波計測装置(フォトプレチスモグラフィ)等の技術に基づくもので良い。前記光学的計測システムによる計測結果から、脈動(脈波)成分の有無に基づいて圧力の判定を行う。つまり、脈動(脈波)成分が無い場合に、表層組織の血流がNIRS信号に影響を与えない程度に十分に抑制されていると判定する。尚、その結果を視覚(色ランプ)もしくは聴覚的な手段(音)等の報知手段により報知するようにしてもよい。また、図2のフローチャートにおける加圧時信号を取得し(ステップS202)、加圧時信号から、被検者内部情報を取得する(ステップS203)ことを終了したことを知らせるための視覚(色ランプ)もしくは聴覚的な手段(音)等の報知手段を有してもよい。これにより、手動で加圧する場合に、加圧をやめるタイミングを知ることができ、不要な加圧を防ぐことができるという効果がある。   Confirmation that the pressure is sufficient, the hemostatic state, ischemic state, or occlusion state of the blood vessel in the surface tissue of the subject 10 may be confirmed by the absence of heartbeat (pulse). As for the pulsation of the heartbeat, the presence or absence of the pulsation of the NIRS waveform may be visually checked, the output value of the pressure sensor, or an optical measurement system installed in the immediate vicinity of the NIRS probe may be used. The optical measurement system here may be based on a technique such as a pulse oximeter or a photoelectric volume pulse wave measuring device (photoplethysmography). From the measurement result by the optical measurement system, the pressure is determined based on the presence or absence of a pulsation (pulse wave) component. That is, when there is no pulsation (pulse wave) component, it is determined that the blood flow of the surface tissue is sufficiently suppressed to an extent that does not affect the NIRS signal. In addition, you may make it alert | report the result by alerting | reporting means, such as visual (color lamp) or an auditory means (sound). Further, a visual signal (color lamp) is used to acquire the signal at the time of pressurization in the flowchart of FIG. 2 (step S202), and to inform the end of the acquisition of the internal information of the subject from the signal at the time of pressurization (step S203) ) Or informing means such as auditory means (sound). Thereby, when pressurizing manually, the timing which stops pressurization can be known, and there is an effect that unnecessary pressurization can be prevented.

さらに、止血の状態を確認する手段として、検出器を1個追加して、5 mmの計測点を1点追加する構成を用いても良い。さらに、このSD距離5 mmの計測点は、脳、皮膚由来信号分離後に、分離性能の評価に用いることができる。また、皮膚血流が対象となる計測範囲で一様と仮定したときに、SD距離5 mmの計測点を参照信号として利用して、皮膚血流成分を分離する解析に用いることもできる。   Further, as a means for confirming the hemostatic state, a configuration in which one detector is added and one 5 mm measurement point is added may be used. Furthermore, this measurement point with an SD distance of 5 mm can be used for evaluation of separation performance after separation of brain and skin-derived signals. In addition, when the skin blood flow is assumed to be uniform in the measurement range of interest, the measurement point with an SD distance of 5 mm can be used as a reference signal for analysis for separating skin blood flow components.

図6では受圧部14は外部から圧力を受け、加圧部15を介して被検者10へ圧力を伝達する構成について説明したが、加圧制御手段として、保持部17、もしくはプローブ内に圧力発生手段を有することにより、内部に受圧部を包含する構成であってもよい。   In FIG. 6, the pressure receiving unit 14 receives a pressure from the outside and transmits the pressure to the subject 10 via the pressurizing unit 15. However, as a pressurization control unit, the pressure receiving unit 14 has a pressure in the holding unit 17 or the probe. By having the generating means, it may be configured to include the pressure receiving portion inside.

以上は脳酸素モニタ、組織酸素モニタ装置、光トポグラフィ等の光脳機能計測装置のいずれのNIRS装置にも使用可能である。   The above can be used for any NIRS device such as a brain oxygen monitor, a tissue oxygen monitor device, and an optical brain function measuring device such as optical topography.

尚、加圧時の加圧領域としては、被検者への設置時に、前記照射点または前記検出点を囲むように配置される。照射点及び検出点のそれぞれの中心点を中心とする半径5 mmの円、好ましくは半径10 mmの円、を含むよう構成される。半径5 mmの円とすれば加圧部15は比較的小さい面積で済み、プローブ直下の表層血液を有る程度抑えられるという効果がある。半径10 mmとした場合には、加圧時に、受圧部14への印加圧力を大きくする必要があるが、表層組織の血液変化を抑制するのにさらに顕著な効果がある。しかし、加圧領域を大きくすることは、所定圧力を被検者10に伝えるために印加圧力を大きくする必要性が生じ、特に手動で加圧することを想定した場合には現実的な手段では無く、圧力センサ16等の情報を利用して、表層組織由来信号を十分抑制可能な、最小の印加圧力を見出すことが重要である。   The pressurizing area at the time of pressurization is arranged so as to surround the irradiation point or the detection point at the time of installation on the subject. A circle having a radius of 5 mm, preferably a circle having a radius of 10 mm, centering on the center point of each of the irradiation point and the detection point is configured. If a circle with a radius of 5 mm is used, the pressurizing portion 15 may have a relatively small area, and there is an effect that the surface blood immediately below the probe can be suppressed to some extent. When the radius is 10 mm, it is necessary to increase the pressure applied to the pressure receiving portion 14 during pressurization, but this has a more remarkable effect in suppressing blood changes in the surface tissue. However, enlarging the pressurizing region requires the application pressure to be increased in order to transmit the predetermined pressure to the subject 10, and is not a practical means especially when assuming that the pressurization is performed manually. It is important to find the minimum applied pressure that can sufficiently suppress the surface tissue-derived signal by using information from the pressure sensor 16 or the like.

図7は、空隙を有する保持部及び周辺の構成を示す図である。上図は断面AA、下図は断面BBを示す。受圧部14から受けた圧力を加圧部15より生体へ伝える構造において、空隙18及びその周囲に接触固定部24を有する。加圧部15は、光源101及び光検出器102を含んでおり、当該光源101及び検出器102の周囲へ均一な圧力を印加する目的から、当該光源101及び検出器102が、圧力を伝えるよう構成されることが望ましいが、圧力を伝えない構成としても良い。生体への接触部は、加圧部15の他に、生体接触部24が設けられており、空隙18を有するため、圧力が加わりにくい構成となっている。空隙18は、圧力が加圧部15に集中させ、受圧部に加える力を低減させるために有効である。光源101及び検出器102が被検者10へ圧力を伝えるよう構成される場合には、例えば導波路40としてL字状に湾曲及び屈曲した光ファイバ束を用い、ファイバ周囲を金属もしくはプラスチック等の被覆で覆い、さらに被覆と保持部17と一体化させることで実現できる。または、光源及び光検出器の素子を保持部に接触させ、受圧部に印加された圧力が伝わるよう配置することで、光学素子の筺体を介して圧力を被検者10に伝えることが可能である。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a holding unit having a gap and a surrounding area. The upper figure shows the cross section AA and the lower figure shows the cross section BB. In the structure for transmitting the pressure received from the pressure receiving unit 14 to the living body from the pressurizing unit 15, a contact fixing unit 24 is provided around the space 18. The pressurizing unit 15 includes a light source 101 and a light detector 102. For the purpose of applying a uniform pressure to the periphery of the light source 101 and the detector 102, the light source 101 and the detector 102 transmit pressure. Although it is desirable to be configured, a configuration that does not transmit pressure may be used. Since the living body contact portion 24 is provided with the living body contact portion 24 in addition to the pressurizing portion 15 and has the gap 18, the living body contact portion is configured to be difficult to apply pressure. The gap 18 is effective for concentrating the pressure on the pressurizing unit 15 and reducing the force applied to the pressure receiving unit. When the light source 101 and the detector 102 are configured to transmit pressure to the subject 10, for example, an optical fiber bundle curved and bent in an L shape is used as the waveguide 40, and the periphery of the fiber is made of metal or plastic. This can be realized by covering with a covering and further integrating with the covering and the holding portion 17. Alternatively, it is possible to transmit the pressure to the subject 10 via the housing of the optical element by arranging the elements of the light source and the photodetector in contact with the holding unit and transmitting the pressure applied to the pressure receiving unit. is there.

図8は、円形の加圧部を有し、接触固定部が曲率を有するプローブの断面図である。円形とすることで、光源101及び光検出器102の真下に位置する照射点12及び検出点13の周囲を均一に加圧可能であり、圧迫が必要な部位において均一に表層組織を圧迫できるという効果がある。また、圧力不均一による痛み等を軽減できる。さらに、曲率を有する生体接触部25、保持バンド26と組み合わせることで、加圧制御部11から受圧部14に印加された圧力21による生体表面への局所的な圧力印加を防ぐことが可能となる。例えば、加圧部においては平面であり、保持バンド26と連結する場所の下に位置する生体接触部においては生体表面の曲面に合わせた曲率を有する構造とすることで、加圧部には圧力を集中させ、曲率を有する生体接触部25においては圧力を分散させるという効果がある。曲率を有する生体接触部25を構成する材料としては、ゴム材料等の弾性体もしくはプラスチック等であればよい。尚、ここでは光源101と光検出器102間、及び両光検出器102間に空隙18を設ける構成としたが、これらの間の空隙を設けずに、生体接触部24と加圧部の間にのみ空隙もしくは圧力を伝えにくい部材を有する構成でもよい。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a probe having a circular pressure part and a contact fixing part having a curvature. By making it circular, it is possible to uniformly pressurize the periphery of the irradiation point 12 and the detection point 13 located directly below the light source 101 and the photodetector 102, and it is possible to uniformly press the surface tissue at a site where compression is required. effective. In addition, pain due to non-uniform pressure can be reduced. Furthermore, by combining with the biological contact portion 25 having a curvature and the holding band 26, it is possible to prevent local pressure application to the surface of the living body due to the pressure 21 applied from the pressure control unit 11 to the pressure receiving unit 14. . For example, the pressurizing portion is flat, and the living body contact portion located below the place where the holding band 26 is connected has a curvature that matches the curved surface of the living body surface. In the living body contact portion 25 having a curvature, the pressure is dispersed. The material constituting the biological contact portion 25 having a curvature may be an elastic body such as a rubber material or plastic. In addition, although it was set as the structure which provides the space | gap 18 between the light source 101 and the photodetector 102 here, and between both the photodetectors 102 here, without providing the space | gap between these, between the biological contact part 24 and a pressurization part. A configuration having a gap or a member that hardly transmits pressure may be used.

図9は、光子伝播シミュレーションにより得られた、頭皮における実効光路長分布を示す図である。実効光路長の大きさを濃淡で表現している。色が濃いほど実効光路長が大きいことを示す。頭部構造(各組織厚み、吸収係数、散乱係数)を仮定した上で、光子の経路を光子伝播シミュレーションにより算出後、100個の光子の経路を、検出光量に応じて重みづけ平均し、表層組織に位置する各ボクセル(2 mm×2 mm×3 mm (皮膚厚み))における実効光路長を算出したものである。照射・検出点の直径は1.5 mmと仮定した。照射点12と検出点13の周囲、及び照射点12と検出点13を結ぶ直線状に、表層組織(頭皮)光路長の分布が集中することがわかる。特に、照射点12と検出点13を中心とする半径5 mmの円内に集中している。よって、この領域を加圧すれば、検出光変化に寄与する表層組織内血液量変化を効果的に抑制することが可能となる。実際にはこの領域に流れ込む血液を流すための血管を圧迫することが効果的であるので、この領域の周囲の領域を同時に圧迫することが重要である。よって実際には、加圧部の固定時の安定性も考慮し、半径10〜15 mm程度としてもよい。頭皮の厚みは被検者毎、測定部位毎に異なるので、最適な加圧領域は条件により異なる。加圧時の負担を考慮しなければ、十分に広い範囲を圧迫することが表層組織の血液量を抑えるのに効果的であると考えられる。このように、頭部構造及び光学特性分布を仮定した上での光子伝播シミュレーション結果を用いることで、最小限で効率良く加圧可能な領域を決めることができる。MRIやX線CT等の結果等を用いて頭部構造のシミュレーションモデルを作成することで、被検者毎に最適な加圧領域を決めることが可能である。尚、加圧部15の形状としては、円形に限らず、好ましくは実効光路長分布の形状をカバーするような形状であることがさらに効果的である。つまり、前記加圧部15は、検出光の表層組織における実効光路長の分布において、表層組織における実効光路長の総和のうち所定の割合(例えば、95%)以上を覆う領域を含む形状とすればよい。   FIG. 9 is a diagram showing an effective optical path length distribution in the scalp obtained by photon propagation simulation. The effective optical path length is expressed in shades. The darker the color, the greater the effective optical path length. Assuming the head structure (each tissue thickness, absorption coefficient, scattering coefficient), after calculating the photon path by the photon propagation simulation, the 100 photon paths are weighted and averaged according to the detected light quantity, and the surface layer This is a calculation of the effective optical path length in each voxel (2 mm × 2 mm × 3 mm (skin thickness)) located in the tissue. The diameter of the irradiation / detection point was assumed to be 1.5 mm. It can be seen that the distribution of the surface layer tissue (scalp) optical path length is concentrated around the irradiation point 12 and the detection point 13 and in a straight line connecting the irradiation point 12 and the detection point 13. In particular, it is concentrated in a circle with a radius of 5 mm centered on the irradiation point 12 and the detection point 13. Therefore, if this region is pressurized, it is possible to effectively suppress changes in blood volume in the surface tissue that contribute to changes in the detection light. In practice, it is effective to compress a blood vessel for flowing blood flowing into this region, so it is important to simultaneously compress the region around this region. Therefore, in actuality, the radius may be set to about 10 to 15 mm in consideration of the stability when the pressure unit is fixed. Since the thickness of the scalp varies from subject to subject and from site to site, the optimal pressure area varies depending on conditions. If the burden at the time of pressurization is not taken into consideration, it is considered that pressing a sufficiently wide range is effective in suppressing the blood volume of the surface tissue. As described above, by using the photon propagation simulation result on the assumption of the head structure and the optical characteristic distribution, it is possible to determine a region where pressurization can be performed efficiently with a minimum. By creating a simulation model of the head structure using the results of MRI, X-ray CT, etc., it is possible to determine the optimum pressure region for each subject. Note that the shape of the pressurizing unit 15 is not limited to a circle, and it is more effective that the shape preferably covers the shape of the effective optical path length distribution. That is, the pressurizing unit 15 is configured to include a region that covers a predetermined ratio (for example, 95%) or more of the total effective optical path length in the surface tissue in the distribution of the effective optical path length in the surface tissue of the detection light. That's fine.

図10は、加圧領域調整手段28を有するプローブを示す図である。最適な加圧領域は被検者、測定部位、可能な加圧範囲により異なるので、条件に応じて加圧領域を調整することが有効である。ここでは、加圧領域調整手段を有するプローブについて説明する。加圧領域調整手段28は、加圧制御部11から受圧部14に印加された圧力21を生体表面へ伝える領域である加圧部15の面積を調整するためのものである。例えばプローブ(もしくは保持部17)に対して着脱可能な部材であり、空隙18を構成する保持手段内壁に設置される溝にはめ込むように挿入することが可能であればよい。当該部材をプローブに挿入すると、加圧部15の面積を広げることができる。この構成により、容易に加圧領域を調整することが可能で、さまざまな条件(被検者、測定部位、可能な加圧範囲)に応じてプローブを構成することが可能となるため、加圧部の異なるプローブに交換する等の手間を低減できるという効果がある。さらに、SD距離に応じて実効光路が変わることから、適切な加圧領域面積も変わるため、SD距離を複数計測する場合にも、SD距離に応じて加圧領域面積を変えることが可能となる。   FIG. 10 is a view showing a probe having a pressurizing region adjusting means 28. Since the optimal pressurization region varies depending on the subject, the measurement site, and the possible pressurization range, it is effective to adjust the pressurization region according to the conditions. Here, a probe having a pressurizing region adjusting means will be described. The pressurizing region adjusting means 28 is for adjusting the area of the pressurizing unit 15 that is a region for transmitting the pressure 21 applied from the pressurizing control unit 11 to the pressure receiving unit 14 to the surface of the living body. For example, it is a member that can be attached to and detached from the probe (or the holding portion 17), and may be any member that can be inserted into a groove installed in the inner wall of the holding means constituting the gap 18. When the member is inserted into the probe, the area of the pressure unit 15 can be increased. With this configuration, it is possible to easily adjust the pressurization region, and the probe can be configured according to various conditions (examinee, measurement site, possible pressurization range). There is an effect that it is possible to reduce the trouble of exchanging probes with different parts. Furthermore, since the effective optical path changes according to the SD distance, the appropriate pressure area changes, so even when measuring multiple SD distances, the pressure area can be changed according to the SD distance. .

次に、図11に示すフローチャートを参照しながら、適切な加圧領域を算出し、適切なプローブを選択する流れを説明する。まず、MRI、X線CT画像、プローブ位置情報、 データベース等から頭部構造データを取得する(ステップS1101)。次に、文献等を参考にしながら、吸収係数、散乱係数を仮定する(ステップS1102)。次に、散乱係数と、アルゴリズムに応じて吸収係数を用いて、光子伝播シミュレーションにより光子伝播経路を算出する (ステップS1103)。例えば、モンテカルロシミュレーション、もしくは光拡散方程式を有限要素法により解く方式、等を用いれば良い。次に、吸収係数分布を考慮しながら、表層組織における実効光路長分布を算出する(ステップS1104)。次に、全検出パワーに対する比率(及び加圧領域のマージン)を設定する(ステップS1105)。ここでのマージンとは、前記全検出パワーに対する所定の比率を含む領域からの一定の余裕幅のことである。余裕幅を持たせ、より広い範囲を加圧領域と指定することで、加圧に必要な領域下の血管を十分に圧迫することが可能となる。次に、加圧領域を算出する(ステップS1106)。次に、加圧領域調整手段28を用いて加圧領域を調整する(ステップS1107)。以上のステップS1101からステップS1106までの手順を、制御・解析部106で行っても良いし、オフラインでユーザが行っても良い。   Next, a flow of calculating an appropriate pressure region and selecting an appropriate probe will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, head structure data is acquired from an MRI, an X-ray CT image, probe position information, a database, etc. (step S1101). Next, an absorption coefficient and a scattering coefficient are assumed with reference to documents and the like (step S1102). Next, the photon propagation path is calculated by the photon propagation simulation using the scattering coefficient and the absorption coefficient according to the algorithm (step S1103). For example, a Monte Carlo simulation or a method of solving a light diffusion equation by a finite element method may be used. Next, the effective optical path length distribution in the surface tissue is calculated in consideration of the absorption coefficient distribution (step S1104). Next, the ratio to the total detected power (and the margin of the pressurizing area) is set (step S1105). The margin here is a certain margin width from a region including a predetermined ratio with respect to the total detection power. By giving a margin width and designating a wider range as the pressurization region, it becomes possible to sufficiently compress the blood vessel under the region necessary for pressurization. Next, a pressurization area is calculated (step S1106). Next, the pressure area is adjusted using the pressure area adjusting means 28 (step S1107). The procedure from step S1101 to step S1106 described above may be performed by the control / analysis unit 106 or may be performed offline by the user.

図12は、押下位置案内手段を有する保持部を示す図である。送光器50及び受光器60を保持する保持部17において、押下位置案内手段80を有する。押下位置案内手段80は、最も効果的に加圧部15より被検者10に圧力を印加できる場所に表示される。例えば、SD距離約30 mmに設定されている送光器50と受光器60との間の中点に配置される。受圧部14は図には表示されていないが、ここでは押下位置案内手段80の位置と同位置となる。これにより、圧力を手動により印加する場合に、押下場所のガイドとなるため、再現性良く、簡便に計測を行うことができるという効果がある。   FIG. 12 is a diagram showing a holding unit having a pressed position guide means. The holding unit 17 that holds the light transmitter 50 and the light receiver 60 includes a pressing position guide unit 80. The pressed position guide means 80 is displayed at a place where pressure can be applied to the subject 10 from the pressurizing unit 15 most effectively. For example, it is arranged at the midpoint between the light transmitter 50 and the light receiver 60 set to an SD distance of about 30 mm. Although the pressure receiving unit 14 is not shown in the drawing, it is in the same position as the position of the pressed position guide means 80 here. As a result, when pressure is applied manually, it serves as a guide for the location of pressing, so there is an effect that measurement can be performed easily with good reproducibility.

次に、特に手動で加圧する場合の押下部の構造についての実施例を説明する。図13(a)は、凹部のある受圧部を有する保持部の断面を示す図である。送光器50及び受光器60を保持する保持部17が、凹部を有する受圧部81を有する。保持部17が受圧部14において凹部を有することにより、触覚的なガイドとなると同時に、手動による圧力を受圧部14に集中させることに効果がある。図13(b)は、突起状の滑り止めを有する保持部の断面を示す図である。押下位置のガイドとしての役割がある滑り止め82を設けることで、手動で加圧する場合に、より安定して加圧できる。尚、このとき凹部を有する受圧部81は、加圧制御部11としての役割を兼ね備えるため、別途加圧制御部11を設けなくてもよい。   Next, an example of the structure of the pressing part when the pressure is applied manually will be described. FIG. 13A is a view showing a cross section of a holding portion having a pressure receiving portion with a recess. The holding portion 17 that holds the light transmitter 50 and the light receiver 60 includes a pressure receiving portion 81 having a recess. Since the holding portion 17 has a concave portion in the pressure receiving portion 14, it becomes effective to concentrate manual pressure on the pressure receiving portion 14 while serving as a tactile guide. FIG. 13B is a view showing a cross section of the holding portion having the protrusion-like slip stopper. By providing the non-slip 82 that serves as a guide for the pressing position, the pressure can be more stably applied manually. At this time, the pressure receiving unit 81 having the concave portion also serves as the pressure control unit 11, and thus the pressure control unit 11 may not be provided separately.

図14は、屈曲もしくは湾曲のある導波路を有する保持部を示す図である。保持部17において保持される送光器50及び受光器60が屈曲もしくは湾曲を有する導波路41を有する。圧力21を印加する際に、送光器50及び受光器60が物理的、空間的な障害を小さくし、圧力を効率よく伝えるという効果を有する。つまり、加圧制御部11と空間的な干渉を無くすという効果がある。さらに、送光器50及び受光器60が光ファイバ等で構成される場合には、手動による圧力印加の際の接触により折れるという可能性も少なくなる。さらに、手動により受圧部14への圧力印加の際に、圧力をかけやすいという効果がある。同効果を得るために、光源素子及び検出器素子等の光学素子を直接、被検者に対して接触に近い位置関係で配置するという構成でもよい。   FIG. 14 is a diagram illustrating a holding unit having a bent or curved waveguide. The light transmitter 50 and the light receiver 60 held in the holding unit 17 have a waveguide 41 having a bend or a curve. When the pressure 21 is applied, the light transmitter 50 and the light receiver 60 have an effect of reducing physical and spatial obstacles and transmitting the pressure efficiently. That is, there is an effect of eliminating spatial interference with the pressurization control unit 11. Furthermore, when the light transmitter 50 and the light receiver 60 are configured by an optical fiber or the like, the possibility that the light transmitter 50 and the light receiver 60 break due to contact during manual pressure application is reduced. Furthermore, there is an effect that it is easy to apply pressure when the pressure is manually applied to the pressure receiving portion 14. In order to obtain the same effect, an optical element such as a light source element and a detector element may be arranged directly in a positional relationship close to contact with the subject.

図15(a)は、取っ手を有する保持部の断面を示す図である。保持部17には、受圧部14へ圧力を印加するための加圧制御部11として、取っ手22が接続される。取っ手22を有することにより、特に保持部17が小さい場合には、手動にてより圧力を印加しやすいという効果がある。さらに、手動で圧力を印加する際の受圧部14も取っ手の接続位置に固定されるため、目的の位置に圧力を印加可能であるという効果がある。尚、取っ手22は取り外し可能としてもよい。   FIG. 15A is a view showing a cross section of a holding portion having a handle. A handle 22 is connected to the holding unit 17 as the pressurization control unit 11 for applying pressure to the pressure receiving unit 14. By having the handle 22, there is an effect that it is easier to apply pressure manually, especially when the holding portion 17 is small. Further, since the pressure receiving portion 14 when manually applying pressure is also fixed at the connection position of the handle, there is an effect that the pressure can be applied to the target position. The handle 22 may be removable.

図15(b)は、取っ手及び弾性機構を有する保持部の断面を示す図である。受圧部14、加圧部15を含むプローブモジュールが、保持部17により、弾性機構29を介して被検者10に対して固定される。このとき、加圧制御部11としての取っ手22を、保持部17と干渉しないようにプローブモジュール上の受圧部14に取り付けることで、保持部17が弾性機構29を有する場合にも、取っ手22を介して直接受圧部14に圧力を印加可能である。この構成により、加圧時信号取得時には所定の圧力を効率的に加圧部15から被検者10に印加可能であり、かつ非加圧時信号取得時には弾性機構29がプローブ装着の改善、及び過剰圧力の防止に寄与するという効果がある。   FIG. 15B is a view showing a cross section of the holding portion having the handle and the elastic mechanism. The probe module including the pressure receiving unit 14 and the pressurizing unit 15 is fixed to the subject 10 by the holding unit 17 via the elastic mechanism 29. At this time, by attaching the handle 22 as the pressurizing control unit 11 to the pressure receiving unit 14 on the probe module so as not to interfere with the holding unit 17, the handle 22 can be moved even when the holding unit 17 has the elastic mechanism 29. The pressure can be directly applied to the pressure receiving unit 14 via the pressure sensor 14. With this configuration, a predetermined pressure can be efficiently applied from the pressurization unit 15 to the subject 10 when acquiring a signal during pressurization, and the elastic mechanism 29 improves probe mounting when acquiring a signal during non-pressurization, and This has the effect of contributing to prevention of excessive pressure.

図16(a)は、加圧機構を有する保持部17の断面を示す図である。受圧部14に対して加圧機構23が圧力を印加する。加圧機構23としては、機械式、電磁式、油圧式等でよい。特に、気体または液体の圧力を使用するもの、もしくはネジ式にねじることで加圧部を被検者10に弾性体を押しつけるものでもよい。もしくは、頭部に巻くベルトにボルト状の部材をねじ込むことで前記部材直下の圧力を調整する構造でもよい。尚、加圧機構23は被検者10に対して固定されていてもよく、それにより、被検者10における加圧部15との接触部に効果的に圧力を印加する構成としてもよい。また、加圧機構23は取り外し可能としてもよい。   FIG. 16A is a view showing a cross section of the holding portion 17 having a pressurizing mechanism. The pressure mechanism 23 applies pressure to the pressure receiving unit 14. The pressurizing mechanism 23 may be mechanical, electromagnetic, hydraulic, or the like. In particular, a gas or liquid pressure may be used, or an elastic body may be pressed against the subject 10 by pressing the pressurizing portion by screwing. Or the structure which adjusts the pressure just under the said member by screwing a bolt-shaped member in the belt wound around a head may be sufficient. The pressurizing mechanism 23 may be fixed to the subject 10, and thereby, a configuration may be adopted in which pressure is effectively applied to the contact portion of the subject 10 with the pressurizing unit 15. The pressurizing mechanism 23 may be removable.

図16(b)は、空気袋により受圧部14を加圧するときのプローブ断面を示す図である。加圧機構として、空気袋27を用いる。空気袋27が膨張することで、受圧部14に圧力が加わる。そして、受圧部14に加わった圧力は、加圧部15を介して生体表面に伝わる。空気袋の空気圧を電磁気的な手段で制御することにより、精度良くかつ再現性良く、生体表面に加える圧力を調整することが可能となる。これにより、自動制御を用いて高い再現性で生体表面を加圧することが可能となり、これまでの、測定日や個人によって加圧圧力が変わり得るという課題を解決することが可能となる。さらに、印加圧力を外部のポンプによる空気圧で制御し、空気圧を外部機器で測定及びモニタしている場合等は、圧力センサを保持部17に設けない構成も可能となる。   FIG. 16B is a diagram showing a cross section of the probe when the pressure receiving portion 14 is pressurized with an air bag. An air bag 27 is used as a pressurizing mechanism. As the air bladder 27 expands, pressure is applied to the pressure receiving portion 14. Then, the pressure applied to the pressure receiving unit 14 is transmitted to the surface of the living body via the pressurizing unit 15. By controlling the air pressure of the air bag by electromagnetic means, it is possible to adjust the pressure applied to the surface of the living body with high accuracy and good reproducibility. Thereby, it becomes possible to pressurize a living body surface with high reproducibility using automatic control, and it becomes possible to solve the subject that a pressurization pressure may change with the date of measurement or an individual so far. Further, when the applied pressure is controlled by the air pressure from an external pump and the air pressure is measured and monitored by an external device, a configuration in which the pressure sensor is not provided in the holding unit 17 is possible.

加圧機構23を自動制御するよう構成した場合には、被検者10を自動圧迫し、さらに加圧部15より印加する圧力を制御することが可能である。記憶部108が被検者毎、部位毎に十分に表層血流が抑制された圧力の情報と計測データ及び内部構造情報を結びつけて記憶、保存しておくことで、再度同じ被検者が計測する際には記憶部108から、対応する圧力情報及び内部構造情報を読み込むことで、自動圧迫を効率的に行うことができる。または、内部構造情報を再計測する必要が無い場合、加圧時計測を省略することも可能となる。   When the pressurizing mechanism 23 is configured to be automatically controlled, it is possible to automatically compress the subject 10 and further control the pressure applied from the pressurizing unit 15. The storage unit 108 stores and stores the pressure information, the measurement data, and the internal structure information in which the surface blood flow is sufficiently suppressed for each subject and for each part, so that the same subject can measure again. In doing so, automatic compression can be efficiently performed by reading the corresponding pressure information and internal structure information from the storage unit 108. Alternatively, when it is not necessary to remeasure the internal structure information, it is possible to omit the measurement during pressurization.

加圧機構23を用いる自動圧迫時においては、圧力センサ16等の、被検者10の表層組織における止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態を確認する手段を用いて、十分に表層組織における血流の影響が抑制される圧力に自動調整可能である。   At the time of automatic compression using the pressurizing mechanism 23, the surface layer is sufficiently obtained by using a means for confirming the hemostatic state, ischemic state, or occlusion state of the blood vessel in the surface tissue of the subject 10 such as the pressure sensor 16. The pressure can be automatically adjusted to suppress the influence of blood flow in the tissue.

以上では照射−検出器間(SD)距離を複数有するプローブ配置について説明したが、1つのSD距離の配置の場合の応用例についての実施例を説明する。図17に示すフローチャートを参照しながら、実施例2に従った通常のSD距離配置のプローブを用いたときの表層成分の吸収寄与を推定する流れを説明する。ここで、通常のSD距離配置とは、例えば、光源―検出器間距離が30 mmのプローブ配置のことを指す。   Although the probe arrangement having a plurality of irradiation-detector (SD) distances has been described above, an example of an application example in the case of the arrangement of one SD distance will be described. The flow of estimating the absorption contribution of the surface layer component when using the probe with the normal SD distance arrangement according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Here, the normal SD distance arrangement refers to, for example, a probe arrangement with a light source-detector distance of 30 mm.

まず、受圧部14に圧力21を印加することで、加圧部15から被検者10に圧力を印加し、加圧時信号を取得する(ステップS1701)。次に、加圧部15からの圧力を解放し、非加圧時信号を取得する(ステップS1702)。次に、表層成分の吸収寄与率を算出する(ステップS1703)。   First, by applying a pressure 21 to the pressure receiving unit 14, a pressure is applied from the pressurizing unit 15 to the subject 10, and a pressurization signal is acquired (step S1701). Next, the pressure from the pressurizing unit 15 is released, and a non-pressurization signal is acquired (step S1702). Next, the absorption contribution ratio of the surface layer component is calculated (step S1703).

以上の手順による測定を実現するためのプローブを以下に説明する。図18は照射―検出器間(SD)距離が約30 mmの場合のプローブ断面を示す図である。送光器50及び受光器60は保持部17に保持され、被検者10へ光を入射し、被検者10内を伝播した光(光路分布:31)を検出する。保持部17は空隙18を有し、空隙18の内壁には低反射体19が配置される。加圧制御部11から受圧部14に印加される圧力21は、保持部17を介して加圧部15から被検者10へ伝えられる。被検者10へ印加される圧力は、圧力センサ16により検出する。加圧の方式は、実施例1で述べた方法を用いればよい。   A probe for realizing measurement according to the above procedure will be described below. FIG. 18 is a diagram showing a cross section of the probe when the irradiation-detector (SD) distance is about 30 mm. The light transmitter 50 and the light receiver 60 are held by the holding unit 17, and light is incident on the subject 10 to detect the light (light path distribution: 31) that has propagated through the subject 10. The holding part 17 has a gap 18, and a low reflector 19 is disposed on the inner wall of the gap 18. The pressure 21 applied from the pressurization control unit 11 to the pressure receiving unit 14 is transmitted from the pressurization unit 15 to the subject 10 via the holding unit 17. The pressure applied to the subject 10 is detected by the pressure sensor 16. As the pressurization method, the method described in Embodiment 1 may be used.

受光器60で検出される光は、表層組織及び深部組織の両方で減衰されたものであるから、被検者10の表層組織への圧迫により、表層組織における血液等による吸収が小さくなる。これにより、表層成分の血液による吸収寄与率を推定可能である。表層成分の血液による吸収寄与率を定量化することにより、例えば、NIRS計測における、表層成分の影響の小さい計測点の選択に利用することが可能であるという効果がある。   Since the light detected by the light receiver 60 is attenuated in both the surface tissue and the deep tissue, the absorption by the blood or the like in the surface tissue is reduced by the pressure on the surface tissue of the subject 10. Thereby, the absorption contribution rate by the blood of a surface layer component can be estimated. By quantifying the absorption contribution ratio of the surface layer component by blood, for example, there is an effect that it can be used to select a measurement point having a small influence of the surface layer component in NIRS measurement.

本発明により、医療用および研究用機器として、あるいは教育効果・リハビリ効果の確認、家庭における健康管理、商品モニタ等の市場調査、さらに、同様の手法により組織酸素飽和度計測や筋肉の酸素代謝計測に用いることができる生体計測装置、特に表層及び深層成分を分離する等のための、複数の照射―検出器間距離(SD距離)を有するプローブを用いた装置において、空間分解能向上の手段として利用できる。   In accordance with the present invention, as a medical and research device, or for confirming educational effects / rehabilitation effects, home health management, market research such as product monitoring, etc., tissue oxygen saturation measurement and muscle oxygen metabolism measurement by similar methods Used as a means to improve spatial resolution in biological measurement devices that can be used for radiology, especially devices that use probes with multiple irradiation-detector distances (SD distances) to separate surface and deep components, etc. it can.

10:被検者
11:加圧制御部
12:照射点
13:検出点
14:受圧部
15:加圧部
16:圧力センサ
17:保持部
18:空隙
19:低反射体
20:装置本体
21:圧力
22:取っ手
23:加圧機構
24:生体接触部
25:曲率を有する生体接触部
26:保持バンド
27:空気袋
28:加圧領域調整手段
29:弾性機構
30:光
31:光路分布
40:導波路
41:屈曲もしくは湾曲を有する導波路
50:送光器
60:受光器
70:SD距離軸
71:平均実効光路長
72:一次回帰直線
73:SD距離軸(X軸)切片
74:皮膚平均実効光路長
75:灰白質平均実効光路長
80:押下位置案内手段
81:凹部を有する受圧部
82:滑り止め
101:光源
102:光検出器
103:光源駆動装置
104:増幅器
105:アナログ−デジタル変換器
106:制御・解析部
107:入力部
108:記憶部
109:表示部
10: Subject 11: Pressurization control unit 12: Irradiation point 13: Detection point 14: Pressure receiving unit 15: Pressurization unit 16: Pressure sensor 17: Holding unit 18: Air gap 19: Low reflector 20: Device main body 21: Pressure 22: Handle 23: Pressurizing mechanism 24: Biological contact part 25: Biological contact part 26 having curvature: Holding band 27: Air bag 28: Pressurizing area adjusting means 29: Elastic mechanism 30: Light 31: Optical path distribution 40: Waveguide 41: Curved or curved waveguide 50: Light transmitter 60: Light receiver 70: SD distance axis 71: Average effective optical path length 72: Primary regression line 73: SD distance axis (X axis) intercept 74: Skin average Effective optical path length 75: Gray matter average effective optical path length 80: Pressing position guide means 81: Pressure receiving part 82 having a concave part: Non-slip 101: Light source 102: Light detector 103: Light source driving device 104: Amplifier 105: Analog-digital conversion Vessel 106 Control and analysis unit 107: input unit 108: storage unit 109: display unit

Claims (15)

被検体へ光を照射するための1つまたは複数の光照射手段と、
前記光照射手段から前記被検体上の所定の照射点に照射され、前記被検体内を伝播してきた光を前記被検体上の所定の検出点において検出するための1つまたは複数の光検出手段と、
前記光検出手段で得られる信号を解析するための解析部と、
印加される圧力を受けるための受圧部と、
前記受圧部に印加する圧力を制御するための加圧制御部と、
前記光照射手段及び前記光検出手段の周囲に設けられ、前記受圧部で受けた圧力を前記被検体の表層組織へ伝える加圧部と、
前記被検体の止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態、を確認するための状態確認手段と、
前記解析部が解析した結果及び前記状態確認手段による結果を表示できる表示部と、
前記解析部が解析した結果及び前記状態確認手段による結果を記憶できる記憶部と、を有し、
前記解析部は、
前記受圧部に所定の圧力を印加することで、前記被検体を前記加圧部において、所定の圧力で加圧したときに前記光検出手段で取得される信号を演算して得られる加圧時信号から、前記被検体内部の情報を取得し、
前記被検体内部の情報を用いて、前記加圧部から前記被検体へ圧力を加えない、もしくは加えない状態に近いときに前記光検出手段で取得される信号を演算して得られる非加圧時信号に含まれる、主に深部組織に由来する深部信号と、主に浅部組織に由来する浅部信号とをそれぞれ取得する、
ことを特徴とする生体光計測装置。
One or more light irradiation means for irradiating the subject with light;
One or a plurality of light detection means for detecting, at a predetermined detection point on the subject, light that has been irradiated from the light irradiation means to a predetermined irradiation point on the subject and propagated through the subject. When,
An analysis unit for analyzing a signal obtained by the light detection means;
A pressure receiving portion for receiving an applied pressure;
A pressure controller for controlling the pressure applied to the pressure receiver;
A pressure unit that is provided around the light irradiation unit and the light detection unit, and transmits the pressure received by the pressure receiving unit to the surface tissue of the subject;
A state confirmation means for confirming the hemostatic state, ischemic state, or vascular occlusion state of the subject;
A display unit capable of displaying a result of analysis by the analysis unit and a result of the state confirmation unit;
A storage unit capable of storing a result analyzed by the analysis unit and a result of the state confirmation unit;
The analysis unit
At the time of pressurization obtained by calculating a signal acquired by the light detection means when the subject is pressurized at the pressurization unit by a predetermined pressure by applying a predetermined pressure to the pressure receiving unit. From the signal, obtain information inside the subject,
Non-pressurization obtained by calculating a signal acquired by the light detection means when no pressure is applied to the subject from the pressurizing unit or when no pressure is applied using information inside the subject. The deep signal mainly derived from the deep tissue and the shallow signal mainly derived from the shallow tissue included in the time signal are respectively acquired.
A biological light measurement device characterized by that.
請求項1に記載の生体光計測装置において、
前記光照射手段及び前記光検出手段を前記被検体に対して接触固定し保持するための保持手段を有し、
前記保持手段は、前記被検体との間に空隙、もしくは前記受圧部からの圧力を前記加圧部へ伝えにくい材質を有するよう、前記被検体に接触固定される、
ことを特徴とする生体光計測装置。
The biological light measurement device according to claim 1,
Holding means for fixing the light irradiating means and the light detecting means in contact with and fixed to the subject;
The holding means is contacted and fixed to the subject so as to have a gap between the subject and a material that is difficult to transmit the pressure from the pressure receiving unit to the pressurizing unit.
A biological light measurement device characterized by that.
請求項1または請求項2に記載の生体光計測装置において、
前記加圧制御部は、圧力を調整可能な空気袋である、ことを特徴とする生体光計測装置。
The biological light measurement device according to claim 1 or 2,
The biological light measurement device, wherein the pressurization control unit is an air bag whose pressure can be adjusted.
請求項1または請求項2に記載の生体光計測装置において、
前記加圧制御部は、受圧部に圧力を印加するための取っ手である、ことを特徴とする生体光計測装置。
The biological light measurement device according to claim 1 or 2,
The biological light measurement device according to claim 1, wherein the pressurization control unit is a handle for applying pressure to the pressure receiving unit.
請求項1〜請求項4の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記照射点と前記検出点との間の距離である照射―検出距離(SD距離)が2種類以上となるように、前記光照射手段及び前記光検出手段が配置される、ことを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The light irradiation means and the light detection means are arranged so that an irradiation-detection distance (SD distance) that is a distance between the irradiation point and the detection point is two or more types. Biological light measurement device.
請求項1〜請求項5の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記状態確認手段は、前記保持手段の表面もしくは内部に設置され、前記加圧部と、前記照射点と前記検出点のいずれかとの間の圧力を測定するための圧力測定手段であることを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The state confirmation unit is a pressure measurement unit that is installed on the surface or inside of the holding unit and measures the pressure between the pressurizing unit and any of the irradiation point and the detection point. A biological light measurement device.
請求項1〜請求項5の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記状態確認手段は、前記被検体の生体信号の周波数成分を解析することにより、前記被検体の表層組織における止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態、を確認する手段である、ことを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The state confirmation means is means for confirming a hemostatic state, an ischemic state, or a blood vessel occlusion state in a surface tissue of the subject by analyzing a frequency component of a biological signal of the subject. A biological light measuring device characterized by the above.
請求項7に記載の生体光計測装置において、
前記止血状態、もしくは虚血状態、もしくは血管の閉塞状態に基づいて、それらの状態を測定実施者へ報知するための視覚的もしくは聴覚的な報知手段を有する、ことを特徴とする生体光計測装置。
The biological light measurement device according to claim 7,
A biological optical measurement device comprising visual or audible notification means for notifying a measurement operator of the state based on the hemostatic state, ischemic state, or vascular occlusion state .
請求項1〜請求項5の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記状態確認手段は、照射点―検出点間距離が10 mm以内、より好ましくは5 mm以内の計測データである、ことを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The living body light measurement apparatus according to claim 1, wherein the state confirmation means is measurement data having an irradiation point-detection point distance of 10 mm or less, more preferably 5 mm or less.
請求項1〜請求項9の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記加圧部は、前記被検体への設置時に、照射点及び検出点のそれぞれの中心点を中心とする半径5 mmの円、好ましくは半径10 mmの円を含むよう構成されることを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The pressurizing unit is configured to include a circle with a radius of 5 mm, preferably a circle with a radius of 10 mm, centered on each of the center points of the irradiation point and the detection point when installed on the subject. A biological light measurement device.
請求項1〜請求項10の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記被検体内部の情報は、前記被検体の深部組織由来の血液量変化の照射―検出器間距離依存性に関するものであることを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 1 to 10,
The biological light measurement apparatus according to claim 1, wherein the information inside the subject is related to irradiation-detector distance dependency of a blood volume change derived from a deep tissue of the subject.
請求項1〜請求項11の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記加圧部の面積を変えるための加圧領域調整手段を有する、ことを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 1 to 11,
It said having a pressure area adjusting means for changing the area of the pressure, BIOLOGICAL light measuring device you wherein a.
請求項4〜請求項12の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記受圧部及び前記加圧部を含むプローブモジュールが、弾性機構を介して前記保持部に対して弾性的に固定され、前記加圧制御部もしくは加圧制御部としての前記取っ手が、前記保持部と干渉しないように前記プローブモジュール上の前記受圧部に設置される、ことを特徴とする生体光計測装置。
The biological light measurement device according to any one of claims 4 to 12,
A probe module including the pressure receiving unit and the pressurizing unit is elastically fixed to the holding unit through an elastic mechanism, and the handle as the pressurizing control unit or the pressurizing control unit includes the holding unit. The living body light measuring device is installed in the pressure receiving part on the probe module so as not to interfere with the living body.
請求項2〜請求項13の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記受圧部もしくは前記加圧制御部は、前記保持手段の表面において設置される凹部である、ことを特徴とする生体光計測装置。
In the biological light measurement device according to any one of claims 2 to 13,
The biological light measurement device according to claim 1, wherein the pressure receiving unit or the pressurization control unit is a recess provided on a surface of the holding unit.
請求項2〜請求項14の何れか1つに記載の生体光計測装置において、
前記保持手段は、前記被検体における設置面に合わせた曲率を有する、ことを特徴とする生体光計測装置。
In the living body light measuring device according to any one of claims 2 to 14,
The living body light measurement apparatus according to claim 1, wherein the holding means has a curvature matched to an installation surface of the subject.
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